专利名称：静电夹头中的点火防止的制作方法
静电夹头中的点火防止本公开涉及静电夹头(electrostatic chucks)，特别是涉及包括有助于防止在夹头组件和正在处理的晶片之间的电弧或在背部气体分配通道中的等离子点火(Plasma ignition)的特征的静电夹头设计。静电夹头可用于固定、夹住或以其他方式处理用于半导体加工的硅片。在加工过程中也配置了很多静电夹头，以帮助调节晶片的温度。例如，如在本领域广为记载的，诸如氦气之类高导热气体可在静电夹头中循环，以帮助调节晶片的温度。更具体地说，在等离子体蚀刻制作或其他半导体加工步骤中，在相对较低的压力下的较薄的气体层可用来对吸收 (sink)来自硅片的热。一般在晶片上只施加几磅力的气体的相对较低的压力允许利用静电引力来对抗它并将晶片密封在夹头的一个面上。应用本发明的人员将理解，本公开的概念适用于容易以各种方式产生等离子体电弧和背部气体电离的各种各样的静电夹头配置，包括但不限于在美国专利号5，583，736、 5，715，132,5, 729，423,5, 742，331,6, 422，775,6, 606，234 和其他之中所说明的那些。为清楚起见，本公开的概念已经参照
图1和2的相对简单的夹头配置进行了说明，但本公开的范围不限于这些相对简单的配置。按照本公开的一个实施例，提供了一种静电夹头组件，包括陶瓷接触层、图案化粘合层、导电底座和地下电弧缓解层。所述陶瓷接触层和所述导电底座共同作用来限定在静电夹头组件的地下部分中形成的多个混合气体分配通路。混合气体分配通路中的各个混合气体分配通路包括由导电底座提供的相对较高的电导率的表面和由陶瓷接触层提供的相对较低的电导率的表面。地下电弧缓解层包括相对较低的电导率的层，并且该地下电弧缓解层形成在所述静电夹头组件的所述地下部分中的所述混合气体分配通路的相对较高的电导率表面之上。按照本公开的另一实施例，提供了一种包括具有本文公开的一个或多个新特征的静电夹头组件的半导体晶片处理室。结合下面的附图阅读时，可以更好地理解本公开的具体实施例的如下详细说明， 其中，相同的结构标以相同的引用数字，其中图1是根据本公开的实施例的、气体分配通路表面由在导电底座的表面上形成的反钻进(counter-bored)的凹槽提供的静电夹头组件的示意图；图2是根据本公开的实施例的、气体分配通路表面由在陶瓷接触层中形成的反钻进的凹槽提供的静电夹头组件的示意图；图3是地下电弧缓解层限于相对靠近其设置的所述混合气体分配通路或区域的静电夹头组件的示意图；和图4是根据本公开的实施例的、其中相对较低的电导率的气体分配通路表面是由陶瓷接触层的一个或多个侧壁表面提供的静电夹头组件的示意图。首先参照图1，静电夹头组件10示为是在非特定的包括处理室60、电压源70和冷却气体供应源80的半导体晶片处理室100的背景下。静电夹头组件10置于处理室内以固定要处理的晶片15，它包括陶瓷接触层20、图案化粘合层30、导电底座40和地下电弧缓解层50。这里说明的半导体晶片处理室100是非特定的，因为设想本公开的概念将适用于多种类型的半导体晶片处理室，不应局限于与图1-4中一般性地说明的半导体晶片处理室相似的处理室。陶瓷接触层20和导电底座40共同配合来限定在静电夹头组件10的地下部分 (subterranean portion)中形成的多个混合气体分配通路35。陶瓷接触层20还包括在接触层20的接触面25中形成的多个冷却剂端口 22。为了说明和定义本发明，要说明的是，静电夹头组件10的“地下部分”位于陶瓷接触层20的接触面25之下，在接触面25和导电底座40的远端部分42之间。出于说明的目的，晶片15示为与接触面25略有偏移，但在操作中，晶片15会静电地固定至接触面25。图案化粘合层30配置为将陶瓷接触层20固定到导电底座40，并可包括例如硅树月旨(silicone)、丙烯酸或适合在半导体晶片处理室中使用的传统的或尚待开发的粘合剂。 为了防止在混合气体分配通路35中的冷却剂流阻塞，图案化粘合层30可配置为包括与混合气体分配通路35对齐的空隙(voids)的图案。