专利名称：具有双温度区的静电吸盘的衬底支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在衬底处理腔室中保持衬底的衬底支架。
背景技术：
在诸如半导体和显示器的衬底处理中，静电吸盘用于在衬底处理腔室中保持衬底。典型的静电吸盘包括通过诸如陶瓷或聚合物的绝缘体覆盖的电极。当对电极充电时，在电极和衬底中中的静电电荷保持在吸盘中的衬底。通常，通过在衬底的背部提供气体控制衬底的温度，以增强在衬底和吸盘的表面之间的整个微间隙的热交换速率。可以通过底座支撑该静电吸盘，其中该底座具有用于在其中流过流体从而冷却或加热吸盘的通道。当将衬底牢固地保持在吸盘上后，将工艺气体引入到腔室中并且形成等离子体以通过CVD、PVD、蚀刻、注入、氧化、氮化或其他工艺处理衬底。
在处理期间，表面通常经受非均匀处理速率或在整个衬底表面上的其他工艺特征。例如，该非均匀处理可产生在整个衬底表面上的径向方向中的同心处理带。在腔室内的气体物质或者等离子物质的分布也可能引起非均匀处理特性。例如，整个腔室内气体的分布可能随着在腔室中进气口和排气口相对于衬底表面的位置而改变。此外，传质机械装置也可以改变气态物质在整个衬底表面的不同区域扩散和到达的速率。在处理腔室中的非均匀热负载也可能引起非均匀处理速率。例如，由于从等离子鞘层向衬底耦合的能量或者从腔室壁反射的辐射热量都可能引起不同的热负载。人们不希望在整个衬底上发生处理偏差，因为这样会导致在衬底的不同区域(例如，外围和中心衬底区域)制造的有源和无源电子器件具有不同的特性。
因此，在衬底处理期间，人们希望减少整个衬底表面的处理速率和其他处理特性的变化。同时人们还希望控制衬底的整个处理表面的不同区域的温度。此外还希望在处理期间控制整个衬底的温度分布。
发明内容
一种用于处理腔室的锁紧环，所述处理腔室包括具有顶表面的底座和边缘环，所述顶表面具有用于支撑静电吸盘的吸盘容纳部分和外围部分，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘具有包括第一和第二台阶的外围壁架，所述边缘环设置在陶瓷圆盘的第二台阶上，所述锁紧环包括a)环形主体，具有用于支撑所述边缘环的顶表面以及具有多个孔的底表面，所述底表面的多个孔使得适于固定到所述底座的顶表面的外围部分；b)上唇缘，向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘的外围壁架的第一台阶上；c)径向外部侧表面；以及d)基脚，从所述径向外部侧表面向下延伸以设置在所述底座顶表面的外围部分。
一种用于处理腔室的边缘环，所述处理腔室具有i)底座；ii)底座上的静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘包括具有台阶的外围壁架；iii)锁紧环，所述锁紧环具有上唇缘、外部侧表面以及顶表面，所述上唇缘向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘的外围壁架的台阶上，所述边缘环，包括a)带，包括设置在所述锁紧环顶表面上的基脚；b)环形外壁，围绕所述锁紧环的所述外部侧表面；以及c)内凸缘，覆盖所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶。
一种用于处理腔室的边缘环，所述处理腔室具有i)底座；ii)底座上的静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘包括具有台阶的外围壁架；iii)锁紧环，所述锁紧环具有顶表面、上唇缘以及外部侧表面，所述上唇缘从所述顶表面向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶上，所述边缘环，包括a)楔形的带，包括倾斜的顶表面和覆盖所述锁紧环的顶表面的下表面；b)内凸缘，从所述楔形的带向内径向地延伸，所述内凸缘具有能够放置在所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶上的基脚；以及c)外凸缘，从所述楔形的带向外径向地延伸，所述外凸缘具有覆盖所述锁紧环的外部侧表面的径向向内的衬面。
