TWI403617B - 在一基板上用於溫度之空間及時間控制之裝置 - Google Patents

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Description

在一基板上用於溫度之空間及時間控制之裝置
本發明係關於基板支撐物。更特定言之，本發明係關於用於在電漿處理期間在基板上實現均勻溫度分佈之方法及裝置。
典型電漿蝕刻裝置包含一反應器，其中具有一或多種反應氣體流經的一處理室。該處理室內，通常藉由射頻能量將氣體離子化為電漿。電漿之高度反應離子能夠與材料反應，例如正在處理為積體電路(IC)之半導體晶圓的一表面上之聚合物光罩。蝕刻前，將晶圓放置於處理室內並藉由將晶圓之頂部表面曝露於電漿的卡盤或固定器固定於適當位置。該技術中已知若干類型之卡盤(有時也稱為支持台)。卡盤提供等溫表面並用作晶圓之散熱器。一類型中，藉由機械夾緊構件將半導體晶圓固定就位以便進行蝕刻。另一類型之卡盤中，藉由卡盤與晶圓之間的電場產生之靜電力將半導體晶圓固定就位。本發明可應用於兩種類型之卡盤。
一典型電漿蝕刻操作中，電漿反應離子在半導體晶圓之表面上與材料部分發生化學反應。一些程序導致晶圓某種程度的加熱，但大多數加熱係由電漿導致的。另一方面，藉由晶圓之溫度上升將電漿內材料與晶圓材料之間的化學反應速率加速至某一程度。晶圓上各顯微點處的局部晶圓溫度及化學反應速率在某種程度上相關，使得若橫跨其面積的晶圓溫度變化過大，可容易地導致晶圓表面上材料蝕刻之有害不均勻性。大多數情形下，非常需要蝕刻均勻至幾乎完美的程度，否則製造之積體電路器件(IC)將具有不合需要地偏離標稱值之電子特徵。另外，隨著晶圓直徑大小的增加，以下問題會變得困難，即確保各批次之IC與越來越大之晶圓的一致性。某些其他情形中，需要能夠控制晶圓之表面溫度，以獲得自訂輪廓。
晶圓溫度在反應離子蝕刻(reactive ion etching；RIE)期間上升的問題係眾所周知的，過去已經過各種嘗試來控制RIE期間之晶圓溫度。圖1說明在RIE期間控制晶圓溫度的一種方式。晶圓104底部與固定晶圓104之卡盤106的頂部之間的單一薄空間102內，容許單一壓力下的惰性冷卻劑氣體(例如氦或氬)。此方法稱為背側氣體冷卻。
在卡盤周圍處，除在卡盤106外邊緣大約自1延伸至5 mm的平滑密封平台外，通常無o環或其他邊緣密封，以便減少冷卻劑洩漏。不可避免地，若無任何彈性體密封，密封平台中存在顯著及漸進的壓力損失，使得晶圓104之邊緣不充分地冷卻。因此晶圓104之邊緣附近產生的熱在可有效傳導至卡盤前，必須明顯地向內徑向流動。晶圓104頂部箭頭106說明加熱晶圓104之輸入通量。箭頭110說明晶圓104內之熱流動。此說明為何卡盤邊緣區始終趨於比其他表面部分更熱。說明2說明晶圓104上之典型溫度分佈。晶圓104之周邊部分的壓力損失使晶圓104周邊部分更熱。
解決區域冷卻需要之一方式為改變表面粗糙度或切割浮雕圖案以有效改變局部接觸面積。此一方案可在完全無背側冷卻劑氣體的情況下使用，該情形中接觸面積、表面粗糙度及夾力決定傳熱。然而局部接觸面積僅可藉由重新加工卡盤來調整。解決區域冷卻需要之另一方式為使用壓力變化之冷卻劑氣體以增加並微調熱傳輸。但浮雕圖案實質上仍為固定的。藉由將卡盤表面分割為不同區域，其中存在或不存在作為分割器之較小密封平台，並將分離冷卻氣體供應至各區域，可實現更大程度之獨立空間控制。對各區域之氣體供應可具有不同組成物，或者可設定為不同壓力，從而改變熱傳導。可在配方控制下設定各區域之操作狀況，或者在各程序步驟期間加以動態穩定。此方案依靠重新分配來自電漿之輸入熱通量並將其驅動至不同區域內。此在較高功率通量下較為有效，但在較低功率通量下僅提供較小溫差。例如，若採用每cm2 大約3至6 W之均勻通量及大約3 mm之密封平台，可使中心獲得邊緣熱梯度，其在晶圓周邊附近產生10℃至30℃之溫度增加。此大小之熱梯度作為一程序控制參數可非常有效。例如，電漿密度之徑向變更或反應器佈局之不對稱性，其可影響關鍵程序性能度量值，抵消了適當的基板溫度圖案。然而，某些程序可在低功率下運行，例如多閘極程序，其可僅具有每cm2 0.2 W之通量。除非平均傳導極低，其非常難以控制且趨於導致不充分總體冷卻，否則僅存在極小差動，通常小於5℃。
因此，需要一種在反應離子蝕刻及類似程序期間不需要顯著電漿熱通量而控制半導體晶圓溫度之方法及裝置。本發明的一主要目的為解決這些需要及進一步提供相關優點。
