專利名稱：具有徑向溫度控制能力的靜電卡盤的制作方法
具有徑向溫度控制能力的靜電卡盤背景技術半導體晶片("晶片")制造通常包括將晶片暴露于等離子體， 以允許等離子體反應性成分修整晶片表面，例如從晶片表面未受保5 護的區(qū)域去除材料。由等離子體制造過程得到的晶片特性取決于工 藝條件，包括等離子體特性和晶片溫度。例如，在某些等離子體處 理中，晶片表面上的臨界尺寸(即特征寬度)隨晶片溫度的每才聶氏 溫度變化約一納米。應當理解，其他方面相同晶片制造處理工藝之 間的晶片溫度差異將導致不同的晶片表面特性。因此，在等離子體 10 處理過程中，晶片溫度的變化可導致不同晶片間處理結果的偏離。 另外，中心到邊緣的晶片溫度變化可不利地影響每個晶片上的模片產量。晶片制造中總的目的是最優(yōu)化每個晶片上的模片產量，并以盡 可能完全相同的方式制造同一類型的各個晶片。為達到這些目的， 15 有必要控制影響橫貫單個晶片以及同一類型不同晶片間等離子體 處理特性的制造參數(shù)。因為等離子體成分反應性是與溫度成比例 的，所以晶片溫度對橫貫晶片及不同晶片當中的等離子體處理結果 影響顯著。因此，始終存在對于改進等離子體制造處理過程中晶片 溫度控制的需要。20 發(fā)明內容在一個實施方式中，披露了一種用于當基片暴露于等離子體時 控制橫貫基片的徑向溫度分布的靜電卡盤。該靜電卡盤包括支撐元件，其具有底部表面和頂部表面。該支撐元件的頂部表面配置為支 撐該基片。該靜電卡盤還包括基板，其設置在該支撐元件下方并與 該支撐元件隔開。該基板包括多個環(huán)形槽，該多個環(huán)形槽的每個由內壁、外壁和底部表面限定。多個隔熱環(huán)形區(qū)i或隔離4牛(partition) 5 分別設置于該基^反的多個環(huán)形槽內。各該環(huán)形區(qū)域隔離件具有以密 封方式連接到該支撐元件底部表面的頂部表面。并且，各該環(huán)形區(qū) 域隔離件具有以密封方式連4妄到該環(huán)形槽底部表面的底部表面，該 環(huán)形區(qū)域隔離件i殳置于該環(huán)形槽內。該基板和該支撐元件之間的隔 開關系與該環(huán)形區(qū)域隔離件相結合，以在該靜電卡盤內限定多個徑 10 向配置的獨立可4空的氣體容積。在另一個實施方式中，披露了另一種用于當基片暴露于等離子 體時控制橫貫基片的徑向溫度分布的靜電卡盤。該靜電卡盤包括支 撐元件，其具有配置為支撐該基片的頂部表面。該支撐元件還包括 平面區(qū)域和多個環(huán)形翼片結構。該平面區(qū)域限定在配置為支撐該基15 片的該頂部表面和底部表面之間。各該環(huán)形翼片結構從該支4掌元4牛 平面區(qū)域的底部表面垂直延伸。該靜電卡盤進一步包括基^反，其i殳 置在該支撐元件下方，并與該支撐元件為隔開關系。該基板包括多 個環(huán)形槽。各該環(huán)形槽由內壁、外壁和底部表面限定。若干該環(huán)形 槽限定為容納該支撐元件的環(huán)形翼片結構。該靜電卡盤還包括若干20 隔熱環(huán)形區(qū)域隔離件，其分別設置于一些未限定為容納該環(huán)形翼片 結構的該基4反環(huán)形槽內。各該環(huán)形區(qū)域隔離件具有以密封方式連4妄 到該支撐元件平面區(qū)域的底部表面的頂部表面。并且，各該環(huán)形區(qū) 域隔離件具有以密封方式連4妾到該環(huán)形槽底部表面的底部表面，該 環(huán)形區(qū)域隔離件i殳置于該環(huán)形槽內。該基^反和該支撐元件之間的隔25 開關系與該環(huán)形區(qū)域隔離件相結合，以在該靜電卡盤中限定若干徑 向配置的獨立可控的氣體容積。在另一個實施方式中，披露了一種用于當基片暴露于等離子體 時控制橫貫基片的徑向溫度分布的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括靜電卡盤、氣 體供應系統(tǒng)和計算平臺。該靜電卡盤限定為包括多個獨立可控的氣 體容積。該獨立可控的氣體容積限定在相對于該靜電卡盤的頂部表5 面的徑向構造中，該基片將支撐在該頂部表面上。該氣體供應系統(tǒng) 與每個獨立可控的氣體容積流體連通。該氣體供應系統(tǒng)限定為控制 每個獨立可控的氣體容積內的氣體壓力。在特定的獨立可控的氣體 容積內的氣體壓力影響通過該特定獨立可控的氣體容積的熱傳導 率。該計算平臺限定為監(jiān)測每個獨立可控的氣體容積內的氣體壓 10 力。響應每個獨立可控的氣體容積內的監(jiān)測氣體壓力，該計算平臺 限定為控制該氣體供應系統(tǒng)，從而保持橫貫該基片的規(guī)定的徑向溫 度分布，該基片將被該靜電卡盤支撐。從下面結合附圖、作為本發(fā)明示例說明的詳細描述，本發(fā)明的 其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見。15 附圖"i兌明
