TW202044458A - 具有陶瓷單體的靜電卡盤 - Google Patents

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克利斯多夫 肯伯
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Abstract

一種用於基板處理系統之靜電卡盤包含一單體，其係由陶瓷所製成。複數第一電極係設置於該單體中鄰近該單體的頂表面之處，且係配置以選擇性地接收一夾持信號。一氣體通道係形成於該單體中，且係配置以將背側氣體供應至該頂表面。冷卻劑通道係形成於該單體中，且係配置以接收流體俾控制該單體的溫度。

Description

具有陶瓷單體的靜電卡盤
本發明係關於基板處理系統，更具體而言，係關於用於基板處理系統之具有陶瓷單體的靜電卡盤。 [相關申請案的交互參照]
本申請案主張2019年2月12日提交的美國臨時專利申請案第62/804,465號的優先權。在此將上述申請案之全部內容引入以供參照。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統係用以處理基板(例如半導體晶圓)。在基板上所執行之例示處理包含(但不限於)沉積、蝕刻、清潔、及其他類型的處理。基板係設置於處理腔室中的基板支座(例如靜電卡盤(ESC))上。在進行處理期間，將氣體混合物導入處理腔室中，並且可利用電漿以引發化學反應。
一種用於基板處理系統之靜電卡盤包含一單體，其係由陶瓷所製成。複數第一電極係設置於該單體中鄰近該單體的頂表面之處，且係配置以選擇性地接收一夾持信號。一氣體通道係形成於該單體中，且係配置以將背側氣體供應至該頂表面。冷卻劑通道係形成於該單體中，且係配置以接收流體俾控制該單體的溫度。
在其它特徵中，該單體包含複數陶瓷生胚片。該單體包含與基板相鄰設置的第一部分、及位於該第一部分之相鄰處的第二部分。該第一部分係由具有第一品質的第一複數陶瓷生胚片所製成，且該第二部分係由具有第二品質的第二複數陶瓷生胚片所製成，其中該第二品質與該第一品質不同。
在其它特徵中，該第二複數陶瓷生胚片相對於該第一複數陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。該複數第一電極係設置於該複數冷卻劑通道與該頂表面之間。複數第二電極係設置於該單體中且配置以接收RF偏壓信號。該複數第二電極係設置於該複數冷卻劑通道與該複數第一電極之間。一多孔插件係設置於該氣體通道的入口與出口之其中一者中。
在其它特徵中，該單體包含與基板相鄰設置的第一部分、及與該第一部分相鄰設置的第二部分。該第二部分係由複數陶瓷生胚片所製成。該第一部分被沉積於該第二部分上，且該第一部分包含複數陶瓷層及界定該複數第一電極的導電層。
在其它特徵中，利用選自由下列各者組成之群組的處理以沉積該第一部分：原子層沉積、及化學氣相沉積。該單體界定一抬升銷空腔，且更包含設置於該抬升銷空腔中的抬升銷組件。
一種用於製造單體式靜電卡盤的方法包含：為該單體式靜電卡盤選擇複數陶瓷生胚片；在該等陶瓷生胚片之第一選定者中切割複數特徵部，其中該複數特徵部係選自由下列各者組成之群組：氣體通道、冷卻劑通道、及抬升銷空腔；在該等陶瓷生胚片之第二選定者上形成複數電極；將該複數陶瓷生胚片對齊並設置成一堆疊體；以及將該堆疊體加熱至一預定溫度以形成該單體式靜電卡盤。
在其它特徵中，該預定溫度係在1000°C至2000°C之範圍內。該複數特徵部包含該冷卻劑通道，且該冷卻劑通道延伸通過該複數陶瓷生胚片之相鄰者。該複數特徵部包含該氣體通道，且該氣體通道延伸通過該複數陶瓷生胚片之相鄰者。該方法包含在加熱該堆疊體之前在該氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。
在其它特徵中，該方法包含在加熱該堆疊體之後對該單體式靜電卡盤的至少一表面進行加工。該方法包含在加熱之前在該複數陶瓷生胚片之選定者上形成複數電極
一種用於製造單體式靜電卡盤的方法包含：提供具有第一品質的U個陶瓷生胚片，其中U為大於一的整數；在該U個陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部；將該U個陶瓷生胚片對齊並設置成第一堆疊體；提供具有與該第一品質不同之第二品質的L個陶瓷生胚片，其中L為大於一的整數；在該L個陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部；將該L個陶瓷生胚片對齊並設置成第二堆疊體；將該第一堆疊體與該第二堆疊體相鄰設置和對齊；以及對該第一堆疊體及該第二堆疊體進行加熱。
在其它特徵中，將該第一堆疊體及該第二堆疊體加熱至1000°C至2000°C之範圍內的溫度。該方法包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片之選定者上形成複數第一電極，該複數第一電極係配置以接收夾持偏壓。
在其它特徵中，該方法包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片之選定者上形成複數第二電極，該複數第二電極係配置以接收RF偏壓。該L個陶瓷生胚片相對於該U個陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。切割該複數特徵部之步驟包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片及該L個陶瓷生胚片之其中至少一者中形成複數冷卻劑通道。切割該複數特徵部之步驟包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片及該L個陶瓷生胚片之其中至少一者中形成複數氣體通道。
