具有加热功能的静电吸盘及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体和材料科学领域，具体的，涉及半导体制造工艺中的一种带加热的静电吸盘及其制备方法。

背景技术

在半导体加工设备中，如刻蚀、PVD、CVD、离子植入等半导体工艺中，静电吸盘被用于通过静电引力实现对半导体材料例如硅晶片(wafer)的平稳夹持。传统的静电吸盘通常包含如图1所示的一个类似于三明治的结构，包括上陶瓷层、下陶瓷层和位于两者之间的电极层。上陶瓷层与下陶瓷层的外围部分结合成一体从而将电极层整体封闭在三明治结构内，只留有电极的电连接接头用以与外部电路连接。在半导体加工制程中，有时硅晶片还要被加热，以使其保持在设定的温度。因此，需要提供一种具有加热功能的静电吸盘。为了实现加热功能，通常需要在三明治结构的陶瓷静电吸盘上额外添加一个加热单元。

传统的带有电加热功能的陶瓷静电吸盘是中间利用一个金属铝层来将三明治结构的陶瓷静电吸盘与同样是三明治结构的电加热单元连接起来从而形成一个七层结构。传统的带有电加热功能的陶瓷静电吸盘包括一个静电吸盘三明治结构和一个电加热单元的三明治结构，两者之间通过铝连接层结合成一体。由于金属铝相对不稳定，所以还需要额外增加一个溅射或者其它类似的镀膜工序在静电吸盘的圆周侧边形成一层氧化物(可以是氧化钇)薄层从而将铝连接层完全封装起来。

这种七层结构的带加热单元的陶瓷复合静电吸盘工艺上由于增加了焊接和镀膜工序，工艺控制点增多，工序相对复杂，从而使得制备满足半导体制程需求的高品质静电吸盘的难度很大。

因此，需要提供一种工艺简单、结构优化、耐腐蚀、耐刻蚀，且使用过程中更安全、可靠的具有加热功能的静电吸盘，及其生产方法。

发明内容

本发明旨在提供一种具有加热功能的静电吸盘及其制备方法。这种结构的静电吸盘为全陶瓷密封结构，可提高其耐腐蚀、耐刻蚀性能，其使用过程中更安全、可靠。

本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘，包括上陶瓷基底层、静电吸盘电极层、中间陶瓷层、加热电极层和下陶瓷基底层，其中，静电吸盘电极层位于上陶瓷基底层和中间陶瓷层之间，加热电极层位于中间陶瓷层和下陶瓷基底层之间，上陶瓷基底层、中间陶瓷层和下陶瓷基底层经烧结成一体把静电吸盘电极层和加热电极层基本上整体封装起来，同时设有空隙用以为静电吸盘电极层和加热电极层提供电连接的连接触点，其中所述具有加热功能的静电吸盘除静电吸盘电极层和加热电极层及其电连接结构之外为全陶瓷结构。

本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个静电吸盘三明治结构，所述静电吸盘三明治结构包括第一介质层、静电吸盘电极层和第二介质层，所述静电吸盘电极层位于所述第一介质层和第二介质层之间；提供一个加热盘三明治结构，所述加热盘三明治结构包括第三介质层、加热电极层和第四介质层，所述加热电极层位于所述第三介质层和第四介质层之间；将所述加热盘三明治结构与静电吸盘三明治结构依次放入模具加压烧结，得到所述具有加热功能的静电吸盘，其中，所述第二介质层与第三介质层相互之间面接触并经加压烧结形成一体化陶瓷结构，其中所述经加压烧结成一体的第二介质层和第三介质层形成所述的中间陶瓷层，经加压烧结第一介质层形成所述上陶瓷基底层，第四介质层形成所述下陶瓷基底层。

