TW201513261A - 靜電式夾盤及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種靜電式夾盤，係利用靜電力固定晶圓(wafer)的靜電式夾盤，其特徵在於，包括：底材；吸附所述晶圓的吸附層；將所述吸附層黏合在所述底材上的黏合層；及在所述黏合層的露出面上形成的黏合層防侵蝕塗層。所述黏合層防侵蝕塗層是向所述黏合層的露出面噴射未加熱的陶瓷粉(Ceramic Powder)而形成的。本發明還提供一種靜電式夾盤的製造方法，包括：(a) 將由陶瓷片或絕緣樹脂片構成的吸附層黏合在底材上，形成黏合層的步驟；及(b) 在所述黏合層的露出面上形成黏合層防侵蝕塗層的步驟。

Description

靜電式夾盤及其製造方法
本發明涉及在製造工程中，利用靜電力固定晶圓的靜電式夾盤及其製造方法，尤指具有將固定晶圓的吸附層黏合在底材上的黏合層以及防止黏合層侵蝕的黏合層防侵蝕塗層的靜電式夾盤及其製造方法。
靜電式夾盤（electrostatic chuck）是在半導體製造工程中，吸附並固定晶圓（wafer）的裝置，用於沉積（deposition）、蝕刻（etching）、灰化（ashing）、擴散（diffusion）、洗淨（cleaning）等工程。
在半導體製造工程中，因為發生電漿（plasma），在靜電式夾盤上，直接固定晶圓的吸附層主要是具有防電漿（anti-plasma）的陶瓷片（ceramic sheet）或絕緣樹脂片（insulating resin sheet）。又，靜電式夾盤屬於高價裝置，為了延長其使用壽命，通常會再使用，一般採用換新形成吸附層的陶瓷片或絕緣樹脂片的方式來再使用。
習知技術之靜電式夾盤，其將前述吸附層黏合在底材上的黏合層，在半導體製造工程中，持續受影響於電漿，在該黏合層上發生侵蝕，其結果導致該黏合層脫落，在工程中生成微粒。又，在形成該吸附層的陶瓷片或絕緣樹脂片的中心部和外周部之間，因有溫度差，造成被吸附的晶圓彎曲變形等缺失。
為了防止前述問題中黏合層的電漿侵蝕，先行技術中公開了美國專利“Method And Apparatus For Reparing An Electrostatic Chuck Device, And The Electrostatic Chuck Device”(US Pat. No.8,252,132)。在該先行技術中，利用線團裝置將線條形（string-like）的黏合劑包在靜電式夾盤的底材和吸附層之間的黏合層上，使黏合層不露在電漿中。
但是，前述先行技術使用與黏合層材質相同的丙烯酸橡膠和熱固性樹脂作為黏合劑，該黏合劑很難具有抗電漿的能力，而且受溫度影響較大，結果會導致黏合劑因電漿侵蝕而脫落，並生成微粒等缺失。
[先前專利文獻] （專利文獻 1）[文獻 1]韓國授權專利第0310111號“用於固定半導體基板的耐蝕性靜電式夾盤”，2001.12.15 （專利文獻 2）[文獻 2]韓國授權專利第1071248號“靜電式夾盤及靜電式夾盤的製造方法”，2011.10.10
本發明正是為了解決上述習知技術的問題而提出的，目的在於提供一種用於半導體製造工程中的靜電式夾盤和靜電式夾盤的製造方法，該靜電式夾盤可保護黏合底材和吸附層的黏合層不受電漿影響，防止黏合層被侵蝕及產生微粒，可提高使用壽命。
為了實現本發明的目的，本發明提出一種靜電式夾盤，係利用靜電力固定晶圓的靜電式夾盤，包括：底材；吸附所述晶圓的吸附層；將所述吸附層黏合在所述底材上的黏合層；及在所述黏合層的露出面上形成的黏合層防侵蝕塗層。
所述黏合層防侵蝕塗層是採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述黏合層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，無氣泡無裂縫而形成的。
本發明的另一特徵是，本發明還包括吸附層防侵蝕塗層，所述吸附層防侵蝕塗層是採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述吸附層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，無氣泡無裂縫而形成的。
本發明的另一特徵是，所述吸附層是由陶瓷片（ceramic sheet）或絕緣樹脂片（insulating resin sheet）形成的。
本發明的另一特徵是，所述底材是由金屬、聚合物或陶瓷形成的。
本發明的另一特徵是，所述黏合層由含有熱塑性樹脂或熱固性樹脂的黏合劑形成的。