在其它特徵中，該方法包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該複數氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。該方法包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之後對該第一堆疊體的至少一表面進行加工。
一種用於製造單體式靜電卡盤的方法包含：為一靜電卡盤本體之下部選擇複數陶瓷生胚片；在該複數陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部；將該複數陶瓷生胚片對齊並設置成一堆疊體；將該堆疊體加熱至一預定溫度；以及藉由在該堆疊體之上表面上沉積複數膜層以產生該靜電卡盤本體之上部。該複數膜層包含陶瓷且界定複數電極。
在其它特徵中，該預定溫度係在1000°C至2000°C之範圍內。該靜電卡盤本體之該上部中的陶瓷材料的第一品質高於該靜電卡盤本體之該下部中的陶瓷材料的第二品質。該下部中的該複數陶瓷生胚片相對於該上部中的複數陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。該複數特徵部包含形成於該複數陶瓷生胚片之相鄰者中的冷卻劑通道。該複數特徵部包含形成於該複數陶瓷生胚片之相鄰者中的氣體通道。
在其它特徵中，該方法包含在加熱該堆疊體之前在該複數氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。該方法包含在加熱該堆疊體之後且沉積該上部之前對該下部的至少一表面進行加工。在該堆疊體之上表面上沉積該複數膜層之操作包含選自由下列各者組成之群組的處理：原子層沉積、及化學氣相沉積。該方法包含在加熱之前在該複數陶瓷生胚片之選定者上形成複數電極。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
ESC通常包含一陶瓷板，其係經由一接合層而接合至底板。底板通常係由金屬所製成，如鋁(Al)、鈦(Ti)、或其他材料。底板通常塗佈有陶瓷(例如氧化鋁)薄層或其他塗層。通常利用電化學陽極化處理、熱噴塗處理、或其他方法以塗佈陶瓷塗層。陶瓷板與底板係透過一接合層而接合在一起。僅舉例而言，接合層可包含矽聚合物、有機聚合物黏合劑、無機填充劑、及/或軟金屬材料。接合層通常需要受保護免於電漿處理環境的影響。
此設計存在許多缺點。例如，陶瓷塗層在暴露於高電壓時往往會崩解，其中高電壓會在處理腔室中引致電弧。底板及陶瓷板亦具有不同的CTEs。不匹配之材料隨著溫度變化而以不同速率進行膨脹和收縮。膨脹和收縮導致錯位及熱應力。陶瓷塗層亦可能因底板與陶瓷塗層之熱膨脹係數(CTE)的差異而破裂。
底板亦用作單一RF電極。此情況使得難以施加不同的RF電位於底板的不同區域。
接合層用作一熱障，其限制熱傳遞並引致較高的基板溫度，特別係針對高功率應用。由於在處理期間陶瓷板與底板的CTE不同，因此接合層會經歷變形循環。最終，變形循環導致接合層脫層及ESC故障。
在某些範例中，單體式地製造依據本發明之ESC(不使用接合層)。ESC包含用於靜電夾持、溫度控制、RF功率傳送、RF屏蔽等的嵌入式電極。ESC亦包含其他整合元件，如溫度感測器、電流及/或電壓感測器、多孔介質氣體緩衝器、嵌入式氣體通道、及/或嵌入式冷卻劑通道。
依據本發明之ESC解決在使用先前ESC設計時所遭遇的許多問題。由於ESC之本體為單體式且由陶瓷所製成，因此陶瓷塗層係加以省略或具有相似的CTE。由於CTE失配效應很小或不存在，因此消除了陶瓷塗層破裂的狀況。因此，可擴大ESC的操作溫度範圍。
由於底板不再由金屬所製成，因此在ESC之本體中嵌入一或更多電極。可利用一或更多RF電位以控制電極，俾容許在基板之不同位置處的RF偏壓變化。
由於接合層被消除，因此消除了由接合層之侵蝕及脫層所引起的故障，其使得ESC壽命及可靠性獲得改善。
由於ESC之本體為單體式且由陶瓷所製成，因此使得整個ESC各處的熱膨脹及收縮差異最小化。因此，顯著地減少熱失配(thermal mismatch)及熱應力。由於消除了接合層，因此自基板至ESC中之冷卻流體(例如氣體或液體)的熱傳導增加。由於利用冷卻劑通道的熱傳遞更有效率，因此經改善之熱傳導促成更高功率的應用。
在某些範例中，ESC的本體係由選自由下列各者組成之群組的材料所製成：氧化鋁(Al2 O3 )、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、或其他陶瓷材料。在某些範例中，對ESC的本體進行塗布。在某些範例中，塗布材料係選自由下列各者組成之群組：氧化鋁(Al2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )、或二氧化鋯(ZrO2 )。
在某些範例中，ESC的本體在其不同垂直部分處係由不同等級或品質的陶瓷材料所製成。例如，可於較靠近基板的ESC上部使用較高等級的陶瓷材料，以獲得改良的純度、介電、電氣、或機械性質等，而針對ESC下部使用不同(例如，較低)等級的陶瓷材料。
在某些範例中，ESC包含嵌入式電極，其係由選自由下列各者組成之群組的材料所製成：鎢(W)、鉑(Pt)、銀(Ag)、鈀(Pd)、或其他導電材料。ESC的本體可包含一或更多電極，其可連接在一起或被單獨地控制。亦可將電極設置於本體的不同位置中。
現參照圖1，顯示包含靜電卡盤(ESC) 101的基板處理系統100。雖然圖1顯示電容耦合式電漿(CCP)系統，但本發明亦適用於其他處理，如變壓器耦合式電漿(TCP)系統、電子迴旋共振(ECR)電漿系統、離子束蝕刻器(IBE)、感應耦合式電漿(ICP)系統、及/或包含基板支座的其他系統。
雖然ESC 101係顯示為被裝設於處理腔室的底部，但ESC 101可被裝設於處理腔室的頂部。若裝設於處理腔室的頂部，則ESC 101可上下顛倒且可包含周邊的基板固持、夾持、及/或扣持硬體。
