TWI540672B - 靜電吸持裝置 - Google Patents

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Description

靜電吸持裝置
本發明有關靜電吸持裝置(electrostatic chuck device)，詳言之，有關於半導體製造過程之電漿蝕刻(plasma etching)等的電漿處理中，在藉由靜電力(electrostatic force)以吸附固定(adsorption fixing)半導體接合晶圓(semiconductor bonding wafer)等的板狀試様(plate test piece)時很適合使用，而由於能使板狀試樣於載置面上之面內溫度分佈均勻化，並且使板狀試樣上之電漿密度(plasma density)均勻化之故，能提升板狀試樣的電漿蝕刻的面內均勻性之靜電吸持裝置。
本申請案，係根據於2011年9月28日，向日本所申請之日本專利特願2011-212955號而主張優先權，並在此援用其內容。
近年來，於半導體製造過程中，隨著元件的高積體化或高性能化，需要再提升精細加工技術(fine processing technique)。此種半導體製造過程中，蝕刻技術係屬於精細加工技術的重要技術之一種，近年來，在蝕刻技術中，作為能達成高效率且大面積的精細加工的技術，藉由從電漿所發生之自由基(free radical)而於固體材料上形成精細圖型(fine pattern)之電漿蝕刻技術已成為主流。
另一方面，作為藉由電漿的作用而使原料氣體化合，並將所 得化合物沉積(deposit)於基板上之薄膜生成技術(thin film growth technique)的一種，有電漿CVD(chemical vapor deposition，化學蒸汽沉積)法。此種方法，係藉由對含有原料分子之氣體之高頻電場(high frequency electric field)之施加而發生電漿放電(plasma electric discharge)，並利用因該電漿放電所加速之電子而使原料分子分解，且使所得化合物沉積之薄膜沉積(thin film deposition)方法。在低溫下僅因熱激發(thermal excitation)不會發生之反應，在電漿中，則由於系統內的氣體會互相踫撞且被活性化後成為自由基之故，仍能發生反應。
於電漿蝕刻裝置、電漿CVD裝置等經採用電漿之半導體製造裝置中，在來，作為在試樣台上簡單安裝晶圓並固定之同時，將此晶圓維持於所需溫度之裝置，在使用一種具備有表面作成載置晶圓之載置面之同時內裝靜電吸附用內部電極(internal electrode for electrostatic adsorption use)所成之靜電吸持(electrostatic chuck)部、及冷卻該靜電吸持部之冷卻底座(cooling base)部之靜電吸持裝置。
然而，於在來的電漿蝕刻裝置中，必須加熱晶圓以升溫至所需溫度，惟於此升溫過程中，在晶圓的面內會發生溫度分佈。例如，在晶圓的中心部溫度即升高，而邊緣部溫度則降低。
又，因電漿蝕刻裝置的構造或方式之不相同等，而在晶圓的面內溫度分佈上產生差異。
於是，為降低晶圓的面內溫度分佈差起見，提案有將經形成在靜電吸持部與冷卻底座部之間之旋渦狀或蛇行狀的加熱器型樣(heater pattern)，作成內側加熱器型樣及外側加熱器型樣的兩個分 區(zone)的加熱器型樣，並經個別控制各分區的加熱器型樣之附有加熱器功能之靜電吸持裝置(參考例如，專利文獻1等)，作成按上下方向方式形成複數層加熱器型樣，藉以降低晶圓的吸附面的面內溫度分佈之陶瓷加熱器(ceramic heater)(參考例如，專利文獻2等)等。
此種附有加熱器功能之靜電吸持裝置，係藉由：於陶瓷製的靜電吸持部中內裝加熱器之方法，於靜電吸持部的吸附面的背側，亦即，於陶瓷板狀體的背面依網版印刷(screen printing)法按既定的圖型塗佈加熱器材料並使其加熱硬化之後，安裝加熱器之方法，或者，於該陶瓷板狀體的背面貼上金屬箔或片材狀導電材料之後，安裝加熱器之方法，等而製作帶有加熱器或安裝有加熱器之靜電吸持部，並介由有機系黏接劑層而將此種靜電吸持部與冷卻該靜電吸持部之冷卻底座部加以黏接一體化則可製得。
[先前技術文獻]
[專利文獻1]
專利文獻1：日本專利特開平11-297806號公報
專利文獻2：日本專利特開2002-373862號公報
然而，於上述之在來的附有加熱器功能之靜電吸持裝置中，為降低於載置晶圓之載置面之面內溫度分佈差起見，作成將加熱器型樣分割為複數個分區，按個別控制各分區的加熱器型樣之方式，惟會有難於使載置晶圓之載置面之面內溫度分佈為均勻之問題。
無疑地，如將加熱器型樣分割為複數個分區，並按個別方式控制各分區的加熱器型樣時，則雖然於晶圓的面內溫度分佈之溫度差可變小，惟仍有難於再使晶圓的面內溫度分佈均一化為目前的電漿蝕刻技術所要求者之問題。需要更高效率且更大面積的精細加工的今天，依現狀而言，按現階段之技術係尚難於對應於所進步之電漿蝕刻技術而再使晶圓的面內溫度分佈均勻化。
