靜電吸盤的制造方法,靜電吸盤及等離子體處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靜電吸盤的制造方法，包括制造靜電吸盤的主體部和基座；以及將所述主體部和所述基座連接為一體；其中制造靜電吸盤的主體部的步驟包括：形成嵌有薄膜電極的陶瓷基板；圖形化所述陶瓷基板的上表面；以及在所述陶瓷基板的表面沉積抗等離子侵蝕的保護層以形成所述靜電吸盤的主體部。本發(fā)明能夠有效提高靜電吸盤的耐等離子體侵蝕性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及使用壽命。
【專利說明】靜電吸盤的制造方法，靜電吸盤及等離子體處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種靜電吸盤的制造方法，靜電吸盤以及包含該靜電吸盤的等離子體處理裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，等離子體處理工藝被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體元器件的制程中。上述制程，如沉積、刻蝕工藝等通常是在等離子體處理裝置內(nèi)進行。一般來說，等離子體處理裝置包括腔室，用于將工藝氣體從供氣源提供至腔室內(nèi)的氣體噴淋頭，以及固定、支撐基片的靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)。其中靜電吸盤通常設(shè)置在等離子體處理裝置的腔室底部，作為下電極與射頻功率源連接，而在腔室頂部的氣體噴淋頭作為上電極與射頻功率源或地連接。上下電極間形成射頻電場，使被電場加速的電子等與通入處理腔室的蝕刻氣體分子發(fā)生電離沖撞，產(chǎn)生由工藝氣體形成的等離子體與基片進行反應(yīng)，以進行所需的工藝制程。
[0003]其中，靜電吸盤采用靜電引力的方式來固定基片，現(xiàn)有技術(shù)中的靜電吸盤包括主體部和基座，主體部和基座之間通過粘結(jié)劑如硅膠粘結(jié)，基座用來支撐主體部。主體部的材料為陶瓷，例如A1203、AlN等陶瓷材料，并可摻雜金屬化合物(如T12)或含硅的化合物(如S12),其具有導(dǎo)熱性好硬度高的優(yōu)點；基座則一般采用鋁等金屬或金屬合金材質(zhì)制作--? 。
[0004]然而，在進行等離子體處理工藝如等離子體刻蝕時，由于等離子體中的離子轟擊性和工藝氣體的腐蝕性，而上述這些陶瓷材料的耐等離子體腐蝕性并不充分，使得暴露于高密度高腐蝕性高活性的等離子體環(huán)境中的主體部非常容易被腐蝕，造成其形貌、組成、性能(如表面粗糙度，表面電阻系數(shù)等)以及與基片間靜電引力的變化。此外，主體部因等離子體腐蝕所產(chǎn)生的顆粒也很可能污染固定于其上的基片，從而導(dǎo)致工藝缺陷。
[0005]為解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)中通過在靜電吸盤表面涂覆一層耐侵蝕涂層，以防止其被等離子體侵蝕。為了形成致密性較好的耐侵蝕涂層，一種做法是在靜電吸盤表面采用等離子體增強型物理氣相沉積(PEPVD)淀積氧化釔(Y2O3)或氧化釔/氧化鋁(Y2O3Al2O3)復(fù)合涂層。但是，在采用PEPVD淀積耐侵蝕涂層時，隨著工藝時間的增長靜電吸盤的溫度容易超過100°C，將嚴重破壞主體部與基座之間粘結(jié)劑的粘結(jié)力，甚至?xí)l(fā)生主體部從基座脫落，導(dǎo)致靜電吸盤的損壞報廢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種耐等離子體侵蝕且性能較佳的靜電吸盤的制造方法以及由該方法制造而成的靜電吸盤。
[0007]為達成上述目的，本發(fā)明提供一種靜電吸盤的制造方法，包括以下步驟:
[0008]制造靜電吸盤的主體部和基座，其中制造所述主體部的步驟包括:步驟Sll:形成嵌有薄膜電極的陶瓷基板；步驟S12:圖形化所述陶瓷基板的上表面；以及步驟S13:在所述陶瓷基板上沉積抗等離子侵蝕的保護層，以形成所述靜電吸盤的主體部；以及
[0009]將所述主體部和所述基座連接為一體以形成所述靜電吸盤。
[0010]優(yōu)選的，所述保護層的材料選自陶瓷或IIIB族金屬化合物或陶瓷及IIIB族金屬化合物的組合物。
[0011]優(yōu)選的，所述保護層的材料為氧化釔或氧化釔/氧化鋁復(fù)合材料。
[0012]優(yōu)選的，通過等離子體增強型物理氣相沉積工藝在所述陶瓷基板上沉積所述保護層。
