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TW202335174A - 針對半導體夾盤及加熱器之製造的固態接合方法 - Google Patents

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TW202335174A
TW202335174A TW112105433A TW112105433A TW202335174A TW 202335174 A TW202335174 A TW 202335174A TW 112105433 A TW112105433 A TW 112105433A TW 112105433 A TW112105433 A TW 112105433A TW 202335174 A TW202335174 A TW 202335174A
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functional layer
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TW112105433A
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Inventor
傑森 史蒂芬斯
古萊德 胡森
麥可 帕克
丹尼斯 雷克斯
阿希許 巴特那加
布倫特 艾略特
凱文 皮塔賽恩斯基
Original Assignee
美商瓦特洛威電子製造公司
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Filing date
Publication date
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Abstract

一種用於一受控氛圍腔室中之分層總成包括複數個基體，及嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間的一電氣功能層，該電氣功能層為經組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固在一起的一材料。一電氣端接區域係與該電氣功能層整合，且一周邊密封帶係嵌入於該等兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該周邊密封帶為經組配來使用該固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起的一材料。數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間且於該電氣功能層的數個邊緣邊界之間，該等介電區係藉由該周邊密封帶來被密封在該等兩個鄰近基體之間。

Description

針對半導體夾盤及加熱器之製造的固態接合方法
本申請案主張於2022年2月15日申請之美國臨時申請案第63/310,448號的優先權及利益。上述申請案之揭露內容係藉由參照全文併入本文。
本揭露內容係關於供用於半導體製造設備中之台座及夾盤，且更詳而言之，係關於製造此等具有嵌入式加熱器、RF天線及夾持電極的台座及夾盤的方法。
本節中的陳述僅提供與本揭露內容有關之背景資訊，且可不構成先前技術。
在半導體晶圓處理中，一台座被布置在一處理腔室內以支撐一半導體基體。台座通常由一陶瓷材料製成，且通常包括一加熱器板及穩固至該加熱器板之一下部分的一軸桿。該軸桿係中空的，且係組配來接收各種電氣連接以對該加熱器板供電及在整個該製造程序中監測各種系統參數。
一些台座亦包括一嵌入式夾持電極，其在處理期間以靜電方式將半導體基體穩固至台座之一頂表面。這些種類之台座被稱為靜電夾盤或ESC，且在介於自約300至數千伏特的電位下操作。其他台座包括一嵌入式RF天線，其在腔室壁與台座或一夾定電極之間耦接一RF電源。
處理腔室內之環境可能由於使用氣體類型及整個沉積、蝕刻、摻雜及退火程序中之高溫而為侵蝕性的。據此，台座必須能夠耐受這些嚴苛的處理環境以及在移除晶圓後腔室內的清潔步驟，同時維持嵌入或安置在其中之操作組件的完整性，亦即，加熱器、夾持電極及RF天線等等。
本揭露內容解決關於製造在嚴苛的化學環境中操作之台座及其他陶瓷總成的挑戰。
本節提供本揭露內容之一大致簡要說明，並非是其完整範圍或其所有特徵之全面揭露。
