具有加热器与快速温度变化的基板支撑件

摘要

本发明提供具有加热器与集成冷却器的基板支撑件的实施例。在某些实施例中，基板支撑件可包括：第一构件，当基板位于第一构件的第一表面上方时，第一构件用以散布热至基板；加热器，加热器设置于第一构件下，且加热器具有一或多个加热区域以提供热至第一构件；多个冷却通道，多个冷却通道设置于第一构件下，以移除加热器提供的热；多个基板支撑销，多个基板支撑销设置在高于第一构件的第一表面上第一距离处，当基板位于基板支撑件上时，多个基板支撑销用以支撑基板的背侧表面；及对准引导件，对准引导件自第一构件的第一表面延伸并围绕多个基板支撑销。

说明书

领域

本发明的实施例大致涉及基板处理装置，更明确地，本发明的实施例涉及 基板支撑件。

背景

随着器件的关键尺寸持续缩小，可能需要对工艺(诸如，加热、冷却或类 似工艺)整体控制的改善。举例而言，基板支撑件可包括加热器及/或冷却器， 以在处理期间提供设置于基板支撑件上的基板所需的温度。

因此，本发明人已经提供改善的基板支撑件。

发明内容

本发明提供具有加热器与集成冷却器的基板支撑件的实施例。在某些实施 例中，基板支撑件可包括：第一构件，当基板位于第一构件的第一表面上方时， 第一构件用以散布热至基板；加热器，加热器设置于第一构件下，且加热器具 有一或多个加热区域以提供热至第一构件；多个冷却通道，多个冷却通道设置 于第一构件下，以移除加热器提供的热；多个基板支撑销，多个基板支撑销设 置在高于第一构件的第一表面上第一距离处，当基板位于基板支撑件上时，多 个基板支撑销用以支撑基板的背侧表面；及对准引导件，对准引导件自第一构 件的第一表面延伸并围绕多个基板支撑销。

在某些实施例中，基板支撑件可包括：第一构件，当基板位于第一构件的 第一表面上方时，第一构件用以散布热至基板；多个基板支撑销，多个基板支 撑销自第一构件的第一表面延伸，当基板位于基板支撑件上时，多个基板支撑 销用以支撑基板的背侧表面；对准引导件，对准引导件自第一构件的第一表面 延伸并围绕多个基板支撑销，其中第一构件、多个基板支撑销的各个基板支撑 销与对准引导件是由相同材料所形成；及第二构件，第二构件具有设置于第二 构件中的一或多个加热区域以提供热至第一构件，且第二构件具有设置于第二 构件中的多个冷却通道。

在某些实施例中，基板支撑件包括：第一构件，当基板位于第一构件的上 表面上方时，第一构件用以散布热至基板；支撑层，支撑层设置在第一构件的 上表面上，其中当基板位在基板支撑件上时，多个基板支撑销的各个基板支撑 销自支撑层的表面延伸以支撑基板的背侧表面；对准引导件，对准引导件自第 一构件的上表面延伸并围绕多个基板支撑销；第一层，第一层设置于第一构件 下方，且第一层具有一或多个加热区域的各个加热区域，一或多个加热区域的 各个加热区域设置邻近第一层的第一表面处；及第二层，第二层设置于第一构 件下方，且第二层具有多个冷却通道的各个冷却通道，多个冷却通道的各个冷 却通道形成于第二层中。

于下文描述本发明的其它与进一步实施例。

附图简单说明

可参照描绘于附图中的本发明说明性实施例来理解如上简短概述与如下 详细描述的本发明实施例。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因 此不被视为本发明的范围的限制因素，因为本发明可允许其它等效实施例。

图1描绘根据本发明的某些实施例的基板支撑件的示意图。

图2A-C描绘根据本发明的某些实施例的基板支撑件的部分的横剖面图。

图3A-C描绘根据本发明的某些实施例的基板支撑件的部分的横剖面图。

图4描绘根据本发明的某些实施例的多区域加热器的俯视图。

为了促进理解，可尽可能应用相同的元件符号来标示图中相同的元件。图 并非按比例绘制且可能为了清晰起见而有所简化。预期一个实施例中的元件与 特征结构可有利地并入其它实施例而不需特别详述。

