TW201304049A - 靜電夾持裝置 - Google Patents

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Kazunori Ishimura
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

本發明之靜電夾持裝置係具備：具有作為用來載置板狀試料(W)的載置面的一個主面，並且內建有靜電吸附用內部電極(13)的靜電夾持部(2)；以及用來調整靜電夾持部(2)之溫度的溫度調整用基座部(3)；溫度調整用基座部(3)之位於靜電夾持部側之面的一部分或整體係由片狀或薄膜狀的絕緣材(4)所覆蓋，在該絕緣材(4)上接著有薄板狀的加熱元件(5)，靜電夾持部(2)與溫度調整用基座部(3)係經由使液狀接著劑硬化的絕緣性有機系接著劑層(6)接著而一體化。

Description

靜電夾持裝置
本發明是關於靜電夾持裝置。
本申請案是根據在2011年4月27日於日本提出申請的日本專利申請案2011-099982號主張優先權，並在此沿用其內容。
近年來，在半導體製程中，隨著元件的高積體化及高性能化，必須謀求微細加工技術更進一步的提升。在該半導體製程中，蝕刻技術也是微細加工技術的重要技術之一。近年來，蝕刻技術中，高效率並且可實現大面積之微細加工的電漿蝕刻技術成為主流。
該電漿蝕刻技術是乾蝕刻技術的一種。電漿蝕刻技術是在作為加工對象的固體材料上以抗蝕劑形成遮罩圖案，並在將該固體材料支持於真空中的狀態下，將反應性氣體導入該真空中。接下來，藉由對該反應性氣體施加高頻的電場，被加速的電子會與氣體分子衝撞而形成電漿狀態，因此使從該電漿產生的自由基(radical)及離子與從遮罩圖案露出的固體材料產生反應，並作為反應生成物加以去除。如上所述，是在固體材料形成微細圖案的技術。
另一方面，使原料氣體藉由電漿的作用而化合，並將所獲得的化合物堆積在基板上的薄膜成長技術之一，有電漿CVD法。該方法是藉由對包含原料分子的氣體施加高頻的電場，使其電漿放電。而且藉由利用該電漿放電而加速 的電子使前述原料分子分解，並使所獲得的化合物堆積的成膜方法。在低溫下僅藉由熱激起沒有發生的反應，在電漿中，系內的氣體也會相互衝撞而活化並形成自由基，因此便能反應。
電漿蝕刻裝置、電漿VCD裝置等使用電漿的半導體製造裝置中，以往以來，將晶圓簡單地安裝及/或固定在試料台，並且使用靜電夾持裝置作為使前述晶圓維持在所希望之溫度的裝置。
就這種靜電夾持裝置而言，提案有一種靜電夾持具，例如具備：內建有靜電吸附用內部電極的靜電夾持部；以及使該靜電夾持部冷卻的冷卻基座部；在前述靜電夾持部與冷卻基座部之間，設有藉由網版印刷法形成之厚度為0.5mm以下的加熱器，使該加熱器直接與靜電夾持部接觸，並藉由矽樹脂所構成的絕緣性接著劑層固定在冷卻基座部(專利文獻1)。
另外，也提案一種靜電夾持裝置，是具備以下構件：內建有靜電吸附用內部電極的靜電夾持部；將該靜電夾持部的溫度調整成所希望之溫度的溫度調整用基座部；以及藉由接著而使該靜電夾持部與溫度調整用基座部一體化，並且內建有厚度為200μm以下之由非磁性金屬所構成的薄板狀加熱元件的有機系接著劑層(專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2008-300491號公報
專利文獻2：日本特開2010-40644號公報
上述專利文獻1的靜電夾持裝置係為直接以網版印刷將加熱器烙印在靜電夾持部的背面的構造。
網版印刷係不容易進行加熱器之厚度的調整，而且，在所印刷的加熱器本身之固有電阻率的面內容易產生不均的情況，因此在面內之加熱器的發熱會不均，結果便有在晶圓的面內以及個體間的溫度不均的問題。
又，專利文獻2的靜電夾持裝置係在溫度調整用基座部之表面起伏大的情況時，會有溫度調整用基座部與加熱元件之間的有機系接著劑層的厚度也不均的問題點。
如此，習知的靜電夾持裝置中，載置於靜電夾持部上的晶圓之面內溫度分布的不均容易變大。因此，會有載置於靜電夾持部上的晶圓等的板狀試料無法獲得充分的面內溫度之均一性的問題點。
本發明是鑒於上述情況而研創者，其目的在於提供一種板狀試料之吸附面的面內溫度之均一性良好的靜電夾持裝置。
本案發明者等為了解決上述課題而精心檢討的結果發現，根據以下裝置，載置於靜電夾持部上的板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性會提升，因而完成了本發明。
亦即，使用來將靜電夾持部調整成所希望之溫度的溫 度調整用基座部之位於靜電夾持部側之面的一部分或整體，由片狀或薄膜狀的絕緣材所覆蓋。接下來，將薄板狀的加熱構件接著在該絕緣材的上側面，且為載置面側之面。再經由使液狀接著劑硬化的絕緣性有機系接著劑層接著靜電夾持部與溫度調整用基座部而一體化。本發明可藉由這種構造，使加熱構件與靜電夾持部的間隔、以及加熱構件與溫度調整用基座部的間隔均一化，結果，可使載置於靜電夾持部上的板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性提升。
