靜電卡盤以及形成方法

專利名稱：靜電卡盤以及形成方法
技術領域：
本披露是針對于一種靜電卡盤(ESC)并且具體地是針對于在平板顯示器處理中 使用的靜電卡盤。
背景技術：
卡盤被用于支持晶片和基底而將它們在高溫和腐蝕處理室(如用于化學氣相沉 積、物理氣相沉積、或刻蝕的腔室)內保持在合適的位置中。已經開發了幾種主要類型的卡 盤。機械卡盤通過使用機械保持件將晶片穩定在一個支持面上。機械卡盤具有一個缺點是 它們經常由于施加在這些晶片上的不均勻的力而致使工件變形。因此，經常使晶片產生碎 屑或者另外受到損壞，從而導致低產率。真空卡盤通過將晶片與卡盤之間的壓力降低到工 作室的壓力之下來運行，由此保持該晶片。盡管由真空卡盤施加的力比由機械卡盤施加的 力更均勻，但令人希望的是改進的靈活性。在此方面，在半導體制造過程中在工作室中的壓 力傾向于較低，并且不可以總是施加足夠的力。近來，靜電卡盤(ESC)已被用于在一個處理室中保持工件。靜電卡盤通過利用工 件與電極(這些電極可以被嵌入靜電卡盤本體之中)之間的電壓差來工作、并且可以施加 比機械卡盤更均勻的力。廣義地講，存在兩種類型的ESC 單極型和雙極型。單極或平行板ESC包括一個單 一的電極并且依賴于處理室內使用的等離子體來形成第二“電極”并且提供必要的吸引力 以將基底在卡盤表面上保持在位。雙極或整合電極的ESC包括在卡盤本體內的兩個相反極 性的電極并且依賴于在這兩個電極之間產生的電場以便將工件保持在位。另外，在一個ESC中，晶片的卡緊可以是通過使用庫侖力或約翰遜-拉貝克(JR) 效應而實現的。利用JR效應的卡盤在電極與工件之間、具體地在半導電的或導電的工件中 使用一個電阻層。該電阻層具有一個特定的電阻率，典型地小于約IOltl歐姆-cm，以允許電 阻層內的電荷在運行過程中遷移。這就是說，在JR效應ESC的運行過程中，在電阻層內的 電荷遷移到卡盤的表面并且來自工件的電荷朝向底表面遷移，由此產生了必要的靜電吸引 力。相比之下，利用庫侖效應的ESC依賴于實質上作為電容器的一個板的嵌入電極以及作 為電容器的第二板的工件(或等離子體)、以及在這兩個板之間的一種介電材料。當一個電 壓被施加在工件和電極上時，該工件被吸引在該卡盤的表面上。盡管ESC中進行了多種改進，但是不同的工業繼續要求改進的性能，例如，處理 更大、更厚重的基底和工件的那些工業。值得注意的是，玻璃工業以及特別是平板顯示器 (FPD)工業正在快速行動以制造更大尺寸的顯示器。確實，目前所要求的是具有超過兩米乘 兩米尺寸的卡盤。通常在高溫以及腐蝕處理環境中處理更大工件的這種轉變對在處理過程 中所用的ESC提出進一步的要求。

發明內容
根據一個第一方面，一種靜電卡盤包括一個絕緣層，覆蓋該絕緣層的一個導電層，覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層具有形成連通孔隙性的孔隙，以及一種固化的聚合 物浸漬劑，該浸漬劑存在于該介電層的這些孔隙中。根據另一方面，一種用于形成靜電卡盤的方法包括提供一個絕緣層；形成覆蓋 該絕緣層的一個導電層，該導電層包括一種導電材料；并且形成覆蓋該導電層的一個介電 層，該介電層具有形成連通孔隙性的孔隙。該方法繼續用一種包括液體聚合物前體的浸漬 劑來浸潤該介電層，并且固化該浸漬劑，這樣使得固化的聚合物留下以存在于這些孔隙之 中。根據另一個方面，一種用于形成電子器件的方法包括提供限定了 一個工作表面的 一種靜電卡盤，該靜電卡盤包括(i) 一個絕緣層；(ii)覆蓋該絕緣層的一個導電層；(iii) 覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層具有形成連通孔隙性的孔隙；以及(iv)存在于該介 電層的這些孔隙中的一種固化的聚合物浸漬劑。該方法進一步要求提供覆蓋該工作表面的 一個工件、提供跨接該靜電卡盤和工件的電壓以便將該工件維持在該工作表面的附近，并 且處理該工件以形成一個電子器件。


通過參見附圖可以更好地理解本披露，并且使其許多特征和優點對于本領域技術
人員變得清楚。圖1是根據一個實施方案的靜電卡盤的截面圖示。圖2是展示根據一個實施方案的熱噴涂層的形貌的一個SEM顯微圖像。圖3展示了根據一個實施方案的多個構成層的一種結構。圖4是根據一個實施方案的靜電卡盤的截面圖示。圖5是表示經受刻蝕條件的浸漬劑保留的一個曲線圖。在不同附圖中使用相同的參考符號來表示相似的或相同的事項。
