用于控制衬底温度的方法和设备的制作方法

专利名称：用于控制衬底温度的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大致上涉及半导体衬底处理系统。更特别地，本发明涉及一种用 于在半导体处理系统中控制衬底温度的方法与设备。
背景技术：
在制造集成电路时，为了达到衬底内一致的结果以及达到从衬底至衬底可再现一 致的结果，各种处理参数的精确控制是有必要的。因为用于形成半导体组件的结构的几何 形态限制已经推向技术极限，更严格的公差(tolerance)和处理控制对于制造过程是重要 的。然而，随着缩小的几何形态，精确的临界尺寸(critical dimension)和蚀刻处理控制已 经渐渐变为困难。在处理期间，温度与/或温度梯度横跨衬底的变化对于蚀刻速率与均勻 性、材料沉积、阶梯覆盖性、特征锥形化(taper)角度、和半导体组件的其它参数是不利的。衬底支撑底座主要用来在处理期间控制衬底温度，通常是透过背侧气体分布和底 座本身的加热及冷却的控制。尽管传统的衬底底座已证实在较大的临界尺寸是良好的执行 体，必须改善用以控制横跨衬底直径的衬底温度分布的现行技术，以为了制造下一代的亚 微米结构(例如临界尺寸为约55nm或更甚的亚微米结构)。所以，此技术领域需要一种方法与设备，其在半导体衬底处理设备中的衬底处理 期间能改善衬底的温度控制。

发明内容
本发明大致上是一种用于在半导体衬底处理设备中在处理期间控制衬底温度的 方法与设备。此方法与设备提升了横跨衬底直径的温度控制，并且可以用在蚀刻、沉积、注 入、热处理系统、或其它需要控制工件的温度分布(profile)的应用中。在一个实施例中，一种用于在处理期间控制衬底温度的方法包括将衬底放置于真空 处理室中的衬底底座组件上；藉由使热传流体流动通过该衬底底座组件内的径向流路来控制 该衬底底座组件的温度，该径向流路包括径向向内部分与径向向外部分；及等离子体处理位于 该受温控的衬底底座组件上的该衬底。在另一个实施例中，该等离子体处理可以为等离子体处 理、化学气相沉积处理、物理气相沉积处理、离子注入处理、或蚀刻处理等的至少一者。在本发明的另一个实施例中，提供一种底座组件，该底座组件包括基部，静电夹盘 固定至该基部的顶部。冷却流路形成在该基部内，该冷却流路用于径向向内且径向向外地 引导流动。在本发明的另一个实施例中，提供一种底座组件，该底座组件包括基部，静电夹盘 固定至该基部的顶部。基本环状(toroidal)的流路形成在该基部内，该基本环状的流路具 有形成在该基部的底表面的入口与出口。


本发明的上述特征可以藉由参照实施例来详细地了解，其中一些实施例图示在附
4图中。值得注意，附图仅图示本发明的典型实施例，并且因此不被视为本发明范围的限制， 本发明允许其它等效的实施例。图1为根据本发明一个实施例的示例性半导体衬底处理设备的示意图，其包括衬 底底座。图2A-2B为衬底底座的一个实施例的截面图和俯视图，其显示冷却流路。图3为图1的衬底底座的截面图。图4为图1的衬底底座的俯视图，其显示设置在基部板上的盖板的一个实施例。图5为图1的衬底底座的俯视图，其中移除了盖板以暴露出基部板的顶部。图6为图1的衬底底座的仰视图。图6A-6B图为流动引导体的一个实施例的部分截面图和放大仰视图。图7为基部板的仰视图。图8为沟道分离板的一个实施例的俯视图。图9为沟道分离板的仰视图。图10为沟道分离板的仰视立体图。图11为图1的衬底底座的部分截面图。图12为图1的衬底底座的另一部分截面图，其显示用于冷却入口与出口的连接端□。图13为基部组件的另一个实施例的分解立体图。图14-16为图13的基部组件的沟道分离板的一个实施例的仰视图、侧视图和俯视图。图17为入口岐管笼的一个实施例的仰视立体图。图18为沟道分离板与入口岐管笼的部分侧视图。图19-21为图13的基部组件的底盖板的一个实施例的仰视图、侧视图和俯视图。图22为图13的基部组件的部分剖视立体图。图23-26为图13的基部组件的基部板的替代仰视图。
