CN110085546B - 用于薄基板搬运的静电载体 - Google Patents

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Abstract

本文所提供的实施方式大体涉及静电卡盘(ESC)。静电卡盘可包括减少数目的应力起始点，诸如穿过静电卡盘的孔，此举可改良静电卡盘的机械完整性。设置在静电卡盘中的电极可经由导电导线连接至电触点及电源，这些导电导线可被耦接成或形成为沿着静电卡盘的***边缘。由此，可减少或消除对形成于静电卡盘中的孔的需求。此外，气体通道可形成于顶表面、底表面或顶表面与底表面两者上。气体通道可减少或消除对形成为穿过静电卡盘的气体通道的需求，及可有助于基板支撑件、静电卡盘与耦接至静电卡盘的基板之间的热传递。

Description

用于薄基板搬运的静电载体
本申请是申请日为2014年7月24日、申请号为201480038575.0、发明名称为“用于薄基板搬运的静电载体”的发明专利申请的分案申请。
背景
技术领域
本文所述的实施方式大体涉及静电卡盘(electrostatic chuck；ESC)。更具体而言，本文所述的实施方式涉及用于薄基板搬运(handle)的改良的静电载体设计。
现有技术描述
在诸如半导电基板及显示器之类的基板的处理中，基板在处理期间被固持在工艺腔室中的支撑件上。支撑件可包括静电卡盘，该静电卡盘具有能够经电偏压以将基板固持在支撑件上的电极。支撑件可包括支撑静电卡盘于腔室中的基座，及支撑件可能能够提升或降低静电卡盘及基板的高度。基座亦可给连接至支撑件的部分的连接线、气管等提供保护外壳。
在用以处理基板的一些等离子体处理中，经激励的气体(energized gas)用以通过例如蚀刻基板上的材料或沉积材料于基板上来处理基板，或用以清洁腔室中的表面。这些经激励的气体可包含诸如化学蚀刻剂之类的强腐蚀性物种(highly corrosivespecies)，以及可腐蚀静电卡盘的部分的经激励的离子及自由基物种。被腐蚀的静电卡盘可能是有问题的,因为被损坏的静电卡盘可能不提供用于处理基板或固持基板所期望的电特性。此外，已从静电卡盘腐蚀出的粒子可能污染腔室内正在进行处理的基板。
由陶瓷制成的静电卡盘可能是合乎需要的，因为这些静电卡盘具有改良的对经激励的处理气体的腐蚀的抗性，及这些静电卡盘可甚至在超过数百摄氏度的高基板处理温度下维持这些静电卡盘的结构完整性。然而，具有整合的静电卡盘的传统支撑件的问题在于：陶瓷静电卡盘与支撑基座之间可能发生热膨胀不匹配，尤其是在高温下执行基板处理期间。陶瓷材料与金属基座的热膨胀系数差异可能导致热应力及机械应力，这些应力可能引起陶瓷破裂或碎裂。
此外，具有形成为穿过静电卡盘的多个孔的陶瓷静电卡盘可能尤其易遭受开裂。用以将静电卡盘内的电极耦接至电源的过孔(via)的孔可为一个应力点实例，该应力点可诱发陶瓷材料的开裂或破裂。孔通常被认为是静电卡盘的机械完整性中的固有弱点。当静电卡盘开裂或破裂时，静电卡盘可能丧失有效固定(retain)基板的能力，并且可能增加粒子的产生。此外，对不断更换开裂的静电卡盘的需要可能是昂贵的及浪费的。
由此，在本领域中需要的是一种具有改良的机械完整性及减少的或消除的应力起始点(stress initiation point)、同时能够维持所期望的静电耦合特性的静电卡盘。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种静电卡盘。所述静电卡盘可包括：具有界定静电卡盘的底部的底表面的实质刚性支撑层、第一电极、及具有界定静电卡盘的顶部的顶表面的介电层。第一电极可设置于介电层的顶表面与支撑层之间。支撑层、第一电极、及介电层可形成整体主体，及第一连接器可耦接至第一电极及可暴露于静电卡盘的底部。第一导线可形成在支撑层及介电层的***表面上，从而连接第一连接器与第一电极。
在另一实施方式中，提供一种用于夹持基板的设备。所述设备可包括支撑构件及设置于支撑构件顶表面上的静电卡盘。静电卡盘可包括：具有界定静电卡盘的底部的底表面的实质刚性支撑层、至少部分地与第二电极交错(interleave)的第一电极、及具有界定静电卡盘的顶部的顶表面的介电层。第一电极及第二电极可设置于介电层的顶表面与支撑层的顶表面之间。导线可将第一电极及第二电极电耦接至设置于支撑层上的连接器，及导线可形成于支撑层及介电层的***表面上。