具體實施例方式參見圖1，展示了一個靜電卡盤102，它具有幾個構成層。靜電卡盤102包括支持 幾個層的一個基底104、一個絕緣層106、一個導電層108、以及一個介電層110。將基底104 提供用于這些覆蓋層的機械支持，并且可以是選自提供適當機械性能(如，剛度、韌度、以 及強度)并且能夠承受與形成覆蓋層相關聯的處理溫度的幾類材料中的任一種。某些實施 方案使用金屬合金，如，鐵、鎳或鋁的合金。鋁合金是特別適合的。盡管如圖1所示的實施方案包括一個基底，但是自支持式靜電卡盤可以省略這樣 一個結構。然而，在用于平板顯示器(FPD)工業中的大尺寸的靜電卡盤的背景下，通常一個 基底被用于提供一種適當的機械模板用于形成這些覆蓋層。絕緣層可以是基于陶瓷的，典型地呈現高阻值以阻止電荷從覆蓋的導電層108到 基底104(被稱作漏電流)的遷移。如在此所使用的，一個“基底”組成的說明總體上是指 占該層的至少50重量百分比的一種基底材料，典型地大于60重量百分比，如大于70或80 重量百分比。根據多個實施方案，該絕緣層可以具有不小于IO11歐姆-cm的體積電阻率，如 不小于約IO13歐姆-cm。該絕緣層可以具有大于約100微米的平均厚度，如大于約200微 米。典型地，該絕緣層的厚度被限制為如小于1500微米。用于形成絕緣層的陶瓷基底可以包括不同的金屬氧化物陶瓷，如含鋁的氧化物類、含硅的氧化物類、含鋯的氧化物類、含鈦 的氧化物類、含氧化釔的氧化物類、以及它們的組合或復合氧化物類。更確切地講，多個實 施方案可以使用一種選自下組的材料，該組的構成為氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、鈦酸鹽類、 以及硅酸鹽類(但是典型地不是硅土、SiO2)。根據本發明的多個實施方案，該絕緣層是一種沉積的涂層。沉積的涂層包括薄膜 和厚膜涂層。薄膜涂層總體上包括材料逐個原子地或逐個分子地、或通過到固體基底上離 子沉積的沉積作用。薄膜涂層總體上表示具有小于約1微米的額定厚度的涂層，并且最典 型地落在以下相當寬泛的類別之中物理氣相沉積涂層(PVD涂層)、以及化學氣相沉積涂 層(CVD涂層)、以及原子層沉積(ALD)。盡管沉積的涂層廣義地包括厚膜涂層和薄膜涂層二者，但是在此的多個實施方案 可以利用厚膜涂層，如熱噴涂的涂層，特別是考慮到構成層的質量和厚度的要求。熱噴涂包 括火焰噴涂、等離子體弧噴涂、電弧噴涂、爆炸噴槍噴涂、以及高速率氧/燃料噴涂。多個具 體的實施方案已經通過使用火焰噴涂技術沉積該層而形成，并且具體地講，使用Rokide 方法的火焰噴涂技術，該方法使用Rokide 火焰噴涂的噴涂單元。在這個具體的方法中， 將形成為桿的形狀的一種陶瓷材料以一種恒定的并且受控的供給速率送入一個Rokide 火焰噴涂單元中。這些陶瓷桿在該噴涂單元內通過與從氧和乙炔源中產生的火焰的接觸而 被熔化、被霧化、并且以高速度(如近似于170m/s)噴涂在基底表面上。陶瓷桿的具體構成 是基于介電和電阻特性進行選擇的。根據Rokide 方法，完全熔融的顆粒被噴涂到基底表 面上，并且噴涂單元被配置為使得顆粒直到它完全熔融才從該噴涂單元中投射出來。這些 顆粒的動能和高熱質量維持該熔融狀態直至到達基底。此外，該絕緣層可以是多孔的，特別是具有連通孔隙性，如在按體積計約2%到 10%的范圍內的孔隙度。在熱噴涂絕緣層的具體情況下，這個孔隙度可以是由對于熱噴涂 過程是特征性的激冷片形成體來限定的。具體地講，這些孔隙可以是連通的并且在這些激 冷片形成體之間延伸。在此方面，參見圖2，它示出了具有約5vol. %的孔隙度的熱噴涂的 氧化鋁層的SEM照片。如圖可見，孔隙被定義在這些激冷片形成體之間，并且這些孔隙是通 過沿著激冷片線延伸的溝道而連通的。導電層108還可以是如上所述的一個沉積涂層。某些實施方案要求一個厚膜沉積 處理，如印刷或噴涂(例如，熱噴涂)。如上述，在熱噴涂處理的背景下，可以使用等離子噴 涂或電線槍噴涂。與一個在下的熱噴涂的絕緣層相關聯，導電層108同樣令人希望的是熱 噴涂的。相對于絕緣層106，導電層108總體上是更薄的。根據一個實施方案，導電層108 具有不大于約100微米的平均厚度，如不大于約75微米，并且在某些情況下不大于約50微 米。在一個具體的實施方案中，導電層108具有在約10微米與約50微米之間的范圍內的
