专利名称：一种高传导静电夹盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体加工领域，特别是提供一种高传导静电夹盘。
背景技术：
静电夹盘亦称为台板，是用来稳固并且支撑要处理的工件。静电荷可能累积在工件上，也可能累积在支撑工件的台板表面上。累积在工件上的电荷可以传送至台板的表面，而累积在台板表面上的电荷可以传送至工件。电荷的累积可造成工件“沾黏”(sticking)的问题。在某例中，电荷的累积可以强到使得典型的反夹持力无法松开工件。举例来说，典型的反夹持力可藉由抬高升起栓来接触工件的背面而提供。在另一例中，升起栓可能提高一部分的工件，但是剩余的部分还是保持和工件接触。当工件是碟形的半导体晶圆时，晶圆可能变得“倾斜”(tilted)，看起来黏在台板的边缘。当相关 的机器手臂试着取回晶圆时，可能无法适当地和晶圆接合，甚至是将晶圆推落台板而可能导致晶圆损伤并且打断了制程。另一项工件“沾黏”的问题可称为“在台板周围跳舞”(dancing around the platen)。在此例中，于工件处理期间或是处于装载位置时，工件可能夹持于台板。对于像是半导体晶圆的圆形或碟形工件，晶圆可能沿着台板的外缘而进入大致摆荡的进动(general oscillatory precession)状态,使得晶圆掉落的风险大增。在其他的例子中，则是可能发生“晶圆漫步”(wafer walk)，其原因可能是晶圆边缘在升起期间有部分沾黏于台板，而造成晶圆在升起栓上摇摆，并且可能因为没有对齐在升起栓上而导致晶圆操作的问题。即使电荷的累积并未导致工件“沾黏”的问题，却也可能损坏正形成在工件上的组件。在工件与电浆置于相同腔室内的电浆掺杂离子植入器中，过量的电荷累积也可导致掺杂不均匀、微负载、发生电弧。因此，在某些例子中可能会故意限制电浆掺杂离子植入器的产出率以避免过量的电荷累积。一种控制电荷累积的习用解决方案是使用三个弹簧负载的接地栓，其接触工件的背面以便在工件处于夹持位置时提供接地的路径。此项解决方案的缺点是弹簧负载的接地栓被限制在三个栓。因此，这种用来分散过多电荷累积的接地安排的功效是有限的。此种解决方案的另一项缺点是弹簧负载的接地栓的接触点具有尖锐的边缘，其可损伤工件的背面。损伤工件的背面也会产生不想要的粒子(污染)，而对某些处理应用而言，限制这些粒子是非常重要的。据此，一直都有改善静电夹盘效能的需求。
发明内容
根据本发明的具体实施例，提供一种高传导静电夹盘，其包括:传导路径，其覆盖静电夹盘的气密环的至少一部分接触工件的表面，该传导路径包括至少一部分至接地的电路径；以及静电夹盘的接触工件表面的主场区域，其包括范围从每平方约IO8至约IO12欧姆的表面电阻率。
在进一步相关的具体实施例中，传导路径可以包括每平方小于约IO7欧姆的表面电阻率，例如范围从每平方约IO5欧姆至每平方约IO7欧姆的表面电阻率。传导路径可以包括类钻石碳，像是掺杂的类钻石碳(例如掺杂有氮的氢化碳)。传导路径可以包括厚度小于约I微米的披覆。传导路径可以包括覆盖至少一部分静电夹盘的外缘的披覆。传导路径可以绕到静电夹盘的绝缘层下方。主场区域可以包括碳化硅，并且可以包括范围从每平方约IO9到约IO11欧姆的表面电阻率。在其他相关的具体实施例中，静电夹盘可以包括传导接地层，其至少有一部分系位于静电夹盘的绝缘层下方，该传导接地层电接触该传导路径。传导接地层可以包括每平方小于约IO3欧姆的表面电阻率，并且可以包括铝。传导接地层的外缘至少有一部分可以被传导路径所覆盖。传导接地层可以电接触静电夹盘的接地栓。