CN115701648A - 静电卡盘以及基板固定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静电卡盘以及基板固定装置，其进一步抑制异常放电的产生。该静电卡盘包括基体，其一个面为吸附对象物的载置面；以及贯通孔，其贯通上述基体，在上述贯通孔中，配置有包括角状陶瓷粒子的多孔质体。

Description

静电卡盘以及基板固定装置
技术领域
本发明涉及静电卡盘以及基板固定装置。
背景技术
以往，制造IC、LSI等的半导体装置时使用的成膜装置(例如，CVD装置、PVD装置等)、等离子体蚀刻装置具有用于将晶圆在真空的处理室内高精度地进行保持的平台。
作为这样的平台，例如，提出了藉由搭载于底板的静电卡盘，对吸附对象物即晶圆进行吸附保持的基板固定装置。作为基板固定装置的一个例子，可以举出设有用于对晶圆进行冷却的气体供给部的构造的基板固定装置。气体例如藉由底板内部的气体流路、以及设于静电卡盘的包括球状陶瓷粒子的多孔质体、贯通孔而被供给至静电卡盘的表面。
专利文献1：日本国特开2017-218352号公报
但是，在将具有静电卡盘的基板固定装置用于等离子体蚀刻装置的情况下，存在以下问题，即，在晶圆的蚀刻处理中在静电卡盘产生异常放电，破坏晶圆、等离子体蚀刻装置自身。
作为异常放电对策，虽然设置上述那样的包括球状陶瓷粒子的多孔质体也是有效的，但是由于不能使气体孔内产生的空隙整体的体积充分小，因此需求进一步的改善。
发明内容
本发明是鉴于上述的点而成的，其课题在于，在静电卡盘中，进一步抑制异常放电的产生。
本静电卡盘包括：基体，其一个面为吸附对象物的载置面；以及贯通孔，其贯通上述基体，在上述贯通孔中配置有包括角状陶瓷粒子的多孔质体。
根据公开的技术，能够在静电卡盘中进一步抑制异常放电的产生。
附图说明
图1是简略地举例示出本实施方式的基板固定装置的剖视图。
图2是角状陶瓷粒子的一个例子即粗粒氧化铝的SEM照片。
图3是举例示出本实施方式的基板固定装置的制造工序的图(其1)。
图4是举例示出本实施方式的基板固定装置的制造工序的图(其2)。
图5是将球状陶瓷粒子与角状陶瓷粒子进行比较的SEM照片。
图6是对气体孔的直径与气体流量的关系进行调查的实验结果。
附图标记说明
1基板固定装置
10底板
10a上表面
10b下表面
11气体供给部
15冷却机构
20粘接层
30静电卡盘
31基体
31a载置面
32静电电极
33气体孔
60多孔质体
60a糊料
111气体流路
112气体注入部
113气体排出部
151制冷剂流路
152制冷剂导入部
153制冷剂排出部
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。需要说明的是，在各附图中，对相同构成部分付与相同附图标记，有时省略重复的说明。
图1是简略地举例示出本实施方式的基板固定装置的剖视图。参照图1，基板固定装置1作为主要的构成元件具有底板10、粘接层20、以及静电卡盘30。
底板10是用于搭载静电卡盘30的部件。底板10的厚度为例如约20～40mm。底板10例如由铝形成，其可以作为用于对等离子体进行控制的电极等进行利用。通过对底板10供给规定的高频电力，对用于使产生的处于等离子体状态的离子等冲撞吸附于静电卡盘30之上的晶圆的能量进行控制，从而能够有效地进行蚀刻处理。
在底板10的内部设有气体供给部11，其用于供给对吸附保持于静电卡盘30的晶圆进行冷却的气体。气体供给部11包括气体流路111、气体注入部112、以及气体排出部113。
气体流路111例如为在底板10的内部形成为环状的孔。气体注入部112是一端与气体流路111连通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用于自基板固定装置1的外部将惰性气体(例如，He、Ar等)导入气体流路111。气体排出部113是一端与气体流路111连通，另一端位于底板10的上表面10a的开口，其与贯通粘接层20的孔连接，用于将导入气体流路111的惰性气体排出。在俯视中，气体排出部113散布于底板10的上表面10a。气体排出部113的个数可以根据需要适当决定，例如为约数十个～数百个。
