TW201306168A

TW201306168A - 靜電吸盤、具有其之基板處理設備及基板處理方法

Info

Publication number: TW201306168A
Application number: TW101123458A
Authority: TW
Inventors: Won-Haeng Lee
Original assignee: Semes Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-02-01
Also published as: KR20130007394A

Abstract

本發明提供一種用於藉由使用靜電力來固定基板之靜電吸盤，其包括：一介電板，其上置放基板；一第一電極，其安置於該介電板之內部中心區域中，且帶負電荷或正電荷；及一第二電極，其安置於介電板之內部邊緣區域中以環繞該第一電極，且帶與第一電極之極性相反之電荷。第二電極具有與第一電極之面積不同的面積。

Description

靜電吸盤、具有其之基板處理設備及基板處理方法

本文揭示之本發明係關於一種基板處理設備，且更特定言之，係關於一種包括靜電吸盤之基板處理設備。

半導體製造設備在處理腔室中包括一靜電吸盤以固定晶圓。該等靜電吸盤藉由使用靜電力固定基板。靜電吸盤可分類為包括單一電極之單極靜電吸盤與包括兩電極之雙極靜電吸盤。

單極靜電吸盤就靜電力而言優於雙極靜電吸盤。然而，單極靜電吸盤需要電漿以構成用於基板夾持之迴路。因此，當單極靜電吸盤用在基板處理製程中時，在產生電漿之後將氦(He)氣體供應至基板。因此，當執行電漿處理製程之初始階段時，基板之溫度狀態係不適當的。

本發明提供一種靜電吸盤，可將一基板穩定地固定至其。

本發明亦提供一種與電漿產生無關之固持基板之靜電吸盤。

本發明之目標不限於以上所述，但本文未描述之其他目標將藉由熟習此項技術者自下文描述中清楚地理解。

本發明之實施例提供一種藉由使用靜電力固定基板之靜電吸盤，包括：一介電板，其上置放基板；一第一電極，其安置於該介電板之內部中心區域中，且帶正電荷或負電荷；及一第二電極，其安置於介電板之內部邊緣區域中以環繞該第一電極，且帶與第一電極之極性相反之電荷，其中第二電極具有與第一電極之面積不同的面積。

在一些實施例中，第二電極之面積可大於第一電極之面積。

在其他實施例中，第二電極之面積可為第一電極之面積的約7/3倍至約9倍之間。

在本發明之其他實施例中，基板處理設備包括：一處理腔室，其具有內部空間；一靜電吸盤，其安置於該處理腔室內，且藉由使用靜電力固定基板；一氣體供應部分，其用於將處理氣體供應至處理腔室中；及一上部電極，其安置於靜電吸盤之上方，且將高頻功率供應至處理氣體，其中該靜電吸盤包括：一介電板，其上置放基板；一第一下部電極，其安置於該介電板之內部中心區域中，且帶正電荷或負電荷；及一第二下部電極，其安置於介電板之內部邊緣區域中以環繞該第一下部電極，且帶與第一下部電極之極性相反之電荷，其中該第二下部電極具有與第一下部電極之面積不同的面積。

在一些實施例中，第二下部電極之面積可大於第一下部電極之面積。

在其他實施例中，第二下部電極之面積可為第一下部電極之面積的約7/3倍至9倍之間。

在本發明之其他實施例中，基板處理方法包括：使第一電極與第二電極帶上不同極性之電荷以將基板固定至介電板之頂部表面，其中第一電極嵌入於介電板之中心區域中，且第二電極嵌入於介電板之邊緣區域中；將處理氣體供應至處理腔室中；將高頻功率供應至處理腔室中以激發處理氣體；及將經激發之處理氣體提供至基板，其中第二電極環繞第一電極，且第二電極具有與第一電極之面積不同的面積。

