TW201428885A - 具有可光圖案化的軟性突出接觸表面的靜電夾盤 - Google Patents

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Abstract

根據本發明之一具體實例，提供用於一靜電夾盤之一軟性突出結構，其提供用於晶圓、工件或其他基板之一非研磨接觸表面，同時亦具有改良之可製造性及與接地表面壓板設計之相容性。該軟性突出結構包含一可光圖案化的聚合物。

Description

具有可光圖案化的軟性突出接觸表面的靜電夾盤
本發明係關於用於靜電夾盤之軟性突出結構，其提供用於晶圓、工件或其他基板之非研磨接觸表面，同時亦具有改良之可製造性及與接地表面壓板設計之相容性。軟性突出結構包含可光圖案化的聚合物。
靜電夾盤在製造製程期間固持且支撐基板，且亦自基板移除熱，而不機械夾持基板。在靜電夾盤之使用期間，藉由靜電力將基板(諸如，半導體晶圓)之背面固持至靜電夾盤之面。基板與靜電夾盤之面中的一或多個電極係由覆蓋電極的表面材料層分開。在庫侖夾盤中，表面層電絕緣，而在Johnsen-Rahbek靜電夾盤中，表面層弱傳導。靜電夾盤之表面層可平坦，或可具有將基板之背面與經覆蓋電極進一步分開的一或多個突出、突起或其他表面特徵。在處理期間傳遞至基板之熱可藉由與突出之接觸熱傳導及/或藉由與冷卻氣體之氣體熱傳導而轉移離開基板且轉移至靜電夾盤。在自基板移除熱時，接觸熱傳導通常比氣體熱傳導有效率。然而，控制基板與突出之間的接觸量可為困難的。
在微電子生產中，隨著半導體及記憶體裝置幾何形狀變得逐漸更小且晶圓、平面螢幕顯示器、比例光罩及其他處理過基板的大小變得逐漸更大，可允許的顆粒污染過程規範變得更有限制性。粒子對靜電夾盤之影響特別有意義，此係因為晶圓實體上接觸或安裝至夾盤夾持表面。若 靜電夾盤之安裝表面允許任何顆粒變得陷落於安裝表面與基板之間，則基板可因陷落之粒子而變形。舉例而言，若將晶圓之背面抵靠平坦參考表面以靜電方式夾持，則陷落之粒子將造成晶圓之正面的變形，其將因此不位於平坦平面中。根據美國專利第6,835,415號，研究已展示，平坦靜電夾盤上之10微米粒子可使比例光罩(亦即，測試晶圓)之表面移位一吋或一吋以上之徑向距離。粒子誘發之位移的實際高度及直徑取決於眾多參數，諸如，粒徑、粒子硬度、夾持力及比例光罩厚度。
在基板處理期間，重要的是能夠控制基板之溫度、限制基板之最大溫度上升、維持基板表面上之溫度均勻性或此等之任何組合。若歸因於不良及/或不均勻的熱轉移，在基板表面上存在過度的溫度變化，則基板可變得扭曲，且製程化學可受到影響。與靜電夾盤直接接觸之面積愈大，藉由接觸熱傳導轉移之熱愈多。直接接觸之面積之大小隨基板與靜電夾盤之接觸表面的粗糙度、平度及硬度以及接觸表面之間的施加之力而變。由於接觸表面之特性在基板間有變化，且由於接觸表面之特性可隨時間而改變，因此準確地控制靜電夾盤與基板之間的接觸熱傳導係困難的。
控制基板之溫度及在其背面上的粒子之數目對於減少或消除對微電子裝置、比例光罩光罩及其他此等結構之損害而言及對於減少或最小化製造產率損失而言係重要的。靜電夾盤突出之研磨性質、變粗糙突出的高接觸面積及靜電夾盤之製造期間的研光及拋光操作之效應可皆對在與靜電夾盤一起使用期間將粒子添加至基板之背面有影響。
根據本發明之一具體實例，提供一種用於一靜電夾盤之軟性突出結構，其提供用於晶圓、工件或其他基板之非研磨接觸表面，同時亦具有改良之可製造性及與接地表面壓板設計之相容性。軟性突出結構包含可光圖案化的聚合物。
在根據本發明之一項具體實例中，提供一種靜電夾盤，其包含一表面層，該表面層藉由一電極中之一電壓活化以形成一電荷以將一基板以靜電方式夾持至該靜電夾盤。該表面層包括包含一可光圖案化的聚合物之複數個突出及該多個聚合物突出所黏附的電荷控制層。該複數個聚合物突出延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之一高度以在該基板之靜電夾持期間將該基板支撐於該複數個聚合物突出上。
在另外有關具體實例中，該可光圖案化的聚合物可包含在烘烤前在室溫下為液體之一可光圖案化的聚合物，或可包含在烘烤前在室溫下為固體之一可光圖案化的聚合物。該可光圖案化的聚合物可包含一以環氧樹脂為基礎、以聚醯亞胺為基礎或以苯并環丁烯為基礎之可光圖案化的聚合物。該電荷控制層可包含碳化矽或類鑽碳。該電荷控制層可包含介於每平方約108歐姆至每平方約1011歐姆之間的一表面電阻率。該等聚合物突出可包含介於約3微米與約12微米之間的一高度；且可包含約900微米之一直徑。該靜電夾盤可進一步包含一氣體密封環，該氣體密封環包含一可光圖案化的聚合物，諸如以環氧樹脂為基礎、以苯并環丁烯為基礎或以聚醯亞胺為基礎之可光圖案化的聚合物。該複數個聚合物突出可包含介於約0.02μm與約0.05μm之間的一表面粗糙度。該可光圖案化的聚合物可包含具有大於約70兆帕斯卡(MPa)之一拉伸強度的一材料，且可包含具有小於約3.5千兆帕斯卡(GPa)之一楊氏模數的一材料。該靜電夾盤可包含一傳導路徑，該傳導路徑覆蓋該靜電夾盤之一氣體密封環之一工件接觸表面的至少一部分，該傳導路徑包含至接地的一電路徑之至少一部分。該傳導路徑可包含類鑽碳。
在根據本發明之另一具體實例中，提供一種靜電夾盤，其包含一表面層，該表面層藉由一電極中之一電壓活化以形成一電荷以將一基板以靜電方式夾持至該靜電夾盤。該表面層包括包含一傳導性聚合物之複 數個突出及該複數個聚合物突出黏附至的一電荷控制層。該複數個聚合物突出延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之一高度以在該基板之靜電夾持期間將該基板支撐於該複數個聚合物突出上。
