專利名稱：靜電吸盤裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種靜電吸盤及其制造方法，更具體地，涉及一種靜電吸盤裝置及其 制造方法，所述靜電吸盤裝置能夠通過防止絕緣材料被刻蝕，使得靜電吸盤的使用壽命延 長，并且實現(xiàn)在整個襯底上均勻的溫度梯度。
背景技術：
—般說來，半導體器件，平板顯示器件或太陽能電池可通過氧化、沉積和刻蝕的過 程來制造。這些過程是在襯底固定地裝載在腔室上的情況下進行的。為了將襯底固定地裝 載到腔室上，廣泛采用機械方法或真空吸盤方法。近年來，使用靜電力的靜電吸盤裝置是更 首選的。 靜電吸盤裝置可以應用于制造半導體器件的全部步驟中，例如，化學氣相沉積，刻 蝕，濺射和離子注入的步驟。 靜電吸盤裝置通過在電極和襯底之間的絕緣層上產(chǎn)生的庫倫力(Coulombic Force)和約翰生-拉別克力(Johnson-Rahbeck Force)來吸附襯底。
圖1示出現(xiàn)有技術的靜電吸盤裝置。 參考圖l，現(xiàn)有技術的靜電吸盤裝置包括基座構件10和靜電吸盤20，基座構件10 由鋁材料形成，以及靜電吸盤形成于基座構件10上。 基座構件10包括吸附到靜電吸盤20的通道12(未示出)，通道12用于將襯底加 熱到預定的溫度。如果從外部提供的具有高溫度的液體15通過通道12，則基座元件10將 液體15的溫度傳遞給襯底，由此，被靜電吸附在靜電吸盤20上的襯底被加熱到預定溫度。
靜電吸盤20包括絕緣構件22和形成于絕緣構件22內(nèi)部的直流電極(DC電極)24。 由于靜電吸盤20向DC電極24提供直流電源，在絕緣構件22中產(chǎn)生靜電力，由此，襯底(未 示出)被靜電吸附到靜電吸盤20上。并且，靜電吸盤20通過使用從基座構件10傳遞來的 液體15的熱量來將被靜電吸附到靜電吸盤20上的基座加熱到預定的溫度。
然而，現(xiàn)有技術的靜電吸盤裝置具有下面的缺點。 在現(xiàn)有技術的靜電吸盤裝置中，在加工過程中或其之后，當通過刻蝕來清潔腔室 時，絕緣構件22可能被等離子體(或刻蝕氣體)刻蝕，因而靜電吸盤20的使用壽命會縮短。 由于靜電吸盤20的使用壽命短，靜電吸盤20不得不被頻繁地更換，因而產(chǎn)率減少而維修費 用增加。 由于基座構件10與靜電吸盤20的絕緣構件22的導熱性不同，并且通道15離襯 底遠，因此難以在整個襯底上實現(xiàn)均勻的溫度。而且，由于在襯底中的溫度調(diào)節(jié)不精確，因 此難以在整個襯底上實現(xiàn)均勻的溫度梯度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種靜電吸盤裝置及其制造方法，基本上避免了由于現(xiàn)有技術 的限制和不足產(chǎn)生的一個或多個問題。 本發(fā)明的一個目的是提供一種靜電吸盤裝置及其制造方法，所述靜電吸盤裝置能 夠延長靜電吸盤的使用壽命，并且能夠通過阻止絕緣材料被刻蝕而實現(xiàn)整個基座上均勻的 溫度梯度。 本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和功能將會在下面的描述中部分地提出，并且對于本領 域的技術人員來說，部分的所述其它優(yōu)點、目的和方面通過分析下文是顯而易見的，或者可 以通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的以及其他優(yōu)點可通過書面說明書及其權利要求以 及附圖中特別指出的結構實現(xiàn)并獲得。 為達到這些目的以及其他的優(yōu)點并且與本發(fā)明的目的相一致，如在此具體地和概
括地描述的， 一種靜電吸盤裝置包括基座構件；以及靜電吸盤，裝載在所述基座構件上，
所述靜電吸盤用于通過靜電力吸附襯底，其中，所述靜電吸盤包括絕緣構件，形成于所述 基座構件上，并且設有多個由氮化鋁構成的第一絕緣板；加熱器，用于加熱襯底，所述加熱
器位于所述多個第一絕緣板之間；直流電極，形成于所述多個第一絕緣板中的設于加熱器 之上的至少一個第一絕緣板上，所述DC電極與直流電源電連接；以及絕緣刻蝕停止層，由 氧化鋁構成并形成于所述絕緣構件的整個表面上，以用來防止所述絕緣構件被刻蝕。
