CN101467243B - 防止衬底支座引起的金属污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提高衬底润湿性的方法，该方法在于向所述衬底至少局部提供导电性、无金属、亲水的碳基涂层。该碳基涂层掺杂有氮，并且电阻率低于108Ω-cm。本发明还涉及至少局部涂覆有导电的、无金属的、亲水的碳基涂层的衬底。

Description

防止衬底支座引起的金属污染的方法
技术领域
本发明涉及向衬底提供导电、无金属、亲水的碳基涂层的方法并涉及具有这样涂层的衬底。
背景技术
本领域公知碳基涂层例如类金刚石碳涂层或类金刚石纳米复合物涂层。对于许多应用，碳基涂层需要是导电的。通常已知的是用金属例如过渡金属来掺杂碳基涂层以影响涂层的导电性。
涂覆有碳基涂层的部件的例子是传送和/或承载半导体衬底的部件，例如静电卡盘、晶片承载器、起模针(lift pin)和加热器。
在一些微芯片制造过程中，这些部件需要导电涂层，因此碳基涂层通常掺杂有金属如过渡金属。
在碳基涂层领域中，公知的优选掺杂元素是Fe、Cr、Ni、Co、Ti、W、Zn、Cu、Mn、Al、Na、Ca和K。
然而，尤其是对于半导体应用而言，由于在半导体衬底上的金属污染可能会劣化半导体衬底的电性能，因此可能的金属污染是一大担忧。随着微处理器上的要素(feature)和线宽变得越来越小，金属污染的风险变得更大。
在可能与晶片接触的系统中，金属零件或金属掺杂剂的存在能够足以引起金属污染。
甚至在金属表面和/或在含金属的表面上滑动晶片的简单现象就足够污染晶片。
当前，如Na、K和Cu的元素是完全不能接受的。其它元素如Al和Ti对于当代半导体加工是允许的。然而，将用于45纳米以下节点的工艺将不会允许任何类型的金属污染。
因此，希望防止任何可能的污染。
为了避免微污染，必须定期清洗表面。通常地，使用有机溶剂进行请洗。然而，由于对使用挥发性有机化合物(VOC)的担心日益增加，因此人们正在寻找替代性的清洁方法。所以，在清洁工艺中使用非挥发性组分非常令人关注。
由于类金刚石碳涂层一般是疏水的，润湿性对于这些应用是一个问题。
发明内容
本发明的一个目的是避免现有技术的这些问题。
另一个目的是提供一种向衬底提供无金属导电涂层的方法，以避免金属污染。
本发明的另一目的是提供一种提高部件润湿性的方法，使得能够用去离子水清洗该部件。
本发明的又一目的是提供一种具有耐磨的、坚硬的、低摩擦的、热稳定的、导电的、无金属的导电碳基涂层的衬底。
依据本发明的第一方面，提供了一种提高衬底润湿性的方法。
该方法包括向衬底至少局部提供导电、无金属、亲水的碳基涂层。该碳基涂层掺杂有氮，并且该碳基涂层的电阻率低于108Ω-cm。
通过施加包含氮的导电性无金属的涂层，衬底的润湿性随着表面更亲水而提高。因此，可以更容易清洗涂覆衬底的表面。当表面更亲水时，可以使用去离子水来清洗该表面，并且可以避免使用VOC。
此外，根据本发明的涂层是无金属的。这对于其中金属污染是问题的应用是重要的。
本发明的一大优点是涂覆层同时是导电的、无金属的和亲水的。
根据本发明的涂层特别适合于其中金属污染是问题的衬底。
例如，这样的衬底包括传送和/或承载半导体衬底的部件。
这样的部件的例子包括静电卡盘、晶片承载器、加热器和起模针。
半导体衬底的例子包括半导体晶片。
传送和/或承载半导体衬底的部件需要稍微导电的涂层，所述涂层避免半导体衬底的任何可能的污染。
当根据本发明的涂层满足这些要求时，该涂层作为传送和/或承载半导体衬底的部件的涂层时，特别令人感兴趣。
将无金属的导电碳基涂层至少施加到部件的与半导体衬底接触的一个或多个表面上。
可能地，还可以将无金属的导电碳基涂层施加到部件的其它表面上。
在一些实施方案中，部件的整个外表面覆盖有无金属的导电碳基涂层。
该涂层也适合于涂覆如下部件：该部件用于传送和/或承载半导体图形化和光刻中所用的高纯度液体。
此外，根据本发明的涂层适用于需要稍微导电的涂层以实现电荷消散的衬底。这样的衬底的例子包括复印机部件如供给辊，或电火花加工(EDM)应用中所用的部件。
碳基涂层的电阻率优选低于108-cm，例如103Ω-cm至108Ω-cm，更优选104-cm至106-cm。
氮的浓度优选为0.1-20原子％，并且更优选为3-7原子％。
在大多数应用中，优选涂层具有低的摩擦系数。对于半导体应用，具有低摩擦系数的涂层优选用来降低在半导体衬底上导致颗粒的摩擦或磨损的形成和沉积。
优选地，该涂层的摩擦系数低于0.15，例如0.05-0.10。
此外，对于大多数应用，优选涂层具有高的硬度例如以避免划伤或磨损。
