專利名稱：靜電吸盤組件的制作方法
靜電吸盤組件發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的實(shí)施方式大體上是關(guān)于用在制造微電子裝置的處理腔室中的基板支撐件，更具體而言，是關(guān)于用在等離子體處理腔室中的靜電吸盤?，F(xiàn)有技術(shù)的描述在用于不同應(yīng)用，例如，物理氣相沉積、蝕刻或化學(xué)氣相沉積的處理腔室中處理基板的期間，靜電吸盤廣泛用于固持基板，例如，半導(dǎo)體晶片。靜電吸盤典型包含一或多個(gè)電極，其嵌入單一吸盤主體內(nèi)部，該主體包含一介電或半導(dǎo)體陶瓷材料，以在整個(gè)主體上產(chǎn)生一靜電夾鉗場(chǎng)(electrostatic clamping field)。舉例來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體陶瓷材料，例如，摻有金屬氧化物的氮化鋁、氮化硼或氧化鋁，可用來(lái)產(chǎn)生Johnsen-Rahbek(迥斯熱背)型或非庫(kù)侖型的靜電夾鉗場(chǎng)。在單極電極吸盤中，吸盤包含單一電極，且相對(duì)于基板施加電壓來(lái)電偏壓該單一電極。將等離子體引入處理腔室，以在吸盤和基板中感應(yīng)生成相反的靜電電荷，而產(chǎn)生可將基板靜電固持至吸盤上的吸引靜電力。在雙極電極吸盤中，吸盤包含兩個(gè)電極，相對(duì)彼此的方式電偏壓該兩電極，以提供將基板固持至吸盤的靜電力。不同于單極電極吸盤，雙極吸盤不需要等離子體存在以產(chǎn)生靜電夾鉗力。靜電吸盤提供數(shù)個(gè)勝過(guò)機(jī)械夾鉗裝置和真空吸盤的優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，靜電吸盤減少因機(jī)械夾鉗的應(yīng)力所造成的裂痕，允許暴露較大面積的基板以用于處理(排除極小部分或未排除邊緣)，并可用在低壓或高真空環(huán)境中。此外，靜電吸盤可更均勻地將基板固持于夾持表面，以允許更大程度地控制基板溫度。此控制可進(jìn)一步使用在吸盤和基板之間提供熱耦合的傳熱氣體來(lái)增強(qiáng)。用在集成電路制造中的不同工藝可能需要高溫和寬溫度范圍，以用于基板處理。 這類溫度范圍可從約20°C至約150°C，對(duì)某些工藝可能高達(dá)300°C至500°C或更高。因此常期望能有可在寬溫度范圍下操作的靜電吸盤。為了利用靜電吸盤的優(yōu)點(diǎn)，靜電吸盤典型形成基板支撐組件的一部分，該基板支撐組件亦包含不同部件以用于加熱和冷卻基板，以及用于將功率傳遞至夾持電極。另外，基板支撐組件亦可包含用于提供基板偏壓與提供等離子體功率的部件。結(jié)果，靜電吸盤的陶瓷主體可包含額外電極和其它部件，舉幾個(gè)例子，例如，加熱元件、氣體槽道(channel)和冷卻劑槽道。同樣地，靜電吸盤可附接至金屬制成的支撐部件。不過(guò)，要將金屬部件附接至陶瓷吸盤主體或 將金屬部件(例如，電極)嵌入陶瓷吸盤主體內(nèi)部是有困難的，因?yàn)樘沾珊徒饘俚臒崤蛎浵禂?shù)(CTE)差異會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱機(jī)械應(yīng)力，熱機(jī)械應(yīng)力在熱循環(huán)期間可能導(dǎo)致陶瓷斷裂或剝落(chip)。此外，CTE的差異可能隨溫度增加，導(dǎo)致高溫下產(chǎn)生更大的熱機(jī)械應(yīng)力。為了補(bǔ)償這些應(yīng)力，陶瓷吸盤主體可制造得較厚，以提供較大強(qiáng)度并防止斷裂，但此做法常會(huì)增加吸盤主體的成本。此外，氣體導(dǎo)管(conduit)與電接線(electrical line)常通過(guò)提供真空密封的接口(interface)或饋通件(feedthrough)耦合至靜電吸盤。饋通件可藉由聚合物O形環(huán)加以密封。不過(guò)，聚合物O形環(huán)在高溫下常喪失順應(yīng)性(compliance)和回彈性，而可能導(dǎo)致真空密封失效。同樣地，由于CTE差異導(dǎo)致熱機(jī)械應(yīng)力而造成的任何陶瓷吸盤斷裂可能導(dǎo)致密封失效以及真空泄漏。 在某些應(yīng)用中，可能需要施加偏壓至基板及/或藉由在靜電吸盤的電極上耦合射頻(RF)功率來(lái)產(chǎn)生等離子體。射頻功率的傳輸效率部分取決于吸盤主體的各種性質(zhì)，例如，介于電極和基板之間的介電層的厚度與介電常數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于以寬范圍頻率(例如，介于約50kHz至約60MHz之間)施加射頻功率的應(yīng)用而言，可能需要一種靜電吸盤，其可以具有成本效益的方式針對(duì)寬帶率范圍的有效射頻功率傳輸進(jìn)行最佳化。因此，需要一種具成本效益且可在高真空環(huán)境中在高溫和寬溫度范圍下操作而不失效的靜電吸盤。此外，亦需要一種具成本效益且可在寬帶率范圍內(nèi)有效耦合射頻功率的靜電吸盤。發(fā)明概述 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種具成本效益的靜電吸盤，其能在高真空環(huán)境中于寬溫度范圍內(nèi)操作，并在寬帶率范圍內(nèi)有效耦合射頻功率，以用于基板偏壓及/或等離子體形成。在一實(shí)施方式中，一靜電吸盤組件包含一支撐基底(support base)和一定位盤 (puck)，該定位盤包含一前表面(frontside surface)、一電絕緣定位盤基底、配置在該前表面上的一或多個(gè)夾持電極，其中該一或多個(gè)夾持電極包含一導(dǎo)電金屬基質(zhì)復(fù)合材料 (metal matrix composite material)；及一介電層，該介電層配置在該前表面上并覆蓋該一或多個(gè)夾持電極。在另一實(shí)施方式中，一靜電吸盤組件包含一支撐外殼；一定位盤，其具有一電絕緣上部定位盤板，該上部定位盤板具有一或多個(gè)夾持電極與一或多個(gè)加熱元件；一下部定位盤板，其在包含一凸起部分的接合區(qū)域內(nèi)接合至該上部定位盤板；及一間隙，其在該接合區(qū)域的外側(cè)將該上部定位盤板與該下部定位盤板分隔開(kāi)；一或多個(gè)0形環(huán)，配置在該下部定位盤板和該支撐外殼之間；及一冷卻板，其包含一或多個(gè)冷卻槽道，且該冷卻板配置在該接合區(qū)域和該一或多個(gè)0形環(huán)之間，其中該冷卻板耦合至該下部定位盤板并與之熱連通。在又另一實(shí)施方式中，一靜電吸盤組件包含一折箱組件(bellowsassembly)； — 定位盤，其具有一前表面、一或多個(gè)夾持電極及多個(gè)定位盤螺栓孔；一冷卻板，其包含一或多個(gè)中心開(kāi)口，每一開(kāi)口具有一中心開(kāi)口容積；一或多個(gè)外部階梯和內(nèi)部階梯，每個(gè)階梯各自具有一支撐表面用來(lái)支撐該定位盤；及一或多個(gè)排氣孔，其形成在該冷卻板中，該一或多個(gè)排氣孔各自形成在該冷卻板中，每一排氣孔包含一槽道，以在一形成在該中心開(kāi)口容積的側(cè)壁中的第一孔和一配置在該冷卻板的表面上的第二孔之間提供流體連通；及一間隙， 其配置在該定位盤和該冷卻板之間，其中該定位盤可從該冷卻板拆離。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明參照某些繪示于附圖中的實(shí)施方式來(lái)提供于上文扼要總結(jié)的本發(fā)明更具體敘述， 以詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特征結(jié)構(gòu)。不過(guò)，須注意附圖僅繪示此發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其它等效實(shí)施方式。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的等離子體處理腔室的概略剖面圖。
