专利名称：具有含圆化边缘的电极的静电夹头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于在基底处理室中保持基底的静电夹头。
背景技术：
在电子电路及显示器的制造中，于例如是硅晶片或玻璃的基底上形成半导体材料、介电质或导体材料等。这些材料通常是采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、氧化法或氮化法形成的。然后，这些材料被蚀刻以形成如删极、通孔、接触孔洞及互连线路等结构。在公知的蚀刻法中，利用光刻技术在基底上形成图案化光刻胶掩模或氧化物硬掩模，再将此基底放置于处理室中，并在处理室中产生等离子体以蚀刻基底的暴露部分。
请参照图1(现有技术)，处理室具有静电夹头20以将基底保持在处理室中。静电夹头20包括以介电质24包覆的电极32以及在电极32上用以承接基底4的承接面28。整个电极32设置在相同的水平面上。一般而言，供给直流电位至电极32以产生静电力至基底4，而将基底4固定于承接面28上，当然也可供给高压RF电位至电极32以活化处理室中的工艺气体，而产生等离子体以处理基底4。
此种公知的静电夹头20的一个问题是当高压或高电位供应至静电夹头20的电极32时，在电极32的边缘48所产生的由电场向量50表示的漏电流的泄漏会通过周围介电质24的侧壁边缘22进入等离子体中。此漏电流50会减弱施予基底4的钳夹力，造成基底4无法稳固的保持在静电夹头20的承接面28上。弱的钳夹力会造成基底4在承接面28上的位移，甚至使基底4从承接面28移除。放置不妥的基底4会暴露在不均匀的等离子体中而使得基底4表面遭受不均匀处理。此外，漏电流50会在电极边缘48形成不稳定的等离子体，此不稳定等离子体会加重基底4的不均匀处理。当与介电质侧壁22相对的处理室侧壁(未示出)及面对电极边缘48的处理室侧壁(未示出)接地或维持在浮动电位时，漏电流问题会更为严重，这是因为来自电极边缘的电流穿过介电质侧壁边缘22至反应室侧壁具有短的路径。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种能够稳固地保持基底的静电夹头。
本发明的再一目的是提供一种能够减少来自电极及穿过静电夹头侧壁边缘的漏电流的静电夹头。
本发明的又一目的是提供一种能够产生横跨电极中心至电极边缘的均匀电场的静电夹头。
本发明提供一种静电夹头，适用于保持处理室中的基底，其特征在于包括(a)电极，包括平坦的中心部分，包括顶表面、底表面以及外周；以及下述(i)、(ii)的其中之一(i)线圈，基本上在电极的周围连续地延伸以及具有基本上圆化的放射状向外接触面；(ii)周边拱形部分，具有顶端且该顶端具有上表面，该拱形部分在前述平坦的中心部分的前述顶表面的正向向量与前述顶端的上表面之间具有至少约π/8弧度的曲率长度；以及(b)介电质，覆盖前述电极。
如上所述的静电夹头，其特征在于前述线圈具有基本上为圆形的剖面。
如上所述的静电夹头，其特征在于前述基本上为圆形的剖面具有大于前述电极的剖面厚度的直径。
如上所述的静电夹头，其特征在于前述线圈或前述周边拱形部分具有至少约为3微米的曲率直径。
如上所述的静电夹头，其特征在于更具备侧壁边缘以及通过侧壁边缘的漏电流小于约100μA。
如上所述的静电夹头，其特征在于前述周边拱形部分的顶端基本上完全往平坦的中心部分的底表面延伸。
如上所述的静电夹头，其特征在于前述电极包括丝网。
本发明提供一种基底处理设备，适用于处理基底，其特征在于包括(1)处理室，包括前述的静电夹头，用以保持该处理室中的基底；(2)气体散布器，用以将工艺气体导入前述处理室；(3)气体激发器，用以激发前述处理室中的前述工艺气体以处理前述基底；以及(4)排气装置，用以由前述处理室排出前述工艺气体。
由上述可知，本发明之静电夹头能够产生横跨电极中心至电极边缘之均匀电场，并能够减少来自电极及穿过静电夹头侧壁边缘之漏电流，并稳固的保持基底。
图1(现有技术)所示为具有平面电极之传统静电夹头的侧视剖面图。
图2所示为具有导线环之电极的静电夹头的侧视剖面图，导线环具有放射朝外接触面，此表面基本上是圆的，并基本上在电极的周边连续的延伸。
