具有热调谐腔特征的晶片卡盘的制作方法

具有热调谐腔特征的晶片卡盘
相关申请
1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.半导体加工工具经常使用卡盘，该卡盘是在加工操作期间支撑半导体晶片并且经常将半导体晶片夹持在适当位置的设备。例如，可以使用真空夹持来提供这样的晶片夹持功能，其中气体从半导体晶片和其所在的卡盘表面之间的区域中抽出，使得在该半导体晶片的顶侧上比底侧上存在更大的压强，或者使用静电夹持来提供这样的晶片夹持功能，其中在卡盘上产生静电荷，从而使半导体晶片通过静电力被吸附到卡盘上。
3.卡盘中常见的其他特征包括例如加热器和/或冷却系统。例如，一些卡盘可能具有电阻加热元件或液体加热通道，其可用于为了准备半导体晶片处理或在半导体晶片处理期间而提高卡盘的温度。类似地，一些卡盘可以具有或附加地具有用于从卡盘(并因此从其支撑的半导体晶片)去除热量的液体冷却通道。更一般地，卡盘可包括一个或多个热交换器通道，该通道可用于根据情况通过流动加热或冷却的液体来加热和/或冷却卡盘。


技术实现要素：

4.本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将根据所述描述、附图和权利要求中变得显而易见。
5.本发明人构思了一种新型温控卡盘，其中卡盘不仅包括一个或多个热交换通道，而且还包括一个或多个热调谐腔特征。热调谐腔特征通常可以对应于卡盘材料中存在间断的卡盘的材料的位置，这些间断通常不用于除了被动地改变卡盘内的热流之外的其他目的。例如，卡盘可以由铝加工而成，并且可以具有一个或多个热交换通道，这些热交换通道遵循在卡盘内部的一条或多条路径，以及卡盘中的多个孔特征，这些孔特征可以被提供以容纳其他部件，例如可以延伸穿过卡盘中的孔以接触半导体晶片的下侧并将半导体晶片从卡盘的晶片支撑表面提高的升降销。这样的特征，即孔特征和一个或多个热交换通道，代表卡盘材料中的间断。然而，这些特定间断的存在并非出于被动改变卡盘内的热流的原因。例如，孔特征允许升降销穿过其中以接触半导体晶片的下侧并可能将其提高离开卡盘晶片支撑表面。相比之下，一个或多个热交换通道确实改变了热流，但是以主动方式这样做，例如，通过充当使冷却剂或加热流体主动地流过卡盘的导管来改变。因此，在本公开的上下文中，这两种特征都不会被认为是热调谐腔特征。
6.本发明人意识到，即使当精心设计卡盘以尝试和最小化卡盘材料中的各种间断的影响时，卡盘仍然会导致这种卡盘的明显的温度方位角不均匀性，进而导致由其支撑的半导体晶片在晶片厚度方面表现出明显的不均匀性。本发明人进一步意识到，通过在卡盘的材料中故意引入额外的间断，例如本文讨论的热调谐腔特征，可以进一步调整卡盘的温度
均匀性，从而可以实现非常均匀的温度梯度并在晶片处理操作期间维持。这进而会以类似的方式提高晶片处理的均匀性。
7.一般而言，本公开的技术可以通过从现有的卡盘设计开始实践，该卡盘设计可以包括各种特征，例如一个或多个热交换通道和/或用于升降销、温度探针、用于射频电源的高压电连接、用于卡盘中的一个或多个加热器的电连接件、晶片存在传感器等的孔特征，其布置成使得卡盘的晶片支撑表面(在晶片处理操作期间放置半导体晶片的卡盘的上表面)在例如通过嵌入卡盘内的加热器加热到第一温度时呈现第一温度分布。然后可以分析第一温度分布以识别其中温度低于某个参考温度的区域，例如，低于第一温度分布的平均温度或其一部分。一旦这些区域已经被识别，一个或多个热调谐腔特征就可以被添加到这些区域内的卡盘。这种热调谐腔特征可以起到去除热流路径的作用，该热流路径会提前使得不希望的大量热传递能发生。例如，低于参考温度的晶片支撑表面区域可能会表现出这种较低的温度，因为该区域中的卡盘结构提供了比卡盘其他区域更有效的热流路径——这使得来自这些区域的热量能更快地从晶片支撑表面流动到例如卡盘的一个或多个热交换通道。通过在这些区域中引入一个或多个热调谐腔特征，其热传递效率可能会降低，从而导致从这些区域排出热量的速率降低，进而导致这些区域内的温度升高。一般而言，每个热调谐腔特征在平行于晶片支撑表面的平面中的横截面面积越大和/或每个热调谐腔特征在垂直于晶片支撑表面的方向上越深，这种热调谐腔特征产生的升温效应将越明显。
8.这种热调谐腔特征的使用可以允许提供卡盘，该卡盘在整个晶片支撑区域上提供出色的温度均匀性。例如，各种不同的卡盘设计(其具有热交换通道、加热器和各种孔特征，但没有热调谐腔特征)当承受2.5kw至3.5kw范围内的热负荷，同时将大约室温的冷却剂供应到卡盘内的热交换通道时，在50℃至70℃范围内的温度下表现出约1.1℃至约0.45℃之间的三个标准偏差(以及范围为约1.45℃至0.65℃)。相比之下，另外具有几个热调谐腔特征的类似卡盘设计表现出～0.15℃的范围与～0.1℃的三个标准偏差。因此，整个晶片支撑表面的温度均匀性，即直径为300mm的区域，在晶片支撑表面上的最高和最低温度位置之间表现出0.15度的最大变化。这是非常小的；这种高度均匀的温度场通常只能在具有复杂加热和温度控制系统的卡盘中实现，该系统例如多区加热系统，其中可以控制多个离散加热器，以便将热量可变地传递到晶片支撑表面的不同区域。虽然这种系统在某些情况下可以允许在芯片级进行温度控制，但它们通常很复杂，因此很昂贵。由于复杂性增加，它们也可能更容易出现故障。
