TWI696235B - 支撐基板的設備 - Google Patents

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大衛 Ｊ‧ 奇普曼
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Abstract

本發明提供支撐基板的設備且揭露可安置於加熱的靜電 卡盤與基底之間的熱屏蔽。熱屏蔽包括具有在1密耳與5密耳之間的厚度的熱絕緣體，例如聚醯亞胺膜。聚醯亞胺膜在一個側上塗覆有反射材料層，例如鋁。所述反射材料層可在30奈米與100奈米之間。熱屏蔽安置成使得所述反射材料層更靠近卡盤。由於所述反射材料層較薄，所以熱屏蔽不保持大量熱。此外，熱屏蔽的溫度保持遠低於聚醯亞胺膜的玻璃化轉變溫度。

Description

支撐基板的設備
本發明的實施方案涉及用於靜電卡盤的熱屏蔽，且更確切地說，涉及用於使加熱的靜電卡盤與基底絕緣的熱屏蔽。
半導體裝置的製造涉及多個離散且複雜的過程。半導體基板通常在製造工藝期間經歷許多過程。在處理基板時，通常將基板夾持到卡盤上。此夾持可在本質上是機械或靜電的。所述靜電卡盤傳統上由多個層組成。頂部層(還被稱作頂部介電層)接觸基板，並且是由電絕緣或半導電材料製成，因為其產生不會形成短路的靜電場。為了產生靜電力，多個電極可安置在頂部介電層下方。所述多個電極是由例如金屬等導電材料建構。
在某些應用中，離子植入可導致晶體缺陷(crystal defects)及非晶化(amorphization)。此晶體損壞常常可以通過被稱為退火的熱處理恢復。然而，對於某些高劑量植入物及裝置結構，典型的植入後退火可能不足以恢復由植入引起的全部損壞。已知在植入工藝期間加熱基板會減少對基板的損壞且保留更多晶體結構以促進在退火工藝期間再生長。
例如在通過靜電力使基板保持在適當的位置時，通常通過接觸加熱基板，例如通過使用在工件與卡盤之間捕獲的氣體。還可直接通過卡盤加熱基板。在兩個實施例中，熱通過卡盤施加到基板的下表面。因此，卡盤被維持在高溫下以致使對基板進行加熱。
然而，在某些實施例中，加熱的卡盤極為接近基底。在某些實施例中，加熱的卡盤可為約3/8"厚，且可被加熱到約500℃或更多。基底的厚度還可為約3/8"且可通過使用水冷卻而處於室溫或室溫附近。
所述卡盤及基底可例如通過使用陶瓷墊圈(其為不良熱導體)而相隔約1/8"或更小。加熱的卡盤與基底之間的溫差可為數百度。基底可充當散熱器(thermal sink)，從卡盤抽取熱。在某些實施例中，金屬熱屏蔽安置於加熱的卡盤與基底之間。然而，傳統的金屬熱屏蔽可成問題。例如，因為金屬是極好的熱導體，所以可將金屬熱屏蔽加熱到幾乎是卡盤的溫度。此可導致金屬熱屏蔽以及金屬熱屏蔽與卡盤或金屬熱屏蔽與基底之間的可能的接觸的變形。因為卡盤通常是由陶瓷材料製成，所以此可導致到卡盤的熱應力，這可導致材料疲勞(material fatigue)或開裂(cracking)。
如果存在使加熱的卡盤與基底有效地熱隔離的熱屏蔽，那麼將是有益的。此外，如果此熱屏蔽允許卡盤及基底極為接近而不變形，那麼將是有益的。
揭露可安置於加熱的靜電卡盤與基底之間的熱屏蔽。所述熱屏蔽包括具有1密耳與5密耳之間的厚度的熱絕緣體，例如聚醯亞胺膜。所述聚醯亞胺膜在一個側上塗覆有反射材料層，例如鋁。所述反射材料層可在30奈米與100奈米之間。所述熱屏蔽安置成使得所述反射材料層更靠近靜電卡盤。由於所述反射材料層較薄，所以熱屏蔽不保持大量熱。此外，熱屏蔽的溫度保持遠低於聚醯亞胺膜的玻璃化轉變溫度(glass transition temperature)。
根據一個實施例，揭露一種設備。所述設備包括：靜電卡盤；基底，其處於比靜電卡盤低的溫度下；及熱屏蔽，其安置於靜電卡盤與基底之間，其中所述熱屏蔽包括在一個側上塗覆有反射材料層的聚醯亞胺膜。在某些實施例中，所述反射材料層包括鋁。在某些實施例中，使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition)、物理氣相沉積(physical vapor deposition)、電漿增強型化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition)或電子束蒸鍍(e-beam evaporation)將所述反射材料層沉積在所述聚醯亞胺膜上。在某些實施例中，所述反射材料層在30奈米與100奈米之間。在某些實施例中，所述聚醯亞胺膜具有1密耳與5密耳之間的厚度。在某些實施例中，使用墊圈使所述熱屏蔽與所述靜電卡盤及基底中的至少一者分開。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於200℃的溫度。
