CN115527847A - 一种表面改性的衬底保持器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种表面改性的衬底保持器及其制备方法,该制备方法包括:S1,在粗抛光后的基板上沉积改性层,改性层为易于刻蚀的材料;S2,对改性层进行精抛光,精抛光达到的平面度大于粗抛光达到的平面度;S3,在精抛光后的改性层上形成耐磨层;S4,在耐磨层上形成光刻胶层,对光刻胶层进行曝光、显影,得到第一图形结构;S5,在显影后的光刻胶层上生长金属掩模层,再剥离去除光刻胶层,在金属掩模层中得到第二图形结构;S6,采用反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层中,去除金属掩模层,得到表面改性的衬底保持器。本公开的方法能够简单高效地加工出高精度的衬底保持器,满足高制程加工的需求。
Description
技术领域
本公开涉及精密光刻承片技术领域,具体涉及一种表面改性的衬底保持器及其制备方法。
背景技术
目前先进制程系统中的衬底保持器多采用柱状点阵的吸盘结构形式,其表面排列有大量圆柱结构,在真空作用下成为与衬底接触的触点,起到支撑衬底背面、固定衬底的作用;圆柱结构的顶端在衬底保持器工作时与衬底背面频繁接触,长时间使用后存在磨损现象,为了延长衬底保持器的使用寿命,圆柱结构通常采用与衬底保持器基板一致的碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等硬度高、耐磨性好的材料;但是这些材料具有很高的化学惰性,限制了配套的加工方法,为了在这些基板材料表面加工点阵接触结构,需要进行研磨、抛光等一系列的加工步骤,容易造成机械损伤或材质劣化,并且由于难以对离散的点阵结构的平面度进行检测,进一步限制了衬底保持器平面度的提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题,本公开提供了一种表面改性的衬底保持器及其制备方法,用于解决传统衬底保持器易磨损或加工难度大等技术问题。
(二)技术方案
本公开一方面提供了一种表面改性的衬底保持器及其制备方法,包括:S1,在粗抛光后的基板上沉积改性层,改性层为易于刻蚀的材料;S2,对改性层进行精抛光,精抛光达到的平面度大于粗抛光达到的平面度;S3,在精抛光后的改性层上形成耐磨层;S4,在耐磨层上形成光刻胶层,对光刻胶层进行曝光、显影,得到第一图形结构;S5,在显影后的光刻胶层上生长金属掩模层,再剥离去除光刻胶层,在金属掩模层中得到第二图形结构;S6,采用反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层中,去除金属掩模层,得到表面改性的衬底保持器。
进一步地,S1之前还包括:S0,对基板进行机械结构加工,机械结构至少包括通气孔、侧孔和安装结构。
进一步地,S1中粗抛光后的基板中粗抛光的方法包括研磨和环抛;S2中精抛光的方法包括离子束抛光、磁流变抛光中的一种。
进一步地,S1中的基板的材料包括碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼中的一种;S1中改性层的材料包括硅、二氧化硅中的一种;改性层的厚度为0.2mm~1mm。
进一步地,S3中形成耐磨层的方法包括磁控溅射沉积、热蒸发及化学气相沉积中的一种;耐磨层的材料包括碳化硅、类金刚石碳基、石墨烯中的一种;耐磨层的厚度为30nm~200nm。
进一步地,S4中形成光刻胶层的方法为旋涂;光刻胶层的材料包括AR、Az系列光刻胶中的一种;光刻胶层的厚度为1μm~20μm。
进一步地,S5中生长金属掩模层的方法包括等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射沉积和热蒸发沉积中的一种;金属掩模层的材料包括铝、铬、铜中的一种;金属掩模层的厚度为50nm~400nm。
进一步地,S5中得到的第二图形结构包括柱状点阵结构和密封圈结构,其中,柱状点阵结构的宽度尺寸为0.2mm~0.5mm、高度尺寸为0.05mm~0.1mm、周期尺寸为1mm~10mm;柱状点阵结构的排列方式包括四方形排布、三角形排布中的一种。