9.相比之下，诸如本文所述的那些卡盘相对不复杂并且提供了对加热均匀性的被动管理(与对不同区域中的不同加热元件的有源控制以实现加热均匀性相反)，同时还提供了在整个晶片支撑表面上特别均匀的温度分布。其晶片支撑表面。至少，本公开至少涉及以下实施方案。
10.在一些实施方案中，可以提供的晶片卡盘可以包括基板(在一些实施方案中，包括下面列出的这个和其他实施方案，可以简单地提供用于晶片卡盘的基板)、位于所述基板内的一个或多个热交换通道，以及位于所述基板内的一个或多个热调谐腔特征。每个热调谐腔特征可以定位成与所述一个或多个热交换通道的部分或相邻部分相邻，每个热调谐腔特征可以对应于所述基板内的空隙空间，并且所述一个或多个热调谐腔特征可以与所述基板内的所述热交换通道流体隔离。
11.在一些实施方案中，当所述晶片卡盘在正常使用中时，所述一个或多个热调谐腔特征没有液体。
12.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是密封的并且在其中可以具有真空环境。
13.在一些这样的实施方案中，所述真空环境可以具有小于或等于1托的压强。
14.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以被密封并填充有气体。
15.在所述装置的一些实施方案中，所述基板可以具有一个或多个孔特征，其延伸进入或穿过所述基板，可以与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流体隔离，并且可以被配置为在半导体处理室中的所述晶片卡盘的正常使用期间使部件的一部分位于其中。在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征至少可以包括第一热调谐腔特征和第二热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征和所述第二热调谐腔特征可以基本对称地定位在径向轴的任一侧，所述径向轴从所述基板的中心点延伸穿过所述一个或多个孔特征的第一孔特征的中心轴，并且使得所述一个或多个热交换通道的至少一部分可以位于所述第一孔特征与第一热调谐腔特征以及所述第二热调谐腔特征两者之间，并且所述基板的所述中心轴可以穿过与配置所述晶片卡盘来支撑的圆形半导体晶片的标称中心点相对应的位置。
16.在一些实施方案中，所述基板可以具有延伸到所述基板中或穿过所述基板的两个或更多个孔特征，可以与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流体隔离，并且可以被配置为在半导体处理室中的所述晶片卡盘的正常使用期间使部件的一部分位于其中。所述两个或更多个孔特征可以包括第一孔特征和第二孔特征，所述第一孔结构和所述第二孔结构可以都位于所述一个或多个热交换通道的第一部分和所述一个或多个热交换通道的第二部分之间，并且所述一个或多个热调谐腔特征可以包括至少一个第一热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征介于第一部分和第二部分之间以及所述第一孔特征和所述第二孔特征之间。
17.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有均匀横截面宽度的槽。
18.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有不均匀横截面宽度的槽。
19.在一些实施方案中，可以存在多个热调谐腔特征并且所述热调谐腔特征可以不均匀地分布在整个所述基板中。
20.在一些实施方案中，如果(a)所述相应的热调谐腔特征可以被替换为与所述对应的热调谐腔特征邻接的所述基板的相同材料并且(b)所述基板被加热到使用所述晶片卡盘的正常处理操作中使用的温度，则热调谐腔特征的每个位置将对应于所述晶片卡盘的晶片支撑表面上相对于所述晶片卡盘的所述晶片支撑表面的平均温度的低于所述平均温度的区域。
21.在一些实施方案中，所述晶片卡盘还可以包括顶板，所述顶板位于所述晶片卡盘的顶面上。
22.在一些这样的实施方案中，所述顶板包括一个或多个加热器元件。在一些实施方案中，所述顶板可以至少部分地由陶瓷材料制成。
23.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以完全封闭在所述基板内。
24.在一些实施方案中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以是从所述基板的所述第一侧延伸到所述基板中并且不延伸穿过所述基板到达所述基板的与所述第一侧相反的一侧的凹槽。
25.在一些实施方案中，一个或多个热调谐腔特征中的至少一个可以完全延伸穿过基板。
26.上述概念的其它细节将结合附图更详细地论述，但应当理解，本公开内容不仅限于本文所述的特定实施方案，而是扩展到本公开上下文中对本领域普通技术人员显而易见的其它变体。
附图说明
27.本文所公开的各种实施方案是以示例而并非以限制的方式在附图的图中进行说明，其中相似的附图标记指类似元件。
28.图1示出了示例性晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示晶片卡盘中的热交换器通道特征和各种孔特征。
