疏水性静电吸盘的制作方法

本公开内容的实施方式大体涉及用于将基板保持在疏水性表面上的静电吸盘(e-chuck)。

背景技术：

随着电子基板的临界尺寸在厚度上继续缩小，对能够充分地支撑和处理基板(诸如设置在洗涤中的基板)的半导体处理设备的需求增加。

静电吸盘可为便携的或物理定位并固定在处理腔室内，以在处理期间将基板大致支撑并保持在固定位置。然而，发明人已经观察到在潮湿条件下(诸如洗涤条件)的基板通常解吸附(de-chuck)，因为水或其他导电液体可能破坏静电吸盘的夹持接合。在潮湿条件下解吸附是有问题的，因为有损坏基板而无法修复的风险，尤其是在超薄基板的情况下。

因此，发明人提供了静电吸盘的改进实施方式。

技术实现要素：

提供了静电吸盘的实施方式和使用的方法。在一些实施方式中，一种静电吸盘，包括：基座，所述基座具有介电第一表面，以在处理期间在其上支撑基板；和电极，所述电极设置在基座内、靠近介电第一表面，以在使用期间促进将基板静电耦合至介电第一表面，其中介电第一表面具有足够的疏水性，以在当与水接触时将基板静电地保持在介电第一表面上。

在一些实施方式中，一种静电吸盘，包括：基座，所述基座具有介电第一表面，以在处理期间在其上支撑基板；和电极，所述电极设置在基座内、靠近介电第一表面，以在使用期间促进将基板静电耦合至介电第一表面，其中介电第一表面具有足够的疏水性，以在当与水接触时将基板静电地保持在介电第一表面上，其中介电第一表面包括超疏水性涂层，超疏水性涂层包括支链聚硅酸盐结构(branchedpolysilicatestructure)和疏水性配体，且其中介电第一表面在与水接触时具有至少140度、至少150度、至少160度或至少170度的接触角。

在一些实施方式中，一种静电吸附基板的方法，包括以下步骤：将基板静电吸附到具有介电第一表面的基座，以在处理期间在所述基座上支撑基板；和将电极设置在基座内、靠近介电第一表面，以在使用期间促进将基板静电耦合至介电第一表面，其中介电第一表面具有足够的疏水性，以将基板静电地保持在基座上。静电吸盘如本文所披露的实施方式的任一者中所描述的。

以下描述本公开内容的其他和进一步的实施方式。

附图说明

通过参照附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可理解以上简要概述并在下面更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，附图仅显示了本公开内容的典型实施方式，且因此不应视为对范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。

图1是根据本公开内容的静电吸盘的示意性侧视图。

图2是根据本公开内容的静电吸盘的一部分的截面侧视图。

图3是根据本公开内容的不同于图1的便携式静电吸盘的示意性侧视图。

为促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示各图中共有的相同元件。各图未按比例绘制，且为了清楚起见可简化。一个实施方式的元件和特征可有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。

具体实施方式

本公开内容的实施方式提供了改进的基板支撑件，与传统的基板支撑设备相比，改进的基板支撑件减少或消除了由于在潮湿或洗涤条件下的不期望的解吸附而导致的基板损坏。本公开内容的实施方式可有利地避免或减少在洗涤处理期间的不期望的解吸附，这能够进一步限制或防止基板的翘曲和不均匀性。本公开内容的实施方式可通过在洗涤处理期间(诸如当与水接触时)将一个或多个基板或裸片(die)保持在疏水性表面或超疏水性表面上而用于减少或消除一个或多个超薄基板(如，在约10微米至200微米厚之间)和/或一个或多个裸片(如，裸片可具有诸如从1mm至10微米的全厚度)的不期望的解吸附。

图1是静电吸盘100的示意性侧视图(图1绘有交叉阴影线以提供对比)，显示了具有介电第一表面120的基座110，以在处理期间在其上支撑工件或基板130。静电吸盘100可移动到处理腔室中的装载或卸载站中，并由基座支撑件(在图1中未示出)支撑。静电吸盘100被配置为静电保持基板130。为了图清楚起见，图1显示了在第一表面120上方的基板130，然而，在使用中，基板130设置在第一表面120上。在一些实施方式中，处理腔室外部的偏压电压可施加至静电吸盘100，以将基板130静电固定至静电吸盘100。在与本公开内容一致的一些实施方式中，不需要将连续功率施加到静电吸盘100，以便将基板130静电固定至静电吸盘100(如，可根据需要施加一次或间歇地施加偏压。)一旦基板130在装载站中静电固定至静电吸盘100，静电吸盘100就可移入和移出潮湿条件以便处理基板。在实施方式中，可包括具有固定dc电源(诸如固定电池、dc电源、充电站或类似者)的电源190。

