TWI298524B - Electrostatic clampless holder and cooling system - Google Patents

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1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7 ____五、發明説明（1 ) 【產業上之利用領域】 本發明是關於使用於半導體製造裝置的電漿CVD、蝕 刻機等機械中支撐晶圓用的陶瓷製靜電吸盤之技術’特別 是關於以水作爲冷媒的靜電吸盤模組。 【先行技術】 在電漿CVD、蝕刻機等的半導體製造裝置中，是在真 空中氣體一邊流動一邊施予高周波（高頻）以進行反應。 爲此，以靜電吸盤吸著的晶圓處，因爲熱能侵入，所以不 將侵入的熱能冷卻的話，晶圓的溫度將產生變化而無法均 一地處理。爲此，將靜電吸盤和冷卻板接合，使晶圓的溫 度保持一定地進行冷卻。 就靜電吸盤模組的冷卻板而言，以往使用錦製的。在 這情況的冷媒是利用全氟化物（F1 u 〇 r i n e r t )等。可是，全 氟化物是高價格且有冷卻效果不良的問題。因此，若以水 來取代全氟化物作爲冷媒的話，則因爲鋁對水的耐蝕性不 良，所以有造成冷卻水通路阻塞、冷卻板腐蝕及開孔的情 事。爲了解決此等問題，所以有人想出：使用Cu (純銅、 青銅等）作爲冷卻板的材料。 【發明所欲解決之課題】 作爲冷卻板的素材是被要求具有高的熱傳導率，可滿 足以上要求的素材以含Cu的複合材料爲最適當。可是，實 際上冷卻板以 Cu — W、Cu — W — Ni、Cu — Mo、Cu — Mo — Ni 本紙張尺度適用中關家標準（CNS ) A4規格（2i〇x297公釐） 一 -5- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 製作並進行測漏實驗的過程中，素材本身發生了貫穿洩漏 〇 雖然靜電吸盤的最大特徵是可以在真空中使用，但是 如果有貫穿洩漏的情況的話，在真空中是無法使用。 又因爲Cu的熱膨脹率和陶瓷不同，所以金屬和陶瓷的 接合方法是利用In ( Indium )接合，但是一旦靜電吸盤的 溫度有變化的話，就有其靜電吸盤表面的平面度發生變化 的問題。而且，即使使用鋁的情況，同樣地也因爲溫度的 變化，其平面度亦發生變化。這是因爲靜電吸盤的氧化鋁 陶瓷和金屬的鋁或銅的熱膨脹係數差異過大，所以一旦溫 度變化的話，將導致In接合之組成變形所致。 特別是晶圓的尺寸朝向1 2吋和大型化發展的話，表面 .的平面度發生變化的問題會變得更嚴重。 此外，就Cu系複合材料對水的腐蝕對策（包含被施加 電壓，發生電氣化學的腐蝕）也有其必要。 【用以解決課題之手段】 爲解決上述的課題中的貫穿洩漏的課題，本發明是就 氧化鋁製靜電吸盤板和冷卻板接合成靜電吸盤模組，將上 述冷卻板採用以 Cu — W、Cu - W — Ni、Cu — Mo、Cu — Mo — Ni等的Cu系複合材料經鍛造加工後而成的。 锻ia加工可有效解決Cu系複合材料不良之貫穿洩漏， 其理由爲·锻造即如第1 ( a )圖所不，於^部和w、Mo 部的界面具有微細的連續的間隙，此爲貫穿洩漏的原因， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一~~' -- -6- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 一 _ B7五、發明説明（3 ) 但是若藉由鍛造加工施以來自單一方向之外力使其變形時 ’原本於界面的連續的間隙將會如第1 ( b )圖所示地被切 斷成不連續。 附帶提到，如果是經由HIP處理後的情況，則因爲材 料縱橫均等地被壓縮，連續的間隙並不會因此被切斷而殘 存下來，仍會導致洩漏發生。 又，若想要藉由施予鍛造加工將連續的間隙完全地去 除的話，必須實施理論密度比97%以上，鍛造比5%以上的 鍛造加工。此處所稱的鍛造比，若以第1圖的範例來表示的 話，爲 100 ( Tl - T2) /T1。 又，爲了既可抑制洩漏的問題，又可使平面度的變化 減小，本發明將冷卻板的熱膨脹率和氧化鋁製靜電吸盤板 的熱膨脹率差値做到2xl(T6/°C以下。 此外，除了上述特性之外，爲增強耐蝕性，本發明將 冷卻板的冷卻水通路表面藉由電鍍、PVD、CVD等的方法 ，形成Ni、Cu、Ci*、Ti或Sn的薄膜。 