基板處理系統100包含處理腔室104。處理腔室104將ESC 101及其他元件包封。處理腔室104亦容納射頻(RF)電漿。在操作期間，基板107被設置於ESC 101上，且被靜電式地夾持於ESC 101。
僅舉例而言，噴淋頭109分配氣體且可用作上電極105。噴淋頭109可包含一桿部111，該桿部包含連接於處理腔室104之頂部表面之一端。噴淋頭109一般為圓柱形，且由桿部111之另一端(位在與處理腔室104之頂部表面相隔開之位置)徑向往外延伸。噴淋頭109面對基板之表面包含氣體通孔，處理氣體經由該等氣體通孔流過。或者，上電極105可包含傳導板，且處理氣體可經由另一方式而加以導入。嵌入於ESC 101中的電極用作下電極。
ESC 101可包含一或更多氣體通道115及/或一或更多冷卻劑通道116。氣體通道115將背側氣體(如氦(He)或其他氣體)供應至基板107的背側。流體流過ESC 101中的冷卻劑通道116以控制ESC 101的溫度。
RF產生系統120輸出RF電壓至上電極105及/或ESC 101中的下電極。上電極105及下電極之其中一者可為DC接地、AC接地或在一浮動電位。僅舉例而言，RF產生系統120可包含產生RF電壓的一或更多RF產生器122。RF產生器122之輸出係藉由一或更多匹配及配送網路124饋送至上電極105及/或下電極。舉例而言，顯示RF電漿產生器123、RF偏壓產生器125、RF電漿匹配網路127及RF偏壓匹配網路129。
氣體輸送系統130包含一或更多氣體源132-1、132-2、…、以及132-N(統稱氣體源132)，其中N為大於零之整數。氣體源132供應一或更多前驅物、蝕刻氣體、惰性氣體、載氣、排淨氣體、及其氣體混合物。亦可使用經汽化之前驅物。
氣體源132係經由閥134-1、134-2、…、及134-N(統稱閥134)及質量流量控制器136-1、136-2、…、及136-N(統稱質量流量控制器136)而連接至歧管140。歧管140之輸出被饋送至處理腔室104。僅舉例而言，歧管140之輸出可被饋送至噴淋頭109。
基板處理系統100更包含一溫度控制系統141，其包含一溫度控制器142。雖然與系統控制器160分開顯示，但溫度控制器142可作為系統控制器160之一部分而實施。溫度控制器142控制經由冷卻劑組件146而流過冷卻劑通道116之冷卻劑的溫度及流率。冷卻劑組件146包含一冷卻劑泵浦，其將冷卻劑從儲槽泵送至冷卻劑通道116。冷卻劑組件146亦可包含一熱交換器，其將熱自冷卻劑傳遞離開。冷卻劑可為例如液體冷卻劑。
閥156及泵浦158係用於自處理腔室104排空反應物。機械臂170傳送基板至ESC 101上以及從ESC 101移除基板。例如，機械臂170可於ESC 101與負載閘172之間轉移基板。系統控制器160可控制機械臂170及/或負載閘172之操作。ESC電源180選擇性地供應夾持信號以致使電極將基板107夾持。
現參照圖2，顯示ESC 101的部分200。ESC 101具有單體210，在所示範例中，單體210包含靜電夾持電極214，其可設置於ESC 101之頂表面212的附近。靜電夾持電極214自ESC電源180接收夾持信號以將基板107夾持。可使靜電夾持電極214連接至端子(顯示於下)，其可被連接至ESC電源180。例如，導體穿過絕緣空腔以提供與靜電夾持電極214的連接。
單體210更分別包含內側及外側射頻(RF)電極218-I及218-O (統稱RF電極218)。RF電極218自端子220-I及220-O (統稱端子220)接收功率，端子220可被連接至偏壓RF匹配網路129。將端子220設置於絕緣空腔222-I及222-O中，絕緣空腔222-I及222-O自ESC 101之底部延伸至RF電極218。可將RF電極218設置於單體210之頂表面的預定距離內。可依不同圖案橫跨單體210之頂表面而設置RF電極218。可將RF電極218-I之其中一或多者設置於單體210之上部221中，上部221向上突出並界定一環形凹槽。可將RF電極218-O之其中一或多者設置於單體210之外周附近。在某些範例中，可將RF電極218-O設置於邊緣環(未圖示)下方，該邊緣環係位在環形凹槽中並以部分221為中心。
單體210亦包含氣體通道234，其接收送至基板107的背側之背側氣體(例如氦)。冷卻劑通道228被設置在平行於基板107的一或更多平面中。冷卻劑通道228可為雙股或單股的。
現參照圖3，顯示ESC 101的部分300。一或更多垂直入口(或出口)310將流體提供至冷卻劑通道228。單體210包含將背側氣體供應至氣體通道234的垂直氣體通道320。多孔插件324係設置於垂直氣體通道320靠近單體210之底表面的一端中。多孔插件325係設置於氣體通道234與ESC 101之頂表面之間。多孔插件324、325係由多孔陶瓷所製成，並且可在燒製形成單體之陶瓷生胚片時加以燒製。在某些範例中，省略多孔插件，或者在燒製單體之後安裝多孔插件。多孔插件包含小孔洞以避免在氣體通道中形成電漿，俾防止電漿之視線傳播(line of sight)。
單體210包含垂直空腔330，其容置與靜電夾持電極214之一端連接的端子332。單體210更包含用於溫度感測器的一或更多垂直空腔。例示溫度感測器342-1、342-2、及342-3(統稱溫度感測器342)係分別設置於垂直空腔340-1、340-2、及340-3中且連接至導體344-1、344-2、及344-3。溫度感測器342將溫度輸出信號提供至控制器142、160。
現參照圖4，顯示ESC 101的部分400。單體210包含抬升銷組件420，其包含抬升銷410、抬升銷通道414、及氣體通道434。在某些範例中，ESC 101包含三或更多個抬升銷組件。