具体实施例方式本发明大致上提供一种用于在处理期间控制衬底温度的方法与设备。虽然本发 明示意性地以半导体衬底处理设备(例如CENTURA 整合式半导体晶圆处理系统的处理器 (或模块)，其可由美国加州圣克拉拉市之应用材料公司来获得)来描述，本发明可以用在 其它处理系统(包括蚀刻、沉积、注入和热处理)或其它希望控制衬底或其它工件温度分布 (profile)的应用中。图1图示一个示例性蚀刻反应器100的示意图，其具有衬底底座组件116的实施 例，衬底底座组件116含有内部径向冷却剂流路。在此显示的特定的蚀刻反应器100实施 例是用于示例目的，并且不应被用来限制本发明范围。蚀刻反应器100大致上包括处理室110、气体面板138与控制器140。处理室110 包括导电主体(壁)130与室顶120，其围绕处理空间。来自气体面板138的处理气体经由 喷头或者或多个喷嘴136提供到室110的处理空间。控制器140包括中央处理单元(CPU) 144、内存142和辅助电路146。控制器140耦接到蚀刻反应器100的多个部件，且控制这些部件和室110中执行的处理，并且得以促进 与集成电路厂数据库的最优化的数据交换。在图示的实施例中，室顶120是基本平坦的电解质构件。处理室110的其它实施例 可以具有其它类型的室顶，例如圆顶形状的室顶。室顶120上方设置有天线112，天线112 包括或多个导电线圈构件(图中显示两个共轴的线圈构件)。天线112经由第匹配网络170 耦接到射频(RF)等离子体功率源118。在一个实施例中，衬底底座组件116包括安装组件162、基部组件114和静电夹盘 188。安装组件162将基部组件114耦接到处理室110。通常，静电夹盘188是由陶瓷或类似的电解质材料形成，并且包括至少一个夹持 电极186，夹持电极186使用电源供应器128来控制。在进一步实施例中，静电夹盘188可 以包括至少RF电极(未示出)，RF电极经由第二匹配网络124耦接到具有衬底偏压的功率 源122。静电夹盘188可以选择性地包括一个或多个衬底加热器。在一个实施例中，两个 同心且可独立控制的电阻式加热器(图中显示为同心加热器184A、184B)被用来控制衬底 150的边缘至中心温度分布。静电夹盘188可以进一步包括多个气体通道(未示出)，例如沟槽，其形成在夹盘 的衬底支撑表面中并流体耦接到热传(或背侧)气体源148。在操作时，背侧气体(例如氦 (He))在受控压力下被提供到气体通道中，以增进静电夹盘188与衬底150间的热传。传统 上，至少静电夹盘的衬底支撑表面被提供有涂层，该涂层在衬底处理期间可抵抗所使用的 化学剂和温度。通常，基部组件114是由铝或其它金属材料形成。基部组件114包括一个或多个 冷却通道，冷却通道耦接到加热或冷却流体源182。源182经由通道提供热传流体(至少 一种气体(诸如氟氯烷、氦或氮)等或液体(诸如水或油)等)以控制基部组件114的温 度，藉此加热或冷却基部组件114，藉此在处理期间部分地控制基部组件114上的衬底150 的温度。底座组件116以及因而衬底150例用多个传感器(图1未示出)来监测。这些传 感器在底座组件116中的配置将在下文进一步描述。温度传感器(例如光纤温度传感器) 耦接到控制器140，以提供底座组件116的温度分布的米制读数。图2A-2B为衬底底座组件116的一个实施例的截面图和俯视图，图中显示用以提 供衬底底座组件116的均勻温度控制的冷却流路200。衬底底座组件116包括静电夹盘 188，静电夹盘188设置在基部组件114上。流路200可以配置成通过形成在基部组件114 的一个或多个通道。流路200具有通过基部组件114的大致上径向方位。虽然图2A显示 的流路200具有中心入口从而使得源182提供的热传流体径向地向外流动，可以了解的是， 流动方向可以被逆转。在一个实施例中，流路200包括第一径向路径202和第二径向路径204。第一和一 第二径向路径202、204是被建构以在基本相反方向上引导热传流体的流动。大致上，基部 组件114的直径大于静电夹盘188的直径，以让第一和第二径向路径202、204径向地延伸 超过夹盘188与衬底150的外径，而在衬底边缘处提供良好的温度控制。在图2A-2B所图示的实施例中，第一径向路径202邻近基部组件114接触静电夹 盘188的表面，而第二径向路径204设置在第一径向路径202下方。在一个实施例中，流路