又，本發明的靜電吸盤模組是將上述冷卻板和氧化鋁 製靜電吸盤板接合後，實施了靜電吸盤板的表面的高精度 加工使其平面度變成5/zm以下爲止。 此處，平面度如第2圖所示，係指靜電吸盤板的表面內 最高部分與最低部分的差値。 又，爲防止放電及污染物質，其構造亦可採用：將前 述氧化銘製靜電吸盤板的外周下端予以下切（Undercut)， 並且將該下切部分與冷卻板的外側面以氧化鋁膜呈連續地 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇x297公釐） 1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7_五、發明説明（4 ) 予以包覆。 【實施形態】 茲佐以添附圖面說明本發明的實施形態如下。第3 ( 2 )〜（d )圖係組裝了本發明的靜電吸盤模組的電漿處理裝 置的斷面圖，第4圖係同一靜電吸盤模組的斷面圖，第5圖 係第4圖的要點部分的放大圖。 在第3(a)〜（d)圖所示的各電漿處理裝置是在真空 室1內的上部配置上部電極2，並且在下部配置靜電吸盤模 組3。然後，各電漿處理裝置的作用如以下所述。 在第3 (a)圖所示之電漿處理裝置，是從未圖示的氣 體導入部依預定的流量導入預定的氣體，於未圖示的壓力 控制部將處理室內控制成預定的壓力，對於上部電極2例如 施予施加13.5 6 MHz的高周波（高頻）以使其產生電漿，以 其所生成的電漿對載置於靜電吸盤模組3上的基板進行蝕刻 、成膜、去沉積、去光阻等處理。此時，對於下部電極施 加直流電壓以吸著基板於靜電吸盤模組3上。雖然第3 ( a ) 圖是單電極型的靜電吸盤，但雙電極型的靜電吸盤的情況 亦可以成立。 第3 (b)圖所示之電漿處理裝置，是從未圖示的氣體 導入部依預定的流量導入預定的氣體，於未圖示的壓力控 制部將處理室內控制成預定的壓力，對於下部電極例如施 予施加13.5 6 MHz的高周波（高頻）以使其產生電漿，以其 所生成的電漿對載置於靜電吸盤模組3上的基板進行蝕刻、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 成膜、去沉積、去光阻等處理。此時，對於下部電極施力口 直流電壓以吸著基板於靜電吸盤模組3上。雖然胃3 ( b )圖 是單電極型的靜電吸盤，但雙電極型的靜電吸盤的情況亦 可以成立。 第3 (c)圖所示之電漿處理裝置，是從未圖示的氣體 導入部依預定的流量導入預定的氣體，於未圖示的壓力控 制部將處理室內控制成預疋的壓力^以未圖示的加熱機構 生成反應種，以生成的反應種對載置於靜電吸盤模組3上的 基板進行蝕刻、成膜、去沉積、去光阻等處理。此時，對 於下部電極施加直流電壓以吸著基板於靜電吸盤模組3上。 第3(c)圖是雙電極型的靜電吸盤，而單電極型的靜電吸 盤則不成立。 第3(d)圖所示之電漿處理裝置，是從未圖示的氣體 導入部依預定的流量導入預定的氣體，於未圖示的壓力控 制部將處理室內控制成預定的壓力，對於上部電極例如施 予施加60 MHz的局周波（尚頻），對於下部電極施予施加 1.6 MHz的高周波（高頻）以使其產生電漿，以生成的電漿 對載置於靜電吸盤模組3上的基板進行蝕刻、成膜、去沉積 '去光阻等處理。此時，對於下部電極施加直流電壓以吸 著基板於靜電吸盤模組3上，雖然第3 ( d )圖是單電極型的 靜電吸盤，但雙電極型的靜電吸盤亦可以成立。 第3 ( a )〜（d )圖僅是對於平行平板型的基板處理裝 置作說明，但只要是靜電吸盤會發生溫度變化之處理裝置 的話’本發明都可以適用於具有任何構造、機構的處理裝 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~~ -9- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1298524 經濟部智慧財產局i(工消費合作社印製 A7 __B7 ______五、發明説明（6 ) 置。 靜電吸盤模組3如第4圖所示，是在於由Cu系複合材料 組成的冷卻板4上和氧化鋁製靜電吸盤板5接合而成的，冷 卻板4是由上下的半體4a、4b所組成，將這些半體4a、4b接 合的狀態下，會形成冷卻水（冷媒）通路6，並且於靜電吸 盤板5內設置內部電極7。