选择静电吸盘100的厚度以为设置在静电吸盘100上的基板130提供足够的刚性，例如，可在一个或多个处理腔室中处理基板130(诸如超薄基板)而不损坏超薄基板。在一些实施方式中，静电吸盘100可为便携式的和/或可被调整尺寸，使得静电吸盘100加上基板130(如，晶片或裸片)一起具有约0.7mm的厚度(亦即，与当前处理的典型晶片或裸片基板相同)且可以与典型的晶片或裸片处理相同的方式来操纵。在实施方式中，静电吸盘被配置为便携式的，使得静电吸盘可藉由基板处理设备而操纵和移动。在实施方式中，便携式静电吸盘适合于将基板从第一位置传送到第二位置。在实施方式中，静电吸盘的介电第一表面120可为大致矩形或正方形的，且可具有约100平方毫米(mm²)至约3平方米(m²)的支撑表面积。

在一些实施方式中，静电吸盘100可用在水平处理腔室(在图1中未示出)中，使得静电吸盘100实质上平行于地面而支撑基板130。在其他实施方式中，静电吸盘100用在垂直处理腔室(在图1中未示出)中，使得静电吸盘100实质上垂直于地面而支撑基板130。由于静电吸盘100将基板130保持在其上，静电吸盘100可以任何方向保持或移动而不损坏基板130。在一些便携式静电吸盘的实施方式中，传送系统(如，机器人组件(roboticassembly)、辊(roller)等(在图1中未示出))可用于将静电吸盘100移入和移出各种处理腔室中的开口。尽管在此可使用诸如顶部和底部之类的方向术语以用于各种特征的描述，但是这些术语不将与本公开内容一致的实施方式限制于特定定向。

仍然参照图1，静电吸盘100包括载体140，载体140可由包括例如玻璃、多晶硅、砷化镓、氧化铝(al2o3)、氮化铝(aln)、硅(si)、锗、硅锗、不锈钢、铝、陶瓷、具有低热膨胀系数的镍铁合金(诸如64feni，例如，)、或类似者的材料制成。这些材料坚固且易于机械加工，且可与现有的晶片处理工具一起使用。在实施方式中，藉由减薄或藉由钻孔或蚀刻通孔170来制备载体。在实施方式中，载体140可为具有任何所期望的形状或尺寸的标准硅晶片，诸如约300mm晶片。

若载体材料是介电的，则用于静电吸盘100的电极150(如，吸附电极)可直接沉积在载体140上。在载体材料不是介电的实施方式中，介电层(在图1中未示出)可设置在载体140与电极150之间。

在一些实施方式中，载体140由与基板130相同的材料或与用于基板130的材料具有实质上相等的热膨胀系数(诸如在约10％、或约5％、或约1％内)的材料制成。当在基板处理期间加热载体140和基板130两者时，提供相同或相似的热膨胀系数将有利地防止基板裂开和基板的不均匀热膨胀或变形。

在一些实施方式中，合适的载体140包括可从加利福尼亚(california)州圣克拉拉(santaclara)市的ceratec公司(ceratecinc.)和加利福尼亚州瓦伦西亚(valencia)市的fralock公司(fralock，inc.)所取得的载体。fralock载体可任选地包括附接或黏附到载体140的聚酰亚胺涂层(在图1中未示出)。

载体140的厚度经调整尺寸以为静电吸盘100提供足够的刚性，使得当基板130设置在静电吸盘100上时，基板130可在现有的处理腔室中作为片材处理/操纵。在一些实施方式中，载体140的厚度应该与针对特定类型的基板而处理的传统基板的厚度相匹配。例如，对于晶片应用而言，载体140和基板130的厚度应该与传统晶片基板的厚度匹配(例如，约0.4-0.7mm)。藉由使载体140和基板130的厚度与针对特定类型的基板而处理的传统基板的厚度相匹配，柔性基板130有利地能够在设计用于操纵刚性基板的工具中进行操纵和处理。在一些实施方式中，静电吸盘100的厚度包括在小于0.4mm约100至1000微米和小于0.7mm约10至200微米之间。

仍然参照图1，电极150被显示为设置在基座110内、靠近介电第一表面120的导电层，以在使用期间促进将基板130静电耦合至介电第一表面120。电极150显示为设置在载体140的第一表面160上的导电层。电极150可由适合在基板处理和基板处理设备中使用的任何导电材料制成，诸如(例如)铝(al)、铜(cu)、钼(mo)、钨等。在一些实施方式中，电极150具有在约100nm和约20微米之间的厚度。在实施方式中，电极150可为双极或单极的。

