JP2008041927A - 静電チャックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック基板の表層厚のばらつきを抑え、ワークを吸着する吸着力のばらつきを防止し、所要の吸着力を備えた静電チャックを製造可能とする。
【解決手段】内層に電極１８が形成されたセラミック基板１６を、接着剤１４を介して、押圧面の中央部に押圧突部３１が設けられた定盤３０により荷重を加えてベースプレート１２に貼着する工程と、前記荷重を解放し後、前記接着剤１４を熱硬化させ前記セラミック基板１６を前記ベースプレート１２に接着する工程と、前記ベースプレート１２に接着された前記セラミック基板１６の表面を平坦面に研削し、前記電極１８と前記セラミック基板１６の表面との間のセラミック基板の表層厚を吸着面内で均一な厚さに仕上げる工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は静電チャックの製造方法に関し、より詳細には静電チャックのベースプレートに、セラミック基板を平坦状に接着可能とする静電チャックの製造方法に関する。

静電チャックは、半導体ウエハにドライエッチングや成膜処理を施したりする際に、半導体ウエハを静電的に吸着して支持する装置として使用されている。図７は、静電チャックのもっとも基本的な構成を示す。この静電チャック１０は、アルミニウム等の金属からなるベースプレート１２に、接着剤１４によりセラミック基板１６を接着して形成したものであり、セラミック基板１６は、電極１８とともに一体焼成により円板状に形成され、ベースプレート１２に位置合わせして接着される。

図８は、ベースプレート１２にセラミック基板１６を接着する従来方法を示す。すなわち、ベースプレート１２の表面に接着剤１４を塗布し、セラミック基板１６をベースプレート１２に位置合わせした状態で、定盤２０によりセラミック基板１６に荷重を加えてベースプレート１２に貼り合わせる。次いで、ベースプレート１２にセラミック基板１６を貼り合わせた状態で所定温度に加熱した加熱炉中で接着剤１４を熱硬化させ、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着する。なお、定盤２０によりセラミック基板１６に荷重を加える操作は、ベースプレート１２とセラミック基板１６とを加熱炉に搬入する前に行い、加熱炉中では、セラミック基板１６には積極的に荷重を加えない。
特開平５−３４７３５２号公報 特開平６−２１６２２４号公報 実開平４−１３３４４３号公報

セラミック基板１６をベースプレート１２に貼り合わせる際に、定盤２０を用いてセラミック基板１６に荷重を加えて貼り合わせるのは、セラミック基板１６が若干湾曲して焼成されていたような場合でも平坦状にセラミック基板１６を貼り合わせるためである。しかしながら、押圧面を平坦面に形成した従来の定盤２０を用いてセラミック基板１６に荷重を加えて貼り付け、次いで、接着剤１４を熱硬化させてセラミック基板１６をベースプレート１２に接着すると、図９（ａ）に示すように、セラミック基板１６は中央部が盛り上がり、周縁部が低位となるように反った形態で接着される傾向がある。

これは、定盤２０により荷重を作用させながらセラミック基板１６をベースプレート１２に貼り合わせる際に、セラミック基板１６の周縁部では接着剤１４が移動しやすいのに対して、セラミック基板１６の中央部では接着剤１４が滞留するために、セラミック基板１６の中央部で接着剤１４の厚さが厚く、周縁部で接着剤１４の厚さが薄くなるためと考えられる。図９（ａ）は、接着剤１４がセラミック基板１６の中央部で厚くなった状態を誇張して描いている。

セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した後、静電チャックの吸着面を平坦面にするためと、セラミック基板１６の内層に形成された電極とセラミック基板１６の吸着面との厚さ（表層厚という）を所定の厚さに仕上げるために、セラミック基板１６の表面を平坦状に研削する。図９（ｂ）は、セラミック基板１６の表面を平坦状に研削した状態を示す。このようにセラミック基板１６の表面を平坦状に研削した場合、セラミック基板１６がベースプレート１２上で湾曲して接着されていると、セラミック基板１６の内層に形成されている電極１８とセラミック基板１６の吸着面との間の厚さ（表層厚）がばらつき、ワークを吸着するときの吸着力が不均一になるとともに、所定の吸着力が得られなくなるという問題が生じる。

