專利名稱：環(huán)狀物抓持與背側(cè)氣體冷卻的靜電夾盤的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明主要地涉及一種半導體加工抓持系統(tǒng)，更具體地是， 一種靜電 夾具和抓持工件的方法。
背景技術(shù)：
靜電夾具或夾盤(ESCs)大致上用于在半導體工業(yè)的諸如注入、刻 蝕、化學蒸鍍(CVD)等的等離子基礎或真空基礎的半導體加工期間抓持 工件或基底。ESC的抓持能力以及工件溫度控制已在加工諸如硅晶片的半 導體基底或晶片方面被證明是非常有價值的。例如，示例性的ESC包括位 于導電電極上的介電層，其中，將半導體晶片布置在ESC的表面上(例如， 將晶片布置在介電層的表面上)。在半導體加工期間(例如，離子注入)， 抓持電壓示例性地被施加在晶片與電極之間，其中，晶片通過靜電力被抓 持靠著夾具表面。
稱為約翰森'瑞貝克(Johnsen-Rahbek) (J-R)夾具的靜電夾具的子 裝置，利用與晶片相接觸的泄漏的(leaky)介電層(例如，體積電阻約 為lX108Ohm-cm至IJlX10^Ohm-cm之間的半導體介電層)，其中，與傳統(tǒng) 的非J-R夾具相比，其在較小的電壓條件下可獲得較大的抓持力。典型地， 對ESC輸入低電壓不僅減少與J-R夾具相關(guān)聯(lián)的電源要求，而且更提供對 晶片及形成在晶片上的裝置具有潛在較小危害的抓持條件。
例如，傳統(tǒng)的J-R夾具包括輕微導電的介電層，這樣大致上允許介電 層(例如，陶瓷)的厚度比示例性的或庫倫(Coulombic) ESC所允許的 厚很多。這個厚度的增加非常有助于夾具的制造過程，同時也減小夾具的 工作電壓。例如，通過電介質(zhì)糊劑的絲網(wǎng)印刷(screenprinting)和燒結(jié) (firing),介電層可被用作形成正、負電極的基底。但是，例如，示例性地 由使用半導體電介質(zhì)所造成的電荷轉(zhuǎn)移也能將電荷傳送至晶片，在那里產(chǎn)生可導致從夾具釋放晶片過程中延遲的殘余抓持力。為減輕殘余抓持力的
影響，可使用利用多組電極(例如多相或聚合相(multi-phasing, poly-phasing))的A/C抓持電壓。但是，這個A/C抓持電壓和多組電極大 致上要求每個電極使其區(qū)域在某種程度上均勻地跨越夾具分布。由此而導 致的電極結(jié)構(gòu)是非常復雜的，這是因為為滿足抓持面積和抓持力最大化所 要求的設計限制。
一些傳統(tǒng)的ESC還使用背側(cè)氣體冷卻以在加工期間冷卻工件。在這種 情況下，冷卻氣體被提供在工件與ESC表面之間，其中，氣體壓力于它的 熱傳遞系數(shù)大致上成正比。因此，為獲得更高的冷卻率，大致上要求較高 的背側(cè)冷卻氣體壓力以提供所期望的熱效能。因此，.為保持對工件的適當 抓持，應以較大的抓持力或施加到ESC的電壓來適當?shù)氐窒c較高的背側(cè) 氣體壓力相關(guān)的作用力。在高能離子注入的情況下(例如，2.5kW)，氣 體壓力相當高以獲得適當?shù)睦鋮s，其中，應該適當?shù)卦黾幼コ至σ栽噲D補 償相當高的氣體壓力。而且，在二維掃描工件的情況下(例如在一些離子 注入系統(tǒng)中所見到的)，較大的G作用力會存在于工件振蕩期間，其中， 甚至需要更高的抓持力以保持工件與ESC之間的充分接觸。但是，提高作 用在整個工件上的抓持力具有諸如增加顆粒污染的有害影響，這是因為增 加的抓持壓力會造成在跨越工件表面的ESC與工件之間的摩擦力，因此， 導致跨越形成裝置的工件區(qū)域的顆粒污染的更大的機會。
而且，諸如背側(cè)冷卻氣體壓力、加工腔壓力及所期望的抓持力的設計 參數(shù)大致上(例如在二維掃描離子注入系統(tǒng)的情況中)大致上是緊密耦合 的，其中，與操作壓力相關(guān)的離子轉(zhuǎn)移效率和背側(cè)冷卻氣體泄漏也開始起
作用。因此，在這個緊密耦合的系統(tǒng)內(nèi)以氣體壓力抵消抓持壓力非常困難， 反之亦然。
因此，在本技術(shù)領域中存在對多電極夾具的需要，此多電極夾具大致 上將抓持工件所需要的抓持力從與背側(cè)氣體冷卻相關(guān)的需要中分離，其 中，顆粒污染大致上能夠被減輕，同時，提供所期望的溫度均勻性和抓持 壓力以有效地加工工件
