專利名稱：封裝晶片加工裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎性的晶片加工裝置和新穎性的制造晶片加工裝置的方 法。所述裝置包括被涂覆的石墨主體和氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮 化物或其混合物的基本上連續(xù)的一層或多層外涂層，從而形成單一結(jié)構(gòu)的 整體部件，其具有基本上平坦的表面(用于熱不均勻性)，從而克服電/機械 應(yīng)力局限性。我們現(xiàn)在公開多種制造方法實施方案，從而制造本發(fā)明的晶 片加工裝置。A. 加工步驟在本發(fā)明方法的第一種實施方案中，通過以下方法制 造晶片加工裝置，其包括在

圖1的示意圖中說明的步驟。在這種方法中， 在步驟(a)中提供基底1。在一種實施方案中，基底1為石墨。在第二種實施方案中，基底1包 括選自石英、熱壓氮化硼、燒結(jié)氮化鋁、燒結(jié)氮化硅、氮化硼和氮化鋁的 燒結(jié)體以及選自鉬、鵠、鉭、錸以及鈮的耐火金屬中的一種材料。在步驟(b)中，將介電涂層/絕緣層2沉積在基底1上。該層2具有足夠 的厚度，從而提供期望的耐腐蝕性以及在機加工步驟中提供期望的結(jié)構(gòu)完 整性和支承。在最后的應(yīng)用中，層2還提供電絕緣性以及足夠高的擊穿電 壓。在一種實施方案中，層2具有約0.001-0.20，，的厚度。在第二種實施方 案中，厚度為約0.005-0.020"。在第三種實施方案中，厚度為約0.01-0.10"。
層2包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其 絡(luò)合物和/或組合。實例包括熱解氮化硼、氮化鋁、氮化鈦鋁、氮化鈦、碳 氮化鈦鋁、碳化鈦、碳化硅以及氮化硅。在一種實施方式中，涂層2包括 熱解氮化硼(pBN)。在第二實施方案中，涂層2包括A1N。在第三種實施方 案中，涂層包括A1N和BN的絡(luò)合物。在第四種實施方案中，涂層2包括 氮化鋁，其中添加小量(例如以相對100wt。/)的氮化鋁，5wt。/。的量)的Y203。 pBN和AIN均具有極優(yōu)的電絕緣和導(dǎo)熱特性，并可很容易地從氣相沉積。 其還具有高溫?zé)岱€(wěn)定性。在步驟(c)中，將導(dǎo)電涂層3施加到介電涂層的上部，從而隨后形成到 電極中。在一種實施方案中，所述涂層3含有熱解石墨(PG)。在另一種實施 方案中，所述電極層3含有熱解石墨，其摻有以重量計，折合硼濃度0.001-30 %的硼和/或碳化硼。熱解石墨主要為高度定向的多晶石墨，其通過烴氣體如曱烷、乙烷、 乙烯、天然氣、乙炔以及丙烷的高溫分解制造?？赏ㄟ^本領(lǐng)域任何已知的 方法(包括物理氣相沉積(PVD)以及化學(xué)氣相沉積(CVD)方法)涂覆所述層3達o.ooi-o.or，的厚度。在另一種實施方案中，達0.005-o.io"的厚度。在步驟(d)中，通過本領(lǐng)域已知的方法如蝕刻、噴砂、4幾加工等將PG層 3形成為預(yù)定的圖案，從而在PG涂層中形成凹槽。所述圖案向下延伸到或 進入下面的絕緣PG涂層3中，從而形成電阻加熱元件或電流路徑如螺旋圖 案、蛇形圖案、巻旋圖案、Z形圖案、連續(xù)的迷宮圖案、呈螺旋盤繞的圖案、 漩渦圖案，隨機旋繞圖案及其組合。在步驟(c)中，將第二介電涂層/絕緣涂層2沉積在帶圖案的PG層3上。 在一種實施方案中，所述涂層2為仿形涂層(conformal coating)的沉積物，其 具有十分符合整個帶圖案PG基底形狀和輪廓的一致厚度。所述第二層可為 與第一層材料相同或不同的材料，即，其含有元素的氮化物、碳化物、碳 氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金 屬、過渡金屬和稀土金屬，或其絡(luò)合物和/或組合。在一種實施方案中，所 述第二層2包括pBN。在另一種實施方案中，所述第二層具有至少與PG帶 圖案涂層中凹槽深度一樣高的厚度。在另一種實施方案中，所述介電涂層 含有熱解氮化硼(pBN)和碳摻雜物(以小于約3wt%的量)的組合物，從而使得 其電阻率小于lO"Q-cm。