TW202232649A - 冷邊緣低溫靜電卡盤 - Google Patents

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丹 馬霍爾
克雷格 Ａ 羅斯理
大衛 Ａ 塞頓
穆罕默德 索海爾 謝赫
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Abstract

提供一種靜電卡盤。在一示例中，該靜電卡盤包括基部板、設置在該基部板上方的接合層、陶瓷板及加熱器。該陶瓷板包括設置在該接合層上方的底表面、及用於支撐基板的升起頂表面。該升起頂表面包括外直徑。加熱器係設置在該陶瓷板的該底表面與該接合層之間。該加熱器元件包括內加熱元件及外加熱元件。該內加熱元件係配置在與該陶瓷板的該底表面相鄰的中心圓形區域中，而該外加熱元件係配置在圍繞著該中心圓形區域並與該陶瓷板的該底表面相鄰的環狀區域中。該外加熱元件的外直徑係從該陶瓷板的環狀加熱器退縮區域嵌入。該環狀加熱器退縮區域係介於該升起頂表面的該外直徑與該外加熱元件的該外直徑之間。該基部板包括複數冷卻通道。該複數冷卻通道係設置在該內加熱元件下方、該外加熱元件下方以及該環狀加熱器退縮區域下方。該複數冷卻通道各者係配置以流動冷卻流體以在該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。

Description

冷邊緣低溫靜電卡盤
本實施例係關於半導體製造，且更具體而言係關於靜電卡盤結構、以及當在電漿處理腔室中使用靜電卡盤支撐晶圓表面時對提供至該晶圓表面的溫度進行控制的方法。
許多近代半導體晶片製造處理(例如，電漿蝕刻處理)係在電漿處理腔室內執行，其中基板(例如，晶圓)係被支撐在靜電卡盤(ESC)上。在電漿蝕刻處理中，該晶圓係暴露至在電漿處理容積內所產生的電漿。電漿包含各種類型的自由基、正離子及負離子。該各種自由基、正離子及負離子的化學反應係使用於蝕刻晶圓的特徵部、表面及材料。
在一些情況下，電漿蝕刻處理操作期間的晶圓溫度控制係可能影響經處理晶圓的結果的其中一種因素。舉例而言，在蝕刻操作期間，處理條件可能會在晶圓上產生大量的熱，而這會影響蝕刻速率並可能使在該晶圓上所形成的特徵部不均勻。為了在電漿蝕刻處理操作期間對晶圓溫度提供較佳控制，存在著可提供較佳溫度控制以改善經處理晶圓的品質、以及減少系統的總成本及其操作成本的ESC設計需求。
本發明的實施例正是在這種情況下出現的。
本揭露的實行例包括當晶圓在電漿蝕刻處理期間被支撐在電漿處理腔室的靜電卡盤(ESC)上時，用於控制晶圓的溫度差異的裝置、方法、及系統。在一些實施例中，ESC包括基部板、設置在該基部板上方的接合層、設置在該接合層上方的陶瓷板、以及設置在該陶瓷板與該接合層之間的加熱器。在一實施例中，該基部板包括複數冷卻通道，該複數冷卻通道係配置以流動冷卻流體，以在該陶瓷板、及該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。
在另一實施例中，係將接合層配置成薄的或具有減低厚度，這可助於促進該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中的熱傳導冷卻。因此，具有深且寬的冷卻通道的基部板係具有減低厚度的接合層可導致高的熱轉移係數，這因此使陶瓷板的環狀加熱器退縮部中的熱傳導冷卻增加。在一實施例中，所提及的「冷邊緣」係代表環狀加熱器退縮部中的溫度係經策畫而比位於內加熱器及外加熱器下方的陶瓷卡盤的其他部分中的溫度更低或更冷。
透過環狀加熱器退縮部的結構構造，可將沿著晶圓邊緣的溫度保持在比延伸朝向晶圓中心的其他晶圓區域更低的溫度。作為示例，在環狀加熱器退縮部的起始處，可將該更低溫度控制在比加熱器上方的區域低約攝氏2-3度，而此溫度可在環狀加熱器退縮部的外直徑處進一步減低至高達約攝氏10度以上(相對於加熱器上方的區域)。
在一實施例中，加熱器可包括內加熱元件及外加熱元件，其中該內加熱元件及外加熱元件係配置以為ESC提供二個溫度帶(例如，環狀區域溫度帶及中心圓形區域溫度帶)。因此，在晶圓處理期間，冷邊緣溫度區域有助於控制沿著晶圓邊緣的晶圓溫度冷卻，並且將晶圓保持在所欲溫度，而助於改善該晶圓上所形成的特徵部的蝕刻速率及輪廓。如將描述於下，由冷邊緣所提供的冷卻量係可改變的，並且可透過對冷卻器的冷卻器設定點進行程式改動而可控制地調整。
在一實施例中可執行蝕刻處理，對於矽蝕刻來說該蝕刻處理係需要迅速的交替處理，而其本質上係高度放熱的。該處理條件在晶圓上產生大量的熱，而這影響蝕刻速率及輪廓。已觀察到的是，將晶圓邊緣相對於晶圓表面的其他部分保持在減低的溫度係有助於改善晶圓上的蝕刻速率及均勻性。在一些情況下，為了符合經蝕刻特徵部的底部臨界尺寸(CD)輪廓的嚴格要求，這種對於蝕刻速率及均勻性的改善係必須的。在此背景中，底部CD指的是在蝕刻期間於蝕刻特徵部的底部區域附近形成的蝕刻輪廓。透過降低晶圓邊緣的溫度，已觀察到在晶圓邊緣附近或圍繞著晶圓邊緣所形成的特徵部的底部CD係保持在與晶圓的其他部分(即，遠離邊緣區域)中所形成的特徵部類似的輪廓。因此，達成蝕刻均勻性的改善。
如上所述，在晶圓的冷邊緣中的較低溫度係透過ESC設計中的結構發展的組合而加以促進。廣義而言，一結構特徵係避免外加熱器在環狀加熱器退縮部上方延伸，一結構特徵係減少基部板與陶瓷板之間的接合層厚度，而另一結構特徵係減少接合層與冷卻通道之間的基部板中的材料厚度。總體而言，這些結構特徵有助於將額外冷卻轉移至環狀加熱器退縮部，而仍對中心圓形區域溫度帶及環狀區域溫度帶提供加熱。
有利的是，ESC的結構藉由使用由冷卻器設定點所控制的冷卻器而流動冷卻流體以提供對於環狀加熱器退縮區域的溫度控制(即，將其保持在比其他區域更冷)。為了進一步控制環狀加熱器退縮區域的溫度，能夠調整冷卻器設定點的溫度。舉例來說，若需要使環狀加熱器退縮區域更冷，則可將冷卻器設定點設定以流動較低溫度。在一些實施例中，由於冷卻器設定點在晶圓的絕大部分下方的冷卻通道中流動冷卻流體，因此若冷卻係透過冷卻流體而提升，則能夠提高加熱器溫度。這允許使冷邊緣冷卻而仍使晶圓表面的其他部份保持恆定。
作為進一步的優點，僅具有二個加熱器的ESC結構使需要更多加熱器以達成三或更多溫度帶的其他設計的複雜度減低。減少加熱器的數量更助於減低與新增交流電(AC)盒、控制系統及加熱器RF過濾器相關的成本。
在一實施例中，揭露一ESC。該ESC包括基部板、設置在該基部板上方的接合層、陶瓷板及加熱器。該陶瓷板包括設置在該接合層上方的底表面、及用於支撐基板的升起頂表面。該升起頂表面包括外直徑。加熱器係設置在該陶瓷板的該底表面與該接合層之間。該加熱器元件包括內加熱元件及外加熱元件。該內加熱元件係配置在與該陶瓷板的該底表面相鄰的中心圓形區域中，而該外加熱元件係配置在圍繞著該中心圓形區域並與該陶瓷板的該底表面相鄰的環狀區域中。該外加熱元件的外直徑係從該陶瓷板的環狀加熱器退縮區域嵌入。該環狀加熱器退縮區域係介於該升起頂表面的該外直徑與該外加熱元件的該外直徑之間。該基部板包括複數冷卻通道。該複數冷卻通道係設置在該內加熱元件下方、該外加熱元件下方以及該環狀加熱器退縮區域下方。該複數冷卻通道各者係配置以流動冷卻流體以在該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。
