JP6464071B2 - 基板保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電体が埋設されている基体の表面に基板が保持または載置される装置に関する。

静電チャックの基体に埋設されている静電チャック電極に対して電圧を印加するため、次のような構成の接続端子が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、基体において基板が吸着される吸着側とは反対側に静電チャック電極と接続するための凹部が形成されている。略円筒状の接続端子が凹部に嵌入され、その一端面が静電チャック電極に対してロウ付けされている。接続端子の内側面には雌ネジが形成されており、これに対して外部電源に接続されている取り付け金具に形成されている雄ネジが螺着される。

特開平１０−１８９６９６号公報

しかし、基体の裏面側に接合される基台の構造によっては、給電端子またはそこに接続されている電線を基体の裏面側から延在させることができない場合がある。

そこで、本発明は、給電端子またはそこに接続されている電線を基体の側方から延在させることができる基板保持装置を提供することを目的とする。

本発明は、表面に基板が保持または載置される平板状の基体と、前記基体に埋設されている導電体と、前記導電体に電気的に接続される受電端子と、を備えている基板保持装置に関する。

本発明の基板保持装置は、前記基体の裏面から前記導電体の一部まで縦方向に連続する縦穴が形成され、前記基体の側面から前記縦穴まで横方向に連続する横穴が形成され、前記受電端子が、前記基体の前記縦穴に配置されて前記導電体に対して接合され、前記横穴を通じて前記基体の側面に露出している箇所に給電端子を接続するための接続構造を有していることを特徴とする。

本発明の基板保持装置によれば、基体の裏面から導電体まで縦方向（基体の厚み方向）に連続して形成されている縦穴を通じて、受電端子と導電体とを接合（たとえばロウ付け）させることができる。基体の側面から縦穴まで横方向（基体の厚み方向に垂直な方向）に連続して形成されている横穴を通じて、受電端子の接続構造によって受電端子に対して給電端子を接続することができる。このため、横穴を通じて基体の側方から給電端子またはこれに接続されている電線を延在させることができる。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記受電端子が、前記横穴に連続する側面から窪んで形成されている雌ネジを前記接続構造として有している。

当該構成の基板保持装置によれば、少なくとも先端部の外周面に雄ネジが形成されている略柱状の給電端子を基体の横穴に挿入し、当該給電端子を回転させることでその雄ネジを受電端子の側面に形成されている雌ネジに螺着させることができる。これにより、受電端子および給電端子の電気的な接続が確立される。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記受電端子が、前記基体に形成されている前記縦穴の軸線方向について前記導電体の反対側に形成されている雌ネジまたは雄ネジを前記接続構造として有している。本発明の一態様の静電チャックにおいて、前記受電端子が、その雌ネジまたは雄ネジに対して螺着される雄ネジまたは雌ネジを有する柱状の補完部材を備えている。

当該構成の基板保持装置によれば、環状または半環状の先端部を有する給電端子を基体の横穴に挿入して、受電端子の（導電体との接合面を上端面として）下端面において雌ネジ（または雄ネジ）を除く部分にその先端部分を当接させることができる。この状態で、少なくとも先端部に雄ネジ（または雌ネジ）が形成された補完部材を基体の縦穴に挿入して回転させることで、その雄ネジ（または雌ネジ）を受電端子の雌ネジ（または雄ネジ）に螺着させることができる。これにより、給電端子の先端部が、相互に螺着している受電端子および補完部材によって挟まれるように接続され、受電端子と給電端子との電気的な接続が確立される。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記補完部材が、セラミックス焼結体により形成されている。

当該構成の基板保持装置によれば、基体表面（吸着面）付近から受電端子および縦穴の内周面を経由して基体に逃げる熱量の低減が図られる。このため、吸着面において受電端子の存在箇所が局所的に低温になる（コールドスポットが発生する）事態が抑制される。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記縦穴の少なくとも一部が前記基体の裏面から連続する非真円柱状に形成され、前記受電端子の少なくとも一部が前記縦穴の当該非真円柱状の部分に嵌合するように非真円柱状に形成されている。

当該構成の基板保持装置によれば、受電端子に基体の縦穴の軸線回りの回転力が加えられた場合、その回転力が縦穴の内側面を通じて基体に分散され、受電端子と導電体との接合箇所に集中するような事態が回避される。このため、受電端子に当該軸線回りの回転力が加わったとしても当該受電端子と導電体との接続状態が堅固に保持される。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記横穴の断面形状が円形状である。