在另外有關具體實例中，該傳導性聚合物可包含來自由以下各者組成之群的一聚合物：一碳奈米管與一聚合物之一摻合物；及一摻雜有傳導性奈米粒子之聚合物。
在根據本發明之另一具體實例中，提供一種製造一靜電夾盤之方法。該方法包含經由一光罩使在該靜電夾盤之一表面上的一可光圖案化的聚合物曝露至光，該靜電夾盤包含在該可光圖案化的聚合物之至少一部分下面的一電荷控制層；及基於該表面經由該光罩至該光的一曝光圖案而移除該靜電夾盤之該表面之區域，藉此在該靜電夾盤之該表面上形成複數個聚合物突出。該複數個聚合物突出黏附至該電荷控制層且延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之一高度。
在另外有關具體實例中，該方法可包含在該電荷控制層之至少一部分上方層壓包括該可光圖案化的聚合物之一聚合物薄片，或在該電荷控制層之至少一部分上方噴灑包括該可光圖案化的聚合物之一液體聚合物。該可光圖案化的聚合物可包含具有大於約70兆帕斯卡(MPa)之一拉伸強度且具有小於約3.5千兆帕斯卡(GPa)之一楊氏模數的一材料。該方法可進一步包含用一傳導路徑覆蓋該靜電夾盤之一氣體密封環之一工件接觸表面的至少一部分，該傳導路徑包含至接地的一電路徑之至少一部分。
圖1符號
101‧‧‧突出
102‧‧‧電荷控制層
103‧‧‧黏著層
104‧‧‧黏著塗層
105‧‧‧介電層
圖2符號
201‧‧‧突出
202‧‧‧電荷控制層
203‧‧‧黏著層
204‧‧‧黏著塗層
205‧‧‧介電層
206‧‧‧金屬電極
207‧‧‧電極接腳
208‧‧‧環氧樹脂結合
209‧‧‧絕緣體層
210‧‧‧陶瓷至陶瓷結合
211‧‧‧導熱結合
212‧‧‧水冷式基底
213‧‧‧金屬還原層
圖3符號
314‧‧‧突出
315‧‧‧直徑
316‧‧‧中心至中心間距
圖4符號
414‧‧‧突出
417‧‧‧氣體入口
418‧‧‧接地接腳通道
419‧‧‧氣體密封環
420‧‧‧起模頂桿通道
421‧‧‧小氣體入口
422‧‧‧插圖
圖5符號
523‧‧‧晶圓接觸表面
圖6符號
631‧‧‧可光圖案化的聚合物層壓至靜電薄片上
632‧‧‧UV光曝光系統
633‧‧‧顯影劑
634‧‧‧硬烘烤突出
圖7符號
741‧‧‧液體可光圖案化的聚合物噴塗至靜電夾盤上
742‧‧‧UV對可光圖案化的聚合物曝光
743‧‧‧使用顯影劑移除聚合物之不當部分
744‧‧‧硬烘烤突出
圖8符號
801‧‧‧突出
802‧‧‧電荷控制層
805‧‧‧介電層
806‧‧‧金屬電極
807‧‧‧電極接腳
808‧‧‧環氧樹脂結合
809‧‧‧絕緣體層
810‧‧‧陶瓷至陶瓷結合
811‧‧‧導熱結合
812‧‧‧水冷式基底
813‧‧‧金屬層
819‧‧‧聚合物氣體密封件
851‧‧‧接地層
圖9符號
901‧‧‧突出
902‧‧‧電荷控制層
905‧‧‧介電層
906‧‧‧金屬電極
907‧‧‧電極接腳
908‧‧‧環氧樹脂結合
909‧‧‧絕緣體層
910‧‧‧陶瓷至陶瓷結合
911‧‧‧導熱結合
912‧‧‧水冷式基底
913‧‧‧金屬還原層
919‧‧‧聚合物氣體密封件
951‧‧‧接地層
952‧‧‧傳導路徑
如隨附圖式(其中相似參考字元貫穿不同視圖係指相似零件)中所說明，前述內容將自本發明之實例具體實例之以下較特定描述顯而易見。圖式未必按比例，而是著重於說明本發明之具體實例。
圖1為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之頂層之截面圖。
圖2為展示根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之另外層之截面圖。
圖3為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之表面上的突出之圖案之說明。
圖4為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之表面外觀之圖。
圖5為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤上的突出之構形之圖。
圖6為根據本發明之一具體實例說明層壓製程在使用可光圖案化的聚合物製造靜電夾盤中之使用的示意圖。
圖7為根據本發明之一具體實例說明噴塗製程在使用可光圖案化的聚合物製造靜電夾盤中之使用的方塊圖。
圖8為根據本發明之一具體實例的包括複數個聚合物突出及接地層之靜電夾盤之截面圖。
圖9為根據本發明之一具體實例的包括複數個聚合物突出及一傳導路徑之靜電夾盤之截面圖。
以下為本發明之實例具體實例之描述。
根據本發明之一具體實例，提供一種靜電夾盤，其包括在其表面上的用於安裝基板之突出。突出係由諸如聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺或聚醚醚酮(PEEK)之聚合物物質形成。另外，靜電夾盤特徵為聚合物突出黏附至的一電荷控制表面層。電荷控制表面層可由與突出相同之聚合物物質(諸如聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺或聚醚醚酮(PEEK))形成。此等突出及此電荷控制表面層可幫助促進靜電夾盤與基板之接觸以增進接觸冷卻，同時亦減少不良粒子之產生。