根據另一實施例，揭露一種設備。所述設備包括靜電卡盤；基底，其處於比靜電卡盤低的溫度下且與靜電卡盤隔開；熱屏蔽，其安置於靜電卡盤與基底之間，其中所述熱屏蔽包括在面對靜電卡盤的一個側上塗覆有反射材料層的聚醯亞胺膜；及墊圈，其用以使所述熱屏蔽與所述靜電卡盤及基底分開。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於200℃的溫度。
根據另一實施例，揭露一種設備。所述設備包括：靜電卡盤；基底，其處於比靜電卡盤低的溫度下；及熱屏蔽，其安置於靜電卡盤與基底之間，其中所述熱屏蔽包括在更靠近靜電卡盤的側上塗覆有反射材料層的熱絕緣體。在某些實施例中，所述絕緣體具有1密耳與5密耳之間的厚度。
100:卡盤
110:基底
150:熱屏蔽
151:聚醯亞胺膜
152:反射材料層
120a、120b、121:墊圈
為了更好地理解本發明，參考附圖，其以引用的方式併入本文中並且其中：圖1是根據一個實施例的安置於卡盤與基底之間的熱屏蔽的側視圖。
圖2是根據另一實施例的安置於卡盤與基底之間的熱屏蔽的側視圖。
圖3是根據第三實施例的安置於卡盤與基底之間的熱屏蔽的側視圖。
如上文所描述，在許多應用中，在將基板夾持到靜電卡盤上時對基板進行加熱可為有利的。傳統上，此加熱是使用傳導執行，其中靜電卡盤中含有的熱常常通過使用後側氣體而傳遞到基板。
如上文所描述，在其中安置著基板的靜電卡盤與提供到靜電卡盤的電氣及流體連接的基底之間可存在較大的溫差。在一些實施例中，通過使加熱的卡盤與基底分隔較大距離以使得在所述兩個元件之間存在溫度梯度來解決此問題。然而，在一些實施例中，可沒有空間來提供足夠的間隔。例如，在某些實施例中，卡盤與基底之間的空間可為1/8"或更小。在這些實施例中，所得的溫度梯度可不利地影響卡盤的使用壽命。
本發明通過在加熱的卡盤與基底之間安置熱屏蔽來解決這些問題。然而，如上文所描述，傳統的金屬熱屏蔽可成問題。由此，本發明揭露新穎熱屏蔽的使用。
與傳統的金屬遮罩相比，本發明的熱屏蔽是由熱絕緣體(例如聚醯亞胺材料)製成。聚醯亞胺材料是極好的熱絕緣體並且因此較少會受到傳統的金屬遮罩所經歷的變形。此外，聚醯亞胺材料具有較高的操作溫度。例如，許多聚醯亞胺材料的玻璃化轉變溫度(Tg)在350℃以上。在某些實施例中，用於熱屏蔽的聚醯亞胺材料可形成為具有1密耳與5密耳之間的厚度的膜。聚醯亞胺材料包含KAPTON®及其它材料。
為了進一步增強熱屏蔽的操作，聚醯亞胺膜在一個側上塗覆有高度反射材料。例如，在某些實施例中，鋁層沉積在聚醯亞胺膜的一個側上。可使用化學氣相沉積(CVD)工藝、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)工藝、物理氣相沉積(PVD)工藝或電子束蒸鍍來沉積此鋁層。所述鋁層的厚度可在30nm與100nm之間，但其他厚度在本發明的範圍內。
高度反射材料可具有鏡面拋光(mirror-like finish)且可具有非常高的反射水準。此高度反射材料傾向於將來自卡盤的熱朝向卡盤反射回去。
另外，因為所述反射材料層較薄，所以所述層不傳導熱能以及可厚得多(例如0.030")的金屬遮罩也不傳導。因此，所述反射材料層不吸收大量熱。因此，熱屏蔽的溫度保持比傳統的金屬遮罩的溫度低得多。在某些測試中，依據卡盤的溫度來測量本發明的熱屏蔽的操作溫度。在表1中展示結果。
Figure 105119384-A0305-02-0008-1
在一些實施例中，如表1中所展示，將卡盤加熱到大於 100℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於200℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於300℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於350℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於400℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於450℃的溫度。在某些實施例中，將卡盤加熱到大於500℃的溫度。在所有這些測試中，熱屏蔽保持在200℃以下，甚至在將卡盤加熱到500℃時也如此。此外，由於聚醯亞胺材料的Tg大於300℃，所以存在較高的安全餘度(margin)。
此外，雖然在上文描述聚醯亞胺材料，但可使用其他絕熱材料。例如，還可使用聚酯。