6200具有蘑菇几何形态，例如为柱脚凸形圆盘(torus)。流路200的环状形状可以由多个个 别的径向通道或单一通道构成。环状形状显著地减少了用在传统基部中的流路长度。例如，在适用于处理300mm 衬底的适当尺寸基部中，本发明的一个实施例的流路的几何形态将流路长度从传统衬底支 撑件的基部中约72英寸减少到约6英寸。此长度减少大幅地减少了冷却通道的入口和出 口间的温降，藉此显著地减少了衬底支撑底座中的温度梯度。在一个实施例中，冷却通道的 入口和出口间的温度差(temperature delta)为约0. 1至约1. 0°C，相较于传统衬底支撑件 中为约7至约17°C。流体入口温度范围可以介于-100°C至约+200°C之间，例如介于_30°C 至约+85°C之间。径向流路的安排也可以显著地减少流动阻力，藉此在选定的操作压力下允 许更大的流体流量和更高的热传速率。图3为图1的基部组件114的截面图。在实施例中，基部组件114包括内部冷却 剂流路300，其方位为基本径向的。在另一实施例中，流路300可以被建构成如同流路200
所述一般。在一个实施例中，基部组件114包括顶盖板302、基部板304、沟道分离板306和 底盖板308。通常，板302、304、306、308是由良好的热导体制成，例如金属(诸如不锈钢或招)。顶盖板302设置在凹部310中，凹部310形成在基部板304的顶部312中。可以 选择凹部310的深度以让顶盖板302的顶表面328与基部板304的顶部312基本共平面。 静电夹盘188(图3未示出)至少被支撑在顶盖板302的顶表面328上。额外地参照图4所图示的基部组件114的俯视图，顶盖板302包括多个孔。这些 孔是用于升降梢、以及各种加热器、传感器、气体和功率装置通过基部组件114到静电夹盘 188的配置。在图4所图示的实施例中，孔314是用于升降梢，孔316使用于夹盘功率装置， 孔318是用于加热器构件，孔320是用于温度传感器，而孔324、326是用于顶盖板302与静 电夹盘188之间的热传气体的输送。相同的组件符号可以被用来标示基部组件114的其它 部件中有相同配置的孔。基部板304包括台阶330，多个安装孔332形成穿过台阶330。通常，安装孔332 (为 了清楚，图中显示一个)安排在台阶330上的螺栓圆周(bolt circle)上。台阶330设置 成在基部板304的顶部312向外处的下方，并且因此也超过衬底150的边缘。图5为衬底底座114的俯视图，其中移除了盖板302以暴露出基部板304的内凹表 面340。内凹表面340包括形成在其中的多个冷却沟道。在图5所图示的实施例中，提供内 冷却沟道502和外冷却沟道504。氦或其它热传气体或流体经由各自入口 506、508提供到 冷却沟道502、504。热传气体经由沟道502、504被散布到盖板302中的多个孔324、326 (显 示在图4中)，热传气体藉由这些孔324、326被分布在静电夹盘188与基部组件114之间。 可以独立地控制沟道502、504中流体的温度，以有助于提供中心至边缘的衬底温度控制。再参照图3，基部板304包括室334，室334形成在基部板304的底部336中。底 盖板308密封地耦接到基部板304的底部336，以将沟道分离板306密封在室334内。在 一个实施例中，底盖板308设置在台阶338处，其中台阶338形成在基部板304的底部336 中，并且底盖板308藉由连续焊接或其它适当技术密封到基部板304。沟道分离板306将室334分隔成两个碟形的增压室342、344。增压室342、344垂
7直堆叠并经由间隙346流体地耦接，其中间隙346界定在室344的外侧壁348与沟道分离 板306的外侧边缘之间。在图3所图示的实施例中，径向冷却剂流路是藉由从上增压室342 通过间隙348到下增压室344内来界定。也可了解，通过流路的流动的方向可以逆转。在一个实施例中，沟道分离板306藉由多个间隔物354与室334的顶壁352维持 隔开关系。间隔物354为基部板304的一部分。至少一些间隔物354具有径向方位，以让 通过上增压室342的流动得以被径向地引导。图6图示基部板304的仰视图，其中这些间隔物354从顶壁352突出。为了清楚， 图6仅显示少数间隔物354，但这些间隔物354以360°分布在基部板304的中心线的周 围。