静电夹盘可以进一步包括位于至少一部分传导接地层下方的导电环氧树脂层。在进一步相关的具体实施例中，主场区域可以包括延伸在主场区域的周围部分之上的至少一个浮凸物。静电夹盘可以进一步包括在该至少一个浮凸物的接触工件表面上的传导披覆。静电夹盘的传导路径以及该至少一个浮凸物的接触工件表面上的传导披覆可以都包括类钻石碳 披覆。具有至少一个浮凸物的静电夹盘可以包括传导接地层，其至少有一部分系位于静电夹盘的绝缘层下方，该传导接地层电接触该传导路径。静电夹盘的基部可以包括位于基部的一或更多个边缘上的斜切区域。传导路径可以藉由在斜切区域中的导电环氧树脂(例如石墨传导环氧树脂)而电接触基部。传导路径可以包括覆盖至少一部分静电夹盘的外缘的披覆，而传导路径系绕至静电夹盘的绝缘层下方。在其他相关的具体实施例中，静电夹盘可以进一步包括位于静电夹盘的接触工件表面上的传导图案，该至少一个传导图案电接触传导路径。该至少一个传导图案可以包括披覆有传导披覆的金属，例如披覆有类钻石碳的铝。该至少一个传导图案可以包括以下至少一者:朝向静电夹盘中心延伸的辐条、环绕静电夹盘气孔的环、在静电夹盘的接触工件表面上的至少一个浮凸物之间的痕迹。在进一步相关的具体实施例中，静电夹盘的主场区域可以包括聚合物。主场区域可以包括延伸在主场区域周围部分之上的至少一个浮凸物，该至少一个浮凸物包括聚合物。主场区域可以包括范围从每平方约IO8到约IOltl欧姆的表面电阻率。聚合物可以包括以下至少一者:聚醚亚酰胺、聚醚醚酮、聚亚酰胺。包括聚合物主场区域的静电夹盘的传导路径可以包括位于至少部分的静电夹盘外缘上方的类钻石碳披覆，并且静电夹盘可以进一步包括位于至少部分的静电夹盘的绝缘层下方的铝接地披覆，铝披覆系电接触传导路径。包括聚合物的主场区域的静电夹盘的传导路径可以包括覆盖至少部分主场区域的传导披覆。举例来说，传导披覆可以包括覆盖至少部分主场区域和至少部分气密环的类钻石碳，并且静电夹盘可以进一步包括位于至少部分的静电夹盘的绝缘层下方的铝接地披覆，该铝披覆系电接触传导路径。传导路径可以包括掺杂的碳化硅。在根据本发明的另一具体实施例中，提供一种静电夹盘，其包括:传导路径，其电连接到至少部分的静电夹盘的接触工件表面，该传导路径包括至少一部分至接地的电路径；以及静电夹盘的接触工件表面的主场区域，其包括范围从每平方约IO8到约101°欧姆的表面电阻率，该主场区域包括含有纳米碳管的聚合物。举例来说，该聚合物可以包括以下至少一者:装填有纳米碳管的聚醚亚酰胺、装填有纳米碳管的聚醚醚酮、装填有纳米碳管的聚亚酰胺。根据本发明的具体实施例，覆盖至少部分的静电夹盘的气密环的接触工件表面的传导路径也保持了该气密环的气密特性，其中传导路径包括至少一部分至接地的电路径。
从以下对于本发明的范例性具体实施例更特定的说明，下述内容将很容易了解；如所附图式中所示范的，其中相同的参考符号系指不同观察角度中相同的部分。图式不一定合乎比例，而在示范本发明的具体实施例时会对比例予以强调。此外，应了解的是虽然构件是显示成相邻的，它们却可能是互相电连接的，即使是为了明确起见而在图式中显示成在它们之间具有些许的空间，这于发明说明的文字中藉由参考图式将可明了。图1是根据本发明具体实施例的高传导静电夹盘图。图2是根据本发明具体实施例的高传导静电夹盘图，其包括位于一或更多个浮凸物的接触工件表面上的传导披覆。图3是根据本发明具体实施例的图2高传导静电夹盘另外可选择的版本图式，其中传导接地层系置于环绕静电夹盘边缘的传导路径的外侧。图4是根据本发明 具体实施例的高传导静电夹盘图，其中使用了导电环氧树脂以形成电连接。图5是根据本发明具体实施例的高传导静电夹盘图，其包括在静电夹盘接触工件的表面上的传导图案。