JP7438070B2 - 静電チャック、基板固定装置及び基板固定装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、静電チャック、基板固定装置及び基板固定装置の製造方法に関する。
従来、例えばエッチング処理のプロセスにおいてウェハを固定するために、静電チャックを備える基板固定装置が使用されている。このような基板固定装置は、電極が埋設されたセラミック基板からなる静電チャックを金属製のベースプレートに接着して構成されている。一般に、ベースプレートに静電チャックを接着する接着剤としては、熱伝導性を良好に保ち、ベースプレートと静電チャックの熱膨張の差を吸収するために、柔軟性があるシリコーン樹脂系の接着剤が用いられる。
基板固定装置は、静電チャックのセラミック基板に埋設された電極に電圧を印加し、電圧に応じて発生する静電気力により、ウェハを静電チャックに吸着することができる。比較的大型のウェハなどを固定する場合には、複数のセラミック基板からなる静電チャックをベースプレートに接着して基板固定装置が構成されることがある。すなわち、例えば１枚が２５０ｍｍ×２５０ｍｍのセラミック基板を４枚並べてベースプレートに接着することにより、５００ｍｍ×５００ｍｍの静電チャックを備える基板固定装置を構成し、大型のウェハを吸着することができる。
しかしながら、複数のセラミック基板からなる静電チャックをベースプレートに接着する場合には、隣接するセラミック基板の間に接着剤が付着し、この接着剤の成分がセラミック基板の表面に滲出するという問題がある。具体的には、複数のセラミック基板からなる静電チャックをシリコーン樹脂系の接着剤（以下「シリコーン接着剤」という）によってベースプレートに接着すると、隣接するセラミック基板の間にもシリコーン接着剤が進入する。そして、この状態で基板固定装置が使用されると、シリコーン接着剤に含まれるシリコーンオイルが吸着面であるセラミック基板の表面にまで滲出し、隣接するセラミック基板の境界付近に染みが発生する。結果として、静電チャックに吸着されるウェハなどの吸着物に染みが転写されてしまい、吸着物を汚損することがある。
そこで、複数のセラミック基板を間隔を空けてベースプレートに接着し、隣り合うセラミック基板の間の接着剤を除去することも考えられる。しかし、複数のセラミック基板を間隔を空けて配置する場合には、静電チャックの吸着面の温度が一様でなくなり、吸着物全体の温度を均一に保つ均熱性能が損なわれてしまう。
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、均熱性能を損なうことなく、吸着物の汚損を防止することができる静電チャック、基板固定装置及び基板固定装置の製造方法を提供することを目的とする。
本願が開示する静電チャックは、１つの態様において、それぞれ一方の面の周縁部に段差を有する複数のセラミック基板であって、前記段差が対向するように互いに隣接して配置される複数のセラミック基板と、前記複数のセラミック基板それぞれに埋設される電極と、隣接するセラミック基板の段差が対向することによって形成される溝部を充填する充填部とを有する。
本願が開示する静電チャック、基板固定装置及び基板固定装置の製造方法の１つの態様によれば、均熱性能を損なうことなく、吸着物の汚損を防止することができるという効果を奏する。
以下、本願が開示する静電チャック、基板固定装置及び基板固定装置の製造方法の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、一実施の形態に係る基板固定装置１００の構成を示す斜視図である。図１に示す基板固定装置１００は、ベースプレート１１０に静電チャック１２０が接着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方形部材である。ベースプレート１１０は、静電チャック１２０を固定する基材となる。ベースプレート１１０は、例えば半導体製造装置などに取り付けられ、基板固定装置１００を、ウェハを保持する半導体保持装置として機能させる。
静電チャック１２０は、複数（図１では４枚）のセラミック基板を並べて形成されており、静電力を利用してセラミック基板の表面に例えばウェハなどの吸着物を吸着する。静電チャック１２０は、例えばシリコーン接着剤によってベースプレート１１０に接着されている。静電チャック１２０を構成する複数のセラミック基板は、互いに隣接して配置され、隣接するセラミック基板の境界には、酸化アルミニウム（アルミナ）を溶射して溶射部が形成されている。
図２は、図１のＩ－Ｉ線断面を示す模式図である。図２に示すように、基板固定装置１００は、接着剤層１３０によって静電チャック１２０がベースプレート１１０に接着されて構成される。
ベースプレート１１０は、内部に冷却水の流路となる冷却水路１１１を有する、例えば厚さ２０～５０ｍｍ程度の金属製の部材である。ベースプレート１１０は、基板固定装置１００の外部から冷却水路１１１へ流入する冷却水によって、静電チャック１２０を冷却する。静電チャック１２０が冷却される結果、静電チャック１２０に吸着される例えばウェハなどの吸着物が冷却される。
