具有抗等离子体保护层的基板支撑组件的制作方法
具有抗等离子体保护层的基板支撑组件的制作方法
【专利说明】具有抗等离子体保护层的基板支撑组件
[0001]相关申请案
[0002]本专利申请案主张根据专利法于2012年12月4日提出申请的美国临时申请案第61/733，349号的权益，且进一步主张根据专利法于2013年3月15日提出申请的美国临时申请案第61/791，669号的权益。
技术领域
[0003]本发明的实施例大体而言关于具有抗等离子体保护层的基板支撑组件，诸如静电夹盘。
[0004]背景
[0005]在半导体工业中，装置藉由产生大小日益减小的结构的大量制造工艺制造。诸如等离子体蚀刻工艺及等离子体清洗工艺的一些制造工艺将基板暴露至高速等离子体流以蚀刻或清洗基板。等离子体可为高度腐蚀的，且等离子体可腐蚀处理腔室及暴露至等离子体的其他表面。
[0006]概要
[0007]在一个实施例中，基板支撑组件包含陶瓷主体、接合至陶瓷主体的下表面的导热基座及覆盖陶瓷主体的上表面的保护层，其中保护层为纪销石植石(yttrium aluminumgarnet ；YAG)或陶瓷化合物，该陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y 203_Zr02。在一个实施例中，保护层经由离子辅助沉积(1n assisted deposit1n ；IAD)或等离子体喷涂沉积于陶瓷主体的上表面。在另一实施例中，保护层为块烧结陶瓷主体，该块烧结陶瓷主体经由热处理扩散接合至陶瓷主体。
[0008]附图简述
[0009]本发明藉由举例而非限制的方式图示于附图的图式中，其中相同元件符号指示相同元件。应注意，本揭示案中对“一”或“一个”实施例的不同参考不一定为相同实施例，且此等参考意指至少一个实施例。
[0010]图1描绘处理腔室的一个实施例的截面图；
[0011]图2描绘基板支撑组件的一个实施例的分解图；
[0012]图3描绘基板支撑组件的一个实施例的侧视图；
[0013]图4A描绘基板支撑件的一个实施例的分解侧视图；
[0014]图4B描绘基板支撑件的另一实施例的分解侧视图；
[0015]图5图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的一个实施例；
[0016]图6图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的另一实施例；及
[0017]图7图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的又一实施例。
[0018]实施方式详述
[0019]本发明的实施例提供具有保护层的基板支撑组件，该保护层经形成于基板支撑组件的陶瓷主体之上。保护层可提供等离子体抗蚀性用于保护陶瓷主体。保护层可为钇铝石榴石(YAG)或陶瓷化合物，该陶瓷化合物包括Y4Al2O9及固体溶液Y 203-Zr02。藉由保护层提供的改良的抗腐蚀性可提高基板支撑组件的使用寿命，同时减少维护及制造成本。
[0020]应注意，本文参阅诸如静电夹盘(electrostatic chuck ;ESC)的基板支撑组件描述实施例。然而，应理解，实施例亦可应用于经暴露至等离子体的其他结构。举例而言，实施例可应用于等离子体蚀刻器、等离子体清洁器、等离子体推进系统等的陶瓷涂布的环、壁、基座、气体分配板、喷洒头、衬里、衬里套组、遮蔽、等离子体屏幕、流量均衡器、腔室壁、冷却基座等。
[0021]对于应用于上述腔室元件的任何者的本发明的实施例，保护层可为包括Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的复合陶瓷。保护层可经涂覆于现有材料之上(例如，为上涂层)，或保护层可为唯一保护层。尽管已关于包括Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的陶瓷化合物(本文称为复合陶瓷)论述某些实施例，但亦可使用其他抗等离子体陶瓷。此等其他抗等离子体陶瓷可包括纪销石植石(YAG)、氧化纪稳定的氧化错(yttria stabilized zirconia ；YSZ)或各种基于氧化钇的固体溶液。
[0022]图1为半导体处理腔室100的一个实施例的截面图，该半导体处理腔室100具有安置于该半导体处理腔室100中的基板支撑组件148。基板支撑组件148具有陶瓷的保护层136，该陶瓷可为复合陶瓷或其他陶瓷。复合陶瓷由化合物Y4Al2O9(YAM)及固体溶液Y2_xZrx03 (Y2O3-ZrO2固体溶液)组成。保护层136可为由陶瓷粉末或陶瓷粉末的混合物产生的烧结的块陶瓷制品。或者，保护层136可为藉由等离子体喷涂(或热喷涂)陶瓷粉末的混合物产生的等离子体喷涂或热喷涂的层。或者，保护层136可为使用块复合陶瓷靶材或其他块陶瓷靶材沉积的离子辅助沉积(IAD)涂层。
[0023]在一个实施例中，复合陶瓷涂层由化合物Y4Al2O9(YAM)及固体溶液Y2_xZrx03 (Y2O3-ZrO^体溶液)组成。在又一实施例中，复合陶瓷涂层包括62.93摩尔％的Y2O3^23.23摩尔%的IrQ2R 13.94摩尔%的Al 203。在另一实施例中，复合陶瓷涂层可包括在50摩尔％至75摩尔％的范围内的Y2O3、在10摩尔％至30摩尔％的范围内的ZrO2及在10摩尔％至30摩尔％的范围内的Al2O3。在其他实施例中，其他分配亦可用于复合陶瓷涂层。在一个实施例中，复合陶瓷为含有氧化钇的固体溶液，该固体溶液可与Zr02、Al2O3或21*02与Al 203的组合中的一或更多者混合。
[0024]在一个实施例中，陶瓷涂层为由35摩尔%的Y203、65摩尔%的Al2O3组成的钇铝石榴石(YAG)。在另一实施例中，陶瓷涂层可为由30摩尔％至40摩尔％的Y2O3及60摩尔％至70摩尔％的Al2O3组成的YAG。
[0025]处理腔室100包括封闭内部容积106的腔室主体102及盖104。腔室主体102可由铝、不锈钢或其他合适的材料制造。腔室主体102通常包括侧壁108及底部110。外部衬里116可邻近侧壁108安置以保护腔室主体102。外部衬里116可以抗等离子体或抗含卤素气体的材料制造及/或涂布。在一个实施例中，外部衬里116由氧化铝制造。在另一实施例中，外部衬里116由氧化钇、钇合金或钇合金的氧化物制造或涂布。
[0026]排气口 126可经界定在腔室主体102内，且排气口 126可耦接内部容积106至泵系统128。泵系统128可包括一或更多个泵及节流阀，该一或更多个泵及节流阀用于抽空及调节处理腔室100的内部容积106的压力。
[0027]盖104可支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可经打开以允许进入处理腔室100的内部容积106，且盖104可在关闭时提供对于处理腔室100的密封。气体控制板158可耦接至处理腔室100以经由气体分配组件130提供工艺气体及/或清洗气体至内部容积106，该气体分配组件130为盖104的部分。处理气体的实例可用来在处理腔室中处理，该等实例包括诸如C2F6、SF6, SiCl4, HBr, NF3、CF4, CHF3、CH2F3、(:12及SiF 4等的含卤素气体及诸如02或N 20的其他气体。载气的实例包括N2、He、Ar及对工艺气体为惰性的其他气体(例如，非反应性气体)。气体分配组件130可在气体分配组件130的下游表面上具有多个孔132，以引导气流至基板144的表面。另外，气体分配组件130可具有中心孔，在该中心孔处气体经由陶瓷气体喷嘴馈送。气体分配组件130可藉由诸如碳化硅的陶瓷材料、陶瓷材料的块氧化钇制造及/或涂布，以提供对含卤素化学物质的抗性来防止气体分配组件130腐蚀。
[0028]基板支撑组件148安置在气体分配组件130下方处理腔室100的内部容积106内。基板支撑组件148在处理期间固持基板144。内部衬里118可经涂布于基板支撑组件148的周边。内部衬里118可为抗含卤素气体的材料，诸如参考外部衬里116论述的那些材料。在一个实施例中，内部衬里118可由外部衬里116的相同材料制造。
[0029]在一个实施例中，基板支撑组件148包括支撑台座152的安装板162及静电夹盘150。静电夹盘150进一步包括导热基座164及静电圆片166。静电圆片166的上表面藉由保护层136覆盖。在一个实施例中，保护层13 6安置于静电圆片166的上表面上。在另一实施例中，保护层136安置于静电夹盘150的整体表面上，整体表面包括导热基座164及静电圆片166的外部及侧周边。安装板162耦接至腔室主体102的底部110且安装板162包括用于将公用设施(例如，流体、电力线、传感器引线等)布线至导热基座164及静电圆片166的通道。
