本领域普通技术人员能够理解，这里的讨论只是示例性实施方式的描述，而无意限制本公开的更广泛的方面。
本公开总体上涉及工件支撑，该工件支撑不仅能够保持工件，还能够在工件在处理室中被处理时，影响工件的温度。工件的温度由多个流体区域控制，该多个流体区域产生在工件和工件支撑的上表面之间。流体，比如具有期望的热传导特性的气体供给到流体区域，在与流体区域相对的工件表面部分和气体之间，该流体区域导致热传递的发生。通过控制在每一个流体区域中的压力，热传递的量可以变化。以这种方式，可以在特定的位置对工件的温度进行调节。
根据本公开，至少一些流体区域相对于工件位于不同的方位角位置。在过去，已经提出包括用于控制热传递的多个压力区域的工件支撑。然而，具有环形外形的区域仅允许以轴对称方式对温度进行一些控制。然而，本发明者已经发现工件很少轴对称地加热或冷却。相反地，通常当工件被处理时，工件的温度沿径向和方位角变化。由于许多因素，温度的不一致可能发生。例如，由于工件加热和冷却的方式，在不同的方位角位置的工件温度可以改变。此外，工件支撑接触工件的方式也可以导致工件的温度以非轴对称的方式在工件的表面上变化。
因此，本公开的工件支撑设计成在径向和角度方向上提供工件的温度控制。
参考图1，例如，示出根据本公开制成的工件处理系统的一个实施方式。在图1中阐明的实施方式中，系统包括处理室9。处理室9包括工件处理台13。工件处理台13包括根据本公开制成的工件支撑12。图1中示出的处理室包括用于处理工件比如半导体晶片的处理台13。然而，应当理解，在其它的实施方式中，处理室9可以包括多于一个的处理台。
如所示，处理室13包括处理区域14。在图1示出的实施方式中，处理区域14与隔离阀17连通。隔离阀17打开和关闭，以便更换工件。隔离阀17密封于处理室壁10。
在示出的实施方式中，工件支撑12包括静电卡盘的作用。静电卡盘构造成产生将工件保持在工件支撑的上表面的静电力。更具体地，通过在静电卡盘和工件之间施加一个，单极，或两个，双极，高直流电压，静电卡盘运行。如下面将会更详细地描述，工件支撑12可以包括实现静电卡盘功能的电介质材料的上层。
在一个实施方式中，单个单极直流电压在电介质的上表面引起正电荷，该正电荷吸引在工件中的负电荷。这种电荷关系在工件支撑的上表面和工件之间产生吸引的、基本上一致的库仑引力。然而，应当理解，本公开的教导和原理也适用于其它的不一定包括静电卡盘的工件支撑。
在另一个实施方式中，两个，双极直流电压引起在电介质层的一个侧面上的正电荷和负电荷。这些电荷在工件支撑的上表面和工件之间产生库仑引力。
处理台13构造成接收在工件支撑上的工件。一旦工件比如半导体晶片装载进处理室，对于工件，为了经历期望的物理和/或化学变化，工件经受能量源。例如，可以用于处理工件的能量源可以包括离子源、反应化学源、热源、等离子体源，或它们的组合。可以用于使工件经受能量的热源包括光能源，比如等离子弧光灯、卤化钨灯、微波加热器、感应加热器、电阻加热器，或它们的组合。
在图1示出的实施方式中，处理室10包括用于使工件经受等离子体的等离子体源。等离子体由一个或多个感应线圈40供应，该感应线圈40与射频阻抗匹配器(未图示)和射频电源(未图示)连通。
参考图2，示出工件支撑12的另一个横截面图。如图所示，工件支撑12包括由电介质部20限定的工件接收表面18。电介质部20位于基座的顶部，在这个实施方式中，该基座包括位于第二基座部15上的第一基座部22。基座部22和15由任何合适的金属材料或陶瓷材料制成。例如，在一个实施方式中，基座部22和15可以由铝制成。工件支撑12附在工件支撑基架57上。基架的目的是提供坚硬的机械支撑给工件支撑12，并提供与处理室9的热隔离和电隔离。
在一个实施方式中，基座部22和15可以液态冷却。在这点上，工件支撑12可以限定多个热控流体通道24。参考图7，例如，示出基座的一个实施方式，该实施方式示出热控流体通道24。如图2所示，热控流体通道24与主热控入口导管26连通。热控流体比如水供给主热控入口导管26，用于在热控流体通道24中循环。未示出，工件支撑还可以包括热控流出导管。例如，在流动经过热控流体通道24后，热控流体可以流入热控流出导管。在一个实施方式中，从热控流出导管，热控流体可以供给经过换热器，并向后再循环经过热控流体通道。
如上所述，电介质部20位于基座部22的顶部，并限定工件接收表面18。电介质部20可以由任何合适的电介质材料制成，比如陶瓷材料。电介质部可以包括多个电介质材料层，或包括单个层。