进一步地,S6中反应离子刻蚀的气体组合包括C4F8/SF6、SF6/O2、SF6/CF6中的一组。
本公开另一方面提供了一种表面改性的衬底保持器,该表面改性的衬底保持器为根据前述的表面改性的衬底保持器的制备方法制备得到。
(三)有益效果
本公开表面改性的衬底保持器及其制备方法,通过在基板上沉积改性层,该改性层为易于刻蚀的材料,对改性层进行精抛光后再刻蚀加工,突破了传统模式对于衬底保持器基板材料的限制,且加工出的柱状点阵结构较好地保持了改性层的平面度,能够简单高效地加工出高精度的衬底保持器,满足高制程加工的需求;并在改性层上增加了耐磨层,耐磨层增加了衬底保持器表面的耐磨性,延长了衬底保持器的使用寿命。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中衬底保持器的结构示意图;
图2示意性示出了根据本公开实施例中表面改性的衬底保持器及其制备方法的流程图;
图3示意性示出了根据本公开实施例中各向同性与各向异性刻蚀效果对比示意图;
图4示意性示出了根据本公开实施例中在基板上沉积改性层后的截面结构示意图;
图5示意性示出了根据本公开实施例中在改性层上形成耐磨层后的截面结构示意图;
图6示意性示出了根据本公开实施例中在耐磨层上形成光刻胶层后的截面结构示意图;
图7示意性示出了根据本公开实施例中对光刻胶层进行曝光、显影后的截面结构示意图;
图8示意性示出了根据本公开实施例中生长金属掩模层后的截面结构示意图;
图9示意性示出了根据本公开实施例中剥离去除光刻胶层后的截面结构示意图;
图10示意性示出了根据本公开实施例中反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层后的截面结构示意图;
图11示意性示出了根据本公开实施例中去除金属掩模层后的截面结构示意图;
附图标记说明:
1,衬底;2,衬底保持器;21,上表面;211,密封圈;212,柱状点阵结构;22,台阶面;221,衬底保持器安装结构;23,通气孔;24,侧孔;25,基板;26,改性层;27,耐磨层;28,光刻胶层;29金属掩模层;3,机台。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
需要说明,若本公开实施例中有涉及方向性指示,则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
图1是本公开中衬底保持器的结构示意图。衬底保持器2大体结构是一个带台阶面的圆柱基板,包含上表面21、台阶面22、通气孔23和侧孔24等主要结构,其中上表面21包含大量规则排列的柱状点阵结构212和密封圈211,台阶面22上包含衬底保持器安装结构221。
在衬底保持器2正常工作时,通过台阶面22上的安装结构221与机台3相连接,安装连接方式根据使用场景的不同,与机台接口形式相适配,可以是图1所示的螺钉安装方式,也可以是真空吸附安装、压环安装等方式。衬底1下表面与柱状点阵结构212和密封圈211相接触,在柱状点阵周围形成了一个相对密闭的空腔,该空腔通过通气孔23与侧孔24连通,并由与侧孔24相连的外界真空源产生相对负压,而衬底1上表面是正常大气压,这就产生了一个压差,在该压差作用下,衬底1牢固地吸附在衬底保持器2的上表面21上,衬底1背面与柱状点阵结构212紧密接触,密封圈211的直径略小于衬底1的外径,保证该空腔的气密性。
由上述工作原理可知:衬底1在正常工作状态下,其背面与衬底保持器2表面的柱状点阵结构212紧密贴合,衬底保持器2上表面的平面度会反映到衬底1吸附后的面形精度上,因此衬底保持器2的平面度就决定了衬底1吸附后的平整度指标,该指标与半导体制程密切相关。
针对柱状点阵式衬底保持器,目前传统加工方法采用的是先加工出表面柱状结构,直接对表面柱状结构进行研磨、抛光等加工步骤,容易造成机械损伤或材质劣化;同时,由于衬底保持器表面是大量离散的柱状结构,缺乏高精度的平面度检测手段,限制了加工精度的提高;并且由于衬底保持器基板材料多选用碳化硅、氧化铝、氮化硅等化学性质稳定的材料,很难直接在其表面进行刻蚀加工。