亦即，本發明之靜電夾持裝置是具備：具有作為用來載置板狀試料之載置面的一個主面，並且內建有靜電吸附用內部電極的靜電夾持部；以及用來調整前述靜電夾持部之溫度的溫度調整用基座部；前述溫度調整用基座部之位於前述靜電夾持部側之面的一部分或整體是由片狀或薄膜狀的絕緣材所覆蓋，在前述絕緣材之位於前述載置面側的面接著有薄板狀的加熱構件，前述靜電夾持部與前述溫度調整用基座部是，經由使液狀接著劑硬化後的絕緣性有機系接著劑層接著而一體化。
該靜電夾持裝置是使溫度調整用基座部之靜電夾持部側之面的一部分或整體，由片狀或薄膜狀的絕緣材所覆蓋，並將薄板狀的加熱構件接著在該絕緣材的載置面側之面， 並且使靜電夾持部與溫度調整用基座部，經由使液狀接著劑硬化後的絕緣性有機系接著劑層接著而一體化。根據該構造，可藉由絕緣材、加熱構件、及有機系接著劑層，精密度良好地維持加熱構件與靜電夾持部之載置面的間隔、以及加熱構件與溫度調整用基座部的間隔。藉由該構造，就不用擔心會因為接著劑層之厚度的不均而導致板狀試料之面內溫度的均一性降低。因此，載置於靜電夾持部的板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性會提升，且更進一步連板狀試料間的溫度均一性也會提升。
本發明之靜電夾持裝置中，前述加熱構件最好是由非磁性金屬所構成之厚度0.2mm以下的薄板狀加熱元件。
本發明之靜電夾持裝置中，前述絕緣材的厚度不均最好在10μm以下。
本發明之靜電夾持裝置中，前述有機系接著劑層的肖氏硬度最好在A90以下，且熱傳導率在0.15W/mk以上。
本發明之靜電夾持裝置中，有機系接著劑層的厚度最好在50μm以上，配置在前述靜電夾持部與前述加熱構件之間的間隔件的楊氏係數最好在10GPa以下。
本發明之靜電夾持裝置中，前述加熱構件與前述溫度調整用基座部之間的熱傳達率最好比前述加熱構件與前述靜電夾持部之間的熱傳達率小。
本發明之靜電夾持裝置是使溫度調整用基座部的靜電夾持部側之面的一部分或整體，由片狀或薄膜狀的絕緣材 所覆蓋，並將薄板狀的加熱構件接著在該絕緣材的載置面側之面，並且使靜電夾持部與溫度調整用基座部，經由使液狀接著劑硬化的絕緣性有機系接著劑層接著而一體化。根據該構造，可精密度良好地維持加熱構件與靜電夾持部之載置面的間隔、以及加熱構件與溫度調整用基座部的間隔。因此，就不會因為接著劑層的厚度不均而導致板狀試料之面內溫度的均一性降低，而可使載置於靜電夾持部的板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性提升。
又，在將複數個板狀試料依序載置於載置面上，對這些板狀試料依序施以各種處理的情況時，也可使這些板狀試料間的溫度均一性提升，且可減小板狀試料間的製品參差不齊。
本發明中，最好使加熱構件做成為由非磁性金屬所構成之厚度0.2mm以下的薄板狀加熱元件，做成這種構造時，即使在高頻環境中使用本發明之靜電夾持裝置，也不用擔心加熱元件會因為高頻而自發熱。因此，可使該加熱元件的圖案不容易反映在板狀試料，且可使板狀試料的面內溫度維持在所希望的溫度圖案。
本發明中，最好將絕緣材的厚度不均設定在10μm以下，做成這種構造時，可將加熱構件與溫度調整用基座部之間隔的不均抑制在10μm以下，且可精密度良好地維持加熱構件與溫度調整用基座部的間隔。
本發明中，最好將有機系接著劑層的肖氏硬度設定在A90以下，並且將熱傳導率設定在0.15W/mk以上，做成這 種構造時，可藉由該有機系接著劑層來抑制因靜電夾持部與溫度調整用基座部之熱膨脹差所導致的變形，且可精密度良好地維持間隔，結果，可使加熱構件與靜電夾持部之一主面(兩主面中的一方主面)的載置面之間的熱傳導提升。
本發明中，最好將有機系接著劑層的厚度設定在50μm以上，並且將配置在靜電夾持部與加熱構件之間的間隔件的楊氏係數設定在10GPa以下。再者，間隔件的熱膨脹率最好在有機系接著劑之熱膨脹率的50%至200%的範圍。
做成這種構造時，可使載置於靜電夾持部之載置面的板狀試料在各種處理時之溫度上升所形成的面內溫度分布均一化。
本發明中，最好使加熱構件與溫度調整用基座部之間的熱傳達率，比加熱構件與靜電夾持部之間的熱傳達率小，做成這種構造時，使從加熱構件產生的熱容易流到靜電夾持部，同時不容易流到溫度調整用基座部。因此，可使從加熱構件產生的熱經由靜電夾持部有效地傳達至板狀試料。
本發明是關於一種適合使用在利用靜電力將半導體製程中的半導體晶圓等之板狀試料予以吸附固定時，而且板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性良好的靜電夾持裝置。
以下根據圖式，針對本發明之靜電夾持裝置的實施形 態加以說明。
此外，該形態是為了更容易理解發明之要旨而加以具體說明者，只要沒有特別的指定，就不限定本發明。可在不脫離發明的範圍，進行數量、位置、大小或數值等之變更、省略或追加。又，為了容易說明，有時圖式所使用的尺寸及比例與實際者有所出入。
第1圖是本發明之一實施形態的靜電夾持裝置的剖面圖。該靜電夾持裝置1係包括以下構件：圓板狀的靜電夾持部2；將該靜電夾持部2調整至所希望的溫度，並且具有某程度之厚度的圓板狀溫度調整用基座部3；覆蓋溫度調整用基座部3的靜電夾持部2側之面的一部分的片狀或薄膜狀的絕緣材4；接著在該絕緣材4的靜電夾持部2側之面的薄板狀的加熱元件5；使用來將靜電夾持部2與溫度調整用基座部3接著而一體化的液狀接著劑硬化的絕緣性之有機系接著劑層6；以及使靜電夾持部2與加熱元件5的間隔維持在一定之間隔的間隔件7。
