TW202308857A - 靜電夾盤及靜電夾盤之製造方法 - Google Patents

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高橋竜二
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Abstract

一種靜電夾盤，包括：基底板，由金屬製成；陶瓷板，固定至該基底板且被組構成藉由靜電力以吸附物體；以及，結合層，設置於基底板與陶瓷板之間，以使該基底板及該陶瓷板彼此結合。該結合層係由包括形成基底板的金屬及形成陶瓷板的陶瓷的複合材料所形成。

Description

靜電夾盤及靜電夾盤之製造方法
本發明係關於一種靜電夾盤及一種靜電夾盤之製造方法。
可使用將晶圓吸附及固持於其上之靜電夾盤(ESC)，例如用來製造半導體組件。此一靜電夾盤係被組構成使其中建置有電極的陶瓷板黏著結合至由金屬製成的基底板。歸因於施加至建置於陶瓷板中之電極的電壓，晶圓係利用靜電力而被吸附於陶瓷板上。
陶瓷板係藉由諸如基於聚矽氧樹脂的黏著劑之類的黏著劑而黏著結合至基底板。明確言之，陶瓷板係藉由呈未固化狀態之黏著劑暫時黏著結合至基底板。然後，當呈未固化狀態之黏著劑被熱固化時，陶瓷板便黏著結合至基底板(參見，例如，JP-A-2013-247342)。
附帶一提，使基底板及陶瓷板彼此黏著結合的黏著劑在熱固化後的冷卻過程中會收縮。在此情況，在陶瓷板之外圍部分下方的黏著劑容易被周圍大氣剝奪熱，藉此較在陶瓷板之中心部分下方的黏著劑收縮更多。結果，在陶瓷板之外圍部分下方的黏著劑之厚度變得較薄，以致陶瓷板以在中心部分內及中心部分周圍為高、且在外圍部分為低的形狀的偏斜狀態黏著結合。
於此一偏斜狀態中黏著結合的陶瓷板會導致靜電夾盤之吸附面(即，陶瓷板之吸附面)之高度上的變化。為解決此問題，一般係藉由拋光以使此一靜電夾盤中之陶瓷板之吸附面變平坦。
然而，當將陶瓷板之吸附面拋光時，陶瓷板之厚度變得不均勻。亦即，於陶瓷板之中心部分及其周圍的厚度變得較薄。當於此狀況中使用靜電夾盤時，於基底板與陶瓷板之間通過黏著劑的熱傳送特性可能不均勻，以致陶瓷板之吸附面之溫度無法充分地均勻。
具體例提供一種靜電夾盤。此靜電夾盤包括：基底板，由金屬製成；陶瓷板，固定至該基底板且被組構成藉由靜電力以吸附物體；以及，結合層，設置於基底板與陶瓷板之間，以使該基底板及該陶瓷板彼此結合。該結合層係由包括形成基底板的金屬及形成陶瓷板的陶瓷的複合材料所形成。
具體例提供一種製造靜電夾盤之方法。此方法包括：製備由金屬製成的基底板；藉由3D印刷以在該基底板上提供結合層，其中，該結合層係由包括金屬及陶瓷的複合材料所形成；以及，藉由3D印刷以在該結合層上提供陶瓷板。該陶瓷板包括：第一電極，其被組構成根據施加至該第一電極的電壓而藉由靜電力以吸附一物體；第二電極，被組構成根據施加至該第二電極的電壓而產生熱；以及，包圍第一電極及第二電極的陶瓷。
以下將基於圖式詳細說明本案所揭示之靜電夾盤及靜電夾盤之製造方法的具體例。附帶一提，文中揭示之技術不受限於該具體例。
具體例： 靜電夾盤之組態： 圖1係顯示具體例之靜電夾盤100之組態的透視立體圖。圖1中顯示之靜電夾盤100具有其中陶瓷板120結合至基底板110的結構。
基底板110為由諸如鋁之類的金屬製成的一圓形部件。基底板110充作為靜電夾盤100之基礎材料。於基底板110內側形成有讓諸如冷卻水之類的冷凍劑通過的冷凍劑通道，以調整陶瓷板120及吸附於陶瓷板120上的晶圓或其類似物之溫度。
陶瓷板120為由絕緣陶瓷製成的一圓形部件。陶瓷板120的直徑較基底板110的直徑為小。陶瓷板120係固定至基底板110之中心。亦即，陶瓷板120之一面係充作為結合至基底板110的結合面。該結合面係通過由金屬及陶瓷之複合材料所製成的結合層以結合至基底板110，使得陶瓷板120固定至基底板110。在陶瓷板120中，與結合面相對立的面為可吸附待吸附物體(諸如晶圓)的吸附面。
