專利名稱：用于改善半導(dǎo)體加工均勻性的傳熱系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
不同夾具裝置廣泛用于在加工過程中保持半導(dǎo)體晶片或其它基片。例如機(jī)械夾具能夠通過使用臂或夾鉗來抵靠支撐表面按壓工件，從而緊固工件。然而，來自機(jī)械夾具的夾持力固有地不均勻，導(dǎo)致在工件上不均勻的應(yīng)力，這些應(yīng)力會引起變形以及在工件和支撐體之間的不均勻的熱接觸。
真空夾具通過排空在工件背側(cè)以下的空間，由此經(jīng)由在加工腔和工件背側(cè)之間的壓力差而產(chǎn)生夾持力，從而緊固工件。真空夾具能夠比機(jī)械夾具提供更均勻的夾持力，但是在許多半導(dǎo)體加工應(yīng)用中需要的低壓環(huán)境中，該壓力差不足以產(chǎn)生足夠的夾持力。
靜電夾具提供在真空系統(tǒng)中改善的夾持均勻性。靜電夾具(ESC)使用靜電電位在加工過程中保持工件在適當(dāng)位置上。通過將工件夾持在夾具上，能夠提供在工件和夾具之間改善的熱傳導(dǎo)性?？蛇x的，諸如氦之類的高熱傳導(dǎo)性氣體可以置于工件和夾具之間，以便改善在工件和夾具之間的傳熱。機(jī)械夾具和ESC基片保持器的實(shí)例在公眾所有的U.S.專利Nos.5,262,029、5,880,922和5,671,116中提供。如在U.S.專利No.4,579,618中所揭示的為電極形式的基片保持器能夠?qū)⑸漕l(RF)功率供應(yīng)到腔內(nèi)。
使用ESC產(chǎn)生的困難在于去除在工件和夾具之間的殘余靜電力，以便從夾具去除工件。該殘余力源于在工件和ESC支撐表面之間的界面處積累的電荷。已經(jīng)研發(fā)了幾種技術(shù)，用于將工件去除或脫離夾具。例如，電極和工件兩者均能夠接地或者可替換的，施加給電極的夾具電壓的極性能夠反轉(zhuǎn)，以便給電極放電。然而，這些技術(shù)在去除在電極和工件上所有電荷方面并不完全有效。經(jīng)常需要機(jī)械力來克服殘余吸引靜電力，這會損壞工件或產(chǎn)生從不想要的位置收回工件的困難。在U.S.專利Nos.5,117,121、6,125,025、6,236,555和6,430,022中揭示了用于將工件脫離夾具的方法。
在U.S.專利Nos.4,685,999、5,266,527和5,925,226中揭示了使用彈性夾持構(gòu)件來將基片與基片支撐表面相結(jié)合的加工裝置。在U.S.專利Nos.6,431,115和6,695,946中揭示了用于加工半導(dǎo)體基片的低溫冷卻系統(tǒng)。
不論今日的發(fā)展如何，總是有興趣于加工過程中用于支撐晶片的有效、低成本的裝置。如下將會是一種改善提供支撐諸如半導(dǎo)體晶片之類基片的基片支撐體，同時提供良好的加工均勻性而不引入與脫離夾具相關(guān)的困難。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種適于支撐基片的傳熱系統(tǒng)，該基片用于半導(dǎo)體加工其上表面，包括(i)位于傳熱構(gòu)件上并與之熱接觸的銷底座，所述銷底座具有上壁、下壁以及在上和下壁之間延伸并在它們之間限定腔的側(cè)壁，其中所述上壁包括孔的陣列；(ii)基片支撐銷的陣列，其每一個可滑動地定位在相應(yīng)的一個孔中，每個基片支撐銷與銷底座熱接觸，并在其上遠(yuǎn)端包括接觸尖端；以及(iii)加壓氣體源，其與所述腔相互流體連通，并且適于將加壓氣體以足以在向上方向上移動每個支撐銷的量供應(yīng)到所述腔。
還提供一種用于加工基片表面的等離子加工系統(tǒng)，包括真空加工腔，其適于激發(fā)和維持用于加工的等離子，并進(jìn)一步包括放置在加工腔內(nèi)的上述傳熱系統(tǒng)。
銷陣列包括密集陣列的支撐銷。例如，支撐銷能夠不多于大約5mm分開放置(即，在最近的相鄰銷的外表面之間的距離能夠是大約5mm或更少)，并且支撐銷的直徑能夠在大約0.5mm和3mm之間。優(yōu)選該銷陣列包括至少1000個銷并且每個支撐銷包括適于在相應(yīng)一個孔內(nèi)可滑動移動的圓柱銷主體，該圓柱銷主體具有基本恒定的外直徑，每個孔具有基本恒定的內(nèi)直徑，其中圓柱銷主體的外直徑比放置圓柱銷主體的孔的內(nèi)直徑小大約0.1和5％之間。
支撐銷和銷底座能夠由金屬或半導(dǎo)體制成，或者涂覆有金屬或半導(dǎo)體。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐銷和銷底座涂覆有抵抗在等離子反應(yīng)腔中等離子蝕刻的導(dǎo)電和/或抗濺射材料。
當(dāng)基片支撐在支撐銷上時，支撐銷和銷底座適于將熱能從基片傳遞到傳熱構(gòu)件。為了改善在銷底座和傳熱構(gòu)件之間的熱接觸，該銷底座能夠經(jīng)由軟焊、硬焊或膠粘劑而結(jié)合到傳熱構(gòu)件上。
在一種實(shí)施例中，該傳熱系統(tǒng)進(jìn)一步包括溫度傳感器，其適于測量在基片背側(cè)表面處的溫度。支撐銷能夠包括適于限制它們向上或向下移動的至少一個止塊。
在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)基片與支撐銷物理接觸時，接觸尖端構(gòu)造成最大化在基片和基片支撐銷之間的熱接觸。能夠是基本平面或基本半球形的每個接觸尖端能夠包括具有小于大約0.3微米的平均表面粗糙度的接觸表面。
在基片重量下，每個支撐銷適于通過接觸基片的背側(cè)表面而向下位移。在支撐銷上沒有基片的情況下，每個支撐銷適于通過腔中正的氣壓而向上位移。
該傳熱構(gòu)件能夠包括與熱流體源流體連通的流動通道，該熱流體源適于在流動通道中循環(huán)熱流體。優(yōu)選的熱流體包括水(例如，去離子水)、液氦、液氮、乙二醇、丙二醇和/或FluorinetTM。
除了或代替熱流體，該傳熱系統(tǒng)能夠在傳熱構(gòu)件頂部上包括多個熱電元件(例如，同心布置的熱電元件)。從而，傳熱流體和/或熱電元件能夠用于提供熱量到基片或者從基片去除熱量，該基片由支撐銷陣列支撐。在提供底部RF電極的實(shí)施例中，熱電元件優(yōu)選位于底部RF電極以下。
優(yōu)選，該傳熱系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于將加壓氣體流入腔內(nèi)的在銷底座中的供氣進(jìn)，以及可選的用于從腔釋放加壓氣體的出氣口。加壓氣體能夠是氦、氮或氬。氣體供應(yīng)到腔中能夠包括質(zhì)量流量控制器，以便調(diào)節(jié)腔中的氣壓。
在優(yōu)選實(shí)施例中，傳熱系統(tǒng)進(jìn)一步包括RF電極，其構(gòu)造成用于在腔中產(chǎn)生等離子或者施加RF偏壓到基片。當(dāng)傳熱系統(tǒng)包括RF電極時，優(yōu)選銷底座的底部表面結(jié)合到RF電極的上表面上，并且RF電極的底部表面結(jié)合到傳熱構(gòu)件的上表面上。軟焊、硬焊或膠粘劑能夠用于將RF電極結(jié)合到銷底座和/或傳熱構(gòu)件上。優(yōu)選RF電極(如果提供的話)與位于上面的銷底座和位于下面的傳熱構(gòu)件均進(jìn)行熱接觸。如果期望，RF電極能夠由諸如石英、氧化鋁等之類的絕緣材料層與傳熱構(gòu)件分離。RF電極能夠通過提供合適的RF匹配電路以單頻或多頻提供RF功率。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，傳熱系統(tǒng)能夠包括布置在RF電極上的邊緣環(huán)。該邊緣環(huán)構(gòu)造成用于保護(hù)RF電極和銷底座免受用于加工基片的等離子。當(dāng)基片由傳熱系統(tǒng)支撐時，優(yōu)選的邊緣環(huán)具有構(gòu)造成布置在RF電極和基片之間的第一部分。而且，該傳熱系統(tǒng)能夠包括布置在RF電極和邊緣環(huán)之間的阻抗匹配層，其中該阻抗匹配層結(jié)合到RF電極和/或邊緣環(huán)上。優(yōu)選，阻抗匹配層構(gòu)造成控制在RF電極和加工等離子之間的阻抗，以便改善橫跨基片上表面的加工均勻性。
該基片能夠是半導(dǎo)體晶片。RF電極，如果提供的話，能夠具有小于、大于或等于晶片直徑的直徑，但是相比于晶片直徑，小于不多于大約2mm或者大于不多于大約2mm。
在包括傳熱系統(tǒng)的加工腔中加工基片的方法中，基片支撐在支撐銷陣列上，其能夠引起一個或多個支撐銷由于基片重力而向下移動(例如，能夠設(shè)定向上推動銷的氣壓以便引起所有銷在基片重量作用下落下并且與基片的背側(cè)表面共形)。根據(jù)基片的重量控制腔中的氣壓，使得壓力足夠迫使支撐銷向上，使得支撐銷的大部分或全部接觸尖端在加工過程中(例如等離子加工)與基片的背側(cè)表面相接觸。
在優(yōu)選方法中，加工腔是等離子蝕刻腔，并且加工包括鄰接基片上表面產(chǎn)生等離子以及在基片的上表面上用等離子蝕刻暴露層。可替換地，加工能夠包括在基片的上表面上形成層(例如，通過化學(xué)氣相沉積、熱氧化、濺射或其它沉積加工)。另外，該加工能夠包括從基片剝?nèi)ス饪棠z或其它材料。
在基片加工過程中，優(yōu)選腔中氣壓維持在如下水平有效維持至少95％的接觸尖端與基片的背側(cè)表面進(jìn)行熱接觸。
