專利名稱：制作mems靜電夾具的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及半導體處理系統(tǒng)，更具體的說，涉及用于制作多極MEMS靜電夾具用于夾鉗襯底并且傳遞與其相關的熱能的方法。
背景技術：
硅晶片處理在現(xiàn)代微電子器件制作中是很常見的。這種處理，包括等離子體處理和離子注入可以在低壓下進行，其中RF或微波等離子體、或高能粒子束被輸送到晶片，在處理期間在該處產(chǎn)生高溫。然而，這種高溫(例如常規(guī)注入超過100℃的溫度，以及其它工藝的高達400℃的溫度)可能對晶片具有有害影響。
對許多工藝而言，只要晶片溫度保持在低于預定限度，例如在離子注入中低于100℃，或通常低于400℃，則不需要精確的溫度控制。然而，目前在離子注入中趨勢傾向于高功率系列離子注入機，其通常需要利用＞200mW/cm2C的熱傳遞系數(shù)HTC的冷卻和±5％以內的溫度控制。
在先進的注入和晶片處理操作中，通常需要精確的溫度控制，其中跨越300mm晶片的HTC均勻性此頁無內容接觸常規(guī)夾具表面(例如陶瓷夾具表面)時，晶片20并不會在夾具表面周圍的所有位置處接觸夾具表面60，這會在夾具接觸表面和晶片20之間留下間隙(未示出)。由于通常通過機械加工夾具表面引起的跨越夾具接觸表面60的變化，該間隙的尺寸通常在5微米的范圍內。此外，夾具和晶片表面之間的間隙寬度由于常規(guī)夾具表面的起伏而變化。該間隙跨越晶片并不均勻，并且根據(jù)夾鉗條件進一步變化。
夾具電極30和晶片20之間的絕緣層40的厚度影響局部夾鉗力，因而影響跨越晶片的熱均勻性。然而常規(guī)制作方法對該尺寸的控制很差。絕緣層40中的不均勻性以及夾具10與晶片20之間的物理間隙在夾鉗壓力方面產(chǎn)生潛在的大空間變化，使精確的溫度控制變得很難。模型和測量表明，常規(guī)地，平均間隙寬度根據(jù)表面和夾鉗條件通常在2微米和10微米之間變化?？缭骄倪@種相對較大且不可控制的間隙寬度通常會導致較低的冷卻能力和跨越晶片的不均勻的溫度。
更進一步，通常已經(jīng)證實難以形成與現(xiàn)有技術的ESC的電極的電連接。常規(guī)地，在電極的中央部分中線路焊接在電極下面。這種焊接可能會不利地干擾跨越晶片的導熱均勻性。
因此，在現(xiàn)有技術中需要制作改進的提供在處理期間可易于調節(jié)的均勻HTC的靜電夾具以及在冷卻和加熱晶片的過程中都提供較高的熱傳遞能力的夾具的方法。而且，需要提供夾鉗表面的靜電夾具，該夾鉗表面可操作用于在晶片處理期間顯著限制粒子污染。

發(fā)明內容
下面描述本發(fā)明的簡化概要以提供對本發(fā)明的一些方面的基本理解。該概要并不是本發(fā)明的詳盡綜述。它既不旨在確定本發(fā)明的關鍵或重要元件也不旨在敘述本發(fā)明的范圍。它的目的是用簡化形式描述本發(fā)明的一些概念作為后面描述的更詳細的說明的序言。
本發(fā)明總體上目的在于形成用于加熱或冷卻半導體襯底的靜電夾具的夾鉗板的方法。該方法包括在半導體平臺上方形成第一導電層，其中該第一導電層包括彼此電隔離的多個部分。在第一導電層上方形成第一電絕緣層，其中該第一電絕緣層包括從第一電絕緣層的頂表面延伸第一距離的多個MEMS突起。多個極電連接到第一導電層的相應多個部分，其中可在該多個極之間施加電壓以便在位于該多個突起之上的晶片和夾鉗板之間感應出靜電力。例如在該多個突起上方進一步形成保護層。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，在半導體平臺的底表面上方形成第二導電層，其中該第二導電層包括電連接到第一導電層的相應多個部分的多個部分。第一導電層和第二導電層例如同時形成。在半導體平臺的頂表面和底表面之間形成多個垂直互連，其中該多個垂直互連電連接第一導電層和第二導電層。例如，該多個垂直互連包括通過半導體平臺形成的多個通孔或在半導體平臺的側壁上方形成的多個側壁互連。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，在第一電絕緣層的頂表面、第一導電層、和半導體平臺中形成一個或多個氣體分布凹槽，并且通過第一導電層、半導體平臺、和第二導電層形成一個或多個氣體分布孔，在該處流動地連接該一個或多個氣體分布凹槽和該一個或多個氣體分布孔。例如在形成該多個突起之后形成該一個或多個氣體分布凹槽。
為了實現(xiàn)上述及相關目的，本發(fā)明包括在下文全面描述并在權利要求中具體指出的特征。以下描述和附圖詳細闡明了本發(fā)明的特定說明性實施例。然而，這些實施例表示可以采用本發(fā)明的原理的多個不同方式。根據(jù)以下結合附圖考慮的本發(fā)明的詳細描述，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新特征將變得顯而易見。


圖1是示例性現(xiàn)有技術的靜電夾具的局部截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個示例性方面的靜電夾具的局部截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個方面的具有多個突起的示例性夾鉗板的局部截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個方面的包括多個突起的示例性夾鉗板的平面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個方面的示例性突起的局部截面圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的示例性夾鉗板上的接觸熱傳遞系數(shù)和應力相對于面積比的曲線圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的示例性夾鉗板的接觸熱傳遞系數(shù)相對于面積比的曲線圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的處于分子和粘滯狀態(tài)的氣體的示例性熱傳遞系數(shù)的曲線圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個方面的包括多個氣體分布凹槽的示例性夾鉗板的平面圖。
圖10是示出氣體分布凹槽的示例性夾鉗板的局部截面圖。
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的凹槽深度和突起距離之間的示例性關系的示例性夾鉗板的簡化局部截面圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一個方面的包括多個通孔的示例性夾鉗板的平面圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明另一個示例性方面的靜電夾具的局部截面圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個示例性方面的靜電夾具的局部截面圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明一個方面的示例性靜電夾具的系統(tǒng)級方框圖。
圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的用于形成基于半導體的靜電夾具的示例性方法的流程圖。
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明另一個示例性方面的用于形成基于半導體的靜電夾具的示例性方法的流程圖。
圖18A-18U示出根據(jù)本發(fā)明如通過圖17的方法形成的簡化靜電夾具的局部截面圖。
圖19是示出根據(jù)本發(fā)明另一個示例性方面的用于形成基于半導體的靜電夾具的示例性方法的流程圖。
圖20A-20I示出根據(jù)本發(fā)明如通過圖19的方法形成的簡化靜電夾具的局部截面圖。
圖21示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的已經(jīng)形成的示例性靜電夾具的平面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及多極靜電夾具(ESC)以及用于形成結合了若干其創(chuàng)造性特征的用于其的夾鉗板的相關方法。具體地說，本發(fā)明的靜電夾具增加了均勻冷卻晶片襯底的能力。據(jù)此，現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中始終用類似的參考數(shù)字表示類似的元件。應當理解，這些方面的描述僅僅是說明性的并且它們不應被理解為限制意義。在下面的描述中，為了解釋，闡述了多個具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的全面理解。然而，對于本領域的技術人員來說，顯然本發(fā)明可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施。
本發(fā)明借助多極靜電夾具(ESC)克服了現(xiàn)有技術的挑戰(zhàn)，該多極靜電夾具在襯底(例如硅晶片)和與該ESC相關聯(lián)的半導體夾鉗板之間顯示出空間上相當均勻的熱傳遞系數(shù)(HTC)。獲得相當均勻的HTC的一種方法是利用襯底和夾鉗板之間的熱接觸傳導率，其中施加到夾鉗板的電壓通常決定了襯底和夾鉗板之間的接觸力的量。然而，HTC均勻性通常依賴于接觸壓力均勻性。保持均勻HTC的一種方式是提供均勻的夾鉗表面。然而，固體夾鉗表面通常需要跨越襯底的大接觸壓力，并由此需要施加到ESC的大量功率，以便獲得相當高的HTC。根據(jù)本發(fā)明除去夾鉗表面的一部分允許減少功率，同時增加每單位面積的接觸壓力。
例如，除去夾鉗板表面的區(qū)域，其中剩余部分通常限定了襯底位于其上的多個突起。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，優(yōu)化夾鉗板的接觸表面面積和襯底的表面面積之間的面積比，其中通過該多個突起可產(chǎn)生最大的熱傳遞，同時使對襯底的應力最小化。在該多個突起的每個之間進一步限定間隙，其中在一個實例中，根據(jù)后側粒子來考慮對于該多個突起和間隙的尺寸的實際限制。例如，大于間隙深度的粒子會使襯底無法接觸該多個突起，由此使可靠性變差。由于在典型ESC中看到的大部分粒子小于1微米，在一個實例中間隙深度的下限是大約1微米。此外，為了最小化襯底中的應力，間隙寬度(例如突起之間的距離)大約等于襯底的厚度。
獲得相當均勻的HTC的另一種方法是使用后側氣體冷卻，以便將晶片和ESC之間的氣體傳導保持在分子自由狀態(tài)。例如，ESC和晶片之間的間隙使得該間隙顯著小于λmfp(冷卻氣體的平均自由程)。在這種情況下，只要該間隙保持顯著小于λmfp，冷卻氣體的HTC就基本上與該間隙無關。因此希望使該間隙盡可能地小。
在由典型ESC夾鉗力(其可以高達幾百Torr)提供的壓力狀態(tài)下，氣體的平均自由程是大約1微米的量級。這意味著氣體傳導并不是完全處于分子自由狀態(tài)內，而是通常在分子自由狀態(tài)和粘滯狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)下工作。結果，采用該間隙存在適度的HTC變化。例如，在200Torr下，示例性冷卻氣體的HTC是大約500mW/cm2C，并且100％的間隙變化(例如間隙范圍從1微米到2微米)將引起大約20％的HTC變化。因此，為了滿足跨越晶片的期望的1％的溫度均勻性，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，間隙寬度均勻性應當小于或等于5％。
當處理后側冷卻氣體時，除了間隙均勻性之外，HTC均勻性通常還依賴于壓力均勻性。在晶片周邊冷卻氣體的泄漏通常引起氣流，其中引入了壓力梯度。這個問題可以通過將氣流區(qū)域限定在晶片周邊處或附近的區(qū)域來改善。出現(xiàn)的難題是，以提供容易和可靠的制作并且避免放電可能性的方式來結合氣體分布凹槽連同提供均勻間隙的表面結構。
本發(fā)明克服的另一個難題是實現(xiàn)對表面的控制，同時進一步允許ESC是多極的。單極夾具(例如其中整個ESC是一個電極)可以用在晶片暴露于等離子體的應用中，其中在晶片和電氣接地之間建立導電路徑。然而，在晶片不是持續(xù)接觸等離子體的應用中，必需最少兩(2)個電極，其中每個電極具有相反的極性，由此在沒有通過晶片的電連接的情況下允許晶片保持虛擬接地。因此，本發(fā)明引入了多極靜電夾具，其包括精確的表面控制同時允許多個電極結合到并電連接到電源。
現(xiàn)在參考附圖，本發(fā)明的圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的示例性多極ESC 100的截面圖，其中ESC可操作用于支撐并處理位于其上的襯底105(例如加熱或冷卻該襯底)。襯底105例如通常特征在于直徑D和底表面107，其中底表面具有與其相關聯(lián)的第一表面面積(未示出)。應當注意，為簡單起見，宏觀示出了圖2的靜電夾具100，但是后面的圖(例如圖10、11以及其它圖)更詳細地示出了靜電夾具100的示例性替換方案的圖。
本發(fā)明的圖2的靜電夾具100包括通常是平面的夾鉗板110，具有與襯底105的底表面107相關聯(lián)的頂表面115和相對設置的底表面117。夾鉗板110例如包括半導體平臺120，其中第一導電層125形成在半導體平臺的頂表面127上方。第一導電層125包括多個部分130，其中該多個部分通常彼此電隔離，其中限定了多極ESC 100的多個極131，這將在下文討論。半導體平臺120例如包括半導體襯底132，例如硅晶片，其中形成在其上方的第一導電層125的該多個部分130通常由該多個部分130之間的隔離區(qū)134來限定。隔離區(qū)134通常使第一導電層125的該多個部分130互相電隔離，其中施加到該多個部分130的電壓可操作用于在夾鉗板110和襯底105之間產(chǎn)生靜電力。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，利用半導體光刻技術形成夾鉗板110，這將在下文描述，其中例如通常在形成第一導電層125期間掩蔽隔離區(qū)134?；蛘?，刻蝕隔離區(qū)134，其中通常在隔離區(qū)中除去第一導電層。半導體平臺120例如可以包括單個半導體襯底132，或者，半導體平臺可以包括分離的半導體襯底132的嵌鑲結構(例如虛線133所示的)，其中第一導電層125進一步形成在半導體襯底的嵌鑲結構上方。分離的半導體襯底132的嵌鑲結構例如通過將分離的半導體襯底接合在一起以形成大致連續(xù)的半導體平臺，從而形成半導體平臺120。這種嵌鑲結構例如有利于需要大于標準硅晶片的直徑的靜電夾具，其中若干個半導體襯底可接合在一起以形成更大的半導體平臺120。
