一种图形化静电卡盘的制备方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种图形化静电卡盘的制备方法及设备，制备方法包括：选取超大尺寸(大于300mm)陶瓷片(AIN或Al2O3)作为基底，并印上图形化有机胶掩膜，利用离子束技术沉积具有高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的DLC膜层。沉积方法包括：采用高能金属真空蒸汽离子源(MEVVA)在基底注入金属元素形成梯度伪扩散层，接着采用90度超宽磁过滤金属阴极真空弧(FCVA)技术，沉积金属过渡层；在金属过渡层上，采用单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积得到高sp2含量的DLC膜层；在所述高sp2含量DLC膜层上利用双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积得到超硬DLC膜层；膜层的电阻可达到10‑50MΩ，硬度可达到80Gpa以上。通过实施本发明专利技术，能使静电卡盘具有优异的耐磨性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化静电卡盘的制备方法和设备本专利技术涉及集成电路制造
，特别涉及一种在图形化静电卡盘上沉积一层具有高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的DLC膜层的方法和设备。
技术介绍
随着全球经济回暖，集成电路制造又迎来春天，对卡盘及静电卡盘的需求急剧上升。静电卡盘是半导体工艺中的硅片夹持工具，依靠静电产生吸附力，吸附夹持晶圆的关键夹持部件。其夹持系统一般是一个三明治结构：上下两层为电极，中间夹着一层电介质，其中硅片充当上表面的电极，下电极和电介质被整合制造在一个器件中，即称为静电卡盘。典型的静电卡盘表面介电层为绝缘层材料，一般采用陶瓷制造，静电卡盘价格昂贵且通常在使用半年或一年长时间后，出现污染、磨损和等离子体冲蚀等损坏情况，需要通过清洗、维修、翻新和更换等手段才能继续可靠使用。静电卡盘相对于其他硅片夹持技术有着明显优势，可是静电卡盘相关技术在国内却基本是空白一片。但现在对在AlN或Al2O3等陶瓷材料表面制作类金刚石涂层还未在文献中见到，很少类似相关报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的之一是利用类金刚石膜层高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的特性，同时结合金属真空蒸汽离子源(MEVVA)和磁过滤真空弧沉积系统(FCVA)提出一种图形化静电卡盘制造方法和设备，能够制备得到在实际环境中具有高寿命，且耐磨性优异的静电卡盘。进一步来讲，该图形化静电卡盘制造方法包括：在所述基底表面进行金属离子注入形成金属梯度伪扩散层，在金属伪扩散层表面沉积获得金属过渡层，随后在金属过渡层表面沉积第一层高sp2含量的DLC膜层，最后在第一层高sp2含量的DLC膜层表面沉积第二层超硬DLC膜层。可选地，在一些实施例中，所述基底层为印有图形化有机胶掩膜的超大尺寸(大于300mm)AlN或Al2O3陶瓷片。所述金属元素为Ti或Cr，Au，Ag等，其注入束流强度为1～10mA，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2。可选地，在一些实施例中，所述金属过渡层为Ti膜层或Cr，Au，Ag等膜层，且厚度为2-5μm。可选地，在一些实施例中，利用所述90度超宽FCVA离子源，在所述金属梯度伪扩散层上，磁过滤沉积出金属过渡层；其中，所述金属过渡层的金属元素为Ti或Cr，Au，Ag，且厚度为2-5μm；进行所述磁过滤沉积时，弧流为80-130A，弯管磁场2.0～4.0A，负偏压-200-1000V，沉积温度为200-400℃，沉积真空度在1×10-3-1×10-1Pa范围交替变化，束流强度不低于1200mA，可选地，在一些实施例中，利用所述单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在所述金属过渡层之上，沉积出第一层高sp2含量的DLC膜层，且厚度为100～500nm；进行所述磁过滤沉积时，在金属过渡层上施加高功率脉冲偏压为1～10kV，脉冲宽度为0.1～1.2ms，脉冲频率为1～100Hz，占空比小于1/10000，峰值功率为0.1～5MW，沉积温度20-80℃，同时通入载气氩气(Ar)，流量为0-10sccm，沉积时间10-30min；可选地，在一些实施例中，利用所述双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在所述第二层软DLC膜层之上沉积出硬DLC膜层，且厚度为3～5μm；进行所述磁过滤沉积时，施加直流偏压为-300～-600V，起弧电流70-100A，弯管磁场2.0～4.0A，占空比20～80％，束流50-150mA，沉积温度20-40℃，沉积时间1-3h；本专利技术实施例提出的图形化静电卡盘的制备设备用于实施上述任一所述的图形化静电卡盘的制备方法，该图形化静电卡盘的制备设备包括：注入装置，配置为利用高能金属蒸汽真空弧(MEVVA)系统，向样板表面注入金属Ti或Cr，Au，Ag元素，形成金属梯度伪扩散层；沉积装置，配置为1套90度超宽磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在金属伪扩散层表面沉积金属过渡层；1套单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在金属过渡层表面沉积第一层高sp2含量的DLC膜层；1套双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在第一层高sp2含量的DLC膜层表面沉积第二层超硬DLC膜层。