CN108780773B - 具有改善粒子性能的晶片接触表面突部轮廓 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有整体非弧形顶表面状突部的静电吸盘，所述突部具有与椭圆的部分类似的边缘表面。所述突部的结构导致由所支撑衬底与所述吸盘之间的交互生成的微粒材料减少。通过改善所述突部表面的平滑化及平坦化来达成降低刮擦、打磨、磨损及微粒生成的水平。

Description

具有改善粒子性能的晶片接触表面突部轮廓
背景技术
广泛使用衬底支撑吸盘来支撑半导体处理系统内的衬底。在例如高温物理气相沉积(PVD)及反应性离子蚀刻(RIE)的高温半导体处理系统中使用的特定类型的吸盘是陶瓷静电吸盘。在处理期间使用这些吸盘来将半导体晶片或其它工件保持在静止位置中。此类静电吸盘包含嵌入在陶瓷吸盘主体内的一或多个电极。
静电吸盘在制造过程期间固持并支撑衬底且还在不机械地夹箝衬底的情况下从衬底移除热。静电吸盘具有包含陶瓷基座中的电极及静电吸盘的表面层的结构，静电吸盘的表面层由电极中的电压激活以形成将衬底静电地夹箝到静电吸盘的电荷。静电吸盘可进一步包含由支撑衬底远离表面层的陶瓷材料制成的多个突部或凸部。在使用静电吸盘期间，例如半导体晶片的衬底的背侧通过静电力固持到静电吸盘的面。通过覆盖电极的材料的表面层，衬底与静电吸盘的面中的一或多个电极分离。在库仑(Coulombic)吸盘中，表面层是电绝缘的，而在约翰逊-拉贝克(Johnsen-Rahbek)静电吸盘中，表面层是弱导电的。通过与突部进行接触热传导及/或通过用冷却气体进行气体热传导，可将在处理期间传递到衬底的热移离衬底且转移到静电吸盘。在从衬底移除热时，接触热传导通常比气体热传导更有效。然而，可能难以控制衬底与突部之间的接触量。
半导体制造操作要求晶片表面尽可能干净。使用由陶瓷材料制造的吸盘主体的一个缺点是：在制造支撑件期间，陶瓷材料经“研磨”而产生相对平滑表面。此类研磨产生可附着到支撑件的表面的粒子。从表面完全移除这些粒子是非常困难的。另外，研磨过程可能会使吸盘主体的表面断裂。因此，随着使用吸盘，通过这些断裂可不断地产生粒子。而且，在晶片处理期间，陶瓷材料可从晶片的底侧磨除晶片氧化物，从而导致微粒污染物进一步引入到处理环境。在使用吸盘期间，粒子自身可附着到晶片的底侧且载送到其它处理腔室或在晶片上制造的电路中引起缺陷。已发现，在陶瓷静电吸盘上保持之后可在给定晶片的背侧上发现数万个污染物粒子。
1985年12月24日发表的日本专利申请案第60-261377号揭示了一种具有浮凸支撑表面的陶瓷静电吸盘。浮凸会减少接触晶片的陶瓷支撑件的表面积。因此，减少了转移到晶片的污染物粒子的数目。然而，此类浮凸表面维持陶瓷材料与晶片的底侧之间的一定程度的接触。因此，尽管污染减少，但仍会大量存在。
持续需要在最小化在晶片接触表面上支撑衬底时可产生且附着到衬底的底侧的污染物粒子的量的晶片接触表面，例如在夹箝比如静电吸盘的衬底及在处理期间支撑衬底的其它物品时使用的晶片接触表面。
发明内容
发明者在大量实验及建模之后已发现，在装夹期间衬底与晶片接触表面的突部之间的交互可导致法向力与剪切力的组合被施加在突部上。已发现，在夹箝期间，与具有所修改边缘的平顶突部相比，更大量的法向应力及剪切应力被施加在圆形或弧形突部上。已进一步发现，衬底与圆形或弧形突部之间的装夹力的剪切分量可与突部材料的微晶结构交互以损坏突部、衬底或两者且产生粒子。在弧形或圆形突部中这个问题可最大，其中形成突部的材料的微晶基本上垂直于吸盘的晶片接触表面层而对齐。
晶片接触表面的版本及尤其是具有本文中所描述的晶片接触表面的静电吸盘包括或包含延伸到高于静电吸盘的表面层的突部，所述突部在装夹期间支撑衬底。尽管在本说明书及权利要求书中使用术语突部，但术语台面、处置器表面、凸块、浮凸、凸部或类似术语可与突部互换地使用。另外，用于突部的边缘表面结构及材料也可用于其它静电吸盘表面构件，包含但不限于提升销密封件及气体密封环。
一种静电吸盘的版本包括：电极，其在陶瓷基座中；所述静电吸盘的所述陶瓷基座上的表面层，其由所述电极中的电压激活以形成将衬底静电地夹箝到所述静电吸盘的电荷。所述静电吸盘的所述表面层包括形成晶片接触表面的多个突部。所述突部包括形态是柱形或粒状且微结构是结晶或非晶的成分。所述突部可延伸到高于围绕所述突部的所述表面层的平均高度H，在所述衬底的静电夹箝期间所述突部将所述衬底支撑在所述突部上。所述突部的横截面具有通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的结构。所述突部的所述非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化。所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。
