[发明专利]一种图形化静电卡盘的制备方法和设备

说明书

本发明公开了一种图形化静电卡盘的制备方法及设备，制备方法包括：选取超大尺寸(大于300mm)陶瓷片(AIN或Al₂O₃)作为基底，并印上图形化有机胶掩膜，利用离子束技术沉积具有高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的DLC膜层。沉积方法包括：采用高能金属真空蒸汽离子源(MEVVA)在基底注入金属元素形成梯度伪扩散层，接着采用90度超宽磁过滤金属阴极真空弧(FCVA)技术，沉积金属过渡层；在金属过渡层上，采用单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积得到高sp2含量的DLC膜层；在所述高sp2含量DLC膜层上利用双T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积得到超硬DLC膜层；膜层的电阻可达到10‑50MΩ，硬度可达到80Gpa以上。通过实施本发明，能使静电卡盘具有优异的耐磨性和使用寿命。

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种在图形化静电卡盘上沉积一层具有高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的DLC膜层的方法和设备。

背景技术

随着全球经济回暖，集成电路制造又迎来春天，对卡盘及静电卡盘的需求急剧上升。静电卡盘是半导体工艺中的硅片夹持工具，依靠静电产生吸附力，吸附夹持晶圆的关键夹持部件。其夹持系统一般是一个三明治结构：上下两层为电极，中间夹着一层电介质，其中硅片充当上表面的电极，下电极和电介质被整合制造在一个器件中，即称为静电卡盘。典型的静电卡盘表面介电层为绝缘层材料，一般采用陶瓷制造，静电卡盘价格昂贵且通常在使用半年或一年长时间后，出现污染、磨损和等离子体冲蚀等损坏情况，需要通过清洗、维修、翻新和更换等手段才能继续可靠使用。静电卡盘相对于其他硅片夹持技术有着明显优势，可是静电卡盘相关技术在国内却基本是空白一片。但现在对在AlN或Al₂O₃等陶瓷材料表面制作类金刚石涂层还未在文献中见到，很少类似相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的之一是利用类金刚石膜层高电阻率、高硬度、耐磨损性、抗离子冲蚀性的特性，同时结合金属真空蒸汽离子源(MEVVA)和磁过滤真空弧沉积系统 (FCVA)提出一种图形化静电卡盘制造方法和设备，能够制备得到在实际环境中具有高寿命，且耐磨性优异的静电卡盘。

进一步来讲，该图形化静电卡盘制造方法包括：在所述基底表面进行金属离子注入形成金属梯度伪扩散层，在金属伪扩散层表面沉积获得金属过渡层，随后在金属过渡层表面沉积第一层高sp2含量的DLC膜层，最后在第一层高sp2含量的DLC膜层表面沉积第二层超硬DLC膜层。

可选地，在一些实施例中，所述基底层为印有图形化有机胶掩膜的超大尺寸(大于300mm)AlN或Al₂O₃陶瓷片。所述金属元素为Ti或Cr，Au，Ag等，其注入束流强度为1～10mA，注入剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁷/cm²。

可选地，在一些实施例中，所述金属过渡层为Ti膜层或Cr，Au，Ag等膜层，且厚度为2-5μm。

可选地，在一些实施例中，利用所述90度超宽FCVA离子源，在所述金属梯度伪扩散层上，磁过滤沉积出金属过渡层；其中，所述金属过渡层的金属元素为Ti或Cr，Au， Ag，且厚度为2-5μm；进行所述磁过滤沉积时，弧流为80-130A，弯管磁场2.0～4.0A，负偏压-200-1000V，沉积温度为200-400℃，沉积真空度在1×10^-3-1×10^-1Pa范围交替变化，束流强度不低于1200mA，

可选地，在一些实施例中，利用所述单T型磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统，在所述金属过渡层之上，沉积出第一层高sp2含量的DLC膜层，且厚度为100～500nm；进行所述磁过滤沉积时，在金属过渡层上施加高功率脉冲偏压为1～10kV，脉冲宽度为 0.1～1.2ms，脉冲频率为1～100Hz，占空比小于1/10000，峰值功率为0.1～5MW，沉积温度20-80℃，同时通入载气氩气(Ar)，流量为0-10sccm，沉积时间10-30min；