耐等離子靜電夾的制作方法
【專利摘要】一種支撐基板的裝置，可包括基座以及鄰近于基座并配置來用于支撐基板表面的絕緣部分。所述裝置還可包括電極系統，以提供夾持電壓給基板，其中配置絕緣部分以藉由具有通道寬度的至少一通道來提供氣體給基板，其中氣體壓力以及通道寬度的乘積小于氣體的帕申最小值，其中帕申最小值為氣體的崩潰電壓為最小值下外殼的表面的間距與壓力的乘積。
【專利說明】
耐等離子靜電夾
技術領域
[0001]本實施方式是有關于一種基板的加工，更具體而言，是有關于一種用于固定基板的靜電夾。
【背景技術】
[0002]如靜電夾的基板固定器已廣泛使用于包括半導體制造、太陽能電池制造、以及其他元件加工的許多制造過程中。許多基板固定器提供基板加熱以及基板冷卻，以便于所需的溫度加工基板。為了維持適當的加熱或冷卻，包括靜電夾的一些基板固定器的設計提供可流動于鄰近或緊臨于待加工的基板如晶片的背側的氣體。
[0003]在如靜電夾的特定基板固定器的設計中，藉由背側氣體分布系統而可提供氣體，以使氣體的存在可作為在靜電夾面以及藉由靜電夾而固定的晶片的背面之間的熱導體。為了促進基板的冷卻或加熱，氣體壓力可在不會在基板的背面上產生過多壓力的同時，維持在可提供所需的熱傳導的范圍中。由于高電場可用來夾住靜電夾的電極，因此，提供給靜電夾的氣體物質可能會受影響。在一些情況中，這可能會導致等離子體產生在氣體分布系統的背側中。如離子的等離子體物質可能會蝕刻接觸到等離子體的表面，而產生可能傳遞至加工系統中包括被靜電夾固定的基板的其他區域的蝕刻物質。
[0004]雖然在一些制造過程中，由于引入形成在氣體分布系統的背側中的等離子體而污染基板的程度可能可被接受，但在其他過程中，這可能完全無法被接受。舉例而言，當基板在高基板溫度而加工時，在背側等離子體中產生的金屬污染物可能足以移動至晶片的前方。
[0005]相對于此些以及其他考量，目前需要進行改良。

【發明內容】

[0006]本說明是為了以簡化的形式來介紹以下在實施方式中將詳細描述的概念選擇。本說明并非意圖確認所要求的保護標的的必要特征或關鍵特征，也并非意圖來協助確定所要求的保護標的的范圍。
[0007]在一實施方式中，支撐基板的裝置可包括基座以及鄰近于基座并配置來用于支撐基板表面的絕緣部分。所述裝置還可包括電極系統，以提供夾持電壓給基板，其中配置絕緣部分以藉由具有通道寬度的至少一通道來提供氣體給基板，其中氣體壓力以及通道寬度的乘積小于氣體的帕申最小值，其中帕申最小值為氣體的崩潰電壓(breakdown voltage)為最小值下外殼的表面的間距與壓力的乘積。
[0008]在一其他實施方式中，一種操作靜電夾的方法可包括使靜電夾的絕緣部分的至少一通道設置有通道寬度;提供夾持電壓給靜電夾的電極；以及在氣體壓力下，經由所述至少一通道來傳遞氣體至靜電夾，其中氣體壓力以及通道寬度的乘積小于氣體的帕申最小值，其中帕申最小值為氣體的崩潰電壓的最小值下外殼的間距與壓力的乘積。
【附圖說明】
[0009]圖1描繪出依據本發明的實施方式的一種靜電夾系統；
[0010]圖2A描繪出依據本發明的多個實施方式的組合靜電夾的側面剖視圖；
[0011]圖2B描繪出圖2A中所示出的靜電夾的絕緣部分的俯視圖；
[0012]圖2C描繪出移除絕緣部分的圖2A的靜電夾的基座的俯視圖；
[0013]圖3A及圖3B示出圖2A的靜電夾的變化的更細部；
[0014]圖4為曲線圖，包含表示氣體在平行板系統中將崩潰電壓Vb作為壓力-距離(PD)乘積的函數的曲線；
[0015]圖5A表示出操作靜電夾的參考情境；
[0016]圖5B表示出操作與本發明的實施方式一致的靜電夾的情境；
[0017]圖5C表示出操作與本發明另一實施方式一致的靜電夾的另一情境；
[0018]圖f5D表示出操作與本發明另一實施方式一致的靜電夾的另一情境；
[0019]圖5E表示出操作與本發明的另一實施方式一致的靜電夾的另一情境;以及
