專利名稱：具有非燒結(jié)aln的靜電吸盤及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤(electro-staticchuck)及其制備方法，更具體地，本發(fā)明涉及如下的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤及其制備方法所述靜電吸盤具有氮化鋁的涂層作為用于在處理晶片的過程中固定晶片的介電層，所述涂層通過無(wú)需燒結(jié)處理或者粘接處理地粘合電介質(zhì)而形成，并且具有良好的粘合強(qiáng)度和熱導(dǎo)率以及優(yōu)異的介電特性。
背景技術(shù)：
通常，在用于對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行刻蝕和淀積的處理室中，應(yīng)該將晶片穩(wěn)固地固定在吸盤上以確保處理精度。在靜電吸盤的情況下，通過吸盤上感生的靜電來(lái)固定晶片。
靜電吸盤是半導(dǎo)體設(shè)備的部件之一，用于通過電介質(zhì)極化產(chǎn)生的靜電力來(lái)將硅晶片臨時(shí)接合在用于生產(chǎn)半導(dǎo)體的裝置(例如用于PCVD(等離子體化學(xué)汽相淀積)、刻蝕等的裝置)上或者從其分離。因此，靜電吸盤具有適于在處理室內(nèi)在等離子體與該吸盤之間產(chǎn)生靜電以使得整個(gè)表面可以接合于其的結(jié)構(gòu)。這里，吸盤當(dāng)然具有作為靜電力源的電介質(zhì)和用于施加電壓的電極。特別地，對(duì)于干法工藝，由于為了改善薄層的均勻性并且減少熱應(yīng)力和缺陷密度，需要精確且均勻的真空中加熱/冷卻、溫度分布以及靜電力，所以通過選擇具有優(yōu)異的介電性能和熱導(dǎo)率的材料來(lái)制備吸盤。將此部件制造為使得電介質(zhì)可以對(duì)吸盤上的均勻靜電力和溫度進(jìn)行控制是非常重要的。
通常，感生靜電的電極插入浮動(dòng)形式的電介質(zhì)中，并且被接線到吸盤的背部以在室與等離子體之間施加電壓。
大多數(shù)靜電吸盤中使用的材料包括聚酰亞胺、氧化鋁(Al2O3/黑Al2O3)、硅酮橡膠、氮化鋁(AlN)等，在這些材料中，氮化鋁(AlN)與其他涂布材料相比具有尤其高的介電常數(shù)和高熱導(dǎo)率，如示出幾種涂布材料的特性的表中所示。此外，其具有優(yōu)異的等離子體阻抗，因此今后作為電介質(zhì)材料而倍受關(guān)注。
表1


◎優(yōu)異，○良好，△尚可，×差同時(shí)，在常規(guī)的靜電吸盤制備過程中，在插入電極之后對(duì)電介質(zhì)進(jìn)行燒結(jié)。然而，氮化鋁(AlN)是幾乎無(wú)法燒結(jié)的可燒結(jié)性差的材料，因此，即使對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)燒結(jié)氮化鋁(AlN)的電介質(zhì)與基板之間的接合也很差。因此。為了使用氮化鋁(AlN)作為電介質(zhì)材料，希望具有非燒結(jié)方式的新穎方法。
此外，在近來(lái)應(yīng)用非燒結(jié)方法生產(chǎn)的一些靜電吸盤中，通過插入電極形成塊狀的氮化鋁/電極/氮化鋁，對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)并使用粘接劑將其接合到鋁基板(基本吸盤)。然而，在這些情況下，存在以下問題塊與基板之間的粘接非常差，并且可能由于在粘接部位的不均勻性而在處理期間發(fā)生拱起。
因此，希望開發(fā)一種采用氮化鋁(AlN)作為電介質(zhì)的靜電吸盤。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中包含的問題而提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括由氮化鋁(AlN)未經(jīng)燒結(jié)和粘接處理而形成的電介質(zhì)的靜電吸盤。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有優(yōu)異的靜電特性、粘合強(qiáng)度以及熱導(dǎo)率的靜電吸盤。