29.图2显示了图1的示例性晶片卡盘的侧面部分截面图。
30.图3示出了另一示例晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示晶片卡盘中的热交换器通道特征、各种孔特征和热调谐腔特征。
31.图4显示了图3的示例性晶片卡盘的侧视局部剖视图。
32.图5示出了另一个示例晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示晶片卡盘中的热交换器通道特征、各种孔特征和热调谐腔特征。
33.图6示出了图5的示例性晶片卡盘的侧视局部剖视图。
34.图7显示了图1、3和5的三个晶片卡盘的相对于参考温度的归一化温度变化。
35.图8示出了半导体处理室的示意图。
36.图9示出了另一个半导体处理室的示意图。
具体实施方式
37.重要的是，本文所讨论的概念不限于本文讨论的任何单一方面或实施方案，也不限于这些方面和/或实施方案的任何组合和/或排列。此外，本发明的每一方面和/或其实施方案可被单独采用，或与其他方面和/或其实施方案中的一或更多者组合。为简洁起见，这些排列和组合中的许多将不在本文中分别讨论和/或说明。
38.如前所述，可以通过在特定区域中使用热调谐腔特征来提供在给定工艺条件下具有极低温度非均匀性的半导体卡盘。在讨论具有热调谐腔特征的实施方案之前，下面参考图1和图2提供对常见半导体晶片卡盘特征的初步讨论。
39.图1示出了示例性半导体晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示半导体晶片卡盘中的热交换器通道特征和各种孔特征。图2示出了沿径向轴116截取的图1的示例性晶片卡盘的侧面部分截面图。
40.图1和图2的晶片卡盘100可以包括基板102，该基板可以容纳一个或多个内部热交
换通道108，该内部热交换通道108可以配置为使在基板102内的热交换介质(例如液体冷却剂，如galdentm或fluorinert
tm
)循环，从而允许热量从基板102传导走(替代地，加热的热交换介质可以在一个或多个热交换通道108内循环以提供对晶片卡盘100的加热——例如，在处理晶片之前，可能需要将晶片卡盘100从室温加热到高温而不需要由晶片处理操作产生的热量；在这种情况下，晶片卡盘100可以通过使经加热的热交换介质流动通过热交换通道108来预热)。基板102例如可以由铝、陶瓷或其他适合于在处理期间支撑半导体晶片的材料制成；例如，基板102可由与维持在处理室内的环境不反应(或几乎不反应)的材料制成。在一些实施方案中，顶板104可以放置在基板102的顶部并且用于提供接触并支撑放置在晶片卡盘100上的半导体晶片的晶片支撑表面。例如，顶板104可以例如由陶瓷或其他介电材料制成，并且在一些实施方案中，可以在其内嵌入一个或多个加热器元件106。例如，顶板104可以在其中具有电阻加热器迹线，该电阻加热器迹线遵循贯穿顶板104内部的圆形区域的蛇形或曲折路径。这样的加热器元件106可替代地位于基板102中或基板102上，例如，位于基板102和顶板104之间的基板102的顶面上。
41.在一些实施方案中，可能根本没有顶板104，并且基板102本身可以提供晶片支撑表面，即，半导体晶片可以直接放置在基板102的顶部以准备晶片处理操作。
42.基板102(以及，在某些情况下，顶板104)可以可选地具有一个或多个孔特征112，孔特征112可以被提供以允许各种部件延伸进入或穿过基板102。例如，可以包括孔特征112以使得能将升降销推过晶片卡盘100以将半导体晶片举高离开其晶片支撑表面，能将一个或多个温度探针插入基板102以监测其内部温度，能例如形成连接一个或多个射频电极和/或加热元件106的电连接件，能使气体流入半导体晶片和顶板104或基板102之间的区域，等等。如前所述的孔特征112被一个或多个部件(升降销、紧固件、电连接器、温度探头等)占据，这些部件提供除了半导体处理操作中的晶片卡盘在正常使用过程中通过基板102的热流的被动修改之外的功能，或者用于提供与热传递不直接相关的功能，例如，使惰性阻隔气体(如氩气)流入半导体晶片下方的区域，以保护半导体晶片的下侧免受工艺气体的影响。孔特征112通常与热交换通道108流体隔离，即不是热交换通道的一部分。为了清楚起见，晶片卡盘(或其部件)的“正常使用”是指在典型的半导体加工操作期间晶片卡盘(或其组件)的典型使用，例如，在处理操作期间支撑半导体晶片并且具有流过其热交换通道的热交换流体。
43.作为后面讨论的一般参考，晶片卡盘100可以具有标称中心点118，该标称中心点118可以与放置在晶片卡盘100上的用于半导体处理操作的位置的半导体晶片的预期中心点重合；晶片卡盘100还可以具有穿过该中心点118并且垂直于晶片卡盘100的晶片支撑表面的中心轴114。本公开中的各种侧剖视图，例如图2中所示的侧剖视图可以使用沿径向轴(例如径向轴116)截取的截面来显示，径向轴116从中心点118/中心轴114径向向外延伸。
