TW201921555A - 用於靜電吸附基板支撐件之軟性吸附及解吸附之方法 - Google Patents

用於靜電吸附基板支撐件之軟性吸附及解吸附之方法

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Abstract

一種用於從靜電吸附（ESC）基板支撐件吸附及解吸附基板，以減少基板的非反應表面的刮擦之方法，包括同時增加施加至安裝於ESC基板支撐件中的吸附電極的電壓，及在佈置於基板及基板支撐件之間的背側空間中的背側氣體壓力，以吸附基板，且反向處理以解吸附基板。

Description

用於靜電吸附基板支撐件之軟性吸附及解吸附之方法
此處所述的實施例大致關於半導體製造，更具體而言，關於從佈置於處理腔室中的基板支撐件吸附及解吸附基板之方法。
靜電吸附（ESC）基板支撐件通常在半導體製造中使用，以藉由靜電吸附（ESC）力，將基板牢固保持在處理腔室的處理空間之中的處理位置中。吸附力為提供至安裝於基板支撐件的介電材料中的吸附電極之DC電壓及佈置於介電材料的表面上的基板之間的位能函數。
通常，基板支撐件透過基板支撐件的介電材料及佈置於其上的基板之間的熱傳送，用以維持基板在所欲的溫度，或在所欲的溫度範圍之中。舉例而言，某些基板支撐件包含佈置於其介電材料中的加熱元件，而用以加熱基板支撐件，且藉此在處理之前加熱基板至所欲的溫度，及/或在處理期間維持基板於所欲的溫度。對於其他半導體製造處理，意圖在其處理期間冷卻基板，且基板支撐件熱耦合至冷卻底座，冷卻底座通常包含用以冷卻冷卻底座且藉此冷卻基板支撐件，且藉此冷卻佈置於其上的基板的一或更多冷卻通道，而具有冷卻流體通過一或更多冷卻通道流動。
通常，在處理腔室的處理空間中的低壓環境導致基板支撐件的介電材料及基板之間不良的熱傳導，從而降低基板支撐件對加熱或冷卻基板的效率。因此，在某些處理中，將諸如氦氣的導熱鈍氣引入佈置於基板的非反應表面及基板支撐件之間的背側空間中，以改善之間的熱傳送。當與處理空間中的壓力（處理壓力）相比時，背側空間的較高壓力（背側壓力）在基板上使出背側力，此背側力相對於藉由吸附電極使出的吸附力，其中介於吸附力及背側力之間的差包含基板及基板支撐表面之間的接觸力。
不幸地，基板及基板支撐件之間過多的接觸力導致在基板的非反應表面上非所欲的刮擦及/或基板支撐件的介電材料的非所欲耗損。從基板支撐件的刮擦及/或耗損產生的顆粒材料最後從基板支撐件及/或基板的非反應表面傳送到基板的反應表面及/或透過後續處置傳送到其他基板及/或處理操作，從而最終抑制來自基板的設備產量。
因此，本領域中需要改良的靜電吸附及解吸附方法。
此處所述的實施例大致關於電漿輔助或電漿強化的處理方法。更具體而言，此處所述的實施例關於靜電吸附（ESC）及解吸附方法，以在電漿輔助或電漿強化的半導體製造處理之前、期間及之後，減少關於靜電吸附的基板刮擦及缺陷。
在一個實施例中，一種用於吸附基板之方法，包括將基板定位在基板支撐件上，其中基板支撐件佈置於處理腔室的處理空間中；將第一氣體流至處理空間中；從第一氣體形成處理電漿；及將基板吸附至基板支撐件。將基板吸附至基板支撐件包括施加第一吸附電壓至佈置於基板支撐件中的吸附電極；將第二氣體流至背側空間中，背側空間佈置於基板及基板支撐件之間；及從第一吸附電壓增加吸附電壓至第二吸附電壓，同時從第一背側壓力增加在背側空間中的背側壓力至第二背側壓力。在某些實施例中，方法進一步包括藉由從第二背側壓力降低背側壓力至第三背側壓力，同時降低第二吸附電壓至第三電壓，而從基板支撐件解吸附基板。
在另一實施例中，一種基板吸附方法，包括將第一氣體流至處理腔室的第一空間中；從第一氣體形成處理電漿；施加第一吸附電壓至吸附電極，吸附電極安裝在基板支撐件的介電材料中，基板支撐件具有基板佈置於其上；提供第二氣體至第二空間，第二空間佈置於基板支撐件及基板之間；及從第一吸附電壓增加吸附電壓至第二吸附電壓，同時從第一壓力增加在第二空間中第二氣體的壓力至第二壓力。
在另一實施例中，一種基板吸附方法，包括將第一氣體流至處理腔室的處理空間中，處理腔室具有基板支撐件佈置於其中；從處理氣體形成電漿；及將基板吸附至該基板支撐件。將基板吸附至該基板支撐件包括施加第一電壓至吸附電極，吸附電極安裝在基板支撐件的介電材料中；將第二氣體流至背側空間中，背側空間佈置於基板支撐件的表面及佈置於基板支撐件上的基板之非反應表面之間；及同時增加背側空間中的壓力及施加至吸附電極的電壓，從第一壓力增加至第二壓力，且從第一電壓增加至第二電壓。