一种用于在处理腔室中容纳衬底的静电吸盘，所述静电吸盘包括a)陶瓷圆盘，包括i)衬底容纳表面，具有多个台面的突起平台，所述突起平台由凹槽图案分开；ii)多个热传送气体导管，穿过所述陶瓷圆盘并且在衬底容纳表面上所述凹槽图案的外围端口及中心端口终止，所述气体导管能够为所述衬底容纳表面的不同区域提供热传送气体；以及iii)外围壁架，具有第一台阶和第二台阶，所述第二台阶从第一台阶径向向外并且比所述第一台阶低；b)电极，嵌在所述陶瓷圆盘中以产生静电力从而保持设置在所述衬底容纳表面上的衬底。
通过以下的说明书、权利要求以及示出本发明实施例的附图可以使本发明的所述特征、方案和优点更加显而易见。但是，应该理解在本发明中所采用的各个特征，不应仅限于具体示图，并且本发明包括这些特征的任意组合，其中图1为静电吸盘的实施方式的截面侧视示意图；图2为图1的吸盘的仰视示意图；图3为光学温度传感器的侧视示意图；图4A和图4B为包括底座和静电吸盘的衬底支架的实施方式的俯视(图4A)和仰视(图4B)的透视示意图；图4C为包括底座和静电吸盘的衬底支架的另一实施方式的俯视的透视示意图；图4C1为图4C的环形截面4C1的详细透视图，示出了具有外围部分和围绕气体密封臂的外围区域；图4D为图4C的支架的底座的仰视平面视图；图5A为在图4A和图4B的衬底支架上的包括越过锁紧环的边缘环的环组件的实施方式的截面侧视示意图；图5B为图5A的环组件的放大图；图5C为在衬底支架上的包括在越过锁紧环的边缘环的环组件的另一实施方式的截面侧视示意图；图6为底座的电连接器组件的实施方式的截面侧视示意图；图7为接触带的实施方式的截面侧视示意图；以及图8为具有衬底支架的衬底处理腔室的实施方式的截面侧视示意图。
具体实施例方式
如图1所示，静电吸盘20的一个实施方式包括具有陶瓷主体的陶瓷圆盘24，其中，所述陶瓷主体具有衬底容纳表面26，衬底容纳表面26是圆盘24的顶表面并用作容纳衬底25。陶瓷圆盘24还具有与衬底容纳表面26相对的背面28。陶瓷圆盘24还具有包括第一台阶31和第二台阶33的外围壁架29，第二台阶33从第一台阶31径向向外，并低于第一台阶31。陶瓷圆盘24含有下列物质至少之一铝的氧化物、铝的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、钛的氧化物、锆的氧化物及其混合物。陶瓷圆盘24可以是由热压和烧结陶瓷粉末制成的整体单一陶瓷，然后加工烧结的形态以形成圆盘24的最终形状。
在一个方案中，如图1和图2所示，陶瓷圆盘24的背面28包括多个隔开的台面30，其中台面30是利用多个间隙32彼此分开的柱状凸起。在使用中，由诸如空气的气体填充间隙32以调节从背面28到其他结构的其他下表面的热传送速率。在一个实施方式中，台面30包括柱状凸起，其甚至可以成形为柱子，柱状凸起从表面28向上延伸，柱子具有矩形或圆形截面形状。台面30的高度可以是从约10到约50微米，台面30的宽度(或者直径)从约500到约5000微米。然而，台面30也可以具有其他形状和尺寸，例如，圆锥或矩形块，或者甚至不同尺寸的凸缘。在一个方案中，利用具有适宜小的珠子尺寸(例如几十微米)的珠子轰击背面28形成台面30以利用侵蚀方法蚀刻掉背面28的材料以形成具有干涉间隙32的成型台面30。
陶瓷圆盘24还包括在其中嵌入的电极36以产生用于保持放置在衬底容纳表面26上的衬底的静电力。电极36是诸如金属的导体，并且成形为单或双电极。单电极包括单一的导体，并具有与外部电源的单一电连接，以及与在腔室中形成的覆盖等离子的放电物质协作以对吸盘20上容纳的整个衬底施加偏压。双电极具有两个或多个导体，其中每一个导体相对于其他导体施加偏压以产生用于保持衬底静电力。电极36可以成形为金属丝网或者具有适当开口区域的金属盘。例如，包括单电极的电极36可以是如图所示的嵌入在陶瓷圆盘中的单一连续金属丝网。包括双电极的电极36的一个实施方式可以是C型直壁彼此相对的一对嵌入的C型盘。电极36可以由铝、铜、铁、钼、钛、钨或者其合金组成。电极36的一个方案包括钼网。电极36与接线柱58相连，其中接线柱58将来自外部电源的电功率供应到电极36。
陶瓷圆盘24还具有多个热传送气体导管38a、38b，其通过陶瓷主体并终止在衬底容纳表面26的端口40a、40b内以向衬底容纳表面26提供热传送气体。将诸如氦的热传送气体供应到衬底背面34的下部以传导热使其远离覆盖衬底25并到达陶瓷圆盘24的容纳表面26。例如，可以定位第一气体导管38a以向衬底容纳表面26的中心加热区42a供应热传送气体，以及可以定位第二气体导管38b以向衬底容纳表面26的外围加热区42b供应热传送气体。陶瓷圆盘24的衬底容纳表面26的中心加热区42a和外围加热区42b允许衬底处理表面44的相应部分分别保持不同的温度，例如，衬底25的上部中心加热区42a和外围加热区42b。
