技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体制造领域，特别涉及一种静电吸盘的制造方法，静电吸盘以及包含该静电吸盘的等离子体处理装置。
背景技术
[0002] 近年来，随着半导体制造工艺的发展，等离子体处理工艺被广泛应用于半导体元器件的制程中。上述制程，如沉积、
刻蚀工艺等一般是在等离子体处理装置内进行。一般来说，等离子体处理装置包括腔室，用于将工艺气体从供气源提供至腔室内的气体喷淋头，以及固定、
支撑基片的静电吸盘(Electrostatic chuck，简称ESC)。其中静电吸盘通常设置在等离子体处理装置的腔室底部，作为下
电极与射频功率源连接，而在腔室顶部的气体喷淋头作为上电极与射频功率源或地连接。上下电极间形成射频
电场，使被电场
加速的
电子等与通入处理腔室的蚀刻气体分子发生电离冲撞，产生由工艺气体形成的等离子体与基片进行反应，以进行所需的工艺制程。
[0003] 其中，静电吸盘采用静电引
力的方式来固定基片，
现有技术中的静电吸盘包括主体部和
基座，主体部和基座之间通过粘结剂如
硅胶粘结，基座用来支撑主体部。主体部的材料例如为Al2O3、AlN等陶瓷材料，并可掺杂
金属化合物(如TiO2)或含硅的化合物(如SiO2)，基座则一般采用
铝等金属或金属
合金材质制作而成。
[0004] 然而，在进行等离子体处理工艺如等离子体刻蚀时，由于等离子体中的
离子轰击性和工艺气体的
腐蚀性，也使暴露于高
密度高腐蚀性高活性的等离子体环境中的主体部材料及其掺杂物非常容易被腐蚀，造成主体部形貌、组成、性能(如表面粗糙度，表面
电阻系数等)以及与基片间静电引力的变化，更严重的将直接导致静电吸盘的损坏报废。此外，主体部因等离子体腐蚀所产生的颗粒也很可能污染固定于其上的基片，从而导致工艺
缺陷。
[0005] 为解决这一问题，现有技术中通过在静电吸盘表面涂覆一层耐侵蚀涂层，以防止其被等离子体侵蚀。为了形成致密性较好的耐侵蚀涂层，一种做法是在静电吸盘表面采用等离子体增强型
物理气相沉积(PEPVD)淀积
氧化钇(Y2O3)或氧化钇/氧化铝(Y2O3/Al2O3)复合涂层。但是，在采用PEPVD淀积耐侵蚀涂层时，随着工艺时间的增长静电吸盘的
温度容易超过100℃，将严重破坏主体部与基座之间粘结剂的粘结力，甚至会发生主体部从基座脱落，导致静电吸盘的损坏报废。
发明内容
[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种耐等离子体侵蚀且性能较佳的静电吸盘的制造方法以及由该方法制造成的静电吸盘。
[0007] 为达成上述目的，本发明提供一种静电吸盘的制造方法，包括以下步骤：
[0008] 制造静电吸盘的主体部和基座，其中制造所述主体部的步骤包括：步骤S11：形成陶瓷
基板及
薄膜电极，所述薄膜电极嵌设于所述陶瓷基板中或形成于所述陶瓷基板的上方；步骤S12：在所述陶瓷基板及薄膜电极上沉积抗等离子侵蚀的保护层；以及步骤S13：图形化所述保护层的上表面以形成所述静电吸盘的主体部；以及
[0009] 将所述主体部和所述基座连接为一体以形成所述静电吸盘。
[0010] 优选的，所述保护层的材料选自陶瓷或IIIB族金属化合物或陶瓷及IIIB族金属化合物的组合物。
[0011] 优选的，所述保护层的材料为氧化钇或氧化钇/氧化铝
复合材料。
[0012] 优选的，通过增强型等离子体物理沉积工艺形成所述保护层。
[0013] 优选的，所述保护层的厚度为大于等于0.1毫米。
[0014] 优选的，所述保护层包覆所述陶瓷基板的
侧壁。
[0015] 优选的，所述薄膜电极的材料为金属或金属合金，通过
真空镀膜技术形成所述薄膜电极。
[0016] 优选的，步骤12包括：
