CN1310303C - 静电吸盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用静电力吸附晶片W的静电吸盘(16)静电吸盘(16)具有与晶片W相接触的多个突起部(16C)，并且，由包含平均粒径为1～2μm的氧化铝结晶颗粒的陶瓷介电体(16A)构成突起部(16C)，同时，使突起部(16C)的与晶片W接触的接触面形成为依存于粒径的表面粗糙度Ra 0.2～0.3μm。由此，消除专利文献1中所记述的静电吸盘的由升降杆使晶片W跳起的顾虑。而且，解决专利文献2中所记述的静电吸盘的难以对晶片W面内温度均匀地进行控制的问题。

Description

静电吸盘
技术领域
本发明涉及由静电力将被吸附基板吸附固定的静电吸盘，更详细地说，涉及能够提高被吸附基板在处理时的耐消耗性、同时能够将被吸附基板的面内温度控制为所希望的温度的静电吸盘。
背景技术
现有的静电吸盘1，如图12所示，是在被吸附基板(例如晶片)W的等离子体处理时，作为等离子体处理装置的载置体的一部分而使用，由静电力将晶片W吸附在载置体2的上面，进行固定。在载置体2的载置面的周围，配置有聚焦环3，由该聚焦环3包围静电吸盘1上的晶片W。
而且，载置体2上通过匹配器4A连接有高频电源4，在规定的真空度下由高频电源4施加规定的高频电力，在与上部电极(未图示)之间产生处理气体的等离子体，由聚焦环3将等离子体聚束于晶片W上面。在载置体2的内部形成冷却介质通路2A，通过冷却介质在冷却介质通路2A中的循环而冷却载置体2，保持晶片W为规定温度。而且，在载置体2的内部形成热传导性气体(例如He气)的气体通路2B，该气体通路2B在载置体2的上面多处开口。
在静电吸盘1上形成与气体通路2B相对应的贯通孔1A，从气体通路2B所供给的He气从静电吸盘1的贯通孔1A供给到载置体2与晶片W之间的间隙中，赋予静电吸盘1与晶片W之间的细小间隙以热传导性。由载置体2对晶片W效率良好地进行冷却。静电吸盘1例如可以是由氧化铝烧结体或氧化铝喷镀构成的陶瓷所形成，其内部存在有连接着直流电源5的电极板1B。静电吸盘1通过由直流电源5所施加的高压而产生的静电力而静电吸附晶片W。而且，在载置体2上可升降地设置有多个升降杆(未图示)，由这些升降杆在静电吸盘1上进行晶片W授受。
然而，就陶瓷喷镀的静电吸盘来说，晶片W的吸附面发脆，容易发生来自该成分的颗粒，颗粒易吸附于晶片W背面，产生晶片W在洗净工序中的交叉污染的问题。而且，在重复进行对晶片W的吸附、脱离的操作期间，静电吸盘1的表面逐渐粗糙化，其表面状态发生变化，不能够按照初期对晶片的温度进行控制，存在有晶片温度随时间而发生变化的问题。
另一方面，对于由氧化铝烧结体所形成的静电吸盘1来说，例如在专利文献1及专利文献2中有公开。专利文献1中记述了提高针对卤族气体等离子体的耐腐蚀性的静电吸盘。而且在专利文献2中记述了在表面形成多个圆点的静电吸盘。这些静电吸盘能够解决上述那样的问题。
[专利文献1]特许第3348140号公报
[专利文献2]特开2000-332091号公报
但是，在专利文献1中所记述的静电吸盘的情况下，虽然能够提高耐等离子体性，但与陶瓷喷镀的情况同样，由于静电吸盘与晶片W之间的间隔小，而且静电吸盘的静电容量大，所以在使用升降杆将晶片W从静电吸盘脱离时，存在有由静电吸盘的残留电荷的吸引力为原因的升降杆使晶片W跳起的顾虑。
而且，在专利文献2所述的静电吸盘的情况下，由于在吸附面上形成多个圆点，所以能够解决与晶片W跳起有关的问题。但是，当静电吸盘上的圆点高度低至为5μm以下时，即使是向静电吸盘与晶片W之间的间隙供给热传导性气体，也难以对晶片W整个面均匀地送达，所以不能迅速地控制晶片温度，在静电吸盘的表面设置放射状的槽虽然能够将热传导性气体送达晶片W整个面，但容易产生槽部分与槽以外部分的热传导性气体的热传导差，存在难以将面内温度控制均匀的问题。而且，由于圆点与晶片W的接触面积大到为20％，所以难以由热传导性气体控制为所希望的温度或温度分布。而且，在该静电吸盘的情况下，对耐等离子体性也不明确。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种不会由残留电荷使被吸附基板跳起、能够提高耐等离子体性及耐磨耗性、同时能够迅速且均匀地将被吸附基板整个面的面内温度控制为所希望的温度或温度分布的静电吸盘。
本发明的第一方面所述的静电吸盘，是使用静电力吸附被吸附基板的静电吸盘，其特征在于：上述静电吸盘，具有与上述被吸附基板相接触的多个突起部，并且，由包含具有规定粒径的结晶颗粒的陶瓷介电体形成上述突起部，同时，使上述突起部的与上述被吸附基板接触的接触面形成为依赖于上述粒径的表面粗糙度。
本发明的第二方面所述的静电吸盘的特征在于：在第一方面所述的发明中，上述粒径是1～2μm，上述接触面的表面粗糙度Ra是0.2～0.3μm。
