JP7344759B2

JP7344759B2 - 静電チャック装置

Info

Publication number: JP7344759B2
Application number: JP2019198851A
Authority: JP
Inventors: 猛宗石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-09-14
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: JP2021072386A

Description

本開示は、静電チャック装置に関する。

従来より半導体素子を製造する工程において、ウェハを固定するために静電チャック装置が利用されている。

例えば、特許文献１には、静電チャック部と金属ベース部を備え、これらを導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合されていることを特徴とする静電チャック装置が開示されている。

特開２００８－４２１３９号公報

接着層の熱伝導が低いことから、静電チャック部に熱がこもりやすく、静電チャック装置としての信頼性が低下しやすい。

本開示の静電チャック装置は、セラミックスからなる基体を有し、一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、ベース部と、を有し、前記静電チャック部と前記金属ベース部の間に接合層を有し、前記接合層は、ウィスカ状の金属粒子と接着樹脂を有している。

本開示の静電チャック装置は、高い信頼性を有する。

本開示の静電チャック装置の一例の断面図である。図１に示すＳ部における拡大図の一例である。図１に示すＳ部における拡大図の他の例である。本開示の静電チャック装置の他の例の断面図である。図４に示すＳ’部における拡大図の一例である。図４のＡ－Ａ’線における断面図の一例である。

本開示の静電チャック装置について、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本開示の静電チャック装置１０は、図１に示すように、セラミックスからなる基体１ａを有し、一主面に板状試料を載置する載置面１ｂとするとともに静電吸着用内部電極１ｃを内蔵した静電チャック部１と、ベース部２と、を有する。また、静電チャック部１と金属ベース部２の間に接合層３を有する。

ここで、本開示の静電チャック装置１０における静電チャック部１は、セラミックスからなる基体１ａを有する。セラミックスとしては、例えば、アルミナ，窒化珪素，窒化ア
ルミニウム，炭化硼素等を主成分とするセラミックスを用いることができる。

また、本開示の静電チャック装置１０における静電チャック部１は、静電吸着用内部電極１ｃを内蔵する。静電吸着用内部電極１ｃとしては、例えば、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）などの周期律表第６ａ族元素、Ｔｉなどの周期律表第４ａ族元素から成る高融点金属、あるいはこれらの合金、さらにはＷＣ，ＭｏＣ，ＴｉＮなどの導電性セラミックスから成るものを用いることができる。

また、本開示の静電チャック装置１０は、ベース部２を有する。ベース部２としては、例えば、アルミニウム，Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（例えば、アルミニウム合金規格番号6061（ＪＩＳＨ 4000等））等のアルミニウム合金，ステンレススチール，タングステン等を含む超硬合金等の金属、若しくはこれらの金属とセラミックスとの複合材から成るものを用いることができる。セラミックスとしては、具体的には、アルミナ，炭化珪素，窒化アルミニウム，窒化珪素等を用いることができる。

なお、図１に示したように、ベース部２は、流路２ａを有してもよい。ベース部２は、流路２ａを有することによって、静電チャック部１の熱を効率よく放熱することができる。また、本開示の静電チャック装置１０をプラズマ装置内で使用するならば、ベース部２を下部電極として使用しても良い。

そして、図２に示すように、本開示の静電チャック装置１０は、接合層３は、ウィスカ状の金属粒子３ａと接合樹脂３ｂを有する。ウィスカ状の金属粒子３ａは、球状の金属粒子と比べて、幅方向よりも長さ方向の方が長く、アスペクト比が大きい。そのため、静電チャック部１で発生した熱をウィスカ状の金属粒子３ａが伝導することによって、ベース部２に伝えることができる。したがって、静電チャック部１において熱がこもらず、静電チャック装置１０の信頼性を向上することができる。なお、ウィスカ状の金属粒子３ａは、幅は１μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、長さが１００μｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。

ここで、ウィスカ状の金属粒子３ａとしては、例えば、ステンレスまたは銅であってもよい。

また、接合層３の平均厚みは、５００μｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

なお、接合樹脂３ｂとしては、静電チャック部１とベース部２を接合できればよく、例えば、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂等である。