圖2繪示圖1所示靜電吸盤組件的一實(shí)施方式的分解圖。圖3A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖3A所示靜電吸盤組件的概略剖面詳圖。圖4A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。圖4B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖4A所示靜電吸盤組件的概略剖面詳圖。圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。圖5B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖5A所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。圖6A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件的透視圖。圖6B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖6A所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。圖6C為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖6B所示排氣孔的概略剖面詳圖。圖6D為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖6B所示螺栓孔的概略剖面詳圖。圖6E繪示圖6A所示靜電吸盤組件的一實(shí)施方式的分解圖。為了幫助了解，已盡可能地使用相同元件符號(hào)來(lái)標(biāo)明各圖中共享的相同元件。預(yù)期一實(shí)施方式的特征結(jié)構(gòu)可在無(wú)需進(jìn)一步詳述的情況下并入其它實(shí)施方式中。具體描述本發(fā)明大體上提供一種堅(jiān)固、具成本效益的靜電吸盤，其能夠在超高真空環(huán)境中于寬溫度范圍內(nèi)操作。本發(fā)明的實(shí)施方式包含一靜電吸盤組件，其提供用于基板偏壓及/ 或等離子體形成的有效射頻耦合。圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的等離子體處理腔室的概略剖面圖。在一實(shí)施方式中，該等離子體處理腔室為一濺射蝕刻處理腔室。不過(guò)，舉例來(lái)說(shuō)，其它類型的處理腔室，例如，物理氣相沉積(亦即，濺射)腔室，亦可用來(lái)實(shí)行本發(fā)明。腔室100為一真空腔室，其適于在基板處理期間于腔室內(nèi)容積120內(nèi)部維持次大氣壓(sub-atmospheric pressure)。腔室100包含腔室主體106，其由圓頂104覆蓋，圓頂 104圈出位于腔室內(nèi)容積120的上半部的處理容積119。腔室100亦可包含一或多個(gè)屏蔽件(shield) 105，其劃界不同腔室部件，以防止這類部件和離子化工藝材料間發(fā)生不必要的反應(yīng)。腔室主體106和圓頂104可以金屬制成，例如，鋁。在腔室內(nèi)容積120內(nèi)部配置有靜電吸盤組件124，用于支撐并夾持基板“S”，例如， 半導(dǎo)體晶片。靜電吸盤組件124包含定位盤(puck) 150，在其上擱放基板“S”;冷卻板151 ； 及支撐基底152。支撐基底152包含支撐外殼149、折箱組件110和中空支撐軸112。支撐軸112耦合至升降機(jī)構(gòu)113，其提供靜電吸盤組件124在上部處理位置(如圖1所示)和下部傳送位置(未顯示)之間的垂直移動(dòng)。折箱組件110繞支撐軸112配置，并耦合在支撐基底152和腔室100的底表面126之間，以提供允許靜電吸盤組件124垂直運(yùn)動(dòng)的撓性密封，同時(shí)防止真空從腔室100內(nèi)部損失。折箱組件110亦包含下部折箱凸緣164，其與0形環(huán)165接觸，0形環(huán)165接觸底表面126以幫助防止腔室真空損失。定位盤150包含電絕緣定位盤基底162，其具有兩個(gè)嵌入其中的夾持電極159，且兩個(gè)夾持電極159電氣連接至夾持功率源140，例如，直流功率源。在另一實(shí)例中，定位盤 150可包含一個(gè)夾持電極159或超過(guò)兩個(gè)的夾持電極159，以用于夾持基板。對(duì)兩個(gè)電極的實(shí)例而言，夾持電極159可各自為薄半圓或“D”形板，且每一夾持電極159各自附接至直流功率源的一個(gè)接頭。對(duì)單一電極而言，夾持電極159可為一薄盤，其附接至直流功率源的 一個(gè)接頭(另一直流接頭附接至接地電位)。不過(guò)，一或多個(gè)夾持電極159可具有任何適當(dāng)形狀，其可包含環(huán)形、楔形、帶狀等。夾持電極159可以任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料制成，例如，金屬或金屬合金。兩個(gè)夾持電極159通過(guò)一或多個(gè)RF匹配(RF match) 116耦合至射頻(RF)等離子體功率源117A與射頻偏壓功率源117B。射頻等離子體功率源117A提供功率以形成等離子體102，而射頻偏壓功率源117B施加射頻偏壓至基板“S”。在另一實(shí)施方式中，射頻功率源并未耦合至靜電吸盤組件124。定位盤150包含第一凸緣153和第二凸緣155。第一凸緣153可用來(lái)支撐一邊緣環(huán)(未顯示)，以在基板蝕刻期間降低邊緣效應(yīng)，而第二凸緣155可用來(lái)將定位盤150耦合至支撐基底152。在另一實(shí)施方式中，定位盤150僅包含第一凸緣153而無(wú)第二凸緣155。定位盤150亦包含多個(gè)支撐基板“S”的突出(protrusion)或臺(tái)面(mesa) 157，且在該些臺(tái)面157之間為氣體溝槽158，其與氣源141流體連通。氣源141提供一傳熱氣體在基板“S”背側(cè)和定位盤150之間流動(dòng)，以幫助調(diào)節(jié)定位盤150和基板“S”之間的熱傳速率。 在一實(shí)例中，傳熱氣體可包含一惰性氣體，例如，氬。傳熱氣體可透過(guò)定位盤150中與一或多個(gè)氣體溝槽158流體連通的一或多個(gè)孔(未顯示)輸送至氣體溝槽158。定位盤150亦可具有外部周圍環(huán)161，其在接近邊緣處接觸基板“S”，且可幫助控制從基板“S”后方逸出的傳熱氣體量?；濉癝”的溫度調(diào)節(jié)進(jìn)一步受到多個(gè)配置在冷卻板151中的冷卻槽道160的幫助，且冷卻槽道160耦合至流體源142并與之流體連通，流體源142提供一冷卻劑流體，例如，水，但也可使用任何適當(dāng)?shù)睦鋮s劑流體、氣體或液體。在另一實(shí)施方式中，定位盤150亦可包含加熱元件(見(jiàn)圖5A的502)，其配置在夾持電極159和冷卻板151之間。此外，定位盤150、冷卻板151及/或靜電吸盤組件124的其它部件的溫度可使用一或多個(gè)溫度傳感器(未顯示)來(lái)監(jiān)控，例如，熱電耦等，且溫度傳感器耦合至一或多個(gè)溫度監(jiān)視器。在一實(shí)例中，定位盤150耦合至至少一個(gè)用于溫度監(jiān)控的熱電耦。靜電吸盤組件124包含冷卻板151，其使用螺栓(未顯示)或其它適合的緊固裝置耦合至定位盤150。冷卻板151可在定位盤150內(nèi)部部分凹陷，以提供與定位盤150和基板” S”更佳的熱耦合。亦可在定位盤150和冷卻板151之間設(shè)置一導(dǎo)熱材料，以進(jìn)一步改善定位盤150和冷卻板151之間的熱耦合。在另一實(shí)施方式中，使用接合劑接合冷卻板 151和定位盤150。定位盤150使用多個(gè)圍繞著定位盤150的第二凸緣155配置的螺栓(未顯示)來(lái)耦合至支撐基底152的支撐外殼149。一或多個(gè)0形環(huán)154位于定位盤150和支撐外殼149 之間的0形環(huán)溝槽(見(jiàn)圖5A)內(nèi)，以提供介于腔室內(nèi)容積120和靜電吸盤組件124內(nèi)部的內(nèi)容積156之間的真空密封。內(nèi)容積156包含支撐外殼149內(nèi)部以及中空支撐軸112內(nèi)部用于設(shè)置導(dǎo)管與接線的開(kāi)放空間，且內(nèi)容積156與腔室100外部的大氣壓力流體連通。在本實(shí)施方式中，定位盤150可從支撐外殼149拆離，以便可在不更換支撐外殼149和支撐基底152的情況下更換定位盤150。在另一實(shí)施方式中，定位盤150和支撐外殼149接合在一起以形成一整合單元。 支撐軸112和折箱組件110耦合至支撐外殼149以形成支撐基底152。在一實(shí)施方式中，將支撐軸112和折箱組件110焊接至支撐外殼149。在另一實(shí)施方式中，支撐軸112和折箱組件110可形成一分開(kāi)的組件，其以螺栓拴緊至支撐外殼149。