通過在傳熱構(gòu)件中循環(huán)熱流體，傳熱構(gòu)件在加工過程中能夠冷卻到小于大約100K的溫度。通過在傳熱構(gòu)件中循環(huán)熱流體和/或通過供應(yīng)電流到與基片支撐銷傳熱接觸的多個熱電模塊，基片在加工過程中能夠冷卻到小于大約450K的溫度。優(yōu)選在傳熱構(gòu)件和基片之間維持大的溫度梯度(例如，至少大約200K，更優(yōu)選至少大約300K)，以便在加工過程中均勻冷卻基片。
基片的加工能夠包括化學(xué)氣相沉積、等離子氣相沉積、物理氣相沉積、濺射、離子注入、等離子蝕刻或脫膠。在使用銷底座時，能夠支撐和加工基片，而不機(jī)械或靜電夾持基片。


圖1是根據(jù)一種實(shí)施例的等離子反應(yīng)器橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2是根據(jù)一種實(shí)施例的傳熱系統(tǒng)的橫截面的側(cè)視圖。
圖3示出示范性支撐銷的幾何圖形。
圖4是在其上支撐基片之前的傳熱系統(tǒng)的局部的剖視圖。
圖5是在其上支撐基片之后的傳熱系統(tǒng)的局部的剖視圖，該基片具有非平面后側(cè)表面。
圖6是根據(jù)一種實(shí)施例的傳熱系統(tǒng)的橫截面的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
提供改善的半導(dǎo)體加工設(shè)備和方法用于加工基片和改善加工均勻性。優(yōu)選該加工是在半導(dǎo)體裝置制造中使用的等離子蝕刻。更特別地，提供一種傳熱系統(tǒng)，其能夠橫跨基片的表面產(chǎn)生高等級的加工均勻性。該基片能夠包括用于制造集成電路的半導(dǎo)體基片或者用于制造平板顯示器的玻璃基片。該傳熱系統(tǒng)包括在傳熱構(gòu)件上支撐并且與之良好熱接觸的基片支座(均勻性支座)。該均勻性支座適于提供共形的基片支撐表面(也即，接觸表面)，該表面與在加工過程中基片的背側(cè)表面的輪廓相一致，由此提供在基片和傳熱構(gòu)件之間的良好傳熱特性。
由可移動的支撐銷陣列形成共形的支撐表面，這些可移動的支撐銷可滑動地安裝在均勻性支座內(nèi)。在操作中，每個銷均能由正的背側(cè)氣體壓力推到完全伸展的位置，但能夠在重量作用下以及通過與基片的背側(cè)表面相接觸而從伸展位置移開。在優(yōu)選實(shí)施例中，在基片加工過程中，在均勻性支座和傳熱構(gòu)件之間建立大的熱梯度，以便產(chǎn)生大的驅(qū)動力來冷卻基片。
該傳熱系統(tǒng)構(gòu)造成減小橫跨基片表面的熱和電中斷，而不使用靜電夾持元件以及不使用背側(cè)冷卻(例如，氦氣背側(cè)冷卻)。通過減少這些中斷，充分減少在基片中心和邊緣之間發(fā)生的加工偏差。因此，多數(shù)基片能夠用于生產(chǎn)集成電路(IC’s)，并因此能夠增加裝置生產(chǎn)率。這里所使用的，“加工均勻性”指橫跨基片表面整個加工的均勻性。如果加工高度均勻，例如期望在基片上不同點(diǎn)處加工率傾向于基本相等。
一般，在半導(dǎo)體加工過程中(例如諸如等離子蝕刻、等離子輔助沉積、脫膠等之類的等離子加工)，在加工腔內(nèi)在基片支撐體上提供基片。熱能能夠通過離子轟擊傳遞到基片并且基片支撐體優(yōu)選從基片去除熱量，而同時維持在腔中穩(wěn)定和均勻的等離子以及在基片表面處穩(wěn)定和均勻的溫度。特別地，在許多類型等離子加工中，基片(例如晶片)溫度能夠比支撐體溫度顯著高，使得期望控制橫跨基片/支撐體界面的熱導(dǎo)性，以便控制基片溫度的均勻性。
為了確保在暴露基片表面的整個區(qū)域上的均勻性加工，在基片表面處可期望基本均勻的晶片溫度。在等離子蝕刻的情況下，例如，蝕刻速率、蝕刻速率選擇性和蝕刻的各向異性全部能夠受在等離子蝕刻過程中基片的溫度影響。同樣，基片的溫度能夠影響薄膜沉積的速率以及在薄膜沉積加工過程中所沉積材料的物理、電子和光學(xué)特性。
與等離子反應(yīng)器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例，例如電容耦合的等離子反應(yīng)器，如ExelanTM等離子蝕刻器，其可以從加利福尼亞的弗里蒙特的Lam Research Corporation獲得。盡管將會示出和描述電容耦合等離子反應(yīng)器，但應(yīng)當(dāng)指出該傳熱系統(tǒng)能夠與任意半導(dǎo)體加工設(shè)備相結(jié)合使用，例如適合于形成等離子的設(shè)備，包括諸如電感耦合或電子回旋加速器共振(ECR)反應(yīng)器之類的高密度等離子反應(yīng)器。該傳熱系統(tǒng)能夠用在非等離子設(shè)備中以便產(chǎn)生均勻的基片溫度，例如化學(xué)氣相沉積設(shè)備或者離子注入設(shè)備。
該等離子反應(yīng)器能夠包括雙頻電容耦合等離子反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括上部噴頭(showerhead)電極和底部電極，RF能量以兩個不同頻率(例如27MHz和2MHz)供應(yīng)到底部電極或者以不同的第一和第二頻率供應(yīng)給噴頭電極和/或底部電極。參見例如公共所有的U.S.專利No.6391787，其公開內(nèi)容以其全文在此結(jié)合作為參考。在等離子反應(yīng)器是電容耦合等離子蝕刻反應(yīng)器的情況下，反應(yīng)器能夠具有帶電的噴頭電極和帶電的底部電極，噴頭電極優(yōu)選供應(yīng)大約500到3000瓦特的RF能量，并且底部電極優(yōu)選供應(yīng)大約500到3000瓦特的RF能量。
圖1示出根據(jù)一種實(shí)施例的等離子反應(yīng)器100。該等離子反應(yīng)器100一般包括加工腔102，在其內(nèi)能夠激發(fā)等離子103并且持續(xù)用于加工。在腔102內(nèi)部一般布置上電極104，該上電極104經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)可以結(jié)合到第一RF電源106上。第一RF電源106一般構(gòu)造成為上電極104供應(yīng)RF能量。進(jìn)氣口108提供在上電極104內(nèi)部用于引導(dǎo)加工氣體例如蝕刻氣體進(jìn)入在上電極104和基片110之間的有效區(qū)域。加工氣體也可以通過諸如氣體噴射器、氣體分配板(例如噴頭)、一個或多個氣體環(huán)和/或其它合適裝備之類的不同類型氣體供應(yīng)裝備而引導(dǎo)入腔102內(nèi)。在示出實(shí)施例中，加工腔102布置成形狀基本圓柱形，并且腔壁布置成基本垂直。然而應(yīng)當(dāng)理解可以使用不同構(gòu)造的加工腔和內(nèi)部組件，包括腔壁在內(nèi)。
基片110能夠被引導(dǎo)入腔102內(nèi)，并且布置在均勻性支座112上，該均勻性支座112用作基片支撐體，并且可選擇的在一種優(yōu)選實(shí)施例中包括下電極。均勻性支座112包括傳熱系統(tǒng)118的上部。傳熱構(gòu)件114包括傳熱系統(tǒng)118的下部。優(yōu)選該均勻性支座與傳熱性構(gòu)件良好地?zé)峤佑|。諸如膠粘劑之類的一層膠粘劑能夠用于將均勻性支座112結(jié)合到傳熱構(gòu)件114上。該均勻性支座也能使用諸如軟焊或硬焊之類的其他連接技術(shù)而連接到傳熱構(gòu)件上。包括傳熱構(gòu)件114和均勻性支座112的傳熱系統(tǒng)118將在下面更詳細(xì)地描述。
基片110代表將要加工的工件，該工件例如可以是半導(dǎo)體晶片。除了半導(dǎo)體晶片之外，該基片能夠包括將要加工成平板顯示器的玻璃板。該基片110能夠包括在加工過程中將要去除(蝕刻)的一層或多層，可替換的，該加工能夠包括在基片上形成一層或多層。
排氣端口130優(yōu)選布置在腔102的壁和傳熱系統(tǒng)118之間。該排氣端口130構(gòu)造為用于排出在加工過程中形成的氣體，并且一般結(jié)合到位于加工腔102外部的渦輪分子泵(未示出)上。在多數(shù)實(shí)施例中，該渦輪分子泵布置成維持在加工腔102內(nèi)部的合適壓力。盡管排氣端口示出布置在腔壁和均勻性支座之間，但是該排氣端口的實(shí)際位置可以根據(jù)等離子加工系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)而改變。例如，氣體也可以從建造在加工腔的壁內(nèi)的端口排出。另外，等離子密封環(huán)裝置120可以布置在上電極104和均勻性支座112之間的加工腔102內(nèi)部，以便將等離子103限定在基片110上部。例如，參見公眾所有的U.S.專利Nos.5,534,751、5,569,356和5,998,932，它們的全文在此結(jié)合作為參考。