本發(fā)明的又一目的是提供一種制備靜電吸盤的方法，該方法包括通過涂布來(lái)淀積氮化鋁的步驟，由此可以選擇具有低熔點(diǎn)和高熱導(dǎo)率的基板用材料，并且可以以低生產(chǎn)成本和高生產(chǎn)率來(lái)生產(chǎn)靜電吸盤。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤，其包括由氮化鋁的涂層形成的電介質(zhì)。
此外，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的方法，所述方法包括從底部起順序地層疊基板、絕緣層、電極以及電介質(zhì)的步驟，其中所述電介質(zhì)是通過涂布氮化鋁而形成的。
有利效果根據(jù)本發(fā)明，靜電吸盤包括通過涂布而由氮化鋁(AlN)形成的電介質(zhì)。通過采用氮化鋁層作為電介質(zhì)來(lái)改善靜電吸盤的特性，可以制備具有優(yōu)異的靜電特性和熱導(dǎo)率的靜電吸盤，并且由于無(wú)需燒結(jié)或粘接即可制備靜電吸盤，所以該靜電吸盤具有改進(jìn)了的粘合強(qiáng)度和熱導(dǎo)率。
因此，由于不需要燒結(jié)處理，所以可以應(yīng)用氮化鋁(AlN)作為電介質(zhì)，由此，所生產(chǎn)的靜電吸盤可以具有高靜電、高介電常數(shù)、高熱導(dǎo)率以及高等離子體阻抗。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制備具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的方法中，可以在應(yīng)用冷噴涂時(shí)執(zhí)行低溫處理，由此可以避免熱噴涂中涉及的缺陷。此外，在物理方面，由于淀積涂布材料來(lái)形成固體狀態(tài)的層，所以可以保持涂布材料的特性并且防止作為基材的基板氧化。此外，可以選擇低熔點(diǎn)材料作為基板材料，從而擴(kuò)展了基板材料的選擇范圍。因此，有利地，由于通過冷噴涂而無(wú)需燒結(jié)來(lái)涂布氮化鋁(AlN)，所以可以使用具有低熔點(diǎn)和高熱導(dǎo)率的金屬材料，從而避免了與氧化相關(guān)聯(lián)的問題。此外，可以減少基板的殘余應(yīng)力，可以生產(chǎn)具有高密度、高強(qiáng)度和加工硬化的涂層，并且可以形成厚的低氧化層。此外，可以同時(shí)提供低孔隙率(＞99％致密，因?yàn)槭峭坎嫉?和高涂布效率(＞98％)并且可以以低生產(chǎn)成本大規(guī)模生產(chǎn)靜電吸盤。
然而，本發(fā)明不限于具體的示例性實(shí)施例和附圖，而是僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下對(duì)實(shí)施例進(jìn)行修改或者變型，并且這些修改和變型都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以更充分地理解本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤的示例的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤的示例的平面圖；圖3是示出使用冷噴涂方法時(shí)的涂布效率根據(jù)平均粉末速率的曲線圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的冷噴涂系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明致力于提供一種具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤，其中介電層由非燒結(jié)氮化鋁的涂層形成。
現(xiàn)在，參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤。
在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤包括基板20、絕緣體15、n電極30以及電介質(zhì)10。
