TW202114097A - 一種利用原子層沉積製程對靜電吸盤進行處理的方法及其製品，以及電漿處理裝置運行方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種利用原子層沉積製程對靜電吸盤進行處理的方法，包含：步驟1，將靜電吸盤置於原子層沉積反應器中，通入第一反應氣體，進行第一化學吸附，使得第一反應氣體吸附至靜電吸盤表面；步驟2，採用氮氣流吹掃；步驟3，通入第二反應氣體，進行第二化學吸附；步驟4，採用氮氣流吹掃；步驟5，重複步驟1至步驟4，直到所述靜電吸盤符合要求。本發明利用原子層沉積製程增強靜電吸盤的孔附近的耐擊穿性能，對其進行有效的絕緣防護，達到穩定運行和延長使用壽命、降低成本的作用。該方法不僅有效解決電弧放電問題；且製程過程不引入顆粒與金屬污染；尤其適用於高功率及/或高溫具有腐蝕性製程氣體的電漿蝕刻環境。

Description

一種利用原子層沉積製程對靜電吸盤進行處理的方法及其製品，以及電漿處理裝置運行方法
本發明涉及半導體蝕刻技術中用到的電漿設備的抗腐蝕技術，具體涉及一種利用原子層沉積（Atomic layer deposition，ALD）技術改進靜電吸盤耐擊穿性能的方法。
半導體蝕刻技術是利用電漿或電漿與腐蝕性氣體共同實現選擇性腐蝕的半導體生產製程技術。
靜電吸盤(electrostatic chuck，簡稱E-chuck 或ESC)是電漿處理裝置(如，電漿蝕刻裝置)的一個關鍵組件。由於常作為下電極與基片承載器而工作，靜電吸盤應具備一些基本的材質性能與功能，例如足夠的硬度以應付基片在垂直方向上的吸附和解吸附移動過程中產生的摩擦磨損、高電阻率以保持電絕緣性能、材料結構穩定性以及對電漿蝕刻的高抵抗力，良好的熱傳導性以維持基片溫度的均勻性等。另外，靜電吸盤應具有優良的電學及物理性能以提供以下製程功能，例如，吸附/解吸附(chuck/de- chuck)、低洩漏電流(low leakage current)以及高絕緣強度(dielectric strength)或稱高擊穿電壓(breakdown voltage，Vbd)。
但是，現有的靜電吸盤通常透過將陶瓷圓盤 (ceramic puck)黏合至鋁基座或陽極氧化鋁基座而製成。陶瓷圓盤通常由氧化鋁(Al2 O3 )或氮化鋁(AlN)製成，以實現可控的靜電吸盤功能，例如吸附/解吸附及射頻匹配(RF coupling)等。當靜電吸盤工作在鹵族元素(例如，F、Cl)電漿環境時，不管是陶瓷基(例如，Al2 O3 或AlN)或是整個組件都將遭受電漿攻擊，整個組件被電漿腐蝕。電漿腐蝕會改變陶瓷圓盤的表面形態、化學組分與材料性質(例如，表面粗糙度、電阻等)，進而嚴重影響靜電吸盤的使用功能，例如漏電流(leaking current)、基片背面氦氣洩露速率(He leakage rate)、解吸附時間(de-chuck time)等。在某些情形中，例如當薄陶瓷圓盤(通常厚度僅有1或2毫米)是透過黏合固定於基座時，它們之間的黏合劑極容易被電漿腐蝕掉，引起電漿電弧(plasma arcing)或顆粒污染，導致電漿製程惡化以及靜電吸盤使用壽命受損。
為克服上述缺陷，耐腐蝕陶瓷材料(plasma resistant ceramics)會以電漿噴塗(plasma spray，PS)塗層處理並應用於靜電吸盤的製作。直接在基座上塗覆電漿噴塗層(PS coatings)來形成靜電吸盤，一個明顯的優點是：可避免陶瓷圓盤與基座之間的黏合劑的使用，防止電弧誘發損傷。然而，利用電漿噴塗形成的耐電漿腐蝕塗層，例如氧化釔 (Y2 O3 )或氟化釔(YF3 )等，也存在一些材質的缺陷，例如這些電漿噴塗層具有多孔和裂縫的結構，硬度低於矽晶圓(Si wafer)，容易引起顆粒和金屬污染，導致蝕刻製程發生偏移現象。為提高硬度，可利用電漿噴塗氧化鋁(簡稱PS氧化鋁，或PS Al2 O3 )製作陶瓷圓盤。事實上，PS氧化鋁靜電吸盤在電漿反應腔(plasma chamber)中的應用已有相當長的時間，但仍存在一些品質缺陷。首先，氧化鋁易受包含鹵族元素(F、Cl等)的電漿腐蝕，在氣孔附近引起電漿電弧，並在電漿蝕刻製程中引入顆粒與金屬污染(例如，Al或AlF3 )。另外，如果增加PS氧化鋁沉積在鋁基座上厚度，塗層形成後易於開裂或者在電漿蝕刻製程中產生裂隙，進而限制PS氧化鋁靜電吸盤擁有穩定的高擊穿電壓，導致其不能被應用於高功率電漿蝕刻製程。