一種用於一基板之一溫度之控制的裝置具有一溫度控制基底、一加熱器、一金屬板、一介電材料層。該加熱器與該金屬板之一下側熱耦合，同時與該金屬板電性絕緣。加熱器可由多個獨立控制區域組成，以賦予一空間分解熱圖案。用於各加熱器區域之溫度回授與控制其熱輸出的適當電源供應連接。一第一黏合材料層將該金屬板及該加熱器焊接至該溫度控制基底之頂部表面，該黏合劑擁有使熱圖案可在變化外部程序狀況下得以保持的實體特性。一第二黏合材料層將該介電材料層焊接至該金屬板之一頂部表面。該介電材料層形成一靜電夾緊機制並支撐該基板。將高電壓連接至介電部分，以實現基板之靜電夾緊。
本文說明的本發明具體實施例係針對用於基板之支撐物。熟習技術人士應即瞭解如後之本發明詳細說明僅為示範性質，而無論在任何方面皆非為其限制。對於熟習技術人士，經受惠於本說明後其本身即可瞭解本發明的其他具體實施例。現將詳細參考如附圖所示之本發明的實作方案。在圖式及如後詳細說明全篇中，將利用相同的參考表示編號以表示相同或相似的元件。
為了清楚起見，並非所有本文所述之實施方案的如常特性皆加以顯示及說明。當然，可以瞭解為了達成發展者的特定目標，在任何實際實施的發展中必須作許多特別的實施決定，如配合相關應用及商業限制，而這些特別目標會隨不同實施及不同發展者而改變。另外，必須瞭解此等發展努力或為複雜且耗時，然對於熟諳本項技術之人士而言，經受惠於本揭示後或為進行例行工程。
本發明之可調諧靜電卡盤為用於在電漿增強及熱增強反應中控制基板之處理溫度的裝置。該裝置可在來自程序的變化數量之外部熱負載下保持固定基板溫度，亦可提供與時間成函數關係的刻意溫度變化。該裝置還可賦予空間分解溫度簽章並在程序期間將其保持於基板上。
可調諧靜電卡盤對外部程序之熱能量輸入作出回應，平衡來自位於裝置內之熱源的能量，從而保持裝置上的期望表面溫度。在靜態熱動力狀況下，增加來自該等加熱器來源之熱能量將升高表面溫度；減少熱能量會降低表面溫度。因此，依此方式控制熱能量提供表面溫度之時間修改。此外，空間分解熱源，即具有與位置成函數關係的變化熱能量之熱源，可提供空間溫度控制之能力。藉由控制裝置表面溫度，與裝置表面較佳地熱耦合之基板亦將得益於該裝置所使用的相同溫度控制。
基板溫度顯著影響半導體程序。提供半導體之表面溫度的時間及空間控制之能力代表用於器件製造之極強大特徵。然而，裝置之傳熱特性應在空間上一致。不能實現此傳熱特性可產生不合需要之溫度簽章，其在不使用極昂貴及不實際控制方案(例如個別控制迴路之極高密度)的情況下無法加以修正。
圖3說明處理室302，其具有用於基板306之溫度之時間及空間控制的裝置304。裝置304包含溫度控制基底308、黏合材料層310、加熱器膜312、金屬板314及介電材料層316。
基底308可包括採用近似基板306之長度及寬度尺寸製造的主動冷卻金屬支撐部件。冷卻介質319保持基底308之溫度。將基底308之頂部表面加工至高平坦度。一項使用200 mm或300 mm矽晶圓之具體實施例中，基底308之整個頂部表面上的變更可小於0.0003"。
金屬板314之頂部及底部表面採用高平坦度(表面變更在0.0005"內)及平行度(表面變更在0.0005"內)製成。金屬板314之厚度足以將熱源(例如加熱器膜312)之空間圖案充分傳輸至金屬板314正下方並與之緊密接觸。一項具體實施例中，金屬板314可包括具有大約0.040"之厚度的鋁板。
加熱器312可為薄及撓性聚醯亞胺加熱器膜，其係焊接至金屬板314之底側。加熱器312可由多個電阻元件構成，其圖案佈局係設計成實現完成裝配件之表面上的空間溫度控制。為防止任何潛在的電性問題，加熱元件與金屬板314電性絕緣。撓性加熱器312與金屬板314緊密接觸。一項具體實施例中，加熱器312包括聚醯亞胺加熱器膜，其具有大約0.010"之厚度，而表面變更在0.0005"內。
使用均勻沉積的機械撓性黏合劑310將金屬板314及加熱器312兩者附著於基底308。藉由具有高度平行度的此黏合材料層310分離金屬板314及基底308。黏合材料層310具有高度尺寸及導熱率，其定義加熱元件312與外部程序間的適當傳熱。傳熱係數可由加熱元件及外部程序所使用之相對功率位準來決定。一項具體實施例中，黏合材料層310可包括聚矽氧焊接層，其具有大約0.17 W/m－°K至大約0.51 W/m－°K之傳熱係數。一項具體實施例中，黏合材料層310之厚度範圍可從大約0.013"至大約0.040"，而厚度變更(即平行度)在0.001"內。圖4內之曲線圖說明厚度變更要求之重要性。對於固定傳熱係數(由標稱黏合層厚度及黏合層導熱率定義)，所得表面溫度非均勻性將隨平行度增加而增加。為避免由不需要之熱非均勻性導致的器件製造問題，必須最小化黏合層厚度變更，因此需要具有可實現此要求之設計的裝置。
