一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层、制备方法及应用与流程

本申请涉及半导体制造工艺中陶瓷涂层，具体涉及一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层、制备方法及应用。

背景技术：

1、在半导体制造领域，静电吸盘（electrostatic chuck，esc）是用于固定晶圆的关键设备。在设计和使用静电吸盘时，确保高度的温度均匀性是提高晶圆加工效率和质量的关键因素之一。

2、库伦型静电吸盘主要由导电基底（如铝）、覆盖的介电层（通常为氧化铝）和电极层构成。介电层的质量和均匀性对吸盘的整体性能和晶圆加工精度起着至关重要的作用。

3、在库伦型静电吸盘的发展过程中，热喷涂型静电吸盘逐渐显现出其成本优势。该类型的静电吸盘采用热喷涂技术，依次在铝基底上喷涂氧化铝介电层、钨电极层，再覆盖一层氧化铝介电层。

4、在现有的热喷涂型静电吸盘中，为了改善热管理和温度分布，多数优化集中在氦气孔的分布、沟槽设计及液冷道的构建上。这些优化旨在通过控制氦气的流动和提供有效的冷却通道，实现晶圆表面温度的均匀分布。然而，这些传统方法虽然在一定程度上改善了热管理，但仍存在提升空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层、制备方法及应用，通过按比例混合特定原料组分，制备得到高固含量40-60wt%的氧化铝悬浮液，再将氧化铝悬浮液注入闪沸雾化喷嘴中采用等离子喷涂于静电吸盘的表面，同时静电吸盘内设有均匀分布的位于外圈的第一氦气孔和位于外圈的第二氦气孔，解决了现有技术中存在的上述问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

3、一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，

4、称取原料30~60wt%氧化铝粉、1.3~2.3wt%分散剂和38.7~67.7wt%溶剂混合均匀，以获得混合浆料；

5、将混合浆料依次分散、过筛后注入雾化喷嘴对静电吸盘表面进行等离子喷涂，获得多孔氧化铝陶瓷涂层。

6、优选地，所述氧化铝粉的粒径为1-2μm，纯度>99.999%；

7、所述分散剂为isobam-104和聚丙烯酸铵的混合物；

8、所述溶剂为乙醇或者乙醇与水的混合物。

9、优选地， 所述isobam-104的固含量为0.3~1wt%，所述聚丙烯酸铵的固含量为0.3~2wt%；所述溶剂为乙醇与水的混合物时，乙醇与水的体积比为1：1。

10、优选地，使用球磨机对所述混合浆料进行分散，球料比为1:3~1：5，球磨时间为4~6h，球磨机转速为300~400rpm。

11、优选地，所述雾化喷嘴为闪沸雾化喷嘴。

12、闪沸雾化喷嘴的工作原理如下：

13、高压液体输入：液体在进入喷嘴之前首先被加压。

14、快速压力释放：当加压的液体通过喷嘴时，它会经历快速的压力下降。

15、闪沸现象：由于压力急剧下降，液体中的一部分会瞬间蒸发（闪沸），导致液体体积急剧膨胀。

16、雾化效果：闪沸导致的膨胀使液体破碎成细小的液滴，实现了高效的雾化。

17、控制和优化：通过调整压力、温度和喷嘴设计，可以优化雾化的效果，以适应不同的应用需求。

18、在等离子喷涂（如悬浮液等离子喷涂）中，闪沸雾化可以帮助更有效地将高固含量的悬浮液转化为微细颗粒，从而改善涂层的质量。该闪沸喷嘴的选择基于其能够提供更细小液滴和更均匀的雾化效果，特别适用于高粘度和高固含量的氧化铝悬浮液。闪沸雾化技术通过高压力和快速压力释放来实现液体的微细雾化，从而优化涂层的均匀性和附着力。

19、优选地，所述等离子喷涂的喷涂参数为：功率30~70kw；喷涂距离100~150mm；雾化压力0.8mpa。

20、一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层，原料包括30~60wt%氧化铝粉、0.3~1wt% isobam-104和0.3~2wt%聚丙烯酸铵的混合物、乙醇或者乙醇与水的混合物；乙醇与水的体积比为1:1。

21、优选地，采用上述的一种多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法制备获得。

22、一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的应用，用于多孔陶瓷静电吸盘表面的等离子喷涂，所述多孔氧化铝陶瓷涂层采用上述的一种多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法制备获得。

