專利名稱：提供減小等離子體穿透和電弧的靜電夾盤的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于執(zhí)行半導(dǎo)體裝置制造的設(shè)備，更具體而言，涉 及用于在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片的靜電夾盤。
背景技術(shù)：
靜電夾盤廣泛用于對(duì)諸如等離子體處理室的半導(dǎo)體處理設(shè)備內(nèi)的襯底 (此處還稱為半導(dǎo)體晶片或者晶片)提供支撐。靜電夾盤一般在處理襯底 的過程中(即，在材料沉積或者蝕刻的過程中)將襯底保持在靜止的位置
中。靜電夾盤利用電容性和Johnsen-Rahbeck吸引力將襯底保持在位置 中。
一種類型的靜電夾盤包括本體和流體分布元件，流體分布元件覆蓋有 電介質(zhì)材料層，由此形成支撐表面。本體一般導(dǎo)電，使得本體形成靜電夾 盤的電極。襯底被置于支撐表面上。流體分布元件包括充氣空間 (plenum)，其攜帶在晶片夾盤的支撐表面中形成的流體多通路，以將諸 如氣體的傳熱流體在夾盤的支撐表面和襯底的背側(cè)之間的分布。 一般地， 氣體填充靜電夾盤和襯底之間的空隙區(qū)域，因而，提高了靜電夾盤和襯底 之間傳熱的速率和均勻性。
在等離子體處理室中，靜電夾盤暴露于襯底附近的高功率射頻(RF) 場(chǎng)和高密度等離子體。在該等離子體處理室中，由于在氣體通路中產(chǎn)生高 電場(chǎng)而可能將氣體擊穿。靜電夾盤的工作和服務(wù)壽命受到氣體通路中等離 子體形成的不良影響。這種等離子體可以損壞襯底、靜電夾盤或者兩者。 此外，在氣體通路中形成等離子體能夠?qū)е码娀?，電弧在室中形成顆粒污 染物。
存在各種用于減小在氣體通路中等離子體形成的技術(shù)。 一個(gè)技術(shù)包括 將多孔電介質(zhì)塞插入夾盤表面處的通路中。選定塞子的孔隙率以確?？椎?br> 5尺寸禁止等離子體形成，還允許傳熱流體到達(dá)襯底支撐表面。盡管多孔材 料提供了防止等離子體形成，但是制造這種靜電夾盤是困難的、費(fèi)時(shí)和昂 貴的。
因而，需要一種改進(jìn)的靜電夾盤，其減小等離子體形成和電弧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般提供一種用于提供用于減小傳熱流體通路內(nèi)等離子體形成 和電弧的靜電夾盤的流體分布元件。 一個(gè)實(shí)施例包括板和電介質(zhì)部件，其 中，電介質(zhì)部件插入板中。該板適于定位在通道內(nèi)以限定充氣空間，其 中，電介質(zhì)部件提供耦合到充氣空間的流體通路的至少一部分。形成在電 介質(zhì)部件上的多孔電介質(zhì)層提供耦合到充氣空間的流體通路的至少另一部 分。在其它實(shí)施例中，流體分布元件包括部件的各種布置，以限定不提供 從用于襯底的襯底表面到充氣空間的視線路徑的流體通路。


以能夠詳細(xì)理解本發(fā)明的以上所述的特征的方式，通過參照實(shí)施例可 以更具體地描述以上簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明，其中一些實(shí)施例在附圖中圖示。 然而，要注意，附圖僅僅圖示本發(fā)明的通常的實(shí)施例，因而不應(yīng)被理解為 對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明允許其它等效的實(shí)施例。
圖1圖示了包括根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的具有流體分布元件的靜電夾
盤的基于等離子體襯底處理系統(tǒng)；
圖2圖示了圖1的靜電夾盤的頂視圖2A圖示了圖2的靜電夾盤的一部分的局部剖視立體視圖3圖示了圖2的靜電夾盤沿著線3-3所取的橫剖視圖4描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖視
圖5描述了根據(jù)另一實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖視圖； 圖6描述了用于根據(jù)另一實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖視
圖；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖 視圖8描述了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖 視圖9描述了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫剖 視圖；以及
圖10描述了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的靜電夾盤的流體分布元件的橫 剖視圖。
盡管此處使用若干實(shí)施例和圖示性附圖以示例的方式描述了本發(fā)明， 本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例和附圖。應(yīng) 該理解到附圖極其詳細(xì)的描述不意在將本發(fā)明限制到所公開的特定形式， 而是相反，本發(fā)明是要覆蓋落在所付的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換。此處所使用的標(biāo)題僅僅用于組織目 的，并不意味著用來限制描述或者權(quán)利要求的范圍。對(duì)于在整個(gè)申請(qǐng)中所 使用的，詞語"可以"是在允許的意義上使用(即，意思是具有潛在可能 性)，而不是命令的意義(即，必須的意思)類似地，詞語"包括"意思 是包括但不限于。