具体描述

本文公开具有加热器与集成冷却器的基板支撑件的实施例。本发明的基板 支撑件可有利地促进下列一或多种：加热基板、维持基板的温度、快速改变基 板的温度或者均匀地散布热至基板或均匀地自基板移除热。

图1描绘根据本发明的某些实施例的基板支撑件100。基板支撑件100可 包括第一构件102与第二构件106，当基板103位于第一构件102的第一表面 104(例如，上表面)上方时，第一构件102用以散布热至基板103，第二构件 106具有一或多个加热区域108与多个冷却通道110，一或多个加热区域108 用以提供热至即将将热散布的第一构件102。如图1中所示，可将第二构件106 设置于第一构件102下方。

在某些实施例中，基板支撑件可提供约450℃至约600℃的温度范围。然 而，本文公开的基板支撑件的实施例并不限于上文提及的温度范围。举例而言， 温度可为较低点(例如，自约150℃至约450℃)或较高点，例如，高于约600 ℃。

在某些实施例中，基板支撑件100可包括第三构件107，第三构件107设 置于第一构件102与第二构件106下方。第三构件107可作为设施管理板，诸 如用于到达一或多个加热区域108及/或多个冷却通道110的线路及/或管路管 理。在某些实施例中，举例而言，当不应用多个冷却通道110时，第三构件 107可被用作热沉（heat sink）等等。在某些实施例中，第三构件107可作为 绝热器以避免对流散热至下方环境。或者，当提供多个冷却通道110时，第三 构件107可额外地作为热沉等等。第三构件107可包括或任何适当 的陶瓷材料。

第三构件107可包括开口109，举例而言，开口109是中央地设置穿过第 三构件107。开口109可用来将馈通组件111耦接至基板支撑件100的构件102、 106与107。馈通组件111可馈送各种来源及/或控制装置，诸如将功率源126 馈送到一或多个加热区域108、将冷却源128馈送到多个冷却通道110，或如 下所述的控制器122。在某些实施例中，馈通组件111可包括导管140，导管 140可提供来自气体源(未图示)的气体至基板103的背侧。举例而言，导管140 提供的气体可用来改善第一构件102与基板103之间的热传导。在某些实施例 中，所述气体是氦(He)。

导管140可包括柔性区段142，柔性区段142诸如波纹管等等。举例而言， 当基板支撑件100被调整水平时，导管140中的上述柔性可为必需的。举例而 言，可通过一或多个调整水平装置(未图示)来调整基板支撑件100的水平，一 或多个调整水平装置设置围绕馈通组件111并穿过基板支撑件110的一或多个 构件。举例而言，上述调整水平装置可包括运动式千斤顶等等。当调整水平装 置用以调整基板支撑件100的水平时，导管140中的柔性可为必需的。

可通过任何数目的适当机制将基板支撑件100的构件耦接在一起。举例而 言，适当的机制可包括重力、粘合剂、接合、硬焊、铸造、机械压缩(诸如， 通过螺钉、弹簧、夹具或真空)等等。机械压缩的非限制性示例形式描绘于图1 中。举例而言，可将杆144设置穿过基板支撑件110的一或多个构件，并用杆 144来压缩构件与馈通组件111。描绘的杆144为单一件，但是杆144可为由 铰链、球状与穴状构造等等连接在一起的多个件(未图示)。杆144可提供柔性 用于调整基板支撑件100的水平，相似于上文针对导管140所述。

举例而言，可通过硬焊、焊接等等将杆144耦接至第一构件102，或者杆 144可带有螺纹并被拧进第一构件102中设以容纳杆144的相应螺纹开口(未图 示)中。可通过弹簧146将杆144的相反端耦接至馈通组件111。举例而言，弹 簧146的第一端可耦接至杆144而弹簧146的相反第二端可耦接至外壳111。 如图1中所示，设置于外壳111中的螺栓150是耦接至弹簧146的第二端。在 某些实施例中，可提供盖件148于螺栓150上。虽然图示的弹簧146提供压缩 力量将杆144拉向馈通组件111，但也可将弹簧146设置预装成压缩，以致通 过弹簧146的扩张来提供耦接力量。

