专利名称：静电卡盘、包括它的基材处理设备和基材处理方法
技术领域：
本发明涉及一种基材处理设备，更具体而言，涉及一种包括静电卡盘的基材处理设备。
背景技术：
半导体制造设备包括在处理室中的用于固定晶片的静电卡盘。这种静电卡盘通过使用静电力来固定基材。静电卡盘可以分为包括一个电极的单极静电卡盘和包括两个电极的双极静电卡盘。单极静电卡盘在静电力方面优于双极静电卡盘。然而，单极静电卡盘需要等离子体以构成卡持基材的电路。因此，当单极静电卡盘用在基材处理工艺中时，在等离子体产生后He气体被供应到基材。因此，当进行等离子体处理工艺的初始阶段时，基材的温度状态是不适宜的。
发明内容
本发明提供一种可以稳定地固定基材的静电卡盘。本发明还提供一种无论是否产生等离子体都可以保持基材的静电卡盘。本发明的目的不限于上述方面，相反，本领域技术人员从下面的说明中可以清楚地理解本文未描述的其他目的。本发明的实施例提供利用静电力来固定基材的静电卡盘，包括在其上放置基材的介电板；设置在所述介电板的内部中央区域中的第一电极，被充入正电荷或负电荷；和设置在所述介电板的内部边缘区域中并包围第一电极的第二电极，被充入与第一电极相反极性的电荷，其中第二电极的面积不同于第一电极的面积。在一些实施例中，第二电极的面积可以大于第一电极的面积。在其他实施例中，第二电极的面积可以比第一电极的面积大约7/3倍 约9倍。在本发明的其他实施例中，基材处理设备包括具有内部空间的处理室；设置在所述处理室内的利用静电力来固定基材的静电卡盘；用于将处理气体供应到所述处理室中的供气部；和设置在所述静电卡盘上方的用于将高频电力施加到所述处理气体的上电极，其中所述静电卡盘包括在其上放置基材的介电板；设置在所述介电板的内部中央区域中的第一下电极，被充入正电荷或负电荷；和设置在所述介电板的内部边缘区域中并包围第一下电极的第二下电极，被充入与第一下电极相反极性的电荷，其中第二下电极的面积不同于第一下电极的面积。在一些实施例中，第二下电极的面积可以大于第一下电极的面积。在其他实施例中，第二下电极的面积可以比第一下电极的面积大约7/3倍 约9倍。在本发明的其他实施例中，基材处理方法包括将第一电极和第二电极充入不同极性的电荷，以将基材固定到介电板的顶面上，其中第一电极嵌在所述介电板的中央区域中，第二电极嵌在所述介电板的边缘区域中；将处理气体供应到处理室中；将高频电力供应到所述处理室中以激励所述处理气体；和将受到激励的处理气体供应到所述基材，其中第二电极包围第一电极，和第二电极的面积不同于第一电极的面积。在一些实施例中，第二电极的面积可以大于第一电极的面积。
附图用于进一步理解本发明，且被并入说明书中构成说明书的一部分。附图显示本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中图I是示出根据本发明实施例的处理基材的设备的剖视图；图2是示出图I的第一和第二下电极的平面图；图3是示出根据本发明另一个实施例He气体的泄漏流量随着供应到基材底面上的He气体的压力变化的图形；和图4是示出根据本发明另一个实施例在基材处理工艺中在基材和介电板之间泄漏的He气体的流量的图形。
具体实施例方式下面，参照附图更详细地说明根据本发明的优选实施例的静电卡盘、基材处理设备和基材处理方法。为了避免不必要地混淆本发明的主题，未对与公知的功能或构造有关的内容进行详细说明。图I是示出根据本发明实施例的处理基材的设备的剖视图。参照图1，根据当前实施例的基材处理设备10产生用于处理基材的等离子体。基材处理设备10包括处理室100、静电卡盘200、供气部300和等离子体产生部400。处理室100具有内部空间101。内部空间101作为对基材W进行等离子体处理工艺的空间。等离子体处理工艺包括蚀刻工艺。排出孔102设置在处理室100的底部。排出孔102与排出管线121连接。处理室100内停留的气体和在基材处理工艺中产生的反应副产物可以通过排出管线121排出。此时，内部空间101的压力降低到一定压力。静电卡盘200设置在处理室100内。静电卡盘200利用静电力紧密地接触和保持基材W。静电卡盘200是包括两个电极的双极静电卡盘。静电卡盘200包括介电板210、第一下电极221、第二下电极222、支撑板240和绝缘板270。介电板210设置在静电卡盘200的上端。介电板210由圆盘状的介电物质构成。基材W放置在介电板210的顶面上。介电板210的顶面的半径小于基材W的半径。结果，基材W的边缘位于介电板210的外部。第一供应通道211形成在介电板210中。第一供应通道211从介电板210的顶面延伸到其底面。