JP2019220503A - 静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

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隆正 吉川
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啓晴 柳澤
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Abstract

【課題】静電吸着の安定性をより向上することができる静電チャック及びその製造方法を提供する。【解決手段】静電チャック１００は、電極１６２を備えた載置台１６０と、電極１６２に当接した給電ピン１９１と、給電ピン１９１の周囲に設けられた筒状絶縁部品１７０と、載置台１６０と筒状絶縁部品１７０とを互いに接着する接着層１５０と、筒状絶縁部品１７０の接着層１５０側の面に設けられた第１のプライマー１５３と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、静電チャック及びその製造方法に関する。
従来、半導体ウェハプロセスなどで使用されるドライエッチング装置などの半導体製造装置では、ウェハ処理時のウェハ温度を制御するためにウェハを静電吸着して載置する静電チャックが設けられている。静電チャックは、表示装置の静電吸着等にも使用される。
静電チャックは、静電電極及びこの静電電極に接続される接続電極を備えた載置台及び接続電極に接続される給電ピンを備えたコネクタを備え、コネクタはベースプレート内に収納されている。
特開２０１３−２２９４６４号公報 特開２０１４−１６５４５９号公報
静電チャックは、上記のように物体を静電吸着するものであるが、使用中に吸着力が低下することがある。吸着力が低下すると、静電吸着していた物体が静電チャックから脱落しかねない。
本発明は、静電吸着の安定性をより向上することができる静電チャック及びその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一形態によれば、電極を備えた載置台と、前記電極に当接した給電ピンと、前記給電ピンの周囲に設けられた筒状絶縁部品と、前記載置台と前記筒状絶縁部品とを互いに接着する接着層と、前記筒状絶縁部品の前記接着層側の面に設けられた第１のプライマーと、を有する静電チャックが提供される。
開示の技術によれば、静電吸着の安定性をより向上することができる。
静電チャックの参考例を示す断面図である。 参考例の給電ピンの先端の近傍を拡大して示す図である。 第１の実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その１）である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その２）である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その３）である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その４）である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その５）である。 第１の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す断面図（その６）である。 第２の実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。
本発明者らは、従来の静電チャックの吸着力が使用中に低下する原因を究明すべく鋭意検討を行った。そして、本発明者らによる詳細な解析の結果、給電ピンの先端とヒータとの間で放電が生じていることが明らかになった。ここで、この新たな知見について説明する。
図１は、静電チャックの参考例を示す断面図である。図１に示すように、参考例に係る静電チャック５００は、ベースプレート５１０を備え、ベースプレート５１０には貫通孔５１１が形成されている。ベースプレート５１０の上には第１接着層５２０によってヒータ５４０が接着されている。ヒータ５４０のベースプレート５１０側の面上に絶縁フィルム５３０が設けられている。
第１接着層５２０には、ベースプレート５１０の貫通孔５１１に対応する位置に開口部５２１が設けられている。また、絶縁フィルム５３０及びヒータ５４０には、それぞれ第１接着層５２０の開口部５２１の上に開口部５３１、開口部５４１が設けられている。
ヒータ５４０の開口部５４１からベースプレートの５１０の貫通孔５１１の内壁に、第１筒状絶縁部品５７０が配置されている。第１筒状絶縁部品５７０は、内側に突出するリング状の突出部５７１を備えている。
第１筒状絶縁部品５７０の突出部５７１の上に第２筒状絶縁部品５８０が配置されている。第２筒状絶縁部品５８０の内径は、第１筒状絶縁部品５７０の突出部５７１の内径とほぼ同一である。
ヒータ５４０及び第１筒状絶縁部品５７０の上に第２接着層５５０によって載置台５６０が接着されている。第２接着層５５０には、ヒータ５４０の開口部５４１に対応する位置に開口部５５１が設けられている。