在步驟(f)中，將第二涂層即pBN層拋光或通過化學(xué)、機械或者化學(xué)-機械拋光使之平坦。在這種平坦化方法中，僅僅去除/拋光上表面材料，而 不是PG圖案之間凹槽中的材料。在步驟(g)中，將半導(dǎo)體層4施加到平面表面上，其包括PG和絕緣體材 料。對于平坦表面而言，可將晶片夾于其上(例如通過使用Johnson _ Rahbeck 作用)。該半導(dǎo)體層可為與第二涂層材料相同或不同的材料，即含有元素的 氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物和/或組合。在本發(fā)明的一種實施方案中，半導(dǎo)體層4為碳摻雜熱解氮化硼(CpBN), 其具有< 5><1013歐姆-cm的電阻率。在美國專利No.5,693,581中公開了碳 摻雜pBN,在此以引用的方式將其包括在內(nèi)。在另一種實施方案中，半導(dǎo) 體層4為碳濃度為l-20wt。/。的CpBN層。在另一種實施方案中，半導(dǎo)體層 包括摻有1-10wt。/。碳和硅的pBN，以便室溫下，體積電阻率為108-10'4Q-cm。 在另一實施方式中，體積電阻率為108-1012Q-cm。在本發(fā)明的一種實施方案中，所述半導(dǎo)體層包括摻有碳、氣、鎂及其 混合物中至少一種的氮化鋁，以便室溫下，體積電阻率為108-1014n-cm。在 另一種實施方案中，所述半導(dǎo)體層包括摻雜的氧氮化鋁。在美國專利 No.5,777，543和5,668,524中公開了 A1N涂層，在此以引用的方式將其包括 在內(nèi)。在一種實施方案中，摻雜氮化鋁的半導(dǎo)體表面層具有室溫下，小于 10l()Q-cm的體積電阻率。在另一種實施方案中，摻雜氮化鋁含有0.005-30 原子％的元素，所述元素選自元素周期表中的4b和6b族，以便體積電阻 率小于101QQ-cm。在本發(fā)明方法的第二種實施方案中，按照圖2示意圖說明的方法制造 晶片加工裝置。在這種方法中，開始的兩步步驟(a)和(b)與第一種實施方案 中的相似。用于所述步驟中的層的材料與本發(fā)明方法第一種實施方案中的 材料相同。在接下來的第三步驟(c)中，通過本領(lǐng)域已知的方法如蝕刻、噴砂、機 加工等將所述涂層/絕緣體涂層2(例如含有pBN)形成為預(yù)定的帶凹槽圖案。在第四步驟(d)中，用導(dǎo)電材料3如熱解石墨(PG)仿形涂覆pBN層2。 在第五步驟(e)中，以鑲嵌(damascene)樣式使PG導(dǎo)電電極層3平坦，即僅僅 拋光上表面，而不拋光凹形區(qū)域的材料，直到下面的pBN表面顯示在PG電極之間的區(qū)城中。最后在步驟(f)中，將最終的半導(dǎo)體層4(例如含有CpBN) 施加到步驟5的平面/拋光表面上，從而形成可將晶片夾在其上的平坦表面。如圖3所示，可通過另一種作為選擇的實施方案制造所述新穎性的晶 片加工裝置。在第一步驟(a)中，提供含有材料如石墨的基底1。在接下來的 步驟中，使用本領(lǐng)域已知的方法如蝕刻、噴砂、機加工等，加工所述基底1, 從而形成電極圖案。在隨后的步驟(c)中，將含有材料如pBN的絕緣/涂層2 施加到帶圖案的電極上。在一種實施方案中，仿形施加所述pBN基涂層2 達十分符合整個帶圖案石墨基底形狀和輪廓的一致厚度。在步驟(d)中，將導(dǎo)電層3如PG沉積到pBN基涂層2上。在一種實施 方案中，將導(dǎo)電層3仿形沉積達這樣的厚度，其十分符合該pBN基涂層2 的形狀。在步驟(e)中，使導(dǎo)電層3平坦，直到獲得相對平坦的表面。使用 本領(lǐng)域已知的任意方法如蝕刻、噴砂、機加工等使所述導(dǎo)電PG層3平坦。在步驟(f)中，將含有材料如CpBN的半導(dǎo)體層4施加到平整/拋光表面 上，獲得可夾持晶片的平坦表面。B、詳細步驟說明:在下面上述三種實施方案中任一的步驟中，可制造具有相對平整(flat) 或平坦表面的晶片加工裝置。選擇第一、第二或第三種實施方案來制造本 發(fā)明的晶片加工裝置取決于這樣的因素如用于機加工、開槽、涂覆等可獲 得設(shè)備的可得性/性能、本發(fā)明裝置中的多種層以及在本發(fā)明裝置中，用作 絕緣/半導(dǎo)體層的材料的供應(yīng)/性能。