TW202232650A - 靜電夾盤、其製造方法及基板固定裝置 - Google Patents

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竹元啓一
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Abstract

本發明係關於一種靜電夾盤，其包括基體，該基體具有其上放置吸附標的物件之放置表面；熱擴散層，其直接形成於該基體之與該放置表面相對的表面上；絕緣層，其經設置成與該熱擴散接觸，位在該熱擴散層之與該基體相對的一側上；及產熱體，其嵌入於該絕緣層中。該熱擴散層係由具較該絕緣層高之導熱性的材料形成。

Description

靜電夾盤、其製造方法及基板固定裝置
本發明係關於一種靜電夾盤、其製造方法、及一種基板固定裝置。
在相關技藝中，當製造諸如IC及LSI之半導體裝置時所使用之膜形成設備(例如，CVD設備、PVD設備、及其類似者)及電漿蝕刻設備具有用來於真空處理腔室中準確地固持晶圓的平台。
關於此平台，例如，提出一種經組構來藉由裝置於基底板上之靜電夾盤吸附及固持作為吸附標的物件之晶圓的基板固定裝置。靜電夾盤具有例如產熱體及用來均衡來自產熱體之熱的金屬層。 [引用清單] [專利文獻]
PTL 1: JP-A-2020-88304
然而，近年來，需要進一步改良靜電夾盤的熱均衡，且很難利用相關技藝之結構滿足關於熱均衡之改良的要求。
本發明已鑑於以上情勢進行，且其目的係要提供具有進一步改良之熱均衡的靜電夾盤。
本揭示之一具體例係關於一種靜電夾盤。該靜電夾盤包含： 基體，其具有其上放置吸附標的物件之放置表面； 熱擴散層，其直接形成於該基體之與該放置表面相對的表面上； 絕緣層，其經設置成與該熱擴散層接觸，位在該熱擴散層之與該基體相對的一側上；及 產熱體，其嵌入於該絕緣層中， 其中該熱擴散層係由具較該絕緣層高之導熱性的材料形成。
根據所揭示之技術，可提供具有進一步改良之熱均衡的靜電夾盤。
以下將參照圖式描述本發明之具體例。注意在各別圖式中，具有相同組態的部件以相同的元件符號指示，且可省略重複說明。
[基板固定裝置之結構] 圖1係簡化及例示根據本發明具體例之基板固定裝置的截面圖。參照圖1，基板固定裝置1具有以下主要組成元件：基底板10、黏著層20、及靜電夾盤30。
基底板10係用來裝置靜電夾盤30之部件。基底板10之厚度可經設為例如約20至50 mm。基底板10係由例如鋁形成，且亦可使用作為用來控制電漿的電極及其類似物。經由向基底板10供應預定的高頻電功率，可控制用來導致呈所產生電漿狀態之離子及其類似者與吸附於靜電夾盤30上之基板碰撞的能量，及可有效地進行蝕刻加工。
基底板10於其中設有水通道15。水通道15具有位於一端的冷卻水引入部分15a及位於另一端的冷卻水排出部分15b。水通道15係連接至設置於基板固定裝置1外部的冷卻水控制裝置(未圖示)。冷卻水控制裝置(未圖示)係經組構成將冷卻水自冷卻水引入部分15a引入至水通道15中及將冷卻水自冷卻水排出部分15b排出。經由使冷卻水於水通道15中循環以冷卻基底板10，可冷卻吸附於靜電夾盤30上之基板。除了水通道15外，基底板10可設有用來引入惰性氣體以冷卻吸附於靜電夾盤30上之晶圓、及其類似物的氣體通道。
靜電夾盤30係經組構成吸附及固持作為吸附標的物件之晶圓的部件。靜電夾盤30的平面形狀可係例如圓形。作為靜電夾盤30之吸附標的物件之晶圓的直徑可係例如8英吋、12英吋或18英吋。
