用于高温半导体加工中夹持的静电卡盘及其制造方法技术

具有适于在500℃至750℃的温度范围内的Johnsen‑Rahbek夹持的顶表面的静电卡盘。可以使用能承受腐蚀性加工化学的钎焊层将该顶表面连接到静电卡盘的下部。提供了具有适于在500℃至750℃的温度范围内的Johnsen‑Rahbek夹持的顶表面的静电卡盘的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高温半导体加工中夹持的静电卡盘及其制造方法
本专利技术涉及适于夹持的静电卡盘，更特别涉及适于Johnsen-Rahbek夹持的静电卡盘。
技术介绍
相关技术描述静电夹具或卡盘(ESC)常常用在半导体行业中，用于在基于等离子体或基于真空的半导体工艺(如蚀刻、CVD和离子注入等等)中夹持衬底。ESC的性能，包括无边缘排除和晶片温度控制，已经证实在加工半导体衬底或晶片(如硅晶片)中极有价值。典型的ESC例如包含位于导电电极上方的电介质层，其中该半导体晶片放置在该ESC的表面上(例如，该晶片放置在该电介质层的表面上)。在半导体加工(例如离子注入、等离子体加工等等)的过程中，通常在晶片与电极之间施加箝制电压，其中该晶片通过静电力被夹向卡盘表面。称为Johnsen-Rahbek(J-R)夹具的静电夹具的子类利用“漏型”电介质层(例如具有约1×109至1×1011Ohm-cm的体电阻的半导体电介质层)接触该晶片，其中可以在低于常规库伦夹具的电压下实现更大的夹持力。ESC的较低电压输入不仅降低了与J-R夹具相关的电源要求，还进一步提供了对晶片和在其上形成的器件潜在地破坏性更低的夹持环境。常规的J-R夹具例如包含略微导电的电介质层，由此通常允许电介质层(例如陶瓷)的厚度远厚于对“经典”或库伦ESC所允许的厚度。厚度的此类提高极大地促进了ESC制造过程，同时还降低了夹具运行电压。例如，该电介质层可以用作基底，以便通过丝网印刷和烧结电介质糊料形成正电极和负电极。在一些应用中，可以在低温(例如-50℃)下进行晶片的加工，而在其它应用中，可以在较高温度(例如150℃)下进行晶片的加工。一些J-R夹持静电卡盘使用AlN上表面可以达到更高的温度。但是，在常规情况下，单个J-R夹具不能适应两种极端温度，因为电介质层的电阻率随温度而改变。由此，常规J-R夹具表现出的夹持力随温度显著变化，产生潜在不期望的夹持效应。一些基于氮化铝的静电卡盘能够在250-450℃的温度下提供J-R夹持，但是AlN的体电阻率在高于400℃时变得太低以至于不允许有效的夹持。所谓静电卡盘能够在高于450℃的温度下提供J-R夹持，并可以承受腐蚀性的加工化学。附图概述图1是根据本专利技术的一些实施方案用于半导体加工的板轴装置的视图。图2是根据本专利技术的一些实施方案用于板的高温压机和烘箱的简图。图3是根据本专利技术的一些实施方案用于多个板的高温压机和烘箱的简图。图4是用于板轴装置的高温压机和烘箱的简图。图5是根据本专利技术的一些实施方案的板轴装置的视图。图6是根据本专利技术的一些实施方案用于半导体制造的板轴装置的局部横截面视图。图7是根据本专利技术的一些实施方案的静电卡盘的局部横截面视图。图8是根据本专利技术的一些实施方案的静电卡盘的局部横截面视图。图9是根据本专利技术的一些实施方案的夹持电极的示意图。专利技术详述一些用于连接陶瓷材料的现有技术工艺需要专门的烘箱，以及在烘箱中的压机以连接该材料。连接的材料可以获得例如静电卡盘。例如，一种采用液相烧结的现有技术的工艺，两个工件可以在极高的温度和接触压力下连接在一起。高温液相烧结工艺可以经历1700℃范围内的温度和2500psi范围内的接触压力。当采用此类工艺制造衬底支承底座时，需要大量的时间、专门的烘箱、压机和夹具，并且整个工艺极为昂贵。即使不是不可能，也极度不可能返工或修复使用液相烧结制造的静电卡盘中的某些缺陷。在本专利技术的一个实施方案中，提供了具有适用于Johnsen-Rahbek夹持的顶表面的静电卡盘。在一个实施方案中，该顶表面适用于在超过450℃的温度下的Johnsen-Rahbek夹持。在一个实施方案中，该顶表面适用于在500℃至700℃温度范围内的Johnsen-Rahbek夹持。在一个实施方案中，该顶表面适用于在500℃至750℃温度范围内的Johnsen-Rahbek夹持。在一个实施方案中，该顶表面是任何合适的材料的。在一个实施方案中，该顶表面是在500℃至750℃的温度范围内具有10E9ohm-cm至10E11ohm-cm的体电阻率的材料的层。在一个实施方案中，该顶表面是蓝宝石的。在一个实施方案中，该顶表面是蓝宝石顶层，其可以固定到该卡盘的下部。在一个实施方案中，该蓝宝石顶层固定到下方的层。在一个实施方案中，下方的层是陶瓷层。在一个实施方案中，提供了具有蓝宝石顶表面的静电卡盘。