在一些實施例中，第二電極之面積可大於第一電極之面積。

包括隨附圖式以提供對本發明之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式說明本發明之例示性實施例，且與描述一起用以闡釋本發明之原理。

下文中將參看隨附圖式詳細描述根據本發明之較佳實施例的靜電吸盤、基板處理設備及基板處理方法。將取消關於熟知功能或組態之詳細描述，以避免不必要地混淆本發明之主題。

圖1為說明根據本發明之一實施例的用於處理基板之設備的橫截面圖。參看圖1，根據當前實施例之基板處理設備10產生電漿以處理基板。基板處理設備10包括處理腔室100、靜電吸盤200、氣體供應部分300及電漿產生部分400。

處理腔室100具有內部空間101。內部空間101充當用於在基板W上執行電漿處理製程的空間。電漿處理製程包括蝕刻製程。排氣孔102安置於處理腔室100之底部。排氣孔102連接至排氣管線121。停留於處理腔室100內之氣體及在基板處理製程期間產生之反應副產物可經由排氣管線121排放。此時，內部空間101之壓力降低至某一壓力。

靜電吸盤200安置於處理腔室100內。靜電吸盤200藉由使用靜電力緊密地接觸及固持基板W。靜電吸盤200為具有兩個電極之雙極靜電吸盤。靜電吸盤200包括介電板210、第一下部電極221及第二下部電極222、支撐板240及絕緣板270。

介電板210安置於靜電吸盤200之上端中。將介電板210以盤形介電物質來提供。基板W置放於介電板210之頂部表面上。介電板210之頂部表面具有小於基板W之半徑的半徑。因此，基板W之邊緣定位於介電板210之外。第一供應通道211形成於介電板210中。第一供應通道211自介電板210之頂部表面延伸至其底部表面。第一供應通道211彼此間隔，且經提供為用於將傳熱流體供應至基板W之底部表面的路徑。

第一下部電極221與第二下部電極222嵌入於介電板210中。

圖2為說明圖1之第一及第二下部電極之平面圖。參看圖1及圖2，第一下部電極221具有薄盤形狀，且嵌入於介電板210之中心部分中。第二下部電極222嵌入於介電板210之邊緣部分中，且環繞第一下部電極221。第二下部電極222具有環形狀。第二下部電極222具有與第一下部電極221之面積不同的面積。第二下部電極222之面積可大於第一下部電極221之面積。第二下部電極222之面積可為第一下部電極221之面積的約7/3倍至約9倍之間。

第一下部電極221及第二下部電極222電連接至下部電源225。

下部電源225包括直流電源。第一下部電極221及第二下部電極222藉由下部電源225得以帶有不同極性之電荷。第一下部電極221帶正電荷或負電荷，且第二下部電極222帶與第一下部電極221極性相反之極性的電荷。舉例而言，第一下部電極221可帶正電荷，且第二下部電極222可帶負電荷。接著，在第一下部電極221與第二下部電極222之間形成電場。將電場施加至基板W以引起基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間介電極化。因此，負電荷(-)收集於第一下部電極221上方之基板W之中心部分中，且正電荷(+)收集於第二下部電極222上方之基板W之邊緣部分中。藉由介電極化收集之電荷之間的靜電吸引力將基板W固定至介電板210。

支撐板240定位於介電板210下方。介電板210之底部表面與支撐板240之頂部表面可藉由黏合劑236彼此黏附。支撐板240可由鋁材料形成。支撐板240之頂部表面可具有中心區域高於邊緣區域之階梯形狀。支撐板240之頂部中心區域具有對應於介電板210之底部表面之面積的面積，且黏附至其。第一循環通道241、第二循環通道242及第二供應通道243形成於支撐板240中。

第一循環通道241經提供作為用於循環傳熱流體之路徑。第一循環通道241可以螺旋形狀形成於支撐板240內。或者，可提供複數個第一循環通道241作為具有不同半徑之同心圓的環形通道。在此狀況下，第一循環通道241可彼此連通。第一循環通道241以相同高度形成。

