專利名稱：在真空處理裝置中靜電夾持絕緣工作的方法和裝置的制作方法
本申請是于1995年9月29日提出申請的，系列號為No.536,923、Paul Kevin shufflebothum和Michael S.Barnes的名稱為“在真空處理裝置中靜電夾持絕緣工件的方法和裝置”的共同待審申請的連續(xù)部分。
本發(fā)明總地涉及在真空處理裝置中夾持絕緣工件的方法和裝置，特別涉及在處理裝置中通過對與離子電絕緣的電極施加電壓而靜電夾持絕緣工件的方法和裝置。
真空等離子體處理裝置包括含有工件夾具，即夾盤的真空室，其中工件夾具用于夾持具有被腐蝕和/或在其上淀積材料的暴露表面的工件。腐蝕和淀積特別是在真空室中利用離子來實現(xiàn)的，這主要是利用了真空室中合適氣體的引進(jìn)和該氣體在r.f.領(lǐng)域的應(yīng)用。
工件的溫度可以通過對工件的背面施加諸如氦的惰性氣體來控制。一般情況下，工件是由導(dǎo)電材料(即金屬)，半導(dǎo)體或介質(zhì)材料制成的相對較薄的基片平板。為將這種工件對著推動工件背面的氣壓固定在合適位置上，該工件必須被夾在夾盤上。
絕緣基片工件的真空等離子體處理隨著具有以英尺測量的相對大尺寸屏板的平板顯示器的引進(jìn)變得越來越重要了。在過去，介質(zhì)平板工件是利用金屬的或陶瓷的壓緊環(huán)向下壓緊工件的靠近其邊緣的上表面而沿著其邊緣將其機(jī)械固定就位的。該現(xiàn)有技術(shù)的布置有幾個缺陷，即(1)向下壓住平板上表面的壓緊環(huán)可能會由于從平板上掉下顆粒和可能使平板碎裂或龜裂而使平板被損壞，結(jié)果損壞了平板，而且真空環(huán)境中引入了污染物；(2)由于離子不能作用于與夾具接觸的表面，被夾具覆蓋的平板邊緣的某些部分而減少了可使用的平板表面面積；(3)在氣體作用于平板的背面時，由于平板只是沿其邊緣被固定，因此平板被向上推向真空室，結(jié)果使平板的中部向上翹曲和成弓形，從而引起到基片夾具的不均勻熱傳遞，從而對處理特性和控制產(chǎn)生不良影響；(4)邊緣壓緊法不利于整平翹曲的平板。因此希望在真空等離子體處理裝置中使用靜電夾盤以固定絕緣基片就位。但是就我們所知，目前還沒有不使用某種機(jī)械夾具而將絕緣基片固定在真空處理室中的合適的裝置或方法。
靜電夾盤已成功地用在現(xiàn)有技術(shù)中了，以在真空處理室中將半導(dǎo)電和導(dǎo)電基片工件固定就位。使用靜電夾盤用作此目的的眾多設(shè)計的典型例子已在下列文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)；Tojo等的US專利4480284，Suzuki的美國專利4692836，Lewin等的美國專利4502094，Wicker等的美國專利4724510，Abe的美國專利4384918以及Briglia的美國專利4184188。所有這些現(xiàn)有技術(shù)的靜電夾盤在夾緊基片時都利用了電荷分離原理。這種電荷分離可以用在例如由金屬或半導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo)電工件上，但是不能用于介質(zhì)材料制成的基片工件上。盡管現(xiàn)有技術(shù)中缺乏將介質(zhì)工件靜電夾持在真空等離子體處理裝置中的夾具上的方法和裝置，但還是強(qiáng)烈要求提供這種靜電夾盤。