在图2示出的实施方式中，例如，电介质部20包括位于更厚的第二电介质层30的顶部上的第一电介质层28。例如，第一电介质层28可以具有大约0.4mm到大约1mm的厚度，而第二电介质层30可以具有大约2mm到大约5mm的厚度。
在一个实施方式中，为了形成静电卡盘，如图6所示，双极电极阵列32可以位于第一电介质层28和第二电介质层30之间。如图2所示，电极阵列32可以位于与直流电源34连通。通过单个直流电源或两个独立的电源，可以提供两个不同的直流电压。直流电源34供应产生电场必须的电压，该电场用于在工件接收表面18和保持在表面上的工件之间产生静电引力。由直流电源产生的电压量可以用于调节静电引力量。此外，当需要从工件支撑移走工件时，可以关掉直流电源，从而没有电压产生，或者可以产生于起始电压相反的电极电压。直流电压通常从大约500伏变化到大约2000伏。
如图2所示，工件支撑12还可以与射频导管36连通，该射频导管36与射频阻抗匹配器(未图示)连通用于供应射频偏置功率给工件，该射频阻抗匹配器与射频电源38连通。
在可替换的实施方式中，射频电源38可以通过与射频导管36连通的射频阻抗匹配器(未图示)耦联于工件支撑12。在这个实施方式中，没有额外的射频功率供应给处理台13。
在可替换的实施方式中，没有射频电源耦联于工件支撑12。
在处理工件期间，射频电源将离子和电子制造成等离子体，用于期望的与工件前表面的化学反应。在另一方面，当离子撞击工件的上表面时，射频偏置功率提供对离子具有的能量的独立控制。
射频电源和直流电源都可以利用任何适合的技术接地。在一个实施方式中，例如，射频电源和直流电源都可以接地到与处理室连通的电极上。
在示出的实施方式中，处理室利用感应耦联射频功率产生并维持工件处理必须的等离子体。通过也作为静电卡盘的工件支撑12，射频偏置功率电容性地耦联于等离子体。
为了在工件接收表面18装载和卸载工件，工件支撑12可以包括任何合适的安装装置。例如，在一个实施方式中，工件支撑可以包括多个顶杆，该多个顶杆可以用于在工件接收表面上正确放置工件，并在工件接收表面上升高和降低工件。在这点上，如图2显示的工件支撑12可以包括多个用于顶杆组件的杆通道41。在一个实施方式中，例如，工件支撑12可以包括用于容置3个杆的3个杆通道。
根据本公开，工件支撑12还包括多个形成在工件接收表面18上的流体区域，该多个流体区域意在允许改变位于工件支撑上的工件的温度。流体区域与流体供应连通，该流体供应用于在特定的压力下供应流体给区域。供给区域的流体可以是任何具有合适的热传导特性的流体。比如，在一个实施方式中，流体可以包括气体，比如氦或氢。
根据本公开，至少某些流体区域在工件接收表面位于不同的方位角位置。总体地，流体区域意在允许不仅在径向上，还在方位角方向上对工件的温度控制。
例如，参考图3和图5，示出根据本公开制成的工件支撑的一个实施方式。参考图3，例如，工件支撑12的工件接收表面18限定中心流体区域42，在这个实施方式中，由3个外围流体区域44、46和48环绕该中心流体区域42。流体区域被脊条56分开。脊条56意在与位于工件接收表面18上的工件后表面形成密封。脊条56可以由与用于形成工件接收表面的材料相同的材料制成，或者可以由不同的材料制成。脊条56的上表面形成工件接收表面18。
参考图5(a)和图5(b)，示出在图3中示出的工件支撑12的横截面图。在图5(b)示出的实施方式中，示出位于工件接收表面18上的工件60比如半导体晶片，而在图5(a)中，工件60被移走。如上所述，脊条56与工件60形成密封。因此，形成不连续且独立的流体区域。在附图中，示出中心流体区域42以及外围流体区域44和46。
为了确保当工件60与工件接收表面18接触时保持平坦的表面，中心区域42也可以包括多个支撑支柱41，该多个支撑支柱41分布在中心区域以支撑工件60。这些支撑支柱41具有和脊条56的高度相等的高度。支撑支柱41的顶部通常具有小的圆形接触区域，该圆形接触区域接触工件60的后表面。支撑支柱41的上表面是工件接收表面18的附加组件。
为了将流体流进区域，中心流体区域42与流体供应62连通，这也示出在图2的横截面图中。也如图5(a)和图5(b)所示，流体区域44与流体供应64连通，而流体区域46与流体供应66连通。如下面将更详细地描述，可以独立于其它区域地控制每一个区域中的压力。