同時，絕緣構件包括第一絕緣層，位于所述基座構件上，所述第一絕緣層包括至 少一個相接觸的第一絕緣板；第二絕緣層，所述第二絕緣層在加熱器插置于所述第二絕緣 層和所述第一絕緣層之間的情況下位于所述第一絕緣層上，所述第二絕緣層包括至少一個 相接觸的第一絕緣板；以及第三絕緣層，所述第三絕緣層在直流電極插置于所述第三絕緣 層和所述第二絕緣層之間的情況下位于所述第二絕緣層上，所述第三絕緣層包括至少一個 相接觸的第一絕緣板。 并且，所述絕緣刻蝕停止層包括至少一個與所述絕緣構件相接觸的由氧化鋁構成 的第二絕緣板。 所述加熱器包括內(nèi)部加熱器，其由第一加熱源加熱，并且位于所述第一絕緣層的
中心部分；以及外部加熱器，其由第二加熱源加熱，并且位于所述第一絕緣層的邊緣。 另外，所述靜電吸盤裝置還包括覆蓋在所述靜電吸盤的側面的聚焦環(huán)，所述聚焦
環(huán)形成于所述基座構件上。 所述聚焦環(huán)由氧化鋁形成。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種靜電吸盤裝置的制造方法包括形成由第一絕緣材 料構成的第一絕緣層；在第一絕緣層上設置加熱器；在加熱器插置于第一和第二絕緣層之 間的情況下，在第一絕緣層上形成由第一絕緣材料構成的第二絕緣層；在第二絕緣層上形 成直流電極，所述DC電極與直流電源電連接；在直流電極上形成由第一絕緣材料構成的第 三絕緣層；在第三絕緣層上形成絕緣刻蝕停止層，其中，所述絕緣刻蝕停止層由與第一絕緣 材料不同的第二絕緣材料形成；通過將包括加熱器和直流電極的第一至第三絕緣層粘附到 絕緣刻蝕停止層來制造靜電吸盤；以及將所述靜電吸盤裝載到所述基座構件上。
所述第一至第三絕緣層的每一個都由至少一個由第一絕緣材料構成的第一絕緣
5板形成。 第一絕緣材料是氮化鋁。
第二絕緣材料是氧化鋁。 在第一絕緣層上設置加熱器的過程包括在第一絕緣層的中心部分設置由第一加 熱源加熱的內(nèi)部加熱器；以及在第一絕緣層的邊緣設置由第二加熱源加熱的外部加熱器。
另外，所述方法也包括在基座構件上形成覆蓋靜電吸盤側面的聚焦環(huán)。
所述聚焦環(huán)由氧化鋁形成。 應當理解，前面提到的本發(fā)明的概括描述以及下面的詳細描述都是示范的和說明 性的，并且旨在提供所主張的本發(fā)明的更進一步的說明。


所包括的附圖用于提供本發(fā)明的進一步理解，包括在本申請中且構成本申請的一
部分，其示出了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中 圖1示出現(xiàn)有技術的靜電吸盤裝置； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的靜電吸盤裝置； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的靜電吸盤裝置； 圖4A至41是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜電吸盤裝置制造方法的剖視圖。
具體實施例方式
下面將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。在任何可能的情況 下，所有附圖中采用相同的附圖標記表示相同或相似的部件。 下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤裝置以及靜電吸盤裝置的制造方 法。 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的靜電吸盤裝置。 參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的靜電吸盤裝置包括基座構件200和靜電吸 盤300. 基座構件200由金屬材料制成。例如，基座構件200可以由鋁(Al)制成。基座構 件200可以包括一個附加的延伸部分，在該延伸部分上裝載靜電吸盤300。
靜電吸盤300包括絕緣構件310，加熱器320，直流電極(DC電極)330，以及絕緣刻 蝕停止層340。 絕緣構件310可包括第一，第二和第三絕緣層312、314、以及316。
