本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式一般涉及用于實(shí)施半導(dǎo)體裝置制造的設(shè)備，且更特定地，涉及用于處理期間支撐半導(dǎo)體基板的靜電夾盤。

背景

靜電夾盤(ESC)被廣泛使用以用于半導(dǎo)體處理設(shè)備(例如，等離子體處理腔室)內(nèi)提供對(duì)基板(此處也指半導(dǎo)體晶片或晶片)的支撐。靜電夾盤一般在基板處理期間(即，在材料沉積或蝕刻期間)維持基板于靜止位置中。靜電夾盤利用電容性及Johnsen-Rahbeck吸引力以維持基板于位置中。

靜電夾盤(ESC)被廣泛使用以用于半導(dǎo)體處理設(shè)備(例如，等離子體處理腔室)內(nèi)提供對(duì)基板的支撐。凸起的靜電夾盤于夾盤的夾合表面上具有多個(gè)突出物以支撐工件。這些突出物也可稱為“凸形”或“隆起”。一般來(lái)說(shuō)，在這樣的突出物上支撐工件可為有利的，因?yàn)榕c工件背側(cè)的接觸面積相對(duì)于非凸起夾合表面減少。一般接受：與工件背側(cè)較少的接觸一般導(dǎo)致較少個(gè)顆粒產(chǎn)生，而有利于一些處理應(yīng)用。此外，一些處理應(yīng)用可提供背側(cè)冷卻氣體，以在處理期間冷卻工件背側(cè)。

根據(jù)地，發(fā)明人提供改良的靜電夾盤，包含能夠改良的背側(cè)氣體分布的凸起頂板。

概述

于此提供一種用于保持基板的靜電夾盤。在一些實(shí)施方式中，用于保持基板的靜電夾盤可包含：感受器(susceptor)，該感受器包含：導(dǎo)電性感受器基底，該導(dǎo)電性感受器基底具有形成于該導(dǎo)電性感受器基底的上表面中的一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；突起中央支撐件，該突起中央支撐件設(shè)置覆蓋該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；及介電頂板，該介電頂板設(shè)置于該突起中央支撐件上，其中該介電頂板具有凸起頂部表面，且其中該介電頂板及該突起中央支撐件包含多個(gè)孔洞，以便于在設(shè)置于該介電頂板的該凸起頂部表面上時(shí)，輸送由該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道的冷卻氣體至該基板的背側(cè)。

在一些實(shí)施方式中，用于處理基板的設(shè)備可包含：限定處理區(qū)域的腔室、用于在該處理區(qū)域中保持基板的靜電夾盤，該靜電夾盤包括：臺(tái)座；及感受器，該感受器設(shè)置于該臺(tái)座上，包含：導(dǎo)電性感受器基底，該導(dǎo)電性感受器基底具有形成于該導(dǎo)電性感受器基底的上表面中的一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；突起中央支撐件，該突起中央支撐件設(shè)置覆蓋該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；及介電頂板，該介電頂板設(shè)置于該突起中央支撐件上，其中該介電頂板具有凸起頂部表面，且其中該介電頂板及該突起中央支撐件包含多個(gè)孔洞，以便于在設(shè)置于該介電頂板的該凸起頂部表面上時(shí)，輸送由該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道的冷卻氣體至該基板的背側(cè)。

在一些實(shí)施方式中，用于保持150mm基板的靜電夾盤可包含：感受器，該感受器包含：鋁制感受器基底，該鋁制感受器基底具有形成于該鋁制感受器基底的上表面中的一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；鋁制突起中央支撐件，該鋁制突起中央支撐件設(shè)置覆蓋該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道；及150mm陶瓷頂板，該150mm陶瓷頂板設(shè)置于該突起中央支撐件上，其中該陶瓷頂板具有凸起頂部表面，且其中該陶瓷頂板及該突起中央支撐件包含多個(gè)孔洞，以便于在設(shè)置于該陶瓷頂板的該凸起頂部表面上時(shí)，輸送由該一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道所提供的冷卻氣體至該基板的背側(cè)。

本公開(kāi)內(nèi)容的其他及進(jìn)一步的實(shí)施方式描述于下方。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

可通過(guò)參考描繪于所附附圖中的本公開(kāi)內(nèi)容圖示的實(shí)施方式而理解本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式(簡(jiǎn)短總結(jié)如上且下方更詳細(xì)討論)，其中一些圖示于所附圖式中。然而，注意所附附圖僅圖示本公開(kāi)內(nèi)容典型的實(shí)施方式，因此不考慮限制其范圍，因?yàn)楸竟_(kāi)內(nèi)容可允許其他等效實(shí)施方式。

圖1為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的靜電夾盤的側(cè)橫截面視圖；

圖2為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的圖1的感受器基底的俯視圖；

圖3A及圖3B分別描繪根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的圖1的介電頂板的俯視圖及側(cè)視圖；

