專(zhuān)利名稱(chēng)：用于靜電卡盤(pán)的邊緣環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及用于半導(dǎo)體、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、平板顯示器以及相關(guān)或其他行業(yè)的處理 設(shè)備領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于提高基于等離子體的處理工具中所用的靜電 卡盤(pán)的性能的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自從幾十年前首次引入集成電路(IC)器件，半導(dǎo)體器件幾何學(xué)(即集成電路設(shè) 計(jì)準(zhǔn)則)的規(guī)模便急劇下降。IC總地遵循了摩爾定律(Moore' s Law)，摩爾定律是指 單個(gè)集成電路芯片上裝配的器件數(shù)目每?jī)赡陼?huì)增加一倍。今天的IC制造工廠常規(guī)生產(chǎn) 65nm(0. 065 μ m)特征尺寸的器件，而未來(lái)的工廠將很快生產(chǎn)具有更小特征尺寸的器件。隨著IC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的萎縮，半導(dǎo)體制造業(yè)愈發(fā)趨向于將單晶圓處理用于各種各樣 的制作步驟，包括等離子體蝕刻和沉積室。單晶圓反應(yīng)器必須設(shè)計(jì)為在加工過(guò)程中以非打 擾方式固定晶圓(或者其他基底類(lèi)型)，同時(shí)控制溫度以及整個(gè)晶圓的溫度均勻性。與其中將要進(jìn)行處理的晶圓的正面的一部分嚙合的機(jī)械晶圓夾具可能因?yàn)榉恋K 氣流、改變等離子體的分布以及作為散熱器起作用而造成處理均勻性問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)， 機(jī)械晶圓夾具也可能會(huì)產(chǎn)生粒子，造成晶圓污染以及其他問(wèn)題。靜電卡盤(pán)(ESC)利用靜電勢(shì)，以在處理期間固定晶圓，從而通過(guò)僅與晶圓的背面 接觸而避免機(jī)械夾持的問(wèn)題。靜電卡盤(pán)通過(guò)激發(fā)基底與卡盤(pán)上的相反電荷從而在該卡盤(pán)與 該基底之間產(chǎn)生靜電吸引力來(lái)運(yùn)行。吸引力的強(qiáng)度取決于激發(fā)的電荷量以及導(dǎo)電效應(yīng)引起 的電荷消散速率。電壓偏置用來(lái)激發(fā)并控制靜電力，其可僅用于加工周期的一部分，例如， 只是在基底被轉(zhuǎn)移到卡盤(pán)之后?；蛘?，電壓偏置可以連續(xù)用于整個(gè)加工周期。例如，利用等 離子體的傳導(dǎo)性能可提供一種電氣連接至ESC和晶圓系統(tǒng)終端的手段。靜電卡盤(pán)有許多類(lèi)型，其可包括被置于基底下方以及周?chē)?，用于將等離子體限制 在與該基底緊鄰的上方區(qū)域內(nèi)的可消耗(即犧牲)邊緣環(huán)。參考圖1，示例性的現(xiàn)有技術(shù)ESC結(jié)構(gòu)100的一部分包括陽(yáng)極化的鋁基板101、加 熱器結(jié)合層103、加熱器105、加熱器板107和陶瓷結(jié)合層109。該ESC結(jié)構(gòu)100蓋有陶瓷頂 片111。邊緣粘合密封件113保護(hù)該加熱器結(jié)合層103、加熱器105、加熱器板107和陶瓷結(jié) 合層109，避免其與周?chē)牡入x子體環(huán)境和腐蝕性化學(xué)物質(zhì)直接接觸。因而，該邊緣粘合密 封件113保護(hù)該加熱器105、該加熱器板107、該加熱器103以及該陶瓷結(jié)合層109免受等 離子侵蝕。該加熱器結(jié)合層103通常由包含二氧化硅(例如，無(wú)定形SiOx)的有機(jī)硅層組成。 該加熱器105常由封裝在聚酰亞胺中的金屬電阻元件組成，而該加熱器板107通常由鋁制成。該陶瓷結(jié)合層109常用陶瓷填充(如氧化鋁(Al2O3))的有機(jī)硅材料制成。該陶瓷頂片 111通常由氧化鋁制成并且被配置成允許基底115(如硅晶圓)被牢固地固定在該陶瓷頂片 111的上方。邊緣環(huán)117的整體形狀通常為環(huán)形，并固定在該示例性的現(xiàn)有技術(shù)ESC結(jié)構(gòu)100 的內(nèi)部的外周邊。該邊緣環(huán)117圍繞該ESC結(jié)構(gòu)100的內(nèi)部同心放置，其特征在于垂直、 單表面內(nèi)徑。