用于静电卡盘的多层的接地机构和相关方法

技术领域

本发明大体上涉及用以在晶片处理期间紧固和支撑晶片衬底的静电卡盘。

背景技术

静电卡盘(也被简称为“卡盘”)用于半导体晶片和微电子装置处理。卡盘将例如半导体晶片或微电子装置衬底等工件牢固地固持在适当的位置，以在工件的表面上执行工艺。有时称为“衬底支撑表面”的卡盘的上部表面可包含专门化特征以改进卡盘的性能。一个此类特征是导电涂层，其可用以提供工件与电学接地之间的电连接。

导电涂层在一个特定用途中可有效地从工件移除静电电荷，或防止工件处的静电电荷的累积。在工件的处理期间，工件可能暴露于可趋于累积的静电电荷。电荷累积可产生卡盘与工件之间的静电引力，造成在处理之后在希望从卡盘移除工件时工件“粘”到卡盘。

电荷累积可能足以妨碍从卡盘移除工件的步骤。静电卡盘装置的起模顶杆通常(不存在静电电荷的显著积累)足以通过升高以接触且提升工件的下侧(底部)远离卡盘而提升工件远离卡盘。但如果电荷累积足够，那么起模顶杆可能够提升工件的一侧，而剩余部分继续接触卡盘。当工件是圆盘形半导体晶片时，晶片可能变为“倾斜”，表现为粘到卡盘的边缘。当相关联机器人臂尝试检取晶片时，臂可能未恰当地接合晶片且可能意外推动晶片离开卡盘，这可能造成晶片损坏以及处理的中断。

即使电荷累积不导致工件“粘着”问题，也可能导致形成于工件上的微电子结构的损坏。在工件与等离子体定位于同一腔室中的等离子体掺杂离子植入机中，过量的电荷累积也可导致掺杂不均匀性、微加载和电弧。因此，在一些情况下可能需要有意限制等离子体掺杂离子植入机的处理量以避免过量的电荷累积。

用于控制、防止或耗散由静电卡盘支撑的工件的电荷累积的一个技术涉及在卡盘的表面安置导电涂层以接触工件且提供到电学接地的导电路径。电连接到接地的导电涂层防止或消除工件的静电电荷积累(相对于接地)。

发明内容

以下描述有关于涉及静电卡盘或其前体的多层结构的结构和方法，所述多层结构包含用于多层结构的导电涂层的接地结构。

所述接地结构涉及作为多层卡盘结构或其前体的部分包含的接地层，其连接到导电涂层。接地层还连接到接地路径，所述接地路径连接到电学接地且包含接地引脚。接地引脚穿过多层结构的位于接地层下方的其它层，且从接地层下方的位置电连接到接地层。那些层可包含可为不导电粘合剂(例如，聚合)的接合层、绝缘体层和任选的其它额外层。

相比之下，先前接地路径结构包含安置于多层卡盘的外径表面上方的薄金属膜，如图2的实例中所示。这些先前薄膜结构在不同层的竖直边缘表面处粘附到外径表面，包含在横穿两个层之间的界面的位置处，所述界面例如聚合物层和绝缘体的界面。此类型的薄膜接地路径尤其在此位置可能在使用期间或随着时间而对从表面的剥离或其它分离敏感。根据本描述，申请人已认识到替代接地路径，其涉及不沉积到多层卡盘的外径表面上且没有从所述表面剥离的风险的接地引脚。接地路径使用接地引脚来穿过位于接地层下方的多层卡盘结构的层，且从接地层下方的位置电连接到接地层。

在一个实施例中，本发明涉及多层静电卡盘组合件，包含其前驱体。所述组合件包含：电介质层；电介质层上方的导电场涂层；电介质层下方的电极层；电极层下方的绝缘体层；电介质层下方和绝缘体层上方的聚合接合层；聚合接合层上方、电介质层下方且电连接到导电场涂层的接地层；从绝缘体的位置通过聚合接合层延伸到接地层的接地引脚；以及位于接地引脚开口中的接地引脚。接地引脚电连接到接地层。

在另一实施例中，本发明涉及在多层结构中放置接地引脚的方法。所述多层结构包含：电介质层；安置于电介质层下方的电极层；电极层下方的绝缘体层；安置于电介质层和电极层下方和绝缘体层上方的聚合接合层；以及安置于聚合接合层上方、电介质层下方且电连接到场涂层的接地层。所述方法包含：在多层结构中形成接地引脚开口，所述接地引脚开口从绝缘体的位置延伸通过聚合接合层且到接地层；以及将接地引脚插入到接地引脚开口中且将接地引脚电连接到接地层。

