專利名稱：高溫靜電卡盤和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電卡盤和操作方法，更具體的，涉及高溫靜電卡盤和操作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造和處理中眾所周知的，各種過程(包括例如蝕刻和沉積過程)顯著依 賴于襯底的溫度。為此，控制襯底的溫度和可控制的調(diào)整襯底的溫度的能力變成半導(dǎo)體處 理系統(tǒng)的基本要求。襯底的溫度由很多過程所確定，所述過程包括但不限于襯底與等離子 體的相互作用、化學(xué)過程等，以及與周圍環(huán)境的輻射和/或傳導(dǎo)熱交換。向襯底支架的上表 面提供合適的溫度可以用于控制襯底的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及靜電卡盤和操作方法，更具體的，涉及高溫靜電卡盤和操作方法。根據(jù)一個實施例，描述了為高溫減壓處理所構(gòu)造的靜電卡盤。靜電卡盤包括具有 靜電夾緊電極和可選加熱元件的卡盤主體，和具有傳熱表面的散熱器主體，所述傳熱表面 被布置為與卡盤主體的內(nèi)表面呈密切關(guān)系，其中靜電夾緊電極被構(gòu)造為將襯底夾緊在卡盤 主體的外表面上，并且其中由于內(nèi)表面和傳熱表面的密切關(guān)系，散熱器主體被構(gòu)造為從卡 盤主體移除熱量。靜電卡盤還包括構(gòu)造為支撐卡盤主體和散熱器主體的平臺組件，和膨脹 接頭，所述膨脹接頭設(shè)置在卡盤主體和平臺組件之間，并且被構(gòu)造為在適應(yīng)卡盤主體和平 臺組件的差異熱膨脹的同時將卡盤主體密封連接到平臺組件。根據(jù)另一實施例，描述了操作高溫靜電卡盤的方法，其包括準(zhǔn)備用于襯底處理系 統(tǒng)的靜電卡盤，所述靜電卡盤包括卡盤主體、散熱器主體、構(gòu)造為支撐卡盤主體和散熱器主 體的平臺組件、和膨脹接頭，所述膨脹接頭設(shè)置在卡盤主體和平臺組件之間，并且構(gòu)造為在 適應(yīng)卡盤主體和平臺組件的差異熱膨脹的同時將卡盤主體密封連接到平臺組件；將襯底放 置在卡盤主體的外表面上；通過將電壓耦合到形成于卡盤主體中的靜電夾緊電極，將襯底 夾緊到卡盤主體的外表面；通過將功率耦合到形成于卡盤主體中的一個或多個加熱元件， 使襯底的溫度升高；和通過將散熱器主體維持在低于襯底的溫度的散熱器溫度、并且將散 熱器主體的傳熱表面與關(guān)系密切的卡盤主體的內(nèi)表面分開，控制所述襯底的所述溫度。


在附圖中圖1表示根據(jù)實施例的襯底處理系統(tǒng)的方塊圖；圖2表示根據(jù)實施例的襯底支架的示意截面圖；圖3表示根據(jù)實施例的襯底支架的分解示意截面圖；圖4表示根據(jù)另一實施例的襯底支架的分解示意截面圖；圖5A和5B示出了根據(jù)另一實施例的襯底支架的截面圖；圖6表示根據(jù)實施例的接觸組件的截面圖；和
圖7示出了根據(jù)實施例的高溫靜電卡盤的操作方法。
具體實施例方式在下面的描述中，為了進(jìn)行說明而非加以限制，給出了具體細(xì)節(jié)，例如襯底處理系 統(tǒng)的襯底支架的具體幾何形狀和對各種組件和過程的描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可以在與這些 具體細(xì)節(jié)不同的其他實施例中實施本發(fā)明。盡管如此，應(yīng)當(dāng)理解，盡管說明了總體構(gòu)思的創(chuàng)造特性，但是說明書中包含了同樣 具有創(chuàng)造特性的特征。根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖1中示出了襯底處理系統(tǒng)1，其包括處理工具10，所述處 理工具10具有襯底支架20和支撐在襯底支架20上的襯底25。襯底支架20被構(gòu)造成提供 用于調(diào)節(jié)襯底溫度的溫度控制元件。此外，為了確保均勻或非均勻的襯底溫度，可以在空間 中布置溫度控制元件。控制器55連接到處理工具10和襯底支架20，并且如將在下面進(jìn)一 步討論的，控制器55被構(gòu)造為監(jiān)視、調(diào)整和控制襯底溫度。在圖1中所示的示例性實施例中，襯底處理系統(tǒng)1可以包括沉積系統(tǒng)。例如，沉積 系統(tǒng)可以使用氣相沉積處理，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)處理、等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)處理、 原子層沉積(ALD)處理、等離子體增強(qiáng)ALD (PEALD)處理、物理氣相沉積(PVD)處理、或離子 化PVD(iPVD)處理?？蛇x的，襯底處理系統(tǒng)1可以包括蝕刻室。例如，蝕刻室可以使用干法 等離子體蝕刻，或者可選的，使用干法非等離子體蝕刻?？