JP2010238909A - 静電チャックおよび静電チャックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理物を載置する側の主面に形成された突起部と、前記突起部の周辺に形成された平面部と、を有する誘電体基板と、前記突起部と、前記平面部と、を覆うように形成された樹脂層と、を備えた静電チャックであって、前記突起部の頂面の表面粗さは、前記平面部の表面粗さより小さいこと、を特徴とする静電チャックが提供される。
【選択図】図1
Description
この静電チャックによれば、突起部の頂面に形成された樹脂層の表面粗さが所定の範囲となるように加工する時間(仕上げのためのポリッシュ加工時間など)が長くなることを抑制することができる。
この静電チャックによれば、密着力が小さいために樹脂層が剥離することを抑制することができる。
この静電チャックによれば、樹脂層の形成後のポリッシュ加工(仕上げ加工)時間を低減させることができる。また、チップポケット(微細な凹部)が形成されることを抑制することができるので、パーティクル汚染の発生を抑制することができる。
この静電チャックによれば、電圧印加時の電流値が大きくなりすぎることを抑制することができる。また、吸着脱離応答性が悪化することを抑制することができる。
この静電チャックによれば、樹脂層を介して被処理物に電流が流れジョンセン−ラーベック力が増加することを抑制することができる。その結果、残留吸着力が増大して吸着脱離応答性が悪化することを抑制することができる。
この静電チャックによれば、耐食性に優れ、また、蒸着重合法などにより被覆特性に優れた樹脂層を有するものとすることができる。
この静電チャックによれば、サンドブラスト法等による突起部の形成加工を容易とすることができる。また、被処理物を吸着した際に、被処理物の表面と、平面部の表面に形成された樹脂層の表面とが接触することを抑制することができる。また、擦れによるパーティクル汚染の増大と吸着脱離応答性の悪化を抑制することができる。
この静電チャックの製造方法によれば、パーティクル汚染の発生を大幅に抑制することができ、かつ、静電チャックの載置面側に形成された樹脂層の密着力が高い静電チャックを製造することができる。
この静電チャックの製造方法によれば、突起部の頂面に形成された樹脂層の表面粗さが所定の範囲となるように加工する時間(仕上げのためのポリッシュ加工時間など)が長くなることを抑制することができる。
この静電チャックの製造方法によれば、密着力が小さいために樹脂層が剥離することを抑制することができる。
この静電チャックの製造方法によれば、樹脂層の形成後のポリッシュ加工(仕上げ加工)時間を低減させることができる。また、チップポケット(微細な凹部)が形成されることを抑制することができる。
この静電チャックの製造方法によれば、被覆特性に優れた樹脂層を形成することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る静電チャックを例示するための模式断面図である。 なお、図1(a)は静電チャックを例示するための模式断面図、図1(b)は図1(a)におけるA部の模式拡大図である。
図1(a)、(b)に示すように、静電チャック1には、基台2、誘電体基板3、電極4が設けられている。
さらに、平面部3bに放射状、同心円状に設けられ、貫通孔11と連通する図示しないガス分配溝(凹状の溝)を設けることで、ガス分配速度を早めることができる。そして、このガス分配溝にも樹脂層7を形成するようにすることができる。
この場合、体積抵抗率が静電チャックの使用温度領域で109Ωcm以上、1011Ωcm以下となるようにすることがより好ましい。109Ωcm未満とすれば、印加電圧の電流値が大きくなりすぎるからである。また、1011Ωcmを超えるものとすれば吸着脱離応答性が悪化するおそれがあるからである。
突起部3aの水平方向断面は、任意の形状とすることができる。ただし、円などのように角部のない形状とすれば、割れや欠けなどを抑制することができる。
この場合、突起部3aと被処理物との接触面積比の計算には、前述したリング状突起部の面積を含めないこととする。
樹脂層7の下地の表面粗さ、すなわち、突起部3aと平面部3bとの表面粗さは、これらの上に形成される樹脂層7の表面粗さや、樹脂層7と下地との密着力(耐剥離性)に大きな影響を及ぼす。そのため、突起部3aと平面部3bとの表面粗さが所定の範囲内に収まるようにすることが重要となる。
また、表1は、図2に例示をした下地の表面粗さと密着力との関係を示す表である。
ここで、下地と樹脂層7との間の密着力の測定には、引き倒し法を用いた。具体的には、樹脂層7に対して垂直に円筒棒を接着し、円筒棒の所定の位置に樹脂層7に対して平行な方向に力を加え、円筒棒が倒れたときの力を測定した。この場合、加えた力をF(N)、円筒棒の半径寸法をR(m)、樹脂層7から力の作用点までの高さ寸法をh(m)とすると、密着力f(Pa)は、以下の(1)式で表すことができる。
