TWI564991B - Electrostatic sucker - Google Patents

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Kosuke Yamaguchi
Kazuki Anada
Tatsuya Koga
Hiroki Matsui
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Toto Ltd
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Description

靜電吸盤
本發明的態樣是關於靜電吸盤(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(處理對象物)的手段(means)。
靜電吸盤是在氧化鋁(alumina)等的陶瓷介電質基板(ceramic dielectric substrate)之間夾入電極，藉由燒成而製作。靜電吸盤是將靜電吸附用電力施加於內建的電極，藉由靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。
在這種基板處理裝置中，為了高產量化(high throughput)而進行電漿製程的高輸出化及電漿製程的高溫化。為了高產量化，被吸附物的冷卻功能成為要點之一。而且，實現高產量化會導致輸入到基板處理裝置的熱量的增加。因此，可使用於靜電吸盤的構件的材料限定於高耐熱性的材料。
例如，對於接合陶瓷介電質基板與支撐陶瓷介電質基板的金屬板的接著劑被要求高溫時的陶瓷與金屬的接合強度、由陶瓷到金屬的熱傳遞性、可對應因熱膨脹的差而產生的剪應力(shear stress)的柔軟性及電絕緣性等。有熱傳導率(thermal conductivity)比較高的接著劑或具有比較優良的耐熱性及耐電漿性(plasma resistance)的接著劑，另一方面，若與陶瓷或金屬等比較的話，則電漿製程中的接著劑的耐電漿性在使用於靜電吸盤的構件之中最低。因此，接著劑的壽命成為靜電吸盤的壽命。
若接著劑在蝕刻等的製程受到損傷，則提高熱傳導的陶瓷填料(ceramic filler)成分或不能氣化(gasification)的彈性體(elastomer)成分往往會成為微粒(particle)源。而且，接著劑一受到損傷接著劑的熱傳導率就下降，往往無法發揮熱傳導的功能及均勻地保持被吸附物的溫度的功能。因此，可減少接著劑所受的損傷的靜電吸盤被期望。
[專利文獻1]日本國特開2004-31665號公報
[專利文獻2]日本國實用新案登錄第3154629號公報
本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的為提供一種靜電吸盤，不管接著劑的電漿耐久性(plasma durability)如何，都能減少電漿給予接著劑的損傷，進而即使接著劑受到損傷也能減少微粒的飛散。
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，具有：承載吸附的對象物的第一主表面(principal surface)，和與前述第一主表面相反側的第二主表面，和由前述第二主表面設置到前述第一主表面的貫通孔；金屬製的底板(base plate)，支撐前述陶瓷介電質基板，具有與前述貫通孔連通的氣體導入道；及接合層，配設於前述陶瓷介電質基板與前述底板之間，包含樹脂材料，前述接合層具有設置於前述第二主表面中的前述貫通孔的開口部與前述氣體導入道之間，在水平方向比前述開口部大的空間，前述空間的側的前述接合層的端面與前述第二主表面相交的第一區域係前述開口部比不同於前述第一區域的前述端面的其他的第二區域還後退，前述端面近旁的前述底板為平面。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
第二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明中，在對前述第二主表面的法線垂直的方向看時的前述第一區域中，前述第二主表面與前述端面所成的角度一朝向前述第二主表面就變大。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
第三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在 第二發明中，配設有一由前述第二主表面遠離前述法線的方向，由前述第二主表面與前述端面所成的角度就變小的第三區域。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
第四發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明中，互相面對的前述端面之間的距離一由前述第二主表面遠離前述法線的方向就變短。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
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，在前述第一區域中的前述端面與前述貫通孔的中心之間的距離d，以及在前述第二區域中互相面對的前述端面彼此之間的距離D中，2dD的關係式成立。
在端面的剖面構造為非對稱(asymmertric)的情形下，距離d為在第一區域中的端面與貫通孔的中心之間的距離之中最大值的距離。依照該靜電吸盤，能形成可堆積微粒的袋部。
第六發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第五發明中，前述距離d為0.1毫米(millimeter)以上、5.0毫米以下。
依照該靜電吸盤，可謀求使接著劑所受的損傷的量的減少與對象物的溫度分佈的均勻化並存。
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，前述接合層具有：接合部，接合前述第二主表面與前述底板；及端部，具有前述端面形成前述空間，前述接合部的材料與前述端部的材料不同。
