TW202111859A - 靜電吸盤 - Google Patents

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Abstract

一種靜電吸盤，包含：導電性的底板，具有第一部分，與配設於前述第一部分的外周之第二部分，配設有導入冷卻氣體的氣體導入道；第一靜電吸盤部，配設於前述第一部分之上，可吸附晶圓而構成，包含：具有與前述氣體導入道連通的至少一個貫通孔之陶瓷介電質基板，與內建於前述陶瓷介電質基板之第一吸附電極；第二靜電吸盤部，配設於前述第二部分之上，可吸附聚焦環而構成，包含具有可導入冷卻氣體的至少一個貫通孔之陶瓷層，前述陶瓷層至少具有在前述第二靜電吸盤部吸附前述聚焦環時與前述聚焦環相接的第一層，前述第一層的緻密度比前述陶瓷介電質基板的緻密度還小而構成。據此，可提供可提高元件的良率之靜電吸盤。

Description

靜電吸盤
本發明的態樣一般是關於靜電吸盤(electrostatic chuck)。
在進行蝕刻(etching)、CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)、濺鍍(sputtering)、離子注入(ion implantation)、灰化(ashing)等的電漿處理反應室(plasma processing chamber)內，包含靜電吸盤的被處理體載置裝置被使用當作吸附保持半導體晶圓(semiconductor wafer)或玻璃基板(glass substrate)等的處理對象物的手段(means)。靜電吸盤是將靜電吸附用電力施加於內建的電極，利用靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。
在專利文獻1的圖2記載有具備如下構件的被處理體載置裝置：載置半導體晶圓的晶圓吸盤(wafer chuck)，與配置於晶圓吸盤頂面的靜電吸盤，與包圍靜電吸盤而配置於晶圓吸盤的外周緣部的聚焦環(focus ring)。而且，在專利文獻1的圖1記載有關於如下之被處理體載置裝置：藉由提高聚焦環的冷卻性能，提高半導體晶圓的外周緣部的蝕刻特性，消除在聚焦環近旁的電漿處理特性的經時變化，更均勻地處理被處理體全面。
一般，對應用以實現3D NAND(三維反及)或FinFET(鰭式場效電晶體)構造等的深溝加工(deep trench processing)或微細加工技術之半導體製造裝置的需要升高，在伴隨著元件(device)的更進一步的高集積化的電漿處理高度化的現狀的趨勢中，靜電吸盤被要求的要求水準也升高。具體上，吸附保持晶圓的面為了抑制因晶圓的接觸及滑動造成的微粒(particle)的產生，且確保對電漿的耐性，陶瓷材料被選定。緻密質之陶瓷燒結體多數被使用。另一方面，在半導體製造中由於技術的進步而使製程的複雜化在進展中，高晶片產率也被要求。
在由矽晶圓作成晶片的過程中，晶圓邊緣(wafer edge)近旁為幾何學上晶片數變多，為了提高每一片晶圓的晶片產率為重要的區域。另一方面，因晶圓邊緣部成為構造上的奇異點(singular point)，故也是蝕刻速率(etching rate)成為不均勻的區域，有伴隨於此晶片的產率降低的問題。
隨著元件(device)的更進一步的高集積化而使電漿處理高度化在進展中，半導體晶圓外周部分中的更進一步的良率(yield)的提高被要求。
[專利文獻1]：日本國特開2002-033376號公報 [專利文獻2]：日本國特表2004-511901號公報
本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的在於提供一種靜電吸盤，可提高元件(device)的良率。
第一發明為一種靜電吸盤，包含：導電性的底板(base plate)，具有第一部分，與配設於前述第一部分的外周之第二部分，配設有導入冷卻氣體的氣體導入道；第一靜電吸盤部，配設於前述第一部分之上，可吸附晶圓而構成，包含：具有與前述氣體導入道連通的至少一個貫通孔之陶瓷介電質基板(ceramic dielectric substrate)，與內建於前述陶瓷介電質基板之第一吸附電極；第二靜電吸盤部，配設於前述第二部分之上，可吸附聚焦環而構成，包含具有可導入冷卻氣體的至少一個貫通孔之陶瓷層，前述陶瓷層至少具有在前述第二靜電吸盤部吸附前述聚焦環時與前述聚焦環相接的第一層，前述第一層的緻密度比前述陶瓷介電質基板的緻密度還小而構成。
隨著電漿處理高度化，低微粒且耐電漿性(plasma resistance)優良的緻密的陶瓷被要求。另一方面，本發明人們新發現如下：隨著電漿處理高度化，輸入到電漿處理裝置的熱量增大，特別是大量的熱被積存於位在晶圓外周的聚焦環部分而使元件(device)的良率降低。而且，因聚焦環厚度厚，故熱更容易積存於外周而使外周部分的溫度上升，晶圓的外周側中的元件(device)的良率降低為課題。 依照該靜電吸盤，藉由陶瓷介電質基板構成吸附晶圓的第一靜電吸盤部，另一方面，藉由陶瓷層構成吸附聚焦環的第二靜電吸盤部，再者使陶瓷層的緻密度比陶瓷介電質基板還小。因比較降低相當於外周部分的第二靜電吸盤部的陶瓷層的緻密度，故可增加供給到聚焦環的氣體量，同時可均勻地使氣體遍及外周部分。而且，可一邊藉由陶瓷介電質基板構成第一靜電吸盤部確保晶圓吸附部分中的低微粒及耐電漿，一邊藉由陶瓷層構成第二靜電吸盤部，藉由降低其緻密度(多孔質)有效地解決外周部分中的熱的課題，使低微粒與均熱並存，可提高元件(device)的良率。
