TW525256B - Conductive polymer pad for supporting a workpiece upon a workpiece support surface of an electrostatic chuck - Google Patents

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525256 A7 五、發明說明（3 ) 日本公開專利申請案（K〇kai)第63 ] 94345號揭示—種靜電 ^盤’具有配置於-絕緣膜或陶宪材料表面上之導電性樹 月曰材料片。Μ晶圓及該絕緣膜間之電容係因該導電性樹脂 層厚度所夾置之距離增加而降低。產生具有改良之充電及 放私時間響應的爽盤，其係經由來自位於該絕緣材料下方 <電極上的電荷積聚之靜電吸引或庫倫力而操作。 ^然而，该電極與該晶圓間增加之距離亦導致對應較弱之 靜:卡夾力。因此，技藝界需要一種靜電爽盤，可避免與 晶圓有磨姓性接觸，減少可能黏附於晶圓背側之冷染物粒 子里，而經由詹森-拉貝克效應提供強卡夾力。 發明總結 本發明有關一種靜電夾盤，具有由導電性聚合物材料製 造之托腳墊，以使一基材保持於該夾盤上。本發明使用該 導電性托腳墊支撑一基材，提供非磨蝕性晶圓接觸、減少 晶圓背側上之微粒污染、及由詹森_拉貝克效應提供強卡夹 力之優點。 托腳墊之聚合物材料具有較該夾盤體材料優越之接觸性 質，包括較低之磨蝕性及較高之同形性。因此避免因磨蝕 性接觸而導致粒子生成。該導電性托腳墊可自聚合物材料 諸如聚醯亞胺、氟聚合物等製造，將半導電性或其他導電 性物質添加於聚合物鏈結構中。藉著適當地調整該聚合物 中導電性物質用量，可將該電阻係數控制於約10^1012歐 姆-厘米範圍内，使該夾盤於該詹森_拉貝克效應下操作。 此外’该把腳墊使一晶圓或其他工件與底層之半導電性 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 525256 A7 B7 五、發明說明（4 ) 夾盤ta保持一種間隔之關係，使得該晶圓之背侧與該夾盤 體間隔該托腳墊的厚度。該托腳墊之厚度對於本發明而言 並不嚴格，其與該詹森_拉貝克效應有關，但不影響總卡夾 力之综合分量-較厚之托腳整導致較小之综合分量。但該托 腳蟄之厚度以應大於污染粒子之預測直徑爲佳，以避免冷 染粒子於處理期間黏附於該晶圓之背侧。 於本發明之一具體實例中，形成該晶圓托腳墊之多個島 狀物係藉著使聚合物溶液滴落分配於該夾盤體上，使該聚 合物乾燥並固化而形成。另一具體實例中，該托腳墊係藉 著將一聚合物材料轉塗於該夾盤體上，使用蝕刻罩幕等以 選擇性地蝕刻不需要之聚合物材料而形成。或亦可同時使 用光敏性聚合物及適當之微影術，以形成該托腳墊。此外 ’該托腳墊亦可藉著形成一圖型而製造，其係自聚合物材 料片衝切，以產生網狀圖型，即，多個由連接條互連之島 狀物。亦可使用其他預定圖型諸如多個間隔之墊、放射條 、同心環、或放射條與同心環之组合物。 於另一具體實例中，該網係放置於夾盤體上或放置於位 在孩夾盤體表面中之對應凹陷圖型中，而使用黏著劑或其 他物理裝置（例如摩擦）而固定。此結構有利於取出該網以進 行清洗或置換。 式簡單説明 考慮以下針對附圖之詳述即可輕易地明暸本發明之敎示 ，其中·· 圖1係表示本發明托腳墊之剖面圖，其係位於一夾盤表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^5256