当該構成の基板保持装置によれば、基体に対してその厚み方向に圧力が加えられる場合、当該圧力に応じた応力が横穴の軸線を基準としてその内側面の全方位に分散される。このため従来の手法でもある静電チャック裏面側に開放溝を設け、その溝に沿って導線等を配線する方法では溝底の角部に応力が集中することに比較して、横穴からクラックが入るなど、基体が損傷する可能性を低減させ、基体の耐久性の向上が図られる。このような圧力は、たとえば一対の静電チャックのそれぞれによりウエハ等の一対の基板のそれぞれが吸着保持され、当該一対の基板が張り合わせられる際に生じる。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記横穴の軸線回りの周方向の少なくとも一部について前記横穴の内周面および前記給電端子の外周面に間隙が存在している状態で前記受電端子と前記給電端子とが接続されるように前記受電端子の前記接続構造が構成されている。

当該構成の基板保持装置によれば、基体表面（吸着面）付近から受電端子、給電端子および横穴の内周面を経由して基体に逃げる熱量の低減が図られる。このため、吸着面において受電端子の存在箇所にコールドスポットが発生する事態が抑制される。

本発明の第１実施形態としての基板保持装置の部分断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 本発明の第２実施形態としての基板保持装置の部分断面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。

（第１実施形態）
（構成）
図１および図２に示されている本発明の第１実施形態としての基板保持装置は、基体１と、導電体２と、受電端子２１と、を備えている静電チャックとして構成されている。

基体１は、セラミックス焼結体などの絶縁性誘電体からなり、表面１０１をウエハなどの基板（図示略）が吸着保持される吸着面とする平板状に形成されている。本実施形態における基体１は略円板状であるが、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。基体１の裏面１０２には金属製の略平板状の基台４がねじ止めなどの機械的に接合される。たとえば基台４に形成された貫通孔（図示略）に下方から挿通されたボルトが、基体１の裏面１０２から縦方向に形成された雌ネジに螺着されることにより、基体１および基台４が機械的に接合される。基台４は電気絶縁性部材であってもよい。

基体１の吸着面には、当該吸着面から突出する略円柱状、略半球状または略円錐台状の複数のピン（図示略）が、三角格子状に配置されるように形成されている。なお、ピンの配置態様は正方格子状または同心円状など変更されてもよく、ピンが部分的にまたは全体的に省略されてもよい。

基体１の縦方向（厚さ方向）についてその裏面１０２から導電体２まで縦穴１１が形成されている。本実施形態では縦穴１１の断面形状が真円形であるが（図２参照）、他の実施形態として基体１の縦方向について裏面１０２から連続する一部（下部）または全部の断面形状が、楕円形、長円形もしくは卵型、真円およびその径方向外側に突出した部分が合わせられた形状、多角形（三角形、正方形、正六角形もしくは正十二角形など）または台形などの非真円形であってもよい。

基体１の横方向または径方向（厚さ方向に対して垂直な方向）についてその側面１０４から縦穴１１まで連続する横穴１２が形成されている。本実施形態では横穴１２の断面形状は真円形であるが、他の実施形態として非真円形であってもよい。横穴１２の軸線方向は基体１の表面１０１に対して平行であるが、表面１０１に対して傾斜していてもよい。

導電体２は、基体１において吸着面に対して平行な姿勢で埋設されている薄板状または薄膜状の金属からなり、静電チャック電極を構成する。

受電端子２１は縦穴１１の形状に対応する略真円柱状であり、縦穴１１に嵌入された状態でその上端面が導電体２に対してロウ付け、はんだ付けまたは導電性接着剤による接着により電気的に接続されている。受電端子２１は上端面が導電体２に対して接続されている状態で下端面が横穴１２の下端よりも下方に位置するような長さであるが、その側面に雌ネジ２１１が形成可能であればこれよりも短くてもよい。なお、基体１の縦方向について縦穴１１の下部または全部の断面形状が非真円形である場合、これに合わせて受電端子２１の下部または全部の断面形状が非真円形であってもよい。複数の独立した静電チャック電極を構成する導電体２が基体１に埋設されている場合、各導電体２に対応する複数の受電端子２１が基体１に設けられている。