在根據本發明之另一具體實例中，可光圖案化的聚合物可用以在靜電夾盤上形成突出及氣體密封件，如以下進一步論述。
圖1為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之頂層之截面 圖。靜電夾盤特徵為由諸如聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺或聚醚醚酮(PEEK)之聚合物形成的突出101。靜電夾盤之氣體密封環(圖中未顯示)可由諸如與突出101相同之聚合物的聚合物形成。突出101黏附至亦可由聚合物形成之電荷控制層102。電荷控制層102之目的在於提供一傳導層以放走表面電荷。電荷控制層102減少了「晶圓黏結」之可能性，晶圓黏結發生於晶圓或其他基板在夾盤電力經移除後靜電黏附至夾盤表面時。具有在適當範圍(諸如，約1×108歐姆/平方至約1×10n歐姆/平方之範圍)中之表面電阻率的電荷控制層102已展示以減少可導致不良靜電力且最終導致晶圓黏結之表面電荷滯留。稍微有傳導性表面層將電荷放出至接地(圖中未顯示)，而不干擾靜電夾盤與基板之間的靜電吸引。在一項具體實例中，突出101及電荷控制層102皆由諸如聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺或聚醚醚酮(PEEK)之單一聚合物形成。黏著層103可在電荷控制層102下，且可包含與電荷控制層不同的聚合物。詳言之，在電荷控制層由聚醚醚酮(PEEK)形成之情況下，黏著層103可包含聚醚醯亞胺(PEI)。替代地，黏著層103不需要存在。在黏著層103下(或直接在電荷控制層102下)，靜電夾盤包括黏著塗層104，其促進在其之上的聚合物層黏附至介電層105。黏著塗層104保持埋於在其之上的聚合物層下，且隱藏聚合物中之裝飾性缺陷。黏著塗層104可(例如)包括含矽之氮化物、氧化物、碳化物及此等物質之非化學計量型式，例如(但不限於)SiOxNy、氮化矽、氧化矽或碳化矽。黏著塗層亦可包含碳或碳之氮化物化合物；且可包含類鑽碳；及/或前述各者中之任一者的組合。在黏著塗層104下為介電層105，諸如氧化鋁介電質。
圖2為展示根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之另外層之截面圖。除了突出201、電荷控制層202、黏著層203、黏著塗層204及介電層205之外，靜電夾盤亦包括金屬電極206。金屬電極206係藉由導電環氧結合208結合至電極接腳207。介電層205係藉由陶瓷至陶瓷結合210結 合至絕緣體層209(諸如氧化鋁絕緣體)。陶瓷至陶瓷結合210可由諸如聚四氟乙烯(PTFE)或改質PTFE(除了PTFE之外，其亦包括PFA及/或FEP)之聚合物形成。另外，陶瓷至陶瓷結合210可由諸如全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)及聚醚醚酮(PEEK)之聚合物形成。在絕緣體209下，存在導熱結合211(其可(例如)使用由德國Düsseldorf之Henkel AG & Co.KGaA出售之TRA-CON導熱環氧樹脂而形成)及水冷式基底212。黏著塗層204可沿著靜電夾盤之邊緣(包括沿著氣體密封環之邊緣)延伸以形成金屬還原層213，其防止靜電夾盤之邊緣上的射束撞擊使鋁粒子撞擊基板。
根據本發明之一具體實例，用於靜電夾盤之突出201、電荷控制層202或其他組件的聚醚醯亞胺(PEI)可由未填充之非晶聚醚醯亞胺(PEI)形成，厚度處於約12微米與約25微米之間。舉例而言，可使用以商標名ULTEM 1000出售之PEI，其由Sabic Innovative Plastics Holdings BV出售。在突出201及/或電荷控制層202或其他組件係由聚醚醚酮(PEEK)形成之情況下，該等組件可自未填充之PEEK製造，厚度處於約12微米與約25微米之間。舉例而言，可使用以商標名Victrex® APTIV PEEKTM FILM,2000-006(未填充之非晶等級)出售之PEEK，其由美國PA之West Conshohocken之Victrex U.S.A.,Inc.出售。
根據本發明之一具體實例的特徵為聚合物突出及一聚合物電荷控制層的靜電夾盤可包括2009年5月15日申請之美國專利申請案第12/454,336號(作為美國專利申請公開案第2009/0284894號公開)的靜電夾盤之特徵，該申請案之教示在此以全文引用方式併入。詳言之，可包括關於相等間隔之突出、三角形圖案突出及低粒子突出的特徵，且亦可包括其他特徵。
圖3為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之表面上的突 出314之圖案之說明，其中突出圖案用以減小基板與突出314之間的力。可使用相等地分散此等力之突出圖案，例如，突出之三角形或大體六邊形圖案。應瞭解，如本文中所使用，「三角形(trigonal)」圖案意欲意謂突出之等邊三角形之有規律重複圖案，使得該等突出實質上相等間隔。(亦可將此圖案看作形狀為中心突出在形成正六邊形之頂點的六個突出之陣列之中心的大體六邊形)。亦可藉由增大突出之直徑315或藉由減小突出314之中心至中心間距316來減小力。如圖3之具體實例中所示，可按相等間隔配置來安置該等突出，其中每一突出係以中心至中心間距尺寸316與鄰近突出實質上相等地間隔。依靠此間距，基板之背面之相當大部分接觸該等突出之頂部分，從而在突出之間為氦氣或其他氣體留下間隙以用於背面冷卻。相比之下，在無此突出間距之情況下，僅小部分(10%或更少)的突出可接觸基板。根據本發明之一具體實例，基板可接觸大於25%的突出之頂表面積。
