CN101110382B - 静电卡盘加热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了载置于衬底载置面上的衬底的高温下的解吸应答性优异的静电卡盘加热器。该静电卡盘加热器的特征是，在氧化铝烧结体(41)的上面和下面分别涂布含有粘合剂的导电糊(43、45)，分别印刷静电电极和加热器电极，然后对该氧化铝烧结体(41)进行煅烧，在静电电极上侧配置氧化铝粉末(49)，在加热器电极下侧配置氧化铝粉末(47)的状态下，将这些氧化铝粉末(47、49)和氧化铝烧结体(41)加压成形，进行加压烧成，形成基体，将电介质层中的静电电极附近的导电性物质的扩散面积率设定为0.25％以下。

Description

静电卡盘加热器

技术领域

本发明涉及库仑式静电卡盘加热器。

背景技术

一直以来，制造半导体等时使用库仑式静电卡盘加热器。

该静电卡盘加热器由下列部件构成：由陶瓷构成的基体、设置于该基体内部的静电电极和加热器电极、连接于这些静电电极和加热器电极的供电部件、以及各种外围部件(例如参照专利文献1)。并且，基体的上面形成载置晶片等衬底的衬底载置面。于是，从所述静电电极到衬底载置面的部分形成电介质层，从静电电极到加热器电极的部位形成衬底层，从加热器电极到基体的下面的部分形成支持层。

作为构成该静电卡盘加热器的基体的制造方法，例如采用以下的方法。该制造方法是，将构成静电卡盘加热器的基体上下颠倒地配置而形成。即，通常的静电卡盘加热器，是按照从上侧开始依次为电介质层、衬底层和支持层的顺序配置的。但是，制造时，在最下侧配置电介质层，在电介质层上形成衬底层，在该衬底层上形成支持层，这样制成基体后，将基体上下颠倒地配置。以下，简单地说明制造步骤。

首先，准备作为电介质层的板状的第1氧化铝烧结体、作为衬底层的生坯片和作为支持层的第2氧化铝烧结体。其中的第1氧化铝烧结体和第2氧化铝烧结体是采用热压成形来制作的。

接着，将所述第1氧化铝烧结体上下颠倒地配置，以第1氧化铝烧结体的背面为上侧，在该背面的上侧形成静电电极。然后，在静电电极之上形成生坯片，在该生坯片之上形成加热器电极，在该加热器电极的上侧配置第2氧化铝烧结体。然后，一边在上下方向上对这些第1氧化铝烧结体、生坯片和第2氧化铝烧结体加压，一边通过热压烧成来进行一体化，由此制作基体。最后，在基体上安装供电部件和外围部件，制成静电卡盘加热器。

专利文献1：特开平11-12053号公报

发明内容

但是，在上述以往的静电卡盘加热器中，由于构成电介质层和支持层的部位是将氧化铝烧结体烧成2次而形成的，因此氧化铝烧结体中的晶体粒子的粒径往往变得粗大。所以，用作库仑式静电卡盘加热器时，电介质层的体积电阻率降低，虽然在常温下没有问题，表现出衬底的解吸应答性，但在高温下在基体上面载置的衬底的解吸应答性恶化。

因此，本发明的目的是，提供在高温下衬底解吸应答性也很好的静电卡盘加热器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种静电卡盘加热器，该静电卡盘加热器具有：由氧化铝烧结体构成的基体、埋设于该基体的上部侧的含有导电性物质的静电电极、埋设于基体的下部侧的含有导电性物质的加热器电极，所述的基体由从静电电极到基体上面的电介质层、从静电电极到加热器电极的衬底层以及从加热器电极到基体下面的支持层构成，其特征在于，在成为所述衬底层的氧化铝烧结体的上面涂布含有粘合剂的导电糊，印刷静电电极，在其下面印刷加热器电极，对该氧化铝烧结体进行煅烧，然后，通过在静电电极的上侧和加热器电极的下侧配置氧化铝粉末的状态下，将这些氧化铝粉末和氧化铝烧结体加压成形，进行加压烧成，使所述电介质层中的静电电极附近的所述导电性物质的扩散面积率为0.25％以下。

发明效果

本发明的静电卡盘加热器具有以下效果。

1)由于成为电介质层的部位是仅对氧化铝粉末进行1次烧成而形成的，因而可以抑制晶体粒子变得粗大。所以，可以保持电介质层的高体积电阻率，用来作为库仑式静电卡盘加热器时，高温时衬底的解吸应答性提高。