至少一些间隔物354桥接顶壁352与沟道分离板306之间的间隙。可以选择这些间隔 物354的数量、方位、分布与尺寸，以提供从基部板304至上增压室342中流体的期望热传 分布。在图6所图示的实施例中，这些间隔物354是长的，并具有与径向流动方向对准的主 轴。这些间隔物354也可以交错配置，因此通过位于距离基部板304的中心线有相同半径 的两个相邻间隔物354之间的流动将可以被引导朝向下一个向外间隔物354，藉此在冷却 流体朝向间隙348移动时能造成冷却流体的一些横向移动和混合。此外，图6显示多个凸起602，各种孔314、316、318、320、322、324、326延伸穿过这 些凸起602。这些凸起602提供这些孔与增压室342之间的阻挡。这些凸起602与多个凸 起702 (显示在图7)对准，其中这些凸起702位于底盖板308的外侧上以促进装置、传感器、 加热器、流体等穿过底座组件116的配置。底盖板308与基部板304之间的接合能够以铜 锌合金来焊接或以另一适当方式来密封，以避免流体进入这些孔。额外地参照图6A-B的局部构造，流动引导体604可以设置在各凸起602的下游 侧，以促进流动通过增压室342的热传流体能绕着凸起背侧盘绕。在一个实施例中，流动引 导体604的方位基本垂直于这些间隔物354的方位。流动引导体604可以额外地包括一个 或多个狭缝606，这些狭缝606允许被引导在凸起602与引导体604之间的流体得以流出， 因而维持凸起602与引导体604之间的流动，如图6A的箭头所示。替代地，流动引导体604 可以不桥接沟道分离板306与基部板304的顶壁352之间的间隙，藉此作为堰以让突起602 与引导体604之间的部分流体能溢过引导体604流出。流体的盘绕促使来自这些凸起604 的良好的热传，因此补偿了通过这些孔之孔隙的低热传速率。图8为沟道分离板306的实施例的俯视图。沟道分离板306包括多个孔802，基部 板304的凸起602伸穿过这些孔802。沟道分离板306也包括一个或多个入口孔804，这些 入口孔804允许冷却剂流体进入室334，其在下文将进一步描述。图9-10为沟道分离板306的仰视图与仰视立体图。沟道分离板306包括横向馈件 908用于提供热传流体到这些入口孔804。横向馈件908允许底座组件116的热传流体入 口偏离底座的中心，藉此允许更有效的空间应用以配置电气装置、升降梢、气体沟道等。在 图9所图示的实施例中，横向馈件908是由从沟道分离板306的底部突出的壁916来界定。 壁916具有大致上中空的狗骨头形状，其围绕着位于横向馈件908的第一端处的外增压室 910、位于横向馈件908的第二端处的内增压室912、以及流体地耦接增压室910、912的沟 道。大致上，外增压室910从沟道分离板306的中心向外设置。外增压室910与形成在底 盖板308中的流体入口孔398对准(如图3和图12所示)。大致上，内增压室912设置在 沟道分离板306的中心处。围绕着内增压室912的壁916的一部分宽到足够以围绕这些入
8口孔804，以让来自横向馈件908的流体被弓I导通过沟道分离板306中的这些孔804并进入 界定在沟道分离板306之上侧上的中心分布增压室。图11为基部组件114的放大侧视图，其图示中心分布增压室1102的一个实施例。 中心分布增压室1102在底部受限于沟道分离板306且在顶部受限于基部板304。壁1106 从基部板304向下延伸出，以提供中心分布增压室1102的外边界。壁1106设置在孔804 的外面，以允许孔804在增压室912、1102之间提供流体通道。壁1106被建构成允许流体 从中心分布增压室1102径向地流进上增压室342，如箭头1104所示。在一个实施例中，壁1106包括一个或多个通道1110 (例如孔或狭缝)，流体可以经 由这些通道1110从中心分布增压室1102流进上增压室342。在一个实施例中，这些通道 1110为穿孔。在图11所图示的实施例中，壁1106具有大致上圆柱形状，通道1110形成在 远端中。这些通道1110可以沿着壁1106间隔等距离。替代地，这些通道1110可以被建构 成为连续的堰，其允许流体的流动在所有的径向方向上同样地被引导。