CN111128844A - 一种高冷却性能的静电卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高冷却性能的静电卡盘，包括作为母体的有二径路的媒体流通的金属基盘，在氧化铝第一层上部表面进行熔射而形成吸着电极，以及在吸着电极上方和金属基盘侧面及上方通过熔射形成的氧化铝第二层，氧化铝第一层和氧化铝第二层共同构成一体化绝缘电介质；所述金属基板具备至少能容纳两种冷却流通路径，相关路径中的其中一个从上述金属基板同一面输入，然后输出，相关路径中的另一个路径通过上述金属基板，从上述媒体的一面输入向另一面输出，并且从上述金属基板的上部位置贯通至上述绝缘电介质。此发明的静电卡盘不仅价格低廉，并且提供充分的冷却性能的并可以减少微粒的产生，并通过静电卡盘重复使用来降低生产成本并保证资源再利用。

Description

一种高冷却性能的静电卡盘

技术领域

本发明属于半导体元件制造工艺中使用的等离子体处理装置、电子曝光装置、离子注入装置，以及在液晶面板上使用的离子掺杂装置等具备的静电吸着机构，即与所谓的静电卡盘技术相关领域。

背景技术

在半导体制造装置中需要保证被处理原料即半导体晶片在装置中的位置以及确保位置的保持。第一代装置以前，一般会在半导体晶片表面设置固定爪夹具。现在的处理基准限制比较严格，需要对被处理半导体晶片的污染量进行管理。夹具材质多使用铝制材料，能在离子注入时充分得到离子照射，保证被处理半导体晶片获得充分的离子注入。

但是，传统机械卡盘会给被处理的半导体晶片带来一些损伤。因此，现如今主要利用静电卡盘来对半导体晶圆进行夹持，静电卡盘主要是利用电气性的静电吸着力保持被处理晶片与支持面位置。即为在支持面下方设置的电极上给予高电位，与支持面构成的绝缘电介质分布的静电、形成被处理晶片分级带电电荷的静电库仑力或者拉贝克力，使被处理晶片与支持面吸附。从专利申请倾向判断，国内外对于静电卡盘的相关技术进步是从1980年代后半开始的，现在已成成长成半导体制造装置不可或缺技术。

在近年的半导体原件制造产业中，在等离子体氛围中增加静电卡盘的耐久性，降低生产成本的问题现已被提出。一般的量产现场的静电卡盘根据使用环境，寿命保持在700-3000h之间，再加上维护的费用，价格也并不低廉。因此在业界遭受到(零排放)质疑。随着国际环境基准意识的不断提高，各企业进行各自自主规制设计，在尽量让工厂不排放废弃物上，与作为保持社会发展必要的技术之间平衡做出很多努力。即使作为半导体制造装置部位的静电卡盘也不例外，在保护资源的前提下进行技术开发。半导体原件制造上制造装置内的降低微粒残留也已成为问题。近年此限制在原件细微化上要求变得更加严格。比如，金属制微粒时，虽在清洗环节中从晶片中脱离，但会附着在后面清洗晶片上。如若在半导体结合领域产生污染的话，会使后面的接合工艺设定产生变动，无法正确形成需要生产原件。比如，2001年版《前端处理》中，规定300mm直径晶片表面的0.058um的微粒极限指标为94个/晶片，同时此晶片0.2um微粒极限指标为468个/晶片。静电卡盘的制造过程中发生的微粒也是问题，为制造装置上搭载时内部尽量不产生微粒的目标也被要求。以下将对上述项目过往技术进行说明。

静电卡盘黏着形成积层面，由于其侧壁面的黏着层露出，因此极易收到等离子体侵蚀，表现为由熔射形成的保护膜覆盖。当电极情况复杂，以熔射的陶瓷涂层作为电介质层不失为一种有效的静电卡盘制作方法。随着口径的增大，熔射陶瓷型的静电卡盘可以控制空洞中气体流量，使冷却效果可控化。普通陶瓷熔射型静电卡盘上安装晶片的升温，气体会随着静电卡盘的路径流通增加，根据气体的流量，可以控制冷却技术。

但是，上述技术主要是通过绝缘电介质的熔射技术形成，不具备晶片背面的气体冷却技能，且静电卡盘制造方法不能够抑制微粒产生。

发明内容

目的：解决静电卡盘制造方法不能够抑制微粒产生问题：

技术方案：本发明提供一种高冷却性能的静电卡盘，一种高冷却性能的静电卡盘，包括作为母体的有二径路的媒体流通的金属制基盘，铝制基盘与铝制板两部分连接组成金属制基盘；所述铝制基盘底部设有冷却水路径，冷却水路径有冷却水输入部与冷却水输出部与外界相通；所述的铝制板上部设有一体化绝缘电介质，一体化绝缘电介质包括氧化铝第一层、氧化铝第二层，与铝制板接解触的是氧化铝第一层；一体化绝缘电介质上吸有电极；