所述晶片接触表面的版本可用于将衬底夹箝到所述吸盘。版本包含一种用于减少对由所述晶片接触表面支撑的工件的污染的方法，所述方法包括：相邻于所述吸盘的表面上的突部部分产生基本上平行于所述吸盘的表面的力，例如电场，所述表面的突部具有通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的横截面结构。所述突部的所述非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化。所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。所述突部的所述边缘表面是在所述突部的所述顶表面与所述侧表面之间、具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓。这个椭圆的短轴Y与所述突部的平坦表面的边缘相交，其中所述(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿所述突部的所述顶表面放置。Y/2值是0.5微米或更小。所述椭圆的长轴X基本上平行于所述突部的所述顶表面，且X/2值是在25微米与250微米之间。
所述晶片接触表面上接触所述衬底的其它结构(例如气体密封环及提升销密封件)的横截面也可具有在横截面中通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的结构。所述气体密封环或所述提升销密封件的所述非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化。所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。
所述突部的所述边缘表面是在所述突部的所述顶表面与所述侧表面之间、具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓。这个椭圆的短轴Y与所述突部的平坦表面的边缘或所述突部的顶表面的部分相交，其中所述(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿所述突部的所述顶表面放置。Y/2值是0.5微米或更小。所述椭圆的长轴X基本上平行于所述突部的所述顶表面，且X/2值是在25微米与250微米之间。
所述吸盘(其可例如为静电吸盘)上的其它晶片接触结构(例如气体密封环或提升销密封件)的边缘表面也在这些结构的顶表面与侧表面之间且可具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓。这个椭圆的短轴Y与所述气体密封环或所述提升销密封件的平坦表面的边缘或顶表面的部分相交，其中所述(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿所述气体密封件或所述提升销密封件的所述顶表面放置。Y/2值是0.5微米或更小。所述椭圆的长轴X基本上平行于所述气体密封件或所述提升销密封件的所述顶表面，且X/2值是在25微米与250微米之间。
所述突部、所述提升销密封件或所述气体密封件的所述侧表面连接所述边缘表面及所述表面层。所述突部、所述提升销密封件或所述气体密封环的所述非弧形顶表面可为平台或基本上平坦表面。
附图说明
图1绘示基本上平顶、圆形边缘突部，且展示法向力向量。
图2绘示用约75托的力夹箝到弧形突部且与弧形突部交互的晶片。
图3绘示硅梁挠曲图形，其中梁端点间隔开10毫米。
图4绘示用约7500托的高夹箝力夹箝到弧形突部且与弧形突部交互的晶片。
图5绘示及概述力、晶片接触面积及修整由比如具有柱形结构的钇铝石榴石(YAG)的材料制成的突部的过程。所绘示的突部具有(a)圆顶、(b)具有圆形边缘的平顶，及(c)具有尖角的平顶。
图6绘示突部或台面的各种特征，所述特征包含直径(D)、平台、高度、边缘半径或圆化参数、曲率半径或平坦度、中心间最近邻近距离、突部或台面形状(也可为椭圆形/卵形、正方形、矩形等等)，及静电吸盘表面上的突部分布。
