TWI722103B - 具有氣孔中之減少孔徑之插塞的高功率靜電夾具以及與其相關的方法和腔室 - Google Patents

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Abstract

一種靜電夾具被描述為承載用於處理(例如高功率電漿處理)的一工件。在實施例中，該夾具包括：一頂板，用以承載該工件，該頂板具有一電極以抓持該工件；一冷卻板，在該頂板的下方，用以冷卻該頂板；一氣孔，通過該冷卻板及該頂板，以通過該頂板向該工件饋送一氣體；及該冷卻板氣孔中的一減少孔徑的插塞，用以通過該孔傳導氣流。

Description

具有氣孔中之減少孔徑之插塞的高功率靜電夾具以及與其 相關的方法和腔室
本案主張Jaeyong Cho等人之標題為「HIGH POWER ESC DESIGN WITH POROUS THROUGH HOLE IN A COOLING PLATE」之於2016年6月21日所提出之第62/352,717號之先前美國臨時申請案的優先權，茲主張其優先權，且主張Jaeyong Cho等人之標題為「HIGH POWER ESC DESIGN WITH POROUS THROUGH HOLE IN A COOLING PLATE」之於2016年6月7日所提出之第62/346,802號的美國臨時申請案，茲主張其優先權。
本說明書關於用以承載用於半導體及微機械處理之工件的靜電夾具，且具體而言是關於夾具中的內部多孔穿通孔。
在製造半導體晶片時，矽晶圓或其他基板在不同的處理腔室中暴露於各種不同處理。腔室可將晶圓暴露於許多不同的化學品及物理處理，其中精密的積體電路產生在基板上。藉由包括化學氣相沉積、物理氣相沉積、磊 晶成長等等的處理來產生構成積體電路的材料層。使用光阻遮罩及濕或乾蝕刻技術來圖樣化材料層的某些部分。基板可為矽、砷化鎵、磷化銦、玻璃或其他適當材料。
在這些製造程序中，電漿可用於沉積或蝕刻各種材料層。電漿處理相對於熱處理提供了許多優點。例如，電漿強化的化學氣相沉積(PECVD)相較於在類同的熱處理中允許在較低溫下且以較高的沉積速率執行沉積處理。PECVD因此允許在較低溫下沉積材料。
用在這些處理中的處理腔室一般包括安置於其中的基板支架、托架或夾具，以在處理期間支撐基板。在某些處理中，托架可包括嵌入式加熱器，該加熱器被調適為控制基板的溫度及/或提供可在處理中使用的高溫。
HAR(高的高寬比)電漿蝕刻使用顯著較高的偏功率以達到無彎曲的輪廓。為了支持HAR以供進行介電蝕刻，功率可增加到20KW，這在ESC(靜電夾具)上帶來了顯著的衝擊。許多目前的ESC設計不能生存在如此高電壓下，該高電壓是高偏功率的直接結果。被設計進ESC的孔洞可能特別受損害。並且，ESC可能在過量的自由基腐蝕黏結劑時經歷升降銷區域中的黏結劑破壞。另一衝擊是，ESC的表面溫度以更高的速率改變。ESC表面的加熱直接正比於所施加的RF電漿功率。熱亦可能是黏結劑破壞的結果。此外，ESC上所承載之晶圓的曲折及晶圓上所建立的電荷亦使得晶圓的去夾持更加困難。
一般程序使用ESC來以施加至晶圓之2MHz 6.5KW的電漿功率來固持晶圓以供進行蝕刻應用。高的高寬比(例如100：1)的應用使用更高的電漿功率。本文中描述一ESC，該ESC以低頻高功率電漿電壓運作以產生高晶圓偏壓。較高的功率由於介電質崩潰及由於設計進ESC之氣孔中的電漿點火將增加ESC的故障。
一種靜電夾具被描述為承載用於處理(例如高功率電漿處理)的一工件。在實施例中，該夾具包括：一頂板，用以承載該工件，該頂板具有一電極以抓持該工件；一冷卻板，在該頂板的下方，用以冷卻該頂板；一氣孔，通過該冷卻板及該頂板，以通過該頂板向該工件饋送一氣體；及該冷卻板氣孔中的一減少孔徑的插塞，用以通過該孔傳導氣流。
10:ESC
12:中心點
14:周邊的點
100:系統
102:腔室主體
103:電箱
104:腔室帽
106:遮蔽環
108:氣體分佈系統
112:側壁
116:底壁
120:處理區域
122:通路
124:通路
125:周緣泵送腔
126:軸
127:腔室襯墊組件
128:托架
129:基底組件
130:桿
131:排氣口
135:周緣環
