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CN114899138A - 一种耐蚀静电卡盘及其制造方法 - Google Patents

一种耐蚀静电卡盘及其制造方法 Download PDF

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CN114899138A CN202210510690.XA CN202210510690A CN114899138A CN 114899138 A CN114899138 A CN 114899138A CN 202210510690 A CN202210510690 A CN 202210510690A CN 114899138 A CN114899138 A CN 114899138A
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杨鹏远
王建冲
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Beijing U Precision Tech Co Ltd
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Abstract

本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种耐蚀静电卡盘及其制造方法。该耐蚀静电卡盘包括由上至下设置的第一陶瓷层、第二陶瓷层和冷却基座，所述第一陶瓷层的背面设有至少一个电极；所述第一陶瓷层和所述第二陶瓷层之间设有第一绝缘结合层；所述冷却基座和第二陶瓷层的背面之间设有第二绝缘结合层。本发明的静电卡盘的耐腐蚀性、结合强度和气密性优异，导热性良好，温度变化引起的形变小，介电层均匀；第一绝缘结合层的耐射频时间由300RFHrs提高到4500RFHrs以上。

Description

一种耐蚀静电卡盘及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种耐蚀静电卡盘及其制造方法。
背景技术
静电卡盘是晶圆精密加工设备的载台，常在物理气相沉积(PVD)镀膜设备、刻蚀设备、离子注入设备、EUV光刻机等设备中设置，作为以上设备的核心部件之一。
1990s年代开始应用于半导体薄膜加工领域的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺，在目前的半导体薄膜加工应用广泛，其薄膜加工的各向异性突出。感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺设备应用的静电卡盘结构，如图1所示，该静电卡盘的介电层与绝缘层采用粘接剂结合的方式。这种静电卡盘介电层均匀、避免了高温共烧陶瓷(HTCC)烧结后的介电层的变形，高温共烧陶瓷(HTCC)烧结的静电卡盘介电层不均匀。
但是，这种静电卡盘工艺中会发生气孔、顶升机构孔和静电卡盘边缘附近的胶体优先被刻蚀掉，造成在高压状态下，发生打火。当遇到较细的电极间隙时，绝缘性不良，会导致过早击穿。
因此，开发设计一种全新的静电卡盘成为了本领域内亟需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐蚀静电卡盘及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
一种耐蚀静电卡盘，包括由上至下设置的第一陶瓷层、第二陶瓷层和冷却基座，所述第一陶瓷层的背面设有至少一个电极；所述第一陶瓷层和所述第二陶瓷层之间设有第一绝缘结合层；所述冷却基座和第二陶瓷层的背面之间设有第二绝缘结合层。
进一步的，所述第一绝缘结合层覆盖电极的表面、第一陶瓷层的背面、第二陶瓷层的上表面和电极之间的间隙，使得第一绝缘结合层结合第一陶瓷层与第二陶瓷层，形成陶瓷吸附层。
进一步的，所述第一陶瓷层的背面提供电极图案，使得第一绝缘结合层结合第一陶瓷层与第二陶瓷层，形成陶瓷吸附层；所述第二绝缘结合层结合陶瓷吸附层和冷却基座。
即使采用了更细的电极图案，也可以成功地改善由电极图案形成的间隙中的绝缘性(当电极间的间距较小时，因为填充于电极间隙的绝缘材料的绝缘性很高，所以也能保证绝缘性能)，同时借助第一陶瓷层确保器件抵抗腐蚀性物质。
进一步的，相邻两个电极之间的间距为0.5-4mm。