在本揭露內容之一形式中，用於一受控氛圍腔室中之分層總成包含：複數個基體；至少一個電氣功能層，其嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間，該電氣功能層包含經組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固在一起的一材料；至少一個電氣端接區域，其係與該至少一個電氣功能層整合；以及至少一個周邊密封帶，其嵌入於該等兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸。該至少一個周邊密封帶包含經組配來使用該固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起的一材料，且複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間且於該至少一個電氣功能層的數個邊緣邊界之間，該等複數個介電區係藉由該至少一個周邊密封帶來被密封在該等兩個鄰近基體之間。
在可個別地或以任何組合實行之此分層總成的變化中：該電氣功能層之材料包含鎳，且在一形式中鎳係呈大於50 at.%之量且在另一形式中係呈大於99 at.%之量；該周邊密封帶之材料包含鎳，且在一形式中鎳係呈大於50 at.%之量且在另一形式中係呈大於99 at.%之量；該電氣功能層之材料與該周邊密封帶之材料為相同材料；該電氣功能層之材料與該周邊密封帶之材料包含鎳，且在一形式中該鎳係呈大於50 at.%之量且在另一形式中係呈大於99 at.%之量；該電氣功能層之材料係漸變的(graded)且沿著至少一維度具有可變材料性質；該電氣功能層係選自下列所組成的群組：一電阻加熱器、一RF天線、及一夾持電極；該電氣功能層係一電阻加熱器及一溫度感測器；該等複數個基體中之每一者包含一陶瓷材料；該等兩個鄰近基體包含相同陶瓷材料；該分層總成進一步包含一上基體，其安置在該等兩個鄰近基體中之一者上，該上基體包含不同於該等兩個鄰近基體之該陶瓷材料的一陶瓷材料；該等兩個鄰近基體係氮化鋁(AlN)材料且該上基體係一高級AlN材料；該等複數個基體包含氧化鈹(BeO)材料；該等兩個鄰近基體包含穿過其等形成之複數個開孔，且該分層總成進一步包含局部密封帶，其等安置在該兩個鄰近基體之間的該等複數個開孔中之每一者之一周邊的周圍；該等局部密封帶之材料包含鎳，且在一形式中係呈大於50 at.%之量且在另一形式中係呈大於99 at.%之量；該電氣功能層之材料、該周邊密封帶之材料及該等局部密封帶之材料為相同材料；進一步包含一黏著層，其安置在該等兩個鄰近基體中之至少一者與該至少一個電氣功能層之間；該黏著層係進一步安置在該等兩個鄰近基體中之至少一者與該至少一個周邊密封帶之間；該分層總成進一步包含嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間的兩個電氣功能層，每一電氣功能層在該固態接合程序之前被施加至該等兩個鄰近基體中之每一者；每一電氣功能層包含一跡線，且一電氣功能層的一跡線係比另一電氣功能層的一跡線更寬；該分層總成進一步包含嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間的兩個周邊密封帶，每一周邊密封帶在該固態接合程序之前被施加至該等兩個鄰近基體中之每一者；一個周邊密封帶之一帶寬比該另一周邊密封帶之一帶寬更寬；安置在該等介電區內之複數個材料島狀物，其中該等材料島狀物並非有電的(electrically live)；該至少一個電氣功能層係被濺鍍在該等兩個鄰近基體中之至少一者上；該至少一個電氣功能層係一箔材料；一軸桿，其係穩固至該等兩個鄰近基體中之一者的一下側；一連結層，其安置在該軸桿與該鄰近基體之下側之間，該連結層之材料包含鎳，且在一形式中鎳係呈大於50 at.%之量且在另一形式中係呈大於99 at.%之量；該密封係氣密的；該至少一個電氣功能層包含具有複數個分區之一電阻加熱器；複數個電阻加熱器分區係安置在該等複數個基體內之不同層中。
在本揭露內容之另一形式中，一種供用於一半導體處理腔室中之加熱器總成包含：一上基體；至少兩個鄰近基體，其等被穩固至該上基體的一下表面；至少一個電阻加熱器，其嵌入於該等兩個鄰近基體之間，該至少一個電阻加熱器包含一鎳材料，該鎳材料係組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固在一起；至少一個電氣端接區域，其係與該至少一個電阻加熱器整合；以及至少一個周邊密封帶，其嵌入於該等兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該至少一個周邊密封帶包含一鎳材料，該鎳材料係組配來使用該固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起。複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間且於該電阻加熱器的數個邊緣邊界之間，該等複數個介電區係藉由該至少一個周邊密封帶來被密封在該等兩個鄰近基體之間。一軸桿係以一連結層穩固至該等兩個鄰近基體中之一者的一下側，該連結層包含一鎳材料。
在此加熱器總成的一變化中，一RF天線係嵌入於在該上基體與該等兩個鄰近基體中之一者之間，該RF天線包含一鎳材料，該鎳材料係組配來使用該固態接合程序將該上基體穩固至該鄰近基體。
