CN104904003B - 具有可光图案化的软性突出接触表面的静电夹盘 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一具体实例，提供用于一静电夹盘的一软性突出结构，其提供用于晶圆、工件或其他基板的一非研磨接触表面，同时也具有改良的可制造性及与接地表面压板设计的兼容性。该软性突出结构包含一可光图案化的聚合物。

Description

具有可光图案化的软性突出接触表面的静电夹盘
相关申请案
本申请案是2012年11月2日所提交的美国申请案第13/667,516号的连续案，该美国申请案第13/667,516号是2011年10月27日所提交的美国申请案第13/266,657号的部分连续案，该美国申请案第13/266,657号是2010年5月13日所提交的以英文公开的美国国家阶段国际申请案第PCT/US2010/034667号，其请求2009年5月15日所提交的美国临时申请案第61/216,305号的权益。上述申请案的全部教示皆以引用方式并入本文中。
背景技术
静电夹盘在制造制程期间固持且支撑基板，且也自基板移除热，而不机械夹持基板。在静电夹盘的使用期间，通过静电力将基板(诸如，半导体晶圆)的背面固持至静电夹盘的面。基板与静电夹盘的面中的一或多个电极是由覆盖电极的表面材料层分开。在库仑夹盘中，表面层电绝缘，而在Johnsen-Rahbek静电夹盘中，表面层弱传导。静电夹盘的表面层可平坦，或可具有将基板的背面与经覆盖电极进一步分开的一或多个突出、突起或其他表面特征。在处理期间传递至基板的热可通过与突出的接触热传导及/或通过与冷却气体的气体热传导而转移离开基板且转移至静电夹盘。在自基板移除热时，接触热传导通常比气体热传导有效率。然而，控制基板与突出之间的接触量可为困难的。
在微电子生产中，随着半导体及内存装置几何形状变得逐渐更小且晶圆、平面屏幕显示器、比例光罩及其他处理过基板的大小变得逐渐更大，可允许的颗粒污染过程规范变得更有限制性。粒子对静电夹盘的影响特别有意义，此是因为晶圆实体上接触或安装至夹盘夹持表面。若静电夹盘的安装表面允许任何颗粒变得陷落于安装表面与基板之间，则基板可因陷落的粒子而变形。举例而言，若将晶圆的背面抵靠平坦参考表面以静电方式夹持，则陷落的粒子将造成晶圆的正面的变形，其将因此不位于平坦平面中。根据美国专利第6,835,415号，研究已展示，平坦静电夹盘上的10微米粒子可使比例光罩(亦即，测试晶圆)的表面移位一吋或一吋以上的径向距离。粒子诱发的位移的实际高度及直径取决于众多参数，诸如，粒径、粒子硬度、夹持力及比例光罩厚度。
在基板处理期间，重要的是能够控制基板的温度、限制基板的最大温度上升、维持基板表面上的温度均匀性或此等的任何组合。若归因于不良及/或不均匀的热转移，在基板表面上存在过度的温度变化，则基板可变得扭曲，且制程化学可受到影响。与静电夹盘直接接触的面积愈大，通过接触热传导转移的热愈多。直接接触的面积的大小随基板与静电夹盘的接触表面的粗糙度、平度及硬度以及接触表面之间的施加的力而变。由于接触表面的特性在基板间有变化，且由于接触表面的特性可随时间而改变，因此准确地控制静电夹盘与基板之间的接触热传导是困难的。
控制基板的温度及在其背面上的粒子的数目对于减少或消除对微电子装置、比例光罩光罩及其他此等结构的损害而言及对于减少或最小化制造产率损失而言是重要的。静电夹盘突出的研磨性质、变粗糙突出的高接触面积及静电夹盘的制造期间的研光及抛光操作的效应可皆对在与静电夹盘一起使用期间将粒子添加至基板的背面有影响。
发明内容
根据本发明的一具体实例，提供一种用于一静电夹盘的软性突出结构，其提供用于晶圆、工件或其他基板的非研磨接触表面，同时也具有改良的可制造性及与接地表面压板设计的兼容性。软性突出结构包含可光图案化的聚合物。
在根据本发明的一项具体实例中，提供一种静电夹盘，其包含一表面层，该表面层通过一电极中的一电压活化以形成一电荷以将一基板以静电方式夹持至该静电夹盘。该表面层包括包含一可光图案化的聚合物的多个突出及该多个聚合物突出所黏附的电荷控制层。该多个聚合物突出延伸至在该电荷控制层的包围该多个聚合物突出的部分上方的一高度以在该基板的静电夹持期间将该基板支撑于该多个聚合物突出上。
在另外有关具体实例中，该可光图案化的聚合物可包含在烘烤前在室温下为液体的一可光图案化的聚合物，或可包含在烘烤前在室温下为固体的一可光图案化的聚合物。该可光图案化的聚合物可包含一以环氧树脂为基础、以聚酰亚胺为基础或以苯并环丁烯为基础的可光图案化的聚合物。该电荷控制层可包含碳化硅或类钻碳。该电荷控制层可包含介于每平方约108奥姆至每平方约1011奥姆之间的一表面电阻率。该等聚合物突出可包含介于约3微米与约12微米之间的一高度；且可包含约900微米的一直径。该静电夹盘可进一步包含一气体密封环，该气体密封环包含一可光图案化的聚合物，诸如以环氧树脂为基础、以苯并环丁烯为基础或以聚酰亚胺为基础的可光图案化的聚合物。该多个聚合物突出可包含介于约0.02μm与约0.05μm之间的一表面粗糙度。该可光图案化的聚合物可包含具有大于约70兆帕斯卡(MPa)的一拉伸强度的一材料，且可包含具有小于约3.5千兆帕斯卡(GPa)的一杨氏模数的一材料。该静电夹盘可包含一传导路径，该传导路径覆盖该静电夹盘的一气体密封环的一工件接触表面的至少一部分，该传导路径包含至接地的一电路径的至少一部分。该传导路径可包含类钻碳。