平均厚度。關于適合于形成導電層108的材料，總體上導電層108是由一種導電材料形成的， 特別是無機材料，如導電金屬或金屬合金。合適的金屬可以包括高溫金屬，如鈦、鉬、鎳、銅、 鎢、鐵、硅、鋁、貴金屬類以及它們的組合或合金類。在一個具體的實施方案中，導電層108 包括鉬、鎢或它們的一個組合。此外，具體的實施方案使用了一個導電層108，該導電層具有 不小于約25wt%的金屬，如不小于約50襯％的金屬。根據另一個實施方案，導電層108包括不小于約75wt%的金屬，如不小于約90wt%的金屬，并且即使在某些實例中，導電層108 是全部由金屬制成的。以上說明的金屬包括元素金屬類以及金屬合金類。導電層108可以是一種復合材料，并且這樣，除該導電材料之外，導電層108可以 包含多種助黏附劑。此類助黏附劑可以是無機材料。具體而言，合適的助黏附劑可以包括 基于氧化物的材料，如氧化釔、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵、氧化硅、鈦 酸鋇、氧化鉭、氧化鋇、或它們的復合氧化物。根據一個具體的實施方案，一種合適的助黏附 劑包含在下面的層和/或覆蓋層的材料種類。助黏附劑以小于約75vol%的量總體上存在于導電層108內。助黏附劑的量可以 是更小的，這樣使得導電層108包含不大于約50vol %，如約25vol %。在一個實施方案中， 導電層108是通過熱噴涂處理而形成的，在該處理過程中該助黏附劑材料同時配備有導體 材料(例如，金屬)。在一個具體的實施方案中，導電層108是通過使用復合粉末組合物的 噴涂處理而形成的，該復合粉末組合物包括導體材料和助黏附劑。關于導電層108的電學特性，根據一個實施方案的導電層108的薄層電阻是不大 于約IO6歐姆，如不大于約IO4歐姆。根據另一個實施方案，導電層108的薄層電阻是在約 IO1歐姆與約IO6歐姆之間的范圍內。進一步關于導電層108，它總體上是一個連續層，共形地沉積在絕緣層153或絕緣 層106上。根據一個實施方案，導電層108是一個基本上連續的材料層。為了清楚起見， “基本上連續”的說明是指用于吸引工件的表面的大部分是由一個導電表面覆蓋，該導電表 面在其內可以具有孔隙，這些孔隙的尺寸大致等于或小于介電厚度。這就是說，小的孔可以 存在于該層中，這可以出現在具有高百分比的助黏附劑的多個實施方案中，例如，這樣的孔 不會明顯地影響卡緊力。可替代地，導電層108可以形成兩個隔離的區域以便對應地形成如圖IG所示的一 個陰極區108a以及一個陽極區108b。另外，導電層108可以包括一個圖案，該圖案容納在 該層內并且通過這些層延伸的多個特征193，此類特征可以包括冷卻孔、用于協助松開卡盤 的穿孔、電氣接觸點、等等。值得注意的是，導電層108可以被圖案化為提供距離此類特征 的合適的間隔195。根據一個實施方案，此類間隔總體上大于約0. 5mm，如大于約1. 0mm、或 者甚至大于約2. 0mm。導電層108可以被配置為在到達絕緣層106的邊緣之前終止，該構造可以是有利 的以維持介電特性。這樣，導電層108可以是與該卡盤的邊緣相間隔的，這樣使得一個間距 191在該卡盤的邊緣與該導電層之間延伸并且延伸圍繞導電層108的周邊。這個間隔的平 均寬度可以總體上是大于約0. 5mm，如大于約1. 0mm、或者甚至大于約2. 0mm。轉到介電層，該介電層可以是同樣基于陶瓷的。此類基于陶瓷的材料包括金屬氧 化物類，包括含鋁的氧化物類、含硅的氧化物類、含鋯的氧化物類、含氧化釔的氧化物類、以 及絕緣的基于鈦的氧化物類。具體而言，介電材料可選自下組，其構成為氧化鋁、氧化鋯、 氧化釔、鈦酸鹽類、以及硅酸鹽類(不包括硅土)。介電材料可以是處于厚膜形式，它具有 不小于約50微米的厚度，如不小于約100微米、或不小于200微米。某些實施方案具有約 500微米的最大厚度。根據一個具體的特征，該介電材料是多孔的，具有形成連通孔隙性的 孔隙。這就是說，介電層具有一個孔隙網絡，它延伸進入并且通常貫穿介電層的本體的內 部，并且從介電材料的外部孔隙中是可接近的。該介電層的孔隙度水平可以改變，如不小于約Ivol %，通常不小于約2vol%。合適的孔隙度范圍可以是在約2vol. %到IOvol. %的范 圍內。該介電層中的這些孔隙的孔隙尺寸顯著地是精細的，總體上在納米范圍中。例如，該 介電層可以具有不大于約200nm的平均孔隙尺寸，如不大于約lOOnm。總體而言，最佳的卡緊特性可以是通過使用具有高介電常數(高k材料)的介電 材料(高k材料)來實現。這樣，介電常數k是總體上不小于約5，如不小于約10。多個實 施方案可以使用甚至更高的介電常數，如不小于約15、或者不小于約20。另外，在此的多個 實施方案提供了一個介電層，該介電層具有大于IOV/微米的每單位厚度的介電強度，并且 在某些情況下大于12V/微米、大于15V/微米、并且甚至大于20V/微米。根據本發明的多個實施方案，與絕緣層相似，該介電層是一種沉積的涂層。沉積的 涂層包括薄膜和厚膜涂層。然而，在此的多個實施方案總體上使用厚膜涂層，如熱噴涂涂 層，考慮到構成層的質量和厚度要求。熱噴涂包括火焰噴涂、等離子體弧噴涂、電弧噴涂、爆 炸噴槍噴涂、以及高速度氧/燃料噴涂。