TWI358785B - - Google Patents

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1358785 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種藉由靜電力吸附固定被吸附基板的 靜電夾具，更具體地’關於一種在處理被吸附基板時可提 高耐消耗性，同時可將被吸附基板的面內溫度控制在所期 望溫度的靜電夾具。 【先前技術】 如第12圖所示地，先前的靜電夾具1是在電漿處理 被吸附基板（如晶圓）W之際，使用作爲電漿處理裝置的 載置體一部分者，被使用於將晶圓W以靜電力吸附，固 定在載置體2上面者。又，在載置體2的載置面周圍配置 著聚焦環3，藉由該聚焦環3圍繞靜電夾具1上的晶圓W 〇 又，在載置體2經由匹配器4A連接有高頻電源4, 在所定真空度下從高頻電源4施加所定高頻電力而在與上 部電極（未圖示）之間發生處理氣體的電漿，並藉由聚焦 環3將電漿聚焦在晶圓W上面。在載置體2的內部形成 有冷媒通路2A，藉由冷媒循環冷媒通路2A來冷卻載置體 2，俾將晶圓W保持在所定溫度。又，在載置體2的內部 形成有熱傳導性氣體（氦氣體）的氣體通路2B，該氣體 通路2B是開口在載置體2上面的複數部位。 在靜電夾具1形成有對應於氣體通路2B的貫通孔1A ，將從氣體通路2B所供給的He氣體從靜電夾具1的貫 -5-

1358785 通孔1A供給於載置體2與晶圓W間的間隙，在靜 1與晶圓W間的細間隙與熱傳導性，藉由載置體2 地冷卻晶圓W»靜電夾具1是藉由如氧化鋁燒結體 鋁噴鍍所構成的陶瓷所形成，在其內部介有連接於 源51的電極板1B。靜電夾具1是藉由從直流電源 加的高電壓所發生的靜電力進行靜電吸附晶圓W。 載置體2可昇降地設有複數昇降銷（未圖示），而 些昇降銷在靜電夾具1上進ίτ晶圓w的交接。 然而，陶瓷噴鍍所致的靜電夾具是晶圓W的 脆弱，發生其成分所構成的粒子等，在晶圓W背 附著粒子等，而產生在晶圓W的洗淨工程的污穢 問題。又，在重複晶圓W的吸附，拉開的操作的 使得靜電夾具1的表面慢慢地變粗而變更表面狀態 如初期地控制晶圓溫度，使得晶圓溫度也有經時性 缺點問題。 另一方面，針對於藉由氧化鋁燒結體所形成的 具1，例如揭示在專利文獻1及專利文獻2。在專 1記載著鹵系氣體對於電漿的提高耐腐蝕性的靜電 又，在專利文獻2，記載在表面形成有複數點的靜 ’在此些靜電夾具時可解決如上述的缺點問題。 專利文獻1 :日本專利第3 3 48 1 40號公報 專利文獻2:日本特開2000-332091號公報 然而，在記載於專利文獻1的靜電夾具的情形 提高耐電漿性，惟與陶瓷噴鍍的情形同樣地，靜電 電夾具 有效率 或氧化 直流電 5所施 又，在 藉由此 吸附面 面容易 的缺點 期間， ，無法 變化的 靜電夾 利文獻 夾具。 電夾具 ，雖可 贫具與 -6- 1358785 晶圓W間的間隙窄小，而且靜電夾具的靜電容量較大之 故，因而使用昇降銷而從靜電夾具拉開晶圓W之際，則 以靜電夾具的殘留電荷所致的吸附力爲原因而藉由昇降銷 有彈起晶圓w之虞。 又，在記載於專利文獻2的靜電夾具的情形，而在吸 附面形成有多數點之故，因而可解決有關於彈起晶圓W 的缺點問題。然而，靜電夾具的點高度低至5/zm以下， 即使在靜電夾具與晶圓W間的間隙供給傳導性氣體，也 無法均勻地普及於晶圓W全面之故，因而無法快速地控 制晶圓溫度，而在靜電夾具表面設置放射狀溝使得熱傳導 性氣體普及至晶圓全面，惟溝部分與其以外部分的熱傳導 性氣體所致的熱傳達上容易產生相差而很難均勻地控制面 內的課題。又，點與晶圓W的接觸面積大至20%之故， 因而藉由熱傳導性氣體無法控制成所期望的溫度或溫度分 布。又，在該靜電夾具的情形對於耐電漿性並不明瞭。 【發明內容】 本發明是爲了解決上述課題而創作者，其目的是在於 提供一種不會有殘留電荷所致的被吸附基板的彈起，可提 高耐電漿性及耐磨耗性，而且可將被吸附基板全面的面內 溫度快速且均勻地控制成所定溫度或溫度分布的靜電夾具 〇 本發明的申請專利範圍第1項所述的靜電夾具，是屬 於使用靜電力來吸附被吸附基板的靜電夾具，其特徵爲： 1358785 上述靜電夾具是具有與上述被吸附基板接觸的複數突起部 ，且藉由包含具有所定粒徑的結晶粒子的陶瓷介質形成上 述突起部，同時將上述突起部與上述被吸附基板的接觸面 形成依存於上述粒徑的表面粗度， 將上述突起部的上述被吸附基板的每一單位面積的接 觸面積比率設定在15 %以下，同時將上述突起部的高度設 定在30#m以上》