[0017] 在所述陶瓷基板及薄膜电极上沉积多层薄膜结构，所述多层薄膜结构至少包括所述保护层和功能层，所述功能层用于调节所述静电吸盘的性能，所述保护层为所述多层薄膜结构的顶层。
[0018] 优选的，所述薄膜电极嵌设于所述陶瓷基板中，所述多层薄膜结构
自下而上包括所述功能层和所述保护层。
[0019] 优选的，所述薄膜
电极形成于所述陶瓷基板的上方，所述多层薄膜结构自下而上包含绝缘层、所述功能层和所述保护层。
[0020] 优选的，所述功能层的材料为金属或金属合金。
[0021] 优选的，通过
真空镀膜技术形成所述功能层。
[0022] 优选的，所述绝缘层的材料为陶瓷，通
过热喷涂形成所述绝缘层。
[0023] 优选的，通过增强型等离子体物理沉积工艺形成所述多层薄膜结构。
[0024] 优选的，所述薄膜电极形成于所述陶瓷基板的上方，其中步骤S11包括：
[0025] 形成所述陶瓷基板；
[0026] 在所述陶瓷基板上依次形成第一绝缘层、加
热层以及第二绝缘层；
[0027] 在所述第二绝缘层上形成所述薄膜电极。
[0028] 优选的，所述保护层的材料选自陶瓷或IIIB族金属化合物或陶瓷及IIIB族金属化合物的组合物。
[0029] 优选的，所述保护层的材料为氧化钇或氧化钇/氧化铝复合材料。
[0030] 优选的，通过增强型等离子体物理沉积工艺形成所述保护层。
[0031] 优选的，所述保护层的厚度为大于等于0.1毫米。
[0032] 优选的，所述保护层包覆所述陶瓷基板的侧壁。
[0033] 优选的，所述薄膜电极和所述加热层的材料为金属或金属合金，通过真空镀膜技术形成所述薄膜电极和所述加热层。
[0034] 优选的，所述第一绝缘层的材料为绝热陶瓷，所述第二绝缘层的材料为导热陶瓷。
[0035] 优选的，所述静电吸盘的制造方法中步骤12包括：
[0036] 在所述薄膜电极上沉积多层薄膜结构，所述多层薄膜结构自下而上包括绝缘层、功能层和所述保护层，所述功能层用以调节所述静电吸盘的性能，所述保护层为所述多层薄膜结构的顶层。
[0037] 优选的，所述功能层为高电阻层或低电阻层。
[0038] 优选的，所述功能层的材料为金属或金属合金，通过真空镀膜技术形成所述功能层。
[0039] 优选的，通过增强型等离子体物理沉积工艺形成所述多层薄膜结构。
[0040] 根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种通过上述方法制造的静电吸盘。
[0041] 根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种包含上述方法制造的静电吸盘的等离子体处理装置。
[0042] 本发明的有益效果在于通过形成具有保护层的静电吸盘主体部，增强了主体部的抗等离子体性能，表面硬度，热传导性；进一步的，本发明的制造方法避免因对静电吸盘整体进行耐侵蚀涂层的涂覆工序而造成的高温下静电吸盘结构不稳定，提高了其使用寿命。
附图说明
[0043] 图1为本发明
实施例的静电吸盘的制造方法的
流程图；
[0044] 图2a～2c为本发明实施例静电吸盘制造方法的示意图；
[0045] 图3为利用本发明实施例制造方法形成的静电吸盘的示意图；
[0046] 图4为包含图3所示的静电吸盘的等离子体处理装置的示意图；
[0047] 图5a～5c为本发明另一实施例静电吸盘制造方法的示意图；
[0048] 图6a～6d为本发明另一实施例静电吸盘制造方法的示意图。
具体实施方式
[0049] 为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合
说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0050] 以下将详细说明本发明的静电吸盘的制造方法。
