封装晶片加工装置及其制造方法

专利名称：封装晶片加工装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及新颖性的晶片加工装置和新颖性的制造晶片加工装置的方 法。所述装置包括被涂覆的石墨主体和氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮 化物或其混合物的基本上连续的一层或多层外涂层，从而形成单一结构的 整体部件，其具有基本上平坦的表面(用于热不均匀性)，从而克服电/机械 应力局限性。我们现在公开多种制造方法实施方案，从而制造本发明的晶 片加工装置。A. 加工步骤在本发明方法的第一种实施方案中，通过以下方法制 造晶片加工装置，其包括在

图1的示意图中说明的步骤。在这种方法中， 在步骤(a)中提供基底1。在一种实施方案中，基底1为石墨。在第二种实施方案中，基底1包 括选自石英、热压氮化硼、烧结氮化铝、烧结氮化硅、氮化硼和氮化铝的 烧结体以及选自钼、鵠、钽、铼以及铌的耐火金属中的一种材料。在步骤(b)中，将介电涂层/绝缘层2沉积在基底1上。该层2具有足够 的厚度，从而提供期望的耐腐蚀性以及在机加工步骤中提供期望的结构完 整性和支承。在最后的应用中，层2还提供电绝缘性以及足够高的击穿电 压。在一种实施方案中，层2具有约0.001-0.20，，的厚度。在第二种实施方 案中，厚度为约0.005-0.020"。在第三种实施方案中，厚度为约0.01-0.10"。
层2包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其 络合物和/或组合。实例包括热解氮化硼、氮化铝、氮化钛铝、氮化钛、碳 氮化钛铝、碳化钛、碳化硅以及氮化硅。在一种实施方式中，涂层2包括 热解氮化硼(pBN)。在第二实施方案中，涂层2包括A1N。在第三种实施方 案中，涂层包括A1N和BN的络合物。在第四种实施方案中，涂层2包括 氮化铝，其中添加小量(例如以相对100wt。/)的氮化铝，5wt。/。的量)的Y203。 pBN和AIN均具有极优的电绝缘和导热特性，并可很容易地从气相沉积。 其还具有高温热稳定性。在步骤(c)中，将导电涂层3施加到介电涂层的上部，从而随后形成到 电极中。在一种实施方案中，所述涂层3含有热解石墨(PG)。在另一种实施 方案中，所述电极层3含有热解石墨，其掺有以重量计，折合硼浓度0.001-30 %的硼和/或碳化硼。热解石墨主要为高度定向的多晶石墨，其通过烃气体如曱烷、乙烷、 乙烯、天然气、乙炔以及丙烷的高温分解制造。可通过本领域任何已知的 方法(包括物理气相沉积(PVD)以及化学气相沉积(CVD)方法)涂覆所述层3达o.ooi-o.or，的厚度。在另一种实施方案中，达0.005-o.io"的厚度。在步骤(d)中，通过本领域已知的方法如蚀刻、喷砂、4几加工等将PG层 3形成为预定的图案，从而在PG涂层中形成凹槽。所述图案向下延伸到或 进入下面的绝缘PG涂层3中，从而形成电阻加热元件或电流路径如螺旋图 案、蛇形图案、巻旋图案、Z形图案、连续的迷宫图案、呈螺旋盘绕的图案、 漩涡图案，随机旋绕图案及其组合。在步骤(c)中，将第二介电涂层/绝缘涂层2沉积在带图案的PG层3上。 在一种实施方案中，所述涂层2为仿形涂层(conformal coating)的沉积物，其 具有十分符合整个带图案PG基底形状和轮廓的一致厚度。所述第二层可为 与第一层材料相同或不同的材料，即，其含有元素的氮化物、碳化物、碳 氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金 属、过渡金属和稀土金属，或其络合物和/或组合。