具有静电力抑制的基板承载装置的制作方法

本发明关于一种基板承载装置，尤其是关于等离子半导体制造设备中一种具有静电力抑制的基板承载装置。

背景技术：

在有等离子体参与的薄膜沉积工艺中，基板被摆放在处理腔体的基板支撑座(即基板承载装置)上，使基板维持在分布有电场的反应区或处理区中。处理气体或反应气体在电场的作用下转换为一等离子体，用于基板上的薄膜沉积。所述电场的分布范围涵盖处理腔体中的各部件，使各部件的表面累积相当的电荷量。例如，基板上会积累电荷，从而与其下方的基座产生相互吸引的静电力。虽然在某些应用中，承载装置被设计成利用静电吸附力稳固被处理的基板，但如果累积电荷量大到使静电力超过一限制范围，从处理腔体的承载装置上移走基板时就可能因不希望的力导致基板偏移传送路径，甚至使基板变形破碎。

过大的静电力在处理期间也是不希望的。若静电力导致基板和承载装置之间的吸引力不平均，可能导致基板变形，连同影响沉积薄膜的质量。再者，于基板转移期间，基板与承载装置之间的静电需要一段时间消除。此也会影响生产的效率。

因此，需要一种所述抑制静电力手段，尤其是能够削弱基板和承载装置之间的静电力，以满足等离子工艺的潜在需求。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基板承载装置，包含：一盘体，具有用于承载一基板的一承载面，该承载面包括复数个凸起，该等复数个凸起的每一个具有自承载面延伸的一高度及位于顶部且用于接触该基板的一接触面，其中该等复数个凸起的接触面的面积总和为所述基板的总面积的一百分比范围，从0.01％至2.0％。

在一具体实施例中，该盘体还具有一环，包围该承载面，该环具有高于该等复数个凸起的一顶部，且该环具有一滑落面自该环的顶部延伸至该承载面。

在一具体实施例中，所述凸起具有一直径，该直径的范围为0.1mm至5.7mm。

在一具体实施例中，所述凸起具有一直径，该直径为1.6mm。

在一具体实施例中，所述凸起的高度范围为20μm至100μm。

在一具体实施例中，该等复数个凸起的数量选自7至333个的一范围。

在一具体实施例中，该等复数个凸起根据该承载面的一中心所定义的一同心圆轨迹而排列。

在一具体实施例中，该等复数个凸起根据该承载面的一中心所定义的多个半径位置而排列。

在一具体实施例中，该等复数个凸起的任一个、与其相邻的一个以及与前两个相邻的另一个彼此等距离排列。

在一具体实施例中，该等复数个凸起分为一第一数组和包围该第一数组的一第二数组，其中该等复数个凸起的第一数组的任一个、与其相邻的一个以及与前两个相邻的另一个彼此等距离排列，该等复数个凸起的第二数组根据该承载面的一中心所定义的一同心圆轨迹而排列。

在一具体实施例中，该滑落面具有至少一倾斜面。

在一具体实施例中，该滑落面具有一第一倾斜面和一第二倾斜面，该第一倾斜面低于该第二倾斜面，该第一倾斜面与该承载面定义一第一夹角，该第二倾斜面与该承载面定义一第二夹角，该第一夹角小于该第二夹角。

在一具体实施例中，该第一倾斜面的总面积小于该第二倾斜面的总面积。

在一具体实施例中，该第一倾斜面的总面积大于该第二倾斜面的总面积。

在一具体实施例中，该滑落面具有一弧面。

在以下本发明的说明书以及藉由本发明原理所例示的图式当中，将更详细呈现本发明的这些与其他特色和优点。

附图说明

参照下列图式与说明，可更进一步理解本发明。非限制性与非穷举性实例系参照下列图式而描述。在图式中的构件并非必须为实际尺寸；重点在于说明结构及原理。

图1显示一半导体处理腔体的示意图。

图2显示本发明基板承载装置的示意图。

图3显示本发明基板承载装置的凸起剖面图。

图4显示基板、凸起和承载面的关联参数。

图5a至图5c分别显示凸起排列的各种实施例。

图6a至图6d分别显示本发明承载装置的环的各种实施例。

其中，100-腔体；101-气体源；102-排气系统；103-喷淋组件；104-承载装置；200-承载装置；201-盘体；202-承载面；203-基板；204-凸起；205-环；206-滑落面；501-第一同心圆；502-第二同心圆；503-第三同心圆；504-第四同心圆；505-正六边形轨迹；506-第一数组；507-第二数组；d1-距离；d2-距离；s1-接触面面积；s2-承载面面积；s-接触面；h-高度；601-滑落面；602-第一倾斜面；603-第二倾斜面；604-第一倾斜面；605-第二倾斜面；606-弧面。

具体实施方式

底下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。除此之外，例如主张主题可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、韧体或这些的任意组合(已知并非软件)之形式。