また、接合樹脂３ｂの平均厚みは、１μｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。

なお、本開示の静電チャック装置１０は、金属粒子３ａは、静電チャック部または前記ベース部の少なくとも一つに接していなくてもよい。このような構成ならば、静電チャック部１とベース部２が導電することが無いので、信頼性を向上することができる。

また、本開示の静電チャック装置１０は、金属粒子３ａは、第１金属粒子３ａ’と、第２金属粒子３ａ”と、を有しており、第１金属粒子３ａ’と第２金属粒子３ａ”との間に空隙３ｃを有してもよい。このような構成を有する場合、静電チャック部１とベース部２において熱膨張係数に差があったとしても、第１金属粒子３ａ’および第２金属粒子３ａ”空隙３の間に有する空隙３ｃによって膨張差が吸収されるため、接着層３にて剥離が生じにくく、静電チャック装置１０の信頼性を向上することができる。

なお、接合層３の気孔率は、例えば、１０％以上９０％以下であってもよい。気孔率は、接合層３において空隙３が占める割合を表す指標となる、ここで、接合層３の気孔率は、例えば、アルキメデス法を用いて測定することで算出すればよい。

また、本開示の静電チャック装置１０は、図３に示すように、金属粒子３ａは、第１金属粒子３ａ’と、第２金属粒子３ａ”と、を有しており、第１金属粒子３ａ’と第２金属粒子３ａ”との間に充填樹脂３ｄを有してもよい。このような構成を有する場合、充填樹脂３ｄを有することから、熱を伝えやすくなり、接着層３の熱伝導の効率が向上することから、信頼性を向上することができる。

なお、充填樹脂３ｄとしては、例えば、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂等である。また、充填樹脂３ｄは、接合樹脂３ｂと同じ材質ならば、熱膨張係数が同程度になるので、接合層３の内部で膨張差によって生じる剥離を防ぐことができる。

また、本開示の静電チャック装置１０は、第１金属粒子３ａ’と第２金属粒子３ａ”は、溶着部を有してもよい。このような構成を有する場合、第１金属粒子３ａ’と第２金属粒子３ａ”が単に接するのではなく、溶着していることによって熱を伝えやすくなるので、接着層３全体として熱伝導の効率を高くすることができることから、信頼性を向上することができる。

また、本開示の静電チャック装置２０は、図４に示すように、静電チャック部１とベース部２の間に、スペーサ４を有してもよい。このような構成を有する場合、スペーサ４によって接着層３の高さを均一にすることができ、静電チャック部１の載置面１ｂを水平にすることができるので、信頼性を向上することができる。

なお、図５は、図４に示すＳ’部における拡大図の一例であるが、本開示の静電チャック装置２０は、スペーサ４はウィスカ状の金属粒子３ａを静電チャック装置１０の外面に露出させないようにしてもよい。このような構成を有する場合、ウィスカ状の金属粒子３が、半導体素子の製造工程におけるコンタミネーションの防止になるので、信頼性を向上することができる。なお、図６は、図４のＡ－Ａ’線における断面図の一例であるが、リフトピン（図示しない）が通過する穴３ｅの周りにスペーサ４を配することによってもコンタミネーションの防止になり、また、リフトピンとの接触の防止にもなる。

なお、スペーサ４としては、半導体素子の製造工程において耐腐食性のあるものであればよく、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、セラミックス等である。

また、本開示の静電チャック装置２０は、接合層３内にスペーサ４を有していてもよい。このような構成を有する場合、接合層３の外周部が損傷してもスペーサ４を有することになることから、信頼性を向上することができる。

次に、本開示の静電チャック装置の製造方法の一例について説明する。

まず、セラミックスからなる基体１ａを有し、一主面を板状試料を載置する載置面１ｂとするとともに静電吸着用内部電極１ｃを内蔵した静電チャック部１と、ベース部２を用意する。なお、ベース部２の内部に流路２ａを備えてもよい。

