耐等离子静电夹的制作方法
【专利摘要】一种支撑基板的装置，可包括基座以及邻近于基座并配置来用于支撑基板表面的绝缘部分。所述装置还可包括电极系统，以提供夹持电压给基板，其中配置绝缘部分以藉由具有通道宽度的至少一通道来提供气体给基板，其中气体压力以及通道宽度的乘积小于气体的帕申最小值，其中帕申最小值为气体的崩溃电压为最小值下外壳的表面的间距与压力的乘积。
【专利说明】
耐等离子静电夹
技术领域
[0001]本实施方式是有关于一种基板的加工，更具体而言，是有关于一种用于固定基板的静电夹。
【背景技术】
[0002]如静电夹的基板固定器已广泛使用于包括半导体制造、太阳能电池制造、以及其他元件加工的许多制造过程中。许多基板固定器提供基板加热以及基板冷却，以便于所需的温度加工基板。为了维持适当的加热或冷却，包括静电夹的一些基板固定器的设计提供可流动于邻近或紧临于待加工的基板如晶片的背侧的气体。
[0003]在如静电夹的特定基板固定器的设计中，藉由背侧气体分布系统而可提供气体，以使气体的存在可作为在静电夹面以及藉由静电夹而固定的晶片的背面之间的热导体。为了促进基板的冷却或加热，气体压力可在不会在基板的背面上产生过多压力的同时，维持在可提供所需的热传导的范围中。由于高电场可用来夹住静电夹的电极，因此，提供给静电夹的气体物质可能会受影响。在一些情况中，这可能会导致等离子体产生在气体分布系统的背侧中。如离子的等离子体物质可能会蚀刻接触到等离子体的表面，而产生可能传递至加工系统中包括被静电夹固定的基板的其他区域的蚀刻物质。
[0004]虽然在一些制造过程中，由于引入形成在气体分布系统的背侧中的等离子体而污染基板的程度可能可被接受，但在其他过程中，这可能完全无法被接受。举例而言，当基板在高基板温度而加工时，在背侧等离子体中产生的金属污染物可能足以移动至晶片的前方。
[0005]相对于此些以及其他考量，目前需要进行改良。
【发明内容】
[0006]本说明是为了以简化的形式来介绍以下在实施方式中将详细描述的概念选择。本说明并非意图确认所要求的保护标的的必要特征或关键特征，也并非意图来协助确定所要求的保护标的的范围。
[0007]在一实施方式中，支撑基板的装置可包括基座以及邻近于基座并配置来用于支撑基板表面的绝缘部分。所述装置还可包括电极系统，以提供夹持电压给基板，其中配置绝缘部分以藉由具有通道宽度的至少一通道来提供气体给基板，其中气体压力以及通道宽度的乘积小于气体的帕申最小值，其中帕申最小值为气体的崩溃电压(breakdown voltage)为最小值下外壳的表面的间距与压力的乘积。
[0008]在一其他实施方式中，一种操作静电夹的方法可包括使静电夹的绝缘部分的至少一通道设置有通道宽度;提供夹持电压给静电夹的电极；以及在气体压力下，经由所述至少一通道来传递气体至静电夹，其中气体压力以及通道宽度的乘积小于气体的帕申最小值，其中帕申最小值为气体的崩溃电压的最小值下外壳的间距与压力的乘积。
【附图说明】
[0009]图1描绘出依据本发明的实施方式的一种静电夹系统；
[0010]图2A描绘出依据本发明的多个实施方式的组合静电夹的侧面剖视图；
[0011]图2B描绘出图2A中所示出的静电夹的绝缘部分的俯视图；
[0012]图2C描绘出移除绝缘部分的图2A的静电夹的基座的俯视图；
[0013]图3A及图3B示出图2A的静电夹的变化的更细部；
[0014]图4为曲线图，包含表示气体在平行板系统中将崩溃电压Vb作为压力-距离(PD)乘积的函数的曲线；
[0015]图5A表示出操作静电夹的参考情境；
[0016]图5B表示出操作与本发明的实施方式一致的静电夹的情境；
[0017]图5C表示出操作与本发明另一实施方式一致的静电夹的另一情境；
[0018]图f5D表示出操作与本发明另一实施方式一致的静电夹的另一情境；
[0019]图5E表示出操作与本发明的另一实施方式一致的静电夹的另一情境;以及