具體實(shí)施例方式
圖1圖示了包括根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的靜電夾盤68的基于等離子 體襯底處理系統(tǒng)36。等離子體處理系統(tǒng)36用于在形成和維持處理襯底的 等離子體環(huán)境的同時(shí)對(duì)諸如硅晶片、鎵砷晶片等的襯底進(jìn)行溫度控制處 理。等離子體形成在襯底附近以處理襯底，并且使用各種技術(shù)(諸如，通 過將傳熱流體供應(yīng)到襯底的背面)來控制襯底的溫度。盡管在諸如從 Santa Clara， Calif的Applied Materials, Inc.購得的300mmHDP-CVD最終 X系統(tǒng)的高密度等離子體化學(xué)蒸氣沉積(HDP-CVD)系統(tǒng)宗圖示性地描述 等離子體處理室的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明還可以用在使用等離子體的其它處 理室中，包括物理蒸氣沉積室、化學(xué)蒸氣沉積室、蝕刻室和期望對(duì)襯底進(jìn) 行溫度控制的其它應(yīng)用中。
7圖1圖示了 HDP-CVD系統(tǒng)36的一個(gè)實(shí)施例，其中靜電夾盤68用來 在處理過程中固定襯底。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，靜電夾盤68設(shè)計(jì)成減小 夾盤68附近的等離子體穿透和電弧。
系統(tǒng)36包括處理室38、真空系統(tǒng)40、源等離子體系統(tǒng)42、偏置等離 子體系統(tǒng)44、氣體輸送系統(tǒng)46和遠(yuǎn)程等離子體清潔系統(tǒng)48。
處理室38的上部包括穹頂50，其由諸如鋁或者鋁氮化物的電介質(zhì)材 料制成。穹頂50限定等離子體處理區(qū)域52的上邊界。等離子體處理區(qū)域 52以襯底54的上表面和襯底支撐構(gòu)件56為底部邊界。
加熱板58和冷卻板60放在穹頂50上并熱耦合到穹頂50。加熱板58 和冷卻板60允許將穹頂溫度控制在約+/—10攝氏度，在約100至200攝 氏度的范圍上。這允許使各種處理的穹頂溫度最佳化。例如，可以期望地 將穹頂維持用于清潔或者蝕刻處理的溫度比用于沉積處理的溫度要高。對(duì) 穹頂溫度的精確控制還減小在處理室中薄片或者顆粒，并提高了沉積層和 襯底之間的粘附。
處理室38的下部包括本體構(gòu)件62，其將處理室接合到真空系統(tǒng)。襯 底支撐構(gòu)件56的基部64安裝在本體構(gòu)件62上，并與本體構(gòu)件62 —起形 成連續(xù)內(nèi)表面。襯底由機(jī)械手葉片(未示出)通過處理室38的一側(cè)中的 插入/移除開口 95而被轉(zhuǎn)移進(jìn)入處理室38和從處理室38轉(zhuǎn)移出來。氣動(dòng) 致動(dòng)器(未示出)升高和降低升降銷板(未示出)，升降銷板升高和降低 升降銷(未示出)，升降銷升高和降低晶片。在轉(zhuǎn)移進(jìn)入處理室38中 時(shí)，襯底被裝載到升高的升降銷56上，然后降低到襯底支撐構(gòu)件56的襯 底接收部分66。襯底接收部分66包括在襯底處理過程中將襯底固定到襯 底支撐構(gòu)件56的靜電夾盤68。
真空系統(tǒng)40包括節(jié)流本體70，節(jié)流本體70容納多葉片節(jié)流闊72， 并安裝到門閥74和渦輪分子泵76。應(yīng)該注意到，如在共同待審共同轉(zhuǎn)讓 的美國專利申請(qǐng)、于1995年12月12日原始遞交并于1996年9月11日再 次遞交的轉(zhuǎn)讓序號(hào)No. 08/574,839和題為"SYMMETRIC CHAMBER"的 轉(zhuǎn)讓序號(hào)No. 08/712,724中描述，節(jié)流本體70提供對(duì)氣體流動(dòng)最小阻礙， 并允許對(duì)稱泵送。門閥74能夠?qū)⒈?6從節(jié)流本體70隔離，并還能夠通過當(dāng)節(jié)流閥72被完全打開時(shí)限制排氣流量來控制處理室壓力。節(jié)流閥72、 門閥74和渦輪分子泵76的布置允許精確和穩(wěn)定控制處理室壓力從約1至 100millitorr。
源等離子體系統(tǒng)42包括安裝在穹頂50上的頂部線圈78和側(cè)面線圈 80。對(duì)稱接地屏蔽(未示出)減小線圈之間的電耦合。頂部線圈78由頂 部RF源產(chǎn)生器82提供功率，而側(cè)面線圈80由側(cè)面RF源產(chǎn)生器84提供 功率，以允許每個(gè)線圈獨(dú)立的功率水平和工作頻率。這雙線圈系統(tǒng)允許控 制處理室38中徑向離子密度，由此提高等離子體均勻性。側(cè)面線圈80和 頂部線圈78將能量感應(yīng)地耦合到室38中。在具體的實(shí)施例中，頂部RF 源產(chǎn)生器82提供通常的2MHz、達(dá)8000W的RF功率，并且側(cè)面RF源產(chǎn) 生器84提供通常的2MHz、達(dá)8000W的RF功率。頂部和側(cè)面RF產(chǎn)生器 的工作頻率可以從通常的工作頻率偏離(例如，分別到1.7-1.9MHz和1.9-2.1MHz)以提高等離子體產(chǎn)生效率。