在又一形式中，一種供用於一受控氛圍腔室中之分層總成包含：至少兩個鄰近基體；至少一個周邊密封帶，其嵌入於該等兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該至少一個周邊密封帶包含一鎳材料，該鎳材料係組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起。
在又一形式中，一種供用於一半導體處理腔室中之加熱器總成包含：一加熱器板；一軸桿，其係穩固至該加熱器板的一下側；及至少一個周邊密封帶，其嵌入於該加熱器板與該軸桿的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該至少一個周邊密封帶包含一鎳材料，該鎳材料係組配來使用一固態接合程序將該加熱器板及該軸桿穩固及密封在一起。
根據本揭露內容之另一形式，一種形成供用於一受控氛圍腔室中之一分層總成的方法，該分層總成包含複數個基體，該方法包含：將一材料施加至該等複數個基體中之兩個鄰近基體的至少一表面；該材料經圖案化成一電氣功能層且具有整合式電氣端接區域及一周邊密封帶，該周邊密封帶係安置在該等兩個鄰近基體之該至少一表面之一周邊的周圍；以及將該等複數個基體在一受控環境中用熱與壓力來連結，以使得該材料被固態接合至該等兩個鄰近基體以將該等兩個鄰近基體穩固在一起以形成該分層總成，該分層總成係密封的。複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間、在電氣功能層內，該等複數個介電區係藉由該周邊密封元件來被密封在該電氣功能層內。
此方法可個別地或以任何組合實行，而在其變化中：該周邊密封帶係在與圖案化該電氣功能層分開的一步驟中圖案化；該材料係用一雷射來圖案化；該材料用一遮罩來圖案化；該材料係用一增材製造程序來圖案化；該材料係用一蝕刻程序來圖案化；該材料係用一水刀(waterjet)來圖案化；該材料係用一混合式雷射-水刀來圖案化；該材料為鎳且係用一濺鍍程序來施加；鎳材料係呈至少50 at.%；該鎳材料係呈至少99 at.%；該材料被施加至該等兩個鄰近基體之兩個面；壓力受控以調整該等介電區的一大小；以及在施加該材料之前，將一黏著層施加至該等鄰近基體之至少一面上。
在本揭露內容之又另一形式中，用於一受控氛圍腔室中之一分層總成包含：複數個基體；至少一個電氣功能層，其嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間，該電氣功能層包含經組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固在一起的一材料；以及至少一個電氣端接區域，其係與該至少一個電氣功能層整合。複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間與該至少一個電氣功能層的邊緣邊界之間。
在此分層總成之一變化中，至少一個周邊密封帶係嵌入於兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該至少一個周邊密封帶包含一材料，該材料係組配來使用該固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起，該等複數個介電區係藉由該至少一個周邊密封帶來密封在該等兩個鄰近基體之間。
在另一形式中，一種形成供用於一受控氛圍腔室中之一分層總成的方法，該分層總成包含複數個基體，該方法包含：將一材料施加至該等複數個基體中之兩個鄰近基體的至少一表面；該材料經圖案化成一電氣功能層且具有整合式電氣端接區域；以及將該等複數個基體在一受控環境中用熱與壓力來連結，以使得該材料被固態接合至該等兩個鄰近基體以將該等兩個鄰近基體穩固在一起以形成該分層總成，該分層總成係密封的。複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間、在電氣功能層內。
在可個別地或以任何組合實行之此方法的變化中：施加至該等兩個鄰近基體之至少一面上的該材料亦為經圖案化且在該等兩個鄰近基體之該至少一表面之一周邊的周圍安置的一周邊密封帶，且該等複數個介電區係藉由該周邊密封元件來被密封在該電氣功能層內；該材料係施加至該等兩個鄰近基體之每一相對面，且在一相對面上之該電氣功能層的一圖案與在其他相對面上之該電氣功能層的一圖案不同；且該電氣功能層係一電阻加熱器且在一相對面上之一圖案包含一未加熱區。
進一步的適用範圍將根據本文所提供的說明而變得顯易可見。應理解，說明及特定範例係意圖僅供例示之目的，而不意圖限制本揭露內容之範圍。
以下說明本質上僅為範例性，並非意欲限制本揭露內容、應用或用途。應理解，在所有圖式中，對應參考數字指示相似或對應部件及特徵。