[0020]图6描绘出与本发明另一实施方式一致的另一静电夹的部分。
【具体实施方式】
[0021]本实施方式解决一种对于污染物敏感的元件的制造有负面影响的现象。描述于此的实施方式提供用于减少在如静电夹的基板固定器中非故意而形成等离子体的装置及方法。特别是，本实施方式减少可能产生于现今操作静电夹时形成背侧等离子体的可能性。这些背侧等离子体可能在基板的背面上引起金属的蚀刻或其他污染物及污染物的再凝聚，其可能在特定加工条件下，在基板的正面处引起可检测出的浓度。在制造CMOS图像感测器的范例中，金属的污染程度低至lE8/cm—2时可能影响设备生产力，而此污染程度可能在加工基板时因为等离子体在邻近基板的背面的静电夹中形成而产生。
[0022]在一些实施方式中，配置一种新的静电夹系统以藉由改变如支撑基板的静电夹的绝缘部分中的单一通道或多个通道的元件设计，以减少形成等离子体的可能性。在一些实施方式中，气体分布系统可改变提供于背侧分布通道中的气体压力，以在产生避免形成等离子体于背侧分布系统中的气体条件的同时，可提供适当的气体压力于基板后方。气体分布系统可任意地改变提供给静电夹的气体的成分以避免等离子体的形成。在以下将详细描述的更进一步的实施方式中，可调整供应至静电夹中的电极系统的交流电压的频率以减少等离子体的形成。在其他实施方式中，为了减少形成等离子体的可能性，静电夹的绝缘部分可在引导气体至基板的通道中包括接地导体或低放射性物质。
[0023]图1描绘出依据本发明的实施方式的一种静电夹系统100。静电夹系统100可用于多种加工工具中，其可能被期望在其中对基板主动加热或冷却。此种加工工具包括离子植入系统、沉积系统、蚀刻系统以及退火系统。然而，本发明并不限于本文。
[0024]静电夹系统100包括静电夹102、气体供应系统110、以及电压供应器112。静电夹102包括基座104以及邻近于基座104的绝缘部分106。如图中所示，配置绝缘部分106以支撑基板108。在多个实施方式中，绝缘部分106可为陶瓷板或陶磁层。配置电压供应器112以提供电压给包含在静电夹中的电极系统(未单独示出)，其可产生提供吸附或固定基板108的夹持力的电场。在以下将详细描述的多个实施例中，可将电压作为其中迅速产生像电荷的交流信号，进而促使基板108的快速夹持及解除夹持。可配置电压供应器112以提供如100V的偏压，以产生适当的夹持力给基板108。这可能会在一些情况下产生量级为50托至200托的静电夹压力。
[0025 ]配置气体供应系统110以提供气体(未示出)给静电夹102的基座104，其可分布至基板108以在静电夹102以及基板108之间提供热传导介质。在不同实施方式中，提供给静电夹的气体可为氦气、氖气、氩气、氮气或其他气体种类或气体种类的组合。本实施方式并不限于本文。为了在基板108以及静电夹102之间提供足够的热传导，可配置静电夹系统100以在静电夹102中传递10托至100托的气体压力，且在一些情况中为50托至100托。
[0026]与多个实施方式一致，可用不同方式来配置静电夹系统100，以避免在背侧区域116形成等离子体。背侧区域116可包括在静电夹102中的通道，以及当基板108被固定于邻近绝缘部分106时，定义于基板108和静电夹102之间的空腔。如以下将详细描述，静电夹系统100可藉由下列方式以免于形成等离子体:调整施加于电极的电压信号、调整气体组成或调整气体压力以避免帕申(Paschen)最小值、调整静电夹102中的空腔结构，或调整电压信号、气体压力或空腔结构的组合。在一些实施方式中，调整空腔结构可包括减少在静电夹102中引导气体的单一通道或多个通道的宽度，藉由提供接地的导电通道涂层以形成接地导体层在静电夹102的通道或其他空腔区域中，或可在通道或其他空腔区域中提供低电子放射性物质。
