TW202308099A - 靜電卡盤、基板固定裝置 - Google Patents

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Abstract

一種靜電卡盤，其進一步抑制異常放電的產生。該靜電卡盤包括基體，其一個面為吸附對象物的載置面；以及貫通孔，其貫通該基體，在該貫通孔中，配置有包括角狀陶瓷粒子的多孔質體。

Description

靜電卡盤、基板固定裝置
本發明係關於靜電卡盤、基板固定裝置。
以往，製造IC、LSI等的半導體裝置時使用的成膜裝置(例如，CVD裝置、PVD裝置等)、電漿蝕刻裝置具有用於將晶圓在真空的處理室內高精度地進行保持的平臺。
作為這樣的平臺，例如，提出了藉由搭載於底板的靜電卡盤，對吸附對象物即晶圓進行吸附保持的基板固定裝置。作為基板固定裝置的一個例子，可以舉出設有用於對晶圓進行冷卻的氣體供給部的構造的基板固定裝置。氣體例如藉由底板內部的氣體流路、以及設於靜電卡盤的包括球狀陶瓷粒子的多孔質體、貫通孔而被供給至靜電卡盤的表面。 ＜先前技術文獻＞ ＜專利文獻＞
專利文獻1：日本特開2017-218352號公報
＜發明欲解決之問題＞
是，在將具有靜電卡盤的基板固定裝置用於電漿蝕刻裝置的情況下，存在以下問題，即，在晶圓的蝕刻處理中在靜電卡盤產生異常放電，破壞晶圓、電漿蝕刻裝置自身。
作為異常放電對策，雖然設置上述那樣的包括球狀陶瓷粒子的多孔質體亦是有效的，但是由於不能使氣體孔內產生的空隙整體的體積充分小，因此需求進一步的改善。
本發明是鑒於上述的點而成的，其課題在於，在靜電卡盤中，進一步抑制異常放電的產生。 ＜用於解決問題之手段＞
本靜電卡盤包括：基體，其一個面為吸附對象物的載置面；以及貫通孔，其貫通上述基體，在上述貫通孔中配置有包括角狀陶瓷粒子的多孔質體。＜發明之功效＞
根據公開的技術，能夠在靜電卡盤中進一步抑制異常放電的產生。
以下， 參照附圖對用於實施發明的方式進行說明。需要說明的是，在各附圖中，對相同構成部分付與相同附圖標記，有時省略重複的說明。
圖1是簡略地舉例示出本實施方式的基板固定裝置的剖視圖。參照圖1，基板固定裝置1作為主要的構成元件具有底板10、黏著層20、以及靜電卡盤30。
底板10是用於搭載靜電卡盤30的部件。底板10的厚度為例如約20～40mm。底板10例如由鋁形成，其可以作為用於對電漿進行控制的電極等進行利用。通過對底板10供給規定的高周波電力，對用於使產生的處於電漿狀態的離子等衝撞吸附於靜電卡盤30之上的晶圓的能量進行控制，從而能夠有效地進行蝕刻處理。
在底板10的內部設有氣體供給部11，其用於供給對吸附保持於靜電卡盤30的晶圓進行冷卻的氣體。氣體供給部11包括氣體流路111、氣體注入部112、以及氣體排出部113。
氣體流路111例如為在底板10的內部形成為環狀的孔。氣體注入部112是一端與氣體流路111連通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用於自基板固定裝置1的外部將惰性氣體(例如，He、Ar等)導入氣體流路111。氣體排出部113是一端與氣體流路111連通，另一端位於底板10的上表面10a的開口，其與貫通黏著層20的孔連接，用於將導入氣體流路111的惰性氣體排出。在俯視中，氣體排出部113散佈於底板10的上表面10a。氣體排出部113的個數可以根據需要適當決定，例如為約數十個～數百個。
需要說明的是，俯視是指，自基體31的載置面31a的法線方向觀察對象物，俯視形狀是指，自基體31的載置面31a的法線方向觀察對象物的形狀。
在底板10的內部例如設有冷卻機構15。冷卻機構15具有冷媒流路151、冷媒導入部152、以及冷媒排出部153。冷媒流路151例如為在底板10的內部形成為環狀的孔。冷媒導入部152是一端與冷媒流路151連通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用於自基板固定裝置1的外部將冷媒(例如，冷卻水、Galden等)導入冷媒流路151。冷媒排出部153是一端與冷媒流路151連通，另一端自底板10的下表面10b向外部露出的孔，其用於將導入冷媒流路151的冷媒排出。