而且，單極式的情況是設置1個內 部電極7，雙極式的情況是設置1對內部電極7。 要組裝以上的靜電吸盤模組3時，是先準備氧化鋁製靜 電吸盤板5和構成冷卻板4之上下的半體4a、4b。半體4a、4b 的材料是採用C u系複合材料。第6圖係比較了氧化銘和c u 系複合材料的熱膨脹率之圖表，就Cu系複合材料而言，是 舉出 12% Cu - 88% W、15% Cu - 85% Mo、14% Cu - 2% Ni -84% Mo等，其中14% Cu— 2% Ni— 84% Mo和氧化鋁的熱膨 脹率最接近，因此最適合。 又，對於上述半體4a、4b施予超過5%以上的鍛造加工 ’使其變成結晶界面處的連續的間隙實質上已不復存在的 狀態。 上述半體4a、4b形成的冷卻水通路6的這一側的表面係 利用電鍍、PVD、CVD等方法形成Ni、Cu、Cr、Ti或Sri的 薄膜’其後，藉由低溫軟焊接合、高溫焊料接合的方式將 半體4a、4b兩者接合，以完成冷卻板4的製作。 然後，將冷卻板4和靜電吸盤板5真空鍍膜後，進行In 接合、軟焊接合、銀焊接合（銀焊接合的情況是，可將Cu 複合材料- Cu複合材料-靜電吸盤板同時接合）。接合後 本紙張尺度適用中國國家標準（(^^)^4規格（210/ 297公慶） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 -10- 1298524 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ _ B7_五、發明説明（7 ) ’對於靜電吸盤板5的表面實施高精度加工直到平面度低於 5 // m以下爲止，而且對於冷卻板和靜電吸盤的外周部進行 同時加工，靜電吸盤板5的外周端下面施予下切形狀，利用 熔射將冷卻板4的外周面形成氧化鋁薄膜8以確保其絕緣性 。還有，圖示中9是供插通升降插梢的套筒。 【實施例】 接下來說明具體的實施例 (實施例1 ) 將15% Cu— 85% Mo複合材料和15% Cu - 85% Mo複合 材料（分別燒結後，進行40%鍛造加工）加工成金屬板用 .材後，進行無電解Ni鍍敷燒結-電解鍍Ni，施予BAg8的 真空高溫焊接以製作冷卻板。 以PVD法將氧化鋁製靜電吸盤和Cu系複合材料的冷卻 板實施真空鍍膜後予以軟焊接合。 其後，將靜電吸盤表面施予高精度加工至平面度小於5 # m，將外周部加工成下切形狀後，熔射純度9 9 %的氧化銘 ，使其浸含Si〇2膜後，同時硏磨熔射膜和氧化鋁製靜電吸 盤的外周部。 (實施例2 ) 對於 13.5% Cu— 2.0% Ni— 84·5% Mo 合金和 13·5% Cu — 2.0% Ni - 84.5% Mo合金表面（分別進行20%鍛造加工）以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210 X 297公餐） 一 -11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1298524 A7 _____B7 五、發明説明（8 ) PVD法形成Ti膜，將真空鍍膜後的氧化鋁製靜電吸盤模組 的3片構件以BAg8施予真空高溫焊接。（將Cll複合材料一 Cu複合材料之間、Cu複合材料一真空鍍膜後的靜電吸盤板 之間放置銀焊料，予以實施同時接合。） 其後，將靜電吸盤表面高精度加工至平面度小於5 “ m ’將外周部加工成下切形狀後，熔射純度99%的氧化鋁， 同時硏磨氧化鋁熔射膜和氧化鋁製靜電吸盤的外周部。 (實施例3 ) 對於 14.5% Cu— 1.0% Ni— 84·5% Mo 合金和 14.5% Cu — 1·0% Ni— 84.5% Mo合金表面（分別進行40%鍛造加工）以 PVD法形成Sn膜，施予低溫軟焊接合以製作成冷卻板。對 於氧化銘製靜電吸盤也同樣以P V D法形成S η膜後，以低溫 軟焊接合。其後，將靜電吸盤表面高精度加工至平面度小 於5 // m，將外周部加工成下切形狀後，熔射純度99%氧化 鋁，使其浸含SiCh膜後，同時硏磨熔射膜和氧化鋁製靜電 吸盤的外周部。 (比較例） 將2片的鋁製金屬板利用鋁焊接合以製作成冷卻板。經 真空鍍膜處理以形成鋁絕緣膜。濺鍍Ti、Cu於靜電吸盤和 銘製冷卻板的接合面之後，進行In接合。其後對靜電吸盤 表面施予高精度加工。 對於以上的實施例1〜3和比較例以預定的溫度週期條 件進行試驗後，針對於平面度的結果顯示於以下的第1表。