蛇x的，襯底處理系統(tǒng)1包括光阻 劑涂覆室，例如可以用于涂覆后烘烤(PAB)或曝光后烘烤(PEB)等的光阻劑旋涂系統(tǒng)中的 加熱/冷卻模塊；光阻劑圖案化室，例如光刻系統(tǒng)；電介質(zhì)涂覆室，例如旋涂玻璃(SOG)或 旋涂電介質(zhì)(SOD)系統(tǒng)；或快速熱處理(RTP)室，例如用于退火的RTP系統(tǒng)。現(xiàn)在參考圖2，根據(jù)實施例描述了為襯底的高溫減壓處理所構(gòu)造的靜電卡盤100。 靜電卡盤100包括卡盤主體110，其具有靜電夾緊電極118和可選加熱元件116 ；和散熱器 主體120，其包括傳熱表面124，所述傳熱表面IM被布置為與卡盤主體110的內(nèi)表面114 呈密切關(guān)系，而且熱耦合到卡盤主體110的內(nèi)表面114。靜電夾緊電極118被構(gòu)造為將襯 底(未示出)夾緊在卡盤主體110的外表面112上。此外，散熱器主體120被構(gòu)造為通過 由內(nèi)表面114和傳熱表面IM非常靠近而產(chǎn)生的間隙1 將熱量從卡盤主體110排出。此外，靜電卡盤100包括平臺組件130，所述平臺組件130被構(gòu)造為支撐卡盤主體 110和散熱器主體120。此外，膨脹接頭140設(shè)置在卡盤主體110和平臺組件130之間，并 且被構(gòu)造為在適應(yīng)卡盤主體Iio和平臺組件130的差異熱膨脹的同時將卡盤主體110密封 連接到平臺組件130。膨脹接頭140可以包括具有熱膨脹系數(shù)為與卡盤主體110相關(guān)的第一熱膨脹系 數(shù)和與平臺組件130相關(guān)的第二熱膨脹系數(shù)的中間值的材料。例如，膨脹接頭140可以由 Ni-Co-Fe合金所制造，例如KOVAR 。如圖2所示，膨脹接頭140可以包括薄環(huán)，所述薄環(huán)具有構(gòu)造為連接到卡盤主體 110的第一端144和構(gòu)造為連接到平臺組件130的第二端146。薄環(huán)的第一端144可以通 過銅焊接頭142銅焊到卡盤主體110。此外，薄環(huán)的第二端146可以通過焊接接頭143焊接 到安裝法蘭148，其中安裝法蘭148被構(gòu)造為通過密封件132密封緊固到平臺組件130。例 如，密封件132可以包括彈性密封件或金屬襯墊密封件。
卡盤主體110可以由金屬材料或非金屬材料所制造?？ūP主體110可以由非導(dǎo)電 材料所制造，例如陶瓷?？ūP主體110可以由非導(dǎo)電并且還顯示出相對高的熱導(dǎo)率的材料 所制造。例如，卡盤主體110可以由氧化鋁或優(yōu)選為氮化鋁所制造。但是，可以使用其他材 料。根據(jù)實施例，靜電夾緊電極118嵌入在卡盤主體110中。靜電夾緊電極118可以 位于兩個陶瓷件之間，所述兩個陶瓷件燒結(jié)在一起以形成整體件?？蛇x的，在靜電夾緊電極 118上熱噴涂陶瓷層之后，靜電夾緊電極118可以被熱噴涂在陶瓷件上。之后，噴涂的陶瓷 層可以被平坦化以形成平坦外表面。使用相同的技術(shù)，其他電極或金屬層可以插入在卡盤 主體110中。例如，一個或多個可選加熱元件116可以插入在陶瓷層之間，并且通過上述燒 結(jié)或噴涂技術(shù)而形成。一個或多個可選加熱元件116和靜電夾緊電極118可以位于相同的 平面或不同的平面，并且可以實現(xiàn)為不同的電極或?qū)崿F(xiàn)為相同的物理電極。靜電夾緊電極118可以包括嵌入卡盤主體110中的一個或多個夾緊電極。靜電夾 緊電極118可以被構(gòu)造為通過電氣連接線連接到高壓(HV)直流(DC)電源(未示出)的單 極或雙極電極。這樣的夾緊裝置的設(shè)計和實現(xiàn)對靜電夾緊系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所 周知的。一個或多個可選加熱元件116可以包括加熱流體通道、電阻加熱元件或被加偏壓 的熱電元件中的至少一個，以向晶片傳熱。優(yōu)選的，一個或多個可選加熱元件116包括連接 到電源(例如DC或交流(AC)電源)的電阻加熱元件。此外，一個或多個可選加熱元件116可以包括含鎢、鎳鉻合金、鋁鐵合金、氮化 鋁等的燈絲。制造電阻加熱元件的可商購的材料的示例包括由Bethel，CT的Kanthal Corporation所制造的注冊商標(biāo)名為Kanthal、Nikrothal、Akrothal的金屬合金。Kanthal 系列包括鐵素體合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。作為示 例，一個或多個可選加熱元件116可以包括位于襯底的大致中心區(qū)域的第一加熱元件和位 于襯底的大致邊緣區(qū)域的第二加熱元件。可以構(gòu)造并布置加熱元件控制元件(未示出)來控制一個或多個可選加熱元件 116、卡盤主體110、或襯底、或上述各項中兩項或多項的任意組合的溫度。加熱元件控制元 件可以包括一個或多個溫度傳感器，并且包括控制器，所述控制器被構(gòu)造為與電源交換信 息，以執(zhí)行監(jiān)視、調(diào)整或控制一個或多個可選加熱元件116、卡盤主體110、或襯底、或上述 各項中兩項或多項的任意組合的溫度中的至少一項。