冷卻機構15與設於基板固定裝置1的外部的冷媒控制裝置(未圖示)連接。冷媒控制裝置(未圖示)將冷媒自冷媒導入部152導入冷媒流路151，並且自冷媒排出部153將冷媒排出。藉由使冷媒在冷卻機構15中循環而對底板10進行冷卻，能夠對吸附於靜電卡盤30之上的晶圓進行冷卻。
靜電卡盤30是用於對吸附對象物即晶圓進行吸附保持的部分。靜電卡盤30的俯視形狀例如為圓形。靜電卡盤30的吸附對象物即晶圓的直徑例如為8、12、或18英寸。
靜電卡盤30藉由黏著層20設於底板10的上表面10a。黏著層20為例如矽酮類黏著劑。黏著層20的厚度例如為約0.1～1.0mm。黏著層20將底板10與靜電卡盤30黏著，並且具有降低陶瓷制的靜電卡盤30與鋁制的底板10的因熱膨脹率的差而產生的應力的效果。
靜電卡盤30具有基體31和靜電電極32。基體31的上表面為吸附對象物的載置面31a。靜電卡盤30例如為強森-羅貝克(Johnsen-Rahbek)式靜電卡盤。但是，靜電卡盤30亦可以為庫倫力式靜電卡盤。
基體31為電介質，作為基體31，例如使用氧化鋁(Al 2O 3)、氮化鋁(AlN)等的陶瓷。作為輔助劑，基體31可以包括例如自矽(Si)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、以及釔(Y)中選擇的兩種以上的元素的氧化物。基體31的厚度為例如約5～10mm，基體31的相對介電常數(1kHz)為例如約9～10。
靜電電極32為薄膜電極，其內置於基體31中。靜電電極32與設於基板固定裝置1的外部的電源連接，若自電源施加規定的電圧，則在與晶圓之間產生基於靜電的吸附力。由此，能夠在靜電卡盤30的基體31的載置面31a之上吸附保持晶圓。施加於靜電電極32的電圧越高，吸附保持力越強。靜電電極32可以為單極形狀，亦可以為雙極形狀。作為靜電電極32的材料，例如使用鎢、鉬等。
可以在基體31的內部設置發熱體，其藉由自基板固定裝置1的外部施加電圧而發熱，從而以基體31的載置面31a成為規定的溫度的方式進行加熱。
在基體31的與各氣體排出部113對應的位置設有貫通基體31而使氣體排出部113的另一端露出的貫通孔即氣體孔33。由於氣體孔33與氣體供給部11連通，因此氣體藉由氣體供給部11以及氣體孔33被供給至載置面31a。在氣體孔33中配置有多孔質體60。多孔質體60包括複數個角狀陶瓷粒子、以及將複數個角狀陶瓷粒子黏結而使之一體化的混合氧化物。
圖2是角狀陶瓷粒子的一個例子即粗粒氧化鋁的SEM照片。如圖2所示，角狀陶瓷粒子與球狀陶瓷粒子不同，其至少具有一個角部，整體為棱角形狀的多面體。作為角狀陶瓷粒子，可以使用例如在半導體裝置的製造工序中用作研磨劑且具有適當的粒度分佈的材料等。雖然角狀陶瓷粒子的優選的例子為粗粒氧化鋁，但是除了粗粒氧化鋁之外，亦可以使用二氧化鋯(ZrO 2)、碳化矽(SiC)那樣的高熔點的無機材料等。
優選角狀陶瓷粒子的粒子尺寸為10μm以上100μm以下，更優選為10μm以上50μm以下。在圖2的例子中，角狀陶瓷粒子的平均粒子尺寸為約30μm。在此，角狀陶瓷的粒子尺寸是指，成為對象的粒子的最長的部分的長度。優選在多孔質體60內含有80重量%以上97重量%以下的重量比的角狀陶瓷粒子。
混合氧化物固定於複數個角狀陶瓷粒子的外表面的一部分而對其進行支承。混合氧化物由例如自矽(Si)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、以及釔(Y)中選擇的兩種以上的元素的氧化物形成。
在多孔質體60的內部形成有氣孔。氣孔與外部連通，從而氣體能夠自多孔質體60的下側朝向上側通過。優選在多孔質體60之中形成的氣孔的氣孔率為多孔質體60的整體的體積的20%～50%的範圍。角狀陶瓷粒子的外表面的一部分和混合氧化物在氣孔的內表面露出。
