TWI811634B - 高溫微區域靜電吸盤 - Google Patents

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Abstract

本文描述的實施方式提供了基板支撐組件。基板支撐組件具有第一陶瓷板，第一陶瓷板具有工件支撐表面和底表面。第一陶瓷板具有複數個輔助加熱器，每個輔助加熱器形成複數個微區。基板支撐組件具有第二陶瓷板，第二陶瓷板具有上表面和下表面。第一金屬接合層設置在第一陶瓷板的底表面與第二陶瓷板的上表面之間。第三陶瓷板具有頂部和底部。第三陶瓷板具有主加熱器。第二金屬接合層設置在第二陶瓷板的該下表面和第三陶瓷板的頂部之間。

Description

高溫微區域靜電吸盤
本文描述的實施方式總體上涉及半導體製造，並且更具體地涉及具有複數個微區加熱器的高溫基板支撐組件。
可靠地生產奈米特徵與更小的特徵，是下一代超大型積體電路(VLSI)和極大型積體電路(ULSI)半導體裝置的一個關鍵的技術挑戰。然而，隨著電路科技的限制推進，VLSI與ULSI互連科技的尺寸縮小，且已對製程能力產生額外的要求。在基板上可靠地形成閘極結構，對於VLSI與ULSI的成功是重要的，且對於提升電路密度以及個別基板與晶粒的品質的持續努力是重要的。
為了降低生產成本，積體電路(IC)生產對於所處理的每一矽基板要求較高的產量以及較佳的裝置良率與效能。對當前開發中的下一代裝置正在探索的一些製造技術需要在高於攝氏300度的溫度和高偏壓功率下進行處理，同時在基板上處理薄膜。高偏壓功率可改善基板上的薄膜粗糙度和形態。然而，高偏壓功率還會產生熱能，如果不加以控制，則會不希望地限制了在處理基板時可以執行的材料或處理的選擇。
這些高溫和高功率製造技術中的一些在處理室內執行，處理室利用靜電吸盤將在其中處理的基板固定。習知的靜電吸盤(ESC)是基板支撐組件的一部分，吸盤具有複數個加熱區，以確保整個ESC表面的處理均勻性。然而，由於熱量以非計劃的方式在相鄰區域之間橫向移動，所以相鄰加熱區域之間的熱塗抹或向外散熱經常導致不希望的熱量分佈。因此，難以獲得ESC的期望的熱分佈和處理結果。
因此，需要一種具有複數個加熱器的改進的基板支撐組件。
本文描述的實施方式提供了基板支撐組件。基板支撐組件具有第一陶瓷板，第一陶瓷板具有工件支撐表面和底表面。第一陶瓷板具有複數個輔助加熱器，每個輔助加熱器形成複數個微區。基板支撐組件具有第二陶瓷板，第二陶瓷板具有上表面和下表面。第一金屬接合層設置在第一陶瓷板的底表面與第二陶瓷板的上表面之間。第三陶瓷板具有頂部和底部。第三陶瓷板具有主加熱器。第二金屬接合層設置在第二陶瓷板的該表面和第三陶瓷板的頂部之間。
100:處理室
102:腔室主體
104:側壁
106:底部
108:蓋
110:內部處理區域
112:注入設備
114:氣體面板
116:線圈
118:熱扼流圈
120:RF功率源
122:傳熱流體源
124:基板
126:基板支撐組件
128:孔
130:冷卻基座
132:系統
133:底表面
137:工件支撐表面
140:輔助加熱器
142:控制器
145:設備板
150:層
174:ESC
175:介電主體
176:基底板
181:主加熱器區域
1811~1814:主加熱器區域
186:吸附電極
187:吸附功率源
188:主電阻加熱器
189:加熱器功率源
190:冷卻通道
191:電阻器
192:傳遞流體導管
199:離散微區域
200:基板支撐組件
201:外周
202:電極
204:加熱器
210:陶瓷ESC
212:基板支撐表面
214:下表面
220:金屬接合體
221:翼片
222:頂表面
224:底表面
225:孔
230:陶瓷板
231:側壁
232:頂表面
234:底表面
235:腔
238:孔
240:熱界面層
242:上表面
244:表面
245:界面墊片
250:冷卻基座
252:頂表面
255:外直徑
260:設施板
261:內直徑
263:上頂表面
264:底表面
265:頂表面
267:凹口
268:通孔
269:密封槽
270:第一間隙
271:距離
277:突起
281:緊固件
282:頭部
283:底表面
284:插入件
292:密封件
294:墊片
300:基板支撐組件
302:電極
304:加熱器
310:陶瓷ESC
312:基板支撐表面
314:表面
320:絕緣接合體
322:頂表面
324:底表面
340:層
342:上表面
344:表面
350:冷卻基座
352:頂表面
370:第一間隙
372:第二間隙
392:密封件
400:基板支撐組件
420:絕緣接合體
434:底表面
440:熱界面層
442:上表面
444:表面
450:冷卻基座
451:第一通孔
452:頂表面
454:底表面
458:孔
460:設施板
462:上表面
464:表面
467:凹口
468:通孔
469:密封槽
470:間隙
479:功率引線
482:頭部
492:密封件
494:墊片
496:緊固件
498:緊固件
910:微區域連接器
911:第一端
