TW201344841A - 具有減低能量損失的靜電夾盤 - Google Patents

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Jennifer Y Sun
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Abstract

本發明之實施例大體係有關於一種具有減低能量損失的靜電夾盤，及在一靜電夾盤中，用以減低能量損失的方法及裝置，以及靜電夾盤的測試與製造方法。在一實施例中，提出一種靜電夾盤。此靜電夾盤包括一導電基座，及一陶瓷主體配置於該導電底座上，陶瓷主體包括一電極及一個或多個加熱元件埋入於陶瓷主體中，其中陶瓷主體包括一耗散參數約0.11至約0.16，及一電容約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極與該一個或多個加熱元件之間。

Description

具有減低能量損失的靜電夾盤
本發明之實施例大體係有關於一種具有減低能量損失的靜電夾盤，及在一靜電夾盤中，用以減低能量損失的方法及裝置，以及靜電夾盤的測試與製造方法。
在基板上電子裝置的製造中，比如半導體及顯示器，會使用許多真空製程，比如化學氣相沉積、物理氣相沉積、蝕刻、佈植、氧化、氮化，或其他製程，以形成電子裝置。基板一般係在一基板處理腔室中的一靜電夾盤上，逐一進行處理。為了增加產量，現代的製造商經常使用多個基板處理腔室平行操作(亦即進行一共同的製程配方)。每一處理腔室可以是相同製造與樣式，且一般配置用以根據共同配方處理一基板。因此，多個基板可以在相同時間週期內進行處理，以產出相同的產品。
雖然這些處理腔室可以是大致上相同的，在這些處理腔室之間，細微的變動是可以存在的。這些變動可能需要調整一個或多個處理腔室中的製程參數，以獲得「腔室匹配」 或「腔室配合」。在一應用於射頻感應電漿製程中的多個處理腔室，一種降低腔室在晶圓上影響的方法，係藉由調整一特定處理腔室的射頻功率參數，以補償腔室與腔室間的差異，用以生產一產品，此產品與根據相同配方在另一腔室處理的另一產品，在一容許範圍內。然而，為了調整射頻功率參數以獲得腔室匹配，額外的硬體一般是需要的。這額外的硬體通常會耗費成本，且一般並沒有處理腔室與腔室間差異的根本原因。
如上所述，降低腔室與腔室間差異在晶圓上的影響，以提高基板平行製程的效率是十分需要的。
本發明之實施例大體係有關於一種具有減低能量損失的靜電夾盤，及在一靜電夾盤中，用以減低能量損失的方法及裝置，以及靜電夾盤的測試與製造方法。在一實施例中，提出一種靜電夾盤。此靜電夾盤包括一導電基座，及一陶瓷主體配置於該導電底座上，陶瓷主體包括一電極埋入於陶瓷主體中，其中陶瓷主體包括一耗散參數約0.11至約0.16。
在另一實施例中，提出一種電漿反應器。此電漿反應器包括一真空腔室、一靜電夾盤(ESC)在該腔室中，用以支撐一基板以進行處理，以及一射頻供應電壓源耦接至一電極，該電機配置於該靜電夾盤中。該靜電夾盤包括一陶瓷主體耦接至一導電基座，該陶瓷主體包括一陶瓷材料具有一電極埋入於陶瓷材料中，以及該陶瓷材料包括一耗散參數約0.11至約0.16。
在另一實施例中，提出一種用於一靜電夾盤的一定位盤的製造方法。此方法包括擺置一陶瓷粉末在一模具中，形成一電極及一個或多個加熱元件在該陶瓷粉末中，以及燒結及/或沖壓該陶瓷粉末，以製造一陶瓷主體具有一結晶結構，該結晶結構具有以下二者其中之一或二者之特性：一耗散參數約0.11至約0.16；及一電容約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極與該一個或多個加熱元件之間。
100‧‧‧電漿反應器
110‧‧‧真空腔室
120‧‧‧處理容積
125‧‧‧圓筒狀側壁
130‧‧‧頂板
135‧‧‧製程氣體分配淋浴頭
170A‧‧‧射頻源產生器
175A，175B，175C‧‧‧阻抗匹配電路
170B‧‧‧第一偏壓射頻產生器
170C‧‧‧第二偏壓射頻產生器
180A，180B‧‧‧交流電源
140，200‧‧‧靜電夾盤
145‧‧‧基板
150‧‧‧導電基座
155‧‧‧定位盤
160‧‧‧夾盤電極
165A，165B‧‧‧加熱元件
185A，185B‧‧‧低通濾波器
