TW303505B - Substrate support chuck having a contaminant containment layer and method of fabricating same - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於一種用以在半等體製造系統中支撐半 導體晶Μ之基體支撐夾頭。更特別的是•本發明係有闞於 一種沈積於基體支撐夾頭表面上用以支撐半導體晶片之污 染隔絕層，以使面對夾頭之晶片表面不會接觸到基體支撐 夾頭表面。 該等基體支撐夾頭廣泛地使用於在半導體製造系统中 支撐基體。一種用於高溫半導《製造系統•例如高溫物理 蒸氣沈積（PVD)*中之特殊樣式夾頭為一種陶瓷靜電夾頭 。此等夾頭用於在製程中以靜態位置支撐半導體晶片，或 其他工作片。此種靜電夾頭包括有一或更多個電極嵌埋於 一個陶瓷夾頭主趙中。該陶瓷材料一般為氮化鋁或接雜金 羼氧化物如氧化钛（TiO*)之氧化鋁或其他一些具有相似電 阻性質之陶瓷材料。此種陶瓷在高溫時具有次導電性。 在實用中·當夾持«颸作用於電極時晶片齊平地靠著 夾頭主體之表面。由於高溫時陶瓷材料之導電性霣*該晶 片主要係藉由Johnsen-Rahbek效應而保持倚靠在陶瓷支撐 物上。此一夾頭發表於1992年5月26日刊行之美國專利第 5，117，121號。 使用陶瓷林料製成的夾頭主體有一個缺點•即在製造 支撐物的過程中將陶瓷材料拋光以製成枏當平滑的表面。 此種撖光動作造成附著於夾頭主«表面並陷入细孔中的撤 粒。很難將此等微粒從表面上完全除去。於是•可發現到 在晶片停留於陶瓷靜電夾頭上之後其背面上有數以萬計之 污染撤粒。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 if 來 1 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 «03505 a7 _ B7 五、發明説明（2 ) 此外*用以製造陶瓷夾頭之燒结製程造成了可輕易地 從夾頭表面"掉落"的陶瓷材料"顆粒"。甚且*該拋光製程 可能造成夾頭主艚表面破裂。於是•使用夾頭時•由該等 鏠隙中持續地產生出撤粒。同樣地*在製造晶片之製程中 •陶瓷夾頭可能磨損晶片底側之晶片氧化物•而造成污染 物進一步進入製造環境中。使用夾頭之過程中•該等微粒 與/或陶瓷顆粒本身可能附著於晶片底側並被帶往其他處 理室中或造成晶片上製成的霣路受損。 1985年12月24日刊行之日本專利申請第60-261377號* 發表一棰具有一個浮凸支撐面之陶瓷靜電夾頭。該浮凸形 狀減少了接觸於晶片之陶瓷支撐物之表面面積。因此•減 少了移往晶片之污染撤粒數目。然而•此種浮凸樣式保留 了陶瓷材料與晶片底«之間某些程度之接觸。而且，用以 將工作片維持在夾頭上之靜電力使落於浮凸樣式中之微粒 帶有電荷。此等激粒靜電地吸附於晶片底側並附著於其上 。如此，雖然已經減少，仍有許多污染物。 同樣地*用於低溫製程中之基贗支撐夾頭（即•低於 3001C )亦可能產生妨礙晶片製造之污染微粒。此種低溫夾 頭包括有靜電夾頭Μ及具有一般以介電材料例如氧化鋁製 成之晶片支撐面之m械夾持頭。在使用過程中亦發現此等 夾頭樣式會產生微粒污染物於製程中附著於晶片底側。 因此，在工藝技術上需要設備來當晶片支撐於夾頭上 時降低附著於晶片底側之撤粒污染物數量。 本發明在夾頭表面上沈積有一層镀膜克眼了先前工藝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 -----.---；--「裝------訂-----旅. * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 303505 五、發明説明（3 ) 技術所帶來的缺點。更特別的是，本發明係一層沈積於夾 頭支撐表面上厚度近於5至10撤米之污染隔絕曆。為了製 成次導電之表面以利於Johnsen-Rahbek效應，該隔絕層係 以摻雜的非结晶材料製成•較諸於夾頭表面材科其具有優 秀的接觸性霣，包括較不易磨損並且一般更具順從性。作 為例示之隔絕層材料包括有硼硅，氟硅*摻雜質之氧化鋁 *聚硅嗣膜*導鬣氧化物膜，鑽石鍍膜以及類似者。 該隔絕層將位於夾頭表面上之污染物微粒與顆粒密封 在夾頭表面上。如此*係以隔絕層而非直接以夾頭支撐面 來支撐晶片。