加熱元件控制元件被構(gòu)造為提供對每 個加熱元件獨(dú)立的或非獨(dú)立的控制。加熱元件控制元件可以連接到控制系統(tǒng)，并且可以被 構(gòu)造為與控制系統(tǒng)交換信息。散熱器主體120可以由金屬材料或非金屬材料所制造。例如，散熱器主體120可 以由鋁所制造。此外，例如，散熱器主體120可以由具有相對高的熱導(dǎo)率的材料所制造，以 使散熱器主體120的溫度可以維持在相對穩(wěn)定的溫度。散熱器主體120的溫度優(yōu)選由一個 或多個溫度控制元件122(例如冷卻元件)來主動控制。但是，例如，散熱器主體120可以 通過使用散熱片來提供被動冷卻，以促進(jìn)由于增加的表面積而產(chǎn)生的與周圍環(huán)境的增強(qiáng)的 自由對流。一個或多個溫度控制元件122可以被構(gòu)造為加熱和/或冷卻散熱器主體120。例 如，散熱器主體120可以包括一個或多個流體通道，傳熱流體的再循環(huán)液流流經(jīng)所述流體通道。當(dāng)冷卻時，傳熱流體的液流從散熱器主體120接收熱量并且將熱量傳輸?shù)綗峤粨Q器 系統(tǒng)(未示出)。可選的，當(dāng)加熱時，傳熱流體的液流從熱交換器接收熱量并且將熱量傳輸 到散熱器主體120。傳熱流體可以包括水、Fluorinertjalden HT-135等。在其他實施例 中，溫度控制元件122可以包括電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器?？梢詷?gòu)造和布置流體熱控制元件(未示出)來控制傳熱流體的溫度。流體熱控制 元件可以包括流體存儲槽、泵、加熱器、冷卻器、和流體溫度傳感器。此外，流體熱控制元件 可以包括一個或多個溫度傳感器，并且可以包括控制器，所述控制器被構(gòu)造為執(zhí)行監(jiān)視、調(diào) 整或控制傳熱流體和/或散熱器主體120的溫度中的至少一項。流體熱控制元件可以連接 到控制系統(tǒng)，并且可以被構(gòu)造為與控制系統(tǒng)交換信息。平臺組件130還可以包括在此穿過的一個或多個通路134，以允許將電源連接到 卡盤主體110的一個或多個可選加熱元件116、將電源連接到靜電夾緊電極118、將傳熱氣 體氣動連接到襯底(未示出)的背部等。例如，平臺組件130可以由導(dǎo)電導(dǎo)熱材料制成，例如鋁、不銹鋼、鎳等。此外，靜電卡盤100可以包括背部氣體供應(yīng)系統(tǒng)(未示出)以用于通過至少一個 氣體供應(yīng)管線、和多個孔與通道(未示出)中的至少一個將傳熱氣體(例如包括氦、氬、氙、 氪的惰性氣體、處理氣體、或包括氧、氮、或氫的其他氣體)提供到襯底的背部。例如，背部 氣體供應(yīng)系統(tǒng)可以是多區(qū)供應(yīng)系統(tǒng)，例如兩區(qū)(中心/邊緣)系統(tǒng)或三區(qū)(中心/半徑中 點/邊緣)，其中背部壓力可以在徑向上從中心到邊緣改變。此外，背部氣體供應(yīng)系統(tǒng)可以 連接到控制系統(tǒng)，并且可以被構(gòu)造為與控制系統(tǒng)交換信息。除了將傳熱氣體供應(yīng)到襯底的背部之外，可以裁剪卡盤主體110的外表面112，以 進(jìn)一步影響襯底和卡盤主體110之間的熱傳輸。外表面112可以包括微觀粗糙度元素(例 如，由例如平均粗糙度Ra所表征的表面光潔度)、或宏觀粗糙度元素(例如，外表面112中所 制造的通道、凹坑、突起、柱狀物等)、或者兩者的組合。此外，尺寸、形狀、或表面密度、或上 述各項中兩項或多項的任意組合可以沿著卡盤主體110的外表面112改變。題為“Method and apparatus for transferring heat from a substrate to a chuck’，禾 No. 7017652中提供了關(guān)于表面粗糙度熱傳輸?shù)男Ч牧硗獾募?xì)節(jié)；該專利的全部內(nèi)容通 過引用整體結(jié)合于此。此外，靜電卡盤100可以包括連接到溫度監(jiān)視系統(tǒng)(未示出)的一個或多個溫度 傳感器(未示出)。一個或多個傳感器可以被構(gòu)造為測量襯底的溫度，或者一個或多個傳感 器可以被構(gòu)造為測量卡盤主體110的溫度，或者一個或多個傳感器可以被構(gòu)造為測量散熱 器主體120的溫度，或者一個或多個傳感器可以被構(gòu)造為測量上述各項中兩項或多項的任 意組合。例如，一個或多個溫度傳感器可以放置成在卡盤主體110的下表面處測量溫度，或 者放置成測量襯底底部的溫度。溫度傳感器可以包括光纖溫度計、光學(xué)高溫計、帶邊溫度測量系統(tǒng)(如2002年6 月2日遞交的未決美國專利申請10/168M4中所描述的，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用 整體結(jié)合于此)、或熱電偶(例如K型熱電偶)。光學(xué)溫度計的示例包括可從Advanced Energies, Inc.商購的產(chǎn)品編號為0R2000F的光纖溫度計；可從Luxtron Corporation商 購的產(chǎn)品編號為M600的光纖溫度計；或可從I^akaoka Electric Mfg.商購的產(chǎn)品編號為 FT-1420的光纖溫度計。