在处理期间，热传导流体，比如氦气，氢气等等，在选定的压力下供给每一个区域。因此，流体区域抵靠着工件60的后表面被加压。热传导流体可以包括流体的混合和单个流体。增加流体的压力将增加在流体和工件之间发生的热传导量。例如，当将气体供给进流体区域时，区域内的气压可以从大约1托变化到大约800托。
如图3所示，在示出的实施方式中，工件支撑包括由外围区域环绕的、相对大的、位于中心的流体区域。在一些应用中，例如，在工件区域的中心部分，动力输入和冷却本体的空间分布通常是平的。因此，在一些应用中，只有单个的中心流体区域可能需要足够的温度控制。
然而，更强的冷却和温度不一致可以发生在工件的外围区域。本发明者已经发现温度的无规律不仅可以发生在某些径向位置，还可以发生在不同的方位角位置或角位置。因此，根据本公开，工件支撑12包括多个位于不同方位角位置的独立的流体区域。例如，在图3中示出的实施方式中，外围流体区域位于外围带上。接着，外围带划分成外围流体区域44、46和48。通过相对彼此改变在外围流体区域中的压力，可以解决和纠正由能量输入不一致和温度分布不一致引起的方位角温度不一致。
在图3中示出的实施方式中，外围带被划分成具有基本上相同的外形和表面面积的3个流体区域。然而，应当理解，外围带可以划分出更多或更少的流体区域。例如，如图3所示的外围带可以划分成大约2个流体区域到12个流体区域，或者甚至更多。
此外，外围流体区域不一定必须具有相同的表面面积和外形。外围流体区域的尺寸和外形可以变化，并适合特定的应用。例如，在一个实施方式中，所有的外围流体区域可以具有不同的外形和尺寸。仍在其它的实施方式中，某些外围流体区域可以具有相同的尺寸，而其它的外围流体区域可以具有不同的尺寸。
例如，参考图8至12，示出工件支撑的工件接收表面的多种其它的实施方式。相同的附图标记已经用于表示类似的元件。例如，图8示出类似于图3中示出的工件接收表面18的工件接收表面。在图8中示出的实施方式中，工件接收表面18包括6个外围流体区域44、46、48、50、52和54，而不是三个外围流体区域。如图所示，每一个流体区域被脊条56分开。
在另一方面，图9和图10示出具有矩形外形的工件支撑12的工件接收表面18。例如，如图9和图10所示的工件接收表面18可以用于处理矩形工件或基板。在图9和图10中，每一个工件接收表面18包括被外围流体区域44、46、48和50环绕的中心流体区域42。在图9中，外围区域都具有矩形外形，并且都近似地具有大约相同的表面面积。
在图10中，在另一方面，外围流体区域44、46、48和50具有不同的尺寸。特别地，外围区域46和50大于外围区域44和48。外围区域被对角线脊条56彼此分开。
参考图11和图12，仍示出示出工件支撑12的工件接收表面18的其它的实施方式。在图11和图12中示出的实施方式中，中心流体区域42具有多边形外形。特别地，中心流体区域42的外形为六边形。
在图12中，中心流体区域42被外围流体区域44、46、48、50、52和54环绕。所有的外围流体区域通常具有相同的外形和表面面积。
在图11中，在另一方面，中心流体区域被外围流体区域环绕，其中，一个外围流体区域具有比其它的区域的尺寸大的尺寸。如图所示，中心流体区域42被外围流体区域44、46、48、50和52环绕。外围流体区域44的尺寸通常是其它的区域的两倍。
流体供给每一个流体区域的方式可以取决于流体区域的数量和供给区域的特定的流体。只出于示例性的目的，参考图4，示出流体供应系统的一个实施方式。如图所示，系统包括流体入口70，该流体入口70可以布置成与储液器(未图示)连通。例如，当将气体供给流体区域时，流体入口可以布置成与被加压的气源连通。
如图所示，流体入口70与阀装置72比如气动调节阀连通。从阀72，流体入口70分成第一流体管线74和第二流体管线76。第一流体管线74包括流量计78和节流阀79，以及压力传感器80。从压力传感器80，流体管线供给进流体供应62，用于供应流体给如图3所示的中心流体区域42。
相似地，第一流体管线76也包括流量计82和节流阀83，以及压力传感器84。从压力传感器84，流体管线供给进流体供应64，用于供应流体给例如一个流体区域。可以看出，取决于包括在工件支撑的工件接收表面中的不同的流体区域的数量，流体供应系统也可以包括流体管线。