此處所述的實施例之優點包括在吸附及解吸附期間，顯著降低基板及基板支撐件之間的接觸力。降低接觸力則在基板的非反應表面上降低非所欲刮擦的數量及尺寸，且降低基板支撐表面的耗損，並且減少最後將污染反應表面或基板或其他基板而抑制設備產量的顆粒材料。
此處所述的實施例大致關於電漿輔助或電漿強化的處理方法。更具體而言，此處所述的實施例關於靜電吸附（ESC）方法，以在電漿輔助或電漿強化的半導體製造處理期間減少關於靜電吸附的基板刮擦及缺陷。
通常，在電漿處理腔室的處理空間中的低壓環境導致基板及ESC基板支撐件的介電材料之間不良的熱傳導，在處理期間基板佈置於ESC基板支撐件的介電材料上。為了改善基板及ESC基板支撐件之間的熱傳送，將諸如氦氣的導熱鈍氣引入佈置於其之間的基板背側空間中，使得在背側空間中氣體的壓力超過處理空間的氣體壓力。因此，藉由吸附電極施加至基板的吸附力必須超過藉由背側空間中氣體在基板上使出的力，以避免基板在吸盤上移動。拉扯基板朝向基板支撐件的吸附力及推擠基板遠離基板支撐件的背側力（在背側空間中藉由氣體在基板上使出的力）之間的差以直接接觸的方式產生基板及基板支撐表面之間的接觸力。當基板及基板支撐件之間的接觸力顯著超過所需用以牢固保持基板在適當位置中而用於處理的最小接觸力時，導致藉由基板支撐件的基板的非所欲刮擦。從刮擦產生的材料（其在基板的非反應表面上及在基板支撐件上變成鬆動顆粒）最後在其處置或後續處理期間傳送至基板的反應表面或另一基板。在基板的反應表面上的此增加的缺陷負面衝擊其設備的產量。
傳統吸附方法通常在藉由流動氣體至背側空間而加壓背側空間之前，施加吸附電壓至吸附電極。傳統解吸附方法通常在藉由停止將吸附電壓施加至吸附電極而從基板支撐件釋放基板之前，降壓背側空間。因此，介於基板及基板支撐表面之間直接接觸的接觸力在傳統吸附及解吸附步驟期間通常最高，且顯著且非所欲地超過需要用以牢固保持基板至基板支撐件的最小接觸力。為了減少關於傳統吸附及解吸附步驟的刮擦及缺陷，此處的方法提供同時傾斜化（simultaneous ramping）提供至佈置於基板支撐件中的吸附電極的吸附電壓，以及在佈置於基板及基板支撐件之間的背側空間中氣體的壓力。
第1圖根據一個實施例，為用以實施此處所述的方法的處理腔室100的概要剖面視圖。通常，處理腔室100為電漿處理腔室，例如電漿蝕刻腔室、電漿強化的沉積腔室，例如電漿強化的化學氣相沉積（PECVD）腔室或電漿強化的原子層沉積（PEALD）腔室，或基於電漿的離子佈植腔室，例如電漿摻雜（PLAD）腔室。然而，此處所述的方法可用於使用ESC基板支撐件的任何處理腔室，其中提供氣體至ESC基板支撐件及佈置於其中的基板之間存在的空間。
此處，所述的處理腔室100為CVD處理腔室的概要代表，且其包括腔室蓋103、一或更多側壁102及腔室底部104，此等界定處理空間120。具有複數個開口118通過其中而佈置的噴淋頭112佈置於腔室蓋103中，且用以從氣體入口114均勻地分配處理氣體至處理空間120中。噴淋頭112耦合至諸如RF或VHF電源供應器的第一電源供應器142，其透過電容耦合而點燃且維持由處理氣體組成的處理電漿135。處理空間120透過真空出口113流體耦合至真空器，例如流體耦合至一或更多專用真空幫浦，此等真空器維持處理空間120在次大氣壓條件下且由此排空處理及其他氣體。佈置於處理空間120中的基板支撐組件160佈置在密封地延伸通過腔室底部104的支撐桿124上。支撐桿124耦合至抬升及降低支撐桿124以及佈置於其上的基板支撐組件160的控制器140，以促進在處理腔室100中基板115的處理。
基板115透過在一或更多側壁102之一者中的開口126定位在處理空間120中，此開口126在基板115的處理期間傳統上以門或閥（未顯示）密封。佈置於舉升銷箍134上方但與舉升銷箍134可接合的複數個舉升銷136通過基板支撐組件160可移動地佈置，以促進基板115進出的傳送。舉升銷箍134耦合至通過腔室底部密封地延伸的舉升箍桿131，此舉升箍桿131藉由致動器130的構件抬升且降低舉升銷箍134。當舉升銷箍134在抬升的位置中時，複數個舉升銷136從下方接觸且移動以在基板支撐件127的表面上方延伸，由此舉升基板115且使得機械手臂處置器能夠取得基板115。當舉升銷箍134在降低的位置中時，複數個舉升銷136的頂部與基板支撐表面203齊平或更低，且基板放置在其複數個突起203a上。