靜電夾盤30係透過黏著層20裝置於基底板10之一表面上。關於黏著層20，例如可使用聚矽氧黏著劑。黏著層20的厚度可經設為例如約2 mm。黏著層20之導熱性較佳經設為2 W/mK或更高。黏著層20可具有其中堆疊複數個黏著層的層狀結構。舉例來說，當黏著層20係由其中組合具高導熱性之黏著劑及具低彈性模數之黏著劑的雙層結構所構成時，獲得降低由於與由鋁製成之基底板之熱膨脹差異所產生之應力的效果。
靜電夾盤30具有基體31、靜電電極32、熱擴散層33、絕緣層34、及產熱體35。靜電夾盤30係例如Johnsen-Rahbeck型靜電夾盤。然而，靜電夾盤30亦可係庫倫力(Coulomb force)型靜電夾盤。
基體31係介電體，且具有其上放置吸附標的物件的放置表面31a。關於基體31，例如可使用諸如氧化鋁(Al 2O 3)及氮化鋁(AlN)之陶瓷。基體31之厚度可經設為例如約1至10 mm，及基體31之相對電容率(kHz)可經設為例如約9至10。
靜電電極32係薄膜電極，且係嵌於基體31中。靜電電極32連接至設置於基板固定裝置1外部之電源，及當自電源施加預定電壓時，藉由靜電力而在靜電電極與晶圓之間產生吸附力。藉此，可將晶圓吸附及固持於靜電夾盤30之基體31的放置表面31a上。施加至靜電電極32之電壓愈高，吸附固持力就愈強。靜電電極32可具有單極形狀或雙極形狀。關於靜電電極32之材料，例如可使用鎢、鉬或其類似物。
熱擴散層33係直接形成於位在基體31之放置表面31a之相對側上的背表面上。明確言之，熱擴散層33係與基體31之背表面接觸而無黏著層及其類似物。熱擴散層33係用來均衡及擴散由產熱體35所產生之熱的層，且係由具較絕緣層34高之導熱性的材料所形成。熱擴散層33之導熱性較佳為400 W/mK或更高。關於具有該種導熱性之材料，可舉諸如銅(Cu)、銅合金、銀(Ag)及銀合金之金屬、碳奈米管、及其類似物為例。
熱擴散層33較佳形成於基體31之整個背表面上。明確言之，熱擴散層33較佳係以實心形狀形成於基體31之背表面上，且較佳不具有圖案化或開口。如此，熱擴散層33可充分地展現改良熱均衡的效果。熱擴散層33之厚度可經設為例如約數nm至數百μm。熱擴散層33之下表面係與絕緣層34之上表面接觸。
注意在相關技藝之靜電夾盤中，作為熱擴散層的金屬層及其類似物係通過黏著層固定至基體或金屬層係以預定形狀圖案化，以致未達成充分的熱均衡。
絕緣層34係經設置成在熱擴散層33之與基體31相對的一側上與熱擴散層33接觸。絕緣層34係用來使熱擴散層33及產熱體35絕緣的層。關於絕緣層34，例如可使用具高導熱性及高耐熱性之環氧樹脂、雙順丁烯二醯亞胺三𠯤樹脂及其類似物。絕緣層34之導熱性較佳經設為3 W/mK或更高。當絕緣層34中包含諸如氧化鋁及氮化鋁之填料時，絕緣層34的導熱性可獲得改良。此外，絕緣層34之玻璃轉移溫度(Tg)較佳經設為250℃或更高。此外，絕緣層34之厚度較佳經設為約100至150 μm，及絕緣層34之厚度偏差較佳經設為±10%或更小。
產熱體35係嵌入絕緣層34中。產熱體35之周邊經絕緣層34覆蓋及因此與外部隔絕。產熱體35係經組構成經由自基板固定裝置1之外部施加電壓來產生熱及加熱，使得基體31之放置表面31a成為預定溫度。產熱體35可將基體31之放置表面31a之溫度加熱至例如約250℃至300℃。關於產熱體35之材料，可使用銅(Cu)、鎢(W)、鎳(Ni)、康銅(constantan)( Cu/Ni/Mn/Fe之合金)及其類似物。產熱體35之厚度可經設為例如約20至100 μm。產熱體35可例如以同心形狀圖案化。