如圖12所示，在本發(fā)明的另一個替換方面中，半導體平臺120可以包括由分離的半導體襯底132形成的多個不同的段135，其中第一導電層125的該多個部分130單獨地形成在每個段135上方。該多個段135例如借助絕緣材料諸如陶瓷隔離物137彼此分開，其中第一導電層125的該多個部分130彼此電隔離。
圖3示出圖2的夾鉗板110的一部分的局部截面圖，其中更詳細地示出本發(fā)明的幾個示例性方面。應當注意，沒有必要按比例繪制這些圖，提供這些圖主要是為了說明的目的。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，夾鉗板110進一步包括大致從圖2的第一導電層125的頂表面141向外延伸(由此，大致從夾鉗板110的頂表面117向外延伸)的多個電絕緣突起140。再次參考圖3，該多個突起140大致形成在第一導電層125上方并且大致從夾鉗板110的頂表面117延伸第一距離D1。因此，該多個突起140大致在其間限定多個間隙145，其中該多個突起例如彼此隔開第二距離D2，由此限定該多個間隙的寬度。第二距離D2通常小于將要被夾鉗的襯底(未示出)的厚度，由此顯著減小了夾鉗期間襯底的機械偏差，這將在下文更詳細地討論。例如，第二距離D2小于約100微米。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，該多個突起140包括微電子機械結構(MEMS)。例如，半導體平臺120包括通常在形成MEMS微結構中所利用的材料，例如硅，其中該多個突起140例如包括形成在其上方的二氧化硅(SiO2)。MEMS微結構通常提供跨越夾鉗板110的頂表面117嚴格控制且一致的尺寸完整性，其中該多個突起140跨越夾鉗板從頂表面延伸大概一致的第一距離D1，例如，圖4示出包括多個基本是圓柱形或矩形小島147的多個突起140，其已經(jīng)形成在夾鉗板110的頂表面117的上方。通常該多個突起140可操作用于接觸圖2所示的襯底105的底表面107，由此限定突起接觸面積。優(yōu)選地，突起接觸面積比(AR)是用于接觸傳導的襯底105的總底表面面積的大約10％，同時該AR小于通過冷卻氣體(未示出)進行熱傳導的襯底的總底表面面積的大約5％，這將在下文討論。例如，圖3的該多個小島147具有大約10微米或更小的直徑，并且彼此隔開大約25到100微米。
雖然從夾鉗板110的頂表面117延伸的該多個突起140被示為一致的形狀并且以有序方式設置，但是也可考慮該多個突起的其它設置，并且可考慮落入本發(fā)明的范圍內的任何形狀或順序的突起或其它這類替換物。再次參考圖2，半導體平臺120的頂表面127和多個突起140還可以包括例如形成在其上方的保護涂層148，例如氮化硅(Si3N4)層。如圖3所示，保護涂層148例如可以具有低發(fā)射率，其中在襯底加熱期間從襯底(未示出)向夾鉗板115發(fā)射的熱從該保護涂層被反射，由此促使熱傳導主要通過間隙中的氣體傳導(當利用氣體傳導率時)而發(fā)生，這將在下文更詳細地討論。根據(jù)另一個實例，保護涂層148在夾鉗板110和襯底(未示出)之間提供相當堅硬且惰性的界面149，其中保護涂層通常降低了由于夾鉗板的退化而引起污染的可能性。根據(jù)另一個實例，保護涂層148可操作用于通常允許襯底(未示出)在夾鉗板110和襯底之間的界面149上方橫向滑動，其中保護涂層大致與該多個突起140相符，由此使其一個或多個尖銳邊緣146A圓滑。
圖5示出示例性突起140，其中保護涂層148大致與該多個突起140相符，并且通常已經(jīng)使一個或多個尖銳邊緣146A圓滑，由此限定了突起的一個或多個圓滑的邊緣146B。正如將要理解的，由于光刻的原因，這種圓滑會比所示出的更加明顯。該一個或多個圓滑的邊緣146B例如在襯底105相對于夾鉗板110的熱運動(例如熱膨脹或收縮)期間提供有利的滑動特性。例如，襯底105相對于突起140的熱運動158可以通過突起140在襯底105上產(chǎn)生力F。力F至少部分地根據(jù)突起140的幾何形狀而變化。例如，如圖3所示的尖銳邊緣156更有可能產(chǎn)生大的力F，其中襯底105可能在突起140的尖銳邊緣處橫向結合。例如，如果力F超過了襯底的屈服強度，則在襯底105中可能會出現(xiàn)應力斷裂，由此引起對襯底的潛在污染和/或損傷。另一方面，圖5的圓滑邊緣146B通常通過將力分散在圓滑的邊緣上來將力F限制在襯底105上。將力F限制在襯底105上通常允許該襯底相對于夾鉗板110更自由地膨脹或收縮，由此通常限制了在突起140處的橫向結合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，再次參考圖3，多個突起140可操作用于通常保持圖2中從夾鉗板的頂表面117到襯底105的底表面107的第一距離D1，其中通過該多個突起的接觸傳導率跨越夾鉗板是均勻的。這通過嚴格控制該多個突起的表面粗糙度來實現(xiàn)。例如，再次如圖4所示，對于該多個突起140的每一個，通過基于MEMS的半導體處理可以獲得小于100埃的表面粗糙度161(例如表面拋光)，其中與現(xiàn)有技術的常規(guī)機械加工表面相比，可以顯著控制通過這種精細的表面拋光的接觸傳導率。
圖6的曲線圖示出示例性的基于MEMS的靜電夾具的接觸熱傳遞系數(shù)。曲線163A-163D分別示出在0.5、1、2、和5個大氣壓的接觸壓力下，在圖2的襯底105和多個基于MEMS的突起140之間的平均HTC。正如可以看到的，HTC在低AR處迅速增加，達到最大值，并且隨著AR達到100％而逐漸減小。利用圖6的數(shù)據(jù)，本發(fā)明的發(fā)明人認識到可以為基于MEMS的突起140對接觸傳導率確定最優(yōu)AR。例如，對于通過突起140的熱傳導的0.5和1.0個大氣壓之間的接觸壓力，大約0.1(10％)的AR是近似最優(yōu)的。當考慮能量消耗時，優(yōu)選將接觸壓力保持在2個大氣壓以下，其中為最優(yōu)接觸傳導將最優(yōu)AR限定在小于約0.2的范圍。
再次參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，第一距離D1可進一步操作用于通常允許冷卻氣體(未示出)在多個間隙145內流動，其中靜電夾具100可操作用于通過冷卻氣體的自由分子狀態(tài)下的熱傳導將熱從襯底傳遞到夾鉗板。例如，為了允許自由分子狀態(tài)下的熱傳導，第一距離D1通常在5微米以下。優(yōu)選地，對于氣體傳導，從夾鉗板110的頂表面117到襯底105的底表面107的第一距離D1大約為1微米或更小。