相对于现有技术，本专利技术各实施例具有以下优势：1.本专利技术实施例提出图形化静电卡盘的制备方法和设备，通过对样板进行高能的金属元素注入形成金属梯度伪扩散层，使其能够与样板乃至后续磁过滤沉积出的结构性膜层的结合力都非常好，从而使其抗剥离强度得以增强；2.本专利技术实施例提出图形化静电卡盘的制备方法和设备，提出了一种新型的超厚超硬DLC膜层制备工艺，对金属过渡层施加高功率脉冲偏压制备软DLC膜层，通过金属层和软DLC膜层的结合来释放应力，以提高结合力。3.本专利技术实施例提出图形化静电卡盘的制备方法和设备，通过对所述沉积装置的磁过滤弯管施加脉冲式正偏压，以提高等离子体的传输率，有利于提高薄膜硬度、耐磨性、致密性、膜基结合力等。4.本专利技术实施例提出图形化静电卡盘的制备方法和设备，通过使用高能金属真空蒸汽离子源(MEVVA)，对其引出电极以及加速电极重新设计，能够有效地对离子束流进行大幅展宽，实现达到对大宽度的工件处理的要求。5.本专利技术实施例提出图形化静电卡盘的制备方法和设备，通过设置磁过滤弯管上的发散线包为等离子体出口线包，可以实现在陶瓷片基底上沉积得到创新性大尺寸的DLC膜层。6.本专利技术实例还提出新型的单T和双T型管道进行DLC膜层的沉积，可以有效提高磁过滤弯管的过滤效率，提高原子离化率，可使等离子体密度增加，成膜时大颗粒减少，应力减小，使得DLC膜层的质量比90度磁过滤沉积、磁控溅射、电子束蒸发等PVD沉积方法得到的DLC膜层具有更好的膜层质量以及更高的硬度。7.此外，本专利技术实施例还提出一种沉积设备，该沉积设备设置有上述任一技术方案所述。需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合但是本领域技术人员应该知悉，本专利技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本专利技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本专利技术所必需的。以上所述仅为本专利技术的实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本专利技术实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。附图说明构成本专利技术实施例一部分的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的图形化静电卡盘的制备方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的图形化静电卡盘结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的金属真空蒸汽离子源(MEVVA)示意图及实物图；图4为本专利技术实施例提供的磁过滤FCVA系统结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的试样切割后进行XPS检测得到的沉积层键能图谱；图6本专利技术实施例提供的沉积试样SEM形貌照片；图7本专利技术实施例提供的具有DLC涂层和无DLC涂层的实验件摩擦系数的对比数据；图8本专利技术实施例提供的轮廓仪测得的不同摩擦时间下，划痕深度数据对比；附图标记说明200大尺寸陶瓷片基底210金属梯度伪扩散层2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图形化静电卡盘的制备方法，其特征在于，包括：a)选取尺寸大于300mm的陶瓷片(AIN或Al2O3)作为基底，在基底表面印上图形化有机胶掩膜；b)利用高能金属真空蒸汽离子源(MEVVA)离子注入系统，在样板表面上注入金属元素形成梯度伪扩散层，金属离子能量在100‑400KeV范围内交替变化，注入深度200‑500nm，注入剂量1×1015～1×1017/cm2；c)利用90度超宽磁过滤金属阴极真空弧(FCVA)沉积系统，在梯度伪扩散层上沉积获得厚度范围在2‑5μm的金属过渡层，金属起弧电流为80‑130A，沉积时间为10‑30min；d)采用单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)方法，在所述金属过渡层之上，沉积得到厚度范围在100～500nm的第一层高sp2含量的DLC膜层，DLC膜层的硬度为20‑40Gpa，沉积温度20‑80℃，沉积束流100‑300mA，沉积时间10‑30min，同时通入载气为氩气(Ar)，流量为0‑10sccm，沉积真空在1×10‑4‑1×10‑2pa范围交替变化；e)采用双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)方法，在所述第一层高sp2含量的DLC膜层之上沉积得到厚度范围在3～5μm的第二层硬DLC膜层，DLC膜层的硬度为40‑100Gpa，沉积温度20‑40℃，沉积束流50‑150mA，沉积时间1‑3h；f)去除有机胶掩膜。...

