JP2013120835A

JP2013120835A - 基板温調固定装置及びその製造方法

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Publication number: JP2013120835A
Application number: JP2011267932A
Authority: JP
Inventors: Hideo Komatsu; 秀大小松; Koji Nagai; 鉱治永井; Akihiro Kuribayashi; 明宏栗林; Kazunori Shimizu; 和紀清水
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP6017781B2; US20130148253A1

Abstract

【課題】従来よりも高温で使用可能な基板温調固定装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本基板温調固定装置は、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固定するベースプレートと、前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された接着層と、前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された断熱層と、を有し、前記静電チャックは、前記吸着対象物が載置される載置面を有する基体と、前記基体の前記載置面の反対面に直接形成された発熱体と、前記発熱体を覆うように形成された絶縁層と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体上に載置された吸着対象物を吸着する静電チャックを有する基板温調固定装置及びその製造方法に関する。

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等の製造装置は、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、金属製のベースプレート上に静電チャックが固定された基板温調固定装置が提案されている。基板温調固定装置は、静電チャックの基板吸着面に基板を吸着保持し、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。

静電チャックは、例えば、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂等によりベースプレート上に接着されている。又、静電チャックには発熱体（ヒータ）が形成される場合がある。例えば、均熱板の一方の面に発熱体として所謂フィルムヒータが貼り付けられ、均熱板の他方の面が、接着層を介して、静電チャックのセラミックスからなる基体に接着されている。なお、均熱板は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等からなり、発熱体により加熱される基板に熱分布が発生することを防止し、基板全体の温度を略均一にするために設けられている。

特開平５−３４７３５２号公報特開２００５−１５９０１８号公報

しかしながら、フィルムヒータの場合、接着層の耐熱性の問題から、約１５０℃以上の高温で使用することが困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ヒータを静電チャックの基体の裏面に直接形成し、ヒータを覆うように耐熱層を形成することにより、従来よりも高温で使用可能な基板温調固定装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

本基板温調固定装置は、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固定するベースプレートと、前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された接着層と、前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された断熱層と、を有し、前記静電チャックは、前記吸着対象物が載置される載置面を有する基体と、前記基体の前記載置面の反対面に直接形成された発熱体と、前記発熱体を覆うように形成された絶縁層と、を有することを要件とする。

本基板温調固定装置の製造方法は、吸着対象物を吸着保持する静電チャックを作製する工程と、接着層及び断熱層を介して前記静電チャックをベースプレート上に固定する工程と、を有し、前記静電チャックを作製する工程は、前記吸着対象物が載置される載置面を有する基体を作製する基体作製工程と、前記基体の前記載置面の反対面に発熱体を直接形成する発熱体形成工程と、前記発熱体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有することを要件とする。

本発明によれば、ヒータを静電チャックの基体の裏面に直接形成し、ヒータを覆うように耐熱層を形成することにより、従来よりも高温で使用可能な基板温調固定装置及びその製造方法を提供できる。

第１の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造工程を例示する図（その１）である。第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造工程を例示する図（その２）である。第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造工程を例示する図（その３）である。第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造工程を例示する図（その４）である。比較例に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。第２の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。第３の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［基板温調固定装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照するに、基板温調固定装置１０は、静電チャック２０と、接着層３１と、断熱層３２と、ベースプレート４０とを有する。

静電チャック２０は、基体２１と、電極２２と、発熱体２３と、耐熱層２４とを有するクーロン力型静電チャックであり、吸着対象物を吸着保持する機能を有する。静電チャック２０は、接着層３１及び断熱層３２を介して、ベースプレート４０上に固定されている。

基体２１は、基板温調固定装置１０の吸着対象物である半導体ウェハ（シリコンウエハ等）等の基板（図示せず）が載置される載置面を有する部材である。基体２１は誘電体であり、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２１の厚さは、例えば、１〜２０ｍｍ程度とすることができる。基体２１の外径は、例えば、６インチ、８インチ、１２インチ、１８インチ等とすることができる。

基体２１の比誘電率（１ＫＨｚ）は、例えば、９〜１０程度、基体２１の体積抵抗率は、例えば、１０^１２〜１０^１８Ωｍ程度とすることができる。基体２１の載置面は、エンボスタイプの表面形状を有してもよい。基体２１の載置面をエンボスタイプの表面形状とすることにより、吸着対象物である基板（図示せず）の裏面側に付着するパーティクルを低減できる。