結合圖7可以更全面地理解以上現(xiàn)象，圖7示出接觸HTC和晶片應力對于多種接觸面積比的曲線圖。例如，在低面積接觸比處(例如AR為大約0.05或更小)，由于突起和晶片之間的小接觸面積，使得接觸HTC(曲線159A)很小。然而，在一個實例中，希望低接觸HTC(以便主要通過位于圖2的夾鉗板110和襯底105之間的氣體的熱傳導來支配熱傳導)，這種小面積比通常會使襯底上的應力(圖6的曲線159B)不期望地高，尤其是在高靜電夾具壓力下。隨著接觸面積比增加(例如所有突起的突起接觸面積是整個晶片面積的較大比例)，接觸HTC開始增加，達到最大值然后再次下降，這反映了由于突起上每單位面積增加的面積和減小的接觸壓力所產(chǎn)生的折衷。在該范圍內(例如在約0.05到約0.3的AR之間)，接觸HTC相對高，由此使得通過位于ESC和襯底之間的氣體的壓力控制來轉換ESC的冷卻變得更困難或較不可控，因為接觸HTC是被動的并且不能如同氣體傳導HTC那樣被“關斷”(例如通過壓力改變來關斷)。在較高接觸面積比下，例如AR為大約0.4或更大，應力可以忽略并且接觸HTC也相當?shù)牡停灾劣谥饕ㄟ^冷卻氣體后側壓力來支配冷卻的激活/去活。
通常，跨越兩個本體之間距離的冷卻氣體熱傳遞系數(shù)(HTC)的行為落入下列三種工作狀態(tài)之一中粘滯狀態(tài)、自由分子狀態(tài)、和過渡狀態(tài)。在粘滯狀態(tài)中，熱傳遞系數(shù)(HTC)是間隙距離和冷卻氣體的熱導率的函數(shù)，而通常與冷卻氣體壓力(下文稱為后側氣體壓力)無關。在自由分子狀態(tài)中，HTC是后側氣體壓力和冷卻氣體的分子量的函數(shù)，而與間隙距離無關。自由分子狀態(tài)基本上用小于幾微米(例如約3-5微米)的距離(例如第一距離D1)來建立。此外，過渡狀態(tài)的特征在于粘滯狀態(tài)和自由分子狀態(tài)之間的平滑插入。
本發(fā)明所限定的在自由分子狀態(tài)中通過氣體的熱傳導提供了多個獨特優(yōu)點。例如，通過將間隙(例如距離D1)保持在冷卻氣體的平均自由程的數(shù)量級，跨越晶片的冷卻對間隙距離基本不敏感，并且代替地主要是后側壓力的函數(shù)，由此產(chǎn)生跨越晶片的空間冷卻均勻性，盡管間隙有輕微的變化(例如由于晶片變形或粒子的原因)。除此之外，由于間隙距離小，與其相關聯(lián)的體積也小，由此允許通過改變后側壓力極其快速地完成對晶片的冷卻。這樣本發(fā)明允許一達到尖峰退火溫度就快速地冷卻該晶片。
圖8是示出在1和2微米的第一距離D1下HTC的變化過程與氮氣的后側氣體壓力的關系曲線圖。當?shù)谝痪嚯xD1是1微米時或者當?shù)谝痪嚯xD1小于冷卻氣體的平均自由程(MFP)時，對于本實例中處于0到約250Torr的范圍內的氣體壓力，可看到HTC主要是后側氣體壓力的函數(shù)的自由分子狀態(tài)。對于大于約250Torr的后側氣體壓力或當?shù)谝痪嚯xD1大于冷卻氣體(在該圖中未示出)的平均自由程(MFP)時可看到HTC主要是第一距離D1的函數(shù)的粘滯狀態(tài)。在這兩種狀態(tài)之間可看到過渡狀態(tài)。
圖8進一步示出在自由分子狀態(tài)中可以主要通過調節(jié)后側氣體壓力來控制冷卻氣體HTC；然而，在較高壓力下第一距離D1仍在HTC中起作用。例如，與1微米相比對于2微米的第一距離D1，在大約250-275Torr下冷卻氣體的熱導率開始從自由分子狀態(tài)向粘滯狀態(tài)過渡。因此，當將壓力從大氣壓力變到基本真空的壓力(例如小于20Torr)時，仍然考慮第一距離D1均勻性。然而，通過控制基本真空和約250Torr之間的壓力，可以主要通過與間隙距離的輕微變化無關的后側壓力來控制HTC。因此保持了跨越晶片的冷卻均勻性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，如圖9所示，夾鉗板110包括一個或多個氣體分布凹槽150，其中這些氣體分布凹槽適于允許冷卻氣體(未示出)流經(jīng)其中，并且能快速實現(xiàn)調節(jié)冷卻氣體的壓力(后側壓力)。如圖10所示，氣體分布凹槽150通常在夾鉗板110中延伸第三距離D3，其中每個氣體分布凹槽與圖2中和夾鉗板相關聯(lián)的多個間隙145的至少一個相交。第三距離D3例如小于約100微米，其中冷卻氣體在氣體分布凹槽150內的流動屬于粘滯狀態(tài)。此外，氣體分布凹槽的較大的第三距離D3(與間隙145相比)通常允許從夾鉗板110抽出冷卻氣體的快速響應時間。
氣體分布凹槽150進一步其特征在于通常與夾鉗板110的頂表面117共面的寬度W。氣體分布凹槽150的寬度W優(yōu)選小于100微米或小于位于夾鉗板110上的襯底105的厚度(未示出)，以便熱傳導基本均勻地跨越襯底的底表面107，原因與以上討論的那些類似。根據(jù)另一個示例性方面，每個氣體分布凹槽150的寬度大約等于第三距離D3。
通過具有相當大的氣體分布凹槽150(例如與突起140之間的間隙145相比)，通過其中的氣流處于粘滯狀態(tài)，對于給定的壓力其比自由分子狀態(tài)中的流速顯著約50倍。通過氣體分布凹槽150的冷卻氣體的快速流速易于快速啟動襯底的冷卻。不過，與該多個間隙145中氣體與晶片的接觸面積相比，凹槽的總表面面積是非常小的。在這方面，圖10沒有按比例繪制(而是被提供用于說明)，更確切地說凹槽150之間的間隙145的數(shù)量相當大。例如，對于小于約1cm的凹槽距離151和具有約10微米或更小的直徑的突起140來說，在凹槽之間可以存在約90個突起或更多。
因此，提供了該多個氣體分布凹槽150，其中該多個氣體分布凹槽可操作用于顯著減小從夾鉗板110抽出冷卻氣體的反應時間。例如，如圖9所示，該多個氣體分布凹槽150可以從夾鉗板110的中心152通常向外伸出，其中該多個氣體分布凹槽被這樣構圖，即夾鉗板的頂表面117上的任何位置離該多個氣體分布凹槽的至少一個在約5mm之內。優(yōu)選地，凹槽之間的距離151小于約1cm。雖然該多個氣體分布凹槽150被示為放射狀延伸凹槽，但是應當理解，可以采用多種方式并采用不同數(shù)目來配置這些凹槽，并且這些改變被理解為落入本發(fā)明的范圍內。另外，如圖11的實例所示，凹槽150的深度D3與各個突起140之間的距離D2近似相同。
冷卻氣體例如包括一種或多種基本上導熱的氣體，例如氧氣、氫氣、氦氣、氬氣、和氮氣，其中冷卻氣體通常被提供到例如包含圖2的靜電夾具100的工藝腔室(未示出)的環(huán)境(未示出)。因此，冷卻氣體通過靜電夾具100從該環(huán)境中(例如從工藝腔室內(未示出))抽出，并且抽出到適當?shù)谋?未示出)。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，再次參考圖9，該多個突起之一包括通常與襯底105共軸的環(huán)153。環(huán)153的直徑DR例如略小于圖2所示的襯底105的直徑D，其中該環(huán)可操作用于通常封閉襯底的里面部分154和夾鉗板115，通常在該里面部分和環(huán)境155之間形成密封。再次參考圖9，根據(jù)另一個實例，外圍氣體分布凹槽156位于環(huán)153內，其中該外圍氣體分布凹槽通常連接該多個分布凹槽150。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，如圖2所示的示例性靜電夾具100進一步包括可操作用于從襯底105和夾鉗板110傳遞熱能的基板160。該基板160通常其特征在于與夾鉗板110的底表面117相關聯(lián)的頂表面162。基板160的頂表面162例如通常面向夾鉗板110的底表面117，其中基板和夾鉗板彼此熱耦接?；?60例如包括提供良好熱導率的材料，例如金屬。示例性基板160金屬是鋁、銅、或其它具有良好熱導率的金屬合金?；蛘?