912:第二端
950:對流冷卻腔
188B:主電阻加熱器
220B:第二金屬接合體
230A:第一陶瓷板
230B:第二陶瓷板
可參考多個具體實施例以更特定地說明以上簡要總結的本公開內容，以更詳細瞭解本揭示內容的上述特徵，附加圖式圖示說明了其中一些具體實施例。然而應注 意到，附加圖式僅圖示說明本公開內容的典型具體實施例，且因此不應被視為限制本揭示內容的範圍，因為公開內容可允許其他等效的具體實施例。
圖1為處理室的截面示意側面圖，此處理室具有基板支撐組件的一個具體實施例。
圖1A是基板支撐組件的靜電吸盤的示意性剖視圖，示出了複數個輔助加熱器。
圖2是根據一個示例的基板支撐組件的示意性局部側視圖。
圖3是根據另一示例的基板支撐組件的示意性局部側視圖。
圖4是根據又一個示例的基板支撐組件的示意性局部側視圖。
為了協助瞭解，已儘可能使用相同的元件符號標定圖式中共有的相同元件。已思及到，揭示於一個具體實施例中的要素，可無需進一步的敘述即可被有益地併入其他具體實施例中。
本文描述的實施方式提供了一種基板支撐組件，基板支撐組件能夠使具有複數個產生微區域效應的加熱器的靜電吸盤(ESC)進行高溫操作。此處，微區域是指ESC的溫度可離散控制區域，其中在以下公開的示例中，ESC上可能有50至150個或更多的微區域。高溫是指超過約攝氏150度的溫度，例如，超過約攝氏300度的溫度。下面提 供的基板支撐組件的示例，包括冷卻板和靜電吸盤，冷卻板和靜電吸盤被接合層和熱界面層隔開。熱界面層由玻璃形成，玻璃能夠在整個熱界面上產生介於約150℃至約260℃之間的溫度梯度。靜電吸盤和冷卻基座之間的熱界面的佈置，減少了靜電吸盤中微區域之間的溫度消耗和熱塗抹(thermal smearing)。
儘管下面在蝕刻處理室中描述了基板支撐組件，但是基板支撐組件可以用在其他類型的電漿處理室中，例如物理氣相沉積室、化學氣相沉積室、離子注入室、以及其中發生高溫(即溫度超過攝氏150度)處理的其他系統。
圖1是示例性電漿處理室100的截面示意圖，示出為配置為蝕刻室，具有基板支撐組件126。基板支撐組件126可用於其他類型的處理電漿的室、例如電漿處理室、退火室、物理氣相沉積室、化學氣相沉積室和離子注入室、以及其他需要具有控制表面或工件(例如基板)處理均勻性的能力的系統。控制基板支撐組件126在升高的溫度範圍內的介電特性tan(δ)(即介電損耗)，或ρ(即體積電阻率)，有利地使得能夠在處理期間對設置在基板支撐組件126上的基板124進行方位角處理控制(即處理均勻性)。
電漿處理室100包括腔室主體102，腔室主體102具有包圍內部處理區域110的側壁104、底部和蓋108。注入設備112耦接至腔室主體102的側壁104和/或蓋108。氣體面板114耦接至注入設備112，以允許將處理氣體提供到處理區域110中。注入設備112可以是一個或多個噴嘴或 入口，或者可以是噴淋頭。透過形成在腔室主體102的側壁104或底部106中的排氣口128，將處理氣體以及任何處理副產物從處理區域110去除。排氣口128耦接至泵送系統132，泵送系統132包括節流閥和泵以控制處理區域110內的真空度。
可以激勵處理氣體以在處理區域110內形成電漿。可以透過將RF功率電容性或電感性地耦接到處理氣體來給處理氣體供電。在圖1所示的具體實施例中，複數個線圈116設置在電漿處理室100的蓋108上方，並且透過匹配電路118耦接到RF電源120。施加到複數個線圈116的功率，將功率感應耦接到處理氣體以在處理區域110內形成電漿。
基板支撐組件126設置在注入設備112下方的處理區域110中。基板支撐組件126包括靜電吸盤(ESC)174和冷卻基座130。冷卻基座130可以可選地由基底板176支撐。基底板176由處理室100的側壁104或底部106之一支撐。另外，基板支撐組件126可包括佈置在冷卻基座130和基底板176之間的設備板145和/或絕緣板(未示出)，以促進與基板支撐組件126的電連結、冷卻連結和氣體連結。
冷卻基座130由金屬材料或其他合適的材料形成。例如，冷卻基座130可以由鋁(Al)形成。冷卻基座130包括在其中形成的冷卻通道190。冷卻通道190透過傳遞流體導管192連接到傳熱流體源122。傳熱流體源122 提供諸如液體、氣體或其組合的傳熱流體，傳熱流體循環透過冷卻基座130中的冷卻通道190。在一具體實施例中，循環透過冷卻基座130的冷卻通道190的傳熱流體，將冷卻基座130維持在約攝氏30度至約攝氏120度之間的溫度或低於攝氏90度的溫度。
ESC 174包括設置在介電體175中的一個或多個吸附電極186。介電體175具有工件支撐表面137和與工件支撐表面137相對的底表面133。ESC 174的介電體175由陶瓷材料製成，例如氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)或其他合適的材料。替代性的，可由聚合物製成介電體175，諸如聚亞醯胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮等等。