基于此,本公开提供了一种表面改性的衬底保持器的制备方法,如图2所示,该制备方法包括:S1,在粗抛光后的基板25上沉积改性层26,改性层26为易于刻蚀的材料;S2,对改性层26进行精抛光,精抛光达到的平面度大于粗抛光达到的平面度;S3,在精抛光后的改性层26上形成耐磨层27;S4,在耐磨层27上形成光刻胶层28,对光刻胶层28进行曝光、显影,得到第一图形结构;S5,在显影后的光刻胶层28上生长金属掩模层29,再剥离去除光刻胶层28,在金属掩模层29中得到第二图形结构;S6,采用反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层26中,去除金属掩模层29,得到表面改性的衬底保持器。
该制备过程的截面示意图如图4~图11所示,在基板25上沉积改性层26,对改性层26进行精抛光后再刻蚀加工,得到带柱状点阵结构212的衬底保持器2;由于改性层26为易于刻蚀的材料,突破了传统模式对于衬底保持器基板材料的限制,相较于直接对柱状点阵进行光学加工,刻蚀加工方法显然可以更加简单地加工出平面度更好的衬底保持器,具备显著的经济效益,可以适应更高制程的需求。同时,采用该过程制备得到的柱状点阵结构212可以较好地继承改性层26的平面度,因为在改性层26表面镀耐磨层27和干法刻蚀过程几乎不会破坏改性层26的面形精度。并且由于改性层26进行刻蚀加工前是连续的平面,对其进行面形检测、精抛光的难度都显著低于直接对离散圆柱点阵进行检测及加工。同时,由于耐磨层27的硬度通常比改性层26大很多,增加了衬底保持器2表面的耐磨性,延长了衬底保持器的使用寿命。还需要说明的是,本公开之所以未采用直接对改性层26刻蚀得到第二图形结构再形成耐磨层27的方式,是因为圆柱的上表面面积通常很小,直接在其顶端镀膜会引起不易成膜、膜厚均匀性不好、膜层粘附性不好等问题。在上述实施例的基础上,S1之前还包括:S0,对基板25进行机械结构加工,机械结构至少包括通气孔23、侧孔24和安装结构221。
如图1所示,在进行表面改性步骤前,首先需要选择合适的材料进行基板25机械结构的加工,包括空腔内部结构和基板25与机台3的安装结构等等。
在上述实施例的基础上,S1中粗抛光后的基板25中粗抛光的方法包括研磨和环抛;S2中精抛光的方法包括离子束抛光、磁流变抛光中的一种。
对基板25的上表面21进行研磨及粗抛光,目的是为下一步的改性做准备,改性前基板25需要具备较好的平面度和粗糙度,有利于改性层26与基板25的紧密结合,基板25越平整、越光滑,二者的结合力就越强。基板25在此步骤需要加工到平面度PV<1/4λ(例如λ=632.8nm)、粗糙度Ra<5nm,一般通过研磨及整盘环抛即可实现。
对改性层26进行精抛光,该步骤的抛光精度直接决定衬底保持器最终的平面度指标,因此抛光后的平面度需要达到PV<1/10λ,可采用离子束抛光、磁流变抛光等高级抛光方法。
在上述实施例的基础上,S1中的基板25的材料包括碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼中的一种;S1中改性层26的材料包括硅、二氧化硅中的一种;改性层26的厚度为0.2mm~1mm。
基板25的材料需要具备较高的刚度、较低的热膨胀系数、不引入金属污染等特性,首选碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等陶瓷材料。
通过物理气相沉积、化学气相沉积或磁控溅射等方法在基板25上沉积改性层26,如图4所示,改性层26材料的选择需要考虑以下几点:①热膨胀系数:需要与基板25材料的热膨胀系数接近,避免后续工艺过程中因热变形不一致导致改性层26脱落;②可加工性:易于进行高精度的研磨、抛光等光学加工,具备较高的加工效率,能够达到较高的平面度;③工艺适应性:适合采用刻蚀的方法进行后续柱状点阵结构212的加工,适配相关工艺的要求;④环境适应性:满足半导体生产环境的标准要求,如不引入额外的金属离子污染、无毒无害等。考虑上述因素,改性层26的材料优选为硅、二氧化硅等。
在上述实施例的基础上,如图5所示,S3中形成耐磨层27的方法包括磁控溅射沉积、热蒸发及化学气相沉积中的一种;耐磨层27的材料包括碳化硅、类金刚石碳基(Diamond-like Carbon,DLC)、石墨烯中的一种;耐磨层27的厚度为30nm~200nm。
