CN107810548B - 支撑衬底的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示可安置于加热的静电卡盘与基底之间的热屏蔽。热屏蔽包括具有在1密耳与5密耳之间的厚度的热绝缘体，例如聚酰亚胺膜。聚酰亚胺膜在一个侧上涂覆有反射材料层，例如铝。所述反射材料层可在30纳米与100纳米之间。热屏蔽安置成使得所述反射材料层更靠近卡盘。由于所述反射材料层较薄，所以热屏蔽不保持大量热。此外，热屏蔽的温度保持远低于聚酰亚胺膜的玻璃化转变温度。

Description

支撑衬底的设备
技术领域
本发明的实施方案涉及支撑衬底的设备，且更确切地说，涉及用于使加热的静电卡盘与基底绝缘的热屏蔽。
背景技术
半导体装置的制造涉及多个离散且复杂的过程。半导体衬底通常在制造工艺期间经历许多过程。在处理衬底时，通常将衬底夹持到卡盘上。此夹持可在本质上是机械或静电的。所述静电卡盘传统上由多个层组成。顶部层(还被称作顶部电介质层)接触衬底，并且是由电绝缘或半导电材料制成，因为其产生不会形成短路的静电场。为了产生静电力，多个电极可安置在顶部电介质层下方。所述多个电极是由例如金属等导电材料建构。
在某些应用中，离子植入可导致晶体缺陷(crystal defects)及非晶化(amorphization)。此晶体损坏常常可以通过被称为退火的热处理恢复。然而，对于某些高剂量植入物及装置结构，典型的植入后退火可能不足以恢复由植入引起的全部损坏。已知在植入工艺期间加热衬底会减少对衬底的损坏且保留更多晶体结构以促进在退火工艺期间再生长。
例如在通过静电力使衬底保持在适当的位置时，通常通过触点加热衬底，例如通过使用在工件与卡盘之间捕获的气体。还可直接通过卡盘加热衬底。在两个实施例中，热通过卡盘施加到衬底的下表面。因此，卡盘被维持在高温下以致使对衬底进行加热。
然而，在某些实施例中，加热的卡盘极为接近基底。在某些实施例中，加热的卡盘可为约3/8″厚，且可被加热到约500℃或更多。基底的厚度还可为约3/8″且可通过使用水冷却而处于室温或室温附近。
所述卡盘及基底可例如通过使用陶瓷垫圈(其为不良热导体)而相隔约1/8″或更小。加热的卡盘与基底之间的温差可为数百度。基底可充当散热器(thermal sink)，从卡盘抽取热。在某些实施例中，金属热屏蔽安置于加热的卡盘与基底之间。然而，传统的金属热屏蔽可成问题。例如，因为金属是极好的热导体，所以可将金属热屏蔽加热到几乎是卡盘的温度。此可导致金属热屏蔽以及金属热屏蔽与卡盘或金属热屏蔽与基底之间的可能的触点的变形。因为卡盘通常是由陶瓷材料制成，所以此可导致到卡盘的热应力，这可导致材料疲劳(material fatigue)或开裂(cracking)。
如果存在使加热的卡盘与基底有效地热隔离的热屏蔽，那么将是有益的。此外，如果此热屏蔽允许卡盘及基底极为接近而不变形，那么将是有益的。
发明内容
揭示可安置于加热的静电卡盘与基底之间的热屏蔽。所述热屏蔽包括具有1密耳与5密耳之间的厚度的热绝缘体，例如聚酰亚胺膜。所述聚酰亚胺膜在一个侧上涂覆有反射材料层，例如铝。所述反射材料层可在30纳米与100纳米之间。所述热屏蔽安置成使得所述反射材料层更靠近静电卡盘。由于所述反射材料层较薄，所以热屏蔽不保持大量热。此外，热屏蔽的温度保持远低于聚酰亚胺膜的玻璃化转变温度(glass transitiontemperature)。
根据一个实施例，揭示一种设备。所述设备包括：静电卡盘；基底，其处于比静电卡盘低的温度下；及热屏蔽，其安置于静电卡盘与基底之间，其中所述热屏蔽包括在一个侧上涂覆有反射材料层的聚酰亚胺膜。在某些实施例中，所述反射材料层包括铝。在某些实施例中，使用化学气相沉积(chemical vapor deposition)、物理气相沉积(physical vapordeposition)、等离子体增强型化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapordeposition)或电子束蒸镀(e-beam evaporation)将所述反射材料层沉积在所述聚酰亚胺膜上。在某些实施例中，所述反射材料层在30纳米与100纳米之间。在某些实施例中，所述聚酰亚胺膜具有1密耳与5密耳之间的厚度。在某些实施例中，使用垫圈使所述热屏蔽与所述静电卡盘及基底中的至少一者分开。在某些实施例中，将卡盘加热到大于200℃的温度。
