專利名稱：用于徑向調(diào)整襯底的表面上的溫度輪廓的靜電夾具系統(tǒng)及方法
用于徑向調(diào)整襯底的表面上的溫度輪廓的靜電夾具系統(tǒng)及
方法優(yōu)先權(quán)要求本申請(qǐng)要求2009年2月4日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/149，876的優(yōu)先權(quán)， 該申請(qǐng)全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此以用于各種目的。
背景技術(shù)：
各種不同類型的處理室可用于處理不同類型的工件和襯底。襯底可包括例如玻璃板、膜、帶狀物、太陽(yáng)能面板、反射鏡、液晶顯示器、半導(dǎo)體晶片等。很多不同類型的處理室可用于例如在制造集成電路芯片期間處理半導(dǎo)體晶片。處理室可用于使晶片退火，執(zhí)行化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、蝕刻處理和其他沉積處理等。腔室通常包括諸如靜電夾具組件的襯底固定件，以在處理期間固定襯底。典型的靜電夾具包括一個(gè)或多個(gè)由介電層覆蓋的夾持電極。夾持電極用于產(chǎn)生靜電夾持力，以將襯底固定到靜電夾具的頂面。一旦襯底被牢固地固定到夾具，就將處理氣體引進(jìn)腔室，并形成等離子以處理襯底?？赏ㄟ^(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積)、PVD(物理氣相沉積)、蝕刻、植入、氧化、氮化或其他處理來(lái)處理襯底。在很多處理中，期望在處理期間控制襯底的溫度。例如，如果襯底的溫度均勻且以期望速率增加或降低至期望的最大值或最小值，則可優(yōu)化處理。在一些實(shí)施例中，可以期望將襯底劃分為多個(gè)加熱區(qū)，每個(gè)加熱區(qū)維持在不同溫度，以在處理襯底期間補(bǔ)償襯底的表面上不同的熱效應(yīng)。例如，襯底可包括內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)，外加熱區(qū)維持在高于內(nèi)加熱區(qū)的溫度，以補(bǔ)償襯底的外圍處發(fā)生的額外熱損耗。在相鄰加熱區(qū)維持在不同溫度時(shí)的情況下，可以優(yōu)選的是，在相鄰加熱區(qū)之間具有驟變或陡峭的溫度梯度，以更充分地補(bǔ)償處理期間的不同熱效應(yīng)。因此，存在對(duì)如下靜電夾具組件的需要該靜電夾具組件允許徑向調(diào)整或控制襯底的表面上的溫度輪廓，并且提供相鄰加熱區(qū)之間驟變的溫度梯度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明各方面及各優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地給出，或者其根據(jù)描述可以是顯然的，或者其可以通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而知悉。本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種用于維持襯底的表面上的溫度輪廓的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括基座支撐件，基座支撐件具有適合于提供基座溫度區(qū)的基座熱控制系統(tǒng)，基座溫度區(qū)具有基于基座熱控制系統(tǒng)的輸出的熱特性?；鶞囟葏^(qū)限定基座支撐件的表面上基本均勻的溫度輪廓。靜電夾具組件還包括由基座支撐件支撐的靜電夾具。靜電夾具具有夾持電極和多個(gè)加熱電極。加熱電極包括由間隙距離隔開的內(nèi)加熱電極和外加熱電極。內(nèi)加熱電極限定內(nèi)加熱區(qū)，內(nèi)加熱區(qū)具有基于內(nèi)加熱電極的輸出的熱特性。外加熱電極限定外加熱區(qū)，外加熱區(qū)具有基于外加熱電極的輸出的熱特性。靜電夾具組件包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)用于通過(guò)改變基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極的輸出中的至少一個(gè)來(lái)調(diào)
