TW201428886A - 具有抗電漿保護層之基板支撐組件 - Google Patents

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Biraja P Kanungo
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Abstract

本發明提供一種基板支撐組件，該基板支撐組件包含陶瓷主體及經接合至陶瓷主體之下表面的導熱基座。基板支撐組件進一步包含保護層，該保護層覆蓋陶瓷主體之上表面，其中該保護層包含釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet;YAG)或陶瓷化合物中的至少一者，該陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固體溶液Y2O3-ZrO2。

Description

具有抗電漿保護層之基板支撐組件 【相關申請案】
本專利申請案主張根據專利法於2012年12月4日提出申請之美國臨時申請案第61/733,349號之權益，且進一步主張根據專利法於2013年3月15日提出申請之美國臨時申請案第61/791,669號之權益。
本發明之實施例大體而言係關於具有抗電漿保護層之基板支撐組件，諸如靜電夾盤。
在半導體工業中，裝置係藉由產生大小日益減小之結構的大量製造製程製造。諸如電漿蝕刻製程及電漿清洗製程之一些製造製程將基板暴露至高速電漿流以蝕刻或清洗基板。電漿可為高度腐蝕的，且電漿可腐蝕處理腔室及暴露至電漿的其他表面。
在一個實施例中，基板支撐組件包含陶瓷主體、經接合至陶瓷主體之下表面的導熱基座及覆蓋陶瓷主體之上表 面的保護層，其中保護層為釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet；YAG)或陶瓷化合物，該陶瓷化合物包含Y4Al2O9及固體溶液Y2O3-ZrO2。在一個實施例中，保護層係經由離子輔助沉積(ion assisted deposition；IAD)或電漿噴塗沉積於陶瓷主體之上表面。在另一實施例中，保護層為塊燒結陶瓷主體，該塊燒結陶瓷主體係經由熱處理擴散接合至陶瓷主體。
100‧‧‧半導體處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧蓋
106‧‧‧內部容積
108‧‧‧側壁
110‧‧‧底部
116‧‧‧外部襯裡
118‧‧‧內部襯裡
126‧‧‧排氣口
128‧‧‧泵系統
130‧‧‧氣體分配組件
132‧‧‧孔
136‧‧‧保護層
138‧‧‧接合材料
144‧‧‧基板
146‧‧‧石英環
148‧‧‧基板支撐組件
150‧‧‧靜電夾盤
152‧‧‧台座
158‧‧‧氣體控制板
162‧‧‧安裝板
164‧‧‧導熱基座
166‧‧‧靜電圓片
168‧‧‧導管
170‧‧‧導管
172‧‧‧流體源
174‧‧‧熱隔離器
176‧‧‧加熱元件
178‧‧‧加熱器電源
180‧‧‧電極
182‧‧‧夾持電源
184‧‧‧RF電源
186‧‧‧RF電源
188‧‧‧匹配電路
190‧‧‧溫度感測器
192‧‧‧溫度感測器
195‧‧‧控制器
206‧‧‧上表面/檯面
208‧‧‧通路
210‧‧‧檯面
212‧‧‧通路
216‧‧‧外環
220‧‧‧環狀凸緣
222‧‧‧環狀周邊
224‧‧‧主要部分
400‧‧‧靜電夾盤
405‧‧‧導熱基座
410‧‧‧陶瓷主體
415‧‧‧保護層
420‧‧‧孔
425‧‧‧檯面
430‧‧‧電極
435‧‧‧上部分
440‧‧‧下部分
450‧‧‧靜電夾盤
455‧‧‧導熱基座
460‧‧‧陶瓷主體
465‧‧‧保護層
475‧‧‧孔
480‧‧‧檯面
485‧‧‧電極
490‧‧‧上部分
495‧‧‧下部分
500‧‧‧製程
505‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
515‧‧‧步驟
520‧‧‧步驟
525‧‧‧步驟
600‧‧‧製程
605‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
612‧‧‧步驟
615‧‧‧步驟
620‧‧‧步驟
625‧‧‧步驟
700‧‧‧製程
705‧‧‧步驟
710‧‧‧步驟
715‧‧‧步驟
725‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
本發明係藉由舉例而非限制之方式圖示於隨附圖式之圖式中，其中相同元件符號指示相同元件。應注意，本揭示案中對「一」或「一個」實施例之不同參考不一定為相同實施例，且此等參考意指至少一個實施例。
第1圖描繪處理腔室之一個實施例之截面圖；第2圖描繪基板支撐組件之一個實施例之分解圖；第3圖描繪基板支撐組件之一個實施例之側視圖；第4A圖描繪基板支撐之一個實施例之分解側視圖；第4B圖描繪基板支撐之另一實施例之分解側視圖；第5圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程之一個實施例；第6圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程之另一實施例；及第7圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程之又一實施例。
本發明之實施例提供具有保護層之基板支撐組件， 該保護層經形成於基板支撐組件之陶瓷主體之上。保護層可提供電漿抗蝕性用於保護陶瓷主體。保護層可為釔鋁石榴石(YAG)或陶瓷化合物，該陶瓷化合物包括Y4Al2O9及固體溶液Y2O3-ZrO2。藉由保護層提供之改良的抗腐蝕性可提高基板支撐組件之使用壽命，同時減少維護及製造成本。
應注意，本文參閱諸如靜電夾盤(electrostatic chuck；ESC)之基板支撐組件描述實施例。然而，應理解，實施例亦可應用於經暴露至電漿的其他結構。舉例而言，實施例可應用於電漿蝕刻器、電漿清潔器、電漿推進系統等之陶瓷塗佈之環、壁、基座、氣體分配板、噴灑頭、襯裡、襯裡套組、遮蔽、電漿螢幕、流量均衡器、腔室壁、冷卻基座等。
對於應用於上述腔室元件之任何者的本發明之實施例，保護層可為包括Y4Al2O9及固體溶液Y2O3-ZrO2的複合陶瓷。保護層可經塗覆於現有材料之上(例如，為上塗層)，或保護層可為唯一保護層。儘管已關於包括Y4Al2O9及固體溶液Y2O3-ZrO2的陶瓷化合物(本文稱為複合陶瓷)論述某些實施例，但亦可使用其他抗電漿陶瓷。此等其他抗電漿陶瓷可包括釔鋁石榴石(YAG)、氧化釔穩定之氧化鋯(yttria stabilized zirconia；YSZ)或各種基於氧化釔之固體溶液。
第1圖為半導體處理腔室100之一個實施例之截面圖，該半導體處理腔室100具有安置於該半導體處理腔室100中之基板支撐組件148。基板支撐組件148具有陶瓷之保護層136，該陶瓷可為複合陶瓷或其他陶瓷。複合陶瓷係由化合物Y4Al2O9(YAM)及固體溶液Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固體溶液) 組成。保護層136可為由陶瓷粉末或陶瓷粉末之混合物產生的燒結之塊陶瓷製品。或者，保護層136可為藉由電漿噴塗(或熱噴塗)陶瓷粉末之混合物產生的電漿噴塗或熱噴塗的層。或者，保護層136可為使用塊複合陶瓷靶材或其他塊陶瓷靶材沉積之離子輔助沉積(IAD)塗層。
在一個實施例中，複合陶瓷塗層係由化合物Y4Al2O9(YAM)及固體溶液Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固體溶液)組成。在又一實施例中，複合陶瓷塗層包括62.93莫耳%之Y2O3、23.23莫耳%之ZrO2及13.94莫耳%之Al2O3。在另一實施例中，複合陶瓷塗層可包括在50莫耳%至75莫耳%之範圍內的Y2O3、在10莫耳%至30莫耳%之範圍內的ZrO2及在10莫耳%至30莫耳%之範圍內的Al2O3。在其他實施例中，其他分配亦可用於複合陶瓷塗層。在一個實施例中，複合陶瓷為含有氧化釔之固體溶液，該固體溶液可與ZrO2、Al2O3或ZrO2與Al2O3之組合中之一或更多者混合。
在一個實施例中，陶瓷塗層為由35莫耳%之Y2O3、65莫耳%之Al2O3組成之釔鋁石榴石(YAG)。在另一實施例中，陶瓷塗層可為由30莫耳%至40莫耳%之Y2O3及60莫耳%至70莫耳%之Al2O3組成之YAG。
處理腔室100包括封閉內部容積106之腔室主體102及蓋104。腔室主體102可由鋁、不銹鋼或其他合適的材料製造。腔室主體102通常包括側壁108及底部110。外部襯裡116可鄰近側壁108安置以保護腔室主體102。外部襯裡116可以抗電漿或抗含鹵素氣體的材料製造及/或塗佈。在一個實 施例中，外部襯裡116係由氧化鋁製造。在另一實施例中，外部襯裡116係由氧化釔、釔合金或釔合金之氧化物製造或塗佈。
