基板处理腔室中的处理套件的鞘与温度控制的制作方法

1.本公开的实施例大体涉及基板处理系统，并且更具体地，涉及用于在基板处理系统中使用的处理套件。


背景技术：

2.射频(rf)功率常用于蚀刻处理中，例如，需要非常高的深宽比的孔以形成触点或深沟槽，以用于铺设电路径的基础设施。rf功率可以用于等离子体产生和/或用于在被处理的基板上产生偏压电压以吸引来自主体等离子体(bulk plasma)的离子。静电吸盘用于在处理期间静电固定基板，以控制基板温度。静电吸盘通常包括嵌入在介电板中的电极和设置在介电板下方的冷却板。处理套件可包括边缘环，该边缘环通常设置在冷却板上方并围绕介电板设置以引导基板。
3.然而，当在长时间的空闲时间之后将基板放置在处理腔室中时，随着用两种不同的rf功率处理基板，边缘环的温度升高。与介电板和处理气体相比，边缘环和介电板之间的温度差可能导致边缘环和处理气体之间的不均匀化学反应，从而导致处理漂移。
4.用于产生偏压的rf电源施加到冷却板。发明人已经观察到，边缘环的高度由于在基板处理期间的离子轰击而下降，由偏压rf电源产生的鞘中的等电势线变得靠近边缘环而倾斜，从而导致处理漂移。
5.因此，发明人提供了改进的处理套件的实施例。


技术实现要素：

6.本文提供了基板支撑件的实施例。在一些实施例中，一种用于在基板处理腔室中使用的基板支撑件包括：陶瓷板，所述陶瓷板具有第一侧与第二侧，所述第一侧经配置以支撑基板，所述第二侧与所述第一侧相对，其中所述陶瓷板包含嵌入在所述陶瓷板中的电极；陶瓷环，所述陶瓷环围绕所述陶瓷板设置并具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述陶瓷环包含吸附电极和嵌入在所述陶瓷环中的加热组件；以及冷却板，所述冷却板耦接到所述陶瓷板的所述第二侧和所述陶瓷环的所述第二侧，其中所述冷却板包含径向内部、径向外部以及设置在所述径向内部与所述径向外部之间的隔热器。
7.在一些实施例中，一种用于在基板处理腔室使用的基板支撑件包括：陶瓷板，所述陶瓷板具有第一侧与第二侧，所述第一侧经配置以支撑基板，所述第二侧与所述第一侧相对，其中所述陶瓷板包含电极与加热组件，所述电极与所述加热组件嵌入在所述陶瓷板中；陶瓷环，所述陶瓷环围绕所述陶瓷板设置并具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述陶瓷环包含吸附电极和嵌入在所述陶瓷环中的加热组件，并且其中所述陶瓷环与所述陶瓷板分隔开；边缘环，所述边缘环设置在所述陶瓷环上；以及冷却板，所述冷却板耦接到所述陶瓷板的所述第二侧和所述陶瓷环的所述第二侧。
8.在一些实施例中，一种处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体具有设置在所述腔室主体的内部容积内的基板支撑件，其中所述基板支撑件包含：冷却板，所述冷却板具有第
一冷却剂通道与第二冷却剂通道，所述第一冷却剂通道设置在径向内部中并且所述第二冷却剂通道设置在径向外部中，其中所述第一冷却剂通道流体地独立于所述第二冷却剂通道；陶瓷板，所述陶瓷板设置在所述冷却板与气体通道上方，所述气体通道从所述陶瓷板的底表面延伸到所述陶瓷板的顶表面；陶瓷环，所述陶瓷环耦接至所述冷却板并围绕所述陶瓷板设置，所述陶瓷环与所述陶瓷板之间具有一间隙，并且所述陶瓷环具有加热组件和第二气体通道，所述第二气体通道从所述陶瓷环的底表面延伸至所述陶瓷环的顶表面；以及电源，所述电源耦接到所述加热组件，以独立于所述陶瓷板的温度来控制所述陶瓷环的温度。
9.本公开的其他和进一步的实施例描述如下。
附图说明
10.本公开的实施例已简要概述于前，并在以下有更详尽的讨论，可以通过参考附图中绘示的本公开的示例性实施例来理解。然而，附图仅绘示了本公开的典型实施例，而由于本公开可允许其他等效的实施例，因此附图并不会视为限制范围。
11.图1绘示根据本公开的至少一些实施例的具有基板支撑件的处理腔室的示意性侧视图。
12.图2绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的示意性部分侧视图。