本発明は、このように、ベースプレートにセラミック基板を接着して静電チャックを製造する際に、セラミック基板の表層厚がばらつき、ワークの吸着力が均一にならなかったり、所定の吸着力が得られなくなるという問題を防止し、信頼性の高い静電チャックを得ることができる静電チャックの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、 内層に電極が形成されたセラミック基板を、接着剤を介して、押圧面の中央部に押圧突部が設けられた定盤により荷重を加えてベースプレートに貼着する工程と、前記荷重を解放した後、前記接着剤を熱硬化させ前記セラミック基板を前記ベースプレートに接着する工程と、前記ベースプレートに接着された前記セラミック基板の表面を平坦面に研削し、前記電極と前記セラミック基板の表面との間のセラミック基板の表層厚を吸着面内で均一な厚さに仕上げる工程とを備えることを特徴とする。

また、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する工程において、前記接着剤の厚さが前記セラミック基板の面内で均一となるように、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着することを特徴とする。セラミック基板が均一な厚さに焼成されている場合には、このようにセラミック基板をベースプレートに貼着することにより、セラミック基板の表層厚を均一にすることができる。
また、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する工程において、前記セラミック基板の中央部における接着剤の厚さが、セラミック基板の周縁部における接着剤の厚さよりも薄くなるように、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着することを特徴とする。セラミック基板の表層厚がセラミック基板の中央部よりも周縁部で厚く形成されている場合には、このようにセラミック基板をベースプレートに貼着することにより、セラミック基板の表層厚を均一にすることができる。

また、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する際に、前記押圧突部の平面形状が円形に形成され、押圧突部の押圧面が平坦面に形成された定盤を使用すること、また、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する際に、平面形状が円形となる複数の段差部が同心に配置され、外側の段差部にくらべて内側の段差部の突出高さが段階的に高くなる押圧突部が設けられた定盤を使用することが有効である。

また、前記セラミック基板を前記ベースプレートに接着する工程においては、セラミック基板が貼着されたベースプレートを、前記接着剤が熱硬化する温度以上に加熱された加熱炉中で所定時間保持して前記接着剤を熱硬化させることが有効である。
また、前記ベースプレートはアルミニウムからなり、前記セラミック基板はアルミナセラミックからなるものが静電チャックとして好適に用いられる。

本発明に係る静電チャックの製造方法によれば、セラミック基板の表層厚のばらつきを確実に抑えることができ、ワークの吸着力を均一にし、所要の吸着力を備えた信頼性の高い静電チャックを得ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
図１は、本発明に係る静電チャックの製造方法において、ベースプレート１２にセラミック基板１６を貼着する工程を示す。ベースプレート１２にセラミック基板１６を貼着する際には、ベースプレート１２のセラミック基板１６を接着する接着面に接着剤１４を塗布し、この接着剤１４を塗布した面にセラミック基板１６を位置合わせし（図１（ａ））、定盤３０によりセラミック基板１６に荷重を加えてベースプレート１２にセラミック基板１６を押圧しながら貼着する（図１（ｂ））。

本実施形態で使用しているベースプレート１２はアルミニウム製であり、セラミック基板１６が接着されるワークの吸着面の直径は３００ｍｍである。
セラミック基板１６としては、厚さ１ｍｍ、直径３００ｍｍのアルミナセラミック基板を使用した。セラミック基板１６は、アルミナからなるグリーンシートの表面にタングステンペーストを用いて電極パターンを形成し、電極パターンが内層となるようにグリーンシートを積層し、焼成して形成した。なお、静電チャックに用いられるセラミック基板１６の材質はアルミナに限定されるものではなく、窒化アルミニウムや、強誘電体セラミックであるチタン酸バリウムやチタン酸カルシウム等を使用することができる。

図１（ｂ）に示すように、定盤３０によりセラミック基板１６に荷重を加えてセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着した後、ベースプレート１２にセラミック基板１６を貼着した状態で加熱炉に搬入し、所定時間加熱炉内で保持して接着剤１４を熱硬化させ、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着する。
本実施形態では、接着剤１４としてシリコーン系の接着剤を使用し、加熱炉を１２０℃に加熱し、加熱炉中に４時間程度保持して接着剤１４を熱硬化させた。

なお、本明細書においては、接着剤１４を熱硬化させる前に、セラミック基板１６に荷重を加えてベースプレート１２に貼り付ける操作を貼着といい、接着剤１４を熱硬化させてセラミック基板１６を最終的にベースプレート１２に固着する操作を接着という。接着剤１４はセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着した後に熱硬化させるから、セラミック基板１６に荷重を作用させてベースプレート１２に貼り付ける貼着工程においては、接着剤１４は未硬化の状態にある。