次に、静電チャック部１のベース部２側と、ベース部２の静電チャック部１側に、接合樹脂３ｂとなる樹脂層を形成する。

次に、静電チャック部１のベース部２側と、ベース部２の静電チャック部１側の少なく
とも一方の樹脂層上に金属層を形成する。まず、樹脂層上に所望形状のマスクを形成する。次に、例えば、ステンレスまたは銅からなる、第１金属粒子４及び第２金属粒子５を含む複数の金属粒子を水等の液体に混合した混合液を用意し、このマスクによって形成された空間に流し込む。次に、混合液を蒸発させる。このようにして、樹脂層上に金属層を得ることができる。その後、マスクを除去してもよい。なお、所定の圧力で加圧した後、基体１を加熱するか、超音波振動を与えるか、通電することにより、第１金属粒子４および第２金属粒子５が溶着され、溶着部を有することができる。

そして、静電チャック部１のベース部２側か、ベース部２の静電チャック部１側の少なくとも一方に、樹脂層上に金属層が形成された状態で、静電チャック部１とベース部２を重ね合わせることで、静電チャック部１とベース部２の間に接合層３を有し、接合層３は、ウィスカ状の金属粒子３ａと接合樹脂３ｂを有する静電チャック装置１０とすることができる。

なお、この状態の場合、第１金属粒子３ａ’と第２金属粒子３ａ”との間に空隙３ｃを有する。ここで、静電チャック部１とベース部２を重ね合わせた後に、加熱または加圧することによって、空隙部３ｃに樹脂が入り込むことができ、充填樹脂３ｄを有することができる。または、静電チャック部１とベース部２を重ね合わせる前に、金属層に樹脂を含侵させることによっても、充填樹脂３ｄを有することができる。

また、マスクはスペーサ４であっても良く、その場合、マスクを除去しないならば、静電チャック装置２０を製造することができる。

ところで、金属層を別途準備し、静電チャック部１のベース部２側と、ベース部２の静電チャック部１側に、接合樹脂３ｂとなる樹脂層を形成し、静電チャック部１とベース部２を重ねる際に金属層を挟み込んでも構わない。

この場合、まず、第１金属粒子３ａ’および第２金属粒子３ａ”を含む複数の金属粒子とバインダとを混ぜ合わせた後に、メカプレス法、ロール法、押出法により成型体を作製する。次に、成形体を乾燥させることでバインダを蒸発させる。その後、所望形状に加工することで、金属層を得ることができる。なお、加熱するか、超音波振動を与えるか、通電することにより、第１金属粒子３ａ’および第２金属粒子３ａ”が溶着され、溶着部を有することができる。また、金属層に樹脂を充填してもよい。

そして、接合樹脂３ｂとなる樹脂層を形成された静電チャック部１と、ベース部２を準備し、金属層を挟み込むことで、静電チャック装置１０を作製することができる。なお、スペーサ４を同時に挟み込むことによって、静電チャック装置２０を作製することができる。

なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：静電チャック部
１ａ：基体
１ｂ：載置面
１ｃ：静電吸着用内部電極
２：ベース部
２ａ：流路
３：接着層
３ａ：ウィスカ状の金属粒子
３ａ’：第１金属粒子
３ａ”：第２金属粒子
３ｂ：接合樹脂
３ｃ：空隙
３ｄ：充填樹脂
３ｅ：穴
４：スペーサ
１０、２０：静電チャック装置

Claims

セラミックスからなる基体を有し、一主面に板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、ベース部と、を有し、
前記静電チャック部と前記ベース部の間に接合層を有し、
前記接合層は、ウィスカ状の金属粒子と接合樹脂を有し、
前記金属粒子は、第１金属粒子と、第２金属粒子と、を有しており、
前記第１金属粒子と前記第２金属粒子との間に空隙を有する、静電チャック装置。
前記金属粒子は、前記静電チャック部または前記ベース部の少なくとも一つに接していない、請求項１に記載の静電チャック装置。
前記第１金属粒子と前記第２金属粒子は、溶着部を有している、請求項１または請求項２に記載の静電チャック装置。
前記静電チャック部と前記ベース部の間に、スペーサを有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の静電チャック装置。
セラミックスからなる基体を有し、一主面に板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、ベース部と、を有し、
前記静電チャック部と前記ベース部の間に接合層を有し、
前記接合層は、ウィスカ状の金属粒子と接合樹脂を有し、
前記金属粒子は、第１金属粒子と、第２金属粒子と、を有しており、
前記第１金属粒子と前記第２金属粒子との間に充填樹脂を有し、
前記第１金属粒子と前記第２金属粒子は、溶着部を有している、静電チャック装置。