13.图3绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的示意性部分侧视图。
14.图4绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的简化示意性部分侧视图。
15.为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表附图中相同的要素。为了清楚，附图未按比例绘示并且可被简化。一个实施例中的要素与特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步描述。
具体实施方式
16.本文提供了用于在基板处理腔室中使用的基板支撑件和处理套件的实施例。基板支撑件包括陶瓷板，该陶瓷板具有用于支撑基板的支撑表面。基板支撑件包括处理套件，该处理套件具有围绕陶瓷板设置的陶瓷环。该处理套件进一步包括设置在陶瓷环上的边缘环，以引导基板。陶瓷环和陶瓷板有利地彼此热隔离以提供独立的温度控制。
17.图1绘示根据本公开的至少一些实施例的具有基板支撑件的处理腔室(例如，等离子体处理腔室)的示意性侧视图。在一些实施例中，等离子体处理腔室是蚀刻处理腔室。然而，经配置用于不同处理的其他类型的处理腔室也可以使用本文所述的静电吸盘的实施例或是经修改以与本文所述的静电吸盘的实施例一起使用。
18.腔室100是真空腔室，其适合于在基板处理期间保持腔室内部容积120内的低于大气压的(sub-atmospheric)压力。腔室100包括由盖104覆盖的腔室主体106，盖104包围位于腔室内部容积120的上半部中的处理容积119。腔室100还可包括一个或多个屏蔽件105，一个或多个屏蔽件105围绕各种腔室部件，以防止这种部件与离子化的处理材料之间发生不必要的反应。腔室主体106和盖104可由金属(诸如铝)制成。腔室主体106可经由与地115耦接的方式来接地。
19.基板支撑件124设置在腔室内部容积120内，以支撑和固持基板122(诸如，例如半
导体晶片)或其他可静电固持的基板。基板支撑件124通常可包括静电吸盘150(以下参照图2-图3更详细地描述)和用于支撑静电吸盘150的中空支撑轴112。静电吸盘150包括陶瓷板152和冷却板136，该陶瓷板152具有设置在其中的一个或多个电极154。中空支撑轴112提供导管，以向静电吸盘150提供例如背侧气体、处理气体、流体、冷却剂、电力等。基板支撑件124包括围绕陶瓷板152设置的陶瓷环187(下面参照图2-图3更详细地描述)。
20.在一些实施例中，空心支撑轴112耦接至升降机构113(诸如致动器或电动机)，升降机构113提供在上部处理位置(如图1所示)与下部移送位置(未图标)之间的静电吸盘150的垂直运动。波纹管组件110围绕中空支撑轴112设置，并且耦接在静电吸盘150和腔室100的底表面126之间，以提供弹性密封，该弹性密封允许静电吸盘150垂直运动，同时防止真空从腔室100内损失。波纹管组件110还包括与o形环165接触的下部波纹管凸缘164或接触底表面126的其他合适的密封组件以帮助防止腔室真空损失。
21.中空支撑轴112提供导管，该导管用于将背侧气体供应141、吸附电源供应140和rf源(例如rf等离子体电源供应170和偏压电源供应117)耦接到静电吸盘150。在一些实施例中，偏压电源供应117包括一个或多个rf偏压电源。在一些实施例中，由rf等离子体电源供应170提供的rf能量可具有约40mhz或更高的频率。背侧气体供应141设置在腔室主体106的外部，并将热传递气体供应至静电吸盘150。在一些实施例中，rf等离子体电源供应170和偏压电源供应117经由分别的rf匹配网络(仅示出rf匹配网络116)耦接到静电吸盘150。在一些实施例中，基板支撑件124可替代地包括ac、dc或rf偏压功率。
22.基板升降机(substrate lift)130可以包括安装在平台108上的升降销109，该平台108连接到轴111，该轴111耦接到第二升降机构132，第二升降机构132用于升高和降低基板升降机130，使得基板可以被122放置在静电吸盘150上或从静电吸盘150移除。静电吸盘150可包括通孔以接收升降销109。在一些实施例中，陶瓷环187可包括通孔以接收升降销109。波纹管组件131耦接在基板升降机130和底表面126之间，以提供弹性密封，该弹性密封在基板升降机130的垂直运动期间维持腔室真空。