本実施形態における静電チャックの製造方法において特徴とする構成は、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する工程において使用する定盤３０として、セラミック基板１６を押圧する押圧面の中央に、平面形状が円形の押圧突部３１を設けた定盤３０を使用することにある。押圧突部３１は押圧面を平坦面とし、段差状に定盤３０の本体から突出するように設けられる。

図２（ａ）は、押圧突部３１を設けた定盤３０を用いてベースプレート１２にセラミック基板１６を貼着した後、加熱炉で接着剤１４を熱硬化させてセラミック基板１６をベースプレート１２に接着した状態の接着剤１４、セラミック基板１６の断面構成を説明的に示す。押圧突部３１を備えた定盤３０を用いてセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際には、セラミック基板１６の周縁部にくらべて中央部により大きな荷重が加わるから、セラミック基板１６の中央部において接着剤１４が滞留しないようにすることができ、セラミック基板１６の中央部における接着剤１４の厚さがセラミック基板１６の周縁部におけるよりも厚くなるという問題を回避することができる。

図２（ａ）は、押圧突部３１による作用を強調して描いたもので、押圧突部３１が形成された定盤３０を用いてセラミック基板１６に荷重を加えて接着したことによってセラミック基板１６の中央部における接着剤１４の厚さが周縁部よりも薄くなった状態を示す。このように、定盤３０に形成する押圧突部３１の突出高さ（段差）や押圧突部３１の大きさ、セラミック基板１６に加える荷重の大きさによって、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した状態での接着剤１４の厚さを制御することができるから、定盤３０に設ける押圧突部３１の突出量等を変えることによって、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した状態でのセラミック基板１６の反りを抑え、セラミック基板１６の表面を研削した後におけるセラミック基板１６の表層厚（内層の電極１８とセラミック基板１６の吸着面との間の厚さ）のばらつきが小さくなるようにすることができる。

図２（ｂ）は、ベースプレート１２に接着されたセラミック基板１６の表面を平坦面に研削した状態を示す。セラミック基板１６の厚さが全体として均一に形成されている場合には、接着剤１４の厚さが均一になるようにセラミック基板１６をベースプレート１２に接着することにより、セラミック基板１６の表面を平坦に研削することにより、セラミック基板１６の表層厚を均一にすることができ、セラミック基板１６の吸着面にワークを吸着した際の吸着力の吸着面内におけるばらつきを抑えることができ、所要の吸着力を得ることが可能となる。

本発明は、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した後の接着剤１４の厚さが、セラミック基板１６に荷重を加えてベースプレート１２に貼着する際の貼着方法によって左右される点が特徴的である。本実施形態では、室温で、定盤３０からセラミック基板１６に対しては２５ｋｇ（セラミック基板１６の１枚あたり）程度の荷重を加え、定盤３０によって荷重を加えていた時間は１０分間程度であったが、定盤３０によってセラミック基板１６に加える荷重や、荷重を加えている時間は、セラミック基板１６の大きさ、厚さ、材質、使用する接着剤１４等によって適宜選択することができる。接着剤１４の厚さは荷重によっても異なるが８０〜１００μｍ程度である。

また、セラミック基板１６は使用材料や焼成条件等によって、厚さがばらついたりするから、セラミック基板１６の厚さばらつきを考慮して、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際に使用する定盤３０や定盤３０に形成する押圧突部３１の大きさ、突出高さ等を適宜設定するようにするとよい。セラミック基板１６の厚さばらつきがある場合には、セラミック基板１６の厚さばらつきをあらかじめ検出しておき、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した後、セラミック基板１６の表面を研削した状態でセラミック基板１６の表層厚が均一になるように、ベースプレート１２にセラミック基板１６を貼着する貼着条件を設定する。

本実施形態のように、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際に、押圧突部３１を設けた定盤３０を使用して貼着する方法は、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した際の接着剤１４の厚さを制御する方法として有効であり、これによって静電チャックの吸着部となるセラミック基板１６の表層厚を均一にすることができ、吸着力のばらつきが小さく、所要の吸着力を備えた静電チャックを得ることができる。