RF產(chǎn)生器82和84包括數(shù)字控制的合成器，并在從約1.7至約 2.1MHz的頻率范圍上工作。每個(gè)產(chǎn)生器包括從處理室通過線圈回到產(chǎn)生 器的反射功率的RF控制電路(未示出)，并調(diào)節(jié)工作頻率以獲得最低反 射功率，以上這些可以由本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員理解到。RF產(chǎn)生器通常 設(shè)計(jì)成特征阻抗為50ohms的負(fù)載。RF功率可以從具有與產(chǎn)生器不同的特 征阻抗的負(fù)載反射。這能夠減小傳輸?shù)截?fù)載的功率。此外，從負(fù)載反射回 到產(chǎn)生器的功率會(huì)使產(chǎn)生器過載，并損壞產(chǎn)生器。因?yàn)榈入x子體的阻抗的 范圍可以從小于5ohms到超過900ohms，除了其它因素之外還取決于等離 子體離子密度，并且因?yàn)榉瓷涔β士梢允穷l率的函數(shù)，根據(jù)反射功率調(diào)節(jié) 產(chǎn)生器頻率增大了從RF產(chǎn)生器傳輸?shù)降入x子體的功率，并保護(hù)了產(chǎn)生 器。減小反射功率并提高效率的另一方式是利用匹配網(wǎng)絡(luò)。
匹配網(wǎng)絡(luò)89和90分別將產(chǎn)生器82和84的輸出阻抗與線圈78和80 匹配。RF控制電路可以通過改變匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電容器的值來調(diào)諧兩個(gè)匹 配網(wǎng)絡(luò)以隨著負(fù)載改變而使產(chǎn)生器匹配到負(fù)載。當(dāng)從負(fù)載反射回到產(chǎn)生器 的功率超過特定限制時(shí)，RF控制電路可以調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)。提供恒定的匹 配并且有效地使RF控制電路不能調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的一種方式是將反射功率限制設(shè)定成超過任何反射功率的預(yù)期值。這有助于在一些條件下通過使匹 配網(wǎng)絡(luò)在最近的條件下恒定來穩(wěn)定等離子體。
偏置等離子體系統(tǒng)44包括RF偏置產(chǎn)生器86和偏置匹配網(wǎng)絡(luò)88。偏 置等離子體系統(tǒng)55將襯底接收部分66電容耦合到本體構(gòu)件62，襯底接收 部分66和本體構(gòu)件62用作互補(bǔ)電極。偏置等離子體系統(tǒng)44用來提高由源 等離子體系統(tǒng)42形成的等離子體物種到襯底的表面的運(yùn)輸。在具體實(shí)施 例中，RF偏置產(chǎn)生器86提供13.56MHz、達(dá)10000W的RF功率。
其它措施還有助于穩(wěn)定等離子體。例如，RF控制電路能夠用來確定 輸送到負(fù)載(等離子體)的功率，并可以在層的沉積過程中增大或者減小 產(chǎn)生器輸出功率以保持輸送的功率大致恒定。
氣體輸送系統(tǒng)46包括多個(gè)氣體源100a、 100b、 100c、 100d和100e。 在一個(gè)實(shí)施例中，前述氣體源分別包括硅垸、分子氧、氦和氬。氣體輸送 系統(tǒng)46提供從多個(gè)源到處理室的氣體，以經(jīng)由氣體輸送線92 (僅僅示出 了其中一些)處理襯底。氣體通過氣體環(huán)94、頂部噴嘴96和頂部出口 98。具體地，氣體源100a和100d經(jīng)由各自的流動(dòng)控制器120和120c以及 氣體輸送線92將氣體提供到頂部噴嘴96。來自氣體源100b的氣體經(jīng)由流 動(dòng)控制器120b提供到氣體出口 98。頂部噴嘴96和頂部出口 98允許獨(dú)立 地控制頂部和側(cè)面氣體的流動(dòng)，這提高了膜的均勻性并允許微調(diào)節(jié)膜的沉 積和摻雜的參數(shù)。頂部出口 98是繞頂部噴嘴96的環(huán)形開口，通過該頂部 出口98，氣體可以從氣體輸送系統(tǒng)流入處理室中。
氣體從每個(gè)前述的氣體源經(jīng)由流動(dòng)控制器102a、 102b、 102c、 102d和 102e以及氣體輸送線92提供到氣體環(huán)94。氣體環(huán)94具有多個(gè)氣體噴嘴 106和108 (僅僅示出其中的兩個(gè))，該氣體噴嘴在襯底上方提供均勻的 氣體流動(dòng)。通過改變氣體環(huán)94可以改變噴嘴長度和噴嘴角度。這允許為 單個(gè)處理室內(nèi)的特定處理修整均勻性的分布和氣體利用效率。在具體的實(shí) 施例中，氣體環(huán)94具有共計(jì)為36的氣體噴嘴24個(gè)第一氣體噴嘴108和 12個(gè)第二氣體噴嘴106。通常，氣體噴嘴108 (僅僅示出了其中一個(gè))與 第二氣體噴嘴106共面，并比第二氣體噴嘴106短。
在一些實(shí)施例中，可以使用易燃的、毒性的或者腐蝕性氣體。在這些
10情況下，期望地在沉積之后消除留在氣體輸送線中的氣體。這可以這樣來
完成例如使用諸如閥112的三通閥以將處理室38與輸送線92a隔離，并 將輸送線92連通到前級(jí)真空管線114。如在圖1中所示，諸如112a和 112b的其它類似閥可以結(jié)合在其它氣體輸送線上。這種三通閥可以根據(jù)實(shí) 際靠近處理室38布置，以使未連通的氣體輸送線(在三通閥和處理室之 間)的體積最小化。此外，兩通(開關(guān))閥(未示出)可以布置在流量控 制器(MFC)和處理室之間或者氣體源和MFC之間。