各第一供应通道211彼此间隔开，并被设置作为将传热流体供应到基材W的底面的路径。第一下电极221和第二下电极222嵌在介电板210中。图2是示出图I的第一和第二下电极的平面图。参照图I和图2，第一下电极221呈薄的圆盘形状，并嵌在介电板210的中央部分中。第二下电极222嵌在介电板210的边缘部分中，并包围第一下电极221。第二下电极222呈环状。第二下电极222的面积不同于第一下电极221的面积。第二下电极222的面积可以大于第一下电极221的面积。第二下电极222的面积可以比第一下电极221的面积大约7/3倍 约9倍。第一下电极221和第二下电极222与下电源225电气连接。下电源225包括直流电源。第一下电极221和第二下电极222通过下电源225充入不同极性的电荷。第一下电极221充入正电荷或负电荷，第二下电极222充入与第一下电极221相反极性的电荷。例如，第一下电极221可以充入正电荷，第二下电极222可以充入负电荷。这样，在第一下电极221和第二下电极222之间形成电场。电场被施加到基材W上，从而在基材W与第一下电极221和第二下电极222之间引起电介质极化。因此，负(_)电荷收集在基材W的在第一下电极221上方的中央部分，正(+)电荷收集在基材W的在第二下电极222上方的边缘部分。在通过电介质极化而收集的电荷之间的静电引力将基材W固定到介电板210上。支撑板240位于介电板210的下方。介电板210的底面和支撑板240的顶面可以通过粘合剂236彼此粘附。支撑板240可以由铝材料形成。支撑板240的顶面可以具有中 央区域高于边缘区域的阶梯形状。支撑板240的顶部中央区域具有对应于介电板210的底面的面积，并粘附到其上。第一流通通道241、第二流通通道242和第二供应通道243形成在支撑板240中。第一流通通道241被设置作为使传热流体流通的路径。第一流通通道241可以在支撑板240内以螺旋形状形成。可选择地，第一流通通道241可以作为具有半径不同的同心圆的环状通道设置多个。在这种情况下，各第一流通通道241可以彼此相通。各第一流通通道241形成在同一高度。第二供应通道243从第一流通通道241向上延伸，并到达支撑板240的顶面。第二供应通道243的数量对应于第一供应通道211的数量。第二供应通道243将第一流通通道241与第一供应通道211连接。经由第一流通通道241流通的传热流体相继通过第二供应通道243和第一供应通道211，然后供应到基材W的底面。传热流体用作将从等离子体传递到基材W的热量传递到静电卡盘200的介质。在等离子体中包含的离子粒子通过在静电卡盘200处形成的电力被吸引，并移到静电卡盘200。此时，离子粒子碰撞基材W以进行蚀刻工艺。在离子粒子碰撞基材W的同时，在基材W中产生热量。在基材W中产生的热量经由被供应到基材W的底面和介电板210的顶面之间的传热气体而传递到静电卡盘200。因此，基材W可以保持在设定温度下。传热流体包括惰性气体。根据本发明的实施例，传热流体包括氦气(He)。第二流通通道242被设置作为使冷却流体流通的路径。冷却流体沿着第二流通通道242流通，并冷却支撑板240。支撑板240的冷却通过一起冷却介电板210和基材W而将基材W保持在预定温度下。第二流通通道242可以在支撑板240内以螺旋形状形成。可选择地，第二流通通道242可以作为具有半径不同的同心圆的环状通道设置多个。在这种情况下，各第二流通通道242可以彼此相通。第二流通通道242可以具有大于第一流通通道241的截面积。各第二流通通道242形成在同一高度。第二流通通道242可以位于第一流通通道241下方。绝缘板270设置在支撑板240下方。绝缘板270的尺寸对应于支撑板240的尺寸。绝缘板270位于支撑板240和处理室100的底面之间。绝缘板270由绝缘材料形成，使支撑板240和处理室100彼此电气绝缘。
对焦环280设置在静电卡盘200的边缘区域。对焦环200呈环形形状，并设置在介电板210的周围。对焦环280的顶面可以具有阶梯形状，其中邻近介电板210的内侧部低于外侧部。对焦环280的内侧部与介电板210的顶面在同一高度。对焦环280的内侧部在介电板210的外侧支撑基材W的边缘区域。对焦环280的外侧部包围基材W的边缘区域。对焦环280扩展了电场形成区域，使得基材W位于等离子体的中央区域。因此，等离子体在基材W的整个区域上均匀地形成，这样，基材W的整个区域可以被均匀地蚀刻。供气部300供应处理气体到处理室100。供气部300包括气体储存部310、气体供应管线320和气体流入口 330。气体供应管线320将气体储存部310连接到气体流入口330，并将处理气体从气体储存部310供应到气体流入口 330。