現參照圖5，ESC 101包含氣體通道234，用以將背側氣體供應至單體的頂表面。氣體於基板107下方被供應至氣體通道234。氣體從氣體通道234通過多孔插件325(未圖示於圖5中)在各個位置處流動，俾在基板下方供應背側氣體。
現參照圖6，顯示形成於ESC 101之單體中的冷卻劑通道層600。冷卻劑通道層600包含冷卻劑通道602，其為雙股的。冷卻劑通道602包含位在冷卻劑通道層600之中心的入口604及出口608。冷卻劑通道602之一端開始於中心附近，並依圓形線圈狀的圖案纏繞直到到達周邊為止。冷卻劑通道602繼續依線圈狀圖案從周邊回到中心。
現參照圖7，顯示形成於ESC 101之單體中的冷卻劑通道層700。冷卻劑通道層700包含單股配置的冷卻劑通道702。冷卻劑通道702包含位在中心的入口704、及位在冷卻劑通道層700之周邊附近的出口708(或者反之亦然)。雖然在圖6-7中顯示例示性冷卻劑通道配置，但可使用其他的配置。
現參照圖8A及8B，ESC本體堆疊體800可由陶瓷生胚片製成。在圖8A中，顯示進行加熱之前的ESC本體堆疊體800，其包含陶瓷生胚片806之堆疊體802。根據需要而在陶瓷生胚片中形成諸如孔洞、空腔(例如用於氣體通道、冷卻劑通道、端子、抬升銷)的特徵部及電極。可使用更多的多孔陶瓷生胚片以在氣體通道中界定多孔插件。在圖8B中，顯示進行加熱之後的ESC本體堆疊體800。除了其他優點之外，ESC本體堆疊體800在加熱之後形成單體(未圖示出特徵部)。單體具有經改善的電與熱特性，且不包含或不需要可能導致早期故障的接合層。
現參照圖9，顯示用於製造ESC之單體的方法900。在910，在陶瓷生胚片之一或多者中切割出開口，以界定ESC的特徵部。在某些範例中，在陶瓷生胚片中雷射切割出特徵部。例如，在生胚片中切割出與用於氣體通道、端子、多孔插件、感測器、及/或氣體流的空腔相對應的開口。在某些範例中，使用雷射以刻劃或剝蝕陶瓷生胚片的頂表面，俾產生平行於包含基板之平面的氣體通道。在其他範例中，使用雷射以切穿一或更多陶瓷生胚片，俾產生垂直於包含基板之平面而定向的氣體通道、空腔、或其他特徵部。在某些範例中，生胚片之各者具有在0.5mm至2mm之範圍內的厚度，但亦可使用其他厚度。
在914，在陶瓷生胚片之選定者上形成諸如RF電極或靜電夾持電極的電極。在某些範例中，藉由將金屬粉末印刷於陶瓷生胚片上而形成電極。在918，在陶瓷生胚片之一或更多特徵部(例如氣體通道)中選用性地設置多孔插件材料。在某些範例中，多孔插件材料包含與用於ESC本體之生胚片材料不同(例如，更具多孔性)的陶瓷生胚片材料。在922，使陶瓷生胚片旋轉對準(以對準特徵部)並接觸設置以形成一堆疊體。
在924，對堆疊體進行加熱或燒製以形成單體式ESC本體。在某些範例中，將ESC堆疊體加熱至1000°C至2000°C之範圍內的溫度。在926，選用性地安裝感測器及端子。在928，根據需要而對ESC本體的一或更多表面進行加工。加工操作可用以使ESC本體的表面變平。如可理解，可從前述範例中改變一或更多步驟的順序。
現參照圖10A及10B，ESC本體堆疊體1000可由陶瓷生胚片製成。在某些範例中，陶瓷生胚片依據其在ESC 101中的位置而具有不同的品質。在基板附近使用較高品質的陶瓷生胚片，而在ESC 101之下側或較不關鍵的部分中使用較低品質的陶瓷生胚片。在圖10A中，顯示進行加熱之前的ESC本體堆疊體1000，其包含陶瓷生胚片1006之第一堆疊體1002，其具有第一品質。ESC本體堆疊體1000亦包含陶瓷生胚片1008之第二堆疊體1004，其具有第二品質。
在圖10B中，顯示進行加熱之後的ESC本體堆疊體1000。除了其他優點之外，ESC本體堆疊體1000在加熱之後形成單體1010。單體1010具有經改善的電與熱特性，且不包含或不需要可能導致早期故障的接合層。
現參照圖11A至11C，ESC本體1100可由經燒製並選用性加工的陶瓷生胚片之組合所形成。接著，單體的上部係透過沉積諸如陶瓷及/或導電材料(形成電極)的額外材料而形成。可界定貫孔或孔洞以容許放置感測器(如溫度感測器)、抬升銷組件、RF電極之端子、氣體通道等。
在圖11A中，ESC本體堆疊體1100包含陶瓷生胚片1106之堆疊體。在圖11B中，顯示將陶瓷生胚片加熱成單體1104之後的ESC本體堆疊體1100。在圖11C中，顯示在ESC 101之上部中沉積一或更多陶瓷材料及一或更多導電材料(例如用以界定電極)(兩種膜層共同標識於1120)之後的圖11B之ESC本體堆疊體1100。在某些範例中，在進行沉積之前，於ESC 101的上表面上進行加工操作以提供一平坦表面。
現參照圖12，顯示用於製造ESC之單體的方法1200。在1210，為ESC本體之下部選擇具有第一品質的L個陶瓷生胚片，其中L為大於一的整數。在1214，在該L個陶瓷生胚片之一或多者中切割出開口，以界定ESC之下部的特徵部。在某些範例中，在陶瓷生胚片中雷射切割出特徵部。例如，在生胚片中切割出與用於氣體通道、端子、多孔插件、感測器、及/或氣體流的空腔相對應的開口。在某些範例中，使用雷射以刻劃或剝蝕陶瓷生胚片的頂表面，俾產生平行於包含基板之平面的氣體通道。在其他範例中，使用雷射以切穿一或更多陶瓷生胚片，俾產生垂直於包含基板之平面而定向的氣體通道、空腔、或其他特徵部。在某些範例中，生胚片之各者具有在0.5mm至2mm之範圍內的厚度，但亦可使用其他厚度。
在1218，為ESC本體之上部選擇具有第二品質的U個陶瓷生胚片，其中U為大於一的整數。在某些範例中，第二品質高於第一品質。例如，第二品質可在孔隙度、純度、介電常數、損耗正切(loss tangent)、或其他特性方面與第一品質不同。
在1222，在該U個陶瓷生胚片之一或多者中切割出特徵部，以界定ESC之上部。在1224，在該U個陶瓷生胚片及/或該L個陶瓷生胚片之選定者上形成諸如RF電極或靜電夾持電極的電極。在某些範例中，藉由將金屬粉末印刷於陶瓷生胚片上而形成電極。