又，本發明的申請專利範圍第2項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第1項所述的發明中，上述粒徑是1至 2ym;上述接觸面的表面粗度是Ra 〇.2至0.3#m，爲其 特徵者。 ' 又’本發明的申請專利範圍第3項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第1項所述的發明中，上述陶瓷介質是 以氧化鋁作爲主成分，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第4項所述的靜電夾具， Φ 是在申請專利範圍第3項所述的發明中，上述陶瓷介質是 包含碳化矽，爲其特徵者^ 又’本發明的申請專利範圍第5項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的發明中 ’將上述突起部的硬度，以維克氏硬度（Vicker’s hardness)設定在Hv2000以上，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第6項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的發明中 ’將上述複數的突起部的上述被吸附基板的每一單位面積 -8- 1358785 的接觸面積比率，設定在1 5%以下，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第7項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第6項所述的發明中，將上述突起部， 形成作爲直徑0.5mm以下的圓柱狀突起，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第8項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第7項所述的發明中，將上述複數突起 部間的距離設定在1mm以下，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第9項所述的靜電夾具， 是在申請專利範圍第7項所述的發明中，將上述突起部的 高度設定在30/zm以上，爲其特徵者。 又，本發明的申請專利範圍第10項所述的靜電夾具 ’是在申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的發明 中’將上述接觸面的表面粗度，設定在藉由電漿清洗可經 時地達到的表面粗度，爲其特徵者。 本發明的申請專利範圍第11項所述的靜電夾具，是 屬於具有使用靜電力來吸附被吸附基板，不必經由溝將熱 傳導用氣體供給於上述被吸附基板的背面而冷卻上述被吸 附基板的機構的靜電夾具，其特徵爲：上述靜電夾具是具 有與上述被吸附基板接觸的複數突起部，且將上述突起部 的上述被吸附基板的每一單位面積的接觸面積比率設定在 15 %以下，同時將上述突起部的高度設定在30 以上。 又，本發明的申請專利範圍第12項所述的靜電夾具 ，是在申請專利範圍第11項所述的發明中，將上述突起 部形成作爲直徑〇.5mm以下的圓柱狀突起，爲其特徵者 -9-

1358785 又，本發明的申請專利範圍第13項所述的靜電 ’是在申請專利範圍第11項或第12項所述的發明中 上述接觸面的表面粗度，形成在Ra 0.25；czm以下， 特徵者。 又，本發明的申請專利範圍第14項所述的靜電 ，是在申請專利範圍第11項或第12項所述的發明中 φ 上述複數突起部間的距離設定在1mm以下，爲其特 又，本發明的申請專利範圍第15項所述的靜電 ，是在申請專利範圍第11項或第12項所述的發明中 述靜電夾具是在外周緣部與其內側，具有與上述被吸 板接觸的第一，第二環狀突起部，且在分別形成於第 第二環狀突起部間及第二環狀突起部內側的第一，第 域內具有分別供給熱傳導用氣體的第一，第二氣體供 ，爲其特徵者。 又，本發明的申請專利範圍第16項所述的靜電 ，是在申請專利範圍第15項所述的發明中，將第二 突起部的寬度設於1.0mm至1.5mm，同時將與鄰接 二環狀突起部的上述突起部的距離設定在2mm以下 其特徵者。 本發明的申請專利範圍第17項所述的靜電夾具 屬於使用靜電力來吸附被吸附基板的靜電夾具，其特 :上述靜電夾具是在外周緣部與其內側，具有與上述 夾具 ，將 爲其 夾具 ，將 徵者 夾具 ，上 附基 -- , —* 一 P貝 給口 夾具 rim iff、 環狀 於第 ，爲 ，是 徵爲 被吸 -10- 1358785 附基板接觸的第一，第二環狀突起部，且在分別形成於第 一，第二環狀突起部間及第二環狀突起部內側的第一，第 二領域內具有分別性供給熱傳導用氣體的第一，第二氣體 供給口。 又，本發明的申請專利範圍第18項所述的靜電夾具 ’是在申請專利範圍第17項所述的發明中，第一領域與 第二領域是分別具有與第一，第二環狀突起部不相同的複 數第一，第二突起部；第一突起部與第二突起部是與上述 被吸附基板的接觸面積，各該突起部的個數密度及各該突 起部的高度的至少任一種不相同，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第19項所述的靜電夾具 ，是在申請專利範圍第18項所述的發明中，將與第一突 起部的上述被吸附基板的接觸面積比率，設定成比與第二 突起部的上述被吸附基板的接觸面積比率還大，爲其特徵 者。 又，本發明的申請專利範圍第20項所述的靜電夾具 ，是在申請專利範圍第19項所述的發明中，將與第二突 起部的上述被吸附基板的每一單位面積的接觸面積比率， 設定在15%以下，爲其特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第21項所述的靜電夾具 ’是在申請專利範圍第18項所述的發明中，將第一突起 部的高度’設定成比第二突起部的高度還低，爲其特徵者 〇 又’本發明的申請專利範圍第22項所述的靜電夾具 -11 - 1358785 ’疋在申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述的發 明中，將第二突起部的高度，設定在3〇/zm以上，爲其 特徵者。 又’本發明的申請專利範圍第23項所述的靜電夾具 ，是在申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述的發 明中’將第一突起部的個數密度，設定成比第二突起部的 個數密度還大，爲其特徵者^

又’本發明的申請專利範圍第24項所述的靜電夾具 ’是在申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述的發 明中’第一，第二突起部是分別呈同一徑的圓柱狀，而各 該直徑爲0.5mm以下，爲其特徵者。 依照本發明的申請專利範圍第1項至第24項所述的 發明’可提供一種靜電夾具，該靜電夾具是可提高耐電漿 性及耐磨耗性，同時可均勻地控制被吸附基板全面的面內 溫度，而且可穩定化被吸附基板的溫度控制性者。

