專利名稱：靜電吸附臺和基底加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固定一板狀物體如基底的靜電吸附(ESC)臺，以及包括該ESC臺的基底加工裝置。
一般來說，ESC臺包括一個(gè)施加了吸附電壓的吸附電極，和一個(gè)被施加于吸附電極上的電壓極化的電介質(zhì)板。被固定的基底與電介質(zhì)板接觸，并且被產(chǎn)生在電介質(zhì)板表面的靜電吸附。
ESC臺被用來夾住基底以使它們穩(wěn)定。在加工過程中，如果在ESC臺上的一個(gè)基底被錯(cuò)位或改變位置，它將導(dǎo)致降低加工均勻性和加工重現(xiàn)性的問題。由于加工的均勻性和加工的重現(xiàn)性，ESC臺的熱變形和熱膨脹在基底加工過程中是關(guān)鍵的。在加工過程中，基底的溫度經(jīng)常比室溫高。這通常取決于加工條件，否則取決于加工執(zhí)行時(shí)處理室內(nèi)部的環(huán)境。無論如何，當(dāng)基底的溫度升高時(shí)，ESC臺的溫度也要升高。如果由于溫度的升高，ESC臺的熱變形和熱膨脹發(fā)生了，則被固定的基底可能變形或錯(cuò)位。
圖2示意性地解釋了

圖1所示的ESC臺的優(yōu)點(diǎn)。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的基底加工裝置的前截面示意圖。
圖4、圖5、圖6和圖7示意性地給出了用于證實(shí)從實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中得出的效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
ESC臺整體來看像一桌子，并且將板狀物體9固定在頂部表面上。主體41由諸如鋁或不銹鋼等金屬制成。主體41是矮圓柱形狀。吸附電極43被固定在主體41上。如圖1所示，吸附電極43的底端具有凸緣狀零件431。該零件431此后稱作“電極凸緣”。吸附電極43在電極凸緣431處通過螺紋連接固定在主體41上。吸附電極43與主體41電短路。
保護(hù)環(huán)49圍繞螺紋電極凸緣431。該保護(hù)環(huán)49由諸如二氧化硅等絕緣體制成。保護(hù)環(huán)49通過覆蓋吸附電極43和電極凸緣431用來保護(hù)它們的側(cè)面。
電介質(zhì)板42位于吸附電極43的上面。如圖1所示，吸附電極43形成向上凸起的部分和環(huán)繞該凸起部分的凸緣狀部分。電介質(zhì)板42和吸附電極43在直徑上差不多相同。
吸附電源40與上述的ESC臺連接。吸附電源40的類型取決于靜電吸附的類型。實(shí)施例中的ESC臺是單電極類型。正直流電源被采納作為吸附電源40。吸附電源40與主體41連接，并通過主體41將正直流電壓施加給吸附電極43。吸附電極43的施加電壓引起電介質(zhì)極化，從而能夠夾住物體9。在該實(shí)施例中，由于施加了正直流電壓，在電介質(zhì)板42的表面感生了正電荷，從而利用靜電吸附物體9。
兩種靜電吸附的機(jī)理是已知的。一種是由庫侖力驅(qū)動，而另一種是由Johnson-Rahbeck力驅(qū)動。Johnson-Rahbeck力是通過微區(qū)域內(nèi)的電流集中產(chǎn)生夾持力。電介質(zhì)板42和物體9的表面是細(xì)微的不平坦。兩表面上的微凸彼此相互接觸。當(dāng)吸附電源40感生靜電荷時(shí)，電流聚集在彼此相互接觸的凸起處，從而產(chǎn)生了Johnson-Rahbeck力。Johnson-Rahbeck力在該實(shí)施例的ESC臺中是占支配地位的。但是，本發(fā)明不限于Johnson-Rahbeck力占主導(dǎo)地位。
該實(shí)施例的ESC臺最具有特征性的一點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)中物體9的熱錯(cuò)位和熱變形被有效的防止了。這點(diǎn)將在下面進(jìn)行描述。該實(shí)施例中的ESC臺被假定用在熱溫環(huán)境下。如果這種情況發(fā)生，例如物體9在熱溫度環(huán)境下經(jīng)受測試，而不是如后面所述的物體9是被加工的基底。在該實(shí)施例的ESC臺中，即使在高溫環(huán)境下使用，熱錯(cuò)位和熱變形也能被防止。