第二發明為一種靜電吸盤，在第一發明中，前述陶瓷層更具有配設於前述第二部分與前述第一層之間的第二層。
依照該靜電吸盤，因在導電性的底板與第一層之間配設第二層，故例如伴隨著底板的溫度變化之給予陶瓷層的第一層的熱影響就會被緩和，而且再者，若第二層以高電阻層，則陶瓷層的第一層就會自被施加電漿產生用的高頻(RF)的底板電性獨立，在第二靜電吸盤部中可顯現穩定的吸附力。而且，也能抑制例如以底板當作下部電極而施加高頻電力的情形下的陶瓷層的絕緣崩潰(dielectric breakdown)。
第三發明為一種靜電吸盤，在第二發明中，前述第二層的緻密度比前述第一層的緻密度還大。
依照該靜電吸盤，因位於聚焦環側的第一層的緻密度相對地小，故可有效地將氣體供給到陶瓷層的頂面側，可更提高聚焦環的冷卻性能。而且，可更進一步提高例如被施加高頻電力的底板側的絕緣性，可抑制第二靜電吸盤部的絕緣崩潰。
第四發明為一種靜電吸盤，在第二發明中，前述第一層的緻密度比前述第二層的緻密度還大。
依照該靜電吸盤，藉由採取上述構成，可一邊確保第一層的耐電漿性，一邊藉由冷卻氣體積極地流到第二層擔保冷卻能力(cooling power)。而且，藉由第一層成為準熱緩和層，可更確保均熱性。
第五發明為一種靜電吸盤，在第二發明至第四發明中的任一項發明中，前述第一層具有：前述聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面，前述第二層具有：前述第一層側的第二頂面，和與該第二頂面相反側的第二底面，前述第一頂面的表面粗糙度(surface roughness)小於前述第二底面的表面粗糙度。
依照該靜電吸盤，藉由相對地加大第二底面的表面粗糙度，可增加第二層侵入底板而與底板的接觸面積，可提高冷卻效率。而且，因相對地減小第一頂面的表面粗糙度，故可增加與表面粗糙度比底板表面小的聚焦環表面的接觸面積，可有效地冷卻聚焦環，同時可更堅固地吸附聚焦環。
第六發明為一種靜電吸盤，在第二發明至第五發明中的任一項發明中，前述第一層與前述第二層相接而被配設，在前述第一層與前述第二層之間設有邊界面(boundary)，前述第一頂面的表面粗糙度小於前述邊界面的表面粗糙度。
依照該靜電吸盤，藉由相對地加大邊界面的表面粗糙度，可增加在邊界面的接觸面積，可提高冷卻效率。而且，因相對地減小第一頂面的表面粗糙度，故可增加與聚焦環表面的接觸面積，可有效地冷卻聚焦環，同時可更堅固地吸附聚焦環。
第七發明為一種靜電吸盤，在第二發明至第六發明中的任一項發明中，前述第二靜電吸盤部更包含內建於前述陶瓷層的第二吸附電極，前述第一層具有：前述聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面，而且前述第二層具有：前述第一層側的第二頂面，和與前述第二頂面相反側的第二底面，前述第二吸附電極配設於前述第一底面與前述第二頂面之間，前述第二吸附電極包含：前述第一頂面側的第二電極頂面，和與前述第二電極頂面相反側的前述第二電極底面，前述第二電極頂面的表面粗糙度小於前述第二電極底面的表面粗糙度。
依照該靜電吸盤，因相對地減小第二電極頂面的表面粗糙，故可減小位於第二吸附電極之上的第一層的厚度不均，可更穩定地吸附聚焦環，其結果可穩定地且有效地冷卻聚焦環。另一方面，因第二吸附電極內建於陶瓷層(第一層與第二層之間)，故例如有因材料的熱膨脹係數(thermal expansion coefficient)差等而產生剝離等的不良狀況之虞。因相對地加大第二電極底面的表面粗糙，故可使與陶瓷層的密著性和冷卻效率並存。
第八發明為一種靜電吸盤，在第一發明至第七發明中的任一項發明中，前述第一層包含：對前述第一頂面及前述第一底面垂直，且前述第一靜電吸盤部側的第一內側面，和與前述第一內側面相反側的第一外側面，前述第一外側面藉由前述第二層被覆。
依照該靜電吸盤，可使低微粒及耐電漿性，與冷卻性及均熱性並存。
第九發明為一種靜電吸盤，在第八發明中，前述陶瓷層之包含邊緣部的邊緣區域包含前述第一層與前述第二層，前述邊緣區域係越成為前述第一頂面側，前述第一層的比例越增加。
依照該靜電吸盤，可使低微粒及耐電漿性，與冷卻性及均熱性並存。
第十發明為一種靜電吸盤，在第一發明至第九發明中的任一項發明中，在前述陶瓷層中，第一頂面的邊緣部被倒角。
依照該靜電吸盤，可有效地抑制來自熱負載(heat load)大的外周邊緣部的微粒產生。
依照本發明的態樣，提供一種可提高元件(device)的良率的靜電吸盤。
以下，就本發明的實施的形態一邊參照圖式，一邊進行說明。此外各圖式中，對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。
圖1是舉例說明與實施形態有關的靜電吸盤之示意剖面圖。 如圖1所示，靜電吸盤900具備：導電性的底板50；可吸附晶圓W而構成之第一靜電吸盤部100；可吸附聚焦環F而構成之第二靜電吸盤部200。
底板50具有第一部分51與第二部分52。在X-Y平面(後述)上，第二部分52設於第一部分51的外周。第二部分52為環狀。在底板50配設有導入氦等的冷卻氣體的氣體導入道53。在底板50中，在第一部分51之上配設有第一靜電吸盤部100，在第二部分52之上配設有第二靜電吸盤部200。
在本案說明書中以從底板50(第一部分51)朝向第一靜電吸盤部100的方向作為Z軸方向。將與Z軸方向正交的方向之一當作X軸方向，將正交於Z軸方向及X軸方向的方向當作Y軸方向。在本案說明書中，[面內]是指例如X-Y平面內。