图6是根据本发明具体实施例的具有聚合物表面的高传导静电夹盘图，其提供电荷接地的路径，而该表面包括装填有纳米碳管的聚合物。图7是根据本发明具体实施例的具有聚合物表面的高传导静电夹盘图，其提供电荷接地的路径，其中接地的路径系由具有气密接触部的传导披覆毯覆膜所提供。图8是根据本发明具体实施例的具有聚合物表面的高传导静电夹盘图，其提供电荷接地的路径，其中接地的路径系由具有气密接触部的传导披覆所提供。图9是根据本发明具体实施例的高传导静电夹盘图，其中使用了位于下方的传导层。图10是根据本发明具体实施例的高传导静电夹盘图，其中使用了毯覆层。
具体实施例方式以下是本发明的范例性具体实施例的说明。在一些传统的静电夹盘中，经过多次夹持工件的循环以后，表面可能因为断裂而产生“岛”(island)。在这些「岛」之间，材料的截面积可能会减少，因而限制了顶部掺杂层各处的电荷分布。其结果则产生“电荷岛”(islands of electrical charge),其中可观察到电荷的极性于数个毫米的距离便会反转。在4至6毫米的距离上有正/负400伏特或更大的变化也并非不常见。此局部的表面电荷可能导致非期望的晶圆夹持，即使并不存在外部的电压。据此，便有改善台板以控制静电夹盘的电荷累积的需求。图1是根据本发明具体实施例的静电夹盘100的图式。静电夹盘100具有接地的传导路径101的特征，其允许过量的表面电荷放电至接地，藉此降低由于表面电荷累积而造成的晶圆沾黏。图1具体实施例的好处是藉由使用此处所列的仔细挑选的表面电阻率和接地路径，可以中和表面的电荷而不会对于夹持力有不利的影响。举例来说，传导路径101可以由类钻石碳(diamond-like carbon, DLC)所制成,其可加以掺杂以得到适当的表面电阻率。例如，传导披覆101可具有每平方小于约IO7欧姆的表面电阻率，其系在如102所示的DLC披覆和接地之间所测量，举例来说是在每平方约IO5欧姆和每平方约IO7欧姆之间。传导路径101可由例如掺杂有氮的氢化碳膜所制成，其厚度约I微米。传导路径101可以是覆盖在环绕夹盘的边缘的气密环103上方的传导披覆，并且在如104处的夹盘侧绕折下来。此外，传导接地层105 (例如铝或其他金属的溅镀层)可置于夹盘陶瓷层106的下方，并且可由环绕夹盘的边缘的传导路径101所覆盖。传导接地层105可藉由传导路径101 (例如可以是DLC披覆)来覆盖而避免和基板(或其他工件)接触。传导接地层105使用例如接地栓107和/或下方的导电环氧树脂层108来接地。传导接地层105可为例如约0.5微米厚的铝层。夹盘表面的主场区域109可以是具有浮凸物110的碳化硅表面，浮凸物110系延伸在主场区域109的边缘区域上方。在主场区域109和接地之间的表面电阻率可位于从每平方约IO8欧姆到约IO12欧姆之间的范围内，例如在每平方101°欧姆的范围内，而在传导路径101和接地之间的表面电阻率则是每平方约107欧姆。在传导路径101和接地之间较低的表面电阻率可能并没有害处，只要传导路径101在静电夹盘接触工件的表面上仅延伸一小段距离即可。静电夹盘100也包括例如由铝所制成的基部111。例如是DLC披覆的传导路径101可以覆盖气密环103，并且环绕台板的边缘而延伸以覆盖在104处的陶瓷组件该面。进一步的电接触可在静电夹盘100的外缘中使用导电的石墨环氧树脂来达成。从气密环103 (位于传导路径101内)至接地的每平方约5X IO5欧姆的表面电阻率可以使用。静电夹盘可以进一步包括气孔、升起栓、其他标准的构件(未显示)。