TWI825541B - 以積層製造製備之靜電卡盤及其相關之方法及結構 - Google Patents

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Abstract

描述用於在加工一工件之一步驟期間支撐該工件之靜電卡盤及藉由一積層製造技術製備之靜電卡盤底座組件。

Description

以積層製造製備之靜電卡盤及其相關之方法及結構
本發明屬於用於在加工一工件之一步驟期間支撐該工件之一靜電卡盤之一底座組件領域，其中該底座組件(「底座」)藉由一積層製造步驟製備。
靜電卡盤(亦簡稱為「卡盤」)用於半導體及微電子裝置加工。一卡盤將一工件(諸如一半導體晶圓或微電子裝置基板)固持於適當位置中以在工件之一表面上執行一加工。特定言之，靜電卡盤藉由在工件與卡盤之間產生一靜電吸力來將工件支撐及牢固於卡盤之一上表面處。將一電壓施加至含於卡盤內之電極以在工件及卡盤中誘發相反極性之電荷。
卡盤包含允許卡盤執行或提高效能之各種結構、裝置及設計。典型靜電卡盤總成係多組件結構，其包含：一平坦上表面，其支撐一工件；電組件(諸如電極、一導電塗層及接地連接)，其用於控制卡盤及一所支撐工件之靜電荷；溫度控制系統(例如冷卻系統)，其用於控制卡盤及一所支撐工件之溫度；各種其他組件，其可包含量測探針及用於支撐或改變一工件相對於卡盤之一位置之可移動銷；及溫度控制媒體連接及電連接，其自卡盤延伸至一工具介面。
一靜電卡盤之一典型特徵係含有一溫度控制系統(例如冷卻系統)之一底座。溫度控制系統包含形成於卡盤內部之通道或通路之一圖案，其允許一流體(例如氣體、水或另一液體)流動通過卡盤之內部以自卡盤移除熱且控制一所支撐工件在一加工步驟期間或之後之一溫度。例如，工件可在一半導體加工步驟期間由卡盤支撐時經歷一升高溫度。透過卡盤之冷卻系統之一冷卻流體可用於自工件移除熱且控制工件之溫度。
一靜電卡盤總成之一底座必須由一高強度固體材料製成，其可經加工以形成具有高精特徵(諸如尺寸、平坦度、表面粗糙度、複雜溫度控制通道及孔隙)之一結構。當前用於製造靜電卡盤之底座之材料包含可藉由機械加工技術來形成為一精密底座結構之鋁及其他金屬或陶瓷。除氧化鋁之外，此等材料可展現高硬度性質，其使使用高精機械加工技術來製造變得困難且昂貴。
藉由現有方法，為了形成含有內部(封閉)冷卻通道之一底座，藉由在單獨部分(例如半部)中機械加工來形成兩個相對件，且兩個單獨形成件通常藉由一真空釺焊步驟或一電子束焊接步驟來結合在一起。
真空釺焊係用於航空工業中之一專門工藝且可能既昂貴又不易獲得。真空釺焊涉及藉由使用一熔爐熔化放置於兩個表面之間的一「填充材料」且允許熔化填充材料接著固化且形成一結合或真空釺焊接頭來形成兩個相對表面之間的一結合。填充材料可為以低於結合兩個件之一熔化溫度之一溫度熔化之一材料。由「填充」材料形成之接頭通常可在真空釺焊結構中偵測到。總而言之，各自藉由複雜機械加工步驟形成兩個單獨件與接著一真空釺焊步驟之組合導致高材料及加工成本以及潛在漫長製造前置時間。
替代程序使用成形管作為冷卻通道之占位器，接著在管上方澆鑄一材料以形成底座。
製造靜電卡盤底座之障礙需要進一步改良靜電卡盤之材料及製造程序。
在一個態樣中，本發明係關於一種卡盤(例如靜電卡盤)底座，其包括一無機複合材料，該底座包括：一上底座表面，其由該無機複合材料製成；一下底座表面，其由該無機複合材料製成；一內部部分，其在該上底座表面與該下底座表面之間、由該無機複合材料製成；及通道(例如冷卻通道)，其在該內部部分內、由該無機複合材料封閉；該上底座表面、該下底座表面及該內部部分包含自該上底座表面延伸至該下底座表面之該無機複合材料之一連續層。
在另一態樣中，本發明係關於一種藉由積層製造形成一卡盤(例如靜電卡盤)底座之方法。該方法包括：藉由積層製造形成包含一連續底面之一下部分；藉由積層製造在該下部分上方形成包含通道(例如冷卻通道)之一中間部分；及藉由積層製造在該中間部分上方形成包含一連續上表面之一上部分。
以下描述係關於用於藉由積層製造方法來製備固體、實質上無孔、三維結構(諸如用作一靜電卡盤總成之一組件之一底座結構)之方法。此等包含通常稱為「3D列印」技術之方法。
卡盤(例如靜電卡盤)包含支撐一卡盤總成之各種功能(包含散熱、背面氣流、電連接等)之一底座組件。對於高級應用，一底座亦可較佳地經製備以展現在總成之另一組件(一陶瓷層)之一熱膨脹係數之一範圍內之一熱膨脹係數以提高卡盤總成之熱效能及平坦度。製備一靜電卡盤之一底座組件之傳統方法涉及機械加工技術，其取決於一底座之材料類型而不易滿足底座之一些或所有物理要求。對於陶瓷材料，機械加工極具挑戰性且形成埋藏(內部)通道(例如冷卻通道)非常困難。
積層製造方法通常涉及一系列個別層形成步驟，其依序形成源自一原料層之固化原料組成之多個層。使用一系列積層製造步驟，各步驟形成一結構之一單一層，固化原料之多個層依序形成為本文中稱為一多層複合材料(或「複合材料」)之一結構。
如本文中使用，術語「複合材料」(或「多層複合材料」)係指藉由積層製造形成之一結構，藉由依序形成固化原料之一系列多個個別且個別形成之層。複合材料可採用一靜電卡盤之一底座(「底座」)之形式，或可為一底座之一或多個部分，例如一底座之一下部分及一內部部分。包含一頂部部分(具有一頂面)、一底部部分(具有一底面)及一內部部分(例如，含有冷卻通道)之各者之一複合材料(即，一底座結構)在本文中可稱為一「連續」底座或一底座之一「連續層」，其中所有三個部分專門藉由一積層製造方法之層形成步驟來形成及固持在一起(例如，不使用一真空釺焊步驟或任何其他類型之結合步驟將兩個單獨生產件結合在一起)。
