TWI528492B - 具有減少的電弧作用之靜電夾盤 - Google Patents

具有減少的電弧作用之靜電夾盤 Download PDF

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Description

具有減少的電弧作用之靜電夾盤
本發明之實施例大體上關於處理設備，更詳言之是關於靜電夾盤。
靜電夾盤(ESC)常用於以靜電式固持基材於基材支撐件上。在一些組態中，除了直流電(DC)之外，靜電夾盤或包括靜電夾盤的基材支撐件用於提供例如射頻(RF)電流或交流電(AC)的偏壓功率給基材支撐件，以用於固持基材於ESC上。
發明人已發現當RF偏壓功率施加到夾盤時，電弧作用會發生在某些靜電夾盤中。例如，電弧作用可能發生於橫跨ESC的導電部件之間的空氣間隙。
據此，發明人已提供一種改善的靜電夾盤，其能夠減少或消除夾盤中的導電部件之間的電弧作用。
在此提供靜電夾盤的實施例。在一些實施例中，靜電夾盤可包括：一主體，其具有一具凹口的上周邊邊緣，該邊緣是由一第一表面與一階梯狀第二表面所界定，該第一表面垂直於該主體的一側壁，該階梯狀第二表面配置在該第一表面及該主體的一上表面之間，該主體尚具有複數個孔洞，該等孔洞沿該具凹口的上周邊邊緣的第一表面穿過主體配置；複數個緊固件，該等緊固件配置成個別穿過該複數個孔洞之各者，以將該主體耦接配置在該主體下方的一基座；一介電構件，該介電構件配置在該主體之該上表面之上以靜電式固持配置於其上的一基材；一絕緣環，其在該具凹口的上周邊邊緣內繞該主體配置，該絕緣環具有一階梯狀內側壁，該階梯狀內側壁接合該凹口的該階梯狀第二表面，以界定該二者之間的一非線性界面；以及一邊緣環，其配置在該絕緣環之上，其中該非線性界面限制在RF功率施加至該靜電夾盤時該邊緣環與該緊固件之間的電弧作用。本發明其他及進一步的實施例如下文所述
在此提供可有利地減少或防止夾盤導電部件間電弧作用的靜電夾盤之實施例。第1圖描繪根據本發明一些實施例的靜電夾盤(ESC)的概略側視圖。第2圖描繪第1圖的靜電夾盤(ESC)的詳細側視圖。在此利用靜電夾盤100以透過由DC電源供應器106供給至電極104的DC電壓而固持基材102於其上。靜電夾盤可配置在設以供任何需要固持基材的製程所用的製程腔室中。例如，適合的製程可包括電漿、蝕刻、氮化或氧化製程等。可根據本發明之實施例修改而獲利的適合的處理設備之範例包括諸如電漿反應器之類的處理設備，其包括(但不限於)購自美國加州Santa Clara的應用材料公司的處理設備生產線之任一者。上列的處理設備僅為說明之用，其他的電漿反應器與非電漿設備(諸如CVD反應器或其他處理設備)亦可根據本發明的教示適當地修改。
靜電夾盤100包括主體108，該主體具有上表面109以支撐介電構件124，該介電構件124是設以靜電式固持配置於其上的基材102。該主體具有階梯狀、或具凹口的上周邊邊緣110。複數個孔洞112沿該具凹口的上周邊邊緣110的第一表面114穿過該主體108配置。可將第一表面配置成實質上垂直於靜電夾盤的中心軸(例如，實質上平行夾盤的支撐表面)。主體108可包含導電材料，諸如鋁(Al)或鈦(Ti)等。
主體108可包括一個以上的熱傳流體導管116，該等導管配置在主體108的下表面107附近。熱傳流體導管116可耦接熱傳流體源118以供給熱傳流體至所有聯接的導管116。熱傳流體可流過導管116以控制使用期間的靜電夾盤的溫度及/或溫度輪廓。
主體108可進一步包含複數個熱傳氣體導管120，該等導管配置在主體108的上表面109附近。熱傳氣體導管120可相互連接，使得熱傳氣體源122可耦接單一導管120(如圖所示)，以致熱傳氣體能夠被供給至所有聯接的導管120。或者，倘若該等導管不相互連接，則熱傳氣體源122可耦接每一導管120(圖中未示)。由熱傳氣體源提供的熱傳氣體可為氦(He)等。在一些實施例中，熱傳氣體導管120可延伸穿過介電構件124(如虛線部份121所示)以將熱傳氣體提供至基材102(其配置於介電構件124頂上)的背側。或者，介電構件124可包含多孔材料(諸如陶瓷等)，因而使熱傳氣體得以滲透過該構件以接觸基材102的背側。
