CN115985833B - 一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于半导体先进封装领域的全新静电卡盘，尤其为一种半永久吸附功能的静电卡盘，包括晶片、第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层、背面金属层、第一金属层、第二金属层和第三金属层，所述晶片至于第四绝缘层上，其中绝缘层略小或与晶片面积相等，所述第四绝缘层背部设置有第三金属层及第一电极组和第二电极组,其中第一电极组和第二电极组是双极性结构，具有正极和负极，所述第三金属层与第二金属层之间设有第三绝缘层，所述第二金属层与第一金属层之间设有第二绝缘层，所述第一金属层与背面金属层之间设有第一绝缘层，本发明通过设计解决了现有薄晶圆支撑和传输技术所存在的问题。

Description

一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法

技术领域

本发明涉及一种适用于半导体先进封装领域的全新静电卡盘，具体为一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法。

背景技术

静电卡盘是半导体晶圆制造的核心零部件之一。在晶片处理设备中，诸如等离子蚀刻、离子注入、气相沉积、抗蚀剂剥离及真空离子束测试等。这些工艺要求的设备类型包括设在具有等离子体和卤素的真空腔室中的各功能部件。这些功能部件必须稳定可靠的持续数以千计的循环运作，同时保持完整的功能性和洁净度。其中，静电卡盘是关键组件，在真空室中对进行处理的半导体晶片或其它工件进行夹持，保持固定位置。

现存的主要静电卡盘分为库伦力和迥斯热背（JR）这两种，通过设置在真空腔上的高压连接部件，将腔内的静电卡盘与腔外的静电卡盘电源相连接。在处理设备运转时，诸如等离子蚀刻、离子注入、气相沉积工艺，通过外部高压直流电源持续通电，夹持晶圆保持固定的位置。关于静电卡盘产生静电夹持的原理已为公知，以此本文不做详细讲述。

静电卡盘在脱离持续电源后，会在一段时间内维持对晶片或工件的吸附状态。然而，这种维持时间仅为几秒或数十秒，远无法实现静电卡盘在脱离电源后对晶圆进行长时间夹持。因此，静电卡盘的应用范围无法得到突破。

在另一方面，随着半导体技术的发展，集成电路晶片也变得越来越薄，薄晶圆由于其机械强度的降低以及翘曲度的增加，普通的夹持和传输方式，薄晶圆的碎片率非常高。为解决超薄晶片的支撑和传输问题，目前现存的几种方式是对进行薄化晶片采用诸如键合胶将晶片和承载片进行粘合、或使用蓝膜和金属环对薄化晶片进行支撑。但是，不管是采用键合胶、石蜡、蓝膜或其他粘合方式，在解除对薄晶片的支撑时都需要采用一系列辅助设备和工序，不仅效率低，一整套设备的造价也高，也存在巨大的碎片风险。

发明内容

为了克服现有薄晶圆支撑和传输技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，包括晶片、第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层、背面金属层、第一金属层、第二金属层和第三金属层，所述晶片至于第四绝缘层上，其中绝缘层略小或与晶片面积相等，所述第四绝缘层背部设置有第三金属层，所述第三金属层包括第一电极组和第二电极组,其中第一电极组和第二电极组是双极性结构，具有正极和负极，所述第三金属层与第二金属层之间设有第三绝缘层，所述第二金属层与第一金属层之间设有第二绝缘层，所述第一金属层与背面金属层之间设有第一绝缘层，所述背面金属层包括电极组一、电极组二；

第一电极组为正极，第二电极组为负极，第一电极组与第一金属层、电极组一通过第一电连接线路进行沟通连接，其中第一电极组与第一金属层和电极组一为串联；

第二电极组分别与第二金属层和电极组二通过第二电连接线路进行沟通连接，第二电极组与第二金属层和电极组二为串联，其中第一电连接线路与第二金属层，以及第二电连接线路与第一金属层中间分别经过绝缘处理；