圖1和圖2分別示出了根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的實(shí)施例的剖面圖和平面圖。
在根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤中，氮化鋁的涂層可以通過各種涂布方法來(lái)形成。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的涂層例如可以通過以下方法中的任何一種來(lái)形成汽相淀積、熱噴射或者冷噴射。前述涂布方法主要分為兩類汽相淀積方法和噴射方法。汽相淀積方法的可用示例包括脈沖激光淀積(PLD)、濺射、蒸發(fā)、化學(xué)汽相淀積(CVD)等，噴射方法的可用示例包括等離子體噴涂、高速氧燃料(HVOF)、熱噴涂、冷噴涂等。
在這些方法中，因?yàn)槔鋰娡吭诘陀诨搴土Ｗ拥娜埸c(diǎn)的溫度來(lái)涂布以超聲速進(jìn)行加速的粒子，從而粒子可以保持其特性并且可以在不改變基板特性的情況下進(jìn)行涂布，所以冷噴涂是優(yōu)選使用的。此外，冷噴射同時(shí)可以解決常規(guī)噴涂中涉及的問題，例如基板氧化、基板應(yīng)力、以及不適于低熔點(diǎn)基板。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1到圖2所示，靜電吸盤從底部起包括基板20、絕緣體15、電極30以及電介質(zhì)10。
因此，該靜電吸盤包括基板20，由鋁合金、銅、銅合金或者陶瓷形成；通過冷噴涂形成在基板上的第一氮化鋁(AlN)層15；電極30，形成在第一氮化鋁(AlN)層15上，距第一氮化鋁的周緣具有朝向中央的一距離的間隔25；以及通過冷噴涂形成以覆蓋電極30和間隔25的全部的第二氮化鋁(AlN)層10。
基板20可以使用普通的基板材料形成，在熱導(dǎo)率或者化學(xué)穩(wěn)定性的角度，其可用的示例優(yōu)選地包括鋁合金、銅、銅合金或者陶瓷，更優(yōu)選的是在機(jī)械強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和重量方面具有優(yōu)點(diǎn)的陽(yáng)極化6xxx系列鋁合金。
形成在基板20上的絕緣體15用于防止基板20與電極30之間的電流，并且可以采用普通的絕緣材料來(lái)形成。根據(jù)本發(fā)明，使用氮化鋁(AlN)作為絕緣體的材料，并且通過涂布(優(yōu)選為冷噴涂)來(lái)淀積絕緣層以形成第一氮化鋁層15?？紤]絕緣特性和可加工性，絕緣層15具有0.2到1.5mm的厚度，優(yōu)選地具有0.5到0.9mm的厚度，更優(yōu)選地具有大約0.7mm的厚度。
此外，電極30通過多種涂布方法(考慮粘合強(qiáng)度，優(yōu)選為冷噴涂)而淀積并形成在絕緣層15上。優(yōu)選地，電極30形成有距第一氮化鋁(AlN)層15的周緣有朝向中央的一距離的間隔25，并且該間隔用于在由于靜電吸盤暴露于外界而導(dǎo)致產(chǎn)生電弧(arc)時(shí)保持絕緣。換言之，電極層的表面設(shè)置在第一氮化鋁層的周緣向內(nèi)處，從而其可以不暴露于外界。通過這種結(jié)構(gòu)，可以通過氮化鋁使電極完全絕緣。
根據(jù)本發(fā)明，電極30的材料和厚度沒有特別限制，只要電極30可以產(chǎn)生固定晶片的足夠靜電力即可，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從本領(lǐng)域已知的多種導(dǎo)電材料(包括錫、銅、銀(Ag)、鋁等)和形狀中進(jìn)行選擇。在靜電吸盤用于固定8英寸晶片的情況下，電極30優(yōu)選地由錫、銀(Ag)、鋁或銅形成，并且其厚度優(yōu)選為0.01到0.5mm，更優(yōu)選為大約0.1mm，以確保靜電吸盤的最佳靜電力和結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，電極30可以形成有單個(gè)電極或者兩個(gè)電極，其中具有單個(gè)電極或者兩個(gè)電極的電極30分別歸類為單極型或者雙極型。在本發(fā)明中，這兩種類型的電極都適用。