[0030]导热基座164及/或静电圆片166可包括一或更多个可选嵌入式加热元件176、嵌入式热隔离器174及/或导管168、170以控制支撑组件148的侧向温度分布。导管168、170可流体耦接至流体源172，该流体源172使温度调节流体经由导管168、170循环。在一个实施例中，嵌入式隔离器174可经安置在导管168、170之间。加热器176藉由加热器电源178调节。导管168、170及加热器176可用于控制导热基座164的温度，从而加热及/或冷却静电圆片166及正处理的基板(例如，晶圆)。静电圆片166及导热基座164的温度可使用多个温度传感器190、192监测，温度传感器190、192可使用控制器195监测。
[0031]静电圆片166可进一步包括多个气体通道，诸如沟槽、台面及其他表面特征，该等多个气体通道可经形成在静电圆片166的上表面及/或保护层中。气体通道可经由在静电圆片166中所钻的孔流体耦接至诸如He的热传递(或背侧)气体的来源。在操作中，背侧气体可在受控压力下经提供至气体通道内，以增强在静电圆片166与基板144之间的热传递。
[0032]静电圆片166包括藉由夹持电源182控制的至少一个夹紧电极180。电极180(或安置在静电圆片166或基座164中的其他电极)可进一步经由匹配电路188耦接至一或更多个RF电源184、186，用于保持由处理腔室100内的工艺气体及/或其他气体形成的等离子体。电源184、186通常能够产生RF信号，该RF信号具有自约50kHz至约3GHz的频率及多达约10000瓦特的功率。
[0033]图2描绘基板支撑组件148的一个实施例的分解图。基板支撑组件148描绘静电夹盘150及台座152的分解图。静电夹盘150包括静电圆片166及附着至静电圆片166的导热基座164。静电圆片166具有拥有环状周边222的圆盘状形状，该环状周边222可实质上匹配位于静电圆片166上的基板144的形状及大小。在一个实施例中，静电圆片166可藉由陶瓷材料制造。陶瓷材料的合适实例包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化钛(T1)、氮化钛(TiN)、碳化硅(SiC)及类似物。
[0034]附着在静电圆片166下方的导热基座164可具有圆盘状主要部分224及环状凸缘220，该环状凸缘220自主要部分224向外延伸且位于台座152上。导热基座164可藉由具有热性质的材料制造，该热性质实质上匹配上覆圆片166的热性质。在一个实施例中，导热基座164可藉由金属制造，诸如铝或不锈钢或其他合适的材料。或者，导热基座164可藉由提供良好强度及耐久性以及热传递性质的陶瓷与金属材料的复合物而制造。复合材料可具有热膨胀系数，该热膨胀系数系实质上与上覆圆片166匹配以减少热膨胀失配。静电圆片166的上表面206可以保护层136涂布，且静电圆片166的上表面206可具有外环216、多个台面206、210及在台面之间的通路208、212。
[0035]图3图示静电夹盘150的截面侧视图。参考图3，导热基座164藉由接合材料138耦接至静电圆片166。接合材料138促进在静电圆片166与导热基座164之间的热能交换且接合材料138可减少在静电圆片166与导热基座164之间的热膨胀失配。在一个示例性实施例中，接合材料138将导热基座164机械接合至静电圆片166。在另一实施例中，接合材料138可为导热糊或导热带，该导热糊或导热带具有丙烯酸基化合物及聚硅氧基化合物中的至少一者。在又一实施例中，接合材料138可为具有丙烯酸基化合物及聚硅氧基化合物中的至少一者的导热糊或导热带，该导热糊或导热带具有混合或添加至该导热糊或导热带的金属或陶瓷填充物。金属填充物可为Al、Mg、Ta、Ti或前述各者的组合中的至少一者且陶瓷填充物可为氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、二硼化钛(TiB2)或前述各者的组合中的至少一者。
[0036]石英环146或其他保护环围绕且覆盖静电夹盘150的部分。静电圆片166包括夹紧电极180。保护层136黏附至静电圆片166的上表面。基板144经向下而降低于静电圆片166之上，且经由静电力固定就位。
[0037]保护层136可藉由以下各者涂布:传统大气等离子体喷涂、低压等离子体喷涂(low pressure plasma spray ;LP PS)、真空等离子体喷涂(vacuum plasma spray ；VPS)、物理气相沉积(physical vapor deposit1n ；PVD)、化学气相沉积(chemical vapordeposit1n ;CVD)、离子辅助沉积(IAD)、浸没涂布、溅镀、热喷涂、热均压、冷均压、迭层、压模法、浇铸、压实、烧结或共烧结技术。在一个实施例中，保护层被等离子体喷涂至静电圆片166上。在另一实施例中，保护层136使用离子辅助沉积(IAD)沉积于静电圆片166上。在又一实施例中，保护层136为块烧结复合陶瓷制品，该块烧结复合陶瓷制品经扩散接合至静电圆片166的上表面。
[0038]应注意，用于涂覆保护层136的最佳涂布技术可取决于待涂布的结构的类型。举例而言，诸如静电圆片166、喷洒头或冷却基座的平坦的平整表面可使用任何上述技术涂布。传统的PVD及IAD为在平坦的平整表面上更为成功的涂布技术的两个实例。具有复杂几何形状的部分，诸如衬里、遮蔽、等离子体屏幕、流量均衡器或腔室壁可使用诸如LP PS的等离子体喷涂方法更成功地涂布。
[0039]复合陶瓷及YAG两者皆具有在基板或晶圆的等离子体处理期间耐磨损(归因于由于在基板与静电圆片之间的热膨胀系数失配的相对运动)的高硬度。在一个实施例中，复合陶瓷提供在约5吉帕斯卡(GigaPascal ；GPa)与约20GPa之间的维氏硬度(5Kgf)。在一个实施例中，复合陶瓷为提供约9GPa至1GPa的维氏硬度的块烧结陶瓷。在另一实施例中，块烧结陶瓷提供14GPa至16GPa的维氏硬度。另外，在一个实施例中，复合陶瓷可为具有以下各者的块烧结陶瓷:大约4.90g/cm3的密度、约215MPa的挠曲强度、约1.6兆帕斯卡?米平方根(MPa *m1/2)的断裂韧性、约190GPa的杨氏模数、约8.5X 1(T6/K(20°C至900°C )的热膨胀、约3.5瓦特每毫开耳文(W/mK)的导热性、约15.5 (在20°C及13.56MHz下量测)的介电常数、小于20X 10_4(在20°C及13.56MHz下量测)的介电损耗正切及在室温下大于115欧姆厘米(Ω.cm)的体积电阻率。
[0040]在一个实施例中，块烧结YAG提供在约1GPa与约20GPa之间的维氏硬度(5Kgf)(在一个实施例中，具有15GPa的硬度)。另外，在一个实施例中，块烧结YAG可具有大约4.55克每立方厘米(g/cm3)的密度、约280MPa的挠曲强度、约2.0MPa.m1/2的断裂韧性、约282GPa的杨氏模数、约8.2X 1(Γ7Κ(20?至900°C )的热膨胀、约12.9ff/mK的导热性及在室温下大于114 Ω.cm的体积电阻率。
[0041]涂布性质可类似于用于复合陶瓷及YAG两者的块，且一些涂布性质小于块性质的那些性质。在一个实施例中，IAD涂层硬度对于复合陶瓷为约4GPa。另外，IAD涂布的复合陶瓷可具有高密度及大约0.1%至1.0%的极低孔隙度。IAD涂布的复合陶瓷亦可具有约2500V/密耳的击穿电压、约4.1XlO16Q.cm的体积电阻率、约9.83的介电常数、约4X 10_4的损耗正切及约20.6ff/mK的导热性。
[0042]在一个实施例中，IAD涂层硬度对于YAG为约6吉帕斯卡(GPa)。另外，IAD涂布的YAG可具有高密度及大约0.1%至1.0%的极低孔隙度。IAD涂布的YAG亦可具有约6800V/密耳的击穿电压、约11.3Χ1016Ω.cm的体积电阻率、约9. 76的介电常数、约4X 10_4的损耗正切及约20.1ff/mK的导热性。
[0043]在一个实施例中，等离子体喷涂涂布的陶瓷复合物具有约4.3GPa的维氏硬度(5Kgf)。另外，在一个实施例中，等离子体喷涂的复合陶瓷可具有大约1.5%至5%的孔隙度(在一个实施例中，具有2.5%的孔隙度)、约8父10_71((20°0至900°0的热膨胀、约18.2ff/mK的导热性、在室温下大约1015Ω.cm的体积电阻率、约1050V/密耳的击穿电压及约16.5 X Kr4的损耗正切。