根据另一实施例，揭示一种设备。所述设备包括静电卡盘；基底，其处于比静电卡盘低的温度下且与静电卡盘隔开；热屏蔽，其安置于静电卡盘与基底之间，其中所述热屏蔽包括在面对静电卡盘的一个侧上涂覆有反射材料层的聚酰亚胺膜；及垫圈，其用以使所述热屏蔽与所述静电卡盘及基底分开。在某些实施例中，将卡盘加热到大于200℃的温度。
根据另一实施例，揭示一种设备。所述设备包括：静电卡盘；基底，其处于比静电卡盘低的温度下；及热屏蔽，其安置于静电卡盘与基底之间，其中所述热屏蔽包括在更靠近静电卡盘的侧上涂覆有反射材料层的热绝缘体。在某些实施例中，所述绝缘体具有1密耳与5密耳之间的厚度。
附图说明
为了更好地理解本发明，参考附图，其以引用的方式并入本文中并且其中：
图1是根据一个实施例的安置于卡盘与基底之间的热屏蔽的侧视图。
图2是根据另一实施例的安置于卡盘与基底之间的热屏蔽的侧视图。
图3是根据第三实施例的安置于卡盘与基底之间的热屏蔽的侧视图。
元件符号说明
100：卡盘
110：基底
150：热屏蔽
151：聚酰亚胺膜
152：反射材料层
120a：第一组垫圈
120b：第二组垫圈
121：垫圈
具体实施方式
如上文所描述，在许多应用中，在将衬底夹持到静电卡盘上时对衬底进行加热可为有利的。传统上，此加热是使用传导执行，其中静电卡盘中含有的热常常通过使用后侧气体而传递到衬底。
如上文所描述，在其中安置着衬底的静电卡盘与提供到静电卡盘的电气及流体连接的基底之间可存在较大的温差。在一些实施例中，通过使加热的卡盘与基底分隔较大距离以使得在所述两个组件之间存在温度梯度来解决此问题。然而，在一些实施例中，可没有空间来提供足够的间隔。例如，在某些实施例中，卡盘与基底之间的空间可为1/8″或更小。在这些实施例中，所得的温度梯度可不利地影响卡盘的使用寿命。
本发明通过在加热的卡盘与基底之间安置热屏蔽来解决这些问题。然而，如上文所描述，传统的金属热屏蔽可成问题。由此，本发明揭示新颖热屏蔽的使用。
与传统的金属屏蔽相比，本发明的热屏蔽是由热绝缘体(例如聚酰亚胺材料)制成。聚酰亚胺材料是极好的热绝缘体并且因此较少会受到传统的金属屏蔽所经历的变形。此外，聚酰亚胺材料具有较高的操作温度。例如，许多聚酰亚胺材料的玻璃化转变温度(Tg)在350℃以上。在某些实施例中，用于热屏蔽的聚酰亚胺材料可形成为具有1密耳与5密耳之间的厚度的膜。聚酰亚胺材料包含
Figure GDA0001528072900000041
及其它材料。
为了进一步增强热屏蔽的操作，聚酰亚胺膜在一个侧上涂覆有高度反射材料。例如，在某些实施例中，铝层沉积在聚酰亚胺膜的一个侧上。可使用化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或电子束蒸镀来沉积此铝层。所述铝层的厚度可在30nm与100nm之间，但其它厚度在本发明的范围内。
高度反射材料可具有镜状饰面(mirror-like finish)且可具有非常高的反射水平。此高度反射材料倾向于将来自卡盘的热朝向卡盘反射回去。
另外，因为所述反射材料层较薄，所以所述层不传导热能以及可厚得多(例如0.030″)的金属屏蔽也不传导。因此，所述反射材料层不吸收大量热。因此，热屏蔽的温度保持比传统的金属屏蔽的温度低得多。在某些测试中，依据卡盘的温度来测量本发明的热屏蔽的操作温度。在表1中展示结果。
静电卡盘温度 屏蔽温度
100℃ 31-33.5℃
200℃ 44-51.8℃
300℃ 65-79.1℃
350℃ 85-95.3℃
400℃ 92-112.5℃
450℃ 110-132.6℃
500℃ 127-154℃
表1
