JPH04287344A - 静電チャックの接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造装置等に
おいて、シリコンウェハ等の固定、矯正、搬送を行うた
めに用いられるセラミック製静電チャックの接合構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より静電チャックは、金属材からな
るベース部材上に静電チャック部材を固定して使用して
いた。例えば、図４に示す様に、静電チャック部材１０
をベース材２０上に載置し、その周囲にクランプ部材３
０をボルト３１で固定するメカニカルクランプ構造が用
いられていた。また、この他に静電チャック部材１０を
直接ボルトで固定するネジ止め構造、あるいは有機性接
着剤、ガラスなどを用いて接合する構造等が用いられて
いた。上記ベース部材２０は、静電チャック部材１０を
支持するとともに、発生した熱を逃がす働きをなすもの
であり、アルミニウム、タングステン、ステンレスなど
の金属が一般的に用いられていた。

【０００３】また、近年セラミックスを用いた静電チャ
ック部材が広く使用されるようになってきたが、セラミ
ックス製静電チャック部材の場合、機械的靱性に劣るた
め、厚みが薄くなるに従って、メカニカルクランプ、ネ
ジ止め等の機械的な取付が困難となっていた。

【０００４】そのため、セラミック製静電チャック部材
の場合は、有機性接着剤またはガラスを用いて静電チャ
ック部材とベース部材を接合する構造が一般的であった
。例えば、アミン系、エポキシ系等の有機性接着剤を用
いた接合構造は、簡便であり、半導体製造プロセスに於
て汚染源となるアルカリ金属、重金属を含まないと言う
利点があるため、一般に広く使用されていた。また、ガ
ラスを用いた接合構造は、高精度でしかも高剛性なセラ
ミック製静電チャックを得ることができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記有機性
接着剤あるいはガラスを用いた接合構造では、−１００
〜２００℃の広い温度域で使用する場合、金属からなる
ベース部材とセラミック製静電チャック部材との熱膨張
率の差が大きいことから、セラミック製静電チャック部
材表面に歪、割れが生じるという問題点があった。その
ため、例えばドライエッチング装置用のベース部材とし
て一般的なアルミニウム等への接合は不可能であり、ベ
ース部材として、セラミック製静電チャック部材に熱膨
張率の極めて近い材料を使用しなければならないという
不都合があった。

【０００６】さらに製造上の問題として、例えばベース
部材にアルミニウムを用いた場合、ガラス接合で一般的
な、重金属を含まないガラスペーストの融点は６５０℃
以上であるため、アルミニウムの融点を越えてしまう可
能性があり、ベース部材の変形、反り等の問題が発生し
、静電チャック部材表面の平坦度などが悪くなるという
問題が生じていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、セラミ
ック製静電チャック部材をベース部材に固定する際に、
有機溶剤で溶解したペースト状のシリコーン樹脂を用い
て接合したものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、伸び率が大きく、耐熱性のあ
るシリコーン樹脂を用いてセラミック製静電チャック部
材とベース部材とを接合することにより、両者の熱膨張
差を緩和し、かつ平面度を高くできることから、静電チ
ャックの精度、信頼性を高くでき、使用可能温度も広く
なる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図によって説明する。 図１、図２に本発明の静電チャックの接合構造を示す。 静電チャック部材１は、アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）、
チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３　）、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ３　）などのセラミックスからなり、
内部電極１ａを埋設したものである。そして、この静電
チャック部材１を、アルミニウムなどの金属からなるベ
ース部材２に載置し、両者の間にシリコーン樹脂からな
る接合剤３を介在させて接合してある。

【００１０】そして、上記静電チャック部材１の内部電
極１ａと、半導体ウェハＷとの間に電圧４を印加するこ
とによって、静電チャック部材１上に半導体ウェハＷを
吸着させることができる（単極型）。また、図示してい
ないが、静電チャック部材１中に複数の内部電極１ａを
埋設しておいて、これらの内部電極間に電圧を印加する
ことによって、半導体ウェハＷを吸着することもできる
（双極型）。

【００１１】また、上記接合剤３として使用するシリコ
ーン樹脂とは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有
する半無機、半有機的結合のケイ素化合物重合体のこと
であり、たとえば下記化１、化２の化学式で表すことが
できる。

【００１２】

【化１】

【００１３】

【化２】

【００１４】このような、シリコーン樹脂は耐熱性、弾
性に優れているが、本発明では特に耐熱温度２００℃以
上、伸び率８０％以上のシリコーン樹脂を用いる。ここ
で、伸び率とは、シリコーン樹脂のテストピースの両端
より引っ張り荷重を加えた時の、破断するまでの伸び率
のことである。このように、伸び率が大きいシリコーン
樹脂を接合剤３として用いることにより、静電チャック
部材１とベース部材２との熱膨張差を吸収しやすくなり
、熱膨張差の大きい材質同士を接合することができる。

【００１５】さらに、上記シリコーン樹脂からなる接合
剤３の厚みは、５〜４０μｍ程度、好ましくは１０〜１
５μｍとしてある。これは、厚みが５μｍより小さいと
ベース部材２表面のうねりのために静電チャック部材１
との間に隙間ができてしまい、一方厚みが４０μｍより
大きいと、静電チャック部材１の熱をベース部材２へ逃
がしにくくなるとともに、静電チャック部材１の取付精
度が悪くなるためである。