在另一實施例中，揭露對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法。該靜電卡盤包括陶瓷板及基部板。該方法包括在該基部板與該陶瓷板之間提供內加熱元件及外加熱元件。該外加熱元件的位置係遠離該陶瓷板的環狀加熱器退縮區域。該方法包括將冷卻流體沿著該基部板中所設置的複數冷卻通道流動，其中該複數冷卻通道的至少一者係設置在該環狀加熱器退縮區域下方，該冷卻流體係配置以在該陶瓷板的該環狀退縮區域中造成熱冷卻，以當基板被設置在該靜電卡盤上方時為該基板提供冷邊緣區域。該方法包括啟動複數交流電(AC)加熱器，該等AC加熱器係連接至該外加熱元件及該內加熱元件。該方法包括啟動冷卻器以在設定點溫度進行操作。該啟動該冷卻器係配置以控制該冷卻流體的流動而對該陶瓷板及該環狀加熱器退縮區域進行熱冷卻，其中該外加熱元件不延伸進入該環狀加熱器退縮區域中。
本揭露的其他態樣及優點將從下方的實施方式並結合隨附圖式而變得顯而易知，其中所述隨附圖式係以示例說明本揭露的的原理。
本揭露的下列實行例提供當晶圓在電漿蝕刻處理期間被支撐在電漿處理腔室的靜電卡盤(ESC)上時控制該晶圓中的溫度差異的裝置、方法、系統。ESC包括各種結構特徵，其中所述結構特徵係配置而有助於促進熱傳導冷卻以沿著該ESC的陶瓷板的各種區域而減低並控制熱。藉由沿著陶瓷板(例如，陶瓷板的環狀加熱器退縮區域)而減低並控制熱，可在電漿蝕刻處理期間對晶圓提供冷邊緣溫度區域。因此，該冷邊緣溫度區域有助於沿著其邊緣控制晶圓溫度，並且將其保持在所欲溫度而有助於改善經蝕刻特徵部的蝕刻速率及輪廓。
某些當前的ESC可能無法被優化而沿著陶瓷板的周緣區域具有高度熱傳導冷卻。這可能會導致在蝕刻處理期間沿著晶圓邊緣的非所欲高溫，而這可能會對經處理晶圓的蝕刻成效及輪廓造成負面影響。此外，一些ESC可能係經設計以具有三或更多溫度區域，其中所述三或更多溫度區域需要較大的加熱器及構件(例如，AC盒、控制系統、加熱器RF過濾器等)數量以達成所述溫度區域。這可能會因為操作ESC及達成溫度區域所需的較大構件數量而導致較高的系統及操作成本。
有鑑於這些議題，所揭露的其中一實施例包括具有各種結構特徵的ESC，其中所述結構特徵係經優化以促進陶瓷板、及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域中的高度熱傳導冷卻。在一實施例中，該ESC包括基部板，該基部板具有複數冷卻通道，該複數冷卻通道係配置以流動冷卻流體，該冷卻流體產生陶瓷板、及該ESC的陶瓷板的環狀加熱器退縮區域的熱傳導冷卻。在一些實施例中，該複數冷卻通道可為矩形且具有特定寬度及高度，其中該特定寬度及高度係配置以具有冷卻流體流動的優化接觸表面區域，這可助於促進陶瓷板的各種區域中的熱傳導冷卻。
根據另一實施例，ESC包括設置在基部板上方的接合層。在一些實施例中，該接合層係經優化而為薄的或具有減低厚度，這導致高的熱轉移係數，而該高熱轉移係數因此促進從基部板至陶瓷板的各種區域的熱傳導冷卻。
根據另一實施例，ESC包括具有內加熱元件及外加熱元件的加熱器。本文所使用的內加熱元件及外加熱元件係嵌置在ESC中的導電導線，而功率係從交流電(AC)加熱器供應至加熱元件。內加熱元件及外加熱元件可為任何形狀，並係配置以形成任何路徑以符合所欲的加熱區域需求。加熱元件係設置在陶瓷板的底表面與接合層之間，並且係配置以在ESC中產生二個溫度區域(例如，中心圓形區域溫度帶、環狀區域溫度帶)。在一實施例中，加熱器元件的外加熱元件並未在陶瓷板的環狀加熱器退縮區域下方延伸，使該外加熱元件不會干涉在基部板中的冷卻流體的流動所造成的熱傳導冷卻。在一實施例中，陶瓷板的環狀加熱器退縮區域係依靠冷卻流體的流動所造成的熱傳導冷卻而形成晶圓的冷邊緣溫度區域。
承上所述，以下提供基於圖式的複數示例性實施例，其中該等圖式係提供以促進本揭露的理解。
本文所揭露的ESC 102可使用於任何數量的電漿處理腔室中。這些處理腔室包括感應耦合電漿(ICP)處理系統及電容式耦接電漿(CCP)處理系統。
圖1A繪示用於蝕刻操作的電容式耦接電漿(CCP)處理系統的實施例。該CCP處理系統包括電漿處理腔室118、控制系統122、射頻(RF)源124、幫浦126、及與電漿處理腔室118耦接的一或更多氣體源128。該電漿處理腔室118包括用於支撐晶圓104的ESC 102、以及邊緣環114。在一些實施例中，該電漿處理腔室118可包括用於限制電漿120的限制環130、以及腔室壁覆蓋物132。
如圖1A所顯示，ESC 102係位於電漿處理腔室118中。在一些實施例中，ESC 102包括陶瓷板106、接合層108、基部板110、及加熱器(未顯示)。陶瓷板106可包括升起頂表面，該升起頂表面係配置以在處理期間支撐晶圓104。接合層108係配置以將陶瓷板106緊固至基部板110。該接合層108亦可作為陶瓷板106與基部板110之間的斷熱接縫(thermal break)。在一些實施例中，基部板110可由鋁材料、或任何其他材料或材料組合所製成，其中所述材料可提供足夠的電性傳導、熱傳導、及機械強度支持ESC 102的操作。在一些實施例中，基部板110包括複數冷卻通道112，該複數冷卻通道112係配置以流動冷卻流體而在陶瓷板中、及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。在一實施例中，加熱器係設置在陶瓷板106與接合層108之間。在一些實施例中，加熱器包括配置以在陶瓷板中形成二個溫度區域的內加熱元件及外加熱元件。廣義而言，ESC 102的構件的結構特徵係配置以共同運作以在陶瓷板中、及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻，而這因此控制處理期間的晶圓104溫度。ESC 102及其構件的結構特徵係更詳細描述於下。
在一些實施例中，控制系統122係使用於控制CCP處理系統的各種構件。在一示例中，如圖1A所示，控制系統122可連接至ESC 102、RF源124、幫浦126、及氣體源128。控制系統122包括通信至、監測、及控制該CCP處理系統的處理器、記憶體、軟體邏輯、硬體邏輯、及輸入及輸出子系統。在一些實施例中，控制系統122包括一或更多配方，該一或更多配方包括操作該系統所用的複數設定點及各種操作參數(例如，電壓、電流、頻率、壓力、流率、功率、溫度等)。
如圖1A所進一步繪示，系統可包括單一RF源124、或能夠產生可用於達成各種調整特性的頻率的複數RF源。如圖所示，該單一RF源124係連接至ESC 102，並且係配置以將RF信號提供至ESC 102。在一示例中，RF源可產生範圍約27MHz至約60MHz的頻率，並具有約50W至約10kW之間的RF功率。在另一實施例中，氣體源128係連接至電漿處理腔室118，並且係配置以將所欲的處理氣體注入電漿處理腔室118。在將RF信號提供至ESC 102並且將處理氣體注入腔室118後，接著在上電極116與ESC 102之間形成電漿120。該電漿120可用於蝕刻晶圓104的表面。