本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。

图1显示使用一半导体处理腔示意图，尤其是一种专用于沉积薄膜的pecvd处理腔，当然也可包含其他的处理，像是薄膜蚀刻和腔体清洁等，连续地在通同一半导体处理腔执行。图1的半导体处理腔包含由封闭结构定义的一腔体100，其接收来自一或多个气体源101的处理气体并与一排气系统102连接以实现腔内真空。腔体100的顶部提供有气体供应组件。图中仅显示气体供应组件中的一喷淋组件103，其接收来自气体源101的一或多种气体，如反应气体或堕性气体。喷淋组件103将所述气体释放至腔体100中的一处理区以进行薄膜沉积。腔体100的底部提供有一基板承载装置104或称基板承载装置，用以将基板支撑于所述处理区中获得薄膜沉积。喷淋组件103为气体供应组件中射出处理气体的末端且与基板相对。虽然未显示，但熟知该领域技术者应了解，更多的组件和装置亦可包含于腔体中，像是加热器、抽气通道和传感器等。喷淋组件103及承载装置104分别具有电极，其配置成与一或多个rf电路总成(未显示)连接以在腔体中形成足够强度的电场分布。所述电场将处理气体转换成等离子体，但所述电场也会使承载装置104及其所承载的基板累积电荷。因此，基板与基板承载装置104会因静电力相互吸引。以下仅针对承载装置104的更多细节说明。

图2显示本发明基板承载装置200的部分剖面示意图。承载装置200具有一盘体201及从盘体201底部向下延伸的柱体(省略未显示)。盘体201具有一上表面、一下表面及于其之间延伸的一厚度。盘体201主要由陶瓷材料成形且包覆有相互隔开的电极和加热线圈(省略未显示)。有关盘体201材料和内部构件的细节不在此坠述。如图所示，盘体201的上表面具有一承载面202，其是从盘体201的一中心处横向延伸一半径距离的范围，但并未延伸至盘体201的边缘。承载面202的面积大致上与其所承载基板203的面积相等，或者承载面面积是基板面积的0.85至1.10倍，优选范围是0.99至1.01倍。承载面202上提供有复数个凸起204。并参图3，这些凸起204的每一个具有自承载面202延伸的一高度h及位于顶部且用于接触基板底部的一接触面s。这些凸起204具有相同的高度，使基板203呈水平摆放且稳定维持在承载面202上方。

盘体201还具有一环205，其包围承载面202。环205具有高于所有凸起204的一顶部，且环204的内侧具有一滑落面206自环205的顶部延伸至承载面202。环205的目的在于将基板203限制在承载面202的上方，并促使基板203的水平。有关环205的其他细节将于后续说明。

图3显示单一凸起204具有一致的直径，意即凸起204的侧表面为与承载面202垂直。凸起204的直径选自一数值范围，0.1mm至5.7mm。较佳地，所述直径选自0.5mm、1.6mm及2.3mm的其中一者。在其他实施例中，凸起204的下半部可为较大的直径，而凸起204的上半部可为较小的直径，使凸起204略呈锥体。凸起204的高度h选自一数值范围，20μm至100μm。较佳地，所述高度h为25μm。虽然未显示，凸起204的接触面s可为圆形、椭圆形或其他恰当的形状。接触面s为一平面或一圆顶。图中显示的凸起204数量仅为帮助理解，并非限制本发明。在一实施例中，承载面202上的凸起204数量为7个至333个的范围。较佳地，所述数量为选自12个、18个、25个、31个、37个及70个的其中一者。但在可能的实施例中，凸起数量亦可达千个。为有效抑制所述静电力的作用，支撑基板203的所有凸起204的接触面s的面积总和为基板203的总面积的一百分比范围，从0.01％至2.0％。优选地，从0.012％至0.253％。此处所述基板的总面积是指基板底部的总面积，或是指支撑基板的最外围凸起所包围的范围面积。举例而言，以承载面上具有12个凸起的设计，这12个凸起的接触面面积总和为占据一基板的底部面积的0.012％至0.253％。如所述接触面为弧面或曲面，其面积应为实质接触基板的范围。

根据一静电力的数学模型，f＝ε/4π(s²/d⁴)v²，(ε是介电常数、s为电荷累积的面积、v是基板与承载面之间的等效夹持电压、d是基板底面与盘体上表面的距离)，并参图4可知根据本发明的设计，被承载的基板203所受到的静电力为凸起204顶部的接触面面积s1和底部承载面面积s2所贡献的静电力总和，即f＝σε/4π[(s1²/d1⁴)+(s2²/d2⁴)]v²。其中d1为凸起接触面至基板203底面的距离，d2为承载面至基板203底部的距离。在实际应用中s1与基板下表面直接接触，顾d1近似为接触表面的粗糙度。因此，在一实施例中，缩减凸起204接触面面积s1的面积以及增加承载面面积202与基板203的距离d2即能有效抑制静电力。下表显示两组不同参数设计的一比较例，其中所述凸起面积总和百分比是根据基板面积与凸起面积的计算。静电力百分比所显示的是两组数据的比例关系，意即将第一组的静电力视为100％的量则第二组的静电力仅为第一组的1.86％。此显示，有效地降低凸起面积的百分比能有效地抑制静电力。再者，进一步搭配前述的作法，增加基板与承载面的距离亦有助于抑制静电力。

