一種靜電夾盤(pán)及靜電夾盤(pán)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種靜電夾盤(pán)及靜電夾盤(pán)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，等離子處理裝置包括一個(gè)反應(yīng)腔10，反應(yīng)腔內(nèi)包括一個(gè)基座33，基座內(nèi)包括下電極?；戏桨o電夾盤(pán)34，待處理的基片30設(shè)置在靜電夾盤(pán)上，一個(gè)邊緣環(huán)36圍繞在靜電夾盤(pán)周?chē)?。一個(gè)具有較低頻率(如2Mhz?400Khz)的射頻電源35通過(guò)一個(gè)匹配器連接到基座33內(nèi)的下電極。反應(yīng)腔頂部還包括一個(gè)氣體分布裝置40，如氣體噴淋頭、或者將反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔的噴管。氣體分布裝置通過(guò)分流裝置或者開(kāi)關(guān)閥門(mén)連接到一個(gè)氣源20。氣體噴淋頭可以作為上電極與基座33內(nèi)的下電極配合構(gòu)成電容，至少一個(gè)高頻射頻電源連接到電容至少一端以產(chǎn)生電容耦合(CCP)等離子體。也可以在反應(yīng)腔頂部上方安裝感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈連接到高頻射頻電源(大于13Mhz)，產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)穿過(guò)反應(yīng)腔頂部的絕緣窗進(jìn)入基片上方的空間，使反應(yīng)氣體電離產(chǎn)生等離子體。基片30被下方的靜電夾盤(pán)固定在基座上，其中靜電夾盤(pán)內(nèi)包括至少一個(gè)直流電極，該直流電極連接到一個(gè)直流電源32，直流電極上的高壓直流電壓(700-3000V)可以在基片上感應(yīng)產(chǎn)生電荷，基片上的電荷與靜電夾盤(pán)的電極相互靜電吸引使基片被牢牢固定在靜電夾盤(pán)上。靜電夾盤(pán)34的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括一個(gè)位于底部的第一絕緣材料層340，直流電極341鋪設(shè)在第一絕緣材料層340上，一個(gè)第二絕緣材料層342覆蓋在直流電極和第一絕緣材料層上。其中第一、第二絕緣材料層340、342通常采用A1203或AlN以實(shí)現(xiàn)直流電極341與基片30之間或直流電極341與下方基座33之間絕緣，直流電極材料通常選自鎢或鑰以耐受高溫的加工環(huán)境。
[0003]靜電夾盤(pán)與基片之間的吸力滿足公式F = kV/d2 (I)，其中V為施加的直流電壓，d為基片30到電極341之間的距離也就是第二絕緣材料層342的厚度。所以要增加吸力最佳的辦法是減小d，但是隨著絕緣材料層342厚度的減小，絕緣材料層342中的雜質(zhì)或者氣泡會(huì)導(dǎo)致材料層被高壓擊穿。這會(huì)導(dǎo)致靜電夾盤(pán)破損并嚴(yán)重影響基片加工效果，所以現(xiàn)有技術(shù)通常采用調(diào)節(jié)電壓的方法獲得一個(gè)既不會(huì)導(dǎo)致材料層擊穿也不會(huì)吸力不足的電壓區(qū)間。但是由于材料的限制這一區(qū)間可選擇范圍很小，現(xiàn)有技術(shù)中靜電夾盤(pán)上方絕緣材料層的厚度通常為400-600um。
[0004]另一方面在等離子處理過(guò)程中靜電夾盤(pán)的溫度會(huì)頻繁變化，由于直流電極341和第二絕緣材料層342之間熱膨脹系數(shù)不同所以會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，長(zhǎng)時(shí)間工作后會(huì)導(dǎo)致第二絕緣材料層上出現(xiàn)裂縫甚至從直流電極上脫落。為了防止脫落如圖3所示，直流電極上通常要設(shè)置高低不平的較粗糙的上表面以增加第二絕緣材料342和直流電極341之間的接觸面。粗糙的接觸面可以增加兩種材料之間的附著力，所以粗糙度越大則兩種材料結(jié)合更牢固。但是粗糙度越大也會(huì)造成直流電極341上表面的突出部尖端放電擊穿第二絕緣材料層。所以為了防止出現(xiàn)擊穿只能選擇較低粗糙度的直流電極表面，或者更高厚度的絕緣材料層。這就容易造成絕緣材料層脫落或者吸力不夠的隱患。
