JPH10335439A - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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JPH10335439A
JPH10335439A JP14652097A JP14652097A JPH10335439A JP H10335439 A JPH10335439 A JP H10335439A JP 14652097 A JP14652097 A JP 14652097A JP 14652097 A JP14652097 A JP 14652097A JP H10335439 A JPH10335439 A JP H10335439A
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JP
Japan
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wafer
insulating layer
silicone rubber
electrostatic chuck
chuck
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JP14652097A
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English (en)
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Kazuhiko Tomaru
一彦 都丸
Tsutomu Yoneyama
勉 米山
Ryuichi Handa
隆一 半田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ウエハ裏面の凹凸部との密着性が良く、ウエ
ハの温度を均一に保つことができ、優れた冷却性能を維
持し且つダストの発生が少ない静電チャック。 【解決手段】 金属基板上にシリコーンゴムからなる第
1絶縁層と、該第1絶縁層上に電極として形成された導
電性パターンと、該導電性パターン上に表面にシボ模様
が形成されたシリコーンゴムからなる第2絶縁層が設け
られてなる静電チャック。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の製
造における基板の保持に用いられ、特にプラズマエッチ
ング工程、イオン注入工程、成膜工程において有用であ
る静電チャックに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より上記各プロセスにおいて静電吸
着方式やジョンセン・ラーベック力方式のウエハーチャ
ック、いわゆる静電チャックが用いられているが、チャ
ックの絶縁層としてはポリイミドアミドなどの耐熱性プ
ラスチックス、アルミナ、窒化アルミなどのセラミック
ス、シリコーンゴムなどのゴム弾性体が提案されてお
り、実用化されている。プラズマエッチング工程におい
てはプラズマより供給される熱によるウエハの温度上昇
を抑えてウエハの温度を均一、且つ一定に保持し高精度
のエッチングを行うために、静電チャックの裏面に冷却
チラーを流すなどの冷却機構を設けてウエハを冷却し、
ウエハの温度を均一に保ち、マスク材及びエッチング対
象物の下地との選択性を高くし、異方性形状を得ること
が行われている。また、イオン注入工程においてはイオ
ン注入によりウエハに発生する熱を効率良く放熱し、ウ
エハ温度をレジストの耐熱温度(120 ℃以下)で、均
一、且つ一定にする必要があり、静電チャックの裏面に
冷却チラーを流すなどの冷却機構を設けてウエハを冷却
することがおこなわれている。
【0003】絶縁層がセラミックス製の静電チャックを
プラズマエチング工程で使用する際セラミックスがプラ
ズマガスに対する耐久性に優れており、かつ高熱伝導性
であるために実用化されているが、ウエハと接触するセ
ラミックス製絶縁層が硬いため、ウエハ裏面の凹凸部と
の密着性が悪く、接触熱抵抗が大きいため十分な放熱特
性が得られないという問題がある。上記問題を解決する
