TW202036777A - 靜電吸盤 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一種可提高電漿控制性的靜電吸盤。 本發明的解決手段為一種靜電吸盤，包含：陶瓷介電質基板，具有第一、第二主表面；基座板；第一電極層，配設於陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接；第二電極層，配設於陶瓷介電質基板的內部，與吸附用電源連接，第一電極層在Z軸方向上配設於第一主表面與第二主表面之間，第一電極層的Z軸方向上的尺寸比第二電極層的Z軸方向上的尺寸還大，第二電極層在Z軸方向上配設於第一電極層與第一主表面之間，第一電極層具有第一主表面側的第一面，和與第一面相反側的第二面，被從第二面側供電，第一電極層具有包含第一面的第一部分，包含陶瓷成分與金屬成分，第一部分中的陶瓷成分的濃度比第一電極層的陶瓷成分的平均濃度還高。

Description

靜電吸盤
本發明的態樣一般是關於靜電吸盤(electrostatic chuck)。
在進行蝕刻(etching)、CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)、濺鍍(sputtering)、離子注入(ion implantation)、灰化(ashing)等的電漿處理反應室(plasma processing chamber)內，靜電吸盤被使用當作吸附保持半導體晶圓(semiconductor wafer)或玻璃基板(glass substrate)等的處理對象物的手段(means)。靜電吸盤是將靜電吸附用電力施加於內建的電極，利用靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。
當進行電漿處理時，例如從RF(Radio Frequency)電源(高頻電源)對配設於反應室內的上部的上部電極，與配設於比上部電極還下方的下部電極施加電壓，產生電漿。
在習知的靜電吸盤中，以配設於靜電吸盤的下部的基座板(base plate)作為下部電極而產生電漿。但是，在選擇適當的頻率而對電漿密度的晶圓面內分布要求更進一步的控制的狀況下，在這種構成的電漿控制有界限。因此，近年來嘗試了使電漿產生用的下部電極內建於配設於基座板之上的介電質層(dielectric layer)，提高電漿控制性。
[專利文獻1]：日本國特開2008-277847號公報 [專利文獻2]：日本國特開2011-119654號公報
本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的為提供一種可提高電漿控制性的靜電吸盤。
第一發明為一種靜電吸盤，其特徵在於包含：陶瓷介電質基板(ceramic dielectric substrate)，具有：載置吸附的對象物的第一主表面(principal surface)，和與前述第一主表面相反側的第二主表面；基座板(base plate)，支撐前述陶瓷介電質基板；至少一個第一電極層，配設於前述陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接；至少一個第二電極層，配設於前述陶瓷介電質基板的內部，與吸附用電源連接，前述第一電極層在從前述基座板朝向前述陶瓷介電質基板的Z軸方向上配設於前述第一主表面與前述第二主表面之間，前述第一電極層的前述Z軸方向上的尺寸比前述第二電極層的前述Z軸方向上的尺寸還大，前述第二電極層在前述Z軸方向上配設於前述第一電極層與前述第一主表面之間，前述第一電極層具有前述第一主表面側的第一面，和與前述第一面相反側的第二面，被從前述第二面側供電，前述第一電極層具有包含前述第一面的第一部分，包含陶瓷成分與金屬成分，前述第一部分中的前述陶瓷成分的濃度比前述第一電極層的前述陶瓷成分的平均濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由將與高頻電源連接的第一電極層配設於陶瓷介電質基板的內部，例如可縮短配設於比靜電吸盤還上方的電漿產生用的上部電極與第一電極層(下部電極)之間的距離。據此，例如與將基座板作為電漿產生用的下部電極的情形等比較，可藉由低的電力提高電漿密度。可提高電漿控制的響應性(responsiveness)。而且，依照該靜電吸盤，藉由使第一部分中的陶瓷成分的濃度比第一電極層的陶瓷成分的平均濃度還高，可提高位於第二電極層側的第一部分的絕緣性，可縮短第一電極層與第二電極層之間的距離。據此，可縮短電漿產生用的上部電極與第一電極層(下部電極)之間的距離，可降低阻抗(impedance)，可提高電漿控制性。
第二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明中，前述第一部分中的前述陶瓷成分的濃度比在前述第一電極層中的前述第一部分以外的部分的前述陶瓷成分的濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由使第一部分中的陶瓷成分的濃度比在第一電極層中的第一部分以外的部分的陶瓷成分的濃度還高，可提高位於第二電極層側的第一部分的絕緣性，可縮短第一電極層與第二電極層之間的距離。據此，可縮短電漿產生用的上部電極與第一電極層(下部電極)之間的距離，可降低阻抗，可提高電漿控制性。
第三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明或第二發明中，前述第一電極層更具有在前述Z軸方向上與前述第一部分鄰接的第二部分，前述第一部分中的前述陶瓷成分的濃度比前述第二部分中的前述陶瓷成分的濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由使第一部分中的陶瓷成分的濃度比第二部分中的陶瓷成分的濃度還高，可提高位於第二電極層側的第一部分的絕緣性，可縮短第一電極層與第二電極層之間的距離。據此，可縮短電漿產生用的上部電極與第一電極層(下部電極)之間的距離，可降低阻抗，可提高電漿控制性。
第四發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第三發明中的任一項發明中，前述第一電極層更具有包含前述第二面的第三部分，前述第三部分中的前述金屬成分的濃度比前述第一電極層的前述金屬成分的平均濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由使第三部分中的金屬成分的濃度比第一電極層的金屬成分的平均濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應(skin effect)而流動高頻電流的第一電極層的第二面側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
