TW444320B - Improved substrate support apparatus and method for fabricating same - Google Patents

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444320 A7 B7 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 玉、發明說明（） 發明領域： 本發明係關於改良之基材支撐設備，更特定說來，本 發明係關於可用以降低吸盤中電荷累積現象之具阻障層 加強電極的靜電吸盤。 發明背景： 靜電吸盤係用以在各種不同應用中，將—工作部件維 持在一丰導誼晶園反應室中，這些應用包括固定一基材， 如一半導體晶圓。雖然各種靜電吸盤在設計上有所不同， 但它們的基本原理都是將一電壓加在一個或更多個電極 之上’使能降低分別位於工作部件及電極上之不同極性電 荷’其中不同極性之間的靜電吸引力能將工作部件推至靠 住吸盤，所以能支持住工作部件a 在半導體晶圓設備裡’靜電吸盤係用以將晶圓固定或 箝位至一製程反應室中的座檯之上’其中座檯具有外加的 設備，如加熱器、散熱片、熱轉移氣流埠、外加電極等等， 以在處理晶®時能調節溫度、工作電壓及其它反應室條件 而得到最大之製程良率。在一典型的晶圃處理循環中，晶 圓被導入一製程反應室中，並被置於靜電吸盤的支撑表面 上 吸盤電壓並在電極上加恩一段時間，此時間可以從 數毫秒至30秒鐘，這段時間並進行晶圓處理（物理氣相沉 積、化學氣相沉積、化學機械研磨等等），之後將電極上 之電壓移開，並將晶圆移出製程反應室。 就理想上說來，當電極上的電壓移開時，靜電吸盤上 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4_規格（21〇 χ 297公釐） ---li(lfl-ln 裝·---— — — I 訂·--------線· ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

4443 2〇 五、發明說明（ 並不會有殘留或累積電荷存在’但就吸盤本身而言，晶圓 必須能夠很輟易自靜電吸盤的支撐器表面中移開，換句話 說’殘流電荷之累積在靜電吸盤中所造成的殘留吸力必須 要在晶圓移出該製程反應室之前將之消除，如果使用過度 的力抵消該殘留吸力，那麼晶®可能會毁壞或破裂，其上 的電路元件等也就會被破壞。另殘留電荷未身也是具破壞 性的，因為它們降低了用以將晶圓維持在支撐表面的吸 力，如此便會讓後續的製程條件變差。例如，較小的吸力 會使得晶圓背面的熱轉移氣體壓力變得不均勻，而此整力 的不等會造成晶圓的位移或跳離原位，也會破壞溫度之控 制’而使得製程條件變差及造成污染微粒此外，在整批 晶圓的處理過程中’靜電吸盤中的電荷累積會使得去除吸 力或移開處理過的基材變得困難重重。 第1圖中說明一在製程反應室（未顯示）中用於支撐及 維持基材的典型雙極性靜電吸盤100，其中基材為一半導 體晶圓[06。吸盤1〇〇具有一介電物質形成的吸盤禮 102，如氮化鋁、氮化碉。一個或多個電極108l及1〇82 置於吸盤體102之令。一電源11〇連接至每一電極並給予 其偏壓，以形成所需的電場及吸力。晶圓1〇6維持在靜電 吸盤的一基材支撑表面104之上β 某些情況下’電極由鉬製成，因為它的電特性及與氛 化鋁吸盤體之相近熱膨脹係數使其成為電極材料的極佳 選擇*然而當負電壓加至氮化鋁體上的鉬製電極時，負 電極上支撐表面的電位就會下降，相對於正電極上的電患 第6頁 本紙張尺度適用_國國家榡準（CNS)Ai規格（210 X 297公芨） (锖先閱讀背面疋注意事項再填寫本頁) 裝--------訂-丨------*線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 443 2 0 A? __B7 五、發明說明（） 而言變得較低。 第2圈將詳細描述此現象。更特定說來第2圖係說 明靜電吸盤100之正負電極支撐表面的時間（秒）與電 位（伏特）關係圖200。