冷却剂端口 22与静电夹头组件10的混合气体分配通路35是流体连通的，并且该混合气体分配通路35被流体地连接至与冷却气体供应源80连接。因此，热传导的冷却气体可通过混合气体分配通路35从冷却气体供应源80引导到冷却剂端口 22，混合气体分配通路35可配置为与共同的冷却剂入口 M连通，并且可以分布在静电夹头组件10的地下部分的冷却平面上。混合气体分配通路35的每一个都包括相对高的电导率的表面和相对低的电导率的表面。具体地说，高导电通路表面是那些由导电底座40提供的，通常是铝或适合在晶片处理室100中使用的其它金属。低导电的通路表面是由陶瓷接触层20提供的(presented)， 通常是陶瓷介质，如氧化铝、氮化铝或适合在晶片处理室100中使用的其它电绝缘的电介质。设想可以通过在导电底座40的表面和/或陶瓷接触层20的表面上提供反钻进的凹槽来在静电夹头组件10的地下部分形成混合气体分配通路35。例如，在图1中，通过在导电底座40中形成反钻进的凹槽来提供相对较高的电导率的气体分配通路表面。底座40 中的反钻进的凹槽与由陶瓷接触层20的后端表面27提供的低电导率气体分配通路表面共同配合来共同构成每一个混合气体分配通路35。在图2中，相对较低的电导率的气体分配通路表面通过在陶瓷接触层20中形成反钻进的凹槽来提供。在陶瓷接触层20中的反钻进的凹槽与由导电底座40的前端表面45提供的高电导率的气体分配通路表面共同配合。在图4中，冷却剂端口 22的大小扩展，并且相对较低的电导率的气体分配通路表面由端口是由陶瓷接触层20的侧壁表面四来提供。无论混合气体分配通路35以何种方式形成，包括相对较低的电导率层的地下电弧缓解层50应在混合气体分配通路35的相对较高的电导率的表面之上形成，以帮助减轻在晶片处理期间在气体分配通路35中的电场达到等离子体在通路35中的点火点时或在处理的等离子体以其方式进入通路35时可能发生的破坏性的电弧。在任一情况下，气体分配通路35会开始“发光(glow)”，为导电底座40和晶片15之间的电弧创造低阻抗路径。在利用He冷却气体的等离子体蚀刻室的背景下，这种现象通常被称为He孔发光。虽然设想了在此范围之外的各种可行的厚度，但如果可包括氧化铝或其它电介质的喷涂涂层的地下电弧缓解层50包括特征为至少为约75微米但小于约350微米的厚度的介电层，则该地下电弧缓解层50操作最优化。典型地，地下电弧缓解层50包括特征为厚度小于陶瓷接触层20的厚度的约35%的介电层。除氧化铝外，可以设想地下电弧缓解层50 可包括连续的或不连续的阳极氧化层或氧化铝层、氧化钇层、钇铝石榴石层或它们的组合层。还可设想，地下电弧缓解层50可包括如图3所示的限于混合气体分配通路或区域的不连续的层，所述混合气体分配通路或区域相对邻近该不连续的层设置。通常包括大体上为平面接触面25的陶瓷接触层20可包括在晶片处理室中使用的任何合适的陶瓷，包括例如带或不带杂质的氧化铝电介质、氧化铝和二氧化钛电介质、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼，氧化钇、铝酸钇或其任意组合。可以设想陶瓷接触层可进一步包括烧结助剂、粘接剂、耐腐蚀涂层、机械保形涂层或其组合。类似地，导电底座可包括在晶片处理室中使用的任何合适的导电材料，包括例如基本上为均勻组成的导电铝基座。要说明的是，本公开的组成部分中的引用是以特定的方式“配置”的，以具体表达特定的属性或特定方式的功能，是结构性的引用而不是预期用途的引用。更具体地说，本公开中的“配置”组分的方式是表示组分的现有物理状况，因此被认为是作为所述组分的结构特征的明确引用。要说明的是，本公开中使用的“优选”、“通常”和“典型”等术语不是用来限制要求保护的本发明的范围或暗示某些特征的对要求保护的本发明的结构和功能是关键的、必不可少的甚至是重要的。相反，这些术语只是用来确定本公开的实施例的特定方面或用来强调在本公开的一个特定实施例中可能利用或可能不利用的可替代的或额外的特征功能。