ためにウエハと絶縁層の間にヘリウム等の不活性ガスを
流し、ウエハと絶縁層の間の熱移動の仲介をさせる方式
が一般的に用いられている。しかしこの方法ではガスを
ながすための溝を絶縁層表面に設けるなどの微細加工が
必要となるためチャックの製造コストが高くなる、また
その上不活性ガスを流すための設備も必要となるため更
にコストが高くなるという問題がある。またイオン注入
工程でセラミックス製の静電チャックを使用する場合
は、静電チャックが使用されるチャンバー内は 1.0×10
-5〜 1.0×10-7Torrといった高真空にする必要から不活
性ガスを流すことができないため、セラミック製静電チ
ャックではウエハの冷却性能に問題がある。さらに、セ
ラミック製静電チャックはウエハと接触する絶縁層が硬
いため、ウエハ裏面とのこすれにより金属ケイ素のダス
トやセラミックスのダストが発生し易くウエハの清浄度
が保たれないという問題がある。
【0004】ポリイミドなどの耐熱性プラスチック製の
静電チャックは、プラズマガスに対する耐久性は十分と
はいえないが、このチャックの製造が容易であり安価で
あるため現在最も広く使用されているが、熱伝導率が低
く、且つ表面が硬いためセラミックス製静電チャックと
同様にウエハ裏面の凹凸との密着性が悪く、接触熱抵抗
が大きいことから十分な放熱特性が得られないという問
題がある。また、ポリイミド製静電チャックはウエハ裏
面の凹凸によりポリイミド表面がこすれ、ポリイミドの
ダストが発生し易くウエハの清浄度が保たれないという
問題がある。
【0005】それに対してシリコーンゴム製の静電チャ
ックは、弾性体であるシリコーンゴムを絶縁層に用いる
ため、ウエハ裏面の凹凸部との密着性が良く、特に高熱
伝導性のシリコーンゴムを用いたチャックは特に効率よ
くウエハの温度を均一に保つことができる。特開昭59-6
4245号公報には、金属基板上にシリコーンゴムをガラス
クロスに浸透させた放熱性シリコーンプリプレグからな
る第1絶縁膜と第1絶縁膜上に電極として形成された銅
パターンと銅パターン上にシリコーンゴムからなる第2
絶縁膜が設けられた静電チャックが提案されている。し
かし一方シリコーンゴムはウエハ裏面の凹凸によりゴム
表面がこすれ、シリコーンゴムのダストが発生し易くウ
エハの清浄度が保たれないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した静電チャック
に共通の問題としてダスト(パーティクル)の発生によ
りウエハの清浄度が保たれないことがあるが、特に64M
B以上(デザインルール0.35μm以下)のDRAMの工
程ではウエハに付着するパーティクルを減少させること
が従来にも増して必要となってきている。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らはシリコーンゴ
ム製静電チャックのウエハとの密着性の良さによる優れ
た冷却性能を維持しつつ、ダストの発生を減少させるこ
とを目的とし鋭意検討した結果、金属基板上にシリコー
ンゴムからなる第1絶縁層と、該第1絶縁層上に電極と
して形成された導電性パターンと、該導電性パターン上
に表面にシボ模様が形成されたシリコーンゴムからなる
第2絶縁層が設けられてなることを特徴とする静電チャ
ックがこの目的に応えることができることを見出した。
【0008】
【発明の実施の形態】以下図面に従って発明を詳細に説
明する。図1は本発明の静電チャックの一例の縦断面
図、図2に本発明の静電チャックにおける導電性パター
ンの一例の横断面図を示す。図1の金属基板5は本発明
の静電チャックをプラズマエッチング工程で使用する場
合、プラズマを発生させる際に印加する高周波電源の電
極として働くが、その材質はプラズマガスに対して耐久
性のあるもので、半導体集積回路を汚染するダストが発
生しないものが好ましく、これにはアルミニウム、アル
マイト、ジュラルミンなどが好適である。第1絶縁層3
と第2絶縁層1としては、高熱伝導性の弾性体として、
シリコーンゴムが導電性の不純物やアウトガス成分が少
ないため、半導体集積回路のプロセスで使用するのに好
適である。このシリコーンゴムの熱伝導率が0.001cal/c