优选地，涂层的硬度高于10GPa，例如高于12GPa、15GPa、18GPa、20GPa或25GPa。
碳基涂层的优选厚度范围是0.5μm-10μm，且更优选2.5μm-8μm。
可以考虑任何类型的碳基层。优选的碳基层包括类金刚石碳(DLC)涂层和类金刚石纳米复合物(DLN)涂层。
类金刚石碳(DLC)涂层包含无定形的氢化碳(a-C:H)。DLC涂层包含sp2和sp3键合碳的混合物，并具有0-80％，且优选20-30％的氢浓度。
DLC层的硬度优选为15GPa-25GPa。更优选地，DLC层的硬度为18GPa-25GPa。
类金刚石纳米复合物(DLN)涂层包含C、H、Si和O的无定形结构。类金刚石纳米复合物涂层在商业上称为
Figure G2007800203926D00031
涂层。
金刚石层纳米复合物层的硬度优选为10GPa-20GPa。
优选地，DLN涂层按相对于C、Si和O的总量的比例含有：40-90原子％的C、5-40原子％的Si、和5-25原子％的O。
优选地，类金刚石纳米复合物组合物包含a-C:H和a-Si:O的两个互相贯穿的网络。
可用本领域公知的任何技术沉积该碳基涂层。
优选的沉积技术包括离子束沉积、脉冲激光沉积、电弧沉积如过滤或非过滤电弧沉积、化学气相沉积如增强等离子体辅助化学气相沉积和激光电弧沉积。
根据本发明的实施方案，可以在施加导电、无金属、亲水的碳基涂层之前在衬底上施加附着促进层。
理论上，可考虑改善碳基涂层对衬底的附着性的任何涂层。
优选的附着促进层包含选自硅、元素周期表中IVB族元素、VB族元素和VIB族元素中的至少一种元素。优选的中间层包含Ti和/或Cr。
可能地，附着促进层包含多于一个层，例如两个或更多个金属层，每层均包含选自硅、元素周期表中IVB族元素、VB族元素、VIB族元素的金属，例如Ti或Cr层。
作为替代，附着促进层可以包含选自硅、元素周期表中IVB族元素、VB族元素和VIB族元素的金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氧氮化物的一个或多个层。一些例子是TiN、CrN、TiC、Cr2C3、TiCN和CrCN。
此外，附着促进层可以包含以下层的任何组合：选自硅、元素周期表中IVB族元素、VB族元素和VIB族元素的金属的一外或多个金属层，以及选自硅、元素周期表中IVB族元素，VB族元素和VIB族元素的金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氧氮化物的一个或多个层。
中间层的一些例子包括：金属层和金属碳化物层的组合，金属层和金属氮化物层的组合，金属层和金属碳氮化物层的组合，第一金属层、金属碳化物层和第二金属层的组合，以及第一金属层、金属氮化物层和第二金属层的组合。
附着促进层的厚度优选为1nm到1000nm，例如10hm到500nm。
可以通过本领域已知的任何技术来沉积附着促进层，例如物理气相沉积如溅射或蒸发。
依据本发明的第二个方面，提供至少局部涂覆有导电的、无金属的、亲水的碳基涂层的衬底。该碳基涂层掺杂有氮，并且电阻率低于108Ω-cm。
优选地，电阻率在103Ω-cm和108Ω-cm之间，且更优选在104Ω-cm和106Ω-cm之间。
优选的衬底包括：传送和/或承载半导体衬底的部件，例如静电卡盘、晶片承载器、加热器和起模针；传送和/或承载高纯度液体的部件；复印机部件以及电火花加工(EDM)应用中所用的部件。
依据本发明的第三个方面，提供了一种允许用去离子水清洗衬底例如用于传送和/或承载半导体衬底的部件的方法。该方法包括步骤：
-提供衬底，所述衬底至少局部涂覆有导电的、无金属的、亲水的碳基涂层，所述碳基涂层掺杂有氮，并且电阻率低于108Ω-cm；
-用去离子水清洗所述衬底。
清洗可以包括冲洗和/或擦拭和/或任何其它的清洗方法。
通过施加根据本发明的涂层，衬底的润湿性随着表面更亲水而提高。因此，能够使用去离子水清洗表面。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中
-图1是依据本发明的静电卡盘的横截面图；
-图2是包含依据本发明的起模针的组件的横截面图。
本发明优选实施方案的描述
参照图1描述依据本发明的静电卡盘10的优选实施方案。
静电卡盘广泛用于将衬底如半导体晶片或其它工件在加工期间保持在固定的位置。
典型地，静电卡盘含有叠置在电介质材料之上或嵌入电介质材料内的一个或多个电极。当向电极施加电力时，在静电卡盘和置于其上的衬底之间产生了吸引力。
