專利名稱：靜電卡盤及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體晶片等被處理體基板的載置臺所使用的靜電卡 盤，特別涉及具有陶瓷噴鍍膜(以下簡稱噴鍍層)的靜電卡盤及其制 造方法。
背景技術(shù)：
在對硅晶片等被處理體基板進行蝕刻等處理的半導體裝置中，被 處理基板被載置在設(shè)置于處理腔室中央的載置臺上。在該載置臺中，
靜電卡盤(以下簡稱ESC)多被設(shè)置在由具有良好導熱性金屬材料構(gòu) 成的支撐體的上部。
一般地，靜電卡盤呈層疊構(gòu)造，在其最外表面上設(shè)有絕緣(電介 質(zhì))體層，在其下側(cè)設(shè)有作為導電體層的膜狀電極，進而在其下側(cè)也 設(shè)有絕緣體層。絕緣體層多采用氧化鋁(A1203)，膜狀電極多采用鋁薄 板、箔或接合層。為了通過靜電力固定晶片，膜狀電極作為用于施加 電壓的電極而發(fā)揮作用。
另外，與膜狀電極不同的是，為了實現(xiàn)ESC的均熱化而在ESC上 設(shè)有由金屬材料構(gòu)成的傳熱層。
膜狀電極以及傳熱層均為由導電性金屬材料構(gòu)成的金屬層，均在 ESC的側(cè)面呈向外部露出的狀態(tài)。當這種金屬層的端部在ESC的側(cè)面 呈露出狀態(tài)時，存在例如由于用于制造半導體所使用的鹵素系等腐蝕 氣體而發(fā)生金屬層腐蝕的問題。此外，還存在被腐蝕金屬所引起的污 染問題。
甚至，當膜狀電極作為ESC的電極而使用時，由于其上被施加高 電壓，所以與其接近的金屬體，例如配置在ESC周邊的聚焦環(huán)等存在 放電或漏電的危險。
因此，多通過在金屬層露出的側(cè)面上噴鍍絕緣性的陶瓷或氧化鋁 來防止上述問題的發(fā)生。例如，下述專利文獻1中公開了一種半導體制造用基座，其特征 在于在具有導電體和絕緣陶瓷基材的半導體制造用基座中，通過絕 緣性的噴鍍膜覆蓋導電體的從陶瓷基材的露出部分。
專利文獻1日本特開平06-279974號公報

發(fā)明內(nèi)容
靜電卡盤一般具有由導電體層和夾著導電體層的絕緣體層構(gòu)成的 層疊構(gòu)造。如果該導電體層露出，則存在由此導致的漏電問題以及由 于氣氛氣體導致的金屬腐蝕問題。因此，在導電體層的露出面，亦即 靜電卡盤的側(cè)面制造由陶瓷等絕緣材料構(gòu)成的噴鍍膜來覆蓋金屬層的 露出面。但是，基于該目的所形成的噴鍍膜，存在易破損的問題。
圖5表示的是在現(xiàn)有技術(shù)的靜電卡盤的側(cè)面形成的陶瓷噴鍍膜(噴 鍍層)形狀的一個例子。 一般而言，如圖5 (a)所示，平面狀的陶瓷 噴鍍層6形成在包括導電體層20的靜電卡盤(ESC) 21側(cè)面的幾乎整 個面上。但是，由于該陶瓷噴鍍層6易碎，在安裝和拆卸ESC的操作 (handling)時，如果對其施加外部沖擊，則發(fā)現(xiàn)存在易破損的問題。
本發(fā)明者為了改善上述陶瓷噴鍍層的易剝離性，針對改變形狀和 覆蓋面積的噴鍍方法所產(chǎn)生的效果進行了研究。亦即， 一個是如圖5
(b) 所示，將陶瓷噴鍍層6在上下水平上面進行擴大，在ESC側(cè)面與 絕緣層的上下一體地形成陶瓷噴鍍層6的方法。另一個方法是如圖5
(c) 所示，僅擴大陶瓷噴鍍層6的下側(cè)，在ESC側(cè)面與絕緣層的下面 側(cè)一體地形成陶瓷噴鍍層6的方法。針對上述形狀就有關(guān)陶瓷噴鍍層 的剝離性改善問題進行了研究。