如图4所示，流体供应还可以包括控制器96。如其中所使用，“控制器”意在涵盖带有单个控制器的系统，或包括多个用于每一个组件的控制器的系统。例如，控制器96可以包括一个或更多电子设备，比如一个或多个微处理器，或一个或多个可编程序逻辑单元。控制器96可以布置成与流量计78和82、节流阀79和83，以及压力传感器80和84连通。
在处理期间，在一个实施方式中，控制器96可以以给定的压力设定值先编程，或可以构造成基于不同的参数计算压力设定值。接着，控制器96可以用于控制可变孔板节流阀79和83，从而可以由压力传感器80和84表示的气体压力基本上等于压力设定值。
如图4所示，在一个实施方式中，流体供应系统可以包括分别与流体管线74和76连通的固定节流孔90和92。固定节流孔90和92也在下游与流体管线94连通。在一些实施方式中，尤其是当流体区域以处理室内的工件形成流体密封时，可以期望为了达到由控制器96设置的压力设定值，小量的流体流动经过阀83和79。因此，为了使压力控制变得容易，在一个实施方式中，流体供应系统可以包括固定节流孔90和92。
在图4中示出的实施方式中，流体供应系统包括用于两个分开的区域的独立的控制电路。特别地，流量计78、节流阀79以及压力传感器80可以用于控制中心流体区域42内的气体压力。在另一方面，节流阀83、流量计82以及压力传感器80可以用于控制一个工件接收表面的外围区域内的压力。在一个实施方式中，在工件接收表面18上的每一个流体区域可以与分开的独特的流量计、节流阀以及压力传感器连通，用于单独控制每一个流体区域。每一个流体区域需要的控制量可以取决于多种因素和特定的应用。
流体从流体供应系统进入流体区域并在区域内重新分布的方式可以取决于静电卡盘的其它元件的位置和细节，并且对本发明而言是不重要的。
在一个实施方式中，如图1显示的工件处理系统可以包括一个或更多温度测量装置，该一个或更多温度测量装置构造成感应和监控在处理室内的工件的温度。通常，可以适用任何合适的温度测量装置。例如，可以使用的测量装置包括高温计、热电偶、电热调节器、光纤温度传感器等等。
在一个实施方式中，晶片处理系统可以包括多个构造成在多个位置测量工件的温度的温度测量装置。在这个实施方式中，例如，可以使用高温计测量工件的温度，而不与工件接触。例如，高温计可以测量在流体区域所在的每一个位置上的工件的温度。
温度测量装置可以布置成与如图4所示的控制器96连通。基于从从温度测量装置接收的信息，控制器96可以构造成控制在每一个流体区域中的压力。以这种方式，基于由温度测量装置感应的温度，可以在方位角位置调节工件的温度。
例如，控制器96可以以开环方式、闭环方式或基于模型方式运行。例如，在开环系统中，可以在处理室中首先处理代表性的工件。在处理期间，可以在多个的位置监控工件的温度。基于从温度测量设备接收的信息，控制器可以编程以控制每一个流体区域的温度，用于处理类似的工件。
可替换地，控制器可以构造成基于在闭环装置中的实时温度测量，在处理每一个工件期间，控制流体区域的压力。
出于不同原因，可以使用流体区域控制工件的温度。例如，在一个实施方式中，流体区域可以用于更一致地加热在处理室内的工件。然而，在另一个实施方式中，可以期望以不一致的方式加热工件。例如，在一些处理中，期望在工件表面上有特定的温度分布，而不是一致的温度分布。
在图1中示出的实施方式中，如上所述，工件处理系统包括用于执行不同的处理的等离子体源。如图所示，例如，处理室包括用于将反应物引入室的开口11。可以将任何合适的反应物传输系统并入室中。例如，在一个实施方式中，喷头可以放置在开口11内。
除了反应物传输系统，当需要时，处理室也可以与泵送装置连通，用于把流体比如气体泵送出室。另外，泵送装置可以在处理室内产生真空或近似真空环境。例如，处理室特别适合在小于大约500托的压力下执行处理，比如小于大约5托，比如甚至小于大约0.005托。
然而，应当理解，本公开的工件支撑可以用在其它多种不同种类的处理室中。例如，本公开的教导等同地适用于用于执行化学气相沉积、蚀刻、退火等等的处理室。
本领域的普通技术人员可以实现本发明的这些和其它的更改和变化，而不脱离本发明的实质和范围，这些和其它的更改和变化在所附的权利要求中更具体地提出。另外，应当理解，不同实施方式的各个方面可以全部或部分互换。此外，本领域的普通技术人员会了解前面的描述只是作为实施例，而无意限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。