載置台５６０には、ヒータ５４０の開口部５４１に対応する位置に凹部５６１が形成されている。載置台５６０の凹部５６１の周囲の表面にプライマー５５２が塗布されている。載置台５６０は凹部５６１の底面に接続電極５６２を備えており、接続電極５６２は載置台５６０の内部に形成された静電電極（不図示）に接続されている。
ベースプレート５１０の貫通孔５１１から載置台５６０の凹部５６１に給電ピン５９１を備えたコネクタ５９０が挿通され、接続電極５６２に給電ピン５９１が当接している。給電ピン５９１はコネクタ５９０内のばね（不図示）に連結されており、ばねの弾性力によって接続電極５６２を押圧している。
このようにして、コネクタ５９０の給電ピン５９１が載置台５６０の接続電極５６２に当接することで、給電ピン５９１から接続電極５６２に接続された静電電極（不図示）に３０００Ｖ〜６０００Ｖ程度の電圧が印加される。
このような参考例に係る静電チャック５００では、給電ピン５９１の先端とヒータ５４０との間で放電が生じることがある。図２は、給電ピン５９１の先端の近傍を拡大して示す図である。
例えばヒータ５４０はアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、図２に示すように、第２接着層５５０と第１筒状絶縁部品５７０との間の僅かな隙間を経路として、給電ピン５９１の先端とヒータ５４０との間の経路５９２で放電５９３が生じることがある。放電５９３が生じると、載置台５６０内の静電電極に電圧が印加されなくなり、静電チャック５００の吸着力が急激に低下する。
このような現象はこれまで解明されておらず、その対策もとられていない。このような状況下で本発明者らが更に鋭意検討を行った結果、第２接着層５５０を用いた接着の前に第１筒状絶縁部品５７０の接着面にプライマーを塗布しておくことで、第１筒状絶縁部品５７０と第２接着層５５０との間の密着性が向上し、放電５９３を抑制できることが明らかになった。
本発明者らは、これらの新たな知見に基づいて、以下のような実施形態に想到した。以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は静電チャックに関する。図３は、第１の実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。
図３に示すように、第１の実施形態に係る静電チャック１００は、ベースプレート１１０を備え、ベースプレート１１０には貫通孔１１１が形成されている。ベースプレート１１０の上には第１接着層１２０によってヒータ１４０が接着されている。ヒータ１４０のベースプレート１１０側の面上に絶縁フィルム１３０が設けられている。
例えば、ベースプレート１１０及びヒータ１４０はアルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とし、第１接着層１２０にはシリコーン樹脂系の接着剤が用いられ、絶縁フィルム１３０はポリイミドフィルムである。例えば、第１接着層１２０の厚さは１ｍｍ〜１．５ｍｍであり、貫通孔１１１の直径は５ｍｍ〜６ｍｍである。
第１接着層１２０には、貫通孔１１１に対応する位置に開口部１２１が設けられている。また、絶縁フィルム１３０及びヒータ１４０には、それぞれ開口部１２１の上に開口部１２１より直径が小さい開口部１３１、開口部１４１が設けられている。
ベースプレート１１０の貫通孔１１１の内壁の上端側からヒータ１４０の開口部１４１の内壁に第１筒状絶縁部品１７０が配置されている。第１筒状絶縁部品１７０は、上から順に、上側筒状部１７２、内側に突出するリング状の突出部１７４及び下側筒状部１７６を有する。上側筒状部１７２はその外面がヒータ１４０の開口部１４１の内壁に接触して配置されている。突出部１７４及び下側筒状部１７６はそれらの外面が第１接着層１２０の開口部１２１の内壁からベースプレート１１０の貫通孔１１１の内壁に接触して配置されている。突出部１７４の内径は上側筒状部１７２の内径より小さい。また、下側筒状部１７６の内径は、上側筒状部１７２の内径よりも大きい。
第１筒状絶縁部品１７０の突出部１７４の上面に第２筒状絶縁部品１８０が配置されている。第２筒状絶縁部品１８０は高さ方向の全体にわたって同じ内径を有する。また、第２筒状絶縁部品１８０の内径は第１筒状絶縁部品１７０の突出部１７４の内径とほぼ同一である。
例えば、第１筒状絶縁部品１７０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂を主成分とし、第２筒状絶縁部品１８０は、ポリエーテルイミド樹脂を主成分とする。
ヒータ１４０及び第１筒状絶縁部品１７０の上に第２接着層１５０によって載置台１６０が接着されている。第２接着層１５０には、ヒータ１４０の開口部１４１に対応する位置に開口部１５１が設けられ、載置台１６０は、開口部１４１に対応する位置に凹部１６１を備えている。例えば、第２接着層１５０の厚さは１ｍｍ〜１．５ｍｍである。
第１筒状絶縁部品１７０の上面、すなわち第２接着層１５０側の面に第１のプライマー１５３が塗布されており、第２接着層１５０は第１のプライマー１５３を介して第１筒状絶縁部品１７０に接している。また、載置台１６０の凹部１６１の周囲の下面、すなわち第２接着層１５０側の面に第２のプライマー１５２が塗布されており、第２接着層１５０は第２のプライマー１５２を介して載置台１６０に接している。