排氣口126可經界定在腔室主體102內，且排氣口126可耦接內部容積106至泵系統128。泵系統128可包括一或更多個泵及節流閥，該一或更多個泵及節流閥用於抽空及調節處理腔室100之內部容積106之壓力。
蓋104可經支撐在腔室主體102之側壁108上。蓋104可經打開以允許超過處理腔室100之內部容積106，且蓋104可在關閉時提供對於處理腔室100之密封。氣體控制板158可經耦接至處理腔室100以經由氣體分配組件130提供製程氣體及/或清洗氣體至內部容積106，該氣體分配組件130為蓋104之部分。處理氣體之實例可用來在處理腔室中處理，該等實例包括諸如C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF3、CH2F3、Cl2及SiF4等之含鹵素氣體及諸如O2或N2O之其他氣體。載氣之實例包括N2、He、Ar及對製程氣體為惰性的其他氣體(例如，非反應性氣體)。氣體分配組件130可在氣體分配組件130之下游表面上具有多個孔132，以引導氣流至基板144之表面。另外，氣體分配組件130可具有其中氣體係經由陶瓷氣體噴嘴饋送的中心孔。氣體分配組件130可藉由諸如碳化矽的陶瓷材料、陶瓷材料之塊氧化釔製造及/或塗佈，以提供對含鹵素化學物質之抗性來防止氣體分配組件130腐蝕。
基板支撐組件148經安置在氣體分配組件130下方 處理腔室100之內部容積106內。基板支撐組件148在處理期間固持基板144。內部襯裡118可經塗佈於基板支撐組件148之周邊。內部襯裡118可為抗含鹵素氣體的材料，諸如參考外部襯裡116論述之彼等材料。在一個實施例中，內部襯裡118可由外部襯裡116之相同材料製造。
在一個實施例中，基板支撐組件148包括支撐台座152之安裝板162及靜電夾盤150。靜電夾盤150進一步包括導熱基座164及靜電圓片166。靜電圓片166之上表面係藉由保護層136覆蓋。在一個實施例中，保護層136經安置於靜電圓片166之上表面上。在另一實施例中，保護層136經安置於靜電夾盤150之整體表面上，整體表面包括導熱基座164及靜電圓片166之外部及側周邊。安裝板162經耦接至腔室主體102之底部110且安裝板162包括用於將公用設施(例如，流體、電力線、感測器引線等)定線至導熱基座164及靜電圓片166之通道。
導熱基座164及/或靜電圓片166可包括一或更多個可選嵌入式加熱元件176、嵌入式熱隔離器174及/或導管168、170以控制支撐組件148之側向溫度輪廓。導管168、170可經流體耦接至流體源172，該流體源172使溫度調節流體經由導管168、170循環。在一個實施例中，嵌入式隔離器174可經安置在導管168、170之間。加熱器176係藉由加熱器電源178調節。導管168、170及加熱器176可用於控制導熱基座164之溫度，從而加熱及/或冷卻靜電圓片166及正處理之基板(例如，晶圓)。靜電圓片166及導熱基座164之 溫度可使用複數個溫度感測器190、192監測，溫度感測器190、192可使用控制器195監測。
靜電圓片166可進一步包括多個氣體通道，諸如溝槽、檯面及其他表面特徵，該等多個氣體通道可經形成在靜電圓片166之上表面及/或保護層中。氣體通道可經由在靜電圓片166中所鑽之孔流體耦接至諸如He的熱傳遞(或背側)氣體之來源。在操作中，背側氣體可在受控壓力下經提供至氣體通道內，以增強在靜電圓片166與基板144之間的熱傳遞。
靜電圓片166包括藉由夾持電源182控制之至少一個夾緊電極180。電極180(或安置在靜電圓片166或基座164中之其他電極)可進一步經由匹配電路188耦接至一或更多個RF電源184、186，用於保持由處理腔室100內之製程氣體及/或其他氣體形成之電漿。電源184、186通常能夠產生RF訊號，該RF訊號具有自約50kHz至約3GHz之頻率及多達約10000瓦特之功率。
第2圖描繪基板支撐組件148之一個實施例之分解圖。基板支撐組件148描繪靜電夾盤150及台座152之分解圖。靜電夾盤150包括靜電圓片166及附著至靜電圓片166的導熱基座164。靜電圓片166具有擁有環狀周邊222之圓盤狀形狀，該環狀周邊222可實質上匹配位於靜電圓片166上之基板144之形狀及大小。在一個實施例中，靜電圓片166可藉由陶瓷材料製造。陶瓷材料之合適實例包括氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、碳化矽 (SiC)及類似物。