[0051] 图1所示为本发明的制造方法的流程示意图，其包括如下步骤：
[0052] 步骤S1：制造静电吸盘主体部和基座。
[0053] 步骤S2：将主体部和基座连接为一体以形成静电吸盘。
[0054] 其中静电吸盘基座一般采
用例如铝的金属、
钛的合金、或不锈
钢材料制成，利于射频
能量的馈入；基座也可由提供良好强度和耐用性以及
传热型的陶瓷和金属的合成物制成。静电吸盘基座的制造步骤可通过现有技术形成。将主体部和基座连接为一体的步骤例如是在形成主体部和基座之后，通过在基座上涂覆粘结剂，在粘结剂上放置静电吸盘主体部而将主体部固定在基座上，其中粘结剂可采用以硅胶为基的粘结剂。此外，也可采用其他的工艺，如扩散
焊接等方法连接主体部与基座，本发明并不限于此。
[0055] 请继续参考图1，步骤S1中制造静电吸盘主体部的步骤进一步包括：
[0056] 步骤S11：形成陶瓷基板及薄膜电极，其中薄膜电极嵌设于陶瓷基板中或形成于陶瓷基板的上方；
[0057] 步骤S12：在陶瓷基板及薄膜电极上沉积抗等离子侵蚀的保护层；
[0058] 步骤S13：图形化保护层的上表面以形成静电吸盘的主体部。
[0059] 接下来将结合图1及图2a～2c，详细说明本发明一实施例制造静电吸盘主体部的详细步骤。
[0060] 首先，如图2a所示，进行步骤S11：形成陶瓷基板11及薄膜电极13。
[0061] 其中陶瓷基板11的材料例如氮化铝(ALN)，氧化铝(Al2O3)，
碳化硅(SiC)，氮化
硼(BN)，氧化锆(ZrO2)等及它们的化合物。适用的薄膜电极13材料为高熔点金属或金属合金材料，如钼，钨以及其化合物等。本实施例中陶瓷基板由
烧结工艺形成，薄膜电极13形成于陶瓷基板11的上表面，在其他实施例中薄膜电极也可嵌设于陶瓷基板中。薄膜电极13较佳通过真空镀膜技术如
化学气相沉积或物理气相沉积形成，以获得较高的成分纯度、组织致密性和
电阻率。当然其也可通过其他现有技术如丝网印刷来形成。薄膜电极13与陶瓷基板11的形成工艺均为本领域技术人员所熟知，具体细节在此不作赘述。
[0062] 接着，请参考图2b，进行步骤S12：在陶瓷基板11及薄膜电极13上沉积一层抗等离子侵蚀的薄膜保护层12，从而形成表面包覆有保护层的静电吸盘主体部10。
[0063] 其中保护层12材料可选自陶瓷或IIIB族金属化合物或陶瓷及IIIB族金属化合物的组合物，包括Y2O3/Al2O3、Y2O3/YF3、YF3/Al2O3、ErO2/Al2O3、以及分别以Y2O3、ErO2、YF3为基并掺杂有Al2O3、Zr2O3、AlN、SiO2、SiC等其它元素或陶瓷组分的材料，优选为氧化钇Y2O3或氧化钇/氧化铝复合材料Y2O3/Al2O3。在一较佳实施例中，保护层12的材料为氧化钇与氧化铝的复合材料Y2O3/Al2O3，这是因为氧化钇本身具有良好的耐等离子体腐蚀特性，而氧化铝则表现出高硬度，高电阻率和高热传导性，因此由氧化钇与氧化铝的复合材料所形成的保护层能够兼具上述优点。
[0064] 较佳的，是通过等离子体增强型物理气相沉积工艺(PEPVD)来形成保护层12。相较于
热喷涂等其他方式，PEPVD沉积工艺所形成的保护层致密性更好且不具有孔隙缺陷的问题。形成的保护层12厚度为大于等于0.1毫米。
[0065] 此外，在本实施例中保护层12包覆陶瓷基板11的上表面及侧壁，从而进一步防止主体部的侧壁被等离子体侵蚀；但在其他实施例中，保护层12也可仅形成陶瓷基板的上表面。
[0066] 最后，请参考图2c，进行步骤S13：图形化保护层12的上表面，从而形成静电吸盘的主体部10。通过图形化保护层12的上表面，如在保护层上表面形成由小正方格和沟槽组成或由小六方格和沟槽组成的图案(正方格或六方格图案用于静电吸引基片，连接在一起的沟槽用于流动氦气(He)以帮助释放基片或调节温度)有利于基片在静电吸盘上被静电顺利地吸住或释放，以及对静电吸盘表面的
