JP2020145281A

JP2020145281A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2020145281A
Application number: JP2019039827A
Authority: JP
Inventors: 哲朗糸山; Tetsuro Itoyama; 淳平上藤; Jumpei Kamifuji
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-10

Abstract

【課題】ガス導入路に絶縁体プラグが設けられた静電チャックにおいて、絶縁体プラグの位置ずれを抑制できる静電チャックを提供する。【解決手段】第１主面と第２主面と貫通孔とを有するセラミック誘電体基板と、セラミック誘電体基板を支持し、貫通孔と連通するガス導入路を有する金属製のベースプレートと、ガス導入路に設けられた絶縁体プラグと、ベースプレートとセラミック誘電体基板との間の一部に設けられ、樹脂材料を含む接合層と、を備え、接合層は、ベースプレートからセラミック誘電体基板へ向かう第１方向に略直交する第２方向において、ベースプレートと絶縁体プラグとの間に位置する第１部分を有し、第１部分は、第１方向において、絶縁体プラグと接することを特徴とする静電チャック。【選択図】図２

Description

本発明の態様は、一般的に、静電チャックに関する。

アルミナ等のセラミック誘電体基板のあいだに電極を挟み込み、焼成することで作製されるセラミック製の静電チャックは、内蔵する電極に静電吸着用電力を印加し、シリコンウェーハ等の基板を静電力によって吸着するものである。このような静電チャックにおいては、セラミック誘電体基板の表面と、吸着対象物である基板の裏面と、の間にヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを流し、吸着対象物である基板の温度をコントロールしている。

例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、スパッタリング装置、イオン注入装置、エッチング装置など、基板に対する処理を行う装置において、処理中に基板の温度上昇を伴うものがある。このような装置に用いられる静電チャックでは、セラミック誘電体基板と吸着対象物である基板との間にＨｅ等の不活性ガスを流し、基板に不活性ガスを接触させることで基板の温度上昇を抑制している。

Ｈｅ等の不活性ガスによる基板温度の制御を行う静電チャックにおいては、セラミック誘電体基板及びセラミック誘電体基板を支持するベースプレートに、Ｈｅ等の不活性ガスを導入するための穴（ガス導入路）が設けられる。

ここで、装置内で基板を処理する際、ガス導入路内において放電が発生することがある。特許文献１には、ガス導入路内にセラミック焼結多孔体を設け、セラミック焼結多孔体の構造及び膜孔をガス流路にすることで、ガス導入路内での絶縁性を向上させた静電チャックが開示されている。

しかしながら、このようにガス導入路にセラミック多孔体などの絶縁体プラグを設けた静電チャックにおいて、ガス導入路にガスを導入すると、ガスによって絶縁体プラグに対して圧力がかかり、絶縁体プラグの位置ずれが生じる場合がある。

特開２０１０−１２３７１２号公報

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、ガス導入路に絶縁体プラグが設けられた静電チャックにおいて、絶縁体プラグの位置ずれを抑制できる静電チャックを提供することを目的とする。

第１の発明は、吸着の対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第２主面から前記第１主面にかけて設けられた貫通孔と、を有するセラミック誘電体基板と、前記セラミック誘電体基板を支持し、前記貫通孔と連通するガス導入路を有する金属製のベースプレートと、前記ガス導入路に設けられた絶縁体プラグと、前記ベースプレートと前記セラミック誘電体基板との間の一部に設けられ、樹脂材料を含む接合層と、を備え、前記接合層は、前記ベースプレートから前記セラミック誘電体基板へ向かう第１方向に略直交する第２方向において、前記ベースプレートと前記絶縁体プラグとの間に位置する第１部分を有し、前記第１部分は、前記第１方向において、前記絶縁体プラグと接することを特徴とする静電チャックである。

