TWI739642B - 靜電吸盤 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一種靜電吸盤，可提高RF響應性，同時可提高電漿密度的面內均勻性。 本發明的解決手段為一種靜電吸盤，其特徵在於包含：陶瓷介電質基板，具有：載置吸附的對象物的第一主表面，和與第一主表面相反側的第二主表面；底板，支撐陶瓷介電質基板；及至少一個第一電極層，配設於陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接，第一電極層在從底板朝向陶瓷介電質基板的Z軸方向上配設於第一主表面與第二主表面之間，第一電極層具有第一主表面側的第一面，和與第一面相反側的第二面，第二面的表面粗糙度大於第一面的表面粗糙度。

Description

靜電吸盤
本發明的態樣一般是關於靜電吸盤(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)等的電漿處理反應室(plasma processing chamber)內，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)等的處理對象物的手段(means)。靜電吸盤是將靜電吸附用電力施加於內建的電極，利用靜電力吸附矽晶圓(silicon wafer)等的基板。
當進行電漿處理時，例如從RF(Radio Frequency)電源(高頻電源)對配設於反應室內的上部的上部電極，與配設於比上部電極還下方的下部電極施加電壓，產生電漿。
在習知的靜電吸盤中，以配設於靜電吸盤的下部的底板(base plate)作為下部電極而產生電漿。但是，在選擇適當的頻率而對電漿密度的晶圓面內分佈要求更進一步的控制的狀況下，在這種構成的電漿控制有界限。
因此，近年來嘗試了使電漿產生用的下部電極內建於配設於底板之上的介電質層(dielectric layer)，提高電漿控制性。但是，在介電質層僅內建下部電極有無法充分地得到電漿密度的面內均勻性(in-plane uniformity)的情形之問題。
而且，近年來除了提高電漿密度的面內均勻性之外，要求更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(responsiveness) (RF響應性)。
[專利文獻1]：日本國特開2008-277847號公報 [專利文獻2]：日本國特開2011-119654號公報 [專利文獻3]：日本國特開2004-103648號公報 [專利文獻4]：日本國特開2016-201411號公報
本發明人們發現了如下之新的課題：在將與高頻電源連接的電極層配設於陶瓷介電質基板(ceramic dielectric substrate)的內部，進而為了提高電漿密度而將施加於電極層的電源高功率化的情形下，特別是因電極層的發熱而使反應室內環境發生變化，在電漿密度的面內均勻性出現不良影響。
本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的在於提供一種靜電吸盤，可提高RF響應性，同時可提高電漿密度的面內均勻性。
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：載置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；底板，支撐前述陶瓷介電質基板；及至少一個第一電極層，配設於前述陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接，前述第一電極層在從前述底板朝向前述陶瓷介電質基板的Z軸方向上配設於前述第一主表面與前述第二主表面之間，前述第一電極層具有前述第一主表面側的第一面，和與前述第一面相反側的第二面，前述第二面的表面粗糙度(surface roughness)大於前述第一面的表面粗糙度。
依照該靜電吸盤，藉由將與高頻電源連接的第一電極層配設於陶瓷介電質基板的內部，例如可縮短配設於比靜電吸盤還上方的電漿產生用的上部電極與第一電極層(下部電極)之間的距離。據此，例如與將底板作為電漿產生用的下部電極的情形等比較，可藉由低的電力提高電漿密度。而且，依照該靜電吸盤，藉由使第二面的表面粗糙度大於第一面的表面粗糙度，可加大第一電極層的具有冷卻功能的底板側的面之第二面與陶瓷介電質基板的接觸面積。據此，可提高來自第一電極層(下部電極)的散熱性，可提高RF響應性，同時可提高電漿密度的面內均勻性。
第二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明中，前述第一電極層從前述第二面側供電，前述第一面與前述第一主表面之間的沿著前述Z軸方向的距離為一定，前述第一電極層的端部中的前述第二面與前述第一面之間的沿著前述Z軸方向的距離小於前述第一電極層的中央部中的前述第二面與前述第一面之間的沿著前述Z軸方向的距離。