依照該靜電吸盤，使端部不包含提高熱傳導率的填料，而能減少微粒的產生。而且，在使用矽接著劑(silicone adhesive)當作接合部的情形下，可將耐電漿性比矽接著劑優良的材料使用於端部。
第八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，前述接合層具有：接合部，接合前述第二主表面與前述底板；及端部，具有前述端面形成前述空間，前述接合部的材料與前述端部的材料相同。
依照該靜電吸盤，可更提高接合部與端部的接著力。
第九發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第七發明或第八發明中，使用於前述接合部的接著劑的熱傳導率為0.1瓦特/公尺‧克耳文(W/m‧K)以上，使用於前述接合部的接著劑的絕緣破壞強度(breakdown strength)為1千伏/毫米(kV/mm)以上，使用於前述接合部的接著劑的耐熱溫度為40℃以上。
依照該靜電吸盤，即使靜電吸盤在高溫製程中使用，也能使用可保持良好的熱傳遞同時可保持絕緣的接著劑。而且，能具有可緩和陶瓷介電質基板的熱膨脹與底板的熱膨脹的差的彈性。
第十發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第五發明或第六發明中，更包含配設於前述氣體導入道的多孔體，在前述距離d及前述多孔體的半徑R中，d>R的關係式成立。
依照該靜電吸盤，形成可堆積微粒的袋部，可將容易堆積於袋部的微粒之傳遞氣體的對流形成於空間。也就是說，可在空間中控制選擇性地使微粒堆積於袋部的傳遞氣體的對流。因此，假設微粒產生也能減少微粒的飛散。而且，藉由配設有多孔體，可在貫通孔及氣體導入道中具有高的耐受電壓性。
第十一發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第五發明、第六發明及第十發明中的任一項發明中，前述距離d大於前述第一主表面的側的前述貫通孔的開口部的半徑。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
第十二發明是一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第十一發明中的任一項發明中，前述空間的前述水平方向的長度比前述接合層的厚度長。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
第十三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第七發明或第八發明中，前述端部以面與前述第二主表面及前述底板的各個接觸，前述端部與前述第二主表面及前述底板的各個接觸的前述面的前述水平方向的長度比前述接合層的厚度長。
依照該靜電吸盤，不同於替代端部而配設有O型環(O-ring)的情形，接合層的端部可有助於陶瓷介電質基板與底板的接合。
第十四發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第十三發明中，由前述端部的外周部亦即由前述端部看，與前述空間相反側的外周部藉由前述樹脂材料填充。
依照該靜電吸盤，不同於替代端部而配設有O型環的情形，可抑制在接合層產生空間。接合層的端部可有助於陶瓷介電質基板與底板的接合，可更堅固地將陶瓷介電質基板與底板互相接著。
第十五發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第十三發明或第十四發明中，前述第二主表面與前述端部接觸的面位於與前述第二主表面藉由前述接合層接著的面相同的平面上，前述底板與前述端部接觸的面位於與前述底板藉由前述接合層接著的面相同的平面上。
依照該靜電吸盤，不同於替代端部而配設有 O型環的情形，接合層的端部可有助於陶瓷介電質基板與底板的接合。
第十六發明是一種靜電吸盤，其特徵在於：在第十三發明至第十五發明中的任一項發明中，前述第一區域中的前述端面的曲率大於前述第二區域中的前述端面的曲率。
依照該靜電吸盤，不同於替代端部而配設有O型環的情形，接合層的端部可有助於陶瓷介電質基板與底板的接合。
第十七發明是一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第十六發明中的任一項發明中，前述陶瓷介電質基板具有體積電阻率(volume resistivity)為1×1014歐姆‧公分(Ω‧cm)以上的庫倫(Coulomb)原料。
依照該靜電吸盤，不管接著劑自身的耐久性如何，都能減少接合層所受的損傷。假設接合層受到損傷也能減少微粒的飛散。
依照本發明的態樣，提供一種靜電吸盤，可減少電漿給予接著劑的損傷。
11‧‧‧陶瓷介電質基板
11a‧‧‧第一主表面
11b‧‧‧第二主表面
12‧‧‧電極
13‧‧‧點
14‧‧‧溝
15‧‧‧貫通孔
15a‧‧‧第一孔部
15b‧‧‧第二孔部
15c‧‧‧第三孔部
15d‧‧‧開口部
15e‧‧‧開口部
15f‧‧‧鏜孔部
20‧‧‧連接部
50‧‧‧底板
50a‧‧‧上部
50b‧‧‧下部
51‧‧‧輸入道
52‧‧‧輸出道
53‧‧‧氣體導入道
53a‧‧‧鏜孔部
55‧‧‧連通道
57‧‧‧表面
60、60a‧‧‧接合層
61‧‧‧接合部
63、63a‧‧‧端部
63b、63c‧‧‧面
64‧‧‧端面
64a、64b、64c、64d‧‧‧點
65‧‧‧空間
66‧‧‧邊界線
67‧‧‧端面
70‧‧‧絕緣體塞
71‧‧‧陶瓷多孔體
80‧‧‧吸附保持用電壓
91‧‧‧加熱器
93‧‧‧圓
97‧‧‧第一固定部
98‧‧‧第二固定部
110‧‧‧靜電吸盤
A1、A2‧‧‧區域
A11、A12、A13、A14‧‧‧角度
C1‧‧‧中心
d、D1、D3‧‧‧距離
D2、D4‧‧‧開口尺寸
D5、D6‧‧‧長度
S1、S2、S3、S4‧‧‧面
t1‧‧‧厚度