【實施方式】 本發明的靜電夾具，是藉由如使用電漿處理裝置可得 到最適當的結果。以下，例舉使用於電漿處理裝置的靜電 夾具加以說明。 以下，依據表示於第1圖至第11圖的實施形態來說 明本發明。 如第1圖所示地，本實施形態的電漿處理裝置10是 具備：可保持高真空的腔11，及配置於該腔11內且載置 -12- 1358785 被吸附基板（如晶圓）w的載置體12，及從 絕緣該載置體12的絕緣體13;構成藉由經由 連接於腔Π的真空排氣系統1 4在保持所 1 1內，對於晶圓W施以所定電漿處理。 上述載置體12是具備：電極15，及藉由 於電極15上的靜電夾具16。在電極15連 17，將所定高頻電力從高頻電源17施加電極 11內發生電漿。又，在電極15內形成有冷媒 在冷媒流路1 5 A供給所定冷媒而經由電極1 5 1 6俾將晶圓W控制在所定溫度。如下述地， 15連接有高電壓直流電源18，將高電壓從高 源18施加於靜電夾具16而在靜電夾具16產 而在靜電夾具16上吸附，固定晶圓W。 又，在上述載置體12供給He氣體等熱傳 如下述地，藉由熱傳導性氣體來提高靜電夾具 W間的熱傳導性，作成能均勻地控制晶圓W 。亦即，在載置體12經由氣體配管19A連接 導性氣體的供給源19，而氣體配管19A是分 的第一，第二分岐配管19B，19C。在第一， 管19B，19C分別安裝有第一，第二氣體壓力 -2 0B及閥21A，21B，藉由此些閥 21A，21 一，第二分岐配管19B，19C，同時藉由氣體 20A，20B作成能控制熱傳導性氣體的壓力。 分岐配管19B，19C是在閥21A，21B的上游 舍1 1電性地 排氣管14A 真空度的腔 黏接劑黏貼 有高頻電源 15而在腔 流路1 5 A， 及靜電夾具 在靜電夾具 電壓直流電 生靜電力， 導性氣體， 1 6與晶圓 全面的溫度 有供給熱傳 岐成二系統 第二分岐配 控制器20A B來開閉第 壓力控制器 第一，第二 側再分岐， -13- 1358785 經由閥22A，22B及孔口 23A，23B連接於真空排氣系統 14’而藉由真空排氣系14能將熱傳導性氣體保持在所定 供給壓力。

又’如第1圖’第2圖及第4圖所示地，上述靜電夾 具16是由藉由黏接材料A被黏接於電極15的陶瓷介質 16A，及形成在陶瓷介質16A的電極層16B所構成。在靜 電夾具16的吸附面，亦即，在陶瓷介質16A的電極層 16B所構成。在靜電夾具16的吸附面，亦即，在陶瓷介 質16A上面形成有多數突起部16C均等地分散於大約全 面。如此地藉由設置多數突起部16C可減輕靜電夾具16 的殘留電荷的影響，可防止從靜電夾具16拉開晶圓W之 際的彈起。此些突起部16C是如第2圖所示地，配置成互 相隔著大約等間隔，各該上端是作爲與晶圓W的接觸面 而平坦地形成。 上述複數突起部16C與晶圓W的接觸面積，是晶圓 W的每一單位面積設定成15 %以下較理想。該接觸面積對 於晶圓W的比率愈小，愈容易地可進行熱傳導性氣體所 致的晶圓溫度的控制，惟若過小，則經由以具有比熱傳導 性氣體還高的熱傳導常數的陶瓷所形成的突起部16C的晶 圓W與冷媒之間的熱傳導會變小而使晶圓W的平衡溫度 上昇。若晶圓 W的每一單位面積的接觸面積比率超過 1 5%，則會降低熱傳導性氣體所致的溫度控制性而不理想 。在本實施形態中，爲了實現所期望的平衡溫度與溫度控 制性被設定在15%。 -14- 1358785 熱傳導性氣體所致的晶圓溫度的控制性，是藉由突起 部16C間的底面與突起部16C的側面的合計總接觸氣體 面積很大變化。亦即，對於熱傳導性氣體所致的晶圓W 的熱傳導，是除了來自與晶圓W背面直接接觸的部分的 熱傳導之外，存在有由突起部16C間的底面與突起部16C 的側面經由突起部1 6C的熱傳導。所以，總接觸氣體面積 愈大，則熱傳導性氣體所致的熱傳導效果愈良好。 晶圓W與突起部1 6C的總接觸面積同一的情形，則 突起部16C的高度愈高，突起部16C側面的面積變大， 而且線接觸氣體面積是變大而更理想。又，在各個突起部 16C的任意高度的水平斷面形成有複數同一形狀的突起部 的情形，各該突起部16C的水平斷面（與晶圓W的接觸 面）愈小，總接觸氣體面積變大而較理想。 突起部16C是將晶圓W與突起部16C的每一單位面 積的接觸面積比率〔（突起部表面接觸部/晶圓面積） x 1 〇〇%〕設定成1 5%以下較理想。考慮晶圓溫度的控制性 ’突起部16C是直徑0.5mm以下，高度30/zm以上較理 想；局度是40/zm以上更理想。又，若突起部16C的直 徑與高度的縱橫比變成大於1，則突起部1 6C藉由與晶圓 W的摩擦等有損壞之虞之故，因而直徑的下限及高度的上 限是設宾成在縱橫比（高度/直徑）1以下的範圍較理想 。各該突起部16C是如在圓柱狀，設定成水平斷面的直徑 爲0_5mm，高度爲30/zm。 爲了將突起部16C的線側面面積設定較大，水平斷面 -15- 1358785 形狀不是圓形狀而作成橢圓形狀或方形狀也可以，又，突 起部16C的側面並不是垂直面而是傾斜或具階段差而下側 斷面作成較大構造也可以。又，突起部16C前端的邊緣部 是爲了抑制發生切削所致的粒子，因而作成曲面形狀較理 想。該情形，與晶圓W的接觸面，是未包括曲面部分而 僅與晶圓W接觸的部分。