本发明的第三方面所述的静电吸盘的特征在于：在第一或第二方面所述的发明中，上述陶瓷介电体以氧化铝为主要成分。
本发明的第四方面所述的静电吸盘的特征在于：在第三方面所述的发明中，上述陶瓷介电体包含碳化硅。
本发明的第五方面所述的静电吸盘的特征在于：在第一～第四方面中任一方面所述的发明中，将上述突起部的硬度设定为维氏硬度Hv2000以上。
本发明的第六方面所述的静电吸盘的特征在于：在第一～五方面中任一方面所述的发明中，将上述多个突起部的与上述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下。
本发明的第七方面所述的静电吸盘的特征在于：在第六方面所述的发明中，以直径为0.5mm以下的圆柱状的突起形成上述突起部。
本发明的第八方面所述的静电吸盘的特征在于：在第六或七方面所述的发明中，将上述多个突起部间的距离设定为1mm以下。
本发明的第九方面所述的静电吸盘的特征在于：在第六～第八方面中任一方面所述的发明中，将上述突起部的高度设定为30μm以上。
本发明的第十方面所述的静电吸盘的特征在于：在第一～第九方面中任一方面所述的发明中，将上述接触面的表面粗糙度设定为通过等离子体清洗后随着时间变化能够到达的表面粗糙度。
本发明的第十一方面所述的静电吸盘，是使用静电力吸附被吸附基板、并且具有不借助槽就将热传导用气体供给至上述被吸附基板背面从而对上述被吸附基板进行冷却的机构的静电吸盘，其特征在于：上述静电吸盘具有与上述被吸附基板相接触的多个突起部，并且，将上述突起部的与上述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下，同时，将上述突起部的高度设定为30μm以上。
本发明的第十二方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十一方面所述的发明中，以直径为0.5mm以下的圆柱状的突起形成上述突起部。
本发明的第十三方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十一或十二方面中任一方面所述的发明中，使上述接触面的表面粗糙度形成Ra为0.25μm以下。
本发明的第十四方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十一～十三方面中任一方面所述的发明中，将上述多个突起部间的距离设定为1mm以下。
本发明的第十五方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十一～十四方面中任一方面所述的发明中，上述静电吸盘，在外周边缘部及其内侧，具有与上述被吸附基板相接触的第一、第二环状突起部，并且具有向在第一、第二环状突起部间及第二环状突起部的内侧分别形成的第一、第二区域内分别供给热传导用气体的第一、第二气体供给口。
本发明的第十六方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十五方面所述的发明中，将第二环状突起的宽度设定为1.0mm～1.5mm，同时，将与相邻于第二环状突起部的上述突起部的距离设定为2mm以下。
本发明的第十七方面所述的静电吸盘，是使用静电力吸附被吸附基板的静电吸盘，其特征在于：上述静电吸盘，在外周边缘部及其内侧，具有与上述被吸附基板相接触的第一、第二环状突起部，并且，具有向在第一、第二环状突起部间及第二环状突起的内侧分别形成的第一、第二区域内分别供给热传导用气体的第一、第二气体供给口。
本发明的第十八方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十七方面所述的发明中，第一区域和第二区域分别具有与第一、第二环状突起部不同的多个第一、第二突起部，第一突起部和第二突起部与上述被吸附基板的单位面积的接触面积、各自的突起部的个数密度及各自的突起部的高度的至少一个不同。
本发明的第十九方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十八方面所述的发明中，将第一突起部的与上述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定成比第二突起部的与上述被吸附基板的单位面积的接触面积比率要大。
本发明的第二十方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十九方面所述的发明中，将第二突起部的与上述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下。
本发明的第二十一方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十八所述的发明中，将第一突起部的高度设定成比第二突起的高度低。
