TW202125695A - 靜電吸盤 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一種可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂之靜電吸盤。 本發明的解決手段為一種靜電吸盤，其特徵在於包含：陶瓷介電質基板；金屬製的基座板，支撐前述陶瓷介電質基板；及接合層，設置於前述陶瓷介電質基板與前述基座板之間，包含樹脂材料，滿足以下的第一～第六條件之中至少任一個：第一條件：-60℃下的前述接合層的伸長率α1為120%以上，第二條件：25℃下的前述接合層的前述伸長率α1對伸長率α2的比α1/α2為0.60以上，第三條件：-60℃下的前述接合層的接合強度β1為0.4MPa以上、10MPa以下，第四條件：25℃下的前述接合層的前述接合強度β1對接合強度β2的比β1/β2為0.6以上、10以下，第五條件：-60℃下的前述接合層的彈性模數γ1為0.1MPa以上、10MPa以下，第六條件：25℃下的前述接合層的前述彈性模數γ1對彈性模數γ2的比γ1/γ2為0.6以上、30以下。

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)、曝光(exposure)、檢查等的基板處理裝置中，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)等的被吸附物(對象物)的手段(means)。
靜電吸盤係藉由在氧化鋁(alumina)等的陶瓷介電質基板之間夾入電極，進行燒成而製作。靜電吸盤是在內建的電極施加靜電吸附用電力，利用靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。
近年來，在這種基板處理裝置中，伴隨製程的微細化，為了提高加工精度而檢討了在比以往還低溫的環境下進行處理。伴隨於此，即使是在靜電吸盤中，也要求在比以往還低溫的環境下能使用的低溫耐性。
[專利文獻1]：日本國特開2003-273202號公報
得到了如下的知識：雖然習知的靜電吸盤例如可在-20℃左右的低溫的環境下使用，但是在-60℃以下的極低溫的環境下，接合陶瓷介電質基板與基座板(base plate)的接合層的柔軟性降低，有陶瓷介電質基板從基座板的剝離，或者例如因表面圖案(pattern)、形狀、厚度等而使陶瓷介電質基板破裂而破損之虞。
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抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂之靜電吸盤。
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；金屬製的基座板(base plate)，支撐前述陶瓷介電質基板；及接合層，設置於前述陶瓷介電質基板與前述基座板之間，包含樹脂材料，滿足以下的第一～第六條件之中至少任一個：第一條件：-60℃下的前述接合層的伸長率α1為120%以上，第二條件：25℃下的前述接合層的前述伸長率α1對伸長率α2的比α1/α2為0.60以上，第三條件：-60℃下的前述接合層的接合強度β1為0.4MPa以上、10MPa以下，第四條件：25℃下的前述接合層的前述接合強度β1對接合強度β2的比β1/β2為0.6以上、10以下，第五條件：-60℃下的前述接合層的彈性模數(elastic modulus)γ1為0.1MPa以上、10MPa以下，第六條件：25℃下的前述接合層的前述彈性模數γ1對彈性模數γ2的比γ1/γ2為0.6以上、30以下。
依照該靜電吸盤，當滿足第一條件時，在-60℃以下的極低溫的環境下，由於接合層具有充分的伸長率，因此在接合層可確保充分的柔軟性。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。 而且，依照該靜電吸盤，當滿足第二條件時，在從室溫到-60℃以下的極低溫的環境下時，可緩和陶瓷介電質基板與基座板之間的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)差。據此，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。 而且，依照該靜電吸盤，當滿足第三條件時，在-60℃以下的極低溫的環境下，位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的定錨效應(anchoring effect)不會過於變弱。據此，在極低溫的環境下，可更確實地接合陶瓷介電質基板與基座板。而且，依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的定錨效應不會過於變強。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。 而且，依照該靜電吸盤，當滿足第四條件時，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可維持位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的充分的接合強度，可維持陶瓷介電質基板與基座板的堅固的接合。而且，依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可充分抑制位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的效果。