m・sec・℃以上であることが、プラズマより供給される熱
によるウエハの温度上昇を抑えて、ウエハの温度を均
一、且つ一定に保持し高精度のエッチングを行うことが
できるので好ましいが、より好ましくは0.002cal/cm・se
c・℃以上である。またウエハと第2絶縁層1の間の密着
性を良くして、接触熱抵抗を低下させることが重要であ
り、ウエハに働く吸着力により弾性体表面形状が容易に
ウエハ裏面の凹凸に追従するように変形可能なことが必
要である。すなわちこの弾性体の硬度(JIS−A)は
85以下であることが好ましいが、より好ましくは70以下
である。85を超えると吸着力によるシリコーンゴムの変
形が少なくなり、ウエハ裏面の凹凸への追従性が低下
し、接触熱抵抗が大きくなることがある。
【0009】また、図3で第2絶縁層1の表面に形成さ
れるシボ模様の断面形状の例1)〜3)を示すが、これ
に限定されない。これはウエハとの接触面積を冷却性能
が損なわれないレベルで、均一且つ有効に減少させ、ダ
ストの付着を減少させるために形成するものであり、ウ
エハとの有効接触面積がウエハ面積の20〜90%となるよ
うに形成することが好ましい。20%未満ではウエハとの
接触面積が不足することにより冷却性能が不足し、90%
を超えるとシリコーンゴム表面からウエハに付着するダ
スト量が増加することがある。なお有効接触面積はウエ
ハ非吸着時のチャックの表面形状、断面形状より算出し
た値とする。
【0010】本発明におけるシリコーンゴム組成物とし
ては、硬化前の性状がミラブルタイプ、液状タイプのい
ずれのものでも使用可能であり、硬化形態としては過酸
化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化
型などの各種硬化型のものが使用できるが、シート成形
性及び作業性の点からミラブルタイプの過酸化物硬化型
または付加反応硬化型のものが好適である。また、上記
シリコーンゴム組成物に高熱伝導性を付与するためのフ
ィラーとしては粉末アルミナ、窒化アルミ粉、窒化ホウ
素粉、窒化珪素粉、酸化マグネシウム粉、粉末シリカな
どの高熱伝導性セラミックス粉末が好適である。このフ
ィラーの配合量は硬化後のシリコーンゴムの熱伝導率が
0.001cal/cm・sec・℃以上となる量が好ましい。熱伝導率
が0.001cal/cm・sec・℃未満ではウエハの冷却効率が低下
し、ウエハ温度が上昇し一定温度に制御できなくなり、
集積回路の歩留まりが悪くなることがある。また、第1
絶縁層3と第2絶縁層1の厚さは放熱性の点から極力薄
い方が有利であり、50〜 1,000μmの範囲のものが好ま
しいが、より好ましくは 200〜 500μmの範囲である。
50μm未満では絶縁耐圧が低下するため静電チャックが
絶縁破壊を起こす確率が高くなり、半導体デバイスの歩
留まりが悪くなることがある。また、 1,000μmを超え
ると放熱性が低下しすぎるため、ウエハの冷却効率が悪
くなり集積回路の歩留まりが悪くなることがある。
【0011】本発明においてはシリコーンゴム組成物の
硬化物の強度及び硬度を調整する目的でシリコーンゴム
組成物に各種充填材を配合しても良く、着色剤、難燃性
付与剤も配合することができる。また本発明の静電チャ
ックの各層は接着剤により積層すればよいが接着剤層
2、4の接着剤としては、公知のシリコーンゴム系接着
剤及びシラン系カップリング剤、チタン系カップリング
剤を用いればよい。接着剤の塗布量は熱伝導性を低下さ
せないために極力少なくすることが必要で、接着剤層の
厚さとしては 0.1〜50μmが好ましく、より好ましくは
0.1〜30μmである。
【0012】導電性パターン6は静電チャックのウエハ
吸着のための電極として作用するものであるが、材質と
しては銅、アルミニウム、ニッケル、銀、タングステン
などの金属系の導電体、及び窒化チタンなどのセラミッ
クス系の導電体が用いられ、膜厚は1〜 100μmとする
ことが好ましく、より好ましくは5〜50μmである。1
μm未満では導電性パターンの機械的強度が低下し第2
絶縁層を積層する工程や電圧供給用のリード線を導電性
パターンに半田などで接合するときの半田コテの印圧に
より破損するなどの不都合が発生する。また 100μmを