本发明的第二十二方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十八～二十一方面中任一方面所述的发明中，将第二突起的高度设定为30μm以上。
本发明的第二十三方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十八～第二十二方面中任一方面所述的发明中，将第一突起部的个数密度设定成比第二突起部的个数密度大。
本发明的第二十四方面所述的静电吸盘的特征在于：在第十八～二十三方面中任一方面所述的发明中，第一、第二突起部分别呈现相同直径的圆柱状，各自的直径为0.5mm以下。
根据本发明的第一～二十四方面所述的发明，能够提供可提高耐等离子体性及耐磨耗性、同时能够均匀地控制被吸附基板整个面的面内温度、而且能够使被吸附基板的温度控制性稳定化的静电吸盘。
附图说明
图1是表示采用本发明的静电吸盘的一个实施方式的等离子体处理装置的结构图。
图2是表示图1所示的静电吸盘的突起部的分布状态的放大平面图。
图3是表示图1所示的静电吸盘的平面图。
图4是表示图1所示的静电吸盘的主要部分的放大剖面图。
图5是表示图1所示的静电吸盘的突起部的高度及晶片中的热传导气体的到达距离和到达时间之关系的图。
图6是表示用于观察静电吸盘的表面槽对晶片温度影响的热传导分析结果的图，(a)是表示槽宽及其附近的晶片温度分布的图，(b)是表示其温度差分布的图。
图7是表示用于观察静电吸盘的环状突起部对晶片温度影响的热传导分析结果的图，(a)是表示密封宽度及其附近的晶片温度分布的图，(b)是表示其温度差分布的图。
图8是表示图1所示的静电吸盘和现有的静电吸盘的表面粗糙度随时间变化的图。
图9是表示图1所示的静电吸盘及现有的静电吸盘和因等离子体造成的消耗速度之关系的图。
图10是表示图1所示的静电吸盘的表面粗糙度和干式清洗之间关系的图。
图11是表示热传导性气体的气压、图1所示的静电吸盘的表面粗糙度、和晶片W温度之间关系的图。
图12是表示采用现有的静电吸盘的等离子体处理装置的结构图。
符号说明：16静电吸盘，16A陶瓷介电体，16C突起部，16D第一环状突起部，16E第二环状突起部，16H第一气体供给口，16I第二气体供给口。
具体实施方式
本发明的静电吸盘，例如可以通过用于等离子体处理装置中而得到较好的结果。下面，举出用于等离子体处理装置中的静电吸盘为例加以说明。
以下，基于图1～图11所示的实施方式对本发明进行说明。
本实施方式的等离子体处理装置10的结构如下，如图1所示，具有能够保持高真空度的处理室11、配置于该处理室11内且载置被吸附基板(例如晶片)W的载置体12、以及使该载置体12与处理室11电气绝缘的绝缘体13，在由通过排气管14A而与处理室11相连接的真空排气系统14所保持规定真空度的处理室11内，对晶片W实施规定的等离子体处理。
上述载置体12，包括电极15和由粘结剂贴附于电极15上的静电吸盘16。在电极15上连接有高频电源17，从高频电源17向电极15施加规定的高频电力，在处理室11内产生等离子体。而且，在电极15内形成冷却介质流路15A，向冷却介质流路15A内供给冷却介质，通过电极15及静电吸盘16，将晶片W控制为规定的温度。如后所述，在静电吸盘16上连接高电压直流电源18，从高压直流电源18向静电吸盘16施加高电压，在静电吸盘16上产生静电力，在静电吸盘16上吸附、固定晶片W。
而且，对上述载置体12供给He气等热传导性气体，如后所述，由热传导性气体提高静电吸盘16与晶片W之间的热传导性，对晶片W整个面的温度均匀地进行控制。即，在载置体12上通过气体管道19A而连接供给热传导性气体的供给源19，气体管道19A分为两个系统的第一、第二分支管道19B、19C。在第一、第二分支管道19B、19C上分别安装有第一、第二气体压力控制器20A、20B及阀21A、21B，由这些阀21A、21B开闭第一、第二分支管道19B、19C，同时由气体压力控制器20A、20B控制热传导性气体的压力。第一、第二分支管道19B、19C在阀21A、21B的上游侧进一步分支，通过阀22A、22B及节流部件23A、23B而连接于真空排气系统14，由空排气系统14将热传导性气体保持为规定的供给压力。
而且，如图1、图2及图4所示，上述静电吸盘16由通过粘结材料A而粘结于电极15的陶瓷介电体16A和在陶瓷介电体16A内形成的电极层16B所构成。在静电吸盘16的吸附面、即陶瓷介电体16A的上面近乎整个面地形成均等分散的多个突起部16C。通过这样设置多个突起部16C，使静电吸盘16中的残留电荷的影响得到减轻，能够防止晶片W从静电吸盘16离开时发生的跳起。这些突起部16C，如图2所示，相互大体等间隔地配置，各自的上端作为与晶片W的接触面而平坦地形成。