就底板50更進一步進行說明。 如圖1所示，第一部分51的頂面的高度(Z軸方向的位置)比第二面的頂面的高度還高。底板50成為第二部分52比第一部分51還低的階梯形狀。第二部分52構成靜電吸盤900的外周P的一部分。第一部分51包含靜電吸盤900的中央C。
第一靜電吸盤部100具備：陶瓷介電質基板30與第一吸附電極10。陶瓷介電質基板30具有與氣體導入道53連通的至少一個貫通孔35。第一吸附電極10內建於陶瓷介電質基板30。 陶瓷介電質基板30具有：晶圓W側的第一主表面30a，和與第一主表面30a相反側的第二主表面30b。貫通孔35與設於第一主表面30a的複數個溝34連通，經由溝34將自氣體導入道53導入的冷卻氣體分配到第一主表面30a全體。在第一主表面30a配設有複數個凸部33。電壓一被施加於第一吸附電極10，晶圓W就透過凸部33被吸附保持於第一靜電吸盤部100。
第二靜電吸盤部200具備：陶瓷層40與第二吸附電極20。陶瓷層40具有與氣體導入道53連通的至少一個貫通孔45。第二吸附電極20內建於陶瓷層40。 陶瓷層40至少具有在第二靜電吸盤部200吸附聚焦環F時與聚焦環F相接的第一層41。第一層41具有：聚焦環F側的第一頂面41u，和與第一頂面41u相反側的第一底面41b。第二吸附電極20具備：第一頂面41u側的第二電極頂面20u，和與第二電極頂面20u相反側的第二電極底面20b。電壓一被施加於第二吸附電極20，聚焦環F就透過第一頂面41u被吸附保持於第二靜電吸盤部200。
在靜電吸盤900中，陶瓷層40的第一層41的緻密度比陶瓷介電質基板30的緻密度還小而構成。也就是說，第一層41比陶瓷介電質基板30還粗糙而構成。隨著電漿處理高度化，低微粒且耐電漿性優良的緻密的陶瓷被要求。另一方面，本發明人們新發現如下：隨著電漿處理高度化，輸入到電漿處理裝置的熱量增大，特別是大量的熱被積存於位在晶圓外周的聚焦環部分而使元件(device)的良率降低。而且，因聚焦環厚度厚，故熱更容易積存於外周而使外周部分的溫度上升，晶圓的外周側中的元件(device)的良率降低為課題。
因此，在靜電吸盤900中，因比較降低相當於外周部分的第二靜電吸盤部200的陶瓷層40的緻密度，故可增加供給到聚焦環F的氣體量，同時可均勻地使氣體遍及外周部分。也就是說，可一邊藉由陶瓷介電質基板30構成第一靜電吸盤部100確保晶圓吸附部分中的低微粒及耐電漿，一邊藉由陶瓷層40構成第二靜電吸盤部200，藉由以降低其緻密度之例如多孔質層，有效地解決外周部分中的熱的課題，使低微粒與均熱並存，可提高元件(device)的良率。
為了提高每一片晶圓的晶片產率，需控制邊緣近旁的蝕刻速率，提高邊緣近旁的晶片良品數。為了提高邊緣近旁的晶片產率，需要使由晶圓中心到邊緣部的蝕刻狀態，亦即徑向的蝕刻狀態均勻化的方法及構造。 在過去，作為使晶圓邊緣近旁的蝕刻狀態均勻化的方法、構造係採用將被稱為聚焦環的環狀的構件配置於晶圓的外周，使蝕刻製程(etching process)時的晶圓中央部與外周部的電漿環境均勻化，抑制蝕刻的不均勻之技術。抑制蝕刻的不均勻的手法之一可舉出藉由將溫度控制手法列入到邊緣環部的區域，使晶圓邊緣近旁的蝕刻狀態均勻化之手法。
在靜電吸盤900中，能以簡便的方法、構造使直接曝露於高密度電漿的晶圓W部分的耐電漿性的確保與聚焦環F部分的均熱並存。
在靜電吸盤900中，藉由配設第二靜電吸盤部200，利用高的靜電吸附力堅固地使聚焦環F與靜電吸附面(第一頂面41u)密著，確保高熱傳導，特別是有效地使熱容易積存的外周部分冷卻。再者，藉由以降低靜電吸附面(第一頂面41u)的緻密度之例如多孔質層，能以更簡便的方法、構造並以低壓損使大流量的冷卻氣體(He氣體等)流通，可實現高的熱交換效率。 此外，在陶瓷層40的表面(第一頂面41u)設有溝或凸部(點)也可以(未圖示)。
就陶瓷層40及陶瓷介電質基板30的緻密度的評價方法進行敘述。 取得陶瓷層40、陶瓷介電質基板30各自的剖面影像。影像的取得係使用掃描式電子顯微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)。若以陶瓷層40為例進行說明的話，以包含陶瓷層40的剖面的方式剖切第二靜電吸盤部200，將樣品(sample)的剖面樹脂包埋並進行機械研磨。具體上以包含陶瓷層40的方式貫通Z軸方向而採取試片。採取方法例如為螺旋(helical)加工、水刀(water jet)切斷加工等。此外，藉由離子磨削(ion milling)法作成觀察剖面也可以。研磨試片的剖面到鏡面出現為止。對樣品進行Pt蒸鍍並進行SEM觀察。觀察倍率是以可適切地觀察剖面組織的200~3000倍左右(作為一例為500倍等)，以加速電壓5kV~15kV左右。為了掌握不均而進行5視野的觀察。在第一層41與陶瓷介電質基板30的緻密度的大小以目視判斷困難的情形下，就該等觀察像，以市售的二維影像解析軟體[Win Roof]進行解析，可算出孔隙率(porosity)並比較大小關係。孔隙率越少緻密度越高。當算出孔隙率時，孔隙率是以5視野的平均值。關於陶瓷介電質基板30也同樣地可評價緻密度。
圖4(a)及圖4(b)是陶瓷層40、陶瓷介電質基板30之剖面SEM像。圖4(a)對應陶瓷層40(第一層41)，圖4(b)對應陶瓷介電質基板30。 如圖4(a)、(b)所示，在該例子中藉由目視得知，第一層41的緻密度比陶瓷介電質基板30的緻密度還小。
圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖2是第二靜電吸盤部200之放大圖。 在圖2所示的例子中，陶瓷層40更具備配設於底板50的第二部分52與第一層41之間的第二層42。第二層42具有：第一層41側的第二頂面42u，和與第二頂面42u相反側的第二底面42b。在該例子中，第二吸附電極20配設於第一層41與第二層42之間。更具體為，第二吸附電極20配設於第一底面41b與第二頂面42u之間。此外，將第二吸附電極20內建於第一層41，也就是說，將第二吸附電極20配置於第一頂面41u與第一底面41b之間也可以。 在該例子中，第一層41的至少一部分與第二層42相接而被配設，在第一層41與第二層42之間設有邊界面B(boundary)。具體上，第二頂面42u的至少一部分與第一底面41b相接而被配設。此外，在第一層41與第二層42之間具備其他的層也可以。
在靜電吸盤900中，因在導電性的底板50與第一層41之間配設第二層42，故例如伴隨著底板50的溫度變化之給予陶瓷層40的第一層41的熱影響就會被緩和，而且再者，若第二層42以高電阻層，則陶瓷層40的第一層41就會自被施加電漿產生用的高頻(RF)的底板50電性獨立，在第二靜電吸盤部200中可顯現穩定的吸附力。而且，也能抑制例如以底板50當作下部電極而施加高頻電力的情形下的陶瓷層40的絕緣崩潰。
底板50例如為鋁、鋁合金等的金屬製。
陶瓷介電質基板30是由例如燒結陶瓷(sintered ceramic)構成的平板狀的基材。例如陶瓷介電質基板30包含氧化鋁(alumina：Al2 O3 )。作為陶瓷介電質基板可使用高絕緣性材料之氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氮化硼等。例如陶瓷介電質基板30以高純度的氧化鋁形成。陶瓷介電質基板30中的氧化鋁的濃度例如為90質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，較佳為95質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，更佳為99質量百分比(mass%)以上、100mass%以下。藉由使用高純度的氧化鋁，可提高陶瓷介電質基板30的耐電漿性。此外，氧化鋁的濃度可藉由X射線螢光分析(X-ray fluorescence analysis)等進行測定。
在陶瓷層40中，第一層41例如為陶瓷介電質層。具體上，可使用將其他的金屬氧化物添加到氧化鋁或氮化鋁等的陶瓷之化合物。例如使用將氧化鈦添加到氧化鋁之化合物也較佳。作為一例為第一層41為陶瓷熔射膜(thermal spraying film)。
在陶瓷層40中，第二層42例如為陶瓷絕緣層。第二層42例如包含氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氮化硼的至少任一個。較佳為由氧化鋁構成。作為一例為第二層42為陶瓷熔射膜。第二層42也可以為對以鋁構成的底板50進行了陽極氧化處理之防蝕鋁(alumite)層。
在靜電吸盤900中，陶瓷層40的第二層42的緻密度例如比第一層41的緻密度還大。也就是說，在陶瓷層40中，作為一例為位於底板50側的第二層42比第一層41還緻密。因位於聚焦環F側的第一層41的緻密度相對地小，故可有效地將氣體供給到陶瓷層40的頂面側，可更提高聚焦環F的冷卻性能。而且，可更進一步提高例如被施加高頻電力的底板50側的絕緣性，可抑制第二靜電吸盤部200的絕緣崩潰。
在靜電吸盤900中，陶瓷層40的第一層41的緻密度例如比第二層42的緻密度還大。也就是說，在陶瓷層40中，作為一例為位於聚焦環F側的第一層41比第二層42還緻密。因此，可一邊確保第一層41的耐電漿性，一邊藉由冷卻氣體積極地流到第二層42擔保冷卻能力。而且，藉由第一層41成為準熱緩和層，可更確保均熱性。
其次，就在靜電吸盤900中，陶瓷層40(第一層41、第二層42)及陶瓷介電質基板30的厚度的關係進行敘述。此處，[厚度]是指第一層41等的構成元件之沿著Z軸方向的長度。 第一層41的厚度例如比陶瓷介電質基板30的厚度小。也就是說，第一層41比陶瓷介電質基板30還薄。因此，因相對地使位於熱量更容易積存的外周側(第二部分52)的第二靜電吸盤部200的陶瓷層40(第一層41)變薄，故聚焦環F的有效的冷卻成為可能。
其次，就在靜電吸盤900中，陶瓷層40(第一層41、第二層42)及第二吸附電極20的表面粗糙度的關係進行敘述。 此處，[表面粗糙度]是指例如意味著算術平均粗糙度(arithmetic mean roughness)(Ra)，可藉由下列的方法算出。此處是以陶瓷層40的第一頂面41u與第二底面42b為例進行說明。以包含第一頂面41u及第二底面42b的方式切出試片，將樹脂包埋的部分研磨後，使用SEM(Scanning Electron Microscope：掃描電子顯微鏡)進行觀察。從以100~1000倍拍攝的SEM影像，藉由依據JIS(Japanese Industrial Standard：日本工業標準) B 0601：2013的方法算出算術平均粗糙度Ra。此外，第二底面42b的表面粗糙度Ra-2b係使用仿照第二底面42b與底板50的第二部分52的界面的輪廓曲線而算出。
在靜電吸盤900中，例如第一頂面41u的表面粗糙度Ra-1u比第二底面42b的表面粗糙度Ra-2b還小。藉由相對地加大第二底面42b的表面粗糙度，可增加第二層42侵入底板50而與底板50的接觸面積，可提高冷卻效率。而且，因相對地減小第一頂面41u的表面粗糙度，故可增加與表面粗糙度比底板50表面小的聚焦環F表面的接觸面積，可有效地冷卻聚焦環F，同時可更堅固地吸附聚焦環F。