2)由于通过对氧化铝粉末加压成形后进行加压烧成而形成基体中的成为电介质层的部位，因此，烧成过程中，静电电极中的导电性物质可能以导电糊中的粘合剂为媒介扩散到氧化铝粉末中。但是，本发明中，由于对成为衬底层的氧化铝烧结体进行了煅烧，通过该煅烧，使导电糊中的粘合剂消散。这样，使得静电电极中的导电性物质不会向氧化铝粉末中扩散，可以防止电介质层的体积电阻率降低。并且，用来作为库仑式静电卡盘加热器时，由于高温时的衬底的解吸应答性提高，非常适合用作静电卡盘加热器。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的静电卡盘加热器的平面图。

图2是图1的A-A线的截面图。

图3是表示制作本实施方式的静电卡盘的基体的步骤的截面图，其中，(a)是在氧化铝烧结体的两面涂布了导电糊的截面图，(b)是在氧化铝烧结体的两面侧配置了氧化铝粉末的截面图，(c)是对这些氧化铝烧结体和氧化铝粉末加压、烧成的截面图。

图4是本发明例2的电介质层和衬底层的边界附近的放大150倍的电子显微镜照片(SEM照片)。

图5是比较例1的电介质层和衬底层的边界附近的放大150倍的电子显微镜照片(SEM照片)。

图6是对图4进行两值化的图像数据，表示电介质层中的300μm×850μm范围的碳化钨粒子的扩散程度。

图7是对图5进行两值化的图像数据，表示衬底层中的300μm×850μm范围的碳化钨粒子的扩散程度。

图8是表示煅烧温度与200℃下衬底的解吸应答时间的关系的曲线图。

图9是表示W粒子的扩散距离与200℃下衬底的解吸应答时间的关系的曲线图。

符号说明

1……静电卡盘加热器

3……基体

5……静电电极

9……衬底载置面(基体上面)

11……电介质层

23……下面(基体下面)

29……衬底层

31……支持层

41……氧化铝烧结体

47、49……氧化铝粉末

具体实施方式

以下，对本发明的具体实施例进行说明。

<静电卡盘>

图1是表示本发明的实施方式的静电卡盘加热器的平面图，图2是图1中沿A-A线的截面图。

如图1、图2所示，本发明的实施方式的静电卡盘1具备：由氧化铝烧结体构成的基体3、埋置于该基体3中的上部侧的静电电极5、以及埋置于基体3的下部侧的加热器电极7。在本实施方式中，是对设置有加热器电极7的静电卡盘加热器进行说明，不过，本发明也适用于不具备该加热器电极7的静电卡盘。

<基体>

如图1和图2所示，所述的基体3形成大致圆盘形，基体3的上表面(正面)形成载置晶片等衬底的衬底载置面9。另外，基体3中从静电电极5到衬底载置面9的部位形成电介质层11，从静电电极5到加热器电极7的部分形成衬底层29，从加热器电极7到基体下表面23的部位形成支持层31。这些电介质层11、衬底层29和支持层31形成一体。

<静电电极>

如图1、图2所示，在基体3的上部侧埋置有直径比基体3的外径小的圆板状的静电电极5。该静电电极5含有钨或碳化钨。静电电极5，可以通过印刷含有作为导电性物质的钨的金属粉末或碳化物的导电糊来形成。另外，静电电极5的形状不限于圆板，也可以形成网状、梳形、圆形等。其中，在电介质层11中的静电电极5的附近，如后面所述，静电电极5所含的导电性物质(例如钨或碳化钨)的粒子的扩散面积率为0.25％以下。

另外，如图2所示，在基体3的中心部，穿设有从基体3的下表面23向上方延伸的容纳孔15，该容纳孔15内配设有静电电极用供电部件21。该静电电极用供电部件21的上端，以连接部件19为媒介与静电电极5连接，当以连接部件19为媒介从静电电极用供电部件21向静电电极5施加电压时，基体3的电介质层11上产生静电吸引力(库仑力)，晶片等衬底被吸附在基体3的衬底载置面9上。其中，静电电极用供电部件21的上端，也可以不以连接部件19为媒介，直接与静电电极5连接。