为了说明和定义本发明的目的，要说明的是，本公开中使用的“大体上”和“约”等术语是表示可归因于任何定量的比较、值、测量或其他表示的固有的不确定的程度。在本公开中术语“大体上”和“约”也用来表示一个定量表示可与所定的参考值不同但不对处理的主体的基本功能造成变化。具体地和通过参照其具体实施例说明了本公开的主体，显然，可以不偏离在所附权利要求书中定义的发明的范围而进行修改和变化。更具体地说，虽然本公开的一些方面在这里被确定为优选的或特别有利的，但设想本公开不限于这些方面。要说明的是，下面的一个或多个权利要求使用了术语“其中”来作为过渡词。为了定义本发明的目的，要说明的是，权利要求中引用这个词来作为用于引入一系列结构特征的引用的非限定(open-ended)的过渡词，应理解为与更常用的非限定序词“包括”类似。
权利要求
1.一种静电夹头组件，包括陶瓷接触层、图案化粘合层、导电底座和地下电弧缓解层， 其中所述图案化粘合层配置为将所述陶瓷接触层固定到所述导电底座； 所述陶瓷接触层和所述导电底座共同配合来限定在所述静电夹头组件的地下部分中形成的多个混合气体分配通路；所述陶瓷接触层包括接触表面和在所述陶瓷接触层的接触表面中形成的多个冷却剂端□；所述冷却剂端口与所述静电夹头组件的混合气体分配通路是流体连通的； 所述混合气体分配通路中的各个混合气体分配通路包括由导电底座提供的相对较高的电导率的表面和由陶瓷接触层提供的相对较低的电导率的表面；所述地下电弧缓解层包括相对较低的电导率的层，并且该地下电弧缓解层形成在所述静电夹头组件的所述地下部分中的所述混合气体分配通路的所述相对较高的电导率的表面之上。
2.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括特征为至少有约 75微米但小于约350微米的厚度的介电层。
3.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括特征为厚度小于所述陶瓷接触层厚度的约35%的介电层。
4.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括喷涂的介电涂层。
5.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括喷涂的氧化铝涂层。
6.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括喷涂的氧化铝介电层，该氧化铝介电层的特征在于其厚度小于与350微米。
7.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括连续或不连续的阳极氧化层或氧化铝层、氧化钇层、YAG层或它们的组合层。
8.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述地下电弧缓解层包括不连续的层，所述不连续的层包括限制于所述混合气体分配通路或处于与其相对邻近的区域的相对较低的导电率的材料的部分。
9.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中在所述静电夹头组件的所述地下部分形成的所述混合气体分配通路包括在所述导电底座的表面和/或所述陶瓷接触层的表面上形成的反钻进的凹槽。
10.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中相对较高的电导率的气体分配通路表面由在所述导电底座的表面形成的反钻进的凹槽提供。
11.如权利要求10所述的静电夹头组件，其中相对较低的电导率的气体分配通路表面由所述陶瓷接触层的后端表面提供。
12.如权利要求10所述的静电夹头组件，其中相对较低的电导率的气体分配通路表面由所述陶瓷接触层的一个或多个侧壁表面提供。
13.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中相对较低的电导率的气体分配通路表面由在所述陶瓷接触层中形成的反钻进的凹槽提供。
