静电卡盘以及形成方法

专利名称：静电卡盘以及形成方法
技术领域：
本披露是针对于一种静电卡盘(ESC)并且具体地是针对于在平板显示器处理中 使用的静电卡盘。
背景技术：
卡盘被用于支持晶片和基底而将它们在高温和腐蚀处理室(如用于化学气相沉 积、物理气相沉积、或刻蚀的腔室)内保持在合适的位置中。已经开发了几种主要类型的卡 盘。机械卡盘通过使用机械保持件将晶片稳定在一个支持面上。机械卡盘具有一个缺点是 它们经常由于施加在这些晶片上的不均勻的力而致使工件变形。因此，经常使晶片产生碎 屑或者另外受到损坏，从而导致低产率。真空卡盘通过将晶片与卡盘之间的压力降低到工 作室的压力之下来运行，由此保持该晶片。尽管由真空卡盘施加的力比由机械卡盘施加的 力更均勻，但令人希望的是改进的灵活性。在此方面，在半导体制造过程中在工作室中的压 力倾向于较低，并且不可以总是施加足够的力。近来，静电卡盘(ESC)已被用于在一个处理室中保持工件。静电卡盘通过利用工 件与电极(这些电极可以被嵌入静电卡盘本体之中)之间的电压差来工作、并且可以施加 比机械卡盘更均勻的力。广义地讲，存在两种类型的ESC 单极型和双极型。单极或平行板ESC包括一个单 一的电极并且依赖于处理室内使用的等离子体来形成第二“电极”并且提供必要的吸引力 以将基底在卡盘表面上保持在位。双极或整合电极的ESC包括在卡盘本体内的两个相反极 性的电极并且依赖于在这两个电极之间产生的电场以便将工件保持在位。另外，在一个ESC中，晶片的卡紧可以是通过使用库仑力或约翰逊-拉贝克(JR) 效应而实现的。利用JR效应的卡盘在电极与工件之间、具体地在半导电的或导电的工件中 使用一个电阻层。该电阻层具有一个特定的电阻率，典型地小于约IOltl欧姆-cm，以允许电 阻层内的电荷在运行过程中迁移。这就是说，在JR效应ESC的运行过程中，在电阻层内的 电荷迁移到卡盘的表面并且来自工件的电荷朝向底表面迁移，由此产生了必要的静电吸引 力。相比之下，利用库仑效应的ESC依赖于实质上作为电容器的一个板的嵌入电极以及作 为电容器的第二板的工件(或等离子体)、以及在这两个板之间的一种介电材料。当一个电 压被施加在工件和电极上时，该工件被吸引在该卡盘的表面上。尽管ESC中进行了多种改进，但是不同的工业继续要求改进的性能，例如，处理 更大、更厚重的基底和工件的那些工业。值得注意的是，玻璃工业以及特别是平板显示器 (FPD)工业正在快速行动以制造更大尺寸的显示器。确实，目前所要求的是具有超过两米乘 两米尺寸的卡盘。通常在高温以及腐蚀处理环境中处理更大工件的这种转变对在处理过程 中所用的ESC提出进一步的要求。

发明内容
根据一个第一方面，一种静电卡盘包括一个绝缘层，覆盖该绝缘层的一个导电层，覆盖该导电层的一个介电层，该介电层具有形成连通孔隙性的孔隙，以及一种固化的聚合 物浸渍剂，该浸渍剂存在于该介电层的这些孔隙中。根据另一方面，一种用于形成静电卡盘的方法包括提供一个绝缘层；形成覆盖 该绝缘层的一个导电层，该导电层包括一种导电材料；并且形成覆盖该导电层的一个介电 层，该介电层具有形成连通孔隙性的孔隙。该方法继续用一种包括液体聚合物前体的浸渍 剂来浸润该介电层，并且固化该浸渍剂，这样使得固化的聚合物留下以存在于这些孔隙之 中。根据另一个方面，一种用于形成电子器件的方法包括提供限定了 一个工作表面的 一种静电卡盘，该静电卡盘包括(i) 一个绝缘层；(ii)覆盖该绝缘层的一个导电层；(iii) 覆盖该导电层的一个介电层，该介电层具有形成连通孔隙性的孔隙；以及(iv)存在于该介 电层的这些孔隙中的一种固化的聚合物浸渍剂。该方法进一步要求提供覆盖该工作表面的 一个工件、提供跨接该静电卡盘和工件的电压以便将该工件维持在该工作表面的附近，并 且处理该工件以形成一个电子器件。


通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域技术
人员变得清楚。图1是根据一个实施方案的静电卡盘的截面图示。图2是展示根据一个实施方案的热喷涂层的形貌的一个SEM显微图像。图3展示了根据一个实施方案的多个构成层的一种结构。图4是根据一个实施方案的静电卡盘的截面图示。图5是表示经受刻蚀条件的浸渍剂保留的一个曲线图。在不同附图中使用相同的参考符号来表示相似的或相同的事项。