依照該靜電吸盤，藉由使第一面與第一主表面之間的沿著Z軸方向的距離為一定，可提高電漿密度的面內均勻性。 一般當交流電流在電極上流動時，產生電流密度在電極表面上高，且越遠離表面越低之稱為集膚效應(skin effect)的現象。已知交流電流的頻率越高電流朝表面的集中越大。在本發明中，由於第一電極層與高頻電源連接，因此可考慮為在第一電極層中產生集膚效應，從高頻電源施加的交流電流傳遞流動於第一電極層的表面。依照該靜電吸盤，在從第二面側與高頻電源連接而被供電的第一電極層中，第一電極層的端部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離小於第一電極層的中央部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離。因此，可縮短從第二面到第一面的供電距離。據此，可更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(RF響應性)。 而且，依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的端部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離小於第一電極層的中央部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離，可相對加大具有冷卻功能的位於底板側的第一電極層的第二面的表面積。據此，可使第一電極層更有效地散熱，可更提高電漿密度的面內均勻性。
第三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明或第二發明中，前述第一電極層包含Ag、Pd及Pt的至少任一個。
如此，依照與實施形態有關的靜電吸盤，例如可使用包含Ag、Pd及Pt等的金屬的第一電極層。
第四發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第三發明中的任一項發明中，前述第一電極層由金屬與陶瓷的金屬陶瓷(cermet)構成。
依照該靜電吸盤，藉由以金屬陶瓷形成第一電極層，可提高第一電極層與陶瓷介電質基板的密著性，同時可提高第一電極層的強度。
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，前述第一電極層的中央部中的前述第二面與前述第一面之間的沿著前述Z軸方向的距離為1μm以上、500μm以下。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的中央部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離(中央部中的第一電極層的厚度)為該範圍，可降低集膚效應的影響，可更提高電漿密度的面內均勻性，同時可抑制RF響應性降低。
第六發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第五發明中，前述第一電極層的中央部中的前述第二面與前述第一面之間的沿著前述Z軸方向的距離為10μm以上、100μm以下。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的中央部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離(中央部中的第一電極層的厚度)為該範圍，可降低集膚效應的影響，可更提高電漿密度的面內均勻性，同時可抑制RF響應性降低。
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，前述陶瓷介電質基板包含氧化鋁，前述陶瓷介電質基板中的前述氧化鋁的濃度為90質量%以上。
依照該靜電吸盤，藉由使用高純度的氧化鋁，可提高陶瓷介電質基板的耐電漿性(plasma resistance)。
第八發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第七發明中的任一項發明中，更具備配設於前述陶瓷介電質基板的內部，與吸附用電源連接之至少一個第二電極層，前述第二電極層在前述Z軸方向上配設於前述第一電極層與前述第一主表面之間。
如此，依照與實施形態有關的靜電吸盤，除了用以產生電漿的下部電極之第一電極層以外，另外可配設用以吸附對象物的吸附電極之第二電極層。
第九發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明中，前述第一電極層的前述第一面的面積的合計大於前述第二電極層的前述第一主表面側的面的面積的合計。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的第一面的面積的合計大於第二電極層的第一主表面側的面的面積的合計，可更提高電漿密度的面內均勻性。
第十發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明或第九發明中，前述第一電極層的厚度大於前述第二電極層的厚度。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的厚度大於第二電極層的厚度，可降低集膚效應的影響，可更提高電漿密度的面內均勻性。
第十一發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明至第十發明中的任一項發明中，在前述Z軸方向上，前述第一電極層的一部分不與前述第二電極層重疊。
依照該靜電吸盤，藉由在Z軸方向上，使第一電極層的一部分不與第二電極層重疊，可更提高電漿密度的面內均勻性。
第十二發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明至第十一發明中的任一項發明中，前述第一電極層包含金屬與陶瓷，前述第二電極層包含金屬與陶瓷，對前述第一電極層所包含的前述金屬的體積與前述陶瓷的體積之合計的前述金屬的體積的比例，大於對前述第二電極層所包含的前述金屬的體積與前述陶瓷的體積之合計的前述金屬的體積的比例。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層所包含的金屬的比例大於第二電極層所包含的金屬的比例，例如可更減小從高頻電源施加電壓的第一電極層的電阻，可提高電漿密度的面內均勻性及RF響應性。
