具有增強射頻及溫度均勻性的靜電夾盤的制作方法
【專利說明】具有増強射頻及溫度均勻性的靜電夾盤
[00011 本申請是申請日為2013年4月23日、申請?zhí)枮?01380021270.4、題為"具有增強射 頻及溫度均勻性的靜電夾盤"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本申請案主張2012年4月24日所申請的美國臨時申請案第61/637,500號以及2013 年3月8日所申請的美國臨時申請案第61 /77 5，37 2號的利益，該等申請案全部內(nèi)容在此以引 用的方式并入本文。
[0004] 背景
[0005] 1)領(lǐng)域
[0006] 本發(fā)明的實施例關(guān)于半導(dǎo)體處理設(shè)備的領(lǐng)域，且具體地，關(guān)于具有增強射頻及溫 度均勻性的靜電夾盤，以及制造此種靜電夾盤的方法。
[0007] 2)相關(guān)技術(shù)描述
[0008] 在等離子體處理腔室中，例如等離子體蝕刻或等離子體沉積腔室，腔室組件的溫 度通常是在處理期間要控制的重要參數(shù)。例如，基板夾具(通常稱為夾盤或托架）的溫度可 受控制，以在處理制作方法期間將工件加熱/冷卻至各種受控的溫度(例如為了控制蝕刻速 率）。類似的，噴頭/上電極、腔室襯墊、擋板、工藝配套組件、或其它組件的溫度在處理制作 方法期間也可受控制，以影響處理。傳統(tǒng)上，散熱器及/或熱源耦接于處理腔室，以維持腔室 組件的溫度在所欲的溫度。通常，熱耦接于腔室組件的至少一熱轉(zhuǎn)移流體回路用來提供加 熱及/或冷卻功率。
[0009] 熱轉(zhuǎn)移流體回路中的長接線長度，以及與此種長接線長度有關(guān)的大的熱轉(zhuǎn)移流體 體積對于溫度控制反應(yīng)時間是有害的。重點使用(Point-of-use)系統(tǒng)是用以減少流體回路 長度/體積的一種機構(gòu)。但是，物理空間局限不利地限制了此種重點使用系統(tǒng)的功率負載。 [0010] 隨著等離子體處理趨勢持續(xù)地增加RF功率位準而且也增加工件直徑(現(xiàn)在通常具 有300mm，且現(xiàn)在正在發(fā)展450mm系統(tǒng)），滿足快速反應(yīng)時間與高功率負載兩者的溫度及/或 RF控制與分配，在等離子體處理領(lǐng)域中是有利的。
[0011] 附圖簡述
[0012] 圖1根據(jù)本發(fā)明的實施例例示靜電夾盤(ESC)的部分的橫剖面視圖，靜電夾盤配置 來支撐晶圓或基板。
[0013] 圖2根據(jù)本發(fā)明的另一實施例例示各種靜電夾盤的部分的橫剖面視圖，靜電夾盤 配置來支撐晶圓或基板。
[0014] 圖3根據(jù)本發(fā)明的另一實施例例示靜電夾盤的部分的橫剖面視圖，靜電夾盤配置 來支撐晶圓或基板。
[0015] 圖4根據(jù)本發(fā)明的另一實施例例示靜電夾盤的部分的橫剖面視圖，靜電夾盤配置 來支撐晶圓或基板。
[0016] 圖5A根據(jù)本發(fā)明的另一實施例例示靜電夾盤的部分的橫剖面視圖，重點突出了等 離子體噴涂配置，靜電夾盤配置來支撐晶圓或基板。
[0017] 圖5B根據(jù)本發(fā)明的另一實施例例示靜電夾盤的部分的橫剖面視圖，重點突出了固 體陶瓷頂部配置，靜電夾盤配置來支撐晶圓或基板。
[0018] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的電性方塊圖，包括了用于靜電夾盤(ESC)的電阻 式輔助加熱器的12x13配置。
[0019] 圖7根據(jù)本發(fā)明的實施例例示系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中可容納具有增強射頻及溫度均勻 性的靜電夾盤。
[0020] 圖8根據(jù)本發(fā)明的實施例例示示例性計算機系統(tǒng)的方塊圖。
[0021 ] 詳細描述
[0022] 敘述了具有增強射頻(RF)及溫度均勻性的靜電夾盤，以及制造此種靜電夾盤的方 法。在下面的敘述中，提出多種具體細節(jié)，例如具體的夾盤材料規(guī)范，以提供本發(fā)明的實施 例的通盤了解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易知的，本發(fā)明的實施例可不用這些具體細 節(jié)來實踐。在其它例子中，熟知的方面，例如夾盤所支撐的晶圓存在時的蝕刻處理，并未詳 細敘述，以避免不必要地模糊本發(fā)明的實施例。另外，可了解到，附圖中顯示的各種實施例 是例示表示，且不需要依尺寸繪制。