圖4A及圖4B分別描繪根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的漸狹及直線邊緣感受器；及

圖5描繪根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的包括靜電夾盤的基于等離子體的基板處理系統(tǒng)的平面視圖。

為了便于理解，盡可能使用相同元件符號(hào)，以標(biāo)示附圖中常見(jiàn)的相同元件。附圖并非照比例繪制且可針對(duì)清晰而簡(jiǎn)化。思量一個(gè)實(shí)施方式的元件及特征可有利地并入其他實(shí)施方式中，而無(wú)須進(jìn)一步敘述。

具體描述

于此提供具有改良的凸起及冷卻通道的靜電夾盤(ESC)。在一些實(shí)施方式中，且如下方進(jìn)一步的詳細(xì)討論，改良的ESC可包含具有直線或漸狹邊緣的凸起陶瓷頂板，而可與現(xiàn)存的ESC設(shè)計(jì)一起使用，例如，用于150mm的ESC設(shè)計(jì)。

圖1描繪根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的靜電夾盤100的橫截面視圖。靜電夾盤100使用于半導(dǎo)體基板的等離子體處理期間，例如，蝕刻、物理氣相沉積(PVD)及等離子體清潔。靜電夾盤100包括臺(tái)座101及感受器102。在一些實(shí)施方式中，臺(tái)座101包含陰極結(jié)構(gòu)110及冷卻板112。在一些實(shí)施方式中，感受器102可包含感受器基底104、設(shè)置于感受器基底104上的突起中央支撐件106、及設(shè)置于突起中央支撐件106上的介電頂板108。捕捉環(huán)130環(huán)繞且固定感受器102至臺(tái)座101。

陰極結(jié)構(gòu)110具有槽狀且具有用于靜電夾盤100的基本結(jié)構(gòu)支撐的效果。陰極結(jié)構(gòu)110典型地由強(qiáng)健的金屬制成，例如，不銹鋼。設(shè)置于陰極結(jié)構(gòu)110內(nèi)的碟狀冷卻板112支撐感受器102，且便于冷卻流體/氣體至感受器102的輸送。冷卻板112包含一個(gè)或更多個(gè)升降桿孔洞132以容納一個(gè)或更多個(gè)升降桿120，在設(shè)置于靜電夾盤100上時(shí)使用該一個(gè)或更多個(gè)升降桿120以放置基板。冷卻板112也包含一個(gè)或更多個(gè)管道124以輸送冷卻流體/氣體至感受器102。

感受器基底104包含與一個(gè)或更多個(gè)管道124對(duì)齊的一個(gè)或更多個(gè)管道，以便于氣體至冷卻通道114的輸送，冷卻通道114形成于感受器基底104的頂部表面上。圖2表示根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的具有冷卻通道114的感受器基底104的俯視平面視圖。在一些實(shí)施方式中，可經(jīng)由管道126輸送背側(cè)冷卻氣體/流體至感受器基底104的頂部且流經(jīng)冷卻通道114。感受器基底104可由一數(shù)量的螺栓204固定至冷卻板112。如圖2中所展示，在一些實(shí)施方式中，冷卻通道114具有實(shí)質(zhì)圓形的外通道206及平坦部分202，以容納現(xiàn)存的靜電夾盤設(shè)計(jì)。冷卻通道114可包含經(jīng)由多個(gè)連接通道210耦合至外通道206的多個(gè)內(nèi)通道208，以均勻地分布冷卻氣體/流體。管道126可經(jīng)由多個(gè)徑向通道212耦合至內(nèi)通道208。在一些實(shí)施方式中，冷卻通道114可包括軸對(duì)稱地繞著感受器基底104的中央軸設(shè)置的三組氣體分布通道214，其中各組分布通道耦合至公共外通道206，如圖2中所展示。特定地，各個(gè)三組分布通道可包含入口管道126、耦合入口管道126至內(nèi)通道208的徑向通道212、及耦合內(nèi)通道208的各端至外通道206的兩個(gè)連接通道210。

一般來(lái)說(shuō)，冷卻通道114具有矩形橫截面形狀。然而，在選擇的實(shí)施方式中，冷卻通道114可具有各種幾何橫截面形狀。設(shè)置/放置突起中央支撐件106覆蓋冷卻通道114，以提供覆蓋冷卻通道114的冠蓋?？申?yáng)極處理冷卻通道114及突起中央支撐件106的底部表面。

參考回到圖1，冷卻通道114可提供冷卻氣體/流體至設(shè)置于突起中央支撐件106中的孔洞116，且最終經(jīng)由孔洞118至介電頂板108的頂部表面，以冷卻設(shè)置于介電頂板108上的基板背側(cè)。在一些實(shí)施方式中，可使用氦氣以流經(jīng)冷卻通道114。氣體經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)多孔洞116、118(或其他通路形式)離開(kāi)且供應(yīng)熱傳輸介質(zhì)至基板背部表面。

