专利名称：静电吸盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及基板处理领域，并且尤其涉及一种静电吸盘。
背景技术：
静电吸盘用来在处理期间静电固定基板(例如，在半导体处理期间将硅晶圆固定 在腔内)。静电吸盘组件典型地包括由电介质覆盖的静电吸盘电极，其位于在冷却基部上。 然后所述静电吸盘组件定位于阴极和隔离体上。静电吸盘组件定位于产生等离子体的等离 子体腔内。等离子体是导电气态介质，其可以通过将诸如RF能量的电磁能量耦合到气体而 形成。有几种不同的方法来产生等离子体并将基板固定到静电吸盘。例如，DC电压可以施 加到静电吸盘电极而RF电压施加到阴极，或者DC电压可以施加到静电吸盘电极并且RF电 压施加到静电吸盘电极和阴极两者。也可以经由沿着静电吸盘组件延伸的导管和孔(孔通过电介质和电极以及导管 通过冷却基体)将诸如氦气的热传递气体提供到基板背侧以将热量从基板带走。因为静电 吸盘传送DC和RF功率给晶圆，所以在接近这些孔和导管处产生强烈的电场。这些电场对 于产生等离子体和吸附晶圆是必要的。电场能够穿透或者可以形成于静电吸盘组件中的导管和孔中。特别地，施加到静 电吸盘电极上的电势可以在穿过静电吸盘组件的氦气孔或导管中或周围引起辉光放电或 电弧的形成。当气体孔和导管延伸通过静电吸盘组件的静电吸盘电极时尤其是个问题，其 中静电吸盘组件是由RF电压供电，例如，以在腔内点燃或维持等离子体。该RF电压可以穿 透并耦合到穿过气体孔的气体从而在孔内产生等离子体。孔内的等离子体自孔壁溅蚀掉陶 瓷颗粒，并可以进入和污染处理腔和/或晶圆。此外，等离子体可以加热孔或产生足够的电 流来加热孔而在静电吸盘组件内产生过大的应力，这可能导致故障。此外，等离子体可以降 低静电吸盘组件的反相断态(standoff)电压。设计一种可以以低压降传输足够多的氦气，同时使得导电部件彼此隔离的静电吸 盘组件成为有意义的挑战。主要的折衷在于传输足够的氦气到静电吸盘组件的表面和提供 不允许氦气经由电子至原子通道点燃的间隙，其中该通道由穿透吸盘和吸盘中允许氦气移 动的空隙的强场驱动。因此，希望具有一种能够减少在静电吸盘周围或者其中，例如，在延 伸通过静电吸盘组件的孔或导管内的周围或其中形成等离子体的静电吸盘组件，同时还传 输足量的热传递气体给基板。
发明内容
包括在本发明中的下列发明内容是为了提供对本发明的一些方面和特征的基本 理解。该发明内容不是本发明的广泛的概述而且同样地并不旨在具体确定本发明的关键或 重要部分，或者描述本发明的范围。其唯一的目在于以简单的形式提出本发明的一些概念 以作为以下提到的更详细描述的一个序言。根据本发明的一方面，提供一种可定位于静电吸盘的热传递气体导管中的隔离体，所述隔离体包括套筒；以及主体，所述主体可定位于所述套筒中，以在所述主体和套筒 之间形成环状空间，所述环状空间配置为传送热传递介质到静电吸盘的顶表面。所述隔离体还可以包括弹簧，以将所述主体压在所述静电吸盘的陶瓷圆盘表面 上。所述隔离体还可以包括位于所述隔离体和静电吸盘之间的密封件。所述密封件可以包括导热且电绝缘的硅树脂。插件可以还包括传递狭缝，其配置为向静电吸盘的陶瓷圆盘中的传送孔供应热传 递气体。所述套筒和所述主体可以为陶瓷。根据本发明的另一方面，提供一种静电吸盘，所述静电吸盘包括基部；基部上方 的电介质，所述电介质包括电极和电极上方的圆盘；所述圆盘中的多个孔；所述基部中的 多个热传递导管，所述热传递导管与所述多个孔液体连通；以及所述多个热传递导管中的 多个隔离体，所述多个隔离体的每一个包括套筒、主体以及位于所述套筒和主体之间的环 状空间，所述环状空间配置为向所述多个孔传送热传递介质。所述静电吸盘还可以包括位于每个套筒和圆盘之间的密封件。所述密封件可以包括导热且电绝缘的硅树脂。静电吸盘还可以包括基部中的多个弹簧，每个弹簧配置为将所述主体的顶表面定 位成紧靠圆盘的底表面。