第五發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第四發明中，前述金屬成分的熱傳導率(thermal conductivity)比前述陶瓷成分的熱傳導率還大。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層所包含的金屬成分的熱傳導率比第一電極層所包含的陶瓷成分的熱傳導率還大，且使位於基座板側的第三部分中的金屬成分的濃度比第一電極層的金屬成分的平均濃度還高，可將施加高頻電力時產生的熱有效地散熱到基座板側，可抑制因發熱造成對電漿密度的面內均勻性的不良影響。
第六發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第五發明中的任一項發明中，前述第一電極層更具有包含前述第二面的第三部分，前述第三部分中的前述金屬成分的濃度比在前述第一電極層中的前述第三部分以外的部分的前述金屬成分的濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由使第三部分中的金屬成分的濃度比在第一電極層中的第三部分以外的部分的金屬成分的濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應而流動高頻電流的第一電極層的第二面側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
第七發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第六發明中的任一項發明中，前述第一電極層更具有：包含前述第二面的第三部分，和在前述Z軸方向上與前述第三部分鄰接的第四部分，前述第三部分中的前述金屬成分的濃度比前述第四部分中的前述金屬成分的濃度還高。
依照該靜電吸盤，藉由使第三部分中的金屬成分的濃度比第四部分中的金屬成分的濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應而流動高頻電流的第一電極層的第二面側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
第八發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第七發明中的任一項發明中，前述第一部分中的前述金屬成分的濃度為30%以上。
依照該靜電吸盤，藉由使第一部分中的金屬成分的濃度為30%以上，可使第一部分的電阻值作為電漿產生用的下部電極為更適合的值。
第九發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第八發明中的任一項發明中，前述陶瓷成分與前述陶瓷介電質基板的主成分相同。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的陶瓷成分與陶瓷介電質基板的主成分相同，可縮小陶瓷介電質基板的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)與第一電極層的熱膨脹係數的差，可抑制陶瓷介電質基板與第一電極層的剝離等的不良狀況。
第十發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第九發明中的任一項發明中，前述陶瓷成分包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔(yttrium oxide)的至少一個。
如此，依照與實施形態有關的靜電吸盤，藉由使用例如包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔的至少一個陶瓷成分的第一電極層，可提供耐電漿性、機械強度(mechanical strength)、導熱性(thermal conductivity)、電絕緣性等的種種特性優良的靜電吸盤。
第十一發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第十發明中的任一項發明中，前述金屬成分包含鈀、銀、鉑、鉬及鎢的至少一個。
如此，依照與實施形態有關的靜電吸盤，例如可使用包含鈀、銀、鉑、鉬及鎢的至少一個金屬成分的第一電極層。
第十二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第十一發明中的任一項發明中，前述第一電極層的厚度為1μm以上、500μm以下。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的厚度為該範圍，可降低集膚效應的影響，可提高電漿密度的面內均勻性，同時可抑制RF響應性的降低。
第十三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第十二發明中的任一項發明中，前述第一電極層更具有包含前述第二面的第三部分，前述第三部分中的前述金屬成分的濃度比前述第二電極層的金屬成分的平均濃度還高。
依照該靜電吸盤，因第一電極層的第三部分的金屬成分濃度比第二電極層的金屬成分的平均濃度還高，故可充分降低供給有高頻電力的第一電極層的電阻。
依照本發明的態樣，可提供可提高電漿控制性的靜電吸盤。
以下，就本發明的實施的形態一邊參照圖式，一邊進行說明。此外各圖式中，對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。
圖1是舉例說明與實施形態有關的靜電吸盤之示意剖面圖。 如圖1所示，靜電吸盤100具備：陶瓷介電質基板10與第一電極層11與第二電極層12與基座板50。
陶瓷介電質基板10是由例如燒結陶瓷構成的平板狀的基材。例如陶瓷介電質基板10包含氧化鋁(alumina：Al2 O3 )。例如陶瓷介電質基板10以高純度的氧化鋁形成。陶瓷介電質基板10中的氧化鋁的濃度為例如90質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，較佳為95質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，更佳為99質量百分比(mass%)以上、100mass%以下。藉由使用高純度的氧化鋁，可提高陶瓷介電質基板10的耐電漿性。此外，氧化鋁的濃度可藉由X射線螢光分析(X-ray fluorescence analysis)等進行測定。
陶瓷介電質基板10包含氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔(Yttria：Y2 O3 )之中的至少任一個也可以。藉由使用包含該等陶瓷的陶瓷介電質基板10，可提供耐電漿性、機械強度、導熱性、電絕緣性等的種種特性優良的靜電吸盤。
陶瓷介電質基板10具有：第一主表面10a與第二主表面10b。第一主表面10a是載置吸附的對象物W的面。第二主表面10b是與第一主表面10a相反側的面。吸附的對象物W例如為矽晶圓等的半導體基板。
