一种用于真空处理装置的基片承载台及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于真空处理装置的基片承载台，所述的基片承载台包括：一个基座，基座内开设的一个通孔内具有一绝缘管，所述绝缘管道内设置有一高压直流导电元件，所述高压直流导电元件的上端包括一个导电帽和一个导电杆，导电杆位于导电帽下方与所述导电帽电连接，且被所述绝缘管围绕；基座顶面上依次形成有第一绝缘材料层，电极层和第二绝缘材料层，导电帽的顶部高于所述基座顶面和绝缘管道的顶面，导电帽顶部与所述电极层电连接；构成绝缘管道的材料具有第一热膨胀系数，构成导电帽的材料具有第二热膨胀系数，第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的差小于1.5*10‑6mK，且所述导电帽外侧壁与围绕所述导电帽的绝缘管内壁之间的间隙小于50um。

【技术实现步骤摘要】
一种用于真空处理装置的基片承载台及其制造方法
本专利技术涉及半导体加工
，具体涉及一种用于真空处理装置的基片承载台的结构和制造方法。
技术介绍
半导体加工技术中等离子刻蚀、等离子辅助化学气相沉积等处理工艺均需要在真空处理腔中进行，为了固定待处理的基片需要在真空处理腔中设置一静电夹盘，将高压直流电连接到静电夹盘中的电极，从而产生静电吸力将位于静电夹盘上的基片牢牢吸附在静电夹盘上。图1所示为典型的真空处理装置结构示意图，其中真空处理腔体100内部包括一个基片承载台，基片承载台包括导电基座10和位于导电基座上的静电夹盘120。其中导电基座通常由铝制成，内设多个热交换管道以允许大量冷却液流过热交换管道控制导电基座的温度。静电夹盘120包括底部绝缘层122，顶部绝缘层124以及位于两层绝缘层中间的电极层123，其中两层绝缘层通常由氧化铝或者氮化铝制成，电极层通常由钨或钼制成。基座10通过电缆连接到外部的射频电源，同时基座10内开设有一个贯穿基座上下表面的通孔，通孔内设置有绝缘管道130，绝缘管道130内设置有导电元件131，连接在高压直流电源(HV)和电极层123之间。传统静电夹盘的制造工艺是先提供一片底部绝缘片122，然后再印刷或喷涂一层导体材料到绝缘层122上形成电极层123，再覆盖一层顶部绝缘材料层124。这样的静电夹盘作为一个单一的零部件被安装到基座10上构成基片承载台。为了提供直流电源的供应通道，还需要在底部绝缘层122上去除部分绝缘材料使得电极层123暴露出来，再将导电线131焊接到暴露出来的电极层123上，最后将导电元件131穿入绝缘管道130内形成导电通路。图2所示为图1中X虚线框内基座10顶部的剖面放大图，图中导电线131包括顶部的焊点131a和与焊点131a相连的导电线131b。为了便于将导电线131b穿入绝缘管130，绝缘管道130的内径要大于导电线131b的直径，使得两者之间存在足够的冗余间隙。其中静电夹盘120底面与基座10上表面之间需要通过粘接材料121固定，但是在真空处理腔用于进行等离子处理时，基片承载台侧面区域的粘接材料会暴露到反应腔内的腐蚀性等离子气体，被等离子腐蚀并形成缺口，不仅容易形成污染颗粒而且会导致放电(arcing)现象发生，破坏静电夹盘结构。除此之外，由于采用粘接材料固定静电夹盘120和基座10，而粘接材料在涂覆时和干结之后的厚度无法精确控制，所以静电夹盘上吸附的基片和基座10上表面的平行度无法保证，这也会带来基片处理效果的不均匀性。所以业内需要开发一种新的基片承载台，避免静电夹盘底部粘接材料被腐蚀，同时还要保证基片被固定在平行于基座上表面的静电夹盘上。
技术实现思路
本专利技术公开一种用于真空处理装置的基片承载台，包括：基座，所述基座内设置有一个通孔，通孔内设置有一绝缘管，所述绝缘管内设置有一导电元件，所述导电元件包括一个导电帽和一个导电杆，其中导电帽位于上端且水平截面积大于所述导电杆的水平截面积，导电杆位于导电帽下方并与所述导电帽电连接，且被所述绝缘管围绕；所述基座顶面上依次设置有第一绝缘材料层、电极层和第二绝缘材料层，所述导电帽的顶部高于所述基座顶面，导电帽顶部与所述电极层电连接；所述绝缘管具有第一热膨胀系数，所述导电帽具有第二热膨胀系数，第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的差小于或等于1.5*10-6mK。