用于控制高真空处理系统中的基板的温度的装置和方法

专利名称：用于控制高真空处理系统中的基板的温度的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及高真空处理系统和方法，尤其涉及用于在高真空处 理系统中的离子束处理过程中控制被支撑件、例如支撑在托板上的一个或 多个基板的温度的装置和方法。
背景技术：
基板支撑在高真空处理系统的真空腔室中，以通过诸如从基板去除材 料层的离子束蚀刻、反应性离子蚀刻和等离子体蚀刻的过程，诸如在基板 上沉积材料层的离子束沉积、物理气相沉积和化学气相沉积的过程，以及 修改基板表面性能的其他过程进行处理。在这些表面处理过程中，基板搁 在或固定在基板支撑固定装置、例如台板、卡盘或电极上。在处理过程中， 特别是在离子束蚀刻系统中，大量的热能传递到被处理基板。同时，被处 理基板必须保持在或低于某些温度水平。因此，热能必须从基板支撑固定 装置传输并排出系统的外部。因此，系统的总生产能力明显受支撑固定装 置的冷却能力限制。束引起的热限制温度敏感基板材料例如由聚合物制作 的基板或有机涂光刻胶基板能获得的最大蚀刻速率。
磁性存储装置的薄膜磁头的制作需要高速率、高精度离子束蚀刻处理。 其他处理过程，例如用于形成薄膜磁头的反应性离子蚀刻能够具有比离子 束蚀刻明显高的蚀刻速率，但是缺乏离子束蚀刻处理的精度。尽管对具有 较高的可获得的蚀刻速率的离子束蚀刻系统的开发可能具有重要的商业价 值，但是基板的冷却必须改善，以适应更高的蚀刻速率。
利用背侧热传递气体冷却时的基板和传统的基板保持固定装置之间的 热传导，在接近真空的环境中效率相当低或者在其他低压环境中是十分困 难的，这是因为热在这些压力下不能很好传递。例如，基板固定装置和基 板的同延表面之间的热传导是缓慢和低效率的，这是因为表面之间的原子 级的实际接触局限于同延接触区域中的一小部分。隔离其余表面区域的间隙会抑制传导。
除充分的热传递以外，基板保持固定装置还必须在不损坏和污染基板 的情况下容易地夹紧和释放基板，并且在密封介质和真空腔室之间必须保 持高真空密封，同时基板被夹紧用来限制热传递气体的逸出。热传递效率 的缺乏可以通过将基板保持固定装置的温度降至远远低于基板处所需的温 度来补偿。基板保持固定装置可以通过循环冷却的导热液体来冷却，例如 刚好在液体的凝固点以上的温度、通过基板固定装置中的窄的流动通道导 入的纯冷水。
尽管配合使用了这些冷却技术，但传统的基板固定装置不能防止高能 离子束蚀刻处理过程中温度的显著升高。许多温度敏感材料可在超过大约
70'C的温度下就破坏。因此，当执行离子束蚀刻过程时撞击离子束流可能 受冷却基板的能力限制。通过向导热液体中添加常用的凝固点添加剂，例 如乙二醇或丙二醇，可以获得更低的基板温度。然而，使用这些凝固点的 添加剂会大大增加循环液体的粘性，这降低导热液体流过基板固定装置中 的窄的通道的能力。
一种不同但相关的基板温度控制问题是某些材料例如氮化镓的蚀刻速 率对温度非常敏感。这样，在离子束蚀刻处理过程中必须小心地控制基板 温度，以控制蚀刻速率。特别是，在蚀刻处理过程中和处理不同基板或多 组基板的不同运行操作之间，必须将基板温度控制在几摄氏度内。使用气 体辅助冷却很难获得这种水平的温度控制，这是因为由于处理过程中的变 化而使得基板温度不能精确升高或降低。
因此，需要改善高真空处理系统、例如离子束蚀刻(IBE)系统中的基 板温度控制的装置和方法，这种装置和方法克服了在高真空处理设备中使 用的传统热控制基板固定装置、以及用于控制基板固定装置的温度的传统 方法的这些和其他缺点。

发明内容