140:氣體入口通路
141:熱傳輸流體迴路
142:蓮蓬頭組件
143:溫度讀數
144:阻斷板
146:面板
147:冷卻通道
148:環狀基底板
158:介電絕緣體
160:基板傳輸端口
161:基板升降銷
164:泵送系統
165:RF源
170:系統控制器
172:中央處理單元
173:記憶體
174:輸入/輸出介面
175:溫度控制器
177:熱交換器
178:背側氣體源
179:電源
185:質量流量計
186:加熱器
188:冷卻器
202:承載工件
206:定位盤
208:頂板
210:電極
212:中心氣孔
213:氣孔
214:升降銷孔陣列
220:基底板
222:絕緣板
224:接地板
226:支撐板
230:冷卻通道
232:氣體管線
233:孔洞
236:冷卻氣體源
240:氣體通道
242:第一多孔塞
244:頂部
246:第二多孔塞
248:基底
250:上中心孔
252:黏合劑
254:開口
258:孔洞
260:實心蓋
262:減少孔徑的插塞
264:中心管
266:垂直管
302:基底板
304:介電黏合劑層
306:定位盤
308:晶圓
312:電極
320:電連接器或桿
322:電源
324:電源
326:電連接器
328:RF電源
330:冷卻氣孔
332:孔洞
藉由實例而非限制的方式在隨附繪圖的圖式中繪示本發明的實施例，在該等圖式中：圖1為依據本發明的一實施例之ESC在電漿處理腔室中在處理期間之熱影像的圖解；圖2為依據本發明的一實施例之ESC之頂板上之定位盤的頂視圖圖解；圖3為依據本發明的一實施例之ESC的部分橫截面側視圖圖解，圖示頂層及定位盤； 圖4為依據本發明的一實施例之基底板及頂板中之氣孔的部分橫截面側視圖圖解，其中插塞在基底板孔洞中；圖5為依據本發明的一實施例之基底板及頂板中之氣孔的部分橫截面側視圖圖解，其中替代插塞在基底板孔洞中；圖6為依據本發明的一實施例之靜電夾具的橫截面側視圖圖解，其中電壓施加至冷卻板；及圖7為依據本發明的一實施例之包括工件載體之電漿蝕刻系統的圖解。
所述的ESC可承受高功率及高偏電壓。所述的發明性ESC在冷卻板中使用多孔塞以供防止電漿在氦(He)孔中點燃。氦孔供應氦以供進行背側晶圓冷卻。許多ESC使用頂部定位盤中心附近的單獨通道來向晶圓的背側供應氦以供進行冷卻。在ESC的底部處在壓力下施用He，且He被推送通過ESC的頂板或定位盤到定位盤及晶圓背側之間的空間。He孔可能經歷高電壓(RF電力)下的發弧。如本文中所述，可減少或消除ESC中之He孔中的發弧。
圖1為ESC 10在電漿處理腔室中在處理期間之熱影像的圖解。中心點12相對應於氦冷卻氣孔的位置，而三個周邊的點14相對應於升降銷孔的位置。如所示，三個升降銷區域因為黏結劑被局部腐蝕而變得越來越 熱。存在著這些熱點中之晶圓處理的問題，且定位盤及支撐板之間的黏結劑在熱點(升降銷)周圍被腐蝕。將He泵送通過中心氣孔的步驟跨晶圓的背側將氣體推動到周邊，以減少這些位置及其他位置處的溫差。泵送的氣體亦減少晶圓背側附近之自由基的存在，自由基的存在傾向腐蝕將頂板固持至ESC之其餘部分的黏著材料。He是要施加通過中心氣孔12的合適氣體，因為其電特性及導熱性。
圖2為ESC之頂板上之定位盤206的頂視圖圖解。定位盤可具有內電極以固持晶圓(未圖示)。電極是在介電層下方，且被調整為尺寸幾乎與其將固持的晶圓相同。電極電連接至DC電壓源。
可由進一步的周邊氣孔陣列213及升降銷孔陣列214結合中心氣孔212。氣孔允許額外的冷卻氣體被推出晶圓及定位盤之間的空間。升降銷孔允許升降銷延伸通過孔洞以將晶圓推離夾具(去夾持)，使得可移除晶圓以供進行其他或額外處理。可能存在額外孔洞及其他結構來執行其他功能。未圖示加熱器、冷卻通道、電漿處理結構及其他元件以不模糊繪製的圖式。
圖3為ESC的部分橫截面側視圖圖解，圖示圖2的頂板208及定位盤206。頂板被配置為承載工件202，例如矽晶圓或其他項目。在此實例中，工件由頂板中的電極210所產生的靜電力來固持。頂板以介電材料形成，例如陶瓷(例如氮化鋁)，且例如使用黏合劑來安裝至基底板220。基底或冷卻板可以任何合適的材料形成， 例如鋁，以支撐頂板。基底板可包含冷卻通道230、佈線層、導管、管及其他結構(未圖示)，以支撐定位盤及附接至定位盤且由定位盤所承載的晶圓202。