本發明乃鑑於上述情況所開發者，其目的在於提供一種能使於載置晶圓等的板狀試樣之載置面之面內溫度分佈均勻化，更藉由使板狀試樣上之電漿密度之均勻化即可提升板狀試樣的電漿蝕刻的面內均勻性之靜電吸持裝置。
本發明人等，為解決上述課題而專心研究之結果，發現如於具備有由以一主面作為載置板狀試樣之載置面之同時內裝靜電吸附用內部電極所成之靜電吸持部、以及冷卻前述靜電吸持部之冷卻底座部的靜電吸持裝置中，以作成於靜電吸持部與冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於加熱器型樣的間隙部分、或加熱器型樣內部的任一方或雙方，設置1個以上從加熱器型樣獨立且包含與加熱器型樣同一材質之島狀(island shape)部之方式，則能使於載置板狀試樣之載置面之面內溫度分佈均勻化之事實，再者，發現以作成將加熱器型樣與島狀部，藉由具有較加熱器型樣的剖面積為小的剖面積之連接部而加以連接之方式，則由於高頻之穿透性(penetrability of high frequency)及電位差(potential difference)會被均勻化之故，於板狀試樣上之電漿密度會被均勻化，結果可提升板狀試料的電漿蝕刻的面內均勻性之事 實，終於完成本發明。
亦即，本發明之靜電吸持裝置，係具備有：靜電吸持部，由以一主面作為載置板狀試樣之載置面之同時內裝靜電吸附用內部電極所形成、以及冷卻底座部，冷卻前述靜電吸持部；於前述靜電吸持部與前述冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於前述加熱器型樣的間隙部分、或前述加熱器型樣的內部的任一方或雙方，設置1個以上從前述加熱器型樣獨立且包含與前述加熱器型樣同一材質之島狀部。
於此種靜電吸持裝置中，由於靜電吸持部與冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於該加熱器型樣的間隙部分、或該加熱器型樣的內部的任一方或雙方，設置1個以上從該加熱器型樣獨立且包含與加熱器型樣同一材質之島狀部之故，可使於載置板狀試樣之載置面之面內溫度分佈均勻化。
於本發明之靜電吸持裝置中，前述加熱器型樣與前述島狀部，係藉由具有較前述加熱器型樣的剖面積為小的剖面積之連接部而加以連接所形成。
於此種靜置吸持裝置中，由於將加熱器型樣與島狀部，藉由具有較加熱器型樣的剖面積為小的剖面積之連接部而加以連接之故，構成加熱構件之加熱器型樣與島狀部即成為等電位(equipotential)，結果包含加熱器型樣及島狀部以及連接部之加熱構件全體的高頻的穿透性及電位差即被均勻化。因此，於板狀試樣上之電漿密度即被均勻化，結果板狀試樣的電漿蝕刻的面內均勻性即獲提升。
於本發明之靜電吸持裝置中，前述加熱器型樣及前述島狀 部，或者前述連接部，係包含無磁性金屬材料(non-magnetic metal material)。
於此種靜電吸持裝置中，由於將加熱器型樣及島狀部，或者連接部作成無磁性金屬材料之故，該加熱器型樣及島狀部，或者連接部的圖型形狀難於反映至板狀試樣上，結果容易維持板狀試樣的面內溫度為所需溫度特性曲線(temperature pattern)。
於本發明之靜電吸持裝置中，前述加熱器型樣及前述島狀部，或者前述連接部，係藉由絕緣性(insulative)的有機系接著劑層(organic series adhesive material layer)而被前述靜電吸持部及前述冷卻底座部所黏接一體化。
於此種靜電吸附裝置中，由於將加熱器型樣及島狀部，或者連接部作成藉由絕緣性的有機系接著劑層而被靜電吸持部及冷卻底座部所黏接一體化之故，該絕緣性的有機系接著劑層會緩和(relax)靜電吸持部與冷卻底座部之間的應力及熱膨脹差(thermal expansion difference)。
如採用本發明之靜電吸持裝置，則由於靜電吸持部與冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於該加熱器型樣的間隙部分、或該加熱器型樣的內部的任一方或雙方，設置1個以上從該加熱器型樣獨立且包含與加熱器型樣同一材質之島狀部之故，可使於載置板狀試料之載置面之面的溫度分佈均勻化。
由於將加熱器型樣與島狀部，藉由具有較該加熱器型樣的剖面積為小的剖面積之連接部而加以連接之故，可使包含加熱器型 樣及島狀部之加熱構件全體的高頻的穿透性及電位差均勻化。因而，可使於板狀試料上之電漿密度均勻化，結果可提升板狀試料的電漿蝕刻的面內均勻性。
由於將加熱器型樣及島狀部，或者連接部，作成無磁性金屬材料之故，可使該加熱器型樣及島狀部，或者連接部的圖型形狀難於反映至板狀試料上，結果可使板狀試樣的面內溫度容易維持為所需溫度特性曲線。
由於將加熱器型樣及島狀部，或者連接部作成藉由絕緣性的有機系接著劑層而被靜電吸持部及冷卻底座部所黏接一體化之故，可利用該絕緣性的有機系接著劑層以緩和靜電吸持部與冷卻底座部之間的應力及熱膨脹差。
1‧‧‧靜電吸持裝置
2‧‧‧靜電吸持部
3‧‧‧冷卻底座部
4、31‧‧‧加熱器元件(加熱構件)
5、6‧‧‧絕緣性的有機系接著劑層
11‧‧‧載置板
11a‧‧‧載置面
12‧‧‧支撐板
13‧‧‧靜電吸附用內部電極
14‧‧‧絕緣材層
15、22‧‧‧供電用端子
18‧‧‧流路
21‧‧‧加熱器型樣