205‧‧‧陶瓷主體
207‧‧‧陶瓷基座
209‧‧‧氣體管道
210‧‧‧基板接收表面
D‧‧‧厚度
本發明的更詳細說明，已簡短摘要說明於上，可以藉由參照實施例進行說明，部分實施例繪示於後附圖式中，因此藉由這樣的方式，本發明的上述特徵可以更進一步地被理解。然而，值得注意的是，後附圖式僅繪示本發明的代表性實施例，因此並非用以限定其範圍，而本發明可以容許其他相同功效的實施例。
第1圖為一電漿反應器之一實施例的示意剖面圖。
第2A圖為根據所述實施例的一種靜電夾盤的側視剖面圖。
第2B圖為第2A圖中靜電夾盤之一部分的放大剖面圖。
第3圖為一定位盤的示意圖，顯示提供給夾盤電極的射頻電力、提供給電漿的射頻電力，及提供給加熱元件的射頻電力。
為了有助於理解，已使用多個相同的標號，可以用以指明圖式中共用的相同元件。可以預期的是，一實施例中 的元件及特徵，可以有利地與其他實施例結合，而不需做進一步的描述。
在此所述的實施例，大體係有關於一種靜電夾盤，應用於一真空處理腔室。同時也提出一種具有減低能量損失的靜電夾盤，及在一靜電夾盤中，用以減低能量損失的方法及裝置，以及靜電夾盤的測試與製造方法。在此所述的方法與裝置降低腔室與腔室間的差異，以達成腔室匹配，用於平行操作多個處理腔室。
第1圖為一電漿反應器100之一實施例的示意剖面圖。電漿反應器100包括一真空腔室110包圍一處理容積120。處理容積120由一圓筒狀側壁125界定，圓筒狀側壁125支撐一頂板130，頂板130包括一製程氣體分配淋浴頭135。一製程氣體供應器耦接至氣體分配淋浴頭135。一靜電夾盤(ESC)140固持一基板145在真空腔室110中。靜電夾盤140包括一導電基座150及一定位盤155，定位盤155可由一介電性材料製成，比如一陶瓷材料。定位盤155包括一夾盤電極160，以及，在一實施例中，內部及外部加熱元件165A、165B。夾盤電極160可以包括一導電的金屬或金屬合金網格，且埋入於定位盤155中。內部及外部加熱元件165A、165B可以包括一電阻加熱元件，包括一金屬或一金屬合金，而埋入於定位盤155中，且在夾盤電極160下方。一真空泵耦接至真空腔室110，以在真空腔室中產生次大氣壓力。
二個或二個以上射頻偏壓電源耦接至製程氣體分配 淋浴頭135，及導電基座150或夾盤電極160其中之一。一第一射頻電源，比如一射頻源產生器170A可以經由一阻抗匹配電路175A，耦接至製程氣體分配淋浴頭135，及導電基座150或夾盤電極160其中之一，以在處理容積120中點燃一電漿及提供一活性粒子源。一第二射頻電源，比如耦接至一阻抗匹配電路175B的一第一偏壓射頻產生器170B，可以用來控制處理容積120中，正好在基板145上方的電漿關鍵薄層。一選擇性的第三射頻電源，比如耦接至一阻抗匹配電路175C的一第二偏壓射頻產生器170C，可以用來結合射頻源產生器170A及第一偏壓射頻產生器其中之一或二者，以調整處理容積120中的電漿。射頻源產生器170A可以提供約13.56兆赫茲(MHz)的射頻電力，而第一偏壓射頻產生器170B及/或第二偏壓射頻產生器170C可以提供約2兆赫茲，27兆赫茲及/或60兆赫茲的偏壓射頻電力。電漿反應器100也包括交流電源180A、180B，以提供交流電流分別經由一低通濾波器185A及一低通濾波器185B，至內部及外部加熱元件165A、165B。
夾盤電極160為一導體，比如一金屬或金屬合金。夾盤電極160可以由多種導體組成，比如非磁性材料，例如鋁、銅、鐵、鉬、鈦、鎢或上述金屬之合金。夾盤電極160的一種型式包括一鉬的網格。夾盤電極160可以配置為一單極性或雙極性電極。單極性電極包括一單一導體，並具有一單一電性連接至一外部電源，比如一直流夾盤電壓電源。單極性電極與形成於處理容積120中的電漿之帶電粒子配合，以施加一電性偏壓越過基板145，而固定基板145在靜電夾盤 140上。雙極性電極具有二個或二個以上導體，每一導體相對於另一導體施以偏壓，以產生一靜電力，而固定基板145在靜電夾盤140上。夾盤電極160可以成型為一導線網格，或一多孔金屬板材。舉例來說，如圖所示，一夾盤電極160包括一單極性電極，可以為單一連續導線網格，埋入於定位盤155。一夾盤電極160的一實施例包括一雙極性電極可以為二個或二個以上導電部分，這些導電部分可以藉由直流夾盤電壓電源，獨立地施予偏壓。
