專利名稱：靜電吸盤的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電吸盤的制造方法。
背景技術(shù)：
利用鈍化鋁膜作為靜電吸盤的吸附膜的現(xiàn)有的等離子體處理裝置采用以下結(jié)構(gòu)以鋁作為靜電吸盤的基體材料，通過在其表面進行陽極氧化來形成作為吸附膜的鈍化鋁膜。(例如，參照特開平5-160076)以鈍化鋁作為吸附膜的靜電吸盤，例如與陶瓷燒結(jié)體作為吸附膜的靜電吸盤比較，具有構(gòu)造簡單、價格低廉、制造時間短等優(yōu)點。但是相反的，以鈍化鋁膜作為吸附膜的現(xiàn)有的靜電吸盤也存在著2個嚴(yán)重問題。其一是由于設(shè)計的自由度低，容易形成單極型的靜電吸盤，而形成雙極型的靜電吸盤則比較困難。另一個問題是經(jīng)常會發(fā)生鈍化鋁膜的電子或機械完整性降低的情況。
關(guān)于前一個問題，由于在等離子體中使用單極型靜電吸盤的情況下，等離子體作為導(dǎo)體作用而產(chǎn)生吸附力，所以在等離子體處理中因某種原因而造成等離子體消失的情況下，吸附力也隨之消失，就無法吸附晶片了。但是，為了促進靜電吸盤和晶片之間的熱傳導(dǎo)，很多時候都在晶片和靜電吸盤的微小間隙中充填氦等氣體。在這種晶片背面有氣壓負荷的狀態(tài)下，吸附力一消失，晶片就被氣壓推動從靜電吸盤上脫離，會產(chǎn)生晶片的位置偏離，甚至?xí)l(fā)生晶片破損等問題。這個問題，對于無論有無等離子體都能產(chǎn)生吸附力的雙極型靜電吸盤來說是不會發(fā)生的。所以，能夠提高設(shè)計自由度來制造雙極型電極是一項非常重要的課題。
另一方面關(guān)于后一個問題，在靜電吸盤的吸附膜內(nèi)存在裂縫和剝離等缺陷的情況下，就會產(chǎn)生耐電壓性能下降和吸附膜脫離等問題。特別是鈍化鋁膜在成膜時內(nèi)部存在微小的裂縫的情況很多，由于以這個裂縫為基礎(chǔ)，在較低的應(yīng)力下裂縫就有可能擴大，所有就應(yīng)該極力避免在鈍化鋁膜上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力負荷的構(gòu)造。但是，在以熱膨脹率比較大的鋁為基體材料，以熱膨脹率較小的鈍化鋁膜作為吸附膜的情況下，由于基體材料和吸附膜的熱膨脹率的差異很大，所以在溫度變化的時候就會在基體材料和吸附膜的界面附近產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。特別在升溫的時候，由于在吸附膜側(cè)有拉伸應(yīng)力負荷，所以就會產(chǎn)生造成吸附膜裂縫并使之?dāng)U大的問題。所以，抑制由于這個熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫并抑制擴大也是非常重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是考慮到這樣的課題而提出的。本發(fā)明的目的是提供一種靜電吸盤的制造方法，以便提供便宜、容易使用的，或可靠性高的靜電吸盤。
上述課題可以通過本發(fā)明的靜電吸盤的制造方法來完成。
根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤的制造方法，所述靜電吸盤設(shè)置在產(chǎn)生等離子體的真空處理室內(nèi)，作為被處理材料的晶片被保持在所述靜電吸盤的上面，其特征在于上述靜電吸盤的吸附上述晶片的面為靜電雙極的形式，并通過對鋁進行陽極氧化而生成。
根據(jù)本發(fā)明，上述靜電吸盤在絕緣體基本材料上形成導(dǎo)電體層，再在其上形成鋁層，并對該鋁層陽極氧化。
根據(jù)本發(fā)明，上述靜電吸盤的所述基本材料由陶瓷構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，再在上述鈍化鋁層的表面上形成絕緣薄膜。