又，如第4圖所示地，上述複數突起部16C間的距離 <5，是設定在2mm以下，較理想爲1mm以下，更理想爲 與晶圓W的厚度t大約相等，或是比厚度t還短較理想。 利用大約相等地設定距離5與厚度t，使得從突起部16C 上面一直到晶圓W表面進行熱傳達的時間與從該突起部 16C —直到鄰接的突起部16C進行熱傳達的時間變成大約 相同，而減小晶圓W表面的突起部16C與空間部的溫度 差0 又，上述突起部16C的高度是較高者會使熱傳導性氣 ® 體瞬間地達到靜電夾具1 6與晶圓W間的整體空間而較理 想。考慮此種點，突起部16C的高度是設定在上述的30 Am以上，更理想是‘ 40 以上的高度較佳。在不足30 M m，則熱傳導性氣體到達靜電夾具1 6與晶圓W間的整 體空間的時間變久，有降低晶圓溫度的控制性之虞。實證 該情形的資料爲第5圖。第5圖是表示突起部16C的高度 爲10/zm及30//m的晶圓W的熱傳導性氣體的到達距離 與時間的關係圖表。由第5圖也可知，在突起部16C的高 度爲10/zm時，若來自氣體供給部的距離變長，則熱傳 -16- 1358785 導性氣體的到達時間急激地變久，惟在其高度爲30 以上時，則可知瞬間地到達晶圓W整體。 又，突起部16C高度低至10//m左右時，則在形成 有突起部16C的底面部設置如溝等的氣體擴散機構，經由 氣體擴散機構快速地擴散熱傳導性氣體，必須在短時間到 達至晶圓W整體。在本實施形態中如上述地，利用將突 起部16C高度設定成30 以上的較高，而不必設置氣 體擴散機構，可減低製造成本且不會產生溝的溫度不均勻 性等的缺點問題。 又，如第1圖及第3圖所示地，在靜電夾具16的外 周緣部形成有與多數突起部16C相同高度的第一環狀突起 部16D。藉由該環狀突起部16D將供給於靜電夾具16的 晶圓W間的間隙的熱傳導性氣體功能作爲密封在晶圓W 面內的密封環。又，在第一環狀突起部16D內側與第一 環狀突起部16D同心圓狀地使得第二環狀突起部16E形 成與複數突起部16C同一高度，而藉由該環狀突起部16E 將第一環狀突起部16D內的領域分成兩半。亦即，如第3 圖所示地，在第一環狀突起部16D與第二環狀突起部16E 之間形成有環狀第一領域16F，而在第二環狀突起部16E 內側形成有圓形狀第二領域1 6G，第二環狀突起部丨6E功 能作爲第一，.第二領域16F，16G間的密封環。又，在第 3圖中並未圖示突起部16C。 因此，當以靜電夾具16靜電吸附晶圓w，則晶圓W 是分別與多數突起部16C及第一，第二環狀突起部16D， -17- 1358785 16E相連接，而在晶圓W與靜電夾具16之間形成有對應 於第一，第二領域16F，16G的兩種空間。在以下，將對 應於第一，第二領域16F，16G的各該空間，視需要稱爲 第一，第二空間16F，16G。

又，如第3圖所示地，在第一，第二領域16F ’ 16G 分別形成有複數個第一，第二氣體供給口 16H，16I，而 在此些氣體供給口 16H，161如下述地分別連接有第一， 第二分岐配管19B，19C。又，在第3圖中，16J是使得 昇降銷24進行昇降的孔。 如第1圖所示地，第一，第二分岐配管19B，19C， 是被連接於形成在絕緣體13上面的第一，第二環狀凹部 13A，13B，作成在此些環狀凹部13A，13B內能供給熱傳 導性氣體。又，如同圖所示地，在電極15及靜電夾具16 形成有分別與第一，第二領域16F，16G相連通的第一， 第二連通路25，26。因此，氣體供給源19的熱傳導性氣 體，是經由第一，第二分岐配管19B，19C，第一，第二 環狀凹部13A，13B，第一，第二連通路25，26及第一， 第二氣體供給口 16H，161而達到靜電夾具16的第一，第 二空間 16F，16G。 將靜電夾具1 6與晶圓W間的空間藉由第一，第二環 狀突起部16D，16E分成兩半爲第一，第二空間16F，