根据图1的具体 实施例，传导路径101 (例如类钻石碳披覆)可以位于或是靠近静电夹盘100的边缘，以便和在气密环103上的工件(例如半导体晶圆)接触。从静电夹盘100的中心到接地之间的表面电阻率可以小于每平方约IO11欧姆，以便尽可能达到最大的电荷移动性。例如碳化硅的低表面电阻率材料可以用于主场区域109，以便达到从静电夹盘的中心到边缘之间有良好的电荷移动性。根据图1的具有传导路径101的具体实施例对于静电夹盘的气体泄漏或夹持力的冲击最小，并且具有良好的耐磨性与稳健性。图2是根据本发明具体实施例的静电夹盘图，其包括位于一或更多个浮凸物210的接触工件表面上的传导披覆212。在此具体实施例中，举例来说，当夹盘系用于太阳能面板或其他基板时而精确的基板对齐要求基板滑入跨越夹盘表面的位置，则位于浮凸物210顶部上的传导披覆212 (例如类钻石碳)有助于耐磨性。在这种情形下，具有相对于基板的低摩擦系数的传导披覆212 (例如类钻石碳)可以是有帮助的。图2具体实施例的制造可以是从用于主场区域209的材料做出双重披覆(亦即由两种材料做成的披覆，其中一者位于另一者上方)，例如碳化硅由传导披覆212 (例如类钻石碳)所覆盖，然后蚀刻移除材料以形成披覆的浮凸物210 / 212。根据图2的具体实施例，静电夹盘包括位在静电夹盘表面上的双重披覆结构210 / 212以及背面的传导接地层205。主场区域209可由比其他类似的、没有双重披覆的静电夹盘更薄的材料所形成，例如由比其他类似的静电夹盘再薄约1.5微米的碳化硅所制成，并且具有每平方约2X 101°欧姆的表面电阻率。以类似图1的具体实施例的方式，可以使用传导路径201，例如是由类钻石碳所做成而厚度约1.5微米、表面电阻率每平方约IO7欧姆。可以使用比每平方约IO8欧姆稍微高一些的表面电阻率，并不会影响静电夹盘的夹持力。可使用位于静电夹盘的基部内的接地栓207来将静电夹盘接地。如在此所使用的，将能理解的是可以使用接地螺丝或其他类似的接地结构来代替接地栓。图3是根据本发明具体实施例的图2静电夹盘另外可选择的版本图式，其中传导接地层305系置于环绕静电夹盘边缘的传导路径301的外侧。和图2相较之下，此种安排透过台板的边缘而可降低表面电阻率。从另一方面来看，图2将传导接地层置于传导路径内部的安排可以是较佳的做法，以便减少金属在工件上的污染。在决定传导接地层305延伸至静电夹盘的边缘的最高距离时，会求取两项目标之间的平衡:第一项目标是保持金属污染远离工件，其鼓励使用较短的传导接地层305 ;第二项目标则是想要改善路径301的传导性，其鼓励使用较长的传导接地层305。在图3的具体实施例以及此处其他的具体实施例中，对于主场区域309可采用每平方约IO9和约IO11欧姆之间的表面电阻率；例如类钻石碳披覆的传导路径301可采用每平方约IO5和约IO7欧姆之间的表面电阻率；而例如铝层的传导接地层305则可采用每平方小于约IO3欧姆的表面电阻率。图4是根据本发明具体实施例的静电夹盘图，其中使用了导电环氧树脂以形成电连接。在此具体实施例中，可采用和图2类似的技术，例外的是基部411在一或更多个边缘413上被斜切以及使用导电环氧树脂(例如石墨传导环氧树脂)在斜切区域414中做出电连接。此外，例如类钻石碳披覆的传导路径401可绕折到静电夹盘的背面，如于415处，而在陶瓷绝缘层406的下方。再者，也可以采用接地螺丝、接地栓或其他类似的接地结构。图5是根据本发明具体实施例的静电夹盘图，其包括位于静电夹盘的接触工件表面上的传导图案。传导图案可以电接触传导路径101 (见图1)，并且举例来说可以包括从静电夹盘面中心至夹盘边缘的高传导辐条516。