、發明說明（ 上，支撑一晶圓； 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 圖2係表示該晶圓托腳墊之説明圖的上視圖；且 圖3係表示本發明托腳墊之剖面圖，其係配置於一夹盤之 表面中的對應圖型凹陷上，支撑一晶圓。 爲了便於明瞭，儘可能地使用相同參考編號指稱圖中共 同之相同元件。 詳述 圖1係表示本發明晶圓托腳墊102之剖面圖，其係將一晶 圓1〇6支撑於一靜電夾盤（ESC)IOO之表面114上方。爲了説 明本發明 < 用途，圖1係表示支撑一半導體晶圓106的托腳 墊102。圖2係表示圖托腳墊1〇2的例示圖型的上視平面 圖（無晶圓1〇6)。爲了最徹底地明瞭本發明，讀者應於閲讀 以下揭示之同時參照圖1及2。 雖二：本發明較佳具體實例係於與陶瓷夾盤體112結合使用 …T纣顺，但本發明同樣亦可應用於非陶瓷夬盤體。本 發月〈關鍵特色係爲該聚合物塾1〇2係由導電性材料製造， 電阻:系數係介於_絕緣體與一導體之間。該中間値電阻係 數^ESC 1GG經由詹森·拉貝克（:_R)效應操作，提供遠強 於單獨來自靜電力、或庫儉力之卡夾力。例如，電阻係數 介於㈣MW歐姆·厘米範圍内之聚合物材料使一工… «材猎著該詹森.拉貝克效應而保持㈣夾盤⑽上。此 :一=於靜電爽盤約1015歐姆-厘米之電阻係數低數位 數。導电性4合物可藉著添加導電性或半導電性物 導電性聚合物鏈結構諸如聚醯亞胺、氟聚合物等而形成。 ---------：---τ --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 本紙張尺度適用帽國家標準(趟x挪公‘__ I I I I - 525256 A7 B7 五、發明說明（6 例如’此等導電性或半導電性物質可包括碳或矽。藉著適 當地週整琢聚合物鏈中“摻雜劑，，之用量，可形成具有可視 特疋應用需要而控制於特定期望範圍内之電阻係數的導電 性聚合物。發現雖然導電性聚合物之電阻係數具有特定之 溫度相依性’但形成之電阻係數變化一般係較所研究之特 足£用]位數，尤其是低於300°C之應用，其中該溫度係 控制於-相對窄幅範圍内。因此，當應用於詹森_拉貝克夾 盤時，溫度對於該電阻係數之影響通常不影響該導電性聚 合物官能性。 訂 於一較佳具體實例中，該靜電夾盤100係含有一或多個包 埋万、陶瓷夾盤體112内之電極116。該陶瓷夾盤體"2係爲 例如由氮化鋁或氮化硼所製造。該部分導電性（半導電性）陶 刪係促進該J-R效應，於高溫處理期間保持該晶圓ι〇6 。其他半導電性陶资諸如捧雜有二氧化鈇或氧化鉻之氧化 銘5F形成有用之高溫夾盤材料。若該爽船_僅於低溫下 使用’則可使用其他陶瓷及/或介電材料，先決條件爲該電 阻係數落於適於該J_R效應之範圍内。例示之陶堯靜電爽盤 係揭示於密6年4月30日所申請之共待審美國專利第 ，1’799號中’以提及方式併人本發明。非陶*靜電爽盤 之實例係揭示於测年” 15日所申請之美國專利第 4，184，188號及1983年5月24日所中請之美國專利第4,384 918 號中，兩者皆以提及方式併入本發明。 圖2係表示由導電性聚合物材料所製造之例示乾腳塾⑽ 的圖型上視平面圖。如實線所示，多個個別之島狀物寫集 本紙張尺度剌巾關家鮮（CNS)A4規格（210 X - 525256