根據最新的先進塗層技術的發展與應用，利用諸如電漿增強物理氣相沉積 (plasma enhanced physical vapour deposition，PEPVD)製程沉積緻密高硬度陶瓷塗層 (dense and hard ceramic coatings)是解決上述顆粒和金屬污染的有效途徑。
但是，沉積PEPVD塗層來製作靜電吸盤也有其自身的技術局限性。這是因為，PEPVD塗層是在電漿與載能離子交互作用下形成，所製備的塗層緻密但存在結構應力(structural stress)。該應力隨塗層生長而增加，會減弱界面結合強度(interfacial strength)，引起塗層裂縫或分層(coating crack or delamination)。
目前，針對靜電吸盤的耐腐蝕性改善，主要集中在陶瓷圓盤或基座上，集中在對靜電吸盤的耐電漿腐蝕改善上，如靜電吸盤表面透過噴塗或塗覆設置耐腐蝕的Al2 O3 陶瓷層。對於靜電吸盤的頂針孔（pin hole）和氦氣孔（Helium hole）的耐腐蝕性研究較少，尤其是耐腐蝕性製程氣體的腐蝕性。其中頂針孔是垂直穿過靜電吸盤的孔，用於使頂針（lift pin）穿過靜電吸盤上下移動，以舉升或者放下基片。氦氣孔是設置於靜電吸盤中的細孔，供用於冷卻基片的氦氣通過氦氣孔流到靜電吸盤上表面，使得基片背面的熱量透過氦氣傳遞到靜電吸盤和下方的基座上被導走。
眾所周知，在工作狀態下，施加高壓的射頻偏壓時，在靜電吸盤上易產生電弧。現有的靜電吸盤雖然考慮了表面設置對於電漿的耐腐蝕的塗層，例如Al2 O3 陶瓷層，但在高射頻功率、高密度電漿反應器中使用時，在頂針孔（pin hole）和氦氣孔（Helium hole）處，Al2 O3 陶瓷層容易被擊穿發生電弧（arcing），發生冷卻氣體的不希望的電弧和輝光放電故障，導致大大減少了靜電吸盤使用壽命。
本發明的目的在於改進靜電吸盤，並提高其耐擊穿性能。
為了達到上述目的，本發明提供了一種利用原子層沉積技術改進靜電吸盤耐擊穿性能的方法，該方法包含： 步驟1，將靜電吸盤置於原子層沉積反應器中，向原子層沉積反應器中通入含鋁的第一反應氣體，進行第一化學吸附，使得第一反應氣體吸附至靜電吸盤表面； 步驟2，採用氮氣流吹掃，以除去靜電吸盤的表面未吸附的第一反應氣體及/或第一化學吸附所產生的副產物； 步驟3，向原子層沉積反應器中通入第二反應氣體，進行第二化學吸附； 步驟4，採用氮氣流吹掃，以除去靜電吸盤未吸附的第二反應氣體及/或第二化學吸附所產生的副產物； 步驟5，重複步驟1至步驟4，直到靜電吸盤符合要求。
較佳地，靜電吸盤具有複數個頂針孔和複數個氦氣孔。
較佳地，靜電吸盤表面覆蓋有Al2 O3 陶瓷層。
較佳地，第一反應氣體為Al(CH3 )3 ，第二反應氣體為H2 O。其反應原理為：第一化學吸附時，Al(CH3 )3 的Al與陽極氧化鋁合金塗層上的-OH的O結合，脫除的CH3 與羥基脫除的H結合形成CH4 ，反應完成時，所有陽極氧化鋁合金塗層上的-OH的O均結合有Al基；第二化學吸附時，H2 O中的O基與Al基結合，即以-OH取代Al基上結合的-CH3 ，並分別脫除-H和-CH3 ，二者可形成CH4 ，反應完成時，Al基上結合的所有的-CH3 均被-OH取代。反應式如下： 2Al(CH3 )3 + 3H2 O → Al2 O3 + 6CH4