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。 而且，依照該靜電吸盤，當滿足第五條件時，在-60℃以下的極低溫的環境下，由於接合層具有充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板與基座板之間產生應力時，也容易抑制陶瓷介電質基板的翹曲。據此，可抑制在極低溫的環境下之對象物的面內溫度均勻性的惡化。而且，依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，可抑制接合層過於變硬。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。 而且，依照該靜電吸盤，當滿足第六條件時，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，由於接合層都維持充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板與基座板之間產生應力時，也容易抑制陶瓷介電質基板的翹曲。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制對象物的面內溫度均勻性的惡化。而且，依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可抑制接合層過於變硬。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
第二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明中，前述伸長率α1為175%以上。
依照該靜電吸盤，由於接合層具有更大的伸長率，因此可更提高接合層的柔軟性。據此，在極低溫的環境下，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
第三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第二發明中，前述伸長率α1為200%以上。
依照該靜電吸盤，由於接合層具有更大的伸長率，因此可更提高接合層的柔軟性。據此，在極低溫的環境下，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
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，前述比α1/α2為0.80以上。
依照該靜電吸盤，在從室溫到-60℃以下的極低溫的環境下時，可進一步緩和陶瓷介電質基板與基座板之間的熱膨脹係數差。據此，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
第五發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第四發明中的任一項發明中，前述接合強度β1為0.4MPa以上、2.0MPa以下。
依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，可進一步抑制位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的定錨效應過於變弱。據此，在極低溫的環境下，可更確實地接合陶瓷介電質基板與基座板。而且，依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，可進一步抑制位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的定錨效應過於變強。據此，在極低溫的環境下，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
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，前述比β1/β2為0.8以上。
依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可更確實地維持位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的充分的接合強度，可更確實地維持陶瓷介電質基板與基座板的堅固的接合。而且，依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可更確實地抑制位於陶瓷介電質基板及基座板之間的接合層的效果。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
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，前述彈性模數γ1為0.3MPa以上。
依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，由於接合層具有充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板與基座板之間產生應力時，也更容易抑制陶瓷介電質基板的翹曲。據此，在極低溫的環境下，可進一步抑制對象物的面內溫度均勻性的惡化。而且，依照該靜電吸盤，在-60℃以下的極低溫的環境下，可進一步抑制接合層過於變硬。據此，在極低溫的環境下，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