如果用于在真空處理裝置中將平坦介質(zhì)平板基片工件固定于工件夾具上的靜電夾盤能夠發(fā)展，則其最好能滿足下列指標(biāo)(1)高度均勻的固定作用力；(2)通過靜電夾盤和穿過平板的高熱傳導(dǎo)性；(3)顯著的抗機(jī)械磨損特性；(4)在從室溫到大約400℃相對高溫的范圍內(nèi)有效夾持的能力；(5)真空相容性，對一些塑料不適用的一種特性；和(6)與化學(xué)性質(zhì)高度活潑的腐性等離子體環(huán)境的相容性。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在真空室中將絕緣工件夾持在真空室中的夾具上的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明另一目的是提供一種在真空處理室中不使用機(jī)械夾具而將介質(zhì)基片固定就位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明另外的目的是提供一種在真空處理室中減小由固定裝置造成的顆料從工件上脫落的可能性的固定絕緣工件的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明另外一個目的是提供一種在真空處理室中減小由固定或夾持裝置造成的工件被損壞的可能性的固定介質(zhì)基片的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明又一目的是提供一種在真空處理室中減小由固定裝置造成的工件的碎裂或龜裂的固定介質(zhì)基片的一種新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明又一目的是提供一種在真空處理室中即使在用于控制基片溫度的氣體的壓力作用于基片背面的情況下也能減小基片彎曲的可能性的將用在平板顯示器中的玻璃介質(zhì)基片固定就位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明另外一個目的是提供一種在真空處理室中使基片的基本上整個未暴露的背表面被推向固定裝置以減少上述彎曲基片的彎曲的將例如用在大面積平板顯示器的介質(zhì)基片固定就位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明另外一個目的是提供一種在真空室中用于夾緊工件的新的、改進(jìn)的靜電夾盤。
本發(fā)明另一目的是提供一種包含特別適用于介質(zhì)基片的改進(jìn)的靜電夾盤的新的、改進(jìn)的真空室。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，介質(zhì)工件是通過將等離子體作用于基片暴露于等離子體的表面上并同時對夾具上的電極裝置施加相對高電壓而被夾緊在真空處理室的夾具上的。該電極是被機(jī)械安裝的并且緊靠近工件的未暴露于等離子體的一部分，所以(1)該電極基本上處在不同于等離子體的電壓上，(2)靜電電荷通過等離子體作用于工件的暴露表面，和(3)經(jīng)過等離子體從靜電電荷到處于基本上不同于施加給電極的電壓的電勢的端子提供導(dǎo)電路徑。因此在工件和夾具之間產(chǎn)生靜電力而將工件夾緊在夾具上。
在優(yōu)選實施例中，使用了單極性電極裝置和DC電壓。通過加在電極上的DC電壓和由于等離子體作用于暴露表面產(chǎn)生的電荷的DC電壓之間的電壓差而在工作兩端產(chǎn)生將基片固定在夾具上的足夠的靜電夾持力。
本發(fā)明的另一方案涉及用于將具有基本上等于參考電勢的電勢的氣體離子作用于介質(zhì)工件的表面的真空等離子體處理室和用于將工件固定在真空室中相應(yīng)位置上的真空室中的靜電夾具的組合。此靜電夾具具有保持在基本上不同于參考電勢的電勢的電極。電極保持的電勢應(yīng)使電極相對工件表面設(shè)置，從而當(dāng)?shù)入x子體作用于介質(zhì)工件表面時，由等離子體作用于工件表面所產(chǎn)生的電荷形成從表面經(jīng)過等離子體到處于參考電勢的端子的導(dǎo)電路徑的一部分。因而，介質(zhì)工件表面的電荷處在接近等于參考電勢的電勢，并在電極和表面上的電荷之間建立相當(dāng)大的電壓。此相當(dāng)大的電壓在電極和基片之間產(chǎn)生了用于將工件固定于夾具相應(yīng)位置上的靜電夾持力。通過對夾具供應(yīng)一種流體以控制夾具和工件溫度。本發(fā)明特別適用于由具有基本上平坦暴露表面的玻璃基片構(gòu)成的工件。