具体实施例方式参见图1，展示了一个静电卡盘102，它具有几个构成层。静电卡盘102包括支持 几个层的一个基底104、一个绝缘层106、一个导电层108、以及一个介电层110。将基底104 提供用于这些覆盖层的机械支持，并且可以是选自提供适当机械性能(如，刚度、韧度、以 及强度)并且能够承受与形成覆盖层相关联的处理温度的几类材料中的任一种。某些实施 方案使用金属合金，如，铁、镍或铝的合金。铝合金是特别适合的。尽管如图1所示的实施方案包括一个基底，但是自支持式静电卡盘可以省略这样 一个结构。然而，在用于平板显示器(FPD)工业中的大尺寸的静电卡盘的背景下，通常一个 基底被用于提供一种适当的机械模板用于形成这些覆盖层。绝缘层可以是基于陶瓷的，典型地呈现高阻值以阻止电荷从覆盖的导电层108到 基底104(被称作漏电流)的迁移。如在此所使用的，一个“基底”组成的说明总体上是指 占该层的至少50重量百分比的一种基底材料，典型地大于60重量百分比，如大于70或80 重量百分比。根据多个实施方案，该绝缘层可以具有不小于IO11欧姆-cm的体积电阻率，如 不小于约IO13欧姆-cm。该绝缘层可以具有大于约100微米的平均厚度，如大于约200微 米。典型地，该绝缘层的厚度被限制为如小于1500微米。用于形成绝缘层的陶瓷基底可以包括不同的金属氧化物陶瓷，如含铝的氧化物类、含硅的氧化物类、含锆的氧化物类、含钛 的氧化物类、含氧化钇的氧化物类、以及它们的组合或复合氧化物类。更确切地讲，多个实 施方案可以使用一种选自下组的材料，该组的构成为氧化铝、氧化锆、氧化钇、钛酸盐类、 以及硅酸盐类(但是典型地不是硅土、SiO2)。根据本发明的多个实施方案，该绝缘层是一种沉积的涂层。沉积的涂层包括薄膜 和厚膜涂层。薄膜涂层总体上包括材料逐个原子地或逐个分子地、或通过到固体基底上离 子沉积的沉积作用。薄膜涂层总体上表示具有小于约1微米的额定厚度的涂层，并且最典 型地落在以下相当宽泛的类别之中物理气相沉积涂层(PVD涂层)、以及化学气相沉积涂 层(CVD涂层)、以及原子层沉积(ALD)。尽管沉积的涂层广义地包括厚膜涂层和薄膜涂层二者，但是在此的多个实施方案 可以利用厚膜涂层，如热喷涂的涂层，特别是考虑到构成层的质量和厚度的要求。热喷涂包 括火焰喷涂、等离子体弧喷涂、电弧喷涂、爆炸喷枪喷涂、以及高速率氧/燃料喷涂。多个具 体的实施方案已经通过使用火焰喷涂技术沉积该层而形成，并且具体地讲，使用Rokide 方法的火焰喷涂技术，该方法使用Rokide 火焰喷涂的喷涂单元。在这个具体的方法中， 将形成为杆的形状的一种陶瓷材料以一种恒定的并且受控的供给速率送入一个Rokide 火焰喷涂单元中。这些陶瓷杆在该喷涂单元内通过与从氧和乙炔源中产生的火焰的接触而 被熔化、被雾化、并且以高速度(如近似于170m/s)喷涂在基底表面上。陶瓷杆的具体构成 是基于介电和电阻特性进行选择的。根据Rokide 方法，完全熔融的颗粒被喷涂到基底表 面上，并且喷涂单元被配置为使得颗粒直到它完全熔融才从该喷涂单元中投射出来。这些 颗粒的动能和高热质量维持该熔融状态直至到达基底。此外，该绝缘层可以是多孔的，特别是具有连通孔隙性，如在按体积计约2%到 10%的范围内的孔隙度。在热喷涂绝缘层的具体情况下，这个孔隙度可以是由对于热喷涂 过程是特征性的激冷片形成体来限定的。具体地讲，这些孔隙可以是连通的并且在这些激 冷片形成体之间延伸。在此方面，参见图2，它示出了具有约5vol. %的孔隙度的热喷涂的 氧化铝层的SEM照片。如图可见，孔隙被定义在这些激冷片形成体之间，并且这些孔隙是通 过沿着激冷片线延伸的沟道而连通的。导电层108还可以是如上所述的一个沉积涂层。某些实施方案要求一个厚膜沉积 处理，如印刷或喷涂(例如，热喷涂)。如上述，在热喷涂处理的背景下，可以使用等离子喷 涂或电线枪喷涂。与一个在下的热喷涂的绝缘层相关联，导电层108同样令人希望的是热 喷涂的。相对于绝缘层106，导电层108总体上是更薄的。根据一个实施方案，导电层108 具有不大于约100微米的平均厚度，如不大于约75微米，并且在某些情况下不大于约50微 米。在一个具体的实施方案中，导电层108具有在约10微米与约50微米之间的范围内的
