聚合物陶瓷E-吸盘制造技术

本发明专利技术涉及用于夹持工作基底的聚合物陶瓷Ｅ－吸盘，包括三层，其中非导电层的介电常数选择成为吸盘提供总体低的电容。在吸盘组件中，与基底例如晶片接触的顶部介电层具有大于约５的介电常数，大于约１Ｅ６ｏｈｍ．ｍ的电阻率；但底部介电层具有小于约５的介电常数，大于约１Ｅ１０ｏｈｍ．ｍ的电阻率。中间层具有电阻率小于约１ｏｈｍ．ｍ的导电层。静电吸盘可粘附于涂敷抗电弧电介质的散热器。散热器也可用作ＲＦ电极。散热器可提供有冷却剂和气体槽道以将冷却气体供应到晶片背部。散热器可具有供给通路以对静电吸盘内的分段电极充电。供给通路、供气孔和提升销用的通道可用陶瓷或聚合物衬里以防止对散热器的任何放电。静电吸盘用于在半导体工具中夹持工作基底如Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ↓［２］等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种用于半导体制造的静电吸盘(E-吸盘)。更具 体来说，本专利技术涉及改进的多层静电和陶瓷吸盘的使用和制造，各层优 选具有不同的介电常数和电阻率。技术背景静电吸盘是用于半导体制造过程的已知设备。这类吸盘消除了先前 使用的机械夹持设备的需求，机械夹持设备通常很难精确地使用，并且 通常向对半导体制造室引入污染物。吸盘支撑半导体晶片制造或加工室 内的基底。设计者已经研发了静电吸盘，静电吸盘包括与埋置的金属导 体结合的陶资。这些吸盘通常称作"陶瓷吸盘"。陶资吸盘保持静电电 荷，静电电荷吸引住基底例如半导体制造室内的晶片。 一些设计依靠粘 结类型的组件连接，将金属导体固定在复合的陶瓷层内，从而形成吸盘。已知的设备包含支撑在金属基体上的多层陶瓷组成部分。但是，这 些已知的设计具有多至10秒或更久的延长的充放电周期。这样的充放际"。实际上，吸盘结构中的金属基体容易产生短路或电弧，从"导么 电极和基体之间的泄漏。这类电弧能够耗竭保持工件到位的存储电荷， 并且暴露的金属基体在等离子室内产生电弧损害。已经研发了利用静电电荷吸引住工件的混合型吸盘。共有的美国专 利No. 6， 754, 062公开了这样的混合型吸盘，包括用于支撑混合型吸盘 的介电基体。混合型吸盘自身包含具有导电覆盖层的顶表面，导电覆盖 层覆盖介电基体顶表面的至少一部分。导电层接收产生静电电荷的电 流，并且是非金属的以在半导体制造过程中存在的动态静电场下维持电 荷而没有显著的涡流损失。顶工作表面覆盖导电层并且是平的，当接收 在导电层内产生静电电荷的电流时保持工件。但是，在静电吸盘的设计中，越加需要减少使用静电吸盘的半导体 工具上的总电容载荷。已知的吸盘没有提供这种所需的减少。另外，已知的静电吸盘伴随的电弧问题没有被完全解决，因为通常会在某种程度 上发生金属基体散热片电弧。解决这些问题的改进的静电吸盘会是非常 有利的。
技术实现思路
根据一种实施方式，本专利技术涉及一种利用静电电荷固定工件的静电 吸盘，该吸盘包括设计成与工件接触的顶部介电层。顶部介电层具有大约5至大约10的介电常数，并且具有在大约1E6 ohm.m至大约1E15 ohm.m之间的电阻率。吸盘还包括底部介电层，具有优选大约2至大约 7的介电常数，并且具有大约1E10ohm.m至大约1E15 ohm. m的电阻率。 吸盘还包括中间层，具有大约1.5E-8 ohm.m至大约1 ohm.m的电阻率。 附图说明通过以下的优选实施方式的描述和附图，本领域技术人员会知道其 它的目的、特征、实施方式和优点，其中图1示出了本专利技术一个实施方式的剖面侧视图。图2示出了本专利技术一个实施方式的剖面侧视图，示出了连接于散热 片的吸盘中的平台表面、气槽和陶瓷衬里气孔(沿图1的线3-3截取所 示)。图3示出了本专利技术一个实施方式的晶片夹持表面的俯视图，其中该 表面具有各种平台结构、气槽、气孔、晶片提升销或晶片接地销用通孔。图4示出了具有平台表面的晶片/吸盘布置的剖面侧视图，包括共 形膜(conformal film)。示出的倾斜供气孔用陶瓷绝缘体衬里以防止 电弧(沿图3的线4-4截取所示)。具体实施方式本专利技术公开了一种静电吸盘，或者e-吸盘，包括三层，其中包含 的非导电层的介电常数选择成对吸盘提供总体低的电容。在本专利技术的吸 盘组件中，与晶片接触的顶部介电层具有的介电常数为大约5至大约 10，优选为大约8至大约10,具有的电阻率为大约1E6 ohm.m至大约 1E15 ohm.m;而底部介电层具有的介电常数为优选大约2至大约7，更 优选为大约3至大约5,具有的电阻率为大约1E10 ohm.m至大约1E15 ohm.m。