需要说明的是，俯视是指，自基体31的载置面31a的法线方向观察对象物，俯视形状是指，自基体31的载置面31a的法线方向观察对象物的形状。
在底板10的内部例如设有冷却机构15。冷却机构15具有制冷剂流路151、制冷剂导入部152、以及制冷剂排出部153。制冷剂流路151例如为在底板10的内部形成为环状的孔。制冷剂导入部152是一端与制冷剂流路151连通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用于自基板固定装置1的外部将制冷剂(例如，冷却水、热传导液等)导入制冷剂流路151。制冷剂排出部153是一端与制冷剂流路151连通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用于将导入制冷剂流路151的制冷剂排出。
冷却机构15与设于基板固定装置1的外部的制冷剂控制装置(未图示)连接。制冷剂控制装置(未图示)将制冷剂自制冷剂导入部152导入制冷剂流路151，并且自制冷剂排出部153将制冷剂排出。藉由使制冷剂在冷却机构15中循环而对底板10进行冷却，能够对吸附于静电卡盘30之上的晶圆进行冷却。
静电卡盘30是用于对吸附对象物即晶圆进行吸附保持的部分。静电卡盘30的俯视形状例如为圆形。静电卡盘30的吸附对象物即晶圆的直径例如为8、12、或18英寸。
静电卡盘30藉由粘接层20设于底板10的上表面10a。粘接层20为例如硅酮类粘接剂。粘接层20的厚度例如为约0.1～1.0mm。粘接层20将底板10与静电卡盘30粘接，并且具有降低陶瓷制的静电卡盘30与铝制的底板10的因热膨胀率的差而产生的应力的效果。
静电卡盘30具有基体31和静电电极32。基体31的上表面为吸附对象物的载置面31a。静电卡盘30例如为约翰逊拉别克式静电卡盘。但是，静电卡盘30也可以为库伦力式静电卡盘。
基体31为电介质，作为基体31，例如使用氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等的陶瓷。作为辅助剂，基体31可以包括例如自硅(Si)、镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、以及钇(Y)中选择的两种以上的元素的氧化物。基体31的厚度为例如约5～10mm，基体31的相对介电常数(1kHz)为例如约9～10。
静电电极32为薄膜电极，其内置于基体31中。静电电极32与设于基板固定装置1的外部的电源连接，若自电源施加规定的电圧，则在与晶圆之间产生基于静电的吸附力。由此，能够在静电卡盘30的基体31的载置面31a之上吸附保持晶圆。施加于静电电极32的电圧越高，吸附保持力越强。静电电极32可以为单极形状，也可以为双极形状。作为静电电极32的材料，例如使用钨、钼等。
可以在基体31的内部设置发热体，其藉由自基板固定装置1的外部施加电圧而发热，从而以基体31的载置面31a成为规定的温度的方式进行加热。
在基体31的与各气体排出部113对应的位置设有贯通基体31而使气体排出部113的另一端露出的贯通孔即气体孔33。由于气体孔33与气体供给部11连通，因此气体藉由气体供给部11以及气体孔33被供给至载置面31a。在气体孔33中配置有多孔质体60。多孔质体60包括多个角状陶瓷粒子、以及将多个角状陶瓷粒子粘结而使其一体化的混合氧化物。
图2是角状陶瓷粒子的一个例子即粗粒氧化铝的SEM照片。如图2所示，角状陶瓷粒子与球状陶瓷粒子不同，其至少具有一个角部，整体为棱角形状的多面体。作为角状陶瓷粒子，可以使用例如在半导体装置的制造工序中用作研磨剂且具有适当的粒度分布的材料等。虽然角状陶瓷粒子的优选的例子为粗粒氧化铝，但是除了粗粒氧化铝之外，也可以使用二氧化锆(ZrO2)、碳化硅(SiC)那样的高熔点的无机材料等。
优选角状陶瓷粒子的粒子尺寸为10μm以上100μm以下，更优选为10μm以上50μm以下。在图2的例子中，角状陶瓷粒子的平均粒子尺寸为约30μm。在此，角状陶瓷的粒子尺寸是指，成为对象的粒子的最长的部分的长度。优选在多孔质体60内含有80重量％以上97重量％以下的重量比的角状陶瓷粒子。