在一實例中，靜電夾盤可為300mm組態，包括鋁基底、厚約0.120吋之氧化鋁絕緣體209、厚約0.004吋之氧化鋁介電質205，且具有旋轉壓板設計以允許安裝至靜電夾盤之基板之旋轉及傾斜。靜電夾盤之直徑可(例如)為300mm、200mm或450mm。突出314可呈三角形圖案，例如，具有約6mm至約8mm之中心至中心間距尺寸316。突出之直徑315可(例如)為約900微米。突出314之高度可(例如)約3微米至約12微米，諸如約6微米。突出314可全部由聚合物形成，如同電荷控制層202(見圖2)。
圖4為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤之表面外觀之圖。靜電夾盤表面包括氣體入口417、接地接腳通道418、氣體密封環419、包括自身之氣體密封環(圖4中之起模頂桿通道420之外部淺色結構)的起模頂桿通道420及在夾盤之中心處的以421表示之小氣體入口(在圖4中不可見之入口)。接地接腳通道418可包括自身之氣體密封環(圖4中之接地 接腳通道419之外環)。詳圖(圖4中之插圖422)展示突出414。氣體密封環419(及起模頂桿通道420及接地接腳通道418之氣體密封環)可為約0.1英吋寬，且可具有等於突出414之高度的高度，諸如約3微米至約12微米(例如約6微米)，但其他寬度及高度係可能的。
根據本發明之一具體實例，可藉由首先使用陶瓷至陶瓷結合製備陶瓷總成之製程來製造靜電夾盤。舉例而言，可使用上文結合圖2之具體實例所描述之結合物質將介電層205結合至絕緣體層209。接下來，用黏著塗層204(諸如，上文結合圖1之具體實例所論述之物質)塗佈陶瓷總成至約1或2微米之厚度。接下來，將製成電荷控制層202及突起201之聚合物物質結合至黏著塗層204之表面。接著可電漿處理聚合物物質之頂部以幫助光阻(接下來塗覆)黏結。接下來，將光阻沈積於聚合物物質上，且曝光並顯影光阻。接下來，使用反應性離子蝕刻製程來移除一厚度之聚合物物質(諸如，介於約3微米與約12微米之間，詳言之，約6微米)以在突起201之間建立多個區域。可針對將供靜電夾盤使用之背面氣體壓力來最佳化蝕刻掉之量(導致突出之高度)。突出之高度較佳與背面冷卻中所使用的氣體之平均自由路徑大致相同或實質上相等。在蝕刻後，接著剝去光阻，且製程繼續進行至靜電夾盤之最終裝配。
圖5為根據本發明之一具體實例的靜電夾盤上的突出之構形之圖。寬度及高度係以微米展示。突出高約6微米，且具有非常平滑的晶圓接觸表面523。舉例而言，突出可具有約0.02μm至約0.05μm的晶圓接觸表面523上之表面粗糙度。同樣地，該等氣體密封環可具有類似平滑表面，此導致與基板之良好密封。下表1展示根據本發明之一具體實例的氣體洩漏速率實驗之結果。左欄展示施加之背面氣體壓力，右欄展示背面氣體流量，其作為自靜電夾盤之邊緣下漏處之氣體之結果而發生，且中間欄展示腔室壓力，其將隨著更多氣體漏出靜電夾盤之邊緣而上升。將小 於1sccm背面氣體流率之結果(如此處)視為合乎需要的。
根據本發明之一具體實例，靜電夾盤之該等氣體密封環可包含小於約8微吋或小於約4微吋或小於約2微吋或小於約1微吋之表面粗糙度。
在根據本發明之另一具體實例中，可光圖案化的聚合物可用以在靜電夾盤上形成突出及氣體密封件。如本文中所使用，「可光圖案化的聚合物(photo-patternable polymer)」係表面可基於光化學反應之結果而圖案化的聚合物。
圖6為根據本發明之一具體實例說明層壓製程在使用可光圖案化的聚合物製造靜電夾盤中之使用的示意圖。將可光圖案化的聚合物薄片層壓631至靜電夾盤上。舉例而言，使用兩個輥之層壓機可施加受控之熱及壓力以將可光圖案化的聚合物薄片層壓至靜電夾盤上。可將軟烘烤製程應用至層壓薄片。隨後，使用632紫外線光曝光系統來經由光罩曝露可光圖案化的聚合物；且使用633顯影劑來移除聚合物之經由光罩未曝露的不當部分，藉此產生突出。替代地，取決於所使用的光阻之類型，可使用顯影劑來移除聚合物之經由光罩曝露的部分，以便產生突出。更通常地，可基於表面經由光罩至光之曝光圖案而移除靜電夾盤之表面之區域，藉此產生突出。接著使用烘箱及熱板來硬烘烤634該等突出。可使用的可光圖案化的聚合物薄片之一些實例包括以環氧樹脂為基礎之聚合物薄片、以聚 醯亞胺為基礎之聚合物薄片及苯并環丁烯(BCB)聚合物薄片。舉例而言，可使用以環氧樹脂為基礎之聚合物薄片，諸如，由美國Wilmington,DE之E.I.DuPont de Nemours and Company出售之PerMxTM系列、MX系列及Riston®系列聚合物薄片。