以下、本発明方法に係る静電チャックの製造方法と従来方法によって静電チャックを実際に製作した例について説明する。
図３は、本実施例においてセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際に使用した定盤３２の構成を示す。定盤３２は、セラミック基板１６を押圧する押圧面に同心状に平面形状が円形に形成された第１の段差部３３ａと第２の段差部３３ｂとからなる押圧突部３３を有する。定盤３２の直径は３５０ｍｍ、第１の段差部３３ａの直径は５０ｍｍ、第２の段差部３３ｂの直径は１７５ｍｍである。また、第２の段差部３３ｂの定盤３２の押圧面からの突出高さ（段差）Ｄ２は５０μｍ、第１の段差部３３ａの第２の段差部３３ｂからの突出高さは２０μｍである。なお、図３でＡ線は、直径３００ｍｍの半導体ウエハ（吸着対象品）の外形位置を示す。

図４は、ベースプレート１２に接着剤１４を塗布した後、図３に示した定盤３２を用いてセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着した状態でのセラミック基板１６の表面の断面形状（うねり曲線）を測定したグラフを示す。図５は、同一ロットのセラミック基板１６について、押圧面を平坦面とした従来の定盤２０を用いてセラミック基板１６をベースプレート１２に貼着した場合での測定結果である。
図５に示すように、従来の押圧面を平坦面に形成した定盤２０を使用した場合には、セラミック基板１６は、全体形状として中央部が外方に凸となる傾向となった。これに対して、本実施形態の定盤３２を使用した場合には、セラミック基板１６は、中央部が外方に凹となる傾向となった。これらの形態は、図２（ａ）、図９に示す状態に対応する。

図６は、セラミック基板１６の表層厚（内層の電極とセラミック基板の表面との間の厚さ）について、セラミック基板１６を貼着する前の状態と、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着して、セラミック基板１２の表面を平坦面に研削した状態とでどのように変化したかを示している。
すなわち、図６（ａ）は、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する前の状態、すなわち、焼成されたセラミック基板１６における表層厚の分布を示したものであり、図６（ｂ）は、セラミック基板１６の表面を平坦面に研削した状態でのセラミック基板１６の表層厚を示す。図中の数値の単位は（μｍ）である。

図６（ａ）に示すように、本実施例で使用したセラミック基板１６は、表層厚がセラミック基板１６の中央部において薄く、周縁部において厚くなっている。この表層厚のばらつきは、セラミック基板１６の焼成に使用したグリーンシートの厚さばらつきや、焼成条件によるものと考えられる。
本実施例で、定盤３２に形成する押圧突部３３の第１の段差部３３ａの段差を２０μｍ、第２の段差部３３ｂの段差を５０μｍとしたのは、セラミック基板１６の表層厚が中央部において周縁部にくらべて６０μｍ程度薄いことから、この厚さの差に合わせて押圧突部３３の段差を設定し、セラミック基板１６を凹面状に湾曲させて貼着し、セラミック基板１６の表面を研削する際に、セラミック基板１６の周縁部の研削量を中央部よりも多くするためである。

図６（ｂ）は、セラミック基板１６の表面を研削した結果、セラミック基板１６の表層厚が薄くなるとともに表層厚のばらつきが小さくなっていることを示す。
表１に、図６に示した測定結果を整理して示した。表１に示すように、セラミック基板１６を貼着した後にくらべて、セラミック基板１６の表面を研削した後では、表層厚のばらつきが小さくなっている。

表２は、押圧面を平坦面とした従来の定盤を用いた場合と、第１の段差部３３ａと第２の段差部３３ｂを備えた本実施例の定盤３２を用いた場合について、セラミック基板１６の表面を平坦面に研削した状態で、セラミック基板１６の表層厚のばらつきを測定した結果を示す。

表２では、従来の定盤２０を使用した場合については４つのサンプル（Ａ〜Ｄ）について示す。実施例については表１のデータと同一データである。表２に示す測定結果は、従来の定盤を使用した場合と比較して本実施例による場合は、セラミック基板１６の表層厚のばらつきが１／２程度まで減少し、セラミック基板１６の表層厚のばらつきが大きく減少していることを示す。

この測定結果は、本実施例の方法によれば、静電チャックの吸着部となるセラミック基板１６の表層厚（内層の電極とセラミック基板の吸着面との間の厚さ）のばらつきを従来にくらべて低減させることができ、したがって、セラミック基板１６の表層厚をねらいの厚さにより精度よく制御することができ、ワークを吸着したときの吸着力を吸着面内で均一にすることができ、また、所要の吸着力を有する静電チャックとして提供することが可能になることを示す。