靜電夾持部2是包括以下構件：上表面是用來載置半導體晶圓等之板狀試料W的載置面的載置板11；位在該載置板11的下表面，並且與載置板11一體化，以支持載置板11的支持板12；設在這些載置板11與支持板12之間的靜電吸附用內部電極13；設在該靜電吸附用內部電極13的周圍，且使靜電吸附用內部電極13絕緣的絕緣材層14；以及設置成貫穿支持板12，並將直流電壓施加在靜電吸附用內部電極13的供電用端子15。
在前述載置板11的載置面形成有複數個突起部16，該突起部16是圓柱狀，上表面進行過R加工，也就是上表面端部經過圓形倒角加工，而且直徑比板狀試料之厚度小。藉由這些突起部16便形成可支持所載置的板狀試料W的構成。突起部的形狀是只要可支持板狀試料W者，即可任意選擇。例如可為圓柱，亦可為四角柱或其他柱狀形狀，亦可為其他任意的形狀。
這些載置板11及支持板12的材料及形狀可任意選擇。載置板11及支持板12在重疊時會彼此相對向的兩個面的形狀，最好是同一形狀，即圓板狀的板體或其他類似的形狀。彼此相對向的兩個面的尺寸可以相同，亦可不同。載置板11及支持板12的具體例包含：由氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)複合燒結體、氧化鋁(Al2O3)燒結體、及氮化鋁(AlN)燒結體等之具有機械性強度，並且對於腐蝕性氣體及其電漿具有耐久性及絕緣性之由陶瓷燒結體所構成的板體。載置板11及支持板12的厚度可任意選擇，但載置板11的厚度最好在0.3mm至2mm，更佳為0.5mm至0.7mm。支持板12的厚度最好在1mm至6mm，更佳為2mm至4mm。
靜電吸附用內部電極13是被用來作為使其產生電荷而將藉由靜電吸附力所載置的板狀試料W固定在載置板11之載置面的靜電夾持用電極。靜電吸附用內部電極13係依其用途適當調整其形狀或大小來使用。
該靜電吸附用內部電極13係可由任意的材料來形成。然而，靜電吸附用內部電極13最好是由氧化鋁-碳化 鉭(Al2O3-TaC)導電性複合燒結體、氧化鋁-鎢(Al2O3-W)導電性複合燒結體、氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)導電性複合燒結體、氮化鋁-鎢(AlN-W)導電性複合燒結體、氮化鋁-鉭(AlN-Ta)導電性複合燒結體等導電性陶瓷、或是鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鈦(Ti)等高熔點金屬所形成。
靜電吸附用內部電極13的厚度並沒有特別的限定。但是最好在1μm以上50μm以下，更佳為3μm以上35μm以下，尤佳為5μm以上20μm以下。其理由在於，當厚度低於1μm時，面積電阻會變得過大，而有無法確保充分的導電性之情形，另一方面，當厚度超過50μm時，可能會因為該靜電吸附用內部電極13與載置板11及支持板12之間的熱膨脹率差，在該靜電吸附用內部電極13與載置板11及支持板12的接合交界面產生裂縫。
這種理想厚度的靜電吸附用內部電極13係可藉由濺鍍法或蒸鍍法等的成膜法、或是網版印刷法等的塗工法容易地形成。形狀亦可任意選擇，但是從成本及生產性之觀點來看，以網版印刷更為理想。為了比搭載面的外徑小1mm以上，並且使其顯現可使板狀試料W均勻地吸附在載置板11上的靜電吸附力，靜電吸附用內部電極的外徑最好為儘可能與板狀試料W同等的形狀。
絕緣材層14是包圍並封入靜電吸附用內部電極13，藉此保護靜電吸附用內部電極13受到腐蝕性氣體及其電漿的傷害，並且將載置板11與支持板12的交界部，也就是靜電吸附用內部電極13之外側的外周部區域藉由接合 而一體化。最好具有與構成載置板11及支持板12的材料相同的組成，或由主成分相同的絕緣材料所構成。
供電用端子15是為了將直流電壓施加在靜電吸附用內部電極13而設置的棒狀體。可為例如圓柱或四角柱。供電用端子15是包括以下構件：固定在靜電夾持部2內的供電用端子15a；以及藉由接合而與該供電用端子15a一體化，藉此與供電用端子15a電性連接，並藉由溫度調整用基座部3、絕緣體17及有機系接著劑層6而固定的供電用端子15b。供電用端子15的尺寸可任意選擇，但例如是圓柱時，剖面的直徑最好是1mm至5mm。比1mm小時，就不容易進行供電用端子15a與供電用端子15b的位置對準，而有無法導通之情形。又，比5mm大時，加熱元件5的貫通部會變大，沒有發熱體的面積會增加，因此有均熱特性會惡化之情形。供電用端子15的位置可任意選擇，但最好是在靜電吸附用內部電極13內的位置配置在至少一個部位。
就該供電用端子15的材料而言，只要是耐熱性良好的導電性材料即可，並沒有特別的限制。
例如，供電用端子15a的熱膨脹係數最好與靜電吸附用內部電極13及支持板12的熱膨脹係數相近。例如，適合使用與靜電吸附用內部電極13同一組成、或是類似組成的導電性陶瓷、或是鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鈮(Nb)及科百鐵鎳鈷合金等金屬材料。