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 11 經濟部智慧財產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（210X 297公釐） -12- 1298524 A7 B7 五、發明説明（9 ) 從第1表可知使用Cu系複合材料作爲冷卻板的情況，其平 面度可以抑制在5 一下，可是使用銘製金屬板的情況， ^面度是無法抑制到1Q”以下。而且，更因溫度變化 ，平面度有高達30/zm的變化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂

經濟部智慧財產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（210 x 297公釐） -13- 1298524 A7 B7 五、發明説明（1〇) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【撇I濉】 評價結果 熔射膜的 剝離 無剝離 無剝離 無剝離 無剝離 1 平面度-試 驗後 ¢1 ε r-H S ¢1 e a s 寸 50 /z m 凸 平面度-試 驗前 S CO a s r—Η ¢1 ε 寸 a ε csi ! ! 20 // m 凸： 1 溫度週期條件 i- 常溫—120°C 5hr—常溫 50週 期大氣氣相 H Ο Ο Η si 个 J=l VO nn p o嫉 C« Ws m 頰 ί〇Ε 个 ί-Η Ρ要 S嫉 了祕 i +< m O o t—H 廳 个 Vh J=i P要 s 7 m +< 常溫->120°C 5hr->常溫 50週 期大氣氣相 測試品 實施例1 實施例1 實施例2 1 實施例3 1 比較例 〇 r-H οα CO 寸 比較例 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 1298524 A7 B7五、發明説明（ 又，以下的第2表係顯示改變其相對密度和鍛造比率後 所調查出洩漏量的結果。從比較例⑧得知即使提高鍛造比 率，若相對密度低到95%的話，洩漏量會變多，從比較例 ⑤、⑦得知即使提高相對密度，若鍛造比率低的話，洩漏 量會變多。 而且從實施例①〜⑧得知，要洩漏量下降至1〇_9程度爲 止的話，必須同時符合相對密度97%以上及鍛造比率5%的 條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -15- 1298524 A7 B7 五、發明説明（12) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【*s *】 備註 〇\ m 1 6 X rml W m & X 評價結果 〇 g o § o o o 拽漏量 (Ρα·τη3 /sec ) Ι.ΟχΚΓ7 以上 4.3χ1(Γ7 以上 2.〇xur8 以上 7.8χΚΓ7 以上 8.3xl(T8 以上 6.2xl(T7 以上 5.0xl0~8 以上 5.4χΚΓ1()以下 卜 b r-H X o CN 7.5xl0_9 以下 1.0xl(T1()以下 7.5 χ1(Γ9 以下 2.1xKT9 以下 鍛造比率 g g cn cn OJ g cn 2 1 1 相對密度 ON 欲 \〇 ON 98.7% Os 99.2% 欲 G\ 欲 σ\ ON 欲 o\ a\ 99.3% | 97.0¾ ! 99.9% 98.3% 99.8% 試驗品名稱 12% Cu—88% W 1_ 10% Cu-3% Ni-87% W 14% Cu—86% W 10% Οι —3% Ni—85% Mo 10% Cu-3% Ni-87% W 12% Cu-88% W 12% Cu-3% Ni-85% Mo 12% Cu—88% W 10¾ Cu-3% Ni-87% W 12¾ Cu—3% Ni —85% Mo | 15¾ Cu-85% Mo j i 10% Cu-3% Ni-85% Mo 〇〇 L 〇 — Θ Θ ❻ @ @ © Θ Θ Θ © @ © © 比較例 1 i 本發明 (OSS/、· £\/)〒or-HxpT-H^3rsf®s^<in 00M00S I___00- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） -16- 1298524 A 7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（13) 【發明的效果】 如以上說明可知，本發明之靜電吸盤模組是因爲採用 鍛造過的Cu系複合材料作爲冷卻板的材料，可以得到高的 冷卻效果、表面的平面度變化很少、藉由純水的通水測驗 亦無腐鈾的情況，而且無貫穿洩漏的靜電吸盤模組。 