23‧‧‧間隙部分
24‧‧‧島狀部
32‧‧‧連接部
A‧‧‧區域
W‧‧‧板狀試樣
第1圖係表示本發明之第1實施形態的靜電吸持裝置之剖面圖。
第2圖係表示於本發明之第1實施形態的靜電吸持裝置的區域A中之加熱器元件(加熱構件)之平面圖。
第3圖係表示於本發明之第2實施形態的靜電吸持裝置的區域A中之加熱器元件(加熱構件)之平面圖。
針對用以實施本發明之靜電吸持裝置之形態，根據圖面而加以說明。
在此，該形態，係為更徹底理解本發明之要旨起見而具體加以說明者，除非有所特別指定，並不限定本發明之要旨。
[第1實施形態]
第1圖，係表示本發明之第1實施形態的靜電吸持裝置之剖面圖，而該靜電吸持裝置1，係由圓板狀的靜電吸持部2、冷卻底座部3、加熱器元件(加熱構件)4、以及絕緣性的有機系接著劑層5及絕緣性的有機系接著劑層6所構成者；該冷卻底座部3係將該靜電吸持裝置2冷卻為所需溫度之有厚度的圓板狀；該加熱器元件(加熱構件)4係經設置於靜電吸持部2與冷卻底座部3之間而具有既定的形狀之加熱器型樣；該絕緣性的有機系接著劑層5係使該加熱器元件4上面黏接於靜電吸持部2下面；而該絕緣性的有機系接著劑層6係使加熱器元件4下面黏接於冷卻底座部3上面。
靜電吸持部2，係由載置板11、支撐板12、靜電吸附用內部電極13、絕緣材層14、以及供電用端子15所構成者；該載置板11係上面(一主面)經作成載置半導體晶圓等的板狀試樣W之載置面11a；該支撐板12係經與該載置板11一體化以支撐載置板11；該靜電吸附用內部電極13係經設置於此等載置板11與支撐板12之間；該絕緣材層14係經設置於該靜電吸附用內部電極13的周圍加以絕緣靜電吸附用內部電極13；該供電用端子15係經設置為按能貫穿支撐板12之方式以對靜電吸附用內部電極13施加直流電壓。
於該載置板11的載置面，複數個形成有直徑較板狀試樣厚度為小的突起部(末圖示)，而作成此等突起部能支撐板狀試樣W之構成。
此等載置板11及支撐板12，係所重疊之面的形狀為同一形狀的圓板狀者，由具有機械性強度，且具有對腐蝕性氣體及其電 漿之耐久性(permanence)之絕緣性的陶瓷燒結體(ceramic sintered material)所構成者。
作為此種陶瓷燒結體，祗要是體電阻係數(volume resistivity)在1013至1015Ω．cm程度且具有機械性強度，且對腐蝕性氣體及其電漿之耐久性者則並不特別加以限制，例如，氧化鋁(Al2O3)燒結體、氮化鋁(AlN)燒結體、氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)複合燒結體等適合使用。
此種載置板11的厚度，較佳為0.2mm以上1.5mm以下，特佳為0.5mm以上1.0mm以下。其理由在於，如載置板11的厚度為未滿0.2mm時，則不能確保充分的耐電壓。另一方面，如超過1.5mm時，則除靜電吸附力會降低之外，載置板11的載置面11a所載置之板狀試樣W與冷卻底座部3之間的熱傳導性會降低，結果難於保持處理中的板狀試樣W的溫度為所需溫度特性曲線之故。
又，支撐板12的厚度較佳為0.5mm以上2.8mm以下，特佳為1.0mm以上2.0mm以下。其理由在於，如支撐板12的厚度為未滿0.5mm時，則不能確保充分的耐電壓。另一方面，如超過2.8mm時，則載置板11的載置面11a所載置之板狀試樣W與冷卻底座3之間的熱傳導性會降低，結果難於保持處理中的板狀試樣W的溫度為所需溫度特性曲線之故。
靜電吸附用內部電極13，係作為使電荷發生後以靜電吸附力固定板狀試樣W之用的靜電吸附用電極所用者，按其用途，適當調整其形狀，或大小。
此種靜電吸附用內部電極13，較佳為其熱膨脹係數儘量接近 載置板11及支撐板12的熱膨脹係數，而作為如此的電極材料，係由例如，碳化矽(SiC)導電性燒結體、氮化鈦(Ti3N4)導電性燒結體、碳化鈦(TiC)導電性燒結體、氧化鋁-碳化鉭(Al2O3-Ta4C5)導電性複合燒結體、氧化鋁-鎢(Al2O3-W)導電性複合燒結體、氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)導電性複合燒結體、氮化鋁-鎢(AlN-W)導電性複合燒結體、氮化鋁-鉭(AlN-Ta)導電性複合燒結體等的導電性陶瓷，或者，鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鈦(Ti)等的高熔點金屬，或者，石墨(graphite)、碳(carbon)等的碳材料所形成者。
此種靜電吸附用內部電極13的厚度，並不特別加以限定，惟較佳為0.1μm以上100μm以下，特佳為5μm以上20μm以下。
其理由在於，如厚度為未滿0.1μm時，則平面型電阻(area resistance)過大，以致不能確保充分的導電性，另一方面，如厚度超過100μm時，則因靜電吸附用內部電極13與載置板11及支撐板12之間的無膨脹係數差，而容易於該靜電吸附用內部電極13與載置板11及支撐板12的接合界面發生裂痕(crack)之故。
此種厚度的靜電吸附用內部電極13，可藉由濺鍍(sputtering)法或蒸鍍(evaporation deposition)法等的薄膜沉積法，或者網版印刷法等的塗工(application)法而容易形成。
