本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求申請日為2014年7月8日提交的美國臨時申請?zhí)枮?2/021,937的美國申請的優(yōu)先權(quán)，其的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請通常涉及加熱裝置，更具體地涉及用于這種裝置的溫度檢測和控制系統(tǒng)，包括通過舉例的方式，在半導體加工設(shè)備中的靜電吸盤以及基底。

背景技術(shù)：

本段中的聲明只提供與本發(fā)明披露有關(guān)的背景信息，不會構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

加熱裝置經(jīng)常用于具有有限的空間且需要精確控制的應用中。在半導體加工的現(xiàn)有技術(shù)中，例如，卡盤或基座用于保持基底(或晶片)，并且在加工過程中的基底上提供均勻的溫度曲線。

參見附圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)中靜電吸盤的支撐裝置110，支撐裝置110包括具有嵌入式電極114的靜電吸盤112，以及通過粘合層118與靜電吸盤112粘結(jié)的加熱板116。加熱器120被固定到加熱板116，加熱器120可以是蝕刻箔加熱器，通過舉例的方式。該加熱器裝置又通過粘合層124粘結(jié)到冷卻板122上?；?26設(shè)置在靜電吸盤112上，并且電極114連接到電源(未顯示)，從而產(chǎn)生靜電功率，保持基底126在適當?shù)奈恢?。射頻(RF)電源(未顯示)連接到靜電吸盤112，圍繞支撐裝置110的腔室連接到地面。當材料沉積或基底126上的薄膜被蝕刻時，加熱器120向基底126提供必要的熱量。當材料沉積至基底126上或當材料從基底126被蝕刻時，加熱器120向基底126提供必要的熱量。

在基底126處理期間，重要的是，靜電吸盤112的溫度曲線是高度均勻的，以減少被蝕刻的基底126中的變化。用于改善溫度均勻性的改進的裝置和方法在半導體處理加工技術(shù)中以及其它應用中是不斷需要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

進一步的適用范圍將從這里提供的描述變得明顯。應當理解，描述和具體例子僅用于說明目的，且不在于限制本發(fā)明披露的范圍。

本發(fā)明的一種形式，提供了一種裝置，包括第一構(gòu)件以及臨近于第一構(gòu)件設(shè)置的第二構(gòu)件。第一構(gòu)件可以采取靜電吸盤或基底的形式。第二構(gòu)件可采用加熱板的形式。該裝置還包括設(shè)置在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間的粘結(jié)層。粘結(jié)層將第二構(gòu)件固定至第一層，并且粘結(jié)層的至少一部分是由磷光材料構(gòu)成。該裝置還包括光學傳感器，該光學傳感器靠近該粘結(jié)層設(shè)置以檢測第一構(gòu)件的溫度。

本發(fā)明公開的另一種形式中，提供了一種靜電吸盤支撐裝置，該支撐裝置包括靜電吸盤和設(shè)置在靜電吸盤下方的加熱板。支撐裝置還包括設(shè)置在靜電吸盤和加熱板之間的第一粘結(jié)層。第一粘結(jié)層的至少一部分包括磷光材料。支撐裝置還包括被定位為觀測由磷光材料構(gòu)成的第一粘結(jié)層的部分的光學傳感器。支撐裝置還包括設(shè)置在加熱板附近的冷卻板，和設(shè)置在加熱板和冷卻板之間的第二粘結(jié)層。

本發(fā)明公開的另一種形式中，提供了一種檢測和控制靜電吸盤溫度的方法，包括在靜電吸盤和加熱板之間設(shè)置粘結(jié)層。該粘結(jié)層的至少一部分包括磷光材料。該方法還包括定位靠近粘結(jié)層的光學傳感器，并且從光學傳感器接收關(guān)于從磷光材料發(fā)出光的衰變率的信號。所述方法還包括基于從所述光學傳感器接收到的信號確定所述粘結(jié)層的溫度，以及控制所述加熱板的溫度。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，將通過給出的實施例并參考附圖進行理解，其中：

-圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中靜電吸盤的側(cè)視圖；

-圖2所示為裝置的橫截面?zhèn)纫晥D，示出了基底、靜電吸盤、粘結(jié)層、加熱板、以及根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的光學傳感器；

-圖3所示為裝置另一形式的橫截面?zhèn)纫晥D，示出了基底、靜電吸盤、加熱板、冷卻板、兩個粘結(jié)層，以及根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的兩個光學傳感器；

-圖4所示為裝置另一形式的橫截面?zhèn)纫晥D，示出了基底、靜電吸盤、粘結(jié)層、以及帶有孔的加熱板，該加熱板設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的原則構(gòu)造的裝置的側(cè)面上；