附著在靜電圓片166下方的導熱基座164可具有圓盤狀主要部分224及環狀凸緣220，該環狀凸緣220自主要部分224向外延伸且位於台座152上。導熱基座164可藉由具有熱性質的材料製造，該熱性質實質上匹配上覆圓片166之熱性質。在一個實施例中，導熱基座164可藉由金屬製造，諸如鋁或不銹鋼或其他合適的材料。或者，導熱基座164可藉由提供良好強度及耐久性以及熱傳遞性質之陶瓷與金屬材料之複合物而製造。複合材料可具有熱膨脹係數，該熱膨脹係數係實質上與上覆圓片166匹配以減少熱膨脹失配。靜電圓片166之上表面206可以保護層136塗佈，且靜電圓片166之上表面206可具有外環216、多個檯面206、210及在檯面之間的通路208、212。
第3圖圖示靜電夾盤150之截面側視圖。參考第3圖，導熱基座164係藉由接合材料138耦接至靜電圓片166。接合材料138促進在靜電圓片166與導熱基座164之間的熱能交換且接合材料138可減少在靜電圓片166與導熱基座164之間的熱膨脹失配。在一個示例性實施例中，接合材料138將導熱基座164機械接合至靜電圓片166。在另一實施例中，接合材料138可為導熱糊或導熱帶，該導熱糊或導熱帶具有丙烯酸基化合物及聚矽氧基化合物中之至少一者。在又一實施例中，接合材料138可為具有丙烯酸基化合物及聚矽氧基化合物中之至少一者的導熱糊或導熱帶，該導熱糊或導熱帶具有混合或添加至該導熱糊或導熱帶之金屬或陶瓷填充物。 金屬填充物可為Al、Mg、Ta、Ti或前述各者之組合中之至少一者且陶瓷填充物可為氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、二硼化鈦(TiB2)或前述各者之組合中之至少一者。
石英環146或其他保護環圍繞且覆蓋靜電夾盤150之部分。靜電圓片166包括夾緊電極180。保護層136黏附至靜電圓片166之上表面。基板144經向下而降低於靜電圓片166之上，且經由靜電力固定就位。
保護層136可藉由以下各者塗佈：傳統大氣電漿噴塗、低壓電漿噴塗(low pressure plasma spray；LP PS)、真空電漿噴塗(vacuum plasma spray；VPS)、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、離子輔助沉積(IAD)、浸沒塗佈、濺鍍、熱噴塗、熱均壓、冷均壓、疊層、壓模法、澆鑄、壓實、燒結或共燒結技術。在一個實施例中，保護層經電漿噴塗至靜電圓片166上。在另一實施例中，保護層136係使用離子輔助沉積(IAD)沉積於靜電圓片166上。在又一實施例中，保護層136為塊燒結複合陶瓷製品，該塊燒結複合陶瓷製品經擴散接合至靜電圓片166之上表面。
應注意，用於塗覆保護層136之最佳塗佈技術可取決於待塗佈之結構的類型。舉例而言，諸如靜電圓片166、噴灑頭或冷卻基座之平坦的平整表面可使用任何上述技術塗佈。傳統的PVD及IAD為在平坦的平整表面上更為成功的塗佈技術之兩個實例。具有複雜幾何形狀之部分，諸如襯裡、遮蔽、電漿螢幕、流量均衡器或腔室壁可使用諸如LP PS之 電漿噴塗方法更成功地塗佈。
複合陶瓷及YAG兩者皆具有在基板或晶圓之電漿處理期間耐磨損(歸因於由於在基板與靜電圓片之間的熱膨脹係數失配之相對運動)的高硬度。在一個實施例中，複合陶瓷提供在約5吉帕斯卡(GigaPascal；GPa)與約20GPa之間的維氏硬度(5Kgf)。在一個實施例中，複合陶瓷為提供約9GPa至10GPa之維氏硬度的塊燒結陶瓷。在另一實施例中，塊燒結陶瓷提供14GPa至16GPa之維氏硬度。另外，在一個實施例中，複合陶瓷可為具有以下各者的塊燒結陶瓷：大約4.90g/cm3之密度、約215MPa之撓曲強度、約1.6兆帕斯卡．公尺平方根(MPa．m1/2)的斷裂韌性、約190GPa之楊氏模數、約8.5×10-6/K(20℃至900℃)之熱膨脹、約3.5瓦特每毫克耳文(W/mK)之導熱性、約15.5(在20℃及13.56MHz下量測)之介電常數、小於20×10-4(在20℃及13.56MHz下量測)之介電損耗正切及在室溫下大於1015歐姆公分(Ω．cm)之體積電阻率。