在靜電吸盤900中，例如第一頂面41u的表面粗糙度Ra-1u比第一層41與第二層42之間的邊界面B的表面粗糙度Ra-B還小。藉由相對地加大邊界面B的表面粗糙度，可增加在邊界面B的接觸面積，可提高冷卻效率。而且，因相對地減小第一頂面41u的表面粗糙度，故可增加與聚焦環F表面的接觸面積，可有效地冷卻聚焦環F，同時可更堅固地吸附聚焦環F。
在靜電吸盤900中，例如第二電極頂面20u的表面粗糙度比第二電極底面20b的表面粗糙度還小。因相對地減小第二電極頂面20u的表面粗糙，故可減小位於第二吸附電極20之上的第一層41的厚度不均，可增加與聚焦環F表面的接觸面積。據此，可更穩定地吸附聚焦環F，其結果可穩定地且有效地冷卻聚焦環F。另一方面，因第二吸附電極20內建於陶瓷層40(第一層41與第二層42之間)，故例如有因材料的熱膨脹係數差等而產生剝離等的不良狀況之虞。因相對地加大第二電極底面20b的表面粗糙，故可使與陶瓷層40的密著性和冷卻效率並存。
圖3(a)及圖3(b)是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 使用圖3(a)及圖3(b)就陶瓷層40之包含邊緣部40e的邊緣區域E的變形例進行說明。 如圖3(a)所示，在靜電吸盤900中，例如第一層41包含：對第一頂面41u及第一底面41b垂直，且第一靜電吸盤部100側的第一內側面41i(參照圖2)，和與第一內側面41i相反側的第一外側面41o，第一外側面41o藉由第二層42被覆。
如圖3(b)所示，在靜電吸盤900中，例如第一外側面41o的一部分藉由第二層42被覆也可以。在該例子中，陶瓷層40之包含邊緣部40e的邊緣區域E包含第一層41與第二層42，邊緣區域E係越成為第一頂面41u側，第一層41的比例越增加。也就是說，在第一外側面41o由第一頂面41u到第一底面41b傾斜於內側的狀態下第一外側面41o藉由第二層42被覆。 在圖3(a)、(b)所示的靜電吸盤900中，可使低微粒及耐電漿性，與冷卻性及均熱性並存。
此處，邊緣部40e是指在陶瓷層40中頂面與外側面相接的部分。在圖2的例子中，第一頂面41u與第一外側面41o相接的部分為邊緣部40e。邊緣區域E是指包含邊緣部40e的區域。
而且，第一內側面41i藉由第二層42被覆也可以。據此，到底板50的電流路徑(current path)被遮斷，施加至第一層41的施加電壓穩定且吸附力穩定。
在圖3(b)中，陶瓷層40之例如第一頂面41u的邊緣部40e被倒角也可以(未圖示)。因此，可有效地抑制來自熱負載大的外周邊緣部的微粒產生。
再度一邊參照圖1，一邊就靜電吸盤900更進一步進行說明。 陶瓷介電質基板30具有第一主表面30a與第二主表面30b。第一主表面30a為載置吸附的對象物之晶圓W的面。第二主表面30b為與第一主表面30a相反側的面。吸附的對象物之晶圓W是指例如矽晶圓等的半導體基板。
在陶瓷介電質基板30的內部配設有第一吸附電極10。第一吸附電極10在Z軸方向上配設於第一主表面30a與第二主表面30b之間。也就是說，第一吸附電極10配設成插入於陶瓷介電質基板30之中。第一吸附電極10例如藉由一體燒結於陶瓷介電質基板30而被內建於陶瓷介電質基板30也可以。
第一吸附電極10的形狀是沿著陶瓷介電質基板30的第一主表面30a及第二主表面30b的薄膜狀。 第一吸附電極10與吸附用電源(圖5的吸附用電源505)連接。在第一靜電吸盤部100中，藉由從吸附用電源對第一吸附電極10施加電壓(吸附用電壓)，使電荷產生在第一吸附電極10的第一主表面30a側，利用靜電力吸附保持對象物之晶圓W。吸附用電源將直流(DC)電流或交流(AC)電流供給到第一吸附電極10。吸附用電源例如為DC電源。吸附用電源例如為AC電源也可以。
第一吸附電極10例如為金屬製。第一吸附電極10例如包含Ag、Pd、Pt、Mo及W的至少任一個。第一吸附電極10例如包含金屬與陶瓷也可以。
陶瓷層40具有第三主表面40a與第四主表面40b。第三主表面40a為載置吸附的對象物之聚焦環F的面。第四主表面40b為與第三主表面40a相反側的面。吸附的對象物之聚焦環F例如包含矽(silicon)或碳化矽(SiC)。如前述，陶瓷層40具有第一層41及第二層42的情形，第一頂面41u構成第三主表面40a，第二底面42b構成第四主表面40b。 如圖1所示，在該例子中，第三主表面40a在Z軸方向上位於比陶瓷介電質基板30的第二主表面30b還下側。
而且，在該例子中，在陶瓷層40的內部配設有第二吸附電極20。第二吸附電極20在Z軸方向上配設於第三主表面40a與第四主表面40b之間。也就是說，第二吸附電極20配設成插入於陶瓷層40之中。第二吸附電極20例如藉由熔射(thermal spraying)、印刷、CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)、PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沉積)等被內建於陶瓷層40也可以。
第二吸附電極20的形狀是沿著陶瓷層40的第三主表面40a及第四主表面40b的薄膜狀。 第二吸附電極20與吸附用電源(圖5的吸附用電源506)連接。在第二靜電吸盤部200中，藉由從吸附用電源對第二吸附電極20施加電壓(吸附用電壓)，使電荷產生在第二吸附電極20的第三主表面40a側，利用靜電力吸附保持對象物之聚焦環F。吸附用電源將直流(DC)電流或AC電流供給到第二吸附電極20。吸附用電源例如為DC電源。吸附用電源例如為AC電源也可以。 第一吸附電極10用的電源與第二吸附電極20用的電源分開也可以，且相同也可以。