電極２２は、薄膜電極であり、基体２１に内蔵されている。電極２２は、給電部（図示せず）を介して、基板温調固定装置１０の外部に設けられた直流電源（図示せず）に接続される。電極２２に給電部（図示せず）を介して直流電源（図示せず）から所定の電圧が印加されると、吸着対象物である基板（図示せず）との間にクーロン力が発生し、吸着対象物である基板（図示せず）を基体２１の載置面に吸着保持する。吸着保持力は、電極２２に印加される電圧が高いほど強くなる。電極２２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。電極２２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。

発熱体２３は、基体２１の裏面（載置面の反対面）に所定のパターンで直接形成されている。発熱体２３は、基板温調固定装置１０の外部から電圧を印加されることで発熱し、基体２１の載置面が所定の温度となるように加熱する。発熱体２３は、例えば、基体２１の載置面の温度を２５０℃〜３００℃程度まで加熱することができる。

発熱体２３の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。発熱体２３の厚さは、例えば、５〜３０μｍ程度とすることができる。なお、発熱体２３を基体２１の裏面に直接形成することの効果については、後述する。

耐熱層２４は、発熱体２３を覆うように、基体２１の裏面に形成されている絶縁層である。耐熱層２４の材料としては、耐熱性（例えば、３００℃以上）及び絶縁性に優れた材料を選定することが好ましく、例えば、ポリイミド等の絶縁性樹脂、低融点ガラス、アルミナ、シリカ等の無機系材料をベースにした無機接着材等を用いることができる。耐熱層２４の熱膨張率は、基体２１の熱膨張率と同程度であることが好ましい。耐熱層２４の厚さは、例えば、３０〜２００μｍ程度とすることができる。

このように、耐熱層２４に耐熱温度の高い材料（発熱体２３の最高温度に耐える材料）を選定することにより、耐熱層２４が発熱体２３の最高温度に耐えることが可能になると共に、発熱体２３の温度が接着層３１及び断熱層３２に伝わり難くなる。そのため、接着層３１及び断熱層３２の材料選定の自由度を向上することが可能となり、例えば、接着層３１及び断熱層３２には耐熱温度の低い材料（例えば、１５０℃程度）を選定することができる。

接着層３１は、静電チャック２０をベースプレート４０上に固定するために設けられている。接着層３１は、静電チャック２０の基体２１とベースプレート４０との熱膨張率差に起因して生じる応力を緩和することができる。接着層３１の材料としては、柔軟性に優れた材料を選定することが好ましく、例えば、シリコーン等の絶縁性樹脂を用いることができる。接着層３１はフィラーを含有してもよいが、フィラーの含有量が少ない方が柔軟性を向上しやすい。接着層３１の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度とすることができる。

断熱層３２は、発熱体２３の発した熱がベースプレート４０側に逃げることを防止するために設けられている。断熱層３２の材料としては、例えば、フィラーを含有したシリコーン等の絶縁性樹脂を用いることができる。断熱層３２において、フィラーの含有量を増やすことにより、断熱性を向上することができる。断熱層３２の厚さは、所定の断熱性を有する程度に厚くすることが好ましく、例えば、５００〜２０００μｍ程度とすることができる。なお、接着層３１と断熱層３２とに、同一の絶縁性樹脂を用いる必要はない。

ベースプレート４０は、静電チャック２０を支持するための部材である。ベースプレート４０の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。ベースプレート４０がＡｌである場合には、その表面にアルマイト層（硬質の絶縁層）を形成しても構わない。ベースプレート４０には、水路（図示せず）が設けられており、基体２１の温度制御を行う。

水路（図示せず）は、基板温調固定装置１０の外部に設けられた冷却水制御装置（図示せず）に接続されている。冷却水制御装置（図示せず）は、冷却水を水路（図示せず）に循環させる。冷却水を循環させベースプレート４０を冷却することで、接着層３１及び断熱層３２を介して基体２１を冷却できる。

基体２１やベースプレート４０の内部に、ガス流路（図示せず）を設けてもよい。基板温調固定装置１０の外部に設けられたガス圧力制御装置（図示せず）からガス流路（図示せず）に不活性ガス（例えば、ＨｅやＡｒ等）を注入して、基体２１の載置面と基板（図示せず）との間に形成された空間に充填する。充填された不活性ガスは、基体２１と基板（図示せず）との間の熱伝導性を向上させ、基板（図示せず）の温度の均一化を図ることができる。

［基板温調固定装置の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造方法について説明する。図２〜図５は、第１の実施の形態に係る基板温調固定装置の製造工程を例示する図である。なお、図３及び図４は、便宜上、図１とは上下が反転した状態で描かれている。

