用于增进工件的温度均匀性的设备的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请主张2015年3月13日提出申请的美国专利申请第14/657,193号的权利，其公开内容全文并入本案供参考。

本揭露内容的实施例涉及用于在处理期间增进工件的温度均匀性，且更确切地说，增进经加热工件的温度均匀性的设备。

背景技术：

半导体装置的制造涉及多个离散且复杂的过程。为了执行这些过程，工件通常安置在压板上。所述压板可为静电卡盘，其经设计以通过施加由压板内的电极产生的静电力而保留工件。

压板通常设计为直径略小于其支撑的工件。此确保压板不会暴露于进入的离子束。与离子束接触可造成污染物的产生，或可能确实损坏压板。另外，一些压板具有倾斜或锥形侧壁以使侧壁暴露于进入的离子束的可能性最小化。

除了将工件保持在适当位置之外，压板还可用以加热或冷却工件。具体来说，压板通常为较大块的材料，在一些实施例中能够从工件吸收热量或在其它实施例中将热量供应到工件。在某些实施例中，压板的上表面上具有将后侧气体供应到压板的上表面与工件的后表面之间的空间的管道。

因为压板略小于工件，所以工件的外边缘无法由压板有效地进行加热或冷却。事实上，在一些实施例中，在外边缘附近的温度可比工件的其余处小4％到10％。另外，压板的外边缘辐射到环境的热量比辐射到压板的其余处多，这用以降低压板在其外边缘处的温度。因此，在压板将热量供应到工件的实施例中，工件的外边缘可比工件的其余处冷。相反地，在压板正从工件去除热量的实施例中，工件的外边缘可以比工件的其余处热。

此温差可影响工件的良品率。另外，沿着压板的外边缘的这些温度梯度可对压板施加热应力，这可导致压板故障。因此，如果尤其在工件由压板加热的实施例中存在在工件上达成更好的温度均匀性的设备将是有益的。

技术实现要素：

本申请揭露一种用于在处理期间增进工件的温度均匀性的设备。所述设备包含具有分开控制的边缘加热器的压板，所述边缘加热器能够独立地加热压板的外边缘。以此方式，可在压板的外边缘供应额外热量，从而帮助维持在全部压板上的恒定温度。此边缘加热器可安置于压板的外表面上，或在某些实施例中，可嵌入于压板中。在某些实施例中，将边缘加热器以及主要加热元件安置在两个不同平面中，其中边缘加热器比主要加热元件安置得更靠近压板的顶表面。

根据第一实施例，揭露一种工件固持加热设备。所述工件固持加热设备包括：压板，其中所述压板包括顶表面、底表面以及在所述顶表面与所述底表面之间延伸的侧壁；主要加热元件，其安置在第一平面中；以及边缘加热器，其安置在第二平面中，其中所述第二平面比所述第一平面更靠近所述顶表面。在某些实施例中，所述边缘加热器可嵌入于所述压板中。在其它实施例中，所述边缘加热器贴附到所述压板的外表面。

根据第二实施例，揭露一种工件固持加热设备。所述工件固持加热设备包括：压板，其中所述压板包括顶表面、底表面以及在所述顶表面与所述底表面之间延伸的侧壁，其中所述侧壁包括平行于所述顶表面的水平环圈部分；主要加热元件；以及边缘加热器，其安置于所述水平环圈部分上。

根据第三实施例，揭露一种工件固持加热设备。所述工件固持加热设备包括：压板，其中所述压板包括顶表面、底表面以及在所述顶表面与所述底表面之间延伸的锥形侧壁；主要加热元件；以及边缘加热器，其平行于所述锥形侧壁安置。在某些实施例中，所述边缘加热器贴附到所述锥形侧壁。在其它实施例中，所述边缘加热器嵌入于所述压板中。

