CN101546724B - 静电卡盘及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在具有由导电体层以及夹着导电体层的绝缘层构成的层叠构造的静电卡盘的周围所形成的陶瓷喷镀膜与基材具有良好的粘接性，并且在操作时，即使外部冲击力作用于静电卡盘，喷镀膜也不易破损的静电卡盘。本发明的静电卡盘是包括被绝缘体层夹着的金属层的层叠构造的静电卡盘，在上述金属层周边的露出部分上形成的凹部通过绝缘性喷镀膜而被覆盖。该静电卡盘的喷镀膜，优选至少将露出于上述凹部内侧的上述金属层覆盖，且以不从上述凹部突出的方式进行覆盖。由此，能够防止金属层漏电以及金属层腐蚀，并且在操作时即使外部冲击力作用于喷镀膜，也能够防止喷镀膜的破损。

Description

静电卡盘及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体晶片等被处理体基板的载置台所使用的静电卡盘，特别涉及具有陶瓷喷镀膜(以下简称喷镀层)的静电卡盘及其制造方法。
背景技术
在对硅晶片等被处理体基板进行蚀刻等处理的半导体装置中，被处理基板被载置在设置于处理腔室中央的载置台上。在该载置台中，静电卡盘(以下简称ESC)多被设置在由具有良好导热性金属材料构成的支撑体的上部。
一般地，静电卡盘呈层叠构造，在其最外表面上设有绝缘(电介质)体层，在其下侧设有作为导电体层的膜状电极，进而在其下侧也设有绝缘体层。绝缘体层多采用氧化铝(Al2O3)，膜状电极多采用铝薄板、箔或接合层。为了通过静电力固定晶片，膜状电极作为用于施加电压的电极而发挥作用。
另外，与膜状电极不同的是，为了实现ESC的均热化而在ESC上设有由金属材料构成的传热层。
膜状电极以及传热层均为由导电性金属材料构成的金属层，均在ESC的侧面呈向外部露出的状态。当这种金属层的端部在ESC的侧面呈露出状态时，存在例如由于用于制造半导体所使用的卤素系等腐蚀气体而发生金属层腐蚀的问题。此外，还存在被腐蚀金属所引起的污染问题。
甚至，当膜状电极作为ESC的电极而使用时，由于其上被施加高电压，所以与其接近的金属体，例如配置在ESC周边的聚焦环等存在放电或漏电的危险。
因此，多通过在金属层露出的侧面上喷镀绝缘性的陶瓷或氧化铝来防止上述问题的发生。
例如，下述专利文献1中公开了一种半导体制造用基座，其特征在于：在具有导电体和绝缘陶瓷基材的半导体制造用基座中，通过绝缘性的喷镀膜覆盖导电体的从陶瓷基材的露出部分。
【专利文献1】日本特开平06-279974号公报
发明内容
静电卡盘一般具有由导电体层和夹着导电体层的绝缘体层构成的层叠构造。如果该导电体层露出，则存在由此导致的漏电问题以及由于气氛气体导致的金属腐蚀问题。因此，在导电体层的露出面，亦即静电卡盘的侧面制造由陶瓷等绝缘材料构成的喷镀膜来覆盖金属层的露出面。但是，基于该目的所形成的喷镀膜，存在易破损的问题。
图5表示的是在现有技术的静电卡盘的侧面形成的陶瓷喷镀膜(喷镀层)形状的一个例子。一般而言，如图5(a)所示，平面状的陶瓷喷镀层6形成在包括导电体层20的静电卡盘(ESC)21侧面的几乎整个面上。但是，由于该陶瓷喷镀层6易碎，在安装和拆卸ESC的操作(handling)时，如果对其施加外部冲击，则发现存在易破损的问题。
本发明者为了改善上述陶瓷喷镀层的易剥离性，针对改变形状和覆盖面积的喷镀方法所产生的效果进行了研究。亦即，一个是如图5(b)所示，将陶瓷喷镀层6在上下水平上面进行扩大，在ESC侧面与绝缘层的上下一体地形成陶瓷喷镀层6的方法。另一个方法是如图5(c)所示，仅扩大陶瓷喷镀层6的下侧，在ESC侧面与绝缘层的下面侧一体地形成陶瓷喷镀层6的方法。针对上述形状就有关陶瓷喷镀层的剥离性改善问题进行了研究。
其结果，由于粘接面积的增大，剥离性得到了改善，但由于陶瓷喷镀层薄且脆，所以由于外部的冲击力，陶瓷喷镀层的转角部发生破损。因此，即使将陶瓷喷镀层制成如图5(b)或(c)的形状，也不能完全防止由于外部冲击力所造成的破损。