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供用于在半導體加工系統(tǒng)內(nèi)抓持工件的系統(tǒng)、裝置和方 法而克服先前技術(shù)的不足。因此，下面給出本發(fā)明的簡要內(nèi)容以提供對本 發(fā)明一些方面的基本理解。此內(nèi)容不是本發(fā)明的廣泛概述。它的目的既不 是確定本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性元件，也不是描述本發(fā)明的范圍。它的目的 是以簡單形式給出本發(fā)明的一些想法作為后續(xù)更詳細描述的序言。
本發(fā)明大致上針對一種靜電夾具，其用于在半導體加工中將工件抓持 到靜電夾具，且針對用于抓持工件到靜電夾具的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個 示例性方面，靜電夾具包括抓持板，其中，抓持板包括環(huán)狀物和中心盤， 其中，環(huán)狀物大致上圍繞中心盤。環(huán)狀物包括第一層，第一層具有與其相 關(guān)聯(lián)的第一表面，其中，第一表面設置為與工件表面的周邊區(qū)域相接觸。
根據(jù)一個示例，工件表面的周邊區(qū)域為排除區(qū)域(exclusionaryzone)的 一部分，其中，半導體器件大致上并不形成在排除區(qū)域中。
中心盤包括具有第二表面的第二層，其中，第二表面大致上從第一表 面凹進，在其中大致上限定第二表面與工件表面之間的間隙。第一層和第 二層可包括J-R型材料或庫倫型材料。與氣體供給源流體連通的一個或更 多背側(cè)氣體輸送孔還定位于最接近環(huán)狀物與中心盤之間的界面，其中，背 側(cè)氣體有選擇地被引到限定在環(huán)狀物、中心盤與工件之間的容積。
第一電極與環(huán)狀物相關(guān)聯(lián)，其中，第一電極電連接到第一電壓電位， 并且第二電極與中心盤相關(guān)聯(lián)，其中，第二電極電連接到第二電壓電位。 第一電極和第二電極相互之間電氣隔離，并設置為獨立充電，其中，第一 電壓電位可操作以實質(zhì)上通過第一抓持力將工件抓持到環(huán)狀物，并且，其 中第二電壓電位可操作以對工件提供第二抓持力，其中，第二抓持力可實 質(zhì)上補償與背側(cè)氣體壓力相關(guān)聯(lián)的作用力。而且，環(huán)狀物可操作以在工件 的周邊區(qū)域與ESC之間提供實質(zhì)地密封，其中，冷卻氣體大致上保持在由 環(huán)狀物、中心盤和工件所限定的容積內(nèi)。
根據(jù)另一個示例方面，還提供與抓持板背側(cè)相關(guān)聯(lián)的冷卻板，其中， 冷卻板包括設置為從中輸送冷卻流體的一個或更多冷卻通道。在一個示例 中， 一個或更多冷卻通道包括通過多個徑向通道相互連接的多個同心通 道。例如，多個同心通道和徑向通道限定在冷卻板的前表面中，所述冷卻 板的前表面對著抓持板的背側(cè)。在另一個示例中， 一個或更多徑向通道還沿著冷卻板的背側(cè)表面被限定，其中，冷卻板的背側(cè)表面大致上與冷卻板 的前面相對。一個或更多冷卻通道的構(gòu)造提供對抓持板的有利冷卻，同時， 大致上防止在其中形成氣泡。
根據(jù)另一個示例方面，提供用于抓持工件的方法，其中，提供例如上 述的抓持板。將工件放置在抓持板上，其中，工件的周邊區(qū)域與第一層接 觸，并且其中，容積大致上被第二層與工件的中心區(qū)域之間的間隙距離所
限定。背側(cè)氣體在背側(cè)氣體壓力下通過一個或更多背側(cè)氣體輸送孔而提供 到容積內(nèi)，其中，背側(cè)氣體壓力大致上對第二層與工件的中心區(qū)域之間的
容積加壓。第一電壓電位施加于第一電極，在其中，大致上用第一作用力
將工件的周邊區(qū)域吸引到第一層。例如，在靜電夾具平移期間(如在離子
注入過程中靜電夾具的高頻二維平移)，第一作用力可充分保持工件相對
于靜電夾具的位置。
根據(jù)本發(fā)明，向第二電極施加第二電壓電位，其中，大致上用第二作 用力而將工件的中心區(qū)域吸引到第二層。通過控制第一電壓電位并且通過 控制第二電壓電位，保持工件相對于抓持板的位置，第二作用力大致上抵 消與容積內(nèi)的背側(cè)氣體壓力相關(guān)聯(lián)的力，從而，第二作用力還大致上控制 間隙距離。因此，通過控制第二電壓電位，間隙距離被大致上控制，并且， 通過控制背側(cè)氣體壓力，可進一步控制在容積內(nèi)的熱傳遞系數(shù)。