附图说明

为了更好地理解本揭露内容，将参看附图，其以引用的方式并入本文中并且其中：

图1为根据一个实施例的具有具边缘加热器的压板的系统的框图。

图2a到图2b为根据一个实施例的具有贴附到锥形侧壁的边缘加热器的压板的侧视图。

图3a到图3b为根据另一实施例的具有边缘加热器的压板的侧视图。

图4a到图4b为根据另一实施例的具有嵌入的边缘加热器的压板的侧视图。

图5为根据另一实施例的具有多个边缘加热器的压板的侧视图。

图6为根据另一实施例的具有多个嵌入的边缘加热器的压板的侧视图。

图7为具有沿着锥形侧壁安置的嵌入的边缘加热器的压板的侧视图。

图8示出在具有边缘加热器以及无边缘加热器的情况下压板的温度作为温度的函数的比较。

具体实施方式

如上所述，安置在传统压板上的工件的边缘可悬垂于压板上，从而使这些边缘维持与工件的其余处不同的温度。此外，由于压板的外边缘暴露于环境，因此外边缘倾向于将更多热量辐射到环境，从而有效地降低沿着压板的外边缘的温度。换句话说，在压板的内部产生的热量更有可能保留于压板中，而在外边缘附近产生的热量更有可能耗散到环境里。

解决此问题的一个方法为在压板的外边缘附近提供分开控制的边缘加热器。此边缘加热器可用以补偿已知在压板的外边缘附近失去的热量。在某些实施例中，边缘加热器安置得比压板中的主要加热元件更靠近工件。

图1示出系统10的组件的代表性说明。压板100可为静电卡盘(esc)或任何其它类型的压板。在一些实施例中，压板100包括终止于压板100的上表面上的多个管道，其将后侧气体传递到压板100的上表面与工件30的底表面之间的容积。压板100也可在其外边缘附近具有外密封环(未示出)，其用以将后侧气体界限于此容积中且使后侧气体泄漏最小化。外密封环从压板100的上表面向上延伸并且接触工件30，从而形成含有后侧气体的壁。此外密封环可为有效的，因为外密封环接触工件30。另外，压板100可包含上部介电层，在上部介电层下安置多个电极。将交变电压波形施加到这些电极，这创造将工件30保持于适当位置的静电力。此上部介电层可能无法承受离子束撞击。因此，由于外密封环以及上部介电层，压板100通常小于安置于其上的工件30，以确保离子束不能撞击压板100。在一些实施例中，工件30可悬垂于压板100上2mm到3mm处，但其它尺寸也是可能的且在本揭露内容的范围内。

压板100可安置于用以支撑压板100的底座20上。底座20可由与压板100不同的材料制成。另外，压板100的温度可不均一或不均匀，因为暴露于环境的外表面倾向于将热量辐射到环境，从而降低这些外表面处的温度，压板100暴露于环境的外表面确切地说是压板100的侧壁。

压板100可具有圆柱形形状以便支撑圆盘形工件。压板100的外边缘可被考虑为压板100的最接近压板100的外径的部分。举例而言，为压板100的圆周的具有外径的若干毫米的环圈可被考虑为外边缘。此外边缘可具有与压板100的其余处不同的温度。

如图1中所示，压板100可具有主要加热元件110，其用以加热压板100。此主要加热元件110可安置于压板100中，如图1中所示，或可安置于压板100的外表面，例如压板100的底表面上。此主要加热元件110可为包括电阻性材料的膜，使得电流通过主要加热元件110的流动引起通过电阻性材料的热量的产生。此可通过调节穿过主要加热元件110的电流的量来控制压板100的温度。在某些实施例中，控制器40可用以通过控制电流通过主要加热元件110的流动来调节压板100的温度。

压板100还可包含第一温度传感器115，其用以监测压板100的温度。控制器40可通过使用第一温度传感器115监测压板100的温度且基于监测的温度调整通过主要加热元件110的电流来调节压板100的温度。因此，第一温度传感器115、主要加热元件110以及控制器40形成第一控制回路以监测且控制压板100的温度。