平均厚度。关于适合于形成导电层108的材料，总体上导电层108是由一种导电材料形成的， 特别是无机材料，如导电金属或金属合金。合适的金属可以包括高温金属，如钛、钼、镍、铜、 钨、铁、硅、铝、贵金属类以及它们的组合或合金类。在一个具体的实施方案中，导电层108 包括钼、钨或它们的一个组合。此外，具体的实施方案使用了一个导电层108，该导电层具有 不小于约25wt%的金属，如不小于约50衬％的金属。根据另一个实施方案，导电层108包括不小于约75wt%的金属，如不小于约90wt%的金属，并且即使在某些实例中，导电层108 是全部由金属制成的。以上说明的金属包括元素金属类以及金属合金类。导电层108可以是一种复合材料，并且这样，除该导电材料之外，导电层108可以 包含多种助黏附剂。此类助黏附剂可以是无机材料。具体而言，合适的助黏附剂可以包括 基于氧化物的材料，如氧化钇、氧化铝、氧化锆、氧化铪、氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化硅、钛 酸钡、氧化钽、氧化钡、或它们的复合氧化物。根据一个具体的实施方案，一种合适的助黏附 剂包含在下面的层和/或覆盖层的材料种类。助黏附剂以小于约75vol%的量总体上存在于导电层108内。助黏附剂的量可以 是更小的，这样使得导电层108包含不大于约50vol %，如约25vol %。在一个实施方案中， 导电层108是通过热喷涂处理而形成的，在该处理过程中该助黏附剂材料同时配备有导体 材料(例如，金属)。在一个具体的实施方案中，导电层108是通过使用复合粉末组合物的 喷涂处理而形成的，该复合粉末组合物包括导体材料和助黏附剂。关于导电层108的电学特性，根据一个实施方案的导电层108的薄层电阻是不大 于约IO6欧姆，如不大于约IO4欧姆。根据另一个实施方案，导电层108的薄层电阻是在约 IO1欧姆与约IO6欧姆之间的范围内。进一步关于导电层108，它总体上是一个连续层，共形地沉积在绝缘层153或绝缘 层106上。根据一个实施方案，导电层108是一个基本上连续的材料层。为了清楚起见， “基本上连续”的说明是指用于吸引工件的表面的大部分是由一个导电表面覆盖，该导电表 面在其内可以具有孔隙，这些孔隙的尺寸大致等于或小于介电厚度。这就是说，小的孔可以 存在于该层中，这可以出现在具有高百分比的助黏附剂的多个实施方案中，例如，这样的孔 不会明显地影响卡紧力。可替代地，导电层108可以形成两个隔离的区域以便对应地形成如图IG所示的一 个阴极区108a以及一个阳极区108b。另外，导电层108可以包括一个图案，该图案容纳在 该层内并且通过这些层延伸的多个特征193，此类特征可以包括冷却孔、用于协助松开卡盘 的穿孔、电气接触点、等等。值得注意的是，导电层108可以被图案化为提供距离此类特征 的合适的间隔195。根据一个实施方案，此类间隔总体上大于约0. 5mm，如大于约1. 0mm、或 者甚至大于约2. 0mm。导电层108可以被配置为在到达绝缘层106的边缘之前终止，该构造可以是有利 的以维持介电特性。这样，导电层108可以是与该卡盘的边缘相间隔的，这样使得一个间距 191在该卡盘的边缘与该导电层之间延伸并且延伸围绕导电层108的周边。这个间隔的平 均宽度可以总体上是大于约0. 5mm，如大于约1. 0mm、或者甚至大于约2. 0mm。转到介电层，该介电层可以是同样基于陶瓷的。此类基于陶瓷的材料包括金属氧 化物类，包括含铝的氧化物类、含硅的氧化物类、含锆的氧化物类、含氧化钇的氧化物类、以 及绝缘的基于钛的氧化物类。具体而言，介电材料可选自下组，其构成为氧化铝、氧化锆、 氧化钇、钛酸盐类、以及硅酸盐类(不包括硅土)。介电材料可以是处于厚膜形式，它具有 不小于约50微米的厚度，如不小于约100微米、或不小于200微米。某些实施方案具有约 500微米的最大厚度。根据一个具体的特征，该介电材料是多孔的，具有形成连通孔隙性的 孔隙。这就是说，介电层具有一个孔隙网络，它延伸进入并且通常贯穿介电层的本体的内 部，并且从介电材料的外部孔隙中是可接近的。该介电层的孔隙度水平可以改变，如不小于约Ivol %，通常不小于约2vol%。合适的孔隙度范围可以是在约2vol. %到IOvol. %的范 围内。该介电层中的这些孔隙的孔隙尺寸显著地是精细的，总体上在纳米范围中。例如，该 介电层可以具有不大于约200nm的平均孔隙尺寸，如不大于约lOOnm。总体而言，最佳的卡紧特性可以是通过使用具有高介电常数(高k材料)的介电 材料(高k材料)来实现。这样，介电常数k是总体上不小于约5，如不小于约10。多个实 施方案可以使用甚至更高的介电常数，如不小于约15、或者不小于约20。另外，在此的多个 实施方案提供了一个介电层，该介电层具有大于IOV/微米的每单位厚度的介电强度，并且 在某些情况下大于12V/微米、大于15V/微米、并且甚至大于20V/微米。根据本发明的多个实施方案，与绝缘层相似，该介电层是一种沉积的涂层。沉积的 涂层包括薄膜和厚膜涂层。然而，在此的多个实施方案总体上使用厚膜涂层，如热喷涂涂 层，考虑到构成层的质量和厚度要求。热喷涂包括火焰喷涂、等离子体弧喷涂、电弧喷涂、爆 炸喷枪喷涂、以及高速度氧/燃料喷涂。