專利名稱：調(diào)節(jié)靜電卡盤支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù)的方法
調(diào)節(jié)靜電卡盤支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù)的方法
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體才支術(shù)進(jìn)步，不斷減小的晶體管尺寸要求半導(dǎo)
體處理和處理設(shè)備具有更高程度的精度、可重復(fù)性和清潔度。存在 各種設(shè)備用于半導(dǎo)體處理，該處理包括涉及使用等離子的應(yīng)用，如
等離子蝕刻、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相蝕刻(PEC VD )以及抗蝕劑剝除。 這些工藝所需要的這些類型的設(shè)備包括設(shè)置在等離子室內(nèi)的部件， 以及必須始終以高性能運(yùn)行。為了高性價(jià)比，這種部件往往必須承 受幾百或幾千次的晶片循環(huán)同時(shí)保持它們的功能性和清潔度。 一個(gè) 這樣的部件，靜電卡盤支撐件總成，用于在處理期間將半導(dǎo)體晶片 或其他基片保持在靜止位置，以及提供恒定的、均勻的溫度。該總 成的一個(gè)部件，靜電卡盤，比采用機(jī)械夾緊的卡盤提供更均勻的夾 緊，以及可在真空卡盤無法使用的真空室中運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，該總成的 導(dǎo)熱系數(shù)方面的變化會(huì)在晶片中導(dǎo)致不良的工藝變化。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種調(diào)節(jié)靜電卡盤(ESC)支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù) 的方法。該總成包括溫度可控基板以及可選的加熱板，以及該方法 包括在該支撐件總成表面上的多個(gè)位置測(cè)量溫度，其中每個(gè)位置與 給定的單元相關(guān)，由這些測(cè)量值確定每個(gè)單元指明區(qū)域內(nèi)任何縮減 分?jǐn)?shù)，以及按照所表明的縮減分?jǐn)?shù)在每個(gè)單元內(nèi)從該支撐件總成表 面去除材料以便減小那個(gè)單元中的導(dǎo)熱系數(shù)。與給定的ESC支撐件 總成相關(guān)的所有單元的方案稱為"單元結(jié)構(gòu)"。
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該材料去除可導(dǎo)致在該卡盤表面該靜電卡盤支撐件總成 平衡溫度一致性的纟是高，或?qū)е略揈SC支撐件總成的平tf溫度分布 接近或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)平衡溫度分布。該溫度測(cè)量值可以利用溫度傳感器取得，如熱偶或IR傳 感器，以及該材料可以通過在該基板或加熱板表面中形成孔去除， 其中，這些孔具有相同或不同深度的相同或不同形狀。單元結(jié)構(gòu)的 一個(gè)示例是網(wǎng)格圖案，包括多個(gè)網(wǎng)格單元。從每個(gè)網(wǎng)格單元去除的 材料優(yōu)選地是孔的形式，其中每個(gè)單元中形成的孔的數(shù)目可以是零 個(gè)、 一個(gè)或者多于一個(gè)。材料去除可以利用如數(shù)字控制的加工設(shè)備 通過鉆孔、靠才莫4先切、激光加工或噴射加工來實(shí)現(xiàn)。該-睜電卡盤支 撐件總成可以粘合到,爭電卡盤，以及可以用于在等離子處理室(如 等離子蝕刻室)內(nèi)部支撐半導(dǎo)體基片?！N可用于確定目標(biāo)導(dǎo)熱系凄t分布的i殳備包括支撐件， 以夾持該ESC卡盤總成；數(shù)字控制的定位構(gòu)件，能夠?qū)鞲衅髟O(shè)在 支撐件總成表面的多個(gè)預(yù)先確定的點(diǎn)；探針，由該定位構(gòu)件支撐； 控制器，可運(yùn)行以移動(dòng)該定位構(gòu)件至該表面上多個(gè)位置；以及，單 元，能夠登記并記錄來自該探針的測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)，以及由這些數(shù)據(jù) 信號(hào)以電子方式確定目標(biāo)面密度構(gòu)造。


圖l描述示范性的靜電卡盤支撐件總成的剖視示意圖。圖2示出在制造有孔的加熱板上表面的俯視圖上的示范
性網(wǎng)才各。圖3示出具有在每個(gè)網(wǎng)格單元中最多形成一個(gè)孔的這種 分辨率的示范性網(wǎng)才各。
圖4示出設(shè)在部分裝配的不完整的ESC支撐件總成上的
示范性探針。圖5示出部分裝配的ESC支撐件總成上的加熱板的一個(gè) 單元中形成的示范性的孔。圖6示出具有修整的加熱板表面的示范性的完全的ESC 支撐件總成，其中，這些孔的延伸深度小于該加熱板厚度。