因此，為實現(xiàn)前述和相關(guān)的目標，本發(fā)明包括在下文中詳細敘述的特 征和在權(quán)利要求中特別指出的特征。以下描述和附圖詳細說明本發(fā)明的示 意性實施例。但是，這些實施例只是應用本發(fā)明原理的一些不同方式。通 過與附圖接合的以下詳細描述，本發(fā)明的其它的目的、優(yōu)點和新穎的特征 將變得明顯。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面的靜電夾盤的分解透視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的圖1的靜電夾盤的橫截面視圖3是圖2的靜電夾盤的部分的放大橫截面視圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的示例性靜電夾盤的簡化橫截面視
圖；圖5是包括本發(fā)明的靜電夾盤的示例性系統(tǒng)的框圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的示例性冷卻板的頂視圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的圖6的示例性冷卻板的底視圖8為根據(jù)本發(fā)明的用于抓持工件的示例性方法的框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明大致上針對靜電夾具或夾盤(electrostatic clamp or chuck) (ESC)，靜電夾具或夾盤在提供改善的抓持和熱均勻性的同時進一步減 少背側(cè)顆粒污染。因此，本發(fā)明將參考附圖進行描述，其中，使用相同的 參考序號以在全文中指代相似元件。應該能夠理解，這些方面的描述僅為 說明性的，并且它們不應被解釋為限制的意義。在以下描述中，為解釋的 目的，大量具體的細節(jié)被闡述以提供對本發(fā)明的徹底理解。但是，本領域 的技術(shù)人員顯而易見可在沒有這些具體的細節(jié)的情況下實現(xiàn)本發(fā)明。
現(xiàn)在參考附圖，圖l為示例性說明也稱為"ESC"的示例性靜電夾具 100的分解透視圖。ESC100可操作以在諸如離子注入過程的半導體加工期 間，通過靜電力將工件102大致抓持在其上(圖2中橫截面所示)，其中， 工件相對于離子束(未顯示)在一個或更多方向上被快速地平移。工件102 可包括諸如硅晶片或其它基底的半導體基底。例如，圖1中示出的ESC100 包括抓持板104、第一電極106、第二電極108和冷卻板110，其中，抓持板、 第一電極、第二電極和冷卻板可操作地耦合以形成ESC。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，抓持板104包括環(huán)狀物112和中心盤114，其 中，環(huán)狀物大致上圍繞中心盤。環(huán)狀物112包括第一層116，第一層具有與 其相關(guān)聯(lián)的第一表面118，其中，第一表面大致上設置為與工件102接觸， 圖2顯示工件的橫截面。例如，如圖2所示，可操作第一表面118以在靜電 抓持期間在工件102的表面120的周邊區(qū)域122的周圍與工件102的表面120 接觸。例如，工件102的表面120的周邊區(qū)域122可與工件的排除區(qū)域124 相關(guān)聯(lián)，其中，半導體器件大致上不形成在排除區(qū)域內(nèi)。例如，與環(huán)狀物 112相關(guān)聯(lián)的第一表面118可在排除區(qū)域124內(nèi)部分地或完全地接觸工件 102的表面120?？蛇x擇地，第一表面118可部分地或全部地接觸工件的活 性區(qū)域125，其中，裝置(未顯示)形成在所述活性區(qū)域內(nèi)。例如，中心盤114包括第二層126，第二層具有與其相關(guān)聯(lián)的第二表面
128。在圖3中進一步說明圖2中示例性ESC100的部分129，其中顯示本發(fā) 明若干方面。如圖3所示，第二層126的第二表面128大致上從第一層116 的第一表面118凹進預定的距離，其中大致上限定第二表面與工件102的表 面120之間的間隙130。例如，第二表面128大致上從第一層116的第一表面 118凹進約5微米和30微米之間。在一個具體示例中，第二表面128大致上 從第一層116的第一表面118凹進約10微米。