进一步地，本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个静电吸盘三明治结构，所述静电吸盘三明治结构包括第一介质层、静电吸盘电极层和第二介质层，所述静电吸盘电极层位于所述第一介质层和第二介质层之间；提供一个加热盘三明治结构，所述加热盘三明治结构包括第三介质层、加热电极层和第四介质层，所述加热电极层位于所述第三介质层和第四介质层之间；提供一个中间介质层；将所述加热盘三明治结构、所述中间介质层与静电吸盘三明治结构依次放入模具加压烧结，得到所述具有加热功能的静电吸盘，其中，所述中间介质层位于所述第二介质层和第三介质层之间并分别与第二介质层和第三介质层面接触，并经加压烧结与第二介质层和第三介质层形成一体化陶瓷结构，其中所述经加压烧结成一体的第二介质层、中间介质层和第三介质层形成所述的中间陶瓷层，经加压烧结第一介质层形成所述上陶瓷基底层，第四介质层形成所述下陶瓷基底层。

进一步地，本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个第一介质层，提供一个第二介质层，提供一个中间介质层，所述中间介质层的上表面形成有一层静电吸盘电极层，所述中间介质层的下表面形成有一层加热电极层，将所述第一介质层，上下表面分别形成有静电吸盘电极层和加热电极层的中间介质层和第二介质层依次放入模具加压烧结，得到所述具有加热功能的静电吸盘，其中，所述中间介质层经加压烧结形成所述的中间陶瓷层，经加压烧结所述第一介质层形成所述上陶瓷基底层，所述第二介质层形成所述下陶瓷基底层。

根据本发明上述第一种和第二种方法中，静电吸盘三明治结构第一介质层、第二介质层有一个为在低于烧结温度下经预烧结的片状陶瓷素坯，加热盘三明治结构中的第三介质层、第四介质层有一个为在低于烧结温度下经预烧结的片状陶瓷素坯。

根据本发明第三种方法中的一个实施方案，上表面形成有一层静电吸盘电极层，下表面形成有一层加热电极层的中间介质层为经烧结致密的陶瓷片。

根据本发明的上述三种方法中的一个实施方案，至少一个介质层的材料选自氧化铝、氧化锆、氧化钛、镁铝尖晶石氮化铝、氮化硅、碳化硅中的一种或多种。

根据本发明的上述三种方法中的一个实施例，静电吸盘电极层或加热电极层的材料是选自钨、钼、镍、铂的金属材料。

根据本发明的上述三种方法中的一个实施例，所述静电吸盘电极层或加热电极层的材料是选自导电的硅化钼、氧化锆、碳化硅陶瓷材料。

根据本发明的上述三种方法中的一个实施例，所述静电吸盘电极层或加热电极层的材料是选自钨、钼、镍、铂等金属材料与陶瓷材料的混合物。

本发明提供了一种带加热的静电吸盘的制备方法尤其适用于半导体加工工艺用带加热静电吸盘的制备方法。

附图说明

图1为本发明的具有加热功能的静电吸盘结构示意图；

其中11：上陶瓷基底层；12：静电吸盘电极层；13：中间陶瓷层；14：加热电极层；15：下陶瓷基底层；

图2为静电吸盘三明治结构的结构示意图；

其中21：第一介质层；22：静电吸盘电极层；23：第二介质层；

图3为加热盘三明治结构的结构示意图；

其中31：第四介质层；32：加热电极层；33：第三介质层；

图4为根据本发明的一个实施例的具有加热功能的静电吸盘的制备过程示意图；

其中41：第一介质层；42：静电吸盘电极层；43：第二介质层；44：第三介质层；45：加热电极层；46：第四介质层；47：石墨模具底托；48：石墨模具外筒

图5为根据本发明的另一个实施例的具有加热功能的静电吸盘的制备过程示意图；

其中51：第一介质层；52：静电吸盘电极层；53：第二介质层；54：中间介质层；55：第三介质层；56：加热电极层；57：第四介质层；58：石墨模具底托；59：石墨模具外筒