可选地，可以选择这 些通道1110的数量与间隙，以在需要时可以引导更多流动到上增压室342的区域，相对于 上增压室342的另一区域而言。如图11所示，基部板304包括中心凸起1108，中心凸起1108将中心通道1112与 增压室912、1102中的流体隔开。中心通道1112对准于穿过顶盖板302形成的孔316以及 穿过底盖板308形成的孔1118。通道1112、孔316与孔1118促进了装置穿过底座组件116 到静电夹盘118的配置。底盖板308与凸起1108之间接合能够以铜锌合金来焊接或以另 一适当方式来密封，以避免流体进入这些通道。底盖板308的多个凸起702中一个(在图 11中显示为凸起1114)具有形成在其中的端口以促进装置导管的耦接。其它的凸起702类 似地来建构。通过底座组件116的流路的流体出口显示于图12的部分截面图中。流体出口孔 1202穿过底盖板308来形成，以排出(drain)下增压室344。大致上，出口孔1202靠近入 口孔398。两个形成在底盖板308上的凸起702 (在图12中显示为入口凸起1204和出口凸 起1206)用来经由孔398、1202提供对流路300的流体连接。在一个实施例中，凸起1204 耦接到热传流体源182，而凸起1206耦接到排出口或再循环回去流体源182。通过流路300 的冷却流体的热传媒质的压力、流速、温度、密度与组成增强了通过底座组件116的热传分 布的控制。再者，在衬底150处理期间，由于流路300中的流体的密度、压力与流速可以原 位(in-situ)控制，因此在处理期间衬底150的温度控制可以改变以进步提升处理效能。在操作时，提供衬底150到底座组件116上。提供功率到静电夹盘188，以固定住 衬底。功率被提供到静电夹盘188内的加热器，以控制衬底150的横向温度分布。冷却剂 流体(其可以为流体与/或气体(诸如氟氯烷))经由界定在基部组件114中的径向冷却 路径来提供，以能够精确地控制衬底温度。在一个实施例中，冷却剂被提供到中心分布增压室1102，冷却剂经由这些通道 1110从中心分布增压室1102被径向地分布到碟形的上增压室342内。流动引导体604用 来促进流经上增压室342的热传流体绕着各个延伸穿过增压室342的凸起604的盘绕。接 着，冷却剂经由间隙348从上增压室342流动到下碟形平台344，冷却剂最后从下碟形平台 344移除。冷却剂流路的径向组态以及流动方位减少了冷却剂路径长度与压降，有利地增加 了底座组件116之冷却均勻性，藉此改善了反应器100内的处理控制。
例如，上述的衬底温度控制可以有利地在蚀刻处理中(其中从气体面板138提供 的多种气体来形成等离子体在反应器100内)使用。其它衬底制造过程，例如上述且执行 在真空室与/或需要精确温度控制的衬底制造过程，也可以受益自在此描述的温度控制方 法和设备的使用。图13为基部组件1300的另一个实施例的分解立体图，热传流体从上碟形增压室 流动到下碟形增压室而通过该基部组件300，其中流体最后从下碟形增压室被移除。基部组 件1300包括基部板1302、沟道分离板1304以及底盖板1306。基部板1302与底盖板1306 密封地耦接在一起，沟道分离板1304位于两者之间，以让引入到沟道分离板与基部板之间 的冷却剂流体能够向外流动且超过沟道分离板1304的外径1314，而进入界定在沟道分离 板1304与底盖板1306之间的底增压室内。基部板1302、沟道分离板1304和底盖板1306 皆包括中心孔1308，中心孔1308提供用于配置电源及其它装置到静电夹盘188 (在图1中 显示)的导管，其中该静电夹盘188耦接到基部板1302的顶部1316。基部板1302与底盖板1306也包括多个升降梢孔1310。沟道分离板1304包括多 个形成在外径1314中的凹口 1312，这些凹口 1312与这些升降梢孔1310对准，从而使得沟 道分离板1304不会干扰升降梢的操作。基部板1302的顶部1316额外地包括内沟道1318与外冷却沟道1320。内沟道 1318是经由形成在基部板1302的入口 1322来馈入流体。外沟道1320是经由形成在基部 板1302的入口 1324来馈入流体。