[發(fā)明專利]導(dǎo)電密封環(huán)靜電吸盤

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080004816.1
• 申請日: 2010-01-20
• 公開（公告）號: CN102282645A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格林·雷諾茲
• 申請（專利權(quán)）人: 等離子瑟姆有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/68;C23F1/00;H01L21/02
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 關(guān)兆輝;謝麗娜

相關(guān)專利申請的交叉引用

本專利申請要求于2009年1月20日提交的、名稱為“Conductive?Seal?Ring?Electrostatic?Chuck”的共同擁有的美國臨時(shí)專利申請No.61/145,871的優(yōu)先權(quán)并且涉及該臨時(shí)專利申請，這個(gè)臨時(shí)專利申請通過引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及靜電吸盤裝置，更具體來講，涉及用于在半導(dǎo)體制造工藝中在襯底處理腔室內(nèi)吸住并固定襯底的靜電吸盤裝置。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體工業(yè)中，在真空腔室中處理盤狀襯底是很普遍的。通常，要求在確保處理襯底的整個(gè)面的同時(shí)將襯底加熱或冷卻。確保處理襯底的整個(gè)面消除了在襯底的外周處機(jī)械夾持的可能性，并且良好地建立了將晶片靜電地夾到熱源或熱沉的原理。基本原理涉及使用電源向電介質(zhì)支撐內(nèi)部嵌入的一個(gè)或多個(gè)電極施加電壓，所述電介質(zhì)支撐繼而接觸待處理的襯底(一個(gè)或多個(gè))。所施加的電壓產(chǎn)生電場，在襯底與電介質(zhì)支撐接觸的表面中感應(yīng)出電荷，所述電荷的極性與電極上的電荷的極性相反。相反電荷由于靜電吸引而彼此吸引，并因此襯底被夾持到支撐。當(dāng)去除電極上的電荷時(shí)，其產(chǎn)生的電場減弱并且在襯底上感應(yīng)出的電荷消失。然后，襯底將與該支撐分離。

盡管構(gòu)思簡單，但是實(shí)際上使用靜電夾具或吸盤(通常稱作ESC)存在許多困難。大量不同的實(shí)施例企圖解決這些實(shí)際困難中的一些。當(dāng)襯底翹曲時(shí)產(chǎn)生一個(gè)問題。夾持力與ESC電極和襯底之間距離的平方成比例，并且還與所吸引的襯底的面積成比例：因此，翹曲襯底上的夾持力將低于完全平面襯底上的夾持力。當(dāng)需要處理翹曲襯底時(shí)，要求ESC具有高夾持力。可以通過向ESC電極施加高電壓或者通過使用Johnson-Rahbek效應(yīng)來產(chǎn)生高夾持力。Johnson-Rahbek或J-R?ESC并入漏電電介質(zhì)(其電阻率的范圍通常為10E8Ω-cm至10E13Ω-cm)以在與襯底直接接觸的ESC的襯底處產(chǎn)生電荷。對于類似施加的電壓，J-R?ESC比常規(guī)“庫侖力的”ESC(電阻率＞10E14Ω-cm)產(chǎn)生更大的力。然而，在高的施加電壓下，使用J-R?ESC或庫侖力的ESC以產(chǎn)生高夾持力，通常使得襯底更難以釋放。

通常，通過在ESC和襯底之間使用氣體來增強(qiáng)它們之間的熱耦合。典型地，優(yōu)選在壓力范圍為1乇至20乇的情況下，優(yōu)選的是諸如氦或氬的惰性氣體。為了實(shí)現(xiàn)這些具有低氣流的壓力，需要在ESC的外周設(shè)置密封環(huán)：這種密封環(huán)通常采用了凸脊的形式。將另外的特征并入到ESC的表面中，以確保該氣體在襯底的整個(gè)背部表面均勻分布。

一種共同的表面特征細(xì)節(jié)是所謂的“MCA”或“最小接觸面積”ESC。這里，ESC的表面包括在吸盤表面的剩余部分上方凸起的多個(gè)突出部。接觸襯底的凸起突出部的面積是總ESC面積中的非常小的部分(典型的～1％)。MCA?ESC存在許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)襯底被夾持到ESC時(shí)，靜電吸引通常使襯底變平，從而造成兩個(gè)主體之間產(chǎn)生相對運(yùn)動。這種滑動運(yùn)動可以產(chǎn)生顆粒，這些顆粒粘附到襯底背面或粘附到ESC的表面。在半導(dǎo)體制造中，這兩種結(jié)果都是不期望發(fā)生的：襯底背面上的顆粒會落到盒中其下方的襯底前側(cè)上，從而使器件產(chǎn)率降低，而ESC的表面上的顆粒會造成夾持困難或氣體泄漏。MCA?ESC減小了吸盤和襯底之間的接觸面積，從而減小了將產(chǎn)生顆粒的可能性。如果產(chǎn)生小顆粒，則這些顆粒最可能落到它們沒有損害ESC操作的突出部之間的空隙中。MCA?ESC也不太可能出現(xiàn)松開夾持的問題，這是因?yàn)槲P和襯底之間的接觸面積有限。

現(xiàn)有技術(shù)

盡管在新興技術(shù)(例如，LED制造)中使用諸如SiC、藍(lán)寶石和石英的眾多其他襯底，但現(xiàn)今用于半導(dǎo)體制造的最常用的襯底是硅(Si)和砷化鎵(GaAs)晶片。就硅而言，許多處理的晶片在接觸吸盤的背表面上具有電介質(zhì)。Si襯底和GaAs襯底都容易被現(xiàn)今市場上可得的許多ESC靜電地夾持。然而，通常，當(dāng)去除所施加的電壓時(shí)，襯底(尤其是藍(lán)寶石、在背部上具有電介質(zhì)涂層的半絕緣GaAs和Si)沒有快速且干凈利索地從ESC釋放。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在解決這個(gè)問題的三種主要技術(shù)。

第一種最簡單的技術(shù)使用機(jī)械力使襯底離開ESC。這種力可以采用多個(gè)在ESC表面上方布置的多個(gè)針的形式，當(dāng)需要松開夾持時(shí)這些針被激勵(lì)。每個(gè)針對部分襯底施加很小的力，并且它們的組合力克服將襯底保持到ESC的任何剩余靜電吸引。除了用針之外或者在沒有用針的情況下，還可以向襯底背面施加氣體壓力，以克服剩余的夾持力。