圖7為根據本發明之一具體實例說明噴塗製程在使用可光圖案化的聚合物製造靜電夾盤中之使用的方塊圖。將液體可光圖案化的聚合物噴塗741至靜電夾盤上。舉例而言，噴塗系統可將液體聚合物塗覆至靜電夾盤，伴有靜電夾盤上的受控熱及至噴塗系統之噴嘴的受控流率。可將所要厚度之聚合物(例如，次微米至毫米厚度)精確地噴灑至靜電夾盤之表面上。隨後，使用紫外線光曝光系統來經由光罩曝露742可光圖案化的聚合物；及使用743顯影劑來移除聚合物之經由光罩未曝露的不當部分，藉此產生突出。替代地，取決於所使用的光阻之類型，可使用顯影劑來移除聚合物之經由光罩曝露的部分，以便產生突出。更通常地，可基於表面經由光罩至光之曝光圖案而移除靜電夾盤之表面之區域，藉此產生突出。接著使用烘箱及熱板來硬烘烤744該等突出。可使用的液體可光圖案化的聚合物之一些實例包括以環氧樹脂為基礎之液體聚合物、以聚醯亞胺為基礎之液體聚合物及以苯并環丁烯為基礎(BCB)之液體聚合物。舉例而言，可使用的以環氧樹脂為基礎之液體聚合物包括由美國Newton,MA之MicroChem Corporation出售之SU8系列及KMPR系列液體聚合物；可使用的以聚醯亞胺為基礎之液體聚合物包括由美國Wilmington,DE之Hitachi DuPont MicroSystems,LLC出售之HD4100系列、HD8800系列及HD8900系列液體聚合物。
根據本發明之一具體實例，在使用可光圖案化的聚合物之情況下，突出之厚度判定靜電夾盤之夾持力。因此，為了控制夾持力，可控制突出之厚度。舉例而言，可藉由層壓製程中的聚合物薄片之厚度及藉由 噴塗製程中所噴灑的聚合物之體積來控制突出之厚度。此外，當使用層壓製程時，可藉由用反應性離子蝕刻(RIE)製程處理突出(例如，以減小突出之厚度)來改變厚度。此亦可導致突出之邊緣更平滑且更清潔。
另外，根據本發明之一具體實例，可根據使用靜電夾盤之應用及所得所要聚合物性質來調整用於可光圖案化的聚合物之硬烘烤參數。舉例而言，若粒子係藉由基板之研磨而產生，該等粒子可在夾持/去夾持循環測試中被發現，則可能需要藉由降低硬烘烤溫度及減少硬烘烤時間來使突出變得較軟。另一方面，若(例如)在夾持/去夾持循環測試中發現來自聚合物突出之粒子，則可能需要藉由升高硬烘烤溫度及增加硬烘烤時間來使突出變得較硬。
根據本發明之一具體實例，可光圖案化的聚合物之使用可提供若干優勢。該使用可產生均勻厚度之突出；且可產生非研磨且軟性之突出，其中楊氏模數及硬度顯著低於陶瓷突出(諸如，類鑽碳及碳化矽突出)。可光圖案化的聚合物之使用可改良可製造性且需要較少資本設備，可減少顆粒污染，可提供與接地表面壓板設計之較好相容性，可提供較低成本及較高生產量靜電夾盤，且可較易於按比例擴大至較大大小靜電夾盤(諸如，450mm)。此外，可光圖案化的聚合物突出可具有比其他突出好之黏著，且可在無助黏劑之情況下使用。另外，使用可光圖案化的聚合物突出之靜電夾盤可比先前設計易於重新磨光。舉例而言，若突出磨損，則可使用氧電漿洗滌劑來清潔表面，在此之後，可在不拆卸夾盤之情況下如本文中所描述重新形成突出。
圖8為根據本發明之一具體實例的包括聚合物突出及一接地層之靜電夾盤之截面圖。靜電夾盤包括聚合物突出801(該等聚合物突出可(例如)包括可光圖案化的聚合物突出)以及一聚合物氣體密封件819。在至接地的用於電荷之路徑中，表面電荷係經由電荷控制層802及金屬層 813放出至接地層851。金屬層813可(例如)由碳化矽、類鑽碳及/或本文中別處所教示的用於電荷控制層之物質形成，且可充當至接地之傳導路徑且亦可充當金屬還原層。接地層851可(例如)由碳化矽、類鑽碳及/或本文中別處所教示的用於電荷控制層之物質形成。接地層851可(例如)包含類鑽碳或碳化矽，且可具有在每平方約105歐姆與每平方約107歐姆之間的一表面電阻率。圖8之具體實例之靜電夾盤亦包括一介電層805、多個金屬電極806、一陶瓷至陶瓷結合810、多個導電環氧樹脂結合808、多個電極接腳807、絕緣體層809、導熱結合811及水冷式基底812。介電質805可包含大於約1012ohm-cm之體電阻率，使得靜電夾盤為庫侖夾盤。電荷控制層802可(例如)包含碳化矽或類鑽碳；可直接上覆於介電質；可包含在約0.1微米至約10微米之範圍中的厚度；且可包含在約1×108歐姆/平方至約1×1011歐姆/平方之範圍中的表面電阻率。
圖9為根據本發明之一具體實例的包括複數個聚合物突出及一傳導路徑之靜電夾盤之截面圖。該靜電夾盤包括聚合物突出901(該等聚合物突出可(例如)包括可光圖案化的聚合物突出)以及一聚合物氣體密封件919。在至接地的用於電荷之路徑中，表面電荷係經由電荷控制層902、金屬層813及傳導路徑952放出至接地層951。金屬層913可(例如)由碳化矽、類鑽碳及/或本文中所教示的用於電荷控制層之物質形成，且可充當至接地之傳導路徑且亦可充當金屬還原層。接地層951可(例如)由碳化矽、類鑽碳及/或本文中別處所教示的用於電荷控制層之物質形成。接地層951可(例如)包含類鑽碳或碳化矽，且可具有在每平方約105歐姆與每平方約107歐姆之間的一表面電阻率。傳導路徑952可(例如)包含類鑽碳或碳化矽，且可具有在每平方約105歐姆與每平方約107歐姆之間的一表面電阻率；且可(例如)覆蓋靜電夾盤之氣體密封環919之工件接觸表面的至少一部分。圖9之具體實例之靜電夾盤亦包括一介電層905、多個金屬 電極906、一陶瓷至陶瓷結合910、多個導電環氧樹脂結合908、多個電極接腳907、絕緣體層909、導熱結合911及水冷式基底912。介電質905可包含大於約1012ohm-cm之體電阻率，使得靜電夾盤為庫侖夾盤。電荷控制層902可(例如)包含碳化矽或類鑽碳；可直接上覆於介電質；可包含在約0.1微米至約10微米之範圍中的厚度；且可包含在約1×108歐姆/平方至約1×1011歐姆/平方之範圍中的表面電阻率。
實驗：使用可光圖案化的聚合物製造
1.用於圖8之具體實例的層壓製程：
根據本發明之一具體實例，可藉由首先使用陶瓷至陶瓷結合810製備陶瓷總成之製程來製造靜電夾盤。舉例而言，可使用上文結合圖2之具體實例所描述的結合物質將介電層805結合至絕緣體層809。接下來，使用物理氣相沈積(PVD)用金屬層851及813塗佈陶瓷總成之背面，諸如藉由將上文所論述的用作圖8中之接地層851及金屬層813之物質沈積至約1微米之厚度。