[0044]在一个实施例中，等离子体喷涂的YAG涂层具有约4.6GPa的维氏硬度(5Kgf)。另夕卜，在一个实施例中，等离子体喷涂的YAG涂层可具有大约2.5%至4%的孔隙度(在一个实施例中，具有3.5%的孔隙度)、约7.7 X 1-6A (200CS 900°C )的热膨胀、约19.6ff/mK的导热性、在室温下大约7 X 114 Ω *cm的体积电阻率、约1190V/密耳的击穿电压及约3X 10_4的损耗正切。
[0045]图4A图示静电夹盘400的一个实施例的截面侧视图。静电夹盘400具有称为静电圆片的陶瓷主体410。陶瓷主体410包括嵌入陶瓷主体410内的电极430。在一个实施例中，位于电极430上方的陶瓷主体的上部分435具有大于200微米的厚度(例如，在一个实施例中为5密耳)。陶瓷主体410的上部分的厚度可经选择以提供诸如特定击穿电压的期望介电性质。位于电极430下方的陶瓷主体的下部分440可具有多达约5mm的厚度。在一个实施例中，整体陶瓷主体具有约5_的厚度。陶瓷主体410的下表面接合至导热基座405(例如，金属基座)。多个台面425或凹坑经形成于陶瓷主体410的上表面上。在一些实施例中，台面可为大约10微米至15微米高且直径约200微米。另外，多个孔420经钻孔穿过陶瓷主体410。在一个实施例中，孔420具有约4密耳至7密耳的直径。在一个实施例中，孔藉由激光钻孔形成。孔420可输送诸如氦的导热气体至在台面之间的凹部或导管。氦(或其他导热气体)可促进在基板与陶瓷主体410之间的热传递。
[0046]具有小于约20微米的厚度的薄保护层415沉积于陶瓷主体410的上表面上。在一个实施例中，保护层具有约3微米至5微米的厚度。由于保护层415的薄度，保护层415不堵塞任何的孔420。另外，保护层415保持陶瓷主体410的上表面的相对形状(例如，浮印(telegraphing)台面及在台面之间的凹部的形状)。应注意，在替代实施例中，可在形成保护层415之后(例如，经由激光钻孔)钻孔420。
[0047]保护层415可藉由执行离子束辅助沉积(IAD)而沉积。或者，其他类型的高能粒子可用来辅助沉积，该等高能粒子包括中子原子、自由基及纳米大小的粒子，该等粒子来自诸如等离子体、反应气体的粒子产生源或来自提供沉积材料的材料源。对于IAD，材料源提供沉积材料的通量，同时高能离子源提供高能离子的通量，前述两者皆在整个IAD工艺期间撞击陶瓷主体410。在一个实施例中，用来提供沉积材料的材料源(靶材主体)为块烧结陶瓷复合主体。在另一实施例中，靶材材料预熔融复合陶瓷。在另一实施例中，靶材材料为块烧结YAG。IAD可利用一或更多个等离子体或波束以提供材料及高能离子源。在一个实施例中，高能离子包括非反应物种(例如，Ar)或反应物种(例如，O)中的至少一者。在进一步实施例中，诸如CO及卤素(Cl、F、Br等)的反应物种亦可在形成抗等离子体涂层期间引入，以进一步增加选择性移除大部分最弱接合至保护层415的沉积材料的倾向。示例性IAD方法包括并入离子轰击的沉积工艺，诸如在有离子轰击的情况下的蒸发(例如，活性反应蒸发(activated reactive evaporat1n ；ARE))及派射。任何的IAD方法可在有诸如02、N2,卤素等活性气体物种的情况下执行。
[0048]IAD沉积的保护层415可具有相对低薄膜应力(例如，与藉由等离子体喷涂或溅射产生的薄膜应力相比)。相对低薄膜应力可使得陶瓷主体的下表面极为平整，且在整个陶瓷主体之上的曲率小于约50微米(该整个陶瓷主体直径可为约12英寸)。在一个实施例中，曲率小于约20微米。IAD沉积的保护层可具有小于1%且在一些实施例中小于约0.1%的孔隙度。因此，IAD沉积的保护层为致密结构，该致密结构对于静电夹盘上的应用可具有效能益处。举例而言，IAD沉积的保护层415可具有大于1000V/密耳且在一些实施例中大于1500V/密耳的介电击穿电压。另外，IAD沉积的保护层415可在不首先粗糙化陶瓷主体410的上表面的情况下沉积。由于粗糙化陶瓷主体可减少陶瓷主体410的击穿电压，故在不首先粗糙化陶瓷主体410的情况下涂覆保护涂层415的能力可为有利的。静电夹盘400可既用于Johnson-Rahbek静电夹盘应用又用于Columbic静电夹盘应用。
[0049]图4B图示静电夹盘450的一个实施例的截面侧视图。静电夹盘450具有称为静电圆片的陶瓷主体460。在一个实施例中，陶瓷主体460包括电极485、电极485上方的上部分490及电极下方的下部分495。上部分490可具有大于200微米的厚度(例如，在一个实施例中5密耳)。在又一实施例中，陶瓷主体460具有在约200微米与500微米之间的厚度。陶瓷主体460的下表面接合至导热基座455 (例如，金属基座)。
[0050]陶瓷主体460的上表面接合至保护层465。在一个实施例中，保护层为等离子体喷涂的复合陶瓷。在另一实施例中，保护层为等离子体喷涂的YAG。在任一实施例中，可在将保护涂层465等离子体喷涂至陶瓷主体460的上表面上之前粗糙化陶瓷主体460的上表面。粗糙化例如可藉由珠粒喷击陶瓷主体460而执行。粗糙化陶瓷主体的上表面提供在等离子体喷涂保护层465与陶瓷主体460之间建立机械接合的固定点用于更好黏附。
[0051]保护层465可具有多达约250微米或更厚的喷涂厚度，且保护层465可经往下研磨至近似50微米的最终厚度。或者，保护层可经等离子体喷涂至最终厚度。等离子体喷涂的保护层465可具有约2 0A至4%的孔隙度。在一个实施例中，在电极之上的陶瓷主体460及保护层465的组合厚度足以提供>2500V的总体击穿电压。陶瓷主体460可为例如氧化铝，氧化铝具有约15伏特/微米(V/μπι)的击穿电压。在一个实施例中，陶瓷复合等离子体喷涂的保护层465可具有约30V/ym(或约750V/密耳)的击穿电压。因此，例如，陶瓷主体460可为约250微米厚且保护层可为约50微米厚以具有约5250V的击穿电压。
[0052]在另一实施例中，保护层465为置放于陶瓷主体460的上表面的块烧结复合陶瓷制品或块烧结YAG制品。例如，保护层465可提供作为薄陶瓷晶圆，该晶圆具有近似200微米的厚度。随后执行高温处理以促进在保护层465与陶瓷主体460之间的相互扩散。热处理可为在高达约1400摄氏度至1500摄氏度下持续时间多达约24小时(例如，在一个实施例中，持续时间为3小时至6小时)的热处理。如此可导致在保护层465与陶瓷主体460之间的扩散接合。若陶瓷主体为Al2O3,且保护层由化合物Y4Al2O9 (YAM)及固体溶液VxZrxO3 (Y2O3-ZrO2固体溶液)组成，则将形成Y 3A15012 (YAG)界面层。显着地，过渡层可为非反应性且非多孔层。因此，在使用热处理陶瓷制品的后续处理期间，工艺气体可穿透陶瓷涂层，但不可穿透过渡层。因此，过渡层可防止工艺气体与陶瓷基板反应。藉由扩散接合产生的强黏附允许保护层465牢固地黏附至陶瓷主体且防止保护层465在等离子体处理期间裂化、剥落或剥离。在热处理之后，保护层可经研磨至最终厚度。在一个实施例中，最终厚度可为约200微米。
[0053]在保护层465形成(且在一些实施例中，经研磨至最终厚度)之后，台面480形成于保护层465的上表面。例如，台面可藉由珠粒喷击或盐状喷击保护层465的表面而形成。在保护层465经形成之后，亦可于保护层465及下层陶瓷主体460中钻孔475。参阅图4B描述的实施例可用于Columbic静电夹盘应用。
[0054]图5图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形 成保护层的工艺500的一个实施例。在工艺500的方块505处，提供陶瓷主体。陶瓷主体可为用于静电夹盘的金属化陶瓷圆片。陶瓷主体可含有加热元件、电极、冷却通路及/或其他特征。在方块510处，陶瓷主体的下表面接合至导热基座。
[0055]在方块515处，台面形成于陶瓷主体的上表面。在方块520处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在方块525处，IAD经执行以于陶瓷主体上沉积保护层。保护层可包含如在实施例中先前描述的复合陶瓷或YAG。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之后、在形成孔之后或在沉积保护层之后接合至基座。
[0056]图6图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形成保护层的工艺的另一实施例。在工艺600的方块605处，提供陶瓷主体。在方块610处，陶瓷主体的下表面接合至导热基座。在方块612处，陶瓷主体的上表面经粗糙化(例如，经由珠粒喷击或研磨)。
