JP2021158334A - 静電チャック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、実施形態1に係る静電チャック装置を説明する。まず、<静電チャック装置の構成>を説明する。その後、静電チャック装置を構成する<静電チャック板>、<接合層>及び<基台>の各構成を説明する。そして、<静電チャック装置の製造方法>を説明する。次に、実施形態1を変形させた<変形例>、及び、実施形態1との比較のために、<比較例>を説明する。その後、実施形態1、変形例及び比較例についての<静電チャック装置の評価>を、<実施例1−1>〜<実施例1−4>として説明する。
図1は、実施形態1に係る静電チャック装置を例示した断面図である。図1に示すように、静電チャック装置1は、静電チャック板10と、接合層20と、基台30と、を備えている。静電チャック装置1は、静電チャック板10の吸着面11に、静電気力により、試料を吸着固定させる。試料は、例えば、板状のウェハ、スパッタリングターゲット等である。なお、試料は、吸着面11に吸着されるものであれば、ウェハ、スパッタリングターゲット等に限らない。
静電チャック板10は、板状であり、試料を静電気力により吸着させる吸着面11、及び、吸着面11の反対側の裏面12を有している。静電チャック板10は、例えば、円板状である。なお、静電チャック板10は、円板状に限らず、矩形の板状等、形状にはこだわらない。
接合層20は、静電チャック板10と、基台30との間に配置されている。接合層20は、静電チャック板10の裏面12及び基台30の接合面31に接合した接合剤を含んでいる。接合剤は、例えば、インジウム、アルミニウム、銀及びスズのうち、少なくともいずれかを含むものでもよい。また、接合剤は、インジウム、アルミニウム、銀及びスズのうち、少なくともいずれかを含む合金でもよい。さらに、接合剤は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうち、少なくともいずれかを含むものでもよい。
基台30は、静電チャック板10の裏面12に接合層20を介して接合されている。基台30において、接合層20に接合した面を接合面31と呼ぶ。よって、基台30は、接合層20に接合した接合面31を含む。
F=−αΔTEA (2)
次に、静電チャック装置1の製造方法を説明する。図9は、実施形態1に係る静電チャック装置1の製造方法を例示したフローチャート図である。図9のステップS11に示すように、基台30に流路を形成する。例えば、基台30の下部を構成する下部部材に機械加工を施して流路となる溝を形成する。そして、溝を形成した下部部材に、基台30の上部を構成する上部部材をAlロウ材で接合する。これにより、流路を内包する。こうして、基台30に流路を形成する。
次に、本実施形態の変形例に係る静電チャック装置を説明する。本変形例の静電チャック装置は、複数の突起32の形状が実施形態1と異なる。具体的には、変形例の複数の突起32は、中央部で繋がっている。
次に、比較例に係る静電チャック装置を説明する。図14は、比較例に係る静電チャック装置において、基台130の接合面131を例示した斜視図である。図14に示すように、比較例の静電チャック装置においては、基台130の接合面131上に、同心円状の複数の突起132が形成されている。突起132は、例えば、任意の直径の複数のワイヤーを同心円状に配置することによって形成される。それ以外の構成は、実施形態1と同様である。
次に、実施形態1、変形例及び比較例に係る静電チャック装置の評価について説明する。静電チャック装置の評価項目は、1.接合層20の厚さ、2.接合層20の欠陥、3.温度サイクル試験、及び、4.ウェハを試料として加熱したときの温度バラツキである。
実施例1−1の静電チャック装置は、前述の(実施形態1)において説明した静電チャック装置に基づいており、基台30の中央部に突起32が形成されていない中央平坦部を有する構成である。基台30の材料は、炭化シリコン−アルミニウム(SiC−Al)複合材料であり、静電チャック板10の材料は、酸化アルミニウム(Al2O3)であり、接合層20の材料は、インジウムである。また、基台30の接合面31は、図2〜図5で示した形状の複数の突起32を有し、突起32の高さは、100[μm]である。
実施例1−1の静電チャック装置では、接合層20の厚さが、100±25[μm]の範囲内であり、合格である。
実施例1−1の静電チャック装置では、接合層20に大きな欠陥がなく、接合面積が99[%]以上で合格である。
実施例1−1の静電チャック装置では、温度サイクル試験の前後で欠陥検査の結果に変化なく、合格である。
実施例1−1の静電チャック装置では、ウェハ基板の温度バラツキは、±3[℃]以内であり、合格である。
実施例1−2の静電チャック装置は、前述の(実施形態1)において説明した静電チャック装置に基づいており、基台30の中央部に突起32が形成されていない中央平坦部を有する構成である。基台30の材料は、炭化シリコン(SiC)に、酸化アルミニウム(Al2O3)の溶射膜を形成したものであり、静電チャック板10の材料は、窒化アルミニウム(AlN)である。また、基台30の接合面31は、図2〜図5で示した形状の複数の突起32を有し、突起32の高さは、100[μm]である。
実施例1−2の静電チャック装置では、接合層20の厚さが、100±25[μm]の範囲内であり、合格である。
実施例1−2の静電チャック装置では、接合層20に大きな欠陥がなく、接合面積が99[%]以上で合格である。
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実施例1−2の静電チャック装置では、ウェハ基板の温度バラツキは、±3[℃]以内であり、合格である。