根據(jù)另一個示例，第一層116和第二層126包括摻雜的J-R型材料(例 如摻雜鈦的氧化鋁、摻雜一氧化鈰的氮化鋁等)。在J-R型ESC100中摻雜 的J-R型材料(例如，體積電阻在lX10S lXl(^Ohm-cm之間的半導體介 電材料)優(yōu)于非摻雜的材料，因為抓持板104可相當?shù)睾?例如厚度為 0.5mm或更大)，并且隨后無需通過切削、碾磨或其它工藝變薄以產(chǎn)生有 用的抓持力?？蛇x擇地，第一層116和第二層126包括非J-R材料，其中， ESC100可以是庫倫型夾具。
圖4示出圖2中示例的ESC100的部分129的簡化的視圖132，其中，進 一步闡述本發(fā)明的若干發(fā)明方面。如圖4所示，根據(jù)一個示例，第一層116 包括第一介電層134，第一介電層具有形成在其上的第一保護層136，其中， 第一表面118大致上被第一保護層的頂面138所限定。在一個示例中，第一 介電層134包括諸如一個或多個摻雜鈦的氧化鋁、摻雜一氧化鈰的氮化鋁 的摻雜的介電材料。例如，第一保護層136包括形成在第一介電層上的二 氧化硅(Si02)層。可選擇地，第一保護層136包括形成在第一介電層134 上的聚酰亞胺(PI)或其它聚合體。
例如，第二層126以類似的方式包括第二介電層140，第二介電層具 有形成在其上的第二保護層142，其中，第二表面128大致上被第二保護層 的頂表面144所限定。第一介電層134和第二介電層140可由類似的或不同 的材料構(gòu)成。類似地，第一保護層136和第二保護層142可由類似的或不同 的材料構(gòu)成。在一個示例中，第一介電層134和第二介電層140由共同的陶 瓷基底形成，其中，第一保護層136和第二保護層142在第一和第二介電層 形成之后形成在第一和第二介電層之上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，圖2中所示的ESC100的第一電極106與環(huán)狀物104相關(guān)聯(lián)，并且第二電極108與中心盤114相關(guān)聯(lián)，其中，第一電極 和第二電極大致上彼此電氣隔離。例如， 一個或更多第一電極106和第二 電極108由一種或多種的銀、金、鈦、鎢或其它導電性金屬或材料構(gòu)成。 如圖5所示并且將在下文中被討論，ESC100的第一電極106和第二電極108 可分別地電氣連接到各自的第一電壓源146 (例如第一電壓電位)和第二 電壓源148 (例如第二電壓電位)。
根據(jù)另一個方面，如圖2 4所示，抓持板104還包括一個或更多背側(cè) 氣體輸送孔150，其中，再如圖5所示， 一個或更多背側(cè)氣體輸送孔與氣體 源152流體連通。例如，圖2 4中一個或更多背側(cè)氣體輸送孔150大致上靠 近環(huán)狀物112與中心盤114之間的界面154定位。例如， 一個或更多背側(cè)氣 體輸送孔150可包括位于環(huán)狀物112與中心盤114之間界面154周圍的一個 或更多孔156，如圖1所示，其中，冷卻氣體(未顯示)被允許泄漏進入由 工件102與中心盤114以及環(huán)狀物I12之間的間隙130所限定的容積158 (如 圖4所示)。因此，環(huán)狀物112可操作以在工件102的表面120的周邊區(qū)域122 與ESC100之間提供實質(zhì)密封159，其中，冷卻氣體大致上被保持在由環(huán)狀 物、中心盤114和工件所限定的容積158內(nèi)。通過控制冷卻氣體的壓力，可 以依靠間隙130的尺寸、氣體壓力，以及氣體是否在自由分子狀態(tài)、過渡 狀態(tài)或粘性流狀態(tài)而控制工件與ESC100之間的熱傳遞。
在一個示例中， 一個或更多孔156可以具有約為2毫微或更小的直徑， 但是，各種其它尺寸的孔也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)被設計。例如， 一個或更 多孔156可具有約為500微米的直徑。在一個替代中， 一個或更多背側(cè)氣體 輸送孔150包括一個或更多細長的縫隙(未顯示)，其中， 一個或更多縫隙 大致上沿環(huán)狀物112與中心盤114之間的界面154延伸預定的距離(未顯 示)。例如， 一個或更多細長的縫隙可包括線性或弓形的縫隙，其中，當 測量環(huán)狀物與中心盤之間時， 一個或更多弓形的縫隙的徑向?qū)挾?沿 ESC100的半徑160延伸測量)約為2毫微或更小。例如， 一個或更多細長