本發明還提供了一種利用上述的原子層沉積製程處理後的靜電吸盤，該靜電吸盤包括第一介電層、第二介電層和設置在所述第一介電層與第二介電層之間的電極層；第一介電層的上表面用於支撐待處理晶圓；靜電吸盤中設置有穿過所述第一介電層及第二介電層的頂針孔和氦氣孔，頂針孔、氦氣孔及/或第一介電層的上表面的粗糙度小於0.35μm。
較佳地，靜電吸盤的第一介電層的上表面、頂針孔和氦氣孔的內壁均設有Al2 O3 陶瓷層。
較佳地，Al2 O3 陶瓷層上透過原子層沉積製程沉積有鍍膜層。
較佳地，鍍膜層的厚度為10nm-2μm。
較佳地，頂針孔和氦氣孔的頂部呈圓弧過渡面。
較佳地，鍍膜層為原子沉積的Al2 O3 層及/或AlN層。
本發明進一步提供了一種電漿處理裝置運行方法，電漿處理裝置包含反應腔，反應腔上部設有噴淋頭、上電極組件，下部設有金屬基座、下電極組件；其中，該方法包括：電漿蝕刻步驟和上述的利用原子層沉積技術改進靜電吸盤的方法； 其中，電漿蝕刻步驟包含： S1，將靜電吸盤安裝至金屬基座上，待蝕刻晶圓設置於靜電吸盤上； S2，透過反應腔內的噴淋頭引入製程氣體； S3，向上電極組件與下電極組件之間施加第一射頻（Radio Frequency，RF）功率，以在反應腔內產生電漿氣體； S4，向金屬基座施加第二射頻功率，控制積累在晶圓表面負電子的量，負電子積累產生自偏壓，以使電漿的正離子由於自偏壓而以較高動量向下入射到待蝕刻晶圓的上表面，對待蝕刻晶圓進行處理。
較佳地，第二射頻功率大於3000W。
本發明透過採用原子層沉積製程，增強原靜電吸盤的孔（如頂針孔、氦氣孔）附近的耐擊穿性能，對其進行有效的絕緣防護，達到穩定運行和延長使用壽命、降低成本的作用。
本發明的有益效果：(1)有效解決電弧放電問題 (arcing issues)；(2) 在電漿製程中維持穩定正常的靜電吸盤功能而不引入顆粒與金屬污染；以及(3)改進的靜電吸盤可應用於高功率及/或高溫且具有腐蝕性製程氣體的電漿蝕刻環境。
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地說明，顯而易見的是，所說明的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本發明中的實施方式，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於說明本發明和簡化說明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於說明目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
如圖1所示，為一種靜電吸盤典型的下電極組件，包括金屬基座10，其連接到射頻電源，金屬基座10上方設有靜電吸盤，靜電吸盤內包括內電極25，內電極25上下均被介電層20覆蓋。晶圓30被設置在位於內電極25上方的介電層20上。將處理腔（如電漿處理腔）的上電極50接地。在將晶圓30設置到介電層20上並將製程氣體（如，具有腐蝕性的反應氣體）注入到處理腔中後，透過施加到上電極50與下電極組件之間的第一射頻射頻功率，進而在處理腔內產生電漿40，電漿40具有連接處理腔側壁的上電極50和晶圓30的導體的作用。在此，如果向內電極25施加負電壓，就會產生使晶圓30與介電層20彼此吸引的夾緊力，即可將晶圓30夾持到介電層20上。從第一射頻功率（60Mhz）的同一電源或從另外電源向金屬基座10施加第二射頻功率（2Mhz），控制積累在晶圓30表面負電子的量，這些積累的負電子產生很高的負偏壓，以使電漿40的正離子由於自偏壓而以較高動量向下入射到晶圓30上表面。此外，將晶圓30夾持到介電層20上的夾緊力由於自偏壓而增大。