本发明总体上涉及一种用于改善高真空处理系统、例如离子束蚀刻 (IBE)系统中的被支撑件、例如基板或承载一个或多个基板的托板的温度 控制的装置和方法。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于控制被支撑件的温度的装置，所述被支撑件经受加热基板的处理。装置包括具有被 构造成支撑被支撑件的表面的第一件、和与第一件连接的第二件。第一件 接收从被支撑件传递到所述表面的热，第二件包括被构造成用于温度控制 液体的流动的通道。供给通道延伸通过第一件和第二件，以与限定在第一 件的表面和被支撑件之间的热传递气体空间连通。热电装置设置在第一件 和第二件之间。每个热电装置具有接近所述表面地接触第一件的第一侧、 和接近载送液体的通道地接触第二件的第二侧。热电装置在第一和第二侧 之间传递热，以调节第一件的温度，因此调节被支撑件的温度。
根据本发明的另一实施例， 一种用于控制被支撑件的温度的方法包括 使被支撑件暴露于加热被支撑件的离子束，以及利用位于基板的背侧和支 撑件的表面之间的热传递气体空间中的背侧气体从被支撑件传递热。该方 法还包括利用多个热电装置冷却支撑表面，所述热电装置将热从支撑件传 递到热传递件，以及用导热液体流冷却热传递件。


包括在本说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的多个 实施例，它们与上面给出的本发明的总体描述和下面给出的对实施例的详 细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的实施例的包括基板固定装置的高真空处理系统的 一部分的剖视图。
图2是为了清楚起见而拆开的图1的基板固定装置的盖板和热交换板 的顶视图。
图3是为了清楚起见而拆开的图1的基板固定装置的盖板和热交换板 的底视图。
图4是被示有热电冷却器的图2和3的热交换板的底视图。
图5是图2和3的盖板的底视图。
图6是图1中基板固定装置的顶透视图。
图7是图6的基板固定装置的顶视图，其中为了清楚起见省去了基板 支撑托板。
图8是大致沿图7中的线8-8的剖视图，其中基板支撑托板定位在基板固定装置上。
图9是大致沿图7中的线9-9所作的剖视图，其中基板支撑托板定位 在基板固定装置上。
图10是大致沿图7中的线10-10所作的剖视图，其中基板支撑托板定 位在基板固定装置上。
具体实施例方式
参照图1，成离子束蚀刻系统的形式的高真空处理系统IO包括真空腔 室或容器12，所述真空腔室或容器12具有仅部分示出的真空密封的腔室壁 13，所述真空密封的腔室壁围起被抽空的处理空间15。具有延伸通过腔室 壁13的内腔的端口 14使处理空间15与真空泵16连通。真空泵16包括合 适的构件，所述构件具有用于将真空容器12的处理空间15抽空到适于用 带电粒子的离子束18处理一个或多个基板20的真空压力的有效泵送能力。 离子束18中的带电粒子可以是由来自可离子化的工作气体的离子源(未示 出)产生并向基板20加速的正离子。通过离子束18对基板20的轰击处理 使基板20获得预期的有益结果。在有益结果中，离子束18可以用于通过 蚀刻处理从基板20的表面去除材料。基板20空间上位于处理空间15内的 暴露于离子束18的位置，基板20通过与夹持元件配合而与托板22成固定 的空间关系固定。
基板卡盘或固定装置24在真空容器12内的处理空间15中支撑托板22 和承载在托板22上的基板20。基板固定装置24安装到延伸通过腔室壁13 的端部区域29中的密封开口 28的管状接近柱26上。接近柱26的上端与 基板固定装置24密封接合。接近柱26围出将电效用和流体效用通到基板 固定装置24的内腔。