奋形成該蟄102。-般，每個島狀物咖皆具有約卜1〇毫米 之直徑，以2-3毫米爲佳。其係彼此間隔，且視該島狀物之 尺寸及間隔而定’該晶圓1G6之底側表面⑽的接觸係介於2 百分比至75百分比之間。該島狀物2〇6以與該晶圓ι〇6之約5 百分比至60百分比表面積接觸爲佳。該鳥狀物2〇6之數目、 間隔及尺寸係與所需之箝力量有關。因爲該詹森拉貝克籍 力係直接與該托腳墊102與該晶圓1〇6間之表面接觸面積成 比例’就大値箝力而言，該島狀物2〇6應相對大或彼此位置 相對致密。注意該導電性聚合物㈣2之厚度不影響該詹森 -拉貝克力，唯其可藉著產生一综合分量（以詹森_拉貝克效 應與庫倫效應之組合）而於總箝力中扮演一角色。此综合力 係與該聚合物墊102之厚度成反比。因此，視該聚合物墊 102之厚度及電阻係數的特定組合而定，該综合分量於特定 條件下可變成同等於該J-R力。 或该島狀物206可藉著連接條狀物202及2〇4(透視）以形成 一網208而互連。尤其，該連接條係爲多個同心環2〇2及放 射狀延伸之連接條204。該環202例如係彼此間隔約0 64厘 米。此外，該環202及/或該放射條204可個別作爲該晶圓托 腳墊102，具有或不具有島狀物206。 本發明之關键特色係爲晶圓106係藉著該詹森_拉貝克效應 而保持於一 ESC 100之導電性聚合物墊1〇2上。該特定之托 腳塾圖型及塾材料係由該夾盤100之特定應用所界定。所考 慮之因素係包括夾盤電壓、卡夾力、晶圓厚度、夾盤電極 圖型、處理溫度等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • --------訂----------線!·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 525256 A7 ---- -B7 -—-—_______ 五、發明說明（9 ) 因爲磨蚀性較低且同形性較高，故該聚合物墊收與 106接觸時產生較該夾盤體i 12之陶资表面114少之粒^ : 形性材料#亦使該晶圓丨崎迅速輸送晶圓期間錢置於= 夾盤100上時的破裂減至最少。本發明中，使用經接雜之= 醯亞胺以形成該聚合物托腳墊102。其他具有相同導電性= 即電阻係數介於約l〇7-l〇i2歐姆-厘米範圍内之同形性S料^ 可使得可能來自其與該晶圓106之背側⑽的磨錄接觸= 微粒污染減少。 爲了幫助自該晶圓106至該夾盤體112之熱傳，於該晶圓 106背側108與該夾盤體i 12之支撑面i 14間之空間或通道 内泵入熱傳介質，例如氣體諸如氦。此種冷卻技術係稱爲 ‘‘背側冷卻’’。該熱傳介質係經由口 220提供，其係形成而言 穿該夾盤體112。該介質一般係於2-30 sccm之速率下提供於 該晶圓106之底侧108。該介質通常係自該口 22〇向外流向該 晶圓106之邊緣，而逸入該反應艙環境中。惰性氣體諸如氦 及氬係適於作爲熱傳介質。該背側冷卻係爲技藝界所熟知 ，揭示於例如Tepman等人於1993年7月20日所申請之共讓受 美國專利第5,228,501號。重要的是，當使用背侧冷卻時， 該導電性聚合物托腳整圖型係具有三重目的：（1)支撑該晶 圓106 ’以減少背側粒子黏附，（2)由該J-R效應提供晶圓卡 夾，及（3)於該夾盤體112之頂面114上產生熱傳介質分佈通 道。該夾盤體112之頂面114中亦可形成其他熱傳介質分佈 通道（未示），以進一步幫助該熱傳介質於該晶圓106之底側 108上的分佈。該背側氣體分佈通道之圖型係視該夾盤1 〇〇 12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -.丨——丨丨丨丨訂·丨—丨丨丨丨丨-線;·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 525256 A7 B7 五、 發明說明（1〇 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之應用而於設計及複雜性上變化。 圖3係表示本發明托腳墊1 〇2之剖面圖，配置於位在該夾 盤體112之表面114中的凹陷302中。詳言之，該表面114中 之凹陷302係經圖型化以符合該墊102的圖型。該經研磨或 形成於該陶瓷夾盤1〇〇表面114中之凹陷302係具有小於該晶 圓托腳墊102之厚度的深度。該凹陷302之深度可介於5-200 微米之範圍内，以50-125微米範圍内爲佳。如此，該導電 性托腳墊102係突出以高於該夾盤體112的表面丨14。將托腳 墊102放置於該凹陷302中有助於將該托腳墊1〇2固定於該夾 i 100上，防止遠托腳塾1 〇2於處理期間移動。該凹陷圖型 亦可對應於該夾盤表面i 14中之背側氣體分佈通道。 在使用一陶瓷夾盤之同時使托腳塾102可實質降低晶圓之 微粒污染。實驗數據顯示直接將一晶圓支撑於其支撑面上 之習用陶瓷夾盤可將數萬個粒子輸送至一晶圓之底側。然 而，使用本發明托腳墊使位於一晶圓底側之粒子的計數減 少至數百個粒子。 雖然本發明已列示並詳細描述收納有本發明敎示之各個 具體實例，但熟習此技藝者可輕易推知其他收納此等敎示 之變化具體實例。 ---------i—Ί^Κ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 » -13-

