專利名稱：用于對基片上的溫度進行空間和時間控制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基片支撐件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于在等離子體加工期間在基片上實現(xiàn)均勻溫度分布的方法和裝置。
背景技術(shù)：
典型的等離子體刻蝕裝置包括反應(yīng)器，在反應(yīng)器中具有供反應(yīng)氣體或多種反應(yīng)氣體流過的腔室。在該腔室中，通過射頻能量將氣體電離成等離子體。等離子體的高反應(yīng)離子能夠與諸如待加工成集成電路(ICs)的半導(dǎo)體晶片的表面上的聚合體掩模之類的材料發(fā)生反應(yīng)。在刻蝕之前，將晶片放置到腔室中，并通過卡盤或保持器保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，該卡盤或保持器將晶片的頂表面暴露于等離子體。在現(xiàn)有技術(shù)中已知多種類型的卡盤(有時叫做基座)?？ūP提供等溫表面，并且用作晶片的散熱器。在一種類型的卡盤中，半導(dǎo)體晶片通過機械夾緊部件而保持在適當(dāng)位置以進行刻蝕。在另一種類型的卡盤中，半導(dǎo)體晶片通過由卡盤和晶片之間的電場產(chǎn)生的靜電力而保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。本發(fā)明適用于這兩種類型的卡盤。
在典型的等離子體刻蝕操作中，等離子體的反應(yīng)離子與半導(dǎo)體晶片的表面上的部分材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。某些加工導(dǎo)致晶片被一定程度的加熱，然而大多數(shù)加熱是由等離子體所引起的。另一方面，晶片溫度的升高在一定程度上加速了等離子體中的材料和晶片材料之間的化學(xué)反應(yīng)速度。如果晶片的整個區(qū)域的溫度變化太大，則晶片上的各微小位置處的局部晶片溫度和化學(xué)反應(yīng)速度會與在刻蝕晶片表面材料時容易產(chǎn)生有害不均勻性的程度有關(guān)。在大多數(shù)情況下，非常希望以近乎完美的程度進行蝕刻，這是由于如果不這樣，制成的集成電路器件(ICs)的電特性相比于所期望的會更多地偏離標(biāo)準(zhǔn)。另外，晶片直徑尺寸的每次增加，都會使確保由越來越大的晶片制成的各批次ICs的均勻性問題變得更加困難。在其它一些情況下，期望能夠控制晶片的表面溫度以獲得常規(guī)分布。
在反應(yīng)離子刻蝕(RIE)期間晶片溫度升高的問題是公知的，并且在過去已經(jīng)嘗試了各種控制RIE期間晶片溫度的努力。圖1示出了控制RIE期間晶片溫度的一種方法。惰性冷卻氣體(諸如氦氣或氬氣)以單一壓力導(dǎo)入到晶片104的底部和保持晶片104的卡盤106的頂部之間的單一的薄空間102中。這種方法被稱為背側(cè)氣體冷卻。
除了在卡盤106的外邊緣處從約1毫米延伸到5毫米的用以減少冷卻劑滲漏的平滑密封區(qū)之外，在所述卡盤的周邊通常沒有O形環(huán)或其它邊緣密封件。由于沒有任何彈性體密封件，因此跨越密封區(qū)不可避免地會存在顯著累進的壓力損失，從而使得晶片104的邊緣沒有被充分地冷卻。因此，在晶片104的邊緣附近產(chǎn)生的熱必然在其被有效地傳導(dǎo)至卡盤之前大量沿徑向向內(nèi)流動。在晶片104的頂部上的箭頭106示出了加熱晶片104所引入的通量。晶片104中的熱流以箭頭110示出。這說明了為什么卡盤的邊緣區(qū)域總是傾向于比表面的其余部分更熱。圖2示出了晶片104上的典型的溫度分布。在晶片104的周邊部分的壓力損失導(dǎo)致晶片104在周邊部分更熱。
解決區(qū)域冷卻需求的一種方法是改變表面糙度或切割凹凸圖案以有效地改變局部接觸面積。這種方案可以在完全沒有背側(cè)冷卻氣體的情況下使用，在這種情況下，由接觸面積、表面糙度和夾緊力來確定熱傳遞。然而，該局部接觸面積只能通過重新加工卡盤而得到調(diào)節(jié)。解決區(qū)域冷卻需求的另一方法是使用冷卻氣體，該冷卻氣體的壓力變化用以增加并且精確調(diào)節(jié)熱傳送。
然而，實際上仍然固定有凹凸圖案。通過將卡盤的表面劃分成不同的區(qū)域(以或者不以小的密封區(qū)作為間隔物)并且將單獨的冷卻氣體供給至每一區(qū)域，可以實現(xiàn)更大程度的獨立空間控制。供應(yīng)至每一區(qū)域的氣體可具有不同的組分，或被設(shè)定成不同的壓力，因而改變導(dǎo)熱率。每一區(qū)域的操作條件都可以在技巧控制(recipe control)下設(shè)定，或者甚至在每一加工步驟期間動態(tài)穩(wěn)定。這些方案取決于重新分配來自等離子體的進入熱通量，并且將熱通量驅(qū)動到不同的區(qū)域。這種方法在較高功率通量時相對有效，然而在較低功率通量時僅僅給出很小的溫度差值。例如，在約3～6W/cm2的均勻通量以及約3mm的密封區(qū)的情況下，有可能獲得使晶片周邊附近溫度增加10℃至30℃的中心至邊緣的熱梯度。這種大小的熱梯度作為過程控制參數(shù)可能是非常有效的。例如，可以通過適當(dāng)?shù)幕瑴囟葓D案來抵消會影響關(guān)鍵加工性能指標(biāo)的等離子體密度的徑向變化或反應(yīng)器布局的不對稱性。然而，某些加工可能以低功率進行，例如多晶柵處理的通量可能僅為0.2W/cm2。除非使平均導(dǎo)熱率非常低(這是非常難以控制的，并且易于導(dǎo)致不充分的總體冷卻)，否則僅僅存在通常小于5℃的非常小的差值。