在一個實施例中，塊燒結YAG提供在約10GPa與約20GPa之間的維氏硬度(5Kgf)(在一個實施例中，具有15GPa之硬度)。另外，在一個實施例中，塊燒結YAG可具有大約4.55克每立方公分(g/cm3)之密度、約280MPa之撓曲強度、約2.0MPa．m1/2之斷裂韌性、約282GPa之楊氏模數、約8.2×10-6/K(20℃至900℃)之熱膨脹、約12.9W/mK之導熱性及在室溫下大於1014Ω．cm之體積電阻率。
塗佈性質可類似於用於複合陶瓷及YAG兩者的 塊，且一些塗佈性質小於塊性質之彼等性質。在一個實施例中，IAD塗層硬度對於複合陶瓷為約4GPa。另外，IAD塗佈之複合陶瓷可具有高密度及大約0.1%至1.0%的極低孔隙度。IAD塗佈之複合陶瓷亦可具有約2500V/密耳之擊穿電壓、約4.1×1016Ω．cm之體積電阻率、約9.83之介電常數、約4×10-4之損耗正切及約20.6W/mK之導熱性。
在一個實施例中，IAD塗層硬度對於YAG為約6吉帕斯卡(GPa)。另外，IAD塗佈之YAG可具有高密度及大約0.1%至1.0%之極低孔隙度。IAD塗佈之YAG亦可具有約6800V/密耳之擊穿電壓、約11.3×1016Ω．cm之體積電阻率、約9.76之介電常數、約4×10-4之損耗正切及約20.1W/mK之導熱性。
在一個實施例中，電漿噴塗塗佈之陶瓷複合物具有約4.3GPa之維氏硬度(5Kgf)。另外，在一個實施例中，電漿噴塗之複合陶瓷可具有大約1.5%至5%之孔隙度(在一個實施例中，具有2.5%之孔隙度)、約8×10-6/K(20℃至900℃)之熱膨脹、約18.2W/mK之導熱性、在室溫下大約1015Ω．cm之體積電阻率、約1050V/密耳之擊穿電壓及約16.5×10-4之損耗正切。
在一個實施例中，電漿噴塗之YAG塗層具有約4.6GPa之維氏硬度(5Kgf)。另外，在一個實施例中，電漿噴塗之YAG塗層可具有大約2.5%至4%之孔隙度(在一個實施例中，具有3.5%之孔隙度)、約7.7×10-6/K(20℃至900℃)之熱膨脹、約19.6W/mK之導熱性、在室溫下大約7×1014Ω．cm之體積電阻率、約1190V/密耳之擊穿電壓及約3×10-4之損耗 正切。
第4A圖圖示靜電夾盤400之一個實施例之截面側視圖。靜電夾盤400具有稱為靜電圓片之陶瓷主體410。陶瓷主體410包括嵌入陶瓷主體410內之電極430。在一個實施例中，位於電極430上方之陶瓷主體之上部分435具有大於200微米之厚度(例如，在一個實施例中為5密耳)。陶瓷主體410之上部分之厚度可經選擇以提供諸如特定擊穿電壓之期望介電性質。位於電極430下方之陶瓷主體之下部分440可具有多達約5mm之厚度。在一個實施例中，整體陶瓷主體具有約5mm之厚度。陶瓷主體410之下表面經接合至導熱基座405(例如，金屬基座)。多個檯面415或凹坑經形成於陶瓷主體410之上表面上。在一些實施例中，檯面可為大約10微米至15微米高且直徑約200微米。另外，多個孔420經鑽孔通過陶瓷主體410。在一個實施例中，孔420具有約4密耳至7密耳之直徑。在一個實施例中，孔係藉由雷射鑽孔形成。孔420可輸送諸如氦之導熱氣體至在檯面之間的凹部或導管。氦(或其他導熱氣體)可促進在基板與陶瓷主體410之間的熱傳遞。
具有小於約20微米之厚度的薄保護層415經沉積於陶瓷主體410之上表面上。在一個實施例中，保護層具有約3微米至5微米之厚度。由於保護層415之薄度，保護層415不插入任何的孔420。另外，保護層415保持陶瓷主體410之上表面之相對形狀(例如，浮印(telegraphing)檯面及在檯面之間的凹部的形狀)。應注意，在替代實施例中，可在形 成保護層415之後(例如，經由雷射鑽孔)鑽孔420。
保護層415可藉由執行離子束輔助沉積(IAD)而沉積。或者，其他類型之高能粒子可用來輔助沉積，該等高能粒子包括中子原子、自由基及奈米大小的粒子，該等粒子來自諸如電漿、反應氣體之粒子產生源或來自提供沉積材料之材料源。對於IAD，材料源提供沉積材料之通量，同時高能離子源提供能量離子之通量，前述兩者皆在整個IAD製程期間撞擊陶瓷主體410。在一個實施例中，用來提供沉積材料之材料源(靶材主體)為塊燒結陶瓷複合主體。在另一實施例中，靶材材料預熔融複合陶瓷。在另一實施例中，靶材材料為塊燒結YAG。IAD可利用一或更多個電漿或波束以提供材料及高能離子源。在一個實施例中，高能離子包括非反應物種(例如，Ar)或反應物種(例如，O)中之至少一者。在進一步實施例中，諸如CO及鹵素(Cl、F、Br等)之反應物種亦可在形成抗電漿塗層期間引入，以進一步增加選擇性移除大部分最弱接合至保護層415之沉積材料的傾向。示例性IAD方法包括併入離子轟擊之沉積製程，諸如在有離子轟擊之情況下的蒸發(例如，活性反應蒸發(activated reactive evaporation；ARE))及濺射。任何的IAD方法可在有諸如O2、N2、鹵素等活性氣體物種的情況下執行。