可選的下電極能夠結(jié)合在均勻性支座112中，在這種情況下上電極能夠是非供電電極(例如接地電極)或者使用與下電極相同或不同的RF頻率供電。如果上電極和下電極供電的話，合適的濾波器裝備能夠用于為供應(yīng)給供電電極的當(dāng)前頻率提供返回路徑。下電極優(yōu)選由第二RF電源116(也通常經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò))供電，該第二RF電源116一般構(gòu)造成供應(yīng)下電極RF能量。在不同等離子加工中，下電極能夠用于供應(yīng)RF功率以便在基片上在開放空間中產(chǎn)生等離子，和/或?qū)F偏壓施加給基片。在上和/或下電極與等離子之間耦合的能量數(shù)量一般影響用于加工基片的等離子的密度和能量。例如，如果耦合能量大，離子能趨向于高。如果耦合能量小，離子能趨向于低。相應(yīng)的，高離子能在基片加工過程中趨向于更積極，并且低離子能在基片加工過程中趨向于較不積極。由底部電極產(chǎn)生的能量也可以布置成形成鄰接基片表面122的外殼電壓121，其用于朝向基片110加速在等離子103中的離子，此處它們能激發(fā)加工反應(yīng)。
優(yōu)選地，下電極的外周構(gòu)造成至少延伸超出基片的外邊緣。將電極延伸超過基片邊緣的一個特別優(yōu)點(diǎn)在于在基片邊緣處的電特征趨向于更均勻。也即，RF能量的耦合趨向于在基片邊緣附近更均勻，并因此加工趨向于橫跨基片表面更均勻。例如，下電極能夠構(gòu)造成超出基片周邊大約2mm來耦合能量。射頻(RF)能量能夠使用單個連接而應(yīng)用于下RF電極的中間區(qū)域，以便橫跨電極表面，改善RF能量的分布。
上電極以及，如果提供的話，下電極優(yōu)選基本上均勻、良好的RF導(dǎo)體，并且能夠相對于基片110基本平面。上電極能夠是平面電極或非平面、階梯上電極，正像在公眾所有的U.S.專利No.6,391,787中所揭示的。上電極能夠是穹頂形狀電極。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個RF電極是高度導(dǎo)電材料的連續(xù)未破裂層。RF電極能夠由任意合適的導(dǎo)電材料制造。例如，RF電極能夠包括硅(例如，摻雜硅)、碳(例如，石墨)、碳化硅、鋁等等。上電極能夠包括供電或接地的噴頭電極。優(yōu)選地，RF電極足夠厚以便承受施加給它們的射頻(RF)能量。盡管可以提供更厚的電極，RF電極的優(yōu)選厚度范圍從大約0.1cm到2cm。可選擇的，上電極能夠提供有支持板或保持環(huán)。例如，硅上電極能夠提供有石墨支持板。
雖然示出了均勻性支座并且其描述為耦合到RF電源116上，但會理解到可以使用其它構(gòu)造來容納不同加工腔或者與必須用于允許能量耦合的其它外部因素相一致。例如，在一些單個頻率等離子反應(yīng)器中，能量能夠供應(yīng)給上電極，并且均勻性支座可以接地。
為了產(chǎn)生等離子103，加工氣體通常通過進(jìn)氣口108供應(yīng)給加工腔102內(nèi)。隨后，當(dāng)一個或兩個RF電源通電時，電場通過一個或兩個RF電極在加工腔內(nèi)部電容耦合。
應(yīng)當(dāng)指出，雖然詳細(xì)的講述了等離子反應(yīng)器100，但是傳熱系統(tǒng)自身不限定于任意特定類型的基片加工裝置，并且可以適于在任意已知基片加工系統(tǒng)中使用，包括但不限于適于蝕刻加工的系統(tǒng)，包括適于干蝕刻、等離子蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、磁性加強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻(MERLE)、電子回旋共振(ECR)等的系統(tǒng)。等離子加工反應(yīng)器能夠包括諸如在公眾所有的U.S.專利No.6,090,304中所描述的雙頻等離子蝕刻反應(yīng)器之類的平行板蝕刻反應(yīng)器，該美國專利的公開內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。而且，傳熱系統(tǒng)可以用在任意數(shù)目的沉積加工中，包括適于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和例如濺射的物理氣相沉積(PVD)的沉積加工。該傳熱系統(tǒng)可以用在離子注入裝置中。
再進(jìn)一步，期望該傳熱系統(tǒng)可以在任意以上反應(yīng)器中以及其它合適的等離子加工反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)，而不管能量是否直接通過當(dāng)前等離子源、電容耦合平行電極板、ECR微波等離子源或者諸如螺旋波、螺旋共振器之類的電感耦合RF源以及RF天線(平面或非平面)而傳送給等離子。合適的等離子產(chǎn)生裝備在公眾所有的U.S.專利Nos.4,340,462(平行板)、5,200,232(ECR)和4,948,458(電感耦合)中公開，它們的全部內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
在等離子加工過程中，等離子的轟擊離子趨向于增加基片和諸如聚焦環(huán)和/或其它圍繞基片部分之類的相鄰表面的溫度。在缺少足夠冷卻的情況下，基片的溫度會升高到足夠引起設(shè)備和/或在其內(nèi)結(jié)合的材料的熱損壞的溫度。一般，對于未夾持的基片來說，在晶片和晶片支撐表面之間的熱接觸不足以分散在等離子加工過程中在基片中產(chǎn)生的熱量。
對于由傳熱系統(tǒng)所支撐的基片來說，在等離子加工過程中的基片溫度基本上功能在于1)入射在基片表面上的離子流和離子能量；2)在傳熱構(gòu)件和基片之間的溫度梯度；以及3)從基片的底部表面到傳熱構(gòu)件的熱量的熱傳遞系數(shù)。
提供傳熱系統(tǒng)用于控制在加工過程中基片的溫度和溫度均勻性。該傳熱系統(tǒng)包括均勻性支座，該均勻性支座具有與傳熱構(gòu)件熱接觸的共形基片支撐表面。該共形支撐表面能夠提供在基片和傳熱構(gòu)件之間的良好熱接觸，而不使用靜電夾持元件。該共形接觸表面能夠共形于晶片背側(cè)的外形。
在優(yōu)選實(shí)施例中，傳熱系統(tǒng)提供在均勻性支座的支撐表面和傳熱構(gòu)件之間的大的溫度差□T。優(yōu)選地，□T至少大約是200k，或者至少大約300k。一般，在基片和基片支撐表面之間的熱量傳遞H能夠表達(dá)為H～k□T，其中k是傳熱系數(shù)。從而能夠通過增加傳熱系數(shù)和/或通過增加在基片和位于其下的基片支撐體之間的溫度梯度而增加熱量傳遞。
在一種實(shí)施例中，傳熱系統(tǒng)構(gòu)成成產(chǎn)生均勻的基片溫度。優(yōu)選的傳熱系統(tǒng)的幾何形狀在圖2-6中更詳細(xì)顯示。應(yīng)當(dāng)理解，在圖2-6中的描述不成比例并且意欲在討論傳熱系統(tǒng)的操作方面提供增強(qiáng)的清楚性。圖2示出傳熱系統(tǒng)190的截面圖。該傳熱系統(tǒng)190包括均勻性支座230和傳熱構(gòu)件500。
傳熱構(gòu)件500一般包括主要輸入和輸出通道510，用于將諸如水、液氦、液氮、乙二醇、丙二醇或其混合物之類的熱流體分布到多個內(nèi)部流動通道520。例如，能夠使用閉環(huán)氦制冷器。其它制冷劑包括從3M可獲得的FluorinetTM。內(nèi)部流動通道520能夠包括單區(qū)域(例如螺旋)流動通道，或者該內(nèi)部流動通道520能夠包括兩個或多個具有它們各自的輸入和輸出通道(未示出)的分開供應(yīng)的通道。
熱流體從熱流體源(未示出)流動進(jìn)入傳熱構(gòu)件并隨后流出傳熱構(gòu)件返回?zé)崃黧w源。一般，熱流體源包括熱交換器，其中熱流體在循環(huán)進(jìn)入傳熱構(gòu)件之前得到冷卻或加熱。為了冷卻基片和/或均勻性支座，由加工在基片和均勻性支座所產(chǎn)生的熱量能夠傳入熱流體內(nèi)，該熱流體在傳熱構(gòu)件中循環(huán)并傳遞出加工腔?？商鎿Q地，為了加熱基片和/或均勻性支座，熱流體能夠被加熱以便傳熱到均勻性支座和基片。
在另一實(shí)施例中，通過使用一列熱電珀耳帖設(shè)備能夠控制均勻性支座的溫度以及基片支撐銷的溫度。優(yōu)選冷卻均勻性支座，盡管使用至少一個珀耳帖設(shè)備能夠同時提供加熱和冷卻，該珀耳帖設(shè)備在傳熱構(gòu)件內(nèi)可選與閉合流體回路相熱接觸。例如一列熱電珀耳帖設(shè)備可以定位在傳熱構(gòu)件500以上，用于增強(qiáng)從均勻性支座到熱流體或相反方向的熱傳導(dǎo)。在公眾所有的U.S.專利No.5,740,016中描述了具有多個熱電模塊的溫度受控基片，其公開內(nèi)容全文在此結(jié)合作為參考。
當(dāng)熱電設(shè)備用于冷卻均勻性支座時，電流被提供到熱電設(shè)備，以便生成朝向均勻性支座的冷側(cè)和朝向傳熱構(gòu)件500的熱側(cè)?？蛇x的，冷卻熱流體能夠從熱流體源流動進(jìn)入傳熱構(gòu)件500，以便冷卻熱電設(shè)備的熱側(cè)。由于熱流體冷卻熱電設(shè)備的熱側(cè)，熱電設(shè)備的冷側(cè)冷卻均勻性支座。以此方式，熱電設(shè)備能夠增強(qiáng)從均勻性支座的熱傳導(dǎo)。