此外，通過在電極30上涂布氮化鋁(AlN)形成電介質(zhì)10，以對(duì)電極30進(jìn)行絕緣并產(chǎn)生靜電。因此，如圖1到圖2所示，其形成為覆蓋電極30和間隔25的整體。根據(jù)本發(fā)明，由于通過涂布(例如冷噴涂)來(lái)在電極30上形成氮化鋁層(介電層10)，所以可以解決與難以燒結(jié)相關(guān)的問題，并且可以提供使用氮化鋁作為電介質(zhì)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，電介質(zhì)10的厚度為0.05到1mm，更優(yōu)選為大約0.2mm，以確保靜電吸盤的最佳結(jié)構(gòu)和靜電力。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤可以進(jìn)一步設(shè)置有輔助開口40，用于根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和處理的需要來(lái)提供空氣。
在根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤中，通過吸盤背側(cè)的布線向電極施加電力，以通過電介質(zhì)10與電極30之間的相互作用而產(chǎn)生靜電。
使用氮化鋁作為介電層10的材料的常規(guī)靜電吸盤是通過對(duì)氮化鋁(AlN)進(jìn)行燒結(jié)來(lái)制造的。然而，在處理中存在困難，因?yàn)殡y以對(duì)鋁進(jìn)行燒結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，由于在不進(jìn)行燒結(jié)處理的情況下制造具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤，所以可以解決常規(guī)吸盤中涉及的問題，并且也可以采用具有高介電常數(shù)和優(yōu)異熱導(dǎo)率的氮化鋁(AlN)作為無(wú)需燒結(jié)的電介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種用于生產(chǎn)具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的方法。用于生產(chǎn)靜電吸盤的方法包括涂布氮化鋁來(lái)形成靜電吸盤的電介質(zhì)。
作為進(jìn)行涂布的方法，可以使用本領(lǐng)域已知的各種涂布方法，具體的示例包括汽相淀積、熱噴射和冷噴射中的任何一種。前述涂布方法在很大程度上可以歸類為汽相淀積方法和噴射方法這兩種類型?？捎玫钠嗟矸e方法的示例包括脈沖激光淀積(PLD)、濺射、蒸發(fā)、化學(xué)汽相淀積(CVD)等，可用的噴射方法的示例包括等離子體噴涂、高速氧燃料(HVOF)涂布、熱噴涂、冷噴涂等。
優(yōu)選地，通過冷噴涂氮化鋁粉末來(lái)進(jìn)行對(duì)氮化鋁的涂布，這是因?yàn)榱Ｗ涌梢员３制涮匦圆⑶铱梢栽诓桓淖兓逄匦缘那闆r下有效地進(jìn)行涂布。此外，冷噴涂可以解決常規(guī)噴涂中涉及的諸如基板氧化、基板應(yīng)力以及不適于低熔點(diǎn)基板的問題。
可以通過包括如下步驟的方法來(lái)制備如圖1到圖2所示的實(shí)施例的靜電吸盤形成第一層15的步驟，其中通過冷噴涂將氮化鋁粉末淀積在基板20上以形成第一氮化鋁層15作為絕緣層；形成第二層30的步驟，其中通過冷噴涂將導(dǎo)電粉末淀積在第一層15上以形成距第一層15的周緣具有朝向中央的一距離的間隔25的電極30；以及形成第三層10的步驟，其中通過冷噴涂將氮化鋁粉末淀積在第二層30和間隔25上以形成氮化鋁層。
此外，考慮涂布表面的表面光潔度和涂布效率，制備方法可以進(jìn)一步包括以下步驟在進(jìn)行后繼涂布步驟之前，對(duì)在先前步驟中形成的涂層進(jìn)行平整化。最后，在形成了第三層之后，可以進(jìn)一步執(zhí)行最終的平整化步驟。此外，在形成電極(第二層)的步驟中使用的導(dǎo)電粉末可以是具有導(dǎo)電性的各種粉末，優(yōu)選示例包括導(dǎo)電金屬，特別是錫粉末等。