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，用于半導體晶片處理的 等離子體室的概括表示；圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，ESC的垂直截面視圖；圖2B示出了如先前才艮據(jù)圖2A所述的區(qū)域2的》文大^L圖； 20 圖3A示出了根椐本發(fā)明另一個實施方式，ESC的垂直截面視圖，其用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫該基片的徑向溫度分 布；圖3B示出了才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，金屬元件和徑向溫 度控制區(qū)域內基板之間的分界面的放大視圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，用于當基片暴露于等 離子體時控制橫貫基片的徑向溫度分布的系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
在以下描述中，闡述許多具體的細節(jié)以提供對本發(fā)明更透徹的 理解。但是，對于本領域的技術人員，顯然，可不利用這些具體細節(jié)的某些或全部而實施本發(fā)明。另外，7>知的工藝#:作沒有詳細描 述，以避免不必要地混淆本發(fā)明。10 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，用于半導體晶片(此后"基片")處理的等離子體室100的相克括表示。室100由周圍的 壁101、頂部102、和底部104限定?？ūP103 "i殳置于室100內， 以把持暴露于室100內產生的等離子體107的基片105。在一個實 施方式中，卡盤103限定為靜電卡盤(ESC)，其能夠帶電以將基片 15 105夾在ESC103。在一個實施方式中，線圏109限定在該室上方， 以提供用于在室內部容積內產生等離子體107的能量。在運行期間，反應氣體經(jīng)過室IOO從氣體導入端口 (未示出) 流到4非氣端口 (未示出)。然后/人功率源(未示出)向線圏109施 力口高頻功率(例如，RF功率)以產生流過線圈109的RF流。流過 20 線圏109的RF流在該線圈109附近產生電》茲場。該電》茲場產生該 蝕刻室100內部容積內的感應電流。該感應電流作用在反應氣體上 以產生等離子體107。在蝕刻處理過程中，線圏109執(zhí)行的功能類 似于變壓器中主線圏的功能，而等離子體107執(zhí)行的功能類似于變 壓器中次級線圈的功能。盡管室IOO描述為電感耦合等離子體室，但應當理解，此處表述的ESC 103的實施方式適用于任何類型的等 離子體處理室。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，ESC 103A的垂直橫 截面視圖。ESC 103A限定為當基片暴露于等離子體時控制橫貫基 5 片105的徑向溫度分布。如以下將進一步詳細描述的，ESC 103A 包4舌若干獨立可控的氣體體積，其每個限定為相對ESC 103A的頂 部表面的徑向構造，基片105支撐在該頂部表面上。各該獨立可控 的氣體容積包括各自的生熱源。在基片105暴露于該等離子體過程 中，控制各獨立可控的氣體容積內的氣體壓力和生熱以影響經(jīng)過 10ESC 103A的熱傳導從而得到橫貫基片105的規(guī)定的徑向溫度分布。ESC 103A包括具有底部表面201A和頂部表面201B的支撐元 件201。在一個實施方式中，支撐元件201具有約1毫米(mm )的頂部到底部表面厚度。但是，應當理解，在其它實施方式中，支撐 元件201可限定為具有基本上任何厚度，只要該厚度適合如熱傳遞15的工藝要求。例如，在另一個實施方式中，支撐元件201可具有約 lcm的厚度。此處的用語"約，，指給定值的正或負百分之十內。支 撐元件201的頂部表面201B配置為在暴露于等離子體過程中支撐 基片105。在不同的實施方式中，支撐元件201可限定為陶瓷層、 其上涂覆有等離子體濺射陶資的基底材料、聚酰亞胺材料或聚酰亞20胺/金屬疊層。在又一個實施方式中，支撐元件201限定為包括第一 材料的上層和第二材料的下層。例如，該上層可由陶瓷材料形成， 并且該下層可由金屬(例如鋁)形成。另外，該支撐元件201的上 和下層可經(jīng)過積4成裝置或通過4吏用導熱粘結劑而相互熱連4妄。應當 理解，支撐元件201可由基本上任何材料或材料組合形成，這些材25料與基片105相容并且在暴露于等離子體過程中能夠支撐基片105, 同時提供合適的熱傳遞性能。在圖2A的實施方式中，ESC 103A^f吏用電場力將基片105吸引 至支撐元件201的頂部表面201B,并在等離子體處理過程中把持 基片105。但是，應當理解，此處關于ESC 103A描述的徑向溫度 控制能力也可在其它類型的卡盤內實現(xiàn)，這些類型的卡盤不必使用 5 電場力來卡緊基片105。例如，關于ESC 103A描述的徑向溫度控 制能力也可在等離子體處理過程中使用機械力把持基片105的卡盤 內實現(xiàn)。ESC 103A還包括基板205，設于支撐元件201下并且在基片 105下的區(qū)域內與支撐元件201隔開。在一個實施方式中，基板限10定為具有約15英寸的直徑以及約2英寸的頂部到底部厚度。但是， 應當理解，在其它實施方式中，基板205可限定為具有不同的尺寸。 在一個實施方式中，基板205由高導熱率材料(例如，鋁)形成， 并且包括若千冷卻通道213,從而基板205起到散熱片的作用。在 一個實施方式中，液態(tài)冷卻劑(如水)流過冷卻通道213以乂人ESC15 103A去除熱量。