其結(jié)果，由于粘接面積的增大，剝離性得到了改善，但由于陶瓷 噴鍍層薄且脆，所以由于外部的沖擊力，陶瓷噴鍍層的轉(zhuǎn)角部發(fā)生破 損。因此，即使將陶瓷噴鍍層制成如圖5 (b)或(c)的形狀，也不能 完全防止由于外部沖擊力所造成的破損。
另外，在專利文獻1中，表示了對這種的陶瓷噴鍍膜的形成方法 下功夫。下面，參照附圖對噴鍍膜的形成方法進行說明。在該文獻的 實施方式中，如圖6 (a)所示，基座上部具有膜狀電極24被夾著在圓 板狀陶瓷基材22與陶瓷的圓板狀支撐體23之間的構(gòu)造。另外，在噴鍍膜(噴鍍層)的形成中，如圖6 (a)所示，首先， 通過蝕刻等對膜狀電極24的周邊部進行除去加工，將絕緣性陶瓷噴鍍 到由此形成的槽25中。在進行噴鍍時，以填滿槽25且從上下陶瓷圓 板的側(cè)表面隆起的方式形成陶瓷噴鍍層6。
由此形成在槽25中生根的陶瓷噴鍍層6，期待提高圓板狀陶瓷與 陶瓷噴鍍層6的粘接性。但是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，由于該陶瓷噴鍍層6 存在隆起的部分，因而存在易與周圍物體碰撞的問題?？芍绻撀?起部分與周圍剛體發(fā)生碰撞，從外部施加沖擊力，陶瓷噴鍍層6發(fā)生 破損而易于剝離。
在如上述專利文獻1所記載的膜狀電極24周邊部的蝕刻加工中， 陶瓷無法充分進入加工部的內(nèi)部。因此，很難將金屬層完全覆蓋，并 且由于噴鍍陶瓷與加工部的接觸面積不足，所以存在粘接性差而發(fā)生 剝離的問題。
因此，本發(fā)明的課題是提供一種在具有由導電體層以及夾著導電 體層的絕緣層所構(gòu)成的層疊構(gòu)造的靜電卡盤的周圍形成的陶瓷噴鍍膜 與基材的粘接性良好，并且在操作時，即使外部沖擊力作用于靜電卡 盤，噴鍍膜也不易破損的靜電卡盤。
為解決上述課題，本發(fā)明的靜電卡盤是包括被絕緣體層夾著的金 屬層的層疊構(gòu)造的靜電卡盤，其特征在于，在上述金屬層周邊的露出 部分上形成的凹部通過絕緣性噴鍍膜而被覆蓋。
該靜電卡盤的噴鍍膜，優(yōu)選至少將露出于上述凹部內(nèi)側(cè)的上述金 屬層覆蓋，且以不從上述凹部突出的方式進行覆蓋。由此，能夠防止 來自金屬層的漏電以及金屬層的腐蝕，并且在操作時即使外部沖擊力 作用于噴鍍膜，也能夠防止噴鍍膜的破損。
上述金屬層可以是導電層或均熱層。另外，上述凹部的截面形狀 優(yōu)選漏斗形、拋物線形、平盤形、橢圓弧形、圓弧形等任何一種外側(cè) 擴大的形狀。由此，即使金屬層的寬度是0.5mm 1.0mm狹窄的情況 下，噴鍍陶瓷也能陷入凹部，能夠防止噴鍍膜的剝離。
優(yōu)選上述噴鍍膜是含有氧化鋁的陶瓷制的絕緣膜。另外，優(yōu)選上 述噴鍍膜通過氧化釔噴鍍而形成。
當向上述凹部噴鍍陶瓷時，在噴鍍膜從凹部突出的情況下，通過
6對噴鍍膜的表面進行磨削而去除從凹部突出的部分，使得噴鍍膜不受 外部沖擊力的作用，能夠防止噴鍍膜的破損。
本發(fā)明的靜電卡盤，即使在上述凹部的寬度為0.5mm以上1.0mm 以下的情況下，也能形成噴鍍膜。
本發(fā)明的靜電卡盤的制造方法，其是包括被絕緣體層所夾著的金 屬層的層疊構(gòu)造的靜電卡盤的制造方法，其特征在于在上述金屬層 的周邊形成凹部，以至少覆蓋露出于上述凹部的金屬層的方式形成絕 緣性的噴鍍膜，對上述噴鍍膜進行磨削使得上述噴鍍膜不從上述凹部 突出。
由此，可以制造能夠防止來自金屬層的漏電、金屬層的腐蝕，并 且在操作時即使在外部沖擊力作用于噴鍍膜，也能夠防止噴鍍膜破損 的靜電卡盤。另外，上述金屬層可以是導電層，也可以是均熱層。