在一种实施方案中，所 述第二层2包括pBN。在另一种实施方案中，所述第二层具有至少与PG带 图案涂层中凹槽深度一样高的厚度。在另一种实施方案中，所述介电涂层 含有热解氮化硼(pBN)和碳掺杂物(以小于约3wt%的量)的组合物，从而使得 其电阻率小于lO"Q-cm。在步骤(f)中，将第二涂层即pBN层抛光或通过化学、机械或者化学-机械抛光使之平坦。在这种平坦化方法中，仅仅去除/抛光上表面材料，而 不是PG图案之间凹槽中的材料。在步骤(g)中，将半导体层4施加到平面表面上，其包括PG和绝缘体材 料。对于平坦表面而言，可将晶片夹于其上(例如通过使用Johnson _ Rahbeck 作用)。该半导体层可为与第二涂层材料相同或不同的材料，即含有元素的 氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物和/或组合。在本发明的一种实施方案中，半导体层4为碳掺杂热解氮化硼(CpBN), 其具有< 5><1013欧姆-cm的电阻率。在美国专利No.5,693,581中公开了碳 掺杂pBN,在此以引用的方式将其包括在内。在另一种实施方案中，半导 体层4为碳浓度为l-20wt。/。的CpBN层。在另一种实施方案中，半导体层 包括掺有1-10wt。/。碳和硅的pBN，以便室温下，体积电阻率为108-10'4Q-cm。 在另一实施方式中，体积电阻率为108-1012Q-cm。在本发明的一种实施方案中，所述半导体层包括掺有碳、氣、镁及其 混合物中至少一种的氮化铝，以便室温下，体积电阻率为108-1014n-cm。在 另一种实施方案中，所述半导体层包括掺杂的氧氮化铝。在美国专利 No.5,777，543和5,668,524中公开了 A1N涂层，在此以引用的方式将其包括 在内。在一种实施方案中，掺杂氮化铝的半导体表面层具有室温下，小于 10l()Q-cm的体积电阻率。在另一种实施方案中，掺杂氮化铝含有0.005-30 原子％的元素，所述元素选自元素周期表中的4b和6b族，以便体积电阻 率小于101QQ-cm。在本发明方法的第二种实施方案中，按照图2示意图说明的方法制造 晶片加工装置。在这种方法中，开始的两步步骤(a)和(b)与第一种实施方案 中的相似。用于所述步骤中的层的材料与本发明方法第一种实施方案中的 材料相同。在接下来的第三步骤(c)中，通过本领域已知的方法如蚀刻、喷砂、机 加工等将所述涂层/绝缘体涂层2(例如含有pBN)形成为预定的带凹槽图案。在第四步骤(d)中，用导电材料3如热解石墨(PG)仿形涂覆pBN层2。 在第五步骤(e)中，以镶嵌(damascene)样式使PG导电电极层3平坦，即仅仅 抛光上表面，而不抛光凹形区域的材料，直到下面的pBN表面显示在PG电极之间的区城中。最后在步骤(f)中，将最终的半导体层4(例如含有CpBN) 施加到步骤5的平面/抛光表面上，从而形成可将晶片夹在其上的平坦表面。如图3所示，可通过另一种作为选择的实施方案制造所述新颖性的晶 片加工装置。在第一步骤(a)中，提供含有材料如石墨的基底1。在接下来的 步骤中，使用本领域已知的方法如蚀刻、喷砂、机加工等，加工所述基底1, 从而形成电极图案。在随后的步骤(c)中，将含有材料如pBN的绝缘/涂层2 施加到带图案的电极上。在一种实施方案中，仿形施加所述pBN基涂层2 达十分符合整个带图案石墨基底形状和轮廓的一致厚度。在步骤(d)中，将导电层3如PG沉积到pBN基涂层2上。