TWI704644B - 具有靜電力抑制的基板承載裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種基板承載裝置，包含一盤體，其具有一承載面，該承載面包括承載一基板的複數個凸起。

Description

具有靜電力抑制的基板承載裝置

本發明關於一種基板承載裝置，尤其是關於等離子半導體製造設備中一種具有靜電力抑制的基板承載裝置。

在有等離子體參與的薄膜沉積工藝中，基板被擺放在處理腔體的基板支撐座(即基板承載裝置)上，使基板維持在分佈有電場的反應區或處理區中。處理氣體或反應氣體在電場的作用下轉換為一等離子體，用於基板上的薄膜沉積。所述電場的分佈範圍涵蓋處理腔體中的各部件，使各部件的表面累積相當的電荷量。例如，基板上會積累電荷，從而與其下方的基座產生相互吸引的靜電力。雖然在某些應用中，承載裝置被設計成利用靜電吸附力穩固被處理的基板，但如果累積電荷量大到使靜電力超過一限制範圍，從處理腔體的承載裝置上移走基板時就可能因不希望的力導致基板偏移傳送路徑，甚至使基板變形破碎。

過大的靜電力在處理期間也是不希望的。若靜電力導致基板和承載裝置之間的吸引力不平均，可能導致基板變形，連同影響沉積薄膜的品 質。再者，於基板轉移期間，基板與承載裝置之間的靜電需要一段時間消除。此也會影響生產的效率。

因此，需要一種所述抑制靜電力手段，尤其是能夠削弱基板和承載裝置之間的靜電力，以滿足等離子工藝的潛在需求。

本發明目的在於提供一種基板承載裝置，包含：一盤體，具有用於承載一基板的一承載面，該承載面包括複數個凸起，該等複數個凸起的每一個具有自承載面延伸的一高度及位於頂部且用於接觸該基板的一接觸面，其中該等複數個凸起的接觸面的面積總和為所述基板的總面積的一百分比範圍，從0.01%至2.0%。

在一具體實施例中，該盤體還具有一環，包圍該承載面，該環具有高於該等複數個凸起的一頂部，且該環具有一滑落面自該環的頂部延伸至該承載面。

在一具體實施例中，所述凸起具有一直徑，該直徑的範圍為0.1mm至5.7mm。

在一具體實施例中，所述凸起具有一直徑，該直徑為1.6mm。

在一具體實施例中，所述凸起的高度範圍為20μm至100μm。

在一具體實施例中，該等複數個凸起的數量選自7至333個的一範圍。

在一具體實施例中，該等複數個凸起根據該承載面的一中心所定義的一同心圓軌跡而排列。

在一具體實施例中，該等複數個凸起根據該承載面的一中心所定義的多個半徑位置而排列。

在一具體實施例中，該等複數個凸起的任一個、與其相鄰的一個以及與前兩個相鄰的另一個彼此等距離排列。

在一具體實施例中，該等複數個凸起分為一第一陣列和包圍該第一陣列的一第二陣列，其中該等複數個凸起的第一陣列的任一個、與其相鄰的一個以及與前兩個相鄰的另一個彼此等距離排列，該等複數個凸起的第二陣列根據該承載面的一中心所定義的一同心圓軌跡而排列。

在一具體實施例中，該滑落面具有至少一傾斜面。

在一具體實施例中，該滑落面具有一第一傾斜面和一第二傾斜面，該第一傾斜面低於該第二傾斜面，該第一傾斜面與該承載面定義一第一夾角，該第二傾斜面與該承載面定義一第二夾角，該第一夾角小於該第二夾角。