該單表面內(nèi)徑限制該邊緣環(huán)117，使其抵靠該鋁基板101，該邊緣粘合密封件 113，從而該陶瓷頂片111名義上以該邊緣環(huán)117為中心。此外，該邊緣環(huán)117取決于至少該鋁基板101和該陶瓷頂片111的臨界公差和同 心度兩者。兩部件中任意一個(gè)的公差或者同心度的任何變化可導(dǎo)致安裝或使用時(shí)該邊緣環(huán) 117的破損。因此，該邊緣環(huán)117必須適應(yīng)至少該鋁基板101和該陶瓷頂片111之間的最 壞情況下的整體公差。相反，如果該兩部件的公差不處于最壞的情況，那么該邊緣環(huán)117的 尺寸過(guò)大，無(wú)法充分提高基底的工藝條件。因此，該邊緣環(huán)必須設(shè)計(jì)成適應(yīng)最壞情況下的公 差，而且尺寸仍不能過(guò)大，以使對(duì)產(chǎn)率的影響最小化，降低總的工具營(yíng)運(yùn)成本，并提高基于 等離子體的工藝的整體性能。因此，需要可以很容易地應(yīng)用到ESC的邊緣環(huán)。該邊緣環(huán)應(yīng)當(dāng)容易地圍繞該ESC， 而不要求過(guò)分緊密的設(shè)計(jì)公差，同時(shí)在廣泛的溫度范圍內(nèi)仍保持與該ESC良好的同心度。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的 靜電卡盤(pán)一起使用的器件。該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成圍繞該靜電卡盤(pán)的陶瓷 頂片的外周邊而放置并僅被耦合至僅該陶瓷頂片的至少部分。該邊緣環(huán)進(jìn)一步被配置為與 該陶瓷頂片同心。該邊緣環(huán)包括具有被設(shè)置成在該邊緣環(huán)與該陶瓷頂片的外周邊之間提供 機(jī)械耦合的邊緣階梯的內(nèi)邊緣、外邊緣以及位于該內(nèi)邊緣和該外邊緣之間的平坦部分。該 平坦部分被設(shè)置為當(dāng)該邊緣環(huán)圍繞該陶瓷頂片的外周邊放置時(shí)，其為水平方向，而且當(dāng)在 等離子體環(huán)境中操作時(shí)，其平行于該基底。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底 的靜電卡盤(pán)一起使用的器件。該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成圍繞該靜電卡盤(pán)的基 板的外周邊而放置并被耦合至僅該基板的至少部分。該邊緣環(huán)進(jìn)一步被配置為與該基板同 心。該邊緣環(huán)包括具有被設(shè)置成在該邊緣環(huán)與該基板的外周邊之間提供機(jī)械耦合的邊緣階 梯的內(nèi)邊緣、外邊緣以及位于該內(nèi)邊緣和該外邊緣之間的平坦部分。該平坦部分被設(shè)置為 當(dāng)該邊緣環(huán)圍繞該基板的外周邊放置時(shí)，其為水平方向，而且當(dāng)在等離子體環(huán)境中操作時(shí)， 其平行于該基底。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)一種與被配置為在等離子體環(huán)境中固定基底 的靜電卡盤(pán)一起使用的器件。該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成通過(guò)多個(gè)銷(xiāo)耦合至該 靜電卡盤(pán)的基板。多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置于靠近該邊緣環(huán)的外周邊，并被配置成放置于該多個(gè)銷(xiāo) 的外周邊的上方并以與該靜電卡盤(pán)同心的該邊緣環(huán)為中心。該多個(gè)銷(xiāo)槽被進(jìn)一步配置為允 許該邊緣環(huán)與該基板之間的熱膨脹變化，同時(shí)仍保持該邊緣環(huán)為同心中心。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底 的靜電卡盤(pán)一起使用的器件。該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成通過(guò)多個(gè)銷(xiāo)耦合至該靜電卡盤(pán)的基板。多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置于靠近該基板的外周邊，并被配置成放置于該多個(gè)銷(xiāo)的 的外周邊的上方并以與該靜電卡盤(pán)同心的該邊緣環(huán)為中心。該多個(gè)銷(xiāo)槽被進(jìn)一步配置為允 許該邊緣環(huán)與該基板之間的熱膨脹變化，同時(shí)仍保持該邊緣環(huán)為同心中心。