44.应当理解，图1和2的晶片卡盘100具有一般固定的热特性，尽管可以通过加热器元件106和热交换通道108向其添加和从其移除的热量以及从使用它的半导体室内的处理环境移除的热量可以在一定程度上进行调整，但通过修改这些输入来影响晶片卡盘100的整个晶片支撑表面的温度均匀性几乎不太可能。虽然上面关于图1和图2讨论的基板102内的各种特征可以设计为(例如，通过试图使热交换通道中的通道或部分大体上同心来)尽可能地减少温度不均匀性，但是在大多数情况下，由于晶片卡盘100的内部几何形状，通常在晶
片支撑表面中会产生一些温度不均匀性，如图7所示。
45.虽然尚未讨论图3和图5的晶片卡盘，但图7显示了对于类似的处理条件，图1、图3和图5的三个晶片卡盘的相对于参考温度的归一化温度变化，所述处理条件例如，晶片和晶片卡盘的热负荷在2.5kw到3.2kw之间，热交换通道具有流向其内部的在约20℃的热交换流体，以及晶片、晶片卡盘和腔室温度保持在标称60℃。在图7中，显示了对应的晶片卡盘100、300和500的晶片支撑表面(显示为圆形区域)的温度“热”图。最上面的圆形区域代表图1和图2的晶片卡盘100的晶片支撑表面。为了便于在图7中表示的各种晶片卡盘之间进行比较，图7中指示的温度已基于在图1和图2的晶片卡盘100中形成的温度范围进行了归一化。虽然在图7中没有显示温度标度，但所描绘的温度范围可以理解为在0.5℃至5.0℃的数量级。可以看出，在晶片支撑表面的不同位置存在明确的“热”和“冷”点(但是应理解，这些热点和冷点的温度变化可能仅小于一摄氏度)。
46.如上所述，可以通过将热调谐腔特征放置在晶片卡盘的基板内的不同位置处来获得晶片卡盘的更均匀的温度分布。
47.图3示出了另一示例性晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示晶片卡盘中的热交换器通道特征、各种孔特征和热调谐腔特征。图4显示了图3的示例性晶片卡盘的侧面局部剖视图。
48.在图3和4中，晶片卡盘300被显示为包括基板302、顶板304、加热器元件306、多个孔特征312和一个或多个热交换通道308。类似晶片卡盘100，晶片卡盘300还可以具有中心点318、中心轴314和一个或多个径向轴，例如径向轴316。图4中的晶片卡盘300的局部剖视图是沿径向轴316截取的。关于上述特征，晶片卡盘300在很大程度上类似于晶片卡盘100，但是应当注意，两个晶片卡盘确实具有不同的孔特征布置和不同的热交换通道308布置。然而，晶片卡盘300与晶片卡盘100的明显不同在于有位于基板302内的不同位置处的热调谐腔特征310。热调谐腔特征310虽然用阴影填充图案指示，但应理解为是空的空间(或充满气体)。应当理解，额外的热调谐腔特征310可以位于基板302的在图3中不可见的其他部分中，并且每个热调谐腔特征的具体位置对于任何给定的晶片卡盘300设计都是唯一的。
49.在所描绘的示例中，在图3和图4中可见三个热调谐腔特征310(310a、310b和310c)；选择径向轴316，使其穿过所有三个这样的热调谐腔特征310，并且这些热调谐腔特征310的横截面在图4中可见。当沿垂直于晶片卡盘的晶片支撑表面的轴观察时，每个热调谐腔特征通常可以与一个或多个热交换通道308的一部分320或相邻部分320相邻。例如，热调谐腔特征310a与部分320a相邻，热调谐腔特征310b与部分320b和320c相邻，并且热调谐腔特征310c与部分320d和320e相邻。
50.可以看出，热调谐腔特征310可以具有不同的宽度、不同的深度和/或距晶片卡盘300的晶片支撑表面的不同的距离。在图3中，所描绘的热调谐腔特征310是被铣削的通道，该通道沿着每个热调谐腔特征310遵循的路径具有恒定宽度(除了在每个这样的热调谐腔特征310的端盖处，它们都是圆形的，因此横截面积随着一者移动经过任一圆形端盖的中心点并朝向任一端盖的最外点而减小)。可以看出，热调谐腔特征310可以根据热调谐腔特征310不同而具有不同的横截面宽度——例如，最接近中心点318的两个热调谐腔特征310当沿中心轴314观察时具有横截面宽度，该两个横截面宽度都具有几乎略大于从相同角度在基板302的外侧附近可见的第三热调谐腔特征310的横截面宽度的一半。相反，最靠近中心
点318的两个热调谐腔特征310是在该示例中一直延伸穿过基板302的槽(并且如图所示，可以在基板302的下侧“打开”；替代地，另一个部件可以放置在基板302的下侧附近以覆盖这些开口——类似于顶板304关闭形成在基板302的顶表面中的开口的方式，这些开口由于热调谐腔特征310而存在)，而位于基板302的外周边附近的第三热调谐腔特征310是盲槽，其从基板302的底部仅部分地延伸到基板302中。一般而言，与配置热调谐腔特征使得它们在平行于晶片支撑表面的平面中具有更小的横截面积、更浅的深度和/或离晶片支撑表面更远相比，配置热调谐腔特征使得它们在平行于晶片支撑表面的平面中具有更大的横截面积、更深的深度和/或更靠近晶片支撑表面通常可能具有导致这些热调谐腔特征位于其中的区域中的温度增加的程度更大的效果。在大多数情况下，通过在存在“冷冻”或“冷”点(与基板302的周围温度相比温度局部降低)的区域中添加热调谐腔特征，来自该区域的热流可能会被破坏或阻碍，以致热量无法尽快流出该区域。这导致在这样的区域中增加的热量保留，并因此导致更高的温度。通过改变这种热调谐腔特征的尺寸和/或深度，可以实现更大或更小量的温度调节；应认识到，用于确定此类热调谐腔特征的位置、数量、尺寸和/或深度的过程可具有一定程度的迭代，并且可能因晶片卡盘设计而不同，具体取决于例如晶片卡盘的热交换通道、孔特征和其他方面的配置。