14.如权利要求13所述的静电夹头组件，其中相对较高的电导率的气体分配通路表面由所述导电底座的前端表面提供。
15.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述陶瓷接触层包括带或不带痕量杂质的氧化铝电介质、氧化铝和二氧化钛电介质、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼，氧化钇、铝酸钇或其任意组合。
16.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述图案化粘合层包括与所述混合气体分配通路对齐的空隙图案。
17.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述图案化粘合层包括硅树脂。
18.如权利要求1所述的静电夹头组件，其中所述图案化粘合层包括粘合剂。
19.一种静电夹头组件，包括陶瓷接触层、硅树脂图案化粘合层、导电底座和地下电弧缓解层，其中所述图案化粘合层配置为将所述陶瓷接触层固定至所述导电底座； 所述陶瓷接触层和所述导电底座共同配合以限定在所述静电夹头组件的地下部分中形成的多个混合气体分配通路；所述混合气体分配通路包括在所述导电底座的表面和/或所述陶瓷接触层的表面上形成的反钻进的凹槽；所述陶瓷接触层包括接触表面和在所述陶瓷接触层的所述接触表面中形成的多个冷却剂端口 ；所述冷却剂端口与所述静电夹头组件的所述混合气体分配通路流体连通； 所述混合气体分配通路中的各个混合气体分配通路包括由所述导电底座提供的相对较高的电导率的表面和由所述陶瓷接触层提供的相对较低的电导率的表面；所述地下电弧缓解层包括在所述静电夹头组件的所述地下部分中的所述混合气体分配通路的所述相对较高的电导率的表面之上形成的喷涂氧化铝介电层，该喷涂氧化铝介电层的特征在于其厚度小于约350微米。
20.一种半导体晶片处理室，包括静电夹头组件、处理室、电压源和冷却气供应源，其中所述静电夹头组件位于所述处理室内，并且包括陶瓷接触层、图案化粘合层、导电底座和地下电弧缓解层；所述电压源电耦合到所述导电底座；所述图案化粘合层配置为将所述陶瓷接触层固定至所述导电底座； 所述陶瓷接触层和所述导电底座共同配合来限定在所述静电夹头组件的地下部分形成的多个混合气体分配通路；所述冷却气供应源与所述混合气体分配通路流体连接；所述陶瓷接触层包括接触表面和在所述陶瓷接触层的所述接触表面中形成的多个冷却剂端口 ；所述冷却剂端口与所述静电夹头组件的所述混合气体分配通路流体连通； 所述混合气体分配通路中的各个混合气体分配通路包括由所述导电底座提供的相对较高的电导率的表面和由所述陶瓷接触层提供的相对较低的电导率的表面；和所述地下电弧缓解层包括相对较低的电导率的层，并且该地下电弧缓解层形成在所述静电夹头组件的所述地下部分中的所述混合气体分配通路的所述相对较高的电导率的表面之上。
全文摘要
本发明提供了一种静电夹头组件，包括陶瓷接触层、图案化粘合层、导电底座和地下电弧缓解层。所述陶瓷接触层和所述导电底座共同配合来限定在所述静电夹头组件的地下部分形成的多个混合气体分配通路。所述混合气体分配通路中的各个混合气体分配通路包括由导电底座提供的相对较高的电导率的表面和由陶瓷接触层提供的相对较低的电导率的表面。所述地下电弧缓解层包括相对较低电导率的层，并且该地下电弧缓解层形成在所述静电夹头组件的所述地下部分中的所述混合气体分配通路的相对较高的电导率表面之上。也提供了半导体晶片处理室。
文档编号H01L21/687GK102473672SQ201080032793
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年7月30日
发明者丹尼尔·比允, 巴巴克·卡德库达彦, 拉金德·丁德萨, 汤姆·史蒂文森, 绍拉·乌拉尔 申请人:朗姆研究公司