受電端子２１において横穴１２に連続するまたは面している側面が部分的に窪んで横方向を軸線方向とする雌ネジ２１１が形成されている。基体１の横穴１２に略円柱状の給電端子２２が挿入され、給電端子２２の先端部に形成されている雄ネジ２２１が、受電端子２１の側面に形成されている雌ネジ２１１に螺着される。受電端子２１の雌ネジ２１１は、給電端子２２の外周面がその全周（または少なくとも一部）にわたり横穴１２の内周面から離間するような位置に形成されている。

給電端子２２の後端部には、給電端子２２を外部電源に接続する電線が接続されている（図示略）。給電端子２２は、その先端部において受電端子２１に接続された状態で、後端部が横穴１２から突出しているが、後端部が横穴１２の中に納まるような長さであってもよい。

（作製方法）
前記構成の基板保持装置（静電チャック）は、たとえば次のような手順で作製される。すなわち、導電体２（静電チャック電極）が埋設されている原料粉末の成形体がホットプレス焼結される。原料粉末としては、たとえば高純度（例えば純度９９．９％以上）の窒化アルミニウム粉末、必要に応じてこれに適量の酸化イットリウム粉末などの焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。そのほか、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。導電体２としては、たとえばＭｏ箔またはＭｏメッシュが用いられる。

そのうえで、当該焼結体に複数のピン、縦穴１１および横穴１２がブラスト加工またはミリング加工などの適当な加工法にしたがって形成される。さらに、雌ネジ２１１が側面に形成されているニッケル、チタンまたはコバール等の金属製の受電端子２１が縦穴１１に嵌入され、その上端面が導電体２に対してロウ付け、はんだ付けまたは導電性接着剤により接着される。前記工程によって前記構成の静電チャックが製造される。

（機能）
前記構成の基板保持装置（静電チャック）によれば、給電端子２２を基体１の横穴１２に挿入してその軸線回りに回転させることで、給電端子２２の先端部に形成されている雄ネジ２２１を受電端子２１の側面に形成されている雌ネジ２１１に螺着させることができる。これにより、受電端子２１および給電端子２２の電気的な接続が確立される。このため、横穴１２を通じて基体１の側方から給電端子２２またはこれに接続されている電線（図示略）を延在させることができる。また、給電端子２２を受電端子２１に対する螺着時と逆方向に回転させることにより、基体１を基台４から取り外すことなく給電端子２２を受電端子２１から取り外すことができるので、給電端子２２の交換または修理作業が簡易化される。

横穴１２の内周面および給電端子２２の外周面に間隙が存在しているので、基体１の表面１０１（吸着面）付近から受電端子２１、給電端子２２および横穴１２の内周面を経由して基体１に逃げる熱量の低減が図られ、吸着面１０１において受電端子２１の存在箇所にコールドスポットが発生する事態が抑制される。

受電端子２１をロウ付けまたは導電性接着剤で接着する場合、断面形状が非円形であれば特別な回転方向の位置あわせを必要とすることなく雌ネジ２１１の軸が、横穴１２の軸とほぼ同一にすることができ給電端子２２を容易に受電端子２１と接続することができる。

（第２実施形態）
（構成）
図３および図４に示されている本発明の第２実施形態としての基板保持装置は、本発明の第１実施形態としての基板保持装置（図１および図２参照）とほぼ同様の構成であるので、共通する構成には同一の符号を用い、説明を省略する。

本実施形態では縦穴１１の断面形状が長円形であるが（図４参照）、他の実施形態として基体１の縦方向について裏面１０２から連続する一部（下部）または全部の断面形状が、真円形のほか、長円形以外の非真円形であってもよい。長円形はその短軸方向が基体１の径方向に一致するような姿勢であるが、その長軸方向が基体１の径方向に一致するような姿勢など、さまざまな姿勢であってもよい。

受電端子２１は縦穴１１の形状に対応する略長円柱状である。受電端子２１の下端面には縦方向を軸線方向とする雌ネジ２１２が形成されている。基体１の横穴１２に略ロッドの給電端子２２が挿入され、給電端子２２の略円環状の先端部に形成されている穴２２２が、雌ネジ２１２に位置合わせされる。この状態で、基体１の縦穴１１に略円筒状の補完部材２３が挿入され、その上端に形成されている雄ネジ２３２が受電端子２１の雌ネジ２１２に対して螺着される。給電端子２２の先端部は略円環状のほか、略Ｕ字形状など、雌ネジ２１２および雄ネジ２３２を除く部分で受電端子２１および補完部材２３の間に挟み込まれる任意の形状であってもよい。

