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TWI463588B

Substrate support with electrostatic chuck having dual temperature zones

Abstract

An electrostatic chuck for receiving a substrate in a substrate processing chamber comprises a ceramic puck having a substrate receiving surface and an opposing backside surface with a plurality of spaced apart mesas. An electrode is embedded in the ceramic puck to generate an electrostatic force to hold a substrate. Heater coils located at peripheral and central portions of the ceramic puck allow independent control of temperatures of the central and peripheral portions of the ceramic puck. The chuck is supported by a base having a groove with retained air. The chuck and base can also have an overlying edge ring and clamp ring.

TWI463588B, drawing sheet 1
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60 claims: 54 independent, 6 dependent

  1. 1
    一種用於一處理腔室的夾持環，所述處理腔室包括一具有一頂表面的底座和一邊緣環，所述頂表面具有一用於支撐一靜電夾盤的夾盤容納部分和一週邊部分，所述靜電夾盤包括一陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤具有一包括一第一和一第二臺階的週邊壁架，所述邊緣環設置在所述陶瓷圓盤的第二臺階上，所述夾持環包括：a)一環形主體，具有一用於支撐所述邊緣環的頂表面以及一具有多個孔的底表面，所述底表面的多個孔使得適於固定到所述底座的頂表面的週邊部分；b)一上唇部，向內徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第一臺階上；c)一徑向外部側表面；以及d)一足部，從所述徑向外部側表面向下延伸以設置在所述底座的頂表面的週邊部分上。
  2. 2
    如申請專利範圍第1項所述的夾持環，其中所述環形主體通過與所述孔匹配的螺絲或螺栓固定到所述底座的頂表面的週邊部分。
  3. 3
    如申請專利範圍第1項所述的夾持環，其中所述上唇部包括一向下延伸的凸塊，其放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第一臺階上。
  4. 4
    如申請專利範圍第3項所述的夾持環，其中所述環形主體包括從所述向下延伸的凸塊徑向地向外延伸的一底部凹陷。
  5. 5
    如申請專利範圍第1項所述的夾持環，其中所述夾持環的上唇部包括一設置在所述陶瓷圓盤的週邊部分的第一臺階上的底表面。
  6. 6
    如申請專利範圍第5項所述的夾持環，其中所述底表面含有聚合物。
  7. 7
    如申請專利範圍第6項所述的夾持環，其中所述聚合物包括聚醯亞胺。
  8. 8
    如申請專利範圍第1項所述的夾持環，其中所述夾持環含有金屬或陶瓷。
  9. 9
    如申請專利範圍第8項所述的夾持環，其中所述陶瓷含有氧化鋁。
  10. 10
    一種用於一處理腔室的邊緣環，所述處理腔室具有：i)一底座；ii)一底座上的一靜電夾盤，所述靜電夾盤包括 一陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括一具有一臺階的週邊壁架；以及iii)一夾持環，所述夾持環具有一上唇部、一外部側表面與一頂表面，所述上唇部向內徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的臺階上，所述邊緣環，包括：a)一帶，包括一設置在所述夾持環的頂表面上的足部；b)一環形外壁，圍繞所述夾持環的所述外部側表面；以及c)一內凸緣，覆蓋所述陶瓷圓盤的週邊壁架的臺階。
  11. 11
    如申請專利範圍第10項所述的邊緣環，其中所述帶含有陶瓷。
  12. 12
    如申請專利範圍第11項所述的邊緣環，其中所述陶瓷含有石英。
  13. 13