圖1是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的構成之模式剖面圖。
圖2(a)、(b)是顯示本實施形態的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖3是圖1所示的A部的變形例之模式放大剖面圖。
圖4(a)、(b)是舉例說明距離d與溫度差之間的關係之圖表以及距離d與電導(conductance)之間的關係之圖表。
圖5是顯示本實施形態的其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖6是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖7是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖8是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖9是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖10是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖11是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖12是顯示本模擬(simulation)的條件之模式剖面圖。
圖13(a)、(b)、(c)是舉例說明本模擬的結果的一例之模式斜視圖。
圖14(a)、(b)是舉例說明本模擬的結果的一例之模式斜視圖。
以下，針對本發明的實施的形態，一邊參照 圖面一邊進行說明。此外，各圖面中，對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。
此外，圖面是模式的或概念的圖，各部分的厚度與寬度的關係、部分間的大小的比率等不一定與現實的部分同一。而且，即使是表示相同部分的情形，也有依照圖面使彼此的尺寸或比率不同而表示的情形。
圖1是舉例說明與本實施形態有關的靜電吸盤的構成之模式剖面圖。
圖2是顯示本實施形態的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖3是圖1所示的A部的變形例之模式放大剖面圖。
圖4是舉例說明距離d與溫度差之間的關係之圖表及距離d與電導之間的關係之圖表。
此外，圖2是通過底板的氣體導入道的中心的剖切面中之模式剖面圖。以下的模式剖面圖是上述剖切面中的圖。
圖2(a)是圖1所示的A部之模式放大視圖。圖2(b)是圖2(a)所示的B部之模式放大視圖。為了便於說明起見，在圖2(a)中省略了電極12。在圖3、圖5及圖6中同樣地省略了電極12。
圖4(a)是舉例說明在圖2(a)所示的區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d與傳遞氣體的電導之間的關係之圖表。圖4(b)是舉例說明在圖2(a)所示的區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d與對象物W的面內中的溫度差之間的關係之圖表。圖4(a)及 圖4(b)所示的圖表的橫軸是表示區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d(mm)。圖4(a)所示的圖表的縱軸是表示傳遞氣體的電導(sccm：standard cc/min)。圖4(b)所示的圖表的縱軸是表示對象物W的面內中的溫度差(℃)。
如圖1及圖2(a)所示，與本實施形態有關的靜電吸盤110具備陶瓷介電質基板11與底板50與接合層60。
陶瓷介電質基板11例如是由燒結陶瓷(sintered ceramic)構成的平板狀的基材，具有：承載矽晶圓等的半導體基板等的吸附的對象物W之第一主表面11a；與該第一主表面11a相反側之第二主表面11b。
在陶瓷介電質基板11配設有電極12。電極12介設於陶瓷介電質基板11的第一主表面11a與第二主表面11b之間。也就是說，電極12以插入陶瓷介電質基板11之中的方式形成。靜電吸盤110藉由施加吸附保持用電壓80至該電極12，在電極12的第一主表面11a側使電荷產生，藉由靜電力吸附保持對象物W。
此處，在本實施形態的說明中，擬將連結第一主表面11a與第二主表面11b的方向(第一方向)稱為Z方向，將與Z方向正交的方向之一(第二方向)稱為Y方向，將正交於Z方向及Y方向的方向(第三方向)稱為X方向。
電極12是沿著陶瓷介電質基板11的第一主表面11a及第二主表面11b配設成薄膜狀。電極12是用以 吸附保持對象物W的吸附電極。電極12既可以是單極型也可以是雙極型。圖1所示的電極12是雙極型，在同一面上配設有2極的電極12。
在電極12配設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是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接與電極12導通的介層(via)(實心型)或通孔(via hole)(中空型)或金屬端子的部分。
底板50是支撐陶瓷介電質基板11的構件。陶瓷介電質基板11透過圖2(a)所示的接合層60固定於底板50之上。也就是說，接合層60配設於陶瓷介電質基板11與底板50之間。
接合層60具有接合部61與端部63。接合部61將陶瓷介電質基板11的第二主表面11b與底板50接合。接合層60包含樹脂材料。接合層60包含例如聚矽氧(silicone)系、丙烯酸(acryl)系、改質聚矽氧(modified silicone)系或環氧(epoxy)系的高分子材料且以碳(C)、氫(H)、氮(N)、矽(Si)、氧(O)及硫(S)的至少任一個為主成分的高分子材料。使用例如矽接著劑或絕緣性優良的聚矽氧系熱傳導用材料等當作接合部61。端部63具有例如環狀的形狀。關於接合層60的詳細於後述。