IAD沉積之保護層415可具有相對低薄膜應力(例如，與藉由電漿噴塗或濺射產生之薄膜應力相比)。相對低薄膜應力可使得陶瓷主體之下表面極為平整，且在整個陶瓷主體之上的曲率小於約50微米(該整個陶瓷主體直徑可為約 12吋)。在一個實施例中，曲率小於約20微米。IAD沉積之保護層可具有小於1%且在一些實施例中小於約0.1%之孔隙度。因此，IAD沉積之保護層為緻密結構，該緻密結構對於靜電夾盤上之應用可具有效能益處。舉例而言，IAD沉積之保護層415可具有大於1000V/密耳且在一些實施例中大於1500V/密耳之介電擊穿電壓。另外，IAD沉積之保護層415可在不首先粗糙化陶瓷主體410之上表面的情況下沉積。由於粗糙化陶瓷主體可減少陶瓷主體410之擊穿電壓，故在不首先粗糙化陶瓷主體410的情況下塗覆保護塗層415的能力可為有利的。靜電夾盤400可既用於Johnson-Rahbek靜電夾盤應用又用於Columbic靜電夾盤應用。
第4B圖圖示靜電夾盤450之一個實施例之截面側視圖。靜電夾盤450具有稱為靜電圓片之陶瓷主體460。在一個實施例中，陶瓷主體460包括電極485、電極485上方之上部分490及電極下方之下部分495。上部分490可具有大於200微米之厚度(例如，在一個實施例中5密耳)。在又一實施例中，陶瓷主體460具有在約200微米與500微米之間的厚度。陶瓷主體460之下表面經接合至導熱基座455(例如，金屬基座)。
陶瓷主體460之上表面經接合至保護層465。在一個實施例中，保護層為電漿噴塗之複合陶瓷。在另一實施例中，保護層為電漿噴塗之YAG。在任一實施例中，可在將保護塗層465電漿噴塗至陶瓷主體460之上表面上之前粗糙化陶瓷主體460之上表面。粗糙化例如可藉由珠粒噴擊陶瓷主 體460而執行。粗糙化陶瓷主體之上表面提供在電漿噴塗保護層465與陶瓷主體460之間建立機械接合之固定點用於更好黏附。
保護層465可具有多達約250微米或更厚的噴塗厚度，且保護層465可經往下研磨至近似50微米之最終厚度。或者，保護層可經電漿噴塗至最終厚度。電漿噴塗之保護層465可具有約2%至4%的孔隙度。在一個實施例中，在電極之上的陶瓷主體460及保護層465的組合厚度係足以提供>2500V之總體擊穿電壓。陶瓷主體460可為例如氧化鋁，氧化鋁具有約15伏特/微米(V/μm)之擊穿電壓。在一個實施例中，陶瓷複合電漿噴塗之保護層465可具有約30V/μm(或約750V/密耳)之擊穿電壓。因此，例如，陶瓷主體460可為約250微米厚且保護層可為約50微米厚以具有約5250V之擊穿電壓。
在另一實施例中，保護層465為經置放於陶瓷主體460之上表面的塊燒結複合陶瓷製品或塊燒結YAG製品。例如，保護層465可經提供作為薄陶瓷晶圓，該晶圓具有近似200微米之厚度。隨後執行高溫處理以促進在保護層465與陶瓷主體460之間的相互擴散。熱處理可為在高達約1400攝氏度至1500攝氏度下持續時間多達約24小時(例如，在一個實施例中，持續時間為3小時至6小時)之熱處理。如此可導致在保護層465與陶瓷主體460之間的擴散接合。若陶瓷主體為Al2O3，且保護層係由化合物Y4Al2O9(YAM)及固體溶液Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固體溶液)組成，則將形成Y3Al5O12 (YAG)界面層。顯著地，過渡層可為非反應性且非多孔層。因此，在使用熱處理陶瓷製品之後續處理期間，製程氣體可穿透陶瓷塗層，但可能不穿透過渡層。因此，過渡層可防止製程氣體與陶瓷基板反應。藉由擴散接合產生之強黏附允許保護層465牢固地黏附至陶瓷主體且防止保護層465在電漿處理期間裂化、剝落或剝離。在熱處理之後，保護層可經研磨至最終厚度。在一個實施例中，最終厚度可為約200微米。
在保護層465形成(且在一些實施例中，經研磨至最終厚度)之後，檯面480經形成於保護層465之上表面。例如，檯面可藉由珠粒噴擊或鹽狀噴擊保護層465之表面而形成。在保護層465經形成之後，亦可於保護層365及下層陶瓷主體460中鑽孔475。參閱第4B圖描述之實施例可用於Columbic靜電夾盤應用。