在操作中，來自直流夾盤電壓電源的直流電流係施 加於夾盤電極160。直流夾盤電壓電源係用來監控在基板145上的感應直流偏壓電位，計算穩固靜電夾持所需電壓，及用來施加適當的夾持電壓至夾盤電極160。來自射頻源產生器170A的射頻電力，係用來感應在處理容積120中的製程氣體電漿，位於基板145上。電漿可以藉由第一偏壓射頻產生器170B及第二偏壓射頻產生器170C其中之一或二者進行調整。結合基板145上的電漿及施加於夾盤電極160的電壓，感應一靜電電荷在基板145與定位盤155之間，此靜電電荷吸引基板145至定位盤155表面。基板145可以在靜電夾盤140上進行處理，而溫度可高達600度C。
來自射頻源產生器170A的射頻電力，係用來產生 在處理容積120中的電漿，電漿進行處理基板145。當電漿被點燃，來自射頻源產生器170A的電力量，一般具有對於製程效能的微小效果。在另一方面，第一偏壓射頻產生器170B提供一偏壓至基板145於定位盤155表面，此偏壓可以進一步 用來控制位於基板1456表面上的薄電漿層之參數。如上所述，製程參數弱相關於源射頻電力量，但強相關於偏壓射頻電力，偏壓射頻電力係自靜電夾盤140傳遞至電漿。
然而，已確定的是，部分射頻電力至接地的損耗。 舉例來說，部分射頻電力藉由加熱元件165A，165B的感應電容至接地的損耗。在另一實例中，部分射頻電力經由直流夾盤電壓電源至接地的損耗。然而源電源損耗受電漿的影響並不明顯，電漿反應器100的其他參數及次系統則明顯受到偏壓射頻電力變化的影響。舉例來說，由直流夾盤電壓電源所量測或計算的直流電壓，歸咎於基板145表面上方的薄電漿層的變化，可能變得不穩定。對於一單一電漿反應器100與其他腔室分離操作時，電力損失在基板與基板間可能為一致的，且可能容易被人忽視。然而，如果電漿反應器100與進行相同配方的其他類似的腔室平行應用於，每一腔室的電力損失很可能有差異，且為了匹配每一腔室，調整及/或修正動作是需要的。
發明人已創造用以測試靜電夾盤140的測試方法， 以決定靜電夾盤140的物理特性。如在此所述的測試方法，產出臨界尺寸及臨界數值，以緩和在靜電夾盤140中，對接地的電容。因此，靜電夾盤140的元件可以提供於測試方法中，以在靜電夾盤140最後組裝前，決定臨界物理特性數值與尺寸。
第2A圖為根據在此所述的實施例，一靜電夾盤200 的側視剖面圖。第2B圖為第2A圖中靜電夾盤200之一部分 的放大剖面圖。靜電夾盤200可以用來作為在第1圖的電漿反應器100中的靜電夾盤140。在此使用相同的標號，且為了簡化說明，部分元件的說明將不再重複。
靜電夾盤200包括定位盤155，定位盤155包括一 陶瓷主體205。夾盤電極160可以藉由本領域已知的方法，形成於陶瓷主體205中。在此實施例中，陶瓷主體205耦接至一陶瓷基座207。靜電夾盤200也包括多個氣體管道209，用以提供一背側氣體至一基板(如第1圖所示)。如第2A圖所示，加熱元件165A、165B可以形成於陶瓷基座207中，或如第1圖所示形成於定位盤155中。加熱元件165A、165B可以藉由本領域已知的方法，形成於陶瓷基座207中。在其他方法中，這些方法包括噴塗一導體在定位盤155的底面上，或陶瓷基座207上表面，提供一預先形成薄膜電極至在定位盤155的底面，或陶瓷基座207上表面。陶瓷主體205及陶瓷基座207可以由一陶瓷材料製成，包括鋁氧化物、鋁氮化物、氧化矽、碳化矽、氮化矽、鈦氧化物、鋯氧化物及其混合物中的至少一種材質。陶瓷主體205也包括一釤鋁氧化物材料，比如SmAlXOY。陶瓷主體205可以為一體成型陶瓷，藉由熱沖壓製成，及燒結一陶瓷粉末，接著加工燒結的主體以形成定位盤155的最後形狀。陶瓷主體205的一上表面界定為一基板接收表面210，基板接收表面210為定位盤155的頂表面，且如第1圖所示，用來固持一基板145。陶瓷基座207可以為一體成型陶瓷，藉由熱沖壓製成，及燒結一陶瓷粉末，接著加工燒結的主體以形成陶瓷基座207的最後形狀。陶瓷 主體205可以耦接至陶瓷基座207，藉由一黏結劑，或黏著劑，如此領域所知悉者。