對(duì)用于制備根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤的冷噴涂具體描述如下。
該冷噴涂是使用超聲速的一種冷噴涂方法，其中通過使由氣體的超聲速噴氣流加速的微小粒子撞擊金屬或陶瓷的基板來(lái)進(jìn)行涂布，從而形成涂層。通常，涂布方法可能受包括以下因素的處理變量的影響氣體溫度、氣體類型、與基板的距離、粉末提供速率(氣體流量、壓力、氣體速度、氣體與粉末之間的比率的函數(shù))、粉末的成分、粒子大小、添加劑、粘度、饋送方法(高壓型/低壓型)等。
具體地，由于通過以高速加速的粒子碰撞未經(jīng)加熱的基板來(lái)進(jìn)行涂布，所以涂布效率取決于涂布中使用的相應(yīng)材料，并且當(dāng)經(jīng)加速粒子的速度增加時(shí)涂布效率增加，在超過一定速度以上出現(xiàn)急劇增加。因此，如圖3的涂布效率根據(jù)粒子速度的曲線圖所示，涂布效率分為兩個(gè)特定區(qū)域；其一是經(jīng)加速粒子沒有達(dá)到臨界速度(Vcrit)的區(qū)域；另一個(gè)是經(jīng)加速粒子超過臨界速度的區(qū)域。在第一區(qū)域(V＜Vcrit)中，沒有在基板上進(jìn)行涂布，在粒子加速到超過臨界速度的第二區(qū)域中，在基板上進(jìn)行涂布。
使用超聲速的冷噴涂的基本要求是高速噴射微小粒子而不升高溫度。這種要求的優(yōu)選條件如下a)噴射流的溫度應(yīng)該低于待加速粒子的熔點(diǎn)或者軟化點(diǎn)；b)待加速粒子的粒子大小為1到50μm；c)粒子根據(jù)其材料和大小而具有300到1200m/s的速度。在實(shí)踐中，在1到3Mpa借助大約2到4馬赫(Mach)的超聲速噴氣流來(lái)涂布粒子。
可用的氣體可以是各種類型，考慮到不活動(dòng)性和穩(wěn)定性，優(yōu)選地包括空氣、氮、氦、氣體混和物。與所使用的氣體無(wú)關(guān)，僅當(dāng)粒子加速到超過臨界速度(V＞Vcrit)時(shí)才進(jìn)行涂布。同時(shí)，通常已知經(jīng)加速粒子的速度的快慢按照順序氦＞氮＞空氣，因此使用氦時(shí)涂布效率最高。然而，氦氣在經(jīng)濟(jì)方面缺乏競(jìng)爭(zhēng)力?？紤]經(jīng)濟(jì)方面，可以優(yōu)選使用空氣。
此外，對(duì)于冷噴射處理，由于應(yīng)該長(zhǎng)時(shí)間段地噴射高速氣體，所以需要大量氣流。因此，可以提高氣體溫度來(lái)獲得所需要的氣體速度。圖4示出了使用冷噴涂方法來(lái)制備根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的系統(tǒng)的示意圖。壓縮氣體在經(jīng)過氣體加熱器時(shí)被加熱，經(jīng)加熱氣體隨后通過噴嘴的頸部以形成超聲速噴氣流。隨后，通過噴嘴注射的粒子進(jìn)入超聲速氣流并且與基板碰撞以形成涂層。優(yōu)選地，以±3℃的偏差將氣體設(shè)置為100到700℃的范圍內(nèi)的溫度以高速進(jìn)行氣體噴射并均勻饋送，并且將氣流設(shè)置在300到500g/min。
特別地，對(duì)于氣體溫度，已知當(dāng)噴射氣體的溫度增加時(shí)涂布效率增加。因此可以提高氣體溫度來(lái)增加冷噴涂方法的涂布效率。然而，在氣體溫度達(dá)到一定水平之后，涂布效率保持恒定，因此前述溫度范圍對(duì)于提供足夠流動(dòng)速率的氣體是優(yōu)選的。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在噴射之前對(duì)氣體進(jìn)行加熱時(shí)的涂布效率與不加熱就噴射氣體時(shí)的涂布效率相似，這表示在噴射之前進(jìn)行加熱不會(huì)影響涂布效率。因此，在改進(jìn)涂布效率的處理變量中，有必要增加待加速氣體的溫度，并且，對(duì)于使用大量氣體的大規(guī)模生產(chǎn)，需要大規(guī)模加熱裝置來(lái)在氣體流出后保持均勻的溫度。
