CN105684139B - 静电卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于在高温下植入离子的静电卡盘。此静电卡盘包括绝缘基底，其上配置了导电电极。介电顶层配置于电极上。阻隔层配置于介电顶层上，使其位于介电顶层和工作件之间。此阻隔层用来阻止粒子从介电顶层迁移至夹在卡盘上的工作件。在一些实施例中，阻隔层上施加保护层以避免磨损。通过阻隔层阻止金属粒子从介电顶层迁移到工作件，从而维持工作件的完整性，提高工作件的良率。

Description

静电卡盘

技术领域

本揭示的实施例是有关于一种静电卡盘，且特别是有关于一种用于基底处理系统的具有阻隔层的静电卡盘。

背景技术

离子布植机被普遍用于半导体工作件的生产上。离子源被用于产生朝向工作件的离子束。当离子撞击工作件，它们便掺杂了工作件的特定区域。掺杂区域的形态定义了其功能性，并且通过导电内连线的使用，这些工作件可以被转变成为复合电路。

当工作件被植入时，通常其被夹在卡盘上。此夹住的方式可以是通过机械或自然的静电。此卡盘通常由多数个层所组成。顶层(或被称为是介电层或介电顶层)接触工作件，并由电性绝缘或半导电材料制成，例如嵌入金属电极的氧化铝，因其可以产生静电场而不产生短路。产生此静电场的方法广为本领域中具有通常知识的技术人员所知，在此便不叙述。

第二层(或被称为是基底)可以由绝缘材料制成。为了产生需要的静电力，多数个电极可以被配置于介电顶层和绝缘层之间。在另一实施例中，多数个电极可以嵌入于绝缘层。此多数个电极由导电材料所构成，例如金属。

图1显示了卡盘10的上视图，特别是显示了卡盘10的多数个电极100a-f。如图所示，各电极100a-100f彼此电性隔离。这些电极100a-100f可以被配置使相反的电极有相反的电压。举例来说，电极100a可以有正电压而电极100d可以有负电压。这些电压可以是直流电或是随时间而改变以维持静电力。举例来说，如图1所示，施加于各电极100a-100f的电压可以是双极方波。在图1所示的实施例中，使用了三对电极。每对电极以一对应的电源110a-110c电性交流，使一电极接收正输出而另一电极接收负输出。电源110a-110c的每一者产生周期和振幅相同的方波输出。然而，各方波与相邻之方波相位位移。因此，如图1所示，电极100a接收方波A，电极100b则接收方波B，其相对于方波A有120°的相位位移。同样地，方波C相对于方波B有120°的相位位移。这些方波以图表示在图1的电源110a-110c上。当然，其他数目的电极和交流形状可以被使用。

施加于电极100a-100f的电压用来产生静电力，其将工作件夹在卡盘上。

在一些实施例中，可以欲在提升的温度(如高于300℃)下对工作件植入。在这些应用中，杂质可能从静电卡盘中的介电顶层迁移或扩散至工作件。这些杂质引入工作件可能对工作件的良率、表现或其他特性造成影响。因此，提供一种在热植入制程时静电卡盘中所包含的材料不会扩散或迁移至工作件的系统是有利的。

发明内容

本发明揭示一种用于在高温下植入离子的静电卡盘。此静电卡盘包括绝缘基底，而导电电极配置于其上。介电顶层配置于电极之上。阻隔层配置于介电顶层上，使其位于介电顶层和工作件之间。此阻隔层阻止粒子从介电顶层迁移到夹在卡盘上的工作件。在一些实施例中，保护层被施加于阻隔层上以防止磨损。

根据一实施例，揭示一种静电卡盘。此静电卡盘包括绝缘基底；一个或更多个导电电极，配置于绝缘基底上；介电顶层，具有上表面和相对的底表面，使电极被配置于绝缘基底和介电顶层之间；以及配置于上表面上的阻隔层，其中阻隔层阻止粒子从介电顶层中迁移到夹在静电卡盘上的工作件。

根据第二实施例，揭示一种用于高温离子植入的静电卡盘。此静电卡盘包括包含陶瓷材料的绝缘基底；一个或更多个导电电极，配置于绝缘基底上；介电顶层，具有上表面和相对的底表面，使电极被配置于绝缘基底和介电顶层之间，且其中介电顶层包括具有金属杂质引入的氧化物材料；以及阻隔层，包括氮化硅，配置于上表面上，其中阻隔层阻止金属粒子从介电顶层迁移到夹在静电卡盘上的工作件。

附图说明

为了使本揭示更容易了解，参考所附图式，其以参考方式并入于此，其中：

图1表示一种先前技术的静电卡盘；

图2显示了根据第一实施例的一种静电卡盘；以及

图3显示了根据第二实施例的一种静电卡盘。

具体实施方式

图2显示根据一实施例的静电卡盘200。如前所述，此静电卡盘200包括绝缘基底210、介电顶层220与配置于绝缘基底210和介电顶层220之间的多数个电极230。工作件(图未显示)可以以静电卡盘200产生的静电力夹在位子上。