在1228，使該L個陶瓷生胚片旋轉對準(以對準特徵部)並接觸置放以形成第一堆疊體。在1230，在該L個陶瓷生胚片之一或更多特徵部中選用性地設置多孔插件材料。在某些範例中，多孔插件材料包含與用於ESC本體的上與下部之生胚片材料不同的生胚片材料。在1232，使該U個陶瓷生胚片旋轉對準(以對準特徵部)並接觸設置以形成第二堆疊體。在1234，在該U個陶瓷生胚片之特徵部中選用性地設置多孔插件材料。
在1236，將第一堆疊體與第二堆疊體接觸設置。在1238，對第一堆疊體與第二堆疊體進行加熱或燒製以形成單體式ESC本體。在某些範例中，將ESC堆疊體加熱至1000ºC至2000ºC之範圍內的溫度。在1242，選用性地安裝感測器及端子。在1246，根據需要而對ESC本體的一或更多表面進行加工。加工操作可用以使ESC本體的表面變平。如可理解，可從前述範例中改變一或更多步驟的順序。
現參照圖13，顯示用於製造具有單體之ESC的另一方法1300。在1310，為ESC本體之下部選擇L個陶瓷生胚片。在1314，在該L個陶瓷生胚片之一或多者中切割出特徵部，以界定ESC本體之下部的特徵部。在1324，選用性地在該L個陶瓷生胚片之選定者上形成電極。
在1332，將該L個陶瓷生胚片接觸設置以形成一堆疊體。在1334，選用性地將多孔插件材料設置於該L個陶瓷生胚片之一或更多特徵部中。在1338，將該堆疊體加熱以形成ESC本體之下部。在1340，選用性地對ESC本體之下部的上表面進行加工。
在1342，沉積介電質及/或導體材料。在某些範例中，利用一沉積處理(例如原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、噴塗或其他處理)以沉積介電質及/或導體材料。在1346，選用性地將感測器安裝於ESC本體之一或更多特徵部中。在某些範例中，執行複數處理步驟(包括微影、介電材料、導電材料、及/或遮罩材料之沉積、及/或蝕刻)以界定RF或靜電夾持端子與周圍的介電材料。如可理解，ESC本體之上部中之介電材料的品質可高於用於ESC本體之下部的陶瓷生胚片。
在某些範例中，具有單體之ESC可用於較高功率的應用。包含單獨的陶瓷板、金屬本體、及接合層的先前設計被限制於10kW至20kW，而具有單體之ESC可於10kW至50kW及更高的功率位準下使用。如可理解，使用較高的功率促成較高的蝕刻速率。
以上敘述在本質上僅為說明性的，而非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容之廣泛指示可以各種形式實行。因此，雖本揭露內容包含特定例子，但由於當研究圖式、說明書、及以下申請專利範圍時，其他變化將更顯清楚，故本揭露內容之真實範疇不應如此受限。吾人應理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，可以不同次序(或同時)執行方法中之一或更多步驟。再者，雖實施例之各者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述之任一或更多該等特徵可在任何其他實施例中實行，及/或與任何其他實施例之特徵組合(即使並未詳細敘述該組合)。換句話說，所述之實施例並非互相排斥，且一或更多實施例彼此之間的置換維持於本揭露內容之範疇內。
元件 (例如，在模組、電路元件、半導體層等) 之間的空間及功能上之關係係使用各種用語所敘述，該等用語包含「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁邊」、「在…之上」、「上面」、「下面」、以及「設置」。除非明確敘述為「直接」之情形下，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可係在第一與第二元件之間不存在其它中介元件之直接關係，但亦可係在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如本文所使用的，詞組「A、B、及C其中至少一者」應解釋為意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋為意指「A之至少一者、B之至少一者、及C之至少一者」。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述例子的一部分。此系統可包含半導體處理設備，該半導體處理設備包含(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理用平台、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板之處理之前、期間、以及之後，控制其運作。電子設備可被稱為「控制器」，其可控制(複數)系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，可將控制器程式設計成控制本文所揭露之任何處理，包含處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統連接或接合之工具及其他轉移工具、及/或負載鎖)。