在另一实施方式中，提供一种静电卡盘。所述静电卡盘包括：具有界定静电卡盘的底部的底表面的实质刚性支撑层、第一电极、至少部分地与第一电极交错的第二电极、及具有界定静电卡盘的顶部的顶表面的介电层。第一电极可设置于介电层的顶表面与支撑层之间。支撑层、第一电极、第二电极、及介电层可形成整体主体。第一连接器可耦接至第一电极及可暴露于静电卡盘的底部。第一导线可形成在支撑层及介电层的***表面上，及可连接第一连接器与第一电极。第二连接器可耦接至第二电极及可暴露于静电卡盘的底部。第二导线可形成在支撑层及介电层的***表面上，及可连接第二连接器与第二电极。
附图简要说明
因此以可详细理解本公开内容的上述特征的方式，通过参照实施方式可获得上文简要概述的本公开内容的更具体的描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，且因此这些附图不应被视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他等效实施方式。
图1是具有基板支撑件的处理腔室的示意性横剖面视图。
图2是耦接至基板支撑件的静电卡盘的一个实施方式的示意性的略微分解横剖面视图。
图3是耦接至基板支撑件的静电卡盘的另一个实施方式的示意性的略微分解横剖面视图。
图4是电极暴露出来的静电卡盘的顶视图。
图5是图4的静电卡盘的底视图。
图6是静电卡盘的顶视图。
为便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来指代各图所共有的相同元件。预期一个实施方式的元件及特征可有益地并入其他实施方式而无需赘述。
具体实施方式
本文所提供的实施方式大体涉及静电卡盘(electrostatic chuck；ESC)。静电卡盘可包括减少数目的应力起始点诸如穿过静电卡盘的孔，此举可改良静电卡盘的机械完整性。设置于静电卡盘中的电极可经由导电导线连接至电触点及电源，这些导电导线可被耦接或被形成为沿着静电卡盘的***外表面。由此，可减少或消除对形成于静电卡盘中的孔的需求。在一些实施方式中，气体通道可形成于顶表面、底表面、或顶表面与底表面两者上。气体通道可减少或消除对于形成为穿过静电卡盘的气体通道的需求，并且可有助于基板支撑件、静电卡盘与耦接至静电卡盘的基板之间的热传递。
图1是真空处理腔室100的示意性横剖面视图，该真空处理腔室100包括基板支撑件150及静电卡盘120的一个实施方式。静电卡盘120被配置成在处理期间将基板121固定在静电卡盘120上。静电卡盘120可能尤其对于处理薄基板121是有用的。尽管处理腔室100被图示为蚀刻腔室，但诸如沉积、离子注入、退火、等离子体处理等的其他类型的处理腔室亦可适于利用至少本文所述的基板支撑件及静电卡盘之一。
处理腔室100大体包括界定工艺空间105的壁130及喷嘴106。可经由狭缝阀开口108进出工艺空间105，以便基板121可被机器人(robotically)传送进腔室100及从腔室100传送出。排气区域128可包括壁126，及可耦接至真空泵136，该真空泵136可适于将处理气体从工艺空间105经由排气区域128排出腔室100。
基板支撑件150可设置于腔室100内。基板支撑件150可包括基板支撑主体118，该基板支撑主体118可设置于工艺空间105内。侧壁119可从支撑主体118的表面168延伸。静电卡盘120及基板121(可选地)可设置于侧壁119内。侧壁119可大体上界定静电卡盘120及基板121，及与静电卡盘120和基板121相间隔。支撑主体118可为固定的，如图1所示，或可耦接至致动器以升举和降低基板支撑主体118。支撑主体118包括多个升降杆孔160。静电卡盘120被配置成在处理期间将基板121固定在静电卡盘上。静电卡盘120包括与多个升降杆孔160对准的升降杆孔125。