再次參考圖3，可將介電材料薄層316沉積(經由CVD、噴塗等等)於金屬板314之頂部表面上，以形成靜電夾緊機制。熟習技術人士將認識到任何傳統上使用的具有高場崩潰強度及對外部程序之化學阻抗的材料可得以使用(例如氧化鋁、氮化鋁、氧化釔等等)。介電材料層316之厚度及表面狀況可定義為固定力及傳熱特徵對基板306賦予金屬板314之空間溫度圖案。一項具體實施例中，介電材料層316具有大約0.002"之厚度，而表面變更在0.001"內。
可對加熱器312之加熱元件及金屬板314(其與介電材料316耦合)應用分離絕緣之電連接322及324，以便採用獨立電源供應(靜電卡盤(ESC)電源供應318及加熱器電源供應320)分別提供該等特徵之控制。絕緣電連接之範例稍後在圖10中加以例示及說明。
採用透過下方層內穿透508接觸金屬板的一或多個測量探針實現表面溫度之區域控制，如圖5所示。探針502係回授迴路506之部分，其用於一或多個加熱元件510之控制，視需要可將探針輸出穿過過濾方案504，以消除測量信號上之任何射頻雜訊，從而使裝置可在包含射頻功率之環境中進行操作。假設先前已定義較小高度尺寸之金屬板，其係將加熱器熱圖案充分傳輸至裝置表面所需要的，從而可獲得表面溫度之適當精確估計。
圖6說明處理室602之另一具體實施例，其具有用於基板606之溫度之時間及空間控制的裝置604。裝置604包含溫度控制基底608、黏合材料層610、加熱器膜612、陶瓷板614及介電材料層616。冷卻介質519保持基底608之溫度。第一電源供應620經由電連接器624向加熱器612供應電源。第二電源供應618經由電連接器622向介電材料層616供應電源。基底608、黏合材料層610、加熱器612及介電材料層616先前已在圖3內予以說明。電連接之範例稍後也在圖10中加以例示及說明。將加熱器612沉積於陶瓷板614而非金屬板314之下側，如圖3所示。例如，陶瓷板614可包括氮化鋁或氧化鋁。陶瓷板614之厚度使得熱源(加熱器612)之空間圖案充分傳輸至金屬板614正下方並與之緊密接觸。加熱器612不必與陶瓷板614電性絕緣。一項具體實施例中，基底608具有大約0.0003"之頂部表面變更。黏合材料層610之厚度範圍可從大約0.013"至大約0.040"，而頂部及底部表面變更在0.0003"內且平行度(頂部表面變更－底部表面變更)在0.001"內。加熱器612具有大約0.010"之厚度，而底部表面變更在0.0005"內。陶瓷板614具有大約0.040"之厚度，而頂部表面變更在0.0005"內且底部表面變更在0.0002"內。介電材料層616(其係塗布於陶瓷板614上)具有大約0.002"之厚度，而頂部表面變更在0.001"內。可將介電材料層616沉積(經由CVD、噴塗等)於加熱器板614(由金屬或陶瓷製成)之表面上。亦需要沉積適當特性之導電材料以形成夾緊電極。
圖7說明處理室702之另一具體實施例，其具有用於基板706之溫度之時間及空間控制的裝置704。裝置704包含溫度控制基底708、黏合材料層710、加熱器膜712、陶瓷或金屬板714、黏合材料層715及介電材料層716。冷卻介質719保持基底708之溫度。第一電源供應720經由電連接器724向加熱器712供應電源。第二電源供應718經由電連接器722向介電材料層716供應電源。基底708、黏合材料層710、715及加熱器712先前已在圖3及6內予以說明。將加熱器712沉積於陶瓷或金屬板714之下側。介電層716為分離組件，其包含導電電極及適當絕緣膜以形成一靜電夾緊機制，可具有大約0.040"之厚度，並且可具有0.001"內之頂部及底部表面變更。使用黏合材料層715將分離及預製造之介電材料層716附著於金屬或陶瓷板714。電連接之範例稍後也在圖10中加以例示及說明。