因此，需要一種在無需大量等離子體熱通量的情況下控制反應(yīng)離子刻蝕或類似加工期間半導(dǎo)體晶片溫度的方法和裝置。本發(fā)明的主要目的在于解決這些需要并且進一步提供相關(guān)優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于控制基片溫度的裝置，該裝置具有溫度受控基座、加熱器、金屬板以及電介質(zhì)材料層。所述加熱器熱連接至所述金屬板的下側(cè)，同時與所述金屬板電絕緣。所述加熱器可以由多個獨立控制的區(qū)域組成，以給出具有空間分辨率的熱圖案。各加熱器區(qū)域的溫度反饋與適當(dāng)?shù)碾娫聪噙B接，所述電源控制各加熱器區(qū)域的熱輸出。第一粘合材料層將所述金屬板和所述加熱器粘結(jié)至所述溫度受控基座的頂表面；所述粘合劑具有允許熱圖案保持在變化的外部加工條件下的物理特性。第二粘合材料層將所述電介質(zhì)材料層粘結(jié)至所述金屬板的頂表面。所述電介質(zhì)材料層形成靜電夾緊機構(gòu)并且支撐所述基片。高電壓連接至電介質(zhì)部分，以實現(xiàn)基片的靜電夾緊。


并入并且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的一個或多個實施例，并且與詳細(xì)的描述一起解釋本發(fā)明的原理和實施方式。
在附圖中
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的保持正在處理的晶片的支撐件的示意性正視圖；圖2為示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1的裝置中晶片的溫度和冷卻劑的壓力的曲線圖；圖3為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有基座的加工腔室的圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的表面溫度范圍與層的平行度之間的關(guān)系的圖表；圖5為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝置表面溫度控制方案的圖；圖6為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有基座的加工腔室的圖；圖7為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的具有基座的加工腔室的圖；圖8為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的裝置表面溫度控制方案的圖；圖9為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的具有基座的加工腔室的圖；圖10為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電連接件的剖視圖的圖；圖11為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在加工期間對基片上的溫度進行空間和時間控制的方法的流程圖；圖12A、12B、12C為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構(gòu)造的裝置的剖視圖；圖13為示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于在加工期間對基片上的溫度進行空間和時間控制的方法的流程圖；圖14A、14B、14C、14D為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例構(gòu)造的裝置的剖視圖；圖15為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于將電源電連接至加熱器和基座中的靜電電極的方法的流程圖。
具體實施例方式
這里就用于基片的支撐件對本發(fā)明的實施例進行描述。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，如下對本發(fā)明的詳細(xì)描述僅僅是示例性的，而并非旨在以任何方式進行限制。
對于得益于該公開的這些技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其他實施例都是顯而易見的?，F(xiàn)在將對附圖中所示的本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)描述。在所有附圖和下文的詳細(xì)說明中，采用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。
為了清楚起見，并未示出和描述在這里所描述的實施方式的所有常規(guī)特征。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解在發(fā)展任何這種現(xiàn)實的實施方式的過程中，必須進行許多實施方式的具體決策，以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目的，諸如與申請一致以及受到商業(yè)方面的制約，而且這些具體目標(biāo)在一種實施方式與另一種實現(xiàn)方式之間，以及開發(fā)者與開發(fā)者之間均不相同。而且，應(yīng)當(dāng)理解這種研發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時的，然而對于從這些公開內(nèi)容中受益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，仍然是工程師的常規(guī)任務(wù)。