此外，在本案說明書中以從基座板50朝向陶瓷介電質基板10的方向作為Z軸方向。Z軸方向例如如在各圖所舉例說明的為連結第一主表面10a與第二主表面10b的方向。Z軸方向例如為對第一主表面10a及第二主表面10b略垂直的方向。將與Z軸方向正交的方向之一當作X軸方向，將正交於Z軸方向及X軸方向的方向當作Y軸方向。在本案說明書中，[面內]是指例如X-Y平面內。
在陶瓷介電質基板10的內部配設有第一電極層11及第二電極層12。第一電極層11及第二電極層12配設於第一主表面10a與第二主表面10b之間。也就是說，第一電極層11及第二電極層12配設成插入於陶瓷介電質基板10之中。第一電極層11及第二電極層12例如藉由一體燒結於陶瓷介電質基板10而被內建也可以。
第一電極層11在Z軸方向上位於第一主表面10a與第二主表面10b之間。第二電極層12在Z軸方向上位於第一主表面10a與第一電極層11之間。換言之，第一電極層11在Z軸方向上位於第二電極層12與第二主表面10b之間。
第一電極層11與高頻電源(圖5的高頻電源504)連接。藉由從高頻電源對上部電極(圖5的上部電極510)及第一電極層11施加電壓(高頻電壓)，在處理容器(圖5的處理容器501)內部產生電漿。第一電極層11換言之是用以產生電漿的下部電極。高頻電源將高頻的AC(交流)電流供給到第一電極層11。此處所稱的[高頻]為例如200kHz以上。第一電極層11具有第一主表面10a側的第一面11a，和與第一面11a相反側的第二面11b。在第一電極層11從第二面11b側供給有高頻電流。
第二電極層12與吸附用電源(圖5的吸附用電源505)連接。靜電吸盤100藉由從吸附用電源對第二電極層12施加電壓(吸附用電壓)，在第二電極層12的第一主表面10a側產生電荷，利用靜電力吸附保持對象物W。換言之，第二電極層12是用以吸附對象物W的吸附電極。吸附用電源將直流(DC)電流或AC電流供給到第二電極層12。吸附用電源例如為DC電源。吸附用電源例如為AC電源也可以。
第一電極層11的Z軸方向上的尺寸比第二電極層12的Z軸方向上的尺寸還大。也就是說，第一電極層11的厚度例如比第二電極層12的厚度還大。藉由使第一電極層11的厚度比第二電極層12的厚度還大，可降低集膚效應的影響，可提高電漿密度的面內均勻性。關於第一電極層11及第二電極層12的厚度的測定方法係於後述。
如此，藉由將第一電極層11配設於陶瓷介電質基板10的內部，可縮短配設於比靜電吸盤100還上方的高頻電源的上部電極(圖5的上部電極510)與第一電極層11(下部電極)之間的距離。據此，例如與將基座板50當作下部電極的情形等比較，可藉由低的電力提高電漿密度。換言之，可降低用以得到高的電漿密度所需的電力。
第一電極層11及第二電極層12的形狀是沿著陶瓷介電質基板10的第一主表面10a及第二主表面10b的薄膜狀。
第一電極層11包含陶瓷成分與金屬成分。第一電極層11例如為由陶瓷成分及金屬成分構成較佳。
第一電極層11的陶瓷成分例如包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔(yttria：Y2 O3 )的至少一個。
第一電極層11的陶瓷成分例如與陶瓷介電質基板10的主成分相同。藉由使第一電極層11的陶瓷成分與陶瓷介電質基板10的主成分相同，可縮小陶瓷介電質基板10的熱膨脹係數與第一電極層11的熱膨脹係數的差，可抑制陶瓷介電質基板10與第一電極層11的剝離等的不良狀況。
第一電極層11的金屬成分例如包含鈀(Pd)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鉬(Mo)及鎢(W)的至少一個。
第二電極層12包含金屬成分。第二電極層12也可以包含陶瓷成分與金屬成分。第二電極層12由陶瓷成分及金屬成分構成較佳。
第二電極層12的陶瓷成分例如包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔的至少一個。第二電極層12的陶瓷成分例如與陶瓷介電質基板10的主成分相同。第二電極層12的陶瓷成分例如與第一電極層11的陶瓷成分相同。
第二電極層12的金屬成分例如包含鈀(Pd)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鉬(Mo)及鎢(W)的至少一個。第二電極層12的金屬成分例如與第一電極層11的金屬成分相同。
在第二電極層12配設有延伸於陶瓷介電質基板10的第二主表面10b側的連接部20。連接部20例如為與第二電極層12導通的介層(via)(實心型)或介層孔(via hole)(空心型)。連接部20也可以是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接的金屬端子。
基座板50是支撐陶瓷介電質基板10的構件。陶瓷介電質基板10藉由接著構件60固定在基座板50之上。作為接著構件60例如使用矽接著劑(silicone adhesive)。
基座板50例如為鋁等的金屬製。基座板50例如也可以是陶瓷製。基座板50例如分成上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間配設有連通道55。連通道55的一端側連接於輸入道51，連通道55的另一端側連接於輸出道52。
基座板50也發揮進行靜電吸盤100的溫度調整的作用。例如在將靜電吸盤100冷卻的情形下，從輸入道51流入氦氣等的冷卻介質(cooling medium)，通過連通道55，從輸出道52流出。據此，藉由冷卻介質吸收基座板50的熱，可冷卻安裝在其上的陶瓷介電質基板10。另一方面，在將靜電吸盤100保溫的情形下，也可以在連通道55內放入保溫介質。也可以將發熱元件(heating element)內建於陶瓷介電質基板10或基座板50。藉由調整基座板50或陶瓷介電質基板10的溫度，可調整藉由靜電吸盤100吸附保持的對象物W的溫度。
在該例子中，在陶瓷介電質基板10的第一主表面10a側設有溝14。溝14向從第一主表面10a朝向第二主表面10b的方向(Z軸方向)凹陷，在X-Y平面內連續延伸。在第一主表面10a上，在未設置有溝14的區域的至少一部分設置有複數個凸部13(點)。對象物W被載置於複數個凸部13之上，藉由複數個凸部13支撐。凸部13為與對象物W的背面接觸的面。若設置有複數個凸部13，則在載置於靜電吸盤100的對象物W的背面與第一主表面10a之間形成有空間。藉由適宜選擇凸部13的高度、數目、凸部13的面積比率、形狀等，例如可使附著在對象物W的微粒(particle)成為較佳的狀態。例如複數個凸部13的高度(Z軸方向上的尺寸)可為1μm以上、100μm以下，較佳為1μm以上、30μm以下，更佳為5μm以上、15μm以下。