基板固定装置24通过具有成压缩弹簧30的形式的偏移元件偏移，压 縮弹簧在处理空间15内被压縮在基板固定装置24和支撑板32之间。支撑 板32安装到接近柱26。压縮弹簧30施加在远离腔室壁13的端部区域29 的方向上偏移基板固定装置24的力。多个致动器(未示出)中的每个致动 器包括用于移动与基板固定装置24机械连接的移动杆34的活塞，致动器 可以包括双向气压缸。杆34的运动使基板固定装置24相对于托板22并克服压縮弹簧30的偏压力移动，以在托板22和基板固定装置24之间提供间 隙。传动机构(未示出)嵌入在托板22和基板固定装置24之间的间隙中， 以在更换被处理的和未被处理的基板20期间提升或移除托板22。基板固定装置24位于框架36的内周内。框架36和支撑板32之间的 跨接是将支撑板32与支撑框架36隔开的支柱38。框架36包括固定提升臂 (未示出)，其设置在基板固定装置24的凹槽或凹口拐角处，这在图6中 最明显，且其从框架36的内周向内突出。当基板固定装置24向支撑板32 下降时，托板22的拐角接触提升臂，以使托板22从支撑固定装置24脱离， 进而在托板22和基板固定装置基板固定装置24之间提供必要的间隙。参照图2-10，基板固定装置24包括基部件或底板40、支撑件或盖板 42、和设置在底板40与盖板42之间的热交换元件或热交换板44。底板40 和热交换板44通过紧固件45 (图9)固定在一起作为组件，所述紧固件与 底板40中的螺纹开口 41 (图9)连接，且延伸通过热交换板44中的间隙 开口43。 0形环46 (图8-10)就位在围绕盖板42的周边延伸的0形环槽 48 (图2)中，并环绕着热交换板44的凹入上表面或上侧50。 0形环46 位于0形环槽48中，以使0形环46部分凸出超过盖板42的上表面或上 侧52。托板22接触0形环46，以在周边上密封并限定出热传递气体空间 54 (图8-10)，作为托板22的下侧和盖板42的上侧52之间的间隙。本发 明期望可在没有作为由盖板42支撑的中间支撑件的托板22的辅助作用下 处理单个基板(未示出)。在没有托板22的情况下，由盖板42支撑的被支 撑件可以是直接接触0形环以在周边上密封并限定热传递气体空间54的单 个基板。盖板42的与上侧52相反设置的下表面或下侧56包括肋栅格，所述肋 栅格包括多个窄间隔件或肋58、和具有在盖板42中心附近不连续的的薄间 隔件或肋60。肋58以多列排列，薄的肋60设置成平分肋58的列。凸缘 64从盖板42的下侧56突起，所述凸缘围绕盖板42的周边延伸并环绕出凹 部65。肋58、 60为盖板42提供结构支撑。柱66从热交换板44的上侧50向盖板42的下侧56突出。肋58、 60 和柱66与凸缘66配合，以限定隔离物的栅格，隔离物的栅格将凹部65分 隔成多个例如十六个单独的隔间68。单个隔间68中的每一个隔间的尺寸被确定成接收多个热电装置70 (图4)中的相应的一个，但本发明并不需要 每个隔间都填充有热电装置70。位于中心的肋58可以被分为紧密隔开的平 行垂直件，肋58被凹槽分段，以便为到热电装置70的传送线路115提供 线路(图8)。柱66中的螺纹开口 72与盖板42中的凹陷间隙开口 74对齐。 另外对齐的成对的凹陷间隙开口 76和螺纹开口 78分别设置在盖板42和热 交换板44中。延伸通过对齐的开口72、 74和对齐的开口76、 78的小紧固 件80用于将组装的盖板42和热交换板44固定在一起。盖板42的上侧52大致平坦，使得热传递气体空间54 (图8-10)在由 O形环46 (图8-10)围绕的周边内具有大致均匀的高度。隔间68被设置 成使热电装置70设置在与盖板42的上侧52大致平行的平面上。与上侧50相反设置的热交换板44的下表面或下侧81包括中心液体区 域82，邻近热交换板44的周边的周边液体区域84，与液体区域82、 84相 连的液体通道86，和环绕着液体区域82、 84和液体通道86的凸缘85。液 体通道86由薄壁隔离物88限定，所述薄壁隔离物88由热交换板44的下 侧81承载。隔离物88接触底板40，使得液体通道86由底板40的上表面 或上侧99部分封闭。