但是，應當理解，在其它實施方式中，也可使用 其它類型的冷卻劑，只要該具體類型的冷卻劑可與ESC 103A材料 化學上相容?；?05包括若干環(huán)形槽。各該環(huán)形槽由內壁、外壁和底部表 面限定。另外，各該環(huán)形槽限定為基本上以ESC 103A的垂直中心 20 線為中心。例如，圖2A中示例性的ESC 103A示出了四個環(huán)形槽。 環(huán)形槽的內壁由表面209A、 209D、 209G和209J限定。環(huán)形槽的 外壁由表面209B、 209E、 209H和209K限定。環(huán)形槽的底部表面 由表面209C、 209F、 2091和209L卩艮定。多個隔熱環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D分別設置于基板205的環(huán) 25形槽內。各該環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D具有以密封方式連接到支 撐元件201底部表面203A的頂部表面。并且，各該環(huán)形區(qū)域隔離 件207A-207D具有以密封方式連接到環(huán)形槽底部表面(209C、209F、2091、 209L )的底4p表面，主不形區(qū)i或隔離ff 207A-207D i殳置于i亥玉不 形槽內。應當理解，各該環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D設置于其各自 的環(huán)形沖曹內，而不4妄觸環(huán)形沖曹的內壁(209A、 209D、 209G、 209J) 以及環(huán)形槽的外壁(209B、 209E、 209H、 209K )。因此，隔熱環(huán)形 5 區(qū)域隔離件207A-207D用于限制支撐元件201和基板205之間的固 體到固體的熱傳導。在 一 個實施方式中，環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D 由可粘合支撐元件201和基板205的塑料材料形成。在一個示例性的實施方式中，基^反205內環(huán)形槽的深度在/人約 0.5英寸延伸到約0.75英寸的范圍內。在該實施方式中，應當理解， 10 環(huán)形槽相對較深，從而該隔熱環(huán)形區(qū)域隔離件跨越從支撐元件201 到基板205的相對較大的垂直距離。因此，在該實施方式中，不大 可能會通過該低熱傳導率環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D在支撐元件 201和基4反205之間發(fā)生可感^p的量的熱傳導?；?05也包括外圍支撐結構206，支撐元件201以密封方式 15 設置在該外圍支撐結構206上。支撐結構206不僅提供對于支撐元 件201和基片105的結構支撐，并且還4吏該RF功率能夠乂人基板205 經(jīng)過支撐元件201流到基片105。在圖2A的實施方式中，支撐結 構206描述為基板205的延伸部分。但是，在其它實施方式中，支 撐結構206可由單獨的^[氐導熱率材料形成。例如，在一個實施方式 20中，支撐結構206可由涂覆有足夠厚RF傳導層的絕》彖材料形成。基板205和支撐元件201之間隔開的關系與連接在基板205和 支撐元件201之間的環(huán)形區(qū)i或隔離件207A-207D相結合用以形成 ESC 103A內的若干獨立可控的氣體容積225A-225E。更具體地， 各該獨立可控的氣體容積225A-225E限定于基才反205和支撐元件 25 201之間，由作為隔離分隔物的環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D間隔開。 ESC 103A還包括若干生熱源211A-211E,例如薄膜加熱器，分別 i殳置于該多個獨立可4空的氣體容積225A-225E內。各該生熱源211A-211E限定為與支撐元件201的底部表面203A相4妄觸并避免 與基板205相接觸。應當理解，各該獨立可控的氣體容積對應一個 ESC 103A內的徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域1-區(qū)域5 )。圖2B示出如先前才艮據(jù)圖2A描述的區(qū)域2的放大視圖。應當 5 理解，為圖2B中區(qū)域2提供的示例性描述可同樣地適用于如圖2A 描述的ESC 103A內6力其它徑向溫度控制區(qū)域。氣體區(qū)域2的氣體 容積225B示為由環(huán)形區(qū)i或隔離件207A和207B、支撐元件201和 基板205約束。在基板205內提供有氣體導管215以與氣體容積 225B流體連通。在等離子體處理過程中，可通過該氣體導管215 10 提供或排出氣體，如箭頭217所示，以在氣體容積225B內獲得指 定的氣體壓力。在生熱源211B和基板205由環(huán)形槽約束的部分之間存有近距 的(close-spaced)間隙223。更具體;也，間隙223限定為在生熱源 211B下面和對面的基板205水平表面之間的水平間隙。在一個實施 方式中，該間隙的垂直厚度在乂人約0.001英寸延伸到約0.003英寸 的范圍內。金屬層203和基板205之間大部分的熱傳遞經(jīng)過該生熱 源211B和跨過7jc平間隙223發(fā)生。