图7绘示本发明的版本中的非弧形突部。
图8展示由具有柱形微结构的材料制成的弧形突部且绘示从所夹箝衬底施加在所述突部及柱形微结构上的法向力及剪切力。
图9展示具有平台顶部及柱形微结构的非弧形突部且绘示由所夹箝衬底(未展示)施加在材料上的法向力。
图10绘示陶瓷基座中的电极及静电吸盘的表面层顶上的突部的版本，所述突部具有基本上平坦顶表面、边缘表面，及描述突部边缘轮廓的一或多个椭圆。
图11绘示陶瓷基座中的电极及突部的另一版本，所述突部具有基本上平坦顶表面、不垂直于表面层的边缘表面，及描述突部边缘轮廓的一或多个椭圆。
图12a及图12b是绘示可在静电吸盘顶上的突部的版本中发现的柱形形态的扫描电子显微照片。
具体实施方式
虽然描述各种成分及方法，应了解，本发明不限于所描述的特定分子、成分、设计、方法或协议，这是因为这些可变化。还应了解，本描述中所使用的术语仅出于描述特定版本或实施例的目的，且并不希望限制将仅受所附权利要求书限制的本发明的范围。
还须注意，除非上下文另有清楚指示，否则如本文中及所附权利要求书中所使用，单数形式“一”及“所述”包含多个指涉物。因此，例如，参考“突部”是参考所属领域的技术人员已知的一或多个突部及其等效物，等等。除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术及科学术语具有与所属领域的一般技术人员所普遍了解相同的含义。与本文中所描述的那些方法及材料类似或等效的方法及材料可用于本发明的实施例的实践或测试中。本文中所提及的所有公开案的全文以引用方式并入本文中。本文中的任何事物不应被解释为许可凭借现有发明而不授权本发明先于此类揭示内容。“任选的”或“任选地”意指随后所描述的事件或情况可能发生或可能不发生，且所述描述包含其中发生所述情况的实例及其中不发生所述情况的实例。无论是否明确指示，可由术语“约”修饰本文中的所有数值。术语“约”通常指所属领域的技术人员将视为等效于所列值(即，具有相同功能或结果)的数目的范围。在一些实施例中，术语“约”指所述值的±10％，在其它实施例中，术语“约”指所述值的±2％。虽然关于“包括”各种组件或步骤(被解译为意味“包含但不限于”)来描述成分及方法，但成分及方法也可“本质上由各种组件及步骤组成”或“由各种组件及步骤组成”，此类术语应被解译为定义本质上封闭式或封闭式成员组。
可为静电吸盘或真空吸盘的吸盘的表面层上的突部可相等地间隔或不相等地间隔。由于在吸盘上有需要容纳的业已存在的构件，例如在气体密封件及提升销密封件附近，所以吸盘的布局中存在以下情况：可期望改变吸盘的特定区域/区中的面突部密度、突部图案布局、间隔乃至突部直径。表面层上的突部区可具有的突部具有“规则相等间隔布置”，例如六边形图案或三角形图案。部分突部(例如圆柱体的一半、圆柱体的四分之一及其它形状)也可用于静电吸盘的表面上且可具有如本文中所揭示的边缘表面轮廓。
突部的侧表面连接表面层与边缘表面轮廓。在一些版本中，侧表面的“垂直度”可从与表面层所成的80度到175度而变化。例如，在图10中，其中突部侧表面1040本质上垂直于表面层1030，侧表面1040与表面层1030成90度角。而在图11中，其中突部侧表面1140不垂直于表面层1130，侧表面1140与表面层1130成大于90度角，例如在90度与175度之间。
突部的非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L及通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化的结构。非弧形顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。在提升销密封件或气体密封环的情况下，这些密封件的非弧形顶表面也可具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。
