一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘
阅读：122发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种包含高 电阻 陶瓷热熔射材料的 静电卡盘 ， 自下而上 依次为金属 母材 、 电介质 层、导电 电极 层以及上部电介质层，其中下部电介质或上部电介质层均由经过熔射滤光处理的Al2O3-YAG复合 酸化 物粉末制成。本发明可增大静电卡盘均匀 吸附 力 强度，缩短脱离时间，延长使用寿命。，下面是一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘专利的具体信息内容。
1.一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，自下而上依次为金属母材(1)、下部电介质层(3)、导电电极层(4)以及上部电介质层(5)，其中下部电介质(3)或上部电介质层(5)均由经过熔射滤光处理的Al2O3-YAG复合酸化物粉末制成。
2.根据权利要求1所述的包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，其特征在于：所述的Al2O3-YAG系热熔射滤光层的电介质层厚度为100～1000μm。
3.根据权利要求1或2所述的包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，其特征在于：所述Al2O3-YAG复合酸化物由5～95％重量的YAG以及5～95％重量的Al2O3制作。
4.根据权利要求1或2所述的包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，其特征在于：所述上部电介质层或者下部电介质层中的其中一个或者1个以上的表面经过液状有机系或者无机系处理液进行密封处理，处理后的电介质层有1×1015Ω·cm以上的体积固有阻抗以及
30kV/mm以上的绝缘破坏电压。
5.根据权利要求1所述的包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，其特征在于：所述的Al2O3-YAG复合酸化物粉是Al2O3粉末以及YAG粉末的混合液喷雾干燥制得5～100μm大小的Al2O3-YAG复合酸化物粉末。
一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘
技术领域
背景技术
[0002] 最近，随着半导体以及显示屏制造工程技术倾向硅片或者玻璃基板(以下，称为被处理物)的大型化，回路的高集中化，以及加工超细腻化；在等离子体刻蚀工程等技术动向的薄膜蒸着与刻蚀工程中，被处理物的固定方法进行了大变革。以往的机械性夹紧或者利用真空卡盘固定被处理物的方法以逐渐被淘汰，最近半世纪半导体/显示屏面板工程装备使用静电作为卡盘核心部品。
[0003] 静电卡盘是两个以上的电介质层(或者电气绝缘层)与各电介质层之间插入的导电电极层构成，导电电极层是在传导性电极层上施加直流电压，通过电介质的分极现象，使被处理物发生相反极性，然后使被处理物与电介质之间发生引力的装置。静电卡盘与被处理物之间全面接触，产生强大均一的静电，并确保了被处理物表面的平滑度，控制温度，使污染粒子发生最小化。根据静电卡盘上部电介质层的种类，有两级酸化型、树脂型、陶瓷薄膜型，三种静电卡盘均具有耐久性与寿命高的优点。
[0004] 从前的陶瓷薄膜连接型静电卡盘，母材为陶瓷绝缘薄膜，与导电性电极薄膜、导电性电极、陶瓷电介质薄膜的顺序连接，制作成本极高。然而，如果利用高分子树脂或者硅酸脂化合物连接各部件。此处连接层的陶瓷具有相对较低的电介质与耐等离子体抵抗性，或者具有低传热性，在高压施加下，长时间使用的话可能会发生连接层的断裂。另外，黏着剂使用的方式必须将陶瓷加工至100～1000μm的厚度，因此这种静电卡盘不适合使用于大口径半导体晶圆的平板制造。
[0005] 为解决以前的陶瓷薄膜连接型静电卡盘的问题，需要更好的技术制作静电卡盘核心构成部分，有人提出使用热熔射滤光的电介质与电极层的提案，同时从电介质材料方面为提高静电，使用Al2O3-TiO2系陶瓷。但是，静电卡盘使用的Al2O3-TiO2系熔射滤光层因体积小，有固定电阻，会造成电压施加时，出现高漏电情况，当施加中断时，其特性也会变差。