圖200之區域a為時間〇<t<T I的部 伤’此時加至電極的吸盤電壓為〇;區域B為時間 的部粉’其中正吸盤電壓加至正電極1〇8ι(線2〇2)，負吸 盤電壓加至負電極1 082(線204)。由圓示中可知，一旦加 上吸盤電壓之後’正電壓就會維持在穩定值，但負電墨則 首先抵達一和正電壓相近的值，隨後降至較小的負值，其 中支擇表面電位的改變以Δνη表示。區域〔為時間t>T2 的部份’此時吸盤電壓巳被關閉·》此時，正電墨急速下降 至0’且存在一相當小量的殘留值’然而負電壓值則超過 Y軸大约Δ Vn，之後便開始緩慢下降。 在區域B的負電位下降不是所想見到的，因為它代表 在表面上的吸力減少了"在區域C中這種狀況同樣是不想 見到的’因為這表示沒有將晶圖自支撐表面快速移動的能 力。此外，切斷供給電源或暫時地對電極極性反向置換也 沒有辨法減輕此一狀況。一般對此狀況的因應對策為利用 電極/吸盤體介面的電化學製程來產生厶vn，使得區域性 的正電荷能夠連續存在於吸盤禮内，但因銷電極與氣化叙 吸盤體之間相近’所以會形成對靜電吸力不利的累積電荷 或内部電池狀況（internal battery) »更特定說來，正電荷在 應該是負地荷區域的地方所形成的斥力將抵消吸力，甚至 會迫使晶圓完全離開基材的支撐表面。 第7頁 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4·規格（210 X 297公釐） (諳先閲讀背面之迮意事項再填寫衣頁) 裝 -----— —訂--------線 經濟部智慧財度局負工消費合作社印製 4 443 2 0 A7 B? 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 所以，習知技術實在需要一個改進的靜電吸盤，使其 在經過多次的使用之後，靜電吸盤仍不會有電荷累積的狀 況β 發明目的及板诚： 習知技術中常久存在的缺點可因本發明之用以支持 基材的設備及其製造方法而得到克服.更特定說來’本發 明為一靜電吸盤，其中至少包含一吸盤體，至少一電極， 該電極位於該吸盤體内，及一阻障層形成於該至少一電極 的周圍。吸盤體以由一不純介電材料製成為佳，如掺雜氮 化鋁，以能形成強生拉貝克（Johnsen-Rabek)效應而電極 則以導體材質製成，如鉬β阻障層材料為選自由導體材質 及半導體材質所組成的群組中。在本發明之不同的實施例 中，阻障層由與吸盤體不同的介電材料所構成，這種不同 的阻障層材料可以是氮化硼、氮化钽及氮化鈦，也可以是 摻雜的，使得它們具有—有限阻抗，並能產生強生·拉貝 克效應》 種用以形成靜電吸盤的方法包括以下步驟：提供至 少一電極、在一電極周圍形成阻障層、並在吸盤髏之内形 成阻障層/電極合體。電極係由鎢或鉬形成、其外並鍍上一 導體或半導體阻障層材料，鍍膜的形成可以是以任何可能 的方法進行，其中包含物理氣相沉積、化學氣相沉積、嘴 火（flame spraying)、電鍍、熱回火及電漿回火。在一較佳 實施例中，阻障層材料是一種材料的合金，用以形成如氮 第8貫 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)At規格⑵G x 297公爱） ---------„------^--------訂---------線 — (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印"农 4'443 20 A7 B7 五、發明說明（） 化鉬的電極*在一不同實施例中’阻障層是由一不純介電 材料形成’但其係與吸盤想的不純介電材料為不同的材 質β例如，阻障層介電材料為氮化钽、吸盤體材料為氮化 鋁，且兩者都有摻雜雜質’以形成有限阻抗的特性。 上述討論之方法及設備能夠提供一種在電極/吸盤禮 介面有較低的電荷累積效應之靜電吸盤’這種結構的重要 性因電荷累積的減少降低了”電池效應"而突顯出來，其中 這種電池效應會弱化或降低靜電吸力。 圖式簡單說明： 吾人在經由以下詳細說明並配合圖示之說明，即能夠 輕易了解本發明之意旨’其中： 第1圖為習知技術所採用的雙極性靜電吸盤之剖面视圈： 第2圖為習知技術之雙極性靜電吸盤中的表面電位及時Μ 之關係座標圖，其中說明負電位之下降； 第3圈為本發明之設備的的剖面圖；及 第4圈為用以說明形成本發明之設備的方法步驟之流程 圖β 此外，詳細說明和圖示中都附有元件之參考數字，以 便於吾人對本文之了解。 