-圖5所示為裝置另一形式的部分示意圖，示出了加熱元件以及根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的光學傳感器；

-圖6所示為圖表，顯示了磷光材料的強度隨時間變化的例子；以及

-圖7示出由控制器使衰減率與靜電卡盤的溫度相關(guān)的校準數(shù)據(jù)的示例的圖表。

此處所述的附圖僅僅用于說明目的，且不會以任何方式限制本發(fā)明披露的范圍。

具體實施方式

下列描述僅僅是性質(zhì)上的示范性，并不會限制本發(fā)明的披露、申請或用途。

一般的，使用光纖感測，光源被用來在短暫的時間段內(nèi)照射磷光材料，并且光信號調(diào)節(jié)器被用來檢測磷光材料響應地發(fā)射的光輻射。磷光輻射衰變率與其溫度成比例，從而可以確定物體的溫度。這種光纖感測在例如美國專利號為4,652,143和4,776,827中有更詳細的闡述，這些專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本文所使用的術(shù)語“光傳感器”應解釋為兩個意思，表示用于感測和確定磷光材料溫度的光纖光導和光信號調(diào)節(jié)器。

參見附圖2，所示為裝置10，其包括基底12、靜電吸盤14、加熱板20以及位于靜電吸盤14和加熱板20之間的粘結(jié)層16。該粘結(jié)層16將加熱板20固定至靜電吸盤14并且該粘結(jié)層16包括設(shè)置在光學透明基質(zhì)27中的磷光材料26?；|(zhì)27可以是實際的粘結(jié)材料，例如硅樹脂粘合材料?？蛇x地，磷光材料26可以與基質(zhì)27混合，然后將這種復合材料與粘結(jié)層16材料結(jié)合。此外，具有或不具有與粘接層16分離的基質(zhì)27的磷光材料26可以在整個粘結(jié)層16上均勻地混合，或者磷光材料26可以僅位于整個粘結(jié)層16的特定區(qū)域。因此，此處所示的具體說明不應被理解為限制本發(fā)明披露的范圍。

在一種形式中，加熱板20還限定了孔22，該孔22使得粘結(jié)層16的下側(cè)28的磷光部分暴露于光學傳感器24，該光學傳感器設(shè)置在孔22中。在操作中，光學傳感器24照射磷光材料26然后接收從磷光材料26衰變的光，從而確定粘結(jié)層16的溫度，粘結(jié)層16通過傳導熱耦合至靜電吸盤14和基底12。此信息被發(fā)送到控制器54，該控制器確定和控制靜電吸盤14和基底12的溫度。

加熱板20為靜電吸盤14提供支持。加熱板20也可以包含一個或多個可用于改變靜電吸盤14的溫度的加熱元件18。加熱板20可由金屬或其它導熱材料制成。

粘結(jié)層16將加熱板20固定至靜電吸盤14。粘結(jié)層16可以由許多物質(zhì)制成，例如硅橡膠物質(zhì)、壓敏粘合劑、玻璃粉、陶瓷環(huán)氧樹脂，或銦層。粘結(jié)層16應能夠在裝置10的整個操作溫度范圍內(nèi)有效地固定加熱板20和靜電吸盤14，并且能夠在操作前混合磷光材料26。粘結(jié)層16也可由透明、熱傳導的、彈性材料制成，如由道康寧公司生產(chǎn)的184品牌硅化合物。通過在嚙合面加入引物(primer)可以改善粘附性。根據(jù)對粘結(jié)強度、溫度范圍、導熱系數(shù)、粘度、硬度、固化時間、以及粘結(jié)層16的厚度的要求，可以使用各種光學透明硅橡膠。

磷光材料26被混合至粘結(jié)層16中，并在混合之后應當能夠保持其磷光性能。如果磷光材料26由尺寸在約1至約100微米之間的小粒徑粉末制成，則磷光材料26可以更容易地混合到粘結(jié)層16中。粘結(jié)層16材料與磷光材料26的混合比取決于應用需求。更高的信號強度可以由較高濃度的磷光材料中獲得，例如按重量大約25％。另外，提高的粘合強度和彈性可通過低濃度比的磷光材料實現(xiàn)，如按重量大約1％。

磷光材料26通常是可以通過常規(guī)的LED光源激發(fā)的無機磷光體。合適的磷光材料26的例子包括，通過舉例的方式，Al₂O₃:Cr³⁺、Mg₂₈Ge₁₀O₄₈:Mn⁴⁺或Mg₄FGeO₆:Mn⁴⁺。這些特定的化合物僅僅是示例，不應被解釋為限制可以作為磷光材料26的化合物的范圍。一般地，在這個應用中，可采用的化合物將表現(xiàn)出約380納米至約650納米之間的吸收譜帶，以及約500納米至約950納米之間的激發(fā)帶，激發(fā)帶在應用的所需溫度范圍內(nèi)具有強的時間衰減對溫度的依賴性。在給定的溫度下選擇具有較短的衰變時間常數(shù)的材料，可以實現(xiàn)更快的更新速率?？梢圆捎酶鞣N其它材料，并可基于其對溫度范圍、磷光衰變率、成本和商業(yè)效用的應用適用性來選擇。