23.在一些实施例中，静电吸盘150包括气体分配通道138，气体分配通道138从静电吸盘150的下表面(如冷却板136的底表面)延伸到静电吸盘150的上表面中的各种开口。气体分配通道138经配置以向静电吸盘150的顶表面提供背侧气体(诸如氮(n)或氦(he))，以用作热传递介质。气体分配通道138经由气体导管142与背侧气体供应141流体连通，以在使用期间控制静电吸盘150的温度和/或温度分布。
24.腔室100耦接至真空系统114并与真空系统114流体连通，该真空系统114包括用于为腔室100排气的节流阀(未图示)和真空泵(未图示)。可通过调整节流阀和/或真空泵来调节腔室100内部的压力。腔室100还耦接至处理气体供应118并与处理气体供应118流体连通，该处理气体供应118可向腔室100供应一种或多种处理气体，以用于处理设置在其中的基板。
25.在操作中，例如，可在腔室内部容积120中产生等离子体102以执行一个或多个工艺。可通过经由腔室内部容积120附近或腔室内部容积120内的一个或多个电极将来自等离子体电源(如rf等离子体电源供应170)的功率耦接至处理气体以将处理气体点燃(ignite)并产生等离子体102来产生等离子体102。也可从偏压电源供应(如偏压电源供应117)向静电吸盘150内的一个或多个电极154提供偏压功率，以将离子从等离子体吸引到基板122。
26.图2绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的示意性部分侧视图。陶瓷板152包括第一侧216与第二侧224，第一侧216经配置以支撑基板122，第二侧224与第一侧216相对。陶瓷板152包括嵌入其中的一个或多个电极154。一个或多个电极154可以是单极或双极的。在一些实施例中，陶瓷板152提供库仑吸附(coulombic chucking)。在一些实施例中，陶瓷板152提供约翰逊-拉别克(johnsen-rahbek)吸附。在一些实施例中，一个或多个电极154包括上电极、下电极以及电耦接到上电极和下电极的多个柱。在一些实施例中，陶瓷板152包括嵌入其中的一个或多个加热组件246，以控制陶瓷板152的温度。在一些实施例中，陶瓷板152由氮化铝(aln)或氧化铝(al2o3)制成。
27.陶瓷环187围绕陶瓷板152设置，且在陶瓷环187与陶瓷板152之间具有间隙。陶瓷环187包括第一侧244和与第一侧244相对的第二侧226。在一些实施例中，第一侧244是上侧。在一些实施例中，陶瓷环187包括嵌入其中的一个或多个吸附电极228。一个或多个吸附电极228可以是单极或双极的。在一些实施例中，陶瓷环187提供库仑吸附。在一些实施例中，陶瓷环187提供约翰逊-拉别克(johnsen-rahbek)吸附。边缘环210设置在陶瓷环187上。在一些实施例中，边缘环210由硅(si)制成。在一些实施例中，陶瓷环187的第一侧244或边缘环210的下表面中的至少一者被研磨以增强它们之间的热耦合。在一些实施例中，陶瓷环187的第一侧244或边缘环210的下表面中的至少一者包括表面外形修正(surface contouring，如峰、谷、通道等等)，以通过扩散(spread)来自背侧气体供应141的背侧气体的流动(如经由以下讨论的第二气体通道256)来增强陶瓷环187的第一侧244与边缘环210的下表面之间的热耦合。在一些实施例中，热垫圈284可设置在边缘环210和陶瓷环187之间以增强它们之间的热耦合。一个或多个吸附电极228耦接到吸附电源供应254以固持边缘环210。在一些实施例中，边缘环210的外径类似于陶瓷环187的外径。在一些实施例中，边缘环210的外径大于陶瓷环187的外径。边缘环210包括成角度的内表面212，成角度的内表面212设置在边缘环210的最上表面与第二上表面214之间。在一些实施例中，陶瓷环187由氮化铝(aln)或氧化铝(al2o3)制成。