絕緣材層14，係圍繞靜電吸附用內部電極13以從腐蝕性氣體及其電漿保護靜電吸附用內部電極13之同時，使載置板11與支撐板12之間的境界部，亦即靜電吸附用內部電極13外側的外周部區域加以接合一體化之用者，由構成載置板11及支撐板12之材料同一組成或者主成分為同一之絕緣材料所構成。
供電用端子15，係為對靜電吸附用內部電極13施加直流電 壓所設置之棒狀者，其數目及形狀等，係由靜電吸附用內部電極13的形態，亦即，該靜電吸附用內部電極13為屬於單極型(single-pole type)，或屬於偶極型(dipole type)所決定。
作為該供電用端子15的材料，祗要是屬於耐熱性優異的導電性材料則不特別加以限制，惟較佳為其熱膨脹係數接近靜電吸附用內部電極13及支撐板12的熱膨脹係數者，例如，鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鐵鎳鈷合金(Kovar alloy)等的金屬材料、各種導電性陶瓷很適合使用。
該供電用端子15則貫穿絕緣性的有機系接著劑層5、6及冷卻底座部3，並經連接於外部的電源(未圖示)。
靜電吸持部2的厚度，亦即，此等載置板11、支撐板12、靜電吸附用內部電極13以及絕緣材層14的合計厚度，較佳為0.7mm以上5.0mm以下。其理由在於，如靜電吸持部2的厚度為未滿0.7mm時，則不能確保靜電吸持部2的機械性強度，另一方面，如靜電吸持部2的厚度超過5.0mm時，則靜電吸持部2的熱容量成為過大，其結果，所載置之板狀試樣W的熱回應性(thermo responsibility)即劣化，再者，因靜電吸附部2的橫方向的熱傳遞(heat transfer)的增加，以致難於維持板狀試料W的面內溫度為所需的溫度特性曲線之故。
冷卻底座部3，係經設置於靜電吸持部2下側，藉由該靜電吸持部2之冷卻而控制載置板11的載置面為所需溫度之同時，兼備有高頻發生用電極者。
於此冷卻底座部3內，形成有使水或有機溶劑等的冷卻用媒體循環之流路18，而作成能使上述載置板11上所載置之板狀試 樣W的溫度維持於所需的溫度之方式。
作為構成該冷卻底座部3之材料，祗要是屬於熱傳導性、導電性、加工性優異的金屬，或者含有此等金屬之複合材則並不特別加以限制，例如，鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金、不銹鋼(SUS)等很適合使用。
此種冷卻底座部3的至少被電漿所曝露之面，較佳為施加有鋁表面鈍化(alumite)處理，或者成膜有氧化鋁(alumina)等的絕緣膜。
加熱器元件4，係如第2圖所示，具有使1條帶狀的金屬材料蛇行之既定的形狀的加熱器型樣21者，寬幅為10mm(10000μm)以下，較佳為3mm(3000μm)以下，厚度為300μm，較佳為100μm以下。又，該厚度係1μm以上，較佳為10μm以上者。於該加熱器元件21的兩端部，各連接有供電用端子22。
此種加熱器元件4，係將無磁性金屬薄板，例如，鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、鉬(Mo)薄板等蝕刻加工以形成所需形狀的加熱器型樣21者。
在此，將加熱器型樣21的厚度作成300μm以下之理由在於，如厚度超過300μm時，則由於加熱器型樣21的線寬會變狹窄之故，當進行該加熱器型樣21之蝕刻加工時的線寬的加工精確度的分佈差(dispersion)會增大，其結果，難於維持板狀試樣W的面內溫度為所需的溫度特性曲線之故。又，將加熱器型樣21的厚度作成1μm以上之理由在於，如加熱器型樣21的厚度較此值為低時，則電阻會顯著增高，而為了降低電阻則必須增大加熱器型樣21之寬幅來看，難於設計加熱器型樣為能使載置面上之面內溫度 均勻之方式之故。
如以無磁性金屬薄板形成該加熱器型樣21時，則即使在高頻氣氛中使用靜電吸持裝置時仍然加熱器元件4不會因高頻而自放熱(self-exothermic)，且由於容易維持板狀試料W的面內溫度為所需的一定溫度或一定的溫度特性曲線之故很合適。
又，如以一定厚度的無磁性金屬薄板形成加熱器型樣21時，則加熱器型樣21的厚度會在加熱面全區域成為一定，發熱量亦會在加熱面全區域成為一定而可使溫度分佈為均勻化。
於此加熱器型樣21中，按往互相離開之方向移動此加熱器型樣21的平行部分之方式，於此加熱器型樣21間形成有既定形狀的間隙部分23(第2圖中，為略月牙形狀)，並於此間隙部分23中，設置有經從加熱器型樣21獨立之既定形狀(第2圖中，為略月牙形狀)的島狀部24。
該島狀部24，係將與加熱器型樣21同一無磁性金屬薄板，例如，鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、鉬(Mo)薄板等進行蝕刻加工為所需形狀的島狀圖型即可形成。
該島狀部24，係厚度為與加熱器型樣21同樣之300μm以下，較佳為100μm以下的略月牙形狀者。
該島狀部24的個數及配置，係按載置板狀試樣W之載置面11a之面內溫度分佈能均勻化之方式適當加以設定。
此島狀部24與加熱器型樣21之間的間隔，祗要是島狀部24能從加熱器21按電氣性獨立之程度的間隔即可，為500μm以上3000μm以下，較佳為1000μm以上2000μm以下。