4節(jié)襯底的表面上的溫度輪廓。在該特定實(shí)施例的變型中，控制系統(tǒng)可適合于通過(guò)改變基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極中的至少一個(gè)的輸出來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的溫度梯度。在該示例性實(shí)施例的其他變型中，夾持電極可為單極電極或雙極電極。靜電夾具組件可主要包括具有低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷材料(諸如氧化鋁)。靜電夾具的頂面可包括凸起的外密封環(huán)以及多個(gè)臺(tái)面，多個(gè)臺(tái)面的高度近似等于凸起的外密封環(huán)的高度。在該示例性實(shí)施例的又一變型中，基座熱控制系統(tǒng)可包括用于循環(huán)熱交換流體的流體流動(dòng)通道。例如，基座熱控制系統(tǒng)可包括內(nèi)流體流動(dòng)通道和外流體流動(dòng)通道，內(nèi)流體流動(dòng)通道和外流體流動(dòng)通道被控制為提供基座支撐件的表面上基本均勻的溫度輪廓。通過(guò)調(diào)節(jié)基座熱控制系統(tǒng)的輸出，例如通過(guò)調(diào)整通過(guò)流體流動(dòng)通道的流體的溫度或流量，可改變基座溫度區(qū)的熱特性。在該示例性實(shí)施例的再一變型中，靜電夾具包括內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的附加加熱電極。通過(guò)對(duì)附加加熱電極通電，可調(diào)節(jié)內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小。控制系統(tǒng)可適合于通過(guò)調(diào)節(jié)間隙距離的大小，調(diào)節(jié)內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的溫度梯度。本公開的另一示例性實(shí)施例提供了一種用于在處理期間維持襯底的表面上的溫度輪廓的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括基座，其限定基座的表面上基本均勻的溫度輪廓；以及靜電夾具，其具有夾持電極和多個(gè)加熱電極。加熱電極包括限定內(nèi)加熱區(qū)的內(nèi)加熱電極和限定外加熱區(qū)的外加熱電極。內(nèi)加熱電極和外加熱電極由間隙距離隔開，該間隙距離足以產(chǎn)生內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的溫度梯度。當(dāng)外加熱區(qū)的溫度維持為比內(nèi)加熱區(qū)的溫度高大約 28. 5°C時(shí)，溫度梯度為至少6°C /cm。例如，溫度梯度可為至少10°C /cm。在該示例性實(shí)施例的變型中，間隙距離可為從約15mm至約35mm，諸如從約18mm至約30mm，諸如約20mm或其間的任意其他間隙距離或間隙距離范圍。本公開的又一示例性實(shí)施例提供了一種用于調(diào)節(jié)襯底的表面上的溫度輪廓的方法。該方法包括將襯底放置在靜電夾具組件上，該靜電夾具組件包括由基座支撐的靜電夾具。該靜電夾具包括夾持電極，以及限定內(nèi)加熱區(qū)的內(nèi)加熱電極和限定外加熱區(qū)的外加熱電極。由間隙距離隔開內(nèi)加熱電極和外加熱電極。該方法還包括通過(guò)對(duì)夾持電極通電來(lái)將襯底夾持在靜電夾具組件上；以及通過(guò)改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小來(lái)調(diào)整內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的溫度梯度。在該示例性實(shí)施例的變型中，通過(guò)對(duì)布置于內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的附加加熱電極通電，可改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小。在該示例性實(shí)施例的其他變型中，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)內(nèi)加熱電極或外加熱電極供給的功率，或者通過(guò)調(diào)控通過(guò)基座的熱傳遞流體的流量和溫度，可調(diào)節(jié)內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的溫度梯度。參考以下描述及所附權(quán)利要求將更好地理解本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。并入本說(shuō)明書并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖例示了本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述一起用作解釋本發(fā)明的原理。