在某些实施例中，基板支撑件100可包括多个基板支撑销112，多个基板 支撑销112设置在第一构件102的第一表面104上的第一距离处，当基板103 位于基板支撑件上时，多个基板支撑销112可支撑基板103的背侧表面。在某 些实施例中(如各个支撑销112附近虚线所示)，多个基板支撑销的各个基板支 撑销可自第一构件102的第一表面104延伸(例如，基板支撑销可为第一构件 102的部分或者基板支撑销可形成于第一构件102中)。或者，在某些实施例中， 支撑层116可设置于第一构件102的第一表面104上，而多个基板支撑销112 的各个基板支撑销112可自支撑层116的表面114延伸。在某些实施例中，支 撑层116与多个基板支撑销112的各个基板支撑销112可由相同材料所形成。 举例而言，支撑层116与多个基板支撑销112的各个基板支撑销112可为一件 式构造(描绘于图2A中且讨论于下)。支撑层与多个基板支撑销112的各个基 板支撑销112可由具有耐磨性质的适当工艺-兼容材料所形成。举例而言，材 料可兼容于基板、兼容于基板上即将执行的工艺等等。在某些实施例中，可由 电介质材料制成支撑层116及/或基板支撑销112。在某些实施例中，用于形成 支撑层116及/或基板支撑销112的材料可包括下列一或多种：聚酰亚胺(例如， )、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄) 等等。在某些实施例中，例如用于低温应用(例如，在低于约200℃的温度下)， 支撑层116及/或基板支撑销112可包括

在某些实施例中，基板支撑件100可包括对准引导件118，对准引导件118 自第一构件102的第一表面104延伸并围绕多个基板支撑销112。举例而言， 当通过多个升降销(未图示，升降销孔113描绘于图1中且可延伸穿过支撑层 116与第一构件102与第二构件106)将基板降低至基板支撑销112上时，对准 引导件118可用以引导、置中及/或对准基板103，诸如相对于设置在基板103 下的一或多个加热区域108、冷却通道110引导、置中及/或对准基板103。对 准引导件可包括一或多个净化气体通道119，一或多个净化气体通道119设置 穿过且围绕对准引导件118(如图1中所示)及/或设置于基板103的周围边缘附 近(例如，第一构件102中(未图示))。一或多个净化气体通道119可耦接至净 化气体源121，净化气体源121可提供净化气体穿过一或多个净化气体通道 119。举例而言，可提供净化气体以限制处理期间材料沉积于基板103的背侧 上。净化气体可包括下列一或多种：氦(He)、氮(N₂)或任何适当的惰性气体。 可通过邻近基板103边缘的缝隙117排出净化气体。通过缝隙117排出的净化 气体可限制或避免工艺气体在处理期间到达基板103的背侧并与基板103的背 侧反应。可通过处理腔室的排放系统(未图标)自处理腔室排放净化气体，以适 当地处理排放的净化气体。

可由适当的工艺兼容材料形成对准引导件118，适当的工艺兼容材料例如 具有耐磨性质及/或低热膨胀系数的材料。对准引导件118可为单一件或多个 部件的组件。在某些实施例中，可由电介质材料制成对准引导件118。举例而 言，用以形成对准引导件118的适当材料可包括下列一或多种：(polybenzlmidazole，聚苯咪唑)、氧化铝(Al₂O₃)或类似物。一般而言，可根 据材料彼此之间及/或材料与已知工艺应用之间的化学与热兼容性，来选择基 板支撑件100的各种部件任一个的材料。

