TW201946203A - 靜電夾頭加熱器 - Google Patents

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Abstract

靜電夾頭加熱器係Johnson-Labeck型，用於在晶圓形成導電膜。此靜電夾頭加熱器係包括：陶瓷基體，呈圓板狀，包括靜電電極與電阻發熱體；以及中空轉軸，被安裝在陶瓷基體的晶圓放置面之相反側之面。最外周突起群係由在晶圓放置面之中，外徑小於晶圓直徑之環狀領域中，沿著陶瓷基體之同心圓並列之複數突起所構成。圓周凹槽係被設於最外周突起群的內側。貫穿孔係被設成自中空轉軸的周壁的下端，貫穿至晶圓放置面之中，圓周凹槽的內側之領域為止。可透過貫穿孔，自中空轉軸的下端供給氣體，到由晶圓放置面與最外周突起群與被放置於晶圓放置面之晶圓所包圍之晶圓下方空間。

Description

靜電夾頭加熱器
本發明係關於一種靜電夾頭加熱器。
先前，眾所周知有一種支撐晶圓之晶圓支撐座。例如專利文獻1之晶圓支撐座110，如第9圖所示，係包括：陶瓷基體120，放置晶圓W；中空轉軸140，被安裝到陶瓷基體120之中，放置晶圓W之面的相反側之面；以及貫穿孔142，被設成自中空轉軸140的周壁的下端，貫穿至陶瓷基體120的外周面為止。被供給到貫穿孔142之吹掃氣體，係在噴出到陶瓷基體120的外周面之後，通過晶圓W與環體130之間，往上方吹出（第9圖之中心線箭頭）。此吹掃氣體係在藉CVD，於晶圓W的上表面形成薄膜時，防止在晶圓W的緣形成薄膜。
[專利文獻]
［專利文獻1］日本專利第5324627號公報
但是，在晶圓W的外周緣的內面，吹掃氣體係自外往內，所以，如第10圖所示，當藉CVD以在晶圓W的上表面形成導電膜F後，有時導電膜F會進入陶瓷基體120的晶圓接觸面122與晶圓W之間。當晶圓支撐座110具有使晶圓W藉Johnson-Labeck力，吸附保持到陶瓷基體120之功能時，當導電膜F進入晶圓接觸面122與晶圓W之間時，有時吸附力會降低。亦即，當卸下CVD處理後之晶圓W，以更換新的晶圓W時，新的晶圓W與陶瓷基體120的晶圓接觸面122，係透過導電膜F而成為同電位，所以，有時變得Johnson-Labeck力不充分，而吸附力降低。又，在晶圓W的內面，有時吹掃氣體之流動變得不均勻，而影響到晶圓之均熱性。
本發明係為了解決上述課題所研發出者，其主要目的係在於穩定夾持晶圓，同時提高晶圓之均熱性。
本發明之靜電夾頭加熱器，係一種Johnson-Labeck型之靜電夾頭加熱器，其用於在晶圓形成導電膜，其特徵在於其包括：
陶瓷基體，呈圓板狀，一邊之面係放置前述晶圓之晶圓放置面，包括靜電電極與電阻發熱體；
中空轉軸，被安裝在前述陶瓷基體之中，前述晶圓放置面之相反側之面；
最外周突起群，由在前述晶圓放置面之中，外徑小於前述晶圓之直徑之環狀領域中，沿著前述陶瓷基體的同心圓並列之複數突起所構成；
圓周凹槽，被設於前述最外周突起群的內側；以及
貫穿孔，被設成自前述中空轉軸的周壁的下端，貫穿至前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域，自前述中空轉軸之下端，可供給氣體到由前述晶圓放置面與前述最外周突起群與被放置到前述晶圓放置面之前述晶圓所包圍之晶圓下方空間。