图3所示为具有周边拱形部分之电极的静电夹头的侧视剖面图。
图4所示为具有图2之静电夹头的处理室之侧视剖面图。
具体实施例方式
请参照图2，在处理时，静电夹头120保持基底104于处理区域112中。静电夹头120包括具有用以承接基底104之承接面128的介电质124。一般而言，介电质124包括陶瓷，例如氮化铝或氧化铝。介电陶瓷亦可以掺杂有掺质，例如在氧化铝中掺杂氧化钛，使材料更接近半导体而能够更容易的移除累积的表面电荷。静电夹头120还包括由介电质124覆盖的电极132。介电质124以连续层覆盖电极132的上表面，或者电极132埋入介电质124中，而使得介电质环绕或包含电极。
静电夹头132一般是由导体所组成，例如铜、铝或钼。一般而言，对应基底104之形状及尺寸来设计电极132之形状及尺寸，如果基底104为盘片状晶片，则可以使用具有圆形或方形剖面之盘片状电极。电极132可以是具有维持在一个电位之单一部份的单极，或者是具有维持在不同电位或极性之两个以上部分的双极。在一个变形例中，电极包括一个线网，例如环绕线栅，其可以容易的埋入介电质中。然而，电极132也可以是压有孔洞的金属板，或者是诸如金属片的连续层。
如图2及图3所示，静电夹头120中的电极132具有一个边缘148，此边缘148具有与静电夹头120之承接面128的平面成直角且基本上经圆化的平面，以减少来自电极132的漏电流。边缘148为电极的圆化部分，其与静电夹头120之承接面128的平面成直角。静电夹头120在边缘148具有较低的电场强度，在此边缘148中电场强度随着穿过单位距离的电位而改变。图2、图3中的箭号所表示的电场向量意指在接近电极132边缘148的放射朝外接触面149处的电场方向，且向量长度表示电场在这些位置的量。圆化的边缘148会减少穿过静电夹头120侧壁边缘158之单位面积的电位，因此穿过介电质124之侧壁边缘158的电崩溃较小。电极132的圆化边缘148位于静电夹头120的周围，以减少从静电夹头120的放射状最外侧或周边区域的电场发射。
请参照图2所示的第一个实施例，电极132包括一线圈156，此线圈156基本上在电极132的外周160附近连续的延伸。举例来说，当基本上连续的线圈156有缺损，其应该至少覆盖约60％的电极132外围以减少沿着大部分电极外周的边缘效应。圆化的线圈156减少了从任何尖锐边缘或沿着电极132周围的位置之电场发射。线圈156具有放射状的向外接触面149，此接触面149远离静电夹头120表面，且基本上为圆化的。基本上圆化的线圈至少在其外边缘具有一个弯曲半径。圆化的剖面具有一个有限的长度，该长度具有一个足够高的曲率直径(d)以减少、甚至基本上避免来自电极132之漏电流穿过静电夹头120的侧壁边缘158。举例来说，线圈156具有基本上为圆形的剖面，且线圈的剖面直径大于电极剖面之厚度。线圈156可以是圆形、椭圆或半椭圆。附加的圆化线圈156使接近边缘148放射状的向外接触面149的电场减弱，从而使穿过侧壁边缘158的漏电流难以发生。在外周160的电荷分布遍及放射状的向外接触面149，因此在放射状的向外接触面149的电场被减弱。圆化的线圈156可以靠导电接着剂164连接至电极132的外周160。举例来说，可以使用在位于圆化的线圈156与电极132之间的铜锌合金化合物，将线圈156焊接在外周160的电极132上。可选择的是，将电极132压印或压制到金属片外面以得到具有基本上圆化的放射状向外接触面149。
在边缘148上，可画出一个虚圆以限定边缘148的曲率，例如线圈156的曲率。圆的直径称为曲率直径(d)。此虚圆紧靠放射状向外接触面149之剖面的内部，并在有限的区域中基本上连续的沿着圆的外周，如图2所示。边缘148之放射状向外接触面149的曲率度由此圆的直径来决定。举例来说，较尖锐的边缘148具有较大的曲率，而对应较小的曲率直径；较平滑的边缘148具有较小的曲率，而对应较大的曲率直径。在一实施例中，具有设定电性能的电极132具有含边缘148的外周，此边缘148具有至少约3微米或甚至至少约4微米的曲率直径(d)，以基本上增加效能。举例来说，线圈可具有至少月3微米的直径。表面的电场强度几乎与边缘148的曲率直径(d)成反比。