圈號對照邈明： 100 靜電吸盤 102 吸盤體 104 支撐表面 106 晶圓 笫9Τ 本紙張尺度適用帽國象標準（CNS〉A4·規格（210x297公爱> ----I I I U----I 裝----丨· —丨訂------丨！^^ 、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 4 443 2 Ο Α7 B7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五、發明說明（） 108ι 電極 1082 電極 110 電源 200 圖 300 靜電吸盤 302 吸盤體 304 支撐表面 306 基材 308 電極 308ι 電極 3082 電極 310 電源供應器 3 12 阻障層 3 14 電極/吸盤體介面 崧明詳細說明二 第3圖說明本發明之設備的剖面圖。更特定說來，一 靜電吸盤300能將基材（即半導體晶圖306)支撐且支持於 靜電吸盤300的支撐表面304之上，其中靜電吸盤300至 少包含：一吸盤體302，由不純介電材料及導電材料所形 成，其中導電材料係選自摻雜之氮化鋁、鋁及摻雜之氮化 硼所形成的群组中β另#電吸盤3 00也包含一個或多個電 極308，其中電極能產生所需要的電流及電場，以將基材 306維持在支撐表面3〇4之上。掺雜物並加入介電材料 中，以降低其阻抗，進而增加靜電吸力所需要之強生-拉 貝克效應，其中這種效應係將吸趣體中一小但極具效益之 電流用於支撐表面304之大靜電電位上。若欲了解強生、 拉貝克效應之詳細說明，請逕行參考案號為5,656,093,

5,463,526及5,117,121的美國專利案，在此將之併入，以 利於參考D 本發明囷示於第3圖的較佳實施例中’其靜電吸 — Jllillh i— n n I - I I I I n n I I I n n n n I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 I---------- B7 五、發明說明（） 300是一個雙極性靜電吸盤。更特定說來，在吸盤體3〇2 中至少具有兩個電極3 08!及3 082，其中每一雙極性靜電 吸盤電極都連接至一電源供應器310*更特定說來，每一 電極相對於其它連接至電源供應器310不同端的電極來說 都是反向偏壓的，吸盤體所形成的電流及達種偏壓方式在 其上所形成的電場將基材306維持在靜電吸盤3 00的支撐 表面304之上.一雙極性靜電吸盤範例可見於案號為 5,764,471的美國專利案，在此將之併入以供參考》 本發明所提出的吸盤300同時具有能在電極/吸盤體 介面314降低電荷累積的特性《更特定說來，阻障層312 形成在每一電極308〖及3082阉圍，它降低了電極308和 吸盤體材質302間的電化學反應，它本身的材質係選自於 導體及半導體材質所構成的群組中，所以阻障層312不應 該是絕緣材質，因為這樣的話就會使電流不能流動，且會 消除強生-拉貝克效應。在本發明之一較佳實施例中，阻 障層為電極材質的合金，就如以鉬為電極時，阻障層則為 氮化鉬。阻障層312的電特性能夠降低在電極/吸盤髖介面 發生的電荷累積，所以在支撑表面的電位總改變（即△ Vn) 也被減至最小。 本發明亦包含一種用以形成具阻障層加強電極之基 材支撐器的方法，這種基材支撐器可以是像第3圔說明的 雙極性靜電吸盤，這種方法也可以用在製造單極性或多極 性靜電吸盤。此方法的製造步驟400如第4圈所示。更特 定說來，本方法以402為起始，接下來為步驃4〇4，在此 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>Af規格（210 X 297公爱） I l·/---:裝-------- 訂---------線.* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A考規格（21〇 444320 處提供一電極，電極是以導體材質形成，且以鉬為最佳。 另一方面說來，電極可以鎢製成，在吸盤為單極性時’電 極則是以固態鋁塊製成。