在使用此靜電夾頭加熱器之時，於被放置在構成最外周突起群之複數突起之晶圓的表面，形成有導電膜，但是，與此同時，在晶圓放置面之中，最外周突起群的外側之領域，也附著有導電膜。在此，構成最外周突起群之複數突起並列之環狀領域之外徑，係小於晶圓之直徑，所以，當俯視時，這些突起係成為被晶圓覆蓋隱蔽之狀態。因此，在與晶圓的內面相抵接之突起的上表面，不太會附著導電膜。又，在晶圓下方空間供給有氣體，所以，成為導電膜之成分很難進入突起的上表面與晶圓之間隙，於此點上，突起的上表面也很難附著導電膜。因此，即使在晶圓形成導電膜後之構成最外周突起群之複數突起的上表面，放置新的晶圓後，晶圓係與未附著有導電膜之突起的上表面相密接。因此，晶圓夾持力，亦即，Johnson-Labeck力係被維持當初之狀態。因此，即使加工次數增加，也可穩定夾持晶圓。又，被設於最外周突起群的內側之圓周凹槽，係均勻化自貫穿孔供給之氣體之流動，所以，晶圓之均熱性提高。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，於前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域，也可以設有可與前述晶圓相抵接之複數凸部。如此一來，晶圓與陶瓷基體之接觸面積係僅凸部之面積部分變大，所以，晶圓夾持力也變大，可更穩定地夾持晶圓。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，前述貫穿孔之中，前述晶圓放置面中之開口部，也可以係由直徑小於前述貫穿孔之複數小孔所構成。如此一來，通過貫穿孔後之氣體，係分散碰撞到晶圓的內面，所以，其與氣體碰撞到晶圓的內面的一點之情形相比較下，可更穩定地夾持晶圓，也可以抑制由氣體所致之晶圓之溫度降低。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，也可以被供給到前述晶圓下方空間之氣體上押前述晶圓之力量係被設定，使得其小於由通電到前述靜電電極所產生之晶圓夾持力與前述晶圓之上方之環境氣體下押前述晶圓之力量之和。如此一來，可防止因為被供給到晶圓下方空間之氣體，而晶圓浮起之情事。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，前述靜電電極係也可以被當作電漿電極使用。藉施加高周波在靜電電極，可使靜電電極也可當作電漿電極使用，也可以進行由電漿CVD製程所做之成膜。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，也可以在前述圓周凹槽的內側，具有連接到前述圓周凹槽之放射狀凹槽。在圓周凹槽的內側設置這種放射狀凹槽，藉此，晶圓下方空間內的氣流係更均勻化，所以，成為導電膜之成分，係更難進入構成最外周突起群之突起的上表面與晶圓之間隙。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，前述突起的上表面之表面粗度Ra，也可以大於1μm。如此一來，晶圓下方空間內的氣體，係自晶圓中央通過構成最外周突起群之突起的較粗上表面，以流出到外周，所以，藉該流動，成為導電膜之成分係更難進入突起的上表面與晶圓之間隙。
在本發明之靜電夾頭加熱器中，前述貫穿孔也可以在前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域中之中央部與外周部開口。如此一來，自晶圓放置面的外周部的開口進入晶圓下方空間之氣體，係至最外周突起群為止之距離較近，所以， 更容易防止成為導電膜之成分，進入突起的上表面與晶圓之間隙。