參看圖1至圖2，其例示供用於一半導體處理腔室中的一加熱器總成，且通常由參考數字20指示。在此形式中，加熱器總成20亦被稱為一「台座」。加熱器總成20包含一上基體22、穩固至上基體22之一下表面的至少兩個鄰近基體24及26、及穩固至兩個鄰近基體中之一個基體26的一下側的一軸桿28。在一形式中，上基體22及至少兩個鄰近基體24及26中之每一者係一陶瓷材料。該陶瓷材料對於該等基體中之每一者可相同或可取決特定應用要求而不同。舉例而言，在一形式中，該等基體(22、24、26)中之每一者及軸桿28係氮化鋁(AlN)材料。在另一形式中，上基體22係一高級氮化鋁(AlN)材料，具有諸如較高體積電阻率之不同材料性質，且兩個鄰近基體24及26以及軸桿28中之每一者係氮化鋁(AlN)材料。在另一形式中，下鄰近基體26係具有比另一/上鄰近基體24更低之一熱導性的一材料，諸如，舉例而言，氧化鋁(Al 2O 3)材料。在另一形式中，上基體22、兩個鄰近基體24及26以及軸桿28中之每一者係氧化鈹(BeO)材料。針對該等基體(22、24、26)中之每一者及軸桿28之材料的這些及其他變化應被解釋為落在本揭露內容之範圍內。
現在參看圖3，至少一個電氣功能層係嵌入於該等基體(例如，22/24/26)之間，其中該電氣功能層係組配來使用在下文更詳細說明的一固態接合程序以將該等基體穩固在一起。有利地，在本揭露內容之一個形式中，該電氣功能層有一雙重功能，亦即，用以將該等基體穩固在一起以及在加熱器總成20內提供一電氣功能。此電氣功能可包括，舉例而言，一電阻加熱器、一天線(例如，一RF天線)或一夾持電極等等。且在更普遍的意義上，本揭露內容之教示可適用於任何分層總成(亦即，不限於如本文中所例示及說明之加熱器總成20)，以供用於一受控氛圍腔室中，同時維持在本揭露內容之範圍內。
在一形式中，電氣功能層係一電阻加熱器30。電阻加熱器30在此形式中係以兩層體30'及30"例示，且包含一鎳材料。兩層體30'及30"在下文更詳細說明的一製造程序中分開地施加至兩個鄰近基體24及26之每一內部面25及27。然而，應理解的是，電阻加熱器30可以單個層來被施加至內部面25或27，同時維持在本揭露內容之範圍內。如所示，電阻加熱器30通常呈一跡線或複數個跡線之形式，其係每單位長度提供一預定電阻之傳導/電阻材料(例如鎳)的個別連續軌跡。該等跡線之特定設計(材料及尺寸)導致就一給定輸入功率有一可定製瓦特密度。這些跡線亦可設置在複數個分區中，如下文更詳細說明。
如進一步所示，在此形式中之另一電氣功能層係一RF天線40。相似於電阻加熱器30，RF天線40係呈兩層體40'及40"且包含一鎳材料。在下文更詳細說明的一製造程序中，兩層體40'及40"分開地施加至兩個鄰近基體中之一個基體24的一上部面29及上基體22的一下部面23。然而，應理解的是，RF天線40可以單個層來被施加至上部面29或下部面23，同時維持在本揭露內容之範圍內。
現在參看圖4及5，至少一電氣端接區域50係與電阻加熱器30整合(為清楚起見，僅顯示一個電阻加熱器層30')。在本文中使用時，用語「整合」應解釋為意謂該端接區域係電阻加熱器30之一部分且係與其電氣連續。在一形式中，此整合構造包括該端接區域與電阻加熱器30為相同材料，然而，可運用不同材料，同時維持在本揭露內容之範圍內。呈此形式的電氣端接區域50係安置在電阻加熱器30層的一中心區內，且係組配來將電阻加熱器30電氣連接至延伸穿過軸桿28之一中心部分之電力引線(未示出)。在替代形式中，電氣端接區域50不在軸桿28的中心部分中，且反而係位在電阻加熱器30之其他區中，特別是具多個加熱器分區者。在此範例性形式中，該電氣端接區域包括就一個兩(2)分區加熱器共有四(4)個端接部，如所示。然而，應理解的是，可運用單個分區或多個分區，而同時維持在本揭露內容之範圍內。另外，加熱器總成20可包括額外基體(未示出)，以使得複數個加熱器分區安置在該等複數個基體內之不同層中。此一構造係顯示在共同審理中的申請案第16/196,820號中，其係與本申請案為共同讓與，且其內容係藉由參照全文併入本文。
如進一步所示，至少一個周邊密封帶60係嵌入於電阻加熱器30之間且在其之一周邊的周圍延伸。周邊密封帶60係組配來使用固態接合程序來將兩個鄰近基體24及26穩固及密封在一起。因此，周邊密封帶60亦有一雙重目的，亦即，用以穩固兩個鄰近基體24及26以及密封其等之間的介面。在一形式中，該密封係氣密的，以滿足該處理腔室內之應用要求。氣密性或漏率在一形式中係小於約1x10 -6atm cc/sec (每秒標準立方公分) He。在另一形式中，漏率係小於約1x10 -7atm cc/sec He，且在又另一形式中，漏率係小於約1x10 -9atm cc/sec He。相似於電阻加熱器30及RF天線40，周邊密封帶60係呈兩層體60'及60"(圖3)且包含一鎳材料。兩層體60'及60"係分開地施加至兩個鄰近基體24及26之每一內部面25及27，如下文更詳細說明。然而，應理解的是，周邊密封帶60可以單個層來被施加至內部面25或27，同時維持在本揭露內容之範圍內。