なお、ベースプレート１１０は、冷却水路１１１の代わりに、冷却ガスの流路となる冷却ガス路を有していても良い。要するに、ベースプレート１１０は、例えば冷却水及び冷却ガスなどの冷媒を通過させる冷媒通路を有していれば良い。
また、ベースプレート１１０は、発熱電極によって静電チャック１２０を加熱するヒータと一体化されていても良い。これにより、ベースプレート１１０は、ヒータからの加熱と冷媒通路からの冷却とにより静電チャック１２０の温度を制御し、静電チャック１２０に吸着される吸着物を所望の温度に加熱することができる。
静電チャック１２０は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂを含む複数のセラミック基板と溶射部１２３とを有する。また、それぞれのセラミック基板１２１ａ、１２１ｂには、電極１２２ａ、１２２ｂが埋設されている。
セラミック基板１２１ａ、１２１ｂは、例えば酸化アルミニウムを用いて作成されたグリーンシートを焼成することにより形成される。このとき、グリーンシートと電極１２２ａ、１２２ｂとを積層して焼成することにより、内部に電極１２２ａ、１２２ｂが埋設されたセラミック基板１２１ａ、１２１ｂが形成される。セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの厚さは、例えば３～７ｍｍ程度であり、好ましくは４～５ｍｍである。
セラミック基板１２１ａ、１２１ｂは、互いに隣接した状態でベースプレート１１０に接着されている。すなわち、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの下面が接着剤層１３０によってベースプレート１１０の上面に接着されている。セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面の周縁部にはそれぞれ段差が形成されており、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂそれぞれの段差が対向してセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの境界部分に溝部を形成する。そして、この溝部には、溶射部１２３が形成されている。
電極１２２ａ、１２２ｂは、それぞれセラミック基板１２１ａ、１２１ｂに埋設されており、電圧が印加されると静電力を発生させてセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面に吸着物を吸着させる。各セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの電極１２２ａ、１２２ｂは、極性が同一の単極である。これにより、例えばガラス基板などの絶縁基板を吸着することが可能となる。ただし、隣接するセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの電極１２２ａ、１２２ｂを異なる極性にして双極にしても良い。
溶射部１２３は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面の周縁部の段差が対向することにより形成される溝部に、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）を溶射することにより形成される。溶射部１２３は、アルミナの代わりに例えば酸化イットリウム（イットリア）を溶射することにより形成されても良い。さらに、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの材料がアルミナ以外の酸化物又は窒化物である場合には、溶射部１２３は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの材料と同一の酸化物又は窒化物を溶射することにより形成されても良い。
溶射部１２３が形成される溝部は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面からの深さが０．２～１ｍｍ、幅が１～２ｍｍの断面形状を有するため、溶射部１２３も厚さが０．２～１ｍｍ、幅が１～２ｍｍの断面形状を有する。そして、電極１２２ａ、１２２ｂの側端がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの側面から例えば１～２ｍｍ内側に位置するため、溶射部１２３と電極１２２ａ、１２２ｂとが平面視で重なることがない。また、電極１２２ａ、１２２ｂの上面がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面から例えば０．６～１．５ｍｍの深さに位置するため、溶射部１２３と電極１２２ａ、１２２ｂとが側面視で重なることがない。