對此加熱器型樣21，設置從加熱器試樣21獨立且由與加熱 器型樣21同一材料所構成之島狀部24之結果，使加熱器元件4內，加熱器型樣21的部分、與除加熱器型樣21以外之部分之間的溫度差消失，其結果，於加熱器元件4上部之面內溫度分佈即被均勻化，以致於載置板狀試料W之載置面11a之面內溫度分佈即被均勻化。
此種加熱器型樣21，可為如上述方式由1個加熱器型樣所構成，亦可為由互相獨立之2個以上的加熱器型樣所構成。
如此方式，由互相獨立之2個以上的加熱器型樣構成加熱器型樣21時，則由於分別控制此等互相獨立之加熱器型樣之作法而可自由控制處理中的板狀試樣W的溫度之故很合適。
絕緣性的有機系接著劑層5、6，祗要是能使加熱器元件4分別黏接一體化於靜電吸持部2及冷卻底座部3者即可，可舉：具有片材狀或薄膜狀的耐熱性及絕緣性之黏接性樹脂，例如，聚醯亞胺樹脂、聚矽氧樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂等。
亦可於此等絕緣性的有機系接著劑層5、6之間，再設置第3絕緣性的有機系接著劑層，藉以將此等絕緣性的有機系接著劑層作成3層構造，並介由該3層構造的絕緣性的有機系接著劑層而使靜電吸持部2及冷卻底座部3黏接一體化。此種第3絕緣性的有機系接著劑層而言，可例舉：聚矽氧樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂。
此種絕緣性的有機系接著劑層5、6的厚度，較佳為100μm至500μm，更佳為150μm至300μm。此種絕緣性的有機系接著劑層5、6的面內的厚度的分佈差，較佳為10μm以內。
在此，如絕緣性的有機系接著劑層5、6的面內的厚度的分佈 差超過10μm時，則將於加熱器元件4與靜電吸持部2之間的面內間隔，及加熱器元件4與冷卻底座部3之間的面內間隔發生超過10μm之分佈差，其結果，由於靜電吸持部2與冷卻底座部3之間之熱的面內均勻性降低，而於靜電吸持部2的載置面11a之面內溫度成為不均勻，以致板狀試料W的面內溫度的均勻性會降低之故不宜。
絕緣性的有機系接著劑層5、6中，較佳為含有平均粒徑在1μm以上10μm以下的填充劑(filler)，例如，於氮化鋁(AlN)粒子表面形成有由氧化矽(SiO2)所構成之被覆層(coating layer)之表面被覆氮化鋁(AlN)粒子。
該表面被覆氮化鋁(AlN)粒子，係為改善有機系接著劑層的熱傳導性之用所混入者，如調整其夾雜率(contamination ratio)，則可控制有機系接著劑層5、6的各傳熱率(heat transfer rate)。
亦即，藉由表面被覆氮化鋁(AlN)粒子的夾雜率之提高，而可增大構成靜電吸持部2側的有機系接著劑層5之有機系黏接劑的傳熱率。
又，由於氮化鋁(AlN)粒子表面形成有由氧化矽(SiO2)所構成之被覆層之故，較未施加表面被覆之金屬氮化鋁(AlN)粒子為具有優異的耐水性。因而，可確保有機系接著劑層5、6的耐久性，其結果，可突破性地提升靜電吸持裝置1的耐久性。
由於此種表面被覆氮化鋁(AlN)粒子，係氮化鋁(AlN)粒子表面為由具有優異的耐水性之氧化矽(SiO2)所構成之被覆層所被覆之故，不會有氮化鋁(AlN)被大氣中的水而水解之可能性，亦不會有氮化鋁(AlN)的傳熱率降低之可能性，以致有機系接著劑層5、6 的耐久性可獲提升。
此種表面被覆氮化鋁(AlN)粒子，不會成為對半導體晶圓等的板狀試樣W的污染源之可能性。
此種表面被覆氮化鋁(AlN)粒子的平均粒徑，較佳為1μm以上10μm以下，更佳為2μm以上5μm以下。
在此，如該表面被覆氮化鋁(AlN)粒子的平均粒徑在1μm以下時，則粒子互相間的接觸即變成不充分，結果來看，有傳熱率降低之可能性，又，如粒徑過於細小時，則會招致操作處理等的作業性之低落之故不宜。另一方面，如平均粒徑超過10μm時，則局部性而言，於有機系接著劑層內之樹脂組成物所佔比例會減少，而有招致有機系接著劑層的伸長性(elongation)、黏接強度(bonding strength)下降之可能性。
其次，就此種靜電吸持裝置1之製造方法加以說明。
首先，使用氧化鋁(Al2O3)燒結體、氮化鋁(AlN)燒成體、氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)複合燒結體等以製作板狀的載置板11及支撐板12。
例如，使用氧化鋁-碳化矽(Al2O3-SiC)複合燒結體以製作載置板11及支撐板12之情形，將含有碳化矽粉體及氧化鋁粉體之混合粉體成型為所需形狀，然後，在例如1600℃至2000℃的溫度、非氧化性氣氛，較佳為惰性氣氛下進行既定時間之燒成即可製得。
接著，於支撐板12上，形成複數個嵌合保持供電用端子15之用之固定孔。
接著，將供電用端子15，製作成為按能密貼固定於支撐板12的固定孔方式之大小、形狀。該供電用端子15之製作方法而言， 例如，將供電用端子15作成導電性複合燒結體之情形，可舉：將導電性陶瓷粉體，成型為所需形狀後加壓燒成(pressure burning)之方法等。
此種導電性陶瓷粉體而言，較佳為由與靜電吸附用內部電極13同樣材質所構成之導電性陶瓷粉體。