其中半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，具体如下：

步骤001：提供具有相对介电常数较高的第一绝缘层作为绝缘衬底，

步骤002：对所述衬底表面进行表面处理，在衬底正表面和衬底背表面形成具有较低水滴角的接触面；

步骤003：在衬底正表面和衬底背表面上处理形成金属层，衬底正表面形成的称为第一金属层，衬底背表面形成的称为背面金属层；

步骤004：对所述第一金属层和背面金属层进行一系列工艺，以使所述第一金属层和背面金属层电极形成所需的电极图形；

步骤005：在所述第一金属层电极图形上形成具有高介电常数的第二绝缘层；

步骤006：对所述第二绝缘层进行表面处理，并在所第二绝缘层上形成第二金属层；

步骤007：对所述第二金属层进行一系列工艺，以使所述第二金属层形成所需的电极图形；

步骤008：在所述第二金属层图形上形成具有高介电常数的第三绝缘层；

步骤009：对所述第三绝缘层进行表面处理，并在第三绝缘层上形成第三金属层；

步骤010：对所述第三金属层进行一系列工艺，以使所述第三金属层形成所需的电极图形，即第一电极组和第二电极组；

步骤011：对所述第三金属层中的第一电极组和第二电极组进行开孔及连线，并实现功能组合；

步骤012：在所述第三金属层中的第一电极组和第二电极组图形上形成高介电常数的第四绝缘层。

作为本发明优选的方案，所述第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层和第四绝缘层采用聚酰胺酰亚胺、陶瓷或者胶弹性体，其中陶瓷为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷，胶弹性体为硅酮橡胶。

作为本发明优选的方案，所述背面金属层、第一金属层、第二金属层和第三金属层均为金属类导体，其中金属类导体采用铜、铝、镍、银、钨。

作为本发明优选的方案，所述第一金属层、第二金属层形成一个具有较大容值的平板电容器，第一金属层为第一电极组产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能，第二金属层为第二电极组产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能。

作为本发明优选的方案，所述第一金属层为第一电容层；第二金属层为第二电容层；第三金属层为吸附电极层。

作为本发明优选的方案，所述步骤002中衬底正表面和衬底背表面通过喷砂、等离子清洗、高压电晕物理或化学方式，清除残留在其表面杂质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过多层功能结构分布来改变静电卡盘残留电容持续时间，实现静电卡盘在脱离电源后持续对晶片半永久吸附，静电卡盘各绝缘层中设有独立功能分区，单个功能分区覆盖多个功能分区层，纵贯该静电卡盘表面的若干功能分区提供了静电场极性分布，由该表面分区静电场极性属性确定晶圆或工件的电荷极化方向，以及提供了一种通过多层功能分区层调整或者初始多次组合处理的方式，来制造这种具有半永久吸附夹持功能静电卡盘的方案。在每个功能分区层完成不同图案结构的的金属层，并完成关联功能层的连接，实现不同功能层共同作用，且又相互独立，此外，这种功能性金属图案结构可以使用任何已知的可控的材料或设备来实现，适用更加广泛。

附图说明

图1为本发明半永久吸附夹持功能的示例静电卡盘制造工序；

图2为本发明静电卡盘剖面示意图，显示出功能层结构和功能分区。

图中：100、晶片；110、第一绝缘层；110a、衬底正表面；110b、衬底背表面；120、第二绝缘层；130、第三绝缘层；140、第四绝缘层绝缘层；210、背面金属层；220、第一金属层；230、第二金属层；240、第三金属层；240a、第一电极组；240b、第二电极组；300a、第一电连接线路；300b、第二电连接线路。

实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述,给出了本发明的若干实施例,但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例,相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件,当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明,本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

如图1所示，本发明提出一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，该制造方法可用用于晶片或工件薄化、薄晶片或薄工件的制程传输等。

如图1所示，本发明提出一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，包括：

步骤001：提供具有相对介电常数较高的第一绝缘层110作为绝缘衬底，

步骤002：对所述衬底表面进行表面处理，在衬底正表面110a和衬底背表面110b形成具有较低水滴角的接触面；

步骤003：在衬底正表面110a和衬底背表面110b上处理形成金属层，衬底正表面110a形成的称为第一金属层220，衬底背表面110b形成的称为背面金属层210；