まず、図２に示す工程では、ベースプレート４０上に断熱層３２を形成する。具体的には、例えば、フィラーを含有した熱硬化性を有するフィルム状のシリコーン等の絶縁性樹脂をベースプレート４０上にラミネートする。そして、ラミネートした絶縁性樹脂を必要に応じて押圧しつつ、硬化温度以上に加熱して硬化させる。

又は、例えば、フィラーを含有した熱硬化性を有する液状又はペースト状のシリコーン等の絶縁性樹脂を、例えば印刷法等によりベースプレート４０上に塗布する。そして、塗布した絶縁性樹脂を硬化温度以上に加熱して硬化させる。断熱層３２を所定の厚さにするために、塗布と硬化を複数回繰り返して、絶縁性樹脂を積層してもよい。

断熱層３２の厚さは、例えば、５００〜２０００μｍ程度とすることができる。なお、ベースプレート４０としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用い、必要に応じて、図２に示す工程よりも前に、ガス流路や水路等を予め形成しておく。

次に、図３に示す工程では、電極２２が内蔵された基体２１の一方の面（載置面の反対面となる面）に、発熱体２３を直接形成する。まず、電極２２が内蔵された基体２１を準備する。電極２２が内蔵された基体２１は、例えば、複数のグリーンシートを準備し、所定のグリーンシートに印刷法やスパッタ法等により所定パターンの電極２２を形成し、他のグリーンシートと積層して焼成することにより得られる。

発熱体２３は、例えば、無電解めっき法により基体２１の一方の面の全面に銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の層を形成し、不要な部分をエッチングで除去することにより形成できる。又は、基体２１の一方の面の発熱体２３を形成しない部分を予めレジスト層等のマスクで被覆し、マスクで被覆されていない部分のみに無電解めっき法により銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の層を形成してもよい。

又、無電解めっき法に代えて、スパッタ法や蒸着法、溶射法等により、基体２１の一方の面に所定パターンの発熱体２３を形成してもよい。発熱体２３の厚さは、例えば、５〜３０μｍ程度とすることができる。

次に、図４に示す工程では、基体２１の一方の面に、発熱体２３を覆うように耐熱層２４を形成する。耐熱層２４を形成するには、図２に示す工程と同様に、フィルム状の材料をラミネートして硬化させてもよいし、液状又はペースト状の材料を塗布して硬化させてもよい。耐熱層２４の材料としては、例えば、ポリイミド等の絶縁性樹脂、低融点ガラス、アルミナ、シリカ等の無機系材料をベースにした無機接着材等を用いることができる。耐熱層２４の厚さは、例えば、３０〜２００μｍ程度とすることができる。なお、この工程により、静電チャック２０が完成する。

次に、図５に示す工程では、図２に示す構造体の断熱層３２上に接着層３１を形成し、接着層３１を硬化させる前に、接着層３１上に静電チャック２０を搭載する。その後、必要に応じて静電チャック２０をベースプレート４０側に押圧しつつ、接着層３１を硬化温度以上に加熱して硬化させる。これにより、図１に示す基板温調固定装置１０が完成する。

接着層３１を形成するには、図２に示す工程と同様に、フィルム状の材料をラミネートしてもよいし、液状又はペースト状の材料を塗布してもよい。接着層３１の材料としては、例えば、シリコーン等の絶縁性樹脂を用いることができる。接着層３１の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度とすることができる。なお、接着層３１は、硬化後にも柔軟性を有している。

ここで、比較例を示しながら、第１の実施の形態に係る基板温調固定装置１０の有する特有の効果について説明する。図６は、比較例に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。なお、図６において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。

図６を参照するに、基板温調固定装置１００は、静電チャック２００と、断熱層３２と、ベースプレート４０とを有する。静電チャック２００は、基体２１と、電極２２と、発熱体２１０と、均熱板２２０と、接着層２３０とを有するクーロン力型静電チャックである。静電チャック２００は、断熱層３２を介して、ベースプレート４０上に固定されている。

発熱体２１０は、例えば、タングステン（Ｗ）等の発熱抵抗体を絶縁材料で被覆した薄いシート状の発熱体（所謂フィルムヒータ）であり、均熱板２２０の一方の面に貼り付けられている。均熱板２２０の他方の面は、接着層２３０を介して、基体２１に接着されている。

均熱板２２０は、発熱体２１０により加熱される基板（図示せず）に熱分布が発生することを防止し、基板（図示せず）全体の温度を略均一にするために設けられている。均熱板２２０の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。均熱板２２０の厚さは、例えば、２ｍｍ程度とすることができる。

このように、所謂フィルムヒータは単体では均熱化が困難であるため、均熱板２２０に貼り付けて使用されることが一般的である。ところで、フィルムヒータの場合、接着層２３０の耐熱性の問題から、約１５０℃以上の高温で使用することが困難である。

