[发明专利]一种多层复合陶瓷盘及其制造方法

说明书

一种多层复合陶瓷盘及其制造方法，涉及半导体和材料科学领域。所述复合陶瓷盘包括至少一个基础三明治结构，包括：用陶瓷粉体制备一个片状陶瓷素坯；把陶瓷素坯在低于烧结温度的预烧结温度下，进行预烧结，得到具有一定强度的预烧结陶瓷件；在预烧结陶瓷件的上表面上形成一金属电极层；将预烧结陶瓷件放入模具中，且覆有金属电极层的上表面朝上；在预烧结陶瓷件上表面提供一陶瓷前体层；沿着预烧结陶瓷件轴向方向在烧结温度下加压烧结成一体，所述预烧结陶瓷件经加压烧结形成第二陶瓷层，所述陶瓷前体层经加压烧结形成第一陶瓷层，其中，所述金属电极层位于所述第一陶瓷层和第二陶瓷层之间并与第一陶瓷层和第二陶瓷层形成一基础三明治结构。

技术领域

本发明涉及半导体和材料科学领域，具体的，涉及半导体制造工艺中的一种多层复合陶瓷盘及其制造方法，尤其是静电吸盘(Electrostatic chuck，简称ESC)和陶瓷加热盘及其制造方法。

背景技术

多层复合陶瓷盘被广泛应用于半导体加工设备中，根据其具体功能和结构的差别，半导体加工领域中的多层复合陶瓷盘包括静电吸盘和陶瓷加热盘，其中有些静电吸盘还同时具有加热盘的功能。在半导体加工设备中，静电吸盘被用于通过静电引力实现对硅晶片(wafer)的平稳夹持，而陶瓷加热盘则被用于加热静电吸盘上所夹持的硅晶片以使其保持在特定的温度。多层复合陶瓷盘广泛应用在等离子和真空环境下，如刻蚀、PVD、CVD、离子植入等半导体工艺过程中。传统的多层复合陶瓷盘，包括静电吸盘和陶瓷加热盘，通常采用包括一层或多层金属电极层的多层复合陶瓷盘结构，其基础结构为由两层陶瓷介质层和夹在两层陶瓷介质层之间的金属电极层所形成的三明治结构。具体应用在半导体加工设备中的复合陶瓷盘可能包含多层陶瓷介质层以及分别位于相邻陶瓷介质层之间的金属电极层。

半导体加工工艺对抛光后的硅晶片表面粗糙度和平面度参数的要求极高，因此这也就对与之接触的复合陶瓷盘的表面粗糙度和平面度提出了极高的要求。并且，对于静电吸盘而言，表面绝缘介质层厚度的均匀度还决定了静电吸盘各部分静电引力均匀程度。此外，在刻蚀过程中，由于硅晶片表面温度微小的温差，都可能造成很大的刻蚀偏差，进而影响到晶片的刻蚀效果。同样的，陶瓷加热盘各层之间的厚度是否均匀一致也直接影响到硅晶片表面温度分布，并进而影响到半导体加工工艺的精度。因此，对包括静电吸盘和陶瓷加热盘在内的复合陶瓷盘的工艺要求就是其基础三明治结构的各层的厚度均匀，且陶瓷复合盘的表面平面度好。

为了制备平面度好、厚度均匀的多层复合陶瓷盘，包括静电吸盘和陶瓷加热盘，目前常用的方法有两种：其一是分层烧结方法，即上下两陶瓷层分开烧制加工后，将电极层烧结在其中一层陶瓷层基体上。然后，将各层封装连接形成该基础三明治结构并确保各层功能，其优点是各层加工条件不受其他层限制，方便保证各层加工质量。但这样成型的基础三明治结构中，两陶瓷层硬接触而将金属电极层夹在其间，所以封装连接后的陶瓷盘性能稳定性和可靠性较差；其二是整体烧结方法，即将三明治结构的三层结构分步成型后叠加在一起，然后共同烧结制造。由于采用整体烧结工艺，这样成型的基础三明治结构的两层陶瓷层被烧结成一体，因此，其优点是各层结合牢固可靠，但整体烧结的工艺难度大，难以确保各层的高平面度要求。

因此，亟待提供一种适应于半导体加工领域的平面度好、各层厚度均匀的多层复合陶瓷盘及其制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种适应于半导体加工领域的平面度好、各层厚度均匀的多层复合陶瓷盘及其制备方法。

为此，本发明提出一种工艺简单、方便、容易实现、易于工业化生产、生产效率高、成品率高、可靠性好的复合陶瓷盘的制备方法，利用此方法制备所得的多层复合陶瓷盘平面度好、各层厚度均匀。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种平面度好、厚度均匀的、适合用作半导体加工工艺中的静电吸盘和/或陶瓷加热盘的多层复合陶瓷盘及其制备方法。