上述多个突起部16C的与晶片W的接触面积，优选设定为晶片W的单位面积的15％以下。该接触面积对晶片W的比例越小，由热传导性气体对晶片温度的控制就越容易进行，但比例过小时，借助于用具有比热传导性气体高的热传导率的陶瓷所形成的突起部16C的晶片W与冷却介质之间的热传导就变小，晶片W的平衡温度上升。而晶片W的单位面积的接触面积比率超过15％时，由热传导性气体对温度的控制性降低，这也是不希望的。在本实施方式中，为了实现所希望的平衡温度和温度控制性，设定为15％。
由热传导性气体对晶片温度的控制性，随着突起部16C间的底面及突起部16C的侧面的合计的总接触气体面积而发生大的变化。就是说，由热传导性气体向晶片W的热传导，除了来自与晶片W背面直接接触的部分的热传导之外，还存在有从突起部16C间的底面和突起部16C的侧面经由突起部16C的热传导。因此，总接触气体面积越大，由热传导性气体产生的热传导效率就越好。
在晶片W和突起部16C的总接触面积相同的情况下，突起部16C的高度越高，突起部16C的侧面的面积就越大，由于总接触气体面积增大，所以是所希望的。而且，在形成多个各个突起部16C的任意高度的水平剖面为相同形状的突起部的情况下，由于各个突起部16C的水平剖面(与晶片W的接触面)越小，总接触气体面积就越大，所以是优选的。
就突起部16C来说，优选将晶片W和突起部16C的单位面积的接触面积比率[(突起部表面接触部/晶片面积×100％)]设定为15％以下。若考虑到晶片温度的控制性，优选突起部16C的直径为0.5mm以下、高度为30μm以上，更优选高度为40μm以上。由于当突起部16C的直径与高度的纵横比(高度/直径)大于1时，存在有由突起部16C与晶片W的摩擦等引起破损的顾虑，所以优选直径的下限及高度的上限利用纵横比来计设定为1以下的范围。例如可以将各个突起部16C设定为圆柱状，水平剖面的直径为0.5mm，高度为30μm。
为了将突起部16C的总侧面面积设定得大，可以使水平剖面形状为椭圆形或方形，而不是圆形，并且，突起部16C的侧面可以是倾斜面或带有台阶，是下侧剖面大的结构，而不是垂直面。为了抑制由切削突起部16C的前端边缘部而产生的颗粒，优选是曲面形状。在这种情况下，与晶片W的接触面，仅是不包含曲面部分而与晶片W相接触的部分。
如图4所示，上述多个突起部16C间的距离δ设定为2mm以下，优选为1mm以下，更优选为与晶片W的厚度t大体相等，或比厚度t要短。通过将距离δ设定得与厚度t大体相等，能够使从突起部16C上面到晶片W的表面的热传导时间与从该突起部16C到邻接的突起部16C的热传导时间大体相等，能够减小晶片W表面的突起部16C和空间部之间的温度差。
就上述突起部16C的高度来说，若较高的话，则可使热传导性气体能够瞬时充满静电吸盘16与晶片W间的整个空间，因此这是优选的。考虑到这一点，将上述突起部16C的高度设定为30μm以上，更优选高度为40μm以上。如果不到30μm，则热传导性气体到达静电吸盘16与晶片W之间的整个空间的时间延长，有晶片温度的控制性低下的顾虑。验证这件事的数据为图5。图5是突起部16C的高度为10μm及30μm时的晶片W中的热传导性气体的到达距离与时间之关系的图。由图5可知，在突起部16C的高度为10μm的情况下，距气体供给部的距离变长，热传导性气体的到达时间急剧延长，而在其高度为30μm的情况下，可以瞬间到达整个晶片W。
进而，在突起部16C的高度低到10μm左右时，需要在形成突起部16C的底面部设置例如槽等气体扩散机构，使热传导性气体能够通过气体扩散机构迅速扩散，在短时间内到达整个晶片W。在本实施方式中，如上所述，通过将突起部16C的高度设定为30μm以上，就没有必要设置气体扩散机构，能够降低制造成本，且不会发生由槽引起的温度不均匀性等问题。
如图1、图3所示，在静电吸盘16的外围边缘部形成有与多个突起部16C的具有同样高度的第一环状突起部16D，由该环状突起部16D具有能够将供给到静电吸盘16与晶片W之间间隙的热传导性气体密封在晶片W面内的密封的功能。在第一环状突起部16D的内侧与第一环状突起部16D同心圆状地形成与多个突起部16C同样高度的第二环状突起部16E。由该环状突起部16E将第一环状突起部16D内的区域分为两部分。即，如图3所示，在第一环状突起部16D与第二环状突起部16E之间形成环状的第一区域16F，在第二环状突起部16E的内侧形成圆形状的第二区域16G，第二环状突起部16E具有第一、第二区域16F、16G间的密封功能。还有，在图3中未表示突起部16C。
因此，在用静电吸盘16吸附晶片W时，晶片W与多个突起部16C及第一、第二环状突起部16D、16E分别接触，在晶片W与静电吸盘16之间形成与第一、第二区域16F、16G相对应的两个空间。以下，将分别与第一、第二区域16F、16G相对应的空间根据需要称为第一、第二空间16F、16G。