在本發(fā)明方法的第一種實施方案中，通過拋光第二絕緣涂層來獲得平 整或平坦表面如PBN材料的制造。另一方面，在實施方案2和3中，通過 拋光PG材料來獲得平坦表面。由于PG材料的硬度，同用作第二絕緣層如 pBN的常規(guī)材料相比，去除PG可能更困難。仍使用第一種實施方案，人們 可以更靈活地選擇不同的絕緣涂層材料如pBN、摻雜pBN、 A1N等，如在 第一種實施方案的步驟(3)中一樣，以用于填充PG圖案之間的縫隙(凹槽)。 這樣優(yōu)化了下面的底涂層材料以及縫隙填充材料如pBN的熱性能和電性 能，從而使晶片加工裝置具有額外的機械和/或電方面的優(yōu)點。應(yīng)該注意的是可將本發(fā)明第一種實施方案用來將現(xiàn)有技術(shù)的ESC(具有 凹槽表面)"再循環(huán)，，或"修復(fù)，，為改善的ESC(具有平坦表面)。即，人們可在現(xiàn)
有的晶片加工裝置上拋光(polish back)現(xiàn)存的外涂層如CpBN層，并將這種 層用作縫隙填充涂層(其用于帶圖案的石墨電極)。在將外涂層拋光或變平從 而成為縫隙填充劑之后，可涂覆新的、最終的外涂層，從而產(chǎn)生具有平整 表面的"修復(fù)"裝置。在另一種修復(fù)方法的實施方案中，將現(xiàn)有技術(shù)的裝置的最外層外涂層 全部去除(或者達到期望的程度)，從而暴露PG電極圖案。涂覆第二絕緣層 (pBN層，或含有其它絕緣體或半導(dǎo)體/電阻材料的層)，從而覆蓋所述PG電 極層?？梢苑滦瓮繉拥男问酵扛菜龅诙?，從而符合所述帶圖案石墨層 的形狀和輪廓。在接下來的步驟中，以鑲嵌樣式將該第二絕緣層拋光/使之 平坦，直到其與PG圖案平齊(even)。最后，涂覆半導(dǎo)體材料如CpBN外涂 層以用于具有平面表面的ESC。在將晶片加工裝置用作加熱元件的一種實施方案中，在沉積半導(dǎo)體層4之后，通過上層4機加工電接觸部分(electrical contacts),從而在某些接觸位 置暴露該導(dǎo)電石墨層3，以連接到外部電源上。作為選擇，在最終的涂覆過 程之前， 一開始就將電接觸的延長部分(electrical contact cxtcnsions)沖幾力u工到 石墨層3中，或者在外涂覆操作之前，增加該電接觸延長部分。在本發(fā)明 一種實施方案中，可將石墨電力延長柱連接到帶圖案的電路上，并用外涂 層材料4涂覆。在本發(fā)明的一種實施方案中，第一和第二涂層/絕緣層2以及半導(dǎo)體層 4中的每一層均具有0.001-0.20，，的厚度。在第二種實施方案中，為約 0.001-0.020"。在第三種實施方案中，為約0.01-0.10"。在第二種實施方案中， 這些層中的至少一層具有0.004-0.05"的厚度。在另一種實施方案中，這些 層中的至少一層具有小于約0.02'，的厚度。在另一種實施方案中，這些層中 的至少一層為基本上連續(xù)的表面層，其具有約0.01"-0.03"的厚度?？墒褂貌煌姆椒▽⑼繉?絕緣層/半導(dǎo)體層或多層沉積在石墨主體/基 底上。在一種實施方案中，這些層中的至少一層可通過物理氣相沉積(PVD) 涂覆，其中，在真空中，通過純物理方法將涂覆材料如氮化硼和/或氮化鋁 轉(zhuǎn)化為氣相，并將之沉積在待涂覆的表面上。在另一種實施方案中，在高 真空下，將涂覆材料沉積在表面上，其中，使用電阻加熱、電子或激光轟 擊、電弧蒸發(fā)等等將其加熱，從而由固態(tài)經(jīng)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，或者直接 由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。還可使用濺射，其中在真空中，通過高能量離子如惰性(或反應(yīng)性)氣體離子，特別是氬離子使固體靶(其由相應(yīng)涂層材料組成)霧 化，其中離子源例如為惰性氣體等離子體。最后，在真空下，還可使用離 子束轟擊由相應(yīng)涂層材料組成的靶，并將之轉(zhuǎn)化為氣相以及沉積在待涂覆 的表面上。在一種實施方案中，可結(jié)合上述方法，且可通過例如等離子體支持或 等離子增強氣相沉積來沉積這些層中的至少一層。