JP6627936B1 - 静電チャック装置および静電チャック装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様において、前記冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程に続いて、前記静電チャック部、前記接着剤および前記冷却用ベース部からなる積層体の側面および裏面をマスキングし、前記基材の前記載置面のみを露出させる工程を有していてもよい。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
<静電チャック装置>
図1は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。図2は、同静電チャック装置の静電チャック部の周縁部近傍を示す部分拡大断面図である。
図1に示す静電チャック装置1は、円板状の静電チャック部2と、この静電チャック部2を所望の温度に冷却する厚さを有する円板状の冷却用ベース部3と、これら静電チャック部2と冷却用ベース部3とを接着一体化する接着剤層4と、を備えている。
静電チャック部2は、載置板(基材)11と、支持板12と、静電吸着用内部電極13と、絶縁材層14と、給電用端子15と、を備える。
支持板12は、載置板11を支持するためのものである。
静電吸着用内部電極13は、載置板11と支持板12の間に設けられている。
絶縁材層14は、載置板11と支持板12の間に設けられ、静電吸着用内部電極13の周囲を絶縁するためのものである。
給電用端子15は、静電吸着用内部電極13に直流電圧を印加するためのものである。
ここで変曲点とは、載置板11の載置面11aの表面プロファイルを、三次元測定機(商品名:RVA800A、株式会社東京精密製)を用い、測定点を、載置面11aの中心、半径30mmの同心円周上で45°毎(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°の8方位)に8箇所、半径60mmの同心円周上で45°毎に8箇所、半径90mmの同心円周上で45°毎に8箇所、半径120mmの同心円周上で45°毎に8箇所、半径145mmの同心円周上で45°毎に8箇所測定し、上記の8方位のうち同方位の隣り合う2点(例えば、半径30mmの点と半径60mmの点)の高さの差(半径が大きい点の高さ(例えば、半径60mmの点の高さ)−半径が小さい点の高さ(例えば、半径30mmの点の高さ))を2回算出し、その算出値の符号がその前の値と比較して反転する点とする。
上記の高さの差が1μm未満では、板状試料Wの脱離応答性が低下するため、好ましくない。一方、上記の高さの差が30μmを超えると、板状試料Wを吸着する際に、この板状試料Wと載置板11の載置面11aの間に隙間が生じて、板状試料Wの温度を均一化する性能が低下する。
凹面23の表面粗さが40nm未満であれば、環状突起部21の上端部21aと複数の突起部22それぞれの上端部22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上端部21a,22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
ここで、載置板11および支持板12の電気抵抗を1×1014Ω・cm以上、かつ周波数20Hzにおける比誘電率を13以上と限定した理由は、これらの範囲が板状試料Wの温度が均一化され、封止用媒体の漏れ量(リーク量)が減少し、プラズマが安定化する範囲だからである。
なお、高周波によりプラズマを発生させるエッチング装置での使用においては、高周波透過性を有する側面より、1MHz以上の比誘電率が20Hzの比誘電率と比較して小さいことが好ましい。
このように、セラミックスの粒径を2μm以下とすることにより、粒径の小さいセラミックスを使用することで、吸着時の板状試料Wの変形に伴い生じる板状試料Wと環状突起部21および複数の突起部22との摺れによるパーティクルの発生を抑制する。
また、環状突起部21の幅および高さ、および複数の突起部22の高さおよび大きさを小さくすることが可能となり、よって、これら環状突起部21および複数の突起部22と板状試料Wとの接触面積を小さくすることが可能となる。
この環状突起部21では、板状試料Wを載置して封止した際のリーク量を外周部のそれぞれの位置で一定とするために、この上端部21aの表面粗さRaを0.001μm以上かつ0.040μm未満とすることが好ましい。