於陶瓷板120內部設置一導電電極。當向該電極供應電力時，產生靜電力。藉由該靜電力，其物體便被吸附於陶瓷板120之吸附面上。
此外，將一加熱器電極設置於陶瓷板120內部。歸因於供應至加熱器電極的電力，該加熱器電極產生熱以調整陶瓷板120及吸附於陶瓷板120上的物體(諸如晶圓)之溫度。
圖2係顯示具體例之靜電夾盤之截面的示意圖。圖2中顯示沿圖1之線II-II的截面圖。如圖2所示，靜電夾盤100具有其中陶瓷板120係藉由結合層130以結合至基底板110的組態。
基底板110例如為由金屬製成為約20至50 mm厚的部件，且其內部具有充作為諸如冷卻水或冷卻氣體之類的冷凍劑所通過的通道的冷凍劑通道111。由於通過冷凍劑通道111的冷凍劑，陶瓷板120及吸附於陶瓷板120上之晶圓被冷卻。由於冷卻陶瓷板120的結果，吸附於陶瓷板120上之物體(諸如晶圓)被冷卻。
陶瓷板120係由其內側設置有電極121及加熱器電極122的陶瓷所製成。陶瓷板120例如為約4.5 mm厚。陶瓷例如係經由3D印刷利用氧化鋁以獲得。陶瓷板120之下方的面，其係結合至基底板110之結合面，係經由結合層130以結合至基底板110之上方的面。
電極121係被組構為根據施加至電極121的電壓而藉由靜電力以吸附物體。亦即，當向陶瓷板120之電極121施加電壓時，陶瓷板120便藉由靜電力以吸附諸如晶圓之類的物體。於圖2中，陶瓷板120之上方的面為吸附面，而且，當向電極121施加電壓時，物體被吸附於該吸附面上。
此外，當向陶瓷板120之加熱器電極122施加電壓時，加熱器電極122便產生熱以加熱陶瓷板120，且因此加熱了藉由陶瓷板120以吸附的物體。陶瓷板120之溫度係藉由加熱器電極122所進行之加熱及基底板110所進行之冷卻以進行調整。結果，吸附於陶瓷板120上的物體之溫度被調整至期望的溫度。
可使用諸如CN49(康銅，constantan)(Cu-Ni-Mn-Fe合金)、Zeranin (Cu-Mn-Sn合金)或錳鎳銅(Manganin)(Cu-Mn-Ni合金)之類的合金作為加熱器電極122之材料。此外，例如可將加熱器電極122之厚度設定在約25μm至50μm之範圍內。
結合層130係由形成基底板110的金屬及形成陶瓷板120的陶瓷之複合材料所製成的一層。結合層130將陶瓷板120之下方的面結合至基底板110之上方的面。結合層130例如係經由3D印刷利用形成基底板110的金屬及形成陶瓷板120的陶瓷之複合材料以獲得。於經由3D印刷之形成期間，將金屬及陶瓷之複合材料均勻地提供於由金屬製成的基底板110上。結果，整個結合層130之厚度實質上均勻。亦即，結合層130不需要如同黏著劑(諸如基於聚矽氧樹脂之黏著劑)於形成期間之熱固化及於熱固化後的冷卻過程。因此，其厚度於結合層130之整個面積上實質上均勻。於結合層130之整個面積中之最厚部分與最薄部分之間的厚度差異，例如係小於黏著劑中之厚度差異。因此，於基底板110與陶瓷板120之間通過結合層130的熱傳送特性係相當均勻，以使陶瓷板120之整個面積可藉由基底板110而均勻地冷卻。結果，陶瓷板120之吸附面中的溫度差異係相當小，以使靜電夾盤100可獲得足夠高的熱均勻度。
附帶一提，當結合層130之厚度中之最大值與最小值之間的差異在0μm至100μm之範圍內時，可以說，結合層130之厚度實質上均勻。更佳地，當結合層130之厚度中之最大值與最小值之間的差異在0μm至50μm之範圍內時，可以說，結合層130之厚度實質上均勻。
可使用任何理想比率，作為形成結合層130之複合材料中之陶瓷對金屬的複合比。舉例來說，可將結合層130形成為使得複合材料中之陶瓷對金屬的複合比隨著沿結合層130之厚度方向接近陶瓷板120而增加。對形成結合層130的複合材料施以梯度，使得陶瓷之複合比隨著接近陶瓷板120而增加。以此方式，可降低由陶瓷板120與基底板110間之熱膨脹係數差異所引起的應力產生。因此，可防止陶瓷板120因於藉由加熱器電極122進行之加熱期間、或於藉由基底板110進行之冷卻期間之應力所引起的龜裂。
