专利名称：用于静电吸盘的防护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型的实施例涉及一种用于静电吸盘(electrostatic chuck)的防护装置(guard)，该防护装置在处理期间在等离子体中被用于支持衬底。
背景技术：
在电子电路和显示器的制造中，在衬底上形成半导体、介电体或者导体材料，如硅晶片或者玻璃。这些材料通常通过化学气相沉积，物理气相沉积，氧化，或者氮化处理形成。之后，该材料被蚀刻以形成如栅极、通道、接触孔和互连线路的形状。在典型的蚀刻处理中，在衬底上通过光刻法形成图案化的光刻胶掩模或者氧化物硬掩模，然后等离子体蚀刻该衬底的暴露部分。该等离子体是通过感应耦合或者电容耦合RF能量到处理气体而形成的导电的气态介质。
上述的处理通常在包括处理室的衬底处理装置中被完成。处理室包括一个静电吸盘以在该室的处理区域支持衬底。该静电吸盘包括一个覆盖电极的介电体，该介电体具有承受表面以承接衬底。处理气体被导入所述室，接着该处理气体被激发成为等离子体以处理衬底。然而，等离子体常常损坏静电吸盘，尤其是通过腐蚀静电吸盘的外周或者沿着外周不合要求地沉积处理残留物而损坏静电吸盘。当外周包括具有旋绕的带有裂缝和小的凸起的表面形状的零件，这个问题可能尤其尖锐。此外，如果沿着外周的静电吸盘的零件在高压下偏置，可能发生进入等离子体的电短路。
当衬底在静电吸盘的承受表面上排列不适当时会产生另一个问题。衬底的这种偏移可能引起不均匀的处理。在将衬底放置在承受表面上的过程中常常发生偏移。衬底在处理过程中由于机械振动或者非均衡的气体压力也可能移动。在承受表面上衬底的这种移动可能导致沉积在静电吸盘上的处理残留物的剥落。
如图1(现有技术)所示，静电吸盘10的一种方案包括一个沿着外周20的保护性防护装置15，用于保护该外周20免受等离子体的作用。例如，防护装置15可以包括一个陶瓷环，该陶瓷环在静电吸盘10的外周20之上弯曲以从周围的等离子体中隔离外周20。此外，防护装置15可以包括一个在衬底承受表面30近旁的脊(ridge)25以防止衬底35过多的位移。该脊25从防护装置15上形成一个高的、环状的、向上的凸出部分。
然而，与这样的保护性防护装置15有关的一个问题是沉积在防护装置15上的处理残留物45可能剥落下来并且污染该处理区域40以及衬底35。当沉积处理残留物45的厚度增加时剥落增加。处理残留物45当发生温度波动时也会剥落，并且使具有不同的热膨胀系数的处理残留物45的多层剥离。此外，高的脊25很容易被等离子体腐蚀，使防护装置15的使用寿命缩短。这种腐蚀还可以引起处理残留物45从脊25处剥落，然后处理残留物污染衬底35。
因而，人们希望静电吸盘具有一个防护装置，其可以基本上避免由处理残留物引起的污染。人们还希望得到具有增加了使用寿命的静电吸盘防护装置。人们还希望得到能够在静电吸盘的承受表面上保持衬底正确位置的静电吸盘防护装置。
实用新型内容根据本实用新型，提出一种用于静电吸盘的防护装置，包括一个陶瓷环，该陶瓷环具有(i)其形状适合于绕静电吸盘的周边安装的内表面；以及(ii)包括带有凹槽的顶部以及侧部的外表面。在该外表面的顶部上设有一金属涂层。
参照下列说明本实用新型方案的说明书，权利要求和附图，本实用新型的这些特征、方面和优点将变得更易理解，其中图1是具有传统的防护装置的静电吸盘的一个实施例的横截面侧视图；
图2是包括具有带有保护性防护装置的静电吸盘的室的衬底处理装置的一个实施例的横截面侧视图；图3是图1中静电吸盘和防护装置的一个实施例的横截面侧视图；以及图4是在图3的防护装置的陶瓷环上喷射金属涂层的双股线电弧喷涂设备的横截面侧视图。
具体实施方式