在此背景下，術語「連續」意謂底座或層結構由多個依序形成層形成為一單件複合結構。複合結構之形成可為一連續或不間斷程序。術語「連續」不係指藉由單獨形成兩個個別件且接著將兩個單獨形成件結合在一起(例如藉由一真空釺焊技術或一不同類型之結合技術)來製備之一結構。一連續底座結構係無縫的及/或包含在整個底座結構中組成均勻之材料。連續底座不包含由一結合步驟導致之一接縫或一邊界，尤其係由具有不同於底座之材料之一組成之一結合或填充材料製成之一接縫或邊界。一連續底座結構不包含藉由使用或不使用一結合或填充材料將一個以上單獨部件結合來形成之底座結構，即使單獨部件可包含相同材料。
一積層製造技術之一個具體實例係通常稱為「選擇性雷射熔化」之技術。選擇性雷射熔化(SLM)(亦稱為直接金屬雷射熔化(DMLM)或雷射粉末床熔融(LPBF))係使用一高功率密度雷射來熔化一原料之固體顆粒之一三維列印方法，其允許顆粒之熔化(液體)材料流動以形成熔化材料之一連續層，且接著允許連續層冷卻及固化以形成固化原料。根據特定特別實例方法，原料之顆粒可經完全熔化以形成一液體(即，液化)，且允許液體材料流動以形成一實質上連續、實質上無孔(例如，大於80%、85%或90%孔隙度)膜，其接著冷卻且硬化為一多層複合材料之一固化原料層。
選擇性雷射熔化方法包含類似於稱為選擇性雷射燒結(「SLS」)之另一積層製造技術之特徵。選擇性雷射燒結使用雷射能來致使一原料之顆粒變成燒結，即，在不熔化顆粒之情況下熔融。此導致由經加熱顆粒之材料形成之一結構，顆粒之間具有空間，意謂結構係多孔的。相比之下，選擇性雷射熔化可用於致使顆粒變成完全熔化以形成一固體實質上無孔)三維結構。
本描述係關於使用(例如)選擇性雷射熔化之一積層製造技術來形成一靜電卡盤之一底座。積層製造技術可為用於形成此等底座結構之具成本效益技術，尤其與包含複雜且困難機械加工技術及單獨形成一底座之多個(例如兩個)個別件且接著將多個件結合在一起以形成一完整底座結構(諸如藉由一真空釺焊步驟)之步驟之先前方法相比。
積層製造技術可用於形成由包含金屬材料(包含合金)及金屬基複合材料之各種材料製成之底座結構。使用包含選擇性雷射熔化技術之積層製造技術，可用於形成一底座之可行金屬、合金及金屬基複合材料之範圍可有利地包含藉由先前技術(諸如機械加工技術)不易形成為一有用底座結構之材料。可用於積層製造技術之材料範圍包含可藉由雷射能熔化之金屬及金屬合金，諸如鋁合金、鈦合金及各種金屬基複合材料，其中一些不易藉由機械加工來加工。實例材料可展現高硬度，使得材料可能難以藉由機械加工技術來加工以形成一靜電卡盤底座之精密結構，包含精密尺寸及複雜通道(例如冷卻通道)。使用積層製造技術，此等材料可經加工以形成包含複雜封閉(「埋藏」、「嵌入」或界定)通道之一底座結構，即使由難以藉由使用標準機械加工技術來類似地形成之材料形成。
用於製備底座之材料可為用於製備一靜電卡盤總成之一底座之任何材料，例如包含各種金屬(包含合金)及金屬基複合材料之無機材料。術語「金屬」在本文中依與金屬、化學及積層製造技術內之術語「金屬」之含義一致之一方式使用，且係指任何金屬或類金屬化學元素或此等元素之兩者或更多者之一合金。
術語「金屬基複合材料」(「MMC」)係指經製造以包含至少兩個組成部分或兩個相(一個相係一金屬或金屬合金且另一相係一不同金屬或另一非金屬材料，諸如一纖維、顆粒或晶須)之一複合材料，其分散於一整個金屬基體中。非金屬材料可為碳基、無機、陶瓷等等。一些實例金屬基複合材料由以下之組合製成：一鋁合金與氧化鋁顆粒；一鋁合金與碳；一鋁合金與矽；一鋁合金與碳化矽(SiC)；一鈦合金與TiB 2；一鈦合金與矽；一鈦合金與碳化矽(SiC)。
可根據本描述之方法使用之金屬及金屬合金包含過去已用於製備靜電卡盤總成之底座結構之金屬及金屬合金，且另外包含未被使用之其他材料。有用或較佳材料包含金屬，諸如鐵合金(例如不銹鋼及其他類型之鋼)、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金及各種金屬基複合材料。
根據本方法，一底座可由比可由先前方法(例如機械加工方法)製備一底座時使用之材料更多種之材料製備。由於可使用更多種材料，可選擇一底座之一材料來提供在一靜電卡盤總成之一底座中特別有用或期望且鑑於用於總成之其他組件(諸如一相鄰陶瓷層)之材料之物理性質。
熱膨脹係數(「CTE」)係金屬、金屬基複合材料及陶瓷材料之一已知物理性質。本描述之底座中之一層之一材料通常可具有與先前已用於形成靜電卡盤之底座總成之組件之各種金屬及陶瓷材料之熱膨脹係數相當之一熱膨脹係數。可用作所描述之一底座總成之一底座或一陶瓷層之一些實例材料及其近似CTE值如下：氧化鋁(8.1×10 -6m/(m K))、鋁(21至24×10 -6m/(m K))、鋁合金(AlSi 7Mg)(21至22×10 -6m/(m K))、氮化鋁(5.3×10 -6m/(m K))、不銹鋼440C (10.2×10 -6m/(m K))、不銹鋼17-4PH (10.8×10 -6m/(m K))、鋼M2 (工具)(11×10 -6m/(m K))、鈦(8.6×10 -6m/(m K))、鈦合金Ti-6Al-4v (TC4)(8.7至9.1×10 -6m/(m K))。
在例示性術語中，用於製備所描述之一底座之一金屬或金屬基複合材料之一有用或較佳熱膨脹係數可在自4×10 -6m/(m K)至30×10 -6m/(m K)之一範圍內，例如自5×10 -6m/(m K)至25×10 -6m/(m K)。
在特定較佳底座結構及靜電卡盤總成中，一底座之一材料可較佳為具有匹配或類似於總成之一相鄰層之一熱膨脹係數之一熱膨脹係數之材料。通常，作為一靜電卡盤總成之部分，一底座層位於總成之一陶瓷層附近、相鄰處或否則足夠接近處，使得底座層及陶瓷層經歷類似溫度條件，且一者之熱膨脹受另一者影響(例如約束)。若如此，則總成之一底座層與一陶瓷層之一有用組合可由具有大致相等熱膨脹係數之材料製成。一靜電卡盤總成之一較佳底座可具有與作為相同卡盤總成之部分之一陶瓷層之一熱膨脹係數相當之一熱膨脹係數。底座之一熱膨脹係數可在陶瓷層之熱膨脹係數(m/(m-開爾文度))之25%、20%、15%、10%或5%內。