[0020]圖6描繪出與本發明另一實施方式一致的另一靜電夾的部分。
【具體實施方式】
[0021]本實施方式解決一種對于污染物敏感的元件的制造有負面影響的現象。描述于此的實施方式提供用于減少在如靜電夾的基板固定器中非故意而形成等離子體的裝置及方法。特別是，本實施方式減少可能產生于現今操作靜電夾時形成背側等離子體的可能性。這些背側等離子體可能在基板的背面上引起金屬的蝕刻或其他污染物及污染物的再凝聚，其可能在特定加工條件下，在基板的正面處引起可檢測出的濃度。在制造CMOS圖像感測器的范例中，金屬的污染程度低至lE8/cm—2時可能影響設備生產力，而此污染程度可能在加工基板時因為等離子體在鄰近基板的背面的靜電夾中形成而產生。
[0022]在一些實施方式中，配置一種新的靜電夾系統以藉由改變如支撐基板的靜電夾的絕緣部分中的單一通道或多個通道的元件設計，以減少形成等離子體的可能性。在一些實施方式中，氣體分布系統可改變提供于背側分布通道中的氣體壓力，以在產生避免形成等離子體于背側分布系統中的氣體條件的同時，可提供適當的氣體壓力于基板后方。氣體分布系統可任意地改變提供給靜電夾的氣體的成分以避免等離子體的形成。在以下將詳細描述的更進一步的實施方式中，可調整供應至靜電夾中的電極系統的交流電壓的頻率以減少等離子體的形成。在其他實施方式中，為了減少形成等離子體的可能性，靜電夾的絕緣部分可在引導氣體至基板的通道中包括接地導體或低放射性物質。
[0023]圖1描繪出依據本發明的實施方式的一種靜電夾系統100。靜電夾系統100可用于多種加工工具中，其可能被期望在其中對基板主動加熱或冷卻。此種加工工具包括離子植入系統、沉積系統、蝕刻系統以及退火系統。然而，本發明并不限于本文。
[0024]靜電夾系統100包括靜電夾102、氣體供應系統110、以及電壓供應器112。靜電夾102包括基座104以及鄰近于基座104的絕緣部分106。如圖中所示，配置絕緣部分106以支撐基板108。在多個實施方式中，絕緣部分106可為陶瓷板或陶磁層。配置電壓供應器112以提供電壓給包含在靜電夾中的電極系統(未單獨示出)，其可產生提供吸附或固定基板108的夾持力的電場。在以下將詳細描述的多個實施例中，可將電壓作為其中迅速產生像電荷的交流信號，進而促使基板108的快速夾持及解除夾持。可配置電壓供應器112以提供如100V的偏壓，以產生適當的夾持力給基板108。這可能會在一些情況下產生量級為50托至200托的靜電夾壓力。
[0025 ]配置氣體供應系統110以提供氣體(未示出)給靜電夾102的基座104，其可分布至基板108以在靜電夾102以及基板108之間提供熱傳導介質。在不同實施方式中，提供給靜電夾的氣體可為氦氣、氖氣、氬氣、氮氣或其他氣體種類或氣體種類的組合。本實施方式并不限于本文。為了在基板108以及靜電夾102之間提供足夠的熱傳導，可配置靜電夾系統100以在靜電夾102中傳遞10托至100托的氣體壓力，且在一些情況中為50托至100托。
[0026]與多個實施方式一致，可用不同方式來配置靜電夾系統100，以避免在背側區域116形成等離子體。背側區域116可包括在靜電夾102中的通道，以及當基板108被固定于鄰近絕緣部分106時，定義于基板108和靜電夾102之間的空腔。如以下將詳細描述，靜電夾系統100可藉由下列方式以免于形成等離子體:調整施加于電極的電壓信號、調整氣體組成或調整氣體壓力以避免帕申(Paschen)最小值、調整靜電夾102中的空腔結構，或調整電壓信號、氣體壓力或空腔結構的組合。在一些實施方式中，調整空腔結構可包括減少在靜電夾102中引導氣體的單一通道或多個通道的寬度，藉由提供接地的導電通道涂層以形成接地導體層在靜電夾102的通道或其他空腔區域中，或可在通道或其他空腔區域中提供低電子放射性物質。