的縫隙的長度大致大于它的徑向?qū)挾取?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，圖1 4的ESC100的冷卻板110與抓 持板104的背側(cè)162相關(guān)聯(lián)，如圖4所示，其中，抓持板104還包括形成在第 一電極146與冷卻板110之間的第一絕緣層164和形成在第二電極148與冷卻板之間的第二絕緣層166。例如， 一個或更多第一絕緣層162和第二絕緣 層166包括介電材料，其中，介電材料可由一種或多種氧化鋁、氮化鋁或
其它絕緣材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，如圖2和3所示，冷卻板110包括一 個或更多冷卻通道168。例如， 一個或更多冷卻通道168設置為用于在抓持 板104與冷卻板110之間和/或通過冷卻板輸送諸如水的冷卻流體(未顯示) 以在半導體加工期間冷卻ESCIOO。圖6示出冷卻板110的示例性前表面 170，其中，冷卻板的前表面大致上與圖2的抓持板104的背側(cè)162連接，例 如，其中描述冷卻通道168的至少部分的預定圖案172。應注意，預定圖案 172可以不同于圖中所示圖案，并且所有這些圖案都預期落入本發(fā)明的范 圍內(nèi)。
如圖6所示，與冷卻板110的前表面170相關(guān)聯(lián)的一個或更多冷卻通道 168大致上包括多個同心通道174，多個同心通道大致上通過多個徑向過道 176相互連通。圖7示出圖6的示例性的冷卻板110的背側(cè)表面178，其中， 冷卻板的背側(cè)表面大致上與冷卻板的前表面相對。因此，冷卻板110的一 個或更多通道168還包括一個或更多徑向通道180，徑向通道沿冷卻板的背 側(cè)表面限定，其中，冷卻流體可操作以通過一個或更多孔182穿過冷卻板 而在冷卻板的前表面170與背側(cè)表面178之間傳遞。例如，示例性的多個同 心通道174、徑向過道176、徑向通道180和一個或更多孔182大致上提供穿 過其的冷卻流體的有利的流動，其中，氣泡大致上被減少到最小。
因此，本發(fā)明的圖1 4的示例性ESC100提供對工件102的冷卻和圍繞 工件102的周邊區(qū)域122的有利的抓持，同時，大致上允許在與中心盤114 相關(guān)聯(lián)的靜電作用力與工件和中心盤之間的容積158相關(guān)聯(lián)的背側(cè)氣體壓 力之間獲得作用力的平衡。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，第二層126 還可包括一個或更多"微點"或平頂山狀結(jié)構(gòu)(mesas) 184(如圖1所示)， 其中， 一個或更多平頂山狀結(jié)構(gòu)大致上從第二表面128向外延伸，并且如 圖2所示，為了大致上支撐工件的內(nèi)部區(qū)域185， 一個或更多平頂山狀結(jié)構(gòu) 設置為與工件102的表面120相接觸。例如，圖l所示的一個或更多平頂山 狀結(jié)構(gòu)184具有表面區(qū)域，所述的表面區(qū)域與約占工件102的表面120的1% 或更少的部分相接觸。例如，每個一個或更多平頂山狀結(jié)構(gòu)184具有的表面積小于2mm2，并且大致上彼此間隔約為15mm 30mm。應該注意的是， 一個或更多平頂山狀結(jié)構(gòu)184可完全地被省略，其中，ESC100與工件102 之間僅沿著環(huán)狀物112接觸。
仍然根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，抓持板104還包括布置在其周 邊188附近的多個(例如，三個或更多)凹口186，其中，多個凹口設置為 與用于操縱ESC100的鉗子(未顯示)相連接。例如，鉗子可電接地，其 中，與鉗子相關(guān)聯(lián)的接地銷(未顯示)大致上提供與抓持板相關(guān)聯(lián)的三個 或更多個電接地。例如，在這種配置下，多個凹口 186因此大致上使ESC100 接地，其中，ESC可進一步被用作單極夾盤。例如，在抓持板104周邊188 附近的多個凹口186的位置大致上可減小可能由接地銷所產(chǎn)生的熱的不均 勻性。作為選擇，ESC100可被用作雙極夾盤，其中，不必電連接到接地 銷。