气体流入口 330与设置在上电极410中的气体供应孔412连接，并将处理气体供应到气体供应孔412。等离子体产生部400激励停留在处理室100内的处理气体。等离子体产生部400包括上电极410、气体分配板420、淋浴喷头430和上电源440。 上电极410呈圆盘形状，并设置在静电卡盘200上方。上电极410与上电源440电气连接。上电极410将从上电源440产生的高频电力供应到处理室100中以激励处理气体。处理气体被激励成等离子体状态。气体供应孔412设置在上电极410的中央区域。气体供应孔412与气体流入口 330连接，并将气体供应到设置在上电极410下方的缓冲空间415。气体分配板420设置在上电极410下方。气体分配板420呈尺寸对应于上电极410的圆盘形状。气体分配板420的顶面具有中央区域低于边缘区域的阶梯形状。气体分配板420的顶面和上电极410的底面组合形成缓冲空间415。在经由气体供应孔412供应的气体被供应到处理室100的内部空间101之前，气体临时停留在缓冲空间415中。第一分配孔421设置在气体分配板420的中央区域中。第一分配孔421从气体分配板420的顶面延伸到其底面。各第一分配孔421彼此间隔恒定距离。第一分配孔421与缓冲空间415连接。淋浴喷头430位于气体分配板420的下方。淋浴喷头430呈圆盘形状。第二分配孔431设置在淋浴喷头430中。第二分配孔431从淋浴喷头430的顶面延伸到其底面。各第二分配孔431彼此间隔恒定距离。第一分配孔421的数量和位置对应于第二分配孔431的数量和位置。各第二分配孔431分别与各第一分配孔421连接。停留在缓冲空间415内的处理气体经由第一分配孔421和第二分配孔431均匀地供应到处理室100中。下面，说明使用上述基材处理设备的基材处理方法。参照图1，将基材W转移到处理室100中，并放置在静电卡盘200上。下电源225将第一下电极221充入正电荷，将第二下电极222充入负电荷。这样，在第一下电极221和第二下电极222之间形成电场。电场在基材W与第一下电极221和第二下电极222之间引起电介质极化，并且基材W与第一下电极221和第二下电极222的电荷之间的静电引力将基材W固定到介电板210上。供气部300将处理气体供应到处理室100中。处理气体经由气体流入口 330供应，然后，相继通过缓冲空间415、第一分配孔421和第二分配孔431，使得处理气体可以均匀地供应到处理室100中。上电极410将从上电源440产生的高频电力供应到处理室100中以将处理气体激励成等离子体状态。受到激励的处理气体可以对基材W进行蚀刻工艺。
图3是示出根据本发明另一个实施例He气体的泄漏流量随着供应到基材底面上的He气体的压力变化的图形。参照图3，图形的横轴表示供应到基材W的底面上的He气体的压力，纵轴表示在基材W和介电板210之间泄漏的He气体的流量。线A代表当根据当前实施例第一下电极221和第二下电极222具有不同面积时He气体的泄漏流量，线B代表当根据比较例第一下电极221和第二下电极222具有相同面积时He气体的泄漏流量。特别地，对应于线A的第一下电极221与第二下电极222的面积比为约I :9，对应于线B的第一下电极221与第二下电极222的面积比为约5 :5。根据线B，随着供应到基材W的底面上的He气体的压力增加，在基材W和介电板210之间泄漏的He气体的流量增加。特别地，当供应到基材W的底面上的He气体的压力为约IOTorr至约12Torr时，He气体的泄漏流量迅速增加。He气体的泄漏流量的增加意味着基材W与第一下电极221和第二下电极222之间的静电力小。根据线A，即使供应到基材W的底面上的He气体的压力增加，在基材W和介电板210之间泄漏的He气体的流量也保持在低范围内。这意味着对应于线A的基材W与第一下电极221和第二下电极222之间的静电力大于线B的静电力。一般地,与包括一个电极的单极静电卡盘相比，包括两个电极的双极静电卡盘每单位面积的静电力更小。根据当前实施例，第一下电极221和第二下电极222具有不同的面积，从而增大了基材W和介电板210之间的静电力。 图4是示出根据本发明另一个实施例在基材处理工艺中在基材和介电板之间泄漏的He气体的流量的图形。参照图4，图形的横轴表示处理阶段，纵轴表示在基材W和介电板210之间泄漏的He气体的流量。区I表示当在处理室100内产生等离子体之前的阶段。当测量区I中的He气体的泄漏流量时，直流电压为约2500V，供应到基材W的底面上的He气体的压力为约15ΤΟΠ·。区II表示当在处理室100内产生等离子体时的阶段。