このように、環状突起部21の上端部21aおよび複数の突起部22それぞれの上端部22aを、凹面23から高さ±1μmの範囲内としたことにより、環状突起部21の上端部21aおよび複数の突起部22それぞれの上端部22aが、凹面23上に高さ±1μmの範囲内で位置することとなり、これらの上端部21a、22aと板状試料Wとの接触が板状試料Wの全面にて、より確実となり、よって、板状試料Wを吸着する際や脱離する際に板状試料Wが変形することがなく、この板状試料Wの温度がさらに均一化される。
また、板状試料Wを静電吸着した際に過剰な変形等が生じ難くなり、板状試料Wの破損等の不具合を防止する。
ここで、環状突起部21の上端部21aの面積と、複数の突起部22それぞれの上端部22aの面積の合計面積との和を載置面11aの面積の30%以下とすることにより、窒素ガスやヘリウムガス等の封止用媒体の流路の全面積の載置面11aの面積に対する割合を多くすることができる。したがって、封止用媒体による均熱性を向上させることができる。
その結果、封止用媒体の漏れ量(リーク量)を減少させることができ、プラズマの発生を安定化させることができる。
静電吸着用内部電極13は、酸化アルミニウム−炭化タンタル(Al2O3−Ta4C5)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン(Al2O3−W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン(AlN−W)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル(AlN−Ta)導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン(Y2O3−Mo)導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)等の高融点金属により形成されている。
静電吸着用内部電極13は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
給電用端子15は支持板12に接合一体化され、さらに、載置板11と支持板12とは、静電吸着用内部電極13および絶縁材層14により接合一体化されて静電チャック部2を構成している。
冷却用ベース部3は、静電チャック部2を冷却して所望の温度に保持するためのもので、厚さのある円板状のものである。
冷却用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路31が形成された水冷ベース等が好適である。
接着剤層4は、静電チャック部2と、冷却用ベース部3とを接着一体化するものである。
接着剤層4の厚さが上記の範囲内であれば、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の接着強度を十分に保持することができる。また、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の熱伝導性を十分に確保することができる。
シリコーン系樹脂組成物は、シロキサン結合(Si−O−Si)を有するケイ素化合物であり、耐熱性、弾性に優れた樹脂であるので、より好ましい。
ここで、熱硬化温度が70℃を下回ると、静電チャック部2と冷却用ベース部3とを対向させた状態で接合する際に、接合過程で硬化が十分に進まないことから、作業性に劣ることになるため好ましくない。一方、熱硬化温度が140℃を超えると、静電チャック部2および冷却用ベース部3との熱膨張差が大きく、静電チャック部2と冷却用ベース部3との間の応力が増加し、これらの間で剥離が生じることがあるため好ましくない。
表面被覆窒化アルミニウム(AlN)粒子は、シリコーン樹脂の熱伝導性を改善するために混入されたもので、その混入率を調整することにより、接着剤層4の熱伝達率を制御することができる。
また、窒化アルミニウム(AlN)粒子の表面に酸化ケイ素(SiO2)からなる被覆層が形成されているので、表面被覆が施されていない単なる窒化アルミニウム(AlN)粒子と比較して優れた耐水性を有している。したがって、シリコーン系樹脂組成物を主成分とする接着剤層4の耐久性を確保することができ、その結果、静電チャック装置1の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
なお、表面被覆窒化アルミニウム(AlN)粒子は、半導体ウエハ等の板状試料Wへの汚染源となることもなく、この点からも好ましいフィラーということができる。