この静電チャックによれば、接合層が第２方向においてベースプレートと絶縁体プラグとの間に位置する第１部分を有し、第１部分が第１方向において絶縁体プラグと接することで、ガス導入路に導入されたガスによって絶縁体プラグに対して第１方向に押す圧力がかかった場合にも、絶縁体プラグが第１方向に動くことを抑制できる。これにより、絶縁体プラグの位置ずれを抑制できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記接合層は、第２部分をさらに有し、前記第２部分は、前記第１方向において、前記絶縁体プラグの前記第２主面側の端面と前記第２主面との間に位置することを特徴とする静電チャックである。

この静電チャックによれば、接合層が第１方向において絶縁体プラグの第２主面側の端面と第２主面との間に位置する第２部分をさらに有することで、絶縁体プラグが第１方向に動くことをより確実に抑制できる。これにより、絶縁体プラグの位置ずれをより確実に抑制できる。

本発明の態様によれば、ガス導入路に絶縁体プラグが設けられた静電チャックにおいて、絶縁体プラグの位置ずれを抑制できる静電チャックが提供される。

実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。図１に示すＡ部の模式的拡大断面図である。図１に示すＡ部の変形例を表す模式的拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る静電チャックの構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、実施形態に係る静電チャック１１０は、セラミック誘電体基板１１と、ベースプレート５０と、絶縁体プラグ７０と、を備える。

セラミック誘電体基板１１は、例えば焼結セラミックによる平板状の基材であり、シリコンウェーハなどの半導体基板等の吸着の対象物Ｗを載置する第１主面１１ａと、この第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂと、を有する。

セラミック誘電体基板１１には、電極１２が設けられる。電極１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａと、第２主面１１ｂと、のあいだに介設されている。すなわち、電極１２は、セラミック誘電体基板１１の中に挿入されるように形成されている。静電チャック１１０は、この電極１２に吸着保持用電圧８０を印加することによって、電極１２の第１主面１１ａ側に電荷を発生させ、静電力によって対象物Ｗを吸着保持する。

ここで、本実施形態の説明においては、ベースプレート５０からセラミック誘電体基板１１へ向かう方向をＺ方向（第１方向の一例に相当する）、Ｚ方向と略直交する方向の１つをＹ方向（第２方向の一例に相当する）、Ｚ方向及びＹ方向に略直交する方向をＸ方向（第２方向の一例に相当する）ということにする。

電極１２は、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに沿って薄膜状に設けられている。電極１２は、対象物Ｗを吸着保持するための吸着電極である。電極１２は、単極型でも双極型でもよい。図１に表した電極１２は双極型であり、同一面上に２極の電極１２が設けられている。

電極１２には、セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂ側に延びる接続部２０が設けられている。接続部２０は、電極１２と導通するビア（中実型）やビアホール（中空型）、もしくは金属端子をロウ付けなどの適切な方法で接続したものである。

ベースプレート５０は、セラミック誘電体基板１１を支持する金属製の部材である。セラミック誘電体基板１１は、図２に表した接合層６０によってベースプレート５０の上に固定される。

接合層６０は、Ｚ方向において、ベースプレート５０とセラミック誘電体基板１１との間の一部に設けられ、ベースプレート５０とセラミック誘電体基板１１とを接合する。接合層６０は、樹脂材料を含む。接合層６０としては、例えばシリコーン接着剤の硬化層が用いられる。

ベースプレート５０は、例えば、アルミニウム製の上部５０ａと下部５０ｂとに分けられており、上部５０ａと下部５０ｂとのあいだに連通路５５が設けられている。連通路５５は、一端側が入力路５１に接続され、他端側が出力路５２に接続される。

ベースプレート５０は、静電チャック１１０の温度調整を行う役目も果たす。例えば、静電チャック１１０を冷却する場合には、入力路５１から冷却媒体を流入し、連通路５５を通過させ、出力路５２から流出させる。これにより、冷却媒体によってベースプレート５０の熱を吸収し、その上に取り付けられたセラミック誘電体基板１１を冷却することができる。一方、静電チャック１１０を保温する場合には、連通路５５内に保温媒体を入れることも可能である。または、セラミック誘電体基板１１やベースプレート５０に発熱体を内蔵させることも可能である。このように、ベースプレート５０を介してセラミック誘電体基板１１の温度が調整されると、静電チャック１１０で吸着保持される対象物Ｗの温度を調整することができる。

