专利名称：静电夹盘和使用静电夹盘的方法
技术领域：
本发明的实施例大体涉及静电夹盘和使用所述静电夹盘的方法。
背景技术：
静电夹盘(ESC)通常用以将基板静电保持在基板支撑件上。传统上，ESC包括陶瓷主体，所述陶瓷主体具有设置在所述陶瓷主体中的一或多个电极。本发明人已发现，由于传统ESC具有较高的热惰性(如低的热传递速率)，因而ESC的加热速率和冷却速率实质上受限，由此限制了使用ESC的处理的效率。由此，本发明人提供了一种可以快速加热和冷却的改进静电夹盘。
发明内容
本发明提供了静电夹盘的实施例和使用所述静电夹盘的方法的实施例。本发明提供了静电夹盘和使用所述静电夹盘的方法。在某些实施例中，静电夹盘可以包括:盘，所述盘具有第一侧，所述第一侧用以将基板支撑在所述第一侧上；及第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，用以提供选择性地将所述盘耦接到热控板材的界面；第一电极，所述第一电极设置在盘内靠近所述第一侧以将所述基板静电耦接到所述盘；第二电极，所述第二电极设置在所述盘内靠近所述盘的相对侧以将所述盘静电耦接到所述热控板材。在某些实施例中，所述第二电极也可以配置成加热所述盘。在某些实施例中，处理基板的方法可以包括:通过为设置在所述第一侧附近的静电夹盘中的第一电极供电而将基板夹持在设置在处理腔室中的静电夹盘的盘的第一表面上；以及选择性地提高或降低通过设置在所述盘的、与所述第一侧相对的第二侧和耦接到所述盘的热控板材之间的界面的热传导速率，以控制所述盘和所述热控板材之间的热传递速率。以下描述了本发明的其它和进一步的实施例。
以上简要总结和以下更具体讨论的本发明实施例可以参照附图所示的本发明示意性实施例而得到理解。然而，应当注意的是:附图仅图示了本发明的典型实施例，因此不应认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以承认其他等效实施例。图1图示了根据本发明某些实施例的适合用于静电夹盘的处理腔室。图1A图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘的示意性侧视图。图2图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘的剖视侧视图。图3图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘的盘的顶视图。图4A至图4B图示了根据本发明某些实施例的盘的侧视图。图5图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘的顶视图。图6图示了用于根据本发明某些实施例的静电夹盘的耦接器。
图7和图8图示了用于根据本发明某些实施例的静电夹盘的端子。图9图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘一部分的局部剖视侧视图。为便于理解，尽可能使用了同样的元件符号以标示各附图中相同的元件。附图未按比例绘制，并且可能被简化以清晰说明。应考虑的是，一个实施例的元件和特征可以在不经进一步说明的情况下有利地包含在其它实施例中。
具体实施例方式本发明提供了静电夹盘的实施例和使用所述静电夹盘的方法。有利地，本发明装置可以提供这样的静电夹盘，即所述静电夹盘可以在快速加热和冷却设置在所述静电夹盘上的基板的同时而被快速地加热和冷却，由此提供基板处理过程中的处理灵活性并增加产量。有利地，本发明静电夹盘还可以减少或消除在处理过程中由于基板和静电夹盘热膨胀差带来的摩擦所导致的对基板的破坏。图1是根据本发明某些实施例的等离子处理腔室的示意性剖视图。在某些实施例中，所述等离子处理腔室是物理气相沉积(PVD)处理腔室。然而，使用静电夹盘的其它类型处理腔室也可以用于本发明装置。腔室100是适于在基板处理期间维持腔室内部空间120的压力低于大气压力的真空腔室。腔室100包括由圆顶104所覆盖的腔室主体106，圆顶104包覆位于腔室内部空间120上半部的处理空间119。腔室100也可以包括限定各腔室部件以防止这些部件与电离处理材料之间发生不必要反应的一或多个防护件105。腔室主体106和圆顶104可以由诸如铝等金属制成。腔室主体106可以通过耦接器接到地面115。基板支撑件124可以设置在腔室内部空间120中以支撑和夹持基板S，基板S是诸如半导体晶片或其它可以静电保持的基板。基板支撑件124总体上可以包括静电夹盘150(以下将更详细描述)和用以支撑静电夹盘150的空心支撑轴112。空心支撑轴112设置有用以将处理气体、流体、热传递流体、功率等提供到静电夹盘150的导管。在某些实施例中，空心支撑轴112耦接到升降机构113，升降机构113为静电夹盘150提供在上部处理位置(如图1所示)和下部传递位置(未图示)之间的垂直运动。波纹管组件110绕空心支撑轴112设置，并且耦接在静电夹盘150和腔室100的底表面126之间，以提供允许静电夹盘150垂直运动同时防止腔室100内部真空损失的柔性密封。波纹管组件110也包括与O形环165相接触的波纹管下部凸缘164，O形环165接触底表面126以帮助防止腔室真空损失。