應當理解，通過改變氣體容積 225B內的氣體壓力，可改變^夸過間隙223的熱傳導率。因此，氣 體容積225B內的氣體壓力可用來控制在對應氣體容積225B的徑向 溫度控制區(qū)域(區(qū)域2)附近通過ESC 103A的熱傳遞。因此，通 過將ESC 103A限定為包括多個獨立可控的氣體容積225A-225E， ESC 103A限定為具有多個獨立可控的徑向溫度控制區(qū)i或(區(qū)i或l-區(qū)域5)。盡管圖2A中的實施方式描述了 5個徑向溫度控制區(qū)域， 但應當理解，在其它實施方式中可實現(xiàn)不同數(shù)量的徑向溫度控制區(qū)域。實現(xiàn)更多徑向溫度控制區(qū)域可提供更強的與控制橫貫基片105 的徑向溫度梯度有關的能力。通過在不同的徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5)內控制氣體 壓力以及由此控制熱傳導率，可從基片105中心到基片105邊緣建 立頭見定的徑向溫度梯度。在一個實施方式中，特定氣體容積 225A-225E內的氣體壓力可控制在從約10托延伸到約1大氣壓的 5 范圍內。在一個實施方式中，供應氦氣到不同的氣體容積225A-225E 中。但是，在其他實施方式中，可提供其他類型的氣體或氣體混合 物(例如，氮)到該不同的氣體容積225A-225E中。在又一個實施 方式中，可提供液體而不是氣體到不同的氣體容積225A-225E中。 另外，盡管本發(fā)明描述為具有徑向成形的溫度控制區(qū)域，但是應當 10 理解，在其它實施方式中，可將ESC 103A內不同的獨立可4空的氣 體容積限定為對應非徑向的幾何結構。例如，在其它的實施方式中， ESC 103A內的不同氣體容積可限定為六角狀分隔的結構或者扇形 分隔的結構。通過ESC 103A特定的徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5)的 15 熱傳遞不僅受該特定區(qū)域內該氣體的依賴于壓力的熱傳導率影響， 并且還受i殳置于該特定區(qū)i或內生熱源211A-211E熱車俞出的影響。更 具體地，各生熱源211A-211E可被獨立控制，以增強等離子體熱通 量，從而能夠產生從基片105到基板205通過ESC 103A的更強的 溫度梯度。應當理解，各生熱源211A-211E的熱輸出可以共同的方 20式增加或減少以調整處理窗的動態(tài)溫度范圍，而不改變由不同^圣向 溫度控制區(qū)域內的不同氣體壓力所限定的徑向溫度分布。另外，生 熱源211A-211E可基于溫度監(jiān)測反饋或規(guī)定的工藝制法而處于計算 才幾的控制下，以確保保持各區(qū)域內合適的溫度。例如，在一個實施 方式中，閉環(huán)反々貴控制用于控制兩個區(qū):^或內的生熱源，而另外三個 25區(qū)域內的生熱源基于計算被靜態(tài)地設定。不是在全部五個徑向區(qū)域 內都要求有監(jiān)測器，該特定的示例性實施方式僅在具有閉環(huán)反饋控 制的兩個徑向區(qū)域內要求監(jiān)測器。因此，該示例性實施方式節(jié)約了 在沒有閉環(huán)反饋控制的三個徑向區(qū)域內的與溫度監(jiān)測器相關聯(lián)的成本和空間。除了上述示例性實施方式之外，應當理解，可實現(xiàn)關 于生熱源控制的許多不同的方案，以滿足不同的工藝和系統(tǒng)要求。在一個實施方式中，存在于各徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域1-區(qū)域5)內的生熱源211A-211E可以是共同生熱源的一部分。在另一個 5 實施方式中，存在于各徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5)內的生 熱源211A-211E可以是獨立的。在該實施方式的一個變體中，各該 生熱源211A-211E限定為提供共同的熱輸出并被共同控制。在該實 施方式的另一個變體中，各該生熱源211A-211E限定為被獨立控制。 另夕卜，在圖2A-2B的實施方式中，生熱源211A-211E設置于氣體容 10 積225A-225E內，并與支撐元件201的底部表面203A相4妄觸。{旦 是，在另一個實施方式中，各生熱源211A-211E在覆蓋其各個徑向 溫度控制區(qū)域(區(qū)域1-區(qū)域5)的位置處可被嵌入到支撐元件201 內。應當理解，該生熱源配置的靈活性提供了補償不均一等離子體， 尤其是徑向方向不均一的等離子體的廣泛的能力。15 圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式ESC 103B的垂直截面視圖，其用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫基片105的徑 向溫度分布。ESC103B包括支撐元件301，其具有配置為支撐基片 105的頂部表面301B。應當理解，在材^l"組成和構造靈活性方面， 圖3A的支撐元件301與先前關于圖2A-2B所述的支撐元件201等20 同。支撐元件301包4舌平面區(qū)域303A和多個環(huán)形翼片結構303B。 支撐元件301的平面區(qū)域303A限定在頂部表面301B和底部表面 301A之間。