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    本發明提供一種處理雙極性靜電夾盤(ESC)之方法，該ESC具有前表面及後表面，該前表面包含陽極處理層。該方法包含消除該陽極處理層、設置新陽極處理層至該前表面上、及利用水處理該新陽極處理層以密封該新陽極處理層。
    公开号:TW201318101A
    申请号:TW101130814
    申请日:2012-08-24
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Hong Shih；Tuochuan Huang；David Schaefer；Ambarish Chhatre；John Daugherty；Minghang Wu；Clifford La Croix
    申请人:Lam Res Corp；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    用以在靜電夾盤執行熱水封之方法
    本發明係有關於一種執行熱水封的系統及方法，且尤其有關於一種在靜電夾盤執行熱水封的系統及方法。
    雙極性靜電夾盤(electrostatic chucks,ESCs或單數之ESC)係通常用於半導體晶圓製造。這些ESCs使用靜電力在製造程序期間適當地固持半導體晶圓。隨著時間過去，夾盤因使用而產生磨損，且其性能降低。
    整新ESCs之方法已獲發展，然而已知的整新用陽極化處理可能存在與陽極處理層之介電常數相關的一致性問題。
    所需要的為能夠製造具有一致之介電常數的陽極處理層之ESC整新方法。
    本發明提供一種藉由施加去離子水封來供給陽極處理層而執行的整新具有陽極處理層之ESC的方法。
    依據本發明之實施態樣，提供一種處理雙極性ESC之方法，該ESC具有前表面及後表面，該前表面包含陽極處理層。該方法包含消除該陽極處理層、設置新陽極處理層至該前表面上、及利用水處理該新陽極處理層以密封該新陽極處理層。
    本發明之額外優點及新穎特徵係於以下之說明中部份地敘述，且對於熟悉本技藝者在審視以下內容時將部份地變得顯而易見，或可藉由實施本發明而得知。本發明之優點可藉由隨附請求項中具體指出之手段及組合來實現及獲得。
    依據本發明之實施態樣，陽極處理層係自ESC移除。然後將取代性陽極處理層新增至ESC。新陽極處理層係以熱水加以處理，以消除其中之孔洞。經熱水處理之陽極處理層較未以熱水處理之陽極處理層對腐蝕更具抗性，且維持更長時段的一致之電磁性質。
    圖1顯示依據本發明之實施態樣的待整新之示例ESC 100的部份剖面圖。
    如圖中所見，ESC 100包含電極102及陽極處理層104。ESC 100係用以在製造程序期間經由半導體晶圓與ESC 100之間的靜電吸引而適當地固持半導體晶圓(未顯示)。電極102可帶正電或負電。施加至電極102之電荷係藉由在電極102與第二電極(未顯示)之間施加電壓差而形成。陽極處理層104預防電極102之不必要氧化。
    陽極處理層104包含多孔層106及阻障層108。作為非限制性實例，多孔層106及阻障層108可由Al2O3所形成。陽極處理層104位於電極102之頂面110上。阻障層108位於電極102與多孔層106之間且位於頂面110上。典型地，阻障層108之厚度小於多孔層106之厚度。再者，一般而言，阻障層108之密度大於多孔層106者。
    對例如Al2O3之鋁合金作陽極處理產生含有高密度之微小孔洞而樣品標示為孔洞122的多孔層(例如多孔層106)。肇因於孔洞，經陽極處理之鋁合金與空氣中之氧輕易產生反應或氧化，而造成不期望之氧化作用(亦即腐蝕)。所造成之氧化作用在遍及材料之體積的範圍中改變，而產生該材料之多變的電磁性質(亦即與電性質相關之介電常數或ε0、及與磁性質相關的導磁性或μ0)。該多變之電磁性質導致不一致之運作，且負面地影響製造半導體晶圓用之ESC的性能。