可能需要用具有一些导电性的涂覆层来涂覆该静电卡盘，以便在静电卡盘表面和晶片之间产生的颗粒最少。
涂层的导电性也有助于将衬底维持在所希望的加工条件且同时具有最小的加工偏差。
然而，应该避免任何可能的金属污染。
参照图1描述了依据本发明的静电卡盘10的优选实施方案。
静电卡盘10包含
-至少一个电极11；
-至少部分覆盖电极11的介电体12；
-无金属的导电碳基涂层13，其至少部分覆盖介电体12。
当向电极施加电力时，在静电卡盘和位于其上的衬底14之间产生吸引力。
依据本发明的无金属导电碳基涂层13具有1-10μm，且优选3-7μm的厚度。涂层的电阻率在103Ω-cm和108-cm之间，且更优选在104Ω-cm和106Ω-cm之间。
该涂层包含50-70原子％的C、20-30原子％的H以及3-7原子％的N。该涂层13的硬度为15-19GPa。
可将无金属的导电碳基涂层施加到与衬底接触的介电体12的整个表面上，或可按一定图案施加到介电体12上。
优选地，对该图案进行优化以提供最佳的静电夹紧力和产生最少颗粒的晶片承载区。
图2显示了依据本发明的起模针20。
起模针20包含构件21，该构件21具有适于提升和降低衬底24的尖端22。
起模针20至少在尖端22处涂覆有无金属的导电碳基涂层23。
依据本发明的无金属的导电碳基涂层24具有1-10μm，且优选2-4μm的厚度。该涂层具有103-108-cm，且更优选104-106-cm的电阻率。
该涂层包含50-70原子％的C、20-30原子％的H以及3-7原子％的N。涂层23的硬度为15-19GPa。

Claims (11)

1.提高衬底润湿性的方法，该方法包括：
在衬底上施加附着促进层，该附着促进层由选自元素周期表中IVB族元素、VB族元素、和VIB族元素的金属的碳化物、氮化物、碳氮化物的一个或多个层组成；和
向所述衬底至少局部提供导电的、无金属的、亲水的碳基涂层，所述碳基涂层掺杂有氮，所述碳基涂层具有低于108Ω-cm的电阻率，
其中所述衬底选自如下：传送和/或承载半导体衬底的部件、传送和/或承载高纯度液体的部件、复印机部件以及电火花加工应用中所用的部件；
其中在施加所述碳基涂层之前在所述衬底上施加所述附着促进层。
2.依据权利要求1的方法，其中所述碳基涂层包含0.1-20原子％的氮。
3.依据权利要求1或2的方法，其中所述碳基涂层包含掺杂氮的类金刚石碳涂层，所述掺杂氮的类金刚石碳涂层包含无定形的氢化碳。
4.依据权利要求1或2的方法，其中所述碳基涂层包含掺杂氮的类金刚石纳米复合物涂层，所述掺杂氮的类金刚石纳米复合物涂层包含C、H、O和Si。
5.依据权利要求4的方法，其中所述类金刚石纳米复合物涂层包含两个互相贯穿的网络：氢稳定的类金刚石碳网络中主要为sp3键合碳的第一网络，和氧稳定的硅的第二网络。
6.衬底，所述衬底包含：
在所述衬底上的附着促进层，所述附着促进层由选自元素周期表中IVB族元素、VB族元素、和VIB族元素的金属的碳化物、氮化物、碳氮化物的一个或多个层组成；和
至少局部涂覆在所述衬底上的导电的、无金属的、亲水的碳基涂层，所述无金属的导电碳基涂层掺杂有氮，所述碳基涂层具有低于108Ω-cm的电阻率，
其中所述衬底选自如下：传送和/或承载半导体衬底的部件、传送和/或承载高纯度液体的部件、复印机部件以及电火花加工应用中所用的部件；
其中在施加所述碳基涂层之前在所述衬底上施加所述附着促进层。
7.依据权利要求6的衬底，其中所述碳基涂层包含0.1-20原子％的氮。
8.依据权利要求6或7的衬底，其中所述碳基涂层包含掺杂氮的类金刚石碳涂层，该掺杂氮的类金刚石碳涂层包含无定形的氢化碳。
9.依据权利要求6或7的衬底，其中所述碳基涂层包含掺杂氮的类金刚石纳米复合物涂层，所述掺杂氮的类金刚石纳米复合物涂层包含C、H、O和Si。
10.依据权利要求9的衬底，其中所述类金刚石纳米复合物涂层包含两个互相贯穿的网络：氢稳定的类金刚石碳网络中主要为sp3键合碳的第一网络，和氧稳定的硅的第二网络。
11.用去离子水清洗衬底的方法，所述方法包括步骤：
-提供衬底，所述衬底上具有附着促进层，且所述附着促进层由选自元素周期表中IVB族元素、VB族元素、和VIB族元素的金属的碳化物、氮化物、碳氮化物的一个或多个层组成；所述衬底至少局部涂覆有导电的、无金属的、亲水的碳基涂层，所述碳基涂层掺杂有氮，并且电阻率低于108Ω-cm；和
-用去离子水清洗所述衬底；
其中所述附着促进层在施加所述碳基涂层之前施加到所述衬底上。
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