，基板160可以包括具有與夾鉗板110的熱導率類似的熱導率的材料，例如非晶硅(a-Si)或碳化硅(SiC)，其中形成第三導電層(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，夾鉗板110進一步包括第二導電層165，其中該第二導電層進一步包括彼此電隔離的多個部分167。第二導電層165的該多個部分167電連接到第一導電層125的相應多個部分130。第二導電層165的該多個部分167例如通常位于半導體平臺120的底表面168和基板160的頂表面162之間。根據(jù)一個實例，在半導體平臺120的頂表面127上方形成第一導電層125期間，第二導電層165的該多個部分167形成在半導體平臺120的底表面168上方。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，第二導電層165進一步包括多個導電垂直互連170。該垂直互連170例如電連接第一導電層125和第二導電層145。多個電極175例如進一步電連接到第二導電層165，在該處通過該多個垂直互連170將第一導電層125電連接到該多個電極。該多個垂直互連170可以包括例如與半導體平臺120相關聯(lián)的多個通孔180，其中該多個通孔通常從半導體平臺的頂表面127延伸到底表面168。因此該多個通孔180將第一導電層125的每個部分130電連接到第二導電層165的相應部分167。例如通過該多個通孔180中的一個或多個可以分別電連接第一導電層125和第二導電層165的每個部分130和167(例如部分130A通過一個或多個通孔180A電連接到部分167A)。如圖12所示，例如該多個通孔180通常定位在半導體平臺120的周圍以便夾鉗板110基本上是熱和電平衡的。
根據(jù)另一個實例，圖13示出另一個示例性ESC 100，其中多個垂直互連170與半導體平臺120的側壁185相關聯(lián)，在該處限定了多個側壁互連188。第一導電層125的每個部分130例如電連接到相應的側壁互連188，其中每個側壁互連可以電連接到相應的電極175。例如，每個相應的電極175包括彈力側壁接觸電極190，其中借助彈力(未示出)相對于相應的側壁互連188機械地壓縮彈力側壁接觸電極，其中電極與側壁互連的物理接合(例如釬焊(brazing)或環(huán)氧接合)不是必需的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，如圖14所示，基板160包括第一電絕緣層192，并且第三導電層194形成在其上方。第一電絕緣層192(例如氧化物)通常位于基板160和第三導電層194之間。第三導電層194例如進一步包括與第一導電層125和第二導電層165的相應多個部分130和167分別相關聯(lián)的多個部分195，其中第三導電層194的每個部分195電連接到第二導電層的相應部分167。第三導電層194的該多個部分195進一步彼此電隔離，在該處使ESC 100的各個極保持隔離。例如，第三導電層194通常沿基板160的側壁196和頂表面197存在(例如在第一電絕緣層192上方)，其中該多個電極175在基板的側壁處電連接到第三導電層。或者，第三導電層194可以進一步形成在基板160的底表面198上方，其中該多個電極175在基板的底表面處可以電連接到第三導電層。
第三導電層194例如通常允許基板160接合到夾鉗板110上，其中該基板可以與該夾鉗板熱耦接，并且可以電連接到第二導電層165。將基板160耦接到夾鉗板110的底表面117的一種示例性方法通過釬焊來實現(xiàn)，其中夾鉗板的底表面117被金屬化(例如借助第二導電層165)，其后被真空釬焊到基板的頂表面162上。例如，第三導電層194形成在基板160的頂表面162上方，其中第二和第三導電層165和194被真空釬焊在一起。第二和第三導電層165和194例如包括硅化鎢、鎢、或鈦中的一種或多種，然而任何導電材料都被理解為落入本發(fā)明的范圍內。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，再次參考圖13，電絕緣中間板199位于基板160和夾鉗板110之間。該中間板199例如包括氮化鋁絕緣體晶片，其中該中間板通常使夾鉗板110和基板160電絕緣，并且還提供充足的熱傳導。此外，中間板199可以被釬焊到基板160和夾鉗板110上。
再次參考圖2，基板160例如進一步包括一個或多個第一流體導管200，其中該一個或多個第一流體導管可操作用于通常允許冷卻流體(未示出)例如水流過其中，其中基板基本上借助該冷卻流體來冷卻。如圖17Q所示，基板450可以是導電的，并且進一步包括多個極448，其中該多個極電連接到第二導電層430的相應多個部分，這將在下文討論。
再次參考圖12，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，多個起模針210與夾鉗板110有效耦接，其中該多個起模針210可操作用于在最接近夾鉗板110的處理位置(未示出)和通常在夾鉗板之上(例如在夾鉗板之上約1-2mm)的裝載位置(未示出)之間垂直平移襯底105。該起模針210例如包括石英、碳化硅，或陶瓷材料，其中在處理期間由該起模針引起的襯底105的污染被最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，靜電夾具100進一步包括溫度傳感器215，該溫度傳感器可操作用于測量與圖2的襯底105相關聯(lián)的一個或多個溫度T。例如，圖12的溫度傳感器215包括高溫計，其中該高溫計通過夾鉗板110的頂表面117中的開口220測量襯底(未示出)的溫度T。溫度傳感器215可以包括例如具有最小體積的腔的高溫計，其中該高溫計測量襯底105的溫度T通過的開口220很小。最小化開口的體積是有利的，其中可以保持溫度均勻性?；蛘撸瑴囟葌鞲衅?15可以包括光學高溫計，該光學高溫計還可以利用插入夾鉗板110的光纖棒(未示出)，以致該光纖棒例如占據(jù)最小體積的腔。
現(xiàn)在參考圖15，示出根據(jù)本發(fā)明的多個方面的靜電夾具100和相關系統(tǒng)230的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，用來控制靜電夾具100的該系統(tǒng)230包括與電壓供應240有效耦接的控制器235。控制器235可操作用于通過控制電壓供應240來控制提供到ESC 100的極131的電壓V，其中由于由該電壓所感應的靜電力的原因，該電壓與通過襯底105發(fā)覺的夾鉗力的大小成比例。根據(jù)一個實例，控制器235可以通過增加或減小電壓V來進一步控制ESC 100的接觸HTC的大小，由此靜電力、及因此夾鉗力相應地增加或減小。再次如圖3所示，在第一距離D1為約1微米的情況下，電壓V可以很好地保持低于與半導體平臺相關的擊穿電壓(例如小于約100V-150V的電壓)，同時仍在多個突起140和襯底105之間提供良好的熱接觸傳導率。