混合氧化物固定于多个角状陶瓷粒子的外表面的一部分而对其进行支承。混合氧化物由例如自硅(Si)、镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、以及钇(Y)中选择的两种以上的元素的氧化物形成。
在多孔质体60的内部形成有气孔。气孔与外部连通，从而气体能够自多孔质体60的下侧朝向上侧通过。优选在多孔质体60之中形成的气孔的气孔率为多孔质体60的整体的体积的20％～50％的范围。角状陶瓷粒子的外表面的一部分和混合氧化物在气孔的内表面露出。
需要说明的是，在基体31由氧化铝形成的情况下，优选基体31作为其他的成分含有自硅、镁、钙、以及钇中选择的两种以上的元素的氧化物。并且，优选基体31内的自硅、镁、钙、以及钇中选择的两种以上的元素的氧化物的组成比设定为与多孔质体60的混合氧化物内的自硅、镁、钙、以及钇中选择的两种以上的元素的氧化物的组成比相同。
如此，藉由在基体31与多孔质体60的混合氧化物之间将氧化物的组成比设定为相同，在对多孔质体60进行烧结时在彼此间不产生物质移动，从而能够确保基体31与多孔质体60的界面的平坦性。由于基体31与多孔质体60的热膨胀系数大致相同，因此能够防止基于应力的破坏等。
[基板固定装置的制造方法]
图3和图4是举例示出本实施方式的基板固定装置的制造工序的图，其简略示出了图1所示基体31等。在此，参照图3和图4，以在静电卡盘30中形成气体孔33以及多孔质体60的工序等为中心进行说明。
首先，如图3的(a)所示，藉由包括对印刷电路基板(greensheet)进行通孔加工的工序、在通孔中填充导电糊料的工序、形成成为静电电极的图案的工序、积层其他的印刷电路基板而进行烧成的工序、以及使表面平坦化的工序等的公知的制造方法，制作内置静电电极32(在图3中省略图示)的基体31。并且，如图3的(b)所示，以贯通基体31的方式，形成气体孔33。气体孔33藉由例如钻孔加工形成。
接下来，如图3的(c)所示，在平台100之上藉由剥离片(未图示)配置基体31。并且，准备成为多孔质体60的前体的糊料60a，藉由刮板110以刮扫糊料60a的方式使其在横向移动，从而在基体31的气体孔33中填充糊料60a。此时，可以对糊料60a施加圧力，从而增加填充量。成为多孔质体60的前体的糊料60a例如以规定的重量比含有角状陶瓷粒子。糊料60a的剩余部分含有例如自硅、镁、钙、铝以及钇中选择的两种以上的元素的氧化物，进一步包括有机粘合剂、溶剂。作为有机粘合剂，例如可以使用聚乙烯醇缩丁醛。作为溶剂，例如可以使用乙醇。
如此，如图4的(a)所示，在基体31的多个气体孔33中分别填充糊料60a。由于基体31已经被烧结，因此不用担心在之后的烧成工序中因收缩导致气体孔33的尺寸、位置出现偏差。另外，即使气体孔33的直径变小至3mm以下，也能够容易地在气体孔33中填充糊料60a。
接下来，如图4的(b)所示，藉由在比基体31的烧成温度低约100℃的约1400℃的温度下，对糊料60a进行烧成，从而在基体31的气体孔33中形成多孔质体60。此时，在基体31与糊料60a的复合氧化物之间，硅、镁、钙、以及钇的组成比被设定为相同。由此，在烧成时，在基体31与糊料60a之间不产生物质移动，从而能够确保基体31的气体孔33的内壁与多孔质体60的界面的平坦性。
需要说明的是，多孔质体60以自基体31的气体孔33的上端向上侧突出的方式形成。因此，如图4的(c)所示，藉由对基体31以及多孔质体60的各上表面进行平面磨削，使基体31的上表面与多孔质体60的上表面齐平而使其平坦化。另外，根据需要，可以在基体31以及多孔质体60的各下表面也进行平面磨削而使其平坦化。如此，能够在基体31的气体孔33中配置多孔质体60。
接下来，准备事先形成有冷却机构15等的底板10，并且在底板10之上形成粘接层20(未硬化)。并且，将图4的(c)所示基体31藉由粘接层20配置于底板10之上，使粘接层20硬化。藉由以上的工序，完成图1所示基板固定装置1。
