JP2022175500A - 静電チャック及び静電チャックの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】十分に高い均熱性を得る静電チャック及び静電チャックの製造方法を提供する。【解決手段】静電チャック１００は、金属製のベースプレート１１０と、ベースプレートに固定され、静電力によって対象物を吸着するセラミック板１２０と、ベースプレートを形成する金属とセラミック板を形成するセラミックとの複合材料から形成され、ベースプレートとセラミック板との間に積層され、厚さが均一の接合層１３０と、を有する。接合層は、ベースプレートとセラミック板とを接合する。【選択図】図２

Description

本発明は、静電チャック及び静電チャックの製造方法に関する。
例えば半導体部品を製造する場合などに、ウェハを吸着して保持する静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）が用いられることがある。静電チャックは、電極を内蔵するセラミック板を金属製のベースプレートに接着して構成されている。セラミック板に内蔵された電極に電圧が印加されることにより、静電力を利用してセラミック板にウェハを吸着する。
セラミック板は、例えばシリコーン樹脂系などの接着剤によって、ベースプレートに接着される。具体的には、ベースプレートに、未硬化状態の接着剤によってセラミック板が仮接着され、その後、未硬化状態の接着剤が熱硬化されることにより、セラミック板がベースプレートに接着される。
特開２０１３－２４７３４２号公報
ところで、ベースプレートとセラミック板とを接着する接着剤は、熱硬化後の冷却工程において、収縮する。このとき、セラミック板の外周部下方の接着剤は、中央部下方の接着剤と比較して周囲の雰囲気に熱が奪われやすいことから、より収縮する。結果として、セラミック板の外周部下方において接着剤の厚さが薄くなり、セラミック板は中央部付近が高く外周部が低い形状に撓んだ状態で接着される。
このようにセラミック板が撓んだ状態で接着されると、静電チャックの吸着面（つまり、セラミック板の吸着面）の高さにばらつきが生じることになる。これに対し、静電チャックでは、セラミック板の吸着面が研磨されて平坦化されるのが一般的である。
しかしながら、セラミック板の吸着面が研磨されると、セラミック板の厚さが不均一となる。すなわち、セラミック板の中央部付近においてセラミック板の厚さが薄くなる。そして、この状態で静電チャックが使用されると、接着剤を介したベースプレートとセラミック板との間の熱の伝達特性が不均一となり、セラミック板の吸着面の温度が十分に均一とならないことがある。
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、十分に高い均熱性を得ることができる静電チャック及び静電チャックの製造方法を提供することを目的とする。
本願の開示する静電チャックは、一つの態様において、金属製のベースプレートと、前記ベースプレートに固定され、静電力によって対象物を吸着するセラミック板と、前記ベースプレートを形成する金属と前記セラミック板を形成するセラミックとの複合材料から形成され、前記ベースプレートと前記セラミック板との間に積層された厚さが均一の接合層であって、前記ベースプレートと前記セラミック板とを接合する接合層とを有する。
本願の開示する静電チャックの一つの態様によれば、十分に高い均熱性を得ることができる、という効果を奏する。
図１は、実施形態に係る静電チャックの構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る静電チャックの断面を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る静電チャックの製造方法を示すフローチャートである。 図４は、接合層積層工程の具体例を示す図である。 図５は、セラミック板積層工程の具体例を示す図である。 図６は、実施形態の変形例に係る静電チャックの断面を示す模式図である。
以下に、本願の開示する静電チャック及び静電チャックの製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により開示技術が限定されるものではない。
（実施形態）
[静電チャックの構成]
図１は、実施形態に係る静電チャック１００の構成を示す斜視図である。図１に示す静電チャック１００は、ベースプレート１１０にセラミック板１２０が接合された構造を有する。