另一方面，供電用端子15b的熱膨脹係數最好與後述 溫度調整用基座部3及有機系接著劑層6相近。例如，供電用端子15b最好與溫度調整用基座部3為相同的組成，或是類似組成的金屬材料，例如鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金、不鏽鋼(SUS)、及鈦(Ti)等便適合用在供電用端子15b。
該供電用端子15是藉由局部地包圍供電用端子15的絕緣體17，與溫度調整用基座部3絕緣。
而且，該供電用端子15是藉由接合而與支持板12一體化。再者，載置板11與支持板12是利用靜電吸附用內部電極13及絕緣材層14藉由接合而一體化。如此便構成靜電夾持部2。
靜電夾持部2的厚度，也就是這些載置板11、支持板12、靜電吸附用內部電極13及絕緣材層14的總厚度可任意選擇，但最好在1mm以上6mm以下。其理由在於，當靜電夾持部2的厚度低於1mm時，會有無法確保靜電夾持部2的機械性強度之情形，而且，加熱元件的形狀會反映在W的溫度分布，使W的面內溫度均一性降低，並不理想。
另一方面，當靜電夾持部2的厚度高於6mm時，加上載置板11及支持板12的靜電夾持部2的熱容量會變得過大，結果，所載置的板狀試料W的熱應答性會惡化，利用複數個加熱元件對板狀試料W的溫度在面內依各區域進行調整時，有時在區域間的溫度控制幅度會降低，並不理想。
溫度調整用基座部3是設在靜電夾持部2的下側。藉由調整該靜電夾持部2的溫度，將載置板11的載置面控制 在所希望的溫度，同時也可兼作為高頻產生用電極。
在該溫度調整用基座部3內可形成使水或有機溶媒等冷卻用媒體循環的流路21。藉由該流路，可將載置於上述載置板11上的板狀試料W的溫度維持在所希望的溫度。流路的形狀亦可任意選擇。
構成該溫度調整用基座部3的材料可任意選擇。只要是熱傳導性、導電性及加工性良好的金屬，或是包含這些金屬的複合材，即可沒有特別限制地使用。例如，適合使用鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金、以及不鏽鋼(SUS)等。厚度可任意選擇，但最好是20mm至60mm。20mm以下的情況時，會有流路22的施工困難之情形。60mm以上的情況時，重量會變重，因此會有對於半導體製造裝置的搭載作業性變差之情形。
該溫度調整用基座部3之至少暴露於電漿的面，最好進行過耐酸鋁處理，或是形成有氧化鋁等的絕緣膜。
絕緣材4是片狀或薄膜狀之具有耐熱性及絕緣性的樹脂。該絕緣性樹脂可任意選擇，例如有聚醯亞胺樹脂、聚矽氧烷樹脂、環氧樹脂、及丙烯酸樹脂等。
該絕緣材4的厚度可任意選擇，但最好是5μm至100μm。形狀亦可任意選擇，但最好是可取得基座部3與加熱元件5之電性絕緣的形狀。又，面內的厚度不均最好在10μm以內。
當絕緣材4之面內的厚度不均超過10μm時，會因為厚度的大小而在溫度分布產生高低差。結果，會影響到藉 由絕緣材4之厚度調整所進行的溫度控制，因此並不理想。
絕緣材4是藉由厚度均一之具有耐熱性及絕緣性的片狀或薄膜狀的接著劑層22(第1接著劑層)，接著並固定在溫度調整用基座部3之位於靜電夾持部2側的面。
該接著劑層22的厚度可任意選擇，但最好是10μm至100μm。又，面內的厚度不均最好在10μm以內。
在此，當接著劑22之面內的厚度不均超過10μm時，在絕緣材4與溫度調整用基座部3的面內間隔會產生超過10μm的不均，結果，可能會對藉由絕緣材4之厚度調整所進行的溫度控制帶來不良的影響，因此並不理想。
接著劑層22的種類可任意選擇，但最好是丙烯酸接著劑、環氧接著劑、或是聚矽氧烷接著劑等。
加熱元件5可任意選擇。較佳為至少具有一個使狹幅之帶狀金屬材料蛇行的形狀之具有兩個端部的連續圖案。存在的連續圖案的數目可為一個，亦可為2、3或4等。在該加熱元件5的兩端部連接有供電用端子31。該供電用端子31是藉由絕緣體32與溫度調整用基座部3絕緣。
該加熱元件5是藉由控制施加電壓，精確度良好地控制藉由靜電吸附而固定在載置板11之突起部16上的板狀試料W的面內溫度分布。
該加熱元件5的材料及條件可任意選擇。較佳為，最好是厚度在0.2mm以下0.01mm以上之具有一定厚度的非磁性金屬薄板。例如，可藉由光微影法，將鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、及鉬(Mo)薄板等蝕刻加工成所希望之加熱器圖案 而形成加熱元件5。
在此，將加熱元件5的厚度設定為0.2mm以下的理由在於，當厚度超過0.2mm時，加熱元件5的圖案形狀會反映在板狀試料W的溫度分布，並成為由於加熱元件部與接著層的熱傳導率之差異而導致W之溫度不均的主要原因。再者，隨著蝕刻厚度的增加，還會發生在厚度方向之加熱器寬度的不均。例如，藉由蝕刻的加熱器剖面會形成梯形狀，隨著加熱元件之厚度的增加，梯形的底邊與上邊的尺寸差還會增加，因此並不理想。
又，藉由使加熱元件5由厚度0.2mm以下之具有一定厚度的非磁性金屬薄板所形成，即使在高頻環境中使用靜電夾持裝置1，加熱元件5也不會因為高頻而自發熱。因此，便容易將板狀試料W的面內溫度維持在所希望的一定溫度或一定的溫度圖案。
又，藉由使用一定厚度之非磁性金屬薄板來形成加熱元件5，加熱元件5的厚度在加熱面所有區域都是一定的，且發熱量在加熱面所有區域也會是一定的。因此，可使靜電夾持部2之載置面的溫度分布均一化。