附图说明

可结合附图考虑各种说明性实施例的以下描述来更完整地理解本发明。

图1是本发明多层卡盘结构的侧面剖视图。

图2是现有技术多层卡盘结构的侧面剖视图。

虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其细节且将进行详细描述。然而，应理解，不打算将本发明的方面限于所描述的特定说明性实施例。相反，目的是涵盖属于本发明的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代物。

具体实施方式

应参考附图来阅读以下详细描述，其中不同附图中的类似元件编号相同。详细描述和附图不一定按比例绘制，其描绘说明性实施例，且无意限制本发明的范围。所描绘的说明性实施例仅既定作为示范性的。任何说明性实施例的选定特征可并入到额外实施例中，除非明确地相反陈述。

除非内容另外明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书所使用的单数形式“一个(种)(a/an)”和“所述(the)”包含复数形式指示物。除非内容另外明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用，术语“或”通常在其意义上用来包含“和/或”。

术语“约”大体上指代视为等效于所陈述值(例如，具有同一功能或结果)的数字范围。在许多情形中，术语“约”可以包含经四舍五入到最接近的有效数字的数字。

使用端点表达的数值范围包含所述范围内归入的所有数字(例如，1到5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。

如本文所使用，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“竖直”和“水平”具有与这些术语的常规含义一致且与当描述图1和2的主题时这些术语的使用一致的含义。

以下描述涉及可用作静电卡盘(也称为“卡盘”)的多层结构，具体来说还包含其任何形式的前驱体，和相关方法。所述多层结构包含接地结构，所述接地结构包含接地层和接地引脚。

所述多层结构包含一起组装成静电卡盘的多种不同类型的层。静电卡盘具有已知可用于在衬底的处理期间支撑衬底(例如，半导体衬底或微电子装置或其前驱体)的类型，其中使用由电极提供的静电吸引力将衬底保持在适当的位置。与静电卡盘一起使用的实例衬底包含半导体晶片、平坦屏幕显示器、太阳能电池、光罩、光掩模及类似物。衬底可以具有等于或大于圆形100毫米直径晶片、200毫米直径晶片、300毫米直径晶片或450毫米直径晶片的面积。

多层卡盘可包含已知为在多层卡盘结构中使用的组件的材料层。卡盘包含适于在处理期间支撑衬底的上部表面(“衬底支撑表面”)，且包含包含电极层的其它机构和结构，所述电极层在卡盘与衬底之间生成静电引力以在处理期间将衬底保持在适当的位置。

衬底支撑表面或者其一个或多个不同可识别的部分可称为“场”。举例来说，衬底支撑表面可以包含导电场涂层(例如，“场涂层”)，其可覆盖卡盘的整个上部表面，或可替代地覆盖上部表面的一部分，而剩余部分是电介质层的暴露上部表面。上部表面还可任选地包含例如凸起的表面结构。

上部表面通常具有带有边缘的圆形表面区域，所述边缘界定圆形周边，且还界定表面和多层卡盘两者的直径。在多层卡盘结构的外围或外径处是竖直外径表面，其围绕卡盘的周边延伸且由多个层的外边缘的竖直表面界定。

多层结构的一个层是绝缘体层(或简称为“绝缘体”)。绝缘体层从下方由基底支撑。绝缘体上方是聚合接合层和电极层。聚合接合层和电极层上方是电介质层，其包含如上文所描述的卡盘上部表面，所述卡盘上部表面包含导电场涂层和任选的凸起。聚合接合层将绝缘体的上部表面紧固到电介质层的底部表面和电极层。聚合接合层与绝缘体之间的界面称为聚合物-绝缘体界面。

多层结构的另一层是接地层，其电连接到位于接地层上方的导电场涂层，且还连接到包含接地引脚的接地路径。接地层位于电介质层下方和聚合接合层上方。接地引脚通过穿过位于接地层下方的多层卡盘结构的其它层而电连接到接地层以从接地层下方的位置接达接地层。接地引脚从下方连接到接地层，同时在邻近于聚合物-绝缘体界面的位置经过，其为在聚合物-绝缘体界面处不接合到(不沉积到其上)聚合接合层和绝缘体层的竖直表面的针结构。