系統(tǒng)36還可以包括遠(yuǎn)程清潔RF等離子體源(未示出)，以向室38 的頂部噴嘴96提供清潔氣體。在其它實(shí)施例中，清潔氣體(如果使用) 可以在其它位置進(jìn)入室38。
系統(tǒng)控制器132調(diào)節(jié)系統(tǒng)36的工作，并包括與系統(tǒng)36電連接以調(diào)節(jié) 其操作的處理器134。通常，處理器134是單板計(jì)算機(jī)(SBC)的一部 分，單板計(jì)算機(jī)包括模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器 板。CVD系統(tǒng)36的各種部件符合Versa Modular European (VME)標(biāo)準(zhǔn)， 該標(biāo)準(zhǔn)限定板、插件盒以及連接器類型和尺寸。VME標(biāo)準(zhǔn)還限定總線結(jié) 構(gòu)具有16比特?cái)?shù)據(jù)總線和24比特地址總線。處理器134執(zhí)行系統(tǒng)控制軟 件。該系統(tǒng)控制軟件是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器136中的計(jì)算機(jī)程序，其中存儲(chǔ)器 136電耦合到處理器134?？梢圆捎萌魏晤愋偷拇鎯?chǔ)器裝置，諸如硬盤驅(qū) 動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、插件板導(dǎo)軌或者它們的組合。系統(tǒng)控制軟件包括指令 時(shí)間、氣體混合。處理室壓力、處理室溫度、微波功率水平、基座位置和 特定處理的其它參數(shù)的指示組。
襯底104的溫度和襯底溫度的均勻性是用于處理襯底104的重要的處 理參數(shù)。為了產(chǎn)生均勻的溫度分布，傳熱流體涂在夾盤68和襯底104的 背面之間。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用氦作為傳熱流體。 一般地，靜 電夾盤68的形狀為圓形，但是可選地，靜電夾盤68可以包括各種規(guī)則和 不規(guī)則幾何形狀，以容納非圓形襯底(例如，方形或者矩形襯底，諸如平 板)。
在工作中，襯底104被放在靜電夾盤68上，并且多個(gè)氣態(tài)成分從氣 體面板46供應(yīng)到等離子處理室38的處理區(qū)域52以形成氣態(tài)混合氣。為了
ii點(diǎn)燃等離子體，RF功率施加到襯底支撐構(gòu)件56中的一個(gè)或者多個(gè)電極、 頂部線圈78或者側(cè)面線圈80。為了在處理過程中維持襯底的溫度的均勻 性，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例經(jīng)由至少一個(gè)流體分布元件(以下示出并論述) 供應(yīng)諸如氦氣的傳熱流體。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有流體分布元件222的靜電夾 盤68的頂平面視圖。圖2A描述了圖2的靜電夾盤68的局部剖視立體視 圖。圖3描述了圖2的夾盤68沿著線3-3所取的橫剖視圖。通過同時(shí)參照 圖2和圖3可以最佳理解以下公開的內(nèi)容。靜電夾盤68包括本體220、流 體分布元件222和電介質(zhì)層224。在靜電夾盤68的一個(gè)實(shí)施例中，本體 220由諸如鋁的導(dǎo)電材料制成，并且電介質(zhì)層224是諸如鋁氮化物、氧化 鋁等的陶瓷材料。流體分布元件222以圓周的方式布置在靜電夾盤68的 周邊附近。流體分布元件222包括多個(gè)孔230 (或者其它形式的通路)， 其穿過電介質(zhì)層224以將諸如氦氣的流體從靜電夾盤分布到襯底的背面。 對(duì)于與12inch G00mm)直徑半導(dǎo)體晶片組合使用的靜電夾盤102，在靜 電夾盤102的周邊周圍在60個(gè)孔和360個(gè)孔之間。每個(gè)多個(gè)孔230通常波 動(dòng)約0.15mm直徑。取決于所使用的流體分布元件的種類，在處理室內(nèi)所 使用的壓力和通過流體分布元件222的氣體流量來調(diào)節(jié)這些尺寸。
流體分布元件222具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。然而，在可選實(shí)施例中，流體分布 元件222可以根據(jù)處理方法和用戶需要具有各種幾何形狀設(shè)計(jì)，并包括多 個(gè)環(huán)、徑向臂、輻板和環(huán)的組合等。本發(fā)明的實(shí)施例不限制流體分布元件 的幾何形狀。
電介質(zhì)層224覆蓋本體220的頂面的至少一部分和流體分布元件222 的至少一部分，由此形成支撐表面228。支撐表面228支撐放在其上的襯 底104。電介質(zhì)層224可以噴涂到本體的頂面上并拋光到期望的厚度。
本體220包括頂表面332和形成到本體220的頂表面332中的通道 334。 一般，通道334具有矩形橫剖形狀。然而，在可選實(shí)施例中，通道 334可以具有各種幾何橫剖形狀。流體分布元件222耦合到本體220，使 得通道334和流體分布元件222形成充氣空間336， g卩，元件222定位到 通道334中并固定到通道334。此外，本體220包括連接到通道334的導(dǎo)管338，以將流體提供到充氣空間336。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，冷卻氣 體可以通過導(dǎo)管338供應(yīng)，并被充氣空間分布到流體分布元件222。氣體 通過一個(gè)或者多個(gè)多個(gè)孔230 (或者其它形式的通路)流出，由此，將傳 熱介質(zhì)供應(yīng)到襯底的背面。
