CN111326468A - 静电吸盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静电吸盘装置(ESC)。所述静电吸盘装置包括介电结构，电极和金属片。所述电极和所述金属片嵌入所述介电结构中。所述静电吸盘装置上的热量分布的波动是实施过程中的一个问题来源。而使用所述金属片可以在所述静电吸盘装置上提供相等的热量分布。

Description

静电吸盘装置
技术领域
本公开总体上涉及静电吸盘装置，并且更具体地，涉及除电极之外还具有嵌入式金属片的静电吸盘装置。
背景技术
静电吸盘装置(ESC)广泛用于基于等离子体及真空的半导体工艺中。温度控制是静电吸盘装置的一个重要方面。然而需要改进静电吸盘装置的温度控制以增加半导体工艺的产量。
发明内容
在一方面，本公开案提供了一种静电吸盘装置其特征在于，其包含：具有顶表面的介电结构；嵌入所述介电结构中的电极；及嵌入所述介电结构中并设置在所述电极及所述介电结构的所述顶表面之间的金属片。其中所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率和所述电极的导热率。
在另一方面，本公开案提供了一制造静电吸盘装置方法,其包含形成电极在第一介电层上；形成第二介电层在所述第一介电层上，所述第二介电层上包封所述电极；形成金属片在所述第二介电层上；形成第三介电层在所述第二介电层上，所述第三介电层上包封所述金属片；及形成多个环形凸起及与所述多个环形凸起相互交换的多个环形凹陷在所述第三介电层上。其中一介电结构由所述第一介电层﹑所述第二介电层及所述第三介电层形成，所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率及所述电极的导热率。
在另一方面，本公开案提供了一制造静电吸盘装置方法,其包含以下步骤：形成电极在内部介电层的第一侧上；形成金属片在所述内部介电层的第二侧上；及形成外部介电层以包封所述电极﹑所述金属片以及所述内部介电层。其中介电结构由所述内部介电层及所述外部介电层形成，并且所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率及所述电极的导热率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了根据本公开的一些实施例的静电吸盘装置的截面图；
图2示出了根据本公开的一些实施例的具有压花金属片的静电吸盘装置的截面图；
图3示出了根据本公开的一些实施例的制造静电吸盘装置方法的流程圖；
图4示出了根据本公开的另一些实施例的制造静电吸盘装置方法的流程圖；
图5示出了根据本公开的一些实施例的静电吸盘装置的平面图。
然而，要注意的是，随附图式仅说明本案之示范性实施态样并因此不被视为限制本案的范围，因为本案可承认其他等效实施态样。
主要元件符号说明
Figure BDA0002246798350000031
如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下描述将参考附图以更全面地描述本发明。附图中所示为本公开的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本公开内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。
以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。
图1示出了根据本公开的一些实施例的静电吸盘装置(ESC)的截面图。所述静电吸盘装置包括介电结构10、电极12以及金属片11。所述介电结构10具有顶表面。所述介电结构的顶表面包括多个环形凸起及设置在多个环形凸起之间的多个环形凹陷10-1,10-2及10-3。
所述介电结构10由至少一种介电材料制成，包括氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化碳、氧化锆、氧化钇以及氧化镁。所述电极12嵌入所述介电结构10。所述电极12由至少一种金属制成，包括铜、钨、铝、镍、铬、铂、锡、钼、镁以及钯。