第十三發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明至第十一發明中的任一項發明中，前述第一電極層包含金屬與陶瓷，前述第二電極層包含金屬與陶瓷，前述第一電極層所包含的前述金屬的體積大於前述第二電極層所包含的前述金屬的體積。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層所包含的金屬的體積大於第二電極層所包含的金屬的體積，例如可更減小從高頻電源施加電壓的第一電極層的電阻，可提高電漿密度的面內均勻性及RF響應性。
第十四發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第八發明至第十三發明中的任一項發明中，前述第一電極層與前述第二電極層之間的沿著前述Z軸方向的距離大於前述第一主表面與前述第二電極層之間的沿著前述Z軸方向的距離。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層與第二電極層之間的沿著Z軸的距離大於第一主表面與第二電極層之間的沿著Z軸的距離，即使是從高頻電源施加電壓的情形，也可更有效地抑制第一電極層與第二電極層之間的短路及/或絕緣崩潰(dielectric breakdown)等的不良狀況。
第十五發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第一發明至第七發明中的任一項發明中，前述第一電極層與吸附用電源連接。
如此，依照與實施形態有關的靜電吸盤，可提高RF響應性，同時也可將用以產生電漿的下部電極之電極層作為用以吸附對象物的吸附電極而使用。
第十六發明為一種靜電吸盤，其特徵在於：在第二發明中，前述端部的寬度大於前述第一電極層的前述中央部中的前述第二面與前述第一面之間的沿著前述Z軸方向的距離。
依照該靜電吸盤，藉由使第一電極層的端部的寬度大於第一電極層的中央部中的第二面與第一面之間的沿著Z軸方向的距離(亦即第一電極層的中央部中的厚度)，可縮短供電距離。據此，可更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(RF響應性)。
依照本發明的態樣，提供一種可提高電漿密度的面內均勻性的靜電吸盤。
以下，就本發明的實施的形態一邊參照圖式，一邊進行說明。此外各圖式中，對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。
圖1是舉例說明與實施形態有關的靜電吸盤之示意剖面圖。 如圖1所示，靜電吸盤100具備：陶瓷介電質基板10與第一電極層11與底板50。
陶瓷介電質基板10是由例如燒結陶瓷構成的平板狀的基材。例如陶瓷介電質基板10包含氧化鋁(alumina：Al2 O3 )。例如陶瓷介電質基板10以高純度的氧化鋁形成。陶瓷介電質基板10中的氧化鋁的濃度為例如90質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，較佳為95質量百分比(mass%)以上、100mass%以下，更佳為99質量百分比(mass%)以上、100mass%以下。藉由使用高純度的氧化鋁，可提高陶瓷介電質基板10的耐電漿性。此外，氧化鋁的濃度可藉由X射線螢光分析(X-ray fluorescence analysis)等進行測定。
陶瓷介電質基板10具有：第一主表面10a與第二主表面10b。第一主表面10a是載置吸附的對象物W的面。第二主表面10b是與第一主表面10a相反側的面。吸附的對象物W例如為矽晶圓等的半導體基板。
此外，在本案說明書中以從底板50朝向陶瓷介電質基板10的方向作為Z軸方向。Z軸方向例如如在各圖中所舉例說明的為連結第一主表面10a與第二主表面10b的方向。Z軸方向例如為對第一主表面10a及第二主表面10b略垂直的方向。將與Z軸方向正交的方向之一當作X軸方向，將正交於Z軸方向及X軸方向的方向當作Y軸方向。在本案說明書中，[面內]是指例如X-Y平面內。
在陶瓷介電質基板10的內部配設有第一電極層11。第一電極層11配設於第一主表面10a與第二主表面10b之間。也就是說，第一電極層11配設成插入於陶瓷介電質基板10之中。第一電極層11例如藉由一體燒結於陶瓷介電質基板10而被內建也可以。
如此，藉由將第一電極層11配設於陶瓷介電質基板10的內部，可縮短配設於比靜電吸盤100還上方的上部電極(圖7的上部電極510)與第一電極層11(下部電極)之間的距離。據此，例如與將底板50當作下部電極的情形等比較，可藉由低的電力提高電漿密度。換言之，可降低用以得到高的電漿密度所需的電力。
第一電極層11的形狀是沿著陶瓷介電質基板10的第一主表面10a及第二主表面10b的薄膜狀。關於第一電極層11的剖面形狀係於後述。
第一電極層11與高頻電源(圖7的高頻電源504)連接。藉由從高頻電源對上部電極(圖7的上部電極510)及第一電極層11施加電壓(高頻電壓)，在處理容器501內部產生電漿。第一電極層11換言之是用以產生電漿的下部電極。高頻電源將高頻的AC(交流)電流供給到第一電極層11。此處所稱的[高頻]為例如200kHz以上。