所述主体可以包括与所述多个孔液态连通的传递狭缝。所述静电吸盘还可以包括位于所述传递狭缝和所述多个孔之间的充气增压部 (plenum)，其中所述充气增压部与所述传递狭缝和所述多个孔液态连通。所述多个隔离体可以为陶瓷。根据本发明的另一方面，提供一种基板处理系统，其包括含有多个孔的圆盘；以及 冷却基部，其包括多个热传递气体通道和位于多个热传递通道内的多个隔离体，所述热传 递通道与热传递气体源液体连通，所述多个隔离体的每一个包括套筒、主体以及位于所述 套筒和主体之间的环状空间，所述多个孔与所述多个隔离体中的每一个的环状空间液体连
ο所述基板处理系统还可以包括位于每个套筒和静电吸盘之间的密封件。所述密封件可以包括导热且电绝缘的硅树脂。所述基板处理系统还可以包括冷却基部中的多个弹簧，每个弹簧配置为将多个插 件中的每一个的顶表面定位成紧靠所述圆盘。所述多个隔离体中的每一个可以包括传递狭缝，以与所述环状空间和多个孔液体 连通。所述基板处理系统还可以包括充气增压部，其位于所述传递狭缝和多个孔之间并 且与所述传递狭缝和多个孔液态连通。所述多个插件可以为陶瓷。
并入并且构成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释和示出本发明的原理。附图意在以图表的方式示出示意性实施例的主要特征。附图 并不意在示出实际实施例的每个特性，也不意在示出元件的相对尺寸，并且附图不按比例 绘制。图1是根据本发明一个实施例的基板处理室的透视图；图2A是根据本发明一个实施例的静电吸盘的侧视图；图2B是根据本发明一个实施例的静电吸盘的顶视图；图3是根据本发明一个实施例在静电吸盘的导管内具有隔离体的静电吸盘的详 细侧视图；图4A-4C是根据本发明一个实施例的隔离体的详细视图；以及图5A-5C是根据本发明另一实施例的隔离体的详细视图。
具体实施例方式现在将参考图1详细描述本发明的实施例。图1示出了具有静电吸盘110的真空 腔100。应该意识到，图1所示的配置仅仅是示例性的。真空腔100和静电吸盘110可以具 有其它或者更少的部件，并且如本领域技术人员所已知的，所述部件的布置可以改变。在图1中，晶圆101示出为紧固到真空腔100中的吸盘110。所示出的真空腔100 配置用于等离子体处理(例如，在真空腔100中示出了等离子体103)。等离子体处理包括 例如蚀刻、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等等。应该意识到，真空腔可以是包括静电 吸盘的任何类型的真空腔，因此，可以在腔内执行其它处理。还应该意识到，真空腔可以是 电容耦合等离子体(CCP)腔或者例如电感耦合等离子体(ICP)源腔。应用源以增加等离子 体密度并且将离子能量与离子产生去耦合的真空腔通常被称为高密度等离子体(HDP)室。 应该意识到，真空腔可以是HDP腔；示例性的HDP源包括微波、电感源和螺旋源。还应该意 识到，HDP室无需将离子能量与离子产生去耦合。真空腔100包括真空密闭外壳105。外壳105可以由铝、不锈钢或其它真空兼容材 料制成。外壳105可以电接地，在这种情况下腔壁是阳极。设置狭缝阀106以允许晶圆进 入真空密闭外壳105或从其中出来。还设置阀107以允许气体从处理气体源104进入到外 壳105。电感线圈109可以设置在腔100附近并且由线圈电源111供电以从气体中形成等 离子体。腔100还包括节流排气管112以排出气态副产品。参考图1和图2A-2B，静电吸盘组件110包括电介质圆盘114和冷却基部115。电 介质圆盘114包括由电介质118覆盖或者嵌入电介质118中的电极113，电介质118将电极 113与基板101电隔离。电极113包括由铜、镍、铬、铝、钼、钨或者及其合金组成的金属层。 应该意识到，静电吸盘组件110可以是单极、双极、或者多极吸盘。