在一种实施 方案中，将导电层3仿形沉积达这样的厚度，其十分符合该pBN基涂层2 的形状。在步骤(e)中，使导电层3平坦，直到获得相对平坦的表面。使用 本领域已知的任意方法如蚀刻、喷砂、机加工等使所述导电PG层3平坦。在步骤(f)中，将含有材料如CpBN的半导体层4施加到平整/抛光表面 上，获得可夹持晶片的平坦表面。B、详细步骤说明:在下面上述三种实施方案中任一的步骤中，可制造具有相对平整(flat) 或平坦表面的晶片加工装置。选择第一、第二或第三种实施方案来制造本 发明的晶片加工装置取决于这样的因素如用于机加工、开槽、涂覆等可获 得设备的可得性/性能、本发明装置中的多种层以及在本发明装置中，用作 绝缘/半导体层的材料的供应/性能。在本发明方法的第一种实施方案中，通过抛光第二绝缘涂层来获得平 整或平坦表面如PBN材料的制造。另一方面，在实施方案2和3中，通过 抛光PG材料来获得平坦表面。由于PG材料的硬度，同用作第二绝缘层如 pBN的常规材料相比，去除PG可能更困难。仍使用第一种实施方案，人们 可以更灵活地选择不同的绝缘涂层材料如pBN、掺杂pBN、 A1N等，如在 第一种实施方案的步骤(3)中一样，以用于填充PG图案之间的缝隙(凹槽)。 这样优化了下面的底涂层材料以及缝隙填充材料如pBN的热性能和电性 能，从而使晶片加工装置具有额外的机械和/或电方面的优点。应该注意的是可将本发明第一种实施方案用来将现有技术的ESC(具有 凹槽表面)"再循环，，或"修复，，为改善的ESC(具有平坦表面)。即，人们可在现
有的晶片加工装置上抛光(polish back)现存的外涂层如CpBN层，并将这种 层用作缝隙填充涂层(其用于带图案的石墨电极)。在将外涂层抛光或变平从 而成为缝隙填充剂之后，可涂覆新的、最终的外涂层，从而产生具有平整 表面的"修复"装置。在另一种修复方法的实施方案中，将现有技术的装置的最外层外涂层 全部去除(或者达到期望的程度)，从而暴露PG电极图案。涂覆第二绝缘层 (pBN层，或含有其它绝缘体或半导体/电阻材料的层)，从而覆盖所述PG电 极层。可以仿形涂层的形式涂覆所述第二层，从而符合所述带图案石墨层 的形状和轮廓。在接下来的步骤中，以镶嵌样式将该第二绝缘层抛光/使之 平坦，直到其与PG图案平齐(even)。最后，涂覆半导体材料如CpBN外涂 层以用于具有平面表面的ESC。在将晶片加工装置用作加热元件的一种实施方案中，在沉积半导体层4之后，通过上层4机加工电接触部分(electrical contacts),从而在某些接触位 置暴露该导电石墨层3，以连接到外部电源上。作为选择，在最终的涂覆过 程之前， 一开始就将电接触的延长部分(electrical contact cxtcnsions)沖几力u工到 石墨层3中，或者在外涂覆操作之前，增加该电接触延长部分。在本发明 一种实施方案中，可将石墨电力延长柱连接到带图案的电路上，并用外涂 层材料4涂覆。在本发明的一种实施方案中，第一和第二涂层/绝缘层2以及半导体层 4中的每一层均具有0.001-0.20，，的厚度。在第二种实施方案中，为约 0.001-0.020"。在第三种实施方案中，为约0.01-0.10"。在第二种实施方案中， 这些层中的至少一层具有0.004-0.05"的厚度。在另一种实施方案中，这些 层中的至少一层具有小于约0.02'，的厚度。在另一种实施方案中，这些层中 的至少一层为基本上连续的表面层，其具有约0.01"-0.03"的厚度。可使用不同的方法将涂层/绝缘层/半导体层或多层沉积在石墨主体/基 底上。