突部形状并不受到限制。如从顶部来看，突部可例如为圆形、椭圆形、矩形或其它多边形。突部的顶部面积可小于或大于基座。突部与衬底的接触面积可包括静电吸盘的总面积的约1％到约10％。突部可具有从约0.75毫米到约3毫米的直径。邻近突部对之间的中心间距离可小于约20毫米，或小于约10毫米，或小于约8毫米，或小于约6毫米，或小于约4毫米，或小于约2毫米。在一些版本中，突部之间的中心间距离可在1微米与20微米之间。突部可包含至少一个部分突部，所述部分突部包括晶片或衬底接触表面结构的至少部分。表面结构可选自气体通道、提升销、接地引脚、突部或这些中一或多者的任何组合中的至少一者。突部的高度可基本上等于气体的平均自由程，所述气体在夹箝期间位于衬底、突部与围绕突部的表面层的部分之间的空间中。在一些版本中，晶片接触表面上的突部高度基本上相同且可在5微米到20微米的范围内。在晶片接触表面的版本中，气体密封件及提升销密封件的高度及横截面与突部的高度及横截面基本上相同。
形成突部的全部或部分的材料可比突部支撑的衬底软。例如，突部可完全由物理气相沉积的氮氧化铝制成或可为高出比如氧化铝的下伏陶瓷的氮氧化铝涂层。在一些版本中，形成突部的材料具有的微结构具有结晶度且所述材料不是非晶。在一些版本中，突部材料具有柱形结构。可用于支撑硅衬底或晶片的突部的材料的实例可包含但不限于氧化钇(Y2O3)、钇铝石榴石、氧化铝(Al2O3)或氮氧化铝。
在一些版本中，突部成分具有柱形或粒状的形态，且微结构可为结晶或非晶。例如，如由x射线衍射(XRD)所测量，可制成非晶(本质上零结晶度)的YAG成分，而可制成具有纳米及微米大小雏晶的氧化钇成分。可使用扫描电子显微法(SEM)来分析突部的微结构，且例如可使用SEM来展示YAG及氧化钇两者可具有柱形形态。
可使用x射线衍射(XRD)来特性化(若干)突部、气体密封环或提升销密封件材料的结构。由微晶材料组成的突部、气体密封件或提升销密封件将具有的XRD衍射图相比于多晶材料的XRD衍射图具有稍宽的峰值，且雏晶大小可由威廉姆森-霍尔(Williamson-Hall)标图计算。在晶片接触表面或静电吸盘的接触表面的一些版本中，使用低温物理气相沉积(PVD)过程形成突部、气体密封件或提升销密封件，且材料具有微晶结构，所述微晶结构具有嵌入在非晶基质中的各种雏晶大小。在一些版本中，使用低温PVD过程形成突部、气体密封件或提升销密封件，且材料具有低结晶度或基本上零结晶度。还可基于材料的SEM分析来确定突部、气体密封件或提升销密封件的柱形或粒状结构。
特性化突部顶表面的表面线可为测量粗糙度所对照的基线(平均表面或平均线)。沿此平均线在所述平均线上方的突部的最高部分是Hmax，且最深谷是Hmin。Hmax-Hmin被称作Rmax，其是与平均线的最大偏差。术语Ra——表面粗糙度的常用量度——是与此平均线的偏差的绝对值的算数平均值。可使用触针表面轮廓仪(具有固定尖端半径)来测量表面粗糙度及表面轮廓。可使用例如激光共焦显微法的非接触方法来概括及评估突部及其它静电吸盘表面结构的表面粗糙度(面积及或线性)。在一些情况下，可使用两个代表性平均线来定义突部的顶表面平面。
在晶片接触表面的版本中，突部、气体密封件或提升销密封件具有长度L的基本上平坦顶表面或平台，其中平均高度H高于静电吸盘场水平。这些结构的顶表面位于基本上平行于椭圆的长轴的平面中，所述长轴定义突部或其它密封件结构上的边缘圆化。定义突部上的边缘圆化的椭圆的长轴也基本上平行于静电吸盘的表面层或场。高于表面层或场水平的突部的顶表面的平均高度可为基本上相同高度或稍大于定义边缘圆化的椭圆的短轴的最高点。
椭圆具有两个垂直轴，椭圆绕所述两个垂直轴对称。由于此对称性，这些轴在椭圆的中心相交。这两个轴中的较大者被称为长轴，其对应于椭圆上的对径点之间的最大距离。这两个轴中的较小者被称为短轴，且是跨越椭圆的最小距离。
突部及比如气体密封件及提升销密封件的其它构件的横截面的边缘表面轮廓可在如图10所展示的两个椭圆上或基本上落在如图10所展示的两个椭圆内，所述椭圆具有在彼此的±10％内的X及Y轴值。具有平顶及尖角或本质上方角(横截面)的突部在角处具有高应力，且这些尖角的边缘表面轮廓不在图10及图11所绘示的两个椭圆内或上。
在钇铝石榴石(YAG)浮凸或突部上夹箝期间使用数值模型(FEA)来分析硅晶片变形。
图2绘示经夹箝且与弧形突部交互的晶片。当夹箝力是75托(10k N/m2)时，晶片仅具有微小松垂(对于10毫米的突部中心间间隔，最大变形是40nm)。结果展示在夹箝期间晶片无法遵循突部轮廓。
在图3所展示的均匀负载及结果下，使用数值模型(有限元素模型)来计算硅梁的挠曲。数值结果与分析结果一致。在75托的夹箝力下，晶片不会显著地变形。硅梁的最大挠曲是17.2纳米。
假设吸盘具有7500托(1M N/m2)的极高夹箝力，那么最大晶片松垂是约4μm。在图4所绘示的这些条件下，在夹箝期间晶片仍无法完全遵循弧形突部轮廓，且突部顶部上的仅约1mm直径的区域接触晶片。在这些条件下围绕突部的晶片上的应力(300MPa)接近于硅的断裂应力(700Mpa)且被预期为导致粒子生成。