介電體175包括嵌入其中的一個或多個主電阻加熱器188。主電阻加熱器188可以可替代地位於基板支撐組件126的另一部分中。主電阻加熱器188用於將基板支撐組件126的溫度升高到適合於處理佈置在基板支撐組件126的工件支撐表面137上的基板124的溫度。主電阻加熱器188透過設備板145耦接到加熱器電源189。加熱器電源189向主電阻加熱器188供電。利用控制器來控制加熱器電源189的操作，加熱器電源189通常被設置為將基板124加熱到預定溫度。在一個具體實施例中，主電阻加熱器188佈置在複數個橫向分離的加熱區域中，其中控制器使主電阻加熱器188的至少一個區域相對於位於一個或多個其他區域中的主電阻加熱器188優先被加熱。例如，主電阻加熱器188可以同心地佈置在複數個徑向分離的主加熱器區 域中(在圖1A中以項目181示出)。在一個示例中，主電阻加熱器188佈置在四個同心的主加熱器區域181中：第一主加熱器區域1811、第二主加熱器區域1812、第三主加熱器區域1813和第四主加熱器區域1814。主電阻加熱器188可以將基板124維持在適合於處理的溫度，例如在大約攝氏180度至大約攝氏500度之間，例如大於大約攝氏250度，例如在大約攝氏250度至大約攝氏350度之間或以上。
ESC 174還包括複數個輔助加熱器140。輔助加熱器140的數量可以比主電阻加熱器188的數量大一個數量級。輔助加熱器140用於以微觀位準控制ESC 174的溫度，例如正負攝氏5度，而主電阻加熱器188以宏觀位準控制ESC 174的溫度。ESC 174還具有複數個微區域，例如50至150個微區域或更多，微區域由輔助加熱器140進行溫度控制。輔助加熱器140在小的離散位置(即ESC 174上的微區域)中形成溫度控制。
快速看到圖1A，圖1A是基板支撐組件126的ESC 174的示意性剖視圖，示出了複數個輔助加熱器140。ESC 174示出了複數個輔助加熱器140的一個具體實施例。輔助加熱器140可以被配置為圖案，以有效地沿著基板支撐組件126的表面產生熱分佈。此圖案可以相對於一中點為對稱的，同時在孔128中和孔128周圍提供用於升降銷或其他機械、流體或電連結的間隙。輔助加熱器140佈置在複數個單元中，即微區域199。可以思及到，每個輔助加熱器140都佔據各自的單個微區域199。熱扼流圈 118設置在每個相鄰的微區域199之間。另外，熱扼流圈118可以沿著ESC 174的外周設置。熱扼流圈118限制了從相鄰微區域的傳熱以防止熱塗抹，且每個微區域199透過其各自的輔助加熱器140進行真實熱控制。
所示的微區域199的數量僅用於說明目的，並且可以預期的是，微區域199的數量將超過50或更多，例如150或更多。因此，位於基板支撐組件126上的輔助加熱器140的數量可以容易地超過幾百。輔助加熱器140的每個微區域199佔據主加熱器區181中的單個。微區域199的熱扼流圈118或邊界與相應的主加熱器區域181(例如，第一主加熱器區域1811)的邊界182重合，使得微區域199僅完全包含在第一主加熱器區域1811中並且不延伸到第二主加熱器區域1812中。
每個輔助加熱器140具有終止於端子的電阻器191。當電流進入一個端子並退出另一端子時，電流流經電阻的導線並產生熱量。電阻器191釋放的熱量與透過電阻器191的電流的平方成比例。功率設計密度可位於約1瓦/細胞元至約100瓦/細胞元之間(諸如10瓦/細胞元)。
電阻器191可具有膜厚度與線厚度，經配置以在電流透過電阻器191時有效率地提供熱。提升電阻器191的線厚度，可使得電阻器191的電阻值R降低。線厚度的範圍，對於鎢線可為約0.05mm至約0.5mm，而對於鎳鉻合金線可為約0.5mm至約1mm。回憶方程式R=ρ‧l/A，可看到可對電阻器191選定材料、線長、以及線厚度，以 控制成本、功率消耗、以及每一輔助加熱器140產生的熱。在一個具體實施例中，電阻器191由鎢構成，線厚度為約0.08mm，且電阻值為約90歐姆(在10瓦功率下)。
返回圖1，每個輔助加熱器140可以由控制器142控制。控制器142可以打開單個輔助加熱器140；或者，控制器142可以打開複數個分組在一起的輔助加熱器。以這種方式，可以沿著形成在ESC 174中的微區域199的獨立位置精確地控制溫度，這種獨立位置不限於本領域已知的同心環。儘管所示的圖案由較小的單元組成，但是圖案可以替代地具有較大和/或較小的單元、延伸到邊緣、或具有其他形式以形成150個或更多離散的微區域199。
ESC 174通常包括嵌入在介電體175中的吸附電極186。吸附電極186可經配置為單極性或雙極性電極，或其他適合的設置。吸附電極186透過RF濾波器耦接至吸附功率源187，吸附功率源187提供DC功率以將基板124靜電地固定至ESC 174的工件支撐表面137。RF濾波器防止用於在電漿處理室100內形成電漿(未示出)的RF功率損壞電氣設備或在腔室外部造成電危害。