一种适合处理衬底104的装置102包括一个处理室106。在一个方案中，室106是一个预清洁室，如图2所示，预清洁室的一个实施例是由加利福尼亚州Santa Clara的应用材料有限公司制造的“Pre Clean IIeTM”室。预清洁室用来在另一个处理步骤前清洁衬底104。例如，预清洁室可以被用来通过在沉积步骤之前进行喷射蚀刻而从衬底104去除氧化物薄膜(如硅氧化物或者金属氧化物)，以确保清洁的沉积表面。被氧化物污染的沉积表面可能导致从衬底104制造的零件的故障，如从半导体衬底104制造的电子元件的电气故障。处理室106还适用于处理其它的衬底104，如平板显示器，聚合物板，或者其它的电路承受结构。提供装置102只是用于说明本实用新型，而不应该用来将本实用新型或者其等同物的范围限制为此处提供的示意性实施例。
处理室106限定一个处理区域108，衬底104在其中被处理。室106包括用金属、陶瓷、玻璃、聚合物、或者合成材料制造的壁196，材料中阳极化铝通常是是优选的，该室可以具有一个围绕的衬垫(没有示出)。
室106还包括一个衬底支撑物112用于在处理期间在处理区域108中支持衬底104，如图3所示。衬底支撑物112包括一个静电吸盘115，该静电吸盘包括一个覆盖电极215的圆盘(puck)205。该圆盘205包括介电材料或者半导体材料，并且具有一个承受表面220用于在其上接纳衬底104。圆盘205通常包括一种陶瓷材料，如氮化铝或者氧化铝。在处理中，一个DC电压电源203能够施加电压到电极215，以将衬底104支持在承受表面220之上。电极215可以包括一个金属层。在一个实施例中，电极215包括钼。在一个方案(如图示)中，静电吸盘115包括一个在圆盘205下的基底200。该基底200可以包括，例如氮化硅。电极215位于基底200和圆盘205之间。或者，电极215可以被嵌入圆盘205中。电极215的形状和大小都相应于衬底104的形状和大小，例如，如果衬底104是盘状晶片，则可以使用具有圆的或者方的横截面的盘状电极。电极215还可以包括网状物，如金属丝网或者具有冲孔的金属板。衬底支撑物112还包括一个卡盘升架114用于升起和降低静电吸盘115，从而使衬底104进出处理区域108。
用于静电吸盘115的防护装置225覆盖衬底支撑物112的外周230以保护外周230免受处理副产物沉积和腐蚀。防护装置225包括一个陶瓷环235，该陶瓷环具有其形状适合于与静电吸盘115的周边相配合的内表面240。例如，陶瓷环235的内表面240可以在径向呈阶梯状。在一个实施例中，如图3所示，内表面240可以包括三个不连续的半径以适应静电吸盘115的形状。陶瓷环235还可以被成形为在内表面240和静电吸盘115之间提供一个间隙243，也如图3所示。如果静电吸盘115包括基底200，则提供一个夹板210用于将圆盘205固定到基底200上。在这种方案中，防护装置225可以从顶部和径向外侧覆盖该夹板210。陶瓷环235可以包括陶瓷材料，该陶瓷材料适合防止副产物沉积物的剥落。在一个实施例中，陶瓷环235包括至少99％的Al2O3(钒土)，如约99.5％的Al2O3。
用于静电吸盘115的防护装置225包括具有带有凹槽275的顶部260的外表面255用于收集沉积副产物。通常，该凹槽275沿着防护装置225的圆形的形状呈圆形对称。槽275可以具有一个从约2.9到约5.6毫米的宽度。该槽的宽度和高度的比值也可以是从约2.4到约4.4。当衬底104被处理时，副产物沉积物273收集在凹槽275中。例如，当衬底104的不想要的氧化物层被喷射蚀刻时，该蚀刻的氧化物材料被释放入处理区域108，并且在凹槽275中收集。凹槽275防止副产物沉积物273的剥落，这是通过将该副产物沉积物273粘附并包含进一个环形构造里，该环形构造是从凹槽275的径向向内侧和径向向外侧获得的。
防护装置225还包括一个位于凹槽275的径向内侧的凸起边280，用于防止衬底104从静电吸盘115中滑脱。凸起边280的大小使得被搁置在静电吸盘115上的衬底104被凸起边280保持在合适的位置。凸起边280可以被隔开以便当衬底104被恰当地定位时在衬底104和凸起边280之间存在一个间隙243。如果衬底104被过多地移离合适的位置，凸起边280将防止衬底104移动得更远。邻近凸起边280的凹槽275的存在，以及凸起边280的形状，将保护凸起边280免受等离子体腐蚀，从而有效地增加防护装置225的使用寿命。