    一種用於一處理腔室的邊緣環，所述處理腔室具有：i)一底座；ii)所述底座上的一靜電夾盤，所述靜電夾盤包括一陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括一具有一臺階的週邊壁架；以及iii)一夾持環，所述夾持環具有一頂表面、一上唇部以及一外部側表面，所述上唇部從所述頂表面向內徑 向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的臺階上，所述邊緣環，包括：a)一楔形的帶，包括一傾斜的上表面和一覆蓋所述夾持環的頂表面的下表面；b)一內凸緣，從所述楔形的帶向內徑向地延伸，所述內凸緣包括一足部，該足部能夠放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的臺階上；以及c)一外凸緣，從所述楔形的帶向外徑向地延伸，所述外凸緣包括一徑向向內的襯面，該徑向向內的襯面覆蓋所述夾持環的外部側表面。
  14. 14
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述內凸緣包括一關於所述楔形帶的下表面逐漸升高的底表面。
  15. 15
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述內凸緣包括一徑向向內的周界，所述徑向向內的周界具有一上臺階和一下臺階。
  16. 16
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述內凸緣具有一弧形邊緣，所述邊緣與所述楔形帶的傾斜上表面結合。
  17. 17
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述外凸 緣包括一關於所述楔形帶的下表面向下延伸的底壁。
  18. 18
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述外凸緣包括一傾斜的周界邊緣。
  19. 19
    如申請專利範圍第13項所述的邊緣環，其中所述楔形帶含有陶瓷。
  20. 20
    如申請專利範圍第19項所述的邊緣環，其中所述陶瓷含有石英。
  21. 21
    一種用於在一處理腔室中容納一基材的靜電夾盤，所述靜電夾盤包括：a)一陶瓷圓盤，包括：i)一基材容納表面，具有多個臺面的突起平臺，所述突起平臺由一凹槽圖案分開；ii)一背面，相對所述基材容納表面，所述背面包括多個隔開的第二臺面，所述第二臺面係藉由多個間隙而彼此隔開；iii)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並且在所述基材容納表面上的所述凹槽圖案中的週邊埠及中心埠終止，所述氣體導管能夠為所述基材容納表面的不同區域提供熱傳送氣體；以及 iv)一週邊壁架，具有一第一臺階和一第二臺階，所述第二臺階從所述第一臺階徑向向外並且比所述第一臺階低；以及b)一電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產生靜電力從而保持一設置在所述基材容納表面上的基材。
  22. 22
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述多個臺面的突起平臺各包括從約10至約1000個臺面。
  23. 23
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述臺面為突起的圓柱突起。
  24. 24
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述臺面具有從約5微米至約50微米的平均直徑。
  25. 25
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述臺面具有從約0.5毫米至約5毫米的高度。
  26. 26
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述凹槽圖案包括彼此互連的徑向臂和環形臂。
  27. 27
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述週邊埠在弓形切塊處終止。
  28. 28
    如申請專利範圍第27項所述的夾盤，還包括圍繞所述週邊埠的徑向內氣體密封邊和徑向外氣體密封邊。
  29. 29
    如申請專利範圍第26項所述的夾盤，其中所述中心埠在所述徑向臂和環形臂的相交處終止。
  30. 30
    如申請專利範圍第21項所述的夾盤，其中所述陶瓷圓盤含有氧化鋁、氮化鋁、氧化矽、碳化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、或其混合物。
  31. 31
    一種用於容納一基材於一處理腔室的靜電夾盤，所述靜電夾盤包括：a)一陶瓷圓盤，包括一基材容納表面和一相對的背面，所述基材容納表面具有多個臺面的突起平臺，所述突起平臺由一凹槽圖案分開，所述相對的背面包括多個隔開的第二臺面，所述第二臺面係藉由多個間隙而彼此隔開；b)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並且在所述基材容納表面上的埠內終止，以向所述基材容納表面提供熱傳送氣體；c)一電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產生靜電力從而保持一設置在所述基材容納表面上的基材；以及d)一第一加熱線圈和一第二加熱線圈，嵌入在所述 陶瓷圓盤中，所述加熱線圈係徑向隔開並且關於彼此呈同心圓設置，所述第一加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一週邊部分處且所述第二加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一中心部分處，藉此所述第一和第二加熱線圈允許獨立控制所述陶瓷圓盤的中心和週邊部分的溫度，並且與在所述陶瓷圓盤的背面上的臺面協作以允許調節一放置在所述陶瓷圓盤的基材容納表面上的一基材的溫度分佈。