在一具體實施例中，該第一傾斜面的總面積小於該第二傾斜面的總面積。

在一具體實施例中，該第一傾斜面的總面積大於該第二傾斜面的總面積。

在一具體實施例中，該滑落面具有一弧面。

在以下本發明的說明書以及藉由本發明原理所例示的圖式當中，將更詳細呈現本發明的這些與其他特色和優點。

100:腔體

101:氣體源

102:排氣系統

103:噴淋組件

104:承載裝置

200:承載裝置

201:盤體

d₁:距離

d₂:距離

S₁:接觸面面積

S₂:承載面面積

S:接觸面

H:高度

601:滑落面

202:承載面

203:基板

204:凸起

205:環

206:滑落面

501:第一同心圓

502:第二同心圓

503:第三同心圓

504:正三角形的軌跡

505:正六邊形軌跡

506:第一陣列

507:第二陣列

602:第一傾斜面

603:第二傾斜面

604:第一傾斜面

605:第二傾斜面

606:弧面

參照下列圖式與說明，可更進一步理解本發明。非限制性與非窮舉性實例系參照下列圖式而描述。在圖式中的構件並非必須為實際尺寸；重點在於說明結構及原理。

第一圖顯示一半導體處理腔體的示意圖。

第二圖顯示本發明基板承載裝置的示意圖。

第三圖顯示本發明基板承載裝置的凸起剖面圖。

第四圖顯示基板、凸起和承載面的關聯參數。

第五A至五C圖分別顯示凸起排列的各種實施例。

第六A至六D圖分別顯示本發明承載裝置的環的各種實施例。

底下將參考圖式更完整說明本發明，並且藉由例示顯示特定範例具體實施例。不過，本主張主題可具體實施於許多不同形式，因此所涵蓋或申請主張主題的建構並不受限於本說明書所揭示的任何範例具體實施例；範例具體實施例僅為例示。同樣，本發明在於提供合理寬闊的範疇給所申請或涵蓋之主張主題。除此之外，例如主張主題可具體實施為方法、裝置或系統。因此，具體實施例可採用例如硬體、軟體、韌體或這些的任意組合(已知並非軟體)之形式。

本說明書內使用的詞彙「在一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用的「在其他(一些/某些)實施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張的主題包括全部或部分範例具體實施例的組合。

第一圖顯示使用一半導體處理腔示意圖，尤其是一種專用於沉積薄膜的PECVD處理腔，當然也可包含其他的處理，像是薄膜蝕刻和腔體清潔等，連續地在通同一半導體處理腔執行。第一圖的半導體處理腔包含由封閉結構定義的一腔體(100)，其接收來自一或多個氣體源(101)的處理氣體並與一排氣系統(102)連接以實現腔內真空。腔體(100)的頂部提供有氣體供應元件。圖中僅顯示氣體供應組件中的一噴淋組件(103)，其接收來自氣體源(101)的一或多種氣體，如反應氣體或墮性氣體。噴淋組件(103)將所述氣體釋放至腔體(100)中的一處理區以進行薄膜沉積。腔體(100)的底部提供有一基板承載裝置(104)或稱基板承載裝置，用以將基板支撐於所述處理區中獲得薄膜沉積。噴淋組件(103)為氣體供應組件中射出處理氣體的末端且與基板相對。雖然未顯示，但熟知該領域技術者應瞭解，更多的元件和裝置亦可包含於腔體(100)中，像是加熱器、抽氣通道和感測器等。噴淋組件(103)及承載裝置(104)分別具有電極，其配置成與一或多個RF電路總成(未顯示)連接以在腔體(100)中形成足夠強度的電場分佈。所述電場將處理氣體轉換成等離子體，但所述電場也會使承載裝置(104)及其所承載的基板累積電荷。因此，基板與基板承載裝置(104)會因靜電力相互吸引。以下僅針對承載裝置(104)的更多細節說明。

第二圖顯示本發明基板承載裝置(200)的部分剖面示意圖。承載裝置(200)具有一盤體(201)及從盤體(201)底部向下延伸的柱體(省略未顯示)。盤體(201)具有一上表面、一下表面及於其之間延伸的一厚度。盤體(201)主要由陶瓷材料成形且包覆有相互隔開的電極和加熱線圈(省略未顯示)。有關盤體(201)材料和內部構件的細節不在此墜述。如圖所示，盤體 (201)的上表面具有一承載面(202)，其是從盤體(201)的一中心處橫向延伸一半徑距離的範圍，但並未延伸至盤體(201)的邊緣。承載面(202)的面積大致上與其所承載基板(203)的面積相等，或者承載面(202)面積是基板(203)面積的0.85至1.10倍，優選範圍是0.99至1.01倍。承載面(202)上提供有複數個凸起(204)。並參第三圖，這些凸起(204)的每一個具有自承載面(202)延伸的一高度(H)及位於頂部且用於接觸基板(203)底部的一接觸面(S)。這些凸起(204)具有相同的高度，使基板(203)呈水準擺放且穩定維持在承載面(202)上方。