具體實(shí)施例方式用于半導(dǎo)體基片(如硅晶片)的等離子處理設(shè)備包括等 離子蝕刻室，其用于半導(dǎo)體器件制造工藝以蝕刻諸如半導(dǎo)體、金屬 以及電介質(zhì)的材料。等離子處理設(shè)備的部件包括靜電卡盤，其用于 在處理期間將半導(dǎo)體基片(如晶片)保持在靜止位置。靜電卡盤比 機(jī)械卡盤提供更均勻的夾緊以及更好的晶片表面利用率，以及能夠 在真空卡盤不太有效的真空室中運(yùn)轉(zhuǎn)。靜電卡盤使用靜電勢(shì)以在處 理期間將基片保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。通過將基片夾緊在該卡盤上，可 提高該基片和該卡盤之間的導(dǎo)熱系數(shù)?？蛇x地，高導(dǎo)熱系數(shù)氣體(如 氦)可引入該基片以及該卡盤之間以便改善它們之間的熱傳遞。靜 電卡盤的示例在共同擁有的美國專利第6，847，014, 5,880,922以及 5,671,116中提供。還可見共同擁有的美國專利公開號(hào)第 2005/0211385Al。通常，靜電卡盤包括電絕緣陶乾支撐件，其具有一個(gè)或 多個(gè)嵌入在該陶資里面的電極。例如，該電極可以是鴒燒結(jié)物、金 屬粉末與陶競(jìng)或玻璃的混合物，如金屬玻璃或金屬陶瓷。該電極不
需要是鄰接金屬，以及可憑借許多技術(shù)施加，包括網(wǎng)印。厚度從 0.8mm至15mm的ESC可乂人Shinko Electric America, San Jose, CA^尋 到。通過電接觸的方式將卡緊電壓施加到電極上。施加卡緊電壓產(chǎn)
7生庫倫引力，使得晶片靠著絕緣陶瓷層保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。卡盤的 形狀可包括在等離子蝕刻系統(tǒng)中常用的常規(guī)的蝶形，以及該卡盤可 通過各種裝置支撐在該室中，如通過使用懸臂式支撐臂。該絕緣層
可具有槽、臺(tái)面、開口、凹陷區(qū)域等特征，厚度為大約0.2mm至大 約2mm。隨著對(duì)工藝輸出(如晶片均一性)要求增加，基片支撐 表面需要具有更高的性能。例如，臨界蝕刻應(yīng)用中的工藝控制問題 需要改進(jìn)對(duì)整個(gè)晶片的溫度控制。在一些蝕刻工藝中橫向尺寸的準(zhǔn) 確度的誤差容易受到溫度的影響，可以高達(dá)+AlnmrC。所以，所希 望的1 -2nm的橫向特征控制就要求小于1 °C以及優(yōu)選地小于0.4 °C的 溫度均一性和可重復(fù)性。提高基片支撐表面的熱均一性優(yōu)選地包括 設(shè)計(jì)可更精確控制的ESC支撐件總成。 一個(gè)ESC支撐件總成包括多 個(gè)部件，其每個(gè)都可能？ 1起誤差。例如， 一個(gè)支撐件總成可包括ESC 、 粘合結(jié)合薄膜加熱器的加熱板的粘合劑、粘合基板的粘合劑和/或直 接粘合到基板本身的ESC。該結(jié)構(gòu)的每個(gè)部件的熱均一性的偏離都 會(huì)對(duì)整體的偏離產(chǎn)生累加影響。對(duì)應(yīng)用于靜電卡盤(其可包括多個(gè) 部件)的制造工藝中的自然變化補(bǔ)償是有好處的。圖1示出ESC支撐件總成的一個(gè)示例。該支撐件總成IOO 包括利用硅酮粘結(jié)層104粘結(jié)到加熱板103的靜電卡盤105。該靜電 卡盤結(jié)合至少一個(gè)電極106。該加熱板103優(yōu)選地由導(dǎo)熱材料制成， 如金屬或合適的陶覺，與薄膜加熱器102 (如圖案化的電阻加熱器) 密切接觸。例如，該薄膜加熱器可包括層壓在柔性絕緣體層之間的 經(jīng)過蝕刻的箔電阻元件。該電阻元件可以是金屬，該絕纟彖體可以是 聚酰亞胺，如KAPTONtm。這種薄膜加熱器的組合厚度為乂人大約3 至大約15密耳。示范性的薄膜加熱器可乂人Minco( Minneapolis, MN ) 得到。然后將該加熱器102安裝在冷卻纟反107上。在該加熱器和冷卻 板之間，0.5-40密耳的^5圭酮101可以用來才是供耐熱性。力口熱器102和電才及106利用電氣連4妄器通電，其穿過等離子處理反應(yīng)器的圍壁至外部電源(未示)。該冷卻板107是設(shè)計(jì)為保持預(yù)先確定的溫度分布的大的導(dǎo)熱板。該冷卻板可以由如鋁的材料制成，并且電連接至等離子處理i史備(未示)的RP電^各，用于等離子處理基片，如200mm或300mm的硅晶片。溫度傳感器109可以結(jié)合在該冷卻才反107中用以測(cè)量溫度。同心的流體通道108可以提供在該冷卻板中，用以提供溫度控制液體或氣體。特別地，冷卻板107優(yōu)選地適于結(jié)合由溫度控制的單元或TCU (未示)，其能夠通過^f吏用流過再循環(huán)回^各的流體將才反107的溫度保持在所需要的溫度。來自該加熱才反的熱量流進(jìn)該卡盤101以及該冷卻板。處于平^f時(shí)，該卡盤可達(dá)到比該冷卻一反高大約3(TC至大約40。C的溫度。這個(gè)溫度差通過該硅酮的熱阻性來保持。 一旦到達(dá)平衡，該加熱板上的所有層名義上處于同樣的溫度。在等離子處理期間，來自等離子的能量可使卡盤加熱。通過卡盤熱偶或其他傳感器輸入監(jiān)測(cè)溫度可向調(diào)節(jié)加熱器功率的控制系統(tǒng)提供反饋。