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，前述比γ1/γ2為0.8以上。
依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，由於接合層都維持充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板與基座板之間產生應力時，也更容易抑制陶瓷介電質基板的翹曲。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可進一步抑制對象物的面內溫度均勻性的惡化。而且，依照該靜電吸盤，無論是在室溫還是-60℃以下的極低溫的環境下，都可進一步抑制接合層過於變硬。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可進一步抑制施加於陶瓷介電質基板的應力，可進一步抑制陶瓷介電質基板從基座板的剝離及陶瓷介電質基板的破裂。
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，前述陶瓷介電質基板包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔(yttrium oxide)之中至少一個。
在與實施形態有關的靜電吸盤中，例如藉由使用包含該等陶瓷的陶瓷介電質基板，可提供耐電漿性、機械特性的穩定性、導熱性(thermal conductivity)、電絕緣性等的種種特性優良的靜電吸盤。
第十發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第九發明中，前述陶瓷介電質基板包含氧化鋁。
依照該靜電吸盤，藉由陶瓷介電質基板包含氧化鋁，可使耐電漿性與機械強度並存。
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110具備：陶瓷介電質基板11，與基座板50，與接合層60。
陶瓷介電質基板11例如為由燒結陶瓷構成的平板狀的基材。陶瓷介電質基板11例如包含氧化鋁(Al2 O3 )、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔(Y2 O3 )之中至少一個。在與實施形態有關的靜電吸盤110中，例如藉由使用包含該等陶瓷的陶瓷介電質基板11，可提供耐電漿性、機械特性(例如機械強度)的穩定性、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11包含氧化鋁較佳。藉由陶瓷介電質基板11包含氧化鋁，可使耐電漿性與機械強度並存。而且，藉由陶瓷介電質基板11包含氧化鋁，可提高陶瓷介電質基板11的透明性，可提高紅外線透過率，可促進熱傳遞。而且，由於具備高的燒結性，因此可不使用例如燒結助劑(sintering additive)而形成緻密的燒結體，可最小地保持面內的熱分布。
陶瓷介電質基板11由高純度的氧化鋁形成較佳。陶瓷介電質基板11中的氧化鋁的濃度例如為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11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11具有第一主表面(principal surface)11a與第二主表面11b。第一主表面11a是載置吸附的對象物W的面。第二主表面11b是與第一主表面11a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11的方向當作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11a與第二主表面11b的方向。Z軸方向例如為對第一主表面11a及第二主表面11b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11的內部設置有電極層12。電極層12設置於第一主表面11a與第二主表面11b之間。也就是說，電極層12以插入到陶瓷介電質基板11之中的方式被設置。電極層12例如藉由一體燒結而內建於陶瓷介電質基板11也可以。
電極層12係沿著陶瓷介電質基板11的第一主表面11a及第二主表面11b設置成薄膜狀。電極層12是用以吸附保持對象物W的吸附電極。電極層12既可以是單極型也可以是雙極型。圖1所示的電極層12是雙極型，在同一面上設置有2極的電極層12。
在電極層12設置有延伸於陶瓷介電質基板11的第二主表面11b側的連接部20。連接部20為與電極層12導通的介層(via)(實心型)或介層孔(via hole)(空心型)，或者是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接金屬端子的構件。
靜電吸盤110藉由從吸附用電源505(參照圖9)對電極層12施加電壓(吸附用電壓)，在電極層12的第一主表面11a側產生電荷，利用靜電力吸附保持對象物W。
陶瓷介電質基板11的厚度T1例如為5mm以下。陶瓷介電質基板11的厚度T1是Z軸方向上的陶瓷介電質基板11的長度。換言之，陶瓷介電質基板11的厚度T1是Z軸方向上的第一主表面11a與第二主表面11b之間的距離。如此，藉由使陶瓷介電質基板11變薄，可縮短連接於高頻電源504(參照圖9)的基座板50與上部電極510(參照圖9)之間的距離。