在電漿蝕刻過程中，因為晶圓30由於離子碰撞而受熱，因此設置了穿過金屬基座10和介電層20的冷卻氣體注入孔15（即氦氣孔，Helium hole），用以對晶圓30進行冷卻。通常來說，透過注入孔15供應氦氣(He)，且氦氣通過介電層20上形成的溝槽散佈到介電層20的整個上表面上。由於晶圓30是被靜電力吸附到介電層20上的，而且靜電吸盤上表面的外周緣設置有一圈高出內側氦氣流通區域的密封環，密封環與晶圓背面互相緊密貼附，因此，供應的冷卻氣體不會從介電層20上的密封環漏出。此外，進一步設置了穿過金屬基座10和介電層20的頂針孔17（即針孔，pin hole），可透過頂針19在頂針孔17內的上下移動促使晶圓30從靜電吸盤上分離（dechucking）與位置抬升。
在傳統的靜電吸盤中，當向金屬基座10施加高功率的第二射頻功率時，例如2Mhz或者400Khz的第二射頻功率的數值大於3000W時，會在晶圓30的表面積累產生幾千伏的電壓，從高電壓的晶圓表面到金屬基座10之間大部分區域以具有良好絕緣性的靜電吸盤材料覆蓋，但是在頂針孔17和氦氣孔處由於沒有絕緣材料覆蓋，而且填充有氦氣，而且這些氣孔的直徑很小只有1mm左右，所以在如此高壓和如此近的距離下很容易會引起放電，而擊穿頂針孔17和氦氣孔頂部的氣體。一旦產生放電會擊穿或者破壞靜電吸盤的結構導致其絕緣功能變差或者整體靜電吸盤報廢。如圖所示頂針孔17的一端「A」和注入孔15的一端「B」處產生電弧。特別是，因為頂針孔17的直徑比注入孔15的大，因此對頂針孔17來說更容易產生電弧。即使在晶圓30已卡到介電層20上時，透過注入孔15供應的諸如氦氣的冷卻氣體也會流到頂針孔17，從而在頂針孔17的末端產生電弧。如果處於頂針孔17末端附近的諸如氦氣的冷卻氣體由於晶圓30的溫度局部升高而受熱，晶圓30和靜電吸盤就會因頂針孔17處產生的電漿放電而受損。
現有的靜電吸盤為了克服耐腐蝕及易產生電弧問題，通常考慮設置耐電漿腐蝕塗層。如中國專利號CN1291472C所揭露的一種抗電弧方法，其在頂針孔17和冷卻氣體的注入孔15的內表面上設置了第一保護絕緣體16和第二保護絕緣體18，從而能夠避免頂針孔17和在注入孔15的內部產生電弧。可透過塗覆過程或透過插入絕緣管來設置第一保護絕緣體16和第二保護絕緣體18。當金屬基座10由鋁(Al)製成時，第一保護絕緣體16和第二保護絕緣體18可透過陽極化過程形成。利用諸如氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2 O3 )等具有高介電常數的陶瓷作為第一保護絕緣體16和第二保護絕緣體18 ，由於其能夠極大地減小射頻功率產生的電場，因此能夠有效地避免電弧的產生。更佳地，上述專利指出可設置絕緣體70圍繞著金屬基座10。且考慮到如果在金屬基座10與絕緣體70之間存在微小間隙，就會在金屬基座10與絕緣體70之間產生電壓差，從而導致產生微小電漿電弧。為了避免產生微小的電漿電弧，較佳地在金屬基座10與絕緣體70之間形成第三保護絕緣體22。第三保護絕緣體22可透過噴塗法塗覆到金屬基座10的外表面上。
但在高射頻功率、高密度電漿反應器中，當電場強度達到一定值後，氣體引發擊穿效應還是可能發生在晶圓和頂針之間（即頂針孔），如圖3a所示，在區域E中靜電吸盤電流曲線出現正弦波變化(靜電吸盤電流正常波形如圖3b所示)，電極間的擊穿放電會使該區域易形成電弧效應，影響該區域內晶片的電性能，造成良率損失。
本發明的發明人首次發現，導致上述電弧效應的主要原因是，在腐蝕性製程氣體環境下，靜電吸盤上的頂針孔、氦氣孔內壁的絕緣層逐漸缺損，常規的絕緣層如Al2 O3 陶瓷容易被擊穿發生電弧（arcing）。由於靜電吸盤上這些小孔（頂針孔、氦氣孔）的內徑僅有0.5mm~1mm，常規的塗層無法有效地將孔內覆蓋。另外上述小孔通常是採用機械加工形成的，通常孔口頂部具有直角的截面，同樣地在高壓下很容易在孔口頂部發生尖端放電。在機械加工過程中小孔的側壁上會出現一些損傷，這些損傷出的凹口及/或裂紋都會導致絕緣性能降低，導致在這些區域容易發生放電。
針對該原因，本發明改進了靜電吸盤耐擊穿性能，透過原子層沉積技術在靜電吸盤的頂針孔、氦氣孔內壁鍍膜，形成具有較高耐擊穿性能的陶瓷塗層。原子層沉積製程相較於其它鍍膜製程，可以有效的實現對小口徑深孔內壁的全覆蓋，有效的提高靜電吸盤的耐擊穿性能。