例如，如果由于晶片的等離子處理而出現(xiàn)該卡盤的加熱，那么可以降4氐或者關(guān)閉該加熱器功率以便將該卡盤保持在恒定的溫度。該ESC支撐件總成的示范性的尺寸包括該卡盤105為lmm(40密耳)厚，該粘結(jié)層104為至少1密耳，該力口熱^反103為16密耳厚，該薄膜加熱器102為12密耳厚，該熱阻層101為30密耳厚，以及該冷卻板107為1.5英寸厚。如果需要，該冷卻板107可以是比該加熱器103和卡盤105寬，和/或該加熱器和卡盤的尺寸可以i殳為允"i午該晶片伸出該卡盤的邊緣。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，ESC支撐件總成在垂直方向的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)溫度分布。該ESC支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù)的設(shè)計(jì)通過改變?cè)摽ūP支撐件總成的一個(gè)或多個(gè)層來進(jìn)行，例如，冷卻(基)才反和/或該力。熱氺反。例^。，通過^]夸導(dǎo)熱才才沖牛乂人該力o熱4反表面或該冷卻板表面去除，降低該結(jié)構(gòu)的垂直導(dǎo)熱系數(shù)。通過有選擇地去除材料，來自該靜電卡盤的熱量在那些導(dǎo)熱系數(shù)低的區(qū)域具有更多的熱阻路徑，如果在正確的位置進(jìn)行材料去除，就在該卡盤表面產(chǎn)生更均一的溫度。可以改變?cè)摷訜?一反或冷卻板的表面以獲得目標(biāo)面密度。當(dāng)從部分表面去除材料時(shí)，使用的面密度度量(metric)增加，從而該表面具有兩個(gè)面積需要考慮沒有材^牛去除的"高"面積；以及，構(gòu)成去除區(qū)域的底部表面的"<氐"面積。那么，該面密度是高面積除以給定區(qū)域的總面積。如果多個(gè)孔以《會(huì)定的深度在平面內(nèi)形成，那么兩個(gè)主要的尺度將影響面密度孔密度；以及，孔尺寸或直徑。在限定的區(qū)域內(nèi)孔尺寸或孔密度任何一個(gè)增加會(huì)導(dǎo)致面密度降低。在制造具有設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱系數(shù)的ESC支撐件總成中，制造工藝優(yōu)選地包括在該加熱板或冷卻板的表面以大約5密耳至大約10密耳的深度去除材料，從而在該卡盤的下表面以及該孔的底部之間形成間隙。該孔的底部是該^f氐區(qū)域，而該加熱板原上表面是該高區(qū)域。與ESC支撐件總成相關(guān)的所有單元的概要對(duì)應(yīng)"單元結(jié)構(gòu)"。通過在該加熱 一反或冷卻 一反的表面利用單元結(jié)構(gòu)/人而單元結(jié)構(gòu)的每個(gè)元件具有已知的面積，該單元結(jié)構(gòu)的每個(gè)元件內(nèi)的密度可以由那個(gè)
元件內(nèi)的高面積分lt確定。乂于該單元結(jié)構(gòu)中所有元件的面密度的確定確定了該加熱板或冷卻—反上表面的〗府一見圖中的定量"i平1介。加熱板的上表面的 一 個(gè)示范性俯碎見圖可見于圖2 ，其中制造有孔。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這些孔具有同樣的尺寸(直徑)和深度，而密度不同。在圖2中，可以看到多iEUL。網(wǎng)才各21已經(jīng)疊印在加熱板22的頂部。對(duì)于具有孔的單元，可以看出同樣數(shù)目的具有同樣尺寸的許多不同的孔可落在由該網(wǎng)才各邊界限定的矩形區(qū)域內(nèi)。
每個(gè)矩形區(qū)域23可以稱為單元。每個(gè)單元可以由單元標(biāo)識(shí)符i來表 示，并且具有面積Ai，其中下標(biāo)i指的是單元標(biāo)識(shí)符。如果由n個(gè)孔 占據(jù)的面積總和(每個(gè)面積為aj包4舌面積nah，那么多合定單元i的^[氐 面積分凄t由frnah/Ai纟會(huì)出。例如，單元n 24的fi的值大于單元m 25的 f,的值。因此，增加fj的影響是降低在給定的單元i附近的ESC支撐件 總成在垂直方向的導(dǎo)熱系數(shù)。金屬加熱板的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于絕熱體的導(dǎo)熱系數(shù)。纟色熱 體的示例包括合適的陶乾、硅酮以及空氣。例如，據(jù)報(bào)告鋁的導(dǎo)熱 系數(shù)是237W/(mK),而石英的是大約10W/( mK ),娃酮的是1.0W/ (mK)以及空氣的是0.026W/ (mK)。因此，利用絕熱體填充給定 的單元的孔相比于^f吏這些孔空著，不會(huì)顯著改變?cè)搯卧膶?dǎo)熱系 數(shù)，這對(duì)于本領(lǐng)域一支術(shù)人員顯而易見的。所以，這些孔可以可選地 填充，這是為避免粘合完成后實(shí)質(zhì)上的真空泄漏所需要的。如果需 要，這些孔中的i真充物可以由一個(gè)或多個(gè)絕熱材津+層形成。這種絕 緣材料的示例包括，但不限于，氮化硅、二氧化硅、氧化鋁、硅酮、 疏才^填充玻璃纖維、聚氨酯、噴泡，以及石圭土氣凝月交。