当测量区II中的He气体的泄漏流量时，直流电压为约2500V，供应到基材W的底面上的He气体的压力为约15Torr。区III表示当在处理室100内停止产生等离子体时的阶段。当测量区III中的He气体的泄漏流量时，直流电压为约2500V，供应到基材W的底面上的He气体的压力为约7Torr。区I的泄漏流量与区II的泄漏流量基本上相同。这意味基材W与第一下电极221和第二下电极222之间的静电力基本上恒定，无论是否产生等离子体。根据图3和图4的实施例，基材W和介电板210之间的静电力可以增大，基材W可以稳定地固定在静电卡盘200上，无论是否产生等离子体。当基材W和介电板210之间的静电力增大时，允许供应到基材W的底面上的He气体的压力增大。根据上述实施例，允许供应到基材W的底面上的He气体的压力增大达到约12Torr。因此，供应到基材W的底面上的He气体的流量以及在基材W和介电板210之间停留的He气体的密度增大，由此在基材W和静电卡盘200之间的传热效率增大，从而更有效地冷却基材W。此外，由于无论是否产生等离子体，基材W都可以固定在静电卡盘200上，所以可以从产生等离子体之前开始就将He气体供应到基材W的底面上。因此，可以在等离子体处理工艺之前均匀地调节基材W的整个区域的温度。因此，基材W的整个区域可以被更均匀地处理。此外，加热器(图未示)可以嵌在介电板210中。尽管在以上实施例中例举了使用等离子体的蚀刻工艺，但是基材处理工艺不限于此，因此，可以例举使用等离子体的各种基材处理工艺，如灰化工艺、沉积工艺和清洁工艺。
尽管在以上实施例中静电卡盘用在半导体器件的制造工艺中，但是静电卡盘可以用在液晶显示设备的制造工艺中。根据各实施例，由于基材和电极之间的静电力，所以可以稳定地固定基材。此外，在产生等离子体之前，可以在基材和电极之间产生静电力。上述公开的主题应被认为是说明性的，而不是限制性的，并且所附权利要求书意图覆盖落入本发明真正精神和范围内的所有修改、增加和其他实施例。因此，在法律允许的最大程度内，本发明的范围应根据所附权利要求和其等同物的最宽可允许解释来确定，而 不应受到上述详细说明的约束或限制。
权利要求
1.一种利用静电力来固定基材的静电卡盘，包括 在其上放置基材的介电板； 设置在所述介电板的内部中央区域中的第一电极，被充入正电荷或负电荷；和设置在所述介电板的内部边缘区域中并包围第一电极的第二电极，被充入与第一电极相反极性的电荷， 其中第二电极的面积不同于第一电极的面积。
2.如权利要求I所述的静电卡盘，其中第二电极的面积大于第一电极的面积。
3.如权利要求2所述的静电卡盘，其中第二电极的面积比第一电极的面积大约7/3倍 约9倍。
4.一种基材处理设备，包括 具有内部空间的处理室； 设置在所述处理室内的利用静电力来固定基材的静电卡盘； 用于将处理气体供应到所述处理室中的供气部；和 设置在所述静电卡盘上方的用于将高频电力施加到所述处理气体的上电极， 其中所述静电卡盘包括 在其上放置基材的介电板； 设置在所述介电板的内部中央区域中的第一下电极，被充入正电荷或负电荷；和设置在所述介电板的内部边缘区域中并包围第一下电极的第二下电极，被充入与第一下电极相反极性的电荷， 其中第二下电极的面积不同于第一下电极的面积。
5.如权利要求4所述的基材处理设备，其中第二下电极的面积大于第一下电极的面积。
6.如权利要求5所述的基材处理设备，其中第二下电极的面积比第一下电极的面积大约7/3倍 约9倍。
7.一种基材处理方法,包括 将第一电极和第二电极充入不同极性的电荷，以将基材固定到介电板的顶面上，其中第一电极嵌在所述介电板的中央区域中，第二电极嵌在所述介电板的边缘区域中； 将处理气体供应到处理室中； 将高频电力供应到所述处理室中以激励所述处理气体；和 将受到激励的处理气体供应到所述基材， 其中第二电极包围第一电极，和 第二电极的面积不同于第一电极的面积。
8.如权利要求7所述的方法，其中第二电极的面积大于第一电极的面积。
全文摘要
本发明提供一种利用静电力来固定基材的静电卡盘，包括在其上放置基材的介电板；设置在所述介电板的内部中央区域中的第一电极，被充入正电荷或负电荷；和设置在所述介电板的内部边缘区域中并包围第一电极的第二电极，被充入与第一电极相反极性的电荷。第二电极的面积不同于第一电极的面积。
文档编号H01J37/32GK102856243SQ20121022309
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月28日 优先权日2011年6月30日
发明者李元行 申请人:细美事有限公司