ベースプレート１１０は、例えばアルミニウムなどの金属製の円形部材である。ベースプレート１１０は、静電チャック１００の基材となる。ベースプレート１１０の内部には、例えば冷却水などの冷媒を通過させる冷媒通路が形成されており、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハなどの温度を調節する。
セラミック板１２０は、絶縁性のセラミックからなる円形部材である。セラミック板１２０の径はベースプレート１１０の径よりも小さく、セラミック板１２０は、ベースプレート１１０の中央に固定される。すなわち、セラミック板１２０の一面がベースプレート１１０に接合される接合面となり、接合面が金属とセラミックとの複合材料からなる接合層を介してベースプレート１１０に接合されることによりセラミック板１２０が固定される。セラミック板１２０の接合面とは反対側の面は、例えばウェハのような吸着される対象物を吸着する吸着面である。
セラミック板１２０の内部には、導電性の電極が配置されており、電極に通電されることにより静電力が発生し、静電力によって対象物がセラミック板１２０の吸着面に吸着される。
また、セラミック板１２０の内部には、ヒーター電極が配置されており、ヒーター電極は、通電されることにより発熱し、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハなどの対象物の温度を調節する。
図２は、実施形態に係る静電チャックの断面を示す模式図である。図２には、図１のＩＩ－ＩＩ線における矢視断面が示されている。図２に示すように、静電チャック１００は、接合層１３０によってベースプレート１１０にセラミック板１２０が接合されて構成される。
ベースプレート１１０は、内部に例えば冷却水や冷却ガスなどの冷媒の通路となる冷媒通路１１１を有する、例えば厚さ２０～５０ｍｍ程度の金属製の部材である。冷媒通路１１１を冷媒が通過することにより、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハが冷却される。セラミック板１２０が冷却される結果、セラミック板１２０に吸着される例えばウェハなどの対象物が冷却される。
セラミック板１２０は、内部に電極１２１及びヒーター電極１２２を有しセラミックからなる、例えば厚さ４．５ｍｍ程度の板である。セラミックは、例えば酸化アルミニウムを用いた３Ｄプリントにより得られる。セラミック板１２０の下面は、ベースプレート１１０に接合される接合面であり、接合層１３０によってベースプレート１１０の上面に接合されている。
セラミック板１２０の電極１２１に電圧が印可されると、セラミック板１２０は、静電力によって例えばウェハなどの対象物を吸着する。すなわち、図２においては、セラミック板１２０の上面が吸着面となり、電極１２１への電圧印可時には、対象物が吸着面に吸着される。
また、セラミック板１２０のヒーター電極１２２に電圧が印可されると、ヒーター電極１２２が発熱することによりセラミック板１２０が加熱され、セラミック板１２０に吸着される対象物が加熱される。そして、ヒーター電極１２２による加熱と、ベースプレート１１０による冷却とによってセラミック板１２０の温度が調整され、セラミック板１２０に吸着される対象物の温度が所望の温度に調節される。
ヒーター電極１２２としては、例えば、ＣＮ４９（コンスタンタン）（Ｃｕ／Ｎｉ／Ｍｎ／Ｆｅの合金）、ゼラニン（Ｃｕ／Ｍｎ／Ｓｎの合金）、マンガニン（Ｃｕ／Ｍｎ／Ｎｉの合金）等の合金を用いることができる。また、ヒーター電極１２２の厚さは、例えば、２５～５０μｍ程度とすることができる。
接合層１３０は、ベースプレート１１０を形成する金属とセラミック板１２０を形成するセラミックとの複合材料からなる層であり、ベースプレート１１０の上面にセラミック板１２０の下面を接合している。接合層１３０は、例えば、ベースプレート１１０を形成する金属とセラミック板１２０を形成するセラミックとの複合材料を用いた３Ｄプリントにより得られる。接合層１３０は、３Ｄプリントによる形成時に金属とセラミックとの複合材料が金属製のベースプレート１１０に均一に積層されることにより、全体の厚さが均一である。すなわち、接合層１３０は、形成時にシリコーン樹脂系などの接着剤のように熱硬化及び熱硬化後の冷却工程を必要としないことから、接合層１３０の全域で厚さがほぼ等しく、最も厚い部分と最も薄い部分との厚さの差は、例えば、接着剤の厚さの差よりも小さい。このため、接合層１３０を介したベースプレート１１０とセラミック板１２０との間の熱の伝達特性が均一となり、セラミック板１２０の全域がベースプレート１１０によって均一に冷却される。結果として、セラミック板１２０の吸着面での温度差が小さくなり、静電チャック１００は、十分に高い均熱性を得ることができる。