在一种实施方案中，这些层中的至少一层可通过物理气相沉积(PVD) 涂覆，其中，在真空中，通过纯物理方法将涂覆材料如氮化硼和/或氮化铝 转化为气相，并将之沉积在待涂覆的表面上。在另一种实施方案中，在高 真空下，将涂覆材料沉积在表面上，其中，使用电阻加热、电子或激光轰 击、电弧蒸发等等将其加热，从而由固态经由液态转化为气态，或者直接 由固态转化为气态。还可使用溅射，其中在真空中，通过高能量离子如惰性(或反应性)气体离子，特别是氩离子使固体靶(其由相应涂层材料组成)雾 化，其中离子源例如为惰性气体等离子体。最后，在真空下，还可使用离 子束轰击由相应涂层材料组成的靶，并将之转化为气相以及沉积在待涂覆 的表面上。在一种实施方案中，可结合上述方法，且可通过例如等离子体支持或 等离子增强气相沉积来沉积这些层中的至少一层。作为选择，在本发明的 一种实施方案中，或者作为额外的涂层，可通过化学气相沉积(CVD)沉积这些层中的至少一层。与PVD方法相反，所述CVD方法具有相关的化学反 应。或许使用惰性载气如氩，通常在低于大气压下，将在大约200-200(TC 的温度下，通过热、等离子体、光子或激光活化的化学气相沉积产生的气 态组分输送到反应室中(其中发生所述化学反应)。将由此形成的固体组分沉 积在待涂覆的基底上。挥发性反应产物随着载气排出。在本发明的另 一种实施方案中，还可使用热注射方法例如通过等离子 体注射方法来沉积这些层中的至少一层。其中，通过等离子喷灯，通过施 加高频电磁场以及相关的气体如空气、氧气、氮气、氢气、惰性气体等的 离子化作用，加热固定的靶并将之转化为气相。所述靶例如可由氮化硼或 氮化铝组成，将其转化为气相并使之沉积在石墨主体上，从而以纯物理样 式将其涂覆。所述靶还可由硼组成，并在表面上沉积为氮化硼，从而通过 与离子气体如氮气或氨的反应将其涂覆。在另一种实施方案中，使用热喷涂方法，即使用火焰喷涂技术，其中， 通常通过点燃氧和另 一种气体的气体混合物，通过燃烧火焰来熔化粉末涂 层原料。在另一种称之为电弧等离子体喷涂的热喷涂方法中，电弧产生离 子化气体(等离子体)，其用来以类似喷涂涂料的方式喷涂熔化的粉末涂层材 料。在另一种实施方案中，将涂层材料用作为涂料/喷涂物，并使用空气喷 枪将其喷涂到石墨主体上。在用于相对"很厚"的涂层，即0.03英寸或更厚的另一种实施方案中， 将所述涂层材料简单地用作液体涂料进行施用，然后在足够高的溫度下干 燥，从而使所述涂层干透。在BN用作涂层的实施方案中，在至少75。C温 度下干燥BN外涂覆的石墨结构，在一种实施方案中，在至少IO(TC的温度 下干燥，从而使所述涂层干透。在本发明将pBN用作涂层的一种实施方案中，如美国专利No.3,182,006
中公开的一样，通过CVD方法涂覆该pBN，在此以引用的方式将其包^r在 内。在所述方法中，将合适比率的氨蒸汽和气态卣化硼如三氯化硼(BCl3)用 来在该石墨基底10的表面上形成氮化硼沉积物。在一种实施方案中，在通过上述方法中的一种涂覆最终的半导体层之后，将被涂覆的石墨结构体加热到至少500。C的温度，从而进一步将各种涂 层粘结到石墨主体上。可通过本领域已知的技术(包括但不局限为微-机加工，microbrading， 激光切割、化学蚀刻或者电子束蚀刻)完成固体石墨主体、PG层或者涂层中 图案的形成。例如可通过可除去的掩模或带子来限定所述图案。其它掩模 技术包括可溶解外涂层例如光致抗蚀剂的使用。图案的应用允许在石墨主 体的局部区域中进行受控制的加热。所述图案可具有多种大小和形状，从 而限定用于电加热电路中至少一个区域的电流路径。在一种实施方案中， 所述流动路径具有螺旋或蛇形的几何图案。