在一些實施例中，幫浦126係連接至電漿處理腔室118，並且係配置以能夠在操作電漿處理期間進行電漿處理腔室118的真空控制以及從電漿處理腔室118移除氣體副產物。在一些實施例中，電漿處理腔室118包括設置在ESC 102上方的上電極116。在一些實施例中，上電極116係電性連接至參考接地電位、或可為經偏壓的、或是耦接至第二RF源(未顯示)。
圖1B繪示感應耦合電漿(ICP)處理系統的示例。在一配置中，該ICP系統亦稱作變壓耦合電漿(TCP)處理系統。該系統包括電漿處理腔室118，該電漿處理腔室118包括ESC 102、介電窗134、及TCP線圈136(內線圈138及外線圈140)。該ESC 102係配置以支撐晶圓104(當存在時)。
在一實施例中，ESC 102包括陶瓷板106、接合層108、基部板110、及加熱器(未顯示)。接合層108係配置以將陶瓷板106緊固至基部板110。在一些實施例中，基部板110包括複數冷卻通道112，該複數冷卻通道112係配置以流動冷卻流體而在陶瓷板中、及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。在一些實施例中，加熱器包括配置以在陶瓷板中形成二個溫度區域的內加熱元件及外加熱元件。
進一步顯示的是偏壓RF產生器141、以及耦接至TCP線圈136的RF產生器142。在一示例性腔室中，RF產生器142係在約13.56MHz的頻率下操作，而偏壓用的偏壓RF產生器141係在約400kHz的頻率下操作。此外，在此示例中，所供應功率可高達約6kW，且在一些實施例中可供應高達10kW的功率。如所顯示，偏壓匹配電路系統144耦接在RF產生器141與ESC 102之間。TCP線圈136係經由匹配電路系統146而耦接至RF產生器142，其中該匹配電路系統146包括往內線圈(IC)138及外線圈(OC)140的連接件。雖然未顯示，在一些實施例中，幫浦係連接至電漿處理腔室118，而能夠在操作電漿處理期間進行腔室的真空控制以及從該腔室移除氣體副產物。
圖2A繪示ESC 102的實施例，該ESC 102係用於支撐電漿處理系統的腔室內的晶圓104。如所顯示，ESC 102包括基部板110、設置在該基部板110上方的接合層108(未顯示)、以及設置在該接合層108上方的陶瓷板106，其中該陶瓷板106具有用於支撐晶圓104的升起頂表面216。在一實施例中，陶瓷板106的升起頂表面216包括配置以在處理期間支撐晶圓104的區域。在一些實施例中，陶瓷板106的升起頂表面216係由複數升起結構的共平面頂表面所形成，其中該複數升起結構的共平面頂表面係稱作最小接觸區域點，所述最小接觸區域點係配置以在處理期間支撐晶圓104。根據一些實施例，在處理期間晶圓104被最小接觸區域點所支撐的情況下，該等最小接觸區域點的側部之間的區域提供流體(例如，氦氣)對於晶圓104背側的流動，以增強對晶圓104的溫度控制。在其他實施例中，還可提供將晶圓104從ESC 102升起的控制系統。
圖2B繪示圖2A所顯示的ESC 102的橫截面A-A。如所顯示，ESC 102包括陶瓷板106、接合層108、基部板110、夾持電極202、內加熱元件204、及外加熱元件206。在一些實施例中，陶瓷板106包括配置以在處理期間支撐晶圓104的升起頂表面216。陶瓷板106包括由距離D1所界定的環狀加熱器退縮區域203。如所顯示，距離D1係從陶瓷板106的升起頂表面216的外直徑延伸至外加熱器206的外直徑。在一實施例中，距離D1係介於約1mm與約20mm之間、或是介於約2mm與約20mm之間。在另一實施例中，距離D1係介於約3mm與7mm之間，而在又另一實施例中約為5mm。在一些實施例中，環狀加熱器退縮區域203係配置以當晶圓104在處理期間被設置在升起頂表面216上方時為晶圓104提供冷邊緣溫度區域。
在一些實施例中，陶瓷板106包括一或更多夾持電極202，該一或更多夾持電極202係使用於產生將晶圓104固持至陶瓷板106的升起頂表面216的靜電力。在一些實施例中，夾持電極202可包括配置以進行雙極操作的二個分離夾持電極202，在雙極操作中係在該二個分離夾持電極之間施予差分電壓而產生將晶圓104固持至陶瓷板106的升起頂表面216的靜電力。在其他實施例中，可使用機械夾具以將晶圓104固持至陶瓷板106的升起頂表面216。
在一些實施例中，接合層108係設置在陶瓷板106與基部板110之間，並且係配置以將陶瓷板緊固至基部板。接合層108亦作為陶瓷板106與基部板110之間的斷熱接縫。接合層108可由矽材料、或是具有高的熱轉移係數以促進陶瓷板及環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻的任何其他材料類型所製成。在一些實施例中，接合層108係配置以具有薄的或減低的厚度以促進從基部板的熱傳導冷卻的流動。
如圖2B所進一步繪示，內加熱元件204及外加熱元件206係設置陶瓷板106的底表面與接合層108之間。在一實施例中，交流電(AC)加熱器212係連接至外加熱器元件206，而交流電(AC)加熱器214係連接至內加熱元件204。AC加熱器係配置以輸送功率至內加熱元件204及外加熱元件206。當啟動AC加熱器時，內加熱元件204及外加熱元件206產生熱，而這因此為ESC分別提供中心圓形區域溫度帶及環狀區域溫度帶。舉例而言，在一實施例中，內加熱元件204係以同心方式而配置在中心圓形區域內，該同心方式係從鄰近中心線210的點開始圓形地朝外延伸並遠離該中心線210，而形成外直徑約為230mm的內加熱元件。因此，當啟動AC加熱器214時，內加熱元件204產生熱，而因此使該ESC具有中心圓形區域溫度帶。在另一實施例中，外加熱元件206係配置在圍繞著該中心圓形區域的環狀區域中。在一些實施例中，外加熱元件206係圓形地延伸，並具有大約236mm的內直徑以及大約285mm的外直徑。取決於環狀加熱器退縮部203的所選尺寸D1，可調整外加熱器元件206的外直徑。因此，當啟動AC加熱器212時，外加熱器元件206產生熱，而因此使該ESC具有環狀區域溫度帶。
如圖2B所進一步繪示，基部板110係設置在陶瓷板106與接合層108下方。在一實施例中，基部板110可由例如鋁的導電材料所製成。在一些實施例中，當將冷卻流體加壓灌注通過冷卻通道112時，可將基部板110使用作為熱交換器而冷卻陶瓷板及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域203。在一些實施例中，冷卻通道112係以同心方式而圓形地配置在基部板110內。舉例而言，冷卻通道112可從鄰近基部板的中心點處開始以同心方式圓形地朝外延伸朝向基部板的周緣。因此，冷卻通道112的配置可從基部板的中心點延伸朝向鄰近基部板周緣的點。因此，當冷卻流體流經冷卻通道112時，其通過基部板的各種區域而形成陶瓷板及陶瓷板的環狀加熱器退縮區域中的熱傳導冷卻。在一些實施例中，冷卻通道112各者可具有相同或不同尺寸、形狀、幾何形狀、容積、表面積、或是滿足陶瓷板的熱傳導冷卻需求的任何配置。舉例而言，可將冷卻通道112配置以具有特定的接觸表面積及容積，而促進流經冷卻通道112的冷卻流體的特定流率及量。