冷却沟道馈入口 1328、1330设置在底盖板1306中且对 准于入口 1320、1322，以允许流体(例如He、氮或其它流体)经由底座组件流到冷却沟道 1318、1320，以增加组件1300与静电夹盘118之间的热传。孔1326设置在沟道分离板1304 中，以促进冷却沟道馈入口 1328、1330与入口 1322、1324的耦接。通道1332也设置成穿过基部板1302、沟道分离板1304和底盖板1306，以允许热 电耦的通过。底盖板1306额外地包括一对孔1334、1336，以促进冷却流体进出基部组件 1300的流动，下文将进一步描述。图14-16为沟道分离板1304的仰视图、俯视图与侧视图。沟道分离板1304包括 底部1402和顶部1602。第一凸起1404从底部1402延伸出，从而在沟道分离板1304的顶 部1602中形成一凹部。形成在第一凸起1404中的凹部容纳入口岐管笼1502的一部分，其 中该入口岐管笼1502从沟道分离板1304的顶部1602延伸出。第二凸起1406自沟道分离 板1304的底部1402从第一凸起1404延伸出。第二凸起1406包括穿过沟道分离板1304 形成的通道1408。通道1408允许流体进入基部组件1300，而流动通过入口岐管笼1502且 进入界定在沟道分离板1304与基部板1302之间的上增压室。入口岐管笼1502包括多个侧1504与顶部1506。多个窗口 1508穿过入口岐管笼 1502的这些侧1504来形成，以促进流体经由通道1408流到界定在沟道分离板1304与基部 板1302之间的上增压室而进入基部组件1300的流动。这些窗口 1508可以为孔、狭缝、或 其它适于允许流体通过的特征。入口岐管笼1502包括环1604，环1604环绕中心孔1308。延伸件1606形成在环 1604的外径上，并且对准于穿过第二凸起1406所形成的通道1408，以使得被引导通过第二 凸起1406的流体得以进入界定在入口岐管笼1502内的空间。图17为入口岐管笼1502的实施例的仰视立体图。入口岐管笼1502包括环形内
10壁1702，侧1504环绕该环形内壁1702。入口岐管笼1502的内壁1702、侧1504与顶部1506 在入口岐管笼1502内界定了流体通道1704。图18为沟道分离板1304与入口岐管笼1502的部分侧视图。如图18图示的实施 例所示，入口岐管笼1502部分地座落于形成在第凸起1404中的凹部内。这些窗口 1508沿 着入口岐管笼1502的一侧1504靠近顶部1506来布置，从而使得这些窗口 1508被设置成得 以提供流体到沟道分离板1304的顶部1602。因此，经由穿过凸起1406来界定的通道1408 进入流体通道1704的流体可以轻易地以从侧1504径向向外的方向来流进上增压室。图19-21为底盖板1306的一个实施例的仰视图、侧视图与俯视图。底盖板1306 的底部1902包括多个形成在其中的室1904以减少底盖板1306的热质量(thermal mass)， 藉此允许组件1300得以更快速地被加热和冷却。底盖板1306额外地包括两个穿过其中形 成的孔1906、1908，孔1906、1908可促进进出基部组件1300的冷却流体的配置。孔1906大 到足以容纳从沟道分离板1304延伸出的凸起1406。孔1908可促进界定在底盖板1306与 沟道分离板1304之间的下增压室的排出(drain)。孔1908可以在底部1902上包括对向孔 2102，以促进与配合部件的对准。底盖板1306的顶部2002包括第一凸起2004与第二凸起2006。第一凸起2004环 绕中心孔1308。第二凸起2006具有穿过其中形成的通道1332，其用于温度感测。底盖板 1306也可以包括第二孔1910，用于容纳适于感测底盖板1306的温度的温度探针。图22为基部组件1300的部分剖视立体图。在图22图示的实施例中，基部板1302 包括边缘2250，边缘2250从基部板1302的底侧延伸出。边缘2250具有内侧壁2254，内侧 壁2254界定袋2256，沟道分离板1304和底盖板1306被容纳在袋2256中。底盖板1306 的边缘2250藉由例如连续焊接、以铜锌合金焊接或其它适当技术被密封到基部板1302，以 留置组件1300内流动通过上增压室和下增压室的流体。