TWI734739B - 具有改善粒子效能的晶圓接觸表面突出輪廓 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種具有通常非弧形頂表面狀突出之靜電卡盤，該等突出具有類似於一橢圓之一部分之邊緣表面。該等突出之結構導致由該所支撐基板與卡盤之間之互動產生之粒子材料的減少。藉由改良該突出表面之平滑化及平坦化來達成減少刮擦、打磨、磨損及粒子產生的位準。

Description

具有改善粒子效能的晶圓接觸表面突出輪廓
本發明係關於一種晶圓接觸表面突出輪廓，特定言之係關於一種具有改善粒子效能之晶圓接觸表面突出輪廓。
廣泛使用基板支撐卡盤以支撐半導體處理系統內之基板。在高溫半導體處理系統(諸如高溫物理氣相沉積(PVD)及反應性離子蝕刻(RIE))中使用之一特定類型之卡盤係一陶瓷靜電卡盤。在處理期間使用該等卡盤以將半導體晶圓或其他工件保持於一靜止位置中。此等靜電卡盤包含嵌入一陶瓷卡盤本體內之一或多個電極。
一靜電卡盤在一製程期間固持並支撐一基板且亦在不機械地夾箝該基板之情況下將熱自該基板移除。一靜電卡盤具有一結構，該結構包含一陶瓷基座中之一電極及該靜電卡盤之一表面層，靜電卡盤之該表面層藉由該電極中之一電壓啟動以形成一電荷，該電荷將一基板靜電地夾箝至該靜電卡盤。該靜電卡盤可進一步包含由一陶瓷材料製成之複數個突出或凸部，該複數個突出或凸部支撐該基板遠離該表面層。在使用一靜電卡盤期間，一基板(諸如一半導體晶圓)之背側藉由一靜電力固持在該靜電卡盤之面。藉由覆蓋電極之材料之表面層，基板與靜電卡盤之面中之一或多個電 極分離。在一Coulombic卡盤中，該表面層係電絕緣的，而在一Johnsen-Rahbek靜電卡盤中，該表面層係弱導電的。藉由與該等突出接觸熱傳導及/或藉由用一冷卻氣體氣體熱傳導可將在處理期間傳遞至基板之熱移離基板且轉移至靜電卡盤。在自基板移除熱中，接觸熱傳導通常比氣體熱傳導更有效。然而，難以控制基板與該等突出之間之接觸量。
半導體製造操作需要晶圓表面儘可能清潔。使用由一陶瓷材料製造之一卡盤主體之一缺點係：在製造支撐件期間，陶瓷材料經「研磨」以產生一相對平滑表面。此等研磨產生可附著至支撐件之表面之粒子。自該表面完全移除該等粒子非常困難。此外，該研磨程序可斷裂該卡盤本體之該表面。因此，在使用卡盤時，藉由該等斷裂可持續產生粒子。又，在晶圓處理期間，該陶瓷材料可自晶圓之底側磨除晶圓氧化物，從而導致粒子污染物進一步引入至處理環境。使用該卡盤期間，該等粒子自身可附著於該晶圓之底側且被載送至其他處理腔室或在製造於該晶圓上之電路中導致缺陷。已發現，在一陶瓷靜電卡盤上保持之後可在一給定晶圓之該背側上發現數萬個污染物粒子。
發表於1985年12月24日之日本專利申請案第60-261377號揭示一種具有一浮凸支撐表面之陶瓷靜電卡盤。該浮凸減少接觸該晶圓之該陶瓷支撐件之表面面積。因此，減少轉移至該晶圓之污染物粒子之數目。然而，此一浮凸表面維持陶瓷材料與該晶圓之該底側之間之一定程度之接觸。因此，儘管污染減少，但其仍存在。
持續需求在於最小化在晶圓接觸表面上支撐基板時可產生且附著於該基板之底側之污染物粒子之量之晶圓接觸表面(例如在夾箝基板中使用者如靜電卡盤及在處理期間支撐基板之其他物件)。
在大量實驗及模型化之後發明者已發現，裝夾期間基板與晶圓接觸表面之突出之互動可導致正向力與剪切力之一組合被施加於該等突出上。已發現，在夾箝期間相較於具有經修改邊緣之平頂突出，一更大量法向應力及剪切應力被施加於圓形或弧形突出上。已進一步發現一基板與圓形或弧形突出之間之裝夾力之剪切分量可與突出材料之微晶結構互動以損壞突出、該基板或兩者並產生粒子。在弧形或圓形突出中此問題可係最大，其中形成該等突出之材料之微晶實質上垂直於該卡盤之晶圓接觸表面層對準。
晶圓接觸表面之版本，且特定言之具有本文中所描述之晶圓接觸表面之一靜電卡盤包括或包含延伸至高於靜電卡盤之表面層之突出，該等突出在裝夾期間支撐一基板。儘管在本說明書及發明申請專利範圍中使用術語突出，術語臺面、處理器表面、凸塊、浮凸、凸部或類似術語可與突出互換地使用。此外，用於突出之邊緣表面之結構及材料亦可用於其他靜電卡盤表面構件，包含但不限於提升銷密封件及氣體密封環。
靜電卡盤之版本包括一陶瓷基座中之一電極、該靜電卡盤之該陶瓷基座上之一表面層，該表面層由該電極中之一電壓啟動以形成一電荷，該電荷將一基板靜電地夾箝至該靜電卡盤。該靜電卡盤之該表面層包括形成晶圓接觸表面之複數個突出。該等突出包括一成分，其之形態係柱形或粒狀，且其之微結構係結晶或非晶。該等突出可延伸至高於圍繞該等突出之表面層一平均高度H，在靜電夾箝該基板期間，該等突出將該基板支撐於該等突出上。該等突出之一橫截面具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面特性化該結構。該等突出之該非弧形平臺狀 的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△特性化該頂表面。該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。
晶圓接觸表面之版本可用於將一基板夾箝至該卡盤。版本包含一種用於減少至由該晶圓接觸表面支撐之一工件之污染物之方法，該方法包括：產生實質上平行於該卡盤之一表面之一力(諸如一電場)，該表面鄰近該卡盤之一表面上之一突出部分，該突出部分之突出具有一橫截面結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面特性化該橫截面結構。該等突出之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△特性化該頂表面。該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。該突出之該邊緣表面在該突出之該頂表面與該側表面之間，該突出具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內。此橢圓之短軸Y與該突出之平坦表面之一邊緣相交，其中(△*100)/L之值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出之該頂表面鋪設。Y/2值係0.5微米或更小。該橢圓之長軸X實質上平行於該突出之該頂表面且X/2值在25微米與250微米之間。
晶圓接觸表面上接觸該基板之其他結構(諸如一氣體密封環及提升銷密封件)之一橫截面亦可具有一結構，在橫截面中藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面特性化該結構。該氣體密封環或該等提升銷密封件之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△特性化該頂表面。該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。
該突出之該邊緣表面在該突出之該頂表面與該側表面之間，該突出具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內。此橢圓之短軸Y與該突出之平坦表面之一邊緣或該突出之頂表面之一部分相交，其中(△*100)/L之值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出之該頂表面鋪設。Y/2值係0.5微米或更小。該橢圓之長軸X實質上平行於該突出之該頂表面且X/2值在25微米與250微米之間。
卡盤(其可例如係一靜電卡盤)上之其他晶圓接觸結構(諸如一氣體密封環或提升銷密封件)之邊緣表面亦在該等結構之頂表面與側表面之間且可具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內。此橢圓之短軸Y與該氣體密封環或該提升銷密封件之平坦表面之一邊緣或該氣體密封環或該提升銷密封件之頂表面之一部分相交，其中(△*100)/L之值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該氣體密封件或該提升銷密封件之該頂表面鋪設。Y/2值係0.5微米或更小。該橢圓之長軸X實質上平行於該突出之該頂表面且X/2值在25微米與250微米之間。
該等突出、該提升銷密封件或該氣體密封件之該側表面連接該邊緣表面及該表面層。該突出、該提升銷軸密封件或該氣體密封環之該非弧形頂表面可係一平臺或一實質上平坦表面。
1000:突出
1010:電極
1020:陶瓷基座
1030:表面層
1040:側表面
1050:邊緣表面
1060:頂表面
1100:突出
1110:電極
1120:陶瓷基座
1130:表面層
1140:側表面
1150:邊緣表面
D:直徑
H:平均高度
L:長度
R:平臺間距離/突出間距離/最近鄰近距離
X:長軸
Y:短軸
△:差值
圖1繪示一實質上平頂、圓形邊緣突出，且展示正向力向量。
圖2繪示用約75Torr之一力被夾箝至一弧形突出並與該弧形突出交互作用之一晶圓。
圖3繪示一矽樑撓曲圖表，其中該等樑端點間隔開10毫米。
圖4繪示用約7500Torr之一高夾箝力被夾箝至一弧形突出並與該弧形突出交互作用之一晶圓。
圖5繪示及概述該等力、晶圓接觸面積及由一材料(如具有一柱形結構之釔鋁石榴石(YAG))製成修整突出之程序。所繪示之該等突出具有(a)一圓頂、(b)具有一圓形邊緣之一平頂，及(c)具有一尖角之一平頂。
圖6繪示突出或臺面之各種特徵，該等特徵包含直徑(D)、平臺、高度、邊緣半徑或圓化參數、曲率之半徑或平坦度、中心最近鄰近距離、突出或臺面形狀(亦可係橢圓形/卵形、正方形、矩形等)，及靜電卡盤表面上之突出分佈。
圖7繪示本發明之一版本中之一非弧形突出。
圖8展示由具有一柱形微結構之一材料製成之一弧形突出，且繪示自一被夾箝基板施加於該突出及該柱形微結構上之正向力及剪切力。
圖9展示具有一平臺頂部及柱形微結構之一非弧形突出，且繪示由一被夾箝基板(未展示)施加於材料上之正向力。
圖10繪示一陶瓷基座中之一電極及堆疊該靜電卡盤之該表面層之一版本之一突出，該突出具有一實質上平坦頂表面、邊緣表面，及描述該突出邊緣輪廓之一或多個橢圓。
圖11繪示一陶瓷基座中之一電極及另一版本之一突出，該突出具有一實質上平坦頂表面、不垂直於該表面層之邊緣表面，及描述該突出邊緣輪廓之一或多個橢圓。
圖12a及圖12b係繪示可在堆疊一靜電卡盤之突出版本中發現之柱形形態的掃描電子顯微圖。
儘管描述各種成分及方法，應瞭解本發明不限於所描述之特定分子、成分、設計、方法或協定，此係因為該等可變化。亦應瞭解，本描述中所使用之術語僅出於描述特定版本或實施例之目的，且不意欲限制本發明之範疇，本發明之範疇將僅受限於隨附發明申請專利範圍。
亦須注意，除非內容另有清楚指示，否則如本文及隨附發明申請專利範圍中所使用，單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數個參考。因此，例如，參考一「突出」係參考一或多個突出及熟習本項技術者已知之其之相當件等等。除非另有定義，否則本文中所使用之所有技術及科學術語具有如本領域一般技術者所普遍瞭解之相同含義。類似於或等效於本文中所描述之方法及材料之方法及材料可用於本發明之實施例的實踐或測試中。本文中所提及之所有公開案的全文以引用的方式併入本文中。本文中之任何事務不應被解釋為許可憑藉先前發明而本發明未被授權以提前揭露此揭示內容。「可選」或「視情況」意謂著隨後所描述之事件或情況可發生或可不發生，且該描述包含其中發生該情況之例項及其中不發生該情況之例項。無論是否明確指示，藉由術語「約」可修改本文中所有數值。術語「約」通常指熟習本項技術者將視為等效於所述值(即，具有相同功能或結果)之數目之一範圍。在一些實施例中，術語「約」指所述值之±10%，在其他實施例中，術語「約」指所述值之±2%。儘管關於「包括」多種組件或步驟(解譯為意謂「包含，但不限於」)來描述多種成分及方法，但該等成分及該等方法亦可「本質上由多種組件及步驟組成」或「由多種組件及步驟組成」，此等術語應解譯為定義本質上封閉式或封閉式成員群組。
可係一靜電卡盤或真空卡盤之卡盤之表面層上之該等突出可係相等地間隔或不相等地間隔。由於需要適應之卡盤上之預先存在構件(諸如接近氣體密封件及提升銷密封件)，一卡盤之佈局中存在以下狀況：可期望改變一卡盤之特定區域/區中之面突出密度、突出圖案佈局、間隔或均勻突出直徑。表面層上之突出區可具有以一「通常等距間隔配置」之突出，例如一六邊形圖案或一三角形圖案。部分突出(例如一圓柱體之一半、一圓柱體之四分之一及其他形狀)亦可用於靜電卡盤之表面上，且可具有如本文所揭露之一邊緣表面輪廓。
該突出之該側表面將該表面層與該邊緣表面輪廓連接。在一些版本中，該側表面之「垂直性」可自該表面層自80度至175度變化。例如，在圖10中，其中突出的側表面1040本質上垂直於表面層1030，側表面1040與表面層1030建立一90度角。而在圖11中，其中突出的側表面1140不垂直於表面層1130，側表面1140與表面層1130建立一大於90度角(例如在90度與175度之間)。
該等突出之非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L及藉由以微米計之一平坦度參數△特性化之一結構。該非弧形頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。在提升銷密封件或一氣體密封環之情況中，該等密封件之非弧形頂表面亦可具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。
突出形狀不受限。如自頂部觀察，該等突出可(例如)係圓形、橢圓形、矩形或其他多邊形。突出之頂部面積可小於或大於基座。該等突出與基板之一接觸面積可包括自靜電卡盤之一總面積之約1%至約10%。該等突出可具有自約0.75毫米至約3毫米之一直徑。鄰近突出對之間之中心距 離可小於約20毫米，或小於約10毫米，或小於約8毫米，或小於約6毫米，或小於約4毫米，或小於約2毫米。在一些版本中，突出之間之中心距離可在1微米與20微米之間。該等突出可包含至少一部分突出，該部分突出包括一晶圓或基板接觸表面結構之至少部分。該等表面結構可選自一氣體通道、一提升銷、一接地引腳、突出或該等之一或多者之任何組合之至少一者。該等突出之高度可實質上等於一氣體之平均自由程，在夾箝期間該氣體定位於基板、突出及包圍該等突出之表面層之部分之間之一間隔中。在一些版本中，晶圓接觸表面上之突出高度實質上相同且在5微米至20微米之範圍內。在晶圓接觸表面之版本中，氣體密封件及提升軸密封件之高度及橫截面實質上與該等突出之該等高度及該等橫截面相同。
形成突出之所有或一部分之材料可軟於該等突出支撐之基板。例如該突出可完全由物理氣相沈積之氮氧化鋁製成或可係高出下伏陶瓷(如氧化鋁)之一氮氧化鋁塗層。在一些版本中，形成該等突出之該等材料具有一微結構，該微結構具有結晶度且該等材料不係非晶的。在一些版本中，該突出材料具有一柱形結構。可用於支撐矽基板或矽晶圓之突出之材料之實例可包含但不限於氧化釔(Y2O3)、釔鋁石榴石、氧化鋁(Al2O3)或氮氧化鋁。
在一些版本中，突出成分具有柱形或粒狀之一形態，且微結構可係結晶或非晶。例如，如由x射線繞射(XRD)所量測，可製成之YAG成分係非晶的(本質上零結晶度)而可製成之氧化釔成分具有奈米及微米大小結晶。可使用掃描電子顯微法(SEM)以分析突出之微結構，且舉例言之，可使用SEM以展示YAG及氧化釔皆可具有一柱形形態。
可使用X射線繞射(XRD)以特性化(諸)突出、氣體密封環或提升銷密 封件材料之結構。由一微晶材料組成之突出、氣體密封件或提升銷密封件將具有一XRD繞射圖，該繞射圖具有比一多晶材料之XRD繞射圖之稍寬峰值，且結晶大小可由Williamson-Hall圖表計算。在晶圓接觸表面或靜電卡盤之接觸表面之一些版本中，使用一低溫物理氣相沈積(PVD)程序形成該等突出、該等氣體密封件或該提升銷密封件且該材料具有一微晶結構，該微晶結構具有嵌入非晶基質中之各種結晶大小。在一些版本中，使用一低溫PVD程序形成該等突出、該等氣體密封件或該等提升銷密封件且該材料具有低結晶度或實質上零結晶度。亦可基於該材料之一SEM分析判定該突出、該等氣體密封件或該等提升銷密封件之柱形或粒狀結構。
特性化突出頂表面之水平線可係量測粗糙度之基線(平均面或平均線)。在該平均線上方沿此平均線之一突出之最高部分係Hmax，且最深谷係Hmin。Hmax-Hmin被稱作Rmax，其係自該平均線之最大偏差。表面粗糙度之一常用量測術語Ra係自此平均線之該等偏差之絕對值之算數平均。可使用一觸針表面輪廓儀(具有一固定尖端半徑)量測表面粗糙度及表面輪廓。可使用非接觸方法(諸如雷射共焦顯微法)以概括及評估突出及其他靜電卡盤表面結構之表面粗糙度(面積及或線性)。在一些情況中，可使用兩個代表性平均線以定義一突出之頂表面平面。
在晶圓接觸表面之版本中，突出、氣體密封件或提升銷密封件具有長度L之一實質上平坦頂表面或平臺，該頂表面或該平臺具有高於靜電卡盤場位準之平均高度H。該等結構之頂表面位於一平面中，該平面實質上平行於該橢圓之該長軸，該長軸定義該突出或其他密封件結構上之邊緣圓化。定義該突出上之邊緣圓化之橢圓之該長軸亦實質上平行於該靜電卡盤之表面層或表面場。高於該表面層或該場位準之突出之頂表面之平均高度 可係實質上相同高度或稍大於定義邊緣圓化之橢圓之短軸之最高點。
橢圓具有兩個垂直軸，橢圓繞該兩個軸對稱。歸因於此對稱性，該等軸在橢圓之中心相交。該等兩個軸之較大者稱為長軸，其對應於橢圓上之對徑點之間之最大距離。該等兩個軸之較小者稱為短軸，且係跨過橢圓之最小距離。
突出及其他構件(如氣體密封件及提升銷密封件)之一橫截面之邊緣表面輪廓可在如圖10中所示之兩橢圓上或實質上落於如圖10中所示之兩橢圓內，該兩橢圓具有在彼此之±10%內之X及Y軸值。具有一平頂及一尖角或本質上方角(橫截面)之突出在該角處具有高應力且該等尖角之邊緣表面輪廓不在圖10及圖11中所繪示之兩個橢圓內或該兩個橢圓上。
在一YAG(釔鋁石榴石)浮凸或突出上夾箝期間使用一數值模型(FEA)以分析矽晶圓變形。
圖2繪示經夾箝且與一弧形突出互動之一晶圓。當夾箝力為75Torr(10kN/m2)時，該晶圓僅具有小鬆垂(對於中心間隔一10毫米之突出之最大變形係40nm)。結果展示在夾箝期間，晶圓不能遵循突出輪廓。
在圖3中所展示之一均一裝載及結果下，使用一數值模型(有限元素模型)以計算一矽樑之撓曲。該數值結果與分析結果一致。在75Torr夾箝力下，晶圓不顯著變形。矽樑之最大撓曲係17.2奈米。
假設卡盤具有7500Torr(1MN/m2)之極高夾箝力，最大晶圓鬆垂係約4um。圖4中繪示，在該等條件下，在夾箝期間晶圓仍不能完全遵循該弧形突出輪廓且僅突出之頂部上之約1mm直徑面積接觸晶圓。在該等條件下，圍繞突出之晶圓上之應力(300MPa)接近矽之斷裂應力(700Mpa)且預期導致粒子產生。
額外模擬或模型化研究表明，當突出表面係平坦或具有一平臺時，跨過整個突出與一基板維持接觸。進一步言之，如WO 2009/064974 A2中所表明，模型化展示基板不呈現為在一平坦突出之中心中被抬升。
此實例展示一矽晶圓不能完全遵守圓頂(弧形)突出之輪廓，此導致該突出之頂部處之高應力。若一靜電卡盤之該夾箝力係75Torr(10kPa)，則具有10mm中心間隔之一晶圓接觸表面之突出之間之晶圓之最大變形僅為40nm。分析結果進一步展示，在夾箝期間在圓頂突出上不僅存在正向力，而且存在剪切力。反之，在平頂突出上僅存在或實質上僅存在正向力。高應力及剪切力可損壞突出並產生粒子，若突出材料具有一微晶或柱形形態，則該損壞將更大。具有圓形邊緣之平頂突出具有在頂部上之均勻應力及在邊緣處之減少之應力集中。基於此研究及在使用一低溫(小於200℃)PVD程序沈積時YAG具有一柱形結構之事實，用於YAG浮凸之具有小於1微米之一表面粗糙度Ra及一圓形邊緣(見下文圖5中之中心圖表，其中Y係1微米，X係275微米且L係1435微米)之一平頂突出可產生最少粒子且減少對一所支撐矽晶圓之損壞。
半導體處理/度量工具利用晶圓固定技術以在處理腔室及度量工具中固定及操縱晶圓。該等技術可使用包含基於真空之力，用於藉由抽空一封閉區域來固定晶圓或基板，該固定區域在一晶圓、本質上靜電(ESC)(該晶圓藉由向一靜電夾箝總成施加一高電壓藉以固定化或固定該晶圓，其中該晶圓表現為一電極)或其他實體構件(即邊緣夾緊卡盤)後方。在將一力施加於該晶圓(或其他基板)上，將該晶圓帶至與基板接觸表面接觸之此情況中，存在該電勢以用於將粒子污染物自晶圓背側轉移至卡盤之晶圓接觸表面(或自晶圓接觸表面轉移回該晶圓)。對於敏感晶圓夾箝應用，其中粒子 轉移對目前程序或最終產品產生負面影響，減少粒子轉移之一常見且簡單方法已係限制晶圓直接接觸一晶圓卡盤夾箝表面之面積。如圖6中所繪示，此可係藉由在卡盤表面上產生一定直徑(D)或實體大小(亦可係橢圓形/卵形、正方形，矩形等)之突出區域或表面構件(臺面、凸部、突出、浮凸或凸塊)之一分佈來達成，該等突出區域或表面構件具有一平臺間(最近鄰近者)距離R，以滿足給定應用之要求之一圖案配置。圖案可係三角形、六邊形、正方形、圓形等。
減少粒子在裝夾表面之間交換的機會可改良粒子效能、相對於被夾箝材料之材料性質之晶圓接觸表面的材料性質。接觸表面構件的形狀/輪廓亦可影響粒子產生，及晶圓及/或表面構件之背側的損壞。此可繼而促成粒子轉移增加及系統之過早故障。
考量浮凸(突出)及被夾箝材料之材料性質(硬度、楊氏模量、斷裂韌性等)，可製成突出佈局(面密度、圖案)、夾箝力及突出自身之幾何形狀。
模型化及研究展示，具有一實質上平頂(一平坦平臺區)及適當圓角或圓形邊緣對於突出係重要的，其可最大化一被夾箝晶圓之有效晶圓接觸面積(此減少有效接觸力)，同時減少/最小化在方形突出邊緣處具有力之一高集中之趨勢(見圖5b(「具有圓形邊緣之平頂」)及圖6)。圓角突出邊緣最小化夾箝期間經施加於突出之邊緣處的力集中，此係由於彈性晶圓或基板在未由一突出支撐的區域(依據突出間/最近鄰近距離R)中自夾箝力彎曲/鬆垂而產生。具有一實質上平頂表面且具有圓角邊緣之一突出或其他密封件結構導致橫跨突出之整個接觸面積之一更均勻應力分佈(均勻負載)，且減少在晶圓夾箝期間超出突出及晶圓材料之臨界應力的可能性。此繼而最小化 在晶圓夾箝程序期間產生粒子的潛勢。除設計上述形狀外，晶圓接觸表面及邊緣輪廓之表面粗糙度係低的(Ra<1μm)。基於此延伸研究之一突出之一輪廓實例展示於圖7中，該輪廓具有具有Ra<1μm之低表面粗糙度之一實質上平頂輪廓(平臺)及圓角邊緣。在圖7之實例中，描述邊緣輪廓之橢圓具有約275微米之一長軸尺寸X，及約1微米之短軸Y、約1475微米之長度L之一平臺區及約0.15微米之一差值(△)。一氣體密封環或提升銷密封件可具有一類似橫截面輪廓。
在可(例如)在一靜電卡盤或其他類型之卡盤上利用之晶圓或基板接觸表面之版本中，突出(或氣體密封件或提升銷密封件)之頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。在卡盤之一些版本中，突出(或氣體密封件或提升銷密封件)之頂部表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及在±0.01與±0.001之間之一(△*100)/L值。
可使用共焦雷射顯微法來判定差值(△)及L之值。可使用此技術以量測在遠離突出中心或最高點之各種點L處之一突出之最高點Hmax之間的高度差。只要頂表面滿足(△*100)/L小於±0.01之值的關係，差值(△)之值可變化且不特定被限制。在卡盤之一些版本中，差值(△)之值可小於0.25。在其他版本中，差值之值可在0.05至0.25之範圍內。差值(△)之更小值提供更平坦頂表面，更平坦頂表面可限制粒子自接觸突出之一基板產生。
此實例之研究亦已展示，若代替實質上平坦，如圖5a中突出之接觸表面係弧形(凸)(「圓頂」)，接觸表面之弧形性質(對於等效直徑之突出、突出間間隔及夾箝電壓)趨向於朝向減少有效晶圓接觸面積(增加有效力)，且增加突出上之應力分佈的非均勻性。此出現係因為晶圓實質上並不符合突出之頂表面(依據晶圓/突出材料系統、突出間距離、夾箝力等)， 且替代地趨向於在一更小面積(相較於一平頂突出)上集中力，且增加接觸區中之突出上之有效力。自一實質上平坦接觸表面朝向一凸接觸表面之偏離度愈大，晶圓至突出之有效接觸面積變得愈小。在此情況中，經施加於晶圓-突出介面之力橫跨整個接觸面積係非均勻的，且替代集中於以彎曲表面之頂點為中心之一區中，其隨著移離而下降。在頂點處接觸力為最高且完全係正向力，且隨著移離而減小(如圖8中所繪示，當將一剪切應力分量引至突出時)。
進一步言之，若施加於頂點之力超過突出材料及/或被夾箝晶圓之屈服強度，則可出現突出及或晶圓之損壞，導致可變為一自延續粒子問題之粒子。儘管突出之頂點處之力法向於表面(垂直於突出頂部之箭頭，圖8中之面朝下箭頭)，遠離該頂點存在應力之一剪切分量(圖8中之面朝側路箭頭)，其在柱形性質之塗層之情況中可特別成問題，其亦可導致突出塗層之斷裂及對於一弧形突出之增加粒子。一弧形突出表面引入可引起如圖8所繪示之具有一柱形結構之一些塗層斷裂之剪切應力，從而導致粒子效能劣化且減少浮凸系統(突出系統)之使用壽命。
此實例中之研究亦展示，當接觸表面係凹面時，有效接觸面積亦減少(晶圓將不遵守接觸一凹形突出之中心)且在突出之外邊緣處突出區域上周向出現最高接觸力。對於高效能晶圓接觸表面凸突出接觸表面或凹突出接觸表面皆非理想的。見圖5，在一方形(非圓角邊緣)突出之情況中，存在一局部更高接觸力，此係因為超過邊緣晶圓不被支撐且係一「邊界」。此導致在邊緣處之應力之一局部集中，其可導致自基板、突出或自兩者之一組合之粒子。
此實例之研究已發現藉由維持突出上之一實質上平頂表面(一突出之 平臺區之平坦度<0.01%)，對於浮凸大小之一範圍(100μm至10mm)、形狀(正方形、橢圓形/卵形)、突出間間隔、表面處理(Ra<1μm)，可最小化粒子影響分佈相關貢獻。
儘管最佳化突出輪廓對所有高效能晶圓接觸表面(對於浮凸或突出材料之硬度與被夾箝之材料之硬度相當之浮凸或突出系統)係重要的，但在具有一柱形微結構之塗層之情況中最佳化突出輪廓可在判定粒子效能方面起更重要作用(具有一增加之影響)。如由圖9中繪示之具有一柱形微結構之突出展示，維持一接觸表面實質上平坦(具有圓角邊緣)則確保突出上之一更均勻負載(如下面圖表中之面朝下箭頭所繪示之更大正向力)及更小或無剪切應力。
突出輪廓設計藉由將在任何接觸表面上之施加負載設計為更均勻可改良粒子效能，無論使用減成方法(光微影式圖案化+噴砂處理；光微影式圖案化+電漿或化學蝕刻)、加成方法(3D列印、使用PECVD/PVD程序之實體遮罩定義構件)產生該接觸表面，無論使用加成製造方法或減成製造方法構建外塗佈構件。
圖10繪示在一陶瓷基座1020中之一電極1010；及靜電卡盤之一表面層1030，表面層1030由該電極中之一電壓(未展示)啟動以形成一電荷，該電荷將一基板靜電地夾箝至一靜電卡盤之該繪示部分之基板接觸表面。卡盤上之晶圓接觸表面包含該等突出之該等頂表面。展示具有一代表性突出1000之靜電卡盤之表面層1030之一部分，該突出包括一成分，該成分之微結構具有結晶度。該突出展示為延伸至高於圍繞該突出之該表面層之一平均高度H。額外突出、密封環及提升銷密封件(未展示)具有在實質上相同位準之其等之頂表面，使得該被裝夾之基板被實質上平坦地固持。在基 板之靜電夾箝期間，該等突出將該基板支撐於該等突出上方。所展示之一橫截面具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面1060、一邊緣表面1050及一側表面1040特性化該結構。可藉由以微米量測之一值L及亦以微米量測之平坦度參數△特性化該突出之該非弧形平臺狀的頂部表面。圖10及圖11中展示長度L之突出之實質上平頂表面或平臺區。圖10及圖11中亦展示邊緣表面附近之平坦度參數。L及△皆可藉由雷射共焦顯微法判定。例如，使用雷射共焦顯微法，可識別突出之中心且亦識別突出之最大高度Hmax。在圖10及圖11中，最高點被展示為本質上係突出之中心，但最高點可不在中心處。對稱地移離突出之中心或最高點，則值L增大。在移離突出中心或最高點之各種點處，可使用共焦雷射顯微法以量測(在各L/2處)最高點Hmax(或在高度Hmax處且實質上平行於表面層1030或1130之一假想平面)與突出之表面之間之高度差以獲得一差值(△)之值。如圖11中所繪示，頂表面之長度可小於與表面層接觸之突出(或氣體密封件或提升銷橫截面)之基座之直徑。突出(或氣體密封件或提升銷密封件)之頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之(△*100)/L值。
突出(或氣體密封件或提升銷軸密封件)之邊緣表面1050在突出(或氣體密封件或提升銷軸密封件)之頂表面1060與側表面1040之間且如由共焦雷射顯微法所判定，(△*100)/L之值等於或大於±0.01。邊緣表面輪廓亦可在一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或在一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內。此橢圓之短軸Y與該突出(或氣體密封件或提升銷密封件)之平坦表面之一邊緣或該突出之頂表面之一部分相交，其中(△*100)/L之值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出(或氣體密封件或提升銷軸密封件)之該頂表面鋪設。Y/2值係0.5微米或更小。該橢圓之長軸X實質上平 行於該突出(或氣體密封件或提升銷軸密封件)之該頂表面及靜電卡盤表面層1030且X/2之值在25微米與250微米之間。突出之側表面被展示為垂直於或近似垂直於該表面層。
圖11亦繪示在一陶瓷基座1120中之一電極1110，及靜電卡盤之一表面層1130，表面層1130由該電極中之一電壓(未展示)啟動以形成一電荷，該電荷將一基板靜電地夾箝至靜電卡盤。展示具有形成晶圓接觸表面之代表性突出1100之靜電卡盤之表面層1130之一部分，該突出包括一成分，該成分之微結構具有結晶度。圖11繪示突出具有一實質上平坦頂表面1160、邊緣表面1150及描述邊緣輪廓之一或多個橢圓。頂表面1160具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。突出(或氣體密封件或提升銷密封件)之側表面1140並不垂直於表面層，繪示側表面之「垂直性」可自表面層從80度至175度變化。
氣體密封環或提升銷密封件之一橫截面亦可具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面特性化該結構；該氣體密封環或提升銷密封件之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△特性化該頂表面，該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值。氣體密封環或提升銷密封件之邊緣表面可在該氣體密封環或該提升銷密封件之頂表面與側表面之間，該氣體密封環或該提升銷密封件具有位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內之一邊緣表面輪廓，此橢圓之短軸Y與該氣體密封環或該提升銷密封件之平坦表面之一邊緣或該氣體密封環或該提升銷密封件之頂表面之一部分相交，其中(△*100)/L之值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該氣體密封環或該提升銷 密封件之該頂表面鋪設，Y/2值係0.5微米或更小。該橢圓之長軸X實質上平行於該氣體密封環或該提升銷密封件之頂表面(及卡盤之表面層)且X/2之值在25微米與250微米之間。氣體密封環或提升銷密封件之側表面連接該邊緣表面及該表面層。
圖12係繪示如圖9中所繪示之柱形形態之掃描電子顯微圖，可在本文所描述之卡盤版本中之基板接觸表面之突出及密封件結構之版本中發現該柱形結構。
儘管已相對於一或多項實施方案展示及描述本發明，但其他熟習此項技術者將基於閱讀及理解本說明書及附圖進行等效替代及修改。本發明包含所有此等修改及替代且僅受限於下列發明申請專利範圍之範疇。此外，儘管可能已相對於若干實施方案之僅一者而揭示本發明之一特定特徵或態樣，但如任何給定或特定應用所期望及有利於任何給定或特定應用，此特徵或態樣可與其他實施方案之一或多個其他特徵或態樣組合。此外，就在詳細描述或發明申請專利範圍中使用之術語「包含」、「具有(having)」、「具有(has)」、「具有(with)」或其之變體而言，此等術語意欲以類似於術語「包括」之方式包含。又，術語「例示性」僅意在意謂一實例而非最佳實例。亦應瞭解，為簡單及易於理解之目的，本文中所描繪之構件、層及/或元件被繪示為相對於彼此具有特定維度及/或定向，且實際維度及/或定向可實質上不同於本文中所繪示之維度及/或定向。
1000:突出
1010:電極
1020:陶瓷基座
1030:表面層
1040:側表面
1050:邊緣表面
1060:頂表面
H:平均高度
L:長度
X:長軸
Y:短軸
△:差值

Claims (10)

  1. 一種靜電卡盤，其包括：一電極，其在一陶瓷基座中；及該靜電卡盤之一表面層，其由該電極中之一電壓啟動以形成將一基板靜電地夾箝至該靜電卡盤之一電荷；該靜電卡盤之該表面層包括複數個突出，該等突出包括一成分，該成分之形態係柱形或粒狀，且微結構係結晶或非晶，該等突出延伸至高於圍繞該等突出之該表面層之一平均高度H，在該基板之靜電夾箝期間，該等突出將該基板支撐於該等突出上方；該等突出之一橫截面，其具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面來特性化該結構；該等突出之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△來特性化該頂表面，該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值；該突出之該邊緣表面係在該突出之該頂表面與該側表面之間，且具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內，此橢圓之短軸Y與該突出之該頂表面之一部分相交，其中該(△*100)/L值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出之該頂表面鋪設，該Y/2值係0.5微米或更小；該橢圓之長軸X實質上平行於該突出之該頂表面或該表面層，且該X/2值係在25微米與250微米之間；且該等突出之該側表面連接該靜電卡盤之該邊緣表面及該表面層。
  2. 如請求項1之靜電卡盤，其中該突出的側表面與該表面層建立一角，該角係在80度與175度之間。
  3. 如請求項1之靜電卡盤，進一步包括一氣體密封環或一提升銷密封件，該氣體密封環或該提升銷密封件延伸至高於該表面層之一平均高度H；該氣體密封環或該提升銷密封件之一橫截面具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面來特性化該結構；該氣體密封環或該提升銷密封件之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△來特性化該頂表面，該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01之一(△*100)/L值；該氣體密封環或該提升銷密封件之該邊緣表面係在該氣體密封環或該提升銷密封件之該頂表面與該側表面之間，且具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內，此橢圓之短軸Y與該氣體密封環或該提升銷密封件之該頂表面之一部分相交，其中該(△*100)/L值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出之該頂表面鋪設，該Y/2值係0.5微米或更小；該橢圓之長軸X實質上平行於該氣體密封環或該提升銷密封件之該頂表面或表面層，且該X/2值係在25微米與250微米之間；且該氣體密封環或該提升銷密封件之該側表面連接該邊緣表面及該表面層。
  4. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等突出包括釔。
  5. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等突出包括鋁。
  6. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等突出包括鋁及氧。
  7. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等突出具有在5微米至20微米之範圍內之一高度。
  8. 如請求項1之靜電卡盤，其中差值具有在0.25微米與0.05微米之間之一值。
  9. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等突出具有在1微米與20微米之間之一中心距離。
  10. 一種晶圓接觸表面，其包括：複數個突出，該等突出包括形態係柱形或粒狀之一成分，且微結構係結晶或非晶，該等突出延伸至高於圍繞該等突出之表面層之一平均高度H，在一基板之夾箝期間，該等突出將該基板支撐於該等突出上方；該等突出之一橫截面，其具有一結構，藉由一非弧形平臺狀的頂表面、一邊緣表面及一側表面來特性化該結構；該等突出之該非弧形平臺狀的頂表面具有以微米計之一長度L，藉由以微米計之一平坦度參數△來特性化該頂表面，該頂表面具有1微米或更小之一表面粗糙度Ra及小於±0.01 之一(△*100)/L值；該突出之該邊緣表面在該突出之該頂表面與該側表面之間，且具有一邊緣表面輪廓，該邊緣表面輪廓位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分上或位於一橢圓之四分之一或一橢圓之部分內，此橢圓之短軸Y與該突出之該平坦表面之一邊緣相交，其中該(△*100)/L值等於或大於±0.01，且該橢圓之短軸頂端沿該突出之該頂表面鋪設，該Y/2值係0.5微米或更小；該橢圓之長軸X實質上平行於該突出之該頂表面，且該X/2值係在25微米與250微米之間；且該等突出之該側表面連接該晶圓接觸表面之該邊緣表面及一表面層。
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