採用透過下方層內穿透808接觸介電板的一或多個測量探針802實現表面溫度之區域控制，如圖8所示。探針802係回授迴路806之部分，其用於一或多個加熱元件810之控制，視需要可將探針輸出穿過過濾方案804，以消除測量信號上之任何射頻雜訊，從而使裝置可在包含射頻功率之環境中進行操作。假設先前已定義較小高度尺寸之介電層，其係將加熱器熱圖案充分傳輸至裝置表面所需要的，從而可獲得表面溫度之適當精確估計。
圖9說明處理室902之另一具體實施例，其具有用於基板906之溫度之時間及空間控制的裝置904，其中黏合材料層910包括焊接材料之頂部層926、實心板928及焊接材料之底部層930。裝置904包含溫度控制基底908、黏合材料層910、加熱器膜912、陶瓷或金屬板914、黏合材料層913及介電材料層916。一項具體實施例中，基底908具有大約0.0003"之頂部表面變更。加熱器膜912具有大約0.010"之厚度，而底部表面變更在0.0005"內。金屬或陶瓷板914具有大約0.040"之厚度，而頂部表面變更在0.0005"內且底部表面變更在0.0002"內。黏合材料層913可具有大約0.004"之厚度。介電材料層916具有大約0.040"之厚度，而頂部及底部表面變更在0.001"內。
冷卻介質919保持基底908之溫度恒定。加熱器電源供應920經由電連接器924向加熱器912供應電源。ESC電源供應918經由電連接器922向金屬板913或介電材料916供應電源。基底908、金屬或陶瓷板914、加熱器912、黏合材料層913及介電材料層916先前已予以說明。電連接之範例稍後也在圖10中加以例示及說明。
可將介電材料層916沉積(經由CVD、噴塗等)於加熱器板914(由金屬或陶瓷製成)之表面上。若使用金屬板，此相同板可用於夾緊電極。若使用陶瓷板，則也需要沉積適當特性之導電材料以形成夾緊電極。
實心板928夾在黏合材料頂部屬926與黏合材料底部層930之間，其係由塑膠材料(例如vespel或torlon)製成。一項具體實施例中，實心板928之厚度範圍可從大約0.006"至大約0.020"，而頂部及底部表面變更(即平行度)在0.001"內。實心板928之導熱率可為大約0.17 W/mK。實心板928之導熱率實質上可類似於黏合材料之頂部及底部層926及930之導熱率。實心板928之導熱率可由加熱元件912及外部程序所使用之相對功率位準來決定。黏合材料頂部層926具有大約0.004"之厚度，而表面變更在.0005"內。黏合材料底部層930之厚度範圍可從大約0.006"至大約0.020"，而頂部及底部表面變更(即平行度)在0.001"內。從而採用機械撓性黏合劑930將實心板928之底部表面附著於基底908。因此採用機械撓性黏合劑926將實心板928之頂部表面附著於加熱器912及金屬或陶瓷板914。另一具體實施例中，可將實心板928之頂部表面加工至表面變更在0.0005"內。
圖10說明電連接器1000之斷面圖，向介電材料層(靜電卡盤－ESC)1002供應電源。接針裝配件1018包含插槽1014、彈簧負載接針1010及塑膠絕緣體1012。ESC電源供應(未顯示)與接針固定器/插槽1014電耦合，其形成垂直彈簧負載接針1010之基底。接針1010之頂端與介電材料層1002之底部表面電性接觸。塑膠絕緣體1012形成一軸，其包覆插槽1014並部分包覆彈簧負載接針1010。彈簧負載接針1010之頂端尖端從塑膠絕緣體1012垂直地突出。加熱器層1004之一部分、黏合層1006及基底1008形成鄰接腔1020，其中駐留接針裝配件1018。
非導電套筒1016包覆接針1010頂端之一部分，其部分包括塑膠絕緣體1012之頂端。採用焊接材料1022，例如聚矽氧黏合劑，將套筒1016之頂部部分與加熱器層1004耦合。套筒1016最小化介電材料1002與接針1010頂端間的實體接觸導致之任何異常熱效應。介電材料1002由加熱器1004加熱。冷卻之基底1008環繞接針裝配件1018。套筒1016最小化經由接針組件1018從介電材料1002向基底1008汲取的熱之數量。腔1020大至足以提供基底1008壁與塑膠絕緣體1012外表面之間的附加空間絕緣。
圖11說明用於控制基板之時間及空間溫度的方法之流程圖。1102處，採用實質上等於基底之長度及寬度尺寸製造金屬板。金屬板之頂部及底部表面採用高平坦度及平行度(例如表面變更在0.0005"內)製成。另一具體實施例中，陶瓷板可替代金屬板。
