多层陶瓷共烧技术？陶瓷静电卡盘的主要生产工艺及设备介绍

静电吸盘是半导体制造设备夹持晶片加工的关键零部件。在先进的大规模集成电路制造过程中，有刻蚀、切割、抛光冷却、变形矫正等许多种复杂工艺步骤，晶片需要在各个工艺之间来回传输，并且需被十分安稳、准确地安放在工艺设备中进行加工检测。因此针对大集成高复杂电路的精准定位加工工艺要求，晶片夹持技术显得尤为重要。

图 陶瓷静电卡盘，来源：apollotech

由于静电吸附方式具有温度可控、吸附力均匀，对大面积（8 寸以上的晶圆）薄片工件吸附时不会产生伤痕和皱纹，同时没有晶片边缘排除效应等优点，被作为现代半导体制造业中重要的晶片夹持工具，成为当今超大规模集成电路高端装备刻蚀机（ETCH）、离子注入机、化学气相沉积（CVD)、物理气相沉积(PVD)等半导体制造设备的核心部件，在等离子和真空环境下的刻蚀、化学气相沉淀、离子植入等晶圆制造加工过程中得到广泛应用。

1、陶瓷静电卡盘的主要结构

图 陶瓷静电卡盘结构示意图，来源：apollotech

陶瓷静电卡盘的典型结构包括由上至下依次叠置的绝缘层、加热器和铝基座，此外,在加热器与铝基座之间还设置有隔热层。

绝缘层采用Al2O3或AlN等陶瓷材料制成，并且在绝缘层中设置有直流电极层，直流电极层与直流电源电连接后在直流电极层与晶片之间产生静电引力，从而将晶片等被加工工件固定在绝缘层的顶部；加热器用于对晶片等被加工工件进行加热；铝基座与射频电源连接，用以在晶片等被加工工件上生成射频偏压。隔热层采用硅橡胶等具有良好隔热性能的材料制成，以阻挡由加热器产生的热量向铝基座传导，从而可以减少加热器的热量损失，进而提高静电卡盘的加热效率。而且，在隔热层与加热器之间以及隔热层与铝基座之间分别设置有密封剂，利用密封剂分别对隔热层与加热器之间的间隙和隔热层与铝基座之间的间隙进行密封，从而防止空气自该间隙进入晶片所在的真空环境。

2、陶瓷静电卡盘主要生产工艺陶瓷静电卡盘生产制造大体可分为两部分：

图 陶瓷静电卡盘生产流程，来源：apollotech

1.陶瓷绝缘层制造（陶瓷圆盘）陶瓷静电卡盘通常由含有埋植其内的至少一个电极层的陶瓷圆盘构成，通常使用多层陶瓷共烧工艺进行制备，采用丝网印刷导电浆料（钨、钼）在一个或多个陶瓷生坯片（氧化铝或氮化铝材质）上形成电极。将印刷好的生坯片按照要求进行叠层共烧后，经过精加工得到陶瓷圆盘。

2.陶瓷绝缘层与铝基等部件粘接和表面处理将清洗后的陶瓷圆盘和铝基座等部件粘接，进行表面处理（喷砂）等。

静电卡盘检测项目主要包括：尺寸检测、表面平整度检测、粗糙度检测、耐压检测、介电层厚度检测、夹紧性能检测、超声波检测、氦气泄漏检测等。

3.陶瓷静电卡盘主要生产设备陶瓷静电卡盘生产主要涉及的设备包括：球磨机、真空脱泡机、流延机、裁片机、整平机、丝网印刷机、叠层机、烧结炉、平面磨抛设备、喷砂设备、清洗设备、视觉检测设备、表面粗糙度测试仪、超声波检测设备、检漏仪等。

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