多個具體的實施方案已經通過使用火焰噴涂技術 沉積該層而形成，并且具體地講，使用如上所述的Rokide 方法的火焰噴涂技術。如上所述，與該絕緣層相關聯，這些熱噴涂介電層可以是以具有多個具體的激冷 片形成體為特征的，再次參照圖2。在熱噴涂介電層的情況下，這些孔隙存在于這些激冷片 形成體之間，并且沿著在單獨的激冷片形成體之間的激冷片線并且通過在激冷片本身中的 多個裂縫是彼此連通的。根據一個具體的發展，靜電卡盤102經受了一個浸潤處理。具體而言，用一種低粘 度的聚合物前體(如提供在液體載體中的寡聚體或單體組合物)對該靜電卡盤本體進行浸 潤。根據一個具體的特征，該聚合物前體具有一個希望的低粘度，從而能夠潤濕并且進入至 少該介電層(并且可選該絕緣層)的連通的細微的孔隙度的一個高程度的滲透。基于實際 的研究，該聚合物前體滲透該孔隙度的至少50vol %，如至少65vol %。如上所述，多個實施 方案可以具有一種特別精細的多孔結構，具有小于200nm的平均孔隙尺寸，如小于lOOnm。 因此，該聚合物前體的粘度典型地是不大于1000厘泊(cP)。總體上，該聚合物前體具有不 大于500cP的粘度，如不大于200cP。確實，具體的工作實例具有小于IOOcP并且甚至小于 50cP的粘度。根據下面提供的多個實例使用的聚合物前體具有近似于IOcP到30cP的粘 度。額外地，令人希望的是由液體聚合物前體形成的浸漬劑在溶劑揮發或蒸發、并且 固化時具有希望的低的收縮率。典型地，令人希望的是從液體前體狀態到固體固化的狀態 的收縮率是不大于20vol. %，如不大于15vol. %、或不大于10vol. %。降低的收縮率有 助于改進連通多孔結構的填充程度，從而留下最小化的開放的和未填充的空間。基于滲透 效率和收縮，典型地該孔隙體積的至少40vol% (如至少50vol%)被填充了固化的聚合 物浸漬劑。可以實現增強的填充，如在至少60vol%的級別，并且在某些實施方案中，至少 65vol%或70vol%。為了清楚起見，應注意的是以上提供的對于介電層的孔隙度信息對應 于孔隙體積百分比，忽略該浸漬劑含量，即在浸漬之前。對于介電材料與固化的聚合物浸漬 劑相結合進行調整的孔隙體積百分比當然是較低的。例如，具有4vol%的孔隙度、用浸漬劑 以60%的孔隙體積的加載水平進行浸潤的一個介電層將具有1. 6vol%的總的或復合的孔 隙度。以上內容是僅為了清楚的目的而提供的，并且除非另外陳述，孔隙體積百分比是指在 浸潤之前所形成的層。因此，在介電層的情況下，孔隙體積百分比的值是相對于介電陶瓷材料的，而不是介電層的總孔隙度。類似地，在絕緣層的情況下，孔隙體積百分比的值是相對 于絕緣陶瓷材料，而不是絕緣層的總孔隙度。液體聚合物前體可以是選自不同聚合物家族，包括丙烯酸酯類、氨基甲酸酯類以 及選定的環氧樹脂類。多個具體的實施方案使用低粘度的丙烯酸甲酯類。聚合物前體可 以是由光化輻射或熱固化的，盡管希望熱固化以便能夠完全固化液體聚合物前體的內部區 域，而這些內部區域是光化輻射不能達到的。浸潤可以是通過簡單涂覆開始的，如噴涂或刷涂、或者另外將靜電卡盤浸入液體 聚合物前體中。繼續的處理典型地包括將如此涂覆的或浸泡的靜電卡盤經受一個真空，由 此進一步增強孔隙滲透。真空環境可以改進陷入介電層中的空氣的移出。真空的使用可以 在固化之前完成，或者同時與固化一起完成，如在一個真空腔室中同時加熱如此涂覆的靜 電卡盤。可以進行多個泵送循環，在一個低壓力真空環境與大氣壓力之間循環以增強滲透。 典型的真空壓力是小于0. 25大氣壓的級別，如小于0. 1大氣壓。在熱固化的情況下，典型的熱固化溫度總體上超過40°C，如在50°C到250°C的范 圍內。熱固化停留時間可以在5小時以及以上的范圍內。典型地，令人希望的固化是通過 40個小時來實現的。典型的固化時間的期間從10小時延長到30個小時。取決于具體的固 化劑和聚合物系統，在固化的過程中可以將氧排空，以便進一步提高反應動能并且促進前 體的完全固化。氧分壓總體上保持在0. 05大氣壓之下，如小于0. 02大氣壓。參見圖4，展示了根據一個具體的實施方案的靜電卡盤的一個截面圖。該卡盤包 括一個基底204以及覆蓋基底204的一個絕緣層206。該靜電卡盤進一步包括覆蓋絕緣層 206的一個導電層208、以及覆蓋導電層208的介電層210。同樣如圖所示，一個工件302被 卡緊到靜電卡盤202的工作表面241上。這樣的一個工件可以是一個絕緣工件(如玻璃)， 并且具體地是被處理用于顯示器的一個玻璃板。進一步參照圖4，一個直流源317被連接到地線上。應注意的是，直流源317被連 接到導電層208上并且提供必要的偏壓以便在導電層205與工件302之間產生一個電容 器。