JP2023028187A - ベースプレート、基板固定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電チャックが搭載される側の冷却効率を向上可能なベースプレートの提供。【解決手段】本ベースプレートは、一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を有し、前記一方の面側に静電チャックを搭載可能なベースプレートであって、内部に冷媒流路を有し、前記冷媒流路の内壁は、冷媒が流れる方向に対して交差する方向の縦断面視で、前記一方の面側に向かって凸となる上面を有し、前記上面に凹凸が形成されている。【選択図】図２
Description
本発明は、ベースプレート、基板固定装置に関する。
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は、ウェ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、ベースプレートに搭載された静電チャックにより、吸着対象物であるウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている。ベースプレートの内部には、例えば、ウェハを冷却するための冷媒流路が設けられている。例えば、ウェハの冷却効率を向上するため、冷媒流路の側面に凹凸を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、ベースプレートにおいて、静電チャックが搭載される側の冷却効率をさらに向上することが求められている。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、静電チャックが搭載される側の冷却効率を向上可能なベースプレートの提供を目的とする。
本ベースプレートは、一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を有し、前記一方の面側に静電チャックを搭載可能なベースプレートであって、内部に冷媒流路を有し、前記冷媒流路の内壁は、冷媒が流れる方向に対して交差する方向の縦断面視で、前記一方の面側に向かって凸となる上面を有し、前記上面に凹凸が形成されている。
開示の技術によれば、静電チャックが搭載される側の冷却効率を向上可能なベースプレートを提供できる。
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。
［基板固定装置１の全体構造］
図１は、本実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照すると、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、接着層２０と、静電チャック３０とを有している。
図１は、本実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照すると、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、接着層２０と、静電チャック３０とを有している。
ベースプレート１０は、一方の面１０ａ、及び一方の面１０ａの反対面である他方の面１０ｂを有し、一方の面１０ａ側に静電チャック３０を搭載可能である。ベースプレート１０において、一方の面１０ａと他方の面１０ｂは、略平行である。
ベースプレート１０の厚さは、例えば、２０～４０ｍｍ程度である。ベースプレート１０は、例えば、アルミニウムやチタンから形成され、プラズマを制御するための電極等として利用できる。ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等を静電チャック３０上に吸着されたウェハに衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。
ベースプレート１０は、内部に冷媒流路１５を有する。冷媒流路１５は、一端に冷媒導入部１５ａを備え、他端に冷媒排出部１５ｂを備えている。冷媒流路１５は、基板固定装置１の外部に設けられた冷媒制御装置（図示せず）に接続できる。冷媒制御装置（図示せず）は、冷媒導入部１５ａから冷媒流路１５に冷媒（例えば、冷却水やガルデン等）を導入し、冷媒排出部１５ｂから冷媒を排出できる。冷媒流路１５に冷媒を循環させベースプレート１０を冷却することで、静電チャック３０上に吸着されたウェハを冷却できる。
ベースプレート１０の内部に、静電チャック３０に吸着保持されるウェハを冷却するガスを供給するガス供給部が設けられていてもよい。ガス供給部は、例えば、ベースプレート１０の内部に形成された孔である。ガス供給部に、例えば、基板固定装置１の外部から不活性ガス（例えば、ＨｅやＡｒ等）を導入することで、静電チャック３０に吸着保持されるウェハを冷却できる。