使用多个加热线圈50、52，例如嵌入在陶瓷圆盘24中的第一加热线圈50和第二加热线圈52，可以进一步控制在陶瓷圆盘24的衬底容纳表面26的中心加热区42a和外围加热区42b处的温度。例如，加热线圈50、52可以径向隔开并且关于彼此呈同心圆设置，甚至在同一平面中并排。在一个方案中，第一加热线圈50位于陶瓷圆盘24的中心部分54a，而第二加热线圈52位于陶瓷圆盘24的外围部分54b处。第一和第二加热线圈50、52允许独立控制陶瓷圆盘24的中心部分54a和外围部分54b的温度，并且进一步与在陶瓷圆盘24的背面28上的台面30协作以允许调节放置在陶瓷圆盘24的容纳表面26上的衬底25的温度分布。
每个加热线圈50、52均具有独立控制加热区42a、42b的温度的能力以在整个衬底25的处理表面44的径向方向实现不同的处理速率或者特性。同样地，可以在两个加热区42a、b保持不同的温度以影响衬底25的上部中心和外围区域46a、b的温度，从而抵消在衬底25的处理期间发生的任何改变的气体物质分布或热负载。例如，当在衬底25的处理表面44的外围部分46b处的气体物质没有在中心部分46a的气体物质活跃时，将外围加热区42b的温度提高到高于中心加热区42a的温度以在衬底25的整个处理表面44提供更一致的处理速率或处理特性。
在一个方案中，第一和第二加热线圈50、52都包括电阻加热元件的圆形环，其中电阻加热元件并排设置，并且甚至可以基本上在相同的平面上。例如，加热线圈50、52都可以是在陶瓷圆盘24的主体中的径向向内逐渐盘旋的连续同心环。加热线圈50、52还可以是在围绕经过线圈中心的轴盘旋的螺旋形的线圈，例如类似于电灯灯丝，其设置在陶瓷圆盘24的整个体内的同心圆中。电阻加热元件可以由不同的电阻材料组成，诸如例如钼。在一个方案中，加热线圈50、52都包括足够高的电阻以维持陶瓷圆盘24的衬底容纳表面26在从约80到约250℃的温度。在一个方案中，线圈的电阻是从约4到约12欧姆。在一个例子中，第一加热线圈50具有6.5欧姆的电阻而第二加热线圈52具有8.5欧姆的电阻。经由通过陶瓷圆盘24延伸的独立接线柱58a-d向加热线圈50、52提供能量。
结合加热线圈50、52，也可以两个区42a、b中控制热传送气体的压力以使整个衬底25上的衬底处理速率更均匀。例如，两个区42a、b都可以设置为在不同的平衡压力下保持热传送气体以提供来自衬底25的背部34的不同的热传送速率。分别通过导管38a、38b在两个不同的压力下供应热传送气体完成这一点，从而在衬底容纳表面26的两个不同位置处释放。
静电吸盘20还可以包括光学温度传感器60a、b，其穿过在陶瓷圆盘24中的孔62a、b以接触并准确测量衬底25的上部中心和外围部分46a、b的温度。第一传感器60a位于陶瓷圆盘24的中心加热区42a处以读取衬底25的中心部分46a的温度，并且第二传感器60b位于陶瓷圆盘24的外围加热区42b处以相应地读取衬底25的外围部分46b的温度。光学温度传感器60a、b位于吸盘20中，使得传感器的触头64a、b和陶瓷圆盘24的衬底容纳表面26位于同一平面中，从而传感器触头64a、b可以接触保持在吸盘20上的衬底25的背面34。传感器60a、b的臂66a、b通过陶瓷圆盘24的主体垂直延伸。
如图3所示，在一个方案中，每个光学温度传感器60包括热传感器探针68，该探针68包括成形为具有侧壁72和用作触头的圆顶状顶部74的封闭圆柱体的铜帽70。铜帽70可以由无氧铜材料组成。磷塞76嵌入内部，并且与铜帽70的顶部74直接接触。嵌入在铜帽70中的磷塞76对热传感探针68提供更快及更敏感热响应。铜帽76的触头64是圆顶状的顶部74以允许与不同衬底25的重复接触而不会侵蚀或破坏衬底。铜帽70具有用于容纳环氧树脂79的凹槽78以在传感器探针68中粘贴帽70。
磷塞76以红外辐射形式将热量转化为穿过光学纤维束80的光子。光学纤维束80可以由硼硅酸盐玻璃纤维组成。通过套管82包围光学纤维束80，反过来通过隔温套84部分环绕套管82，隔温套84用作将温度传感器与支撑陶瓷圆盘的底座的热绝缘。套管82可以是玻璃管以提供与周围构造的更好的热绝缘，但是还可以由诸如铜的金属制成。隔温套84可以由PEEK、聚醚醚酮组成，而且还可以是由Delaware的Dupont de Nemours公司制造的Teflon(聚四氟乙烯)。