本發(fā)明的可調(diào)靜電卡盤是一種用于在等離子體增強反應(yīng)和熱增強反應(yīng)中控制基片加工溫度的裝置。所述裝置允許在來自所述處理的外部熱載荷的變量下保持固定的基片溫度，并且允許使得溫度的改變成為時間的函數(shù)。所述裝置還允許在處理期間在基片上給出空間分辨溫度標(biāo)記，并且保持在該基片上。
所述可調(diào)靜電卡盤響應(yīng)外部加工的熱能輸入來平衡來自位于裝置內(nèi)的熱源的能量，由此保持所述裝置上所需的表面溫度。在靜態(tài)熱力學(xué)條件下，增加來自這些加熱器源的熱能將提高表面溫度；減少該熱能將降低表面溫度。因此，這樣控制熱能可對表面溫度進行臨時改變。另外，空間分辨熱源(即熱能的變化為位置的函數(shù)的熱源)將提供空間溫度控制能力。通過控制所述裝置的表面溫度，良好地?zé)徇B接至裝置的表面的基片也將從所述裝置所使用的相同的溫度控制中受益。
所述基片溫度對半導(dǎo)體加工的影響相當(dāng)大。對半導(dǎo)體的表面溫度提供時間和空間控制的能力對器件制造來說具有非常重要的作用。然而，所述裝置的熱傳遞特性在空間上應(yīng)當(dāng)是均勻的。如果這種熱傳遞特性無法實現(xiàn)則可能導(dǎo)致不期望的溫度標(biāo)記，不使用非常昂貴和不易實行的控制模式(例如，非常高密度的獨立控制回路)是不能修正該溫度標(biāo)記的。
圖3示出了具有用于對基片306的溫度進行時間和空間控制的裝置304的腔室302。所述裝置304包括溫度受控基座308、粘合材料層310、加熱膜312、金屬板314以及電介質(zhì)材料層316。
基座308可以包括主動冷卻金屬支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件被制造為長度和寬度的尺寸與基片306的尺寸近似。冷卻介質(zhì)319保持基座308的溫度。基座308的頂表面被加工成具有高平面度。在一個使用200mm或300mm硅晶片的實施例中，整個基座308的頂表面的偏差可以小于0.0003″。
金屬板314的頂表面和底表面具有高平面度(表面偏差在0.0005″內(nèi))并且具有高平行度(表面偏差在0.0005″內(nèi))。金屬板314的厚度足以充分地傳遞位于金屬板314正下方并與該金屬板314緊密接觸的熱源(諸如加熱器膜312)的空間圖案。在一個實施例中，金屬板314可以包括厚度約為0.040″的鋁板。
加熱器312可以為粘結(jié)至金屬板314底側(cè)的柔性的薄聚酰亞胺加熱膜。加熱器312可以由多個電阻元件構(gòu)成，且圖案布局設(shè)計成可在最終組件的表面上實現(xiàn)空間溫度控制。為了防止任何潛在的電氣問題，加熱元件與金屬板314電絕緣。柔性加熱器312與金屬板314緊密接觸。在一個實施例中，加熱器312包括厚度約為0.010″、表面偏差在0.0005″內(nèi)的聚酰亞胺加熱膜。
金屬板314和加熱器312利用均勻沉積的機械柔性粘合劑310而附著至基座308。金屬板314和基座308由粘合材料層310以高平行度隔開。粘合材料層310具有限定加熱元件312和外部加工之間的適當(dāng)?shù)臒醾鬟f的高度尺寸和導(dǎo)熱率。熱傳遞系數(shù)可以由加熱元件和外部加工所采用的相對功率等級進行確定。在一個實施例中，粘合材料層310可以包括熱傳遞系數(shù)約為0.17W/m-°K至約0.51W/m-°K的硅樹脂粘結(jié)層。在一個實施例中，粘合材料層310的厚度可以在約0.013″至約0.040″的范圍內(nèi)，并且厚度偏差(即平行度)在0.001″內(nèi)。要求厚度偏差的重要性由圖4中的曲線示出。對于固定的熱傳遞系數(shù)(由名義粘合層厚度和粘合層導(dǎo)熱率限定)而言，最終表面溫度不均勻性將隨著平行度的增加而增加。為了避免由不必要的熱的非均勻性引起器件制造出現(xiàn)問題，必須使粘合層的厚度偏差最小化，因此意味著裝置的設(shè)計可以實現(xiàn)這種要求。
返回到圖3，可以在金屬板314的頂表面上(通過CVD、噴涂等)沉積薄的電介質(zhì)材料層316，以形成靜電夾緊機構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以使用任何傳統(tǒng)使用的、具有強電場擊穿強度和對外部加工具有耐化學(xué)性的材料(例如氧化鋁、氮化鋁、氧化釔等等)。電介質(zhì)材料層316的厚度和表面條件可以限定為使得保持力和熱傳遞特性可以將金屬板314的空間溫度圖案給予基片306。在一個實施例中，電介質(zhì)材料層316的厚度約為0.002″，且頂表面偏差在0.001″內(nèi)。
可以將電絕緣連接件322和324分別制成加熱器312和金屬板314(其連接至電介質(zhì)材料層316)的加熱元件，以通過獨立的電源，即各自的靜電卡盤(ESC)電源318和加熱器電源320來提供對這些特征的控制。電絕緣連接件的示例在圖10中示出并且稍后進行描述。
表面溫度的區(qū)域控制通過一個或多個測量探頭實現(xiàn)，所述測量探頭通過底層中的貫穿部508與金屬板接觸，如圖5中所示。探頭502為用于控制一個或多個加熱元件510的反饋回路506的一部分；必要時，探頭輸出可以通過濾波電路504，以便如果裝置在包含射頻能量的環(huán)境內(nèi)運轉(zhuǎn)用于消除測量信號上的任何射頻噪聲。假定先前限定了金屬板的較小的高度尺寸(將加熱器熱圖案充分傳遞至裝置的表面所必需的高度)，則由此可以獲得對表面溫度的適當(dāng)精確估計。