圖4至圖10圖示了靜電夾盤(例如，靜電夾盤102)的虛線部分230 的橫剖視圖，該部分具有流體分布元件222、電介質(zhì)層228和本體220。 在圖示中，靜電夾盤的尺寸已經(jīng)被放大以圖示流體分布元件和本體的橫剖 面。
具體地，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的靜電夾盤402的一部 分。本體220包括具有下通道404A和上通道404B的雙鑲嵌通道404，其 中下通道404A比上通道404B窄。靜電夾盤402包括流體分布元件442， 該流體分布元件442包括板4490和電介質(zhì)管442。板440裝配到上通道 404B中(例如，板具有圓形平面形式以匹配通道404)，使得上通道 404B的基部406形成擋塊。板440的高度與上通道404B的高度大致相 同，使得板440的頂部408與本體220的頂部332大致共面。板440可以 由諸如鋁的導(dǎo)電材料制成，并焊接到上通道404B的位置中。板440還包 括在板440的底面中形成的通道410。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通道 440的寬度大致類似于下通道404A的寬度；然而，在其它實(shí)施例中，通道 410可以具有比通道404A窄的寬度。下通道404A和通道410組合限定充 氣空間336。
電介質(zhì)管442 (電絕緣體)包括第一端446、第二端448和軸向通孔 450。例如，由氧化鋁制成的電介質(zhì)管442具有的直徑大致匹配板440中 開口 444的直徑。開口 444的直徑一般但不受限制地為約0.008inches (約 0.2mm)或者更大。在可選實(shí)施例中，開口 444可以具有各種幾何形狀， 諸如圓形、矩形、方形等。此外，開口的形狀和尺寸大致匹配電介質(zhì)管 442的形狀和外徑的尺寸。電介質(zhì)管442定位(例如壓配合)到開口 444 中。開口 444包括凸緣412，管子442靠在凸緣412上(例如，凸緣形成 擋塊)。在所描述的實(shí)施例中，管子442的第一端446在本體220的表面 332的上方延伸。在其它實(shí)施例中，管子442的第一端446可以與表面332
13共面。
本體220的至少一部分和流體分布元件422的至少一部分由電介質(zhì)層 224覆蓋，由此形成支撐表面428。電介質(zhì)層224可以噴涂到本體的頂表 面上，并被拋光到期望的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層224包括熱噴 涂氧化鋁或者噴涂氧化鋁/氧化鈦。用于此熱噴涂電介質(zhì)層的應(yīng)用的處理是 現(xiàn)有技術(shù)中公知的。熱噴涂處理能夠從若干不同方法(諸如，等離子體噴 涂、爆炸噴涂、高速氧燃料(HVOF)噴涂和框架噴涂)選擇。
在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層224被拋光到由線414所表示的厚度，使 得層224的表面428與管子442的一端446共面。可選地，電介質(zhì)層224 可以是多孔陶瓷，使得層224被拋光到特定的平面度，但是層224至少覆 蓋管子442的第一端446。由于陶瓷的孔隙率，來自充氣空間的氣體流經(jīng) 管子442和電介質(zhì)層224。例如，靠近管子442的第一端446的電介質(zhì)層 224可以整個(gè)或者部分地由氧化鋁形成，且孔隙率在10和60體積百分比 之間，這將導(dǎo)致孔的直徑在約l至100um。在一些實(shí)施例中，如以下參照 圖8所描述，電介質(zhì)層可以在靠近管子442的一端446處多孔，并在其它 位置孔較少。如所圖示，通路445有利地缺少從支撐表面428到充氣空間 436的直接視線路徑，由此限制在通路445中形成等離子體的可能。在另 一實(shí)施例中，在層224覆蓋管子442的第一端446的情況下電介質(zhì)層224 被拋光到特定的平面度?？?16能夠被鏜孔或者以其它方式形成(例如， 激光鉆孔)穿過電介質(zhì)層416到通路445中。鏜孔處理僅僅鏜孔穿過電介 質(zhì)材料，即，本體的導(dǎo)電材料不被鏜孔處理濺射。
如在現(xiàn)有技術(shù)中所公知，支撐表面428還被處理以提供在電介質(zhì)層 224上形成的槽的圖案(在附圖中未示出)。槽被機(jī)械加工或者以其它方 式形成到支撐表面428中，使得它們與通路445相交。冷卻氣體從通路 445行進(jìn)進(jìn)入槽中，以將冷卻氣體均勻地分布在靜電夾盤402的整個(gè)支撐 表面馬428上。
通過使用電絕緣體(電介質(zhì)管和/或者電介質(zhì)層)以限定充氣空間和襯 底表面之間的通路，減小了從傳熱氣體形成等離子體或者由于等離子體形 成的電弧的潛在可能性。通過減小或者消除等離子體形成和電弧，靜電夾盤的壽命得到顯著增加。絕緣體的使用減小了通路中的電場(chǎng)；因而，減小 了等離子體形成的機(jī)會(huì)。此外，本發(fā)明的某些實(shí)施例利用流體分布元件結(jié) 構(gòu)以通過消除襯底支撐表面(存在高電場(chǎng)之處)和充氣空間的導(dǎo)電表面的 視線路徑來進(jìn)一步減小電場(chǎng)。當(dāng)這種視線路徑存在時(shí)，通路中的流體體積 足以被點(diǎn)燃進(jìn)入到等離子體中。使用非視線路徑減小了在足夠大體積的流 體上建立的電場(chǎng)(該電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致等離子體形成)。這樣，等離子體形成和 相關(guān)的電弧被減小或者消除。