本發明的另一特徵是，所述黏合層防侵蝕塗層是由選自Y2 O3 (氧化釔)、YF3 (氟化釔)、Al2 O3 (氧化鋁)、AlN(氮化鋁)、SiC(碳化矽)、TiO2 (二氧化鈦)、YAG(釔鋁石榴石，Yttrium Aluminium Garnet，以下簡稱YAG)、AYG(鋁釔石榴石，Aluminium Yttrium Garnet，以下簡稱AYG)中任意一種以上而形成的陶瓷塗層。
本發明還提供一種靜電式夾盤的製造方法，其包括：(a) 將由陶瓷片或絕緣樹脂片構成的吸附層黏合在底材上，形成黏合層的步驟；及(b) 採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述黏合層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，形成無氣泡無裂縫的黏合層防侵蝕塗層的步驟。
此時，在所述(b)步驟中，還包括：採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述吸附層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，形成無氣泡無裂縫的吸附層防侵蝕塗層的工程。
本發明的有益效果如下： 1. 黏合層可將在靜電式夾盤上用於吸附固定晶圓的吸附層黏合在底材上，可以防止黏合層被電漿侵蝕，防止微粒發生。 2. 可以防止前述吸附層的中心和外周部分因溫差而導致的晶圓彎曲變形等缺失。 3. 可提高靜電式夾盤的使用壽命。
以下，結合本發明的圖式，對本發明之靜電式夾盤及靜電式夾盤的製造方法進行詳細說明。
如圖1所示係本發明的靜電式夾盤10的一較佳實施例，其包括：底材11、吸附晶圓的吸附層12、將吸附層12黏合在底材11上的黏合層13，以及在黏合層13的露出面上形成的黏合層防侵蝕塗層14。
前述底材11由金屬如鋁、聚合物如聚醯亞胺或陶瓷如Al2 O3 等構成。當底材為金屬時，為了不發生電弧，可進行陽極電鍍處理，並可與陽極電鍍處理一起進行電漿噴塗。
前述吸附層12如圖2所示，是吸附固定晶圓的部分，可由Y2 O3 、YF3 、Al2 O3 、AlN、SiC、TiO2 、YAG、AYG等具有帶電體作用的陶瓷或其混合兩種以上的複合陶瓷構成的陶瓷片或絕緣樹脂片來構成，可包括施加用於吸附晶圓16的電壓的電極；還可以包括用於冷氣（cooling gas）流動的複數個孔（hole）及使與晶圓16的接觸面積最小化的突出的凸印（embossing）。
前述乃黏合層13是將吸附層12吸附到底材11上的部分。黏合層13由含有熱塑性樹脂或熱固性樹脂的黏合劑形成，也可以在黏合後進行另外熱處理而取得。
前述黏合層防侵蝕塗層14在黏合層13的露出面上形成，產生保護黏合層13的露出面不受電漿侵蝕的作用，這樣就要求黏合層防侵蝕塗層14可蓋住由樹脂形成的黏合層13不發生氣泡和裂縫，此外還要具有電漿阻性。
在半導體製造工程中，當黏合層13被侵蝕時，晶圓16的中央部和外周部會發生溫差，從而導致晶圓彎曲變形等缺失。又，受侵蝕的黏合層13的黏合物質會生成微粒等不純物。這樣一來就要求要有防止前述黏合層13受侵蝕的手段，具體的防侵蝕手段要考慮到工程中電漿影響程度、溫度、黏合層的樹脂材料、黏合層的收縮/膨脹/裂痕、黏合層的表面狀態、黏合層的硬度等因素。但是在前述的習知靜電式夾盤中，並沒有提出可以根本上解決上述缺失的方案，一般主要是使用去除黏合層，換上新的黏合層的方法。習知的方法不僅會導致費用上升，還無法解決脫離的黏合物質生成微粒的缺失。
有鑑於此，前述黏合層防侵蝕塗層14要無氣泡無裂縫地蓋住由樹脂形成的黏合層13，還要有電漿阻性。但是對於一般使用黏合樹脂和陶瓷混合樹脂塗層的方法來說，工程中的高溫和電漿的影響，無法實現防侵蝕性能。對於融化陶瓷粉在底材上進行噴灑塗層的電漿噴塗來說，因其也需要在數百攝氏度的高溫下進行塗層，會導致黏合層13融化，無法使用。
又，在靜電式夾盤中，在作為黏合層13的構成材料的樹脂上，進行陶瓷粉噴塗時，樹脂的表面要比金屬或陶瓷基材更柔和，很難形成塗層。可見，有必要對陶瓷粉的大小、比重、噴塗速度等條件進行適當的調節，選擇適當種類的黏合層13樹脂，並結合前述諸多要因，選擇適合的噴塗方法及材料。又，較佳為黏合層防侵蝕塗層14的厚度為1～10㎛。
考慮到前述問題，在本發明中，前述黏合層防侵蝕塗層14採用在黏合層13的露出面上噴塗未加熱的陶瓷粉方式來形成。接下來，詳細說明一下用於形成前述黏合層防侵蝕塗層14的噴塗方法。