圖6示出了具有用于對基片606的溫度進行時間和空間控制的裝置604的腔室602。該裝置604包括溫度受控基座608、粘合材料層610、加熱膜612、陶瓷板614以及電介質(zhì)材料層616。冷卻介質(zhì)519維持基座608的溫度。第一電源620通過電連接件624向加熱器612供電。第二電源618通過電連接件622向電介質(zhì)材料層616供電。基座608、粘合材料層610、加熱器612以及電介質(zhì)材料層616前面已經(jīng)在圖3中描述。電連接件的示例也在圖10中示出，并且稍后進行描述。加熱器612沉積在陶瓷板614的下側(cè)，而不是如圖3中所描述的金屬板314。陶瓷板614可以包括例如氮化鋁或氧化鋁。陶瓷板614的厚度為這樣，即其可以充分地傳遞位于陶瓷板614正下方并且與其緊密接觸的熱源(加熱器612)的空間圖案。加熱器612不必與陶瓷板614電絕緣。在一個實施例中，基座608的頂表面偏差約為0.0003″。粘合材料層610的厚度偏差可在約0.013″至約0.040″的范圍內(nèi)，并且頂表面和底表面的偏差在0.0003″內(nèi)，而平行度(頂表面偏差-底表面偏差)在0.001″內(nèi)。加熱器612的厚度約為0.010″，并且底表面偏差在0.0005″內(nèi)。陶瓷板614的厚度約為0.040″，頂表面偏差在0.0005″內(nèi)，而底表面偏差在0.001″內(nèi)。電介質(zhì)材料層616(其涂敷在陶瓷板614上)的厚度大約為0.002″，且頂表面偏差在0.001″內(nèi)。電介質(zhì)材料層616可以(通過CVD、噴涂、等等)沉積在加熱板614(由金屬或陶瓷制成)的表面上。還需要沉積具有適當(dāng)特性的導(dǎo)電材料以形成夾緊電極。
圖7示出了具有用于對基片706的溫度進行時間和空間控制的裝置704的腔室702的另一實施例。該裝置704包括溫度受控基座708、粘合材料層710、加熱膜712、陶瓷或金屬板714、粘合材料層715以及電介質(zhì)材料層716。冷卻介質(zhì)719維持基座708的溫度。第一電源720通過電連接件724向加熱器712供電。第二電源718通過電連接件722向電介質(zhì)材料層716供電?；?08、粘合材料層710、715以及加熱器712先前已經(jīng)在圖3和圖6中進行了描述。加熱器712沉積在陶瓷或金屬板1414的下側(cè)。電介質(zhì)層716為包括導(dǎo)電電極和適當(dāng)絕緣膜以形成靜電夾緊機構(gòu)的單獨元件，并且可具有約為0.040″的厚度，以及偏差在0.001″內(nèi)的頂表面和底表面。利用粘合材料層716將單獨的預(yù)制成的電介質(zhì)材料層716附著至金屬或陶瓷板714。電連接件的示例也在圖10中示出并描述。
表面溫度的區(qū)域控制通過一個或多個測量探頭802實現(xiàn)，所述測量探頭802通過底層中的貫穿部808接觸電介質(zhì)板，如圖8所示。探頭802為用于控制一個或多個加熱元件810的反饋回路806的一部分。必要時，探頭輸出可以經(jīng)過濾波電路804，以便如果裝置在包含射頻能量的環(huán)境內(nèi)運轉(zhuǎn)用于消除測量信號上的任何射頻噪聲。假定先前限定了電介質(zhì)膜的較小的高度(將加熱器熱圖案充分傳遞至裝置的表面所需的高度)，則由此可以獲得對表面溫度的適當(dāng)精確估計。
圖9示出了具有用于對基片906的溫度進行時間和空間控制的裝置904的腔室902的另一實施例，其中粘合材料層910包括頂層粘結(jié)材料926、固體板928以及底層粘結(jié)材料930。該裝置904包括溫度受控基座908、粘合材料層910、加熱膜912、金屬或陶瓷板914、粘合材料層913以及電介質(zhì)材料層916。在一個實施例中，基座908的頂表面偏差在0.0003″內(nèi)。加熱膜912的厚度可以為約0.010″，且底表面偏差在0.0005″內(nèi)。金屬或陶瓷板914的厚度可以為約0.040″，且頂表面偏差在0.0005″內(nèi)，而底表面偏差在0.0002″內(nèi)。粘合材料層913的厚度可以為約0.004″。電介質(zhì)材料層916的厚度可以為大約0.040″，且頂表面和底表面偏差在0.001″內(nèi)。
冷卻介質(zhì)919維持基座908的溫度恒定。加熱器電源920通過電連接件924向加熱器912供電。ESC電源918通過電連接件922向金屬板913或電介質(zhì)材料916供電。基座908、金屬或陶瓷板914、加熱器912、粘合材料層913以及電介質(zhì)材料層916先前已經(jīng)進行了描述。電連接件的示例也在圖10中示出并稍后進行描述。
電介質(zhì)材料層916可以(通過CVD、噴涂、等等)沉積在加熱板914(由金屬或陶瓷制成)的表面上。如果使用金屬板，則也可以采用該同樣的金屬板用于夾緊電極。如果使用陶瓷板，則還需要沉積具有適當(dāng)特性的導(dǎo)電材料以形成夾緊電極。
夾在頂層粘結(jié)材料926和底層粘結(jié)材料930之間的固體板928由塑料材料(諸如Vespel或Torlon)制成。在一個實施例中，固體板928的厚度可以在約0.006″至約0.020″的范圍內(nèi)，且頂表面和底表面的偏差(平行度)在0.001″內(nèi)。固體板928的導(dǎo)熱率可以為約0.17W/mK。固體板928的導(dǎo)熱率可以基本上類似于頂層粘結(jié)材料926和底層粘結(jié)材料930的導(dǎo)熱率。固體板928的導(dǎo)熱率可以由加熱元件912和外部加工所采用的相對功率等級進行確定。頂層粘結(jié)材料926的厚度可以為約0.004″，且表面偏差在0.0005″內(nèi)。底層粘結(jié)材料930的厚度可以在約0.006″至約0.020″的范圍內(nèi)，且頂表面和底表面的偏差(平行度)在0.001″內(nèi)。這樣，固體板928的底表面通過機械柔性粘合劑930而附裝至基座908。固體板的頂表面928由此通過機械柔性粘合劑926而附裝至加熱器912和金屬或陶瓷板914。在另一實施例中，可以將固體板928的頂表面加工成表面偏差在0.0005″內(nèi)。