空心支撑轴112设置有用以将流体源142、气源141、夹持电源140和一或多个射频(RF)源117 (例如，RF等离子体电源和/或RF偏压电源)耦接到静电夹盘150的导管。在某些实施例中，RF电源117可以通过RF匹配网络116耦接到所述静电夹盘。基板升降机构130可以包括安装在平台108上的升降杆109，平台108连接到轴111，轴111耦接到第二升降机构132以升举或降低基板升降机构130，使得基板“S”可以放置于静电夹盘150上或可从静电夹盘150上移除。静电夹盘150包括通孔(如下所述)以接收升降杆109。波纹管组件131耦接在基板升降机构130和底表面126之间，以在基板升降机构130的垂直运动期间提供维持腔室真空的柔性密封。腔室100耦接到真空系统114，并与真空系统114流体连通，真空系统114可以包括用以为腔室100排气的节流阀(未图示)和真空泵(未图示)。在腔室100中的压力可以通过调整所述节流阀和/或真空泵而得到调节。腔室100也可以耦接到处理气源118并与处理气源118流体连通，所述处理气源118可以将一或多种处理气体供应到腔室100以处理设置在所述腔室中的基板。例如，在工作中，可以在腔室内部空间120中产生等离子体102，以执行一或多个处理。等离子体102可以通过这样的方式产生，即，通过腔室内部空间120中的一或多个电极(如下所述)将功率从等离子体电源(如RF电源117)耦合到处理气体，以点燃处理气体并产生等离子体102。等离子体可以替代或结合通过其它方法在腔室内部空间120中形成。在某些实施例中，偏压功率可以从偏压电源(如RF电源117)供给到设置在基板支撑件或静电夹盘150内部的一或多个电极(如下所述)，以从等离子体朝向基板S吸引离子。例如，在某些实施例中，腔室100是PVD腔室，包括要沉积在基板S上的源材料的靶材166设置在所述基板上方以及腔室内部空间120内。靶材166可以由腔室100的接地导电部分(例如，通过电介质隔离器的铝制转接器)支撑。可控直流电源168可以耦接到腔室100以将负压或者偏压施加到靶材166。RF电源117A-B可以耦接到基板支撑件124，以在基板100上感生直流负偏压。另外，在某些实施例中，直流负自偏压可以在处理期间在基板S上形成。在其它应用中，基板支撑件124可以接地或保持为电浮动。在某些实施例中，RF电源170也可以耦接到腔室100以将RF功率施加到祀材166,以便于控制基板S上沉积速率的径向分布。工作中，在腔室100中产生的等离子体102中的离子与来自靶材166的源材料反应。所述反应使得靶材166排出源材料的原子，然后这些原子被导引朝向基板100，由此沉积材料。在某些实施例中，可以在靶材166的后表面附近定位可旋转的磁控管(未图示)。所述磁控管可以包括配置成在腔室100中产生磁场的多个磁铁，这些磁铁与靶材166的表面大体平行且相接近以捕获电子并增加局部等离子体密度，此又增加了溅射速率。磁铁在腔室100顶部周围产生电磁场，并且被旋转以旋转电磁场，此举影响了处理的等离子体密度，使得更均匀地溅射靶材166。图1A图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘150的示意性侧视图。静电夹盘150大体包括盘122,盘122具有用以将基板S支撑在第一表面上的第一表面和与第一表面相对的第二表面。第一电极128设置在所述第一表面附近，并且可以例如通过导体154而耦接到夹持电源140以选择性地将所述基板S静电保持到所述第一表面上。第二电极138设置在所述第二表面附近，并且可以例如通过导体152而耦接到夹持电源140以选择性地将盘122静电保持到设置在邻近盘122处的热控板材134上。所述夹持电源140可以是一或多个直流电源，所述电源可以在合适功率时提供高达大约4000伏特的电压(例如，从大约500伏特到大约4000伏特)。其它范围的直流电也可以用在具有其它配置的静电夹盘，以例如保持更小或更大的基板。如以下将更详细讨论的，可以设置导管148以将气源141耦接到所述静电夹盘。可以在热控板材134中(或者其它合适的位置)设置真空通道146，以便于将导体154,154和导管148穿过热控板材134同时维持处理空间119内部的空气与处理空间外部(例如，在空心轴112内部和腔室100外部)的空气之间的隔离。热控板材134可以至少部分由导热材料制成，并且可以在热控板材134中设置例如通过耦接到流体源142的导管158使热传递流体流过的一或多个通道，以便于在使用过程中控制朝向盘122或来自盘122的热传递速率。热控板材134也可以至少部分由导电材料制成，并可以例如通过导体156耦接到RF电源117，以作为电极在使用期间将RF功率耦合到处理空间119中的等离子体。RF电源117可以提供例如合适频率(例如在大约2MHZ到大约60MHZ之间)时高达约2000瓦特的功率。热控板材134可以设置在绝缘体136的顶部，以将热控板材134与在基板支撑件124中的其它导电部件电隔离。接地外壳144可以围绕静电夹盘150 (或基板支撑件124)设置，并且可以耦接到地面以提供从处理空间119到地面的RF回路。静电夹盘可以具有根据本发明所教示的多种配置。例如，图2图示了根据本发明某些实施例的静电夹盘的剖视侧视图。参照图2，静电夹盘150大体包括设置在热控板材204顶部的盘202。