该蓝宝石层可以具有任何合适的厚度。在一个实施方案中，该蓝宝石层具有250至1000微米的厚度。在一个实施方案中，该蓝宝石层具有500微米的厚度。该蓝宝石层可以以任何合适的方式固定到该卡盘的下方部分。在一个实施方案中，该顶层通过能够承受腐蚀性加工化学的连接层附着到该卡盘的下方部分。在一个实施方案中，该腐蚀性加工化学是在加工室内的半导体加工环境。在一个实施方案中，该连接层由钎焊层形成。在一个实施方案中，该钎焊层是铝钎焊层。在一个实施方案中，该静电卡盘的蓝宝石层通过在任何合适的温度下连接钎焊层来连接到下方的陶瓷层。在一个实施方案中，该温度为至少770℃。在一个实施方案中，该温度为至少800℃。在一个实施方案中，该温度低于1200℃。在一个实施方案中，该温度为770℃至1200℃。在一个实施方案中，该温度为800℃至1200℃。在一个实施方案中，该静电卡盘的蓝宝石层在合适的环境下通过在任何合适的温度下(包括任何本文中公开的温度)连接钎焊层来连接到下方的陶瓷层。在一个实施方案中，该环境是非含氧环境。在一个实施方案中，该环境不含氧。在一个实施方案中，该环境在不存在氧的情况下。在一种环境中，该环境是真空。在一个实施方案中，该环境处在低于1×10E-4Torr的压力下。在一个实施方案中，该环境处在低于1×10E-5Torr的压力下。在一个实施方案中，该环境为氩(Ar)气氛。在一个实施方案中，该环境为其它惰性气体气氛。在一个实施方案中，该环境为氢气(H2)气氛。在一个实施方案中，通过钎焊层在合适的环境下(包括任何本文中公开的环境)在任何合适的温度下(包括任何本文中公开的温度)将该静电卡盘的蓝宝石层连接到下方的陶瓷层。在一个实施方案中，该钎焊层是纯铝。在一个实施方案中，该钎焊层是大于89重量％的金属铝。在一个实施方案中，该钎焊层具有按重量计超过89％的铝。在一个实施方案中，该钎焊层是大于99重量％的金属铝。在一个实施方案中，该钎焊层具有按重量计超过99％的铝。在一个实施方案中，通过铝连接层(包括通过任何本文中公开的铝钎焊层形成的铝连接层)在合适的环境下(包括任何本文中公开的环境)在任何合适的温度下(包括任何本文中公开的温度)将该静电卡盘的蓝宝石层连接到下方的陶瓷层。在一个实施方案中，该铝连接层不含扩散结合。在一个实施方案中，形成该铝连接层的工艺不包括扩散结合。在一个实施方案中，在该蓝宝石层与该铝连接层之间不存在扩散结合。在一个实施方案中，在该陶瓷层与该铝连接层之间不存在扩散结合。在一个实施方案中，该铝连接层在该蓝宝石层与该陶瓷层之间形成气密密封。在一个实施方案中，该铝连接层在该蓝宝石层与该陶瓷层之间形成具有<1×10E-9sccmHe/sec的真空泄漏速率的气密密封。在一个实施方案中，该铝连接层能够承受腐蚀性加工化学。在一个实施方案中，该腐蚀性加工化学是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于半导体加工的静电卡盘，包含具有蓝宝石的顶板层和陶瓷的底板层的板组装件，所述板组装件具有周缘，和在该周缘处在该顶板层与下板层之间的气密密封接头，其适于承受半导体加工环境。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 US 62/249,5591.用于半导体加工的静电卡盘，包含具有蓝宝石的顶板层和陶瓷的底板层的板组装件，所述板组装件具有周缘，和在该周缘处在该顶板层与下板层之间的气密密封接头，其适于承受半导体加工环境。2.权利要求1的静电卡盘，进一步包含布置在所述周缘内在所述顶板层与所述下板层之间的夹持电极。3.权利要求2的静电卡盘，其中该夹持电极具有选自大于89重量％的金属铝和大于99重量％的金属铝的材料。4.权利要求1的静电卡盘，其中该气密密封接头具有选自大于89重量％的金属铝和大于99重量％的金属铝的材料。5.权利要求1的静电卡盘，其中该板组装件具有底部，进一步包含连接到该板组装件底部的轴。6.权利要求5的静电卡盘，进一步包含在该板组装件底部与该轴之间的附加气密密封接头，其适于承受半导体加工环境。7.权利要求1的静电卡盘，其中该下板层的陶瓷选自铝氧化物和氮化铝。8.用于半导体加工的静电卡盘，包含板组装件，所述板组装件具有在500℃至750℃的温度范围内具有10E9ohm-cm至10E11ohm-cm的体电阻率的材料的顶板层，以及陶瓷的下板层，该板组装件具有周缘，以及在该周缘处在该...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·A·埃利奥特，F·巴拉玛，M·帕克，J·斯蒂芬斯，G·胡森，
申请(专利权)人：部件再设计股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US