CN101796626B - 静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法及静电吸盘装置气体供给结构以及静电吸盘装置 - Google Patents

静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法及静电吸盘装置气体供给结构以及静电吸盘装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种静电吸盘装置、静电吸盘装置气体供给结构以及其制造方法，该静电吸盘装置具备静电吸盘，防止冷却气体喷出量不均匀和喷镀材料等堆积导致污染。该气体供给结构用于将从金属底座的下表面侧供给的冷却气体通过金属底座具备的气体供给通路供给到在上部绝缘层侧吸附的基板的背面。在进行在金属底座的上表面侧喷镀陶瓷粉末而形成下部绝缘层的工序、形成吸附电极的工序、以及形成上部绝缘层的工序之前，用包含由与下部绝缘层的形成中采用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂封闭金属底座的上表面侧的气体供给通路出口；在形成上部绝缘层后，从上部绝缘层侧向金属底座的气体供给通路出口开孔，形成连通气体供给通路的贯通孔。

Description

静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法及静电吸盘装置气体供给结构以及静电吸盘装置
技术领域
本发明涉及静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法及静电吸盘装置中的气体供给结构以及静电吸盘装置，详细地说，涉及用于将吸附在静电吸盘上的基板用冷却气体冷却的静电吸盘装置中的气体供给结构。 
背景技术
在以半导体元件制造过程中采用的等离子体处理装置、电子曝光装置、离子注入装置等为代表的液晶面板制造中采用的离子掺杂装置等中，要求在不损伤被处理物即半导体晶片或玻璃基板等的情况下可靠地保持这些基板。特别是最近，对处理对象即半导体晶片或玻璃基板等的污染被严格管理，因此传统采用的机械地夹持基板的方式的大部分替换为利用电吸附力的静电吸盘方式。这是因为，夹钳自身的材质(多数场合为铝材)因曝露于处理等离子体中而游离，或者因离子注入处理中的离子照射，夹钳被溅镀而产生浮游物，这些浮游物沉降到保持的基板上等，从而对例如半导体元件或液晶面板的特性、成品率等造成显著的影响。 
图5是一般静电吸盘装置的截面模式图，表示了在铝、铜、不锈钢等构成的金属底座1的上表面侧(基板w侧)层叠具有下部绝缘层4、吸附电极5及上部绝缘层6的静电吸盘7而形成的静电吸盘装置的传统例。作为该静电吸盘装置的使用例，例如在等离子体装置中，在对半导体晶片等的基板w进行刻蚀处理时，基板w的温度上升到200℃～400℃左右为止。因此，由于必须将处理中的基板温度冷却到适当温度，在金属底座1的内部通常设置有用于流动纯水等的液体制冷剂的液 体管路2，在经由图示外的热交换器等的同时，使从外部供给的液体制冷剂在金属底座内部循环，对基板w进行冷却。另外，除了这样通过冷却金属底座1而间接地冷却基板w的方式外，还采用将从金属底座1的下表面侧供给的氦等的冷却气体经由金属底座1所具备的气体供给通路3供给到基板w的背面侧，直接冷却基板w的方式。 
为了采用后者的冷却方式，即，为了将从金属底座1的下表面侧供给的冷却气体送入吸附在静电吸盘7上的基板w的背面侧而进行冷却，通常可在金属底座1的上表面侧形成直径1mm左右的气体供给通路出口(气体喷出孔)3a，在金属底座1的上表面侧层叠静电吸盘7后，从静电吸盘7的上部绝缘层6侧向气体供给通路出口3a形成贯通孔，对基板w的背面供给冷却气体。这里，金属底座1的上表面侧的气体供给通路出口3a必须对基板w均匀地供给冷却气体，因此，例如为吸附直径300mm的半导体晶片的金属底座1的情况下，多时也可达到200个左右。 