該加熱元件5與絕緣材4同樣是藉由厚度均一之具有耐熱性及絕緣性的片狀或薄膜狀的接著劑層23(第2接著劑層)，接著並固定在絕緣材4之位於靜電夾持部2側的面。
該接著劑層23的面內厚度可任意選擇，但最好是10至100μm。形狀亦可任意選擇，但最好是與加熱元件5同等形狀或是與絕緣材4同等形狀。厚度不均最好在10μm 以內。
當接著劑23之面內的厚度不均超過10μm時，在加熱元件5與絕緣材4的面內間隔會發生超過10μm的不均。結果，會對藉由絕緣材4之厚度調整所進行的溫度控制帶來不良影響，因此並不理想。
接著劑層23的種類可任意選擇，但最好是丙烯酸接著劑、環氧接著劑、或是聚矽氧烷接著劑等。
有機系接著劑層6(第3接著劑層)是使液狀有機系接著劑硬化後之絕緣性的有機系接著劑層。在使靜電夾持部2與溫度調整用基座部3、絕緣材4及加熱元件5之組合彼此相對向的狀態下，藉由接著使這些構件一體化之絕緣性的有機系接著劑層。
該有機系接著劑層6的厚度最好在200μm以下，更佳為100μm以下。有機系接著劑層6的厚度下限可任意選擇，但一般是在20μm以上。
在此，將有機系接著劑層6的厚度設定在200μm以下的理由在於，當厚度超過200μm時，伴隨液狀有機系接著劑之硬化收縮的厚度變化會變得過大。因此，在所得到的有機系接著劑層6會產生硬化收縮所引起的空隙，使接著強度降低，同時該接著劑層的熱傳達率會降低。而且，結果，靜電夾持部的升溫性能及冷卻性能會降低。
該有機系接著劑層6的肖氏硬度最好在A90以下，更佳為A70以下。下限係可任意選擇，但一般是在A20以上。
將有機系接著劑層6的肖氏硬度設定在A90以下的理 由在於，當肖氏硬度超過A90時會變得過硬，就不容易緩和靜電夾持部2與溫度調整用基座部3之間的應力。
構成該有機系接著劑層6之絕緣性的有機系接著劑可任意選擇。舉例來說，最好是丙烯酸系接著劑。就丙烯酸系接著劑之例而言，有丙烯酸及丙烯酸酯、異丁烯酸及異丁烯酸酯、丙烯醯胺、丙烯腈、及這些的聚合物或共聚物。
這些當中，尤其適合使用聚丙烯酸甲酯等的聚丙烯酸酯、及甲基丙烯酸甲酯等的甲基丙烯酸酯等。
前述丙烯酸系接著劑最好包含1體積%以上50體積%以下，較佳為10體積%以上40體積%以下，更佳為20體積%以上30體積%以下的乙酸乙烯或是丁酸乙烯酯。
由於包含1體積%以上50體積%以下的乙酸乙烯或丁酸乙烯酯，因此丙烯酸系接著劑的柔軟性會提升，結果，靜電夾持部2與溫度調整用基座部3、絕緣材4及加熱元件5之間的應力得以更為緩和。
有機系接著劑層6的熱傳導率最好在0.15W/mk以上，更佳為0.2W/mk，又更佳為0.25W/mk以上。上限可任意選擇，但一般是在5W/mk以下。
在此，當熱傳導率低於0.15W/mk時，就會不容易從加熱元件5對靜電夾持部2進行熱傳達。結果，載置於靜電夾持部2的板狀試料W之吸附面的面內溫度的均一性就會降低，板狀試料W間的溫度均一性也會降低，因此並不理想。而且，板狀試料W的升溫及冷卻速度會降低，並不理想。
間隔件7是設在加熱元件5與靜電夾持部2之間，用來將這些的間隔保持在既定的間隔。藉由間隔件7而可將加熱元件5與靜電夾持部2的間隔，也就是靜電夾持部2與溫度調整用基座部3的間隔保持在既定的間隔。
該間隔件7係與加熱元件5及絕緣材4同樣地藉由接著劑層而接著。具體而言，間隔件7是藉由厚度均一之具有耐熱性及絕緣性的片狀或薄膜狀的接著劑層24(第4接著劑層)，接著並固定在加熱元件5之位於靜電夾持部2側的面。
接著劑層24的厚度可任意選擇，但最好是10至100μm。形狀亦可任意選擇，但最好是圓形或正方形。接著劑層24的種類可任意選擇，但最好是丙烯酸、環氧、聚矽氧烷等的接著劑。
該間隔件7的楊氏係數最好在10GPa以下，更佳為1MPa以上10GPa以下。
在此，將間隔件7的楊氏係數設定在10GPa以下的理由是基於以下的理由。當間隔件7的楊氏係數超過10GPa時，要形成有機系接著劑層6的情況時，在液狀有機系接著劑層硬化收縮時，硬化收縮時的應力會集中在間隔件7。結果，會產生空隙及接著劑層的剝離，因此並不理想。
該靜電夾持裝置1中，加熱元件5與溫度調整用基座部3之間的熱傳達率是比加熱元件5與靜電夾持部2之間的熱傳達率小。
該靜電夾持裝置1中，藉由使加熱元件5與溫度調整 用基座部3之間的熱傳達率，小於加熱元件5與靜電夾持部2之間的熱傳達率，從加熱元件5產生的熱會朝向靜電夾持部2流動。根據該特徵，從加熱元件5產生的熱就不容易朝向溫度調整用基座部3流動。因此，從加熱元件5產生的熱便可經由靜電夾持部2有效地傳達至板狀試料W。
接下來，針對該靜電夾持裝置1的製造方法之例加以說明。
(靜電夾持部的形成)
首先，利用氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)複合燒結體，製作出板狀的載置板11及支持板12。在該情況下，可使包含碳化矽粉體及氧化鋁粉體的混合粉體成形為所希望的形狀，然後以例如1600℃至2000℃的溫度，在非氧化性環境下，較佳為在惰性環境下，藉由燒成既定的時間而獲得載置板11及支持板12。
接下來，在支持板12之至少一處形成用來嵌入並保持供電用端子15a的固定孔。