在一些實施例中，ESC 102包括設置在陶瓷板106的底表面與基部板110的頂表面之間的周緣密封件208。該周緣密封件208係進一步沿著接合層108的徑向周長及基部板110的升起頂表面的徑向周長而設置。在一實施例中，周緣密封件208係配置以防止電漿120組份及處理副產物材料進入內部區域，其中陶瓷板106及基部板110係在所述內部區域處與接合層108連接。
在一些實施例中，濾波電路211係連接至AC加熱器212、AC加熱器214、及RF源124。該濾波電路211係配置以當RF源124運作時防止AC加熱器燒壞。舉例而言，當RF源124運作並將功率輸送至ESC 102時，濾波電路211係配置以阻擋RF返回電流回到AC加熱器。
圖3A繪示圖2B所顯示的ESC 102的一部分在藉由冷卻器302的熱傳導冷卻期間的部分放大圖。如所顯示，控制系統122係連接至冷卻器302，並且配置以啟動冷卻器302以在設定點溫度進行操作。在一些實施例中，控制系統122連續地監測冷卻器302的操作，並確保該冷卻器302保持在設定點溫度的範圍內。當啟動冷卻器302時，該冷卻器302係配置以將冷卻流體流動通過基部板110的冷卻通道112，而導致陶瓷板106及陶瓷板106的環狀加熱器退縮部203的熱傳導冷卻。在各種實施例中，可使用各種類型的冷卻流體，例如水、或是例如氟化液的冷卻劑液體。陶瓷板106的環狀加熱器退縮部203的熱傳導冷卻產生沿著陶瓷板的周緣區域的冷邊緣溫度區域308，該冷邊緣溫度區域308將沿著晶圓邊緣的晶圓溫度保持在比晶圓的其他區域更低的溫度。
在一示例中，當啟動冷卻器302時，冷卻流體係處於設定點溫度而離開冷卻器302，並且被加壓灌注通過基部板110的冷卻通道112。當冷卻流體通過冷卻通道112時，該冷卻流體藉由熱傳導冷卻而降低基部板110及陶瓷板的各種區域處的溫度。加熱器使其附近區域中的溫度上升，而這抵銷由於冷卻流體所導致的冷卻。因此，沿著陶瓷板環狀加熱器退縮區域203的溫度係低於加熱器所在的陶瓷板的區域的溫度。在冷卻流體離開基部板110後，該冷卻流體係以處在大於設定點溫度的溫度而返回冷卻器302，而該冷卻流體係在冷卻器302處被冷卻器302冷卻。
在另一實施例中，為了進一步控制環狀加熱器退縮區域203處的溫度，能夠調整冷卻器設定點的溫度。舉例而言，若需要使沿著環狀加熱器退縮區域203的溫度較冷，則可將冷卻器302的設定點溫度設定成在較冷溫度下流動。在一些實施例中，由於冷卻器設定點在晶圓104的絕大部分下方的冷卻通道112中流動冷卻流體，因此若冷卻流體的冷卻增強時能夠提高加熱器(例如，內加熱元件204及外加熱元件206)的溫度。這允許冷卻環狀加熱器退縮區域203而仍將晶圓104的其他部分的溫度保持恆定。在一些實施例中，可連續測量與陶瓷板106的環狀加熱器退縮區域203相關的溫度數據，以判斷該溫度數據是否落在基於該設定點溫度而規劃的溫度數值內。這可助於控制晶圓溫度並維持所欲的處理條件。
如ESC 102的一部分的部分放大圖所顯示，圖3A提供由冷卻器302所導致的熱傳導冷卻的概念式圖解。舉例而言，如圖3A所示，當啟動冷卻器302時，冷卻流體流入基部板110的冷卻通道112。產生熱傳導冷卻，而這使得熱從陶瓷板106及環狀加熱器退縮區域203流動朝向基部板110。如圖3A所進一步繪示，該圖式提供熱從外加熱元件206流動朝向基部板110及陶瓷板106的概念式圖解。圖3A中所顯示的ESC部分繪示出基部板110、設置在基部板110上方的接合層108、以及設置在接合層108上方的陶瓷板106。
在所顯示的示例中，該複數冷卻通道的外直徑冷卻通道112a係設置在接合層108的一部分、陶瓷板106的一部分、以及環狀加熱器退縮區域203下方。在一實施例中，該外直徑冷卻通道112a可部分位於環狀加熱器退縮區域203下方。在一些實施例中，外直徑冷卻通道112a的至少一部分係位於與陶瓷板的環狀加熱器退縮區域203相對的基部板的區域中。在一實施例中，外直徑冷卻通道112a具有矩形形狀，而矩形形狀的頂部部分係在環狀加熱器退縮區域203下方水平對準。
在一些實施例中，基部板110內的冷卻通道112的位置形成與接合層108相鄰的介面壁314。該介面壁314從冷卻通道112的頂部部分垂直延伸至接合層108的底表面，並且係由距離D3所界定。在一些實施例中，距離D3可約為3.6mm。在其他實施例中，介面壁314的距離D3不小於約1mm且不大於約6mm。透過使介面壁314保持在減低厚度，能夠對在陶瓷板106中使用冷卻流體流動的熱傳導冷卻產生較佳影響。
如圖3A所進一步顯示，在一實施例中，外加熱元件206係設置在陶瓷板106的底表面與接合層108之間。在一些實施例中，外加熱元件206係從陶瓷板106的環狀加熱器退縮區域203嵌入，使其不會干擾冷卻通道的熱傳導冷卻。舉例而言，外加熱元件206係經配置而不在陶瓷板106的環狀加熱器退縮區域203下方延伸。此結構特徵促進由冷卻流體的流動導致的環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻，原因在於該外加熱元件206不直接位於環狀加熱器退縮區域203下方且不干擾流動朝向冷卻通道112的熱。
在一些實施例中，接合層108可由矽材料、或是具有高的熱轉移係數以促進陶瓷板及環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻的任何其他材料類型所製成。該接合層108可由厚度D2所界定。接合層108的厚度D2係從該接合層的底表面延伸至該接合層的頂表面。在一實施例中，接合層108的厚度D2可約為0.75mm。在其他實施例中，厚度D2的範圍可從約0.1mm並小於約2mm。在其他實施例中，設定該厚度D2不小於約1mm。藉由將D2保持在減少的厚度，能夠改善該基底板110中的冷卻流體流動所導致的熱傳導冷卻。
如圖3A所進一步顯示，陶瓷板106係設置在接合層108上方。陶瓷板106包括由距離D1所界定的環狀加熱器退縮區域203。當環狀加熱器退縮區域203係藉由基部板中的冷卻流體的流動而被熱傳導冷卻時，冷邊緣溫度區域308係沿著陶瓷板的環狀加熱器退縮區域203形成。如所顯示，距離D1係從升起頂表面216的外直徑延伸至外加熱元件206的外直徑。在一實施例中，距離D1的範圍可從約2mm至約10mm、或是為冷卻晶圓104邊緣所要求的任何距離。在一些實施例中，環狀加熱器退縮區域203係設置在接合層108的一部分上方、以及至少沿著基部板110的外直徑而設置的該複數冷卻通道112的一部分上方。陶瓷板106的厚度係由D5所界定。厚度D5係從陶瓷板106的底表面延伸至陶瓷板106的升起頂表面216。在一實施例中，陶瓷板106的厚度D5可約為4.5mm。
如圖3A所進一步顯示，在處理期間，晶圓104係被陶瓷板106的升起頂表面216所支撐。在一些實施例中，當晶圓104位於陶瓷板的頂表面上時，晶圓104的晶圓懸垂部分312朝外延伸超出升起頂表面216的外直徑一段距離D4。距離D4係從升起頂表面216的外直徑延伸至晶圓邊緣304。在一實施例中，距離D4可約為2mm。