通常，基板支撐組件160包括冷卻底座125及熱耦合至且佈置於冷卻底座125上的基板支撐件127。冷卻底座125用以在處理期間調節基板支撐件127及佈置於基板支撐件上的基板115的溫度。冷卻底座125包括佈置於其中的一或更多流體導管137，而流體耦合至且流體連通諸如製冷劑源或水源的冷卻劑源133。通常，冷卻底座125以抗腐蝕導熱材料形成，例如抗腐蝕金屬，舉例而言鋁、鋁合金或不銹鋼，且以黏著劑或藉由機械構件熱耦合至基板支撐件200。
第2圖為第1圖中所顯示的基板支撐件127之部分的放大剖面視圖。基板支撐件127以介電材料形成，例如陶瓷材料，例如金屬氧化物或金屬氮化物陶瓷材料，舉例而言Al2 O3 、AlN、Y2 O3 、此等之混合物及此等之結合。基板支撐件127包括安裝在其介電材料中的吸附電極122，而平行於基板支撐表面203平坦地佈置。基板支撐表面203包括複數個突起203a、密封唇部203b、複數個舉升銷開口唇部203c及一或更多凹陷的表面203d，當基板115吸附至基板支撐件127時此等界定背側空間205。此處的複數個突起203a包括複數個圓柱形台面，具有介於約500µm及約5mm之間的直徑D1 。複數個突起203a藉由介於約5mm及約20mm之間的中心對中心（CTC）間隔D2 而彼此間隔開來。密封唇部203b同心地佈置在基板支撐件127上，且靠近其外部圓周。複數個舉升銷開口唇部203c之各者包含同軸地佈置在分別的舉升銷開口四周的環狀環，分別的舉升銷開口形成於基板支撐件127的介電材料中。複數個突起203a、密封唇部203b及舉升銷開口唇部203c在凹陷的表面203d上方延伸介於約3um及約700um之間的高度H。當基板115吸附至基板支撐件127時，複數個突起203ca至少保持基板115遠離凹陷的表面203d，而允許氣體在其之間流動。當基板115佈置於其上時，密封唇部203b及舉升銷開口唇部203c避免氣體在處理空間120及背側空間205之間流動。諸如氦氣的導熱鈍氣從氣源146提供至背側空間205。鈍氣將基板115熱耦合至基板支撐表面203，且增加其之間的熱傳送。通常，在基板115的電漿處理期間，背側空間205中的氣體壓力介於約1Torr及約100Torr之間，例如介於約1Torr及約20Torr之間。在某些實施例中，基板支撐件127進一步包括一或更多感測器207，而當施加吸附電壓至此時量測基板115的偏斜。基板115的偏斜通訊至控制器209，此控制器209決定介於基板115及基板支撐件127之間的接觸力，且因此調整吸附電壓。
第3A圖根據一個實施例，為將基板吸附至基板支撐件之方法300的流程圖。第3B圖顯示在第3A圖所述的方法300之應用期間的吸附電壓301及背側空間壓力302。方法300於動作305處開始，而將基板定位在佈置於處理腔室的處理空間中的基板支撐件上。通常，基板支撐件包含具有凹陷的表面的介電材料、從凹陷的表面延伸的複數個突起、及從凹陷的表面延伸而佈置靠近基板支撐件的外部圓周的密封唇部。此處，基板支撐件進一步包括從凹陷的表面延伸的複數個舉升銷開口唇部，其中舉升銷開口唇部之各者包含同心地佈置於分別的舉升銷開口四周的環狀環，分別的舉升銷開口形成於基板支撐件的介電材料中。基板的非反應表面、密封唇部、舉升銷開口唇部及凹陷的表面界定佈置於基板及凹陷的表面之間的背側空間，其中基板藉由基板放置在其上的複數個突起之高度與凹陷的表面間隔開來。此處的基板支撐件進一步包括平坦地佈置於基板支撐件的介電材料中且平行於其凹陷的表面之吸附電極。
方法300於動作310處繼續，而將第一氣體流至處理空間中，且於315處形成第一氣體的電漿。
方法300於動作320處繼續，而將基板吸附至基板支撐件，此舉包含施加第一吸附電壓V1 至吸附電極，以在方法300的動作325處於基板上使出吸附力。施加第一吸附電壓V1 至吸附電極以足夠的力拉扯基板與密封唇部及複數個舉升銷開口唇部均勻接觸，以將背側空間與處理腔室的處理空間流體隔絕。在方法300的動作325處施加第一吸附電壓V1 之後，於動作330處繼續，而流動通常為例如氦氣的導熱鈍氣之第二氣體至背側空間中。方法300於動作335處繼續，而將第一吸附電壓V1 增加至第二吸附電壓V2 ，同時從第一背側壓力P1 增加背側空間中的壓力至第二背側壓力P2。在此處的實施例中，第一吸附電壓V1 為介於約100V及約1000V之間，且第二吸附電壓V2 為介於約第一電壓及約3000V之間，例如介於約第一吸附電壓V1 及約2000V之間。通常，在背側空間中的壓力為介於約1Torr及約100Torr之間，例如介於約1Torr及約20Torr之間。此處，在第一吸附電壓及第二吸附電壓之間增加電壓的速率及在第一壓力及第二壓力之間增加壓力的速率為實質上固定的。電壓增加的速率為介於約50V/s及約800V/s之間，且壓力增加的速率為介於約0.1Torr/s及約20Torr/s之間，例如介於約0.2Torr/s及約10Torr/s之間。