在根据本发明的另一具体实例中，提供一种静电夹盘，其包含一表面层，该表面层通过一电极中的一电压活化以形成一电荷以将一基板以静电方式夹持至该静电夹盘。该表面层包括包含一传导性聚合物的多个突出及该多个聚合物突出黏附至的一电荷控制层。该多个聚合物突出延伸至在该电荷控制层的包围该多个聚合物突出的部分上方的一高度以在该基板的静电夹持期间将该基板支撑于该多个聚合物突出上。
在另外有关具体实例中，该传导性聚合物可包含来自由以下各个组成的群的一聚合物：一碳奈米管与一聚合物的一掺合物；及一掺杂有传导性奈米粒子的聚合物。
在根据本发明的另一具体实例中，提供一种制造一静电夹盘的方法。该方法包含经由一光罩使在该静电夹盘的一表面上的一可光图案化的聚合物曝露至光，该静电夹盘包含在该可光图案化的聚合物的至少一部分下面的一电荷控制层；及基于该表面经由该光罩至该光的一曝光图案而移除该静电夹盘的该表面区域，由此在该静电夹盘的该表面上形成多个聚合物突出。该多个聚合物突出黏附至该电荷控制层且延伸至在该电荷控制层的包围该多个聚合物突出的部分上方的一高度。
在另外有关具体实例中，该方法可包含在该电荷控制层的至少一部分上方层压包括该可光图案化的聚合物的一聚合物薄片，或在该电荷控制层的至少一部分上方喷洒包括该可光图案化的聚合物的一液体聚合物。该可光图案化的聚合物可包含具有大于约70兆帕斯卡(MPa)的一拉伸强度且具有小于约3.5千兆帕斯卡(GPa)的一杨氏模数的一材料。该方法可进一步包含用一传导路径覆盖该静电夹盘的一气体密封环的一工件接触表面的至少一部分，该传导路径包含至接地的一电路径的至少一部分。
附图说明
如随附图式(其中相似参考字符贯穿不同视图是指相似零件)中所说明，前述内容将自本发明的实例具体实例的以下较特定描述显而易见。图式未必按比例，而是着重于说明本发明的具体实例。
图1为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的顶层的截面图。
图2为展示根据本发明的一具体实例的静电夹盘的另外层的截面图。
图3为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的表面上的突出的图案的说明。
图4为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的表面外观图。
图5为根据本发明的一具体实例的静电夹盘上的突出的构形图。
图6为根据本发明的一具体实例说明层压制程在使用可光图案化的聚合物制造静电夹盘中的使用的示意图。
图7为根据本发明的一具体实例说明喷涂制程在使用可光图案化的聚合物制造静电夹盘中的使用的方块图。
图8为根据本发明的一具体实例的包括多个聚合物突出及接地层的静电夹盘的截面图。
图9为根据本发明的一具体实例的包括多个聚合物突出及一传导路径的静电夹盘的截面图。
具体实施方式
以下为本发明的实例具体实例的描述。
根据本发明的一具体实例，提供一种静电夹盘，其包括在其表面上的用于安装基板的突出。突出是由诸如聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺或聚醚醚酮(PEEK)的聚合物物质形成。另外，静电夹盘特征为聚合物突出黏附至的一电荷控制表面层。电荷控制表面层可由与突出相同的聚合物物质(诸如聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺或聚醚醚酮(PEEK))形成。此等突出及此电荷控制表面层可帮助促进静电夹盘与基板的接触以增进接触冷却，同时也减少不良粒子的产生。
在根据本发明的另一具体实例中，可光图案化的聚合物可用以在静电夹盘上形成突出及气体密封件，如以下进一步论述。
图1为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的顶层的截面图。静电夹盘特征为由诸如聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺或聚醚醚酮(PEEK)的聚合物形成的突出101。静电夹盘的气体密封环(图中未显示)可由诸如与突出101相同的聚合物的聚合物形成。突出101黏附至亦可由聚合物形成的电荷控制层102。电荷控制层102的目的在于提供一传导层以放走表面电荷。电荷控制层102减少了「晶圆黏结」的可能性，晶圆黏结发生于晶圆或其他基板在夹盘电力经移除后静电黏附至夹盘表面时。具有在适当范围(诸如，约1×108奥姆/平方至约1×10n奥姆/平方的范围)中的表面电阻率的电荷控制层102已展示以减少可导致不良静电力且最终导致晶圆黏结的表面电荷滞留。稍微有传导性表面层将电荷放出至接地(图中未显示)，而不干扰静电夹盘与基板之间的静电吸引。