溫度監(jiān)視系統(tǒng)可以將傳感器信息提供給控制系統(tǒng)，以在處理前、處理過程中或處 理后調(diào)整加熱元件、冷卻元件、背部氣體供應(yīng)系統(tǒng)、或用于靜電夾緊的HV DC電源中的 至少一個?？刂葡到y(tǒng)可以包括微處理器、存儲器、和數(shù)字I/O 口(可能包括D/A和/或A/D轉(zhuǎn) 換器)，所述數(shù)字I/O 口能夠產(chǎn)生足以通信并激活靜電卡盤100的輸入以及監(jiān)視靜電卡盤 100的輸出的控制電壓?？刂葡到y(tǒng)可以連接到加熱元件控制元件、流體熱控制元件、HV DC 電源、背部氣體供應(yīng)系統(tǒng)、和溫度監(jiān)視系統(tǒng)，并與上述系統(tǒng)交換信息。使用存儲在存儲器中 的程序來根據(jù)所存儲的工藝流程與襯底支架的前述組件相互作用?？刂葡到y(tǒng)還可以實現(xiàn)為通用計算機(jī)、處理器、數(shù)字信號處理器等，這使得襯底支架 響應(yīng)于執(zhí)行計算機(jī)可讀介質(zhì)中所包含的一個或多個指令的一個或多個序列的控制系統(tǒng)，來 執(zhí)行本發(fā)明的一部分或全部處理步驟。計算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲器被構(gòu)造為保存根據(jù)本發(fā)明 的教導(dǎo)編程的指令，并且可以包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄、或在此描述的其他數(shù)據(jù)。計算機(jī)可 讀介質(zhì)的示例是光盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光盤、PR0M(EPR0M、EEPR0M、快閃EPR0M)、DRAM、 SRAM、SDRAM、或任何其他磁介質(zhì)、光盤(例如，CD-ROM)、或任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙 帶、或具有多孔圖案的物理介質(zhì)、載波、或計算機(jī)可讀的任何其他介質(zhì)?？刂葡到y(tǒng)可以相對于靜電卡盤100本地放置，或者其可以通過互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)相 對于靜電卡盤100遠(yuǎn)程放置。因此，控制系統(tǒng)可以使用直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、或互聯(lián)網(wǎng)中的至 少一種與靜電卡盤100交換數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)可以在客戶站點(例如，器件生產(chǎn)商等)處連 接到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或者在供應(yīng)商站點(例如，設(shè)備制造商)處連接到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。此外，另一計算機(jī) (例如，控制器、服務(wù)器等)可以訪問控制系統(tǒng)以通過直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、或互聯(lián)網(wǎng)中的至少 一種交換數(shù)據(jù)?？蛇x的，靜電卡盤100可以包括RF電極，RF功率通過RF電極耦合到襯底上方的 處理區(qū)域中的等離子體。例如，RF電極可以包括靜電夾緊電極118。但是，RF電極可以獨(dú) 立于靜電夾緊電極118。此外，例如，通過將RF功率從RF發(fā)生器經(jīng)過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)傳送到 靜電卡盤100，可以以RF電壓對靜電夾緊電極118加偏壓。RF偏壓可以用于加熱電子以形 成并維持等離子體，或者對襯底加偏壓以控制入射到襯底上的離子能量，或兩者兼有。在此 構(gòu)造中，系統(tǒng)可以作為反應(yīng)離子蝕刻(RIE)反應(yīng)器，其中腔室和上部氣體入射電極用作接 地表面。RF偏壓的通常頻率的范圍可以從IMHz到100MHz，優(yōu)選是13. 56MHz?？蛇x的，RF功率可以以多個頻率施加到襯底支架電極。