第一電極層11例如為金屬製。第一電極層11例如包含Ag、Pd及Pt的至少任一個。第一電極層11例如包含金屬與陶瓷也可以。第一電極層11例如由金屬與陶瓷的金屬陶瓷構成也可以。金屬陶瓷是包含金屬與陶瓷(氧化物、碳化物等)的複合材料。藉由以金屬陶瓷形成第一電極層11，可提高第一電極層11與陶瓷介電質基板10的密著性。而且，可提高第一電極層11的強度。
金屬陶瓷所包含的金屬例如包含Ag、Pd及Pt的至少任一個。而且，金屬陶瓷所包含的陶瓷例如包含與陶瓷介電質基板10所包含的陶瓷相同的元素。藉由以包含與陶瓷介電質基板10所包含的陶瓷相同的元素的陶瓷的金屬陶瓷形成第一電極層11，可減小第一電極層11的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)與陶瓷介電質基板10的熱膨脹係數的差。據此，可提高第一電極層11與陶瓷介電質基板10的密著性，可抑制剝離等的不良狀況。此外，金屬陶瓷所包含的陶瓷也可以包含與陶瓷介電質基板10所包含的陶瓷不同的元素。
而且，在該例子中，第一電極層11與吸附用電源(圖7的吸附用電源505)連接。靜電吸盤100藉由從吸附用電源對第一電極層11施加電壓(吸附用電壓)，在第一電極層11的第一主表面10a側產生電荷，利用靜電力吸附保持對象物W。換言之，第一電極層11是用以吸附對象物W的吸附電極。依照實施形態，如此，也能將用以產生電漿的下部電極之第一電極層11當作用以吸附對象物的吸附電極使用。吸附用電源將直流(DC)電流或AC電流供給到第一電極層11。吸附用電源例如為DC電源。吸附用電源例如為AC電源也可以。
在第一電極層11配設有延伸於陶瓷介電質基板10的第二主表面10b側的連接部20。連接部20例如為與第一電極層11導通的介層(via)(實心型)或介層孔(via hole)(空心型)。連接部20也可以是藉由硬銲(brazing)等的適切的方法連接的金屬端子。
底板50是支撐陶瓷介電質基板10的構件。陶瓷介電質基板10藉由接著構件60固定在底板50之上。作為接著構件60例如使用矽接著劑(silicone adhesive)。
底板50例如為鋁等的金屬製。底板50例如也可以是陶瓷製。底板50例如分成上部50a與下部50b，在上部50a與下部50b之間配設有連通道55。連通道55的一端側連接於輸入道51，連通道55的另一端側連接於輸出道52。
底板50也發揮進行靜電吸盤100的溫度調整的作用。例如在將靜電吸盤100冷卻時，從輸入道51流入氦氣等的冷卻介質(cooling medium)，通過連通道55，從輸出道52流出。據此，藉由冷卻介質吸收底板50的熱，可冷卻安裝在其上的陶瓷介電質基板10。另一方面，在將靜電吸盤100保溫時，也可以在連通道55內放入保溫介質。也可以將發熱元件(heating element)內建於陶瓷介電質基板10或底板50。藉由調整底板50或陶瓷介電質基板10的溫度，可調整藉由靜電吸盤100吸附保持的對象物W的溫度。
在該例子中，在陶瓷介電質基板10的第一主表面10a側設有溝14。溝14在從第一主表面10a朝向第二主表面10b的方向(Z軸方向)上凹陷，在X-Y平面內連續延伸。若將未配設有溝14的部分當作凸部13，則對象物W被載置於凸部13。第一主表面10a是與對象物W的背面相接的面。也就是說，第一主表面10a是包含凸部13的頂面的平面。在載置於靜電吸盤100的對象物W的背面與溝14之間形成有空間。
陶瓷介電質基板10具有與溝14連接的貫通孔15。貫通孔15從第二主表面10b到第一主表面10a被配設。也就是說，貫通孔15從第二主表面10b到第一主表面10a為止延伸於Z軸方向，貫通陶瓷介電質基板10。
藉由適宜選擇凸部13的高度(溝14的深度)、凸部13以及溝14的面積比率、形狀等，可將對象物W的溫度或附著於對象物W的微粒(particle)控制在較佳的狀態。
在底板50配設有氣體導入道53。氣體導入道53例如配設成貫通底板50。氣體導入道53也可以不貫通底板50而從其他的氣體導入道53的途中分岔而配設到陶瓷介電質基板10側。而且，氣體導入道53也可以配設於底板50的複數處。
氣體導入道53與貫通孔15連通。也就是說，流入氣體導入道53的傳送氣體(氦(He)等)在通過氣體導入道53後流入貫通孔15。
流入貫通孔15的傳送氣體在通過貫通孔15後流入設於對象物W與溝14之間的空間。據此，可藉由傳送氣體直接冷卻對象物W。
圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖3(a)~圖3(c)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的第一電極層的變形例之剖面圖。 圖2係將圖1所示的區域R1放大顯示。
如圖2所示，第一電極層11具有第一面11a與第二面11b。第一面11a是第一主表面10a側的面。第二面11b是與第一面11a相反側的面。第一面11a換言之是與第一主表面10a對向的面。第二面11b換言之是與第二主表面10b對向的面。
在第一電極層11中，第二面11b的表面粗糙度Ra2大於第一面11a的表面粗糙度Ra1。此外，在本案說明書中表面粗糙度例如意味著算術平均粗糙度(arithmetic mean roughness)(Ra)，可藉由下列的方法算出。
從靜電吸盤100以包含第一電極層11的方式切出，將樹脂包埋的部分研磨後，使用SEM(掃描電子顯微鏡：Scanning Electron Microscope)進行觀察。從以100~1000倍拍攝的SEM影像，藉由依據JIS(Japanese Industrial Standard：日本工業標準) B 0601：2013的方法算出算術平均粗糙度Ra。此外，第一面11a的表面粗糙度Ra1係使用仿照第一電極層11的第一面11a與陶瓷介電質基板10或空隙(void)(空洞)的界面的輪廓曲線而算出。第二面11b的表面粗糙度Ra2係使用仿照第一電極層11的第二面11b與陶瓷介電質基板10或空隙(空洞)的界面的輪廓曲線而算出。