具體地，如圖1所示，緩和層44提供在電介質(zhì)板42和吸附電極43之間。緩和層44調(diào)節(jié)了在電介質(zhì)板42和吸附電極43之間的熱膨脹系數(shù)的差值使得物體9的熱錯(cuò)位和熱變形能被避免。更具體地，緩和層44具有在電介質(zhì)板42和吸附電極43之間的熱膨脹系數(shù)的中間值?！盁崤蛎浵禂?shù)的中間值”意思是假如吸附電極43的熱膨脹系數(shù)高于電介質(zhì)板42，那么該中間值則低于吸附電極43并高于電介質(zhì)板42，并且如果電介質(zhì)板42的熱膨脹系數(shù)高于吸附電極43，則該中間值低于電介質(zhì)板42并高于吸附電極43。
在該實(shí)施例中，具體來講，吸附電極43是由鋁制成的，而電介質(zhì)板42是由氧化鎂(MgO)制成的。緩和層44是由陶瓷和金屬的復(fù)合物制成的。由于該復(fù)合物具有在鋁和氧化鎂之間的熱膨脹系數(shù)，我們可以稱之為碳化硅和鋁的復(fù)合物，該復(fù)合物在此被稱作“SiC-Al復(fù)合物”。鋁的熱膨脹系數(shù)是0.237×10-4/K，而氧化鎂的熱膨脹系數(shù)為14×10-6/K。在這種情況下，具有熱膨脹系數(shù)約為10×10-6/K的SiC-Al復(fù)合物被優(yōu)選作為緩和層44的材料。這種復(fù)合物是通過將融化的鋁注入到多孔的碳化硅容積中填充而制造出來的。該多孔的碳化硅容積是由SiC粉末通過高溫高壓燒筑而成的。在注入的鋁冷卻之后，如圖1所示的緩和層44的形狀可通過切割這樣的機(jī)械加工來得到。多孔SiC-Al容積的容量開口率通過在燒鑄時(shí)選擇合適的溫度和合適的壓力來調(diào)整，這能夠調(diào)整注入的鋁的容量。該容量開口率能通過將多孔容積的密度和相同尺寸的非開孔容積的密度進(jìn)行比較而獲得。所述方式制造的SiC-Al復(fù)合物的熱膨脹系數(shù)取決于鋁相對于碳化硅的成分比。上述的10×10-6/K的熱膨脹系數(shù)可通過調(diào)整組成比來獲得。
另外，在該實(shí)施例的ESC臺中，覆蓋層45被提供在吸附電極43上與緩和層44對立的面上。換句話說，該ESC臺具有吸附電極43被夾在緩和層44和覆蓋層45之間的結(jié)構(gòu)。覆蓋層45插在吸附電極43和主體41之間。該覆蓋層45也是由熱膨脹系數(shù)在電介質(zhì)板42和吸附電極43之間的材料制成。這可以采取與緩和層44相同的材料。但是，對于覆蓋層45來說，不同的材料也可以被采用。
吸附電極43被吸附在緩和層44和覆蓋層45之間的結(jié)構(gòu)具有處于兩者之間的熱膨脹系數(shù)，該系數(shù)能夠防止被吸附物體9的錯(cuò)位和變形。這點(diǎn)將參照圖2在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2示意性的解釋了圖1所示的ESC臺的優(yōu)點(diǎn)。
一般來說，吸附電極的材料，即，金屬，和電介質(zhì)板42的材料，即，絕緣體，之間的熱膨脹系數(shù)有很大的差別。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的電介質(zhì)板42被固定在吸附電極43上，當(dāng)ESC臺加熱到高溫時(shí)，由于吸附電極43和電介質(zhì)板42的熱膨脹系數(shù)之間的差別，吸附電極43將產(chǎn)生大的變形。結(jié)果，電介質(zhì)板42也將發(fā)生如圖2(1)所示的凸起變形，或者如圖2(2)所示形成凹面。電介質(zhì)板42的變形將引起被吸附物體9的錯(cuò)位和變形。
在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，具有中間熱膨脹系數(shù)的緩和層44插在電介質(zhì)層42和吸附電極43之間，熱膨脹系數(shù)的差別被減小了，從而抑制了電介質(zhì)板42的變形。從發(fā)明者的研究來看，本發(fā)明已顯示出與緩和層44相似的一層被提供在相對的另一面時(shí)，如圖(4)所示電介質(zhì)板42的變形能被進(jìn)一步抑制。盡管該原因還沒有被完全闡明，但可認(rèn)為當(dāng)吸附電極43被具有中間熱膨脹系數(shù)的層吸附在中間時(shí)，其兩邊的膨脹系數(shù)將處于平衡狀態(tài)。進(jìn)一步認(rèn)為由于兩邊的層具有相似的熱膨脹系數(shù)，吸附電極43的內(nèi)部壓力將被平衡。