51.在图3和图4的晶片卡盘300的情况下，热调谐腔特征310a和310b都完全延伸穿过基板302(在这种情况下，终止于顶板304)，而热调谐腔特征310c终止于底板302内偏离顶板304的位置。
52.由于存在热调谐腔特征(描绘的那些和在图3和图4中不可见的其他热调谐腔特征)，图3和图4的晶片卡盘300显示出比图1和图2中的晶片卡盘100(没有热调谐腔特征)显著改善的温度均匀性。例如，图7的中间圆形区域的热图描绘了这种晶片卡盘300在与控制图7的上部热图相似的边界条件下的温度分布。如图可见，晶片卡盘300的晶片支撑表面上的温度变化远远小于晶片卡盘100的温度变化，例如，晶片卡盘300中的最大温度变化大约是在晶片卡盘100中观察到的温度变化的23％，即与晶片卡盘100相比，晶片卡盘300的晶片支撑表面的温度变化降低76％。
53.图5示出了另一个示例性晶片卡盘的平面图，其90
°
区段被部分切除以显示晶片卡盘中的热交换通道特征、各种孔特征和热调谐腔特征。图6示出了沿径向轴516截取的图5的示例性晶片卡盘的侧向局部剖视图。与前面讨论的晶片卡盘100和300一样，晶片卡盘500包括基板502、顶板504、加热器元件506、多个孔特征512和一个或多个热交换通道508。与晶片卡盘100和300一样，晶片卡盘500也可以具有中心点518、中心轴514和一个或多个径向轴，例如径向轴516。图6中的晶片卡盘500的局部剖视图是沿径向轴516截取的。
54.显然，晶片卡盘500的基板502包括多个热调谐腔特征510，例如，热调谐腔特征510a到510h。与晶片卡盘300的热调谐腔特征310相比，所描绘的一些热调谐腔特征510具有沿其长度的可变截面宽度。例如，热调谐腔特征510b具有两个部分——处于第一横截面宽度的第一部分和处于第二横截面宽度(其大约是第一横截面宽度的两倍)的第二部分。在该示例中，两个横截面宽度之间的过渡基本上是阶跃式变化(例如，通过用直径等于第一横截面宽度的立铣刀铣削第一部分并且用直径等于第二横截面宽度的立铣刀铣削第二部分引起)。然而，其他热调谐腔特征可以具有以逐渐或连续方式变化的不同横截面宽度，例如，可以通过使用直径小于热调谐腔特征的较大横截面尺寸的立铣刀沿各种铣削路径重复走刀
来加工。例如，热调谐腔特征对510c/510d和510e/510f各自包括两个热调谐腔特征，它们通常围绕径向轴成镜像；这些热调谐腔特征具有逐渐变化的横截面宽度，如图5所示，具有翼型外观。
55.在一些实施方案中，以大致对称方式定位在径向轴的相对侧上的两个(或更多)热调谐腔特征310可用于抵消可能由热交换通道508中的一部分中的间断导致的温度不平衡，例如，该间断可能由孔特征512的存在导致。例如，热交换通道508的部分520d和520e位于热交换通道508中的间断(例如，相对急剧的弯曲或“拐点”)处的任一侧，该间断由于热交换通道508中的路径变化而导致，该路径变化由于定位在间断处附近并且从间断处径向向内的孔特征512的存在而导致。
56.这种间断可能导致间断区域中的热交换通道508更靠近部分520f和520g之间的热交换通道508的相邻部分，这进而通常会通过该局部区域的热交换通道508导致该相邻部分冷却增加。然而，通过包括热调谐腔特征510c和510d，可以减少在该区域中发生的冷却量并且可以增加晶片支撑表面处的温度以接近周围区域的温度。
57.类似的布置在热调谐腔特征510e和510f中是明显的。在这两种情况下，热调谐腔特征510c/510d和510e/510f可以围绕径向轴线以基本上对称的布置定位，所述径向轴线从基板502的中心点518延伸通过例如间断或导致间断的孔特征的中心。
58.图5中明显的另一种类型的热调谐腔特征510是在两个孔特征512之间延伸并且位于一个或多个热交换通道508的两个相邻部分520之间的热调谐腔特征510。例如，热调谐腔特征510g和510h都位于一个或多个热交换通道508的两个相邻部分520之间以及两个孔特征512之间。
59.如能在图6中能看到的，与图3的热调谐腔特征310相比，热调谐腔特征510都完全位于基板502内。这种热调谐腔特征510可以通过制造多层形式的基板502来生产，其中热调谐腔特征510在这些层的一个或多个表面中加工，然后将这些层粘合在一起以形成基板502。
60.晶片卡盘500的性能在图7中可见，其中可以看出晶片卡盘500的温度变化远小于晶片卡盘100的温度变化——大约是在晶片卡盘100经历的温度变化的19％。
61.在许多实施方案中，用于晶片卡盘的给定基板中的热调谐腔特征可以以非均匀方式分布在整个基板中。在理想情况下，晶片卡盘将具有完全轴对称的温度控制，以使晶片支撑表面的温度能保持完全均匀。然而，由于现实世界的各种限制，例如包含孔特征、包含蛇形热交换通道、包含电连接器等，实际上很难实现完全轴对称的温度控制。在晶片卡盘中使用热调谐腔特征提供了一种机制，通过该机制可以减轻或很大程度上或完全消除由于包含这些特征而出现的温度不均匀性。
62.晶片卡盘(诸如本文所述的那些)可以为半导体处理操作提供卓越的温度控制，而不需要昂贵或复杂的温度控制系统。虽然这样的晶片卡盘可能具有能够实现这样的温度控制的稍微有限的温度范围(取决于基板的温度，热调谐腔特征可能具有或多或少的有效性)，但是这样的晶片卡盘可以在操作温度(所述晶片卡盘被设计为在这样的温度下操作)下在它们的晶片支撑表面上提供卓越和稳定的温度均匀性。