以下，參照圖面，說明本發明之最佳實施形態。第1圖係靜電夾頭加熱器10之立體圖；第2圖係靜電夾頭加熱器10之俯視圖；第3圖係第2圖之A-A剖面圖。
靜電夾頭加熱器10係使用於藉CVD等，在晶圓W形成導電膜者，其包括陶瓷基體20與中空轉軸40。
陶瓷基體20係氮化鋁製之圓板。陶瓷基體20之直徑雖然並未特別侷限，但是，其係例如300mm左右。陶瓷基體20係具有：晶圓放置面20a，放置晶圓W；以及內面20b，在晶圓放置面20a的相反側。陶瓷基體20係在晶圓放置面20a，具有最外周突起群22。最外周突起群22係由在晶圓放置面20a之中，外徑小於晶圓W直徑之環狀領域21（由第2圖的假想線所包圍之領域）中，沿著陶瓷基體20的同心圓並列之複數突起23所構成。複數突起23係呈扁平之圓柱狀，其與陶瓷基體20一體形成。突起23之直徑最好係1mm～5mm。突起23之高度最好係10μm～30μm。突起23之節距（鄰接之突起23之中心間距離），最好係5mm～10mm。在晶圓放置面20a之中，最外周突起群22之正內側，設有圓周凹槽24。圓周凹槽24之寬度，最好係2mm～5mm。圓周凹槽24之深度，最好係50μm～100μm。在晶圓放置面20a之中，圓周凹槽24的內側之領域（圓周凹槽內側領域）20c，扁平之圓柱狀之凸部25係隔開間隔，設有多數個。凸部25係與最外周突起群22的突起23一同，接觸晶圓W的內面以支撐晶圓W者。凸部25也可以係與突起23相同形狀及相同尺寸。突起23及凸部25也可以係例如由壓花加工所形成。
在陶瓷基體20埋設有靜電電極26與電阻發熱體28。靜電電極26係直徑略小於陶瓷基體20之圓形薄層電極，其係由例如編織較細金屬線成網狀之呈片狀之網目所形成。在靜電電極26連接有未圖示之供電棒，供電棒係經過中空轉軸40的內部空間，以連接到未圖示之外部電源。靜電電極26係當藉外部電源施加電壓時，夾持被放置於晶圓放置面20a之晶圓W。此時之夾持力，係形成陶瓷基體20之氮化鋁之體積電阻率為1×108 ～1×1013 Ωcm，所以，其係Johnson-Labeck力。電阻發熱體28係使導電性之線圈綿延陶瓷基體20的全表面，以一筆畫之要領配線者。在電阻發熱體28的兩端，分別連接有未圖示之供電棒，供電棒係經過中空轉軸40的內部空間，以連接到未圖示之加熱器電源。電阻發熱體28係當自加熱器電源被供給電力時，發熱以加熱被放置於晶圓放置面20a之晶圓W。電阻發熱體28係並不侷限於線圈，其也可以係例如絲帶（細長之薄板）或網目。
中空轉軸40係與陶瓷基體20相同，皆以氮化鋁形成，上端面係藉固相接合或擴散接合，安裝到陶瓷基體20的內面20b。在中空轉軸40的周壁，設有沿著圓周方向而等間隔設置之四個貫穿孔42。貫穿孔42係自中空轉軸40的下端，沿著上下方向貫穿至陶瓷基體20的圓周凹槽內側領域20c。貫穿孔42係在圓周凹槽內側領域20c之中，於中空轉軸40的周壁之正上方開口。貫穿孔42的開口42a，係被設於圓周凹槽內側領域20c之中，與凸部25不相干涉之位置。在貫穿孔42連接有未圖示之氣體供給源。