該多個環(huán)形翼片結構303B的每個乂人該平面區(qū)i或303A 的底部表面301A垂直延伸。在一個實施方式中，平面區(qū)域303A 25 的頂部到底部表面厚度為約lmm。但是，應當理解，在其4也實施方 式中，平面區(qū)域303A的頂部到底部表面厚度可限定為具有基本上 任何厚度，只要該厚度適于例如熱傳遞的工藝要求。ESC 103B還包括設于支撐元件301下的基板305,并且該基板 305與支撐元件301在覆蓋基片105的區(qū)域為隔開關系。與基板205 相同，基板305由高導熱率材料形成并包括若干冷卻通道213，從 而基板305起到散熱片的作用。以與先前關于圖2A-2B所描述的基 5 板205類似的方式，基板305包括若干環(huán)形槽。各內部環(huán)形槽由內 壁、外壁和底部表面限定。該外部環(huán)形槽由內壁和底部表面限定。 該若干環(huán)形槽限定為容納金屬元件303的環(huán)形翼片結構303B。另 夕卜，若干環(huán)形槽限定為容納隔熱區(qū)域隔離件。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，徑向溫度控制區(qū)域 10 (區(qū)域l-區(qū)域5)內，支撐元件301和基板305之間的分界面的放 大一見圖。用于容納環(huán)形翼片結構303B的環(huán)形槽由各自的內壁 (309D、 309G、 309J)、各自的夕卜壁(309E、 309H、 309K)和各 自的底部表面(309F、 3091、 309L)限定。以類似的方式，各環(huán)形 翼片結構303B由各自的內部表面、各自的外部表面和各自的底部 15表面限定?；?05和支撐元件301之間的隔開關系形成在該環(huán)形 槽內壁和由該環(huán)形槽容納的環(huán)形翼片結構內部表面之間的第 一 間 隙323A?；?05和支撐元件301之間的隔開關系還形成在該環(huán) 形槽外壁和由該環(huán)形槽容納的環(huán)形翼片結構外部表面之間的第二 間隙323B。在一個實施方式中，各該第一和第二間隙323A和323B 20的厚度在乂人約0.001英寸延伸到約0.003英寸的范圍內。在一個實施方式中，可精確地機械加工支撐元件301和基板 305。在該實施方式中，標定點(index point)的4吏用僅j尋環(huán)形翼片 結構303B能夠精確定位在基板305內它們各自的環(huán)形槽中。另夕卜， 應當理解，在特定環(huán)形翼片結構303B相對側上的間隙厚度323A和 25 323B的補償變化將會使從特定環(huán)形翼片結構303B到基板305的凈 導熱率大體上不受間隙323A和323B厚度變化的影響?；?05和支撐元件301之間的隔開關系形成在基板305和支 撐元件301平面區(qū)域303A的底部表面301A之間的第三間隙327。 基并反305和支撐元件301之間的隔開關系還形成在環(huán)形翼片結構 303B的底部表面和基板305之間的第四間隙329。因為熱傳遞主要 5 分別發(fā)生在環(huán)形翼片結構303B的內部和外部表面以及環(huán)形槽的內 壁和外壁之間，因此間隙327和329的厚度并非關鍵。因此，間隙 327和329的厚度可以制造成相對較大，以確保支撐元件301在ESC 103B裝配期間不^姿觸基^反305。ESC 103B還包括若干隔熱環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D，其分 10 別i殳置于該基4反305中未限定為容納環(huán)形翼片結構303B的若干環(huán) 形槽內。各環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D具有以密封方式連接到支撐 元件301平面區(qū)i或303A的底部表面301A的頂部表面。另夕卜，各 環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D具有以密封方式連接到該環(huán)形槽底部 表面的底部表面，環(huán)形區(qū)i或隔離ff 207A-207D i殳置于該環(huán)形槽內。 15 另夕卜，各環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D設置于其各自的環(huán)形槽內，而 不4妄觸該環(huán)形槽的內壁或外壁?；?05和支撐元件301之間的隔開關系與連接在基板305和 支撐元件301之間的環(huán)形區(qū)域隔離件207A-207D相結合，以在ESC 103B內限定多個獨立可控的氣體容積。例如，圖3B示出了限定在20 基板305和支撐元件301之間的獨立可控的氣體容積325，并由用 作隔離分隔件的環(huán)形區(qū)域隔離件207分開。應當理解，各該獨立可 控的氣體容積對應ESC 103B內的徑向溫度分布區(qū)域(區(qū)域1-區(qū)域 5)。通過在不同的徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5)內部控制氣 體壓力以及由此控制熱傳導率，可從基片105中心到基片105邊緣25建立規(guī)定的徑向溫度梯度。