圖5示出示例性的靜電抓持系統(tǒng)190，其中，ESC100可被操作以與第 一電壓源或電壓電位146 (例如第一電源)、第二電壓源或電位148 (例如 第二電源)、氣體源152和控制器192接合。例如，控制器192可操作以控制 施加于圖2中環(huán)狀物112的第一電壓電位146，以大致將工件102抓持到 ESC100并且將背側(cè)氣體密封在中心盤114、環(huán)狀物112與工件102之間所限 定的容積158內(nèi)，同時，進一步控制第二電壓電位148和氣體源152以在與 第二電極108相關(guān)聯(lián)的靜電抓持力與容積內(nèi)的背側(cè)氣體壓力之間提供實質(zhì) 作用力平衡。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點，圖8示出用于通過靜電夾盤抓持工件的示 例性的方法300。應注意，雖然在本文中將示例性方法說明并描述為系列 動作或事件，但應了解本發(fā)明并不受這些動作或事件所說明的順序限制， 因為根據(jù)本發(fā)明， 一些步驟可以不同的順序和/或與除本文所示和描述之 外的其它步驟同時發(fā)生。此外，并不需要所有圖示的步驟來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā) 明的方法。而且，應了解可結(jié)合本文說明并且描述的系統(tǒng)以及與其它未說 明的系統(tǒng)來實施本方法。
如圖8所示，方法300以動作302開始，其中，提供諸如圖1 4的ESC100 的靜電夾盤。例如，在動作302中提供的ESC包括抓持板，其中，抓持板 包括具有第一電極的環(huán)狀物和與其相關(guān)聯(lián)的第一層。抓持板還包括具有第二電極的中心盤和與其相關(guān)聯(lián)的第二層，其中，中心盤大致上從環(huán)狀物凹 進。夾持板還進一步包括位于最接近環(huán)狀物與中心盤之間的界面的一個或 更多背側(cè)氣體輸送孔。
在動作304中，工件被放置在抓持板上，其中，工件的周邊區(qū)域與第 一層相接觸，并且，其中容積大致上被環(huán)狀物和第二層與工件的中心區(qū)域
之間的間隙距離限定。在動作306中，第一電壓電位施加于第一電極，在 其中大致上用第一作用力(例如第一抓持力)將工件的周邊區(qū)域吸引到第 一層。在動作308中，背側(cè)氣體以背側(cè)氣體壓力提供到一個或更多背側(cè)氣 體輸送孔，其中，背側(cè)氣體壓力大致上對第二層與工件的中心區(qū)域之間的 容積加壓。背側(cè)氣體壓力大致上確定工件與抓持板之間的熱傳遞量。而且， 例如，與在動作306中施加到第一電極的第一電壓電位相關(guān)聯(lián)的第一作用 力大致上足以保持工件相對于抓持板的位置，并且在工件與環(huán)狀物之間提 供實質(zhì)密封以防止背側(cè)氣體從與ESC相關(guān)聯(lián)的容積泄漏。
在動作310中，第二電壓電位施加于第二電極，在其中大致上用第二 作用力(例如第二抓持力)將工件的中心區(qū)域吸引到第二層。在動作312 中，第一電壓電位和第二電壓電位被控制，其中，第一電壓電位大致上用 第一作用力將工件抓持到抓持板，并且其中第二電壓電位大致上用第二作 用力來補償背側(cè)氣體壓力和大致上控制間隙距離。動作312還包括控制背 側(cè)氣體壓力，其中背側(cè)氣體壓力大致上確定抓持板與工件之間的熱傳遞。 因此，與中心盤相關(guān)聯(lián)的間隙距離和背側(cè)氣體壓力能夠獨立于與環(huán)狀物相 關(guān)聯(lián)的所期望的抓持而被控制，其中，將工件的中心區(qū)域的抓持從工件的 周邊區(qū)域的抓持大致上分離。因此，在一個示例中，第二作用力可大致小 于第一作用力，其中，由于ESC與工件的中心區(qū)域之間摩擦的減小，這個 較小的第二作用力可使顆粒污染減小。
因此，通過如上述而使抓持分離，本發(fā)明提供一種靜電夾具，靜電 夾具提供改善的熱均勻性，同時還減小顆粒污染。盡管以某些較佳具體實 施例展示并描述本發(fā)明，但顯而易見，本領域技術(shù)人員在閱讀并理解本說 明書及附圖后會想到等效改變及修改。特別對于上述元件(組件、裝置、 電路等)所執(zhí)行的各種功能而言，除非另行指示，即使結(jié)構(gòu)上與在本文中 執(zhí)行本發(fā)明圖示的示例性實施例的功能所公開的結(jié)構(gòu)不等效，用于描述這些元件的術(shù)語(包括涉及的"方法")與執(zhí)行所描述的元件的特定功能的 任意元件相對應(也就是功能上等效)。此外，雖然本發(fā)明的獨特的特征 僅參考許多實施例的其中之一被公開，當對于任何給定或特定的應用而言 是所期望和有利時，這個特征可與其它實施例的一個或更多其它特點相結(jié)
權(quán)利要求