在說(shuō)明書中，參考附圖給出面向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明完整且可實(shí)施的公開(包括其最佳實(shí)施例)，其中圖1描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的靜電夾具組件的側(cè)視圖；圖2描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的示例性基座支撐件的主視圖；圖3描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的靜電夾具組件的側(cè)視圖；圖4描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的靜電夾具夾持表面；圖5描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的分層的靜電夾具；圖6描繪根據(jù)本公開的示例的夾持電極的示例性圖案的主視圖；圖7描繪根據(jù)本公開的示例的加熱電極的示例性圖案的主視圖；圖8描繪根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的襯底的表面上的溫度輪廓的圖示；圖9描繪根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的提供內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間可移動(dòng)界面的加熱電極配置；圖10描繪針對(duì)各種間隙距離、作為距襯底中心的距離的函數(shù)而繪出的襯底溫差的圖示；圖11描繪針對(duì)不同間隙距離、作為距襯底中心的距離的函數(shù)而繪出的襯底溫差的另一圖示；以及圖12描繪針對(duì)施加到內(nèi)電極的不同功率量、作為距襯底中心的距離的函數(shù)而繪出的襯底溫差的圖示。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中例示了這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例。以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明而非限制的方式來(lái)提供每個(gè)示例。實(shí)際上，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，明顯的是，可在本發(fā)明中進(jìn)行各種修改和變型，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分而例示或描述的特征可與另一實(shí)施例一起使用，以產(chǎn)生又一實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在覆蓋進(jìn)入了所附權(quán)利要求及其等同的范圍的那些修改和變型。大體上，本公開涉及靜電夾具系統(tǒng)及處理，其用于在處理期間支撐襯底并維持襯底的表面上期望的溫度輪廓。圖8中圖示了作為距襯底外邊緣的距離的函數(shù)的示例性溫度輪廓。也可以作為距襯底中心的距離的函數(shù)而圖示溫度輪廓。本示例性實(shí)施例的靜電夾具組件可包括基座支撐件，基座支撐件具有適合于提供基座溫度區(qū)的基座熱控制系統(tǒng)?；鶞囟葏^(qū)限定了基座支撐件表面上的基本均勻的溫度輪廓?；鶞囟葏^(qū)的熱特性基于基座熱控制系統(tǒng)的輸出。靜電夾具組件還可包括由基座支撐件支撐的靜電夾具。靜電夾具可具有夾持電極和多個(gè)獨(dú)立控制的加熱電極。獨(dú)立控制的加熱電極包括內(nèi)加熱電極和外加熱電極。內(nèi)加熱電極限定內(nèi)加熱區(qū)，內(nèi)加熱區(qū)的熱特性基于內(nèi)加熱電極的輸出。外加熱電極限定外加熱區(qū)， 外加熱區(qū)的熱特性基于外加熱電極的輸出?？捎砷g隙距離隔開內(nèi)加熱電極和外加熱電極。當(dāng)用于本文中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“間隙距離，， 指代通電的加熱電極之間具有一定距離的空間或間隙。間隙距離優(yōu)選包括具有低導(dǎo)熱系數(shù)的介電材料，諸如氧化鋁。諸如在靜電夾具組件在加熱電極之間具有可移動(dòng)界面的實(shí)施例中，間隙距離也可包括未被通電的附加加熱電極。間隙距離的大小是指通電的加熱電極之間的間隔的距離。