因此，晶片相鼷於夾頭表面之隔離闞係確保 夾頭表面上之污染物不會附著於晶片底側。依此方式，可 實質上降低晶片與處理室之污染。 參考以下詳述並配合附圔將可瞭解本發明之涵義*其 中： 第1匾所示為》瓷靜霣夾頭之垂直截面·，其中包括 有本發明之污染隔絕層；以及 第2圓所示為第1圓之_瓷靜電夾頭之頂蟠平面圔。 為了有肋於瞭解•在B示中，於可能之處*相同的元 件利用相同的參考攞號榡明。 第1匾所示為沈積於隊瓷靜霣夾頭104支撐面102上之 污染隔絕層100之垂直截面園。為了例示本發明之蓮用， 第1國顯示該隔絕層100支撐著一涸半導«晶片112。第2匾 所示為第1園之隔絕層100之頂鏽平面_ (不含晶片112)。 為了充分瞭解本發明*當讚者閲諝下列敘述時應參閲第1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} ml· 1^1 —ill 11— 士 ml in (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 6 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 與2圈兩者。 雖然之前討論的本發明實腌例係配合》瓷靜電夾頭使 用·本發明亦可用在各種形式之夾頭土支撐基《•包括非 »瓷靜電夾頭，櫬械夾持頭* K及類似者。本發明一個重 要特徴為該隔絕層係以接觸特性不同於夾頭材料之材料製 成，以使得表面材料不會接觸於晶片底俩。因而，本霣上 得K在處理室環境中將夾頭表面密封起來。 先前實施例中，該靜霉夾頭104具有一或更多個霣極 106嵌埋於R瓷夾頭主鱧108。嫌然所發表者為一對雙極性 電極》該等鬈檯亦可採用多極式或雙極式。此外*該等電 極可為各種形狀包括圓形*D形，交叉指形或類似者。該 k瓷夾頭主體係以•例如，氮化鋁或氯化砸製成。此種次 専體陶瓷材料在半導體高溫製程中可增強Johnsen-Rahbek 效應。其他次導體陶瓷亦可為有用的高溫夾頭材料例如摻 雜有钛氧化物或鉻氧化物之氧化鋁。若夾頭僅用於低溫下 •夾頭主艘可以其他陶瓷與/或介電材料例如氧化鋁製成 。在1993年6月7日刊行之美豳専利申請序號08/073,0285 中發表一種附有圖解之陶瓷靜《夾頭•於此作為參考。在 1980年1月15日刊行之美圔專利申請4,184,188以及1983年 5月24日刊行之美圃専利申請4,384,918中發表有非陶瓷靜 霣夾頭實施例，於此作為參考。 該隔絕層100通常係利用化學蒸氣沈積（CVD)製程沈積 於夾頭主«108之支撐面102上。其他沈積技術包括有射 *等離子堆強CVD，焰噴塗以及類似者。較諸於夾頭表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱价背面.之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 材料*隔絕層材料具有優秀的接觸特性。例如•較諸於夾 頭表面材料塗佈材料一般較不易磨損並更具順從性（例如 ，造成較少的微粒）。一般而言•用以在陶瓷夾頭上製成 隔絕層之材料具有结晶结構•例如摻蟾質之類玻璃材料。 此種材料包括有硼硅，氟硅，以及類似者。其他可用作隔 絕曆100之材料包括有導電氧化物膜•聚硅酮膜以及一種 薄（約5微米厚）次専《陶瓷沈積膜*例如*氮化鋁或氮化 硼，以及類似者。此種薄沈積陶瓷不需抛光或焴结，因而 不會有隙縫或孔隙。因此1用於夾頭主體之類似材料薄沈 積層不會像夾頭主體之拋光面般造成或維持撤粒。 此外*亦可用小於5撤米厚的嫌石塗佈層形成隔絕層。 此一薄曆大體上不會干擾將晶片維持在夾頭上之Johnsen-Rahbek效應。此一薄鑽石塗佈層係利用沈積技術例如熱絲 纖沈積或等離子蝤強CVD而形成。 簡言之*無論何種材料*隔絕層材料沈積成約5至10 微米之預定厚度。隔絕曆均勻一致地沈積於靜電夾頭全部 表面上。 為有利於從晶片至夾頭主艚之热傅遞·將热傳«介霣 ，例如•如氨氣之氣«，灌人介於晶片112背面ϋΙ隔絕層 頂面之間之填隙空間。此冷卻技術稱之為"背面冷卻"。鞴 由一個穿過夾頭主《與陽絕層之通道110將該熱傳通介霣 供應至晶片背面。一般而言以2至3〇SCCb之速率將該介質 供應至晶片底側。此著名之背面冷卻技術發表於，例如* 由Tepman等人於1993年7月20日所提出之美画專利申謫第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 8 --------^--「襄II (請先閲會背面·之注意事項再填寫本頁)