0形环90 (图8-10)与底板40的凸缘85密封，所 述O形-环配置在围绕着热交换板44的凸缘64延伸的0形环槽92中并被 压縮在底板40的上侧99和热交换板44之间。底板40中的液体通道94使液体入口 96与液体出口 98相连，液体入 口 96由一个配件限定。液体出口 98从底板40的上侧99显露，以与热交 换板44的周边液体区域84连通。液体通道86绕着中心液体区域82螺旋 环绕，以便将预选温度的冷却剂或导热液体95引导到底板40和热交换板 44之间。液体入口 96通过导管101与外部冷却剂源100相连。底板40中 的另一液体通道(未示出)与周边液体区域84连通，且通过排出通道102 与延伸到冷却剂排出件104的导管103相连。冷却剂排出件104处理流过 液体通道86而被加热升温的液体95或者为了再循环冷却升温的液体95。 可选地，导热流体95可以以从中心液体区域82到周边液体区域84的相反 方向循环。流过液体通道86的导热液体95可以是从集成在冷却剂源100 中的冷却器单元供应的5t:到l(TC的冷却纯水，但本发明并不局限于此。中心入口气体通道106延伸通过底板40、盖板40和热交换板44(图9)，所述中心入口气体通道106显露在盖板42的上侧52。外部气源108通过具 有入口气体通道106的导管107与限定在托板22和盖板42之间的热传递 气体空间54相连。加压的背侧气体，例如氦，通过入口气体通道106传递 并从入口气体通道106排放到热传递气体空间54。通过流动控制装置109 调节气流。为了将热传递气体空间54和排出导管(未示出)连接，中心出 口气体通道IIO (图9)延伸通过盖板42和热交换板44。空间54中的背侧 热传递气体通过本领域技术人员可理解的机理促进托板22和盖板42之间 的热传递。本发明期望空间54中的热传递气体的气氛在正通过离子束18处理基 板20吋可以是静止的，或者可动态流过热传递气体空间54。美国专利 No.4949783描述了示例性动态流动装置，在此其全部内容通过参考引用包 括在此，并且这些装置市场上可在Veeco Instruments公司(Woodbury, New York)的商标名为FlowcooFM的高真空处理系统中是得到。最好如图4、 8和10所示，每个热电装置70包括下支撑板112、上支 撑板1M、以及在下和上支撑板112、 114之间延伸的多个热电元件。热电 元件116由高达几百个不同的n-型和p-型半导体阵列组成，n-型和p-型半 导体可以由p-掺杂和n-掺杂的碲化铋形成，所述半导体在两端并联热连接 和串联电连接，以形成耦合(couple)。下、上支撑板112、 114可以是具有 相对高的导热率的薄陶瓷晶片，所述薄陶瓷晶片增加了刚性且电隔离热电 元件116。支撑板112、 114中的一个或两个包括设置在不面对盖板42或热 传递板44的表面上的金属物、或用于使热电元件116和电源118的端子电 连接的另一电路接口。通常，这些电连接通过被绝缘的电线115的导体与 电源118连接，这些电线构成至热电元件116的正负导线。电源118通过 电线115供应的电能通常是直流(DC)电。电线115行进经过接近柱26 的内腔和电穿通元件(未示出)，所述电穿通元件填塞在延伸通过底板40 和热传递板42的通道117。热电装置70的厚度相对于肋58、 60和凸缘64的垂直尺寸选择，使得 当盖板42和热交换板44固定在一起时，肋58、 60和凸缘64不接触热交 换板44的上侧50，柱66不接触盖板42的下侧56。热电装置70夹持在盖 板42和热交换板44之间，这限制了热电装置70在隔间68内的侧向移动。盖板42的下侧56和热交换板44的上侧50通过主要由凹部65 (图3 )限 定的间隙、部分通过薄间隙隔开，薄间隙相当小并且在图中是看不到的， 其中，肋58、 60和凸缘64面对热交换板44的上侧50，柱66面对盖板42 的下侧56。