上述凹部的截面形狀優(yōu)選漏斗形、拋物線形、平盤形、橢圓弧形、 圓弧形等任何一種外側(cè)擴大的形狀。這樣，即使金屬層的寬度是 0.5mm 1.0mm狹窄的情況下，噴鍍陶瓷也能陷入凹部，能夠制造噴鍍 膜不易剝離的靜電卡盤。
優(yōu)選對含有氧化鋁的陶瓷制的材料進行噴鍍，形成上述噴鍍膜。 另外，優(yōu)選上述噴鍍膜通過氧化釔噴鍍而形成。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種靜電卡盤，在含有覆蓋金屬層的噴鍍 陶瓷的靜電卡盤中，即使外部沖擊力作用于該靜電卡盤，噴鍍膜也不 易損壞。


圖1是表示本發(fā)明實施例所使用的靜電卡盤的上部構(gòu)造的圖。 圖2是表示本實施例中形成在靜電卡盤側(cè)面的陶瓷噴鍍層的截面 形狀的截面圖。
圖3是表示本發(fā)明中形成在靜電卡盤側(cè)面的凹部的截面形狀的其 他例子的圖。
圖4是表示本發(fā)明中的陶瓷噴鍍層形成方法的說明圖。
圖5是表示形成在現(xiàn)有靜電卡盤側(cè)面的陶瓷噴鍍層的形狀的說明圖。圖6是表示專利文獻中的陶瓷噴鍍層形成方法的說明圖。
符號說明1半導體晶片
2支撐體
3靜電卡盤層
4加熱層
5鋁接合層
6陶瓷噴鍍層
7內(nèi)部電極
8供電棒
9電阻加熱層
10a， 10b 供電線11熱介質(zhì)流路
12氣體供應(yīng)管
13凹部
14層疊構(gòu)造體
20導電體層
21靜電卡盤(ESC)
22陶瓷基材
23圓板狀支撐體
24膜狀電極
25槽
具體實施例方式
以下，參照實施例的附圖對本發(fā)明進行說明。圖1是表示本發(fā)明
實施例所使用的靜電卡盤的上部構(gòu)造的圖，圖1 (a)是垂直截面圖， 圖1 (b)是圖1 (a)的A部放大圖。支撐體2通過接觸半導體晶片1 而進行熱交換，作為調(diào)節(jié)半導體晶片1溫度的熱交換板使用。支撐體2 由鋁等具有出色導電性及導熱性的材料構(gòu)成。
圓板型的靜電卡盤層3設(shè)置在支撐體2的最上部，在其下側(cè)設(shè)有 陶瓷制的圓板型的加熱層4。鋁接合層5設(shè)在靜電卡盤層3與加熱層4之間。
鋁接合層5作為使半導體晶片1溫度均勻的溫度均勻?qū)佣l(fā)揮作
用。在靜電卡盤層3、加熱層4以及鋁接合層5的外圍形成陶瓷噴鍍層 6。
靜電卡盤層3，為了通過靜電吸附力保持半導體晶片l，埋有由陶 瓷等電介質(zhì)構(gòu)成的其內(nèi)部由導電體例如銅、鎢等導電膜構(gòu)成的內(nèi)部電 極7。通過供電棒8將高電壓，例如2500V、 3000V等直流電壓施加在 內(nèi)部電極7上，通過庫侖力或約翰遜拉別克力(Johnsen-Rahbeck)吸
附保持半導體晶片l。
加熱層4，由于膜狀的電阻加熱層9形成在陶瓷圓板的內(nèi)部，在其 兩端安裝有電線10a、 10b，從商業(yè)用交流或直流電源(未圖示)供應(yīng) 加熱用電力。
熱介質(zhì)(流體)流路11設(shè)在支撐體2的內(nèi)部。通過溫度調(diào)節(jié)單元 以及配管(均未圖示)將規(guī)定溫度的熱介質(zhì)，例如熱水或冷水循環(huán)供 應(yīng)至該熱介質(zhì)流路11上。
傳熱氣體、例如He氣體，通過氣體供應(yīng)管12從傳熱氣體供應(yīng)部 (未圖示)供應(yīng)到靜電卡盤層3與半導體晶片1的背面之間，該傳熱 氣體促進靜電卡盤層3與半導體晶片1之間的熱傳導。