1104處，將加熱器焊接至金屬板下側。加熱器可包括薄及撓性加熱器膜，其係焊接至金屬板之底側。加熱器亦可包括多個電阻元件，其圖案佈局係設計成實現完成裝配件之表面上的空間溫度控制。例如，可藉由一或多個電阻元件定義區域熱區；加熱器可包括定義徑向外區域及徑向內區域之元件。為防止任何潛在的電性問題，加熱元件與金屬板電性絕緣。加熱器與金屬板緊密接觸。
將加熱器及金屬板裝配件附著於基底前。於1106處，將基底之頂部表面加工至高平坦度，例如表面變更在0.0003"內。1108處，採用黏合材料層將加熱器及金屬板附著於基底之頂部表面。
根據另一具體實施例，於1110處，可在附著於基底後進一步加工金屬板，以提供高平坦度。一項具體實施例中，加工後金屬板之頂部表面變更在0.0005"內。
於1112處，可將介電材料薄層316沉積於金屬板之頂部表面上，以形成靜電夾緊機制。熟習技術人士將認識到任何傳統上使用的具有高場崩潰強度及對外部程序之化學阻抗的材料可用於介電材料316(例如氧化鋁、氮化鋁、氧化釔等等)。根據另一具體實施例，可預製造介電材料並採用黏合材料層將其附著於金屬板之頂部表面。
1114處，可對加熱器之加熱元件及金屬板(其與介電材料耦合)應用分離絕緣之電連接，以便採用獨立電源供應提供該等特徵之控制。可使用圖10內先前說明之電連接器實現電連接。
圖12A、12B及12C說明圖11之流程圖內所說明的方法。圖12A說明金屬板1202及附著加熱器1204組件，其係使用1108中已說明之黏合材料層1208裝配焊接至基底1206。圖12B說明金屬板1202之頂部表面，其係加工至大約0.040"之高度，而附著於基底1206後其頂部表面變更在0.0005"內。圖12C說明採用聚矽氧焊接材料層1212附著於金屬板1202之頂部表面的介電材料層1210。或者，可使用傳統沉積技術將介電材料層1210直接應用於金屬板1202上，從而消除聚矽氧焊接材料1212。
圖13說明用於控制基板之時間及空間溫度的方法之流程圖。1302處，採用與圖11內之1102先前所述之相同方式製造金屬板。1304處，採用與圖11內之1104先前所述之相同方式將加熱器焊接至金屬板下側。
1306處，採用黏合材料層將實心板(例如塑膠板)之底部表面附著於基底之頂部表面。1308處，加工塑膠班之頂部表面，以改善平坦度及平行度。一項具體實施例中，實心板可具有從大約0.006"至大約0.020"之厚度範圍，而表面變更在0.0005"內。
1310處，採用黏合材料層將金屬板及加熱器裝配件附著於塑膠板之頂部表面。或者，可使用傳統沉積技術將介電材料層直接應用於金屬板上，從而消除聚矽氧焊接材料。
1312處，亦可將金屬板之頂部表面加工至基底。此步驟已在圖11之1110處加以說明。
1314處，採用黏合材料層將介電材料層(ESC陶瓷)附著於金屬板之頂部表面。此步驟已在圖11之1112處加以說明。
1316處，可對加熱器之加熱元件及金屬板(其與介電材料耦合)應用分離絕緣之電連接，以便採用獨立電源供應提供該等特徵之控制。此步驟已在圖11之1114處加以說明。可使用圖10內先前說明之電連接器實現電連接。
圖14A、14B及14C及14D說明圖13之流程圖內所說明的方法。圖14A說明塑膠板1402，其係使用對應於圖13之1306處的黏合材料層1406焊接至基底1404。圖14B說明塑膠板1402之頂部表面，其係在附著於基底1404後加工至範圍從大約0.006"至大約0.020"之高度，從而實現0.0005"內之頂部表面變更。圖14C說明金屬板1408及加熱器1410，其係採用對應於圖13內1310之黏合材料層1412裝配附著於塑膠板1402之頂部表面。圖14D說明金屬板1408之頂部表面，其係加工至大約0.040"之厚度，而其頂部表面變更在0.0005"內。採用對應於圖13內1314之黏合材料層1416將介電材料層1414附著於金屬板1408之頂部表面。
圖15說明用於電性連接具有基底、焊接層、加熱器及金屬板之晶圓支撐物的靜電夾之電性終端的方法。1502處，將非導電套筒附著於加熱器之一位置，其係藉由靜電夾之電性終端之一來界定。1504處，將彈簧負載接針置放於絕緣套管內，其曝露接針之尖端。1506處，將具有絕緣套管之接針置放於基底、焊接層、加熱器及金屬板所形成的腔內，從而使套管之頂部部分覆蓋套筒之底部部分。1508處，包括垂直彈簧負載接針之電連接器頂端接觸靜電夾終端之底部表面。
雖既已顯示並說明各項本發明具體實施例及應用，然對獲益於本揭示內容的熟諳本項技術之人士而言應即瞭解，確可對如前所述之內容以外進行更多修改，而無虞悖離於本發明性概念。從而，除後載申請專利範圍之精神外，本發明並不受其他限制。