接下來，以可密接固定在支持板12之固定孔的大小及形狀來製作供電用端子15a。該供電用端子15a的製作方法可任意選擇。例如，將供電用端子15a做成為導電性複合燒結體的情況時，可列舉使導電性陶瓷粉體成形為所希望的形狀，然後加壓燒成的方法等。
導電性陶瓷粉體可選擇任意的材料。最好是由與靜電吸附用內部電極13同樣之材質所構成的導電性陶瓷粉體。
又，將供電用端子15a做成為金屬的情況時，可列舉 使用高熔點金屬，並藉由研削法、及粉體治金等金屬加工法等，使其形成為所希望之形狀的方法等。並且，將供電用端子15a嵌入支持板12的固定孔。
接著，在嵌入有供電用端子15a的支持板12之表面的既定區域，以與供電用端子15a接觸的方式，塗布使上述導電性陶瓷粉體等導電材料分散在有機溶媒的靜電吸附用內部電極形成用塗布液。接下來，使塗膜乾燥而作為靜電吸附用內部電極形成層。
此時所使用的塗布法係從可塗布成均一的厚度這點來看，最好是網版印刷法。另外，其他方法有藉由蒸鍍法或濺鍍法形成上述高熔點金屬之薄膜的方法、以及配設由上述導電性陶瓷或高熔點金屬所構成的薄板以作為靜電吸附用內部電極形成層的方法等。
又，在支持板12上且為形成有靜電吸附用內部電極形成層的區域以外的區域，為了使絕緣性、耐腐蝕性、及耐電漿性提升，係形成與載置板11及支持板12同一組成或主成分包含同一粉體材料的絕緣材層14。該絕緣材層14可利用任意的方法來形成。例如，可將使與載置板11及支持板12同一組成或主成分相同的絕緣材料粉體分散在有機溶媒的塗布液，以網版印刷等塗布在上述既定區域，並加以乾燥而形成。
接下來，在支持板12上的靜電吸附用內部電極形成層及絕緣材層上方重疊載置板11。接下來，將這些載置板11在高溫高壓下進行熱壓而一體化。該熱壓的環境雖可任意 選擇，但最好是真空或是氬(Ar)、氦(He)、氮(N2)等惰性氣體環境。又，此時的壓力及溫度可任意選擇，但壓力最好是5至10MPa，溫度最好是1600℃至1850℃。
藉由該熱壓，靜電吸附用內部電極形成層會被燒成，而形成由導電性複合燒結體所構成的靜電吸附用內部電極13。同時，支持板12及載置板11會經由絕緣材層14接合而一體化。
又，供電用端子15a是藉由在高溫及高壓下的熱壓再燒成而密接固定在支持板12的固定孔。
接下來，利用任意的方法對這些接合體的上下表面、外周進行機械加工，以及視需要利用機械加工形成氣孔等，而作為靜電夾持部2。
(基座部的形成)
另一方面，對由鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金、及不鏽鋼(SUS)等所構成的金屬材料施以機械加工，藉此形成使水在該金屬材料之內部循環的流路等。並且，形成用來嵌入並保持供電用端子15b及絕緣體17的固定孔；以及用來嵌入並保持供電用端子31及絕緣體32的固定孔，而得到溫度調整用基座部3。
對於該溫度調整用基座部3之至少暴露於電漿的面，最好施以耐酸鋁處理或是形成氧化鋁等的絕緣膜。
(加熱元件的形成)
準備鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、或是鉬(Mo)薄板等厚度在0.2mm以下之具有一定厚度的非磁性金屬薄板。使用厚 度均一之具有耐熱性及絕緣性之既定形狀圖案的片狀或薄膜狀的接著劑(接著劑層23)，使其密接在用來作為絕緣材4的材料。接下來，利用光微影法對該非磁性金屬薄板進行蝕刻加工而形成所希望的加熱器圖案，並作為加熱元件5。此時，接著劑層23及絕緣材4並不會受到蝕刻。
接下來，使用例如丙酮等對前述溫度調整用基座部3之位於靜電夾持部2側的面進行脫脂及洗淨。在該面的既定位置貼上具有耐熱性及絕緣性的片狀或薄膜狀的接著劑層22。
接下來，在該接著劑層22上配置接著有加熱元件5的前述絕緣材4，將絕緣材4與接著劑層22予以接著。此外，該絕緣材4是與該接著劑層22為相同的形狀及平面形狀之由聚醯亞胺樹脂、聚矽氧烷樹脂、環氧樹脂或丙烯酸樹脂等所構成之片狀或薄膜狀的具耐熱性及絕緣性的樹脂。
(間隔件的配置)
將貼上片狀間隔件材7及片狀接著劑層24，並依需要形成既定之形狀的間隔件，接著並固接在前述元件5上的任意位置。此外，間隔件的間隔件材與接著劑層24是相同的形狀。
(靜電夾持部與基座部的接著)
接下來，在具有絕緣材4、加熱元件5、間隔件7及接著劑層的溫度調整用基座部3上，塗布絕緣性的有機系接著劑。接著劑可任意選擇，例如可為丙烯酸及丙烯酸酯、 異丁烯酸及異丁烯酸酯、丙烯醯胺、丙烯腈、及這些的聚合物或是共聚物等的丙烯酸系接著劑。該絕緣性的有機系接著劑的塗布量是，以可使靜電夾持部2與溫度調整用基座部3藉由間隔件7等以保持一定之間隔的狀態接合一體化的方式，設定在既定量的範圍內。所謂既定量是指經由間隔件7形成的接著部空間體積以上的接著劑量。該接著劑的塗布方法可任意選擇，例如可用刮刀等以手動塗布，此外可列舉線棒塗布法、網版印刷法等。由於必須精確度良好地形成在溫度調整用基座部3上的既定區域，因此最好使用網版印刷法。
塗布後，使靜電夾持部2與溫度調整用基座部3，隔介絕緣性且有機系之接著劑而重疊。此時，將供電用端子15b及絕緣體17、以及供電用端子31及絕緣體32，插入並嵌入事先穿孔形成在溫度調整用基座部3中的供電用端子收容孔。