惰性气体分配槽穿过铝制板与铝制基盘内的惰性气体路径相连，惰性气体路径与外界相通；惰性气体分配槽穿过一体化绝缘电介质与外界相通的口是惰性气体输出孔。

进一步，所述铝制金属性基盘至少一面经过阳极氧化等防腐蚀处理。

进一步，所述的铝制基盘(1)设有定位作用的安装部(16)。

进一步，所述绝缘电介质材质(5)为氧化铝制的陶瓷，与所述金属制基盘的上表面和侧面接触。

进一步，所述电极(4)的材质由钨制成。

进一步，所述的惰性气体分配槽(13)内设有绝缘板(15)。

进一步，所述惰性气体是氦气。

进一步，冷却水路径(6)或惰性气体输出孔(14)或是由切削与焊接形成或由切削与钻孔形成贯通的空洞。

进一步的，在上述第一的绝缘电介质层的形成基础上，金属性基盘上的冷却剂的贯通空洞通过在电解质层研磨打孔制成。

进一步的，加工上述一个种类的冷却介质流通路径为基础，在路径全域内填充蜡，加工后去除上述蜡。

本发明优点：此发明的静电卡盘不仅价格低廉，并且可以提供充分的冷却性能和减少微粒的产生，同时，能通过静电卡盘重复使用来降低生产成本并保证资源再利用。

附图说明

图1静电卡盘构造模式图

图2静电卡盘制造方法的铝制基盘的构造模式图

图3静电卡盘制造方法的铝制基盘黏着后的构造模式图

图4静电卡盘制造方法的氧化铝第一层熔射后的构造模式图

图5静电卡盘制造方法的吸着电极熔射后的构造模式图

图6静电卡盘制造方法氧化铝第二层熔射后的构造模式图

图1～4中：1为铝制基盘，2为黏着层，3为铝制板，4为吸着电极，5为一体化绝缘电介质，6为冷却水路径，7为阳极氧化处理面，8为冷却水输入部，9为冷却水输出部，10为铝制盖板，11为熔接部，12为惰性气体路径，13为惰性气体分配槽，14为惰性气体输出孔，15为绝缘板，16为安装部，17为氧化铝第一层，18为氧化铝第二层。

具体实施方式

实施例：

本发明的实施形态可参照图1的构造模式说明。静电卡盘包括作为母体的有二径路的媒体流通的金属基盘，在基盘上部表面进行熔射而形成吸着电极4，以及在吸着电极上方和金属基盘侧面及上方通过熔射形成的一体化绝缘电介质5；

金属制基盘是由铝制两部分组成，即铝制基盘1与铝制板3。此两部分为环氧基树脂系、聚烃硅氧系，或者由丁腈橡胶系黏着剂连接而成。黏着层2即图1所示。使用黏着剂的理由是，锡焊会因高温导致铝板弯曲，无法保证铝板表面的平坦度。本发明实施实例的铝制板3的平整度为10μm。此铝制基盘1设置两个冷媒流通路径。一个是冷却水，入口可以参照图1下部所示。

冷却水输入部8与冷却水输出部9设计为铝制盖板10，与本静电卡盘外部的配管等连接。此冷却水路径6的加工时本路径削减后，铝制盖板10连接后形成。熔接部11设置在铝制盖板10的四周。在铝制基盘1底部，还有一个冷媒，在本实施案例中，有使用气体输入一些惰性气体的部分，惰性气体可以是氦气。此惰性气体路径12与上述一样，存在与外部连接部分。惰性气体路径12从铝制基板内部通过，与上部的惰性气体供给槽连接。惰性气体分配槽13并未在途中显示，是同心圆状，类似梳子，遍布全体。如图1所示，为使晶圆的升温整体均一化，设计了多个供给入口，惰性气体压力、流量控制也废了很多心思，以应对晶圆的升温时周边与中心部位产生不同。

在惰性气体分配槽13，从静电卡盘上部设计、加工了很多小孔，贯通一体化绝缘电介质5、铝制板3，从出气孔14输出惰性气体通过静电卡盘吹向静电卡盘背面，氧化铝纯度高达99.99％。补充说明，此一体化绝缘电介质5经由两次吹扫处理，也就是在铝制板3上，吸着电极4形成后进行第一次吹扫，在静电卡盘形成后在侧面与上部进行第二次吹扫处理。铝制基盘1底部为防止水的侵蚀，进行阳极氧化处理，将阳极氧化面7用作外面水的出入口处，以防止这些部位容易生锈，漏水。另外，铝制基盘1上的安装部16起到定位的作用。