第一絕緣層312沉積在基座構件200上。 第二絕緣層314在加熱器320插置于第二絕緣層314和第一絕緣層312之間的情 況下沉積在第一絕緣層312上。 第三絕緣層316在DC電極330插置于到第三絕緣層316和第二絕緣層314之間 的情況下沉積在第二絕緣層314上。 第一，第二以及第三絕緣層312、314、以及316的每一層由至少一個第一絕緣板 312a形成，第一絕緣板312a由具有90W/mk或更高的導熱系數(shù)的氮化鋁(A1N)制成。
加熱器320包括內(nèi)部加熱器320a以及外部加熱器320b，其中內(nèi)部加熱器和外部加熱器320a和320b均放置在第一和第二絕緣層312和314之間。 內(nèi)部加熱器320a形成于第一絕緣層312的中心部分。內(nèi)部加熱器320a由外部提 供的第一加熱源加熱，并且隨后內(nèi)部加熱器320a將靜電吸盤300的中心部分加熱到預定的 溫度。在這種情況下，內(nèi)部加熱器320a可形成為具有同心圓形狀。 外部加熱器320b形成于第一絕緣層312的邊緣。外部加熱器320b由外部提供的 第二加熱源加熱，并且隨后外部加熱器320b將靜電吸盤300的邊緣加熱到預定的溫度。在 這種情況下，外部加熱器320b可以在外部加熱器320a的外部形成具有同心圓的形狀。
為了實現(xiàn)制造靜電吸盤300的簡化過程，內(nèi)部和外部加熱器320a和320b的每一 個可被插入到加熱器插入槽中(未示出)中，所述加熱器插入槽形成在第一絕緣層312的 表面上的每一對應部分。 包括分別操作的內(nèi)部和外部加熱器320a和320b的加熱器320能夠?qū)崿F(xiàn)對襯底的 精確的溫度控制，由此，可以選擇性地控制整個襯底上相應部分的部位的溫度，因此實現(xiàn)襯 底上均勻的溫度梯度。 DC電極330形成于放置在第二絕緣層314上的電極板中。DC電極330通過外部 提供的直流電產(chǎn)生靜電力，并且由DC電極330產(chǎn)生的靜電力能夠在靜電吸盤300的整個表 面上吸附襯底。為了實現(xiàn)制造靜電吸盤330的簡化過程，DC電極330可以被插入到在第二 絕緣層314的表面上相應的部分形成的電極插入槽(未示出)中。 DC電極330和絕緣構件310可以由熱膨脹系數(shù)和質(zhì)量相近的材料制成。例如，DC 電極330可由鈦(Ti)，鎢(W)或鉭(Ta)制成。DC電極可通過加壓(pressurizing)、絲網(wǎng)印 刷(screen printing)、舌l(xiāng)j片(doctor blade)以及流延成形(t即e casting)中的任何——禾中 方法形成。 絕緣刻蝕停止層340在第三絕緣層316的整個表面形成。優(yōu)選地，絕緣刻蝕停止 層340由導熱性高、用于有效地將加熱器320產(chǎn)生的熱量傳遞到襯底上、并且對等離子體的 抗刻蝕性高的材料制成。因此，絕緣刻蝕停止層340利用由至少一個導熱系數(shù)為18W/mk或 更高的氧化鋁(A1203)所構成的第二絕緣板形成。絕緣刻蝕停止層340可在高溫和高壓下 在第三絕緣層316上形成。在這種情況下，絕緣刻蝕停止層340比絕緣構件310薄，以便實 現(xiàn)襯底平穩(wěn)的靜電吸附和好的導熱性。例如，優(yōu)選地，絕緣刻蝕停止層340具有大約7mm的 厚度。 在制造半導體器件的過程中或在此過程后，絕緣刻蝕停止層340可以防止在通過 刻蝕清潔腔室時，第三絕緣層316被等離子體(或刻蝕氣體)刻蝕。 上述的根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤裝置公開了由氧化鋁構成的絕緣刻蝕停止層340 形成于氮化鋁的絕緣構件310上，以便防止絕緣構件310被等離子體刻蝕。因此，上述根據(jù) 本發(fā)明的靜電吸盤裝置，能夠延長靜電吸盤300的使用壽命，由于靜電吸盤300更換周期的 延長而降低生產(chǎn)成本，并且能增加制造半導體器件的過程的收益。 上述根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤裝置中，由于絕緣刻蝕停止層340比絕緣構件310薄， 由加熱器320產(chǎn)生的熱量均勻地傳遞給具有高導熱性的絕緣構件310，由此使靜電吸盤300 的表面溫度均勻。并且，絕緣構件310的高導熱性能夠迅速地控制靜電吸盤300的加熱和 冷卻，從而能夠增加制造半導體器件的過程的收益。 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的靜電吸盤裝置，包括額外地提供的聚焦環(huán)400。 