基座板50是支撐陶瓷介電質基板11的構件。陶瓷介電質基板11隔著接合層60固定在基座板50之上。也就是說，接合層60設置於陶瓷介電質基板11與基座板50之間。
接合層60包含樹脂材料。在實施形態中，接合層60構成為在極低溫下可保持柔軟性。例如，接合層60包含聚矽氧(silicone)系、丙烯酸(acrylic)系、改質聚矽氧(modified silicone)系或環氧系的高分子材料且以碳(C)、氫(H)、氮(N)、矽(Si)及氧(O)的至少一個為主成分的高分子材料。 此處，在本案說明書中，[極低溫]是指-60℃以下的低溫環境。具體而言，指-60℃～-120℃。
接合層60包含聚矽氧較佳。藉由接合層60包含柔軟性優良的聚矽氧，在極低溫的環境下容易維持接合層60的柔軟性。據此，在極低溫的環境下，可更確實地抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
在接合層60中，作為聚矽氧可使用具有在矽氧烷(siloxane)骨架上結合種種官能基的分子結構(molecular structure)的聚矽氧。更具體而言，結合於矽氧烷骨架的官能基包含例如甲基、乙基、丙基、丁基、苯基及己基之中至少一個較佳。藉由接合層60使用包含這種官能基的聚矽氧，在極低溫的環境下可提高接合層60的耐寒性、強度、伸長率等。
接合層60更包含無機填料(inorganic filler)較佳。藉由接合層60更包含無機填料，可提高極低溫的環境下之對象物W的面內溫度均勻性。
無機填料包含具有：矽(Si)及鋁(Al)之中至少一個元素，與碳(C)、氮(N)及氧(O)之中至少一個元素的至少一個化合物較佳。更具體而言，無機填料例如包含Al2 O3 、SiC、AlN、Si3 N4 、AlON、SIALON及SiO2 之中至少一個較佳。藉由接合層60包含這種無機填料，在極低溫的環境下，可提高接合層60的導熱性及機械特性的穩定性。
基座板50例如為鋁等的金屬製。基座板50例如分成上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間設置有連通道55。連通道55的一端側連接於輸入道51，另一端側連接於輸出道52。
基座板50也發揮進行靜電吸盤110的溫度調整的作用。例如在將靜電吸盤110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11。另一方面，在將靜電吸盤110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11或基座板50。藉由調整基座板50或陶瓷介電質基板11的溫度，可調整藉由靜電吸盤110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11的第一主表面11a側設有溝14。溝14向從第一主表面11a朝向第二主表面11b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11a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110的對象物W的背面與第一主表面11a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11具有與溝14連接的貫通孔15。貫通孔15從第二主表面11b到第一主表面11a被設置。也就是說，貫通孔15從第二主表面11b到第一主表面11a為止延伸於Z軸方向，貫通陶瓷介電質基板11。
在基座板50設置有氣體導入道53。氣體導入道53例如設置成貫通基座板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的途中分岔而設置到陶瓷介電質基板11側。而且，氣體導入道53也可以設置於基座板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。
雖然習知的靜電吸盤可在例如-20℃左右的低溫的環境下使用，但是在-60℃左右的極低溫的環境下，接合陶瓷介電質基板11與基座板50的接合層60的柔軟性降低，有陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離，或者在某些情況下陶瓷介電質基板11會破裂而破損之虞。
因此，在實施形態中，作為關於接合層60的柔軟性的物理性質，例如著眼於伸長率α。在以下的說明中，以-60℃下的接合層60的伸長率為α1，以25℃下的接合層60的伸長率為α2。
在實施形態中，-60℃下的接合層60的伸長率α1例如為120%以上，較佳為175%以上，更佳為200%以上，再更佳為220%以上，再更佳為240%以上。
若伸長率α1為120%以上，則在極低溫的環境下，由於接合層60具有充分的伸長率α，因此在接合層60可確保充分的柔軟性。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。此外，雖然伸長率α1的上限未被特別限定，但是例如為1000%以下。
而且，25℃下的接合層60的伸長率α2例如為150%以上，較佳為200%以上，更佳為250%以上。
若伸長率α2為150%以上，則在室溫的環境下，由於接合層60具有充分的伸長率α，因此在接合層60可確保充分的柔軟性。據此，在室溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。此外，雖然伸長率α2的上限未被特別限定，但是例如為1650%以下。