在又另一實(shí)施方式中，靜電吸盤組件124可經(jīng)調(diào)適，以便支撐軸112和折箱組件110直接耦合至冷卻板151，而不使用支撐外殼149。基板升降件130 (substrate lift)包含升降銷109，其裝配在連接至軸111的平臺(tái) 108上，軸111耦合至用于舉起與降下基板升降件130的第二升降機(jī)構(gòu)132，以便基板“S”可放置在定位盤150上或從定位盤150移除。靜電吸盤組件124包含通孔(見(jiàn)圖2的204)， 以容納升降銷109。折箱組件131耦合在基板升降件130和底表面126之間，以提供撓性密封，其在基板升降件130的垂直運(yùn)動(dòng)期間維持腔室真空。腔室100耦合至真空系統(tǒng)114并與之流體連通，真空系統(tǒng)114包含一節(jié)流閥(未顯示)和真空泵(未顯示)，用于排空腔室100。腔室100內(nèi)的壓力可藉由調(diào)整節(jié)流閥及/ 或真空泵而獲得調(diào)節(jié)。腔室100亦耦合至工藝氣源118并與之流體連通，工藝氣源118可供應(yīng)一或多種工藝氣體，例如，氬，給腔室100以用于蝕刻處理。為了產(chǎn)生用于濺射蝕刻基板“S”的等離子體102，夾持電極159通過(guò)一或多個(gè)射頻匹配116耦合至射頻等離子體功率源117A和射頻偏壓功率源117B，以在腔室100內(nèi)部形成等離子體102以及施加偏壓至基板“S”。夾持電極159作用如一射頻陰極，其與腔室主體10 6和圓頂104電絕緣，且腔室主體106和圓頂104兩者連接至地115。工藝氣體，例如， 氬，從工藝氣源118引入腔室100，并調(diào)整氣體壓力至用于等離子體點(diǎn)燃的預(yù)設(shè)值(preset value)。當(dāng)射頻功率從射頻等離子體功率源117A輸送至夾持電極159時(shí)，通過(guò)電容耦合在處理容積119中點(diǎn)燃等離子體102。射頻匹配116可調(diào)整或預(yù)設(shè)，以改善從射頻等離子體功率源117A至等離子體102的功率傳遞效率。射頻偏壓功率源117B施加偏壓至夾持電極 159，使得等離子體102中的正電荷離子加速至基板“S”的表面，并濺射蝕刻基板表面。射頻等離子體功率源117A和射頻偏壓功率源117B可以位于約.5MHz至約60MHz 的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選地，以接近約2MHz和約13. 56MHz的頻率提供功率。較低頻率可用于驅(qū)動(dòng)偏壓從而提供離子能量，而較高頻率可用于驅(qū)動(dòng)等離子體102。圖2繪示圖1所示靜電吸盤組件124的一實(shí)施方式的分解圖。為了清楚起見(jiàn)，并未顯示在支撐軸112中通過(guò)軸通孔210的電接線和流體運(yùn)送導(dǎo)管。支撐外殼149包含凸緣 202，其具有與升降銷孔204對(duì)準(zhǔn)的凸緣通孔203，以便升降銷109可從定位盤150的前表面 206舉起或降下基板。0形環(huán)154配置在凸緣202上的一 0形環(huán)溝槽(未顯示)內(nèi)，以便在定位盤150耦合至支撐外殼149時(shí)，可形成真空密封。外部周圍環(huán)161劃界出該前表面206，并可包含多個(gè)由相交氣體溝槽158所定義的凸起的楔形臺(tái)面157，氣體溝槽158如上述般分配傳熱氣體。氣體溝槽158包含徑向槽道 214，其與圓形槽道212相交。氣體溝槽158可包含多個(gè)槽道，其以直角相交，以形成網(wǎng)格狀圖案?；蛘?，徑向圖案可與網(wǎng)格(gridpattem)和圓形圖案(circular pattern)結(jié)合，但其它幾何形狀亦可用于氣體溝槽158的圖案。一或多個(gè)配置在相交氣體溝槽158之間的臺(tái)面157可包含正方形或矩形塊、圓錐、 楔形、角錐、柱、圓柱墩(cylindrical mound)、或其它不同尺寸的突出或其組合，其從定位盤150向上延伸并支撐基板。在一實(shí)施方式中，臺(tái)面157的高度范圍可從約50微米至約 700微米，且臺(tái)面157的寬度(或直徑)范圍可從約500微米至約5000微米。在另一實(shí)例中，定位盤150可包含前表面206，其具有多個(gè)形成在其中的氣體溝槽158 (例如，徑向槽道214)，且不包含臺(tái)面157。 定位盤基底162可包含氧化鋁、氮化鋁、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化鈦、氧化鋯的其中至少一種，盡管亦可使用其它材料。定位盤基底162可為單一整塊的陶瓷，其藉由熱壓和燒結(jié)陶瓷粉末，然后切削該燒結(jié)體以形成定位盤150的最終形狀而制成。圖3A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件124的概略剖面詳圖。兩個(gè)夾持電極159在定位盤150的前表面206上部分嵌入電絕緣的定位盤基底162。為了清楚起見(jiàn)，并未顯示基板“S”。在此上下文中，“部分嵌入”意指夾持電極159未完全被定位盤基底162的材料環(huán)繞或包圍，且每一夾持電極159的一側(cè)形成部分的前表面206，其可以介電材料涂布。在另一實(shí)施方式中，可使用一個(gè)夾持電極159。在尚有另一實(shí)施方式中，定位盤150可包含超過(guò)兩個(gè)的夾持電極159。定位盤基底162提供用于使夾持電極159彼此電絕緣以及和基板“S”電絕緣的裝置，亦提供用于夾持電極159和定位盤150的其它部件的導(dǎo)熱路徑與機(jī)械支撐。定位盤基底162具有介于夾持電極159和冷卻板151之間的厚度“D”。用于夾持電極159的材料可適當(dāng)選擇，以便電極材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)實(shí)質(zhì)上與電絕緣定位盤基底162材料的CTE匹配，以使CTE差異最小化，并避免在熱循環(huán)期間產(chǎn)生可能損壞定位盤150的熱機(jī)械應(yīng)力。在一實(shí)施方式中，將一導(dǎo)電金屬基質(zhì)復(fù)合(MMC)材料用于夾持電極159。MMC材料包含一金屬基質(zhì)和一補(bǔ)強(qiáng)材料(reinforcing material)，補(bǔ)強(qiáng)材料嵌入并分散在基質(zhì)各處。金屬基質(zhì)可包含單一金屬、二或多種金屬、或金屬合金?？墒褂玫慕饘侔皇芟抻?，鋁(Al)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鈷鎳合金(CoNi)、鎳(Ni)、 鉻(Cr)、金(Au)、銀(Ag)或其不同組合。補(bǔ)強(qiáng)材料可選擇為提供MMC所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且亦可選擇為提供MMC的其它性質(zhì)，例如，導(dǎo)熱性和CTE所需的值?？墒褂玫难a(bǔ)強(qiáng)材料的實(shí)例包含硅(Si)、碳(C)、或碳化硅(SiC)，但亦可使用其它材料。用于夾持電極159的MMC材料較佳地選擇為提供所需的導(dǎo)電性，且在靜電吸盤組件124的操作溫度范圍間提供實(shí)質(zhì)上匹配定位盤基底162材料的CTE。在一實(shí)施方式中，溫度范圍可從約攝氏20°至約攝氏400°。在一實(shí)施方式中，匹配CTE包含選擇MMC材料，使得MMC材料包含至少一種同樣用在定位盤基底162材料中的材料。在一實(shí)施方式中，定位盤基底162包含氧化鋁(Al2O3)。在一實(shí)施方式中，MMC材料包含鋁(Al)和硅(Si)。在一實(shí)施方式中，MMC成分包含約13wt%的鋁(重量百分比組成)和約87wt%的硅。在另一實(shí)施方式中，MMC成分包含約50wt %的鋁和約50wt %的硅。在尚有另一實(shí)施方式中，MMC成分包含約30襯％的鋁和約70wt%的硅。在另一實(shí)施方式中，舉例來(lái)說(shuō)，MMC可包含至少三種材料，例如，碳硅化鋁(AlSiC)或碳硅化鈦(TiSiC)。MMC的組成材料和成分百分比可選擇為提供滿足所需設(shè)計(jì)目標(biāo)的工程材料。舉例來(lái)說(shuō)，藉由適當(dāng)選擇MMC材料以密切匹配夾持電極159和定位盤基底162的CTE，定位盤基底162內(nèi)部的熱機(jī)械應(yīng)力會(huì)降低，其可允許使用質(zhì)量較小或較薄的定位盤基底162，因?yàn)榛缀穸萒p有部分是由防止定位盤基底162在正規(guī)溫度循環(huán)期間產(chǎn)生裂痕或斷裂所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)決定。減少定位盤基底162的厚度可降低定位盤150的成本。此外，MMC材料在使用上可比用于某些應(yīng)用的其它材料更為價(jià)廉。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)定位盤基底162包含Al2O3時(shí)， 鉬可用于夾持電極159，因?yàn)殂f所具有的CTE可提供Al2O3的CTE可接受的匹配，但鉬顯然在使用上比提供等效或更接近的CTE匹配的MMC材料更為昂貴。