此外，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以 用于通過使反射功率減至最小來使RF功率到處理室中的等離子體的傳輸增至最大?？梢?使用各種匹配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如，L型、pi型、T型等)和自動控制方法。仍然參考圖2，靜電卡盤100還可以包括聚焦環(huán)150、第一絕緣環(huán)152和第二絕緣 環(huán)154。此外，靜電卡盤100還可以包括抬升銷組件(未示出)，所述抬升銷組件被構(gòu)造為 將襯底抬升至卡盤主體110的外表面112和從卡盤主體110的外表面112抬升襯底?，F(xiàn)在參考圖3，示出了靜電卡盤的分解截面圖。靜電卡盤包括卡盤主體210和散熱 器主體220。圖3還示出了與卡盤主體210接觸的可選傳熱構(gòu)件240，以使間隙226將散熱 器主體220上的傳熱表面221與可選傳熱構(gòu)件240上的內(nèi)表面241分開?？蛇x的，傳熱構(gòu) 件240可以省略。根據(jù)關(guān)系式Q = hA Δ T通過間隙226在內(nèi)表面241和傳熱表面221之間 交換熱量(以瓦特W計量)，其中h是通過間隙226的熱流的傳熱系數(shù)，A表示交換熱量的內(nèi)表面241和傳熱表面221的表面積，Δ T是傳熱構(gòu)件240和散熱器主體220之間的溫度 差。為了提高熱傳輸Q，間隙226的厚度可以降低和/或表面積A可以增大?，F(xiàn)在參考圖4，示出了靜電卡盤的分解截面圖。靜電卡盤包括卡盤主體310和散熱 器主體320。圖4還示出了與卡盤主體310接觸的可選傳熱構(gòu)件340，以使間隙326將散熱 器主體320上的傳熱表面321與可選傳熱構(gòu)件340上的內(nèi)表面341分開?？蛇x的，傳熱構(gòu) 件340可以省略?？ūP主體310的內(nèi)表面341或散熱器構(gòu)件340包括從內(nèi)表面341向外延 伸的第一陣列突起342。此外，散熱器主體320的傳熱表面321包括從傳熱表面321向外延 伸的第二陣列突起322。第一陣列突起342被構(gòu)造為與第二陣列突起322相互交錯并且兩 者之間沒有接觸，以增加可 以散熱的表面之間的表面積。例如，如圖5Α和5Β所示，第一陣列突起342’ (例如，與上述傳熱構(gòu)件或卡盤主 體相對應(yīng))可以包括第一陣列的一個或多個同心散熱片342A、342B、342C，第二陣列突起 322’(例如，與上述散熱器主體相對應(yīng))可以包括第二陣列的一個或多個同心散熱片322A、 322B、322C。第一陣列的一個或多個同心散熱片342A、342B、342C中的每個同心散熱片和第 二陣列的一個或多個同心散熱片322A、322B、322C中的每個同心散熱片可以由內(nèi)徑(巧)和 外徑(r。)所限定。此外，例如，第一陣列的一個或多個同心散熱片342A、342B、342C中的每個同心散 熱片和第二陣列的一個或多個同心散熱片322A、322B、322C中的每個同心散熱片可以被分 隔開以適應(yīng)卡盤主體和散熱器主體之間的熱膨脹的差。例如，第一陣列突起342’中的每個 同心散熱片的內(nèi)徑(A)與第二陣列突起322’中的每個同心散熱片的外徑(r。)的徑向間距 可以比第一陣列突起342’中的每個同心散熱片的外徑與第二陣列突起322’中的每個同心 散熱片的內(nèi)徑的間距更緊密。例如，圖5A中所示的初始間距可以與室溫相對應(yīng)。如圖5B 所示，當(dāng)卡盤主體的溫度升高到高于初始溫度(即，室溫)時，卡盤主體以比(更低溫度的) 散熱器主體更大的徑向距離膨脹。一旦卡盤主體達(dá)到設(shè)計溫度，最終半徑(r/和r。’ )使 得第一陣列突起342’和第二陣列突起322’在徑向上基本相等的隔開?，F(xiàn)在參考圖6，示出了靜電卡盤的分解截面圖。靜電卡盤包括卡盤主體410和散熱 器主體420。如圖6所示，卡盤主體410可以包括與卡盤主體410接觸的傳熱構(gòu)件440，以 使間隙426將散熱器主體420上的傳熱表面421與傳熱構(gòu)件440的內(nèi)表面441分開。傳熱 構(gòu)件440可以通過包括緊固件在內(nèi)的通常的裝置連接到卡盤主體410?？蛇x的，使用接觸組 件450使傳熱構(gòu)件440按壓卡盤主體410。如圖6所示，接觸組件450可以包括彈簧組件451。彈簧組件451包括內(nèi)桿構(gòu)件 460，所述內(nèi)桿構(gòu)件460具有構(gòu)造為接觸傳熱構(gòu)件440的第一端462和與第一端462相對的 第二端464。此外，彈簧組件451包括杯狀構(gòu)件470，所述杯狀構(gòu)件470關(guān)于內(nèi)桿構(gòu)件460 同心，并且具有帶有邊沿474的邊沿端472和構(gòu)造為容納內(nèi)桿構(gòu)件460的第二端464的末 端476。此外，彈簧組件451包括彈簧480，彈簧480設(shè)置在杯狀構(gòu)件470上的邊沿474和 散熱器主體420上的支撐表面425之間。