超えても導電性パターンの機械的強度や電気的性能が更
に向上することはなく、材料コスト的に不経済となる。
また導電性パターン6の形状は、単極型(一般的には正
極となる)と双極型(正極と負極を均等に印加する)の
2種に大別されるが、本発明ではいずれの型とすること
も可能である。
【0013】リード線7は、静電チャックの電極パター
ンに電源より電圧を供給するものであるが、本発明の静
電チャックでは印加電圧が0〜± 4,000Vとされるの
で、絶縁耐圧に優れたPTFE,FEP,PFAなどの
フッ素樹脂被覆電線を用いるのが好適である。封止剤8
はリード線7と電極パターンの結線部間と、この結線部
と金属基板間の絶縁性を確保することを目的に敷設され
るが、その材質はシリコーン系、エポキシ系、ポリイミ
ド系などの公知の封止剤が使用できる。
【0014】
【実施例】以下に実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されない。
【0015】(第2絶縁層の作製) A:ジメチルシロキサン単位 99.85モル%、メチルビニ
ルシロキサン単位0.15モル%から成る平均重合度 8,000
のメチルビニルポリシロキサン B:ジ−t−ブチルパーオキサイド C:アルミナ粉・AL24[昭和電工(株)製商品名] D:窒化アルミ粉・XUS−35548[ダウケミカル
製商品名] E:窒化ホウ素粉・KBN−(h)10[信越化学工業
(株)製商品名] F:シリカ粉・クリスタライトVX−5[龍森社製商品
名] A〜Fを表1のように配合した各シリコーンゴム組成物
を用いてシート状のプレフォームを作製した後、プレス
圧力5kgf/cm2 、温度170 ℃、30 分の条件でプレス成形
し、オーブン中で 200℃、24時間のポストキュアを行い
片面にシボ模様を有する第2絶縁層となるシリコーンゴ
ムシート1〜4を作製した。これらのシートについて硬
度、シボ模様、ウエハとの有効接触面積、表面粗さ、熱
伝導率、シリコーンゴムシート厚さを測定した結果を表
1に示す。
【0016】(熱伝導率の測定方法)第2絶縁層シート
を作製するのに使用したシリコーンゴム組成物で成形し
た直径 5.0mm、厚さ9mmのテストサンプルを上部ヒータ
ー板(低温側)と下部ヒーター板(加熱側)の間に圧着
し、温度が一定になった後、シリコーンゴム両面間の温
度差及び熱流束を測定し下式より算出した。 λ=(Q/A)×(L/ΔT) 但し Q=伝熱量 (cal/sec) λ=熱伝導率[cal/cm・sec・℃] A=試験片の断面積 (cm2) L=試験片の厚さ (cm) ΔT=試験片両面間の温度差(℃)
【0017】
【表1】
【0018】(第1絶縁層の作製)第1絶縁層のシリコ
ーンゴムシートを、表1のシート1の原料と同一組成の
シリコーンゴム組成物を用いてシート状プレフォームを
作製し、プレス圧力5kgf/cm2 、温度 170℃、時間30分
の条件でプレス成形をした後で、オーブン中で 200℃、
24時間のポストキュアを行い作製した(以下でシート5
とする)。
【0019】(実施例1)上記で作製した第1絶縁層の
シート5にスクリーン印刷によりシリコーン系接着剤・
KE1825[信越化学工業(株)製商品名]を膜厚25
μmとなるよう塗布しその上に厚さ35μmの電解銅箔を
張り合わせ、圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時間30分の
条件でプレス接着した。次に化学エッチングにより第2
図に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極パターン
を形成した。次に第2絶縁層となるシート1にシリコー
ン系接着剤KE1825を膜厚25μmとなるよう塗布
し、銅パターン付き第1絶縁層の銅パターン側と張り合
わせ圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時間30分の条件でプ
レス接着した。次にアルミ基板にスクリーン印刷により
シリコーン系接着剤KE1825を膜厚25μmとなるよ
う塗布し、上記第1絶縁層/銅電極パターン/第2絶縁
層の積層複合シートの第1絶縁層側に張り合わせ圧力0.