在一些實施例中，在陶瓷板106的冷邊緣溫度區域308與環狀區域溫度帶316的邊界介面(例如，外加熱元件的外直徑與環狀加熱器退縮區域之間的邊界介面)處存在著溫度轉變區域310。如圖3A所繪示，當啟動冷卻器302時，冷卻流體流動通過冷卻通道112，這將陶瓷板及環狀加熱器退縮區域203冷卻至基於冷卻器設定點溫度而規劃的溫度值。由於啟動冷卻器302所造成的環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻形成冷邊緣溫度區域308，而這因此使沿著晶圓104邊緣的晶圓104部分相對於晶圓的其餘部分保持在較低溫度。如上所述，外加熱元件206係配置在ESC 102的環狀區域中。
當外加熱元件206產生熱時，該外加熱元件206對ESC 102的環狀區域加熱，而這因此形成環狀區域溫度帶316。因此，在陶瓷板106的冷邊緣溫度區域308與環狀區域溫度帶316的邊界處存在溫度轉變區域310。在一些實施例中，從冷邊緣溫度區域308至環狀區域溫度帶316的溫度梯度係均勻的，並且從其中一區域逐漸變化至另一者。
圖3A-1繪示陶瓷板106的溫度區域(例如，冷邊緣溫度區域308、環狀區域溫度帶316、中心圓形區域溫度帶320)及相應溫度轉變區域310的溫度圖表。如圖所示，溫度係沿著Y-軸繪製，而陶瓷板距離係沿著X-軸繪製。該圖表顯示冷邊緣溫度區域308、環狀區域溫度帶316、及中心圓形區域溫度帶320的溫度係從約12°C至約20°C。尤其，冷邊緣溫度區域308係位於環狀加熱器退縮區域203處，其中該環狀加熱器退縮區域203係從陶瓷板106的升起頂表面216的外直徑延伸至邊界介面318(例如，外加熱元件206的外直徑)。在一示例中，如圖所示，沿著冷邊緣溫度區域308(例如，D1)的溫度係從約12°C至約18°C。在另一實施例中，環狀區域溫度帶316係從邊界介面318延伸至外加熱元件206的內直徑，而溫度係從約18°C至約20°C。中心圓形區域溫度帶320係從內加熱元件204的外直徑延伸至陶瓷板的大約中心點。應當理解的是，圖3A-1所繪示的實際溫度僅為示例，而該等範圍將取決於所執行的處理而改變。溫度轉變區域310將藉由本文所述的結構設計特徵而有利地啟用。
如圖3A-1所進一步繪示，溫度轉變區域310包括邊界介面318，該邊界介面318將冷邊緣溫度區域308與環狀區域溫度帶316分隔。在一實施例中，由於二個區域的冷卻及加熱特性的差異，因此陶瓷板的溫度係沿著溫度轉變區域310而從較低溫度逐漸上升至較高溫度。舉例而言，冷邊緣溫度區域308不具有加熱元件，而環狀區域溫度帶316包括外加熱元件。溫度轉變區域310繪示溫度從冷邊緣溫度區域308逐漸且穩定上升至環狀區域溫度帶316，而不是從一區域至另一者的逐步或劇烈溫度轉變。溫度轉變區域310包括距離D6及距離D7，其中該距離D6係冷邊緣溫度區域308內的一部分，而該距離D7係環狀區域溫度帶316內的一部分。在一實施例中，距離D6及距離D7約為2mm。
圖4繪示圖2B所顯示的ESC 102的一部份的部分放大圖。在所繪示的實施例中，ESC 102包括基部板110、設置在該基部板110上方的接合層108、以及設置在該接合層108上方的陶瓷板106，其中該基部板110具有形成在該基部板內的複數冷卻通道112。該複數冷卻通道112各者可具有相同或不同尺寸、形狀、幾何形狀、容積、及表面積，以促進冷卻流體的流動。舉例而言，如圖4所繪示，位於基部板的中心線210附近的冷卻通道具有矩形橫截面，且具有寬度D8及高度D9。各冷卻通道的寬度D8及高度D9可為相同或不同的，並取決於ESC 102的熱傳導冷卻需求。在一示例中，寬度D8可約為9.0mm，而高度D9可約為21mm。在另一實施例中，如上所述，距離D3不小於約1mm且不大於約6mm，並且從冷卻通道112的頂部部分延伸至接合層108的底表面。
圖5A繪示內加熱元件204及外加熱元件206的俯視圖的實施例。如上所述，內加熱元件204及外加熱元件206係設置在陶瓷板106的底表面與接合層108之間。內加熱元件204係配置在與陶瓷板106的底表面相鄰的中心圓形區域中。在所繪示的示例中，內加熱元件204係從鄰近ESC 102的中心點的點開始圓形地朝外延伸，而形成外直徑約為230mm的內加熱元件204。外加熱元件206係配置在圍繞著中心圓形區域並與陶瓷板106的底表面相鄰的環狀區域中。在一些實施例中，該外加熱元件206係圓形地朝外延伸朝向ESC 102的周緣，並且具有約為236mm的內直徑及約為285mm的外直徑。
如圖5A所進一步繪示，AC加熱器212係連接至外加熱元件206的輸入連接件及輸出連接件，而AC加熱器214係連接至內加熱元件204的輸入連接件及輸出連接件。AC加熱器212及AC加熱器214係配置以將功率輸送至相應的加熱元件。當啟動AC加熱器時，內加熱元件204及外加熱元件206產生熱，而因此分別在陶瓷板106內形成中心圓形區域溫度帶320及環狀區域溫度帶316。如上所述，僅存在二個加熱器使設計複雜度減低，並有助於減低與新增構件(例如，交流電(AC)盒、控制系統、加熱器RF過濾器等)相關的成本。
圖5B繪示ESC 102的俯視圖的實施例，其顯示該ESC 102中的各種溫度帶。在一實施例中，ESC 102可具有冷邊緣溫度區域308、環狀區域溫度帶316、及中心圓形區域溫度帶320。冷邊緣溫度區域308的位置係沿著陶瓷板106的周緣。冷邊緣溫度區域308係由冷卻器設定所控制點，而形成不具有加熱器的間接溫度調整區域。在一實施例中，冷邊緣溫度區域308具有約285mm的內直徑及約295mm的外直徑。如上所述，冷邊緣溫度區域308係位於陶瓷板106的環狀加熱器退縮區域203內。在一實施例中，冷邊緣溫度區域308係在啟動冷卻器302以在設定點溫度進行操作時所產生。接著，冷卻流體流動通過冷卻通道112並在陶瓷板106的環狀加熱器退縮區域203中造成熱傳導冷卻。
在一實施例中，冷卻通道112的形狀及接觸表面積可助於促成環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻而產生冷邊緣溫度區域308。舉例而言，具有矩形橫截面且具有比傳統設計更大的寬度及高度的冷卻通道112使流體接觸的接觸表面積增大。這可改善熱轉移係數並使陶瓷板的環狀加熱器退縮區域203及其他區域的熱傳導冷卻增加。
在另一實施例中，厚度減低的接合層108可助於促成環狀加熱器退縮區域203的熱傳導冷卻。舉例而言，厚度減半的接合層可使熱轉移係數加倍，而這因此促進陶瓷板的環狀加熱器退縮區域203及其他區域的熱傳導冷卻。因此，在晶圓104處理期間，冷邊緣溫度區域308係由冷卻器設定點溫度所控制，其中該冷卻器設定點溫度控制著沿著該冷邊緣溫度區域的晶圓部分的溫度。控制晶圓104的溫度並將其保持在所欲溫度可助於改善晶圓上的蝕刻速率及均勻性，以滿足經蝕刻特徵部的底部臨界尺寸(CD)輪廓的需求。