在改性层26表面镀耐磨层27,目的是增加衬底保持器表面的硬度与耐磨性,延长衬底保持器的使用寿命。耐磨层27不宜过厚,以免影响后续的刻蚀加工过程,因此,耐磨层厚度优选为上述范围。耐磨层27材料的选择需要考虑以下几点:①硬度:具备较高的硬度,以提高衬底保持器表面耐磨性;②热膨胀系数:与改性层26的热膨胀系数接近,结合力强,避免发生脱落现象;③环境适应性:满足半导体生产环境的标准要求,如不引入额外的金属离子污染、无毒无害等。考虑上述因素,耐磨层27的材料优选为碳化硅、DLC、石墨烯等。
在步骤S4涂覆光刻胶之前,还需要对基板25进行清洗,保证后续旋涂光刻胶过程顺利进行,可以使用丙酮、酒精、异丙酮等溶剂进行超声清洗。至此,衬底保持器基板制备完成,后续将进行表面柱状点阵结构的制备。
在上述实施例的基础上,如图6所示,S4中形成光刻胶层28的方法为旋涂;光刻胶层28的材料包括AR、Az系列光刻胶中的一种;光刻胶层28的厚度为1μm~20μm。
利用旋胶机在硅片表面旋涂一层光刻胶,形成光刻胶层28,旋胶后,对基板25作烘干处理;光刻胶可以是AR-P6200、Az9260、Az3100等AR、Az系列光刻胶。
如图7所示,利用光刻技术进行曝光,在光刻胶上显影得到第一图形结构,第一图形结构与第二图形结构互补;其中光刻技术可以采用紫外光刻、激光直写光刻、电子束直写光刻等。
在上述实施例的基础上,如图8所示,S5中生长金属掩模层29的方法包括等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射沉积和热蒸发沉积中的一种;金属掩模层29的材料包括铝、铬、铜中的一种;金属掩模层29的厚度为50nm~400nm。
生长金属掩模层29来进行图形转移,金属掩模层29的作用在于能够抵挡刻蚀气体,使其所覆盖的改性层26不被刻蚀,而未被覆盖的部分则暴露在刻蚀气体中,从而实现选择性刻蚀,得到目标柱状点阵结构212和密封圈结构211。
进一步,如图9所示,通过剥离液与光刻胶的化学反应来去除光刻胶,以便于开展后续刻蚀加工过程,剥离液的选择与光刻胶相适配即可。
在上述实施例的基础上,S5中得到的第二图形结构包括柱状点阵结构212和密封圈结构211,其中,柱状点阵结构212的宽度尺寸为0.2mm~0.5mm、高度尺寸为0.05mm~0.1mm、周期尺寸为1mm~10mm;柱状点阵结构212的排列方式包括四方形排布、三角形排布中的一种。
柱状点阵结构212的高度小于改性层26厚度的1/2,过高的比例会导致柱状点阵根部的强度下降;密封圈结构211的外径比衬底1的直径小1~5mm,宽度可等于柱子的最大宽度,密封圈结构211的高度与柱状点阵结构212的高度一致,若密封圈结构211的高度过低会导致漏气、过高则柱状点阵结构212无法起到支撑功能,而且边缘会发生翘曲;柱状点阵结构212中的柱子通常为圆柱,当然也可以是三棱柱、四棱柱、六棱柱等等;柱状点阵的排列方式为四方形排布(如图1所示)、三角形排布,当然还可以是其它可行的排列方式。
在上述实施例的基础上,S6中反应离子刻蚀的气体组合包括C4F8/SF6、SF6/O2、SF6/CF6中的一组。
如图10所示,进行反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层26中,反应离子刻蚀属于干法刻蚀,是一种物理化学加工过程,加工过程中既有等离子体轰击的物理过程,也有刻蚀气体化学腐蚀的化学过程,非常适用于本公开的表面改性的制备;在刻蚀初期,改性层26表面还存在耐磨层27,耐磨层27一般化学性质稳定,很难发生化学反应进行刻蚀,此阶段主要是等离子体的物理轰击过程占主导,因此前文所述的耐磨层27不宜过厚,就是为了防止刻不穿耐磨层27导致加工效率低下;在刻蚀中后期,此时非图形区域的耐磨层27已经刻穿,此阶段物理化学过程共同作用,对改性层26进行刻蚀加工,最终得到柱状点阵结构212和密封圈结构211。
该步骤不宜用湿法刻蚀替代,主要有以下两点原因:第一,耐磨层27的化学性质稳定,不易与腐蚀溶液发生化学反应,对湿法刻蚀起到屏蔽效果;为了使用湿法刻蚀方法,只能放弃耐磨层27,而这会加剧衬底保持器表面的磨损,缩短衬底保持器的使用寿命。第二,湿法刻蚀是一种各向同性刻蚀方法,相较于各向异性的干法刻蚀(如图3所示),存在刻蚀尺寸不够精确、侧壁粗糙不够陡直的问题,会增加长期使用后侧壁裂纹扩展,圆柱发生断裂的风险,缩短衬底保持器的使用寿命。因此,湿法刻蚀应用在本公开表面改性的衬底保持器的制备中显然不如干法刻蚀有优势。