而且，伸長率α1對伸長率α2的比α1/α2例如為0.60以上，較佳為0.80以上，更佳為0.90以上。
若伸長率α的比α1/α2為0.60以上，則在從室溫到極低溫的環境下時，可緩和陶瓷介電質基板11與基座板50之間的熱膨脹係數差。據此，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。此外，雖然伸長率α的比α1/α2的上限未被特別限定，但是例如為1.5以下。
而且，在實施形態中，作為關於接合層60的柔軟性的物理性質，例如著眼於接合強度β。在以下的說明中，以-60℃下的接合層60的接合強度為β1，以25℃下的接合層60的接合強度為β2。
在實施形態中，-60℃下的接合層60的接合強度β1例如為0.4MPa以上、10MPa以下，0.4MPa以上、2.0MPa以下，較佳為0.4MPa以上、1.9MPa以下，更佳為0.4MPa以上、1.4MPa以下。而且，關於下限值，較佳為0.7MPa以上。
若接合強度β1為0.4MPa以上，則在極低溫的環境下，位於陶瓷介電質基板11及基座板50之間的接合層60的定錨效應不會過於變弱。據此，在極低溫的環境下，可更確實地接合陶瓷介電質基板11與基座板50。
若接合強度β1為10MPa以下，則在極低溫的環境下，位於陶瓷介電質基板11及基座板50之間的接合層60的定錨效應不會過於變強。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，25℃下的接合層60的接合強度β2例如為0.5MPa以上、1.5MPa以下，較佳為0.5MPa以上、0.8MPa以下。
若接合強度β2為0.5MPa以上，則在室溫的環境下，浸透於陶瓷介電質基板11的表面及基座板50的表面的接合層60的定錨效應不會過於變弱。據此，在室溫的環境下，可更確實地接合陶瓷介電質基板11與基座板50。
若接合強度β2為1.5MPa以下，則在室溫的環境下，接著於陶瓷介電質基板11的表面的接合層60的定錨效應不會過於變強。據此，在室溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，接合強度β1對接合強度β2的比β1/β2例如為0.6以上、10以下，較佳為0.6以上、5以下，更佳為0.6以上、3以下。較佳為0.8以上，更佳為1.1以上。而且，比β1/β2較佳為1.9以下。
若接合強度β的比β1/β2為0.6以上，則無論是在室溫還是極低溫的環境下，都可維持位於陶瓷介電質基板11及基座板50之間的接合層60的充分的接合強度，可維持陶瓷介電質基板11與基座板50的堅固的接合。
若接合強度β的比β1/β2為10以下，則無論是在室溫還是極低溫的環境下，都可充分地抑制位於陶瓷介電質基板11及基座板50之間的接合層60的效果。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，在實施形態中，作為關於接合層60的柔軟性的物理性質，例如著眼於彈性模數γ。在以下的說明中，以-60℃下的接合層60的彈性模數為γ1，以25℃下的接合層60的彈性模數為γ2。
在實施形態中，-60℃下的接合層60的彈性模數γ1例如為0.1MPa以上、10MPa以下，較佳為0.1MPa以上、3MPa以下，更佳為0.1MPa以上、1MPa以下。而且，彈性模數γ1較佳為0.3MPa以上，更佳為0.4MPa以上。
若彈性模數γ1為0.1MPa以上，則在極低溫的環境下，由於接合層60具有充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板11與基座板50之間產生應力時，也容易抑制陶瓷介電質基板11的翹曲。據此，可抑制在極低溫的環境下之對象物W的面內溫度均勻性的惡化。
若彈性模數γ1為10MPa以下，則在極低溫的環境下，可抑制接合層60過於變硬。據此，在極低溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，25℃下的接合層60的彈性模數γ2例如為0.2MPa以上、1.0MPa以下，較佳為0.2MPa以上、0.4MPa以下。
若彈性模數γ2為0.2MPa以上，則在室溫的環境下，由於接合層60具有充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板11與基座板50之間產生應力時，也容易抑制陶瓷介電質基板11的翹曲。據此，可抑制在室溫的環境下之對象物W的面內溫度均勻性的惡化。
若彈性模數γ2為1.0MPa以下，則在室溫的環境下，可抑制接合層60過於變硬。據此，在室溫的環境下，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
彈性模數γ1對彈性模數γ2的比γ1/γ2例如為0.6以上、30以下，較佳為0.6以上、10以下，更佳為0.6以上、3以下。較佳為0.8以上，更佳為0.9以上。而且，比γ1/γ2較佳為2.1以下。
若彈性模數γ的比γ1/γ2為0.6以上，則無論是在室溫還是極低溫的環境下，由於接合層60都維持充分的恢復性，因此即使在陶瓷介電質基板11與基座板50之間產生應力時，也容易抑制陶瓷介電質基板11的翹曲。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制對象物W的面內溫度均勻性的惡化。