そして、次のようにして密着力の測定を行った。
円筒棒としては、材料が高炭素クロム軸受け鋼材(SUJ材)、ロックウェル硬さがHRC58以上、半径寸法Rが3mm、長さ寸法が50mmのものを用いた。また、円筒棒と樹脂層7との接着には、エポキシ接着剤(エポキシレジン XD911、ナガセケムテックス製)を用いた。そして、接着乾燥の後、樹脂層7からの高さ寸法hが40mmの位置において、樹脂層7に対して平行な方向に力Fを加えた。
この場合、耐剥離性を考慮すれば、密着力が40MPa以上となるようにすることが好ましい。密着力が40MPa以上であれば、樹脂層7を形成した後にポリッシュ加工(仕上げ加工)を行う場合であっても樹脂層7が剥離するおそれが少ないからである。そのため、下地の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、図2、表1から分かるように0.06μm以上、0.7μm以下とすることが好ましい。
また、耐久性をも考慮すれば、密着力が60MPa以上となるようにすることが好ましい。本発明者らの検討の結果、密着力が60MPa以上であれば、樹脂層7を形成した後のポリッシュ加工(仕上げ加工)などを安定して行うことができる。そのため、下地の表面粗さは、図2、表1から分かるように算術平均粗さRaで0.1μmを超え、0.7μm以下とすることがより好ましい。
また、下地の表面粗さを算術平均粗さRaで0.17μmを超え、0.7μm以下とすれば、80MPa以上の密着力を得ることができる。そのため、耐剥離性や耐久性などをさらに向上させることができる。
また、下地の表面粗さを算術平均粗さRaで0.32μm以上、0.41μm以下とすれば、110MPa以上という非常に高い密着力を得ることができる。そのため、耐剥離性や耐久性などを大幅に向上させることができる。
前述したように、突起部3aの頂面に形成された樹脂層7の場合には、その表面粗さが算術平均粗さRaで0.01μm以上、0.1μm以下となるようにすることが好ましい。そのため、転写された凹凸が余り大きくなると、この様な表面粗さ(算術平均粗さRa)とするための加工時間(仕上げのためのポリッシュ加工時間など)が長くなり、生産性が著しく低下するおそれがある。
突起部3aの頂面に形成された樹脂層7の表面(載置面)に、被処理物(例えば、半導体ウェーハ等)を載置し、電源10a、電源10bにより電極4に電圧を印加する。このとき、被処理物と突起部3aの頂面近傍とにそれぞれ異なる極性の電荷が発生し、この電荷間に働くクーロン力によって被処理物が吸着固定される。また、平面部3bの上方には空間3cが形成されるため、平面部3bとその上方に保持された被処理物とにもそれぞれ異なる極性の電荷が発生し、この電荷間に働くクーロン力(空間クーロン力)によって被処理物が吸着固定される。すなわち、静電チャック1は、突起部3a部分に生じるクーロン力と、平面部3b部分に生じる空間クーロン力とによって被処理物を吸着固定する。
表2は、パーティクルの発生数の測定結果を例示するための表である。
ここで、パーティクルの発生数の測定を行った際に用いた測定方法について説明をする。
まず、直径200mmのシリコンベアウェーハ(モニターグレード)を用意する。そして、静電チャック1への吸着前に、ウェーハ裏面のパーティクル数をパーティクルカウンターで測定する。ここで、パーティクルカウンターには、KLA−Tencor社製、SFS−6220を用いた。また、レーザのゲインを4、ヘイズ測定をOFFとし、測定レンジとしては、0.16μm以上、10μm以下を5カラムに分け、10μmを超えるものについては、巨大欠陥のカウント数として転記することにした。
また、測定には、外径寸法が300mm、双極電極タイプ、突起部の直径寸法が0.5mm、突起部の配設ピッチ寸法が約5mm、突起部の高さ寸法が10μm、ポリイミド系樹脂からなる樹脂層7の厚み寸法が10μmの静電チャック1を用いた。
シリコンベアウェーハの吸着条件としては、印可電圧を±800VDCとし、減圧雰囲気(10−2Pa以下)中において30秒間の静電吸着を行なうものとした。
そして、静電吸着の後、ウェーハ裏面のパーティクル数を再度測定し、吸着前のパーティクル数を差し引いたものをパーティクルの発生数として表2にまとめた。
表3は、サンドブラスト法を用いて形成した平面部3bの表面粗さを例示するための表である。
表3からわかるように、サンドブラスト法を用いて平面部3bを形成するようにすれば、平面部3bの表面粗さを前述した範囲内(算術平均粗さRaで0.06μm以上、0.7μm以下)に収めることができる。
表4からわかるように、ポリッシュ加工を行えば、突起部3aの頂面に形成された樹脂層7表面(被処理物との接触面)の表面粗さ(算術平均粗さRa)を前述した範囲内(0.01μm以上、0.1μm以下)に収めることができる。