23、优选地，所述静电吸盘包括铝基体，所述铝基体的表面从下至上依次为等离子喷涂的氧化铝涂层、钨电极层和等离子喷涂的多孔氧化铝陶瓷涂层，所述铝基体内设有均匀分布的第一氦气孔和第二氦气孔，所述第一氦气孔和第二氦气孔的下方设有氦道，所述第一氦气孔位于铝基体外圈并贯穿铝基体的顶部、氧化铝涂层和钨电极层，所述第二氦气孔位于铝基体的内圈并依次贯穿铝基体的顶部、氧化铝涂层和钨电极层。

24、本发明的有益效果为：本发明氧化铝陶瓷涂层的制备使用特定含量的氧化铝、两种不同组分的分散剂以及溶剂作为原料组分，采用闪沸雾化喷嘴进行氧化铝悬浮液的注入及等离子喷涂，制备方法简便、适用于喷涂高固含量的氧化铝悬浮液，生产效率高、适用于大规模生产。

25、本发明的氧化铝陶瓷涂层应用于静电吸盘的表面，使静电吸盘具有均匀的孔隙分布，改善了静电吸盘中氦气的均匀分布，从而提高晶圆加工的温度均匀性和品质，提高了静电吸盘的使用效率。

技术特征：

1.一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，称取原料30~60wt%氧化铝粉、1.3~2.3wt%分散剂和38.7~67.7wt%溶剂混合均匀，以获得混合浆料；

2.根据权利要求1所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化铝粉的粒径为1-2μm，纯度>99.999%；

3.根据权利要求2所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述isobam-104的固含量为0.3~1wt%，所述聚丙烯酸铵的固含量为0.3~2wt%；所述溶剂为乙醇与水的混合物时，乙醇与水的体积比为1：1。

4.根据权利要求2所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，使用球磨机对所述混合浆料进行分散，球料比为1:3~1:5，球磨时间为4~6h，球磨机转速为300~400rpm。

5.根据权利要求2所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述雾化喷嘴为闪沸雾化喷嘴。

6.根据权利要求2所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂的喷涂参数为：功率30~70kw；喷涂距离100~150mm；雾化压力0.8mpa。

7.一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层，其特征在于，采用权利要求1~6任一项所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法制备获得，原料包括30~60wt%氧化铝粉、0.3~1wt% isobam-104和0.3~2wt%聚丙烯酸铵的混合物、乙醇或者乙醇与水的混合物；乙醇与水的体积比为1:1。

8.一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的应用，其特征在于，用于多孔陶瓷静电吸盘表面的等离子喷涂，所述多孔氧化铝陶瓷涂层采用权利要求1~6任一项所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的制备方法制备获得。

9.根据权利要求8所述的一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层的应用，其特征在于，所述静电吸盘包括铝基体，所述铝基体的表面从下至上依次为等离子喷涂的氧化铝涂层、钨电极层和等离子喷涂的多孔氧化铝陶瓷涂层，所述铝基体内设有均匀分布的第一氦气孔和第二氦气孔，所述第一氦气孔和第二氦气孔的下方设有氦道，所述第一氦气孔位于铝基体外圈并贯穿铝基体的顶部、氧化铝涂层和钨电极层，所述第二氦气孔位于铝基体的内圈并依次贯穿铝基体的顶部、氧化铝涂层和钨电极层。

技术总结本申请涉及半导体制造工艺中陶瓷涂层技术领域，具体涉及一种用于静电吸盘的多孔氧化铝陶瓷涂层、制备方法及应用。本发明公开了称取原料30~60wt%氧化铝粉、1.3~2.3wt%分散剂和38.7~67.7wt%溶剂混合均匀，获得混合浆料；将混合浆料依次分散、过筛后，获得固含量为40~60wt%的氧化铝悬浮液；将氧化铝悬浮液注入雾化喷嘴对静电吸盘表面进行等离子喷涂，获得多孔氧化铝陶瓷涂层。本发明的氧化铝陶瓷涂层具有均匀的孔隙分布，改善了静电吸盘中氦气的均匀分布，从而提高晶圆加工的温度均匀性和品质，提高了静电吸盘的使用效率。技术研发人员：柴杰,王力潇受保护的技术使用者：成都超纯应用材料有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27