廣泛來說，可將控制器定義為具有接收指令、發佈指令、控制運作、啟動清洗操作、啟動終點量測等之許多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以不同的單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式檔案)為實行特定處理(在半導體晶圓上，或是對半導體晶圓)定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可係由製程工程師所定義之配方的一部分，俾在一或更多以下者(包含：覆層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或基板的晶粒)的製造期間實現一或更多處理步驟。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或以網路連接至系統、或以其組合之方式連接至系統。例如，控制器可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造運作的當前進度、檢查過去製造運作的歷史、由複數之製造運作而檢查趨勢或效能指標，以改變當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其可達成參數及/或設定的接取、或對參數及/或設定進行程式化，接著將該參數及/或該設定由遠端電腦傳達至系統。在一些例子中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為將於一或更多操作期間執行之每個處理步驟指定參數。吾人應理解，參數可特定地針對將執行之製程的類型及將控制器設定以接合或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含以網路的方式連接彼此且朝向共同目的(例如，本文所敘述的製程及控制)而運作的一或更多分離的控制器。用於此目的之分散式控制器的範例將係在腔室上、與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者結合以控制腔室上的製程。
範例系統可包含但不限於以下各者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯、或使用的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之一或更多的以下各者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰近之工具、相鄰之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
100:基板處理系統 101:靜電卡盤(ESC) 104:處理腔室 105:上電極 107:基板 109:噴淋頭 111:桿部 115:氣體通道 116:冷卻劑通道 120:RF產生系統 122:RF產生器 123:RF電漿產生器 124:匹配及配送網路 125:RF偏壓產生器 127:RF電漿匹配網路 129:RF偏壓匹配網路 130:氣體輸送系統 132-1:氣體源 132-2:氣體源 132-N:氣體源 134-1:閥 134-2:閥 134-N:閥 136-1:質量流量控制器 136-2:質量流量控制器 136-N:質量流量控制器 140:歧管 141:溫度控制系統 142:溫度控制器 146:冷卻劑組件 156:閥 158:泵浦 160:系統控制器 170:機械臂 172:負載閘 180:ESC電源 200:部分 210:單體 212:頂表面 214:靜電夾持電極 218:射頻(RF)電極 218-I:內側射頻(RF)電極 218-O:外側射頻(RF)電極 220:端子 220-I:端子 220-O:端子 221:上部 222-I:絕緣空腔 222-O:絕緣空腔 234:氣體通道 228:冷卻劑通道 300:部分 310:垂直入口(或出口) 320:垂直氣體通道 324:多孔插件 325:多孔插件 330:垂直空腔 332:端子 340-1:垂直空腔 340-2:垂直空腔 340-3:垂直空腔 342:溫度感測器 342-1:溫度感測器 342-2:溫度感測器 342-3:溫度感測器 344-1:導體 344-2:導體 344-3:導體 400:部分 410:抬升銷 414:抬升銷通道 420:抬升銷組件 434:氣體通道 600:冷卻劑通道層 602:冷卻劑通道 604:入口 608:出口 700:冷卻劑通道層 702:冷卻劑通道 704:入口 708:出口 800 :ESC本體堆疊體 802:堆疊體 806:陶瓷生胚片 900:方法 910:操作 914:操作 918:操作 922:操作 924:操作 926:操作 928:操作 1000 :ESC本體堆疊體 1002:第一堆疊體 1004:第二堆疊體 1006:陶瓷生胚片 1008:陶瓷生胚片 1010:單體 1100 :ESC本體堆疊體 1104:單體 1106:陶瓷生胚片 1120:膜層 1200:方法 1210:操作 1214:操作 1218:操作 1222:操作 1224:操作 1228:操作 1230:操作 1232:操作 1234:操作 1236:操作 1238:操作 1242:操作 1246:操作 1300:方法 1310:操作 1314:操作 1324:操作 1332:操作 1334:操作 1338:操作 1340:操作 1342:操作 1346:操作
本揭露內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：
依據本發明，圖1顯示包含具有陶瓷單體之ESC的基板處理系統之範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖2為包含冷卻劑通道、背側氣體通道、電極、及RF端子之ESC的範例之部分側視橫剖面圖；
依據本發明，圖3為包含具有多孔插件之氣體通道、感測器、及靜電端子之ESC的範例之另一部分側視橫剖面圖；
依據本發明，圖4為具有抬升銷組件之ESC的範例之另一部分側視橫剖面圖；
依據本發明，圖5為具有用於分配背側氣體之氣體通道的ESC之範例的平面圖；
依據本發明，圖6為具有形成於陶瓷單體中之雙股冷卻劑通道的ESC之範例的平面圖；
依據本發明，圖7為具有形成於陶瓷單體中之單股冷卻劑通道的ESC之範例的平面圖；