在一些實施例中，環狀區域溫度帶316具有約236mm的內直徑及約285mm的外直徑。在一實施例中，環狀區域溫度帶316係在AC加熱器212將功率輸送至外加熱元件206並因此產生熱時而形成。在另一實施例中，中心圓形區域溫度帶320係從鄰近ESC 102的中心點的點開始，並且具有約231mm的外直徑。在一實施例中，中心圓形區域溫度帶320係在AC加熱器214將功率輸送至內加熱元件204並因此產生熱時而形成。
因此，ESC 102可具有三個溫度帶，例如冷邊緣溫度區域308、環狀區域溫度帶316、及中心圓形區域溫度帶320。由於環狀加熱器退縮區域203不具有在其區域下方延伸的任何加熱元件，因此冷邊緣溫度區域308係被動地依靠由冷卻器設定點溫度、以及循環通過基部板的冷卻通道的冷卻流體的流動所造成的熱傳導冷卻。環狀區域溫度帶316及中心圓形區域溫度帶係受到相應外加熱元件206及內加熱元件204、以及冷卻器所造成的熱傳導冷卻所影響。這三個溫度帶配置可減低系統及操作成本，原因在於使操作ESC 102所需的構件數量減少。
圖5C繪示ESC 102的俯視圖的實施例，其顯示ESC 102的熱轉移模擬結果。在一示例中，熱轉移模擬顯示ESC 102的溫度範圍從約13.7°C至約22.8°C。在一實施例中，冷邊緣溫度區域308(其具有約285mm的內直徑及約295mm的外直徑)具有約13.7°C的溫度。在另一實施例中，環狀區域溫度帶316(其具有約236mm的內直徑及約285mm的外直徑)的溫度範圍介於約21.0°C與約14.0°C之間。在另一實施例中，中心圓形區域溫度帶320(其係從鄰近ESC 102的中心點的點開始並且具有約231mm的外直徑)具有約20.0°C的溫度。
一般而言，由於中心圓形區域溫度帶320及環狀區域溫度帶316係受到冷卻器及加熱元件的組合所影響，而冷邊緣溫度區域308主要係受到冷卻器導致的冷卻效果所影響，因此該冷邊緣溫度區域308相對於該中心圓形區域溫度帶320及該環狀區域溫度帶316將大致處於較低溫度或相等溫度。圖5C所顯示的溫度僅作為示例，且應當理解的是，實際溫度將取決於所執行的處理(包括功率設定、冷卻器設定等)而改變。然而，該溫度圖表係實用以說明如何相對於該ESC的其他部分而對該冷邊緣進行控制。
圖6根據一些實施例顯示圖1A的控制系統122的示意圖。雖然未顯示，但在圖1B的TCP系統中係使用類似控制系統122。在一些實施例中，係將控制系統122配置成處理控制器以控制在電漿處理系統中執行的半導體製造處理。在各種實施例中，該控制系統122包括處理器601、儲存硬體單元(HU)603(例如，記憶體)、輸入HU 605、輸出HU 607、輸入/輸出(I/O)介面609、I/O介面611、網路介面控制器(NIC)613、及數據通信匯流排615。該處理器601、儲存HU 603、輸入HU 605、輸出HU 607、I/O介面609、I/O介面611、及NIC 613係透過數據通信匯流排615而彼此數據通訊。輸入HU 605係配置以接收來自複數外部裝置的數據通訊。輸入HU 605的示例包括數據獲取系統、數據獲取卡等。輸出HU 607係配置以將數據傳送至複數外部裝置。
輸出HU607的示例為裝置控制器。NIC 613的示例包括網路介面卡、網路配接器等。I/O介面609及I/O介面611各者係界定以在與該I/O介面耦接的不同硬體單元之間提供相容性。舉例而言，可將I/O介面609界定以將從輸入HU 605接收的信號轉化成數據通信匯流排615相容的形式、振幅、及/或速度。同樣地，可將I/O介面611界定以將從數據通信匯流排615接收的信號轉化成輸出HU 607相容的形式、振幅、及/或速度。雖然在本文中係將各種操作描述成由控制系統122的處理器601所執行，但應當理解的是在一些實施例中，各種操作可由控制系統122的複數處理器及/或由與控制系統122數據通訊的複數計算系統的複數處理器所執行。
在一些實施例中，係使用控制系統122以部分基於所感測的數值而控制各種晶圓製造系統中的裝置。舉例而言，控制系統122可基於所感測的數值及其他控制參數而控制閥617、過濾器加熱器619、晶圓支撐結構加熱器621、幫浦623、及其他裝置625的其中一或更多者。閥617可包括與控制背側氣體供應部系統、處理氣體供應部系統、及溫度控制流體循環系統相關的閥。控制系統122接收從例如壓力計627、流量計629、溫度感測器631、及/或其他感測器633(例如，電壓感測器、電流感測器等)所感測的數值。還可將控制系統122使用以在晶圓104上執行電漿處理操作期間控制電漿處理系統內的處理條件。舉例而言，控制系統122可控制從處理氣體供應系統供應至電漿處理腔室的處理氣體的類型及量。此外，控制系統122可控制對於夾持電極202的DC供應操作。控制系統122還可控制對於升降銷的升降裝置的操作。控制系統122還控制背側氣體供應系統及溫度控制流體循環系統的操作。控制系統122還控制幫浦126的操作，而這控制著將氣體副產物從腔室118移除。應當理解的是，控制系統122係經配備以提供對於該電漿處理系統內的任何功能的編程及/或手動控制。
在一些實施例中，控制系統122係配置以執行電腦程式，所述電腦程式包括用於控制處理時間、處理氣體輸送系統溫度、壓力差、閥位置、處理氣體的混合、處理氣體流率、背側冷卻氣體流率、腔室壓力、腔室溫度、晶圓支撐件結構溫度(晶圓溫度)、RF功率位準、RF頻率、RF脈衝、阻抗匹配系統設定、懸臂組件位置、偏壓功率、及特定處理的其他參數的指令組。在一些實施例中，可使用在與控制系統122相關的記憶裝置上所儲存的其他電腦程式。在一些實施例中，存在與控制系統122相關的使用者介面。使用者介面包括顯示器635(例如，設備及/或處理條件的顯示螢幕及/或圖像軟體顯示器)、以及例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等的使用者輸入裝置637。
用於指引控制系統122的操作的軟體得以許多不同方式進行設計或配置。用於指引控制系統122的操作以執行處理序列中的各種晶圓製造處理的電腦程式可被編寫於任何習知的電腦可讀編程語言中，例如：組合語言、C、C++、Pascal、Fortran等。編譯物件編碼或腳本係藉由處理器601加以執行，以執行該程式中所認證的任務。控制系統122可經編程以控制與處理條件相關的各種處理控制參數，例如過濾器壓差、處理氣體組成及流率、背側冷卻氣體組成及流率、溫度、壓力、電漿條件(例如，RF功率位準及RF頻率)、偏壓、冷卻氣體/流體壓力、及腔室壁溫度等。可在晶圓製造處理期間受到監控的感測器示例包括但不限於質量流量控制模組、壓力感測器(例如，壓力計627)、以及溫度感測器631。經適當編程的回饋及控制演算法可與來自這些感測器的數據一起使用，以控制/調整一或更多處理控制參數而維持所欲的處理條件。