  32. 32
    如申請專利範圍第31項所述的夾盤，其中所述臺面的突起平臺包括以下條件之至少一者：i)各突起平臺包括從約10至約1000個臺面；ii)臺面具有從約5微米至約50微米的平均直徑；及iii)臺面具有從約0.5毫米至約5毫米的高度。
  33. 33
    如申請專利範圍第31項所述的夾盤，其中所述凹槽圖案包括彼此互連的徑向臂和環形臂。
  34. 34
    一種用於容納一基材於一處理腔室的靜電夾盤，所述夾盤包括：a)一陶瓷圓盤，包括：i)一基材容納表面，具有多個臺面的突起平臺，所述臺面的突起平臺由一凹槽圖案分開；ii)一相對的背面，包括多個隔開的第二臺面，所 述第二臺面係藉由多個間隙而彼此隔開；及iii)一週邊壁架，具有一第一臺階和一第二臺階；b)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並且在所述基材容納表面上的埠內終止，以向所述基材容納表面提供熱傳送氣體；c)一電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產生靜電力從而保持一設置在所述基材容納表面上的基材；d)一第一和一第二獨立可控加熱線圈，係徑向隔開並且關於彼此呈同心圓設置，並嵌入在所述陶瓷圓盤中，所述第一加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一週邊部分處且所述第二加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一中心部分處。
  35. 35
    一種靜電夾盤，包括：a)一陶瓷圓盤，包括：i)一基材容納表面，具有多個第一臺面的突起平臺，所述突起平臺由一凹槽圖案分開；ii)一相對的背面，包括多個隔開的第二臺面，所述第二臺面係藉由多個間隙而彼此隔開；iii)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並且在所述基材容納表面上的所述凹槽圖案中的週邊埠及中心埠內終止，所述氣體導管能夠為所述基材容納表面的不同區域提供熱傳送氣體；以及iv)一週邊壁架，具有一第一臺階和一第二臺 階，所述第二臺階從所述第一臺階徑向向外並且比所述第一臺階低；b)一電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產生靜電力從而保持一設置在所述基材容納表面上的基材；以及c)一第一和一第二加熱線圈，嵌入在所述陶瓷圓盤中，所述加熱線圈係徑向隔開並且關於彼此呈同心圓設置並位於相同平面，所述第一加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一週邊部分處且所述第二加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一中心部分處。
  36. 36
    如申請專利範圍第35項所述的夾盤，其中所述第一和第二加熱線圈各包括一電阻加熱元件，所述電阻加熱元件包括鉬。
  37. 37
    如申請專利範圍第35項所述的夾盤，其中所述陶瓷圓盤含有氧化鋁、氮化鋁、氧化矽、碳化矽、氮化矽、氧化鈦、氧化鋯、或其混合物之至少一者。
  38. 38
    如申請專利範圍第35項所述的夾盤，其中於所述陶瓷圓盤之背面上的第二臺面各包括柱狀突起。
  39. 39
    如申請專利範圍第35項所述的夾盤，更包括嵌入在所述陶瓷圓盤中之一第一和一第二光學溫度感測器，所述第 一感測器位於所述陶瓷圓盤的中心部分處且所述第二感測器位於所述陶瓷圓盤的週邊部分處。
  40. 40
    如申請專利範圍第39項所述的夾盤，其中所述光學溫度感測器包括一於一光學纖維前方之含磷層，所述含磷層嵌入在一銅尖端中。
  41. 41
    一種用於減少製程沉積物形成在一靜電夾盤或保護所述靜電夾盤不受侵蝕的環組件，所述靜電夾盤係由一基材處理腔室中的一底座所支撐，所述靜電夾盤包括一陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤具有包括一第一和一第二臺階的一週邊壁架，且所述底座包括一頂表面，所述頂表面具有一夾盤容納部分和一週邊部分，所述週邊部分延伸超過所述夾盤，所述環組件包括：a)一夾持環，可固定到所述底座的頂表面的週邊部分，所述夾持環具有一唇部、一頂表面和一外部側表面，所述唇部向內徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第一臺階上，以在所述陶瓷圓盤和所述底座的頂表面之間形成氣密封；以及b)一邊緣環，包括一帶、一環形外壁以及一凸緣，所述帶包含一放置在所述夾持環的頂表面上的足部，所述環形外壁圍繞所述夾持環的外部側表面，所述凸緣覆蓋所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第二臺階， 藉此所述夾持環和所述邊緣環可協作以在所述基材處理腔室中處理基材期間減少製程沉積物形成在所述靜電夾盤上，並保護所述靜電夾盤不受侵蝕，所述靜電夾盤支撐於所述底座上。
  42. 42
    如申請專利範圍第41項所述的組件，其中所述邊緣環含有陶瓷。
  43. 43
    如申請專利範圍第42項所述的組件，其中所述陶瓷含有石英。