依據本發明，圖8A為進行加熱之前的包含陶瓷生胚片之本體堆疊體的範例之側視橫剖面圖；
依據本發明，圖8B顯示進行加熱之後的圖8A之本體堆疊體；
依據本發明，圖9為用於製造具有單體之ESC的方法的範例之流程圖；
依據本發明，圖10A顯示進行加熱之前的包含具有第一品質之陶瓷生胚片之第一堆疊體及具有第二品質之陶瓷生胚片之第二堆疊體的本體堆疊體的範例；
依據本發明，圖10B顯示進行加熱之後的圖10A之本體堆疊體；
依據本發明，圖11A顯示進行加熱之前的對應於ESC之下部的陶瓷生胚片之第一堆疊體的本體堆疊體的範例；
依據本發明，圖11B顯示進行加熱之後的圖11A之本體堆疊體；
依據本發明，圖11C顯示沉積ESC的上部之後的圖11B之本體堆疊體；
依據本發明，圖12為用於製造具有陶瓷單體之ESC的方法之流程圖；以及
依據本發明，圖13為用於製造具有陶瓷單體之ESC的另一方法之流程圖；
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。
200:部分
210:單體
212:頂表面
214:靜電夾持電極
218-I:內側射頻(RF)電極
218-O:外側射頻(RF)電極
220-I:端子
220-O:端子
221:上部
222-I:絕緣空腔
222-O:絕緣空腔
234:氣體通道
228:冷卻劑通道

Claims (37)

  1. 一種用於基板處理系統之靜電卡盤，包含： 一單體，其係由陶瓷所製成； 複數第一電極，其係設置於該單體中鄰近該單體的頂表面之處，且係配置以選擇性地接收一夾持信號； 一氣體通道，其係形成於該單體中，且係配置以將背側氣體供應至該頂表面；以及 複數冷卻劑通道，其係形成於該單體中，且係配置以接收流體俾控制該單體的溫度。
  2. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該單體包含複數陶瓷生胚片。
  3. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該單體包含與基板相鄰設置的第一部分、及位於該第一部分之相鄰處的第二部分，其中該第一部分係由具有第一品質的第一複數陶瓷生胚片所製成，且該第二部分係由具有第二品質的第二複數陶瓷生胚片所製成，其中該第二品質與該第一品質不同。
  4. 如請求項3之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該第二複數陶瓷生胚片相對於該第一複數陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。
  5. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該複數第一電極係設置於該複數冷卻劑通道與該頂表面之間。
  6. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含複數第二電極，其係設置於該單體中且配置以接收RF偏壓信號。
  7. 如請求項6之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該複數第二電極係設置於該複數冷卻劑通道與該複數第一電極之間。
  8. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一多孔插件，其係設置於該氣體通道的入口與出口之其中至少一者中。
  9. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該單體包含與基板相鄰設置的第一部分、及與該第一部分相鄰設置的第二部分； 該第二部分係由複數陶瓷生胚片所製成；並且 該第一部分被沉積於該第二部分上，且該第一部分包含複數陶瓷層及界定該複數第一電極的導電層。
  10. 如請求項9之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中利用選自由下列各者組成之群組的處理以沉積該第一部分：原子層沉積、及化學氣相沉積。
  11. 如請求項1之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該單體界定一抬升銷空腔，且更包含設置於該抬升銷空腔中的抬升銷組件。
  12. 一種用於製造單體式靜電卡盤的方法，包含： 為該單體式靜電卡盤選擇複數陶瓷生胚片； 在該等陶瓷生胚片之第一選定者中切割複數特徵部，其中該複數特徵部係選自由下列各者組成之群組：氣體通道、冷卻劑通道、及抬升銷空腔； 在該等陶瓷生胚片之第二選定者上形成複數電極； 將該複數陶瓷生胚片對齊並設置成一堆疊體；以及 將該堆疊體加熱至一預定溫度以形成該單體式靜電卡盤。
  13. 如請求項12之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該預定溫度係在1000°C至2000°C之範圍內。
  14. 如請求項12之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該複數特徵部包含該冷卻劑通道，且該冷卻劑通道延伸通過該複數陶瓷生胚片之相鄰者。
  15. 如請求項12之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該複數特徵部包含該氣體通道，且該氣體通道延伸通過該複數陶瓷生胚片之相鄰者。
  16. 如請求項15之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該堆疊體之前在該氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。