溶射部１２３は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの隣接する側面の上方を封止し、接着剤層１３０から接着剤の成分がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面へ滲出することを防止する。つまり、溶射部１２３は、接着剤の成分が静電チャック１２０の吸着面に滲出することを防止し、吸着面に吸着される吸着物の汚損を防止する。
接着剤層１３０は、シリコーン樹脂系の接着剤（シリコーン接着剤）からなる層であり、ベースプレート１１０の上面に静電チャック１２０の下面を接着している。すなわち、接着剤層１３０は、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂを含む複数のセラミック基板の下面をベースプレート１１０の上面に接着する。接着剤層１３０を形成するシリコーン接着剤は、隣接するセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの対向する側面にも付着する。ただし、隣接するセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの対向する側面上方には溶射部１２３が形成されているため、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの対向する側面に付着する接着剤から接着剤の成分がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面へ滲出することはない。
次いで、上記のように構成された基板固定装置１００の製造方法について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。
まず、静電チャック１２０を構成する複数のセラミック基板１２１が作成される（ステップＳ１０１）。具体的には、例えば酸化アルミニウムを主材料とする複数のグリーンシートが作成され、適宜、グリーンシートの一面に電極１２２が形成される。電極１２２は、例えばグリーンシートの表面に金属ペーストをスクリーン印刷することにより形成することができる。そして、複数のグリーンシートが積層され焼結されることにより、セラミック基板１２１が作成される。
セラミック基板１２１は、例えば図４に示すように、内部に電極１２２の層を有する。セラミック基板１２１の厚さは、例えば３～７ｍｍ程度であり、好ましくは４～５ｍｍである。そして、電極１２２は、セラミック基板１２１の上面から例えば０．８～１．７ｍｍの深さに形成される。後述する研磨工程において、セラミック基板１２１の上面が溶射部１２３とともに研磨されるため、図４に示す電極１２２は、基板固定装置１００の完成時の電極１２２よりも、セラミック基板１２１の上面から深い位置に形成される。また、電極１２２の側端は、セラミック基板１２１の側面から例えば１～２ｍｍ内側に位置する。
このようなセラミック基板１２１が複数枚（例えば４枚）作成されると、それぞれのセラミック基板１２１の一方の面の周縁部に段差が形成される（ステップＳ１０２）。具体的には、例えば図５に示すように、セラミック基板１２１の上面の一辺に、電極１２２と平面視及び側面視で重ならない寸法の段差１２５が形成される。すなわち、段差１２５の深さは、例えば０．４～１．２ｍｍであり、段差１２５の底面の幅は、例えば０．５～１ｍｍである。段差１２５は、セラミック基板１２１がベースプレート１１０に接着される際に、他のセラミック基板１２１と隣接する側面の上方に形成される。したがって、例えばセラミック基板１２１の２つの側面が他のセラミック基板１２１と隣接する場合には、これらの２つの側面の上方に段差１２５が形成される。
そして、段差１２５が形成された複数のセラミック基板１２１は、シリコーン接着剤によってベースプレート１１０に接着される（ステップＳ１０３）。具体的には、例えば図６に示すように、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂがシリコーン接着剤によってベースプレート１１０の上面に並べて接着される。接着に用いられるシリコーン接着剤は、ベースプレート１１０とセラミック基板１２１ａ、１２１ｂとの間に接着剤層１３０を形成する。
隣接するセラミック基板１２１ａ、１２１ｂは、それぞれの上面の周縁部に形成された段差１２５が対向するように配置されてベースプレート１１０に接着され、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの対向する段差１２５によって溝部１２６が形成される。つまり、ベースプレート１１０に複数のセラミック基板１２１が接着された状態では、隣接するセラミック基板１２１の境界部分に溝部１２６が形成される。溝部１２６は、対向する段差１２５によって形成されるものであるため、深さは段差１２５と同じく例えば０．４～１．２ｍｍであり、底面の幅は段差１２５の２倍の例えば１～２ｍｍである。
