CN116525525A - 一种碳化硅静电吸盘及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅静电吸盘及制作方法，该碳化硅静电吸盘包括碳化硅电介质层、PVD电极层和碳化硅底座，PVD电极层位于碳化硅电介质层与碳化硅底座之间，碳化硅底座内部嵌设有引出电极，引出电极与PVD电极层电性连接，碳化硅电介质层顶部设有若干凸台。本发明具有硬度高、耐磨性好、结构简单、内部不会产生应力、PVD电极层均匀性好、厚度容易控制、碳化硅电介质层均匀性好、致密性好、碳化硅加工的工艺成熟、碳化硅的加工精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及静电吸盘装置，特别涉及一种碳化硅静电吸盘及制作方法。
背景技术
在先进的大规模集成电路制造过程中有着几百种工艺步骤，晶圆片需要在多达几百种的工艺设备之间来回传输并进行加工检测。在加工过程中，晶圆片必须被十分平稳、固定地安放在工艺设备上,传统的夹持技术如真空吸盘、机械夹盘已经满足不了现在工艺技术的要求。
静电吸盘，现在已经广泛应用在等离子和真空环境下的半导体工艺过程中，比如刻蚀、化学气相沉淀、离子植入等。这种技术优势在于它对良率的提升、没有晶圆片边缘排除效应、晶圆片夹持均匀度好、可控温度等等。
静电吸盘包括三部分：电介质吸附层、电极层、基底层，三部分都以层状结构叠合在静电吸盘内自表层到底座依次为电介质吸附层、电极层和基底层，晶圆充当上表面的电极，下电极和电介质被整合制造在一个部件中。在晶圆制造过程中，一个直流电压加在晶圆和下电极之间，晶圆由于静电吸引力被夹持在静电吸盘上。此外，晶圆的热量可以通过流经晶圆背面的热传导气体如氦气传导出去，达到温度控制的作用。
而在半导体加工中，对晶圆的散热工作相当重要，如果无法保证晶圆表面的均温，则在对晶圆的加工过程中将无法确保加工的均匀性，加工精度将受到极大的影响，静电吸盘材料的散热性将对晶圆表面的均温性产生极大的影响。
目前，授权公告号为“CN105845613B”的中国专利公开了一种静电吸盘及其制造方法，所述制造方法包括步骤：提供一冷却基座，于所述冷却基座上制作包含有依次层叠的导热胶、绝缘层、电极层、电介质层、以及碳化层的多层结构，其中，将形成有电极层的电介质层进行一次烧结后再与绝缘层进行二次烧结，实现原子间的结合。本发明的静电吸盘的制作方法与传统的制作方法相比大大提高了其粘合强度，由于采用陶瓷烧结工艺，使得静电吸盘气泡的存在大大降低，从而可以有效降低废品率。
但是，由于其是多层结构，且在高温烧结下固定，其在晶圆的工作高温环境中，容易产生应力，进而导致静电吸盘损坏；而且，其采用如溅射或蒸镀等方法于电介质层表面形成一层金属层，随后采用烧结的方式固定，其在进行两次烧结的时候，会导致静电吸盘吸附晶圆时，各部位的吸附力不一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅静电吸盘及制作方法，具有硬度高、耐磨性好、结构简单、内部不会产生应力、PVD电极层均匀性好、厚度容易控制、碳化硅电介质层均匀性好、致密性好、碳化硅加工的工艺成熟、碳化硅的加工精度高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种碳化硅静电吸盘，包括碳化硅电介质层、PVD电极层和碳化硅底座，所述PVD电极层位于碳化硅电介质层与碳化硅底座之间，所述碳化硅底座内部嵌设有引出电极，所述引出电极与PVD电极层电性连接，所述碳化硅电介质层顶部设有若干凸台；
所述PVD电极层包括2n个处于同一水平面的导电金属层，每相邻的两个导电金属层并不相连接，且通过碳化硅电介质层间隔开，每个导电金属层分别电性连接有一个引出电极，每相邻的两个引出电极分别连接正极和负极。
其中优选方案如下：
优选的：碳化硅底座顶部和两个引出电极顶部的平面度达到0.005mm、粗糙度Ra0.3μm。