在某些實(shí)施例中，靜電夾具組件包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)適合于通過(guò)改變基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極的輸出來(lái)徑向調(diào)整或調(diào)節(jié)襯底的表面上的溫度輪廓。 控制系統(tǒng)也可適合于通過(guò)改變加熱電極之間的間隙距離的大小來(lái)徑向調(diào)整或調(diào)節(jié)襯底的表面上的溫度輪廓?？刂葡到y(tǒng)可包括單個(gè)控制器或多個(gè)控制器，用于改變基座熱控制系統(tǒng)、 內(nèi)加熱電極或外加熱電極的輸出?？蓪㈧o電夾具的各個(gè)加熱區(qū)維持在不同溫度。例如，可將外加熱區(qū)的溫度維持在高于內(nèi)加熱區(qū)的溫度的溫度。在這些情況下，內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間存在溫度梯度。溫度梯度是指在單位長(zhǎng)度的襯底上，襯底的溫度相差的量。例如，6°C /cm表示在Icm長(zhǎng)度上溫度變化6°C。根據(jù)本公開的實(shí)施例的靜電夾具組件允許用戶通過(guò)改變基座溫度區(qū)、內(nèi)加熱區(qū)和 /或外加熱區(qū)中的至少一個(gè)的熱特性，或通過(guò)改變內(nèi)加熱區(qū)與外加熱區(qū)之間的間隙距離的大小來(lái)調(diào)整兩個(gè)加熱區(qū)之間的溫度梯度。以此方式，根據(jù)本公開的實(shí)施例的靜電夾具組件提高了在處理期間獲得襯底上期望的溫度梯度的能力?，F(xiàn)在參考圖1，示例性靜電夾具組件100包括金屬基座支撐件200和靜電夾具 300?；渭?00的頂面用于支撐靜電夾具300。靜電夾具300的頂面或夾持表面310 在處理期間支撐襯底400。襯底400可以是經(jīng)受等離子蝕刻處理、熱處理或其他處理的半導(dǎo)體晶片?？墒褂脧椥哉澈蟿㈧o電夾具300附著到基座支撐件200。該粘合劑應(yīng)該薄，以使基座支撐件200與靜電夾具300之間的不同熱膨脹引起的應(yīng)力最小化。該粘合劑還應(yīng)確保靜電夾具300與基座支撐件200之間的良好熱接觸。例如，粘合劑層的導(dǎo)熱系數(shù)可為大約 1. Iff/mK且厚度可為大約.沘讓。基座支撐件200可由金屬(例如鋁)構(gòu)成，并包括熱控制系統(tǒng)，熱控制系統(tǒng)用于在基座支撐件200的整個(gè)頂面上維持基本均勻的溫度輪廓。熱控制系統(tǒng)提供基座溫度區(qū)，基座溫度區(qū)的熱特性基于熱控制系統(tǒng)的輸出。例如，通過(guò)調(diào)控通過(guò)基座的熱交換流體的流量， 或通過(guò)調(diào)控流動(dòng)通過(guò)基座的熱交換流體的溫度，可改變基座溫度區(qū)的熱特性。在圖1和圖2中，熱控制系統(tǒng)包括兩個(gè)隔開的通道220、對(duì)0，用于使熱交換流體循環(huán)通過(guò)基座。以相同溫度操作兩個(gè)隔開的通道220、對(duì)0，以提供均勻的基座溫度區(qū)。可使用各種溫度控制裝置將通道220J40的溫度維持在相同溫度。例如，兩個(gè)通道220、240可連接至單熱交換再循環(huán)系統(tǒng)或雙熱交換再循環(huán)系統(tǒng)，其將把兩個(gè)通道控制為相同溫度。由于某些實(shí)施例中單個(gè)通道不能提取足夠熱量，因此優(yōu)選使用兩個(gè)隔開的通道 220、對(duì)0。例如，單個(gè)通道可能過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致行進(jìn)通過(guò)單個(gè)通道的液體的熱屬性基本上在液體離開通道前就發(fā)生改變。另外，維持在例如3GPM流量的兩個(gè)通道比維持在例如6GPM流量的一個(gè)通道易于實(shí)施(例如，更小的線路和連接)。基座支撐件200具有兩個(gè)輸入222、M2 和兩個(gè)輸出224344，這些輸入和輸出用于使熱控制液體的兩個(gè)流循環(huán)通過(guò)基座主體內(nèi)包含的兩個(gè)隔開的通道220340。熱控制液體可為水乙二醇混合物或其他適當(dāng)?shù)臒峤粨Q液體。如圖3中所示，靜電夾具300包括夾持電極320和多個(gè)獨(dú)立控制的加熱電極330。 夾持電極320用于產(chǎn)生靜電夾持力，以將襯底400夾持至靜電夾具300的夾持表面310。加熱電極330用于限定多個(gè)加熱區(qū)。通過(guò)控制獨(dú)立控制的加熱電極330的輸出來(lái)調(diào)節(jié)加熱區(qū)的熱特性。