[0013]優(yōu)選的，所述保護層的厚度為大于等于0.1毫米。
[0014]優(yōu)選的，所述保護層包覆所述陶瓷基板的側(cè)壁。
[0015]優(yōu)選的，所述薄膜電極的材料為金屬或金屬合金。
[0016]優(yōu)選的，通過絲網(wǎng)印刷或真空鍍膜技術(shù)形成所述薄膜電極。
[0017]優(yōu)選的，通過粘結(jié)劑將所述主體部和所述基座粘結(jié)為一體，所述粘結(jié)劑為以硅膠為基的粘結(jié)劑。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種通過上述方法制造的靜電吸盤。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種包含上述方法制造的靜電吸盤的等離子體處理裝置。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于，通過形成涂覆保護層的靜電吸盤主體部，增強了主體部的抗等離子體性能，表面硬度，熱傳導(dǎo)性；進一步的，本發(fā)明的制造方法避免因?qū)o電吸盤整體進行PEPVD涂覆耐侵蝕涂層的工序而造成的靜電吸盤的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，提高了其使用壽命O

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的靜電吸盤的制造方法的流程圖；
[0022]圖2a?2c為本發(fā)明實施例靜電吸盤制造方法的示意圖；
[0023]圖3為利用本發(fā)明實施例制造方法形成的靜電吸盤的示意圖。
[0024]圖4為包含圖3所示的靜電吸盤的等離子體處理裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0026]以下將詳細說明本發(fā)明的靜電吸盤的制造方法。
[0027]圖1所示為本發(fā)明的制造方法的流程示意圖，其包括如下步驟:
[0028]步驟S1:制造靜電吸盤主體和基座；
[0029]步驟S2:將主體部和基座連接為一體以形成靜電吸盤。
[0030]其中靜電吸盤基座一般采用例如鋁的金屬、鈦的合金、或不銹鋼材料制成，利于射頻能量的饋入；基座也可由提供良好強度和耐用性以及傳熱型的陶瓷和金屬的合成物制成。靜電吸盤基座的制造步驟可通過現(xiàn)有技術(shù)形成，將主體部和基座連接為一體的步驟例如是在形成主體部和基座之后，通過在基座上涂覆粘結(jié)劑，在粘結(jié)劑上放置靜電吸盤主體部而將主體部固定在基座上，其中粘結(jié)劑可采用以硅膠為基的粘結(jié)劑。此外，也可采用其他的工藝，如擴散焊接等方法連接主體部與基座。
[0031]請繼續(xù)參考圖1，步驟SI中制造靜電吸盤主體部的步驟進一步包括:
[0032]步驟Sll:形成嵌有薄膜電極的陶瓷基板；
[0033]步驟S12:圖形化陶瓷基板的上表面；以及
[0034]步驟S13:在陶瓷基板的表面沉積抗等離子侵蝕的保護層以形成靜電吸盤的主體部。
[0035]接下來將結(jié)合圖1及圖2a?2c，詳細說明制造靜電吸盤主體部的詳細步驟。
[0036]首先，如圖2a所示，進行步驟Sll:形成嵌有薄膜電極13的陶瓷基板11。
[0037]其中陶瓷基板11的材料例如氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，碳化硅(SiC)，氮化硼(BN)，氧化鋯(ZrO2)等及它們的化合物。適用的薄膜電極13材料為高熔點金屬或金屬合金材料，如鑰，鎢以及其化合物等。嵌有薄膜電極的陶瓷基板可通過現(xiàn)有技術(shù)燒結(jié)形成。例如先使用陶瓷原料粉末制作造粒顆粒，加入模具中預(yù)備成形下絕緣層，在下絕緣層的表面上形成該薄膜電極。其中，薄膜電極可以通過絲網(wǎng)印刷而成；或通過真空鍍膜技術(shù)如化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積形成。之后在薄膜電極上填充陶瓷粉末并成形為上絕緣層。隨后，采用熱壓法將上下絕緣層和薄膜電極燒成為一體的陶瓷燒結(jié)體，這樣就形成了嵌有薄膜電極的陶瓷基板。上述技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，具體細節(jié)在此不作贅述。當然，也可采用其他方法形成上述嵌有薄膜電極的陶瓷基板。