[0027]圖2A描繪出依據本發明的多個實施方式的組合靜電夾200的側面剖視圖。圖2B描繪出圖2A中所繪示的靜電夾200的絕緣部分204的俯視圖，而圖2C描繪出移除絕緣部分204的圖2A的靜電夾200的基座202的俯視圖。在多個實施方式中，基座202可為金屬材質且可包括設計為加熱靜電夾200的加熱器(未示出)。在其他實施方式中，靜電夾200可藉由靜電夾外部的加熱器或附裝于靜電夾的加熱器而加熱。如圖1所示的實施方式，靜電夾200可支撐并固定鄰近于絕緣部分204的基板108。絕緣部分204可反過來包括電極組(未示出)，如操作于傳統雙極靜電夾中成組的電極對。成組電極對中的電極對的數量可為一、二、三，或更多。
[0028]為了促進靜電夾200基板108之間的熱傳導，可提供氣體給靜電夾200。如圖2中所示出，基座202可包括氣體分布空腔212，其配置以在靜電夾200的不同部分中分布氣體，以便提供氣體于鄰近基板背面處。如圖2C中所示出，氣體分布空腔212可在靜電夾200內沿周圍分布氣體。然而，在其他實施方式中，氣體分布空腔可具有其他形狀。更如圖2B中所示出，絕緣部分204可包括如通道210的通道組，當組合靜電夾200時，通道組配置來與氣體分布空腔212相通。當如圖1中所示利用氣體供應系統110供應氣體時，通道210可用以傳遞氣體至絕緣部分204以及基板108之間的背側區域214。
[0029]與多個實施方式一致，當施加夾持電壓且提供氣體至靜電夾200時，氣體供應系統110以及通道210可特別設計來避免等離子體的形成。現在看到圖3A及圖3B所示靜電夾200的變化的更細部。特別是，圖3B示出靜電夾200的部分的爆炸側面剖視圖。如圖中所示，可利用可為粘著劑如環氧樹脂的熱導體部分302來連接基座202于絕緣部分204。在此種變化中，絕緣部分204包括鄰近基座202的第一部分304以及鄰近基板108的第二部分306。電極308設置在第一部分304以及第二部分306之間。當提供電壓至電極308以及電極對(未示出)之間時，正極或負極的像電荷可能形成在基板108的背面114的區域上。在背面114上的相對的像電荷可能形成在鄰近電極對之處。此可用以產生將基板108吸附至第二部分306的力場。
[0030]更如圖3B中所示，第二部分306包括相對于第二部分306的平面312突起的表面特征310。當基板108接觸表面特征310且提供氣體至靜電夾200時，此可產生單一空腔或多個空腔(未示出)以使氣體可流動于其中。
[0031]應注意的是，當供應高電壓給電極308時，若注入靜電夾200的氣體壓力以及空腔的尺寸落入特定范圍時，力場強度可能足以在背側區域214產生等離子體。因此，在多個實施方式中，設計靜電夾200內的特定特征的尺寸以及注入靜電夾200的氣體壓力以避免等離子體的形成。如以下詳細的說明，在特定實施方式中，通道210的尺寸以及氣體壓力設計為尺寸及壓力的乘積可達帕申(Paschen)最小值。在更進一步的實施方式中，提供給靜電夾的氣體的組成可調整以減少背側區域214中形成等離子體的可能性。
[0032]圖4為包含曲線402的曲線圖，示出氣體在平行板系統中的帕申曲線性質，其表示將崩潰電壓Vb作為壓力-距離(PD)乘積的函數。曲線402呈現出依據定性性質而使用的不同氣體的曲線402中所示的帕申曲線的組成。特別是，在對應帕申最小值404的H)乘積值之下，崩潰電壓迅速地增加，此代表著崩潰需要快速增加的較高電壓以及低于曲線402中所示的帕申最小值的PD乘積的減小的PD乘積值。對于許多常見氣體種類如Ar、He、Ne以及N2而言，帕申最小值Vb的范圍是在100V及500V之間。這些在帕申最小值的氣體種類中，氬氣、氖氣以及氦氣已測量出Vb顯示為高于100V至稍高于200V。氬氣也表示出了 PD在0.7-2托-公分的范圍中的H)最低值。通常作為供應至靜電夾的氣體的氮氣已測量出在帕申最小值時顯示PD乘積值在I托-公分的范圍中，但在200V至400V的范圍中顯示為較高的VB。氖氣以及氦氣在帕申最小值的PD乘積以個別測量出在1.5及2-4的范圍中。然而，氖氣及氦氣個別顯示出崩潰電壓在200V或低于帕申最小值的范圍中。在更高的PD乘積值中，崩潰電壓如曲線402中所示，是以線性方式隨ro乘積而增加。