亦參看圖6及7，其更詳細地顯示RF天線40之一層體40'，其亦包括周邊密封帶60。在RF天線40之層體中的周邊密封帶60被施加及作用的方式與上文就電阻加熱器30所說明的周邊密封帶60相同。RF天線40通常如所示為一連續材料層，但亦可採用其他圖案，同時維持在本揭露內容之範圍內。舉例而言，其他圖案可包括用於RF天線之一網格圖案。另外，RF天線40層可包括二或更多個電氣獨立/隔離區段或分區(未示出)，或諸如一格柵之其他圖案，同時維持在本揭露內容之範圍內。在此具有二或更多個分區之形式中，電氣功能層亦可係一夾定電極。如進一步顯示於電阻加熱器30及RF天線40之層體兩者中，設置有局部密封帶70，其安置在延伸穿過該等基體之開孔之一周邊的周圍。
更詳而言之，且參看圖8A及8B，複數個開孔90延伸穿過該等基體(22、24、26)，該等開口係組配來容納升降銷(未示出)。該等層體(電阻加熱器30層及RF天線40層)中之每一者中的，其局部密封帶70作用來密封開孔90中之每一者所在的在該等基體(22、24、26)之間的一介面。局部密封帶70，其在一形式中與其所在之層為相同材料，亦作用來將該等基體(22、24、26)穩固至開孔90所在的至彼此，藉此亦提供一雙重功能。下文將更詳細說明局部密封帶70、周邊密封帶60、電阻加熱器30及RF天線40之施加及圖案化之各種方法。
如圖8A與8B進一步所示，複數個介電區100存在於兩個鄰近基體24與26之間且於電阻加熱器30的數個邊緣邊界31之間。在另一形式中，介電區100亦存在於上基體22與兩個鄰近基體中之一個基體24之間。介電區100係藉由周邊密封帶60、且在一些區域中亦藉由局部密封帶70來密封在該等基體(22、24、26)之間。介電區100通常係作用來將電阻加熱器30之跡線彼此介電地分開(以抑制電弧及短路)、介電地分開開孔90、及周邊密封元件60，及在該層體中當電阻加熱器30為「有電」時不應「有電」之任何其他形貌體。相似地，對於RF天線40，介電區100將開孔90及周邊密封帶60介電地分開以免當RF天線40為「有電」時「有電」，以及將RF天線40之電氣獨立/隔離區段(未示出)分開成多個區段/分區之形式。
在本揭露內容之一變化中，複數個材料島狀物102係設置在介電區100內，介電區100為非有電材料的區域，且因此有助於基體22、24及26之接合。
在介電區100及各種電氣功能層(例如，電阻加熱器30、RF天線40)的情況下，本揭露內容亦提供一分層總成，其中在本揭露內容之一種形式中，該等基體(例如，22、24、26)不彼此實體接觸。
參看回圖3，軸桿28用一連結層110穩固至兩個鄰近基體中之一個基體26的一下側。在一形式中，連結層110亦係一鎳材料，然而，應理解的是，可運用其他材料同時維持在本揭露內容之範圍內。
如上所闡述，在本揭露內容之一形式中，電阻加熱器30、RF天線40、周邊密封元件60、局部密封帶70、材料島狀物102、以及用於軸桿28之連結層110中之每一者係一鎳材料。此形式中運用了鎳，是由於其與加熱器總成20之特定設計相容的材料性質、及其如下文更詳細闡述的製造程序，以及其在受控氛圍腔室內就電阻加熱器30及RF天線40發揮電氣功能的能力。更詳而言之，鎳具有一導電性，其提供可更容易地整合進台座設計中的較低輪廓電氣功能元件(亦即，電阻加熱器30、RF天線40等)。鎳亦具有一相對高的TCR (電阻溫度係數)，其允許電氣功能元件(亦即，電阻加熱器30、RF天線40等)亦作為溫度感測器(下文更詳細說明)。另外，鎳可在相對較高溫度，亦即，高達約1,400 ℃，且在其他形式中在650 ℃、800 ℃或900 ℃還有其他操作溫度目標下操作。鎳亦係與受控氛圍腔室，諸如半導體處理腔室相容的一材料。鎳在受控腔室環境中相對於陶瓷基體亦具有一相對相容的CTE (熱膨脹係數)，且更詳而言之，可調和CTE失配及熱循環，同時維持其材料性質。又另外，鎳對於用以施加鎳材料之創新製造程序亦為相容，其在下文更詳細說明。鎳材料在一形式中係一合金組成物，其具有大於約50 at.%之量的鎳。在另一形式中，鎳係呈大於約99 at.%之量，且甚至更特定言之係在99 at.% - 99.999 at.%之間、及小於0.1 at.%的碳。雖然鎳係與本文所闡述的元素中之每一者一起使用，但應理解的是，可運用其他材料及材料組合，同時維持在本揭露內容之範圍內。另外，可採用沿至少一維度，諸如，舉例而言，通過其厚度、跨過其寬度或沿其長度而具有可變材料性質(例如，電阻率)的一漸變材料。這些可變材料性質可被設計到該等材料內，或可為諸如熱壓之製造程序的結果。舉例而言，電阻層30可係一鎳材料，而RF天線40係一鋁材料，且更進一步地，同時周邊密封帶60及/或局部密封帶70係相同或不同材料，諸如鈦。這些及其他材料組合應被解釋為落在本揭露內容之範圍內。
在又另一形式中，鎳材料(或該電氣功能層之其他材料)作為一感測器且提供溫度資訊。通常，材料的電阻改變受到監測，且基於電阻改變計算(或自查找表判定)溫度。用於此一雙重功能電氣功能層之範例性方法、系統及控制器在美國專利第7,196,295號中更詳細說明，該專利案與本申請案共同擁有，且其內容係藉由參照全文併入本文。