下面使用图2-图6，说明本实施实例静电卡盘的制造工序。此一连串工序不止只使用新型静电卡盘制造，也适用于静电卡盘再生的制造。图2为铝制基盘1的构造模式图。再生制造完成的静电卡盘如图1所示，使用盘旋的工作机械完成图2状态，或者手工作业将再生部位消减，使其表面加工至平坦。铝制基盘1的阳极氧化处理面7，首先针对整体，削掉不需要的部位。图3是铝制基盘1使用黏着材料连接图。铝板板3在连接后，将其表面的平坦度加工直至10um以下。然后，将绝缘板15嵌入上部槽孔中。如此作业目的是为静电卡盘制造或者再生工程最后在惰性气体出入孔14中不残留任何加工碎屑。如下图4所示，阳极氧化第一层形成，形成膜厚为50-500um。氧化铝的纯度为99.99％。图5所示为氧化铝第一层17上面形成吸着电极4。此道工序需要使用熔射技术。吸着电极的材料为钨、铝、钽、钼等金属导电材料。吸着电极4的厚度为5～100μm。图6是在上述构造物的上面与侧面形成氧化铝第二层18。此时，熔射使用也使用相同纯度氧化铝材料。熔射面的厚度会根据条件变化在50～500μm范围内。阳极氧化第二层经熔射后，在两个冷媒路径上使用蜡浸入封孔，之后，进行熔射面的研磨加工程序。最后，如图1所示，加工惰性气体出气孔14，清洗去除加工时的碎屑，使用药品融化填充在冷媒路径及沟槽中的蜡，以上便是静电卡盘制造、再生工艺过程。

本实施事例的静电卡盘可以流通两种冷却媒介，充分发挥冷却效果，并且由于使用对反应性等离子体具有较强耐性氧化铝在静电卡盘表面全局做了保护，可以是制造装置内的使用寿命明显延长。以前静电卡盘吸着面是由氧化铝制陶瓷板黏着而成，其制造效率不管是价格还是寿命都存在问题。特别是容易被等离子体打到的黏着面周边部位，出现了由于被侵蚀、被放电而使静电卡盘的寿命被严重受限。本发明是在这些效果上都被承认的构造、制造方法。即由氧化铝熔射形成电介质，提高作业的机械化、效率化，同时由于全面一体的熔射，能够将上述被等离子体打过地方被抹掉，降低制造成本。本发明的构造、制造方法同时对旧型静电卡盘来说是很困难的，也发挥了静电卡盘的再生效果。本发明实施可使再生在新型产品上实现，可以通过本发明展示再生，因为发明中的再生手段可使半导体原件工厂的制造装置维护更加容易且价格低廉，所以收到客户的热烈欢迎。惰性气体出气孔14的加工，在同分孔槽13的上部打磨加工，将绝缘板重新装入后，在最后的加工阶段要防止加工时的残屑不在惰性气体路径12上残留，产生微粒。此路径一旦有碎屑残留，惰性气体流通时，大小碎屑以及微粒就会从静电卡盘喷出，污染机台，给半导体原件带来影响。

本发明不仅价格低廉，而且能够保证、提供充分冷却性能、防尘性能的静电卡盘，同时适应现代社会发展，能够提供再生可能的静电卡盘。

Claims (10)

1.一种高冷却性能的静电卡盘，包括作为母体的有二径路的媒体流通的金属制基盘，铝制基盘(1)与铝制板(3)两部分连接组成金属制基盘；

所述铝制基盘(1)底部设有冷却水路径(6)，冷却水路径(6)有冷却水输入部(8)与冷却水输出部(9)与外界相通；

所述的铝制板(3)上部设有一体化绝缘电介质(5)，一体化绝缘电介质包括氧化铝第一层(17)、氧化铝第二层(18)，与铝制板接解触的是氧化铝第一层(17)；

一体化绝缘电介质(5)上吸有电极(4)；

惰性气体分配槽(13)穿过铝制板(3)与铝制基盘(1)内的惰性气体路径(12)相连，惰性气体路径(12)与外界相通；惰性气体分配槽(13)穿过一体化绝缘电介质(5)与外界相通的口是惰性气体输出孔(14)。

2.根据权利要求1或2所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述铝制金属性基盘至少一面经过阳极氧化等防腐蚀处理。

3.根据权利要求1或2所述的高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述的铝制基盘(1)设有定位作用的安装部(16)。

4.根据权利要求1或2所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述绝缘电介质材质(5)为氧化铝制的陶瓷，与所述金属制基盘的上表面和侧面接触。

5.根据权利要求1或2所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述电极(4)的材质由钨制成。

6.根据权利要求1或2所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述的惰性气体分配槽(13)内设有绝缘板(15)。

7.根据权利要求1或所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述惰性气体是氦气。

8.根据权利要求1所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，冷却水路径(6)或惰性气体输出孔(14)或是由切削与焊接形成或由切削与钻孔形成贯通的空洞。

9.根据权利要求1所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，在所述第一的绝缘电介质层的形成基础上，金属性基盘上的冷却剂的贯通空洞通过在电解质层研磨打孔制成。

10.根据权利要求8所述的一种高冷却性能的静电卡盘，其特征在于，所述冷却介质流通路径方法，是在路径全域内填充蜡，加工后去除上述蜡。

Images