28.在一些实施例中，偏压电源供应117电耦接至冷却板136，以在基板122和边缘环210上产生相同的偏压电压。在操作中，施加在冷却板136上的偏压电源供应117在基板122和等离子体102之间产生鞘。结果，来自等离子体102的离子被吸引到被偏压的基板122，并且离子垂直于鞘内的等电势线加速穿过鞘。当边缘环210由于处理而随着时间侵蚀时，鞘的形状在基板122的边缘附近弯曲，从而导致基板122的不均匀处理。
29.为了最小化对基板122和直流电压控制的影响，将一个或多个吸附电极228耦接到负脉冲直流电源258。负脉冲直流电源258经配置以提供功率分布(power profile)以校正鞘弯曲并在整个基板122上保持实质平坦的鞘分布(sheath profile)。在一些实施例中，一个或多个吸附电极228设置成与边缘环210的底部相距小于0.3mm，以提供负脉冲dc功率到边缘环210的有效耦接。在一些实施例中，陶瓷板152的一个或多个电极154耦接到负脉冲直流电源266。负脉冲直流电源266经配置以独立于负脉冲直流电源258提供功率分布以校正鞘弯曲并在整个基板122上保持实质平坦的鞘分布。在一些实施例中，rf电源264耦接到一个或多个吸附电极228，以独立于偏压电源供应117向陶瓷环187提供rf偏压功率，以用于额外的鞘控制。
30.陶瓷环187包括嵌入在陶瓷环187中的加热组件219。加热组件219耦接到电源268
(如ac电源)以加热加热组件219。在一些实施例中，温度探针嵌入陶瓷环187内或以其他方式耦接到陶瓷环187，以通过控制电源268施加到加热组件219的功率来监控和控制陶瓷环187的温度。在一些实施例中，吸附电极228设置在第一侧244和加热组件219之间。在一些实施例中，加热组件246嵌入陶瓷板152中以加热陶瓷板152。加热组件246可耦接到电源268或另一电源。陶瓷环187与陶瓷板152分隔开以防止电弧放电。
31.在一些实施例中，径向内部208的外径实质等于陶瓷板152的外径。在一些实施例中，陶瓷环187的从第一侧到第二侧的厚度有利地大于陶瓷板152的从第一侧到第二侧的厚度，以当分别的rf功率施加到吸附电极228时，减少鞘对基板的整体影响(global impact)。在一些实施例中，径向内部208相对于径向外部218升高，以为较厚的陶瓷环187提供空间或为边缘环210提供空间。
32.陶瓷环187和陶瓷板152耦接至冷却板136以控制陶瓷环187和陶瓷板152的温度。在一些实施例中，冷却板136由导电材料(例如铝(al))制成。冷却板136耦接到陶瓷板152的第二侧224和陶瓷环187的第二侧226。在一些实施例中，冷却板136静置在绝缘板286上。在一些实施例中，绝缘板286由氧化铝(al2o3)或聚苯硫醚(pps)制成。
33.冷却板136包括径向内部208和径向外部218。在径向内部208和径向外部218之间设置隔热器(thermal break)275，以提供冷却板136的双重加热区。在一些实施例中，隔热器275包括环形通道，环形通道从冷却板136的上表面延伸到冷却板136的上表面与冷却板136的下表面之间的位置。径向内部208包括第一冷却剂通道242。第一冷却剂通道242经配置以使具有第一温度的冷却剂从中流过，以冷却陶瓷板152。径向外部218包括在径向外部218中的第二冷却剂通道252，第二冷却剂通道252经配置使具有第二温度的冷却剂循环通过其中，以冷却陶瓷环187。在一些实施例中，第一温度小于第二温度。在一些实施例中，第一冷却剂通道242流体地独立于(fluidly independent from)第二冷却剂通道252。在一些实施例中，隔热器275从冷却板136的上表面延伸到超出第一冷却剂通道242和第二冷却剂通道252的位置，以用于增加径向内部208和径向外部218之间的热解耦(thermal decoupling)。
34.第一冷却剂通道242和第二冷却剂通道252耦接至冷却器272，冷却器272经配置以使冷却剂通过其循环。在一些实施例中，陶瓷环187与冷却板136的径向内部208分隔开以防止它们之间的热耦合。在一些实施例中，陶瓷板152与冷却板136的径向外部218分隔开以防止它们之间的热耦合。