主體108的具凹口的上周邊邊緣110由第一表面114與階梯狀第二表面115所界定，該第一表面114垂直於主體108的側壁111，而該階梯狀第二表面115配置在第一表面114與主體108的上表面109之間。沿具凹口的上周邊邊緣110的第一表面114配置的每一孔洞112可為任何適合的形狀，以容置穿過該等孔洞配置的複數個緊固件126之各者。例如，如第1圖所說明，每一孔洞112可包含第一部份113以及第二部份117，該第一部份接近具凹口的上周邊邊緣110的第一表面114，而該第二部份配置在第一部份113與主體108的下表面107之間。第一部份113的直徑可大於第二部份117的直徑，例如以形成擴孔(counterbore)使得每一緊固件126的頭部(例如，當緊固件為螺栓或螺釘時)得以凹入該主體108的具凹口的上周邊邊緣110的第一表面114下方。
該複數個緊固件126的每一者配置成穿過該複數個孔洞112的各者，以將主體108耦接至配置在主體108下方的基座128。每一緊固件可為螺釘、螺栓或夾箝等。在一些實施例中，緊固件是螺釘。每一緊固件可包含鈦(Ti)等。在一些實施例中，緊固件包含鈦(Ti)。一些實施例中，墊圈(圖中未示)可配置在每一緊固件126周圍，例如安置於每一孔洞112的第一部份113的基座處。該墊圈可包含與緊固件126相同的材料。一些實施例中，墊圈為鈦(Ti)。
基座128可為單一件或可包括複數個部件，諸如上部構件130與下部構件132(如圖所示)。在一些實施例中，下部構件132的直徑可大於上部構件130的直徑，並且下部構件132可具有置中配置於其中的上部構件130。上部與下部構件可由相同或不同材料所製造。在一些實施例中，上部與下部構件可由導電材料(諸如鋁、鋼、不鏽鋼、或鈦等)所製造。在一些實施例中，下部構件132包含陶瓷、石英、或聚醚醯亞胺(諸如)等。上部構件130可安置在下部構件132頂上，或者上部與下部構件可透過例如黏結層而黏結。在一些實施例中，基座或基座的上部構件130可包括複數個第二孔洞134，該等孔洞是設以接收並且固持每一緊固件126的一部份。每一第二孔洞134可被紋上螺紋以固持每一緊固件126，或者紋上螺紋的插件可設於每一孔洞124內以固持每一緊固件126。
回到ESC 100的上部部份，介電構件124配置在主體108的上表面109上方，以在使用期間靜電式固持基材102。介電構件可包含任何適合的介電材料，諸如陶瓷或氮化鋁等，或者是以介電塗料施以火焰噴塗塗佈的導電或介電材料。介電構件124可包括配置在介電構件124內用於夾持基材102的電極104。電極104可為一個連續的片材(如圖所說明)，或可包含數個配置在介電層124內的分別的或電連接的部份。在一些實施例中，一個以上的偏壓電極136可配置在介電構件124內以供給偏壓功率(例如RF功率)以控制用於處理基材102的電漿之離子能量。類似電極104，電極136可為一個單一電極，或者複數個分別的或電連接的電極，以供給RF功率。電極136可配置在電極104上方或下方。電極136可透過匹配網路或任何適合的阻抗匹配系統(圖中未示)耦接RF功率源138。
介電構件124可進一步包含唇部125，該唇部繞介電構件由介電構件124的底部部份(例如，鄰近主體108的上表面109處)徑向延伸。唇部125可延伸至主體108的上表面109的周邊邊緣(例如至主體的具凹口的上周邊邊緣的徑向上內邊緣處)。在一些實施例中，唇部的長度127可介於約0.05英吋至0.50英吋之間。黏結層(圖中未示)可配置在主體108的上表面109與介電構件124的下表面之間，以將主體108黏結介電構件124。黏結層可包含類似用於上述的黏結層之材料。發明人已發現到當使用黏結層時，黏結層可能不會全然延伸至主體108的上表面109的周邊邊緣。據此，唇部125的一部份可懸在空間中，而不是由黏結層所支撐。發明人進一步發現到倘若唇部過長，則唇部懸著的部份很可能會碎裂。據此，在一些實施例中，唇部的長度127可經選擇以減少或防止碎裂發生。
ESC 100進一步包括絕緣環140，該絕緣環繞主體108配置，並且配置在具凹口的上周邊邊緣110內。絕緣環140可包含石英等。在一些實施例中，絕緣環140包含石英。絕緣環具有階梯狀的內側壁142，該內側壁接合具凹口的上周邊邊緣110的階梯狀第二表面115，以界定在該二表面之間的非線性界面144。非線性界面144增加電漿至螺釘的曲折路徑，並且破壞了電漿至螺釘的準直線。此舉可減少或防止當RF功率施加至靜電夾盤100時配置在絕緣環140上方的邊緣環146與複數個緊固件126之間的電弧作用。此外，將螺釘移離(例如向下)，以減少可能另外由例如高密度電漿造成的電弧作用。