多个升降杆123可以可移动地被设置成穿过支撑主体118及静电卡盘120的孔160、125。多个升降杆123接合(interface)在致动器190中，该致动器190使升降杆123穿过支撑主体118及静电卡盘120在第一或降低的位置与第二或升高的位置之间移动，该第一或降低的位置与静电卡盘120的基板支撑表面166齐平或在该表面166下方，该第二或升高的位置延伸于该支撑表面166上方。在该第一位置中，基板121就位于支撑表面166上。在该第二位置中，基板121被隔开于支撑表面166上方，以允许机器人将基板传送进处理腔室100及从处理腔室100传送出。
相关于静电卡盘120，支撑主体118可包括气体导管112及电导管(图1中未图示)以用于向静电卡盘120提供电力及背侧气体，将关于图2对气体导管及电导管进行更详细的描述。支撑主体118亦可包括适于将支撑主体118维持在所期望的温度下的加热和/或冷却元件(未图示)。加热和/或冷却元件可为电阻式加热器、流体导管及诸如此类者。
处理腔室100还包括用于向处理腔室100提供处理气体和/或清洁气体的气体输送设备。在图1绘示的实施方式中，气体输送设备呈形成为穿过腔室壁130的至少一个喷嘴106的形式。气体面板138可耦接至被形成为穿过壁130的喷嘴106，以经由被形成为穿过喷嘴106的气体通道向工艺空间105提供处理气体。气体面板138可包括含硅气体供应源、含氧气体供应源、及含氮气体供应源、或其他适用于在腔室100内处理基板的气体。
等离子体产生器亦可耦接至腔室100。等离子体产生器可包括耦接至电极或天线的信号产生器145。信号产生器145大体提供适用于形成和/或维持等离子体于腔室100中的频率的能量。例如，信号产生器145可提供约50kHz至约2.45GHz的频率的信号。信号产生器145可经由匹配网络140耦接至电极以将使用期间的反射功率(reflected power)降至最低。
电极可为包括至少一个射频线圈113的天线。射频线圈113可设置于腔室100之上，及可被配置成按电感方式(inductively)将射频能量耦合至从气体面板138经由喷嘴106提供至工艺空间105的工艺气体。
图2是设置于支撑主体118上的静电卡盘120的示意性略微分解横剖面视图。尽管图2中未图示，孔125也可设置于静电卡盘120中以有助于升降杆穿过静电卡盘120的移动，如下文中将参考图4更详细描述的。静电卡盘120被绘示为耦接至支撑主体118。尽管为清晰起见而被图示为与支撑主体118相间隔，但在处理期间，静电卡盘120固定至支撑主体118的表面168。静电卡盘120可包括支撑层204及介电层206。支撑层204可由能够支撑介电层206及具有所需热传递特性的材料形成，该材料诸如是玻璃、诸如氮化铝或氧化铝之类的陶瓷材料、或诸如钼、硅、或硅铝合金之类的金属材料及半导体材料。介电层206可由诸如陶瓷材料或玻璃之类的介电材料形成，或可为彼此层叠的多个介电材料层。陶瓷材料或介电材料的适合实例包括聚合物(即聚酰亚胺)、蓝宝石、诸如石英或玻璃之类的氧化硅、氧化铝、氮化铝、含钇材料、氧化钇、钇铝柘榴石(yttrium-aluminum-garnet)、氧化钛、氮化钛、碳化硅、及诸如此类者。经选择用于支撑层204及介电层206的材料可具有相似的热膨胀系数，以降低层之间的机械应力几率。
静电卡盘120可包括至少一个电极，该至少一个电极可经激励以夹持设置于支撑表面166上的基板121。在图2中绘示的实施方式中，图示了第一电极208及第二电极210。第一电极208及第二电极210可设置于支撑层214上，及可适于按静电方式(electrostatically)将基板121耦接至静电卡盘120。静电卡盘120可为大体圆形，或静电卡盘可获得诸如方形或矩形之类的其他形状。第一电极208及第二电极210可包括多个交错指状件，这些指状件适于提供所需的静电夹持力。将关于图4更详细地讨论交错指状件。
第一电极208通过第一电极导线212、第一连接器216、导体220、及第一电源导线222电耦接至电源202。第一电极208可由金属材料制成，该金属材料所具有的热膨胀系数与介电层206的邻接(adjacent)材料类似。第一电极导线212可由诸如铜或铝之类的导电材料制成，及第一电极导线212可例如使用用以同时形成导线212及电极208的单个沉积工艺而形成为与第一电极208的整体结构。第一连接器216可形成于支撑层204上，及亦可由诸如铜或铝之类的导电材料制成。如图所示，第一连接器216与支撑主体118的导体220接触。当将静电卡盘120从基板支撑件118升举起来以用于进行从腔室移除时，导体220可延伸越过支撑主体118的表面168。诸如弹簧之类的导体220可由诸如铜或铝之类的导电材料制成。导体220可诸如通过焊接而被耦接至支撑主体118，及第一电源导线222可电耦接至导体220。第一电源导线222将导体220耦接至电源202。第一电源导线222亦可由诸如铜或铝之类的导电材料制成。