在一些实施例中，如表1中所展示，将卡盘加热到大于100℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于200℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于300℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于350℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于400℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于450℃的温度。在某些实施例中，将卡盘加热到大于500℃的温度。在所有这些测试中，热屏蔽保持在200℃以下，甚至在将卡盘加热到500℃时也如此。此外，由于聚酰亚胺材料的Tg大于300℃，所以存在较高的安全边际(margin)。
此外，虽然在上文描述聚酰亚胺材料，但可使用其它绝热材料。例如，还可使用聚酯。
图1展示一个实施例。在此图中，卡盘100安置在基底110上方且与其分开。如上文所描述，可将卡盘100加热到超过500℃的温度，同时可对基底110进行水冷以维持接近室温的温度。卡盘100及基底110可相隔约1/16″与1/8″之间的距离。热屏蔽150安置于卡盘100与基底110之间。在此实施例中，热屏蔽150通过第一组垫圈120a与卡盘100分开。热屏蔽150通过第二组垫圈120b与基底110分开。在某些实施例中，第一组垫圈120a、第二组垫圈120b可为陶瓷，其也是不良热导体。在一些实施例中，热屏蔽150安置在卡盘100与基底110之间一半的地方，使得第一组垫圈120a与第二组垫圈120b具有相同的高度。当然，可通过部署比第一组垫圈120a更高的第二组垫圈120b而将热屏蔽150移动成更靠近卡盘100。替代地，可通过采用比第二组垫圈120b更高的第一组垫圈120a而将热屏蔽150安置成更靠近基底110。
热屏蔽150可由例如聚酰亚胺膜151等热绝缘体制成，所述热绝缘体在一个侧上涂覆有反射材料层152。所述反射材料层152安置在聚酰亚胺膜151的更靠近卡盘100的侧上，使得由卡盘100辐射的热朝向卡盘100反射回去。如上文所描述，在某些实施例中，所述反射材料层152可为可使用化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或电子束蒸镀沉积的铝层。所述反射材料层152的厚度可在30nm与100nm之间，但其它厚度在本发明的范围内。另外，还可使用其它反射材料，例如其它金属，包含但不限于银及铜。热屏蔽150的整体厚度可在1密耳与5密耳之间。
图2展示第二实施例。在此实施例中，卡盘100及基底110可相隔约1/16″与1/8″之间的距离。此外，在此实施例中，热屏蔽150直接安置在基底110上。聚酰亚胺膜151直接安置在基底110上，而所述反射材料层152安置在聚酰亚胺膜151的更靠近卡盘100的侧上。在此实施例中，每一垫圈121的高度可大致等于第一组垫圈120a及第二组垫圈120b的组合高度。
图3展示第三实施例。在此实施例中，卡盘100及基底110可相隔约1/16″与1/8″之间的距离。此外，在此实施例中，热屏蔽150直接安置在卡盘100上。所述反射材料层152直接安置在卡盘100上，而聚酰亚胺膜151安置在反射材料层152的更靠近基底110的侧上。在此实施例中，每一垫圈121的高度可大致等于第一组垫圈120a及第二组垫圈120b的组合高度。
因此，在所有实施例中，热屏蔽150安置于可被加热的卡盘100与被维持在比卡盘100低的温度下的基底110之间。此外，在某些实施例中，热屏蔽150包括聚酰亚胺膜151，所述聚酰亚胺膜在一个侧上涂覆有反射材料层152。在每一实施例中，所述反射材料层152安置在聚酰亚胺膜151的安置成更靠近卡盘100的侧上。此外，使用垫圈将热屏蔽150固持在适当的位置。在某些实施例中，例如图1中展示的实施例中，第一组垫圈120a、第二组垫圈120b安置在热屏蔽150的两侧上，使得热屏蔽150与卡盘100及基底110两者分开。在其它实施例中，例如图2及图3中展示的实施例中，垫圈121仅安置在热屏蔽150的一个侧上，使得热屏蔽直接安置在卡盘100及基底110中的一者上。如上所述，可使用除聚酰亚胺膜之外的材料。因此，在所有实施例中，热屏蔽可为在一个侧上涂覆有反射材料层的热绝缘体。