第5圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程500之一個實施例。在製程500之方塊505處，提供陶瓷主體。陶瓷主體可為用於靜電夾盤之金屬化陶瓷圓片。陶瓷主體可含有加熱元件、電極、冷卻通路及/或其他特徵。在方塊510處，陶瓷主體之下表面經接合至導熱基座。
在方塊515處，檯面經形成於陶瓷主體之上表面。在方塊520處，孔經形成於陶瓷主體中(例如，藉由雷射鑽孔)。在方塊525處，IAD經執行以於陶瓷主體上沉積保護層。保護層可包含如在實施例中先前描述之複合陶瓷或YAG。在替代實施例中，陶瓷主體可在形成檯面之後、在形 成孔之後或在沉積保護層之後經接合至基座。
第6圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程之另一實施例。在製程600之方塊605處，提供陶瓷主體。在方塊610處，陶瓷主體之下表面經接合至導熱基座。在方塊612處，陶瓷主體之上表面經粗糙化(例如，經由珠粒噴擊或研磨)。
在方塊615處，保護層經電漿噴塗(或熱噴塗)於陶瓷主體之粗糙化上表面上。保護層可包含如在實施例中先前描述之複合陶瓷或YAG。在方塊620處，檯面經形成於陶瓷主體之上表面。在方塊625處，孔經形成於陶瓷主體中(例如，藉由雷射鑽孔)。在替代實施例中，陶瓷主體可在形成檯面之後、在形成孔之後或在沉積保護層之後經接合至基座。
第7圖圖示用於在基板支撐表面之陶瓷主體之上形成保護層的製程之又一實施例。在製程700之方塊705處，提供陶瓷主體。在方塊710處，塊燒結陶瓷製品經塗覆至陶瓷主體之上表面。塊燒結陶瓷製品可充當陶瓷主體之保護層。塊燒結陶瓷製品可為如在實施例中先前描述之陶瓷複合物或YAG。在方塊715處，陶瓷主體及塊燒結陶瓷製品經加熱至約1400攝氏度至1500攝氏度之溫度(共燒)以形成界面層且導致擴散接合。在方塊725處，檯面係藉由珠粒噴擊形成於陶瓷主體之上表面。在方塊730處，孔經形成於陶瓷主體中(例如，藉由雷射鑽孔)。在替代實施例中，陶瓷主體可在形成檯面之前、在形成孔之前或在保護層經接合至陶瓷主體之前經接合至基座。
先前描述闡述大量特定細節，諸如特定系統、元件、方法等之實例，以提供本發明之若干實施例之良好理解。然而，對於熟習此項技術者將顯而易見的是，本發明之至少一些實施例可在無該等特定細節的情況下實踐。在其他情況下，未詳細描述或以簡單方塊圖形式呈現熟知元件或方法以避免不必要地模糊本發明。因此，特定細節闡述僅為示例性的。特定實施可與該等示例性細節不同且仍預期在本發明之範疇內。
遍及本說明書對「一個實施例」或「一實施例」之參考意指，與實施例相結合而描述之特定特徵、結構或特性係包括在至少一個實施例中。因此，遍及本說明書各處的短語「在一個實施例中」或「在一實施例中」之出現不一定皆指相同實施例。另外，術語「或」意欲意指包括性的「或」而非排他性的「或」。當在本文使用術語「約」或「近似」時，如此意欲意指所呈現之標稱值在±10%內為精確的。
儘管本文中方法之操作係以特定順序圖示且描述，但每一方法之操作順序可改變，以便可以相反順序執行某些操作或以便可至少部分地、與其他操作同時地執行某些操作。在另一實施例中，不同操作之指令或子操作可以間歇性方式及/或交替方式進行。
應理解，上文描述意欲為說明性而非限制性。對於熟習此項技術者而言，許多其他實施例在熟習此項技術者閱讀且理解上文描述之後將顯而易見。因此，本發明之範疇應參閱隨附申請專利範圍連同此等申請專利範圍授權之等效物 的全部範疇一起來決定。
400‧‧‧靜電夾盤
405‧‧‧導熱基座
410‧‧‧陶瓷主體
415‧‧‧保護層
420‧‧‧孔
425‧‧‧檯面
430‧‧‧電極
435‧‧‧上部分
440‧‧‧下部分

Claims (20)

  1. 一種基板支撐組件，包含：一陶瓷主體；一導熱基座，該導熱基座經接合至該陶瓷主體之一下表面；及一保護層，該保護層覆蓋該陶瓷主體之一上表面，其中該保護層包含釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet；YAG)或一陶瓷化合物中之至少一者，該陶瓷化合物包含Y4Al2O9及一固體溶液Y2O3-ZrO2。
  2. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該保護層為一離子輔助沉積(ion assisted deposition；IAD)沉積層，該IAD沉積層具有低於1%之一孔隙度、小於20微米之一厚度及大於1000V/密耳之一擊穿電壓。