盘202具有与热控板材204相对的、用以支撑基板S的基板支撑表面。在某些实施例中，热控板材204可以设置在空心底座212的顶部，空心底座212耦接到空心支撑轴112并由空心支撑轴112所支撑。在某些实施例中，热控板材204还可以靠在设置于支撑壳体210内的绝缘层208的顶部。在这些实施例中，支撑壳体210可以机械支撑绝缘层208和热控板材204。绝缘层208可以提供热控板材204和支撑壳体210之间的电隔离或射频(RF)隔离。在某些实施例中，热控板材204包括生产过程中接合在一起的两个或更多个板材。板材217图示为可能的第二连接件。如果具有板材217，那么板材217提供用以将空心支撑轴112耦接到静电夹盘150的界面。在某些实施例中，在空心支撑轴112中设置有耦接到壳体224的导管229。壳体224可以通过任何适合提供充分耦接功能的手段而耦接到热控板材204。例如，在某些实施例，壳体224包括凸缘223，所述凸缘223具有配置成接收紧固件(例如螺钉、螺栓、销等)以将壳体224耦接到热控板材204的通孔221。在某些实施例中，导管229与壳体224可以用作导体156，用以将合适的RF功率输送到热控板材204。壳体224与导管229也可以提供空间以将RF偏压功率或其它效用传送到热控板材204。如果设置有壳体224，那么壳体224可以容纳歧管235 (如下所述)，所述歧管235包括配置成便于选择性地将处理气体、热传递流体或功率分布到盘202和热控板材204区域的多个通孔(如下所述)或接头(未图示)。在某些实施例中，处理气体、热传递流体或功率可以由耦接到各导管(如气源管线236、234和电导管232)的各源(例如，如上参照图1所述的RF等离子体电源117、117A、夹盘电源140、气源141、流体源142)提供。在某些实施例中，气源141可以提供单一气体，或者在某些实施例中，气源141可以提供多于一种的气体。在某些实施例中气源141可以配置成选择性地将气体提供到静电夹盘150的单独区段，例如，在盘202和基板S之间的界面216处或在盘202和热控板材204之间的界面218处提供。例如，在某些实施例中，图2所示的诸如沉积环206的工艺配件可以设置在基板支撑件124的顶部和基板S的周围以覆盖基板支撑件124的其它暴露部分。例如，在某些实施例中，沉积环206可以设置在热控板材204的凸出部228上。沉积环206具有与所述基板S的形状大体对应但是典型地在基板S下部延伸而没有与基板S直接接触的中心开口。所述沉积环也大体围绕盘202，并且在沉积环206的内边缘和盘202的外边缘之间可以限定窄的缝隙。沉积环206保护基板支撑件124被覆盖的部分免受由于处理(如等离子体，或溅射，或基板S的其它处理副产物)而带来的损害。沉积环206可以由任何处理兼容的电绝缘材料制成。例如，在某些实施例中，沉积环206可以由诸如陶瓷、氮化铝(AIN)、氮化硅(SiN)等电介质材料制成。在某些实施例中，以下参照图2至图7更充分描述的盘202大体包括主体245，主体245具有面对基板的表面220和大体相对的、面对热控板材的表面222。在某些实施例中，面对基板的表面220可以包括耦接到一或多个第一通孔239的一或多个第一槽238，以便于在盘202和基板S之间的界面216处提供气流(例如惰性气体，如氦气(He)、氩气(Ar)等)或其它热传递流体，以便于盘202和基板S之间的热传递。热传递气体可以通过盘202中与一或多个第一槽238流体连通的一或多个第一孔239而递送到一或多个第一槽238。另外，在某些实施例中，面对热控板材的表面222可以包括耦接到一或多个第二通孔241的一或多个第二槽240，以便于在盘202和热控板材204之间的界面218处提供气流或其它热传递流体。盘202可以制成具有适合提供充分支撑和足够热传递属性的任何尺寸和形状。例如，在某些实施例中，盘202的厚度可以在基板S的厚度的数量级上，例如，大约最大为基板S厚度的3倍。在基板S是半导体晶片的某些实施例中，盘202的厚度可以为大约1.0mm至大约3mm，或者为大约1.0mm至大约1.5mm。在某些实施例中，盘202可以具有实质上垂直于面对基板的表面220和面向热控板材204的表面222的外边缘221。或者，在某些实施例中，外边缘221可以具有角边缘226,所述角边缘226配置成与沉积环206的对应角边缘227相接以消除通过沉积环206和盘202之间的缝隙从处理空间到基板支撑件124的部件之间的垂直视线，由此减少或防止处理期间对基板支撑件124部件的等离子体感应损害。盘202可以通过适合在处理期间提供充分耦接及避免盘202运动的任何构件耦接到热控板材204。在某些实施例中，盘202通过静电吸引被可移除地耦接。在这些实施例中，盘202包括一或多个设置在面对热控板材的表面222附近的主体245内的一或多个电极(如下所述)。夹持功率，例如直流电压，可以通过设置在空心支撑轴112内的一或多个电导管232而从电源(如图1所示的夹盘电源140)供应到电极，由此产生充分的静电吸引力以将盘202耦接到热控板材204。在某些实施例中，盘202可以例如替换或结合通过诸如螺栓、螺钉、凸轮、夹具、弹簧等机械紧固件而机械地耦接到热控板材204。