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電夾盤502的一部分的橫剖 面。類似于圖4的實(shí)施例，電介質(zhì)管542穿過板400定位。在此可選的實(shí) 施例中，管子542延伸到通道534的管子542的第二端548靠在形成在通 道534的底部中的支撐元件(例如臺(tái)階556)上的底部。如在之前的實(shí)施 例中，電介質(zhì)管542和/或者電介質(zhì)層224的一部分形成限定用于從充氣空 間536到表面528的流體的通道545的電絕緣體。
圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電夾盤602的一部分的橫剖 面。類似于圖4和圖5的實(shí)施例，電介質(zhì)管642穿過板440定位。在此可 選的實(shí)施例中，電介質(zhì)管642包括至少一個(gè)在第二端604中形成的切口 656。在可選實(shí)施例中，管子642可以包括孔以流體從充氣空間636流動(dòng) 到管子642中的通道645。如之前實(shí)施例那樣，電介質(zhì)層224可以多孔， 并覆蓋管子642的第一端606，層224可以被拋光以露出管子642的第一 端606，或者露出在層中形成的孔以接近通道645。電介質(zhì)管642和電介 質(zhì)層224的一部分形成用于來自充氣空間636的流體的通道645。如所圖 示，當(dāng)電介質(zhì)層224是多孔，并覆蓋管子642時(shí)，通道645有利地缺少從 支撐表面628到充氣空間636的直接視線路徑，由此限制在通道645中形 成等離子體。
圖7圖示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的靜電夾盤702的一部分的橫剖面。 靜電夾盤702包括本體720和流體分布元件722。流體分布元件722包括 以與之前實(shí)施例相同方式組裝的板740和電介質(zhì)管742。在此實(shí)施例中， 本體720包括通道734，該通道734包括電介質(zhì)端帽760。電介質(zhì)端帽760 定位在通道734的底部。電介質(zhì)端帽760包括開口 762，使得帽子760呈杯形。電介質(zhì)管742包括第一端746、第二端748和連接第一端746和第 二端748的軸向通孔750。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層724覆蓋 管子742的第一端746，并且在第二實(shí)施例中，電介質(zhì)層724被拋光到線 414，以露出管子742的第一端746。電介質(zhì)帽746定位到通道734中，使 得管子742的第二端748延伸進(jìn)入開口 762中，但與開口 762間隔開，以 形成間隙。管子742和端帽760形成流體流經(jīng)的迷宮式通道。使用此通道 確保了從導(dǎo)電充氣空間壁到夾盤表面的視線路徑不存在。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電夾盤802的一部分的橫剖 圖。靜電夾盤802包括流體分布元件822。流體分布元件822包括板 840，板840包括開口 844。板840耦合到本體820，使得通道834和板 840形成充氣空間836。電介質(zhì)層824覆蓋本體820至少一部分和流體分布 元件822的至少一部分。電介質(zhì)層824包括多孔電介質(zhì)部分870，使得多 孔電介質(zhì)部分870的至少一部分與開口 844重疊。多孔電介質(zhì)部分870是 具有互連的開口的多孔陶瓷，諸如孔隙率的范圍從約IO體積百分比到約 60體積百分比的氧化鋁，互連的開口形成穿過多孔電介質(zhì)部分870的連續(xù) 的過道。開口 844和多孔電介質(zhì)部分870的至少一部分形成用于流體從充 氣空間836流動(dòng)道靜電夾盤802的支撐表面828的通路845。如所圖示， 通路845有利地缺少從支撐表面828到導(dǎo)電充氣空間836的直接視線路 徑，由此禁止等離子體形成到通路845中。
圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電夾盤902的一部分的橫剖 面。靜電夾盤902包括流體分布元件922。流體分布元件922包括具有開 口 944的板940和電介質(zhì)塞980。板940耦合到本體920，使得通道934和 板940形成充氣空間936。板940和本體920如以上所述的本發(fā)明其它實(shí) 施例那樣組裝。電介質(zhì)塞980的直徑大致與開口 944的直徑匹配。電介質(zhì) 塞980定位在開口 1044中，并通常壓配在其中。電介質(zhì)層224覆蓋本體 920的至少一部分和流體分布元件922的至少一部分，由此形成支撐表面 928。電介質(zhì)層224可以噴涂到本體920和流體分布元件922的頂表面上， 并被拋光到期望的厚度。孔982形成穿過電介質(zhì)層224并穿過電介質(zhì)塞 980?？?82使得流體能夠從充氣空間936流到靜電夾盤902的支撐表面
16928?？梢允褂弥T如機(jī)械鉆孔、激光鉆孔等的各種技術(shù)形成孔982。孔982 被形成僅僅穿過電介質(zhì)材料。這樣，沒有從鉆孔處理殘余的材料能夠形成 在軸向通孔982上。沒有金屬殘余，就限制了孔982中的等離子體形成或 者電弧的可能性。
圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電夾盤1002的一部分的橫剖 面。靜電夾盤1002包括流體分布元件1022。流體分布元件1022包括板 1040和電介質(zhì)帽1042。板1040包括兩個(gè)圓形環(huán)1040A和1040B。環(huán) 1040A具有比環(huán)1040B小的直徑。每個(gè)環(huán)1040A和1040B靠在形成在上通 道4040B的底部處的凸緣406上。板1040被焊接到本體1020以將板保持 在上通道404B中。電介質(zhì)帽1042 (成環(huán)形以形成充氣空間1036)插入到 上通道404B中，并靠在板1040上。
在另一實(shí)施例中，板1040可以包括倒U形橫剖面(例如，圖4的板 440)，并具有多個(gè)埋頭孔。橫剖面類似于元件1042的圓形(圓圈形)電 介質(zhì)元件可以插入該埋頭孔中。流體分布元件1022耦合到本體1020，使 得流體分布元件1022和通道1034形成充氣空間1036。電介質(zhì)層覆蓋本體 1020的至少一部分和流體分布元件1022的至少一部分，由此形成支撐表 面1028。電介質(zhì)層224可以噴涂到本體1020和流體分布元件1022的頂表 面上，并被拋光到期望的厚度?？?082穿過電介質(zhì)層224和電介質(zhì)帽 1090而形成?？梢允褂弥T如機(jī)械加工、激光加工等各種技術(shù)對(duì)孔1082進(jìn) 行鉆孔。如圖9的實(shí)施例那樣，孔1082僅僅穿過電介質(zhì)材料形成。這 樣，沒有導(dǎo)電殘余物留在孔1082中。
在前述實(shí)施例的每個(gè)中，在利用本發(fā)明的流體分布元件的靜電夾盤被 等離子體的形成或者電弧損壞的情況不可能發(fā)生，因而能夠使用一些方法 容易地對(duì)夾盤進(jìn)行修理(或者重新修整)。 一般地，在靠近電介質(zhì)部件 (管子、多孔插件等)處或者在其內(nèi)將發(fā)生有損壞性的等離子體形成或者 電弧。這樣，電介質(zhì)層可以局部地(在電介質(zhì)部件上)或者整體地(在整 個(gè)夾盤上)被移除以露出電介質(zhì)元件。然后，使用拔出工具以將該部件鉆 孔取出或者拉出來移除該部件。 一旦被移除，新的電介質(zhì)部件能夠被插 入，并根據(jù)需要局部地或者整體地更換電介質(zhì)層。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)部件可以延伸到夾盤的支撐表面(如以上所述)，并且在拔出之前不需 要移除電介質(zhì)層。在這情況下，受損的電介質(zhì)部件被移除，新的電介質(zhì)部 件插入(一般壓配合)到板中的開口中。以此方式，與在電弧或者等離子 體形成時(shí)在傳熱流體通路中或者附近更換整個(gè)靜電夾盤相比，能夠以顯著 的節(jié)約費(fèi)用對(duì)靜電夾盤進(jìn)行修理。
盡管前述涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不脫離由權(quán)利要求所確定的范 圍的情況下可以設(shè)計(jì)本發(fā)明其它和另外的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種用于重新修整靜電夾盤至少一部分的方法，包括從所述靜電夾盤的流體分布元件移除第一電介質(zhì)部件；并且用第二電介質(zhì)部件更換所述第一電介質(zhì)部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括移除電介質(zhì)層的至少一部分以露出所述第一電介質(zhì)部件；并且在用所述第二電介質(zhì)部件更換所述第一電介質(zhì)元件之后，用新的所述 電介質(zhì)層的至少一部分更換所移除的電介質(zhì)層的至少一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第二電介質(zhì)部件壓配 合到所述流體分布元件的開口中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中，所述第一或者第二電介質(zhì)部 件的至少一者包括管子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第一或者第二電介質(zhì) 部件的至少一者包括多孔塞。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第一或者第二電介質(zhì) 部件的至少一者包括陶瓷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述陶瓷包括氧化鋁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述移除步驟包括對(duì)所述 第一電介質(zhì)部件進(jìn)行鉆孔。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括拋光所更換的電介質(zhì)層。
