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TWI399825B - 靜電夾盤組件 - Google Patents

靜電夾盤組件 Download PDF

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TWI399825B
TWI399825B TW097139227A TW97139227A TWI399825B TW I399825 B TWI399825 B TW I399825B TW 097139227 A TW097139227 A TW 097139227A TW 97139227 A TW97139227 A TW 97139227A TW I399825 B TWI399825 B TW I399825B
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TW
Taiwan
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electrostatic chuck
cooling passage
substrate
pattern
grooves
Prior art date
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TW097139227A
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English (en)
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TW200926349A (en
Inventor
Jr Douglas A Buchberger
Paul Brillhart
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of TW200926349A publication Critical patent/TW200926349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI399825B publication Critical patent/TWI399825B/zh

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Description

靜電夾盤組件
本發明之實施例大體上係關於一用在一蝕刻室中之靜電夾盤組件。
在積體電路之製造中，精確控制不同的製程參數對在一基板內部達到前後一致的結果，和由基板至基板之可再現的結果來說是必須的。在處理期間，溫度及跨基板之溫度梯度之變化對材料沈積、蝕刻速度、階梯覆蓋、特徵結構之錐角、及半導體裝置之其他參數可為有害的。
在某些處理應用中，一基板係在處理期間藉由一靜電夾盤而保持在一基板基座。靜電夾盤係藉由夾鉗、黏著劑、或緊固件耦合至基座之基底。夾盤可設有一嵌入式電加熱器，並流體耦合至一背側熱傳氣體源以在處理期間控制基板溫度。不過，習用的基板基座對控制跨基板直徑之基板溫度來說不具有足夠的機構。無力控制基板溫度之均勻性在單一基板內部及基板與基板間兩者之製程均勻性、裝置產量、及所處理的基板之總品質上具有不良影響。
因此，在此技術中存在有對一改善的靜電夾盤組件之需要。
本發明大體上包含一靜電夾盤基底、一靜電夾盤組件、及一用於靜電夾盤組件之定位盤。在一實施例中，一靜電夾盤基底包含：一靜電夾盤基底主體，其具有一或多個形成在該主體內部之冷卻通道、及複數個形成在至少一個該一或多個冷卻通道中之槽。
在另一實施例中，一用於一靜電夾盤組件之定位盤包含：一定位盤主體；及複數個臺面，其以至少兩個不同圖案跨該定位盤主體安排。
在另一實施例中，一靜電夾盤組件包含：一定位盤，該定位盤包含：一定位盤主體；及複數個臺面，其以至少兩個不同圖案跨該定位盤主體安排；及一靜電夾盤基底，其具有一靜電夾盤基底主體，其具有一或多個形成在該主體內部之冷卻通道、及複數個形成在至少一個該一或多個冷卻通道中之槽。