陶瓷介電質基板10具有與溝14連接的貫通孔15。貫通孔15從第二主表面10b到第一主表面10a被設置。也就是說，貫通孔15從第二主表面10b到第一主表面10a為止延伸於Z軸方向，貫通陶瓷介電質基板10。
在基座板50配設有氣體導入道53。氣體導入道53例如配設成貫通基座板50。氣體導入道53也可以不貫通基座板50而從其他的氣體導入道53的途中分岔而配設到陶瓷介電質基板10側。而且，氣體導入道53也可以配設於基座板50的複數處。
氣體導入道53與貫通孔15連通。也就是說，流入氣體導入道53的傳送氣體(氦(He)等)在通過氣體導入道53後流入貫通孔15。
流入貫通孔15的傳送氣體在通過貫通孔15後流入設於對象物W與溝14之間的空間。據此，可藉由傳送氣體直接冷卻對象物W。
圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖2係將圖1所示的區域R1放大顯示。
如圖2所示，第一電極層11具有第一面11a與第二面11b。第一面11a是第一主表面10a側的面。第二面11b是與第一面11a相反側的面。第一面11a換言之是與第二電極層12對向的面。第二面11b為例如對第一面11a平行的面。
第一面11a為例如對第一主表面10a平行的面。第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1例如為一定。距離D1換言之是從第一主表面10a到第一電極層11的頂面(第一面11a)的距離。此處，[一定]是指例如可包含第一面11a的波狀起伏等。例如在藉由掃描電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)等以低倍率(例如100倍左右)觀察靜電吸盤100的剖面時，距離D1大致一定即可。距離D1為例如300μm左右。
如此，藉由使第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1為一定，可使上部電極(圖5的上部電極510)與第一電極層11(下部電極)之間的距離為一定。據此，例如和第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1不為一定的情形等比較，可提高電漿密度的面內均勻性。
第一電極層11的厚度為例如1μm以上、500μm以下，較佳為10μm以上、100μm以下。第一電極層11的厚度換言之為第一面11a與第二面11b之間的沿著Z軸方向的距離D2。藉由使第一電極層11的厚度(距離D2)為該範圍，可降低集膚效應的影響，可提高電漿密度的面內均勻性。第一電極層11的厚度(距離D2)例如能以第一電極層11之剖面SEM影像中的3點的厚度的平均值而求出。在本案說明書中，將該平均值定義為距離D2。
如圖2所示，第二電極層12具有：第一主表面10a側的第三面12a，和與第三面12a相反側的第四面12b。第四面12b換言之為與第一電極層11對向的面。第三面12a為例如對第四面12b平行的面。
第三面12a為例如對第一主表面10a平行的面。第三面12a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D3例如為一定。距離D3換言之是從第一主表面10a到第二電極層12的頂面(第三面12a)的距離。
第二電極層12的厚度例如為一定。第二電極層12的厚度換言之為第三面12a與第四面12b之間的沿著Z軸方向的距離D4。第二電極層12的厚度(距離D4)例如能以第二電極層12之剖面SEM影像中的3點的厚度的平均值而求出。
第一電極層11的厚度例如大於第二電極層12的厚度。藉由使第一電極層11的厚度大於第二電極層12的厚度，可降低集膚效應的影響，可提高電漿密度的面內均勻性。
圖3(a)～圖3(d)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的第一電極層的一部分之剖面圖。 如圖3(a)～圖3(d)所示，第一電極層11例如具有第一～第五部分111～115。
第一部分111包含第一面11a。第一部分111例如為第一電極層11的上端部。第二部分112在Z軸方向上與第一部分111鄰接。第二部分112例如為位於第一電極層11的上端部(第一部分111)之下的部分。
第三部分113包含第二面11b。第三部分113例如為第一電極層11的下端部。第四部分114在Z軸方向上與第三部分113鄰接。第四部分114例如為位於第一電極層11的下端部(第三部分113)之上的部分。
第五部分115為在Z軸方向上位於第二部分112與第四部分114之間的部分。第五部分115例如為在Z軸方向上與第二部分112及第四部分114鄰接的部分。第五部分115可依照需要設置，也可省略。也就是說，第二部分112與第四部分114也可以在Z軸方向上互相鄰接。
如圖3(d)所示，第一電極層11在第五部分115與第四部分114之間更具有第六部分116也可以。
在圖3(a)～圖3(c)中顯示第一電極層11為5層(第一部分111～第五部分115)的例子，在圖3(d)中顯示第一電極層11為6層的例子。在實施形態中，第一電極層11為2層以上即可，例如也可以為3層(第一部分111～第三部分113)、4層(第一部分111～第四部分114)、7層以上。在2層的情形下，第二部分112包含第二面11b。在3層的情形下，第二部分112與第一部分111及第三部分113的各個鄰接，第三部分113包含第二面11b。
在以下中如圖3(a)～圖3(c)所示，舉從第一面11a朝向第二面11b，依第一部分111、第二部分112、第五部分115、第四部分114、第三部分113的順序排列之第一電極層11為例進行說明。
在圖3(a)～圖3(c)中，以顏色的濃淡表示陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度。更具體而言表示陶瓷成分的濃度越低(金屬成分的濃度越高)顏色越濃，陶瓷成分的濃度越高(金屬成分的濃度越低)顏色越淡。
在實施形態中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第一電極層11的陶瓷成分的平均濃度還高。
如此，藉由使第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第一電極層11的陶瓷成分的平均濃度還高，可提高位於第二電極層12側的第一部分111的絕緣性，可縮短第一電極層11與第二電極層12之間的距離D5(參照圖2)。據此，可縮短電漿產生用的上部電極510與第一電極層11(下部電極)之間的距離，可降低阻抗，可提高電漿控制性。
如圖3(a)所示，例如第一部分111中的陶瓷成分的濃度比在第一電極層11中的第一部分111以外的部分的陶瓷成分的濃度還高。