某些先前接地路径设计已涉及呈薄金属膜形式的接地路径，所述薄金属膜在包含聚合接合层、绝缘体层和聚合物-绝缘体界面的表面处紧固到(例如，通过沉积到其上)多层卡盘的竖直外径表面。在某些条件下，此类型的接地路径与外径表面之间的接合可失败且薄膜接地路径与外径表面分离(例如，分层)。相比之下，不沉积到多层结构的外径的竖直表面上的作为接地路径的柱结构对与表面分离不敏感，因为针未通过层压或通过在表面上沉积膜来形成而初始紧固到表面。

图1示出根据实施例的多层卡盘100的说明性实例。多层卡盘100包含具有基底102、绝缘体层106、聚合物接合层108、电极层(或“电极”)110、电介质层112和接地层116的多层结构。电介质层112的上部表面界定晶片支撑表面120，其包含导电场涂层114和任选的凸起140。晶片126示出为由晶片支撑表面120的凸起140支撑。在许多情况下，多层卡盘100具有由圆周或外围(不可见)界定的圆形区域，其包含由多个层的竖直边缘表面界定的竖直延伸的外径表面150。

基底102是具有平坦上部表面的支撑层，且由有效提供平坦刚性支撑上部表面以支撑绝缘体层106的任何材料制成。实例材料也可为导电的，一个特定实例是铝。

绝缘体层106由基底102支撑，且可由例如陶瓷绝缘材料等任何有用绝缘材料制成，例如氧化铝或另一有用绝缘材料。

聚合物接合层108是能够提供绝缘体层106的顶部表面与电极110的底部表面、电介质层112的底部表面或这两者之间的接合，并且还接合到接地层116的底部表面的聚合物层。聚合物接合层108可由已知可用于多层静电卡盘的接合层的任何聚合粘合剂制成。粘合剂可为压敏粘合剂或结构粘合剂，且可为热塑性的、可热固的(例如，可固化)等。绝缘体层106的上部表面与聚合物接合层108的下部表面之间的边界在本文中被称作聚合物-绝缘体界面142。

导电场涂层114可为放置于电介质层112的上部表面的至少一部分上方的导电材料层，且可含有或也可放置于任选的凸起上方。导电场涂层114可在电介质层112的整个上部表面上方或仅其一部分上方延伸。导电场涂层114可由任何导电材料制备且可通过有用方法放置在所需位置，例如沉积方法，例如化学气相沉积(和其经修改版本，例如等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积和相似沉积技术。导电场涂层114可由导电材料制成，例如镍、镍合金、钛、铝、锆、氮化钛、氮化锆、导电碳或类似物。大体上，电荷耗散层为放置于其上的工件(例如，晶片衬底)提供电接地，以从工件移除电荷，即“耗散”电荷。

接地层116是导电层且电连接到场涂层114。接地层116可由任何导电材料制成并且可通过任何有用方法制备且放置作为多层卡盘100的一层。在一些情况下，例如图1中示出，接地层116位于聚合物结合层108的上部表面与电介质层112的下部表面之间。举例来说，如图1所示，下部表面接地层116接触聚合物结合层108的上部表面，且接地层116的上部表面接触电介质层112的下部表面。任选地，如所说明，接地层116还可包含延伸部分117，其接触电介质层112的竖直外径表面150以促进接地层116与导电场涂层114之间的电接触。

接地层116的材料可为任何导电材料。合适的导电材料的实例包含但不限于镍、镍合金、钛、铝、锆、氮化钛、氮化锆或导电碳。

相对于多层结构的二维表面区域(即，当从上方或下方观看时结构的区域，例如上部晶片支撑表面120的二维区域)，接地层116可放置在所述表面区域的任何有效部分处。确切地说，接地层116与位于接地层116上方的导电场涂层114电连接，且还与位于接地层116下方的接地引脚132电接触。

接地层相对于卡盘的表面区域的一个有用位置是在多层卡盘(例如，多层卡盘100)的周边处，在外径处邻近于卡盘的边缘。在卡盘的表面的外边缘处的位置允许接地层通过位于电介质层的外表面处的接地路径具有对导电场涂层的附近接达。