其中，所述第一绝缘结合层为耐腐蚀绝缘材料制成，包括且不限于绝缘玻璃、陶瓷粘结剂、陶瓷绝缘膜、弹性粘接剂等材料。
其中，所述第二绝缘结合层为弹性粘接剂制成。
其中，所述电极的材料选自Al、Ag、Cu、Au、W、Mo及其合金中的至少一种。
本发明的耐蚀静电卡盘的制造方法，包括以下步骤：
第一陶瓷层的背面按照电极图案制备电极；
在带电极的第一陶瓷层与第二陶瓷层之间制备第一绝缘结合层，形成陶瓷吸附层；
在陶瓷吸附层与冷却基座之间制备第二绝缘结合层，第二绝缘结合层连接陶瓷吸附层和冷却基座。
其中，所述第一绝缘结合层的制备过程包括以下步骤：
(1)将玻璃微粉添加溶剂、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂、着色剂制成玻璃浆料；
(2)将所述玻璃浆料装入3D打印机中；
(3)3D打印机的喷嘴按照三维模型，往复运行，将玻璃浆料均匀喷洒在第一陶瓷层的背面和电极间隙；
(4)3D打印机的加热源对第一陶瓷层背面的玻璃浆料加热熔融，形成致密的玻璃；
(5)按照步骤(1)～(4)，对第二陶瓷层表面完成玻璃覆盖；
将带玻璃的第一陶瓷层和带玻璃的第二陶瓷层对位贴合，放入3D打印机中；
启动3D打印机中的加热源，二次加热置玻璃熔融状态，冷却结合成致密的第一绝缘结合层。
与现有技术相比，本发明的耐蚀静电卡盘及其制造方法至少具有以下有益效果：
本发明的静电卡盘的耐腐蚀性、结合强度和气密性优异，导热性良好，温度变化引起的形变小，介电层均匀；第一绝缘结合层的耐射频时间由现有技术中的300RFHrs提高到4500RF Hrs以上。
下面结合附图对本发明的耐蚀静电卡盘及其制造方法作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术的静电卡盘的结构示意图；
图2为本发明实施例中耐蚀静电卡盘的结构示意图；
图3-图5为本发明实施例中的第一绝缘结合层的制造过程示意图。
其中，100-现有技术的静电卡盘，101-第一陶瓷层，102-电极，103-第一绝缘结合层，104-第二陶瓷层，105-第二绝缘结合层，106-冷却基座；
200-静电卡盘，201-第一陶瓷层，202-电极，203-第一绝缘结合层，204-第二陶瓷层，205-第二绝缘结合层，206-冷却基座，209-玻璃浆料，210-喷嘴，211-加热源。
具体实施方式
如图2所示，一种耐蚀静电卡盘，包括由上至下设置的第一陶瓷层201、第二陶瓷层204和冷却基座206，第一陶瓷层201的背面设有至少一个电极202；第一陶瓷层201和所述第二陶瓷层204之间设有第一绝缘结合层203；冷却基座206和第二陶瓷层204的背面之间设有第二绝缘结合层205。
第一绝缘结合层203覆盖电极202的表面、第一陶瓷层201的背面、第二陶瓷层204的上表面和电极202之间的间隙，第一陶瓷层201的背面提供电极图案，使得第一绝缘结合层203结合第一陶瓷层201与第二陶瓷层204，形成陶瓷吸附层。第二绝缘结合层205结合陶瓷吸附层和冷却基座206。
相邻两个电极202之间的间距为0.5-4mm。
第一绝缘结合层为耐腐蚀绝缘材料制成，可以选自绝缘玻璃、陶瓷粘结剂、陶瓷绝缘膜、弹性粘接剂等材料。第二绝缘结合层为弹性粘接剂制成，弹性粘接剂可以为硅胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸类、尼龙类、聚氨酯类粘接剂。
电极的材料可以选自Al、Ag、Cu、Au、W、Mo及其合金中的至少一种。
该耐蚀静电卡盘的制造方法，包括以下步骤：
第一陶瓷层201的背面按照电极图案制备电极202；电极制备可以通过磁控溅射、真空蒸镀、丝网印刷等方法制备；
在带电极的第一陶瓷层201与第二陶瓷层204之间制备第一绝缘结合层203，形成陶瓷吸附层；
在陶瓷吸附层与冷却基座206之间加入弹性粘接剂，制备第二绝缘结合层205，第二绝缘结合层205连接陶瓷吸附层和冷却基座206。
如图3-5所示，第一绝缘结合层的制备过程包括以下步骤：
(1)将玻璃微粉添加溶剂、分散剂、增稠剂、表面活性剂制成玻璃浆料209；
其中，溶剂可以为松油醇、醋酸丁基卡必醇、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、卵磷脂、熏衣草油、大茴香油等。
分散剂可以为磷酸酯、乙氧基化合物、鲱鱼油、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等。
