TWI442501B - Electrostatic chuck and its manufacturing method - Google Patents

Description

靜電吸盤及其製造方法

本發明係關於一種半導體晶圓等被處理基板之載置台所使用的靜電吸盤，尤其係關於一種具備有陶瓷之熔射膜(以下亦稱之為熔射層)的靜電吸盤及其製造方法。

在對矽晶圓等被處理基板進行電漿蝕刻等處理之半導體處理裝置中，被處理基板係被載置於被設置在處理腔室中央的載置台上。在該載置台中，大部分係在藉由熱傳導性佳的金屬材料所構成的支持體上部設置靜電吸盤(以下稱為ESC)。

一般而言，靜電吸盤係形成為層積構造，在其最表面係設有絕緣(介電)體層，在其下側係設有屬於導電體層的膜狀電極，另外在其下側亦設有絕緣體層。大部分在絕緣體層採用氧化鋁(Al₂ O₃ )，在膜狀電極採用鋁薄板、箔或接合層。膜狀電極係具有作為用以使晶圓以靜電力加以固定的電壓施加用電極的功能。

此外，有別於膜狀電極，亦有在ESC設置由金屬材料所構成的傳熱層，俾以達成ESC的均熱化。

膜狀電極及傳熱層係均由導電性之金屬材料所構成的金屬層，該等均呈在ESC的側面露出於外部的狀態。如上所示當金屬層的端部呈露出於ESC之側面的狀態時，例如會有因半導體製造用途所使用的鹵素系等腐蝕氣體而使金屬層腐蝕的問題。此外，會有經腐蝕的金屬引起污染(contamination)問題的問題。

此外，當膜狀電極作為ESC的電極加以使用時，由於對其施加高電壓，因此會有在與其近接的金屬體、例如被配設在ESC周緣的聚焦環等發生放電或漏電之虞的問題。

因此，大部分係藉由在露出金屬層的側面熔射絕緣性的陶瓷或氧化鋁，來防止上述問題發生。

例如在下述專利文獻1中所揭示的半導體製造用基座係在具有導電體與絕緣性陶瓷基材的半導體製造用基座中，以藉由絕緣性熔射膜來被覆導電體由陶瓷基材露出部分為其特徵。

(專利文獻1)日本特開平06-279974號公報

一般而言，靜電吸盤係具有由導電體層及包夾導電體層的絕緣體層所構成的層積構造。若露出該導電體層，會產生由該處發生漏電、或因環境氣體而造成金屬腐蝕的問題。因此在導電體層的露出面，亦即靜電吸盤的側面形成由陶瓷等絕緣材所構成的熔射膜，藉此被覆金屬層的露出面。但是，在該目的下形成的熔射膜會有易於破損的問題。

第5圖係顯示在習知技術中形成在靜電吸盤側面之陶瓷熔射膜(熔射層)之形狀之一例圖。一般而言，如第5圖(a)所示，在包含導電體層20之靜電吸盤(ESC)21側面的大致全面形成平面狀的陶瓷熔射層6。但是，由於該陶瓷熔射層6較為脆弱，因此在進行ESC安裝、卸除等處理時，若對其施加外部撞擊，會有容易破損的問題。

本發明人等為了改善上述陶瓷熔射層的剝離容易度，因此針對改變其形狀或被覆範圍的熔射方法的效果加以探討。亦即，其一如第5圖(b)所示，在上下水平面放大陶瓷熔射層6，在ESC的側面與絕緣體層的上下一體形成有陶瓷熔射層6的情形。其他如第5圖(c)所示，僅放大陶瓷熔射層6的下側，在ESC的側面與絕緣體層的下面側一體形成陶瓷熔射層6的情形。針對該等形狀，就陶瓷熔射層之剝離性的改善進行探討。

結果，藉由增大接著面積而就剝離性方面獲得改善，但是由於陶瓷熔射層薄且脆弱，因此會因外部撞擊而使陶瓷熔射層的角隅部發生破損。因此，發現到即使將陶瓷熔射層形成為如第5圖(b)或(c)所示之形狀，亦無法完全防止因外部撞擊所造成的破損。

此外，在前述專利文獻1中係顯示針對該陶瓷熔射膜形成方法所設想的辦法。以下就該熔射膜形成方法，使用圖示加以說明。在該文獻之實施例中，如第6圖(a)所示，基座上部係具有在圓板狀陶瓷基材22與陶瓷的圓板狀支持體23之間包夾有膜狀電極24的構造。