在一些實行例中，控制系統122為較大製造控制系統的一部份。此製造控制系統可包括半導體處理設備，而該半導體處理設備包括處理工具、腔室、及/或晶圓處理平台、及/或特定處理構件(例如，晶圓基座、氣體流動系統等)。可將這些製造控制系統與電子元件進行整合以在處理晶圓之前、期間、及之後控制它們的操作。控制系統122可控制該製造控制系統的各種構件或子部件。取決於晶圓處理需求，可將控制系統122進行編程以控制本文所揭露的任何處理，包括處理氣體的輸送、背側冷卻氣體的輸送、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、流率設定、流體輸送設定、定位及操作設定、與特定系統連接或接合的一工具及其他傳輸工具及/或負載鎖室的晶圓傳輸進出。
廣義來說，可將控制系統122定義成具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，以接收指令、發送指令、控制操作、啟用晶圓處理操作、啟用端點測量等。所述積體電路可包括以韌體形式儲存程式指令的晶片、數位訊號處理器(DSP)、定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如，軟體)的一或更多微處理器或微控制器。程式指令得為以各種獨立設定(或程式檔案)形式而被傳送至控制系統122的指令，而定義出用於在系統內的晶圓上執行特定步驟的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為製程工程師所定義之配方的一部分，以在將一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒的製造期間完成一或更多的處理步驟。
在一些實行例中，控制系統122可為電腦的一部分、或耦接至電腦，所述電腦係整合並耦接至所述電漿處理系統，或以其他方式與所述系統網路連接，或是其組合。例如，控制系統122可位於「雲端」、或FAB主電腦系統的全部或一部分中而可允許晶圓處理的遠端存取。電腦可使對系統的遠端存取能夠監控加工操作的當前進程、檢視過去加工操作的歷史、檢視來自複數加工操作的趨勢或性能度量、變更當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或是開始新的處理。在一些示例中，遠端電腦(例如，伺服器)可透過網路向系統提供處理配方，其中該網路可包括區域網路、或網際網路。
遠端電腦可包括使用者介面，而能夠對參數及/或設定進行輸入或編程，所述參數及/或設定則接著從遠端電腦傳送至系統。在一些示例中，控制系統122接收數據形式的指令，其中所述指令係指明一或更多操作期間待執行之各處理步驟所用的參數。應當理解的是，所述參數可特定於在電漿處理系統內待執行的處理類型。因此，如上所述，控制系統122可例如藉由包括一或更多離散控制器而進行分佈，其中所述離散控制器係彼此以網路連接且朝向共同的目的(例如本文所述的步驟與控制)而運作。為此目的所分佈的分散控制器示例將係位於電漿處理系統上的一或更多積體電路，其與遠端設置(例如，位於平台層或作為遠端電腦的一部分)、且結合以控制腔室上之處理的一或更多積體電路連通。
不具限制地，控制系統122可連接的示例性系統可包括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、清潔腔室或模組、晶邊蝕刻腔室或模組、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、以及可能有關於或使用於半導體晶圓之加工及/或製造中的任何其他半導體處理系統。如上所述，取決於工具所待執行的一或更多處理步驟，控制系統122可連通至一或更多其他工具電路或模組、其他工具組件、群集式工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中所使用的工具，而將基板的容器帶進及帶出半導體製造工廠的工具位置、及/或裝載埠口。
本文所述的實施例亦可與各種電腦系統配置組合實施，其中所述電腦系統配置包括手持硬體單元、微處理器系統、基於微處理器或可編程消費者電子元件、迷你電腦、大型電腦等。本文所述的實施例亦可與分散計算環境組合實施，在該分散計算環境中係透過網路連結的遠端處理硬體單元而執行任務。應當理解的是，本文所述的實施例(尤其係與控制系統122相關聯的實施例)可使用各種電腦-實施操作，其中該電腦-實施操作涉及在電腦系統中所儲存的數據。這些操作係需要對物理量進行物理操縱的操作。本文所述的任何操作(其形成實施例的一部分)係實用的機器操作。所述實施例亦與執行這些操作的硬體單元或設備相關。可將設備為特殊用途電腦進行專門建構。當電腦被定義成特殊用途電腦時，該電腦還可執行並非為特殊用途的一部分的其他處理、程式執行或常用程式，而仍能夠操作該特殊用途。在一些實施例中，所述操作可由通用電腦進行處理，其中該通用電腦係透過儲存在電腦記憶體、快取中、或是透過網路取得的一或更多電腦程式而選擇性啟動或配置。當數據係透過網路取得時，數據可透過該網路上的其他電腦(例如，計算資源的雲端)而進行處理。
本文所述的各種實施例可透過處理控制指令加以實施，其中所述處理控制指令例如為非瞬態電腦-可讀媒體中的電腦-可讀編碼。非瞬態電腦-可讀媒體係可儲存數據的任何數據儲存硬體單元，其中該數據可後續由電腦系統所讀取。非瞬態電腦-可讀媒體的示例包括硬碟、網路附接儲存器(NAS)、ROM、RAM、光碟-ROM(CD-ROM)、可錄式CD(CD-R)、可複寫CD(CD-RW)、磁帶、以及其他光學及非光學數據儲存硬體單元。非瞬態電腦-可讀媒體可包括分散在網路-耦接電腦系統上的電腦-可讀有形媒體，使得電腦-可讀編碼係以分散形式進行儲存及執行。
雖然前述揭露係為了清楚理解的目的而包括某些細節，但將顯而易知的是可在隨附申請專利範圍的範疇內實施某些變更及修改。舉例而言，應當理解的是，可將來自本文所揭露的任何實施例的一或更多特徵與本文所揭露的任何其他實施例的一或更多特徵組合。因此，所呈現的實施例係被視為說明性而非限制性的，且所請專利並不受限於本文所給定的細節，而是可在所述實施例的範疇及均等物內進行修改。
102:ESC 104:晶圓 106:陶瓷板 108:接合層 110:基部板 112:冷卻通道 112a:外直徑冷卻通道 114:邊緣環 116:上電極 118:電漿處理腔室 120:電漿 122:控制系統 124:射頻(RF)源 126:幫浦 128:氣體源 130:限制環 132:腔室壁覆蓋物 134:介電窗 136:TCP線圈 138:內線圈 140:外線圈 141:偏壓RF產生器 142:RF產生器 144:偏壓匹配電路系統 146:匹配電路系統 202:夾持電極 203:環狀加熱器退縮區域 204:內加熱元件 206:外加熱元件 208:周緣密封件 210:中心線 211:濾波電路 212,214:交流電(AC)加熱器 216:升起頂表面 302:冷卻器 308:冷邊緣溫度區域 310:溫度轉變區域 312:晶圓懸垂部分 314:介面壁 316:環狀區域溫度帶 318:邊界介面 320:中心圓形區域溫度帶 601:處理器 603:儲存硬體單元(HU) 605:輸入HU 607:輸出HU 609,611:輸入/輸出(I/O)介面 613:網路介面控制器(NIC) 615:數據通信匯流排 617:閥 619:過濾器加熱器 621:晶圓支撐結構加熱器 623:幫浦 625:其他裝置 627:壓力計 629:流量計 631:溫度感測器 633:其他感測器 635:顯示器 637:使用者輸入裝置 D1,D3,D4,D6,D7:距離 D2,D5:厚度 D8:寬度 D9:高度