与上述第一个实施例相比较，如图1(现有技术)所示之传统电极32具有一个设置在垂直平面上的边缘，且在尖锐边缘48必定会产生非预期的强电场。当电位供给至传统电极32，电荷会累积在边缘48。当边缘48由电性中和的空间环绕时，电荷聚集在尖锐的边缘48而使边缘48的电荷密度高于遍布整个传统电极32，并维持均匀的电位遍布传统电极。在现有的电极32中的高密度电荷会导致强电场从边缘48发射，而造成邻近介电质材料的电性崩溃，且也会造成从传统电极32穿过相邻介电质材料24之侧壁22的非预期放电。此放电会减弱静电夹头20的静电保持强度，而使基底4无法稳固的保持住甚至脱落。当直接面对边缘48的处理室侧壁接地或维持在浮置电位时，在边缘48的电场甚至会更强，而在处理室中形成二次电极以产生或维持等离子体。
请参照图3所示的第二实施例，电极132包括平坦的中心部分153，而使得大部分的区域低于基底承接面；以及周边拱形部分157，其拱起的附近平面基本上与中心部分的平面垂直。中心部分153包括顶表面155及底表面159，顶表面155及底表面159为平坦的且基本上彼此平行。电极132的周边拱形部分157弯曲成基本上为单一或多半径的弧，且末端为顶端161。举例来说，拱形部分157可以弯曲成一角度(θ)，此角度足够大至减少或甚至基本上避免静电夹头120的边缘的漏电流。角度(θ)表示(1)对周边拱形部分157的放射状向外接触面149的正向向量151b，及(2)对平坦的中心部分153的顶表面155的正向向量151a所夹的角度。在一实施例中，电极末端148弯曲成至少约π/8弧度的角度(θ)，从而使环绕介电质124和周边拱形部分157的平滑上部放射状向外接触面149相接触，以避免漏电流。
与线圈的实施例相同，周边拱形部分157也可以具有至少3微米的曲率直径。电极132可以向下弯曲或向上弯曲，甚至往内弯曲。较佳的是，周边拱形部分157的顶端161基本上完全的往平坦的中心部分153的底表面159延伸，所以顶端161的电场是往下、而非往上至等离子体中。弯曲的电极边缘148接触介电质124之侧边，特别是经圆化、弯曲的放射状向外接触面149较电极132的尖锐顶端易于电性崩溃。当电位施加于电极132，在周边拱形部分157产生的电场较尖锐顶端产生的电场弱。
静电夹头120亦能够在介电质124之下具有基座136，举例来说是可以是金属或陶瓷。在处理室108亦可以具有夹头起降器，用以抬高或降低静电夹头120，然后基底104亦进入或离开处理区域112。
在一制造静电夹头120的方法中，在模具中将陶瓷粉末填入至第1水平面，电极132如上所述的适于具有圆化边缘148。例如，外表面基本上圆化的线圈156可以焊接或接合到电极132的外周160，或者电极132的边缘(edge)148可弯折成具有周边拱形部分157。线圈156能够选择性的具有放射状地面向外侧部分，且此部分具有足够大的曲率直径(d)且其至少约为3微米，例如当电极132的金属具有足够的延展性时，电极132能够选择性的在边缘148施加压力，直至成形为具有足够大曲率直径(d)的拱起轮廓，以基本上避免漏电流。另外，电极132的边缘148可以藉由将边缘148接触粗糙表面进行机械研磨以使之圆化。其后电极132置放在位于第1水平面的陶瓷粉末中。在模具中填入更多的陶瓷粉末至第二水平面以掩盖电极132。对于具有氧化铝的陶粉末，在模具中的混合物能够在约500℃至约2000℃中烧至形成包含电极132的陶瓷整块(monolith)。
上述的静电夹头120适于更安全的保持基底104。例如是，依本发明的具有电极132的静电夹头120，能够具有优选小于约100μA、更优选为小于50μA的通过介电质124的侧壁边缘158的漏电流。以往的夹头20具有300μA或更大的通过介电质24的侧壁边缘22的漏电流。侧壁边缘158漏电流的3倍减少能够使静电夹头120可靠的保持基底104，并在处理期间在承接面128上具有足够的力量。此增强的静电夹头120亦能够降低通过介电质124放电的可能性，避免环绕在电极132周围的介电质受损。必须注意的是漏电流依存于施加在夹头120上的电压，因此漏电流值对应于施加在夹头120上的-1500至-2000伏特的电压。而且，通过电极132的顶表面155的漏电流亦通常地小于通过夹头120的侧壁边缘的漏电流。