盤體(201)還具有一環(205)，其包圍承載面(202)。環(205)具有高於所有凸起(204)的一頂部，且環(205)的內側具有一滑落面(206)自環(205)的頂部延伸至承載面(202)。環(205)的目的在於將基板(203)限制在承載面(202)的上方，並促使基板(203)的水準。有關環(205)的其他細節將於後續說明。

第三圖顯示單一凸起(204)具有一致的直徑，意即凸起(204)的側表面為與承載面(202)垂直。凸起(204)的直徑選自一數值範圍，0.1mm至5.7mm。較佳地，所述直徑選自0.5mm、1.6mm及2.3mm的其中一者。在其他實施例中，凸起(204)的下半部可為較大的直徑，而凸起(204)的上半部可為較小的直徑，使凸起(204)略呈錐體。凸起(204)的高度(H)選自一數值範圍，20μm至100μm。較佳地，所述高度(H)為25μm。雖然未顯示，凸起(204)的接觸面(S)可為圓形、橢圓形或其他恰當的形狀。接觸面(S)為一平面或一圓頂。圖中顯示的凸起(204)數量僅為幫助理解，並非限制本發明。在一實施例中，承載面(202)上的凸起(204)數量為7 個至333個的範圍。較佳地，所述數量為選自12個、18個、25個、31個、37個及70個的其中一者。但在可能的實施例中，凸起(204)數量亦可達千個。為有效抑制所述靜電力的作用，支撐基板(203)的所有凸起(204)的接觸面(S)的面積總和為基板(203)的總面積的一百分比範圍，從0.01%至2.0%。優選地，從0.012%至0.253%。此處所述基板(203)的總面積是指基板(203)底部的總面積，或是指支撐基板(203)的最週邊凸起(204)所包圍的範圍面積。舉例而言，以承載面(202)上具有12個凸起(204)的設計，這12個凸起(204)的接觸面(S)面積總和為佔據一基板(203)的底部面積的0.012%至0.253%。如所述接觸面(S)為弧面或曲面，其面積應為實質接觸基板(203)的範圍。

根據一靜電力的數學模型，F=ε/4π(S²/d⁴)V²，(ε是介電常數、S為電荷累積的面積、V是基板與承載面之間的等效夾持電壓、d是基板底面與盤體上表面的距離)，並參第四圖可知根據本發明的設計，被承載的基板(203)所受到的靜電力為凸起(204)頂部的接觸面面積(S₁)和底部承載面面積(S₂)所貢獻的靜電力總和，即F=Σ ε/4π[(S₁ ²/d₁ ⁴)+(S₂ ²/d₂ ⁴)]V²。其中d₁為凸起(204)接觸面至基板(203)底面的距離，d₂為承載面(202)至基板(203)底部的距離。在實際應用中(S₁)與基板(203)下表面直接接觸，顧(d₁)近似為接觸表面的粗糙度。因此，在一實施例中，縮減凸起(204)接觸面面積(S₁)的面積以及增加承載面面積(S₂)與基板(203)的距離(d₂)即能有效抑制靜電力。下表顯示兩組不同參數設計的一比較例，其中所述凸起(204)面積總和百分比是根據基板(203)面積與凸起(204)面積的計算。靜電力百分比所顯示的是兩組資料的比例關係，意即將第一組的靜電力視為100%的量則第二組的靜電力僅為第一組的1.86%。此顯示，有效地降低凸起面積的百 分比能有效地抑制靜電力。再者，進一步搭配前述的作法，增加基板(203)與承載面(202)的距離亦有助於抑制靜電力。

優選地，凸起(204)面積總和百分比控制在0.012%至0.253%的範圍內且凸起(204)的高度控制在25μm以上。

第五A圖至第五C圖顯示本發明凸起排列的不同實施例。第五A圖至第五C圖顯示所述盤體的俯視圖。第五A圖的盤體具有一中心，相互垂直的一橫軸和一縱軸(以虛線表示)通過該中心。根據該中心的多個徑向距離(即半徑)位置定義多個同心圓軌跡(以虛線表示)，由內而外包含一第一同心圓(501)、一第二同心圓(502)及一第三同心圓(503)。凸起以特定的圓周陣列安排，其中一凸起位於盤體的中心，八個凸起基於第一同心圓(501)而均勻排列，八個凸起基於第二同心圓(502)而均勻排列，十六個凸起基於第三同心圓(503)排列。橫軸和縱軸分別通過七個凸起。在其他實施例中，更多或更少的同心圓陣列可被涵蓋。基於此同心圓陣列的凸起，基板所受的靜電力亦為類似同心圓的分佈。

第五B圖的盤體具有一中心，相互垂直的一橫軸和一縱軸(以虛線表示)通過該中心。此處的凸起基於多個正三角形的軌跡(504)排列。意即，這些凸起的任一個、與其相鄰的一個以及與前兩個相鄰的另一個，三者彼此等距離排列。換句話說，所述排列是基於盤體中心的多個不同尺寸的正六邊形軌跡(505)，且當中的任一凸起與其周圍的任一鄰近凸起皆為等距。三個凸起定義陣列中的最小正三角形軌跡。此處的橫軸和縱軸分別通過五個凸起和三個凸起。基於此正三角形佈局或正六邊形佈局(由於邊緣受圓周承載面輪廓的限制，排布可能不是完整的正六邊形分佈)，基板大致上所受的靜電力較為均勻。

第五C圖顯示一混合陣列的佈局。盤體的承載面具有一第一陣列(506)及一第二陣列(507)，其中第二陣列(507)位於第一陣列(506)週邊並包圍第一陣列(506)。第一陣列(506)由根據盤體中心的一同心圓(以虛線表示)的面積所涵蓋。第二陣列(507)由根據盤體中心的另一同心圓(以虛線表示)的軌跡所涵蓋。或者，第二陣列(507)由第一陣列(506)及盤體的環(205)之間的一環形區所涵蓋。第一陣列(506)配置成如第五B圖的佈局，意即的第二陣列的任一個凸起、與其相鄰的一個以及與前兩個相鄰的另一個彼此等距離排列，但不超過第一陣列(506)的涵蓋範圍。本實施例第一陣列(506)共有十九個凸起。第二陣列(507)配置成如同第五A圖的佈局，意即根據承載面的中心所定義的一同心圓軌跡而排列，所述同心圓的直徑大於第一陣列(506)的直徑。本實施例第二陣列(507)共有十二個均勻排列的凸起。盤體的中心具有一個凸起，盤體的橫軸和縱軸上分別排列有七個和五個凸起。第二陣列(507)的每一個凸起與其最靠近的第一陣列(506)的一個凸起 之間的距離小於第一陣列(506)中的最小間距。基於此內部為正三角形陣列而外部為同心圓陣列，基板中心受到靜電力為均勻的且基板邊緣的變形可被抑制。

儘管實施例僅示範凸起的三種排列佈局，但應瞭解更多的佈局可被包含在本發明的範疇中，且必須符合凸起的面積總和與基板面積的一定關係。

第六A圖至第六C圖顯示第一圖的環(205)的多個實施例。盤體的環(205)形成在承載面與盤體的外側之間，且環(205)的內側具有一滑落面，用以限制基板(203)的位置和傾斜。滑落面延伸連接環(205)的頂部及承載面。應瞭解，如果基板(203)放置正確，則基板不與滑落面接觸。

第六A圖顯示環(205)具有一滑落面(601)，其為具有單一斜率的傾斜面，且傾斜面終止於大致上與基板(203)底部水準的一位置。不正確放置的基板(203)的側緣與滑落面(601)接觸，以提供基板(203)一側向力將基板(203)限制在承載面(202)上的正確的位置。滑落面(601)與承載面(202)定義一夾角，其範圍介於8度至45度。