注意為改良產熱體35與絕緣層34之間在高溫下的黏著，較佳將產熱體35之至少一個表面(上及下表面之一者或兩者)粗加工。亦可將產熱體35之上及下表面兩者粗加工。在此情況，可針對產熱體35之上表面及下表面採用不同的粗加工方法。粗加工方法並無特定限制，及其實例包括利用蝕刻之方法、使用偶合劑系統之表面改質技術的方法、使用利用具355 nm或更短波長之UV-YAG雷射之點加工(dot processing)的方法、及其類似方法。
[基板固定裝置之製造方法] 圖2A至圖4B係例示根據本發明具體例之基板固定裝置之製造過程的視圖。參照圖2A至圖4B來說明基板固定裝置1之製造過程，其聚焦於形成靜電夾盤之過程。注意，圖2A至圖4A係以相對於圖1上下翻轉的狀態來顯示。
首先，在圖2A中顯示的過程中，藉由熟知之製造方法來製造其中嵌有靜電電極32之基體31，該熟知之製造方法包括於生坯片材上進行通孔加工之過程、於通孔中填充傳導性糊料之過程、形成成為靜電電極之圖案之過程、堆疊及燒製另一生坯片材之過程、將表面平坦化之過程、及其類似過程。
隨後，在圖2B中顯示的過程中，將熱擴散層33直接形成於基體31之一表面上。熱擴散層33可藉由濺射方法、無電電鍍方法、噴塗方法或其類似方法使用，例如銅及銀之金屬，直接形成於基體31之一表面上。熱擴散層33較佳係形成於基體31之一表面的整個表面上。當熱擴散層33係藉由濺射方法形成時，熱擴散層33之厚度約為10  nm或更大及500 nm或更小。藉由濺射方法形成之熱擴散層33具有均勻的膜厚度，其對於改良熱均衡高度有效。在此，均勻的膜厚度係指熱擴散層33之最厚部分與最薄部分之間的差異為10%或更小的情況。
注意較佳在形成熱擴散層33之前於基體31上進行表面處理。表面處理係例如清潔及反濺射(reverse sputter)處理。舉例來說，清潔係經由浸泡於純水中、超音波清潔、經IPA置換及真空乾燥來進行。此外，例如緊接在進行濺射之前，經由使用Ar氣體的反濺射來移除位於基體31之一表面上之諸如碳的污物，然後再進行濺射過程。
隨後，在圖2C中顯示的過程中，將絕緣樹脂膜341直接設置在熱擴散層33之與基體31之相對側上的表面(於圖2C中，上表面)上。由於當於真空中層合時，絕緣樹脂膜341可抑制夾雜空隙，因而絕緣樹脂膜341係適當的。使絕緣樹脂膜341保持於半固化狀態(B-階段)而未經固化。藉由呈半固化狀態之絕緣樹脂膜341的黏著力將絕緣樹脂膜341暫時固定於熱擴散層33上。
關於絕緣樹脂膜341，例如可使用具高導熱性及高耐熱性之環氧樹脂、雙順丁烯二醯亞胺三𠯤樹脂及其類似物。絕緣樹脂膜341之導熱性較佳經設為3 W/mK或更高。當絕緣樹脂膜341中包含諸如氧化鋁及氮化鋁之填料時，絕緣樹脂膜341的導熱性可獲得改良。此外，絕緣樹脂膜341之玻璃轉移溫度(Tg)較佳經設為250℃或更高。此外，由提升熱傳導效能(提高熱傳導速率)的觀點來看，絕緣樹脂膜341之厚度較佳經設為60 μm或以下，及絕緣樹脂膜341之厚度偏差較佳經設為±10%或更小。
隨後，在圖3A中顯示的過程中，將金屬箔351設置於絕緣樹脂膜341上。由於金屬箔351係最終成為產熱體35之層，因此金屬箔351之材料與已例舉之產熱體35的材料相似。考慮經由蝕刻的佈線可形成性，金屬箔351之厚度較佳經設為100 μm或以下。藉由呈半固化狀態之絕緣樹脂膜341的黏著力將金屬箔351暫時固定於絕緣樹脂膜341上。