作為選擇，在本發(fā)明的 一種實施方案中，或者作為額外的涂層，可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積這些層中的至少一層。與PVD方法相反，所述CVD方法具有相關(guān)的化學(xué)反 應(yīng)?；蛟S使用惰性載氣如氬，通常在低于大氣壓下，將在大約200-200(TC 的溫度下，通過熱、等離子體、光子或激光活化的化學(xué)氣相沉積產(chǎn)生的氣 態(tài)組分輸送到反應(yīng)室中(其中發(fā)生所述化學(xué)反應(yīng))。將由此形成的固體組分沉 積在待涂覆的基底上。揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物隨著載氣排出。在本發(fā)明的另 一種實施方案中，還可使用熱注射方法例如通過等離子 體注射方法來沉積這些層中的至少一層。其中，通過等離子噴燈，通過施 加高頻電磁場以及相關(guān)的氣體如空氣、氧氣、氮氣、氫氣、惰性氣體等的 離子化作用，加熱固定的靶并將之轉(zhuǎn)化為氣相。所述靶例如可由氮化硼或 氮化鋁組成，將其轉(zhuǎn)化為氣相并使之沉積在石墨主體上，從而以純物理樣 式將其涂覆。所述靶還可由硼組成，并在表面上沉積為氮化硼，從而通過 與離子氣體如氮氣或氨的反應(yīng)將其涂覆。在另一種實施方案中，使用熱噴涂方法，即使用火焰噴涂技術(shù)，其中， 通常通過點燃氧和另 一種氣體的氣體混合物，通過燃燒火焰來熔化粉末涂 層原料。在另一種稱之為電弧等離子體噴涂的熱噴涂方法中，電弧產(chǎn)生離 子化氣體(等離子體)，其用來以類似噴涂涂料的方式噴涂熔化的粉末涂層材 料。在另一種實施方案中，將涂層材料用作為涂料/噴涂物，并使用空氣噴 槍將其噴涂到石墨主體上。在用于相對"很厚"的涂層，即0.03英寸或更厚的另一種實施方案中， 將所述涂層材料簡單地用作液體涂料進行施用，然后在足夠高的溫度下干 燥，從而使所述涂層干透。在BN用作涂層的實施方案中，在至少75。C溫 度下干燥BN外涂覆的石墨結(jié)構(gòu)，在一種實施方案中，在至少IO(TC的溫度 下干燥，從而使所述涂層干透。在本發(fā)明將pBN用作涂層的一種實施方案中，如美國專利No.3,182,006
中公開的一樣，通過CVD方法涂覆該pBN，在此以引用的方式將其包^r在 內(nèi)。在所述方法中，將合適比率的氨蒸汽和氣態(tài)卣化硼如三氯化硼(BCl3)用 來在該石墨基底10的表面上形成氮化硼沉積物。在一種實施方案中，在通過上述方法中的一種涂覆最終的半導(dǎo)體層之后，將被涂覆的石墨結(jié)構(gòu)體加熱到至少500。C的溫度，從而進一步將各種涂 層粘結(jié)到石墨主體上?？赏ㄟ^本領(lǐng)域已知的技術(shù)(包括但不局限為微-機加工，microbrading， 激光切割、化學(xué)蝕刻或者電子束蝕刻)完成固體石墨主體、PG層或者涂層中 圖案的形成。例如可通過可除去的掩模或帶子來限定所述圖案。其它掩模 技術(shù)包括可溶解外涂層例如光致抗蝕劑的使用。圖案的應(yīng)用允許在石墨主 體的局部區(qū)域中進行受控制的加熱。所述圖案可具有多種大小和形狀，從 而限定用于電加熱電路中至少一個區(qū)域的電流路徑。在一種實施方案中， 所述流動路徑具有螺旋或蛇形的幾何圖案。在第二種實施方案中，所述流 動路徑為巻旋圖案。在第三種實施方案中，所述路徑具有螺旋盤繞圖案 (spring coiled pattern)。在第四種實施方案中，所述路徑具有Z型圖案。在 第五種實施方案中，所述流動路徑具有連續(xù)的迷宮圖案。在另一種實施方 案中，所述流動路徑為隨機的旋繞圖案。在另一種實施方案中，所述路徑 具有旋渦圖案。可通過本領(lǐng)域已知的化學(xué)、機械或通過化學(xué)-機械拋光方法如研磨、 碾磨等，在本發(fā)明任一實施方案的各步驟中使PG層和/或絕緣層平坦化。 在一種實施方案中，進行平坦化處理直到表面差異(在表面上，從最低-最 高點)為100微米或更少。在另一種實施方案中，進行平坦化處理直到將所 述表面研磨得相對平面化(其具有小于50微米的表面差異)。