接下來，使用化學氣相沈積(CVD)藉由電荷控制層802來塗佈陶瓷總成之正面，諸如藉由沈積碳化矽、類鑽碳及/或本文中別處所教示的用作電荷控制層之物質，其中層802經由陶瓷總成之邊緣而與接地層851電連接。
接下來，藉由光微影來製造聚合物突出801及氣體密封環819。藉由在80℃下以0.5m/min輥速度及410kPa-480kPa壓力使用CATENA(由美國Addison,IL之GBC Films Group出售)將可光圖案化的聚合物薄片層壓至電荷控制層802，且接著在100℃下烘烤可光圖案化的聚合物薄片達5分鐘。在此之後，將聚合物曝露至300mJ/cm2之強度的光。在95℃下烘烤可光圖案化的聚合物達5分鐘，且接著在丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中顯影可光圖案化的聚合物達5分鐘，繼之以異丙醇(IPA)沖洗達2分鐘。 最後，在180℃下烘烤聚合物達30分鐘。此外，當使用層壓製程時，可藉由用反應性離子蝕刻(RIE)製程處理突出(例如，以減小突出之厚度)來改變厚度。此亦可導致突出之邊緣更平滑且更清潔。突出之厚度介於約3微米與約12微米之間，例如約6微米。可針對將供靜電夾盤使用之背面氣體壓力來最佳化蝕刻掉之量(導致突出之高度)。突出之高度較佳與背面冷卻中所使用的氣體之平均自由路徑大致相同或實質上相等。
2.用於圖9之具體實例的層壓製程：
使用類似於上文所描述的用於生產圖8之具體實例的製程之製程，且此外，在聚合物突出已製造後，藉由CVD製程，用遮蔽光罩添加類鑽碳(DLC)塗層。DLC塗層覆蓋氣體密封環819以及陶瓷總成之側壁。
3.用於圖8之具體實例的噴塗製程：
除使用不同技術將用於突出801及氣體密封環819之可光圖案化的聚合物塗覆至電荷控制層802外，使用類似於上文所描述的用於層壓之製程的製程。
藉由光微影技術來製造聚合物突出801及氣體密封環819。以100mm/sec噴灑速度、2ml/min流率、30psi空氣壓力及30mm高度(噴頭與電荷控制層802之表面之間的距離))使用Prism 300(由美國Haverhill,MA之Ultrasonic Systems,Inc.出售)將可光圖案化的聚合物噴灑至電荷控制層802上，且接著在95℃下烘烤可光圖案化的聚合物達15分鐘。在噴塗製程期間將陶瓷總成加熱至65℃。在此之後，將聚合物曝露至300mJ/cm2之強度的光。在95℃下烘烤可光圖案化的聚合物達5分鐘，且接著在丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中顯影可光圖案化的聚合物達5分鐘，繼之以異丙醇(IPA)沖洗達2分鐘。最後，在180℃下烘烤聚合物達30分鐘。突出之厚度介於約3微米與約12微米之間，例如約6微米。藉由噴灑至電荷控 制層802之表面上的聚合物之量來控制突出之厚度。可針對將供靜電夾盤使用之背面氣體壓力來最佳化突出之厚度。突出之高度較佳與背面冷卻中所使用的氣體之平均自由路徑大致相同或實質上相等。
4.用於圖9之具體實例的噴塗製程：
使用類似於上文所描述的用於生產圖8之具體實例的製程之製程，且此外，在聚合物突出已製造後，藉由CVD製程，用遮蔽光罩添加類鑽碳(DLC)塗層。DLC塗層覆蓋氣體密封環819以及陶瓷總成之側壁。
實驗：測試結果
根據本發明之一具體實例，對具有本文中所描述之可光圖案化的聚合物突出之靜電夾盤執行多種測試。結果如下。
1)刮痕測試：用針掛掉突出。該突出通過測試；刀片切入突出而不造成分層。
2)帶測試：將Kapton帶置放於突出之上，且接著剝去Kapton帶。該等突出通過測試；無突出被剝去。
3)IPA擦拭測試：使用具有異丙醇(IPA)之無塵室紙擦拭凸起。該等突出通過測試。
4)裝載/卸載循環測試：若干次地將砝碼裝載及卸載至突出之上。該等突出通過測試。
5)玻璃摩擦測試：使用碳化矽表面上之15μm PerMxTM突出。使用玻璃將法向應力手動施加至該等突出上，同時與突出相抵摩擦玻璃。結果為該等突出之厚度不改變。在凸起之頂表面上發現刮痕。
6)酷刑測試：使用具有14μm厚突出之陶瓷總成執行酷刑測試。在溶劑測試中，將突出分別浸沒於IPA及丙酮中達一天。在UV曝光測試中，將突出連續地曝露至UV光達10.25小時。在耐冷測試中，用大致 -70℃下之乾冰覆蓋樣本。在酷刑測試後，使用刀刮擦該等突出。刀切入該等突出而不造成分層及裂縫。所有突出通過測試。
7)夾持測試：針對電極之充電及放電，在靜電夾盤之夾持期間量測充電電流。發現波形保持均勻且在所有操作條件下(包括真空中及空氣中的變化之背面氣體壓力)恰當地形成波形。
8)氣體洩漏速率測試：執行類似於上文在表1中展示之氣體洩漏速率測試的氣體洩漏速率測試。發現無發弧、高夾持力及低氣體流率。在500K循環夾持/去夾持測試之前及之後皆發現類似結果。
9)材料純度測試：製造三個樣本(可光圖案化的聚合物薄膜；無額外處理的矽晶圓上之層壓可光圖案化的聚合物薄膜；及矽晶圓上之完全形成之可光圖案化的聚合物突出)。在室溫下使用5% HNO3對該三個樣本進行表面提取達一小時，且使用電感耦合式電漿質譜法(ICP-MS)針對19種金屬量測所得溶液。結果發現可接受之低位準的19種金屬之每平方公分原子。
10)夾持/去夾持循環測試：在500K循環夾持/去夾持測試後，突出及氣體密封件之高度及粗糙度未改變。表2展示結果。輪廓測繪展示，突出及氣體密封件之形狀同樣未改變。