又，如將供電用端子15作成金屬之情形，可舉：使用高熔點金屬，並採用磨削(grinding)法、粉體冶金(powder metallurgy)法等以形成之方法等。
接著，於經嵌合供電用端子15之支撐板12表面的既定區域，按能與供電用端子15接觸之方式，塗佈經將上述的導電性陶瓷粉體等的導電材料分散於有機溶劑中之靜電吸附用內部極形成用塗佈液，並乾燥後，作成靜電吸附用內部電極形成層。
該塗佈法而言，從能塗佈為均勻的厚度之觀點來看，採用網版印刷法、旋轉塗佈(spin coating)法等為宜。又，作為其他方法而言，尚有：於支撐板12表面的既定區域中，採用蒸鍍法或濺鍍法以成膜上述的高熔點金屬薄膜之方法，配設由上述導電性陶瓷或高熔點金屬所構成之薄板後，利用蝕刻加工以作成既定形狀的靜電吸附用內部電極形成層之方法等。
又，於支撐板12上之經形成靜電吸附用內部電極形成層之區域以外的區域，為提升絕緣性、抗腐蝕性、耐電漿性起見，形成與載置板11及支撐板12同一組成或含有主成分為同一的粉體材料之絕緣材層。
此種絕緣材層，例如，將經將與載置板11及支撐板12同一組成或者主成分為同一之絕緣材料粉體分散於有機溶劑中之塗佈 液，利用網版印刷法等塗佈於上述既定區域中，並乾燥，即可形成。
接著，於支撐板12上的靜電吸附用內部電極形成層及絕緣材層之上疊合載置板11，接著，在高溫、高壓下，進行此等之熱加壓(hot press)以使一體化。於此熱加壓之氣氛，較佳為真空或者Ar(氬)、He(氦)、N2(氮氣)等的惰性氣氛。又，壓力較佳為5至10MPa(兆帕)、溫度較佳為1600℃至1850℃。
藉由此種熱加壓，而靜電吸附用內部電極形成層即被燒成後成為由導電性複合燒結體所構成之靜電吸附用內部電極13。同時，支撐板12及載置板11，則介由絕緣材層14而被接合一體化。
又，供電用端子15，係被高溫、高壓下的熱壓機所再燒成，並被密貼固定於支撐板12的固定孔中。
然後，進行此等接合體的上下面、外周以及氣體孔等之機械加工，以作為靜電吸持部2。
接著，對此靜電吸持部2的支撐板12表面(下面)的既定的區域，貼上例如，聚醯亞胺樹脂、聚矽氧樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂等的片材狀或薄膜狀之具有耐熱性及絕緣性之有機系黏接材料，而作為絕緣性的有機系接著劑層5。
接著，於此絕緣性的有機系接著劑層5上，貼上例如，鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、鉬(Mo)薄板等的無磁性金屬薄板，並將此無磁性金屬薄板藉由光刻(photolithography)法而蝕刻加工為所需的圖型後，作成由加熱器型樣21、及從此加熱器型樣21獨立之島狀部24所構成之加熱器元件4。
由此結果即可於支撐板12表面(下面)製得由所需的加熱器 型樣21、及從此加熱器型樣21獨立之島狀部24所構成之加熱器元件4為經介由絕緣性的有機系接著劑層5所形成之附有加熱器元件之靜電吸持部。
接著，製作具有既定大小及形狀的供給用端子22。此種供給用端子22，較佳為與加熱器元件4的加熱器型樣21及島狀部24之性質、成分相同的材料。
接著，將此供電用端子22，按電氣性方式連接於加熱器元件4。連接方法而言，可舉：利用螺絲(screw)或者焊接(welding)之方法。
另一方面，對由鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金、不銹鋼(SUS)等所構成之金屬材料施加機械加工，需要時，於此金屬材料內部形成能使水循環之流路等，再者，形成為嵌合保持供電用端子15、22之用的固定孔，並作為冷卻底座(base)部3。
於此冷卻底座部3的至少被電漿所曝露之面上，較佳為施加耐酸鋁處理，或者進行氧化鋁等的絕緣膜之成膜。
接著，將與冷卻底座部3的靜電吸持部2之間的接合面，使用例如丙酮以進行脫脂、洗淨，並於此接合面上的既定位置，貼上丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚矽氧樹脂、環氧樹脂等的片材狀或薄膜狀的具有耐熱性及絕緣性之有機系黏接材，並作為絕緣性的有機系接著劑層6。
接著，將由靜電吸持部2的絕緣性的有機系接著劑層5及加熱器型樣21與島狀部24所構成之加熱器元件4，與冷卻底座部3的絕緣性的有機系接著劑層6加以重疊。此時，將供電用端子15、22，插入嵌合於經冷卻底座部3中所穿孔之供電用端子收容孔(未 圖示)內。
接著，從上方以既定的壓力按壓靜電吸持部2，並介由加熱器型樣21與島狀部24所構成之加熱器元件4以及絕緣性的有機系接著劑層5、6而使靜電吸附部2與冷卻底座部3黏接一體化。
由上述結果，靜電吸持部2、加熱器元件4以及絕緣性的有機系接著劑層5、與冷卻底座部3及絕緣性的有機系接著劑層6，則被接合一體化，而可製得本實施形態的靜電吸持裝置1。
如採用此種靜電吸持裝置1時，由於藉由經使1條帶狀的金屬材料蛇行之既定的形狀的加熱器型樣21，與經設置於該加熱器型樣21間所形成之間隙部分23並經從加熱器型樣21獨立之既定形狀的島狀部24而構成加熱器元件4之故，可使載置板狀試樣W之載置面11a之面內溫度分佈均勻化。