覆蓋在靜電吸盤300的側面的聚焦環(huán)400，形成于基座構件200上。在這種情況 下，聚焦環(huán)400可由與絕緣刻蝕停止層340相同的材料形成。 聚焦環(huán)400保護絕緣刻蝕停止層340的側面以及絕緣構件310的側面不受等離子 體的刻蝕。盡管絕緣刻蝕停止層340保護靜電吸盤300的絕緣構件310，但是絕緣構件310 的側面暴露在等離子體中。在這個方面，設置聚焦環(huán)400來防止靜電吸盤300的側面不受 等離子體的刻蝕。 并且，聚焦環(huán)400被設置來在使用等離子體制造半導體器件的過程中，將等離子 體集合在預定的部分上以用來裝載基座。 圖4A至41是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜電吸盤裝置的制造方法的示意圖。
下面將參考圖4A至41說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜電吸盤裝置的制造方法。
首先，如圖4A所示，第一絕緣層312利用由至少一個氮化鋁構成的第一絕緣板 312a形成。 如圖4B所示，包括內(nèi)部和外部加熱器320a和320b的加熱器320沉積在第一絕緣 層312上。 此時，加熱器320包括內(nèi)部加熱器320a和外部加熱器320b。內(nèi)部加熱器320a形 成于第一絕緣層312的中心部分，并且內(nèi)部加熱器320a由外部提供的第一加熱源加熱。而 且，外部加熱器312b形成于第一絕緣層312的邊緣，并且外部加熱器320b由第二加熱源加 熱。為了簡化制造靜電吸盤300的過程，內(nèi)部和外部加熱器320a和320b的每一個都可插 入到設在第一絕緣層312表面上的每一相應部分的加熱器插入槽(未示出)中。
如圖4C所示，第二絕緣層314形成于加熱器320上，其中第二絕緣層314由至少 一個第一絕緣層312a形成。 如圖4D所示，DC電極330形成于第二絕緣層314上。為簡化制造靜電吸盤300 的過程，DC電極330可以可插入到形成于第二絕緣層314表面上的相應部分的電極插入槽 (未示出)中。 DC電極330可以形成于一個位于第二絕緣層314上面的附加的電極板上。
如圖4E所示，第三絕緣層316在DC電極330插置于第三絕緣層316和第二絕緣 層314之間的情況下形成于第二絕緣層314上，其中第三絕緣層316由至少一個第一絕緣 板312a形成。 如圖4F所示，絕緣刻蝕停止層340形成于第三絕緣層316上，其中，絕緣刻蝕停止 層340利用至少一個由氧化鋁構成的第二絕緣板形成。 如圖4G所示，絕緣刻蝕停止層340和包括加熱器320和DC電極330的第一至第
三絕緣層312、314、以及316在高溫和高壓下形成，由此制造靜電吸盤300。 如圖4H所示，制成的靜電吸盤300裝載在基座構件200上，由此制造靜電吸盤裝置。 在根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜電吸盤裝置的制造方法中，如圖41所示，覆蓋在靜電 吸盤300側面的聚焦環(huán)400形成于基座構件200上，此時，聚焦環(huán)400可由與絕緣刻蝕停止 層340相同的材料制成。 因此，根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤裝置及其制造方法具有如下的優(yōu)點。
8
由于氧化鋁的絕緣刻蝕停止層340形成于由氮化鋁構成的絕緣構件310上，因此 可以防止絕緣構件310被等離子體刻蝕。因此，靜電吸盤300延長的使用壽命能夠延長更 換靜電吸盤300的周期，從而降低維修成本并且能增加制造半導體器件的過程的收益。
由于絕緣刻蝕停止層340比絕緣構件310薄，由加熱器320產(chǎn)生的熱量均勻的傳 遞給具有高導熱性的絕緣構件310，由此使靜電吸盤300的表面溫度均勻。并且，絕緣構件 310的高導熱性能夠迅速地控制靜電吸盤300的加熱和冷卻，以便能夠增加制造半導體器 件的過程的產(chǎn)率。 對于本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可 以進行多種改進和變型。因此，如果對本發(fā)明的改進和變型在所附權利要求或其等價物的 范圍內(nèi)，則本發(fā)明意在涵蓋本發(fā)明的改進和變型。