需要說明的是，在基體31由氧化鋁形成的情況下，優選基體31作為其他的成分含有自矽、鎂、鈣、以及釔中選擇的兩種以上的元素的氧化物。並且，優選基體31內的自矽、鎂、鈣、以及釔中選擇的兩種以上的元素的氧化物的組成比設定為與多孔質體60的混合氧化物內的自矽、鎂、鈣、以及釔中選擇的兩種以上的元素的氧化物的組成比相同。
如此，藉由在基體31與多孔質體60的混合氧化物之間將氧化物的組成比設定為相同，在對多孔質體60進行燒結時在彼此之間不產生物質移動，從而能夠確保基體31與多孔質體60的介面的平坦性。由於基體31與多孔質體60的熱膨脹係數大致相同，因此能夠防止基於應力的破壞等。
[基板固定裝置的製造方法]
圖3和圖4是舉例示出本實施方式的基板固定裝置的製造工序的圖，其簡略示出了圖1所示基體31等。在此，參照圖3和圖4，以在靜電卡盤30中形成氣體孔33以及多孔質體60的工序等為中心進行說明。
首先，如圖3的(a)所示，藉由包括對印刷電路基板(green sheet)進行通孔加工的工序、在通孔中填充導電糊劑的工序、形成成為靜電電極的圖案的工序、積層其他的印刷電路基板而進行燒成的工序、以及使表面平坦化的工序等的公知的製造方法，製作內置靜電電極32(在圖3中省略圖示)的基體31。並且，如圖3的(b)所示，以貫通基體31的方式，形成氣體孔33。氣體孔33藉由例如鑽孔加工形成。
接下來，如圖3的(c)所示，在平臺100之上藉由剝離片(未圖示)配置基體31。並且，準備成為多孔質體60的前驅體的糊劑60a，藉由刮板110以括掃糊劑60a的方式使之在橫向移動，從而在基體31的氣體孔33中填充糊劑60a。此時，可以對糊劑60a施加圧力，以增加填充量。成為多孔質體60的前驅體的糊劑60a例如以規定的重量比含有角狀陶瓷粒子。糊劑60a的剩餘部分含有例如自矽、鎂、鈣、鋁以及釔中選擇的兩種以上的元素的氧化物，進一步包括有機黏結劑、溶劑。作為有機黏結劑，例如可以使用聚乙烯醇縮丁醛。作為溶劑，例如可以使用乙醇。
如此，如圖4的(a)所示，在基體31的複數個氣體孔33中分別填充糊劑60a。由於基體31已經被燒結，因此不用擔心在之後的燒成工序中因收縮導致氣體孔33的尺寸、位置出現偏差。另外，即使氣體孔33的直徑變小至3mm以下，亦能夠容易地在氣體孔33中填充糊劑60a。
接下來，如圖4的(b)所示，藉由在比基體31的燒成溫度低約100℃的約1400℃的溫度下，對糊劑60a進行燒成，從而在基體31的氣體孔33中形成多孔質體60。此時，在基體31與糊劑60a的複合氧化物之間，矽、鎂、鈣、以及釔的組成比被設定為相同。由此，在燒成時，在基體31與糊劑60a之間不產生物質移動，從而能夠確保基體31的氣體孔33的內壁與多孔質體60的介面的平坦性。
需要說明的是，多孔質體60以自基體31的氣體孔33的上端向上側突出的方式形成。因此，如圖4的(c)所示，藉由對基體31以及多孔質體60的各上表面進行平面磨削，使基體31的上表面與多孔質體60的上表面齊平而使之平坦化。另外，根據需要，可以在基體31以及多孔質體60的各下表面亦進行平面磨削而使之平坦化。如此，能夠在基體31的氣體孔33中配置多孔質體60。
接下來，準備事先形成有冷卻機構15等的底板10，並且在底板10之上形成黏著層20(未硬化)。並且，將圖4的(c)所示基體31藉由黏著層20配置於底板10之上，使黏著層20硬化。藉由以上的工序，完成圖1所示基板固定裝置1。
在此，參照比較例，對基板固定裝置1起到的效果進行說明。圖5的(a)是比較例，是示出在氣體孔中填充球狀陶瓷粒子的樣子的SEM照片。另一方面，圖5的(b)是第一實施方式的氣體孔的實施例，是示出在氣體孔中填充角狀陶瓷粒子的樣子的SEM照片。若將圖5的(a)和圖5的(b)進行比較，則可知雖然兩者的範圍(range)不一致，但是圖5(b)與圖5(a)相比明顯空隙較少。如此，藉由在氣體孔中填充角狀陶瓷粒子，與填充球狀陶瓷粒子的情況相比降低了空隙整體的體積。