额外模拟或建模研究表明，当突部表面平坦或具有平台时，跨越整个突部表面与衬底维持接触。此外，如WO 2009/064974 A2中所表明，建模展示衬底不表现为在平坦突部的中心上提。
此实例展示硅晶片无法完全遵循圆顶(弧形)突部的轮廓，这会在所述突部的顶部处造成高应力。如果静电吸盘的夹箝力是75托(10k Pa)，那么具有10mm中心间间隔的晶片接触表面的突部之间的晶片的最大变形仅为40nm。分析结果进一步展示，在夹箝期间，圆顶突部上不仅存在法向力，而且存在剪切力。与此对比，在平顶突部上仅存在或基本上仅存在法向力。高应力及剪切力可损坏突部且产生粒子，如果突部材料具有微晶或柱形形态，那么损坏将更大。具有圆形边缘的平顶突部在顶部上具有均匀应力且在边缘处具有减少的应力集中。基于此研究及在使用低温(小于200℃)PVD过程沉积时YAG具有柱形结构的事实，对于YAG浮凸具有小于1微米的表面粗糙度Ra及圆形边缘(参见下文在图5中的中心图解，其中Y是1微米，X是275微米且L是1435微米)的平顶突部可生成最少粒子且减少对受支撑硅晶片的损坏。
半导体处理/计量工具利用晶片固定技术以在处理腔室及计量工具中紧固及操纵晶片。这些技术可使用包含基于真空的力，以通过抽空在晶片后方、本质上静电(ESC)(借此晶片通过将高电压施加到静电夹箝组合件而固定或紧固，其中晶片表现为电极)或其它物理部件(即，边缘夹紧吸盘)的封闭容积来紧固晶片或衬底。在将力施加在晶片(或其它衬底)上从而使晶片与衬底接触表面接触的每一情况下，存在用于将微粒污染从晶片背侧转移到吸盘的晶片接触表面或从晶片接触表面转移回到晶片的可能性。对于关键晶片夹箝应用，其中微粒转移对目前过程及/或最终产品产生负面影响，减少粒子转移的常见且简单的方法是限制晶片的直接接触晶片吸盘夹箝表面的区域。如图6所绘示，这可通过在吸盘表面上产生某一直径(D)或物理大小(也可为椭圆形/卵形、正方形、矩形等等)的突出区域或表面构件(台面、凸部、突部、浮凸或凸块)的分布来实现，所述突出区域或表面构件具有台面间(最近邻近)距离R，以满足给定应用的要求的图案而布置。图案可为三角形、六边形、正方形、圆形等等。
减少在装夹表面之间交换粒子的机会可改善粒子性能，晶片接触表面的材料性质相对于待夹箝的材料的材料性质。接触表面构件的形状/轮廓还可影响粒子生成，及对晶片及/或表面构件的背侧的损坏。这又可促成粒子转移增加及系统过早出故障。
考虑浮凸(突部)及所夹箝材料两者的材料性质(硬度、杨氏模量、断裂韧度等等)，可制成突部布局(面密度、图案)、夹箝力，及突部自身的几何形状。
建模及研究展示，重要的是使突部具有基本上平顶(平坦平台区)及适当圆角或圆形边缘，有可能最大化所夹箝晶片的有效晶片接触面积(这会减少有效接触力)，同时减少/最小化在方形突部边缘处具有高力集中的趋势(参见图5b(“具有圆形边缘的平顶”)及图6)。圆角突部边缘最小化在夹箝期间施加在突部边缘处的力集中，这是由于弹性晶片或衬底在未受突部支撑的区域(根据突部间/最近邻近距离R)中从夹箝力弯曲/松垂而产生。具有基本上平坦顶表面且具有圆角边缘的突部或其它密封件结构导致跨越突部的整个接触面积的更均匀应力分布(均匀负载)，且减少在晶片夹箝期间超过突部及晶片材料两者的临界应力的可能性。这又会最小化在晶片夹箝过程期间产生粒子的可能性。除设计上文所描述的形状之外，晶片接触表面及边缘轮廓的表面粗糙度也低(Ra<1μm)。图7中展示基于此延伸研究的突部的轮廓实例，所述轮廓具有的基本上平顶轮廓(平台)及圆角边缘具有Ra<1μm的低表面粗糙度。在图7的实例中，描述边缘轮廓的椭圆具有约275微米的长轴尺寸X，及约1微米的短轴Y、约1475微米的长度L的平台区及约0.15微米的增量(Δ)。气体密封环或提升销密封件可具有类似横截面轮廓。
在可例如在静电吸盘或其它类型的吸盘上利用的晶片或衬底接触表面的版本中，突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。在吸盘的一些版本中，突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及在±(0.01与±0.001)之间的(Δ*100)/L值。