如上所述，在本實施方式中，使用了帶有加熱器的靜電卡盤，靜 電卡盤(ESC)是由通過鋁接合層5將形成靜電卡盤層3和加熱層4 大致相同直徑的2塊陶瓷圓板接合的層疊構(gòu)造體構(gòu)成。在本實施方式 中，作為靜電卡盤層3和加熱層4的陶瓷使用氧化鋁。上述兩層的厚 度為1 2mm，鋁接合層5的厚度為0.5 lmm左右，ESC整體的厚度 為3 6mm左右。鋁接合層5具有使半導體晶片1不至于因加熱層4 而被不均勻加熱的均衡溫度的功能。
在該圓板形的層疊構(gòu)造體的整個外圍上形成陶瓷噴鍍層6時，形 成鋁接合層5的外邊呈露出狀態(tài)的凹部，將陶瓷噴鍍層6埋入該凹部 內(nèi)，為了使其上部不突出于層疊構(gòu)造體的側(cè)面而對其高度進行調(diào)整。
下面，在本發(fā)明中，對形成在層疊構(gòu)造體側(cè)面的凹部的優(yōu)選截面 形狀進行說明。圖2是表示本實施方式中形成在靜電卡盤側(cè)面的陶瓷 噴鍍層6的截面形狀的截面圖。如圖2所示，靜電卡盤層3的下半部分與加熱層4的上半部分被 削切成平的傾斜面，以在其底部上露出鋁接合層5的方式形成凹部。
凹部的截面為淺底的漏斗形或平盤形。進行噴鍍材料的噴鍍，使 陶瓷噴鍍層6整體覆蓋該凹部。優(yōu)選氧化釔或氧化鋁作為噴鍍材料， 但只要是形成陶瓷的材料就不受此限制。由于噴鍍后噴鍍材料從凹部 的表面隆起，研磨該隆起部分，為使陶瓷噴鍍層6的上部不突出于層 疊構(gòu)造體的側(cè)面而對其高度進行調(diào)整。
在本發(fā)明中，為了提高陶瓷噴鍍層6對基材的粘接性，實施了以 下2點改進措施。第1個改進措施是使凹部的截面呈外側(cè)擴大的形 狀(呈開口狀態(tài))，使得噴鍍時的融液易于進入凹部的底部(內(nèi)側(cè))。
第2個改進措施是如后面所述那樣，使凹部截面中的凹部周邊長度
為1.42mm以上，擴大陶瓷噴鍍層6的與基材的粘接面積。
上述第1個改進措施中，凹部的截面形狀不僅限于圖2所示的形 狀。圖3是表示本發(fā)明中凹部截面形狀的其他例子。凹部13的截面形 狀可以是圖3 (a)所示的漏斗形，也可以是圖3 (b)所示的平盤形。 另外，如圖3 (c)所示，漏斗的底部轉(zhuǎn)角部可以呈圓形R的形狀，也 可以呈圖3 (d)所示的圓弧形的截面形狀?；蛘?，雖未經(jīng)圖示，但凹 部的截面形狀可以是橢圓弧形或拋物線形。由此，在截面形狀包括曲 線的情況下，含有鋁接合層5的露出部的凹部的底部也可以是平面。
另外，在上述第2個改進措施中，凹部截面形狀中的凹部周邊長 優(yōu)選1.42mm。由此，能夠提高陶瓷噴鍍層6與靜電卡盤層3*加熱層4 的粘接性，也能減少陶瓷噴鍍層6的剝離性。
此外，通過以除去陶瓷噴鍍部的隆起，使陶瓷噴鍍層6不從層疊 構(gòu)造體的側(cè)面突出的方式來調(diào)整其高度，能夠防止在操作時隆起部分 與周圍的剛體發(fā)生碰撞而破損。另外，作為除去噴鍍部的隆起的方法， 是現(xiàn)有的機械研磨等方法即可，不需要特別限定。
下面對本發(fā)明中的靜電卡盤的制造方法，亦即陶瓷噴鍍層6的形 成方法進行說明。圖4是表示本發(fā)明中的陶瓷噴鍍層6的形成方法的 說明圖。首先，如圖4 (a)所示，通過鋁接合層5將靜電卡盤層3與 加熱層4的2塊陶瓷圓板接合，作成層疊構(gòu)造體14。接著，如圖4 (b) 所示，對層疊構(gòu)造體14的整個外圍進行磨削，形成規(guī)定形狀的凹部13。
10接著，如圖4 (C)所示，以整體埋入層疊構(gòu)造體14外圍的凹部 13且使其表面微微隆起的方式進行陶瓷噴鍍材料的噴鍍，形成陶瓷噴
鍍層6。在本實施方式中，噴鍍材料使用了氧化釔或氧化鋁的粉末。陶 瓷噴鍍層6冷卻固化后對其表面進行機械磨削或研磨，為使陶瓷噴鍍 層6的上部不從層疊構(gòu)造體14的側(cè)面突出而對其高度進行調(diào)整。通過 上述工序，完成陶瓷噴鍍層6的形成。