第六B圖顯示環(205)的另一實施例。滑落面(601)具有一第一傾斜面(602)和一第二傾斜面(603)，其中第一傾斜面(602)低於第二傾斜面(603)。第一傾斜面(602)與承載面(202)連接，第二傾斜面(603)與環(205)的頂部連接。第一傾斜面(602)的總面積小於第二傾斜面(603)的總面積，且第一傾斜面(602)與承載面(202)定義一第一夾角(未標號)，其範圍介於8度至45度，而第二傾斜面(603)與承載面(202)定義一 第二夾角(未標號)，其範圍介於22度至45度。又，第一夾角小於第二夾角。因此，使不正確放置的基板(203)的側緣可承靠於第二傾斜面(603)。

第六C圖顯示環(205)的又一實施例。此處滑落面(601)具有一第一傾斜面(604)和一第二傾斜面(605)且分別與承載面(202)定義如前述第一夾角和第二夾角。不同於第六B圖，第一傾斜面(604)的總面積大於第二傾斜面(605)的總面積，使不正確放置的基板(203)的側緣可承靠於第一傾斜面(604)。

第六D圖顯示環(205)的再一實施例。此處滑落面(601)具有一弧面(606)，其自環(205)的頂部延伸至承載面(202)且呈內凹。

雖然為了清楚瞭解已經用某些細節來描述前述本發明，吾人將瞭解在申請專利範圍內可實施特定變更與修改。因此，以上實施例僅用於說明，並不設限，並且本發明並不受限於此處說明的細節，但是可在附加之申請專利範圍的領域及等同者下進行修改。

200:承載裝置

201:盤體

202:承載面

203:基板

204:凸起

205:環

206:滑落面

Claims (15)

1. 一種基板承載裝置，適用於等離子處理，包含：一盤體，具有用於承載一基板的一承載面，該承載面上提供有複數個凸起，該等複數個凸起的每一個具有自承載面延伸的一高度及位於頂部且用於接觸該基板的一接觸面，其中該等複數個凸起的接觸面的面積總和為所述基板的總面積的一百分比範圍，從0.01%至2.0%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基板承載裝置，其中該盤體還具有一環，包圍該承載面，該環具有高於該等複數個凸起的一頂部，且該環具有一滑落面自該環的頂部延伸至該承載面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中所述凸起具有一直徑，該直徑的範圍為0.1mm至5.7mm。
4. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中所述凸起具有一直徑，該直徑為1.6mm。
5. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中所述凸起的高度範圍為20μm至100μm。
6. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該等複數個凸起的數量選自7至333個的一範圍。
7. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該等複數個凸起根據該承載面的一中心所定義的一同心圓軌跡而排列。
8. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該等複數個凸起根據該承載面的一中心所定義的多個半徑位置而排列。
9. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該等複數個凸起為等間距排列。
10. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該等複數個凸起分為一第一陣列和包圍該第一陣列的一第二陣列，其中該等複數個凸起的第一陣列的任一個、與其相鄰的一個以及與前兩個相鄰的另一個彼此等距離排列，該等複數個凸起的第二陣列根據該承載面的一中心所定義的一同心圓軌跡而排列。
11. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該滑落面具有至少一傾斜面。
12. 如申請專利範圍第11項所述之基板承載裝置，其中該滑落面具有一第一傾斜面和一第二傾斜面，該第一傾斜面低於該第二傾斜面，該第一傾斜面與該承載面定義一第一夾角，該第二傾斜面與該承載面定義一第二夾角，該第一夾角小於該第二夾角。
13. 如申請專利範圍第12項所述之基板承載裝置，其中該第一傾斜面的總面積小於該第二傾斜面的總面積。
14. 如申請專利範圍第12項所述之基板承載裝置，其中該第一傾斜面的總面積大於該第二傾斜面的總面積。
15. 如申請專利範圍第2項所述之基板承載裝置，其中該滑落面具有一弧面。

Images