在優(yōu)選實施例中，電極包括具有對著基片背面的基本平坦的表面并位于平行于基片暴露表面的平面內(nèi)的金屬板。除了金屬板面對工件(即基片)的平坦表面部分外，電極的所有表面都被電絕緣體包圍，用于防止電極與真空室中的離子電接觸。
在一種被稱作單極性裝置的結(jié)構(gòu)中，電極平坦表面是裸露的，以便它和基片的背面相鄰。在第二種結(jié)構(gòu)中，電極的平坦表面被包括電導(dǎo)體(例如半導(dǎo)體或半金屬材料)材料的保護(hù)涂層覆蓋，并且此保護(hù)涂層具有鄰接基片的背面的表面。
因此，本發(fā)明提供一種在真空等離子體處理室中用于夾持絕緣基片的靜電夾盤，其特征在于該夾盤利用靜電吸引力將基片工件推在夾具的表面上。此靜電力一般均勻作用于基片的整個背面，而不需要任何正面的或側(cè)面的機(jī)械接觸。
參照附圖及下面的特殊實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的，特點及優(yōu)點將更明確。附圖簡述

圖1是含有用于將玻璃、介質(zhì)工件片固定在相應(yīng)位置上的靜電夾盤的真空等離子體處理裝置的示意圖；圖2是特別適用于圖1的處理裝置中的并與玻璃、介質(zhì)工件片相結(jié)合的單極性靜電夾盤例子的側(cè)向截面圖；圖3是表示圖2中的不帶有玻璃、介質(zhì)工件片的結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖4是圖2中所示的含有在單極性電極上的半導(dǎo)體或半金屬層的結(jié)構(gòu)的改形的側(cè)視圖。
現(xiàn)在參見圖1，其中所示的作為包括真空室10的等離子體處理裝置用于腐蝕介質(zhì)基片或在介質(zhì)基片上淀積薄膜，其形狀可以為具有接地金屬壁和端面的圓柱，但是其形狀最好為具有由矩形金屬，特別是陽極氧化處理過的鋁形成的電接地、密封外表面即側(cè)壁12的精確平行六面體。真空室10也包括最好由陽極氧化處理過的鋁制成的矩形金屬、底部端板16和具有介質(zhì)窗口結(jié)構(gòu)19的矩形頂部端板結(jié)構(gòu)18。真空室10的這些外表面的密封是通過常規(guī)的密封墊(未示出)來實現(xiàn)的。
從氣體源未示出經(jīng)過側(cè)壁12上的入口20給真空室10的內(nèi)部輸送能夠被激勵成等離子體的合適氣體。通過與側(cè)壁12上的出口22相連的真空泵(未示出)使真空室10的內(nèi)部保持在一般壓力為0.5-100毫乇范圍內(nèi)的真空條件。真空室10中的氣體通過例如平面線圈24的合適的電源被激勵成等離子體狀態(tài)，其中平面線圈24直接安裝在窗口19上并且經(jīng)過與電源26的頻率共振的匹配網(wǎng)絡(luò)28被r.f.電源26激勵；但是，應(yīng)該明白任何合適的等離子體的產(chǎn)生方法都是可以使用的。
靜電夾盤30牢固地安裝在真空室10中包括接地金屬底座27的支撐結(jié)構(gòu)上，該金屬底座27通過電絕緣板29與夾盤電隔離；底座27固定到底部端板16上。夾盤30特別設(shè)計成選擇地固定工件32，工件32是由非塑料介質(zhì)材料構(gòu)成，典型的是平板顯示器的平板玻璃基片，例如幾乎不含堿的Barlabor Sici Licite玻璃7059，或者幾乎不含堿成分的硼鋁硅酸鹽(boroaluminosilicate)玻璃1733，這些玻璃都可以從康寧玻璃廠、精密平板玻璃公司、康寧(紐約)購得。這些玻璃板一般厚度為1.1mm，其厚度公差為±0.1mm，并且這些玻璃非常平滑，它們每個都具有0.02微米最大峰-峰粗糙度。所制成的玻璃基片能是稍微翹曲或有波紋的；上述玻璃板當(dāng)退火之后，其最大高度與長度翹曲的比率為0.00075mm/mm，而當(dāng)退火后其最大高度與波度的比率為0.002-0.003mm/mm，并具有5.48的室溫介電常數(shù)。經(jīng)過各工藝步驟之后，特別是淀積之后，這些參數(shù)可能變壞，結(jié)果，就更需要在真空室10中等離子體處理過程中弄平基片32。