在第二种实施方案中，所述流 动路径为巻旋图案。在第三种实施方案中，所述路径具有螺旋盘绕图案 (spring coiled pattern)。在第四种实施方案中，所述路径具有Z型图案。在 第五种实施方案中，所述流动路径具有连续的迷宫图案。在另一种实施方 案中，所述流动路径为随机的旋绕图案。在另一种实施方案中，所述路径 具有旋涡图案。可通过本领域已知的化学、机械或通过化学-机械抛光方法如研磨、 碾磨等，在本发明任一实施方案的各步骤中使PG层和/或绝缘层平坦化。 在一种实施方案中，进行平坦化处理直到表面差异(在表面上，从最低-最 高点)为100微米或更少。在另一种实施方案中，进行平坦化处理直到将所 述表面研磨得相对平面化(其具有小于50微米的表面差异)。本发明晶片加工装置的表面基本上平坦，没有任何暴露的石墨表面， 从而气密密封了该带图案的生热石墨电阻器主体，而不是那些需要用来电 连接的表面。在一种实施方案中，将基本上平坦(相对平整或平坦)的表面定 义为表面差异(即，在装置表面上，从最高点到最低点)小于200微米的表面。 在第二种实施方案中，所述装置的表面差异小于100微米。在第三种实施 方案，所述表面差异小于50微米。所述装置基本上平坦的表面有助于阻止短路和电变化的发生，并确保 不具有石墨粉尘和颗粒的基本上连续的表面。但是，在上涂敷表面上，可
能存有一些孔或表面特征，这是因为，在大多数实际晶片加工应用中，需 要这些表面特征提升装置或固定位置。实施例在此提供实施例来说明本发明，但是其不用来限制本发明的范围。 实施例1在第 一个实施例中，将通过第 一种实施方案中的方法制造的静电夹具(ESC)同现有技术的ESC相比较。可从日本Kozuki的General Electric Company("GE，，)购买现有技术的ESC(其具有表面凹槽)。通过在基于石墨真空炉的CVD反应室中，经过BCl3、 NH3在石墨基底 上首先沉积热解氮化硼底涂层，从而构造所述ESC。在水冷钢真空室内， 将反应剂气体引入到加热过的室(将其加热到1600-l卯0。C的温度)中。将所 述石墨主体放置在注射器之间，所述反应剂气体通过所述注射器流进加热 过的室中。使用水冷同轴注射器。通过光学高温计监测温度。通过真空传 感器监测压力。在已经沉积所述热解氮化硼底涂层，并将之机加工到一定厚度和平坦 度之后，还使用甲烷(CH4)，通过CVD方法，在pBN涂层上部涂覆约小于 100)im厚度的导电热解石墨(PG)涂层。将所述PG层向下机加工，直至下面 的绝缘pBN层，从而形成Z型曲折延伸图案(zig zag serpentine pattern)中的凹槽。在将所述PG层图案化和机加工到一定厚度和平坦度之后，仍然通过 CVD方法，涂覆第二 pBN涂层(其具有至少与所述PG涂层中凹槽深度一样 高的厚度。以镶嵌样式抛光所述第二 pBN涂层直到电极上表面显露出来， 同时，原始凹槽此刻含有pBN材料。这样，在这一点的结构呈现出相对平 整或平坦表面(其包括PG和pBN区域)。在最后的步骤中，还通过CVD方法，在真正平整的表面上部涂覆厚度 在100-200微米之间的掺碳pBN涂层(CpBN)。在所述CpBN的沉积过程中， 以进料速度将CH4同BCb和NH3—起引入，调节所述进料速度，从而使所 述pBN中的碳浓度保持在约3wt %或更少(通过调节进料气体中的C/B比率 和N/C比率，特别是CH4相对于BCl3和NH3的速度)。将本发明具有平整晶片夹具表面的ESC同现有技术中表面具有凹槽的