10. —種靜電夾盤，包括 本體，其包括通道；板，其包括開口，所述板適于耦合到所述通道以形成充氣空間； 電介質(zhì)部件，其定位在所述開口中以限定來自所述充氣空間的流體通 道的至少一部分；電介質(zhì)層，其覆蓋所述本體的至少一部分和所述板的至少一部分，以 形成襯底支撐表面；以及多孔電介質(zhì)層，其覆蓋所述電介質(zhì)部件以形成所述流體通路的一部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電夾盤，其中，所述本體是導(dǎo)電的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的靜電夾盤，其中，所述流體通道不形成從 所述充氣空間到所述襯底支撐表面的視線路徑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的靜電夾盤，其中，所述電介質(zhì)部件是電介 質(zhì)管，其包括第一端、第二端和軸向通孔，其中，所述電介質(zhì)管定位到所 述板中的開口中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的靜電夾盤，其中，所述電介質(zhì)層覆蓋所述 電介質(zhì)管的所述第一端的至少一部分，并且所述軸向通孔和所述電介質(zhì)層 的至少一部分形成所述流體通路。
15. —種用于處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括 室，其限定處理區(qū)域；以及根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的靜電夾盤，其用于將半導(dǎo)體襯 底保持在所述處理區(qū)域中。
16. —種制造靜電夾盤的方法，包括 將板定位到本體的通道中以形成充氣空間；將電介質(zhì)部件插入所述板中的開口中，其中，所述電介質(zhì)部件限定來 自所述充氣空間的通路的一部分；沉積覆蓋所述本體的至少一部分和所述板的至少一部分的電介質(zhì)層以 形成支撐表面；拋光所述電介質(zhì)層到規(guī)定的厚度；并且形成穿過所述電介質(zhì)層和所述電介質(zhì)部件的開口以限定所述支撐表面 和所述充氣空間之間的通路。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，沉積所述電介質(zhì)層還包括 在所述電介質(zhì)部件上沉積所述電介質(zhì)層，其中，所述電介質(zhì)層的靠近所述電介質(zhì)部件的至少一部分是多孔的；并且還包括于將所述電介質(zhì)層拋光到規(guī)定的厚度；其中，所述電介質(zhì)層的 靠近所述電介質(zhì)部件的至少一部分和所述電介質(zhì)部件的一部分限定所述支 撐表面和所述充氣空間之間的通路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述電介質(zhì)部件包括 電介質(zhì)管，所述電介質(zhì)管包括第一端、第二端和連接所述第一端和所述第 二端的軸向通孔；并且將端帽定位在所述通道內(nèi)，其中，所述電介質(zhì)管的所述第二端在所述 電介質(zhì)端帽內(nèi)延伸，同時(shí)與所述電介質(zhì)端帽間隔開以形成間隙，其中，所 述間隙和所述通孔形成所述通路。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述電介質(zhì)部件包括 電介質(zhì)管，所述電介質(zhì)管包括第一端、第二端和連接所述第一端和所述第 二端的軸向通孔；并且將所述電介質(zhì)管定位到所述開口中，并用所述電介質(zhì)層覆蓋所述第一 端的至少一部分，其中，所述軸向通孔和所述電介質(zhì)層的至少一部分形成 所述通路。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，所述形成步驟包括拋 光所述電介質(zhì)層，直到所述電介質(zhì)管的所述軸向通孔露出在所述支撐表面 處。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，所述電介質(zhì)層的靠近 所述電介質(zhì)管的所述第一端的至少一部分是多孔的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，所述電介質(zhì)管的所述 第二端接觸所述通道的底部。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述本體是導(dǎo)電的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述電介質(zhì)部件或者 所述電介質(zhì)層中至少一者包括氧化鋁。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述形成步驟包括鉆孔穿過 所述電介質(zhì)層到所述電介質(zhì)部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提供減小等離子體穿透和電弧的靜電夾盤的方法和設(shè)備。一個(gè)實(shí)施例包括板和電介質(zhì)部件，其中電介質(zhì)部件插入到板中。板適于定位在通道內(nèi)以限定充氣空間，其中，電介質(zhì)部件提供耦合到充氣空間的流體通路的一部分。形成在電介質(zhì)部件上的多孔電介質(zhì)層提供耦合到充氣空間的流體通路的另一部分。在其它實(shí)施例中，流體分布元件包括部件的各種布置以限定不提供從用于襯底的支撐表面到充氣空間的視線路徑的流體通路。
文檔編號(hào)C23C16/458GK101425474SQ20081013491
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者卡澤拉·瑞瑪雅·納倫德瑞納斯, 德米特里·魯博彌爾斯克, 托尼·考沙爾, 穆罕默德·拉希德, 素提·貢德哈萊卡, 陳興隆 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司