102．．．空間
104．．．晶圓
106．．．卡盤
302．．．處理室
304．．．裝置
306．．．基板
308．．．溫度控制基底
310．．．黏合材料層
312．．．加熱器膜
314．．．金屬板
316．．．介電材料層
318．．．電源供應
320．．．加熱器電源供應
322．．．電連接
324．．．電連接
506．．．回授迴路
508．．．穿透
510．．．加熱元件
519．．．冷卻介質
602．．．處理室
604．．．裝置
606．．．基板
608．．．溫度控制基底
610．．．黏合材料層
612．．．加熱器膜
614．．．陶瓷板
616．．．介電材料層
618．．．電源供應
620．．．電源供應
622．．．電連接器
624．．．電連接器
702．．．處理室
704．．．裝置
706．．．基板
708．．．溫度控制基底
710．．．黏合材料層
712．．．加熱器膜
712．．．加熱器
714．．．陶瓷或金屬板
715．．．黏合材料層
716．．．介電材料層
718．．．電源供應
719．．．冷卻介質
720．．．電源供應
722．．．電連接器
724．．．電連接器
802．．．測量探針
806．．．回授迴路
808．．．穿透
810．．．加熱元件
902．．．處理室
904．．．裝置
906．．．基板
908．．．溫度控制基底
910．．．黏合材料層
912．．．加熱器膜
913．．．黏合材料層
914．．．陶瓷或金屬板
916．．．介電材料層
918．．．電源供應
919．．．冷卻介質
920．．．加熱器電源供應
922．．．電連接器
924．．．電連接器
926．．．頂部層
928．．．實心板
930．．．底部層
1002．．．介電材料層
1004．．．加熱器層
1006．．．黏合層
1008．．．基底
1010．．．彈簧負載接針
1012．．．絕緣體
1014．．．插槽
1016．．．套筒
1018．．．接針裝配件
1020．．．鄰接腔
1022．．．焊接材料
1202．．．金屬板
1204．．．加熱器
1206．．．基底
1208．．．黏合材料層
1210．．．介電材料層
1212．．．聚矽氧焊接材料層
1402．．．塑膠板
1404．．．基底
1406．．．黏合材料層
1408．．．金屬板
1410．．．加熱器
1414．．．介電材料層
1416．．．黏合材料層
經併入且構成本說明書之一部份的隨附圖式說明本發明之一或更多具體實施例，而連同於該詳細說明，可用以闡釋本發明之各項原理及實作方式。
圖式中：圖1為根據先前技術在程序下固定晶圓之支撐物的正視示意圖。
圖2為根據先前技術說明圖1之裝置內的晶圓溫度及冷卻劑壓力之曲線圖。
圖3為根據本發明之一項具體實施例的圖式，其示意性地說明具有一基底之處理室。
圖4為根據本發明之一項具體實施例說明表面溫度範圍與各層平行度之間的關係之表格。
圖5為根據本發明之一項具體實施例的圖式，其示意性地說明裝置表面溫度控制方案。
圖6為根據本發明之另一具體實施例的圖式，其示意性地說明具有一基底之處理室。
圖7為根據本發明之另一具體實施例的圖式，其示意性地說明具有一基底之處理室。
圖8為根據本發明之另一具體實施例的圖式，其示意性地說明裝置表面溫度控制方案。
圖9為根據本發明之另一具體實施例的圖式，其示意性地說明具有一基底之處理室。
圖10為根據本發明之一項具體實施例的圖式，其示意性地說明一電連接器之斷面圖。
圖11為根據本發明之一項具體實施例的流程圖，其示意性地說明用於在處理期間以空間及時間方式控制一基板上溫度之方法。
圖12A、12B、12C為根據本發明之一項具體實施例的圖式，其示意性地說明內建裝置之斷面圖。
圖13為根據本發明之另一具體實施例的流程圖，其說明用於在處理期間以空間及時間方式控制一基板上溫度之方法。
圖14A、14B、14C、14D為根據本發明之另一具體實施例的圖式，其示意性地說明內建裝置之斷面圖。
圖15為根據本發明之一項具體實施例的流程圖，其示意性地說明用於將電源供應電性連接至基底內之加熱器及靜電電極的方法。
302．．．處理室
304．．．裝置
306．．．基板
308．．．溫度控制基底
310．．．黏合材料層
312．．．加熱器膜
314．．．金屬板
316．．．介電材料層
318．．．電源供應