系统10还包括边缘加热器120，其安置于压板100的外边缘附近。虽然图1将边缘加热器120示出为与压板100分开，但应理解，在某些实施例中，可将边缘加热器120安置于压板100的表面上。在其它实施例中，边缘加热器120可安置于压板100内。边缘加热器120可为具有电阻性材料的薄膜材料。薄膜的使用还可使边缘加热器120更易于应用到各种表面，如将在下文更详细地描述。在某些实施例中，薄膜厚度可为约0.01mm，但其它厚度也是可能的。接着使电流穿过电阻性材料以产生热量。可变化薄膜材料的厚度或/和宽度以控制在膜中产生的热量以影响温度均匀性。

第二温度传感器125可安置于压板100的外边缘附近以便测量外边缘处的温度。如上所解释，归因于热量到环境的辐射，压板100的外边缘可比压板100的其余处冷。虽然示出第二温度传感器125安装在边缘加热器120上，但其它实施例是可能的。在某些实施例中，第二温度传感器125安置在压板100上其外边缘附近，与边缘加热器120分开。此第二温度传感器125、边缘加热器120以及控制器40可形成用以监测且控制压板100在其外边缘处的温度的第二控制回路。此第二控制回路可独立于第一控制回路操作。

控制器40可为能够接收来自例如第一温度传感器115以及第二温度传感器125的一或多个源的输入的任何合适装置。控制器40还能够将例如电流控制的输出提供到主要加热元件110以及边缘加热器120。

在定义了系统10的一般架构后，将描述各种实施例。应注意，这些实施例仅为说明性的且本揭露内容不限于那些提出的实施例。

图2a示出具有边缘加热器220的压板200的第一实施例。图2a示出压板200的侧视图，所述压板可具有可为倾斜或锥形的侧壁201。换句话说，压板200的侧壁201可与压板200的顶表面形成锐角，例如45°。侧壁201与顶表面形成的角度为实施决策且并不受本揭露内容限制，锥形侧壁的使用可减少由离子束撞击侧壁201引起的溅镀的量。

在此特定实施例中，主要加热元件210可安置于压板200的底部上。因而，主要加热元件210可远离压板200的顶表面约8mm到10mm。由于侧壁201为锥形，因此主要加热元件210不延伸到顶表面的最外部分。因此，归因于产生热量的位置以及在侧壁处招致的损失，压板200的外边缘可处于比压板200的其余处低的温度下。

图2b示出图2a的变化，其中将主要加热元件211安置于压板250内或嵌入于压板250中。此可通过将压板250制造为两个部分来达成。举例来说，压板250可包括陶瓷材料。可接着将主要加热元件211放置于两个水平陶瓷部分之间。用以连接到主要加热元件210的电线可延伸穿出压板250之外。可接着烧制包含两个陶瓷部分的组合件，于陶瓷部分中主要加热元件211插入于其间，从而将主要加热元件211囊封于压板250中。在又一实施例中，可存在多个安置于压板250内的主要加热元件211。在此实施例中，主要加热元件211可经安置距压板250的顶表面约1mm到5mm。

如同图2a的压板200，压板250可具有为锥形的侧壁201。再次，由于侧壁201的锥形，主要加热元件211不延伸到压板250的顶表面的外径。

在某些实施例中，可组合图2a与图2b的实施例，使得存在安置于压板的底表面上的主要加热元件210和至少一个嵌入于压板中的主要加热元件211。换句话说，主要加热元件210、211的放置以及数目不受本揭露内容限制。

在这些实施例中的每一者中，边缘加热器220安置于侧壁201上。边缘加热器220可为贴附到侧壁201的薄膜，如上所述。由于侧壁201为锥形，因此边缘加热器220形状可为截头圆锥形以匹配侧壁201的形状。在某些实施例中，边缘加热器220可贴附到侧壁201，例如，通过使用粘合剂。为了减小边缘加热器220暴露于离子束的可能性，可将保护性涂层安置在边缘加热器220上。举例来说，玻璃层可用以覆盖形成边缘加热器220的薄膜。当然，可使用其它材料来覆盖边缘加热器220。

