[发明专利]导电密封环静电吸盘

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年1月20日提交的、名称为“Conductive Seal Ring Electrostatic Chuck”的共同拥有的美国临时专利申请No.61/145,871的优先权并且涉及该临时专利申请，这个临时专利申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及静电吸盘装置，更具体来讲，涉及用于在半导体制造工艺中在衬底处理腔室内吸住并固定衬底的静电吸盘装置。

背景技术

在半导体工业中，在真空腔室中处理盘状衬底是很普遍的。通常，要求在确保处理衬底的整个面的同时将衬底加热或冷却。确保处理衬底的整个面消除了在衬底的外周处机械夹持的可能性，并且良好地建立了将晶片静电地夹到热源或热沉的原理。基本原理涉及使用电源向电介质支撑内部嵌入的一个或多个电极施加电压，所述电介质支撑继而接触待处理的衬底(一个或多个)。所施加的电压产生电场，在衬底与电介质支撑接触的表面中感应出电荷，所述电荷的极性与电极上的电荷的极性相反。相反电荷由于静电吸引而彼此吸引，并因此衬底被夹持到支撑。当去除电极上的电荷时，其产生的电场减弱并且在衬底上感应出的电荷消失。然后，衬底将与该支撑分离。

尽管构思简单，但是实际上使用静电夹具或吸盘(通常称作ESC)存在许多困难。大量不同的实施例企图解决这些实际困难中的一些。当衬底翘曲时产生一个问题。夹持力与ESC电极和衬底之间距离的平方成比例，并且还与所吸引的衬底的面积成比例：因此，翘曲衬底上的夹持力将低于完全平面衬底上的夹持力。当需要处理翘曲衬底时，要求ESC具有高夹持力。可以通过向ESC电极施加高电压或者通过使用Johnson-Rahbek效应来产生高夹持力。Johnson-Rahbek或J-R ESC并入漏电电介质(其电阻率的范围通常为10E8Ω-cm至10E13Ω-cm)以在与衬底直接接触的ESC的衬底处产生电荷。对于类似施加的电压，J-R ESC比常规“库仑力的”ESC(电阻率＞10E14Ω-cm)产生更大的力。然而，在高的施加电压下，使用J-R ESC或库仑力的ESC以产生高夹持力，通常使得衬底更难以释放。

通常，通过在ESC和衬底之间使用气体来增强它们之间的热耦合。典型地，优选在压力范围为1乇至20乇的情况下，优选的是诸如氦或氩的惰性气体。为了实现这些具有低气流的压力，需要在ESC的外周设置密封环：这种密封环通常采用了凸脊的形式。将另外的特征并入到ESC的表面中，以确保该气体在衬底的整个背部表面均匀分布。

一种共同的表面特征细节是所谓的“MCA”或“最小接触面积”ESC。这里，ESC的表面包括在吸盘表面的剩余部分上方凸起的多个突出部。接触衬底的凸起突出部的面积是总ESC面积中的非常小的部分(典型的～1％)。MCA ESC存在许多优点。当衬底被夹持到ESC时，静电吸引通常使衬底变平，从而造成两个主体之间产生相对运动。这种滑动运动可以产生颗粒，这些颗粒粘附到衬底背面或粘附到ESC的表面。在半导体制造中，这两种结果都是不期望发生的：衬底背面上的颗粒会落到盒中其下方的衬底前侧上，从而使器件产率降低，而ESC的表面上的颗粒会造成夹持困难或气体泄漏。MCA ESC减小了吸盘和衬底之间的接触面积，从而减小了将产生颗粒的可能性。如果产生小颗粒，则这些颗粒最可能落到它们没有损害ESC操作的突出部之间的空隙中。MCA ESC也不太可能出现松开夹持的问题，这是因为吸盘和衬底之间的接触面积有限。

现有技术

尽管在新兴技术(例如，LED制造)中使用诸如SiC、蓝宝石和石英的众多其他衬底，但现今用于半导体制造的最常用的衬底是硅(Si)和砷化镓(GaAs)晶片。就硅而言，许多处理的晶片在接触吸盘的背表面上具有电介质。Si衬底和GaAs衬底都容易被现今市场上可得的许多ESC静电地夹持。然而，通常，当去除所施加的电压时，衬底(尤其是蓝宝石、在背部上具有电介质涂层的半绝缘GaAs和Si)没有快速且干净利索地从ESC释放。在现有技术中，存在解决这个问题的三种主要技术。

第一种最简单的技术使用机械力使衬底离开ESC。这种力可以采用多个在ESC表面上方布置的多个针的形式，当需要松开夹持时这些针被激励。每个针对部分衬底施加很小的力，并且它们的组合力克服将衬底保持到ESC的任何剩余静电吸引。除了用针之外或者在没有用针的情况下，还可以向衬底背面施加气体压力，以克服剩余的夹持力。