【技术特征摘要】
1.一种图形化静电卡盘的制备方法，其特征在于，包括：a)选取尺寸大于300mm的陶瓷片(AIN或Al2O3)作为基底，在基底表面印上图形化有机胶掩膜；b)利用高能金属真空蒸汽离子源(MEVVA)离子注入系统，在样板表面上注入金属元素形成梯度伪扩散层，金属离子能量在100-400KeV范围内交替变化，注入深度200-500nm，注入剂量1×1015～1×1017/cm2；c)利用90度超宽磁过滤金属阴极真空弧(FCVA)沉积系统，在梯度伪扩散层上沉积获得厚度范围在2-5μm的金属过渡层，金属起弧电流为80-130A，沉积时间为10-30min；d)采用单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)方法，在所述金属过渡层之上，沉积得到厚度范围在100～500nm的第一层高sp2含量的DLC膜层，DLC膜层的硬度为20-40Gpa，沉积温度20-80℃，沉积束流100-300mA，沉积时间10-30min，同时通入载气为氩气(Ar)，流量为0-10sccm，沉积真空在1×10-4-1×10-2pa范围交替变化；e)采用双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)方法，在所述第一层高sp2含量的DLC膜层之上沉积得到厚度范围在3～5μm的第二层硬DLC膜层，DLC膜层的硬度为40-100Gpa，沉积温度20-40℃，沉积束流50-150mA，沉积时间1-3h；f)去除有机胶掩膜。2.根据权利要求1所述的一种图形化静电卡盘的的制备方法，其特征在于：以300mm的大尺寸陶瓷片作为基底，通过自动(半自动或手动)的丝网印刷设备将图形化的有机胶掩膜印与基底表面，该胶的耐温范围为80-400℃，在该范围内不释放气体，同时与基底结合强度不大于40N。3.根据权利要求1所述的一种图形化静电卡盘的制备方法，其特征在于：在样板表面采用金属真空蒸汽离子源(MEVVA)离子注入设备进行注入，其注入金属元素为Ti或Cr，Au，Ag等，离子能量在100-400KeV范围交替变化，束流强度为1～10mA，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2。4.根据权利要求1所述的一种图形化静电卡盘的制备方法，其特征在于：(a)在沉积金属过渡层时，金属膜层可为Ti或Cr，Au，Ag等膜层，起弧电流80-130A，弯管磁场2.0～4.0A，以及-200-1000V的负偏压条件下沉积厚度为2-5μm的金属层，沉积时温度为200-400℃，沉积时真空度在1×10-3-1×10-1Pa范围交替变化，束流强度不低于1200mA，金属纳米颗粒的尺寸在50-100nm范围。(b)在沉积DLC膜时，施加高功率脉冲偏压复合直流偏压。沉积第一层高sp2键含量DLC膜层时，采用单T型过滤管道，该管道磁过滤效率高，使大颗粒减少；在金属层施加高功率脉冲偏压为1～10kV，脉冲宽度为0.1～1.2ms，脉冲频率为1～100Hz，占空比小于1/10000，峰值功率为0.1～5MW，沉积温度20-80℃，通入载气氩气(Ar)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，陈淑年，左帅，张旭，吴先映，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11