CN107154377A - 石墨烯电极的静电卡盘装置 - Google Patents

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朱煜
杨鹏远
许岩
成荣
韩玮琦
唐娜娜
张鸣
杨开明
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯电极的静电卡盘装置，属于半导体晶片加工技术领域，包括介电层、电极层、绝缘层和金属基体，所述介电层设置在绝缘层的上方，所述电极层设置在所述介电层和绝缘层之间，所述绝缘层设置在所述金属基体上，所述介电层为蓝宝石、陶瓷类材料，所述电极层为石墨烯材料。本发明电极层采用石墨烯材料，提升了静电卡盘的导热能力，利于对晶片进行快速加热或冷却。同时，避免了高温烧结工序，电极层无变形，提升了对晶片吸附力的均匀性。

Description

石墨烯电极的静电卡盘装置
技术领域
本发明涉及半导体晶片加工装置，特别是指一种石墨烯电极的静电卡盘装置。
背景技术
目前现有的静电卡盘电极的制造工艺主要有以下2种：1.将印刷有电极的多层生瓷片层压在一起，再进行高温共烧得到了包括电极的陶瓷烧结体。2.首先形成陶瓷烧结体，然后再陶瓷烧结体上印刷静电电极用的电极糊的工序，在该电极糊上填充氧化铝造粒粉进行金属模成型，最后将通过金属模成型的工序一体化的成型体进行烧成。(参照专利文献1：日本特开2005-343733号公报)。以上两种制造电极的方法都不可避免的经历高温烧结，烧成后的介电层和电极层均存在一定程度的变形，从而影响了静电卡盘静电吸附力的均匀性。甚至静电电极的断面变形而尖锐成锐角，形成这样尖锐的形状时，由于应力集中及电场集中等容易发生裂纹，难以确保静电卡盘的耐久性。
发明内容
本发明提供一种提升表面抗腐蚀能力、导热快、避免高温烧结引起的介电层和电极层变形、静电力分布均匀的石墨烯电极的静电卡盘装置。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种石墨烯电极的静电卡盘装置，包括介电层、电极层、绝缘层和金属基体，所述介电层设置在绝缘层的上方，所述电极层设置在所述介电层和绝缘层之间，所述绝缘层设置在所述金属基体上，所述介电层为蓝宝石材料，所述电极层为石墨烯材料。
进一步的，所述介电层的上表面均匀地设置有凸点。
进一步的，所述金属基体上均匀地设置有多个气道和/或通气孔，所述介电层、电极层和绝缘层上分别对应地均匀设置有多个气道和/或通气孔。
进一步的，所述金属基体上设置有温控系统。
进一步的，所述电极层的材料石墨烯为单层或多层。
进一步的，所述电极层的厚度为10-30um。
进一步的，所述绝缘层为蓝宝石或陶瓷。
进一步的，所述介电层与电极层、电极层与绝缘层之间通过粘接的方式集成在一起
本发明具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明的石墨烯电极的静电卡盘装置的电极层采用石墨烯材料，其导热系数高达5300W/m〃K，较静电卡盘传统电极材料如钨(180W/m〃K)、银(430W/m〃K)、铜(401W/m〃K)的导热系数有10-20倍的提高，因此可有效提高静电卡盘的导热能力，利于对晶片进行快速加热或冷却。静电卡盘采用的石墨烯电极无需和陶瓷层共同经历高温烧结，可规避电极层变形的风险，避免应力集中，提高静电卡盘的耐久性，同时也可保持静电吸附力的均匀性。
附图说明
图1为本发明的石墨烯电极的静电卡盘装置的剖面结构示意图；
图2为本发明的石墨烯电极的静电卡盘装置的金属基体气孔示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种石墨烯电极的静电卡盘装置，如图1所示，包括介电层4、电极层5、绝缘层6、金属基体7，介电层4设置在绝缘层6的上方，电极层5设置在介电层4和绝缘层6之间，绝缘层6设置在金属基体7上，介电层4为蓝宝石，电极层5为石墨烯材料。
与现有技术相比，本发明的石墨烯电极的静电卡盘装置的电极层采用石墨烯材料，由于石墨烯的导热系数高达5300W/m〃K，所以可提高静电卡盘的导热能力，利于对晶片进行快速加热或冷却。静电卡盘采用的石墨烯电极无需和陶瓷层共同经历高温烧结，可规避电极层变形的风险，避免应力集中，提高静电卡盘的耐久性，同时也可保持静电吸附力的均匀性。
作为本发明的一种改进，介电层4的上表面可以均匀地设置有凸点。这样可以减少介电层和晶片的接触面积，由于接触面积的减少，使得非接触面空间有足够多的氦气等惰性气体流通，使得晶片表面的温度变化更加均匀。
作为本发明的另一种改进，如图2所示，金属基体上优选的均匀地设置有多个气道和/或通气孔9，介电层、电极层和绝缘层上分别对应地可以均匀设置有多个气道和/或通气孔。氦气等惰性气体通过各层之间的气道和/或通气孔传输到介电层，再均匀的传递到晶片，可以进一步提高晶片温度冷却或加热的均匀性。
为了便于测量并控制金属基体上的温度，金属基体上优选设置有温控系统。可以通过温控系统进行测量金属基体上的温度，这样可以预估晶片周围的温度，当温度过高或过低时，温控系统可以对晶片周围的温度进行调整或控制，避免温度过高或过低损坏晶片。温控系统可以是本领域人员容易想到的各种温控元件。
优选的，电极层可以为单层或多层石墨烯。电极层选用石墨烯材料，可以提高本发明的导热性，加快晶片受热或冷却的速度，选用多层石墨烯材料可以进一步提高晶片的受热或冷却的速度。电极层上连接有给电端子8，给电端子连接电源。
本发明中，绝缘层优选为蓝宝石或陶瓷。绝缘层还可以是本领域人员容易想到的其他绝缘材料。
综上，本发明具有以下有益效果：
1、本发明规避传统集成工艺中电极和陶瓷高温烧结的风险，可规避电极层变形的风险，避免应力集中，提高静电卡盘的耐久性，同时也可保持静电吸附力的均匀性；
2、本发明的电极层采用石墨烯材料，石墨烯电极导热率高，有利于快速使晶片温度冷却或加热；
3、所采用的蓝宝石材料可以提升静电卡盘表面的抗腐蚀能力；
4、本发明结构简单，制造容易，成本较低，可广泛推广使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，包括介电层、电极层、绝缘层和金属基体，所述介电层设置在所述绝缘层的上方，所述电极层设置在所述介电层和绝缘层之间，所述绝缘层设置在所述金属基体上，所述介电层为蓝宝石材料，所述电极层为石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述介电层的上表面均匀地设置有凸点。
3.根据权利要求2所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述金属基体上均匀地设置有多个气道和/或通气孔，所述介电层、电极层和绝缘层上分别对应地均匀设置有多个气道和/或通气孔。
4.根据权利要求3所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述金属基体上设置有温控系统。
5.根据权利要求1所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述电极层的材料石墨烯为单层或多层。
6.根据权利要求5所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述电极层的厚度为10-30um。
7.根据权利要求1至5中任一所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述绝缘层为蓝宝石或陶瓷类材料。
8.根据权利要求1所述的石墨烯电极的静电卡盘装置，其特征在于，所述介电层与电极层、电极层与绝缘层之间通过粘接的方式集成在一起。
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