第二电极210可通过第二电极导线214、第二连接器218、导体220、及第二电源导线224电耦接至电源202。第二电极210及关联元件可被布置成类似于上述关于第一电极208所描述的元件，及因此，为了简明起见，将省略对此布置的描述。
第一导线212及第二导线214可形成于介电层206及支撑层204的***外表面250上。因此，导线212、214并非如传统静电卡盘中的布线向下延伸通过形成于静电卡盘120中的过孔或孔到达连接器216、218。由此，减少或消除了对于形成在静电卡盘120中的孔的必需性，及可提高静电卡盘120的机械完整性。导线212、214可借助物理气相沉积(physicalvapor deposition；PVD)、电镀工艺、或丝网印刷工艺而形成于静电卡盘120的***外表面250上。还预期导线212、214亦可涂覆有绝缘材料，以防止如果导线212、214接触诸如支撑主体118之类的别的导电设备则发生不希望的电短路。
在操作中，当自电源202提供电力时，可将正电荷施加于第一电极208及可将负电荷施加于第二电极210以产生静电力。在夹持期间，产生自电极208、210的静电力将设置于静电卡盘上的基板121夹紧及固持在牢固的位置。当关闭自电源202所供应的电力时，消除了在电极208、210中产生的电荷，从而释放固持在静电卡盘120上的基板121。在一些实施方式中，可利用短暂的逆极性(reverse polarity)以更有效地松开基板121。
侧壁119可大体上限定静电卡盘120且可将该侧壁119与静电卡盘120间隔开一段距离以形成气室230。气体导管112可耦接至气源124及可延伸穿过支撑主体118至表面168。气体导管112可适于将诸如氦、氢、氮、氩、或其他惰性气体的气体经由气室230提供至静电卡盘120与基板支撑件118之间及静电卡盘120与基板121之间的区域。气体可适于分别促进静电卡盘120与支撑主体118之间的热传递及静电卡盘120与基板121之间的热传递。
静电卡盘120可额外包括一个或更多个气体通道228。气体通道228可形成于静电卡盘120的支撑表面166上，该支撑表面166接触基板121。一个或更多个气体通道228可以诸如格子图案之类的各种定向进行排列。从气源124经由气体导管112提供至气室230的气体可经由一个或更多个气体通道228被分散，以促进基板121与静电卡盘120之间的热传递。预期一个或更多个气体通道228的深度可适于促进通过传导进行热传递。诸如柱或其他几何形状的一个或更多个间隔物226可分隔及界定一个或更多个气体通道228。间隔物226可接触基板121及可从一个或更多个气体通道228延伸诸如约1μm与约10μm之间例如约2μm与约5μm之间的数微米。气体通道228可延伸穿过静电卡盘120的***外表面250，以便存在于气室230中的气体可行进通过基板121下方的气体通道228。
支撑主体118可额外包括一个或更多个气体通道232。气体通道232可形成于可接触静电卡盘120的支撑主体118的表面168中。一个或更多个气体通道232可以诸如格子图案之类的各种定向进行排列。从气源124经由气体导管112所提供的气体可经由一个或更多个气体通道232被分散，以促进静电卡盘120与支撑主体118之间的热传递。诸如柱或其他几何形状的一个或更多个间隔物231可分隔及界定一个或更多个气体通道232。间隔物231的表面168可接触静电卡盘120及可从一个或更多个气体通道232延伸诸如约1μm与约10μm之间例如约2μm与约5μm之间的数微米。气体通道232可借助任何适合的方法形成于支撑主体118中，这些方法诸如是切削加工(machining)、喷砂法(abrasive blasting)、或蚀刻法。亦预期气体通道可形成于支撑层204的底部上而非基板支撑件118上。