较佳地，电帽外侧壁与围绕所述导电帽的绝缘管内壁之间的间隙小于50um，最佳地，所述导电帽外侧壁与围绕所述导电帽的绝缘管内壁之间具有的间隙大于零，小于等于25um。其中导电元件下端电连接到一个高压直流电源，用以形成静电吸力。其中所述绝缘管由氧化铝制成，导电帽由钛合金制成，或者绝缘管由氮化铝制成，导电帽由钨制成。所述导电杆与所述导电帽由相同材料制成，导电杆外侧壁与所述绝缘管内壁之间的间隙小于50um。所述导电杆的材料也可以与导电帽的材料不同，如导电杆可以由铜制成，所述构成导电杆的材料具有第三热膨胀系数，第三热膨胀系数大于所述第一膨胀系数的50％，同时所述导电杆外侧壁与所述绝缘管内壁之间的间隙大于100um。所述导电杆底部通过一个导电螺帽固定到一个导电互联件的底面，所述导电互联件的顶面与所述绝缘管的内壁互相固定。所述导电杆穿过所述导电互联件上开设的第一穿孔与所述导电螺帽固定，所述导电互联件还包括第二穿孔，一个导电插接部固定在所述第二穿孔内，所述导电插接部底部具有一个导电插槽。其中所述导电螺帽由钛或者钨制成，所述导电互联件由铜或钛制成。所述绝缘管包括具有第一截面积的上部管道和具有第二截面积的下部管道，其中第二截面积大于第一截面积，所述导电互联件位于所述下部管道中。本专利技术中的所述导电帽可以为上大下小的圆台形导体。可选地，绝缘管与基座通孔内壁之间具有间隙，所述间隙小于50um。本专利技术还提供一种用于真空处理装置的基片承载台的制造方法，包括步骤：提供一基座，在所述基座内设置有一通孔；将一绝缘管设置到所述基座内开设的通孔中；将一导电元件设置到所述绝缘管内部，所述导电元件包括位于顶部的导电帽和位于导电帽下方的导电杆，使所述导电帽的顶部露出所述基座的上表面；在所述基座的上表面形成第一绝缘材料层；通过机械磨削等方法将位于所述导电帽顶部的第一绝缘材料层去除；在所述第一绝缘材料层和导电帽的上表面涂覆一层由导电材料构成的电极层；在所述电极层上形成第二层绝缘材料层；其中，所述绝缘管由具有第一热膨胀系数的材料制成，导电帽由具有第二热膨胀系数的材料制成，第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的差小于或等于1.5*10-6mK。其中所述导电帽与绝缘管内壁设置有间隙，所述间隙小于50um。所述导电帽由钛或钨制成，绝缘管由氧化铝或氮化铝制成。所述导电杆由具有第三热膨胀系数的材料制成，所述第三热膨胀系数大于第一热膨胀系数50％，且所述导电杆外侧壁与所述绝缘管内壁之间的间隙大于100um。所述第一绝缘层包括多层子绝缘层，不同的子绝缘层具有不同的孔隙率，以避免绝缘层在热膨胀过程中开裂。在基座的上表面形成绝缘材料层或者在所述电极层上形成第二绝缘材料层过程中，形成绝缘材料层的方法选自化学气相沉积、物理气相沉积和等离子喷涂工艺之一。附图说明图1为现有技术真空处理装置示意图；图2为图1中虚线框X处的基片承载台顶部示意图；图3是本专利技术第一实施例的基座剖面示意图；图4a、4b、4c、4d是图3所示本专利技术第一实施例中的导电元件、绝缘管、导电螺帽和导电互联件的立体示意图；图5是本专利技术第二实施例的基座局部剖面示意图。具体实施方式以下结合附图3～5，进一步说明本专利技术的具体实施例。本专利技术公开了一种用于真空处理腔的基片承载台。本专利技术安装台仍然由基座10和基座上表面的静电夹盘20组成，但是静电夹盘20不是作为一个独立零部件被粘接材料粘接到基座10上的，而是通过多层材料的涂覆工艺，直接在基座10的上表面形成的静电夹盘结构。图3所示是基座10顶部和静电夹盘的剖面放大图，为了在基座10上表面直接涂覆形成多层绝缘层和电极层材料，需要事先将导电元件31插入基座上的通孔内设置的绝缘管30中，然后再依次在基座10表面涂覆形成绝缘材料层22、电极层23和第二绝缘材料层24。其中导电元件31包括顶部具有较大截面积的导电帽31a和下方长条形的导电杆31本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于真空处理装置的基片承载台，包括：基座，所述基座内设置有一个通孔，通孔内设置有一绝缘管，所述绝缘管内设置有一导电元件，所述导电元件包括一个导电帽和一个导电杆，其中导电帽位于上端且水平截面积大于所述导电杆的水平截面积，导电杆位于导电帽下方并与所述导电帽电连接，且被所述绝缘管围绕；所述基座顶面上依次设置有第一绝缘材料层、电极层和第二绝缘材料层，所述导电帽的顶部高于所述基座顶面，导电帽顶部与所述电极层电连接；所述绝缘管具有第一热膨胀系数，所述导电帽具有第二热膨胀系数，第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的差小于或等于1.5*10‑6mK。