进一步,如图11所示,去除金属掩模层29包括:去除刻蚀后还残留在图形区域的金属掩模层29,利用有机溶剂与无机溶剂相组合的清洗液交替进行清洗,最终得到可以投入使用的表面改性衬底保持器。
本公开还提供一种表面改性的衬底保持器,该表面改性的衬底保持器为根据前述的表面改性的衬底保持器的制备方法制备得到。
本公开表面改性的衬底保持器,制备工艺简单、高效,具备显著的经济效益;加工得到的衬底保持器具备很高的平面度精度,可以应用于更高制程的半导体加工过程;且采用反应离子刻蚀这一干法刻蚀,加工的柱子质量更好,柱子断裂的风险更小。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述表面改性的衬底保持器及其制备方法进行具体说明。但是,下述实施例仅用于对本公开进行例示,本公开的范围不限于此。
本实施例提供了一种表面改性的衬底保持器及其制备方法,如图4~图11所示,本实施例中衬底保持器为吸盘,衬底为晶圆,整个加工流程包括吸盘基板制备和吸盘柱状点阵结构加工两个部分,依次执行以下的步骤:
步骤1,吸盘基板加工:选择合适的材料进行基板25机械结构的加工,通气孔23、侧孔24和安装结构221等结构都在本步骤加工完成。基板25的材料首选碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等陶瓷材料;相当于上述步骤S0。
步骤2,基板光学加工:完成上表面21的研磨及粗抛光,基板25在此步骤需要加工到平面度PV<1/4λ(例如λ=632.8nm)、粗糙度Ra<5nm,一般通过研磨及整盘环抛即可实现。
步骤3,基板表面改性:通过物理气相沉积、化学气相沉积或磁控溅射等方法在吸盘上表面21沉积改性层26,改性层26的厚度为0.2mm~1mm。改性层26的材料首选硅、二氧化硅等;相当于上述步骤S1。
步骤4,精抛光:对改性层26进行精抛光,精抛光后的平面度需要达到PV<1/10λ,可采用离子束抛光、磁流变抛光等高级抛光方法;相当于上述步骤S2。
步骤5,镀耐磨层:在改性层26表面镀耐磨层27,耐磨层27的厚度为30nm~200nm。耐磨层27的材料首选碳化硅、DLC、石墨烯等。
步骤6,对基板进行清洗,保证后续旋涂光刻胶过程顺利进行,可以使用丙酮、酒精、异丙酮等溶剂进行超声清洗;相当于上述步骤S3。
至此,吸盘基板制备完成,后续将进行表面柱状点阵结构的制备。
步骤7,旋涂光刻胶:利用旋胶机在硅片表面旋涂一层光刻胶,光刻胶的厚度为1μm~20μm,旋胶后,对基板25作烘干处理;光刻胶可以是AR-P6200、Az9260、Az3100等AR、Az系列光刻胶。
步骤8,曝光、显影:利用光刻技术进行曝光,在光刻胶上显影得到第一图形结构。其中光刻技术可以采用紫外光刻、激光直写光刻、电子束直写光刻等;相当于上述步骤S4。
步骤9,金属掩摸生长:生长金属掩模层29来进行图形转移,金属掩模层29的材料为铝、铬、铜等金属。
步骤10,剥离:通过剥离液与光刻胶的化学反应来去除光刻胶,剥离液的选择与光刻胶相适配即可,剥离后在金属掩模层29中得到第二图形结构;相当于上述步骤S5。
步骤11,反应离子刻蚀:进行反应离子刻蚀将第二图形结构转移至改性层26中,得到柱状点阵结构211和密封圈结构212,其中柱状点阵结构211为圆柱,圆柱的宽度尺寸为0.2mm~0.5mm、高度尺寸为0.05mm~0.1mm,圆柱高度小于改性层26厚度的1/2;圆柱周期尺寸为1mm~10mm;密封圈结构212的外径比晶圆的直径小1mm~5mm,宽度可等于圆柱的最大宽度;圆柱的排列方式为四方形排布、三角形排布等。反应离子刻蚀深度由圆柱的高度决定,刻蚀可以分一次或多次进行。刻蚀所采用的气体组合可以是:C4F8/SF6、SF6/O2、SF6/CF6。
步骤12,去掩摸、清洗吸盘:在去除液中浸泡30~60分钟,去除刻蚀后还残留在图形区域的金属掩模层29,去除液根据金属掩模层29的材料种类来选择,可以是硫酸、硝酸、盐酸或它们的组合;去除完金属掩摸后利用有机溶剂与无机溶剂相组合的清洗液交替进行清洗,将残留的去除液或其他杂质清洗干净,最终得到可以投入使用的表面改性吸盘;相当于上述步骤S6。