また、セラミック誘電体基板１１の第１主面１１ａ側には、必要に応じてドット１３が設けられており、ドット１３の間に溝１４が設けられている。この溝１４は連通していて、静電チャック１１０に搭載された対象物Ｗの裏面と溝１４とのあいだに空間が形成される。

溝１４には、セラミック誘電体基板１１に設けられた貫通孔１５が接続される。貫通孔１５は、セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂから第１主面１１ａにかけてセラミック誘電体基板１１を貫通して設けられる。

ドット１３の高さ（溝１４の深さ）、ドット１３及び溝１４の面積比率、形状等を適宜選択することで、対象物Ｗの温度や対象物Ｗに付着するパーティクルを好ましい状態にコントロールすることができる。

ベースプレート５０には、ガス導入路５３が設けられる。ガス導入路５３は、ベースプレート５０を例えば貫通するように設けられる。ガス導入路５３は、ベースプレート５０を貫通せず、他のガス導入路５３の途中から分岐してセラミック誘電体基板１１側まで設けられていてもよい。また、ガス導入路５３は、ベースプレート５０の複数箇所に設けられていてもよい。

ガス導入路５３は、貫通孔１５と連通する。対象物Ｗを吸着保持した状態でガス導入路５３からヘリウム（Ｈｅ）等の伝達ガスを導入すると、対象物Ｗと溝１４との間に設けられた空間に伝達ガスが流れ、対象物Ｗを伝達ガスによって直接冷却することができるようになる。

絶縁体プラグ７０は、ベースプレート５０に設けられたガス導入路５３に設けられる。絶縁体プラグ７０は、ベースプレート５０（ガス導入路５３）のセラミック誘電体基板１１側に嵌め込まれる。

図２は、図１に示すＡ部の模式的拡大断面図である。
図２に表したように、例えば、ベースプレート５０（ガス導入路５３）のセラミック誘電体基板１１側には、座ぐり部５３ａが設けられる。座ぐり部５３ａは、筒状に設けられる。座ぐり部５３ａの内径を適切に設計することで、絶縁体プラグ７０は、座ぐり部５３ａに嵌合される。

絶縁体プラグ７０の上面７０Ｕは、ベースプレート５０の上面５０Ｕに露出している。絶縁体プラグ７０の上面７０Ｕは、絶縁体プラグ７０のＺ方向（第１方向）の端面である。絶縁体プラグ７０の上面７０Ｕは、セラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂと対向している。絶縁体プラグ７０の上面７０Ｕとセラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂとの間は、空間ＳＰとなっている。すなわち、絶縁体プラグ７０の上面７０Ｕとセラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂとの間には、接合層６０が設けられていない。

絶縁体プラグ７０は、筒状（例えば、円筒形）に設けられ、座ぐり部５３ａに嵌合される。絶縁体プラグ７０の形状は、円筒形が望ましいが、円筒形に限定されるものではない。絶縁体プラグ７０には、絶縁性を有する材料が用いられる。絶縁体プラグ７０の材料としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４であったりＳｉＯ_２などのガラスでもよい。あるいは、絶縁体プラグ７０の材料は、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、Ａｌ_６Ｏ_１３Ｓｉ_２、ＹＡＧ、ＺｒＳｉＯ_４などでもよい。

絶縁体プラグ７０の気孔率は、例えば３０パーセント（％）以上６０％以下である。絶縁体プラグ７０の密度は、例えば１．５グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ^３）以上３．０ｇ／ｃｍ^３以下である。このような気孔率によって、ガス導入路５３を流れてきたＨｅ等の伝達ガスは、絶縁体プラグ７０の多数の気孔を通過してセラミック誘電体基板１１に設けられた貫通孔１５から溝１４へ送られることになる。

気孔率は、ＪＩＳＣ２１４１に基づいてレーザ顕微鏡により測定される。密度は、ＪＩＳＣ２１４１５．４．３に基づいて測定される。

図２に表したように、接合層６０は、ベースプレート５０とセラミック誘電体基板１１との間の一部に設けられる。接合層６０は、第１部分６１を有している。第１部分６１は、Ｘ方向において、ベースプレート５０と絶縁体プラグ７０との間に位置する。第１部分６１は、例えば、Ｚ方向に延びる。