<加热器电极>

加热器电极7也可以使用涂布、印刷导电糊的物质。导电糊包含钨或碳化钨的粉末以及粘合剂。

另外，如图2所示，加热器电极7配置于基体3的下部侧，具体地说是在静电电极5的下侧。而且，穿设有从基体3的下表面23向上方延伸的容纳孔17，该容纳孔17内配设有加热器电极用供电部件25。该加热器电极用供电部件25的上端，以连接部件27为媒介与加热器电极7连接，当以连接部件27为媒介从加热器电极用供电部件25向加热器电极7施加电压时，加热器电极7加热，向载置于衬底载置面9上的衬底供热。其中，加热器电极用供电部件25的上端，也可以不以连接部件27为媒介，直接与加热器电极7连接。

<静电卡盘的制造方法>

利用图3对本实施方式的静电卡盘加热器的制造步骤进行说明。

氧化铝烧结体的制作及煅烧

首先，如图3(a)所示，制作构成基体3的衬底层29的氧化铝烧结体41，通过在该氧化铝烧结体41的正面(上表面)和背面(下表面)上涂布导电糊43、45，在氧化铝烧结体41的正面形成静电电极5，在其背面形成加热器电极7。

形成静电电极5的导电糊43，含有作为导电性物质的钨(W)或碳化钨(WC)的粉末和粘合剂。

因此，通过对涂布了导电糊43、45的氧化铝烧结体41进行煅烧，使导电糊43、45中的粘合剂散发到外部大气中。煅烧是在惰性气体或真空等导电性物质不被氧化的非氧化气氛中进行。

氧化铝粉末的加压成形及烧成

氧化铝粉末的制备方法例如可以按以下所述进行。作为陶瓷原料粉，使用高纯度(例如99.7％)的氧化铝粉末和作为烧结助剂的MgO原料粉。在该陶瓷原料粉中添加粘合剂聚乙烯醇(PVA)、水和分散剂等，通过球磨混合规定时间(例如16小时)，制作浆料。其中，PVA的混合量例如可以是2wt％。使用喷雾干燥机对得到的浆料进行喷雾干燥，造粒，得到氧化铝粉末。

接着，如图3(b)所示，将氧化铝粉末47容纳在图外的金属模具内，在该氧化铝粉末47上载置所述的涂布了导电糊43、45的氧化铝烧结体41，在该氧化铝烧结体41上容纳氧化铝粉末49。这样，在氧化铝烧结体41的两面侧配置了氧化铝粉末47、49，在该状态下，如图3(c)所示，以压力P对氧化铝粉末47、49和氧化铝烧结体41加压，形成氧化铝成形体51，然后，在非氧化气氛中进行加压烧成。通过该加压烧成，可以将氧化铝成形体51制成氧化铝烧结体。

然后，用金刚石砂轮对氧化铝烧结体表面进行平面磨削加工，调整氧化铝烧结体的厚度。进而，通过磨削氧化铝烧成体的侧面，并且进行必要的钻孔加工，完成静电卡盘加热器1的基体3。

这里，在本实施方式中，优选通过预先在450℃以上的温度下和氧化气氛中对氧化铝粉末47、49进行煅烧，使氧化铝粉末47、49中的粘合剂消散。其中，煅烧的上限温度优选是1400～1500℃。温度高于1500℃的话，铝烧结体中伴随着烧结可能发生变形等。

根据本发明的实施方式，可以得到以下效果。

1)由于成为电介质层11的部位是仅通过对氧化铝粉末49进行1次烧成而形成的，因此可以抑制晶体粒子的粗大化。所以，可以保持电介质层11的高体积电阻率，用来作为库仑式静电卡盘加热器时，高温下衬底的解吸应答性提高。

2)由于成为基体3的电介质层11的部位是通过将氧化铝粉末49加压成形后进行烧成而形成的，因此，在烧成过程中，静电电极5中的导电性物质(钨或碳化钨)有可能通过导电糊43中的粘合剂扩散到氧化铝粉末49中。但是，本发明中，由于对印刷了导电糊的氧化铝烧结体41进行了煅烧，通过该煅烧，使导电糊43中的粘合剂飞散或消散。这样，静电电极5中的导电性物质就不会扩散到氧化铝粉末49中，可以防止电介质层11的体积电阻率降低。用来作为库仑式静电卡盘加热器1时，高温下的电介质层的体积电阻率高，因而衬底的解吸应答性提高，非常适合用作静电卡盘加热器1。

3)在本实施方式中，在基体3中配设了静电电极5和加热器电极7。其中，在基体3中沿上下方向形成了用于插通升降销的贯通孔。在这种场合，与基体3的贯通孔相对应，还必须在静电电极5和加热器电极7上另外设置贯通孔。