静電チャック３０は、吸着対象物であるウェハを吸着保持する部分である。静電チャック３０の平面形状は、例えば、円形である。静電チャック３０の吸着対象物であるウェハの直径は、例えば、８、１２、又は１８インチである。なお、平面視とは対象物を基体３１の載置面３１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基体３１の載置面３１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
静電チャック３０は、接着層２０を介して、ベースプレート１０の一方の面１０ａに搭載されている。接着層２０は、例えば、シリコーン系接着剤である。接着層２０の厚さは、例えば、０．１～１．０ｍｍ程度である。接着層２０は、ベースプレート１０と静電チャック３０を接着すると共に、セラミックス製の静電チャック３０とアルミニウム製やチタン製のベースプレート１０との熱膨張率の差から生じるストレスを低減させる効果を有する。
静電チャック３０は、基体３１と、静電電極３２とを有している。基体３１の上面は、吸着対象物の載置面３１ａである。静電チャック３０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック３０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。
基体３１は誘電体であり、基体３１としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスを用いる。基体３１は、助剤として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びイットリウム（Ｙ）から選択される２種以上の元素の酸化物を含んでもよい。基体３１の厚さは、例えば、５～１０ｍｍ程度、基体３１の比誘電率（１ｋＨｚ）は、例えば、９～１０程度である。
静電電極３２は、薄膜電極であり、基体３１に内蔵されている。静電電極３２は、基板固定装置１の外部に設けられた電源に接続され、電源から所定の電圧が印加されると、ウェハとの間に静電気による吸着力を発生させる。これにより、静電チャック３０の基体３１の載置面３１ａ上にウェハを吸着保持できる。吸着保持力は、静電電極３２に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極３２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極３２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。
基体３１の内部に、基板固定装置１の外部から電圧を印加することで発熱し、基体３１の載置面３１ａが所定の温度となるように加熱する発熱体を設けてもよい。
［冷媒流路１５の内壁の形状］
図２は、冷媒流路近傍の部分拡大図であり、図２（ａ）は図１のＡ部の拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）の上面近傍の拡大図である。
図２は、冷媒流路近傍の部分拡大図であり、図２（ａ）は図１のＡ部の拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）の上面近傍の拡大図である。
図１及び図２を参照すると、冷媒流路１５の内壁は、冷媒が流れる方向に対して交差する方向の縦断面視で、例えば、五角形である。冷媒流路１５の内壁の各角は、Ｒ状や面取り状等であってもよい。なお、冷媒が流れる方向に対して交差する方向の縦断面視とは、例えば、図１及び図２に示すような、冷媒が流れる方向に対して直交する方向の縦断面視である。
図１及び図２に示す縦断面視で、冷媒流路１５の内壁は、ベースプレート１０の一方の面１０ａ側に向かって凸となる上面１５１と、上面１５１よりも他方の面１０ｂ側に位置する底面１５２と、上面１５１の両端と底面１５２の両端とを接続する一対の側面１５３及び１５４とを有している。冷媒流路１５の幅、すなわち、対向する側面１５３と側面１５４との間隔は、例えば、１ｍｍ～３ｍｍ程度である。冷媒流路１５の最大高さは、例えば、冷媒流路１５の幅の２～３倍程度である。
上面１５１は、一方の側面１５３の端部と連続し、ベースプレート１０の一方の面１０ａ側かつ他方の側面１５４側に近づくように傾斜する第１傾斜面１５１ａを有している。また、上面１５１は、他方の側面１５４の端部と連続し、ベースプレート１０の一方の面１０ａ側かつ一方の側面１５３側に近づくように傾斜する第２傾斜面１５１ｂを有している。
第２傾斜面１５１ｂは、第１傾斜面１５１ａと交わり、稜１５１ｃを形成する。稜１５１ｃは、断面視では、頂点と言い換えてもよい。第１傾斜面１５１ａと第２傾斜面１５１ｂとの交点を含む上面１５１の先端部は、例えば、尖鋭である。ただし、第１傾斜面１５１ａと第２傾斜面１５１ｂとの交点を含む上面１５１の先端部は、稜１５１ｃのように尖鋭でなくてもよく、断面視でＲ状や面取り状等であってもよい。言い換えれば、断面視で、冷媒流路１５には、明確な頂点が形成されていなくてもよい。