5kgf/cm2、温度 120℃、時間30分の条件でプレス接着し
た。次に、銅パターンに半田付けによりPTFE被覆電
線を接合し、封止剤としてシリコーン系封止剤・KJR
632[信越化学工業(株)製商品名]を敷設し、静電
チャックを作製した。
【0020】(実施例2)第1絶縁層となるシート5に
スクリーン印刷によりシリコーン系接着剤KE1825
を膜厚25μmとなるよう塗布しその上に厚さ35μmの電
解銅箔を張り合わせ、圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時
間30分の条件でプレス接着した。次に化学エッチングに
より第2図に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極
パターンを形成した。次に第2絶縁層となるシート2に
シリコーン系接着剤KE1825を膜厚25μmとなるよ
う塗布し、銅パターン付き第1絶縁層の銅パターン側と
張り合わせ圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時間30分の条
件でプレス接着した。次にアルマイト処理アルミ基板に
スクリーン印刷によりシリコーン系接着剤KE1825
を膜厚25μmとなるよう塗布し、上記第1絶縁層/銅電
極パターン/第2絶縁層の積層複合シートの第1絶縁層
側に張り合わせ、圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時間30
分の条件でプレス接着した。次に、銅パターンに半田付
けによりFEP被覆電線を接合し、封止剤としてシリコ
ーン系封止剤・KJR632を敷設し、静電チャックを
作製した。
【0021】(実施例3)厚さ35μmの圧延銅箔に接着
剤・プライマーNo24[信越化学工業(株)製商品名]を
ハケで塗布し、室温で30分風乾し、第1絶縁層となるシ
ート5の未加硫シート(プレフォーム)を張り合わせ、
圧力0.5kgf/cm2、温度 170℃、時間10分の条件でプレス
硬化接着した。次に化学エッチングにより第2図に示す
パターンに銅箔をエッチングし銅電極パターンを形成し
た。次に、上記銅パターン/第1絶縁層の積層複合シー
トの銅パターン側に接着剤としてプライマーNo24をハケ
で塗布し、室温で30分風乾し、第2絶縁層となる未加硫
のシート3を張り合わせ、圧力0.5kgf/cm2、温度 170
℃、時間10分の条件でプレス硬化接着した。次にジュラ
ルミン基板にスクリーン印刷によりシリコーン系接着剤
KE1825を膜厚25μmとなるよう塗布し、上記第1
絶縁層/銅電極パターン/第2絶縁層の積層複合シート
の第1絶縁層側に張り合わせ、圧力0.5kgf/cm2、温度 1
20℃、時間30分の条件でプレス接着した。次に、銅パタ
ーンに半田付けによりPFA被覆電線を接合し、封止剤
としてエポキシ系封止剤・Kセミコート114を敷設
し、静電チャックを作製した。
【0022】(実施例4)厚さ50μmのアルミ箔に接着
剤・プライマーNo.24をハケで塗布し、室温で30分風乾
し、第1絶縁層となる未加硫のート5を張り合わせ、圧
力0.5kgf/cm2、温度 170℃、時間10分の条件でプレス硬
化接着した。次に化学エッチングにより第2図に示すパ
ターンにアルミ箔をエッチングしアルミ電極パターンを
形成した。次に上記アルミパターン/第1絶縁層の積層
複合シートのアルミパターン側に接着剤としてプライマ
ーNo.24をハケで塗布し、室温で30分風乾し、第2絶縁
層となる未加硫のシート4を張り合わせ、圧力0.5kgf/c
m2、温度 170℃、時間10分の条件でプレス硬化接着し
た。次にジュラルミン基板にスクリーン印刷により液状
シリコーン系接着剤KE1825を膜厚25μmとなるよ
う塗布し、上記第1絶縁層/アルミ電極パターン/第2
絶縁層の積層複合シートの第1絶縁層側に張り合わせ、
圧力0.5kgf/cm2、温度 120℃、時間10分の条件でプレス
接着した。次に、アルミパターンに半田付けによりPF
A被覆電線を接合し、封止剤としてエポキシ系封止剤・
Kセミコート114を敷設し、静電チャックを作製し
た。実施例1〜4の静電チャックの構成を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】(比較例1〜3)比較のために表3に示す
構成の静電チャックを作製し、実施例と同様にしてウエ
ハ温度を測定した。比較例1の静電チャックはポリイミ
ドタイプであり、比較例2の静電チャックは第1絶縁層