根據在此所述的實施例，陶瓷主體205經過處理(亦 即燒結、沖壓)以生成一結晶結構，具有電性特性可降低射頻至接地的損耗。如在此所述的陶瓷主體205，在溫度約室溫到約250度C下進行測試，且電性特性如下。在一實施例中，陶瓷主體205包括一耗散參數(tangent σ，正切σ)約0.10至約0.20，在溫度高達約250度C，更具體的一耗散參數約0.11至約0.16，在溫度約室溫到約250度C。另外，陶瓷主體205包括至加熱元件165A、165B的一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容在夾盤電極160與加熱元件165A165B之間，在溫度約室溫到約250度C。定位盤155具有一個或多個電容值及如上述之耗散參數，提供對電漿生成的最佳射頻電力，而可以將射頻至接地的損耗最小化。
請參照第2B圖，定位盤155的陶瓷主體205包括一 頂部介電質厚度，稱為厚度D，顯示基板接收表面210與夾盤電極160上表面215間的介電質材料厚度。在一實施例中，厚度D約為0.041英吋至約0.044英吋。定位盤155在這些參數中具有厚度D，提供足夠的直流電壓至晶圓電容，而將電容至接地最小化。
定位盤155可以根據熟習此技藝者知悉的燒結溫度 及/或沖壓參數生產而成。厚度D可以藉由適當的模具及/或燒接製程中的適當壓力分佈而製成。加工陶瓷主體205的基板接收表面210可以選擇性地執行以生成厚度D。
第3圖為一定位盤155的示意圖，顯示提供給夾盤電極160的射頻電力、提供給電漿的射頻電力，及提供給加熱元件165A、165B的射頻電力。在此圖式中，陶瓷主體205分割成一頂部305A在夾盤電極160上方，及一底部305B於夾盤電極160下方。下表比較一傳統靜電夾盤及在此所述的靜電夾盤140間的多個數值。
此外，靜電夾盤140包括一頂部損耗(射頻從頂部305A到夾盤電極160的損耗)0.133333，相較於傳統靜電夾盤中的頂部損耗為0.272727(比如減幅約50%)。靜電夾盤140的底部損耗(射頻自底部305到加熱元件165A、165B的耗散)為0.033333，相較於傳統靜電夾盤中為0.102273(比如減幅約66%)。
如上所示，如在此所述的靜電夾盤140與一傳統靜電夾盤相較，可以提供較優的電性特性。靜電夾盤140的定位盤155可以根據熟習此技藝者知悉的燒結溫度及/或沖壓參數生產而成，且在出貨前依據下列程序進行測試。
定位盤155的阻抗測試可以藉由夾持一基板在靜電夾盤140上而施行，而經由氣體管道209的真空而夾持(如第2A圖所示)。至夾盤電極160的射頻端子連接至一電容計的正極接頭(紅色)，且電容計的負極接頭耦接至導電基座150(如第1圖所示)。此測試將量測從射頻導體到基板的電容值。對於 加熱元件165A、165B的電容值，及正弦σ，可以當定位盤155置於一溫度穩態室中時藉由電感電容阻抗計(LCZ meter)進行檢測。介電質厚度(厚度D(第2圖))可也藉由多種技術測定，比如超音波成像或渦電流量測。
上述實施例提供一種製造草案及設計參數，用於一 靜電夾盤，該靜電夾盤可以應用於採用相同配方操作的不同腔室，而可以在產品及/或晶圓與晶圓間的結果差異極小化甚至無差異。如在此所述的靜電夾盤140降低射頻至接地的損耗，藉此可以強化製程結果。另外，根據在此所述的參數製造之靜電夾盤140，提供足夠的直流電壓至晶圓電容，而將電容至接地最小化，強化製程結果。再者，原本用來減緩腔室與腔室間不匹配所需的額外硬體及/或電源調整，已不再需要，可以降低所有權的成本，並簡化處理，藉此可增加產量。
雖然前述內容針對本發明的實施例，然而在不脫離本發明的基本範圍下，可以創造本發明的其他及更多實施例，然本發明的範圍之界定應以後附之專利請求項為準。
100‧‧‧電漿反應器
110‧‧‧真空腔室
120‧‧‧處理容積
125‧‧‧圓筒狀側壁
130‧‧‧頂板
135‧‧‧製程氣體分配淋浴頭
140，‧‧‧靜電夾盤
145‧‧‧基板
150‧‧‧導電基座
155‧‧‧定位盤
160‧‧‧夾盤電極
165A，165B‧‧‧加熱元件
170A‧‧‧射頻源產生器
175A，175B，175C‧‧‧阻抗匹配電路
170B‧‧‧第一偏壓射頻產生器
170C‧‧‧第二偏壓射頻產生器
180A，180B‧‧‧交流電源
185A，185B‧‧‧低通濾波器

Claims (20)

  1. 一種靜電夾盤，包括：一導電基座，及一陶瓷主體配置於該導電底座上，該陶瓷主體包括一電極埋入於該陶瓷主體中，其中該陶瓷主體包括一耗散參數約0.11至約0.16。