可使用共焦激光显微法来确定增量(Δ)及L的值。可使用这种技术来测量在远离突部中心或最高点的各种点L处的突部的最高点Hmax之间的高度差。只要顶表面满足(Δ*100)/L与小于±0.01的值的关系，增量(Δ)的值就可变化且不会受到特定限制。在吸盘的一些版本中，增量(Δ)的值可小于0.25。在其它版本中，增量的值可在0.05到0.25的范围内。增量(Δ)的更小值提供更平坦顶表面，这可限制粒子从接触突部的衬底生成。
此实例的研究还展示，如果代替基本上平坦，如图5a(“圆顶”)中突部的接触表面是弧形(凸形)，那么接触表面的弧形性质(对于等效直径的突部、突部间间隔及夹箝电压)趋向于减少有效晶片接触面积(增加有效力)，且增加突部上的应力分布的非均匀性。这是因为晶片基本上不符合突部的顶表面(根据晶片/突部材料系统的弹性、突部间距离、夹箝力等等)而出现，且代替地趋向于在更小面积(与平顶突部相比)上集中力，且增加接触区中的突部上的有效力。从基本上平坦接触表面朝向凸形接触表面的偏离度越大，晶片到突部的有效接触面积越小。在这种情况下，施加在晶片-突部界面处的力跨越整个接触面积是非均匀的，且代替地集中于以弯曲表面的顶点为中心的区中，其随着移离而下降。在顶点处接触力最高且完全是法向力，且随着移离而减小(如图8所绘示，当将剪切应力分量引入到突部时)。
此外，如果施加在顶点处的力超过突部材料及/或所夹箝晶片的屈服强度，那么可出现对突部及或晶片的损坏，从而导致可变为自延续粒子问题的微粒化。虽然突部的顶点处的力法向于表面(垂直于突部顶部的箭头是图8中的面朝下箭头)，但远离顶点存在应力的剪切分量(图8中的面朝侧箭头)，这在柱形性质的涂层的情况下可尤其成问题，还可导致突部涂层的断裂及增加弧形突部的微粒化。弧形突部表面引入可引起具有如图8所绘示的柱形结构的一些涂层断裂的剪切应力，从而导致粒子性能劣化且减少浮凸系统(突部系统)的使用寿命。
此实例中的研究还展示，当接触表面是凹形时，有效接触面积也减少(晶片将不符合接触凹形突部的中心)且在突部的外边缘处突出区域上周向出现最高接触力。对于高性能晶片接触表面，凸形突部接触表面或凹形突部接触表面均是非理想的。参见图5，在方形(非圆角边缘)突部的情况下，存在局部更高接触力，这是因为超过边缘晶片不受支撑且是“边界”。这导致在边缘处应力局部集中，其可导致来自衬底、突部或来自两者的组合的粒子。
此实例的研究已发现，通过维持突部上的基本上平坦顶表面(突部的平台区的平坦度<0.01％)，对于浮凸大小的范围(100μm到10mm)、形状(正方形、椭圆形/卵形)、突部间间隔、表面处理(Ra<1μm)，可最小化粒子影响分布相关贡献。
虽然优化突部轮廓对所有高性能晶片接触表面(对于其中浮凸或突部材料的硬度与所夹箝材料的硬度相当的浮凸或突部系统)是重要的，但在具有柱形微结构的涂层的情况下优化突部轮廓可在确定粒子性能方面起更重要作用(增加影响)。如具有由图9所绘示的柱形微结构的突部展示，维持接触表面基本上平坦(具有圆角边缘)确保突部上的更均匀负载(如以下图解中的面朝下箭头所绘示的更大法向力)及更小或无剪切应力。
突部轮廓设计可通过将施加在任何接触表面上的负载设计为更均匀来改善粒子性能，而无论使用减法(光刻图案化+喷砂处理；光刻图案化+等离子体或化学蚀刻)、加法(3D打印、使用PECVD/PVD过程的物理屏蔽定义构件)产生所述接触表面，无论使用加式制造方法或减式制造方法构建外涂布构件。
图10绘示陶瓷基座1020中的电极1010；及静电吸盘的表面层1030，表面层1030由所述电极中的电压激活(未展示)以形成将衬底静电地夹箝到静电吸盘的所绘示部分的衬底接触表面的电荷。吸盘上的晶片接触表面包含突部的顶表面。展示了具有代表性突部1000的静电吸盘的表面层1030的部分，所述突部包括微结构具有结晶度的成分。所展示的突部延伸到高于围绕突部的表面层的平均高度H。额外突部、密封环及提升销密封件(未展示)使其顶表面处于基本上相同水平，使得基本上平坦地固持所装夹衬底。在衬底的静电夹箝期间，突部将衬底支撑在突部上。所展示的突部的横截面具有通过非弧形平台状顶表面1060、边缘表面1050及侧表面1040来特性化的结构。突部的非弧形平台状顶表面可通过以微米计而测量的值L及也以微米计而测量的平坦度参数Δ来特性化。图10及图11中展示长度L的突部的基本上平坦顶表面或平台区。图10及图11中也展示边缘表面附近的平坦度参数。L及Δ均可由激光共焦显微法来确定。例如，使用激光共焦显微法，可识别突部的中心且还识别突部的最大高度Hmax。在图10及图11中，最高点被展示为本质上是突部的中心，但最高点可能不在中心处。随着对称地移离突部的中心或最高点，值L增大。在移离突部中心或最高点的各种点处，可使用共焦激光显微法来测量(在每一L/2处)最高点Hmax(或在高度Hmax处且基本上平行于表面层1030或1130的假想平面)与突部的表面之间的高度差以获得增量(Δ)的值。如图11所绘示，顶表面的长度可小于与表面层接触的突部(或气体密封件或提升销横截面)的基座的直径。突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。