実施例1−3の静電チャック装置は、前述の<変形例>において説明した静電チャック装置に基づいており、基台30の中央部において突起32が繋がっている構成である。基台30の材料は、炭化シリコン−アルミニウム(SiC−Al)複合材料に、酸化アルミニウム(Al2O3)の溶射膜を形成したものであり、静電チャック板10の材料は、酸化アルミニウム(Al2O3)であり、接合層20の材料は、インジウムである。また、基台30aの接合面31aは、図10で示した形状の複数の突起32aを有し、突起32aの高さは、100[μm]である。
実施例1−3の静電チャック装置では、接合層20の厚さが、100±25[μm]の範囲内であり、合格である。
実施例1−3の静電チャック装置では、中央部の突起32を繋げた部分から接合剤が剥離していることが確認された。
実施例1−3の静電チャック装置では、中央部の突起32を繋げた部分から接合剤が剥離していることが確認された。
実施例1−3の静電チャック装置では、ウェハ基板の中央部が異常に冷却されていることが確認された。
実施例1−4の静電チャック装置は、前述の<比較例>において説明した静電チャック装置に基づいており、同心円状の突起132が形成された構成である。基台30の材料は、炭化シリコン−アルミニウム(SiC−Al)複合材料であり、静電チャック板10の材料は、酸化アルミニウム(Al2O3)であり、接合層20の材料は、インジウムである。また、基台30の接合面31上には、図14で示すように、任意の直径の複数の突起132が同心円状に配置されている。突起32の高さは、100[μm]である。
実施例1−4の静電チャック装置では、接合層20の厚さのバラツキが、100±50[μm]であり、不合格である。
実施例1−4の静電チャック装置では、ウェハ基板の面内の温度バラツキが、±7[℃]であり、不合格である。
次に、実施形態2に係る静電チャック装置を説明する。前述のように、静電チャック装置における静電チャック板10と、基台30との間の接合技術においては、用途に応じて、樹脂製接合剤を用いてもよい。静電チャック板10と基台30との間の接合剤は、静電チャック板10と基台30との間の熱応力を緩和する機能、及び、静電チャック板10に吸着固定された試料に流入する熱を基台30にスムーズに伝達する機能を主に担う。
実施例2−1の静電チャック装置は、前述の実施形態1において説明した静電チャック装置に基づいた構成である。基台30、静電チャック板10、及び、接合剤に含まれる各材料は、以下のとおりである。
・基台 :SiC−Al複合材料
・静電チャック板:Al2O3
・接合剤 :窒化物フィラー入りシリコーン接着剤(4.5[W/mK])
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、まず、前述の実施形態1の静電チャック装置の製造方法と同様に、図9のステップS11及びステップS12を行う。
次に、静電チャック装置の評価方法を説明する。三次元測定装置を使用して、静電チャック装置の全体の厚みから変形を算出する。本実施例2−1では、平面度は80[μm]以下に入っており、合格であることを確認した。
専用治具を機械加工で形成する。静電チャック装置の製造方法と同様の条件、作業内容で、静電チャック板10の代わりに専用治具を接合させる。そして、サンプルを所定温度(23[℃]、−150[℃])に冷却させる。冷却されたサンプルを万能試験機に取り付けた後に、上下に引っ張る。接合された専用治具が接合層20で破断した時の荷重を計測する。
次に、実施例2−2を説明する。実施例2−2の静電チャック装置において、基台30、静電チャック板10、及び、接合剤に含まれる各材料は、以下のとおりである。
・基台 :SiC−Al複合材料
・静電チャック板:Al2O3
・接合剤 :フィラー無しシリコーン接着剤(0.15[W/mK])
実施例2−1と同様である。
本実施例2−2では、平面度は80[μm]以下に入っており、合格であることを確認した。本実施例2−2では、温度サイクル試験前及び試験後ともに接合層20に変化がなく、合格であることを確認した。静電チャック板10にウェハ基板を吸着固定し、−150[℃]に冷却した状態で、5.5[kW]の入熱があったときのウェハ温度は、−95[℃]であり、合格であることを確認した。
次に、実施例2−3を説明する。実施例2−3の静電チャック装置において、基台30、静電チャック板10、及び、接合剤に含まれる各材料は、以下のとおりである。
・基台 :SiC−Al複合材料
・静電チャック板:Al2O3
・接合剤 :酸化物フィラー入りシリコーン接着剤(0.5[W/mK])
実施例2−1と同様である。
本実施例2−3では、平面度は80[μm]以下に入っており、合格であることを確認した。本実施例2−3では、温度サイクル試験前及び試験後ともに接合層20に変化がなく、合格であることを確認した。静電チャック板10にウェハ基板を吸着固定し、−150[℃]に冷却した状態で、5.5[kW]の入熱があったときのウェハ温度は、−110[℃]であり、合格であることを確認した。
次に、実施例2−4を説明する。実施例2−4の静電チャック装置において、基台30、静電チャック板10、及び、接合剤に含まれる各材料は、以下のとおりである。
・基台 :Al材料
・静電チャック板:Al2O3
・接合剤 :窒化物フィラー入りシリコーン接着剤(4.5[W/mK])
実施例2−1と同様である。
本実施例2−4では、平面度は90〜110[μm]以下に入っており、合格であることを確認した。本実施例2−4では、温度サイクル試験前及び試験後ともに接合層20に変化がなく、合格であることを確認した。静電チャック板10にウェハ基板を吸着固定し、−150[℃]に冷却した状態で、5.5[kW]の入熱があったときのウェハ温度は、−135[℃]であり、合格であることを確認した。
10 静電チャック板
11 吸着面
12 裏面
20 接合層
21 方向
30、30a、130 基台
31、31a、131 接合面
32、32a、32p、32pa、32q、32qa、132 突起