在本申请案中的上述实施例可具有许多优点。首先，如上文所描述，本发明的热屏蔽吸收比传统的金属热屏蔽少得多的热。由此，与传统的挡热板相比，本发明的热屏蔽充当卡盘与基底之间的更好的热绝缘体。此外，传统的金属热屏蔽是通过卡盘进行加热且倾向于变形。此变形可导致传统的热屏蔽与基底或卡盘物理接触，这可影响其效用。本发明的热屏蔽在远低于聚酰亚胺膜的玻璃化转变温度的显著更低的温度下操作，从而保证较大的安全边际。此外，即使在热屏蔽与卡盘之间存在物理接触，也归因于较低的热传递而不存在不良的影响。另外，使用本发明的热屏蔽允许被加热的卡盘与可在室温下的基底之间的极小的间隔。
本发明不限于由本文所描述的具体实施例界定的范围。实际上，根据以上描述和附图，除本文中所描述的那些实施例和修改外，本发明的其它各种实施例和对本发明的修改对所属领域的一般技术人员将是显而易见的。因此，这些其它实施例和修改意欲属于本揭示内容的范围。此外，尽管本文已出于特定目的在特定环境下在特定实施方案的上下文中描述了本发明，但所属领域的一般技术人员将认识到其有用性并不限于此，并且出于任何数目的目的，本发明可以有利地在任何数目的环境中实施。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的整个广度和精神来解释所附权利要求。

Claims (11)

1.一种支撑衬底的设备，其特征在于，包括：
静电卡盘；
基底，其处于比所述静电卡盘更低的温度下；
热屏蔽，其安置于所述静电卡盘与所述基底之间，其中所述热屏蔽包括在一个侧上涂覆有反射材料层的聚酰亚胺膜；及
一或多个垫圈，其中所述垫圈使所述热屏蔽与所述静电卡盘分开，
其中所述热屏蔽安置成使得所述反射材料层更靠近所述静电卡盘，使得由所述静电卡盘辐射的热朝向所述静电卡盘反射回去，且
其中所述反射材料层在30纳米与100纳米之间，且所述聚酰亚胺膜具有在1密耳与5密耳之间的厚度。
2.根据权利要求1所述的支撑衬底的设备，其中所述反射材料层包括铝。
3.根据权利要求1所述的支撑衬底的设备，其中使用化学气相沉积或物理气相沉积将所述反射材料层沉积在所述聚酰亚胺膜上。
4.根据权利要求1所述的支撑衬底的设备，其中使用等离子体增强型化学气相沉积或电子束蒸镀将所述反射材料层沉积在所述聚酰亚胺膜上。
5.根据权利要求1所述的支撑衬底的设备，其中使用垫圈使所述热屏蔽与所述基底分开。
6.根据权利要求1所述的支撑衬底的设备，其中所述静电卡盘及所述基底相隔1/16"与1/8"之间的距离。
7.一种支撑衬底的设备，其特征在于，包括：
静电卡盘；
基底，其处于比所述静电卡盘更低的温度下且与所述静电卡盘隔开；
热屏蔽，其安置于所述静电卡盘与所述基底之间，其中所述热屏蔽包括在面对所述静电卡盘的一侧上涂覆有反射材料层的聚酰亚胺膜，使得由所述静电卡盘辐射的热朝向所述静电卡盘反射回去；及
垫圈，其用以使所述热屏蔽与所述静电卡盘及所述基底分开，
其中所述反射材料层在30纳米与100纳米之间，且所述聚酰亚胺膜具有在1密耳与5密耳之间的厚度。
8.根据权利要求7所述的支撑衬底的设备，其中所述反射材料层包括铝。
9.根据权利要求7所述的支撑衬底的设备，其中使用化学气相沉积或物理气相沉积将所述反射材料层沉积在所述聚酰亚胺膜上。
10.根据权利要求7所述的支撑衬底的设备，其中使用等离子体增强型化学气相沉积或电子束蒸镀将所述反射材料层沉积在所述聚酰亚胺膜上。
11.一种支撑衬底的设备，其特征在于，包括：
静电卡盘；
基底，其处于比所述静电卡盘更低的温度下；
热屏蔽，其安置于所述静电卡盘与所述基底之间，其中所述热屏蔽包括在更靠近所述静电卡盘的一侧上涂覆有反射材料层的热绝缘体，使得由所述静电卡盘辐射的热朝向所述静电卡盘反射回去；及
一或多个垫圈，其中所述垫圈使所述热屏蔽与所述基底分开，
其中所述反射材料层在30纳米与100纳米之间，且所述热绝缘体具有在1密耳与5密耳之间的厚度。
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