所描述之一積層製造技術之一逐層方法可允許形成複雜、精密及複合形狀，其係包含於一靜電卡盤底座中之高效結構。相對於機械加工技術，所描述之積層製造技術可更高效地產生圖案(例如通道)，其高度複雜，覆蓋底座之一大部分表面積，佔據底座結構之一總體積中之底座結構之一大體積，具有各種橫截面形狀或專門設計(定制)圖案。此等圖案可為針對各種功能設計之形狀之空隙、開口、凹痕、空腔、通道、切口。此等功能包含加熱、冷卻、減輕重量、增強機械性質、提供支撐表面之穩定性及其他可行功能。在一個實例中，圖案係用於冷卻之通道，其中允許冷卻劑流動通過通道以自卡盤及支撐於其上方之工件移除熱。
藉由積層製造技術形成之通道可具有一不同或各種形狀(橫截面)、圖案(相對於一底座總成之一表面)及大小(例如一通道之寬度或直徑)、配置(通道之相對位置)，且可具有允許流體順利高效流動通過通道之表面特徵。例如，儘管機械加工步驟通常產生正方形通道(橫截面)，但積層製造技術可用於產生圓形通道(橫截面)，其可允許比湍流通過具有一正方形橫截面之通道改良之(層流)流動通過通道。作為另一實例，一通道可經形成以展現一不對稱橫截面，其可允許設計具有通過底座之一表面之提高傳熱效率之通道。在另一實例中，積層製造技術可形成在其間互連之兩個或更多個通道。兩個或更多個通道包含各種橫截面形狀。在另一實例中，兩個或更多個通道可具有彼此不同之橫截面形狀。
如所描述般形成之通道之又一任選特徵可為相對於底座及底座總成之一(通常呈圓形)表面積之一通道圖案，其經設計用於提高相對於一特定工件之傳熱效率及可由一底座總成支撐之一特定工件之不均勻特徵。此特徵有時稱為「保形冷卻」，且允許以一特定設計在底座中設計及形成底座內之通道圖案以匹配將在使用期間由一靜電卡盤總成支撐之一工件(例如半導體或微電子裝置或晶圓)之特定散熱要求。另外，與形成兩個單獨底座件且使用一真空釺焊步驟將兩個件結合之先前方法相比，積層製造技術允許用於形成一底座之更不複雜製造方法，包含具有更少總步驟之製造方法。藉由積層製造，可使用一單一製造程序(一單一積層製造「步驟」)來製備一靜電卡盤之一完整(或實質上完整)功能底座層，其以一減少單位時間量提供高製造效率(高生產量)。完整具有實質上所有所需結構(包含一底部部分、內部部分及頂部部分)之一底座層可藉由一單一系列之積層製造步驟來製備。例如，用於形成一底座結構之所謂之一「一步式」積層製造程序可形成一底座之許多、大部分或所有所需結構(包含一底部部分、內部部分及頂部部分)作為一單一連續層，作為所描述之一多層複合材料。一一步式積層製造程序避免需要藉由單獨步驟單獨形成多個單獨件，接著進行將多個單獨形成件結合在一起以形成一功能底座結構之一額外步驟。
此外，積層製造技術可用於形成具有高精密尺寸之一底座。例如，底座之尺寸精度在+/-0.13 mm內；底座之定位(或位置)精度在+/-0.13 mm內；垂直度在+/-0.01 mm內；平坦度在+/-0.04 mm內；平行度小於0.05 mm；角精度在+/-0.5°內；及/或封閉特徵(例如通道)之洩漏率小於10 -10mbar L/s。
根據實例方法，一底座可經製備以展現一高平坦度水平(例如一「超平坦」表面)，且底座之高平坦度水平可提高一靜電卡盤總成之一平坦度水平，其中平坦度在總成之一金屬基複合材料層之一上表面處量測。平坦度係一靜電卡盤或一卡盤之一底座組件之一典型性質，且可藉由已知技術量測，諸如藉由使用一座標量測機。一般而言，一平坦度經量測及報告為一量測表面之一波峰(最高量測點)與一波谷(最低量測點)之間的一高度差(在一z方向上)，且以距離單位(例如微米)給出。僅藉由一機械加工步驟製備之具有一300毫米直徑之一底座可經形成以展現低至30微米之一平坦度。對於本文中描述之一類似底座(300毫米直徑)之一表面，可相對於專門藉由機械加工、藉由一積層製造步驟形成底座及接著進一步藉由一機械加工步驟來加工一底座表面來形成之一底座提高一底座之一平坦度。積層製造之後之一底座表面之一平坦度可低於45或50微米，例如，可低至40微米。表面可藉由一機械加工步驟(諸如研磨或拋光)進一步加工以提供一更低平坦度，例如小於30微米之一平坦度，例如小於20微米或低至約15微米。
對於靜電卡盤總成之特定高級應用(例如低溫、低角度植入)，有用卡盤總成應展現在總成之上表面處(例如在一陶瓷層之一頂部處)量測之一超高平坦度。對於一300毫米卡盤，卡盤總成之特定應用之較佳平坦度值可低於10微米，在上陶瓷表面處量測。在一寬操作溫度範圍內維持此超高平坦度性質亦很重要。一卡盤總成在一溫度範圍內之平坦度水平可藉由緊密匹配一卡盤總成之不同層(一陶瓷層與一底座層)之熱膨脹系數值來提高，亦改良自總成之散熱(藉由流體流動通過底座來除熱)以提取熱，且亦改良此等層在層之間的一結合處之表面之平坦度。用於形成一卡盤總成之一底座之材料(諸如鈦、鈦合金及金屬基複合材料)可導致相對於常用於形成一卡盤底座之先前材料(諸如鋁，其沒有此等材料堅硬)之改良CTE匹配及改良平坦度。
另外，本發明之實例方法可用於製備一底座以展現一相對較低粗糙度。粗糙度係一靜電卡盤之一底座之一典型性質，且可藉由已知分析技術量測，包含由一表面之一粗糙度輪廓(表示為「Ra」)之一算術平均值表示，例如，藉由使用一3D雷射顯微鏡或一針輪廓儀。Ra計算為一表面量測之顯微鏡波峰與波谷之粗糙度平均值。藉由所描述之一積層製造方法、接著進行一機械加工步驟以降低藉由積層製造方法製備之一表面之粗糙度來製備之一底座之實例表面可具有小於1微米之一表面粗糙度(Ra)，例如小於0.5微米或低至約0.1微米。粗糙度(Ra)可藉由各種標準方法之一者來判定，諸如藉由ISO 4287-1:1984或ASTM F 1048。一底座之改良精密形成允許改良、更精密形成包含附接至底座之一陶瓷層之一卡盤總成，包含在陶瓷層頂部處量測之改良平坦度。藉由機械加工方法製備、具有一300毫米直徑之典型底座可與一陶瓷層組合以形成一總成，其展現在上陶瓷表面處量測之低至30微米之一平坦度。在實例實施例中，本描述之一底座層可與一類似陶瓷層組合以形成具有一300毫米直徑之一總成，其展現在上陶瓷表面處量測之低於30微米之一平坦度，諸如小於25微米之一平坦度，例如小於20微米或低至約15或10微米。為了達成一底座總成之一金屬基複合材料層之此低平坦度水平，底座層可藉由積層製造形成，且底座總成之一表面(其將接觸金屬基複合材料層)可經機械加工以改良藉由積層製造步驟產生之表面之平坦度。