温度控制。此外，由于本实施例中对保护层12进行图形化为形成主体部10的最后一道工序，能确保主体部表面图案被加工得更为精确。
[0067] 此外，在制造静电吸盘的基座时也可采用如PEPVD沉积工艺在基座表面沉积抗等离子侵蚀的薄膜保护层，从而保护基座不受等离子体腐蚀。
[0068] 由以上可知，本发明通过形成具有薄膜保护层的静电吸盘主体部，可使得由其所形成的静电吸盘主体部免于遭受等离子体冲击，降低了等离子体侵蚀及颗粒污染。此外主体部与基座的结合具有灵活性，且在形成静电吸盘之后，无需再进行PEPVD涂覆耐侵蚀涂层的工序，能够有效避免涂覆耐侵蚀涂层时主体部与基座之间结合不稳定的缺陷。
[0069] 图3为依据本实施例的方法所制造的静电吸盘的示意图。静电吸盘包括基座30和具有保护层12的主体部10。基座30用来支撑主体部10，主体部10和基座30之间通过粘结剂20粘结或以其他方式连接。
[0070] 主体部10包括陶瓷基板11和其上方的保护层12。薄膜电极13形成于陶瓷基板11和保护层12之间或嵌埋于陶瓷基板11中，通过施加直流电源，在
半导体晶片和主体部之间产生静电力，使晶片被牢牢地
吸附在静电吸盘上。保护层12
覆盖陶瓷基板暴露于等离子体的至少部分表面(如陶瓷基板的上表面或陶瓷基板的上表面及侧壁)，以作为用于保护静电吸盘主体的暴露表面与等离子体隔离的耐侵蚀涂层。陶瓷基板11由高电阻率、高导热、低射频损耗的陶瓷材料制成。保护层12的材料优选为氧化铝和氧化钇的复合材料，如此，保护层可兼具耐等离子体腐蚀性，高硬度，高电阻率和高热传导性。此外，保护层12较佳是通过等离子体增强物理气相沉积形成，从而具有致密性更好及减少孔隙缺陷的优点。
[0071] 图4显示了本发明一种实施方式提供的包含图3所示的静电吸盘的等离子处理装置。应该理解，等离子体处理装置仅仅是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图4所示不同。
[0072] 等离子处理装置包括设置于腔室1内的静电吸盘和反应气体喷淋头3。上电极3配置于反应气体喷淋头3中，薄膜电极13配置于静电吸盘主体部10中。基片(图中未示)放置于静电吸盘主体部10的表面。工艺气体源向腔室供应等离子体处理工艺中所需的工艺气体。工艺气体从气体源中被输入至腔室1内，一个或多个RF射频功率源可以被单独地施加在薄膜电极13上或同时被分别地施加在上电极3与薄膜电极13上，用以将射频功率输送到薄膜电极13上或上电极3与薄膜电极13上，从而在反应腔室内部产生大的射频电场，此射频电场对少量存在于反应腔室内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的
离子化和等离子体的激发，从而在反应腔室内产生等离子体。DC直流
电压源将高压直流电源施加到薄膜电极13，使静电吸盘表面产生极化电荷，并进一步在基片表面的对应
位置产生极性相反的极化电荷，因而通过在基片和静电吸盘之间产生的库仑力或约翰逊·拉别克(Johnsen-Rahbek)力，使基片被牢牢地吸附在静电吸盘上。等离子体工艺处理完成后，RF射频功率源被关闭，通过DC直流电压源对薄膜电极13施加反向直流电压来使基片从静电吸盘上释放。
[0073] 接下来请参考图5a～5c，其所示为本发明另一实施例静电吸盘主体部制造方法的示意图。
[0074] 请参考图5a，首先形成陶瓷基板11及薄膜电极13。薄膜电极可形成于陶瓷基板上方或嵌设于陶瓷基板中，具体形成方法与上述实施例相同，在此不作赘述。