如图4A、4B和图5所示，衬底支架90包括固定到底座91的静电吸盘20，其中底座91用于支撑和固定吸盘20。底座91包括具有顶表面94的金属主体92，其中顶表面94具有吸盘容纳部分96和外围部分98。顶表面94的吸盘容纳部分96适于容纳静电吸盘20的陶瓷圆盘24的背面28。底座91的外围部分98径向向外延伸超过陶瓷圆盘24。底座91的外围部分98可以适于容纳锁紧环100，该锁紧环可以固定到底座的外围部分的顶表面上。底座91的金属主体92具有从底座的底表面104到底座91的顶表面94的多个通路102，用于例如，容纳终端58a-b或者送入气体到陶瓷圆盘24的气体导管38a、b。
底座91的顶表面94的吸盘容纳部分96包括一个或多个凹槽106a、b以在陶瓷圆盘20的整个背面保持及流动空气。在一个实施方式中，吸盘容纳部分96包括外围凹槽106a，该外围凹槽106a与陶瓷圆盘24的背面28上的多个台面30协作以控制来自陶瓷圆盘24的外围部分54b的热传送速率。在另一实施方式中，结合外围凹槽106a使用中心凹槽106b以调节来自陶瓷圆盘24的中心部分54a的热传送。
在底座91的顶表面94中的凹槽106a、b与在陶瓷圆盘24的背面28上的台面30协作以进一步调节整个衬底处理表面44的温度。例如，台面30的形状、尺寸和间距控制与底座91的顶表面94接触的台面30的接触表面总量，从而控制交界面的总热传导面积。例如，可以设计台面30的形状和大小，使得实际上陶瓷圆盘24的背面28仅有总面积的50％或更少，例如30％与底座91的顶表面94接触。接触面积越小，整个衬底处理表面44的温度越高。同样，在台面30和整个背面28之间提供空气以用作进一步的温度调节。
可以在整个背面28上，以均匀或非均匀图案分布在陶瓷圆盘24的背面28上的台面30。在均匀图案中，如通过间隙32示出的台面30之间的距离基本上相同，而以非均匀隔开的缝隙距离在整个表面28上变化。还可以在整个表面28上变化台面30的形状和尺寸。例如，可以设置非均匀的台面30的图案以在陶瓷圆盘24的整个背面28上在不同的区域提供不同的接触表面量，以分别控制来自圆盘24的中心和外围部分54a、b的热传送速率，并且因此控制在衬底25的上部中心和外围部分46a、b处的温度。
底座91还包括用于循环诸如水的流体的多个通道110。具有循环冷却流体的底座91用作热交换器以控制吸盘20的温度从而在衬底25的整个处理表面44上达到所需温度。可以加热或冷却穿过通道110的流体以提高或者降低吸盘20的温度及在吸盘20上保持的衬底25的温度。在一个方案中，设计通道1 10的形状和大小以允许流体从其中流过从而将底座91的温度保持在从约0到120℃。
底座91还包括用于将电源传导到静电吸盘20的电极36的电接头组件。电接头组件包括陶瓷绝缘套124。陶瓷绝缘套124可以是例如铝的氧化物。多个接线柱58嵌入在陶瓷绝缘套124内。接线柱58、58a-b向静电吸盘20的电极36和加热线圈50、52提供电功率。例如，接线柱58可以包括铜柱。
如图7所示，配置接触带140使其以围绕电接头组件的接线柱58、58a-d。每个接触带140包括金属，例如铜合金。接触带140的结构主体包括适于围绕接线柱58安装的外壳142。外壳142的形状依赖于柱58的形状，并且优选地，应该模仿柱58的形状。外壳142的部分或者条146包括具有多个缝148和多个热交换天窗150的带144，以一定图案设计缝148从而与该缝148交替设置天窗150。在一个实施方式中，多个缝148和天窗150从条146的顶边缘152延伸到条146的底边缘154或者外壳142的部分。多个缝148和天窗150形成减少外壳142硬度并允许其符合在接线柱58或者终端的外表面形状的弹簧状特征。在外壳142的条146上的多个缝148的构造环，通过他弹簧状的特征，使得接线柱58与外壳142的内暴露表面143的主要区域接触。这使得在接触带140和终端之间实现最佳热传送。
如图5A所示，还可以配置环组件170以减少在包含由底座91支撑的静电吸盘的衬底支架90的外围区域上形成工艺沉积物，以及保护其不受侵蚀。在图5B的实施方式中，环组件170包括锁紧环100，锁紧环包括具有孔175的环形主体171，其通过诸如螺钉或螺栓169的固定装置固定到底座91的顶表面94的外围部分98上。锁紧环100具有从顶表面174径向地向内延伸的上唇缘172和形成锁紧环100的径向向外的周界的外部侧表面176。唇缘172具有设计大小以安装并设置在陶瓷圆盘24的外围壁架29的第一台阶31上的底表面173。在一个方案中，唇缘172具有适于在陶瓷圆盘24和底座91之间形成气密封的底表面173。例如，下表面173可含有聚合物，诸如聚合物层，例如包括聚酰亚胺，以形成良好的密封。锁紧环100由可以耐等离子侵蚀的材料制成，例如诸如不锈钢、钛或铝的金属材料，或者诸如铝的氧化物的陶瓷材料。
