TW527264B - Ceramic electrostatic chuck assembly and method of making - Google Patents

Description

527264 A7

i明領域 本發明涉及一種可用於製造半導體裝置的陶瓷靜電吸盤 (ESC)。 登明背景 靜電吸盤用來支撐半導體晶圓和其他基板，以取代各種 不同類型的處理設備，其中包括電漿處理設備。靜電吸盤 通常包括一或多個傳導性的電極，在介電（絕緣）或半導電 的陶竟層之下’並可在其上發展靜電箝位場。與機械箝位 裝置不同的是，靜電吸盤允許基板整個表面曝露在電漿中 。此外’靜電吸盤更均勻地將基板夾緊至底板，如此一來 更能夠控制晶圓溫度。 已知有各種不同的電極圖案可用於靜電吸盤。藉由單極 電極，該電極通常具有平板形式。藉由雙極電極，分開的 電極已經被排列成一半的磁碟或如一内部磁碟和一外部的 環。這類型的雙極吸盤範例的提出者為Tomaru等人（美國專 利案號6, 071，630)和Logan等人（美國專利案號5, 〇55, 964) 。也曾提出電極排列成梳狀圖案的電極圖案。請參閱，例 如，Barnes等人的專利（美國專利案號5, 2〇7, 437)。其他圖 案揭露於Shuf f lebotham等人（美國專利案號5, 838, 529) 和Logan等人（美國專利案號5, 155, 652)的專利中。 利用陶瓷材料的靜電夾持裝置在以下美國專利案號中揭 露：5，151，845、5，191,506、5,671，116、5,886,863、 5,986,874、6,028,762、6,071，630、6，101，969 和 6,122，159。陶究ESC通常使用多層的陶竟包裝技術。多層 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527264 A7 — _ __B7 五、發明説明（2 ) 陶究的陶瓷包裝技術涉及在陶瓷綠色薄板上印刷耐火金屬 圖案’將薄板組合至層壓板内，並共同燒製所產生的組件 。請參閱’例如，美國專利案號4, 677, 254、4, 920, 640、 5, 932, 326、5, 958, 813、和 6, 074, 8 93。各種用於陶瓷基板 的金屬組成零件，在以下美國專利案號中揭露4, 381，丨98 、4, 799, 958、4, 806, 160、4, 835, 039、4, 861，64卜 4,894, 273 、4, 940, 849、5, 292, 552、5, 932, 326和 5, 969, 934。 由於陶瓷ESC的燒結一般以十分高的溫度傳導，電極材料 和陶瓷材料之間的熱膨脹係數差異，可導致吸盤内部產生 應力。這些内部應力可導致扭曲或，在一些案例中，實際 傷害到陶瓷ESC。因此，在本技藝中有一種需求，希望克服 在陶竟ESC製造期間的扭曲以及與内部應力產生有關的其 他問題。 並且’由於射頻（RF)電力過去一直產生電漿並加偏壓於 基板，通常應用於位於ESC箝位電極之下的個別電極，在這 類情況中’會令人想要最大化箝位電極的透明度。 發明概要 在本發明的第一具體實施例中，提供一燒結的陶瓷靜電 夾持裝置。該夾持裝置包括一靜電箝位電極，嵌入無接合 的單片燒結陶瓷主體。該箝位電極包括至少一實質上平面 導電材料的圖案，其中電極圖案的最大直線長度是1()英吋 。在本發明的較佳具體實施例中，電極圖案的最大直線長 度是0· 25英吋。電極圖案可包括一單一、導電圖案或至少 二個傳導性材料的電性絕緣圖案。 -5 · 本紙張尺度適财@國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)--- 527264 A7 ______B7 1、發明説明（3~~) ' ~ 以上也提供一種燒結陶瓷靜電夾持裝置的製造方法。該 方法包括以下步驟：提供一第一層，包括一綠色狀態的陶 瓷材料；在第一層的第一主要表面上，形成至少一條狀圖 案的導電材料；提供一第二層，包括一綠色狀態的陶瓷材 料，在第一層的第一主要表面上組合該第二層；以及共同 燒製該第一和第二層，形成一具有嵌入式電極層的單片無 接合燒結陶瓷主體。由於使用的電極圖案之特性，燒結電 極層實質上在燒製後保持平面。在該方法的較佳具體實施 例中，如上所述，該形成步驟包括：包括利用糊膏所組成 的導電材料顆粒，形成圖案，以及該共同燒製步驟包括： 燒結導電材料顆粒以形成一燒結箝位電極。 也提供一種在一處理室内處理包括上述靜電夾持裝置的 基板之方法。該方法包括以下步驟：將基板以靜電夾緊至 該靜電夾持裝置，並處理該基板。該方法也可包括以下步 驟：透過靜電夾持裝置，耦合至少一頻率的RF能量，以在 基板的曝露表面附近產生一電漿，並利用該電漿處理基板。 在本發明的第二具體實施例中，提供一靜電夾持裝置， 用於在一半導體處理室中支撐半導體基板。該夾持裝置包 括一電性絕緣或半導電性材料的主體，具有一支撐表面， 在其上可以靜電夾緊一半導體基板，且一箝位電極可用來 將基板以靜電夾緊至支撐表面。該夾持裝置也包括一較低 的電極’可用來透過箝位電極耦合射頻能量，並進入夾緊 支撐表面的基板附近之開放空間。在這一靜電夾持裝置的 第一具體實施例中，箝位電極有一電阻率，以致於該箝位 -0 - 本紙張尺度適财s a家標準(CNS) Μ規格(21GX297公一— 527264 A7 B7