可由各種材料(包括陶瓷材料)形成靜電夾具300。優(yōu)選地，靜電夾具300具有低導(dǎo)熱系數(shù)，以維持相鄰溫度區(qū)之間陡峭的溫度梯度。例如，可由成分為約94%的Al2O3和 6%的S^2的陶瓷材料形成靜電夾具?？捎啥鄬泳G色陶瓷或部分燒制的陶瓷形成靜電夾具300，在陶瓷的層之間布置有三層或四層薄膜金屬電極。例如，圖5描繪多層的陶瓷靜電夾具300。靜電夾具300包括布置在兩個(gè)陶瓷層之間的夾持電極320以及布置在兩個(gè)不同陶瓷層之間的加熱電極330。所有電極和陶瓷的所有層都將經(jīng)歷最終的燒制，以形成完成的靜電夾具300。如圖4中所示，靜電夾具300的最終制造可涉及形成凸起的夾持表面310，夾持表面310包括凸起的外環(huán)312，凸起的外環(huán)312將與被夾持到靜電夾具300的夾持表面310的襯底400的底面形成近似密封。凸起的外環(huán)312的高度313可為例如5 μ m。靜電夾具的其余夾持表面310可包括高度等于外環(huán)312的高度的多個(gè)臺(tái)面315。槽318允許熱傳遞氣體 (例如氨或其他熱傳遞氣體)在靜電夾具300的夾持表面310與安裝到靜電夾具300的襯底400之間流動(dòng)。靜電夾具300可以是約翰生-拉別克(Johnsen-Rahbek)靜電夾具或庫(kù)倫型靜電夾具300。約翰生-拉別克靜電夾具在靜電夾具300的夾持表面310與襯底400之間產(chǎn)生靜電夾持力。庫(kù)倫型靜電夾具在夾持電極320與襯底400之間產(chǎn)生靜電夾持力?？捎山饘?諸如鎢或具有適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)和電阻屬性的其他金屬)來(lái)制造夾持電極320，并可將其形成在單層陶瓷的表面上或形成在相鄰陶瓷層上。可使用諸如網(wǎng)印 (screen printing)、PVD, CVD, ALD (原子層沉積)或者等離子或電弧噴射的沉積處理形成夾持電極320。如圖5中所示，靜電夾具300包括單個(gè)的柱狀連接325，柱狀連接325用于將夾持電極連接至電源。圖6中描繪了夾持電極320的示例性圖案?？梢砸噪p極配置或單極配置操作靜電夾具300。例如，在單極配置的情況下，單個(gè)碟形夾持電極320位于兩個(gè)陶瓷層之間。在雙極配置的情況下，兩個(gè)或更多個(gè)夾持電極320 位于兩個(gè)陶瓷層之間。如果將兩個(gè)夾持電極連接至極性相反的電壓源，則可將靜電夾具300 作為雙極靜電夾具操作。如果將兩個(gè)夾持電極連接至共用的電壓源，則可將靜電夾具300 作為單極裝置操作。圖3中所示的靜電夾具300包括多個(gè)獨(dú)立控制的薄膜電阻式加熱電極330，其嵌入在靜電夾具300內(nèi)?？捎山饘?諸如鎢或其他適當(dāng)金屬)制造加熱電極330，并可使用諸如網(wǎng)印、PVD、CVD、ALD或等離子或電弧噴射的傳統(tǒng)沉積處理形成加熱電極330。每個(gè)加熱電極330限定加熱區(qū)，加熱區(qū)的熱特性基于加熱電極330的輸出。例如，多個(gè)獨(dú)立控制的加熱電極330包括限定內(nèi)加熱區(qū)的內(nèi)加熱電極334和限定外加熱區(qū)的外加熱電極332。內(nèi)加熱電極334限定位于靜電夾具300的中央的碟形加熱區(qū)。外加熱電極332限定環(huán)繞內(nèi)加熱區(qū)的環(huán)形加熱區(qū)。由間隙距離335隔開內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)。圖7描繪根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的加熱電極330的示例性圖案。 通過(guò)分別改變內(nèi)加熱電極和外加熱電極的輸出，可調(diào)節(jié)內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)的熱特性。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)內(nèi)加熱電極334供給的功率的量，可改變內(nèi)加熱區(qū)的熱特性。類似地，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)外加熱電極332施加的功率的量，可改變外加熱區(qū)的熱特性。調(diào)節(jié)內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)的熱特性的能力，允許對(duì)襯底的表面上的溫度輪廓進(jìn)行徑向調(diào)整。如圖5所示， 可通過(guò)通孔337、加熱總線336和單個(gè)柱狀連接338將加熱電極330連接至電源。