附帶一提，此靜電夾盤100可設有於厚度方向上穿透了基底板110、陶瓷板120及結合層130的氣體流動路徑140，以使諸如氦氣之類的熱傳送氣體可流動通過氣體流動路徑140。氣體流動通道140之一端處的開口形成於陶瓷板120之吸附面中。於陶瓷板120之吸附面中形成有諸多微細的不規則部。自氣體流動路徑140之末端處的開口流出的熱傳送氣體，可到達已吸附於陶瓷板120之吸附面上的物體(諸如晶圓)之表面，使得熱傳送氣體可維持適用於加工其物體的狀態。
靜電夾盤之製造方法： 接下來，將參照圖3說明具有前述組態之靜電夾盤100之製造方法。圖3係顯示製造具體例之靜電夾盤100之方法的流程圖。附帶一提，在以下說明中，將省略形成氣體流動路徑140之步驟，以簡化說明。
首先，進行3D印刷，以於基底板110上提供結合層130(步驟S101)。結合層130係由形成基底板110的金屬及陶瓷之複合材料製成。複合材料係以高準確度提供，使得，例如，於熱固化後之冷卻過程中，結合層130之最厚部分與最薄部分之間的厚度差異，係小於黏著劑(諸如基於聚矽氧樹脂之黏著劑)之最厚部分與最薄部分之間的厚度差異。結果，將厚度均勻的結合層130提供於基底板110上，例如，如圖4所示。圖4係顯示結合層提供步驟之特定實例的視圖。
接著，進行3D印刷，以於結合層130上提供陶瓷板120(步驟S102)。陶瓷板120包括電極121、加熱器電極122及包圍電極121和加熱器電極122的陶瓷。明確言之，例如，於結合層130之表面上進行使用氧化鋁之粉末、作為電極121之材料的金屬之粉末、及例示作為加熱器電極122之材料之實例的合金之粉末的3D印刷，以形成陶瓷板120。在此情況，因為複合材料係以高準確度提供，所以結合層130之厚度係呈均勻。因此，提供於結合層130上的陶瓷板120之厚度亦呈均勻。結果，獲得了其中整合有基底板110、厚度均勻的陶瓷板120及結合層130的靜電夾盤100，例如，如圖5所示。圖5係顯示陶瓷板提供步驟之特定實例的視圖。
在靜電夾盤100中，經由3D印刷，結合層130之厚度係呈均勻。因此，當藉由自加熱器電極122加熱及自基底板110冷卻以調整陶瓷板120之溫度時，可獲得足夠高的熱均勻度。
如前所述，具體例之靜電夾盤(例如，靜電夾盤100)具有由金屬製成之基底板(例如，基底板110)、陶瓷板(例如，陶瓷板120)、及結合層(例如，結合層130)。其陶瓷板係固定至基底板，以藉由靜電力而吸附物體。其結合層為由形成基底板的金屬及形成陶瓷板的陶瓷之複合材料所形成的結合層，且於基底板與陶瓷板之間設置成厚度均勻。其結合層使基底板及陶瓷板彼此結合。因此，具體例之靜電夾盤可獲得足夠高的熱均勻度。
此外，可形成具體例之結合層，使得，複合材料中之陶瓷對金屬的複合比隨著沿結合層之厚度方向接近陶瓷板而增加。因此，在具體例之靜電夾盤中，可防止陶瓷板因於陶瓷板與基底板間之熱膨脹係數差異所引起的龜裂。
此外，具體例之陶瓷板可具有可向其施加電壓的第一電極(例如，電極121)、歸因於向其施加的電壓以產生熱的第二電極(例如，加熱器電極122)、及包圍第一電極及第二電極的陶瓷。因此，在具體例之靜電夾盤中，當藉由自第二電極加熱及自基底板冷卻以調整陶瓷板之溫度時，可獲得足夠高的熱均勻度。
此外，具體例之陶瓷板可具有冷凍劑所通過的冷凍劑通道(例如，冷凍劑通道111)。因此，在具體例之靜電夾盤中，當藉由自第二電極加熱及自基底板冷卻以調整陶瓷板之溫度時，可獲得足夠高的熱均勻度。