電極對進入電漿室的射頻能量耦合而言是高度透明的。在 這一靜電夾持裝置的第二具體實施例中，當向該較低電極 施加射頻電力時，在該較低電極上會發展出實質上均勻分 佈的射頻能量，該箝位電極有一夠高的側向射頻阻抗，其 方向與該支撐表面平行，透過箝位電極耦合及進入電漿室 内的射頻電力，在支撐表面的基板上，實質上均勻地散佈ό 提供一種在處理室中處理包括如上所述的一靜電夾持裝 置的半導體基板之方法。該方法包括以下步驟：將基板以 靜電夾緊至靜電夾持裝置，並透過靜電夾持裝置，輕合至 少一頻率的RF能量。 圓式簡單說明 圖1Α至D所顯示的步驟牵涉到以先前技藝製造燒結陶竟 ESC的方法，其中圖ία顯示組裝之前的吸盤元件，圖1Β顯示 在燒結之前組合好的元件，圖1C顯示在燒結之後一不成形 的狀態中的陶瓷吸盤，以及圖1D顯示磨光以還原外部表面 平坦之後的吸盤； 圖2Α至C所顯示的步驟牽涉到根據本發明製造燒結陶瓷 ESC ’其中圖2Α顯示組裝之前的吸盤元件，圖2Β顯示在燒結 之前組合好的元件，以及圖2C顯示最後成形的燒結吸盤； 圖3A顯示根據本發明具體實施例的電極圖案的俯視圖， 圖3B顯示來自圖3A的細部圖； 圖4A顯示根據本發明的第二電極圖案的俯視圖，圖4B顯 示來自圖4A的細部圖； 圖5顯示根據本發明的靜電吸盤配置具體實施例，其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527264