可沉积并图案化电极150以形成吸附电极。电极150可被图案化以形成单个电极或多个电极(在图1中未示出)。例如，在一些实施方式中，电极150可被图案化以形成多个吸附电极，多个吸附电极被定位成将多个基板130保持在单个载体140上。例如，多个基板130可以阵列的方式保持在静电吸盘100上，使得可同时处理多个基板130(在图1中未示出)。

仍然参照图1，静电吸盘100包括设置在电极150上方的基座110，使得电极150设置在载体140与介电第一表面120之间。在实施方式中，基座110是设置在电极150上方的介电材料(如，氧化铝(al2o3)、氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、玻璃、陶瓷或类似者)的层，以为基板130提供介电第一表面120。基座110可由与基板130和/或载体140相同的材料或具有与用于基板130和/或载体140的材料实质上相同的热膨胀系数的材料制成。在实施方式中，当基板130设置在静电吸盘100上时，基座110支撑基板130实质上平行于静电吸盘100的介电第一表面120。在一些实施方式中，基座110具有在约100nm和约0.2mm之间的厚度。基座110的厚度可根据所期望的静电吸附力和电阻率而变化。例如，基座110越厚，静电吸附力越低。电阻率越低，静电吸盘100在没有再充电的情况下保持基板的时间越长。在实施方式中，基座110包括具有类似于硅的热膨胀系数的材料。

在实施方式中，基座110是沉积在电极150上方的介电层。介电层可保护电极并提供绝缘层以在当基板130静电保持到静电吸盘100时保持静电电荷。可以各种不同方式沉积基座110。在实施方式中，载体140藉由将基座110扩展以包括基部111而在所有侧面上被包封或包围。

在实施方式中，基座110的介电第一表面120具有足够的疏水性，以在当与水接触时将基板130静电地保持在静电吸盘100上。疏水性的和疏水性是指具有大约85°或更大的水接触角的介电第一表面120(如，涂层表面或光滑表面)的润湿性。超疏水性的和超疏水性是指具有约150°或更大的水接触角的介电第一表面120(如，涂层表面或光滑表面)的润湿性。在实施方式中，低接触角滞后(hysteresis)(进一步表征超疏水性。通常，在疏水性表面上，例如，2mm直径的水滴成珠状，但当表面适度倾斜时不会从表面流下。当表面倾斜时，在液滴下坡侧处的润湿角增加，而在液滴上坡侧处的润湿角减小。由于推进(下坡)界面难以推动向前移动到固体表面的下一个增量且后退(上坡)界面难以释放液滴设置于其上的固体表面的部分，液滴倾向于保持静止或固定(pinned)在适当的位置。疏水性表面被描述成若在前进和后退接触角之间的差异小于5°时，则具有低接触角滞后。水滴在超疏水性表面上滑动或滚动的能力导致藉由水滴在表面上方滑动或滚动而移除沉积物或表面污染物的自清洁机制。在实施方式中，接触角通过本领域已知的方法测量，诸如使用测角器。

在实施方式中，当与以3至10升(liter)/分钟的速率、或至少1升/分钟、或至少2升/分钟、或至少3升/分钟、或4升/分钟的速率，以约55psi在基板上流动的水接触时，基板可保持在介电第一表面120上。

在实施方式中，介电第一表面120被抛光或平滑至表征为具有约8微英寸或更低的表面粗糙度(ra)，诸如约0.5至8微英寸、约5至8微英寸或约3至7微英寸的表面光洁度。在实施方式中，当与水接触时，根据本公开内容的表面光洁度使其接触角增加至少10度、至少20度、至少30度、至少50度、至少60度、至少70度或至少80度。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面120具有100至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面包括至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度或至少170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面120具有150至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面120具有160至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面120具有180度或更高的接触角。

在实施方式中，介电第一表面120包括涂层180(诸如疏水性涂层或超疏水性涂层)，以使介电第一表面120具有足够的疏水性，以在当与水接触时将基板130静电地保持在介电第一表面120上。合适的涂层可由能够施加至介电第一表面120的溶液或亲水性聚硅酸盐凝胶制成。合适的凝胶溶液包括能够形成涂层并黏附到介电第一表面120的疏水性或超疏水性成分。在实施方式中，疏水性涂层包括硅烷、硅氧烷或其组合。在实施方式中，超疏水性涂层包括支链聚硅酸盐结构和疏水性配体。在实施方式中，可用乙醇稀释涂覆溶液以使疏水性涂覆溶液适应给定的涂覆沉积方法。在某些实施方式中，可加入另外的溶剂以赋予涂覆溶液较慢的蒸发速率。合适的溶剂可包括丙二醇单甲醚(propyleneglycolmonomethylether)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二恶烷(dioxane)或二乙氧基乙烷(diethoxyethane)，它们可任选地组合添加，以获得特定的溶剂蒸发特性。