32h 高さ
32w 幅
33 中央平坦部
34 突起配置部
35 外周部
36 穴
Claims (21)
- 静電チャック板と、
前記静電チャック板の裏面に接合した接合剤を含む接合層と、
前記接合層に接合した接合面を含み、前記接合面の中央部から外周部に向けて放射状に延びた複数の突起が形成された基台と、
を備えた静電チャック装置。 - 各突起の中央部側の端部は、間隔を空けて配置されている、
請求項1に記載の静電チャック装置。 - 前記接合面は、前記中央部に前記端部に囲まれた平坦な中央平坦部を有する、
請求項2に記載の静電チャック装置。 - 少なくとも2つの前記突起の中央部側の端部は、繋がっている、
請求項1に記載の静電チャック装置。 - 前記複数の前記突起は、
前記突起が延びた方向の長さが第1長さの複数の第1突起と、
前記第1長さよりも小さい第2長さの複数の第2突起と、
を有し、
前記第2突起の中央部側の端部を、前記第1突起の前記中央部側の端部よりも外周部側に配置された、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記第2突起の前記中央部側の端部の近傍には、前記接合面に穴が形成された、
請求項5に記載の静電チャック装置。 - 前記突起は、前記接合剤に埋設された、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記突起は、前記裏面に直接接触し、
前記突起が前記裏面に接触した面積は、前記裏面の面積の60%以下である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記基台は、冷媒が流れる流路を含む、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記基台のヤング率は、200[GPa]以上であり、
前記基台の熱膨張率と前記静電チャック板の熱膨張率との差は、1×10−6[/℃]以内であり、
前記基台の熱伝導率は、50[W/(mK)]以上である、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記基台は、アルミニウム、金属基複合材料、炭化シリコン及びシリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのうち、少なくともいずれかを含む、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記静電チャック板は、
内部電極を含み、
酸化イットリウム、炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのうち、少なくともいずれかを含む、
請求項1〜11のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤は、インジウム、アルミニウム、銀及びスズのうちの少なくともいずれかを含むものか、インジウム、アルミニウム、銀及びスズのうちの少なくともいずれかを含む合金か、または、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちの少なくともいずれかを含むものである、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤は、加熱硬化型樹脂を含み、
前記接合剤は、4.0[W/(mK)]以上の熱伝導率を有し、−150[℃]において、1[GPa]以下のヤング率を有する、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤において、23[℃]から−150[℃]まで冷却した場合のヤング率の変化率は、500[%]未満であり、23[℃]から−150[℃]まで冷却した場合の引張荷重は、12.6[cm2]の面積当たり15倍以下である、
請求項14に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のうち、少なくともいずれかを含み、260[℃]以上の分解温度を有する、
請求項14または15に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤は、熱伝導性フィラーを35[%]〜45[%]含み、
前記熱伝導性フィラーは、粒径D90で25[μm]以下であり、粒径D50で10[μm]未満であり、
前記接合剤の粘度は、10[Pa・s]以下である、
請求項14〜16のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記接合剤の加熱硬化前の分解温度は、300[℃]以上であり、
前記接合剤は、熱伝導性フィラーを含み、
前記熱伝導性フィラーは、粒径D90で25[μm]以下であり、粒径D50で10[μm]未満である、
請求項14〜17のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記熱伝導性フィラーは、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、炭化シリコンのうち、少なくともいずれかを含む、
請求項17または18に記載の静電チャック装置。 - 前記静電チャック板及び前記基台はともに、アルミニウム、酸化イットリウム、炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのうち、少なくともいずれかを含む、
請求項14〜19のいずれか1項に記載の静電チャック装置。 - 前記静電チャック板及び前記基台の熱膨張差は、23[℃]から−100[℃]までの各温度において、1×10−6[/℃]以内である、
請求項14〜20のいずれか1項に記載の静電チャック装置。
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