ESC 174的工件支撐表面137包括氣體通道(未示出)，用於將背面傳熱氣體提供給在基板124和ESC 174的工件支撐表面137之間限定的間質空間。ESC 174還包括用於容納升降銷(未示出)的升降銷孔，升降銷孔用於將基板124升高到ESC 174的工件支撐表面137上方，以便於機器人自動地進出電漿處理室100。
接合層150設置在ESC 174下方並且將ESC 174固定至冷卻基座130。在其他具體實施例中，接合層150設置在ESC 174與設置在ESC 174與冷卻基座130之間的下板之間。接合層150可以包括玻璃材料和/或由玻璃板形成。例如，接合層150可以包含氧化鎳鎵(NGO)氧化矽、聚醯亞胺、矽或其他合適的材料。接合層150在ESC 174和冷卻基座130之間提供熱中斷，以透過減少從微區域199到冷卻基座130的熱損失來改善高溫微區域效果。接合層150可以具有在大約0.1W/mK與大約5W/mk之間的導熱率。選擇接合層150的成分以補償ESC 174與基板支撐組件126的下層部分(例如，冷卻基座130)之間的熱膨脹差異。對於高溫應用，例如高於攝氏300度的基板處理，接合層150可以由聚合物而不是矽形成。接合層150由具有相同的熱膨脹和導熱率的玻璃材料形成，以防止由於ESC 174和冷卻基座130之間的不匹配或溫度梯度而引起的彎曲。
圖2是根據一個示例的基板支撐組件200的示意性局部側視圖。可以在上述的處理室100中利用基板支撐組件200代替基板支撐組件126。基板支撐組件200由包括陶瓷ESC 210、金屬接合體220、陶瓷板230、熱界面層240和冷卻基座250的層的堆疊形成。冷卻基座250可實質上類似於圖1所示的冷卻基座130。陶瓷ESC 210被配置為在高達和超過攝氏300度的溫度下操作。基板支撐組件200利用熱界面層240來減少陶瓷ESC 210與冷卻基座 250之間的熱傳遞，同時防止形成基板支撐組件200的層堆疊中的翹曲、彎曲或其他不希望的熱感應運動。熱界面層240還阻止冷卻基座250在陶瓷ESC 210中塗抹離散溫度微區域199。例如，熱界面層240阻止熱量從輔助加熱器140傳遞到冷卻基座250，而不是沿著工件支撐表面137傳遞到微區域199。
陶瓷ESC 210具有基板支撐表面212和下表面214。陶瓷ESC 210具有由諸如氧化鋁的陶瓷材料或其他合適的材料形成的主體。陶瓷ESC 210具有第一熱膨脹係數。陶瓷ESC 210具有一個或多個電極202和設置在主體中的複數個加熱器204。電極202被配置為用於將基板吸附到基板支撐表面212上。複數個加熱器204包括用於產生多個微區域199的輔助加熱器，多個微區域199用於離散地加熱基板支撐表面212，並且因此離散地加熱支撐在基板支撐表面212上的基板。
金屬接合體220具有頂表面222和底表面224。頂表面222抵著陶瓷ESC 210的下表面222設置。底表面224抵靠陶瓷板230設置。金屬接合體220也可以用作補充或替換電極202的RF電極。金屬接合體220可以在片中。金屬接合體220可具有形成在其中的一個或多個孔225。金屬接合體220的形成孔225的材料可以在一個或多個翼片221中延伸開。例如，金屬接合體220可以具有形成圓形圖案的一個或多個小狹縫，使得當將翼片221從金屬接合體220片平面地(例如正交地)推出時，狹縫形成圍繞孔225 的翼片221。下面討論使金屬接合體220能夠用作RF電極的連接。
陶瓷板230具有頂表面232和底表面234。頂表面232與金屬接合體220的底表面224接觸。底表面234與熱界面層240接觸。具有側壁231的腔235穿過頂表面232形成到陶瓷板230中。孔238從腔235的底部延伸出陶瓷板230的底表面224。金屬接合體220的翼片221向下延伸到腔235的側壁231。陶瓷板230可以由氧化鋁或其他合適的材料形成。陶瓷板230具有第二熱膨脹係數，即，沿著陶瓷板230的厚度具有更大的膨脹係數。陶瓷板230的第二熱膨脹係數等於或大於陶瓷ESC 210的第一熱膨脹係數。
替代地或附加地，熱膨脹係數從陶瓷ESC 210到陶瓷板230增加。第二熱膨脹係數高於第一熱膨脹係數可防止基板支撐組件200在加熱時彎曲。在一些示例中，輔助加熱器140可以代替陶瓷ESC 210設置在陶瓷板230中。在另一個示例中，輔助加熱器140設置在陶瓷ESC 210中，而主電阻加熱器188B位於陶瓷板230中。在又一示例中，陶瓷板230由第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B形成。第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B由與陶瓷板230相同的材料選擇形成，例如AlO或Al2O3。然而，應當理解，第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B不必由相同的材料形成。在一個示例中，第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B的厚度在大約5mm與大約7mm之間。