又，由於介由加熱器型樣21與島狀部24所構成之加熱器元件4及絕緣性的有機系接著劑層5、6而使靜電吸持部2與冷卻底座部3黏接一體化之故，可利用絕緣性的有機系接著劑層5、6而將靜電吸持部2與冷卻底座部3之間的應力及熱膨脹差加以緩和。
[第2實施形態]
第3圖，係表示本發明之第2實施形態的靜電吸持裝置對應於第1實施形態的區域A之位置中之加熱器元件(加熱構件)31之平面圖，而本實施形態的加熱器元件31之與第2圖中所示之第1實施形態的加熱器元件4相異點在於，於第1實施形態的加熱器元件4中，係於加熱器型樣21間所形成之間隙部分23，設置有從加熱器21按電氣性獨立之島狀部24，相對地，於本實施形態之加熱器元件31中，則將加熱器型樣21與島狀部24，藉由具有 較該加熱器型樣21的剖面積為小的剖面積且由與加熱器型樣21及島狀部24同一材料組成所構成之連接部32而加以連接之處，除此以外之構成要素而言，則與第1實施形態的加熱器元件4完全相同者。
該連接部32，如將與加熱器型樣21及島狀部24同樣的無磁性金屬薄板，例如，鈦(Ti)薄板、鎢(W)薄板、鉬、(Mo)薄板等加以蝕刻加工為所需形狀，則可形成。此種蝕刻加工，如與加熱器型樣21及島狀部24的蝕刻加工同時進行，則可按高精確度之方式形成，並且由於不需要變更過程，亦無增加製造過程之可能性之故很合適。
該連接部32之形狀，係由寬幅為2000μm以下，較佳為1000μm以下，厚度為300μm以下，較為100μm以下的1條帶狀的金屬材料所構成者，其剖面積為600,000μm2以下，較佳為100,000μm2以下。
另一方面，加熱器型樣21，係由寬幅10mm(10000μm)以下，較佳為3mm(3000μm)以下，厚度為300μm以下，較佳為100μm以下的1條帶狀的金屬材料所構成者，其剖面積為3,000,000μm以下，較佳為300,000μm2以下。
因而，該連接部32的剖面積，係成為較加熱器型樣21的剖面為小者。
如採用此種靜電吸持裝置，由於藉由具有較加熱器型樣21的剖面積為小的剖面積之連接部32而連接加熱器型樣21與島狀部24之故，可將加熱器型樣21與島狀部24作成等電位(equal electric potential)，而可使包含加熱器型樣21、島狀部24以及連接部32 之加熱器元件31全體的高頻的穿透性及電位差加以均勻化。因而，可使板狀試樣上之電漿密度均勻化，結果可提升板狀試樣的電漿蝕刻的面內均勻性。
再者，雖於本發明之第1及第2實施形態之靜電吸持裝置中，作成將加熱器型樣21的平行部分往互相離間之方向移動所形成之間隙部分23中設置1個經從加熱器型樣21獨立之島狀部24之構成，惟亦可作成經於間隙部分23設置2個以上島狀部24之構成。
又，亦可作成將加熱器型樣21之一部分加以擴張，並於此擴張部分形成孔以作成間隙部分後，於此間隙部分設置經從加熱器型樣21獨立之島狀部24之構成。
[實施例]
以下，利用實施例及比較例以具體方式說明本發明，惟本發明並不因此等實施例而有所限定。
[實施例1] (靜電吸持裝置之製作)
利用周知之方法，以製作內部埋設有厚度10μm的靜電吸附用內部電極13之靜電吸持部2。
該靜電吸持部2之載置板11，係含有碳化矽10質量%之氧化鋁-碳化矽複合燒結體，直徑為300mm，厚度為0.5mm的圓板狀者。
又，支撐板12亦與載置板11同樣，係含有碳化矽10質量%之氧化鋁-碳化矽複合燒成體，直徑為300mm，厚度為3mm的圓板狀者。
經使此等載置板11及支撐板12介由靜電吸附用內部電極13 及絕緣材層14而接合一體化後實施機械加工，再將靜置板11的靜電吸附面，藉由高度為40μm的多數個突起部而作成凹凸面之結果，製得全體的直徑為300mm，厚度為4mm的靜電吸持部2。
另一方面，利用機械加工以製作直徑350mm，高度30mm的鋁製的冷卻底座部3。於此冷卻底座部3的內部，形成能使冷媒循環之流路18。
接著，於此靜電吸持部2的支撐板12表面(下面)，貼上絕緣性的有機系黏接材片，而作成絕緣性的有機系接著劑層5。
接著，於此絕緣性的有機系接著劑層5上，貼上厚度為100μm的鈦(Ti)薄板，並將靜電吸持部2與鈦(Ti)薄板加以黏接固定。
接著，依光刻法而將鈦(Ti)薄板加以蝕刻加工為既定的加熱器型樣21及島狀部24，而作成加熱器元件4。又，於此加熱器元件4上，利用焊接法以豎起狀態設置鈦製的供電用端子22，並於靜電吸持部2的固定孔中將供電用端子15加以嵌合固定。
由此，製得附有加熱器元件之靜電吸持部。
接著，於與冷卻底座部3的靜電吸持部2之間的接合面的既定位置，貼上絕緣性的有機系黏接材片，而作成絕緣性的有機系接著劑層6。
由此，製得絕緣性的附有有機系接著劑層之冷卻底座部。
接著，將附有加熱器元件之靜電吸持部的加熱器元件側，與絕緣性的附有有機系接著劑層之冷卻底座部的有機系接著劑層側，介由聚矽氧黏接劑所成之絕緣性的有機系接著劑層而加以疊合之結果，使靜電吸持部2與冷卻底座部3介由3層構造的絕緣性的有機系接著劑層而加以黏接．固定，以製作實施例1的靜電 吸持裝置。
(評價)
測定該靜電吸持裝置於載置面上之面內溫度分佈，並加以評價。評價方法及評價結果，為如下所述。
[面內溫度分佈]