如果按照现有技术，是对多个氧化铝烧结体或生坯片加压进行基体成形，因此，难以将静电电极5和加热器电极7对位。例如，在两电极5、7中形成贯通孔在场合，为了确保基体3中设置的贯通孔与静电电极5和加热器电极7中设置的贯通孔的绝缘距离，需要考虑两电极的孔位置的位置偏移，使电极5、7的贯通孔的直径增大。即，不能形成静电电极5和加热器电极7的区域变大，因此静电吸引力或发热密度不均匀。

但是，根据本实施方式，在1个氧化铝烧结体41的正面和背面印刷静电电极5和加热器电极7而形成，因而静电电极5和加热器电极7的对位变得非常容易，可以使绝缘距离非常小，例如0.5毫米～1毫米。因此，静电吸附力更加均一，并且，加热器电极密度提高，加热器的均热性也提高了。

4)以往，在烧成氧化铝烧结体的过程中，静电电极5中所含的导电性物质(W或WC)有可能以粘合剂为媒介扩散到氧化铝粉末49中。这时，电介质层11的实质性的体积电阻率减少，衬底的解吸应答性下降，或者，在电介质层11的厚度较薄的场合发生破坏绝缘，因此必须增大电介质层11的厚度。电介质层11较厚时，需要提高外加电压，难以进行控制。但是，根据本实施方式，对印刷了导电糊的氧化铝烧结体进行了煅烧，因此导电糊43内的粘合剂消失到外部大气中。这样，可以防止导电性物质以粘合剂为媒介扩散到氧化铝粉末49中，因此，电介质层11的体积电阻率实质性地提高，解吸应答性提高。另外，这样可以形成厚度很薄的电介质层11，例如0.1～0.2mm，可以降低外加电压。

5)另外，只要预先在氧化性气氛中、450℃以上的温度下对氧化铝粉末47、49进行煅烧，可以使氧化铝粉末47、49中的粘合剂消散。通过在成形中使用该煅烧的氧化铝粉末，可以进一步抑制导电糊43、45中的导电性物质的扩散。

实施例

下面，利用实施例对本发明进行具体说明。

实施例1

首先，作为实施例1，在氧化铝烧结体的两面形成静电电极和加热器电极，在该氧化铝烧结体的两面侧配置氧化铝粉末，对这些氧化铝粉末和氧化铝烧结体加压，进行烧成。以下，参照表1进行详细说明。

表1

本发明例1

首先，制作构成衬底层29的氧化铝烧结体。使氧化铝烧结体中的碳含量为0.1wt％以下。并且，相对密度为98％以上，纯度为95％以上。其中，烧结时，可以在常压下进行，也可以使用热压，本实施例中采用热压制作氧化铝烧结体。

接着，在氧化铝烧结体的正面和背面，印刷静电电极和加热器电极。具体来说，将含有碳化钨(WC)粉末和粘合剂的浆料涂布在氧化铝烧结体的两面，使其干燥。

然后，在非氧化性气氛中、450℃的温度下对涂布了浆料的氧化铝烧结体进行煅烧，使浆料中的粘合剂发散。

随后，将氧化铝粉末容纳在金属模内，在该氧化铝粉末上载置所述氧化铝烧结体，在该氧化铝烧结体上容纳氧化铝粉末，在该状态下，对氧化铝粉末和氧化铝烧结体加压成形，从而制成氧化铝成形体。

最后，利用热压(在1600℃温度下保持2小时)，对该氧化铝成形体进行加压烧成，从而制成本发明例1的基体。

本发明例2

本发明例2为，对于上述的本发明例1的基体，将上述煅烧温度改为1000℃，除了煅烧温度外，按照与本发明例1同样的方法进行制作。

比较例1

首先，采用热压制作构成电介质层的氧化铝烧结体。氧化铝烧结体中的碳含量为0.1wt％以下。另外，相对密度为98％以上，纯度为95％以上。

接着，在氧化铝烧结体的下表面印刷静电电极。具体来说，将含有碳化钨(WC)粉末和粘合剂的浆料涂布在氧化铝烧结体的下表面，使其干燥。

然后，制作构成支持层的氧化铝烧结体。将含有钨(W)粉末和粘合剂的浆料涂布在该氧化铝烧结体的上表面，使其干燥，从而制成加热器电极。

接着，使这2个氧化铝烧结体各自的静电电极和加热器电极彼此相对，在这些氧化铝烧结体之间夹持氧化铝粉末，对这些氧化铝粉末和氧化铝烧结体加压成形，从而制成氧化铝成形体。