若彈性模數γ的比γ1/γ2為30以下，則無論是在室溫還是極低溫的環境下，都可抑制接合層60過於變硬。據此，在從室溫到極低溫的環境下時，可抑制施加於陶瓷介電質基板11的應力，可抑制陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且如上述，為了縮短連接於高頻電源504的基座板50與上部電極510之間的距離，或者從熱的均勻性的觀點也是陶瓷介電質基板11變薄較佳。另一方面，在陶瓷介電質基板11薄的情形下，若在極低溫的環境下接合層60失去柔軟性，則有陶瓷介電質基板11破裂而破損之虞。相對於此，依照實施形態，在極低溫的環境下，由於接合層60具有充分的柔軟性，因此即使是在陶瓷介電質基板11為5mm以下的薄的情形下，也可有效地抑制破損等的不良狀況。
圖2(a)～圖2(c)是顯示接合層的伸長率及接合強度的測定方法之說明圖。 圖3是顯示接合層的彈性模數的算出方法之說明圖。 圖4是舉例說明接合層的伸長率及接合強度的測定處之說明圖。 在實施形態中，接合層60的伸長率α及接合強度β可藉由圖2(a)～圖2(c)所示的方法測定。
在測定接合層60的伸長率α及接合強度β時，首先如圖2(a)所示，從靜電吸盤110選取試驗片TP。試驗片TP係以將靜電吸盤110貫通於Z軸方向的方式選取。也就是說，試驗片TP係以包含疊層於Z軸方向的基座板50、接合層60及陶瓷介電質基板11的方式選取。試驗片TP係以直徑30mm的圓柱形選取。選取方法例如為螺旋(helical)加工、水刀(water jet)切斷加工等。
接著，如圖2(b)所示，對試驗片TP的陶瓷介電質基板11及基座板50，分別在沿著X-Y平面的對向的方向施加壓力。在該例子中，對陶瓷介電質基板11在X軸方向的負的方向施加壓力，對基座板50在X軸方向的正的方向施加壓力。壓力例如藉由AUTOGRAPH(島津製作所製 AGS-X(5kN))施加。一邊測定接合層60的伸長率α及剪應力(shear stress)，一邊加大施加於試驗片TP的壓力，如圖2(c)所示，使接合層60裂斷。
藉由上述的方法測定的伸長率α及剪應力的關係例如以圖3所示的曲線表示。如圖3所示，剪應力到接合層60裂斷為止變大，接合層60一裂斷就變小。也就是說，可將剪應力成為最大的時間點視為接合層60裂斷的時間點。
伸長率α以100×(裂斷時的接合層60的伸長Ｌ1)/(接合層60的厚度T2)表示。裂斷時的接合層60的伸長Ｌ1是在裂斷的時間點的加壓方向(在該例子中為X軸方向)上的接合層60的長度的變化量。接合層60的厚度T2為Z軸方向上的接合層60的長度。接合強度β為接合層60裂斷時的剪應力的大小。也就是說，可從接合層60裂斷時的剪應力的大小求接合強度β。
在伸長率α及接合強度β的測定例如可使用AUTOGRAPH (島津製作所製 AGS-X(5kN))。測定條件例如為壓縮速度：0.1～10mm/miｎ、使用荷重元(load cell)：5kN、測定溫度：25℃、-60℃。
如圖3所示，接合層60的彈性模數γ係以接合層60裂斷為止的曲線的斜率(slope)表示。換言之，彈性模數γ係由伸長率α及接合強度β算出。具體而言，彈性模數γ係以(裂斷時的接合層60的接合強度β)/(裂斷時的接合層60的應變(strain)((裂斷時的接合層60的伸長(elongation)Ｌ1)/(接合層60的厚度T2)))表示。
在實施形態中，在從靜電吸盤110的至少一處選取的試驗片TP中，只要接合層60具有如上述的伸長率α(伸長率比)、接合強度β(接合強度比)或彈性模數γ(彈性模數比)即可。在從靜電吸盤110的複數處選取的試驗片TP的各個中，接合層60具有如上述的伸長率α(伸長率比)、接合強度β(接合強度比)或彈性模數γ(彈性模數比)較佳。而且，從靜電吸盤110的複數處選取的試驗片TP的伸長率α(伸長率比)、接合強度β(接合強度比)或彈性模數γ(彈性模數比)的平均值滿足上述的伸長率α(伸長率比)、接合強度β(接合強度比)或彈性模數γ(彈性模數比)也較佳。
當從靜電吸盤110的複數處選取試驗片TP時，例如如圖4所示，從靜電吸盤110的X-Y平面的複數處選取試驗片TP，對各個藉由圖2(b)及圖2(c)所示的方法測定接合層60的伸長率α及接合強度β。在該例子中，顯示從靜電吸盤110的X-Y平面的中央部110a、外周部110b的4處及中央部110a與外周部110b的中間部110c的4處的合計9處選取試驗片TP的情形。
例如在從上述的9處選取的試驗片TP的至少一個中，只要接合層60具有如上述的伸長率α(伸長率比)、接合強度β(接合強度比)或彈性模數γ(彈性模數比)即可。
圖5及圖6是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之圖表。 圖6是將圖5的A部放大之圖表。 圖7是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之表。 實施例1是與實施形態有關的靜電吸盤110的一例。參考例1是具有物理性質與實施例1不同的接合層60的靜電吸盤的一例。
將藉由圖2(a)～圖2(c)及圖3所示的測定、算出方法測定、算出的實施例1及參考例1的接合層60的伸長率α、接合強度β及彈性模數γ顯示於圖5～圖7。
而且，將對實施例1及參考例1進行剝離/破裂試驗的結果顯示於圖7。在剝離/破裂試驗中，製作以接合層60接合陶瓷介電質基板11與基座板50的樣品，將樣品在-60℃下至少放置3000小時後，返回到室溫，評價了陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離的有無及陶瓷介電質基板11的破裂的有無。接合層60的剝離的有無係藉由如下進行：以顯微鏡觀察接合層60的剖面而評價裂痕(crack)等的有無之直接觀察；照射超音波而評價接合層60的內部的裂痕等的有無之超音波探傷。將在直接觀察及超音波探傷的至少任一個看到裂痕者評價為剝離[有]，將在直接觀察及超音波探傷的兩方看不到裂痕者評價為剝離[無]。而且，陶瓷介電質基板11的破裂的有無係將以目視觀察陶瓷介電質基板11，看到破裂者評價為破裂[有]，將看不到破裂者評價為破裂[無]。