前述黏合層防侵蝕塗層14如圖3所示，藉由固型粉塗層裝置，以如下所述之（a）至（d）工程，採用固型粉連續噴塗之方法而形成。 (a) 吸入並儲存空氣的工程； (b) 對所吸入的空氣進行過濾及乾燥處理，移送一定量的工程； (c) 在經過前述(b)工程的空氣中供入定量的陶瓷粉，在控制一定密度、速度、流量的狀態下連續移送陶瓷粉的工程；及 (d) 將經過前述(c)工程的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態的噴塗腔內部的基材上的工程。
具體來說，前述陶瓷粉選自Y2 O3 、YF3 、Al2 O3 、AlN、SiC、TiO2 、YAG、AYG中的一種以上而形成。又，前述工程中圖3所示的固型粉塗層裝置包括：一供氣部100，包括抽取藉由空氣吸入口111所吸入空氣的空氣泵110及儲存冷卻所抽取空氣的空氣儲存槽120；一空氣處理部200，可對來自前述供氣部100的空氣進行過濾及乾燥處理後排出；一固型粉供給部300，向空氣處理部200排出的空氣供入一定量的陶瓷粉；一噴塗腔400，其內部具有基材；一輸送管500，是連接空氣處理部200和噴塗腔400的管，將從空氣處理部200排出的空氣中混入固型粉的混合空氣移送到噴塗腔400；一狹縫噴嘴600，在前述輸送管500的末端，將混合空氣噴到噴塗腔400內部的基材上；一真空泵700，藉由真空連接管710與噴塗腔400連接，維持噴塗腔400的真空狀態。除了前述的基本構成以外，還包括：藉由排氣管810將噴塗腔400內部的殘留固型粉強制排出的排氣泵800及移動基材的移送裝置900。
本發明的靜電式夾盤10的黏合層防侵蝕塗層14的形成方法和裝置，可參考韓國專利權第10-0916944號之「固型粉連續沉積裝置及固型粉連續沉積方法」（PCT/KR2009/04041）。
另，本發明的靜電式夾盤10，如圖4所示，還包括在前述吸附層12上形成的吸附層防侵蝕塗層15。吸附層防侵蝕塗層15的噴塗材料及方法與前述黏合層防侵蝕塗層14的說明一致。作為噴塗材料，可使用選自Y2 O3 、YF3 、Al2 O3 、AlN、SiC、TiO2 、YAG、AYG中一種以上形成的陶瓷粉，可採用在吸附層12上噴塗未加熱的陶瓷粉的方法來形成塗層。
本發明的靜電式夾盤10的具體實施方式如圖5及圖6所示。
圖 5 為圖示本發明的靜電式夾盤中由在陽極電鍍（anodizing）的鋁基材上電漿噴塗（atmospheric plasma spray）的底座、陶瓷片形成的吸附層、環氧樹脂形成的黏合層及黏合層防侵蝕塗層構成的靜電式夾盤的照片（a）及黏合層防侵蝕塗層周邊的光學顯微鏡照片（b、c、d）。
在圖5的(b)及(c)中可見，由陶瓷片形成的吸附層的側面一部和由環氧樹脂形成的黏合層被Y2 O3 陶瓷層覆蓋；在圖5的(d)中可見，由環氧樹脂形成的黏合層與電漿塗層的一部分被Y2 O3 陶瓷層覆蓋。
圖 6 是圖示本發明的靜電式夾盤中由陽極電鍍（anodizing）的鋁基材底座、Al2 O3 陶瓷片形成的吸附層、環氧樹脂形成的黏合層及黏合層防侵蝕塗層構成的靜電式夾盤的照片（a）；黏合層防侵蝕塗層形成前的黏合層周邊的光學顯微鏡照片(b)；及黏合層防侵蝕塗層形成後的黏合層周邊的光學顯微鏡照片(c)。在圖6的(c)中可見，由Al2 O3 陶瓷片形成的吸附層的側面和由環氧樹脂形成的黏合層被Y2 O3 陶瓷層覆蓋。
另外，本發明的靜電式夾盤製造方法之較佳實施例係包括：(a) 將由陶瓷片或絕緣樹脂片構成的吸附層12黏合在底材11上，形成黏合層13的步驟；及(b) 在黏合層13的露出面上形成黏合層防侵蝕塗層14的步驟。
在前述(b)步驟中，在黏合層13的露出面上噴塗未加熱的陶瓷粉，形成黏合層防侵蝕塗層14。
在前述(b)步驟中，還包括在吸附層12上形成吸附層防侵蝕塗層15的工程。進一步，吸附層防侵蝕塗層15是在吸附層12上噴塗未加熱的陶瓷粉而形成的。
以上所述僅為本發明之較佳實施方式，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
10‧‧‧靜電式夾盤
11‧‧‧底材
12‧‧‧吸附層
13‧‧‧黏合層
14‧‧‧黏合層防侵蝕塗層
15‧‧‧吸附層防侵蝕塗層
16‧‧‧晶圓
100‧‧‧供氣部
110‧‧‧空氣泵
111‧‧‧空氣吸入口
120‧‧‧空氣儲存槽
200‧‧‧空氣處理部
300‧‧‧固型粉供給部
400‧‧‧噴塗腔
500‧‧‧輸送管
600‧‧‧狹縫噴嘴
700‧‧‧真空泵
710‧‧‧真空連接管
800‧‧‧排氣泵
810‧‧‧排氣管