步骤004：对所述第一金属层220和背面金属层210进行一系列工艺，以使所述第一金属层220和背面金属层210电极形成所需的电极图形；

步骤005：在所述第一金属层220电极图形上形成具有高介电常数的第二绝缘层120；

步骤006：对所述第二绝缘层120进行表面处理，并在所第二绝缘层120上形成第二金属层230；

步骤007：对所述第二金属层230进行一系列工艺，以使所述第二金属层230形成所需的电极图形；

步骤008：在所述第二金属层230图形上形成具有高介电常数的第三绝缘层130；

步骤009：对所述第三绝缘层130进行表面处理，并在第三绝缘层130上形成第三金属层240；

步骤010：对所述第三金属层240进行一系列工艺，以使所述第三金属层240形成所需的电极图形，即第一电极组240a和第二电极组240b；

步骤011：对所述第三金属层240中的第一电极组240a和第二电极组240b进行开孔及连线，并实现功能组合；

步骤012：在所述第三金属层240中的第一电极组240a和第二电极组240b图形上形成高介电常数的第四绝缘层140。

在步骤001中，首先提供具有相对介电常数较高的绝缘衬底或第一绝缘层110。本实施例中，将衬底设置正表面设正表面110a和背表面110b。衬底诸如硅酮橡胶、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、氧化铝、石英都可用于制备具有高绝缘性能的衬底。在本实施例中，衬底，是由从硅酮橡胶、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、石英等中适当选择的材料制备而成。

在步骤002中，对衬底的衬底正表面110a和衬底背表面110b进行表面处理，诸如喷砂、等离子清洗、高压电晕等物理或化学方式，清除残留在其表面杂质。进一步的，表面处理增加衬底正表面110a和衬底背表面110b表面张力。

在步骤003中，在衬底正表面110a或正面生成正面金属层或第一金属层220，在衬底背表面110b或背面设置背面金属层210。该金属层可以使用铜、铝、镍、银、钨等金属类导体，该金属层使用诸如印刷、丝印、化学气相沉积、喷涂、键合等方式来实现在金属化功能结构层。

在步骤004中，对第一金属层220和背金属层210进行一系列图案化处理，行成具有特定功能的图案结构。

在步骤005中，对第一金属层220进行表面处理，诸等离子清洗、超声波清洗等物理或化学方式，清除残留在其表面杂质、油膜等。在第一金属层220正表面生成具有相对介电常数较高第二绝缘层120，是由从硅酮橡胶、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、石英等中适当选择的材料制备而成。

在步骤006中，对第二绝缘层120进行诸如喷砂、等离子清洗、高压电晕等物理或化学方式，清除残留在其表面杂质，生成第二金属层230，可以使用铜、铝、镍、银、钨等金属类导体，该金属层使用诸如印刷、丝印、化学气相沉积、喷涂、键合等方式来实现在金属化功能结构层。

在步骤007中，对第二金属层230进行一系列图案化处理，行成具有特定功能的图案结构。

在步骤008中，对第二金属层230进行表面处理，诸等离子清洗、超声波清洗等物理或化学方式，清除残留在其表面杂质、油膜等。在第二金属层220正表面生成具有相对介电常数较高第三绝缘层130，是由从硅酮橡胶、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、石英等中适当选择的材料制备而成。

在步骤009中，对第二绝缘层130进行诸如喷砂、等离子清洗、高压电晕等物理或化学方式，清除残留在其表面杂质，生成第三金属层240，可以使用铜、铝、镍、银、钨等金属类导体，该金属层使用诸如印刷、丝印、化学气相沉积、喷涂、键合等方式来实现在金属化功能结构层。

在步骤010中，对第三金属层240进行一系列图案化处理，行成具有特定功能的图案结构。

在步骤011中，对第三金属层240进行开孔级线路填充。在本实施中，第三金属层240电极组与第一金属层220相连接，并通过210a引出，同时，第三金属层240电极组第二金属层230相连接，并通过210b引出。

在步骤012中，在对第三金属层生成具有相对介电常数较高第四绝缘层140，是由从硅酮橡胶、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、石英等中适当选择的材料制备而成。