如图1所示的示例性实施例，所述金属片11嵌入所述介电结构10中，并且设置在所述电极12及所述介电结构10的顶表面之间。所述金属片11可包括连续的实心金属片。在一些实施方案中，所述金属片11是扁平金属片。在一些实施例中，在所述金属片11上形成至少一个通孔50-1，所述至少一个通孔50-1位於多个环形凹陷10-1,10-2和10-3中的至少一个的投影在所述金属片11上的区域(例如，如图5中所示的通孔50-1”多个环形凹陷10-1”、10-2”和10-3”)。所述金属片11相对于电极12是电浮动的。在本实施例中，所述金属片11没有直接连接任何电源。然而，应该提到的是，在所示实施例中，虽然金属片11相对于电极12是电浮动的，但所述金属片11对静电吸盘装置的夹持和卸载操作仍然有一些影响。在本实施例中，所述金属片11的导热率被配置为大于所述介电结构10的导热率和电极12的导热率。在一些实施例中，导热率大于400W/mK的材料是用于形成金属片11。在一些实施例中，金属片由诸如银的金属材料制成，其通常具有约406W/mK的导热率。所述金属片的厚度范围为10nm至100nm。
在一些实施例中，当所述金属片11的热膨胀系数高于所述介电结构10的热膨胀系数时，使用具有厚度的金属片11时，可能在加热的过程中引起所述介电结构10内的微裂纹。因此，实施金属片要够薄以防止使用高温的过程中金属片11的膨胀引起介电结构10上的微裂纹。所述金属片11与介电结构10的最接近金属片的顶表面部分之间的距离的范围为约10μm至200μm。
在一些实施例中，所述静电吸盘装置还包括加热板30及接合层20。所述加热板30设置在所述介电结构10下面。所述加热板30包括加热元件31，加热元件31用來产生热量。所述粘合层20设置在加热板30和介电结构10之间。所述粘合层由至少一种粘合材料制成，包括热塑性聚酰亚胺膜(TPI)、环氧热压粘合片、低熔点金属、低熔点金属合金以及共晶合金。在一些实施例中，所述静电吸盘装置还包括通道50。所述通道50用于将冷却剂输送到介电结构10的顶表面上的多个互插环形凹陷10-1、10-2和10-3。冷却剂由至少一种热交换气体，包括氦。所述通道50穿过所述介电结构10和所述金属片11的通孔。所述介电结构10的通孔和所述金属片11的通孔彼此对准。
在静电吸盘装置的操作期间，晶圆40设置在静电吸盘装置上。在一些实施例中，晶圆40是由能够承受正在执行的制程的材料，包括晶片或基板。所述晶圆40与介电结构10物理接触。在介电结构10的顶表面引入静电以使得晶圆40能够夹持在静电吸盘装置上。在夹持期间，所述电极12可以带正电以吸引晶圆40。所述金属片11的电阻够低，因此对静电吸盘装置的吸附能力没有实质影响。当所述电极12关闭时，介电结构10的顶表面一次放电以便能够拆卸物体(例如，声明时间)。当移除电极12电荷时，金属片11从电介质的表面吸引负电荷以使得能够更快地拆卸所述晶圆40。
在等离子体蚀刻工艺的示例性实施例中，所述晶圆40的表面温度取决于静电吸盘装置的温度、离子密度、离子能量以及蚀刻反应的放热性。所述晶圆40的表面温度影响蚀刻过程，包括入射物质的反应概率、蚀刻产物的蒸气压以及反应产物在晶圆40表面上的再沉积。处理期间等离子体条件的突然变化可能导致晶圆40的表面温度不均匀，进而导致临界尺寸的损失，因此控制晶圆40的表面温度是重要的。使金属片11紧靠静电吸盘装置的顶表面，改善了静电吸盘装置的散热。
所述金属片11能够从具有较高温度的区域吸热并将热量散布通过静电吸盘装置和晶圆40以均匀地散热。所述金属片11被配置为使整个晶片的温度相等。在一些实施例中，所述晶圆40的一些部分可能具有比理想温度更高的温度。所述金属片11有助于将温度分散到晶圆40的其他部分以达到温度平衡。在其他实施例中，所述晶圆40的一些部分在与冷却剂接触时具有比理想温度低的温度。所述金属片11有助于将热量分散到晶圆40的较冷部分以达到温度平衡。
图2示出了根据本公开的一些实施例的具有压花金属片的静电吸盘装置的截面图。静电吸盘装置包括电介质结构10'、电极12'和金属片11'。所述介电结构10'具有顶表面。所述介电结构10'的顶表面包括多个环形凸起和在其间限定的多个插入环形凹陷10-1'、10-2'和10-3'。所述介电结构10'由至少一种介电材料制成，包括氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化碳、氧化锆、氧化钇和氧化镁。电极12'嵌入介电结构10'。电极12'由至少一种金属制成，包括铜，钨、铝、镍、铬、铂、锡、钼、镁和钯。