根据上述步骤1~步骤12,以下提供了1个具体实施例。
实施例1:
本实施例中表面改性的吸盘加工方法,其具体实施步骤如下:
(1)吸盘基板25的材料选择碳化硅,并采用反应烧结(Rb-SiC)的方法制备基板25的毛坯,然后通过机械加工完成通气孔23和侧孔24的加工。
(2)对吸盘毛坯的上表面21进行粗加工,先采用研磨的方式加工,待平面度加工到10μm左右后,转入环抛机进行光学抛光,抛光至平面度PV为1/4λ、粗糙度Ra为5nm左右即可。
(3)如图4所示,采用物理气相沉积PVD的方法在粗加工后的碳化硅吸盘上表面21沉积一层改性层26,其材料为硅、厚度为0.3mm,此时上表面已经具备一定的平面度与粗糙度,能够与改性层26紧密结合。
(4)对改性层26进行精抛光,由于硅改性层相较于碳化硅而言质地更软,加工去除效率更高,比较容易达到较高的面形精度;采用环抛与离子束加工迭代的方法,可以将吸盘表面的平面度提升至1/10λ以上。
(5)如图5所示,采用磁控溅射的方法在改性层26表面镀耐磨层27,其材料为DLC、厚度为50nm,DLC膜层是一种类金刚石碳基薄膜材料,具备较高的硬度和耐磨性,DLC膜层的具体制备方法为:将干净的吸盘样品干燥后放入真空室内抽真空,待真空抽至10-3Pa以下后,向真空室内通入氩气作为保护气氛;之后开启电源,使Ar+轰击吸盘表面20分钟左右,进一步清除吸盘表面的污物并活化表面;然后将C2H2通入真空室至腔体内的压强达到0.3Pa以上,保持氩气和C2H2的流量分别为50seem和130seem,设置负偏压为120V,靶功率为1.1KW,沉积时间为25分钟;待沉积完成后关闭所有电源,让样品随真空室自然冷却,由于刚制备的薄膜表面活性较高,容易受到污染,因此在冷却过程中仍然可以持续通入氩气保护薄膜表面,待温度冷却至50℃以下时,取出样品冷却到室温。
(6)对沉积完DLC膜层的吸盘进行清洗,保证后续旋涂光刻胶过程顺利进行,分别使用丙酮、酒精浸泡吸盘并超声清洗30分钟以上,保证表面无杂质及污染物。
(7)如图6所示,清洗完毕后,将AR-P6200光刻胶滴在吸盘中央,放进旋胶机进行匀胶,匀胶机参数设定为2000转/秒,匀胶时间为2分钟,匀胶机匀涂后可得到2μm厚的光刻胶涂层;然后将匀胶后的吸盘放在温度为150℃的热板上烘烤10分钟,保证将光刻胶中水分蒸发掉以增强光刻胶在硅基底上的黏着性。
(8)如图7所示,对旋涂完光刻胶的吸盘表面进行曝光、显影,采用电子束曝光设备进行曝光,电子束流大小为100pA,剂量为300μC/cm2;柱状点阵结构212的圆柱直径尺寸为0.5mm,周期为3mm;使用显影液AR600-546和定影液AR600-56进行显影,将吸盘需先在显影液中震荡浸泡70s,再在定影液中震荡浸泡30s即可完成显影。
(9)如图8所示,使用PECVD来生长金属掩模层29,其材料为铝、生长厚度为160nm,该厚度足以抵挡刻蚀。
(10)如图9所示,使用剥离液AR600-71去除非图形区域的铝膜与光刻胶,将剥离液倒入培养皿,再放入吸盘样品,浸泡5小时,为防止部分铝膜仍黏着在吸盘表面,可以将吸盘放入超声波清洗机中震荡1~2分钟。
(11)如图10所示,将吸盘放入反应离子刻蚀设备中进行刻蚀,反应腔的压强为4mTorr,ICP功率为20W,前向功率为850W,刻蚀气体使用SF6,钝化气体使用C4F8,刻蚀/钝化气体比例为1∶1,气体流速为24sccm,设定刻蚀厚度为0.1mm,刻蚀时间为90分钟。
(12)如图11所示,使用浓硝酸对其进行浸泡腐蚀,去除还残存在吸盘表面的铝膜,腐蚀时间约30分钟。腐蚀完成以后,使用酒精丙酮混合溶液对吸盘进行超声清洗10分钟,再用去离子水对吸盘进行冲洗并用氮气枪吹干,至此完成该表面改性吸盘的全部加工过程。
本公开表面改性衬底保持器的吸盘材料由基板和改性层两组不同的材料组成,基板材料仍然可以沿用碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等材料使吸盘整体具备良好的刚度和热稳定性;改性层选用硅、二氧化硅等易于刻蚀加工的材料,突破了基板材料对于加工方法的限制。刻蚀加工过程可以简单、高效地进行,得到尺寸精度更高、侧壁质量更好的柱状点阵结构,整个柱状点阵结构的制备过程对吸盘表面的平面度影响很小,柱状点阵结构可以较高地继承改性层表面的平面度。在改性层表面镀耐磨层,延长了衬底保持器的使用寿命。