現在參看圖9，且亦參看圖3，製造加熱器總成20之一方法被例示且通常由參考數字200指示。在第一個步驟210中，製備基體22、24及26。更詳而言之，基體22、24及26經研磨或表面潤飾成預定平坦度及平行維度，其為約0.0004 in. (0.01 mm)的量級。接著，在步驟230中，用於電阻加熱器30、RF電極40的層體及用於軸桿28之連結層110中之每一者被施加至該等基體(22、24、26)及軸桿28的面。在如步驟220中所示之一任擇步驟中，按特定材料及處理要求規定，可將一黏著層(未示出)施加至該等基體之面/面上。舉例而言，若鄰近基體24/26之表面粗糙度係低的，或若BeO被用作該等基體(22、24、26)之材料，而鎳對其並非如同對其他基體材料(例如，AlN)般容易黏著時，則將使用一黏著層。在BeO基體之特定範例中，將在鎳與BeO之間使用一鈦(Ti)黏著層。因此，若該基體之接合表面係在機械上太平滑或若該基體之一材料不容易與連結/接合材料黏著，則將使用一黏著層。用於黏著層之材料可包括，舉例而言，鎳(Ni)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鈦(Ti)及鉿(Hf)等等。
在一形式中，一連續材料層(例如鎳)被施加至鄰近基體24及26之內部面25及27中之每一者，還有兩個鄰近基體中之一個基體24的上部面29及上基體22的一下部面23。如上文所闡述，在一形式中，形成電阻加熱器30之兩層體30'及30"被分別施加至兩個鄰近基體24及26之每一內部面25及27，且為鏡像。相似地，形成RF天線40之兩層體40'及40"被分別地施加至兩個鄰近基體中之一個基體24的一上部面29及上基體22的一下部面23。此施加方法亦被稱作一「雙側式」或「兩側式」施加。如上文所闡述，用於整個層體之一單側施加係在本揭露內容之教示內。在初步測試中，已顯示「雙側式」施加為整個加熱器總成20提供改良的氣密密封。在本揭露內容之一形式中，連結層110係作為單個層體來被施加在軸桿28之上表面上，呈一沒有圖案化的一連續層。
有利地，材料係使用一濺鍍程序來施加。然而，應理解的是，其他施加方法，諸如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、厚膜、薄膜、溶膠凝膠、熱噴塗、連續箔及圖案化箔，以及其等之組合，被視為在本揭露內容之範圍內。
在一形式中，每一材料層被施加成一連續層且隨後經圖案化(步驟240)以形成該層體之各種元件，亦即，電阻加熱器30、RF天線40、周邊密封帶60及/或局部密封帶70及材料島狀物102。在一形式中，此圖案化係藉由雷射剝除或雷射移除達成。其他形式的材料移除應被解釋為落在本揭露內容之範圍內，諸如，舉例而言，化學蝕刻、水刀、混合式水刀(水刀及雷射)及機械研磨等等。在另一形式中，一遮罩可用於一或多個層體，且材料被施加於該遮罩上，以形成該等元件中之一或多者。在本揭露內容之一變化中，電阻加熱器層30'之一跡線比另一電阻加熱器層30"之一跡線更寬，以在鄰近基體24及26組裝在一起時，提供改良之對齊、或跡線之匹配。此作法亦可與周邊密封帶60及局部密封帶70，還有其他元件一起運用，且可與材料之「雙側式」施加一起運用。
在該等層體中之每一者被施加及圖案化後，該等基體(22、24、26)在步驟250中被組裝在一起，且在一固定工具(未示出)中被固持在一起。經組合之基體22、24及26在受控環境中用熱及壓力來連結(步驟260)歷時一預定時間量，以使得每一層之材料經固態接合以將該等基體(22、24、26)穩固在一起。舉例而言，可使用一真空熱壓爐在約1,000 ℃及約1,000 psi下經歷約兩(2)小時以將該等基體(22、24、26)固態接合在一起。在本文中使用時，應理解，「固態」接合(或接合)意謂材料(例如，鎳)之溫度在接合程序期間在整個施加熱及壓力的過程中維持低於其液相溫度。此程序應與其他方法區別，諸如硬焊，其中材料的溫度超過其液相溫度。固態接合亦可被稱為擴散接合，然而，本揭露內容之教示不一定需要每一電氣功能層之材料(例如，鎳)擴散進另一電氣功能層中(用一雙側施加)或擴散至基體材料中。另外，應理解的是，在本文中使用之「液相」應解釋為包括暫態液相接合(TLP)。
儘管軸桿28可在與上文所闡述相同的程序中接合至經組裝之該等基體(22、24、26)，但在一形式中，軸桿28在該等基體(22、24、26)被固態接合之後以一分開的程序接合至該等基體(22、24、26)。在一形式中，軸桿28亦使用上文所闡述的相似程序來固態接合至基體(22、24、26)，因此導致一兩步驟固態接合程序以完成整個加熱器總成20/台座。舉例而言，至少一個周邊密封帶係嵌入於鄰近基體26(或更通常，一加熱器板)與軸桿28的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸。該周邊密封帶在一形式中包含一鎳材料，其如上文所闡述係組配來使用一固態接合程序將該加熱器板及軸桿28穩固及密封在一起。然而，應理解的是，可運用其他連結/接合技術來連結軸桿28，同時維持在本揭露內容之範圍內。另外，軸桿28可與鄰近基體26中之一者整合，同時保持在本揭露內容之範圍內。