1 6 G，就可個別地控制被供給於各空間1 6 F，1 6 G內的熱 傳導性氣體的壓力。當進行晶圓W的電漿處理，則晶圓 W的外周緣部比其內側溫度變高。如此，將第一空間1 6F -18- 1358785 內的熱傳導性氣體的壓力設定較高，例如設定在40 Torr 而提高熱傳導性，並將第二空間16G內的熱傳導性氣體 的壓力設定較低，例如設定在1 〇 Torr，藉由將第一空間 16F內的熱傳導性設定成比第二空間16G內的熱傳達性還 高，俾可均勻地控制晶圓W全面的溫度。 又，若將第一，第二空間16F，16G內的突起部16C 分別定義爲第一，第二突起部，則藉由將第一突起部與晶 圓W的接觸面積比率，設定成比第二突起部與晶圓W之 接觸面積比率還大，而提高經由突起部16C的晶圓W與 冷媒之間的熱傳導，可均勻地控制晶圓W整體的溫度， 惟晶圓周緣部的熱傳導性氣體所致的溫度控制性是成爲比 其內側還低。這時候，藉由以相同接觸面積將第一突起部 的個數密度設定成比第二突起部的個數密度還大，而可提 高晶圓W周緣部的熱傳導性氣體所致的溫度控制性。又 ，藉由將第一突起部的高度設定成比第二突起部的高度還 低，而同樣地可將晶圓周緣部的溫度作成較低。 如此地藉由採用將靜電夾具1 6與晶圓W間的空間分 成兩半使之分別獨立來控制熱傳導性氣體的壓力的構成之 故，因而即使如電漿狀態不均勻也可均勻地控制晶圓W 面的蝕刻速度或蝕刻形狀等。 第二環狀突起部10E與第—，第二空間部16F，16G 內的環狀地配置的最接近的突起部16C之間的距離，是 2mm以下，較理想是1 mm以下，更理想是與晶圓w的厚 度t大約相等，或是設定成比厚度t還短也可以。又，驗 -19- 1358785 證爲了觀看第二環狀突起部16與最接近的突起部16C的 間隙給予熱傳導的影響而在認爲會有較多影響的構造的突 起部領域間設置具有複數種寬度的溝的情形。 第6(a) ，（b)圖是表示使用有限要素法而以下述 設定條件進行熱傳達解析的結果。亦即，如表示於第6 ( a) ，（b)圖的晶圓的溫度分布及溫度差分布是表示將突 起部領域的接觸面積率設定在15%;將其高度設定在30 ^ //m，將背面氣體壓力設定在15 Torr，將晶圓厚度設定在 0.7mm，又將下部電極的溫度設定在25°C，使得晶圓W 的溫度成爲大約60 °C，將對於晶圓W的入熱量設定在 3.4 W/ cm2，將溝深（無限長度）設定在更容易有影響的 100" m，而將溝寬度設定在 0mm，1mm，2mm，3mm及 4mm的五種類經計算的結果。 又，將以上述條件塗佈光阻劑的晶圓，藉由氧氣電漿 實際上進行蝕刻，經測定蝕刻速度，確認在溝寬度1 .7mm Φ 的情形，即使蝕刻光阻劑也不會有對於溝所致的蝕刻的影 響。比較上述解析結果與實驗結果，則在表示於第6(a )，（b)圖的解析結果，溝寬度爲2mm時，晶圓的溝寬 度中心與其周邊的溫度差是大約1°C，因此可知爲了將溝 周邊的溫度差抑制在1°C以下，較理想是將溝寬度設定在 2mm以下。這時候，若突起部間的間隔大於溝寬度以上 ’則溫度差會變大之故，因而較理想是設定在1mm以下 ’更理想是設定在晶圓W的厚度以下。在本實施形態中 ’第二環狀突起部16E與最接近的突起部16C的距離設 -20- 1358785 定在0.5mm。因此，即使晶圓W背面爲藉由接觸面積比 率較小的突起部16C所形成的靜電夾具16，也不會受到 第二環狀突起部16E的影響，而以晶圓W全面可實現所 期望的溫度分布。 在晶圓W與突起部16C的每一單位面積的接觸面積 比率爲15%。各該突起部16C爲圓柱狀，水平斷面的直徑 爲0.5mm，而高度爲30 a m的條件下，而將背面氣體（ He)壓力在中心部爲5 Torr，而在周緣部爲40 Torr，並 將電極溫度設定在2 5 °C，使得晶圓W的溫度成爲大約60 °C的狀態下來吸附晶圓W，則一直到達到平衡溫度95 %的 溫度的時間是14.4秒鐘，具有與先前的陶瓷噴鍍的靜電 夾具大約同等的溫度應答性。因此，實際證明了爲了將溫 度應答性更優異地，將晶圓W與突起部16C的每一單位 面積的接觸面積比率作爲1 5%以下，而在同一接觸面積比 率下，將圓柱狀突起部16C的水平斷面（與晶圓的接觸面 )的直徑設定在〇.5mm以下，將高度設定在30/zm以上 較理想。這時候，爲了上昇平衡溫度，作成降低冷媒溫度 而將冷卻能力設定在較高更理想。 又，第7(a) ，（b)圖是表示使用有限要素法而以 如下的設定條件進行針對於第一，第二環狀突起部16D， 16E對於密封寬度的溫庚分布的影響的熱傳導解析的結果 。亦即，表不於第7(a) ，（b)圖的晶圓的溫度分布及 溫度差分布，是表示將突起部的接觸面積率設定在15%， 將其高度設定在30 v m，將背面氣體壓力設定在15 Torr -21 - 135名785 ，將晶圓厚度設定在〇_7 mm，又將下部電極的溫度設定 在25 °C，使得晶圓W的溫度成爲大約6 0 °C，將對於晶圓 的入熱量設定在3.4W/cm2，將密封高度設定在30#m ，而將密封寬度設定在〇mm，0.5mm，1.0mm，1.5mm及 2.0mm的五種類經計算的結果。

又，從光阻劑蝕刻速度上溫度差約1 °C以內較理想， 因而可知將密封寬度設定在1.5mm以下較理想。這時候 ，若密封寬度過窄，則有背面氣體洩漏之虞之故，因而設 定在1mm以上較理想。有關於氣體洩漏，在環狀突起部 的表面粗度Ra爲0.2至0.3 v m時，爲了將洩漏量抑制在 1 seem以下，作爲密封寬度需要3mm以上。在第二環狀 突起部15E時，即使有多少洩漏也很少影響之故，因而設 定在1.0至1.5mm的範圍較理想。 又，形成上述靜電夾具16的陶瓷介質16A，是包含 具有所定平均粒徑的結晶粒子，同時突起部1 6C與晶圓 W的接觸面（上面）被形成（加工）在依存於結晶粒子的 平均粒徑的表面粗度。依存於結晶粒子的平均粒徑的表面 粗度是指將陶瓷介質藉由電漿所致的乾式洗淨使表面被濺 鏟而經時性地變化，最後到達一定的表面粗度而表面粗度 不會變化其以上呈安定時的表面粗度。安定時的表面粗度 是結晶粒子的平均粒徑愈小變愈小，而結晶粒子的平均粒 徑愈大變愈大8 在本實施形態中，結晶粒子的平均粒徑爲1至2#m ，而以電漿所致的乾式洗淨，最後達到的表面粗度成爲 -22- 1358785