基底板由被支撐板226所承載的接地板224所支撐。以電及熱絕緣體(例如Rexolite®)或另一塑膠或聚苯乙烯、耐熱材料形成的絕緣板222將基底冷卻板與較下的接地及支撐板隔離。底支撐板提供用於電及氣體連接的配件，且提供用於載體的附接點及其他配件。
氣孔213延伸通過頂板208、基底板220、絕緣板222、接地板224及支撐板226以連接至在壓力下供應氣體的氣體管線232。藉由受調控的冷卻氣體源236(例如罐及泵或任何其他類型的來源)向氣體管線供應氣體。如上所述，冷卻氣體可為氦、氮或具有高導熱性的任何其他合適的惰性氣體。任何氣孔(無論是中心的還是周邊的)可具有相同或類似的外觀，且所繪示的孔洞表示任一類型。
圖4為基底板220或冷卻板及頂板208中之氣孔213的放大部分橫截面側視圖圖解。諸如介電定位盤的頂板208使用黏合劑252附接至諸如傳導冷卻板的基底板220。基底板在其及黏合劑之間的頂面上具有介電塗層。這減少了基底板及頂板之間的任何發弧。定位盤在電漿處理及其他處理期間支撐工件(未圖示)(例如晶圓)。在某些實施例中，冷卻板具有被施用為減少定位盤及冷卻板之間的電壓電勢的DC電壓。冷卻板的中心具有用於氣 體管線232的配件，該氣體管線延伸通過冷卻板中的孔洞233，從冷卻板下方通過該孔洞將冷卻氣體提供進冷卻板中的氣體通道240。氣體通道被附接在通道上方的實心蓋260覆蓋。蓋可為鋁，像是以電子束焊接到位的冷卻板。通道開有通過蓋260的孔洞258，該孔洞將氣體饋進冷卻通道中的第一多孔塞242。冷卻通道中的多孔塞將氣體傳導進定位盤中的第二多孔塞246。定位盤中的多孔塞朝晶圓的背側在壓力下將氣體耦接進通過定位盤頂部的中心孔250。若存在更多個冷卻氣孔，則通道可延伸至具有蓋中之相對應孔洞的那些孔洞，以將氣體傳遞通過到相對應的多孔塞。
基底板中及定位盤中的這些腔全部容易發弧。負電壓被耦合至晶圓以將來自蒸氣或電漿的離子轟擊造成在晶圓上。負電壓在晶圓及包括腔的冷卻板之間產生強力的電場，氦被引進該等腔。由於此高電場，可點燃氦的某些部分，且施加至ESC的RF電力集中在點燃氦之處。這可該處造成嚴重的發弧事件。在除了氦以外的其他類型的熱耦合氣體(例如氮、氬等等)的情況下發生相同的現象。
冷卻板中的插塞242減少氣體流過的孔徑。這減少或消除了冷卻板中的發弧。為了提供冷卻，冷卻板一般以導熱材料製造，例如鋁。這允許冷卻板從定位盤吸收熱且將熱導通至冷卻通道230。導熱材料通常亦是導電 的，這允許將工件及定位盤上的電壓傳導至冷卻板。此電壓接著能夠在氣體腔中引發發弧。
可以介電塗層(例如氮化鋁或氧化釔)覆蓋冷卻板中的氣體通道及孔洞及氣體管線側壁。這幫助保護而抵抗發弧且提供從傳導冷卻板到減少孔徑的插塞的電轉移。以其他方式導熱的冷卻板之介電質上的增加幫助在不在冷卻板的孔洞中發弧的情況下允許更高的外部電漿及偏電壓。若插塞242亦為介電的，則其克服冷卻板的導電性。除了是多孔的以允許流動以外，減少孔徑的插塞可可選地具有中心垂直管(未圖示)以允許更高的氣流量。插塞的多孔性允許中心管周圍的額外氣流，將氣流傳導通過冷卻板孔洞而進入定位盤。更具體而言，中心管及多孔材料允許熱氣體(例如氦)從冷卻板流過多孔塞而進入頂板208中的多孔塞246。在某些實施例中，不存在中心管且沒有氦(或任何其他導熱氣體)流過插塞的多孔區域。
冷卻板中的此額外的減少孔徑的插塞242減少晶圓及冷卻板之間所產生的電場密度，在該冷卻板處引入氦以供在晶圓及ESC頂面之間進行熱傳輸。
頂板中的多孔塞具有錐形形狀以將氣體引導至氣孔213。頂板插塞246的基底248比冷卻板中之插塞242的頂部更窄或約為相同尺寸。頂板插塞的頂部244比基底更窄，且其通過通往氣孔213之頂板的頂部將氣體引導進上中心孔250。氣孔放置在工件的背側附近以促進工件及頂板之間的導熱。雖然插塞246被圖示為具有階梯形 狀且其中該階梯形狀在一階梯之後具有更窄的直徑，插塞可具有多個階梯、變窄的錐形直徑或不同錐形效果的組合。