在本揭露內容之一變化中，在該固態接合期間施加之壓力被進一步控制以調整介電區100之大小。在固態接合程序中，通常，針對鎳材料，溫度在約600 ℃至約1,455 °C之間，壓力在約10 psi至約10,000 psi之間，在接合溫度下的總時間(「持溫時間(soak time)」)在約0.25小時至約24小時之間。真空位準係在約1與約1E -7托(Torr)之間，且可包括一惰性氣體，諸如N 2(氮)、He (氦)及Ar (氬)等等。另外，還原性氣氛可用來使氧化物還原，諸如，舉例而言，氫氣或一氧化碳。應理解的是，這些處理參數將依據該分層總成之大小及構造而變化，且因此不應解釋為限制本揭露內容之範圍。
在本揭露內容之又另一形式中，提供一種用於修復之方法，其中一分層總成包含至少兩個鄰近基體(24/26)及至少一個周邊密封帶60，該周邊密封帶係嵌入於該等兩個鄰近基體(24/26)的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，相似於先前所說明之周邊密封帶60。在一形式中，周邊密封帶60包含一鎳材料，其係組配來使用如上文所說明之固態接合程序來將兩個鄰近基體(24/26)穩固及密封在一起。另外，針對此修復應用周邊密封帶60可採用一不同幾何組態，例如，為一連續單石層或安置在整個層中之複數個密封帶，其可為或可不為「周邊的」。
通常，一需要整修的台座係經表面重修或研磨至一指定平坦度及表面粗糙度。在一範例中，一經表面重修的基體將表示如上文所例示及說明之鄰近基體24。接著，周邊密封帶60(或其他密封組態)將被施加至該經表面重修的基體及一新的上基體(亦即，如上所例示及說明的鄰近基體22)之一或兩個內部表面，且接著此總成將如本文中所說明之被固態接合。雖然鎳係在此變化中用於周邊密封帶60的一材料，但應理解的是其他材料，諸如鋁、矽等及其合金可被採用，同時維持在本揭露內容之範圍內。另外，該表面重修程序可更進一步深入該總成，例如甚至到鄰近基體26或軸桿28，同時維持在本揭露內容之範圍內。
現在配合圖3來參看圖10A及10B，本揭露內容之另一形式被例示，其中在一個鄰近基體26上之電阻加熱器層30'''的區域係與另一鄰近基體24上之另一電阻加熱器層30'的區域熱解耦。更詳而言之，在此範例中，施加至鄰近基體24之下表面的電阻加熱器層30'係不變的。施加至鄰近基體26之上表面的第二電阻加熱器層30'''界定如所示之一不同的跡線圖案，其中跡線(亦稱為「電路」)係在電氣端接區域50附近被省略，產生接近軸桿28之上部分處的一未加熱區300。據此，從電阻加熱器層30'的一中心區310至未加熱區300的熱傳導被抑制，藉此提供一進一步的手段來局部控制溫度並減少靠近軸桿28的熱損失。用於電阻加熱器層以及其他電氣功能層的這些及其他替代跡線圖案變化，其並非如上所述之彼此鏡像，應被解釋為落入本揭露內容之範圍內。舉例而言，可減少跡線的厚度而非省略某些區域中之跡線，藉此在鄰近跡線之間產生間隙(就上述雙側施加而言)，藉此將鄰近跡線彼此解除熱耦接。
除非本文另外明確指出，否則在說明本揭露內容之範圍上，指示機械/熱性質、組成百分比、尺寸及/或容差或其他特性之所有數值，將被理解為經用詞「約」或「大約」修改。此修改係出於各種原因而為所欲的，包括：工業實踐；材料、製造及組裝容差；以及測試能力。
在本文中使用時，A、B、及C中至少一者這個句型應該解釋為使用一非排他性邏輯「或」表示一邏輯(A或B或C)，並且不應該被解釋為表示「至少一A、至少一B、以及至少一C」。
本揭露內容之說明本質上僅為範例性，因此，未脫離本揭露實質內容之變化係意欲落入本揭露內容之範圍內。此類變化係非視為脫離本揭露內容之精神及範圍。
20:加熱器總成 22:(上)基體 23:下部面 24:(上)鄰近基體,基體 25,27:內部面 26:(下)鄰近基體,基體 28:軸桿 29:上部面 30:電阻加熱器,電阻層 30':電阻加熱器層,層體 30":電阻加熱器層,層體 30''':(第二)電阻加熱器層 31:邊緣邊界 40:RF天線,RF電極 40',40",60',60":層體 50:電氣端接區域 60:周邊密封帶,周邊密封元件 70:局部密封帶 90:開孔 100:介電區 102:材料島狀物 110:連結層 200:方法 210,220,230,240,250,260:步驟 300:未加熱區 310:中心區
為了使本揭露內容可被良好理解，現將以範例方式且參看隨附圖式說明其不同形式，其中：
圖1為根據本揭露內容之教示所建構之供用於一半導體處理腔室之一台座的立體圖；
圖2為圖1之台座的側視圖；
圖3為圖1之台座的分解圖；