隨后將由此獲得的壓縮氣體提供給噴嘴的一側(cè)。同時(shí)，將氮化鋁粉末注入噴嘴的另一側(cè)，使其進(jìn)入超聲速氣流并且對(duì)基板進(jìn)行噴射以形成涂層。噴嘴可以是各種形狀的，不會(huì)對(duì)涂布效率產(chǎn)生決定性影響。然而，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)，需要縮短處理時(shí)間并減少生產(chǎn)成本。因此，優(yōu)選地將噴嘴設(shè)計(jì)為表現(xiàn)出優(yōu)異的均勻性和涂布速率的典型De Laval型的矩形形狀。此外，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)噴嘴大小以優(yōu)化氣流和涂布速率。
通過噴嘴提供的氮化鋁粉末可以根據(jù)所希望的涂層情況而具有各種粒子大小，在大規(guī)模生產(chǎn)和產(chǎn)量的角度，優(yōu)選地具有1到150μm的大??；在涂布效率角度，更優(yōu)選地具有1到50μm的大小。
此外，粉末可以與諸如彌散劑的添加劑一起使用，由此，特別是當(dāng)粉末具有高粘性時(shí)，可以使用低壓粉末饋送裝置以及高壓饋送裝置來(lái)進(jìn)行冷噴涂。
在用于冷噴涂的高壓粉末饋送裝置和低壓饋送裝置中使用的氮化鋁粉末可以是單純的氮化鋁或者組合有諸如彌散劑和粘合劑的添加劑，所述添加劑包括聚酰亞胺、玻璃樹脂、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、松木樹脂、橡膠樹脂、聚乙烯乙二醇(polyethyl glycol)、聚乙烯醇縮丁醛、酚樹脂、聚酯、丙烯酰胺、玻璃粉等。優(yōu)選地，考慮高溫下的介電常數(shù)、粘性以及適用性，將氮化鋁粉末與10到30％重量的聚酰亞胺、玻璃樹脂、PVA(聚乙烯醇)或其混和物組合地使用，隨后將其粉碎。通過使用具有添加劑的混和物，可以增加氮化鋁粉末的涂布效率和粘性。更優(yōu)選地，將氮化鋁粉末與15到20％重量的聚酰亞胺、玻璃樹脂、PVA或其混和物相組合。
優(yōu)選地，對(duì)氮化鋁與添加劑的粉末混和物進(jìn)行球磨研磨、干燥、粉碎，并且使其通過濾網(wǎng)以提供準(zhǔn)備好涂布的氮化鋁粉末。優(yōu)選地，對(duì)經(jīng)粉碎的混和物粉末進(jìn)行篩濾以獲得預(yù)定的大小。雖然可以根據(jù)涂布情況而使用各種大小的粉末，但是考慮大規(guī)模生產(chǎn)、表面光潔度和粘合性，可以優(yōu)選地使用以150μm的濾網(wǎng)進(jìn)行了篩濾的粉末。隨后將所得到的粉末通過粉末饋送裝置提供給噴嘴。這里，按100到150cm3/hr的速率在高壓下無(wú)粘著地連續(xù)且均勻地提供所述粉末。
在實(shí)踐中，如上所述，用于改善冷噴涂的涂布效率和所產(chǎn)生涂層的特性的涂布處理變量包括氣體溫度、氣體類型、到基板的距離、粉末饋送速率(氣體流量、壓力、氣體速度、氣體與粉末之間的比率的函數(shù))、粉末的成分、粒子大小、添加劑、粘度、饋送方法(高壓型/低壓型)等。
示出了基板與噴嘴之間的距離與涂布效率緊密相關(guān)。當(dāng)使用氦氣時(shí)，隨著與基板的距離增加，涂布效率下降。認(rèn)為這是因?yàn)楫?dāng)與基板的距離增加時(shí)，經(jīng)加速粒子的速度降低，因此在碰撞粒子之間不發(fā)生反應(yīng)(塑性變形)而發(fā)生彈性變形，導(dǎo)致涂布效率的下降。同時(shí)，在使用空氣時(shí)，當(dāng)距離增加到一特定距離時(shí)，涂布效率略微增加。然而，當(dāng)距離超過該特定距離時(shí)，涂布效率突然下降，這表示存在著臨界距離。
基于前述描述，優(yōu)選的處理?xiàng)l件包括用于對(duì)粒子進(jìn)行加速的氣體的溫度為400到500℃，氣體壓力為3到7kgf/cm2，噴嘴與基板之間的距離為5到50mm。更優(yōu)選地，氣體溫度大約為450℃，氣體壓力為5到6kgf/cm2，距離為20到30mm。