一种碳化硅静电吸盘的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤一，使用高绝缘碳化硅制作碳化硅底座，且在碳化硅底座内嵌两个引出电极，两个引出电极与碳化硅底座顶部平齐；
步骤二，对碳化硅底座顶部和两个引出电极顶部共同加工，使碳化硅底座顶部和两个引出电极顶部的平面度达到0.005mm、粗糙度Ra0.3μm；
步骤三，通过PVD设备在碳化硅底座顶部PVD导电金属，形成带有图案的PVD电极层；
步骤四，通过CVD设备在碳化硅底座和PVD电极层上表面上生长出碳化硅电介质层；
步骤五，对碳化硅电介质层进行抛光；
步骤六，利用遮蔽喷砂的方法在碳化硅电介质层顶部加工出若干凸台。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
在碳化硅底座的上表面依次有PVD电极层和CVD有碳化硅电介质层，使本发明机构简单，未经过高温烧结，结构内部不会产生应力，配合碳化硅硬度高、耐磨性好的优点，可增加本发明的使用寿命，同时PVD和CVD技术均成熟，可有效控制PVD电极层的厚度、PVD电极层的厚度均匀性、碳化硅电介质层的致密性、均匀性和硬度，可根据需求调节碳化硅电介质层的电阻率。
附图说明
图1是实施例1的整体结构造型示意图；
图2是实施例1的整体结构造型示意图的爆炸图；
图3是实施例1的整体结构造型示意图的部分剖视图；
图4是实施例2的整体结构造型示意图；
图5是实施例2的整体结构造型示意图的爆炸图；
图6是实施例3的整体结构造型示意图的爆炸图。
图中，1、碳化硅电介质层；2、PVD电极层；3、碳化硅底座；4、引出电极；5、凸台；6、导电金属层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“上”和“下”指的是附图中的方向。
实施例
一种碳化硅静电吸盘，如图1、图2、图3所示，自上而下依次包括碳化硅电介质层1、PVD电极层2和碳化硅底座3。
PVD电极层2位于碳化硅电介质层1与碳化硅底座3之间，PVD电极层2包括2n个处于同一水平面的导电金属层6，每相邻的两个导电金属层6并不相连接，且通过碳化硅电介质层1间隔开，每个导电金属层6分别电性连接有一个引出电极4，每相邻的两个引出电极4分别连接正极和负极。
此实施例中导电金属层6的数量为两个，其通过更改PVD电极层2的导电金属层6的数量，达到改变静电吸附力和静电释放时间。
碳化硅电介质层1顶部设有若干凸台5，每个凸台5的直径为0.8mm，高度为0.03mm。
碳化硅底座3为高绝缘碳化硅制作而成，高绝缘碳化硅具有：1、耐高温性能好，碳化硅绝缘温度范围广，可在高温环境下长期使用，最高可达到1800℃，并且不易受到热应力的影响，不易发生变形；2. 耐腐蚀性好，碳化硅具有很高的化学稳定性，不易被酸、碱等物质腐蚀，可在恶劣的腐蚀环境下长期使用；3. 耐磨损性好，碳化硅的硬度很高，具有很好的耐磨损性能，可在高速摩擦、重负载环境下长期使用；4. 电气性能好，碳化硅绝缘具有较高的电绝缘性能和低介电损耗，可用于电力设备、电器等领域的绝缘材料；5. 导热性好，碳化硅具有较高的导热性能。
碳化硅底座3为半绝缘单晶碳化硅粉末经过压制成型、烧结之后得到碳化硅毛坯制品。通过碳化硅切割加工切割碳化硅毛坯制品得到碳化硅底座3，通过在碳化硅底座3的底部加工出两个竖截面呈凸型的电极孔，在电极孔内设有引出电极4，该引出电极4为竖截面呈凸型的圆柱体，该引出电极4的底部设有螺纹孔，用于螺纹连接固定导线。
利用研磨机对嵌设有两个引出电极4的碳化硅底座3的外表面进行加工，使其表面的平面度达到0.005mm、粗糙度达到Ra0.3μm，其中平面度为0.005mm可以保证碳化硅底座3的平整度，以及在为静电吸附晶圆，保持晶圆的水平做出铺垫；
《化学气相沉积碳化硅超光滑抛光机理与表面粗糙度影响因素》中指出材料因素对于CVD SiC超光滑表面粗度的影响是至关重要的,若材料在制备过程中工艺参数控制不好,可能使晶粒生长过大,并导致晶粒的均匀性不好。这将在后续的抛光过程中导致局部去除效率过快或过慢,从而影响抛光表面的粗糙度。