在某些实施例中，多个通孔(图示了一个)230可以设置在盘202中以与各紧固件(如螺栓、螺钉、凸轮等)相接，例如，如以下参照图6所述的。热控板材204可以包括适于从盘202到热控板材204提供充分热传递的任何材料。例如，在某些实施例中，热控板材204可以由诸如铝、镍等金属制成。在某些实施例中，热控板材204可以包括在热控板材中形成的一或多个通道240，所述通道240用以循环热传递流体以进一步便于从盘202到热控板材204的热传递。在某些实施例中，热控板材204(如图示具有板材217)的厚度可以是大约IOmm至大约30mm。绝缘层208可以包括适合在处理期间提供电绝缘同时提供足够和稳定支撑的任何电绝缘材料。例如，在某些实施例中，绝缘层208可以包括例如陶瓷、氮化招(AIN)、氮化硅(SiN)等电介质材料。绝缘层208设置在支撑壳体210中。支撑壳体210为绝缘层208提供机械支撑，并可以由例如铝等金属制成。在支撑壳体210由导电金属制成的实施例中，支撑壳体210可以例如通过电连接到腔室100的接地部分(如上所述)而接地。
参照图3，盘202可以具有适合于所用具体处理腔室、所执行处理或所处理基板的任何尺寸。例如，在正处理300mm半导体晶片的实施例中，盘202的直径306可以是大约270mm至大约320mm,或在某些实施例中，所述直径为大约270mm至大约290mm。在某些实施例中，盘202可以包括多个通孔，以便于例如将盘202安装到热控板材、将气体提供到设置在盘202顶部的基板或者允许升降杆从盘202的表面升举基板和降低基板。例如，在某些实施例中，盘202可以包括多个安装孔310A-310C，以便于将盘202耦接到热控板材204。在这些实施例中，盘202可以通过一系列夹紧螺钉或螺栓(如以下参照图6所述)而耦接到热控板材204。在某些实施例中，安装孔310A-C可以分组并以相等的间距定位于盘202的整个表面。例如，在一些示意性或非限制性实施例中，六个具有三个安装孔310A-310C的组308A-308F都可以以60度角间距绕盘202定位，如图3所示。也可以使用具有盘202和热控板材204之间的连接数量和分布的其它配置。在某些实施例中，盘202可以包括一或多个气孔302，以将气流从气源141(如上所述)提供到盘202和基板S之间的基板界面(如通过上所述的第一槽)，以接触设置在盘202顶部的基板的背侧。对提供给基板界面的气压的控制便于对加热和冷却基板的控制。在某些实施例中以及如图3所示，气孔302可以中心定位在盘202中。虽然图3中只图示了一个气孔302，但是可以按需提供任何数量的气孔302以分散气体。在某些实施例中，盘202可以进一步包括多个升降杆孔304A-304C，这些升降杆孔304A-304C配置以允许升降杆(如耦接到腔室100的基板升降机构130上的升降杆109，如以上图1所述)在升降杆孔中自由移动。这样，升降杆可以可控地与设置在盘202顶部的基板表面相接，以便于所述基板的放置和移除。升降杆孔304A-C可以以任何适合于为基板提供均匀支撑的配置而定位。例如，在某些实施例中，如图3所示的实施例，升降杆孔304A-304C的每个孔可以绕所述盘以大约120度的间距定位。另外，在某些实施例中，与盘202的中心的距离可以变化，以适应正处理的基板尺寸或盘202的尺寸。例如，在300mm的半导体晶片正被处理的实施例中，升降杆孔304A-304C可以绕大约230mm至280mm之间的螺栓分布圆设置。在某些实施例中，并如图9所示，升降杆导引部902可以设置成便于将升降杆(未图示)导引到基板S的后表面以升举或降低基板S。在某些实施例中，升降杆导引部902大体可以设置在热控板材204 (和板材217，如果有的话)内。所述升降杆导引部包括用以接收升降杆的开口 904。对应的开口 906可以设置在绝缘层208中(和任何其它的中间层中)以便于升降杆在开口 906中移动。设置盘202中的开口 910，以便于升降杆在开口 910中移动并允许升降杆接触基板S的后表面。在某些实施例中，盘202中的开口 910可以足够大以容纳从升降杆导引部902的上部延伸的凸起边缘912。凸起边缘912可以延伸进入开口 910以提供定位和保持特征，从而便于盘202对齐并防止例如在组装期间或当盘202未以静电方式(或以其它方式)夹紧到热控板材204时盘202的非期望运动。在某些实施例中，凸缘908可以设置在升降杆导引部902的上部附近，以便于在处理期间将所述升降杆导引部902保持在热控板材204中和/或提供从处理腔室的处理区、通过盘202中的开口 910然后到可以进行RF加热的热控板材204处的较长路径，由此，防止并限制任何可能发生的电弧放电。隔离环914可以设置在热控板材204的顶部，在热控板材204和盘202的外边缘之间，邻近沉积环206并从沉积环206径向向内。隔离环914可以由合适的电介质材料制成，并且也可以提供处理空间和热控板材或其它RF加热部件之间的加长和/或不连续路径，以防止或限制任何可能发生的电弧放电。沉积防护件916可以设置在沉积环206的顶部，以在处理期间进一步保护处理腔室的部分和/或处理腔室的部件免受不期望的沉积。参照图4A-图4B中的盘202的剖视图，在某些实施例中，盘202大体可包括底座层402和设置在两个电介质层404、410 (如第一电介质层404和第二电介质层410)之间的两个或更多的电极(图不了两个)406、408。