根據(jù)本發(fā)明制備的具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤的各層的厚度根據(jù)晶片類型而變化。對(duì)于8英寸的晶片，如上所述，優(yōu)選地，作為絕緣層的第一氮化鋁層(第一層)的厚度為0.2到1.5mm，電極(第二層)的厚度為0.01到0.5mm，作為介電層的氮化鋁層(第三層)的厚度為0.05到1mm。
為了優(yōu)化涂布，可以對(duì)涂布面進(jìn)行平整化處理。具體地，通過對(duì)用于固定和移動(dòng)基板的夾具(jig)50進(jìn)行控制來(lái)進(jìn)行平整化。在此，基板的移動(dòng)可以是上下和左右移動(dòng)，或者是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。對(duì)于前者的情況，移動(dòng)速度可以是處理變量，而對(duì)于后者，旋轉(zhuǎn)速度可以是處理變量。
同時(shí)，可以將用于吸盤的夾具制備為在X-Y軸上移動(dòng)或者具有旋轉(zhuǎn)(5至50RPM)+1軸運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以使得靜電吸盤涂布的表面光潔度均勻。此外，可以提供控制系統(tǒng)的連接以聯(lián)系夾具和噴嘴的移動(dòng)。
此外，優(yōu)選地，可以在完成涂布之后對(duì)所產(chǎn)生的涂布表面進(jìn)行平整化處理。具體地，由于得到的待處理產(chǎn)品為盤形，所以可以使用旋轉(zhuǎn)成型的車床(lathe)和研磨裝置作為用于對(duì)所生產(chǎn)的氮化鋁(AlN)涂層進(jìn)行表面處理的設(shè)備。此外，因?yàn)樘幚硎轻槍?duì)涂層的，所以與對(duì)陶瓷體的表面處理中的情況不同，可以設(shè)計(jì)并制造使用除了用于脆弱陶瓷之外的處理裝置的設(shè)備。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括以下步驟在形成第三層的步驟之后，用于在完成對(duì)表面的涂布和平整化之后使靜電吸盤硬化的步驟；以及用于在完成硬化之后在吸盤上形成輔助開口的步驟。由此，可以改善涂層的粘合強(qiáng)度和密度，還可以在粉末組合有添加劑的情況下去除添加劑。
雖然硬化溫度可以根據(jù)所使用的添加劑而變化，但是優(yōu)選為100到500℃以有效地?zé)砑觿?br> 工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明制備的包括非燒結(jié)氮化鋁作為電介質(zhì)的靜電吸盤的介電常數(shù)至少為8(在100KHz到1MHz的頻率下測(cè)量)，典型地為8到9；當(dāng)施加500V的電壓時(shí)，其靜電力至少為150gf/cm2，典型地為150到200gf/cm2。此外，該靜電吸盤具有諸如附著力、均勻溫度分布、熱膨脹系數(shù)、以及熱導(dǎo)率的優(yōu)異特性。例如，根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤具有0.3到0.5MPa的附著力、大約±3℃的溫度分布、4.7×10-6/K的熱膨脹系數(shù)以及50到80W/m/K的熱導(dǎo)率。因此，根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤可以用于-50到500℃范圍的溫度，并且可以被制備為具有Ra≤0.25μm/3μm的表面光潔度/同平面度。
根據(jù)本發(fā)明的具有非燒結(jié)氮化鋁的靜電吸盤可以用于在刻蝕處理或者CVD處理中固定晶片，其中處理溫度優(yōu)選為-40到500℃。
權(quán)利要求