第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B不必具有相同的厚度。例如，第 一陶瓷板230A可以具有大約6mm的厚度，第二陶瓷板230B可以具有大約6.5mm的厚度。第二金屬接合體220B耦接第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B。思及第二金屬接合體220B類似於金屬接合體220。然而，第二金屬接合體220B可以具有獨立於金屬接合體220並且不同於金屬接合體220的Al或其他材料。主電阻加熱器188B可以具有4個區域，並設置在第一陶瓷板230A或第二陶瓷板230B中。在一個示例中，主電阻加熱器188B設置在第二陶瓷板230B中。在這樣的示例中，輔助加熱器設置在陶瓷ESC 210中，氣體分配設置在第一陶瓷板230A中，並且四個區域的主電阻加熱器188設置在第二陶瓷板230B中。
金屬接合體220不在陶瓷板230或陶瓷ESC 210的整個長度上延伸。第一間隙270在金屬接合體220的外邊緣與陶瓷ESC 210和陶瓷板230的外周之間延伸。第一間隙270的尺寸可容納密封件292或諸如O形環。密封件292在陶瓷ESC 210和陶瓷板230之間形成密封。密封件292保護金屬接合體220免於暴露於存在於處理室環境中的電漿和化學物質中，從而延長金屬接合體220的壽命。
在一示例中，熱界面層240可以由SiO2、NGO或其他合適的材料形成。熱界面層240可以類似於金屬接合體220並且包括界面墊片245。界面墊片245由一種或多種撓性石墨片製成，諸如GRAFOILTM、聚醯亞胺或金屬或矽樹脂或氟聚合物。界面墊片245的厚度在約0.1mm至約2mm之間。界面墊片245允許陶瓷板230和冷卻基座 250之間的溫度差高達攝氏300度，而陶瓷板230中不會彎曲或破裂。
熱界面層240具有上表面242和下表面244。上表面242與陶瓷板230的底表面234接觸。下表面244可以包括界面墊片245，並且界面墊片245的大小與冷卻基座250類似，並且佈置在冷卻基座250上。熱界面層240具有約0.2W/mK至約4W/mK的導熱率。因此，跨熱界面層240的溫差可以在攝氏100度和攝氏300度之間，例如攝氏200度。熱界面層240透過使從微區域199到冷卻基座250的熱損失絕緣，防止陶瓷ESC 210中的加熱器的微區域效應的塗抹。熱界面層240包括用於高溫例如攝氏300度或更高的玻璃或絕緣層。熱界面層240可以具有在大約1/4mm至大約2.5mm之間的厚度。
冷卻基座250具有複數個冷卻通道，在操作期間冷卻流體透過複數個冷卻通道循環。冷卻基座250具有與熱界面層240的下表面244接觸的頂表面252。冷卻基底250和熱界面層240具有外徑255。外徑255是小於陶瓷ESC 210的外周201的距離271。冷卻基座250具有對流冷卻腔950。冷卻基座250具有複數個冷卻通道，冷卻流體在冷卻通道中流動以調節冷卻基座250的溫度。冷卻基座250透過使冷卻劑在其中流動來調節基板支撐組件200的溫度，以透過與冷卻流體一起去除熱量來保持冷卻基座250的溫度。對流冷卻腔950透過流過冷卻基座250的冷卻劑保持在相似的溫度，例如約60℃。另外，冷卻基座250 防止由陶瓷ESC 210中的加熱器204產生的高溫對基板和支撐組件200的設施板和下部組件造成熱損壞。
設施板260佈置在冷卻基座250下方。設施板260具有上頂表面263、下頂表面265和底表面283。突起277延伸到上頂表面263。上頂表面263抵靠陶瓷板230設置。設施板260具有佈置在其中的上頂表面263中的密封槽269。可選地，密封槽269可以形成在陶瓷板230的底表面234上。墊片294設置在密封槽269中，用於在陶瓷板230和設施板260之間進行氣密密封。突起277具有內徑261。內徑261從下頂表面265延伸到上頂表面263。冷卻基座250設置在下頂表面265上，並且具有延伸到設施板260的內徑261的外徑261。
設施板260由鋁、鋁合金或其他合適的材料形成。為電極、加熱器和基板支撐組件200的各個組件供電的電連結延伸穿過設施板260。設施板260具有延伸穿過其中的通孔268。通孔268與陶瓷板230中的孔238對準。凹口267形成在設施板260的底表面264上，並與通孔268對準。
插入件284設置在陶瓷板230的腔235中。緊固件281具有頭部282。緊固件281被配置為穿過通孔268延伸到腔體235中的插入件284。緊固件281的頭部282裝配在設施板260的凹口267中，並且在不延伸到通孔268中的同時鄰接通孔268。插入件284被構造成容納緊固件281，以將陶瓷板230固定至設施板260。插入件284可以由導電材 料形成，例如鉬、不銹鋼、鋁或其他合適的材料。插入件284與金屬接合體220的翼片221接觸。以這種方式，當金屬接合體220用作電極時，由導電材料形成的緊固件281可以提供到金屬接合體220的RF連結。在其他具體實施例中，陶瓷板230透過塗覆或其他技術被金屬化。金屬化的陶瓷板230可以用作電極，其中緊固件281形成用於為陶瓷板230供電的RF連結。
