静电卡盘装置的制作方法

本发明涉及半导体晶片加工装置，特别是指一种静电卡盘装置。

背景技术：

在集成电路(ic)制造工艺过程中，特别是刻蚀(etch)、物理气相沉积(pvd)及化学气相沉积(cvd)中，为固定和支撑晶片，避免处理过程中晶片出现移动或者错位现象，常使用卡盘或吸盘来固定和支撑晶片。常用的卡盘或吸盘有机械卡盘、真空吸盘与静电卡盘(简称esc:electrostaticchuck)。

机械卡盘通过机械臂来固定和支撑晶片，其缺点是机械卡盘由于压力、碰撞等原因容易造成晶片破损；机械卡盘在反应腔室中的运动，容易产生颗粒，对晶片造成污染；同时机械卡盘在固定晶片时，还占用了晶片的边缘面积降低了晶片利用率。真空吸盘顾名思义就是采用了真空原理，利用真空负压来“吸附”晶片以达到夹持晶片的目的，其缺点是不能在真空环境下工作。

静电卡盘采用静电引力来固定和支撑晶片，与采用机械卡盘和真空卡盘来固定和支撑晶片相比，静电卡盘具有很多优势。静电卡盘是利用晶片和电极之间产生的库仑力或约翰逊-拉别克力(简称j-r：johnsen-rahbek)来达到固定晶片的目的。现有技术中一种典型的静电卡盘的结构示意图如图1所示，包括绝缘层1、电极2和金属基座3组成。这种静电卡盘在使用时，抗腐蚀能力差，易造成静电吸附力下降和静电卡盘寿命减小，静电吸附力不均匀，而且在制造的过程中对设备要求高。

技术实现要素：

本发明提供一种抗腐蚀能力强、静电吸附力均匀且对设备要求低的静 电卡盘装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种静电卡盘装置，包括第一绝缘层、第二绝缘层、电极层和金属层，所述第一绝缘层设置在第二绝缘层的上方，所述电极层设置在所述第一绝缘层和第二绝缘层之间，所述第二绝缘层设置在所述金属层上，所述第一绝缘层为蓝宝石材料。

进一步的，所述第一绝缘层的上表面均匀地设置有凸点。

进一步的，所述金属层上均匀地设置有多个气道和/或通气孔，所述第一绝缘层、电极层和第二绝缘层上分别对应地均匀设置有多个气道和/或通气孔。

进一步的，所述第二绝缘层为蓝宝石。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明选用特定切型的蓝宝石材料作为静电卡盘第一绝缘层材料，与传统陶瓷相比，其介电常数有一定的提高，从而使得静电卡盘在通电后，电极层表面所产生的电场在晶片的表面产生更多的感应电荷，从而可增加静电卡盘的吸附力，提高静电卡盘吸附力的均匀性。而且，蓝宝石材料的耐腐蚀能力强，在等离子体以及其他特殊气氛环境下，不易对静电卡盘的表面形貌，特别是凸点、沟槽、气孔等造成影响，可以极大地提高静电卡盘产品的寿命。此外，大尺寸蓝宝石的生产技术成熟，国内供应链齐备，价格合理，蓝宝石经加工后直接用于静电卡盘第一绝缘层，规避了陶瓷高温烧结的风险，特别是国内大尺寸氮化铝陶瓷烧结的限制，可有效规避国外静电卡盘的技术壁垒。

附图说明

图1现有技术中的静电卡盘静装置的剖面结构示意图；

图2为本发明的静电卡盘静装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种静电卡盘装置，如图2所示，包括第一绝缘层4、第二绝缘层6、电极层5和金属层7，第一绝缘层4设置在第二绝缘层6的上方，电极层5设置在第一绝缘层4和第二绝缘层6之间，第二绝缘层6设置在金属层7上，第一绝缘层为蓝宝石材料。