在一项具体实例中，突出101及电荷控制层102皆由诸如聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺或聚醚醚酮(PEEK)的单一聚合物形成。黏着层103可在电荷控制层102下，且可包含与电荷控制层不同的聚合物。详言之，在电荷控制层由聚醚醚酮(PEEK)形成的情况下，黏着层103可包含聚醚酰亚胺(PEI)。替代地，黏着层103不需要存在。在黏着层103下(或直接在电荷控制层102下)，静电夹盘包括黏着涂层104，其促进在其之上的聚合物层黏附至介电层105。黏着涂层104保持埋于在其之上的聚合物层下，且隐藏聚合物中的装饰性缺陷。黏着涂层104可(例如)包括含硅的氮化物、氧化物、碳化物及此等物质的非化学计量型式，例如(但不限于)SiOxNy、氮化硅、氧化硅或碳化硅。黏着涂层也可包含碳或碳的氮化物化合物；且可包含类钻碳；及/或前述各个中的任一个的组合。在黏着涂层104下为介电层105，诸如氧化铝介电质。
图2为展示根据本发明的一具体实例的静电夹盘的另外层的截面图。除了突出201、电荷控制层202、黏着层203、黏着涂层204及介电层205之外，静电夹盘也包括金属电极206。金属电极206是通过导电环氧结合208结合至电极接脚207。介电层205是通过陶瓷至陶瓷结合210结合至绝缘体层209(诸如氧化铝绝缘体)。陶瓷至陶瓷结合210可由诸如聚四氟乙烯(PTFE)或改质PTFE(除了PTFE之外，其也包括PFA及/或FEP)的聚合物形成。另外，陶瓷至陶瓷结合210可由诸如全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)及聚醚醚酮(PEEK)的聚合物形成。在绝缘体209下，存在导热结合211(其可(例如)使用由德国Düsseldorf的HenkelAG&Co.KGaA出售的TRA-CON导热环氧树脂而形成)及水冷式基底212。黏着涂层204可沿着静电夹盘的边缘(包括沿着气体密封环的边缘)延伸以形成金属还原层213，其防止静电夹盘的边缘上的射束撞击使铝粒子撞击基板。
根据本发明的一具体实例，用于静电夹盘的突出201、电荷控制层202或其他组件的聚醚酰亚胺(PEI)可由未填充的非晶聚醚酰亚胺(PEI)形成，厚度处于约12微米与约25微米之间。举例而言，可使用以商标名ULTEM 1000出售的PEI，其由Sabic InnovativePlastics Holdings BV出售。在突出201及/或电荷控制层202或其他组件是由聚醚醚酮(PEEK)形成的情况下，该等组件可自未填充的PEEK制造，厚度处于约12微米与约25微米之间。举例而言，可使用以商标名APTIV PEEKTM FILM,2000-006(未填充的非晶等级)出售的PEEK，其由美国PA的West Conshohocken的Victrex U.S.A.,Inc.出售。
根据本发明的一具体实例的特征为聚合物突出及一聚合物电荷控制层的静电夹盘可包括2009年5月15日申请的美国专利申请案第12/454,336号(作为美国专利申请公开案第2009/0284894号公开)的静电夹盘的特征，该申请案的教示在此以全文引用方式并入。详言之，可包括关于相等间隔的突出、三角形图案突出及低粒子突出的特征，且也可包括其他特征。
图3为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的表面上的突出314图案的说明，其中突出图案用以减小基板与突出314之间的力。可使用相等地分散此等力的突出图案，例如，突出的三角形或大体六边形图案。应了解，如本文中所使用，「三角形(trigonal)」图案意欲意谓突出的等边三角形的有规律重复图案，使得该等突出实质上相等间隔。(也可将此图案看作形状为中心突出在形成正六边形的顶点的六个突出的数组的中心的大体六边形)。也可通过增大突出的直径315或通过减小突出314的中心至中心间距316来减小力。如图3的具体实例中所示，可按相等间隔配置来安置该等突出，其中每一突出是以中心至中心间距尺寸316与邻近突出实质上相等地间隔。依靠此间距，基板的背面的相当大部分接触该等突出的顶部分，从而在突出之间为氦气或其他气体留下间隙以用于背面冷却。相比之下，在无此突出间距的情况下，仅小部分(10％或更少)的突出可接触基板。根据本发明的一具体实例，基板可接触大于25％的突出的顶表面积。
在一实例中，静电夹盘可为300mm组态，包括铝基底、厚约0.120吋的氧化铝绝缘体209、厚约0.004吋的氧化铝介电质205，且具有旋转压板设计以允许安装至静电夹盘的基板的旋转及倾斜。静电夹盘的直径可(例如)为300mm、200mm或450mm。突出314可呈三角形图案，例如，具有约6mm至约8mm的中心至中心间距尺寸316。突出的直径315可(例如)为约900微米。突出314的高度可(例如)约3微米至约12微米，诸如约6微米。突出314可全部由聚合物形成，如同电荷控制层202(见图2)。