根據(jù)本發(fā)明，所述絕緣薄膜是由陶瓷構(gòu)成的。


圖1是相關(guān)于本發(fā)明的一個實施例的靜電吸盤的斜視圖及截面圖。
圖2是相關(guān)于本發(fā)明的一個實施例的蝕刻裝置的截面圖。
圖3是說明相關(guān)于本發(fā)明的一個實施例的靜電吸盤的制造方法的截面圖。
圖4是相關(guān)于本發(fā)明的另一個實施例的靜電吸盤的截面圖。
圖5是相關(guān)于本發(fā)明的另一個實施例的靜電吸盤的截面圖。
圖6是相關(guān)于本發(fā)明的一個實施例的靜電吸盤的斜視圖。
具體實施例方式
如上所述，對于等離子體一消失吸附力也消失了的問題，把靜電吸盤作成雙極型能夠解決。這是因為，雙極型靜電吸盤無論等離子體是否存在都產(chǎn)生吸附力，所以等離子體即使消失仍然能保持其吸附力。但是，現(xiàn)有的方法，即單一的對鋁基體材料實施陽極氧化處理的方法，不能形成雙極型的靜電吸盤。這是因為，即使要在吸附面形成雙極，吸附面下面的鋁基體材料也會形成單極。所以，本發(fā)明的實施例是在絕緣性基體材料上，各自形成電絕緣的多個鋁膜，通過對這些鋁膜進行陽極氧化而形成雙極型靜電吸盤。
另一方面，鈍化鋁膜的電子或機械性能低下的問題，可以通過使用例如陶瓷作為上述的絕緣性基體材料來解決。這是因為在基體材料的熱膨脹率與鈍化鋁的熱膨脹率相等的情況下，由于溫度變化時的體積膨脹及收縮在靜電吸盤整體能是均勻的，所以就能抑制在鈍化鋁和鋁的界面旁邊產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。另外，通過在鈍化鋁膜的表面上再形成絕緣的被膜，例如陶瓷性的保護膜，可以進一步提高吸附膜的可靠性。
以下，用附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體處理裝置的第一個實施例的裝載晶片的樣品臺的結(jié)構(gòu)概要的截面圖。圖1中表示其切斷模型的靜電吸盤1被主要用來吸附晶片7和對其進行加工等的目的。以下對本發(fā)明的靜電吸盤的構(gòu)造及使用方法進行說明。
本發(fā)明的靜電吸盤1的基本結(jié)構(gòu)部分有基體材料6、導(dǎo)電薄膜4a及4b、鈍化鋁膜2a及2b、供電布線5a及5b。基體材料6為絕緣體，在它上面夾著導(dǎo)電薄膜4a及4b形成鈍化鋁膜2a及2b。在基體材料6的內(nèi)部，貫穿基體材料6形成導(dǎo)電的供電布線5a及5b，供電布線5a及5b的一端各自與導(dǎo)電薄膜4a及4b連接。供電布線5a及5b的另一端與用于靜電吸附的直流電源連接，能夠獨立地向?qū)щ姳∧?a及4b提供電位。
下面，說明在本實施例中靜電吸盤1吸附晶片7的步驟。首先，利用圖中未示出的晶片傳送裝置，在要傳送的晶片7的四周與靜電吸盤1的四周到達大體一致的位置后，將其裝載到靜電吸盤1上。接著，如圖1(b)所示，通過供電布線5a及5b分別向?qū)щ姳∧?a及4b提供極性相反的電位。例如，若分別向?qū)щ姳∧?a提供正電荷，向?qū)щ姳∧?b提供負電荷，如圖1(b)所示，晶片7的表面的電荷移動，導(dǎo)電薄膜4a及4b與晶片7表面的正負電荷各自產(chǎn)生吸引力，即通過庫侖力使晶片7吸附在靜電吸盤1上。
在通過以上的步驟將晶片7吸附在靜電吸盤1上的狀態(tài)下，對晶片7實施所需要的等離子體處理。在等離子體處理結(jié)束后從靜電吸盤1上除去晶片7的時候，施加在導(dǎo)電薄膜4a及4b上的電位返回到0附近，就可以使晶片表面的電荷分布平均化即可。
另外，在向?qū)щ姳∧?a及4b提供極性相同、大小相等的電位的情況下，原樣保持是不會產(chǎn)生吸附力的，但通過使晶片的電位和導(dǎo)電薄膜4a極4b的電位差變大而產(chǎn)生庫侖力，則有可能使之吸附。
下面，作為等離子體處理的一個例子，以半導(dǎo)體制造中的主要步驟之一的蝕刻步驟為例，對本發(fā)明的等離子體處理裝置的實施例進行說明。