參照?qǐng)D3A，每一夾持電極159的電極底表面300接合至定位盤基底162?？墒褂脭U(kuò)散接合做為接合方法，但亦可使用其它接合方法。在一實(shí)施方式中，將近乎50微米厚的鋁箔(未顯示)放置在電極底表面300和定位盤基底162之間，并施加壓力與熱以形成鋁箔和鋁硅MMC夾持電極159之間以及鋁箔和Al2O3定位盤基底162之間的擴(kuò)散接合。在另一實(shí)施方式中，夾持電極159使用直接擴(kuò)散接合直接與定位盤基底162接合，直接擴(kuò)散接合不需要使用中間層材料，例如，鋁箔。 在接合夾持電極159與定位盤基底162之后，夾持電極159和定位盤基底162可切削以在前表面206形成臺(tái)面157、氣體溝槽158、外部周圍環(huán)161及/或其它定位盤150的特征結(jié)構(gòu)，盡管亦可在電極接合前，切削出某些前文所提及的特征結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施方式中， 臺(tái)面157和氣體溝槽158是在前表面206上形成于夾持電極159中，如圖3A所示，且臺(tái)面高度Mh的范圍從約200微米至約1000微米。每一臺(tái)面157亦可具有小突出或凸塊(未顯示)，以最小化臺(tái)面157和基板之間的總接觸面積。圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖3A所示靜電吸盤組件124的概略剖面詳圖。 定位盤基底162使夾持電極159彼此電氣隔離。為了產(chǎn)生基板的靜電夾持作用，夾持電極 159亦與基板電氣隔離。在一實(shí)施方式中，夾持電極159與形成在其上的特征結(jié)構(gòu)在前表面206上經(jīng)過(guò)表面處理或涂布，以在夾持電極159和基板(未顯示)之間提供電絕緣的介電層301。在另一實(shí)施方式中，介電層301包含一介電材料，其具有實(shí)質(zhì)上與用于夾持電極 159的MMC材料的CTE相匹配的CTE，且介電材料經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇，以提供至夾持電極159和定位盤基底162的良好黏著。在一實(shí)施方式中，介電層301包含一材料，其CTE實(shí)質(zhì)上匹配定位盤基底162的CTE。介電材料共形地沉積在夾持電極159上，以形成薄而均勻的介電層301，或在夾持電極159以及形成在其上的特征結(jié)構(gòu)，例如，臺(tái)面157和氣體溝槽158上方形成涂層。涂布的介電材料如同一毯覆涂層覆蓋在定位盤150的前表面206上的夾持電極159和部分的定位盤基底162。在另一實(shí)施方式中，介電層301包含兩或更多層，每一層以一毯覆涂層相繼沉積。介電層301可包含氮化硼、氧化鋁(Al2O3)、類鉆碳(DLC)、DLC基質(zhì)復(fù)合材料、 Dylyn 或其組合的其中一種，盡管可使用其它類型的介電材料。在另一實(shí)施方式中，介電層301提供介于約IOGpa(千兆帕斯卡)至約25Gpa之間的硬度。在一實(shí)施方式中，介電層301所具有的靜摩擦系數(shù)的范圍從約0. 15至約5. 0。在另一實(shí)施方式中，介電層301所具有的靜摩擦系數(shù)的范圍從約0. 05至約0. 2。介電層301可藉由電弧噴涂、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、濺射或等離子體輔助CVD來(lái)沉積，但亦可使用其它沉積方法。介電層301具有厚度“d”，其范圍可從約10微米至約1000微米，但可使用其它厚度。在一實(shí)施方式中，厚度“d”的范圍從約200微米至約800微米。在另一實(shí)施方式中，厚度“d”的范圍從約1微米至約10微米。電極厚度Te可經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇，以提供足夠厚度來(lái)用于切削出特征結(jié)構(gòu)，例如，臺(tái)面157和氣體溝槽158，以及用于在沉積介電層301后，提供所需的臺(tái)面高度Mho在一實(shí)施方式中，電極厚度Te大于約500微米。在一實(shí)施方式中，夾持電極159耦合至射頻等離子體功率源117A，以驅(qū)動(dòng)等離子體102 (見(jiàn)圖1)。為了有效驅(qū)動(dòng)等離子體102，需要使引導(dǎo)朝向等離子體102的順向射頻能量(forward RF enenry) 350的傳輸最大化，并使遠(yuǎn)離等離子體102的方向的反向射頻能量(backward RF energy) 351的傳輸最小化。定位盤基底162在夾持電極159下方具有厚度 “D”。優(yōu)先朝等離子體102傳輸射頻能量可藉由相對(duì)于定位盤基底162降低通過(guò)介電層301 的射頻傳輸?shù)碾娙葑杩苟@得幫助。舉例來(lái)說(shuō)，藉由減少厚度比“d”/ “D”，順向射頻能量 350可增加，而反向射頻能量351則減少。對(duì)固定的厚度比“d”/ “D”而言，可藉由相對(duì)于定位盤基底162材料的介電常數(shù)增加介電層301的介電常數(shù)來(lái)達(dá)成類似的射頻傳輸效果， 因?yàn)殡娙葑杩箍赡芘c傳輸媒介的介電常數(shù)成反向相關(guān)。在一實(shí)施方式中，定位盤基底162 具有厚度“D”，其遠(yuǎn)大于介電層301的厚度“d”。在夾持電極159上方施用介電層301的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可更容易控制膜層性質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，定位盤基底162可使用燒結(jié)工藝制造，燒結(jié)工藝可能導(dǎo)致在整個(gè)定位盤基底162中的介電常數(shù)變異。使用沉積介電層301覆蓋住在前表面206上 的夾持電極159可提供層厚度和介電常數(shù)的較小變異，轉(zhuǎn)而可在順向射頻能量350的傳輸上提供較大控制。此外，使用獨(dú)立的介電層301覆蓋夾持電極159允許選擇介電層301的材料與厚度，使得定位盤設(shè)計(jì)可進(jìn)行“微調(diào)(timed) ”，而得以采用具成本效益的方式在寬范圍的頻率內(nèi)提供有效的射頻功率輸送。在一實(shí)施方式中，靜電吸盤組件124可在約0. 5MHz至約60MHz的頻率范圍內(nèi)以最小射頻功率損耗有效地輸送射頻(RF)功率。圖4A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖3A所示靜電吸盤組件的概略剖面詳圖。如上文所述，兩個(gè)夾持電極159部分嵌入定位盤基底162。夾持電極159和定位盤基底162形成定位盤150的前表面206。將介電材料沉積至夾持電極159和定位盤基底162上，以在前表面206上形成介電層301。介電層301的厚度經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇，以便于在介電層301中切削出特征結(jié)構(gòu)，例如，臺(tái)面157和氣體溝槽158。圖4B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖4A所示靜電吸盤組件的概略剖面詳圖。選擇介電層301的最大厚度“dMX”，使得在介電層301中切削出特征結(jié)構(gòu)之后，介電層301所需的最小厚度“dMIN”保持覆蓋住前表面206上的夾持電極159和定位盤基底162。在一實(shí)施方式中，最小厚度“dMIN”的范圍從約10微米至約300微米。已在此處敘述可用于介電層 301的介電材料與沉積技術(shù)。圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件的概略剖面詳圖。