Ra 0.2至0.3"m。因此，將突起部16C的表面粗度事先 加工成Ra 0.2至0.3Am。由此，重複複數次乾式清洗也 不會使突起部16C的表面變粗成該表面粗度以上，可始終 保持安定的熱傳達性能，而始終安定晶圓溫度的控制性。 在結晶粒子的平均粒徑大於2//m時，藉由電漿處理施以 濺鍍而經時性地變化，而安定的表面粗度是變成大於0.3 之故，因而突起部16C的前端是必須事先加工成大於 0.3/zm的所定表面粗度。另一方面，在結晶粒子的平均 粒徑小於l//m時，藉由電漿處理施以濺鏟而經時性地變 化，而安定的表面粗度是變成小於0.2^m之故，因而突 起部16C的前端是必須事先加工成小於〇.2 m的所定表 面粗度》 又，第 8圖是表示相比較維克氏硬度（Vicker’s hardness )高的本實施形態的靜電夾具，及未包括於本發 明的靜電夾具的運轉時間（在未載置晶圓W的狀態下將 靜電夾具曝露在〇2電漿的晶圓乾式洗淨的累計時間）及 各該突起部16C的表面粗度的圖表。又，在第8圖中，本 實施形態的靜電夾具是以•記號表示，其結晶粒子的平均 粒徑是1至2ym。又，未包括在本發明的靜電夾具是以 ▲ g己喊表不，其結晶粒·子的平均粒徑是12jCzm。由該圖也 可知，本發明以外的靜電夾具是在開始運轉後4 0小時， 表面粗度由大約急激地變高至0.6/zm，40小時以 後是在表面粗度0.5至0.6/z m的變粗狀態下惡化而大約 安定。對於此，本實施形態的靜電夾具16是由開始運轉 -23- I35S785 時的表面粗度不足0.1 // m到運轉時間100小時成爲0.1 多的稍高，惟可知電漿所致的粗糙爲輕微。 突起部16C的表面粗度是即使結晶粒子的平均粒徑不 相同，依存於結晶粒子的粒徑的表面粗度會安定，因此藉 由事先加工成安定的表面粗度，就可避免表面粗度的經時 變化。亦即，在表示於第8圖的本實施形態的靜電夾具時 ，事先加工成大約Ra0.25//m (在加工精度上有偏差程 φ 度之故，因而管理寬度是成爲Ra0.2至0.3/zm)，在表 示於同圖的本發明以外的靜電夾具時可知事先加工成大約 Ra0.5至0.6/zm就可以。 形成上述靜電夾具16的陶瓷介質16A，是以氧化鋁 作爲主成分的氧化鋁燒結體較理想，又，該燒結體是含有 碳化矽較理想。藉由添加碳化矽可提高硬度或耐磨耗性。 又，該靜電夾具16是在高溫高壓下所燒成的燒結體更理 想。藉由在高溫度高壓下所燒成而可更提高靜電夾具16 Φ 的硬度，可到維克氏硬度Hv2000以上的硬度，更可提高 耐電漿性及耐磨耗性，甚至於可防止晶圓W的吸附，拉 開所致的突起部16C上面的縐裂。 又，第9圖是表示相比較使用於本實施形態的靜電夾 具16的燒結體與其他陶瓷的耐電漿性的圖表。在第9圖 中，使用於本實施形態的燒結體是以含有碳化矽在高溫高 壓下所燒成的試料No.3所表示，而維克氏硬度Hv爲 2200。其他試料No.1是氧化鋁噴鍍所致的一般性靜電夾 具，其維克氏硬度Hv爲1000。又，試料Νο·2是在常壓 -24- 1358785 下燒結氧化鋁的生片的陶瓷介質所構成的靜電夾具，其維 克氏硬度Hv爲1 000。又，試料No.4是以氧化鋁作爲主 成分，在常壓下以與No.2不相同的條件燒結生片的陶瓷 介質所構成的靜電夾具，其維克氏硬度Hv爲1400。由第 9圖也可知，本實施形態以外的任何試料，維克氏硬度 Hv均比2000還低，而電漿所致的消耗速度快速，且耐電 漿性較差。 又，第10圖是表示本實施形態的靜電夾具16的突起 部1 6C的表面粗度與無晶圓乾式洗淨時間的關係圖表。作 爲靜電夾具16:燒結體的氧化鋁粒子的結晶粒徑使用約1 M m者，如第10圖所示地進行突起部16C的表面加工使 得表面粗度Ra成爲0.09至0.29/zm的範圍，觀看各靜電 夾具16與乾式洗淨時間的關係。由第10圖也可知，實際 證明了具有任一表面粗度的靜電夾具1 6均經過洗淨時間 之同時，收束在一定表面粗度。又，可知該收束値爲Ra 0.25/zm。該値是換算成其他表面粗度Ry爲l.7/zm。又 ，無晶圓乾式洗淨時的電漿電位（Vpp )是600V。 又，第Π圖是表示熱傳導性氣體（He氣體）對於各 種壓力的突起部16C的表面粗度與晶圓溫度的關係。由第 11圖也可知地，若突起部16C的表面粗度Ra成爲大於 0.2 /z m，則晶圓溫度慢慢地變高，來自載置體1 2側的冷 卻效率慢慢地降低。尤其是表面粗度Ra爲0.27 /2 m左右 急激地降低冷卻效率的趨勢。但是可知，若表面粗度Ra 小於〇·2 β m，則表示大約一定的冷卻效率。因此，即使 -25- 1358785 突起部16C的表面粗度Ra在本發明的Ο.2至〇.25#m的 範圍內加工上有發生偏差程度，在熱傳導性氣體的壓力爲