如所示，冷卻板的減少孔徑的插塞242放置進較大的通道240。這些元件兩者被圖示為圓柱形的，但可取決於所需的氣流以及氣流的方向及傳播而採取任何所需的形狀。插塞大約為通道之直徑的一半，且抵著最靠近頂板的通道的頂部而放置。插塞可以合適的黏合劑附接至通道壁。在插塞242上方的通道240中存在開口254以允許氣體從冷卻板插塞流進頂板插塞246。此開口可跟頂板插塞一樣大，如所示，或更小。
兩個多孔塞可以相同或不同的多孔介電材料來製造。可使用各種不同的陶瓷；然而，亦可能存在其他合適的材料。作為實例，插塞可以多孔陶瓷材料製造，例如氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、聚醚醚酮(PEEK)、VELSEL®或任何其他合適的材料。材料的多孔性被選擇為在使用期間允許所需的氣流速率。若多孔性不足以提供充足的氣流速率，則一或更多個小的垂直管可鑽過插塞。
圖5為基底板220及頂板208中之氣孔213的放大部分橫截面側視圖圖解，具有冷卻板中的替代氣流及限制空間且減少孔徑的插塞。可以任何介電插件(例如氧化鋁、AlN或塑膠)替換冷卻板中之圖4的底多孔塞242。插塞在其中具有至少一個管，或冷卻氣體流過孔。插塞減 少了氣體崩潰電壓，但改良了氣體傳導，使得氣體穩定時間及氣體傾卸時間變短。
在圖5的實例中，然而，以氧化鋁或其他介電實心(solid)的減少孔徑的插塞262來替換多孔塞242。可使用任何其他介電的非晶聚合物或其他非多孔材料，包括各種陶瓷。插塞具有中心管264以允許冷卻氣體的流動。其亦可具有中心管側邊的額外垂直管266以允許更高的總流動速率。管的尺寸可被選擇為適合不同溫度及電漿電壓條件以及適合不同的氣流速率。較高的電壓可能需要較小的管來有效地減少氣體崩潰電壓。
在圖5的實例中，諸如介電定位盤的頂板208使用黏合劑252來附接至諸如傳導冷卻板的基底板220。冷卻板的中心具有用於氣體管線232的配件，通過該氣體管線從冷卻板下方通過冷卻板中的通路233將冷卻氣體提供進冷卻板中的通道240。通道將氣體饋送通過通道蓋260中的孔洞258而進入冷卻通道中的下的實心的減少孔徑的插塞262。冷卻通道中的實心插塞將氣體耦接通過一或更多個管而進入定位盤中的上多孔塞246。定位盤中的多孔塞朝晶圓的背側在壓力下將氣體耦接進通過定位盤頂部的中心孔250。作為替代方案，上插塞可被移除或採取任何的各種不同形式。
圖6為具有頂定位盤中之電極之靜電夾具的橫截面側視圖圖解。在所繪示的實例中，夾具為具有AL冷卻或基底板302的ESC。未圖示圖3的其他板以簡化繪 圖。或者，可刪除這些其他板以更佳地適合特定應用。定位盤306以介電黏合劑層304黏合至基底板。黏合劑減弱定位盤及基底板之間的電及熱傳導。定位盤以陶瓷或另一介電質製造。定位盤使用靜電力來固持工件(例如晶圓308)。已在本文中將工件稱為晶圓，雖然夾具可針對各種不同產品及程序承載其他工件。圖解被簡化以便不模糊本發明的特徵。
基底板可包含用於熱流體、氣流、加熱器電源、感測器及包括圖3及7中所示之那些元件的其他元件的許多其他元件、特徵及外部連接。類似地，定位盤可包括加熱器、感測器、液體及氣流通道及通過基底板連接至外部元件的其他特徵。可能在所繪示的基底板下方存在額外的板以供進行實體支撐且以承載這些其他元件中的某些部分。雖然可能存在許多其他額外的特徵，可存在通過夾具基底板及頂板的單一中心冷卻氣孔330，以從晶圓的背側將冷卻及熱傳導氣體(例如氦)承載通過夾具。可存在額外的氣孔及其他孔洞。通過基底板的額外的孔洞332及晶圓可提供給升降銷例如以將晶圓推開夾具以供進行去夾持。孔洞可具有如上所述的限制孔徑的插塞(未圖示)，該插塞為實心或多孔的。
使用電極312(例如定位盤頂面附近的導線網或板，藉由從外部電源322通過基底板及定位盤通過電連接器或桿320向導線網施加電壓，來將該導線網或板充電)來產生用以固持晶圓308的靜電力。雖然僅圖示一個 連接器，可存在多個連接器，且對於電極的不同區段可存在不同極性。外部電源可為AC(交流電)或DC(直流電)電源或兩者。在某些實施例中，施用DC以在電極上產生靜電荷以抓持晶圓。AC可用於相同用途，但亦可用以在晶圓上引發偏電壓及將來自電漿的離子轟擊引發至晶圓上。