多个具体的实施方案已经通过使用火焰喷涂技术 沉积该层而形成，并且具体地讲，使用如上所述的Rokide 方法的火焰喷涂技术。如上所述，与该绝缘层相关联，这些热喷涂介电层可以是以具有多个具体的激冷 片形成体为特征的，再次参照图2。在热喷涂介电层的情况下，这些孔隙存在于这些激冷片 形成体之间，并且沿着在单独的激冷片形成体之间的激冷片线并且通过在激冷片本身中的 多个裂缝是彼此连通的。根据一个具体的发展，静电卡盘102经受了一个浸润处理。具体而言，用一种低粘 度的聚合物前体(如提供在液体载体中的寡聚体或单体组合物)对该静电卡盘本体进行浸 润。根据一个具体的特征，该聚合物前体具有一个希望的低粘度，从而能够润湿并且进入至 少该介电层(并且可选该绝缘层)的连通的细微的孔隙度的一个高程度的渗透。基于实际 的研究，该聚合物前体渗透该孔隙度的至少50vol %，如至少65vol %。如上所述，多个实施 方案可以具有一种特别精细的多孔结构，具有小于200nm的平均孔隙尺寸，如小于lOOnm。 因此，该聚合物前体的粘度典型地是不大于1000厘泊(cP)。总体上，该聚合物前体具有不 大于500cP的粘度，如不大于200cP。确实，具体的工作实例具有小于IOOcP并且甚至小于 50cP的粘度。根据下面提供的多个实例使用的聚合物前体具有近似于IOcP到30cP的粘 度。额外地，令人希望的是由液体聚合物前体形成的浸渍剂在溶剂挥发或蒸发、并且 固化时具有希望的低的收缩率。典型地，令人希望的是从液体前体状态到固体固化的状态 的收缩率是不大于20vol. %，如不大于15vol. %、或不大于10vol. %。降低的收缩率有 助于改进连通多孔结构的填充程度，从而留下最小化的开放的和未填充的空间。基于渗透 效率和收缩，典型地该孔隙体积的至少40vol% (如至少50vol%)被填充了固化的聚合 物浸渍剂。可以实现增强的填充，如在至少60vol%的级别，并且在某些实施方案中，至少 65vol%或70vol%。为了清楚起见，应注意的是以上提供的对于介电层的孔隙度信息对应 于孔隙体积百分比，忽略该浸渍剂含量，即在浸渍之前。对于介电材料与固化的聚合物浸渍 剂相结合进行调整的孔隙体积百分比当然是较低的。例如，具有4vol%的孔隙度、用浸渍剂 以60%的孔隙体积的加载水平进行浸润的一个介电层将具有1. 6vol%的总的或复合的孔 隙度。以上内容是仅为了清楚的目的而提供的，并且除非另外陈述，孔隙体积百分比是指在 浸润之前所形成的层。因此，在介电层的情况下，孔隙体积百分比的值是相对于介电陶瓷材料的，而不是介电层的总孔隙度。类似地，在绝缘层的情况下，孔隙体积百分比的值是相对 于绝缘陶瓷材料，而不是绝缘层的总孔隙度。液体聚合物前体可以是选自不同聚合物家族，包括丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类以 及选定的环氧树脂类。多个具体的实施方案使用低粘度的丙烯酸甲酯类。聚合物前体可 以是由光化辐射或热固化的，尽管希望热固化以便能够完全固化液体聚合物前体的内部区 域，而这些内部区域是光化辐射不能达到的。浸润可以是通过简单涂覆开始的，如喷涂或刷涂、或者另外将静电卡盘浸入液体 聚合物前体中。继续的处理典型地包括将如此涂覆的或浸泡的静电卡盘经受一个真空，由 此进一步增强孔隙渗透。真空环境可以改进陷入介电层中的空气的移出。真空的使用可以 在固化之前完成，或者同时与固化一起完成，如在一个真空腔室中同时加热如此涂覆的静 电卡盘。可以进行多个泵送循环，在一个低压力真空环境与大气压力之间循环以增强渗透。 典型的真空压力是小于0. 25大气压的级别，如小于0. 1大气压。在热固化的情况下，典型的热固化温度总体上超过40°C，如在50°C到250°C的范 围内。热固化停留时间可以在5小时以及以上的范围内。典型地，令人希望的固化是通过 40个小时来实现的。典型的固化时间的期间从10小时延长到30个小时。取决于具体的固 化剂和聚合物系统，在固化的过程中可以将氧排空，以便进一步提高反应动能并且促进前 体的完全固化。氧分压总体上保持在0. 05大气压之下，如小于0. 02大气压。参见图4，展示了根据一个具体的实施方案的静电卡盘的一个截面图。该卡盘包 括一个基底204以及覆盖基底204的一个绝缘层206。该静电卡盘进一步包括覆盖绝缘层 206的一个导电层208、以及覆盖导电层208的介电层210。同样如图所示，一个工件302被 卡紧到静电卡盘202的工作表面241上。这样的一个工件可以是一个绝缘工件(如玻璃)， 并且具体地是被处理用于显示器的一个玻璃板。进一步参照图4，一个直流源317被连接到地线上。