[0057]在方块615处，保护层经等离子体喷涂(或热喷涂)于陶瓷主体的粗糙化上表面上。保护层可包含如在实施例中先前描述的复合陶瓷或YAG。在方块620处，台面形成于陶瓷主体的上表面。在方块625处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之后、在形成孔之后或在沉积保护层之后接合至基座。
[0058]图7图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形成保护层的工艺的又一实施例。在工艺700的方块705处，提供陶瓷主体。在方块710处，块烧结陶瓷制品涂覆至陶瓷主体的上表面。块烧结陶瓷制品可充当陶瓷主体的保护层。块烧结陶瓷制品可为如在实施例中先前描述的陶瓷复合物或YAG。在方块715处，陶瓷主体及块烧结陶瓷制品经加热至约1400摄氏度至1500摄氏度的温度(共烧)以形成界面层且导致扩散接合。在方块725处，台面藉由珠粒喷击形成于陶瓷主体的上表面。在方块730处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之前、在形成孔之前或在保护层经接合至陶瓷主体之前接合至基座。
[0059]先前描述阐述大量特定细节，诸如特定系统、元件、方法等的实例，以提供本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明的至少一些实施例可在无该等特定细节的情况下实践。在其他情况下，未详细描述或以简单方块图形式呈现熟知元件或方法以避免不必要地模糊本发明。因此，特定细节阐述仅为示例性的。特定实施可与该等示例性细节不同且仍预期在本发明的范畴内。
[0060]遍及本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意指，与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性是包括在至少一个实施例中。因此，遍及本说明书各处的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不一定皆指相同实施例。另外，术语“或”意欲意指包括性的“或”而非排他性的“或”。当在本文使用术语“约”或“近似”时，如此意欲意指所呈现的标称值在±10%内为精确的。
[0061]尽管本文中方法的操作以特定顺序图标且描述，但每一方法的操作顺序可改变，以便可以相反顺序执行某些操作或以便可至少部分地、与其他操作同时地执行某些操作。在另一实施例中，不同操作的指令或子操作可以间歇性方式及/或交替方式进行。
[0062]应理解，上文描述意欲为说明性而非限制性。对于本领域技术人员而言，许多其他实施例在本领域技术人员阅读且理解上文描述之后将显而易见。因此，本发明的范畴应参阅随附权利要求连同此等权利要求授权的等效物的全部范畴一起来决定。
【主权项】
1.一种基板支撑组件，包含: 陶瓷主体； 导热基座，所述导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面；及 保护层，所述保护层覆盖所述陶瓷主体的上表面，其中所述保护层包含钇铝石榴石YAG或陶瓷化合物中的至少一者，所述陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2。2.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层为离子辅助沉积IAD沉积层，所述IAD沉积层具有低于1%的孔隙度、小于20微米的厚度及大于1000V/密耳的击穿电压。3.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体的所述上表面未经粗糙化。4.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体包含多个孔且所述陶瓷主体的上表面包含多个台面，且其中所述保护层浮印所述多个台面且不堵塞所述多个孔。5.如权利要求2所述的基板组件，其中在所述静电圆片的所述下表面之上的曲率小于50微米。6.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层为等离子体涂布沉积层，所述等离子体涂布沉积层具有100微米至300微米的厚度、2%至5%的孔隙度及多达1200V/密耳的击穿电压。7.如权利要求6所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含形成于所述保护涂层的表面上的多个台面，且其中所述基板支撑组件包含穿透所述保护层及所述陶瓷主体的多个孔。8.如权利要求6所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体的所述上表面经粗糙化。9.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含块烧结陶瓷制品，所述块烧结陶瓷制品经由界面层扩散接合至所述陶瓷主体的所述上表面。10.如权利要求9所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体包含Al203且所述界面层包含 Y3Al5O12 (YAG)。11.如权利要求9所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含形成于所述保护涂层的表面上的多个台面，且其中所述基板支撑组件包含穿透所述保护层及所述陶瓷主体的多个孔。12.—种方法，包含以下步骤: 提供陶瓷主体； 将导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面； 执行离子辅助沉积IAD工艺或等离子体喷涂工艺以沉积保护层于所述陶瓷主体的所述上表面，所述保护层包含钇铝石榴石YAG或Y4Al2O9及固体溶液Y 203-Zr02的陶瓷化合物中的至少一者； 形成多个台面于所述陶瓷主体的上表面或所述保护层的上表面的至少一者上；以及 形成多个孔于所述陶瓷主体或所述保护层的至少一者中。13.如权利要求12所述的方法，其中执行所述IAD工艺以沉积所述保护层，其中在执行所述IAD工艺之前所述多个台面形成于所述陶瓷主体的所述上表面上及所述多个孔形成于所述陶瓷主体中，其中所述保护层浮印所述多个台面且不堵塞所述多个孔，且其中所述保护层具有低于1%的孔隙度、小于20微米的厚度及大于1000V/密耳的击穿电压。14.如权利要求12所述的方法，其中执行所述等离子体喷涂工艺以沉积所述保护层，所述多个台面形成于所述保护层的上表面，所述多个孔形成于所述陶瓷主体和所述保护层中，以及所述保护层具有100微米至300微米的厚度、2%至5%的孔隙度及多达1200V/密耳的击穿电压，所述方法还包括在所述等离子体喷涂工艺之前粗糙化所述陶瓷主体的所述上表面。15.一种方法，包含以下步骤: 提供包含氧化铝的陶瓷主体； 将块烧结陶瓷制品涂覆至所述陶瓷主体的上表面，所述块烧结陶瓷制品包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的陶瓷化合物，其中所述块烧结陶瓷制品充当所述陶瓷主体的保护层；及 加热所述陶瓷主体及所述块烧结陶瓷制品以在所述陶瓷主体的所述上表面与所述块烧结陶瓷制品之间形成界面层，其中所述界面层包含来自所述块烧结陶瓷制品的第一元素，所述第一元素已与来自所述陶瓷主体的第二元素反应以将所述陶瓷主体扩散接合至所述块烧结陶瓷制品，所述界面层包含Y3Al5O12(YAG);及 将导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面。
【专利摘要】一种基板支撑组件包含陶瓷主体及接合至陶瓷主体的下表面的导热基座。基板支撑组件进一步包含保护层，该保护层覆盖陶瓷主体的上表面，其中该保护层包含钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet；YAG)或陶瓷化合物中的至少一者，该陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2。
【IPC分类】C04B35/505, H01L21/683
【公开号】CN104904005
【申请号】CN201380070142
【发明人】J·Y·孙, S·撒奇, B·P·卡农戈, V·菲鲁兹多尔