諸如導線網的電極312顯示為此橫截面側視圖中之晶圓附近的線路。在頂視圖中，網格為通常正交的交叉導線的網，該網覆蓋定位盤頂面附近的大部分區域。導線可為銅、鋁或鉬。或者，導線網可為嵌入在定位盤中的實心或大部分實心的導電板。板可為若干部件以施加不同的靜電極性或電荷量。可藉由網板印刷、沉積或紡絲來形成諸如導線網的電極312。或者，導電板可被單獨鑄造或加工且接著在形成頂板時放置進頂板。
基底板302亦通過電連接器326耦合至DC電源324。RF電源328亦可使用電連接器326耦合至基底板302。RF電源328可與DC電源322、324中的任一者或兩者相同或不同。供應至冷卻板的電力用以進一步藉由向冷卻板施加電壓來減少冷卻板中之冷卻氣孔330中的電漿點燃電勢。
冷卻板上的電壓可被選擇為相對應於晶圓上的電壓。若晶圓上的電壓是負的，則施加至冷卻板的電壓可為負的。負電壓減少晶圓及冷卻板之間的電勢差。這減少了氣孔中的電場密度。
作為一實例，在晶圓上由RF電漿所引發之-4kV的DC電壓偏壓的情況下，將在晶圓及基底板之間存在4kV或更多的電勢差。若允許基底板的電壓浮動，則差異可更多。另一方面來說，藉由向基底板施加約-2kV的電壓，可減少電勢差一半到約2kV。可使用任何其他的負電壓，且是作為一實例而提供-2kV。對於一般的RF電漿處理而言，相對於施加至冷卻板的偏壓RF電力而負偏壓晶圓。此施加的DC電壓亦減少基底板及晶圓間之定位盤中的電場。
圖7為依據本文中所述之實施例之具有托架128之電漿系統100的部分橫斷面視圖。托架128具有主動冷卻系統，其允許在基板經受許多處理及腔室條件的同時在廣泛的溫度範圍上主動控制定位在托架上之基板的溫度。電漿系統100包括處理腔室主體102，該處理腔室主體具有定義處理區域120的側壁112及底壁116。
托架、載體、夾具或ESC 128通過形成於系統100中之底壁116中的通路122安置在處理區域120中。托架128被調適為在其上表面上支撐基板(未圖示)。基板可為用於由系統100所施用之處理的任何的各種不同工件，該等工件以任何的各種不同材料製造。托架128可可選地包括加熱構件(未圖示)(例如電阻構件)以加熱及將基板溫度控制在所需處理溫度下。或者，可由遠端加熱構件(例如燈組件)加熱托架128。
由軸126將托架128耦合至電力出口或電箱103，該電力出口或電箱可包括控制處理區域120內之托架128之高度及移動的驅動系統。軸126亦包含電力介面以向托架128提供電力。電箱103亦包括用於電力及溫度指示器的介面，例如熱電耦介面。軸126亦包括被調適為可分離地耦合至電箱103的基底組件129。周緣環135被圖示為在電箱103上方。在一個實施例中，周緣環135為被調適作為機械制動器或連接盤(land)的肩部，該機械制動器或連接盤被配置為提供基底組件129及電箱103的上表面之間的機械式介面。
桿130被安置為通過形成於底壁116中的通路124，且用以啟動通過托架128安置的基板升降銷161。基板升降銷161將工件升離托架頂面以允許一般使用通過基板傳輸端口160的自動機(未圖示)移除工件及將工件帶進及帶出腔室。
腔室帽104耦合至腔室主體102的頂端部分。帽104接納耦合至其的一或更多個氣體分佈系統108。氣體分佈系統108包括氣體入口通路140，該氣體入口通路通過蓮蓬頭組件142將反應物及清潔氣體供應進處理區域120。蓮蓬頭組件142包括環狀基底板148，該環狀基底板具有相對於面板146中間地安置的阻斷板144。
射頻(RF)源165耦合至蓮蓬頭組件142。RF源165向蓮蓬頭組件142供電以促進在蓮蓬頭組件 142的面板146及加熱的托架128之間產生電漿。在一個實施例中，RF源165可為高頻射頻(HFRF)電源，例如13.56MHz RF產生器。在另一實施例中，RF源165可包括HFRF電源及低頻射頻(LFRF)電源，例如300kHz RF產生器。或者，RF源可耦合至處理腔室主體102的其他部分(例如托架128)以促進電漿產生。介電絕緣體158安置在帽104及蓮蓬頭組件142之間，以防止將RF電力傳導至帽104。遮蔽環106可安置在托架128在托架128的所需高度接合基板的周邊上。
可選地，冷卻通道147形成於氣體分佈系統108的環狀基底板148中以在操作期間冷卻環狀基底板148。熱傳輸流體(例如水、乙二醇、氣體等等)可循環通過冷卻通道147，使得基底板148被維持在預定義的溫度下。