當(dāng)熱電設(shè)備用于加熱均勻性支座時，電流被提供到熱電設(shè)備，以便生成朝向均勻性支座的熱側(cè)和朝向傳熱構(gòu)件500的冷側(cè)?？蛇x的，加熱的熱流體能夠從熱流體源流動進(jìn)入傳熱構(gòu)件500，以便加熱熱電設(shè)備的熱側(cè)。由于熱流體加熱熱電設(shè)備的冷側(cè)，熱電設(shè)備的熱側(cè)加熱均勻性支座。通過控制供應(yīng)給熱電設(shè)備的電流，能夠控制從基片到(或從)傳熱構(gòu)件的熱流量。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，傳熱構(gòu)件500用于冷卻支座230，使得在基片和傳熱構(gòu)件之間提供大的溫度差。使用與一個或多個珀耳帖元件相組合的液氮或者閉環(huán)氦浴的傳熱構(gòu)件能夠分別產(chǎn)生高至大約194K或大約298K的溫度梯度。
包括可選底部電極400的均勻性支座230可以對應(yīng)于圖1中示出的均勻性支座112。該均勻性支座230包括空心的銷底座250。銷底座250包括上壁260、側(cè)壁264和下壁270。上壁和下壁分別具有上表面261、271以及下表面262、272。上壁260、側(cè)壁264和下壁270限定腔280。在操作中，貫通件(例如用于將基片升高和降低到均勻性支座上以及離開均勻性支座的提升銷裝備)能夠位于腔體積內(nèi)。
銷底座250適于支撐基片支撐銷陣列320?？钻嚵?80橫向延伸橫跨上壁并且通過上壁從上表面261到下表面262。每個孔尺寸為容納基片支撐銷320。每個基片支撐銷320適于可滑動的裝配在孔內(nèi)。優(yōu)選這些孔以密集列布置(例如密集圖形、同心圓圖形、正方形陣列等等)。例如，能夠以密集列布置這些孔，使得在相近(即最相鄰)孔之間的距離小于5mm，優(yōu)選大于約3mm。從而，以與孔相同的圖形來布置基片支撐銷320。共同的，支撐銷320形成小于、等于或大于基片下表面的表面面積的銷陣列300。
為了加工基片，諸如等離子反應(yīng)器之類的加工腔在其內(nèi)提供有傳熱系統(tǒng)190。基片載入腔內(nèi)并且在腔內(nèi)部放在支撐銷陣列上。例如，機(jī)械臂(未示出)能夠從裝載鎖定(load-lock)傳遞腔將基片運(yùn)送到加工腔內(nèi)。提升銷裝置(未示出)具有提升銷，這些提升銷能夠由提升機(jī)構(gòu)升高和降低通過銷底座。優(yōu)選通過銷底座250、下電極400和傳熱構(gòu)件500的提升銷與腔280不流體連通并且與下電極和傳熱構(gòu)件電和熱絕緣。機(jī)械臂能夠?qū)⒒旁谔嵘N的頂端并且提升機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒒档偷戒N陣列上。如下面更詳細(xì)描述的，在基片放在銷陣列上以后，腔280中的氣壓為使得支撐銷的大部分或全部與基片的背側(cè)表面相接觸。例如，基片能夠放在完全伸展的支撐銷上，并且能夠預(yù)設(shè)氣壓，以便支撐銷在基片重量作用下降低，或者該基片能夠放在完全收縮的支撐銷上，并且氣壓能夠增加到升高支撐銷。在加工基片之后，提升機(jī)構(gòu)能夠升高提升銷，以便提升基片離開均勻性支座，允許基片經(jīng)由機(jī)械臂從加工腔移開。
在加工過程中，基片定位在銷陣列上，使得支撐銷的大部分與基片的背側(cè)表面進(jìn)行物理接觸。從而在加工過程中熱量能夠經(jīng)由陣列300從基片到傳熱構(gòu)件傳遞。能夠由支撐銷的幾何形狀布置(例如圖形、圖形密度)以及支撐銷自身的材料特性(例如熱傳導(dǎo)性)確定橫跨基片表面的溫度分布。該銷陣列能夠包括支撐銷的均勻或不均勻圖形。
傳熱系統(tǒng)能夠構(gòu)造成包括兩個或多個區(qū)域，其能夠提供相同熱流量或不同熱流量到被支撐基片的不同區(qū)域。例如，傳熱構(gòu)件可以包括用于冷卻(或加熱)均勻性支座的內(nèi)部的第一區(qū)域，以及用于冷卻(或加熱)均勻性支座的外部的第二區(qū)域。在基片的加工過程中，可以為兩個或多個區(qū)域中每一個設(shè)定相同溫度或不同溫度。優(yōu)選多區(qū)域傳熱構(gòu)件的每個區(qū)域與其他區(qū)域熱隔離，使得能夠獨(dú)立控制每個區(qū)域的溫度。從而，多區(qū)域傳熱構(gòu)件能夠用于均勻冷卻(或加熱)均勻性支座到期望溫度和/或補(bǔ)償在加工過程中橫跨均勻性支座的不均勻熱分布。在提供多區(qū)域傳熱構(gòu)件的實(shí)施例中，優(yōu)選提供多區(qū)域銷底座。
分開的銷底座能夠安裝在多區(qū)域傳熱構(gòu)件的每個區(qū)域以上。從而，該傳熱系統(tǒng)能夠包括多區(qū)域銷底座，同時每個銷底座支撐在分開的傳熱構(gòu)件上。優(yōu)選多區(qū)域銷底座的每個區(qū)域與其他銷底座區(qū)域相熱隔離，使得通過控制位于下部的傳熱構(gòu)件的溫度而能夠獨(dú)立控制每個區(qū)域的溫度。
多區(qū)域傳熱系統(tǒng)的每個區(qū)域優(yōu)選與其他區(qū)域熱隔離。諸如玻璃、石英或氧化鋁之類的絕緣材料能夠用于熱隔離每個區(qū)域。
支撐承受蝕刻的基片的傳熱系統(tǒng)優(yōu)選充分冷卻基片，以便防止任意光刻膠在基片上燃燒。優(yōu)選在等離子蝕刻過程中的平均基片溫度維持在低于140℃。在高密度等離子反應(yīng)器中，其一般足以冷卻基片到大約-20到40℃之間的溫度。為了維持基片處于期望的溫度，傳熱構(gòu)件能夠冷卻到低于大約100K的溫度(例如77K或更低)。
銷底座進(jìn)一步包括用于將加壓氣體流入腔280內(nèi)的供氣進(jìn)口282。可選的，銷底座能夠包括用于從腔釋放加壓氣體的出氣口284。通過壓力控制閥283、285能夠控制通過進(jìn)口282和出口284的氣體流動率，使得流入腔280內(nèi)的凈氣體確定在腔內(nèi)的氣壓。壓力計(jì)能夠連接到供氣進(jìn)口282，以便測量在腔280中的氣壓。壓力計(jì)能夠?qū)⑾鄳?yīng)于所測量壓力信號輸出到質(zhì)量流量壓力控制器并且讀出(未示出)。該壓力控制器電連接到并且相應(yīng)于所測量的壓力控制壓力控制閥283、285。壓力控制閥283、285與諸如氦、氮、氬或其混合物之類的氣體源相流體連通。
在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)基片放在均勻性支座230上時，基片的重量在支撐銷320的陣列上施加向下的力。每個銷能夠通過與基片的背側(cè)表面相接觸而向下位移。腔280中的氣體的壓力能夠在支撐銷320上施加向上的力。在加工過程中，腔280中的氣壓在每個支撐銷上連續(xù)施加向上的力。通過在腔280中供應(yīng)有效量的氣壓，由加壓氣體施加在支撐銷上的向上力能夠引起至少支撐銷的大部分結(jié)合基片的背側(cè)表面。優(yōu)選大于95％(例如100％)的支撐銷在加工過程中與基片的背側(cè)表面進(jìn)行熱接觸。
從而，獨(dú)立地可移動的支撐銷320的陣列300可提供能夠與平面或非平面基片進(jìn)行熱接觸的共形支撐表面。該共形支撐表面提供在基片背側(cè)和傳熱構(gòu)件之間的熱接觸，而不將基片靜電夾持到支撐表面上。
優(yōu)選地，一個或多個溫度傳感器(例如，熱電偶、光纖傳感器等等)布置在或鄰近均勻性支座230的頂表面上，以便提供在加工過程中實(shí)時指示基片的溫度。例如，能夠省略一個或多個支撐銷，并且能夠在支撐銷的位置提供諸如熱電偶或黑體探針之類的熱傳感器。在公眾所知的U.S.專利No.6,140,612中能夠發(fā)現(xiàn)適合用于感知被支撐晶片的溫度的黑體探針的細(xì)節(jié)，該專利的全文在此結(jié)合作為參考?？商鎿Q地或者額外地，一個或多個溫度傳感器能夠布置在傳熱構(gòu)件中，以便感知傳熱構(gòu)件和/或熱流體的溫度。
在基片背側(cè)和支撐銷320之間直接接觸的面積以及橫跨基片/支撐銷界面的熱傳導(dǎo)效率兩者均影響傳熱量。在支撐銷和基片之間直接接觸的面積，其是支撐銷數(shù)量和數(shù)量密度以及支撐銷接觸表面的粗糙度、平面度和粗糙度的函數(shù)，會影響在加工過程中基片溫度和/或基片溫度均勻性。一般，接觸面積越大，由傳導(dǎo)傳遞的熱量越多。同時，支撐銷320的幾何形狀(例如，直徑)和材料特性(例如，熱傳導(dǎo)性)能夠影響基片的溫度和/或溫度均勻性。
期望最小化在孔之間的間距(也即，最小化在支撐銷之間的間距)，以便最大化支撐銷與基片的整體接觸面積。支撐銷320的總數(shù)一般依賴于傳熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了加工300mm晶片，例如，銷陣列優(yōu)選包括至少1000支撐銷，更優(yōu)選至少1500支撐銷。在優(yōu)選實(shí)施例中，以密集陣列布置支撐銷。在支撐銷之間的間距優(yōu)選小于約5mm，更優(yōu)選小于大約3mm(例如，大約2或1mm)。