混合磷光材料26至粘結(jié)層16中的過程取決于是否將磷光材料26僅設(shè)置在粘結(jié)層16的一部分上或者在整個粘結(jié)層16上。如果將磷光材料26混合至整個粘結(jié)層16上，可以在粘結(jié)層16材料混合時添加磷光粉末。然而，如果將磷光材料26混合至僅僅粘結(jié)層16材料的一部分，則可能需要首先將粘結(jié)層16材料涂覆到加熱板20或靜電吸盤14上。然后，磷光材料26可以混合至粘結(jié)層16，粘結(jié)層將與光學傳感器24對準，如與加熱板20的孔22對準。可選地，當整個粘結(jié)層16被涂覆過后，磷光材料26可以在特定的位置上混合至粘結(jié)層16。

參照附圖3，所示為裝置30的另一種可能的形式的截面示意圖。與附圖2的形式相類似，這種形式包括基底12、靜電吸盤14、帶有加熱元件18的加熱板20以及允許布置光學傳感器24設(shè)置的孔22，以及位于加熱板20和靜電吸盤14之間、包括磷光材料26的第一粘結(jié)層16。然而，圖3顯示了帶有冷卻元件36的附加冷卻板34。在加熱板20和冷卻板34之間可以是第二粘結(jié)層32。

冷卻板34將熱量從加熱板20和靜電吸盤14傳遞到冷卻板34。冷卻板34可以由金屬或其他有效導熱的材料制成。冷卻板34的冷卻元件36可以包括流體通道以提供對流熱傳遞。冷卻板34還可以限定第一孔22和第二孔40。冷卻板34的第一孔22可與由加熱板20限定的孔22對準，以便將光學傳感器24設(shè)置在孔22中以觀測第一粘結(jié)層16。第二孔40可以與包括磷光材料26的第二粘結(jié)層下側(cè)50的磷光部分對準。

第二光學傳感器38可設(shè)置在第二孔40中以照射和觀測磷光材料26的衰變率。這個信息可以被用于模擬跨越兩個粘結(jié)層16,32的熱梯度，并且更準確地控制靜電吸盤14和加熱板20的加熱或冷卻速率?？筛鶕?jù)需要采用第二光學傳感器38，或進一步的附加光學傳感器(未顯示)來實現(xiàn)額外的精度或冗余。還應當理解，本發(fā)明的這種形式的光學傳感器24和38不需要設(shè)置在所示的孔徑22，40內(nèi)，這僅僅是個示例，并且不應該被解釋為相對于具有磷光材料的粘結(jié)層限制光學傳感器的結(jié)構(gòu)。

第二粘結(jié)層32可以由類似于第一粘結(jié)層16的材料范圍制成。同樣，可以混合在第二粘結(jié)層32部分內(nèi)的磷光材料26的范圍可以類似于第一粘結(jié)層16。

此外，裝置30可以包括附加調(diào)諧層(未示出)以實現(xiàn)對基底12溫度的高精度控制。該調(diào)諧層可以包括附加加熱元件，附加加熱元件用于微調(diào)除了加熱板20的加熱元件18之外的基底14的熱分布。這種調(diào)諧層的組成、功能和集成的細節(jié)可以通過示例在美國專利公開2013/0161305及其相關(guān)的同族專利中找到，它們與本申請擁有共同的申請人，并且其全部內(nèi)容通過引用其全部并入本申請中。

參見附圖4，所示為裝置48的另一種形式的截面示意圖。與附圖2的形式相類似，裝置的這個形式包括基底12、靜電吸盤14、具有加熱元件18的加熱板20以及粘結(jié)層16。然而，附圖4所示的形式具有在裝置側(cè)面上限定孔44的加熱板20。光學傳感器24可以設(shè)置在這個孔中以測量粘結(jié)層16的輪廓。雖然可能僅僅是粘結(jié)層16的部分包含有磷光材料26，但在附圖4中粘結(jié)層16外圍的至少部分包括有磷光材料26。這允許光學傳感器24定位在圍繞粘結(jié)層46的圓周上的任意位置，或者嵌入在粘結(jié)層46中，以觀測粘結(jié)層46并測量該區(qū)域中靜電吸盤14的溫度。在另外一種形式中，光學傳感器24本身可以嵌入在粘結(jié)層16中而不是物理上保持在粘結(jié)層16外面。