接著，說明靜電夾頭加熱器10之使用例。在未圖示之CVD用的腔體內，配置靜電夾頭加熱器10，於構成最外周突起群22之複數突起23及被設於圓周凹槽內側領域20c之多數凸部25，放置晶圓W。此時，將由晶圓放置面20a與最外周突起群22與晶圓W所包圍之空間，稱作晶圓下方空間S。而且，藉施加電壓到靜電電極26，以藉Johnson-Labeck力夾持晶圓W。又，依據未圖示之熱電耦之檢出訊號，求出晶圓W之溫度，控制施加到電阻發熱體28之電壓，使得該溫度成為目標溫度。而且，自氣體供給源供給氣體到貫穿孔42。氣體係可例舉例如N2 ,Ar,He等。藉此，被供給到貫穿孔42之氣體，係自圓周凹槽內側領域20c的開口42a進入晶圓下方空間S，通過凸部25與凸部25之間，往外周流動（第3圖的中心線箭頭）。圓周凹槽24係發揮均勻化此氣體之流動之作用。在此狀態下，係藉CVD在晶圓W的上表面形成導電膜F（參照第4圖）。
此時，被供給到晶圓下方空間S之氣體上押晶圓W之力量，係被設定成小於由通電到靜電電極26所產生之晶圓夾持力，與晶圓W的上方的環境氣體下押晶圓W之力量之和。因此，可防止因為被供給到晶圓下方空間S之氣體，而晶圓W浮起之情事。
當在晶圓W的表面形成導電膜F時，與此同時，在陶瓷基體20的表面之中，最外周突起群22的外側也附著有導電膜F（參照第4圖）。在此，最外周突起群22的環狀領域21的外徑係小於晶圓W之直徑，所以，成為在俯視時，構成最外周突起群22之複數突起23係被晶圓W覆蓋隱蔽之狀態。因此，在與晶圓W的內面相抵接之突起23的上表面，很難附著導電膜F。又，在晶圓下方空間S供給有氣體，所以，成為導電膜F之成分很難進入突起23與晶圓W之間隙，在此點上，導電膜F也很難附著在突起23的上表面。
當依據上述之靜電夾頭加熱器10時，在晶圓W的表面形成導電膜F時，可防止導電膜F附著到構成最外周突起群22之複數突起23的上表面。因此，即使於形成導電膜F到晶圓W後之突起23的上表面，放置新的晶圓W，新的晶圓W係與未附著有導電膜F之突起23的上表面相密接，Johnson-Labeck力係被維持為與當初相同。因此，即使加工次數增加，也可以穩定夾持晶圓W。又，被設於最外周突起群22的內側之圓周凹槽24，係均勻化自貫穿孔42供給之氣體的流動，所以，可提高晶圓W之均熱性。
又，當在突起23的上表面附著有導電膜F時，為了去除附著在突起23上表面之導電膜F，必須要進行清除作業。這種清除作業會降低生產效率。在本實施形態中，因為在突起23上表面未附著導電膜F，所以，變得無須這種清除作業，可提高生產效率。
而且，在圓周凹槽內側領域20c，設有可與晶圓W相抵接之多數凸部25，所以，晶圓W與陶瓷基體20之接觸面積係僅變大凸部25之面積部分。因此，晶圓夾持力也變大，可更穩定夾持晶圓。
而且，被供給到晶圓下方空間S之氣體上押晶圓W之力量，係被設定成小於由通電到靜電電極26所產生之晶圓夾持力，與晶圓W的上方的環境氣體下押晶圓W之力量之和，所以，可防止因為被供給到晶圓下方空間S之氣體，而晶圓W浮起之情事。
而且，本發明係不侷限於上述之實施形態，只要係屬本發明技術性範圍，當然可實施種種態樣。
例如在上述實施形態中，也可使構成最外周突起群22之複數突起23的上表面之表面粗度Ra為大於1μm。如此一來，晶圓下方空間S內的氣體，係自晶圓W的中央通過突起23的較粗上表面，往外周流出，所以，藉該流動，成為導電膜F之成分更難進入突起23的上表面與晶圓W之間隙。
在上述實施形態中，如第5圖所示，在貫穿孔42之中，於晶圓放置面的圓周凹槽內側領域20c開口之開口部，也可以嵌入有包括直徑小於貫穿孔42之複數小孔52之塞頭50。在此情形下，貫穿孔42的開口部，係成為由複數小孔52所構成。如此一來，通過貫穿孔42之氣體，係藉小孔52以分散碰撞到晶圓W的內面，所以，其與氣體集中碰撞到晶圓W的內面之情形相比較下，可更穩定夾持晶圓W，而且，也可以抑制由氣體所致之晶圓W之溫度降低。