900‧‧‧移送裝置
[圖1] 為本發明的靜電式夾盤的剖視圖； [圖2] 為圖示圖1 的靜電式夾盤的吸附層上吸附有晶圓的狀態下的剖視圖； [圖3] 為圖示用於形成本發明的靜電式夾盤的黏合層防侵蝕塗層的固型粉塗層裝置的概要圖； [圖4] 為在本發明的靜電式夾盤中附加形成吸附層防侵蝕塗層的實施方式之剖視圖； [圖5] 為圖示本發明的靜電式夾盤中由在陽極電鍍（anodizing）的鋁基材上電漿噴塗（atmospheric plasma spray）的底座、陶瓷片形成的吸附層、環氧樹脂形成的黏合層及黏合層防侵蝕塗層構成的靜電式夾盤的照片(a)及黏合層防侵蝕塗層周邊的光學顯微鏡照片(b、c、d)； [圖6] 是圖示本發明的靜電式夾盤中由陽極電鍍（anodizing）的鋁基材底座、Al2 O3 陶瓷片形成的吸附層、環氧樹脂形成的黏合層及黏合層防侵蝕塗層構成的靜電式夾盤的照片(a)，黏合層防侵蝕塗層形成前的黏合層周邊的光學顯微鏡照片(b)，及黏合層防侵蝕塗層形成後的黏合層周邊的光學顯微鏡照片(c)。
10‧‧‧靜電式夾盤
11‧‧‧底材
12‧‧‧吸附層
13‧‧‧黏合層
14‧‧‧黏合層防侵蝕塗層

Claims (9)

  1. 一種靜電式夾盤，係利用靜電力固定晶圓的靜電式夾盤，包括：底材；吸附所述晶圓的吸附層；將所述吸附層黏合在所述底材上的黏合層；及在所述黏合層的露出面上形成的黏合層防侵蝕塗層；所述黏合層防侵蝕塗層是採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述黏合層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，無氣泡無裂縫而形成者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜電式夾盤，其中還包括吸附層防侵蝕塗層，所述吸附層防侵蝕塗層是採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述吸附層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，無氣泡無裂縫而形成者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電式夾盤，其中所述吸附層是由陶瓷片（ceramic sheet）或絕緣樹脂片（insulating resin sheet）形成者。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電式夾盤， 其中所述底材是由金屬、聚合物或陶瓷中任意一種之材料形成者。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電式夾盤，其中所述黏合層由含有熱塑性樹脂或熱固性樹脂的黏合劑所形成者。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電式夾盤，其中所述黏合層防侵蝕塗層是由選自Y2 O3 、YF3 、Al2 O3 、AlN、SiC、TiO2 、YAG、AYG中任意一種以上之材料形成者。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之靜電式夾盤，其中所述吸附層防侵蝕塗層是由選自Y2 O3 、YF3 、Al2 O3 、AlN、SiC、TiO2 、YAG、AYG中任意一種以上之材料形成者。
  8. 一種靜電式夾盤的製造方法，其包括： (a) 將由陶瓷片或絕緣樹脂片構成的吸附層黏合在底材上，形成黏合層的步驟；及 (b) 採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述黏合層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，形成無氣泡無裂縫的黏合層防侵蝕塗層的步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之靜電式夾盤的製造方法，其中在所述(b)步驟中，還包括：採用將定量供入移送空氣並在控制一定的密度、速度、流量的狀態下被移送的陶瓷粉，藉由狹縫噴嘴，噴向真空狀態下的噴塗腔內部的方式，在所述吸附層的露出面上，噴上未加熱的陶瓷粉，形成無氣泡無裂縫的吸附層防侵蝕塗層的工程。
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