如圖4所示，本發明提供的一種利用原子層沉積技術改進靜電吸盤耐擊穿性能的方法包含：
步驟S1，通入第一反應氣體，進行第一化學吸附：將靜電吸盤置於原子層沉積反應器中，向原子層沉積反應器中通入含鋁的第一反應氣體（如，Al(CH3 )3 ），進行第一化學吸附，使得第一反應氣體吸附至靜電吸盤表面，尤其是頂針孔、氦氣孔的內壁；
步驟S2，採用氮氣流吹掃，以除去靜電吸盤未吸附的第一反應氣體及/或第一化學吸附所產生的副產物；
步驟S3，向原子層沉積反應器中通入第二反應氣體（如，H2 O），進行第二化學吸附；
步驟S4，採用氮氣流吹掃，以除去靜電吸盤未吸附的第二反應氣體及/或第二化學吸附所產生的副產物；
步驟S5，重複步驟S1至步驟S4，直到靜電吸盤，尤其是頂針孔、氦氣孔的內壁鍍膜（如圖2中的16、18處）符合要求。其中鍍膜厚度可以選擇10nm至2μm，10nm以下厚度太小無法填充修復表面形狀，並降低表面粗糙度，當鍍膜厚度太大，達到2μm以上時，鍍層會容易發生剝落或開裂也不能實現本發明之目的。
透過本發明提供的原子層沉積製程可以在小孔內壁和靜電吸盤的介電層的頂部生長一層同材料的絕緣層，可以覆蓋上述的凹坑或裂紋，可以使得小孔側壁和介電層頂面的粗糙度大幅降低，從處理前的0.4至0.8μm降低到0.25至0.3μm，也就是突出部和凹陷部被一定程度抹平。更平滑的表面可以減少放電現象的產生。另一方面小孔頂部的區域，介電層的頂表面和小孔的側壁之間的小孔上沿，在經過本發明的原子層沉積製程處理後也出現了圓滑的過渡表面，避免了尖端放電現象產生。透過本發明提供的原子層沉積處理製程對靜電吸盤的處理，可以修正上述頂針孔和氦氣孔的表面粗糙度，更可以進一步修正開口頂部形貌，大幅減小了放電發生的機率。
本發明提供的原子層沉積處理製程可以是在新製造的靜電吸盤上進行，隨後將處理後的靜電吸盤安裝到具有高功率第二射頻電源的電漿處理器中，進行電漿處理。也可以在進行長時間（200至1000RF小時）電漿處理後將帶有部分損傷的靜電吸盤取出，再次進行原子層沉積處理，再次恢復靜電吸盤介電材料表面屬性，長期避免放電現象產生。
綜上所述，本發明利用原子層沉積技術在靜電吸盤的頂針孔、氦氣孔的內壁鍍上具有較高耐擊穿性能的陶瓷塗層，包括但不限於Al2 O3 、AlN等，避免靜電吸盤在使用過程中發生電弧效應，延長了靜電吸盤的使用壽命，降低了生產成本，尤其適用於高射頻功率及/或高溫具有腐蝕性製程氣體的電漿蝕刻環境。
儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
10:金屬基座 15:注入孔 16:第一保護絕緣體 17:頂針孔 18:第二保護絕緣體 19:頂針 20:介電層 22:第三保護絕緣體 25:內電極 30:晶圓 40:電漿 50:上電極 70:絕緣體 S1,S2,S3,S4,S5:步驟
圖1是一種靜電吸盤典型的下電極組件的示意性剖視圖。 圖2為現有技術的另一種靜電吸盤的示意性剖視圖。 圖3a為現有的靜電吸盤電流異常波形圖，其中橫座標表示時間，縱座標表示電流。 圖3b為現有的靜電吸盤電流正常波形圖，其中橫座標表示時間，縱座標表示電流。 圖4為本發明的一種利用原子層沉積技術改進靜電吸盤的耐擊穿性能的方法的製程流程圖。
S1,S2,S3,S4,S5:步驟

Claims (17)