这些间隙切断盖板42和热交换板44之间潜在的热传递路径， 使得这些元件彼此大致热隔离。紧固件80提供盖板42和热交换板44之间 的仅有的传导路径，所述紧固件80具有限制它们传热能力的相当小的截面 积。在本发明的可选择实施例中，紧固件80可以由具有低导热率的非金属 或热绝缘体形成，以进一步降低盖板42和热交换板44之间的热传递。最 好如图6和7所示，环形间隙还存在于盖板42的凸缘64的周边和热传递 板44的凸缘85的相面对的内周边之间，用于进一步切断这些元件之间的 热流。通过本领域技术人员可以理解的珀耳帖效应操作的热电装置70将电源 118的电能转换为热泵送能。特别地，当热电元件116将电能转换为热泵送 能时，在下、上支撑板112、 114之间施加的直流电诱发从盖板42通过热 电元件116到热交换板44的泵送热流。热通过热电元件116并通过电荷载 体在支撑板112、 114之间传导。当热连续地从上支撑板114被吸收并通过 热电元件116传递到下支撑板112时，上支撑板114限定每个热电装置70 的吸收热的冷侧，下支撑板112限定抑制热的热侧。每个热电装置70的上支撑板114与盖板42的下侧56物理和热接触， 以形成用于从盖板42经过热接触的共同区域吸收热能或吸热的热界面。上 支撑板114接触盖板42的下侧56的大部分表面区域，以从盖板42吸热。 接触表面区域可以延伸经过盖板42的下侧56的表面积的大约90%。每个 热电装置70的下支撑板112与热交换板44的上侧50物理和热接触，以形 成用于从热电装置70经过共同的接触区域到热交换板44的抑制热流的另 一热界面。导热介质(未示出)，例如热脂或石墨垫，可以放置在每个热电 装置70的下支撑板114与热交换板44之间以及热电装置70的上支撑半114 与盖板42之间，以充当传导界面，因此潜在地改善热接触。热电装置70的性能和数目可调整成适于提供盖板42的目标温度减少 量。热电装置70可以选自市场上有售的Marlow Industries有限公司(达拉 斯，德克萨斯州)的XLT系列的热电装置，该系列的热电装置具有足以在宽的温度范围内经受非常多次的连续循环的耐用性。尽管本发明并不局限于此，但适用于本发明的特殊的热电装置70是市场上有售的Marlow Industries有限公司的(达拉斯，德克萨斯州)的型号为XLT2385的热电 冷却器，该冷却器能够对于56.5。C-干N2的空载状态(unloaded state)在 热侧处于27'C的温度下提供从冷侧到热侧的最大温降、以及能够对于 64.(TC-干N2的空载状态在热侧处于5(TC的温度下提供从冷侧到热侧的 最大温降。热电装置70可以包括单级热电装置，或可选地，可包括堆叠或 层叠的热电装置。在使用时且参考图1-10，热传递气体供给到热传递气体空间54，且导 热液体95通过液体通道86流动。在液体通道86中流动的导热液体95的 冷却作用降低热交换板44和盖板42的温度。由流动的导热液体95产生的 温降通过热交换板44进一步传导到盖板42。热电装置70由电源118供给 能量，热电装置70产生从盖板42到每个热电装置70的上支撑板114并通 过热电元件116到下支撑板112方向的热传递或热流。通过热电装置70的 热传递降低了上支撑板114的温度。在下、上支撑板112、 114之间存在温 差，温度在从上支撑板114到下支撑板112方向上增加。入射到托板22和承载在托板22上的基板20上的入射离子束18表现 为热负荷，原因在于，每个入射粒子的离子动能的一部分转化为热。在热 传递气体空间54中的背侧热传递气体将热从基板20和托板22传递到盖板 42。产生的热中的相当一部分随后从盖板42传递到每个热电装置70的上 支撑板114，这会冷却盖板42。