在某些实施例中，底座层402可以包括适合于提供用以形成盘202形状和特征件(如上所述的通孔或槽)的足够样板的任何材料和几何形状。例如，在某些实施例中，底座层402可以包括例如石墨等碳基材料。在某些实施例中，底座层402可以包括诸如热解氮化硼(PBN)、聚酰亚胺、硅(如硅晶片)等其他处理兼容电介质材料。底座层402可以具有适合于产生具有所需尺寸的盘202的任何尺寸。例如，在某些实施例中，底座层402的厚度可以是大约0.5mm至大约2.5mm,或者在某些实施例中，底座层402的厚度为大约0.5mm至大约1.8mm。在某些实施例中，底座层402和第一电介质层404可以是相同的层——如各层可以认为是可选的，而单个电介质层可以设置为底座层402和电介质层404。用于这些实施例的合适电介质材料包括热解氮化硼、聚酰亚胺等。底座层402可以通过适合于形成具有所需尺寸和特征的底座层402的任何手段制成。例如，底座层402可以通过物理工艺(如粉压、压出)和机械加工以形成特征。或者，底座层402可以通过沉积处理制成，然后进行蚀刻以形成特征。在某些实施例中，第一电介质层404可以设置在底座层402的顶部。第一电介质层404可以是适合为盘202提供机械支撑和高导热性以便于进行热传递的任何电介质材料。例如，在某些实施例中，第一电介质层404可以包括氮化硼(BN)，或者在某些实施例中，可以包括热解氮化硼(PBN)。第一电介质层404可以通过适合于提供所需厚度共形层的任何手段而形成。例如，第一电介质层404可以通过诸如化学气相沉积处理等沉积处理形成为大约0.05mm至大约0.40mm的厚度。在某些实施例中，两个或两个以上电极406、408可以设置于第一电介质层404的顶部。第一电极406可以设置在面对基板的表面220的附近，第二电极408可以设置在面对热控板材的表面222的附近。所述两个或两个以上电极406、408的每个电极都可以通过导体(如412、414)和耦接到各电极406、408的端子(例如以下参照图7-图8所讨论的)独立地电耦合到交流电源或直流电源(如图1所示的电源140)中的至少一个。在某些实施例中，所述两个或两个以上电极406、408的每个电极都可以通过设置在盘202中的通孔(未图示)内的端子(例如，如以下参照图7所述的端子702或者如以下参照图8所述的端子814)而耦接到电极的各个电源。例如，在某些实施例中，电极406、408可以是设置在底座402(或者，如果有的话，电介质层404)上的图案电极，如图4B更清晰图示的。盘202的面对基板的表面220附近的电极406可以通过设置在底座402中的导体而耦接到电源。例如，开口可以在底座402中形成。所述开口可以涂覆和/或充满导电材料，并且可以例如通过铜焊等方式耦接到设置在底座402相对侧上的触点。所述两个或两个以上电极406、408可以由诸如金属或金属合金等任何合适的导电材料制成。另外，所述两个或两个以上电极406、408可以是任何形状的，例如盘形、环形、楔形、条形、图案电迹线等。所述两个或两个以上电极406、408可以以诸如沉积、电镀、印刷等任何适合的方式制成。在某些实施例中，所述两个或两个以上电极406、408中的一个或两个可以包括设置在面对基板的表面220和/或面对热控板材的表面222附近的多于一个(例如两个)电极。例如，在某些设置有双极性夹盘的实施例中，第一电极406可以包括两个半圆形或D形板材电极，同时各板材电极附接到电源的一个端子。在某些实施例中，第二电极408也可以包括两个电极。也可以使用其它电极配置。所述两个或两个以上电极406、408中的一个或两个可以配置成选择性地充当加热电极和/或夹盘电极。例如，在某些实施例中，直流电可以施加到第一电极406，在面对基板的表面上产生电荷，从而产生对具有相反电荷的基板s的吸弓I,由此便于将基板s静电夹持到盘202。在某些实施例中，可以将交流电施加到第二电极408，由于第二电极408的电阻而产生热，由此便于加热盘202。交流电可足够用于将静电夹盘加热到高达大约600摄氏度。例如，交流电源可以提供大约IIOVa。至大约208VA。的电压到第二电极408。在某些实施例中，使用期间，静电夹盘温度可以通过监测电阻加热元件的电阻并计算由电阻元件的物理属性导致的所得温度而得以监测，其中，电阻与所述元件的温度成比例变化。另外，在某些实施例中，RF功率可以施加到所述两个或两个以上电极406、408中的一个或两个以在基板S上产生偏压，和/或将RF功率提供到腔室(即如上所述的腔室100)，以形成等离子体。例如，如上参照图1所述的RF电源117 (或者相似的电源)可用于将RF功率提供到电极406、408中的任一个。在某些实施例中，直流电和交流电可以同时施加于所述两个或两个以上电极406、408中的一个或两个，以便于使用第一电极406、第二电极408或这两个电极同时作为加热电极和夹盘电极。例如，在这些实施例中，直流电可以施加到第一电极406以便于将基板静电夹持到面对基板的表面220，并且直流电和交流电可以同时施加到第二电极408以加热盘202并将盘202静电夹持到热控板材204。在某些实施例中，第二电介质层410可以设置在所述两个或两个以上电极406、408的顶部。