铝的氧化物如图5B所示，环组件还包括边缘环180，边缘环180包括具有设置在锁紧环100的顶表面174上的基脚184的带182。边缘环180还具有围绕锁紧环100的外部侧表面176的环形外壁186以减少或甚至完全阻止溅射沉积物在锁紧环100上的沉积，否则该外部侧表面176将暴露于工艺环境。边缘环180还包括覆盖陶瓷圆盘24的外围壁架29的第二台阶33的凸缘190。凸缘190包括在衬底25的悬臂边缘196下面终止的突出物194。凸缘190限定边缘环180的内周界，其围绕衬底25的外围以在处理期间保护没有被衬底25覆盖的陶瓷圆盘24的区域。环组件170的锁紧环100和边缘环180协作以在衬底25的处理期间减小在底座91上支撑的静电吸盘20上形成工艺沉积物，以及保护其不受侵蚀。边缘环180还保护衬底支架90的暴露的侧表面，以减少工艺中的侵蚀。可以轻易去除环组件170以清洗锁紧环100和边缘环180的暴露表面上的沉积物，从而不必拆除待被清洗的整个衬底支架90。边缘环180可以由诸如例如石英的陶瓷制成。
在图5C中示出了在包括静电吸盘20和底座91的衬底支架90上减少工艺沉积物的形成并保护其不受侵蚀的环组件170的另一方案。在该方案中，锁紧环100包括环形主体171，该环形主体171具有用于支撑边缘环180的顶表面174以及具有适于固定到底座91的顶表面94的外围部分98的多个孔175的底表面192。环形主体171通过与孔175匹配的螺钉或螺栓169固定到底座91的顶表面94的外围部分98上。锁紧环100还具有径向向内延伸的上唇缘172以设置到陶瓷圆盘24的外围壁架29的第一台阶31上。锁紧环100的上唇缘172还可以具有设置在陶瓷圆盘24的外围壁架29的第一台阶31上以使接触区域最小的向下延伸的凸起192，以及从径向向外的底凹槽194伸出的向下延伸的凸起193。锁紧环100的上唇缘172包括设置在陶瓷圆盘24的外围壁架29的第一台阶31上的底表面173，在一个方案中该底表面173含有聚合物，诸如聚合物层，例如聚酰亚胺。底表面173还可以是凸起193的表面，例如，凸起193可以由底表面材料制成。锁紧环100的外部分194包括径向的外侧表面176，该径向外侧表面176是平坦的，并且在底座91的外直径196处终止。锁紧环100还具有从径向外侧表面176向下延伸的基脚197，以设置在底座91的顶表面94的外围部分98上。锁紧环100可以由例如诸如铝、钛或不锈钢的金属材料，或者诸如铝的氧化物的陶瓷材料制成。
在图5C中示出的边缘环180的方案，包括具有倾斜的上表面183的楔形带182。带182的下表面185覆盖锁紧环100的上表面174。边缘环180还具有从楔形带182径向向内延伸的内凸缘187。内凸缘187包括与关于楔形带182的下表面185向上升高的底表面188。内凸缘187还具有可以设置在陶瓷圆盘24的外围边缘29的第一台阶33上的基脚189。内凸缘187进一步包括具有上台阶232和下台阶234的径向向内的周界的上表面191。上台阶232和下台阶234沿着径向向内方向逐步降低高度。内凸缘187还具有与楔形带182的倾斜上表面183接合的弧形边缘236。边缘环180的外凸缘238从楔形带182径向向外延伸。外凸缘238包括覆盖锁紧环100的外侧表面176的径向向内的衬面240。外凸缘238进一步具有关于楔形带182的下表面185向下延伸的底壁242。外凸缘238还具有减少该区域侵蚀的倾斜的周界边缘244。边缘环180还可以由诸如石英的陶瓷制成。
如图4C和图4C1所示，静电吸盘20的另一实施方式包括具有衬底容纳表面26的陶瓷圆盘24。衬底容纳表面26包括凹槽图案250，该凹槽图案250具有彼此互连的径向臂252和环形臂254。在这些凹槽之间是具有分开的台面258的突起平台256。在所示出的方案中，突起平台256具有弓形侧边缘257，一般是三角形或者不等边四边形。然而，突起平台256还可以具有其他形状，并可以在整个衬底容纳表面26上不对称地分布。每个突起平台256由有从大约10至约1000个的多个台面258限定。在一个方案中，台面258是凸起的圆柱突起，例如，形成圆柱体或者弓形突出物。例如，台面258可以是具有约5至约50微米的平均直径和约0.5毫米至约5毫米高度的圆柱体。台面258设置为一形状、大小以及在整个表面26上的空间分布，以控制与覆在上面的衬底的接触区域，以调整从衬底到陶瓷圆盘24的不同区域的热传送速度。