感受器基底104可進(jìn)一步包含孔穴以容納電極122，以在設(shè)置于介電頂板108上時(shí)提供靜電夾吸力來(lái)保持基板。

在一些實(shí)施方式中，感受器基底104可由鋁、銅、或其他材料制成。相似地，突起中央支撐件106也可由鋁、銅或其他材料制成。

圖3A及圖3B描繪根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的介電頂板108的至少一個(gè)實(shí)施方式。如圖3A及圖3B中所展示，介電頂板108包含多個(gè)孔洞118以提供背側(cè)冷卻氣體/流體至設(shè)置于其上的基板的背側(cè)。在一些實(shí)施方式中，孔洞118的數(shù)量可介于12及36孔洞之間。在一些實(shí)施方式中，沿著介電頂板108的外直徑的孔洞數(shù)量可為18孔洞。徑向朝升降桿孔洞132內(nèi)設(shè)置的孔洞118數(shù)量可為3孔洞。

介電頂板108也可包含實(shí)質(zhì)圓形的外直徑306及平坦部分302，以容納現(xiàn)存的靜電夾盤設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施方式中，介電頂板108包含凸起頂部表面308。該凸起減低接觸基板的支撐表面的表面面積。該凸起可通過(guò)凸起處理形成以產(chǎn)生突起突出物(raised projection)310。突起突出物310的高度可為約5至25μm。在一些實(shí)施方式中，突起突出物310可形成非凸起表面接觸面積的約55％至約70％的凸起接觸面積。一般而言，于該凸起表面上支撐基板為有利的，因?yàn)榕c基板背側(cè)的接觸面積相較于非凸起夾合表面減少。與基板背側(cè)的較少接觸面積一般導(dǎo)致較少的顆粒產(chǎn)生，而在一些處理應(yīng)用中有優(yōu)勢(shì)。在一些實(shí)施方式中，介電頂板108由陶瓷材料制成，例如氮化鋁、氮化硼、諸如此類。

在一些實(shí)施方式中，介電頂板108的直徑可為約150mm以容納150mm的基板，且與150mm的靜電夾盤設(shè)計(jì)一起使用。在一些實(shí)施方式中，介電頂板108可較設(shè)置于介電頂板108上欲處理的基板大或小約1至5mm。

圖4A及圖4B分別描繪感受器102的漸狹及直線邊緣。在圖4A中，展示漸狹邊緣402與捕捉環(huán)130，捕捉環(huán)130也具有漸狹邊緣以產(chǎn)生一致空隙404。在一些實(shí)施方式中，該空隙可為約0.1mm至約1.0mm。在圖4B中，展示直線邊緣406與捕捉環(huán)130，捕捉環(huán)130也具有漸狹邊緣以產(chǎn)生一致空隙408。在一些實(shí)施方式中，該空隙可為約0.4mm至約1.0mm。

在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的靜電夾盤可包含如圖2中所展示的氦冷卻通道114及150mm陶瓷凸起頂板108，以與現(xiàn)存150mm靜電檢查設(shè)計(jì)一起使用。

本發(fā)明的ESC可與任何類型的處理腔室一起使用。示范的處理腔室包含任何使用于蝕刻處理的處理腔室，例如，如蝕刻反應(yīng)器的線，或其他由美國(guó)加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)取得的處理腔室?？上嗨频厥褂闷渌幚砬皇?，包含來(lái)自其他制造商的處理腔室。

例如，圖5描繪圖標(biāo)性系統(tǒng)500的示意圖，類似于可使用以實(shí)現(xiàn)于此討論的本公開(kāi)內(nèi)容實(shí)施方式?？蓡为?dú)使用系統(tǒng)500的處理腔室510或作為集成半導(dǎo)體基板處理系統(tǒng)的處理模塊，或群集工具，例如集成半導(dǎo)體基板處理系統(tǒng)，由美國(guó)加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得。合適的蝕刻反應(yīng)器范例包含蝕刻反應(yīng)器的ADVANTEDGE^TM線(例如AdvantEdge G3或AdvantEdge G5)、蝕刻反應(yīng)器的線(例如II、AE、HT、G3多晶蝕刻器)、或其他也由應(yīng)用材料公司取得的蝕刻反應(yīng)器。也可合適地使用其他處理腔室及/或群集工具。

系統(tǒng)500一般包括具有導(dǎo)電主體(壁)530內(nèi)的基板支撐件(陰極)516的處理腔室510及控制器540?？商峁?shí)質(zhì)平坦的介電天花板520給腔室510。選擇地，腔室510可具有其他類型的天花板，例如，圓頂狀天花板。包括至少一個(gè)感應(yīng)性線圈元件512的天線設(shè)置于天花板520上方(展示兩個(gè)同軸感應(yīng)性線圈元件512)。