第二电介质层410可以是适合于为盘202提供机械支撑并提供高导热性以便于热传递的任何电介质材料。在某些实施例中，第二电介质层410可以包括与第一电介质层402同样的材料，或者在某些实施例中，包括与第一电介质层402不同的材料。例如，在某些实施例中，第二电介质层410可以包括氮化硼(BN)，或者在某些实施例中，包括热解氮化硼(PBN)。在某些实施例中，第二电介质层410可以通过适合于提供具有所需厚度共形层的任何手段而形成。例如，第二电介质层410可以通过诸如化学气相沉积处理等沉积处理而形成为大约0.02mm至大约0.30mm的厚度。在某些实施例中，电介质层410的厚度可以基于要用作Coulombic静电夹盘或者Johnson-Rebeck静电夹盘而选定。例如,在一些需要Coulombic静电夹盘的实施例中，对于陶瓷材料，电介质层410的厚度可以在大约0.050mm至大约0.300mm之间，或者对于聚酰亚胺材料，电介质层410的厚度在大约0.005英寸至大约0.003英寸之间(大约0.0127mm至大约0.0762mm)。在一些需要Johnson-Rebeck静电夹盘的实施例中，对于陶瓷材料，电介质层410的的厚度可以高达大约1_。除了以上所述外，选定以制造盘202的这些材料的其它或额外属性对本发明可以是有益的。例如，在某些实施例中，盘202的总体热膨胀系数可以与设置在盘上的基板(如图1所述的基板S)的热膨胀系数大体相似。通过提供大体相似的热膨胀系数，当加热时基板和盘202都以大体相似的速率膨胀，由此减少基板之间的摩擦，从而减少加热时对基板的损坏。参照图5，在某些实施例中，歧管235可以配置成选择性地通过多个端口(如交流端口 508和直流端口 510)和入口 /出口(如晶片气体入口 514、盘气体入口 502、冷却流体入口 506和出口 509)将处理气体、功率、热传递流体等提供给所述盘(如上所述)和热控板材(如上所述)。例如，在某些实施例中，两个或两个以上水管线(图示了两个)507可以耦接到具有冷却流体入口 506和冷却流体出口 509的板材516，以将热传递流体流(如水)递送到热控板材(如上所述)。O形环518可以绕各入口 506和出口 509周围设置，以避免热传递流体泄漏。另外，O形环可以设置在板材516的边缘附近，以进一步避免热传递流体泄漏到静电夹盘105的其它区域。另外，在某些实施例中，漏水口 509也可以耦接到板材516以去除漏掉的热传递流体。在某些实施例中，气体入口 514可以设置在歧管235的中心附近，以将热传递气体提供到界面220或者界面222 (如上所述)。在某些实施例中，歧管235还可以包括两个或两个以上(图示了四个)电端口 508、510，电端口 508、510配置以向盘提供功率(如RF功率、交流电或直流电)。例如，在某些实施例中，歧管235可以包括用于将交流电提供到设置在盘(如上所述)中的一或多个电极上以便于加热盘和设置在盘上的基板的两个交流电端口 508。在某些实施例中，歧管235可以替代或结合包括用以将直流电提供到设置在盘(如上所述)中的一或多个电极上以便于将所述盘夹持到热控板材(如上所述)和/或将基板夹持到所述盘上(如上所述)的两个直流电端口。在某些实施例中，歧管235还可以包括一或多个(图示了一个)端口 504，以提供接近盘的入口，从而便于温度监测。例如，在某些实施例中，可以设置一或多个端口 504以便于将热电偶505放置在实质盘附近或者接触盘以便于温度监测。也可以替代或结合通过测量电阻系数的改变情况而监测所述盘的温度，而电阻系数的改变情况可以通过在对盘供电的电源(即，如上所述的电源140)处测量电压和电流而得到。在某些实施例中，O形环、绝缘件、垫片等可以设置在歧管235、壳体224和真空板材217之间以防止流体泄漏或漏电。例如，在某些实施例中，RF垫片522可以设置在壳体224的顶部以减少或防止当耦接到真空板材217时的射频(RF)干扰。也将壳体224电耦接到热控板材202，以更有效地将RF功率递送到热控板材202。歧管235可以由适合将处理气体、功率、热传递流体等提供给盘和热控板材的任何材料制成。例如，在某些实施例中，歧管235可以由陶瓷制成，或者在某些实施例中，歧管235由诸如铝、不锈钢、钛等金属制成。歧管235可以通过适合于提供充分耦接的任何手段而耦接到真空板材217。例如，在某些实施例中，歧管235可以通过熔焊或铜焊耦接到真空板材217。在某些实施例中，O形环512可以设置在真空板材217的顶部以当热控板材(未图示)设置在真空板材217上时在真空板材217和热控板材之间形成真空密封。参照图6，在某些实施例中，盘202可以通过柔性螺钉和螺母配置608耦接到热控板材。在这些实施例中，热控板材204和盘202包括尺寸适合与螺钉606相接的通孔610。在某些实施例中，通孔610的尺寸可以大于螺钉606的尺寸以允许热控板材204和盘202每个彼此独立地移动，由此减少由于热膨胀差引起的对热控板材204和/或盘202的损害。螺钉606可以是任何合适类型的螺钉，例如，机器螺钉、翼形螺钉、夹紧螺钉等。在某些实施例中，螺钉606可包括锥形头614，所述锥形头614配置以与通孔610的锥形端612相接，使得锥形头614可以在拧紧螺钉606并与盘202的上表面设置成平齐或设置在盘202的上表面下方时可以夹紧盘202。