多个热传送气体导管38a，b(参加图1)穿过陶瓷圆盘24，并在位于衬底容纳表面26上的凹槽图案250中的一个或多个中心端口40a和外围端口40b中终止。中心端口40a和外围端口40b能提供到中心区域42a和外围区域42b的热传送气体。外围端口40b在由径向内气体密封边260和径向外气体密封边262围绕的弓形切块(cut-out)259处终止以限定外围区域42b。中心端口40a可在凹槽250的中心臂252与径向臂254相交处终止以限定相对于中心区域42a的区域。陶瓷圆盘24的衬底容纳表面26的中心和外围加热区域42a，b允许分别对应衬底25相应的上覆的中心和外围部分46a，b以分别保持在不同的温度(图8)。
在该方案中，陶瓷圆盘24具有与衬底容纳表面26相对的背面28(未示出)，其可以是平面和不存在台面的，或者其可具有之前描述的台面。陶瓷圆盘24还具有包括第一台阶31和第二台阶33的外围壁架29，第二台阶33从第一台阶31径向向外，并且低于第一台阶31。陶瓷圆盘24由铝的氧化物、铝的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、钛的氧化物、锆的氧化物或者其混合物制成，通过热压和烧结陶瓷粉末以及加工所烧结的陶瓷形态以形成圆盘24的最终形状。凹槽250、台面258、气体导管38a，b和端口40a，b以及其他结构可以加工成陶瓷结构。
在图4D示出的方案中，底座91包括具有顶表面94(未示出)的金属主体92，其中顶表面94具有吸盘容纳部分96和径向向外延伸出陶瓷圆盘24的外围部分98。在该方案中，底座91包括用于循环诸如水的液体的单一沟道110，以用作热交换器。流体循环沟道110包括在整个底座91上不均匀分布或者不对称分布的多个弧形隆起区域260a-c的盘旋沟道。沟道110的较大长度设置为通过或者贯穿在使用中变热的底座91的这些区域，并且较小长度用在底座91的较冷区域。结果不对称的流体循环沟道110控制流体流动，以保持整个底座91上的均匀温度。
在衬底处理装置200中可以采用包括静电吸盘20和底座91的衬底支架90，其示例性方法在图8中示出。装置200包括具有围墙202的腔室201，以及在一个方案中，腔室201是DPS Advantage腔室。气源204通过气孔203向腔室提供工艺气体，该工艺气体为能处理衬底25的气体，诸如蚀刻气体，例如，诸如氯或者氯化氢的含卤气体；或者诸如CVD或PVD气体的沉积气体，，例如，用于沉积介电或半导体材料的气体。设置气体激发器208用于分别向工艺气体施加电容或电感耦合RF能量，或者向工艺气体(未示出)中传输微波能量，从而形成高能气体以处理衬底25。例如，经由电极电源230和腔室201的电接地墙202，可以通过向静电吸盘24的电极36施加RF电压向工艺气体施加电容性能量。电极电源230还提供DC吸引电压以充电吸盘24的电极36，从而静电保持衬底25。经由感应线圈205，还可以通过向工艺气体耦合电感能量对工艺气体施加能量。可选地，经由远程腔室(未示出)中的微波导管，通过向工艺气体施加的耦合微波能量向工艺气体供给能量。在腔室201中将衬底25保持在静电吸盘20的容纳表面26上，而静电吸盘20位于底座91上。
通过控制器212控制腔室，其中控制器212通常包括具有与存储器和外围的计算机元件连接的中央处理器(CPU)的计算机308，CPU诸如来自加利福尼亚Santa Clara的.Intel公司制造的商用的奔腾处理器。存储器可以包括诸如CD或者软盘的移动存储器、诸如硬盘的不可移动存储器和随机存储器(RAM)。控制器212还可以包括硬件接口，其包括模拟或数字输入和输出板和电动机控制器板。操作员可以经由显示器或者数据输入器件与腔室控制器212通信。为了选择具体的屏幕或功能，操作员使用诸如键盘或光笔的数据输入器件输入选择。