定位盤150包含前表面206、上部定位盤板550A和下部定位盤板550B，上部定位盤板550A和下部定位盤板550B在凸起部分503處接合在一起，凸起部分503配置于位在定位盤150中心上的接合區(qū)域504中。上部定位盤板550A包含夾持電極159和一或多個(gè)加熱元件502， 該一或多個(gè)加熱元件502電氣連接至加熱器功率源501，以用于加熱上部定位盤板550A。 下部定位盤板550B耦合至冷卻板505，并與之熱連通，冷卻板505具有一或多個(gè)冷卻槽道 506，該一或多個(gè)冷卻槽道506與流體源142流體連通。冷卻板505配置為近接一或多個(gè)0 形環(huán)154，0形環(huán)154位于下部定位盤板550B和支撐外殼149之間，以提供腔室內(nèi)容積120 和靜電吸盤組件124內(nèi)部的內(nèi)容積156之間的真空密封。下部定位盤板550B及/或支撐外殼149可包含用于0形環(huán)154的0形環(huán)溝槽508。上部定位盤板550A可包含此處所述用于定位盤基底162的電絕緣材料。在一實(shí)施方式中，上部定位盤板550A包含一或多種導(dǎo)熱材料，以便加熱元件502所產(chǎn)生的熱可更有效地輸送至基板。下部定位盤板550B和上部定位盤板550A可包含相同材料。在一實(shí)施方式中，下部定位盤板550B包含的材料與用于上部定位盤板550A的材料相異。在一實(shí)施方式中，下部定位盤板550B包含一金屬基質(zhì)復(fù)合材料。在一實(shí)施態(tài)樣中，該金屬基質(zhì)復(fù)合材料包含鋁和硅。在一實(shí)施態(tài)樣中，上部定位盤板550A包含氮化鋁，且下部定位盤板550B 包含碳硅化鋁的復(fù)合材料。在尚有另一實(shí)施態(tài)樣中，下部定位盤板550B包含金屬或金屬合金 參照?qǐng)D5A，當(dāng)上部定位盤板550A和下部定位盤板550B接合在一起以形成定位盤 150時(shí)，會(huì)形成具有厚度“Te”的間隙“G”。在一實(shí)施方式中，使用擴(kuò)散接合作為接合方法，但亦可使用其它接合方法。在一實(shí)施方式中，上部定位盤板550A和下部定位盤板550B所包含的材料含有鋁，且凸起部分503包含一鋁箔“中間層”，其放置在介于上部定位盤板550A 和下部定位盤板550B之間的接合區(qū)域504中，并施加壓力和熱以形成介于鋁箔與上部定位盤板550A之間以及介于鋁箔與下部定位盤板550B之間的擴(kuò)散接合。在另一實(shí)施方式中， 擴(kuò)散接合可使用其它中間層材料形成，這些材料是依據(jù)用于上部定位盤板550A和下部定位盤板550B的材料來(lái)選擇。在另一實(shí)施方式中，上部定位盤板550A可使用直接擴(kuò)散接合 (direct diffusion bonding)直接接合至下部定位盤板550B，其中并未使用中間層來(lái)形成接合。凸起部分503可包含一中間層材料、或一黏著劑、或一部分的上部定位盤板550A、 及/或一部分的下部定位盤板550B或其組合。凸起部分503形成具有厚度“Te”的間隙 “G”。在一實(shí)施方式中，厚度“Te”的范圍從約20微米至約1000微米。間隙“G”使上部定位盤板550A和下部定位盤板550B之間的接觸面積最小化，從而使因任何存在于上部定位盤板550A和下部定位盤板550B間的溫度差或CTE差所造成的熱機(jī)械應(yīng)力減至最小。上部定位盤板550A和下部定位盤板550B能在熱循環(huán)期間獨(dú)立地在接合區(qū)域504(見(jiàn)圖5B)外側(cè)自由膨脹或收縮。此外，接合區(qū)域504可藉由限制從已加熱的上部定位盤板550A至未加熱的下部定位盤板550B的導(dǎo)熱路徑而使得接合區(qū)域504的作用如同一熱扼流器(thermal choke)。在一真空環(huán)境中，除非設(shè)置傳導(dǎo)媒介，否則熱傳遞主要為輻射方式。由于在基板處理期間，定位盤150可能配置在真空環(huán)境中，加熱元件502所產(chǎn)生的熱可藉由通過(guò)接合區(qū)域504的傳導(dǎo)作用而比藉由整個(gè)間隙“G”的輻射作用更能有效地傳遞。因此，藉由調(diào)整接合區(qū)域504的尺寸，可控制從上部定位盤板550A流動(dòng)至下部定位盤板550B的熱通量，且接合區(qū)域504作用如同一熱扼流器。為了提供有效的基板加熱，較佳限制從上部定位盤板550A傳導(dǎo)出且通過(guò)接合區(qū)域504的熱能的量。另一方面，跨越整個(gè)接合區(qū)域504的大溫度差可能導(dǎo)致在接合區(qū)域504處產(chǎn)生令人無(wú)法接受的熱機(jī)械應(yīng)力。因此，接合區(qū)域504的面積較佳地經(jīng)過(guò)選擇，以在不讓接合區(qū)域504處產(chǎn)生無(wú)法接受的熱機(jī)械應(yīng)力的情況下提供有效的基板加熱。由接合區(qū)域504所形成的熱扼流器亦可幫助引導(dǎo)以及加長(zhǎng)導(dǎo)熱路徑(thermal conduction path)，以使一或多個(gè)用來(lái)形成真空密封的0形環(huán)154上的熱應(yīng)力減至最小。舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱路徑“ABC”可始于上部定位盤板550A中的點(diǎn)“A”、繼續(xù)通過(guò)接合區(qū)域504至下部定位盤板550B中的點(diǎn)“B”、繼續(xù)通過(guò)冷卻板505、并接著終止在接近0形環(huán)154的點(diǎn)“C”。 藉由增加0形環(huán)154離接合區(qū)域504的距離，從上部定位盤板550A中的任何點(diǎn)到0形環(huán)154 的導(dǎo)熱路徑的長(zhǎng)度亦隨之增加，由于沿著導(dǎo)熱路徑“ABC”可能發(fā)生傳導(dǎo)以及輻射熱損耗，導(dǎo)致從點(diǎn)“A”至點(diǎn)“C”的顯著的溫度下降。此外，冷卻板505是放置在接合區(qū)域504和0形環(huán)154之間，以幫助保持0形環(huán)154冷卻。
圖5B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖5A所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。
接合區(qū)域504包含凸起部分503，凸起部分503配置在一具有內(nèi)部半徑R1和外部半徑R2的環(huán)形區(qū)域中。中心區(qū)域507位于內(nèi)部半徑R1內(nèi)部，并可包含氣體導(dǎo)管與電接線(未顯示)。冷卻板505為環(huán)形，并具有寬度“W”，以及位于半徑距離R3且距離接合區(qū)域504為d23 = R3-R2 處。0形環(huán)154鄰接冷卻板505并位于半徑距離R4處，而可被冷卻板505冷卻。較佳地，半徑距離R4選擇一大數(shù)值，以提供從上部定位盤板550A至一或多個(gè)0形環(huán)154的長(zhǎng)導(dǎo)熱路徑“ABC”，從而幫助一或多個(gè)0形環(huán)154保持冷卻。在一實(shí)施方式中，一或多個(gè)0形環(huán)154 的位置近接下部定位盤板550B的下部板周圍552。此外，半徑距離R3較佳地經(jīng)過(guò)選擇，使得冷卻板505近接一或多個(gè)0形環(huán)154。藉由調(diào)整接合區(qū)域504的內(nèi)部半徑R1和外部半徑R2，以及藉由調(diào)整半徑距離民和 R4,通過(guò)接合區(qū)域504的熱通量和0形環(huán)154的溫度可受控用于上部定位盤板550A的操作溫度范圍。在一實(shí)施方式中，上部定位盤板550A的操作溫度范圍從約250攝氏度(°C )至約450攝氏度(°C )。導(dǎo)熱路徑示于圖5B。熱從上部定位盤板550A中的點(diǎn)“A”傳導(dǎo)至位于接合區(qū)域504 的外部半徑R2處的周長(zhǎng)附近的點(diǎn)“B”，并接著至下部定位盤板550B，然后至下部定位盤板 550B中的點(diǎn)“C”。從點(diǎn)“A”到點(diǎn)“C”的虛線箭頭指示熱無(wú)法直接從點(diǎn)“A”傳導(dǎo)至點(diǎn)“C”，因?yàn)殚g隙“G”將這兩個(gè)點(diǎn)分隔開(kāi)來(lái)，如圖5A所示。圖6A為根據(jù)本發(fā)明又另一實(shí)施方式的圖1所示靜電吸盤組件124的透視圖。