63.还应当理解，在某些情况下，本文讨论的热调谐腔特征可以填充有气体或被抽排至至少部分真空，例如压强小于或等于1托，以便调整热调谐腔特征的行为。例如，在一些实
施方案中，热调谐腔特征可以构造成除了少量气体在其内部没有任何东西，例如，热调谐腔特征可以在其中具有真空环境——这样的实现方案可能导致热调谐腔特征具有增加的热流阻力，因为在热调谐腔特征内可能没有材料(或真空中可能存在任何气体形式的非常少的材料)来支持传导或对流热传递。
64.图8示出了可以使用上述晶片卡盘的半导体处理室的示意图。在图8中，描绘了室836，其中容纳了一个或多个半导体晶片处理站(仅示出了一个，但也可以提供额外的站)。每个半导体晶片站可以包括喷头830或其他气体分配系统和晶片卡盘800，晶片卡盘800可以是如上所述的具有热调谐腔特征的温控晶片卡盘。晶片卡盘800可以在其上表面或晶片支撑表面上支撑半导体晶片828。可以提供控制器832来控制装置的各个方面，包括例如控制传送到晶片卡盘800的加热器的功率量、通过晶片卡盘800的一个或多个热交换通道的冷却剂的流动以及通过喷头的气体流动，例如来自气体源834。图8的半导体处理室可以例如用于沉积工艺。
65.图9示出了另一个半导体处理室的示意图，其中也可以使用上面讨论的晶片卡盘。在图9中，描绘了室936，与图8的室836一样，室936在其中容纳晶片卡盘900，例如本文讨论的晶片卡盘之一。晶片卡盘900可用于支撑晶片928，晶片928会经受等离子体946作用，等离子体946可通过向射频(rf)发生器942中的一个或两者供电而产生(等离子体可由气体形成，可以例如通过气体供应源(未示出)将气体引入晶片928上方的区域)。rf发生器942可以由控制器932控制；rf发生器942之一可以耦合到在晶片卡盘900中的电极(未示出)，而另一rf发生器942可以耦合到线圈940，该线圈940可以位于介电板938上方，介电板938可以用作室936的顶板，从而允许由线圈940发出的rf功率进入室936。室936可例如用于蚀刻工艺。
66.上文讨论的控制器可以是系统的一部分，该系统可以包括上述示例，并且可以与各种阀、质量流量控制器、泵等可操作地连接，以能够从这种设备接收信息和/或控制这种设备。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括各种气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、流率设置、流体输送设置、以及位置和操作设置。
67.概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
68.在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系
统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
69.示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
70.如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
71.为了本发明的目的，关于可相互连接以形成流体连接的体积、充气室、孔等，使用术语“流体连接”，其类似关于连接在一起以形成电气连接的部件而使用术语“电气连接”的方式。如果使用，则术语“流体插置”可用来指与至少两个其他部件、体积、充气室或孔流体连接的部件、体积、充气室或孔，使得从这些其他部件、体积、充气室或孔中的一者流向这些其他部件、体积、充气室或孔中的另一者的流体在到达这些部件、体积、充气室或孔中的另一者之前先流过“流体插置”的部件。例如，如果将泵流体插置于容器与出口之间，则从容器流至出口的流体将在到达出口之前先流过泵。类似地，“流体隔离”关于彼此分离的两个体积，例如结构内的两个体积使用，使得流体不能从一个体积流到另一个体积，例如，使得流体不能从一个体积流动到该结构内的另一个体积。
72.应当理解的是，例如词句“对于该一或更多＜项目＞中的每一＜项目＞”或“该一或更多＜项目＞中的每一＜项目＞”(如果用于本文中)为包括单个项目组和多个项目组两者，即，使用词语“对...每一者(for
…
each)”的含义是，在程序语言中使用其来指称所指全部项目群中的每一项目。例如，如果所指的项目群是单个项目，则“每一”将仅指该单个项目(尽管事实上“每一”的字典定义经常是定义为指“两个或更多事物中的每一者”)，并不意味必须有这些项目中的至少两者。
73.如果有的话，在本公开和权利要求中使用序数指示符，例如，(a)、(b)、(c)
…
等，应理解为不传达任何特定的顺序或序列，除非在明确指出这样的顺序或序列的范围内。例如，
如果存在标记为(i)、(ii)和(iii)的三个步骤，应理解这些步骤可以以任何顺序进行(或者甚至同时进行，如果没有其他不当的话)，除非另有说明。例如，如果步骤(ii)涉及处理在步骤(i)中创建的元素，则步骤(ii)可以被视为发生在步骤(i)之后的某个时间点。类似地，如果步骤(i)涉及处理在步骤(ii)中创建的元素，则应理解相反。