應理解該卡緊力將要求在該處理室內使用等離子體或其他電荷源(如離子或電子槍) 對該工件的表面提供必要的導電路徑，以便產生吸引力而將工件302在該卡緊表面上保持 在位。應理解盡管圖2展示了這些層的一個截面視圖，但是在導電層208與冷卻溝道之 間提供的接觸點可以于在此提供的靜電卡盤內實現。總體而言，冷卻溝道通過提供用于冷 卻氣體通過靜電卡盤到達工件的后表面的路徑來調節工件的冷卻。此類冷卻溝道可以延伸 通過ESC的這些層，如從該基底通過到達頂表面。總體而言，冷卻氣體包括一種高導熱性的 非反應性氣體，如氦。本披露還提供一種用于形成電子器件的方法，該電子器件使用如在此說明的實施 方案中的靜電卡盤。在此，圖4所示的卡緊的工件組件被提供在處理室之內。該工件總體上 可以包括一種無機材料并且具體地是主要由玻璃相形成的，如基于硅酸鹽的玻璃。根據一 個實施方案，該工件是一種顯示器平板，旨在最后作為一個視頻顯示器的應用。此類視頻顯 示器可以包括液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器、電致發光顯示器、使用薄膜晶體管(TFT) 的顯示器，以及類似顯示器。其他工件可以包括半導體晶片，如基于硅的晶片。總體而言，該工件可以是大的，并且在某些情況下具有矩形的形狀(包括正方形)，其中長度和寬度尺寸不小于約0. 25m，如不小于約0. 5m或者甚至不小于約1. Om0該靜 電卡盤可以被類似地確定尺寸，并且確實具有一個工作表面，該工作表面具有一個總體上 矩形的輪廓并且具有不小于3m2的表面面積。工件的處理可以包括化學處理(如光刻以及化學處理)，并且更具體地可以包括 掩膜、刻蝕、或沉積處理、或所有此類處理的一個組合。在一個實施方案中，工件的處理包括 刻蝕，如等離子體刻蝕處理。根據另一個實施方案，工件的處理包括一個薄膜沉積處理，如 使用氣相沉積過程的處理、如化學氣相沉積(CVD)、以及具體地是一個等離子體輔助CVD處理。根據一個實施方案，工件的處理包括在該工件上形成多個電子器件，如晶體管、并 且更具體地講，該工件的處理包括形成一系列的晶體管、或晶體管的一個陣列，如TFT。這 樣，該工件可以進行多個掩膜、沉積以及刻蝕處理。此外，這樣的一個處理可以包括金屬、半 導體材料、以及絕緣材料的沉積。總體上，此類處理是在降低的壓力下進行的，并且根據一個實施方案，該工件的處 理是在不大于約0. 5大氣壓的壓力下完成的，如不大于約0. 3大氣壓，或不大于約0. 1大氣壓。實例下面的實例是基于試樣樣品以展示本發明的概念。應該理解商業樣品將會處于完 成的靜電卡盤的形式，具有用于使用的必要的特征。 實例1，對比樣品，未浸潤。將一側4cm的四個6061鋁正方體進行噴砂處理、用氧化鋁進行等離子噴涂達到 約500 μ m的厚度以提供約5%的孔隙度、并且然后用鎢在頂部上進行等離子噴涂達到約 50 μ m的厚度。這些樣品通過在鎢與基底鋁之間施加一個平穩增加的直流電壓并且監控電流而 進行測試。當電流超過2mA時，則認為發生了擊穿。表 1 擊穿電壓在變化，具有僅4. 9kV的平均值實例2，經浸潤的樣品按照實例1制備三個樣品，但是具有以下的添加部分。將HL-126丙烯酸脂單體 (獲自賓夕法尼亞州的波茨敦的Permabond有限責任公司)在噴涂之后涂到該表面上。使 用了寬裕的量，這樣使得該表面即使在大約一分鐘之后看起來是很好地潤濕的并允許用于液體浸透到這些孔隙中。這些樣品被放置在一個真空烤箱中，并且用氬后填充隨后進行幾 個蒸發循環。這是用于兩個目的驅使HL-126進一步進入這些孔隙中并且將氧(它抑制該 單體的固化)從烤箱中去除。樣品在120°C下固化約2個小時。然后將它們從烤箱中去除并且將鎢上的一個區 域是研磨干凈，這樣使得在鎢上可以建立電氣接觸。然后如在實例1中對這些樣品進行測 試，使用一個最大的施加電壓10kv。在任何情況下均未發生擊穿，從而表明平均擊穿電壓超過了 10kV。實例3，額外的表征浸潤處理的一個重要的屬性是浸漬劑不是通過等離子氣體去除的。已經意外地發 現浸漬劑在刻蝕條件下在一個長的時間內保持未受損壞。使用產生4%到5%孔隙度的一種處理用氧化釔對一組試樣進行等離子噴涂達到 100 μ m的厚度。它們用如在實例2中所述的HL-126進行浸潤。這些試樣用氧在300W、250毫托在延長的時間上在一臺March PM-600等離子灰化 器(加利福尼亞康科德的March等離子體系統有限公司)中進行刻蝕。浸漬劑的量是通過 監控器熒光強度來確定的。圖5示出了在一個短的起始瞬變之后(對應于從表面上去除HL-126)，浸漬劑在一 個延長周期的時間內保留在涂層的這些孔隙中。