图3是静电卡盘320的另一实施方式的示意性略微分解横剖面视图。图3的静电卡盘320可大体上类似于图2的静电卡盘120，可在上文中找到对该静电卡盘120的描述。然而，第一电极208及第二电极210可设置于介电层206中，及与支撑层214相间隔开。预期在没有形成为穿过静电卡盘120、320的孔的情况下，预计针对单极(单个电极)及其他传统式样的静电卡盘使用导线212、214，同时提供本公开内容的相同优点。
图4是静电卡盘120的顶视图，该图绘示暴露的电极208、210。未图示封装介电层以提供关于电极208、210的排列的更多细节。第一电极208可具有正极性或负极性，及第二电极210可具有与第一电极208相反的极性。第一电极208可沿静电卡盘120的***外表面250延伸，及多个第一指状件308可从第一电极208向静电卡盘120的中间延伸。第二电极210亦可沿邻近静电卡盘120的***外表面250的部分延伸，及多个第二指状件306可从第二电极210向静电卡盘120的中间延伸。多个第一指状件308及多个第二指状件306可形成至少部分交错的图案，诸如横穿(across)静电卡盘120直径的交替的第一指状件及第二指状件。设想在其他配置中可使电极208、210的部分交错。
第一电极208可从静电卡盘120的***外表面250横向向外延伸，及耦接至第一电极导线302。第二电极210可从静电卡盘120的***外表面250横向向外延伸，及耦接至第二电极导线304。第一电极导线302及第二电极导线304可被定位成跨越(across)静电卡盘120的直径彼此相对。
图5是图4的静电卡盘120的底视图。图示了第一电极导线302被布线为从第一电极208沿静电卡盘120的***外表面250到达静电卡盘120的底部306上，该底部306可为支撑层214。类似于第一电极导线302，图示了第二电极导线304被布线为沿该***外表面250到达静电卡盘120的底部306。第一电极导线302可耦接至连接器216。第二电极导线304可耦接至连接器218。图示了多个升降杆孔502延伸穿过静电卡盘120。预期如果升举指状件或环箍用以传送静电卡盘120，那么升降杆孔可以是不必要的。
图6是静电卡盘120的顶视图。气体通道228可形成于静电卡盘120的支撑表面166中，及可形成诸如格子图案之类的各种图案。气体通道228可朝向静电卡盘120的***外表面250开口及从该***外表面250延伸穿过静电卡盘120的内部区域。开口604可形成于静电卡盘120的***外表面250中气体通道228所形成之处。由此，气体可从***外表面250以外(beyond)的区域行进通过横穿静电卡盘120的气体通道228。气体可经由开口604流入及流出气体通道228。因此，静电卡盘120与固定在静电卡盘120上的基板之间的热传递可得以改良。
与传统静电卡盘相比，静电卡盘120可需要更少的材料及更少的处理步骤来制造。由此，制作及使用静电卡盘120的成本可大幅降低。此外，静电卡盘120的机械完整性可得以改良，此举可降低静电卡盘120的破损或开裂的几率。对用于至少导线的孔的消除、及在一些实施方式中对用于气体通道及升降杆的孔的消除减少了应力起始点，此举可改良静电卡盘120的机械完整性。进一步地，导热性可借助本文所述的实施方式而得以改良。
尽管前述内容针对本公开内容的实施方式，但可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他及更多实施方式，及本公开内容的范围由下文的权利要求书来确定。

Claims (18)

1.一种静电卡盘，所述静电卡盘包括：
支撑层，所述支撑层具有底表面，所述底表面界定所述静电卡盘的底部；
介电层，所述介电层具有顶表面，所述顶表面界定所述静电卡盘的顶部，所述介电层设置在所述支撑层上；
第一电极，所述第一电极设置于所述介电层的所述顶表面与所述支撑层之间；
第一连接器，所述第一连接器耦接至所述支撑层的所述底表面；及
第一导线，所述第一导线连接所述第一连接器及所述第一电极，其中所述第一导线形成在所述支撑层和所述介电层的***外表面上。
