JP2010147095A - 基板固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温で使用するのに好適な基板固定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 この基板固定装置は、基体の一方の面に載置される吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを支持するベースプレートと、を有し、前記基体と、前記ベースプレートとは、第１の柱状部材のみを介して固定されていることを要件とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、基体上に載置される吸着対象物を吸着する静電チャックを有する基板固定装置に関する。

従来、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造する際に使用される成膜装置（例えば、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等）やプラズマエッチング装置は、基板（例えば、シリコンウエハ）を真空の処理室内に精度良く保持するためのステージを有する。このようなステージとして、例えば、静電チャックを有する基板固定装置が提案されている。

基板固定装置は、静電チャックにより基板を吸着保持し、吸着保持された基板が所定の温度となるように温度制御を行う装置である。静電チャックには、クーロン力型静電チャックと、ジョンソンラーベック力型静電チャックとがある。クーロン力型静電チャックは、吸着力の電圧印加に対する応答性はよいが、高電圧の印加を必要とし、静電チャックと基板との接触面積が大きくないと十分な吸着力が得られないことが特徴である。ジョンソンラーベック力型静電チャックは、基板に電流を流す必要があるが、静電チャックと基板との接触面積が小さくても十分な吸着力が得られることが特徴である。

図１は、従来の基板固定装置の例を簡略化して示す断面図である。図１を参照するに、基板固定装置１００は、静電チャック１０１と、接着層１０４と、ベースプレート１０５とを有する。

静電チャック１０１は、基体１０２と、静電電極１０３とを有する。基体１０２は、接着層１０４を介してベースプレート１０５上に固定されている。基体１０２の材料は、例えばセラミックスである。接着層１０４の材料は、例えばシリコーン樹脂である。

静電電極１０３は、薄膜静電電極であり、基体１０２に内蔵されている。静電電極１０３は、基板固定装置１００の外部に設けられた直流電源（図示せず）に接続され、所定の電圧が印加されると、基板等の吸着対象物（図示せず）を基体１０２の上面１０２ａに吸着保持する。吸着保持力は、静電電極１０３に印加される電圧が高いほど強くなる。

ベースプレート１０５は、発熱体１０６を有する。ベースプレート１０５は、静電チャック１０１を支持するための部材である。ベースプレート１０５の材料は、例えばＡｌである。発熱体１０６は、ベースプレート１０５に内蔵されている。発熱体１０６は、電圧を印加されることで発熱し、接着層１０４を介して基体１０２の温度制御を行う。

以上のように、従来の基板固定装置１００は、基体１０２が接着層１０４を介してベースプレート１０５上に固定された構造を有する。

図２は、従来の基板固定装置の他の例を簡略化して示す断面図である。図２を参照するに、基板固定装置２００は、静電チャック２０１と、ベースプレート２０５と、ボルト２０７と、ナット２０８とを有する。

静電チャック２０１は、基体２０２と、静電電極２０３とを有する。ボルト２０７の一端は、基体２０２の下面２０２ｂに、例えば、ろう付けにより固定されている。基体２０２の材料は、例えばセラミックスである。

静電電極２０３は、薄膜静電電極であり、基体２０２に内蔵されている。静電電極２０３は、基板固定装置２００の外部に設けられた直流電源（図示せず）に接続され、所定の電圧が印加されると、基板等の吸着対象物（図示せず）を基体２０２の上面２０２ａに吸着保持する。吸着保持力は、静電電極２０３に印加される電圧が高いほど強くなる。

ベースプレート２０５は、発熱体２０６を有する。ベースプレート２０５は、静電チャック２０１を支持するための部材である。ベースプレート２０５の材料は、例えばＡｌである。ベースプレート２０５には、座ぐりを有する貫通孔２０５Ｘが設けられている。貫通孔２０５Ｘには、一端が基体２０２の下面２０２ｂに固定されたボルト２０７が挿入され、ナット２０８により固定されている。発熱体２０６は、ベースプレート２０５に内蔵されている。発熱体２０６は、電圧を印加されることで発熱し、基体２０２の温度制御を行う。

以上のように、従来の基板固定装置２００は、基体２０２がボルト２０７及びナット２０８によりベースプレート２０５上に固定された構造を有する。
特開２００３−３００７８４号公報

しかしながら、シリコーン樹脂等からなる接着層１０４の耐熱温度は一般に２００℃程度であるため、基体１０２がシリコーン樹脂等からなる接着層１０４を介してベースプレート１０５上に固定された構造を有する基板固定装置１００は、高温（３００〜４００℃程度）で使用することができないという問題があった。

一方、シリコーン樹脂等を含む接着剤を用いない構造の基板固定装置２００は、高温（３００〜４００℃程度）で使用することができる。しかし、基体２０２とベースプレート２０５とは、熱膨張係数が大きく異なる。例えば基体２０２の材料がセラミックスである場合、熱膨張係数は６〜７ｐｐｍ／℃程度であり、例えばベースプレート２０５の材料がＡｌである場合、熱膨張係数は２３〜２４ｐｐｍ／℃程度である。このように、熱膨張係数が大きく異なる結果、高温（３００〜４００℃程度）で使用すると、基体２０２の、ボルト２０７の一端が固定されている部分の近傍に熱応力が生じ、基体２０２に割れ（クラック）が発生するという問題があった。