如圖5～圖7所示，在參考例1中，伸長率α1為107%，伸長率α2為195%，伸長率α的比α1/α2為0.5。在參考例1中，由於接合層60具有這種伸長率α(伸長率比)，因此在室溫(25℃)的環境下，雖然不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂，但是在極低溫(-60℃)的環境下，發生了陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
相對於此，在實施例1中，伸長率α1為225%，伸長率α2為190%，伸長率α的比α1/α2為1.2。在實施例1中，由於接合層60具有這種伸長率α(伸長率比)，因此即使是在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的伸長率α1為120%以上或者使伸長率α的比α1/α2為0.60以上，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，如圖5～圖7所示，在參考例1中，接合強度β1為29.8MPa，接合強度β2為0.56MPa，接合強度β的比β1/β2為53.2。在參考例1中，由於接合層60具有這種接合強度β(接合強度比)，因此在室溫(25℃)的環境下，雖然不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂，但是在極低溫(-60℃)的環境下，發生了陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
相對於此，在實施例1中，接合強度β1為1.42MPa，接合強度β2為0.83MPa，接合強度β的比β1/β2為1.7。在實施例1中，由於接合層60具有這種接合強度β(接合強度比)，因此即使在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的接合強度β1為0.4MPa以上、10MPa以下，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
而且，如圖5～圖7所示，在參考例1中，彈性模數γ1為28MPa，彈性模數γ2為0.29MPa，彈性模數γ的比γ1/γ2為96.6。在參考例1中，由於接合層60具有這種彈性模數γ(彈性模數比)，因此在室溫(25℃)的環境下，雖然不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂，但是在極低溫(-60℃)的環境下，發生了陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
相對於此，在實施例1中，彈性模數γ1為0.63MPa，彈性模數γ2為0.44MPa，彈性模數γ的比γ1/γ2為1.4。在實施例1中，由於接合層60具有這種彈性模數γ(彈性模數比)，因此即使在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的彈性模數γ1為0.1MPa以上、10MPa以下或者使彈性模數γ的比γ1/γ2為0.6以上、30以下，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
圖8是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之表。 實施例2～14是與實施形態有關的靜電吸盤110的一例。 將與實施例1及參考例1一樣測定、算出的實施例2～14的接合層60的伸長率α、接合強度β及彈性模數γ顯示於圖8。而且，將與實施例1及參考例1一樣進行剝離/破裂試驗的結果顯示於圖8。
如圖8所示，在實施例2～14中，伸長率α1為175%以上、247%以下，伸長率α2為150%以上、280%以下，伸長率α的比α1/α2為0.80以上、1.17以下。在實施例2～14中，由於接合層60具有這種伸長率α(伸長率比)，因此在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的伸長率α1為120%以上或者使伸長率α的比α1/α2為0.60以上，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如圖8所示，在實施例2～14中，接合強度β1為0.70MPa以上、1.90MPa以下，接合強度β2為0.51MPa以上、1.60MPa以下，接合強度β的比β1/β2為0.8以上、1.9以下。在實施例2～14中，由於接合層60具有這種接合強度β(接合強度比)，因此在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的接合強度β1為0.4MPa以上、10MPa以下，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如圖8所示，在實施例2～14中，彈性模數γ1為0.34MPa以上、1.02MPa以下，彈性模數γ2為0.19MPa以上、0.81MPa以下，彈性模數γ的比γ1/γ2為0.9以上、2.1以下。在實施例2～14中，由於接合層60具有這種彈性模數γ(彈性模數比)，因此在室溫(25℃)的環境下及極低溫(-60℃)的環境下的任一個，都不發生陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