圖10示出了電連接件1000的剖視圖，該電連接件1000向電介質(zhì)材料層(靜電卡盤-ESC)1002供電。銷組件1018包括插座1014、彈簧加載銷1010以及塑料絕緣體1012。所述ESC電源(未示出)與形成豎直的彈簧加載銷1010的基座的銷座/插座1014電連接。銷1010的頂端與電介質(zhì)材料層1002的底表面電接觸。塑料絕緣體1012形成包圍插座1014、并且局部包圍彈簧加載銷1010的軸。彈簧加載銷1010的頂端尖端從塑料絕緣體1012中豎直地突出。加熱層1004的一部分、粘合層1006以及基座1008形成鄰接腔室1020，銷組件1018存在于該鄰接腔室1020中。
不導(dǎo)電的襯套1016包圍銷1010的頂端的一部分，并且部分地包括塑料絕緣體1012的頂端。襯套1016的頂部通過諸如硅酮粘合劑之類的粘結(jié)材料1022連接至加熱層1004。襯套1016使得由電介質(zhì)材料1002和銷1010的頂端之間的物理接觸所引起的任何異常熱量影響最小化。電介質(zhì)材料1002由加熱器1004加熱。被冷卻的基座1008圍繞銷組件1018。襯套1016使得通過銷組件1018從電介質(zhì)材料1002向基座1008汲取的熱量最小化。腔室1020足夠大以致能夠在基座1008的壁和塑料絕緣體1012的外表面之間提供額外的空間絕緣。
圖11為示出了用于對基片的溫度進行時間和空間控制的方法的流程圖。在步驟1102中，制造長度和寬度的尺寸基本上等于基座的金屬板。將金屬板的頂表面和底表面制成為具有高的平面度和平行度，例如表面偏差在0.005″內(nèi)。在另一實施例中，可以用陶瓷板來代替金屬板。
在步驟1104中，將加熱器粘結(jié)至金屬板的下側(cè)。加熱器可以包括粘結(jié)至金屬板的底側(cè)的薄的柔性加熱膜。該加熱器還可以包括多個電阻元件，其圖案布局被設(shè)計為在最終組件的表面上實現(xiàn)空間溫度控制。例如，可以由一個或多個電阻元件限定局部熱區(qū)域，該加熱器可以包括限定徑向外部區(qū)域和徑向內(nèi)部區(qū)域的元件。為了防止任何潛在的電氣問題，加熱元件與金屬板電絕緣。該加熱器與金屬板314緊密熱接觸。
在將加熱器和金屬板組件附裝至基座之前，在步驟1106中，將基座的頂表面加工成具有高平面度，例如表面偏差在0.0003″內(nèi)。在步驟1108中，通過粘合材料層將加熱器和金屬板組件附裝至基座的頂表面。
根據(jù)另一實施例，在步驟1110中，在附裝至基座之后，可以對金屬板進行進一步加工以提供高平面度。在一個實施例中，金屬板的頂表面在加工后的偏差在0.0005″內(nèi)。
在步驟1112中，可以在金屬板的頂表面上沉積薄的電介質(zhì)材料層316，以形成靜電夾緊機構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以使用任何傳統(tǒng)使用的、具有強電場擊穿強度和對外部加工具有耐化學(xué)性的材料用于電介質(zhì)材料316(例如氧化鋁、氮化鋁、氧化釔等等)。根據(jù)另一實施例，所述電介質(zhì)材料可以被預(yù)先制造，并且通過粘合材料層附裝至所述金屬板的頂表面。
在步驟1114中，可以將電絕緣連接件分別制成加熱器和金屬板(其與電介質(zhì)材料連接)的加熱元件，以通過獨立的電源提供對這些特征的控制。該電連接件可以利用先前描述的在圖10中示出的電連接件實現(xiàn)。
圖12A、12B和12C示出了在圖11的流程圖中描述的方法。圖12A示出了如先前在步驟1108中描述的那樣利用粘合材料層1208將金屬板1202和所附裝的加熱器組件1204粘結(jié)至基座1206。圖12B示出了在附裝至基座1206之后，金屬板1202的頂表面被加工成高度約為0.040″，且頂表面偏差在0.0005″內(nèi)。圖12C示出了通過硅樹脂粘結(jié)材料層1212將電介質(zhì)材料層1210附裝至金屬板1202的頂表面。另選的時，可以利用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)直接將電介質(zhì)材料層1210涂敷在金屬板1202上，由此消除硅樹脂粘結(jié)材料1212。
圖13為示出了用于對基片的溫度進行時間和空間控制的方法的流程圖。在步驟1302中，以與先前在圖11的步驟1102中描述的方式類似的方式制造金屬板。在步驟1304中，以與先前在圖11的步驟1104中描述的方式類似的方式將加熱器粘結(jié)至金屬板的下側(cè)。
在步驟1306中，通過粘合材料層將諸如塑料板的固體板的表面附裝至基座的頂表面。在步驟1308中，加工該塑料板的頂表面以提高平面度和平行度。在一個實施例中，所述固體板的厚度可以在約0.006″至約0.020″的范圍內(nèi)，且表面偏差在0.0005″內(nèi)。
在步驟1310中，通過粘合材料層將所述金屬板和加熱器組件附裝至塑料板的頂表面。另選的是，可以利用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)直接將電介質(zhì)材料層涂敷在金屬板上，由此取消硅樹脂粘結(jié)材料。
在步驟1312中，在附裝至基座之后，還可以對金屬板的頂表面進行加工。這一點先前已經(jīng)在圖11的步驟1110中進行了描述。
在步驟1314中，通過粘合材料層將電介質(zhì)材料層(ESC陶瓷)附裝至金屬板的頂表面。這一點先前已經(jīng)在圖11的步驟1112中進行了描述。
在步驟1316中，可以將電絕緣連接件分別制成加熱器和金屬板(其與電介質(zhì)材料連接)的加熱材料，以通過獨立的電源提供對這些特征的控制。這一點先前已經(jīng)在圖11的步驟1114中進行了描述。該電連接件可以利用先前描述的在圖10中示出的電連接件來實現(xiàn)。