靜電吸盤組件124包含定位盤150、冷卻板601及折箱組件110，折箱組件110包含支撐軸112。 定位盤150耦合至冷卻板601，且冷卻板601耦合至折箱組件110。靜電吸盤組件124經(jīng)調(diào)適，使其可拆卸，以便定位盤150可從冷卻板601拆離，且冷卻板601可從折箱組件110拆離(見(jiàn)圖6E)。定位盤150包含電絕緣定位盤基底162及前表面206，前表面206包含氣體溝槽 158、臺(tái)面157、外部周圍環(huán)161、升降銷孔204和第一凸緣153，第一凸緣153可支撐一邊緣環(huán)(未顯示)。此處敘述用于定位盤150特征結(jié)構(gòu)的上述特征結(jié)構(gòu)和材料的不同實(shí)施方式。 定位盤150亦包含定位盤螺栓孔602，其容納用于將定位盤150緊固至冷卻板601的螺栓 (見(jiàn)圖6B)。雖然在圖6A中僅顯示三個(gè)定位盤螺栓孔602，但可使用任何數(shù)目的定位盤螺栓孔602，且該定位盤螺栓孔602各自可配置在定位盤150上的任何位置。每一定位盤螺栓孔 602亦可包含一擴(kuò)孔(counterbore)(圖6D)，使得每一螺栓頭與定位盤150的表面齊平或從該處凹下。圖6B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖6A所示靜電吸盤組件的概略剖面圖。在圖6B 中已加上基板“S”且未顯示臺(tái)面157，以闡明氣流圖案。利用外部周圍環(huán)161和臺(tái)面157將基板“S”支撐在定位盤150的前表面206上。冷卻板601藉由板裝配螺栓615裝配至折箱組件110，螺栓615通過(guò)冷卻板601中的孔，并容納在配置于折箱裝配凸緣614中的螺紋孔。 雖然在圖6B的剖面中僅顯示兩個(gè)板裝配螺栓615，可使用任何數(shù)目的板裝配螺栓615來(lái)將冷卻板601緊固至折箱裝配凸緣614。定位盤150藉由位在定位盤螺栓孔602中的定位盤裝配螺栓616裝配至冷卻板601。折箱組件110包含折箱裝配凸緣614、支撐軸112、折箱焊接件611、上部折箱凸緣 613和下部折箱凸緣164。支撐軸112和上部折箱凸緣613連接至折箱裝配凸緣614，且折箱焊接件611連接至上部折箱凸緣613以及下部折箱凸緣164。所使用的連接方法(例如， 焊接、銅焊)經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇以及控制，使得當(dāng)靜電吸盤組件124裝配至腔室100(見(jiàn)圖1)時(shí)， 在內(nèi)容積156 (其可為大氣壓力)和腔室內(nèi)容積120 (在基板處理期間為次大氣壓)之間形成真空密封。下部折箱凸緣164使用多個(gè)螺栓(未顯示)裝配至腔室100的底部，且O形環(huán)165配置在下部折箱凸緣164和腔室100的底表面126之間，以使腔室內(nèi)容積120和靜電吸盤組件124的內(nèi)容積156隔離開(kāi)來(lái)。下部折箱凸緣164并未連接至支撐軸112，所以支撐軸112可相對(duì)于下部折箱凸緣164自由移動(dòng)。折箱裝配凸緣614包含用于0形環(huán)619的凸緣0形環(huán)溝槽623，0形環(huán)619提供真空密封，以便腔室內(nèi)容積120不與靜電吸盤組件124的內(nèi)容積156流體連通。在另一實(shí)施方式中，僅冷卻板601具有0形環(huán)溝槽，且折箱裝配凸緣614不具有凸緣0形環(huán)溝槽623。在又另一實(shí)施方式中，使用多于一個(gè)的凸緣0形環(huán)溝槽623和0形環(huán)619，以提供真空密封。冷卻板601包含一或多個(gè)板608、多個(gè)冷卻槽道160、二或更多個(gè)冷卻劑流體導(dǎo)管628和氣體導(dǎo)管604。冷卻槽道160形成一或多個(gè)冷卻回路(coolingloop)或環(huán)路 (circuit)，并且與提供冷卻劑流體的流體源142流體連通。冷卻槽道160可具有正方形、 矩形、圓形或其它形狀的截面。二或更多個(gè)冷卻劑流體導(dǎo)管628耦合至板608，并與冷卻槽道160流體連通。冷卻劑流體導(dǎo)管628從冷卻板601延伸，并通過(guò)支撐軸112的中空內(nèi)部空間。冷卻劑流體導(dǎo)管628使用任何適當(dāng)?shù)拿芊怦詈涎b置631耦合至流體源142。在一實(shí)施方式中，冷卻劑流體導(dǎo)管628包含一管的末端，該管經(jīng)過(guò)成環(huán)(looped) 且成形(shaped)以形成冷卻槽道160。將成形的管接合(例如，藉由焊接或銅焊)至板 608，以將該管熱耦合至板608。在另一實(shí)施方式中，冷卻槽道160包含形成(例如，藉由切肖Ij)在板608中的多個(gè)槽道。板608可包含任何導(dǎo)熱材料，例如，鋁、銅、黃銅、不銹鋼或其它適當(dāng)材料。氣體導(dǎo)管604提供從氣源141輸送傳熱氣體603至基板“S”的背表面606的裝置。 氣體導(dǎo)管604耦合至冷卻板601，使得腔室內(nèi)容積120保持與靜電吸盤組件124的內(nèi)容積 156隔離開(kāi)來(lái)。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管604包含一管，其焊接或銅焊至板608，以形成板 608和管外表面之間的真空密封。氣體導(dǎo)管604從冷卻板601延伸通過(guò)支撐軸112，并使用任何適當(dāng)?shù)臍怏w管線耦合裝置633耦合至氣源141。冷卻板601亦包含一或多個(gè)中心開(kāi)口 639、多個(gè)第一螺栓孔634、第二螺栓孔637 和升降銷孔635，其延伸通過(guò)冷卻板601。一或多個(gè)中心開(kāi)口 639包含多個(gè)接近冷卻板601 中心的孔，以便來(lái)自定位盤150的電接線及/或其它元件(例如，熱電耦)可通過(guò)冷卻板 601和靜電吸盤組件124的支撐軸112。第一螺栓孔634容納板裝配螺栓615，且第一螺栓孔634可包含擴(kuò)孔，使得每一個(gè)板裝配螺栓615與板608的表面636齊平或從板608的表面636凹下。冷卻板601的升降銷孔635與定位盤150的升降銷孔204對(duì)準(zhǔn)，以便升降銷 109 (見(jiàn)圖1)可在不接觸定位盤150或冷卻板601的情況下移動(dòng)通過(guò)該些孔。冷卻板601 的第二螺栓孔637允許定位盤150使用定位盤裝配螺栓616緊固至冷卻板601。冷卻板601包含凸起部分，其從冷卻板601的表面636向上延伸。該凸起部分包含一或多個(gè)外部階梯609和內(nèi)部階梯610，且各自具有用來(lái)支撐定位盤150的頂表面638。 一或多個(gè)外部階梯609配置為接近冷卻板601的周圍(periphery)，且內(nèi)部階梯610相對(duì)于該一或多個(gè)外部階梯609而位于內(nèi)側(cè)。在一實(shí)施方式中，外部階梯609包含一凸起環(huán)形環(huán)，其設(shè)置為接近冷卻板601的周圍，且內(nèi)部階梯610包含多個(gè)凸起環(huán)形環(huán)，其環(huán)繞每個(gè)中心開(kāi)口 639、升降銷孔635和第二螺栓孔637 (見(jiàn)圖6E)。每一個(gè)外部階梯609和內(nèi)部階梯610具有階梯高度Hs，其范圍從約30微米至約 1000微米。在一實(shí)施方式中，階梯高度Hs的范圍從約200微米至約400微米。當(dāng)定位盤 150裝配至冷卻板601時(shí)，氣體傳導(dǎo)間隙632形成在定位盤150和冷卻板601之間。氣體傳導(dǎo)間隙632具有均勻的間隙高度，且?guī)缀醯扔陔A梯高度Hs。 如在下文更詳細(xì)敘述，氣體傳導(dǎo)間隙632藉由限制零件之間的接觸來(lái)幫助使定位盤150和冷卻板601之間的熱機(jī)械應(yīng)力最小化。氣體傳導(dǎo)間隙632亦使用傳熱氣體603來(lái)達(dá)成定位盤150和冷卻板601之間的熱耦合。定位盤150和冷卻板601之間的熱耦合可藉由一或多個(gè)方式來(lái)調(diào)整，其可包含改變壓力、流速及/或用于傳熱氣體603的氣體類型。傳熱氣體603從氣體導(dǎo)管604傳導(dǎo)至氣體傳導(dǎo)間隙632以及至在定位盤150中的多個(gè)氣孔 605，并從氣孔605流至氣體溝槽158，其輸送氣體至基板“S”的背表面606。參照?qǐng)D6B，定位盤150包含加熱元件502和兩個(gè)夾持電極159。在其它實(shí)施方式中，定位盤150可包含一個(gè)夾持電極159或多于兩個(gè)的夾持電極159。