根據(jù)以上實例，控制提供到圖15的靜電夾具100的電壓V有利地控制了通過夾鉗板的熱傳導量。例如，在面積比為約0.10(10％)的情況下，可以對ESC 100施加低電壓(例如小于20伏)，其中可以在襯底105和夾鉗板110之間保持小于約100Torr的低接觸壓力。在低接觸壓力下，襯底105仍被夾鉗或固定，而在襯底和靜電夾具100之間傳遞最少量的熱能，其中該夾具的熱部分基本上是“關斷”的。當對ESC 100施加更大的電壓V(例如約100伏)時，襯底105和夾鉗板110之間的接觸壓力顯著增加(例如增加到大約1-2個大氣壓)，由此快速地增加了襯底105和夾鉗板110之間的HTC(例如增加約500mW/cm2C)，并因此有效地“開啟”夾具的熱部分以加熱或冷卻襯底。此外，根據(jù)另一個實例，將圖3的第一距離D1設置為約1微米是有利的，其中襯底105和夾鉗板110之間的熱阻被最小化，由此降低了熱損失效應。然而應當注意，第一距離D1的其它值被理解為落入本發(fā)明的范圍內。
在該實例中，控制器235可操作用于通過快速控制施加到ESC100的電壓V來控制接觸壓力，由此允許ESC快速改變狀態(tài)(例如從加熱狀態(tài)變到冷卻狀態(tài))。控制器235例如可進一步操作用于反饋來自與ESC相關聯(lián)的溫度傳感器245的晶片溫度數(shù)據(jù)T，其中可采用閉環(huán)反饋配置來控制電壓供應240?；蛘?，當達到預定溫度時，控制器235可操作用于通常限制襯底105和ESC 100之間的HTC。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，圖15的系統(tǒng)230進一步包括一個或多個閥250，其中該一個或多個閥可操作用于以襯底105和ESC之間的多種氣體熱傳導方式來選擇性地允許一個或多個真空泵255通過靜電夾具100抽出冷卻氣體260。該一個或多個閥250例如包括一個或多個自動閥(例如閥250A)，例如快速電磁閥或提升閥，其中在一個實例中該一個或多個自動閥具有小于約20ms的響應時間。由于可以快速應用施加到靜電夾具100的真空，因此這種快速響應時間是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，控制器235可操作用于耦接到該一個或多個真空泵255A-255B、氣體供應265、電壓供應240、以及該一個或多個閥250A-250C。在本實例中控制施加到靜電夾具100的真空有利地控制了通過冷卻氣體的熱傳導量。例如，在小于約250Torr的低壓下并且圖3的間隙距離D1小于約5微米時，主要通過氣體壓力來支配HTC。因此控制后側壓力的閥250A允許靜電夾具100快速改變狀態(tài)(例如從加熱狀態(tài)變到冷卻狀態(tài))。因此，控制器235可進一步操作用于通過控制該一個或多個自動閥250來控制襯底105和靜電夾具100之間的氣體壓力。
本發(fā)明的目的還在于形成基于半導體的多極靜電夾具的方法。雖然這里示例性方法被示出并描述為一系列動作或事件，但是應當認識到，根據(jù)本發(fā)明由于一些步驟可以以不同的次序進行和/或與除這里所示出和描述的步驟以外的其它步驟同時進行，因此本發(fā)明并不受這些動作或事件的所示次序的限制。另外，可以不需要所有示出的步驟來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法。而且，應當認識到，這些方法可以結合這里所示出和描述的系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可以結合未示出的其它系統(tǒng)來實現(xiàn)。
現(xiàn)在參考圖16，示出了形成用于基于MEMS的多極靜電夾具的夾鉗板的方法300，其中該夾鉗板包括半導體平臺。從動作301開始，在半導體平臺上方形成第一導電層，其中該第一導電層包括彼此電隔離的多個部分。例如在半導體平臺的頂表面上方形成該第一導電層，并且在動作302中在其上方形成第一電絕緣層。如上所述，該第一電絕緣層例如包括具有從該處延伸第一距離的多個MEMS突起的頂表面。在動作303中，多個極電連接到第一導電層的相應多個部分，其中在該多個極之間施加的電壓可操作用于通常在位于該多個突起上的襯底和夾鉗板之間感應出靜電力，在該處保持襯底相對于ESC的位置。
如圖17所示，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面進一步說明圖16的方法300，其中可進一步參考圖18A-18S來說明該方法。從圖17的動作305開始，例如在半導體襯底例如硅半導體平臺上方形成氧化物。如圖18A所示，例如在半導體襯底410的前側404、后側406，和側壁408上方形成該氧化物層402(例如在雙面拋光的300mm硅晶片上方生長的2微米SiO2層)。在圖17的動作310中，在襯底上方形成導電層(例如多晶膜)。例如，如圖18B所示，多晶膜412包括形成在襯底410的前側404、后側406，和側壁408上方的約1微米的摻雜多晶硅膜，其中該多晶膜通常是導電的。在圖17的動作315中，如圖18C進一步示出的，在襯底的后側上形成氧化物層。氧化物414例如包括2微米的SiO2淀積，其中該氧化物414覆蓋襯底410的后側406，還部分地覆蓋該襯底的側壁408。
再次參考圖17，動作320包括構圖抗蝕劑層以限定接觸孔，以及可選地限定氣孔。圖18D示出在襯底410的后側416上方構圖抗蝕劑416，其中該抗蝕劑通常限定接觸孔418和氣孔420。注意，圖中示出的接觸孔418和氣孔420的數(shù)目是為了簡單起見而示出的，可以限定很多個接觸孔和氣孔?；蛘?，可以不形成氣孔420，例如如上所述當在接觸傳導率應用中利用ESC時。接觸孔418例如用于限定前側接觸(圖18D中未示出)，這將在下文討論。在圖17的動作325中，使用帶圖案的抗蝕劑作為掩模來刻蝕接觸孔和氣孔，并且圖18E示出了該結果，其中氧化物層402和414以及多晶膜412被刻蝕到襯底410，在該處進一步限定接觸孔418和氣孔420。隨后剝離該抗蝕劑，并且在圖17的動作330中，例如使用氧化物層414作為硬掩模進一步在襯底中刻蝕接觸孔和氣孔，該硬掩模在刻蝕襯底的過程中被另外除去。圖18F示出動作330的結果，其中襯底410被刻蝕，并且使用多晶膜412作為蝕刻停止(etch stop)來進一步刻蝕氧化物層402和414。例如可使用濕法腐蝕或反應離子刻蝕(RIE)工藝來刻蝕氧化物層402和414。
圖17的動作335示出在襯底上方淀積導電層。圖18G示出動作335的結果，其中導電層422淀積在襯底410上方(例如化學汽相淀積(CVD)0.1微米的WSi2)，包括襯底的前側404、后側406、和側壁408，以及接觸孔418和氣孔420的內部。在圖17的動作335中形成的導電層422例如可以包括一個或多個第一導電層125、第二導電層165、或第三導電層194，如圖2、13、和14所示。
在圖17的動作340中，在襯底的前側上方構圖光致抗蝕劑以除去導電層的前側邊緣?？梢岳迷趧幼?40中形成的光致抗蝕劑限定第一導電層的多個部分，這將在下文說明。圖18H示出在襯底410的前側404上方形成的光致抗蝕劑424，其中前側邊緣426沒有被光致抗蝕劑覆蓋?？蛇x地，還限定隔離區(qū)427，其中該隔離區(qū)將用于限定第一導電層(未示出)的該多個部分(未示出)。在圖17的動作345中，使用帶圖案的抗蝕劑作為掩模來刻蝕導電層和多晶膜。圖18I示出執(zhí)行動作345的結果，其中前側邊緣426通常被刻蝕，并且通常沿著前側邊緣426除去導電層422和多晶膜412。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，第一導電層428與第二導電層430通常包括多晶膜412和導電層422，其中在動作345中第一導電層和第二導電層通常彼此電隔離。圖18J示出除去光致抗蝕劑后的第一導電層428和第二導電層430，并且其中隔離區(qū)427進一步電隔離第一導電層的該多個部分431。