上記の点に鑑みて、高温で使用するのに好適な基板固定装置を提供することを課題とする。

この基板固定装置は、基体の一方の面に載置される吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを支持するベースプレートと、を有し、前記基体と、前記ベースプレートとは、第１の柱状部材のみを介して固定されていることを要件とする。

開示の技術によれば、高温で使用するのに好適な基板固定装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。

図３は、本実施の形態に係る基板固定装置の例を簡略化して示す断面図である。図３を参照するに、基板固定装置１０は、静電チャック１１と、ベースプレート１５と、支持柱１４と、ナット１８と、補助柱１９とを有する。静電チャック１１は、基体１２と、静電電極１３とを有する。

基体１２は誘電体であり、例えば円柱形状（平面視円形状）である。なお、平面視とは、対象物を図３のＺ＋又はＺ−方向（基体１２の厚み方向）から見ることをいう（以下、同じ）。基体１２としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等のセラミックスを用いることができる。基体１２が円柱形状である場合に、その直径φ１は、例えば６インチ（約１５０ｍｍ）、８インチ（約２００ｍｍ）、１２インチ（約３００ｍｍ）とすることができる。基体１２の厚さＴ１は、例えば３〜２０ｍｍとすることができる。基体１２の比誘電率（１ＫＨｚ）は、例えば９〜１０とすることができる。基体１２の体積抵抗率は、例えば１０^１２〜１０^１６Ωｍとすることができる。

１２ａは基体１２の上面を、１２ｂは基体１２の下面を示している。なお、便宜上、図３のＺ＋方向を上、Ｚ−方向を下とする（以下、同じ）。基体１２の上面１２ａは、基板等の吸着対象物（図示せず）が当接する面である。基体１２の上面１２ａに、直径０．１〜０．２ｍｍ程度の円柱形状（平面視円形）の複数の突起部を、例えば平面視水玉模様状に点在するように設けてもよい。

静電電極１３は、薄膜静電電極であり、基体１２に内蔵されている。静電電極１３は、基板固定装置１０の外部に設けられた直流電源（図示せず）に接続され、所定の電圧が印加されると、基板等の吸着対象物（図示せず）との間にクーロン力或いはジョンソンラーベリック力を発生させ、吸着対象物（図示せず）を基体１２の上面１２ａに吸着保持する。吸着保持力は、静電電極１３に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極１３は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極１３の材料としては、例えばタングステン、モリブデン等を用いることができる。

支持柱１４は、平面視において基体１２の下面１２ｂの中心部近傍に、例えばＡｇろう等を用いたろう付けにより固定されている。支持柱１４は、基体１２の下面１２ｂの中心部近傍に、ねじ止めしても構わない。なお、Ａｇろうの融点は７００〜８００℃程度であるから、高温（３００〜４００℃程度）での使用に耐え得る。支持柱１４の固定に、使用温度（３００〜４００℃程度）よりも融点の低いはんだや接着剤等を用いることはできない。

支持柱１４は、例えば円柱形状（平面視円形状）の部材であり、基体１２の下面１２ｂに固定されてない側の先端部近傍にねじ山が切られている。支持柱１４が円柱形状の部材である場合に、その直径φ２は、例えば４〜１０ｍｍとすることができる。なお、支持柱１４の先端部近傍のねじ山が切られている部分以外は、円柱形状である必要はなく、例えば六角形状等であっても構わない。

支持柱１４の材料としては、基体１２の材料と熱膨張係数の近い材料を選定することが好ましい。基体１２の材料がセラミックスであれば、支持柱１４の材料としては、例えばセラミックスと熱膨張係数の近い材料であるコバール（Ｋｏｖａｒ）を用いることができる。コバール（Ｋｏｖａｒ）は、ＦｅにＮｉ、Ｃｏを配合した合金である。支持柱１４の材料として、コバール（Ｋｏｖａｒ）に代えて、ＣｕとＴａの合金等を用いても構わない。

ベースプレート１５は、静電チャック１１を支持するための部材である。１５ａはベースプレート１５の上面を、１５ｂはベースプレート１５の下面を示している。ベースプレート１５は、例えば円柱形状（平面視円形状）である。ベースプレート１５の材料としては、例えばＡｌ等を用いることができる。ベースプレート１５が円柱形状である場合に、その直径φ３は、基体１２の直径φ１と同程度か又はそれ以上とすることができる。ベースプレート１５の厚さＴ２は、例えば２０〜５０ｍｍとすることができる。

貫通孔１５Ｘは、座ぐりを有する貫通孔であり、平面視においてベースプレート１５の中心部近傍に設けられている。貫通孔１５Ｘには、一端が基体１２の下面１２ｂに固定された支持柱１４がベースプレート１５の上面１５ａ側から挿入されている。支持柱１４の先端部近傍のねじ山が切られている部分には、内側にねじ山が切られているナット１８がベースプレート１５の下面１５ｂ側から螺合し、基体１２をベースプレート１５に固定している。基体１２とベースプレート１５との隙間Ｇ１は、例えば２０〜５０ｍｍとすることができる。このように、基体１２とベースプレート１５とは、支持柱１４のみを介して固定されている。