圖2表示的是本實施例使用的蝕刻裝置的概要。在圖2中，處理室R是真空壓力能夠達到約10000分之一1Pa的真空容器，在它的上部設(shè)置有發(fā)射電磁波的天線110、下部設(shè)置有裝載晶片等樣品700的靜電吸盤100。天線110和靜電吸盤100被平行、相對地設(shè)置。在處理室R的周圍，設(shè)置有由例如線圈和偏轉(zhuǎn)線圈組成的磁場形成裝置101。通過天線110發(fā)出的電磁波和磁場形成裝置101形成的磁場的相互作用，將導(dǎo)入處理室內(nèi)部的處理氣體等離子體化而產(chǎn)生等離子體P，來處理樣品700。
處理室R通過真空排氣系統(tǒng)106進行真空排氣，通過壓力控制裝置107控制壓力。處理壓力被調(diào)整到0.1Pa以上10Pa以下的范圍內(nèi)。天線110被作為真空容器的一部分設(shè)置在外罩114中。進行樣品的蝕刻、成膜等處理的處理氣體，由圖中未示出的氣體供給裝置以規(guī)定的流量和混合比例進行供給，并以規(guī)定的分布進行控制，向處理室供給。
作為天線電源120的天線電源121、天線偏壓電源122各自通過耦合電路·濾波系統(tǒng)123、124被連接到天線110上，另外通過濾波器125被連接到地線上。天線電源121以300MHz到1GHz的UHF段頻率提供電力。在本實施例中，天線電源121的頻率為450MHz。天線偏壓電源122向天線110施加數(shù)十kHz到數(shù)十MHz范圍頻率的偏壓電源。在本實施例中這個頻率為13.56MHz。
在處理室R的下部，靜電吸盤100被面對著天線110設(shè)置。供給例如從200kHz到13.56MHz范圍偏壓的偏壓電源141通過耦合電路過濾系統(tǒng)142被連接到靜電吸盤100上，控制施加到樣品700上的偏壓，同時通過過濾器143被連接到地線上。在本實施例中，偏壓電源141的頻率為400kHz。
如上面所述，在靜電吸盤100的上面，即樣品裝載面上裝載放置著晶片等樣品700。使用本實施例所示的等離子體蝕刻裝置對晶片700實施蝕刻的時候，通過由靜電吸附用的直流電源144和過濾器145施加數(shù)百伏特～數(shù)千伏特的直流電壓，來產(chǎn)生庫侖力。另外，靜電吸盤100通過圖中未示出的溫度控制裝置將其表面控制在規(guī)定的溫度。通過向靜電吸盤100的表面和晶片700的背面之間的間隙，以規(guī)定的流量和壓力供給惰性氣體，例如氦氣，提高其與樣品700之間的熱傳道。由此，就能夠?qū)悠?00的表面溫度精確地控制在例如大約20℃～110℃的范圍內(nèi)。
本實施例的等離子體蝕刻裝置如以上那樣的結(jié)構(gòu)。用這個等離子體蝕刻裝置來說明例如對硅進行蝕刻工藝時的具體過程。
在圖2中，首先在把作為處理對象的晶片700從圖中未示出的樣品傳送機構(gòu)傳送到處理室R后，將其裝載、吸附到靜電吸盤100上，根據(jù)需要調(diào)整靜電吸盤的100的高度，把晶片700設(shè)置在規(guī)定的間隙中。然后，通過圖中未示出的氣體供給裝置供給樣品700的蝕刻處理必需的氣體，例如氯和氫化溴和氧，并以規(guī)定的流量和混合比例向處理室R內(nèi)供給。同時，處理室R通過真空排氣系統(tǒng)106及壓力控制裝置107將壓力調(diào)整到規(guī)定的處理壓力。接著，通過從天線電源121提供的450MHz的電力，而使電磁波從天線110發(fā)出。然后，通過與利用磁場形成裝置101在處理室R內(nèi)部形成的大約160高斯(對應(yīng)于450MHz的電子回旋共振磁場強度)水平的磁場相互作用，而在處理室R內(nèi)生成等離子體P，離解處理氣體，產(chǎn)生離子和原子團。還通過由天線偏壓電源122提供的天線偏壓電力和由下部電極的偏壓電源141提供的偏壓電力，控制等離子體中的離子、原子團的組成比例和能量，對晶片700進行蝕刻處理。然后，伴隨著蝕刻處理的結(jié)束，停止供給電力、磁場及處理氣體，蝕刻結(jié)束。