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來i兌，顯然，網(wǎng)4各i可以4交細(xì)致或4交 斗且糙地劃分。網(wǎng)4各的分辨率優(yōu)選地是能夠?qū)崿F(xiàn)具體的目標(biāo)溫度分布 的最低分辨率。換句話說，如果所有需要的目標(biāo)溫度分布可利用l 英寸邊長的網(wǎng)4各尺寸實(shí)現(xiàn)，那么邊長比l英寸更細(xì)致(更小)的網(wǎng) 格就不是必需的。網(wǎng)格尺寸越細(xì)致，所需要的測(cè)量就越多，并且制 造工藝變得越低效。相反地，如果所有所需要的目標(biāo)溫度分布不能 利用邊長l英寸的網(wǎng)格尺寸實(shí)現(xiàn)，而是利用邊長l/2英寸的網(wǎng)格尺寸 實(shí)現(xiàn)，那么優(yōu)選的網(wǎng)格尺寸是邊長小于l英寸但是最小為l/2英寸。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，確定在哪里形成孔以及在每個(gè)位
ii使用這個(gè)方法，每個(gè)網(wǎng)格 單元將包括一個(gè)孔或者沒有孔。圖3示出這樣的網(wǎng)格的示范性實(shí)施
例。在這個(gè)例子中，單個(gè)孔31占據(jù)單元32。其他單元，如單元33，
沒有孔。在額外的實(shí)施例中，這些孔實(shí)際上可以為任何尺寸、形 狀和布置。例如，孔可以是橢圓形、多邊形或環(huán)形，具有垂直的或 傾在牛的壁，底部表面可以是凹面、平面或凸面，以及角可以是尖角 或圓角。這些孔可呈現(xiàn)"酒窩"形狀，其中在平面中形成部分J求形。 優(yōu)選的孔的形狀、尺寸和布置實(shí)質(zhì)上是圓形，具有垂直壁的，直徑 大約5.0密耳至大約50密耳，以及間距大約1密耳至大約100密耳。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括局部組裝ESC支撐件總成 以包括該冷卻板、娃酮粘合層、薄膜加熱器以及加熱板，但是不包 括該加熱板以及該卡盤之間的硅酮粘結(jié)劑，以及該靜電卡盤本身。 啟動(dòng)該加熱器至預(yù)先設(shè)定的溫度，留出足夠的時(shí)間以達(dá)到該結(jié)構(gòu)的 熱平4軒。該結(jié)構(gòu)的頂部表面是該力。熱才反的平滑頂面。該力口熱—反表面 的初始溫度測(cè)量按照預(yù)先確定的覆蓋該板的網(wǎng)格進(jìn)行。在另一個(gè)實(shí) 施例中，該冷卻—反通過循環(huán)通過其的溫度4空制流體而達(dá)到預(yù)先i殳定 的溫度。溫度探針可以用于測(cè)量局部溫度，如該HPS-RT- (*) -18G-12快速反應(yīng)k型才笨4十，可/人Omega Engineering ( Stamford, OT ) 得到。在可選實(shí)施例中，可使用非接觸紅外(IR)傳感器。還可使 用其4也溫度纟笨4十，如電阻式溫度4企測(cè)器(RTD),只又金屬溫度測(cè)量 裝置、流體膨脹溫度測(cè)量裝置以及物態(tài)變化溫度測(cè)量裝置?；蛘撸?可以-使用具有網(wǎng)才各尺寸空間分辨率的IR照相才幾，如該ExplorIRTM熱 纟工夕卜成4象豐畜射才目才幾，可乂人Sierra Pacific Corp ( Las Vegas ， NV )4f到。 然而，可以使用能夠在與網(wǎng)才各尺寸的分辨率有關(guān)的范圍內(nèi)測(cè)量溫度 的任何合適的溫度測(cè)量裝置。
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優(yōu)選地，然后在每個(gè)單元進(jìn)4于單獨(dú)測(cè)量。將結(jié)果lt據(jù)整 理為x-y位置的函數(shù)，提供溫度映射。然后， 一個(gè)或多個(gè)孔在每個(gè)測(cè) 量溫度不同于目標(biāo)溫度并且超出所規(guī)定公差范圍的網(wǎng)格單元中形 成。該加熱才反或冷卻々反中形成孔通過減小局部導(dǎo)熱系凄t而改變導(dǎo)熱 系凄丈分布。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)改變才是高了將ESC粘合到該 加熱板或直接粘合到該冷卻板之后該ESC支撐件總成在該卡盤表面 上的平纟軒溫度均一性，從而使該卡盤表面上可見的平纟酐溫度分布在 提供的規(guī)格內(nèi)。在別的實(shí)施例中，該改變導(dǎo)致平衡溫度分布的變化 從而使分布在所提供的目標(biāo)平衡溫度分布的規(guī)格內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過形成至少一個(gè)孔的方式去除 材料。如果需要去除更多的材料，可以形成多個(gè)孔，其中每個(gè)孔名 義上為相同尺寸，即一黃截面積。在可選實(shí)施例中，在一個(gè)單元內(nèi)的 材料去除是通過形成單個(gè)孔來實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，如果需要去 除更多的材料，可將該孔形成具有更大的直徑。在進(jìn)一步的實(shí)施例 中，材料去除可通過形成延伸進(jìn)該加熱板表面或冷卻板表面的任何 形狀來實(shí)現(xiàn)。按照上面的討論，去除材料將導(dǎo)致該ESC和該冷卻板之 間熱通量減少，并因此導(dǎo)致當(dāng)由于等離子處理該基片而受熱時(shí)卡盤 溫度增加。所以單獨(dú)使用材料去除，通過選#^該加熱器表面或冷卻 板表面上的目標(biāo)溫度(其至少與最高測(cè)量溫度Tm—樣高)可以實(shí)現(xiàn) 所需的卡盤溫度的均一性。因此，選擇該網(wǎng)格所有位置i的目標(biāo)溫度， 并且"i己為T。，以及其通常與測(cè)量溫度Tm有偏差，偏差量i己為Si,其 中
