專利名稱：控制空間溫度分布的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底支撐件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在等離子處理過程中在襯底 內(nèi)部達成均一溫度分布的方法和裝置。
背景技術(shù)：
典型等離子蝕刻裝置包含反應(yīng)器，其中具有腔室，且一或多種反應(yīng)氣體流過所述腔 室。在所述腔室內(nèi)部，通常通過射頻能量將氣體離子化為等離子。等離子氣體的高度反 應(yīng)離子能夠與材料(例如，在處理為集成電路(IC)的半導(dǎo)體晶圓的表面上的聚合物遮 罩)發(fā)生反應(yīng)。在蝕刻之前，將晶圓置于腔室中并通過夾盤或固持器固持于適當(dāng)位置， 進而將晶圓的上表面曝露于等離子。此項技術(shù)中有若干種夾盤(有時也稱為基座)是已 知的。夾盤提供等溫表面，且用作將等離子賦予晶圓的熱量移除的晶圓散熱片。在一種 夾盤中，通過機械夾鉗構(gòu)件將半導(dǎo)體晶圓固持于適當(dāng)蝕刻位置。在另一種夾盤中，通過 夾盤與晶圓之間的電場所產(chǎn)生的靜電力將半導(dǎo)體晶圓固持于適當(dāng)位置。本發(fā)明適用于這 兩種夾盤。
在典型等離子蝕刻操作中，等離子氣體的反應(yīng)離子與半導(dǎo)體晶圓的一面上的部分材 料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。某些過程造成晶圓的某種程度的加熱，但大部分加熱由等離子引起。 另一方面，等離子(離子與自由基)與晶圓材料之間的反應(yīng)由于晶圓的溫度升高而加速 到某種程度。局部晶圓溫度和晶圓上每一微觀點處的反應(yīng)速率在一定程度上相關(guān)聯(lián)，如 果越過晶圓面積的晶圓溫度變化很大，那么易于在晶圓的一面上的材料蝕刻中導(dǎo)致有害 的不均勻性。在多數(shù)情況下，極度需要蝕刻在幾乎完美的程度上是均一的，因為否則正
制造的集成電路裝置(IC)將具有偏離于所需標(biāo)準(zhǔn)的電子特征。此外，隨著晶圓直徑尺 寸的每一次增大，確保由不斷增大的晶圓制造的每一批IC保持均一性這一問題變得愈發(fā) 困難。在一些其它情況下，將需要能夠控制晶圓的表面溫度以獲得定制分布。
反應(yīng)式離子蝕刻(R正)過程中的晶圓溫度升高問題眾所周知，且過去已嘗試過多種 方法來控制RIE過程中的晶圓溫度。圖1說明一種在R正過程中控制晶圓溫度的方法。 在單一壓力下將冷卻劑氣體(例如，氦氣)注入晶圓104的底部與固持晶圓104的夾盤 106的頂部之間的單一狹窄空間102內(nèi)。
通常，除了在夾盤106的外邊緣處延伸約1到約5 mm的光滑密封片以減少冷卻劑 泄漏外，在夾盤周邊并沒有O形或其它邊緣密封件。不可避免地，沒有了任何彈性密封 件，密封片上會存在顯著且累進的壓力損失，以致晶圓104的邊緣不能充分冷卻。因此， 撞擊于晶圓104的邊緣附近的熱通量108必須在其能有效地傳導(dǎo)離開到夾盤之前顯著地 徑向向內(nèi)流入。晶圓104的頂部上的箭頭106說明加熱晶圓104的流入熱通量。通過箭 頭IIO說明晶圓104內(nèi)的熱量流動。這解釋了為何夾盤邊緣區(qū)域總是趨向于比表面的其 余部分熱。圖2說扭晶圓104上的典型溫度分布。晶圓104的周邊部分處的壓力損失造 成晶圓104在周邊部分處較熱。
解決區(qū)域冷卻的需要的一個方法是變化表面粗糙度或切割起伏圖案以有效地改變局 部接觸面積。此方案可在根本不存在背面冷卻劑氣體的情況下使用，在所述情況下接觸 面積、表面粗糙度和鉗力決定熱轉(zhuǎn)移。然而，局部接觸面積僅能通過再加工夾盤而得以 調(diào)節(jié)。解決區(qū)域冷卻的需要的另一個方法是使用壓力變化的冷卻劑氣體以增加熱傳遞且 對其進行精調(diào)。然而，起伏圖案仍是大體上固定的。通過將夾盤表面劃分為不同區(qū)域(使 用或不使用小密封片作為間隔物)且向每一區(qū)域供應(yīng)單獨的冷卻氣體，可達成更大程度 的獨立空間控制。供應(yīng)到每一區(qū)域的氣體可具有不同成分或設(shè)定為不同壓力，由此使熱 傳導(dǎo)各不相同?？稍谂浞娇刂葡略O(shè)定或甚至在每一過程步驟期間動態(tài)地穩(wěn)定每一區(qū)域的 操作條件。這些方案取決于再分配從等離子傳入的熱通量且將其提取到不同區(qū)域中。這 在較高功率通量的情況下是相對有效的，但在較低功率通量的情況下將僅給出較小的溫 度差異。舉例來說，在每平方厘米約l W的均一通量和約3mm的密封片的情況下，可 能得到從中心到邊緣的熱梯度，從而在晶圓周邊附近造成l(TC到3(rC的溫度升高。此量 值的熱梯度可十分有效地作為過程控制參數(shù)。然而，其它過程可在較低功率下運行，例 如多晶硅柵極過程可僅具有每平方厘米0.2 W的通量。除非極難控制且傾向于造成不充 分的整體冷卻的平均傳導(dǎo)極低，否則將僅存在通常小于5'C的非常小的差異。
