專利名稱：靜電吸附承盤及等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造裝置，尤其涉及一種具有密封側(cè)壁的靜電吸附承盤裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路工藝中，蝕刻為用來在半導(dǎo)體上圖案化電路的工藝。等離 子體蝕刻為蝕刻工藝的一種，其以高速的離子氣流射向晶片。離子會蝕刻晶片表面，因此能 夠修飾晶片的物理形貌(physical topography)及形成圖案。等離子體蝕刻裝置通常包括 等離子體腔室及在等離子體腔室中的靜電吸附承盤(electrostatic chuck ；ESC) 0靜電吸附承盤(ESC)為一種使用電來產(chǎn)生靜電力的裝置，例如庫侖力及強森拉伯 克力(Johnson-Rahbek force)，其用以在晶片工藝中，保持晶片在等離子體腔室中的位置。 靜電吸附承盤通常包含一下部元件作為電極、一由介電質(zhì)組成的上部元件及某些于這兩層 之間的連結(jié)介質(zhì)。其他形態(tài)的靜電吸附承盤包含二級導(dǎo)電極，并借由涂布實質(zhì)上覆蓋導(dǎo)體 極及下部元件的介電質(zhì)使導(dǎo)電極與下部元件絕緣。現(xiàn)今許多靜電吸附承盤使用氣體作為導(dǎo) 熱材料，所提供的氣體通過靜電吸附承盤的表面以傳導(dǎo)在晶片及靜電吸附承盤之間的熱， 用以控制在進行蝕刻工藝時晶片的溫度。在等離子體工藝中，靜電吸附承盤所位于的等離子體腔室充滿了等離子體及等離 子體的副產(chǎn)物(由等離子體氣體與晶片表面反應(yīng)的產(chǎn)物)。在工藝中的等離子體與等離子 體副產(chǎn)物可造成靜電吸附承盤損壞，其已知是由等離子體蝕刻及工藝氣體的腐蝕所造成。 另一可使靜電吸附承盤的損壞的因素為工藝套件(process kits)的安裝及移除。當(dāng)工藝 套件安裝及移除時，某些在腔室中環(huán)繞在靜電吸附承盤周圍的工藝套件會磨損靜電吸附承 盤側(cè)壁。零件磨損代表靜電吸附承盤的各種元件遭到破壞，例如在上部元件及下部元件之 間的連結(jié)介質(zhì)及覆蓋下部元件的介電質(zhì)。當(dāng)這些物質(zhì)導(dǎo)入至等離子體腔室中會污染等離子 體腔室及正在進行工藝的晶片。零件磨損可發(fā)生在上部元件連接下部元件的地方及在靠近導(dǎo)電元件的靜電吸附 承盤的側(cè)邊。當(dāng)這些元件損壞時，用于傳輸熱的氣體即會逸散而無法自晶片攜帶熱離去，及 在晶片夾盤的內(nèi)部元件會產(chǎn)生電弧，減少晶片夾盤的固定力量。最終，氣體逸散及邊緣電弧 (edge arcing)的問題會縮短靜電吸附承盤的使用壽命。嘗試防止靜電吸附承盤損壞的方法包含在靜電吸附承盤上零件易受到磨損的地 方使用環(huán)氧樹脂。在這些區(qū)域使用環(huán)氧樹脂可減緩靜電吸附承盤的損壞，但環(huán)氧樹脂不能 抵抗等離子體及等離子體副產(chǎn)物造成的磨損，因此，氣體泄漏及邊緣電弧(edge arcing)仍 會持續(xù)發(fā)生。此外，在靜電吸附承盤上使用環(huán)氧樹脂為永久性的，其會使靜電吸附承盤中損 壞的環(huán)氧樹脂或其他元件難以整修。因此，業(yè)界需要的是改良的靜電吸附承盤以克服上述 于公知技術(shù)中的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種靜電吸附承盤，以改善上述公知技術(shù)的缺陷。本發(fā)明提供一種靜電吸附承盤，包含一下部元件，具有一上表面；一上部元件， 位于該下部元件上；一凹口，位于該下部元件及該上部元件交界面；以及一可替換的側(cè)壁 防護物，環(huán)繞該凹口周圍。本發(fā)明也提供一種靜電吸附承盤，包含一下部元件，具有一上表面；一表面介電 元件，位于該下部元件上；一導(dǎo)電極，嵌在該表面介電元件中，靠近該表面介電元件的上表 面；以及一可替換的側(cè)壁防護物，環(huán)繞該表面介電元件的周圍且實質(zhì)上覆蓋一嵌有該導(dǎo)電 極的側(cè)壁區(qū)域。