  1. 一種利用原子層沉積製程對靜電吸盤進行處理的方法，包含： 步驟1，將一靜電吸盤置於一原子層沉積反應器中，向該原子層沉積反應器中通入含鋁的一第一反應氣體，進行一第一化學吸附，使得該第一反應氣體吸附至該靜電吸盤表面； 步驟2，採用氮氣流吹掃，以除去該靜電吸盤未吸附的該第一反應氣體及/或該第一化學吸附所產生的副產物； 步驟3，向該原子層沉積反應器中通入一第二反應氣體，進行一第二化學吸附； 步驟4，採用氮氣流吹掃，以除去該靜電吸盤未吸附的該第二反應氣體及/或該第二化學吸附產生的副產物； 步驟5，重複步驟1至步驟4，直到該靜電吸盤符合要求。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該靜電吸盤具有複數個頂針孔和複數個氦氣孔。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該靜電吸盤表面覆蓋有一Al2 O3 陶瓷層。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該第一反應氣體為Al(CH3 )3 。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該第二反應氣體為H2 O。
  6. 一種利用請求項1至請求項5中的任意一項所述的方法處理後的靜電吸盤，其中該靜電吸盤包括一第一介電層、一第二介電層和設置在該第一介電層與該第二介電層之間的一電極層；該第一介電層的上表面用於支撐待處理晶圓；該靜電吸盤中設置有穿過該第一介電層與該第二介電層的一頂針孔和一氦氣孔，該頂針孔、該氦氣孔及/或該第一介電層的上表面的粗糙度小於0.35μm。
  7. 如請求項6所述的靜電吸盤，其中該靜電吸盤的該第一介電層的上表面、該頂針孔和該氦氣孔的內壁均設有一Al2 O3 陶瓷層。
  8. 如請求項7所述的靜電吸盤，其中該Al2 O3 陶瓷層上透過原子層沉積製程沉積有一鍍膜層。
  9. 如請求項8所述的靜電吸盤，其中該鍍膜層的厚度為10nm至2μm。
  10. 如請求項8所述的靜電吸盤，其中該頂針孔和該氦氣孔的頂部呈圓弧過渡面。
  11. 如請求項8所述的靜電吸盤，其中該鍍膜層為原子沉積的Al2 O3 層及/或AlN層。
  12. 一種電漿處理裝置運行方法，該電漿處理裝置包含一反應腔，該反應腔上部設有一噴淋頭、一上電極組件，下部設有一金屬基座、一下電極組件；其中該運行方法包括：一電漿蝕刻步驟和如請求項1項至第5項中的任意一項所述的方法； 其中，該電漿蝕刻步驟包含： S1，將該靜電吸盤安裝至該金屬基座上，待蝕刻晶圓設置於該靜電吸盤上； S2，透過該反應腔內的該噴淋頭引入製程氣體； S3，向該上電極組件與該下電極組件之間施加一第一射頻功率，以在該反應腔內產生電漿氣體； S4，向該金屬基座施加一第二射頻功率，控制積累在晶圓表面的一負電子的量，該負電子積累產生自偏壓，以使電漿的正由於自偏壓而以較高動量向下入射到待蝕刻晶圓的上表面，對待蝕刻晶圓進行處理。
  13. 如請求項12所述的運行方法，其中該第二射頻功率大於3000W。
  14. 如請求項12所述的運行方法，其中該靜電吸盤具有複數個頂針孔和複數個氦氣孔，該複數個頂針孔和該複數個氦氣孔內壁設置有一Al2 O3 陶瓷層。
  15. 如請求項14所述的運行方法，其中該Al2 O3 陶瓷層上透過原子層沉積製程沉積有一鍍膜層。
  16. 如請求項15所述的運行方法，其中該鍍膜層的厚度為10nm至2μm。
  17. 如請求項16所述的運行方法，其中該頂針孔和該氦氣孔頂部呈圓弧過渡面。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117153672A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 粤芯半导体技术股份有限公司 一种介电层及其制作方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114300335B (zh) * 2021-12-22 2024-01-19 拓荆科技股份有限公司 晶圆处理装置