冷却基部115支撑电介 质圆盘114，并且冷却基部115由耦合至隔离体117的阴极116来支撑。热传递流体循环器150通过基部115中的通道152来使热传递流体循环，以便将 热量传输到电介质圆盘114或从电介质圆盘114传输热量。一个或多个热传递气体导管154 延伸通过冷却基部115，并且一个或多个热传递孔155延伸通过电介质圆盘114。连接到热 传递气体源165的气体供应通道160向导管154供应热传递气体，导管154向孔155供应 热传递气体。典型地，热传递气体是氦气或者氩气。气体导管154和孔155配置为向电介 质圆盘114的顶表面170传送气体。提供到顶表面170的气体可以用来通过将热量传输到基板101或从基板101传输热量的方式来调节基板101的温度。在与300mm(12英寸)硅 晶圆一起使用的静电吸盘组件110中，气体孔155出口的数量范围可以为从大约1个到大 约200个，出口可以以环形配置定位于电介质圆盘114的圆周周围。保持在电介质圆盘114上的基板101覆盖且密封电介质114的边缘，以便减少 来自电介质圆盘114外围边缘的热传递气体的泄漏。电介质114还可以包括台面结构 (mesas) 162，确定台面结构162的大小并且将其分布成使基板支撑(stand off)，以便允许 热传递气体均勻分布，使得基本上基板101的整个表面均勻地被加热或冷却。回头参考图1，吸盘电极113连接到DC电源120。连接到RF电源124的RF匹配 网络121连接到阴极116。应该意识到，可以使用不同的静电吸盘组件，其中DC电源和RF 匹配网络以及RF电源可以以不同于图1中的配置连接到电极和/或阴极。应该意识到，可 以使用多个RF电源来激发等离子体。在一个示例中，第一 RF电源可以以第一频率操作，而 第二 RF电源可以以第二频率操作。RF功率的频率范围可以是大约IOOkHZ和100MHZ之间 的任意值或范围。在操作中，机械臂(未示出)通过狭缝阀106移动晶圆101到腔100内。然后，或 者吸附电压施加到晶圆且等离子体被激发，或者等离子体被激发并且吸附电压被施加。通 过使用DC电源120向电极113提供电压来向晶圆101施加所述吸附电压。所述吸附电压被 设置为足够高的值，以便在晶圆和吸盘之间产生防止在随后的处理步骤中晶圆移动的静电 力。例如吸附电压可以是大约-5000V到+5000V之间的任意值或范围(例如，对于库伦力 吸盘来说为-5000V到+5000V，以及对于JR型吸盘来说为-1000V到+1000V，等等)。RF电 源124向阴极116施加RF电压并且线圈电源111向电感线圈109供应RF功率以在腔100 中激发等离子体103。在晶圆101被吸附之后，在腔100内执行一个或多个半导体制造工艺步骤，例如在 晶圆上沉积或者蚀刻薄膜。在完成半导体制造工艺之后，不再吸附晶圆，然后可以从腔中移 出以进行其它处理。参考图3-5，隔离体300位于每个气体导管154中以减少或防止由导管154提供的 气体形成等离子体。这种静电吸盘组件110对于在高密度等离子体环境中固定晶圆是有用 的。高密度等离子体通常包含更高的离子密度。典型地，薄等离子体鞘套中的带电等离子 体物质具有超过IOOOeV的离子能量。隔离体300减少或者一起阻止在导管154的周围或 内部形成等离子。如图3所示，隔离体300包括套筒304，其位于冷却基部115中的热传递气体导管 中。主体308设置在套筒304中，使得在套筒304和主体308之间形成环状空间312。在 一个实施例中，主体308以接近线线配合(line-to-line fit)的方式位于套筒304中(例 如直径50微米)。环状空间312流体耦合至气体供应导管154，使得热传递气体通过主体 308的底部进行馈送，以便允许热传递气体导入环状空间312。因此，环状空间312足够大 以在抑制电弧电势的同时允许足够的氦气流量。套筒304和主体308可以由任何电介质材料制成，包括陶瓷以及热塑性或热固性 聚合物。示例性聚合物包括但不限于聚酰亚胺、聚甲醛、聚乙醛、聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、 和硅树脂等等。应该意识到，能够使用具有高隔离电压、低电介质常数、高电阻的聚合物。示 例性适用的陶瓷材料包括但不限于A1203、A1N、SiO2, Si3N4等等。