接地层116可具有允许接地层如所描述起作用且电连接到接地引脚和导电场涂层两者的尺寸和位置。位于多层卡盘的表面区域的外边缘处的接地层116可视为具有从区域的外边缘(外围)朝向区域的中心延伸一段距离的宽度尺寸。此宽度尺寸的量值可足以允许接地引脚放置于接地层下方作为多层卡盘的部分。宽度尺寸的大小也可取决于卡盘的总面积。接地层的有用宽度可至多为卡盘的直径的10％。对于直径100毫米的卡盘，有用宽度可为至多10毫米。替代宽度尺寸可介于从10纳米到100微米的范围内。

接地层116可具有任何有效厚度，例如介于从100纳米到10微米的范围内的厚度。

将接地层116放置在相对于多层结构的其它层的所需位置的方法的实例包含已知沉积方法，例如化学气相沉积(和其经修改版本，例如等离子体辅助化学气相沉积)、物理气相沉积、原子层沉积和相似沉积技术。

仍参看图1，多层卡盘结构101包含接地引脚132，其从接地层116下方的位置且在聚合物-绝缘体界面142上方的位置接触接地层116。在一些情况下，接地引脚132可在接地层116的下部表面接触聚合物接合层108的上部表面的位置处接触接地层116的下部表面。接地引脚132作为不需要沉积到、粘附到或另外紧固到界面142的实心针结构经过界面142的一侧，且甚至可避免接触界面142的表面中的一或多个。接地引脚132可插入到出于容纳接地引脚132的目的制备的多层结构101中的接地引脚开口144中且驻留于其内。接地引脚开口144可从接地层116下方的位置延伸，通过多层结构101的一或多个层和材料，例如通过聚合物接合层108，通过绝缘体层106的全部或一部分，且通过基底层102的全部或一部分。基底层102可包含接地螺钉(例如，接地螺钉130)，如所示。

接地引脚132可由例如刚性金属等任何导电材料制成，并且可形成为细长金属轴。接地引脚132可与接地螺钉130一起组装且并入多层结构101中，其中接地引脚132和接地螺钉130的对置接合表面产生螺纹接合。接地引脚132和接地螺钉130的结构和放置可按需要，这些装置的实例是静电卡盘设计领域中已知的。根据单个实例，接地螺钉130可与多层卡盘的(例如，铝的)基底中的腔紧固在一起(例如，通过螺纹接合)。在一些实施例中，接地引脚132与接地螺钉130之间的接合可为金属弹簧、用导电环氧树脂的接合，或另一形式的电连接。接地引脚132可从下方通过形成于绝缘体层106和聚合物接合层108中的腔而通过例如导电环氧树脂等导电材料间接接触电极110。

多层卡盘100的其它特征包含电极110和任选的凸起140，如图1所描绘。多层静电卡盘的有用电极110是已知的，且用于如所描述的多层卡盘的电极110可选自已知实例。电极110能够累积电荷以在电极与安置于卡盘的衬底支撑表面上的衬底之间产生吸引(向下)静电力。因此，电极110连接到能够对电极110选择性地提供电荷的电路，且连接或选择性地可连接到接地，但不电连接到导电场涂层114。

电极110可通过任何有用方法放置在相对于多层结构101的其它层的所需位置和卡盘的区域的所需部分(例如，图案)上方，例如通过沉积，例如化学气相沉积(和其经修改版本，例如等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积和相似沉积技术。电极110可通常在卡盘的表面区域上(当从上方观看时)图案化且无需覆盖卡盘的整个表面区域。

任选的凸起140是位于衬底支撑表面处的表面结构，用以在远离电介质层的上部层的一个距离支撑衬底。凸起140可位于导电场涂层上方或下方，且可经设定大小且以任何有用方式隔开。在多层卡盘的衬底支撑表面上使用的凸起的有用实例是已知的。可用作凸起的实例材料可为导电的(例如，金属)或绝缘的(例如，电介质，例如绝缘陶瓷)。凸起140可通过例如沉积方法等任何有用方法放置在相对于电介质层的所需位置，例如，化学气相沉积(和其经修改版本，例如等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积和相似沉积技术。