图4为根据本发明的一具体实例的静电夹盘的表面外观图。静电夹盘表面包括气体入口417、接地接脚通道418、气体密封环419、包括自身的气体密封环(图4中的起模顶杆通道420的外部浅色结构)的起模顶杆通道420及在夹盘的中心处的以421表示的小气体入口(在图4中不可见的入口)。接地接脚通道418可包括自身的气体密封环(图4中的接地接脚通道419的外环)。详图(图4中的插图422)展示突出414。气体密封环419(及起模顶杆通道420及接地接脚通道418的气体密封环)可为约0.1英吋宽，且可具有等于突出414的高度的高度，诸如约3微米至约12微米(例如约6微米)，但其他宽度及高度是可能的。
根据本发明的一具体实例，可通过首先使用陶瓷至陶瓷结合制备陶瓷总成的制程来制造静电夹盘。举例而言，可使用上文结合图2的具体实例所描述的结合物质将介电层205结合至绝缘体层209。接下来，用黏着涂层204(诸如，上文结合图1的具体实例所论述的物质)涂布陶瓷总成至约1或2微米的厚度。接下来，将制成电荷控制层202及突起201的聚合物物质结合至黏着涂层204的表面。接着可电浆处理聚合物物质的顶部以帮助光阻(接下来涂覆)黏结。接下来，将光阻沈积于聚合物物质上，且曝光并显影光阻。接下来，使用反应性离子蚀刻制程来移除一厚度的聚合物物质(诸如，介于约3微米与约12微米之间，详言之，约6微米)以在突起201之间建立多个区域。可针对将供静电夹盘使用的背面气体压力来优化蚀刻掉的量(导致突出的高度)。突出的高度较佳与背面冷却中所使用的气体的平均自由路径大致相同或实质上相等。在蚀刻后，接着剥去光阻，且制程继续进行至静电夹盘的最终装配。
图5为根据本发明的一具体实例的静电夹盘上的突出的构形图。宽度及高度是以微米展示。突出高约6微米，且具有非常平滑的晶圆接触表面523。举例而言，突出可具有约0.02μm至约0.05μm的晶圆接触表面523上的表面粗糙度。同样地，该等气体密封环可具有类似平滑表面，此导致与基板的良好密封。下表1展示根据本发明的一具体实例的气体泄漏速率实验的结果。左栏展示施加的背面气体压力，右栏展示背面气体流量，其作为自静电夹盘的边缘下漏处的气体的结果而发生，且中间栏展示腔室压力，其将随着更多气体漏出静电夹盘的边缘而上升。将小于1sccm背面气体流率的结果(如此处)视为合乎需要的。
表1：气体泄漏速率测试
BSG压力 腔室压力 BSG流量
(托) (托) (sccm)
0 2.44E-06 na
4 5.17E-06 0.09
10 9.04E-06 0.34
15 1.24E-05 0.56
25 2.02E-065 1.1
根据本发明的一具体实例，静电夹盘的该等气体密封环可包含小于约8微吋或小于约4微吋或小于约2微吋或小于约1微吋的表面粗糙度。
在根据本发明的另一具体实例中，可光图案化的聚合物可用以在静电夹盘上形成突出及气体密封件。如本文中所使用，「可光图案化的聚合物(photo-patternablepolymer)」是表面可基于光化学反应的结果而图案化的聚合物。
图6为根据本发明的一具体实例说明层压制程在使用可光图案化的聚合物制造静电夹盘中的使用的示意图。将可光图案化的聚合物薄片层压631至静电夹盘上。举例而言，使用两个辊的压机可施加受控的热及压力以将可光图案化的聚合物薄片层压至静电夹盘上。可将软烘烤制程应用至层压薄片。随后，使用632紫外线光曝光系统来经由光罩曝露可光图案化的聚合物；且使用633显影剂来移除聚合物的经由光罩未曝露的不当部分，由此产生突出。替代地，取决于所使用的光阻的类型，可使用显影剂来移除聚合物的经由光罩曝露的部分，以便产生突出。更通常地，可基于表面经由光罩至光的曝光图案而移除静电夹盘的表面的区域，由此产生突出。接着使用烘箱及热板来硬烘烤634该等突出。可使用的可光图案化的聚合物薄片的一些实例包括以环氧树脂为基础的聚合物薄片、以聚酰亚胺为基础的聚合物薄片及苯并环丁烯(BCB)聚合物薄片。举例而言，可使用以环氧树脂为基础的聚合物薄片，诸如，由美国Wilmington,DE的E.I.DuPont de Nemours and Company出售的PerMxTM系列、MX系列及系列聚合物薄片。
图7为根据本发明的一具体实例说明喷涂制程在使用可光图案化的聚合物制造静电夹盘中的使用的方块图。将液体可光图案化的聚合物喷涂741至静电夹盘上。举例而言，喷涂系统可将液体聚合物涂覆至静电夹盘，伴有静电夹盘上的受控热及至喷涂系统的喷嘴的受控流率。可将所要厚度的聚合物(例如，次微米至毫米厚度)精确地喷洒至静电夹盘的表面上。随后，使用紫外线光曝光系统来经由光罩曝露742可光图案化的聚合物；及使用743显影剂来移除聚合物的经由光罩未曝露的不当部分，由此产生突出。替代地，取决于所使用的光阻的类型，可使用显影剂来移除聚合物的经由光罩曝露的部分，以便产生突出。更通常地，可基于表面经由光罩至光的曝光图案而移除静电夹盘的表面的区域，由此产生突出。接着使用烘箱及热板来硬烘烤744该等突出。可使用的液体可光图案化的聚合物的一些实例包括以环氧树脂为基础的液体聚合物、以聚酰亚胺为基础的液体聚合物及以苯并环丁烯为基础(BCB)的液体聚合物。举例而言，可使用的以环氧树脂为基础的液体聚合物包括由美国Newton,MA的MicroChem Corporation出售的SU8系列及KMPR系列液体聚合物；可使用的以聚酰亚胺为基础的液体聚合物包括由美国Wilmington,DE的Hitachi DuPontMicroSystems,LLC出售的HD4100系列、HD8800系列及HD8900系列液体聚合物。