根據本發明之一具體實例，可使用包括低楊氏模數及高拉伸強度之材料的可光圖案化的聚合物突出。表3展示各種材料之機械性質之比較，其中PerMX及SU8材料為以環氧樹脂為基礎之可光圖案化的聚合物之實例。在表3中可看出，聚醚醯亞胺(PEI)、環氧樹脂及聚醯亞胺之熱穩定性類似；但以環氧樹脂為基礎之聚合物及以聚醯亞胺為基礎之聚合物的拉伸強度高於PEI。PEI、環氧樹脂及聚醯亞胺之彈性模數(硬度)類似，且所有該等材料皆比類鑽碳(DLC)軟。根據本發明之一具體實例，可將具有大於約70兆帕斯卡(MPa)之拉伸強度(諸如，在約70MPa與80MPa之間)且具有小於約3.5千兆帕斯卡(GPa)之楊氏模數(諸如，在約2GPa與3GPa之間)的聚合物物質用於突出。可使用其他物質。
根據本發明之一具體實例，聚合物突出(諸如，環氧樹脂可光圖案化的聚合物突出)之硬度可在約350MPa與約450MPa之間。聚合物突出之結合強度可比聚合物突出與下伏電荷控制層之間的約15MPa大。在一些具體實例中，聚合物突出之黏著性可足夠准許電荷控制層(圖8之802)直接黏附至介電質805，而無需介入之黏著層或黏著劑。在將晶圓或其他基板夾持至聚合物突出後，自聚合物突出轉移至晶圓背面之金屬污染物(例如，Li、Mg、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Mo、Sn、Ba、Ce、Hf、Ta、W、Pb、Sb)可小於約1E10原子/平方公分。在將晶 圓或其他基板夾持至聚合物突出後，作為使用靜電夾盤之結果而沈積於基板之背面上的粒子可少於0.16μm或更大之粒徑範圍之約2000個粒子添加。
根據本發明之一具體實例，本文中所闡明之可光圖案化的聚合物可(例如)如本文中所闡明地生產，以黏附至下伏電荷控制層。電荷控制層可(例如)包括碳化矽、類鑽碳或另一材料。此電荷控制層可具有介於每平方約108歐姆至每平方約1011歐姆之間的一表面電阻率。
在根據本發明之另一具體實例中，本文中所闡明之可光圖案化的聚合物可用於接地靜電夾盤上，例如，如圖8及圖9之具體實例中所展示。舉例而言，接地技術可包括一傳導路徑，該傳導路徑覆蓋該靜電夾盤之一氣體密封環之一工件接觸表面的至少一部分，該傳導路徑包含至接地的一電路徑之至少一部分。傳導路徑可(例如)包含類鑽碳或碳化矽，且可具有在每平方約105歐姆與每平方約107歐姆之間的一表面電阻率。可使用作為WO2012/033922公佈、題為「High Conductivity Electrostatic Chuck」的國際申請案第PCT/US2011/050841號中所教示之其他傳導路徑，該申請案之全部教示在此以引用方式併入本文中。舉例而言，可使用與覆蓋於靜電夾盤之外邊緣上的傳導路徑有關之教示。
雖然本文中論述了可光圖案化的聚合物，但根據本發明之一具體實例，類似的噴塗方法可供其他軟性材料使用。舉例而言，可藉由遮蔽光罩噴塗傳導性聚合物、高耐化學性聚合物、耐高溫聚合物及其他材料以製造用於靜電夾盤之軟性突出。在一實例中，傳導性聚合物可經噴塗以形成用於接地靜電夾盤之傳導性軟性凸起。舉例而言，傳導性聚合物可包含碳奈米管與一聚合物(諸如，由美國Billerica,MA之Entegris,Inc.出售的Entegris TEGOTM聚合物)之摻合物；填充有碳奈米管之聚碳酸酯；及/或摻雜有傳導性奈米粒子之聚合物。此等傳導性聚合物突出可供用於靜電夾盤 之接地的捲繞式DLC塗層使用，諸如，作為WO2012/033922公佈、題為「High Conductivity Electrostatic Chuck」的國際申請案第PCT/US2011/050841號中所教示之傳導路徑中之一者，該申請案之全部教示在此以引用方式併入本文中。本文中所描述的具體實例之各種特徵可加以組合；舉例而言，可藉由多種不同突出(包括本文中所教示之可光圖案化的聚合物)來獲得本文中論述的突出之高度及表面粗糙度。
此外，根據本發明之一具體實例，本文中所教示之聚合物(包括可光圖案化的聚合物、傳導性聚合物、高耐化學性聚合物及耐高溫聚合物)可用於真空夾盤及機械夾盤上之突出。
根據本發明之一具體實例，靜電夾盤為庫侖夾盤。介電質可包括鋁，例如氧化鋁或氮化鋁。在根據本發明之另一具體實例中，靜電夾盤為Johnsen-Rahbek靜電夾盤。或者，靜電夾盤可不為Johnsen-Rahbek靜電夾盤，且介電質可經選擇使得Johnsen-Rahbek(JR)力或部分混合Johnsen-Rahbek力不作用於晶圓或基板。
本文中所引用之所有專利、公開申請案及參考之教示係以全文引用方式併入。
雖然本發明已參考其實例具體實例予以特定展示及描述，但熟習此項技術者應理解，在不脫離由隨附申請專利範圍涵蓋的本發明之範疇之情況下，可進行形式及細節上之各種改變。
101‧‧‧突出
102‧‧‧電荷控制層
103‧‧‧黏著層
104‧‧‧黏著塗層
105‧‧‧介電層

Claims (25)

  1. 一種靜電夾盤，其包含：表面層，其藉由電極中之電壓活化以形成電荷以將基板以靜電方式夾持至該靜電夾盤，該表面層包括包含可光圖案化的聚合物之複數個突出及該複數個聚合物突出所黏附的電荷控制層，該複數個聚合物突出延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之高度以在該基板之靜電夾持期間將該基板支撐於該複數個聚合物突出上。