[0033]應注意的是，現今的靜電夾可應用1000V(線段412所指)或更多的電壓以產生所需的夾持力以固定基板。因此，利用1000V的夾持電壓的范例，從圖4中可看出在大范圍的ro乘積值，Vb的值可位于低于所施加的電壓，其由區域406所標示。因此，在氣體壓力以及空腔尺寸所產生的PD乘積接近帕申最小值時，雖然高于常見的鈍氣，但事實上常用的氮氣其Vb仍可超過施加至靜電夾的電壓。也需注意的是，現今的靜電夾通常設計為在施加于晶片背側的壓力在5托至15托的范圍之中的情況下運作。由于此氣體壓力范圍呈現出在靜電夾以及基板之間可達成良好的熱傳導，且同時背側壓力也夠低，而可被施加于靜電夾的壓力所產生的力所抵消，因此，此壓力范圍較為合宜。舉例而言，許多靜電夾可傳遞30-200托之間的夾持壓力。
[0034]然而，在提供足以用于基板以及靜電夾之間良好熱傳導的足夠高的背側壓力以及足以確保基板適當的夾持住的足夠低的背側壓力之間的折衷方式是需要代價的。現今的靜電夾通常包括氣體分布通道，氣體分布通道的尺寸容易被施加于靜電夾的操作壓力以及操作電壓以形成的等離子體而影響。特別是，當氣體傳遞至靜電夾時，通道寬度(D)可能導致PD乘積接近帕申最小值。舉例而言，通常通道會具有三毫米或更多的寬度。在一種情形中，若傳遞10托的壓力至靜電夾且通道的寬度為三毫米時，ro乘積值為3托-公分，其落入了接近如Ar、Ne以及He的氣體的帕申最小值，且位在區域406內。當施加了例如為500-1500V的夾持電壓在此種設計條件下操作的靜電夾時，等離子體會特別容易形成在靜電夾內為通道的空腔。
[0035]多種實施方式藉由結合電壓信號、氣體壓力以及通道尺寸的設計來避免等離子體的形成以克服此種問題。特別是，這些因素的結合可使ro乘積落入圖4中較不容易形成等離子體的區域408或410中。
[0036]圖5A-5E示出在操作靜電夾時依據多個實施方式來減少形成等離子體的原則。在圖5A中，所示為操作靜電夾的參考情境。如圖中所示，在加工時靜電夾500可固定基板502。基于多種因素，靜電夾500可在不會形成等離子體或容易形成等離子體時操作。如圖5A所示，傳遞氣體至靜電夾500以使壓力Pl形成。配置電壓供應器504以將可提供頻率為fl的AC信號的電壓Vl施加至電極514。在一范例中，fl為25-30HZ。當提供氣體至基座506的氣體分布空腔516時，氣體可在到達基板502之前進入絕緣部分508的通道512。通道512以寬度0!來描繪，其尺寸可促使如圖所示的等離子體510的形成。當等離子體510撞擊靜電夾500的部分時，如通道512的區域中的絕緣部分508，物質可能會被移除且可能再次沉積，而形成如圖所示的基板502的部分上的污染物區域518。在污染物區域518中的污染物可能依序地擴散至正面519。
[0037]在圖5B中，所示為操作與本發明避免形成等離子體的實施方式一致的靜電夾520的情境。在此實施方式中，靜電夾520包括具有絕緣部分528，絕緣部分528具有通道522，通道522的寬度02小于寬度D1。在一些情況中，設計寬度02以使通道522可依據暗區屏蔽(darkspace shielding)的原則以避免等離子體的形成。特別是，對于給定的氣體壓力，若減少形成等離子體的空腔的尺寸至特定尺寸之下時，可預防等離子體的形成。在一些實施方式中，寬度D2可為約0.1-0.5毫米。