此外，在形成熔射膜(熔射層)時，如第6圖(a)所示，首先藉由蝕刻等將膜狀電極24的周緣部進行去除加工，在藉此所形成的溝25之中對絕緣性陶瓷進行熔射。在熔射時，埋設該溝25，形成另外由上下之陶瓷圓板的側表面凸起的陶瓷熔射層6。

藉此在溝25之中形成已生根的陶瓷熔射層6，期待提升圖板狀陶瓷與陶瓷熔射層6的密接性。但是，根據本發明人等所知，由於該陶瓷熔射層6具有凸起部分，因此會有容易與周圍物體相撞的問題。已知當該凸起部分撞到周圍的剛體而由外部施加撞撃力時，陶瓷熔射層6會發生破損而容易剝離。

此外，在如前述專利文獻1所記載之膜狀電極24之周緣部的蝕刻加工中，陶瓷不會充分進入至加工部內部。因此，難以完全被覆金屬層，而且熔射陶瓷與加工部的接觸面積並不足夠，因此明顯會有密接性差而剝離的問題。

因此，本發明之課題在於提供一種靜電吸盤係在具有由導電體層及將其包夾的絕緣體層所構成之層積構造的靜電吸盤周圍所形成的陶瓷熔射膜與基材的密接性佳，而且即使在處理時對靜電吸盤作用外部撞擊力，熔射膜亦不易破損。

用以解決上述課題之本發明的靜電吸盤係包含被夾在絕緣體層之金屬層之層積構造的靜電吸盤，其特徵為：藉由絕緣性熔射膜來被覆形成在前述金屬層周緣露出部分的凹部。

該靜電吸盤的熔射膜最好係被覆至少露出於前述凹部之內側的前述金屬層，而且以不會由前述凹部突出的方式予以被覆。藉此，可防止來自金屬層的漏電、或金屬層的腐蝕，並且即使在處理時對熔射膜作用外部撞擊力，亦可防止熔射膜破損。

前述金屬層可為導電層、或均熱層。此外，前述凹部的剖面形狀以漏斗狀、拋物線狀、平盤狀、橢圓弧狀、圓弧狀之任一者的外側經放大後的形狀為佳。藉此，金屬層的寬幅為較窄的0.5mm至1.0mm，亦可在凹部陷入熔射陶瓷，而可防止熔射膜剝離。

此外，最好前述熔射膜為含有氧化鋁之陶瓷製的絕緣膜。此外，最好前述熔射膜係藉由氧化釔熔射所形成。

此外，當在前述凹部熔射陶瓷時，若熔射膜由凹部突出，則藉由將熔射膜表面進行研削而使來自凹部的突出部消失，以不會對熔射膜施加外部撞擊，藉此可防止熔射膜破損。

本發明之靜電吸盤係在前述凹部的寬幅為0.5mm以上、1.0mm以下的情形下，亦可形成熔射膜。

本發明之靜電吸盤之製造方法係包含被夾在絕緣體層之金屬層之層積構造的靜電吸盤之製造方法，其特徵為：在前述金屬層的周緣形成凹部，以覆蓋至少露出於前述凹部之前述金屬層的方式形成絕緣性的熔射膜，以前述熔射膜不會由前述凹部突出的方式將前述熔射膜進行研削。

藉此，可製造出可防止來自金屬層的漏電、或金屬層的腐蝕，並且即使在處理時對熔射膜作用外部撞擊力，亦可防止熔射膜破損的靜電吸盤。此外，前述金屬層為導電層、或均熱層亦可適用。

最好將前述凹部的剖面形狀形成為漏斗狀、拋物線狀、平盤狀、橢圓弧狀、圓弧狀之任一者的外側經放大的形狀。藉由形成為如上所示之形狀，即使在金屬層的寬幅為較窄的0.5mm至1.0mm的情形下，亦可在凹部陷入熔射陶瓷而可製造出熔射膜不易於剝離的靜電吸盤。

最好將含有氧化鋁的陶瓷製材料進行熔射而形成前述熔射膜。此外，最好藉由氧化釔熔射形成前述熔射膜。

藉由本發明，在包含被覆金屬層之熔射陶瓷的靜電吸盤中，可提供一種即使對該靜電吸盤作用外部撞擊力，熔射膜亦不會易於破損的靜電吸盤。

以下參照實施例之圖示，說明本發明。第1圖係本發明之實施例中所使用之靜電吸盤之上部構造的示意圖，第1圖(a)係垂直剖面圖，第1圖(b)係第1圖(a)的A部放大圖。支持體2係藉由與半導體晶圓1接觸而進行熱交換，作為用以調節半導體晶圓1之溫度的熱交換板加以使用。支持體2係由鋁等富於導電性及熱傳導性的材質所構成。