2.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述第一连接器包括导电焊盘。
3.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述支撑层和所述介电层包含玻璃或陶瓷材料。
4.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述介电层具有热膨胀系数，所述介电层的所述热膨胀系数等于所述支撑层的热膨胀系数。
5.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述第一连接器被配置成接触导电弹簧。
6.如权利要求1所述的静电卡盘，进一步包括：
第二电极，其中所述第一电极包括多个指状件，所述第一电极的所述多个指状件与所述第二电极的多个指状件相交错。
7.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述介电层的所述顶表面中形成有气体通道，所述气体通道朝向所述介电层的***表面开口，其中所述介电层没有连接至所述气体通道的通孔。
8.如权利要求6所述的静电卡盘，所述静电卡盘进一步包括：
第二连接器，所述第二连接器耦接至所述第二电极并暴露于所述静电卡盘的所述底部，其中第二导线形成于所述支撑层和所述介电层的***表面上，所述第二导线连接所述第二连接器与所述第二电极。
9.一种用于夹持基板的设备，所述设备包括：
基座构件；
静电卡盘，所述静电卡盘设置于所述基座构件的顶表面上，所述静电卡盘包括：
支撑层，所述支撑层具有底表面，所述底表面界定所述静电卡盘的底部；
介电层，所述介电层具有顶表面，所述顶表面界定所述静电卡盘的顶部；
第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第二电极设置在所述介电层的所述顶表面和所述支撑层的所述顶表面之间；及
导线，所述导线将所述第一电极及所述第二电极电耦接至设置在所述支撑层上的连接器，其中所述导线形成在所述支撑层和所述介电层的***外表面上。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述基座构件的所述顶表面适于接收所述静电卡盘。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述静电卡盘进一步包括：
一个或更多个气体输送槽，所述一个或更多个气体输送槽形成于所述静电卡盘的所述顶表面中，所述一个或更多个气体输送槽开口于所述基座构件的所述顶表面上方。
12.如权利要求9所述的设备，其中没有气体导管形成为穿过所述静电卡盘。
13.如权利要求9所述的设备，其中所述静电卡盘及所述基座构件具有电连接件，所述电连接件被配置成响应于所述静电卡盘相对于所述基座构件的位置而自动啮合及脱离。
14.如权利要求9所述的设备，其中所述支撑层和所述介电层包含玻璃或陶瓷材料。
15.如权利要求9所述的设备，其中所述介电层具有热膨胀系数，所述介电层的所述热膨胀系数等于所述支撑层的热膨胀系数。
16.如权利要求9所述的设备，其中所述第一电极包括多个指状件，所述第一电极的所述多个指状件与所述第二电极的多个指状件相交错。
17.如权利要求9所述的设备，其中设置在所述支撑层上的所述连接器被配置成接触导电弹簧。
18.一种静电卡盘，所述静电卡盘包括：
支撑层，所述支撑层具有顶表面和底表面，所述支撑层的所述底表面界定所述静电卡盘的底部；
介电层，所述介电层设置在所述支撑层的所述顶表面上，所述介电层具有顶表面，所述介电层的所述顶表面界定所述静电卡盘的顶部；
第一电极，所述第一电极设置在所述介电层中；
第二电极，所述第二电极设置在所述介电层中，所述第二电极与所述第一电极交错；
第一连接器，所述第一连接器设置在所述支撑层的所述底表面上并经由第一导线耦接至所述第一电极；
第二连接器，所述第二连接器设置在所述支撑层的所述底表面上并经由第二导线耦接至所述第二电极，其中
所述第一导线和所述第二导线形成在所述支撑层和所述介电层的***外表面上。
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