320．．．加熱器電源供應
322．．．電連接
324．．．電連接

Claims (37)

  1. 一種用於一基板之一溫度之控制的裝置，其包含：一溫度控制基底，其具有一頂部表面，該基底經組態以接收冷卻介質以控制該基底之一溫度；一板，其具有與該板之一底部表面熱耦合的一加熱膜，該板具有一厚度，該厚度適合轉印該加熱膜之一空間圖案至該基板，該板具有一頂部表面，該頂部表面與底部表面係實質上彼此平行且具有表面平坦度大約0.0005英吋的變化；一第一黏合劑層，其中該第一黏合劑層經組態以結合該板及該加熱膜至該溫度控制基底之該頂部表面，該第一黏合劑層具有厚度在0.001英吋以內的變化；以及一介電材料層，其結合至該板之該頂部表面，該介電材料層經組態以形成用於支撐該基板之一靜電夾鉗機制。
  2. 如請求項1之裝置，其中該溫度控制基底之該頂部表面的平坦度在大約0.0005英吋內，該第一黏合劑層係一機械性的彈性黏合劑，其具有不大於0.04英吋的厚度，以及該介電材料層具有表面平坦度在0.001英吋以內的變化。
  3. 如請求項1之裝置，其中該板之一表面尺寸實質上類似於該溫度控制基底之該表面尺寸。
  4. 如請求項1之裝置，其中該板完全由金屬或陶組成，以及該第一黏合劑層具有0.013英吋至0.04英吋的厚度。
  5. 如請求項1之裝置，其中該加熱膜具有表面平坦度在0.0005英吋以內的變化。
  6. 如請求項1之裝置，其中該加熱膜包括電阻加熱元件，其具有在該介電材料層之該表面上提供空間溫度控制的一圖案設計。
  7. 如請求項6之裝置，其中該板係一金屬板，且該等電阻加熱元件經組態以在該金屬板上形成一圖案佈局。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第一黏合劑層具有0.17 W/m-°K至0.51 W/m-°K的一熱傳導係數。
  9. 如請求項1之裝置，其中該板係一氮化鋁的陶板或一氧化鋁的陶板。
  10. 如請求項9之裝置，其中該第一黏合劑層包括一頂部結合材料層、一塑膠板及一底部結合材料層，以及該塑膠板包括一頂部表面及一底部表面，該頂部表面及該底部表面實質上在大約0.001英吋內彼此平行，且該塑膠板具有一0.006英吋至0.020英吋的厚度。
  11. 如請求項10之裝置，其中該第一黏合劑層之一導熱率係基於該加熱膜及一外部程序所使用之該等相對功率位準。
  12. 如請求項10之裝置，其中採用具有一實質較高導熱率及厚度在0.001英吋以內的變化之該底部黏合材料層將該塑膠板之該底部表面結合至該基底之該頂部表面。
  13. 如請求項12之裝置，其中採用具有一實質較高導熱率及厚度在0.0005英吋以內的變化之該頂部黏合材料層將該 塑膠板之該頂部表面結合至該加熱膜。
  14. 如請求項1之裝置，其進一步包含一電連接器，該電連接器具有：一垂直彈簧負載接針，其具有接觸該介電材料層之一底部表面的一頂端，該垂直彈簧負載接針係置放於該基底、該第一黏合劑層、該加熱膜及該板之一腔內；以及一套筒，其經組態以包覆該接針之該頂端的一部分，該套筒僅與該加熱膜及該介電材料層熱耦合，且該套筒不導電。
  15. 如請求項14之裝置，其進一步包含固定該接針之一底端的一插槽。
  16. 如請求項15之裝置，其進一步包含覆蓋該插槽之一塑膠絕緣體蓋子以曝露該接針之該頂端的該接針之一部分。
  17. 如請求項14之裝置，其中該套筒經組態以使該接針之該頂端與該基底內之該腔的一壁電絕緣，且經組態以從該加熱膜傳輸一數量的熱量至該介電材料層，該加熱膜與該板之一下側接觸且該介電材料層利用一第二黏合劑層該板之該頂部表面結合，該基底係由金屬製成且該板係的一鋁板，該鋁板具有具有0.040英吋之一厚度以及具有該頂部表面與該底部表面之表面平坦度在0.0005英吋以內之變化。
  18. 一種製造一基板支撐以用於在電漿處理期間控制一基板之一溫度的方法，其包含：將一加熱器結合至一板之一底部表面，該加熱器與該 板之該底部表面電性絕緣；採用一黏合劑層將該板及該加熱器附著於一溫度控制基底之一頂部表面；以及將一介電材料薄片及一靜電電極附著於該板之一頂部表面上，以形成在電漿處理期間支撐該基板之一靜電夾鉗機制。
  19. 如請求項18之方法，其中該板係具有實質上在大約0.0005英吋內彼此平行之頂部表面及底部表面的一金屬板或一陶板，該方法進一步包含將該基底之該頂部表面加工至大約0.0003英吋內的平坦度。