複数のセラミック基板１２１がベースプレート１１０に接着されると、接着剤層１３０から溝部１２６の底面に漏出するシリコーン接着剤が除去される（ステップＳ１０４）。すなわち、セラミック基板１２１がベースプレート１１０に接着される際に、一部のシリコーン接着剤がセラミック基板１２１の側面にも付着し、隣接するセラミック基板１２１の側面によって押圧されることにより、溝部１２６の底面に漏出する。そこで、溝部１２６の底面に漏出するシリコーン接着剤が除去される。同時に、セラミック基板１２１の下面からベースプレート１１０の上面の外周部分に漏出するシリコーン接着剤が除去される。
そして、溶融されたアルミナの粒子を溝部１２６に吹き付けるアルミナ溶射が行われる（ステップＳ１０５）。すなわち、溶融されて軟化したアルミナの粒子が溝部１２６に吹き付けられることにより冷却されて固化し、例えば図７に示すように、溶射部１２３が形成される。溶射部１２３は、隣接するセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの境界部分をセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面付近で封止する。このため、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの側面に付着するシリコーン接着剤の成分がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面へ滲出することを防止する。
なお、溶射される材料は、アルミナに限定されない。例えばイットリアを溶射して溶射部１２３を形成することにより、溶射部１２３のプラズマ耐性を向上することができる。すなわち、基板固定装置１００が例えばウェハのプラズマエッチングに使用される場合には、セラミック基板１２１及び溶射部１２３がプラズマに暴露されるが、イットリア溶射によって溶射部１２３を形成することにより、プラズマによる溶射部１２３の腐食を抑制することができる。さらに、セラミック基板１２１の材料がアルミナ以外の酸化物又は窒化物である場合には、溶射部１２３は、セラミック基板１２１の材料と同一の酸化物又は窒化物を溶射することにより形成されても良い。こうすることにより、セラミック基板１２１と溶射部１２３の温度差を小さくすることができ、セラミック基板１２１及び溶射部１２３を有する静電チャック１２０の均熱性能の低下を抑制することができる。
アルミナ溶射が行われた後、溶射部１２３の表面がセラミック基板１２１の上面とともに研磨される（ステップＳ１０６）。具体的には、例えば図８に示すように、セラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面から例えば０．２ｍｍの厚さの部分Ｐが研削され、溶射部１２３の上面がセラミック基板１２１ａ、１２１ｂの上面と面一にされる。すなわち、複数のセラミック基板１２１の上面と溶射部１２３の上面とが面一にされ、静電チャック１２０の吸着面が連続した平面となる。溶射部１２３の上部がセラミック基板１２１の上部とともに研削されるため、研削後の溶射部１２３の厚さは、例えば０．２～１ｍｍとなる。
そして、必要に応じて、静電チャック１２０の吸着面（すなわち、セラミック基板１２１及び溶射部１２３の上面）にエンボス加工が施されたり、溝が形成されたりすることにより、静電チャック１２０を備える基板固定装置１００が完成する。この基板固定装置１００は、複数のセラミック基板１２１を並べて配置した静電チャック１２０を備えるため、比較的大型の吸着物を吸着して固定することが可能である。また、複数のセラミック基板１２１の境界には溶射部１２３が形成されており、セラミック基板１２１をベースプレート１１０に接着するシリコーン接着剤の成分が静電チャック１２０の吸着面に滲出することがない。結果として、静電チャック１２０の吸着面に染みなどが発生することを防止し、吸着物の汚損を防止することができる。
さらに、静電チャック１２０を構成する複数のセラミック基板１２１の境界に溶射部１２３が形成されているため、静電チャック１２０の吸着面の温度を一様にすることができ、均熱性能の低下を抑制することができる。具体的に、溶射部１２３がアルミナ溶射によって形成された基板固定装置１００を６０℃のホットプレートに載置する場合のセラミック基板１２１及び溶射部１２３の温度変化の具体例を図９に示す。