[0006] 以往的静电卡盘使用的Al2O3热熔射滤光层与烧结陶瓷材料相比有高气孔度的缺点。热熔射滤光层的气孔及缺陷生成主要是混入了未熔融的粒子后，熔融液滴凝结收缩所致，其中，也有数十μm大小的局部领域孤立存在。有的粒子会在滤光层互相连结形成3次元的网状结构。图2是上述静电卡盘使用的等离子体熔射Al2O3滤光层的断面观察的细微组织，生成了约有5-15μm大小无秩序排列的气孔。一般广泛利用气孔率的测定方法通过200倍倍率的显示分析，显示的气孔率一般为1-2％。但是，使用高倍率(1000倍)观察的Al2O3热熔射滤光层如图3所示，从图2看起来不太大的气孔以外的积层粒子间的界面存在着薄薄气孔层，并且，积层粒子内生成细微小孔。这些气孔层与细微小孔互相连接的滤光层生成3次元的带缺陷的网状连结。
[0007] 上述Al2O3熔射滤光层气孔的网状结构因持有电子污染物侵入而起到导通电路的作用。此处，污染物质包括大气中的电荷多样粒子与水分，并且，装置中的静电卡盘含有等离子体粒子，因此，以前的Al2O3熔射形成的陶瓷滤光静电卡盘施加高电压后，Al2O3因为电介质层增加相对低绝缘破坏电压污染物的；漏电会增加，最后导致静电消失的问题的出现。为从外部断绝滤光层污染物质的侵入，在滤光层注入有机系或无机系的黏着剂，由此增加静电的阻抗。但是，在滤光层注的气孔注入黏着剂后，很难完全清除，并且与Al2O3相比，黏着剂过度使用的话，会减少静电卡盘的静电、耐久性及寿命的缩短。
发明内容
[0008] 目的：解决现有技术中静电卡盘的静电、耐久性及寿命的缩短问题；外界污染物的侵入问题。
[0009] 技术方案：一种包含高电阻陶瓷热熔射材料的静电卡盘，自下而上依次为金属母材、底部电介质层、导电电极层以及上部电介质层，其中下部电介质或上部电介质层均由经过熔射滤光处的理Al2O3-YAG复合酸化物粉末制成。
[0010] 进一步的，上述Al2O3-YAG复合酸化物由5～95％重量的YAG以及5～95％重量的Al2O3制作。
[0011] 进一步的，上述Al2O3-YAG系热熔射滤光层的电介质层厚度为100～1000μm。
[0012] 进一步的，上述上部电介质层或者下部电介质层中的其中一个或者1个以上的表面经过液状有机系或者无机系处理液进行密封处理，处理后的电介质层有1×1015Ω·cm以上的体积固有阻抗以及30kV/mm以上的绝缘破坏电压。
[0013] 进一步的，以含有上述Al2O3粉末以及YAG粉末的混合液喷雾使其干燥至5～100μm大小的Al2O3-YAG复合酸化物粉末。
[0014] 有益效果：利用热熔射涂层法制造的体积固有阻抗以及绝缘破坏电压都非常大的Al2O3-YAG系列涂层应用于静电卡盘的下部以及上部的绝缘电介质层，增加静电卡盘的耐久性以及大大提高其使用寿命。
[0016] 图1为本发明静电卡盘截面图的大体构造图。
[0017] 图2为静电卡盘所使用的等离子熔射Al2O3涂层截面放大200倍显示的细微组织。
[0018] 图3为静电卡盘所使用的等离子熔射Al2O3涂层截面放大100倍显示的细微组织。
[0019] 图4为本发明实例的Al2O3-YAG系列涂层截面放大1000倍显示的细微组织。
[0020] 图1中：10为静电卡盘，1为金属母材，2为底部涂层，3为底部电介质层，4为导电电极层，5为上部电介质层，6为晶圆，7为直流电源。
具体实施方式
[0021] 以下，将本发明列举实例详细说明。下面的实例不仅限于本发明的范围。
[0022] 制造例：Al2O3-YAG复合酸化粉末的制造
[0023] 实施例：静电卡盘的制造方法
[0024] 实施例1：
[0025] 制造如图1显示的静电卡盘结构，自下而上依次为金属母材1、下部电介质层3、导电电极层4以及上部电介质层5，其中下部电介质或上部电介质层均由经过熔射滤光处的理Al2O3-YAG复合酸化物粉末制成。
[0026] 金属母材1(宽100mm×长100m×厚5mm)的一面利用#100的Al2O3粒子进行涂覆处理，表面粗糙度(Ra：2～3μm)，从其表面全面制造上述制造例，使用互相不同的四种Al2O3-YAG复合酸化物粉末通过大气涂覆熔射法，形成250μm厚度的Al2O3-YAG系列绝缘层，即下部电介质层。通过在大气涂覆熔射法，在Al2O3-YAG系列硅酸脂层表面形成50mm×50mm面积部分导电电极层4，在下部电介质层3及导电电极层4通过大气涂覆熔射法，形成250μm厚度的Al2O3-YAG系列绝缘层即上部电介质层，对上述涂覆热熔射后的硅酸脂层不进行涂层处理。
[0027] 其中Al2O3-YAG复合酸化物粉末利用被人所熟知的干燥喷雾技术制得，平均粒径均为35μm，重量比如表1所示。
[0028] 表1各实施例粉末成分及粒径
[0029] 序号 Al2O3：YAG重量比 平均粒径(μm)配方1 17:83 35
配方2 50:50 35
配方3 75:25 35
配方4 90:10 35
配方2 50:50 35
配方3 75:25 35
配方4 90:10 35