【申请人】应用材料公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】US20140154465, WO2014089244A1
【专利说明】具有抗等离子体保护层的基板支撑组件
[0001]相关申请案
[0002]本专利申请案主张根据专利法于2012年12月4日提出申请的美国临时申请案第61/733，349号的权益，且进一步主张根据专利法于2013年3月15日提出申请的美国临时申请案第61/791，669号的权益。
技术领域
[0003]本发明的实施例大体而言关于具有抗等离子体保护层的基板支撑组件，诸如静电夹盘。
[0004]背景
[0005]在半导体工业中，装置藉由产生大小日益减小的结构的大量制造工艺制造。诸如等离子体蚀刻工艺及等离子体清洗工艺的一些制造工艺将基板暴露至高速等离子体流以蚀刻或清洗基板。等离子体可为高度腐蚀的，且等离子体可腐蚀处理腔室及暴露至等离子体的其他表面。
[0006]概要
[0007]在一个实施例中，基板支撑组件包含陶瓷主体、接合至陶瓷主体的下表面的导热基座及覆盖陶瓷主体的上表面的保护层，其中保护层为纪销石植石(yttrium aluminumgarnet ；YAG)或陶瓷化合物，该陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y 203_Zr02。在一个实施例中，保护层经由离子辅助沉积(1n assisted deposit1n ；IAD)或等离子体喷涂沉积于陶瓷主体的上表面。在另一实施例中，保护层为块烧结陶瓷主体，该块烧结陶瓷主体经由热处理扩散接合至陶瓷主体。
[0008]附图简述
[0009]本发明藉由举例而非限制的方式图示于附图的图式中，其中相同元件符号指示相同元件。应注意，本揭示案中对“一”或“一个”实施例的不同参考不一定为相同实施例，且此等参考意指至少一个实施例。
[0010]图1描绘处理腔室的一个实施例的截面图；
[0011]图2描绘基板支撑组件的一个实施例的分解图；
[0012]图3描绘基板支撑组件的一个实施例的侧视图；
[0013]图4A描绘基板支撑件的一个实施例的分解侧视图；
[0014]图4B描绘基板支撑件的另一实施例的分解侧视图；
[0015]图5图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的一个实施例；
[0016]图6图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的另一实施例；及
[0017]图7图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体上形成保护层的工艺的又一实施例。
[0018]实施方式详述
[0019]本发明的实施例提供具有保护层的基板支撑组件，该保护层经形成于基板支撑组件的陶瓷主体之上。保护层可提供等离子体抗蚀性用于保护陶瓷主体。保护层可为钇铝石榴石(YAG)或陶瓷化合物，该陶瓷化合物包括Y4Al2O9及固体溶液Y 203-Zr02。藉由保护层提供的改良的抗腐蚀性可提高基板支撑组件的使用寿命，同时减少维护及制造成本。
[0020]应注意，本文参阅诸如静电夹盘(electrostatic chuck ;ESC)的基板支撑组件描述实施例。然而，应理解，实施例亦可应用于经暴露至等离子体的其他结构。举例而言，实施例可应用于等离子体蚀刻器、等离子体清洁器、等离子体推进系统等的陶瓷涂布的环、壁、基座、气体分配板、喷洒头、衬里、衬里套组、遮蔽、等离子体屏幕、流量均衡器、腔室壁、冷却基座等。
[0021]对于应用于上述腔室元件的任何者的本发明的实施例，保护层可为包括Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的复合陶瓷。保护层可经涂覆于现有材料之上(例如，为上涂层)，或保护层可为唯一保护层。尽管已关于包括Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的陶瓷化合物(本文称为复合陶瓷)论述某些实施例，但亦可使用其他抗等离子体陶瓷。此等其他抗等离子体陶瓷可包括纪销石植石(YAG)、氧化纪稳定的氧化错(yttria stabilized zirconia ；YSZ)或各种基于氧化钇的固体溶液。
[0022]图1为半导体处理腔室100的一个实施例的截面图，该半导体处理腔室100具有安置于该半导体处理腔室100中的基板支撑组件148。基板支撑组件148具有陶瓷的保护层136，该陶瓷可为复合陶瓷或其他陶瓷。复合陶瓷由化合物Y4Al2O9(YAM)及固体溶液Y2_xZrx03 (Y2O3-ZrO2固体溶液)组成。保护层136可为由陶瓷粉末或陶瓷粉末的混合物产生的烧结的块陶瓷制品。或者，保护层136可为藉由等离子体喷涂(或热喷涂)陶瓷粉末的混合物产生的等离子体喷涂或热喷涂的层。或者，保护层136可为使用块复合陶瓷靶材或其他块陶瓷靶材沉积的离子辅助沉积(IAD)涂层。
[0023]在一个实施例中，复合陶瓷涂层由化合物Y4Al2O9(YAM)及固体溶液Y2_xZrx03 (Y2O3-ZrO^体溶液)组成。在又一实施例中，复合陶瓷涂层包括62.93摩尔％的Y2O3^23.23摩尔%的IrQ2R 13.94摩尔%的Al 203。在另一实施例中，复合陶瓷涂层可包括在50摩尔％至75摩尔％的范围内的Y2O3、在10摩尔％至30摩尔％的范围内的ZrO2及在10摩尔％至30摩尔％的范围内的Al2O3。在其他实施例中，其他分配亦可用于复合陶瓷涂层。在一个实施例中，复合陶瓷为含有氧化钇的固体溶液，该固体溶液可与Zr02、Al2O3或21*02与Al 203的组合中的一或更多者混合。
[0024]在一个实施例中，陶瓷涂层为由35摩尔%的Y203、65摩尔%的Al2O3组成的钇铝石榴石(YAG)。在另一实施例中，陶瓷涂层可为由30摩尔％至40摩尔％的Y2O3及60摩尔％至70摩尔％的Al2O3组成的YAG。
[0025]处理腔室100包括封闭内部容积106的腔室主体102及盖104。腔室主体102可由铝、不锈钢或其他合适的材料制造。腔室主体102通常包括侧壁108及底部110。外部衬里116可邻近侧壁108安置以保护腔室主体102。外部衬里116可以抗等离子体或抗含卤素气体的材料制造及/或涂布。在一个实施例中，外部衬里116由氧化铝制造。在另一实施例中，外部衬里116由氧化钇、钇合金或钇合金的氧化物制造或涂布。
[0026]排气口 126可经界定在腔室主体102内，且排气口 126可耦接内部容积106至泵系统128。泵系统128可包括一或更多个泵及节流阀，该一或更多个泵及节流阀用于抽空及调节处理腔室100的内部容积106的压力。
[0027]盖104可支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可经打开以允许进入处理腔室100的内部容积106，且盖104可在关闭时提供对于处理腔室100的密封。气体控制板158可耦接至处理腔室100以经由气体分配组件130提供工艺气体及/或清洗气体至内部容积106，该气体分配组件130为盖104的部分。处理气体的实例可用来在处理腔室中处理，该等实例包括诸如C2F6、SF6, SiCl4, HBr, NF3、CF4, CHF3、CH2F3、(:12及SiF 4等的含卤素气体及诸如02或N 20的其他气体。载气的实例包括N2、He、Ar及对工艺气体为惰性的其他气体(例如，非反应性气体)。气体分配组件130可在气体分配组件130的下游表面上具有多个孔132，以引导气流至基板144的表面。另外，气体分配组件130可具有中心孔，在该中心孔处气体经由陶瓷气体喷嘴馈送。气体分配组件130可藉由诸如碳化硅的陶瓷材料、陶瓷材料的块氧化钇制造及/或涂布，以提供对含卤素化学物质的抗性来防止气体分配组件130腐蚀。
[0028]基板支撑组件148安置在气体分配组件130下方处理腔室100的内部容积106内。基板支撑组件148在处理期间固持基板144。内部衬里118可经涂布于基板支撑组件148的周边。内部衬里118可为抗含卤素气体的材料，诸如参考外部衬里116论述的那些材料。在一个实施例中，内部衬里118可由外部衬里116的相同材料制造。
[0029]在一个实施例中，基板支撑组件148包括支撑台座152的安装板162及静电夹盘150。静电夹盘150进一步包括导热基座164及静电圆片166。静电圆片166的上表面藉由保护层136覆盖。在一个实施例中，保护层13 6安置于静电圆片166的上表面上。在另一实施例中，保护层136安置于静电夹盘150的整体表面上，整体表面包括导热基座164及静电圆片166的外部及侧周边。安装板162耦接至腔室主体102的底部110且安装板162包括用于将公用设施(例如，流体、电力线、传感器引线等)布线至导热基座164及静电圆片166的通道。