本發(fā)明還提供一種等離子體裝置，包含一腔室；一靜電吸附承盤；位于在腔室 中；以及一可替換的側(cè)壁防護物，環(huán)繞該靜電吸附承盤的周圍。本發(fā)明具有經(jīng)濟效益且可延長靜電吸附承盤的壽命，減少了氣體的逸散。當(dāng)對靜 電吸附承盤的側(cè)壁使用可替換的靜電防護物時，達到有效傳輸熱所需的氣體體積(SCCM) 顯著地減少。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實施 例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖IA 圖ID為本發(fā)明一實施例的靜電吸附承盤的剖面圖。圖2為本發(fā)明另一實施例的靜電吸附承盤的剖面圖。圖3A 圖3C示出為本發(fā)明一實施例中所使用的0型環(huán)。圖4示出為本發(fā)明一實施例的工藝腔室中的靜電吸附承盤。其中，附圖標(biāo)記說明如下1 -靜電吸附承盤2 -上部元件
4 -連結(jié)層6 -下部元件
8 -環(huán)氧樹脂10 凹口
12 可替換的側(cè)壁防護物13 截面形狀
16 氣孔17 導(dǎo)電極
40 工藝腔室41 靜電吸附承盤
42 下部殼罩43 上部殼罩
44 電源45 氣體供應(yīng)源
46 工藝氣體供應(yīng)源47 管線
48 管線49 管線
80 靜電吸附承盤81 下部元件
82 表面介電元件83 導(dǎo)電極
84 氣孔85 可替換的側(cè)壁元件
90 可替換的側(cè)壁防護物91 圓形截面形狀
92 矩形截面形狀
具體實施例方式本發(fā)明將在說明書中描述關(guān)于各實施例的具體情況，即為有關(guān)于在等離子體腔室 中使用靜電吸附承盤(ESC)。本發(fā)明也可應(yīng)用在其他形態(tài)的靜電吸附承盤及其他形態(tài)的工 藝中?，F(xiàn)在請參見圖示，圖IA至圖ID示出為靜電吸附承盤(ESC) 1的剖面區(qū)域。如圖IA 所示的實施例，靜電吸附承盤1包含上部元件2、連結(jié)層4、下部元件6、凹口 10、可替換的側(cè) 壁防護物12、氣孔16及導(dǎo)電極17。導(dǎo)電極17包含一導(dǎo)電材料，例如鎢，用以接收電壓并作為電極。下部元件6通過 氣孔16接收熱傳輸氣體，以在工藝中自晶片(未顯示)傳輸熱。在本實施例中，氣孔16位 于靜電吸附承盤1的中心部分，并包含一個洞由上部元件2的頂部表面延伸穿過連結(jié)層4 及與下部元件6，且在下部元件6連接氣體供應(yīng)源以供應(yīng)氣體。在其他實施例中，氣孔可位 于靜電吸附承盤中的任何位置，例如取代圖IA所示的位于靜電吸附承盤的中心，而靠近靜 電吸附承盤的外部邊緣。因此，在圖IA中氣孔16的結(jié)構(gòu)將不僅限于其所示，其在圖中所顯 示的位置及大小已簡化便于示范。可將本發(fā)明設(shè)想為具有另外的位置、大小或形態(tài)。在圖IA所示的實施例中，上部元件2包含陶瓷介電材料，并由連結(jié)層4連接至下 部元件6。連結(jié)層4可包含硅膠粘劑(silicon glue)，也可包含其他連接上部元件2及下 部元件6的方法。如圖IA所示，下部元件6具有一凹口，該凹口為沿著靠近下部元件6與 連結(jié)層4交界面的外部周圍，且位在上部元件2及下部元件6之間。或者，如圖ID所示，凹 口 10可形成在上部元件2中，沿著靠近上部元件2與連結(jié)層4交界面的外部周圍。在其他 實施例中，凹口 10可同時位于上部元件2及下部元件6之中。值得注意的是，在這些實施 例中，凹口 10優(yōu)選為沿著上部元件2及下部元件6之間的交界面，以使連結(jié)層所暴露的表 面被包含在凹口 10中。由以下更詳盡的討論可知，凹口 10有助于保持可替換的側(cè)壁防護 物12位于其中。如圖IA所示，可替換的側(cè)壁防護物12為置于凹口 10中，密封暴露在等離子體環(huán) 境中的連結(jié)層4?？