第一构件102可用以散布热至基板103。举例而言，第一构件可作为热散 布器，以散布一或多个加热区域108提供的热。在某些实施例中，第一构件 102可包括一或多个温度监测装置120，一或多个温度监测装置120嵌于第一 构件102中或延伸穿过第一构件102，以在沿着第一构件104的第一表面104 的一或多个位置处监测提供至基板103的温度。温度监测装置120可包括任何 适当的监测温度装置，诸如温度传感器、快速热检测器(RTD)、光学传感器或 类似物的一或多个。一或多个温度监测装置120可耦接至控制器122，控制器 122用以接收来自多个温度监测装置120的各个温度监测装置120的温度信 息。如下文进一步所述，控制器122可进一步用来响应温度信息而控制加热区 域108与冷却通道110。可由适当的工艺兼容材料形成第一构件102，适当的 工艺兼容材料例如具有高热导系数、高刚性与低热膨胀系数的一或多种的材 料。在某些实施例中，第一构件102可具有至少约160W/mK的热导系数。在 某些实施例中，第一构件102可具有约9x10^-6/℃或更低的热膨胀系数。用于 形成第一构件102的适当材料的实例可包括下列一或多种：铝(Al)、铜(Cu)或 上述的合金、氮化铝(AlN)、氧化铍(BeO)、热解氮化硼(PBN)、氮化硅(Si₃N₄)、 氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)或类似物。

第一构件102、多个基板支撑销112与对准引导件118的变化是有可能的。 举例而言，上述变化可取决于基板103上正在执行的工艺及/或基板103的组 成。举例而言，取决于已知工艺的温度要求，第一构件102可由具有特定热导 系数或类似物的材料加以形成；然而若基板103的背侧暴露于第一构件102 的第一表面104，则上述材料可能会污染基板103。因此，可在上述条件下应 用支撑层116，并利用与第一构件102不同的材料形成支撑层116，其中不同 的材料不会污染基板103。同样地，因为相似原因，可利用与第一构件102不 同的材料形成对准引导件118。举例而言，图2A描绘基板支撑件102的实施 例，基板支撑件102包括对准引导件118、支撑层116、自支撑层116延伸的 多个支撑销与第一构件102，其中对准引导件118、支撑层116与支撑销112 是由与第一构件102不同的材料而形成的。

或者，取决于基板103上正在执行的工艺及/或基板103的组成，第一构 件102、多个基板支撑销112与对准引导件118可由如图2B中所述的相同材 料形成。举例而言，其中第一构件的材料兼容于基板103上正在执行的工艺及 /或基板103的组成，则便可应用图2B中所示的基板支撑件100的实施例。由 于图2B中的支撑层116与第一构件102集成在一起，图2B中便未图示分离 的支撑层116。然而，可将支撑层116视为第一构件102的上部分。

或者，取决于基板103上正在执行的工艺及/或基板103的组成，第一构 件102可如图2C中所描绘的那样在厚度上有所变化。举例而言，沿着第一构 件102的厚度变化可促进沿着基板103的所需加热分布及/或补偿正在基板103 的正面上执行的工艺中的不均匀性，工艺诸如沉积、固化、烘烤、退火、蚀刻 等等。举例而言，在某些实施例中，如图2C中所描绘，第一构件102可自第 一构件102的中心至第一构件102的边缘增加厚度。然而，图2C的实施例仅 为说明，而可用任何适当的方式改变第一构件102的厚度，以提供沿着基板 103的所需加热分布。如图2C中所描绘，当第一构件102的厚度有所变化时， 多个支撑销112可具有变化的长度以补偿第一构件102中的厚度变化。如图 2C中所示，各个支撑销112具有的长度使得各个支撑销112在大约相同的垂 直高度处接触基板103的背侧表面。可如图2C中所描述，将多个支撑销112 各个地塑造并耦接至第一构件102。或者(未图示)，多个支撑销112可与第一 构件102集成在一起，举例而言，相似于图2B中所示的支撑销112的实施例。

回到图1，第二构件106可具有一或多个加热区域108与冷却通道110两 者，一或多个加热区域108与冷却通道110两者形成于第二构件106中或形成 于第二构件106上，或者，如设置穿过第二构件106的虚线所示，第二构件 106可具有多个层，其中一层包括加热区域108或冷却通道110的一个，而另 一层包括加热区域108或冷却通道110的另一个。虽然描绘于图1与图3A-C 中一或多个加热区域108与冷却通道110为沿着第二构件106均匀地分布，但 可用任何适当的设置沿着第二构件102分布一或多个加热区域108与冷却通道 110，适当的设置可在基板103上提供所需的温度分布。可由适当的工艺兼容 材料来形成第二构件106，工艺兼容材料诸如具有下列一或多种的材料：高机 械强度(例如，至少约200MPa的弯曲强度)、高电阻率(例如，至少约10¹⁴欧 姆-cm)、低热膨胀系数(例如，不超过约5x10^-6℃)。适当的材料可包括碳化硅 (SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)或类似物的一或多种。