各附圖只是對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，絕不能認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制。圖1是現(xiàn)有技術(shù)靜電卡盤(pán)的部分的橫截面視圖。圖2A包括本發(fā)明以肩為中心的邊緣環(huán)的示例性俯視圖以及隨附的等距視圖。圖2B是圖2A所述的以肩為中心的邊緣環(huán)的橫截面視圖。圖2C是圖2B所述的邊緣環(huán)的放大部分，顯示出具體的示例性肩設(shè)計(jì)。圖2D是圖2B所述的邊緣環(huán)的放大部分，顯示出另一具體的示例性肩設(shè)計(jì)。圖3A是本發(fā)明示例性的以銷(xiāo)為中心的邊緣環(huán)的底視圖。圖;3B是圖3A所述的以銷(xiāo)為中心的邊緣環(huán)的橫截面視圖。圖3C是圖;3B所述的邊緣環(huán)的放大部分，顯示出具體的示例性以銷(xiāo)為中心的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式下面討論的不同實(shí)施例描述了一種設(shè)計(jì)成提高工藝性能的改進(jìn)的邊緣環(huán)。通過(guò)確 保該邊緣環(huán)圍繞ESC的鋁基板或陶瓷頂片同心放置(即以ESC的鋁基板或陶瓷頂片為中 心)，從而使得該邊緣環(huán)精確并準(zhǔn)確地被設(shè)置于基底周?chē)鷣?lái)提高工藝性能。參照?qǐng)D2A，以肩為中心的邊緣環(huán)201的示例性實(shí)施方式的俯視圖200包括階梯式 內(nèi)徑體205以及基本上平坦的頂面203。使用時(shí)，該以肩為中心的邊緣環(huán)201圍繞ESC結(jié)構(gòu) (未顯示，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解)，而該平坦的頂面203基本上水平并與放置在該 ESC上的基底平行。等距視圖230提供該以肩為中心的邊緣環(huán)201的額外參考圖。由于該以肩為中心的邊緣環(huán)201僅接觸該ESC的該陶瓷頂片，該階梯式內(nèi)徑體205 改進(jìn)了以該ESC結(jié)構(gòu)為中心的狀態(tài)。該以肩為中心的邊緣環(huán)201可摩擦配合(friction fit)在該陶瓷頂片的周?chē)蛘?，可替代地，以本領(lǐng)域獨(dú)立已知的粘合劑或機(jī)械緊固件固定。 在一個(gè)具體的示例性的實(shí)施方式中，該階梯式內(nèi)徑體205約為1. 9mm(約0. 075英寸)高和 0.4mm寬(約0.016英寸寬)。以下提供更多具體的細(xì)節(jié)。總體而言，該以肩為中心的邊緣 環(huán)201的該階梯式內(nèi)徑體205使得邊緣環(huán)中心改進(jìn)約50%，從而最終提高了工藝性能?，F(xiàn)參照?qǐng)D2B，該以肩為中心的邊緣環(huán)201的橫截面視圖250示于A-A截面。該以 肩為中心的邊緣環(huán)201可由多種材料(如氧化鋁(Al2O3)或者其他類(lèi)型的陶瓷)制成。硅、 碳化硅、二氧化硅(如結(jié)晶或無(wú)定形(SiOx))和固體釔等過(guò)渡金屬也是制作該以肩為中心 的邊緣環(huán)201的合適的材料。此外，各種其他類(lèi)型的金屬、絕緣和半導(dǎo)體材料也可被容易地 采用。如果該以肩為中心的邊緣環(huán)201設(shè)計(jì)成與該ESC的陶瓷摩擦配合，需要考慮該以肩 為中心的邊緣環(huán)201和陶瓷之間超過(guò)，例如100°C溫度范圍的熱膨脹適應(yīng)性。在典型應(yīng)用 中，該以肩為中心的邊緣環(huán)201可被加工成在環(huán)境溫度(如20°C )下具有適當(dāng)?shù)膲喝肱浜?(press-fit)。在一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式中，該以肩為中心的邊緣環(huán)201由氧化鋁(Al2O3)制 成并涂覆有厚度為75微米(μπι)至125 μ m (約為0.003到0.005英寸)的氧化釔涂層。該氧化釔涂層可通過(guò)例如熱噴涂的方式施涂，或者從物理氣相沉積(PVD)系統(tǒng)中施涂。在該 實(shí)施方式中，該氧化釔涂層可按要求在某些區(qū)域中逐漸減少，或者該以肩為中心的邊緣環(huán) 201的全部可保持未涂覆。繼續(xù)參照?qǐng)D2B，下文的表I給出具體的示例性尺寸，以適應(yīng)300mm直徑的基底。