注意，在設置於絕緣樹脂膜341上之前，較佳將金屬箔351之至少一個表面(上及下表面之一者或兩者)粗加工。亦可將金屬箔351之上及下表面兩者粗加工。在此情況，可針對金屬箔351之上表面及下表面採用不同的粗加工方法。粗加工方法並無特定限制，及其實例包括利用蝕刻之方法、使用偶合劑系統之表面改質技術的方法、使用利用具355 nm或更短波長之UV-YAG雷射之點加工的方法、及其類似方法。
此外，在使用點加工之方法中，可選擇性地粗加工金屬箔351之必要區域。因此，在使用點加工之方法中，不需將金屬箔351之整個區域粗加工，及至少，將經保留為產熱體35之區域粗加工即足夠(即不需將欲經由蝕刻移除的區域粗加工)。
隨後，在圖3B中顯示的過程中，將金屬箔351圖案化以形成產熱體35。產熱體35可例如以同心形狀圖案化。明確言之，例如將抗蝕劑形成於金屬箔351之整個表面上，及使抗蝕劑曝光及顯影以形成僅覆蓋欲保留為產熱體35之部分的抗蝕劑圖案。然後，經由蝕刻移除未經抗蝕劑圖案覆蓋之部分的金屬箔351。舉例來說，在其中金屬箔351之材料係銅的情況中，可使用氯化銅蝕刻溶液、氯化鐵蝕刻溶液、及其類似物作為用來移除金屬箔351的蝕刻溶液。
其後，利用剝離溶液剝除抗蝕劑圖案，使得將產熱體35形成於絕緣樹脂膜341之預定位置中(光微影方法)。產熱體35係藉由光微影方法形成，以致可降低產熱體35於寬度方向中之尺寸偏差，藉此改良產熱分佈。注意經由蝕刻形成之產熱體35的截面形狀可實質上為例如梯形。在此情況，於與絕緣樹脂膜341接觸之表面和相對表面之間之佈線寬度的差異可經設為例如約10至50μm。經由將產熱體35之截面形狀製成為簡單的實質上梯形形狀，可改良產熱分佈。
隨後，在圖3C中顯示的過程中，將用來覆蓋產熱體35之絕緣樹脂膜342設置於絕緣樹脂膜341上。由於當於真空中層合時，絕緣樹脂膜342可抑制夾雜空隙，因而絕緣樹脂膜342係適當的。絕緣樹脂膜342之材料可例如與絕緣樹脂膜341相似。然而，絕緣樹脂膜342之厚度可經確定為在可覆蓋產熱體35之適當範圍內，且不一定需與絕緣樹脂膜341之厚度相同。
隨後，在圖4A中顯示的過程中，在將絕緣樹脂膜341及342壓向基體31的同時，將絕緣樹脂膜341及342加熱至固化溫度或更高溫度以使其固化。藉此，絕緣樹脂膜341及342經整合成為絕緣層34，以致形成直接結合至熱擴散層33的絕緣層34。此外，產熱體35的周邊經絕緣層34覆蓋。考慮在回到室溫時的應力，較佳將絕緣樹脂膜341及342之加熱溫度設為200℃或更低。藉由以上過程，完成靜電夾盤30。
注意經由在將絕緣樹脂膜341及342壓向基體31的同時將其加熱及固化，可減少由於存在或不存在產熱體35之影響所引起之絕緣層34之上表面(不與靜電夾盤30接觸之一側上的表面)的不平坦及使其平坦化。絕緣層34之上表面的不平坦較佳經設為7μm或以下。將絕緣層34之上表面的不平坦設為7μm或以下，以致可防止氣泡在下一過程中夾雜於絕緣層34與黏著層20之間。換言之，可防止絕緣層34與黏著層20之間的黏著力降低。
隨後，在圖4B中顯示的過程中，製備其中預先形成水通道15及其類似物的基底板10，及將黏著層20(未固化)形成於基底板10上。然後，將圖4A中顯示的靜電夾盤30上下翻轉及設置於基底板10上，使黏著層20插置於其間，然後使黏著層20固化。藉此，完成基板固定裝置1，其中靜電夾盤30堆疊於基底板10上，且黏著層20插置於其間。
以此方式，在靜電夾盤30中，由於熱擴散層33係直接形成於基體31之背表面上，因此由產熱體35所產生之熱可容易且均勻地傳送至基體31。明確言之，在靜電夾盤30中，與其中黏著層或其類似物插置於基體與金屬層或其類似物之間之相關技藝的結構相比，熱均衡可進一步地獲得改良。