根据本发明的一具体实例，在使用可光图案化的聚合物的情况下，突出的厚度判定静电夹盘的夹持力。因此，为了控制夹持力，可控制突出的厚度。举例而言，可通过层压制程中的聚合物薄片的厚度及通过喷涂制程中所喷洒的聚合物的体积来控制突出的厚度。此外，当使用层压制程时，可通过用反应性离子蚀刻(RIE)制程处理突出(例如，以减小突出的厚度)来改变厚度。此也可导致突出的边缘更平滑且更清洁。
另外，根据本发明的一具体实例，可根据使用静电夹盘的应用及所得所要聚合物性质来调整用于可光图案化的聚合物的硬烘烤参数。举例而言，若粒子是通过基板的研磨而产生，该等粒子可在夹持/去夹持循环测试中被发现，则可能需要通过降低硬烘烤温度及减少硬烘烤时间来使突出变得较软。另一方面，若(例如)在夹持/去夹持循环测试中发现来自聚合物突出的粒子，则可能需要通过升高硬烘烤温度及增加硬烘烤时间来使突出变得较硬。
根据本发明的一具体实例，可光图案化的聚合物的使用可提供若干优势。该使用可产生均匀厚度的突出；且可产生非研磨且软性的突出，其中杨氏模数及硬度显着低于陶瓷突出(诸如，类钻碳及碳化硅突出)。可光图案化的聚合物的使用可改良可制造性且需要较少资本设备，可减少颗粒污染，可提供与接地表面压板设计的较好兼容性，可提供较低成本及较高生产量静电夹盘，且可较易于按比例扩大至较大大小静电夹盘(诸如，450mm)。此外，可光图案化的聚合物突出可具有比其他突出好的黏着，且可在无助黏剂的情况下使用。另外，使用可光图案化的聚合物突出的静电夹盘可比先前设计易于重新磨光。举例而言，若突出磨损，则可使用氧电浆洗涤剂来清洁表面，在此之后，可在不拆卸夹盘的情况下如本文中所描述重新形成突出。
图8为根据本发明的一具体实例的包括聚合物突出及一接地层的静电夹盘的截面图。静电夹盘包括聚合物突出801(该等聚合物突出可(例如)包括可光图案化的聚合物突出)以及一聚合物气体密封件819。在至接地的用于电荷的路径中，表面电荷是经由电荷控制层802及金属层813放出至接地层851。金属层813可(例如)由碳化硅、类钻碳及/或本文中别处所教示的用于电荷控制层的物质形成，且可充当至接地的传导路径且也可充当金属还原层。接地层851可(例如)由碳化硅、类钻碳及/或本文中别处所教示的用于电荷控制层的物质形成。接地层851可(例如)包含类钻碳或碳化硅，且可具有在每平方约105奥姆与每平方约107奥姆之间的一表面电阻率。图8的具体实例的静电夹盘也包括一介电层805、多个金属电极806、一陶瓷至陶瓷结合810、多个导电环氧树脂结合808、多个电极接脚807、绝缘体层809、导热结合811及水冷式基底812。介电质805可包含大于约1012ohm-cm的体电阻率，使得静电夹盘为库仑夹盘。电荷控制层802可(例如)包含碳化硅或类钻碳；可直接上覆于介电质；可包含在约0.1微米至约10微米的范围中的厚度；且可包含在约1×108奥姆/平方至约1×1011奥姆/平方的范围中的表面电阻率。
图9为根据本发明的一具体实例的包括多个聚合物突出及一传导路径的静电夹盘的截面图。该静电夹盘包括聚合物突出901(该等聚合物突出可(例如)包括可光图案化的聚合物突出)以及一聚合物气体密封件919。在至接地的用于电荷的路径中，表面电荷是经由电荷控制层902、金属层813及传导路径952放出至接地层951。金属层913可(例如)由碳化硅、类钻碳及/或本文中所教示的用于电荷控制层的物质形成，且可充当至接地的传导路径且也可充当金属还原层。接地层951可(例如)由碳化硅、类钻碳及/或本文中别处所教示的用于电荷控制层的物质形成。接地层951可(例如)包含类钻碳或碳化硅，且可具有在每平方约105奥姆与每平方约107奥姆之间的一表面电阻率。传导路径952可(例如)包含类钻碳或碳化硅，且可具有在每平方约105奥姆与每平方约107奥姆之间的一表面电阻率；且可(例如)覆盖静电夹盘的气体密封环919的工件接触表面的至少一部分。图9的具体实例的静电夹盘也包括一介电层905、多个金属电极906、一陶瓷至陶瓷结合910、多个导电环氧树脂结合908、多个电极接脚907、绝缘体层909、导热结合911及水冷式基底912。介电质905可包含大于约1012ohm-cm的体电阻率，使得静电夹盘为库仑夹盘。电荷控制层902可(例如)包含碳化硅或类钻碳；可直接上覆于介电质；可包含在约0.1微米至约10微米的范围中的厚度；且可包含在约1×108奥姆/平方至约1×1011奥姆/平方的范围中的表面电阻率。
实验：使用可光图案化的聚合物制造
1.用于图8的具体实例的层压制程：