增稠剂可以为乙基纤维素、甘油、硬脂酸丁酯、硝化纤维素、聚异乙烯、聚乙烯醇、聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
表面活性剂可以为甲苯、乙醇、环己酮等。
粘结剂可以为聚乙烯、聚乙烯醇、CMC、丙烯酸甲酯等。
着色剂可以为Co、Mn、Ni、Fe、Cu等元素形成的氧化物。
(2)将所述玻璃浆料209装入3D打印机中；
(3)3D打印机的喷嘴210按照三维模型，往复运行，将玻璃浆料209均匀喷洒在第一陶瓷层201的背面和电极间隙；
(4)3D打印机的加热源211对第一陶瓷层201背面的玻璃浆料209加热熔融，形成致密的玻璃；
(5)按照步骤(1)～(4)，对第二陶瓷层表面完成玻璃覆盖；
将带玻璃的第一陶瓷层和带玻璃的第二陶瓷层对位贴合，放入3D打印机中；
启动3D打印机中的加热源211，二次加热置玻璃熔融状态，冷却结合成致密的第一绝缘结合层。
本发明的耐蚀静电卡盘经过性能测试，各项性能均表现优异：
耐蚀性：RF达到了4500RF hrs以上；
结合强度：剪切强度≥2MPa；
气密性：泄露率＜1*E-10Pa·m3/S；
导热性能：热导率＞4W/mK；
变形：＜0.01％；
介电层均匀性：＜±0.01mm。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种耐蚀静电卡盘，其特征在于：包括由上至下设置的第一陶瓷层、第二陶瓷层和冷却基座，所述第一陶瓷层的背面设有至少一个电极；所述第一陶瓷层和所述第二陶瓷层之间设有第一绝缘结合层；所述冷却基座和第二陶瓷层的背面之间设有第二绝缘结合层。
2.根据权利要求1所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：所述第一绝缘结合层覆盖电极的表面、第一陶瓷层的背面、第二陶瓷层的上表面和电极之间的间隙，使得第一绝缘结合层结合第一陶瓷层与第二陶瓷层，形成陶瓷吸附层。
3.根据权利要求2所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：所述第一陶瓷层的背面提供电极图案，使得第一绝缘结合层结合第一陶瓷层与第二陶瓷层，形成陶瓷吸附层；所述第二绝缘结合层结合陶瓷吸附层和冷却基座。
4.根据权利要求3所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：相邻两个电极之间的间距为0.5-4mm。
5.根据权利要求4所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：所述第一绝缘结合层为耐腐蚀绝缘材料制成。
6.根据权利要求5所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：所述第二绝缘结合层为弹性粘接剂制成。
7.根据权利要求6所述的耐蚀静电卡盘，其特征在于：所述电极的材料选自Al、Ag、Cu、Au、W、Mo及其合金中的至少一种。
8.权利要求1-7任一所述的耐蚀静电卡盘的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一陶瓷层的背面按照电极图案制备电极；
在带电极的第一陶瓷层与第二陶瓷层之间制备第一绝缘结合层，形成陶瓷吸附层；
在陶瓷吸附层与冷却基座之间制备第二绝缘结合层，第二绝缘结合层连接陶瓷吸附层和冷却基座。
9.根据权利要求8所述的耐蚀静电卡盘的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘结合层的制备过程包括以下步骤：
(1)将玻璃微粉添加溶剂、分散剂、增稠剂、表面活性剂、粘结剂、着色剂制成玻璃浆料；
(2)将所述玻璃浆料装入3D打印机中；
(3)3D打印机的喷嘴按照三维模型，往复运行，将玻璃浆料均匀喷洒在第一陶瓷层的背面和电极间隙；
(4)3D打印机的加热源对第一陶瓷层背面的玻璃浆料加热熔融，形成致密的玻璃；
(5)按照步骤(1)～(4)，对第二陶瓷层表面完成玻璃覆盖；
将带玻璃的第一陶瓷层和带玻璃的第二陶瓷层对位贴合，放入3D打印机中；
启动3D打印机中的加热源，二次加热置玻璃熔融状态，冷却结合成致密的第一绝缘结合层。
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