本發明大體上包含一靜電夾盤基底、一靜電夾盤組件、及一用於靜電夾盤組件之定位盤。在一電漿室內部精確蝕刻一基板可為挑戰，因為室內部之電漿可導致不均勻的跨基板溫度。一溫度梯度可跨基板存在，以致與基板中心相比，基板邊緣為一不同溫度。當基板溫度不均勻時，特徵結構可不均勻地蝕刻至配置在基板上方之結構之不同層中。一雙區域靜電夾盤組件可補償跨基板表面之溫度梯度。
本發明將在下文中針對一蝕刻室敘述。不過，數種電漿沈積及蝕刻室可由此處所揭示之教示得利，尤其是介電質沈積室，例如，蝕刻室，其可為例如，系統之半導體晶圓處理系統之一部分、蝕刻室、蝕刻室等，上述皆可由加州聖克拉拉之應用材料公司購得。吾人預期其他電漿反應器，包含那些來自其他製造商者，可適於由本發明得利。
圖1為一根據本發明之一實施例之處理設備100之概略橫剖面圖。設備100為一蝕刻設備100，其具有一靜電夾盤組件。來自氣體供應140之蝕刻氣體可通過噴頭136引入至室。功率源138可偏壓噴頭136至點燃及/或在室中維持一電漿。靜電夾盤組件包含基底部分102及定位盤104，其與基底部分102耦合。在一實施例中，定位盤104可藉由接合與基底部分102耦合。基板106可配置在定位盤104上用於處理。基板106可通過流量閥130配置在處理室中，流量閥130係配置在處理室之壁114內部。定位盤104可包含氧化鋁、氮化鋁、氧化矽、碳化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、及其混合物之至少一種。定位盤104可為單體陶瓷，其由熱壓及燒結陶瓷粉末，並接著切削加工燒結形式以形成定位盤104之最終形狀而製成。在一實施例中，定位盤104可蝕刻以形成定位盤104之最終形狀。
真空幫浦108可用於排空處理室至所需壓力。基底部分102可以電源110偏壓。在一實施例中，電源110可為一射頻電源。在一實施例中，複數個電源110可與基底部分102耦合。一冷卻流體可供應給靜電夾盤組件之基底102。在一實施例中，冷卻流體可包含水。在另一實施例中，冷卻流體可包含乙二醇。冷卻流體可通過兩線118、120供應給基底102之兩個不同區或區域。閥132、134可計量供給以控制至基底102之兩個區域之冷卻流體流。在一實施例中，各區域具有分隔的流體供應112。閥132、134可以一控制器(未顯示)開啟及關閉。此外，控制器可藉由控制閥132、134之開啟量來控制留至內部及外部區域之冷卻流體量。一內部及一外部加熱線圈可存在以加熱內部及外部加熱區域。
靜電夾盤組件之基底102中之內部及外部冷卻區域容許獨立控制內部及外部區域之溫度，以達到跨基板106之半徑方向之不同的處理速度或特性。同樣地，在基底102之內部及外部區域中可維持不同溫度以影響位於上方之基板106之中心及周圍部分之溫度，從而阻礙任何可變的氣體物種分佈或熱負載在基板106之處理期間發生。舉例來說，當基板106之周圍部分之氣體物種較中心部分之氣體物種更少活性時，內部區域之溫度可降低以提供跨基板106之更均勻的處理速度或製程特性。
此外，基板106之溫度控制可因為在定位盤104及基板106間引入一熱傳流體而發生。在一實施例中，熱傳流體可包含一氣體。在另一實施例中，熱傳流體可包含氦。氦可由流體供應116通過線122、124引入至內部及外部區域兩者。閥128可沿著線122、124開啟及關閉以容許氦引入至基板106之背側。閥128可以開啟及關閉閥128之控制器控制。此外，控制器可控制閥128之開啟量以控制引入基板106背側之氣體量。裂縫126可存在於內部及外部區域間以定義內部及外部區域間之邊界。裂縫126可減少通過內部及外部區域間之熱傳氣體量。熱傳氣體可選擇以調節定位盤104及基板106間之熱傳速度。
圖2為根據本發明之一實施例之靜電夾盤組件200之概略橫剖面圖。組件200包含定位盤202，其藉由接合層204接合至基底206。接合層204促進定位盤202及基底206間之熱耦合(亦即，熱交換)。在一示範的實施例中，接合層204為一黏著層，其機械地接合定位盤202至基底206。或者(未顯示)，組件200可包含一硬體(例如，夾鉗、螺釘、及其類似物等)，其適於將定位盤202固定至基底206。定位盤202及基底206之溫度可使用複數個感測器(未顯示)監控，例如，熱電偶及其類似物等，其耦合至一溫度監視器。組件200可以射頻電源212偏壓。
