具有間隔物的靜電吸盤的製作方法
2023-04-28 12:35:26
專利名稱：具有間隔物的靜電吸盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及吸盤表面上形成有多個間隔物的靜電吸盤，所述靜電吸盤通過使間隔物形成為角錐或圓錐等末端尖的形狀，使吸附到靜電吸盤上的被吸附物與吸盤表面(Chuck surface)的接觸面積最小化。本發明通過機械加工來形成所述靜電吸盤的間隔物，使得具備間隔物的靜電吸盤具有高的耐磨性和強度，並且其耐久性得到改善。
背景技術：
半導體元件製造工藝中使用的等離子體處理裝置、電子曝光裝置、離子注入裝置等裝置或液晶面板的製造中使用的離子塗覆裝置等裝置，需要在不損傷半導體晶片或玻璃基板等處理對象的前提下，堅固地支撐這些處理對象。特別是，近年來需要嚴格控制在半導體晶片或玻璃基板等處理對象上可能產生的汙染，而為了嚴格控制此類汙染，正從早先的機械方式，即，通過夾持(clamping)來支撐半導體晶片等處理對象的方式，轉變為利用靜電(electrostatic)吸附力的靜電吸盤方式。另一方面，通常靜電吸盤具有在作為基板的金屬基板上堆疊下部絕緣層、電極層和表面絕緣電介質層的堆疊結構，而上部形成的表面絕緣電介質層形成支撐並吸附半導體晶片或玻璃基板的吸附面。金屬基板上形成有貫通上下面的貫通孔，而這些貫通孔中的一部分內部具有供電端子。這些供電端子從外部電源向電極層提供高電位，由此使分布在表面絕緣電介質層表面的電荷和吸附面上設置的處理對象上的極化的帶電電荷之間，產生庫侖力或詹森-拉貝克力(Johnson-Rahbek force)、由於靜電產生的梯度力(gradient force)等，從而吸附並支撐半導體晶片等處理對象。但是，例如在等離子體裝置中對半導體晶片進行蝕刻處理，半導體晶片基板的溫度會上升至200°C 400°C，因此需要將這些基板的溫度冷卻到適當溫度。一般，此類基板冷卻用的冷卻劑使用He氣，而靜電吸盤中形成有能夠供給氦等冷卻用氣體的貫通孔。當氦等冷卻用氣體不均勻地供給到由靜電吸盤吸附並支撐的被吸附物表面上時，被吸附物表面的溫度將不均勻，由此存在使蝕刻的均勻性變差的問題。為了提高蝕刻的均勻性，需要均勻地向被吸附物表面供給冷卻用氣體，為此需要使阻礙靜電吸盤的吸附面和被吸附物表面之間的冷卻用氣體供給的因素最小化。另一方面，靜電吸盤的基板採用防蝕鋁(alumite)材料來進行塗覆，因此存在絕緣性變差的問題。特別是在製造靜電吸盤的過程中經常會對堆疊體的表面進行氣噴(blast)處理，而此過程中在用於供給氦氣等冷卻用氣體的貫通孔附近或形成於凸緣 (flange)上的固定裝置用的貫通孔附近，易發生塗覆膜受損的現象。像這樣發生塗覆膜受損的現象時，用於供給冷卻用氣體的貫通孔附近或形成於凸緣上的貫通孔附近位置的絕緣性變差，從而引發電弧(arc)等問題。
發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明的目的在於解決上述現有靜電吸盤的問題，通過將形成在吸盤表面上的間隔物形成為角錐或圓錐等末端尖的形狀，以使冷卻用氣體均勻地供給到被吸附物表面上， 進一步通過機械加工來形成此類間隔物，從而提高間隔物的耐久性。本發明的目的還在於提供一種靜電吸盤，由於其在絕緣性容易變差的位置上設置了由絕緣性物質形成的絕緣套管(sleeve)或襯管(bush)而具有出色的絕緣性。