【００１６】また、上記シリコーン樹脂自体は熱伝導性
がやや低いが、上記のように厚みが小さいため、静電チ
ャック部材１からベース部材２への熱伝導を良くするこ
とができる。さらに、シリコーン樹脂中にウェハ汚染に
影響のない範囲で金属あるいは金属酸化物（Ａｌ、Ｓｉ
Ｏ２　等）を混入させることにより、熱伝導性を向上さ
せることもできる。

【００１７】さらに、以上の実施例では、ベース部材２
として金属材を用いたものを示したが、これに限らずセ
ラミックスを用いることもできる。例えば、窒化アルミ
ニウム（熱伝導率１５０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）、炭化珪
素（熱伝導率６０Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＢｅＯを含む炭化珪素
（熱伝導率２６０Ｗ／ｍ・Ｋ）などの熱伝導率が高いも
のを用いれば、静電チャック部材１の熱を逃がすことが
でき、同時に剛性に優れ、かつ寸法精度を高められるた
め、静電チャック部材１の表面の平坦度などを優れたも
のとできる。

【００１８】次に、本発明の接合構造を得るための製造
工程図を図３に示す。基本的な接合方法は、接合剤３と
してシリコーン樹脂をトルエン、アセトンなどの有機溶
剤で溶解してペースト状とし、ベース部材２の表面又は
静電チャック部材１の裏面のいずれかに塗布した後、双
方を密着させ、その後常温にて乾燥する工程からなる。 この接合方法において信頼性を向上させるためには、接
合剤３の塗布方法と乾燥方法が重要である。

【００１９】まず、接合剤３の塗布方法であるが、塗布
厚みが均一である方が接合強度を強く、かつ静電チャッ
クの取付精度を良くすることができ、また厚みが薄い方
が熱伝導性も良くなる。したがって望ましい方法の一つ
としてスクリーン印刷法が挙げられる。例えば、１００
〜３００メッシュのスクリーンを介してベース部材２の
表面または、静電チャック部材１の裏面のいずれかに、
スクリーン印刷により厚み５〜４０μｍとなるように接
合剤３を塗布する。このとき、スクリーンのメッシュサ
イズは用いる接合剤３の種類、望む塗布厚みにより、最
適なものを選べばよい。

【００２０】次に乾燥に関しては、接合面と接合剤３の
密着性を向上させるために５０〜１００ｇ／ｃｍ２　の
圧力をかけて、１〜２日間で乾燥させる。これは、５０
ｇ／ｃｍ２　より低荷重では密着性が不十分であり、一
方１００ｇ／ｃｍ２　より高荷重ではセラミック製の静
電チャック部材１が破損する可能性があるためである。

【００２１】以上のような製造工程とすることにより、
静電チャック部材１表面の平坦度を５μｍ以下、ベース
部材３裏面と静電チャック部材１表面との平行度を５μ
ｍ以下と、極めて高精度の接合構造とすることができる
。また、静電チャック部材１とベース部材２との接合強
度は、２０ｋｇ／ｃｍ２　以上となり、使用上問題はな
かった。

【００２２】次に、本発明実施例として、上記の方法で
接合したセラミック製静電チャックを用意し、比較例と
して、ガラスで接合したものを用意し、それぞれドライ
エッチング装置に用いた。

【００２３】ドライエッチング装置用静電チャックは使
用温度−１００〜１００℃の範囲で使用される。その加
工プロセスにより、半導体ウェハが加熱される熱を外部
へ逃がす必要があるため、静電チャック部材を固定する
ベース部材にはアルミニウムなどの高熱伝導性の金属を
用いた。一方、静電チャック部材を構成するセラミック
スとして、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３　）を用
いた。このとき、セラミック製静電チャック部材の熱膨
張率が１０．４×１０−６／℃に対して、ベース部材で
あるアルミニウムの熱膨張率は２３×１０−６／℃と差
が大きいため、比較例では使用中にセラミックス部分に
割れが発生した。これに対し本発明実施例では、シリコ
ーン樹脂からなる接合剤が両者の熱膨張率の差を吸収す
るため、割れなどが発生することはなく、使用上問題は
なかった。

【００２４】

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、セラミッ
ク製静電チャック部材とベース部材をシリコーン樹脂を
用いて接合したことによって、シリコーン樹脂は耐熱性
に優れ、互いの熱膨張差を吸収できることから、熱膨張
率に大きな差のあるベース部材とセラミック製静電チャ
ック部材との接合が可能となり、また広い温度範囲で有
効に使用することができる。そのため、特に−１００〜
１００℃の温度範囲で使用されるドライエッチング装置
に、好適に使用できる静電チャックの接合構造を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの接合構造を示す斜視図
である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】本発明の静電チャックの接合構造を製造するた
めの工程図である。

【図４】従来のメカニカルクランプによる静電チャック
の接合構造を示す斜視図である。

【符号の説明】 １・・・製電チャック部材 ２・・・ベース部材 ３・・・接合剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック製静電チャック部材とベース部
   材を、シリコーン樹脂で接合したことを特徴とする静電
   チャックの接合構造。