在一個實施例中，工件32的溫度通過輸送氦氣和輸送例如水和乙烯乙二醇的混合物的冷卻液體而被控制在25℃-400℃之間，其中氦氣是經(jīng)過導(dǎo)管34從合適的氣體源(未示出)輸送到工件背面的，即輸送到處理室10中的玻璃基片未暴露于離子的表面上，而冷卻液體經(jīng)過導(dǎo)管37從合適的源(未示出)輸送到夾盤30上。一般情況下，氦氣作用于工件32的背面的壓力在5-15乇范圍內(nèi)，而通過導(dǎo)管34的氦氣流速在5-70sccm范圍內(nèi)。氦氣從源流過流量控制器和壓力變換器并經(jīng)過管徑和“T”形連接的一個臂進(jìn)入導(dǎo)管34，而“T”形連接的其它臂通過具有對著真空泵的控制開口的出口連接。
夾盤30被設(shè)計成使工件32的背面緊靠在夾盤的平坦表面上，除了夾盤表面被開槽的部分以外。夾盤30對工件施加的作用力使工件的暴露表面是平坦的，并處在基本上平行于夾盤平坦表面的平面內(nèi)。即使工件32在被放在夾盤上時是翹曲的或成弓形的以及盡管在氦氣流過導(dǎo)管34有可能使工件離開夾盤30的平坦表面向上彎向真空室10也同樣能達(dá)到上述結(jié)果。如此構(gòu)成的夾盤30還能使氦氣即使在工件的背面緊靠在夾盤30的平坦表面的未開槽部分時也能接觸工件32的大部分背面。如此構(gòu)成的夾盤30還能從流過導(dǎo)管37的冷卻液體提供通過夾盤到基片32的高熱傳導(dǎo)率的路徑。
如圖2和3所示，靜電夾盤30是只具有以金屬板36形成的一個電極的單極性裝置，金屬板36與DC電源38的高壓端40相連，而DC電源包括低通r.f.拒波濾波器(未示出)。高壓端40的電壓相對于電源38在接地端42的電壓一般為幾千伏，例如5000V，而真空室10的金屬壁與接地端42相連。端子42、真空室10及真空室中的等離子體都處在相同的DC地電勢(即參考電勢)。電源38的構(gòu)成使端子40處在相對接地端42的電壓的負(fù)電壓或正電壓上。端子40的電壓一般相對于端子42是負(fù)的，以將相對低流動性的正離子吸引到工件32的暴露表面上；這是很有利的，因為這樣可以減少對電源38的有害影響的可能性。因此，電源38可以認(rèn)為是夾持電源。
還要對夾盤30施加射頻偏壓用于離子能控制和基片背面的He冷卻。為此，經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)62并串聯(lián)DC隔直流電容器64將r.f.、電源60連接到夾盤30的金屬板32上。
最好由鋁制成的板36被由不透氣材料(通常不是塑料，最好是陶瓷材料)制成的介質(zhì)電絕緣體44包圍。絕緣體44防止電極板36與真空室10中的離子電接觸，從而在電極和真空室中的離子之間得到相當(dāng)大的DC電勢差。為此，絕緣體44的形狀是具有凹口46的平板。金屬板36位于凹口46中，從而使金屬板的周邊緊靠在絕緣體44的法蘭48的內(nèi)壁47上，并且工件基片32的尺寸相對于板52設(shè)計成使基片完全覆蓋該板上表面。
為使氦氣流過導(dǎo)管34與玻璃工件32的背面的主要部分接觸，板36的平滑上表面53帶有間隔的互連凹槽53(圖3)，由于夾盤包括導(dǎo)管和凹槽都與其相連的中間腔55，所以使這些凹槽彼此之間以及和有效延伸穿過夾盤30的導(dǎo)管34之間處于流體流動關(guān)系中。當(dāng)工件32被夾緊在夾盤30上時，工件的暴露的平坦上表面在平行于上表面53的平面內(nèi)延伸。絕緣體44包括與導(dǎo)管37處于流體流動關(guān)系中的通道65，以使冷卻液體流過通道。由于絕緣體44和金屬板36具有高熱傳導(dǎo)率而且通道和工件32之間的距離短，因而熱量很容易地從工件基片32傳遞到通道65中的冷卻液中。