組件200可劃分為內部區域224及外部區域226。內部冷卻通道214可存在於基底206之內部區域224內部。外部冷卻通道216可存在於基底206之外部區域226內部。冷卻流體可由冷卻流體供應210供應給通道214、216。供應給通道214、216之冷卻流體量可以閥228控制。在一實施例中，分隔的冷卻流體供應210可存在用於內部冷卻通道214及外部冷卻通道216。
內部及外部冷卻通道214、216兩者可具有一或多個槽218，其在冷卻通道214、216上方朝向定位盤202延伸。槽218集體具有比通道214、216在沒有槽218之情況下所具有的更大的表面面積。增加的表面面積可增加熱傳速度並因而增加組件200對冷卻流體之響應度。內部冷卻通道214之槽218可具有與外部冷卻通道216之如箭頭「C」所示之高度及如箭頭「D」所示之高度相同之如箭頭「A」所示之高度及如箭頭「B」所示之寬度。槽218可具有比冷卻通道214、216更小的寬度。此外，存在於內部冷卻通道214上之槽218之數目可等於外部冷卻通道216上之槽之數目。在一實施例中，槽218之高度「A」、「C」可不同。在另一實施例中，槽218之寬度「B」、「D」可不同。槽218容許冷卻流體到達更接近定位盤202處，因此可在基底206及定位盤202間提供較佳的熱傳。
定位盤202及基板(未顯示)間之熱傳可藉由在基板及定位盤202間引入一熱傳氣體來控制。熱傳氣體可由氣體源208引入至定位盤202之內部區域224及外部區域226。在一實施例中，分隔的氣體源208可針對內部區域224及外部區域226各自存在。在另一實施例中，不同的熱傳氣體可用於內部區域224及外部區域226。閥230可控制可引入至定位盤202之熱傳氣體量。密封帶222可定義內部區域224及外部區域226間之邊界，並減少可在內部及外部區域224、226間移動之熱傳氣體量。密封帶222亦可防止熱傳氣體進入處理區或由基板背後逸出。
一或多個臺面220可存在於定位盤202之表面上，基板可於處理期間擱放在其上。臺面220可包含圓柱形小丘、柱、角錐、圓錐、矩形塊、不同尺寸的凸塊、或其組合，其由定位盤202向上延伸。在一實施例中，臺面220之高度可由約10微米至約50微米，且臺面220之寬度(或直徑)由約500微米至約5000微米。在一實施例中，臺面220可藉由以適當小的珠尺寸(舉例來說，數十微米)噴珠處理定位盤202，以藉由腐蝕蝕刻掉定位盤202之材料以形成成形的臺面220。
圖3為根據本發明之一實施例之用於一靜電夾盤組件之基底部分300之一冷卻圖案之概略圖。基底部分300包含內部冷卻區域302及外部冷卻區域304。複數個槽308可存在於外部冷卻區域304中。一槽310可一分為二並環繞舉升梢開口306。在舉升梢開口306後，槽310可重新結合。內部冷卻通道302亦具有一或多個槽312。如圖3所示，內部冷卻通道302本身可折回複數次。在一實施例中，內部冷卻通道302本身可折回九次。在另一實施例中，內部冷卻通道302本身可折回五次。另一方面，外部冷卻通道304本質上可環繞內部冷卻通道302。外部冷卻通道304可包圍一或多個舉升梢開口306。
圖4為根據本發明之一實施例之用於一靜電夾盤組件之定位盤400之概略頂視圖。定位盤400可劃分為內部區域404及外部區域402。內部區域404可藉由內部密封帶408與外部區域402隔離。外部區域402可藉由外部密封帶406與室處理區隔離。熱傳氣體入口410、414及熱傳氣體出口412、416可存在以由內部區域404及外部區域402引入及移除熱傳氣體。臺面418可存在於內部區域404及外部區域402中以接觸一基板之背表面，同時容許一熱傳氣體流入介於定位盤400及基板間之區域。在一實施例中，外部區域402中之臺面418可以與內部區域404中之臺面418不同的圖案安排。外部區域402中之臺面418可安排為具有一或多列環繞內部區域404之臺面418之圖案。內部區域404之臺面418可安排為本質上跨定位盤400之正面之線性安排。內部區域404及外部區域402內部之不同圖案可改變基板背後之熱傳氣體流，並因而影響基板溫度。內部區域404及外部區域402之圖案可預先決定以最佳化內部區域404及外部區域402之熱傳速度。此外，臺面418之形狀可預先決定以控制基板背後之熱傳氣體之流動。臺面418之形狀之不同組合可改變熱傳速度，從而可合乎需要。臺面418之形狀及圖案在各區域402、404內部可不同。在一實施例中，與對應內部區域404邊緣之區域相比，對應內部區域404中心之區域可具有不同圖案及/或臺面418之形狀。