定位盤150亦包含一或多個(gè)氣孔605，其延伸通過(guò)定位盤150，以便傳熱氣體603可從氣體傳導(dǎo)間隙632流到氣體溝槽158。在一實(shí)施方式中，氣孔605的直徑可近乎等于或小于氣體溝槽158的寬度。 氣孔605亦可配置在任何位置，并以任何圖案分布在前表面206上。加熱元件502電氣連接至第一對(duì)饋通導(dǎo)體(feedthrough conductor) 625，第一對(duì)饋通導(dǎo)體625在電連接640B處電氣連接至加熱器功率導(dǎo)體629。加熱器功率導(dǎo)體629接著在電連接640A處連接至加熱器功率源501。同樣地，夾持電極159通過(guò)第二對(duì)饋通導(dǎo)體 625與夾持功率導(dǎo)體630電氣連接至夾持功率源140。加熱器功率導(dǎo)體629和夾持功率導(dǎo)體630可包含電絕緣接線，其部分繞經(jīng)支撐軸112內(nèi)部。饋通導(dǎo)體625的長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)放大以利于清楚顯示，且電連接640B可位于支撐軸112內(nèi)部。在另一實(shí)施方式中，除了夾持功率源140之外，一或多個(gè)射頻功率源也電氣連接至夾持電極159。饋通導(dǎo)體625包含導(dǎo)電元件(例如，金屬桿及/或接線)，其形成部分的真空饋通件(vacuum feedthrough) 622。真空饋通件622亦包含饋通凸緣621，其在中心開(kāi)口 639上方藉由多個(gè)螺栓(未顯示)而裝配至冷卻板601。饋通0形環(huán)620提供饋通凸緣621和冷卻板601之間的真空密封。真空饋通件622經(jīng)調(diào)適，以便真空密封亦形成在每一個(gè)饋通導(dǎo)體 625和饋通凸緣621之間，從而允許饋通導(dǎo)體625通過(guò)饋通凸緣621，同時(shí)使內(nèi)容積156與中心開(kāi)口 639的容積隔離開(kāi)來(lái)。此外，當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)凸緣，真空饋通件622保持饋通導(dǎo)體625 彼此電氣隔離，并與饋通凸緣621 (其可以金屬制成)電氣隔離。在其它實(shí)施方式中，真空饋通件622可包含少于或多于四個(gè)的饋通導(dǎo)體625，舉例來(lái)說(shuō)，取決于定位盤150中的夾持電極159和加熱元件502的數(shù)目。在又另一實(shí)施方式中， 冷卻板601包含多于一個(gè)的中心開(kāi)口 639，且真空饋通件622裝配在每一個(gè)中心開(kāi)口 639 中。舉例來(lái)說(shuō)，第二中心開(kāi)口 639和真空饋通件622可用于一或多個(gè)耦合至定位盤150的溫度傳感器(例如，熱電耦)。真空饋通件622可針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，或可使用商業(yè)上可購(gòu)得的饋通件以減少部件成本。內(nèi)部階梯610和外部階梯609的頂表面638接觸定位盤150，但可不與定位盤150 形成流體密封，因?yàn)槎ㄎ槐P150僅是以定位盤裝配螺栓616的力量按壓緊靠頂表面638。因此，傳熱氣體603可能“泄漏”至階梯頂表面638和定位盤150之間，并流入腔室內(nèi)容積120。 舉例來(lái)說(shuō)，傳熱氣體603亦可流入升降銷孔635、第二螺栓孔637和中心開(kāi)口 639，接著再進(jìn)入腔室內(nèi)容積120。不過(guò)，泄漏至中心開(kāi)口 639中的傳熱氣體603無(wú)法流過(guò)真空饋通件622 的饋通O形環(huán)620。因此，在基板處理期間，傳熱氣體603在中心開(kāi)口 639內(nèi)的壓力可增加到超過(guò)腔室內(nèi)容積120中的氣體壓力的值。氣體壓力的增加和載流饋通導(dǎo)體625的存在， 可能導(dǎo)致中心開(kāi)口 639內(nèi)發(fā)生電弧。為了防止這類電弧，排氣孔627形成在冷卻板601內(nèi)部，以便中心開(kāi)口 639內(nèi)的氣體可排放至腔室內(nèi)容積120。圖6C為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖6B所示排氣孔627的詳圖。排氣孔627包含排氣孔槽道641，其將中心開(kāi)口 639的側(cè)壁642中的第一孔643連接至位于冷卻板601的底表面607的第二孔644，以便中心開(kāi)口 639的中心開(kāi)口容積645與腔室內(nèi)容積120流體連通。第二孔644配置在0形環(huán)619的外部直徑的外側(cè)，以便第二孔644配置在與腔室內(nèi)容積120流體連通的冷卻板601的表面上。排氣孔627可包含任何槽道配置，其提供中心開(kāi)口容積645和腔室內(nèi)容積120之間的流體連通，使得各容積的壓力可均等化。在另一實(shí)施方式中，冷卻板601包含多于一個(gè)的中心開(kāi)口 639，且每一個(gè)中心開(kāi)口 639具有排氣孔627。中心開(kāi)口容積645和氣體傳導(dǎo)間隙632在靜電吸盤組件124內(nèi)部可包含至少兩個(gè)壓力區(qū)域。第一壓力區(qū)域包含中心開(kāi)口容積645，且藉由排氣孔627使其壓力近乎等于腔室內(nèi)容積120的壓力。第二壓力區(qū)域包含氣體傳導(dǎo)間隙632，其所具有的壓力部分由氣體導(dǎo)管604供應(yīng)的傳熱氣體603的氣體壓力以及通過(guò)定位盤150中的氣孔605的流導(dǎo)(flow conductance)來(lái)決定。參照?qǐng)D6B，使用定位盤裝配螺栓616將定位盤150緊固至冷卻板601，定位盤裝配螺栓616通過(guò)第二螺栓孔637并螺紋旋入冷卻板601中。隨著定位盤150和冷卻板601經(jīng)歷基板處理期間的溫度循環(huán)，定位盤150和冷卻板601會(huì)膨脹與收縮。定位盤150和冷卻板601可以不同材料制成，并具有不同的CTE，且因此每個(gè)零件的尺寸膨脹與收縮亦可能不同。為了防止因CTE不匹配造成過(guò)多機(jī)械應(yīng)力而可損壞定位盤150及/或冷卻板601，允許定位盤150和冷卻板601相對(duì)彼此移動(dòng)。如上文所述，定位盤150僅擱放在內(nèi)部階梯610 與外部階梯609之上，所以定位盤150可“自由”地在階梯的頂表面638上移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的自由度受限于定位盤裝配螺栓616，因此冷卻板601經(jīng)調(diào)適以允許定位盤裝配螺栓616在近乎平行于頂表面638的方向上微動(dòng)，以提供定位盤150相對(duì)于頂表面638的所需移動(dòng)，從而防止定位盤150中產(chǎn)生不受歡迎的機(jī)械應(yīng)力。冷卻板601亦經(jīng)調(diào)適，以藉由定位盤裝配螺栓 616使定位盤150在溫度循環(huán)期間保持對(duì)準(zhǔn)并牢牢地緊固至冷卻板601。在一實(shí)施方式中，每一個(gè)定位盤裝配螺栓616螺紋旋入位于插件凹部(insert recess) 618的插件617中。插件凹部618經(jīng)過(guò)調(diào)適，以允許插件617和定位盤裝配螺栓616 在近乎平行于頂表面638的方向上微動(dòng)。第二螺栓孔637的孔直徑經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇，以允許定位盤裝配螺栓616在該孔內(nèi)部微動(dòng)。在一實(shí)施方式中，插件凹部618可包含多個(gè)狹槽，其沿著冷卻板601的半徑對(duì)齊。在另一實(shí)施方式中，插件617為浮動(dòng)插件，其被插件凹部618 抓住。上述實(shí)施方式允許將相對(duì)薄的定位盤150用于靜電吸盤組件124。使用傳熱氣體 603將定位盤150熱耦合至冷卻板601可防止定位盤150內(nèi)部驟變的溫度梯度與不受歡迎的熱應(yīng)力。此外，定位盤150獨(dú)立于冷卻板601以近乎平行頂表面638的方向膨脹和收縮的能力可減少定位盤150內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，且由于定位盤150由冷卻板601支撐，定位盤150 具有最小負(fù)載。