  44. 44
    如申請專利範圍第41項所述的組件，其中所述夾持環含有鋁或鈦。
  45. 45
    如申請專利範圍第41項所述的組件，其中所述夾持環的唇部包括一底表面，所述底表面放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第一臺階上，且其中所述底表面包括一聚合物層。
  46. 46
    如申請專利範圍第45項所述的組件，其中所述聚合物層包括聚醯亞胺。
  47. 47
    一種在處理腔室中用於容納一基材的基材支架，包括： a)一靜電夾盤，包括：i)一陶瓷圓盤，包括一基材容納表面和一相對的背面，以及一週邊壁架，所述週邊壁架具有一臺階；ii)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並且在所述基材容納表面上的埠內終止，以向所述基材容納表面提供熱傳送氣體；iii)一電極，嵌在所述陶瓷圓盤中，所述電極可被充電以產生靜電力從而保持一放置在所述基材容納表面上的基材；b)一底座，包括一具有一頂表面的金屬主體，所述頂表面包括一夾盤容納部分和一週邊部分，所述夾盤容納部分用以容納所述陶瓷圓盤的背面，所述週邊部分徑向向外延伸超過所述陶瓷圓盤；c)一邊緣環，設置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的臺階上，以與保持在所述陶瓷圓盤的容納表面上的基材的上部邊緣形成密封；以及d)一夾持環，固定到所述底座上的所述週邊部分，所述夾持環具有一唇部，所述唇部徑向向內延伸以放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架上，以與所述陶瓷圓盤形成氣密封。
  48. 48
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述邊緣環含有陶瓷。
  49. 49
    如申請專利範圍第48項所述的支架，其中所述陶瓷含有石英。
  50. 50
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述夾持環含有鋁或鈦。
  51. 51
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述夾持環的唇部包括一底表面，所述底表面放置在所述陶瓷圓盤的週邊壁架的第一臺階上，且其中所述底表面包括一聚合物層。
  52. 52
    如申請專利範圍第51項所述的支架，其中所述聚合物層包括聚醯亞胺。
  53. 53
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述陶瓷圓盤包括一第一加熱線圈和一第二加熱線圈，所述第一加熱線圈和第二加熱線圈係徑向隔開並且關於彼此呈同心圓設置，所述第一加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一週邊部分處且所述第二加熱線圈位於所述陶瓷圓盤的一中心部分處。
  54. 54
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述陶瓷圓盤的背面包括多個臺面。
  55. 55
    如申請專利範圍第至54項所述的支架，其中所述底座的夾盤容納表面包括一週邊凹槽以容納在所述陶瓷圓盤的背面的臺面周圍的空氣。
  56. 56
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述底座的頂表面包括一中心凹槽。
  57. 57
    如申請專利範圍第47項所述的支架，其中所述底座包括一用於向所述靜電夾盤的電極傳導電功率的電接頭組件，所述電接頭組件包括一陶瓷絕緣套，所述陶瓷絕緣套具有嵌入在其中的多個接線柱，用以供應電功率至所述電極和所述靜電夾盤的加熱線圈，每個所述接線柱係由一接觸帶環繞。
  58. 58
    一種在一基材處理腔室中用於支撐一靜電夾盤的底座，所述靜電夾盤包括：i)一陶瓷圓盤，具有一基材容納表面和一相對的背面；ii)多個熱傳送氣體導管，穿過所述陶瓷圓盤並在所述基材容納表面上的埠內終止，以向所述基材容納表面提供熱傳送氣體；iii)一電極，嵌入在所述陶瓷圓盤中以產生靜電力；以及iv)一第一和一第二加熱線圈，嵌入在所述陶瓷圓盤中，所述底座包括：a)一具有一頂表面的金屬主體，所述頂表面包括一 夾盤容納部分和一週邊部分，所述夾盤容納部分容納所述陶瓷圓盤的背面，所述週邊部分係徑向向外延伸超過所述陶瓷圓盤，所述夾盤容納表面包括一週邊凹槽，用以容納在所述陶瓷圓盤的背面周圍的空氣；b)一熱傳送氣體通路，用以供應熱傳送氣體至所述陶瓷圓盤中的熱傳送氣體導管；c)多個流體通道，位在所述金屬主體中用於迴流其中的流體；d)一電接頭組件，用於傳導電功率到所述靜電夾盤的電極，所述電接頭組件包括一陶瓷絕緣套，所述陶瓷絕緣套具有嵌入在其中的多個接線柱用以供應電功率到所述電極和所述靜電夾盤的加熱線圈，每個接線柱均被一接觸帶環繞，所述接觸帶含有一金屬並具有多個熱交換天窗。
  59. 59
    如申請專利範圍第58項所述的底座，其中所述陶瓷圓盤的背面包括多個臺面，且其中所述底座的夾盤容納表面上的所述週邊凹槽與所述臺面協作以控制來自所述陶瓷圓盤的一週邊部分的熱傳輸速率。
  60. 60
    如申請專利範圍第59項所述的底座，其中所述夾盤容納表面更包括一中心凹槽，所述中心凹槽與所述臺面協作以控制來自所述陶瓷圓盤的一週邊部分的熱傳輸速率。
Independent claims60