圖17的動作350示出在襯底的前側上方形成前側氧化物的動作。圖18K示出在襯底410的前側404上方形成的前側氧化物層432，其中該前側氧化物通常覆蓋第一導電層428并且通常進一步覆蓋前側邊緣426。在圖16的動作302中示出的第一電絕緣層例如包括圖18K的前側氧化物432。在圖17的動作355中，在前側氧化物層中形成多個MEMS突起。圖18L-18M示出該多個突起的形成。在圖18L中，光致抗蝕劑434淀積在前側氧化物層432上方并被構圖，并且隨后刻蝕該前側氧化物層，其中通常在除去光致抗蝕劑434之后限定圖18M的該多個突起436。再次參考圖17，動作360示出在襯底上方淀積保護層。在圖18N中，通常在襯底410上方以及區(qū)域418和420內形成保護層438，其中襯底的前側404、后側406、和側壁408通常被該保護層覆蓋。保護層438例如包括約0.1微米的氮化物(例如氮化硅Si3N4)，其在隨后的操作中可以用作蝕刻停止。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面，在圖17的動作365中，在襯底中掩蔽并刻蝕一個或多個氣體分布凹槽。然而，當需要通過ESC的接觸傳導率時，可以不形成氣體分布凹槽，并且ESC可以繼續(xù)進行動作375，這將在下文討論。然而，當需要氣體傳導率時，執(zhí)行動作365，并且圖18O示出形成在襯底410的前側404上方的掩模440的圖案形成，其中通常在該處限定氣體分布凹槽442。應當注意，氣體分布凹槽442是說明性的，并且在截面圖中僅示出了一個凹槽；然而可以形成一個以上的凹槽。例如，再次參考圖9，多個突起436之一包括環(huán)153，其中外圍氣體分布凹槽156位于該環(huán)153內。
根據(jù)一個實例，再次參考圖18O，在襯底的前側404上方形成相對厚的硬掩模440例如BSG，其中該硬掩模通常容易刻蝕，并且該刻蝕對氣體分布凹槽442中的保護層438和氧化物層402另外有選擇性。圖18P示出執(zhí)行動作365的結果，其中氣體分布凹槽442通常被刻蝕到襯底410(例如襯底被進一步輕微刻蝕)。在圖17的動作370中，在襯底上方形成另一保護層以在ESC操作期間保護新形成的氣體分布凹槽。圖18Q示出執(zhí)行動作370的結果，其中保護層444通常覆蓋頂側404、后側406、側壁408、接觸孔418、氣孔420、以及氣體分布凹槽442。保護層444包括例如0.2微米厚的氮化硅層。
再次參考圖17，動作375示出刻蝕襯底的后側上的保護層。圖18R示出執(zhí)行動作375的結果，其中通常從襯底410的后側406除去保護層444。保護層444的這種去除通常允許與第二導電層430的電連接。在圖17的動作380中，掩蔽并刻蝕第二導電層以通常電隔離第二導電層的多個部分，進一步通常限定靜電夾具的各個極。圖18S示出在襯底410的后側406上方形成掩模446。圖18T示出刻蝕第二導電層430和多晶膜412的結果，其中該多個極448彼此電隔離。
在圖17的動作385中，通常在襯底的后側上方形成基板，其中該基板可操作用于通常傳遞來自靜電夾具的熱。圖18U示出執(zhí)行動作385的結果，其中在襯底410的后側406上方形成基板450。例如，該基板包括鋁，其通過環(huán)形掩模(未示出)蒸鍍到后側406上以保護多晶膜412?；蛘?，包括非晶硅的基板450可以通過釬焊電連接到第二導電層430，其中該基板進一步包括氧化物層192和形成在其上的第三導電層194，如圖14所示，其中第三導電層被進一步刻蝕以電隔離它的多個部分。
如圖19所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性方面進一步說明圖16的方法300，其中可以參考圖20A-20I進一步說明圖19的方法500。從圖19的動作505開始，例如，在半導體襯底例如硅半導體平臺上方形成氧化物。如圖20A所示，例如在半導體平臺或襯底610的前側604、后側606、和側壁608上方形成氧化物層602(例如在雙面拋光的300mm硅晶片上方生長的2微米SiO2層)。在圖19的動作510中，襯底被掩蔽，在該處在掩蔽區(qū)的任一側上限定夾具的極區(qū)。例如，用帶封住或用其它方式掩蔽該半導體平臺以便限定夾具的各個極。在動作515中，在襯底上方形成第一導電層(例如0.1微米Ti膜)。例如，如圖20B所示，在襯底610的前側604、后側606、和側壁608上方形成(例如通過CVD或PVD)第一導電層612，其中掩蔽區(qū)614電隔離兩個或多個極區(qū)616A、616B。
再次參考圖19，動作520包括在襯底上方形成保護層，如圖20C進一步所示。保護層618例如包括形成在襯底610的前側604、后側606、和側壁608上方的氮化物層(例如通過LPCVD形成的500埃的Si3N4)。在圖19的動作525中，在半導體平臺上方形成第一電絕緣層，并且在圖20D中示出執(zhí)行動作525的結果。該第一電絕緣層例如包括2微米的氧化物620淀積(例如執(zhí)行兩次1微米SiO2的PETEOS)，其中氧化物620進一步覆蓋襯底610的前側604、后側606、和側壁608。圖19的動作530進一步描述在襯底上方構圖光致抗蝕劑，其中限定多個突起區(qū)域。例如，圖20E示出在襯底610的前側604和側壁608上方構圖光致抗蝕劑622，在該處限定多個突起區(qū)域624。例如在抗蝕劑622的圖案形成中進一步使襯底610的后側606暴露。
圖19的動作535示出第一電絕緣層的刻蝕，其中通常限定多個突起。在動作535中，例如第一電絕緣層也被從襯底的后側除去。圖20F示出已經(jīng)通過刻蝕(例如濕法腐蝕)氧化物層620限定的多個突起626，其中保護層618用作蝕刻停止。襯底610的后側606已經(jīng)被進一步刻蝕，由此將氧化物620從襯底的后側除去。在圖19的動作540中，在襯底上方形成另一保護層。圖20G示出已經(jīng)形成在襯底610的前側604、后側606、和側壁608上方的保護層628(例如通過LPCVD形成的500埃的Si3N4層)。
在圖19的動作545中，掩蔽襯底的前側和側壁邊緣，由此使襯底的后側暴露。圖20H示出掩模630，該掩模覆蓋襯底610的前側604和側壁608，使后側606暴露。在圖19的動作550中隨后刻蝕(例如等離子體刻蝕)保護層628和618，并且圖20I示出該結果，其中通常從襯底610的后側606上方的第一導電層612除去保護層628和618。再次參考圖19，在動作555中在襯底后側上形成基板，并且圖21示出在襯底610的后側606上方形成基板632的示例性結果。該基板632通過第一導電層612電連接到該兩個或多個極區(qū)616A和616B。例如，基板632包括形成在非晶硅基底636上方的導電材料634，其中該導電材料包括彼此電隔離的多個部分，其以類似于上述的方式被進一步釬焊到第一導電層612。