與圖2A-2B中ESC 103A—樣，ESC 103B 的不同實施方式可實現(xiàn)不同婆史量的徑向溫度控制區(qū)i成或不同幾 <可結構的溫度控制區(qū)域。另外，與ESC103A—樣，ESC103B的不同實施方式可提供氦氣、氮氣或其他類型的氣體/氣體混合物到各徑向 溫度控制區(qū)域內的氣體容積。ESC 103B還包4舌若干生熱源311，例如薄膜加熱器，其分別i殳 置于若干獨立可控的氣體容積內。在一個實施方式中，各該生熱源 5311與鄰近的環(huán)形翼片303B之間的支撐元件301平面區(qū)域303A的 底部表面301A接觸。各生熱源311限定為避免與基板305相接觸。 在一個實施方式中，存在于各徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5) 內的生熱源311可以是共同生熱源的一部分。在另一個實施方式中， 存在于各徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)i或l-區(qū)域5)內的生熱源311可以 10是獨立的。在該實施方式的一個變體中，各該生熱源311限定為提 供共同的熱輸出并被共同控制。在該實施方式的另一個變體中，各 該生熱源311限定為^皮獨立地控制。另外，在另一個實施方式中， 各生熱源311可在覆蓋其各自環(huán)形溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5) 的位置處被嵌入到支撐元件301內。15 和圖2A-2B中ESC 103A —樣，通過ESC 103B特定的徑向溫度控制區(qū)域(區(qū)域l-區(qū)域5)的熱傳遞不僅受該特定區(qū)域內該氣體 的依賴于壓力的熱傳導率影響，并且還受設于特定區(qū)域內生熱源 311的熱輸出影響。通過在ESC 103B的不同徑向溫度控制區(qū)域(區(qū) 域l-區(qū)域5)內控制氣體壓力以及由此控制熱傳導率，可從基片10520 的中心到基片105的邊緣建立規(guī)定的徑向溫度梯度。在一個實施方 式中，ESC103B特定氣體容積內的氣體壓力可控制在從約10托延 伸到約l大氣壓的范圍內。另夕卜，各生熱源311的熱^T出可以共同 的方式增力?；驕p少，以調整處理窗的動態(tài)溫度范圍，而不改變由不 同徑向溫度控制區(qū)域內不同氣體壓力所限定的徑向溫度分布。25 出于多個原因，例如等離子體反應物消耗，在等離子體處理過程中，在基片邊緣附近往往具有更少的等離子體反應物。結果，橫 向蝕刻率在該基片中心和該基片邊緣之間變化。橫向蝕刻率對得到的橫貫晶片的臨界尺寸具有直接影響。該由本發(fā)明的ESC提供的多 個徑向溫度控制區(qū)域能力能夠通過控制橫貫該晶片的徑向溫度分 布來補償橫貫該基片的橫向蝕刻率變化。例如，本發(fā)明的ESC可產 生晶片徑向溫度分布，作為主要目標為臨界(即橫向)尺寸控制的 5 工藝調整手段。因此，由本發(fā)明的ESC提供的多個徑向溫度區(qū)域分 布能力能夠更好地適合于臨界尺寸偏移補償數(shù)據(jù)，尤其在該基片邊 緣。因為可快速調整ESC特定徑向溫度區(qū)域內的氣體壓力，所以可 快速調整通過該特定徑向溫度區(qū)域的熱傳導率。結果，ESC能夠實10 時控制橫貫基片徑向溫度分布。例如，通過改變不同徑向區(qū)域內的 氣體壓力，基片溫度可變化高達4'C/秒。該快速的溫度變化率可減 少在步驟之間的溫度分布必須變化的情況中處理步驟之間的溫度 調整時間，這可提高基片產量。本發(fā)明的ESC也使得中心到邊緣的 基片溫度梯度能夠超過30。C。另外，存在于ESC內的生熱源使總體15 溫度分布能夠變化超過40。C。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，用于當基片暴露于等 離子體時控制橫貫基片的徑向溫度分布的系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包 ^舌等離子體處理室IOO，其具有這里才是出的ESC 103A或ESC 103B。 為便于討論，在該說明書的剩余部分中使用的詞語"ESC"同等地 20 指ESC 103A或ESC 103B。ESC限定為包括若干獨立可控的氣體容 積。在一個實施方式中，在相對ESC的頂部表面的徑向構造中限定 這些氣體容積，在該ESC上將支撐基片105。該系統(tǒng)還包括氣體供應系統(tǒng)401，其與該多個獨立可控的氣體 容積的每個流體連通，如箭頭413所示。氣體供應系統(tǒng)401限定為 25調節(jié)ESC內各該獨立可4空氣體容積內的氣體壓力。^口先前所"i寸"i侖 的，ESC特定的獨立可控氣體容積內的氣體壓力影響通過該特定獨 立可控的氣體容積的熱傳導率。并且，如先前所討i侖的，ESC包括-多個分別設在各獨立可控的氣體容積內的生熱源。另夕卜，ESC的一 種或多種獨立可控的氣體容積可包括溫度傳感器和/或壓力傳感器。該系統(tǒng)進一步包括計算平臺403，其限定為監(jiān)測在ESC的一個 或多個獨立可控的氣體容積內的溫度和氣體壓力，如分別由箭頭 5 405和407所示。響應ESC的獨立可控的氣體容積內的監(jiān)測溫度和 氣體壓力，該計算平臺限定為根據(jù)需要為該獨立可控氣體容積計算 生熱源和氣體壓力調整以保持橫貫基片105的規(guī)定的徑向溫度分 布。然后，該計算平臺403向ESC發(fā)送適當?shù)纳鸁嵩纯刂菩盘?，?箭頭409所示。同樣地，計算平臺403發(fā)送合適的氣體壓力控制信 10 號到氣體供應系統(tǒng)401,如箭頭411所示。作為響應，該氣體供應 系統(tǒng)401確{呆只于ESC的獨立可4空氣體容積內氣體壓力的正確;也調 整。盡管本發(fā)明已才艮據(jù)多個實施方式進4亍了描述，^旦容易理解，本 領域的4支術人員通過閱讀前述i兌明書以及學習附圖能夠實現(xiàn)多種 15改變、增加、置換及等同方式。因此，本發(fā)明意在包括所有落入本 發(fā)明主旨和范圍內的這樣的改變、增加、置換及等同方式。