、1T 303505 a7 B7 五、發明説明（6 ) 5,228,501號。於玻璃層表面可形成額外熱傳遞介質散佈 通道114Κ有助於热傅遞介質分佈於整個晶片底俩。 一般而言該等通道切入夾頭表面中而隔絕層均勻地塗 佈於夾頭表面以在隔絕層中形成該等通道。然而•可在沈 積隔絕層之通程中利用掩膜形成該等通道，或可將該等通 道切入硬化隔絕層材料中。 利用本發明之m染隔絕曆搭配陶瓷夾頭等致晶片與處 理室環境之浮游撤粒污染實-質地減少。重要的是，該隔絕 層不會明顯地妨礙夾持製程或強烈影響將晶片維持在靜電 夾頭上之夾持力。 锥然本文中已經詳细顬示並敘述本發明說明中之各種 實施例，該等蠼熟於工藝技術者仍然易於設計許多其他符 合此等說明之變化實施例。 ----------1 裝------訂------τ'束 . Γ ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（7 ) 元件標號對照 100.. .污染隔絕層 102.. .支撐面 104.. .陶瓷靜電夾頭 106.. .電極 108.. .陶瓷夾頭主體 110.. .通道 112.. .半導體晶片 114.. .敗佈通道 (請先閲请背面之注意事項再填寫本頁) -裝 、-tv 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 10

Claims (1)

1. 經濟部中央榡準局男工消費合作社印製 A8 Βδ C8 〜-------- D8 申請專利範圍 用於支撐工作件之装置，其中包括有： 一嫡污染隔絕層，沈積於工作件支播夾頭之支撐面上， 以隔離於該支撐面之方式來支撐該工作片。 2 -如申請專利範圍第1項之裝置，其中該污染隔絕層為一 棰摻雜質之玻瑰。 3·如申請專利範圍第2項之裝置，其中該摻雜質之玻璃為 棚矽。 4-如申請專利範圍第2項之裝置，其中該摻雜質之玻璃爲 氰矽。 蕾 5.如申請專利範園第1項之裝置，其中該支播面係以陶瓷 材料製成。 6·如申請專利範圍第5項之裝置，其中該陶瓷材料在高於 約300C之溫度下為部份導電性。 7·$Π申請專利範圍第6項之装置，其中該陶瓷材料為気化 鋁*気化硼或摻雜導霣氧化物之氧化鋁。 ΜΠ申請專利範園第丨項之裝置，其中該支撐面係以介霣 材料製成。 9·—用於支撐工作件之装置，其中包括有： 一具有數舾嵌埋於支播面之下的電極之陶瓷靜電夾頭； ~値沈積於該陶瓷靜電夾頭之該支播面上用Μ支播一個 近於該陶瓷靜《夾頭之工作件，其中該塗佈層係W摻 雜質之玻瑀製成。 10.如申請專利範圍第9項之裝置，其中該靜電夾頭之支 撐面係Μ晃化鋁，氮化硼或摻雜導電氧化物之氧化鋁 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐〉 11 ----：--ί---7 求------訂------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   經濟部中央榡準局貝工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8申請專利範圍 製成。 11.如申請專利範圃第9項之裝置，其中該摻雜質之玻璃 爲硼砂。 12 ·$π申請專利範圍第9項之裝置，其中該摻雜質之玻璃 爲氟矽。 13·—棰製造工作件支撐夾頭之方法，其中包括有Μ下步 驗： 提供具有一値支播元件之工作件支推夾頭； 在該支撐元件之支撐面上將非晶性材料沈積成一層均 勻薄層Μ形成一層污染隔絕層。 14.$卩申請專利範圍第13項之方法，其中該沈積步驟包括 有利用一種化學蒸氣沈積裂程來沈積非晶性材料之步 駿。 15 _如申請專利範圍第13項之方法，其中該非晶性材料為 硼矽。 16. 如申請專利範園第13項之方法，其中該支撐元件係以 陶瓷材料製成。 17. 如申請專利範圓第16項之方法，其中該陶瓷材料在高 於約300¾之溫度下爲部份導電性。 18. 如申讀專利範匯第16項之方法，其中該陶瓷材料為気 化鋁，氮化硼或摻雜導霣氣化物之氧化鋁。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 12