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明的靜電吸盤包括基板；第一絕緣層，其形成在所述基板上；內部電極層，其以設定的圖案形成在所述第一絕緣層上；第二絕緣層，其形成在所述第一絕緣層和所述內部電極層上；其中，所述第二絕緣層具有提部(dam portion)，其沿所述第二絕緣層表面的邊緣形成；多個間隔物，其位於由所述提部包圍的空間內，從所述第二絕緣層的表面突出形成且具有角錐或圓錐形狀。這裡，提部優選地形成為高度大於間隔物的高度，並且提部和間隔物通過機械加工來切削而成。基板和第一絕緣層之間還可以形成底部塗層，並且還可以包括插入到用於貫通所述基板上下面的多個氣體供給用貫通孔內部的絕緣套管。這裡，絕緣套管最好包括氣體出口部，其通過基板上表面的貫通孔來露出，其一端與所述第一絕緣層接觸，且由陶瓷材料形成；主體部，其內徑大於所述氣體出口部的內徑，且由樹脂形成。另一方面，本發明的靜電吸盤的製造方法，包括準備形成有氣體供給用貫通孔的基板；在所述基板的上表面形成底部塗層；在所述底部塗層上通過熱噴塗陶瓷粉末形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層上通過熱噴塗導電材料形成內部電極層；在形成有所述內部電極層的所述第一絕緣層上通過熱噴塗陶瓷粉末形成第二絕緣層；和沿所述第二絕緣層的邊緣通過機械加工來形成提部，並且在由所述提部包圍的空間內，通過機械加工形成從所述第二絕緣層的表面突出並具有角錐或圓錐形狀的多個間隔物。(三)有益效果本發明的靜電吸盤通過使間隔物的形狀形成為末端尖的形狀，使被吸附物基板與間隔物的接觸部分最小化，使得冷卻劑，即He氣體能夠均勻地供給到整個被吸附物表面； 並且由於通過機械加工來形成間隔物，從而具有可提高間隔物的耐久性的效果。並且，本發明的靜電吸盤通過在冷卻劑，即He氣體的供給貫通孔和在裝置固定用凸緣上形成的貫通孔中分別使用絕緣部件，從而具有強化靜電吸盤整體的絕緣性的效果。
圖1為本發明一個實施例的靜電吸盤的一部分的側截面圖；圖2為放大顯示圖1中的A部分的局部放大圖；圖3為本發明一個實施例的靜電吸盤的另一部分的側截面圖；圖4為顯示圖3中顯示的構成元件中的絕緣套管的截面的截面圖；圖5為本發明一個實施例的靜電吸盤的另一部分的側截面圖。
具體實施例方式下面參照附圖，以具體實施例為基礎，對本發明的具有間隔物的靜電吸盤進行更加詳細的說明。本發明並不由下面記載的實施例的說明內容所限定，並且顯而易見，在不超出本發明的技術要旨的範圍內可進行多樣的變形。另一方面，實施例的說明中，對於在本發明的技術領域中公知的，並與本發明的技術要旨沒有直接關聯的技術內容將會省略其說明。並且，附圖中，部分構成元件可能被擴大、省略或簡略地顯示。這是為了通過省略與本發明的要旨無關的不必要的說明，來清楚地說明本發明的要旨。圖1為本發明一個實施例的靜電吸盤的一部分的側截面圖，圖2為放大顯示圖1 中的A部分的局部放大圖。如圖1和2所示，本發明一個實施例的靜電吸盤100具有基板110、底部塗層120、 作為下部絕緣層的第一絕緣層130、以設定的圖案圖案化的內部電極層150和作為上部絕緣層的第二絕緣層140依次堆疊而成的堆疊體結構。如下面所述，基板110形成有多個貫通孔(未圖示)，而這些貫通孔中的一部分內部容納有向內部電極提供來自外部電源的高電位的供電端子(未圖示)，並且另一部分提供用於冷卻被吸附物，即半導體晶片等基板的冷卻用氣體的通道。基板110由通常的金屬材料形成，並且外邊緣形成有用於固定裝置的凸緣部170。凸緣部170通常形成為具有臺階形狀，以與形成有吸附並支撐被吸附基板200的吸盤表面111的部分相區分。基板110的上部表面形成有底部塗層120。通過使用主成分為Ni/Al的物質來對基板Iio的上部表面進行塗覆而形成底部塗層120，底部塗層120並不是必須的，可根據需要形成或不形成底部塗層120。