边缘加热器220沿着侧壁201的放置满足若干用途。如上所述，压板中的热量从暴露于环境的那些表面辐射。因此，侧壁201为热量损失的来源。通过将边缘加热器220安置于侧壁201上，边缘加热器220可用以抵消归因于侧壁201的损失。此可帮助确保在全部压板上的温度更均匀。

图3a到图3b示出使用可为平的边缘加热器320的另一实施例。在图3a的实施例中，压板300的侧壁301具有锥形部分302，其类似于图2a到图2b中示出的部分。如先前，锥形部分302可与压板300的顶表面形成锐角，例如，约45°。然而，在此实施例中，侧壁301还具有凹口303。此凹口303创造侧壁301的水平部分，其平行于压板300的顶表面。此水平部分围绕全部压板300延伸且因此形成水平环圈部分304。垂直部分305也由凹口303创造。在某些实施例中，垂直部分305可并不完美地垂直。相反地，垂直部分305仅为将水平环圈部分304接合到压板300的底表面的表面。

如图3a中所示出，水平环圈部分304为距压板300的顶表面的距离“t”。此距离“t”可小于从主要加热元件210到压板300的顶表面的距离“t2”。在一些实施例中，距离“t”可为2mm到3mm，但其它距离也是可能的。相比之下，距离“t2”可为8mm到10mm。

距离“d”表示水平环圈部分304的内径。在某些实施例中，水平环圈部分304的内径可为约280mm，而压板300的直径可为约294mm。水平环圈部分304的外径可为约284mm到290mm。因此，水平环圈部分304可具有约3mm到4mm的宽度。

水平环圈部分304在压板300周围的创造允许边缘加热器320为平的环，如与图2a到2b的截头圆锥形形状相对。从制造、成本和组装的角度看来，此平环可为有利的。另外，水平环圈部分304的使用还创造平行于压板300的顶表面的表面，可将边缘加热器320安置于所述表面上。

如上所叙述，边缘加热器320可为包括薄膜的平环。如上所述，边缘加热器320可覆盖有保护性涂层以保护边缘加热器320不受离子束影响，保护性涂层例如为玻璃层。可使用粘合剂将边缘加热器320贴附到水平环圈部分304。在其它实施例中，边缘加热器320可通过热量或其它方式结合到水平环圈部分304。

由于边缘加热器320比主要加热元件210更靠近压板300的顶表面，边缘加热器320可能能够将更集中的热量提供到压板300以及工件30的外边缘。另外，由边缘加热器320产生的热量独立于由主要加热元件210产生的热量。因此，可跨压板300的顶表面达成更均匀的温度分布。

图3b示出具有水平环圈部分304的压板350的另一实施例。如同图3a，此实施例包括具有锥形部分302、水平环圈部分304以及垂直部分305的侧壁301，其中边缘加热器320安置于水平环圈部分304上。此实施例与图3a不同处在于，主要加热元件211嵌入于压板350中。可使用关于图2b描述的技术嵌入主要加热元件211。在此实施例中，从主要加热元件211到压板300的顶表面的距离可为2mm到8mm，其标注为“t2”，而从边缘加热器320到压板300的顶表面的距离可为1mm到7mm，其标注为“t”。在某些实施例中，主要加热元件211可在底表面上方1mm，而边缘加热器320安置于更靠近顶表面的位置处。

图3a到图3b的实施例修改压板的形状以在压板的下侧上创造水平环圈部分304。此水平环圈部分304可平行于顶表面。在两个实施例中，压板的侧壁301可包含从顶表面延伸到水平环圈部分304的锥形部分302、水平环圈部分304以及从水平环圈部分304延伸到压板的底表面的垂直部分305。如上所叙述，垂直部分305可并不垂直，而相反地，仅为在水平环圈部分304与压板的底表面之间延伸的表面。