図９に示すように、基板固定装置１００を６０℃のホットプレートに載置してからの経過時間ごとのセラミック基板１２１と溶射部１２３の温度差は、０．１～０．４℃の範囲に収まっている。つまり、静電チャック１２０を構成するセラミック基板１２１と溶射部１２３の温度差が小さく、吸着面の温度が一様である。このため、吸着面に吸着される吸着物を均等に加熱することができ、均熱性能の低下を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、複数のセラミック基板を並べて形成される静電チャックにおいて、隣接するセラミック基板の境界にアルミナ溶射することにより溶射部を形成する。このため、静電チャックの吸着面において隣接するセラミック基板の境界が封止され、静電チャックがシリコーン接着剤によってベースプレートに接着される場合に、シリコーン接着剤の成分が静電チャックの吸着面にまで滲出することがなく、吸着物の汚損を防止することができる。また、セラミック基板と溶射部が静電チャックの吸着面を構成するため、吸着面の温度が一様となり、均熱性能の低下を抑制することができる。換言すれば、均熱性能を損なうことなく、吸着物の汚損を防止することができる。
なお、上記一実施の形態においては、隣接するセラミック基板１２１の境界に溶射部１２３を形成するものとしたが、溶射の代わりにＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）又は樹脂充填によってセラミック基板１２１の境界が充填されても良い。具体的には、隣接するセラミック基板１２１の境界にＰＶＤによって例えば酸化イットリウムが充填されたり、例えばエポキシ樹脂が充填されたりしても良い。このように、溶射、ＰＶＤ又は樹脂充填により、隣接するセラミック基板１２１の境界に充填部が形成されることにより、シリコーン接着剤の成分が静電チャック１２０の吸着面にまで滲出することがなく、吸着物の汚損を防止することができる。
また、上記一実施の形態においては、方形のセラミック基板１２１を並べて配置することにより、吸着面が方形の静電チャック１２０が構成されるものとしたが、静電チャック１２０の形状はこれに限定されない。すなわち、例えば扇形のセラミック基板を並べて配置することにより、吸着面が円形の静電チャックが構成されるようにしても良い。この場合でも、各セラミック基板の扇形の半径に相当する周縁部に段差を形成し、隣接するセラミック基板の段差を対向させて形成される溝部に、例えばアルミナ溶射などにより溶射部を形成することができる。
１００ 基板固定装置
１１０ ベースプレート
１１１ 冷却水路
１２０ 静電チャック
１２１、１２１ａ、１２１ｂ セラミック基板
１２２、１２２ａ、１２２ｂ 電極
１２３ 溶射部
１２５ 段差
１２６ 溝部
１３０ 接着剤層
１１０ ベースプレート
１１１ 冷却水路
１２０ 静電チャック
１２１、１２１ａ、１２１ｂ セラミック基板
１２２、１２２ａ、１２２ｂ 電極
１２３ 溶射部
１２５ 段差
１２６ 溝部
１３０ 接着剤層
Claims (9)
- それぞれ一方の面の周縁部に段差を有する複数のセラミック基板であって、前記段差が対向するように互いに隣接して配置される複数のセラミック基板と、
前記複数のセラミック基板それぞれに埋設される電極と、
隣接するセラミック基板の段差が対向することによって形成される溝部を充填する充填部と
を有することを特徴とする静電チャック。 - 前記充填部は、
前記溝部に酸化物又は窒化物を溶射することにより形成される
ことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。 - 前記充填部は、
前記電極と平面視及び側面視で重ならない位置に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。 - 前記複数のセラミック基板は、
酸化アルミニウムを材料として作成されたセラミック基板であり、
前記充填部は、
酸化アルミニウムを溶射することにより形成される
ことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。 - 前記充填部は、
酸化イットリウムを溶射することにより形成される
ことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。 - ベースプレートと、
それぞれ一方の面の周縁部に段差を有する複数のセラミック基板であって、前記段差が対向するように前記ベースプレート上に互いに隣接して配置され、接着剤を用いて前記ベースプレートに接着される複数のセラミック基板と、
前記複数のセラミック基板それぞれに埋設される電極と、
隣接するセラミック基板の段差が対向することによって形成される溝部を充填する充填部と
を有することを特徴とする基板固定装置。 - それぞれ一方の面の周縁部に段差を有し電極が埋設された複数のセラミック基板を、前記段差が対向するように互いに隣接させてベースプレート上に接着し、
隣接するセラミック基板の段差が対向することによって形成される溝部を充填する
工程を有することを特徴とする基板固定装置の製造方法。 - 前記充填する工程は、
前記溝部に酸化物又は窒化物を溶射する
ことを特徴とする請求項７記載の基板固定装置の製造方法。 - 溶射により形成される溶射部の表面と、前記複数のセラミック基板それぞれの一方の面とを研磨する工程
をさらに有することを特徴とする請求項８記載の基板固定装置の製造方法。
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