74.诸如“约”、“大约”、“基本上”、“标称”等术语，当关于数量或类似的可量化特性使用时，应理解为包括与指定的值或关系相差在
±
10％以内的值(以及包括指定的实际值或关系)，除非另有说明。
75.应当理解，前述概念的所有组合(只要这些概念不相互矛盾)都被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文中明确使用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。
76.应进一步理解，上述公开虽然集中于一个或多个特定的示例性实现方案中，但不仅限于所讨论的示例，还可以适用于类似的变体和机制，以及这样的类似变体和机制也被认为在本公开的范围内。为避免任何疑问，还应理解，上述公开至少针对以下编号的实施方案，以及从上述公开显而易见的其他实施方案。
77.实施方案1：一种晶片卡盘，所述晶片卡盘包括基板，位于所述基板内的一个或多个热交换通道，以及位于所述基板内的一个或多个热调谐腔特征，其中：每个热调谐腔特征定位成与所述一个或多个热交换通道的部分或相邻部分相邻，每个热调谐腔特征对应于所述基板内的空隙空间，并且所述一个或多个热调谐腔特征与所述基板内的所述热交换通道流体隔离。
78.实施方案2：根据实施方案1所述的晶片卡盘，当所述晶片卡盘在正常使用中时，所述一个或多个热调谐腔特征没有液体。
79.实施方案3：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是密封的并且在其中具有真空环境。
80.实施方案4：根据实施方案3所述的晶片卡盘，所述真空环境具有小于或等于1托的压强。
81.实施方案5：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个被密封并填充有气体。
82.实施方案6：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述基板具有一个或多个孔特征，其延伸进入或穿过所述基板，与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流体隔离，并且被配置为在半导体处理室中的所述晶片卡盘的正常使用期间使部件的一部分位于其中，所述一个或多个热调谐腔特征至少包括第一热调谐腔特征和第二热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征和所述第二热调谐腔特征基本对称地定位在径向轴的任一侧，所述径向轴从所述基板的中心点延伸穿过所述一个或多个孔特征的第一孔特征的中心轴，并且使得所述一个或多个热交换通道的至少一部分位于所述第一孔特征与第一热调谐腔特征以及所述第二热调谐腔特征两者之间，并且所述基板的所述中心轴穿过与配置所述晶片卡盘来支撑的圆形半导体晶片的标称中心点相对应的位置。
83.实施方案7：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中所述基板具有延伸到所述基板中或穿过所述基板的两个或更多个孔特征，与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流
体隔离，并且被配置为在半导体处理室中的所述晶片卡盘的正常使用期间使部件的一部分位于其中，所述两个或更多个孔特征包括第一孔特征和第二孔特征，所述第一孔结构和所述第二孔结构都位于所述一个或多个热交换通道的第一部分和所述一个或多个热交换通道的第二部分之间，并且所述一个或多个热调谐腔特征包括至少一个第一热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征介于第一部分和第二部分之间以及所述第一孔特征和所述第二孔特征之间。
84.实施方案8：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有均匀横截面宽度的槽。
85.实施方案9：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有不均匀横截面宽度的槽。
86.实施方案10：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中存在多个热调谐腔特征并且所述热调谐腔特征不均匀地分布在整个所述基板中。
87.实施方案11：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，如果(a)所述相应的热调谐腔特征被替换为与所述对应的热调谐腔特征邻接的所述基板的相同材料并且(b)所述基板被加热到使用所述晶片卡盘的正常处理操作中使用的温度，则热调谐腔特征的每个位置将对应于所述晶片卡盘的晶片支撑表面上相对于所述晶片卡盘的所述晶片支撑表面的平均温度的低于所述平均温度的区域。
88.实施方案12：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其还包括顶板，其中，所述顶板位于所述晶片卡盘的顶面上。
89.实施方案13：根据实施方案12所述的晶片卡盘，其中所述顶板包括一个或多个加热器元件。