關(guān)于熱應(yīng)力，也被認(rèn)為在緩和層44和覆蓋層45中的熱應(yīng)力將起作用以便限制吸附電極43的變形。例如，當(dāng)吸附電極43向上凸起變形時(shí)，緩和層44和覆蓋層45的內(nèi)部熱應(yīng)力將起作用以便用相反的方式對它進(jìn)行形變，即，使它向下凸起。另外，當(dāng)吸附電極43內(nèi)產(chǎn)生壓縮力時(shí)，緩和層44和覆蓋層45內(nèi)的拉應(yīng)力將產(chǎn)生。相反的，當(dāng)吸附電極43內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，緩和層44和覆蓋層45內(nèi)的壓縮力將產(chǎn)生。一般來說，可以表示為緩和層44和覆蓋層45具有與吸附電極43相反的應(yīng)力?！跋喾础痹诖瞬⒉皇侵笁毫Φ姆较蛲耆喾?。通過矢量來表示，在緩和層44和覆蓋層45內(nèi)的應(yīng)力矢量呈90度，與吸附電極43的應(yīng)力矢量相反。
無論如何，覆蓋層45的提供進(jìn)一步限制了吸附電極43的變形和隨之發(fā)生的電介質(zhì)板42的變形。結(jié)果，物體9的錯(cuò)位和變形也被限制。覆蓋層45具有相似的熱膨脹系數(shù)并不意味著完全一致的熱膨脹系數(shù)，僅僅意味著由于覆蓋層45具有中間的熱膨脹系數(shù)，而與緩和層44相似。雖然這樣，與緩和層44相同的陶瓷-金屬復(fù)合物，如，SiC-Al復(fù)合物，可以被用作覆蓋層45的材料。用作覆蓋層45的復(fù)合物是有導(dǎo)電性的，并具有充分的金屬含量。這使得吸附電極43不會與主體41絕緣。
由于要抑制電介質(zhì)板42的變形，用于固定電介質(zhì)板42的結(jié)構(gòu)也是重要的。假如電介質(zhì)板被局部固定，如，通過螺紋，由于在該固定點(diǎn)處它處于吸附住的狀態(tài)并且在該固定點(diǎn)它的熱傳導(dǎo)性被局部增強(qiáng)，則電介質(zhì)板42的熱變形將被加重。在該實(shí)施例中，電介質(zhì)板42通過其主要成分是鋁或銦的釬焊材料與吸附電極43連接。除了包括一些添加劑外，“主要成分”在這兒指純鋁或純銦。例如，通過對整個(gè)表面進(jìn)行釬焊來進(jìn)行連接。具體來講，由鋁或銦制成的薄層插在電介質(zhì)板42和緩和層44之間。通過加熱它們到所需的熱度后再進(jìn)行冷卻，電介質(zhì)板42被固定在緩和層44上。在釬焊中，為了加強(qiáng)熱動接點(diǎn)和機(jī)械強(qiáng)度，在加熱溫度范圍為570℃到590℃時(shí)，機(jī)械提供的壓力范圍從1Mpa到2Mpa是優(yōu)選的。通過釬焊接進(jìn)一步有效的限制了電介質(zhì)板42的變形。對于以同樣的方式釬焊接緩和層44和吸附電極43，以及釬焊接吸附電極43和覆蓋層45也是可行的。該電介質(zhì)板42和緩和層44可以通過其主要成分是錫或鉛的焊料來焊接。
接下來將描述本發(fā)明的基底加工裝置的實(shí)施例。本發(fā)明的裝置用來加工基底，并使它保持在比室溫更高的溫度中。在下面的描述中，等離子體蝕刻裝置被采納作為基底加工裝置的一個(gè)例子。而且在下面的描述中，“物體”將被它的子概念“基底”代替。
圖3是作為本發(fā)明實(shí)施例的基底加工裝置的前截面示意圖。如圖3所示的裝置包括一個(gè)處理室，在其內(nèi)部，等離子體蝕刻在基底9上被實(shí)施，處理氣體引入管道2將處理氣體引入到處理室1內(nèi)，等離子發(fā)生器3通過提供能量給引入的處理氣體，將在處理室1內(nèi)產(chǎn)生等離子，并且ESC臺4用于以靜電的的方式吸附住該基底9，在該位置基底9能通過等離子體的作用被蝕刻。該ESC臺4和上述的實(shí)施例中的幾乎是相同的。
該處理室是密封真空瓶，它通過柱塞泵11來抽吸。處理室1是由諸如不銹鋼等金屬制成，并且電接地。該柱塞泵11包括如干式泵的真空泵111和泵速控制器112，從而能夠在處理室1內(nèi)保持10-3Pa到10Pa的壓力。
該處理氣體引入管道2能夠以所需的流速引入用于等離子蝕刻的處理氣體。在該實(shí)施例中，如CHF3的活性氣體作為處理氣體被引入到處理室1內(nèi)。處理氣體引入管道包括填充該處理氣體的氣體瓶，以及從內(nèi)部連接該氣體瓶和處理室1的輸送管。