權利要求
1.一種用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫基片的徑向溫度分布的靜電卡盤，其包括支撐元件，其具有底部表面和頂部表面，所述支撐元件的頂部表面被配置為支撐所述基片；基板，其設置在所述支撐元件下方，并與所述支撐元件為隔開關系，所述基板包括多個環(huán)形槽，所述多個環(huán)形槽中的每個由內壁、外壁和底部表面限定；以及多個隔熱環(huán)形區(qū)域隔離件，其分別設置于所述基板的所述多個環(huán)形槽內，所述多個環(huán)形區(qū)域隔離件中的每個具有以密封方式連接到所述支撐元件的底部表面的頂部表面，所述多個環(huán)形區(qū)域隔離件中的每個具有以密封方式連接到所述環(huán)形槽的底部表面的底部表面，所述環(huán)形區(qū)域隔離件設置于所述環(huán)形槽內；其中，由所述基板和所述支撐元件之間的所述隔開關系以及連接在所述基板和所述支撐元件之間的所述多個環(huán)形區(qū)域隔離件限定多個獨立可控的氣體容積。
2. 根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中，所述多個環(huán)形區(qū)域隔 離件的每個設置于其各自的環(huán)形槽內，而不接觸所述環(huán)形槽的 內壁或所述環(huán)形槽的外壁。
3. 根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中，所述基板由高導熱率 材料形成，并且包括多個冷卻通道，從而所述基板起到散熱片 的作用。
4. 根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，進一步包括多個薄膜加熱器，其分別設置在所述多個獨立可控的氣 體容積內，并且與所述支撐元件的底部表面4妄觸。
5. 根據(jù)權利要求4所述的靜電卡盤，其中，在所述多個薄膜加熱 器中的每個以及由一個或多個所述環(huán)形槽約束的所述基板的一部分之間存在間隙，所述間隙的垂直厚度在從約0.001英寸 延伸到約0.003英寸之間的范圍內。
6. 根據(jù)權利要求4所述的靜電卡盤，其中，所述多個薄膜加熱器 中的每個限定為基于閉環(huán)反饋或^L定的工藝制法而^皮獨立地 控制。
7. 根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，進一步包括多個氣體導管，限定于所述基板內，以與所述多個獨立 可控氣體容積中的各個氣體容積流體連通。
8. —種用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫基片的徑向溫度 分布的靜電卡盤，包括支撐元件，其具有配置為支撐所述基片的頂部表面，所 述支撐元件具有平面區(qū)域和多個環(huán)形翼片結構，所述平面區(qū)域 限定在配置為支撐所述基片的所述頂部表面和底部表面之間， 所述多個環(huán)形翼片結構的每個從所述平面區(qū)域的底部表面垂 直延伸；基板，其設置在所述支撐元件下方，并與所述支撐元件 為隔開關系，所述基板包括多個環(huán)形槽，所述多個環(huán)形槽的每 個由內壁、外壁和底部表面限定，其中，所述多個環(huán)形槽中的 一些限定為容納所述支撐元件的所述多個環(huán)形翼片結構；以及權利要求書 別:沒置于所述基^反的所 述多個環(huán)形槽的一些內，這些環(huán)形槽未限定為容納所述多個環(huán) 形翼片結構，所述多個環(huán)形區(qū)域隔離件的每個具有以密封方式 連接到所述支撐元件的平面區(qū)域的底部表面的頂部表面，所述 多個環(huán)形區(qū)域隔離件的每個具有以密封方式連接到所述環(huán)形槽的底部表面的底部表面，所述環(huán)形區(qū)域隔離件設置于所述環(huán)形槽內；其中，由所述基板和所述支撐元件之間的所述隔開關系 以及連4妄在所述基才反和所述支撐元件之間的所述多個環(huán)形區(qū) 域隔離件限定多個獨立可控的氣體容積。
9. 根據(jù)權利要求8所述的靜電卡盤，其中，所述多個環(huán)形區(qū)域隔 離件中的每個設置于其各自的環(huán)形槽內，而不接觸所述環(huán)形槽的內壁或外壁，并且其中，所述多個環(huán)形翼片結構中的每個容 納于其各自的環(huán)形槽內，而不4妄觸所述環(huán)形槽的內壁、外壁或 底部表面。