并不認為浸漬劑意外的保留是由于浸漬劑的材料特性(如由熒光的最初損失所 示它們相對容易地刻蝕)，但相反它是由等離子噴涂涂層的孔隙結構確定的。這些孔隙是如 此之細微和彎曲，以致等離子氣體不能夠得以滲透該化的浸漬劑而延伸進入氧化鋁層的本 體中以攻擊浸漬劑。實例4，甲基丙烯酸酯與環氧樹脂浸漬劑的比較。氧化釔和氧化鋁涂層二者都形成在鋁基底上用于進一步評估聚合物浸漬劑。氧化 釔涂層是使用一種氧化釔原料在以下條件下形成，該原材料具有在17微米到60微米范圍 內的顆粒尺寸600A的焊炬電流、25slm的氬氣流、3. 5slm的氫氣流、35slm的氦氣流、IOOmm 的間隔以及20g/min的送料速率。類似地，氧化鋁涂層是由一種原料在以下條件下形成的， 該原材料具有在15微米到38微米的顆粒尺寸600A的焊炬電流、35slm的氬氣流、13slm的 氫氣流、Oslm的氦氣流、IlOmm的間隔以及20g/min的送料速率。然后對不同涂層的基底進行涂層處理。在此，甲基丙烯酸酯HL126液體被施加在 氧化釔和氧化鋁涂層上。在整個樣品上產生一個真空，并且重復該施加和真空處理直到該 表面保持濕潤，這表明了完全浸潤進入該涂層之中。甲基丙烯酸酯在惰性環境中在140°C下 固化2. 5個小時，并且將涂層表面上的多余的甲基丙烯酸酯去除。環氧樹脂涂層是通過將該氧化釔和氧化鋁涂層的樣品預加熱到40°C并且將環氧 樹脂液體施加到該涂層表面上來進行的。在整個樣品上產生一個真空，并且重復該施加/ 真空處理直到該表面保持濕潤，這表明了完全浸潤進入該涂層之中。環氧樹脂在惰性環境 中在60°C下固化48個小時，并且在固化之后將多余的環氧樹脂去除。以下在表2中總結了 這些聚合物浸漬劑特性。表2浸漬劑特性
然后該如此涂覆和浸潤的樣品是以下在表3中所總結的為特征的。表3涂層特性 這些涂層厚度值是基于渦流分析的。涂層孔隙度是通過圖像分析而測定的。介電 強度和電阻率是分別根據ASTM D3755和ASTM D257而測定的。如上面所總結的，甲基丙烯酸酯和環氧樹脂樣品二者都示出了基底性能上的顯著 的改進，其特征為顯著增強的介電強度。然而，應注意的是，在較低溫度下固化的環氧樹脂 樣品表顯出降低的基底翹曲，并且像這樣對于多個特定的應用也許是令人希望的。額外地， 測試是在室溫下、基于溶劑的浸漬劑、特別是Dichtoll532而完成的。已經發現基于溶劑的 固化的浸漬劑總體上具有與溶劑的揮發相關聯的顯著的固化收縮率。已經發現此類浸漬劑 相對于熱固化的浸漬劑(如丙烯酸酯類和環氧樹脂類)僅提供介電強度的適度的改進。因 此，可熱固化的浸漬劑對于某些應用也許是特別有用的。如基于在此的本披露應該清楚的是，多個具體的實施方案是針對具有至少一個多 孔層的靜電卡盤，該多孔層具有形成連通孔隙性的孔隙。此層(總體上至少該介電層)包 含一種固化的聚合物浸漬劑，該浸漬劑出人意料地改進了該層的介電擊穿特性。上述途徑 是與為了合適的介電功能而集中在100%的密集層的現有技術的途徑直接相反的。不希望 被束縛于任何具體的理論，在此相信保留在連通孔隙性中的固化的浸漬劑降低了沿著內孔 隙表面的電荷流動(這有助于多孔介電材料的不良的介電特性)。此外，已經發現多個實施方案展示了改進的機械魯棒性，由于一個或多個多孔層 的使用(即使當用一個固化的聚合物浸漬劑浸潤時)是不太易于受基于感應的應力的故障 的影響，如由于在這個或這些層與一個在下面的基底之間的熱膨脹的不匹配。雖然已經在具體實施方案的背景中展示并說明了本發明，它并非旨在被限制于所 示出的細節，因為無需以任何方式背離本發明的范圍即可以進行不同的變更和代換。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產步驟。這樣，本領域的 普通技術人員使用不超出常規的實驗就可以想出對于在此披露的本發明的進一步的變更以及等效物，并且應當認為所有此類的變更和等效物都是在由以下權利要求所定義的本發 明的范圍之內。
權利要求
一種靜電卡盤，包括一個絕緣層；覆蓋該絕緣層的一個導電層；覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層包括形成連通孔隙性的孔隙；以及一種固化的聚合物浸漬劑，該浸漬劑存在于該介電層的這些孔隙的至少一部分之中。
2.如權利要求1所述的靜電卡盤，其中該介電層具有不小于的孔隙度。
3.如權利要求2所述的靜電卡盤，其中該介電層具有不小于2vol%的孔隙度。
4.如權利要求1所述的靜電卡盤，其中該介電層具有在約2vol%到10vol%的范圍內 的孔隙度。
5.如權利要求1、2、3或4之一所述的靜電卡盤，其中該介電層具有不大于200nm的平 均孔隙尺寸。