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可使用各種溫度測(cè)量技術(shù)測(cè)量襯底的溫度輪廓。例如，通過(guò)在靠近靜電夾具頂面的位置測(cè)量靜電夾具的溫度輪廓，可近似得到襯底的溫度輪廓。遍及本公開，提及加熱區(qū)的溫度是指加熱區(qū)中在靜電夾具頂面附近的位置處的靜電夾具的溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可使用光纖溫度傳感器監(jiān)控溫度。在本實(shí)施例中，包含磷光體的小碟狀物發(fā)出具有與溫度成比例的、可預(yù)測(cè)的衰減速率的光。涂覆有磷光體的碟狀物位于靜電夾具300的夾持表面310附近，使得測(cè)量用作對(duì)于被夾持至靜電夾具300的夾持表面310的襯底400的溫度的良好預(yù)測(cè)器。光纖位于距涂覆有磷光體的碟狀物的固定距離處，以可靠地捕獲磷光體發(fā)出的光。圖8描繪了襯底表面上的示例性期望溫度線的圖示。如例示的那樣，已將襯底中對(duì)應(yīng)于外加熱區(qū)的外緣已被調(diào)整為實(shí)現(xiàn)了比襯底中對(duì)應(yīng)于內(nèi)加熱區(qū)的中央部分的溫度 (T1)更高的溫度(T2)。內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間存在驟變的溫度梯度。本公開的靜電夾具組件可用于調(diào)整內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的溫度梯度，使得溫度梯度比通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的襯底固定件實(shí)現(xiàn)的梯度更加陡峭。例如，通過(guò)改變基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極的輸出，可以調(diào)整內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的溫度梯度。申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小，可以調(diào)整溫度梯度。圖9中公開了用于改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間間隙距離的大小的可移動(dòng)界面。可移動(dòng)界面包括布置在內(nèi)加熱電極334和外加熱電極332之間的附加加熱電極336。 當(dāng)附加加熱電極336均未通電時(shí)，間隙距離335的大小等于內(nèi)加熱電極334與外加熱電極 332之間的距離。然而，如果附加加熱電極336被通電，則間隙距離從間隙距離335被調(diào)節(jié)至間隙距離335’。間隙距離335’的大小為附加加熱電極與外加熱電極或內(nèi)加熱電極之間的距離，并小于初始間隙距離335的大小。使用該可移動(dòng)界面，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小，可調(diào)整內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的溫度梯度。以此方式，可維持內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的驟變的或陡峭的溫度梯度。例如，圖10和圖11提供了仿真結(jié)果，演示改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間間隙距離的大小對(duì)于內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的溫度梯度的效果。在進(jìn)行仿真期間，外加熱區(qū)維持在比內(nèi)加熱區(qū)的溫度高大約的溫度。針對(duì)內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間間隙距離不同的各靜電夾具組件，圖10和11提供了作為距靜電夾具中心的距離的函數(shù)而繪出的溫差的圖示。如例示的那樣，溫度梯度的驟變性或陡峭性取決于內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小。更具體地，溫度梯度從2mm間隙時(shí)的約6°C /cm變化至35mm間隙時(shí)的約IO0C /cm。在這些示例中，通過(guò)計(jì)算作為距襯底中心的距離的函數(shù)而繪出的溫差曲線的斜率來(lái)測(cè)量溫度梯度。根據(jù)以下公式，對(duì)于溫差曲線的中間50%，斜率等于溫差的改變除以距離的改變