ESC相比较。在操作过程中，将DC电压施加到夹具侧的电极上。在半导体加工操作过程中，期望在尽可能最低的夹紧电压下获得平均的晶片温度， 因为这样可以降低夹具的电击穿的可能性，并允许使用更低的成本、更低 的电压电源供给，还允许在加工之后更快地松开晶片从而增加生产量。图4为比较由两个相似晶片获得的平均温度数据的图，其为在500。C的 ESC设定点温度下，晶片夹持电压(Vesc)的函数。 一个晶片同本发明具有平 整表面的ESC接触，另一个晶片同现有技术中表面具有凹槽的ESC接触。 所述传感晶片装备有多个热电偶，现有技术的晶片的平均温度来自于10个 样品。在所述图中，将在多个晶片夹持电压下的平均温度标准化到在0.5kv 的Vesc下测量的平均晶片温度。如在图中说明的一样，在本发明的ESC中， 在0.2、 0.3和0.4kv的Vesc下的平均晶片温度相对4妄近在0.5kv下的值。另 一方面，表面具有凹槽的现有技术中参考ESC在0.2、 0.3和0.4kv下显示 出比在0.5kv下获得的低很多的平均温度。实施例2在本实施例中，由本发明ESC和现有技术中的参考ESC(其具有凹槽表 面，可从Strongsville， OH的GE购买)获得热均匀性数据。用与实施例1 中相同的方式制造本实施例中的ESC。热均匀性数据是指穿越晶片的S温度，或者Tmax-Tmin。在操作过程 中，期望穿越晶片的"S温度"很低，从而均匀地加热和控制产品质量。试验结果如图5所示。所述图将由本发明ESC(具有真正平整的表面) 获得的数据(图左边的数据，使用相同的样品测量3次)同由现有技术的ESC 获得数据(图右边的数据，数据来自5个参考样品，每一个样品测量1次) 相比较。如图所示，在更高的ESC设定点温度和低晶片夹持电压下，本发 明具有平整表面的ESC由于具有更低的、穿越晶片的S温度而优于现有技 术中常规的参考样 品。实施例3在本实施例中，将本发明ESC的机械应力参考点(mechanical stress reference point)同现有技术的ESC(具有凹槽表面，可从GE购买)进行了比 较。在本领域中，已知ESC中出现的分层是由于热膨胀不匹配导致的压应 力的结果。在ESC的表面中，这种应力在增加的阶梯中(raised step)上升。在用来说明本发明ESC的改善性能的本实施例中，将488个现有技术 的ESC样品同18个本发明的ESC相比较。以与实施例1中ESC相同的方 式来构造本实施例中的ESC。在基底从CVD炉中出来之后，在下面的PG图案的边缘处，大量现有 技术中的样品呈现出分层。但是，本发明具有基本上平整表面的ESC在那 些位置未呈现出分层。图6为在操作过程中，同现有技术的ESC的横截面相比，说明本发明 ESC横截面的示意图。在这种研究中，488个现有技术ESC样品中有188 个演化出分层的缺陷，而本发明ESC中无一演化出分层。表1显示了对于两组样品(a)488个现有技术的ESC，以及b)18个本发 明具有平坦/平整表面的样品)而言，围绕演化出分层可能性的置信区间(上 限置信水平UCL和下限置信水平LCL)为95% 。将演化出分层的可能性标 明为每百万可能性中缺陷的数量(DPMO)。该数据显示本发明ESC的改善性 能(即演化出分层可能性的降低)在统计学上有显著意义，因为所述置信区间 不重叠。应该注意到的是对于各种涂层例如pBN和CpBN,在相似的周期 内并使用相同的CVD涂层方法来制造本发明的ESC和现有技术的ESC。分层的DPMO95 %的LCL95%的UCL标准加热器205929294071平整表面加热器0153318实施例4在本实施例中，从电应力集中的观点，将本发明的ESC(以与前述实施 例相同的方式构造)同现有技术的ESC相比较。