因此，需要一種在反應(yīng)式離子蝕刻和類似過程期間無需顯著的等離子熱通量即可控 制半導(dǎo)體晶圓的溫度的方法和裝置。本發(fā)明的主要目的是解決這些需要且提供進一步的
相關(guān)優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于等離子處理器的夾盤包含溫度控制基底、熱絕緣體、平面支撐件和加熱器。 在操作中控制溫度控制基底的溫度低于工件的所要溫度。熱絕緣體安置于溫度控制基底 的至少一部分上。平面支撐件固持工件且安置于熱絕緣體上。加熱器嵌入平面支撐件內(nèi) 部和/或安裝到平面支撐件的底面。加熱器包括加熱多個相應(yīng)加熱區(qū)的多個加熱元件。獨 立地控制每一加熱元件所供應(yīng)的功率和/或每一加熱元件的溫度。加熱器和平面支撐件具
有至少每秒rc的組合溫度變化速率。


附圖并入本說明書中并組成本說明書的一部分，

本發(fā)明的一個或一個以上 實施例并與具體實施方式
一起用于闡釋本發(fā)明的原理和實施方案。 附圖中-
圖1是在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的過程中固持晶圓的支撐件的示意正視圖； 圖2是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)圖1的裝置中的晶圓溫度和冷卻劑壓力的曲線圖； 圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制工件溫度的裝置的示意正視圖； 圖4說明圖3的裝置中熱流動力學(xué)的簡化示意圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例用于控制工件溫度的裝置的示意正視圖； 圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于在蝕刻過程中控制夾盤溫度的方法的流程 圖；和
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制夾盤溫度的系統(tǒng)的示意圖。 圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有兩個空間局部區(qū)域的晶圓支撐件的實例的 示意圖。
具體實施例方式
本文在工件支撐件的情形下描述本發(fā)明的實施例。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解， 本發(fā)明的以下具體實施方式
僅為說明性的且并不希望以任何方式施加限制。得益于本發(fā)
明的這些本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易了解本發(fā)明的其它實施例?，F(xiàn)將具體參照附圖中說明的 本發(fā)明的實施方案。貫穿附圖和以下具體實施方式
，將使用相同的參考指示符號指代相 同或相似零件。
出于清楚的目的，并未展示和描述本文所描述的實施方案的所有常規(guī)特征。當(dāng)然， 將了解，在任何此種實際實施方案的研發(fā)過程中，必須作出許多根據(jù)實施方案而定的決 定以達成研發(fā)者的特定目標(biāo)(例如，符合與應(yīng)用和商業(yè)相關(guān)的約束)，且這些特定目標(biāo)將 視實施方案和研發(fā)者的不同而不同。此外，將了解，此研發(fā)努力可能復(fù)雜且耗時，但對 于得益于本揭示案的所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，將是一項常規(guī)工程任務(wù)。
本發(fā)明的裝置尋求達成精確且顯著的熱差異控制(例如，在5'C以上)，但不要求顯 著的等離子熱通量(例如，每平方厘米小于2W)。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例 用于控制工件溫度的裝置的示意正視圖。溫度控制基底302或熱交換器具有低于晶圓310 的所要溫度的恒定溫度?；?02支撐熱絕緣體304。優(yōu)選為平面的支撐件306安裝于 熱絕緣體304的頂部上。加熱器308嵌入支撐件306中。晶圓310安置于支撐件306的 頂部上。熱導(dǎo)體312在支撐件306與晶圓310之間提供密切熱接觸。熱導(dǎo)體312優(yōu)選可 為氣體，例如氦氣。氦氣的壓力控制晶圓310與支撐件306之間的熱傳導(dǎo)。然而，熱導(dǎo) 體312的熱導(dǎo)率在較高壓力(例如，20或30托)下可能對壓力較不敏感。