同时表面粗糙度影响耐磨性，表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快；表面粗糙度影响疲劳强度，粗糙的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度；表面粗糙度影响抗腐蚀性，粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入，造成表面腐蚀；表面粗糙度影响密封性，粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。
Ra0.2μm属于不可见加工痕迹方向，但是其加工麻烦，会导致成本增加，Ra0.4μm属于微见加工痕迹方向，但是，其会影响后续的气相沉积的表面抛光，而Ra0.3μm的粗糙度，介于Ra0.2μm和Ra0.4μm之间，使碳化硅底座3表面的粗糙度平均值为0.3μm，其通过精密研磨机即可加工得到。而PVD电极层2通过PVD方式沉积在碳化硅底座3顶部、碳化硅电介质层1通过CVD方式沉积在碳化硅底座3和PVD电极层2上表面,因此，碳化硅底座3的粗糙度和平面度影响PVD电极层2、碳化硅电介质层1的气相沉积的牢固性。
通过PVD设备在加工后的碳化硅底座3顶部气相沉积导电金属，该导电金属为银、钨等成熟的可PVD的金属中的任意一个，本发明中采用导电金属银，通过屏蔽的方法，在碳化硅底座3顶部形成带有图案的PVD电极层2，通过CVD设备在碳化硅底座3和PVD电极层2上表面上生长出碳化硅电介质层1，而且，由于通过PVD形成PVD电极层2，通过CVD形成碳化硅电介质层1，因此，PVD电极层2与碳化硅电介质层1的厚度均较薄，此时，碳化硅耐磨的特性在碳化硅电介质层1上得到充分的应用。
其中，该PVD电极层2与两个引出电极4电性连接，PVD电极层2的厚度为0.1μm，厚度的平均性在百分之五；该碳化硅电介质层1的厚度为0.15μm、电阻率为10的10次方欧姆/厘米，随后通过研磨机对碳化硅电介质层1进行抛光，使碳化硅电介质层1的厚度为0.13μm、平面度为1μm、粗糙度为Ra0.3μm。
由于碳化硅的加工和抛光工艺均已成熟，且可达到的精度都高，因此使用碳化硅电介质层1，可以达到碳化硅静电吸盘表面耐磨且散热性好的优点。
若干凸台5通过利用遮蔽喷砂的方法在碳化硅电介质层1顶部加工得到，碳化硅电介质层1的上表面贴有遮蔽喷砂胶带，遮蔽喷砂胶带将碳化硅电介质层1的上表面需要加工出若干凸台5的地方遮盖住，此时，喷砂设备工作，对遮蔽喷砂胶带未遮蔽的地方进行喷砂去除材料，此时，便在碳化硅电介质层1顶部形成若干直径为0.8mm、高度为0.03mm的凸台5，使晶圆与碳化硅电介质层1表面均在缝隙，减少与晶圆的接触面积，增大压强，增加晶圆固定的稳定性，同时，利用若干凸台5产生的缝隙，方便晶圆散热。
具体实施过程：
步骤一，使用高绝缘碳化硅制作碳化硅底座3，且在碳化硅底座3内嵌两根引出电极4，两根引出电极4与碳化硅底座3顶部平齐；
步骤二，对碳化硅底座3顶部和两根引出电极4顶部共同加工；
步骤三，通过PVD设备在碳化硅底座3顶部PVD导电金属，形成带有图案PVD电极层2；
步骤四，通过CVD设备在碳化硅底座3和电极层上表面上生长出碳化硅电介质层1；
步骤五，对碳化硅电介质层1进行抛光；
步骤六，利用遮蔽喷砂的方法在碳化硅电介质层1顶部加工出若干凸台5，每个凸台5的直径0.8mm，高度为0.03mm。
实施例
一种碳化硅静电吸盘，如图4、图5所示，自上而下依次包括碳化硅电介质层1、PVD电极层2和碳化硅底座3。
PVD电极层2位于碳化硅电介质层1与碳化硅底座3之间，PVD电极层2底部固定设有引出电极4，引出电极4与PVD电极层2电性连接，引出电极4嵌设于碳化硅底座3内。
碳化硅电介质层1的粗糙度为Ra0.8μm，通过增加碳化硅电介质层1表面的粗糙度，使晶圆与碳化硅电介质层1表面均在缝隙，减少与晶圆的接触面积，增大压强，增加晶圆固定的稳定性，同时产生缝隙可方便散热。
具体实施过程：
步骤一，使用高绝缘碳化硅制作碳化硅底座3，且在碳化硅底座3内嵌两根引出电极4，两根引出电极4与碳化硅底座3顶部平齐；