在步驟406中，阻障層形成在電 極周圍’熟知靜電吸盤設計及製造者當能了解此阻障層的 各主要形成方法’這種形成方法包括將該電極鍍上該阻障 層材質、將該阻障層材質沉積在該電極之上等等。例如， 阻障層材質為導電物質或半導體材質，它可以沉積（如經 由化學氣相沉積、物理氣相沉積、喷火等等）在電極之上， 也可以將電極曝露在富含能與電極物質反應之材料的環 境當中’以使能形成該電極物質的合金。 例如’一鉬電極曝露在高溫下，或將電漿曝露在富含 氮的環境當中’其中氮會與鉬反應（例如利用熱或電漿回 火）’以在該電極的曝露表面形成氮化鉬。在本發明之一 特定實施例中，一组線網（wire mesh)電極浸泡在含該阻障 物質的電解溶液當中，所以線網電極就能完全由該阻障層 材料包園。在本發明之一不同實施例中，在形成該阻障層 時可以不同的吸盤體材質取代合金材質，這種不同的吸盤 體材質如氮化钽 '氮化硼或氮化鈦，它們的摻雜雜質以吸 盤的工作溢度決定之’且在使用氮化銘及麵時，不會有前 述之不受歡迎的電荷累積特性發生在電極/吸盤體介面， 一旦阻障層及電極體形成之後，它就被放置在吸盤體 之間。例如，當形成一雙極性靜電吸盤時，至少有兩電極 置於未經固化或生體態（green body state)的陶走線帶廣 内。一旦吸盤體的形狀被建立且電極被形成於其内之後， 第12頁 297公釐） (諳先間讀背面之ii意事項再填寫本頁) 裝------—訂---------線， Α7 Β7 4 44 3 2 0 五、發明說明（） 接著行吸盤體的燒結，燒結過程將生體材料固化，進而能 將電極永遠固定於吸盤禮當中。電描及吸盤體之形成’及 這種物質的燒結以形成靜電吸盤的更進一步解釋可以參 照案號為08/834,702的美國專利_請案的詳細說明《本方 法以步瑯410為結束’其中具阻障層電極的完整吸盤體就 此形成。 上述所討論的方法及設備提供了一種在電極/吸盤體 介面具有較低電荷累積效應的靜電吸盤，這種結構的重要 性由於較少的電荷累積形成較少的電池效應而得以突 顯’其中這種電池效應會弱化或降低靜電吸力，當這種靜 電吸力變得不均勻或弱化時，表面3 〇4上的基材3 06就會 移動，並造成製程的不均勻性。另有更差的狀況是，晶圓 會因應為負電荷區域的正電荷斥力而完全地脫離基材支 撐器，所以晶圓便會被破壞，甚至使其完全不可用β儘管 本發明主要是揭露強生-拉貝克效應的雙極性靜電吸盤， 但其它的型式的靜電吸盤也可以經由以上說明而製成 之。例如’具有介電材質鍍於其上的鋁髏（或其它之導體 材質）的單極靜電吸盤若存在有上述討論的"電池效應”，那 麼它們也能加入這一阻障層以降低此電池效應。 上述係對於本發明較佳實施例之論述，在不脫離本發 明之精神範圍下，熟知此項技術者亦可設計出其它或更進 一步的實施例，但仍不脫離本發明之精神意旨，本發明之 範困將以以下的專利申請範团定義之β 第13頁 本紙張足度適用令圈國豕標準（CNS)Al規格（210 χ 297公餐） “ I-----------------^ , <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印制取

Claims (1)

1. 4443 2 0 8 0^88 ASSCD 六、申請專利範圍 1. 一種用以維持住一基材的設備，該設備至少包含： 一吸盤體； 至少一電極，置於該吸盤體之内；及 一阻障層，形成在該至少一電極之周圍a 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之吸盤體 係由一介電材質製成。 3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中上述之介電層 為摻雜氮化鋁。 4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之至少一 電極係由一導體材質製成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中上述之導體材 質為招。 請 <請先83讀背面之;i意事項再填寫本頁) 装！|訂-------線- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 質 申材。 