为了制备如所说明的多层卡盘，方法不需要接地路径形成到多层卡盘的竖直表面上，例如形成到绝缘体层106、聚合物接合层108或聚合物-绝缘体界面142的一或多个竖直边缘表面上。实际上，可如所描述通过提供至少包含绝缘体、接地层和聚合物接合层的多层卡盘结构或其前体，且在多层结构101中制备接地引脚开口(例如，接地引脚开口144)，来放置接地引脚。参考图1，实例接地引脚开口144可从接地层116下方(例如，在其下部表面)的位置延伸，通过多层卡盘100的一或多个层和材料，例如通过聚合物接合层108，通过绝缘体层106的全部或一部分，且通过基底层102的全部或一部分。基底层102可以包含与接地引脚132接合的接地螺钉(例如，接地螺钉130)，如图所示。在形成接地引脚开口144之后，接地引脚(例如，接地螺钉132)可插入(从绝缘体层106或基底102下方)到接地引脚开口144中以将接地引脚132的上部末端放置成在接地层116的底侧上与接地层116电接触。

作为比较，替代(先前)接地路径结构的实例包含安置于例如图2中示出的多层卡盘200的多层卡盘的外径表面上的沉积薄金属膜。如图2所描绘，多层卡盘200包含粘附到竖直延伸的外径表面150的沉积薄金属膜接地路径119。接地路径119最终通过任何有效路线连接到电学接地。薄膜金属接地路径119可通过形成于外径表面上(例如，通过沉积方法)安置于外径表面150上。这些先前沉积薄膜结构必须良好紧固到外径表面，包含每一层的表面和邻近层之间的每一界面。举例来说，如图2中所示出，沉积薄膜结构可能需要通过横穿聚合物-绝缘体界面142而附着到外径表面。安置到外表面150上的此类型的薄膜接地路径可在使用期间或随着时间对从表面150的剥离或其它分离敏感。本文参考图1描述的实施例提供不同接地路径，其涉及不沉积到多层卡盘的外径表面上且没有从所述表面剥离的风险的接地引脚。

方面：

方面1是一种多层静电卡盘组合件，其包括：电介质层；电介质层上方的导电场涂层；电介质层下方的电极层；电极层下方的绝缘体层；电介质层下方和绝缘体层上方的聚合接合层；聚合接合层上方、电介质层下方且电连接到导电场涂层的接地层；从绝缘体的位置通过聚合接合层延伸到接地层的接地引脚开口；以及位于接地引脚开口中的接地引脚，所述接地引脚电连接到接地层。

方面2包含根据方面1的组合件，其中接地层接触聚合接合层的上部表面和电介质层的下部表面。

方面3包含根据方面1或2的组合件，其中接地层是导电沉积薄膜。

方面4包含方面1或2的组合件，其中接地层是包括镍、镍合金、钛、铝、锆、氮化钛、氮化锆或导电碳的沉积薄膜。

方面5包含根据方面1至4中的任一个的组合件，其中接地层具有介于从100纳米到10微米的范围内的厚度和介于从10纳米到100微米的范围内的宽度。

方面6包含根据方面1至5中的任一个的组合件，其中接地层在组合件的完整周边周围延伸而无中断。

方面7包含根据方面1至6中的任一个的组合件，其中接地层通过导电接地路径电连接到导电场涂层，所述导电接地路径从导电场涂层且在电介质层的外径表面上方延伸而连接到接地层。

方面8包含根据方面1至7中的任一个的组合件，其包括在绝缘体下方的支撑所述绝缘体的基底。

方面9根据方面1至8中的任一个的组合件，其包括在上部表面处的凸起。

方面10是一种方法，其包含：在多层结构中形成接地引脚开口，所述多层结构包含电介质层、安置于电介质层下方的电极层、电极层下方的绝缘体层、安置于电介质层和电极层下方和绝缘体层上方的聚合接合层，以及安置于聚合接合层上方、电介质层下方且电连接到场涂层的接地层，所述接地引脚开口从绝缘体层的位置延伸通过聚合接合层且到接地层；以及将接地引脚插入到接地引脚开口中且将接地引脚电连接到接地层。

方面11包含方面10的方法，其中所述多层结构包括电介质层上方的导电场涂层，且接地层电连接到所述导电场涂层。

已这样描述了本发明的若干说明性实施例，所属领域的技术人员将容易了解，可在所附权利要求书的范围内，制作和使用其它实施例。前述描述中已阐述本文献所涵盖的本发明的许多优点。然而，应理解，本发明在许多方面仅为说明性的。可在细节上进行改变，特别是在零件的形状、大小和排列上进行改变，而不超过本发明的范围。当然，本发明的范围是以表达所附权利要求书的语言来界定。