受電端子２１は上端面が導電体２に対して接続されている状態で下端面が横穴１２の上端よりも下方である一方で横穴１２の下端よりも上方に位置するような長さである。この長さは、給電端子２２の外周面がその全周（または少なくとも一部）にわたり横穴１２の内周面から離間するような位置に形成されている。補完部材２３はセラミックス焼結体により形成されているが、金属または樹脂などの他の材料により形成されていてもよい。補完部材２３は静電チャックの構成要素であってもなくてもよい。補完部材２３は電気絶縁性が望ましいが基台４が電気絶縁性部材であれば導電性であってもよい。

受電端子２１に雌ネジ２１２に代えて雄ネジが形成され、補完部材２３に雄ネジ２３２に代えて当該雄ネジに螺着される雌ネジが形成されていてもよい。

（作製方法）
前記構成の基板保持装置（静電チャック）は、受電端子２１の構成のみが異なるのみで、本発明の第１実施形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。

（機能）
前記構成の基板保持装置（静電チャック）によれば、給電端子２２が基体１の横穴１２に挿入してその先端部の穴２２２を受電端子２１の下端面に形成されている雌ネジ２１２に位置合わせされる。このうえで、補完部材２３が基体１の縦穴１１に挿入されて回転されることで、その雄ネジ２３２を受電端子２１の雌ネジ２１２に螺着させることができる。これにより、給電端子２２の先端部が受電端子２１の下端面および補完部材２３の上端面の間に挟まれ、受電端子２１および給電端子２２の電気的な接続が確立される。このため、横穴１２を通じて基体１の側方から給電端子２２またはこれに接続されている電線（図示略）を延在させることができる。また、基体１を基台４から取り外したうえで、補完部材２３を受電端子２１に対する螺着時と逆方向に回転させることにより、給電端子２２を受電端子２１から取り外すことができるので、給電端子２２の交換または修理作業が簡易化される。

受電端子２１の少なくとも一部が縦穴１１の当該非真円柱状の部分に嵌合するように非真円柱状に形成されているので、受電端子２１に基体１の縦穴１１の軸線回りの回転力が加えられた場合、その回転力が縦穴１１の内側面を通じて基体１に分散され、受電端子２１と導電体２との接合箇所に集中するような事態が回避される。このため、たとえば補完部材２３の雄ネジ２３２を受電端子２１の雌ネジ２１２に螺着させる際など、受電端子２１に当該軸線回りの回転力が加わったとしても受電端子２１と導電体２との接続状態が堅固に保持される。

補完部材２３がセラミックス焼結体により形成されているので、金属などの熱伝導率が高い材料により形成されている場合と比較して、基体１の表面１０１（吸着面）付近から受電端子２１および縦穴１１の内周面を経由して基体１に逃げる熱量の低減が図られ、吸着面１０１において受電端子２１の存在箇所にコールドスポットが発生する事態が抑制される。

（本発明の他の実施形態）
受電端子２１が基体１の横穴１２に挿入された給電端子２２を電気的に接続させるための接続構造として前記実施形態とは異なる接続構造を有していてもよい。たとえば、受電端子２１が横穴１２に連通する箇所に、横穴１２の軸線方向に平行に延在するスリットまたは穴を接続構造として有していてもよい。給電端子２２の適当な形状に形成された先端部が当該スリットまたは穴に嵌合されることで、受電端子２１および給電端子２２の電気的な接続が確立されてもよい。また、給電端子２２がその先端部を受電端子２１に向かって付勢するコイルバネまたは板バネなどの付勢機構を備え、受電端子２１の側面が給電端子２２の先端部の形状に適合する形状に形成されている箇所が接続構造とされていてもよい。第２実施形態のように受電端子２１が略長円柱状であり、かつ、給電端子２２の先端部が平坦面である場合、受電端子２１の側面のうち平坦または略平坦な箇所がそのまま接続構造を構成していてもよく、当該箇所に設けられた平坦な底面を有する凹部が接続構造を構成していてもよい。

また、給電端子２２のかわりに銅線やニッケル線のような金属より線とその一方の先端に圧着端子を接続したケーブルを横穴１２に挿通させ、補完部材２３で圧着端子を受電端子２１に締結し電気的な接続をとる構造としてもよい。