控制器212还包括存储在存储器中的计算机可读取程序，包括能控制和监视在腔室212中执行工艺的处理编码。可以以任何传统的计算机可读取程序语言编写计算机可读取程序。采用传统的文本编辑器将适当的程序编码输入到的单一或多个文件，以及存储或收录在存储器的计算机可使用媒体中。如果输入的编码文本是高级语言，编辑编码，并且然后产生的编辑器编码与预编辑的库应用程序的目标编码连接。为了执行连接、编辑的目标编码，使用者调用目标编码，使得CPU读取并执行编码以完成在程序中识别的任务。程序可以包括温度控制指令集以控制衬底25的不同区域处的温度，例如通过向吸盘20的陶瓷圆盘24的第一和第二加热线圈50、52独立施加不同的电功率，调整通过导管38a、b的热传送气体的流动并控制通过底座91的通道110的流体的流速。工艺反馈控制指令集可以用作温度监控指令集之间的反馈控制环路以调整施加给诸如加热线圈50、52的腔室元件的功率、经过导管38a、b的热传输气体流以及经过底座91的通道110的流体流动，温度监控指令集从光学温度传感器60a、b接收温度信号。当描述为用于制成一系列任务的单独指令集时，每个指令集都可以与其他指令集结合或者交错；因此，腔室控制器212和在此描述的计算机可读取程序不应该局限于在此描述的功能性程序的具体方案。
虽然参照一些优选方案描述了本发明，然而，也可以存在其它方案。例如，除了此处描述的，衬底支架可以用于其它腔室及其他工艺。因此，所附的权利要求书不应局限于在此包括的优选方案的描述。
权利要求
1.一种用于处理腔室的锁紧环，所述处理腔室包括具有顶表面的底座和边缘环，所述顶表面具有用于支撑静电吸盘的吸盘容纳部分和外围部分，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘具有包括第一和第二台阶的外围壁架，所述边缘环设置在陶瓷圆盘的第二台阶上，所述锁紧环包括a)环形主体，具有用于支撑所述边缘环的顶表面以及具有多个孔的底表面，所述底表面的多个孔使得适于固定到所述底座的顶表面的外围部分；b)上唇缘，向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘的外围壁架的第一台阶上；c)径向外部侧表面；以及d)基脚，从所述径向外部侧表面向下延伸以设置在所述底座顶表面的外围部分。
2.根据权利要求1所述的锁紧环，其特征在于，所述环形主体通过与所述孔匹配的螺丝或螺栓固定到所述底座顶表面的外围部分。
3.根据权利要求1所述的锁紧环，其特征在于，所述上唇缘包括向下延伸的凸块，其放置在所述陶瓷圆盘的外围壁架的第一台阶上。
4.根据权利要求3所述的锁紧环，其特征在于，所述环形主体包括从所述向下延伸的凸块径向地向外延伸的底部凹陷。
5.根据权利要求1所述的锁紧环，其特征在于，所述锁紧环的上唇缘包括设置在所述陶瓷圆盘外围部分的第一台阶上的底表面。
6.根据权利要求5所述的锁紧环，其特征在于，所述底表面含有聚合物。
7.根据权利要求6所述的锁紧环，其特征在于，所述聚合物包括聚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的锁紧环，其特征在于，所述锁紧环含有金属或陶瓷。
9.根据权利要求8所述的锁紧环，其特征在于，所述陶瓷含有铝的氧化物。
10.一种用于处理腔室的边缘环，所述处理腔室具有i)底座；ii)底座上的静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘包括具有台阶的外围壁架；iii)锁紧环，所述锁紧环具有上唇缘、外部侧表面以及顶表面，所述上唇缘向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘的外围壁架的台阶上，所述边缘环，包括a)带，包括设置在所述锁紧环顶表面上的基脚；b)环形外壁，围绕所述锁紧环的所述外部侧表面；以及c)内凸缘，覆盖所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶。
11.根据权利要求10的边缘环，其特征在于，所述带含有陶瓷。
12.根据权利要求11的边缘环，其特征在于，所述陶瓷含有石英。
13.一种用于处理腔室的边缘环，所述处理腔室具有i)底座；ii)底座上的静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘包括具有台阶的外围壁架；iii)锁紧环，所述锁紧环具有顶表面、上唇缘以及外部侧表面，所述上唇缘从所述顶表面向内径向延伸以放置在所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶上，所述边缘环，包括a)楔形的带，包括倾斜的顶表面和覆盖所述锁紧环的顶表面的下表面；b)内凸缘，从所述楔形的带向内径向地延伸，所述内凸缘具有能够放置在所述陶瓷圆盘外围壁架的台阶上的基脚；以及c)外凸缘，从所述楔形的带向外径向地延伸，所述外凸缘具有覆盖所述锁紧环的外部侧表面的径向向内的衬面。