而且，如图3所示，在第一、第二区域16F、16G中分别形成多个第一、第二气体供给口16H、16I，在这些气体供给口16H、16I上分别连接有后述的第一、第二分支管道19B、19C。还有，在图3中，16J是升降升降杆24的孔。
如图1所示，第一、第二分支管道19B、19C连接于在绝缘体13上面形成的第一、第二环状凹部13A、13B，向这些环状凹部13A、13B内供给热传导性气体。，如该图中所示，在电极15及静电吸盘16上分别形成与第一、第二区域16F、16G相连通的第一、第二连通路25、26。因此，气体供给源19的热传导性气体，经由第一、第二分支管道19B、19C、第一、第二环状凹部13A、13B、第一、第二连通路25、26及第一、第二气体供给口16H、16I而到达静电吸盘16的第一、第二空间16F、16G。
由第一、第二环状突起部16D、16E将静电吸盘16与晶片W之间的空间分为第一、第二空间16F、16G，由此，能够分别对供给于各空间16F、16G内的热传导性气体的压力进行控制。对晶片W进行等离子体处理时，晶片W的外围边缘部的温度比其内侧的温度要高。因此，可以使第一空间16F内的热传导性气体的压力增大，例如设定压力为40Torr，使热传导性提高，使第二空间16G内的热传导性气体的压力降低，例如设定压力为10Torr，使第一空间16F内的热传导性比第二空间16G内的热传导性要高，由此能够对晶片W整个面的温度进行均匀地控制。
而且，如果将第一、第二空间16F、16G内的突起部16C分别定义为第一、第二突起部，则通过将第一突起部的与晶片W的接触面积比率设定得比第二突起部的与晶片W的接触面积大，可以提高借助于突起部16C的晶片W与冷却介质之间的热传导，能够均匀地控制晶片W整体的温度，但热传导气体对晶片周边部的温度控制性比其内侧低。此时，通过以同样的接触面积比率将第一突起部的个数密度设定得比第二突起部的个数密度大，能够提高热传导性气体对晶片W周边部的温度控制性。通过将第一突起部的高度设定得比第二突起部的高度低，同样可以降低晶片周边部的温度。
由于通过采用这样将静电吸盘16与晶片W间的空间分为两部分，分别独立地对热传导性气体的压力进行控制的结构，能够对晶片W周边部与中心部的温度进行单独控制，所以，例如即使是等离子体状态不均匀，也能够对晶片W面内的蚀刻速度及蚀刻形状等进行均匀地控制。
第二环状突起部16E与第一、第二空间部16F、16G内的配置为环状的最近的突起部16C之间的距离，设定为2mm以下，优选为1mm以下，更优选与晶片W的厚度t大体相等，或比厚度t短。为了观察第二环状突起部16E与最近的突起部16C之间的间隙对热传导的影响，在认为是容易产生影响的结构的突起部区域间设置有具有多种宽度的槽的情况做了验证。
图6(a)、(b)是表示使用有限元法在以下的设定条件下所进行的热传导分析的结果。也就是说，图6(a)、(b)所示的晶片中的温度分布及温度差分布是表示在如下这样条件下所计算出的结果，即：将突起部区域的接触面积率设定为15％、将其高度设定为30μm、将背侧气体压力设定为15Torr、将晶片厚度设定为0.7mm，而且将下部电极的温度设定为25℃，使得晶片W的温度约为60℃，将向晶片输入的热量设定为3.4W/cm2，将槽深(无限长)设定为更容易产生影响的100μm，将槽宽设定为0mm、1mm、2mm、3mm及4mm这五种情形。
而且，在上述条件下，将涂了抗蚀剂的晶片由氧等离子体进行实际蚀刻，测定了蚀刻速度，结果确认了在槽宽为1.7mm的情况下，即使对抗蚀剂进行蚀刻，槽也不会对蚀刻产生影响。比较上述分析结果与试验结果可知，在图6(a)、(b)中所示的分析结果中，由于在槽宽为2mm的情况下，晶片的槽宽度中心和其周边的温度差约为1℃，所以为了将槽周边的温度差抑制在1℃以下，优选将槽宽度设定在2mm以下。此时，由于突起部间的间隔大到为槽宽以上时，温度差增大，所以优选设定为1mm以下，更优选设定为晶片W的厚度以下。在本实施方式中，将第二环状突起部16E和最近的突起部16C的距离设定为0.5mm。因此，即使是晶片W背面由接触面积比率小的突起部16C所形成的静电吸盘16，也不会受第二环状突起部16E的影响，能够在晶片W整个面实现所希望的温度分布。
在晶片W与突起部16C的单位面积的接触面积比率为15％以下、各个突起部16C为圆柱状、水平剖面直径为0.5mm、高度为30μm的条件下，将背侧气体(He)压力在中心部设定为5Torr、在周边部设定为40Torr、将电极温度设定为25℃、使得晶片W的温度约为60℃的状态下吸附晶片W，结果是到达平衡温度的95％的温度的时间为14.4秒，具有与现有的陶瓷喷镀的静电吸盘大体相同的温度响应性。因此，为了使温度响应性更良好，优选将晶片W与突起部16C的单位面积的接触面积比率设定为15％以上，在相同接触面积比率下，圆柱状的突起部16C的水平剖面(与晶片的接触面)的直径设定为0.5mm以下、高度为30μm以上，这一点得到了验证。在这种情况下，由于平衡温度升高，优选将冷却介质的设定温度降低，以提高冷却能力。