複数の補助柱１９は、ベースプレート１５の上面１５ａに、例えばＡｇろう等を用いたろう付けにより固定されている。複数の補助柱１９は、例えば円柱形状（平面視円形状）の部材である。複数の補助柱１９が円柱形状の部材である場合に、その直径φ４は、例えば４〜１０ｍｍとすることができる。なお、複数の補助柱１９は、円柱形状である必要はなく、例えば六角形状等であっても構わない。複数の補助柱１９の材料としては、例えばＡｌ等を用いることができる。

複数の補助柱１９は、ベースプレート１５の上面１５ａの、基体１２の外縁部近傍に対応する部分に、例えば支持柱１４を中心にして同心円状に等間隔で配置されている。複数の補助柱１９は、３本以上であれば、何本設けても構わない。複数の補助柱１９のベースプレート１５の上面１５ａに固定されていない側の端部は、基体１２の下面１２ｂと当接又は近接している。ただし、複数の補助柱１９は、基体１２を補助的に支持するために設けられているので、基体１２とは固定されていない。

発熱体１６は、ベースプレート１５に内蔵されている。発熱体１６は、電圧を印加されることで発熱し、基体１２の温度制御を行う。

このように、本実施の形態に係る基板固定装置１０において、基体１２と、ベースプレート１５とを、例えば平面視においてそれぞれの中央部近傍で、支持柱１４のみを介して固定し、ベースプレート１５の上面１５ａの基体１２の外縁部近傍に対応する部分に固定された複数の補助柱１９により補助的に支持する。その結果、基体１２は、支持柱１４のみでベースプレート１５に固定され、基体１２の外縁部近傍はベースプレート１５に固定されないため、基体１２の材料とベースプレート１５の材料の熱膨張係数が大きく異なる場合に高温（３００〜４００℃程度）で使用しても、基体１２の外縁部近傍には熱応力が生じず、基体１２に割れ（クラック）が発生することを防止することができる。すなわち、基板固定装置１０は、高温（３００〜４００℃程度）で使用するのに好適である。特に、支持柱１４の材料として、基体１２の材料と熱膨張係数の近い材料を選定することにより、大きな効果を奏する。

又、基体１２の下面１２ｂは、ベースプレート１５の上面１５ａと直接接していないため、基体１２の熱がベースプレート１５を介して放熱されることがなく、基体１２の上面１２ａに載置された吸着対象物を効率よく加熱することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、基体１２とベースプレート１５とは、支持柱１４のみを介して固定されていればよく、支持柱１４が固定する部分は、基体１２及びベースプレート１５の中央部近傍であることが好ましいが、基体１２及びベースプレート１５の中央部近傍以外の部分であっても構わない。

従来の基板固定装置の例を簡略化して示す断面図である。 従来の基板固定装置の他の例を簡略化して示す断面図である。 本実施の形態に係る基板固定装置の例を簡略化して示す断面図である。

符号の説明

１０ 基板固定装置
１１ 静電チャック
１２ 基体
１２ａ 基体の上面
１２ｂ 基体の下面
１３ 静電電極
１４ 支持柱
１５ ベースプレート
１５ａ ベースプレートの上面
１５ｂ ベースプレートの下面
１５Ｘ 貫通孔
１６ 発熱体
１８ ナット
１９ 補助柱
Ｇ１ 隙間
Ｔ１，Ｔ２ 厚さ
φ１，φ２，φ３，φ４ 直径

Claims (7)

1. 基体の一方の面に載置される吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、
   前記静電チャックを支持するベースプレートと、を有し、
   前記基体と、前記ベースプレートとは、第１の柱状部材のみを介して固定されている基板固定装置。
2. 前記第１の柱状部材は、前記基体及び前記ベースプレートの中央部近傍同士を固定する請求項１記載の基板固定装置。
3. 前記ベースプレートは、前記基体の外縁部近傍を支持する３本以上の第２の柱状部材を有する請求項１又は２記載の基板固定装置。
4. 前記第２の柱状部材は、前記ベースプレートに、前記第１の柱状部材を中心にして同心円状に等間隔で設けられている請求項３記載の基板固定装置。
5. 前記基体の材料はセラミックスであり、前記の第１の柱状部材の材料はコバール（Ｋｏｖａｒ）である請求項１乃至４の何れか一項記載の基板固定装置。
6. 前記ベースプレートには座ぐりを有する貫通孔が形成され、前記第１の柱状部材の一端は前記貫通孔に挿入され、ナットにより螺合されることで前記ベースプレートに固定されている請求項１乃至５の何れか一項記載の基板固定装置。
7. 前記第１の柱状部材の一端は、前記基体の他方の面にろう付けにより固定されている請求項１乃至６の何れか一項記載の基板固定装置。

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