    ESC係用以經由靜電吸引來固持晶圓，又稱為夾持(chucking)晶圓。再者，晶圓係經由靜電排斥而自ESC釋放，又稱為解除夾持(de-chucking)。當ESC之電磁性質(亦即ε0及μ0)開始因不期望之氧化作用而改變時，相關於夾持及解除夾持晶圓的參數亦改變。再者，由於製造半導體所需之精準度，夾持及解除夾持晶圓的效率、有效性及能力因分佈在遍及Al2O3之體積範圍中的不期望之氧化作用及不期望之關於電磁性質的變異，而負面地受到影響。
    再者，ESC 100將隨時間經過而磨損由於形成裂痕、凹陷、凹坑、刮痕及深刮痕。劣化可能因隨著使用可能形成之表面狀況而發生。由於關於ESC 100之物理缺陷，半導體晶圓之處理可能無法正確地執行、可能無法充分地執行及/或可能無法有效地執行。
    對於ESC 100而言可能形成若干類型之磨損。微粒物可能黏附至頂面111，而示例微粒物係顯示為微粒物112及微粒物120。刮痕或傷痕可能在陽極處理層104中發生，而示例刮痕係顯示為刮痕114、刮痕116及刮痕118。
    使用ESC 100之晶圓處理系統係於非常精準的條件下操作。當ESC100之電磁性質改變時，整體晶圓處理系統之操作效率便降低。如此一來，維持ESC 100之電磁性質是重要的。為了維持ESC 100之電磁性質，肇因於隨著時間之操作性磨損的問題必須加以處理。微粒物112及120可藉由已知之方法自ESC 100之表面移除，然而刮痕114、116及118需要更為加強的修復。
    具有受損之陽極處理層104的ESC 100可被整新，以回復其電磁性質；ESC 100之整新處理包含陽極處理層104之移除及置換。
    圖1顯示ESC 100之剖面圖，其中陽極處理層104在操作期間已變得物理性地受損。陽極處理層104可被移除及置換，以回復ESC 100之電磁性質。陽極處理層之移除及置換將參照圖2-3加以說明。
    圖2顯示圖1之ESC 100的剖面圖，其中陽極處理層104已被移除。陽極處理層104之移除可藉由任何已知方法來執行，其非限制性實例包含車削(剝除)。
    陽極處理層104可利用30秒或更少之受控制之解析度精確地剝除，然後進行去離子水沖洗及量測。剝除係受控制以在先前之陽極材料已被移除時停止移除處理。然後頂面110受拋光以移除1至2密耳(mils)之電極102。在陽極處理層被移除的情況下，電極102之頂面110便準備好接收新的陽極處理層。
    圖3顯示依據本發明之實施態樣的例示性部份整新ESC 300之剖面圖，其中有瑕疵之陽極處理層已由新陽極處理層置換。
    部份整新ESC 300包含電極102、阻障層302及疊層308。依據本發明之實施態樣，因ESC將不完全整新直到新陽極處理層以熱水加以處理，故將用語「部份」用於部份整新ESC 300。此將稍後敘述。
    疊層308形成於阻障層302之頂部。阻障層302形成為具有厚度304，且疊層308形成為具有厚度312。作為非限制性之實例，疊層308可利用Al2O3製造。疊層308已於頂面306上方形成為具有厚度312。
    阻障層302及疊層308形成疊層部310。
    當形成疊層部310時，阻障層302及疊層308同時形成。由於阻障層302之密度大於疊層308，因此阻障層302之厚度408以比阻障層302之厚度304更快的速率增加。疊層形成製程開始於零電流，且電流增加。當電流增加時，新形成之疊層部310的表面上之電壓開始增加。表面成核在幫助產生疊層部310方面發生作用。表面成核為溶液中之成份沈澱出來並形成吸引額外沈澱之核心的製程。
    為了維持精確的品質，許多製造參數可加以控制。在非限制性之實例中，在75 Volts之電壓電位的情況下，厚度304約為750埃(Angstroms)至800埃。再者，疊層部310之貼合的pH值受到控制，其中在例示性實施例中，將pH值維持在5.6與6.2之間。又，疊層部310之貼合的溫度受到控制，其中在例示性實施例中，將溫度維持在攝氏96-99度之間。在這些例示性參數的情況下，每75分鐘形成大約1密耳之疊層部310。因此，在這些參數的情況下，形成2密耳之疊層部310的時間約為150分鐘。
    在形成疊層部310後，依據習知系統，ESC可運作來處理晶圓。然而，將遭遇肇因於疊層308之多孔本質的如參照圖1說明之關於氧化的不需要之影響。為了預防氧化及不需要之關於氧化的負面效果，疊層308係依據本發明之實施態樣而如以下參照圖4敘述般加以處理。