當(dāng)卡盤主體410、傳熱構(gòu)件440和散熱器主體420 被構(gòu)造并布置成使得彈簧480被壓縮時，彈簧彈力施加到傳熱構(gòu)件440以使傳熱構(gòu)件440 按壓卡盤主體410。結(jié)果，提高了卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間的界面412處的機(jī)械接 觸。接觸組件450可以設(shè)計成向在卡盤主體410和散熱器主體420之間通過接觸組件450的熱流提供適當(dāng)?shù)臒嶙?。此外，接觸組件450可以設(shè)計成使得彈簧480可以保持相對 冷。例如，如圖6所示，杯狀構(gòu)件470的下部477設(shè)置成非?？拷崞髦黧w420。由于非 ?？拷?，優(yōu)選傳熱路徑包括從卡盤主體410通過內(nèi)桿構(gòu)件460并通過杯狀構(gòu)件470的下部 477到達(dá)散熱器主體420的熱流(與從卡盤主體410通過內(nèi)桿構(gòu)件460到達(dá)杯狀構(gòu)件470 的下部477、向上通過杯狀構(gòu)件470到達(dá)邊沿端472、并通過彈簧480到達(dá)散熱器主體420 的路徑相對)。結(jié)果，可以避免彈簧480中溫度過高的可能性。此外，內(nèi)桿構(gòu)件460可以包括熱阻材料(S卩，低熱導(dǎo)率)，以減少或防止傳熱構(gòu)件 440或卡盤主體410上的“冷”點，并限制從卡盤主體410的傳熱構(gòu)件440通過接觸組件 450到達(dá)散熱器主體420的熱傳遞(例如，內(nèi)桿構(gòu)件460可以沿著其長度保持相對大的溫度 差)。作為示例，內(nèi)桿構(gòu)件460可以由氧化鋯所制造，彈簧480和杯狀構(gòu)件470可以由不銹 鋼所制造。接觸組件450可以設(shè)計成在卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間提供特定的接觸熱 阻(TCR)(即，相當(dāng)于傳熱系數(shù)h的倒數(shù))。TCR可以由多種變量所影響，其包括但不限于卡 盤主體410的材料成分、傳熱構(gòu)件440的材料成分、卡盤主體410的接觸表面特性(例如， 表面光潔度)、傳熱構(gòu)件410的接觸表面特性(例如，表面光潔度)、卡盤主體410和傳熱構(gòu) 件440之間的氣體環(huán)境(例如，氣體成分、壓力等)、由一個或多個接觸組件450所提供的夾 緊壓力(例如，夾緊壓力可以由接觸組件450的數(shù)量、每個接觸組件450的彈簧彈力等所影 響)。 此外，卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間的TCR可以影響襯底的溫度均勻性(例 如，沿著襯底的中心到邊緣的溫度差)。作為示例，卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間的TCR 可以是約0. 001K-m2/W或更大?？蛇x的，例如，卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間的TCR可 以是約0. 002K-m2/W或更大?？蛇x的，例如，卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間的TCR可以 是約0. 01K-m2/W或更大。隨著TCR增大，卡盤主體410的中心和邊緣之間的溫度不均勻性減小了。此外，隨 著TCR增大，在卡盤主體410和散熱器主體420之間通過間隙426的傳熱比例(fraction) 增大。因此，可以選擇和/或調(diào)整TCR以實現(xiàn)襯底上的目標(biāo)溫度均勻性。通過在卡盤主體410和傳熱構(gòu)件440之間設(shè)置傳熱材料可以進(jìn)一步提高熱接觸。 例如，傳熱材料可以包括石墨浸漬聚合物。現(xiàn)在參考圖7，根據(jù)另一實施例顯示出描述處理系統(tǒng)中的靜電卡盤襯底支架上的 襯底的溫度的控制方法600的流程圖。例如，溫度控制方案可以適合于具有諸如圖2到6 中所示的任意一個的靜電卡盤的處理系統(tǒng)中的處理的多個工藝步驟。方法600開始于610， 準(zhǔn)備用于襯底處理系統(tǒng)的靜電卡盤，其中靜電卡盤包括卡盤主體、散熱器主體、構(gòu)造為支撐 卡盤主體和散熱器主體的平臺組件、和膨脹接頭，所述膨脹接頭設(shè)置在卡盤主體和平臺組 件之間，并且在適應(yīng)卡盤主體和平臺組件的差異熱膨脹的同時將卡盤主體密封連接到平臺 組件。在620中，襯底被放置在靜電卡盤上。在630中，通過將電壓耦合到形成于卡盤主體中的靜電夾緊電極，將襯底夾緊到 卡盤主體的外表面。在640中，通過將功率耦合到形成于卡盤主體中的一個或多個加熱元件，使襯底的溫度升高。一旦使襯底的溫度升高，就可以將襯底夾緊到卡盤主體。通過這樣做，可以使襯底 消除通過在加熱襯底之后夾緊襯底所施加的任何不希望的應(yīng)力。