此外，熱擴散層33係形成於基體31之整個背表面上，以致由產熱體35所產生之熱可於整個基體31上方均勻地擴散。此外，熱擴散層33之導熱性經設為400 W/mK或更高，以致熱可於基體31之水平方向中快速地擴散。由熱擴散層33均勻擴散的熱可均勻地加熱基體31。
此外，不同於其中熱擴散層係經由黏貼金屬箔所製成的情況，直接形成於基體31之背表面上的熱擴散層33具有均勻的膜厚度。因此，改良熱均衡的效應高。
此外，其中嵌有產熱體35的絕緣層34係經設置成與熱擴散層33接觸，以致由產熱體35所產生之熱可有效率地傳送至熱擴散層33。
雖然已詳細描述較佳具體例及其類似者，但本發明不受限於前述具體例及其類似者，且可針對前述具體例及其類似者進行各種變化及替換而不脫離申請專利範圍中所界定之範疇。
舉例來說，關於本發明之基板固定裝置的吸附標的物件，除了半導體晶圓(矽晶圓、及其類似物)外，可舉使用於液晶面板及其類似物之製造過程中的玻璃基板及其類似物為例。
1:基板固定裝置 10:基底板 15:水通道 15a:冷卻水引入部分 15b:冷卻水排出部分 20:黏著層 30:靜電夾盤 31:基體 31a:放置表面 32:靜電電極 33:熱擴散層 34:絕緣層 35:產熱體 341:絕緣樹脂膜 342:絕緣樹脂膜 351:金屬箔
圖1係簡化及例示根據本發明具體例之基板固定裝置的截面圖。 圖2A至圖2C係例示根據本發明具體例之基板固定裝置之製造過程的視圖。 圖3A至圖3C係例示根據本發明具體例之基板固定裝置之製造過程的視圖。 圖4A及圖4B係例示根據本發明具體例之基板固定裝置之製造過程的視圖。
1:基板固定裝置
10:基底板
15:水通道
15a:冷卻水引入部分
15b:冷卻水排出部分
20:黏著層
30:靜電夾盤
31:基體
31a:放置表面
32:靜電電極
33:熱擴散層
34:絕緣層
35:產熱體

Claims (6)

  1. 一種靜電夾盤，其包含： 基體，其具有其上放置吸附標的物件之放置表面； 熱擴散層，其直接形成於該基體之與該放置表面相對的表面上； 絕緣層，其經設置成與該熱擴散層接觸，位在該熱擴散層之與該基體相對的一側上；及 產熱體，其嵌入於該絕緣層中， 其中該熱擴散層係由具較該絕緣層高之導熱性的材料形成。
  2. 如請求項1之靜電夾盤，其中，該熱擴散層係形成於該基體之與該放置表面相對側上的整個表面上。
  3. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該熱擴散層之導熱性係400 W/mK或更高。
  4. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該熱擴散層之材料係銅、銅合金、銀或銀合金。
  5. 一種靜電夾盤之製造方法，該製造方法包含： 將熱擴散層直接形成於基體之一表面上； 將第一絕緣樹脂膜直接設置於該熱擴散層之與該基體相對之表面上； 將金屬箔設置於該第一絕緣樹脂膜上； 將該金屬箔圖案化以形成產熱體； 於該第一絕緣樹脂膜上設置用來覆蓋該產熱體之第二絕緣樹脂膜；及 固化該第一絕緣樹脂膜及該第二絕緣樹脂膜以形成直接結合至該熱擴散層之絕緣層； 其中該熱擴散層係由具較該絕緣層高之導熱性的材料形成。
  6. 一種基板固定裝置，其包含： 基底板；及 裝置於該基底板之一表面上之請求項1或2之靜電夾盤。
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