在圖3(a)所示的例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度比與第一部分111鄰接的第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高。而且，第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。而且，在該例子中更具有第五部分115，第五部分115中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還低，比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高。也就是說，在該例子中，陶瓷成分的濃度從第一部分111朝向第三部分113變低。
換言之，在圖3(a)所示的例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度比與第一部分111鄰接的第二部分112中的金屬成分的濃度還低。而且，第三部分113中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還高。而且，第五部分115中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還高，比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。也就是說，在該例子中，金屬成分的濃度從第一部分111朝向第三部分113變高。
而且，在圖3(b)所示的例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高。而且，第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高。而且，在該例子中更具有第五部分115，第五部分115中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還低，比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。也就是說，在該例子中，陶瓷成分的濃度從第一部分111朝向第五部分115變低，同時陶瓷成分的濃度從第五部分115朝向第三部分113變高。
換言之，在圖3(b)所示的例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還低。而且，第三部分113中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。而且，第五部分115中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還高，比第四部分114中的金屬成分的濃度還高。也就是說，在該例子中，金屬成分的濃度從第一部分111朝向第五部分115變高，同時金屬成分的濃度從第五部分115朝向第三部分113變低。
此外，雖然在該例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度與第三部分113中的陶瓷成分的濃度相同，但第一部分111中的陶瓷成分的濃度既可以比第三部分113中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第三部分113中的陶瓷成分的濃度還低。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的陶瓷成分的濃度與第四部分114中的陶瓷成分的濃度相同，但第二部分112中的陶瓷成分的濃度既可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。
同樣地，雖然在該例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度與第三部分113中的金屬成分的濃度相同，但第一部分111中的金屬成分的濃度既可以比第三部分113中的金屬成分的濃度還高，也可以比第三部分113中的金屬成分的濃度還低。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的金屬成分的濃度與第四部分114中的金屬成分的濃度相同，但第二部分112中的金屬成分的濃度既可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。
而且，在圖3(c)所示的例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高。而且，第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高。而且，在該例子中更具有第五部分115，第五部分115中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高，比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高。也就是說，在該例子中，交互設置有：具有比所鄰接的部分的陶瓷成分的濃度還高的陶瓷成分的濃度的部分(第一部分111、第三部分113及第五部分115)，與具有比所鄰接的部分的陶瓷成分的濃度還低的陶瓷成分的濃度的部分(第二部分112及第四部分114)。
換言之，在圖3(c)所示的例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還低。而且，第三部分113中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。而且，第五部分115中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還低，比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。也就是說，在該例子中，交互設置有：具有比所鄰接的部分的金屬成分的濃度還低的金屬成分的濃度的部分(第一部分111、第三部分113及第五部分115)，與具有比所鄰接的部分的金屬成分的濃度還高的金屬成分的濃度的部分(第二部分112及第四部分114)。
此外，雖然在該例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度與第三部分113及第五部分115中的陶瓷成分的濃度相同，但第一部分111中的陶瓷成分的濃度既可以比第三部分113中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第三部分113中的陶瓷成分的濃度還低。第一部分111中的陶瓷成分的濃度既可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還低。第三部分113中的陶瓷成分的濃度既可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還低。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的陶瓷成分的濃度與第四部分114中的陶瓷成分的濃度相同，但第二部分112中的陶瓷成分的濃度既可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。