中间层具有电阻率为大约1. 5E-8 ohm.m至大约1 ohm.m的导电 层。更加精确地选择和调节吸盘复合层特性例如上面刚刚提及的那些特性的能力，允许制造顶部介电层可以是例如陶瓷材料的静电吸盘，其 中陶瓷材料例如来自氧化物、氮化物和合金的族或其复合物。这些材料 优选为氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氧化钇、氧化铍、氮化铝、氮化硼、氮化硅、掺杂陶瓷等及其混合物。底部介电层应该是聚合物或低介电(K) 陶瓷，K的范围优选为大约2至大约7，更优选为大约3至大约5。这 类有用材料的实例包含聚酰亚胺、碳氟化合物、硅氧烷、Si02等。根据本专利技术设计的吸盘包含的顶部介电层具有比较高的介电常数。 吸盘设计有用于冷却气体分布的特征、提升销孔、接地触点、传感器孔 等。顶部接触表面可以优选具有平台结构，用于增强晶片背部冷却和减 少对晶片的微粒传递。中间导体层可以由电阻率优选小于大约1 ohm.m的任何材料制成， 例如W、 Ti、 Mo、 Ta、 Al、 Ag、 Cu、 Nb、 IT0、 Al203-Ti02、导电聚合物 等及其混合物。电极结构设计成增加存储在吸盘内的能量，其部分用作 电容器。导体可以构造成单极、双极或多极结构。平衡电容的相同面积 的双极结构是特別合适的。根据本专利技术的进一步的实施例，吸盘底层优选是聚合物制成的介电 层。优选聚合物具有的介电常数是大约2至大约7，优选是大约3至大 约5。聚合物优选是聚酰亚胺膜、氟聚合物膜或硅氧烷膜。聚合物层可 以是粘结剂、介电胶、硅树脂基粘结剂、热固化或UV固化粘结剂、催 化激活或厌氧固化粘结剂等。陶瓷填充粘结剂是优选的，因为它们可以 用来调节介电性能。底层必须能够经受住至少大约450 Volts/mils (17 KV/mm)的击穿电压。优选陶瓷填料为介电材料，例如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氮化 硼、氮化硅等。由氮化硼和氮化铝制成的陶瓷填料特别有利，其中可以 得到增强的热传递。根据需要，本专利技术的优选的三层e-吸盘结构可以粘结于金属或陶 瓷基体。陶瓷基体用于高的热传递不必要的情况，或者厚膜陶瓷加热器 需要在e-吸盘附近的情况。当在过程中需要较高的热传递速率时，需 要金属基体散热。根据需要，除了用于液体或气体流动的冷却剂通道以 外，金属基体还可以具有模铸加热器。金属基体也可以用作RF电极或 参考电极。基体可以设计为散热器，具有冷却剂通道和将另一种冷却剂 通过沟槽和孔带至晶片背部的通道。通过提供在可以发生电弧的表面上沉积的氧化铝涂层，可以防止金属基体电弧。这种抗电弧涂层优选利用 等离子喷涂工艺进行沉积。除了介电材料的等离子喷涂涂层以外，散热 器，当由铝制成时，可以被阳极化以在暴露于低电压的区域内形成阳极 化铝膜。本专利技术另一个重要的优点是，当粘结于金属基体时，使用聚合物作 为底层电介质就不需要热匹配，而在大多数传统吸盘的情况下，底部电 介质是陶瓷，这就需要在陶瓷和金属之间的热匹配。根据本专利技术，聚合 物粘结剂层可以独立于陶资而膨胀或收缩，由此降低了热应力。一些已知的静电吸盘可以使用陶瓷作为其顶部和底部电介质。根据 本专利技术的实施方式，顶层包括陶瓷，但是底部介电层是聚合物。优选聚 合物填充有陶瓷。这种聚合物陶瓷层允许在给定应用中更好地控制电容 储存。聚合层还减轻了来自顶部陶瓷层和底部金属散热器之间的潜在的 不同热膨胀的应力。聚合物陶瓷结构可以粘结于金属，金属可以由热喷 涂的介电材料涂层保护，介电材料例如是氧化铝、氧化钇、氧化镁、氧 化钛和其它合金介电陶资等。本专利技术的静电吸盘控制半导体室内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用静电电荷固定工件的静电吸盘，该吸盘包括：　顶部介电层，设计成与工件接触，所述顶层具有大约５至大约１０的介电常数，并且具有在大约１Ｅ６　ｏｈｍ．ｍ至大约１Ｅ１５　ｏｈｍ．ｍ之间的电阻率；　底部介电层，具有优选大约２至大约７的介电常数，并且具有大约１Ｅ１２　ｏｈｍ．ｍ至大约１Ｅ１５　ｏｈｍ．ｍ的电阻率；和　中间层，具有大约１．５Ｅ－８　ｏｈｍ．ｍ至大约１　ｏｈｍ．ｍ的电阻率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M奈姆，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]