另外，在专利文献1中，表示了对这种的陶瓷喷镀膜的形成方法下功夫。下面，参照附图对喷镀膜的形成方法进行说明。在该文献的实施方式中，如图6(a)所示，基座上部具有膜状电极24被夹着在圆板状陶瓷基材22与陶瓷的圆板状支撑体23之间的构造。
另外，在喷镀膜(喷镀层)的形成中，如图6(a)所示，首先，通过蚀刻等对膜状电极24的周边部进行除去加工，将绝缘性陶瓷喷镀到由此形成的槽25中。在进行喷镀时，以填满槽25且从上下陶瓷圆板的侧表面隆起的方式形成陶瓷喷镀层6。
由此形成在槽25中生根的陶瓷喷镀层6，期待提高圆板状陶瓷与陶瓷喷镀层6的粘接性。但是，本发明者发现，由于该陶瓷喷镀层6存在隆起的部分，因而存在易与周围物体碰撞的问题。可知如果该隆起部分与周围刚体发生碰撞，从外部施加冲击力，陶瓷喷镀层6发生破损而易于剥离。
在如上述专利文献1所记载的膜状电极24周边部的蚀刻加工中，陶瓷无法充分进入加工部的内部。因此，很难将金属层完全覆盖，并且由于喷镀陶瓷与加工部的接触面积不足，所以存在粘接性差而发生剥离的问题。
因此，本发明的课题是提供一种在具有由导电体层以及夹着导电体层的绝缘层所构成的层叠构造的静电卡盘的周围形成的陶瓷喷镀膜与基材的粘接性良好，并且在操作时，即使外部冲击力作用于静电卡盘，喷镀膜也不易破损的静电卡盘。
为解决上述课题，本发明的静电卡盘是包括被绝缘体层夹着的金属层的层叠构造的静电卡盘，其特征在于，在上述金属层周边的露出部分上形成的凹部通过绝缘性喷镀膜而被覆盖。
该静电卡盘的喷镀膜，优选至少将露出于上述凹部内侧的上述金属层覆盖，且以不从上述凹部突出的方式进行覆盖。由此，能够防止来自金属层的漏电以及金属层的腐蚀，并且在操作时即使外部冲击力作用于喷镀膜，也能够防止喷镀膜的破损。
上述金属层可以是导电层或均热层。另外，上述凹部的截面形状优选漏斗形、抛物线形、平盘形、椭圆弧形、圆弧形等任何一种外侧扩大的形状。由此，即使金属层的宽度是0.5mm～1.0mm狭窄的情况下，喷镀陶瓷也能陷入凹部，能够防止喷镀膜的剥离。
优选上述喷镀膜是含有氧化铝的陶瓷制的绝缘膜。另外，优选上述喷镀膜通过氧化钇喷镀而形成。
当向上述凹部喷镀陶瓷时，在喷镀膜从凹部突出的情况下，通过对喷镀膜的表面进行磨削而去除从凹部突出的部分，使得喷镀膜不受外部冲击力的作用，能够防止喷镀膜的破损。
本发明的静电卡盘，即使在上述凹部的宽度为0.5mm以上1.0mm以下的情况下，也能形成喷镀膜。
本发明的静电卡盘的制造方法，其是包括被绝缘体层所夹着的金属层的层叠构造的静电卡盘的制造方法，其特征在于：在上述金属层的周边形成凹部，以至少覆盖露出于上述凹部的金属层的方式形成绝缘性的喷镀膜，对上述喷镀膜进行磨削使得上述喷镀膜不从上述凹部突出。
由此，可以制造能够防止来自金属层的漏电、金属层的腐蚀，并且在操作时即使在外部冲击力作用于喷镀膜，也能够防止喷镀膜破损的静电卡盘。另外，上述金属层可以是导电层，也可以是均热层。
上述凹部的截面形状优选漏斗形、抛物线形、平盘形、椭圆弧形、圆弧形等任何一种外侧扩大的形状。这样，即使金属层的宽度是0.5mm～1.0mm狭窄的情况下，喷镀陶瓷也能陷入凹部，能够制造喷镀膜不易剥离的静电卡盘。
优选对含有氧化铝的陶瓷制的材料进行喷镀，形成上述喷镀膜。另外，优选上述喷镀膜通过氧化钇喷镀而形成。
根据本发明，能够提供一种静电卡盘，在含有覆盖金属层的喷镀陶瓷的静电卡盘中，即使外部冲击力作用于该静电卡盘，喷镀膜也不易损坏。
附图说明
图1是表示本发明实施例所使用的静电卡盘的上部构造的图。
图2是表示本实施例中形成在静电卡盘侧面的陶瓷喷镀层的截面形状的截面图。
图3是表示本发明中形成在静电卡盘侧面的凹部的截面形状的其他例子的图。
图4是表示本发明中的陶瓷喷镀层形成方法的说明图。
图5是表示形成在现有静电卡盘侧面的陶瓷喷镀层的形状的说明图。
