[发明专利]用于控制高真空处理系统中的基板的温度的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及高真空处理系统和方法，尤其涉及用于在高真空处理系统中的离子束处理过程中控制被支撑件、例如支撑在托板上的一个或多个基板的温度的装置和方法。

背景技术

基板支撑在高真空处理系统的真空腔室中，以通过诸如从基板去除材料层的离子束蚀刻、反应性离子蚀刻和等离子体蚀刻的过程，诸如在基板上沉积材料层的离子束沉积、物理气相沉积和化学气相沉积的过程，以及修改基板表面性能的其他过程进行处理。在这些表面处理过程中，基板搁在或固定在基板支撑固定装置、例如台板、卡盘或电极上。在处理过程中，特别是在离子束蚀刻系统中，大量的热能传递到被处理基板。同时，被处理基板必须保持在或低于某些温度水平。因此，热能必须从基板支撑固定装置传输并排出系统的外部。因此，系统的总生产能力明显受支撑固定装置的冷却能力限制。束引起的热限制温度敏感基板材料例如由聚合物制作的基板或有机涂光刻胶基板能获得的最大蚀刻速率。

磁性存储装置的薄膜磁头的制作需要高速率、高精度离子束蚀刻处理。其他处理过程，例如用于形成薄膜磁头的反应性离子蚀刻能够具有比离子束蚀刻明显高的蚀刻速率，但是缺乏离子束蚀刻处理的精度。尽管对具有较高的可获得的蚀刻速率的离子束蚀刻系统的开发可能具有重要的商业价值，但是基板的冷却必须改善，以适应更高的蚀刻速率。

利用背侧热传递气体冷却时的基板和传统的基板保持固定装置之间的热传导，在接近真空的环境中效率相当低或者在其他低压环境中是十分困难的，这是因为热在这些压力下不能很好传递。例如，基板固定装置和基板的同延表面之间的热传导是缓慢和低效率的，这是因为表面之间的原子级的实际接触局限于同延接触区域中的一小部分。隔离其余表面区域的间隙会抑制传导。

除充分的热传递以外，基板保持固定装置还必须在不损坏和污染基板的情况下容易地夹紧和释放基板，并且在密封介质和真空腔室之间必须保持高真空密封，同时基板被夹紧用来限制热传递气体的逸出。热传递效率的缺乏可以通过将基板保持固定装置的温度降至远远低于基板处所需的温度来补偿。基板保持固定装置可以通过循环冷却的导热液体来冷却，例如刚好在液体的凝固点以上的温度、通过基板固定装置中的窄的流动通道导入的纯冷水。

尽管配合使用了这些冷却技术，但传统的基板固定装置不能防止高能离子束蚀刻处理过程中温度的显著升高。许多温度敏感材料可在超过大约70℃的温度下就破坏。因此，当执行离子束蚀刻过程时撞击离子束流可能受冷却基板的能力限制。通过向导热液体中添加常用的凝固点添加剂，例如乙二醇或丙二醇，可以获得更低的基板温度。然而，使用这些凝固点的添加剂会大大增加循环液体的粘性，这降低导热液体流过基板固定装置中的窄的通道的能力。

一种不同但相关的基板温度控制问题是某些材料例如氮化镓的蚀刻速率对温度非常敏感。这样，在离子束蚀刻处理过程中必须小心地控制基板温度，以控制蚀刻速率。特别是，在蚀刻处理过程中和处理不同基板或多组基板的不同运行操作之间，必须将基板温度控制在几摄氏度内。使用气体辅助冷却很难获得这种水平的温度控制，这是因为由于处理过程中的变化而使得基板温度不能精确升高或降低。

因此，需要改善高真空处理系统、例如离子束蚀刻(IBE)系统中的基板温度控制的装置和方法，这种装置和方法克服了在高真空处理设备中使用的传统热控制基板固定装置、以及用于控制基板固定装置的温度的传统方法的这些和其他缺点。

发明内容

本发明总体上涉及一种用于改善高真空处理系统、例如离子束蚀刻(IBE)系统中的被支撑件、例如基板或承载一个或多个基板的托板的温度控制的装置和方法。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于控制被支撑件的温度的装置，所述被支撑件经受加热基板的处理。装置包括具有被构造成支撑被支撑件的表面的第一件、和与第一件连接的第二件。第一件接收从被支撑件传递到所述表面的热，第二件包括被构造成用于温度控制液体的流动的通道。供给通道延伸通过第一件和第二件，以与限定在第一件的表面和被支撑件之间的热传递气体空间连通。热电装置设置在第一件和第二件之间。每个热电装置具有接近所述表面地接触第一件的第一侧、和接近载送液体的通道地接触第二件的第二侧。热电装置在第一和第二侧之间传递热，以调节第一件的温度，因此调节被支撑件的温度。