<formula>formula see original document page 13</formula> ( 1 )
那么該局部材料去除的目的是使&在對(duì)于所有位置i的規(guī) 格內(nèi)。將q定義為每個(gè)單元面積的熱通量，給出一般的熱傳遞公式 為
q=Q/Ai=ATxKeff ( 2 )
其中keff是該基片支撐結(jié)構(gòu)在單元i的垂直方向上的有效熱傳遞
系數(shù)，以及AT是該限定其間Keff是有效熱傳導(dǎo)系數(shù)的垂直突出區(qū)域
每個(gè)端的兩個(gè)點(diǎn)之間的正的溫度差。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，ATi殳為等于Sj,即每個(gè)單元測(cè)量 值與該加熱器表面的最高單元測(cè)量值之間的測(cè)量溫度差。盡管在公 式2中AT與垂直方向的溫度差關(guān)聯(lián)，以及Si與橫向溫度差關(guān)聯(lián)，AT 設(shè)為等于Si,因?yàn)閊是達(dá)到目標(biāo)溫度所需的單元i的所需目標(biāo)溫度差。 調(diào)節(jié)Keff是優(yōu)選的4吏單元i達(dá)到溫度T。的方法。因?yàn)閱卧猧由金屬或陶資材并+以及孔組成，該有效熱傳遞 系數(shù)Keff由兩部分組成在沒有去除的區(qū)域^f又是熱傳導(dǎo)，以及在去 除的區(qū)i或是熱傳導(dǎo)加上對(duì)流熱傳導(dǎo)。例如，鋁加熱々反的情況下，由 于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)，那么在去除區(qū)域的熱傳導(dǎo) 可以忽一見。因此Keff近似為Kh (該加熱^反的導(dǎo)熱系凄t)乘以該單元 未去除區(qū)域的分?jǐn)?shù)。該加熱^反的單元i中孔凄t為n，每個(gè)面積為ah,在進(jìn)4亍該優(yōu) 選的調(diào)節(jié)后,與該卡盤名義上4妄觸的高表面的單元i的面密度("高面 積分凄t")由下面^^式《合出
a產(chǎn)[Aj-nah]/Ai =1-5 ( 3 )
14術(shù)語"名義上，，用來表示忽視任何小的表面粗糙，以及該表面 近似為平面。換句話說，忽視粗糙度以及非平行性，(Xf是該單元面 積Aj內(nèi)的表面積分?jǐn)?shù)。那么對(duì)于每個(gè)探針溫度測(cè)量值Tm,為每個(gè)單 元尋找(Xf以確定目標(biāo)表面積并因此確定用于那個(gè)單元的總的去除面 積，以便獲得所需要的Keff。在沒有孔的情況下，該導(dǎo)熱系^l指定為Km，以及在有孔 的情況下，該導(dǎo)熱系數(shù)Keff近似為dfKh。如果該系數(shù)的改變小于絕對(duì)
系數(shù)(即如果給定單元的總的孔面積相比該單元面積小)，那么q可 以認(rèn)為恒定。此夕卜，該冷卻板保持在恒定的溫度Tc。在這種情況下， 7>式1以及2可以重寫以*合出
Kh ( T0-Tc) =Km ( Tm-Tc )。 ( 4 )
為了使Tm達(dá)到To, Km必須降低至Kh的值。因此(Xf設(shè)為Kh/Km，
以及根據(jù)公式4， f尸nAh/An是已知的。由于所形成的孔的面積和 該單元的面積已知，因此可以確定所表明的^L的^:目n。那么為單 元i的給定探針測(cè)量值提供n的公式可寫為
n= ( Ai/An ) x ( T0-Tm ) / ( T。-Tc )。 ( 5 )
因此，為多個(gè)測(cè)量^f立置確定的Tm組可用來確定每個(gè)單元優(yōu)選的 孔面積分?jǐn)?shù)，或給定尺寸的優(yōu)選的孔lt目。在可選實(shí)施例中，fi可以不^f吏用fi非常小于整體這一近似 而確定。才是供或形成測(cè)試加熱4反，其中該網(wǎng)才各的每個(gè)單元具有不同 的孔lt目n,其中對(duì)于每個(gè)單元，該凄t目/人零開始增加。例如，該 測(cè)試板可在單元l中具有零個(gè)孔、單元2中1個(gè)孔、單元3中2個(gè)孔等。 然而，任何H量的不同方案會(huì)產(chǎn)生可4妻受的結(jié)果。例如，該測(cè)試板 可在單元1中具有10孔、單元2中5孔、單元3中13孔等等。在該測(cè)試加熱板的例子中，不能在該加熱板表面測(cè)量溫度，因?yàn)檫@些孔在收 集測(cè)量數(shù)據(jù)之前形成。