[0027]图2A描绘出依据本发明的多个实施方式的组合静电夹200的侧面剖视图。图2B描绘出图2A中所绘示的静电夹200的绝缘部分204的俯视图，而图2C描绘出移除绝缘部分204的图2A的静电夹200的基座202的俯视图。在多个实施方式中，基座202可为金属材质且可包括设计为加热静电夹200的加热器(未示出)。在其他实施方式中，静电夹200可藉由静电夹外部的加热器或附装于静电夹的加热器而加热。如图1所示的实施方式，静电夹200可支撑并固定邻近于绝缘部分204的基板108。绝缘部分204可反过来包括电极组(未示出)，如操作于传统双极静电夹中成组的电极对。成组电极对中的电极对的数量可为一、二、三，或更多。
[0028]为了促进静电夹200基板108之间的热传导，可提供气体给静电夹200。如图2中所示出，基座202可包括气体分布空腔212，其配置以在静电夹200的不同部分中分布气体，以便提供气体于邻近基板背面处。如图2C中所示出，气体分布空腔212可在静电夹200内沿周围分布气体。然而，在其他实施方式中，气体分布空腔可具有其他形状。更如图2B中所示出，绝缘部分204可包括如通道210的通道组，当组合静电夹200时，通道组配置来与气体分布空腔212相通。当如图1中所示利用气体供应系统110供应气体时，通道210可用以传递气体至绝缘部分204以及基板108之间的背侧区域214。
[0029]与多个实施方式一致，当施加夹持电压且提供气体至静电夹200时，气体供应系统110以及通道210可特别设计来避免等离子体的形成。现在看到图3A及图3B所示静电夹200的变化的更细部。特别是，图3B示出静电夹200的部分的爆炸侧面剖视图。如图中所示，可利用可为粘着剂如环氧树脂的热导体部分302来连接基座202于绝缘部分204。在此种变化中，绝缘部分204包括邻近基座202的第一部分304以及邻近基板108的第二部分306。电极308设置在第一部分304以及第二部分306之间。当提供电压至电极308以及电极对(未示出)之间时，正极或负极的像电荷可能形成在基板108的背面114的区域上。在背面114上的相对的像电荷可能形成在邻近电极对之处。此可用以产生将基板108吸附至第二部分306的力场。
[0030]更如图3B中所示，第二部分306包括相对于第二部分306的平面312突起的表面特征310。当基板108接触表面特征310且提供气体至静电夹200时，此可产生单一空腔或多个空腔(未示出)以使气体可流动于其中。
[0031]应注意的是，当供应高电压给电极308时，若注入静电夹200的气体压力以及空腔的尺寸落入特定范围时，力场强度可能足以在背侧区域214产生等离子体。因此，在多个实施方式中，设计静电夹200内的特定特征的尺寸以及注入静电夹200的气体压力以避免等离子体的形成。如以下详细的说明，在特定实施方式中，通道210的尺寸以及气体压力设计为尺寸及压力的乘积可达帕申(Paschen)最小值。在更进一步的实施方式中，提供给静电夹的气体的组成可调整以减少背侧区域214中形成等离子体的可能性。
[0032]图4为包含曲线402的曲线图，示出气体在平行板系统中的帕申曲线性质，其表示将崩溃电压Vb作为压力-距离(PD)乘积的函数。曲线402呈现出依据定性性质而使用的不同气体的曲线402中所示的帕申曲线的组成。特别是，在对应帕申最小值404的H)乘积值之下，崩溃电压迅速地增加，此代表着崩溃需要快速增加的较高电压以及低于曲线402中所示的帕申最小值的PD乘积的减小的PD乘积值。对于许多常见气体种类如Ar、He、Ne以及N2而言，帕申最小值Vb的范围是在100V及500V之间。这些在帕申最小值的气体种类中，氩气、氖气以及氦气已测量出Vb显示为高于100V至稍高于200V。氩气也表示出了 PD在0.7-2托-公分的范围中的H)最低值。通常作为供应至静电夹的气体的氮气已测量出在帕申最小值时显示PD乘积值在I托-公分的范围中，但在200V至400V的范围中显示为较高的VB。氖气以及氦气在帕申最小值的PD乘积以个别测量出在1.5及2-4的范围中。然而，氖气及氦气个别显示出崩溃电压在200V或低于帕申最小值的范围中。在更高的PD乘积值中，崩溃电压如曲线402中所示，是以线性方式随ro乘积而增加。