在一個實施例中，基底302包含金屬材料，其優(yōu)選為鋁基冷板，所述金屬材料保持 相對恒定的溫度且在操作中通過常規(guī)熱交換系統(tǒng)(例如，冷卻/加熱流體循環(huán))而固持在 橫向均一溫度。在另一實施例中，基底302也可包含非金屬材料，例如硝酸鋁。然而， 與無加熱器308的標(biāo)準(zhǔn)操作相比，必須更大程度地冷卻基底302。舉例來說，基底302 的溫度可低于晶圓310的所要溫度1(TC到5(TC?；?02也為等離子加熱提供散熱片。 外部冷卻劑冷卻器(未圖示)可用以保持基底302的溫度。優(yōu)選地，由外部冷卻劑冷卻 器所移除的熱量和冷卻劑的溫度可分別限制為低于2000W和-20'C。冷卻器側(cè)的較大容 量幫助熱響應(yīng)-限制l到2 kW操作可能是更經(jīng)濟實用的?；?02進一步具有若干孔或 空腔(未圖示)，穿過所述孔或空腔安置加熱器電力線314或其它供電線。這些供電線 314可包含用于加熱器、傳感器、高壓靜電箝位、氣體饋入和晶圓提升的電力線。所屬 領(lǐng)域的一般技術(shù)人員現(xiàn)將了解，供電線并非限于先前所提到的供電線。
在一個實施例中，熱絕緣體304充當(dāng)支撐件306與基底302之間的顯著熱阻抗斷路 器。熱絕緣體304可包含厚RTV結(jié)合粘接層，或可由聚合物、塑料或陶瓷制成。然而， 熱絕緣體304的熱阻抗斷路器不可過多，否則晶圓310將無法充分冷卻。舉例來說，熱05 W/mK到約0.20 W/mK范圍內(nèi)的熱傳導(dǎo)率。在此情況下， 熱絕緣體304充當(dāng)支撐件306與和基底302之間的熱阻元件與結(jié)合層。此外，熱絕緣體 304必須使等離子與基底302之間保持適當(dāng)?shù)腞F耦合。并且，熱絕緣體304必須耐受由 于位于層上方和下方的不同材料和溫度的緣故引起的顯著熱機械剪力。熱絕緣體304可 進一步包含與基底302的空腔相鄰的若干空腔或通路(未圖示)，以便容納加熱器電力線 314和其它供電線的一部分。
在一個實施例中，支撐件306包含陶瓷材料。陶瓷可為非導(dǎo)電材料，例如氧化鋁陶 瓷。支撐件306的形狀可優(yōu)選包括通常用于等離子蝕刻系統(tǒng)中的常規(guī)圓盤形。支撐件306 可為常規(guī)的靜電夾盤或可為具有用于壓持晶圓310的機械夾鉗的陶瓷。根據(jù)另一實施例， 支撐件306的構(gòu)造是"結(jié)合到基底的薄圓盤"型，否則橫向傳導(dǎo)可能過高以致加熱器輸 入將橫向展布，從而造成無效的區(qū)域分離。支撐件306應(yīng)允許局部地耗散熱量。
加熱器308包含至少一個電阻加熱元件。根據(jù)一個實施例，加熱器308可嵌入夾鉗 電極平面下方的支撐件306中，且以任何所需圖案(例如，對稱或任意)成形。加熱器 308還可包括一個或一個以上平面加熱元件。每一加熱元件界定可獨立控制的加熱區(qū)或 區(qū)域。多區(qū)域模式具有一個或一個以上平面加熱元件，其作用與對支撐件306的傳導(dǎo)冷 卻相反。由加熱器308所引起的支撐件306的溫度變化速率可為至少每秒1°C 。
與每一加熱區(qū)域相關(guān)聯(lián)的至少一個傳感器309可測量每一加熱區(qū)域的溫度且向控制 器或計算機系統(tǒng)(見圖7)發(fā)送信號以監(jiān)測且控制每一單獨的平面加熱元件。舉例來說， 傳感器可為紅外發(fā)射傳感器或熱電偶傳感器，其任一者可穿過端口安裝以直接從晶圓310 進行讀取。傳感器309也可安裝到支撐件306內(nèi)部或背面。加熱器308可由穿過熱絕緣 體304和基底302中的開口 314安置的電力線312供電。
在一個實施例中，加熱器308包含感應(yīng)加熱器。在另一實施例中，加熱器308包含 加熱燈，例如氪燈或石英燈。根據(jù)又一實施例，加熱器308包含可冷卻或加熱的熱電模 塊。在熱電模塊的情況下，基底和熱斷路器可任選。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員現(xiàn)將認(rèn)識 到，存在加熱支撐件306的許多其它方法。
圖4說明圖3的裝置中的熱流動力學(xué)的簡化示意圖。傳入的等離子熱通量Ql促成晶 圓310的表面上的溫度T1。加熱器308向晶圓支撐件306提供額外熱通量Q3，且由此 向晶圓310提供所述熱通量。穿過支撐件306和熱絕緣體304離開系統(tǒng)到達經(jīng)冷卻基底 302的通量Q2近似等于傳入的通量Q1與Q3 二者。因此