在操作中，如上所述，當(dāng)與電極36相連的DC電源38的電壓由于該DC電源沒有與它的激勵電源(未示出)連接而為零時，將玻璃介質(zhì)基片工件32放在電極板36上。工件32以下述方式放在電極板36上之后，將電源38與其激勵電源相連，其中工件32是以整個電極完全被介質(zhì)體44或2件32包圍的方式放在電極板36上的。由于工件32的暴露表面與處在真空室10的參考電勢的離子相接觸，從而使處在接近于真空室10的接地電壓的參考電勢的電荷層58形成在玻璃工件32的暴露的上表面上。當(dāng)電源38與其激勵電源相連時，位移電流從端子40和電極板36流到工件32的暴露頂層上的電荷層58，因而通過真空室10中的等離子體到達(dá)真空室壁并到電源38的接地端42。此位移電流能導(dǎo)致穿過基片工件32的厚度建立電荷。
電源38的電壓足夠高以使穿過工件基片32的厚度的電荷產(chǎn)生通過工件的吸引力，從而將基片夾持在板36的上表面53上。作用于工件32的夾緊壓強(qiáng)P為P=FA=ϵr2ϵOV22d2]]>其中F是吸引力，
A是基片32靠在板36的上表面53的面積，εγ是工件32的介電常數(shù)，εO是自由空間的介電常數(shù)，V是電源38的電壓，以及d是基片工件32的厚度。
用于夾緊玻璃介質(zhì)基片32的電源38的電壓值，一般為5000V數(shù)量級，它應(yīng)高于用于將半導(dǎo)體或金屬工件夾緊于單極性靜電夾具的電壓值。這是因為此高電壓需要穿過工件32的厚度從電極板36到工件的暴露表面上的電荷層建立夾緊壓力。通常情況下，作用于工件的壓力應(yīng)該是由流過導(dǎo)管34的He施加于工件背面的壓力的兩倍。
圖2中所示電極包括緊靠基片板36的背面的裸露上部金屬表面。該電極可以改成具有保護(hù)涂層59，如圖4所示，此保護(hù)涂層59可以是很薄的介質(zhì)(例如0.1mm厚)或包括由例如摻TiO2的Al2O3的半金屬或半導(dǎo)體制成的電導(dǎo)體的材料，從而能增強(qiáng)電極的機(jī)械磨損特性，并能減少由于板36暴露于等離子體而產(chǎn)生的電擊穿和/或漏電流。如果這種涂層59是半金屬或半導(dǎo)體的，則電源38的電壓不需要改變，但是如果該涂層是薄絕緣層，則電源38的電壓作為涂層厚度和材料介電常數(shù)以及擊穿電壓的函數(shù)而增加，以提供所需要的夾緊壓力。對于包括導(dǎo)體的材料來說，電壓是不需要變化的，因為電荷完全遷移到該材料緊靠工件基片32的背面的上表面上了。已增加的遷移時間沒有引起觀察者的注意，但是，如果恰當(dāng)?shù)脑?，是可以觀察到的。遷移時間取決于導(dǎo)體中的電阻和介質(zhì)工件32的電容的RC時間常數(shù)。
本發(fā)明可用于處理淀積在例如由上述同種玻璃制成的非塑料絕緣基片上的場效應(yīng)器件。在這種情況下，加于介質(zhì)基片32的高壓基本不會對場效應(yīng)器件的介質(zhì)材料產(chǎn)生有害影響。此靜電夾具(ESC)電壓在板36和基片32間的小真空隙，基片和形成在基片表面上的器件的介質(zhì)層之間被容性分隔。因為基片的厚度比場效應(yīng)器件的介質(zhì)層厚得多，所以DC電源38的所有電壓基本上都加在基片上了，只有少量電壓加在場效應(yīng)器件的介質(zhì)層上。對于具有約為6.5的介電常數(shù)的300nm厚的氮化物柵極的場效應(yīng)器件來說，在電源38在端子40的電壓為-5KV，基片32的厚度為1.1mm時，柵極的電壓為1.2V，這是非常小的，因而不會損壞場效應(yīng)器件。
在高密度等離子體腐蝕中，由于離子轟擊基片32產(chǎn)生的室12中的熱流是非常顯著的，需要主動進(jìn)行溫度控制。在沒有He背面冷卻的情況下，基片32的溫度不穩(wěn)定。在通過電源60對夾盤30施加高偏壓和/或?qū)?2長時間處理時，基片的溫度最后會超過150℃，這將引起基片32的抗蝕層網(wǎng)狀化。在有冷卻時，基片溫度在10到60秒內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這取決于電源60對板32偏置電壓的大小。在沒有從與導(dǎo)管34相連的源對背面輸送He的情況下，基片32被夾盤30的夾持對基片的冷卻是無效。單極性ESC和背面He冷卻結(jié)合，可以有效控制大玻璃平板的溫度。