根据本发明的一具体实例，可通过首先使用陶瓷至陶瓷结合810制备陶瓷总成的制程来制造静电夹盘。举例而言，可使用上文结合图2的具体实例所描述的结合物质将介电层805结合至绝缘体层809。接下来，使用物理气相沈积(PVD)用金属层851及813涂布陶瓷总成的背面，诸如通过将上文所论述的用作图8中的接地层851及金属层813的物质沈积至约1微米的厚度。
接下来，使用化学气相沈积(CVD)通过电荷控制层802来涂布陶瓷总成的正面，诸如通过沈积碳化硅、类钻碳及/或本文中别处所教示的用作电荷控制层的物质，其中层802经由陶瓷总成的边缘而与接地层851电连接。
接下来，通过光微影来制造聚合物突出801及气体密封环819。通过在80℃下以0.5m/min辊速度及410kPa-480kPa压力使用CATENA(由美国Addison,IL的GBC Films Group出售)将可光图案化的聚合物薄片层压至电荷控制层802，且接着在100℃下烘烤可光图案化的聚合物薄片达5分钟。在此之后，将聚合物曝露至300mJ/cm2的强度的光。在95℃下烘烤可光图案化的聚合物达5分钟，且接着在丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中显影可光图案化的聚合物达5分钟，继之以异丙醇(IPA)冲洗达2分钟。最后，在180℃下烘烤聚合物达30分钟。此外，当使用层压制程时，可通过用反应性离子蚀刻(RIE)制程处理突出(例如，以减小突出的厚度)来改变厚度。此也可导致突出的边缘更平滑且更清洁。突出的厚度介于约3微米与约12微米之间，例如约6微米。可针对将供静电夹盘使用的背面气体压力来优化蚀刻掉的量(导致突出的高度)。突出的高度较佳与背面冷却中所使用的气体的平均自由路径大致相同或实质上相等。
2.用于图9的具体实例的层压制程：
使用类似于上文所描述的用于生产图8的具体实例的制程的制程，且此外，在聚合物突出已制造后，通过CVD制程，用遮蔽光罩添加类钻碳(DLC)涂层。DLC涂层覆盖气体密封环819以及陶瓷总成的侧壁。
3.用于图8的具体实例的喷涂制程：
除使用不同技术将用于突出801及气体密封环819的可光图案化的聚合物涂覆至电荷控制层802外，使用类似于上文所描述的用于层压的制程的制程。
通过光微影技术来制造聚合物突出801及气体密封环819。以100mm/sec喷洒速度、2ml/min流率、30psi空气压力及30mm高度(喷头与电荷控制层802的表面之间的距离))使用Prism 300(由美国Haverhill,MA的Ultrasonic Systems,Inc.出售)将可光图案化的聚合物喷洒至电荷控制层802上，且接着在95℃下烘烤可光图案化的聚合物达15分钟。在喷涂制程期间将陶瓷总成加热至65℃。在此之后，将聚合物曝露至300mJ/cm2的强度的光。在95℃下烘烤可光图案化的聚合物达5分钟，且接着在丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中显影可光图案化的聚合物达5分钟，继之以异丙醇(IPA)冲洗达2分钟。最后，在180℃下烘烤聚合物达30分钟。突出的厚度介于约3微米与约12微米之间，例如约6微米。通过喷洒至电荷控制层802的表面上的聚合物的量来控制突出的厚度。可针对将供静电夹盘使用的背面气体压力来优化突出的厚度。突出的高度较佳与背面冷却中所使用的气体的平均自由路径大致相同或实质上相等。
4.用于图9的具体实例的喷涂制程：
使用类似于上文所描述的用于生产图8的具体实例的制程的制程，且此外，在聚合物突出已制造后，通过CVD制程，用遮蔽光罩添加类钻碳(DLC)涂层。DLC涂层覆盖气体密封环819以及陶瓷总成的侧壁。
实验：测试结果
根据本发明的一具体实例，对具有本文中所描述的可光图案化的聚合物突出的静电夹盘执行多种测试。结果如下。
1)刮痕测试：用针挂掉突出。该突出通过测试；刀片切入突出而不造成分层。
2)带测试：将Kapton带置放于突出之上，且接着剥去Kapton带。该等突出通过测试；无突出被剥去。
3)IPA擦拭测试：使用具有异丙醇(IPA)的无尘室纸擦拭凸起。该等突出通过测试。
4)装载/卸除循环测试：若干次地将砝码装载及卸除至突出之上。该等突出通过测试。
5)玻璃摩擦测试：使用碳化硅表面上的15μm PerMxTM突出。使用玻璃将法向应力手动施加至该等突出上，同时与突出相抵摩擦玻璃。结果为该等突出的厚度不改变。在凸起的顶表面上发现刮痕。
6)酷刑测试：使用具有14μm厚突出的陶瓷总成执行酷刑测试。在溶剂测试中，将突出分别浸没于IPA及丙酮中达一天。在UV曝光测试中，将突出连续地曝露至UV光达10.25小时。在耐冷测试中，用大致-70℃下的干冰覆盖样本。在酷刑测试后，使用刀刮擦该等突出。刀切入该等突出而不造成分层及裂缝。所有突出通过测试。
7)夹持测试：针对电极的充电及放电，在静电夹盘的夹持期间量测充电电流。发现波形保持均匀且在所有操作条件下(包括真空中及空气中的变化的背面气体压力)恰当地形成波形。
8)气体泄漏速率测试：执行类似于上文在表1中展示的气体泄漏速率测试的气体泄漏速率测试。发现无发弧、高夹持力及低气体流率。在500K循环夹持/去夹持测试之前及之后皆发现类似结果。