每個支撐銷320的直徑(dP)和每個孔的直徑(dB)優(yōu)選尺寸為允許每個銷在孔內(nèi)如箭頭A所指示那樣自由移動(即，dP＜dB)，同時最小化加壓氣體從腔280通過孔的排放。優(yōu)選地，每個支撐銷的直徑小于大約3mm，優(yōu)選大約2mm。從而，期望最小化在每個支撐銷和其相應(yīng)孔之間的間隙，以便最小化經(jīng)由孔加壓氣體從腔280的排放。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐銷直徑比其相應(yīng)孔內(nèi)徑小大約0.1和5％之間。支撐銷的外徑和孔的內(nèi)徑優(yōu)選制造成處于預(yù)選數(shù)值+/-5％的公差內(nèi)?？蛇x地，O形圈密封(未示出)能夠提供在支撐銷320和孔265之間，以便最小化加壓氣體通過孔265的流動。而且，孔265的內(nèi)表面和/或支撐銷320的外表面能夠涂敷有低摩擦、導(dǎo)熱涂層，以便方便銷的運(yùn)動，同時最小化氣體從腔的排放。
現(xiàn)在，特別參照圖3將要描述每個支撐銷320的優(yōu)選構(gòu)造。每個支撐銷320在其上遠(yuǎn)端包括接觸頂端330，該接觸頂端330適于與基片的背側(cè)進(jìn)行接觸。每個支撐銷能夠包括改變幾何形狀的接觸頂端。例如，支撐銷320能夠包括基本平面的接觸頂端330a或半球形接觸頂端330b。而且，支撐銷320能夠包括成形為最大化與基片背側(cè)接觸的接觸頂端。每個支撐銷的主體優(yōu)選為圓柱形狀。從而，每個支撐銷的橫截面優(yōu)選為圓形，相應(yīng)于圓形孔265。然而一個或多個支撐銷的上遠(yuǎn)端能夠包括具有非圓形橫截面的接觸頂端。例如，該頂端能夠加大以便提供與基片的更大接觸。圖3示出一種支撐銷320，其具有適于可滑動裝配在孔265內(nèi)的圓形主體328和六邊形接觸頂端330c。接觸頂端330包括能夠?yàn)榛酒矫婊蚯娴慕佑|表面332。如下所論述的，接觸表面的粗糙度能夠改變。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個支撐銷由其相應(yīng)孔可滑動地約束。例如如圖2所示，每個支撐銷能夠在其運(yùn)動范圍內(nèi)由一對止塊322、324限制。提供上止塊322用于通過抵靠上表面261而限制每個銷320在向下方向上的運(yùn)動，并且提供下止塊324用于通過抵靠下表面262而限制每個銷320在向上方向上運(yùn)動。在上止塊322和下止塊324之間沿著每個銷的距離為D。優(yōu)選，每個銷320的整個運(yùn)動范圍小于大約5mm(相應(yīng)于在D和t之間的差值，其中t為上壁260的厚度)。再次參照圖2，在可替換實(shí)施例中，能夠省略上止塊322，能夠提供下止塊324用于通過抵靠上表面262而限制每個銷320在向上方向上運(yùn)動，并且每個銷320的下遠(yuǎn)端表面326能夠通過抵靠上表面271而限制每個銷在向下方向上運(yùn)動。而且，上止塊322能夠相應(yīng)于接觸頂端330，該接觸頂端330具有大于孔265直徑的橫截面。上和下止塊能夠包括連續(xù)或不連續(xù)的凸起。該凸起從支撐銷的主體延伸一定量，該延伸量足以限制支撐銷在向下或向上方向的垂直運(yùn)動。
每個銷構(gòu)造成在基本垂直于基片背側(cè)表面的方向上獨(dú)立移動。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過在腔中使用預(yù)定氣壓，當(dāng)基片定位在均勻性支座上時，將會由基片的重量引起銷在向下垂直方向上的運(yùn)動。接觸基片的每個銷將在接觸點(diǎn)處根據(jù)基片表面的相對重量而在向下方向上位移一定量。換句話說，銷在它們相應(yīng)孔內(nèi)的深度，并因此它們距離完全伸展位置的位移依賴于基片的表面輪廓。然而，由在腔280中的加壓氣體施加在銷上的向上力能夠抵抗由基片重量引起的向下力。優(yōu)選，在基片加工過程中足夠的氣壓施加給腔280，以便維持在陣列中的每個銷與基片的背側(cè)表面相接觸(例如，熱接觸)。
通過增加或降低腔280中的氣壓能夠影響支撐銷的運(yùn)動。通過增加在腔中的氣壓，能夠迫使銷向上直到它們向上運(yùn)動范圍受到限制為止(例如，下止塊324結(jié)合下表面262)。當(dāng)下止塊324結(jié)合下表面262時銷處于伸展位置。通過降低在腔中的氣壓，銷能夠向下移動(在作用于它們自身質(zhì)量上的重力作用下和/或源于放在其上的基片質(zhì)量所引起的向下力)直到它們的向下運(yùn)動范圍受到限制為止(例如，上止塊322結(jié)合上表面261或者下遠(yuǎn)端表面結(jié)合上表面271)。當(dāng)銷的向下運(yùn)動范圍受到限制時，該銷處于其收縮位置。優(yōu)選，在將晶片裝載在均勻性支座之前，腔280中的氣壓增加一定量，該增加量有效于將陣列300中的每個銷320升高到其伸展位置。然而，當(dāng)晶片裝載在均勻性支座上時，陣列中的支撐銷能夠處于它們的凹進(jìn)位置。將會理解到，在晶片裝載在均勻性支座上之后，腔280中的氣壓能夠維持設(shè)定或增加或降低一定量，該量有效于結(jié)合支撐銷與晶片接觸表面的至少大部分。
使用一個或多個傳感器能夠在加工過程中監(jiān)測支撐銷的位置。從位置傳感器讀出的輸出能夠用于控制腔中的氣壓。例如，如果在將基片放在支撐銷上之后位置傳感器指示支撐銷處于它們的伸展位置的話，則能夠減小腔中的氣壓。同樣，如果在將基片放在支撐銷上之后位置傳感器指示支撐銷處于它們的收縮位置的話，則能夠增加腔中的氣壓。
質(zhì)量流量壓力控制器為腔280中的加壓氣體設(shè)定期望的壓力值(設(shè)定點(diǎn)壓力)。該設(shè)定點(diǎn)壓力主要基于基片質(zhì)量來確定。在優(yōu)選實(shí)施例中，將要加工的基片支撐在銷陣列300上，并且質(zhì)量流量控制器增加或降低加壓氣體流入腔280內(nèi)，以便維持支撐銷320處于它們的伸展和收縮位置之間。在加工過程中，質(zhì)量流量控制器能夠基于位置傳感器(如果提供的話)的輸入而維持腔中氣壓處于預(yù)定值或調(diào)節(jié)腔中氣壓值。在基片加工過程中，腔280中的氣壓優(yōu)選維持處于足以迫使銷陣列300中的大部分銷320向上的水平，使得接觸表面332結(jié)合基片的背側(cè)表面。優(yōu)選在銷陣列300中的每個銷320將垂直移動到接觸點(diǎn)，使得支撐銷的接觸表面與基片相接觸(例如，熱接觸)。從而，該均勻性支座提供包括支撐銷陣列接觸表面的共形的支撐表面。在基片加工過程中，每個接觸表面能夠獨(dú)立的與基片的背側(cè)進(jìn)行熱接觸。
在基片加工過程中，該基片會變熱。該熱量會源于例如基片的等離子蝕刻。來自化學(xué)反應(yīng)、材料濺射、離子轟擊等等的熱量優(yōu)選通過基片傳導(dǎo)跨過基片/支撐銷截面，通過支撐銷陣列，通過銷底座并最終到傳熱構(gòu)件。該傳熱構(gòu)件適于經(jīng)由通過均勻性支座的熱傳導(dǎo)從基片去除熱量。在可替換實(shí)施例中，傳熱構(gòu)件能夠通過均勻性支座的熱傳導(dǎo)而將熱量供應(yīng)給基片。
通過增加在基片和銷陣列之間的整體接觸面積和/或通過最小化接觸表面的粗糙度而能夠增加橫跨基片/銷陣列界面的熱傳導(dǎo)性。在一個實(shí)施例中，提供密集陣列的支撐銷能夠增加在基片和銷陣列之間的整體接觸面積。
描述不同支撐銷陣列圖形。然而所描述的陣列圖形僅僅是可以用于構(gòu)造共形支撐表面的圖形的代表。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐銷陣列包括密集陣列的相同銷。在進(jìn)一步實(shí)施例中，一個或多個支撐銷的接觸頂端能夠構(gòu)造成最大化在基片和基片支持銷之間的熱接觸。例如，通過控制接觸頂端的形狀和/或粗糙度能夠最大化該熱接觸。該銷陣列能夠包括離散的區(qū)域，其中在每個區(qū)域中，支撐銷的布置能夠是恒定或變化的(也即，支撐銷材料、銷尺寸、銷之間的間距、和/或接觸表面粗糙度等等能夠貫穿整個支撐銷陣列或貫穿在陣列中的一個區(qū)域是恒定或變化的)。
通過降低支撐銷接觸表面的表面粗糙度，能夠增加在基片和基片支撐銷之間的熱接觸效率，優(yōu)選每個支撐銷的接觸表面的表面粗糙度低于其進(jìn)行接觸的基片的背側(cè)的表面粗糙度。然而將會理解到，表面粗糙度能夠提供用于獲得在基片和支撐銷之間的期望的熱接觸。未研磨硅晶片(相應(yīng)于背側(cè)表面)的表面粗糙度通常為大約0.3微米。
銷放置幾何形狀以及接觸表面的粗糙度可以是恒定的或者橫跨銷陣列有意地改變。例如，可以期望在陣列中間部分處提供支撐銷，它們具有與在陣列的外部、環(huán)形部分處的支撐銷相比較而言降低和/或等級別的接觸表面粗糙度。在這種情況下，減小的粗糙度能夠在基片的中間部分處提供更有效的傳熱。
銷陣列300能夠構(gòu)造為使得銷陣列的外周基本上與基片的外周一起延伸?？商鎿Q的，該銷陣列300能夠構(gòu)造成使得銷陣列的外周小于基片的外周。從而該基片能夠在其外邊緣具有懸出區(qū)域。優(yōu)選當(dāng)基片放在均勻性支座上用于加工時，該銷陣列由基片完全覆蓋。例如，銷陣列的外邊緣能夠在基片外邊緣內(nèi)部大約2mm的地點(diǎn)處終止?？商鎿Q的，銷陣列的外周可以構(gòu)造為延伸到基片的外周或者延伸超出基片的外周。