图4a到图4b示出另一实施例。在此实施例中，不同于先前实施例，边缘加热器420嵌入于压板400中，而非贴附到压板400。在图4a中，如同图2a以及图3a的实施例，主要加热元件210可安置于压板400的底表面上。压板400可具有可为约8mm的厚度“t2”。如上，压板400可具有为锥形的侧壁401。

在图4a的实施例中，边缘加热器420嵌入于压板400中。此可通过从两个水平部分制造压板400来达成。举例来说，压板400可包括陶瓷材料。可接着将边缘加热器420放置于两个水平陶瓷部分之间。可接着烧制组合件，从而将边缘加热器420囊封于压板400中。边缘加热器420可为平环，类似于图3a中示出的平环。到边缘加热器420的电连接可穿过压板400到环境，在环境中，其连接到控制器40。如同图3a的实施例，边缘加热器420可安置于压板400的顶表面下方一段距离“t”处，其中距离“t”可为约1mm到7mm。另外，距离“d”可为边缘加热器420的内径且可为约280mm，而压板400的直径可为约294mm。边缘加热器420可具有约1mm到4mm的宽度。

图4b示出图4a的实施例的变化，其中主要加热元件211也嵌入于压板450中。从主要加热元件211到压板450的顶表面的距离可为2mm到8mm，其标注为“t2”，而从边缘加热器420到压板450的顶表面的距离可为1mm到7mm，其标注为“t”。

图4b的压板450的制造可比先前实施例复杂。压板可由三个水平部分制成：顶部部分、中间部分以及底部部分。边缘加热器420安置于顶部部分与中间部分之间，而主要加热元件211安置于中间部分与底部部分之间。可接着烧制包含三个陶瓷部分的全部组合件，于陶瓷部分中主要加热元件211以及边缘加热器420安置于其间，从而将主要加热元件211以及边缘加热器420囊封于压板450中。

图3a到图3b以及图4a到图4b示出与主要加热元件210处于不同水平面中的边缘加热器的使用。具体来说，主要加热元件、边缘加热器以及压板的顶表面可都形成并行平面。其中安置边缘加热器的平面与顶表面之间的距离可小于其中安置主要加热元件的平面与顶表面之间的距离。换句话说，在这些实施例中的边缘加热器可比主要加热元件更靠近压板的顶表面安置。通过将边缘加热器更靠近顶表面安置，边缘加热器可更好地调节沿着外边缘的压板的温度。此处描述的将边缘加热器与主要加热元件安置在不同平面中的配置可以若干方式达成。举例来说，主要加热元件210可安置于压板的底表面上(见图3a以及图4a)或主要加热元件211可安置于压板内(见图3b以及图4b)。边缘加热器320可安置于压板的外表面上，例如，水平环圈部分304上(见图3a以及图3b)，或可安置于压板内(见图4a以及图4b)。

虽然图3a到图3b以及图4a到图4b示出为环形的单一边缘加热器，但其它实施例是可能的。举例来说，可利用多个边缘加热器。在某些实施例中，最靠近压板的外圆周的边缘加热器可最靠近顶表面，其中每一连续边缘加热器距那个顶表面更远地安置。

图5示出图3b的实施例的变化，其包含安置于压板500内的主要加热元件211。在此实施例中，压板500具有多个凹口，其中的每一者创造水平环圈部分。压板500的侧壁501可具有锥形部分502。侧壁501可具有第一凹口503，其创造第一水平环圈部分504以及第一垂直墙壁505。另外，侧壁501可具有第二凹口506，其创造第二水平环圈部分507以及第二垂直墙壁508。第二垂直墙壁508在第二水平环圈部分507与压板500的底表面之间延伸。当然，也可包含创造额外水平环圈部分的额外凹口。安置于第一水平环圈部分504上的可为第一边缘加热器520。安置于第二水平环圈部分507上的可为第二边缘加热器525。如上所指出，更靠近压板500的外边缘的第一水平环圈部分504比第二水平环圈部分507更靠近顶表面安置，第二水平环圈部分507在距压板500的外边缘更远处安置。如果存在额外水平环圈部分，那么每一者将比其邻近的邻居稍微远离顶表面。举例来说，第一水平环圈部分504可安置在顶表面下方1mm到2mm处，而第二水平环圈部分507可安置在压板500的顶表面下方3mm到4mm处。每一边缘加热器520、525可在3mm到10mm宽之间。