第二吸附電極20例如為金屬製。第二吸附電極20例如包含Ag、Pd、Pt、Mo及W的至少任一個。第二吸附電極20例如包含金屬與陶瓷也可以。
第一吸附電極10包含金屬與陶瓷，第二吸附電極20包含金屬與陶瓷的情形，第一吸附電極10所包含之金屬的體積對金屬的體積與陶瓷的體積的合計的比例與第二吸附電極20所包含之金屬的體積對金屬的體積與陶瓷的體積的合計的比例相同也可以，不同也可以。
在第一吸附電極10配設有延伸於陶瓷介電質基板30的第二主表面30b側的連接部81。連接部81例如為與第一吸附電極10導通的介層(via)(實心型)或介層孔(via hole)(空心型)。連接部81也可以是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接的金屬端子。
在第二吸附電極20配設有延伸於陶瓷層40的第四主表面40b側的連接部82。連接部82例如為與第二吸附電極20導通的介層(實心型)或介層孔(空心型)。連接部82也可以是藉由硬銲等的適切的方法連接的金屬端子。或者連接部82也可以藉由熔射形成。 連接部82以電連接第二吸附電極20與底板50的方式被配設，吸附用電源(圖5的吸附用電源506)連接於底板也可以。 例如在陶瓷層40中，更配設位於第一層41與第二層42之間，與第二吸附電極20相接的第三層(未圖示)，使該第三層與連接部82相接而配設也可以。
底板50例如是支撐陶瓷介電質基板30的構件。陶瓷介電質基板30藉由接著構件60固定在底板50之上。作為接著構件60例如使用矽接著劑(silicone adhesive)。
底板50例如分成上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間配設有連通道55。連通道55的一端側連接於輸入道56，連通道55的另一端側連接於輸出道57。
底板50也發揮進行第一靜電吸盤部100及第二靜電吸盤部200的溫度調整的作用。例如在將第一靜電吸盤部100及第二靜電吸盤部200冷卻的情形下，從輸入道56流入氦氣等的冷卻介質(cooling medium)，使其通過連通道55，使其從輸出道57流出。據此，藉由冷卻介質吸收底板50的熱，可冷卻安裝在其上的陶瓷介電質基板30及陶瓷層40。另一方面，在將第一靜電吸盤部100及第二靜電吸盤部200保溫的情形下，也可以在連通道55內放入保溫介質。也可以將發熱元件(heating element)內建於陶瓷介電質基板30、陶瓷層40及底板50。藉由調整底板50、陶瓷介電質基板30及陶瓷層40的溫度，可調整藉由第一靜電吸盤部100吸附保持的對象物之晶圓W及/或藉由第二靜電吸盤部200吸附保持的對象物之聚焦環F的溫度。
如前述，在該例子中，在陶瓷介電質基板30的第一主表面30a側設有溝34。溝34在從第一主表面30a朝向第二主表面30b的方向(Z軸方向)上凹陷，在X-Y平面內連續延伸。若將未設有溝34的部分當作凸部33，則對象物之晶圓W被載置於凸部33。第一主表面30a是與對象物之晶圓W的背面相接的面。也就是說，第一主表面30a是包含凸部33的頂面的平面。在載置於第一靜電吸盤部100的對象物之晶圓W的背面與溝34之間形成有空間。
陶瓷介電質基板30具有與溝34連接的貫通孔35。貫通孔35從第二主表面30b到第一主表面30a被配設。也就是說，貫通孔35從第二主表面30b到第一主表面30a為止延伸於Z軸方向，貫通陶瓷介電質基板30。
藉由適宜選擇凸部33的高度(溝34的深度)、凸部33以及溝34的面積比率、形狀等，可將對象物之晶圓W的溫度或附著於晶圓W的微粒控制在較佳的狀態。
在底板50配設有氣體導入道53。氣體導入道53例如配設成貫通底板50。氣體導入道53也可以不貫通底板50而從其他的氣體導入道53的途中分岔而配設到陶瓷介電質基板30側。而且，氣體導入道53也可以配設於底板50的複數處。
氣體導入道53與貫通孔35連通。也就是說，流入氣體導入道53的傳送氣體(氦(He)等)在通過氣體導入道53後流入貫通孔35。
流入貫通孔35的傳送氣體在通過貫通孔35後流入設於對象物之晶圓W與溝34之間的空間。據此，可藉由傳送氣體直接冷卻晶圓W。
陶瓷層40具有貫通孔45。貫通孔45從第四主表面40b到第三主表面40a被配設。也就是說，貫通孔45從第四主表面40b到第三主表面40a為止延伸於Z軸方向，貫通陶瓷層40。在第二靜電吸盤部200中也與第一靜電吸盤部100一樣，氣體導入道53與貫通孔45連通。也就是說，流入氣體導入道53的傳送氣體(氦(He)等)在通過氣體導入道53後流入貫通孔45。 流入貫通孔45的傳送氣體在通過貫通孔45後直接冷卻對象物之聚焦環F。在靜電吸盤900中，第一層41藉由例如熔射形成的情形，因其緻密度低，故傳送氣體例如可擴散於第一層41內。因此，可使傳送氣體遍及第一層41的第一頂面41u全體，可更有效地冷卻聚焦環F。
第一吸附電極10的厚度例如為1μm~100μm。第二吸附電極20的厚度例如為1μm~100μm。使第二吸附電極20的厚度例如比第一吸附電極10的厚度還大也可以。將第二吸附電極20當作例如電漿產生用的高頻電極(RF電極)使用也可以。 此處，第一吸附電極10及/或第二吸附電極20的厚度是指第一吸附電極10及/或第二吸附電極20的Z軸方向的長度。
以下就第二靜電吸盤部200的製作方法進行說明。
在底板50的第二部分52之上藉由例如熔射形成第二層42。第二層42例如為Al2 O3 層。第二層42的厚度例如為50μm~500μm。接著，藉由例如熔射形成第二吸附電極20。接著，藉由例如熔射形成第一層41。第一層41例如為Al2 O3 層-TiO2 層。TiO2 的添加量例如為1wt%~15wt%。第一層41的厚度例如為50 ~500μm。 在形成第二靜電吸盤部200後，隔著接著構件60將第一靜電吸盤部100配設於底板50的第一部分51之上也可以。