10 Torr可抑制在8°C的變動，而在40 Torr可抑制在3°C 的變動，而可保持安定的冷卻效率。亦即，突起部16C前 端面的表面粗度Ra爲〇.25jtzm以下會減小表面粗度Ra 的影響，而在〇.2/zm以下表示大約一定的冷卻效率。又 ，40 Torr及10 Tori•是本實施形態的靜電夾具16之第一 ，第二空間16F，16G內的壓力。 精修加工突起部16C的前端表面之際，藉由將表面粗 度Ra爲0.25/zm以下較理想，更理想是設定在〇.2/zm以 下。 ' 如上所說明地，依照本實施形態，靜電夾具16是具 有與晶圓W接觸的複數突起部16C，且突起部16C是藉 由包括具有1至2#m的平均粒徑的氧化鋁結晶粒子的陶 瓷介質16A所形成，同時被加工成突起部16C與晶圓W Φ 的接觸面依存於平均粒徑的表面粗度（0.2至0.3//m)之 故，因而可提高耐電漿性，而且即使重複乾式洗淨也幾乎 不變化突起部1 6C的表面粗度，可提高晶圓溫度的控制， 同時可穩定化晶圓溫度的控制性。又，從靜電夾具16拉 開晶圓之際，不會有起因於殘留屬荷的晶圓W彈起或來 自靜電夾具16的污染。 又，依照本實施形態，靜電夾具16的陶瓷介質是含 有碳化矽之故，因而可更提高硬度或耐磨耗性。又，將突 起部16C的維克氏硬度，設定在HV2000以上之故，因而 -26- 1358785 可提高使用電漿的乾式洗淨所致的耐磨耗性。 又，將複數突起部的每一晶圓單位面積的接觸面積比 率設定在1 5 °/。以下之故，因而可將晶圓W全面控制在所 期望的溫度。又，各突起部16C的接觸面是直徑形成在 0.5mm以下的圓柱狀之故，因而突起部16C與熱傳導性氣 體所致的熱傳達性優異，而來自與晶圓W接觸的熱傳導 性氣體的熱傳達相輔相成可將晶圓控制成所期望的溫度。 又，將複數突起部16C，16C間的距離5設定在相當於晶 圓W厚度t的距離以下之故，因而可均勻地加熱與突起 部16C未接觸的晶圓部分及與突起部16C接觸的晶圓部 ，進而可將晶圓W全面冷卻成所期望的溫度。 又，將突起部16C設定成30 "m以上的高度之故， 因而未形成熱傳導性氣體用溝而在短時間可將熱傳導性氣 體普及至晶圓W整體，並可提高晶圓W全面的溫度應答 性。又，靜電夾具16是具有第一，第二環狀突起部16D ，16E，且分別形成於在第一’第二環狀突起部16D’ 16E 間及第二環狀突起部1 6E內側的第一’第二空間1 6F， 16G內具有將熱傳導性氣體分別供給的第一，第二氣體供 給口 1 6H，1 61之故，因而個別是控制供給於第一，第二 空間16F，16G內的熱傳導性氣體的壓力，藉由將第一空 間16F內的熱傳導性氣體的壓力設定成比第二空間16G 內還高，而將溫度容易變高的晶圓W外緣部的溫度比內 側更有效率地冷卻’而可將晶圓W全面控制成所期望的 溫度。 -27- 1358785 又，本發明是在上述實施形態上並未有任何限制者。 在未變更本發明的要旨下包含在本發明。 (產業上的利用可能性） 本發明是可利用作爲電漿處理裝置等的靜電夾具。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示適用本發明的靜電夾具的一實施形態的 電漿處理裝置的構成圖。 第2圖是表示擴大圖示於第1圖的靜電夾具的突起部 分的分布狀態的俯視圖。 第3圖是表示圖示於第1圖的靜電夾具的俯視圖。 第4圖是表示擴大圖示於第1圖的靜電夾具的要部的 局部斷面圖。 第5圖是表示圖示於第1圖的靜電夾具的突起部的高 度，與晶圓的熱傳導性氣體的到達距離與到達時間的關係 圖表。 第6圖是表示用以觀看靜電夾具表面溝對於晶圓溫度 的影響的熱傳導解析結果的圖表；第6 ( a )圖是表示溝 寬度與其近旁的晶圓溫度分布的圖表；第6(b)圖是表 示其溫度差的圖表。 第7圖是表示用以觀看靜電夾具之環狀突起部對於晶 圓溫度的影響的熱傳導解析結果的圖表；第7 ( a )圖是 表示密封寬度與其近旁的晶圓溫度分布的圖表；第7 ( b -28- 1358785 )圖是表示其溫度差的圖表。 第8圖是表示圖示於第丨圖的靜電夾具及先前的靜電 夾具的表面粗度的經時性變化的圖表。 第9圖是表示圖示於第1圖的靜電夾具及先前的靜電 夾具與電漿所致的消耗速度的關係圖表。 第10圖是表示圖示於第1圖的靜電夾具的表面粗度 與乾式洗淨的關係圖表。 第11圖是表示熱傳導性氣體的氣體壓力與圖示於第 1圖的靜電夾具的表面粗度，與晶圓W溫度的關係圖表。 第12圖是表示適用習知的靜電夾具的電漿處理裝置 的構成圖。 【主要元件符號說明】 16 :靜電夾具 16A :陶瓷介質 1 6 C :突起部 16D:第一環狀突起部 16E :第二環狀突起部 16H :第一氣體供給口 161:第二氣體供給口 -29-