本發(fā)明晶片加工裝置的表面基本上平坦，沒有任何暴露的石墨表面， 從而氣密密封了該帶圖案的生熱石墨電阻器主體，而不是那些需要用來電 連接的表面。在一種實施方案中，將基本上平坦(相對平整或平坦)的表面定 義為表面差異(即，在裝置表面上，從最高點到最低點)小于200微米的表面。 在第二種實施方案中，所述裝置的表面差異小于100微米。在第三種實施 方案，所述表面差異小于50微米。所述裝置基本上平坦的表面有助于阻止短路和電變化的發(fā)生，并確保 不具有石墨粉塵和顆粒的基本上連續(xù)的表面。但是，在上涂敷表面上，可
能存有一些孔或表面特征，這是因為，在大多數(shù)實際晶片加工應(yīng)用中，需 要這些表面特征提升裝置或固定位置。實施例在此提供實施例來說明本發(fā)明，但是其不用來限制本發(fā)明的范圍。 實施例1在第 一個實施例中，將通過第 一種實施方案中的方法制造的靜電夾具(ESC)同現(xiàn)有技術(shù)的ESC相比較?？蓮娜毡綤ozuki的General Electric Company("GE，，)購買現(xiàn)有技術(shù)的ESC(其具有表面凹槽)。通過在基于石墨真空爐的CVD反應(yīng)室中，經(jīng)過BCl3、 NH3在石墨基底 上首先沉積熱解氮化硼底涂層，從而構(gòu)造所述ESC。在水冷鋼真空室內(nèi)， 將反應(yīng)劑氣體引入到加熱過的室(將其加熱到1600-l卯0。C的溫度)中。將所 述石墨主體放置在注射器之間，所述反應(yīng)劑氣體通過所述注射器流進加熱 過的室中。使用水冷同軸注射器。通過光學(xué)高溫計監(jiān)測溫度。通過真空傳 感器監(jiān)測壓力。在已經(jīng)沉積所述熱解氮化硼底涂層，并將之機加工到一定厚度和平坦 度之后，還使用甲烷(CH4)，通過CVD方法，在pBN涂層上部涂覆約小于 100)im厚度的導(dǎo)電熱解石墨(PG)涂層。將所述PG層向下機加工，直至下面 的絕緣pBN層，從而形成Z型曲折延伸圖案(zig zag serpentine pattern)中的凹槽。在將所述PG層圖案化和機加工到一定厚度和平坦度之后，仍然通過 CVD方法，涂覆第二 pBN涂層(其具有至少與所述PG涂層中凹槽深度一樣 高的厚度。以鑲嵌樣式拋光所述第二 pBN涂層直到電極上表面顯露出來， 同時，原始凹槽此刻含有pBN材料。這樣，在這一點的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出相對平 整或平坦表面(其包括PG和pBN區(qū)域)。在最后的步驟中，還通過CVD方法，在真正平整的表面上部涂覆厚度 在100-200微米之間的摻碳pBN涂層(CpBN)。在所述CpBN的沉積過程中， 以進料速度將CH4同BCb和NH3—起引入，調(diào)節(jié)所述進料速度，從而使所 述pBN中的碳濃度保持在約3wt %或更少(通過調(diào)節(jié)進料氣體中的C/B比率 和N/C比率，特別是CH4相對于BCl3和NH3的速度)。將本發(fā)明具有平整晶片夾具表面的ESC同現(xiàn)有技術(shù)中表面具有凹槽的
ESC相比較。在操作過程中，將DC電壓施加到夾具側(cè)的電極上。在半導(dǎo)體加工操作過程中，期望在盡可能最低的夾緊電壓下獲得平均的晶片溫度， 因為這樣可以降低夾具的電擊穿的可能性，并允許使用更低的成本、更低 的電壓電源供給，還允許在加工之后更快地松開晶片從而增加生產(chǎn)量。圖4為比較由兩個相似晶片獲得的平均溫度數(shù)據(jù)的圖，其為在500。C的 ESC設(shè)定點溫度下，晶片夾持電壓(Vesc)的函數(shù)。 一個晶片同本發(fā)明具有平 整表面的ESC接觸，另一個晶片同現(xiàn)有技術(shù)中表面具有凹槽的ESC接觸。 所述傳感晶片裝備有多個熱電偶，現(xiàn)有技術(shù)的晶片的平均溫度來自于10個 樣品。在所述圖中，將在多個晶片夾持電壓下的平均溫度標準化到在0.5kv 的Vesc下測量的平均晶片溫度。如在圖中說明的一樣，在本發(fā)明的ESC中， 在0.2、 0.3和0.4kv的Vesc下的平均晶片溫度相對4妄近在0.5kv下的值。