等離子體發(fā)生器3通過將射頻(RF)能量應(yīng)用到引入的處理氣體中產(chǎn)生等離子。該等離子體發(fā)生器3包括面向ESC臺4的反向電極30，以及提供射頻電壓給反向電極30的射頻電源31。該射頻電源31在下文中稱作“等離子體產(chǎn)生源”。該等離子體產(chǎn)生源的頻率范圍是100KHz到幾十MHz。該等離子體產(chǎn)生源31與插入一匹配電路(沒示出)的反向電極30連接。該等離子體產(chǎn)生源31的輸出范圍是從300W到2500W。插入絕緣體32，反向電極30與處理室1被密封地安裝在一起。
當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生源31提供射頻電壓給反向電極30時(shí)，射頻放電伴隨著由處理室1提供的射頻場引入的處理氣體，被點(diǎn)燃。通過放電，處理氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體的狀態(tài)。當(dāng)處理氣體是氟化物時(shí)，離子和活性類氟或氟化物在等離子體中被大量地產(chǎn)生。那些離子和核素到達(dá)基底9，從而蝕刻基底9的表面。
通過插入電容，另一個(gè)射頻電源6與ESC臺4連接。射頻電源6有效地將離子入射在基底9上。該射頻電源6以后稱作“離子入射源”。當(dāng)離子入射源6處在操作狀態(tài)下，等離子體被產(chǎn)生，自偏壓被提供到基底9上。該自偏壓是負(fù)直流電壓，其通過等離子體和射頻微波的相互作用來產(chǎn)生。該自偏壓有效地將離子入射在基底9上，從而加強(qiáng)了蝕刻速度。
在該實(shí)施例中，一個(gè)校正環(huán)46提供給ESC臺4。校正環(huán)46被安裝在電介質(zhì)板42的凸緣部分，與基底9齊平。校正環(huán)46由與基底9相同的或相似的材料，如單晶硅制成。校正環(huán)46用來防止在基底9周邊的加工的非一致性或非均勻性。由于基底9邊緣的熱擴(kuò)散性，在基底9周邊的溫度與其中心的溫度相比低一些。為了解決該問題，由與基底9相同的或相似的材料制成的校正環(huán)46用于圍繞基底9以便補(bǔ)償該熱擴(kuò)散。在蝕刻過程中，等離子體也由基底9釋放出的離子和電子補(bǔ)充。由于有相對少的離子和電子被釋放，在朝向基底9的周邊空間的等離子體的密度與其中心比較趨于降低。當(dāng)與基底9相同的或相似的材料制成的校正環(huán)46用于環(huán)繞在它周邊時(shí)，提供給朝向基底9周邊空間里的離子和電子的數(shù)量增加，從而使得等離子體更一致和更均勻。
如上所述，ESC臺4包括該保護(hù)環(huán)49。保護(hù)環(huán)49保護(hù)吸附電極和電極凸緣的側(cè)面，防止被等離子體或放電損壞。在基底9由硅制成的情況下，由二氧化硅制成的保護(hù)環(huán)49降低了基底9被污染的可能性，即使該基底被蝕刻。
通過插入絕緣體47，ESC臺4與處理室1安裝在一起。該絕緣體47是由材料如鋁制成的，將主體41與處理室1絕緣并且保護(hù)主體41不接觸等離子。為了防止處理室1的真空泄露，真空密封器如O型環(huán)被用于ESC臺4和絕緣體47之間，以及處理室1和絕緣體47之間。
該實(shí)施例的裝置包括加工中用于控制基底9的溫度的溫度控制器5。如上所述，在加工中要保持的基底溫度，以下稱作“最佳溫度”，常常高于室溫。然而，在等離子蝕刻中，由于接收來自等離子體的熱量，基底9的溫度很容易超過最佳溫度。為了解決該問題，在蝕刻過程中，溫度控制器5冷卻基底9并控制它的溫度在最佳值。
如圖3所示，吸附電極43本身具有空穴。該溫度控制器5通過該空穴循環(huán)冷卻劑以便冷卻吸附電極43，從而間接地冷卻基底9。該空穴最好具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以便通過冷卻劑的熱交換的面積能被擴(kuò)大。例如，包括復(fù)雜的不平坦內(nèi)壁的空穴通過使一對制冷散熱板彼此面對面的錯(cuò)列放置而形成。溫度控制器51包括冷卻劑輸入管51以便將冷卻劑輸入到空穴中，冷卻劑輸出管52將冷卻劑從空穴中排出，以及循環(huán)器53，將冷卻劑控制在所需的低溫下進(jìn)行循環(huán)。至于冷卻劑，例如，使用Fluorinate(3M公司的商標(biāo))。溫度控制器51通過循環(huán)30℃到40℃的冷卻劑來冷卻基底9，使其溫度在80℃到90℃的范圍內(nèi)。