[0030]导热基座164及/或静电圆片166可包括一或更多个可选嵌入式加热元件176、嵌入式热隔离器174及/或导管168、170以控制支撑组件148的侧向温度分布。导管168、170可流体耦接至流体源172，该流体源172使温度调节流体经由导管168、170循环。在一个实施例中，嵌入式隔离器174可经安置在导管168、170之间。加热器176藉由加热器电源178调节。导管168、170及加热器176可用于控制导热基座164的温度，从而加热及/或冷却静电圆片166及正处理的基板(例如，晶圆)。静电圆片166及导热基座164的温度可使用多个温度传感器190、192监测，温度传感器190、192可使用控制器195监测。
[0031]静电圆片166可进一步包括多个气体通道，诸如沟槽、台面及其他表面特征，该等多个气体通道可经形成在静电圆片166的上表面及/或保护层中。气体通道可经由在静电圆片166中所钻的孔流体耦接至诸如He的热传递(或背侧)气体的来源。在操作中，背侧气体可在受控压力下经提供至气体通道内，以增强在静电圆片166与基板144之间的热传递。
[0032]静电圆片166包括藉由夹持电源182控制的至少一个夹紧电极180。电极180(或安置在静电圆片166或基座164中的其他电极)可进一步经由匹配电路188耦接至一或更多个RF电源184、186，用于保持由处理腔室100内的工艺气体及/或其他气体形成的等离子体。电源184、186通常能够产生RF信号，该RF信号具有自约50kHz至约3GHz的频率及多达约10000瓦特的功率。
[0033]图2描绘基板支撑组件148的一个实施例的分解图。基板支撑组件148描绘静电夹盘150及台座152的分解图。静电夹盘150包括静电圆片166及附着至静电圆片166的导热基座164。静电圆片166具有拥有环状周边222的圆盘状形状，该环状周边222可实质上匹配位于静电圆片166上的基板144的形状及大小。在一个实施例中，静电圆片166可藉由陶瓷材料制造。陶瓷材料的合适实例包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化钛(T1)、氮化钛(TiN)、碳化硅(SiC)及类似物。
[0034]附着在静电圆片166下方的导热基座164可具有圆盘状主要部分224及环状凸缘220，该环状凸缘220自主要部分224向外延伸且位于台座152上。导热基座164可藉由具有热性质的材料制造，该热性质实质上匹配上覆圆片166的热性质。在一个实施例中，导热基座164可藉由金属制造，诸如铝或不锈钢或其他合适的材料。或者，导热基座164可藉由提供良好强度及耐久性以及热传递性质的陶瓷与金属材料的复合物而制造。复合材料可具有热膨胀系数，该热膨胀系数系实质上与上覆圆片166匹配以减少热膨胀失配。静电圆片166的上表面206可以保护层136涂布，且静电圆片166的上表面206可具有外环216、多个台面206、210及在台面之间的通路208、212。
[0035]图3图示静电夹盘150的截面侧视图。参考图3，导热基座164藉由接合材料138耦接至静电圆片166。接合材料138促进在静电圆片166与导热基座164之间的热能交换且接合材料138可减少在静电圆片166与导热基座164之间的热膨胀失配。在一个示例性实施例中，接合材料138将导热基座164机械接合至静电圆片166。在另一实施例中，接合材料138可为导热糊或导热带，该导热糊或导热带具有丙烯酸基化合物及聚硅氧基化合物中的至少一者。在又一实施例中，接合材料138可为具有丙烯酸基化合物及聚硅氧基化合物中的至少一者的导热糊或导热带，该导热糊或导热带具有混合或添加至该导热糊或导热带的金属或陶瓷填充物。金属填充物可为Al、Mg、Ta、Ti或前述各者的组合中的至少一者且陶瓷填充物可为氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、二硼化钛(TiB2)或前述各者的组合中的至少一者。
[0036]石英环146或其他保护环围绕且覆盖静电夹盘150的部分。静电圆片166包括夹紧电极180。保护层136黏附至静电圆片166的上表面。基板144经向下而降低于静电圆片166之上，且经由静电力固定就位。
[0037]保护层136可藉由以下各者涂布:传统大气等离子体喷涂、低压等离子体喷涂(low pressure plasma spray ;LP PS)、真空等离子体喷涂(vacuum plasma spray ；VPS)、物理气相沉积(physical vapor deposit1n ；PVD)、化学气相沉积(chemical vapordeposit1n ;CVD)、离子辅助沉积(IAD)、浸没涂布、溅镀、热喷涂、热均压、冷均压、迭层、压模法、浇铸、压实、烧结或共烧结技术。在一个实施例中，保护层被等离子体喷涂至静电圆片166上。在另一实施例中，保护层136使用离子辅助沉积(IAD)沉积于静电圆片166上。在又一实施例中，保护层136为块烧结复合陶瓷制品，该块烧结复合陶瓷制品经扩散接合至静电圆片166的上表面。
[0038]应注意，用于涂覆保护层136的最佳涂布技术可取决于待涂布的结构的类型。举例而言，诸如静电圆片166、喷洒头或冷却基座的平坦的平整表面可使用任何上述技术涂布。传统的PVD及IAD为在平坦的平整表面上更为成功的涂布技术的两个实例。具有复杂几何形状的部分，诸如衬里、遮蔽、等离子体屏幕、流量均衡器或腔室壁可使用诸如LP PS的等离子体喷涂方法更成功地涂布。
[0039]复合陶瓷及YAG两者皆具有在基板或晶圆的等离子体处理期间耐磨损(归因于由于在基板与静电圆片之间的热膨胀系数失配的相对运动)的高硬度。在一个实施例中，复合陶瓷提供在约5吉帕斯卡(GigaPascal ；GPa)与约20GPa之间的维氏硬度(5Kgf)。在一个实施例中，复合陶瓷为提供约9GPa至1GPa的维氏硬度的块烧结陶瓷。在另一实施例中，块烧结陶瓷提供14GPa至16GPa的维氏硬度。另外，在一个实施例中，复合陶瓷可为具有以下各者的块烧结陶瓷:大约4.90g/cm3的密度、约215MPa的挠曲强度、约1.6兆帕斯卡?米平方根(MPa *m1/2)的断裂韧性、约190GPa的杨氏模数、约8.5X 1(T6/K(20°C至900°C )的热膨胀、约3.5瓦特每毫开耳文(W/mK)的导热性、约15.5 (在20°C及13.56MHz下量测)的介电常数、小于20X 10_4(在20°C及13.56MHz下量测)的介电损耗正切及在室温下大于115欧姆厘米(Ω.cm)的体积电阻率。
[0040]在一个实施例中，块烧结YAG提供在约1GPa与约20GPa之间的维氏硬度(5Kgf)(在一个实施例中，具有15GPa的硬度)。另外，在一个实施例中，块烧结YAG可具有大约4.55克每立方厘米(g/cm3)的密度、约280MPa的挠曲强度、约2.0MPa.m1/2的断裂韧性、约282GPa的杨氏模数、约8.2X 1(Γ7Κ(20?至900°C )的热膨胀、约12.9ff/mK的导热性及在室温下大于114 Ω.cm的体积电阻率。
[0041]涂布性质可类似于用于复合陶瓷及YAG两者的块，且一些涂布性质小于块性质的那些性质。在一个实施例中，IAD涂层硬度对于复合陶瓷为约4GPa。另外，IAD涂布的复合陶瓷可具有高密度及大约0.1%至1.0%的极低孔隙度。IAD涂布的复合陶瓷亦可具有约2500V/密耳的击穿电压、约4.1XlO16Q.cm的体积电阻率、约9.83的介电常数、约4X 10_4的损耗正切及约20.6ff/mK的导热性。
[0042]在一个实施例中，IAD涂层硬度对于YAG为约6吉帕斯卡(GPa)。另外，IAD涂布的YAG可具有高密度及大约0.1%至1.0%的极低孔隙度。IAD涂布的YAG亦可具有约6800V/密耳的击穿电压、约11.3Χ1016Ω.cm的体积电阻率、约9. 76的介电常数、约4X 10_4的损耗正切及约20.1ff/mK的导热性。
[0043]在一个实施例中，等离子体喷涂涂布的陶瓷复合物具有约4.3GPa的维氏硬度(5Kgf)。另外，在一个实施例中，等离子体喷涂的复合陶瓷可具有大约1.5%至5%的孔隙度(在一个实施例中，具有2.5%的孔隙度)、约8父10_71((20°0至900°0的热膨胀、约18.2ff/mK的导热性、在室温下大约1015Ω.cm的体积电阻率、约1050V/密耳的击穿电压及约16.5 X Kr4的损耗正切。