權(quán)利要求
1. 一種靜電卡盤，其是包括被絕緣體層所夾著的金屬層的層疊構(gòu)造的靜電卡盤，其特征在于形成在所述金屬層周邊的露出部分的凹部被絕緣性的噴鍍膜覆蓋。
2. 如權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于 所述噴鍍膜至少覆蓋露出于所述凹部內(nèi)側(cè)的所述金屬層，且以不從所述凹部突出的方式進行覆蓋。
3. 如權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于 所述金屬層是導電層或均熱層。
4. 如權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于 所述凹部的截面形狀是漏斗形、拋物線形、平盤形、橢圓弧形、圓弧形中中任一種形狀。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項所述的靜電卡盤，其特征在于 所述噴鍍膜是含有氧化鋁的陶瓷制的絕緣膜。
6. 如權(quán)利要求1 4中任一項所述的靜電卡盤，其特征在于 所述噴鍍膜通過氧化釔噴鍍而形成。
7. 如權(quán)利要求1 4中任一項所述的靜電卡盤，其特征在于 所述噴鍍膜的表面被磨削。
8. 如權(quán)利要求1 4中任一項所述的靜電卡盤，其特征在于所述凹部的寬度為l.Omm以下。
9. 一種靜電卡盤的制造方法，其是包括被絕緣體層所夾著的金屬層的層疊構(gòu)造的靜電卡盤的制造方法，其特征在于在所述金屬層的周邊形成凹部，以至少覆蓋露出于所述凹部的所述金屬層的方式形成絕緣性的噴 鍍膜，對所述噴鍍膜進行磨削使得所述噴鍍膜不從所述凹部突出。
10. 如權(quán)利要求9所述的靜電卡盤的制造方法，其特征在于 所述金屬層是導電層或均熱層。
11. 如權(quán)利要求9所述的靜電卡盤的制造方法，其特征在于 所述凹部的截面形狀是漏斗形、拋物線形、平盤形、橢圓弧形、圓弧形中的任一種形狀。
12. 如權(quán)利要求9 11中任一項所述的靜電卡盤的制造方法，其特 征在于對含有氧化鋁的陶瓷制的材料進行噴鍍，形成所述噴鍍膜。
13. 如權(quán)利要求9 11中任一項所述的靜電卡盤的制造方法，其特 征在于所述噴鍍膜通過氧化釔噴鍍而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在具有由導電體層以及夾著導電體層的絕緣層構(gòu)成的層疊構(gòu)造的靜電卡盤的周圍所形成的陶瓷噴鍍膜與基材具有良好的粘接性，并且在操作時，即使外部沖擊力作用于靜電卡盤，噴鍍膜也不易破損的靜電卡盤。本發(fā)明的靜電卡盤是包括被絕緣體層夾著的金屬層的層疊構(gòu)造的靜電卡盤，在上述金屬層周邊的露出部分上形成的凹部通過絕緣性噴鍍膜而被覆蓋。該靜電卡盤的噴鍍膜，優(yōu)選至少將露出于上述凹部內(nèi)側(cè)的上述金屬層覆蓋，且以不從上述凹部突出的方式進行覆蓋。由此，能夠防止金屬層漏電以及金屬層腐蝕，并且在操作時即使外部沖擊力作用于噴鍍膜，也能夠防止噴鍍膜的破損。
文檔編號H01L21/67GK101546724SQ20091012705
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者山本高志, 肥田剛 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社