また、環状突起部21の上端部21aと複数の突起部22各々の上端部22aとで板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上端部21a、22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、本実施形態の静電チャック装置を製造する方法であって、静電チャック部と冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程と、冷却用ベース部と接着した静電チャック部の載置板の載置面を、基材の厚さ方向における断面形状が載置板の載置面の中心から載置板の載置面の外周に向かって次第に湾曲する曲面状である凹面または凸面をなし、かつ、変曲点を含まないように加工する工程と、を有する。
まず、酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)複合焼結体または酸化イットリウム(Y2O3)焼結体により、載置板11および支持板12となる一対の板状体を作製する。
例えば、炭化ケイ素粉末および酸化アルミニウム粉末を含む混合粉末または酸化イットリウム粉末を所望の形状に成形して成形体とし、その後、その成形体を1400℃〜2000℃程度の温度、非酸化性雰囲気下、好ましくは不活性雰囲気下にて所定時間、焼成することにより、一対の板状体を得ることができる。
次いで、給電用端子15が嵌め込まれた板状体の表面の所定領域に、給電用端子15に接触するように、上述した導電性セラミックス等の導電材料を有機溶媒に分散した静電吸着用内部電極形成用塗布液を塗布し乾燥して、静電吸着用内部電極形成層とし、さらに、この板状体上の静電吸着用内部電極形成層を形成した領域以外の領域に、この板状体と同一組成または主成分が同一の粉末材料を含む絶縁材層を形成する。
また、ホットプレスにおける一軸加圧の際の圧力は5MPa〜10MPaであることが好ましく、温度は1400℃〜1850℃であることが好ましい。
この接着剤の塗布方法としては、ヘラ等を用いて手動で塗布する他、バーコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
また、立設した給電用端子15および碍子16を、冷却用ベース部3中に穿孔された給電用端子収容孔(図示略)に挿入し嵌め込む。
次いで、静電チャック部2を冷却用ベース部3に対して所定の圧力にて押圧し、静電チャック部2と冷却用ベース部3を接合一体化する。これにより、静電チャック部2と冷却用ベース部3が接着剤層4を介して接合一体化されたものとなる。
次いで、超純水中にて、超音波洗浄により、静電チャック部2の凹面23および載置板11の載置面11aに残留するパーティクル(載置板11の加工屑)を除去する。さらに、アルコールによるワイピングにより、上記の積層体の側面や裏面に残留する粘着剤を除去した後、乾燥機により乾燥する。
<静電チャック装置>
図3は、本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。なお、図3において、図1に示した第1の実施形態の静電チャック装置と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図3に示す静電チャック装置100は、円板状の静電チャック部2と、この静電チャック部2を所望の温度に冷却する厚さのある円板状の冷却用ベース部3と、これら静電チャック部2と冷却用ベース部3とを接着一体化する接着剤層4と、を備えている。
上記の高さの差が1μm未満では、板状試料Wの脱離応答性が低下するため、好ましくない。一方、上記の高さの差が30μmを超えると、板状試料Wを吸着する際に、この板状試料Wと載置板11の載置面11aの間に隙間が生じて、板状試料Wの温度を均一化する性能が低下する。
凸面101の表面粗さが40nm未満であれば、環状突起部21の上端部21aと複数の突起部22それぞれの上端部22aとにより、板状試料Wを密着状態で支持するので、これら上端部21a,22aと板状試料Wとの接触面が摺れることがなく、パーティクルを発生し難くすることができる。
本実施形態の静電チャック装置における凹面101の表面粗さは、第1の実施形態と同様に測定する。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法は、上述の第1の実施形態の静電チャック装置の製造方法と同様に行われる。
(静電チャック装置の作製)
公知の方法により、内部に厚み25μmの静電吸着用内部電極が埋設された静電チャック部を作製した。