Ql+Q3 - Q2
通過定義，晶圓310的溫度Tl與通過熱絕緣體304的差異溫度AT的和等于經(jīng)冷卻 基底302的溫度T2:
T2=T1+AT
應(yīng)注意，AT由熱絕緣體304的熱導(dǎo)率界定。因此，由加熱器308產(chǎn)生的額外熱通量 Q3控制著AT。因此，可調(diào)節(jié)供應(yīng)到加熱器308的功率以便在晶圓表面上產(chǎn)生Q1范圍內(nèi) 的所要溫度T1。
優(yōu)選地，當(dāng)不存在傳入的通量Q1且Q3的最大通量近似等于Q1的最大通量時，設(shè) 定基底302的溫度以產(chǎn)生近似為Q3的最大傳入通量的一半的離開通量Q2-
其中21 =姐23_-0瞎
在此優(yōu)選方案中，使晶圓310的溫度T1的可變化范圍最大化。也就是說，通過控制 多區(qū)域加熱模式方案中加熱器308的加熱功率可調(diào)節(jié)晶圓的局部溫度。根據(jù)一個實施例， 控制基底302的溫度低于常規(guī)裝置約20'C，在所述常規(guī)裝置中，Ql的最大值與Q3的最 大值的和等于Q2的最大值。
圖5說明夾盤的另一實施例。用于等離子處理器的夾盤具有溫度控制基底502，其 溫度低于晶圓504的所要溫度。熱絕緣材料層506安置于基底502上。用于固持晶圓504 的平面支撐件508安置于熱絕緣材料層506的頂部上。加熱器510安裝于平面支撐件508 的底面。基底502和熱絕緣材料層506可進一步包括孔或空腔(未圖示)，加熱器電力線 514或其它供電線被安置穿過所述孔或空腔。這些供電線514可包含用于加熱器、傳感 器、高壓靜電箝位的電力線。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識到，供電線并非限于先前 所提到的供電線。
加熱器510可由電力線312供電，電力線312被安置穿過熱絕緣體506和基底502 中的開口 514。加熱器510包括至少一個電阻加熱元件。根據(jù)一個實施例，加熱器510 可安裝于支撐件508的底面且以任何所需圖案(例如，對稱或任意)成形。(例如，見圖 8)。加熱器510可包括一個或一個以上平面加熱元件。每一加熱元件可界定可獨立控制 的加熱區(qū)域或區(qū)。多區(qū)域模式具有一個或一個以上平面加熱元件，其作用與對支撐件508 的傳導(dǎo)冷卻相反。
與每一加熱區(qū)域相關(guān)聯(lián)的至少一個傳感器516可測量每一加熱區(qū)域的溫度且向控制 器或計算機系統(tǒng)(見圖7)發(fā)送信號以監(jiān)測且控制每一單獨的平面加熱元件。舉例來說， 傳感器可為紅外發(fā)射傳感器或熱電偶傳感器，其任一者可安裝穿過端口以從晶圓504直
接讀取。傳感器516可嵌入支撐件508內(nèi)部。
圖8說明具有雙加熱區(qū)(內(nèi)區(qū)802和外區(qū)804)的支撐件508的實例。每一區(qū)可由 其自身的一組加熱器(未圖示)獨立加熱。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識到，支撐件 可包括在幾何學(xué)上以許多其它方式界定的區(qū)。
半導(dǎo)體裝置的復(fù)雜性增加已造成多步驟過程的使用，其中單一蝕刻配方包括用以在 蝕刻過程進行時改變蝕刻條件的多個步驟。舉例來說，使用這樣的多步驟蝕刻過程使 用光致抗蝕劑遮罩蝕刻亞硝酸鹽層，接著所述亞硝酸鹽層又用作隨后層的蝕刻遮罩。另 外，特定層的蝕刻隨蝕刻執(zhí)行期間發(fā)生變化的加工條件而加強。明確地說，通常需要在 初始溫度下執(zhí)行蝕刻過程的一個部分，且隨后改變此配方內(nèi)的稍后步驟中的、溫度以便向 正蝕刻的特定層提供最佳蝕刻條件。
已知某些蝕刻過程條件比其它過程條件對溫度更敏感，且因此，需要能夠逐步改變 蝕刻配方內(nèi)的晶圓溫度，從而補償或利用蝕刻過程的此溫度敏感性。舉例來說，在某些 加工條件下相對蝕刻速率縱向及橫向地隨溫度變化，且通過在蝕刻過程進行時改變晶圓 溫度，此效應(yīng)可用以改變蝕刻的所述錐形角。
在某些加工條件下，晶圓上電抗的局部濃度發(fā)生變化，使得晶圓上橫向蝕刻速率也 發(fā)生變化。這導(dǎo)致晶圓上被蝕刻的特征尺寸發(fā)生變化，通常這種情況并不合乎需要。已 觀察到，通過使用橫向蝕刻速率的溫度敏感性，可能會通過改變晶圓支撐件區(qū)域的溫度 以引起徑向溫度梯度且由此補償局部電抗?jié)舛鹊拇俗兓?，從而產(chǎn)生在整個晶圓上導(dǎo)致恒 定特征尺寸的條件。