应注意的是，直流源317被连 接到导电层208上并且提供必要的偏压以便在导电层205与工件302之间产生一个电容 器。应理解该卡紧力将要求在该处理室内使用等离子体或其他电荷源(如离子或电子枪) 对该工件的表面提供必要的导电路径，以便产生吸引力而将工件302在该卡紧表面上保持 在位。应理解尽管图2展示了这些层的一个截面视图，但是在导电层208与冷却沟道之 间提供的接触点可以于在此提供的静电卡盘内实现。总体而言，冷却沟道通过提供用于冷 却气体通过静电卡盘到达工件的后表面的路径来调节工件的冷却。此类冷却沟道可以延伸 通过ESC的这些层，如从该基底通过到达顶表面。总体而言，冷却气体包括一种高导热性的 非反应性气体，如氦。本披露还提供一种用于形成电子器件的方法，该电子器件使用如在此说明的实施 方案中的静电卡盘。在此，图4所示的卡紧的工件组件被提供在处理室之内。该工件总体上 可以包括一种无机材料并且具体地是主要由玻璃相形成的，如基于硅酸盐的玻璃。根据一 个实施方案，该工件是一种显示器平板，旨在最后作为一个视频显示器的应用。此类视频显 示器可以包括液晶显示器(LCD)、等离子显示器、电致发光显示器、使用薄膜晶体管(TFT) 的显示器，以及类似显示器。其他工件可以包括半导体晶片，如基于硅的晶片。总体而言，该工件可以是大的，并且在某些情况下具有矩形的形状(包括正方形)，其中长度和宽度尺寸不小于约0. 25m，如不小于约0. 5m或者甚至不小于约1. Om0该静 电卡盘可以被类似地确定尺寸，并且确实具有一个工作表面，该工作表面具有一个总体上 矩形的轮廓并且具有不小于3m2的表面面积。工件的处理可以包括化学处理(如光刻以及化学处理)，并且更具体地可以包括 掩膜、刻蚀、或沉积处理、或所有此类处理的一个组合。在一个实施方案中，工件的处理包括 刻蚀，如等离子体刻蚀处理。根据另一个实施方案，工件的处理包括一个薄膜沉积处理，如 使用气相沉积过程的处理、如化学气相沉积(CVD)、以及具体地是一个等离子体辅助CVD处理。根据一个实施方案，工件的处理包括在该工件上形成多个电子器件，如晶体管、并 且更具体地讲，该工件的处理包括形成一系列的晶体管、或晶体管的一个阵列，如TFT。这 样，该工件可以进行多个掩膜、沉积以及刻蚀处理。此外，这样的一个处理可以包括金属、半 导体材料、以及绝缘材料的沉积。总体上，此类处理是在降低的压力下进行的，并且根据一个实施方案，该工件的处 理是在不大于约0. 5大气压的压力下完成的，如不大于约0. 3大气压，或不大于约0. 1大气压。实例下面的实例是基于试样样品以展示本发明的概念。应该理解商业样品将会处于完 成的静电卡盘的形式，具有用于使用的必要的特征。 实例1，对比样品，未浸润。将一侧4cm的四个6061铝正方体进行喷砂处理、用氧化铝进行等离子喷涂达到 约500 μ m的厚度以提供约5%的孔隙度、并且然后用钨在顶部上进行等离子喷涂达到约 50 μ m的厚度。这些样品通过在钨与基底铝之间施加一个平稳增加的直流电压并且监控电流而 进行测试。当电流超过2mA时，则认为发生了击穿。表 1 击穿电压在变化，具有仅4. 9kV的平均值实例2，经浸润的样品按照实例1制备三个样品，但是具有以下的添加部分。将HL-126丙烯酸脂单体 (获自宾夕法尼亚州的波茨敦的Permabond有限责任公司)在喷涂之后涂到该表面上。使 用了宽裕的量，这样使得该表面即使在大约一分钟之后看起来是很好地润湿的并允许用于液体浸透到这些孔隙中。这些样品被放置在一个真空烤箱中，并且用氩后填充随后进行几 个蒸发循环。这是用于两个目的驱使HL-126进一步进入这些孔隙中并且将氧(它抑制该 单体的固化)从烤箱中去除。样品在120°C下固化约2个小时。然后将它们从烤箱中去除并且将钨上的一个区 域是研磨干净，这样使得在钨上可以建立电气接触。然后如在实例1中对这些样品进行测 试，使用一个最大的施加电压10kv。在任何情况下均未发生击穿，从而表明平均击穿电压超过了 10kV。实例3，额外的表征浸润处理的一个重要的属性是浸渍剂不是通过等离子气体去除的。已经意外地发 现浸渍剂在刻蚀条件下在一个长的时间内保持未受损坏。使用产生4%到5%孔隙度的一种处理用氧化钇对一组试样进行等离子喷涂达到 100 μ m的厚度。它们用如在实例2中所述的HL-126进行浸润。这些试样用氧在300W、250毫托在延长的时间上在一台March PM-600等离子灰化 器(加利福尼亚康科德的March等离子体系统有限公司)中进行刻蚀。浸渍剂的量是通过 监控器荧光强度来确定的。图5示出了在一个短的起始瞬变之后(对应于从表面上去除HL-126)，浸渍剂在一 个延长周期的时间内保留在涂层的这些孔隙中。