    圖4顯示依據本發明之實施態樣的例示ESC 400之剖面圖。
    整新之ESC 400包含電極102、阻障層302及疊層402。
    疊層402已藉由利用水封(water seal)處理疊層308而形成。作為非限制性實例，水封可經由施加熱去離子水來執行。
    去離子水係藉由將水處理至水沒有離子的程度來製成。製造去離子水的一般方法為傳送相對純水源通過逆滲透過濾器。逆滲透過濾可藉由當水位於選擇性薄膜之一側時對其施加壓力來執行，其造成溶質被留在薄膜之加壓側，而去離子水則通過薄膜之減壓側。該薄膜容許小粒子通過，但不容許例如離子之大粒子通過。
    疊層402係經由熱去離子水與疊層308之多孔Al2O3(圖3)之反應而產生。Al2O3與去離子水的反應產生AlO(OH)。在一些實施例中，AlO(OH)採取水鋁土(boehmite)的形式。
    疊層402具有厚度408，且包含高抗蝕性之性質來預防腐蝕及/或氧化。再者，疊層402包含不變的介電常數以避免關於夾持或解除夾持的故障。作為非限制性的實例，疊層402可具有10之介電常數。
    如參照圖3所述之孔洞(例如孔洞316)(其具有早成不必要之氧化的可能)已如由圖4之疊層402所示般被移除。尤其，孔洞已經由利用熱水處理Al2O3而加以移除。更具體而言，如圖4所示，Al2O3與熱水反應且被轉換成AlO(OH)。圖4所示之AlO(OH)遠比圖3之Al2O3更不具多孔性，且因此更加不容許不必要的氧化。
    圖4之AlO(OH)保持較參照圖1所述之Al2O3長得多之時段的一致之電磁性質。
    儘管圖4的AlO(OH)層的電磁性質(亦即與ε0及μ0相關者)與圖1的Al2O3之電磁性質略有不同，整新ESC 400仍適當地執行夾持及解除夾持操作。再者，相較於更可能氧化的ESC 100，整新ESC 400執行更長時段的夾持及解除夾持，並隨時間更有效率地操作。
    疊層402之厚度408大於阻障層302之厚度304。
    阻障層302之密度大於疊層402之密度。
    整新之ESC 400的夾持力係利用以下所示之方程式(1)來表示：F=(1/2)ε0εrV2/D2 (1)
    變數F代表整新ESC 400之夾盤力，ε0=8.85×10-12 F/m且代表介電常數，相對介電常數εr代表疊層402之介電常數，變數V代表所施加的夾盤電壓，且變數D代表陽極膜之厚度或厚度410。
    由於夾持力/解除夾持力如參照方程式(1)所述般與介電常數成比例，所以有關疊層402之不變的介電常數導致可靠的夾持力/解除夾持力。有關疊層402之不變的介電常數預防介電常數過低、並使適當的夾持得以進行。再者，不變的介電常數幫助預防高流量之氦在腔室測試及晶圓製造期間因夾持力過低而洩漏。再者，可將氦用來控制半導體製程的溫度，且不足的夾持力可能導致對半導體製程程序施加過量的氦，從而導致有缺陷的晶圓。
    在過大的介電常數之情形中，水分變得被限制在陽極膜之孔洞內，而導致不佳的解除夾持。
    使用ESC所產生的問題為在「解除夾持」期間移除晶圓與ESC之間的殘留靜電力之困難。此殘留力係肇因於已累積在晶圓與ESC支撐面之間的介面處之電荷。一種解除夾持的技術涉及將電極與晶圓連接至接地。另一技術將施加至電極之DC夾持電壓的極性反轉以使電極放電。然而，這些技術在移除電極與晶圓上的電荷方面並不完全有效。因此，常需要機械力來克服因電極與晶圓上之殘留電荷的殘留靜電吸引力。有時，用以釋放晶圓的機械力可能造成晶圓「跳出」，亦即以一些無法預期的方式自夾盤釋放，其可能造成晶圓損壞或自非預期之位置回復晶圓的困難。因此，成功的解除夾持操作為在不使晶圓「跳出」的情況下，使晶圓處於受到可接受之低殘留靜電吸引力的狀態。
    ESC之電壓控制係用於裝置之操作，因所產生之電壓差亦產生用以吸引及固持晶圓以供處理的電場。整新ESC 400之電容為影響電壓控制的參數，且因此為了維持不變的電壓控制而將其維持不變。
    整新之ESC 400的電容係由以下所示之方程式(2)表示：C=ε0εrA/D (2)