商鎿Q的側(cè)壁防護物12包含一材料，例如含氟材料，其為用以抵抗等離子 體氣體及等離子體氣體在工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。例如，在多蝕刻等離子體系統(tǒng)中、氧化蝕刻 等離子體系統(tǒng)或化學(xué)氣相沉積(CVD)形態(tài)的工藝，可替換的側(cè)壁防護物12可由全氟化橡膠 (Perfluoroelastomer)形成，例如FFKM。在金屬蝕刻等離子體系統(tǒng)中，可替換的側(cè)壁結(jié)構(gòu) 12可由氟碳化物形成，例如由DuPont 制造的Viton 。在光致抗蝕劑剝除工藝中，可替換 的側(cè)壁防護物12可由氟硅化物形成，例如FVMQ( —種氟硅橡膠)。圖IB為圖IA中“A”的詳細(xì)圖示。如圖IB所示，可替換的側(cè)壁防護物固定在凹口 10上，實質(zhì)上密封凹口 10及預(yù)防連結(jié)層4暴露在等離子體腔室的環(huán)境下。可替換的側(cè)壁防 護物12優(yōu)選具有順應(yīng)凹口 10的截面形狀13，因而使可替換的側(cè)壁防護物12實質(zhì)上填滿凹 口 10。例如，在圖IB所示的實施例中，可替換的側(cè)壁防護物12實質(zhì)上填滿正方形或矩形 的凹口 10。在其他實施例中，截面形狀13可實質(zhì)上為圓形或其他任何可填滿凹口 10的形 狀，以保護連結(jié)層4避免受到等離子體氣體及等離子體氣體副產(chǎn)物損害。在某些實施例中， 可替換的側(cè)壁防護物實質(zhì)性填滿該凹口并可突出至凹口外。此可替換的側(cè)壁防護物12的形狀及材料優(yōu)選能使側(cè)壁防護物12的彈性能對凹口 10中適當(dāng)?shù)奈恢米鞅Ｗo，防止滑動。例如，如圖IA至圖IB所示，可替換的側(cè)壁防護物12的
5大小可延展至約大于未延展?fàn)顟B(tài)的1.5%。使得可替換的側(cè)壁防護物稍微較小的內(nèi)部直徑 延展至凹口的直徑，以實質(zhì)上地填滿凹口 10并減少可替換的側(cè)壁防護物12隨時間松弛的 風(fēng)險。圖IC顯示本發(fā)明的另一實施例。在此實施例中，首先置入一粘結(jié)材料8，例如在此 使用的是環(huán)氧樹脂，至凹口 10中，形成一額外的密封層以更加防止連結(jié)層4暴露在等離子 體蝕刻的環(huán)境中。然后，置入可替換的側(cè)壁防護物12于環(huán)氧樹脂8上，實質(zhì)上覆蓋環(huán)氧樹 脂8，提供第二層的密封保護。以可替換的側(cè)壁防護物12密封凹口 10可預(yù)防連結(jié)層4的損壞，實質(zhì)上減緩或停 止零件的磨損。借由避免零件磨損，本發(fā)明的實施例得以保持熱傳輸氣體能供應(yīng)通過氣孔 16至預(yù)定的路徑，因此靜電吸附承盤1逸散氣體的失敗模式得以減少或避免。因而使靜電 吸附承盤1自進行等離子體蝕刻工藝所固定的晶片帶走的熱僅有小量或無效率損失，提高 靜電吸附承盤的使用壽命。此外，如果等離子體工藝隨時間使可替換的側(cè)壁防護物12損 壞，可對可替換的側(cè)壁防護物12作替換，因為其使用的為具有彈性的可替換的側(cè)壁防護物 12。不像只有環(huán)氧樹脂填滿的凹口，此可替換的側(cè)壁防護物12可輕易地移除及替換，大幅 延長靜電吸附承盤1的壽命。圖2顯示本發(fā)明的另一實施例。在此實施例中，靜電吸附承盤80包含下部元件 81、表面介電元件82、導(dǎo)電極83及氣孔84。下部元件優(yōu)選包含導(dǎo)電元件，例如單一鋁塊，用 以接收電壓及作為電極。此外，下部元件81通過氣孔84接收熱傳輸氣體以在等離子體工 藝中傳導(dǎo)熱。在此實施例中，氣孔84位于靜電吸附承盤80的中心并包含一個洞自表面介 電元件82的頂部表面延伸穿過導(dǎo)電極83及下部元件81，且在下部元件81連接氣體供應(yīng)源 以供應(yīng)氣體，幫助在等離子體工藝中靜電吸附承盤80的操作中的熱得以傳導(dǎo)。氣孔84的 結(jié)構(gòu)不僅限于如圖所示，其位置與大小已簡化以作示范?？