在積層製造程序之後可採用額外程序。例如，可執行一去粉末程序以移除在積層製造程序期間作為副產品產生之鬆散粉末。去粉末程序藉由超聲波振動輔助真空系統自卡盤或通道之表面移除鬆散粉末，接著自一通道入口吹入壓縮空氣以帶走鬆散粉末。在另一實例中，額外程序可包含一清潔程序以移除在積層製造程序期間誘發之卡盤上之污染，諸如油或油脂。在另一實例中，熱處理可用於減輕在積層製造程序期間誘發之熱應力。
本描述之方法使用一積層製造技術以藉由依序形成一複合材料之多個層來形成一底座結構(例如一連續底座層或一底座層之一部分)。複合材料由以下形成：多個層，其可各個別具有任何有用厚度；及一或多種材料，其可經熔化以流動及形成用作一底座結構之一實質上無孔材料之一緻密無機(例如金屬或金屬基複合材料)固體。
通常，一底座可被認為具有一平坦及薄外形，通常為圓形結構(自一俯視及一仰視方向觀看)，諸如包含兩個相對平坦及圓形表面及其間之一厚度之一平坦盤。兩個相對表面用作一底座層之一頂部及一底部。一底座之一內部部分存在於兩個相對表面之間。內部部分可包含一封閉通道(例如冷卻通道)系統，其依一纏繞、曲折、扭曲、迂回或蛇形路徑延伸通過內部部分。
通道能夠容納一流體流(例如水或另一液體或氣態流體)，其可用於在底座之操作期間控制底座之一溫度。其他結構亦可形成為底座之表面，諸如在厚度之間及在底座之兩個相對表面之間(自頂部至底部且在整個厚度上)延伸之垂直開口(「孔隙」)或頂面及底面之一或兩者處之通道或凹槽。
一卡盤總成之一功能底座層可被認為包含至少三個不同部分：一下部分，其包含一底面；一上部分，其包含與底面相對之一上表面；及一中間(「內部」)部分，其安置於上部分與下部分之間且可含有一通道(例如冷卻通道)。較佳地，根據所描述之較佳方法，所有三個部分及其所有層可藉由一積層製造方法產生，藉由積層製造方法，一單一(較佳地，不間斷)系列之層形成步驟(任選地且較佳地，其中所有層形成步驟在一單一積層製造設備上執行)用於將一功能底座層之所有層形成為無機材料之連續無縫層，其不包含任何接縫或內部邊界，諸如可藉由一結合步驟(例如真空釺焊)形成之一接縫或邊界。「不間斷」意謂在一系列積層製造步驟中之各層形成步驟依序執行，在層形成步驟中之任何兩者之間不執行任何不同類型之步驟(例如任何類型之非層形成步驟)，且沒有使用一填充材料、釺焊材料、粘合材料或其類似者將底座層之兩個件結合在一起之一結合步驟(不同於一積層製造步驟)。
作為當前描述之方法之一實例，此一方法可包含：藉由積層製造形成包含一底面之一底座之一下部分；藉由積層製造在下部分上方形成包含冷卻通道之底座之一中間部分；及藉由積層製造在中間部分上方形成包含一上表面之底座之一上部分。
一複合材料之各層可根據需要由一期望材料形成且具有一期望厚度以產生呈具有期望性質之一多層複合材料形式之一底座層。藉由例示性積層製造方法，各層由通常呈一粉末形式之一顆粒集合(稱為「原料」)製備。一原料含有由一或多種不同無機材料製成之小顆粒，其可由一高能雷射熔化以液化且流動以形成熔化材料之一連續層，接著冷卻固化以形成一多層複合材料之一層。
可根據本描述使用之顆粒可為可經加工以形成所描述之一有用多層複合材料之任何顆粒。顆粒可以一粉末形式包含於一原料中，其包括可使用來自一高能雷射之能量熔化以形成一多層複合材料之一層之無機顆粒，由該無機顆粒組成，或基本上由該無機顆粒組成。
有用顆粒之實例包含能夠藉由雷射能熔化或液化以形成所描述之一底座結構之一層之無機顆粒。此等顆粒之實例包含由金屬(包含合金)及金屬基複合材料製成之無機顆粒。一些有用實例通常包含金屬及金屬合金(諸如鋁、鈦及其合金)及金屬基複合材料。一有用鋁合金之一個具體實例係AlSiMg。一有用鈦合金之一個具體實例係Ti 6Al 4V。
一原料之有用顆粒可具有任何有效大小(例如平均顆粒大小)或大小範圍，包含一微米級小或相對較小顆粒(例如，具有小於500微米、小於100微米、小於50微米、10微米或小於5微米之一平均大小)。
顆粒可經選擇以達成所描述之加工之效力以能夠含於一原料中，形成為一原料層，且熔化流動以形成可冷卻以形成固化原料作為一多層複合材料之一層之一連續層。顆粒之大小、形狀及化學組成可為有效用於此等目的之任何者。
顆粒可呈可用於本描述之一積層製造程序中之一原料組成之形式。根據實例，用於一積層製造程序中之原料可含有能夠熔化以形成一多層複合材料之一連續、實質上無孔層之顆粒。原料無需含有任何其他材料，但可根據需要任選地含有少量其他材料。實例原料組成可含有在一原料組成之總重量中占至少80、90或95、98或99重量%之無機顆粒。根據需要，其他成分可少量存在，諸如一助流劑、表面活性劑、潤滑劑、流平劑或其類似者之一或多者。
一多層複合材料之各層可經形成以具有任何有用厚度。一多層複合材料之一層之一厚度在複合材料之一層藉由熔化一原料層之顆粒以形成複合材料之一連續、熔化且接著固化之層來形成之後量測。一複合材料之一層之實例厚度可在自30微米至100、200或更多微米之一範圍內，例如自30至50、60、70、80微米直至90、100、150、200、300、400或500微米。在實例複合結構中，複合材料之所有層可具有相同厚度或實質上相同厚度。在其他實例複合結構中，層可不全部具有相同厚度，而係複合材料之不同層可各具有不同厚度。