但是，在具有气体供给通路出口3a的金属底座1的上表面侧层叠静电吸盘7时，例如喷镀陶瓷粉末而形成下部绝缘层4时，喷镀的陶瓷粉末的一部分有通过气体供给出口3a而在气体供给通路3堆积的情况。这样在气体供给通路3内滞留的堆积物10在静电吸盘装置的使用时，不仅阻碍冷却气体的喷出，使气体的喷出量不均匀，而且有与冷却气体一起喷出到基板w侧而成为污染源的可能。因而，本发明人提出了在下部绝缘层4形成前，对金属底座1的各气体供给通路出口3a贴附绝缘性板的方法(参照专利文献1的段落0010)。但是，由于对气体供给通路出口3a的全部接合板的操作需要比预期更多的工时，因此必须进行进一步的技术改良。 
专利文献1：日本特开2004-349664号公报 
发明内容
这样的状况下，本发明人等进一步对静电吸盘装置中的气体供给结构进行了研究，结果发现，在形成下部绝缘层前，用包含由与下部 绝缘层的形成所采用的陶瓷粉末相同材料构成的填充材料的粘接剂来封闭气体供给通路出口，在形成上部绝缘层后，从上部绝缘层侧向气体供给通路出口形成贯通孔，从而可以显著提高气体供给结构的生产率，同时可以改善气体供给通路出口中在金属底座和下部绝缘层的界面产生的裂纹的发生等，从而完成了本发明。 
因此，本发明的目的是提供能够简便获得可防止冷却气体喷出量的不均匀和喷镀材料等的堆积导致的污染的静电吸盘装置的气体供给结构的方法。 
另外，本发明的其他目的是提供可防止冷却气体喷出量的不均匀和喷镀材料等的堆积导致的污染，并且在气体供给通路出口中金属底座与下部绝缘层具有良好接合界面的静电吸盘装置的气体供给结构。 
即，本发明是一种静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法，其特征在于，是在金属底座的上表面侧层叠具有下部绝缘层、吸附电极及上部绝缘层的静电吸盘而形成的静电吸盘装置中，用于将从金属底座的下表面侧供给的冷却气体通过金属底座所具备的气体供给通路供给到在上部绝缘层侧吸附的基板的背面的气体供给结构的制造方法，在进行在金属底座的上表面侧喷镀陶瓷粉末而形成下部绝缘层的工序、形成吸附电极的工序、以及形成上部绝缘层的工序之前，用包含由与下部绝缘层的形成中采用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂封闭金属底座的上表面侧的气体供给通路出口；在形成上部绝缘层后，从上部绝缘层侧向金属底座的气体供给通路出口开孔，形成连通气体供给通路的贯通孔。 
另外，本发明是一种静电吸盘装置中的气体供给结构，其特征在于，是在金属底座的上表面侧层叠具有下部绝缘层、吸附电极及上部绝缘层的静电吸盘而形成的静电吸盘装置中，用于将从金属底座的下表面侧供给的冷却气体通过金属底座所具备的气体供给通路供给到在上部绝缘层侧吸附的基板的背面的气体供给结构，其通过如下步骤形成：在进行在金属底座的上表面侧喷镀陶瓷粉末而形成下部绝缘层的工序、形成吸附电极的工序、以及形成上部绝缘层的工序之前，用 包含由与下部绝缘层的形成中采用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂封闭金属底座的上表面侧的气体供给通路出口；在形成上部绝缘层后，从上部绝缘层侧向金属底座的气体供给通路出口开孔，形成连通气体供给通路的贯通孔。 
而且，本发明是特征为具有上述气体供给结构的静电吸盘装置。 
以下，一边叙述与静电吸盘装置中的气体供给结构的制造方法有关的步骤，一边说明本发明的内容。另外，本发明中，如果没有特别说明，上表面表示吸附、保持的基板侧的面，下表面表示与吸附、保持的基板相反的一侧的面。 
首先，如图4(b)所示那样用粘接剂8封闭如图4(a)所示那样位于金属底座1的上表面侧的气体供给通路出口3a。这里采用的粘接剂，使用包含由与通过喷镀形成下部绝缘层时使用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂。即，例如在金属底座的上表面侧喷镀氧化铝(Al2O3)粉末而形成下部绝缘层时，使粘接剂含有氧化铝。包含由与下部绝缘层的形成所使用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的理由是，使热膨胀系数等的特性与下部绝缘层接近，从而对于热负载，使得在与下部绝缘层的界面产生的应力达到最小限度。 