图7(a)(b)是表示使用有限元法在下面的设定条件下对第一、第二环状突起部16D、16E的密封宽度的温度分布的影响所进行的热传导分析的结果。即，图7(a)、(b)所示的晶片中的温度分布及温度差分布是表示在如下这样条件下所计算出的结果，即：在将突起部区域的接触面积率设定为15％、其高度设定为30μm、将背侧气体压力设定为15Torr、将晶片厚度设定为0.7mm、而且将下部电极的温度设定为25℃使得晶片W的温度约为60℃、将向晶片输入的热量设定为3.4W/cm2、将密封高度设定为30μm、将密封宽度设定为0mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm及2.0mm这五种情形。
进而可知，由于从抗蚀剂蚀刻速度的观点看，优选温度差约为1℃以内，所以优选将密封宽度设定为1.5mm以下。此时，如果密封宽度过狭，由于担心背侧气体泄漏，所以优选设置为1mm以上。关于气体泄漏，在环状突起部的表面粗糙度Ra为0.2～0.3μm的情况下，为了将泄漏量控制在1sccm以下，必须使密封宽度设定在3mm以上，在第二环状突起部15E的情况下，由于即使有若干泄漏影响也很小，所以优选设定在1.0～1.5mm的范围。
而且，形成上述静电吸盘16的陶瓷介电体16A，包含具有规定平均粒径的晶体颗粒，同时，形成(加工)成突起部16C的与晶片W接触的面(上面)依赖于结晶颗粒平均粒径的表面粗糙度。所谓‘依赖于结晶颗粒平均粒径的表面粗糙度’是指，利用等离子体对陶瓷介电体进行干式清洗，从而对表面进行溅射，随着时间变化，最终达到一定的表面粗糙度，不会再发生更粗糙变化的稳定时的表面粗糙度。就稳定时的表面粗糙度来说，晶体颗粒的平均粒径越小则越小，晶体颗粒的平均粒径越大则越大。
在本实施方式中，晶体颗粒的平均粒径为1～2μm，由等离子体进行干式清洗最终所达到的表面粗糙度Ra为0.2～0.3μm。所以，预先将突起部16C的表面粗糙度Ra加工为0.2～0.3μm。由此，即使是多次重复干式清洗情况，突起部16C的表面也不会比该粗糙度更粗糙，能够保持始终稳定的热传导性能，晶片温度的控制性始终稳定。在晶体颗粒的平均粒径大于2μm的情况下，由于由等离子体处理进行溅射时随时间变化，稳定的表面粗糙度大于0.3μm，所以需要预先将突起部16C的前端加工为比0.3μm大的规定的表面粗糙度。另一方面，在结晶粒径的平均粒径小于1μm的情况下，由于由等离子体处理进行溅射时随时间变化，稳定的表面粗糙度小于0.2μm，所以需要预先将突起部16C的前端加工为比0.2μm小的规定的表面粗糙度。
图8是将维氏(Vickers)硬度高的本实施方式的静电吸盘与不包含于本发明的静电吸盘的运行时间(在未载置晶片W的状态下将静电吸盘暴露于O2等离子体中，晶片干式清洗的累计时间)与各自突起部16C的表面粗糙度的比较图。在图8中，本实施方式的静电吸盘用“●”表示，其晶体颗粒的平均粒径为1～2μm。本发明所不包含的静电吸盘用“▲”表示，其晶体颗粒的平均粒径为12μm。由该图可知，本发明以外的静电吸盘在运行时间开始后40小时，其表面粗糙度从约0.1μm急剧增到0.6μm，40小时以后，表面粗糙度在0.5～0.6μm的粗糙状态下恶化，大体稳定。与此相对，本实施方式的静电吸盘16从运行开始时的表面粗糙度略小于0.1μm，运行100小时后仅增到略大于0.1μm，判明了由等离子体引起的粗糙很轻微。
突起部16C的表面粗糙度，由于即使是晶体颗粒的平均粒径不同也能够稳定于依赖于晶体颗粒粒径的表面粗糙度，所以通过预先加工为稳定的表面粗糙度从而使表面粗糙度不会随时间而变化。也就是说，可以判明：在图8所示的本实施方式的静电吸盘的情况下，预先加工成Ra为0.25μm(由于加工精度中有偏差，所以管理范围是Ra为0.2～0.3μm)，而在该图中所示的本发明以外的静电吸盘的情况下，预先加工成Ra为0.5～0.6μm即可。
形成上述静电吸盘16的陶瓷介电体16A，优选是以氧化铝为主要成分的氧化铝烧结体，而且，优选该烧结体中含有碳化硅。通过添加碳化硅能够提高硬度、耐磨性。更优选该静电吸盘16是在高温高压下烧结的烧结体。通过高温高压下的烧结能够进一步提高静电吸盘16的硬度，可以得到维氏硬度Hv为2000以上的硬度，还能够进一步提高耐等离子体性及耐磨性，进嘏能够防止由晶片W的吸附、离开而引起的突起部16C上面的粗糙。