DC箝位電壓和rf電力均施加至嵌入至陶瓷主體的單一電極； 圖6顯示根據本發明靜電吸盤配置的第二具體實施例，其 中DC箝位電壓和rf電力均施加至嵌入至絕緣或半導電主體 的個別電極； 圖7顯示根據本發明靜電吸盤配置的第三具體實施例，其 中DC箝位電壓施加至嵌入至絕緣或半導電主體的箝位電極 ’且RF電力施加至相對於基板支撐表面的主體表面上所形 成之較低電極；以及 圖8顯示根據本發明靜電吸盤配置的第四具體實施例，其 中DC箝位電壓施加至嵌入至絕緣或半導電主體的箝位電極 ’且RF電力施加至主體之下的較低電極。 較佳具艘實施例的詳細說明 在製造靜電吸盤時會希望保持吸盤的基板支撐表面和隱 藏在該表面内的所有電極結構，能夠平坦且平行。不平坦 的吸盤可能導致問題，例如像與吸盤表面之間品質不佳的 晶圓機械接點，會導致較差的夾緊力。不平坦也會在電漿 處理期間造成非均勻的電耦合（靜電和RJT)。不均勻的吸盤 厚度和電極平坦度也會導致電容的局部變化。在基板的電 漿處理期間，這些變化可能導致不適當的箝位和非均勻蝕 刻或沉積，甚至可能傷害到正在處理的基板。 燒結陶瓷吸盤通常用於半導體處理。燒結陶瓷ESC通常包 括一陶瓷圓盤，至少包含一電極層隱藏在該圓盤之内。燒 結陶瓷吸盤通常使用多層陶瓷包裝技術來製造，其中傳導 性的耐火金屬圖案使用傳導性的糊膏或墨水印刷在一或多 -3 * 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527264 A7 B7 個陶究綠色的薄板上。然後，在第一綠薄板頂層上放置一 第二綠薄板來夾住該導電圖案，並共同燒製該組件。在燒 製的時候，綠薄板上的陶瓷顆粒變成燒結，形成單片的無 接合陶瓷主體。糊膏内的傳導顆粒也變成燒結，形成一嵌 入式電極層。 在製造期間，燒結陶瓷吸盤内逐漸產生的内部應力可能 導致扭曲。這些内部應力的主要成因，是吸盤主體陶瓷材 料的熱膨脹係數（CTE)與電極材料之間的差異。CTE差異所 導致應力會導致燒結吸盤的變形或損壞。本發明發現到， 藉由使用精密分隔開的箝位電極圖案，燒結時陶瓷吸盤扭 曲的傾向可以減少。因此根據本發明的第一具體實施例之 目標，係在製造燒結陶瓷Esc時的高溫期間，使用可減少Esc 扭曲傾向的ESC電極圖案。 在各種不同的電漿程序中，較低的電極或底板可以用來 供應RF電力，以在基板之上的開放空間產生電漿，及/或透 過ESC將RF偏壓電力耦合至該電漿。在這些配置中，其中 RF旎1係透過箝位電極耦合，所以希望提供一種對奸能量 而&為尚度透明的ESC。傳統的靜電吸盤利用高度傳導的箝 位電極材料’例如像高飽和的鎢，排列於一連續圖案中。 但疋每些傳導性的箝位電極，會擾亂rf耦合，因 此導致非 均勻的處理或甚至對正在處理的基板造成傷害。因此根據 本發明的第二具體實施例之目標，係當RF電力透過箝位電 極耦合時’藉由增加電阻率及/或提高箝位電極的側向阻抗 ’改良RF輕合的均勻性。 •9- 五、發明説明（7 ) 根據本發明的第-具體實施例，提供—種方法用以減少 製造期間燒結陶瓷靜電夾持裝置的扭曲。該方法包括使用 精密分割的箝位電極圖案，該圖案同時適合單極和雙極的 實施。精細電極圖案的使用，可減少在燒結期間逐漸產生 並且會導致吸盤變形及/或損壞的内部應力。 圖1說明在傳統燒結具有嵌入式電極的陶究Esc期間所發 生的扭曲。圖1A顯示在組合之前的元件，#中箝位電極圖 案層2 ’放置在-第—陶錢薄板4上，該薄板經由燒結黏 合至一第二陶瓷綠薄板6。圖1B顯示在燒結之前所組合的元 件，其中該第一陶瓷綠薄板4和第二陶瓷綠薄板6將電極圖 案層2夾在中間。該電極圖案層2包括一導電材料的圖案， 藉由像絲網印刷的印刷法，施加到該綠薄板當作傳導顆粒 的糊膏。 圖1C顯示在燒結之後圖1B的已組合元件之截面。該電極 8顯示嵌入一燒結陶瓷主體1〇内。如圖lc所示，燒結陶瓷 ESC已經變得扭曲或隆起成圓頂狀。扭曲的吸盤可能必須接 受研磨和拋光作業，以還原到燒結吸盤上表面的平坦:但 疋，這一額外步驟，增加製造吸盤的成本。另外，甚至在 磨平外表面之後，扭曲的内部電極結構也不會與上表面平 行。此結果可參見圖1D,該圖顯示為還原外部表面的平坦 而進行磨平作業之後的扭曲燒結陶瓷吸盤。磨平作業冬後 ，電極8和吸盤上下表面12、14之間的距離，在吸盤表面上 會有變化。這個效果在陶瓷圓盤變得非常薄以有助於熱和 RF電力傳輸時，特別明顯。 527264 五、發明説明（8 圖2顯示根據本發明具體實施例，形成燒結陶竞吸盤 驟。圖2A顯示在組合之前的元件，其中根據本發 電極圖案層2〇,放置在m綠薄板22上，該薄板黏 合至一第m綠薄板24上。在燒結《前所組合的吸盤元 件如圖2B所示，其中該第一陶竟綠薄板22和第二陶究綠薄 板24將電極圖案層20夾在中間。該電極圖案層2G包括精細 的傳導條狀圖自。該條狀可以#由像絲網印刷的印刷方法 ，、利用傳導顆粒㈣做成。但是，也可制其他方法來形 成電極圖案。圖2C顯示在燒結之後的本發明之Esc截面。綠 薄板現在已經和一嵌入式電極層28形成無接合的單片燒結 陶堯主體26但疋，由於使用精細的電極圖案，陶竟esc 的主要外部表面實質上保持平坦，而且嵌入式電極實質上 在燒結作業後仍保持為平面。 所使用的精細電極圖案的特定結構並不重要，只要電極 圖案的最大直線區段長度不超過10英吋。也就是說，在根 據本發明的精細電極圖案中，沒有大於10英吋的直線區段 ’可以在電極圖案的任何連續部份上向任何方向延伸。較 好的是說，沒有任何直線區段的長度大於0·5英吋，甚至更 好的疋’沒有大於〇·25英吋的直線區段，可以在電極圖案 的任何部份上向任何方向延伸。 根據本發明的範例電極圖案，顯示於圖3Α和3Β和圖4Α和 圖3Α顯示根據本發明的雙極電極之俯視圖。該電極包 括一第一電極30和一第二電極31。該第一電極30包括一輻 射導向的線性區段32,排列在圖案中央的圓盤部份33和複 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 527264 A7 ___________B7 五、發明説明（9 ) 數個「C形」環狀部份34，彼此位置保持預定的間隔，並以 不同直徑排列在該電極線性區段32的兩侧，以環繞該圓盤 部份33。該第二電極31包括一輻射導向的線性區段％，複 數個「C形」環狀部份3 7，位於預定的間隔，並以不同的直 徑在電極線性區段36的兩侧延伸成「c」形，並與複數個第 一電極的c形環狀部份交錯。此外，第二電極31包括一圓形 環區38，連接到線性部份的外緣，形成電極最遠的周邊部 份。詳細内容如圖3B所示，電極在其中形成裂縫39以避免 應力的產生。裂縫39在條狀的每一侧交替形成。另外，電 極中的一些裂縫對齊在另一電極中此連的裂縫。該裂縫將 母個電極分為若干區段，一些裂縫只有一端連接至鄰近的 區段’其他裂縫則兩端都連接至鄰近的區段。裂缝39排列 的方式使電極的最大直線長度為1〇英吋或以下，較好是 0.5英吋或以下，甚至更好是〇·25英吋或以下。 圖4Α和4Β中的電極圖案是一單極圖案，包括複數個單向 電極區段44的精細分割群組4〇，其中群組40中的每一區段 44都連接到一毗連的區段。群組的内部區段以兩端連接至 眺連的區段。如圖所示，狹窄的直線間隙（裂縫）42分開電 極的就連區段44。毗連群組40的區段44彼此方向垂直。此 外，群組中的一些區段，藉由連結46沿著該區段邊緣，連 接至毗連群組中的其他區段。 圖3和4中所顯示的圖案僅代表根據本發明可用來建構精 密分割的電極圖案之圖案。本發明的電極圖案可組成短互 連區段的重複圖案，重複的圖案均勻地延伸橫過吸盤主體 -12: f紙張尺度適财S ®家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） * 527264 A7 B7 五、發明説明（10 ) ，或形成類似條狀的區段，以放射狀、周圍直線及/或互相 平行方向延伸橫過吸盤主體，所排列出來的區段具有最大 直線長度1.0英吋或以下，較好為0.5英吋或以下，甚至更 好為0· 25英吋或以下。傳統的電極圖案可加以修改以提供 根據本發明的一種精密分割的電極圖案。例如，這類電極 圖案可加以修改，如此一來，任何直線區段或有高半徑曲 率且不符合上述標準的區段，會出現裂縫或一些其他裝置 ，以避免熱應力的產生。 電極條的寬度較好是0.25英吋或以下，較好是〇· 125英对 或以下。在電極條之間的間距並不重要。通常希望將電極 之間的間距減到最少，以增加電極的總曝露區域，來改良 夾緊力。最小間距可由形成電極圖案的技術來限制，例如 ，用來形成圖案的印刷術。使用絲網印刷電路法，可達成 小於0· 3公釐的間距。 在燒結期間的吸盤變形數量，不僅受到燒結期間所產生 的應力量的影響，還受到燒結的陶瓷吸盤抵抗變形的能力 之影響。因此，除了上述CTE差異之外，還有各種不同的因 素會影響吸盤的扭曲。這些因素包括在燒結期間所採用的 處理條件（特別是溫度）、陶瓷材料的彈性係數和幾何因子 ，例如像吸盤的厚度和相對於吸盤主要表面乂厚度方向）的 電極位置。因此，如果該電極比其他電極更靠近吸盤的主 要外部表面之一，由於燒結而包含在吸盤中的應力將比電 極位於中央時更容易導致扭曲。但是，即使電極位在中央 位置，仍然會發生扭曲。此外，在燒結期間減少應力也可 -13-