Claims (1)

1358785 十、申請專利範圍 1·—種靜電夾具，屬於使用靜電力來吸被吸附基板的 靜電夾具，其特徵爲：上述靜電夾具是具有與上述被吸附 基板接觸的複數突起部，且藉由包含具有所定粒徑的結晶 粒子的陶瓷介質形成上述突起部，同時將上述突起部與上 述被吸附基板的接觸面形成依存於上述粒徑的表面粗度， 將上述突起部的上述被吸附基板的每一單位面積的接 φ 觸面積比率設定在15%以下，同時將上述突起部的高度設 定在3 0 # m以上。 2. 如申請專利範圍第1項所述的靜電夾具，其中，上 述粒徑是1至2/zm;上述接觸面的表面粗度是Ra 0.2至 0 · 3 // m。 3. 如申請專利範圍第1項所述的靜電夾具，其中，上 述陶瓷介質是以氧化鋁作爲主成分。 4. 如申請專利範圍第3項所述的靜電夾具，其中，上 Φ 述陶瓷介質是包含碳化矽。 5. 如申請專利範圍第丨項至第4項中任一項所述的靜 電夾具’其中，將上述突起部的硬度，以維克氏硬度（ Vicker’s hardness)設定在 Hv2000 以上。 6. 如申請專利範圍第丨項至第4項中任一項所述的靜 ®夾具’其中，將上述複數的突起部的上述被吸附基板的 每一單位面積的接觸面積比率，設定在1 5%以下。 7. 如申請專利範圍第6項所述的靜電夾具，其中，將 上述突起部，形成作爲直徑〇.5mm以下的圓柱狀突起。 -30- 1358785 8. 如申請專利範圍第7項所述的靜電夾具，其中，將 上述複數突起部間的距離設定在lmm以下。 9. 如申請專利範圍第7項所述的靜電夾具，其中，將 上述突起部的高度設定在30// m以上。 10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的 靜電夾具，其中，將上述接觸面的表面粗度，設定在藉由 電漿清洗可經時地達到的表面粗度。 11· —種靜電夾具，屬於具有使用靜電力來吸附被吸 附基板，不必經由溝將熱傳導用氣體供給於上述被吸附基 板的背面而冷卻上述被吸附基板的機構的靜電夾具，其特 徵爲：上述靜電夾具是具有與上述被吸附基板接觸的複數 突起部，且將上述突起部的上述被吸附基板的每一單位面 積的接觸面積比率設定在15%以下，同時將上述突起部的 高度設定在30/zm以上。 12. 如申請專利範圍第Π項所述的靜電夾具，其中， 將上述突起部形成作爲直徑〇.5mm以下的圓柱狀突起。 13. 如申請專利範圍第11項或第12項所述的靜電夾 具，其中，將上述接觸面的表面粗度，形成在Ra 0.2 5 // m以下。 14. 如申請專利範圍第11項或第12項所述的靜電夾 具，其中，將上述複數突起部間的距離設定在lmm以下 〇 15. 如申請專利範圍第11項或第12項所述的靜電夾 具，其中，上述靜電夾具是在外周緣部與其內側，具有與 -31 - !358785 上述被吸附基板接觸的第一，第二環狀突起部，且在分別 形成於第一’第二環狀突起部間及第二環狀突起部內側的 第一’第二領域內具有分別供給熱傳導用氣體的第一，第 二氣體供給口。 16.如申請專利範圍第15項所述的靜電夾具，其中， 將第二環狀突起部的寬度設於1.0mm至1.5mm，同時將

與鄰接於第二環狀突起部的上述突起部的距離設定在 2mm以下。 17·—種靜電夾具屬於使用靜電力來吸附被吸附基板 的靜電夾具，其特徵爲：上述靜電夾具是在外周緣部與其 內側’具有與上述被吸附基板接觸的第一，第二環狀突起 部’且在分別形成於第一，第二環狀突起部間及第二環狀 突起部內側的第一，第二領域內具有分別供給熱傳導用氣 體的第一，第二氣體供給口。 18. 如申請專利範圍第17項所述的靜電夾具，其中， 第一領域與第二領域是分別具有與第一，第二環狀突起部 不相同的複數第一，第二突起部；第一突起部與第二突起 $胃與上述被吸附基板的接觸面積，各該突起部的個數密 @及各該突起部的高度的至少任一種不相同。 19. 如申請專利範圍第18項所述的靜電夾具，其中， Μ與第一突起部的上述被吸附基板的接觸面積比率，設定 成比與第二突起部的上述被吸附基板的接觸面積比率還大 20.如申請專利範圍第19項所述的靜電夾具，將與第 -32- 1358785 二突起部的上述被吸附基板的每一單位面積的接觸面積比 率，設定在15%以下。 21_如申請專利範圍第18項所述的靜電夾具，將第一 突起部的高度，設定成比第二突起部的高度還低。 22.如申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述 的靜電夾具，其中，將第二突起部的高度，設定在30ym 以上。

23·如申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述 的靜電夾具，其中，將第一突起部的個數密度，設定成比 第二突起部的個數密度還大。 24.如申請專利範圍第18項至第21項中任一項所述 的靜電夾具’其中，第一，第二突起部是分別呈同一徑的 圓柱狀，而各該直徑爲0.5mm以下。

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