反而是，組裝該基片支撐件結(jié)構(gòu)的其余部分， 即該硅酮粘結(jié)層以及該靜電卡盤組裝到該測(cè)試加熱板上，從而該結(jié) 構(gòu)的頂面是該卡盤的頂面。啟動(dòng)該加熱器至預(yù)先i殳定的溫度，以及留出足夠的時(shí)間 以達(dá)到該測(cè)試ESC支撐件總成的熱平衡。該卡盤表面的初始溫度測(cè) 量在/人布置為覆蓋該卡盤的網(wǎng)才各確定的位置上進(jìn)4亍，該網(wǎng)才各尺寸和 至為該加熱板形成的網(wǎng)格的橫向位置完全相同。有這些測(cè)量值，確 定一組T'm,其中上標(biāo)(')用來表明該溫度在該卡盤表面上測(cè)量而 不是在該加熱板表面。然后將T'm比n的值繪制曲線，以及確定由這 些數(shù)據(jù)形成的直線的斜率p提供T'm隨著每個(gè)額外的孔變化的測(cè)量 值。p因此才是供該卡盤表面由于每個(gè)額外的孔導(dǎo)致的溫度差 的實(shí)際估算。盡管在這些數(shù)據(jù)中表述并因此結(jié)合了卡盤表面溫度由 于該ESC支撐件總成的垂直導(dǎo)熱系數(shù)的隨機(jī)變化而導(dǎo)致的變化，但 是優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上通過由這些數(shù)據(jù)形成直線的方法求平均。利用所建 立的P,任何可以觀察到的單元溫度差可以通過直接應(yīng)用孔與溫度 的效應(yīng)的知識(shí)而修正。在今后組裝到該加熱板的ESC支撐件總成中 每個(gè)單元的孔的優(yōu)選數(shù)目，如在上面描述的實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)單 元i可通過4吏用下面的關(guān)系式來確定
n=Si/(3 (6)
利用經(jīng)-驗(yàn)，對(duì)這個(gè)方法的進(jìn)一步細(xì)4匕是可能的。例如，在這個(gè) 4支術(shù)的第一種應(yīng)用中，如果確定4吏用/>式6導(dǎo)致過<務(wù)正或者》務(wù)正不 足，可引入修正因數(shù)C，從而n優(yōu)選的值是n二Ce/(3。
在下面的分析中考慮4吏用優(yōu)選方法的示例圖4示出對(duì)位 于部分裝配的示范性ESC支撐件總成上的探針412的描述。平衡時(shí)， 熱通量Q 407乂人該力o熱器403以向上和向下兩個(gè)方向;充出。在向上的 方向，熱量;危鄉(xiāng)至該力口熱才反404至i亥表面405,以及在向下的方向，熱 量流經(jīng)該硅酮粘結(jié)劑402并進(jìn)入該冷卻板401。為了這個(gè)分析的目 的，我們將具有面積A,的圖面截面413看作等同于一個(gè)單元大小， 如圖2中、標(biāo)號(hào)21示范性示出的。通過將平面面積A!406的垂直突出 看作延伸穿過該基片支撐件結(jié)構(gòu)，以及忽視從該支撐件總成其余部 分流進(jìn)或流出的熱通量來執(zhí)行近似的熱分析。如果加熱器403i殳為恒定的溫度To，那么熱量流^1尋是在該 加熱器上下的溫度和導(dǎo)熱系數(shù)的函數(shù)。 一段時(shí)間后，隨著該加熱板 404的溫度升高至等于該加熱器的溫度，就可達(dá)到該支撐件構(gòu)造的 平衡。冷卻板401保持在恒定的溫度Te,從而在平衡時(shí)，熱量將持續(xù) 的5危過it石圭酉同402進(jìn)入》令^^反401。 ？N應(yīng)i也，i亥力口熱斗反404的上表面 405是自由表面，以及當(dāng)存在空氣時(shí)能夠通過對(duì)流以及通過發(fā)射或 輻射發(fā)出熱量。在熱平#^時(shí)，流進(jìn)和流出加熱一反404的熱量流是相 等的，以及溫度保持恒定。如果硅酮層402有任何厚度不一致，在該不一致附近的導(dǎo) 熱系凄t與周圍區(qū)域的導(dǎo)熱系凄t不同。例如，如果該石圭酮更薄，在那 個(gè)區(qū)域就有更多的熱量從該加熱器傳遞至該冷卻板。由于該加熱器 在給定區(qū)域發(fā)出固定量的熱量，所以如果較多的熱量在一個(gè)區(qū)域從 該加熱器一側(cè)吸走，那么在那個(gè)區(qū)域該加熱器的另一側(cè)較冷。因此 在薄硅酮區(qū)域中，較少的熱量提供到上面的卡盤，而基板將看到冷 點(diǎn)。例如，如果一個(gè)理想的導(dǎo)熱散熱裝置"i殳在該加熱器一側(cè)上的一 個(gè)點(diǎn)上，那么所有由該加熱器在該點(diǎn)的區(qū)i或中產(chǎn)生的熱量又有可能 —皮吸走，4吏得在別的方向沒有熱通量。
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在圖4中，分別比較單元區(qū)域A!和A2 (示為413以及414)