第二供應通道243自第一循環通道241向上延伸，且到達支撐板240之頂部表面。第二供應通道243之數目對應於第一供應通道211之數目。第二供應通道243將第一循環通道241連接至第一供應通道211。經由第一循環通道241循環之傳熱流體順序地通過第二供應通道243及第一供應通道211，且接著供應至基板W之底部表面。傳熱流體充當一介質，藉由該介質將自電漿轉移至基板W之熱轉移至靜電吸盤200。電漿中所含之離子粒子藉由形成於靜電吸盤200上之電力吸引，且移動至靜電吸盤200。此時，離子粒子與基板W碰撞以執行蝕刻製程。當離子粒子與基板W碰撞時，在基板W中產生熱。在基板W中產生之熱經由供應至基板W之底部表面與介電板210之頂部表面之間的空間的傳熱氣體而轉移至靜電吸盤200。因此，基板W可維持在一設定溫度。傳熱流體包括惰性氣體。根據本發明之一實施例，傳熱流體包括氦(He)氣體。

第二循環通道242經提供為用於循環冷卻流體之路徑。冷卻流體沿第二循環通道242循環，且冷卻支撐板240。藉由將介電板210與基板W一起冷卻，支撐板240之冷卻將基板W維持於預定溫度。第二循環通道242可以螺旋形狀形成於支撐板240內。或者，可提供複數個第二循環通道242作為具有不同半徑之同心圓的環形通道。在此狀況下，第二循環通道242可彼此連通。第二循環通道242可具有大於第一循環通道241之橫截面積的橫截面積。第二循環通道242以相同高度形成。第二循環通道242可定位於第一循環通道241之下方。

絕緣板270提供於支撐板240之下方。絕緣板270以對應於支撐板240之大小來提供。絕緣板270定位於支撐板24與處理腔室100之底部表面之間。絕緣板270由一絕緣材料形成，且將支撐板240與處理腔室100彼此電絕緣。

聚焦環280安置於靜電吸盤200之邊緣區域。聚焦環200具有環形狀，且圍繞介電板210而安置。聚焦環280之頂部表面可具有階梯形狀，其中其鄰近介電板210之內部部分低於其外部部分。聚焦環280之內部部分定位於與介電板210之頂部表面相同之高度處。聚焦環280之內部部分在介電板210之外部支撐基板W之邊緣區域。聚焦環280之外部部分環繞基板W之邊緣區域。聚焦環280擴大電場形成區域，使得基板W定位於電漿之中心區域。因此，電漿得以均勻形成於基板W之整個區域上，且因此，基板W之整個區域可得以均勻蝕刻。

氣體供應部分300將處理氣體供應至處理腔室100中。氣體供應部分300包括氣體儲存部分310、氣體供應管線320及氣體流入口330。氣體供應管線320將氣體儲存部分310連接至氣體流入口330，且將處理氣體自氣體儲存部分310供應至氣體流入口330。氣體流入口330連接至安置於上部電極410中之氣體供應孔412，且將處理氣體供應至氣體供應孔412。

電漿產生部分400激發停留於處理腔室100內之處理氣體。電漿產生部分400包括上部電極410、氣體分佈板420、蓮蓬頭430及上部電源440。

上部電極410具有盤形狀，且安置於靜電吸盤200之上方。上部電極410電連接至上部電源440。上部電極410將自上部電源440產生之高頻功率供應至處理腔室100中以激發處理氣體。處理氣體得以激發至電漿狀態。氣體供應孔412安置於上部電極410之中心區域中。氣體供應孔412連接至氣體流入口330，且將氣體供應至安置於上部電極410之下方的緩衝空間415。