图9是本实施方式的静电吸盘16中所使用的烧结体与其它陶瓷的耐等离子体性的比较图。在图9中，本实施方式中所使用的烧结体由包含碳化硅、在高温高压下烧结的试样No.3所表示，维氏硬度Hv为2200。其它试样No.1是由氧化铝喷镀而得到的一般静电吸盘，其维氏硬度Hv为1000。试样No.2是由在常压下氧化铝的生坯板烧结的陶瓷介电体所构成的静电吸盘，其维氏硬度Hv为1000。试样No.4是以氧化铝为主要成分、在常压下在与No.2不同的条件下烧结生坯板而成的陶瓷介电体所构成的静电吸盘，其维氏硬度Hv为1400。由图9可知，本实施方式以外的任意一个试样的维氏硬度Hv都低于2000，因等离子体造成的消耗速度加快，耐等离子体性不良。
而且，图10是表示本实施方式的静电吸盘16中的突起部16C的表面粗糙度和无晶片干式清洗时间的关系图。作为静电吸盘16，使用了烧结体的氧化铝颗粒的结晶粒径约为1μm的物质，如图10所示，进行突起部16C的表面加工，使表面粗糙度Ra在0.09～0.29μm的范围内，观察了各静电吸盘16和干式清洗时间之间的关系。从图10也明确地验证了具有任意表面粗糙度的静电吸盘16，都随着清洗时间的经过而收敛于一定的表面粗糙度。而且，判明了该收敛值是Ra为0.25μm。该值换算为另一种表面粗糙度Ry时为1.7μm。还有，无晶片干式清洗时的等离子体电位(Vpp)为600V。
而且，图11是对于热传导性气体(He气)的各种压力的突起部16C的表面粗糙度与晶片温度稳定的关系。由图11可知，突起部16C的表面粗糙度Ra比0.2μm大时，晶片温度缓慢升高，来自载置体12一侧的冷却效率缓慢下降。特别是从表面粗糙度Ra约为0.27μm前后，冷却效率有急剧下降的倾向。但是，判明了当表面粗糙度Ra小于0.2μm时，表现出大体一定的冷却效率。所以，即使是突起部16C的表面粗糙度Ra在本发明的0.2～0.25μm的范围内的加工中产生偏差，热传导性气体的压力，在10Torr条件下，也能抑制为8℃的变动，在40Torr条件下，也能抑制为3℃的变动，能够保持稳定的冷却效率。也就是说，突起部16C前端面的表面粗糙度Ra为0.25μm以下时，表面粗糙度Ra的影响减小，在0.2μm以下时表现出大体一定的冷却效率。还有，40Torr与10Torr分别是本实施方式的静电吸盘16的第一、第二空间16F、16G内的压力。
在对突起部16C的前端面进行最终加工时，优选将表面粗糙度Ra设定为0.25μm以下，更优选为0.2μm以下，由此，即使是由于加工偏差等使表面粗糙度发生若干变化，冷却速度也不易于受到表面粗糙度Ra的影响。即使是将突起部16C的前端面设定为规定的接触面积，实际上由于表面粗糙度Ra的影响，实际的接触面积要小于实际设计值。在表面粗糙度Ra大的情况下，即使是同一背侧气体压力，如图11所示，晶片W的平衡温度升高。所以，在设计静电吸盘的情况下，需要将表面粗糙度Ra设定得小，以降低平衡温度。如上所述，优选该表面粗糙度Ra在0.25μm以下，更优选为0.2μm以下。
如以上的说明，根据本实施方式，静电吸盘16由于具有与晶片W接触的多个突起部16C，而且，突起部16C是由包含具有1～2μm的平均粒径的氧化铝结晶颗粒的陶瓷介电体16A所形成，同时，突起部16C的与晶片W接触的接触面加工成依赖于平均粒径的表面粗糙度(0.2～0.3μm)，所以，耐等离子体性高，而且即使反复进行干式清洗操作，突起部16C的粗糙度也几乎不会发生变化，从而能够提高晶片温度的控制性，同时能够使晶片温度的控制性稳定化。并且，还不会发生在将晶片W从静电吸盘16离开时由残留电荷所引起的晶片W的跳起及来自静电吸盘16的污染。
而且，根据本实施方式，由于静电吸盘16的陶瓷介电体含有碳化硅，所以能够进一步提高硬度和耐磨性。而且，由于将突起部16C的维氏硬度Hv设定为2000以上，所以能够提高由使用等离子体的干式清洗的耐磨耗性能。
而且，由于多个突起部的晶片单位面积的接触面积比率设定在15％以下，所以能够进一步提高晶片温度的控制性，将晶片W整个面控制为所希望的温度。由于各突起部16C的接触面形成直径为0.5mm以下的圆柱状，所以突起部16C与热传导性气体的热传导性良好，能够通过来自与晶片W相接触的热传导性气体的热传导将晶片控制为所希望的温度。由于将多个突起部16C、16C间的距离δ设定为相当于晶片W的厚度t的距离以下，所以能够对不与突起部16C接触的晶片部分和与突起部16C接触的晶片部分均匀地进行加热，进而能够将晶片W整个面冷却到所希望的温度。
而且，由于将突起部16C的高度设定为30μm以上，所以可以不形成热传导性气体用的槽，而在短时间内使热传导性气体充满整个晶片W，能够提高晶片W整个面的温度响应性。由于静电吸盘16具有第一、第二环状突起部16D、16E，并且，具有向在第一、第二环状突起部16D、16E间及第二环状突起部16E的内侧分别形成的第一、第二空间16F、16G内分别供给热传导用气体的第一、第二气体供给口16H、16I，所以向第一、第二空间16F、16G内供给的热传导用气体的压力能够分别控制，通过将第一空间16F内的热传导性气体的压力设定得高于第二空间16G内的压力，能够使温度容易升高的晶片W外围边缘部的温度比内侧的更易于冷却，将晶片W整个面控制为所希望的温度。