外表面255还包括一个侧面部分270。例如，外表面255可以从顶部260到侧面部分270形成一个大致呈弓形的轮廓。外表面255从顶部260到侧面部分270穿过向下弯曲的部分265径向向外和径向向下弯曲。陶瓷环235包括位于第一高度的凸起边280，位于比第一高度低的第二高度的凹槽275，以及位于比第一高度高的第三高度的外部平顶250。该外部平顶250位于凹槽275的径向外部，并且凹槽275位于凸起边280的径向外部。凹槽275这样就防止了从外部平顶250上剥落的沉积副产物273污染衬底104。
用于静电吸盘115的防护装置225还可以包括一个在该防护装置225的外表面255的顶部260上形成的金属涂层285，用于改善顶部260的粘附特性。通常，金属涂层285覆盖凹槽275以及在顶部260上的邻近区域以特别改善在该区域的副产物沉积物273的粘着力。金属涂层285例如可以包括铝。金属涂层285可以包括一个具有宽度从约7.6到约12.7mm的环形条。此外，金属涂层285可以从陶瓷环235的内径处分离，分离的距离为从约0.25到约0.76mm。金属涂层285增加副产物沉积物273在防护装置225上的粘着力。
在防护装置225的制造中，陶瓷环235被加工以包括一个外表面255，该外表面包括带有凹槽275的顶部260。防护装置225可以在陶瓷预制件，如多晶钒土块的外面被加工。该陶瓷预制件可以是管。该陶瓷预制件可以用钻石尖来加工以切割、抛光和打磨该陶瓷。例如，陶瓷预制管可以被切片并且加工成防护装置225的形状。
使防护装置的外表面255的顶部260具有纹理以改善金属涂层285在外表面255上的表面粘着力。在金属涂层285形成处的外表面255是粗糙的，并且在金属涂层285区域外的条也可以是粗糙的。例如，在具有从约10到约15毫米的宽度的条里，外表面255的顶部260可以是粗糙的。可以使外表面255具有纹理以具有一个理想的平均表面粗糙度(Ra)，该平均表面粗糙度从约1到约4微米，以改善金属涂层285的粘着力。在一个实施例中，外表面255是用金刚砂工具刮擦的。
涂层285可以被电弧喷涂到外表面255上，例如通过使用一个双股线(电)弧喷涂设备305来进行，如图4所示。该双股线电弧喷涂设备305包括两个邻近的金属线310a和310b，在它们之间施加足够高的电压以在它们之间产生电弧325。金属线310a，b被从卷轴312拉出，然后在电线310a，b末端的电弧325中熔化。喷嘴327向电弧325喷射气体流以射出熔融的金属材料330到防护装置的外表面255的顶部260上。金属材料320如上所述可以包括，例如铝。该气体流可以包括清洁的干燥空气(CDA)，氮气，或者氩气。一个适当的双股线电弧喷涂设备和方法的示意性实施例被描述在共同转让的未决美国申请No.10/032,387中，题为“制造有涂层处理室元件的方法”，该申请在此被全文引用。
返回到图2，处理室106的其他元件现在将被说明。处理室106还包括一个处理气体供应装置132用于引导处理气体进入该室106。该处理气体供应装置132包括一个处理气体源133和一个气体分配器134。该处理气体源133含有该处理气体，如一种喷射蚀刻气体。在一个实施例中，该处理气体源133含有一种包括氩气的喷射蚀刻气体。该气体分配器134可以包括一个或者多个具有一个或者多个气体流量阀(未示出)的导管135以及在支持在静电吸盘115上的衬底104的外周230的周围的一个或者多个气体出口136。或者，气体分配器134可以包括一个喷淋头气体分配器(未示出)。废处理气体和蚀刻的副产物从室106通过一个排气装置144被排掉，该排气装置144可以包括一个从处理区域108接受废处理气体的排气导管145，一个用于控制在室106中处理气体压力的节流阀(未示出)，以及一个或者多个排气泵(未示出)。