本發明人們發現了如下之新的課題：在將與高頻電源連接的第一電極層11配設於陶瓷介電質基板10的內部，進而為了提高電漿密度而將施加於第一電極層11的高頻電源高功率化時，特別是第一電極層11發熱，反應室(圖8的處理容器501)內環境發生變化，在電漿密度的面內均勻性出現不良影響。
相對於此，依照實施形態，藉由使第二面11b的表面粗糙度Ra2大於第一面11a的表面粗糙度Ra1，可加大第一電極層11的具有冷卻功能的底板50側的面之第二面11b與陶瓷介電質基板10的接觸面積。據此，可提高來自第一電極層11(下部電極)的散熱性，可提高電漿密度的面內均勻性。
第一面11a的表面粗糙度Ra1為例如0.1μm以上、10μm以下。第二面11b的表面粗糙度Ra2為例如0.2μm以上、20μm以下。
在實施形態中，第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1例如為一定。距離D1換言之是從第一主表面10a到第一電極層11的頂面(第一面11a)的距離。此處，[一定]是指例如可包含第一面11a的波狀起伏等。例如在藉由掃描電子顯微鏡(SEM)等以低倍率(例如100倍左右)觀察靜電吸盤100的剖面時，距離D1大致一定即可。例如第一電極層11的中央部11c中的距離D1c與第一電極層11的端部11d中的距離D1d的差為0±150μm。距離D1(距離D1c及距離D1d)為例如300μm左右。第一面11a為例如對第一主表面10a平行的面。
如圖2所示，第一電極層11的端部(end portion)11d是包含第一電極層11的X-Y平面上的緣部(edge)11e的區域。第一電極層11的緣部11e是指位於第一面11a，從Z軸方向看時的第一電極層11與陶瓷介電質基板10的界面。第一電極層11的中央部11c是在X-Y平面上位於2個端部11d之間的區域。關於第一電極層11的中央部11c及端部11d係於後述。
如此，藉由使第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1為一定，可使上部電極(圖7的上部電極510)與第一電極層11(下部電極)之間的距離為一定。據此，例如和第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D1不為一定的情形等比較，可提高電漿密度的面內均勻性。例如第一電極層11的剖面形狀為往上凸的情形等，和端部11d中的第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離不同於中央部11c中的第一面11a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離的情形比較，可提高電漿密度的面內均勻性。
第一電極層11的端部11d中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2d例如和第一電極層11的中央部11c中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2c實質上相同。距離D2c換言之是中央部11c中的第一電極層11的厚度。距離D2d換言之是端部11d中的第一電極層11的厚度。也就是說，端部11d中的第一電極層11的厚度和中央部11c中的第一電極層11的厚度實質上相同。第一電極層11的厚度例如為一定。
第一電極層11的剖面形狀不被限定於此。如圖3(a)~圖3(c)所示，第一電極層11的剖面形狀較佳為往下凸。更具體而言，第一電極層11的端部11d中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2d小於第一電極層11的中央部11c中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2c。也就是說，在該等例子中，端部11d中的第一電極層11的厚度小於中央部11c中的第一電極層11的厚度。例如第一電極層11的厚度隨著從中央部11c朝向端部11d而變小。第一電極層11為凸向第二面11b側的形狀。
距離D2c為例如1μm以上、500μm以下，較佳為10μm以上、100μm以下，更佳為20μm以上、70μm以下。藉由使中央部11c中的第一電極層11的厚度(距離D2c)為該範圍，可降低集膚效應的影響，可更提高電漿密度的面內均勻性。距離D2c例如能以第一電極層11之剖面SEM(Scanning Electron Microscope)影像上的中央部11c中的3點的厚度的平均值而求出。在本案說明書中，將該平均值定義為距離D2c。
在第一電極層11被從第二面11b側供給高頻電流。通常在AC電流流動於電極層時，產生電流密度在電極層的表面高，一遠離表面就變低的集膚效應。而且，流動的AC電流越是高頻則電流的表面集中越顯著。也就是說，從第二面11b側流入第一電極層11的高頻的AC電流會傳導於第一電極層11的第二面11b而流入第一面11a。
在實施形態中，藉由使第一電極層11的端部11d中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2d小於第一電極層11的中央部11c中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2c，可縮短從供電的第二面11b到第一面11a的供電距離。據此，可更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(RF響應性)。