一方、本実施の形態に係る基板温調固定装置１０では、フィルムヒータを用いず、無電解めっき法等により基体２１の一方の面に直接発熱体２３を形成している。この構造では、発熱体２３を基体２１の一方の面に略均一な厚さに形成でき、熱分布が発生し難いため、均熱板は必要ない。又、発熱体２３を断熱層２４で覆い、更に断熱層２４とベースプレート４０との間に接着層３１と断熱層３２を設けて、発熱体２３とベースプレート４０との間を３層構造としている。その結果、基板温調固定装置１０の使用温度を従来（例えば、１５０℃程度）よりも高く（例えば、３００℃程度）することができる。

又、静電チャック２０とベースプレート４０との間に、柔軟性を有する接着層３１を設けている。そのため、加熱時に応力が発生した場合にも、発生した応力を接着層３１で緩和することができる。従って、この観点からも、基板温調固定装置１０は高温（例えば、３００℃程度）での使用に好適である。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは接着層の構造が異なる基板温調固定装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図７は、第２の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。図７を参照するに、基板温調固定装置１０Ａは、接着層３１と断熱層３２との積層の順番が反対である点が基板温調固定装置１０（図１参照）と相違する。

すなわち、ベースプレート４０側に接着層３１が形成され、静電チャック２０側に断熱層３２が形成されている。接着層３１及び断熱層３２の材料や厚さは、第１の実施の形態と同様とすることができる。

接着層３１と断熱層３２との積層の順番が反対になっても、接着層３１及び断熱層３２はそれぞれの機能を発揮できる。すなわち、第１の実施の形態と同様に、接着層３１は静電チャック２０とベースプレート４０との熱膨張率差に起因する応力を緩和する機能を発揮できるし、断熱層３２は発熱体２３の発した熱がベースプレート４０側に逃げることを防止する機能を発揮できる。

このように、接着層３１と断熱層３２との積層の順番を反対にしてもよく、この場合にも第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１の実施の形態とは接着層の構造が異なる基板温調固定装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図８は、第３の実施の形態に係る基板温調固定装置を簡略化して例示する断面図である。図８を参照するに、基板温調固定装置１０Ｂは、接着層３１と断熱層３２が接着層３３に置換された点が基板温調固定装置１０（図１参照）と相違する。

接着層３３は、１つの層のみから構成されている。前述のように、接着層３１と断熱層３２とに同一の絶縁性樹脂を用いる必要はないが、接着層３１と断熱層３２とにフィラーの含有量の異なる同一の絶縁性樹脂を用いることもできる。

そこで、基板温調固定装置の接着層に要求される柔軟性及び断熱性の仕様によっては、フィラーの含有量を調整した１つの層のみから構成された接着層を用いることができる。例えば、接着層３３としては、所定量のフィラーを含有するシリコーン樹脂等を用いることができる。

このように、要求仕様によっては、第１の実施の形態の接着層と断熱層の両方の機能を適度に備えた１層のみから構成された接着層を用いてもよく、この場合にも第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

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、各実施の形態及では、本発明をクーロン力型静電チャックに適用する例を示したが、本発明は、ジョンセン・ラーベック型静電チャックにも同様に適用することができる。

又、本発明に係る基板温調固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウエハ等）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ基板温調固定装置
２０静電チャック
２１基体
２２電極
２３発熱体
２４耐熱層
３１、３３接着層
３２断熱層
４０ベースプレート

Claims

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固定するベースプレートと、
前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された接着層と、
前記静電チャックと前記ベースプレートとの間に形成された断熱層と、を有し、
前記静電チャックは、
前記吸着対象物が載置される載置面を有する基体と、
前記基体の前記載置面の反対面に直接形成された発熱体と、
前記発熱体を覆うように形成された絶縁層と、を有する基板温調固定装置。
前記発熱体は、めっき膜よりなる請求項１記載の基板温調固定装置。
前記接着層は、前記絶縁層よりも耐熱温度の低い材料で形成されている請求項１又は２記載の基板温調固定装置。
吸着対象物を吸着保持する静電チャックを作製する工程と、接着層及び断熱層を介して前記静電チャックをベースプレート上に固定する工程と、を有し、
前記静電チャックを作製する工程は、
前記吸着対象物が載置される載置面を有する基体を作製する基体作製工程と、
前記基体の前記載置面の反対面に発熱体を直接形成する発熱体形成工程と、
前記発熱体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有する基板温調固定装置の製造方法。
前記発熱体形成工程では、前記反対面にめっき法により前記発熱体を形成する請求項４記載の基板温調固定装置の製造方法。