[0023] 在此所述的一或更多個實施例是關(guān)于具有增強射頻及溫度均勻性的靜電夾盤，或 關(guān)于包括具有增強射頻及溫度均勻性的靜電夾盤的系統(tǒng)。
[0024]為了提供文章上下文，藉由靜電夾盤的晶圓夾持已經(jīng)在蝕刻處理期間用來提供溫 度控制。取決于應(yīng)用，晶圓被夾持至具有散熱器或加熱器(或兩者）的陶瓷或多層表面。因為 固有的不均勻性與輔助硬件(例如，升舉銷、RF/DC電極等），陶瓷表面溫度并非均勻。此不均 勻性會轉(zhuǎn)移給晶圓，影響蝕刻處理。傳統(tǒng)的夾盤設(shè)計是注重在冷卻劑布局最佳化以及引入 多個(多達4區(qū)）加熱器。此種夾盤設(shè)計對于解決與輔助硬件(例如，升舉銷、RF/DC電極等)相 關(guān)的問題或由輔助硬件所導(dǎo)致的問題并沒有用。
[0025] 在實施例中，為了解決利用傳統(tǒng)方法的上述問題，敘述了具有極佳溫度均勻性的 下一代(超過4區(qū))蝕刻腔室ESC。在實施例中，如同下面更詳細敘述的，在此所述的夾盤可以 達成多個熱要求，包括一或更多個Al 2〇3型的12英寸定位盤、溫度性能高達130C、利用等離子 體在攝氏65/65/45度時溫度均勻性SO. 5C。在此所述的實施例是關(guān)于具有主動溫度控制的 下一代蝕刻腔室ESC。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，圖1-5A與圖5B繪示靜電(ESC)結(jié)構(gòu)或其部分。
[0027] 參見圖1，ESC 100配置來支撐晶圓或基板102 JSC的框架104可包括例如鋁。等離 子體噴涂涂層1〇6(例如陶瓷層)是包括在框架104的各種表面上。包括主要加熱器108,以及 輔助加熱器110。
[0028]參見圖2,如同橫剖面透視圖所示，ESC部分200配置來支撐晶圓或基板202。陶瓷層 204(在該陶瓷層204上將放置晶圓或基板202)設(shè)置于多個電阻式加熱器元件206上(舉例來 說），且陶瓷層204由黏著層208固持在適當位置處。金屬底座210支撐多個電阻式加熱器元 件206，并且可為RF加熱的。也可包括選擇性的夾盤電極212，如同圖2所繪示。
[0029]再次參見圖2，ESC的部分220具有固體陶瓷板材221，如同橫剖面透視圖所示，ESC 的部分220是提供來例示ESC內(nèi)的RF路徑222與224 AF路徑242另外例示在ESC的部分240B中 (部分240B也可配置成如同240A所示），同樣也如同圖2的橫剖面透視圖所示?？闪私獾?，在 某些實施例中，所示的ESC部分220、240A與240B可配置成具有僅僅固體陶瓷板材的配置(如 同所示），或者可包括等離子體噴涂涂層，等離子體噴涂涂層上黏著有固體陶瓷板材，如同 下面相關(guān)于圖5B所更詳細敘述的。
[0030]參見圖3,如同橫剖面透視圖所示，ESC 300配置來支撐晶圓或基板302。介電層304 (例如等離子體噴涂介電層)提供一支撐，在支撐上放置晶圓或基板302。開放區(qū)域306提供 冷卻通道，例如用于背側(cè)的氦(He)冷卻。介電層304設(shè)置于上金屬部308之上，例如，上金屬 部308可提供用于RF波的波導(dǎo)。介電層310(例如等離子體噴涂或弧氧化層)設(shè)置于多個像素 化的電阻式加熱器312之上，且介電層310部分由上金屬部308所圍繞。額外的介電層314設(shè) 置于介電層310之下，在介電層314與介電層310之間具有邊界316。包括有通孔318,來將多 個像素化的電阻式加熱器312耦接至總線條功率分配層320。介電層322設(shè)置于總線條功率 分配層320之下，在介電層314與介電層322之間具有邊界324。上述特征設(shè)置于金屬底座326 之上。金屬底座326容納高功率加熱器元件或升能器328。也可包括焊接的底部板材330,如 同圖3所繪示。
[0031 ]根據(jù)本發(fā)明的實施例，靜電夾盤(ESC)具有一或更多個(高達8個)主要加熱器，以 提供基線溫度控制。為了提供溫度分配的微調(diào)，大量的輔助加熱器設(shè)置于ESC表面的附近。 為了減少RF相關(guān)的不均勻性，所有加熱器都位于鋁籠內(nèi)，鋁籠同時作用為RF屏蔽與RF輸送 路徑。因此，在實施例中，可以達成具有改良的射頻均勻性及/或改良的溫度均勻性的蝕刻 處理。
[0032]在特定實施例中，在此所述的夾盤可以達成多個溫度均勻性要求，包括下述的一 或更多個：（1)對于加熱器布局:利用4區(qū)加熱器設(shè)計來解決多個階段之間的處理溫度斜線 變化、RF耦接；（2)對于機臺匹配:傳統(tǒng)的ESC/噴頭/邊緣HW中的微妙改變會導(dǎo)致局部的熱