527264 A7 ____ _B7 五、發明説明（彳彳） 以阻止吸盤在燒結期間受到損壞。在燒結期間建立的剩餘 應力最後終將導致陶瓷基板的破碎或電極層的分裂。 所創造的電極設計可合併用於各種不同的基板中，以支 援圖5至8中所說明的配置。； 圖5顯示一具體實施例，其中箝位電極50用來供應評能量 。如圖5所示，DC和RF能量供應給匹配網路/DC遽波器54 ’其輸出供應給電極50。所顯示的電極50嵌入在絕緣或半 導電主體52中。藉由這一配置，該電極或若干電極通常設 計成具有充份傳導和厚度，以考慮到RF動力且不會產生明 顯的高溫。 圖6和7顯示具體實施例，其中評電力應用到一位於箝位 電極之下的第二電極（RF電極）。在圖6中，第二電極62和 箝位電極60兩者都嵌入在一絕緣或半導電主體64中。在圖 7中’箝位電極70喪入在一絕緣或半導電主體74和第二電極 72中’在相對於基板支撐表面的吸盤主體表面上形成。 圖8顯示一替代的具體實施例，其中RF電力應用到一電 極，以一底板82的形式，位於一嵌入至絕緣或半導電主體 84的箝位電極80之下。 根據本發明的靜電吸盤提供改良的電極平坦度，在使用 期間能有效地影響在吸盤上所產生的箝位電位的空間均勻 性。電極平坦對庫侖（完全絕緣）型吸盤特別重要，其中電 極之上的介電層厚度，在使用期間直接決定吸盤上所產生 的箝位電位。在詹森-瑞貝克（「J-R」）半導電設計中，靜 電荷移動至吸盤的箝位表面，因此時間漸近箝位場與實際 -14: 本紙張尺度適用中@ S家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' ~- 527264 A7 _____B7_ 五、發明説明（12~) 的介電質厚度並無直接的關係。但是，藉由J-R吸盤，在靜 電荷的重新分配（例如，在最初的夾持動力或釋放期間）受 到電極之上陶瓷層的介電質厚度的影響時，會出現瞬變效 應。這些效應會導致快速且均勻的晶圓釋放。電極平坦度 對庫侖式和半導電J-R吸盤設計而言是相當需要的。 根據本發明的第二具體實施例，當RF電力透過箝位電極 耦合至所處理的基板上之開放空間時，所提供的Esc可改良 RF的耦合均勻性。本發明的這一具體實施例可用於圖6至8 中所顯示的吸盤配置。 如果箝位電極材料具有相當的耐力，以致就頻率而言， 電極的厚度實質上比集膚深度的厚度要小，則可達到叩透 明度。當施加的電場深入材料，該電場會減少1怂係數時， 該集膚深度是重點。集膚深度與傳導係數的倒轉平方根和 頻率的倒轉平方根成一比例。因此，較高的傳導係數和較 高的RF頻率兩者都造成較低的集膚深度，且較低的叮透明 度由此而來。因此，藉由減少箝位電極的傳導係數，可增 加已知電極厚度的RF透明度。 傳統ESC電極由高度傳導的材料製成，例如鎢、鉬或金屬 元素，會干擾通過的RF能量。藉由傳統的ESC，傳導籍位 電極本質上會以電容耦合到RF電極或底板。由於傳統籍位 電極的南導電係數’ 「輕合」至籍位電極内的叮能量，會 在箝位電極内重新分配空間。依此方式，箝位電極像卯等 位面一樣動作。因此，傳統ESC中的ESC電極，可在RF電極 或底板和反應室之間看到一浮板。這些效應的結果，局邙 -15-