該銷底座優(yōu)選安裝在底部RF電極400上，后者依次安裝在傳熱構(gòu)件500上。優(yōu)選底部RF電極是第二板。一層諸如硅膠粘劑的聚合物膠粘劑能夠用于將銷底座與位于下部的電極結(jié)合和/或?qū)㈦姌O與位于下部的傳熱構(gòu)件結(jié)合。該銷底座也能夠使用諸如軟焊或硬焊之類的連接技術(shù)而結(jié)合到底部電極上(和/或底部電極能夠結(jié)合到傳熱構(gòu)件上)。優(yōu)選當(dāng)提供底部RF電極時，橫跨每個銷底座-電極和電極-傳熱構(gòu)件界面進(jìn)行良好熱接觸。當(dāng)不提供底部RF電極時，優(yōu)選橫跨銷底座-傳熱構(gòu)件界面進(jìn)行良好熱接觸，從而在每個實(shí)施例中，傳熱系統(tǒng)提供在基片和傳熱構(gòu)件之間的有效和均勻傳熱。
在圖4中示出的是均勻性支座230的局部橫截面的剖視圖。支撐銷320(320a、320b、320c)示出具有與下表面262結(jié)合的下止塊324。具有非平面背側(cè)表面601的基片600示出還未由均勻性支座支撐。
在圖5中示出的是圖4的均勻性支座的局部橫截面的剖視圖。一部分基片600示出支撐在支撐銷320上。在操作中腔280中的氣壓供應(yīng)向上力給每個支撐銷320，足以引起每個支撐銷320a-320c的接觸表面332與晶片背側(cè)表面601進(jìn)行接觸(例如熱接觸)。特別參照圖5，第一支撐銷320a接觸在基片的背側(cè)表面上基本凹進(jìn)的點(diǎn)，并因此從其完全伸展位置最小位移。第二和第三支撐銷320b、320c每個均在具有不同高度的地點(diǎn)處接觸基片，并因此具有基于其上改變的位移。從而，提供了共形基片支撐表面，其在基片和傳熱構(gòu)件之間有效地結(jié)合熱能量。
傳熱系統(tǒng)也能夠適合于提供用于諸如氣動或纜驅(qū)動提升銷之類的提升銷，其能夠用于從均勻性支座裝載和卸載基片。一般，提升銷洞從頂部表面261延伸，通過上壁260、腔280、下壁270、電極400和傳熱構(gòu)件500。該電極400能夠包括與提升銷洞對齊的孔，但是優(yōu)選直徑更大，由此防止提升銷接觸電極。優(yōu)選提升銷位于隔離的通道中，這些通道不與腔280流體連通，以便防止腔中的加壓氣體通過提升銷洞排放。在圖2中，單個提升銷290被示出可移動地定位在通道292中。
傳熱構(gòu)件能夠包括安裝在其上的諸如纜致動提升銷之類的提升銷，提升銷可移動地朝向和離開均勻性支座，使得提升銷通過在電極和銷底座中的洞行進(jìn)，以便升高和降低基片到均勻性支座上和離開均勻性支座。用于在真空腔中移動基片的纜致動驅(qū)動裝置在公眾所有的U.S.專利No.5,796,066中揭露，其公開的全文在此結(jié)合作為參考。提升銷洞的數(shù)量一般依賴于傳熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和/或基片的尺寸。
在一些等離子反應(yīng)器(例如，高功率反應(yīng)器)中，鄰近基片的表面(例如，銷底座250和/或支撐銷320的上表面261)會暴露給在等離子加工腔內(nèi)的等離子區(qū)域，并因此由于來自等離子的磨損，即離子轟擊，而消耗。優(yōu)選，銷底座250和/或支撐銷320由抗等離子環(huán)境的材料制成。可替換的，銷底座250和/或支撐銷320能夠涂敷有抗等離子環(huán)境的材料。銷底座250和/或支撐銷320優(yōu)選由如下材料制成其允許由可選的下RF電極供應(yīng)的RF能量結(jié)合在基片上產(chǎn)生的等離子。
優(yōu)選銷底座250由導(dǎo)電、導(dǎo)熱、RF透射、抗等離子材料制成。用于銷底座的合適材料的實(shí)例包括導(dǎo)電材料(例如金屬)和半導(dǎo)電材料(例如硅、碳化硅、金剛石、類金剛石碳、石墨等)。優(yōu)選支撐銷320由導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗蝕刻材料制成。用于支撐銷的合適材料的實(shí)例包括導(dǎo)電材料(例如金屬)和半導(dǎo)電材料(例如硅、碳化硅、金剛石、類金剛石碳、石墨等)。
在傳熱構(gòu)件適于冷卻基片的實(shí)施例中，電極400能夠絕緣于腔環(huán)境和/或圍繞的材料和表面。在公眾所有的U.S.專利No.6,337,277中揭示了在適于冷卻基片的基片支撐體中使用一個或多個電極絕緣層，該專利全文在此結(jié)合作為參考。
均勻性支座優(yōu)選布置成基本圓柱形狀并且與加工腔軸向?qū)R，使得該加工腔和均勻性支座圓柱對稱。然而，應(yīng)當(dāng)指出這并不是限制，并且該支座位置可以根據(jù)每個等離子加工系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)而改變。
盡管均勻性支座已經(jīng)示出和講述為產(chǎn)生均勻基片溫度，但將會理解到該均勻性支座也可以構(gòu)造成產(chǎn)生不均勻基片溫度(例如，補(bǔ)償諸如不均勻等離子密度之類的其它加工不均勻性)。
除了熱耦合之外，該均勻性支座能夠構(gòu)造成從事均勻性電場。參照圖6，邊緣環(huán)156能夠提供用于改善在基片邊緣附近加工的電和機(jī)械特性，以及保護(hù)銷底座和支撐銷免受反應(yīng)(即離子轟擊)。如此，邊緣環(huán)156布置成圍繞基片600的邊緣，并且放置在電極400以上并且圍繞銷底座250。在多數(shù)情況下，邊緣環(huán)156構(gòu)造成在過度磨損之后更換的可消耗部件。該邊緣環(huán)156可以由諸如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、石英等之類的合適絕緣材料形成。以實(shí)例方式，能夠提供由硅，特別是由單晶硅(例如摻雜碳化硅)形成的邊緣環(huán)。
為了有效保護(hù)銷320，邊緣環(huán)156通常具有圍繞基片600的外邊緣的第一部分162和圍繞銷底座250的外邊緣的第二部分164。第二部分164通常鄰近銷底座250的外邊緣并放置在電極400(如果提供的話)和基片600之間。如所示，當(dāng)基片160放在均勻性支座230上用于加工時，第二部分164由基片160覆蓋。在一種實(shí)施例中，邊緣環(huán)的第二部分在基片下延伸出大約2mm。
而且，邊緣環(huán)156的外邊緣能夠構(gòu)造成至少延伸到電極400的外邊緣。一般，然而優(yōu)選保持邊緣環(huán)156的寬度(跨過底部表面測量)小，以便減小需要加工基片600的功率。以實(shí)例方式，能夠提供在大約2-15mm之間的寬度。邊緣環(huán)有益的提供延伸超出基片邊緣的結(jié)合區(qū)域，并因此橫跨基片的電特性趨向于更均勻，再進(jìn)一步，邊緣環(huán)156的頂表面(例如第一部分162)布置成稍微在基片頂部表面以下或者大約與基片頂部表面相同高度水平，使得銷底座和邊緣環(huán)相結(jié)合，從而形成用于接收加工基片的凹進(jìn)部分。然而，應(yīng)當(dāng)指出邊緣環(huán)的頂部表面的高度水平可以根據(jù)每個等離子加工系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)而改變(例如，可以延伸到基片以上或者可以傾斜)。
邊緣環(huán)156可以電浮動或者電耦合到DC地(即，不需要是RF地)。適合用于均勻性支座以便改善蝕刻率均勻性的邊緣環(huán)的細(xì)節(jié)在公眾所有的U.S.專利Nos.6,039,836和6,344,105中揭示，該專利全文在此結(jié)合作為參考。
在加工過程中，邊緣環(huán)156也能夠用作約束環(huán)，其維持基片適當(dāng)?shù)嘏c傳熱系統(tǒng)對齊。例如，能夠提供邊緣環(huán)156使得邊緣環(huán)的上表面157高于基片600的下表面601。從而，當(dāng)基片600放在銷陣列上時，基片的外周能夠結(jié)合邊緣環(huán)的內(nèi)周。優(yōu)選，邊緣環(huán)結(jié)合基片支撐銷的陣列，以便提供相對于邊緣環(huán)的上表面157凹進(jìn)的基片支撐表面。在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)基片由用于加工的傳熱系統(tǒng)支撐時，邊緣環(huán)的上表面157和基片的上表面601基本共平面。
均勻性支座230也能夠包括阻抗匹配層158，其放置在邊緣環(huán)156和電極400之間。該阻抗匹配層158優(yōu)選構(gòu)造成用于控制橫跨基片表面由電極400產(chǎn)生的電場阻抗。更特別地，阻抗匹配層158構(gòu)造成用于改變在基片600邊緣附近產(chǎn)生的電場的阻抗。通過改變阻抗，橫跨基片表面產(chǎn)生更均勻的能量耦合。因此，可以獲得加工均勻性，使得在基片中心處的加工率基本上等于在基片邊緣處的加工率。因此，基片邊緣可以用于形成IC’s，由此增加了產(chǎn)量。
如圖6所示，阻抗匹配層158夾在邊緣環(huán)156和電極400之間。阻抗匹配層158能夠結(jié)合電極400的上表面或者結(jié)合邊緣環(huán)156的下表面。優(yōu)選，該阻抗匹配層結(jié)合在相應(yīng)表面上(例如邊緣環(huán)或電極)，以便產(chǎn)生更好的熱和電結(jié)合。以實(shí)例方式，能夠提供諸如硅樹脂彈性體、軟焊或硬焊之類的結(jié)合加工。