絕緣環140的階梯狀內側壁142可進一步包含第一部份143，該第一部份從絕緣環140向下朝主體108的具凹口的上周邊邊緣110的第一表面114延伸。第一部份143可具有介於約0.02英吋至1.00英吋之間的長度145。階梯狀內側壁142可進一步包括第二部份147，該第二部份從絕緣環140沿主體108的具凹口的上周邊邊緣110之階梯狀第二表面115側向延伸。第二部份147可具有介於約0.02英吋至1.00英吋之間的長度。
絕緣環140可進一步包括突出部148，該突出部繞絕緣環140的上內邊緣配置。絕緣環可具有從絕緣環140的底表面至突出部148的厚度，使得突出部148配置於介電構件124的唇部125上方或甚至與唇部125配置在一起。邊緣環146可配置在絕緣環140的突出部148上。邊緣環146可由矽(Si)等製造。邊緣環146的內邊緣154可向內朝靜電夾盤的中心軸延伸，並且安置在介電構件124的唇部125頂上。間隙155可存在於邊緣環146的內邊緣154與介電構件124之間。
邊緣環146可進一步包含繞邊緣環146之上內邊緣配置的突出部158。基材102的周邊邊緣可延伸進入邊緣環146的突出部158。然而，突出部158一般經裝設而使得基材102不會接觸邊緣環146並且完全由介電構件124所支撐。
視情況任選地將第二邊緣環168配置在絕緣環140的上表面152頂上。第二邊緣環168可由由矽(Si)等製造。第二邊緣環168可保護絕緣環140免受來自電漿及/或來自製程環境的降解或損害。
ESC 100的額外部件可包括環繞主體108與至少部份基座128的第二絕緣環170。第二絕緣環170可由陶瓷、石英、矽或碳化矽等之至少一者製造。第二絕緣環170可安置在基座128的下部構件132的頂上。第二絕緣環170可使主體108及基座128的上部構件130電絕緣於外接地殼172。接地殼172可環繞第二絕緣環170。
因此，已在此提供使電弧作用減少的靜電夾盤之實施例。本發明的靜電夾盤有利於減少或防止ESC導電部件之間的電弧作用。
前述者是導向本發明之實施例，本發明其他及進一步的實施例可在不背離本發明之基本範疇下設計。
100．．．靜電夾盤
102．．．基材
104．．．電極
106．．．DC電源供應器
107．．．下表面
108．．．主體
109．．．上表面
110．．．具凹口的上周邊邊緣
111．．．側壁
112．．．孔洞
113．．．第一部份
114．．．第一表面
115．．．階梯狀第二表面
116．．．熱傳流體導管
117．．．第二部份
118．．．熱傳流體源
120．．．熱傳氣體導管
121．．．虛線部份
122．．．熱傳氣體源
124．．．介電構件
125．．．唇部
126．．．緊固件
127．．．長度
128．．．基座
130．．．上部構件
132．．．下部構件
134．．．第二孔洞
136．．．偏壓電極
138．．．RF功率源
140．．．絕緣環
142．．．階梯狀內側壁
143．．．第一部份
144．．．非線性界面
145．．．長度
146．．．邊緣環
147．．．第二部份
148．．．突出部
152．．．上表面
154．．．內邊緣
155．．．間隙
158．．．突出部
168．．．第二邊緣環
170．．．第二絕緣環
172．．．接地殼
參考具有某些繪製在附圖的本發明實施例，可得到前文簡要總結與更詳細論及的本發明之實施例。然而應注意，附圖只說明本發明的一般實施例，因本發明允許其他同等有效的實施例，故不將該等圖式視為限制其範圍。
第1圖描繪根據本發明一些實施例的靜電夾盤的概略側視圖。
第2圖描繪根據本發明一些實施例的第1圖之靜電夾盤的部份概略側視圖。
為助於瞭解，如可能則使用同一元件符號指定各圖中共通的同一元件。為了說明起見，上述各圖式未依比例繪製且可能經過簡化。應瞭解到一個實施例中的元件與特徵可有利地結合其他實施例而無需進一步記敘。
102．．．基材
108．．．主體
124．．．介電構件
126．．．緊固件
140．．．絕緣環
144．．．非線性界面
146．．．邊緣環
168．．．第二邊緣環
170．．．第二絕緣環
172．．．接地殼

Claims (20)