另外，本发明采用的粘接剂，优选使用由填充材料和醇盐构成的粘接剂。根据静电吸盘装置的使用例，有在超过300度的高温环境下曝露的情况，如果用环氧树脂系的粘接剂封闭气体供给通路出口，则由于这样的高温环境，粘接剂升华或碳化。此时，分解了的粘接剂的一部分与冷却气体一起喷出，而可能引起污染。如果是上述那样的由填充材料和醇盐构成的粘接剂，则即使是在超过300度的高温环境下也不会引起这些问题。而且优选醇盐不含有钠成分。如果包含钠成分，则其分子在高温下游离而可能引起污染，特别是钠会扰乱半导体元件的接合部分中的电势，根据情况的不同，会导致无法形成达到设计值的晶体管。作为本发明采用的粘接剂的具体例，可以列举如Ceramabond(美国AREMCO公司商品名)的一组商品。作为不含钠成分的粘接剂，可列举Ceramabond 569(美国AREMCO公司商品名)。另外，醇盐不含钠意味着形成醇盐的金属是钠以外的金属，不排除在不产生上述那样的问题的程度下不可避免地混入的情况。
用粘接剂8封闭气体供给通路出口3a，确认粘接剂8硬化后，如图4(c)所示，从金属底座1的上表面侧由近及远的顺序形成下部绝缘层4、吸附电极5及上部绝缘层6。这里，下部绝缘层4、吸附电极5及上部绝缘层6可以采用与公知的静电吸盘装置中的情况同样的形状、膜厚、材料、制造条件等。例如对于上部、下部的各绝缘层6、4，除了聚酰亚胺等的绝缘性薄膜和陶瓷板外，可以采用喷镀陶瓷粉末而具有规定的形状及膜厚的物质。对于吸附电极5，可以将金属箔或通过溅镀法、离子电镀法等成膜的金属刻蚀为规定的形状而形成吸附电极，也可以通过导电性金属的喷镀和浆状的导电性金属的印刷等获得规定形状的吸附电极。但是，在金属底座1的上表面侧喷镀陶瓷粉末而形成至少下部绝缘层4的情况能最佳地发挥本发明的效果。在下部绝缘层4由绝缘性薄膜构成的情况或另外制作具备下部绝缘层、吸附电极及上部绝缘层的静电吸盘并将其贴合在金属底座1的上表面侧的情况下，由于难以产生在金属底座1的气体供给通路3堆积喷镀材料的问题，因此无法充分确认本发明的效果。 
形成下部绝缘层4的陶瓷粉末可以采用公知的物质，例如可以是氧化铝(Al2O3)粉末、氮化铝(AlN)粉末、氧化锆(ZrO2)粉末、二氧化硅(SiO2)粉末等，可以将这些的1种或2种以上混合使用。 
在形成上部绝缘层6后，如图4(d)所示，从上部绝缘层侧向金属底座1的气体供给通路出口3a开孔，使封闭气体供给通路出口3a的粘接剂8贯通，形成连通气体供给通路3的贯通孔9。形成贯通孔9的方式没有特别限定，可以是一般的机械加工，但优选采用金刚石钻头等。金刚石钻头的切削力、耐久性佳，因此，不仅下部绝缘层，而且在通过喷镀形成了上部绝缘层的情况或必须形成大量贯通孔的情况等也特别有效。另外，优选地，采用金刚石钻头，一边向气体供给通路出口3a吹出压缩空气一边形成贯通孔。通过一边吹出压缩空气一边开孔，可以防止滞留的切屑直接落到气体供给通路3。考虑到操作性等，压缩空气的压力在2～5kg/cm2的范围是适当的。 
贯通孔9的大小配合金属底座1所具有的气体供给通路出口3a的形状进行适宜设计即可。一般的气体供给通路出口3a的开口径(直径)是1～5mm左右，例如气体供给通路出口3a的开口径为1.4mm时，贯通孔9的直径可以是0.2～1mm左右。通过使气体供给通路出口3a的开口径大于贯通孔9的直径，封闭气体供给通路出口3a的粘接剂8的一部分沿气体供给通路出口3a的内侧面残存。如图4(d)中虚线的圆包围的部分那样，在气体供给通路出口3a的一部分中，形成粘接剂8与下部绝缘层4的接合界面，本发明中，由于采用包含由与形成下部绝缘层4的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂8，因此获得良好的接合界面，即使对于热应力等也能够维持强力的粘接性，能够进一步排除裂纹、间隙等产生的可能。另外，如图2所示，也可以是气体供给通路出口3a向金属底座1的上表面侧逐渐增大直径，或者如图3所示，气体供给通路出口具有扩孔部3b。这样，在贯通孔9和气体供给通路出口3a的内侧面之间残存更多的粘接剂8，与下部绝缘层4的接合界面变得更加可靠。 