同樣地，雖然在該例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度與第三部分113及第五部分115中的金屬成分的濃度相同，但第一部分111中的金屬成分的濃度既可以比第三部分113中的金屬成分的濃度還高，也可以比第三部分113中的金屬成分的濃度還低。第一部分111中的金屬成分的濃度既可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還低。第三部分113中的金屬成分的濃度既可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還低。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的金屬成分的濃度與第四部分114中的金屬成分的濃度相同，但第二部分112中的金屬成分的濃度既可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。
而且，在圖3(d)所示的例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高。而且，第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。而且，在該例子中更具有第五部分115與第六部分116，第五部分115中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高，比第六部分116中的陶瓷成分的濃度還高。而且，第六部分116中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。也就是說，在該例子中，交互設置有：具有比所鄰接的部分的陶瓷成分的濃度還高的陶瓷成分的濃度的部分(第一部分111、第四部分114及第五部分115)，與具有比所鄰接的部分的陶瓷成分的濃度還低的陶瓷成分的濃度的部分(第二部分112、第三部分113及第六部分116)。
換言之，在圖3(d)所示的例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還低。而且，第三部分113中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還高。而且，第五部分115中的金屬成分的濃度比第二部分112中的金屬成分的濃度還低，比第六部分116中的金屬成分的濃度還低。而且，第六部分116中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還高。也就是說，在該例子中，交互設置有：具有比所鄰接的部分的金屬成分的濃度還低的金屬成分的濃度的部分(第一部分111、第四部分114及第五部分115)，與具有比所鄰接的部分的金屬成分的濃度還高的金屬成分的濃度的部分(第二部分112、第三部分113及第六部分116)。
此外，雖然在該例子中，第一部分111中的陶瓷成分的濃度與第四部分114及第五部分115中的陶瓷成分的濃度相同，但第一部分111中的陶瓷成分的濃度既可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還低。第一部分111中的陶瓷成分的濃度既可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還低。第四部分114中的陶瓷成分的濃度既可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的陶瓷成分的濃度還低。而且，在該例子中，第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第二部分112及第六部分116中的陶瓷成分的濃度還低。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的陶瓷成分的濃度與第六部分116中的陶瓷成分的濃度相同，但第二部分112中的陶瓷成分的濃度既可以比第六部分116中的陶瓷成分的濃度還高，也可以比第六部分116中的陶瓷成分的濃度還低。
同樣地，雖然在該例子中，第一部分111中的金屬成分的濃度與第四部分114及第五部分115中的金屬成分的濃度相同，但第一部分111中的金屬成分的濃度既可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還高，也可以比第四部分114中的金屬成分的濃度還低。第一部分111中的金屬成分的濃度既可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還低。第四部分114中的金屬成分的濃度既可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還高，也可以比第五部分115中的金屬成分的濃度還低。而且，在該例子中，第三部分113中的金屬成分的濃度比第二部分112及第六部分116中的金屬成分的濃度還高。而且，雖然在該例子中，第二部分112中的金屬成分的濃度與第六部分116中的金屬成分的濃度相同，但第二部分112中的金屬成分的濃度既可以比第六部分116中的金屬成分的濃度還高，也可以比第六部分116中的金屬成分的濃度還低。
如圖3(a)～圖3(d)所示，藉由使第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第二部分112中的陶瓷成分的濃度還高，可提高位於第二電極層12側的第一部分111的絕緣性，可縮短第一電極層11與第二電極層12之間的距離D5(參照圖2)。據此，可縮短電漿產生用的上部電極510與第一電極層11(下部電極)之間的距離，可降低阻抗，可提高電漿控制性。
而且，如圖3(a)所示，藉由使第一部分111中的陶瓷成分的濃度比第一部分111以外的部分(例如第二～第五部分112～115)中的陶瓷成分的濃度還高，可提高位於第二電極層12側的第一部分111的絕緣性，可縮短第一電極層11與第二電極層12之間的距離D5(參照圖2)。據此，可縮短電漿產生用的上部電極510與第一電極層11(下部電極)之間的距離，可降低阻抗，與提高電漿控制性。
而且，如圖3(a)及圖3(d)所示，藉由使第三部分113中的金屬成分的濃度比第一電極層11的金屬成分的平均濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應而流動高頻電流的第一電極層11的第二面11b側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