權(quán)利要求
1.一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的靜電卡盤(pán)一起使用的器件，該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成圍繞該靜電卡盤(pán)的陶瓷頂片的外周邊而放置并僅被耦合至 該陶瓷頂片的至少部分，該邊緣環(huán)進(jìn)一步被配置成與該陶瓷頂片同心，該邊緣環(huán)包括具有被設(shè)置成在該邊緣環(huán)與該陶瓷頂片的外周邊之間提供機(jī)械耦合的邊緣階梯的內(nèi) 邊緣；外邊緣；以及位于該內(nèi)邊緣和該外邊緣之間的基本上平坦部分，該基本上平坦部分被設(shè)置為當(dāng)該邊 緣環(huán)圍繞該陶瓷頂片的外周邊放置時(shí)，其為水平方向，而且當(dāng)在等離子體環(huán)境中操作時(shí)，其 平行于該基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由固體釔制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由氧化鋁制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中該氧化鋁至少部分用氧化釔涂覆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中該邊緣環(huán)被裝配成圍繞該靜電卡盤(pán)的該陶瓷頂片 提供摩擦配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中該摩擦配合在溫度范圍超過(guò)約100°C時(shí)被保持。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中該邊緣階梯從該邊緣環(huán)的內(nèi)邊緣徑向向內(nèi)延伸約 0.4毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中該邊緣階梯的內(nèi)部平行于該邊緣環(huán)的該內(nèi)邊緣延 伸約1. 9毫米。
9.一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的靜電卡盤(pán)一起使用的器件，該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成圍繞該靜電卡盤(pán)的基板的外周邊而放置并僅被耦合至該基 板的至少部分，該邊緣環(huán)進(jìn)一步被配置為與該基板同心，該邊緣環(huán)包括具有被設(shè)置成在該邊緣環(huán)與該基板的外周邊之間提供機(jī)械耦合的邊緣階梯的內(nèi)邊緣；外邊緣；以及位于該內(nèi)邊緣和該外邊緣之間的基本上平坦部分，該基本上平坦部分被設(shè)置為當(dāng)該邊 緣環(huán)圍繞該基板的外周邊放置時(shí)，其為水平方向，而且當(dāng)在等離子體環(huán)境中操作時(shí)，其平行 于該基底。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由固體釔制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由氧化鋁制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其中該氧化鋁至少部分用氧化釔涂覆。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中該邊緣環(huán)被裝配成圍繞該靜電卡盤(pán)的該基板提供摩擦配合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件，其中該摩擦配合在溫度范圍超過(guò)約100°C時(shí)被保持。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中該邊緣階梯從該邊緣環(huán)的內(nèi)邊緣徑向向內(nèi)延伸 約0.4毫米。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中該邊緣階梯的內(nèi)部平行于該邊緣環(huán)的內(nèi)邊緣延伸約1. 9毫米。