1.一種用于抓持工件的靜電夾具，所述靜電夾具包括抓持板，所述抓持板包括環(huán)狀物，所述環(huán)狀物包括第一層，所述第一層具有與其相關(guān)聯(lián)的第一表面，其中，所述第一表面設置為接觸工件表面的周邊區(qū)域；中心盤，所述中心盤包括第二層，所述第二層具有第二表面，其中，所述環(huán)狀物大致圍繞所述中心盤，并且其中所述第二表面大致從所述第一表面凹進，由此大致限定所述第二表面與所述工件表面之間的間隙；和一個或更多背側(cè)氣體輸送孔，所述一個或更多背側(cè)氣體輸送孔與氣體源流體相通，并且所述一個或更多背側(cè)氣體輸送孔接近所述環(huán)狀物與所述中心盤之間的界面定位；第一電極，所述第一電極與所述環(huán)狀物相連接，其中，所述第一電極電連接到第一電壓電位；和第二電極，所述第二電極與所述中心盤相連接，其中，所述第二電極電連接到第二電壓電位，并且其中，所述第一電極與所述第二電極彼此電絕緣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述第一層和所述第二層 包括J-R型材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述第一層包括第一介電 層，所述第一介電層具有形成在其上的第一保護層，其中，所述第一保護 層的表面大致限定所述第一表面，并且其中，所述第二層包括第二介電層， 所述第二介電層具有形成在其上的第二保護層，其中，所述第二保護層的 表面大致限定所述第二表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電夾具，其中，所述第一介電層和第二介 電層中的一個或更多包括摻雜的介電材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述第二表面從所述第一 表面凹進約5微米和30微米之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電夾具，其中，所述第二表面從所述第一 表面凹進約10微米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述第一電極和第二電極 中的一個或更多包括導電性金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述工件的表面的周邊區(qū) 域與所述工件的排除區(qū)域相連接，其中，沒有半導體器件形成在所述排除 區(qū)域中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述一個或更多背側(cè)氣體 輸送孔包括具有約為2mm或更小直徑的一個或更多孔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中， 一個或更多背側(cè)氣體輸 送孔包括一個或更多細長的縫隙，所述縫隙沿所述環(huán)狀物與所述中心盤之 間的所述界面延伸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電夾具，其中，當在所述環(huán)狀物與所述 中心盤之間測量時，所述一個或更多細長的縫隙的寬度約為2mm或更小。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，還包括與所述抓持板的背側(cè)相 連接的冷卻板，其中，所述冷卻板包括一個或更多冷卻通道，所述冷卻通 道設置為通過該冷卻通道輸送冷卻流體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電夾具，其中，所述冷卻板的所述一個 或更多通道包括多個同心通道，所述多個同心通道通過多個徑向過道相互 連接，其中，所述多個同心通道和多個徑向過道限定在所述冷卻板的前表 面中，所述冷卻板前表面面對所述抓持板的所述背側(cè)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的靜電夾具，其中，所述冷卻板的所述一個 或更多通道還包括沿著所述冷卻板的背側(cè)表面限定的一個或更多徑向通 道，其中，所述冷卻板的所述背側(cè)表面大致與所述冷卻板的所述前表面相 對。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電夾具，還包括形成在所述第一電極與 所述冷卻板之間的第一絕緣層，和形成在所述第二電極與所述冷卻板之間 的第二絕緣層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述第二層還包括一個 或更多平頂山狀部分，其中，所述一個或更多平頂山狀部分大致從所述第二表面向外延伸，并且與所述工件的所述表面接觸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的靜電夾具，其中，所述一個或更多平頂山狀部分具有表面面積，所述表面面積接觸所述工件的所述表面的約1%或 更少。