微區域連接器910耦接到陶瓷ESC 210中的輔助加熱器140。微區域連接器910提供功率並控制每個單獨的輔助加熱器140，以控制在每個微區域199的熱量輸出。微區域連接器910在第一端911處從輔助加熱器140延伸到微區域連接器910的第二端912處的對流冷卻腔950。對流冷卻腔950的溫度可以保持在約60℃，以向放置在其中的部件提供冷卻。微區域連接器910的第一端911的溫度可以是300℃或更高。微區域連接器910的第二端912的溫度可以在大約60℃。因此，微區域連接器910從微區域連接器910的第一端911到第二端912的溫降差大於200℃。
圖3是根據另一示例的基板支撐組件300的示意性局部側視圖。可以在上述的處理室100中利用基板支撐組件300代替基板支撐組件126。基板支撐組件300由包括陶瓷ESC 310、絕緣接合體320、接合層340和冷卻基底350的層的堆疊形成。儘管在圖3中，基板支撐組件300被示出為分解的，即，示出的絕緣接合體320與接合層340分離，但是應當理解，在實踐中絕緣接合體320和接合層 340彼此接觸。圖3的具體實施例提供了可在高溫下操作的簡單堆疊設計。
陶瓷ESC 310被配置為在高達和超過攝氏300度的溫度下操作。基板支撐組件300利用絕緣接合體320來減小陶瓷ESC 310和冷卻基座350之間的溫度分佈，同時防止在形成基板支撐組件300的疊層中翹曲、彎曲或其他不希望的熱感應運動。
陶瓷ESC 310具有基板支撐表面312和下表面314。陶瓷ESC 310具有由諸如氧化鋁的陶瓷材料或其他合適的材料形成的主體。陶瓷ESC 310具有一個或多個電極302和設置在主體中的複數個加熱器304。電極302被配置為用於將基板吸附到基板支撐表面312上。複數個加熱器304可以包括主加熱器和輔助加熱器，用於產生多個區域，以離散地加熱基板支撐表面312，從而離散地加熱基板支撐表面312上支撐的基板。
絕緣接合體320具有頂表面322和底表面324。頂表面322被佈置為緊靠ESC 310的頂表面322。底表面324抵著接合層340設置。絕緣接合體320可以在頂部或底部上包括具有約0.2W/mK至約4W/mK的熱導率的金屬。因此，絕緣接合體320上的溫差可以在大約攝氏150度和大約攝氏260度之間，例如大約攝氏200度。絕緣接合體420包括用於高溫(例如攝氏300度或更高)的玻璃或絕緣層。絕緣接合體320可以由SiO2、NGO或其他合適的材 料形成。絕緣接合體320可以具有在大約0.25mm至大約2.5mm之間的厚度。
接合層340具有上表面342和下表面344。上表面342與絕緣結合部320的底表面324接觸。下表面344設置在冷卻基座350上。接合層340可以由矽樹脂或適合於在大約攝氏200度的溫度下操作的其他合適的材料形成。接合層340具有約0.2W/mK至約1.5W/mK，例如約0.9W/mK的導熱率。接合層340可以具有從上表面342到下表面344的大約攝氏200度的溫度降。接合層340是低溫接合體，其厚度在約0.1mm與約1.0mm之間，例如約0.3mm。接合層340另外使輔助加熱器140與冷卻基座350絕緣，從而有助於防止陶瓷ESC 310中的加熱器的微區域效應的塗抹。
冷卻基座350具有複數個冷卻通道，冷卻流體流過複數個冷卻通道。冷卻基座350由鋁或其他合適的金屬或金屬合金形成。冷卻基座350具有頂表面352和底表面。冷卻基座350的頂表面352與接合層340接觸。提供冷卻基座350以調節基板支撐組件300的溫度。另外，冷卻基座350防止由陶瓷ESC 310中的加熱器304產生的高溫引起對設施板和基板支撐組件300的下部部件的熱損壞。另外，在一些示例中，冷卻基座350可以用作RF電極，並且耦接到用於向RF電極供電的電源。
絕緣接合體320不延伸冷卻基座350的整個長度。第一間隙370在絕緣接合體320的外邊緣和陶瓷ESC 310的外周之間延伸。類似地，接合層340不延伸冷卻基座350的整個長度。第二間隙372在接合層340的外邊緣與冷卻基座350的外周之間延伸。第一間隙370和第二間隙372可以在尺寸上實質相似，使得當將接合層340和絕緣接合體320放置在一起以形成基板支撐組件126時，密封件392(例如O形環)可能適合其中。設置在陶瓷ESC 310和冷卻基座350之間的密封件392，保護接合層340和絕緣接合體320免於暴露於處理室環境中存在的電漿和化學物質，從而延長接合層340和絕緣接合體320的壽命。
圖4是根據又一個示例的基板支撐組件400的示意性局部側視圖。可以在上述的處理室100中利用基板支撐組件400代替基板支撐組件126。基板支撐組件400由包括陶瓷ESC 210、金屬接合體220、陶瓷板230、熱界面層440、冷卻基座450和設施板460的層的堆疊形成。陶瓷ESC 210、金屬接合體220、陶瓷板230可實質上類似於以上針對圖2描述的陶瓷ESC。另外，另外考慮在示例中將陶瓷板230分成第一陶瓷板230A和第二陶瓷板230B的加熱器配置，熱界面層440可以包括以上針對熱界面層240描述的界面襯墊245。基板支撐組件400利用熱界面層440來減少陶瓷ESC 210與冷卻基座450之間的熱傳遞，同時防止形成基板支撐組件400的層堆疊中的翹曲、彎曲或其他不希望的熱感應運動。熱界面層440還阻止冷卻基座450在陶瓷ESC 210中塗抹離散溫度微區域199。