靜電夾盤組件可在需要時刷新。通常，定位盤表面上之臺面將會需要重做。臺面可隨時間過去而磨損，以致臺面不再能夠以原來所需的方式控制基板背後之熱傳氣體之流動。因此，組件可藉由切削加工定位盤表面至一本質上不具有臺面之平坦表面來刷新。接著，新臺面可以本質上與原來臺面相同的圖案圖案化至定位盤表面上。因此，刷新的組件本質上將能夠與原來組件完全相同地作用。
在一靜電夾盤組件之基底部分內部具有由冷卻通道延伸之槽可容許對由組件至基板之熱傳速度之較大控制。此外，定位盤上之不同圖案可改變基板背後之氣流，並因而改變至基板之熱傳速度。藉由預先決定定位盤上之臺面圖案及基底中之槽，靜電夾盤組件之熱傳速度可最佳化達製程之特殊需求。
雖然前文係引導至本發明之實施例，本發明之其他及進一步的實施例可在不偏離其基本範圍之情況下發想，且其範圍係由隨附之申請專利範圍決定。
100．．．設備
102．．．基底
104．．．定位盤
106．．．基板
108．．．真空幫浦
110．．．電源
112．．．冷卻流體
114．．．壁
116．．．流體供應
118．．．線
120．．．線
122．．．線
124．．．線
126．．．裂縫
128．．．閥
130．．．流量閥
132．．．閥
134．．．閥
136．．．噴頭
138．．．功率源
140．．．氣體供應
200．．．靜電夾盤組件
202．．．定位盤
204．．．接合層
206．．．基底
208．．．氣體源
210．．．冷卻流體供應
212．．．射頻電源
214．．．內部冷卻通道
216．．．外部冷卻通道
218．．．槽
220．．．臺面
222．．．密封帶
224．．．內部區域
226．．．外部區域
228．．．閥
230．．．閥
300．．．基底
302．．．內部冷卻區域
304．．．外部冷卻區域
306．．．舉升梢開口
308．．．槽
310．．．槽
312．．．槽
400．．．定位盤
402．．．外部區域
404．．．內部區域
406．．．外部密封帶
408．．．內部密封帶
410．．．氣體入口
412．．．氣體出口
414．．．氣體入口
416．．．氣體出口
418．．．臺面
A．．．箭頭
B．．．箭頭
C．．．箭頭
D．．．箭頭
所以，可詳細了解本發明之上述特徵之方法、本發明之更具體的敘述、上文之簡短總結可藉由參考實施例來獲得，而某些實施例在附加圖式中說明。不過，須注意附加圖式僅說明此發明之典型實施例，且因此不應將其視為對其範圍之限制，因為本發明可容許其他等效的實施例。
圖1為根據本發明之一實施例之處理設備100之概略橫剖面圖。
圖2為根據本發明之一實施例之靜電夾盤組件200之概略橫剖面圖。
圖3為根據本發明之一實施例之用於一靜電夾盤組件之基底部分300之一冷卻圖案之概略圖。
圖4為根據本發明之一實施例之用於一靜電夾盤組件之定位盤400之概略頂視圖。
欲幫助了解，已在可行處使用相同的參考號碼以標明途中共用之相同元件。吾人預期在一實施例中揭示之元件可在無具體列舉的情況下有利地用在其他實施例。
200．．．靜電夾盤組件
202．．．定位盤
204．．．接合層
206．．．基底
208．．．氣體源
210．．．冷卻流體供應
212．．．射頻電源
214．．．內部冷卻通道
216．．．外部冷卻通道
218．．．槽
220．．．臺面
222．．．密封帶
224．．．內部區域
226．．．外部區域
228．．．閥
230．．．閥
A．．．箭頭
B．．．箭頭
C．．．箭頭
D．．．箭頭

Claims (20)

  1. 一種靜電夾盤基底，其包含：一靜電夾盤基底主體，其具有一內部冷卻通道及一形成於該主體內之外部冷卻通道，其中該外部冷卻通道係本質上環繞該內部冷卻通道，且一或多個第一槽係與該內部冷卻通道耦合並從該內部冷卻通道延伸及一或多個第二槽係與該外部冷卻通道耦合並從該外部冷卻通道延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾盤基底，其中該內部冷卻通道係以一第一圖案安排，且該外部冷卻通道係以一第二圖案安排，該第二圖案與該第一圖案不同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾盤基底，其中該內部冷卻通道蜿蜒通過該基底，且其本身折回複數次。
