用于衬底处理系统的包含蒸气室的基座

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月28日申请的美国临时申请No.62/772,364的权益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于衬底处理系统的基座温度控制系统。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统典型上包含具有基座的处理室。例如半导体晶片之类的衬底可以布置在基座上。例如在化学气相沉积(CVD)工艺中，可引入气体混合物到处理室中，以在衬底上沉积膜或蚀刻衬底。在某些情况下，可以使用等离子体。期望可以在处理期间控制基座及衬底的温度，以改善蚀刻或沉积的均匀性。

为了提高温度均匀性，有些系统使用了多个加热器嵌入在基座的不同加热区域中。例如，加热器可布置在基座的不同半径处。热电耦可以用来监测加热区的温度。控制系统对供应至每个加热区的功率进行控制，以基于在不同区域的基座所测得的温度而产生温度均匀性。如果未能实时执行感测，不同类型的工艺就可能需要进行不同的加热器校准。用于加热器的控制系统可能是昂贵的，并且可能将故障点引入衬底处理系统。

尽管使用了不同的加热区，但仍可能会出现局部温差。为了进一步提高温度均匀性，有些系统已经增加到多达30个加热器，以实现高水平的温度均匀性，由此却增加了成本和复杂性。这些系统可能仍无法实现所需程度的温度均匀性。

发明内容

一种用于衬底处理系统的衬底支撑件包含基座，基座包含上表面和下表面。蒸气室配置在所述基座和基板之间，限定蒸气室腔并且包含配置于所述蒸气室腔内的表面上的多个毛细结构。

在其他特征中，所述基板包含与所述蒸气室的下表面热连通的流体通道。所述流体通道被布置成螺旋图案。盖布置在所述流体通道上方且与所述蒸气室的所述下表面相邻。工作流体位于所述蒸气室中，所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的所述下表面上，且进一步包含流体供应源，所述流体供应源被配置成供应具有比所述工作流体温度高的流体至所述流体通道，以使所述多个毛细结构上的所述工作流体蒸发并且凝结于所述蒸气室腔的较冷表面上。

在其他特征中，工作流体位于所述蒸气室中，所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的上表面上，且来自所述基座的热能会使得所述多个毛细结构上的所述工作流体蒸发并凝结于所述蒸气室腔的较冷表面上。流体供应源被配置成供应具有比所述工作流体温度较低的流体至所述流体通道。所述多个毛细结构布置于所述蒸气室腔的下表面、上表面和侧壁中的至少一者上。

在其他特征中，所述蒸气室执行加热，且所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的下表面上。

在其他特征中，所述蒸气室执行冷却，且所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的上表面上。所述多个毛细结构利用毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含芯吸材料，所述芯吸材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含织物，所述织物通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含烧结粉末材料，所述烧结粉末材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含沟槽式材料，所述沟槽式材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。

一种用于衬底处理系统的衬底支撑件的蒸气室包含：主体，其包含限定蒸气室腔的上表面、下表面和侧壁。多个毛细结构布置于所述蒸气室腔内的上表面、下表面和侧壁中的至少一者上。所述蒸气室被配置成布置于所述衬底支撑件的基座与基板之间。

在其他特征中，工作流体位于所述蒸气室中。所述蒸气室供应热能至所述基座。所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的下表面上，以使所述工作流体蒸发并使所述工作流体凝结于所述蒸气室腔内的较冷表面上。

在其他特征中，工作流体位于所述蒸气室中，所述蒸气室执行对所述基座的冷却，以及所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的上表面上，以使所述工作流体蒸发并使所述工作流体凝结于所述蒸气室腔内的较冷表面上。

在其他特征中，所述多个毛细结构包含芯吸材料，所述芯吸材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含织物，所述织物通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含烧结粉末材料，所述烧结粉末材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含沟槽式材料，所述沟槽式材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。

一种用于制造衬底处理系统的衬底支撑件的方法包含：限定位于蒸气室主体内的蒸气室腔；将多个毛细结构布置于所述蒸气室腔内的表面上；以及将所述蒸气室主体布置于基座与基板之间。

在其他特征中，所述方法包含限定位于所述基板中的流体通道，其中所述流体通道与所述蒸气室主体的下表面热连通。所述方法包含将所述流体通道布置成螺旋图案。所述方法包含将盖布置在所述流体通道上方且与所述蒸气室的所述下表面相邻。

在其他特征中，所述方法包含：将所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的下表面上；以及在所述蒸气室主体内供应工作流体。所述方法包含：将所述多个毛细结构布置于所述蒸气室的上表面上；以及在所述蒸气室主体内供应工作流体。

在其他特征中，所述多个毛细结构包含芯吸材料，所述芯吸材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含织物，所述织物通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含烧结粉末材料，所述烧结粉末材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。所述多个毛细结构包含沟槽式材料，所述沟槽式材料通过毛细作用使所述蒸气室腔中的工作流体移动。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。