527264 A7 B7 五、發明説明（13 RF電流密度會根據箝位電極和吸盤上表面之間的距離 來決定。這種距離的空間變化，通常在傳統靜電吸盤中呈 現出來，因此可在吸盤上造成非均勻的RF耦合。 當箝位電極形成一等位面的時候，會看到RF能量從箝位 電極耦合而非RF電極之下的位置。因此耦合至電漿反應器 之内的RF分配，將取決於在箝位電極和吸盤上表面之間的 距離（d)(電容與介電質厚度成反比）。因此，RF耦合均勻性 取j於厚度（d)的空間均勻性。由於RF能量很容易於流過有 較高電容的區域，ESC箝位電極厚度（d)的非均勻性，可能 導致非均勻的RF輕合至反應器内。 本發明已經發現RF輕合均句性可以藉由以下各項來改良： 1)增加箝位電極的電阻率；及/或 2 )藉著其他裝置增加側向箝位電極的阻抗，例如像製造 電極稀釋劑。 增加箝位電極的電阻率’讓箝位電極對正在耦合進入的 ㈣b*而5更加透明。因此，藉由電阻較大的箝位電極， 較少的RF能量從RF電極「耦人 ^ ^ ^ ^ α ^ 、 祸σ」至箝位電極。其次，藉由