この静電チャック部の載置板は、炭化ケイ素を8.5質量%含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は450mm、厚みは4.0mmの円板状であった。
また、支持板も載置板と同様、炭化ケイ素を8.5質量%含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は450mm、厚みは4.0mmの円板状であった。
また、立設した給電用端子および碍子を、冷却用ベース部中に穿孔された給電用端子収容孔に挿入し嵌め込んだ。
次いで、静電チャック部、接着剤層および冷却用ベース部からなる積層体の側面および裏面に、表面保護テープを貼着して、積層体の側面および裏面をマスキングし、載置板の載置面のみを露出させた。
次いで、超純水中にて、超音波洗浄により、静電チャック部の凹面および載置板の載置面に残留するパーティクルを除去し、さらに、アルコールによるワイピングにより、上記の積層体の側面や裏面に残留する粘着剤を除去した後、乾燥機により乾燥し、実施例1の静電チャック装置を得た。
(静電チャック装置の作製)
静電チャック部の載置板の載置面に研削加工および研磨加工を施し、載置板の厚さ方向の断面形状が、凸面の中心(載置面の中心)から凸面の外周(載置面の外周に相当)に向かって、冷却用ベース部の一主面を基準とする高さが次第に低くなるように湾曲する曲面状をなすようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の静電チャック装置を得た。
(静電チャック装置の作製)
公知の方法により、内部に厚み10μmの静電吸着用内部電極が埋設された静電チャック部を作製した。
この静電チャック部の載置板は、炭化ケイ素を8.5質量%含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は450mm、厚みは4.0mmの円板状であった。
また、支持板も載置板と同様、炭化ケイ素を8.5質量%含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は450mm、厚みは4.0mmの円板状であった。
また、幅2.0μm、長さ2.0μm、高さ50μmの角柱状の第1のスペーサを複数個、幅2.0μm、長さ2.0μm、高さ75μmの角柱状の第2のスペーサを複数個、幅2.0μm、長さ2.0μm、高さ100μmの角柱状の第3のスペーサを複数個、酸化アルミニウム焼結体にて作製した。
次いで、静電チャック部の支持板を第1〜第3のスペーサの上面に近接させ、この静電チャック部を冷却用ベース部に対して60kgの圧力で押圧することにより、静電チャック部全体を断面弓形状に変形させ、この静電チャック部の環状突起部の上端面及び複数の突起部各々の上端面を、曲率半径Rが75000mmの凹面上に位置させ、比較例1の静電チャック装置を得た。
(静電チャック装置の作製)
静電チャック部の載置板の載置面に研削加工および研磨加工を施し、載置板の厚さ方向の断面形状が、凹面の中心(載置面の中心)から凹面の外周(載置面の外周に相当)に向かって、冷却用ベース部の一主面を基準とする高さが次第に高くなるように湾曲する曲面状をなすようにする際に、実施例1よりも凹面の中心と凹面の外周の高低差が大きくなるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2の静電チャック装置を得た。
実施例1および2並びに比較例1および2の静電チャック装置の(1)静電チャック部の載置面の表面プロファイルの測定(静電チャック部の載置面の変曲点の有無の評価)、(2)平面度の測定、(3)表面粗さ(Ra)の測定、(4)シリコンウエハの面内温度特性、それぞれについて評価した。
静電チャック部の載置面の表面プロファイルの測定には、三次元測定機(商品名:RVA800A、株式会社東京精密製)を用いた。測定点を、載置面の中心(半径位置(1))、半径30mm(半径位(2))の同心円周上で45°毎(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°の8方位)に8箇所、半径60mm(半径位置(3))の同心円周上で45°毎に8箇所、半径90mm(半径位(4))の同心円周上で45°毎に8箇所、半径120mm(半径位置(5))の同心円周上で45°毎に8箇所、半径145mm(半径位置(6))の同心円周上で45°毎に8箇所とすることで表面プロファイルを得た。