底板50例如被分成鋁製的上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間設置有連通道(communication path)55。連通道55為一端側連接於輸入道51，另一端側連接於輸出道52。
底板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，使冷卻介質(cooling medium)由輸入道51流入，使其通過連通道55，使其由輸出道52流出。據此，可藉由冷卻介質吸收底板50的熱，將安裝於其上的靜電吸盤110冷卻。另一方面，在將靜電吸盤110保溫的情形下，也能將保溫介質注入到連通道55內。或者，也可以使發熱元件(heating element)內建於靜電吸盤110或底板50。如此，若藉由底板50調整靜電吸盤110的溫度，則可調整藉由靜電吸盤110吸附保持的對象物W的溫度。
而且，在陶瓷介電質基板11的第一主表面11a側，依照需要設置有點13，在點13之間設置有溝14。該溝14連通，在搭載於靜電吸盤110的對象物W的背面與溝14之間形成有空間。
在溝14連接有設於陶瓷介電質基板11的貫通孔15。貫通孔15由陶瓷介電質基板11的第二主表面11b到第一主表面11a貫通陶瓷介電質基板11而被設置。貫通孔15也可以設置於陶瓷介電質基板11的複數處。
此外，如圖3所示，貫通孔15具有孔的軸延伸於水平方向(X方向)的部分也可以。圖3所示的貫通孔15具有第一孔部15a與第二孔部15b與第三孔部15c。第一孔部15a的一端連接於陶瓷介電質基板11的第二主表面11b。第三孔部15c的一端連接於溝14。第二孔部15b連接於第一孔部15a與第三孔部15c。更具體而言，第二孔部 15b的一端連接於第一孔部15a的另一端。第二孔部15b的另一端連接於第三孔部15c的另一端。如此，貫通孔15具有物理地連接第一主表面11a與第二主表面11b的空間，不被限定於一直線狀的孔。而且，貫通孔15的形狀例如為球狀或圓弧狀也可以，不被限定於特定的形狀。在配設有複數個貫通孔15的情形下，若複數個貫通孔15之中的至少任一個滿足本實施形態的貫通孔的條件，則與本實施形態有關的靜電吸盤110包含於本發明的範圍。
使用例如庫侖原料當作陶瓷介電質基板11的材料。庫倫原料的體積電阻率為例如約1×1014歐姆‧公分(Ω‧cm)以上。在使用於陶瓷介電質基板11的庫侖原料對紅外線或可視光具有半透性(semipermeability)的情形下，可由陶瓷介電質基板11的表面目視確認內部的空間。因此，如圖3所示，在貫通孔15具有孔的軸延伸於水平方向(X方向)的部分(第二孔部15b)的情形下，可由陶瓷介電質基板11的表面確認第二孔部15b的位置，可更容易地進行加工。
可藉由適宜選擇點13的高度(溝14的深度)、點13及溝14的面積比率、形狀等，將對象物W的溫度或附著於對象物W的微粒控制在適合的狀態。
另一方面，在底板50設置有氣體導入道53。氣體導入道53例如以貫通底板50的方式被設置。如圖1所示，也可以在氣體導入道53配設有絕緣體塞70。關於絕緣體塞70的詳細於後述。氣體導入道53不貫通底板50 而由其他的氣體導入道53的途中分岔而設置到陶瓷介電質基板11側為止也可以。而且，氣體導入道53設置於底板50的複數處也可以。
氣體導入道53與貫通孔15連通。若在吸附保持了對象物W的狀態下由氣體導入道53導入氦(He)等的傳遞氣體，則傳遞氣體流到設於對象物W與溝14之間的空間，可藉由傳遞氣體直接冷卻對象物W。
如圖2(a)所示，在貫通孔15與氣體導入道53之間存在空間65。更具體而言，空間65存在於第二主表面11b中的貫通孔15的開口部15d與氣體導入道53之間。也就是說，接合層60具有空間65。空間65位於例如環狀的端部63的中央部，延伸於水平方向(X方向)。空間65藉由環狀的端部63形成。空間65的X方向的尺寸(互相面對的端部63(或者端面64)彼此之間的距離)D1大於開口部15d的開口尺寸D2。
在接合陶瓷介電質基板11與底板50時，首先，將預先製作的端部63設置於底板50的表面57或陶瓷介電質基板11的第二主表面11b，以在貫通孔15與氣體導入道53之間存在空間65。接著，一邊確保空間65一邊塗佈硬化後成為接合部61的接著劑(例如矽接著劑)。接著，透過端部63與塗佈的接著劑將陶瓷介電質基板11與底板50互相接合。
在接著劑硬化後(接合層60形成後)，接合層60的厚度(Z方向的尺寸)t1為例如約100微米(μm)以上、 1000μm以下左右。更佳為接合層60的厚度t1為例如約200μm以上、600μm以下左右。此時，預先製作的狀態(設置前的狀態)的端部63的厚度(Z方向的尺寸)為例如約200μm以上、600μm以下左右。也就是說，端部63在將陶瓷介電質基板11與底板50互相接合的製程中在Z方向被壓扁。在接著劑硬化後，端部63的厚度與接合層60的厚度t1相同。
接合層60的厚度t1比空間65的X方向的尺寸D1短。也就是說，空間65的水平方向(X方向)的長度比空間65的縱向(Z方向)的長度長。換言之，空間65的水平方向的長度比接合層60的厚度t1長。具有水平方向比鉛直方向長的剖面形狀的空間65連接於具有鉛直方向比水平方向長的剖面形狀的貫通孔15。
空間65的側的接合層60的端面64與陶瓷介電質基板11的第二主表面11b相交或者接觸。端面64與第二主表面11b相交的區域A1(第一區域)與不同於區域A1的端面64的其他區域(第二區域)比較，由貫通孔15的開口部15d遠離或者後退。
更具體而言，在對第二主表面11b的法線垂直的方向看時的區域A1中，第二主表面11b與端面64所成的角度一朝向第二主表面11b就變大。
此處，在本說明書中[第二主表面11b與端面64所成的角度]是指陶瓷介電質基板11的第二主表面11b與和端面64上的任意點相接的面所成的角度，且在端部63的側 被測定的角度。
如圖2(b)所示，例如第二主表面11b與和端面64上的點64b相接的面S2所成的角度A12大於第二主表面11b與和端面64上的點64a相接的面S1所成的角度A11。