图6是表示专利文献中的陶瓷喷镀层形成方法的说明图。
符号说明
1半导体晶片
2支撑体
3静电卡盘层
4加热层
5铝接合层
6陶瓷喷镀层
7内部电极
8供电棒
9电阻加热层
10a，10b供电线
11热介质流路
12气体供应管
13凹部
14层叠构造体
20导电体层
21静电卡盘(ESC)
22陶瓷基材
23圆板状支撑体
24膜状电极
25槽
具体实施方式
以下，参照实施例的附图对本发明进行说明。图1是表示本发明实施例所使用的静电卡盘的上部构造的图，图1(a)是垂直截面图，图1(b)是图1(a)的A部放大图。支撑体2通过接触半导体晶片1而进行热交换，作为调节半导体晶片1温度的热交换板使用。支撑体2由铝等具有出色导电性及导热性的材料构成。
圆板型的静电卡盘层3设置在支撑体2的最上部，在其下侧设有陶瓷制的圆板型的加热层4。铝接合层5设在静电卡盘层3与加热层4之间。
铝接合层5作为使半导体晶片1温度均匀的温度均匀层而发挥作用。在静电卡盘层3、加热层4以及铝接合层5的外围形成陶瓷喷镀层6。
静电卡盘层3，为了通过静电吸附力保持半导体晶片1，埋有由陶瓷等电介质构成的其内部由导电体例如铜、钨等导电膜构成的内部电极7。通过供电棒8将高电压，例如2500V、3000V等直流电压施加在内部电极7上，通过库仑力或约翰逊拉别克力(Johnsen-Rahbeck)吸附保持半导体晶片1。
加热层4，由于膜状的电阻加热层9形成在陶瓷圆板的内部，在其两端安装有电线10a、10b，从商业用交流或直流电源(未图示)供应加热用电力。
热介质(流体)流路11设在支撑体2的内部。通过温度调节单元以及配管(均未图示)将规定温度的热介质，例如热水或冷水循环供应至该热介质流路11上。
传热气体、例如He气体，通过气体供应管12从传热气体供应部(未图示)供应到静电卡盘层3与半导体晶片1的背面之间，该传热气体促进静电卡盘层3与半导体晶片1之间的热传导。
如上所述，在本实施方式中，使用了带有加热器的静电卡盘，静电卡盘(ESC)是由通过铝接合层5将形成静电卡盘层3和加热层4大致相同直径的2块陶瓷圆板接合的层叠构造体构成。在本实施方式中，作为静电卡盘层3和加热层4的陶瓷使用氧化铝。上述两层的厚度为1～2mm，铝接合层5的厚度为0.5～1mm左右，ESC整体的厚度为3～6mm左右。铝接合层5具有使半导体晶片1不至于因加热层4而被不均匀加热的均衡温度的功能。
在该圆板形的层叠构造体的整个外围上形成陶瓷喷镀层6时，形成铝接合层5的外边呈露出状态的凹部，将陶瓷喷镀层6埋入该凹部内，为了使其上部不突出于层叠构造体的侧面而对其高度进行调整。
下面，在本发明中，对形成在层叠构造体侧面的凹部的优选截面形状进行说明。图2是表示本实施方式中形成在静电卡盘侧面的陶瓷喷镀层6的截面形状的截面图。
如图2所示，静电卡盘层3的下半部分与加热层4的上半部分被削切成平的倾斜面，以在其底部上露出铝接合层5的方式形成凹部。
凹部的截面为浅底的漏斗形或平盘形。进行喷镀材料的喷镀，使陶瓷喷镀层6整体覆盖该凹部。优选氧化钇或氧化铝作为喷镀材料，但只要是形成陶瓷的材料就不受此限制。由于喷镀后喷镀材料从凹部的表面隆起，研磨该隆起部分，为使陶瓷喷镀层6的上部不突出于层叠构造体的侧面而对其高度进行调整。
在本发明中，为了提高陶瓷喷镀层6对基材的粘接性，实施了以下2点改进措施。第1个改进措施是：使凹部的截面呈外侧扩大的形状(呈开口状态)，使得喷镀时的融液易于进入凹部的底部(内侧)。第2个改进措施是：如后面所述那样，使凹部截面中的凹部周边长度为1.42mm以上，扩大陶瓷喷镀层6的与基材的粘接面积。
上述第1个改进措施中，凹部的截面形状不仅限于图2所示的形状。图3是表示本发明中凹部截面形状的其他例子。凹部13的截面形状可以是图3(a)所示的漏斗形，也可以是图3(b)所示的平盘形。另外，如图3(c)所示，漏斗的底部转角部可以呈圆形R的形状，也可以呈图3(d)所示的圆弧形的截面形状。或者，虽未经图示，但凹部的截面形状可以是椭圆弧形或抛物线形。由此，在截面形状包括曲线的情况下，含有铝接合层5的露出部的凹部的底部也可以是平面。
