專利名稱：用于半導(dǎo)體晶片處理的高效靜電吸盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例大體上關(guān)于用以在處理環(huán)境中保持襯底的靜電吸盤。
背景技術(shù)：
在襯底處理應(yīng)用中，吸盤是用來保持襯底，以避免襯底在處理過程中移動(dòng)或錯(cuò)位。 靜電吸盤利用靜電吸引力來保持襯底使其就定位。由于靜電吸盤比機(jī)械性真空吸盤更具優(yōu) 勢(shì)，例如減少襯底中因應(yīng)力引起的裂縫、減少處理腔室中的污染以及能夠在低真空環(huán)境中 保持襯底，因此靜電吸盤廣受歡迎。典型的靜電吸盤含有埋置在電絕緣體中的導(dǎo)電電極。使用電壓源相對(duì)于電極來電 性偏壓襯底。絕緣體可避免電子流穿過該絕緣體，造成在襯底和電極中累積相反的電荷。因 此產(chǎn)生靜電力，而將襯底吸引且保持在吸盤上。一般靜電吸盤是使用聚醯亞胺(polyimide)形成多層絕緣層將銅電極夾在中間 所制成的多層式結(jié)構(gòu)。聚醯亞胺是一種熱固性材料(thermosetting material)，具有例如 高溫穩(wěn)定性(相對(duì)于其它有機(jī)聚合物而言)、良好介電性、良好機(jī)械性等期望的性質(zhì)。然而， 在某些襯底制造處理中，使用聚醯亞胺來絕緣電極限制了吸盤的使用壽命。聚醯亞胺和類 似聚合物對(duì)于某些處理氣體和等離子體的抗腐蝕性低。用于各種襯底處理操作中的含氧氣 體和等離子體對(duì)靜電吸盤上的聚醯亞胺層特別有害。在這些處理中，處理氣體會(huì)腐蝕絕緣 體且暴露出電極，造成吸盤在處理過程中故障，損失掉成本昂貴的整個(gè)襯底。此外，當(dāng)襯底碎裂或破損而形成具有銳利邊緣的碎片時(shí)，襯底碎片能輕易地刺穿 聚醯亞胺膜，而暴露出吸盤的電極。襯底碎片也可能從襯底背側(cè)移動(dòng)到聚醯亞胺膜。即 使是在絕緣體中單個(gè)針孔處暴露出電極，也可能造成電極和等離子體之間的電弧放電作用 (arcing)，并且需要更換整個(gè)吸盤。再者，制造上述靜電吸盤的處理需要使用對(duì)壓力和熱敏感的粘著劑以及復(fù)雜又費(fèi) 力的電路建構(gòu)作業(yè)。例如，可提供具有導(dǎo)電性銅層的聚醯亞胺膜。該銅層可能經(jīng)過蝕刻、繞 線配置或研磨以形成電極。蝕刻之后，使用壓力或熱敏感性粘著劑將第二聚醯亞胺膜粘在 電極層上。接著利用壓力或熱敏感性粘著劑將該多層堆棧粘至吸盤的基底。這種處理不僅 僅復(fù)雜且需要很多步驟和長的制造時(shí)間，而且某些處理腔室中的處理?xiàng)l件也可能會(huì)對(duì)該些 粘著層造成不利的影響。這將會(huì)導(dǎo)致這些層分層，需要更換掉整個(gè)吸盤。因此，需要一種改進(jìn)的靜電吸盤以及制造靜電吸盤的簡(jiǎn)化方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多層式靜電吸盤包含高純度聚芳醚酮部件以及預(yù)先形 成的電極，其中該高純度聚芳醚酮部件含有低的金屬離子濃度，該高純度聚芳醚酮部件作 為靜電吸盤中的介電質(zhì)，并且該預(yù)先形成的電極埋置在該高純度聚芳醚酮部件中。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，靜電吸盤組件包含襯底支撐平臺(tái)、第一聚芳醚酮層、第 二聚芳醚酮層以及電極部件，其中該第一聚芳醚酮層的第一表面熱塑性地接合至襯底支撐平臺(tái)，且該第二聚芳醚酮層的第二表面構(gòu)造成支撐襯底，并且該電極部件埋置在第一聚芳 醚酮層的第二表面和第二聚芳醚酮層的第一表面之間，其中第一和第二聚芳醚酮層熱塑性 地接合在一起。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，制造靜電吸盤組件的方法包括將預(yù)先形成的電極放置 在第一高純度聚芳醚酮層和第二高純度聚芳醚酮層之間，將該第一和第二高純度聚芳醚酮 層熱塑性地接合在一起，并且將第一高純度聚芳醚酮層熱塑性地接合至襯底支撐平臺(tái)。