如图4所示，静电夹头120是作为设备100中的处理室108的一个部件，并适于处理基底104。处理室108包括壁面172、176以包围住用于处理基底104的处理区域112。例如，处理室108可包括侧壁172，底璧(未示出)以及面向基底104的顶壁176，顶壁176可作为阳极并可接地(未示出)或是借助电源供应(未示出)以施加偏压。反应室108包括由各类金属、陶瓷、玻璃、高分子以及复合材料制造的壁面172、176。例如，通常用于制造处理室108的金属包含铝、电镀铝、“HAYNES 242”、“Al-6061”、“SS 304”、“SS 316”以及INCONEL。电镀铝通常优选环绕有衬层(未示出)。顶壁176可为平板形、矩形、拱形、圆锥形、圆盖形或多半径拱形。
处理室108可以是蚀刻反应室，如图4所示，用以蚀刻基底104上的材料，例如蚀刻基底104上的含金属材料。图4所示的一个特别的实施例的设备100适用于制造基底104上的电子装置，并被提供仅用来说明本发明。此特别的实施例并非用来限定本发明的范围。被蚀刻的基底104可包括硅、化合物半导体或玻璃基底，这些基底包括介电质、半导体或导体材料。处理室亦适于处理其它基底104，例如是平板显示器、高分子面板或其它电路承接结构。本发明特别适用于蚀刻基底104上的含金属材料，含金属材料例如是包括不同的含金属层的堆叠层(未示出)。一个形成蚀刻图案的典型工艺顺序包括步骤(1)在基底104上依序沉积膜层，(2)形成一覆盖掩模层，其中此覆盖掩模层具有预定转移到含金属材料的图案，并且其通常由光刻胶组成，但是亦可以由其它材料制造，例如是氧化硅或氮化硅，以及(3)蚀刻基底104以将掩模层所具有的图案转移到含金属材料上，例如是形成已蚀刻图案。
静电夹头120静电地保持处理室108中的基底104以及调整基底104的温度。静电夹头120连接到包括一个AC电压供应源145的电极电压供应源140以供应交流电压至电极132，并藉由影响等离子体的离子能量以承受等离子体。DC电压供应源144亦施加偏压于电极132以在基板104上产生向下的静电力。在一较佳实施例中，电极电压供应源140供应相对于等离子体为-700至-3000伏特的电压至电极132，或甚至是-1500至-2000伏特。
基底处理装置100更包括气体散布器180，用以将工艺气体导入处理室108中以处理基底104。气体散布器180包括气体供给导管184，用以将工艺气体由气体供应源188传送至处理室108中的一个或多个气体出口192。工艺气体经由气体出口192释放至处理区域112。气体出口192例如是设置在环绕基底104的周围(未示出)。
在一个实施例中，基板104在包含与基底104反应的蚀刻气体的工艺气体中被蚀刻，例如是与基底104上的含金属材料反应以形成挥发性气体化合物。蚀刻气体包括一个含有含卤素气体的合成物，用以与含金属材料反应并蚀刻含金属材料。对于蚀刻铝或铝合金以及化合物，适当的含卤素蚀刻气体可包括一种或多种含氯气体，例如是HCl、BCl3、Cl2以及其混合物。对于蚀刻钨或钨合金以及化合物，可使用含氟气体例如是SF6、NF3、F2以及其混合物。对于包含铜或是钛的合金或化合物可以使用含氯或含氟气体。虽然本发明是使用特别的卤素气体以进行说明，然而此处必须了解的是并不限定于上述的卤素气体。
气体激发器200将导入处理室108中的工艺气体激发以形成等离子体用以处理基底104，气体激发器200耦接电磁电源，例如是RF(无线电频率)电源，进入工艺气体中。适当的气体激发器200包括具有一个或多个含有诱导线圈208的诱导天线204并装设在腔室108的顶壁176之上。顶壁176可以包括可使电磁能量穿过的介电材料例如是硅或是氧化硅。天线电源供应源212经由匹配网络216将AC电源，例如是RF电源，提供给天线，用以微调电源以最佳化对气体的电源的诱导耦合。