從夾盤30上的基片32的熱傳導(dǎo)性取決于經(jīng)過導(dǎo)管34對基片背面施加的He壓力。通過將基片32夾持在冷卻的夾盤30上并使用由導(dǎo)管34提供的背面He冷卻，可以得到從基片到夾盤的很好的熱傳遞?；?2的這種有效溫度控制能防止基片32的抗蝕層網(wǎng)狀化和不受控制的處理變化，這正如在真空室12的高密度等離子體環(huán)境中所要求的那樣。
本發(fā)明的單極性靜電夾具對于在等離子體環(huán)境中夾持大面積(例如600×650mm)的介質(zhì)基片特別有利。這種單極性夾具堅固耐用、容易制造且成本低。本發(fā)明的ESC通過在電源38的端子40施加-5KV電壓而可用于對著背面15乇的He氣壓夾持高達(dá)600×650mm的玻璃基片。我們已發(fā)現(xiàn)，大面積玻璃基片的有效溫度控制在高密度等離子體腐蝕中對于防止不受控制的處理和抗蝕層網(wǎng)狀化是非常重要的。我們還發(fā)現(xiàn)，和背面He冷卻結(jié)合使用的單極性夾盤30能夠有效地、均勻地控制320×340mm的玻璃基片的溫度，從而得到這種基片的均勻高密度等離子體腐蝕。
在描述本發(fā)明特殊實施例的同時，應(yīng)該清楚，在未脫離在后面所附權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對具體說明的實施例的各種變化是可以得到的。例如，對于本發(fā)明的靜電單極性夾盤來說，不一定包括一個電極。該電極可以具有都與DC電源的單個電極相連的多個分隔元件的任意復(fù)雜圖形。例如，可以用包括兩個分隔電極的交指型電極圖形代替電極38。兩個交指型電極都可以連接到單個DC電源的相同電壓上，例如-4000V。這種結(jié)構(gòu)雖然保留一個單極性靜電夾盤，但是它具有復(fù)雜的電極圖形，并同時使用介質(zhì)工件上的等離子體感應(yīng)電荷進(jìn)行夾持?，F(xiàn)有的交指型靜電夾盤通過利用本發(fā)明的原理可以轉(zhuǎn)換為用于夾持絕緣工件的單極性夾盤。
本發(fā)明的原理還能擴(kuò)展到與不同的DC電壓相連的復(fù)雜電極設(shè)置，以提供用于介質(zhì)工件的分離的局部單極性靜電夾盤，其中每個夾盤包括一個不同的電極。在這個例子中，每個局部靜電夾盤都是依靠等離子體感應(yīng)電荷來夾持介質(zhì)工件的。電壓可以相同或不同。如果電極電壓是負(fù)的，則等離子體中的正離子將累積在具有負(fù)電壓的電極上的介質(zhì)表面上，從而提供夾持力。如果電極電壓是正的，等離子體中的電子和/或負(fù)離子將累積在具有正電壓的電極上的介質(zhì)表面上，從而提供夾持力。
由于工件是介質(zhì)材料的，因此該夾持機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)用于半導(dǎo)體和金屬工件的雙極性夾盤是十分不同的。對于絕緣工件來說，電荷是從等離子體中累積到介質(zhì)表面上來提供夾持力的。相反，在現(xiàn)有技術(shù)雙極性夾盤的相反極性電極之間延伸的電場線是經(jīng)過半導(dǎo)體和金屬工件的帶電荷的載流子被耦合，從而提供用于這些工件的夾持力的。