并不认为浸渍剂意外的保留是由于浸渍剂的材料特性(如由荧光的最初损失所 示它们相对容易地刻蚀)，但相反它是由等离子喷涂涂层的孔隙结构确定的。这些孔隙是如 此之细微和弯曲，以致等离子气体不能够得以渗透该化的浸渍剂而延伸进入氧化铝层的本 体中以攻击浸渍剂。实例4，甲基丙烯酸酯与环氧树脂浸渍剂的比较。氧化钇和氧化铝涂层二者都形成在铝基底上用于进一步评估聚合物浸渍剂。氧化 钇涂层是使用一种氧化钇原料在以下条件下形成，该原材料具有在17微米到60微米范围 内的颗粒尺寸600A的焊炬电流、25slm的氩气流、3. 5slm的氢气流、35slm的氦气流、IOOmm 的间隔以及20g/min的送料速率。类似地，氧化铝涂层是由一种原料在以下条件下形成的， 该原材料具有在15微米到38微米的颗粒尺寸600A的焊炬电流、35slm的氩气流、13slm的 氢气流、Oslm的氦气流、IlOmm的间隔以及20g/min的送料速率。然后对不同涂层的基底进行涂层处理。在此，甲基丙烯酸酯HL126液体被施加在 氧化钇和氧化铝涂层上。在整个样品上产生一个真空，并且重复该施加和真空处理直到该 表面保持湿润，这表明了完全浸润进入该涂层之中。甲基丙烯酸酯在惰性环境中在140°C下 固化2. 5个小时，并且将涂层表面上的多余的甲基丙烯酸酯去除。环氧树脂涂层是通过将该氧化钇和氧化铝涂层的样品预加热到40°C并且将环氧 树脂液体施加到该涂层表面上来进行的。在整个样品上产生一个真空，并且重复该施加/ 真空处理直到该表面保持湿润，这表明了完全浸润进入该涂层之中。环氧树脂在惰性环境 中在60°C下固化48个小时，并且在固化之后将多余的环氧树脂去除。以下在表2中总结了 这些聚合物浸渍剂特性。表2浸渍剂特性
然后该如此涂覆和浸润的样品是以下在表3中所总结的为特征的。表3涂层特性 这些涂层厚度值是基于涡流分析的。涂层孔隙度是通过图像分析而测定的。介电 强度和电阻率是分别根据ASTM D3755和ASTM D257而测定的。如上面所总结的，甲基丙烯酸酯和环氧树脂样品二者都示出了基底性能上的显著 的改进，其特征为显著增强的介电强度。然而，应注意的是，在较低温度下固化的环氧树脂 样品表显出降低的基底翘曲，并且像这样对于多个特定的应用也许是令人希望的。额外地， 测试是在室温下、基于溶剂的浸渍剂、特别是Dichtoll532而完成的。已经发现基于溶剂的 固化的浸渍剂总体上具有与溶剂的挥发相关联的显著的固化收缩率。已经发现此类浸渍剂 相对于热固化的浸渍剂(如丙烯酸酯类和环氧树脂类)仅提供介电强度的适度的改进。因 此，可热固化的浸渍剂对于某些应用也许是特别有用的。如基于在此的本披露应该清楚的是，多个具体的实施方案是针对具有至少一个多 孔层的静电卡盘，该多孔层具有形成连通孔隙性的孔隙。此层(总体上至少该介电层)包 含一种固化的聚合物浸渍剂，该浸渍剂出人意料地改进了该层的介电击穿特性。上述途径 是与为了合适的介电功能而集中在100%的密集层的现有技术的途径直接相反的。不希望 被束缚于任何具体的理论，在此相信保留在连通孔隙性中的固化的浸渍剂降低了沿着内孔 隙表面的电荷流动(这有助于多孔介电材料的不良的介电特性)。此外，已经发现多个实施方案展示了改进的机械鲁棒性，由于一个或多个多孔层 的使用(即使当用一个固化的聚合物浸渍剂浸润时)是不太易于受基于感应的应力的故障 的影响，如由于在这个或这些层与一个在下面的基底之间的热膨胀的不匹配。虽然已经在具体实施方案的背景中展示并说明了本发明，它并非旨在被限制于所 示出的细节，因为无需以任何方式背离本发明的范围即可以进行不同的变更和代换。例如， 可以提供附加的或等效的替代物并且可以使用附加的或等效的生产步骤。这样，本领域的 普通技术人员使用不超出常规的实验就可以想出对于在此披露的本发明的进一步的变更以及等效物，并且应当认为所有此类的变更和等效物都是在由以下权利要求所定义的本发 明的范围之内。
权利要求
一种静电卡盘，包括一个绝缘层；覆盖该绝缘层的一个导电层；覆盖该导电层的一个介电层，该介电层包括形成连通孔隙性的孔隙；以及一种固化的聚合物浸渍剂，该浸渍剂存在于该介电层的这些孔隙的至少一部分之中。
2.如权利要求1所述的静电卡盘，其中该介电层具有不小于的孔隙度。
3.如权利要求2所述的静电卡盘，其中该介电层具有不小于2vol%的孔隙度。
4.如权利要求1所述的静电卡盘，其中该介电层具有在约2vol%到10vol%的范围内 的孔隙度。
5.如权利要求1、2、3或4之一所述的静电卡盘，其中该介电层具有不大于200nm的平 均孔隙尺寸。