修改例： 附帶一提，於前述具體例中已藉由實例展示，自一層以形成使基底板110及陶瓷板120彼此結合之結合層130的情況。然而，可替代地形成複數個結合層。明確言之，可藉由第一結合層131及第二結合層132以形成修改例之結合層130A，例如，如圖6所示。圖6係顯示該具體例之修改例之靜電夾盤100A之截面的示意圖。由形成基底板110的金屬及形成陶瓷板120的陶瓷之第一複合材料所形成的第一結合層131，提供於基底板110上。由形成基底板110的金屬及形成陶瓷板120的陶瓷之第二複合材料所形成的第二結合層132，提供於第一結合層131與陶瓷板120之間。第二複合材料具有較第一複合材料為大的陶瓷對金屬的複合比。因此，可防止陶瓷板120因陶瓷板120與基底板110間之熱膨脹係數差異所引起的龜裂。附帶一提，可以形成由三個或更多個結合層所組成的結合層130A。即使在其中形成由三個或更多個結合層所組成之結合層130A的情況中，可調整形成各個結合層的複合材料，使陶瓷之複合比隨著接近陶瓷板120而增加。
雖然以上已詳細描述較佳具體例等，但本發明不受限於前述具體例等，且可對前述具體例等添加各種修改及替代，而不脫離於申請專利範圍中所描述之範疇。
100:靜電夾盤 100A:靜電夾盤 110:基底板 111:冷凍劑通道 120:陶瓷板 121:電極 122:加熱器電極 130:結合層 130A:結合層 131:第一結合層 132:第二結合層 140:氣體流動路徑
圖1係顯示具體例之靜電夾盤之組態的透視立體圖。 圖2係顯示具體例之靜電夾盤之截面的示意圖。 圖3係顯示製造具體例之靜電夾盤之方法的流程圖。 圖4係顯示結合層提供步驟之特定實例的視圖。 圖5係顯示陶瓷板提供步驟之特定實例的視圖。 圖6係顯示具體例之修改之靜電夾盤之截面的示意圖。
100:靜電夾盤
110:基底板
111:冷凍劑通道
120:陶瓷板
121:電極
122:加熱器電極
130:結合層
140:氣體流動路徑

Claims (8)

  1. 一種靜電夾盤，包含： 一基底板，由一金屬製成； 一陶瓷板，固定至該基底板且被組構成藉由靜電力以吸附一物體；以及 一結合層，設置於該基底板與該陶瓷板之間，以使該基底板及該陶瓷板彼此結合，其中，該結合層係由包括形成該基底板的該金屬及形成該陶瓷板的一陶瓷的一複合材料所形成。
  2. 如請求項1之靜電夾盤，其中，該結合層之厚度係實質上均勻。
  3. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該結合層係被形成為使得該複合材料中之該陶瓷與該金屬的複合比，隨著該結合層沿該結合層之厚度方向接近該陶瓷板而增加。
  4. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該結合層包含： 一第一結合層，由包括該金屬及該陶瓷的第一複合材料所形成，且設置於該基底板上；以及 一第二結合層，由包括該金屬及該陶瓷的第二複合材料所形成，且設置於該第一結合層與該陶瓷板之間， 其中，該第二複合材料中之該陶瓷對該金屬的複合比係較該第一複合材料中之該陶瓷對該金屬的複合比為大。
  5. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該陶瓷板包含： 一第一電極，被組構成根據施加至該第一電極的電壓而藉由靜電力以吸附該物體； 一第二電極，被組構成根據施加至該第二電極的電壓而產生熱；以及 一陶瓷，包圍該第一電極及該第二電極。
  6. 如請求項1或2之靜電夾盤，其中，該基底板具有冷凍劑所通過的冷凍劑通道。
  7. 一種製造靜電夾盤之方法，此方法包含： 製備由一金屬製成的一基底板； 藉由3D印刷以在該基底板上提供結合層，其中，該結合層係由包括該金屬及一陶瓷的一複合材料所形成；以及 藉由3D印刷以在該結合層上提供一陶瓷板， 其中，該陶瓷板包含： 一第一電極，被組構成根據施加至該第一電極的電壓而藉由靜電力以吸附一物體； 一第二電極，被組構成根據施加至該第二電極的電壓而產生熱；以及 一陶瓷，包圍該第一電極及該第二電極。
  8. 如請求項7之方法，其中，該結合層之厚度係實質上均勻。
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