腔室襯墊組件127非常緊鄰腔室主體102的側壁112地安置在處理區域120內，以防止將側壁112暴露於處理區域120內的處理環境。襯墊組件127包括耦合至泵送系統164的周緣泵送腔125，該泵送系統被配置為從處理區域120排出氣體及副產物且控制處理區域120內的壓力。複數個排氣口131可形成於腔室襯墊組件127上。排氣口131被配置為以促進系統100內的處理的方式允許氣體從處理區域120流到周緣泵送腔125。
系統控制器170耦合至各種不同系統以控制腔室中的製造程序。控制器170可包括溫度控制器175以 執行溫度控制演算法(例如溫度反饋控制)，且可為軟體或硬體或軟體及硬體兩者的組合。系統控制器170亦包括中央處理單元172、記憶體173及輸入/輸出介面174。溫度控制器從托架上的感測器(未圖示)接收溫度讀數143。溫度感測器可在冷卻劑通道附近、水附近或放置在托架的介電材料中。溫度控制器175使用感測的溫度或多個溫度來輸出影響托架組件及電漿腔室外部的熱源及/或散熱器(例如熱交換器177)之間的熱傳輸速率的控制訊號。
系統亦可包括受控的熱傳輸流體迴路141，其中基於溫度反饋迴路來控制流動。在示例實施例中，溫度控制器175耦合至熱交換器(HTX)/冷卻器177。熱傳輸流體通過熱傳輸流體迴路141以由閥所控制的速率流過閥(未圖示)。閥可併入熱交換器或併入熱交換器裡面或外面的泵，以控制熱流體的流動速率。熱傳輸流體流過托架組件中的導管且接著回到HTX 177。藉由HTX增加或減少熱傳輸流體的溫度，且接著流體回傳通過迴路而回到托架組件。
HTX包括加熱器186以加熱熱傳輸流體且藉此加熱基板。可使用熱交換器內之導管周圍的電阻線圈來形成加熱器，或以熱交換器來形成加熱器，其中加熱的流體將熱通過交換器傳導到包含熱流體的導管。HTX亦包括冷卻器188，其從熱流體抽出熱。此步驟可使用放熱器來完成以將熱傾卸進環境空氣或傾卸進冷卻劑流體或以 任何的各種其他方式來完成。加熱器及冷卻器可結合使得溫度受控的流體首先被加熱或冷卻，且接著在熱傳輸流體迴路中將控制流體的熱與熱流體的熱交換。
HTX 177及托架組件中的流體導管之間的閥(或其他流動控制設備)可由溫度控制器175控制以控制到流體迴路之熱傳輸流體的流動速率。溫度控制器175、溫度感測器及閥可結合以簡化構造及運作。在實施例中，熱交換器在熱傳輸流體從流體導管回傳之後感測熱傳輸流體的溫度，且基於流體的溫度及針對腔室的運作狀態的所需溫度來加熱或冷卻熱傳輸流體。
亦可在托架組件中使用電熱器(未圖示)以向托架組件施加熱。電熱器(一般為電阻構件的形式)耦合至由溫度控制系統175所控制的電源179以將加熱器構件通電以獲取所需的溫度。
熱傳輸流體可為液體，例如(但不限於)去離子水/乙二醇、氟化冷卻劑(例如來自3M的Fluorinert®或來自奇異公司(Solvay Solexix Inc.)的Galden®)或任何其他合適的介電流體，例如包含全氟化惰性聚醚的那些介電流體。雖然本說明書在PECVD處理腔室的背景下描述托架，本文中所述的托架可用在各種不同腔室中及用於各種不同的處理。
背側氣體源178(例如加壓氣體供應器或泵及貯氣器)通過質量流量計185或其他類型的閥耦合至夾具組件。背側氣體可為氦、氬或在不影響腔室的處理的情況 下在晶圓及定位盤之間提供熱對流及/或冷卻的任何氣體。氣體源在系統控制器170的控制下通過以下更詳細描述之托架組件的出氣口將氣體泵送到晶圓的背側，系統連接至該系統控制器。
如本文中所述，可在托架頂面及晶圓之間向晶圓的背側供應氣體以改良晶圓及托架之間的熱對流。有效的徑向氣流改良了跨晶圓背側的氣流。可將氣體泵送通過托架組件基底中的通道到托架頂部。通道可包括升降銷孔。質量流量控制器可用以控制通過托架的流量。在真空或化學沉積腔室中，背側氣體針對在處理期間用於加熱及冷卻晶圓的熱傳輸提供媒介。
處理系統100亦可包括未具體圖示於圖1中的其他系統，除了其他物外例如為電漿源、真空泵系統、進出門、微機械加工、雷射系統及自動化處置系統。作為一實例而提供所繪示的腔室，且可取決於工件及所需處理的本質同本發明使用任何的各種其他腔室。所述的托架及熱流體控制系統可被調適為用於同不同的實體腔室及處理使用。