のアルミナと第2絶縁層のアルミナの間に銀電極パター
ンを一体に組込んだ一体焼成型静電チャックである。比
較例3のシリコーンゴムシートXは実施例1のシート1
の原料と同一組成でシボ形状を形成せず、ウエーハとの
有効接触面積を95%、Rmax= 0.5μmとしたもので、シ
ート状のプレフォームを作製した後、プレス圧力5kgf/
cm2 、温度 170℃、時間30分の条件でプレス成形を行っ
て作製したシートであって、硬度(JIS−A)=77、
熱伝導率= 0.0022cal/cm・sec・℃であった。比較例1〜
3の静電チャックの構成を表3に示す。
【0025】(冷却性能の測定)次に、図4の冷却性能
試験用チャンバー9に実施例1〜4の静電チャックおよ
び比較例1〜3の静電チャックを装着し冷却性能を確認
した。すなわち圧力0.01Torrの減圧下のチャンバー9内
で静電チャック10にDC± 0.5KVを電源15より供給し
ウエハ11を静電チャック10に静電吸着固定し、ヒーター
12によりウエハ11を 150℃に加熱したのちに4℃の冷却
水を冷却管14中を循環させウエハ11の温度が平衡状態に
なった時の温度を表面温度計13により測定した。その結
果を表2〜3に示すが、ウエハ温度は実施例1は75℃、
実施例2は80℃、実施例3は65℃、実施例4は90℃に冷
却されており、得られた静電チャックは冷却性能に優れ
ることが確認された。また比較例1のウエハ温度は 120
℃、比較例2は 110℃、比較例3は50℃であった。
【0026】(パーティクル数の計測)さらに実施例1
〜4の静電チャックおよび比較例1〜3の静電チャック
をプラズマエッチング装置に実装し、反応ガスとしてC
4 、O2 (P O2 /P CF4= 0.1、但しP は各ガス
の分圧を示す)を使用し、温度70℃、圧力 0.8Torr、マ
イクロ波入力 600W、ウエハ1枚あたりの処理時間60秒
という条件でシリコンウエハを処理し、処理したウエハ
の裏面に付着したパーティクル数をパーティクルカウン
ターで計測した結果、パーティクル数(0.15μm以上)
は、実施例1は 3,000個、実施例2は 2,300個、実施例
3は 1,800個、実施例4は 1,500個であった。また、比
較例1は 9,200個、比較例2は 7,500個、比較例3は
6,200個であった。以上のパーティクル数の計測結果に
ついても表2〜3に示した。以上の結果から、本発明の
静電チャックは冷却性能に優れ、かつパーティクルのウ
エハへの付着が少ないことが確認された。
【0027】
【表3】
【0028】
【発明の効果】本発明のシリコーンゴム製の静電チャッ
クは、弾性体であるシリコーンゴムを絶縁層に用いるた
め、ウエハ裏面の凹凸部との密着性が良く、ウエハの温
度を均一に保つことができ、優れた冷却性能を維持し且
つダストの発生が少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電チャックの一例の縦断面図であ
る。
【図2】本発明の静電チャックにおける導電性パターン
の一例の横断面図である。
【図3】第2絶縁層1の表面に形成されるシボ模様の縦
断面形状の例を示す。
【図4】実施例における静電チャックの冷却性能測定法
を示す略図である。
【符号の説明】 1…第2絶縁層、 2…接着剤層、 3…第1絶縁層、 4…接着剤層、 5…金属基板、 6…導電性パターン、 7…リード線、 8…封止剤、 9…冷却性能試験用チャンバー、 10…静電チャック、 11…ウエハ、 12…ヒーター、 13…表面温度計、 14…冷却管、 15…電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 半田 隆一 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基板上にシリコーンゴムからなる第
    1絶縁層と、該第1絶縁層上に電極として形成された導
    電性パターンと、該導電性パターン上に表面にシボ模様
    が形成されたシリコーンゴムからなる第2絶縁層が設け
    られてなることを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項2】 第2絶縁層のシリコーンゴム表面のウエ
    ハとの有効接触面積がウエハ面積の20〜90%であること
    を特徴とする請求項1記載の静電チャック。
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