[0033]应注意的是，现今的静电夹可应用1000V(线段412所指)或更多的电压以产生所需的夹持力以固定基板。因此，利用1000V的夹持电压的范例，从图4中可看出在大范围的ro乘积值，Vb的值可位于低于所施加的电压，其由区域406所标示。因此，在气体压力以及空腔尺寸所产生的PD乘积接近帕申最小值时，虽然高于常见的钝气，但事实上常用的氮气其Vb仍可超过施加至静电夹的电压。也需注意的是，现今的静电夹通常设计为在施加于晶片背侧的压力在5托至15托的范围之中的情况下运作。由于此气体压力范围呈现出在静电夹以及基板之间可达成良好的热传导，且同时背侧压力也够低，而可被施加于静电夹的压力所产生的力所抵消，因此，此压力范围较为合宜。举例而言，许多静电夹可传递30-200托之间的夹持压力。
[0034]然而，在提供足以用于基板以及静电夹之间良好热传导的足够高的背侧压力以及足以确保基板适当的夹持住的足够低的背侧压力之间的折衷方式是需要代价的。现今的静电夹通常包括气体分布通道，气体分布通道的尺寸容易被施加于静电夹的操作压力以及操作电压以形成的等离子体而影响。特别是，当气体传递至静电夹时，通道宽度(D)可能导致PD乘积接近帕申最小值。举例而言，通常通道会具有三毫米或更多的宽度。在一种情形中，若传递10托的压力至静电夹且通道的宽度为三毫米时，ro乘积值为3托-公分，其落入了接近如Ar、Ne以及He的气体的帕申最小值，且位在区域406内。当施加了例如为500-1500V的夹持电压在此种设计条件下操作的静电夹时，等离子体会特别容易形成在静电夹内为通道的空腔。
[0035]多种实施方式藉由结合电压信号、气体压力以及通道尺寸的设计来避免等离子体的形成以克服此种问题。特别是，这些因素的结合可使ro乘积落入图4中较不容易形成等离子体的区域408或410中。
[0036]图5A-5E示出在操作静电夹时依据多个实施方式来减少形成等离子体的原则。在图5A中，所示为操作静电夹的参考情境。如图中所示，在加工时静电夹500可固定基板502。基于多种因素，静电夹500可在不会形成等离子体或容易形成等离子体时操作。如图5A所示，传递气体至静电夹500以使压力Pl形成。配置电压供应器504以将可提供频率为fl的AC信号的电压Vl施加至电极514。在一范例中，fl为25-30HZ。当提供气体至基座506的气体分布空腔516时，气体可在到达基板502之前进入绝缘部分508的通道512。通道512以宽度0!来描绘，其尺寸可促使如图所示的等离子体510的形成。当等离子体510撞击静电夹500的部分时，如通道512的区域中的绝缘部分508，物质可能会被移除且可能再次沉积，而形成如图所示的基板502的部分上的污染物区域518。在污染物区域518中的污染物可能依序地扩散至正面519。
[0037]在图5B中，所示为操作与本发明避免形成等离子体的实施方式一致的静电夹520的情境。在此实施方式中，静电夹520包括具有绝缘部分528，绝缘部分528具有通道522，通道522的宽度02小于宽度D1。在一些情况中，设计宽度02以使通道522可依据暗区屏蔽(darkspace shielding)的原则以避免等离子体的形成。特别是，对于给定的气体压力，若减少形成等离子体的空腔的尺寸至特定尺寸之下时，可预防等离子体的形成。在一些实施方式中，宽度D2可为约0.1-0.5毫米。