  2. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含在烘烤前在室溫下為液體之可光圖案化的聚合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含在烘烤前在室溫下為固體之可光圖案化的聚合物。
  4. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含以環氧樹脂為基礎之可光圖案化的聚合物。
  5. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含以聚醯亞胺為基礎之可光圖案化的聚合物或以苯并環丁烯為基礎之可光圖案化的聚合物中的至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該電荷控制層包含碳化矽。
  7. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該電荷控制層包含類鑽碳。
  8. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該電荷控制層包含介於每平方約108歐姆至每平方約1011歐姆之間的表面電阻率。
  9. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該等聚合物突出包含介於約3微米與約12微米之間的高度。
  10. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該等聚合物突出包含約900微米之直徑。
  11. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其進一步包含氣體密封環，該氣 體密封環包含可光圖案化的聚合物。
  12. 如申請專利範圍第11項之靜電夾盤，其中該氣體密封環包含以環氧樹脂為基礎之可光圖案化的聚合物、以苯并環丁烯為基礎之可光圖案化的聚合物及以聚醯亞胺為基礎之可光圖案化的聚合物中的至少一者。
  13. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該複數個聚合物突出包含介於約0.02μm與約0.05μm之間的表面粗糙度。
  14. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含具有大於約70兆帕斯卡(MPa)之拉伸強度的材料。
  15. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含具有小於約3.5千兆帕斯卡(GPa)之楊氏模數的材料。
  16. 如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其進一步包含傳導路徑，該傳導路徑覆蓋該靜電夾盤之氣體密封環之工件接觸表面的至少一部分，該傳導路徑包含至接地的電路徑之至少一部分。
  17. 如申請專利範圍第16項之靜電夾盤，其中該傳導路徑包含類鑽碳。
  18. 如申請專利範圍第16項之靜電夾盤，其中該可光圖案化的聚合物包含在烘烤前在室溫下為液體之可光圖案化的聚合物，且其中該電荷控制層包含介於每平方約108歐姆至每平方約1011歐姆之間的表面電阻率。
  19. 一種靜電夾盤，其包含：表面層，其藉由電極中之一電壓活化以形成電荷以將基板以靜電方式夾持至該靜電夾盤，該表面層包括包含傳導性聚合物之複數個突出及該複數個聚合物突出所黏附的電荷控制層，該複數個聚合物突出延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之高度以在該基板之靜電夾持期間將該基板支撐於該複數個聚合物突出上。
  20. 如申請專利範圍第19項之靜電夾盤，其中該傳導性聚合物包含來自由以下各者組成之群的聚合物：碳奈米管與聚合物之摻合物；及摻雜有 傳導性奈米粒子之聚合物。
  21. 一種製造靜電夾盤之方法，該方法包含：經由光罩使該靜電夾盤之表面上的可光圖案化的聚合物曝露至光，該靜電夾盤包含在該可光圖案化的聚合物之至少一部分下面的電荷控制層；及基於該表面經由該光罩至該光的曝光圖案而移除該靜電夾盤之該表面之區域，藉此在該靜電夾盤之該表面上形成複數個聚合物突出，該複數個聚合物突出所黏附該電荷控制層且延伸至在該電荷控制層之包圍該複數個聚合物突出的部分上方之高度。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其包含在該電荷控制層之至少一部分上方層壓包括該可光圖案化的聚合物之聚合物薄片。
  23. 如申請專利範圍第21項之方法，其包含在該電荷控制層之至少一部分上方噴灑包括該可光圖案化的聚合物之液體聚合物。
  24. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該可光圖案化的聚合物包含具有大於約70兆帕斯卡(MPa)之拉伸強度且具有小於約3.5千兆帕斯卡(GPa)之楊氏模數的材料。
  25. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包含用傳導路徑覆蓋該靜電夾盤之氣體密封環之工件接觸表面的至少一部分，該傳導路徑包含至接地的電路徑之至少一部分。
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