优选地，凸起面积总和百分比控制在0.012％至0.253％的范围内且凸起的高度控制在25μm以上。

图5a至图5c显示本发明凸起排列的不同实施例。图5a至图5c显示所述盘体的俯视图。图5a的盘体具有一中心，相互垂直的一横轴和一纵轴(以虚线表示)通过该中心。根据该中心的多个径向距离(即半径)位置定义多个同心圆轨迹(以虚线表示)，由内而外包含一第一同心圆501、一第二同心圆502、一第三同心圆503及一第四同心圆504。凸起以特定的圆周数组安排，其中一凸起位于盘体的中心，八个凸起基于第一同心圆501而均匀排列，八个凸起基于第二同心圆502而均匀排列，十六个凸起基于第三同心圆503排列。横轴和纵轴分别通过七个凸起。在其他实施例中，更多或更少的同心圆数组可被涵盖。基于此同心圆数组的凸起，基板所受的静电力亦为类似同心圆的分布。

图5b的盘体具有一中心，相互垂直的一横轴和一纵轴(以虚线表示)通过该中心。此处的凸起基于多个正三角形的轨迹504排列。意即，这些凸起的任一个、与其相邻的一个以及与前两个相邻的另一个，三者彼此等距离排列。换句话说，所述排列是基于盘体中心的多个不同尺寸的正六边形轨迹505，且当中的任一凸起与其周围的任一邻近凸起皆为等距。三个凸起定义数组中的最小正三角形轨迹。此处的横轴和纵轴分别通过五个凸起和三个凸起。基于此正三角形布局或正六边形布局(由于边缘受圆周承载面轮廓的限制，排布可能不是完整的正六边形分布)，基板大致上所受的静电力较为均匀。

图5c显示一混合数组的布局。盘体的承载面具有一第一数组506及一第二数组507，其中第二数组507位于第一数组506外围并包围第一数组506。第一数组506由根据盘体中心的一同心圆(以虚线表示)的面积所涵盖。第二数组507由根据盘体中心的另一同心圆(以虚线表示)的轨迹所涵盖。或者，第二数组507由第一数组506及盘体的环205之间的一环形区所涵盖。第一数组506配置成如图5b的布局，意即的第二数组的任一个凸起、与其相邻的一个以及与前两个相邻的另一个彼此等距离排列，但不超过第一数组506的涵盖范围。本实施例第一数组506共有十九个凸起。第二数组507配置成如同图5a的布局，意即根据承载面的中心所定义的一同心圆轨迹而排列，所述同心圆的直径大于第一数组506的直径。本实施例第二数组507共有十二个均匀排列的凸起。盘体的中心具有一个凸起，盘体的横轴和纵轴上分别排列有七个和五个凸起。第二数组507的每一个凸起与其最靠近的第一数组506的一个凸起之间的距离小于第一数组506中的最小间距。基于此内部为正三角形数组而外部为同心圆数组，基板中心受到静电力为均匀的且基板边缘的变形可被抑制。

尽管实施例仅示范凸起的三种排列布局，但应了解更多的布局可被包含在本发明的范畴中，且必须符合凸起的面积总和与基板面积的一定关系。

图6a至图6c显示图1的环205的多个实施例。盘体的环形成在承载面与盘体的外侧之间，且环的内侧具有一滑落面，用以限制基板的位置和倾斜。滑落面延伸连接环的顶部及承载面。应了解，如果基板放置正确，则基板不与滑落面接触。

图6a显示环205具有一滑落面601，其为具有单一斜率的倾斜面，且倾斜面终止于大致上与基板底部水平的一位置。不正确放置的基板203的侧缘与滑落面601接触，以提供基板203一侧向力将基板203限制在承载面202上的正确的位置。滑落面601与承载面202定义一夹角，其范围介于8°至45°。

图6b显示环205的另一实施例。滑落面601具有一第一倾斜面602和一第二倾斜面603，其中第一倾斜面602低于第二倾斜面603。第一倾斜面602与承载面202连接，第二倾斜面603与环205的顶部连接。第一倾斜面602的总面积小于第二倾斜面603的总面积，且第一倾斜面602与承载面202定义一第一夹角(未标号)，其范围介于8°至45°，而第二斜面603与承载面202定义一第二夹角(未标号)，其范围介于22°至45°。又，第一夹角小于第二夹角。因此，使不正确放置的基板203的侧缘可承靠于第二倾斜面603。

图6c显示环205的又一实施例。此处滑落面601具有一第一倾斜面604和一第二倾斜面605且分别与承载面202定义如前述第一夹角和第二夹角。不同于图6b，第一倾斜面604的总面积大于第二倾斜面605的总面积，使不正确放置的基板203的侧缘可承靠于第一倾斜面604。

图6d显示环205的再一实施例。此处滑落面601具有一弧面606，其自环205的顶部延伸至承载面202且呈内凹。

虽然为了清楚了解已经用某些细节来描述前述本发明，吾人将了解在申请专利范围内可实施特定变更与修改。因此，以上实施例仅用于说明，并不设限，并且本发明并不受限于此处说明的细节，但是可在附加之申请专利范围的领域及等同者下进行修改。