在支持體2的最上部設有圓板型的靜電吸盤層3，在其下側設有陶瓷製之圓板型的加熱器層4。在靜電吸盤層3與加熱器層4之間設有鋁接合層5。

鋁接合層5係具有作為用以使半導體晶圓1的溫度成為均一的溫度均一化層的功能。在靜電吸盤層3、加熱器層4及鋁接合層5的外周形成有陶瓷熔射層6。

靜電吸盤層3係由陶瓷等介電質所構成，俾以藉靜電吸附力來保持半導體晶圓1，在其內部係被埋設有由導電體例如銅、鎢等導電膜所構成的內部電極7。對內部電極7經由供電棒8而被施加高電壓、例如2500V、3000V等直流電壓，藉由庫侖力或約翰生拉別克(Johnsen-Rahbeck)力來吸附保持半導體晶圓1。

加熱器層4係在陶瓷的圓板內部形成有膜狀的電阻發熱體層9，在其兩端安裝供電線10a、10b而由商用交流或直流電源(未圖示)供給加熱用電力。

在支持體2的內部設有熱媒體(流體)流路11。在該熱媒體流路11藉由溫度調節單元及配管(均未圖示)循環供給有預定溫度的熱媒體、例如熱水或冷水。

在靜電吸盤層3與半導體晶圓1之背面之間，係由傳熱氣體供給部(未圖示)，經由氣體供給管12而供給傳熱氣體、例如He氣體，該傳熱氣體係促進靜電吸盤層3與半導體晶圓1之間的熱傳導。

如上所述在本實施例中，使用附有加熱器的靜電吸盤，靜電吸盤(ESC)係由藉鋁接合層5來接合構成靜電吸盤層3與加熱器層4且大致相同直徑的2枚陶瓷圓板的層積構造體所構成。在本實施例中，係使用氧化鋁作為靜電吸盤層3與加熱器層4的陶瓷，該等兩層的厚度為1至2mm，鋁接合層5的厚度為0.5至1mm左右，ESC全體厚度為3至6mm左右。鋁接合層5係具有以不會藉由加熱器層4而使半導體晶圓1被集中加熱的方式使溫度均一化的功能。

在該圓板形層積構造體的外周全周形成陶瓷熔射層6時，形成露出鋁接合層5外緣的凹部，將陶瓷熔射層6埋設在該凹部，以不會有其上部由層積構造體側面突出之情形的方式來調整其高度。

以下說明在本發明中形成在層積構造體側面之凹部之較佳剖面形狀。第2圖係顯示本實施例中形成在靜電吸盤側面之陶瓷熔射層6之剖面形狀的剖面圖。

如第2圖所示，靜電吸盤層3的下半部分與加熱器層4的上半部分被削除而形成為平的傾斜面，以在其底部露出鋁接合層5的方式形成有凹部。

凹部的剖面為淺底的漏斗狀或平盤狀。以陶瓷熔射層6覆蓋該凹部全體的方式將陶瓷熔射材料進行熔射。以熔射材料而言，以氧化釔或氧化鋁較為合適，但是若為形成陶瓷者，即不侷限於此。熔射後，由於熔射材料會在凹部表面凸起，因此將該凸起部分進行研削，以不會有陶瓷熔射層6的上部由層積構造體側面突出之情形的方式來調整其高度。

在本發明中，為了提高陶瓷熔射層6對於基材的密接性，施行以下2項辦法。第一辦法係將凹部的剖面形成為外側經放大的形狀(已形成有開口的狀態)，熔射時的熔液易於進入至凹部的底部(內側)。此外，第二辦法如後所述，係將凹部剖面中的凹部周邊長設為1.42mm以上，加大陶瓷熔射層6與基材的接著面積。

上述第一辦法中，凹部的剖面形狀並不限於第2圖之例。第3圖係顯示本發明中之凹部剖面形狀之其他例圖。凹部13的剖面形狀可為第3圖(a)所示之漏斗狀，亦可為第3圖(b)所示之平盤狀。此外，如第3圖(c)所示，可為在漏斗的底部角隅附有圓形R的形狀，亦可為如第3圖(d)所示之圓弧狀的剖面形狀。或者，雖未圖示，但凹部的剖面形狀亦可為橢圓弧狀或拋物線狀。在如上所示之剖面形狀包含曲線的情形下，包含鋁接合層5之露出部的凹部底部亦可為平面。

此外，在上述第二辦法中，係以將凹部剖面中的凹部周邊長設為1.42mm為佳。藉此，可提升陶瓷熔射層6與靜電吸盤層3‧加熱器層4的密接性，且可減低陶瓷熔射層6的剝離性。