蓪⒈景l(fā)明設(shè)想為具有另外的位 置、大小或形態(tài)。靜電吸附承盤80還包含嵌于靠近表面介電元件82頂部表面的導(dǎo)電極83。表面 介電元件82還包含陶瓷層，其實質(zhì)上覆蓋導(dǎo)電極83及下部元件81，使導(dǎo)電極83及下部元 件81電性絕緣，使導(dǎo)電極83及下部元件81具有相反極性的偏壓。在本實施例中，陶瓷層 包含氧化鋁。導(dǎo)電極83與下部元件81之間的相反偏壓使導(dǎo)電極83的頂部表面及置于介 電材料元件82頂部表面的晶片底部之間形成一電位差，保持晶片于靜電吸附承盤80中的 位置。由圖2所示的靜電吸附承盤，表面介電元件82的零件在用以分隔導(dǎo)電極83及下 部元件82的絕緣區(qū)遭受到磨損。當(dāng)表面介電元件82由等離子體及工藝套件的安裝與移除 而造成零件磨損而損壞時，露出導(dǎo)電極83及下部元件81而使兩元件之間產(chǎn)生電荷通路，此 現(xiàn)象稱為邊緣電弧(edge arcing)。邊緣電弧使兩極(下部元件81及導(dǎo)電極83)無法維持 其極性，因此阻礙了靜電吸附承盤80在等離子體蝕刻工藝中保持晶片位置的能力。如圖2所示，本發(fā)明借由在含有嵌于表面介電元件82中的導(dǎo)電極83的側(cè)壁區(qū)域 上使用可替換的側(cè)壁防護物85來克服邊緣電弧的問題。此配置減少了在此含有鑲嵌導(dǎo)電 極83的區(qū)域中由等離子體氣體及工藝套件安裝及移除所造成的損壞，因此避免表面介電 元件82的損壞而造成的邊緣電弧?？商鎿Q的側(cè)壁防護物85的組成及形狀近似于前述的可 替換的側(cè)壁防護物12?？商鎿Q的側(cè)壁防護物85維持足以覆蓋在靜電吸附承盤80的側(cè)壁上
6會遭到零件磨損的截面積。在如圖3A所示的實施例中，可替換的側(cè)壁防護物90為一 0型環(huán)，具有內(nèi)部直徑 91。內(nèi)部直徑91可視所放置的靜電吸附承盤來選用。如圖3B及圖3C所示，在各種實施例 中，此可替換的側(cè)壁防護物90可具有圓形的截面形狀92，或者，此截面形狀92也可為矩形。 截面形狀可使側(cè)壁防護物92實質(zhì)上填滿靜電吸附承盤的凹口，如圖IA所示，或?qū)嵸|(zhì)上覆蓋 靜電吸附承盤的側(cè)壁，如圖2所示。因此，本發(fā)明對于靜電吸附承盤側(cè)壁的密封方法優(yōu)于公知技術(shù)。例如，不像公知 技術(shù)所用的方法是以環(huán)氧樹脂或陶瓷噴霧涂布，且當(dāng)側(cè)壁防護物至靜電吸附承盤中易于磨 損的區(qū)域，且當(dāng)側(cè)壁防護物損壞時是可替換的，提供了一更佳的額外優(yōu)點，因此還具有經(jīng)濟 效益且可延長靜電吸附承盤的壽命。值得注意的是，本發(fā)明的實施例中減少了氣體的逸散。 當(dāng)對靜電吸附承盤的側(cè)壁使用可替換的靜電防護物時，達到有效傳輸熱所需的氣體體積 (SCCM)具有顯著地減少。此外，可替換的側(cè)壁防護物除了可減少靜電吸附承盤的側(cè)壁的零件磨損，也可防 止在雙電極或三電極之間絕緣陶瓷材料層損害，其中絕緣陶瓷涂布層可保持未損傷，靜電 吸附承盤中雙極或三極的電極也不會暴露出來，并且不會產(chǎn)生邊緣電弧。圖4示出為一等離子體腔室裝置，使用一改良的靜電吸附承盤，其具有本發(fā)明所 述的可替換的側(cè)壁防護物。此裝置具有一工藝腔室，由上部殼罩43及下部殼罩42所構(gòu)成。 此上部及下部殼罩43及42由導(dǎo)電材料所構(gòu)成，例如鋁。前述形態(tài)的靜電吸附承盤41位于 該由上部殼罩及下部殼罩形成的腔室中。靜電吸附承盤41經(jīng)由線路48連接電源44。當(dāng)電 源施以電壓至靜電吸附承盤41時，會在置于靜電吸附承盤41頂部表面的晶片及靜電吸附 承盤41之間產(chǎn)生靜電力，其會吸引并維持住晶片在靜電吸附承盤41上。為了改善晶片及靜電吸附承盤41之間的熱傳輸，如圖4所示的等離子體工藝裝置 在晶片及靜電吸附承盤41之間提供熱傳輸氣體。