表5からわかるように、突起部3aの配設ピッチを前述した範囲内(2mm以上、15mm以下)に収めれば、吸着力が大きい場合であっても被処理物(半導体ウェーハ)の撓み量(1.55μm以下)を前述した突起部3aの高さ寸法(2μm以上、15μm以下)より小さくすることができる。そのため、被処理物の表面と平面部3bの上方に形成された樹脂層7の表面との接触を防止することができる。
図3は、静電チャックの製造方法を例示するためのフローチャートである。
最初に誘電体基板3の形成方法を例示する。
誘電体基板3の形成に用いられる原材料(顆粒粉)は、以下のようにして製造することができる。
例えば、原材料(顆粒粉)の製造においては、まず、原料として平均粒子径0.1μm、純度99.99%以上のアルミナ原料粉末を用い、これに0.2wt%を超え、0.6wt%以下の酸化チタン(TiO2)を混合する。次に、混合したものを粉砕し、アクリル系バインダーを添加する。そして、調整後にスプレードライヤーで造粒し、顆粒粉を製造する。
HIP処理の条件は、Arガス1000気圧以上とし、温度は焼成温度と同じ1150℃〜1350℃とする。このような条件とすれば、相対密度が99%以上、構成粒子の平均粒子径が2μm以下、20±3℃のときの体積抵抗率が108〜1011Ωcm、熱伝導率が30W/mK以上の誘電体基板3が得られる。
プラニメトリック法により粒子径を求める場合には、まず、走査型電子顕微鏡(SEM;scanning electron microscope)で誘電体基板3の写真を撮る。次に、この写真上に、既知の面積Sの円を描く。そして、円内の粒子数ncと円周にかかった粒子数niとを算出し、下記の(2)式によって単位面積当たりの粒子数NGを求める。
次に、誘電体基板3の一方の主面を研削加工する。そして、研削加工がされた面に前述のチタンまたはチタン化合物などからなる導電膜を形成する。導電膜の形成には、CVD(Chemical Vapor Deposition)法やPVD(Physical Vapor Deposition)法などを用いることができる。この形成された導電膜を所定の形状に加工することで、所望の形状の電極4を形成する。導電膜の加工には、サンドブラスト法やエッチング法などを用いることができる。(ステップS2)
なお、電極4には電線9が適宜配線される。
なお、後述するように平面部3bを形成することで、突起部3aが形成されることになる。
すなわち、平面部3bが形成される部分にはマスクがなく露出した状態とされ、突起部3aが形成される部分はマスクにより覆われるようにする。マスクにより覆われる部分が突起部3aの頂面となるので、突起部3aの頂面の表面粗さが前述した範囲内(算術平均粗さRaで0.06μm以上、0.3μm以下)となる。
この場合、除去が行われた部分が平面部3bとなる。
このようにサンドブラスト法により突起部3aと平面部3bとの形成を行うようにすれば、突起部3aの高さの寸法精度を向上させることができる。そのため、平面部3bの表面から被処理物までの寸法のばらつきを抑えることができるので、発現させる静電気力(空間クーロン力)のばらつきを抑制することができる。
なお、平面部3bの形成をサンドブラスト法により行うことで、表3に示すように、その表面粗さが前述した範囲内(算術平均粗さRaで0.06μm以上、0.7μm以下)となるようにすることができる。
次に、マスクを除去する。(ステップS3c)
なお、必要に応じて、突起部3aの頂部のエッヂを除去するようにしてもよい。
この際、突起部3aの頂面に形成された樹脂層7の表面粗さが前述した範囲内(算術平均粗さRaで0.01μm以上、0.1μm以下)に収まるようにする。例えば、ポリッシュ加工を行うことによりそのような表面粗さとすることができる。
この場合、基台2の全面に絶縁体層5を形成するようにすることもできる。また、流路8は、必要に応じて設けるようにすればよい。
絶縁体層5は、溶射法やエアロゾルデポジション法などを用いて形成することができる。
この際、電極4と電源10a、電源10bとが、電線9で接続できるように、基台2を貫通するようにして電線9を通しておく。絶縁性接着剤が硬化したものが接合層6となる。
この場合、例えば、中性洗剤を用いた洗浄が行われた後にIPA(Isopropyl Alcohol)を用いた超音波洗浄が行われ、その後に超純水を用いた超音波洗浄が行われるようにすることができる。
以上のようにして本実施の形態に係る静電チャック1を製造することができる。
図5は、図4に例示をした静電チャック1aの製造方法を例示するためのフローチャートである。
なお、静電チャック1aは、基台2が設けられていない点を除いては、図1において例示をした静電チャック1と同様であるため、その構成の説明は省略する。