如的中 所 項 4 第 圍 範 專 體 導 於 自 選 係 設 之 半 及 質 層組 障群 阻的 之成 述組 上所 中質 其材 ’ 瞍 備導 層 障 阻 之 述 上 中 其 備 設 之 。 述金 所合 項的 6 質 第材 圍之 範極 利電 專該 請為 申質 如材 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 « 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印裂 4443 2 〇 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中上述之合金是 氮化鉬。 9. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中上述之阻障層 係以介電材質形成，但與該吸盤體之材質不同β 10. 如申請專利範圍第9項所述之設備，其中上述之阻障層 材質係選自由氮化硼、氮化钽及氮化鈦所組成的群组 中 。 U. —種用以維持住一基材的設備，該設備至少包含： 一氮化鋁吸盤體； 兩鉬電極，置於該吸盤體之内：及 一阻障層，形成在該電極之周圍，其中該阻障層由 該電極之合金材料組成β 12. 如申請專利範圍第11項所述之設備，其中上述之合金 為氮化鉬。 13. —種用以形成靜電吸盤的方法，該靜電吸盤至少包含一 吸盤體、至少一置於該吸盤體之内的電極 '及一置於該 至少一電極之周圍的租障層，該方法至少包含下列步 驟： (a)提供該至少一電極； 第15頁 本張尺度適用t國國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁》 裘.！— —---訂 -- ------* t ο 2 3 4 4 4 A8B8CSD8 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 夂、申請專利範圍 (b) 在該至少一電極之周面形成該阻障層；及 (c) 在該吸盤體之内提供該阻障層與該電極之合想。 14.如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之至少 一電極之材質係選自於由鎢及鉬所組成的群组中。 15 -如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之步驟 (b)更包含將該電極鍵以一阻障層材質，其中將該電極鍍 以一阻障層材質的進行係以選自由物理氣相沉積法、化 學氣相沉積法、喷火（flame spraying)、電鍍、熱回火及 電漿回火所組成之方法群組中。 16.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中上述之阻障 層材料係選自於由導《材質及半導體材質所組成的群 組中。 17.如申請專利範圍第丨6項所述之方法 層材質為形成該電極材料的合金β 18·如申請專利範圍第17項所述之方法 為氮化鉬。 19.如申請專利範圍第π項所述之方法 體為一介電材料所形成。 第 16ΤΓ 其中上述之阻障 其中上述之合金 其中上述之吸盤 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公龙> 2〇 4443 I- 20.如申請專利範圍第丨9項所述之方法，其争上述之步嗶 (b) 更包含自一介電材料形成•該阻障層，其中該限障層材 I 質與該吸盤趙之材質不同。 〜j: · 21.如申請專利範園第2〇項所述之方法，其中上述之阻障 層介電材質為氮化妲，且該吸盤體材質為氮化鋁。 I ， I 如申請專利範圍第13項所述之方法’其中上述之步鄉 (c) .更包含將該阻障層/電極合體置於未經固化之吸盤體 材質之間’且稍後將該吸盤體及該阻障層/電極合禮進 行燒結。 _ I I I- I I ΙΊ 111' — — — — — · I (諝先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 頁 7 本紙張尺度適用中a a家標準（CNS)A4规格（210 X 297公5 )