第一吸附電極10例如藉由網版印刷(screen printing)、漿糊(paste)的塗佈(旋塗(spin coating)、塗佈器(coater)、噴墨(ink-jet)、點膠機(dispenser)等)及蒸鍍(evaporation)等形成。例如在使第一主表面30a朝下的狀態下，可分成複數次將各層積層而形成第一吸附電極10。
圖5是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤900的晶圓處理裝置之剖面圖。 如圖5所示，晶圓處理裝置500具備：處理容器501，與高頻電源504，與吸附用電源505，與上部電極510，與靜電吸盤900。在處理容器501的頂部設有：用以將處理氣體導入到內部的處理氣體導入口502，及上部電極510。在處理容器501的底板設有用以將內部減壓排氣的排氣口503。第一靜電吸盤部100在處理容器501的內部中配置於上部電極510之下。在第一靜電吸盤部100中，第一吸附電極10與吸附用電源505連接。在第二靜電吸盤部200中，第二吸附電極20與吸附用電源506連接。
若從高頻電源504將電壓(高頻電壓)施加到底板50及上部電極510，就發生高頻放電(high frequency discharge)，被導入到處理容器501內的處理氣體藉由電漿激發而被活性化，使對象物之晶圓W被處理。
若從吸附用電源505將電壓(吸附用電壓)施加到第一吸附電極10，在第一吸附電極10的第一主表面30a側就產生電荷，利用靜電力使對象物之晶圓W吸附保持於第一靜電吸盤部100。若從吸附用電源506將電壓(吸附用電壓)施加到第二吸附電極20，在第二吸附電極20的第三主表面40a側就產生電荷，利用靜電力使對象物之聚焦環F吸附保持於第二靜電吸盤部200。
圖6是示意地顯示與實施形態的變形例有關的靜電吸盤之剖面圖。 圖7是將與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖8(a)及圖8(b)是將與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖9是示意地顯示具備與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 如圖6、圖7、圖8(a)、圖8(b)及圖9所示，在與實施形態的變形例有關的靜電吸盤900A中，在陶瓷層40中省略第二吸附電極20。陶瓷層40具有第一層41與第二層42，第一層41與第二層42以隔著邊界面B直接相接的方式被配設。
而且，在該例子中，以底板50當作聚焦環F的吸附電極。更具體而言，底板50與吸附用電源(圖9的吸附用電源506)連接。在第二靜電吸盤部200中，藉由從吸附用電源對底板50施加電壓(吸附用電壓)，使電荷產生在底板50的第四主表面40b側的面，利用靜電力吸附保持對象物之聚焦環F。 第一吸附電極10用的電源與底板50用的電源分開也可以，且相同也可以。
與實施形態的變形例有關的靜電吸盤900A省略第二吸附電極20，因除了以底板50當作聚焦環F用的吸附電極以外，其餘和與上述的實施形態有關的靜電吸盤900實質上相同，故其他的部分的說明省略。
在與實施形態的變形例有關的靜電吸盤900A中，也因在導電性的底板50與第一層41之間配設第二層42，故例如陶瓷層40的第一層41就會獨立於被施加電漿產生用的高頻(RF)的底板50，底板50的溫度變化之給予陶瓷層40的影響被緩和，在第二靜電吸盤部200中可顯現穩定的吸附力。而且，也能抑制例如以底板50當作下部電極而施加高頻電力的情形下的陶瓷層40的絕緣崩潰。
如以上所說明的，依照實施形態可提供可提高元件(device)的良率之靜電吸盤。
以上就本發明的實施的形態進行了說明。但是，本發明不是被限定於該等記述。關於前述的實施的形態，熟習該項技術者適宜加入了設計變更只要具備本發明的特徵就包含於本發明的範圍。例如靜電吸盤所具備的各元件的形狀、尺寸、材質、配置、設置形態等並非被限定於所舉例說明者，可適宜變更。而且，前述的各實施的形態所具備的各元件在技術上盡可能可組合，組合該等元件者只要也包含本發明的特徵就包含於本發明的範圍。
10:第一吸附電極 20:第二吸附電極 20b:第二電極底面 20u:第二電極頂面 30:陶瓷介電質基板 30a:第一主表面 30b:第二主表面 33:凸部 34:溝 35、45:貫通孔 40:陶瓷層 40a:第三主表面 40b:第四主表面 40e:邊緣部 41:第一層 41b:第一底面 41i:第一內側面 41o:第一外側面 41u:第一頂面 42:第二層 42b:第二底面 42u:第二頂面 50:底板 50a:上部 50b:下部 51:第一部分 52:第二部分 53:氣體導入道 55:連通道 56:輸入道 57:輸出道 60:接著構件 81、82:連接部 100:第一靜電吸盤部 200:第二靜電吸盤部 501:處理容器 502:處理氣體導入口 503:排氣口 504:高頻電源 505、506:吸附用電源 510:上部電極 900、900A:靜電吸盤 B:邊界面 C:靜電吸盤的中央 E:邊緣區域 F:聚焦環 P:靜電吸盤的外周 W:晶圓