在此說明書中，闡述了許多細節，然而，本領域中具通常知識者將理解的是，可在沒有這些特定細節的情況下實行本發明。在某些實例中，熟知的方法及裝置是以方塊圖形式來圖示而非詳細地圖示，以避免模糊本發明。此說明書各處對於「一實施例」或「一個實施例」的指稱指的是，結合該實施例來描述的特定特徵、結構、功 能或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，此說明書各處之各種地方中的用句「在一實施例中」或「在一個實施例中」的出現不一定指本發明的相同實施例。並且，特定特徵、結構、功能或特性可在一或更多個實施例中以任何合適的方式結合。例如，第一實施例可與第二實施例結合，只要與兩個實施例相關聯的特定特徵、結構、功能或特性不互斥。
如本發明說明書及隨附請求項中所使用的，單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該」欲亦包括複數形式，除非上下文原本就清楚指示。亦將了解的是，如本文中所使用的用語「及/或」指及包括相關聯的列出的項目中的一或更多者的任何及所有可能組合。
用語「耦合」及「連接」以及它們的衍生物在本文中可用以描述元件之間的功能或結構關係。應了解的是，這些用語不欲作為彼此的同義字。反而，在特定實施例中，「連接」可用以指示，二或更多個構件彼此直接實體、光學或電接觸。「耦合」可用以指示，二或更多個構件彼此直接或間接(以它們之間的其他中介構件)實體、光學或電接觸，及/或二或更多個構件彼此合作或交互作用(例如如以因果關係進行)。
如本文中所使用的用語「上方」、「下方」、「之間」及「上」指一個元件或材料層相對於其他元件或層的相對位置，其中這樣的實體關係是值得注意的。例如，在材料層的背景下，安置在另一層上方或下方的一個 層可直接與另一層接觸或可具有一或更多個中介層。並且，安置在兩個層之間的一個層可直接與該兩個層接觸或可具有一或更多個中介層。相較之下，第二層「上」的第一層與該第二層直接接觸。在元件組件的背景下要作出類似的區別。
ESC設計之不同實施例的實例包括用於防止電漿在氦孔中點燃之冷卻板中的多孔塞。
實施例包括以上設計，其中介電插塞放置在冷卻板中的氣孔中。
實施例包括以上設計，其中冷卻板是傳導性的。
實施例包括以上設計，其中介電插塞具有穿通孔或為多孔的，允許氦從冷卻板通過該介電插塞進入頂板中的多孔塞。
實施例包括以上設計，其中冷卻板具有用於氣孔的配件，其中在冷卻板下方將氣體供應進通道而進入冷卻板中的多孔塞。
實施例包括以上設計，其中冷卻板中的通道將氣體饋進定位盤中的多孔塞。
實施例包括以上設計，其中多孔塞朝晶圓背側通過定位盤的頂部將壓力下的氣體耦接進孔洞。
實施例包括以上設計，其中多孔塞以多孔介電材料製造。
實施例包括以上設計，其中多孔塞以多孔陶瓷材料製造，例如氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、聚醚醚酮(PEEK)、VELSEL®或任何其他合適的材料。
實施例包括以上設計，其中以介電塗層(例如氮化鋁或氧化釔)覆蓋冷卻板中的氣體通道及氣孔側壁。
實施例包括以上設計，其中以介電塗層(例如氮化鋁或氧化釔)覆蓋冷卻板的頂部。
實施例包括：用於使用一靜電荷來承載一工件的手段，該承載手段具有用於抓持該工件的手段；用於冷卻用於抓持之該手段的手段；及用於向該工件的該背側輸送一冷卻氣體的手段，用於輸送的該手段包括用於冷卻之該手段中的一多孔介電手段。
實施例包括一種用於使用具有一頂板及一冷卻板的一靜電夾具來處理一工件的方法，該方法包括以下步驟：從該冷卻板通過該頂板通過該頂板中的一氣孔將一冷卻氣體輸送至該工件的該背側，該輸送步驟包括通過該冷卻板中的一介電多孔塞輸送該冷卻氣體。
208:頂板
213:氣孔
220:基底板
232:氣體管線
233:孔洞
240:氣體通道
242:第一多孔塞
244:頂部
246:第二多孔塞
248:基底
250:上中心孔
252:黏合劑
254:開口
258:孔洞
260:實心蓋

Claims (18)