热电装置70作为用于托板22的相应部分 的温度更改元件操作，以便从最接近每个相应部分的基板20部分吸热。一 部分热通过盖板42和热交换板44的接触部分之间的热传导传递。热随后 从每个热电装置70的下支撑板112传递到热交换板44并传递到流过液体 通道86的导热液体95。由于从被加热的基板20到热交换板44的热流，因 此存在温度梯度。通过传递的热而从其流入温度升温的导热液体95将热从 基板固定装置24去除热，以向外消散。被处理的基板20的温度反映盖板42的温度。热电装置70的存在增大 经过基板固定装置24的盖板42和热交换板44的温度净降，使得基板20 在暴露于离子束18时维持在较低的温度下。这样，热更高效地从基板20提供的另外增强的温降，可以增加在高真空 处理系统10中用于处理基板20的离子束18的电流，以增加蚀刻速率和系 统产量。某些温度敏感材料，例如氮化镓，可以在不损坏基板20的情况下 在高真空处理系统10中被处理。在不需向流过液体通道86的导热液体95 添加普通的凝固点添加剂、例如乙二醇或丙二醇的情况下实现了基板固定 装置24的温度降低。在本发明的可选择实施例中，驱动机构(未示出)可与基板固定装置 24相连，用于旋转和/或倾斜整个或部分基板固定装置24、进而用于相对 于离子束18和腔室壁113旋转或倾斜承载在托板22上的基板20。用于驱 动机构的电连接可以通过接近柱26通到真空容器12内的驱动机构，或者 接近柱26主动参与旋转和/或倾斜。将热电装置70和电源118电连接起来 的电接口可以包括滑动环(未示出)，所述滑动环通常在静止结构和相对于 静止结构旋转的结构之间传递信号时用于提供信号传播路径。通常，滑动 环一般包括接触导电带以使电流从静止结构传到旋转结构的导电刷。在本发明的某些实施例中，基板固定装置24可以包括至少一个温度传 感器120 (图8)，温度传感器120检测或测量基板固定装置24的盖板42 的温度。温度传感器120按照连续或间隙的原理将作为反馈信号的测量温 度提供到与电源118连接的温度控制器122 (图8)，以限定温度控制单元。 可选地，温度反馈信号可以提供给与高真空处理系统10相关且与电源118 连接的另一控制器(未示出)。温度传感器120可以如图8所示地嵌入在盖 板42中，或者可以与基板固定装置24热耦合。可在基板固定装置24中的 不同位置设置多个温度传感器120，来给电源118提供分布的温度信息，用 于确保横跨盖板42的温度均匀性。适当的温度传感器120包括电阻温度检 测器、热电偶、热敏电阻器和红外装置，但本发明并不局限于此。在本发 明的一个实施例中，温度传感器120可以是与盖板42的肋60热耦合的热 电偶。温度控制器122经过建立通信路径的被绝缘的导体或电线119从温度 传感器120接收作为输入的温度信息。温度控制器112可以利用温度反馈 信息来调节从电源所述可编程系统能够被编程，以执行将基板固定装置24的盖板42和基板 20有效地控制在一个均匀的温度下的指令。特别地，温度控制器122计算 用于热电装置70的控制信号，并将计算的控制信号传递给电源118。电源 118通过改变供给到热电装置70的电流响应控制信号。根据需要，通过热 电装置70的电流根据测量温度与在比较控制电路中确定的或通过存在于温 度控制器122中的软件控制确定的温度设定点之间的差值通过电源118被 增加或减小。将基板固定装置24的盖板42维持在或者接近测量温度的操 作用于将基板20保持在某一温度以下。由温度控制器122执行的程序可以随时间改变温度，并且可包括在处 理过程中使基板固定装置24的盖板42和基板20循环经过多个温度范围的 操作。温度控制器122可以是比例、比例-微分(PD)、比例-积分(PI)或 比例-积分-微分(PID)控制器，其使用来自温度传感器120的反馈信息来 基于测量温度与温度设定点的偏差控制基板温度。