在本发明中，可以适当进行如下平坦化工序：将金属底座1的上表面侧的气体供给通路出口3a用粘接剂8封闭，硬化后研磨金属底座1的上表面，形成贯通孔9后，研磨吸附基板w的上部绝缘层6的表面。另外，为了对基板w的背面均匀供给冷却气体，也可以在形成贯通孔9后在上部绝缘层6上形成规定形状的气体沟。只要是在不影响本发明的效果的范围，则当然也可以采用一般的静电吸盘装置中的结构和制造工序等。利用本发明获得的气体供给结构，能够使用与在一般的静电吸盘装置中采用的冷却气体相同的气体，气体冷却中的气体量、气体压等不必特别变更。 
按照本发明的气体供给结构的制造方法，由于能够排除通过喷镀形成下部绝缘层时喷镀材料的一部分在金属底座的气体供给通路堆积并固定附着的可能，因此，可以消除像以往那样堆积物的一部分与冷却气体一起在气体供给通路内漂浮，使对基板侧供给的气体量不均匀， 或向基板侧喷出而引起污染的问题。本发明中的方法不仅能够在制造新静电吸盘装置时采用，也能够在再利用到了一次产品寿命的已使用静电吸盘装置来再生气体供给结构时采用。 
另外，利用本发明获得的气体供给结构，能够防止冷却气体喷出量的不均匀和喷镀材料等的堆积导致的污染，并且在气体供给通路出口中，金属底座与下部绝缘层具有良好的接合界面，因此在长时间内耐久性佳。 
附图说明
图1是具有本发明的气体供给结构的静电吸盘装置的截面说明图。 
图2是将气体供给结构的一部分放大的截面说明图。 
图3是本发明的气体供给结构的变形例，是将其一部分放大的截面说明图。 
图4是表示气体供给结构的制造步骤的截面说明图。 
图5是表示静电吸盘装置的以往例的截面说明图。 
符号的说明 
1：金属底座，1a：载置台，2：液体管路，3：气体供给通路，3a：气体供给通路出口，3b：扩孔部，4：下部绝缘层，5：吸附电极，6：上部绝缘层，7：静电吸盘，8：粘接剂，9：贯通孔，10：堆积物。 
具体实施方式
以下，根据附图具体地说明本发明的最佳实施例。 
实施例1 
图1是具有本发明的气体供给结构的静电吸盘装置的截面说明图，图2是将其中的气体供给结构的一部分放大的截面说明图。这里，主要示出了适于直径300mm的硅晶片的吸附的铝制金属底座1的例子，在该金属底座1的上表面侧具有直径196mm的载置台1a。另外，在该金属底座1的内部，形成有用于使从下表面侧力供给的冷却水循环 并再次流入下表面侧的液体管路2，还具有用于将从金属底座1的下表面侧供给的冷却气体(图中的虚线箭头)供给其后形成的静电吸盘7所吸附的基板w的气体供给通路3。对于该气体供给通路3，更详细地说，气体供给通路3的一部分从金属底座1的内部向金属底座1的载置台1a侧以直径(d2)2.5mm形成，在载置台1a的表面附近倒角(一般称为c面，在C0.2～2mm的范围进行倒角)。具体地说，具有从载置台1a的深5mm附近向载置台1a的表面为止逐渐增大直径并在载置台1a的表面具有直径(d1)3.5mm的开口的气体供给通路出口3a。这样的气体供给通路出口3a在载置台1a的表面合计形成150个，它们以相互均匀的距离分布。 
对上述金属底座1去除毛刺或利用有机溶剂洗净后，用分配器从载置台1a的表面向气体供给通路出口3a适量注入粘接剂8。这里采用的粘接剂8是含有氧化铝作为填充材料且不含钠成分的Ceramabond569(美国AREMCO公司商品名)。在载置台1a的深度方向填充约2mm的粘接剂8，另外，对气体供给通路出口3a的倒角部分也填充粘接剂，去除多余的粘接剂，将所有的气体供给通路出口3a用粘接剂8封闭。然后，在常温下自然干燥12小时而使粘接剂8固化后，在金属底座1的载置台1a喷镀熔融的纯度99.99％的氧化铝粉末，形成厚200μm的下部绝缘层4。然后，在获得的下部绝缘层4的表面覆盖规定的掩模，喷镀纯度99.99％的钨粉末，形成膜厚50μm的吸附电极5。而且，从该吸附电极5上喷镀纯度99.99％的氧化铝粉末，形成厚300μm的上部绝缘层6。 
如上所述，在金属底座1的上表面侧形成具有下部绝缘层4、吸附电极5及上部绝缘层6的静电吸盘7后，从上部绝缘层侧向与金属底座1的气体供给通路出口3a对应的位置在垂直方向上开孔，使固化的粘接剂8贯通，形成连通气体供给通路3的贯通孔。此时，采用金刚石钻头，送出约3kg/cm2的压缩空气，同时，与金属底座1的所有的气体供给通路出口3a对应地形成直径(d3)1mm的贯通孔。最后，通过采用了有机溶剂的超声波洗净去除切削屑和油分，完成具有本发明的气体供给结构的静电吸盘装置。 