    變數C代表整新ESC 400之電容，且變數A代表整新ESC 400之停止面([0051]/L2頂面)的表面積。再者，整新ESC 400在整新ESC 400之頂面414上容納半導體晶圓412。
    如由方程式(2)可見，電容C與介電常數εr成比例，故為了維持不變的電容，應維持不變的介電常數。
    整新ESC 400之電阻為影響電弧作用(arcing)的參數，且因此將其維持不變以預防電弧作用。在一些實例中，電弧作用可能因關於ESC之低電阻點而發生。為了預防電弧作用故將電阻維持在不變的高數值。一材料之介電常數ε係由以下所示之方程式(3)所表示：ε=εoεr (3)
    介電常數ε為在介質中形成電場時遭遇多少電阻的程度。介電常數為電場如何影響電介質及被其影響的程度。介電常數係由材料回應電場而極化並從而降低材料內部之總電場的能力所決定。介電常數描述材料傳輸(亦即容許)電場的能力。由於極化效應，所以較少電通量存在於具有高介電常數之介質中。疊層402經由去離子水之處理為介電常數之部份原因，使得電弧作用受到降低。
    圖5顯示依據本發明之實施態樣的例示性半導體晶圓之整新方法。
    在示範實施例中，方法500開始(S502)，且對於ESC而言，若第二層(例如多孔層106(圖1))存在則將其一部分移除，或若第二層不存在則將阻障層(例如阻障層108(圖1))之一部分移除(S504)。
    疊層之移除可經由任何已知的疊層移除裝置或方法來執行。疊層移除裝置或方法的非限制性實例包含機械性、化學性及電性。
    執行關於第二層及阻障層是否已被移除的判定(S506)。
    使用三次元量測儀來量測ESC之尺寸。基於測得之尺寸，執行關於額外疊層材料是否應移除的判定。
    在適當移除疊層材料的判定(S506)之後，將ESC如參照圖2所述加以配置。
    新疊層部(例如疊層部310(圖3))被增加至ESC(S510)。
    可使用任何已知的裝置或方法將疊層部增加至ESC。
    執行關於是否已完成增加疊層部的判定(S512)。
    使用三次元量測儀來量測ESC之尺寸。基於測得之尺寸，執行關於額外疊層材料是否應增加的判定。
    在適當增加疊層材料的判定(S512)之後，將ESC如參照圖3所述加以配置。
    對疊層部310(圖3)施加去離子水封(S514)。
    陽極膜(例如疊層402(圖4))係經由熱去離子水與疊層308之多孔Al2O3(圖3)之反應而產生。Al2O3與去離子水的反應產生亦稱為水鋁土的AlO(OH)。
    執行關於大量晶圓是否已成功整新的判定(S516)。
    執行量測、檢測及分析，用以判定大量ESC之整新是否已成功執行。
    針對未成功處理大量ESC的判定，開始整新ESC之程序(S518)。
    先前未成功整新之ESC可再受處理，或者可將尚未視試圖加以整新的完全不同之ESC再次加以處理。
    針對已成功處理大量ESC的判定(S516)，產生處理規格。
    處理規格係基於量測及成功處理大量ESC時所判定的其他相關資訊而產生(S520)。
    方法500停止操作(S522)。
    ESC自與操作相關之情況受到磨損及/或劣化。可藉由以新陽極處理層置換劣化的陽極處理層來將ESC整新，該新陽極處理層已經過水封以實現具有對整新ESC之成功操作有助益的性質之陽極處理層。
    前述各種本發明之較佳實施例的說明已針對顯示及說明之目的而呈現。吾人不欲詳盡無遺或將本發明限制在恰好為所揭露之形式，且顯而易見地，根據以上教示可有許多修改及變化。如上述之示範實施例被選出並加以敘述，以最佳地說明本發明之原理及其實務應用，俾藉以使其他熟悉本技藝者能最佳地將本發明利用於各種實施例中，且預期有適用於特定用途的各種修改。吾人欲使本發明之範圍由隨附於此之申請專利範圍所定義。
    100‧‧‧靜電夾盤(ESC)
    102‧‧‧電極
    104‧‧‧陽極處理層
    106‧‧‧多孔層
    108‧‧‧阻障層
    110‧‧‧頂面
    111‧‧‧頂面
    112‧‧‧微粒物
    114‧‧‧刮痕
    116‧‧‧刮痕
    118‧‧‧刮痕
    120‧‧‧微粒物