另 一方面，表面具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)中參考ESC在0.2、 0.3和0.4kv下顯示 出比在0.5kv下獲得的低很多的平均溫度。實施例2在本實施例中，由本發(fā)明ESC和現(xiàn)有技術(shù)中的參考ESC(其具有凹槽表 面，可從Strongsville， OH的GE購買)獲得熱均勻性數(shù)據(jù)。用與實施例1 中相同的方式制造本實施例中的ESC。熱均勻性數(shù)據(jù)是指穿越晶片的S溫度，或者Tmax-Tmin。在操作過程 中，期望穿越晶片的"S溫度"很低，從而均勻地加熱和控制產(chǎn)品質(zhì)量。試驗結(jié)果如圖5所示。所述圖將由本發(fā)明ESC(具有真正平整的表面) 獲得的數(shù)據(jù)(圖左邊的數(shù)據(jù)，使用相同的樣品測量3次)同由現(xiàn)有技術(shù)的ESC 獲得數(shù)據(jù)(圖右邊的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自5個參考樣品，每一個樣品測量1次) 相比較。如圖所示，在更高的ESC設(shè)定點溫度和低晶片夾持電壓下，本發(fā) 明具有平整表面的ESC由于具有更低的、穿越晶片的S溫度而優(yōu)于現(xiàn)有技 術(shù)中常規(guī)的參考樣 品。實施例3在本實施例中，將本發(fā)明ESC的機械應(yīng)力參考點(mechanical stress reference point)同現(xiàn)有技術(shù)的ESC(具有凹槽表面，可從GE購買)進行了比 較。在本領(lǐng)域中，已知ESC中出現(xiàn)的分層是由于熱膨脹不匹配導(dǎo)致的壓應(yīng) 力的結(jié)果。在ESC的表面中，這種應(yīng)力在增加的階梯中(raised step)上升。在用來說明本發(fā)明ESC的改善性能的本實施例中，將488個現(xiàn)有技術(shù) 的ESC樣品同18個本發(fā)明的ESC相比較。以與實施例1中ESC相同的方 式來構(gòu)造本實施例中的ESC。在基底從CVD爐中出來之后，在下面的PG圖案的邊緣處，大量現(xiàn)有 技術(shù)中的樣品呈現(xiàn)出分層。但是，本發(fā)明具有基本上平整表面的ESC在那 些位置未呈現(xiàn)出分層。圖6為在操作過程中，同現(xiàn)有技術(shù)的ESC的橫截面相比，說明本發(fā)明 ESC橫截面的示意圖。在這種研究中，488個現(xiàn)有技術(shù)ESC樣品中有188 個演化出分層的缺陷，而本發(fā)明ESC中無一演化出分層。表1顯示了對于兩組樣品(a)488個現(xiàn)有技術(shù)的ESC，以及b)18個本發(fā) 明具有平坦/平整表面的樣品)而言，圍繞演化出分層可能性的置信區(qū)間(上 限置信水平UCL和下限置信水平LCL)為95% 。將演化出分層的可能性標 明為每百萬可能性中缺陷的數(shù)量(DPMO)。該數(shù)據(jù)顯示本發(fā)明ESC的改善性 能(即演化出分層可能性的降低)在統(tǒng)計學(xué)上有顯著意義，因為所述置信區(qū)間 不重疊。應(yīng)該注意到的是對于各種涂層例如pBN和CpBN,在相似的周期 內(nèi)并使用相同的CVD涂層方法來制造本發(fā)明的ESC和現(xiàn)有技術(shù)的ESC。分層的DPMO95 %的LCL95%的UCL標準加熱器205929294071平整表面加熱器0153318實施例4在本實施例中，從電應(yīng)力集中的觀點，將本發(fā)明的ESC(以與前述實施 例相同的方式構(gòu)造)同現(xiàn)有技術(shù)的ESC相比較?，F(xiàn)有技術(shù)的ESC來自 Strongsville， OH的General Electric Company 。圖7為說明并將本發(fā)明的ESC同現(xiàn)有技術(shù)的ESC相比較的示意圖。使 用現(xiàn)有技術(shù)的ESC，在操作過程中立即經(jīng)歷分層。