9)材料纯度测试：制造三个样本(可光图案化的聚合物薄膜；无额外处理的硅晶圆上的层压可光图案化的聚合物薄膜；及硅晶圆上的完全形成的可光图案化的聚合物突出)。在室温下使用5％HNO3对该三个样本进行表面提取达一小时，且使用电感耦合式电浆质谱法(ICP-MS)针对19种金属量测所得溶液。结果发现可接受的低位准的19种金属的每平方公分原子。
10)夹持/去夹持循环测试：在500K循环夹持/去夹持测试后，突出及气体密封件的高度及粗糙度未改变。表2展示结果。轮廓测绘展示，突出及气体密封件的形状同样未改变。
表2：500K循环测试后的高度及粗糙度
根据本发明的一具体实例，可使用包括低杨氏模数及高拉伸强度的材料的可光图案化的聚合物突出。表3展示各种材料的机械性质的比较，其中PerMX及SU8材料为以环氧树脂为基础的可光图案化的聚合物的实例。在表3中可看出，聚醚酰亚胺(PEI)、环氧树脂及聚酰亚胺的热稳定性类似；但以环氧树脂为基础的聚合物及以聚酰亚胺为基础的聚合物的拉伸强度高于PEI。PEI、环氧树脂及聚酰亚胺的弹性模数(硬度)类似，且所有该等材料皆比类钻碳(DLC)软。根据本发明的一具体实例，可将具有大于约70兆帕斯卡(MPa)的拉伸强度(诸如，在约70MPa与80MPa之间)且具有小于约3.5千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模数(诸如，在约2GPa与3GPa之间)的聚合物物质用于突出。可使用其他物质。
表3：突出材料的机械性质
根据本发明的一具体实例，聚合物突出(诸如，环氧树脂可光图案化的聚合物突出)的硬度可在约350MPa与约450MPa之间。聚合物突出的结合强度可比聚合物突出与下伏电荷控制层之间的约15MPa大。在一些具体实例中，聚合物突出的黏着性可足够准许电荷控制层(图8的802)直接黏附至介电质805，而无需介入的黏着层或黏着剂。在将晶圆或其他基板夹持至聚合物突出后，自聚合物突出转移至晶圆背面的金属污染物(例如，Li、Mg、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Mo、Sn、Ba、Ce、Hf、Ta、W、Pb、Sb)可小于约1E10原子/平方公分。在将晶圆或其他基板夹持至聚合物突出后，作为使用静电夹盘的结果而沈积于基板的背面上的粒子可少于0.16μm或更大的粒径范围的约2000个粒子添加。
根据本发明的一具体实例，本文中所阐明的可光图案化的聚合物可(例如)如本文中所阐明地生产，以黏附至下伏电荷控制层。电荷控制层可(例如)包括碳化硅、类钻碳或另一材料。此电荷控制层可具有介于每平方约108奥姆至每平方约1011奥姆之间的一表面电阻率。
在根据本发明的另一具体实例中，本文中所阐明的可光图案化的聚合物可用于接地静电夹盘上，例如，如图8及图9的具体实例中所展示。举例而言，接地技术可包括一传导路径，该传导路径覆盖该静电夹盘的一气体密封环的一工件接触表面的至少一部分，该传导路径包含至接地的一电路径的至少一部分。传导路径可(例如)包含类钻碳或碳化硅，且可具有在每平方约105奥姆与每平方约107奥姆之间的一表面电阻率。可使用作为WO2012/033922公布、题为「High Conductivity Electrostatic Chuck」的国际申请案第PCT/US2011/050841号中所教示的其他传导路径，该申请案的全部教示在此以引用方式并入本文中。举例而言，可使用与覆盖于静电夹盘的外边缘上的传导路径有关的教示。
虽然本文中论述了可光图案化的聚合物，但根据本发明的一具体实例，类似的喷涂方法可供其他软性材料使用。举例而言，可通过遮蔽光罩喷涂传导性聚合物、高耐化学性聚合物、耐高温聚合物及其他材料以制造用于静电夹盘的软性突出。在一实例中，传导性聚合物可经喷涂以形成用于接地静电夹盘的传导性软性凸起。举例而言，传导性聚合物可包含碳奈米管与一聚合物(诸如，由美国Billerica,MA的Entegris,Inc.出售的EntegrisTEGOTM聚合物)的掺合物；填充有碳奈米管的聚碳酸酯；及/或掺杂有传导性奈米粒子的聚合物。此等传导性聚合物突出可供用于静电夹盘的接地的卷绕式DLC涂层使用，诸如，作为WO2012/033922公布、题为「High Conductivity Electrostatic Chuck」的国际申请案第PCT/US2011/050841号中所教示的传导路径中的一个，该申请案的全部教示在此以引用方式并入本文中。本文中所描述的具体实例的各种特征可加以组合；举例而言，可通过多种不同突出(包括本文中所教示的可光图案化的聚合物)来获得本文中论述的突出的高度及表面粗糙度。
此外，根据本发明的一具体实例，本文中所教示的聚合物(包括可光图案化的聚合物、传导性聚合物、高耐化学性聚合物及耐高温聚合物)可用于真空夹盘及机械夹盘上的突出。
根据本发明的一具体实例，静电夹盘为库仑夹盘。介电质可包括铝，例如氧化铝或氮化铝。在根据本发明的另一具体实例中，静电夹盘为Johnsen-Rahbek静电夹盘。或者，静电夹盘可不为Johnsen-Rahbek静电夹盘，且介电质可经选择使得Johnsen-Rahbek(JR)力或部分混合Johnsen-Rahbek力不作用于晶圆或基板。