第１のプライマー１５３及び第２のプライマー１５２は、例えば、イソプロピルアルコール：４０質量％〜８０質量％、ビスフェノールＡエピクロロヒドリン樹脂：１０質量％〜２０質量％、及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：１０質量％〜２０質量％を含有する。
載置台１６０は、凹部１６１の底面に接続電極１６２を備え、載置台１６０の内部にビア導体１６３及び静電電極１６４を備え、静電電極１６４はビア導体１６３を介して接続電極１６２に接続されている。このように、載置台１６０は、ベースプレート１１０の貫通孔１１１に対応する位置に接続電極１６２を備えている。
例えば、第２接着層１５０にはシリコーン樹脂系の接着剤が用いられ、載置台１６０は酸化アルミニウムを主成分とするセラミックからなる。
載置台１６０は、例えば、次のようにして作製することできる。載置台１６０の作製方法の一例では、グリーンシートの表面や貫通孔に接続電極１６２、ビア導体１６３及び静電電極１６４となるタングステンペーストを形成しておき、複数のグリーンシートを積層し、焼成する。
ベースプレート１１０の貫通孔１１１から載置台１６０の凹部１６１に給電ピン１９１を備えたコネクタ１９０が挿通され、接続電極１６２に給電ピン１９１が当接している。給電ピン１９１はコネクタ１９０内のばね（不図示）に連結されており、ばねの弾性力によって接続電極１６２を押圧している。例えば、給電ピン１９１の直径は２ｍｍ〜３ｍｍである。
このようにして、給電ピン１９１が接続電極１６２に当接することで、給電ピン１９１から、接続電極１６２及びビア導体１６３を介して静電電極１６４に３０００Ｖ〜６０００Ｖ程度の電圧が印加される。
このように構成された静電チャック１００では、第１筒状絶縁部品１７０の第２接着層１５０側の面に第１のプライマー１５３が塗布されており、第２接着層１５０は第１のプライマー１５３を介して第１筒状絶縁部品１７０に接している。従って、第２接着層１５０と第１筒状絶縁部品１７０との間には参考例のような隙間が存在せず、参考例で発生するような、給電ピン１９１の先端とヒータ１４０との間の放電が極めて生じにくい。このため、給電ピン１９１の先端とヒータ１４０との間の放電に伴う吸着力の低下を抑制することができ、静電吸着の安定性をより向上することができる。
次に、静電チャック１００の製造方法について説明する。図４〜図９は、第１の実施形態に係る静電チャック１００の製造方法を示す断面図である。
先ず、図４に示すように、絶縁フィルム１３０を貼り付けたヒータ１４０を準備し、接着剤を用いてベースプレート１１０と絶縁フィルム１３０とを接着する。この結果、ベースプレート１１０、第１接着層１２０、絶縁フィルム１３０及びヒータ１４０が一体となった構造物が得られる。
次いで、図５に示すように、貫通孔１１１、開口部１２１、開口部１３１及び開口部１４１内に、第１筒状絶縁部品１７０、第２筒状絶縁部品１８０及びコネクタ１９０を挿入する。
その後、図６に示すように、第１筒状絶縁部品１７０の上面に第１のプライマー１５３を塗布する。例えば、載置台１６０が直径３００ｍｍのウェハの載置に好適なサイズを有する場合、第１のプライマー１５３の塗布量は、第１筒状絶縁部品１７０の上面全体で１ｍＬ〜２ｍＬとする。
続いて、図７に示すように、ヒータ１４０及び第１筒状絶縁部品１７０上に第２接着層１５０を形成する。第２接着層１５０は、例えばスクリーン印刷により形成することができる。このとき、第１筒状絶縁部品１７０の上面に第１のプライマー１５３が塗布されているため、第２接着層１５０は第１筒状絶縁部品１７０に強固に密着する。
また、図８に示すように、凹部１６１が形成され、接続電極１６２、ビア導体１６３及び静電電極１６４を備えた載置台１６０を準備し、載置台１６０の凹部１６１の周囲の下面に第２のプライマー１５２を塗布する。例えば、載置台１６０が直径３００ｍｍのウェハの載置に好適なサイズを有する場合、第２のプライマー１５２の塗布量は、載置台１６０の下面全体で１ｍＬ〜２ｍＬとする。
そして、図９に示すように、第２接着層１５０を介して載置台１６０とヒータ１４０及び第１筒状絶縁部品１７０とを互いに接着する。続いて、第２接着層１５０からはみ出している第１のプライマー１５３及び第２のプライマー１５２を揮発させる。
このようにして、図３に示す静電チャック１００を製造することができる。なお、第２接着層１５０からはみ出している第１のプライマー１５３及び第２のプライマー１５２は残存させてもよく、自然に揮発させてもよい。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は静電チャックに関する。図１０は、第２の実施形態に係る静電チャックを示す断面図である。
第２の実施形態に係る静電チャック２００では、載置台１６０がヒータを内蔵し、静電チャック２００はヒータ１４０、絶縁フィルム１３０及び第１接着層１２０を含まない。