氣體分佈板420安置於上部電極410之下方。氣體分佈板420具有大小對應於上部電極410之盤形狀。氣體分佈板420之上部表面具有中心區域低於邊緣區域之階梯形狀。氣體分佈板420之頂部表面及上部電極410之底部表面結合以形成緩衝空間415。在經由氣體供應孔412供應之氣體供應至處理腔室100之內部空間101中之前，氣體暫時停留於緩衝空間415中。第一分佈孔421安置於氣體分佈板420之中心區域中。第一分佈孔421自氣體分佈板420之頂部表面延伸至其底部表面。第一分佈孔421彼此間隔恆定距離。第一分佈孔421連接至緩衝空間415。

運蓬頭430定位於氣體分佈板420之下方。蓮蓬頭430具有盤形狀。第二分佈孔431安置於蓮蓬頭430中。第二分佈孔431自蓮蓬頭430之頂部表面延伸至其底部表面。第二分佈孔431彼此間隔恆定距離。第一分佈孔421之數目及位置對應於第二分佈孔431之數目及位置。第二分佈孔431分別連接至第一分佈孔421。停留於緩衝空間415內之處理氣體經由第一分佈孔421及第二分佈孔431均勻地供應至處理腔室100中。

在下文中，現將描述使用如上文所述之基板處理設備之基板處理方法。

參看圖1，將基板W轉移至處理腔室100中，且置放於靜電吸盤200上。下部電源225使第一下部電極221帶正電荷，且使第二下部電極222帶負電荷。接著，在第一下部電極221與第二下部電極222之間形成電場。電場引起基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的介電極化，且基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的電荷的靜電吸引力將基板W固定至介電板210。氣體供應部分300將處理氣體供應至處理腔室100中。處理氣體經由氣體流入口330供應，且接著順序地通過緩衝空間415、第一分佈孔421及第二分佈孔431，使得處理氣體可均勻供應至處理腔室100中。上部電極410將自上部電源440產生之高頻功率供應至處理腔室100中以激發處理氣體至電漿狀態。經激發之處理氣體可在基板W上執行蝕刻製程。

圖3為說明根據本發明之另一實施例的He氣體之洩漏流動速率相對於供應至基板之底部表面的He氣體之壓力的圖表。參看圖3，該圖表之水平軸線指示供應至基板W之底部表面之He氣體的壓力，且其垂直軸線指示基板W與介電板210之間He氣體洩漏之流動速率。線A表示根據當前實施例當第一下部電極221與第二下部電極222具有不同面積時He氣體之洩漏流動速率，且線B表示根據比較實例當第一下部電極221與第二下部電極222具有相同面積時He氣體之洩漏流動速率。特定言之，對應於線A之第一下部電極221與第二下部電極222的面積比率約為1：9，且對應於線B之第一下部電極221與第二下部電極222的面積比率約為5：5。根據線B，隨著供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力增加，基板W與介電板210之間的He氣體洩漏之流動速率增加。特定言之，當供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力介於約10托至約12托之範圍內時，He氣體之洩漏流動速率迅速增加。He氣體之洩漏流動速率之增加意謂基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的靜電力係較小的。根據線A，即使供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力增加，基板W與介電板210之間He氣體洩漏之流動速率仍維持於較低範圍。此意謂對應於線A之基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的靜電力大於對應於線B之基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的靜電力。大體而言，包括兩個電極之雙極靜電吸盤就每單位面積之靜電力而言小於包括單一電極之單極靜電吸盤。根據當前實施例，第一下部電極221與第二下部電極222具有不同面積，進而增加基板W與介電板210之間的靜電力。