在其中將要有蝕刻多個層的情況下，視保持晶圓上的特征尺寸和/或在層內(nèi)部產(chǎn)生錐 度的必要性而定，可能有必要逐步地且在一給定步驟中改變徑向溫度分布。因此，當(dāng)在 不同溫度下操作區(qū)域的情況下使用多區(qū)域溫度控制晶圓支撐件，且采用在蝕刻過程中改 變過程條件的多步驟配方時，通常也有必要改變溫度控制晶圓支撐件區(qū)域的溫度，以適 應(yīng)或利用不同蝕刻條件的不同溫度敏感性。
典型蝕刻配方的持續(xù)時間為約20秒到約兩分鐘，且典型配方將在配方內(nèi)具有若干步 驟。因此，有必要能夠在幾秒鐘內(nèi)改變晶圓支撐件區(qū)域的溫度以進行多步驟溫度控制。 在多數(shù)相關(guān)情況下，配方內(nèi)的這些溫度變化小于約IO'C。因此，需要能夠以每秒約0.3
'c的速率改變區(qū)域溫度，且優(yōu)選能夠以rc/秒或更快的速率改變區(qū)域溫度。
對于圖3中所描述的具有嵌入加熱器的陶瓷ESC的情況來說，用于快速ESC的基本 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是陶瓷ESC的熱質(zhì)量較小而加熱器功率密度較大。還需要ESC下方的熱層 304的熱阻具有相對低的熱導(dǎo)率。因此，選擇ESC的厚度、加熱器的功率密度和熱阻以
允許溫度變化快于約rc/秒。
圖6說明通過在蝕刻過程中空間上并且臨時地控制平面支撐件的每一區(qū)的溫度來實 施以上解決方案的流程圖。明確地說，圖6還說明蝕刻過程中加工晶圓的方法。在602 處，提供基底。保持所述基底處于低于待加工的晶圓的溫度的恒定溫度。如前所述，在 基底頂部上安裝熱絕緣材料層。在604處，固持晶圓使其抵靠包括明確空間區(qū)的平面支 撐件的頂面。如前所述，將所述平面支撐件安裝于熱絕緣材料層頂部上。在606處，用 安裝于平面支撐件的底面或嵌入平面支撐件內(nèi)部的至少一個加熱器將所述平面支撐件的 每一空間區(qū)獨立地加熱到初始溫度。每一區(qū)的初始溫度可彼此不同。在608處，蝕刻過
程中以至少每秒rc的速率將平面支撐件的至少一個空間區(qū)的溫度改變?yōu)榱硪粶囟?。?br> 一區(qū)的最終溫度可彼此不同。
根據(jù)另一實施例，可進一步用置于每一空間區(qū)內(nèi)的傳感器監(jiān)測每一空間區(qū)的溫度。 由傳感器產(chǎn)生的信號可用于通過改變供應(yīng)到加熱器的功率來調(diào)節(jié)每一空間區(qū)的溫度。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制夾盤的溫度的系統(tǒng)的示意圖。用戶702可 向計算機704界定一組參數(shù)。此組參數(shù)可為(例如)夾盤上第一區(qū)域的所要溫度、夾盤 上第二區(qū)域的所要溫度。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識到，夾盤可具有一個或一個以 上區(qū)域。計算機704與存儲圖6的算法、計算機704的輸入和輸出的存儲組件7O6通信。 第一組傳感器708測量夾盤上的第一區(qū)域。第二組傳感器710測量夾盤上的第二區(qū)域。 基于第一組傳感器708的溫度測量值，計算機704向第一組加熱元件712發(fā)送控制以調(diào) 節(jié)夾盤上的第一區(qū)域的溫度?；诘诙M傳感器710.的溫度測量值，計算機704向第二 組加熱元件714發(fā)送控制以調(diào)節(jié)夾盤上的第二區(qū)域的溫度。
這些控制靜電夾盤上晶圓的溫度分布的一般方法不僅適合應(yīng)用于感應(yīng)耦合等離子 (ICP)加工機中，而且適合任何其它系統(tǒng)應(yīng)用，尤其適合需要向晶圓提供需要較低等離 子功率通量的應(yīng)用。此技術(shù)可應(yīng)用于任何其它需要產(chǎn)生熱分級的應(yīng)用。
盡管已展示且描述本發(fā)明的實施例和應(yīng)用，但得益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 將了解，可能在不偏離本文的發(fā)明概念的情況下作出除上文提及的修改之外的更多修改。 因此，本發(fā)明只應(yīng)受所附權(quán)利要求書的精神限制。