本發(fā)明涉及半導體陶瓷，尤其涉及一種高介電高擊穿強度的靜電卡盤及其制備方法。

背景技術：

1、??靜電卡盤的工作原理基于靜電力的吸附效應，通過施加高壓電場，使工作面帶正電荷，而工件帶負電荷，從而產(chǎn)生靜電吸引力，使工件緊密貼附在工作面上，在半導體工藝過程中已經(jīng)得到了廣泛的應用，如刻蝕、化學氣相沉淀、離子植入等。在進行晶圓加工時，通過在靜電卡盤的電極表面施加電荷，產(chǎn)生靜電力，從而使晶圓被靜電力吸附并固定在卡盤表面上，該吸附方式適用于真空環(huán)境或等離子體環(huán)境，能夠使晶圓保持較好的平坦度，抑制晶圓在工藝中的變形，以提升晶圓加工過程的穩(wěn)定性和可靠性。然而，?在制造過程中，?經(jīng)常需要使用高壓電源來控制晶圓的溫度和位置，因此需要靜電卡盤能夠承受更高的電壓而不發(fā)生擊穿，且靜電卡盤常存在對高體積電阻率的晶圓的吸附牢固性不夠的問題，函待解決。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高介電高擊穿強度的靜電卡盤，所述靜電卡盤利用靜電吸附技術，?通過高介電常數(shù)的陶瓷介電層材料實現(xiàn)高效的靜電吸附，高介電常數(shù)材料能夠有效地存儲電荷，?從而增強靜電吸附力，?使得晶圓等工件在加工過程中保持更好的穩(wěn)定性和精度，且陶瓷介電層材料具有高擊穿強度，有利于保證靜電卡盤在高壓環(huán)境下工作的安全性。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種高介電高擊穿強度的靜電卡盤的制備方法，所述制備方法控制方便，生產(chǎn)效率高，有利于規(guī)?；a(chǎn)；制得的靜電卡盤采用高介電常數(shù)、高擊穿強度的陶瓷介電層，使用安全可靠。

3、本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)：一種高介電高擊穿強度的靜電卡盤包括由上至下依次設置的陶瓷介質(zhì)層、粘結(jié)層和金屬基座，所述陶瓷介質(zhì)層包括至少一個陶瓷介電層，所述陶瓷介電層的原料包括氧化鋁（al2o3）和氮化鋁（aln）中的至少一種，并包括鈦酸鋇（batio3）、鋯鈦酸鋇（bazr0.2ti0.8o3）、鈮鎂酸鉛（mgnb4o12pb）和鈦酸鍶鋇（basr(tio3)2）中的至少一種。

4、本發(fā)明中的靜電卡盤主要包括陶瓷介質(zhì)層、粘合層和金屬基座三部分，陶瓷介質(zhì)層作為靜電卡盤中的核心組成部分，對靜電卡盤的吸附力、溫度均勻性有決定性的作用。金屬基座主要提供裝配、承載、溫度調(diào)控功能；粘合層位于陶瓷介質(zhì)層與金屬基座之間，將二者進行牢固貼合。本發(fā)明通過對陶瓷介質(zhì)層部分的陶瓷材料和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，通過配方調(diào)整和結(jié)構(gòu)改進，增加陶瓷介質(zhì)層的擊穿強度和介電常數(shù)，可以實現(xiàn)靜電卡盤對高體積電阻率物體包括藍寶石、玻璃等牢固吸附，解決現(xiàn)有技術難以實現(xiàn)體積電阻率較高的晶圓的靜電吸附問題，替代機械夾持，提高產(chǎn)品加工良率。

5、進一步的，所述陶瓷介電層包括如下重量份的原料：氧化鋁50-90份、鈦酸鋇5-25份、鋯鈦酸鋇5-25份、鈮鎂酸鉛5-20份、鈦酸鍶鋇2-20份。

6、進一步的，所述陶瓷介電層包括如下重量份的原料：氮化鋁50-90份、鈦酸鋇5-25份、鋯鈦酸鋇5-25份、鈮鎂酸鉛5-20份、鈦酸鍶鋇2-20份。

7、進一步的，所述粘結(jié)層為有機粘結(jié)層，所述有機粘結(jié)層的材料為導熱硅膠、環(huán)氧樹脂中的至少一種。

8、進一步的，所述陶瓷介質(zhì)層包括由上至下依次設置的第一陶瓷介電層、吸附電極層、第二陶瓷介電層、加熱層和第三陶瓷介電層，所述第三陶瓷介電層設置于金屬基座的上端面；所述靜電卡盤還設置有多個氦氣孔，所述氦氣孔由下至上貫穿陶瓷介質(zhì)層的下表面和上表面，所述第一陶瓷介電層的上表面設置有多個向上凸伸的凸起部。

9、進一步的，所述金屬基座設有冷卻液通道以及與多個氦氣孔連通的氦氣通道，所述氦氣通道呈環(huán)形；所述吸附電極層和加熱層分別設置有吸附電極引出端和加熱電極引出端，所述吸附電極引出端和加熱電極引出端均向下延伸至金屬基座的下端；所述金屬基座設置有用于供吸附電極引出端穿過的吸附電極通道以及用于供加熱電極引出端穿過的加熱電極通道。