另一方面，在端面64與底板50的表面57相交或接觸的區域A2(第三區域)中，在對第二主表面11b的法線垂直的方向看時，第二主表面11b與端面64所成的角度一由第二主表面11b遠離法線方向就變小。如圖2所示，例如第二主表面11b與和端面64上的點64d相接的面S4所成的角度A14小於第二主表面11b與和端面64上的點64c相接的面S3所成的角度A13。
依照本實施形態，不管接著劑的耐久性如何，都能減少接合層60所受的損傷。假設接合層60受到損傷也能減少微粒的飛散。
如圖2(a)所示，關於在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d，以及在不同於區域A1的端面64的其他區域中互相面對的端部63彼此之間的距離(端面64彼此之間的距離)D1，下式成立。
在圖2(a)所示的模式剖面圖中端面64的剖面構造為非對稱(asymmertric)的情形下，距離d為在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離之中最大值的距離。據此，在區域A1中形成有可堆積微粒的袋部。
貫通孔15的直徑(開口部15d的開口尺寸D2) 影響流過貫通孔15的傳遞氣體的電導及吸附的對象物W之中的溫度差(貫通孔15的正上方中的對象物W的位置與其周邊的溫度差)。例如，若貫通孔15的直徑(D2)小，則電導變小，往往傳遞氣體的流動變差。另一方面，若貫通孔15的直徑(D2)大，則往往會產生在吸附的對象物W之中的溫度差大的區域(所謂的熱點或冷點)。依照本發明人所得到的知識，貫通孔15的直徑(D2)為例如0.04毫米(mm)以上、3mm以下較佳。貫通孔15的直徑(D2)為例如0.07mm以上、2.5mm以下更佳。貫通孔15的直徑(D2)為例如0.1mm以上、2mm以下最佳。
電漿與接著劑之間的距離(貫通孔15的中心C1與端面64之間的距離)越長，接著劑所受的損傷的量越小。另一方面，如圖4(a)所示，區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d越長，傳遞氣體的電導越大。而且，若距離d變成小於貫通孔15的直徑(D2)，則電導急劇惡化(變小)。因此，距離d為貫通孔15的直徑(D2)的最小值0.1mm以上較佳。
而且，若電漿與接著劑之間的距離(貫通孔15的中心C1與端面64之間的距離)長，則往往因接著劑的熱傳導率與空間(空氣)的熱傳導率的差而在貫通孔15的正上方中的對象物W的位置與其周邊之間產生溫度差。
如圖4(b)所示，在高功率條件(給予靜電吸盤110的表面5000W的熱輸入條件)下，在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為1.85mm時，溫度差成為 5℃。而且，在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為4.0mm時，溫度差成為20℃。
而且，在低功率條件(給予靜電吸盤110的表面3000W的熱輸入條件)下，在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為1.85mm時，溫度差成為3.3℃。在區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為5.0mm時，溫度差成為20℃。
在電漿製程中，面內溫度差是重要的項目之一。依照本發明人所得到的知識，將溫度差抑制在20℃以下較佳。因此，距離d為5.0mm以下較佳。
因此，區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為0.1mm以上、5.0mm以下較佳。區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為0.2mm以上、4.5mm以下較佳。區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為0.4mm以上、4mm以下更佳。區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d為0.6mm以上、3.7mm以下最佳。
據此，可謀求使接著劑所受的損傷的量的減少與對象物W的溫度分佈的均勻化並存。
端部63的材料既可以與接合部61的材料相同，也可以與接合部61的材料不同。
在端部63的材料與接合部61的材料相同的情形下，可更提高接合部與端部的接著力。
在端部63的材料與接合部61的材料不同的情形下，可使端部63不包含提高熱傳導率的填料而減少微粒的產生。而且，在端部63的材料與接合部61的材料不同且使用矽接著劑當作接合部61的情形下，可將耐電漿性比矽接著劑優良的材料使用於端部63。
可舉出例如氟系材料當作耐電漿性比矽接著劑優良的材料。例如可舉出以[-CF2-]作為基本骨架(basic skeleton)的碳氟化合物系彈性體。而且，例如可舉出[-CF2-CF(CF3)-O-]的基本構造連接於聚矽氧鏈(silicone chain)的碳氟化合物系彈性體。而且，例如可舉出以[-SiF2-O-]與[Si(CH3)2-O-]作為基本骨架的氟矽橡膠(fluorosilicone rubber)。進而例如可舉出聚醯亞胺(polyimide)或丙烯、環氧系的高分子材料等。
此外，即使是端部63的材料與接合部61的材料相同的情形，或與接合部61的材料不同的情形，在端部63與接合部61之間也存在邊界線66。據此，關於陶瓷介電質基板11與底板50的接合，可判別接合層60是否具有預先製作的端部63。
使用於接合部61的接著劑的熱傳導率為例如0.2瓦特/公尺‧克耳文(W/m‧K)以上。使用於接合部61的接著劑的熱傳導率為0.4W/m‧K以上較佳。使用於接合部61的接著劑的熱傳導率為0.8W/m‧K更佳。使用於接合部61的接著劑的熱傳導率為例如4.0W/m‧K以下。使用於接合部61的接著劑的熱傳導率為3.0W/m‧K以下較佳。使 用於接合部61的接著劑的絕緣破壞強度為例如1千伏/毫米(kV/mm)以上。使用於接合部61的接著劑的絕緣破壞強度為2kV/mm以上較佳。使用於接合部61的接著劑的絕緣破壞強度為5kV/mm以上更佳。使用於接合部61的接著劑的絕緣破壞強度為例如50kV/mm以下。使用於接合部61的接著劑的耐熱溫度為60℃以上。