6.如权利要求5所述的静电卡盘，其中该平均孔隙尺寸是不大于lOOnm。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层包括一个热喷 涂的层，该热喷涂的层具有多个激冷片形成体，这些孔隙是连通的并且在这些激冷片形成 体之间或通过存在于这些激冷片形成体中的裂缝而延伸。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层具有不小于 约5的一个介电常数。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层包括选自 下组的一种介电材料，该组的构成为含铝的氧化物类、含硅的氧化物类、含锆的氧化物类、 含钛的氧化物类、含氧化钇的氧化物类、以及它们的组合或复合氧化物类。
10.如权利要求9所述的静电卡盘，其中该介电材料选自下组，其构成为氧化铝、氧化 锆、氧化钇、钛酸盐类以及硅酸盐类。
11.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层具 有不小于约100微米的平均厚度。
12.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层 具有不小于约IO11欧姆-cm的体积电阻率。
13.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一项所述的静电卡盘，进一步包 括一个基底，该基底支持该绝缘层以及该覆盖的导电和介电层，该基底包括一种金属或金 属合金ο
14.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中任一项所述的静电卡盘，其中该 绝缘层包括选自下组的一种材料，该组的构成为含铝的氧化物类、含硅的氧化物类、含锆 的氧化物类、含钛的氧化物类、含氧化钇的氧化物类、以及它们的组合或复合氧化物类。
15.如权利要求14所述的静电卡盘，其中该材料选自下组，其构成为氧化铝、氧化锆、 氧化钇、钛酸盐类、与硅酸盐类、以及它们的组合。
16.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中任一项所述的静电卡盘， 其中该绝缘层包括形成连通孔隙性的孔隙，该绝缘层具有在约2vol%到10vol%的范围内 的孔隙度。
17.如权利要求16所述的静电卡盘，其中该绝缘层包括一种热喷涂的层，该热喷涂的 层具有多个激冷片形成体，这些孔隙是连通并且在这些激冷片形成体之间或通过存在于这些激冷片形成体中的多个裂缝而延伸。
18.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16 或 17 中任一项所述的静 电卡盘，其中该绝缘层具有在约50微米到1500微米的范围内的平均厚度。
19.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17 或 18 中任一项所述的 静电卡盘，其中该导电层包括不大于约IO6欧姆的薄层电阻。
20.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18 或 19 中任一项所 述的静电卡盘，其中该导电层包括选自下组金属的一种金属，该组的构成为钛、钼、镍、铜、 钨、硅、以及铝、贵金属类以及它们的组合和金属合金类。
21.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20中任一项 所述的静电卡盘，其中该导电层具有不大于约100微米的平均厚度。
22.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20 或 21 中任 一项所述的静电卡盘，其中该静电卡盘具有不小于约3m2的表面面积。
23.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21或22中 任一项所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂是选自下组，其构成为丙烯酸酯类、 氨基甲酸酯类、以及环氧树脂类。24.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20、21、22或23中任一项所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂包 括环氧树脂。
24.