[0038]接著，請參考圖2b，進行步驟S12:圖形化陶瓷基板11的上表面，如在陶瓷基板表面形成由小正方格和溝槽組成或由小六方格和溝槽組成的圖案(正方格或六方格圖案用于靜電吸引基片，而連接在一起的溝槽用于流動氦氣(He)以幫助釋放基片或調(diào)節(jié)溫度)以利于基片在靜電吸盤上被靜電順利地吸住或釋放，以及對靜電吸盤表面的溫度控制。
[0039]之后，如圖2c所示，進行步驟S13:在陶瓷基板11的表面沉積抗等離子侵蝕的保護層12，從而形成包覆有保護層的靜電吸盤主體部10。其中保護層12材料可選自陶瓷或IIIB族金屬化合物或陶瓷及IIIB族金屬化合物的組合物，包括Y203/A1203、Y203/YF3、YF3/Al2O3' Er02/Al203> 以及分別以 Y2O3> ErO2, YF3 為基并摻雜有 Al2O3' Zr2O3' AIN、Si02、SiC 等其它元素或陶瓷組分的材料，優(yōu)選為氧化釔Y2O3或氧化釔/氧化鋁復(fù)合材料Y203/A1203。在一較佳實施例中，保護層12的材料為氧化釔與氧化鋁的復(fù)合材料Y203/A1203，這是因為氧化釔本身具有良好的耐等離子體腐蝕特性，而氧化鋁則表現(xiàn)出高硬度，高電阻率和高熱傳導(dǎo)性，因此由氧化釔與氧化鋁的復(fù)合材料所形成的保護層能夠兼具上述優(yōu)點。
[0040]保護層12通過薄膜涂覆工藝形成，較佳的，是采用等離子體增強型物理氣相沉積工藝(PEPVD)來形成。相較于熱噴涂等其他方式，PEPVD沉積工藝所形成的保護層致密性更好且不具有孔隙缺陷的問題。形成的保護層12厚度為大于等于0.1毫米。此外，由于PEPVD沉積工藝為形成主體部10的最后一道工序，保護層12不會遭受后續(xù)加工過程的破壞，能進一步保證其性能。
[0041]在本實施例中，保護層12是形成于陶瓷基板11的上表面；但在其他實施例中，保護層12可形成陶瓷基板的上表面及側(cè)壁，從而也能夠防止主體部的側(cè)壁被等離子體侵蝕。此外，在制造靜電吸盤的基座時也可在基座表面沉積抗等離子侵蝕的保護層，保護基座不受等離子體腐蝕。
[0042]由以上可知，本發(fā)明通過形成涂覆有保護層的靜電吸盤主體部，可使得由其所形成的靜電吸盤主體免于遭受等離子體沖擊，降低了等離子體侵蝕及顆粒污染。此外主體部與基座的結(jié)合具有靈活性，無需再對靜電吸盤整體進行耐侵蝕涂層的涂覆工序，能夠有效避免涂覆耐侵蝕涂層時主體部與基座之間結(jié)合不穩(wěn)定的缺陷。
[0043]圖3為依據(jù)本發(fā)明的方法所制造的靜電吸盤的示意圖。靜電吸盤包括基座30和涂覆有保護層12的主體部10?；?0用來支撐主體部10，主體部10和基座30之間通過粘結(jié)劑20或其他方式連接?；欠胖迷谥黧w部10的上表面，主體部10的形狀與基片相符，一般為圓形。主體部10與基座30為同心設(shè)置。
[0044]主體部10由陶瓷基板11和保護層12組成。保護層12形成于陶瓷基板11暴露于等離子體的至少部分表面上，以作為用于保護靜電吸盤主體部的暴露表面與等離子體隔離的耐侵蝕涂層。如圖3所示，保護層12形成于陶瓷基板11的上表面；在其他實施例中，保護層也可形成陶瓷基板的上表面及側(cè)壁，可進一步防止側(cè)壁被等離子體侵蝕。陶瓷基板11中嵌埋薄膜電極13，通過施加直流電源，在基片和主體部之間產(chǎn)生靜電力，使基片被牢牢地吸附在靜電吸盤上。陶瓷基板11由高電阻率、高導(dǎo)熱、低射頻損耗的陶瓷材料制成，例如氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3),碳化硅(SiC)，氮化硼(BN)，氧化鋯(ZrO2)等及它們的化合物，以提高靜電吸盤的耐久性和耐電壓性。保護層12的材料選自陶瓷或IIIB族金屬化合物或陶瓷及IIIB族金屬化合物的組合物，優(yōu)選為氧化鋁和氧化釔的復(fù)合材料Y203/A1203，如此，保護層12可兼具耐等離子體腐蝕性，高硬度，高電阻率和高熱傳導(dǎo)性。此外，保護層12較佳是通過PEPVD沉積工藝形成，從而具有致密性更好及減少孔隙缺陷的優(yōu)點。
[0045]圖4顯示了本發(fā)明一種實施方式提供的包含圖3所示的靜電吸盤的等離子處理裝置。應(yīng)該理解，等離子體處理裝置僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖4所示不同。