再者，在提升的温度下，如300℃以上，或在一些实施例中，500℃以上，加热静电卡盘200可以是有利的。在一些实施例中，加热元件(如加热灯)被用来加热配置于静电卡盘200上的工作件。辐射热用来加热静电卡盘200。在其他实施例中，静电卡盘200以通过使用嵌入于绝缘基底210中的电阻元件或通过绝缘基底210中的通道传递热流被直接加热。在这些实施例中，一个或更多的加热元件被用来在离子植入制程期间提升工作件的温度。

由于在静电卡盘200中所产生的热量，利用耐热材料来形成绝缘基底210是有利的。举例来说，陶瓷材料可以承受在静电卡盘中所产生的热而不会变形或破裂。绝缘基底210例如可以由氧化铝或其他一些陶瓷材料所构成。在一些实施例中，加热装置可以嵌入于绝缘基底210中。举例来说，静电和加热元件可以形成于绝缘基底210中。或者，可以修饰表面电性以产生Johnsen-Rahbek型(JR型)静电卡盘(ESC)，或者元件可以被夹在以几种其中之一的方法连接的板之间，或者氧化物层或类似材料可涂布或包覆电子元件。

绝缘基底210和介电顶层220使用具有功能上等同的热膨胀系数(coefficientsof thermal expansion，CTE)的材料是有利的，特别是在提升的温度下。在本揭示中，“功能上等同”一词表示这两层的热膨胀系数为使因为热膨胀在这两层中产生的应力可以被忍受而不会造成任一层破裂。更进一步，这一词表示热膨胀系数为使这些层间的附着力不会失效(导致层与层分开)。在一些实施例中，这些热膨胀系数例如可以是在所欲温度范围间彼此在15％以内。然而，可以要求更大或更小的百分比差异，以确保能达到上面的条件。在另一实施例中，这些热膨胀系数在所欲温度范围间可以彼此在20％以内。

在提升的温度下，以某些类型的氧化物(如氧化硅)或其他耐高温材料(如陶瓷材料)来形成介电顶层220可以是有益的。为了修饰用来形成介电顶层220的材料的热膨胀系数，可以添加杂质到此材料中。举例来说，如镁、铅或锌的粒子可以被添加到氧化物或陶瓷材料中以形成和绝缘基底210功能上等同的热膨胀系数。因此，介电顶层220可以是故意引入杂质以调整其热或介电性质的氧化物材料。或者，介电顶层220可以是故意引入杂质以调整其热或介电性质的陶瓷材料。

如上述，导电电极230在引入介电顶层220前被配置于绝缘基底210上。这些电极230可以以沉积金属于绝缘基底210上的方式形成，或使用其他在本领域中公知的技术。在一些实施例中，这些电极230以导电金属所构成。电极230或覆盖电极230的材料可以含有例如铜的微量材料，其可以迁移到上表面221。如图1所示，各电极230和电源(未示出)电性交流，如上所述。

在沉积电极230之后，施加介电顶层220。举例来说，介电顶层220可以用丝网法、旋转涂布法或使用蒸气沉积制程来施加。介电顶层220有与电极230接触的底表面222和相对的上表面221。已在未被预期的情况下发现，在提升的温度下，介电顶层220中含有的材料(如金属粒子)朝向介电顶层220的上表面221扩散或迁移。在提升的温度下，到达上表面221后，除非阻止，这些材料可以扩散或迁移到工作件的接近上表面221的表面。因此，当工作件从静电卡盘200移除时，这些材料便附着或嵌入在工作件中，从而影响工作件的表现或功用。这些影响在低温(如室温)时似乎不会发生，因此之前从未被发表过。

特定来说，测试显示锌、镁、铅和铜的粒子被认为最有可能从介电顶层220扩散或迁移到工作件中。这些粒子可以是添加到用来形成介电顶层220的氧化物或陶瓷材料中的杂质，其被引入来形成所欲的热和介电性质。因此，从介电顶层220移除这些粒子并不适当或甚至不可能。在其他实施例中，这些粒子可以在生产制程期间和静电卡盘200接触。改变生产制程来消除与这些粒子的接触不切实际。此外，这些粒子可以在电极230的制造时被使用。举例来说，被用于电极230的制造的铜可以包括这些粒子其中之一。因此，这些粒子并不能轻易从介电顶层220移除。所以，发明一种使这些已知朝向上表面221迁移的粒子离开工作件的系统和方法是必须的。

在第一实施例中，阻隔层240被施加在介电顶层220的上表面221。此阻隔层240用来阻止粒子从介电顶层220迁移到夹在静电卡盘200上的工作件。因此，阻隔层240的成分可以是阻止这些粒子迁移的材料。在其他实施例中，阻隔层240的成分可以防碍这些金属粒子的迁移。在一些实施例中，氮化物(如氮化硅)可被使用。