  17. 如請求項15之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該堆疊體之後對該單體式靜電卡盤的至少一表面進行加工。
  18. 如請求項12之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱之前在該複數陶瓷生胚片之選定者上形成複數電極。
  19. 一種用於製造單體式靜電卡盤的方法，包含： 提供具有第一品質的U個陶瓷生胚片，其中U為大於一的整數； 在該U個陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部； 將該U個陶瓷生胚片對齊並設置成第一堆疊體； 提供具有與該第一品質不同之第二品質的L個陶瓷生胚片，其中L為大於一的整數； 在該L個陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部； 將該L個陶瓷生胚片對齊並設置成第二堆疊體； 將該第一堆疊體與該第二堆疊體相鄰設置和對齊；以及 對該第一堆疊體及該第二堆疊體進行加熱。
  20. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中將該第一堆疊體及該第二堆疊體加熱至1000°C至2000°C之範圍內的溫度。
  21. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片之選定者上形成複數第一電極，該複數第一電極係配置以接收夾持偏壓。
  22. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片之選定者上形成複數第二電極，該複數第二電極係配置以接收RF偏壓。
  23. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該L個陶瓷生胚片相對於該U個陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。
  24. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中切割該複數特徵部之步驟包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片及該L個陶瓷生胚片之其中至少一者中形成複數冷卻劑通道。
  25. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中切割該複數特徵部之步驟包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該U個陶瓷生胚片及該L個陶瓷生胚片之其中至少一者中形成複數氣體通道。
  26. 如請求項25之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之前在該複數氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。
  27. 如請求項19之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該第一堆疊體及該第二堆疊體之後對該第一堆疊體的至少一表面進行加工。
  28. 一種用於製造單體式靜電卡盤的方法，包含： 為一靜電卡盤本體之下部選擇複數陶瓷生胚片； 在該複數陶瓷生胚片之選定者中切割複數特徵部； 將該複數陶瓷生胚片對齊並設置成一堆疊體； 將該堆疊體加熱至一預定溫度；以及 藉由在該堆疊體之上表面上沉積複數膜層以產生該靜電卡盤本體之上部，其中該複數膜層包含陶瓷且界定複數電極。
  29. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該預定溫度係在1000°C至2000°C之範圍內。
  30. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該靜電卡盤本體之該上部中的陶瓷材料的第一品質高於該靜電卡盤本體之該下部中的陶瓷材料的第二品質。
  31. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該下部中的該複數陶瓷生胚片相對於該上部中的複數陶瓷生胚片而具有下列其中至少一者：增加的孔隙度、減小的純度、增加的介電常數、或增加的損耗正切(loss tangent)。
  32. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該複數特徵部包含形成於該複數陶瓷生胚片之相鄰者中的複數冷卻劑通道。
  33. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中該複數特徵部包含形成於該複數陶瓷生胚片之相鄰者中的複數氣體通道。
  34. 如請求項33之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該堆疊體之前在該複數氣體通道的入口與出口之其中至少一者中設置多孔插件材料。
  35. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱該堆疊體之後且沉積該上部之前對該下部的至少一表面進行加工。
  36. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，其中在該堆疊體之上表面上沉積該複數膜層之操作包含選自由下列各者組成之群組的處理：原子層沉積、及化學氣相沉積。
  37. 如請求項28之用於製造單體式靜電卡盤的方法，更包含在加熱之前在該複數陶瓷生胚片之選定者上形成複數電極。
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