此种传导图案可提供至接地的高传导路径，并且可帮助电荷在夹盘表面之上和到接地的移动性。辐条516举例来说可以是由例如DLC、铝或其他高传导材料的 传导披覆所制成。举例而言，传导图案可由金属(例如铝)所制成，并且披覆有传导披覆(例如DLC)以避免金属污染工件。进一步来说，传导图案可由金属制成，并且该金属披覆有用于主场区域(见图1的109)其余部分的材料(例如碳化硅)。在一具体实施例中，传导图案可由沉积至厚度为1000埃的铝所形成，其披覆着掺杂有氮的氢化碳。传导图案举例来说也可以包括环517，其环绕着静电夹盘的气孔而位于气密环503上。例如辐条516的传导图案可采取曲线的路径，以避开例如在静电夹盘表面上的浮凸物的特征。在进一步的具体实施例中，高传导材料做的像是小痕迹般的路径可形成在静电夹盘的浮凸物之间而最终至接地，并且也可在浮凸物的顶部上采用高传导材料。传导图案可设计成将整个路径面积最小化，使得由于此种路径的寄生效应而窃取的夹持力达到最小。图6是根据本发明具体实施例的具有聚合物表面的静电夹盘图，其提供电荷至接地的路径，其中该表面包括装填有纳米碳管的聚合物。具有聚合物表面的静电夹盘藉由在聚合物表面与工件之间极佳的接触，而能提供极佳的粒子生产效能。根据本发明的具体实施例，此种具有聚合物表面的静电夹盘提供将电荷从夹盘表面以及从工件向接地移动的能力，同时维持聚合物/工件的接触，避免金属污染的问题，而允许静电夹盘的表面能够维修翻新。根据本发明的具体实施例，具有聚合物表面的静电夹盘在夹盘表面的主场区域内系提供有每平方从约IO8至约IOltl欧姆的表面电阻率，而在气密区域则是每平方从约IO5至约IO7欧姆的表面电阻率，以及提供有从夹盘的边缘到接地的高传导路径，例如小于约IO4欧姆。在图6的具体实施例中，静电夹盘的表面包括装填有纳米碳管的聚合物，其形成毯覆层609和浮凸物610。聚合物表面609 / 610系藉由传导路径601而接地，传导路径601可从毯覆层609的正下方延伸，而环绕静电夹盘的边缘至氧化铝绝缘层606的下方。传导路径601举例来说可以藉由物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)所形成的铝披覆或其他例如类钻石碳(例如掺杂有氮的氢化碳)的传导披覆来制成。接地螺丝607可将传导路径601电连接至铝基部/冷却结构611。静电夹盘也包括气密环603、导电环氧树脂层608、黏合披覆618、氧化铝介电质619、金属电极620、氟化聚合物的结合物621(例如全氟烷氧基PFA结合物)、导电环氧树脂的结合物622、电极栓623。黏合披覆层可以包括以下至少一者:含硅的氮化物、氧化物、碳化物以及此等的非化学计量版本，例如但是并不限于SiOxNy、氮化硅、氧化硅或碳化硅。黏合披覆层也可以包括碳或碳的氮化物，并且可以包括类钻石碳。聚合物表面 609 / 610举例来说可以是装填有纳米碳管的聚合物，例如装填有纳米碳管的聚醚亚酰胺(PEI )、聚醚醚酮(PEEK)或聚亚酰胺。纳米碳管表面609 / 610的表面电阻率举例来说可以是在每平方从约IO8到约IOltl欧姆的范围内。纳米碳管表面609 / 610举例来说可以藉由层迭和以反应性离子蚀刻来图案化所形成，其做法类似Entegris公司的2013年7月24日 申请日期2011年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者大卫·苏罗纳, 卢德米拉·史东, 朱立安·布雷克, 戴尔·K·史东, 理查德·A·库克, 史蒂芬·唐涅尔, 香德拉·凡卡拉曼 申请人:恩特格林斯公司, 维瑞安半导体设备联合公司