此阻隔层240可以例如小于10微米的厚度被施加。此厚度可以基于施加阻隔层240需要的时间和其对静电力的影响被选择。此厚度可以对静电卡盘200产生的静电力有最小影响。同样地，在此厚度，阻隔层240的热膨胀系数可以几乎不重要。此阻隔层240可以是例如使用化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)施加在介电顶层220的上表面221，然而其他的沉积制程也能被使用。阻隔层240也可以选择性地被施加在介电顶层220的侧面。

此外，氮化物(如氮化硅)是非常硬的材料，因此可以抵抗静电卡盘200和静电卡盘200上被植入的工作件之间的机械磨损。

因此，来自介电顶层220中的粒子仍可以迁移到介电顶层220的上表面221。然而，其更进一步的迁移被阻隔层240所阻止。因此，夹在阻隔层240上的工作件可被保护不受这些潜在有害粒子干扰。

图3显示根据第二实施例的静电卡盘300。此实施例和图2相似，且相似的元件被给予一致的参考符号，在此不再叙述。如前所述，阻隔层240可以是氮化物，如氮化硅。此阻隔层240的厚度例如可以是小于1微米厚。在一些实施例中，其厚度可以是数百奈米。在本实施例中，额外的保护层250被施加在阻隔层240之上。此保护层250可以是例如数百微米的厚度。在其他实施例中，保护层250可以厚达1毫米。保护层250的用意是保护静电卡盘300，特别是防止阻隔层240因和工作件接触造成磨损。在一实施例中，保护层250包括硼硅玻璃(borosilicate glass，BSG)。其他适合的材料可被使用，其具有绝缘性且不会影响产生的静电场。

因此，可以通过将工作件夹在具有此处叙述的阻隔层240的静电卡盘200上进行高温离子植入。阻隔层240阻止金属粒子从介电顶层220迁移到工作件，从而维持工作件的完整性。如上所述，这些粒子可以是添加到介电顶层220以改变其热或介电性质的杂质。这些粒子可以是制造电极230使用的材料。为了进行高温离子植入，加热元件可以用来在离子植入制程期间提升工作件的温度至约300℃。

本揭示并非被这里所叙述的特定实施例所限制。实际上，对本领域具有通常知识者而言，从前述的叙述和所附的图式可以了解，其他不同的实施例和对本揭示的修改、以及此处所揭示的实施例都是显而易见的。因此，这些其他的实施例和修改都将属于本揭示的范围。更进一步，虽然本揭示在此用在特定环境对特定目的之特定实施的情境来描述，但本领域具有通常知识者可以理解本揭示的效用并不仅局限于此，而可以在各种环境对各种目的有效的实施。因此，以下所述的申请专利范围应以本揭示在此叙述的完整宽度和精神来解释。

Claims (14)

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括：

绝缘基底；

一个或更多个导电电极，配置于所述绝缘基底上；

介电顶层，具有上表面和相对的底表面，使所述电极配置于所述绝缘基底和所述介电顶层之间；以及

配置于所述上表面上的阻隔层，其中所述阻隔层阻止粒子从所述介电顶层中迁移至夹在所述静电卡盘上的工作件，阻隔层包括氮化硅。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述介电顶层包括引入金属杂质以改变其热或介电性质的氧化物或陶瓷材料，以及迁移的所述粒子包括所述金属杂质。

3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，迁移的所述粒子选自由镁、铅、和锌所组成的族群。

4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，迁移的所述粒子被用于所述电极的制造中。

5.根据权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，迁移的所述粒子包括铜粒子。

6.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，更包括配置于所述阻隔层上的保护层。

7.根据权利要求6所述的静电卡盘，其特征在于，所述保护层包括具有厚度小于1毫米的硼硅玻璃。

8.一种静电卡盘，用于高温离子植入，其特征在于，所述静电卡盘包括：

包括陶瓷材料的绝缘基底；

一个或更多个导电电极，配置于所述绝缘基底上；

介电顶层，具有上表面和相对的底表面，使所述电极配置于所述绝缘基底和所述介电顶层之间，且其中所述介电顶层包括具有引入金属杂质至其的氧化物材料；以及

阻隔层，包括氮化硅，配置于所述上表面上，其中所述阻隔层阻止金属粒子从所述介电顶层迁移至夹在所述静电卡盘上的工作件。

9.根据权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属粒子包括引入所述氧化物材料的所述金属杂质。

10.根据权利要求9所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属杂质被引入以改变所述氧化物材料的热或介电性质。

11.根据权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属粒子被用于所述电极的制造中。

12.根据权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属粒子选自由镁、铅、铜、和锌所组成的族群。

13.根据权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于，更包括配置于所述阻隔层上的保护层。

14.根据权利要求13所述的静电卡盘，其特征在于，所述保护层包括具有厚度小于1毫米的硼硅玻璃。