10. 根據(jù)權利要求8所述的靜電卡盤，其中，所述基板由高導熱率 材泮+形成，并且包括多個冷卻通道，乂人而所述基外反起到散熱片 的作用。
11. 根據(jù)權利要求8所述的靜電卡盤，進一步包括多個薄膜加熱器，其分別設置在所述多個獨立可控的氣 體容積內，并且與在相鄰的環(huán)形翼片結構之間的所述支撐元件 的平面區(qū)域的底部表面相接觸，所述多個薄膜加熱器中的每個 限定為避免與所述基才反相接觸。
12. 根據(jù)權利要求11所述的靜電卡盤，其中，所述多個薄膜加熱 器中的每個限定為基于閉環(huán)反饋或規(guī)定的工藝制法而被獨立 地控制。
13. 根據(jù)權利要求8所述的靜電卡盤，其中，所述多個環(huán)形翼片結 構中的每個由內部表面、外部表面和底部表面限定，所述基才反 和所述支撐元件之間的隔開關系形成所述環(huán)形槽的內壁和由 所述環(huán)形槽容納的所述環(huán)形翼片結構的內部表面之間的第一 間隙，所述基4反和所述支撐元件之間的隔開關系形成所述環(huán)形 槽的外壁和由所述環(huán)形槽容納的所述環(huán)形翼片結構的外部表 面之間的第二間隙，所述第一間隙和所述第二間隙中的每個具 有在從約0.001英寸延伸到約0.003英寸的范圍內的厚度。
14. 根據(jù)權利要求8所述的靜電卡盤，進一步包括限定于所述基4反內的多個氣體導管，與所述多個獨立可 控氣體容積中的各個氣體容積流體連通。
15. —種用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫基片的徑向溫度 分布的系統(tǒng)，包括靜電卡盤，其限定為包括多個獨立可控的氣體容積，所 述多個獨立可控的氣體容積限定在相對于所述靜電卡盤的頂 部表面的徑向構造中，所述基片將4皮支撐在所述頂部表面上；氣體供應系統(tǒng)，與所述多個獨立可4空的氣體容積的每個 流體連通，所述氣體供應系統(tǒng)限定為調節(jié)所述多個獨立可控的 氣體容積的每個內的氣體壓力，在特定的獨立可控的氣體容積內的氣體壓力影響通過所述特定獨立可控的氣體容積的熱導 率；以及計算平臺，其限定為監(jiān)測在所述多個獨立可控的氣體容 積的每個內的氣體壓力，所述計算平臺進一步限定為響應于所述多個獨立可控的氣體容積的每個內的所監(jiān)測的氣體壓力而 控制所述氣體供應系統(tǒng)，從而保持橫貫將被所述靜電卡盤支撐 的基片的失見定的徑向溫度分布。
16. 根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括多個生熱源，其分別設置于所述多個獨立可控的氣體容 積的每個內，其中，所述多個生熱源的每個限定為基于閉環(huán)反 々貴或失見定的工藝制法而#皮獨立地d空制。
17. 根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述靜電卡盤包括支撐 元件，其具有限定為支撐所述基片的頂部表面，所述靜電卡盤 進一步包括設置于所述支撐元件下方并與所述支撐元件為隔 開關系的基板，所述多個獨立可控的氣體容積限定在所述基板 和所述支撐元件之間。
18. 根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述多個獨立可控的氣 體容積中相鄰的那些由環(huán)狀的隔熱分隔件互相分開，所述隔熱 分隔件以密封的方式與所述支撐元件和所述基板連接。
19. 根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述環(huán)形的隔熱分隔件延伸，所述各自的環(huán)形槽大于所述環(huán)形的隔熱分隔件，從而所 述環(huán)形隔熱分隔件的內部表面和外部表面不4妄觸所述環(huán)形槽 內的所述基板。
20. 根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，在所述基板和所述支撐 元件之間的所述多個獨立可控的氣體容積的每個內，最短導熱 間P承保持在從約0.001英寸延伸至約0.003英寸的范圍內。
21. 根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述計算平臺限定為監(jiān) 測所述多個獨立可4空的氣體容積的一個或多個內的溫度，所述 計算平臺進一步限定為響應于所述一個或多個監(jiān)控的溫度而 控制所述生熱源，從而保持橫貫將被所述靜電卡盤支撐的所述 基片的規(guī)定的徑向溫度分布。
全文摘要
提供了一種靜電卡盤(“卡盤”)，用于當基片暴露于等離子體時控制橫貫基片的徑向溫度分布。該卡盤包括多個獨立可控的氣體容積，其每個限定在相對該卡盤的頂部表面的徑向構造中，基片將設于該頂部表面上。該卡盤包括支撐元件和基板。該基板設置在該支撐元件下方，并與該支撐元件為隔開關系。該氣體容積限定于該基板和該支撐元件之間，由環(huán)狀成形的隔熱分隔件隔開。各氣體容積可包括生熱源。可控制各氣體容積內的氣體壓力和生熱源以影響通過該卡盤的熱傳導，從而獲得橫貫該基片的規(guī)定的徑向溫度分布。
文檔編號H05B1/02GK101283624SQ200680037210
公開日2008年10月8日 申請日期2006年10月3日 優(yōu)先權日2005年10月6日
發(fā)明者羅伯特·J·斯蒂格 申請人:朗姆研究公司