[0038]在圖5C中，所示為操作與本發明避免形成等離子體的另一實施方式一致的靜電夾530的另一情境。在此實施方式中，靜電夾530包括包含絕緣部分538，絕緣部分538包含通道532，通道532的寬度D3小于寬度0!。設計寬度D3以藉由產生相對遠大于圖5A的范例的帕申最小值的PD乘積，而可避免在通道532中形成等離子體。在一些實施方式中，寬度D3可為約0.1-1.0豪米。在多種實施方式中，如圖5C中所提及，傳遞至靜電夾530的壓力P2可大于P1W補償相對于通道512而較小的通道532的尺寸。增加的壓力可確保足夠的氣體壓力存在于鄰近基板502處，以提供靜電夾500以及基板502之間所需的熱傳導程度。在特定的實施方式中，P2D3的乘積小于P1D1，以使P2D3小于給定的氣體539的帕申最小值。在此方式中，氣體539可在維持防止在通道532中形成等離子體時，提供靜電夾500以及基板502之間有效的熱傳遞。
[0039]在圖5D中，所示為操作依據本發明避免形成等離子體的另一實施方式的靜電夾500的另一情境。除非另有說明，可以相同于圖5A所示而配置靜電夾500。特別是，在此情境中，配置電壓供應器504以將頻率為f2的AC信號的電壓Vl施加至電極514，其中f2<fl。在一范例中，頻率f I為15Hz或更少，如10-15HZ。即使當電壓Vl施加至電極514時，也可預防因為較低的電壓信號頻率而形成等離子體。
[0040]在圖5E中，所示為操作與本發明避免形成等離子體的另一實施方式一致的靜電夾550的另一情境。除非另有說明，可以相同于圖5A所示的靜電夾500的方式而配置靜電夾550。特別是，靜電夾550包括其中可設置接地導體在空腔區域中的絕緣部分。舉例而言，如圖5E中所示，接地導體552設置在通道512中，且用以防止靜電夾550中包含有通道512的區域中的電場的形成，進而在氣體509流入通道512時，防止等離子體的形成。
[0041]在其他實施方式中，供應給靜電夾的氣體可從氮氣改為其他氣體，以減少形成等離子體的可能性。在一實施方式中，是提供氦氣給靜電夾。雖然He可能在其帕申最小值處顯示出較低的VB，但He相較于氮氣的15eV而顯示出大約25eV的第一游離能，進而至少在特定條件下可減少在靜電夾中形成等離子體的可能性。在進一步的實施方式中，提供給靜電夾的氣體可包含氣體種類的混合物。舉例而言，可加入如個別具有強電子親和力的SF6的NF3的氣體種類至氣體如N2或鈍氣中，以產生混合的氣體種類，其中SF6的NF3或可抑制可能形成的等離子體。本實施方式并不限于本文。
[0042]圖6描繪出與本發明另一實施方式一致的另一靜電夾600的部分。在此實施方式中，設計靜電夾600以在植入或其他基板加工時加熱基板604。靜電夾600包括加熱器602，其在其他實施方式中可為電阻加熱器。加熱器602嵌入基座202以及絕緣部分204之間。如圖6中更進一步所示，熱屏蔽606可嵌入基座202以及加熱器602之間，以減少在操作加熱器時基座202的升溫。當操作加熱器602時，靜電夾600可能會受熱而提高溫度，特別是位于熱屏蔽606之上的部分。絕緣部分204可包括此些如前所述的元件，當電壓供應器608提供電壓給電極308，且氣體(未示出)分布至靜電夾時，其可用以減少形成等離子體的可能性。此可協助避免基板604的化學污染物，其中化學污染物可能是由于可另外形成于靜電夾600內的等離子體而引起的。由于化學污染物在升高的溫度下可能會從基板604的背面610擴散至主動裝置層可能存在的正面612，因此，此污染在應用靜電夾600的植入加工或其他加工時特別難以控制。
[0043]在其他實施方式中，可調整傳統靜電夾的多種特征以減少等離子體的形成。在此些實施方式中，可調整傳統靜電夾的兩個或多個特征以防止等離子體的形成，例如調整以下至少二個:靜電夾中的通道尺寸、氣體壓力、氣體種類或增加接地導體至通道。舉例而言，可提供帕申最小值位于2托-公分的區域中的氦氣給靜電夾。如通道高度或通道寬度的在絕緣部分中的通道尺寸可減少至0.1毫米，且同時將壓力調整至75托。此結合會導致H)乘積為
0.75，其遠低于氦氣的帕申最小值的區域，使得崩潰及等離子體的形成無法發生。