熱機(jī)械應(yīng)力減少與最小負(fù)載允許降低定位盤150所需的材料強(qiáng)度，且因此定位盤150可制作得更薄以降低成本。圖6D繪示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖6B所示螺栓孔的詳圖。定位盤螺栓孔 602包含形成在電絕緣定位盤基底162中的螺栓通孔651、第一擴(kuò)孔649和第二擴(kuò)孔650。 定位盤裝配螺栓616包含螺栓頭646，其位于第一擴(kuò)孔649內(nèi)部，且第二擴(kuò)孔650帶有螺紋， 以容納具有插塞螺紋648的插塞(plug) 647。插塞647以電絕緣材料制成，以將定位盤裝配螺栓616與定位盤150的前表面206電氣隔離開(kāi)來(lái)。在一實(shí)施方式中，插塞647是用和定位盤基底162相同的材料制成。插塞647經(jīng)過(guò)調(diào)適，以便其可移除與重新安裝，而使定位盤裝配螺栓616得以進(jìn)出。在另一實(shí)施方式中，插塞647和第二擴(kuò)孔650不帶螺紋，并使用其它裝置來(lái)移除以及再安裝插塞647。當(dāng)施加電偏壓至靜電吸盤組件124時(shí)，可將電絕緣插塞 647用于定位盤螺栓孔602。圖6E繪示圖6A和6B所示靜電吸盤組件的一實(shí)施方式的分解圖。為了清楚起見(jiàn)， 已省略基板“S”、電線、導(dǎo)管、螺栓和真空饋通件622。折箱組件110包含折箱裝配凸緣614 和支撐軸112，支撐軸112具有支撐軸孔653，其中導(dǎo)管和電繞線通過(guò)支撐軸孔653(見(jiàn)圖 6B)。折箱凸緣614包含多個(gè)裝配凸緣孔652，該些裝配凸緣孔652帶有螺紋，并容納位于第一螺栓孔634中的板裝配螺栓615。雖然僅顯示四個(gè)裝配凸緣孔652，折箱凸緣614可具有任何數(shù)目的裝配凸緣孔652，以匹配第一螺栓孔634的數(shù)目。冷卻板601具有中心開(kāi)口 639，其具有環(huán)繞的內(nèi)部 階梯610及頂表面638。顯示額外的內(nèi)部階梯610用于升降銷孔635和第二螺栓孔637。環(huán)形外部階梯609圍繞著冷卻板 601的周圍延伸。板表面636形成氣體傳導(dǎo)間隙632 (見(jiàn)圖6B)的一側(cè)，且當(dāng)定位盤150裝配至冷卻板601時(shí)，定位盤150形成該間隙的另一側(cè)。雖然以上內(nèi)容已揭示本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施方式，但可在不偏離本發(fā)明基本范圍的情況下做出本發(fā)明的其它及進(jìn)一步實(shí)施方式，且本發(fā)明范圍當(dāng)由后附申請(qǐng)專利范圍決定。
權(quán)利要求
1.一種靜電吸盤組件，其包含 一支撐基底；及一定位盤，其耦合至該支撐基底，該定位盤包含 一前表面；一電絕緣定位盤基底；一或多個(gè)夾持電極，配置在該前表面上，其中該一或多個(gè)夾持電極包含一導(dǎo)電金屬基質(zhì)復(fù)合材料；及一介電層，配置在該前表面上，并覆蓋該一或多個(gè)夾持電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤組件，其中該金屬基質(zhì)復(fù)合材料包含鋁(Al)、鈦 (Ti)、鎂(Mg)、鈷(Co)、鎳(Ni)、硅(Si)、碳(C)和碳化硅(SiC)的其中至少兩者。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤組件，其中該金屬基質(zhì)復(fù)合材料包含鋁(Al)和硅 (Si)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤組件，其中該定位盤基底包含一材料，且該金屬基質(zhì)復(fù)合材料具有一熱膨脹系數(shù)(CTE)，其實(shí)質(zhì)上匹配該定位盤基底材料的CTE。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤組件，其中該介電層材料具有一熱膨脹系數(shù)(CTE)， 其實(shí)質(zhì)上匹配該金屬基質(zhì)復(fù)合材料的CTE。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤組件，其中該介電層包含氧化鋁、氮化硼、類鉆碳 (DLC)和類鉆碳復(fù)合材料的其中至少一者。
7.一種靜電吸盤組件，其包含 一支撐外殼；一定位盤，其包含一電絕緣上部定位盤板，其具有一或多個(gè)夾持電極和一或多個(gè)加熱元件； 一下部定位盤板，其在一接合區(qū)域內(nèi)接合至該上部定位盤板，該接合區(qū)域包含一凸起部分；及一間隙，其在該接合區(qū)域外側(cè)將該上部定位盤板與該下部定位盤板分隔開(kāi)； 一或多個(gè)0形環(huán)，配置在該下部定位盤板和該支撐外殼之間；及一冷卻板，其包含一或多個(gè)冷卻槽道，并且配置在該接合區(qū)域和該一或多個(gè)0形環(huán)之間，該冷卻板耦合至該下部定位盤板并與之熱連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電吸盤組件，其中該一或多個(gè)0形環(huán)的位置近接該下部定位盤板的周圍，且該冷卻板的位置近接該一或多個(gè)0形環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電吸盤組件，其中該間隙厚度介于約20微米至約1000微米之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電吸盤組件，其中該上部定位盤板和該下部定位盤板在熱循環(huán)期間能獨(dú)立地在該接合區(qū)域外側(cè)自由膨脹與收縮。
11.一種靜電吸盤組件，其包含 一定位盤，其包含一前表面；一或多個(gè)夾持電極；及多個(gè)定位盤螺栓孔；一冷卻板，其包含一或多個(gè)中心開(kāi)口，其各自具有一中心開(kāi)口容積；一或多個(gè)外部階梯和內(nèi)部階梯，其各自具有一支撐表面，用于支撐該定位盤；及一或多個(gè)排氣孔，形成在該冷卻板中，每一排氣孔包含一槽道，該槽道提供介于一形成在該中心開(kāi)口容積的側(cè)壁中的第一孔和一配置在該冷卻板的表面上的第二孔之間的流體連通；及一間隙，配置在該定位盤和該冷卻板之間，其中該定位盤可從該冷卻板拆離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電吸盤組件，其中該第二孔是配置在該冷卻板的一底表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電吸盤組件，其中該間隙具有一介于約30微米至約 1000微米之間的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電吸盤組件，其中在熱循環(huán)期間，該定位盤可獨(dú)立于該冷卻板以近乎平行于該外部階梯和該內(nèi)部階梯的該支撐表面的方向膨脹和收縮。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電吸盤組件，更包含多個(gè)定位盤裝配螺栓，每一該螺栓配置在一定位盤螺栓孔中，其中該多個(gè)定位盤螺栓孔各自包含至少一個(gè)擴(kuò)孔和一配置在該孔中的電絕緣插塞，以將該定位盤裝配螺栓與該定位盤的該前表面電氣隔離開(kāi)來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式提供具有成本效益的靜電吸盤組件，其能夠在超高真空環(huán)境中在寬溫度范圍內(nèi)操作，同時(shí)使靜電吸盤組件內(nèi)部的熱機(jī)械應(yīng)力最小化。在一實(shí)施方式中，該靜電吸盤組件包含一介電主體，其具有夾持電極，該夾持電極包含一金屬基質(zhì)復(fù)合材料，該材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)與該介電主體的CTE匹配。
文檔編號(hào)H01L21/687GK102160167SQ200980136614
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者卡爾·M·布朗, 史蒂文·V·桑森尼, 哈里·K·龐內(nèi)坎蒂, 夏姆胡·N·羅伊, 維杰·D·帕克, 蔡振雄 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司