增加箝位電極的侧向卩且^^ ^ D ^ 阻抗，從RF電極「耦合」到箝位電極 的任何RF能量，較不可能番叙八& s # J月6重新刀佈至箝位電極的平面。此 外’藉由增加RF能量均勺祕知人 ^ ^ 罝1勾地耦合至電漿之内的侧向電阻， 可藉由箝位電極來達成，缔μ 廷珉該電極相對於吸盤主體的箝位表 面可以是平的或不平的。 ^ 箝位電極的電阻率可經由 Μ · 由以下各種不同方法來增加，包 枯·（1)箝位電極使用雷阳φ丄^ 用電阻更大的材料；（2)以例如像氧化 -16- 527264 A7

紹的電性絕緣材料，稀釋例如像鶴的傳統導電材料；或⑶ 引導多孔性進入箝位電極。侧向阻抗也可以藉由增加電極 的電阻率來增加，或是，另一方面，藉由提供-具有精密 分割或旋繞圖案形式的箝位電極，來增加電極的路徑長度。 例如，較高的_明度和較高的侧向阻抗，使用由電極 材料所組成的ESC箝位電極，該電極材料包括一導電金屬材 料和-非傳導填料的混合，可在—箝位電極中達成。因此 藉由加入一電性絕緣填料例如像鎢、鈦、鈕、鈮或相似 原料至導電耐火金屬之内例如像氧化鋁，可大幅增加 所產生的合成物之電阻率。Μ如，含有百分之45氧化紹的 鶴’所具有的電阻率大約是無填料鎢的1〇〇〇倍。因此，此 材料所造成的電極集膚深度是傳統鎢電極的3〇倍，而且， 就已知的電極厚度而言，會有較具有相同形狀及大小的傳 統電極更多的RF能量，通過高電阻率的電極。此外，電阻 率的增加也將增加箝位電極的侧向阻抗。 電極的電阻率也可藉由引導多孔性進入電極而增加。藉 由將某些已知無法成形的添加物加入至糊膏合成物中，多 孔性可在燒結期間在一耐火金屬糊膏中產生。 在本發明中，較好是ESC箝位電極有一至少約1的表面電 阻率，較好是至少每平方1〇歐姆。藉由以電極厚度分開電 極的體積電阻率，可自體積電阻率中產生表面電阻率。在 本發明的較佳具體實施例中，箝位電極是由耐火金屬熔塊 所組成，該電極包括一絕緣或半導電陶瓷（例如，氧化鋁） 以及佔有10至8〇重量％的耐火金屬（例如，鎢）所組成。在

裝 訂

17· 527264 A7

527264 A7

在一 段佳具體實施例中，根據本發明的靜電吸盤是一裡 陶瓷靜電吸盤。該陶瓷吸盤可藉由加入插有一電極圖案的 陶瓷綠色薄板一起燒結製造出來，以提供無接合單片主體 。另一方面，該電極圖案可位於一第一預燃燒的陶瓷層上 二’然後可加入額外的陶瓷材料以覆蓋該電極層。例如，陶