【圖面之簡單說明】 第1 ( a )圖係鍛造前的Cu系複合材料之金相組織的示 意圖。 第1 ( b )圖係鍛造後的Cu系複合材料之金相組織的示 意圖。 第2圖係平面度的說明圖。 第3 ( a )〜（d )圖係組裝了本發明之靜電吸盤模組的 電漿處理裝置的斷面圖。 第4圖係同一靜電吸盤模組的斷面圖。 第5圖係第4圖的要點部分放大圖。 第6圖係氧化鋁和Cu系複合材料之熱膨脹率的比較圖 表。 【圖號說明】 1 :真空裝置 2 :上部電極 3 :靜電吸盤模組 4 :冷卻板 I---------1衣—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1298524 A7 B7 五、發明説明（14) 4a、4b :冷卻板的半體 5 :靜電吸盤板 6 =冷卻水通路 7 :內部電極 8 :氧化鋁薄膜 本纸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)

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Claims (1)

1298524 A8 B8 C8 D8 Ί..Ρ ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍1 一————-一 第9 1 1 35 1 92號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國97年1月修正 1 · 一種靜電吸盤模組，是氧化鋁製靜電吸盤板和冷卻 中反接合成的靜電吸盤模組，其特徵爲：上述冷卻板是由2個 $ ϋ所組成’各半體係具有複數個凸部和凹部，在互相嵌 t之2個半體的凹凸嵌合間隙形成冷卻水通路；上述冷卻板 的素材係 Cu— W、Cu— W— Ni、Cu— Mo、Cu— Mo — Ni 等的 Cu系複合材料經鍛造加工的。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的靜電吸盤模組，其 中’上述Cu系複合材料經鍛造加工而成的冷卻板，係理論 密度比97%以上，且在製造過程中被施予5%以上的鍛造加 工。 3 ·如申請專利範圍第丨或2項所記載的靜電吸盤模組， 其中’上述冷卻板的熱膨脹率和氧化鋁製靜電吸盤板的熱 膨脹率的差値，小於2xl(T6/r。 4 ·如申請專利範圍第丨或2項所記載的靜電吸盤模組， 其中’在上述冷卻板的冷卻水通路表面，係以電鍍、PVD、 CVD等的方法形成Ni、Cu、Cr、Ti或是Sn的薄膜。 5 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的靜電吸盤模組， 其中’上述冷卻板和氧化鋁製靜電吸盤板接合後，對於靜 電吸盤板的表面施予高精度加工至平面度小於5 // m爲止。 6 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的靜電吸盤模組， 其中，上述氧化鋁製靜電吸盤板的外周下端被下切，在該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先 聞 面 之 注 I 麥 1298524 A8 B8 C8 D8 穴、申請專利範圍2 被下切的部分與冷卻板的外側面係連續地包覆形成有一氧 化鋁膜。 7 · —種冷卻系統，其特徵爲：係使用如申請專利範圍 第1或2項所記載的靜電吸盤模組，該冷卻系統係使用純水 作爲冷媒。 ' I (請先閱-tjt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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇χ297公釐） -2-