TWI740278B - 具有電荷消散塗層之靜電卡盤 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種靜電卡盤，其藉由在升高凸起上提供導電路徑來解決晶圓黏附之問題，該等升高凸起橋接在一起且連接至接地以便將晶圓基板支撐在該靜電卡盤之表面之上。此外，橫向隔開之電極圖案以及遠離該等升高凸起橫向且縱向隔開之電極元件減少或消除晶圓夾持期間經導電塗佈凸起與該等電極元件之間的電耦合，藉此形成用於在解除夾持之後使保持在該晶圓上之電荷迅速地行進至接地之一低電阻路徑。該導電橋及電極圖案組態亦實質上減少或消除在夾持期間堆積於該(等)導電橋上之任何電荷以便堆積於「島狀部」(主磁場區域之絕緣體層之磨損部分)中之電荷不影響自該晶圓基板穿過該導電橋至接地之電荷消散。

Description

具有電荷消散塗層之靜電卡盤
本發明係關於用於在晶圓處理期間固定且支撐一晶圓基板之靜電卡盤之領域。
靜電卡盤(亦稱為台板)用於固定且支撐用於處理之一工件。靜電電荷可累積於工件上且亦累積於支撐工件之台板表面上。累積於工件上之電荷可轉移至台板表面，且累積於台板表面上之電荷可轉移至工件。電荷累積可引起工件「黏附」問題。在一情況中，電荷累積可係如此之大，以至於典型解除夾持力無法釋放工件。舉例而言，可藉由升高提升銷以接觸工件之背側來提供一典型解除夾持力。在另一情況中，提升銷可能夠提升工件之一部分，但一剩餘部分保持與工件接觸。當工件係一圓盤形狀之半導體晶圓時，晶圓可變得「傾斜」，而顯得像黏附至台板之一邊緣。當一相關聯機械手臂試圖取回晶圓時，其可能無法恰當地嚙合晶圓且甚至將晶圓推離台板，從而導致可能之晶圓損壞及處理中斷。另一工件「黏附」問題可稱為「在台板周圍搖晃」。在此例項中，工件可在處理期間夾持至台板或夾持於一負載位置中。在諸如一半導體晶圓之某些圓形或圓盤形狀之工件之情形中，該晶圓可在台板之外圓周周圍進入一普遍振盪 進動，從而產生晶圓掉落之巨大風險。在其他情形中，可發生「晶圓遊動」，此可由在提升期間晶圓邊緣部分黏附至台板所導致，從而導致晶圓在提升銷上之一搖擺以及導致一晶圓處置問題之銷上之可能未對準。即使電荷累積未導致工件「黏附」問題，但其可導致形成於工件上之裝置之損壞。在其中工件定位於與電漿相同之室中之一電漿摻雜離子植入機中，過量電荷累積亦可導致摻雜不均勻、微負載及電弧放電。因此，在某些情況中，可有意地限制電漿摻雜離子植入機之生產量以避免過量電荷累積。
用以控制電荷累積之一個習用解決方案使用接觸工件之一背側之三個彈簧負載接地銷以在工件處於一夾持位置中時提供至接地之一路徑。此解決方案之一個缺點係彈簧負載接地銷限於三個銷。因此，用以消散過量電荷堆積之此接地配置之效用受到限制。此解決方案之另一缺點係彈簧負載接地銷之接觸點具有可導致工件之背側的損壞之尖銳邊緣。對工件之背側之損壞亦可產生不期望之微粒(污染物)，對此加以限制在某些處理應用中可係至關重要的。因此，存在改良靜電卡盤之效能之一持續需求。
不同於在先前技術中發現之靜電卡盤，本文中所闡述之各種實施例主要可適用於AC及DC庫倫(Coulombic)型卡盤，但亦可包含DC Johnsen-Rahbek(J-R)型卡盤。在各種實施例中，塗佈(或CDL塗佈)於靜電卡盤之一最上層上之電荷消散層為放置於其上之一晶圓基板提供接地以用於電荷消散。相比而言，某些先前技術裝置使用導電塗層以便減小晶圓基板與凸起之間的夾持力且減少靜電卡盤之表面上之微粒產生，該微粒產生亦在此等設計試圖解耦且減小卡盤表面上之凸起與晶圓基板之間的靜電 力時干擾晶圓基板自卡盤表面之解除夾持。本文中所闡述之各種CDL層及相關聯之CDL圖案亦係基於在下方及下面形成之電極圖案而有利地設計，以便避免CDL層與下方或下面之電極圖案重疊，藉此避免在電極與CDL層之間形成一夾持力，而是在電極與晶圓之間形成夾持力，並且向上抵靠CDL層。在某些靜電卡盤實施例中，在CDL層與電極層之電極元件之間形成一狹窄橫向空隙以確保在CDL元件之部分與各別層/圖案之電極元件之間不存在縱向重疊。在先前技術卡盤設計中，導電塗層及電極圖案之此重疊並非一問題，並且在某些情形中僅在凸起周圍存在導電材料空隙以減少由晶圓與卡盤表面之間的可能的摩擦產生之微粒數目，且避免在一DC J-R類型靜電卡盤中之凸起周圍之一夾持力。在某些先前技術裝置中，連接凸起之頂部之導電線將對本文中所揭示之各種實施例不利，此乃因導電線之部分事實上將位於在下方及/或下面之電極圖案之各種部分上方，從而歸因於插置在CDL層與電極圖案層之間之薄介電質層而導致非期望干擾。
在本文中所闡述之實施例中，晶圓之接地及作為一整體之接地機構係持續的，且在卡盤體通孔內部穿過CDL塗層並且穿通至在卡盤之基座處或附近延伸至接地之卡盤之至少一個外邊緣而發生。因此各種卡盤實施例亦具有持續接地，此乃因CDL/電極圖案不干擾電極，從而在晶圓上形成一夾持力。相比而言，在先前技術中，卡盤接地由穿過一中心通孔之一金屬件或條帶來提供且晶圓之接地僅在關閉靜電卡盤上之一箝位電壓之後發生。與先前技術靜電卡盤裝置進一步相比而言，闡述提供各種晶圓接觸表面組態之各種實施例，包含：其上形成有一CDL層之與晶圓基板接觸之基於矽的凸起；在與晶圓接觸之基於矽的凸起下方或下面形成之一 CDL層；在基於矽的凸起下方或下面形成之一CDL層，其具有與晶圓基板接觸之一頂部導電碳塗層(具有與下方CDL層圖案實質上類似之一圖案)。此外，針對AC庫倫型靜電卡盤中之經改良效能，提供在基於半導體的凸起下方或下面之嵌入導電塗層及磁場塗層。
在一項實例實施例中，提供一種用於在晶圓處理期間將一晶圓基板支撐在其上之靜電卡盤總成，該卡盤總成包含由形成一第一絕緣體層之一絕緣材料構成之一工件接觸表面之一主磁場區域，該第一絕緣體層具有形成於其上在該主磁場區域之周圍部分之上延伸之複數個凸起，該複數個凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置，其中該等凸起中之每一者具有安置於其上之一導電塗層，該導電塗層經組態以形成跨越多組凸起電耦合至接地之一或多個導電橋，該主磁場區域之該第一絕緣體層包含絕緣材料之並非導電塗佈之間隙部分，該等間隙部分安置於該等凸起之間，其中該複數個經導電塗佈凸起經組態以將該晶圓基板支撐在該主磁場上方以及該靜電卡盤之該外側邊緣之上。該靜電卡盤亦包含安置在該第一絕緣體下方或下面之一第一電極圖案，其中該第一電極圖案具有電極元件，該等電極元件縱向地位於絕緣材料之間隙部分下方且橫向地位於凸起中之導電橋之間，其中導體塗佈之凸起之遠端部分未在該等電極元件上方橫向地延伸以便形成一縱向空隙，藉此在該電極圖案之通電後旋即防止該電極圖案與該等導電橋之間的電耦合。亦包含支撐該第一電極圖案及該工件接觸表面之一絕緣主體，該工件接觸表面在其上具有該等導體塗佈之凸起以形成一操作靜電卡盤總成。在此實施例中，該等導體塗佈之凸起之一頂部與該等電極元件之間的橫向間距係可組態的以便在該電極圖案之斷電後旋即最大化自該晶圓基板之電荷消散。
在另一實例實施例中，提供一種用於將一晶圓基板靜電夾持至一靜電卡盤同時在晶圓處理之後防止該基板黏附至該靜電卡盤之方法，該方法包含以下步驟：提供一靜電卡盤，該靜電卡盤包含安置於該靜電卡盤之一工件接觸表面上且在該工件接觸表面之上延伸之複數個凸起以及安置於一第一絕緣體層下方之至少一個電極圖案。該方法包含將該晶圓基板安置於該複數個凸起上之步驟，該複數個凸起在其上具有一導電塗層，該等導體塗佈之凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置，該等導體塗佈之凸起形成電耦合至接地之一導電橋且與該晶圓基板接觸。該方法亦包含將電極圖案通電以將該晶圓基板實體夾持至由該等經塗佈凸起形成之導電橋之步驟，一個電極圖案之電極元件遠離該等導體塗佈之凸起橫向地安置以便形成防止該等電極元件與該等導體塗佈之凸起之間的電耦合之一縱向空隙。在一相關實施例中，該方法進一步包含以下步驟：形成在該等導體塗佈之凸起之間並且縱向地安置於電極元件上方之絕緣材料之間隙以便當解除夾持該基板時在將該電極圖案斷電之後提供用於使電荷行進至接地之一低電阻路徑。在另一相關實施例中，該方法包含以下步驟：在該等導體塗佈之凸起之一頂部與該等電極元件之間組態橫向間距以便在該電極圖案之斷電後旋即最大化自該晶圓基板之電荷消散。
在仍另一實例實施例中，提供一種經組態以在其上支撐一晶圓基板之靜電卡盤總成，該卡盤總成包括：一工件接觸表面，其包含由形成一第一絕緣體層之一絕緣材料構成之一主磁場區域，該第一絕緣體層具有形成於其上在該主磁場區域之周圍部分之上延伸之至少一個凸起，該至少一個凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置，以使一導電塗層安置於其上，該導電塗層透過該靜電卡盤中之一縱向通孔電耦合至接 地，該主磁場區域之第一絕緣體層包含絕緣材料之並未塗佈有一導電材料之間隙部分，該等間隙部分安置於該至少一個凸起之任一側上，其中該導體塗佈之凸起經組態以將該晶圓基板支撐在該主磁場上方及該靜電卡盤之該外側邊緣之上。該總成亦包含安置在該第一絕緣體層下方或下面之一第一電極圖案，該第一電極圖案具有縱向地位於絕緣材料之間隙部分下方且遠離該導體塗佈之凸起橫向地定位之電極元件，其中凸起導電塗層之遠端部分未在該等電極元件上方橫向地延伸以便形成一縱向空隙，藉此在該電極圖案之通電後旋即防止該電極圖案與該導體塗佈之凸起之間的電耦合。在一相關實施例中，該導電塗層係一金屬材料或一導電電荷消散材料中之一者。該靜電卡盤亦提供覆蓋該靜電卡盤之一工件接觸表面之一外側邊緣之至少一部分的一導電路徑，該導電路徑包括電耦合至至接地之一電路徑之一導電塗層。
儘管揭示多個實施例，但熟習此項技術者根據以下實施方式將明瞭本發明之其他實施例，以下實施方式展示且闡述本發明之說明性實施例。因此，圖式及實施方式均被視為在本質上為說明性而非限制性。
100:靜電卡盤/卡盤/卡盤總成
101:工件接觸表面
102:主磁場區域
103:表面/頂部表面/卡盤表面
104:絕緣材料/絕緣層/介電質/第一絕緣體層
105:接合層
106:第二絕緣體層/陶瓷層/基板
107:邊緣/外側邊緣
108A:導電路徑
108B:接地層/導電接地層
108C:導體路徑
109:接地/下伏層接觸接地
110:凸起/導體塗佈之凸起/經導電塗佈凸起/經塗佈凸起
120:導電橋/導電路徑/導電塗層
121:導電塗層
130:第一電極圖案/電極圖案
130A:元件/電極/電極元件
130B:元件/電極元件/電極
132:第二電極圖案/電極圖案
134:第三電極圖案
136:第四電極圖案
138:第五電極圖案
140:第六電極圖案
150:中心孔/縱向孔/中心通孔
152:絕緣材料/絕緣材料間隙/間隙/間隙部分/絕緣間隙
160A:橫向間距
160B:橫向間距
200:靜電卡盤/卡盤/卡盤總成
202:主磁場區域
203:最上部表面
204:絕緣層/介電質/第一絕緣體層
205:接合層
206:第二絕緣體層
207:邊緣/外側邊緣
208A:導電路徑
208B:導電接地層/接地層
208C:導電元件
208D:中心通孔導體/接地導體/導體
209:絕緣層/絕緣體層/接地
210:凸起
230:第一電極圖案/電極圖案
230A:電極/電極元件
230B:電極/電極元件
250:中心通孔/縱向中心孔
260A:橫向間距/毗鄰橫向間距或間隙
260B:橫向間距/毗鄰橫向間距或間隙
根據以下對本發明之實例實施例之更特定闡述將明瞭前述事項，如在其中遍及不同視圖相同元件符號係指相同部分之隨附圖式中所圖解說明。各圖式未必按比例繪製，相反，重點放在本發明之圖解說明實施例上。另外，應理解，在組件展示為彼此毗鄰之情形中，該等組件可彼此進行電接觸，儘管出於清晰之目的，在圖式中該等組件展示為在其之間具有某種少量空間，如藉助參考各圖式根據在本文中之闡述中之內容脈絡將明瞭。
圖1係根據本發明之一實施例之一靜電卡盤之一俯視圖。
圖2係圖1之靜電卡盤之一分解視圖，其根據本發明之一實施例圖解說明各種層及形成於靜電卡盤之一工件接觸表面上及工件接觸表面中之導電路徑與電極圖案之一交錯組態。
圖3係根據本發明之一實施例之圖1之靜電卡盤之一放大側視圖，包含：至少一個凸起，其塗佈有一導電塗層；及一導電路徑，其位於靜電卡盤之一邊緣上且耦合至一導電接地層。
圖4係根據本發明之一實施例之一靜電卡盤之另一實施例之一放大側視圖，包含安置於一絕緣層之上及不與下面的一組電極重疊之一導電元件上方之至少一個凸起。
儘管易於對本發明做出各種修改及替代形式，但已在各圖式中以實例方式展示特定實施例且在下文對特定實施例進行詳細闡述。然而本發明不限於對本發明所闡述之特定實施例。相反，本發明意欲涵蓋歸屬於如所附申請專利範圍所界定之本發明之範疇內的所有修改、等效內容及替代方案。
以下闡述提供一靜電卡盤之新穎晶圓基板解除夾持結構以及用於使用此一組態來減少在靜電卡盤已斷電之後導致晶圓基板「黏附」之電荷累積之一方法的各種實例實施例。局部表面電荷甚至可在不存在外部電壓時導致非預期晶圓夾持。因此，亦存在控制靜電卡盤中之電荷累積之一經改良台板或卡盤組態之一需求。
現在參考各圖，圖1及圖2中分別係一靜電卡盤100之一俯視圖及一分解圖，靜電卡盤100經設計以經由一新穎組態及晶圓夾持方法 來一旦將一電極圖案斷電便減小一晶圓基板之「黏附」(增加自靜電卡盤移除晶圓基板之難度)以便在晶圓基板處理之後將晶圓基板自靜電卡盤「鬆開」或解除夾持。儘管可明顯地存在亦藉由提供導電路徑以將電荷通道輸送至接地來減小黏附問題之類似結構，但本文中所揭示之實施例在橋接在一起且連接至接地以便將晶圓基板支撐在靜電卡盤之表面之上之升高凸起上提供導電路徑。此外，橫向隔開之電極圖案以及遠離升高凸起之電極元件在晶圓夾持期間減少或消除經導電塗佈凸起與電極元件之間的電耦合，藉此形成用於在解除夾持晶圓之後使保持在晶圓上之電荷迅速地行進至接地一低電阻路徑。此一新穎導電橋及電極圖案組態實質上亦減少或消除在夾持期間堆積於導電橋上之任何電荷，以便堆積於「島狀部」(主磁場區域之絕緣體層之磨損部分)中之電荷不影響或減慢自晶圓基板穿過導電橋至接地之電荷消散。
再次參考圖1及圖2並且現在參考圖3，靜電卡盤100包含由一絕緣材料104構成之一主磁場區域102，主磁場區域102具有形成於主磁場區域102之一表面103上之複數個凸起110。在一項實例實施例中，凸起110由與主磁場區域102相同之絕緣材料形成，且在另一實施例中，凸起由另一絕緣材料形成，或取決於應用用由任何其他適合材料來形成凸起。卡盤100進一步包含由諸如一金屬塗層或由具有電荷消散性質之一材料製成之一塗層之一導電塗層形成之導電橋120，導電塗層形成於一或多個凸起110上方。在此實例實施例中，導電橋120透過穿過卡盤100之主體形成之一或多個中心通孔150實體及電耦合至一導體路徑108C，此等中心孔150加襯有耦合至接地109或耦合至一下方接地層108B之導體路徑108C。
在此實例實施例中，卡盤100進一步包含：一第一電極圖 案130，其形成於主磁場區域102中且在主磁場區域102之絕緣層104之一頂部表面103下方；以及一第二電極圖案132，其亦形成於主磁場區域102中且在主磁場區域102之頂部表面103下方。第一電極圖案130及第二電極圖案132用於在其等被個別地通電時將一晶圓基板夾持至靜電卡盤100之表面。在此實例實施例中，卡盤100亦包含一第三電極圖案134及一第四電極圖案136，其等毗鄰於第一電極圖案及第二電極圖案且形成於絕緣層104中在主磁場區域102之頂部表面103下方。在卡盤100之此實例實施例中，亦包含一第五電極圖案138及一第六電極圖案140，其等毗鄰於第三電極圖案及第四電極圖案且形成於絕緣層104中在主磁場區域102之頂部表面103下方。在卡盤100中，具有凸起110之導電橋120連同各種電極圖案形成為一放射狀圖案，但本發明未必限於此一電極及導電橋圖案或組態。此外，本文中所揭示之各種實施例不限於某一數目之電極圖案及電極元件，此乃因此由晶圓處理要求驅動。
參考圖1至圖3，圖解說明靜電卡盤100之一放大視圖，其圖解說明導電橋或導電路徑120與形成於絕緣層104中及靜電卡盤100之一工件接觸表面101中之電極圖案130及132之一交錯組態。儘管凸起110之頂部展示為點，但凸起頂部或蓋部塗佈有一金屬或電荷消散塗層作為導電橋120之部分。絕緣材料152之間隙(形成一空隙)形成於導體塗佈之凸起110之間且間隙縱向地安置於電極元件(諸如元件130A及130B)上方。絕緣材料間隙152提供一區域或空隙，當將電極元件通電且由下方電極元件形成一耦合力時在該區域或空隙之上將晶圓基板夾持至卡盤100。
再次參考圖3，圖解說明靜電卡盤100之一部分之一放大側視圖。在此實例實施例中，卡盤100由一介電質(諸如一陶瓷材料)104、一 接合層(例如，聚合物或其他類型之黏合劑)105及一第二絕緣體層(陶瓷基板)106之連續層形成。凸起110形成於主磁場區域102上在具有一頂部表面103之一第一絕緣體層104上方。凸起110塗佈有一導電塗層120且卡盤100包含位於靜電卡盤100之一邊緣107上之一導電路徑108A，導電路徑108A耦合至一導電接地層108B且又耦合至一接地109。導電接地層108B安置在靜電卡盤之一第二絕緣體層106下方或下面，該導電接地層電接觸凸起110之至少一個導電橋。在此實例實施例中，在經導電塗佈凸起110之一頂部與電極元件130A之間存在橫向間距160A，間距關係係可組態的，以便在電極圖案之斷電後旋即最大化自晶圓基板之電荷消散。在一相關實例中，橫向間距160B表示電極130B之一遠端部分與凸起110上之導電塗層120之一遠端部分之間的間距或空隙(參見在之上的間隙152)。在一項實例實施例中，導電接地層108B電接觸靜電卡盤之一接地銷或構件(未展示)。
再次參考圖1至圖3，靜電卡盤或卡盤總成100經設計以在其上支撐一晶圓基板且特定而言具有將晶圓基板支撐在主磁場區域上方及卡盤100之邊緣之上的複數個凸起。複數個凸起110自靜電卡盤之一外側邊緣107橫向地向內安置，其中凸起110中之每一者具有安置於其上之一導電塗層121，導電塗層經組態以形成跨越多組凸起110電耦合至接地109之一或多個導電橋120，主磁場區域102之第一絕緣體層104包含絕緣材料之並非導電塗佈之間隙部分152，間隙部分152安置於凸起110之間。安置在第一絕緣體層104下方或下面之第一電極圖案130具有縱向地位於絕緣材料之間隙部分152下方且橫向地位於凸起110之導電橋120之間的電極元件130A及130B，其中凸起導電塗層之遠端部分不在電極元件130A及 130B上方橫向地延伸，藉此在電極圖案之通電後旋即防止電極圖案與導電橋之間的電耦合。在一項實例實施例中，導電橋120中之至少一者透過靜電卡盤100中之一縱向孔150電耦合至導電接地層108B或接地109中之一者。
在此實施例中，靜電卡盤100視情況包含覆蓋靜電卡盤100之工件接觸表面101之外側邊緣107之至少一部分的一導電路徑108，其中導電路徑108A包含電耦合至導電接地層108B之一導電塗層。在一相關實施例中，靜電卡盤100包含在工件接觸表面101上之一氣封環(未展示)，其中導電路徑108A覆蓋靜電卡盤100之氣封環之至少一部分。在各種實例實施例中，導電路徑包含一基於碳的材料、摻雜基於碳的材料或摻雜有氮之氫化碳材料中之一者。在各種實施例中，主磁場區域102包括一基於矽的材料及一基於聚合物的材料中之一者。
以上所提及之靜電卡盤組態亦提供將一晶圓基板夾持至靜電卡盤之一獨特方法，該獨特方法可解決磨損靜電卡盤之問題或可使一使用者不必由於磨損卡盤暫停操作而延長製造運行，磨損卡盤具有形成於凸起與導電橋120或凸起110之間的電荷之「島狀部」。因此，提供一種用於將一晶圓基板靜電夾持至靜電卡盤100同時在晶圓處理之後防止基板黏附至靜電卡盤之方法，靜電卡盤100包含安置於主磁場區域102之頂部表面103上且在靜電卡盤之一工件接觸表面101之上延伸之複數個凸起110，並且具有電極元件130A及130B之至少一個電極圖案130安置在一第一絕緣體層104下方或下面。該方法包含以下步驟：將晶圓基板安置於複數個凸起110上，複數個凸起110在其上具有一導電塗層121，導體塗佈之凸起110自靜電卡盤100之一外側邊緣107橫向地向內安置，導體塗佈之凸起 110形成電耦合至接地109之一導電橋120且與晶圓基板接觸。該方法亦包含以下步驟：將電極圖案130通電以將晶圓基板實體夾持至由經塗佈凸起110形成之導電橋120，電極圖案之電極元件130A及130B遠離導體塗佈之凸起110橫向地安置以防止電極元件與導體塗佈之凸起之間的電耦合。在一相關實施例中，該方法進一步包含在導體塗佈之凸起110之間形成絕緣材料間隙152之步驟，且其中絕緣間隙152縱向地安置於電極元件130A及130B中之每一者上方。絕緣材料間隙152提供一區域，當將電極元件通電且一耦合力經形成且被施加至晶圓時在該區域之上將晶圓基板夾持至卡盤100。有利地，導體塗佈之凸起110提供用於在將電極圖案斷電之後當解除夾持基板時使電荷經由路徑導電橋120行進至接地的一低電阻路徑，此乃因當通電時凸起與電極元件不夾持或耦合。在另一相關實施例中，該方法包含以下步驟：在導體塗佈之凸起110之一頂部與電極元件130A(或130B)之間組態橫向間距160A以便在電極圖案之斷電後旋即最大化自晶圓基板之電荷消散。在一相關實施例中，橫向間距係160B，其係自導電塗層之一遠端至安置在下方之電極130B之一邊緣之空間。
舉例而言，導電路徑或導電橋120可由具有約0.1微米至3微米之一厚度之基於碳的材料製成，該基於碳的材料可經摻雜以達成一適當表面電阻率。舉例而言，導電塗層可具有小於約每平方107ohms之一表面電阻率，該表面電阻率係在在基於碳的塗層與接地之間量測，舉例而言，在約每平方105ohms與約每平方107ohms之間的一表面電阻率。舉例而言，導電路徑亦可由具有約0.1微米至3微米之一厚度之摻雜有氮之氫化碳之一薄膜製成。導電路徑108A及108C可係一導電塗層，該導電塗層分別覆蓋在卡盤之邊緣周圍且穿過一通孔且纏繞在靜電卡盤主體之側上。另 外，一導電接地層108B(諸如，濺鍍鋁或其他金屬之一層)可定位於卡盤之一陶瓷層106之下，且可耦合至圍繞卡盤之邊緣之導電路徑108A。舉例而言，導電接地層使用一接地銷及/或電導電黏合劑之一下伏層接觸接地109。舉例而言，導電接地層可係約0.1微米至3微米厚之一鋁層。卡盤表面103之主磁場區域102可係具有在主磁場區域102之周圍區域之上延伸之凸起110之一基於矽的材料表面。主磁場區域102與接地之間的表面電阻率可係在自約每平方108ohms至約每平方1012ohms之範圍中，舉例而言，在每平方1010ohms之範圍中，而導電路徑108A與接地之間的表面電阻率係約每平方107ohms。導電路徑與接地之間的一較低表面電阻率可能係不確定的，只要導電路徑僅在靜電卡盤之工件接觸表面上延伸一短距離。靜電卡盤100亦可包含舉例而言由鋁製成之一基底層(以及本文中所闡述之其他實施例)。靜電卡盤可進一步包含氣孔、提升銷及其他標準組件(未展示)。
現在參考圖4，圖解說明一靜電卡盤200之另一實施例之之一放大側視圖，其包含安置於一絕緣層209之上及一導電元件208C上方之至少一個凸起210，導電元件208C不縱向地重疊於安置在下方或下面絕緣層204之一組電極230A及230B上方。在此實例實施例中，卡盤200由一介電質(諸如一陶瓷材料)204、一接合層(例如，聚合物或其他類型之黏合劑，諸如一介電黏合劑)205及一第二絕緣體層(陶瓷基板)206之連續層形成於類似於基板106之一基底基板上方。凸起210形成於主磁場區域202上在一絕緣體層209上方，絕緣體層209覆蓋卡盤200之一最上部表面203之大部分且形成於導電元件208C上方，其中導電元件208C形成於一第一絕緣體層204上方。注意，導電元件208C係與導電路徑208A之一上部部分 共面且保持導體與電極之間留下縱向間隙之關係，類似於卡盤100。此組態提供一晶圓基板在一或多個凸起210上之支撐，同時允許電極230A及230B在基板處理期間夾持基板且然後允許導電元件208C在關閉卡盤200時在提升或移除晶圓基板之前自晶圓消散電荷。視情況，凸起210塗佈有一導電塗層以增強電荷消散。位於靜電卡盤200之一邊緣207上之導電路徑208A以及連同一中心通孔導體208D亦耦合至一導電接地層208B，其中接地層208B係耦合至一接地209。導電接地層208B安置在靜電卡盤之一第二絕緣體層206下方或下面，導電接地層電接觸至少一個導電元件208C(或凸起210之一導電橋，若在一相關實施例中如此期望)。在此實例實施例中，在凸起210之一頂部與導電元件208C及電極元件230A之間存在橫向間距260A，間距關係係可組態的，以便在電極圖案之斷電後旋即最大化自晶圓基板之電荷消散。類似地，在凸起210與導電元件208C之間提供橫向間距260B。橫向間距260A及260B表示電極230A之一遠端部分及導電元件208C之一遠端部分與凸起210之間的間距或空隙(諸如絕緣間隙152)。在一項實例實施例中，導電接地層208B電接觸靜電卡盤200之一接地銷或構件(未展示)。在此實施例中，卡盤200視情況包含形成於耦合至接地209之一中心通孔250中之接地導體208D。
至於圖1及圖3中所圖解說明之卡盤100，卡盤總成200經設計以在其上支撐一晶圓基板且特定而言，具有將晶圓基板支撐在主磁場區域202上方以及卡盤200之邊緣207之上的複數個凸起210。在此實例實施例中，複數個凸起210自靜電卡盤之一外側邊緣207橫向地向內安置，其中凸起210中之每一者具有一導電元件208C(或視情況在其上之一導電塗層)，且導電元件208C中之每一者可能形成用於電荷消散之路徑，該等路 徑將電耦合至接地209。第一電極圖案230安置在第一絕緣體層204下方或下面且具有縱向地位於絕緣材料之間隙部分下方之電極元件230A及230B。卡盤200及電極圖案230包含毗鄰之橫向間距或間隙260A及260B，間隙橫向地位於導電元件208C與電極之間。導電元件208C之遠端部分經組態以不在電極元件230A及230B上方橫向地延伸，藉此在電極圖案230之通電後旋即防止電極圖案與定位在其之上的導電元件208C之間的電耦合。在一項實例實施例中，導電元件208C中之至少一者透過一縱向中心孔250經由靜電卡盤200中之導體208D電耦合至導電接地層208B或接地209中之一者。聚合物表面靜電卡盤亦具備將電荷自卡盤表面及工件移動至接地同時維持聚合物/工件接觸從而避免金屬污染問題且准許翻新靜電卡盤表面的能力。一項實例包含：卡盤表面之主磁場區域中具有自約每平方108ohms至約每平方1010ohms之一表面電阻率之一聚合物表面靜電卡盤；及自卡盤之邊緣至接地之一高導電率路徑，舉例而言小於約每平方104ohms。舉例而言，本文中所闡述之各種導電路徑可由藉由物理汽相沈積(PVD)形成之一鋁塗層或諸如基於碳的塗層(舉例而言摻雜有氮之氫化碳)之另一導電塗層形成。黏合塗層可包括含矽之氮化物、氧化物、碳化物及此等中之非化學計量比版本中之至少一者，舉例而言，但不限制SiOxNy、氮化矽、氧化矽或碳化矽。黏合塗層亦可包括碳或碳之氮化物化合物；且可包括類鑽碳。舉例而言，卡盤之聚合物表面可係一碳奈米管填充之聚合物，諸如碳奈米管填充之聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醯亞胺。舉例而言，碳奈米管表面之表面電阻率可係在自約每平方108ohms至約每平方1010ohms之範圍中。舉例而言，碳奈米管表面可以類似於標題為「Electrostatic Chuck with Polymer Protrusions」之Entegris, Inc公司的公開PCT申請案WO 2010/132640 A2中所闡述之一方式藉由層壓及藉由反應性離子蝕刻之圖案化來形成，該申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。碳奈米管填充之聚合物表面之之一優點可係電阻率遍及整個材料係均勻的且將不隨時間或隨清潔而磨損或磨耗。
藉由提供至接地之高導電率路徑，根據本發明之一實施例准許在給定藉由靜電卡盤進行之基板處理之步調的情況下以一充分短時間空間使電荷自晶圓基板及靜電卡盤泄放出，以防止或減輕晶圓黏附或其他晶圓處置問題。在此方面中，應注意，根據本發明之一實施例之至接地之導電路徑之表面電阻率應係充足的以在由其中正使用靜電卡盤之一程序准許之時間中將電荷遞送至接地。舉例而言，每工件10秒之一處理時間對每工件1秒之一處理時間將需要表面電阻率之一數量級差異以便在所需時間量中將電荷遞送至接地。對於植入程序，在十分之一秒內之循環時間支援本文中陳述之表面電阻率，儘管必要時可使用其他表面電阻率。
如本文中所使用，術語「工件接觸表面」意指接觸在使用一靜電卡盤期間由該靜電卡盤夾持之一工件之一表面。根據本發明之一實施例可與AC及DC庫倫卡盤及Johnsen-Rahbek卡盤搭配使用。此外，在本文中闡述導電塗層的情況下，應瞭解可使用各種不同之可能導電材料，舉例而言，經摻雜基於矽的材料、諸如鋁之一金屬或可用於代替基於碳的材料之另一材料。可使用拋光以減小導電路徑之有效表面電阻率。在一項實施例中，可由用於靜電卡盤之一主磁場區域之碳化矽結合用於導電路徑之高摻雜碳化矽來形成一複式結構。舉例而言，可使用一反應性離子蝕刻程序來翻新根據本發明之一實施例之靜電卡盤。此外，可在不同系統中使用根據本發明之一實施例，包含但不限於束線離子植入機、電漿摻雜離子植 入機、電漿浸沒離子注入系統、泛溢離子植入機、聚焦式電漿系統、調變一電漿鞘之系統，蝕刻系統、基於光學的處理系統及化學汽相沈積系統。本文中所闡述之各種靜電卡盤總成經組態以在作為一晶圓處理系統之部分之一靜電卡盤系統環境中以一施加之電壓源(AC或DC)操作。
以下U.S.專利及專利公開案以全文引用的方式併入本文中：U.S.專利第7,623,334號；第7,724,493號；第8,861,170號及第9,692,325號。
上文已闡述本發明之各種實施例以達成圖解說明其細節之目的且能夠使熟習此項技術者利用及使用本發明。不意欲限制所揭示實施例之細節及特徵，如熟習此項技術者將容易明瞭諸多變化及修改。因此，本發明之範疇意欲被廣泛地解釋且包含歸屬於隨附申請專利範圍之範疇及精神內的所有變化及修改以及其等法定等效物。
100:靜電卡盤/卡盤/卡盤總成
102:主磁場區域
103:表面/頂部表面/卡盤表面
108C:導體路徑
110:凸起/導體塗佈之凸起/經導電塗佈凸起/經塗佈凸起
120:導電橋/導電路徑/導電塗層
130:第一電極圖案/電極圖案
132:第二電極圖案/電極圖案
134:第三電極圖案
136:第四電極圖案
138:第五電極圖案
140:第六電極圖案
150:中心孔/縱向孔/中心通孔
152:絕緣材料/絕緣材料間隙/間隙/間隙部分/絕緣間隙

Claims (10)

  1. 一種靜電卡盤總成，其經組態以在其上支撐一晶圓基板，該卡盤總成包括：一表面，其包含一主磁場區域；一絕緣材料，其包括：一第一絕緣體層，其具有在該主磁場區域之周圍部分之上延伸之複數個凸起；及絕緣材料之一或多個間隙部分，其安置於該等凸起之間，其中該複數個凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置，其中該等凸起中之每一者具有一導電塗層，使得該等經導電塗佈之凸起形成一個或多個導電橋，其跨越多組電耦合至接地之該凸起，其中該等導電橋之至少一者通過該靜電卡盤中之一縱向孔電耦合至一導電接地層或接地中之一者，且其中該複數個經導電塗佈之凸起經構形以將一晶圓基板支撐在該主磁場上方及該靜電卡盤之該外側邊緣之上，一第一電極圖案安置於該第一絕緣體層下方，該第一電極圖案具有縱向地位於絕緣材料之該等間隙部分下方且橫向地位於凸起之該等導電橋之間的電極元件；及一絕緣主體，其經構形以支撐該第一電極圖案及具有導體塗佈之凸起之表面。
  2. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等導體塗佈之凸起之遠端部分不在該等電極元件上方橫向地延伸以便形成一縱向空隙，從而在該第一電極圖案之通電後旋即防止該電極圖案與該等導電橋之間的電耦合。
  3. 如請求項1之靜電卡盤，其中該等經導電塗佈凸起之一頂部與該等電極元件之間的一橫向間距經組態以在該電極圖案之斷電後旋即最大化自該晶圓基板之電荷消散。
  4. 如請求項1之靜電卡盤，其進一步包括安置於該第一絕緣體層下方之一第二電極圖案，該第二電極圖案與該第一電極圖案極性相反，其中該第一電極圖案及該第二電極圖案經組態以在通電後旋即將該晶圓基板夾持在凸起之該等導電橋上。
  5. 如請求項1之靜電卡盤，其進一步包括在該表面上之一氣封環，其中導電路徑覆蓋該靜電卡盤之該氣封環之至少一部分。
  6. 如請求項1之靜電卡盤，其中該導電路徑包括一基於碳的材料、一摻雜碳材料或摻雜有氮之氫化碳材料中一者。
  7. 一種將一晶圓基板靜電夾持至一靜電卡盤之方法，該方法包括以下步驟：提供一靜電卡盤，該靜電卡盤包含：複數個凸起，其安置於該靜電卡盤之一表面上且在該表面之上延伸；及至少一個電極圖案，其安置於一第一絕緣體層下方；將該晶圓基板安置於該複數個凸起上，該複數個凸起在其上具有一導電塗層，導體塗佈之凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置，使得該等導體塗佈之凸起形成一或多個導電橋，其跨越多組電耦合至接地 之該導體塗佈之凸起且與該晶圓基板接觸，其中至少一導電橋通過該靜電卡盤中之一縱向孔電耦合至一導電接地層或接地中之一者；及將該電極圖案通電以將該晶圓基板實體夾持至由經塗佈凸起形成之該導電橋。
  8. 如請求項7之方法，其中該電極圖案具有遠離該等導體塗佈之凸起橫向地安置之電極元件以便形成一縱向空隙，以防止該等電極元件與該等導體塗佈之凸起之間的電耦合。
  9. 如請求項7之方法，其進一步包括在該等經導電塗佈凸起與該等電極元件之間形成絕緣材料之間隙之步驟，其中該等間隙縱向地安置於該等電極元件上方以防止該等電極元件與該等經塗佈凸起之間的夾持。
  10. 一種靜電卡盤總成，其經組態以在其上支撐一晶圓基板，該卡盤總成包括：一表面，其包含由形成一第一絕緣體層之一絕緣材料構成之一主磁場區域，該第一絕緣體層具有：在該主磁場區域之周圍部分之上延伸之至少一個凸起以及在該等凸起之間的絕緣材料之一或多個間隙部分，該至少一個凸起自該靜電卡盤之一外側邊緣橫向地向內安置以使一導電塗層安置於其上，該導體塗佈之凸起透過該靜電卡盤中之一縱向孔電耦合至接地，其中導體塗佈之凸起經組態以將該晶圓基板支撐在該主磁場上方及該靜電卡盤之該外側邊緣之上；及一第一電極圖案，其安置於該第一絕緣體層下方，該第一電極圖案 具有縱向地位於絕緣材料之該等間隙部分下方且遠離該導體塗佈之凸起橫向地定位的電極元件，其中該導體塗佈之凸起或在其上之導體塗層之遠端部分不在該等電極元件上方橫向地延伸以便形成一縱向空隙，以在該第一電極圖案之通電後旋即防止該第一電極圖案與該導體塗佈之凸起之間的電耦合。
TW108141980A 2018-11-19 2019-11-19 具有電荷消散塗層之靜電卡盤 TWI740278B (zh)

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