[0046]等離子處理裝置包括設(shè)置于腔室I內(nèi)的靜電吸盤和反應(yīng)氣體氣體噴淋頭3。上電極3配置于反應(yīng)氣體噴淋頭3中，薄膜電極13配置于靜電吸盤主體部10中?；?圖中未示)放置于靜電吸盤主體部10的表面。工藝氣體源向腔室供應(yīng)等離子體處理工藝中所需的工藝氣體。工藝氣體從氣體源中被輸入至腔室I內(nèi)，一個或多個RF射頻功率源可以被單獨地施加在薄膜電極13上或同時被分別地施加在上電極3與薄膜電極13上，用以將射頻功率輸送到薄膜電極13上或上電極3與薄膜電極13上，從而在反應(yīng)腔室內(nèi)部產(chǎn)生大的射頻電場，此射頻電場對少量存在于反應(yīng)腔室內(nèi)部的電子進行加速，使之與輸入的反應(yīng)氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導(dǎo)致反應(yīng)氣體的離子化和等離子體的激發(fā)，從而在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生等離子體。DC直流電壓源將高壓直流電源施加到薄膜電極13，使靜電吸盤表面產(chǎn)生極化電荷，并進一步在基片表面的對應(yīng)位置產(chǎn)生極性相反的極化電荷，因而通過在基片和靜電吸盤之間產(chǎn)生的庫侖力或約翰遜.拉別克(Johnsen-Rahbek)力，使基片被牢牢地吸附在靜電吸盤上。等離子體工藝處理完成后，RF射頻功率源被關(guān)閉，通過DC直流電壓源對薄膜電極13施加反向直流電壓來使基片從靜電吸盤上釋放。
[0047]綜上所述，本發(fā)明的靜電吸盤的制造方法，通過形成具有保護層的靜電吸盤主體部，增強了主體部的抗等離子體性能，表面硬度，熱傳導(dǎo)性，以及與基座結(jié)合的靈活性；進一步的，本發(fā)明的制造方法省去了對靜電吸盤整體進行PEPVD涂覆耐侵蝕涂層的工序，避免了因PEPVD工藝溫度過高引起靜電吸盤主體部從基座脫落的危險，提高了靜電吸盤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及使用壽命。
[0048]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電吸盤的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 制造靜電吸盤的主體部和基座，其中制造所述主體部的步驟包括: 步驟Sll:形成嵌有薄膜電極的陶瓷基板； 步驟S12:圖形化所述陶瓷基板的上表面；以及 步驟S13:在所述陶瓷基板上沉積抗等離子侵蝕的保護層，以形成所述靜電吸盤的主體部；以及 將所述主體部和所述基座連接為一體以形成所述靜電吸盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，所述保護層的材料選自陶瓷或IIIB族金屬化合物或陶瓷及IIIB族金屬化合物的組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，所述保護層的材料為氧化釔或氧化釔/氧化鋁復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，通過等離子體增強型物理氣相沉積工藝在所述陶瓷基板上沉積所述保護層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，所述保護層的厚度為大于等于0.1毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，所述保護層包覆所述陶瓷基板的側(cè)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，所述薄膜電極的材料為金屬或金屬合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，通過絲網(wǎng)印刷或真空鍍膜技術(shù)形成所述薄膜電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于，通過粘結(jié)劑將所述主體部和所述基座粘結(jié)為一體，所述粘結(jié)劑為以娃I父為基的粘結(jié)劑。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法所制造的靜電吸盤。
11.一種等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置包含權(quán)利要求10所述的靜電吸盤。
【文檔編號】H01L21/683GK104241182SQ201310228847
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】賀小明, 倪圖強, 浦遠 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司