用于等离子体处理室的卡盘的制作方法

用于等离子体处理室的卡盘
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2019年3月8日申请的美国申请no.62/815,876的优先权利益，其通过引用合并于此以用于所有目的。
技术领域
2.本公开涉及在半导体处理中所使用的等离子体处理室的部件。更具体而言，本公开涉及在等离子体处理室内所使用的静电卡盘。


背景技术：

3.在等离子体处理室中，静电卡盘用于支撑处理中的衬底。所述静电卡盘可能会经历不同的温度。


技术实现要素：

4.为了实现前述内容并且根据本公开的目的，提供了一种用于等离子体处理室的静电卡盘系统。提供了包括al
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sic的基板。陶瓷板被设置在该基板上。粘合层将该陶瓷板粘合至该基板。
5.本公开的这些以及其他特征将在下文的本公开的详细描述中并结合以下附图而进行更详细的描述。
附图说明
6.在附图中以示例而非限制的方式对所公开的实施方案进行说明，其中相同的附图标记指相似的元件，且其中：
7.图1是静电卡盘的实施方案的部分横截面图。
8.图2是另一实施方案的部分横截面图。
9.图3是可以在实施方案中使用的蚀刻反应器的示意图。
具体实施方式
10.现在将参照如附图中所说明的本公开的若干实施方案来对实施方案进行更详细的描述。在下列描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，本公开可在不具有某些或所有这些具体细节的情况下实施，并且本公开包括可根据本技术领域中可获得的通常知识所作的修改。常规的处理步骤和/或结构并未详细进行描述以免不必要地使本公开难以理解。
11.静电卡盘(esc)系统技术可能需要将陶瓷材料/层粘合至散热(冷却)基板。粘合层通常用于将陶瓷层粘合至基板。该基板通常是由铝金属所制成。选择铝的理由在于其便宜、易于制造、以及具有高的热导率而造成粘合层的均匀散热温度。然而，铝具有23ppm(百万分之一)/℃的热膨胀系数(cte)，其远高于陶瓷的cte，其通常接近7
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10ppm/℃。
12.在等离子体蚀刻系统中，铝的高cte与陶瓷材料(其使用于esc中)的cte之间的不匹配是十分重大的缺点。粘合层在非常低的温度下会经历显著的机械应变。基板会比陶瓷层多收缩约3倍，从而对esc的热操作窗产生限制。另外，在等离子体蚀刻室内的边缘环设计需要考虑该热操作窗上的广泛基板尺寸。这在一些温度下会在边缘环与基板之间留下间隙。该间隙可能会被产生寄生等离子体的气体所填充。
13.已使用具有低cte的基于钛的基板。然而，钛、与基于钛的合金具有极低的热导率，从而提高在基板的顶表面处热不均匀的风险，而对晶片层级的温度均匀性具有潜在的影响。另外，由于在冷却剂设定点与基板顶部处的温度之间留下较大的温降，因此基板的低热导率对等离子体负载下的最低操作温度产生限制。
14.各种实施方案涉及esc，其中基板是由铝
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硅碳化物(al
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sic)合金所制成。使用这种基板所制成的esc比起先前的基板技术将具有显著的优点。基于al
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sic的合金提供低cte与高热导率之间的平衡。在各种实施方案中，由于陶瓷层与基板的cte更紧密地匹配而减少粘合应变，因此这种esc的热操作范围可扩展超过利用铝基板的esc热操作范围。与铝基板的esc相比，在各种实施方案中，室硬件与基板之间的连接处将发生较少的移动，从而减少对垫片材料、电连接灵活性、以及o形环磨损的需求。此外，可减少基板与边缘环之间的间隙并设计得比铝基板的esc更为紧密。减少的间隙会减少蚀刻副产物沉积、表面劣化、以及在边缘环与基板之间的区域中的等离子体放电。在各种实施方案中，由于改善的热导率，因此该esc将会比利用钛合金基板的esc具有改善的热均匀性。改善的热均匀性使得在整个晶片表面的处理均匀性能改善。另外，由于减少基板顶表面与冷却剂之间的温降，因此基板的改善的热导率可允许热负载下的较低等离子体处理温度。
15.图1是示出静电卡盘(esc)100的一实施方案的横截面示意图。陶瓷板/层104可通过粘合层105而粘合至包含al
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sic的基板108上。al
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sic是金属基质复合材料，其包括具有硅碳化物(sic)微粒的铝基质。在一实施方案中，粘合层105可以是聚合物粘合剂，例如具有填充物微粒的硅树脂以增加该聚合物粘合剂的热导率。基板108可包含用于气流或液体流的通道109。这些通道109可例如形成为复杂的分布通道，以便将esc100进行冷却或加热。在各种实施方案中，通道109为温度控制通道。边缘环110围绕着静电卡盘100。在该示例中，边缘环110包含石英或硅。在其他实施方案中，边缘环110包含陶瓷或耐等离子体腐蚀玻璃。边缘环110可包括铝氧化物或铝氮化物。在该实施方案中，陶瓷板104包括铝氧化物或铝氮化物。
16.图2示出了在实施方案中基板108是如何形成的。基板108包括顶板204与底板208。顶板204具有机械加工至顶板204底部中的通道109。顶板204与底板208可钎焊在一起以形成基板108。
17.在一实施方案中，顶板204与底板208由al
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sic形成，其中以重量计sic为约20％。通道109被机械加工至顶板204中。已发现，具有以重量计为约20％sic的al
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sic易于机械加工，且其所具有的cte比起铝的cte而言更接近陶瓷板104的cte。
18.在该实施方案中，陶瓷板104具有7
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8ppm/℃的cte、以及18瓦特/米开尔文温度(w/mk)的热导率。al