  3. 如請求項2所述之基板支撐組件，其中該陶瓷主體之該上表面未經粗糙化。
  4. 如請求項2所述之基板支撐組件，其中該陶瓷主體包含複數個孔且該陶瓷主體之一上表面包含複數個檯面，且其中該保護層浮印該等複數個檯面且不插入該等複數個孔。
  5. 如請求項2所述之基板組件，其中在該靜電圓片之該下表面之上的一曲率小於50微米。
  6. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該保護層為一電漿塗佈沉積層，該電漿塗佈沉積層具有100微米至300微米之一厚度、2%至5%之一孔隙度及多達1200V/密耳之一擊穿電壓。
  7. 如請求項6所述之基板支撐組件，其中該保護層包含經形成於該保護塗層之一表面上的複數個檯面，且其中該基板支撐組件包含穿透該保護層及該陶瓷主體的複數個孔。
  8. 如請求項6所述之基板支撐組件，其中該陶瓷主體之該上表面經粗糙化。
  9. 如請求項1所述之基板支撐組件，其中該保護層包含一塊燒結陶瓷製品，該塊燒結陶瓷製品係經由一界面層擴散接合至該陶瓷主體之該上表面。
  10. 如請求項9所述之基板支撐組件，其中該陶瓷主體包含Al2O3且該界面層包含Y3Al5O12(YAG)。
  11. 如請求項9所述之基板支撐組件，其中該保護層包含經形成於該保護塗層之一表面上的複數個檯面，且其中該基板支撐組件包含穿透該保護層及該陶瓷主體的複數個孔。
  12. 一種方法，包含以下步驟：提供一陶瓷主體；將一導熱基座接合至該陶瓷主體之一下表面；形成複數個檯面於該陶瓷主體之一上表面；形成複數個孔於該陶瓷主體中；及執行離子輔助沉積(IAD)以沉積一保護層於該陶瓷主體之該上表面，該保護層包含釔鋁石榴石(YAG)或Y4Al2O9及一固體溶液Y2O3-ZrO2之一陶瓷化合物中的至少一者。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該保護層具有低於1%之一孔隙度、小於20微米之一厚度及大於1000V/密耳之一擊穿電壓。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該陶瓷主體之該上表面在執行該IAD製程之前未經粗糙化，且在該靜電圓片之該下表面之上的一曲率在執行該IAD製程之後小於50微米。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該保護層浮印該等複數個檯面且不插入該等複數個孔。
  16. 一種方法，包含以下步驟：提供一陶瓷主體；將一導熱基座接合至該陶瓷主體之一下表面；使該陶瓷主體之一上表面粗糙化； 電漿噴塗一保護層於該陶瓷主體之該粗糙化上表面上，該保護層包含釔鋁石榴石(YAG)或Y4Al2O9及一固體溶液Y2O3-ZrO2之一陶瓷化合物中之至少一者；形成複數個檯面於該保護層之一上表面上；及形成複數個孔於該陶瓷主體及該保護層中。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該保護層具有100微米至300微米之一厚度、2%至5%之一孔隙度及多達1200V/密耳之一擊穿電壓。
  18. 一種方法，包含以下步驟：提供一陶瓷主體；將一塊燒結陶瓷製品塗覆至該陶瓷主體之一上表面，該塊燒結陶瓷製品包含釔鋁石榴石(YAG)或Y4Al2O9及一固體溶液Y2O3-ZrO2之一陶瓷化合物中的至少一者，其中該塊燒結陶瓷製品充當該陶瓷主體之一保護層；及加熱該陶瓷主體及該塊燒結陶瓷製品以在該陶瓷主體之該上表面與該塊燒結陶瓷主體之間形成一界面層，其中該界面層包含來自該塊燒結陶瓷主體之第一元件，該等第一元件已與來自該陶瓷主體之第二元件反應以將該陶瓷主體擴散接合至該塊燒結陶瓷主體；及將一導熱基座接合至該陶瓷主體之一下表面。
  19. 如請求項18所述之方法，進一步包含以下步驟： 形成複數個檯面於該保護層之一上表面上；及形成複數個孔於該陶瓷主體及該保護層中。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該陶瓷主體包含氧化鋁，且該界面層包含Al2O3且該界面層包含Y3Al5O12(YAG)。
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