Claims (1)

1. 525256

   申請專利範圍 本α'Ά 一種具有一工件支撐面之靜電夾盤，、ϋ括—十 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經圖型化之導電性聚合物材料層，放置於該工件支 撐面頂上；且 該聚合物材料層係為一種具有受控電阻係數，以經由 詹森·拉貝克（Johnsen-Rahbek)效應提供靜電箝力之材料。 2·如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該聚合物材料層 係為導電性聚醯亞胺。 3·如申請專利範圍第1項之靜電夾盤 係經圖型化，以形成一網。 4·如申請專利範圍第3項之靜電夾盤 多個島狀物；及 多個連接條。 5.如申請專利範圍第3項之靜電夾盤 圖型化之金屬模心，塗佈有一導電性聚合物材料。 6·如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該聚合物材料層 係沉積於該工件支撐表面上，以形成多個島狀物。 7·如申請專利範圍第6項之靜電夾盤，其中該聚合物材料層 係經圖型化，以具有使該烏狀物互連之連接條。 8·如申請專利範圍第1項之靜電夾盤，其中該受控電阻係數 係介於約ιοΜο12歐姆-厘米範圍内。 一種裝置，其包括： 一夾盤，具有一半導性層，其具有一工件支撐面； 一經圖型化之托腳塾，配置於該夾盤之工件支撐面上 ’其中該托腳墊係由導電性聚合物材料製造，具有使該 其中該聚合物材料膚 其中該網係包括： 其中該網係包括一經 ---------^_w« I ------訂----------線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 9. • 14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐）

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 工件可經由詹森·拉貝克（Johnsen-Rahbek)效應而保持於 該夾盤上之受控電阻係數。 1〇·如申請專利範圍第9項之裝置，其中談聚合物材料層係為 導電性聚酿亞胺。 U•如申請專利範圍第9項之裝置，其中該工件支撐面係含有 凹陷圖型。 12·如申請專利範圍第^項之裝置，其中該凹陷圖型係對應 於該粍腳墊之形狀，該托腳墊係置於該凹陷圖型中。 13·如申請專利範圍第9項之裝置，其中該聚合物材料層係經 圖型化，以形成一網。 14·如申請專利範圍第13項之裝置，其中該網係包括一經圖 型化之金屬模心，塗佈以一導電性聚合物材料。 15·如申請專利範圍第13項之裝置，其中該網係包括： 多個島狀物；及 多條連接條。 16. 如申印專利範圍第9項之裝置，其中該聚合物材料層係放 置於該工件支樓面上，以形成多個島狀物。 17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該聚合物材料層係 經圖型化，以具有使該島狀物互連之連接條。 18·如申請專利範圍第9項之裝置，其中該受控電阻係數係介 於約107-1012歐姆-厘米範圍内。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) --------------—------、可---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)