实施例2 
接着，说明再生已使用过的静电吸盘装置的气体供给结构时的实施例。 
首先，从已使用过的静电吸盘装置通过部分的手工操作及机械研磨，除去上部绝缘层6、吸附电极5及下部绝缘层4。此时，在表层残留部分下部绝缘层4，进而进行喷砂处理，以0.05～0.5mm的范围去除金属底座1的厚度量而使金属底座面露出，并使金属底座1的载置台1a的平坦性为30μm以下。然后，将金属底座1具备的气体供给通路出口3a以C0.2～2mm的范围倒角，准备好再生用的金属底座1。 
对上述金属底座1去除毛刺或利用有机溶剂洗净后，与实施例1同样，将所有气体供给通路出口3a用粘接剂8封闭。在粘接剂8固化后，对金属底座1的载置台1a喷镀熔融的纯度99.99％的氧化铝粉末，形成下部绝缘层4。这里，下部绝缘层4的膜厚设为200μm+α(α与金属底座1的厚度去除量相当)。然后，与实施例1同样，形成吸附电极5及上部绝缘层6。 
如上所述，在金属底座1的上表面侧形成具有下部绝缘层4、吸附电极5及上部绝缘层6的静电吸盘7后，与实施例1同样，与金属底座1的所有气体供给通路出口3a对应地形成贯通孔。最后，通过采用有机溶剂的超声波洗净除去切削屑和油分，再生具有本发明的气体供给结构的静电吸盘装置。 
产业上的利用可能性 
本发明的气体供给结构能够适用于以半导体元件的制造过程中采用的等离子体处理装置、电子曝光装置、离子注入装置等为代表的液晶面板制造中采用的离子掺杂装置等的各种静电吸盘装置。另外，不仅是新静电吸盘装置，而且在再利用已经过了产品寿命的已使用过的静电吸盘装置时也能够适用本发明的气体供给结构。 

Claims (7)

1.一种用于制造包括金属底座和静电吸盘的静电吸盘装置的制造方法，其中，
该金属底座具有形成在其内部的气体供给通路和从气体供给通路通向金属底座上表面的多个气体供给通路出口，该静电吸盘具有在金属底座的上表面侧自下而上依次形成的下部绝缘层、吸附电极及上部绝缘层，
该静电吸盘具有多个贯通孔，每个贯通孔的上端向静电吸盘的表面敞开而每个贯通孔的下端通过所述多个气体供给通路出口的每一个与气体供给通路接通，从而将从金属底座的下表面侧供给的冷却气体通过金属底座所具备的所述气体供给通路供给到吸附在上部绝缘层侧的基板的背面，
该制造方法包括：
第一工序，用包含了由与下部绝缘层的形成中采用的陶瓷粉末相同的材料构成的填充材料的粘接剂封闭金属底座的上表面侧的多个气体供给通路出口；
第二工序，在封闭金属底座上的多个气体供给通路出口之后，通过在金属底座的上表面侧喷镀陶瓷粉末而形成下部绝缘层；
第三工序，在形成下部绝缘层之后，形成吸附电极；
第四工序，在形成吸附电极之后，形成上部绝缘层；
第五工序，在形成上部绝缘层后，从上部绝缘层侧向金属底座的多个气体供给通路出口开孔而形成多个贯通孔，其中每个贯通孔的下端与气体供给通路连通。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，金属底座的上表面侧的气体供给通路出口的开口径大于贯通孔的直径，封闭了气体供给通路出口的粘接剂的一部分沿气体供给通路出口的内侧面残存，在气体供给通路出口的一部分中具有粘接剂与下部绝缘层的接合界面。
3.根据权利要求2所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，气体供给通路出口朝向金属底座的上表面侧逐渐增大直径。
4.根据权利要求2所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，气体供给通路出口具有扩孔部。
5.根据权利要求1所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，粘接剂由填充材料和醇盐构成。
6.根据权利要求5所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，醇盐不包含钠成分。
7.根据权利要求1所述的静电吸盘的制造方法，其特征在于，采用金刚石钻头，一边向多个气体供给通路出口吹出压缩空气一边形成多个贯通孔。
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