1.一種具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤，包括氮化鋁的涂層作為靜電吸盤的電介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤，其中，氮化鋁的涂層是通過用冷噴涂來(lái)淀積氮化鋁粉末而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤，其中，所述靜電吸盤包括基板，由鋁合金、銅、銅合金或陶瓷形成；第一氮化鋁(AlN)層，通過冷噴涂形成在所述基板上；電極，按距第一氮化鋁的周緣向著中央間隔開一距離的方式形成在第一氮化鋁(AlN)層上；以及第二氮化鋁(AlN)層，通過冷噴涂而形成，覆蓋所述電極和所述間隔的整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電吸盤，其中，第一氮化鋁層具有0.2到1.5mm的厚度，所述電極具有0.01到0.5mm的厚度，并且第二氮化鋁層具有0.05到1mm的厚度。
5.一種用于制備具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤的方法，包括在靜電吸盤上涂布氮化鋁作為電介質(zhì)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過用冷噴涂來(lái)淀積氮化鋁粉末從而執(zhí)行涂布氮化鋁的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其包括以下步驟形成第一層的步驟，其中，通過冷噴涂在基板上淀積氮化鋁粉末以形成第一氮化鋁層作為絕緣層；形成第二層的步驟，其中，通過冷噴涂在第一層上淀積導(dǎo)電粉末以形成距第一層的周緣向著中央間隔開一距離的電極；以及形成第三層的步驟，其中，通過冷噴涂在第二層和所述間隔上淀積氮化鋁粉末以形成氮化鋁層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在氣體溫度為400到500℃、氣體壓力為3到7kgf/cm2、噴嘴與基板間的距離為5到50mm的情況下執(zhí)行冷噴涂。
9.根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，將氮化鋁粉末與10到30％重量的聚酰亞胺、玻璃樹脂、聚乙烯醇或者其混和物相組合并將其粉碎。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，對(duì)粉碎的混和物粉末進(jìn)行篩濾以獲得預(yù)定的大小。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，第一層具有0.2到1.5mm的厚度，第二層具有0.01到0.5mm的厚度，第三層具有0.05到1mm的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其在形成第三層的步驟之后進(jìn)一步包括以下步驟在完成對(duì)表面的涂布和平整化之后使靜電吸盤硬化的步驟；以及在完成硬化之后在吸盤上形成輔助開口的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在100到500℃的溫度下進(jìn)行硬化。
14.一種通過根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任何一項(xiàng)所述的方法制備的具有非燒結(jié)氮化鋁(AlN)的靜電吸盤，其具有在100KHz到1MHz的頻率下測(cè)量時(shí)至少為8的介電常數(shù)，以及當(dāng)施加500V的電壓時(shí)至少為150gf/cm2的靜電力。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有非燒結(jié)AlN的靜電吸盤及其制備方法。具體地，本發(fā)明涉及如下的具有非燒結(jié)AlN的靜電吸盤及其制備方法所述靜電吸盤具有涂布的氮化鋁(AlN)層作為介電層以用于在處理晶片的過程中吸持晶片。通過不使用燒結(jié)處理或者用粘接劑的粘接處理而形成AlN層作為介電層，本發(fā)明的靜電吸盤具有優(yōu)異的介電特性、粘合強(qiáng)度以及熱導(dǎo)率。
文檔編號(hào)C23C24/04GK1864255SQ200480029536
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者高景現(xiàn), 李夏勇, 李在洪, 李勳常, 李在丁 申請(qǐng)人:Snt株式會(huì)社