另一方面，在形成底部塗層120之前優選地對基板110的表面進行氣噴處理。並且，在形成底部塗層120之前優選地對要設置到基板110的貫通孔上的部件進行預先設置。圖3和4中顯示的絕緣套管160也同樣有必要在形成底部塗層120 之前插入設置在基板110的貫通孔內。另一方面，底部塗層120優選地形成為具有30 100 μ m的厚度。不僅在形成有吸附並支撐被吸附基板200的吸盤表面111的位置，而且在形成有凸緣部170的位置上也同樣形成底部塗層120。底部塗層120的上部表面通過熱噴塗形成有第一絕緣層130。第一絕緣層130通過熱噴塗Al2O3粉末等陶瓷粉末來形成。通過熱噴塗首先在形成有吸附並支撐被吸附基板 200的吸盤表面111的位置上形成第一絕緣層130。吸盤表面111以外的側面部和凸緣部 170的熱噴塗工藝通常在後述的第二絕緣層140形成在第一絕緣層130和內部電極層150 上部上之後進行。第一絕緣層130的上部表面上形成有內部電極層150。內部電極層150由銅、鎢、 鋁、鎳、鉻、銀、白金、錫、鉬、鎂、鈀、鉭等導電性物質形成，並且將其圖案化為具有需求形狀的圖案。通過利用掩模進行圖案化之後，在其上熱噴塗導電性物質來形成內部電極層150。 內部電極層150通常形成為側截面方向寬度具有30 60 μ m的值。內部電極層150的上部以及未形成有內部電極層150的第一絕緣層130的上部形成有第二絕緣層140。通過熱噴塗與第一絕緣層130相同材料的陶瓷粉末來形成第二絕緣層140。與第一絕緣層130—樣，第二絕緣層140也優選地形成在形成有吸盤表面111的位置上。在形成吸盤表面111的位置上通過熱噴塗Al2O3粉末形成第二絕緣層140之後，在餘下的靜電吸盤的側面部和凸緣部170上利用同樣的Al2O3粉末來形成絕緣層。像這樣，在第二絕緣層140、側面部和凸緣部170上都形成絕緣層之後，在該通過熱噴塗陶瓷粉末所形成的全部熱噴塗面上塗覆矽並進行浸滲。另一方面，第一和第二絕緣層優選地形成為其加起來的全部絕緣層的厚度為400 500 μ m。在陶瓷粉末的熱噴塗和矽的塗覆、浸滲結束之後，在第二絕緣層140上各自形成提部141和間隔物142。提部141沿第二絕緣層140的表面，即吸盤表面111的外部輪廓邊緣形成。提部141的寬度能夠穩定地支撐被吸附基板200就足夠，並不限定於特定的值。 提部141通過加工中心(machining center)的機械加工來形成為具有20 170 μ m的高度。間隔物142形成為末端為尖的角錐或圓錐形狀，並且在第二絕緣層140上部表面上沒有形成提部141的位置上形成。間隔物142也與提部141 一樣通過加工中心的機械加工來形成。間隔物142形成為高度低於提部141。由靜電吸盤100來吸附並被支撐的被吸附基板200在外部邊緣部分與提部141接觸的狀態下被支撐。但是，通常被吸附基板200具有薄板的形狀，其被提部141支撐時基板200的中央部分由於其重力將稍微向下下垂。由此，間隔物142的尖端部和基板200的下部表面之間可發生接觸。本發明的靜電吸盤100的間隔物142由於為具有尖端部的角錐或圓錐形狀， 因此與被吸附基板200表面的接觸面積將最大限度地變小。如前所述，被吸附基板200的下部表面和間隔物接觸部分的面積大的話，冷卻用氣體氦將不均勻地供給到整個被吸附基板200的下部表面上，因此蝕刻的均勻性也會變差。因此，有必要將間隔物與被吸附基板 200表面接觸部位的面積抑制到儘可能小的程度，而本發明的靜電吸盤100的情況下，間隔物142與被吸附基板200的接觸為針接觸，因此形成本發明的間隔物142時，所謂針吸盤 (pin chuck)化將成為可能。