如图4和5中详细所示，在主体308的顶表面318上设置传递狭缝316，以便允许 热传递气体从环状空间312传送到充气增压部320，所述充气增压部320形成在主体308的 顶表面318和电介质圆盘114的底表面之间。在一个实施例中，充气增压部320大约100 微米深且直径为几毫米。图4A-4C示出了传递狭缝316通常为管状的实施例，而图5A-5C 示出了传递狭缝316通常为多边形的实施例。应该意识到，传递狭缝316的配置可以与图 4和5示出那些配置不同。回头参考图3，孔155被设置成通过电介质圆盘114，以便经由充气增压部320和 环状空间312从隔离体300传送热传递气体到晶圆101。在一个实施例中，孔155的直径大 约为100至大约1000微米。可以将弹簧机构328设置成使主体308的顶表面318定位成紧靠圆盘114的底表 面330。弹簧328配置为帮助对主体308的顶表面318和圆盘114之间的充气增压部320 进行密封。设置密封件334以将套筒304密封到冷却基部115。在一个实施例中，密封件334 是导热且电绝缘的硅树脂密封件。应该意识到，密封件334可以是电绝缘且导热的其它柔 性材料。在组装期间，可以在套筒304的顶部和圆盘114的底面330之间设置小的间隙，以 允许在套筒304的顶表面331和圆盘114的底表面330之间的硅树脂(或其它密封材料) 的渗透。在一个实施例中，从隔离体300的底部(例如冷却基部115)设置对硅树脂(或其 它密封材料)的凹陷，以在组装期间从套筒304的内径去除过多的硅树脂。传递狭缝316允 许热传递气体传输，不被密封件334阻塞。在一个实施例，密封件334的厚度大约是100-200 微米。在使用中，热传递气体通过主体308的底部处的冷却基部115进入环状空间312。 热传递气体通过环状空间312向上传输且通过传递狭缝316进入到充气增压部320。然后， 热传递气体流经充气增压部320，进入到圆盘114的孔155。由于隔离体300的顶部经由密 封件334和弹簧328密封，防止了靠近主体308的顶部的电子激发，传递狭缝316允许氦气 通过硅密封件334进入到充气增压部320并且随后进入孔155，而不会影响隔离体300的电 弧抑制。因为本发明的实施例提供改进的电性能同时也向晶圆传送了足够热传递气体，所 以本发明的实施例是有利的。例如，如上所示的隔离体在每孔传送多于2Sccm的热传递气 体(例如，氦气)时，可以提供+/-3KV的电反相断态(亦即，比起传统静电吸盘设计，反相 断态电压增加50% )。应该意识到，隔离体300还可以包括等离子体去活化材料，所述等离子体去活化 材料能够减少活性，并且因此防止临近在晶圆101下的气体导管154形成等离子体。等离 子体去活化材料可以包括多孔的或高表面积材料，其通过限制动能和/或驱散气体物质的 电荷来防止形成等离子体，所述气体物质的电荷可以在导管中变得离子化。应该理解的是，这里描述的过程和技术本质上不涉及任何特定设备并且可以通过 部件的任何适当结合来实现。此外，可以根据这里描述的教导来使用各种类型的通用用途 设备。本发明已经结合特定示例进行了描述，其所有方面旨在是示例性的而非限制性的。本 领域技术人员将意识到为实践本发明，许多不同组合将都是适当的。而且，考虑到这里所公开的本发明的说明和实践，本发明的其它实现方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所描述的实施例的各方面和/或部件可以单独使用或 任意结合使用。说明书和示例旨在被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附的 权利要求书表示。