基板支撑件100包括一或多个电阻式加热元件124。一或多个加热区域108 的各个加热区域108包括一或多个电阻式加热元件124。各个电阻式加热元件 124可耦接至功率源126。功率源126可提供任何与电阻式加热元件124兼容 的适当类型功率，诸如直流电(DC)或交流电(AC)。功率源126可耦接至控制器 122或另一控制器(未图示)并由控制器122或另一控制器(未图示)所控制，另一 控制器例如用以控制处理腔室(具有基板支撑件设置于处理腔室中)的系统控 制器或类似物。在某些实施例中，功率源126可进一步包括功率分配器，功率 分配器将提供至电阻式加热元件124的功率分配至各个加热区域108。举例而 言，功率分配器可响应温度监测装置120的一或多个而操作，以选择性地散布 功率至特定加热区域108中的电阻式加热元件124。或者，在某些实施例中， 可对各个分别的加热器区域中的电阻式加热元件提供多个功率源。

在某些实施例中，可将一或多个电阻式加热元件124沉积于第二构件106 的表面上。举例而言，沉积可包括任何形成加热区域108所需图案的适当沉积 技术。举例而言，一或多个电阻式加热元件可包括铂或其它适当的电阻式加热 材料。在某些实施例中，在完成一或多个电阻式加热元件124的沉积之后，可 用绝缘材料(诸如，玻璃、陶瓷或类似物)来涂覆第二构件106的表面与沉积的 一或多个电阻式加热元件124。

举例而言，一或多个加热区域108被排列成六个区域的设置的一个实施例 是图示于图4中，虽然也可应用较多或较少的区域。如俯视图中所示，可围绕 基板支撑件100的中央轴402设置加热区域108。一或多个加热区域108可包 括：第一加热区域404，第一加热区域404具有自中央轴402沿着第二构件106 的上表面延伸的第一半径406(例如，中央区域)；第二加热区域408(例如，中 间区域)，第二加热区域408围绕第一加热区域404；及第三、第四、第五与第 六加热区域410(例如，多个外部区域)，第三、第四、第五与第六加热区域410 设置围绕第二加热区域408。在某些实施例中，且如图所示，四个加热区域410 各自可对应至基板支撑件100的外部区域约四分之一部分。在某些实施例中， 可提供温度监测装置(例如，上述的温度监测装置120)以感应对应于各个区域 (或各个区域中所需位置)中温度的数据。在某些实施例中，各个温度监测装置 是RTD。各个温度监测装置可耦接至控制器(例如，上述的控制器122)，以提 供针对各个相应加热区域108的反馈控制。

回到图1，冷却通道110可耦接至冷却源128，冷却源128可提供冷却剂 至冷却通道110。举例而言，冷却剂可为液体或气体，诸如水、惰性气体或类 似物。冷却通道110可相互连接，或者，冷却通道110可被排列成多个区域。 所述区域可重叠于一或多个加热区域108的一或多个。举例而言，各个加热区 域108可具有相应的冷却区域，或者冷却区域可与多个加热区域108有所关联 或者冷却区域可设置在多个加热区域108附近。可如所需般将冷却剂分散至各 个冷却剂通道，或者用相似于针对加热区域108如上描述的方式，响应温度监 测装置120的一或多个提供的温度信息将冷却剂分散至各个冷却剂通道。举例 而言，可用相似于针对加热区域108如上描述的方式，通过控制器122控制冷 却剂源128至冷却剂通道的冷却剂输送。举例而言，可控制冷却剂的温度、流 量之类以如所需般自基板支撑件移除热，以控制设置于基板支撑件100上的基 板的热分布。

基板支撑件100的紧密设计、调整基板103上温度非均匀性的加热与冷却 的可调整性与主动冷却机制(例如，冷却剂通道110与相关的冷却剂装置)的存 在可促进下列一或多种：加热基板、维持基板的温度、快速改变基板的温度， 或者均匀地散布热至基板或均匀地自基板移除热。