前記実施形態における静電チャックの基体１において、静電チャック電極を構成する導電体２に加えて、薄板状または薄膜状の金属からなり発熱抵抗体を構成する導電体が基体１に対して埋設されていてもよい。発熱抵抗体を構成する導電体は、基体１の縦方向について当該導電体２よりも裏面１０２に近い位置に、表面１０１に対して平行な姿勢で基体１に埋設されている。発熱抵抗体を構成する導電体についても、静電チャック電極を構成する導電体２と同様の構成の受電端子および給電端子を介して外部電源に接続される。

この場合、静電チャックはたとえば特開２０１３−１５７５７０号公報に記載されている方法にしたがって製造される。すなわち、第１導電体（静電チャック電極）が埋設されている第１原料粉末の成形体と、第２導電体（発熱抵抗体）が埋設されている第２原料粉末の成形体とが重ね合わせられた状態で、まとめてホットプレス焼結される。その上で、当該焼結体にピン、縦穴１１および横穴１２等が適当な加工法にしたがって形成されることにより静電チャックが製造される。

そのほか、第１導電体２およびこれを挟む一対の第１原料粉末の成形体と、第２導電体およびこれを挟む一対の第２原料粉末の成形体とが重ね合わせられた状態で、まとめてホットプレス焼結されることにより静電チャックが製造されてもよい。また、第１導電体２が埋設されている第１原料粉末の成形体と、第２導電体が埋設されている第２原料粉末の成形体とが別個にホットプレス焼結されることにより第１基体部分および第２基体部分が作製された上で、両基体部分が接合されることにより静電チャックが製造されてもよい。この場合、窒化アルミニウム焼結体の接合材としてアルミナ−酸化イットリウム系の接合材が用いられ、そのほかガラス系接合材が用いられてもよい。ガラス系材料としては、石英、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラスなどが採用される。

前記実施形態における基板保持装置において、導電体２が高周波電圧印加用電極または接地用電極を構成していてもよい。この場合、当該導電体２およびこれと対をなす、基体１に埋設されているまたは基体１の外側に配置されている接地用電極（また高周波電圧印加用電極）の間に高周波電圧が印加されることによって基板の周囲にハロゲンガス等のプラズマが生成される。

１‥基体、２‥導電体（静電チャック電極）、１１‥縦穴、１２‥横穴、２１‥受電端子、２２‥給電端子。

Claims (8)

1. 表面に基板が保持または載置される平板状の基体と、前記基体に埋設されている導電体と、前記導電体に電気的に接続される受電端子と、を備えている基板保持装置であって、
   前記基体の裏面から前記導電体の一部まで縦方向に連続する縦穴が形成され、
   前記基体の側面から前記縦穴まで横方向に連続する横穴が形成され、
   前記受電端子が、前記基体の前記縦穴に配置されて前記導電体に対して接合され、前記横穴を通じて前記基体の側面に露出している箇所に給電端子を接続するための接続構造を有していることを特徴とする基板保持装置。
2. 請求項１記載の基板保持装置において、
   前記受電端子が、前記横穴に連続する側面から窪んで形成されている雌ネジを前記接続構造として有していることを特徴とする基板保持装置。
3. 請求項１記載の基板保持装置において、
   前記受電端子が、前記基体に形成されている前記縦穴の軸線方向について前記導電体の反対側に形成されている雌ネジまたは雄ネジを前記接続構造として有していることを特徴とする基板保持装置。
4. 請求項３記載の基板保持装置において、
   前記受電端子が、その雌ネジまたは雄ネジに対して螺着される雄ネジまたは雌ネジを有する柱状の補完部材を備えていることを特徴とする基板保持装置。
5. 請求項４記載の基板保持装置において、前記補完部材が、セラミックス焼結体により形成されていることを特徴とする基板保持装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の基板保持装置において、
   前記縦穴の少なくとも一部が前記基体の裏面から連続する非真円柱状に形成され、前記受電端子の少なくとも一部が前記縦穴の当該非真円柱状の部分に嵌合するように非真円柱状に形成されていることを特徴とする基板保持装置。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の基板保持装置において、
   前記横穴の断面形状が円形状であることを特徴とする基板保持装置。
8. 請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の基板保持装置において、
   前記横穴の軸線回りの周方向の少なくとも一部について前記横穴の内周面および前記給電端子の外周面に間隙が存在している状態で前記受電端子と前記給電端子とが接続されるように前記受電端子の前記接続構造が構成されていることを特徴とする基板保持装置。