还有，本发明并不限于上述实施方式。只要不改变本发明的要旨，都应包含于本发明中。
产业上的可利用性
本发明可以作为等离子体处理装置等的静电吸盘而加以使用。

Claims (22)

1.一种静电吸盘，使用静电力吸附被吸附基板，其特征在于：
所述静电吸盘，具有与所述被吸附基板相接触的多个突起部，并且，由包含具有规定粒径的结晶颗粒的陶瓷介电体构成所述突起部，同时，使所述突起部的与所述被吸附基板接触的接触面形成为依赖于所述粒径的表面粗糙度，并且以直径为0.5mm以下的圆柱状的突起形成所述突起部。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于：所述粒径是1～2μm，所述接触面的表面粗糙度Ra是0.2～0.3μm。
3.根据权利要求1或2所述的静电吸盘，其特征在于：所述陶瓷介电体以氧化铝为主要成分。
4.根据权利要求3所述的静电吸盘，其特征在于：所述陶瓷介电体包含碳化硅。
5.根据权利要求1或2所述的静电吸盘，其特征在于：将所述突起部的硬度设定为维氏硬度Hv 2000以上。
6.根据权利要求1或2所述的静电吸盘，其特征在于：将所述多个突起部的与所述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下。
7.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于：将所述多个突起部间的距离设定为1mm以下。
8.根据权利要求6所述的静电吸盘，其特征在于：将所述突起部的高度设定为30μm以上。
9.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于：将所述接触面的表面粗糙度设定为通过等离子体清洗后随着时间变化能够到达的表面粗糙度。
10.一种静电吸盘，使用静电力吸附被吸附基板，并且具有不借助槽就将热传导用气体供给至所述被吸附基板背面从而对所述被吸附基板进行冷却的机构，其特征在于：
所述静电吸盘具有与所述被吸附基板相接触的多个突起部，并且，将所述突起部的与所述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下，同时，将所述突起部的高度设定为30μm以上。
11.根据权利要求10所述的静电吸盘，其特征在于：以直径为0.5mm以下的圆柱状的突起形成所述突起部。
12.根据权利要求10或11所述的静电吸盘，其特征在于：使所述接触面的表面粗糙度形成Ra为0.25μm以下。
13.根据权利要求10或11所述的静电吸盘，其特征在于：将所述多个突起部间的距离设定为1mm以下。
14.根据权利要求10或11所述的静电吸盘，其特征在于：
所述静电吸盘，在外周边缘部及其内侧，具有与所述被吸附基板相接触的第一、第二环状突起部，并且具有向在第一、第二环状突起部间及第二环状突起部的内侧分别形成的第一、第二区域内分别供给热传导用气体的第一、第二气体供给口。
15.根据权利要求14所述的静电吸盘，其特征在于：将第二环状突起部的宽度设定为1.0mm～1.5mm，同时，将与相邻于第二环状突起部的所述突起部的距离设定为2mm以下。
16.一种静电吸盘，使用静电力吸附被吸附基板，其特征在于：
所述静电吸盘，在外周边缘部及其内侧，具有与所述被吸附基板相接触的第一、第二环状突起部，并且具有向在第一、第二环状突起部间及第二环状突起部的内侧分别形成的第一、第二区域内分别供给热传导用气体的第一、第二气体供给口，
第一区域和第二区域分别具有与第一、第二环状突起部不同的多个第一、第二突起部，所述第一、第二突起部分别呈现相同直径的圆柱状，各自的直径为0.5mm以下。
17.根据权利要求16所述的静电吸盘，其特征在于：
所述第一突起部和所述第二突起部与所述被吸附基板的单位面积的接触面积、各自的突起部的个数密度及各自的突起部的高度的至少一个不同。
18.根据权利要求17所述的静电吸盘，其特征在于：
将第一突起部的与所述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定成比第二突起部的与所述被吸附基板的单位面积的接触面积比率要大。
19.根据权利要求18所述的静电吸盘，其特征在于：将第二突起部的与所述被吸附基板的单位面积的接触面积比率设定为15％以下。
20.根据权利要求17所述的静电吸盘，其特征在于：将第一突起部的高度设定成比第二突起部的高度低。
21.根据权利要求17所述的静电吸盘，其特征在于：将第二突起部的高度设定为30μm以上。
22.根据权利要求17所述的静电吸盘，其特征在于：将第一突起部的个数密度设定成比第二突起部的个数密度大。
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