本文中所引用的所有专利、公开申请案及参考的教示是以全文引用方式并入。
虽然本发明已参考其实例具体实例予以特定展示及描述，但熟习此项技术者应理解，在不脱离由随附权利要求涵盖的本发明的范畴的情况下，可进行形式及细节上的各种改变。

Claims (23)

1.一种静电夹盘，其包含：
表面层，其通过电极中的电压活化以形成电荷以将基板以静电方式夹持至该静电夹盘，该表面层包括包含硬烘烤的经光图案化的聚合物的多个突出及该多个聚合物突出所黏附的电荷控制层，该多个聚合物突出延伸至在该电荷控制层的包围该多个聚合物突出的部分上方的高度以在该基板的静电夹持期间将该基板支撑于该多个聚合物突出上。
2.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含在烘烤前可光图案化且在室温下为液体的聚合物。
3.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含在烘烤前可光图案化且在室温下为固体的聚合物。
4.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含在烘烤前可光图案化的以环氧树脂为基础的聚合物。
5.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含以聚酰亚胺为基础的聚合物或以苯并环丁烯为基础的聚合物中的至少一个，该硬烘烤的经光图案化的聚合物为在烘烤前可光图案化的聚合物。
6.如权利要求1的静电夹盘，其中该电荷控制层包含碳化硅。
7.如权利要求1的静电夹盘，其中该电荷控制层包含类钻碳。
8.如权利要求1的静电夹盘，其中该电荷控制层包含介于每平方108奥姆至每平方1011奥姆之间的表面电阻率。
9.如权利要求1的静电夹盘，其中该等聚合物突出包含介于3微米与12微米之间的高度。
10.如权利要求1的静电夹盘，其中该等聚合物突出包含900微米的直径。
11.如权利要求1的静电夹盘，其进一步包含气体密封环，该气体密封环包含硬烘烤的经可光图案化的聚合物。
12.如权利要求11的静电夹盘，其中该气体密封环的该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含以环氧树脂为基础的聚合物、以苯并环丁烯为基础的可光图案化的聚合物及以聚酰亚胺为基础的聚合物中的至少一个，该硬烘烤的经光图案化的聚合物为在烘烤前可光图案化的聚合物。
13.如权利要求1的静电夹盘，其中该多个聚合物突出包含介于0.02μm与0.05μm之间的表面粗糙度。
14.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含具有大于70兆帕斯卡(MPa)的拉伸强度的材料。
15.如权利要求1的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含具有小于3.5千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模数的材料。
16.如权利要求1的静电夹盘，其进一步包含传导路径，该传导路径覆盖该静电夹盘的气体密封环的工件接触表面的至少一部分，该传导路径包含至接地的电路径的至少一部分。
17.如权利要求16的静电夹盘，其中该传导路径包含类钻碳。
18.如权利要求16的静电夹盘，其中该硬烘烤的经光图案化的聚合物包含在烘烤前可光图案化且在室温下为液体的聚合物，且其中该电荷控制层包含介于每平方108奥姆至每平方1011奥姆之间的表面电阻率。
19.一种制造静电夹盘的方法，该方法包含：
经由光罩使该静电夹盘的表面上的可光图案化的聚合物曝露至光，该静电夹盘包含在该可光图案化的聚合物的至少一部分下面的电荷控制层；
基于该表面经由该光罩至该光的曝光图案而移除该静电夹盘的该表面的区域，通过在该静电夹盘的该表面上形成多个聚合物突出，该多个聚合物突出所黏附该电荷控制层且延伸至在该电荷控制层的包围该多个聚合物突出的部分上方的高度；及
硬烘烤该多个聚合物突出。
20.如权利要求19的方法，其包含在该电荷控制层的至少一部分上方层压包括该可光图案化的聚合物的聚合物薄片。
21.如权利要求19的方法，其包含在该电荷控制层的至少一部分上方喷洒包括该可光图案化的聚合物的液体聚合物。
22.如权利要求19的方法，其中该可光图案化的聚合物包含具有大于70兆帕斯卡(MPa)的拉伸强度且具有小于3.5千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模数的材料。
23.如权利要求19的方法，其进一步包含用传导路径覆盖该静电夹盘的气体密封环的工件接触表面的至少一部分，该传导路径包含至接地的电路径的至少一部分。
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