螺钉606可以由适于为热控板材204与盘202提供充分耦接的任何材料(例如，诸如铝、钛、不锈钢等金属)制成。在某些实施例中，螺母602设置在热控板材204下方，并且包括一系列配置成与螺钉606的螺纹端616相接的螺纹618。螺母602可以由适合于将热控板材204牢固耦接到盘202的任何材料(如诸如铝、钛、不锈钢等金属)制成。在某些实施例中，螺母602可以由与螺钉606相同或不同的材料制成。在某些实施例中，偏压元件604可以设置在热控板材204和螺母602之间以维持热控板材204和盘202上的期望夹持压力，同时允许热控板材204和/或盘202的热膨胀。虽然只图示了一个螺钉和螺母配置608，但是可以使用任何数量的螺钉和螺母配置608以将盘202耦接到热控板材204。参照图7，在某些实施例中，电功率可以通过端子702递送到盘202中的电极710。端子702可以通过弹簧元件708电耦接到导体706，以在端子702任何垂直运动期间维持充分的电连接。施加到盘202的电极710上的力可以通过朝向电极710偏置端子702的合适弹簧707而得以控制。元件703、704和705可以提供用于端子702的壳体，并且可以由合适的绝缘材料制成以将这些电气元件(如端子702和导体706)与电源引线711附近的热控板材204或任何其它导电元件进行电隔离。电源引线711可以通过使用熔焊、铜焊或其它相似的接合技术而耦接到歧管235，以在区域713 (例如，处理腔室内的处理空间)和714(例如，与处理空间隔离的区域)之间产生真空紧密连接。参照图8，在某些实施例中，盘202可以通过设置在形成于盘202中的通孔806内的一或多个端子814 (示出一个)而电耦接到电源810。通孔806可以在盘202上可提供设置在盘202内的电极802和电源810之间连接的任何位置处形成。在某些实施例中，通孔806可以形成在盘202的外边缘812附近，或者，通孔806可以形成在与盘202的主体一体化形成的、向外延伸的凸耳(tab)中。在某些实施例中，端子814可以包括轴816，轴816的尺寸适合于安装在通孔806和扩口头804中以将端子814紧固在通孔806中静态位置处。端子814可以包括合适用以将盘202耦接到电源810的任何材料。例如，端子814可以包括诸如铝、钛、不锈钢等金属。在某些实施例中，垫圈808可以设置在扩口头804和盘202之间以减少由于端子814和盘202之间的摩擦所引起的对盘202的损害。虽然只图示了一个端子814，但是可以使用任何数量的端子。例如，在盘可以包括多于一个电极(如上所述)的实施例中，各电极可以各自耦接到一或多个端子814以便于独立将功率递送到各电极。在静电夹盘105工作时，可以通过选择性地将气体和/或夹持功率提供到盘202和基板S之间的界面216以及盘202和热控板材204之间的界面218，而便于基板S的快速加热和冷却。在某些实施例中，盘202可以以高达每秒大约50摄氏度的速率加热或冷却，或在某些实施例中，盘202可以以高达每秒大约150摄氏度的速率加热并以高达每秒大约20摄氏度的速率冷却。例如，在某些实施例中，为快速加热基板S，可以将导热气体(如氩气、氦气等)提供到盘202和基板S之间的界面216，同时将交流电提供到盘202的一个或两个电极以加热所述盘。所述气体的存在改善了基板S和盘202之间的热传递情况，由此增加了加热速率。另外，可以将夹持功率提供到盘202的电极406以将基板S夹持到盘202，以进一步改善基板S和盘202之间的热传递，由此进一步便于基板S的快速加热。另外，盘可以很差地热耦接到热控板材以进一步提高基板的加热速率。例如，在背侧气体槽设置在盘和热控板材之间的实施例中，可以减少或终止气流以减少从所述盘到热控板材的热传递速率。在夹持电极设置在热控板材附近的实施例中，可以替代或结合减少或终止到电极的功率以减少盘和热控板材之间的夹持压力，从而减少从所述盘到热控板材的热传递速率。在某些实施例中，为快速冷却基板S，可以将导热气体(如氩气、氦气等)提供到盘202和热控板材204之间的界面218。例如，在某些实施例中，腔室中的工作压力可以低于大约30mTorr。在盘202和热控板材204之间的压力可以通过提供大约2Torr到20Torr之间压力的导热气体而维持。所述气体的存在改善了盘202和热控板材204之间的热传递，由此增加了冷却速率。另外，可以将夹持功率提供到或加到盘202的电极408而将盘202的夹紧压力加到热控板材204，以进一步提高盘202与热控板材204之间的热传递速率，由此进一步便于盘202和基板S的快速冷却。通过提供在所述盘和基板S之间强健的夹持力并提供可以快速加热和冷却的盘，盘202和基板S会以大体相似的速率加热或冷却。因为盘202的热膨胀系数与基板S的热膨胀系数相似，所以可以减少或消除由于不同的热膨胀或收缩速率而导致的基板S和静电夹盘150之间的摩擦，由此减少或消除对基板S的损害。因此，已提供静电夹盘和使用所述静电夹盘的方法，所述静电夹盘可以有利地提供通过快速加热和冷却设置在所述静电夹盘上的基板而同时被快速加热和冷却的静电夹盘。本发明静电夹盘可以在基板处理时提供处理灵活性和增加的产量。本发明的静电夹盘还可以有利地减少或消除由于处理期间不同的热膨胀速率而产生的基板和静电夹盘之间的摩擦所导致的对基板的损害。虽然以上所述涉及本发明的实施例，但是可以在不偏离本发明基本范围的情况下设计本发明的其它实施例。