根據本描述之特定實例方法及底座結構，一底座可藉由積層製造步驟藉由在底座之不同部分處形成具有不同厚度之一複合材料之層來製備。此等方法及結構之實例涉及：形成具有較低厚度之一或多個層(稱為「精細層」)，例如在底座之頂部及底部部分處；及形成具有較大厚度之層(「粗糙層」)，例如在頂部部分與底部部分之間的底座之一內部分(或中間部分)處。替代地，中間部分可包含精細層，而上部分及底部部分包含粗糙層。
作為一多層複合材料之部分(例如呈一底座層之形式)，一或多個精細層相對於粗糙層之位置可為任何有用位置。一複合材料之粗糙層及精細層之各種位置及相對於精細層形成粗糙層之各種順序可有效。然而，根據所描述之底座結構及相關方法之特定實施例，一或多個精細層可較佳地存在於一底座之一或多個表面處，而粗糙層可存在於相同底座之一內部部分處。換言之，精細層及粗糙層可交替形成。精細層可合意地位於一或多個表面處，因為精細層可展現相對於粗糙層之更期望物理性質(參閱下文)。一底座之一內部部分之層(其較高品質不太重要)可由粗糙層製備以提高製造效率(參閱下文)。
將一底座之層形成為具有不同厚度可在加工效率及一底座(或一底座之部分)之物理性質方面產生優勢。形成較大厚度之一或多個「粗糙」層將具有提高一底座之一生產率及效率之一有益效應。較厚粗糙層可具有相對於較薄(精細)層之降低品質(參閱下文)，但形成相對較大厚度之層將提高一底座之一生產率(減少所需時間量)；較厚(粗糙)層之增大厚度將減少必須形成之層之總數及所需層形成步驟之數目以產生具有一特定厚度之一底座。一粗糙層之一厚度可為在藉由一積層製造方法形成之層之一典型範圍內之一厚度，例如在自70、80、90或100微米直至500微米之一範圍內之一厚度。一粗糙層之一較大厚度將減少形成一預定總厚度之一完成多層複合材料所需之一步驟數及一時間量。
當層形成步驟使用相同原料及一相同雷射時，藉由一積層製造技術形成之一層之厚度可影響層之物理性質(品質)。例如，與使用相同原料及一相同雷射形成之一較厚層相比，一較薄層可形成為含有更少內部開放空間或「孔」。一層中存在孔可用一層之表觀密度來量測及表示。一般而言，當使用將相同雷射及相同雷射功率應用於一原料層之一積層製造程序時，在相同時間量內，一較厚(粗糙)層之一表觀密度將低於具有一較低厚度但由相同原料製備之一類似(例如精細)層之一表觀密度。
表觀密度係指一複合材料之一層相對於用於形成呈一100%固體無孔(零孔隙度)形式之層之材料之一實際(或理論)密度之一量測密度。一複合材料之一層通常將為一連續固體材料，因為藉由熔化一原料之顆粒且允許熔化顆粒流動且由液化顆粒之材料形成一連續層(例如「膜」)之一步驟形成。然而，通常，所形成之連續固體材料並非係100%固體，而係含有在層形成程序期間未移除之少量空隙空間或孔。孔可藉由潛在地允許一流體(例如冷卻水)自通道透過底座之多孔材料洩漏至底座之外部(尤其在真空下之一程序中使用底座時)來致使底座之效能降低。
通常，一層或一複合材料中之孔可在放大或不放大之情況下在一複合材料之一表面或一內部部分處光學可見。替代地，此等空隙空間可經偵測為一複合材料之一層或一複合材料之一部分之一降低密度(表觀密度)。未形成有空隙空間之一層(具有0%孔之100%固體無機材料)將具有等於用於製備層之無機材料(無孔)之密度之一密度。包含孔之大量無機材料將具有略低於無機材料之密度之一密度(表觀密度)。
一層之一密度(一表觀密度，當層中包含孔體積時)係層之品質除以層之體積(包含孔體積)除以用於形成具有零孔體積之層之材料之實際(理論)密度值之一量度，且報告為實際密度之一百分比。所描述之一複合材料(或一底座層)之一層或一部分之一表觀密度值通常可相對較高，例如大於用於形成層之一材料之實際密度之80%、90%、92%、96%、98%或99%。
當由無機顆粒形成一複合材料之一層時，來自一高功率雷射之能量用於熔化形成為一原料層之無機顆粒。熔化顆粒流動以形成固化為複合材料之一層之一連續層(例如一「膜」)。理想地(理論上)，雷射能將完全熔化用於製備層之一原料組成之所有顆粒，且液化顆粒材料之流動將形成一無空隙液體層，其固化以形成一無空隙固體。然而，在實踐中，依此方式形成之層通常可包含缺陷、空隙或部分未熔化顆粒，且此等缺陷之數量對於形成為具有一較大厚度之層而言係較大的(對於相同原料，使用一相同雷射，及使雷射暴露於一原料層之一區域之一相同時間)。
形成一複合材料之一粗糙層之一步驟將包含形成具有一較高厚度之一原料層及熔化原料之顆粒。對一粗糙層(具有更多顆粒)使用與可用於熔化一精細層(具有更少顆粒)之顆粒相同之一雷射功率量及將雷射暴露於原料之一區域之相同時間，可用於熔化較厚原料層(具有更多顆粒)之顆粒數目之雷射功率每顆粒較低。一原料層(其係用於一粗糙原料層之更多顆粒)之每顆粒較低接收雷射能可致使一粗糙層具有比一精細層更高之一缺陷水平。
較高缺陷量可與一較低表觀密度相關。當使用相同原料、一相同雷射及使一雷射暴露於一原料層之一區域之相同時間時，一粗糙層之一表觀密度通常將低於一精細層之一表觀密度。在實例方法及底座結構中，一底座之任何層之一表觀密度可較佳為至少98%或99%。更特定言之，一底座之一粗糙層之一表觀密度可較佳為至少99.0%，例如至少99.2%或99.4%。一底座之一精細層之一表觀密度可較佳地大於相同底座之一粗糙層之一表觀密度，且可為至少99.4%，例如至少99.6%。
形成具有減小層厚度之一或多個「精細」層可用於提高一底座結構之物理品質。已發現，藉由積層製造方法製造之一複合材料之較精細層展現有用或較佳物理性質，諸如較高密度及一相對少量缺陷，諸如形成於層中之孔。
另一方面，在一積層製造程序期間形成具有較低厚度之多個精細層將降低一多層複合材料之生產率，即，將增加產生具有一特定厚度之一多層複合材料所需之步驟數及時間量，因為必須形成更多精細(較薄)層，其意謂需要更多積層製造步驟來構建一給定厚度之一多層複合材料。