[0044]在一个实施例中，等离子体喷涂的YAG涂层具有约4.6GPa的维氏硬度(5Kgf)。另夕卜，在一个实施例中，等离子体喷涂的YAG涂层可具有大约2.5%至4%的孔隙度(在一个实施例中，具有3.5%的孔隙度)、约7.7 X 1-6A (200CS 900°C )的热膨胀、约19.6ff/mK的导热性、在室温下大约7 X 114 Ω *cm的体积电阻率、约1190V/密耳的击穿电压及约3X 10_4的损耗正切。
[0045]图4A图示静电夹盘400的一个实施例的截面侧视图。静电夹盘400具有称为静电圆片的陶瓷主体410。陶瓷主体410包括嵌入陶瓷主体410内的电极430。在一个实施例中，位于电极430上方的陶瓷主体的上部分435具有大于200微米的厚度(例如，在一个实施例中为5密耳)。陶瓷主体410的上部分的厚度可经选择以提供诸如特定击穿电压的期望介电性质。位于电极430下方的陶瓷主体的下部分440可具有多达约5mm的厚度。在一个实施例中，整体陶瓷主体具有约5_的厚度。陶瓷主体410的下表面接合至导热基座405(例如，金属基座)。多个台面425或凹坑经形成于陶瓷主体410的上表面上。在一些实施例中，台面可为大约10微米至15微米高且直径约200微米。另外，多个孔420经钻孔穿过陶瓷主体410。在一个实施例中，孔420具有约4密耳至7密耳的直径。在一个实施例中，孔藉由激光钻孔形成。孔420可输送诸如氦的导热气体至在台面之间的凹部或导管。氦(或其他导热气体)可促进在基板与陶瓷主体410之间的热传递。
[0046]具有小于约20微米的厚度的薄保护层415沉积于陶瓷主体410的上表面上。在一个实施例中，保护层具有约3微米至5微米的厚度。由于保护层415的薄度，保护层415不堵塞任何的孔420。另外，保护层415保持陶瓷主体410的上表面的相对形状(例如，浮印(telegraphing)台面及在台面之间的凹部的形状)。应注意，在替代实施例中，可在形成保护层415之后(例如，经由激光钻孔)钻孔420。
[0047]保护层415可藉由执行离子束辅助沉积(IAD)而沉积。或者，其他类型的高能粒子可用来辅助沉积，该等高能粒子包括中子原子、自由基及纳米大小的粒子，该等粒子来自诸如等离子体、反应气体的粒子产生源或来自提供沉积材料的材料源。对于IAD，材料源提供沉积材料的通量，同时高能离子源提供高能离子的通量，前述两者皆在整个IAD工艺期间撞击陶瓷主体410。在一个实施例中，用来提供沉积材料的材料源(靶材主体)为块烧结陶瓷复合主体。在另一实施例中，靶材材料预熔融复合陶瓷。在另一实施例中，靶材材料为块烧结YAG。IAD可利用一或更多个等离子体或波束以提供材料及高能离子源。在一个实施例中，高能离子包括非反应物种(例如，Ar)或反应物种(例如，O)中的至少一者。在进一步实施例中，诸如CO及卤素(Cl、F、Br等)的反应物种亦可在形成抗等离子体涂层期间引入，以进一步增加选择性移除大部分最弱接合至保护层415的沉积材料的倾向。示例性IAD方法包括并入离子轰击的沉积工艺，诸如在有离子轰击的情况下的蒸发(例如，活性反应蒸发(activated reactive evaporat1n ；ARE))及派射。任何的IAD方法可在有诸如02、N2,卤素等活性气体物种的情况下执行。
[0048]IAD沉积的保护层415可具有相对低薄膜应力(例如，与藉由等离子体喷涂或溅射产生的薄膜应力相比)。相对低薄膜应力可使得陶瓷主体的下表面极为平整，且在整个陶瓷主体之上的曲率小于约50微米(该整个陶瓷主体直径可为约12英寸)。在一个实施例中，曲率小于约20微米。IAD沉积的保护层可具有小于1%且在一些实施例中小于约0.1%的孔隙度。因此，IAD沉积的保护层为致密结构，该致密结构对于静电夹盘上的应用可具有效能益处。举例而言，IAD沉积的保护层415可具有大于1000V/密耳且在一些实施例中大于1500V/密耳的介电击穿电压。另外，IAD沉积的保护层415可在不首先粗糙化陶瓷主体410的上表面的情况下沉积。由于粗糙化陶瓷主体可减少陶瓷主体410的击穿电压，故在不首先粗糙化陶瓷主体410的情况下涂覆保护涂层415的能力可为有利的。静电夹盘400可既用于Johnson-Rahbek静电夹盘应用又用于Columbic静电夹盘应用。
[0049]图4B图示静电夹盘450的一个实施例的截面侧视图。静电夹盘450具有称为静电圆片的陶瓷主体460。在一个实施例中，陶瓷主体460包括电极485、电极485上方的上部分490及电极下方的下部分495。上部分490可具有大于200微米的厚度(例如，在一个实施例中5密耳)。在又一实施例中，陶瓷主体460具有在约200微米与500微米之间的厚度。陶瓷主体460的下表面接合至导热基座455 (例如，金属基座)。
[0050]陶瓷主体460的上表面接合至保护层465。在一个实施例中，保护层为等离子体喷涂的复合陶瓷。在另一实施例中，保护层为等离子体喷涂的YAG。在任一实施例中，可在将保护涂层465等离子体喷涂至陶瓷主体460的上表面上之前粗糙化陶瓷主体460的上表面。粗糙化例如可藉由珠粒喷击陶瓷主体460而执行。粗糙化陶瓷主体的上表面提供在等离子体喷涂保护层465与陶瓷主体460之间建立机械接合的固定点用于更好黏附。
[0051]保护层465可具有多达约250微米或更厚的喷涂厚度，且保护层465可经往下研磨至近似50微米的最终厚度。或者，保护层可经等离子体喷涂至最终厚度。等离子体喷涂的保护层465可具有约2 0A至4%的孔隙度。在一个实施例中，在电极之上的陶瓷主体460及保护层465的组合厚度足以提供>2500V的总体击穿电压。陶瓷主体460可为例如氧化铝，氧化铝具有约15伏特/微米(V/μπι)的击穿电压。在一个实施例中，陶瓷复合等离子体喷涂的保护层465可具有约30V/ym(或约750V/密耳)的击穿电压。因此，例如，陶瓷主体460可为约250微米厚且保护层可为约50微米厚以具有约5250V的击穿电压。
[0052]在另一实施例中，保护层465为置放于陶瓷主体460的上表面的块烧结复合陶瓷制品或块烧结YAG制品。例如，保护层465可提供作为薄陶瓷晶圆，该晶圆具有近似200微米的厚度。随后执行高温处理以促进在保护层465与陶瓷主体460之间的相互扩散。热处理可为在高达约1400摄氏度至1500摄氏度下持续时间多达约24小时(例如，在一个实施例中，持续时间为3小时至6小时)的热处理。如此可导致在保护层465与陶瓷主体460之间的扩散接合。若陶瓷主体为Al2O3,且保护层由化合物Y4Al2O9 (YAM)及固体溶液VxZrxO3 (Y2O3-ZrO2固体溶液)组成，则将形成Y 3A15012 (YAG)界面层。显着地，过渡层可为非反应性且非多孔层。因此，在使用热处理陶瓷制品的后续处理期间，工艺气体可穿透陶瓷涂层，但不可穿透过渡层。因此，过渡层可防止工艺气体与陶瓷基板反应。藉由扩散接合产生的强黏附允许保护层465牢固地黏附至陶瓷主体且防止保护层465在等离子体处理期间裂化、剥落或剥离。在热处理之后，保护层可经研磨至最终厚度。在一个实施例中，最终厚度可为约200微米。
[0053]在保护层465形成(且在一些实施例中，经研磨至最终厚度)之后，台面480形成于保护层465的上表面。例如，台面可藉由珠粒喷击或盐状喷击保护层465的表面而形成。在保护层465经形成之后，亦可于保护层465及下层陶瓷主体460中钻孔475。参阅图4B描述的实施例可用于Columbic静电夹盘应用。
[0054]图5图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形 成保护层的工艺500的一个实施例。在工艺500的方块505处，提供陶瓷主体。陶瓷主体可为用于静电夹盘的金属化陶瓷圆片。陶瓷主体可含有加热元件、电极、冷却通路及/或其他特征。在方块510处，陶瓷主体的下表面接合至导热基座。
[0055]在方块515处，台面形成于陶瓷主体的上表面。在方块520处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在方块525处，IAD经执行以于陶瓷主体上沉积保护层。保护层可包含如在实施例中先前描述的复合陶瓷或YAG。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之后、在形成孔之后或在沉积保护层之后接合至基座。
[0056]图6图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形成保护层的工艺的另一实施例。在工艺600的方块605处，提供陶瓷主体。在方块610处，陶瓷主体的下表面接合至导热基座。在方块612处，陶瓷主体的上表面经粗糙化(例如，经由珠粒喷击或研磨)。