如此，藉由使接合層60的彈性模數γ1為0.1MPa以上、10MPa以下或者使彈性模數γ的比γ1/γ2為0.6以上、30以下，可抑制在極低溫的環境下之陶瓷介電質基板11從基座板50的剝離及陶瓷介電質基板11的破裂。
圖9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9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110。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110在處理容器501的內部中配置於上部電極510之下。靜電吸盤110的基座板50及上部電極510與高頻電源504連接。靜電吸盤110的電極層12與吸附用電源505連接。
基座板50與上部電極510互相隔著規定的間隔被略平行配設。對象物W載置於位於基座板50與上部電極510之間的第一主表面11a。
若從高頻電源504將電壓(高頻電壓)施加到基座板50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)施加到電極層12，在電極層12的第一主表面11a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110。
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。
11:陶瓷介電質基板 11a:第一主表面 11b:第二主表面 12:電極層 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:接合層 110:靜電吸盤 110a:中央部 110b:外周部 110c:中間部 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 TP:試驗片 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(a)～圖2(c)是顯示接合層的伸長率及接合強度的測定方法之說明圖。 圖3是顯示接合層的彈性模數的算出方法之說明圖。 圖4是舉例說明接合層的伸長率及接合強度的測定處之說明圖。 圖5是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質(physical property)之圖表(graph)。 圖6是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之圖表。 圖7是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之表。 圖8是顯示與實施形態有關的靜電吸盤的接合層的一例的物理性質之表。 圖9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。

Claims (10)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板； 金屬製的基座板，支撐該陶瓷介電質基板；以及 接合層，設置於該陶瓷介電質基板與該基座板之間，包含樹脂材料， 滿足以下的第一～第六條件之中至少任一個： 第一條件：-60℃下的該接合層的伸長率α1為120%以上， 第二條件：25℃下的該接合層的該伸長率α1對伸長率α2的比α1/α2為0.60以上， 第三條件：-60℃下的該接合層的接合強度β1為0.4MPa以上、10MPa以下， 第四條件：25℃下的該接合層的該接合強度β1對接合強度β2的比β1/β2為0.6以上、10以下， 第五條件：-60℃下的該接合層的彈性模數γ1為0.1MPa以上、10MPa以下， 第六條件：25℃下的該接合層的該彈性模數γ1對彈性模數γ2的比γ1/γ2為0.6以上、30以下。
  2. 如請求項1之靜電吸盤，其中該伸長率α1為175%以上。
  3. 如請求項2之靜電吸盤，其中該伸長率α1為200%以上。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該比α1/α2為0.80以上。
  5. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該接合強度β1為0.4MPa以上、2.0MPa以下。
  6. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該比β1/β2為0.8以上。
  7. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該彈性模數γ1為0.3MPa以上、0.9MPa以下。
  8. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該比γ1/γ2為0.8以上。
  9. 如請求項1至請求項3中任一項之靜電吸盤，其中該陶瓷介電質基板包含氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化釔之中至少一個。
  10. 如請求項9之靜電吸盤，其中該陶瓷介電質基板包含氧化鋁。
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