[0075] 接着，如图5b所示，在陶瓷基板11及薄膜电极13上沉积一多层薄膜结构12，该多层薄膜结构至少包括抗等离子体侵蚀的保护层12a和功能层12b，其中保护层12a为多层薄膜结构12的顶层。通过增加功能层，可调节静电吸盘的性能，以满足不同的工艺需求。功能层12b可以为加热层以实现基片表面温度的调节和控制，进一步提升静电吸盘的整体性能；功能层12b也可为高电阻层或低电阻层，以实现或增强所形成的静电吸盘的其他工艺性能等。
在本实施例中，薄膜电极13是形成于陶瓷基板11上方，则多层薄膜结构12自下而上包括绝缘层12c，功能层12b和保护层12a。若其他实施例中薄膜电极13嵌设于陶瓷基板11中，则多层薄膜结构12自下而上包括功能层12b和保护层12a。其中，绝缘层的材料为陶瓷，功能层的材料为金属或金属合金，保护层的材料为陶瓷或IIIB族金属化合物或陶瓷及IIIB族金属化合物的组合物，优选为Y2O3或Y2O3/Al2O3。
[0076] 多层薄膜结构12可通过薄膜涂覆工艺形成，采用薄膜涂覆工艺能够非常容易地实现大面积均匀镀膜，所形成的多层薄膜结构的致密度和均匀性都能够保证。本实施例中，多层薄膜结构12由热喷涂、真空镀膜技术和PEPVD三种工艺结合形成。具体来说，其中绝缘层12c通过热喷涂形成，由于热喷涂膜组织
应力小，因而易于形成厚度相对大的膜；功能层12b则通过真空镀膜技术如化学气相沉积或物理气相沉积形成，其易于快速形成或制备金属膜，且形成的薄膜成分纯度高，组织致密，电阻率以及其它性能都大大改善或提高；抗等离子侵蚀的保护层12a则较佳的是通过PEPVD沉积工艺形成，以获得更好的致密性。在其他实施例中，也可采用其他镀膜工艺形成多层结构，例如以PEPVD沉积工艺形成多层薄膜结构12的全部层，即以PEPVD工艺接续沉积绝缘层12c，功能层12b和保护层12a，采用相同的沉积工艺不仅简化工艺步骤，且形成的薄膜致密性和均匀性也较佳。
[0077] 本实施例中，陶瓷基板11的表面和侧壁均形成保护层12a，提高了静电吸盘主体部侧壁的耐等离子体腐蚀性。
[0078] 之后，如图5c所示，对保护层12a的上表面图形化，最终形成静电吸盘的主体部10。
[0079] 接下来请参考图6a～6d，其所示为本发明另一实施例静电吸盘主体部制造方法的示意图。
[0080] 请参考图6a，首先形成陶瓷基板11。
[0081] 接着，如图6b所示，在陶瓷基板11上表面依次形成第一绝缘薄层14a、加热层15以及第二绝缘层14b；其中第一绝缘层14a的材料为例如绝缘绝热的陶瓷材料，第二绝缘层14b的材料为例如绝缘导热的陶瓷材料，加热层15材料为金属或金属合金，通过该加热层15可实现基片表面温度的调节和控制，进一步提升静电吸盘的整体性能。第一、第二绝缘层14a、14b可通过热喷涂形成，加热层15可通过真空镀膜技术形成。可选的，绝缘层14a、14b和加热层15也可均通过PEPVD形成。
[0082] 之后，如图6c所示，在第二绝缘薄层14b上形成薄膜电极13并在薄膜电极13上沉积抗等离子侵蚀的薄膜保护层12，从而形成包覆有保护层的静电吸盘主体部10。薄膜电极13及保护层12的形成方法均与图2a～2c所述的实施例相同，在此不作赘述。此外，保护层12也可作为多层薄膜结构的顶层形成于薄膜电极13上，而多层薄膜结构的形成方法与图4a～4c的实施例中相同，在此同样不作详述。
[0083] 最后，如图6d所示，对保护层12的上表面图形化，最终形成静电吸盘的主体部10。
[0084] 综上所述，本发明的静电吸盘的制造方法，通过形成涂覆有薄膜保护层的静电吸盘主体部，增强了主体部的抗等离子体性能，表面硬度，热传导性，以及与基座结合的灵活性；进一步的，本发明的制造方法无需对静电吸盘整体进行耐侵蚀涂层的PEPVD涂覆工序，避免了因PEPVD工艺温度过高引起静电吸盘主体部从基座脱落的危险，提高了静电吸盘的结构
稳定性及使用寿命。
[0085] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以
权利要求书所述为准。