また、上記の8方位のうち同方位の隣り合う2点(例えば、半径30mmの点と半径60mmの点)の高さの差(半径が大きい点の高さ(例えば、半径60mmの点の高さ)−半径が小さい点の高さ(例えば、半径30mmの点の高さ))を2回算出し、その算出値の符号がその前の値と比較して反転する点(変曲点)の有無を評価した。結果を表1に示す。また、実施例1の静電チャック部の載置板の載置面と比較例1の静電チャック部の載置板の載置面の半径位置(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)における高さの測定結果を図4に示す。さらに、実施例1の静電チャック部の載置板の載置面と比較例1の静電チャック部の載置板の載置面について、上記の8方位のうち同方位の隣り合う2点の高さの差(例えば、半径位置(1)と半径位置(2)の高さの差)を算出した結果を表2に示す。
JIS B 6191に準拠し、(商品名:RVA800A、株式会社東京精密製)を用いて、平面度を測定した。この測定において、まず、溝部の幅方向の内側および外側の上面(保持面)の三次元座標について、同心円周上で45°毎に8箇所ずつ計16箇所測定した。次に、これらの測定値を用い、最小二乗法にて各測定点からの二乗の和が最小となる最小二乗平面を求めた。この最小二乗平面の上側に最も離れた点と下側に最も離れた点の長さの絶対値の和を採用した。結果を表1に示す。
本実施形態の静電チャック装置における載置面の表面粗さは、JIS B 0601に準拠し、表面粗さ形状測定機(商品名:SURFCOM 1500SD3、株式会社東京精密製)を用いて測定する。この測定において、載置面の表面粗さについて、同心円周上で120°毎に3箇所ずつ計6箇所測定し、その平均値を採用する。結果を表1に示す。
静電チャック部の載置面に直径300mmのシリコンウエハを静電吸着させ、冷却用ベース部の流路に30℃の冷却水を循環させながら、このときのシリコンウエハの面内温度分布をサーモグラフィTVS−200EX(日本アビオニクス社製)を用いて測定した。結果を表1に示す。
一方、載置板の載置面が凹面をなし、載置面の平面度が12μmであるものの、載置面に変曲点が有り、載置面の表面粗さ(Ra)が50nmである比較例1の静電チャック装置は、シリコンウエハの面内温度が±3.5℃の範囲内であり、実施例1および実施例2の静電チャック装置よりも、シリコンウエハの面内温度の制御という点において劣っていることが分かった。
また、載置板の載置面が凹面をなし、載置面に変曲点が無く、載置面の表面粗さ(Ra)が5nmであるものの、載置面の平面度が40μmである比較例1の静電チャック装置は、シリコンウエハの面内温度が±3.5℃の範囲内であり、実施例1および実施例2の静電チャック装置よりも、シリコンウエハの面内温度の制御という点において劣っていることが分かった。
Claims (4)
- 板状試料を載置する載置面を有する基材、および、前記板状試料を前記載置面に静電吸着する静電吸着用内部電極を有する静電チャック部と、
前記静電チャック部を冷却する冷却用ベース部と、
前記静電チャック部と前記冷却用ベース部の間に介在する接着剤層と、を備え、
前記基材の厚さ方向の断面形状は、前記載置面の中心から前記載置面の外周に向かって次第に湾曲する曲面状である凹面または凸面をなし、かつ、変曲点を含まず、
前記冷却用ベース部の一主面を基準とする前記凹面または前記凸面の中心の高さと、前記冷却用ベース部の一主面を基準とする前記凹面または前記凸面の外周の高さとの差の絶対値が、1μm以上かつ30μm以下である静電チャック装置。 - 前記載置面の表面粗さが、40nm未満である請求項1に記載の静電チャック装置。
- 板状試料を載置する載置面を有する基材、および、前記板状試料を前記載置面に静電吸着する静電吸着用内部電極を有する静電チャック部と前記静電チャック部を冷却する冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程と、
前記冷却用ベース部と接着した前記静電チャック部の前記基材の前記載置面を、前記基材の厚さ方向における断面形状が前記載置面の中心から前記載置面の外周に向かって次第に湾曲する曲面状である凹面または凸面をなし、かつ、変曲点を含まないように加工する工程と、を有する静電チャック装置の製造方法。 - 前記冷却用ベース部を、接着剤を介して接着する工程に続いて、前記静電チャック部、前記接着剤および前記冷却用ベース部からなる積層体の側面および裏面をマスキングし、前記基材の前記載置面のみを露出させる工程を有する請求項3に記載の静電チャック装置の製造方法。
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