[0005]所以等離子處理器的靜電夾盤(pán)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上存在提高靜電吸力和材料容易擊穿或脫落的矛盾，需要新的技術(shù)方案來(lái)解決這一矛盾，獲得更高的靜電吸力同時(shí)防止絕緣材料擊穿或脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是靜電夾盤(pán)絕緣材料層厚度對(duì)吸力增加和絕緣效果的影響，造成直流電壓選擇范圍受限。本發(fā)明提供一種一種靜電夾盤(pán)，包括:第一絕緣材料層，導(dǎo)電電極層，第二絕緣材料層，其中導(dǎo)電電極層位于所述第一、二絕緣材料層中間，第二材料層上表面用于固定待處理基片，其特征在于所述第二絕緣材料層為氟金云母。
[0007]其中所述第二材料層的厚度小于200um，最佳的是在80_150um之間，以縮短電極與基片的距離增加吸力。
[0008]其中所述靜電夾盤(pán)中導(dǎo)電電極層與第二材料層之間接觸面的粗糙度大于0.3um,最佳的是在0.4-0.Sum,以提供兩個(gè)材料層的吸附能力。
[0009]其中所述第二材料層上表面還包括一層抗等離子腐蝕層或耐磨材料層，所述抗等離子腐蝕層包括氧化釔或氟化釔，所述耐磨材料層為氧化鋁材料制成，且厚度小于所述第二絕緣材料層。其中所述第一絕緣材料層的材料選自氧化鋁、氮化鋁、氟金云母之一。
[0010]本發(fā)明還提供了一種靜電夾盤(pán)制造方法，包括形成第一絕緣材料層，所述第一絕緣材料層料選自氧化鋁或氮化鋁；在所述第一絕緣材料層上形成導(dǎo)電電極層，所述導(dǎo)電電極材料選自鑰或鎢；在所述導(dǎo)電電極層上方形成第二絕緣材料層，所述第二絕緣材料層為氟金云母，其中所述第二絕緣材料層形成方法為物理氣相沉積。其中所述物理氣相沉積方法包括步驟:提供一個(gè)反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐內(nèi)包括容納有氟金云母的坩堝；提供一個(gè)加熱裝置加熱所述坩堝內(nèi)的氟金云母到大于1375°C ;將所述形成有導(dǎo)電電極層的第一絕緣材料層工件放入與坩堝相對(duì)位置處，使工件具有小于300°C的溫度；
[0011]本發(fā)明靜電夾盤(pán)制造方法還可以包括防等離子腐蝕材料形成步驟，在所述第二絕緣材料層上形成一層氧化釔或氟化釔。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是現(xiàn)有技術(shù)靜電夾盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是圖2中A處的局部放大圖；
[0015]圖4是本發(fā)明靜電夾盤(pán)絕緣材料涂覆裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明要解決等離子處理裝置中靜電夾盤(pán)吸力和材料容易擊穿或脫落的矛盾，提出用新的材料替代原有氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的氧化鋁或氮化招材料的擊穿特性在40KV/mm,在不改變材料情況下,現(xiàn)有技術(shù)靜電夾盤(pán)中諸如絕緣層厚度、直流電極表面粗糙度、施加的直流電壓大小等均受到限制可選擇范圍很小，在設(shè)計(jì)靜電夾盤(pán)時(shí)必須考慮等離子處理裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的需要優(yōu)化選擇，這些優(yōu)化選擇需要大量實(shí)驗(yàn)和分析成本高昂。
[0017]本發(fā)明選用氟金云母(fluorophlogopite)作為靜電夾盤(pán)的絕緣材料層340或者342的構(gòu)成材料，氟金云母的擊穿特性為>200kV/mm，相對(duì)現(xiàn)有的材料40Kv/mm增強(qiáng)了 5倍以上。氟金云母可以是人工合成的所以材料性質(zhì)均一穩(wěn)定，內(nèi)含雜質(zhì)少不易被擊穿，長(zhǎng)期使用也能保持其特性。由于本發(fā)明絕緣材料層342選用了氟金云母所以絕緣材料層342的厚度選擇可以比原有厚度D明顯減少到200um以下(如80-150um),仍能保證在相同直流電壓下不會(huì)被擊穿。同時(shí)如吸力公式(I)中所表述的，吸力會(huì)隨著厚度減小成平方關(guān)系的迅速增加，所以厚度減小到原有1/5會(huì)使吸力變?yōu)樵械?5倍，要獲得與現(xiàn)有技術(shù)類(lèi)似的的吸力只需要原