図２（ｂ）に示すように、上面１５１には、凹凸１５ｘが形成されている。上面１５１において、凹凸１５ｘの高さは、例えば、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。ここで、凹凸１５ｘの高さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２０１３に規定されたＲｚに対応するものとする。
ベースプレート１０は、３Ｄ金属プリンタで作製することが好ましい。従来は、金属バルクを機械加工で切削し、切削加工した金属同士をろう付け等で接着することにより、ベースプレートとなる金属内に冷媒流路を設けていた。しかし、この方法では、図２（ｂ）のような形状の冷媒流路１５の凸状の上面１５１に凹凸１５ｘを形成することは困難である。ベースプレート１０を３Ｄ金属プリンタで作製することにより、図２（ｂ）のように、凸状の上面１５１に凹凸１５ｘが形成された冷媒流路１５を容易に形成できる。なお、３Ｄ金属プリンタで作製されたベースプレート１０は一体成型品であり、内部に界面を有していない点で従来のベースプレートとは異なる。
ベースプレート１０において、底面１５２並びに側面１５３及び１５４には凹凸は形成されていないが、製造上の精度の関係で、凹凸が形成される場合がある。その場合でも、底面１５２並びに側面１５３及び１５４に形成される凹凸の高さは、おおむね上面１５１に形成される凹凸の高さよりも低くなる。底面１５２並びに側面１５３及び１５４において、凹凸の高さは、例えば、０．０４ｍｍ以下である。特に、底面１５２には凹凸が形成されにくいため、底面１５２に形成される凹凸の高さは、おおむね側面１５３及び１５４に形成される凹凸の高さよりも低くなる。言い換えれば、上面１５１の粗度は、底面１５２の粗度並びに側面１５３及び１５４の粗度よりも大きい。また、側面１５３及び１５４の粗度は、底面１５２の粗度よりも大きい。ここで、各面の粗度の大小は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２０１３に規定されたＲａで比較するものとする。なお、底面１５２並びに側面１５３及び１５４は、凹凸を有していない平坦面であってもよい。
図２（ａ）に示すように、一方の側面１５３の端部と他方の側面１５４の端部とを接続する仮想線分Ｌ１を規定したときに、第１傾斜面１５１ａ、第２傾斜面１５１ｂ、及び仮想線分Ｌ１で規定される図形は３つの内角を有する。仮想線分Ｌ１と第１傾斜面１５１ａとのなす第１内角θ１の角度は２０度以上５０度以下であることが好ましく、２５度以上４５度以下であることがより好ましい。また、仮想線分Ｌ１と第２傾斜面１５１ｂとのなす第２内角θ２の角度は２０度以上５０度以下であることが好ましく、２５度以上４５度以下であることがより好ましい。第１内角θ１及び第２内角θ２をこのような角度に設定することで、ベースプレート１０を３Ｄ金属プリンタで作製することが容易となる。第１内角θ１の角度と第２内角θ２の角度の差の絶対値は、例えば、０度以上１０度以下である。また、第１傾斜面１５１ａと第２傾斜面１５１ｂとのなす第３内角θ３は、例えば、鈍角である。このような角度に設定することで、ベースプレート１０を３Ｄ金属プリンタで作製することが容易となる。
なお、第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂは凹凸１５ｘを有するため、第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂの形状は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２０１３に規定されたＲａの算出に使用する平均線で示すものとする。例えば、各内角の角度を算出する際には、この平均線を使用する。また、平均線が曲線の場合には、仮想線分Ｌ１の両端の接線を使用するものとする。
第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂは、平面であってもよいし、曲面であってもよい。つまり、第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂをＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２０１３に規定されたＲａの算出に使用する平均線で示したときに、断面視で、平均線は直線であってもよいし、曲線であってもよい。第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂが平面に近い方が、ベースプレート１０を３Ｄ金属プリンタで作製することが容易となる。第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂが平面である場合、第１傾斜面１５１ａ、第２傾斜面１５１ｂ、及び仮想線分Ｌ１で規定される図形は、例えば、二等辺三角形である。