在此，参照比较例，对基板固定装置1起到的效果进行说明。图5的(a)是比较例，是示出在气体孔中填充球状陶瓷粒子的样子的SEM照片。另一方面，图5的(b)是第一实施方式的气体孔的实施例，是示出在气体孔中填充角状陶瓷粒子的样子的SEM照片。若将图5的(a)和图5的(b)进行比较，则可知虽然两者的范围(range)不一致，但是图5(b)与图5(a)相比明显空隙较少。如此，藉由在气体孔中填充角状陶瓷粒子，与填充球状陶瓷粒子的情况相比降低空隙整体的体积。
在气体孔中未填充球状陶瓷粒子、角状陶瓷粒子的中空构造的情况下，若静电卡盘暴露于高密度的等离子体环境下，则成为气体孔异常放电的起源，从而引起载置于基体之上的晶圆和静电卡盘的破损。藉由在气体孔中填充球状陶瓷粒子能够一定程度解决异常放电，但是对于球状陶瓷粒子，由于其形状的特征，不能充分降低气体孔内的空隙整体的体积。
与此相对，在气体孔中填充角状陶瓷粒子的情况下，由于角状陶瓷粒子与球状陶瓷粒子相比彼此可以接近，因此如图5所示，能够大幅降低空隙整体的体积。其结果，能够大幅降低异常放电。
另一方面，若没有空隙则气体无法通过，也就不能起到气体孔本来的目的。但是，由于即使在气体孔中填充角状陶瓷粒子，也适当产生空隙，因此能够作为气体孔起作用。图6是对气体孔的直径与气体流量的关系进行调查的实验结果。在此，在基体中设置18个直径1mm的气体孔，在各气体孔中填充平均粒子尺寸为约30μm的角状陶瓷粒子，对通过各气体孔的气体流量进行了调查。另外，在基体中设置18个直径2mm的气体孔，在各气体孔中填充平均粒子尺寸为约30μm的角状陶瓷粒子，对通过各气体孔的气体流量进行了调查。
根据图6，在气体孔的直径为1mm的情况下，气体流量平均为约3sccm。另外，在气体孔的直径为2mm的情况下，气体流量平均为约10sccm。不论在何种情况下，作为静电卡盘的气体孔的气体流量都是充分的。另外，由于气体孔的直径与气体流量的关系存在关联，因此相对于目标气体流量的气体孔的设计容易。
以上，虽然对优选的实施方式等进行了详细说明，但是不限于上述实施方式等，在不超出权利要求书中记载的范围的情况下，可以对上述实施方式等施加各种变形以及置换。
例如，作为本发明的基板固定装置的吸附对象物，除了半导体晶圆(硅晶圆等)之外，可以举例示出在液晶面板等的制造工序中使用的玻璃基板等。

Claims (8)

1.一种静电卡盘，包括：
基体，其一个面为吸附对象物的载置面；以及
贯通孔，其贯通上述基体，
在上述贯通孔中，配置有包括角状陶瓷粒子的多孔质体。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，
上述基体与上述角状陶瓷粒子包括相同的氧化物陶瓷。
3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其中，
上述氧化物陶瓷为氧化铝。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的静电卡盘，其中，
上述基体和上述多孔质体包括相同的两种以上的元素的氧化物，
上述基体内的上述氧化物的组成比设定为与上述多孔质体内的上述氧化物的组成比相同。
5.根据权利要求4所述的静电卡盘，其中，
上述两种以上的元素自硅、镁、钙、以及钇中选择。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的静电卡盘，其中，
上述角状陶瓷粒子为粗粒氧化铝。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的静电卡盘，其中，
上述角状陶瓷粒子的粒子尺寸为10μm以上100μm以下。
8.一种基板固定装置，具有：
底板，其在内部具有气体供给部；以及
设于上述底板之上的权利要求1至7中任一项所述的静电卡盘，
上述贯通孔与上述气体供给部连通，
气体藉由上述气体供给部以及上述贯通孔被供给至上述载置面。
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