圖14A、14B、14C和14D示出了在圖13的流程圖中描述的方法。圖14A示出了與圖13中的步驟1306相對應(yīng)的利用粘合材料層1406將塑料板1402粘結(jié)至基座1404。圖14B示出了在附裝至基座1404之后，將塑料板1402的頂表面加工成高度在約0.006″至約0.020″的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)頂表面偏差在0.0005″內(nèi)。圖14C示出了與圖13中步驟1310相對應(yīng)的通過粘合材料層1412將金屬板1408和加熱器組件1410附裝至塑料板1402的頂表面。圖14D示出了將金屬板1408的頂表面加工成厚度為約0.040″，且頂表面偏差為約0.0005″。與圖13中的步驟1314相對應(yīng)，電介質(zhì)材料層1414通過粘合材料層1416附裝至金屬板1408的頂表面。
圖15示出了用于電連接晶片支撐件的靜電夾具的電端子的方法，其中該晶片支撐件具有基座、粘結(jié)層、加熱器和金屬板。在步驟1502中，將不導(dǎo)電的襯套在由一個靜電夾具的電終端限定的位置處附裝至加熱器。在步驟1504中，將彈簧加載銷設(shè)置在絕緣套管內(nèi)，且使銷的尖端露出。在步驟1506中，將帶有絕緣套管的銷設(shè)置在由基座、粘結(jié)層、加熱器和金屬板形成的腔室中，由此所述套管的頂部與襯套的底部部分重疊。在步驟1508中，使包括豎直的彈簧加載銷的電連接件的頂端與靜電夾具端子的底表面接觸。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的實施例和應(yīng)用，對從本公開內(nèi)容中受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明這里的構(gòu)思的情況下，除了上述內(nèi)容之外，也可以進行更多的修改。因此，除了所附權(quán)利要求的精神之外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種用于控制基片溫度的裝置，該裝置包括具有頂表面的溫度受控基座；金屬板，該金屬板具有熱連接至該金屬板的下側(cè)的加熱器，該加熱器與所述金屬板電絕緣；第一粘合劑層，該第一粘合劑層將所述金屬板和所述加熱器粘結(jié)至所述溫度受控基座的頂表面；以及電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層通過第二粘合劑層粘結(jié)至所述金屬板的頂表面，該電介質(zhì)材料層形成用于支撐所述基片的靜電夾緊機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述溫度受控基座的頂表面的平面度大約在0.0005″之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述金屬板的表面尺寸基本上類似于所述溫度受控基座的表面尺寸。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述金屬板還具有底表面，所述頂表面和底表面基本上彼此平行，平行度大約在0.0005″之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述加熱器包括薄的柔性膜。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述加熱器包括一個或多個電阻加熱元件。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述電阻加熱元件在所述金屬板上形成圖案布局。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述粘合劑層包括均勻沉積的機械柔性熱絕緣體層。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述粘合劑層包括固體板。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述固體板包括頂表面和底表面，所述頂表面和底表面基本上彼此平行，平行度大約在0.001″之內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述固體板的導(dǎo)熱率基于由所述加熱器和外部加工所采用的相對功率等級。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述固體板的所述底表面通過具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱率的機械柔性粘合劑粘結(jié)至所述基座的所述頂表面。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述固體板的所述底表面通過具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱率的機械柔性粘合劑粘結(jié)至所述金屬板的所述下側(cè)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置還包括電連接件，該電連接件具有豎直彈簧加載銷，該彈簧加載銷的頂端與所述電介質(zhì)材料層的底表面接觸，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述第一粘合劑層以及所述加熱器的腔室中；以及襯套，該襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，該裝置還包括保持所述銷的底端的插座。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，該裝置還包括覆蓋所述插座和所述銷的一部分、露出所述銷的所述頂端的塑料絕緣體罩。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述襯套使得所述銷的所述頂端與所述基座中的所述腔室的壁熱絕緣。