接合層１３０を形成する複合材料において金属に対するセラミックの複合比率としては、任意の比率を用いることができる。例えば、接合層１３０は、接合層１３０の厚さ方向に沿ってセラミック板１２０に近づくほど複合材料における金属に対するセラミックの複合比率が大きくなるように形成されてもよい。接合層１３０を形成する複合材料に対し、セラミック板１２０に近づくほどセラミックの複合比率が大きくなる勾配を付与することにより、セラミック板１２０とベースプレート１１０との熱膨張率の相違に因る応力の発生を低減することができる。このため、ヒーター電極１２２による加熱時やベースプレート１１０による冷却時に、応力によるセラミック板１２０の割れを抑止することができる。
なお、静電チャック１００には、ベースプレート１１０、セラミック板１２０及び接合層１３０を厚さ方向に貫通し、例えばヘリウムガスなどの伝熱性ガスが流れるガス流路１４０が設けられてもよい。ガス流路１４０の一端の開口は、セラミック板１２０の吸着面に形成されている。セラミック板１２０の吸着面には、微細な凹凸が形成されている。ガス流路１４０一端の開口から流出される伝熱性ガスは、セラミック板１２０の吸着面に吸着された例えばウェハなどの対象物の表面に到達し、対象物の処理に適した状態を維持することができる。
[静電チャックの製造方法]
次に、上記のように構成された静電チャック１００の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る静電チャック１００の製造方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明においては、説明を簡略化するために、ガス流路１４０を省略するものとする。
まず、３Ｄプリントが施されることにより、ベースプレート１１０に、ベースプレート１１０を形成する金属とセラミックとの複合材料からなる接合層１３０が積層される（ステップＳ１０１）。この複合材料の積層は、例えば接合層１３０の最も厚い部分と最も薄い部分との厚さの差が、熱硬化後の冷却工程におけるシリコーン樹脂系などの接着剤の最も厚い部分と最も薄い部分との厚さの差よりも小さくなるように、高い精度で実行される。結果として、例えば図４に示すように、厚さが均一の接合層１３０がベースプレート１１０に積層される。図４は、接合層積層工程の具体例を示す図である。
続いて、３Ｄプリントが施されることにより、接合層１３０に、電極１２１とヒーター電極１２２と電極１２１及びヒーター電極１２２を囲むセラミックとからなるセラミック板１２０が積層される（ステップＳ１０２）。具体的には、セラミック板１２０は、例えば酸化アルミニウムの粉末、電極１２１の材料となる金属の粉末及びヒーター電極１２２の材料として例示した合金の粉末を用いた３Ｄプリントが接合層１３０の表面に施されることにより、形成される。このとき、複合材料の高精度な積層により接合層１３０の厚さが均一となっているため、接合層１３０に積層されるセラミック板１２０の厚さも均一となる。結果として、例えば図５に示すように、ベースプレート１１０と厚さが均一のセラミック板１２０及び接合層１３０とが一体化された静電チャック１００が得られる。図５は、セラミック板積層工程の具体例を示す図である。
この静電チャック１００では、３Ｄプリントにより接合層１３０の厚さが均一となっているため、ヒーター電極１２２からの加熱とベースプレート１１０からの冷却とによってセラミック板１２０の温度が調節される際に、十分に高い均熱性を得ることができる。
以上のように、実施形態に係る静電チャック（例えば、静電チャック１００）は、金属製のベースプレート（例えば、ベースプレート１１０）と、セラミック板（例えば、セラミック板１２０）と、接合層（例えば、接合層１３０）とを有する。セラミック板は、ベースプレートに固定され、静電力によって対象物を吸着する。接合層は、ベースプレートを形成する金属とセラミック板を形成するセラミックとの複合材料から形成され、ベースプレートとセラミック板との間に積層された厚さが均一の接合層であって、ベースプレートとセラミック板とを接合する。これにより、実施形態に係る静電チャックによれば、十分に高い均熱性を得ることができる。
また、実施形態に係る接合層は、接合層の厚さ方向に沿ってセラミック板に近づくほど複合材料における金属に対するセラミックの複合比率が大きくなるように形成されてもよい。これにより、実施形態に係る静電チャックによれば、セラミック板とベースプレートとの熱膨張率の相違に因るセラミック板の割れを抑止することができる。