圖4為圖3之一電阻加熱器層的立體圖且係根據本揭露內容之教示所建構；
圖5為圖4之電阻加熱器層的俯視圖；
圖6為圖3之一RF天線層的立體圖且係根據本揭露內容之教示所建構；
圖7為圖6之RF天線層的俯視圖；
圖8A為沿著圖1之線8A-8A取得的截面圖；
圖8B為自圖8A取得的細節圖，其例示根據本揭露內容之教示所建構的延伸穿過台座之基體及各種層的一開孔；
圖9為根據本揭露內容之教示的一製造方法的流程圖；
圖10A為根據本揭露內容之教示所建構的具有一跡線圖案之一電阻加熱器層的俯視圖；及
圖10B為具有一不同跡線圖案之另一電阻加熱器層的俯視圖，其係與圖10A之電阻加熱器層一起被形成且係根據本揭露內容之教示所建構。
本文說明之圖式係僅供例示之目的、且不必然按照比例、且不意欲以任何方式限制本揭露內容之範圍。
22:(上)基體
24:(上)鄰近基體，基體
26:(下)鄰近基體，基體
30:電阻加熱器，電阻層
31:邊緣邊界
40:RF天線，RF電極
70:局部密封帶
90:開孔
100:介電區
102:材料島狀物

Claims (22)

  1. 一種分層總成，其供用於一受控氛圍腔室中，該分層總成包含： 複數個基體； 至少一個電氣功能層，其嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間，該電氣功能層包含一材料，該材料係組配來使用一固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固在一起； 至少一個電氣端接區域，其係與該至少一個電氣功能層整合；以及 至少一個周邊密封帶，其嵌入於該等兩個鄰近基體的內部面之間且在該等內部面之一周邊的周圍延伸，該至少一個周邊密封帶包含一材料，該材料係組配來使用該固態接合程序將該等兩個鄰近基體穩固及密封在一起， 其中複數個介電區存在於該等兩個鄰近基體之間且於該至少一個電氣功能層的數個邊緣邊界之間，該等複數個介電區係藉由該至少一個周邊密封帶來被密封在該等兩個鄰近基體之間。
  2. 如請求項1之分層總成，其中該電氣功能層及該周邊密封帶中之至少一者的該材料包含鎳。
  3. 如請求項1之分層總成，其中該電氣功能層之該材料係漸變的且沿著至少一維度具有可變材料性質。
  4. 如請求項1之分層總成，其中該電氣功能層係選自下列所組成的群組：一電阻加熱器、一RF天線、及一夾持電極。
  5. 如請求項1之分層總成，其中該電氣功能層係一電阻加熱器及一溫度感測器。
  6. 如請求項1之分層總成，其中該等複數個基體中之每一者包含一陶瓷材料。
  7. 如請求項6之分層總成，其進一步包含一上基體，其安置在該等兩個鄰近基體中之一者上，該上基體包含不同於該等兩個鄰近基體之該陶瓷材料的一陶瓷材料。
  8. 如請求項7之分層總成，其中該等兩個鄰近基體係一個氮化鋁(AlN)材料且該上基體係一高級AlN材料。
  9. 如請求項6之分層總成，其中該等複數個基體包含一個氧化鈹(BeO)材料。
  10. 如請求項1之分層總成，其中該等兩個鄰近基體包含穿過其等形成之複數個開孔，且該分層總成進一步包含局部密封帶，其等安置在該兩個鄰近基體之間的該等複數個開孔中之每一者之一周邊的周圍。
  11. 如請求項10之分層總成，其中該等局部密封帶之材料包含鎳。
  12. 如請求項1之分層總成，其進一步包含一黏著層，其安置在該等兩個鄰近基體中之至少一者與該至少一個電氣功能層之間。
  13. 如請求項12之分層總成，其中該黏著層係進一步安置在該等兩個鄰近基體中之至少一者與該至少一個周邊密封帶之間。
  14. 如請求項1之分層總成，其進一步包含嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間的兩個電氣功能層，每一電氣功能層在該固態接合程序之前被施加至該等兩個鄰近基體中之每一者。
  15. 如請求項14之分層總成，其中每一電氣功能層包含一跡線，且一電氣功能層的一跡線係比另一電氣功能層的一跡線更寬。
  16. 如請求項1之分層總成，其進一步包含嵌入於該等複數個基體中之兩個鄰近基體之間的兩個周邊密封帶，每一周邊密封帶在該固態接合程序之前被施加至該等兩個鄰近基體中之每一者。
  17. 如請求項16之分層總成，其中一個周邊密封帶之一帶寬比該另一周邊密封帶之一帶寬更寬。
  18. 如請求項1之分層總成，其進一步包含安置在該等介電區內之複數個材料島狀物，其中該等材料島狀物並非有電的。
  19. 如請求項1之分層總成，其進一步包含一軸桿，該軸桿係穩固至該等兩個鄰近基體中之一者的一下側。
  20. 如請求項1之分層總成，其中該密封係氣密的。
  21. 如請求項1之分層總成，其中該至少一個電氣功能層包含具有複數個分區之一電阻加熱器。
  22. 如請求項1之分層總成，其進一步包含安置在該等複數個基體內之不同層中的複數個電阻加熱器分區。
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