附图说明

根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1是根据本公开内容的包含蒸气室的基座的部分透视图；

图2是根据本公开内容的包含蒸气室的基座的横截面图；以及

图3是根据本公开内容的包含蒸气室的基座的部分横截面图。

在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

根据本公开内容，使用布置在基座下方的蒸气室来控制基座的温度。

现在参考图1、2和3，基座温度控制系统10包含基座12以及布置成控制基座12温度的蒸气室14。在一些示例中，基座12包含具有电镀的外表面的陶瓷基础材料。在一些示例中，该陶瓷材料包含铝氮化物(AlN)，但也可以使用其他材料。在一些示例中，基座可以是静电卡盘，其在衬底处理期间使用静电电荷将衬底保持在适当的位置，但可以使用机械式或其他类型的卡盘。

在一些示例中，蒸气室14限定了蒸气室腔15，蒸气室腔15为盘状或扁平柱状腔的形式。蒸气室14的蒸气室腔15是由上表面20、下表面22以及围绕在扁平柱状开口的外周布置的侧壁24所限定。位于蒸气室14中的工作流体根据需要而在蒸气室14内提供加热或冷却，以增加温度均匀性。

下表面22的面向内的一侧包含多个毛细结构26。仅作为示例，毛细结构26可包含芯吸材料、织物、例如金属或非金属粉末之类的粉末材料、沟槽式或其它能够藉由毛细作用而使流体移动的结构。在一些示例中，将金属粉末烧结至蒸气室14的下表面22的内侧。如可以理解的，毛细结构26也可以形成在上表面20的内侧上和/或侧壁24的内侧上。

基部32可以布置在蒸气室14下方。在一些示例中，基部32可以由铝制成。基部32可限定流体通道40-1、40-2...及40-P，其中P为整数(统称为流体通道40)。仅作为示例，流体通道40可以以螺旋图案或任何其他合适的图案布置。水或另一种类型的流体可在流体通道40中流动以提供加热或冷却。流体通道40的顶部可以由盖44包住。在一些示例中，盖44被焊接在适当位置以密封流体通道40。

可以使用控制器、一或多个阀、一或多个泵以及热电偶来控制加热和/或冷却的流体源。例如在图1中，可以使用温控流体供应源62、泵64和阀68将高于或低于工作流体温度的预定温度的流体供应到流体通道40。

可以设置一或多个线圈50以向基部32供应热能。连接器52可以从基部32的径向内部连接到与基座的外周缘相邻的一或多个线圈50。气体(“背侧气体”)可以经由通道60被供应到搁置在基座12上的衬底。升降销组件(未示出)可以用于从基座12提升衬底。

在操作中，蒸气室14包围着工作流体。例如，可以通过经加热的流体源供应比蒸气室14的下表面22热的另一流体至流体通道40。流体通道40中的流体就供应热能至蒸气室14的下表面22。位于蒸气室14中在下表面22上的工作流体会汽化。蒸气便会在蒸气室14内均匀散出，并在较低温度的较冷表面上凝结。该作用会提高这些较冷表面的温度。同时，毛细结构26上的工作流体会取代会蒸发的工作流体。在该示例中，该工作流体的加热作用将倾向于使蒸气室14中的所有表面具有更均匀的温度。

如能理解的，蒸气室14也可以执行冷却。在该应用中，毛细结构被布置在蒸气室的顶表面上而不是底表面上。例如，可以通过经冷却的流体源供应比蒸气室14的下表面22冷的另一流体至流体通道40。流体通道40中的流体就使蒸气室14的下表面22冷却。位于蒸气室14的下表面22上的工作流体凝结而成为液体。该液体通过毛细作用而移动到蒸气室14中的较热表面上，并在处于较高温度的较热表面上蒸发。该作用会降低这些较热表面的温度。同时，毛细结构26上的工作流体会取代会蒸发的工作流体。在该示例中，该工作流体的冷却作用将倾向于使蒸气室14中的所有表面具有更均匀的温度。

根据本公开内容，其通过在以高速率传导热的基座12的表面下方创建一个非常高的导热率的密封蒸气室来实现基座表面上的温度均匀性。仅举例来说，热可在8,000-20,000瓦每米开尔文(W/mK)的速率下传导。请注意，铝的传导率为约200W/mK。

在使用上，携带热能的蒸气会自动沉积在蒸气室内的较低温度的表面上，或者甚至是表面的部分上，从而形成被动且连续地寻求热均匀性的系统。工作流体(例如水、酒精或其他流体)可以变化，以使其适合于基座和/或用于制造蒸气室的材料所需的温度范围。因此减少或消除了对许多加热区的需求。

以上描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开内容、其应用或用途。本公开内容的广泛教导可以以多种形式实现。因此，尽管本公开内容包含特定示例，但是本公开内容的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和随附的权利要求之后，其他修改方案将变得显而易见。如本文所使用的，术语A、B和C中的至少一者应使用非排他性的逻辑“或(OR)”来解释为表示逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开内容的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法内的一或多个步骤。