的溫度分布，來考慮石圭酮厚度的不一致性。與單元區(qū)域A!相關(guān)的柱 體體積包含瑕瘋408，形式為該硅酮厚度減小。與單元區(qū)域A^目關(guān) 的柱體體積內(nèi)的垂直導(dǎo)熱系數(shù)("K,)因此高于與單元區(qū)域八2相關(guān) 的類似體積的導(dǎo)熱系數(shù)("K2")，以及在由于暴露于等離子而受熱 的情況下，可以預(yù)期413的表面溫度將低于414的表面溫度。現(xiàn)在可對(duì)該加熱板進(jìn)行機(jī)械修正以實(shí)現(xiàn)縱貫該支撐件總 成更均一的導(dǎo)熱系數(shù)。使用Tm和由探針412獲得的To以及從熱偶411 獲得的Te，或可選地由之前的試驗(yàn)獲得的P,可按照7>式5或公式6 確定每個(gè)單元內(nèi)的目標(biāo)高面積(Xf^凄L然后，通過在單元413中引入 孔而將K!調(diào)節(jié)為目標(biāo)導(dǎo)熱系凝^直afK"這可<吏用4壬4可已知的坐標(biāo)可 控材料去除技術(shù)而方便地完成，其中通過例如鉆孔、靠沖莫^t切、激 光加工或噴石少加工完成去除，以及通過4吏用X-Y工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)控 制。對(duì)每個(gè)測(cè)量位置重復(fù)面積降〗氐工藝。加熱一反53的單元52中的示 范性的孔51在圖5中示出。該測(cè)試優(yōu)選地在這樣的i殳備中l(wèi)丸4亍，即允許支撐該卡盤 支撐件總成以及啟動(dòng)所需的測(cè)試條件(未示)。 一個(gè)合適的設(shè)備包 括測(cè)試室，配置為將該冷卻板保持在設(shè)定溫度。該設(shè)備優(yōu)選地能夠 支撐以及以數(shù)字表示控制溫度探針的x-y定位。該設(shè)備還優(yōu)選地能夠 登記和記錄來自探針的測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)，并從該數(shù)據(jù)以電子方式確定 目標(biāo)孑L構(gòu)造。
何位置實(shí)現(xiàn)所需的溫度分布。由于僅在進(jìn)行溫度測(cè)量的位置測(cè)量溫 度，提高所需溫度分布的分辨率就需要增加該加熱板或該冷卻板上 的測(cè)量位置的數(shù)目，即增加該網(wǎng)^f各的精細(xì)度。因此，該網(wǎng)^f各的分辨 率通過試驗(yàn)以及憑借經(jīng)驗(yàn)確定。例如，如果利用給定的網(wǎng)格滿足了溫度均勻性規(guī)格，以及在最初網(wǎng)格外的點(diǎn)上執(zhí)行的額外的測(cè)量示出 對(duì)所建立的規(guī)j才各的偏離，那么更細(xì)致的網(wǎng)才各分辨率是優(yōu)選的?；谥八械挠懻?，涉及降低ESC支撐件總成的局部 導(dǎo)熱系凄t以實(shí)現(xiàn)安裝在其上的整個(gè)卡盤表面的目標(biāo)溫度分布的工 藝伊二選的實(shí)施例包纟舌下面的實(shí)^驗(yàn)工序
l.將ESC支撐件總成組裝為具有或者沒有加熱板，即并不將卡 盤粘合到該總成的頂面。
2. 只寸該力卩熱才反通電或力o熱該,令卻才反，以及等;f寺建立溫度平#f。
3. 基于預(yù)先建立的網(wǎng)4各密度將4笨針設(shè)在該加熱板或冷卻板表面 上的每個(gè)測(cè)量位置。
4. 測(cè)量并記錄在每個(gè)位置該所得到的加熱板或冷卻板溫度和 x-y坐標(biāo)，乂人而為該網(wǎng)才各的所有^f立置確定Tm。
5. 通過選擇與這些Tm的最大值至少一樣大的溫度來確定To。
6. 由7>式1確定每個(gè)^f立置的e 。
7. 為該網(wǎng)才各上的所有4立置4吏用7>式5確定fj或^f吏用/>式6確定n。
8. 在每個(gè)網(wǎng)才各單元形成與每個(gè)確定的fi一致的n個(gè)孔。在調(diào)節(jié)該加熱才反表面或冷卻才反表面以實(shí)現(xiàn)所需的溫度映 射后，可以組裝該ESC支撐件總成的其余部分。例如，在該》f正的 加熱板表面上面，施加硅酮粘結(jié)劑層，然后》欠置該靜電卡盤。 一個(gè) 示范性的完整的ESC支撐件總成在圖6中示出，示出冷卻板601、硅 酮粘結(jié)劑602、力口熱器603、力p熱才反604、石圭酮粘結(jié)劑605以及請(qǐng)爭電卡盤606?？?07可以看出在4黃截面起始于加熱才反604表面并且延伸至
部分穿過該加熱板的深度。盡管已經(jīng)描述了各種不同實(shí)施例，但是可以理解的是可 以采取變化和修改，如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。這樣的變 化和修改可以認(rèn)為在所附權(quán)利要求的權(quán)界和范圍內(nèi)。上面提到的所 有參考文件通過引用整體結(jié)合在這里，其程度與每個(gè)單獨(dú)的參考文 件詳細(xì)以及單獨(dú)表明為通過引用整體結(jié)合在這里相同。
權(quán)利要求