  20. 如請求項18之方法，其中該板之一表面尺寸實質上類似於該溫度控制基底之一表面尺寸。
  21. 如請求項19之方法，其中該加熱器為一撓性薄膜或包括一或多個電阻加熱元件。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包含採用該等電阻加熱元件在該金屬板上形成一圖案佈局。
  23. 如請求項18之方法，其中該黏合劑層包括一均勻沉積的機械撓性熱絕緣體層。
  24. 如請求項19之方法，其中該黏合劑層包括一實心板，其包括一頂部表面及一底部表面，該頂部表面及該底部表面實質上在大約0.001英吋內彼此平行。
  25. 如請求項24之方法，其中該實心板之一導熱率係以該加熱器及一外部程序所使用之該等相對功率位準之一函數而被選擇的。
  26. 如請求項24之方法，其進一步包含採用具有一實質較高導熱率之一機械彈性黏合劑將該實心板結合至該基底之該頂部表面上。
  27. 如請求項24之方法，其進一步包含採用具有一實質較高導熱率之一機械彈性黏合劑將該實心板結合至該金屬板之該底部表面上。
  28. 如請求項24之方法，其進一步包含在將該金屬板附著於該基底之該頂部表面上後，將該金屬板之該頂部表面加工至大約0.0005英吋內的平坦度。
  29. 一種用於將一電連接器電性連接至具有一基底、一結合層及一加熱器之一晶圓支撐物的一靜電電極之方法，該方法包含：使包括一垂直彈簧負載接針之該電連接器的一頂端接觸該靜電電極之一底部表面，該垂直彈簧負載接針係置放於該基底、該結合層及該加熱器之一腔內；以及採用一套筒包覆該接針之該頂端的一部分，該套筒僅與該加熱器熱耦合且該套筒係一不導電料材。
  30. 如請求項29之方法，其進一步包含採用一插槽固定該接針之一底端。
  31. 如請求項30之方法，其進一步包含(a)採用一塑膠絕緣體蓋子覆蓋該插槽以及該接針之一部分，同時曝露該接針之該頂端，以及(b)採用該套筒使該接針之該頂端與該基底內之該腔的一壁熱絕緣。
  32. 一種製造一支撐組件以用於控制具有至少200mm寬度之一基板之一溫度的方法，其包含：將一加熱器結合至一金屬製或陶製的板之一底部表面，該加熱器與該金屬製或陶製的板之該底部表面電性絕緣；利用一黏合劑層使該金屬製或陶製的板與該加熱器附著於一溫度控制基底之一頂部表面，該黏合劑層具有0.012英吋至0.040英吋之厚度及在0.001英吋以內之厚度變化；以及附著一介電材料薄片及一靜電電極於該金屬製或陶製的板之一頂部表面以形成一靜電夾鉗機制，該介電材料薄片具有用以支撐該基板之一頂部表面。
  33. 如請求項32之方法，其中該加熱器包括具有一圖案設計之多個電阻加熱元件以完成在該介電材料薄片之該頂部表面上的空間溫度控制。
  34. 如請求項32之方法，其進一步包含按規定尺寸製成具有平坦度小於0.0003英吋之變化的該溫度控制基底之該頂部表面，以及沉積具有有效於將該金屬製或陶製的板之一空間溫度圖案給予至該基板之厚度的該介電材料薄片，該介電材料薄片具有表面平坦度在0.001英吋以內之變化。
  35. 如請求項32之方法，其中該金屬製或陶製的板係一金屬板，其具有實質上彼此平行之一頂部表面及一底部表面，且具有不大於約0.040英吋之厚度以及表面平坦度在 0.0005英吋之內的變化，該加熱器包含一薄且彈性的膜，其具有大約0.010英吋之厚度以及表面平坦度在0.0005英吋之內的變化，且該黏合劑層包含一平均沉積機械彈性的熱絕緣層。
  36. 如請求項32之方法，其中該黏合劑層包括具有一頂部表面及一底部表面之一實心板，該頂部表面被加工至表面變化小於0.0005英吋，該頂部表面及該底部表面實質上在大約0.001英吋內彼此平行，該實心板為塑膠且具有0.006英吋至0.020英吋之厚度。
  37. 如請求項36之方法，其中(a)該實心板之該底部表面係使用一機械彈性黏合劑而結合至該基底之該頂部表面，該機械彈性黏合劑具有約0.006英吋至0.020英吋之厚度、一實質上高的熱導係數及在0.001英吋以內的厚度變化，以及(b)該實心板之該頂部表面係使用一機械彈性黏合劑而結合至該金屬製或陶製的板之一下側，該機械彈性黏合劑具有約0.004英吋之厚度、一實質上高的熱導係數及在0.0005英吋以內的厚度變化。
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