權利要求
一種靜電吸盤裝置，包括基座構件；以及靜電吸盤，其裝載在所述基座構件上，用于通過靜電力吸附襯底，其中，所述靜電吸盤包括絕緣構件，形成于所述基座構件上，并且設有多個由氮化鋁構成的第一絕緣板；加熱器，用于加熱所述襯底，所述加熱器位于所述多個第一絕緣板之間；直流電極，形成于所述多個第一絕緣板中的設在所述加熱器之上的至少一個第一絕緣板上，所述直流電極與直流電源電連接；以及絕緣刻蝕停止層，其由氧化鋁構成并形成于所述絕緣構件的整個表面上，用于防止所述絕緣構件被刻蝕。
2. 如權利要求1所述的靜電吸盤裝置，其中，所述絕緣構件包括第一絕緣層，位于所述基座構件上，所述第一絕緣層包括至少一個相接觸的第一絕緣板。第二絕緣層，所述第二絕緣層在所述加熱器插置于所述第二絕緣層和所述第一絕緣 層之間的情況下位于所述第一絕緣層上，所述第二絕緣層包括至少一個相接觸的第一絕緣 板；以及第三絕緣層，所述第三絕緣層在所述直流電極插置于所述第三絕緣層和所述第二絕緣 層之間的情況下位于所述第二絕緣層上，所述第三絕緣層包括至少一個相接觸的第一絕緣 板。
3. 如權利要求1所述的靜電吸盤裝置，其中，所述絕緣刻蝕停止層包括至少一個與所 述絕緣構件相接觸的由氧化鋁構成的第二絕緣板。
4. 如權利要求2所述的靜電吸盤裝置，其中所述加熱器包括 內(nèi)部加熱器，其由第一加熱源加熱，并且位于所述第一絕緣層的中心部分；以及 外部加熱器，其由第二加熱源加熱，并且位于所述第一絕緣層的邊緣。
5. 如權利要求1所述的靜電吸盤裝置，進一步包括覆蓋所述靜電吸盤的側面的聚焦 環(huán)，所述聚焦環(huán)形成于所述基座構件上。
6. 如權利要求5所述的靜電吸盤裝置，其中，所述聚焦環(huán)由氧化鋁形成。
7. —種靜電吸盤裝置的制造方法，包括 形成由第一絕緣材料構成的第一絕緣層； 在所述第一絕緣層上設置加熱器；在所述加熱器插置于所述第一和第二絕緣層之間的情況下，在所述第一絕緣層上形成 由所述第一絕緣材料構成的第二絕緣層；在所述第二絕緣層上形成直流電極，所述直流電極與直流電源電連接； 在所述直流電極上形成由所述第一絕緣材料構成的第三絕緣層；在所述第三絕緣層上形成絕緣刻蝕停止層，其中，所述絕緣刻蝕停止層由與所述第一 絕緣材料不同的第二絕緣材料形成；通過將包括所述加熱器和所述直流電極的所述第一至第三絕緣層粘附到所述絕緣刻 蝕停止層來制造靜電吸盤；以及將所述靜電吸盤裝載在所述基座構件上。
8. 如權利要求7所述的方法，其中，所述第一至第三絕緣層的每一層由至少一個由第 一絕緣材料構成的第一絕緣板形成。
9. 如權利要求7所述的方法，其中，所述第一絕緣材料是氮化鋁。
10. 如權利要求7所述的方法，其中，所述第二絕緣材料是氧化鋁。
11. 如權利要求7所述的方法，其中，在所述第一絕緣層上設置加熱器的過程包括 在所述第一絕緣層的所述中心部分設置由第一加熱源加熱的內(nèi)部加熱器；以及 在所述第一絕緣層的所述邊緣設置由第二加熱源加熱的外部加熱器。
12. 如權利要求7所述的方法，進一步包括在所述基座構件上形成覆蓋所述靜電吸盤 的側面的聚焦環(huán)。
13. 如權利要求12所述的方法，其中，所述聚焦環(huán)由氧化鋁形成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種靜電吸盤裝置及其制造方法，其能夠延長靜電吸盤的使用壽命，并且通過防止絕緣材料被刻蝕而在整個襯底上實現(xiàn)均勻的溫度梯度。所述靜電吸盤裝置包括基座構件，以及裝載在所述基座構件上的靜電吸盤，用于通過靜電力吸附襯底，其中所述靜電吸盤包括絕緣構件，其形成于所述基座構件上，并且設有多個由氮化鋁構成的第一絕緣板；加熱器，用于加熱襯底，所述加熱器位于所述多個第一絕緣板之間；直流電極，形成于所述多個第一絕緣板中的設在所述加熱器之上的至少一個第一絕緣板上，所述直流電極與直流電源電連接；以及絕緣刻蝕停止層，其由氧化鋁構成并形成于所述絕緣構件的整個表面，用于防止所述絕緣構件被刻蝕。
文檔編號H01L21/00GK101728297SQ20091018109
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權日2008年10月28日
發(fā)明者南昌吉 申請人:周星工程股份有限公司