10、本發(fā)明另一目的通過如下技術方案實現(xiàn)：一種上述高介電高擊穿強度的靜電卡盤的制備方法，包括如下步驟：將陶瓷介質(zhì)層與金屬基座通過粘結(jié)層粘合，制成靜電卡盤。

11、進一步的，所述陶瓷介質(zhì)層的制備方法，包括如下步驟：

12、（1）漿料的制備：根據(jù)陶瓷介電層的原料組成，取氧化鋁或氮化鋁并取鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛和鈦酸鍶鋇中的至少一種，按照比例混合，得到混合粉體；然后按重量份計，將混合粉體90-161份、燒結(jié)助劑3-7份、溶劑45-55份、分散劑0.5-2.5份投入到球磨機中進行球磨；然后加入粘結(jié)劑7-11份、塑化劑4-8份，繼續(xù)進行球磨；再將球磨好的漿料進行脫泡，得到粘在5000-10000?mpa.s的流延漿料；所述氧化鋁、氮化鋁、鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛和鈦酸鍶鋇的粒徑尺寸為0.2-3μm；

13、（2）流延成型和裁片：將脫泡好的流延漿料使用流延機成型，得到陶瓷生瓷帶，切割為多塊陶瓷生瓷片；

14、（3）打孔：在陶瓷生瓷片上加工出結(jié)構(gòu)孔、定位孔結(jié)構(gòu)；

15、（4）印刷填孔：在打孔后的陶瓷生瓷片表面使用印刷填孔機進行金屬漿料的印刷、填孔作業(yè)；所述金屬漿料主要成分包括鎢、鉬及其合金，主要作用是提供導電通路和發(fā)熱；

16、（5）疊片：將印刷后的陶瓷生瓷片進行堆疊后塑封；再對塑封好的堆疊片進行壓制，得到陶瓷生瓷板；

17、（6）排膠：將陶瓷生瓷板放置于剛玉莫來石承燒板，裝入氣氛電阻爐，以0.3-1℃/分鐘的升溫速率，緩慢升溫至450-650℃，保溫3-6小時，得到陶瓷排膠片；

18、（7）燒結(jié)：將陶瓷排膠片進行高溫燒結(jié)，得到燒結(jié)陶瓷板；

19、（8）機加工：將燒結(jié)陶瓷板進行機加工，得到陶瓷介質(zhì)層。

20、本發(fā)明針對靜電卡盤的陶瓷介質(zhì)層的陶瓷材料配方和工藝進行了優(yōu)化，提高了陶瓷材料粉體的分散性，降低了氧化鋁或氮化鋁陶瓷晶粒尺寸，提升了氧化鋁或氮化鋁陶瓷介電層的熱學性能、電性能、機械性能，并降低了燒結(jié)所需溫度，解決現(xiàn)有技術無法制備超高純度氧化鋁或氮化鋁陶瓷，且產(chǎn)品強度低，均勻性差，質(zhì)量一致性差，難以燒結(jié)的問題。

21、進一步的，在步驟（1）中，取氧化鋁、鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛和鈦酸鍶鋇，按照比例混合，得到混合粉體；所述燒結(jié)助劑為sio2、cao和mgo的至少一種；在步驟（7）中，將陶瓷排膠片裝入高溫燒結(jié)爐中，在1500-1650℃燒結(jié)2-4小時，得到燒結(jié)陶瓷板。

22、進一步的，在步驟（1）中，取氮化鋁、鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛和鈦酸鍶鋇，按照比例混合，得到混合粉體；所述燒結(jié)助劑為ceo2、cao、caf2和y2o3的至少一種；在步驟（7）中，將陶瓷排膠片裝入高溫燒結(jié)爐中，在1750-1850℃燒結(jié)2-4小時，得到燒結(jié)陶瓷板。

23、進一步的，在步驟（1）中，所述溶劑為乙醇、乙酸乙酯、異丙醇、正丁醇、丁酮中的一種或多種；所述分散劑為蓖麻油、啡魚油、聚乙二醇和磷酸酯中的至少一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛；所述塑化劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二異壬酯中的至少一種。

24、本發(fā)明的有益效果在于：

25、（1）本發(fā)明的靜電卡盤使用時利用靜電吸附技術，通過采用高介電常數(shù)陶瓷材料陶瓷介質(zhì)層，實現(xiàn)高效的靜電吸附；靜電卡盤的陶瓷介電層具有高擊穿強度和高介電常數(shù)，高介電常數(shù)的陶瓷介電層，能夠更好地存儲電荷，??增加電場強度，低介質(zhì)損耗，使得靜電卡盤有足夠強的吸附力來固定低導電率材料，?防止其在處理過程中移動或脫落，?從而保證了半導體制造的精度和質(zhì)量；?高擊穿強度的特性保證了靜電卡盤在高壓環(huán)境下工作的安全性。?在半導體制造過程中，?經(jīng)常需要使用高壓電源來控制晶片的溫度和位置，?高擊穿強度的靜電卡盤能夠承受更高的電壓而不發(fā)生擊穿，?從而確保了加工過程的穩(wěn)定性和安全性。

26、（2）所述制備方法控制方便，生產(chǎn)效率高，有利于規(guī)?；a(chǎn)；制得的靜電卡盤采用高介電常數(shù)、高擊穿強度的陶瓷介電層，使用安全可靠。