以上所述的具体实施例,对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本公开的具体实施例而已,并不用于限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,包括:
S1,在粗抛光后的基板(25)上沉积改性层(26),所述改性层(26)为易于刻蚀的材料;
S2,对所述改性层(26)进行精抛光,所述精抛光达到的平面度大于所述粗抛光达到的平面度;
S3,在精抛光后的所述改性层(26)上形成耐磨层(27);
S4,在所述耐磨层(27)上形成光刻胶层(28),对所述光刻胶层(28)进行曝光、显影,得到第一图形结构;
S5,在显影后的所述光刻胶层(28)上生长金属掩模层(29),再剥离去除所述光刻胶层(28),在所述金属掩模层(29)中得到第二图形结构;
S6,采用反应离子刻蚀将所述第二图形结构转移至所述改性层(26)中,去除所述金属掩模层(29),得到表面改性的衬底保持器。
2.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S1之前还包括:
S0,对所述基板(25)进行机械结构加工,所述机械结构至少包括通气孔(23)、侧孔(24)和安装结构(221)。
3.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S1中粗抛光后的基板(25)中所述粗抛光的方法包括研磨和环抛;
所述S2中精抛光的方法包括离子束抛光、磁流变抛光中的一种。
4.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S1中的基板(25)的材料包括碳化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼中的一种;
所述S1中改性层(26)的材料包括硅、二氧化硅中的一种;所述改性层(26)的厚度为0.2mm~1mm。
5.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S3中形成耐磨层(27)的方法包括磁控溅射沉积、热蒸发及化学气相沉积中的一种;
所述耐磨层(27)的材料包括碳化硅、类金刚石碳基、石墨烯中的一种;
所述耐磨层(27)的厚度为30nm~200nm。
6.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S4中形成光刻胶层(28)的方法为旋涂;
所述光刻胶层(28)的材料包括AR、Az系列光刻胶中的一种;
所述光刻胶层(28)的厚度为1μm~20μm。
7.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S5中生长金属掩模层(29)的方法包括等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射沉积和热蒸发沉积中的一种;
所述金属掩模层(29)的材料包括铝、铬、铜中的一种;
所述金属掩模层(29)的厚度为50nm~400nm。
8.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S5中得到的第二图形结构包括柱状点阵结构(212)和密封圈结构(211),其中,所述柱状点阵结构(212)的宽度尺寸为0.2mm~0.5mm、高度尺寸为0.05mm~0.1mm、周期尺寸为1mm~10mm;
所述柱状点阵结构(212)的排列方式包括四方形排布、三角形排布中的一种。
9.根据权利要求1所述的表面改性的衬底保持器的制备方法,其特征在于,所述S6中反应离子刻蚀的气体组合包括C4F8/SF6、SF6/O2、SF6/CF6中的一组。
10.一种表面改性的衬底保持器,其特征在于,所述表面改性的衬底保持器为根据权利要求1~9中任意一项所述的表面改性的衬底保持器的制备方法制备得到。
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