但是，在可選實施例中，襯 底可以被夾緊，然后被加熱。在650中，通過將散熱器主體維持在低于襯底的溫度的散熱器溫度，并且將散熱 器主體的傳熱表面布置為與卡盤主體的內(nèi)表面呈密切關(guān)系，來控制襯底的溫度。例如，襯底 的溫度可以控制在高達(dá)約450攝氏度的溫度。可選的，例如，襯底的溫度可以控制在高達(dá)約 400攝氏度的溫度。可選的，例如，襯底的溫度可以控制在高達(dá)約300攝氏度的溫度?？蛇x 的，例如，襯底的溫度可以控制在高達(dá)約200攝氏度的溫度?？蛇x的，例如，襯底的溫度可以 控制在高達(dá)約100攝氏度的溫度。此外，可以控制襯底的溫度均勻性。例如，溫度均勻性(％ ) (Tunif = [(Tmax-Tmin)/ TavwagJ X100%)可以小于或等于約1%?？蛇x的，溫度均勻性可以小于或等于約5%?？?選的，溫度均勻性可以小于或等于約10%。可選的，溫度均勻性可以小于或等于約25%。此 夕卜，例如，可以調(diào)整和/或控制中心到邊緣的溫度差。因此，襯底可以被解除卡緊(或解除夾緊)、冷卻、然后從卡盤主體移除。可以在使 襯底的溫度升高的同時執(zhí)行使襯底解除卡緊。通過這樣做，可以使襯底消除通過在使襯底 解除卡緊之后冷卻襯底所施加的任何不希望的應(yīng)力。但是，在可選實施例中，襯底可以被夾 緊，然后被加熱。盡管只在上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的一些實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解在不本質(zhì)上脫離本發(fā)明的創(chuàng)造性教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，實施例中可能存在很多修改。因此，所 有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造用于襯底處理的靜電卡盤，其包括卡盤主體，其包括靜電夾緊電極和可選加熱元件，其中所述靜電夾緊電極被構(gòu)造為將 襯底夾緊在所述卡盤主體的外表面上；散熱器主體，其包括傳熱表面，所述傳熱表面被布置與所述卡盤主體的內(nèi)表面呈密切 關(guān)系，其中由于所述內(nèi)表面與所述傳熱表面的密切關(guān)系，所述散熱器主體用于從所述卡盤 主體移除熱量；平臺組件，其被構(gòu)造為支撐所述卡盤主體和所述散熱器主體；和膨脹接頭，其設(shè)置在所述卡盤主體和所述平臺組件之間，并且被構(gòu)造為在適應(yīng)所述卡 盤主體和所述平臺組件的差異熱膨脹的同時將所述卡盤主體密封連接到所述平臺組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述膨脹接頭包括M-Co-Fe合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述卡盤主體包括金屬材料、或陶瓷材料、或 兩者皆有。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述膨脹接頭包括薄環(huán)，所述薄環(huán)具有構(gòu)造 為連接到所述卡盤主體的第一端和構(gòu)造為連接到所述平臺組件的第二端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電卡盤，其中所述薄環(huán)的所述第一端被銅焊到所述卡盤主體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電卡盤，其中所述薄環(huán)的所述第二端被焊接到安裝法蘭， 并且其中所述安裝法蘭被構(gòu)造為密封緊固到所述平臺組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述膨脹接頭由具有熱膨脹系數(shù)為所述卡盤 主體的熱膨脹系數(shù)與所述平臺組件的熱膨脹系數(shù)的中間值的材料組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述散熱器主體包括一個或多個流體通道， 傳熱流體從所述一個或多個流體通道中的每一個的入口流經(jīng)所述一個或多個流體通道到 達(dá)所述一個或多個流體通道的出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述可選加熱元件包括電阻電熱元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述卡盤主體的所述內(nèi)表面包括從所述內(nèi)表面向外延伸的第一陣列突起，所述散熱器 主體的所述傳熱表面包括從所述傳熱表面向外延伸的第二陣列突起，所述第一陣列突起被 構(gòu)造為與所述第二陣列突起相互交錯并且兩者之間沒有接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電卡盤，其中所述第一陣列突起包括第一陣列的一個或 多個同心散熱片，并且其中所述第二陣列突起包括第二陣列的一個或多個同心散熱片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電卡盤，其中所述第一陣列的一個或多個同心散熱片中 的每個同心散熱片和所述第二陣列的一個或多個同心散熱片中的每個同心散熱片被布置， 以適應(yīng)所述卡盤主體和所述散熱器主體之間的熱膨脹的差異。