在氣體孔中未填充球狀陶瓷粒子、角狀陶瓷粒子的中空構造的情況下，若靜電卡盤暴露於高密度的電漿環境下，則成為氣體孔異常放電的起源，從而引起載置於基體之上的晶圓和靜電卡盤的破損。藉由在氣體孔中填充球狀陶瓷粒子能夠一定程度解決異常放電，但是對於球狀陶瓷粒子，由於其形狀的特徵，不能充分降低氣體孔內的空隙整體的體積。
與此相對，在氣體孔中填充角狀陶瓷粒子的情況下，由於角狀陶瓷粒子與球狀陶瓷粒子相比彼此可以接近，因此如圖5所示，能夠大幅降低空隙整體的體積。其結果，能夠大幅降低異常放電。
另一方面，若沒有空隙則氣體無法通過，亦就不能起到氣體孔本來的目的。但是，由於即使在氣體孔中填充角狀陶瓷粒子，亦適當產生空隙，因此能夠作為氣體孔起作用。圖6是對氣體孔的直徑與氣體流量的關係進行調查的實驗結果。在此，在基體中設置18個直徑1mm的氣體孔，在各氣體孔中填充平均粒子尺寸為約30μm的角狀陶瓷粒子，對通過各氣體孔的氣體流量進行了調查。另外，在基體中設置18個直徑2mm的氣體孔，在各氣體孔中填充平均粒子尺寸為約30μm的角狀陶瓷粒子，對通過各氣體孔的氣體流量進行了調查。
根據圖6，在氣體孔的直徑為1mm的情況下，氣體流量平均為約3sccm。另外，在氣體孔的直徑為2mm的情況下，氣體流量平均為約10sccm。不論在何種情況下，作為靜電卡盤的氣體孔的氣體流量都是充分的。另外，由於氣體孔的直徑與氣體流量的關係存在關聯，因此相對於目標氣體流量的氣體孔的設計容易。
以上，雖然對優選的實施方式等進行了詳細說明，但是不限於上述實施方式等，在不超出申請專利範圍中記載的範圍的情況下，可以對上述實施方式等施加各種變形以及置換。
例如，作為本發明的基板固定裝置的吸附對象物，除了半導體晶圓(矽晶圓等)之外，可以舉例示出在液晶面板等的製造工序中使用的玻璃基板等。
1:基板固定裝置 10:底板 10a:上表面 10b:下表面 11:氣體供給部 15:冷卻機構 20:黏著層 30:靜電卡盤 31:基體 31a:載置面 32:靜電電極 33:氣體孔 60:多孔質體 60a:糊劑 111:氣體流路 112:氣體注入部 113:氣體排出部 151:冷媒流路 152:冷媒導入部 153:冷媒排出部
圖1係簡略地舉例示出本實施方式的基板固定裝置的剖視圖。圖2係角狀陶瓷粒子的一個例子即粗粒氧化鋁的SEM照片。圖3係舉例示出本實施方式的基板固定裝置的製造工序的圖(其1)。圖4係舉例示出本實施方式的基板固定裝置的製造工序的圖(其2)。圖5係將球狀陶瓷粒子與角狀陶瓷粒子進行比較的SEM照片。圖6係對氣體孔的直徑與氣體流量的關係進行調查的實驗結果。

Claims (8)

  1. 一種靜電卡盤，包括： 基體，其一個面為吸附對象物的載置面；以及 貫通孔，其貫通該基體， 在該貫通孔中，配置有包括角狀陶瓷粒子的多孔質體。
  2. 如請求項1之靜電卡盤，其中， 該基體與該角狀陶瓷粒子包括相同的氧化物陶瓷。
  3. 如請求項2之靜電卡盤，其中， 該氧化物陶瓷為氧化鋁。
  4. 如請求項1至3中任一項之靜電卡盤，其中， 該基體和該多孔質體包括相同的兩種以上的元素的氧化物， 該基體內的該氧化物的組成比設定為與該多孔質體內的該氧化物的組成比相同。
  5. 如請求項4之靜電卡盤，其中， 該兩種以上的元素自矽、鎂、鈣、以及釔中選擇。
  6. 如請求項1至5中任一項之靜電卡盤，其中， 該角狀陶瓷粒子為粗粒氧化鋁。
  7. 如請求項1至6中任一項之靜電卡盤，其中， 該角狀陶瓷粒子的粒子尺寸為10μm以上100μm以下。
  8. 一種基板固定裝置，具有： 底板，其在內部具有氣體供給部；以及 設於該底板之上的請求項1至7中任一項之靜電卡盤， 該貫通孔與該氣體供給部連通，  氣體藉由該氣體供給部以及該貫通孔被供給至該載置面。
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