[发明专利]一种无烧结的氮化铝的静电卡盘

说明书

本发明涉及一种无烧结的氮化铝（AlN）静电卡盘，自下而上依次包括基座、绝缘体、电极及电介质层，其中电介质在不进行烧结工序和粘接工序下通过喷涂结合在电极上。本发明具有优异的静电性能和导热性，且电介质层与电极之间具有优异的结合强度。

技术领域

本发明是关于无烧结氮化铝(AlN)的静电卡盘，尤其是作为晶圆加工时固定晶圆的电介质层无烧结的静电卡盘（不进行烧结工序和粘合工序下结合电介质层，其特征是具有优异的静电特性同时还具有优异的结合强度及导热性）。

背景技术

一般来说，在半导体元件的蚀刻、蒸镀等工序中使用的反应室中，晶圆必须被固定在卡盘上，以确保加工的精密度。用于这类的固定的静电卡盘中，晶圆的固定一般都是利用被静电卡盘的静电力。

也就是说，静电卡盘一般是用在等离子化学蒸镀设备和蚀刻设备等一些制造半导体的设备上，是利用介电分极现象产生的静电力瞬间性地使半导体吸附或脱落的半导体设备的零部件。为此，具有在反应室内使等离子和卡盘之间产生静电而吸附基板的结构。此时，卡盘应具备作为静电力源的电介质和能够施加电压的电极，在静电卡盘中，为了提高薄膜的均匀性，消除热应力及缺陷集中等问题，必须在真空氛围下正确、均匀的加热/冷却，以使温度及静电力分布均匀。在通过电介质的卡盘的表面上制造出均匀的静电力及可进行调节的温度是尤为重要的，因此，需要选择具有优异的介电特性和热导率的材料来制造卡盘。

通常，静电诱导的电极在电介质内以浮动状态插入，在卡盘的背面布线使反应室内的等离子之间可以施加电压。大部分静电卡盘所使用的电介质材料有聚酰亚胺、氧化铝（Al₂O₃/黑色Al₂O₃）、硅胶、氮化铝（AlN）等，特别是其中的氮化铝（AlN）作为涂层材料进行了特性对比，如表1所示，与其他涂层材料相比不仅具有高介电率和高热传导性，而且耐等离子性也很好，作为今后电介质材料有很高的利用价值。

表１ 不同涂层材料的性能对比

但是，在大部分的静电卡盘的制造中，通常是采用插入电极后将电介质烧结的方法。可是，氮化铝（AlN）属于难烧结性材料，烧结很困难，即使烧结了，烧结了的氮化铝（AlN）电介质和基板的结合力也很差。因此，为了将氮化铝（AlN）作为电介质材料使用，就需要用无烧结方式的结合。

另外，也有采用一部分无烧结方式的情况，在海外制造的静电卡盘是在将氮化铝/电极/氮化铝以三桅帆船形态插入电极后进行烧结工序来制造的，用粘合剂将铝基板（卡盘母材）与三桅帆船形态的材料结合的生产方式制造。但是，在这种情况下，由于三桅帆船形态的材料与基板的粘合力明显不足且接触部位不均匀会在工程中产生火花等问题。

发明内容

发明目的：解决现有技术中问题电介质层材料性能差，而性能良好的氮化铝（AlN）材料又难烧结的问题。

为了解决这种现有技术的问题，本发明在静电卡盘方面，目的在于提供一种无烧结的氮化铝（AlN）静电卡盘，自下而上依次包括基座、绝缘体、电极及电介质层，其中电介质在不进行烧结工序和粘接工序下通过喷涂结合在电极上。

进一步地，所述绝缘体层，通过低温高速喷射涂层法将氮化铝粉末堆积形成。

进一步地，所述基板由铝合金、铜、铜合金或陶瓷构成；通过低温高速喷涂在上述基板上形成绝缘体层；在上述绝缘体层上，从上述绝缘体的外表面上的中心侧到一定间隔隔离的隔离部之间形成电极，通过低温高速喷射将上述电极全体及上述隔离部覆盖生成的电介质层。

进一步地，所述绝缘体层的厚度为0.2～1.5mm、电极的厚度为0.01～1.5mm，第电介质层的厚度为0.05～1mm。

进一步地，通过对绝缘体层进行喷涂形成无烧结氮化铝（AlN）电介质层。