权利要求
1.一种静电夹盘，包括: 盘，所述盘具有第一侧，所述第一侧用以将基板支撑在所述第一侧上，及第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，用以提供选择性地将所述盘耦接到热控板材的界面；第一电极，所述第一电极设置在所述盘内靠近所述第一侧处以将所述基板静电耦接到所述盘；及第二电极，所述第二电极设置在所述盘内靠近所述盘的所述相对侧以将所述盘静电耦接到所述热控板材。
2.如权利要求1所述的静电夹盘，进一步其中所述第二电极进一步配置成加热所述盘。
3.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，进一步包括: 形成在所述盘的所述第二侧或者所述热控板材中以使热传递流体在所述盘和所述热控板材之间流动的至少一个槽。
4.如权利要求3所述的静电夹盘，其中所述热传递流体包括氩气或氦气。
5.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘进一步包括形成在所述第一侧中以使热传递流体在所述盘的所述第一侧和所述基板之间流动的至少一个槽。
6.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘进一步包括: 底座； 第一电介质材料层，设置在所述底座顶部，其中，所述第一电极和所述第二电极设置在所述第一电介质材料层的顶部；以及 第二电介质材料层，设置在所述第一电极和所述第二电极顶部。
7.如权利要求6所述的静电夹盘，其中所述底座包括石墨、热解氮化硼或硅，以及其中，所述第一电介质材料层和所述第二电介质材料层包括热解氮化硼。
8.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘进一步包括: 电介质底座，其中，所述第一电极和所述第二电极设置在所述电介质底座的顶部；以及 电介质材料层，所述电介质材料层设置在所述第一电极和所述第二电极的顶部。
9.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，进一步包括: 耦接到所述盘的所述第二侧的热控板材。
10.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘的热膨胀系数与所述基板的热膨胀系数实质相等。
11.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘的厚度为所述基板的厚度的大约三倍。
12.如权利要求1至2中任一项所述的静电夹盘，其中所述盘的厚度为大约1.0mm至2.5mmο
13.一种用以处理基板的方法，包括: 通过为设置在第一侧附近的静电夹盘中的第一电极供电而将基板夹持在设置在处理腔室中静电夹盘的盘的第一表面上；以及 选择性地提高或降 低通过设置在所述盘的、与所述第一侧相对的第二侧和耦接到所述盘的热控板材之间的界面的热传导速率，以控制所述盘和所述热控板材之间的热传递速率。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤中的至少一个:当加热所述基板时，通过以下步骤中的至少一个降低通过所述界面的热传导速率:通过设置在所述盘和所述热控板材之间的一或多个槽降低提供到所述界面的气体压力；或 降低提供到设置在所述盘的所述第二侧附近的第二电极以将所述盘静电夹持到所述热控板材的电压；或 当冷却所述基板时，通过以下步骤中的至少一个步骤增加通过所述界面的热传导速率: 通过设置在所述盘和所述热控板材之间的一或多个槽增加提供到所述界面的气体压力；或 增加提供到设置在所述盘的所述第二侧附近的第二电极的电压以将所述盘静电夹持到所述热控板材。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤中的至少一个步骤: 提供交流电流到设置在所述盘的所述第二侧附近的第二电极以加热所述盘和所述基板；或 提供交流电流到设置在所述盘的所述第一侧附近的所述第一电极以加热所述盘和所述基板。
全文摘要
本发明提供了一种静电夹盘和使用所述静电夹盘的方法。在某些实施例中，静电夹盘可以包括盘，所述盘具有第一侧，所述第一侧用以将基板支撑在所述第一侧上，及第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，用以提供选择性地将所述盘耦接到热控板材的界面；第一电极，所述第一电极设置在所述盘内靠近所述第一侧处以将所述基板静电耦接到所述盘；第二电极，所述第二电极设置在所述盘内靠近所述盘的所述相对侧以将所述盘静电耦接到所述热控板材。在某些实施例中，第二电极也可以配置成加热所述盘。
文档编号H01L21/687GK103081088SQ201180042581
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月6日
发明者尚布休·N·罗伊, 马丁·李·莱克, 基思·A·米勒, 维贾伊·D·帕克赫, 史蒂芬·V·桑索尼 申请人:应用材料公司