此外，將陶瓷熔射部的凸起去除，以不會有陶瓷熔射層6由層積構造體側面突出之情形的方式來調整其高度，藉此可防止在處理時，凸起部分與周圍的剛體衝撞而破損。其中，以去除熔射部之凸起的方法而言，以機械研削等習知技術即可，無須特別有所限定。

以下說明本發明中之靜電吸盤之製造方法，亦即陶瓷熔射層6之形成方法。第4圖係本發明中之陶瓷熔射層6之形成方法的說明圖。首先，如第4圖(a)所示，以鋁接合層5接合靜電吸盤層3與加熱器層4之2枚陶瓷圓板而作成層積構造體14。接著，如第4圖(b)所示，將層積構造體14的外周全周進行研削，形成預定之剖面形狀的凹部13。

接著，如第4圖(c)所示，以層積構造體14外周的凹部13全體埋上而且其表面稍微凸起的方式將陶瓷的熔射材料進行熔射而形成陶瓷熔射層6。在本實施例中，係使用氧化釔或氧化鋁的粉末作為熔射材料。在陶瓷熔射層6冷卻固化後，將其表面進行機械研削或研磨，以不會有陶瓷熔射層6的上部由層積構造體14側面突出之情形的方式來調整其高度。藉由該等工程，即完成陶瓷熔射層6的形成。

1．．．半導體晶圓

2．．．支持體

3．．．靜電吸盤層

4．．．加熱器層

5．．．鋁接合層

6．．．陶瓷熔射層

7．．．內部電極

8．．．供電棒

9．．．電阻發熱體層

10a、10b．．．供電線

11．．．熱媒體流路

12．．．氣體供給管

13．．．凹部

14．．．層積構造體

20．．．導電體層

21．．．靜電吸盤(ESC)

22．．．陶瓷基材

23．．．圓板狀支持體

24．．．膜狀電極

25．．．溝

第1圖係本發明之實施例中所使用之靜電吸盤之上部構造的示意圖。

第2圖係顯示在本實施例中形成在靜電吸盤側面之陶瓷熔射層之剖面形狀的剖面圖。

第3圖係顯示在本發明中形成在靜電吸盤側面之凹部之剖面形狀的其他例圖。

第4圖係本發明中之陶瓷熔射層之形成方法的說明圖。

第5圖係顯示形成在習知之靜電吸盤側面之陶瓷熔射層之形狀之例的說明圖。

第6圖係專利文獻中之陶瓷熔射層之形成方法的說明圖。

3．．．靜電吸盤層

4．．．加熱器層

5．．．鋁接合層

6．．．陶瓷熔射層

7．．．內部電極

9．．．電阻發熱體層

Claims (12)

1. 一種靜電吸盤，係包含被夾在絕緣體層之金屬層之層積構造的靜電吸盤，其特徵為：藉由絕緣性熔射膜來被覆形成在前述金屬層周緣露出部分的凹部；前述熔射膜係被覆至少露出於前述凹部之內側的前述金屬層，而且以不會由前述凹部突出的方式予以被覆。
2. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中，前述金屬層為導電層、或均熱層。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中，前述凹部的剖面形狀為漏斗狀、拋物線狀、平盤狀、橢圓弧狀、圓弧狀之任一者。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中，前述熔射膜為含有氧化鋁之陶瓷製的絕緣膜。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中，前述熔射膜係藉由氧化釔熔射所形成。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中，前述熔射膜的表面被研削。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中，前述凹部的寬幅為1.0mm以下。
8. 一種靜電吸盤之製造方法，係包含被夾在絕緣體層之金屬層之層積構造的靜電吸盤之製造方法，其特徵為： 在前述金屬層的周緣形成凹部，以覆蓋至少露出於前述凹部之前述金屬層的方式形成絕緣性的熔射膜，以前述熔射膜不會由前述凹部突出的方式將前述熔射膜進行研削。
9. 如申請專利範圍第8項之靜電吸盤之製造方法，其中，前述金屬層為導電層、或均熱層。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項之靜電吸盤之製造方法，其中，將前述凹部的剖面形狀形成為漏斗狀、拋物線狀、平盤狀、橢圓弧狀、圓弧狀之任一者。
11. 如申請專利範圍第8項或第9項之靜電吸盤之製造方法，其中，將含有氧化鋁的陶瓷製材料進行熔射而形成前述熔射膜。
12. 如申請專利範圍第8項或第9項之靜電吸盤之製造方法，其中，藉由氧化釔熔射形成前述熔射膜。