另外，虽然未示出，但也可使用具有多个凹口以及安置在压板500的底表面上的主要加热元件210的图3a的类似变化。如上所述，此实施例可具有两个或两个以上水平环圈部分，其中边缘加热器安置在这些水平环圈部分中的每一者上。

图6示出图4b的变化，其具有多个嵌入的边缘加热器。在此实施例中，边缘加热器620、621、622都嵌入于压板600中。如上所述，最靠近压板600的外边缘安置的边缘加热器620可最靠近压板的顶表面安置。因为边缘加热器距外边缘较远，所以边缘加热器与顶表面之间的距离增大，如图6中所示出，其中边缘加热器620最靠近压板600的顶表面安置，且距外边缘最远的边缘加热器622距压板600的顶表面最远地安置。举例来说，边缘加热器620可远离顶表面1mm到2mm，而边缘加热器622可远离压板600的顶表面5mm到6mm。另外，主要加热元件211也可安置在压板600中。可以在图4b的实施例中描述的方式制造此压板600，其中压板600具有较大数目个水平部分。虽然示出了三个边缘加热器620、621、622，但任何数目个边缘加热器可嵌入于压板600中。

另外，也可使用具有多个嵌入的边缘加热器且其中主要加热元件210安置于压板的底表面上的图4a的变化。

图7示出类似于图2b中示出的实施例的另一实施例。在此实施例中，边缘加热器720按可平行于锥形侧壁701的角度安置。因此，如同图2a到图2b中示出的实施例，边缘加热器720可形状为截头圆锥形。然而，不同于图2b的实施例，边缘加热器720嵌入于压板700中。在此实施例中，主要加热元件211安置于压板700中。然而，在另一实施例中，主要加热元件可贴附到压板700的底表面，如图2a中所示出。为了制造此配置，可使用三片或三片以上陶瓷。加热器材料夹在那些陶瓷片之间。接着为共烧制工艺，其将导致具有嵌入的加热元件的单一压板。

另外，在某些实施例中，可使用额外加热元件在边缘加热器与主要加热元件210之间桥接以减小压板中的热应力。

图8示出可使用本系统达成的温度均匀性的增进。具体来说，此图示出如与图3a中示出的系统相比的传统压板的温度分布。如可看出，在外边缘处的温度下降因图3a的系统而大大地减小。举例来说，传统压板的温度梯度可多达8％。图3a的系统展现小于2％的温度梯度。

在本申请案中以上描述的实施例可具有许多优势。举例来说，通过引入边缘加热器，可增进贯穿全部压板的温度均匀性。此增进的温度均匀性可减小压板内的热应力，从而延长其寿命且减少故障。另外，增进的温度均匀性可具有半导体装置良品率的正面影响，因为工件30可被更一贯地加热。另外，分开的边缘加热器的使用允许压板的外边缘的独立电流控制。因此，用以加热压板的主要部分的电流的量不影响可用以加热外边缘的电流的量。这也可允许更均匀地加热工件30。

本揭露内容的范围不应受本文中所描述的具体实施例限制。实际上，除本文中所描述的那些实施例和修改外，所属领域的一般技术人员从前述描述和附图将显而易见本揭露内容的其它各种实施例和对本揭露内容的修改。因此，这些其它实施例和修改希望属于本揭露内容的范围。此外，尽管已出于特定目的在特定环境下的特定实施方案的情况下描述了本揭露内容，但所属领域的一般技术人员将认识到其有用性并不限于此，并且出于任何数目个目的，本揭露内容可有益地在任何数目个环境中实施。因此，应鉴于如本文所描述的本揭露内容的充分广度和精神来解释上文阐述的权利要求。