而且，依照實施形態，第一電極層11的端部11d中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2d小於第一電極層11的中央部11c中的第二面11b與第一面11a之間的沿著Z軸方向的距離D2c。例如藉由使第一電極層11成凸向第二面11b側(亦即底板50側)的形狀，可相對地加大第一電極層11的具有冷卻功能的底板50側的面之第二面11b的表面積。據此，可使第一電極層11更有效地散熱，可更提高電漿密度的面內均勻性。
此外，在圖3(a)的例子中，在中央部11c中，第一電極層11的厚度略一定。換言之，在中央部11c中，第二面11b對第一面11a略平行。另一方面，在端部11d中，第一電極層11的厚度從中央部11c側朝緣部11e變小。換言之，在端部11d中，第二面11b具有從中央部11c側朝緣部11e向上方傾斜的傾斜面。在該例子中，傾斜面為平面狀。傾斜面如圖3(b)所示為曲面狀也可以。
而且，例如如圖3(c)所示，第二面11b也可以具有從第二面11b之X-Y平面上的中心朝緣部11e向上方傾斜的傾斜面。換言之，在中央部11c中，第一電極層11的厚度不一定也可以。換言之，在中央部11c中，第二面11b對第一面11a不平行也可以。而且此時，傾斜面如圖3(c)所示為曲面狀也可以。
圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)、圖5(b)、圖6(a)及圖6(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 該等圖是在靜電吸盤100中省略了陶瓷介電質基板10之中位在底板50側(下側)的部分而不是第一電極層11(第二面11b)，及省略了底板50等的狀態下，從第二面11b側(下側)看第一電極層11之俯視圖。
如圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)、圖5(b)、圖6(a)及圖6(b)所示，在靜電吸盤100例如配設有沿著X-Y平面擴大的至少1個第一電極層11。第一電極層11的數量例如既可以如圖4(a)及圖4(b)所示1個，也可以如圖5(a)及圖5(b)所示2個，也可以如圖6(a)及圖6(b)所示3個以上(在該例子中為4個)。當配設複數個第一電極層11時，第一電極層11的各個例如既可以位於同一平面上，也可以在Z軸方向上位於不同的平面上。
在圖4(a)及圖4(b)所示的例子中，在沿著Z軸方向看時圓形的第一電極層11，例如配置成第一電極層11的中心與陶瓷介電質基板10的中心重疊。第一電極層11的緣部11e例如對陶瓷介電質基板10的緣部為同心圓狀。在該例子中，第一電極層11的端部11d在陶瓷介電質基板10的外周側配置成環狀。
在圖5(a)及圖5(b)所示的例子中，例如內側的第一電極層11A與外側的第一電極層11B被配設成同心圓狀。內側的第一電極層11A例如在沿著Z軸方向看時為圓形。外側的第一電極層11B例如在沿著Z軸方向看時為包圍內側的第一電極層11A的圓環形。內側的第一電極層11A及外側的第一電極層11B的各個例如被配置成內側的第一電極層11A的中心與陶瓷介電質基板10的中心重疊的同心圓狀。在該例子中，外側的第一電極層11B的端部11d在陶瓷介電質基板10的中心側及陶瓷介電質基板10的外周側分別配置成環狀。而且，內側的第一電極層11A的端部11d在陶瓷介電質基板的外周側配置成環狀。此外，第一電極層11的數量不被限定於2個，也可以3個以上的第一電極層11配置成同心圓狀。
在圖6(a)及圖6(b)所示的例子中，在沿著Z軸方向看時為圓形的複數個第一電極層11分別例如配置於對陶瓷介電質基板10的中心成為點對稱的位置。此外，第一電極層11的1個也可以配置成該第一電極層11的中心與陶瓷介電質基板10的中心重疊。換言之，第一電極層11的1個也可以配置於陶瓷介電質基板10的中央。在該例子中，各第一電極層11的端部11d在各第一電極層11的外周側配置成環狀。
而且，如圖4(b)、圖5(b)及圖6(b)所示，在第一電極層11設有在Z軸方向上貫通第一電極層11的孔11p也可以。當設有孔11p時，在孔11p的外周附近也配置有端部11d。
在實施形態中，即使在該等端部11d的任一處，也可以使端部11d中的第一面11a與第二面11b之間的距離D2d和中央部11c中的第一面11a與第二面11b之間的距離D2c的關係滿足D2d＜D2c。另一方面，在達成本發明的效果的範圍中，不排除包含不滿足D2d＜D2c之處。換言之，在實施形態中，在如上述的端部11d的至少一部分中，滿足D2d＜D2c較佳。例如若端部11d之中滿足D2d＜D2c之處多，則可更提高RF響應性。
如上述，第一電極層11的中央部11c是在X-Y平面上位於2個端部11d之間的區域。例如在第一電極層11中，也可以將端部11d以外的全部區域視為中央部11c。換言之，在第一電極層11中，例如可將緣部11e的近旁當作端部11d，將其餘之處視為中央部11c。
以下，就第一電極層11配設於內部的陶瓷介電質基板10的製作方法進行說明。
第一電極層11配設於內部的陶瓷介電質基板10例如可藉由在使第一主表面10a側朝下的狀態下將各層積層，並對積層體進行燒結而製作。更具體而言，例如在成為包含第一主表面10a的陶瓷層的第一層之上積層第一電極層11。在第一電極層11之上積層成為包含第二主表面10b的陶瓷層的第二層。然後對該積層體進行燒結。