圖1展示一個實施例。在此圖中，卡盤100安置在基底110上方且與其分開。如上文所描述，可將卡盤100加熱到超過500℃的溫度，同時可對基底110進行水冷以維持接近室溫的溫度。卡盤100及基底110可相隔約1/16"與1/8"之間的距離。熱屏蔽150安置於卡盤100與基底110之間。在此實施例中，熱屏蔽150通過第一組墊圈120a與卡盤100分開。熱屏蔽150通過第二組墊圈120b與基底110分開。在某些實施例中，墊圈120a、120b可為陶瓷，其也是不良熱導體。在一些實施例中，熱屏蔽150安置在卡盤100與基底110之間一半的地方，使得第一組墊圈120a與第二組墊圈120b具有相同的高度。當然，可通過部署比第一組墊圈120a更高的第二組墊圈120b而將熱屏蔽150移動成更靠近卡盤100。替代地，可通過採用比第二組墊圈120b更高的第一組 墊圈120a而將熱屏蔽150安置成更靠近基底110。
熱屏蔽150可由例如聚醯亞胺膜151等熱絕緣體製成，所述熱絕緣體在一個側上塗覆有反射材料層152。所述反射材料層152安置在聚醯亞胺膜151的更靠近卡盤100的側上，使得由卡盤100輻射的熱朝向卡盤100反射回去。如上文所描述，在某些實施例中，所述反射材料層152可為可使用化學氣相沉積(CVD)工藝、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)工藝、物理氣相沉積(PVD)工藝或電子束蒸鍍沉積的鋁層。所述反射材料層152的厚度可在30nm與100nm之間，但其他厚度在本發明的範圍內。另外，還可使用其他反射材料，例如其他金屬，包含但不限於銀及銅。熱屏蔽150的整體厚度可在1密耳與5密耳之間。
圖2展示第二實施例。在此實施例中，卡盤100及基底110可相隔約1/16"與1/8"之間的距離。此外，在此實施例中，熱屏蔽150直接安置在基底110上。聚醯亞胺膜151直接安置在基底110上，而所述反射材料層152安置在聚醯亞胺膜151的更靠近卡盤100的側上。在此實施例中，每一墊圈121的高度可大致等於墊圈120a及墊圈120b的組合高度。
圖3展示第三實施例。在此實施例中，卡盤100及基底110可相隔約1/16"與1/8"之間的距離。此外，在此實施例中，熱屏蔽150直接安置在卡盤100上。所述反射材料層152直接安置在卡盤100上，而聚醯亞胺膜151安置在反射材料層152的更靠近基底110的側上。在此實施例中，每一墊圈121的高度可大致 等於墊圈120a及墊圈120b的組合高度。
因此，在所有實施例中，熱屏蔽150安置於可被加熱的卡盤100與被維持在比卡盤100低的溫度下的基底110之間。此外，在某些實施例中，熱屏蔽150包括聚醯亞胺膜151，所述聚醯亞胺膜在一個側上塗覆有反射材料層152。在每一實施例中，所述反射材料層152安置在聚醯亞胺膜151的安置成更靠近卡盤100的側上。此外，使用墊圈將熱屏蔽150固持在適當的位置。在某些實施例中，例如圖1中展示的實施例中，墊圈120a、120b安置在熱屏蔽150的兩側上，使得熱屏蔽150與卡盤100及基底110兩者分開。在其他實施例中，例如圖2及圖3中展示的實施例中，墊圈121僅安置在熱屏蔽150的一個側上，使得熱屏蔽直接安置在卡盤100及基底110中的一者上。如上所述，可使用除聚醯亞胺膜之外的材料。因此，在所有實施例中，熱屏蔽可為在一個側上塗覆有反射材料層的熱絕緣體。
在本申請案中的上述實施例可具有許多優點。首先，如上文所描述，本發明的熱屏蔽吸收比傳統的金屬熱屏蔽少得多的熱。由此，與傳統的擋熱板相比，本發明的熱屏蔽充當卡盤與基底之間的更好的熱絕緣體。此外，傳統的金屬熱屏蔽是通過卡盤進行加熱且傾向於變形。此變形可導致傳統的熱屏蔽與基底或卡盤物理接觸，這可影響其效用。本發明的熱屏蔽在遠低於聚醯亞胺膜的玻璃化轉變溫度的顯著更低的溫度下操作，從而保證較大的安全餘度。此外，即使在熱屏蔽與卡盤之間存在物理接觸，也 歸因於較低的熱傳遞而不存在不良的影響。另外，使用本發明的熱屏蔽允許被加熱的卡盤與可在室溫下的基底之間的極小的間隔。
本發明不限於由本文所描述的具體實施例界定的範圍。實際上，根據以上描述和附圖，除本文中所描述的那些實施例和修改外，本發明的其他各種實施例和對本發明的修改對所屬領域的一般技術人員將是顯而易見的。因此，這些其他實施例和修改意欲屬於本揭露內容的範圍。此外，儘管本文已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到其有用性並不限於此，並且出於任何數目的目的，本發明可以有利地在任何數目的環境中實施。因此，應鑒於如本文所描述的本發明的整個廣度和精神來解釋所附權利要求書。
100:卡盤
110:基底
150:熱屏蔽
151:聚醯亞胺膜
152:反射材料層
120a、120b:墊圈