此外，第三部分113中的金屬成分的濃度比第一電極層11的金屬成分的平均濃度還高的情形，第一電極層11所包含的金屬成分的熱傳導率比第一電極層11所包含的陶瓷成分的熱傳導率還大較佳。
如此，藉由使第一電極層11所包含的金屬成分的熱傳導率比第一電極層11所包含的陶瓷成分的熱傳導率還大，且使位於基座板50側的第三部分113中的金屬成分的濃度比第一電極層11的金屬成分的平均濃度還高，可將施加高頻電力時產生的熱有效地散熱到基座板50側，可抑制因發熱造成對電漿密度的面內均勻性的不良影響。
而且，如圖3(a)及圖3(d)所示，藉由使第三部分113中的金屬成分的濃度比在第一電極層11中的第三部分113以外的部分(例如第一部分111、第二部分112、第四部分114、第五部分115及第六部分116)的金屬成分的濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應而流動高頻電流的第一電極層11的第二面11b側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
而且，如圖3(a)及圖3(d)所示，藉由使第三部分113中的金屬成分的濃度比第四部分114中的金屬成分的濃度還高，可使被考慮為被供給高頻電力，藉由集膚效應而流動高頻電流的第一電極層11的第二面11b側的表面成低電阻。據此，可提高電漿控制性。
而且，第一電極層11的第三部分113中的金屬成分的濃度比第二電極層12的金屬成分的平均濃度還高較佳。據此，可充分降低供給有高頻電力的第一電極層11的電阻。
另一方面，如圖3(b)及圖3(c)所示，藉由使第三部分113中的陶瓷成分的濃度比第四部分114中的陶瓷成分的濃度還高，可縮小陶瓷介電質基板10的熱膨脹係數與第一電極層11的熱膨脹係數的差，即使在比第二電極層12還厚的第一電極層11中，也可抑制陶瓷介電質基板10與第一電極層11的剝離等的不良狀況。
第一～第六部分111～116的各個中的陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度在Z軸方向上不均勻。例如第一～第六部分111～116的各個中的陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度在Z軸方向上連續地變化也可以。
第一部分111中的陶瓷成分的濃度例如為70%以下，較佳為1%以上、70%以下，更佳為20%以上、60%以下。
第一部分111中的金屬成分的濃度例如為30%以上，較佳為30%以上、99%以下，更佳為40%以上、80%以下。如此，藉由使第一部分111中的金屬成分的濃度為30%以上，可使第一部分111的電阻值作為電漿產生用的下部電極為更適合的值。
在實施形態中陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度可藉由SEM-EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：能量散佈X射線光譜法)觀察第一電極層11的各部的剖面，藉由影像分析(image analysis)求出。更具體而言，取得第一電極層11的各部的剖面SEM-EDX影像，藉由EDX成分分析分類成陶瓷成分與金屬成分，藉由影像分析求出陶瓷成分與金屬成分的面積比率，可算出陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度。
而且，第一電極層11的陶瓷成分的平均濃度能以藉由上述的方法求出的各部(第一部分111～第六部分116)的陶瓷濃度的平均值算出。第一電極層11的金屬成分的平均濃度能以藉由上述的方法求出的各部(第一部分111～第六部分116)的金屬濃度的平均值算出。
而且，依照實施形態，藉由調整第一電極層11的陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度的至少任一個，可提高電漿控制性。進而，可使第一電極層11的電阻值(絕緣性)及熱膨脹係數，以及從高頻電源504施加電壓時的第一電極層11的發熱性、散熱性及均熱性等最佳化。
圖4(a)及圖4(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 該等圖是在靜電吸盤100中省略了陶瓷介電質基板10之中位在第一主表面10a側(上側)的部分而不是第二電極層12(第三面12a)的狀態下，從第三面12a側(上側)看第二電極層12之俯視圖。
如圖4(a)及圖4(b)所示，第二電極層12既可以是單極型也可以是雙極型。當第二電極層12為單極型時，如圖4(a)所示，配設沿著X-Y平面擴大的1個第二電極層12。第二電極層12例如在沿著Z軸方向看時為略圓形。另一方面，當第二電極層12為雙極型時，如圖4(b)所示，配設沿著X-Y平面擴大，位於同一平面上的2個第二電極層12。第二電極層12各自例如在沿著Z軸方向看時為略半圓形。第二電極層12例如具有沿著X-Y平面擴大的圖案(pattern)也可以。
在Z軸方向上，第一電極層11的一部分例如不與第二電極層12重疊。而且，第一電極層11的第一面11a(第一主表面10a側的面)的面積的合計例如大於第二電極層12的第三面12a(第一主表面10a側的面)的面積的合計。換言之，在沿著Z軸方向看時，第一電極層11的面積的合計大於第二電極層12的面積的合計。據此，可更提高電漿密度的面內均勻性。
以下，就第一電極層11及第二電極層12配設於內部的陶瓷介電質基板10的製作方法進行說明。
第一電極層11及第二電極層12配設於內部的陶瓷介電質基板10例如可藉由在使第一主表面10a側朝下的狀態下將各層積層，並對積層體進行燒結而製作。更具體而言，例如在成為包含第一主表面10a的陶瓷層的第一層之上積層第二電極層12。在第二電極層12之上積層成為第一電極層11與第二電極層12之間的陶瓷層的第二層。在第二層之上積層第一電極層11。在第一電極層11之上積層成為包含第二主表面10b的陶瓷層的第三層。然後對該積層體進行燒結。
第一電極層11例如藉由網版印刷(screen printing)、漿糊(paste)的塗佈(旋塗(spin coating)、塗佈器(coater)、噴墨(ink-jet)、點膠機(dispenser)等)及蒸鍍(evaporation)等形成。例如在使第一主表面10a朝下的狀態下，可分成複數次將各層積層而形成第一電極層11。此時，例如可藉由改變所積層的各層的組成，調節Z軸方向的陶瓷成分的濃度及金屬成分的濃度。
圖5是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 如圖5所示，晶圓處理裝置500具備：處理容器501，與高頻電源504，與吸附用電源505，與上部電極510，與靜電吸盤100。在處理容器501的頂部設有：用以將處理氣體導入到內部的處理氣體導入口502，及上部電極510。在處理容器501的底板設有用以將內部減壓排氣的排氣口503。靜電吸盤100在處理容器501的內部中配置於上部電極510之下。靜電吸盤100的第一電極層11及上部電極510與高頻電源504連接。靜電吸盤100的第二電極層12與吸附用電源505連接。