在某些實施例中，方法300進一步包括藉由從第二背側壓力降低背側壓力至第三背側壓力，同時降低第二吸附電壓至第三吸附電壓，而從基板支撐件解吸附基板。通常，第三背側壓力與處理空間中的氣體壓力相同，且第三吸附電壓為約0V。
在某些實施例中，基板的處理包含施加偏壓以偏置佈置於基板支撐件中的電極，而在基板支撐件上以基板的方向吸引電漿的離子。在某些實施例中，施加偏壓在將基板吸附至基板支撐件之後開始，且在從基板支撐件解吸附基板之前結束。
此處所述的方法相較於傳統方法，藉由在吸附及解吸附操作期間最小化基板及基板支撐表面之間的接觸力，對基板的非反應表面提供非所欲刮擦的減少。
儘管以上導向本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例，而不會悖離本揭露案之基本範疇，且本揭露案之範疇藉由以下申請專利範圍決定。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧側壁
103‧‧‧腔室蓋
112‧‧‧噴淋頭
113‧‧‧真空出口
114‧‧‧氣體入口
115‧‧‧基板
118‧‧‧開口
120‧‧‧處理空間
122‧‧‧吸附電極
124‧‧‧支撐桿
125‧‧‧冷卻底座
126‧‧‧開口
127‧‧‧基板支撐件
130‧‧‧致動器
131‧‧‧舉升箍桿
133‧‧‧冷卻劑源
134‧‧‧舉升銷箍
135‧‧‧處理電漿
136‧‧‧舉升銷
137‧‧‧流體導管
140‧‧‧控制器
142‧‧‧第一電源供應器
146‧‧‧氣源
160‧‧‧基板支撐組件
200‧‧‧基板支撐件
203‧‧‧基板支撐表面
203a‧‧‧突起
203b‧‧‧密封唇部
203c‧‧‧舉升銷開口唇部
203ca‧‧‧突起
203d‧‧‧凹陷的表面
205‧‧‧背側空間
207‧‧‧感測器
209‧‧‧控制器
300‧‧‧方法
301‧‧‧吸附電壓
302‧‧‧背側空間壓力
305-335‧‧‧動作
可詳細理解本揭露案以上所述特徵之方式，如以上簡要概述的本揭露案的更具體說明，可藉由參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考慮為其範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據一個實施例，為用以實施此處所述的方法的處理腔室的概要剖面視圖。
第2圖為在第1圖的處理腔室中使用的基板支撐件的部分的放大剖面視圖。
第3A圖根據一個實施例，為用於將基板吸附至基板支撐件之方法的流程圖。
第3B圖顯示在第3A圖中所述的方法的應用期間的吸附電壓及背側空間壓力。
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Claims (20)

  1. 一種用於吸附一基板之方法，包含以下步驟： 將該基板定位在一基板支撐件上，其中該基板支撐件佈置於一處理腔室的一處理空間中；將一或更多第一氣體流至該處理空間中；形成該一或更多第一氣體的一處理電漿；及將該基板吸附至該基板支撐件，包含：施加一第一吸附電壓至佈置於該基板支撐件中的一吸附電極，以在該基板上使出一吸附力；將包含氦氣的一第二氣體流至一背側空間中，該背側空間佈置於該基板及該基板支撐件之間；及從該第一吸附電壓增加該吸附電壓至一第二吸附電壓，同時從一第一背側壓力增加在該背側空間中的一背側壓力至一第二背側壓力。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：藉由從該第二背側壓力降低該背側壓力至一第三背側壓力，同時降低該第二吸附電壓至一第三吸附電壓，而從該基板支撐件解吸附該基板。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該基板支撐件佈置於以金屬形成的一冷卻底座上。