6.如權利要求5所述的靜電卡盤，其中該平均孔隙尺寸是不大于lOOnm。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層包括一個熱噴 涂的層，該熱噴涂的層具有多個激冷片形成體，這些孔隙是連通的并且在這些激冷片形成 體之間或通過存在于這些激冷片形成體中的裂縫而延伸。
8.如權利要求1、2、3、4、5、6或7中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層具有不小于 約5的一個介電常數。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層包括選自 下組的一種介電材料，該組的構成為含鋁的氧化物類、含硅的氧化物類、含鋯的氧化物類、 含鈦的氧化物類、含氧化釔的氧化物類、以及它們的組合或復合氧化物類。
10.如權利要求9所述的靜電卡盤，其中該介電材料選自下組，其構成為氧化鋁、氧化 鋯、氧化釔、鈦酸鹽類以及硅酸鹽類。
11.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層具 有不小于約100微米的平均厚度。
12.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層 具有不小于約IO11歐姆-cm的體積電阻率。
13.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一項所述的靜電卡盤，進一步包 括一個基底，該基底支持該絕緣層以及該覆蓋的導電和介電層，該基底包括一種金屬或金 屬合金ο
14.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中任一項所述的靜電卡盤，其中該 絕緣層包括選自下組的一種材料，該組的構成為含鋁的氧化物類、含硅的氧化物類、含鋯 的氧化物類、含鈦的氧化物類、含氧化釔的氧化物類、以及它們的組合或復合氧化物類。
15.如權利要求14所述的靜電卡盤，其中該材料選自下組，其構成為氧化鋁、氧化鋯、 氧化釔、鈦酸鹽類、與硅酸鹽類、以及它們的組合。
16.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中任一項所述的靜電卡盤， 其中該絕緣層包括形成連通孔隙性的孔隙，該絕緣層具有在約2vol%到10vol%的范圍內 的孔隙度。
17.如權利要求16所述的靜電卡盤，其中該絕緣層包括一種熱噴涂的層，該熱噴涂的 層具有多個激冷片形成體，這些孔隙是連通并且在這些激冷片形成體之間或通過存在于這些激冷片形成體中的多個裂縫而延伸。
18.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16 或 17 中任一項所述的靜 電卡盤，其中該絕緣層具有在約50微米到1500微米的范圍內的平均厚度。
19.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17 或 18 中任一項所述的 靜電卡盤，其中該導電層包括不大于約IO6歐姆的薄層電阻。
20.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18 或 19 中任一項所 述的靜電卡盤，其中該導電層包括選自下組金屬的一種金屬，該組的構成為鈦、鉬、鎳、銅、 鎢、硅、以及鋁、貴金屬類以及它們的組合和金屬合金類。
21.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20中任一項 所述的靜電卡盤，其中該導電層具有不大于約100微米的平均厚度。
22.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20 或 21 中任 一項所述的靜電卡盤，其中該靜電卡盤具有不小于約3m2的表面面積。
23.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21或22中 任一項所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑是選自下組，其構成為丙烯酸酯類、 氨基甲酸酯類、以及環氧樹脂類。24.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20、21、22或23中任一項所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑包 括環氧樹脂。
24.