該基底加工裝置包括傳熱氣體輸入線(未示出)以便在被吸附基底9和電介質(zhì)板42之間輸入氣體。該傳熱氣體的輸入能增強(qiáng)被吸附的基底9和電介質(zhì)板42之間的傳熱效率。基底9的背面和電介質(zhì)板42的頂面不是完全平坦的，而是微粗糙的。在微粗糙表面形成的空間里，傳熱效率是很小的，因?yàn)樗鼈兪窃谡婵諌毫ο隆Ｔ搨鳠釟怏w輸入線輸入了一種高熱傳導(dǎo)性的氣體，如氦，進(jìn)入該空間，從而提高傳熱效率。
ESC臺4包括在其內(nèi)部用于接收和釋放基底9的起模針48。該起模針48被提升機(jī)械裝置(未示出)提升。盡管圖3中示出的僅有一個(gè)起模針48，但實(shí)際上是有三個(gè)起模針48。
接下來將描述該實(shí)施例的基底加工裝置的操作。在傳輸機(jī)械裝置(未示出)將基底9傳輸?shù)教幚硎?后，通過操作起模針48，基底9被放在ESC臺4上。在吸附持電源40的操作下，基底9被吸附在ESC臺4上。該處理室1預(yù)先用泵加壓到所需的真空壓力。在該狀態(tài)下，該處理氣體輸入線2運(yùn)行使得按所需的流速輸入該處理氣體。然后，等離子體產(chǎn)生源31運(yùn)行，從而產(chǎn)生等離子體。利用上述等離子體執(zhí)行蝕刻。溫度控制器5將基底9冷卻在最佳溫度。在蝕刻中，離子入射源6運(yùn)行以增強(qiáng)蝕刻效果。在執(zhí)行蝕刻所需的周期后，停止運(yùn)行處理氣體輸入線2，等離子體產(chǎn)生源31和離子入射源6。接著，停止運(yùn)行吸附持電源40，解除基底9的吸附。在該處理室1被再次泵壓之后，基底9被傳輸機(jī)構(gòu)從加工室1中輸出。
在基底加工裝置中，盡管吸附電極43被加熱到高于室溫，但是它的變形被所述的緩和層44和覆蓋層所限制。因此，電介質(zhì)板42的變形，以及基底9的錯(cuò)位或變形也被限制，該加工的一致性和加工的均勻性被增強(qiáng)。
在采用校正環(huán)46的結(jié)構(gòu)中，緩和層44和覆蓋層45限制形變的優(yōu)點(diǎn)是顯著的。這點(diǎn)將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。校正環(huán)46具有基本上與基底9的外延相同的結(jié)構(gòu)。校正環(huán)46的材料與基底9的材料相同或相似。校正環(huán)46被提供在電介質(zhì)板42的凸緣部分，并且和基底9一樣吸附在它上面。電介質(zhì)板42凸緣部分變形的概率和程度相比而言是比較大的，因?yàn)樵撏咕壊糠直〉牟⑶以谕鈬＜偃缬捎诮橘|(zhì)部分42的變形使得該校正環(huán)46發(fā)生變形或錯(cuò)位，則基底9邊緣的熱分散補(bǔ)償作用將變得不均衡。而且，在電介質(zhì)板42上的校正環(huán)46的熱動接點(diǎn)由于錯(cuò)位或變形將受到損害，導(dǎo)致了校正環(huán)46的溫度升得比基底9要高。尤其嚴(yán)重的是在電介質(zhì)板上的校正環(huán)46的熱動接點(diǎn)惡化將隨機(jī)發(fā)生。當(dāng)校正環(huán)46的熱動接點(diǎn)惡化變得隨機(jī)時(shí)，校正環(huán)46對基底9的熱補(bǔ)償作用也變得隨機(jī)。這導(dǎo)致了在加工時(shí)基底9上的溫度條件的重現(xiàn)性更嚴(yán)重惡化。
然而，在該實(shí)施例中，校正環(huán)46很難變形或錯(cuò)位，因?yàn)殡娊橘|(zhì)板42的變形和錯(cuò)位被吸附電極43的變形抑制所限制。因此，該實(shí)施例則沒有基底溫度的非均衡性和非重現(xiàn)性的問題。
接下來將描述用于確認(rèn)從該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中所獲得效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖4到圖7示意性地給出了該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，電介質(zhì)板42表面的變形和錯(cuò)位在ESC臺不同的溫度或不同的溫度記錄條件下被測量。該變形和錯(cuò)位由測距儀測量。在ESC臺上設(shè)置參考級，在電介質(zhì)板42表面上的每個(gè)點(diǎn)到參考級的距離被測距儀測量以便檢測每點(diǎn)的高度。