18.一種用于對基片的溫度進行空間控制的裝置，該裝置包括具有頂表面的溫度受控基座；陶瓷板，該陶瓷板具有粘結(jié)至所述陶瓷板的下側(cè)的加熱器；第一粘合劑層，該第一粘合劑層將所述陶瓷板粘結(jié)至所述溫度受控基座的頂表面；以及電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層通過第二粘合劑層粘結(jié)至所述陶瓷板的頂表面，所述電介質(zhì)材料層形成用于支撐所述基片的靜電夾緊機構(gòu)。
19.一種用于晶片支撐件的電連接件，所述晶片支撐件具有基座、粘結(jié)層、加熱器以及靜電電極，所述電連接件包括豎直彈簧加載銷，該豎直彈簧加載銷的頂端與所述靜電電極的底表面接觸，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述粘結(jié)層以及所述加熱器的腔室中；以及襯套，該襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
20.如權(quán)利要求19所述的電連接件，該電連接件還包括保持所述銷的底端的插座。
21.如權(quán)利要求20所述的電連接件，該電連接件還包括覆蓋所述插座和所述銷的一部分、露出所述銷的所述頂端的塑料絕緣體罩。
22.如權(quán)利要求21所述的電連接件，其中，所述襯套使所述銷的所述頂端與所述基座中的所述腔室的壁熱絕緣。
23.一種用于控制基片溫度的方法，該方法包括將加熱器粘結(jié)至金屬板的底表面，所述加熱器與所述金屬板的所述底表面電絕緣；通過粘合劑層將所述金屬板和所述加熱器附裝在溫度受控基座的頂表面上；以及在所述金屬板的頂表面上沉積電介質(zhì)材料層，以形成靜電夾緊機構(gòu)，所述電介質(zhì)材料層用于支撐所述基片。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，該方法還包括將所述基座的所述頂表面加工成平面度約在0.0003″之內(nèi)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述金屬板的表面尺寸基本上類似于所述溫度受控基座的表面尺寸。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述金屬板還具有頂表面，所述頂表面和底表面基本上彼此平行，平行度約在0.0005″之內(nèi)。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述加熱器為薄的柔性膜。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述加熱器包括一個或多個電阻加熱元件。
29.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，該方法還包括通過所述電阻加熱元件在所述金屬板上形成圖案布局。
30.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述粘合劑層包括均勻沉積的機械柔性熱絕緣體層。
31.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述粘合劑層包括固體板。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述固體板包括頂表面和底表面，所述頂表面和底表面基本上彼此平行，平行度在0.001″之內(nèi)。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述固體板的導(dǎo)熱率基于由所述加熱器和外部加工采用的相對功率等級。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，該方法還包括用具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱率的機械柔性粘合劑將所述固體板粘結(jié)至所述基座的所述頂表面上。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，該方法還包括用具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱率的機械柔性粘合劑將所述固體板粘結(jié)至所述金屬板的所述底表面上。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，該方法包括在將所述金屬板附裝至所述基座的所述頂表面之后，將所述金屬板的頂表面加工成平面度約在0.0005″之內(nèi)。
37.一種用于對基片溫度進行空間控制的方法，該方法包括將加熱器粘結(jié)至陶瓷板的底表面；通過粘合劑層將所述陶瓷板和所述加熱器附裝在溫度受控基座的頂表面上；以及在所述陶瓷板的頂表面上沉積電介質(zhì)材料層，以形成靜電夾緊機構(gòu)，所述電介質(zhì)材料層用于支撐所述基片。
38.一種用于將電連接件電連接至晶片支撐件的靜電電極的方法，所述晶片支撐件具有基座、粘結(jié)層以及加熱器，所述方法包括使包括豎直彈簧加載銷的所述電連接件的頂端與靜電電極的底表面接觸，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述粘結(jié)層以及所述加熱器的腔室中；以及通過襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，該方法還包括通過插座保持所述銷的底端。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，該方法還包括通過塑料絕緣體罩覆蓋所述銷的一部分和所述插座，同時露出所述銷的所述頂端。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，該方法還包括通過所述襯套使得所述銷的所述頂端與所述基座中的所述腔室的壁熱絕緣。