為了詳細(xì)了解本發(fā)明上述特征，將參照多個(gè)實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明，部分實(shí) 施例繪于附圖中。但需注意的是，附圖所繪的僅是本發(fā)明的代表性實(shí)施例，因此不應(yīng)視為本 發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明可能具有其它等效實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤實(shí)施例的剖面圖。圖2是可使用本發(fā)明靜電吸盤的示例性處理腔室的剖面圖。圖3是可使用該示例性處理腔室的示例性群集工具的俯視平面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明大體上提供一種用以在處理體積中保持襯底的高效靜電吸盤。該高效靜電 吸盤包含電極，該電極埋置在兩層高純度熱塑性膜之間。明確而言，該高純度熱塑性膜可能 是一種金屬離子含量極低的高純度聚芳醚酮(polyaryletherketone)。相較于現(xiàn)今用于靜 電吸盤中的聚醯亞胺膜而言，高純度聚芳醚酮具有優(yōu)越的耐磨損性、耐高溫、耐等離子體、 抗腐蝕性化學(xué)品、電穩(wěn)定性及強(qiáng)度。本發(fā)明亦提供一種制造高效靜電吸盤的簡(jiǎn)化方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤組件100的實(shí)施例的剖面示意圖。靜電吸盤組件100 包含靜電吸盤112，靜電吸盤112位在襯底支撐平臺(tái)110上。靜電吸盤112包含介電部件 120，介電部件120接合至襯底支撐平臺(tái)110。電極122埋置在介電部件120內(nèi)。電極122 可預(yù)先形成各種幾何形狀并且可能是單極或雙極。在一個(gè)實(shí)施例中，介電部件120可能包 含第一介電層124，該第一介電層124接合至襯底支撐平臺(tái)110，并且在該第一介電曾124 上具有預(yù)先形成的電極122。第二介電層114可配置在電極122和第一介電層124上，且與 之接合。襯底支撐平臺(tái)110可包含開口 111，導(dǎo)電延伸物116延伸通過開口 111而設(shè)置 在電接觸表面118上，通過電接觸表面118將功率連接至電極122。將范圍介于約200 伏特(V)至約2000伏特的高電壓施加至電極122，以使該些絕緣介電膜產(chǎn)生極化作用 (polarization)，而在第二介電層114的表面上產(chǎn)生靜電，使得利用靜電的庫倫力將襯底 吸住且固定在支撐平臺(tái)110上。為了提供良好的熱量傳遞給保持到第二介電層114的表面上的襯底，可通過導(dǎo)管 128將傳熱氣體輸送至介電層114的表面。導(dǎo)管128可通往介電層114表面中的氣體引導(dǎo) 通道(未顯示于圖中)。該些通道可為各種幾何形狀。在處理襯底的過程中，可經(jīng)由導(dǎo)管 128將傳熱氣體送往氣體引導(dǎo)通道。靜電吸盤112的第一介電層124和第二介電層114可由高純度熱塑性膜形成，例 如由金屬離子含量極低的高純度聚芳醚酮所形成。本文中，高純度定義為下列各種金屬含量不超過百萬分之一鋁、銻、砷、鋇、鈹、鉍、硼、鎘、鈣、鉻、鈷、銅、鎵、鍺、鉿、銦、鐵、鉛、鋰、 汞、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、銣、鈧、硒、硅、銀、鈉、鍶、硫、鉭、締、鉈、錫、鈦、鎢、釩、釔、鋅以及鋯。相較于傳統(tǒng)熱塑性聚醯亞胺膜而言，高純度聚芳醚酮具有優(yōu)越的強(qiáng)度以及抗戳刺 性。如上所述，襯底可?？赡軙?huì)從晶片的背側(cè)或晶片破損處移動(dòng)到靜電吸盤112的表面。第 一介電層124被刺穿可能造成電極122與腔室中的等離子體之間發(fā)生電弧。