第１筒状絶縁部品１７０は、ベースプレート１１０の貫通孔１１１の内壁の上端に配置されている。第１筒状絶縁部品１７０の上側筒状部１７２、突出部１７４及び下側筒状部１７６の外面はベースプレート１１０の貫通孔１１１の内壁に接触している。
載置台１６０は、第２接着層１５０によってベースプレート１１０及び第１筒状絶縁部品１７０の上に接着されている。第１筒状絶縁部品１７０の上面に第１のプライマー１５３が塗布されており、第２接着層１５０は第１のプライマー１５３を介して第１筒状絶縁部品１７０に接している。
他の構成は第１の実施形態と同様である。
このように構成された静電チャック２００でも、第１筒状絶縁部品１７０の第２接着層１５０側の面に第１のプライマー１５３が塗布されており、第２接着層１５０は第１のプライマー１５３を介して第１筒状絶縁部品１７０に接している。従って、第２接着層１５０と第１筒状絶縁部品１７０との間には参考例のような隙間が存在せず、給電ピン１９１の先端とベースプレート１１０との間の放電が極めて生じにくい。このため、給電ピン１９１の先端とベースプレート１１０との間の放電に伴う吸着力の低下を抑制することができ、第１の実施形態と同様に、静電吸着の安定性をより向上することができる。
第２の実施形態に係る静電チャック２００は、例えば、以下のようにして製造することができる。
先ず、ベースプレート１１０の貫通孔１１１内に、第１筒状絶縁部品１７０、第２筒状絶縁部品１８０及びコネクタ１９０を挿入する。次いで、第１の実施形態と同様にして、第１筒状絶縁部品１７０の上面に第１のプライマー１５３を塗布する。その後、ベースプレート１１０及び第１筒状絶縁部品１７０上に第２接着層１５０を形成する。また、第１の実施形態と同様に、凹部１６１が形成され、接続電極１６２、ビア導体１６３及び静電電極１６４を備えた載置台１６０を準備し、載置台１６０の凹部１６１の周囲の下面に第２のプライマー１５２を塗布する。そして、第２接着層１５０を介して載置台１６０とベースプレート１１０及び第１筒状絶縁部品１７０とを互いに接着する。次いで、第２接着層１５０からはみ出している第１のプライマー１５３及び第２のプライマー１５２を揮発させる。
このようにして、図１０に示す静電チャック２００を製造することができる。なお、第２接着層１５０からはみ出している第１のプライマー１５３及び第２のプライマー１５２は残存させてもよく、自然に揮発させてもよい。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等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等に種々の変形及び置換を加えることができる。
１００、２００ 静電チャック
１１０ ベースプレート
１２０ 第１接着層
１３０ 絶縁フィルム
１４０ ヒータ
１５０ 第２接着層
１５２ 第２のプライマー
１５３ 第１のプライマー
１６０ 載置台
１６２ 接続電極
１６３ ビア導体
１６４ 静電電極
１７０ 第１筒状絶縁部品
１８０ 第２筒状絶縁部品
１９０ コネクタ
１９１ 給電ピン

Claims (8)

  1. 電極を備えた載置台と、
    前記電極に当接した給電ピンと、
    前記給電ピンの周囲に設けられた筒状絶縁部品と、
    前記載置台と前記筒状絶縁部品とを互いに接着する接着層と、
    前記筒状絶縁部品の前記接着層側の面に設けられた第１のプライマーと、
    を有することを特徴とする静電チャック。
  2. 前記載置台の前記接着層側の面に設けられた第２のプライマーを有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記筒状絶縁部品の外側に設けられた金属部品を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
  4. 前記金属部品はヒータであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
  5. 前記金属部品はベースプレートであることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
  6. 給電ピンの周囲に設けられた筒状絶縁部品に第１のプライマーを塗布する工程と、
    接着剤を用いて、前記筒状絶縁部品の前記第１のプライマーを塗布した面に、電極を備えた載置台を、前記電極に前記給電ピンを当接させながら接着する工程と、
    を有することを特徴とする静電チャックの製造方法。
  7. 前記接着剤を用いて前記載置台を接着する工程は、
    スクリーン印刷により、前記筒状絶縁部品の前記第１のプライマーを塗布した面に前記接着剤の層を形成する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の静電チャックの製造方法。
  8. 前記接着剤を用いて前記載置台を接着する工程は、
    前記載置台の前記筒状絶縁部品に接着される面に第２のプライマーを塗布する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の静電チャックの製造方法。
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