14.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述内凸缘包括关于所述楔形带的下表面逐渐升高的底表面。
15.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述内凸缘包括具有上台阶和下台阶的径向向内的周界。
16.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述内凸缘具有弧形边缘，所述边缘与楔形带的倾斜的上表面结合。
17.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述外凸缘包括关于所述楔形带的下表面向下延伸的底壁。
18.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述外凸缘包括倾斜的周界边缘。
19.根据权利要求13所述的边缘环，其特征在于，所述楔形带含有陶瓷。
20.根据权利要求19所述的边缘环，其特征在于，所述陶瓷含有石英。
21.一种用于在处理腔室中容纳衬底的静电吸盘，所述静电吸盘包括a)陶瓷圆盘，包括i)衬底容纳表面，具有多个台面的突起平台，所述突起平台由凹槽图案分开；ii)多个热传送气体导管，穿过所述陶瓷圆盘并且在衬底容纳表面上所述凹槽图案的外围端口及中心端口终止，所述气体导管能够为所述衬底容纳表面的不同区域提供热传送气体；以及iii)外围壁架，具有第一台阶和第二台阶，所述第二台阶从第一台阶径向向外并且比所述第一台阶低；b)电极，嵌在所述陶瓷圆盘中以产生静电力从而保持设置在所述衬底容纳表面上的衬底。
22.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述多个台面的突起平台各包括从约10至约1000个台面。
23.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述台面为突起的圆柱突起。
24.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述台面具有从约5微米至约50微米的平均直径。
25.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述台面具有从约0.5毫米至约5毫米的高度。
26.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述凹槽图案包括彼此互连的径向臂和环形臂。
27.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述外围端口在弓形切块处终止。
28.根据权利要求27所述的吸盘，其特征在于，还包括围绕所述外围端口的径向内气体密封边和径向外气体密封边。
29.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述中心端口在所述中心和径向凹槽的相交处终止。
30.根据权利要求21所述的吸盘，其特征在于，所述陶瓷圆盘含有铝的氧化物、铝的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、钛的氧化物、锆的氧化物、或者它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种在衬底处理腔室中用于容纳衬底的静电吸盘，包括具有衬底容纳表面和具有多个隔开的台面的相对的背面的陶瓷圆盘。电极嵌入在陶瓷圆盘中以产生静电力以保持衬底。位于陶瓷圆盘的外围和中心部分的加热线圈允许对陶瓷圆盘的中心和外围部分进行温度独立控制。通过具有容纳空气的凹槽的底座支撑吸盘。吸盘和底座协作以允许在腔室中调整衬底的温度分布。
文档编号H01L21/00GK101093812SQ200710098098
公开日2007年12月26日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者亚历山大·马特尤什金, 丹尼斯·库索, 西奥多洛斯·帕纳戈波洛斯, 约翰·荷文 申请人:应用材料股份有限公司