一精細層之一厚度可為在藉由一積層製造方法形成之層之一典型厚度範圍內之一厚度，尤其在範圍之一低端處，諸如在自30微米至100微米之一範圍內之一厚度，例如自30至50、60、70、80或90微米。
所描述之一靜電卡盤係一多件(或「多元件」)結構，其包含以層組裝在一起以形成一靜電卡盤總成之多個組件。總成包含為一靜電卡盤總成之典型且允許卡盤在加工期間以將一工件固持於卡盤之一上表面(「工件接觸表面」)處之適當位置中之一靜電吸力支撐工件(例如半導體基板、微電子裝置、半導體晶片、其前驅)之各種結構及特徵。與一靜電卡盤一起使用之實例工件包含半導體晶圓、平板顯示器、太陽能電池、光罩、光遮罩及其類似者。工件可具有等於或大於一圓形100毫米直徑晶圓、一200毫米直徑晶圓、一300毫米直徑晶圓或一450毫米直徑晶圓之面積之一面積。
卡盤包含適於在加工期間支撐一工件之一上「工件接觸表面」。上表面通常具有一圓形表面區域，其具有界定工件接觸表面及多層卡盤兩者之一周邊之一圓形邊緣。如本文中使用，術語「工件接觸表面」係指一靜電卡盤之上暴露表面，其在使用期間接觸一工件且包含由一陶瓷材料製成且具有一上表面之一「主場」，通常在上表面處具有浮凸，且具有可覆蓋上表面之至少一部分之一任選導電塗層。工件經固持於工件接觸表面處，與浮凸之上表面接觸，在陶瓷材料之上表面上方，且在靜電卡盤之使用期間保持抵靠或「夾緊」至靜電卡盤。實例靜電卡盤總成可與AC及DC庫侖(Coulombic)卡盤及約翰森-羅貝克(Johnsen-Rahbek)卡盤一起使用。在本實施例中，上「工件接觸表面」藉由使用積層製造方法沈積複合材料之精細層來形成。
卡盤總成(或簡稱「卡盤」)亦包含卡盤運行所需或任選之許多其他層、裝置、結構及特徵。此等包含：一電極層，其在卡盤與工件之間產生一靜電吸力以在加工期間將工件固持於適當位置中；一接地裝置，諸如一接地層及相關電連接；量測裝置，其用於在一加工步驟期間量測壓力、溫度或一電性質；氣流導管，其作為一溫度控制功能之部分；背面氣流功能，其用於工件接觸表面與一工件之間的氣流及壓力控制；一導電表面塗層；以及其他。
一典型卡盤總成之一個層係總成之一上部分處之一陶瓷層(亦稱為一介電質層)。陶瓷層可為總成之一頂層且可包含卡盤之上表面，而非放置於陶瓷層之上表面上之一導電塗層、浮凸或其類似者。上表面處之一導電塗層可透過亦包含於卡盤總成中之一接地層、一接地銷或其類似者連接至電接地。陶瓷層可由一有用陶瓷材料製成，諸如氧化鋁、氮化鋁、石英、SiO 2(玻璃)等。根據需要，陶瓷層可由一單一(整體)材料層製成，或可替代地由兩種或更多種不同材料製成，例如不同材料之多個層。一陶瓷層(具有一或多個陶瓷材料層)之一總厚度可為任何有效厚度，例如自1至10毫米之一範圍內之一厚度，例如自1至5毫米。
陶瓷層由下方一底座層(簡稱「底座」)支撐，如本文中描述，底座層可由一金屬製成，諸如所描述之鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、不銹鋼、金屬基複合材料等。
以下之一或多者通常在陶瓷層與底座之間：一結合層(例如一聚合粘合劑)、一電極、一接地層、允許電極及其他層電運行之一絕緣層或額外電路系統。
圖1中展示一有用卡盤總成之一實例。卡盤總成10包含底座12、陶瓷層(總成) 14及將底座12結合至陶瓷層14之一結合層16。陶瓷層14包含子組件，諸如一電極。一浮凸圖案18在陶瓷層14之一上表面處。如繪示，晶圓20由浮凸支撐。一空間22存在於晶圓20之一下表面與陶瓷層14之一上表面之間。空間22由位於陶瓷層14之上表面處之浮凸18產生，其略高於陶瓷層14之上表面之一距離處支撐晶圓20。在使用期間，一氣流(例如冷卻氣體)可通過晶圓20與陶瓷層14之間的空間22以控制(例如降低)晶圓20之一溫度。底座12含有未具體繪示之冷卻通道(例如冷卻通道)。
本描述之一卡盤總成包含一底座組件，其包含通道(例如冷卻通道)。根據如本文中描述之方法，底座及內部通道之整個結構使用一積層製造技術(諸如一選擇性雷射熔化技術)產生。一通道系統可在底座之積層製造期間在一底座中形成為一開放空間圖案(例如「空隙」空間)，其形成分佈於形成至一底座結構之多層複合材料內之連接通道，即，通道由在通道位置處缺少多層複合材料來界定，且無需其他結構來形成或界定通道之結構。通道貫穿一底座層之一內部運行且除在藉由積層製造方法形成底座期間形成於底座層內之一通道空間之外無需結構或表面。通道可彼此互連。通道由多層複合材料之表面界定，沒有其他材料。具體而言，通道不含除多層複合材料之結構之外之一額外結構，諸如與複合材料分開形成且放置於複合材料底座層內之一單獨管、管道或一導管。在使用中，可為一氣體或一液體之一流體流動通過與由多層複合材料製成之通道之側壁接觸之通道，不存在其他材料來形成或界定通道之內表面。
通道(例如冷卻通道)用於使一流體(例如水或用於熱交換之另一液體)迴圈通過底座之內部部分以控制底座之溫度。通道形成於底座之內部處且垂直觀看(例如自上面、自一「俯視角度」)，在相對於底座之一區域之水平方向上延伸。替代地，通道可在除水平方向之外之方向(諸如垂直方向)上延伸。通道包含底座中允許流體進入底座之至少一個入口及允許流體離開底座之至少一個出口。
一通道(例如冷卻通道)或其部分(其係底座之部分)可位於底座之內部內之任何有用位置處，且呈相對於底座之一區域之任何有用圖案。有利地，所描述之一底座之通道可形成於底座中以提供相對於藉由機械加工技術形成之通道之改良效能(熱交換，例如冷卻)。藉由一積層製造技術形成之一通道可更精密，可形成有替代橫截面形狀(其不能藉由機械加工形成)，可形成更複雜(蛇形)圖案，且可以相對於藉由機械加工形成之通道之一更高通道密度形成於一底座中(意謂通道在底座結構之總體積中之一百分比大於藉由機械加工形成之通道)。一通道之橫截面形狀之實例包含圓形、三角形、六邊形、圓頂形(一端彎曲且一相對端平坦)及淚珠形形狀。通道之橫截面形狀藉由上述積層製造程序達成。