CN116408252A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 南昌中微半导体设备有限公司 工件处理方法、工件及等离子体处理装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7871676B2 (en) * 2000-12-06 2011-01-18 Novellus Systems, Inc. System for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD)
KR100427459B1 (ko) * 2001-09-05 2004-04-30 주성엔지니어링(주) 아크 방지용 정전척
KR101090895B1 (ko) * 2003-05-09 2011-12-08 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 화학적 비활성화를 통한 반응기 표면의 패시베이션
JP4992389B2 (ja) * 2006-11-06 2012-08-08 東京エレクトロン株式会社 載置装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN102337523A (zh) * 2011-10-13 2012-02-01 姜谦 选择性原子层沉积成膜方法
SG10201806706VA (en) * 2014-02-07 2018-09-27 Entegris Inc Electrostatic chuck and method of making same
US20160379806A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Lam Research Corporation Use of plasma-resistant atomic layer deposition coatings to extend the lifetime of polymer components in etch chambers
US20160375515A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 Lam Research Corporation Use of atomic layer deposition coatings to protect brazing line against corrosion, erosion, and arcing
JP6986937B2 (ja) * 2017-01-05 2021-12-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US10186400B2 (en) * 2017-01-20 2019-01-22 Applied Materials, Inc. Multi-layer plasma resistant coating by atomic layer deposition
US10975469B2 (en) * 2017-03-17 2021-04-13 Applied Materials, Inc. Plasma resistant coating of porous body by atomic layer deposition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117153672A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 粤芯半导体技术股份有限公司 一种介电层及其制作方法
CN117153672B (zh) * 2023-11-01 2024-01-26 粤芯半导体技术股份有限公司 一种介电层及其制作方法

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