據此，即使在高溫製程中使用靜電吸盤110，也能使用可保持良好的熱傳遞同時可保持絕緣的接著劑。而且，可具有能緩和陶瓷介電質基板11的熱膨脹與底板50的熱膨脹的差的彈性。其結果，靜電吸盤110的壽命變長。
如圖2(a)所示，區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d大於第一主表面11a側的開口部15e的半徑((D4)/2)。據此，不管接著劑的耐久性如何，都能減少接合層60所受的損傷。假設接合層60受到損傷也能減少微粒的飛散。
如圖2(a)及圖2(b)所示，端部63以面63b而不是以點與陶瓷介電質基板11的第二主表面11b接觸，以面63c而不是以點與底板50的表面57接觸。在圖2(a)所示之模式剖面圖中，端部63與陶瓷介電質基板11的第二主表面11b接觸的部分的長度(面63b的X方向的長度)D5比接合層60的厚度t1長。在圖2(a)所示之模式剖面圖中，端部63與底板50的表面57接觸的部分的長度(面63c的X方向的長度)D6比接合層60的厚度t1長。長度D5及長度D6分別為例如約500μm以上左右。
據此，由於端部63以面而不是以點與第二主表面11b及表面57接觸，因此能抑制在接合層60產生空間。也就是說，由端部63的外周部亦即由端部63看，與空間65相反側的外周部藉由樹脂材料填充。
如前述，端部63在將陶瓷介電質基板11與底板50互相接合的製程中在Z方向被壓扁。端部63藉由陶瓷介電質基板11壓扁的面63b位於與陶瓷介電質基板11的接著面(第二主表面11b)相同的平面上。端部63藉由底板50壓扁的面63c位於與底板50的接著面(表面57)相同的平面上。
圖5是顯示本實施形態的其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖5是相當於圖1所示的A部的部分之模式放大視圖。
圖5所示的接合層60a具有接合部61與端部63a。端部63a具有例如環狀的形狀。空間65的側的接合層60的端面64與陶瓷介電質基板11的第二主表面11b相交或者接觸。端面64與第二主表面11b相交的區域A3(第一區域)，與不同於區域A3的端面64的其他區域(第二區域)比較，由貫通孔15的開口部15d遠離或者後退。
在圖5所示的接合層60a中，互相面對的端部63a(或端面64)彼此之間的距離D3一由第二主表面11b遠離法線方向就變短。也就是說，端面64具有一由第二主表面11b遠離法線方向互相面對的端部63a(或端面64)彼此 之間的距離D3就變短的傾斜。此外，就其他的構造或各構件的材料，關於圖1~圖3係如前述。
依照圖5所示的例子，不管接著劑的耐久性如何，都能減少接合層60所受的損傷。假設接合層60受到損傷也能減少微粒的飛散。
圖6是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
與本實施形態有關的靜電吸盤110也可以具備絕緣體塞70。
絕緣體塞70也可以配設於設於底板50的氣體導入道53。絕緣體塞70嵌入氣體導入道53的陶瓷介電質基板11側。如圖6所示，例如在氣體導入道53的陶瓷介電質基板11側配設有鏜孔(counterbore)部53a。鏜孔部53a配設成筒狀。也可以藉由適切地設計鏜孔部53a的內徑將絕緣體塞70嵌合於鏜孔部53a。
絕緣體塞70具有陶瓷多孔體71。陶瓷多孔體71配設成筒狀(例如圓筒形)，嵌合於鏜孔部53a。雖然絕緣體塞70的形狀為圓筒形較理想，但是不被限定於圓筒形。陶瓷多孔體71使用具有絕緣性的材料。作為陶瓷多孔體71的材料，例如為Al2O3或Y2O3、ZrO2、MgO、SiC、AlN、Si3N4，或者是SiO2等的玻璃也可以。或者，陶瓷多孔體71的材料為Al2O3-TiO2或Al2O3-MgO、Al2O3-SiO2、Al6O13Si2、YAG、ZrSiO4等也可以。
陶瓷多孔體71的孔隙率(porosity)為例如30百分比(%)以上、60%以下。陶瓷多孔體71的密度為例如1.5克/立方公分(g/cm3)以上、3.0g/cm3以下。藉由這種孔隙率，流過氣體導入道53而來的He等的傳遞氣體就會通過陶瓷多孔體71的複數個氣孔而由設於陶瓷介電質基板11的貫通孔15送到溝14。
如圖6所示，關於區域A1中的端面64與貫通孔15的中心C1之間的距離d，以及陶瓷多孔體71的半徑R，下式成立。
d>R‧‧‧式(2)
此外，就其他的構造或各構件的材料，關於圖1~圖3係如前述。
據此，如圖6所示的箭頭A21、箭頭A22、箭頭A23、箭頭A24所示，可在空間65形成使微粒容易堆積在形成於區域A1的袋部的傳遞氣體的對流。也就是說，可在空間65控制選擇性地使微粒堆積在形成於區域A1的袋部的傳遞氣體的對流。因此，假設產生微粒也能減少微粒的飛散。而且，可藉由配設有陶瓷多孔體71，在貫通孔15及氣體導入道53中具有高的耐受電壓性。
圖7是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖7所示的靜電吸盤110與關於係如圖6前述的靜電吸盤110一樣，具備絕緣體塞70。絕緣體塞70配設於設於陶瓷介電質基板11的貫通孔15。絕緣體塞70被嵌入貫 通孔15之中的底板50的側。如圖7所示，例如貫通孔15在底板50的側中具有鏜孔部15f。鏜孔部15f形成貫通孔15的開口部15d。鏜孔部15f配設成筒狀。藉由適切地設計鏜孔部15f的內徑將絕緣體塞70嵌合於鏜孔部15f也可以。
絕緣體塞70關於圖6係如前述。也就是說，絕緣體塞70具有陶瓷多孔體71。氦等的傳遞氣體藉由通過氣體導入道53及空間65，透過絕緣體塞70並通過貫通孔15而流到設於對象物W與溝14之間的空間。如此，在本案說明書中在[貫通孔]此一範圍包含有例如像多孔體等具有氣體流動的路徑者設置於途中且使任意的氣體或流體貫通的孔。