接下來，施加適度的壓力，直到靜電夾持部2的下表面與溫度調整用基座部3上的接著劑層24的間隔成為間隔件7的厚度為止，並除去掉落、被擠出的多餘接著劑。
根據以上所述，便可獲得靜電夾持部2、與包含絕緣材4、加熱元件5及間隔件7的溫度調整用基座部3隔介有機系接著劑層6接合而一體化的本實施形態之靜電夾持裝置1。
如此獲得的靜電夾持裝置1是使靜電夾持部2、與包含絕緣材4、加熱元件5及間隔件7的溫度調整用基座部 3，隔介有機系接著劑層6接著而一體化，因此可精確度良好地維持加熱元件5與靜電夾持部2之載置面的間隔、以及加熱元件5與溫度調整用基座部3的間隔。因此，就不會因為接著劑層的厚度不均而導致板狀試料之面內溫度的均一性降低，而可使載置於靜電夾持部2的板狀試料W之吸附面的面內溫度的均一性提升。
(實施例)
以下，依據實施例及比較例來具體說明本發明，但本發明並不限於這些實施例。
「實施例1」 (靜電夾持裝置的製作) (靜電夾持部的形成)
將載置板11以及在中央具有供電用端子的支持板12接合而一體化，藉此獲得靜電夾持部2。
具體而言，製作在內部埋設有藉由絕緣材層14與周圍絕緣，厚度為15μm之靜電吸附用內部電極13，並且具有第1圖所示的載置板11及支持板12的靜電夾持部2。
該靜電夾持部2的載置板11是包含8質量%之碳化矽的氧化鋁-碳化矽複合燒結體，且直徑為310mm，厚度為3mm的圓板狀。
又，支持板12也與載置板11同樣地包含8質量%之碳化矽的氧化鋁-碳化矽複合燒結體，且直徑為310mm，厚度為5.0mm的圓板狀。
對該接合體施以機械加工，形成直徑298mm、厚度 4.5mm的圓盤形。然後，使該載置板11的靜電吸附面形成高度50μm的多數個突起部16以作為凹凸面，並將這些突起部16的頂面作為板狀試料W的保持面。接合體是依據該形狀而形成，俾可使冷卻氣體在凹部(吸附面的突起部以外的部位)與被靜電吸附的板狀試料W之間所形成的凹槽流動。
(溫度調整用基座部的形成)
藉由機械加工，製作直徑350mm、高度30mm的圓盤狀的鋁製溫度調整用基座部3。在該溫度調整用基座部3的內部形成使冷媒循環的流路21。並且形成供電用端子及絕緣材用的複數個貫通孔。
(間隔件的形成)
使用厚度75μm的片狀聚醯亞胺樹脂作為間隔件材。使用該片材(高度：75μm)及環氧片狀接著劑(接著劑層24)(高度：25μm)進行層疊加工，藉此形成厚度100μm的積層構造，並將此積層構造切成幅寬(縱橫)2mm角的正方形，製作出間隔件7與接著劑層24(第4接著劑層)的積層體。
(加熱元件的形成)
準備厚度0.1mm、直徑300mm的鈦(Ti)薄板。使用接著劑層23(第2接著劑層)將該薄膜接著在絕緣材4(片狀的聚醯亞胺樹脂)上。然後，藉由光微影法，根據如以下所述的所希望之加熱器圖案，僅對薄板進行蝕刻加工，而將該鈦(Ti)薄板作為加熱元件5。
該加熱元件5的形狀是將圓板狀的薄板分割成四個同心圓狀，也就是以可形成圍住中心之圓形元件部的三個不同尺寸之圓環形狀元件部的方式分割，而作為四個分割元件部，且可個別地調整這些分割元件部各自之投入電流量的構造。
(第1接著劑層的形成)
使用丙酮對前述溫度調整用基座部3之位於靜電夾持部2側的面進行脫脂、洗淨。然後，在該經過處理之面的既定位置，貼上片狀且為基座3與加熱器5可電性絕緣之形狀的片狀之環氧接著劑，並作為接著劑層22(第1接著劑層)。
(絕緣材的設置)
接下來，在該接著劑層22上配置前述絕緣材4。絕緣材4與接著劑層22是大致相同的形狀。如此，加熱元件5、接著劑及絕緣材4的組合會藉由接著劑層22接著在基座部3。
(間隔件的配置)
藉由前述間隔件7及接著劑24，將事先形成的間隔件積層體接著在加熱元件5上的既定位置，並固定間隔件。
(第3接著劑層的形成)
接下來，在所獲得的溫度調整用基座部3上，利用網版印刷法塗布丙烯酸系接著劑。
(靜電夾持部與基座部的積層)
然後，使靜電夾持部2與溫度調整用基座部3隔介前 述丙烯酸系接著劑而重疊。重疊後，將供電用端子15b及絕緣體17、以及供電用端子31及絕緣體32，插入並嵌入在溫度調整用基座部3中穿孔形成的供電用端子收容孔。
接下來，施加適度的壓力，直到靜電夾持部2的下表面與溫度調整用基座部3上的接著劑層24的間隔成為間隔件7的厚度為止，並除去掉落、被擠出的多餘接著劑，以製作出實施例1的靜電夾持裝置。
形成在該靜電夾持部2與溫度調整用基座部3之間的丙烯酸系接著劑層的肖氏硬度為A60。
(評價)
針對上述靜電夾持裝置之(1)耐電壓性及(2)矽晶圓的面內溫度控制及升降溫特性分別進行評價。
(1)耐電壓性
使施加在溫度調整用基座部3與加熱元件5之間的電壓，從1kV每1kV地階段性上升，將電壓的最大值設為10kV。測定各電壓的洩漏電流。
結果，施加最大電壓之10kV時的洩漏電流為10μA以下，顯現出極為良好的耐電壓性。
(2)矽晶圓的面內溫度控制及升降溫特性 (評價a)
a.使直徑300mm、厚度0.775mm的矽晶圓靜電吸附在靜電夾持部2的載置面，並且使20℃的冷卻水在溫度調整用基座部3的流路循環，同時對加熱元件5的各分割元件部通電，直到矽晶圓的中心溫度成為60℃為止。使用熱像法 TVS-200EX(日本Avionics社製)來測定此時之矽晶圓的面內溫度分布。將該結果顯示於第2圖。