    122‧‧‧孔洞
    300‧‧‧ESC
    302‧‧‧阻障層
    304‧‧‧厚度
    306‧‧‧頂面
    308‧‧‧疊層
    310‧‧‧疊層部
    312‧‧‧厚度
    316‧‧‧孔洞
    400‧‧‧ESC
    402‧‧‧疊層
    408‧‧‧厚度
    410‧‧‧厚度
    412‧‧‧半導體晶圓
    414‧‧‧頂面
    500‧‧‧方法
    併入說明書且形成其一部分的隨附圖式顯示本發明之示範性實施例，且連同敘述內容用來說明本發明之原理。在圖式中：圖1顯示依據本發明之實施態樣的示範性ESC之剖面圖。
    圖2顯示依據本發明之實施態樣的參照圖1所述之示範性局部ESC的剖面圖，其中已移除疊層部份。
    圖3顯示依據本發明之實施態樣的示例局部整新ESC之剖面圖，其中有缺陷或變形之疊層部份已由新疊層部份取代。
    圖4顯示依據本發明之實施態樣的示例ESC之剖面圖，其中有缺陷或變形之疊層部份已由功能性疊層部份取代。
    圖5顯示依據本發明之實施態樣的用以整新半導體晶圓之示例方法。
    500‧‧‧方法
    S502‧‧‧開始
    S504‧‧‧移除第二層及阻障層
    S506‧‧‧疊層移除完成？
    S510‧‧‧增加陽極處理層
    S512‧‧‧完成增加陽極處理層？
    S514‧‧‧處理疊層
    S516‧‧‧成功處理三個晶圓？
    S518‧‧‧新靜電夾盤至處理
    S520‧‧‧產生處理規格
    S522‧‧‧停止
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] 一種處理雙極性靜電夾盤(ESC)之方法，該雙極性ESC具有一前表面及一後表面，該前表面具有一陽極處理層，該方法包含：消除該陽極處理層；設置一新陽極處理層至該前表面上；及利用水處理該新陽極處理層以密封該新陽極處理層。
    [2] 如申請專利範圍第1項之處理雙極性ESC之方法，其中設置該新陽極處理層至該前表面上包含設置該新陽極處理層作為一第一Al2O3層及一第二Al2O3層。
    [3] 如申請專利範圍第2項之處理雙極性ESC之方法，其中該第一Al2O3層具有一第一厚度及一第一密度；其中該第二Al2O3層具有一第二厚度及一第二密度；其中該第一厚度小於該第二厚度；且其中該第一密度大於該第二密度。
    [4] 如申請專利範圍第3項之處理雙極性ESC之方法，其中設置該第二Al2O3層包含設置一第二多孔Al2O3層。
    [5] 如申請專利範圍第4項之處理雙極性ESC之方法，其中利用水處理該新陽極處理層以密封該新陽極處理層包含：使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生AlO(OH)。
    [6] 如申請專利範圍第5項之處理雙極性ESC之方法，其中使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生AlO(OH)包含：使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生水鋁土(boehmite)。
    [7] 如申請專利範圍第1項之處理雙極性ESC之方法，其中利用水處理該新陽極處理層以密封該新陽極處理層包含：使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生AlO(OH)。
    [8] 如申請專利範圍第7項之處理雙極性ESC之方法，其中使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生AlO(OH)包含：使該第二多孔Al2O3層與水起反應俾產生水鋁土(boehmite)。
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    US13/219,540||2011-08-26||
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