25.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23 或24中任一项所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂包括一种热固化的聚合物。
26.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24或25中任一项所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂在固化时具有不大于 20vol%的体积收缩。
27.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25或26中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层具有大于IOV/微米的每单位厚度 的介电强度。
28.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26或27中任一项所述的静电卡盘，其中该介电层具有大于约12V/微米的每单位 厚度的介电强度。
29.如权利要求28所述的静电卡盘，其中该介电层具有大于15V/微米的每单位厚度的 介电强度。
30.如权利要求29所述的静电卡盘，其中该介电层具有大于20V/微米的每单位厚度的 介电强度。
31.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、29或30中任一项所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂占据 该介电层的总的孔隙体积的至少40vol%。
32.如权利要求31所述的静电卡盘，其中该固化的聚合物浸渍剂占据该介电层的总的 孔隙体积的至少50vol%。
33.一种静电卡盘，包括一个绝缘层；覆盖该绝缘层的一个导电层；覆盖该导电层的一个介电层，该介电层包括形成连通孔隙性的孔隙，其中该介电层具 有大于IOV/微米的每单位厚度的介电强度。
34.一种静电卡盘，包括一个绝缘层；覆盖该绝缘层的一个导电层；覆盖该导电层的一个介电层，该介电层具有不小于2vol%的孔隙度，其中该介电层具 有大于IOV/微米的每单位厚度的介电强度。
35.一种形成静电卡盘的方法，该方法包括提供一个绝缘层；形成一个导电层，该导电层包括覆盖该绝缘层的一种导电材料；形成覆盖该导电层的一个介电层，该介电层包括形成连通孔隙性的孔隙；用包括液体聚合物前体的一种浸渍剂来浸润该介电层；并且固化该浸渍剂，这样使得固化的聚合物留下以存在于这些孔隙的至少一部分之中。
36.如权利要求35所述的方法，其中该固化的聚合物浸渍剂是选自下组，其构成为丙 烯酸酯类、氨基甲酸酯类、以及环氧树脂类。
37.如权利要求36所述的方法，其中固化的聚合物浸渍剂包括环氧树脂。
38.如权利要求35、36或37中任一项所述的方法，其中该液体聚合物前体具有不大于 500cP的粘度。
39.如权利要求38所述的方法，其中该液体聚合物前体具有不大于IOOcP的粘度。
40.如权利要求35、36、37、38或39中任一项所述的方法，其中固化是在具有不大于 0. 25大气压的氧分压的真空下进行的。
41.如权利要求35、36、37、38、39或40中任一项所述的方法，其中固化是在至少50°C 的温度下热力地进行的。
42.如权利要求35、36、37、38、39、40或41中任一项所述的方法，其中浸润包括将该介 电层暴露于一个真空中。
43.如权利要求42所述的方法，其中该介电层在固化过程中被暴露于该真空中。
44.如权利要求42所述方法，其中该介电层被暴露于多个真空循环中，每个真空循环 具有不大于0. 25大气压的一个真空压力，随后是一次压力的增加。
45.如权利要求42所述的方法，其中该真空具有不大于0.25大气压的一个压力。
46.如权利要求35、36、37、38、39、40、41、42、43、44或45中任一项所述的方法，其中该 绝缘层包含形成连通孔隙性的孔隙，该方法进一步包括用包括液体聚合物前体的浸渍剂来 浸润该绝缘层，这样使得固化进一步致使固化的聚合物留下以存在于该绝缘层的这些孔隙 之中。
47.一种形成电子器件的方法，该方法包括提供限定了一个工作表面的一个静电卡盘，该静电卡盘包括(i) 一个绝缘层；(ii)覆 盖该绝缘层的一个导电层；(iii)覆盖该导电层的一个介电层，该介电层具有形成连通孔 隙性的孔隙；以及(iv)存在于该介电层的这些孔隙中的一种固化的聚合物浸渍剂；提供覆盖该工作表面的一个工件；提供跨接该静电卡盘以及该工件的一个电压以便将该工件维持在该工作表面附近；并且处理该工件以便形成一个电子器件。
48.如权利要求47所述的方法，其中处理包括在不大于约0.3大气压的低压力环境下 处理该工件。
49.如权利要求47或48中任一项所述的方法，其中处理包括一个刻蚀处理。
50.如权利要求47、48或49中任一项所述的方法，其中处理包括一个气相沉积处理。
51.如权利要求47、48、49或50中任一项所述的方法，其中该工件主要包括一块玻璃。
52.如权利要求47、48、49、50或51中任一项所述的方法，其中该工件是一个显示器部件。
全文摘要
一种静电卡盘包括一个绝缘层，覆盖该绝缘层的一个导电层，覆盖该导电层的一个介电层，该介电层具有形成连通孔隙性的孔隙，以及一种固化的聚合物浸渍剂，该浸渍剂存在于该介电层的这些孔隙之中。
文档编号H02N13/00GK101884161SQ200880118798
公开日2010年11月10日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月20日
发明者M·A·辛普森, M·阿布阿夫, S·W·英托 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司