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的靜電夾具，其中，所述一個或更多平頂山 狀部分中的每個具有小于2mr^的表面面積。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電夾具，其中，所述抓持板還包括三個 或更多布置在其周邊附近的凹槽，其中，所述三個或更多凹槽設置為與接 地夾持器相連接，由此分別提供與抓持板相關(guān)聯(lián)的三個或更多電接地。
20. —種用于抓持工件的方法，所述方法包括提供抓持板，其中，所述抓持板包括環(huán)狀物，所述環(huán)狀物具有第一 電極和與所述第一電極相連接的第一層；中心盤，所述中心盤具有第二電 極和與所述第二電極相連接的第二層，其中，所述中心盤大致從所述環(huán)狀 物凹進，并且其中所述抓持板還包括一個或更多背側(cè)氣體輸送孔，所述背 側(cè)氣體輸送孔接近所述環(huán)狀物與所述中心盤之間的界面定位；將所述工件放置在所述抓持板上，其中，所述工件的周邊區(qū)域接觸所 述第一層，并且其中，容積大致通過所述第二層與所述工件的中心區(qū)域之 間的間隙距離限定；對所述第一電極施加第一電壓電位，由此大致用第一作用力將所述工 件的所述周邊區(qū)域向所述第一層吸引；將背側(cè)氣體以背側(cè)氣體壓力提供到所述一個或更多背側(cè)氣體輸送孔， 其中，所述背側(cè)氣體壓力大致對所述第二層與所述工件的所述中心區(qū)域之 間的所述容積加壓；對所述第二電極施加第二電壓電位，由此大致用第二作用力將所述工 件的所述中心區(qū)域向所述第二層吸引；和控制所述第一電壓電位和所述第二電壓電位，其中，所述第一電壓電 位大致通過所述第一作用力將所述工件抓持到所述抓持板，并且其中，所 述第二電壓電位大致通過所述第二作用力補償所述背側(cè)氣體壓力，由此大 致控制所述間隙距離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括控制所述背側(cè)氣體壓力，其中，所述背側(cè)氣體壓力大致確定所述抓持板與所述工件之間的熱量傳 遞。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括通過冷卻板冷卻所述抓持 板的背側(cè)，其中，冷卻流體流經(jīng)與冷卻板相連接的一個或更多通道。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一電壓電位和所述第二電壓電位是交流電壓。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一電壓電位和所述第二電壓電位是直流電壓。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中將所述第一電壓電位施加到所述第一電極大致在所述環(huán)狀物與所述工件之間提供密封，由此大致將所 述背側(cè)氣體保持在所述容積中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于抓持工件的靜電夾具(ESC)、系統(tǒng)和方法。ESC的抓持板具有中心盤和圍繞中心盤的環(huán)狀物，其中，中心盤從環(huán)狀物以間隙距離凹進，在其中限定容積。背側(cè)氣體輸送孔定位于為最接近環(huán)狀物與中心盤之間的界面。加到環(huán)狀物的第一電極的第一電壓抓持工件的周邊區(qū)域到第一層。加到中心盤的第二電極的第二電壓大致上補償在容積內(nèi)的背側(cè)氣體的壓力。ESC可由J-R型或庫倫型材料構(gòu)成。與抓持板相關(guān)聯(lián)連的冷卻板還由設置為用于從中輸送冷卻流體的一個或更多冷卻通道提供冷卻。
文檔編號H01L21/683GK101563770SQ200780046690
公開日2009年10月21日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者威廉·李, 艾許溫·普羅西特, 陶天照, 馬文·拉方騰 申請人:艾克塞利斯科技公司