在鉴于本发明的目的，提供一种新型结构的静电卡盘的示范性制造方法，该静电卡盘结构实现半永久吸附工作是由多个功能部件组成，在从树脂制备介电层时，不受环境因素的影响，且具有较高的相对介电常熟，在一定程度上克服离子迁移的现象，且制备工序较为经济。

本发明一种具有半永久吸附的静电卡盘的制造方法，包含在基材上设置电极的工序、设置该电极的基材表面设置与晶片接触的介电层的工序，以及在该电极底部设置若干具有平行电容器存储电荷的特性的电极组，并且，在平行电容器之间设置介电层的工序。其显著特征在于，这种新型的静电卡盘功能及结构组合将介电层至于基板之前或组装于基板之后，将具有电荷存储功能的平行电容器设置与静电卡盘吸附层底部的工序。

参见图2，在本实施例中静电卡盘，在实施对晶片等工件进行薄化处理或进行支撑薄晶片传输，用于对被需夹持的工件或晶片100。晶片100至于静电卡盘第四绝缘层140或顶层介电绝缘层上，其中绝缘层略小或与晶片100面积相等，第四绝缘层140背部设置有第三金属层240及第一电极组240a和第二电极组240b,其中第一电极组240a和第二电极组240b是双极性结构，具有正极和负极，第三金属层240与第二金属层230之间设有第三绝缘层130，第二金属层230与第一金属层220之间设有第二绝缘层120，第一金属层220与背面金属层210之间设有第一绝缘层110。

尤其重要的是，在生成最后第四绝缘层140之前，需要完成静电卡盘各功能电极组之间的连接。了比较清楚的了解本发明，将第一电极组240a默认为正极，第二电极组240b默认为负极。第一电极组240a与第一金属层220、电极组一210a通过第一电连接线路300a进行沟通连接，其中第一电极组240a与第一金属层220和电极组一210a；

第二电极组240b分别与第二金属层230和电极组二210b通过第二电连接线路300b进行沟通连接，第二电极组240b与第二金属层230和电极组二210b为串联，其中第一电连接线路300a与第二金属层230、第二电极组240b与第一金属层220中间做了充分的绝缘。

对于第一绝缘层110、第二绝缘层120、第三绝缘层130和第四绝缘层140，是由从聚酰胺酰亚胺等耐热性树脂，氮化铝、氧化铝等陶瓷，硅酮橡胶等橡胶弹性体等中适当选择的材料制备的。对于背面金属层210、第一金属层220、第二金属层230和第三金属层240，可使用铜、铝、镍、银、钨等金属类导体。

下面继续说明本实施方式的静电卡盘的制作。

接通电源，通过电源给电极组一210a和电极组二210b供电，在通电前使晶片100与第四绝缘层充分接触，为实现最大程度的接触，可以适当在晶片100上方施加一定的向下压力，进一步消除晶片100与第四绝缘层之间存在的空气。

在本实施例中，第一金属层220与第二金属层230形成一个具有较大容值的平板电容器，电容值从1pf至数百pf不等。第一金属层220为第一电极组240a产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能，第二金属层230为电极组第二电极组240b产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能。

进而，在本发明中，前述晶片100被静电夹持时，如果晶片100被夹持在前述第四绝缘层140上保持，或在用前述第四绝缘层140保持对晶片100的夹持状态下对晶片100进行施加适当向下的压力，则可以进一步加强第四绝缘层140对晶片100的保持时间。

另外，在断开电极组一210a和电极组二210b施加的电压，第一金属层220、第二金属层230将持续为第一电极组240a和第二电极组240b提供持续的保持静电力。进一步的，第四绝缘层140将持续保持对晶片100的夹持状态。

此外，通过电源给电极组一210a和电极组二210b施加极性相反的电压，第一金属层220、第二金属层230中所存储的电荷将被中和或释放，第四绝缘层140将接除对晶片100的夹持状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，包括晶片（100）、第一绝缘层（110）、第二绝缘层（120）、第三绝缘层（130）、第四绝缘层（140）、背面金属层（210）、第一金属层（220）、第二金属层（230）和第三金属层（240），其特征在于：所述晶片（100）至于第四绝缘层（140）上，其中绝缘层略小或与晶片（100）面积相等，所述第四绝缘层（140）背部设置有第三金属层（240），所述第三金属层（240）包括第一电极组（240a）和第二电极组（240b）,其中第一电极组（240a）和第二电极组（240b）是双极性结构，具有正极和负极，所述第三金属层（240）与第二金属层（230）之间设有第三绝缘层（130），所述第二金属层（230）与第一金属层（220）之间设有第二绝缘层（120），所述第一金属层（220）与背面金属层（210）之间设有第一绝缘层（110），所述背面金属层（210）包括电极组一（210a）、电极组二（210b）；