瓷材料可在一預燒的陶瓷層上接合，該層之間具有一 ESC 電極。另一方面，箝位電極層可位於一預先燒結的平面， 以及有一層陶瓷、聚合物或其他絕緣或半導電材料沉積在 ,、 例如CVD、喷濺或其他的技術，例如像熱喷射（ 如電漿或火焰喷射）。 該電極圖案可由各種不同的方法形成。例如，可沉積一 =電f料的連續層’而且選擇性地移除導電材料以形成圖 案。藉由乾姓刻（例如，雷射、電裝等）或濕姓刻（例如，酸 、化學作用等）或藉由機械裝置例如 ，性移除。另一方面，電極可藉由在所需 材擇性沉積而形成。在本發明的較佳具 糊::墨::二 2陶究綠薄板上。適當的傳導顆粒範例包:需::::印 :二；和敛等金屬，以及例如像氮化鈦等傳導 ，括已知的添加物，例如像燒結輔助品。 本發明的靜電吸盤可以是詹森_瑞貝克 塞 陶莞吸盤或庫命式(完全絕緣)吸盤。藉由庫命吸盤 極上面的陶究層可以是相當薄（例如，〇2至〇3公釐或以下） 19- 527264 A7 B7 五、發明説明（17 ) ’在實際電壓中提供適當的箝位場。但是，藉由J_R吸盤， 電極上的層可能是相當地厚（例如，達到1公釐），由於半導 電陶瓷允許電荷朝向吸盤表面移動，藉此減少介電質層的 有效厚度。在J-R吸盤的情況下，通常ESC箝位電極有夠低 的電阻支配介電質泄漏，以考慮到夠快速地夾持和釋放。 不需要在庫侖或J-R吸盤中使用電阻過高的ESC箝位電極。 在任一吸盤類型中，無法接受的夾持/釋放次數會由於大的 RC時間常數而發生。在J—R吸盤的情況下，漏洩電流排出電 何的速度比電極提供電荷的速度快，以致於達到充足且均 勻的夾緊力。因此，J-R吸盤中對RF透明度（高的電阻率） 1的需求，會因需要維持某種程度的箝位電極的介電質泄漏 而保持平衡。 本發明ESC組件所使用的陶瓷材料可以是任何適當的陶 瓷材料。適當的材料包括具有高電阻率的碳化矽和氧化鋁 ，以用於完全絕緣的吸盤，以及摻雜有二氧化鈦的氮化鋁 和氧化鋁，以用於J-R吸盤。就半導電（J_R)吸盤而言，陶 瓷材料的電阻率較好位於410"至1}(1〇12歐姆/公分的範圍 内，並瞭解到電阻率會隨溫度和所施加的電壓測量狀況而 改變，例如電極每公釐厚為2〇。(：和4〇〇〇伏特。 電源可透過一或多個引線或其他適當配置，包括在陶瓷 中形成的金屬通道，供應給箝位電極。這些通道由用於多 層陶竟包裝技術的已知技術所形成。請參閱，例如，同樣 屬於胡生（Husain)的美國專利案號5, 88〇, 922❶例如，在燒 結之前，可先在陶竞綠薄板上打洞，並填滿傳導糊膏。該 _ - 20 - ΐ紙張尺度it用巾 Η ® 家標準(CNS) Α4·(21()χ297_----------- 527264

吸盤也可包括用以舉起梢和通道的開口，以考慮到供應給 吸盤表面的熱轉移氣體。吸盤表面也包括表面槽或通道， 用以分配熱轉移氣體，在本技藝中為已知技術。該吸盤另 可包括額外的陶瓷和金屬層。可在Esc中提供的其他金屬層 ’還包括用於加熱或用於叩電力的個別施加的電極。 南溫聚合黏性層，例如像石夕黏著劑可用來接合陶瓷ESC 和底層支樓或基板電極。該ESC，但是，也可以附著在底層 支撐，使用其他例如像銅焊等在本技藝中為已知的技術。 雖然本發明及相關較佳具體實施例已經加以說明，但是 本行業的專家應瞭解，本發明可加以增加、刪除、修改及 替換，而仍不脫本發明申請專利範圍所定義之精神和範疇。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 527264 A8 B8 C8