所述金属片11'嵌入所述介电结构10'中并且设置在所述电极12'和所述介电结构10'的顶表面之间。在一些实施方案中，金属片11'是连续的固体金属片。所述金属片11'是压花片，其具有电介质结构10'的顶表面的多个环形凹陷10-1'、10-2'和10-3'相符的多个环形凸起和多个环形凹陷。所述金属片11'布置成具有距介电结构10'的顶表面基本均匀的深度。在所述金属片11’上形成至少一个通孔50-1'，所述至少一个通孔50-1’位於多个环形凹陷10-1’、10-2’和10-3’中的至少一个的投影在所述金属片11’上的区域。
在一些实施例中，所述金属片11'相对于所述电极12'电浮动。然而，应该提到的是，尽管金属片11'相对于电极12'是电浮动的，但是金属片11'仍然对静电吸盘装置的卡紧和去夹紧操作有一些影响。金属片的导热率大于介电结构10'的导热率和电极12'的导热率。所述金属片11'的导热率大于400W/mK。在一些实施例中，金属片由金属制成，包括具有406W/mK的导热率的银金属片。金属片的厚度范围为10nm至100nm。
在一些实施例中，当所述金属片11'具有高热膨胀系数时，实施具有厚度的金属片11可能在加热时引起介电结构10'中的微裂纹。实施金属片要够薄以防止使用高温的过程中金属片11的膨胀引起介电结构10上的微裂纹。在一些实施例中，金属片11'与最接近金属片的介电结构10'的顶表面的一部分之间的距离在约10μm至200μm的范围内。
在一些实施例中，静电吸盘装置还包括加热板30'及粘合层20'。所述加热板30'设置在介电结构10'下方。所述加热板30'包括加热元件31'，其配置成根据需求产生热量。所述粘合层20'设置在加热板30'和介电结构10'之间。所述粘合层20'由至少一种粘合材料制成，包括热塑性聚酰亚胺膜(TPI)、环氧热压粘合片、低熔点金属、低熔点金属合金以及共晶合金。在一些实施例中，静电吸盘装置还包括通道50'。所述通道50'用于将冷却剂输送到介电结构10'的顶表面上的多个互插环形凹陷10-1'、10-2'和10-3'。冷却剂可以是热交换气体，包括氦。所述通道50'可以是穿过介电结构10'和金属片11'的通孔。介电结构10'和金属片11'的通孔彼此对齐。
在静电吸盘装置的操作期间，晶圆40'设置在静电吸盘装置上。在一些实施例中，晶圆40是由能够承受正在执行的制程的材料，包括晶片或基板。晶圆40'与介电结构10'物理接触。静电被感应到所述介电结构10'的顶表面，以便能够夹紧晶圆40'。在夹持期间，电极12'带正电以吸引晶圆40'。所述金属片11'的电阻足够低，因此对静电吸盘装置的吸附能力没有实质影响。当电极12'断开时，所述介电结构10'的顶表面一次放电，以便能够拆卸物体(例如，声明时间)。当从电极12'移除电荷时，金属片11'吸引来自电介质表面的负电荷，以使晶圆40'能够更快地拆卸。
在等离子体蚀刻工艺的示例性实施例中，所述晶圆40'的表面温度取决于静电吸盘装置的温度、离子密度、离子能量和蚀刻反应的放热性。晶圆40'的表面温度影响蚀刻过程，包括入射物质的反应概率、蚀刻产物的蒸气压及反应产物在晶圆40'表面上的再沉积。处理期间等离子体条件的突然变化可能导致晶圆40'的表面温度的不均匀性，进而导致关键尺寸的损失。因此，控制晶圆40'的表面温度是重要的。使金属片11'紧靠静电吸盘装置的顶面，改善了静电吸盘装置的散热。金属片11'能够从具有较高温度的区域吸热并将热量分散到整个静电吸盘装置和晶圆40中以均匀地散热。
金属片11'配置成使整个晶片的温度相等。在一些实施例中，晶圆40'的一些部分可具有比理想温度更高的温度。金属片11'有助于将温度分散到晶圆40'的其他部分以达到温度平衡。在其他实施例中，晶圆40'的一些部分在与冷却剂接触时具有低于理想温度的温度。金属片11'有助于将热量分散到晶圆40'的较冷部分以达到温度平衡。