突部(或气体密封件或提升销密封件)的边缘表面1050是在突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面1060与侧表面1040之间，且如由共焦激光显微法所确定，(Δ*100)/L值等于或大于±0.01。边缘表面轮廓还可在椭圆的象限或其部分上或内。这个椭圆的短轴Y与突部(或气体密封件或提升销密封件)的平坦表面的边缘或顶表面的部分相交，其中(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面放置。Y/2值是0.5微米或更小。所述椭圆的长轴X基本上平行于突部(或气体密封件或提升销密封件)的顶表面及静电吸盘表面层1030，且X/2值是在25微米与250微米之间。突部的侧表面被展示为垂直于或接近垂直于表面层。
图11还绘示陶瓷基座1120中的电极1110，及静电吸盘的表面层1130，表面层1130由所述电极中的电压激活(未展示)以形成将衬底静电地夹箝到静电吸盘的电荷。展示了具有形成晶片接触表面的代表性突部1100的静电吸盘的表面层1130的部分，所述突部包括微结构具有结晶度的成分。图11绘示突部具有基本上平坦顶表面1160、边缘表面1150，及描述边缘轮廓的一或多个椭圆。顶表面1160具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。突部(或气体密封件或提升销密封件)的侧表面1140并不垂直于表面层，绘示侧表面的“垂直度”可从与表面层所成的80度到175度而变化。
气体密封环或提升销密封件的横截面还可具有通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的结构；气体密封环或提升销密封件的非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化，所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值。气体密封环或提升销密封件的边缘表面可在气体密封环或提升销密封件的顶表面与侧表面之间，气体密封环或提升销密封件具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓，这个椭圆的短轴Y与气体密封环或提升销密封件的平坦表面的边缘或气体密封环或提升销密封件的顶表面的部分相交，其中(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿气体密封环或提升销密封件的顶表面放置，Y/2值是0.5微米或更小。所述椭圆的长轴X基本上平行于气体密封环或提升销密封件的顶表面(及吸盘的表面层)，且X/2值在25微米与250微米之间。气体密封环或提升销密封件的侧表面连接边缘表面及表面层。
图12是绘示如图9所绘示的柱形形态的扫描电子显微照片，可在本文中所描述的吸盘版本中的衬底接触表面的突部及密封件结构的版本中发现柱形形态。
尽管已关于一或多个实施方案展示及描述了本发明，但所属领域的技术人员将基于阅读及理解本说明书及附图进行等效更改及修改。本发明包含所有此类修改及更改且仅受所附权利要求书的范围限制。另外，虽然可能已关于若干实施方案中的仅一者揭示本发明的特定特征或方面，但如任何给定或特定应用所期望及有利于任何给定或特定应用，此类特征或方面可与其它实施方案的一或多个其它特征或方面组合。此外，就在详细描述或权利要求书中使用术语“包含”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”或其变体来说，此类术语希望以与术语“包括”类似的方式包含。而且，术语“实例性”仅希望意指实例而非最佳实例。亦应明白，出于简单及易于理解的目的，本文中所描绘的构件、层及/或元件被绘示为相对于彼此具有特定尺寸及/或定向，且实际尺寸及/或定向可基本上不同于本文中所绘示的尺寸及/或定向。