使直徑300mm的矽晶圓靜電吸附於靜電吸持部2的載置面11a，在對冷卻底座部3的流路18中循環20℃的冷卻水之下，按矽晶圓的中心溫度能成為60℃之方式通電於加熱器元件4，並使用自動記錄溫度計(thermography)TVS-200EX(日本阿比歐尼克斯社製)以測定此時的矽晶圓的面內溫度分佈。其結果，矽晶圓的一直徑方向的中心溫度與周緣部的溫度差為1℃，係在±1℃以內者。
[實施例2]
除依光刻法而將鈦(Ti)薄板加以蝕刻加工為既定的加熱器型樣21、島狀部24以及連接部32，而作成加熱器元件31以外，其餘則按與實施例1同樣方式，以製作實施例2的靜電吸持裝置。
接著，準照實施例1以測定並評價該靜電吸持裝置於載置面上之面內溫度分佈。其結果，矽晶圓的一直徑方向的中心溫度與周緣部的溫度差為1℃，係在±1℃以內者。
[比較例]
除依光刻法而將鈦(Ti)薄板加以蝕刻加工為旋渦狀的加熱器型樣而作成加熱器元件以外，其餘則按與實施例1同樣方式，以製作比較例的靜電吸持裝置。
接著，準照實施例1以測定並評價該靜電吸持裝置於載置面上之面內溫度分佈。其結果，矽晶圓的一直徑方向的中心溫度與 周緣部的溫度差為2℃，係超過±2℃的範圍者。
[電漿均勻性之評價]
實施於實施例1至2及比較例的各靜電吸持裝置之電漿均勻性的評價。
在此，將上述的靜電吸持裝置裝載於電漿蝕刻裝置的處理容器內，並於該靜電吸持裝置的載置面上載置板狀試料。作為該板狀試樣，使用表面上成膜有光阻膜(resist film)之直徑300mm(12吋)的晶圓。
然後，在利用因施加直流2500V(伏特)所引起之靜電吸附而將此晶圓固定於載置面之下，使電漿發生，以進行光阻膜的灰化(ashing)處理。該處理容器內，係作成0.7Pa(帕)(5mTorr(毫托))的O2(氧氣)氣體(按100sccm(每分鐘標準立方厘米)之方式供給)，又，從冷卻氣體導入孔對靜電吸持裝置的載置板11與晶圓之間的間隙流通既定的壓力(15Torr(托))的He(氦)氣體，並對冷卻底座部3的流路18中流通20℃的冷卻水。
灰化處理完成後，從上述晶圓的中心部一直到外周部按能通過加熱器的島狀構造部分之方式測定光阻膜的膜厚變化，以觀察蝕刻量的面內均勻性。
如依據此等的評價結果，則可發現：於實施例1的靜電吸持裝置中，從晶圓的中心部至外周部止蝕刻量為略相同，惟在島狀部上則稍微有增加。又，於實施例2的靜電吸持裝置中，從晶圓的中心部至外周部止蝕刻量略為相同，表示電漿均勻性最優之事實。
[產業上之利用可能性]
本發明，可適用於需要使載置晶圓等的板狀試樣之載置面上之面內溫度分佈均勻化，再者，需要使板狀試料上之電漿密度均勻化則能提升板狀試樣的電漿蝕刻的面內均勻性之靜電吸持裝置。
4‧‧‧加熱器元件(加熱構件)
21‧‧‧加熱器型樣
23‧‧‧間隙部分
24‧‧‧島狀部

Claims (7)

  1. 一種靜電吸持裝置，係具備有：靜電吸持部，由一主面作為載置板狀試樣之載置面之同時內裝靜電吸附用內部電極所形成、以及冷卻底座部，冷卻前述靜電吸持部；於前述靜電吸持部與前述冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於前述加熱器型樣的間隙部分、或前述加熱器型樣的內部的任一方或雙方，設置1個以上從前述加熱器型樣完全地獨立且包含與前述加熱器型樣同一材質之島狀部。
  2. 一種靜電吸持裝置，係具備有：靜電吸持部，由一主面作為載置板狀試樣之載置面之同時內裝靜電吸附用內部電極所形成、以及冷卻底座部，冷卻前述靜電吸持部；於前述靜電吸持部與前述冷卻底座部之間設置具有既定形狀的加熱器型樣之加熱構件，並於前述加熱器型樣的間隙部分、或前述加熱器型樣的內部的任一方或雙方，設置1個以上從前述加熱器型樣獨立且包含與前述加熱器型樣同一材質之島狀部；其中前述加熱器型樣與前述島狀部，係藉由具有較前述加熱器型樣的剖面積為小的剖面積之連接部而加以連接所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之靜電吸持裝置，其中前述加熱器型樣及前述島狀部係包含無磁性金屬材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之靜電吸持裝置，其中前述加熱器型樣及前述島狀部係藉由絕緣性的有機系接著劑層而被前述靜電吸持部及前述冷卻底座部所黏接一體化。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之靜電吸持裝置，其中前述加熱器型樣及前述島狀部，或者前述連接部係包含無磁性金屬材料。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之靜電吸持裝置，其中前述加熱器型樣及前述島狀部，或者前述連接部係藉由絕緣性的有機系接著劑層而被前述靜電吸持部及前述冷卻底座部所黏接一體化。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之靜電吸持裝置，其中前述島狀部係藉由將與加熱器型樣相同之無磁性金屬薄板蝕刻加工為島狀型樣而形成。
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