使用不同電壓的兩電極能夠?qū)橘|(zhì)工件的不同區(qū)域施加不同的夾持力。施加于不同電極的DC電壓值是可以適當(dāng)控制的，從而對介質(zhì)工件的不同空間區(qū)域施加不同的、變化的受控制的作用力。一個合適的電極結(jié)構(gòu)包括一個中心圓盤電極，它與平面環(huán)形電極共軸，并被環(huán)形電極包圍且兩者分隔開，其中環(huán)形電極處在比中心電極高的DC電壓。例如，中心圓盤電極的電壓可以是-2500或+2800V，而邊緣的環(huán)形電極的電壓為-5000V。在這種情況下，介質(zhì)工件在環(huán)形電極上方并毗鄰環(huán)形電極的邊緣比介質(zhì)工件在中心電極上方并毗鄰中心電極的中部更有力地被夾持住。對環(huán)形電極施加正電壓是行不通的，因為在這種電極的外周邊周圍需要提供充分的絕緣，以防止正電壓的電極與等離子體的接觸或放電。將環(huán)形電極保持在負(fù)DC電壓上實質(zhì)上可以避免對這種絕緣的需要。
權(quán)利要求
1.一種在真空等離子體處理室中將介質(zhì)工件夾持在夾具上的方法，包括對工件暴露于等離子體的表面施加等離子體，同時對夾具的電極加相對高電壓，該電極是物理安裝的，以使其處在基本上不同于等離子體的電壓的高電壓，該電極緊靠近工件未暴露等離子體的部分，因而(1)該電極處在基本上不同于等離子體的電壓，(2)通過等離子體使靜電電荷作用于暴露的工件表面上，和(3)經(jīng)過等離子體從工件表面到處于基本上不同于施加給電極的電壓的電勢的端子提供導(dǎo)電路徑，所形成的靜電電荷和導(dǎo)電路徑能夠在工件和夾具之間產(chǎn)生靜電力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電壓是DC的，而且通過施加于電極的DC電壓和作用于暴露表面的等離子體產(chǎn)生的電荷之間的電壓差產(chǎn)生通過工件厚度的足夠的靜電力，從而將基片固定在夾具上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于提供多個所述電極，并對每個所述多個電極施加相同的DC電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于提供多個所述電極，并對不同的每個所述多個電極施加不同的DC電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該電壓具有相同的極性。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該電壓具有不同的極性。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括改變施加于不同的所述多個電極的相同極性的不同DC電壓的值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過輸送通過夾具的流體來控制工件的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該流體是經(jīng)過夾具作用于工件未暴露于離子的部分施加的氣體，該所加的氣體具有使工件離開夾具彎曲的趨勢，此彎曲趨勢被靜電力所克服。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該流體是流過夾具用以冷卻夾具的液體，并且通過冷卻夾具把所產(chǎn)生的熱效應(yīng)通過穿過夾具的熱傳導(dǎo)傳遞給工件。
11.一種用于將具有基本上等于參考電勢的電勢的氣體離子作用于介質(zhì)工件的暴露表面的真空等離子體處理室和一種在真空室中用于將工件原位固定于真空室中的靜電夾具的組合，該靜電夾具具有電極和用于保持電極處在基本上不同于參考電勢的電勢上的裝置和用于通過夾具輸送流體以控制工件溫度的裝置，電極保持在該電勢，和當(dāng)?shù)入x子體作用于介質(zhì)工件表面時相對工件表面配置的電極，使通過等離子體作用于暴露表面的電荷形成經(jīng)過等離子體從暴露表面到處于參考電勢的端子的導(dǎo)電路徑的一部分，從而使表面上的電荷處在基本上等于參考電勢的電勢，并且在電極和表面上的電荷之間產(chǎn)生相當(dāng)大的電壓，該相當(dāng)大的電壓在電極和基片之間產(chǎn)生用于將工件固定于夾具上的靜電夾持力。