最后，采用热压(在1600℃温度下保持2小时)，对该氧化铝成形体进行烧成，从而制成比较例1的基体。

比较例2

比较例2为，对于上述的比较例1，在氧化铝烧结体之间夹持生坯片，除此以外按照与比较例1相同的方法进行制作。

比较例3

比较例3为，对于上述的本发明例1，省略对于形成了静电电极和加热器电极的氧化铝烧结体进行煅烧的工序，除此之外按照与本发明例1相同的方法进行制作。

评价

将上述的本发明例2和比较例1的碳化钨粒子的扩散程度进行了比较。图4是本发明例2的电介质层和衬底层的边界附近的放大150倍的电子显微镜照片(SEM照片)。另外，图5是比较例1的电介质层与衬底层的边界附近的放大150倍的电子显微镜照片(SEM照片)。

进而，图6是对图4进行两值化的图像数据，表示电介质层中的300μm×850μm范围的碳化钨粒子的扩散程度。图7是对图5进行两值化的图像数据，表示衬底层中的300μm×850μm范围的碳化钨粒子的扩散程度。

如图6、图7所示可知，本发明例2中的碳化钨粒子基本上没有扩散，与此相对，比较例1中的碳化钨粒子多数扩散。这一点由表1所示的WC扩散面积率的数据也可以看得很清楚。这里，WC的扩散距离和WC的扩散面积率定义如下。

WC的扩散距离，是在两值化的图像数据中从电极到最远距离的碳化钨粒子群的距离。

WC的扩散面积率，是在两值化的图像数据中与电极相邻的300μm×850μm范围中的黑色部分的比例，850μm的长边侧是与电极邻接的部分。如果将WC的扩散面积率设定为0.25％以下，即使在高温状态下，也可以大幅度缩短衬底的解吸应答时间。

另外，如表1所示，与比较例1、2相比，本发明例1、2的电介质层中的氧化铝的粒径小，因此认为电介质层的体积电阻率高。如上所述，根据本发明例，特别是在100℃和200℃的电介质层的体积电阻率高，因此可以缩短高温下衬底的解吸时间，在综合评价中，与比较例1-3相比，本发明例1、2获得大幅度改善的结果。

实施例2

在实施例2中，对于实施例1的本发明例1的氧化铝烧结体适当改变煅烧温度。具体来说，如下面表2所示。使煅烧温度为无烧成(即，室温)、300℃、400℃、450℃和1000℃的情况下，测定WC粒子的扩散距离等。电介质层的厚度是0.4mm。

其中，相对于煅烧温度的衬底的200℃解吸应答时间如图8的曲线图所示，相对于W粒子的扩散距离的衬底的200℃解吸应答时间如图9的曲线图所示。

表2

评价

根据图8、图9和表2所示，通过将静电电极的烧成温度设定为450～1000℃，可以减小碳化钨粒子的扩散面积率，并且也可以缩短衬底的解吸时间。

从以上的实施例可知，根据本发明，可以提供在高温下衬底的解吸应答性也很好的静电卡盘加热器。

Claims (2)

1.一种静电卡盘加热器的制造方法，该静电卡盘加热器具有：由氧化铝烧结体构成的基体、埋设于该基体的上部侧的含有导电性物质的静电电极、以及埋设于基体的下部侧的含有导电性物质的加热器电极，所述基体由从静电电极到基体上表面的电介质层、从静电电极到加热器电极的衬底层、以及从加热器电极到基体下表面的支持层构成，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

1)在成为所述衬底层的氧化铝烧结体的上面涂布含有粘合剂的导电糊，印刷静电电极，并且在所述氧化铝烧结体的下面涂布含有粘合剂的导电糊，印刷加热器电极，对该氧化铝烧结体进行煅烧，

2)在静电电极的上侧和加热器电极的下侧配置氧化铝粉末的状态下，将这些氧化铝粉末和氧化铝烧结体加压成形，进行加压烧成，使所述电介质层中的静电电极附近的所述导电性物质的扩散面积率设定为0.25％以下；

其中，所述煅烧是在惰性气体或真空的非氧化气氛中进行；

所述静电电极中的导电性物质是金属钨或碳化钨；

所述加热器电极中的导电性物质是金属钨或碳化钨；

还包括对所述氧化铝烧结体表面进行平面磨削加工和/或钻孔加工的步骤。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘加热器的制造方法，其中，成为所述衬底层的氧化铝烧结体的煅烧温度设定为450℃以上。

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