在实施方式中，使用本领域技术人员已知的各种涂覆方法实现疏水性或超疏水性涂覆溶液在介电第一表面120上的沉积。这些涂覆方法可包括浸涂、旋涂、喷涂、流涂、经由推进剂(propellant)的气溶胶沉积、涂覆溶液的超音波雾化(ultrasonicaerosolizing)或类似者。涂覆溶液的干燥时间取决于溶剂选择，但在大多数实施方式中，干燥在溶液沉积的10分钟内发生。涂覆溶液可在环境条件下或在热和气流的存在下干燥，以根据特定应用有助于干燥处理。

在实施方式中，介电第一表面120和涂层180可包括具有至少约150°的水接触角和小于约5°的接触角滞后的超疏水性涂层。沉积的超疏水性涂层可包括赋予疏水性配体或疏油性配体的纳米多孔金属氧化物。孔径在大约5nm至1微米的范围内。在各种实施方式中，一种或多种超疏水性涂层的每一种可包括聚硅酸盐结构，聚硅酸盐结构可包括具有用甲硅烷基化剂(silylatingagent)衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒和多个孔的三维网络。示例性甲硅烷基化剂可包括(但不限于)三甲基氯硅烷(trimethylchlorosilane)、三氯甲基硅烷(trichloromethylsilane)、三氯辛基硅烷(trichlorooctylsilane)、六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane)、或包括至少一种疏水性配体的任何反应性硅烷。在一些实施方式中，一个或多个超疏水性涂层可设置在介电第一表面120上，所述一个或多个超疏水性涂层在化学成分和厚度方面可为相同的。在某些实施方式中，一个或多个疏水性和/或超疏水性涂层的至少一个在化学成分和厚度方面可为不同的。在各种实施方式中，一个或多个疏水性或超疏水性涂层的每一个可具有从约10纳米(0.01微米)至约3微米的厚度。

根据本公开内容的各种实施方式，适于局部施加到介电第一表面120的疏水性涂覆溶液或疏水性聚硅酸盐凝胶包括可从新墨西哥(nm)州阿布奎基(albuquerque)市的lotusleafcoatings公司(lotusleafcoatings，inc.)取得的那些。在实施方式中，hydrofoe^tm牌超疏水性涂层适合于根据本公开内容使用，并且在一旦固化之后提供在150°和170°之间的接触角。这种涂层可具有小于1微米的厚度、高达约350℃的耐热性、93％至95％的高光学净度(opticalclarity)及在uv暴露下的稳定性。

在实施方式中，如上所述涂覆介电第一表面120，以当与水接触时将其接触角增加至少10度、至少20度、至少30度、至少50度、至少60度、至少70度或至少80度。在实施方式中，如本文所述涂覆介电第一表面120，以当与水接触时具有100至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面包括至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度或至少170度的接触角。在实施方式中，介电第一表面120被涂覆以当与水接触时具有150至170度的接触角。在实施方式中，介电第一表面120被涂覆以当与水接触时具有160至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，介电第一表面120具有180度或更高的接触角。

作为上文披露的涂层的替代或组合，在一些实施方式中，基板130也可如本文所描述的进行涂覆。如上所述的涂层可提供给基板130邻近介电第一表面120的部分，诸如基板330的背侧或非处理侧。在实施方式中，如上所述涂覆基板130以当与水接触时，将其接触角增加至少10度、至少20度、至少30度、至少50度、至少60度、至少70度或至少80度。在实施方式中，如本文所述涂覆基板130，以当与水接触时具有100至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，基板130包括至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度或至少170度的接触角。在实施方式中，基板130被涂覆以当与水接触时具有150至170度的接触角。在实施方式中，基板130被涂覆以当与水接触时具有160至170度的接触角。在实施方式中，当与水接触时，基板130具有180度或更高的接触角。

在实施方式中，通过如上所述涂覆基板130，当与水接触时，基板保持在介电第一表面120上。例如，当与以3至10升/分钟的速率、或至少1升/分钟、或至少2升/分钟、或至少3升/分钟、或4升/分钟的速率，以约55psi在基板上流动的水接触时，基板可保持在介电第一表面120上。