圖4和圖5都示出了在電介質(zhì)板42凸起部分的表面上的點(diǎn)的高度。圖4示出了在不具有緩和層44和覆蓋層45的現(xiàn)有技術(shù)的ESC臺的情況下的高度。圖5示出了所述的具有緩和層44和覆蓋層45的實(shí)施例ESC臺的情況下的高度。圖6和圖7都示出了在電介質(zhì)板42凸起部分的表面上的點(diǎn)的高度。圖6示出了在沒有緩和層44和覆蓋層45的現(xiàn)有技術(shù)ESC臺的情況下的高度。圖7示出了所述的具有緩和層44和覆蓋層45的實(shí)施例ESC臺的情況下的高度。在圖6和圖7中用①、②、③、④指定的凸緣部分上的每個(gè)點(diǎn)的位置在圖1中各自以相同的①、②、③、④示出。
伴隨著ESC臺變化的溫度，該試驗(yàn)被實(shí)施。ESC臺的溫度在下文中稱做“臺溫度”。在圖4到圖7中，“A”是指將ESC臺在20℃下放置一整夜后，在20℃的臺溫下測量的數(shù)據(jù)?！癇”是保持臺溫在5℃時(shí)測量的數(shù)據(jù)。“C”是指將該ESC臺冷卻在5℃后在20℃的臺溫下測量的數(shù)據(jù)?！癉”是指保持臺溫在50℃的溫度下測量的數(shù)據(jù)?！癊”是指臺溫為50℃后，強(qiáng)迫ESC臺冷卻到20℃的溫度下測量的數(shù)據(jù)。盡管該ESC臺4包括用于內(nèi)部構(gòu)件如起模針48的開口，但在圖4到圖7中，開口處的數(shù)據(jù)被忽略。
一般的在圖4到圖7中，當(dāng)臺的溫度變高時(shí)，電介質(zhì)板42的表面水平也變高。很自然，這是由于整個(gè)ESC臺4的熱膨脹的結(jié)果。問題是電介質(zhì)板42的錯(cuò)位或變形取決于臺溫或臺溫的記錄。
具體來說，圖5中出現(xiàn)的每條線是通過電介質(zhì)板42的表面上的點(diǎn)畫出來的，這在下文中被稱作“表面水平分布圖”(surface level distribution)。如圖5所示，隨著臺溫或臺溫的記錄，該表面水平分布上升和下降，使它保持了相同的外形。簡而言之，它被平行移置。這可推測地論證出該電介質(zhì)板42還沒有變形并且執(zhí)行了均衡的熱膨脹。在圖4中，相反的，隨著臺溫或臺溫的記錄，該表面水平分布上升和下降，使它改變的外形。簡而言之，它不是被平行移置的。這可推測地論證出該電介質(zhì)板42的變形已經(jīng)發(fā)生了。特別是，表面水平分布依據(jù)臺溫的記錄改變其外形。如圖4所示，即使在相同的20℃臺溫度下測量，在它整個(gè)晚上被留在20℃的情況下和強(qiáng)迫性的從50℃被冷卻降低到20℃的情況下，將得到不同的表面水平分布曲線。
同樣的分析可被應(yīng)用在凸緣部分。如圖6所示，在緩和層44和覆蓋層45被提供的情況下，該表面水平分布在上升和下降時(shí)，保持了相同的外形。相反地，如圖7所示，在緩和層44和覆蓋層45沒被提供的情況下，該表面水平分布被上升，并且改變了外形。而且在每個(gè)不同的臺溫記錄下，在圖7中得出了該表面水平分布的不同的曲線。
表面水平分布取決于溫度記錄這一點(diǎn)將帶來一個(gè)有關(guān)基底處理加工重現(xiàn)性的嚴(yán)重問題。在加工工廠制造的基底加工裝置被安裝在生產(chǎn)線上，在傳輸檢查之后被使用。然而，直到實(shí)際基底加工被最初啟動時(shí)，所有這些裝置的溫度記錄是不相同的。甚至在整個(gè)諸如加工工廠中的傳輸檢查和用戶線上的測試操作過程中，這些裝置執(zhí)行相同的加工幾乎總是服從不同的溫度記錄。而且，考慮到按片加工每個(gè)基底，直到對基底的加工被執(zhí)行時(shí)，由ESC臺提供的溫度記錄可能不同于另一個(gè)ESC臺直到對另一個(gè)基底的加工被執(zhí)行時(shí)提供的溫度記錄。例如，當(dāng)按片加工被連續(xù)執(zhí)行時(shí)，由該ESC臺提供的溫度記錄不同于另一個(gè)由該ESC臺在對第一個(gè)基底加工時(shí)最初使用的溫度記錄。例如，當(dāng)維護(hù)中止之后，裝置的操作被恢復(fù)時(shí)，這樣的情況發(fā)生了。
關(guān)于表面水平分布依賴于臺溫記錄這點(diǎn)，意味著即使ESC臺4被溫度控制器5控制在恒定溫度下，基底9的變形和錯(cuò)位仍取決于溫度記錄。這對于加工重現(xiàn)性來說是一個(gè)嚴(yán)重的問題。然而，假如緩和層44和覆蓋層45被提供，則表面水平分布將不依賴于臺溫的記錄。即，基底9沒有變形或錯(cuò)位。因此，僅僅通過保持ESC臺4在所需的溫度中，加工的高重現(xiàn)性是能允許的。
關(guān)于實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)范例將在下面描述<例1>