因此，介電層中 使用高純度聚芳醚酮可保護(hù)吸盤避免受到襯底顆粒戳刺而大幅延長靜電吸盤112的壽命。此外，高純度聚芳醚酮具有優(yōu)越的耐高溫性，使得靜電吸盤112可使用在溫度 超過200°C的處理環(huán)境中。高純度聚芳醚酮對(duì)于廣范圍的化學(xué)環(huán)境(包括，堿性化合物、 芳香性碳?xì)浠衔?、醇類以及氫化碳?xì)浠衔?還表現(xiàn)出優(yōu)越的化學(xué)抗性(chemical resistance,或稱化學(xué)耐受性)。高純度聚芳醚酮也具有優(yōu)越的等離子體耐受性(plasma resistance)。例如，使用 含有100%氧氣的預(yù)清潔蝕刻等離子體在10. 3平方厘米的板上進(jìn)行等離子體蝕刻100小時(shí) 所造成的質(zhì)量損失可能少于0. 14克/平方厘米。此種特性使靜電吸盤112的表面能夠進(jìn) 行預(yù)處理和清潔以獲得最佳化的吸盤參數(shù)，而不像在清潔由聚醯亞胺膜制造的靜電吸盤需 要打開腔室讓腔室暴露在污染物中。高純度聚芳醚酮也能耐受多種高腐蝕性氣體。例如，靜電吸盤112可用在含有例 如氯氣(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氟甲烷(CF4,也稱四氟化碳或四氟代甲烷)和三氟甲烷 (CHF3，也稱三氟代甲烷)等腐蝕性氣體的處理環(huán)境中，而無需額外的保護(hù)性罩蓋。適合用于本發(fā)明中的高純度聚芳醚酮是由英國蘭開郡(Lancashire)的威格斯公 司(Victrex PLC.)制造的商品名為 VICTREX Ultra-High PurityPEEK(UHP PEEK)的聚芳 醚酮。相較于傳統(tǒng)的聚醯亞胺膜，圖1的靜電吸盤112的優(yōu)勢(shì)是使用高純度聚芳醚酮，使 得其制造方法簡(jiǎn)單且容易。使用高純度聚芳醚酮來形成第一介電層124和第二介電層114 的好處是因?yàn)椴牧系臒崴苄再|(zhì)。如上所述，要使用聚醯亞胺來創(chuàng)造出靜電吸盤的多層堆棧 需要在第一介電層上建構(gòu)出銅電路，并且利用壓力敏感或熱敏感性粘著劑將第二介電層粘 在該堆棧上。對(duì)照之下，根據(jù)本發(fā)明的制造方法實(shí)施例則無需建構(gòu)步驟或粘著步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法，電極122 (例如，銅電極)可預(yù)先形成，并且埋置在第一介電層 124和第二介電層114之間。隨后，可對(duì)此組件施壓且熱塑性地接合以形成靜電吸盤112。 接著，將靜電吸盤112壓向襯底支撐平臺(tái)110并且熱塑性地將之接合至襯底支撐平臺(tái)110。 因此，不再如同使用聚醯亞胺層需要建構(gòu)電極電路以及通過壓力敏感性或熱敏感性粘著劑 來粘著膜層。因此，相較于傳統(tǒng)使用聚醯亞胺膜制造的吸盤組件而言，簡(jiǎn)化了制造本發(fā)明靜 電吸盤組件實(shí)施例110的制造處理，且提供更可靠的部件和改善產(chǎn)量。圖2是內(nèi)部可使用靜電吸盤組件100的示例處理腔室200的剖面圖。圖中所繪的 示例處理腔室可用于等離子體蝕刻處理。然而，本發(fā)明的靜電吸盤組件100也可應(yīng)用在執(zhí) 行他種處理的其它腔室中，例如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積以及離子轟擊。處理腔室200通常包含側(cè)壁235、頂壁245以及底部250，并且靜電吸盤組件100設(shè) 置在底部250上。如上所述，靜電吸盤組件100支撐且保持襯底225。具有多個(gè)噴嘴285的 氣體供應(yīng)器280從處理氣體源283引導(dǎo)氣體進(jìn)入處理腔室200?？衫靡粋€(gè)或多個(gè)氣體閥