在实施方式中，假设介电层在没有涂层的情况下具有足够的疏水性，可如本文所述仅涂覆基板以保持将工件夹持在静电吸盘上。

在实施方式中，抛光介电第一表面以当与水接触时将接触角增加至少10度。例如，可研磨陶瓷表面以获得精细的光洁度。

仍然参照图1，静电吸盘100进一步包括耦接至电极150的至少一个导体185。至少一个导体185可耦接至电源190。在一些实施方式中，当来自电源190的功率施加到至少一个导体185上时，向静电吸盘100提供相对于基板130的偏压，该偏压将基板130静电吸引到静电吸盘100上，足以将基板130保持在其上。在一些实施方式中，导体285的数量是两个。

现在参照图3(图3绘有交叉阴影线以提供对比)，提供电源作为耦接至静电吸盘100的便携式电池电源301。便携式电池电源301可设置在载体140内。在实施方式中，便携式电池电源301可与静电吸盘100一起移动，诸如当静电吸盘100是便携式的时，并且例如将基板130运送进出于一个或多个处理腔室。在实施方式中，具有便携式电池电源301的静电吸盘100还可任选地包括电源190，诸如固定dc电源、固定电池、dc电源、充电站或类似者。在实施方式中，便携式电池电源301可耦接至电极150，以向静电吸盘100提供相对于基板130的偏压，当与水接触时，该偏压将基板130静电地保持在静电吸盘100上。

现在参照图2，静电吸盘200的一部分的截面侧视图示出了可与静电吸盘200一起使用的两种类型的孔的示例。载体210(诸如如上所述的硅晶片)具有延伸通过载体210的大通孔220。在制成通孔220之后，在载体210上方施加电极250(诸如电极层)。如上所述的沉积金属在载体210的第一表面205上用作电极250。在实施方式中，电极250延伸到大通孔和通孔的线或板侧(platessides)276中。较大的孔220也可用于真空口、升降销和其他目的。另一个第二孔278较小且填充有金属层，使得金属填充的第二孔提供与电极250的电连接。在一些实施方式中，基座包括穿过基座形成的一个或多个较大的孔220。在一些实施方式中，较大的孔220可被配置为气体扩散孔或升降销孔，以促进解吸附。

仍然参照图2，可藉由在一个或多个孔278上方包括导电接合垫280来改善背侧电接入。接合垫280可藉由金属沉积、印刷或本领域中已知的其他方式形成。接合垫280提供与电引线(诸如图1中所示的导体185)的牢固连接。电引线可用于向电极250施加电流，以对电极250进行静电充电，以将基板保持在吸盘上，并在当解吸附基板时移除静电电荷。

在电极250上方施加具有介电第一表面282的介电层281以保持静电电荷。介电层281可类似于基座110和介电第一表面120，如上面参照图1所描述的。介电第一表面282可被修改为使得具有足够的疏水性，以当与水接触时将基板静电地保持在介电第一表面282上。在实施方式中，如上所述对介电第一表面282进行平滑或涂覆。

本公开内容还涉及一种静电吸附超薄基板的方法，包括：将基板静电吸附到具有介电第一表面的基座，以在处理期间在其上支撑基板；和将电极设置在基座内、靠近介电第一表面，以在使用期间促进将基板静电耦合至介电第一表面，其中介电第一表面具有足够的疏水性，以当与水接触时将基板静电地保持在基座上。在实施方式中，所述方法包括向电极施加第一功率以提供相对于基板的偏压基座。实施方式包括使介电第一表面和静电保持的基板与水接触；和执行解吸附处理，以从介电第一表面释放基板。在实施方式中，所述方法包括通过在介电第一表面与基板之间提供气体以从介电第一表面释放基板而解吸附。

本公开内容还涉及制造和/或翻新(refurbishing)静电吸盘的方法。这些方法包括提供静电吸盘，静电吸盘具有带介电第一表面的基座，以在处理期间在其上支撑基板。介电第一表面可被修改为具有足够的疏水性，以当与水接触时将基板静电保持在介电第一表面上。在实施方式中，藉由抛光介电第一表面以增加接触角至少10度，或如上所述涂覆介电第一表面的至少一个来修改介电第一表面。在使用期间或随着时间的推移，由于介电表面和/或设置在其上的任何涂层的磨损，介电表面的疏水性可能不期望地降低。这样，在一些实施方式中，可藉由重复上述处理来对静电吸盘进行翻新，以对介电第一表面进行抛光以将接触角增加至少10度，或如上所述涂覆介电第一表面的至少一个。

虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下，设计出本公开内容的其他和进一步的实施方式。