Claims (12)

  1. 一種支撐基板的設備，其包括：靜電卡盤；基底，其處於比所述靜電卡盤更低的溫度下；及熱屏蔽，其安置於所述靜電卡盤與所述基底之間，其中所述熱屏蔽包括在一個側上塗覆有反射材料層的聚醯亞胺膜；以及一或多個墊圈，其中所述墊圈使所述熱屏蔽與所述靜電卡盤分開，其中所述反射材料層安置在所述聚醯亞胺膜的更靠近所述靜電卡盤的一側上，使得由所述靜電卡盤輻射的熱朝向所述靜電卡盤反射回去。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的支撐基板的設備，其中所述反射材料層包括鋁。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的支撐基板的設備，其中使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電漿增強型化學氣相沉積或電子束蒸鍍將所述反射材料層沉積在所述聚醯亞胺膜上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的支撐基板的設備，其中所述反射材料層在30奈米與100奈米之間，且所述聚醯亞胺膜具有在1密耳與5密耳之間的厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的支撐基板的設備，其中使用墊圈使所述熱屏蔽與所述靜電卡盤分開。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的支撐基板的設備，其中所述靜電卡盤及所述基底相隔1/16"與1/8"之間的距離。
  7. 一種支撐基板的設備，其包括：靜電卡盤；基底，其處於比所述靜電卡盤更低的溫度下且與所述靜電卡盤隔開；熱屏蔽，其安置於所述靜電卡盤與所述基底之間，其中所述熱屏蔽包括在面對所述靜電卡盤的一側上塗覆有反射材料層的聚醯亞胺膜；及墊圈，其用以使所述熱屏蔽與所述靜電卡盤及所述基底分開。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的支撐基板的設備，其中所述反射材料層包括鋁。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的支撐基板的設備，其中使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電漿增強型化學氣相沉積或電子束蒸鍍將所述反射材料層沉積在所述聚醯亞胺膜上。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的支撐基板的設備，其中所述反射材料層在30奈米與100奈米之間，且所述聚醯亞胺膜具有在1密耳與5密耳之間的厚度。
  11. 一種支撐基板的設備，其包括：靜電卡盤；基底，其處於比所述靜電卡盤更低的溫度下；熱屏蔽，其安置於所述靜電卡盤與所述基底之間，其中所述熱屏蔽包括在更靠近所述靜電卡盤的一側上塗覆有反射材料層的熱絕緣體，以及 一或多個墊圈，其中所述墊圈使所述熱屏蔽與所述基底分開。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的支撐基板的設備，其中所述熱絕緣體具有在1密耳與5密耳之間的厚度。
TW105119384A 2015-06-29 2016-06-21 支撐基板的設備 TWI696235B (zh)

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