透過參照下方的實施方式並結合隨附圖式可更加理解本揭露，其中：
圖1A根據本揭露的實行例繪示用於蝕刻操作的電容式耦接電漿(CCP)處理系統的實施例。
圖1B根據本揭露的實行例繪示感應耦合電漿(ICP)處理系統的示例。
圖2A根據本揭露的實行例繪示用於支撐電漿處理系統的腔室內的晶圓的靜電卡盤的實施例。
圖2B根據本揭露的實行例繪示圖2A所顯示的靜電卡盤的橫截面A-A。
圖3A根據本揭露的實行例繪示由圖2B所顯示的靜電卡盤的一部分在透過冷卻器進行熱傳導冷卻期間的部分放大圖。
圖3A-1根據本揭露的實行例繪示陶瓷板的溫度區域及相應溫度轉變區域的溫度圖表。
圖4根據本揭露的實行例繪示圖2B所顯示的靜電卡盤的一部分的部分放大圖。
圖5A根據本揭露的實行例繪示內加熱元件及外加熱元件的俯視圖的實施例。
圖5B根據本揭露的實行例繪示靜電卡盤的俯視圖的實施例，其顯示靜電卡盤中的各種溫度帶。
圖5C根據本揭露的實行例繪示靜電卡盤的俯視圖的實施例，其顯示靜電卡盤的熱轉移模擬結果。
圖6根據本揭露的實行例顯示圖1A的控制系統的示意圖。
102:ESC
106:陶瓷板
110:基部板
216:升起頂表面

Claims (19)

  1. 一種靜電卡盤，包括： 基部板； 接合層，設置在該基部板上方； 陶瓷板，具有設置在該接合層上方的底表面，該陶瓷板具有用於支撐基板的升起頂表面，該升起頂表面具有外直徑；以及 加熱器，設置在該陶瓷板的該底表面與該接合層之間，該加熱器包括內加熱元件及外加熱元件，該內加熱元件係配置在與該陶瓷板的該底表面相鄰的中心圓形區域中，而該外加熱元件係配置在圍繞著該中心圓形區域並與該陶瓷板的該底表面相鄰的環狀區域中，其中該外加熱元件的外直徑係從該陶瓷板的環狀加熱器退縮區域嵌入，該環狀加熱器退縮區域係介於該升起頂表面的該外直徑與該外加熱元件的該外直徑之間； 其中該基部板包括複數冷卻通道，該複數冷卻通道係設置在該內加熱元件下方、該外加熱元件下方以及該環狀加熱器退縮區域下方，且該複數冷卻通道各者係配置以流動冷卻流體以在該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中產生熱傳導冷卻。
  2. 如請求項1之靜電卡盤，其中該複數冷卻通道係配置以在該基部板中循環該冷卻流體，其中該複數冷卻通道的外直徑冷卻通道係設置在該環狀加熱器退縮區域下方。
  3. 如請求項2之靜電卡盤，其中該外直徑冷卻通道具有形成在該基部板內的矩形形狀，該矩形形狀的頂部部分係在該環狀加熱器退縮區域下方水平對準。
  4. 如請求項2之靜電卡盤，其中該外直徑冷卻通道形成與該接合層相鄰且位於該環狀加熱器退縮區域下方的介面壁。
  5. 如請求項4之靜電卡盤，其中該介面壁具有不小於約1 mm且不大於約6 mm的尺寸。
  6. 如請求項1之靜電卡盤，其中該加熱器係接合至該陶瓷板的該底表面。
  7. 如請求項1之靜電卡盤，其中該接合層的厚度係介於約0.1 mm與小於約2 mm之間。
  8. 如請求項7之靜電卡盤，其中該接合層的厚度約為0.75 mm。
  9. 如請求項1之靜電卡盤，其中該環狀加熱器退縮區域係介於約2 mm與約10 mm之間。
  10. 如請求項2之靜電卡盤，其中被設置在該環狀加熱器退縮區域下方的該複數冷卻通道的該外直徑冷卻通道使得該外直徑冷卻通道的至少一部分位於與該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域相對的該基部板的區域中。
  11. 如請求項1之靜電卡盤，其中該接合層係設置在該基部板與該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域之間，以使用該冷卻流體提供該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域的該熱傳導冷卻。
  12. 如請求項1之靜電卡盤，當該基板係設置在該升起頂表面上方時，該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域的該熱傳導冷卻為該基板提供冷邊緣區域。
  13. 如請求項1之靜電卡盤，其中溫度轉變區域係在該外加熱元件的該外直徑與該環狀加熱器退縮區域之間的介面處而提供於該陶瓷板中，其中該環狀加熱器退縮區域係退縮遠離該外加熱元件的該外直徑。
  14. 如請求項1之靜電卡盤，其中該外加熱元件不在該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域下方延伸，且該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域係設置在該接合層的一部分上方以及至少在沿著該基部板的外直徑而設置的該複數冷卻通道的其中一者的一部分上方。
  15. 一種對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法，該靜電卡盤包括陶瓷板及基部板，該方法包括： 在該基部板與該陶瓷板之間提供內加熱元件及外加熱元件，其中該外加熱元件的位置係遠離該陶瓷板的環狀加熱器退縮區域； 將冷卻流體沿著該基部板中所設置的複數冷卻通道流動，其中該複數冷卻通道的至少一者係設置在該環狀加熱器退縮區域下方，該冷卻流體係配置以在該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域中造成熱冷卻，以當基板被設置在該靜電卡盤上方時為該基板提供冷邊緣區域； 啟動複數交流電(AC)加熱器，該等AC加熱器係連接至該外加熱元件及該內加熱元件；以及 啟動冷卻器以在設定點溫度進行操作，該啟動該冷卻器係用以控制該冷卻流體的流動而對該陶瓷板及該環狀加熱器退縮區域進行熱冷卻。
  16. 如請求項15之對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法，更包括： 操作控制器，以管理該冷卻器在該設定點溫度進行操作的控制。
  17. 如請求項15之對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法，更包括： 將該複數冷卻通道配置在該基部板中以循環該冷卻流體，其中該複數冷卻通道的外直徑冷卻通道係設置在該環狀加熱器退縮區域下方。
  18. 如請求項15之對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法，更包括： 在該基部板上方提供接合層，該接合層具有約0.1 mm與小於約2 mm之間的厚度。
  19. 如請求項15之對靜電卡盤的區域進行熱冷卻的方法，更包括： 測量與該陶瓷板的該環狀加熱器退縮區域相關的溫度數據，以及 判斷該溫度數據是否落在基於該設定點溫度而規劃的溫度值內。
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