[0057]在方块615处，保护层经等离子体喷涂(或热喷涂)于陶瓷主体的粗糙化上表面上。保护层可包含如在实施例中先前描述的复合陶瓷或YAG。在方块620处，台面形成于陶瓷主体的上表面。在方块625处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之后、在形成孔之后或在沉积保护层之后接合至基座。
[0058]图7图示用于在基板支撑表面的陶瓷主体之上形成保护层的工艺的又一实施例。在工艺700的方块705处，提供陶瓷主体。在方块710处，块烧结陶瓷制品涂覆至陶瓷主体的上表面。块烧结陶瓷制品可充当陶瓷主体的保护层。块烧结陶瓷制品可为如在实施例中先前描述的陶瓷复合物或YAG。在方块715处，陶瓷主体及块烧结陶瓷制品经加热至约1400摄氏度至1500摄氏度的温度(共烧)以形成界面层且导致扩散接合。在方块725处，台面藉由珠粒喷击形成于陶瓷主体的上表面。在方块730处，孔形成于陶瓷主体中(例如，藉由激光钻孔)。在替代实施例中，陶瓷主体可在形成台面之前、在形成孔之前或在保护层经接合至陶瓷主体之前接合至基座。
[0059]先前描述阐述大量特定细节，诸如特定系统、元件、方法等的实例，以提供本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明的至少一些实施例可在无该等特定细节的情况下实践。在其他情况下，未详细描述或以简单方块图形式呈现熟知元件或方法以避免不必要地模糊本发明。因此，特定细节阐述仅为示例性的。特定实施可与该等示例性细节不同且仍预期在本发明的范畴内。
[0060]遍及本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意指，与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性是包括在至少一个实施例中。因此，遍及本说明书各处的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不一定皆指相同实施例。另外，术语“或”意欲意指包括性的“或”而非排他性的“或”。当在本文使用术语“约”或“近似”时，如此意欲意指所呈现的标称值在±10%内为精确的。
[0061]尽管本文中方法的操作以特定顺序图标且描述，但每一方法的操作顺序可改变，以便可以相反顺序执行某些操作或以便可至少部分地、与其他操作同时地执行某些操作。在另一实施例中，不同操作的指令或子操作可以间歇性方式及/或交替方式进行。
[0062]应理解，上文描述意欲为说明性而非限制性。对于本领域技术人员而言，许多其他实施例在本领域技术人员阅读且理解上文描述之后将显而易见。因此，本发明的范畴应参阅随附权利要求连同此等权利要求授权的等效物的全部范畴一起来决定。
【主权项】
1.一种基板支撑组件，包含: 陶瓷主体； 导热基座，所述导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面；及 保护层，所述保护层覆盖所述陶瓷主体的上表面，其中所述保护层包含钇铝石榴石YAG或陶瓷化合物中的至少一者，所述陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2。2.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层为离子辅助沉积IAD沉积层，所述IAD沉积层具有低于1%的孔隙度、小于20微米的厚度及大于1000V/密耳的击穿电压。3.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体的所述上表面未经粗糙化。4.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体包含多个孔且所述陶瓷主体的上表面包含多个台面，且其中所述保护层浮印所述多个台面且不堵塞所述多个孔。5.如权利要求2所述的基板组件，其中在所述静电圆片的所述下表面之上的曲率小于50微米。6.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层为等离子体涂布沉积层，所述等离子体涂布沉积层具有100微米至300微米的厚度、2%至5%的孔隙度及多达1200V/密耳的击穿电压。7.如权利要求6所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含形成于所述保护涂层的表面上的多个台面，且其中所述基板支撑组件包含穿透所述保护层及所述陶瓷主体的多个孔。8.如权利要求6所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体的所述上表面经粗糙化。9.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含块烧结陶瓷制品，所述块烧结陶瓷制品经由界面层扩散接合至所述陶瓷主体的所述上表面。10.如权利要求9所述的基板支撑组件，其中所述陶瓷主体包含Al203且所述界面层包含 Y3Al5O12 (YAG)。11.如权利要求9所述的基板支撑组件，其中所述保护层包含形成于所述保护涂层的表面上的多个台面，且其中所述基板支撑组件包含穿透所述保护层及所述陶瓷主体的多个孔。12.—种方法，包含以下步骤: 提供陶瓷主体； 将导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面； 执行离子辅助沉积IAD工艺或等离子体喷涂工艺以沉积保护层于所述陶瓷主体的所述上表面，所述保护层包含钇铝石榴石YAG或Y4Al2O9及固体溶液Y 203-Zr02的陶瓷化合物中的至少一者； 形成多个台面于所述陶瓷主体的上表面或所述保护层的上表面的至少一者上；以及 形成多个孔于所述陶瓷主体或所述保护层的至少一者中。13.如权利要求12所述的方法，其中执行所述IAD工艺以沉积所述保护层，其中在执行所述IAD工艺之前所述多个台面形成于所述陶瓷主体的所述上表面上及所述多个孔形成于所述陶瓷主体中，其中所述保护层浮印所述多个台面且不堵塞所述多个孔，且其中所述保护层具有低于1%的孔隙度、小于20微米的厚度及大于1000V/密耳的击穿电压。14.如权利要求12所述的方法，其中执行所述等离子体喷涂工艺以沉积所述保护层，所述多个台面形成于所述保护层的上表面，所述多个孔形成于所述陶瓷主体和所述保护层中，以及所述保护层具有100微米至300微米的厚度、2%至5%的孔隙度及多达1200V/密耳的击穿电压，所述方法还包括在所述等离子体喷涂工艺之前粗糙化所述陶瓷主体的所述上表面。15.一种方法，包含以下步骤: 提供包含氧化铝的陶瓷主体； 将块烧结陶瓷制品涂覆至所述陶瓷主体的上表面，所述块烧结陶瓷制品包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2的陶瓷化合物，其中所述块烧结陶瓷制品充当所述陶瓷主体的保护层；及 加热所述陶瓷主体及所述块烧结陶瓷制品以在所述陶瓷主体的所述上表面与所述块烧结陶瓷制品之间形成界面层，其中所述界面层包含来自所述块烧结陶瓷制品的第一元素，所述第一元素已与来自所述陶瓷主体的第二元素反应以将所述陶瓷主体扩散接合至所述块烧结陶瓷制品，所述界面层包含Y3Al5O12(YAG);及 将导热基座接合至所述陶瓷主体的下表面。
【专利摘要】一种基板支撑组件包含陶瓷主体及接合至陶瓷主体的下表面的导热基座。基板支撑组件进一步包含保护层，该保护层覆盖陶瓷主体的上表面，其中该保护层包含钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet；YAG)或陶瓷化合物中的至少一者，该陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固体溶液Y2O3-ZrO2。
【IPC分类】C04B35/505, H01L21/683
【公开号】CN104904005
【申请号】CN201380070142
【发明人】J·Y·孙, S·撒奇, B·P·卡农戈, V·菲鲁兹多尔
【申请人】应用材料公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】US20140154465, WO2014089244A1
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