处理室108中的工艺气体藉由排气装置220排出，排气装置220包含排气导管224、排气管线228、节流阀232以及泵236，其中泵236包括粗抽泵以及涡轮分子泵。泵236可进一步包括清洁系统以清洁排出气体。排气导管224是一个部件或信道用以承接在处理室108中提供的排出气体，以及这些排气导管224通常是设置在环绕基底104的周边。排气管线228连接排气导管224与泵236，并且设在排气管线228中的节流阀232可用来控制处理室108中的气体压力。
处理室108中的基板处理可使用控制器240来施行。控制器240包括中央处理单元(CPU)连接至内存以及周边控制零件。CPU可包括例如是68040微处理器，由Synergy Microsystems公司(圣地亚哥，加州)所制造。控制器240包括计算机程序产品，其中包括嵌入在计算机可读媒体的程序代码，例如是控制器240的内存。程序代码可以使用任何传统的计算机可读语言撰写，例如是汇编语言或是C++。适当的程序代码被输入至一个档案或多个档案，使用传统的文字编辑器以及储存或嵌入计算机可读取媒体。如果输入码文字是使用高级语言，此码被编译，然后组合编译码被连接至预编译程序库程序(precompiled library routines)的目标码。为了执行已连结、编译的目标码，使用者引动程序代码以使得控制器将目标码加载计算机可读取媒体。CPU读取以及执行程序代码以进行前述已记载的作业。
虽然本发明的较佳实施例描述如上，熟悉此技艺者可以推导出包含本发明的其它实施例，并且亦包含在本发明的范围内。例如是，此处所描述的静电夹头120可以应用于沉积反应室或是其它的反应室。而且，静电夹头120可包含熟悉此技艺者显而易知的其它材料。再者，关于名词“之下”、“之上”、“底”、“顶”、“第1”、“第2”以及其它相对名词或位置名词是用来表示图式中的实施例，然而此目标物能够在空间中旋转以及移位。因此，权利要求不应被限制在前面说明本发明时所述的实施例、材料或空间的排列。
权利要求
1.一种静电夹头，适用于保持处理室中的基底，其特征在于包括(a)电极，包括平坦的中心部分，包括顶表面、底表面以及周边；以及下述(i)、(ii)的其中之一(i)线圈，基本上在电极的周围连续地延伸以及具有基本上圆滑的放射状向外接触面；(ii)周边拱形部分，具有顶端且该顶端具有上表面，该拱形部分在前述中心平坦部分的上表面的法线与顶端上表面的法线之间具有具有至少约π/8弧度的曲率长度；以及(b)介电质，覆盖前述电极。
2.如权利要求1所述的静电夹头，其特征在于前述线圈具有基本上为圆形的剖面。
3.如权利要求2所述的静电夹头，其特征在于前述基本上为圆形的剖面具有大于前述电极的剖面厚度的直径。
4.如权利要求1所述的静电夹头，其特征在于前述线圈或前述周边拱形部分具有至少约为3微米的曲率直径。
5.如权利要求1所述的静电夹头，其特征在于还包含侧壁边缘以及通过侧壁边缘的漏电流小于约100μA。
6.如权利要求1所述的静电夹头，其特征在于前述周边拱形部分的顶端基本上完全往中心平坦部分的底表面延伸。
7.如权利要求1所述的静电夹头，其特征在于前述电极包括丝网。
8.一种基底处理设备，适用于处理基底，其特征在于包括(1)处理室，包括权利要求1所记载的静电夹头，用以保持该处理室中的基底；(2)气体散布器，用以将工艺气体导入前述处理室；(3)气体激发器，用以激发前述处理室中的前述工艺气体以处理前述基底；以及(4)排气装置，用以由前述处理室排出前述工艺气体。
全文摘要
一种静电夹头，能够降低其周边区域的电场影响。该夹头包括具有顶表面与底表面的平坦的中心部分。在一个实施例中，电极具有由其周围延伸的线圈，该线圈具有基本上圆化的放射状向外接触面。另外的实施例中，电极具有周边拱形部分，该周边拱形部分具有顶端并在平坦的中心部分的顶表面的正向向量与顶端的上表面的正向向量之间具有至少π/8弧度的曲率长度。介电质覆盖电极。该静电夹头用以保持基底处理设备的处理室中的基底。
文档编号H01L21/683GK1577791SQ20041005462
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月22日 优先权日2003年7月23日
发明者罗曼斯瓦麦·卡迪克, 麦可雪尼·M·强, 库玛·H·亚娜达, 诺贝克许·海米得 申请人:应用材料有限公司