吸附電極43的材料鋁電介質(zhì)板42的材料氧化鎂(MgO)電介質(zhì)板42的固定在550℃下用鋁進(jìn)行釬焊緩和層44的材料碳化硅與鋁的復(fù)合物(composite)緩和層44的厚度12毫米覆蓋層44的材料碳化硅與鋁的復(fù)合物覆蓋層44的厚度12毫米吸附電壓500伏<例2>
吸附電極43的材料鋁電介質(zhì)板42的材料氧化鋁(Al2O2)電介質(zhì)板42的固定在120℃下用銦進(jìn)行釬焊緩和層44的材料碳化硅與銅的復(fù)合物緩和層44的厚度12毫米覆蓋層44的材料碳化硅與銅的復(fù)合物覆蓋層44的厚度12毫米吸附電壓500伏在例2中，“SiC-Cu復(fù)合物”是指碳化硅和銅制成的復(fù)合物。這種復(fù)合物的制造方法與所述的碳化硅與鋁的復(fù)合物的制造方法相同。在抗腐蝕性方面，氧化鎂超過氧化鋁。假如腐蝕氣體被用于蝕刻，那么用氧化鎂制成的電介質(zhì)板42是優(yōu)選的。被吸附的基底9的尺寸可以是任何一個(gè)范例中的，例如，直徑為300毫米。
緩和層44和覆蓋層45的材料并不限于上述的碳化硅與鋁的復(fù)合物或碳化硅與銅的復(fù)合物。它可以是另外一種陶瓷與金屬構(gòu)成的復(fù)合物。例如，可以是碳化硅與鎳的復(fù)合物，碳化硅與鐵鎳鈷合金的復(fù)合物，碳化硅與鐵鎳合金的復(fù)合物，氮化硅與鎳的復(fù)合物，或者是氮化硅與鐵鎳合金的復(fù)合物。而且，緩和層44和覆蓋層45的材料并不限于陶瓷與金屬構(gòu)成的復(fù)合物，所需要的僅僅是該材料具有在吸附電極43和電介質(zhì)板42之間的熱膨脹系數(shù)。
除了上述的單電極類型外，還存在多種類型的靜電吸附，例如雙電極類型和多電極類型。雙電極類型包括一對吸附電極，分別施加極性相反的電壓在上面。多電極類型包括多對吸附電極，極性相反的電壓施加到每對的每個(gè)電極上。在這些類型中，吸附電極可以隱藏在電介質(zhì)板42中。在單電極類型中，負(fù)直流電壓可以用于吸附。本發(fā)明用這些類型也可以實(shí)現(xiàn)。盡管上述的ESC臺在頂部表面上吸附住物體或基底9，但它可以被顛倒，即在底部表面吸附住物體或基底9。而且，ESC臺可以將物體或基底9吸附在側(cè)面上，使它豎直。
盡管采用等離子蝕刻裝置作為上述基底加工裝置的范例，但本發(fā)明還可以用于其他裝置，例如等離子體化學(xué)氣象沉積(CVD)裝置和噴射裝置。溫度控制器5可以加熱基底9并且使其保持在所需的溫度。除了基底加工外，ESC臺還存在其他應(yīng)用，例如物體測試，諸如環(huán)境測試裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于靜電吸附物體的靜電吸附臺，其包括將物體吸附在其上的電介質(zhì)板；吸附電極，施加了使電介質(zhì)板介質(zhì)極化的電壓；緩和層，在電介質(zhì)板和吸附電極之間，具有介于電介質(zhì)板和吸附電極之間的熱膨脹系數(shù)；覆蓋層，在吸附盤上相對于電介質(zhì)板的一側(cè)，具有介于電介質(zhì)板和吸附電極之間的熱膨脹系數(shù)；進(jìn)一步包括將吸附電極吸附在緩和層與覆蓋層之間的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述用于靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中電介質(zhì)板由氧化鎂構(gòu)成；吸附電極由鋁構(gòu)成；緩和層和覆蓋層由鋁和陶瓷的復(fù)合物構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是鋁的釬焊材料將電介質(zhì)板和緩和層釬焊在一起。
4.如權(quán)利要求2所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是錫的焊料將電介質(zhì)板和緩和層焊接在一起。
5.如權(quán)利要求2所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是鉛的焊料將電介質(zhì)板和緩和層焊接在一起。
6.如權(quán)利要求1所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中電介質(zhì)板由氧化鋁構(gòu)成；吸附電極由鋁構(gòu)成；緩和層和覆蓋層由鋁和陶瓷的復(fù)合物構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是銦的釬焊材料將電介質(zhì)板與緩和層釬焊在一起。