圖8是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖8所示的靜電吸盤110與關於圖7係如前述的靜電吸盤110比較更具備加熱器91。加熱器91配置於底板50與陶瓷介電質基板11之間。加熱器91可藉由供給電壓使電流流動而發熱，提高或者保持對象物W的溫度。
加熱器91隔著接合層60固定於陶瓷介電質基板11的第二主表面11b。而且，加熱器91隔著接合層60固定於底板50的表面57。也就是說，接合層60配設於加熱器91與陶瓷介電質基板11之間以及加熱器91與底板50之間。配設於陶瓷介電質基板11與加熱器91之間的接合層60具有端部63。端部63關於圖1~圖4(b)係如前述。 配設於底板50與加熱器91之間的接合層60既可以具有端部63也可以不具有端部63。
如圖8所示，離開氣體導入道53而配設有加熱器91。離開氣體導入道53而配設有配設於底板50與加熱器91之間的接合層60。配設於陶瓷介電質基板11與加熱器91之間的接合層60的端部63由加熱器91的端部看，配設於與氣體導入道53相反側。也就是說，配設於陶瓷介電質基板11與加熱器91之間的接合層60與氣體導入道53的中心C2之間的最短距離D8，比加熱器91與氣體導入道53的中心C2之間的最短距離D7長。關於圖2(a)係如前述，具有水平方向比縱向長的剖面形狀的空間65連接於具有縱向比水平方向長的剖面形狀的貫通孔15。
圖9是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖9所示的靜電吸盤110與關於圖8係如前述的靜電吸盤110一樣具備加熱器91。配設於陶瓷介電質基板11與加熱器91之間的接合層60具有端部63。端部63關於圖1~圖4(b)係如前述。配設於底板50與加熱器91之間的接合層60既可以具有端部63也可以不具有端部63。
如圖9所示，加熱器91的端部配設於與氣體導入道53的內表面大致相同的面。配設於底板50與加熱器91之間的接合層60的端部配設於與氣體導入道53的內表面大致相同的面。
依照圖7~圖9所示的靜電吸盤110，不管接著劑的耐久性如何，都能減少接合層60所受的損傷。假設接合層60受到損傷也能減少微粒的飛散。而且，可藉由配設有陶瓷多孔體71，在貫通孔15及氣體導入道53中具有高的耐受電壓性。
圖10是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
圖11是顯示本實施形態的再其他的接合層的近旁之模式放大視圖。
在圖10及圖11所示的靜電吸盤110中，接合層60以板片(sheet)被配設。也就是說，接合層60呈板片狀。因此，接合層60不具有像關於圖1~圖9係如前述的例如環狀的端部63。板片狀是指顯示接合第二主表面11b與底板50的接合部61和形成空間65的端部63藉由同一材料一體化的狀態。
圖10所示的接合層60的端面64具有與關於圖2(a)及圖2(b)係如前述的接合層60的端面64的形狀相同的形狀。
圖11所示的接合層60的端面64具有與關於圖5係如前述的接合層60的端面64的形狀相同的形狀。
依照圖10及圖11所示的靜電吸盤110，即使是接合層60以板片被配設的情形，也不管接著劑的耐久性如何，都能減少接合層60所受的損傷。假設接合層60受到損傷也能減少微粒的飛散。
其次，就本發明人所實施的接合層60的端部63的模擬，一邊參照圖面一邊進行說明。
圖12是顯示本模擬的條件之模式剖面圖。
圖13是舉例說明本模擬的結果的一例之模式斜視圖。
圖14是舉例說明本模擬的結果的一例之模式斜視圖。
圖13(a)是顯示在接著製程中被壓縮之前的接合層60的端部63的剖面形狀之模式圖。圖13(b)、圖13(c)、圖14(a)及圖14(b)是顯示在接著製程中被壓縮之後的接合層60的端部63的剖面形狀之模式圖。
如圖12所示，在本模擬中端部63夾設於第一固定部97與第二固定部98之間。第一固定部97相當於例如底板50。第二固定部98相當於例如陶瓷介電質基板11。
作成了具有環狀的形狀的模型當作接合層60的端部63。壓縮前的端部63的外徑D11為3mm以上、10mm以下。壓縮前的端部63的內徑D12為1mm以上、5mm以下。在本模擬中將端部63的材料的楊氏模數(Young's modulus)設定為0.1百萬帕斯卡(MPa)以上、20MPa以下。而且，將端部63的材料的帕松比(Poisson's ratio)設定為0.3以上、0.5以下。
在本模擬中如圖12所示的箭頭A25所示，藉由使第二固定部98朝第一固定部97移動將壓縮應力(compressive stress)施加於端部63。本模擬的結果如圖13(a)~圖14(b)所示。
也就是說，圖13(b)是顯示端部63的厚度D13比接著後的接合層60的厚度t1厚時的端部63的徑向的位移。圖13(c)是顯示端部63被壓縮成接著後的接合層60的厚度t1時的端部63的徑向的位移。圖14(a)是顯示端部63的厚度D13比接著後的接合層60的厚度t1厚時的端部63的徑向的位移。圖14(b)是顯示端部63被壓縮成接著後的接合層60的厚度t1時的端部63的厚度方向(Z方向)的位移。在圖13(a)~圖14(b)中，位移的大小藉由藉由顏色的濃淡表示。
如圖14(b)所示，可考慮具有與壓縮後的端部63的厚度D13相同長度的直徑的圓93。此時，端部63的端面64與第二固定部98相交的區域A4(第一區域)中的端面64的曲率大於圓93的曲率。另一方面，不同於區域A4的端面64的其他區域(第二區域)中的端面64的曲率小於圓93的曲率。也就是說，端部63的端面64與第二固定部98相交的區域A4(第一區域)中的端面64的曲率大於不同於區域A4的端面64的其他區域(第二區域)中的端面64的曲率。
區域A4相當於關於圖2(a)係如前述的區域A1。不同於區域A4的端面64的其他區域相當於關於圖2(a)係如前述的區域且不同於區域A1的端面64的其他區域，例如為第一固定部97與第二固定部98之間的中間的區域。
端部63的外側的端面67的曲率大於端部63的內側的端面64的曲率。端部63的外側的端面67的外形 線相當於端部63與接合部61之間的邊界線66(參照圖2(a))。