  2. 如請求項1所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一個或多個加熱元件埋入該陶瓷主體中。
  3. 如請求項2所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該一個或多個加熱元件之間。
  4. 如請求項1所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一外部加熱元件，及一內部加熱元件。
  5. 如請求項4所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該等內部及外部加熱元件之間。
  6. 如請求項1所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體更包括一頂部介電質厚度約0.041英吋至約0.044英吋，介於該電極之一表面及該陶瓷主體之一表面之間。
  7. 如請求項6所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一個或多個加熱元件埋入該陶瓷主體中。
  8. 如請求項7所述之靜電夾盤，其中該陶瓷主體包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該一個或多個加熱元件之間。
  9. 一種電漿反應器，包括一真空腔室；一靜電夾盤在該腔室中，用以支撐一基板以進行處理，以及一射頻供應電壓源耦接至一電極，該電極配置於該靜電夾盤中，其中該靜電夾盤包括：一陶瓷主體耦接至一導電基座，該陶瓷主體包括一陶瓷材料，該陶瓷材料具有一電極埋入於該陶瓷材料中，其中該陶瓷材料包括一耗散參數約0.11至約0.16。
  10. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該靜電夾盤更包括一個或多個加熱元件埋入於該陶瓷主體中。
  11. 如請求項10所述之電漿反應器，其中該陶瓷材料包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該一個或多個加熱元件之間。
  12. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該陶瓷主體包括一外部加熱元件，及一內部加熱元件。
  13. 如請求項12所述之電漿反應器，其中該陶瓷主體包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該內部及該外部加熱元件之間。
  14. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該陶瓷主體更包括一頂部介電質厚度約0.041英吋至約0.044英吋，該頂部介電質介於該電極之一表面及該陶瓷主體之一表面之間。
  15. 如請求項14所述之電漿反應器，其中該陶瓷主體包括一個或多個加熱元件埋入該陶瓷主體中。
  16. 如請求項15所述之電漿反應器，其中該陶瓷主體包括一電容值約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極及該一個或多個加熱元件之間。
  17. 一種用於一靜電夾盤的一定位盤的製造方法，包括以下步驟：擺置一陶瓷粉末在一模具中；形成一電極及一個或多個加熱元件在該陶瓷粉末中，以及燒結及/或沖壓該陶瓷粉末，以製造一陶瓷主體具有一結晶結構，該結晶結構具有以下二者其中之一或二者之特性：一耗散參數約0.11至約0.16；及一電容約750微微法拉至約950微微法拉，該電容介於該電極與該一個或多個加熱元件之間。
  18. 如請求項17所述之方法，其中一電極形成於該陶瓷主體中。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該陶瓷主體包括一介電性材料配置在該電極上。
  20. 如請求項19所述之造方法，其中該介電性材料包括一厚度約0.041英吋至約0.044英吋。
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