第二构件106可包括一或多个由相同或不同材料构成的层。举例而言，第 二构件106的多个非限制性变化描绘于图3A-C中所示的实施例中。举例而言， 如图3A中所示，冷却通道110与加热区域108的位置可与图1中所描绘的第 二构件106的实施例相反。如图1中所描绘，加热区域108可位于冷却通道 110与第一构件102之间。或者，如图3A中所描绘，冷却通道可设置在加热 区域108与第一构件102之间。在某些实施例中，一或多个冷却通道110的各 个冷却通道110可设置于平行于第二构件106的第一表面130、邻近第一构件 102的平面方向中。同样地，在某些实施例中，一或多个加热区域108的各个 加热区域108可设置于平行于第二构件106的第一表面130的平面方向中。如 上所述，虽然将加热区域108与冷却通道110描绘成平行于上表面130且沿着 第二构件106均匀地分布，但加热区域108与冷却通道110可采取任何适当的 设置以提供基板103上所需的温度分布。举例而言，可相对于上表面130交错 加热区域108及/或冷却通道110及/或非均匀地分布加热区域108及/或冷却通 道110。

在某些实施例中，第二构件106可由第一层132与第二层134所形成。如 图3B中所描绘，第一层132可包括各个一或多个加热区域108，其中加热区 域108各自设置邻近于第一层132的上表面133或设置于第一层132的上表面 133上。举例而言，各个加热元件124可如图3B中所示般嵌于第一层132中。 或者，举例而言，可通过印刷加热元件124于上表面133上或通过另外适当的 光刻或沉积技术，将各个加热元件124设置于第一层132上(未图示)。同样地， 举例而言，当第二构件106由单一层所形成时(未图示)，可将一或多个加热元 件124设置于第二构件106的上表面130上。举例而言，可由适当的工艺相容 材料形成第一层132，适当的工艺相容材料诸如下列的一或多种：AlN、Si₃N₄、 (可自Corning Incorporated取得的可加工玻璃-陶瓷，包括硼硅酸盐 玻璃基质中的氟金云母)、(可自Schott AG取得的玻璃-陶瓷)、不 锈钢或类似物。举例而言，第一层132可为多层或层压结构，举例而言，多层 或层压结构包括多个上列的工艺相容材料。

第二层134可具有多个冷却通道110，多个冷却通道110可如图3B中所 示般设置于第二层134的上表面135中。或者，多个冷却通道可设置于第二层 134的内部中(未图示)。可由适当的工艺相容材料形成第二层134，适当的工 艺相容材料诸如下列的一或多种：AlN、Si₃N₄、不 锈钢或类似物。举例而言，第二层134可为多层或层压结构，举例而言，多层 或层压结构包括多个上列的工艺相容材料。

在某些实施例中，第一层132可设置于第二层134上方。举例而言，如图 3B中所图示，设置在第一层132的上表面133上的各个加热区域108可接触 第一构件102的下表面，然而，直接接触第一构件102的下表面并非必需的。 再者，如图3B中所图示，第二层134的上表面135(具有冷却通道110设置于 第二层134的上表面135中)可接触第一层132的下表面，虽然直接接触并非 必需的。因此，第一层132的上表面133接触第一构件102的下表面。接触可 为直接的(如图示)或非直接的(例如，存在有某些介入层)。第二层134的上表 面135接触第一层132的下表面136。接触可为直接的(如图示)或非直接的(例 如，存在有某些介入层)。

或者，可如图3C中所图示的将第二层134设置在第一层132上方。举例 而言，如图3C中所图示，第二层134的上表面135可接触第一构件102的下 表面。加热元件124可嵌于第一层132中或设置在第一层132的上表面133 上，且加热元件124可接近接触第二层134的下表面138或接触第二层134 的下表面138。

因此，本文已经公开基板支撑件的实施例。本发明的基板支撑件可有利地 促进下列一或多种：加热基板、维持基板的温度、快速改变基板的温度，或者 均匀地散布热至基板或均匀地自基板移除热。

虽然上述针对本发明的实施例，但可在不悖离本发明的基本范围下设计出 本发明的其它与更多实施例。