根據第2圖，已知矽晶圓的表面溫度被良好地控制在60±1.5℃的範圍。
(評價b)
b.接下來，在評價a的實驗之後，再增加加熱元件5之圓環型最外周的分割元件部的通電量，使其以升溫速度3℃/秒升溫，直到矽晶圓外周部的溫度從60℃成為80℃。使用熱像法TVS-200EX(日本Avionics社製)來測定此時之矽晶圓的面內溫度分布。將該結果顯示於第3圖。
根據第3圖，已知矽晶圓之最外周的表面溫度被良好地控制在80±2.0℃的範圍。
(評價c)
c.在評價b的實驗之後，僅停止加熱元件5最外周的圓環型分割元件部的通電，使矽晶圓外周部的溫度降溫至40℃。使用熱像法TVS-200EX(日本Avionics社製)來測定此時之矽晶圓的面內溫度分布。將該結果顯示於第4圖。
根據第4圖，已知矽晶圓最外周的表面溫度被良好地控制在40±1.0℃的範圍。
根據上述評價a至c的測定結果，已知矽晶圓的面內溫度被良好地控制在±2.0℃的範圍內。
「比較例1」 (靜電夾持裝置的製作)
與實施例1同樣地，製作靜電夾持部及溫度調整用基 座部。隔介片狀接著劑層23將與實施例1所形成者為相同材質、且為相同形狀的加熱元件接著在靜電夾持部的支持板表面。使用片狀的接著劑層22將與實施例1所使用者為相同形狀及材料的聚醯亞胺樹脂製的絕緣材4接著在溫度調整用基座部3的表面上。再將靜電夾持部及溫度調整用基座部兩者，隔介肖氏硬度D50的丙烯酸接著劑而重疊。除了這些條件以外，比較例的靜電夾持裝置是依據實施例1來製作。比較例1與實施例1的不同點在於，加熱器5是接著在夾持部2側，加熱構件是直接形成在靜電夾持部的支持板上。
(評價)
依據實施例來評價比較例的靜電夾持裝置。
結果，(1)關於耐電壓性，施加10kV或4kV之電壓時的洩漏電流為10μA以下，顯現出極為良好的耐電壓性。
然而，(2)矽晶圓的面內溫度控制及升降溫特性是，矽晶圓的面內溫度會變成±3℃的範圍，已知面內溫度的均一性降低。
(產業上的可利用性)
本發明提供一種板狀試料之吸附面的面內溫度的均一性良好的靜電夾持裝置。
1‧‧‧靜電夾持裝置
2‧‧‧靜電夾持部
3‧‧‧溫度調整用基座部
4‧‧‧絕緣材
5‧‧‧加熱元件
6‧‧‧有機系接著劑層
7‧‧‧間隔件
11‧‧‧載置板
12‧‧‧支持板
13‧‧‧靜電吸附用內部電極
14‧‧‧絕緣材層
15、15a、15b、31‧‧‧供電用端子
16‧‧‧突起部
17、32‧‧‧絕緣體
21‧‧‧流路
22、23、24‧‧‧接著劑層
W‧‧‧板狀試料
第1圖是本發明之一實施形態的靜電夾持裝置的剖面圖。
第2圖是將本發明之實施例的靜電夾持裝置保持在60 ℃時之矽晶圓的面內溫度分布圖。
第3圖是本發明之實施例的靜電夾持裝置在升溫時之矽晶圓的面內溫度分布圖。
第4圖是本發明之實施例的靜電夾持裝置在降溫時之矽晶圓的面內溫度分布圖。
1‧‧‧靜電夾持裝置
2‧‧‧靜電夾持部
3‧‧‧溫度調整用基座部
4‧‧‧絕緣材
5‧‧‧加熱元件
6‧‧‧有機系接著劑層
7‧‧‧間隔件
11‧‧‧載置板
12‧‧‧支持板
13‧‧‧靜電吸附用內部電極
14‧‧‧絕緣材層
15、15a、15b、31‧‧‧供電用端子
16‧‧‧突起部
17、32‧‧‧絕緣體
21‧‧‧流路
22、23、24‧‧‧接著劑層
W‧‧‧板狀試料

Claims (6)

  1. 一種靜電夾持裝置，係具備：具有作為用來載置板狀試料之載置面的一個主面，並且內建有靜電吸附用內部電極的靜電夾持部；以及用來調整前述靜電夾持部之溫度的溫度調整用基座部；前述溫度調整用基座部之位於前述靜電夾持部側之面的一部分或整體係由片狀或薄膜狀的絕緣材所覆蓋，在前述絕緣材之位於前述載置面側的面接著有薄板狀的加熱構件，前述靜電夾持部與前述溫度調整用基座部，係經由使液狀接著劑硬化的絕緣性有機系接著劑層接著而一體化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾持裝置，其中，前述加熱構件係由非磁性金屬所構成之厚度0.2mm以下的薄板狀加熱元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾持裝置，其中，前述絕緣材的厚度不均係在10μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾持裝置，其中，前述有機系接著劑層的肖氏硬度係在A90以下，且熱傳導率在0.15W/mk以上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾持裝置，其中，前述有機系接著劑層的厚度係在50μm以上，配置在前述 靜電夾持部與前述加熱構件之間的間隔件的楊氏係數係在10GPa以下。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾持裝置，其中，前述加熱構件與前述溫度調整用基座部之間的熱傳達率係比前述加熱構件與前述靜電夾持部之間的熱傳達率小。
TW101115106A 2011-04-27 2012-04-27 靜電夾持裝置 TWI544569B (zh)

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