以这种方式，传感器120 和温度控制器122配合提供闭环控制系统。温度控制器122还可以计算和传送至冷却剂源100的另外的控制信号， 以控制导热液体95向液体入口 96、最终向液体通道86的流动。温度控制 器122还可以控制导热液体95的温度。为了扩展温度控制，温度控制器122可被构造成通过颠倒从电源118 传递到支撑板112、 114的电流使热电装置70在加热和冷却之间切换。在 温度控制器122被构造成用于双极操作的这种切换状态下，热电装置70可 以用于加热基板固定装置24，例如，在高真空处理系统10的真空容器12 通到大气之前。温度控制器122可以包括允许双极操作的继电器。热电装置70被示为与电源118用电线或以其他方式串联电连接。可选 地，热电装置70还可以与电源118用电线或以其他方式并联电连接。在本 发明的可选择实施例中，其中一些热电装置70可以串联连接到电源118， 用于冷却基板固定装置24，而其余的热电装置70可以串联连接，用于加热 基板固定装置24。加热和冷却基板固定装置24的能力提高温度调节的精 度。电源118在温度控制器122的控制下操作来调节通过热电装置70的电 流，以通过加热或冷却承载基板20的托板22的一部分将最近的基板20(或 者基板部分)保持在所需的基板温度下。热电装置70可以用于在一些处理过程中建立高于环境温度的受控的基板温度，以从离子束处理挥发蚀刻产 物，从而，增大反应蚀刻速率。在下面的示例中将描述本发明的进一步的细节和实施方式。示例和比较例与基板固定装置24基本相似的基板固定装置配备有如图1-10所示排 列的十六个热电装置阵列。热电装置是由Mariow Industries有限公司(达 拉斯，德克萨斯州)制造的型号为XLT2385的热电冷却器。热电冷却器以 它们额定功率的四分之一操作，以冷却基板固定装置的盖板。盖板42的温 度用热电偶监测。具有800伏(V)束电压和1200毫安(mA)束电流的离 子束被引导到支撑在盖板上的基板上。传递960瓦的束功率的离子束表现 为大约55 nm/min的蚀刻速率。当暴露于离子束时，热电偶测量的盖板的 温度小于50°C。在相同的条件下，为了比较目的，由没有热电装置的基板固定装置的 盖板支撑的基板经受具有700伏的束电压、和1100毫安的束电流的离子束。 传递770瓦的束功率的该离子束表现为大约45 nm/min的蚀刻速率。当暴 露于离子束时，盖板的观测温度为大约7(TC。尽管已通过各种实施例的描述说明了本发明以及己相当详细地描述了 这些实施例，但申请人的意图并不是将权利要求的范围限定或以任何方式 限制为这种细节。其他的优点和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。 因此，本发明从其较宽的角度讲并局限于具体的细节、典型的装置和方法、， 以及所示的和所述的实施例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明概念 的精神和范围的情况下变化这些细节。
权利要求
1、一种用于控制被支撑件的温度的装置，所述被支撑件经受加热被支撑件的处理，所述装置包括支撑件，所述支撑件具有被构造成支撑所述被支撑件的表面，所述支撑件接收从被支撑件传递到所述表面的热；与所述支撑件连接的热传递件，所述热传递件包括被构造成用于温度控制液体的流动的通道；供给通道，所述供给通道延伸经过所述支撑件和热传递件，以与限定在所述支撑件的所述表面和被支撑件之间的热传递气体空间连通；以及设置在所述支撑件和热传递件之间的多个热电装置，所述热电装置中的每个热电装置具有接近所述表面地接触所述支撑件的第一侧、和接近所述通道地接触所述热传递件的第二侧，且所述热电装置中的每个热电装置在所述第一和第二侧之间传递热，以调节所述支撑件的温度。