图3示出了根据本公开的一些实施例的制造静电吸盘装置方法的流程图。该方法包括在第一介电层上形成电极(310)、在第一介电层上形成第二介电层(320)、在第二介电层上形成金属片(330)、在第二介电层上形成第三介电层(340)以及在第三介电层上形成彼此互换的多个环形凸起和多个环形凹陷(350)。介电结构由第一介电层、第二介电层和第三介电层构成。第二介电层封装电极。第三介电层封装了金属片。在一些实施方案中，金属片和电极通过层压形成。在一些实施例中，该方法还包括蚀刻第二介电层以形成多个环形凹陷。金属片的压花表面符合第二介电层的多个环形凹陷，并且介电结构的顶表面的多个环形凹陷相对于金属片的压花表面形成。
金属片是固体连续金属片。在一些实施例中，金属片是扁平金属片。在其他实施方案中，金属片是压花金属片，其具有与介电结构的顶表面的多个环形凸起和多个环形凹陷相符的凸起和凹陷。金属片布置成从介电结构的顶表面具有基本均匀的深度。在一些实施例中，金属片上形成至少一个通孔，所述至少一个通孔位於至少一个环形凹陷投影在金属片上的区域。金属片相对于电极是电浮动的。金属片的导热率大于介电结构的导热率和电极的导热率。金属片的导热率大于400W/mK。在一些实施方案中，金属片由金属制成，所述金属包括具有406W/mK的导热率的银金属片。金属片的厚度范围为10nm至100nm。
图4示出了根据本公开的另一些实施例的制造静电吸盘装置方法的流程图。所述方法包括在内部介电层的第一侧上形成电极(410)、在内部介电层的第二侧上形成金属片(420)以及形成外部介电层以封装所述电极、所述金属片及所述内部介电层(430)。介电结构由内部介电层和外部介电层构成。在一些实施方案中，通过烧结形成外部介电层，其中将粉末陶瓷置于模具中并包围内部介电层、金属片及电极，并向粉末陶瓷施加高热以形成固体物质。在一些实施方案中，金属片和电极通过层压形成。在一些实施例中，用于形成外部介电层以形成介电结构的多个环形凸起的模具和在介电结构之间限定的多个环形凸陷。金属片是固体连续金属片。在一些实施例中，金属片是扁平金属片。在其他实施例中，金属片是压纹板，其具有与电介质结构的顶表面的多个环形凸起和多个环形凹陷相符的凸起和凹陷。金属片布置成从介电结构的顶表面具有基本均匀的深度。在一些实施例中，金属片上形成至少一个通孔，所述至少一个通孔位於至少一个环形凹陷投影在金属片上的区域。金属片相对于电极是电浮动的。金属片的导热率大于介电结构的导热率和电极的导热率。金属片的导热率大于400W/mK。在一些实施方案中，金属片由金属制成，所述金属包括导热率为406W/mK的银金属片。金属片的厚度范围为10nm至100nm。
承上，在一方面，本公开案提供了一种静电吸盘装置其特征在于，其包含：具有顶表面的介电结构；嵌入所述介电结构中的电极；及嵌入所述介电结构中并设置在所述电极及所述介电结构的所述顶表面之间的金属片。其中所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率和所述电极的导热率。
在一些实施例中，所述金属片由包括银金属片的金属制成。
在一些实施例中，所述金属片的厚度范围为10nm至100nm。
在一些实施例中，所述介电结构的所述顶表面包括多个环形凸起及设置在多个环形凸起之间的多个环形凹陷，所述金属片是一种压花板，其具有与所述介电结构的所述顶表面的多个环形凸起和多个环形凹陷相符的凸起和凹陷。
在一些实施例中，所述金属片与所述介电结构的所述顶表面之间的距离是基本均匀。
在一些实施例中，所述金属片与最靠近所述金属片的所述介电结构的所述顶表面的部分之间的距离为10μm至200μm。
在一些实施例中，所述介电结构的所述顶表面具有多个环形凹陷和至少一个通孔，所述通孔形成在所述金属片上，所述通孔位於在至少一个所述多个环形凹陷投影在所述金属片上的区域。
在一些实施例中，所述金属片的导热率大于400W/mK。
在一些实施例中，所述介电结构由至少一种介电材料制成，包括氧化铝，氮化铝，碳化硅，氮化碳，氧化锆，氧化钇和氧化镁；所述电极由至少一种金属制成，包括铜，钨，铝，镍，铬，铂，锡，钼，镁和钯。
在一些实施例中，所述静电吸盘装置还包括加热板设置与所述介电结构下；以及粘合层设置与所述加热板和所述介电结构之间。
在一些实施例中，所述粘合层由至少一种粘接材料制成，所述粘接材料包括热塑性聚酰亚胺膜(TPI)，环氧热压粘合片，低熔点金属，低熔点金属合金和共晶合金。
在一些实施例中，所述金属片与所述电极未有电连接。