下面說明蝕刻結(jié)束后晶片700的運出方法。如前所述，為了使晶片和靜電吸盤之間的吸附力變小，中斷在施加在圖1中的導(dǎo)電薄膜4a及4b上的直流電壓，使導(dǎo)電薄膜4a和4b之間的電位差變小就可以了。即，通過使導(dǎo)電薄膜4a和4b間的電位差實質(zhì)上變?yōu)?，而將晶片700從鈍化鋁層2a及2b上剝離下來。之后，使用圖中未示出的傳送機構(gòu)將剝離下來的晶片700傳送到下一步工序。
但是，在導(dǎo)電薄膜4a及4b間的電位差實質(zhì)上為0的時候，也有晶片吸附力仍然殘留，而不容易剝離的情況。在晶片700具有良好的導(dǎo)電性的情況下，其原因是積累在鈍化鋁層2a及2b上的電荷沒有被中和。不將晶片700和靜電吸盤間的吸附力減小到非常小，而用晶片剝離機構(gòu)強制地將晶片剝離下來的情況下，恐怕會在晶片被剝離的瞬間發(fā)生彈出的現(xiàn)象。這時，通過向?qū)щ姳∧?a及4b施加與吸附時相反極性的電壓，就能夠中和積累的電荷，由此，以后就能夠回避因使用晶片剝離機構(gòu)而產(chǎn)生的危險了。
下面，詳細說明涉及本發(fā)明的靜電吸盤制造方法的實施例。在本實施例中，首先如圖3(a)所示，在基體材料6的規(guī)定位置上以貫通基體材料6的形式設(shè)置并固定供電布線5a及5b，將其與基體材料6的貫通孔的開口部分之間加工成沒有空隙后，將基體材料6的表面和供電布線5a及5b的邊緣加工成一個平面。在本實施例中，基體材料6的材料為氧化鋁，但其他的絕緣材料，例如氮化鋁和碳化硅等的陶瓷、石英等也能達到本發(fā)明的目的。另外，供電布線5a及5b的材料為鎢，但其他的導(dǎo)電材料也能達到本發(fā)明的目的。
下面，如圖3(b)所示，在基體材料6上以希望的形狀形成導(dǎo)電薄膜4a及4b。在本實施例中，是將鉬-錳合金燒制成導(dǎo)電薄膜4a及4b的材料的，而其他的導(dǎo)電薄膜，例如各種金屬的噴鍍膜和電鍍膜也可以達到本發(fā)明的目的。在導(dǎo)電薄膜4a及4b上，各自以電氣接觸的形式配置有供電布線5a及5b。
如圖3(c)所示，在導(dǎo)電薄膜4a及4b上，形成鋁層9a及9b，并形成一個平面。在本實施例中，形成這個鋁層的方法是焊接，而其他方法例如噴鍍、鍍、焊接、壓接等方法也能達到本發(fā)明的目的。
鋁層9a及9b的厚度約為100微米。鋁層9a及9b的平面形狀如圖1所示為同心圓和環(huán)狀也可以，2個半圓也可以。而所謂的梳齒狀，則會對粗加工玻璃這樣的絕緣體產(chǎn)生吸附力。進一步，將鋁層9a及9b的表面加工為中心線平均粗0.2微米以下。再對鋁層的角部進行倒角。這個倒角對于防止在后面的鈍化鋁處理之后，在鈍化鋁膜的角部產(chǎn)生裂開非常重要。鋁層角部的形狀，除了這樣的倒角以外，例如圓弧狀也可以。
下面，如圖3(d)所示，在鋁層9a及9b的表面實施鈍化鋁處理。在草酸溶液中通過供電布線5a及5b向鋁層9a、9b施加電壓來使鈍化鋁膜成長。在圖3(d)中在鈍化鋁膜10a及10b的厚度到達50微米的時候膜生成就完成了。但是，在這樣形成的鈍化鋁膜10a及10b的內(nèi)部殘存著膜厚度方向的細微裂開，因此通過將形成的鈍化鋁薄膜曝露在高溫水蒸汽中，來封閉鈍化鋁膜10a及10b內(nèi)部形成的細微裂開。
圖4所示的是用以上方法制作的靜電吸盤的截面的簡圖。將硅晶片7裝載在用這種方法制作的靜電吸盤1上，向供電布線5a及5b各自施加+500V及-500V的直流電壓，晶片7就被吸附在靜電吸盤上了。已確認(rèn)，由晶片7在與靜電吸盤1的吸附面垂直的方向上的拉伸負荷，產(chǎn)生了4kPa以上的吸附力。由以上可以確認(rèn)，通過本實施例所記載的方法，能夠制作具有良好吸附性能的雙極型靜電吸盤。
實施例3以下，詳細說明涉及本發(fā)明的靜電吸盤的另一個實施例。圖5表示的是本實施例的靜電吸盤的模型。在本實施例中，如圖5所示在鈍化鋁膜2a及2b的表面上再形成絕緣薄膜10。其理由及效果如下。即如實施例2所述，一般鈍化鋁膜都一定存在細微的裂開。所以，要想在形成鈍化鋁膜的時候，使膜中的裂開完全沒有是非常困難的。但是，在膜中存在裂開，鈍化鋁膜即吸附膜的耐電壓能力就變低，就有可能對靜電吸盤的性能產(chǎn)生損害。