而且，為了有效控制在電極和等離子之間的阻抗，阻抗匹配層的厚度可以處于大約0.10到大約10mm之間，并且阻抗匹配層可以由諸如絕緣、半導(dǎo)電或?qū)щ姴牧现惖暮线m材料形成。以實(shí)例方式，諸如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、石英、鋁、陽極氧化鋁和例如氧化鋁的鋁陶瓷之類的材料能夠用于形成阻抗匹配層。
阻抗匹配層的寬度(例如，表面覆蓋量)也是能夠用于控制在電極和等離子之間阻抗的因素。例如，阻抗匹配層的寬度能夠等于邊緣環(huán)的寬度(例如，橫跨邊緣環(huán)的底部表面)?？商鎿Q地，阻抗匹配層的寬度能夠小于邊緣環(huán)的寬度。在阻抗匹配層的寬度小于邊緣環(huán)的寬度的情況下，更小的阻抗匹配層可以朝向邊緣環(huán)的內(nèi)周、邊緣環(huán)的外周或者在邊緣環(huán)的中間定位。以實(shí)例方式，阻抗匹配層可以布置成使得其僅僅在基片區(qū)域中設(shè)置在邊緣環(huán)和電極之間。適合用于均勻性支座以便改善蝕刻率均勻性的阻抗匹配層的細(xì)節(jié)在公眾所有的U.S.專利No.6,363,882中揭示，該專利全文在此結(jié)合作為參考。
能夠獲得的能量耦合的程度通常是在等離子和電極之間每單位面積的整體阻抗的因素。阻抗一般定義為抵抗電荷流動或通過電路電流的測量值。在橫跨基片具有高和低阻抗區(qū)的基片上，并且對于橫跨基片給定的功率來說，一般相信在基片的低阻抗區(qū)域，耦合能量趨向于高，并且在基片的高阻抗區(qū)域，耦合能量趨向于低。因此，能量的均勻耦合高度依賴于均勻性支座的阻抗。
每單位面積的整體阻抗是基片的每單位面積阻抗、銷陣列的每單位面積阻抗、邊緣環(huán)的每單位面積阻抗、阻抗匹配層的每單位面積阻抗以及在它們之間出現(xiàn)的任意間隙或界面的每單位面積阻抗的函數(shù)。通常因?yàn)樵阡N和邊緣環(huán)之間的材料特性差別，在基片中心處通過均勻性支座和基片產(chǎn)生的阻抗不同于在基片邊緣處通過均勻性支座、邊緣環(huán)和基片產(chǎn)生的阻抗。因此，在基片邊緣處的能量耦合一般不同于在基片中心處的能量耦合(例如，不均勻)。
阻抗匹配層能夠布置成調(diào)節(jié)在基片邊緣處的阻抗(例如，外殼電壓)，使得在基片邊緣處的阻抗等于在基片中心處的阻抗。以此方式，橫跨基片表面的能量耦合更均勻，并因此能夠獲得加工均勻性。
邊緣環(huán)的厚度和阻抗匹配層的厚度能夠可選為獲得期望的耦合效果。例如，邊緣環(huán)厚度降低/增加以及阻抗匹配層厚度增加/降低會減少/增加在基片邊緣處的阻抗。而且，阻抗匹配層的材料特性(例如，介電常數(shù))可以調(diào)整成將在基片邊緣處的阻抗與在基片中心處的阻抗相匹配。例如，介電常數(shù)值的降低/增加可以減少/增加在基片邊緣處的阻抗。阻抗匹配層的長度和位置可選擇為獲得期望的耦合效果。例如，更小/更大的阻抗匹配層厚度可以減少/增加在基片邊緣處的阻抗。另外，阻抗匹配層相對于邊緣環(huán)的位置也可以減少/增加在基片邊緣處的阻抗。
因此，阻抗匹配層的厚度以及邊緣環(huán)的厚度、阻抗匹配層的材料特性以及阻抗匹配層的長度和位置能夠用于將在基片邊緣處的阻抗與在基片中心處的阻抗相匹配。
盡管均勻性支座已經(jīng)示出和描述為產(chǎn)生均勻電場，但將會理解到該均勻性支座也可以構(gòu)造成產(chǎn)生不均勻電場，以便補(bǔ)償諸如不均勻等離子密度之類的其他加工不均勻性。正如所提到的，阻抗量一般影響耦合能量的數(shù)量，并且耦合能量的數(shù)量一般影響用于加工基片的等離子的密度和能量。因此，通過有目的地設(shè)計(jì)能夠在由電極生成的電場中產(chǎn)生變動的均勻性支座，而可以改善整個系統(tǒng)的加工均勻性。在一個特定實(shí)施例中，阻抗匹配層布置成改變均勻性支座的阻抗，以便橫跨基片表面提供電場變動。
也應(yīng)當(dāng)從前面描述中認(rèn)識到，已經(jīng)假定了來自等離子的恒定能通量，并且通過使用傳熱系統(tǒng)能夠獲得基本上均勻的晶片表面溫度，上述傳熱系統(tǒng)包括與傳熱構(gòu)件相結(jié)合的均勻性支座。共形支撐表面的操作原理能夠延伸到橫跨基片表面非均勻和/或不對稱等離子密度的情況。在這種情況下，支撐銷分布(例如，名義接觸面積部分)和/或接觸表面的表面粗糙度可以調(diào)整為匹配在基片上不同位置處期望的等離子密度輪廓。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，提供一種使用上述傳熱系統(tǒng)加工基片的方法。該方法能夠包括將基片供應(yīng)到在其內(nèi)結(jié)合有傳熱系統(tǒng)的處理腔，將基片支撐在傳熱系統(tǒng)的均勻性支座上并加工該基片。該加工能夠包括將加工氣體供應(yīng)到腔中，并且激發(fā)加工氣體為等離子并在加工步驟中用等離子蝕刻基片的暴露表面。然而在加工步驟中能夠涂覆基片的暴露表面。通過諸如將射頻能量供應(yīng)給天線之類的任意合適技術(shù)能夠?qū)⒓庸怏w激發(fā)為等離子，上述天線將射頻能量電感地耦合入腔內(nèi)。在加工步驟中，能夠通過在傳熱構(gòu)件中循環(huán)液體冷卻劑而冷卻基片，上述傳熱構(gòu)件與共形的支撐表面良好熱接觸?？商鎿Q的，能夠通過將加熱的熱流體供應(yīng)給傳熱構(gòu)件而加熱基片。通過由銷底座支撐的溫度傳感器能夠監(jiān)測基片的溫度變化。
該加工適合于蝕刻不同絕緣層，例如，諸如氟化氧化硅(FSG)之類的摻雜氧化硅、諸如二氧化硅之類的未摻雜氧化硅、旋裝玻璃(SOG)、諸如硼磷酸鹽硅酸鹽玻璃(BPSG)和磷酸鹽硅酸鹽玻璃(PSG)之類的硅酸鹽玻璃、摻雜或未摻雜熱生長氧化硅、摻雜或未摻雜TEOS沉積氧化硅等等。絕緣摻雜劑包括硼、磷和/或砷。絕緣能夠上部放置導(dǎo)電或半導(dǎo)電層，例如，多晶硅，諸如鋁、銅、鈦、鎢、鉬及其合金之類的金屬，諸如氮化鈦之類的氮化物、諸如硅化鈦、硅化鈷、硅化鎢、硅化鉬之類的金屬硅化物等等。
傳熱系統(tǒng)能夠橫跨基片表面高等級加工均勻性地加工基片。特別地，該均勻性支座提供共形的基片支撐表面，其能夠控制基片背側(cè)表面溫度，并因此控制在其上支撐的基片的前側(cè)表面溫度。而且能夠控制均勻性支座的阻抗，并因此貫穿其耦合的電場能夠變得均勻或不均勻。
在一種構(gòu)造中，支撐銷和阻抗匹配層布置成使得該均勻性支座在基片表面處產(chǎn)生均勻溫度，并且在加工腔內(nèi)部產(chǎn)生均勻電場。因此，用于加工基片的離子密度和離子能量更均勻，并因此能夠獲得均勻性加工。
在另一種構(gòu)造中，均勻性支座和阻抗匹配層中的一個或兩個布置成使得該均勻性支座橫跨基片表面產(chǎn)生變化的溫度和/或產(chǎn)生改變的電場以便補(bǔ)償其它不均勻性(例如，不均勻等離子密度)。因此，加工均勻性能夠改善。另外，該傳熱系統(tǒng)構(gòu)造成用于在加工過程中冷卻(或加熱)基片和邊緣環(huán)兩者，這因此減少趨向于產(chǎn)生加工中不均勻性的溫度、壓力和導(dǎo)電波動。因此，該傳熱系統(tǒng)減少邊緣排斥并增加基片產(chǎn)量。該傳熱系統(tǒng)可以適于加工一定范圍的基片尺寸(例如，150到300mm或更大)。
基于前述觀點(diǎn)，看到傳熱系統(tǒng)橫跨由均勻性支座支撐的晶片表面提供基本上改善的溫度和/或電場均勻性，而不使用靜電夾持元件。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解到，可以進(jìn)行改變和修改，這對于本技術(shù)熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些改變和修改被認(rèn)為處于由這里附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的界限和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適于支撐基片的傳熱系統(tǒng)，該基片用于半導(dǎo)體加工其上表面，包括位于傳熱構(gòu)件上并與之熱接觸的銷底座，所述銷底座具有上壁、下壁以及在上和下壁之間延伸并在它們之間限定腔的側(cè)壁，其中所述上壁包括孔的陣列；基片支撐銷的陣列，其每一個可滑動地定位在相應(yīng)的一個孔中，每個基片支撐銷與銷底座熱接觸，并在其上遠(yuǎn)端包括接觸尖端；以及加壓氣體源，其與所述腔流體連通，并且適于將加壓氣體以足以在向上方向上移動每個支撐銷的量供應(yīng)到所述腔。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中銷陣列包括密集陣列的支撐銷。
3.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中支撐銷能夠不大于大約5mm分開放置，和/或支撐銷的直徑為大約0.5mm和3mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中每個支撐銷包括適于在相應(yīng)一個所述孔內(nèi)可滑動移動的圓柱銷主體，該圓柱銷主體具有基本恒定的外直徑，每個孔具有基本恒定的內(nèi)直徑，其中圓柱銷主體的外直徑比放置圓柱銷主體的孔的內(nèi)直徑小大約0.1和5％之間。