熱界面層440具有上表面442和下表面444。上表面442與陶瓷板230的底表面434接觸。下表面444的大小與冷卻基座450類似，並且佈置在冷卻基座450上。熱界面層440可以由諸如聚醯亞胺的高溫聚合物或其他合適的材料形成。熱界面層440透過使從微區域199到冷卻基座250的熱損失絕緣，防止陶瓷ESC 210中的加熱器的微區域效應的塗抹。熱界面層440可以具有在大約0.25mm至大約2.5mm之間的厚度。
熱界面層440不延伸陶瓷板230或冷卻基座450的整個長度。類似於第一間隙270，熱界面層440的外邊緣與陶瓷板230和冷卻基座450的外周間隔開。間隙470的尺寸可容納墊片494，或諸如O形環。密封件492在陶瓷板230和冷卻基座450之間形成氣密密封。墊片294保護熱界面層440免於暴露於處理室環境中存在的電漿和化學物質。
冷卻基座450具有複數個冷卻通道，在操作期間冷卻流體透過複數個冷卻通道循環。冷卻基座450具有與熱界面層240的下表面444接觸的頂表面452。冷卻基座450具有複數個冷卻通道，冷卻流體在冷卻通道中流動以調節冷卻基座450的溫度。冷卻基座450透過使冷卻劑在其中流動來調節基板支撐組件400的溫度，以透過與冷卻流體一起去除熱量來保持冷卻基座450的溫度。另外，冷卻基座450防止由陶瓷ESC 210中的加熱器204產生的高溫對基板支撐組件400的設施板460和下部組件造成熱損壞。
冷卻基座450具有孔458和第一通孔451。孔458可以是帶螺紋的盲孔或具有設置在其中的諸如螺母的緊固件的其他類型的孔。第一通孔451與陶瓷板230中的孔238對準。緊固件498被配置為穿過第一通孔451延伸到陶瓷板230的腔235中的插入件284。緊固件498將陶瓷板230固定到冷卻基座450。插入件284由諸如鉬、鋁或其他合適的材料的導電材料形成，並且與金屬接合體220的翼片221接觸。當金屬接合體220是電極時，緊固件498從穿過設施板460設置的電源引線479提供到金屬接合體220的導電RF連結。
冷卻基座450還具有上述針對冷卻基座250說明的對流冷卻腔950。與陶瓷ESC 210中的輔助加熱器140耦接的微區域連接器910以與上述相同的方式延伸到對流冷卻腔950，並且具有從第一端到第二端的大約200℃的溫度降。
設備板460設置在冷卻基座450的下方。設施板260具有上表面462和下表面464。上表面462抵靠冷卻基座250設置。設備板460具有設置在上表面462中的密封槽469。可替代地，密封槽469可以形成在冷卻基座450的底表面454上。墊片494設置在密封槽469中，用於在冷卻基座450和設施板460之間進行氣密密封。設施板460由鋁、鋁合金或其他合適的材料形成。為電極、加熱器和基板支撐組件200的各個組件供電的電連結延伸穿過設施板460。
設施板460具有延伸穿過其中的通孔468。通孔468與冷卻基座450中的孔458對準。在設備板460的下表面464上形成有凹口467，凹口467與通孔468對準。緊固件496具有頭部482。緊固件496的頭部482裝配到設施板260中並且抵靠在那裡。冷卻基座450中的孔458被構造成容納緊固件281。例如，孔458可以是帶螺紋的。緊固件281將冷卻基座450固定到設施板460。
在上述各種具體實施例中，基板支撐組件具有帶有150個或更多加熱區(微區域)的靜電吸盤。ESC放置在冷卻基座上，並且在它們之間有一層或多層，以防止在不彎曲ESC的情況下提供與冷卻基座的牢固結合。一層或多層包括絕緣層，絕緣層防止熱量從ESC洩漏到冷卻基座中。另外，絕緣層能夠進行高溫操作，例如超過大約攝氏300度的溫度。絕緣層防止了複數個加熱器微區域(例如ESC上的150個或更多的微區域)在微區域之間產生塗抹，從而可以離散控制每個微區域的溫度。
雖然前述內容係關於本發明的具體實施例，但可發想其他與進一步的具體實施例而不脫離前述內容的基本範圍，且前述內容的範圍係由下列申請專利範圍判定。
200:基板支撐組件
201:外周
202:電極
204:加熱器
210:陶瓷ESC
212:基板支撐表面
214:下表面
220:金屬接合體
221:翼片
222:頂表面
224:底表面
225:孔
230:陶瓷板
231:側壁
232:頂表面
234:底表面
235:腔
238:孔
240:熱界面層
242:上表面
244:表面
245:界面墊片
250:冷卻基座
252:頂表面
255:外直徑
260:設施板
261:內直徑
263:上頂表面
264:底表面
265:頂表面
267:凹口
268:通孔
269:密封槽
270:第一間隙
271:距離
277:突起
281:緊固件
282:頭部
283:底表面