在上述實施形態中，如第6圖所示，也可以在陶瓷基體20的圓周凹槽內側領域20c設置，使得使連接貫穿孔42的開口42a之放射狀4條凹槽24a，各凹槽24a的外周端連接圓周凹槽24。在第6圖中，與上述實施形態相同之構成元件，雖然賦予相同零件編號，但是，省略凸部25。如此一來，晶圓下方空間內的氣流藉凹槽24a，可更容易均勻化，所以，成為導電膜之成分，更難進入構成最外周突起群22之複數突起23與晶圓之間隙。
在上述實施形態中，如第7圖及第8圖所示，貫穿孔42也可以具有在陶瓷基體20的內部，往徑向朝外延伸之複數（在此為四個）分歧通路46。在第7圖及第8圖中，雖然針對與上述實施形態相同之構成元件，係賦予相同零件編號，但是，凸部25係省略。分歧通路46的外周側的端部，係連通到被設成與陶瓷基體20同心圓之圓周孔47。圓周孔47之外徑，係略小於圓周凹槽24之內徑。圓周孔47係與沿著圓周方向等間隔設置之複數（在此為八個）之鉛直孔48相連通。鉛直孔48係在圓周凹槽內側領域20c的圓周凹槽24的側面開口。藉此，貫穿孔42係具有圓周凹槽內側領域20c之中，於晶圓放置面20a的中央部開口之開口42a，與在外周部開口之開口42b（鉛直孔48的開口）。如此一來，自開口42b進入晶圓下方空間S之氣體，係至最外周突起群22為止之距離較近，所以，更容易防止成為導電膜F之成分，進入最外周突起群22與晶圓W之間隙。
在上述實施形態中，靜電電極26也可以當作電漿電極使用。藉在靜電電極26施加高周波，也可將靜電電極26當作電漿電極使用，也可以進行由電漿CVD製程所做之成膜。
在上述實施形態中，雖然在中空轉軸40的周壁，設有沿著圓周方向等間設置之四個貫穿孔42，但是，貫穿孔42之數量並不侷限於四個，其也可以係兩個、三個或五個。
在上述實施形態中，雖然在圓周凹槽內側領域20c設有多數凸部25，但是，也可以不設置凸部25。在第5圖～第8圖中，可設置凸部25，也可以不設置。
［實施例］
在實施例1中，係製作上述實施形態之靜電夾頭加熱器10，在實施例2中，係除了沒有圓周凹槽內側領域20c的凸部25之外，製作與靜電夾頭加熱器10相同者。實施例1,2之具體尺寸係表示於表1。
［表1］
※1 節距圓（第2圖的中心線的圓）之直徑
※2 圓周凹槽的中心線之圓之直徑
使用實施例1,2之靜電夾頭加熱器，連續進行300片之在晶圓W上表面，藉CVD形成導電膜F之處理。夾持晶圓時之晶圓內面側壓力（氣壓）係10Torr，腔體壓力係4Torr。結果，實施例1,2皆在構成最外周突起群22之複數突起23的上表面，未附著導電膜，自始至終皆可良好地夾持晶圓W。又，製作除了沒有圓周凹槽24之外，其餘與靜電夾頭加熱器10相同之比較例，當進行同樣之處理後，於將評估溫度當作550℃時之晶圓均熱性，係實施例1,2優於表2所示之比較例。晶圓均熱性係當作控制使得晶圓成為評估溫度時之晶圓全體之溫度之最大值與最小值之差值。
［表2］

本申請案係將在2018年3月26日提出申請之美國臨時申請案第62/647,965號，當作優先權主張之基礎，因為引用而其內容之全部係包含在本專利說明書。
［產業上之利用可能性］
本發明係可利用於在晶圓形成導電膜之靜電夾頭加熱器。
10‧‧‧靜電夾頭加熱器
20‧‧‧陶瓷基體
20a‧‧‧晶圓放置面
20b‧‧‧內面
20c‧‧‧圓周凹槽內側領域
21‧‧‧環狀領域
22‧‧‧最外周突起群
23‧‧‧突起
24‧‧‧圓周凹槽
24a‧‧‧凹槽
25‧‧‧凸部
26‧‧‧靜電電極
28‧‧‧電阻發熱體
40‧‧‧中空轉軸