此熱傳輸氣體由氣體供應(yīng)源45提供并通 過線路47延伸通至靜電吸附承盤41。工藝氣體供應(yīng)源46通過管路49連接至工藝腔室。 因此，前述的裝置在此改良的工藝腔室內(nèi)利用此前述的改良的靜電吸附承盤。雖然本發(fā)明已以數(shù)個優(yōu)選實施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā) 明的保護范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種靜電吸附承盤，包含一下部元件，具有一上表面；一上部元件，位于該下部元件上；一凹口，位于該下部元件及該上部元件交界面；以及一可替換的側(cè)壁防護物，環(huán)繞該凹口周圍。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電吸附承盤，其中該可替換的側(cè)壁防護物實質(zhì)上填滿該凹
3.如權(quán)利要求1所述的靜電吸附承盤，還包含一連結(jié)層置于該上部元件及該下部元件 之間，其中該連結(jié)層連接該上部元件及該下部元件，及其中該可替換的側(cè)壁防護物實質(zhì)上 填滿該凹口，覆蓋該連結(jié)層。
4.如權(quán)利要求1所述的靜電吸附承盤，其中該環(huán)繞該凹口周圍的可替換的側(cè)壁防護物 包含全氟化橡膠、氟碳化物或氟硅化物。
5.一種靜電吸附承盤，包含 一下部元件，具有一上表面；一表面介電元件，位于該下部元件上；一導(dǎo)電極，嵌在該表面介電元件中，靠近該表面介電元件的上表面；以及 一可替換的側(cè)壁防護物，環(huán)繞該表面介電元件的周圍且實質(zhì)上覆蓋一嵌有該導(dǎo)電極的 側(cè)壁區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的靜電吸附承盤，其中該可替換的側(cè)壁防護物包含一含氟材料。
7.如權(quán)利要求6所述的靜電吸附承盤，其中該可替換的側(cè)壁防護物包含全氟化橡膠、 氟碳化物或氟硅化物。
8.一種等離子體裝置，包含一腔室；一靜電吸附承盤；位于在腔室中；以及一可替換的側(cè)壁防護物，環(huán)繞該靜電吸附承盤的周圍。
9.如權(quán)利要求8所述的等離子體裝置，其中該靜電吸附承盤還包含 一下部元件；一上部元件，位于該下部元件上；以及一凹口，位于該上部元件與該下部元件的交界面，其中該可替換的側(cè)壁防護物環(huán)繞該凹口的周圍。
10.如權(quán)利要求8所述的等離子體裝置，其中該靜電吸附承盤還包含 一下部元件；一表面介電元件，位于該下部元件上；以及一導(dǎo)電極，嵌于該表面介電元件中，靠近該表面介電元件的上表面，其中一部份的表面 介電元件為位于該導(dǎo)電極及該下部元件之間；其中該可替換的側(cè)壁防護物實質(zhì)上覆蓋該表面介電元件中嵌有該導(dǎo)電極的側(cè)壁區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靜電吸附承盤及等離子體裝置。該靜電吸附承盤包含下部元件、上部元件、凹口、以及可替換的側(cè)壁防護物。此可替換的側(cè)壁防護物填滿位于下部元件及上部元件之間的凹口，以使此可替換的側(cè)壁防護物可保護在此凹口中的環(huán)氧樹脂或可取代此凹口中的環(huán)氧樹脂。此防護物可完全填滿凹口。此防護物也可覆蓋凹口中的環(huán)氧樹脂以使防護物突出至凹口外。在另一實施例中，在雙極靜電吸附承盤中的此可替換的側(cè)壁防護物實質(zhì)上覆蓋含有導(dǎo)電極嵌于其中的區(qū)域。本發(fā)明提高了靜電吸附承盤的使用壽命。
文檔編號H01L21/02GK101930892SQ20091016021
公開日2010年12月29日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者劉旭水, 汪業(yè)杰, 白峻榮 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司