6284來控制流經(jīng)噴嘴285的氣流。借著將諸如射頻(RF)、微波能量等電磁能量耦合至氣體， 以激發(fā)氣體形成等離子體。如圖2所示，在處理腔室200中，從天線功率供應(yīng)器290施加RF 電壓至位于腔室200的頂壁245鄰近處的感應(yīng)天線295，以感應(yīng)方式來激發(fā)氣體?？蛇x地， 可從電極電壓供應(yīng)器210施加RF電壓至靜電吸盤組件100的電極122，并且將頂壁245電 接地，而以電容方式來激發(fā)氣體?？衫脗鳠釟怏w源230供應(yīng)傳熱氣體來控制襯底225的 溫度。通過排氣系統(tǒng)220從腔室200中排出耗盡的氣體和副產(chǎn)物，排氣系統(tǒng)220可能包含 真空泵212和節(jié)流閥215。圖3是示例群集工具300的俯視平面圖，在群集工具300可使用示例處理腔室 200。處理腔室200可連接至群集工具300，群集工具300中包含且提供用于處理腔室200 的電子、管線配置以及其它支持功能。群集工具300可具有在無需破除真空且不讓襯底 暴露在群集工具300外部濕氣或其它污染物中的情況下，在該些腔室200 204之間傳 送襯底225的能力。群集工具300包含傳送室205，傳送室205耦接至負(fù)載鎖定室(load lockchamber) 206和處理腔室200 204。負(fù)載鎖定室206能在系統(tǒng)外的周圍環(huán)境以及傳 送室205和處理腔室200 204內(nèi)的真空環(huán)境之間傳送襯底225。負(fù)載鎖定室206可能包 含一個(gè)或多個(gè)可抽真空區(qū)域，用以保持一或多個(gè)襯底225。當(dāng)將襯底225輸入群集工具300 時(shí)，將該些可抽真空區(qū)域抽空，并且當(dāng)從群集工具300中移出襯底225時(shí)，則破除該些可抽 真空區(qū)域的真空狀態(tài)。傳送室205內(nèi)部可設(shè)置有傳送機(jī)械手207，用以在負(fù)載鎖定室206和 處理腔室200 204之間傳送襯底225。雖然圖3中顯示五個(gè)處理腔室，但群集工具300可 具有任意適當(dāng)數(shù)目的處理腔室。雖然上述內(nèi)容揭示了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明基本范圍的情況下 可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它及進(jìn)一步實(shí)施例。本發(fā)明范圍由權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
一種多層式靜電吸盤，包括具有低金屬離子濃度的高純度聚芳醚酮部件，其中，所述高純度聚芳醚酮部件作為所述靜電吸盤中的介電質(zhì)；以及預(yù)先形成的電極，其埋置在所述高純度聚芳醚酮部件中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件含有下列 任一物質(zhì)的含量不超過百萬分之一，所述物質(zhì)包括鋁、銻、砷、鋇、鈹、鉍、硼、鎘、鈣、鉻、鈷、 銅、鎵、鍺、鉿、銦、鐵、鉛、鋰、汞、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、銣、鈧、硒、硅、銀、鈉、鍶、硫、鉭、締、鉈、錫、鈦、鎢、釩、釔、鋅以及鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件包含第一 層以及第二層，所述第一層和所述第二層熱塑性地彼此接合，并且其中，所述第一層熱塑性 地結(jié)合至襯底平臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件能耐受等 離子體蝕刻環(huán)境，所述等離子體蝕刻環(huán)境包含利用功率源激發(fā)的氧氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件在含有 100%氧氣的等離子體蝕刻環(huán)境下暴露100小時(shí)之后具有10. 3平方厘米的表面積以及具有 低于0. 14克/平方厘米的質(zhì)量損失。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件能耐受堿 性化合物、芳香性碳?xì)浠衔铩⒋家约皻浠細(xì)浠衔铩?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件適于在溫 度高于200°C的處理環(huán)境下連續(xù)操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層式靜電吸盤，其中，所述高純度聚芳醚酮部件的表面經(jīng) 過等離子體處理，以改變表面參數(shù)。