90.实施方案14：根据实施方案12所述的晶片卡盘，其中所述顶板至少部分地由陶瓷材料制成。
91.实施方案15：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个完全封闭在所述基板内。
92.实施方案16：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是从所述基板的所述第一侧延伸到所述基板中并且不延伸穿过所述基板到达所述基板的与所述第一侧相反的一侧的凹槽。
93.实施方案17：根据实施方案1所述的晶片卡盘，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个完全延伸穿过所述基板。
94.实施方案18：一种用于晶片卡盘的基板，所述基板包括位于所述基板内的一个或多个热交换通道和位于所述基板内的一个或多个热调谐腔特征，其中：每个热调谐腔特征定位于邻近一个或多个热交换通道的一部分或相邻部分，每个热调谐腔特征对应于基板内的空隙空间，并且一个或多个热调谐腔特征与基板内的热交换通道流体隔离。
95.实施方案19：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中，当所述晶片卡盘在正常使用中时，所述一个或多个热调谐腔特征没有液体。
96.实施方案20：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中一个或多个热调谐腔特征中
的至少一个被密封并且在其中具有真空环境。
97.实施方案21：根据实施方案20所述的晶片卡盘，其中真空环境具有小于或等于1托的压强。
98.实施方案22：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中一个或多个热调谐腔特征中的至少一个被密封并填充有气体
99.实施方案23：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中：所述基板具有一个或多个孔特征，所述孔特征延伸进入或穿过所述基板，与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流体隔离，并且被配置为在半导体处理室中的所述基板的正常使用期间具有位于其中的部件的一部分，所述一个或多个热调谐腔特征至少包括第一热调谐腔特征和第二热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征和所述第二热调谐腔特征基本对称地定位在径向轴的任一侧，所述径向轴从所述基板的中心点延伸穿过所述一个或多个孔特征的第一孔特征的中心轴，并且使得所述一个或多个热交换通道中的至少一部分位于所述第一孔特征与所述第一热调谐腔特征以及所述第二热调谐腔特征两者之间，并且所述基板的所述中心轴穿过与配置所述晶片卡盘来支撑的圆形半导体晶片的标称中心点相对应的位置。
100.实施方案24：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中：所述基板具有两个或更多个孔特征，所述孔特征延伸进入或穿过所述基板，与所述基板内的所述一个或多个热交换通道流体隔离，并且被配置为在半导体处理室中的所述基板的正常使用期间具有位于其中的部件的一部分，所述两个或更多个孔特征包括第一孔特征和第二孔特征，所述第一孔特征和所述第二孔特征都位于所述一个或多个热交换通道的第一部分和所述一个或多个热交换通道的第二部分之间，并且所述一个或多个热调谐腔特征包括至少一个第一热调谐腔特征，所述第一热调谐腔特征介于所述第一部分和所述第二部分之间以及所述第一孔特征和所述第二孔特征之间。
101.实施方案25：根据实施方案18所述的基板，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有均匀横截面宽度的槽。
102.实施方案26：根据实施方案18所述的基板，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是在所述槽的第一端和所述槽的相对的第二端之间的区域中具有不均匀横截面宽度的槽。
103.实施方案27：根据实施方案18所述的基板，其中存在多个热调谐腔特征并且所述热调谐腔特征不均匀地分布在整个所述基板中。
104.实施方案28：根据实施方案18所述的基板，其中，如果(a)所述相应的热调谐腔特征被替换为与所述对应的热调谐腔特征邻接的所述基板的相同材料并且(b)所述基板被加热到使用所述基板的正常处理操作中使用的温度，则热调谐腔特征的每个位置将对应于所述基板的晶片支撑表面上相对于所述基板的所述晶片支撑表面的平均温度的低于所述平均温度的区域。
105.实施方案29：根据实施方案18所述的基板，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个完全封闭在所述基板内。
106.实施方案30：根据实施方案18所述的基板，其中，所述一个或多个热调谐腔特征中的至少一个是从所述基板的所述第一侧延伸到所述基板中并且不延伸穿过所述基板到达
所述基板的与所述第一侧相反的一侧的凹槽。
107.实施方案31：根据实施方案18所述的晶片卡盘，其中一个或多个热调谐腔特征中的至少一个完全延伸穿过基板。