  4. 如請求項1所述之方法，其中從該第一吸附電壓增加至該第二吸附電壓的電壓速率為實質上固定的。
  5. 如請求項1所述之方法，其中施加該第一吸附電壓至該吸附電極之步驟將該背側空間與該處理空間流體隔絕。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該第二氣體以氦氣組成。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該基板支撐件進一步包含一凹陷的表面及從該凹陷的表面延伸的一密封唇部，其中該基板、該密封唇部及該凹陷的表面界定該背側空間。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該密封唇部包含一環狀環，該環狀環同心地佈置在該凹陷的表面上，靠近該基板支撐件的一外部圓周。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該基板支撐件進一步包含複數個突起，該複數個突起延伸超過該凹陷的表面介於約3µm及約700µm之間的一高度。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該基板支撐件以一介電材料形成，該介電材料選自以下構成之群組：Al2O3、AlN、Y2O3及此等之結合。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該基板支撐件進一步包含從該凹陷的表面延伸的一或更多環狀環，其中該一或更多環狀環同軸地佈置在該基板支撐件的該介電材料中所形成的一或更多分別開口的四周。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該第二背側壓力介於約1Torr及約100Torr之間。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第一吸附電壓介於約100V及約1000V之間，且其中該第二吸附電壓介於該第一吸附電壓及約2000V之間。
  14. 一種基板吸附方法，包含以下步驟： 將一或更多第一氣體流至一處理腔室的一第一空間中；從該一或更多第一氣體形成一處理電漿；施加一第一吸附電壓至一吸附電極，該吸附電極安裝在一基板支撐件的一介電材料中，該基板支撐件具有一基板佈置於其上；提供包含氦氣的一第二氣體至一第二空間，該第二空間佈置於該基板及該基板支撐件之間；及從該第一吸附電壓增加該吸附電壓至一第二吸附電壓，同時從一第一壓力增加在該第二空間中該第二氣體的一壓力至一第二壓力。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：藉由從該第二壓力降低該第二空間中該第二氣體的該壓力至一第三壓力，同時降低該第二吸附電壓至一第三電壓，而從該基板支撐件解吸附該基板。
  16. 如請求項14所述之方法，其中從該第一吸附電壓增加至該第二吸附電壓的電壓速率為實質上固定的。
  17. 如請求項16所述之方法，其中施加該第一吸附電壓至該吸附電極之步驟將該第二空間與該第一空間流體隔絕。
  18. 一種基板吸附方法，包含以下步驟： 將一或更多處理氣體流至一處理腔室的一處理空間中，該處理腔室具有一基板支撐件佈置於其中；從該一或更多處理氣體形成一電漿；及將一基板吸附至該基板支撐件，包含：施加一第一電壓至一吸附電極，該吸附電極安裝在該基板支撐件的一介電材料中；將氦氣氣體流至一背側空間中，該背側空間佈置於該基板支撐件的一表面及佈置於該基板支撐件上的一基板之一非反應表面之間；及同時增加該背側空間中的一壓力及施加至該吸附電極的該電壓，從一第一壓力增加至一第二壓力，且從該第一電壓增加至一第二電壓。
  19. 如請求項18所述之方法，其中施加該第一電壓至該吸附電極之步驟將該背側空間與該處理空間流體隔絕。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包含以下步驟：藉由從該第二壓力降低該背側空間中的該壓力至一第三壓力，同時降低該第二電壓至一第三電壓，而從該基板支撐件解吸附該基板。
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