现有技术的ESC来自 Strongsville， OH的General Electric Company 。图7为说明并将本发明的ESC同现有技术的ESC相比较的示意图。使 用现有技术的ESC，在操作过程中立即经历分层。对于现有技术的ESC而 言，在电极之间具有分层和/或缝隙，电压中击穿8的可能性应该会增加， 从而导致电器故障模式。而在本发明具有平坦表面的ESC中，极少出现电 器故障才莫式的可能性。如在图中说明的一样，将类似pBN的绝缘体材料填 充到电极之间的缝隙中。作为本发明ESC缝隙中绝缘材料的结果，由于在 双极ESC中，带相反电荷电极之间的泄漏9造成的表面压降的可能性由于 在缝隙中存在绝缘材料而应该较低。所撰写的说明书使用实施例来公开本发明，其包括最佳模式，且还能
使本领域技术人员制造和使用本发明。本发明可专利性的范围由权利要求 限定，且其包括其它对本领域技术人员而言能够想到的实施例。如果所述 实施例具有与权利要求字面措辞没有区别的结构元件，或者其包括与权利 要求字面措辞没有实质区别的等价结构元件，这样的其它实施例也应该在 权利要求的范围内。在此，以引用的方式将所有引用的引文包括在内。
权利要求
1、一种具有上表面和底面的晶片加工装置，晶片可安装在所述上表面上，该装置包括基底主体，该基底主体包括选自石墨、热压氮化硼、石英、烧结氮化铝以及钼的材料；封装所述石墨主体的涂层，所述涂层包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、Al、Si、Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物及组合；图案中配置有凹槽的导电电极，其中使用材料填充电极图案中的凹槽，所述材料包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、Al、Si、Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、其络合物及组合，其中，至少在所述装置的上表面上，该带图案的导电电极用所述涂层形成基本上平坦的表面；沉积在该基本上平坦表面上的表面层，所述平坦表面包括带图案导电电极被填充的凹槽和涂层，所述表面层包括选自元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中至少一种的半导体材料，所述元素选自B、Al、Si、Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物及组合。
2、 权利要求1的晶片加工装置，其中所述导电电极在图案中具有用 于电流路径的凹槽，所述电流路径至少在该装置的上表面上限定至少 一个 电加热电路的区域，其中，所述电路包括用于电连接到所述电流路径的端 子的终端。
3、 权利要求1的晶片加工装置，其中所述表面层含有掺碳热解氮化 硼(CpBN)。
4、 权利要求3的晶片加工装置，其中所述掺碳热解氮化硼(CpBN)的 碳浓度为0.1-20wt. % 。
5、 权利要求4的晶片加工装置，其中所述掺碳热解氮化硼(CpBN)含 有少于10wt.%的碳。
6、 权利要求1的晶片加工装置，其中权利要求1的工件，其中在室 温下，所述半导体表面层具有108-1014Q-cm的体积电阻率。
7、 权利要求1的晶片加工装置，其中所述基底主体含有石墨材料，所述涂层含有热解氮化硼(pBN)，所述导电电极含有热解石墨，以及电极图 案中的凹槽填充有pBN。.