圖1是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤之剖面圖。 圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖3(a)及圖3(b)是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖4(a)及圖4(b)是陶瓷層40、陶瓷介電質基板30之剖面SEM(Scanning Electron Microscope：掃描電子顯微鏡)像。 圖5是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 圖6是示意地顯示與實施形態的變形例有關的靜電吸盤之剖面圖。 圖7是將與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖8(a)及圖8(b)是將與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖9是示意地顯示具備與實施形態的變形例有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。
10:第一吸附電極
20:第二吸附電極
20b:第二電極底面
20u:第二電極頂面
30:陶瓷介電質基板
45:貫通孔
40:陶瓷層
41:第一層
41b:第一底面
41i:第一內側面
41o:第一外側面
41u:第一頂面
42:第二層
42b:第二底面
42u:第二頂面
51:第一部分
52:第二部分
53:氣體導入道
B:邊界面
F:聚焦環
P:靜電吸盤的外周
W:晶圓

Claims (13)

  1. 一種靜電吸盤，包含： 導電性的底板，具有第一部分，與配設於該第一部分的外周之第二部分，配設有導入冷卻氣體的氣體導入道； 第一靜電吸盤部，配設於該第一部分之上，可吸附晶圓而構成，包含：具有與該氣體導入道連通的至少一個貫通孔之陶瓷介電質基板，與內建於該陶瓷介電質基板之第一吸附電極；以及 第二靜電吸盤部，配設於該第二部分之上，可吸附聚焦環而構成，包含具有可導入冷卻氣體的至少一個貫通孔之陶瓷層， 該陶瓷層至少具有在該第二靜電吸盤部吸附該聚焦環時與該聚焦環相接的第一層，該第一層的緻密度比該陶瓷介電質基板的緻密度還小而構成。
  2. 如請求項1之靜電吸盤，其中該陶瓷層更具有配設於該第二部分與該第一層之間的第二層。
  3. 如請求項2之靜電吸盤，其中該第二層的緻密度比該第一層的緻密度還大。
  4. 如請求項2之靜電吸盤，其中該第一層的緻密度比該第二層的緻密度還大。
  5. 如請求項2至請求項4中任一項之靜電吸盤，其中該第一層具有：該聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面， 該第二層具有：該第一層側的第二頂面，和與該第二頂面相反側的第二底面， 該第一頂面的表面粗糙度小於該第二底面的表面粗糙度。
  6. 如請求項2至請求項4中任一項之靜電吸盤，其中該第一層與該第二層相接而被配設，在該第一層與該第二層之間設有邊界面，該第一頂面的表面粗糙度小於該邊界面的表面粗糙度。
  7. 如請求項5之靜電吸盤，其中該第一層與該第二層相接而被配設，在該第一層與該第二層之間設有邊界面，該第一頂面的表面粗糙度小於該邊界面的表面粗糙度。
  8. 如請求項2至請求項4中任一項之靜電吸盤，其中該第二靜電吸盤部更包含內建於該陶瓷層的第二吸附電極， 該第一層具有：該聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面， 該第二層具有：該第一層側的第二頂面，和與該第二頂面相反側的第二底面， 該第二吸附電極配設於該第一底面與該第二頂面之間， 該第二吸附電極包含：該第一頂面側的第二電極頂面，和與該第二電極頂面相反側的該第二電極底面， 該第二電極頂面的表面粗糙度小於該第二電極底面的表面粗糙度。
  9. 如請求項5之靜電吸盤，其中該第二靜電吸盤部更包含內建於該陶瓷層的第二吸附電極， 該第一層具有：該聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面， 該第二層具有：該第一層側的第二頂面，和與該第二頂面相反側的第二底面， 該第二吸附電極配設於該第一底面與該第二頂面之間， 該第二吸附電極包含：該第一頂面側的第二電極頂面，和與該第二電極頂面相反側的該第二電極底面， 該第二電極頂面的表面粗糙度小於該第二電極底面的表面粗糙度。
  10. 如請求項6之靜電吸盤，其中該第二靜電吸盤部更包含內建於該陶瓷層的第二吸附電極， 該第一層具有：該聚焦環側的第一頂面，和與該第一頂面相反側的第一底面， 該第二層具有：該第一層側的第二頂面，和與該第二頂面相反側的第二底面， 該第二吸附電極配設於該第一底面與該第二頂面之間， 該第二吸附電極包含：該第一頂面側的第二電極頂面，和與該第二電極頂面相反側的該第二電極底面， 該第二電極頂面的表面粗糙度小於該第二電極底面的表面粗糙度。
  11. 如請求項1至請求項4中任一項之靜電吸盤，其中該第一層包含：對該第一頂面及該第一底面垂直，且該第一靜電吸盤部側的第一內側面，和與該第一內側面相反側的第一外側面， 該第一外側面藉由該第二層被覆。
  12. 如請求項11之靜電吸盤，其中該陶瓷層之包含邊緣部的邊緣區域包含該第一層與該第二層，該邊緣區域係越成為該第一頂面側，該第一層的比例越增加。
  13. 如請求項1至請求項4中任一項之靜電吸盤，其中在該陶瓷層中，第一頂面的邊緣部被倒角。
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