[发明专利]具有改善粒子性能的晶片接触表面突部轮廓

说明书

本发明涉及一种具有整体非弧形顶表面状突部的静电吸盘，所述突部具有与椭圆的部分类似的边缘表面。所述突部的结构导致由所支撑衬底与所述吸盘之间的交互生成的微粒材料减少。通过改善所述突部表面的平滑化及平坦化来达成降低刮擦、打磨、磨损及微粒生成的水平。

背景技术

广泛使用衬底支撑吸盘来支撑半导体处理系统内的衬底。在例如高温物理气相沉积(PVD)及反应性离子蚀刻(RIE)的高温半导体处理系统中使用的特定类型的吸盘是陶瓷静电吸盘。在处理期间使用这些吸盘来将半导体晶片或其它工件保持在静止位置中。此类静电吸盘包含嵌入在陶瓷吸盘主体内的一或多个电极。

静电吸盘在制造过程期间固持并支撑衬底且还在不机械地夹箝衬底的情况下从衬底移除热。静电吸盘具有包含陶瓷基座中的电极及静电吸盘的表面层的结构，静电吸盘的表面层由电极中的电压激活以形成将衬底静电地夹箝到静电吸盘的电荷。静电吸盘可进一步包含由支撑衬底远离表面层的陶瓷材料制成的多个突部或凸部。在使用静电吸盘期间，例如半导体晶片的衬底的背侧通过静电力固持到静电吸盘的面。通过覆盖电极的材料的表面层，衬底与静电吸盘的面中的一或多个电极分离。在库仑(Coulombic)吸盘中，表面层是电绝缘的，而在约翰逊-拉贝克(Johnsen-Rahbek)静电吸盘中，表面层是弱导电的。通过与突部进行接触热传导及/或通过用冷却气体进行气体热传导，可将在处理期间传递到衬底的热移离衬底且转移到静电吸盘。在从衬底移除热时，接触热传导通常比气体热传导更有效。然而，可能难以控制衬底与突部之间的接触量。

半导体制造操作要求晶片表面尽可能干净。使用由陶瓷材料制造的吸盘主体的一个缺点是：在制造支撑件期间，陶瓷材料经“研磨”而产生相对平滑表面。此类研磨产生可附着到支撑件的表面的粒子。从表面完全移除这些粒子是非常困难的。另外，研磨过程可能会使吸盘主体的表面断裂。因此，随着使用吸盘，通过这些断裂可不断地产生粒子。而且，在晶片处理期间，陶瓷材料可从晶片的底侧磨除晶片氧化物，从而导致微粒污染物进一步引入到处理环境。在使用吸盘期间，粒子自身可附着到晶片的底侧且载送到其它处理腔室或在晶片上制造的电路中引起缺陷。已发现，在陶瓷静电吸盘上保持之后可在给定晶片的背侧上发现数万个污染物粒子。

1985年12月24日发表的日本专利申请案第60-261377号揭示了一种具有浮凸支撑表面的陶瓷静电吸盘。浮凸会减少接触晶片的陶瓷支撑件的表面积。因此，减少了转移到晶片的污染物粒子的数目。然而，此类浮凸表面维持陶瓷材料与晶片的底侧之间的一定程度的接触。因此，尽管污染减少，但仍会大量存在。

持续需要在最小化在晶片接触表面上支撑衬底时可产生且附着到衬底的底侧的污染物粒子的量的晶片接触表面，例如在夹箝比如静电吸盘的衬底及在处理期间支撑衬底的其它物品时使用的晶片接触表面。

发明内容

发明者在大量实验及建模之后已发现，在装夹期间衬底与晶片接触表面的突部之间的交互可导致法向力与剪切力的组合被施加在突部上。已发现，在夹箝期间，与具有所修改边缘的平顶突部相比，更大量的法向应力及剪切应力被施加在圆形或弧形突部上。已进一步发现，衬底与圆形或弧形突部之间的装夹力的剪切分量可与突部材料的微晶结构交互以损坏突部、衬底或两者且产生粒子。在弧形或圆形突部中这个问题可最大，其中形成突部的材料的微晶基本上垂直于吸盘的晶片接触表面层而对齐。

晶片接触表面的版本及尤其是具有本文中所描述的晶片接触表面的静电吸盘包括或包含延伸到高于静电吸盘的表面层的突部，所述突部在装夹期间支撑衬底。尽管在本说明书及权利要求书中使用术语突部，但术语台面、处置器表面、凸块、浮凸、凸部或类似术语可与突部互换地使用。另外，用于突部的边缘表面结构及材料也可用于其它静电吸盘表面构件，包含但不限于提升销密封件及气体密封环。