  4. 如專利申請範圍第3項所述之靜電夾盤基底，其中該內部冷卻通道本身折回約五或更多次。
  5. 如專利申請範圍第1項所述之靜電夾盤基底，其中該一或多個第一槽之寬度本質上等於該一或多個第二槽之寬度。
  6. 如專利申請範圍第1項所述之靜電夾盤基底，其中該一或多個第一槽之高度本質上等於該一或多個第二槽之高度。
  7. 如專利申請範圍第1項所述之靜電夾盤基底，其中該複數個槽之至少一個槽具有一變化寬度。
  8. 如專利申請範圍第7項所述之靜電夾盤基底，其中具有一變化寬度之該至少一個槽分開並環繞一舉升梢開口。
  9. 一種用於一靜電夾盤組件之定位盤，其包含：一定位盤主體；及複數個臺面，其跨該定位盤主體以至少兩個不同圖案安排，其中該至少兩個不同圖案安排包含跨該定位盤之一面以本質上線性安排之至少一第一內部圖案安排；及具有一或多列環繞該第一內部圖案安排之至少一第二外部圖案安排。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之定位盤，其中該定位盤主體具有一第一表面，其適於容納一基板，該第一表面具有一內部區域及一環繞該內部區域之外部區域，其中該第一內部圖案安排包括以本質上線性安排之複數個第一臺面，其以本質上線性安排的方式配置在該第一表面 上於該內部區域中，並在該第一表面上方延伸；及該第二外部圖案安排包括複數個第二臺面，其配置在該第一表面上於該外部區域中，並在該第一表面上方延伸，該複數個第二臺面以一或多列環繞該第一內部圖案安排之方式安排。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之定位盤，其中該內部區域及該外部區域各自包含一熱交換氣體入口。
  12. 一種靜電夾盤組件，其包含：一定位盤，該定位盤包含：一定位盤主體；及複數個臺面，其跨該定位盤主體以至少兩個不同圖案安排，其中該至少兩個不同圖案安排包含跨該定位盤之一面以本質上線性安排之至少一第一內部圖案安排；及具有一或多列環繞該第一內部圖案安排之至少一第二外部圖案安排；及一靜電夾盤基底主體，其配置鄰近於該定位盤，該靜電夾盤基底主體具有一內部冷卻通道及一形成於該主體內之外部冷卻通道，其中該外部冷卻通道係本質上環繞該內部冷卻通道，且一或多個第一槽係與該內部冷卻通道耦合並從該內部冷卻通道延伸及一或多個第二槽係與該外部冷卻通道耦合並從該外部冷卻通道延伸。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之靜電夾盤組件，其中該內部冷卻通道係以一第一圖案安排，且該外部冷卻通道係以一第二圖案安排，該第二圖案與該第一圖案不同。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之靜電夾盤組件，其中該內部冷卻通道蜿蜒通過該基底，且其本身折回複數次。
  15. 如專利申請範圍第14項所述之靜電夾盤組件，其中該內部冷卻通道本身折回約五或更多次。
  16. 如專利申請範圍第12項所述之靜電夾盤組件，其中該一或多個第一槽之寬度本質上等於該一或多個第二槽之寬度。
  17. 如專利申請範圍第12項所述之靜電夾盤組件，其中該一或多個第一槽之高度本質上等於該一或多個第二槽之高度。
  18. 如專利申請範圍第12項所述之靜電夾盤組件，其中該複數個槽之至少一個槽具有一變化寬度。
  19. 如專利申請範圍第18項所述之靜電夾盤組件，其中具有一變化寬度之該至少一個槽分開並環繞一舉升梢開口。
  20. 一種刷新一靜電夾盤組件之方法，其包含：切削加工該靜電夾盤組件之一定位盤表面以形成一本質上平坦的定位盤表面，該靜電夾盤組件具有複數個臺面，其跨一定位盤主體之該定位盤表面以至少兩個不同圖案安排，該靜電夾盤組件亦具有一靜電夾盤基底主體，其耦合至該定位盤主體，並具有一或多個形成在該主體內部之冷卻通道、及複數個形成在至少一個該一或多個冷卻通道中之槽；及再圖案化該定位盤表面以形成複數個臺面，其以本質上相同之至少兩個不同圖案安排。
TW097139227A 2007-10-12 2008-10-13 靜電夾盤組件 TWI399825B (zh)

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