9.一種靜電吸盤組件，包括 襯底支撐平臺(tái)；第一聚芳醚酮層，其具有第一表面，所述第一表面熱塑性地接合至所述襯底支撐平臺(tái)；第二聚芳醚酮層，其具有第二表面，所述第二表面構(gòu)造成支撐襯底；以及 電極部件，其埋置在所述第一聚芳醚酮層的第二表面和所述第二聚芳醚酮層的第一表 面之間；其中，所述第一聚芳醚酮層和所述第二聚芳醚酮層熱塑性地接合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的靜電吸盤組件，其中，聚芳醚酮層在等離子體環(huán)境中經(jīng)過表 面處理，所述等離子體環(huán)境包含利用功率源激發(fā)的氧氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電吸盤組件，其中，所述靜電吸盤組件適于在200°C或更 高溫的熱環(huán)境中連續(xù)使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的靜電吸盤組件，其中，所述第一和第二聚芳醚酮層含有下 列各物質(zhì)的含量低于百萬分之一，所述物質(zhì)包括鋁、銻、砷、鋇、鈹、鉍、硼、鎘、鈣、鉻、鈷、銅、 鎵、鍺、鉿、銦、鐵、鉛、鋰、汞、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、銣、鈧、硒、硅、銀、鈉、鍶、硫、鉭、締、 鉈、錫、鈦、鎢、釩、釔、鋅以及鋯。
13.一種制造靜電吸盤組件的方法，包括將預(yù)先形成的電極放置在第一高純度聚芳醚酮層和第二高純度聚芳醚酮層之間； 將所述第一和第二高純度聚芳醚酮層熱塑性地接合在一起；并且 將所述第一聚芳醚酮層熱塑性地接合至襯底支撐平臺(tái)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述靜電吸盤組件暴露在等離子體環(huán)境 中，以清潔所述第一和第二聚芳醚酮層的表面，所述等離子體環(huán)境包含利用功率源激發(fā)的氧氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述高純度聚芳醚酮層含有下列各物質(zhì)的含 量低于百萬分之一，所述物質(zhì)包括鋁、銻、砷、鋇、鈹、鉍、硼、鎘、鈣、鉻、鈷、銅、鎵、鍺、鉿、銦、 鐵、鉛、鋰、汞、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、銣、鈧、硒、硅、銀、鈉、鍶、硫、鉭、締、鉈、錫、鈦、鎢、 釩、釔、鋅以及鋯。
全文摘要
本發(fā)明大體上提供一種高效靜電吸盤，用以在處理體積中保持襯底。高效靜電吸盤包含電極，該電極埋置在高純度熱塑性部件中。明確而言，高純度熱塑性部件可以包括金屬離子含量極低的高純度聚芳醚酮。相比較于在靜電吸盤中使用聚醯亞胺膜而言，高純度聚芳醚酮具有優(yōu)越的耐磨損性、耐高溫、耐等離子體、抗腐蝕性化學(xué)品、電穩(wěn)定性及強(qiáng)度。本發(fā)明亦提供一種制造高效靜電吸盤的簡(jiǎn)化方法。
文檔編號(hào)H01L21/687GK101946315SQ200980104876
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月11日
發(fā)明者阿施施·布特那格爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司