また、実施形態に係るセラミック板は、電圧を印可可能な第１電極（例えば、電極１２１）と、電圧が印可されることにより発熱する第２電極（例えば、ヒーター電極１２２）と、第１電極及び第２電極を囲むセラミックとを有してもよい。これにより、実施形態に係る静電チャックによれば、第２電極からの加熱とベースプレートからの冷却とによってセラミック板の温度が調節される際に、十分に高い均熱性を得ることができる。
また、実施形態に係るセラミック板は、冷媒を通過させる冷媒通路（例えば、冷媒通路１１１）を有してもよい。これにより、実施形態に係る静電チャックによれば、第２電極からの加熱とベースプレートからの冷却とによってセラミック板の温度が調節される際に、十分に高い均熱性を得ることができる。
（変形例）
なお、上記実施形態においては、ベースプレート１１０及びセラミック板１２０を接合する接合層１３０を１層から形成する場合を例に示したが、接合層を複数層から形成してもよい。具体的には、例えば図６に示すように、変形例に係る接合層１３０Ａは、第１接合層１３１と第２接合層１３２とが積層されて形成されてもよい。図６は、実施形態の変形例に係る静電チャック１００Ａの断面を示す模式図である。第１接合層１３１は、ベースプレート１１０を形成する金属とセラミック板１２０を形成するセラミックとの第１複合材料から形成され、ベースプレート１１０に積層される。第２接合層１３２は、ベースプレート１１０を形成する金属とセラミック板１２０を形成するセラミックとの第２複合材料から形成され、第１接合層１３１とセラミック板１２０との間に積層される。第２複合材料は、第１複合材料よりも金属に対するセラミックの複合比率が大きい。これにより、セラミック板１２０とベースプレート１１０との熱膨張率の相違に因るセラミック板１２０の割れを抑止することができる。なお、３層以上の接合層から接合層１３０Ａを形成してもよい。３層以上の接合層から接合層１３０Ａを形成する場合であっても、各接合層を形成する複合材料は、セラミック板１２０に近づくほどセラミックの複合比率が大きくなるように調整される。
１００、１００Ａ 静電チャック
１１０ ベースプレート
１１１ 冷媒通路
１２０ セラミック板
１２１ 電極
１２２ ヒーター電極
１３０、１３０Ａ 接合層
１３１ 第１接合層
１３２ 第２接合層

Claims (6)

  1. 金属製のベースプレートと、
    前記ベースプレートに固定され、静電力によって対象物を吸着するセラミック板と、
    前記ベースプレートを形成する金属と前記セラミック板を形成するセラミックとの複合材料から形成され、前記ベースプレートと前記セラミック板との間に積層された厚さが均一の接合層であって、前記ベースプレートと前記セラミック板とを接合する接合層と
    を有することを特徴とする静電チャック。
  2. 前記接合層は、
    前記接合層の厚さ方向に沿って前記セラミック板に近づくほど前記複合材料における前記金属に対する前記セラミックの複合比率が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記接合層は、
    前記金属と前記セラミックとの第１複合材料から形成され、前記ベースプレートに積層された第１接合層と、
    前記金属と前記セラミックとの第２複合材料であって、前記第１複合材料よりも前記金属に対する前記セラミックの複合比率が大きい第２複合材料から形成され、前記第１接合層と前記セラミック板との間に積層された第２接合層と
    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。
  4. 前記セラミック板は、
    電圧を印可可能な第１電極と、
    電圧が印可されることにより発熱する第２電極と、
    前記第１電極及び前記第２電極を囲むセラミックと
    を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の静電チャック。
  5. 前記ベースプレートは、
    冷媒を通過させる冷媒通路を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の静電チャック。
  6. ３Ｄプリントにより、金属製のベースプレートに、前記金属とセラミックとの複合材料からなる厚さが均一の接合層を積層し、
    ３Ｄプリントにより、前記接合層に、電圧を印可可能な第１電極と電圧が印可されることにより発熱する第２電極と前記第１電極及び前記第２電極を囲む前記セラミックとからなるセラミック板を積層する
    工程を有することを特徴とする静電チャックの製造方法。
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