5.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中支撐銷包括金屬或半導(dǎo)體和/或銷底座包括金屬或半導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中支撐銷和/或銷底座的上表面涂覆有導(dǎo)電和/或抗濺射金屬或半導(dǎo)體。
7.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中當(dāng)基片支撐在支撐銷上時，支撐銷和銷底座適于將熱能從基片傳遞到傳熱構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中銷底座經(jīng)由軟焊、硬焊或膠粘劑而結(jié)合到傳熱構(gòu)件上。
9.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個溫度傳感器，其適于測量在基片背側(cè)表面處的溫度。
10.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中支撐銷進(jìn)一步包括至少一個止塊，其適于限制支撐銷的向上或向下移動。
11.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中當(dāng)基片與支撐銷物理接觸時，接觸尖端構(gòu)造成最大化在基片和基片支撐銷之間的熱接觸。
12.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中每個接觸尖端包括具有小于大約0.3微米的平均表面粗糙度的接觸表面。
13.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中每個接觸尖端是基本平面或基本半球形的。
14.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中每個支撐銷適于通過接觸基片的背側(cè)表面而向下位移，并且每個支撐銷適于通過腔中正的氣壓而向上位移。
15.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中每個支撐銷的整體垂直運(yùn)動范圍小于大約5mm。
16.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中銷陣列包括至少1000個支撐銷。
17.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其中傳熱構(gòu)件包括與熱流體源流體連通的流動通道，該熱流體源適于將熱流體提供到流動通道，所述熱流體從由水、液氦、液氮、乙二醇、丙二醇、FluorinetTM及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
18.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，進(jìn)一步在傳熱構(gòu)件頂部上包括多個熱電元件。
19.如權(quán)利要求18所述的傳熱系統(tǒng)，其中熱電元件以同心圓布置。
20.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將加壓氣體流入所述腔內(nèi)的在所述銷底座中的供氣進(jìn)口，以及用于從所述腔釋放加壓氣體的可選的出氣口，其中加壓氣體從由氦、氮和氬構(gòu)成的組中選擇。
21.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，進(jìn)一步包括RF電極，其構(gòu)造成用于鄰接基片上表面產(chǎn)生等離子，其中銷底座的底部表面結(jié)合到RF電極的上表面上，并且RF電極的底部表面結(jié)合到傳熱構(gòu)件的上表面上，其中結(jié)合包括軟焊、硬焊或膠粘。
22.如權(quán)利要求21所述的傳熱系統(tǒng)，進(jìn)一步包括布置在RF電極上的邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)構(gòu)造成用于保護(hù)RF電極和銷底座免受等離子，當(dāng)基片由傳熱系統(tǒng)支撐時，邊緣環(huán)具有構(gòu)造成布置在RF電極和基片之間的第一部分；以及布置在RF電極和邊緣環(huán)之間的阻抗匹配層，該阻抗匹配層結(jié)合到RF電極和/或邊緣環(huán)上，該阻抗匹配層構(gòu)造成控制在RF電極和等離子之間的阻抗，之間布置的所述阻抗影響電場，以便改善橫跨基片上表面的加工均勻性。
23.如權(quán)利要求21所述的傳熱系統(tǒng)，其中基片是半導(dǎo)體晶片，并且電極具有小于、大于或等于晶片直徑的直徑，但是相比于晶片直徑，小于不多于大約2mm或者大于不多于大約2mm。
24.一種在包括權(quán)利要求21的傳熱系統(tǒng)的加工腔中加工基片的方法，所述方法包括如下步驟基片支撐在支撐銷上；通過控制腔中的氣壓而將大部分接觸尖端與基片的背側(cè)表面相接觸；以及加工基片。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中加工腔是等離子蝕刻腔，并且加工包括鄰接基片上表面產(chǎn)生等離子以及在基片的上表面上用等離子蝕刻暴露層。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中加工包括在基片的上表面上形成一層。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中腔中氣壓維持在如下水平在加工過程中有效維持至少95％的接觸尖端與基片的背側(cè)表面進(jìn)行熱接觸。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，包括通過在傳熱構(gòu)件中循環(huán)熱流體，在加工過程中將傳熱構(gòu)件冷卻到小于大約100K的溫度。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，包括通過在傳熱構(gòu)件中循環(huán)熱流體和/或通過供應(yīng)電流到多個熱電模塊以便控制基片支撐銷的溫度，從而在加工過程中將基片冷卻到小于大約450K的溫度。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，包括在傳熱構(gòu)件和基片之間維持至少大約200K或者至少大約300K的溫度梯度。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其中加工步驟包括化學(xué)氣相沉積、等離子氣相沉積、物理氣相沉積、濺射、離子注入、等離子蝕刻或脫膠。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，包括支撐和加工基片而不夾持基片。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其中加工腔包括雙頻電容耦合等離子反應(yīng)器，該等離子反應(yīng)器包括上噴頭電極和底部電極，以兩種不同頻率供應(yīng)RF能量到底部電極或者以不同的第一和第二頻率供應(yīng)到噴頭電極和底部電極。
34.用于加工基片表面的等離子加工系統(tǒng)，包括真空加工腔，其適于激發(fā)和維持用于加工的等離子；以及放置在加工腔內(nèi)的權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)。
35.一種適于支撐基片的傳熱系統(tǒng)，該基片用于半導(dǎo)體加工其上表面，包括位于傳熱構(gòu)件上并與之熱接觸的銷底座，所述銷底座具有上壁、下壁以及在上和下壁之間延伸并在它們之間限定腔的側(cè)壁，其中所述上壁包括孔的陣列；基片支撐銷的陣列，其每一個可滑動地定位在相應(yīng)的一個孔中，每個基片支撐銷與銷底座熱接觸，并在其上遠(yuǎn)端包括接觸尖端；以及加壓氣體源，其與所述腔流體連通，并且適于將加壓氣體以足以在向上方向上移動每個支撐銷的量供應(yīng)到所述腔，其中傳熱構(gòu)件包括與熱流體源相流體連通的流動通道，該熱流體源適于提供熱流體到流動通道。
全文摘要
提供通過使用傳熱系統(tǒng)用于加工基片的等離子加工系統(tǒng)和方法。能夠橫跨基片表面產(chǎn)生高等級加工均勻性的傳熱系統(tǒng)包括均勻性支座，其支撐在傳熱構(gòu)件上并且與之進(jìn)行良好熱接觸。該均勻性支座包括提供共形的基片支撐表面(即接觸表面)的銷陣列，在加工過程中上述支撐表面能夠共形于基片的背側(cè)表面的輪廓。為了均勻冷卻基片，在基片加工過程中在均勻性支座和傳熱構(gòu)件之間能夠建立大的熱梯度。
文檔編號C23C16/00GK101040059SQ200580035008
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者A·費(fèi)希爾 申請人:蘭姆研究公司