8、 权利要求1的晶片加工装置，其中所述包括带图案的导电电极和填充该带图案电极中凹槽的绝缘体或半导体材料的基本上平坦的表面通过以下步骤形成使用含有绝缘体材料或半导体材料中至少一种的层涂覆所述带图案的 导电电极，所述材料含有元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氣氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀 土金属、或其络合物及组合；使所述涂层平坦化直到所述涂层基本上与带图案导电电极平齐，从而 形成基本上平坦的表面。
9、 权利要求8的晶片加工装置，其中所述带图案的导电电极涂覆有 仿形层，所述层具有符合带图案导电电极凹槽的厚度。
10、权利要求8的晶片加工装置，其中填充带图案电极中凹槽的材料 为半导体材料，其包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物 中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和 稀土金属、或其络合物及组合。
11、 权利要求8的晶片加工装置，其中带图案的电极包括热解石墨 (PG),填充PG带图案电极中凹槽的材料包括热解氮化硼。
12、 权利要求8的晶片加工装置，其中所述表面层包括含有0.005-30 原子％元素的氮化铝，所述元素选自周期表中的4b族和6b族，从而使得 体积电阻率小于10'。Q-cm。
13、 权利要求8的晶片加工装置，其中所述表面层包括含有0.1-20wt. %浓度碳的热解氮化硼(CpBN)。
14、 权利要求8的晶片加工装置，其中所述封装石墨主体的涂层以及 半导体表面层中的至少一种具有50微米-500微米的厚度。
15、 一种用于形成晶片加工装置的方法，所述装置具有上表面和底面， 晶片可安装在所述上表面上，该方法包括步骤使用涂层封装基底主体，所述基底主体包括选自石墨、热压氮化硼、 石英、烧结氮化铝以及钼的材料，所述涂层包括以下元素的氮化物、碳化 物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、稀土金属、或其络合物和/或组合；在所封装的基底主体上，形成具有凹槽的电极图案；用绝缘体或半导体材料中的一种使所述凹槽平坦，所述材料包括以下 元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选 自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物及组 合，从而至少在所述装置的上表面上形成包括带图案的凹槽和绝缘体或半 导体材料的基本上平坦的表面；在所述基本上平坦的表面上沉积表面层，所述层包括选自元素的氮化 物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的半导体材料，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物及组合。
16、 权利要求15的方法，其中所述凹槽至少在所述装置的上表面上限 定用于电加热电路的电流路径，所述电路包括用于电连接到所述电流路径 的端子的终端。
17、 权利要求15的方法，其中通过以下步骤使凹槽变平坦 用半导体材料层涂覆所述带图案的电极，所述材料包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金属、过渡金属、和稀土金属、或其络合物及组合；使所述涂层平坦化直到所述涂层与带图案电极基本上平齐，从而形成 基本上平坦的、具有带图案电极的表面。
18、 权利要求17的方法，其中用仿形层来涂覆所述带图案的导电电 极，所述层具有符合带图案导电电极凹槽的厚度。
19、 权利要求18的方法，其中使用化学气相沉积方法来沉积所述仿形 涂层。
20、 权利要求15的方法，其中所述基底主体含有石墨材料，所述涂层 含有热解氮化硼(pBN)，所述导电电极含有热解石墨，所述电极图案中的凹 槽填充有pBN，以及所述表面层含有掺碳热解氮化硼(CpBN)。
21、 权利要求20的方法，其中所述掺碳热解氮化硼(CpBN)表面含有小 于10wt.。/。的碳。
22、 权利要求21的方法，其中在室温下，所述表面半导体层具有108 - 1014Q-cm的体积电阻率。
全文摘要
作为静电夹具，用在半导体晶片加工应用中的晶片加工装置，其包括石墨基底(1)和至少一种电极图案(3)，其中所述电极图案中的凹槽填充有绝缘材料(2)，所述绝缘材料包括选自B、Al、Si、Ga、耐火硬金属、过渡金属、稀土金属、其组合中的至少一种元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物或其组合中的至少一种，从而形成第一基本上平坦的表面。然后将第一基本上平坦的表面至少涂覆半导体层(4)，所述层包括以下至少一种元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物或其组合中的至少一种，所述元素选自B、A、Si、Ga、耐火硬金属、过渡金属、稀土金属或其组合。从而形成第二基本上平坦的表面，其向外露出从而支承所述晶片。
文档编号H02N13/00GK101116170SQ200580038440
公开日2008年1月30日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月10日
发明者东河孝之, 马克·谢普肯斯 申请人:莫门蒂夫性能材料股份有限公司