圖4為說明根據本發明之另一實施例的在基板處理製程期間基板與介電板之間He氣體洩漏之流動速率的圖表。參看圖4，該圖表之水平軸線指示製程階段，且其垂直軸線指示基板W與介電板210至間He氣體洩漏之流動速率。區段I指示在處理腔室100內產生電漿之前的階段。當量測在區段I中之He氣體之洩漏流動速率時，直流(DC)電壓約為2500V，且供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力約為15托。區段II指示當在處理腔室100內產生電漿時之階段。當量測區段II中之He氣體之洩漏流動速率時，DC電壓約為2500 V，且供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力約為15托。區段III指示當在處理腔室內停止電漿產生時的階段。當量測區段III中之He氣體之洩漏流動速率時，DC電壓約為2500 V，且供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力約為7托。區段I之洩漏流動速率實質上與區段II之洩漏流動速率相同。此意謂基板W與第一下部電極221及第二下部電極222之間的靜電力實質上為恆定的，與電漿產生無關。

根據圖3及圖4之實施例，基板W與介電板210之間的靜電力可增加，且基板W可穩定地固定至靜電吸盤200，與電漿產生無關。當基板W與介電板210之間的靜電力增加時，供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力得以允許增加。根據以上實施例，供應至基板W之底部表面的He氣體之壓力得以允許增加至約12托。因此，供應至基板W之底部表面之He氣體的流動速率以及停留於基板W與介電板210之間的He氣體的密度得以增加，進而在基板W與靜電吸盤200之間的傳熱效率得以增加以更有效地冷卻基板W。

此外，由於基板W可固定至靜電吸盤200(與電漿產生無關)，所以He氣體可在電漿產生前供應至基板W之底部表面。因此，基板W之整個區域的溫度在電漿處理製程之前得以均勻調整。因此，基板W之整個區域可得以較均勻處理。

另外，加熱器(未示出)可嵌入於介電板210中。

儘管以上實施例例示使用電漿之蝕刻製程，但基板處理製程不限於此，且因此，可例示使用電漿之不同基板處理製程，諸如灰化製程、沈積製程及清洗製程。

儘管在以上實施例中在半導體裝置製造製程中使用靜電吸盤，但靜電吸盤可用於液晶顯示器裝置之製造製程中。

根據實施例，由於基板與電極之間的靜電力增加，所以基板可穩定地固定。

此外，靜電力可於電漿產生之前在基板與電極之間產生。

以上揭示之主題將視為具有說明性而非約束性，且隨附申請專利範圍意欲涵蓋屬□本發明之真實精神及範疇內之所有此類修改、增強及其他實施例。因此，在法律允許之最大程度內，本發明之範疇將由以下申請專利範圍及其等效範圍之最廣範容許解釋決定，且不應受以上詳細描述約束或限制。

W‧‧‧基板

10‧‧‧基板處理設備

100‧‧‧處理腔室

101‧‧‧內部空間

102‧‧‧排氣孔

121‧‧‧排氣管線

200‧‧‧靜電吸盤

210‧‧‧介電板

211‧‧‧第一供應通道

221‧‧‧第一下部電極

222‧‧‧第二下部電極

225‧‧‧下部電源

236‧‧‧黏合劑

240‧‧‧支撐板

241‧‧‧第一循環通道

242‧‧‧第二循環通道

243‧‧‧第二供應通道

270‧‧‧絕緣板

280‧‧‧聚焦環

300‧‧‧氣體供應部分

310‧‧‧氣體儲存部分

320‧‧‧氣體供應管線

330‧‧‧氣體流入口

400‧‧‧電漿產生部分

410‧‧‧上部電極

412‧‧‧氣體供應孔

415‧‧‧緩衝空間

420‧‧‧氣體分佈板

421‧‧‧第一分佈孔

430‧‧‧蓮蓬頭

431‧‧‧第二分佈孔

440‧‧‧上部電源

圖1為說明根據發明之一實施例的用於處理基板之設備的橫截面圖；圖2為說明圖1之第一及第二下部電極的平面圖；圖3為說明根據本發明之另一實施例的He氣體洩漏流動速率相對於供應至基板之底部表面的He氣體之壓力的圖表；及圖4為說明根據本發明之另一實施例的在基板處理製程期間基板與介電板之間He氣體洩漏之流動速率的圖表。