图6为根据本发明的另一个实施例的具有加热功能的静电吸盘的制备过程示意图；

其中61：第一介质层；62：静电吸盘电极层；63：中间介质层；64：加热电极层；65：第二介质层；66：石墨模具底托；67：石墨模具外筒。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本发明的具有加热功能的静电吸盘包括：上陶瓷基底层11，静电吸盘电极层12，中间陶瓷层13，加热电极层14；和下陶瓷基底层15。其中，静电吸盘电极层12位于上陶瓷基底层11和中间陶瓷层13之间，加热电极层14位于中间陶瓷层13和下陶瓷基底层15之间，上陶瓷基底层11、中间陶瓷层13和下陶瓷基底层15经烧结成一体把静电吸盘电极层12和加热电极层14基本上整体封装起来，仅保留用以为静电吸盘电极层和加热电极层提供电连接的连接触点，其中所述具有加热功能的静电吸盘除静电吸盘电极层12和加热电极层14及其电连接结构之外为全陶瓷结构。

下面结合本发明的具体实施例详述本发明的具有加热功能的静电吸盘的制备方法。

实施例1

如图4所示，本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个如图2所示的静电吸盘三明治结构，所述静电吸盘三明治结构包括第一介质层21、41，静电吸盘电极层22、42和第二介质层23、43，所述静电吸盘电极层22、42位于所述第一介质层21、41和第二介质层23、43之间；提供一个如图3所示的加热盘三明治结构，所述加热盘三明治结构包括第三介质层33、44，加热电极层32、45和第四介质层31、46，所述加热电极层32、45位于所述第三介质层33、44和第四介质层31、46之间；将所述加热盘三明治结构和所述静电吸盘三明治结构依次放入模具加压烧结，得到所述具有加热功能的静电吸盘，其中，所述第二介质层23、43与第三介质层33、44相互之间面接触并经加压烧结形成一体化陶瓷结构，其中所述经加压烧结成一体的第二介质层23、43和第三介质层33、44形成如图1所示的中间陶瓷层13，经加压烧结第一介质层21、41形成所述上陶瓷基底层11，第四介质层31、46形成所述下陶瓷基底层15。

根据本发明的一个实施例，所述静电吸盘三明治结构与加热盘三明治结构的制备方法包括：

1.将喷雾造粒好的氧化铝粉体，用冷等静压成型出直径300mm，厚5mm的片状陶瓷素坯，成型压力为200MPa；

2.将直径Ф300mm、厚5mm的片状陶瓷素坯，在氧化气氛下，1300℃下保温1小时，进行预烧结后，再进行磨加工，从而得到片状氧化铝预烧结陶瓷件，对应于本发明的第二介质层23和第四介质层31；

3.用丝网印刷的方法，把金属钨膏剂印刷到第二介质层23上，得到静电吸盘电极层22；把金属钨膏剂印刷到第四介质层31上，得到加热电极层32。在本实施例中静电吸盘电极层22和加热电极层32的材料为钨，但并不限定为钨，其它适合于作为静电吸盘电极层22和加热电极层32使用的材料也可选择；

4.在第二介质层23和第四介质层31涂敷有静电吸盘电极层22和加热电极层32的面上，用凝胶注模技术成型在静电吸盘电极层22上，成型一层氧化铝陶瓷作为第一介质层21；在加热电极层32上，成型一层氧化铝陶瓷作为第三介质层33。从而得到如图2所示的静电吸盘三明治结构和如图3所示的加热盘三明治结构。

根据本发明的一个实施例，沿着加热盘和静电吸盘三明治结构的的轴向方向进行加压烧结。烧结温度设定为1600℃，保温30分钟，压力为20MPa。

本实施例中，第一介质层41、第二介质层43、第三介质层44和第四介质层46的材料是氮化铝，在其他实施例中，也可以是以下材料的一种或几种：氧化铝、氧化锆、氧化钛、镁铝尖晶石、氮化铝、氮化硅、碳化硅。