[0038]在图5C中，所示为操作与本发明避免形成等离子体的另一实施方式一致的静电夹530的另一情境。在此实施方式中，静电夹530包括包含绝缘部分538，绝缘部分538包含通道532，通道532的宽度D3小于宽度0!。设计宽度D3以藉由产生相对远大于图5A的范例的帕申最小值的PD乘积，而可避免在通道532中形成等离子体。在一些实施方式中，宽度D3可为约0.1-1.0豪米。在多种实施方式中，如图5C中所提及，传递至静电夹530的压力P2可大于P1W补偿相对于通道512而较小的通道532的尺寸。增加的压力可确保足够的气体压力存在于邻近基板502处，以提供静电夹500以及基板502之间所需的热传导程度。在特定的实施方式中，P2D3的乘积小于P1D1，以使P2D3小于给定的气体539的帕申最小值。在此方式中，气体539可在维持防止在通道532中形成等离子体时，提供静电夹500以及基板502之间有效的热传递。
[0039]在图5D中，所示为操作依据本发明避免形成等离子体的另一实施方式的静电夹500的另一情境。除非另有说明，可以相同于图5A所示而配置静电夹500。特别是，在此情境中，配置电压供应器504以将频率为f2的AC信号的电压Vl施加至电极514，其中f2<fl。在一范例中，频率f I为15Hz或更少，如10-15HZ。即使当电压Vl施加至电极514时，也可预防因为较低的电压信号频率而形成等离子体。
[0040]在图5E中，所示为操作与本发明避免形成等离子体的另一实施方式一致的静电夹550的另一情境。除非另有说明，可以相同于图5A所示的静电夹500的方式而配置静电夹550。特别是，静电夹550包括其中可设置接地导体在空腔区域中的绝缘部分。举例而言，如图5E中所示，接地导体552设置在通道512中，且用以防止静电夹550中包含有通道512的区域中的电场的形成，进而在气体509流入通道512时，防止等离子体的形成。
[0041]在其他实施方式中，供应给静电夹的气体可从氮气改为其他气体，以减少形成等离子体的可能性。在一实施方式中，是提供氦气给静电夹。虽然He可能在其帕申最小值处显示出较低的VB，但He相较于氮气的15eV而显示出大约25eV的第一游离能，进而至少在特定条件下可减少在静电夹中形成等离子体的可能性。在进一步的实施方式中，提供给静电夹的气体可包含气体种类的混合物。举例而言，可加入如个别具有强电子亲和力的SF6的NF3的气体种类至气体如N2或钝气中，以产生混合的气体种类，其中SF6的NF3或可抑制可能形成的等离子体。本实施方式并不限于本文。
[0042]图6描绘出与本发明另一实施方式一致的另一静电夹600的部分。在此实施方式中，设计静电夹600以在植入或其他基板加工时加热基板604。静电夹600包括加热器602，其在其他实施方式中可为电阻加热器。加热器602嵌入基座202以及绝缘部分204之间。如图6中更进一步所示，热屏蔽606可嵌入基座202以及加热器602之间，以减少在操作加热器时基座202的升温。当操作加热器602时，静电夹600可能会受热而提高温度，特别是位于热屏蔽606之上的部分。绝缘部分204可包括此些如前所述的元件，当电压供应器608提供电压给电极308，且气体(未示出)分布至静电夹时，其可用以减少形成等离子体的可能性。此可协助避免基板604的化学污染物，其中化学污染物可能是由于可另外形成于静电夹600内的等离子体而引起的。由于化学污染物在升高的温度下可能会从基板604的背面610扩散至主动装置层可能存在的正面612，因此，此污染在应用静电夹600的植入加工或其他加工时特别难以控制。
[0043]在其他实施方式中，可调整传统静电夹的多种特征以减少等离子体的形成。在此些实施方式中，可调整传统静电夹的两个或多个特征以防止等离子体的形成，例如调整以下至少二个:静电夹中的通道尺寸、气体压力、气体种类或增加接地导体至通道。举例而言，可提供帕申最小值位于2托-公分的区域中的氦气给静电夹。如通道高度或通道宽度的在绝缘部分中的通道尺寸可减少至0.1毫米，且同时将压力调整至75托。此结合会导致H)乘积为
0.75，其远低于氦气的帕申最小值的区域，使得崩溃及等离子体的形成无法发生。