對于現(xiàn)有技術(shù)的ESC而 言，在電極之間具有分層和/或縫隙，電壓中擊穿8的可能性應(yīng)該會增加， 從而導(dǎo)致電器故障模式。而在本發(fā)明具有平坦表面的ESC中，極少出現(xiàn)電 器故障才莫式的可能性。如在圖中說明的一樣，將類似pBN的絕緣體材料填 充到電極之間的縫隙中。作為本發(fā)明ESC縫隙中絕緣材料的結(jié)果，由于在 雙極ESC中，帶相反電荷電極之間的泄漏9造成的表面壓降的可能性由于 在縫隙中存在絕緣材料而應(yīng)該較低。所撰寫的說明書使用實施例來公開本發(fā)明，其包括最佳模式，且還能
使本領(lǐng)域技術(shù)人員制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明可專利性的范圍由權(quán)利要求 限定，且其包括其它對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言能夠想到的實施例。如果所述 實施例具有與權(quán)利要求字面措辭沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者其包括與權(quán)利 要求字面措辭沒有實質(zhì)區(qū)別的等價結(jié)構(gòu)元件，這樣的其它實施例也應(yīng)該在 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。在此，以引用的方式將所有引用的引文包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種具有上表面和底面的晶片加工裝置，晶片可安裝在所述上表面上，該裝置包括基底主體，該基底主體包括選自石墨、熱壓氮化硼、石英、燒結(jié)氮化鋁以及鉬的材料；封裝所述石墨主體的涂層，所述涂層包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、Al、Si、Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物及組合；圖案中配置有凹槽的導(dǎo)電電極，其中使用材料填充電極圖案中的凹槽，所述材料包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、Al、Si、Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、其絡(luò)合物及組合，其中，至少在所述裝置的上表面上，該帶圖案的導(dǎo)電電極用所述涂層形成基本上平坦的表面；沉積在該基本上平坦表面上的表面層，所述平坦表面包括帶圖案導(dǎo)電電極被填充的凹槽和涂層，所述表面層包括選自元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中至少一種的半導(dǎo)體材料，所述元素選自B、Al、Si、Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物及組合。
2、 權(quán)利要求1的晶片加工裝置，其中所述導(dǎo)電電極在圖案中具有用 于電流路徑的凹槽，所述電流路徑至少在該裝置的上表面上限定至少 一個 電加熱電路的區(qū)域，其中，所述電路包括用于電連接到所述電流路徑的端 子的終端。
3、 權(quán)利要求1的晶片加工裝置，其中所述表面層含有摻碳熱解氮化 硼(CpBN)。
4、 權(quán)利要求3的晶片加工裝置，其中所述摻碳熱解氮化硼(CpBN)的 碳濃度為0.1-20wt. % 。
5、 權(quán)利要求4的晶片加工裝置，其中所述摻碳熱解氮化硼(CpBN)含 有少于10wt.%的碳。
6、 權(quán)利要求1的晶片加工裝置，其中權(quán)利要求1的工件，其中在室 溫下，所述半導(dǎo)體表面層具有108-1014Q-cm的體積電阻率。
7、 權(quán)利要求1的晶片加工裝置，其中所述基底主體含有石墨材料，所述涂層含有熱解氮化硼(pBN)，所述導(dǎo)電電極含有熱解石墨，以及電極圖 案中的凹槽填充有pBN。.