284:插入件
292:密封件
294:墊片
910:微區域連接器
911:第一端
912:第二端
950:對流冷卻腔
188B:主電阻加熱器
220B:第二金屬接合體
230A:第一陶瓷板
230B:第二陶瓷板

Claims (20)

  1. 一種基板支撐組件，包含：一第一陶瓷板，該第一陶瓷板具有一工件支撐表面和一底表面，該第一陶瓷板具有分別形成複數個微區域的複數個輔助加熱器；一第二陶瓷板，該第二陶瓷板具有一上表面和一下表面；一第一金屬接合層，該第一金屬接合層設置在該第一陶瓷板的該底表面與該第二陶瓷板的該上表面之間；一第三陶瓷板，該第三陶瓷板具有一頂部和一底部，該第三陶瓷板具有主加熱器；以及一第二金屬接合層，該第二金屬接合層設置在該第二陶瓷板的該下表面和該第三陶瓷板的該頂部之間。
  2. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該等主加熱器具有四個分開控制的區域。
  3. 如請求項2所述之基板支撐組件，其中該第二陶瓷板進一步包括：一腔，該腔具有設置在其中的一插入件，其中該插入件構造成容納一緊固件。
  4. 如請求項1所述之基板支撐組件，該基板支撐組件進一步包括：一冷卻基座，該冷卻基座具有一上部，該冷卻基座的該上部設置在該第三陶瓷板的下方；和一界面墊片，該界面墊片設置在該第三陶瓷板和該冷 卻基座之間，其中該界面墊片允許該第三陶瓷板和該冷卻基座之間的溫度差高達攝氏300度，而不會使該第三陶瓷板彎曲或破裂。
  5. 如請求項4所述之基板支撐組件，其中該基板支撐組件被配置為在該第三陶瓷板和該冷卻基座之間具有高達約300℃的一最大溫差。
  6. 如請求項4所述之基板支撐組件，其中該冷卻基座是一RF電極。
  7. 如請求項4所述之基板支撐組件，其中該界面墊片由石墨片、聚醯亞胺、金屬、矽樹脂或氟聚合物中的一種或多種製成。
  8. 如請求項4所述之基板支撐組件，其中該界面墊片的一厚度在約0.1mm至約2mm之間。
  9. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中第一金屬接合體是一RF電極，並且該金屬接合體耦接到一RF電源。
  10. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該第一金屬接合層的一厚度可以在大約0.025mm至大約2mm之間。
  11. 如請求項9所述之基板支撐組件，其中該第一金屬接合層和該第二金屬接合層各自具有約0.1mm至約0.6mm的厚度。
  12. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中至少有150個單獨的輔助加熱器，並且該等輔助加熱器距該 第一陶瓷板的一外邊緣上至多約2mm。
  13. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該第一陶瓷板中的該等輔助加熱器距該工件表面小於約3mm。
  14. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該等主加熱器具有一個或多個主加熱器區域，並且該等輔助加熱器形成複數個微區域，其中該等微區域的數量比該等主加熱器區域的數量大一個數量級，並且每個單獨的微區域僅位於該等主加熱器區域中的一個主加熱區域中。
  15. 一種處理室，包括：一主體，該主體具有限定一內部處理區域的壁和一蓋；一基板支撐組件，該基板支撐組件設置在該內部處理區域中，該基板支撐組件包含：一第一陶瓷板，該第一陶瓷板具有一工件支撐表面和一底表面，該第一陶瓷板具有分別形成複數個微區域的複數個輔助加熱器；一第二陶瓷板，該第二陶瓷板具有一上表面和一下表面；一第一金屬接合層，該第一金屬接合層設置在該第一陶瓷板的該底表面與該第二陶瓷板的該上表面之間；一第三陶瓷板，該第三陶瓷板具有一頂部和一底部， 該第三陶瓷板具有主加熱器；以及一第二金屬接合層，該第二金屬接合層設置在該第二陶瓷板的該下表面和該第三陶瓷板的該頂部之間。
  16. 如請求項15所述之處理室，其中該等主加熱器具有四個分開控制的區域。
  17. 如請求項15所述之處理室，該處理室進一步包含：一冷卻基座，該冷卻基座具有一上部，該冷卻基座的該上部設置在該第三陶瓷板的下方；和一界面墊片，該界面墊片設置在該第三陶瓷板和該冷卻基座之間，其中該界面墊片允許該第三陶瓷板和該冷卻基座之間的溫度差高達攝氏300度，而不會使該第三陶瓷板彎曲或破裂。
  18. 如請求項17所述之處理室，其中該基板支撐組件被配置為在該第三陶瓷板和該冷卻基座之間具有高達約300℃的一最大溫差。
  19. 如請求項17所述之處理室，其中該第一陶瓷板中的該等輔助加熱器距該工件表面小於約3mm。
  20. 如請求項17所述之處理室，其中該第一陶瓷板中的該等輔助加熱器距該第一陶瓷板的一外邊緣小於約2mm。
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