圖2A及圖2B繪示本描述之底座100之一單一實例。底座100包含一周邊110、一上表面102、一下表面104及兩個相對表面之間的一厚度。冷卻通道106 (展示為具有圓形橫截面)在底座之一內部部分處呈現為一蛇形圖案。
圖2C展示不同冷卻通道之橫截面形狀之實例，包含三角形(i)、六邊形(ii)、圓頂形(一端彎曲且一相對端平坦)(iii)及淚珠形(iv)橫截面。
在此等或其他橫截面形狀中，通道(例如冷卻通道)之其他特徵亦可併入至底座設計中，其無法或不易使用一機械加工技術實現。例如，通道可經形成為在一底座之一頂面接近處具有比底座之一底面更大之一體積；通道可成形為在頂面接近處具有通道之一較大部分，或通道定位成更靠近頂面且更遠離底面。替代地或另外，一熱交換回路可位於底座之厚度之不同水平處，而非位於底座厚度之一單一水平處；一熱交換回路之一些部分可位於不同於其他部分之一厚度水平處(更靠近或更遠離一頂面)。替代地或另外，一通道之一橫截面可基於底座內之位置而變化；一橫截面可在附近底座中心之底座之一部分處大小(橫截面面積)更小或不同成形，且在一邊緣處更大或不同成形(或反之亦然)以允許更均勻傳熱。
所描述之一底座可藉由使用一系列個別層形成步驟來形成緻密金屬或金屬基複合多層複合結構之積層製造方法來製備。作為一個實例，稱為選擇性雷射熔化(SLM)之技術係一種版本之積層製造技術，其可用於依一逐層方式形成一多層複合材料。選擇性雷射熔化使用高功率雷射能來選擇性致使一原料層之金屬或金屬基複合材料顆粒熔化、流動及形成一實質上連續固化原料層。
更具體而言，一多層複合材料可藉由產生一較大三維結構(複合材料)之許多薄橫截面(本文中一「層」之「固化原料」)之循序步驟來構建。一原料層經形成，且包含金屬或金屬基複合材料之許多顆粒。雷射能經選擇性施加至原料之一層之一部分上方之原料層。雷射能熔化暴露於雷射能之原料部分處之顆粒。熔化顆粒液化且流入至熔化顆粒之連續材料層中且接著冷卻固化為固化原料之一層。在形成固化原料之一初始層之後，在含有固化原料之完成層之頂面上方沈積原料之一額外薄層。重複程序以形成固化原料之多個層，各層形成於一前一層之頂部上且粘附至一前一層之一頂面。多個層依次沈積於各完成層上以形成一多層複合材料，其係固化原料之各層之一複合材料。多個層可具有相同組成及厚度，或可具有不同組成及不同層厚度。
圖3A處展示用於製備所描述之一多層複合材料之一選擇性雷射熔化積層製造技術(200)之一實例。程序可使用可市售選擇性雷射熔化積層製造設備及顆粒來執行以形成原料。原料202係含有一無機顆粒集合之一粉末。根據圖3A處展示之實例步驟，由一選擇性雷射熔化積層製造設備含有之粉末原料(202)在設備之一構建板上方形成為一均勻層(204、206)。在一隨後步驟(208)中，一電磁輻射源(例如一高功率雷射)用將熔化顆粒之一波長及能量之輻射選擇性照射此第一原料層之一部分。熔化顆粒流動成一連續膜且接著藉由冷卻來固化。原料層可為一精細層或一粗糙層，且可具有任何有用厚度。熔化顆粒之固化材料在照射部分處形成固化原料。未形成為固化原料之原料層之部分保持為原始液體原料。
構建板向下移動(210)且粉末原料之一第二層(一精細層或一粗糙層)形成(212)作為第一原料層上方及第一原料層之固化原料上方之一第二均勻層。接著，電磁輻射源選擇性照射第二層之一部分(214)，其致使部分處之顆粒熔化。接著，熔化部分冷卻以在第二層之部分處形成固化原料。未形成為固化原料之第二層之部分保持為原始粉末原料。重複(218)步驟212、214及216以形成由原始液體原料(202)包圍之完整多層固化原料複合材料。
多層固化原料複合材料係含有各成型層之固化原料之一主體，且由原料之熔化顆粒之材料製成之多個連續層組成。原始原料(202)可自多層複合材料移除及分離(218)。
參考圖3B，可使用市售選擇性雷射熔化積層製造設備(230)且使用根據本描述之粉末原料(232)來執行一實例程序。根據方法之實例步驟，原料(232)在設備(230)之一構建板(238)上方形成為一均勻原料層(234)。雷射(236)將電磁輻射(233)施加至第一層(234)之一部分，其致使原料顆粒熔化且流動至一連續層，流動層接著經允許冷卻以在部分處形成第一固化原料(240)。未形成為固化原料(240)之原料層(234)之部分保持為原始原料(232)。構建板(238)向下移動(214)且在第一層(234)及第一固化原料(240)上方形成一第二或隨後原料層(242)。接著，雷射(236)選擇性將電磁輻射(233)施加至第二層(242)之部分以致使原料顆粒熔化且流動以形成一連續層，連續層經允許冷卻且由第二層形成固化原料。未形成為固化原料之第二層之部分保持為原始粉末原料。重複(250)序列以形成由原始原料(232)包圍之一完整多層固化原料複合材料(252)。多層固化原料複合材料(252)係含有各成型層之固化原料之主體，且由原料之熔化顆粒之材料組成。原始原料(232)可自多層複合材料(252)移除及分離。
10:卡盤總成 12:底座 14:陶瓷層 16:結合層 18:浮凸圖案 20:晶圓 22:空間 100:底座 102:上表面 104:下表面 106:冷卻通道 110:周邊 200:選擇性雷射熔化積層製造技術 202:原料 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 214:步驟 216:步驟 218:步驟 230:選擇性雷射熔化積層製造設備 232:原料 233:電磁輻射 234:第一層/原料層 236:雷射 238:構建板 240:第一固化原料 242:第二或隨後原料層 250:重複 252:多層固化原料複合材料
圖1係所描述之一靜電卡盤總成之一側視圖。
圖2A係所描述之一底座之一俯視圖。
圖2B及圖2C展示所描述之一底座之側截面圖。