第一电极组（240a）为正极，第二电极组（240b）为负极，第一电极组（240a）与第一金属层（220）、电极组一（210a）通过第一电连接线路（300a）进行沟通连接，其中第一电极组（240a）与第一金属层（220）和电极组一（210a）为串联；

第二电极组（240b）分别与第二金属层（230）和电极组二（210b）通过第二电连接线路（300b）进行沟通连接，第二电极组（240b）与第二金属层（230）和电极组二（210b）为串联，其中第一电连接线路（300a）与第二金属层（230），以及第二电连接线路（300b）与第一金属层（220）中间分别经过绝缘处理；

其中半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，具体如下：

步骤001：提供具有相对介电常数较高的第一绝缘层(110)作为绝缘衬底，

步骤002：对所述衬底表面进行表面处理，在衬底正表面（110a）和衬底背表面（110b）形成具有较低水滴角的接触面；

步骤003：在衬底正表面（110a）和衬底背表面（110b）上处理形成金属层，衬底正表面(110a)形成的称为第一金属层(220)，衬底背表面（110b）形成的称为背面金属层(210)；

步骤004：对所述第一金属层（220）和背面金属层（210）进行一系列工艺，以使所述第一金属层(220)和背面金属层(210)电极形成所需的电极图形；

步骤005：在所述第一金属层（220）电极图形上形成具有高介电常数的第二绝缘层（120）；

步骤006：对所述第二绝缘层（120）进行表面处理，并在所第二绝缘层(120)上形成第二金属层(230)；

步骤007：对所述第二金属层（230）进行一系列工艺，以使所述第二金属层(230)形成所需的电极图形；

步骤008：在所述第二金属层（230）图形上形成具有高介电常数的第三绝缘层（130）；

步骤009：对所述第三绝缘层(130)进行表面处理，并在第三绝缘层(130)上形成第三金属层(240)；

步骤010：对所述第三金属层（240）进行一系列工艺，以使所述第三金属层（240）形成所需的电极图形，即第一电极组（240a）和第二电极组（240b）；

步骤011：对所述第三金属层（240）中的第一电极组（240a）和第二电极组（240b）进行开孔及连线，并实现功能组合；

步骤012：在所述第三金属层（240）中的第一电极组（240a）和第二电极组（240b）图形上形成高介电常数的第四绝缘层（140）。

2.根据权利要求1所述的一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，其特征在于：所述第一绝缘层（110）、第二绝缘层（120）、第三绝缘层（130）和第四绝缘层（140）采用聚酰胺酰亚胺、陶瓷或者胶弹性体，其中陶瓷为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷，胶弹性体为硅酮橡胶。

3.根据权利要求2所述的一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，其特征在于：所述背面金属层（210）、第一金属层（220）、第二金属层（230）和第三金属层（240）均为金属类导体，其中金属类导体采用铜、铝、镍、银、钨。

4.根据权利要求3所述的一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，其特征在于：所述第一金属层（220）、第二金属层（230）形成一个具有较大容值的平板电容器，第一金属层（220）为第一电极组（240a）产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能，第二金属层（230）为第二电极组（240b）产生持久的静电力提供有效的电荷存储功能。

5.根据权利要求4所述的一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，其特征在于：所述第一金属层（220）为第一电容层；第二金属层（230）为第二电容层；第三金属层（240）为吸附电极层。

6.根据权利要求5所述的一种半永久吸附功能的静电卡盘的制造方法，其特征在于：所述步骤002中衬底正表面（110a）和衬底背表面（110b）通过喷砂、等离子清洗、高压电晕物理或化学方式，清除残留在其表面杂质。