Claims (10)

1.一种静电吸盘，其包括：
电极，其在陶瓷基座中；及
所述静电吸盘的表面层，其由所述电极中的电压激活以形成将衬底静电地夹箝到所述静电吸盘的电荷；其中
所述静电吸盘的所述表面层包括多个突部，所述突部包括形态是柱形或粒状且微结构是结晶或非晶的成分，所述突部延伸到高于围绕所述突部的所述表面层的平均高度H，在所述衬底的静电夹箝期间所述突部将所述衬底支撑在所述突部上；
所述突部的横截面具有通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的结构；其中所述突部的所述非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化，所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值；
所述突部的所述边缘表面是在所述突部的所述顶表面与所述侧表面之间且具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓，所述椭圆的短轴Y与所述突部的所述顶表面的部分相交，其中所述(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿所述突部的所述顶表面放置，Y/2值是0.5微米或更小；
所述椭圆的长轴X基本上平行于所述突部的所述顶表面或所述表面层，且X/2值是在25微米与250微米之间；且
所述突部的所述侧表面连接所述静电吸盘的所述边缘表面及所述表面层。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部侧表面与所述表面层成角，其中所述角是在80度与175度之间。
3.根据权利要求1所述的静电吸盘，其进一步包括气体密封环或提升销密封件，所述气体密封环或所述提升销密封件延伸到高于所述表面层的平均高度H；其中
所述气体密封环或所述提升销密封件的横截面具有通过非弧形平台状顶表面、边缘表面及侧表面来特性化的结构；其中所述气体密封环或所述提升销密封件的所述非弧形平台状顶表面具有以微米计的长度L、通过以微米计的平坦度参数Δ来特性化，所述顶表面具有1微米或更小的表面粗糙度Ra及小于±0.01的(Δ*100)/L值；
所述气体密封环或所述提升销密封件的所述边缘表面是在所述气体密封环或所述提升销密封件的所述顶表面与所述侧表面之间且具有位于椭圆的象限或其部分上或内的边缘表面轮廓，所述椭圆的短轴Y与所述气体密封环或所述提升销密封件的所述顶表面的部分相交，其中所述(Δ*100)/L值等于或大于±0.01，且所述椭圆的短轴顶端沿所述气体密封环或所述提升销密封件的所述顶表面放置，Y/2值是0.5微米或更小；
所述椭圆的长轴X基本上平行于所述气体密封环或所述提升销密封件的所述顶表面，且X/2值是在25微米与250微米之间；且
所述气体密封环或所述提升销密封件的所述侧表面连接所述边缘表面及所述表面层。
4.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部包括钇、铝或铝及氧。
5.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部具有在5微米到20微米的范围内的高度。
6.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中Δ具有在0.25微米与0.05微米之间的值。
7.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部具有在1微米与20微米之间的中心间距离。
8.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部包括覆盖陶瓷的涂层。
9.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部包括具有如由扫描电子显微法确定的柱形形态的成分。
10.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中所述突部包括具有如由x射线衍射测量的结晶形态的成分。
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