斜率= T2-Tl d2 — dx其中，T2 = · 75Tmax J1 = · 25Tmax ;d2 = T2處距中心的距離= T1處距中心的距離；且Tmax等于最大溫差。圖10和圖11中所示的結(jié)果表明，可至少部分地基于內(nèi)加熱電極
9與外加熱電極之間的間隙距離的大小，調(diào)整內(nèi)加熱區(qū)和外加熱區(qū)之間的溫度梯度。也可通過(guò)改變對(duì)內(nèi)加熱電極或外加熱電極供給的功率來(lái)調(diào)整溫度梯度。對(duì)于間隙距離為20mm的靜電夾具組件，針對(duì)向內(nèi)加熱電極施加的能量的不同量，圖12提供了作為距襯底中心的距離的函數(shù)的襯底表面處的溫差的圖示。圖12例示了，通過(guò)保持相鄰電極之間的間隙固定而僅改變對(duì)內(nèi)電極供給的能量，溫度梯度從lW/cm2時(shí)的約8°C /cm增加至3W/ cm2 時(shí)的約 13. 5°C /cm。盡管已參照具體的示例性實(shí)施例及其方法對(duì)本主題內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)描述，然而應(yīng)明了，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在獲得對(duì)上述內(nèi)容的理解時(shí)即可容易提出對(duì)這些實(shí)施例的替代、變型以及等同。相應(yīng)地，本公開的范圍是作為示例而非限制，且本公開不排除包括那些對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言會(huì)是容易明顯的關(guān)于本主題的修改、變型和/或增加。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)襯底的表面上的溫度輪廓的系統(tǒng)，包括基座支撐件，其包括適合于提供基座溫度區(qū)的基座熱控制系統(tǒng)，所述基座溫度區(qū)限定所述基座支撐件的表面上基本均勻的溫度輪廓，所述基座溫度區(qū)具有基于所述基座熱控制系統(tǒng)的輸出的熱特性；靜電夾具，其由所述基座支撐件支撐，所述靜電夾具包括夾持電極和多個(gè)加熱電極，所述加熱電極包括由間隙距離隔開的內(nèi)加熱電極和外加熱電極，所述內(nèi)加熱電極限定內(nèi)加熱區(qū)，所述內(nèi)加熱區(qū)具有基于所述內(nèi)加熱電極的輸出的熱特性，所述外加熱電極限定外加熱區(qū)，所述外加熱區(qū)具有基于所述外加熱電極的輸出的熱特性；以及控制系統(tǒng)，其適合于通過(guò)改變所述基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極的所述輸出中的至少一個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)所述襯底的所述表面上的溫度輪廓。
2.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)適合于通過(guò)改變所述基座熱控制系統(tǒng)、內(nèi)加熱電極或外加熱電極的輸出中的至少一個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度。
3.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述靜電夾具包括氧化鋁。
4.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述基座熱控制系統(tǒng)包括用于循環(huán)熱交換流體的流體流動(dòng)通道。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述基座熱控制系統(tǒng)包括內(nèi)流體流動(dòng)通道和外流體流動(dòng)通道，所述內(nèi)流體流動(dòng)通道和外流體流動(dòng)通道被控制為提供所述基座支撐件的所述表面上基本均勻的溫度輪廓。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述靜電夾具的頂面包括凸起的外密封環(huán)以及多個(gè)臺(tái)面，所述多個(gè)臺(tái)面的高度近似等于所述凸起的外密封環(huán)的高度。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述靜電夾具包括所述內(nèi)加熱電極與所述外加熱電極之間的至少一個(gè)附加加熱電極，所述控制器適合于通過(guò)對(duì)所述至少一個(gè)附加加熱電極通電來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱電極與所述外加熱電極之間的所述間隙距離的大小。