[0030] 对比方案于同一方法形成电介质层以及传导性电极层，电介质层形成时，利用Al2O3熔射粉末代替纯度99.9％Al2O3-YAG复合酸化物粉末，形成厚度相同的的上部电介质层和下部电介质层。
[0031] 上述配方1～4和对比方案配方分别制造出试片，然后测定铝基母材与涂层两方之间施加直流电压后，计算体积固有抵抗值，然后再以0.5KV单位增加印加电压，测定涂层的绝缘破坏电压。表2显示的是上述实验的结果。
[0032] 表2实施例1电气绝缘性对比
[0033]
[0034] 从表2显示的结果可以得知，不管测定条件如何，本发明的Al2O3-YAG系列涂层与之前的Al2O3表面涂层相比有1000倍以上的高体积固有阻抗与高绝缘破坏电压。
[0035] 这两个涂层都具有非常敏感的湿度绝缘特性，特别是Al2O3涂层，即使使用低至1.5kV/mm的电压也会造成非常大的漏电。也就是，像图2、图3所示，Al2O3涂层内含有大量的细微小孔网络/网状结构，起到为周围浸透的水分作传导路径的作用。
[0036] 另一方面，Al2O3-YAG系列涂层在表1中记载的都是根据气孔网络/网状结构，即使是在湿度较高的环境中，也可以保持很高的绝缘破坏电压。图4为配方2的Al2O3-YAG系列涂层截面放大1000倍显示的细微组织。
[0037] 实施例2：
[0038] 对实施例1形成的上部电介质层的表面上涂敷有机系液状密封剂后在真空状态下150℃加热3小时进行密封处理，形成实施例1相同的电介质层以及导电电极层。
[0039] 表3中显示的是密封处理实施例2的电气绝缘性对比。
[0040] 表3实施例2电气绝缘性对比
[0041]
[0042] 传统的Al2O3等离子体涂层进行密封处理，大大增加体积固有阻抗及其绝缘破坏电压，进行密封处理后与未进行密封处理本发明的Al2O3-YAG系列涂层相比，显示的是更高的固有抵抗与绝缘破坏电压。另一方面，本发明实施例的Al2O3-YAG系列涂层成分在表1中记载，所有进行过密封处理都显示具有很高的体积固有阻抗1×1015Ω·cm，与大于44kV/mm的绝缘破坏电压。
[0043] 实施例3：
[0044] 根据实施例1和2，本发明的实施例Al2O3-YAG系列等离子体涂层与传统的Al2O3等离子体涂层的静电卡盘相比，有更好的电气性绝缘特性。因此能在金属电极棒上施加直流电压，可以大大减少对静电卡盘母材的加工(宽度100mm×长度120mm)其上部的底部涂层、下部绝缘电介质层，导电性电极层、上部绝缘层使用等离子熔射的方法依次累积。此时，导电性电极层的涂层面积为80mm×100mm。金属电击棒与中间的导电电极层直接相连，金属电击棒的周围是与下部绝缘电介质相同的材料，与母材绝缘。底部涂层的厚度为100μm，材料为Ni，导电电极层厚度为50μm，材料为W，下部绝缘电介质层和上部绝缘电介质层的厚度分别为500μm。比较例下部及上部绝缘电介质层的纯度为99.9wt％的Al2O3的涂层，本实施例的成分为配方2使用的Al2O3-YAG复合酸化物粉末(Al2O3：YAG重量比＝50:50、平均粒径35μm)利用等离子体熔射法，形成Al2O3-YAG系列400μm厚度涂层。等离子涂层完成，再上部电介质层涂敷环氧基树脂后，在真空150℃加热3小时，进行密封处理。
[0045] 本实施例主要为评价上述制造静电卡盘不同电压下的电气特性，在大气中的金属电击棒被施加0.5～5.0kV的直流电压60秒，测定静电卡盘的漏电以及绝缘阻抗。
[0046] 表4
[0047]
[0048] 以前的Al2O3等离子体密封层包含静电卡盘，随着施加电压的增加漏电电流也急剧增加，约3.1kV的施加电压会发生绝缘破坏现象。另一方面，使用本发明Al2O3-YAG系列涂层的静电卡盘，显示的是比同一施加电压Al2O3静电卡盘相比高出5倍以上的绝缘阻抗，随着印加电压的增加漏曳电流也随之有大幅度增加。另外，上述Al2O3-YAG系列涂层适用静电卡盘，施加10分钟以上5.0kV的直流电压，也不会破坏绝缘电介质层。
[0049] 实施例4：
[0050] 基于上述实施例3的静电卡盘的特性，实际大小(横1950mm×纵2150mm)的显示屏装备用静电卡盘与实施例3使用同一方法制造，评价静电卡盘的电气绝缘特性。
[0051] 传统的Al2O3热熔射涂层适用静电卡盘，随着施加电压的增加漏电电流也随之大幅增加。1～3kV范围的施加电压下发生放电，会因为绝缘破坏使静电卡盘机能消失。另一方面，本发明的Al2O3-YAG系列的涂层适用静电卡盘，在施加电压2.5～3.0kV使玻璃基板固定的静电，在此范围内产生的漏电电流不发生绝缘破坏。
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