圖3A展示所描述之一實例方法之步驟。
圖3B展示所描述之一實例方法之步驟。
圖式係示意性的，例示性的，且不一定按比例繪製。
10:卡盤總成
12:底座
14:陶瓷層
16:結合層
18:浮凸圖案
20:晶圓
22:空間

Claims (9)

  1. 一種卡盤底座，其包括：一上部分，其由一無機複合材料製成，一下部分，其由該無機複合材料製成，一內部部分，其位於該上部分與該下部分之間，且由該無機複合材料製成，及通道，其位於該內部部分內，由該無機複合材料形成，該上部分、該下部分及該內部部分包含自該上部分延伸至該下部分之該無機複合材料之一連續層，其中該上部分與該下部分之一者包含至少一精細層，該精細層具有一精細層厚度，且該內部部分包含至少一粗糙層，該粗糙層具有一粗糙層厚度，其中該粗糙層厚度大於該精細層厚度。
  2. 如請求項1之卡盤底座，其中該無機複合材料之該連續層係無縫的，且其中該無機複合材料之組成均勻。
  3. 如請求項1或2之卡盤底座，其中該通道具有選自圓形、三角形、圓頂形、六邊形或淚珠形之橫截面。
  4. 如請求項1或2之卡盤底座，其中該上部分及該下部分之至少一者具有小於50微米之一表面粗糙度。
  5. 如請求項1或2之卡盤底座，其中該卡盤底座之該上部分、該下部分或該內部部分之至少一者具有至少99.6%之一密度。
  6. 一種藉由積層製造形成一卡盤底座之方法，該方法包括：藉由積層製造形成包含一連續底面之該卡盤底座之一下部分，藉由積層製造在該卡盤底座之該下部分上方形成包含冷卻通道之該卡盤底座之一中間部分，藉由積層製造在該卡盤底座之該中間部分上方形成包含一連續上表面之該卡盤底座之一上部分，藉由積層製造形成該卡盤底座之該下部分包含形成多個第一精細層，各第一精細層具有一第一精細層厚度，藉由積層製造形成該卡盤底座之該中間部分包含形成多個粗糙層，各粗糙層具有大於該精細層厚度之一粗糙層厚度，且藉由積層製造形成該卡盤底座之該上部分包含形成多個第二精細層，各第二精細層具有一第二精細層厚度。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一精細層厚度及該第二精細層厚度之各者小於40微米，且該粗糙層厚度大於60微米。
  8. 如請求項6或7之方法，其中：卡盤底座表面之至少一者具有小於50微米之一表面粗糙度， 至少該卡盤底座之該上部分或該卡盤底座之該下部分具有至少99.6%之一表觀密度，或兩者。
  9. 如請求項6或7之方法，其中該卡盤底座之該下部分、該卡盤底座之該中間部分及該卡盤底座之該上部分使用一複合材料在一個連續積層製造程序中無縫形成。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190135705A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-09 Canon Kabushiki Kaisha Powder for additive modeling, structure, semiconductor production device component, and semiconductor production device
TW201931505A (zh) * 2018-01-04 2019-08-01 財團法人工業技術研究院 非接觸式吸盤

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11569069B2 (en) * 2015-02-06 2023-01-31 Applied Materials, Inc. 3D printed chamber components configured for lower film stress and lower operating temperature
WO2018140394A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 Ultratech, Inc. Chuck systems and methods having enhanced electrical isolation for substrate-biased ald
JP7191644B2 (ja) * 2017-11-09 2022-12-19 キヤノン株式会社 付加造形用の材料粉末、構造物、半導体製造装置部品、および半導体製造装置
KR102134123B1 (ko) * 2018-09-05 2020-07-15 주식회사 예리코코리아 3d 프린팅을 이용한 고밀도 플라즈마 정전척용 세라믹 플레이트의 제조방법
US20220139681A1 (en) * 2019-03-08 2022-05-05 Lam Research Corporation Chuck for plasma processing chamber

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190135705A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-09 Canon Kabushiki Kaisha Powder for additive modeling, structure, semiconductor production device component, and semiconductor production device
TW201931505A (zh) * 2018-01-04 2019-08-01 財團法人工業技術研究院 非接觸式吸盤

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