  1. 一種用以承載一工件以供處理的靜電夾具，該靜電夾具包括：一頂板，用以承載該工件，該頂板具有一電極以抓持該工件；一冷卻板，在該頂板下方，用以冷卻該頂板；一氣孔，通過該冷卻板及該頂板，用以通過該頂板向該工件饋送一氣體，其中該冷卻板饋送該氣體進入該頂板中的一插塞，該插塞具有一頂表面和一錐形形狀，該頂表面背對該冷卻板，並且該錐形形狀以從該冷卻板到該頂板的一方向向內錐形化，其中該氣孔的一部分從該插塞的該頂表面延伸通過該頂板；及一減少孔徑的插塞，在該冷卻板中，用以傳導氣流通過該氣孔。
  2. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞防止電漿在該氣孔中點燃。
  3. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞是介電的。
  4. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該冷卻板是傳導性的。
  5. 如請求項1所述之靜電夾具，其中具有該錐形形狀的該插塞是一多孔塞。
  6. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞以一多孔陶瓷材料製造。
  7. 如請求項6所述之靜電夾具，其中該多孔陶瓷材料包括氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、聚醚醚酮(PEEK)、VELSEL®中的至少一者。
  8. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞更包括一中心管以將氣體傳導通過該插塞。
  9. 如請求項8所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞以一實心材料製造。
  10. 如請求項9所述之靜電夾具，其中該減少孔徑的插塞更包括複數個額外的管以將氣流傳導通過該插塞。
  11. 如請求項1所述之靜電夾具，其中以諸如氮化鋁或氧化釔的一介電塗層覆蓋該冷卻板中的該氣孔的一側壁。
  12. 如請求項1所述之靜電夾具，其中以諸如氮化鋁或氧化釔的一介電塗層覆蓋該冷卻板的一頂表面。
  13. 一種用於使用具有一頂板及一冷卻板的一靜電夾具來處理一工件的方法，該方法包括以下步驟：從該冷卻板傳導一冷卻氣體進入該頂板中的一插塞並且通過該頂板中的一氣孔到該工件的一背側，該 插塞具有一頂表面和一錐形形狀，該頂表面背對該冷卻板，並且該錐形形狀以從該冷卻板到該頂板的一方向向內錐形化，其中該氣孔的一部分從該插塞的該頂表面延伸通過該頂板，並且其中傳導該冷卻氣體的步驟包括傳導該冷卻氣體通過該冷卻板中的一減少孔徑的插塞。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該減少孔徑的插塞包括具有一中心管的一實心金屬，以傳導氣體通過穿過該冷卻板的一孔洞。
  15. 如請求項13或14所述之方法，更包括以下步驟：在傳導該冷卻氣體的同時，在一電漿腔室中向該工件施用一電漿。
  16. 一種電漿處理腔室，包括：一電漿腔室；一電漿源，用以在該電漿腔室中產生包含氣體離子的一電漿；及一靜電夾具，用以承載一工件，該靜電夾具包括：用以承載該工件的一頂板，該頂板具有用以抓持該工件的一電極；一冷卻板，在該頂板下方，用以冷卻該頂板；一氣孔，通過該冷卻板及該頂板，用以通過該頂板向該工件饋送一氣體，其中該冷卻板饋送該氣體進入該頂板中的一插塞，該插塞具有一頂表面和一錐 形形狀，該頂表面背對該冷卻板，並且該錐形形狀以從該冷卻板到該頂板的一方向向內錐形化，其中該氣孔的一部分從該插塞的該頂表面延伸通過該頂板；及一減少孔徑的插塞，在該冷卻板中，用以傳導氣流通過該氣孔。
  17. 如請求項16所述之腔室，該靜電夾具更包括該冷卻板下方的一支撐板，該支撐板被配置為連接至一氣體管線以向該氣孔供應壓力下的該氣體。
  18. 如請求項16或17所述之腔室，其中該減少孔徑的插塞包括具有一中心管的一多孔陶瓷，用以傳導氣流通過該冷卻板到該頂板。
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