第一電極層11與上部電極510互相隔著規定的間隔被略平行配設。更具體而言，第一電極層11的第一面11a對上部電極510的底面510a略平行。而且，陶瓷介電質基板10的第一主表面10a對上部電極510的底面510a略平行。對象物W被載置於位於第一電極層11與上部電極510之間的第一主表面10a。
若從高頻電源504將電壓(高頻電壓)施加到第一電極層11及上部電極510，就發生高頻放電(high frequency discharge)，被導入到處理容器501內的處理氣體藉由電漿激發而被活性化，使對象物W被處理。
若從吸附用電源505將電壓(吸附用電壓)施加到第二電極層12，在第二電極層12的第一主表面10a側就產生電荷，利用靜電力使對象物W吸附保持於靜電吸盤100。
如以上所說明的，依照實施形態可提供一種可提高電漿控制性的靜電吸盤。
以上就本發明的實施的形態進行了說明。但是，本發明不是被限定於該等記述。關於前述的實施的形態，熟習該項技術者適宜加入了設計變更只要具備本發明的特徵就包含於本發明的範圍。例如靜電吸盤所具備的各元件的形狀、尺寸、材質、配置、設置形態等並非被限定於所舉例說明者，可適宜變更。而且，前述的各實施的形態所具備的各元件在技術上盡可能可組合，組合該等元件者只要也包含本發明的特徵就包含於本發明的範圍。
10:陶瓷介電質基板 10a:第一主表面 10b:第二主表面 11:第一電極層 11a:第一面 11b:第二面 12:第二電極層 12a:第三面 12b:第四面 13:凸部 14:溝 15:貫通孔 20:連接部 50:基座板 50a:上部 50b:下部 51:輸入道 52:輸出道 53:氣體導入道 55:連通道 60:接著構件 100:靜電吸盤 111～116:第一～第六部分 500:晶圓處理裝置 501:處理容器 502:處理氣體導入口 503:排氣口 504:高頻電源 505:吸附用電源 510:上部電極 510a:底面 D1~D5:距離 R1:區域 W:對象物
圖1是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤之剖面圖。 圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖3(a)～圖3(d)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的第一電極層之剖面圖。 圖4(a)及圖4(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 圖5是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。
10:陶瓷介電質基板
10a:第一主表面
10b:第二主表面
11:第一電極層
11a:第一面
11b:第二面
12:第二電極層
12a:第三面
12b:第四面
20:連接部
50:基座板
60:接著構件
D1、D2、D3、D4、D5:距離
W:對象物

Claims (13)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板，具有：載置吸附的對象物的第一主表面，和與該第一主表面相反側的第二主表面； 基座板，支撐該陶瓷介電質基板； 至少一個第一電極層，配設於該陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接；以及 至少一個第二電極層，配設於該陶瓷介電質基板的內部，與吸附用電源連接， 該第一電極層在從該基座板朝向該陶瓷介電質基板的Z軸方向上配設於該第一主表面與該第二主表面之間， 該第一電極層的該Z軸方向上的尺寸比該第二電極層的該Z軸方向上的尺寸還大， 該第二電極層在該Z軸方向上配設於該第一電極層與該第一主表面之間， 該第一電極層具有該第一主表面側的第一面，和與該第一面相反側的第二面，被從該第二面側供電， 該第一電極層具有包含該第一面的第一部分，包含陶瓷成分與金屬成分， 該第一部分中的該陶瓷成分的濃度比該第一電極層的該陶瓷成分的平均濃度還高。
  2. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一部分中的該陶瓷成分的濃度比在該第一電極層中的該第一部分以外的部分的該陶瓷成分的濃度還高。
  3. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層更具有在該Z軸方向上與該第一部分鄰接的第二部分， 該第一部分中的該陶瓷成分的濃度比該第二部分中的該陶瓷成分的濃度還高。
  4. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層更具有包含該第二面的第三部分， 該第三部分中的該金屬成分的濃度比該第一電極層的該金屬成分的平均濃度還高。
  5. 如請求項4之靜電吸盤，其中該金屬成分的熱傳導率比該陶瓷成分的熱傳導率還大。
  6. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層更具有包含該第二面的第三部分， 該第三部分中的該金屬成分的濃度比在該第一電極層中的該第三部分以外的部分的該金屬成分的濃度還高。
  7. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層更具有：包含該第二面的第三部分，和在該Z軸方向上與該第三部分鄰接的第四部分， 該第三部分中的該金屬成分的濃度比該第四部分中的該金屬成分的濃度還高。
  8. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一部分中的該金屬成分的濃度為30%以上。
  9. 如請求項1之靜電吸盤，其中該陶瓷成分與該陶瓷介電質基板的主成分相同。
  10. 如請求項1之靜電吸盤，其中該陶瓷成分包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔的至少一個。
  11. 如請求項1之靜電吸盤，其中該金屬成分包含鈀、銀、鉑、鉬及鎢的至少一個。
  12. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層的厚度為1μm以上、500μm以下。
  13. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層更具有包含該第二面的第三部分， 該第三部分中的該金屬成分的濃度比該第二電極層的金屬成分的平均濃度還高。
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