25.如權利要求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中任一項所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑包括一種熱固化的聚合物。
26.如權利要求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中任一項所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑在固化時具有不大于 20vol%的體積收縮。
27.如權利要求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中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層具有大于IOV/微米的每單位厚度 的介電強度。
28.如權利要求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中任一項所述的靜電卡盤，其中該介電層具有大于約12V/微米的每單位 厚度的介電強度。
29.如權利要求28所述的靜電卡盤，其中該介電層具有大于15V/微米的每單位厚度的 介電強度。
30.如權利要求29所述的靜電卡盤，其中該介電層具有大于20V/微米的每單位厚度的 介電強度。
31.如權利要求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中任一項所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑占據 該介電層的總的孔隙體積的至少40vol%。
32.如權利要求31所述的靜電卡盤，其中該固化的聚合物浸漬劑占據該介電層的總的 孔隙體積的至少50vol%。
33.一種靜電卡盤，包括一個絕緣層；覆蓋該絕緣層的一個導電層；覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層包括形成連通孔隙性的孔隙，其中該介電層具 有大于IOV/微米的每單位厚度的介電強度。
34.一種靜電卡盤，包括一個絕緣層；覆蓋該絕緣層的一個導電層；覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層具有不小于2vol%的孔隙度，其中該介電層具 有大于IOV/微米的每單位厚度的介電強度。
35.一種形成靜電卡盤的方法，該方法包括提供一個絕緣層；形成一個導電層，該導電層包括覆蓋該絕緣層的一種導電材料；形成覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層包括形成連通孔隙性的孔隙；用包括液體聚合物前體的一種浸漬劑來浸潤該介電層；并且固化該浸漬劑，這樣使得固化的聚合物留下以存在于這些孔隙的至少一部分之中。
36.如權利要求35所述的方法，其中該固化的聚合物浸漬劑是選自下組，其構成為丙 烯酸酯類、氨基甲酸酯類、以及環氧樹脂類。
37.如權利要求36所述的方法，其中固化的聚合物浸漬劑包括環氧樹脂。
38.如權利要求35、36或37中任一項所述的方法，其中該液體聚合物前體具有不大于 500cP的粘度。
39.如權利要求38所述的方法，其中該液體聚合物前體具有不大于IOOcP的粘度。
40.如權利要求35、36、37、38或39中任一項所述的方法，其中固化是在具有不大于 0. 25大氣壓的氧分壓的真空下進行的。
41.如權利要求35、36、37、38、39或40中任一項所述的方法，其中固化是在至少50°C 的溫度下熱力地進行的。
42.如權利要求35、36、37、38、39、40或41中任一項所述的方法，其中浸潤包括將該介 電層暴露于一個真空中。
43.如權利要求42所述的方法，其中該介電層在固化過程中被暴露于該真空中。
44.如權利要求42所述方法，其中該介電層被暴露于多個真空循環中，每個真空循環 具有不大于0. 25大氣壓的一個真空壓力，隨后是一次壓力的增加。
45.如權利要求42所述的方法，其中該真空具有不大于0.25大氣壓的一個壓力。
46.如權利要求35、36、37、38、39、40、41、42、43、44或45中任一項所述的方法，其中該 絕緣層包含形成連通孔隙性的孔隙，該方法進一步包括用包括液體聚合物前體的浸漬劑來 浸潤該絕緣層，這樣使得固化進一步致使固化的聚合物留下以存在于該絕緣層的這些孔隙 之中。
47.一種形成電子器件的方法，該方法包括提供限定了一個工作表面的一個靜電卡盤，該靜電卡盤包括(i) 一個絕緣層；(ii)覆 蓋該絕緣層的一個導電層；(iii)覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層具有形成連通孔 隙性的孔隙；以及(iv)存在于該介電層的這些孔隙中的一種固化的聚合物浸漬劑；提供覆蓋該工作表面的一個工件；提供跨接該靜電卡盤以及該工件的一個電壓以便將該工件維持在該工作表面附近；并且處理該工件以便形成一個電子器件。
48.如權利要求47所述的方法，其中處理包括在不大于約0.3大氣壓的低壓力環境下 處理該工件。
49.如權利要求47或48中任一項所述的方法，其中處理包括一個刻蝕處理。
50.如權利要求47、48或49中任一項所述的方法，其中處理包括一個氣相沉積處理。
51.如權利要求47、48、49或50中任一項所述的方法，其中該工件主要包括一塊玻璃。
52.如權利要求47、48、49、50或51中任一項所述的方法，其中該工件是一個顯示器部件。
全文摘要
一種靜電卡盤包括一個絕緣層，覆蓋該絕緣層的一個導電層，覆蓋該導電層的一個介電層，該介電層具有形成連通孔隙性的孔隙，以及一種固化的聚合物浸漬劑，該浸漬劑存在于該介電層的這些孔隙之中。
文檔編號H02N13/00GK101884161SQ200880118798
公開日2010年11月10日 申請日期2008年12月18日 優先權日2007年12月20日
發明者M·A·辛普森, M·阿布阿夫, S·W·英托 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司