权利要求
一种可定位于静电吸盘的热传递气体导管中的隔离体，包括套筒；以及主体，所述主体可定位于所述套筒中，以在所述主体和所述套筒之间形成环状空间，所述环状空间配置为向所述静电吸盘的顶表面传送热传递介质。
2.根据权利要求1所述的隔离体，还包括弹簧，以将所述主体压在所述静电吸盘的电 介质圆盘的表面上。
3.根据权利要求1所述的隔离体，还包括位于所述套筒和所述静电吸盘之间的密封件。
4.根据权利要求3所述的隔离体，其中，所述密封件包括导热且电绝缘的硅树脂。
5.根据权利要求1所述的隔离体，其中，所述主体还包括传递狭缝，所述传递狭缝配置 为向所述静电吸盘的电介质圆盘中的传送孔供应所述热传递气体。
6.根据权利要求1所述的隔离体，其中，所述套筒和所述主体为电介质。
7.一种静电吸盘，包括 冷却基部；位于所述冷却基部上方的圆盘，所述圆盘包括电极和至少部分围绕所述电极的电介质；所述圆盘中的多个孔；所述冷却基部中的多个热传递导管，所述热传递导管与所述多个孔液体连通； 所述多个热传递导管中的多个隔离体，所述多个隔离体中的每一个包括套筒、主体以 及所述套筒和所述主体之间的环状空间，所述环状空间配置为向所述多个孔传送热传递介 质。
8.根据权利要求7所述的静电吸盘，还包括位于每个所述套筒和所述圆盘之间的密封件。
9.根据权利要求7所述的静电吸盘，其中，所述密封件包括导热且电绝缘的硅树脂。
10.根据权利要求7所述的静电吸盘，还包括所述基部中的多个弹簧，每个弹簧配置为 将所述主体的顶表面定位成紧靠所述圆盘的底表面。
11.根据权利要求7所述的静电吸盘，其中，所述主体还包括与所述多个孔液体连通的 传递狭缝。
12.根据权利要求11所述的静电吸盘，还包括位于所述传递狭缝和所述多个孔之间的 充气增压部，并且其中所述充气增压部与所述传递狭缝和所述多个孔液体连通。
13.根据权利要求7所述的静电吸盘，其中，所述多个隔离体为陶瓷。
14.一种基板处理系统，包括 包括多个孔的圆盘；以及冷却基部，所述冷却基部包括多个热传递气体通道和所述多个热传递通道中的多个隔 离体，所述热传递气体通道与热传递气体源液体连通，所述多个隔离体中的每一个包括套 筒、主体以及所述套筒和所述主体之间的环状空间，所述多个孔与所述多个隔离体中的每 一个的环状空间液体连通。
15.根据权利要求14所述的基板处理系统，还包括位于每个所述套筒和所述静电吸盘 之间的密封件。
16.根据权利要求15所述的基板处理系统，其中，所述密封件包括导热且电绝缘的硅 树脂。
17.根据权利要求14所述的基板处理系统，还包括所述冷却基部中的多个弹簧，每个 弹簧配置为将多个插塞中的每一个的顶表面定位成紧靠所述圆盘。
18.根据权利要求14所述的基板处理系统，其中，所述多个插塞中的每一个包括与所 述环状空间和所述多个孔液体连通的传递狭缝。
19.根据权利要求18所述的基板处理系统，还包括位于所述传递狭缝和所述多个孔之 间的充气增压部，所述空间增压部与所述传递狭缝和所述多个孔液体连通。
20.根据权利要求14所述的基板处理系统，其中，所述多个隔离体为陶瓷。
全文摘要
本发明描述了用于静电吸盘的热传递气体导管的隔离体。所述隔离体包括套筒和位于套筒内的主体，以便在主体和套筒之间形成环状空间，其允许热传递气体的流动。所述主体定位成紧靠吸盘的圆盘，并且可以通过弹簧支撑在该位置。在套筒和圆盘之间设置硅密封件以防止在导管内形成等离子体。
文档编号H01L21/683GK101937860SQ20101027503
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者D·格里马尔, T·佩德森, T·布鲁克 申请人:因特瓦克公司