12.如權(quán)利要求11所述的組合，其特征在于工件是由玻璃基片構(gòu)成，以使暴露表面基本上是平坦表面，該基片具有被夾持到靜電夾具上的背面，并且電極包括具有對著工件的背面基本上平坦的表面。并且位于平行于工件的暴露表面的平面上的金屬板，除了面對工件背面的金屬板的平坦表面的部分外，電極表面被電絕緣體包圍，用于防止電極與真空室中的離子電接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的組合，其特征在于電極表面是裸露的，以使電極表面和介質(zhì)片的與暴露表面相反的表面相鄰接。
14.如權(quán)利要求12所述的組合，其特征在于電極表面被保護(hù)涂層覆蓋，該保護(hù)涂層具有鄰接工件的與暴露表面相反的表面的表面。
15.如權(quán)利要求14所述的組合，其特征在于保護(hù)涂層是半導(dǎo)體。
16.如權(quán)利要求14所述的組合，其特征在于保護(hù)涂層是半金屬。
17.如權(quán)利要求14所述的組合，其特征在于保護(hù)涂層是薄介質(zhì)層。
18.如權(quán)利要求12所述的組合，其特征在于電極具有被設(shè)置成鄰接工件的與暴露表面相反的表面的表面，所設(shè)置的所述表面用于對工件施加氣體以控制被夾持工件的溫度。
19.用于在真空等離子體處理室中夾持介質(zhì)工件的裝置，包括在真空室中用于固定工件的靜電夾盤，該夾盤包括電極，用于將等離子體作用于工件暴露于等離子體的表面上的裝置、與夾盤的電極相連的相對高的單極性電壓源，該電極是物理安裝的，從而使其處在基本上不同于等離子體的電壓的高電壓上，該電極與工件未暴露于等離子體的部分緊密相鄰，從而(1)電極處于基本上不同于等離子體的DC電壓上，(2)通過等離子體使DC靜電電荷作用于工件暴露表面上，和(3)經(jīng)過等離子體從工件表面到處于基本上不同于施加給電極的電壓的電勢的端子形成導(dǎo)電路徑，該靜電電荷和導(dǎo)電路徑產(chǎn)生在工件和夾盤之間的靜電力，該靜電力是以施加給電極的DC電壓和通過等離子體施加給暴露表面的電荷之間的電壓差施加給通過工件的厚度的，以將基片固定于夾盤上。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于提供多個所述電極，并對每個所述多個電極連接相同的DC電壓。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于提供多個所述電極，并對不同的所述多個電極連接相同極性的不同DC電壓。
22.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于提供多個所述電極，并對不同的所述多個電極連接不同極性的不同DC電壓。
23.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于所述夾盤只包括一個電極。
全文摘要
絕緣工件通過等離子體作用于工件的暴露于等離子體的表面上并同時給夾具上的電極加上相對高的電壓而被夾持在真空等離子體處理室中的夾具上。電極與工件未暴露于等離子體的部分緊密相鄰,從而(A)電極處在基本上不同于等離子體的電壓上,(B)通過等離子體使靜電電荷作用于暴露表面上,和(C)經(jīng)過等離子體從靜電電荷到處于基本上不同于施加給電極的電壓的電勢的端子形成導(dǎo)電路徑,以施加給單電極的DC電壓和通過等離子體作用于暴露表面的電荷之間的電壓差產(chǎn)生穿過工件厚度的足夠的靜電夾持力,從而將基片固定于夾具上。
文檔編號H01L21/683GK1202275SQ96198412
公開日1998年12月16日 申請日期1996年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者P·K·舒夫勒波塔, M·S·巴內(nèi)斯 申請人:蘭姆研究有限公司