‑
sic基板108具有13
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15ppm/℃的cte、以及大于170w/mk的热导率。边缘环110由石英所制成，并且具有0.5ppm/℃的cte、以及2w/mk的热导率。因此，在此实施方案中，al
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sic基板108的cte与陶瓷板104的cte之间的差介于5
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8ppm/℃之间。另外，al
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sic基板
108的cte与边缘环110的cte之间的差介于12.5
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14.5ppm/℃。相反，利用铝的基板将具有23ppm/℃的cte、以及大于200w/mk的热导率。虽然al
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sic基板108不具有与陶瓷板104的cte、或边缘环110的cte完全相等的cte，但是，al
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sic所具有的cte比起铝的cte而言更接近陶瓷板104的cte以及边缘环110的cte。
19.在多种实施方案中，基板108由具有以重量计为18％至65％的sic的al
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sic所形成。在多种实施方案中，基板108由具有以重量计为18％至40％的sic的al
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sic所形成。在多种实施方案中，基板108由具有以重量计为18％至30％的sic的al
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sic所形成。已发现，具有以重量计为18％至30％的sic的al
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sic更易于机械加工。具有以重量计为40至65％的sic的al
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sic可能较难以机械加工，但比起具有较低sic百分比的al
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sic来说具有较低的cte。
20.在其他实施方案中，比起可与铝基板使用的材料，粘合层105可包括顺应性较小的材料，原因在于如果陶瓷板104与基板108之间的cte匹配得到改善，粘合材料则不需要承受如此大量的应变。举例而言，较高热导率的硅树脂粘合剂可与对于相同温度窗具有较低应变的系统使用。由于提高填充物的含量，较高热导率的硅树脂粘合会倾向相比于较低热导率的硅树脂粘合更硬。在另一实施方案中，需要较高温度以固化的粘合材料可用于具有良好cte匹配的系统，其中对于cte非匹配系统的应变可能会过高。
21.在另一实施方案中，将增材制造工艺(例如，增材3d印刷工艺)使用在基板108的形成中。这样的增材制造工艺可提供具有以重量计为约40％的sic的al
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sic基板108。具有较高sic百分比的al
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sic较难以机械加工。然而，由于使用增材工艺来形成基板108，因此可形成基板108的复杂形状而无需机械加工。由于减少或不需要将材料磨掉的机械加工，因此这样的工艺使废弃材料减少。
22.在一示例性的实施方案中，图3为可用于实施方案中的蚀刻反应器的示意图。在一或更多个实施方案中，等离子体处理室300包括提供气体入口的气体分配板306、以及位于由室壁310包围的蚀刻室308内的esc100。在蚀刻室308内，堆叠件314被设置在esc100上。该esc100包括粘合至基板108的陶瓷板104。边缘环110围绕着esc100。esc温度控制器350连接至冷却器318。在该实施方案中，冷却器318将冷却剂提供至位于esc100的基板108中的通道109。射频(rf)源330将rf功率提供至下电极。在该实施方案中，下电极为位于基板108下方的设施板320，并且通过o形环324而与基板108分隔开。导电杆326在设施板320与基板108之间提供电性连接。因此，基板108电性连接至rf源330。在一示例性的实施方案中，400khz与60mhz的功率源构成rf源330。在该实施方案中，上电极(气体分配板306)是接地的。在该实施方案中，针对每个频率提供一个产生器。rf源与电极的其他配置可在其他实施方案中使用。气体分配板306与气体源332流体连接。提供排放泵328以将废气从蚀刻室308移除。控制器335可控制地连接至rf源330、排放泵328和气体源332。这种蚀刻室的示例为由lam research corporation of fremont,ca所制造的蚀刻系统。该处理室可为电容式耦合等离子体(ccp)反应器、或感应耦合等离子体(icp)反应器。
23.多种实施方案在等离子体处理室300中使用，其可在将esc100冷却至温度小于
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60℃、以及加热至温度大于200℃的温度范围下进行操作。在多种实施方案中，esc温度控制器能够将基板108冷却至温度低于
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40℃、以及将基板108加热至温度高于100℃。
24.尽管本公开已根据若干优选实施方案来进行描述，但仍存在落入本公开的范围内的更改、置换、以及各种替代等同方案。存在用于实行本文所公开的方法和设备的许多替代
方式。因此，意在将下文所附的权利要求解释成包括落入本公开的真实精神与范围内的所有这样的更改、置换、以及各种替代等同方案。