袋2256具有底部2258，沟道分离 板1304设置在该底部2258上。底部2258额外地包括多个鳍2206，这些鳍2206分离形成 在底部2258中的多个沟道2208。下文将参照图23-26更详细地描述鳍2206与沟道2208。 沟道2208界定了界定在沟道分离板1304与基部板1302的底部2258之间的上增压室2220 的大部分。流体经由形成在入口岐管笼1502中的窗口 1508进入上增压室2220。流体从入 口岐管笼1502经由上增压室2220之沟道2208且绕着边缘1314流动进入界定在沟道分离 板1304的边缘1314与基部板1302的内侧壁2254之间的沟2114内。流体从沟2114流进 下增压室2222且流出穿过底盖板1308形成的孔1908。因此，通过基部组件1300的增压室 2220,2222的流动形态类似于第2A-2B图描述的基部组件114。底盖板1306座落在对台阶2252、2262与凸起2260上，其中台阶2252、2262形成 在内侧壁2254中，并且凸起2260从底部2258伸出且环绕中心孔1308。台阶2252、2262将 沟道分离板1304与底盖板1306维持成隔开关，因而提供流体流动通过下增压室2222的充 足空间。图23-26为基部组件1300的基部板1302的替代仰视图。图23_26的实施例的共 同特征在于沟道2208的基本径向方位以及通过增压室2220、2222的相对径向流动方向。多个垫2210从基部板1302之底表面延伸出。在实施例中，图中显示七个垫延伸在 鳍2206上方。垫2210将沟道分离板1304与基部板1302隔开，藉此建立沟道分离板1304 与这些鳍2206之间的小间隙，从而使得在基部板1302与沟道分离板1304之间具有最小的
11热传。在图23所图示的实施例中，这些沟道2208沿着其径向长度向外横跨基部板1302 的底部具有基本均勻的宽度与/或截面积。为了提供此基本均勻的沟道宽度，这些鳍2206 呈喇叭状展开，当鳍靠近基部板1302的外侧边缘时渐渐变得更宽。这些沟道2208可以是 线性的、弯曲的、径向弯曲的、或具有其它方位。在图23所图示的实施例中，这些沟道2208 是弯曲的，以让流动通过这些沟道2208的流体在上增压室2220内具有更长的滞留时间，藉 此增加热传效率。在图24所图示的实施例中，这些沟道2208包括主沟道2402与多个从主沟道分支 的子沟道2404。在图24所图示的实施例中，图中显示至少两个子沟道。然而，主沟道2402 可以具有超过三个子沟道2404，并且这些子沟道本身可以分支成两个或更多个次沟道(未 示出)。这些子沟道是藉由沟道间的鳍2406来分隔。在图25所图示的实施例中，图中显示多个沟道2502是藉由多个鳍2504来分隔。 这些沟道2502在随着沟道2502径向向外延伸时可以具有均勻的截面积与/或宽度。替代 地，这些沟道2502的截面积与/或宽度可以随着沟道2502靠近基部板1302的外径时呈喇 叭状展开。在图25所图示的实施例中，分隔这些沟道2502的这些鳍2504具有基本的回飞 镖(boomerang)形状，鳍2504的中心相对于各端较厚。此回飞镖形状允许深弯曲的沟道 2502，藉此基本增加流体在上增压室2220内的滞留时间。在体26所图示的实施例中，图中显示多个沟道2602是藉由多个鳍2604来分隔。 各个鳍2604随着鳍2604径向向外延伸时具有基本均勻的截面积与/或宽度。相应地，这 些沟道2602随着其向外朝基部板1302的边缘移动时呈喇叭状展开。这些鳍2604可以在 径向方向线性地延伸，或可以弯曲以增加冷却流体在界定上增压室2220的沟道2602中的 滞留时间。因此，本发明已经提供一种底座组件，其包括径向冷却剂流路。此通过底座组件的 径向冷却剂流路提供改善的温度控制，藉此得以控制衬底的温度分布。尽管前述说明着重在本发明的实施例，在不脱离本发明的基本范围下，可以构想 出本发明的其它与进一步实施例，并且本发明的范围是由随附权利要求来决定。
权利要求