发明人经研究发现，金属基座接入rf偏压，作为冷阱或供热源，来控制晶片的温度。一般绝缘层通常用陶瓷制造，陶瓷层和金属层之间用一种粘结剂来粘结。这种静电卡盘在使用时，由于表面陶瓷层材料多数为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷，其抗腐蚀能力差，易造成静电吸附力下降和静电卡盘寿命较小，且表面陶瓷需经历高温烧结，但陶瓷烧结特别是大尺寸氮化铝陶瓷烧结工艺复杂，对设备要求高。发明人经进一步研究发现，本发明的静电卡盘装置可以较好的解决上述问题。

与现有技术相比，本发明选用特定切型的蓝宝石材料作为静电卡盘第一绝缘层材料，与传统陶瓷相比，其介电常数有一定的提高，从而使得静电卡盘在通电后，电极层表面所产生的电场在晶片的表面产生更多的感应电荷，从而可增加静电卡盘的吸附力，提高静电卡盘吸附力的均匀性。而且，蓝宝石材料的耐腐蚀能力强，在等离子体以及其他特殊气氛环境下，不易对静电卡盘的表面形貌，特别是凸点、沟槽、气孔等造成影响，可以极大地提高静电卡盘产品的寿命。此外，大尺寸蓝宝石的生产技术成熟，国内供应链齐备，价格合理，蓝宝石经加工后直接用于静电卡盘第一绝缘层，规避了陶瓷高温烧结的风险，特别是国内大尺寸氮化铝陶瓷烧结的限制，可有效规避国外静电卡盘的技术壁垒。

作为本发明的一种改进，第一绝缘层4的上表面可以均匀地设置有凸点。这样可以减少第一绝缘层和晶片的接触面积，由于接触面积的减少，使得非接触面空间有足够多的氦气等惰性气体流通，使得晶片表面的温度变化更加均匀；这种结构还可以提供更强的静电吸附力，使得本发明对晶 片的静电吸附更容易，缩短静电释放的时间，可以提高晶片加工的效率。

作为本发明的另一种改进，金属层7上可以均匀地设置有多个气道和/或通气孔，第一绝缘层、电极层和第二绝缘层上优选分别对应地均匀设置有多个气道和/或通气孔。氦气等惰性气体通过各层之间的气道和通气孔传输到第一绝缘层，再均匀的传递到晶片，这样可以进一步提高晶片温度冷却或受热的均匀性。

本发明中，第二绝缘层6优选为蓝宝石。第二绝缘层还可以是其他绝缘材料。

综上，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的静电卡盘的第一绝缘层材料采用蓝宝石，可减少了传统集成工艺中陶瓷高温烧结的风险，特别是国内大尺寸氮化铝陶瓷烧结的限制，可有效规避国外静电卡盘的技术壁垒；

2、本发明所采用的蓝宝石材料可以提升静电卡盘表面的抗腐蚀能力，最终提高静电卡盘产品的寿命；

3、本发明选用特定切型的蓝宝石材料作为静电卡盘第一绝缘层材料，与传统陶瓷相比，其介电常数有一定的提高，从而使得静电卡盘在通电后，电极层表面所产生的电场在晶片的表面产生更多的感应电荷，从而可增加静电卡盘的吸附力。

4、本发明采用的方案集成灵活性强，可以通过多种工艺实现静电卡盘集成；

5、本发明结构简单，制造容易，成本较低，可广泛推广使用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种静电卡盘装置，属于半导体晶片加工技术领域，所述静电卡盘装置包括第一绝缘层、第二绝缘层、电极层和金属层，所述第一绝缘层设置在第二绝缘层的上方，所述电极层设置在所述第一绝缘层和第二绝缘层之间，所述第二绝缘层设置在所述金属层上，所述第一绝缘层为蓝宝石材料。本发明种抗腐蚀能力强、静电吸附力均匀且对设备要求低。

技术研发人员：朱煜;徐登峰;许岩;杨鹏远;穆海华;成荣;唐娜娜;韩玮琦;张鸣;杨开明
受保护的技术使用者：北京华卓精科科技股份有限公司
技术研发日：2016.03.03
技术公布日：2017.09.12