8、 權(quán)利要求1的晶片加工裝置，其中所述包括帶圖案的導(dǎo)電電極和填充該帶圖案電極中凹槽的絕緣體或半導(dǎo)體材料的基本上平坦的表面通過以下步驟形成使用含有絕緣體材料或半導(dǎo)體材料中至少一種的層涂覆所述帶圖案的 導(dǎo)電電極，所述材料含有元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氣氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀 土金屬、或其絡(luò)合物及組合；使所述涂層平坦化直到所述涂層基本上與帶圖案導(dǎo)電電極平齊，從而 形成基本上平坦的表面。
9、 權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中所述帶圖案的導(dǎo)電電極涂覆有 仿形層，所述層具有符合帶圖案導(dǎo)電電極凹槽的厚度。
10、權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中填充帶圖案電極中凹槽的材料 為半導(dǎo)體材料，其包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物 中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和 稀土金屬、或其絡(luò)合物及組合。
11、 權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中帶圖案的電極包括熱解石墨 (PG),填充PG帶圖案電極中凹槽的材料包括熱解氮化硼。
12、 權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中所述表面層包括含有0.005-30 原子％元素的氮化鋁，所述元素選自周期表中的4b族和6b族，從而使得 體積電阻率小于10'。Q-cm。
13、 權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中所述表面層包括含有0.1-20wt. %濃度碳的熱解氮化硼(CpBN)。
14、 權(quán)利要求8的晶片加工裝置，其中所述封裝石墨主體的涂層以及 半導(dǎo)體表面層中的至少一種具有50微米-500微米的厚度。
15、 一種用于形成晶片加工裝置的方法，所述裝置具有上表面和底面， 晶片可安裝在所述上表面上，該方法包括步驟使用涂層封裝基底主體，所述基底主體包括選自石墨、熱壓氮化硼、 石英、燒結(jié)氮化鋁以及鉬的材料，所述涂層包括以下元素的氮化物、碳化 物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、稀土金屬、或其絡(luò)合物和/或組合；在所封裝的基底主體上，形成具有凹槽的電極圖案；用絕緣體或半導(dǎo)體材料中的一種使所述凹槽平坦，所述材料包括以下 元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選 自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物及組 合，從而至少在所述裝置的上表面上形成包括帶圖案的凹槽和絕緣體或半 導(dǎo)體材料的基本上平坦的表面；在所述基本上平坦的表面上沉積表面層，所述層包括選自元素的氮化 物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的半導(dǎo)體材料，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物及組合。
16、 權(quán)利要求15的方法，其中所述凹槽至少在所述裝置的上表面上限 定用于電加熱電路的電流路徑，所述電路包括用于電連接到所述電流路徑 的端子的終端。
17、 權(quán)利要求15的方法，其中通過以下步驟使凹槽變平坦 用半導(dǎo)體材料層涂覆所述帶圖案的電極，所述材料包括以下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一種，所述元素選自B、 Al、 Si、 Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、和稀土金屬、或其絡(luò)合物及組合；使所述涂層平坦化直到所述涂層與帶圖案電極基本上平齊，從而形成 基本上平坦的、具有帶圖案電極的表面。
18、 權(quán)利要求17的方法，其中用仿形層來涂覆所述帶圖案的導(dǎo)電電 極，所述層具有符合帶圖案導(dǎo)電電極凹槽的厚度。
19、 權(quán)利要求18的方法，其中使用化學(xué)氣相沉積方法來沉積所述仿形 涂層。
20、 權(quán)利要求15的方法，其中所述基底主體含有石墨材料，所述涂層 含有熱解氮化硼(pBN)，所述導(dǎo)電電極含有熱解石墨，所述電極圖案中的凹 槽填充有pBN，以及所述表面層含有摻碳熱解氮化硼(CpBN)。
21、 權(quán)利要求20的方法，其中所述摻碳熱解氮化硼(CpBN)表面含有小 于10wt.。/。的碳。
22、 權(quán)利要求21的方法，其中在室溫下，所述表面半導(dǎo)體層具有108 - 1014Q-cm的體積電阻率。
全文摘要
作為靜電夾具，用在半導(dǎo)體晶片加工應(yīng)用中的晶片加工裝置，其包括石墨基底(1)和至少一種電極圖案(3)，其中所述電極圖案中的凹槽填充有絕緣材料(2)，所述絕緣材料包括選自B、Al、Si、Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、稀土金屬、其組合中的至少一種元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物或其組合中的至少一種，從而形成第一基本上平坦的表面。然后將第一基本上平坦的表面至少涂覆半導(dǎo)體層(4)，所述層包括以下至少一種元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物或其組合中的至少一種，所述元素選自B、A、Si、Ga、耐火硬金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合。從而形成第二基本上平坦的表面，其向外露出從而支承所述晶片。
文檔編號H02N13/00GK101116170SQ200580038440
公開日2008年1月30日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者東河孝之, 馬克·謝普肯斯 申請人:莫門蒂夫性能材料股份有限公司