   裝

   527264

   u,如申請專利範圍第10項之夾持裝置，其中一圖案的梳狀 群組至少其中之一，與其他圖案的梳狀群組至少其中之 一叉合。 如申請專利範圍第1項之夾持裝置，另包括一射頻驅動 導電底板，固定在燒結陶瓷主體的底部表面上。 13· —種在處理室中處理一半導體基板之方法，該處理室包 括如申請專利範圍第1項之靜電夾持裝置，該方法包括以 下步驟： 以靜電方式將該基板夾箝至該靜電夾持裝置上；以及 處理該基板。 14·如申請專利範圍第13項之方法，進一步包括以下步驟： 透過靜電夾持裝置耦合至少一頻率的rF能量，以便在毗 連基板曝露表面處產生電漿；以及 利用電漿處理該基板。 15·如申請專利範圍第丨4項之方法，其中該處理室是一電衆 蝕刻室且該處理步驟包括利用電漿蝕刻該基板。 16·如申請專利範圍第13項之方法，進一步包括將DC電力施 加至該箝位電極，以在靜電夾持裝置表面上產生靜電箝 位電位。 17·如申請專利範圍第13項之方法，進一步包括提供處理氣 體至該室，並將射頻能量耦合至該室内，以激勵該處理 氣體進入電漿狀態，該基板包括一矽晶圓，該晶圓在處 理步驟期間經過電漿蝕刻。 18· —種製造如申請專利範圍第1項之陶瓷靜電夾持裝置的 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527264

   申請專利範圍 A BCD 方法，包括以下步驟； 提供第一層，包括一綠色狀態的陶瓷材料； 二第一主要表面上，形成-導電材料的至 提供一第二層，包括一綠色狀態的陶瓷材料； 在該第一層的第一主要表面上組合該第二層；以及 共同燒製該第一和第二層，形成一具有嵌入式電極層 的單片無接合燒結陶瓷主體。 19·如巾請專利範圍第18項之方法，其中該形成步驟包括從 包括一導電材料顆粒的糊膏形成一圖案，且其中該共同 燒製步驟包括燒結該導電材料顆粒以形成一燒結^位 電極。 20·如申請專利範圍第18項之方法，其中該一 陶竞綠色的薄板。層疋 21· —種靜電夾持裝置，可用來在一半導體處理室内支撐半 導體基板，包括： 一電性絕緣或半導電材料的主體，具有一支撐表面， 其上有一半導體基板，可以靜電方式夾緊； 一箝位電極，可用來以靜電方式將一半導體基板夾持 到該支撐表面上；以及 一較低的電極，可用來透過箝位電極耦合射頻能量， 並進入夾持至該支撐表面上的基板附近之一開放空間； 其中（a)該箝位電極具有夠高的電阻率，以致於該箝 位電極對耦合至該電漿室内的射頻能量為高度透明，及/ -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 m 527264 A BCD 六、申請專利範圍 或（b)該箝位電極具有一夠高的侧向射頻阻抗，其方向 與支撐表面平行，以致於耦合至該電漿室内的射頻電力 實質上均勻地散佈在該基板支撐表面上。 22·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極有大約10歐姆/平方或以上的表面電阻率。 23·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極包括至少一導電材料的圖案，且其中該圖案具有 英吋的最大直線長度。 24·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極是二連續、不間斷的膜。 25·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極位於主體之内，且該較低電極若不是位於主體之内， 就是附著在與該基板支撐表面相對的主體表面上。 26·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極位於該主體之内，而且該較低電極包括一底板。 27·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該靜電失 持裝置位於一電漿處理室之内。 28·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極包括一絕緣或半導電陶瓷材料的燒結糊膏，該材料包 括10到80重量％的耐火金屬。 29·如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，其中該箝位電 極包括一絕緣或半導電陶瓷材料的燒結糊膏，該材料包 括30到50重量％的耐火金屬。 30· —種在處理室中處理一半導體基板之方法，該處理室包 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 527264 527264 A BCD 六、申請專利範圍 括如申請專利範圍第21項之靜電夾持裝置，該方法包括 以下步驟： 以靜電方式將該基板夾持至該靜電夾持裝置上；以及 透過靜電夾持裝置耦合來自較低電極至少一頻率的 射頻能量； 其中該箝位電極的電阻率使得該箝位電極的厚度在 射頻能量頻率時實質上小於一皮膚深度。 31·如申請專利範圍第3〇項之方法，其中該射頻能量產生一 電漿毗連該基板的曝露表面，及/或加偏壓於該基板， 該方法進一步包括以電漿處理該基板的步驟。 32·如申請專利範圍第3〇項之方法，其中該箝位電極包括一 電極材料散佈在一夠窄及/或夠長的圖案中，以增加較 該相同電極材料的平板至少1 〇倍的點對點電阻率。 •26- 本紙張尺度適财㈣家標—A4規格(21〇><297公爱)