[0044]在更進一步的實施方式中，靜電夾可包括空腔，其包括具有低次級電子發射物質的涂層，以防止等離子體的形成。適合涂層的材質包括碳、氮化碳以及氮化鈦。本實施方式并不限于本文。
[0045]本發明并不限于在此所描述的特定實施方式的范圍。更確切地，對于本領域的相關技術人員而言，參考前述描述以及附圖后，將顯而易見于本發明的其他實施方式以及對本發明的調整，特別是此些已于本文中所描述的。因此，此些其他實施方式以及調整將落入本發明的范圍中。再者，雖然本發明已基于特定的目的且在特定環境中以特定的說明描述于本文中，然而，所屬領域的相關技術人員將理解本發明的功效并不限制于此，且可基于任何目的而應用于任何環境中。因此，本申請所述的權利要求應被解釋為根據本說明于此的全部范圍以及精神。
【主權項】
1.一種支撐基板的裝置，其特征在于包括: 基座； 絕緣部分，鄰近所述基座，配置以支撐所述基板的表面；以及 電極系統，提供夾持電壓給所述基板； 其中配置所述絕緣部分以經由至少一通道而提供氣體給所述基板，所述至少一通道具有通道寬度，其中所述氣體的氣體壓力與所述通道寬度的乘積小于所述氣體的帕申最小值，其中所述帕申最小值為所述氣體的崩潰電壓為最小值下外殼的表面的間距與壓力的乘積。2.根據權利要求1所述的裝置，還包括電壓供應器，配置以供應交流電壓給所述電極系統，其中所述交流電壓的頻率為15赫茲或更小。3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述通道寬度為0.1毫米至I毫米。4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述氣體壓力為50托至100托。5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述通道包括電接地的導電通道涂層。6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述通道包括具有低次級電子發射的材質。7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述氣體包括氦氣。8.根據權利要求1所述的裝置，其中所述氣體包括具有強電子親和力的種類。9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少一通道包括低次級電子發射涂層。10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述氣體的所述崩潰電壓于所述氣體壓力以及所述通道寬度的所述乘積大于所述夾持電壓。11.根據權利要求1所述的裝置，還包括氣體供應系統，以提供所述氣體給所述基座，其中所述基座包括氣體分布空腔，以分布所述氣體至所述至少一通道。12.一種操作靜電夾的方法，其特征在于包括: 使所述靜電夾的絕緣部分的至少一通道設置有通道寬度； 提供夾持電壓給所述靜電夾的電極；以及 在氣體壓力下，經由所述至少一通道來傳遞氣體至所述靜電夾，其中所述氣體壓力以及所述通道寬度的乘積小于所述氣體的帕申最小值，其中所述帕申最小值為所述氣體的崩潰電壓的最小值下外殼的間距與壓力的乘積。13.根據權利要求12所述的方法，其中所提供的所述夾持電壓為具有頻率為小于或等于15赫茲的交流電壓。14.根據權利要求12所述的方法，其中所述通道寬度為0.1毫米至I毫米。15.根據權利要求12所述的方法，其中所述氣體壓力為50托至100托。
【文檔編號】H02H9/00GK105993070SQ201580008408
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月4日
【發明人】岱爾·K·史東, 朱利安·G·布雷克, 留德米拉·史東
【申請人】瓦里安半導體設備公司