42‧‧‧貫穿孔
42a,42b‧‧‧開口
46‧‧‧分歧通路
47‧‧‧圓周孔
48‧‧‧鉛直孔
50‧‧‧塞頭
52‧‧‧小孔
110‧‧‧晶圓支撐座
120‧‧‧陶瓷基體
122‧‧‧晶圓接觸面
130‧‧‧環體
140‧‧‧中空轉軸
142‧‧‧貫穿孔
F‧‧‧導電膜
S‧‧‧晶圓下方空間
W‧‧‧晶圓
第1圖係靜電夾頭加熱器10之立體圖。
第2圖係靜電夾頭加熱器10之俯視圖。
第3圖係第2圖之A-A剖面圖。
第4圖係形成導電膜F後之靜電夾頭加熱器10之局部剖面圖。
第5圖係包括塞入塞頭50後之貫穿孔42之靜電夾頭加熱器之局部剖面圖。
第6圖係在圓周凹槽內側領域20c設有放射狀之凹槽24a之靜電夾頭加熱器之俯視圖。
第7圖係包括具有開口42a,42b之貫穿孔42之靜電夾頭加熱器之俯視圖。
第8圖係第7圖之B-B剖面圖。
第9圖係先前之晶圓支撐座110之剖面圖。
第10圖係形成導電膜F後之晶圓支撐座110之局部剖面圖。

Claims (8)

  1. 一種靜電夾頭加熱器，其係Johnson-Labeck型，用於形成導電膜到晶圓，其特徵在於其包括： 陶瓷基體，呈圓板狀，一邊之面係放置前述晶圓之晶圓放置面，包括靜電電極與電阻發熱體； 中空轉軸，被安裝於前述陶瓷基體之中，前述晶圓放置面之相反側之面； 最外周突起群，由前述晶圓放置面之中，外徑小於前述晶圓之直徑之環狀領域中，沿著前述陶瓷基體之同心圓並列之複數突起所構成； 圓周凹槽，被設於前述最外周突起群的內側；以及 貫穿孔，被設成貫穿自前述中空轉軸的周壁的下端，至前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域為止，可自前述中空轉軸的下端，供給氣體到由前述晶圓放置面與前述最外周突起群與被放置於前述晶圓放置面之前述晶圓所包圍之晶圓下方空間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾頭加熱器，其中，於前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域，設有可與前述晶圓相抵接之複數凸部。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之靜電夾頭加熱器，其中，前述貫穿孔之中，前述晶圓放置面中之開口部，係由直徑小於前述貫穿孔之複數小孔所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項～第3項中任一項所述之靜電夾頭加熱器，其中，被供給到前述晶圓下方空間之氣體上押前述晶圓之力量，係小於藉通電到前述靜電電極所產生之晶圓夾持力，與前述晶圓之上方之環境氣體下押前述晶圓之力之和。
  5. 如申請專利範圍第1項～第4項中任一項所述之靜電夾頭加熱器，其中，前述靜電電極也當作電漿電極使用。
  6. 如申請專利範圍第1項～第5項中任一項所述之靜電夾頭加熱器，其中，在前述圓周凹槽的內側，具有連接到前述圓周凹槽之放射狀凹槽。
  7. 如申請專利範圍第1項～第6項中任一項所述之靜電夾頭加熱器，其中，前述突起的上表面之表面粗度Ra係大於lμm。
  8. 如申請專利範圍第1項～第7項中任一項所述之靜電夾頭加熱器，其中，前述貫穿孔係在前述晶圓放置面之中，前述圓周凹槽的內側之領域中之中央部與外周部開口。
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