[0044]在更进一步的实施方式中，静电夹可包括空腔，其包括具有低次级电子发射物质的涂层，以防止等离子体的形成。适合涂层的材质包括碳、氮化碳以及氮化钛。本实施方式并不限于本文。
[0045]本发明并不限于在此所描述的特定实施方式的范围。更确切地，对于本领域的相关技术人员而言，参考前述描述以及附图后，将显而易见于本发明的其他实施方式以及对本发明的调整，特别是此些已于本文中所描述的。因此，此些其他实施方式以及调整将落入本发明的范围中。再者，虽然本发明已基于特定的目的且在特定环境中以特定的说明描述于本文中，然而，所属领域的相关技术人员将理解本发明的功效并不限制于此，且可基于任何目的而应用于任何环境中。因此，本申请所述的权利要求应被解释为根据本说明于此的全部范围以及精神。
【主权项】
1.一种支撑基板的装置，其特征在于包括: 基座； 绝缘部分，邻近所述基座，配置以支撑所述基板的表面；以及 电极系统，提供夹持电压给所述基板； 其中配置所述绝缘部分以经由至少一通道而提供气体给所述基板，所述至少一通道具有通道宽度，其中所述气体的气体压力与所述通道宽度的乘积小于所述气体的帕申最小值，其中所述帕申最小值为所述气体的崩溃电压为最小值下外壳的表面的间距与压力的乘积。2.根据权利要求1所述的装置，还包括电压供应器，配置以供应交流电压给所述电极系统，其中所述交流电压的频率为15赫兹或更小。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道宽度为0.1毫米至I毫米。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体压力为50托至100托。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道包括电接地的导电通道涂层。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道包括具有低次级电子发射的材质。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体包括氦气。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体包括具有强电子亲和力的种类。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一通道包括低次级电子发射涂层。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体的所述崩溃电压于所述气体压力以及所述通道宽度的所述乘积大于所述夹持电压。11.根据权利要求1所述的装置，还包括气体供应系统，以提供所述气体给所述基座，其中所述基座包括气体分布空腔，以分布所述气体至所述至少一通道。12.一种操作静电夹的方法，其特征在于包括: 使所述静电夹的绝缘部分的至少一通道设置有通道宽度； 提供夹持电压给所述静电夹的电极；以及 在气体压力下，经由所述至少一通道来传递气体至所述静电夹，其中所述气体压力以及所述通道宽度的乘积小于所述气体的帕申最小值，其中所述帕申最小值为所述气体的崩溃电压的最小值下外壳的间距与压力的乘积。13.根据权利要求12所述的方法，其中所提供的所述夹持电压为具有频率为小于或等于15赫兹的交流电压。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述通道宽度为0.1毫米至I毫米。15.根据权利要求12所述的方法，其中所述气体压力为50托至100托。
【文档编号】H02H9/00GK105993070SQ201580008408
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】岱尔·K·史东, 朱利安·G·布雷克, 留德米拉·史东
【申请人】瓦里安半导体设备公司