实施例2

如图5所示，本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个如图2所示的静电吸盘三明治结构，所述静电吸盘三明治结构包括第一介质层21、51，静电吸盘电极层22、52，和第二介质层23、53，所述静电吸盘电极层22、52位于所述第一介质层21、51和第二介质层23、53之间；提供一个如图3所示的加热盘三明治结构，所述加热盘三明治结构包括第三介质层33、55，加热电极层32、56和第四介质层31、57，所述加热电极层32、56位于所述第三介质层33、55和第四介质层31、57之间；提供一个中间介质层54；将所述加热盘三明治结构、中间介质层54与所述静电吸盘三明治结构，依次放入模具加压烧结，得到如图1所示的具有加热功能的静电吸盘，其中，所述中间介质层54位于所述第二介质层23、53和第三介质层33、55之间并分别与第二介质层23、53和第三介质层33、55面接触，并经加压烧结与第二介质层23、53和第三介质层33、55形成一体化陶瓷结构，其中所述经加压烧结成一体的第二介质层23、53，中间介质层54和第三介质层33、55形成如图1所示的中间陶瓷层13，经加压烧结第一介质层21、51形成所述上陶瓷基底层11，第四介质层31、57形成所述下陶瓷基底层15。

本实施案例中，预烧结陶瓷件，对应于本发明的第一介质层21、和第四介质层31；

其它所述静电吸盘三明治结构和加热盘三明治结构的成型方法以及静电吸盘电极和加热电极的形成方法，材料选择和工艺参数可以参照前述实施例，在此不予赘述。

实施例3

如图6所示，本发明提供一种具有加热功能的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：提供一个第一介质层61，提供一个第二介质层65，提供一个中间介质层63，所述中间介质层63的上表面形成有一层静电吸盘电极层62，所述中间介质层的下表面形成有一层加热电极层64，将所述第一介质层61，上下表面分别形成有静电吸盘电极层62和加热电极层64的中间介质层63和第二介质层65依次放入模具加压烧结，得到所述具有加热功能的静电吸盘，其中，所述中间介质层63经加压烧结形成如图1所述的中间陶瓷层13，经加压烧结所述第一介质层61形成所述上陶瓷基底层11，所述第二介质层65形成所述下陶瓷基底层15。

其中静电吸盘电极和加热电极的形成方法，材料选择和工艺参数可以参照前述实施例，在此不予赘述。

根据本发明的一个实施例，介质层21与23、31与33、41与43、44与46、51与53、55与57中有一个为在低于烧结温度下经预烧结的片状陶瓷素坯。

根据本发明的一个实施例，中间介质层63为经烧结致密的陶瓷片。

根据本发明的一个实施例，至少一个或全部介质层21、23、31、33、41、43、44、46、51、53、54、55、57、61、63、65的材料选自氧化铝、氧化锆、氧化钛、镁铝尖晶石氮化铝、氮化硅、碳化硅中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，静电吸盘电极层22、42、52、62或加热电极层32、45、56、64的材料是选自钨、钼、镍、铂的金属材料。

根据本发明的一个实施例，所述静电吸盘电极层22、42、52、62或加热电极层32、45、56、64的材料是选自导电的硅化钼、氧化锆、碳化硅陶瓷材料。

根据本发明的一个实施例，所述静电吸盘电极层22、42、52、62或加热电极层32、45、56、64的材料是选自钨、钼、镍、铂等金属材料与陶瓷材料的混合物。

以上，说明了本发明的实施方式。但是本发明并不局限于上述记述。关于前述的实施方式，只要具备本发明的特征，则本领域技术人员追加适当设计变更的发明也包含在本发明的范围内。例如，静电吸盘所具备的各要素的形状、尺寸、材质、配置、设置方式等并不局限于例示的内容，而是可进行适当变更。

另外，前述的各实施方式所具备的各要素，在技术上可行的范围内能够进行组合，组合这些的发明只要包含本发明的特征，则也包含在本发明的范围内。