なお、表２はセラミック基板１６の表層厚のばらつきを示したもので、ベースプレート１２に接着されたセラミック基板１６の吸着面の平坦度のばらつきは、セラミック基板１６の表層厚のばらつきよりも小さく、１０μｍ以下程度である。
前述したように、セラミック基板１６の表面を平坦面に研削した際における、セラミック基板１６の表層厚のばらつきは、焼成して得られるセラミック基板１６自体の厚さのばらつき、セラミック基板１６をベースプレート１２に接着した際の接着剤１４の厚さばらつきに起因して生じるから、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際に、本実施例のように、セラミック基板１６の表層厚のばらつきをあらかじめ検知しておき、セラミック基板１６をベースプレート１２に貼着する際に、研削後のセラミック基板１６の表層厚を想定し、表層厚のばらつきができるだけ小さくなるように貼着する方法は有効である。

上記実施例では、第１と第２の段差部３３ａ、３３ｂを備えた定盤３２を用いてセラミック基板１６をベースプレート１２に接着する実施例について説明したが、押圧突部に形成する段差部は、一個あるいは二個に限定されるものではなく、３個以上の段差部を形成することも可能である。その場合も、外側の段差部にくらべて内側の段差部の突出高さが段階的に高くなるように設定するのがよい。
また、上記実施形態の静電チャックは、円形の半導体ウエハを吸着するため、円形の押圧突部を備えた定盤を使用したが、円形以外のワークの平面形状にあわせて静電チャックの吸着面の平面形状を設計することも可能である。また、定盤に設ける押圧突部の形態も、円形以外の適宜平面形状に合わせて形成することができる。

ベースプレートにセラミック基板を貼着する工程を示す説明図である。 ベースプレートにセラミック基板を接着した状態と、セラミック基板の表面を研削した状態の断面図である。 実施例で使用した定盤の平面図および側面図である。 押圧面に押圧突部が設けられた定盤を用いてセラミック基板をベースプレートに接着した状態でのセラミック基板の表面形状を測定したグラフである。 押圧面が平坦面に形成された定盤を用いてセラミック基板をベースプレートに接着した状態でのセラミック基板の表面の形状を測定したグラフである。 セラミック基板の表層厚の分布を示す説明図である。 静電チャックの構成を示す側面図である。 セラミック基板をベースプレートに貼着する従来方法を示す説明図である。 従来方法によりベースプレートにセラミック基板を接着した状態とセラミック基板の表面を研削した状態の断面図である。

符号の説明

１０ 静電チャック
１２ ベースプレート
１４ 接着剤
１６ セラミック基板
１８ 電極
２０、３０、３２ 定盤
３１、３２ 押圧突部
３３ａ 第１の段差部
３３ｂ 第２の段差部

Claims (7)

1. 内層に電極が形成されたセラミック基板を、接着剤を介して、押圧面の中央部に押圧突部が設けられた定盤により荷重を加えてベースプレートに貼着する工程と、
   前記荷重を解放した後、前記接着剤を熱硬化させ前記セラミック基板を前記ベースプレートに接着する工程と、
   前記ベースプレートに接着された前記セラミック基板の表面を平坦面に研削し、前記電極と前記セラミック基板の表面との間のセラミック基板の表層厚を吸着面内で均一な厚さに仕上げる工程と
   を備えることを特徴とする静電チャックの製造方法。
2. 前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する工程において、前記接着剤の厚さが前記セラミック基板の面内で均一となるように、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着することを特徴とする請求項１記載の静電チャックの製造方法。
3. 前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する工程において、前記セラミック基板の中央部における接着剤の厚さが、セラミック基板の周縁部における接着剤の厚さよりも薄くなるように、前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着することを特徴とする請求項１記載の静電チャックの製造方法。
4. 前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する際に、前記押圧突部の平面形状が円形に形成され、押圧突部の押圧面が平坦面に形成された定盤を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の静電チャックの製造方法。
5. 前記セラミック基板を前記ベースプレートに貼着する際に、
   平面形状が円形となる複数の段差部が同心に配置され、外側の段差部にくらべて内側の段差部の突出高さが段階的に高くなる押圧突部が設けられた定盤を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の静電チャックの製造方法。
6. 前記セラミック基板を前記ベースプレートに接着する工程においては、
   セラミック基板が貼着されたベースプレートを、前記接着剤が熱硬化する温度以上に加熱された加熱炉中で所定時間保持して前記接着剤を熱硬化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の静電チャックの製造方法。
7. 前記ベースプレートはアルミニウムからなり、前記セラミック基板はアルミナセラミックからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の静電チャックの製造方法。