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述卡盤主體包括陶瓷主體和傳熱構(gòu)件，所 述傳熱構(gòu)件按壓所述陶瓷主體，并且其中所述傳熱構(gòu)件提供所述內(nèi)表面，所述內(nèi)表面與所 述散熱器主體的所述傳熱表面關(guān)系密切。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的靜電卡盤，其中使用設(shè)置在所述傳熱構(gòu)件與所述散熱器主 體之間的彈簧組件，使所述傳熱構(gòu)件按壓所述卡盤主體的所述陶瓷主體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的靜電卡盤，其中傳熱材料設(shè)置在所述陶瓷主體和所述傳熱構(gòu)件之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的靜電卡盤，其中所述傳熱材料包括石墨浸漬聚合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的靜電卡盤，其中所述彈簧組件包括內(nèi)桿構(gòu)件，其具有構(gòu)造為接觸所述傳熱構(gòu)件的第一端和與所述第一端相對的第二端； 杯狀構(gòu)件，其與所述內(nèi)桿構(gòu)件同心，并且包括具有邊沿的邊沿端和末端，所述末端構(gòu)造 為容納所述內(nèi)桿構(gòu)件的所述第二端；和彈簧，所述彈簧設(shè)置在所述杯狀構(gòu)件上的所述邊沿與所述散熱器主體上的支撐表面之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其還包括傳熱氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其構(gòu)造為向所述襯底的背部供應(yīng)傳熱氣體； 電極，其用于將射頻(RF)電壓耦合到所述襯底；或抬升銷組件，其構(gòu)造為將所述襯底抬升到所述卡盤主體的所述外表面并且抬升所述襯 底離開所述卡盤主體的所述外表面；或 上述各項中兩項或多項的任意組合。
19.一種操作高溫靜電卡盤的方法，其包括如下步驟準(zhǔn)備用于襯底處理系統(tǒng)的靜電卡盤，所述靜電卡盤包括卡盤主體、散熱器主體、構(gòu)造為 支撐所述卡盤主體和所述散熱器主體的平臺組件、和膨脹接頭，所述膨脹接頭設(shè)置在所述 卡盤主體和所述平臺組件之間，并且構(gòu)造為在適應(yīng)所述卡盤主體和所述平臺組件的差異熱 膨脹的同時將所述卡盤主體密封連接到所述平臺組件； 將襯底放置在所述卡盤主體的外表面上；通過將電壓耦合到形成于所述卡盤主體中的靜電夾緊電極，將所述襯底夾緊到所述卡 盤主體的所述外表面；通過將功率耦合到形成于所述卡盤主體中的一個或多個加熱元件，使所述襯底的溫度 升高；和通過將所述散熱器主體維持在低于所述襯底的所述溫度的散熱器溫度，并且將所述散 熱器主體的傳熱表面與所述卡盤主體的內(nèi)表面以密切關(guān)系布置，來控制所述襯底的所述溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中控制所述襯底的所述溫度包括均勻的將所述襯 底的所述溫度控制在高達(dá)約450攝氏度的溫度。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種為高溫減壓處理所構(gòu)造的靜電卡盤。靜電卡盤包括具有靜電夾緊電極和可選加熱元件的卡盤主體，和具有傳熱表面的散熱器主體，所述傳熱表面被布置為與卡盤主體的內(nèi)表面呈密切關(guān)系，其中靜電夾緊電極被構(gòu)造為將襯底夾緊在卡盤主體的外表面上，并且其中由于內(nèi)表面和傳熱表面的密切關(guān)系，散熱器主體被構(gòu)造為從卡盤主體移除熱量。靜電卡盤還包括構(gòu)造為支撐卡盤主體和散熱器主體的平臺組件，和膨脹接頭，所述膨脹接頭設(shè)置在卡盤主體和平臺組件之間，并且被構(gòu)造為在適應(yīng)卡盤主體和平臺組件的差異熱膨脹的同時將卡盤主體密封連接到平臺組件。
文檔編號B23B31/28GK102105253SQ200980128987
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者羅德尼·李·羅賓森, 羅納德·納斯曼, 藤里敏章 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社