8.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器適合于通過(guò)改變所述內(nèi)加熱電極與所述外加熱電極之間的所述間隙距離的大小來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述間隙距離的大小足以產(chǎn)生所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度，當(dāng)所述外加熱區(qū)的溫度維持為比所述內(nèi)加熱區(qū)的溫度高大約28. 5°C時(shí)，所述溫度梯度的值為至少約6°C /cm。
10.一種用于在處理期間維持襯底的表面上的溫度輪廓的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括基座，其限定所述基座的表面上基本均勻的溫度輪廓；靜電夾具，其包括夾持電極和多個(gè)加熱電極，所述加熱電極包括限定內(nèi)加熱區(qū)的內(nèi)加熱電極和限定外加熱區(qū)的外加熱電極；其中，所述內(nèi)加熱電極和所述外加熱電極由間隙距離隔開，所述間隙距離的大小足以產(chǎn)生所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度，當(dāng)所述外加熱區(qū)的溫度維持為比所述內(nèi)加熱區(qū)的溫度高大約28. 5°C時(shí)，所述溫度梯度為至少6°C /cm。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述間隙距離的所述大小為從約15mm至約 35mm0
12.一種用于使用前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)來(lái)徑向調(diào)整襯底的表面上的溫度輪廓的方法，所述方法包括將襯底放置在靜電夾具組件上，所述靜電夾具組件包括由基座支撐的靜電夾具，所述靜電夾具包括夾持電極以及限定內(nèi)加熱區(qū)的內(nèi)加熱電極和限定外加熱區(qū)的外加熱電極，由間隙距離隔開所述內(nèi)加熱電極和所述外加熱電極；通過(guò)對(duì)所述夾持電極通電來(lái)將所述襯底夾持在所述靜電夾具組件上；通過(guò)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱電極與所述外加熱電極之間的所述間隙距離的大小來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)位于所述內(nèi)加熱電極與所述外加熱電極之間的附加加熱電極通電來(lái)調(diào)節(jié)所述間隙距離的大小。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述方法還包括，通過(guò)改變對(duì)所述內(nèi)加熱電極或所述外加熱電極供給的功率來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度。
15.如權(quán)利要求12、13或14所述的方法，其中所述方法還包括，通過(guò)調(diào)控流動(dòng)通過(guò)所述基座的熱傳遞流體來(lái)調(diào)節(jié)所述內(nèi)加熱區(qū)與所述外加熱區(qū)之間的溫度梯度。
全文摘要
公開了一種用于維持襯底的表面上期望的溫度輪廓的靜電夾具系統(tǒng)。靜電夾具系統(tǒng)包括基座支撐件，其限定基座支撐件表面上基本均勻的溫度輪廓；以及靜電夾具，其由基座支撐件支撐。靜電夾具具有夾持電極和多個(gè)獨(dú)立控制的加熱電極。獨(dú)立控制的加熱電極包括由間隙距離隔開的內(nèi)加熱電極和外加熱電極，其中，內(nèi)加熱電極限定內(nèi)加熱區(qū)，外加熱電極限定外加熱區(qū)。通過(guò)改變基座溫度區(qū)、內(nèi)加熱區(qū)、外加熱區(qū)的熱特性，或者通過(guò)改變內(nèi)加熱電極與外加熱電極之間的間隙距離的大小，可調(diào)整襯底的表面上的溫度輪廓。
文檔編號(hào)H02N13/00GK102308380SQ201080006670
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月4日
發(fā)明者丹尼爾·J·迪瓦恩, 李榮載, 馬丁·朱克 申請(qǐng)人:馬特森技術(shù)有限公司