加熱板20可以以至少兩種方式在粘結(jié)層46側(cè)面上限定孔44。如圖4所示，加熱板20可以包括側(cè)壁42，該側(cè)壁42在加熱板20的基部上方升高以包圍靜電吸盤14。該側(cè)壁42可以圍繞基座20周向分段布置，或者完全地包圍加熱板20的基部。加熱板20的孔44可由側(cè)壁42中的開口45限定，在靜電吸盤14和加熱板20的基部之間的空間中暴露粘結(jié)層46。

可選地，光學傳感器24可以設(shè)置在沒有側(cè)壁42的加熱板20的基部上，以觀測粘結(jié)層46的輪廓。在這樣的結(jié)構(gòu)中，孔44將由靜電吸盤14和加熱板20之間的空間來限定。

參見附圖5，所示為裝置58的另一種形式的加熱板20的部分平面圖。在這一形式中，示出了一個可能的加熱元件18的結(jié)構(gòu)。此外，多個孔22顯示在加熱板20中示出了多個孔22，所述孔22指示可以布置光學傳感器24的位置。進一步的光學傳感器24、控制器54和加熱元件電源供應器56顯示在加熱板20的圓周周圍。

圖5中所示的加熱元件18包括單個電阻加熱元件18，它可以以均勻間隔的跡線布置以覆蓋加熱板20的表面。電阻加熱元件18的端部由電線52連接到電源56?？蛇x地，加熱元件可以被布置成單獨的加熱元件，該加熱元件覆蓋加熱板20表面60的各個區(qū)域。這些加熱元件可以通過電線52串聯(lián)或并聯(lián)或其它電路配置連接到電源56。此外，除了不同類型的加熱器，如分層、陶瓷，等等，可以采用各種布置的加熱元件，在本發(fā)明披露范圍內(nèi)，并且因此具體的描述和說明應被理解為限制本發(fā)明披露的范圍。

在加熱板20的表面和圓周周圍限定的多個孔22允許測量靜電吸盤14的溫度的靈活性和冗余度。每個孔22可被光學傳感器24陣列所占據(jù)，以提供靜電吸盤14的許多部分的恒定溫度監(jiān)測。可選地，可以將較少的光學傳感器22插入孔中或從任何孔中移除，以便根據(jù)需要監(jiān)測靜電吸盤14的特定區(qū)域。

參考附圖6，給出了光學傳感器24如何測量混合于粘結(jié)層16的磷光材料26的衰變的示例的圖表。最初，光學傳感器24通過用光脈沖照射磷光材料26來激發(fā)磷光材料26。磷光材料26然后發(fā)射具有在一段時間內(nèi)衰變的可檢測強度的磷光輻射。光學傳感器使用這種強度的衰變率根據(jù)公式I(t)＝Ioe^-kt/τ確定時間常數(shù)(τ)，其中I是強度，t為時間，k是常數(shù)值。磷光輻射的時間常數(shù)(τ)依賴于特定的磷光材料26。

裝置10可在使用之前與光學傳感器24和控制器54一起校準。因此，控制器54可以接收有關(guān)磷光材料26衰變的時間常數(shù)的信息，并且在各個光學傳感器位置確定粘結(jié)層16的溫度。

參照圖7，示出了給出可用于校準裝置10的控制器54的數(shù)據(jù)的示例的圖表?？刂破?4可以被配置成使得磷光材料26的衰變率與靜電吸盤14或基底12的溫度相關(guān)聯(lián)。如上所述，粘結(jié)層16的溫度可以通過觀察粘結(jié)層16中的磷光材料26的衰變率來確定。通過實驗使用或者熱力學建模，靜電吸盤14的溫度可以根據(jù)粘結(jié)層16中的溫度預測。因此控制器54可以被校準以將一定范圍的衰變率與靜電吸盤14的溫度相關(guān)范圍相關(guān)聯(lián)。如果需要的話，可以使用類似的方法預測基底12中的溫度。由于控制器54確定靜電吸盤14的溫度，控制器54可以切換電源56而改變加熱元件18的輸出并且根據(jù)需要調(diào)整靜電吸盤14的溫度。

本發(fā)明的披露僅僅是性質(zhì)上的示范，因此，不背離本發(fā)明披露主旨的變形應在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，復合粘結(jié)層(即，具有粘結(jié)材料和磷光材料，有或沒有單獨的粘結(jié)劑)可以用在需要溫度檢測的裝置的任何元件之間，不論這些元件是否用作加熱元件、冷卻元件、其組合或者其他功能元件。這種變形不應被視為背離本發(fā)明所披露的范圍和精神。