このように、基板固定装置１のベースプレート１０では、冷媒流路１５の内壁において、冷却対象となるウェハに最も近い面である上面１５１をベースプレート１０の一方の面１０ａ側に向かって凸の形状とし、さらに上面１５１に凹凸１５ｘを設けている。これにより、冷却対象となるウェハに最も近い側において、冷媒流路１５の内壁と冷媒との接触面積を増やすことが可能となり、ウェハの冷却効率を高めることができる。また、第１傾斜面１５１ａ及び第２傾斜面１５１ｂを所定の角度に傾斜させることで、ベースプレート１０を３Ｄ金属プリンタで容易に作製することができる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施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、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、本発明に係る基板固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウェハ等）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できる。
１ 基板固定装置
１０ ベースプレート
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１５ 冷媒流路
１５ａ 冷媒導入部
１５ｂ 冷媒排出部
１５ｘ 凹凸
２０ 接着層
３０ 静電チャック
３１ 基体
３１ａ 載置面
３２ 静電電極
１５１ 上面
１５１ａ 第１傾斜面
１５１ｂ 第２傾斜面
１５１ｃ 稜
１５２ 底面
１５３，１５４ 側面
１０ ベースプレート
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１５ 冷媒流路
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１５ｂ 冷媒排出部
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３０ 静電チャック
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３１ａ 載置面
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１５１ 上面
１５１ａ 第１傾斜面
１５１ｂ 第２傾斜面
１５１ｃ 稜
１５２ 底面
１５３，１５４ 側面
Claims (10)
- 一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を有し、前記一方の面側に静電チャックを搭載可能なベースプレートであって、
内部に冷媒流路を有し、
前記冷媒流路の内壁は、冷媒が流れる方向に対して交差する方向の縦断面視で、前記一方の面側に向かって凸となる上面を有し、
前記上面に凹凸が形成されている、ベースプレート。 - 前記縦断面視で、
前記冷媒流路の内壁は、
前記上面よりも前記他方の面側に位置する底面と、
前記上面の両端と前記底面の両端とを接続する一対の側面と、を有し、
前記上面の粗度は、前記底面の粗度及び前記側面の粗度よりも大きい、請求項１に記載のベースプレート。 - 前記側面の粗度は、前記底面の粗度よりも大きい、請求項２に記載のベースプレート。
- 前記縦断面視で、
前記上面は、
一方の前記側面の端部と連続し、前記一方の面側かつ他方の前記側面側に近づくように傾斜する第１傾斜面と、
他方の前記側面の端部と連続し、前記一方の面側かつ一方の前記側面側に近づくように傾斜し、前記第１傾斜面と連続する第２傾斜面と、を有し、
一方の前記側面の端部と他方の前記側面の端部とを接続する仮想線分を規定したときに、前記第１傾斜面、前記第２傾斜面、及び前記仮想線分で規定される図形は３つの内角を有し、
前記仮想線分と前記第１傾斜面とのなす第１内角の角度は２０度以上５０度以下であり、
前記仮想線分と前記第２傾斜面とのなす第２内角の角度は２０度以上５０度以下である、請求項２又は３に記載のベースプレート。 - 前記縦断面視で、
前記第１内角の角度と前記第２内角の角度の差の絶対値は、０度以上１０度以下である、請求項４に記載のベースプレート。 - 前記縦断面視で、
前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とのなす第３内角は鈍角である、請求項４又は５に記載のベースプレート。 - 前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面は、平面である、請求項４乃至６の何れか一項に記載のベースプレート。
- 前記縦断面視で、
前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との交点を含む前上面の先端部は、尖鋭である、請求項４乃至７の何れか一項に記載のベースプレート。 - 一体成型品であり、内部に界面を有していない、請求項１乃至８の何れか一項に記載のベースプレート。
- 請求項１乃至９の何れか一項に記載のベースプレートと、
前記ベースプレートの前記一方の面側に搭載された静電チャックと、を有する、基板固定装置。
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