【技术特征摘要】
1.一种用于真空处理装置的基片承载台，包括：基座，所述基座内设置有一个通孔，通孔内设置有一绝缘管，所述绝缘管内设置有一导电元件，所述导电元件包括一个导电帽和一个导电杆，其中导电帽位于上端且水平截面积大于所述导电杆的水平截面积，导电杆位于导电帽下方并与所述导电帽电连接，且被所述绝缘管围绕；所述基座顶面上依次设置有第一绝缘材料层、电极层和第二绝缘材料层，所述导电帽的顶部高于所述基座顶面，导电帽顶部与所述电极层电连接；所述绝缘管具有第一热膨胀系数，所述导电帽具有第二热膨胀系数，第一热膨胀系数和第二热膨胀系数的差小于或等于1.5*10-6mK。2.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电帽外侧壁与围绕所述导电帽的绝缘管内壁之间的间隙小于50um。3.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电元件下端电连接到一个高压直流电源。4.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述绝缘管由氧化铝制成，导电帽由钛合金制成。5.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述绝缘管由氮化铝制成，导电帽由钨制成。6.如权利要求2所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电帽外侧壁与围绕所述导电帽的绝缘管内壁之间具有的间隙大于零，小于等于25um。7.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆与所述导电帽由相同材料制成。8.如权利要求7所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆外侧壁与所述绝缘管内壁之间的间隙小于50um。9.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述构成导电杆的材料具有第三热膨胀系数，第三热膨胀系数大于所述第一膨胀系数的50％。10.如权利要求9所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆外侧壁与所述绝缘管内壁之间的间隙大于100um。11.如权利要求9所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆由铜制成。12.如权利要求1所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆底部通过一个导电螺帽固定到一个导电互联件的底面，所述导电互联件的顶面与所述绝缘管的内壁互相固定。13.如权利要求12所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电杆穿过所述导电互联件上开设的第一穿孔与所述导电螺帽固定，所述导电互联件还包括第二穿孔，一个导电插接部固定在所述第二穿孔内，所述导电插接部底部具有一个导电插槽。14.如权利要求12所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述导电螺帽由钛或者钨制成，所述导电互联件由铜或钛制成。15.如权利要求12所述的用于真空处理装置的基片承载台，其特征在于，所述绝缘管包括具有第一截面积的上部管道和具...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺小明，陈星建，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31