第一電極層11例如藉由網版印刷(screen printing)、漿糊(paste)的塗佈(旋塗(spin coating)、塗佈器(coater)、噴墨(ink-jet)、點膠機(dispenser)等)及蒸鍍(evaporation)等形成。例如在使第一主表面10a朝下的狀態下，可分成複數次將各層積層而形成第一電極層11。此時，例如藉由調整積層條件等，可使第一電極層11的第二面11b的表面粗糙度Ra2與第一面11a的表面粗糙度Ra1的關係滿足Ra1＜Ra2。
圖7是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 如圖7所示，晶圓處理裝置500具備：處理容器501，與高頻電源504，與吸附用電源505，與上部電極510，與靜電吸盤100。在處理容器501的頂部設有：用以將處理氣體導入到內部的處理氣體導入口502，及上部電極510。在處理容器501的底板設有用以將內部減壓排氣的排氣口503。靜電吸盤100在處理容器501的內部中配置於上部電極510之下。靜電吸盤100的第一電極層11及上部電極510與高頻電源連接504。而且，在該例子中，靜電吸盤100的第一電極層11與吸附用電源505連接。
第一電極層11與上部電極510互相隔著規定的間隔被略平行配設。更具體而言，第一電極層11的第一面11a對上部電極510的底面510a略平行。而且，陶瓷介電質基板10的第一主表面10a對上部電極510的底面510a略平行。對象物W被載置於位於第一電極層11與上部電極510之間的第一主表面10a。
若從高頻電源504將電壓(高頻電壓)施加到第一電極層11及上部電極510，就發生高頻放電(high frequency discharge)，被導入到處理容器501內的處理氣體藉由電漿激發而被活性化，使處理對象物W被處理。
若從吸附用電源505將電壓(吸附用電壓)施加到第一電極層11，在第一電極層11的第一主表面10a側就產生電荷，利用靜電力使對象物W吸附保持於靜電吸盤100。
圖8是示意地顯示與實施形態有關的另一靜電吸盤之剖面圖。 圖9是示意地放大顯示與實施形態有關的另一靜電吸盤的一部分之剖面圖。 圖9係將圖8所示的區域R2放大顯示。
如圖8及圖9所示，在靜電吸盤100A中在陶瓷介電質基板10的內部，除了第一電極層11以外還配設有第二電極層12。第二電極層12在Z軸方向上位於第一主表面10a與第一電極層11之間。換言之，第一電極層11在Z軸方向上位於第二電極層12與第二主表面10b之間。第二電極層12例如被一體燒結於陶瓷介電質基板10。
第二電極層12的形狀是沿著陶瓷介電質基板10的第一主表面10a及第二主表面10b的薄膜狀。第二電極層12例如為金屬製。第二電極層12例如包含Ag、Pd、Pt、Mo及W的至少任一個。第二電極層12例如也可以包含金屬與陶瓷。
當第一電極層11包含金屬與陶瓷，第二電極層12包含金屬與陶瓷時，對第一電極層11所包含的金屬的體積與陶瓷的體積之合計的金屬的體積的比例，大於對第二電極層12所包含的金屬的體積與陶瓷的體積之合計的金屬的體積的比例較佳。
如此，藉由使第一電極層11所包含的金屬的比例大於第二電極層12所包含的金屬的比例，例如可更減小從高頻電源施加電壓的第一電極層11的電阻，可提高電漿密度的面內均勻性及RF響應性。
在實施形態中，對金屬的體積與陶瓷的體積之合計的金屬的體積的比例可藉由SEM-EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：能量散佈X射線光譜法)觀察第一電極層11及第二電極層12的剖面，藉由影像分析(image analysis)求出。更具體而言，取得第一電極層11及第二電極層12的剖面SEM-EDX影像，藉由EDX成分分析分類成陶瓷與金屬，藉由影像分析求出陶瓷與金屬的面積比率，可算出對金屬的體積與陶瓷的體積之合計的金屬的體積的比例。
當第一電極層11包含金屬與陶瓷，第二電極層12包含金屬與陶瓷時，第一電極層11所包含的金屬的體積大於第二電極層12所包含的金屬的體積較佳。
如此，藉由使第一電極層11所包含的金屬的體積大於第二電極層12所包含的金屬的體積，例如可更減小從高頻電源施加電壓的第一電極層11的電阻，可提高電漿密度的面內均勻性及RF響應性。
第二電極層12與吸附用電源(圖11的吸附用電源505)連接。靜電吸盤100A藉由從吸附用電源對第二電極層12施加電壓(吸附用電壓)，在第二電極層12的第一主表面10a側產生電荷，利用靜電力吸附保持對象物W。換言之，第二電極層12是用以吸附對象物W的吸附電極。吸附用電源直流(DC)電流或AC電流供給到第二電極層12。如此，依照實施形態，除了用以產生電漿的下部電極之第一電極層11以外，另外可配設用以吸附對象物的吸附電極之第二電極層12。
在該例子中，在第二電極層12配設有延伸於陶瓷介電質基板10的第二主表面10b側的連接部20。連接部20例如與第二電極層12導通的介層(實心型)、介層孔(空心型)。連接部20也可以是藉由硬銲等的適切的方法連接的金屬端子。
如圖9所示，第二電極層12具有：第一主表面10a側的第三面12a；與第三面12a相反側的第四面12b。第四面12b換言之是與第一電極層11對向的面。第四面12b換言之是與第一電極層11的第一面11a對向的面。
第三面12a為對第一主表面10a平行的面也可以。第三面12a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離D3例如為一定。距離D3換言之是從第一主表面10a到第二電極層12的頂面(第三面12a)的距離。