  1. 一種靜電夾盤，其包含：一主體，其具有一具凹口的上周邊邊緣，該邊緣是由一第一表面與一階梯狀第二表面所界定，該第一表面垂直於該主體的一側壁，該階梯狀第二表面配置在該第一表面及該主體的一上表面之間，該主體尚具有複數個孔洞，該等孔洞沿該具凹口的上周邊邊緣的該第一表面穿過主體配置；複數個緊固件，該等緊固件配置成穿過該複數個孔洞之各者，以將該主體耦接配置在該主體下方的一基座；一介電構件，其配置在該主體之該上表面之上，以靜電式固持配置於其上的一基材；一絕緣環，其在該具凹口的上周邊邊緣內繞該主體配置，該絕緣環具有一階梯狀內側壁，該階梯狀內側壁接合該具凹口的上周邊邊緣的該階梯狀第二表面，以界定該二者之間的一非線性界面；以及一邊緣環，其配置在該絕緣環之上，其中該非線性界面限制在RF功率施加至該靜電夾盤時該邊緣環與該緊固件之間的電弧作用。
  2. 如請求項第1項所述之靜電夾盤，其中該介電構件進一步包含：配置於其中的一個或多個夾持電極。
  3. 如請求項第1項所述之靜電夾盤，其中該絕緣環的該階梯狀內側壁進一步包含：一第一部份，該第一部份從該絕緣環向下朝該主體的該具凹口的上周邊邊緣之該第一表面延伸；以及一第二部份，該第二部份從該絕緣環沿該主體的該具凹口的上周邊邊緣之該階梯狀第二表面側向延伸。
  4. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該主體進一步包含：複數個熱傳流體導管，其配置於接近該主體之一下表面處。
  5. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該主體進一步包含：複數個熱傳氣體導管，其配置於接近該主體之該上表面處。
  6. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該基座進一步包含：一上部構件，其透過該等緊固件耦接該主體；以及一下部構件，其配置於該上部構件下方。
  7. 如請求項第6項所述之靜電夾盤，其中該上部構件包含一導電材料。
  8. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其進一步包含：一第二絕緣環，其環繞該主體與該基座。
  9. 如請求項第8項所述之靜電夾盤，其進一步包含：一接地殼，其環繞該第二絕緣環，其中該第二絕緣環使該接地殼電絕緣於該主體與該基座的至少一部分。
  10. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，該介電構件進一步包含：一唇部，其環繞該介電構件於該主體之該上表面附近，該唇部延伸至該主體的該上表面的該周邊邊緣。
  11. 如請求項第10項所述之靜電夾盤，其中該邊緣環的一內邊緣配置在該介電構件的該唇部之上。
  12. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該邊緣環配置在一突出部內，該突出部配置在該絕緣環的一上內邊緣中。
  13. 如請求項第12項所述之靜電夾盤，其進一步包含：一第二邊緣環，其配置在該絕緣環的一上表面頂上。
  14. 如請求項第13項所述之靜電夾盤，其中該第二邊緣環包含矽(Si)。
  15. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該邊緣環進一步包含：一突出部，其配置在該邊緣環的一上內邊緣周圍，其中該突出部是設以在該基材配置於該靜電夾盤的該介電構件上時，配置在該基材下方。
  16. 如請求項第14項所述之靜電夾盤，其中該突出部具有一尺寸，使該基材定位於該靜電夾盤上時得以配置在該突出部上方，且使得該基材不會接觸該邊緣環。
  17. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該主體包含一導電材料。
  18. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中每一緊固件包含一螺釘。
  19. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該絕緣環包含石英。
  20. 如請求項第1項至第3項任一項所述之靜電夾盤，其中該邊緣環包含矽(Si)。
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