步骤二，对碳化硅底座3顶部和两根引出电极4顶部共同加工；
步骤三，通过PVD设备在碳化硅底座3顶部PVD导电金属，形成带有图案PVD电极层2；
步骤四，通过CVD设备在碳化硅底座3和电极层上表面上生长出碳化硅电介质层1；
步骤五，对碳化硅电介质层1进行抛光。
实施例
如图6所示，PVD电极层2的导电金属层6数量为四个，碳化硅底座3内部嵌设有四个引出电极4，四个引出电极4分别与PVD电极层2的四个导电金属电性连接。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种碳化硅静电吸盘，其特征在于，包括碳化硅电介质层（1）、PVD电极层（2）和碳化硅底座（3），所述PVD电极层（2）位于碳化硅电介质层（1）与碳化硅底座（3）之间，所述碳化硅底座（3）内部嵌设有引出电极（4），所述引出电极（4）与PVD电极层电性连接，所述碳化硅电介质层（1）顶部设有若干凸台（5）；
所述PVD电极层（2）包括2n个处于同一水平面的导电金属层（6），每相邻的两个导电金属层（6）并不相连接，且通过碳化硅电介质层（1）间隔开，每个导电金属层（6）分别电性连接有一个引出电极（4），每相邻的两个引出电极（4）分别连接正极和负极。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅静电吸盘，其特征在于，所述碳化硅底座（3）顶部和每个引出电极（4）顶部的平面度达到0.005mm、粗糙度Ra0.3μm。
3.一种碳化硅静电吸盘的制作方法，用于制作如权利要求2所述的碳化硅静电吸盘，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤一，使用高绝缘碳化硅制作碳化硅底座（3），且在碳化硅底座（3）内嵌两个引出电极（4），两个引出电极（4）与碳化硅底座（3）顶部平齐；
步骤二，对碳化硅底座（3）顶部和两个引出电极（4）顶部共同加工，使碳化硅底座（3）顶部和两个引出电极（4）顶部的平面度达到0.005mm、粗糙度Ra0.3μm；
步骤三，通过PVD设备在碳化硅底座（3）顶部PVD导电金属，形成带有图案的PVD电极层（2）；
步骤四，通过CVD设备在碳化硅底座（3）和PVD电极层（2）上表面上生长出碳化硅电介质层（1）；
步骤五，对碳化硅电介质层（1）进行抛光；
步骤六，利用遮蔽喷砂的方法在碳化硅电介质层（1）顶部加工出若干凸台（5）。
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|---|---|---|---|---|
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| JPS62286247A (ja) * | 1986-06-05 | 1987-12-12 | Toto Ltd | 静電チヤツク板及びその製造方法 |
| CN1988128A (zh) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | 日本碍子株式会社 | 静电吸盘 |
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-
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117832036A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 无锡卓瓷科技有限公司 | 一种热熔铝电极层静电吸盘及制作工艺 |
| CN117832036B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-06-25 | 无锡卓瓷科技有限公司 | 一种热熔铝电极层静电吸盘及制作工艺 |
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