感應(yīng)性線圈元件512經(jīng)由第一匹配網(wǎng)絡(luò)519耦合至RF等離子體電源518。在頻率調(diào)諧期間維持匹配網(wǎng)絡(luò)519。在一些實(shí)施方式中，由于用于不同處理的不同固定位置，而可使用匹配網(wǎng)絡(luò)519。在一些實(shí)施方式中，RF電源518可能夠以范圍從頻率產(chǎn)生器輸出的約+/-5％至約+/-10％的可調(diào)諧頻率來(lái)產(chǎn)生高至3000W的功率。例如，13.56MHz的RF電源可產(chǎn)生可調(diào)諧頻率范圍從13.56MHz的約+/-5％至約+/-10％。在一些實(shí)施方式中，RF電源518可由控制器540控制。

基板支撐件516可包含靜電夾盤以保持基板514，且經(jīng)由具有匹配網(wǎng)絡(luò)輸出(陰極輸入)525的第二匹配網(wǎng)絡(luò)524耦合至偏壓電源522。在一些實(shí)施方式中，偏壓電源522可能夠以約400kHz的頻率產(chǎn)生高至1500W的功率。偏壓功率可為連續(xù)的或脈沖的功率。在一些實(shí)施方式中，偏壓電源522可為DC或脈沖DC來(lái)源。在一些實(shí)施方式中，可設(shè)置探針527于腔室510內(nèi)接近基板支撐件516，以提供處理腔室510內(nèi)的測(cè)量(例如，上述基板的第一DC電壓測(cè)量)?？山?jīng)由設(shè)置于腔室510的壁530中的泵541來(lái)饋送探針527離開(kāi)腔室510。在一些實(shí)施方式中，控制器529可耦合至探針527以便于紀(jì)錄或顯示探針527的測(cè)量。

控制器540一般包括中央處理單元(CPU)544、存儲(chǔ)器542、及用于CPU 544的支持電路546，且便于控制腔室510的構(gòu)件及如上述的調(diào)諧處理。

為了便于上述處理腔室510的控制，控制器540可為任何形式的通用計(jì)算機(jī)處理器的其中一者，可使用該通用計(jì)算機(jī)處理器于針對(duì)控制各種腔室及子處理器的工業(yè)設(shè)定。存儲(chǔ)器542或CPU 544的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可為一個(gè)或更多個(gè)容易取得的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤、硬盤、或任何其他形式的數(shù)字存儲(chǔ)器，本地或遠(yuǎn)程。支持電路546耦合至CPU 544以傳統(tǒng)方式支持處理器。這些電路包含高速緩沖存儲(chǔ)器、電源供應(yīng)器、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路及子系統(tǒng)，諸如此類。描述于此的本發(fā)明方法一般存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器542中如一軟件程序。該軟件程序也可由第二CPU(未展示)存儲(chǔ)及/或執(zhí)行，該第二CPU相對(duì)由CPU 544控制的硬件坐落于遠(yuǎn)程。

在處理腔室510的示范操作中，基板514放置于基板支撐件516上，且由氣體面板538經(jīng)由入口泵526供應(yīng)處理氣體且形成氣體混合物550。通過(guò)應(yīng)用來(lái)自等離子體電源518的功率及偏壓電源522分別至感應(yīng)性線圈元件512及基板支撐件516(即，陰極結(jié)構(gòu))，在腔室510中將氣體混合物550點(diǎn)火成為等離子體555。使用節(jié)流閥531及真空泵536來(lái)控制腔室510內(nèi)部?jī)?nèi)的壓力。典型地，壁530耦合至電性接地點(diǎn)534?？墒褂眠\(yùn)行穿過(guò)壁530的包含液體的管道(未展示)來(lái)控制壁530的溫度。

在一些實(shí)施方式中，可通過(guò)穩(wěn)定基板支撐件516的溫度來(lái)控制基板514的溫度。在一些實(shí)施方式中，提供來(lái)自氣體來(lái)源548的氣體經(jīng)由氣體管道549至通道(未展示)，所述通道形成于基板514下方的臺(tái)座表面中。使用該氣體以便于基板支撐件516及基板514之間的熱傳輸。在處理期間，可由基板支撐件516內(nèi)的電阻性加熱器(未展示)來(lái)加熱基板支撐件516至穩(wěn)定狀態(tài)溫度，接著氦氣便于基板514的一致的加熱。

前述涉及本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，可修改本公開(kāi)內(nèi)容的其他及進(jìn)一步的實(shí)施方式而不遠(yuǎn)離其基本范圍。