為了提高鈍化鋁膜的耐電壓能力，在實施例2中，在膜形成后將鈍化鋁膜2a及2b曝露在水蒸汽中進行封孔處理。這個處理簡單，且確有效果。根據(jù)場合不同其效果不充分的情況也有。因此，如本實施例所示，通過在鈍化鋁膜表面形成絕緣保護膜，來進一步提高吸附膜的耐電壓能力，特別能使因絕緣被破壞而引起的不合格減少，或者通過向供電布線5a及5b施加更高的電壓，也能夠得到更大的吸附力?；蛟陂L時間使用的情況下，提高循環(huán)升降溫情況下的可靠性。
另外，在本實施例中，使用氧化鋁的CVD(化學(xué)蒸汽淀積)膜作為絕緣薄膜，膜厚度為5微米。通過這個CVD處理，使吸附膜的平均耐電壓能力提高到了約3kV到約5kV。另一方面，通過這個CVD處理，吸附力幾乎沒有變化。通過以上探討，在鈍化鋁膜的表面形成絕緣薄膜，對于提高本靜電吸盤的可靠性有很好的效果。
實施例4為了提高晶片和吸附膜之間的熱傳導(dǎo)率而調(diào)整晶片的溫度，有時有必要在晶片和吸附膜之間填充規(guī)定壓力的氦等氣體。為了對此進行對應(yīng)，如圖6所示，在吸附膜表面上加工溝G，同時將吸附面設(shè)置為規(guī)定的粗細，能夠減小晶片和吸附膜之間的氣體壓力的偏差。在這種情況，有必要在靜電吸盤的最外邊緣部分設(shè)計防止從晶片反面向真空容器內(nèi)泄漏氣體的密封構(gòu)造。在本實施例中，如圖6所示，是不使吸附膜表面的溝貫穿外邊緣的構(gòu)造。
為了實現(xiàn)這樣的構(gòu)造，可以使氧化鋁膜形成為能夠抑制從最外邊緣泄漏氣體的希望的形狀，以在圖3中的鋁層9a及9b的形狀預(yù)先作為適合的形狀就可以。
另外，如上所述的實施例1乃至4，至少是本發(fā)明的實施形式的例子，當(dāng)然，這些實施例并不是對本發(fā)明的靜電吸盤及裝置的限制。
通過本發(fā)明，能夠制造便宜的、耐電壓等高可靠性的、容易使用的雙極型靜電吸盤，由此能夠提供使用時具有高自由度的等離子體裝置。
權(quán)利要求
1.一種靜電吸盤的制造方法，所述靜電吸盤設(shè)置在產(chǎn)生等離子體的真空處理室內(nèi)，作為被處理材料的晶片被保持在所述靜電吸盤的上面，其特征在于上述靜電吸盤的吸附上述晶片的面為靜電雙極的形式，并通過對鋁進行陽極氧化而生成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于上述靜電吸盤在絕緣體基本材料上形成導(dǎo)電體層，再在其上形成鋁層，并對該鋁層陽極氧化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于上述靜電吸盤的所述基本材料由陶瓷構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于再在上述鈍化鋁層的表面上形成絕緣薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電吸盤的制造方法，其特征在于所述絕緣薄膜是由陶瓷構(gòu)成的。
全文摘要
提供一種具有廉價的、高可靠性的靜電吸盤的半導(dǎo)體制造裝置。該靜電吸盤具有以下特征由絕緣體基板(6)、在其表面上形成的由鋁構(gòu)成的多個導(dǎo)電薄膜(4a，4b)以及將導(dǎo)電薄膜的表面陽極氧化而形成的鈍化鋁膜(2a、2b)構(gòu)成。通過分別向?qū)щ姳∧?4a、4b)施加方向相反的直流電壓，使該靜電吸盤的吸附晶片(7)的面形成為靜電雙極形式。
文檔編號C25D11/04GK1525546SQ200410007630
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者在働竜二郎, 荒井雅嗣, 角谷匡規(guī), 嗣, 在 二郎, 規(guī) 申請人:株式會社日立高新技術(shù)