次に、図3のステップS2と同様にして、誘電体基板3の一方の主面に電極を形成する。(ステップS12)
また一方で、絶縁体層5を形成する。(ステップS13)
そして、図3のステップS7と同様にして、誘電体基板3の電極4が設けられた主面と、絶縁体層5の主面と、を絶縁性接着剤を用いて接合する。(ステップS14)
次に、図3のステップS3aと同様にして、誘電体基板3の電極4が設けられた主面と対向する側の主面を研磨し、その表面にレジストフィルムを貼り付け、感光させることで所望の形状のマスクを形成する。(ステップS15a)
次に、図3のステップS3bと同様にして、サンドブラスト法を用いてマスクにより覆われていない部分を除去する。(ステップS15b)
次に、図3のステップS3cと同様にして、マスクを除去する。(ステップS15c)
次に、図3のステップS4と同様にして、突起部3aと平面部3bとを覆うように樹脂層7を形成する。(ステップS16)
次に、図3のステップS5と同様にして、突起部3aの頂面に形成された樹脂層7の表面(被処理物との接触面)が滑らかとなるように仕上げる。(ステップS17)
次に、図3のステップS8と同様にして、必要に応じて樹脂層7の表面などの洗浄を行う。(ステップS18)
なお、各手順における内容は、図3において例示をしたものと同様のためその説明は省略する。
Claims (14)
- 被処理物を載置する側の主面に形成された突起部と、前記突起部の周辺に形成された平面部と、を有する誘電体基板と、
前記突起部と、前記平面部と、を覆うように形成された樹脂層と、
を備えた静電チャックであって、
前記突起部の頂面の表面粗さは、前記平面部の表面粗さより小さいこと、を特徴とする静電チャック。 - 前記突起部の頂面の表面粗さは、算術平均粗さRaで0.3μm以下であること、を特徴とする請求項1記載の静電チャック。
- 前記平面部の表面粗さは、算術平均粗さRaで0.7μm以下であること、を特徴とする請求項1または2に記載の静電チャック。
- 前記突起部の頂面に形成された前記樹脂層の表面粗さは、算術平均粗さRaで0.01μm以上、0.1μm以下であること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 静電チャックの使用温度領域における前記誘電体基板の体積抵抗率は、109Ωcm以上、1011Ωcm以下であること、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記樹脂層の25℃における体積抵抗率は、1014Ωcm以上であること、を特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記樹脂層は、ポリイミド系樹脂を含むこと、を特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記樹脂層は、蒸着重合法を用いて形成されること、を特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記突起部と被処理物との接触面積比が、0.005%以上、1.5%以下であること、を特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 誘電体基板の被処理物を載置する側の主面を研磨し、前記主面に所望の形状のマスクを設け、
サンドブラスト法を用いて前記マスクにより覆われていない部分を除去することで平面部を形成するとともに突起部を形成し、
前記突起部と、前記平面部と、を覆うように樹脂を被覆することで樹脂層を形成し、
前記突起部の頂面に形成された前記樹脂層の表面をポリッシュ加工する静電チャックの製造方法であって、
前記平面部と前記突起部とを形成する際に、前記突起部の頂面の表面粗さが前記平面部の表面粗さより小さくなるようにすること、を特徴とする静電チャックの製造方法。 - 前記主面の研磨を行う際に、前記主面の表面粗さが算術平均粗さRaで0.3μm以下となるようにすることで、形成される前記突起部の頂面の表面粗さが算術平均粗さRaで0.3μm以下となること、を特徴とする請求項10記載の静電チャックの製造方法。
- 前記平面部を形成する際に、前記平面部の表面粗さが算術平均粗さRaで0.7μm以下となるようにすること、を特徴とする請求項10または11に記載の静電チャックの製造方法。
- 前記ポリッシュ加工を行う際に、前記突起部の頂面に形成された前記樹脂層の表面の表面粗さが、算術平均粗さRaで0.01μm以上、0.1μm以下となるようにすること、を特徴とする請求項10〜12のいずれか1つに記載の静電チャックの製造方法。
- 前記樹脂層は、蒸着重合法を用いて形成されること、を特徴とする請求項10〜13のいずれか1つに記載の静電チャックの製造方法。
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