17.一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的靜電卡盤(pán)一起使用的器件，該器件 包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成通過(guò)多個(gè)銷(xiāo)耦合至該靜電卡盤(pán)的基板；多個(gè)銷(xiāo)槽，該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置于靠近該邊緣環(huán)的外周邊，并被配置成放置于該多個(gè)銷(xiāo) 的外周邊的上方并以與該靜電卡盤(pán)同心的該邊緣環(huán)為中心，該多個(gè)銷(xiāo)槽被進(jìn)一步配置為允 許該邊緣環(huán)與該基板之間的熱膨脹變化，同時(shí)仍保持該邊緣環(huán)為同心中心。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置為盲孔結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置為通孔結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由固體釔制成。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由氧化鋁制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的器件，其中該氧化鋁至少部分用氧化釔涂覆。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被裝配成圍繞該多個(gè)銷(xiāo)在環(huán)境溫度 下提供摩擦配合。
24.一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的靜電卡盤(pán)一起使用的器件，該器件 包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成通過(guò)多個(gè)銷(xiāo)耦合至該靜電卡盤(pán)的基板；多個(gè)銷(xiāo)槽，該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置于靠近該基板的外周邊，并被配置成放置于該多個(gè)銷(xiāo)的 外周邊的上方并以與該靜電卡盤(pán)同心的該邊緣環(huán)為中心，該多個(gè)銷(xiāo)槽被進(jìn)一步配置為允許 該邊緣環(huán)與該基板之間的熱膨脹變化，同時(shí)仍保持該邊緣環(huán)為同心中心。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置為盲孔結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被設(shè)置為通孔結(jié)構(gòu)。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由固體釔制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求M所述的器件，其中該邊緣環(huán)至少部分由氧化鋁制成。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的器件，其中該氧化鋁至少部分用氧化釔涂覆。
30.根據(jù)權(quán)利要求M所述的器件，其中該多個(gè)銷(xiāo)槽被裝配為圍繞該多個(gè)銷(xiāo)在環(huán)境溫度 下提供摩擦配合。
全文摘要
公開(kāi)一種與被配置成在等離子體環(huán)境中固定基底的靜電卡盤(pán)一起使用的器件。該器件包含邊緣環(huán)，該邊緣環(huán)被配置成僅與陶瓷頂片的部分或者基板的部分相接觸，或者通過(guò)多個(gè)銷(xiāo)以及銷(xiāo)槽耦合至該基板。該邊緣環(huán)進(jìn)一步被配置為與該陶瓷頂片同心。在一個(gè)實(shí)施方式中，該邊緣環(huán)包括具有被設(shè)置成在該邊緣環(huán)與該陶瓷頂片的外周邊之間提供機(jī)械耦合的邊緣階梯的內(nèi)邊緣。該邊緣環(huán)進(jìn)一步包括外邊緣以及位于該內(nèi)邊緣和該外邊緣之間的平坦部分。該平坦部分被設(shè)置為當(dāng)該邊緣環(huán)圍繞該陶瓷頂片的外周邊放置時(shí)，其為水平方向，而且平行于基底。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102124820SQ200980131834
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者克利·方, 央·拉雷德·肯沃西, 邁克爾·凱洛格 申請(qǐng)人:朗姆研究公司