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子處理器的夾盤，其包含溫度控制基底，其具有低于工件的所要溫度的溫度；熱絕緣材料層，其安置于所述基底上；平面支撐件，其用于固持所述工件，所述平面支撐件安置于所述熱絕緣材料層上；以及加熱器，其耦合到所述平面支撐件的底面，所述加熱器包括對應(yīng)于所述平面支撐件中的多個加熱區(qū)的多個平面加熱元件，其中所述加熱器具有至少每秒1℃的溫度變化速率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其中施加到每一平面加熱元件的功率被獨立地控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾盤，其進一步包含安置于所述平面支撐件與所述工件之間 的導(dǎo)熱體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾盤，其中所述溫度控制基底保持在低于2(TC的恒定溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其進一步包含與所述多個加熱區(qū)對應(yīng)的多個傳感器， 每一傳感器測量且發(fā)送表示其相應(yīng)的加熱區(qū)的溫度的信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾盤，其進一步包含控制器，所述控制器用于從所述傳感器 接收所述信號且用于基于每一加熱區(qū)的設(shè)定點調(diào)節(jié)每一平面加熱元件的功率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個電阻加熱器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個感應(yīng)加熱器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個加熱燈。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個熱電模塊。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾盤，其中所述平面支撐件包括靜電夾盤。
12. —種用于等離子處理器的夾盤，其包含溫度控制基底，其具有低于工件的所要溫度的溫度； 熱絕緣材料層，其安置于所述基底上方；平面支撐件，其用于固持所述工件，所述平面支撐件安置于所述熱絕緣材料層上 方；以及加熱器，其嵌入所述平面支撐件內(nèi)部，所述加熱器包括對應(yīng)于所述平面支撐件中 的多個加熱區(qū)的多個平面加熱元件，其中所述加熱器和所述平面支撐件的溫度經(jīng)調(diào)節(jié)以能夠每秒變化至少rc。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾盤，其中每一平面加熱元件的功率被獨立地控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾盤，其進一步包含安置于所述平面支撐件與所述工件之 間的導(dǎo)熱體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾盤，其中所述溫度控制基底被保持在低于20'C的恒定溫 度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾盤，其進一步包含與所述多個加熱區(qū)對應(yīng)的多個傳感器， 每一傳感器測量且發(fā)送表示其相應(yīng)的加熱區(qū)的溫度的信號。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其進一步包含控制器，所述控制器用于從所述傳感 器接收所述信號且用于基于每一加熱區(qū)的設(shè)定點調(diào)節(jié)每一平面加熱元件的功率。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個電阻加熱器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個感應(yīng)加熱器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個加熱燈。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述加熱器包括多個熱電模塊。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述平面支撐件的厚度、所述加熱器的功率密度，以及所述絕緣材料層的熱阻允許所述平面支撐件中至少每秒rc的溫度變化。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的夾盤，其中所述平面支撐件包括靜電夾盤。