第１部分６１は、例えば、Ｘ方向において、ベースプレート５０及び絶縁体プラグ７０と接している。より具体的には、第１部分６１のＸ方向の一端は、ベースプレート５０と接しており、第１部分６１のＸ方向の他端は、絶縁体プラグ７０と接している。また、第１部分６１は、Ｚ方向において、セラミック誘電体基板１１及び絶縁体プラグ７０と接している。より具体的には、第１部分６１のＺ方向の一端（例えば、上端）は、セラミック誘電体基板１１と接しており、第１部分６１のＺ方向の他端（例えば、下端）は、絶縁体プラグ７０と接している。

このように、接合層６０がＸ方向においてベースプレート５０と絶縁体プラグ７０との間に位置する第１部分６１を有し、第１部分６１がＺ方向において絶縁体プラグ７０と接することで、ガス導入路５３に導入されたガスによって絶縁体プラグ７０に対してＺ方向に押す圧力がかかった場合にも、絶縁体プラグ７０がＺ方向に動くことを抑制できる。これにより、絶縁体プラグ７０の位置ずれを抑制できる。

また、この例では、ベースプレート５０は、第２主面１１ｂ側の端部に溶射部５７を有している。溶射部５７は、例えば溶射によって形成される。溶射部５７は、ベースプレート５０の第２主面１１ｂ側の端面（上面５０Ｕ）を構成している。溶射部５７は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

図３は、図１に示すＡ部の変形例を表す模式的拡大断面図である。
図３に表したように、接合層６０は、ベースプレート５０とセラミック誘電体基板１１との間の一部に設けられる。この例では、接合層６０は第１部分６１及び第２部分６２を有する。

第２部分６２は、例えば、Ｚ方向において、絶縁体プラグ７０の第２主面１１ｂ側の端面（上面７０Ｕ）とセラミック誘電体基板１１の第２主面１１ｂとの間に位置している。

このように、接合層６０が第１部分６１に加えて第２部分６２を有することで、絶縁体プラグ７０がＺ方向に動くことをより確実に抑制できる。これにより、絶縁体プラグ７０の位置ずれをより確実に抑制できる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。例えば、静電チャック１１０として、クーロン力を用いる構成を例示したが、ジョンソン・ラーベック力を用いる構成であっても適用可能である。また、前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１１セラミック誘電体基板、１１ａ第１主面、１１ｂ第２主面、１２電極、１３ドット、１４溝、１５貫通孔、２０接続部、５０ベースプレート、５０Ｕ上面、５０ａ上部、５０ｂ下部、５１入力路、５２出力路、５３ガス導入路、５３ａ座ぐり部、５５連通路、５７溶射部、６０接合層、６１、６２第１、第２部分、７０絶縁体プラグ、７０Ｕ上面、８０吸着保持用電圧、１１０静電チャック、ＳＰ空間、Ｗ対象物

Claims

吸着の対象物を載置する第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第２主面から前記第１主面にかけて設けられた貫通孔と、を有するセラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板を支持し、前記貫通孔と連通するガス導入路を有する金属製のベースプレートと、
前記ガス導入路に設けられた絶縁体プラグと、
前記ベースプレートと前記セラミック誘電体基板との間の一部に設けられ、樹脂材料を含む接合層と、
を備え、
前記接合層は、前記ベースプレートから前記セラミック誘電体基板へ向かう第１方向に略直交する第２方向において、前記ベースプレートと前記絶縁体プラグとの間に位置する第１部分を有し、
前記第１部分は、前記第１方向において、前記絶縁体プラグと接することを特徴とする静電チャック。
前記接合層は、第２部分をさらに有し、
前記第２部分は、前記第１方向において、前記絶縁体プラグの前記第２主面側の端面と前記第２主面との間に位置することを特徴とする請求項１記載の静電チャック。