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110等所具備的各元件的形狀、尺寸、材質、配置等或接合部61及端部63的設置形態等並不被限定於舉例說明的內容，可適宜進行變更。而且，例如雖然舉例說明了利用庫侖力的構成當作靜電吸盤110，但是即使是利用Johnsen-Rahbeck力(Johnsen-Rahbeck force)的構成也能適用。
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
11b‧‧‧第二主表面
15‧‧‧貫通孔
15d‧‧‧開口部
15e‧‧‧開口部
50‧‧‧底板
50a‧‧‧上部
53‧‧‧氣體導入道
57‧‧‧表面
60‧‧‧接合層
61‧‧‧接合部
63‧‧‧端部
63b、63c‧‧‧面
64‧‧‧端面
64a、64b、64c、64d‧‧‧點
65‧‧‧空間
66‧‧‧邊界線
A1、A2‧‧‧區域
A11、A12、A13、A14‧‧‧角度
C1‧‧‧中心
d、D1‧‧‧距離
D2、D4‧‧‧開口尺寸
D5、D6‧‧‧長度
S1、S2、S3、S4‧‧‧面
t1‧‧‧厚度

Claims (21)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含：陶瓷介電質基板，具有：承載吸附的對象物的第一主表面，和與該第一主表面相反側的第二主表面，和由該第二主表面設置到該第一主表面的貫通孔；金屬製的底板，支撐該陶瓷介電質基板，具有與該貫通孔連通的氣體導入道；以及接合層，配設於該陶瓷介電質基板與該底板之間，包含樹脂材料，該接合層具有設置於該第二主表面中的該貫通孔的開口部與該氣體導入道之間，在水平方向比該開口部大的空間，該空間的側的該接合層的端面與該第二主表面相交的第一區域係該開口部比不同於該第一區域的該端面的其他的第二區域還後退，該端面近旁的該底板為平面。
  2. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中在對該第二主表面的法線垂直的方向看時的該第一區域中，該第二主表面與該端面所成的角度一朝向該第二主表面就變大。
  3. 如申請專利範圍第2項之靜電吸盤，其中配設有一由該第二主表面遠離該法線的方向，由該第二主表面與該端面所成的角度就變小的第三區域。
  4. 如申請專利範圍第1項之靜電吸盤，其中互相面對的該端面彼此之間的距離一由該第二主表面遠離該法線的方向就變短。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電吸盤，其中在該第一區域中的該端面與該貫通孔的中心之間的距離d，以及在該第二區域中互相面對的該端面彼此之間的距離D中，2dD的關係式成立。
  6. 如申請專利範圍第5項之靜電吸盤，其中該距離d為0.1毫米以上、5.0毫米以下。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電吸盤，其中該接合層具有：接合部，接合該第二主表面與該底板；以及端部，具有該端面形成該空間，該接合部的材料與該端部的材料不同。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電吸盤，其中該接合層具有：接合部，接合該第二主表面與該底板；以及端部，具有該端面形成該空間，該接合部的材料與該端部的材料相同。
  9. 如申請專利範圍第7項之靜電吸盤，其中使用於該接合部的接著劑的熱傳導率為0.1瓦特/公尺‧克耳文(W/m‧K)以上， 使用於該接合部的接著劑的絕緣破壞強度為1千伏/毫米(kV/mm)以上，使用於該接合部的接著劑的耐熱溫度為40℃以上。
  10. 如申請專利範圍第5項之靜電吸盤，其中更包含配設於該氣體導入道的多孔體，在該距離d及該多孔體的半徑R中，d>R的關係式成立。
  11. 如申請專利範圍第5項之靜電吸盤，其中該距離d大於該第一主表面的側的該貫通孔的開口部的半徑。
  12. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電吸盤，其中該空間的該水平方向的長度比該接合層的厚度長。
  13. 如申請專利範圍第7項之靜電吸盤，其中該端部以面與該第二主表面及該底板的各個接觸，該端部與該第二主表面及該底板的各個接觸的該面的該水平方向的長度比該接合層的厚度長。
  14. 如申請專利範圍第13項之靜電吸盤，其中由該端部的外周部亦即由該端部看，與該空間相反側的外周部藉由該樹脂材料填充。
  15. 如申請專利範圍第13項之靜電吸盤，其中該第二主表面與該端部接觸的面位於與該第二主表面藉由該接合層接著的面相同的平面上，該底板與該端部接觸的面位於與該底板藉由該接合層 接著的面相同的平面上。
  16. 如申請專利範圍第13項之靜電吸盤，其中該第一區域中的該端面的曲率大於該第二區域中的該端面的曲率。
  17. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電吸盤，其中該陶瓷介電質基板具有體積電阻率為1×1014歐姆‧公分(Ω‧cm)以上的庫倫原料。
  18. 如申請專利範圍第8項之靜電吸盤，其中該端部以面與該第二主表面及該底板的各個接觸，該端部與該第二主表面及該底板的各個接觸的該面的該水平方向的長度比該接合層的厚度長。
  19. 如申請專利範圍第18項之靜電吸盤，其中由該端部的外周部亦即由該端部看，與該空間相反側的外周部藉由該樹脂材料填充。
  20. 如申請專利範圍第18項之靜電吸盤，其中該第二主表面與該端部接觸的面位於與該第二主表面藉由該接合層接著的面相同的平面上，該底板與該端部接觸的面位於與該底板藉由該接合層接著的面相同的平面上。
  21. 如申請專利範圍第18項之靜電吸盤，其中該第一區域中的該端面的曲率大於該第二區域中的該端面的曲率。
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