在另一方面，本公开案提供了一制造静电吸盘装置方法,其包含形成电极在第一介电层上；形成第二介电层在所述第一介电层上，所述第二介电层上包封所述电极；形成金属片在所述第二介电层上；形成第三介电层在所述第二介电层上，所述第三介电层上包封所述金属片；及形成多个环形凸起及与所述多个环形凸起相互交换的多个环形凹陷在所述第三介电层上。其中一介电结构由所述第一介电层﹑所述第二介电层及所述第三介电层形成，所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率及所述电极的导热率。
在一些实施例中，所述方法还包含蚀刻所述第二介电层形成多个环形凹陷。其中所述金属片的压花表面符合所述第二介电层的所述多个环形凹陷，并且所述介电结构的顶表面的所述多个环形凹陷是相对于所述金属片的所述压花表面形成的。
在一些实施例中，所述金属片的厚度范围为10nm至100nm。
在一些实施例中，所述方法还包含形成穿过所述介电结构和所述金属片的通孔以形成冷却剂通道。
在一些实施例中，所述金属片与所述电极未有电连接。
在另一方面，本公开案提供了一制造静电吸盘装置方法,其包含以下步骤：形成电极在内部介电层的第一侧上；形成金属片在所述内部介电层的第二侧上；及形成外部介电层以包封所述电极﹑所述金属片以及所述内部介电层。其中介电结构由所述内部介电层及所述外部介电层形成，并且所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率及所述电极的导热率。
在一些实施例中，所述外部介电层的表面具有多个环形凹陷，并且所述金属片的压花表面符合所述外部介电层的所述多个环形凹陷。
在一些实施例中，所述金属片的厚度范围为10nm至100nm。
以上所述仅为举例性揭露而非限制性描述。任何未脱离本工开案精神与范畴而对其所作之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种静电吸盘装置,其特征在于，包含：
介电结构具有顶表面；
电极嵌入所述介电结构中；及
金属片嵌入所述介电结构中并设置在所述电极及所述介电结构的所述顶表面之间；
其中所述金属片的导热率大于所述介电结构的导热率和所述电极的导热率。
2.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述金属片由包括银金属片的金属制成。
3.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述金属片的厚度范围为10nm至100nm。
4.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述介电结构的所述顶表面包括多个环形凸起及设置在多个环形凸起之间的多个环形凹陷，所述金属片是一种压花板，其具有与所述介电结构的所述顶表面的多个环形凸起和多个环形凹陷相符的凸起和凹陷。
5.如权利要求4所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述金属片与所述介电结构的所述顶表面之间的距离是基本均匀。
6.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述金属片与最靠近所述金属片的所述介电结构的所述顶表面的部分之间的距离为10μm至200μm。
7.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其特征在于，其中所述介电结构的所述顶表面具有多个环形凹陷和至少一个通孔，所述通孔形成在所述金属片上，所述通孔位於在至少一个所述多个环形凹陷投影在所述金属片上的区域。
8.如权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，其中所述金属片的导热率大于400W/mK。
9.如权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，还包括：
加热板设置与所述介电结构下；以及
粘合层设置与所述加热板和所述介电结构之间。
10.如权利要求1所述的静电吸盘装置,其中所述金属片与所述电极未有电连接。
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