2、 根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括 至少一个温度传感器，所述温度传感器用于检测所述支撑件的温度且产生与所述检测温度相关的电信号。
3、 根据权利要求2的装置，其特征在于，它还包括 温度控制单元，所述温度控制单元与所述温度传感器连接以接收所述电信号，所述温度控制单元与所述热电装置连接，且所述温度控制单元适 于基于所述电信号调节传递到所述热电装置的功率，以控制所述支撑件的 温度。
4、 根据权利要求3的装置，其特征在于，所述热电装置与温度控制单 元串联连接。
5、 根据权利要求3的装置，其特征在于，所述热电装置与温度控制单 元并联连接。
6、 根据权利要求l的装置，其特征在于，所述热电装置定位在所述支 撑件的所述表面与所述热传递件中的所述通道之间。
7、 根据权利要求l的装置，其特征在于，所述热电装置中的每个热电 装置的所述第一侧是冷侧，所述热电装置中的每个热电装置的所述第二侧 是热侧，用于将热从所述冷侧传递到所述热侧，以冷却支撑件。
8、 根据权利要求1的装置，其特征在于，所述支撑件和热传递件限定 出多个隔间，所述隔间中的每个隔间接收所述热电装置中的相应的一个热 电装置。
9、 根据权利要求8的装置，其特征在于，所述支撑件包括周边凸缘、 以及由所述周边凸缘限界的肋栅格，用于限定所述隔间。
10、 根据权利要求8的装置，其特征在于，所述隔间被设置成使所述 热电装置设置在与所述支撑件的所述表面大致平行的平面上。
11、 根据权利要求l的装置，其特征在于，它还包括 与所述热传递气体空间连通的排出通道，所述排出通道允许热传递气体从所述供给通道流到所述排出通道。
12、 根据权利要求1的装置，其特征在于，所述支撑件通过限制所述 支撑件和热传递件之间的直接热传递的间隙与所述热传递件隔开。
13、 根据权利要求12的装置，其特征在于，所述热电装置隔开所述支 撑件和热传递件，以限定所述间隙。
14、 一种用于控制被支撑件的温度的方法，所述方法包括 使被支撑件暴露于加热被支撑件的离子束；利用位于被支撑件的背侧和支撑件的表面之间的热传递气体空间中的背侧气体从被支撑件传递热；利用多个热电装置冷却支撑件，所述热电装置将热从支撑件传递到热 交换件；以及利用导热液体流冷却热交换件。
15、 根据权利要求14的方法，其特征在于，它还包括 指定被支撑件在暴露于离子束时所要冷却到的参考温度； 测量表示被支撑件的温度的温度；以及调节热电装置的操作，以补偿参考温度与测量温度之间的差。
16、 根据权利要求15的方法，其特征在于，测量表示被支撑件的温度 的温度还包括-测量支撑件的温度。
17、 根据权利要求15的方法，其特征在于，它还包括-增加由离子束传递给被支撑件的功率；以及 减小表示温度，以补偿增加的传递功率。
18、 根据权利要求14的方法，其特征在于，它还包括-利用热电装置加热支撑件；以及 使容纳支撑件的真空容器通到大气压力。
全文摘要
公开了用于改进高真空处理系统、例如离子束蚀刻(IBE)系统中的被支撑件例如基板的温度控制的装置和方法。该装置包括热电装置(70)，所述热电装置(70)将热从支撑被支撑件(20)的支撑件(42)传递到液体冷却的热交换件(44)，以调节支撑件(42)的温度。该方法包括利用热电装置(70)冷却支撑件(42)，所述热电装置(70)将热传递到液体冷却的热交换件(44)。
文档编号H01L21/00GK101536148SQ200780028834
公开日2009年9月16日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月9日
发明者A·塞拉鲁, R·弗莱姆根, T·A·卢斯, W·J·米勒 申请人:威科仪器有限公司