1. 一種調(diào)節(jié)靜電卡盤支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù)的方法，該總成可選地包括加熱板，以及該方法包括a. 在該支撐件總成表面上多個(gè)位置測(cè)量溫度，其中每個(gè)位置與給定的單元相關(guān)；b. 從這些測(cè)量值確定在每個(gè)單元指明區(qū)域中的任何縮減分?jǐn)?shù)；以及，c. 按照所表明的縮減分?jǐn)?shù)在每個(gè)單元內(nèi)從該支撐件總成表面去除材料以便減小那個(gè)單元中的導(dǎo)熱系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中目標(biāo)導(dǎo)熱系數(shù)構(gòu)成由目標(biāo)溫 度分布確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該測(cè)量通過使用溫度傳感器進(jìn)行。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將靜電卡盤粘合至該 支撐件總成表面，其中該材料去除導(dǎo)致在該卡盤表面上該靜電 卡盤支撐件總成的平衡溫度一致性的提高。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該材料通過在該支撐件總成 表面中形成3L來去除。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該孔具有橢圓、多邊形或環(huán) 形截面形4大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該孔具有垂直或傾斜的壁， 且底部表面基本上為凹面、平面或凸面
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該孔的最大截面尺寸為大約 5.0密耳至大約50密耳。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在給定單元內(nèi)的孔的間隔在 大約1密耳至大約20密耳之間。
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在給定單元內(nèi)的孔具有名義 上恒定的最大截面尺寸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在多個(gè)位置進(jìn)行的測(cè)量布置 在包括多個(gè)網(wǎng)才各單元的網(wǎng)格圖案中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該網(wǎng)格圖案包括尺寸在0.1 英寸到1英寸之間的網(wǎng)格。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在每個(gè)單元中形成最多一個(gè)孑L。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過數(shù)字控制的定位設(shè)備移動(dòng)該傳感器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該材料去除是通過鉆孔、靠 模銑切、激光加工或噴砂加工實(shí)現(xiàn)的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤支撐件總成，進(jìn)一步包括將靜 電卡盤粘合到該支撐件總成表面，以及在等離子處理室內(nèi)部安 裝該支撐件總成。
17. 使用權(quán)利要求16所述的使用靜電卡盤支撐件總成處理半導(dǎo)體 晶片的方法，包括等離子處理該半導(dǎo)體晶片。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該支撐件總成表面在冷卻板 上，該方法進(jìn)一步包括將,爭電卡盤粘合至該冷卻4反。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該支撐件總成表面在粘合至 薄膜加熱器的加熱板上，以及該薄膜加熱器粘合到冷卻板，該
全文摘要
一種調(diào)節(jié)靜電卡盤(ESC)支撐件總成的導(dǎo)熱系數(shù)的方法包括在支撐件總成表面多個(gè)位置測(cè)量溫度，其中每個(gè)位置與給定的單元相關(guān)，由這些測(cè)量值確定每個(gè)單元指明的區(qū)域內(nèi)的縮減分?jǐn)?shù)，以及按照所表明的縮減分?jǐn)?shù)在每個(gè)單元內(nèi)從該支撐件總成表面去除材料以便減小那個(gè)單元中的導(dǎo)熱系數(shù)。該材料去除可導(dǎo)致在粘合到該支撐件總成表面的靜電卡盤的卡盤表面上該靜電卡盤支撐件總成平衡溫度一致性的提高，或?qū)е略揈SC支撐件總成的平衡溫度分布接近或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)平衡溫度分布。導(dǎo)熱系數(shù)調(diào)節(jié)可通過這種方法進(jìn)行，該方法包括定義單元結(jié)構(gòu)、確定每個(gè)單元的目標(biāo)面密度以及去除材料的一部分區(qū)域以實(shí)現(xiàn)那個(gè)單元的目標(biāo)面密度。材料去除可以通過在X-Y工作臺(tái)上鉆孔、靠模銑切、激光加工或噴砂加工實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L21/683GK101512750SQ200780032316
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者基思·科門丹特, 羅伯特·斯蒂格 申請(qǐng)人:朗姆研究公司