35.在一些实施例中，结合层230设置在陶瓷板152与冷却板136的径向内部208之间。结合层230经配置以在径向内部208和陶瓷板152之间提供改善的热耦合。在一些实施例中，结合层230包括硅树脂。在一些实施例中，结合层230具有约0.1mm至约0.4mm的厚度。在一些实施例中，结合层230具有约0.2w/mk至约1.2w/mk的热导率。在一些实施例中，结合层262设置在陶瓷环187和径向外部218之间。在一些实施例中，结合层262类似于结合层230。
36.在一些实施例中，o形环250设置在陶瓷板152和陶瓷环187之间，以提供针对背侧气体的密封以及提供抵抗(against)等离子体102的密封，以避免侵蚀结合层262和结合层230。在一些实施例中，o形环250设置在陶瓷环187的上内部凹口(notch)中。在一些实施例中，o形环260设置在陶瓷环187和冷却板136之间，以提供针对背侧气体的密封以及提供抵抗等离子体102的密封，以避免侵蚀结合层262。在一些实施例中，o形环260设置在陶瓷环
187的下外部凹口或冷却板136的上外部凹口中的至少一个中。
37.在一些实施例中，如图2所示，气体分配通道138包括第一气体通道238，该第一气体通道238从径向外部218的底部经由绝缘板286、冷却板136的径向内部208和陶瓷板152延伸到陶瓷板152的第一侧216或顶表面。在一些实施例中，气体分配通道138包括第二气体通道256，第二气体通道256延伸穿过绝缘板286、穿过冷却板136的径向外部218、以及穿过陶瓷环187到陶瓷环187的第一侧244。第一气体通道238和第二气体通道256经配置以分别向陶瓷板152的顶表面和陶瓷环187提供背侧气体(如氮(n)或氦(he))，以用作热传递介质。在一些实施例中，第一气体通道238和第二气体通道256在基板支撑件124内是流体独立的，以提供对基板122和边缘环210的独立的温度控制。
38.图3绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的示意性部分侧视图。在一些实施例中，偏压电源供应117可选地经由导管312电耦接到陶瓷板152的一个或多个电极154，以向一个或多个电极154提供rf功率。在一些实施例中，偏压电源供应117包括第一rf源310和第二rf源320。在一些实施例中，第一rf源310以第一频率提供rf功率，该第一频率与第二rf源320所提供的rf功率的第二频率不同。第一rf源310和第二rf源320耦接到匹配网络316。在一些实施例中，匹配网络316是rf匹配网络116，在一些实施例中，rf匹配网络116经配置以调整第一rf源310和第二rf源320的阻抗的匹配。在一些实施例中，匹配网络316经配置以将来自第一rf源310和第二rf源320的rf功率分开(split)给陶瓷板152和陶瓷环187中的每一者。控制器330耦接到匹配网络316，以控制来自第一rf源310和第二rf源320的功率的分配。在一些实施例中，匹配网络316和/或控制器330包括中央处理单元(cpu)、多个支持电路和存储器。
39.图4绘示根据本公开的至少一些实施例的基板支撑件的简化示意性部分侧视图。在一些实施例中，第二陶瓷环410围绕边缘环210设置。在一些实施例中，第二陶瓷环410由石英制成。在一些实施例中，第二陶瓷环410围绕陶瓷环187和边缘环210两者设置。在一些实施例中，第二陶瓷环410静置在第三陶瓷环420上。第三陶瓷环420围绕冷却板136设置。在一些实施例中，第三陶瓷环420由石英制成。在一些实施例中，陶瓷环187可包括通孔以接收升降销109以升高或降低边缘环210。在一些实施例中，如图4所示，第三陶瓷环420耦接到致动器430，以用于升高或降低第二陶瓷环410或边缘环210中的至少一个，以便于从腔室100移除。在一些实施例中，第二陶瓷环410包括内唇部406，边缘环210静置在内唇部406上。在这些实施例中，当第三陶瓷环420被升高时，第三陶瓷环420一致地(in unison)升高第二陶瓷环410和边缘环210两者。
40.虽然上文针对本公开的实施例，但在不背离本公开的基本范围下，可设计本公开的其他与进一步的实施例。