8.一種用靜電吸附物體的靜電吸附臺，包括物體被吸附在其上的電介質(zhì)板；吸附電極，施加了使電介質(zhì)板介質(zhì)極化的電壓；緩和層，在電介質(zhì)板和吸附電極之間，具有與吸附電極的內(nèi)應(yīng)力指向相反的內(nèi)應(yīng)力；覆蓋層，在吸附盤上相對于電介質(zhì)板的一側(cè)，具有與吸附電極的內(nèi)應(yīng)力指向相反的內(nèi)應(yīng)力；進(jìn)一步包括將吸附電極吸附在緩和層與覆蓋層之間的結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中電介質(zhì)板由氧化鎂構(gòu)成；吸附電極由鋁構(gòu)成；緩和層和覆蓋層由鋁和陶瓷的復(fù)合物構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是鋁的釬焊材料將電介質(zhì)板和緩和層釬焊在一起。
11.如權(quán)利要求9所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是錫的焊料將電介質(zhì)板和緩和層焊接在一起。
12.如權(quán)利要求9所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是鉛的焊料將電介質(zhì)板和緩和層焊接在一起。
13.如權(quán)利要求8所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中電介質(zhì)板由氧化鋁構(gòu)成；吸附電極由鋁構(gòu)成；緩和層和覆蓋層由鋁和陶瓷的復(fù)合物構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求13所述用靜電吸附物體的靜電吸附臺，其中用主要成分是銦的釬焊材料將電介質(zhì)板與緩和層釬焊在一起。
15.一種基底加工裝置，用于當(dāng)基底被維持在高于室溫的溫度下時(shí)對基底進(jìn)行加工，所述加工裝置包括如權(quán)利要求1所述的用于在加工期間將基底固定的靜電吸附臺。
16.如權(quán)利要求15所述的基底加工裝置，包括等離子體發(fā)生器，在朝向基底的空間里產(chǎn)生等離子體，其中該加工利用等離子體。
17.如權(quán)利要求15所述的基底加工裝置，其中電介質(zhì)板的外圍具有向下的梯級；提供在梯級上的校正環(huán)，該環(huán)圍繞著基底；校正環(huán)用來防止在基底外圍加工時(shí)的不均勻性。
18.一種基底加工裝置，用于當(dāng)基底被維持在高于室溫的溫度下時(shí)對基底進(jìn)行加工，所述加工裝置包括如權(quán)利要求8所述的在加工期間將基底固定的靜電吸附臺。
19.如權(quán)利要求18所述的基底加工裝置，包括等離子發(fā)生器，在朝向基底的空間里產(chǎn)生等離子體，其中該加工利用等離子體。
20.如權(quán)利要求18所述的基底加工裝置，其中電介質(zhì)板的外圍具有向下的梯級；提供在梯級上的校正環(huán)，該環(huán)圍繞著基底；校正環(huán)用來防止在基底外圍加工時(shí)的不均勻性。
全文摘要
本申請公開了一種ESC臺結(jié)構(gòu)，其中吸附電極被吸附在緩和層和覆蓋層之間。緩和層與覆蓋層具有在電介質(zhì)板和吸附電極之間的熱膨脹系數(shù)。本申請還公開了一種ESC臺結(jié)構(gòu)，其中吸附電極被吸附在緩和層與覆蓋層之間，該緩和層與覆蓋層具有與吸附電極內(nèi)應(yīng)力指向相反的內(nèi)應(yīng)力。本申請進(jìn)一步公開了一種基底加工裝置，用于在基底溫度保持高于室溫時(shí)在基底上執(zhí)行加工，包括在加工期間用來吸附住基底的靜電吸附臺。
文檔編號H02N13/00GK1472037SQ0313677
公開日2004年2月4日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者佐護(hù)康實(shí), 金子一秋, 岡田拓士, 池田直義, 立川俊洋, 井口忠士, 茅本隆司, 義, 司, 士, 洋, 秋 申請人:安內(nèi)華株式會社, 日本發(fā)條株式會社