雖然已經(jīng)相對于特定優(yōu)選的一個或多個實施例示出并描述了本發(fā)明，但是顯然，本領域的技術人員可以根據(jù)對本說明書及附圖的閱讀和理解進行等效變型和修改。特別是關于通過上述部件(組件、器件、電路等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這些部件的術語(包括對“裝置”的引用)旨在對應于(除非另有說明)執(zhí)行上述部件的特定功能的任何部件(即，其是功能等效的)，即使與這里所示的本發(fā)明的示例性實施例中的執(zhí)行該功能的公開結構在結構上不等效。此外，盡管可能已經(jīng)相對于多個實施例中的僅僅一個公開了本發(fā)明的具體特征，但是該特征可以與所需的并有利于任何給定或特定應用的其它實施例的一個或多個其它特征結合。
權利要求
1.一種形成用于多極靜電夾具的夾鉗板的方法，包括在半導體平臺上方形成第一導電層并限定該第一導電層的彼此電隔離的多個部分；在第一導電層上方形成第一電絕緣層，該第一電絕緣層包括具有從其延伸第一距離的多個MEMS突起的頂表面；以及形成電連接到第一導電層的相應多個部分的多個極，其中在該多個極之間施加的電壓可操作用于在夾鉗板中感應出靜電力。
2.如權利要求1的方法，其中形成第一導電層包括在半導體平臺上方形成多晶硅層。
3.如權利要求2的方法，其中形成第一導電層進一步包括在多晶硅層上方形成金屬層。
4.如權利要求1的方法，其中第一導電層形成在半導體平臺的頂表面上方，該方法進一步包括在半導體平臺的底表面上方形成第二導電層，其中限定該第二導電層的彼此電絕緣的多個部分。
5.如權利要求4的方法，其中第一導電層和第二導電層通常同時形成。
6.如權利要求4的方法，進一步包括形成將第一導電層的多個部分電連接到第二導電層的相應多個部分的多個垂直互連。
7.如權利要求6的方法，其中形成該多個垂直互連包括在半導體平臺的側壁上方形成多個側壁接觸，其中該多個側壁接觸彼此電隔離，并且其中該多個側壁接觸電連接第一導電層和第二導電層的相應多個部分。
8.如權利要求7的方法，其中形成該多個側壁接觸包括在半導體平臺的側壁上方淀積導電材料。
9.如權利要求8的方法，其中形成該多個側壁接觸包括淀積多晶硅、硅化鎢、鎢、或鈦中的一種或多種。
10.如權利要求6的方法，其中第一導電層、第二導電層、和該多個側壁接觸的形成通常是同時形成的。
11.如權利要求4的方法，其中形成第二導電層包括淀積硅化鎢、鎢、或鈦中的一種或多種。
12.如權利要求4的方法，進一步包括在第二導電層上方形成基板，其中該基板可操作用于通過半導體平臺將熱能從襯底傳遞到該基板。
13.如權利要求12的方法，其中形成基板包括在其上形成具有彼此電隔離的多個部分的第三導電層，以及將第三導電層的該多個部分電連接到第三導電層的相應多個部分。
14.如權利要求13的方法，其中形成該多個極包括將多個電極接合到第三導電層的相應多個部分。
15.如權利要求13的方法，其中基板包括具有形成在其上方的氧化物層的非晶硅板，其中第三導電層形成在該氧化物層上方。
16.如權利要求13的方法，其中形成第三導電層包括淀積硅化鎢、鎢、或鈦中的一種或多種。
17.如權利要求12的方法，其中形成基板包括將一種或多種金屬蒸鍍到第二導電層的該多個部分上。
18.如權利要求12的方法，其中形成基板包括將該基板真空釬焊到第二導電層。
19.如權利要求12的方法，其中形成基板包括在該基板和第二導電層之間施加導電環(huán)氧樹脂。
20.如權利要求12的方法，進一步包括形成通過基板的一個或多個流體導管，其中冷卻流體可操作用于流經(jīng)其中。
21.如權利要求12的方法，進一步包括在基板內形成熱源，其中該熱源可操作用于選擇性地加熱夾鉗板。
22.如權利要求1的方法，其中形成第一導電層包括淀積硅化鎢、鎢、或鈦中的一種或多種。
23.如權利要求1的方法，其中半導體平臺包括硅襯底。
24.如權利要求1的方法，其中第一電絕緣層包括二氧化硅。
25.如權利要求1的方法，進一步包括在第一電絕緣層、第一導電層、和半導體平臺中形成一個或多個氣體分布凹槽。
26.如權利要求25的方法，其中形成該一個或多個氣體分布凹槽包括刻蝕第一電絕緣層、第一導電層、和半導體平臺。
27.如權利要求25的方法，進一步包括形成穿過半導體平臺、第一導電層、和第一電絕緣層的一個或多個氣體分布孔，其中該一個或多個氣體分布孔中的至少一個形成為穿過該一個或多個氣體分布凹槽中的至少一個。
28.如權利要求27的方法，其中形成該一個或多個氣體分布孔包括反應離子刻蝕第一電絕緣層、第一導電層、和半導體平臺。
29.如權利要求1的方法，其中形成該多個MEMS突起進一步包括在第一電絕緣層上方形成掩模，其中該掩模通常在半導體襯底的頂表面上方限定多個谷；刻蝕該多個谷中的第一電絕緣層；以及除去掩模，其中在該多個谷之間限定該多個MEMS突起。
30.如權利要求29的方法，其中刻蝕第一電絕緣層使用第一導電層作為蝕刻停止。
31.如權利要求29的方法，進一步包括在其上方形成第一電絕緣層之后在半導體平臺上方形成保護層，并且其中刻蝕第一電絕緣層使用該保護層作為蝕刻停止。
32.如權利要求31的方法，其中形成保護層包括在第一導電層和半導體平臺上方淀積氮化物層。
33.如權利要求31的方法，進一步包括除去半導體平臺的底表面上的保護層。
34.如權利要求1的方法，其中形成第一導電層包括在半導體襯底上方形成多晶硅層。
35.如權利要求1的方法，其中該多個MEMS突起形成為使得襯底可操作用于接觸該多個MEMS突起，其中限定了突起接觸面積，其中突起接觸面積與襯底的表面面積之比在約0.02和0.2之間。
36.如權利要求35的方法，其中突起接觸面積與襯底的表面面積之比是大約0.10。
37.如權利要求1的方法，其中第一距離是大約1微米。
38.如權利要求1的方法，進一步包括形成穿過夾鉗板的溫度傳感器孔，并且將溫度傳感器插入溫度傳感器孔中。
39.如權利要求1的方法，其中半導體平臺包括多個半導體段的嵌鑲結構。
40.如權利要求39的方法，其中該多個半導體段的嵌鑲結構包括摻雜的硅。
41.如權利要求39的方法，其中在半導體平臺上方形成第一導電層包括在該多個半導體段上方形成第一導電層，其中第一導電層的該多個部分的每一個形成在該多個半導體段的一個或多個上方。
42.如權利要求39的方法，進一步包括在形成在該多個半導體段上方的第一導電層的多個部分的每一個之間插入電絕緣體。
43.如權利要求42的方法，其中電絕緣體包括陶瓷隔離物。
44.如權利要求1的方法，進一步包括在其上方形成第一電絕緣層之后在半導體平臺上方形成保護層。
45.如權利要求44的方法，其中形成保護層包括在第一電絕緣層和半導體平臺上方淀積氮化物層。
46.如權利要求44的方法，進一步包括除去半導體平臺的底表面上的保護層。
47.如權利要求1的方法，其中形成第一導電層包括導電材料的化學汽相淀積。
48.如權利要求47的方法，其中形成第一導電層包括硅化鎢的化學汽相淀積。
49.如權利要求1的方法，其中半導體平臺包括具有形成在其上方的氧化物的硅襯底。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于形成用于多極靜電夾具的夾鉗板的方法。該方法包括在半導體平臺上方形成第一導電層并限定該第一導電層的彼此電隔離的多個部分。在第一導電層上方形成第一電絕緣層，該第一電絕緣層包括具有從該處延伸第一距離的多個MEMS突起的頂表面。此外，多個極電連接到第一導電層的相應多個部分，其中在該多個極之間施加的電壓可操作用于在夾鉗板中感應出靜電力。
文檔編號H01L21/67GK1894788SQ200480032031
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權日2003年10月28日
發(fā)明者P·克雷曼, S·秦, E·亞倫, D·布朗 申請人:艾克塞利斯技術公司