通過具有尖端部的間隔物142的針吸盤化作用，本發明的靜電吸盤100可在被吸附基板200表面上均勻地供給冷卻用氣體，並且由此可以穩定地維持被吸附基板200的溫度。另一方面，間隔物142的高度優選地形成為比提部141的高度低約 10 20 μ m,並且其為角錐形狀時，構成其底面的多角形的一個邊的長度優選地約為0. 2 0. 4mm ；其為圓錐形狀時，構成其底面的圓的直徑優選地為0. 2 0. 4mm。本發明的靜電吸盤100的提部141和間隔物142利用加工中心的機械進行加工而形成。首先，利用加工中心來決定要加工的提部141和間隔物142的形狀，在第二絕緣層 140表面上對要形成提部141的部分以外的部分進行氣噴處理。氣噴處理結束後，利用加工中心進行機械加工來形成提部141和間隔物142。與本發明不同，也存在利用掩模進行圖案化以形成設定形狀之後熱噴塗陶瓷粉末，來形成提部或間隔物的方式，然而通過這樣的方式不容易形成本發明的末端尖的形狀的金字塔形間隔物。而且，通過熱噴塗形成間隔物時， 存在使用過程中間隔物容易從第二絕緣層表面脫落或磨損的問題。與此相反，通過機械加工形成的本發明的間隔物142，由於利用了加工中心，因此容易成型為角錐或圓錐形狀，並且還能提高耐久性和強度。由此，間隔物的壽命也跟著變長。圖3和4為顯示用於供給冷卻用氣體的貫通孔中所插入的絕緣套管160的側截面的示意圖。如圖3和4所示，本發明的靜電吸盤100具有在用於供給冷卻用氣體的貫通孔中插入絕緣套管160的結構。如圖3所示，在具有用於供給冷卻用氣體的貫通孔的部分表面上，底部塗層120的一部分塗覆膜可能會缺損。由此可能會產生電弧等破壞絕緣性的現象， 因此本發明的靜電吸盤100中，為了防止這種現象，在用於供給冷卻氣體的貫通孔中插入設置了可強化絕緣性能的絕緣套管160。另一方面，冷卻用氣體(通常使用He氣體)經過形成在絕緣套管160內部的空腔，通過形成在絕緣層上的孔161，最終供給到被吸附基板 200的下部表面側。像這樣，絕緣套管160具有固定內徑的中空形管狀形狀，而如圖3和4 所示，並不是絕緣套管160整體均具有相同的內徑值，而是形成有設定的臺階部來使得內徑變化。當然。本發明並不限於此，本發明的靜電吸盤100中使用的絕緣套管160的內徑也可以在整體的絕緣套管中具有固定的值。圖3和4所示的絕緣套管160包括氣體出口部161，其具有與形成在絕緣層上的孔112連通的中空部；主體部162，其具有與所述氣體出口部161連通的中空部，並且其內徑和外徑都大於氣體出口部161。優選地，氣體出口部161由陶瓷材料形成，主體部162由樹脂形成。當然，本發明的絕緣套管並不一定僅限於此，構成氣體出口部和主體部的材料可相同。形成氣體出口部161的陶瓷材料可使用氧化鋁等，形成主體部的樹脂材料可使用Ti 聚合物、聚醯亞胺(Vespel)、NC尼龍等樹脂材料。像這樣，由於主體部162不是最終排出氣體的氣體出口部161，而通過使用低廉的樹脂材料來替換陶瓷材料，可減少整體的製造費用。另一方面，氣體出口部161的內徑優選地形成為與絕緣層的孔112的內徑相同或比孔112的內徑稍大的程度；主體部162優選地形成為，其與氣體出口部161連通的部分的內徑與從基板110的下部表面向外露出的部分的內徑不相同。為此，主體部162的中空部形成有臺階部。圖5為顯示本發明的靜電吸盤100的凸緣部170的局部側截面圖。如圖5所示， 凸緣部170上連接有用於固定靜電吸盤100的固定用部件190。像這樣連接有固定用部件 190的位置上，底部塗層或絕緣層可能被消除，因此絕緣性可能有問題。