另外，在上述第2个改进措施中，凹部截面形状中的凹部周边长优选1.42mm。由此，能够提高陶瓷喷镀层6与静电卡盘层3·加热层4的粘接性，也能减少陶瓷喷镀层6的剥离性。
此外，通过以除去陶瓷喷镀部的隆起，使陶瓷喷镀层6不从层叠构造体的侧面突出的方式来调整其高度，能够防止在操作时隆起部分与周围的刚体发生碰撞而破损。另外，作为除去喷镀部的隆起的方法，是现有的机械研磨等方法即可，不需要特别限定。
下面对本发明中的静电卡盘的制造方法，亦即陶瓷喷镀层6的形成方法进行说明。图4是表示本发明中的陶瓷喷镀层6的形成方法的说明图。首先，如图4(a)所示，通过铝接合层5将静电卡盘层3与加热层4的2块陶瓷圆板接合，作成层叠构造体14。接着，如图4(b)所示，对层叠构造体14的整个外围进行磨削，形成规定形状的凹部13。
接着，如图4(c)所示，以整体埋入层叠构造体14外围的凹部13且使其表面微微隆起的方式进行陶瓷喷镀材料的喷镀，形成陶瓷喷镀层6。在本实施方式中，喷镀材料使用了氧化钇或氧化铝的粉末。陶瓷喷镀层6冷却固化后对其表面进行机械磨削或研磨，为使陶瓷喷镀层6的上部不从层叠构造体14的侧面突出而对其高度进行调整。通过上述工序，完成陶瓷喷镀层6的形成。

Claims (12)

1.一种静电卡盘，其是包括被绝缘体层所夹着的金属层的层叠构造的静电卡盘，其特征在于：
形成在所述金属层周边的露出部分的凹部被绝缘性的喷镀膜覆盖，
所述喷镀膜至少覆盖露出于所述凹部内侧的所述金属层，且以不从所述凹部突出的方式进行覆盖。
2.如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：
所述金属层是导电层或均热层。
3.如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：
所述凹部的截面形状是漏斗形、抛物线形、平盘形、椭圆弧形、圆弧形中中任一种形状。
4.如权利要求1～3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于：
所述喷镀膜是含有氧化铝的陶瓷制的绝缘膜。
5.如权利要求1～3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于：
所述喷镀膜通过氧化钇喷镀而形成。
6.如权利要求1～3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于：
所述喷镀膜的表面被磨削。
7.如权利要求1～3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于：
所述凹部的宽度为1.0mm以下。
8.一种静电卡盘的制造方法，其是包括被绝缘体层所夹着的金属层的层叠构造的静电卡盘的制造方法，其特征在于：
在所述金属层的周边形成凹部，
以至少覆盖露出于所述凹部的所述金属层的方式形成绝缘性的喷镀膜，
对所述喷镀膜进行磨削使得所述喷镀膜不从所述凹部突出。
9.如权利要求8所述的静电卡盘的制造方法，其特征在于：
所述金属层是导电层或均热层。
10.如权利要求8所述的静电卡盘的制造方法，其特征在于：
所述凹部的截面形状是漏斗形、抛物线形、平盘形、椭圆弧形、圆弧形中的任一种形状。
11.如权利要求8～10中任一项所述的静电卡盘的制造方法，其特征在于：
由含有氧化铝的陶瓷制的材料进行喷镀，形成所述喷镀膜。
12.如权利要求8～10中任一项所述的静电卡盘的制造方法，其特征在于：
所述喷镀膜通过氧化钇喷镀而形成。
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