42.一種用于控制基片的空間溫度的裝置，該裝置包括用于將加熱器粘結(jié)至金屬板的底表面的部件，所述加熱器與所述金屬板的所述底表面電絕緣；用于通過粘合劑層將所述金屬板和所述加熱器附裝在溫度受控基座的頂表面上的部件；以及用于在所述金屬板的頂表面上沉積電介質(zhì)材料層以形成靜電夾緊機構(gòu)的部件，所述電介質(zhì)材料層支撐所述基片。
43.一種用于控制基片的空間溫度的裝置，該裝置包括用于將加熱器粘結(jié)至陶瓷板的底表面上的部件；用于通過粘合劑層將所述陶瓷板和所述加熱器附裝在溫度受控基座的頂表面上的部件；以及將用于將電極嵌入所述陶瓷板以形成靜電夾緊機構(gòu)的一部分的部件，所述陶瓷板支撐所述基片。
44.一種用于晶片支撐件的電連接件，所述晶片支撐件具有基座、結(jié)粘結(jié)層、加熱器以及靜電電極，所述電連接件包括用于使包括豎直彈簧加載銷的所述電連接件的頂端與所述靜電電極的底表面接觸的部件，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述粘結(jié)層以及所述加熱器的腔室中；以及用于通過襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分的部件，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
45.一種等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有支撐件的腔室；以及電源，其中所述支撐件具有具有頂表面的溫度受控基座；金屬板，該金屬板具有熱連接至所述金屬板的下側(cè)的加熱器，所述加熱器與所述金屬板電絕緣，所述電源與所述加熱器電連接；粘合劑層，該粘合劑層將所述金屬板和所述加熱器粘結(jié)在所述溫度受控基座的所述頂表面上；以及電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層沉積在所述金屬板上以形成靜電夾緊機構(gòu)，所述電介質(zhì)材料層用于支撐所述基片。
46.如權(quán)利要求45所述的等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括連接至所述金屬板的溫度探頭；以及連接至所述溫度探頭和所述電源的反饋控制器。
47.如權(quán)利要求45所述的等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括電連接件，該電連接件具有豎直彈簧加載銷，該豎直彈簧加載銷的頂端與所述電介質(zhì)材料層的底表面接觸，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述第一粘合劑層以及所述加熱器的腔室中；以及襯套，該襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
48.一種等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有支撐件的腔室；以及電源，其中所述支撐件具有具有頂表面的溫度受控基座；陶瓷板，該陶瓷板具有粘結(jié)至所述陶瓷板的下側(cè)的加熱器，所述電源與所述加熱器電連接；粘合劑層，該粘合劑層將所述陶瓷板和所述加熱器粘結(jié)在所述溫度受控基座的所述頂表面上；以及電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層沉積在所述金屬板上以形成靜電夾緊機構(gòu)，所述電介質(zhì)材料層用于支撐所述基片。
49.如權(quán)利要求48所述的等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括連接至所述金屬板的溫度探頭；以及連接至所述溫度探頭和所述電源的反饋控制器。
50.如權(quán)利要求48所述的等離子體刻蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括電連接件，該電連接件具有豎直彈簧加載銷，該豎直彈簧加載銷的頂端與所述電介質(zhì)材料層的底表面接觸，所述豎直彈簧加載銷設(shè)置在所述基座、所述第一粘合劑層以及所述加熱器的腔室中；以及襯套，該襯套包圍所述銷的所述頂端的一部分，所述襯套僅僅與所述加熱器熱連接，并且是不導(dǎo)電的。
全文摘要
一種用于對基片上的溫度進行空間和時間控制的裝置，該裝置具有溫度受控基座、加熱器、金屬板以及電介質(zhì)材料層。所述加熱器熱連接至金屬板的下側(cè)，而與所述金屬板電絕緣。第一粘合材料層將所述金屬板和所述加熱器粘結(jié)至溫度受控基座的頂表面。該粘結(jié)層具有機械柔性，并且具有設(shè)計成平衡所述加熱器和外部加工的熱能以在裝置的表面上提供所需溫度圖案的物理特性。第二粘合材料層將電介質(zhì)材料層粘結(jié)至所述金屬板的頂表面。該第二粘合劑層具有設(shè)計成將所述期望的溫度圖案傳遞至所述裝置的表面的物理特性。所述電介質(zhì)材料層形成靜電夾緊機構(gòu)并支撐所述基片。
文檔編號H01L21/00GK101095212SQ200580045528
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者安東尼·J·里奇, 基思·科門達恩特, 詹姆斯·塔潘 申請人:拉姆研究公司