24. —種用于控制工件上的空間溫度的方法，其包含提供保持在恒定溫度的基底，所述恒定溫度低于所述工件的溫度，所述基底具有 安裝于所述基底頂部上的熱絕緣材料層；固持所述工件使其抵靠具有多個空間區(qū)的平面支撐件的頂面，所述平面支撐件安 裝于所述熱絕緣材料層的頂部上；用安裝于所述平面支撐件的底面上的多個加熱器獨立地加熱所述平面支撐件的 每一空間區(qū)；以及在蝕刻過程中以至少每秒rc的速率改變所述平面支撐件的至少一個空間區(qū)的溫
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進一步包含用放置于每一區(qū)中的傳感器監(jiān)測所述 多個空間區(qū)的溫度。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進一步包含基于所述監(jiān)測調(diào)節(jié)每一空間區(qū)的溫度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個電阻加熱器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個感應(yīng)加熱器。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個加熱燈。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個熱電模塊。
31. —種用于控制工件上的空間溫度的方法，其包含-提供保持在恒定溫度的基底，所述恒定溫度低于所述工件的溫度，所述基底具有 安裝于所述基底的頂部上的熱絕緣材料層；固持所述工件使其抵靠具有多個空間區(qū)的平面支撐件的頂面，所述平面支撐件安 裝于所述熱絕緣材料層的頂部上；用嵌入所述平面支撐件內(nèi)的多個加熱器獨立地加熱所述平面支撐件的每一空間 區(qū)；以及在蝕刻過程中以至少每秒rc的速率改變所述平面支撐件的至少一個空間區(qū)的溫
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其進一步包含用放置于每一區(qū)中的傳感器監(jiān)測所述 多個空間區(qū)的溫度。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其進一步包含基于所述監(jiān)測調(diào)節(jié)每一空間區(qū)的溫度。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個電阻加熱器。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個感應(yīng)加熱器。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個加熱燈。
37. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述多個加熱器包括多個熱電模塊。
38. —種用于控制工件上的空間溫度的裝置，其包含用于提供保持在恒定溫度的基底的構(gòu)件，所述恒定溫度低于所述工件的溫度，所 述基底具有安裝于所述基底的頂部上的熱絕緣材料層；用于固持所述工件使其抵靠具有多個空間區(qū)的平面支撐件的頂面的構(gòu)件，所述平 面支撐件安裝于所述熱絕緣材料層的頂部上；用于用安裝于所述平面支撐件的底面上的多個加熱器獨立地加熱所述平面支撐 件的每一空間區(qū)的構(gòu)件；以及用于在蝕刻過程中以至少每秒rc的速率改變所述平面支撐件的至少一個空間區(qū)的溫度的構(gòu)件。
39. —種用于控制工件上的空間溫度的裝置，其包含-用于提供保持在恒定溫度的基底的構(gòu)件，所述恒定溫度低于所述工件的溫度，所 述基底具有安裝于所述基底的頂部上的熱絕緣材料層；用于固持所述工件使其抵靠具有多個空間區(qū)的平面支撐件的頂面的構(gòu)件，所述平 面支撐件安裝于所述熱絕緣材料層的頂部上；用于用嵌入所述平面支撐件內(nèi)的多個加熱器獨立地加熱所述平面支撐件的每一 空間區(qū)的構(gòu)件；以及用于在蝕刻過程中以至少每秒rc的速率改變所述平面支撐件的至少一個空間區(qū)的溫度的構(gòu)件。
40. —種用于等離子處理器的工件夾盤組合件，所述夾盤包含單件基底元件，其通過至少一個橫向熱斷路器熱分離為至少兩個部分，包括至少 一第一部分和一第二部分；以及晶圓支撐元件，其安置于所述第一部分和所述第二部分上方，所述晶圓支撐件包 括至少一第一熱元件，所述第一熱元件經(jīng)配置以影響安置于所述基底的第一部分上方的所述工件的溫度；和第二熱元件，所述第二熱元件經(jīng)配置以影響安置于所述 基底的第二部分上方的所述工件的溫度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其中所述第一熱元件和所述第二熱元件大體 上是平面的。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其中所述第一熱元件和所述第二熱元件以線 圈的形狀安置。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其中所述第一熱元件包括多個串聯(lián)連接的電 阻元件。
44. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其進一步包含安；于所述基底元件與所述晶 圓支撐元件之間的絕緣體。
45. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其進一步包含安置于所述晶圓支撐元件上方 的熱傳導(dǎo)媒介。
46. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其中所述晶圓支撐元件進一步包含第一溫 度傳感器，其安置于所述基底的第一部分上方；和第二溫度傳感器，其安置于所述 基底的第二部分上方。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的夾盤組合件，其進一步包含控制器，所述控制器響應(yīng)所述第一和第二溫度傳感器且經(jīng)配置以控制所述基底的第一和第二部分中的溫度。
48. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的夾盤組合件，其中所述第一熱元件包含經(jīng)配置以進行加熱 或冷卻的熱電模塊。
49. 一種用于等離子處理器的工件夾盤組合件，所述夾盤包含單件基底元件，其通過垂直安置的橫向熱斷路器而熱分離為至少兩個圓盤形部 分，包括至少一內(nèi)圓盤形部分和一外圓盤形部分；以及晶圓支撐元件，其安置于所述內(nèi)和外圓盤形部分上方，所述晶圓支撐元件包括 至少一第一熱元件，所述第一熱元件經(jīng)配置以影響安置于所述內(nèi)圓盤形部分上方的所述工件的溫度；和第二熱元件，所述第二熱元件經(jīng)配置以影響安置于所述外圓盤 形部分上方的所述工件的溫度。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其中所述熱元件中的至少一者呈線圈的形狀。
51. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其中所述熱元件中的至少一者包括多個串聯(lián) 連接的電阻元件。
52. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其進一步包含安置于所述基底元件與所述晶 圓支撐元件之間的絕緣體。
53. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其進一步包含安置于所述晶圓支撐元件上方 的熱傳導(dǎo)媒介。
54. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其中所述熱元件中的至少一者包含經(jīng)配置以 進行加熱或冷卻的熱電模塊。
55. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的夾盤組合件，其中所述晶圓支撐元件進一步包含第一溫 度傳感器，其安置于所述基底的第一部分上方；和第二溫度傳感器，其安置于所述 基底的第二部分上方。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的夾盤組合件，其進一步包含控制器，所述控制器響應(yīng)所述 第一和第二溫度傳感器且經(jīng)配置以控制所述基底的第一和第二部分中的溫度。
全文摘要
一種用于等離子處理器的夾盤包含溫度控制基底、熱絕緣體、平面支撐件和加熱器。在操作中將所述溫度控制基底的溫度控制為低于工件的所要溫度。所述熱絕緣體安置于所述溫度控制基底的至少一部分上方。所述平面支撐件固持工件且安置于所述熱絕緣體上方。加熱器嵌入所述平面支撐件內(nèi)部和/或安裝于所述平面支撐件的底面上。所述加熱器包括加熱多個相應(yīng)加熱區(qū)的多個加熱元件。每一加熱元件的所供應(yīng)功率和/或溫度被獨立地控制。所述加熱器和平面支撐件具有至少每秒1℃的組合溫度變化速率。
文檔編號H01L21/3065GK101111934SQ200580047289
公開日2008年1月23日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者尼爾·本杰明, 羅伯特·J·斯蒂格 申請人:藍姆研究公司