因此，本發明的靜電吸盤100中，在連接固定用部件190的位置上設有絕緣性強化部件180。絕緣性強化部件180包括設置在固定用部件190兩側面上的襯管181和設置在固定用部件190上部的罩182。與前面提出的絕緣套管的主體部162類似，這樣的絕緣性強化部件180優選地由 Ti聚合物、聚醯亞胺、NC尼龍等樹脂材料形成，但並不限於此。以上描述的具體敘述內容為對本發明的靜電吸盤的結構的一個實施例的說明，這僅是為了幫助對本發明的技術要旨和主要結構的理解而展示的一個特定的實例，並不用來限定本發明的範圍。除了該公開的實施例之外，也可基於本發明的技術思想實施其他多種變形例，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種靜電吸盤，其包括基板；第一絕緣層，其形成在所述基板上；內部電極層，其以設定的圖案形成在所述第一絕緣層上；第二絕緣層，其形成在所述第一絕緣層和所述內部電極層上，其特徵在於，所述第二絕緣層具有提部，其沿所述第二絕緣層表面的邊緣形成；多個間隔物，其位於由所述提部所包圍的空間中，從所述第二絕緣層的表面突出形成且具有角錐或圓錐形狀。
2.如權利要求1所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述提部的高度大於所述間隔物的高度。
3.如權利要求1所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述提部和間隔物通過機械加工切削而成。
4.如權利要求1所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述基板和所述第一絕緣層之間還形成有底部塗層。
5.如權利要求1所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述靜電吸盤還包括插入到用於貫通所述基板上下面的多個氣體供給用貫通孔內部的絕緣套管。
6.如權利要求5所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述絕緣套管包括氣體出口部，其通過基板的上表面貫通孔來露出，其一端與所述第一絕緣層接觸，且由陶瓷材料形成；主體部，其內徑大於所述氣體出口部的內徑，且由樹脂形成。
7.一種靜電吸盤的製造方法，其特徵在於，包括 準備形成有氣體供給用貫通孔的基板； 在所述基板的上表面形成底部塗層；在所述底部塗層上通過熱噴塗陶瓷粉末形成第一絕緣層； 在所述第一絕緣層上通過熱噴塗導電材料形成內部電極層；在形成有所述內部電極層的所述第一絕緣層上通過熱噴塗陶瓷粉末形成第二絕緣層；和沿所述第二絕緣層的邊緣通過機械加工來形成提部，並且在由所述提部包圍的空間中，通過機械加工形成從所述第二絕緣層的表面突出並具有角錐或圓錐形狀的多個間隔物。
全文摘要
本發明涉及吸盤表面上形成有多個間隔物的靜電吸盤，沿吸盤表面邊緣形成有堤部，並將由堤部圍成的空間內從吸盤表面突出的多個間隔物通過機械加工成形為角錐或圓錐形狀。本發明的靜電吸盤，通過使間隔物的末端形成為尖的形狀，來使被吸附物，即基板和間隔物之間的接觸部分最小化，以使冷卻劑，即He氣體均勻地供給到整個被吸附物表面，並且通過機械加工來形成間隔物，具有可提高間隔物耐久性的效果。
文檔編號H01L21/00GK102237292SQ20111010250
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月21日 優先權日2010年4月26日
發明者宮下欣也, 樸龍雄, 辰巳良昭 申請人:Pmt有限公司, 創意科技股份有限公司