在室106的处理区域108中，处理气体可以通过一个耦合能量到处理气体的气体激发装置154被激发以处理衬底104。在图2示出的方案中，该气体激发装置154包括一个RF电源162用于施加射频(RF)功率到静电吸盘115中的电极215。如图2所示，气体激发装置154可以另外或者可替换地包括具有一个或者多个电感线圈的天线175，该线圈可以在室106的中心周围具有圆柱对称性；以及一个天线电源163用于施加电能到天线175上，如图2所示。
为处理衬底104，所述的防护装置225被放置在处理室106中的静电吸盘115上。室106被抽空并且保持在一个预定的负压。然后通过衬底传送器(未示出)，例如机械手和起模顶杆系统(lift pin system)将衬底104提供到衬底支撑物112上。处理气体供应装置132提供处理气体到室106，然后气体激发装置154耦合RF能量到处理气体以激发该气体从而处理衬底104。在该过程中产生的流出物被从室106通过排气装置144排掉。
控制器300可以被用来操作衬底处理装置102和处理室106。适合的控制器300包括一个具有中央处理器(CPU)的计算机(未示出)，如可从加利福尼亚Santa Clara的因特尔公司购得的奔腾处理器，该处理器与一个存储器和计算机外设元件连接，控制器300还可以包括多个接口卡(也未示出)，该接口卡包括，例如，模拟和数字输入和输出板，接口板，和电动机控制板。在操作员和控制器300之间的接口可以是，例如，通过显示器和光笔的接口。
虽然本实用新型已参照特定的优选方案相当详细地被描述，对本领域的普通技术人员来说，许多其它的方案应该是显而易见的。例如，此处描述的衬底支撑可以被用在蚀刻室或者另一个室中。因此，权利要求的精神和范围不应该被限制在此处含有的优选方案的描述中。
权利要求1.一种用于静电吸盘的防护装置，其特征在于该防护装置包括(a)陶瓷环，该陶瓷环具有内表面，其形状适合于配合安装在静电吸盘的周边的周围，和外表面，包括(i)带有凹槽的顶部和(ii)侧部；以及(b)在外表面的顶部之上的金属涂层。
2.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于该防护装置还包括一个位于所述槽的径向内侧的凸起边，该凸起边的大小使得搁置在静电吸盘上的衬底通过该凸起边被支持在合适的位置。
3.如权利要求2所述的防护装置，其特征在于该防护装置还包括一个位于所述槽的径向外侧的平顶，该平顶比所述的凸起边高。
4.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的金属涂层包括一个宽度为从约7.6到约12.7毫米的条。
5.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的外表面从顶部到侧部形成一个大致弓形的轮廓。
6.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的外表面具有从约1到约4微米的平均粗糙度。
7.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的凹槽具有从约2.9到约5.6毫米的宽度。
8.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于凹槽的宽度与高度的比值为从约2.4到约4.4。
9.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的陶瓷环包括Al2O3。
10.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于所述的陶瓷环的内表面在径向呈阶梯状。
专利摘要一种用于静电吸盘的防护装置，该防护装置包括一个陶瓷环，该陶瓷环具有一个其形状适合于配合安装在静电吸盘的周边周围的内表面，以及一个具有(i)带有凹槽的顶部和(ii)侧部的外表面。在该外表面的顶部之上设有金属涂层。
文档编号H01L21/683GK2708497SQ20042000312
公开日2005年7月6日 申请日期2004年2月11日 优先权日2003年4月3日
发明者郑晖, 贺永祥, 蔡建昆, 杰西·G·加尔恰, 汪泓, 丹尼尔·M·戴约 申请人:应用材料公司