一种用于在处理期间控制衬底温度之方法，所述方法包括将衬底放置于真空处理室中的衬底底座组件上；藉由使热传流体流动通过所述衬底底座组件内的径向流路来控制所述衬底底座组件的温度，所述径向流路包括径向向内部分与径向向外部分；及等离子体处理位于受温控的所述衬底底座组件上的所述衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理为等离子体处理、化学气相沉积 工艺、物理气相沉积工艺、离子注入工艺、或蚀刻工艺的至少一者。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述控制包括 使所述热传流体流动通过基本环状(toroidal)的流路。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在阻挡物后方引导所述热传流体在所述流路中的流动。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述控制包括使所述热传流体流进增压室，其中所述增压室界定在所述衬底底座组件的中心；及 使所述热传流体从所述增压室径向地向外流进基本碟形增压室。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述流动包括使所述热传流体流动通过环形间隙而进入第二基本碟形增压室，其中所述环形间隙界 定在所述第一增压室径向向外处。
7.一种底座组件，包括 静电夹盘；及基部组件，所述静电夹盘固定至所述基部组件的顶部，所述基部组件具有形成在所述 基部组件内的冷却流路，所述冷却流路用于径向向外地弓I导流动。
8.如权利要求7所述的底座组件，其中所述基部组件包括 基部板，所述静电夹盘固定至所述基部板；及底盖板，其密封地耦接到所述基部板的底部，其中所述冷却流路界定在其之间并包括 至少一个碟形增压室。
9.如权利要求7所述的底座组件，其中所述基部组件包括 基部板，所述静电夹盘固定至所述基部板；底盖板，其密封地耦接到所述基部板的底部；及沟道分离板，其设置在所述基部板与所述底盖板之间，其中所述冷却流路至少部分界 定在所述沟道分离板与所述基部板之间且至少部分界定在所述沟道分离板与所述底盖板 之间。
10.如权利要求9所述的底座组件，其中所述基部板包括多个鳍，其延伸至所述流路内并具有基本径向的方位，其中至少一个所述鳍为线性方 位或弯曲的。
11.如权利要求10所述的底座组件，其中形成在两个所述鳍之间的所述沟道中至少一 者分支成至少两个子沟道。
12.—种底座组件，包括静电夹盘；基部组件，所述静电夹盘固定至所述基部组件的顶部；基本环状的流路，其形成在所述基部组件中，所述基本环状的流路具有形成在所述基 部组件的底表面的入口与出口。
13.如权利要求12所述的底座组件，其中所述基部组件包括 基部板，所述静电夹盘固定至所述基部板；沟道分离板，其藉由多个垫以相对于所述基部板的隔开关系来设置，所述基本环状的 流路延伸在所述沟道分离板的外缘上方；底盖板，其以相对于所述沟道分离板的隔开关系密封地耦接到所述基部板的底部。
14.如权利要求13所述的底座组件，其中所述底盖板包括第一孔，其开放至界定在所述底盖板与所述沟道分离板之间的空间；及 第一孔，其耦接到界定在所述基部板与所述沟道分离板之间的空间。
15.如权利要求13所述的底座组件，其中所述基部组件包括 多个弯曲的鳍，其延伸至所述流路内。
全文摘要
本发明提供一种用于在处理期间控制衬底温度的底座组件与方法。在一个实施例中，用于在处理期间控制衬底温度的方法包括将衬底放置于于真空处理室中的衬底底座组件上；藉由使热传流体流动通过该衬底底座组件内的径向流路来控制该衬底底座组件的温度，该径向流路包括径向向内部分与径向向外部分；及等离子体处理位于该受温控衬底底座组件上的衬底。在另一个实施例中，该等离子体处理的步骤可以为等离子体处理、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、离子注入工艺、或蚀刻工艺等的至少一者。
文档编号H01L21/683GK101903996SQ200880122238
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月21日
发明者保罗·L·比瑞哈特, 哈密迪·塔瓦索里, 理查德·查尔斯·弗威尔, 逍平·周, 道格拉斯·A·小布什伯特 申请人:应用材料公司