第四面12b為對第三面12a平行的面也較佳。第四面12b為對第一主表面10a平行的面也較佳。更具體而言，第四面12b與第三面12a之間的沿著Z軸方向的距離D4為一定也較佳。距離D4換言之是第二電極層12的厚度。第二電極層12的平均厚度例如能以第二電極層12的剖面SEM影像上的3點的厚度的平均值求出。
第一電極層11的平均厚度例如大於第二電極層12的平均厚度。藉由使第一電極層11的平均厚度大於第二電極層12的平均厚度，可降低集膚效應的影響，可更提高電漿密度的面內均勻性。
第一電極層11與第二電極層12之間的沿著Z軸方向的距離(亦即第一面11a與第四面12b之間的沿著Z軸方向的距離)D5例如大於第一主表面10a與第二電極層12之間的沿著Z軸方向的距離(亦即第三面12a與第一主表面10a之間的沿著Z軸方向的距離)D3。
如此，藉由使距離D5大於距離D3，即使是從高頻電源施加電壓的情形，也可更有效地抑制第一電極層11與第二電極層12之間的短路及/或絕緣崩潰等的不良狀況。
圖10(a)及圖10(b)是示意地顯示與實施形態有關的另一靜電吸盤的一部分之俯視圖。 該等圖是在靜電吸盤100中省略了陶瓷介電質基板10之中位在第一主表面10a側(上側)的部分而不是第二電極層12(第三面12a)的狀態下，從第三面12a側(上側)看第二電極層12之俯視圖。
如圖10(a)及圖10(b)所示，第二電極層12既可以是單極型也可以是雙極型。當第二電極層12為單極型時，如圖10(a)所示，配設沿著X-Y平面擴大的1個第二電極層12。第二電極層12例如在沿著Z軸方向看時為略圓形。另一方面，當第二電極層12為雙極型時，如圖10(b)所示，配設沿著X-Y平面擴大，位於同一平面上的2個第二電極層12。第二電極層12各自例如在沿著Z軸方向看時為略半圓形。第二電極層12例如具有沿著X-Y平面擴大的圖案(pattern)也可以。
在Z軸方向上，第一電極層11的一部分例如不與第二電極層12重疊。而且，第一電極層11的第一面11a(第一主表面10a側的面)的面積的合計例如大於第二電極層12的第三面12a(第一主表面10a側的面)的面積的合計。換言之，在沿著Z軸方向看時，第一電極層11的面積的合計大於第二電極層12的面積的合計。據此，可更提高電漿密度的面內均勻性。
圖11是示意地顯示具備與實施形態有關的另一靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 如圖11所示，晶圓處理裝置500A除了將靜電吸盤100變更為圖8所示的靜電吸盤100A之外，其餘與圖7所示的晶圓處理裝置500實質上相同。
在晶圓處理裝置500A中，吸附用電源505與靜電吸盤100A的第二電極層12連接，而不是與靜電吸盤100A的第一電極層11連接。一從吸附用電源505對第二電極層12施加電壓(吸附用電壓)，就在第二電極層12的第一主表面10a側產生電荷，利用靜電力使對象物W吸附保持於靜電吸盤100A。
圖12(a)~圖12(d)是將與實施形態有關的第一電極層的端部放大而示意地顯示之剖面圖。 如圖12(a)~圖12(d)所示，剖視中的第一電極層11的端部11d的X軸方向的長度之寬度t例如大於第一電極層11的中央部11c中的厚度D2c(厚度D2c＜寬度t)。端部11d的寬度t換言之是第二面11b的傾斜面的寬度。也就是說，寬度t是第二面11b的傾斜面的下端P(傾斜結束之處)與緣部11e之間的X軸方向的長度。如此，藉由使端部11d的寬度t大於第一電極層11的中央部11c中的厚度D2c，可縮短供電距離。據此，可更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(RF響應性)。
傾斜面的下端P可從以包含第一電極層11的方式進行切斷的樣品(sample)的剖面影像求出。在實施形態中，例如樣品之中至少1處滿足上述的關係(厚度D2c＜寬度t)。在實施形態中，樣品之中複數處滿足上述的關係(厚度D2c＜寬度t)更佳。
而且，第二面11b的傾斜面的角度θ例如為10度以上、80度以下，較佳為20度以上、60度以下。角度θ能以如下表示：在以連結緣部11e與第二面11b的傾斜面的下端P(傾斜結束之處)的直線當作線L時，第一面11a與線L所成的角度(劣角)。藉由減小角度θ，可縮短供電距離。據此，可更提高對RF輸出的變更等的控制的響應性(RF響應性)。
此外，雖然在該等圖中下端P與緣部11e之間顯示曲線狀的剖面形狀，但是下端P與緣部11e之間不被限定於此，也可以是直線狀的剖面形狀。藉由以直線狀，可更縮短例如供電距離。
如以上所說明的，依照實施形態可提供一種靜電吸盤，可提高RF響應性，同時可提高電漿密度的面內均勻性。
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。例如靜電吸盤所具備的各元件的形狀、尺寸、材質、配置、設置形態等並非被限定於所舉例說明者，可適宜變更。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。
10:陶瓷介電質基板 10a:第一主表面 10b:第二主表面 11、11A、11B:第一電極層 11a:第一面 11b:第二面 11c:中央部 11d:端部 11e:緣部 11p:孔 12:第二電極層 12a:第三面 12b:第四面 13:凸部 14:溝 15:貫通孔 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 55:連通道 60:接著構件 100、100A:靜電吸盤 500、500A:晶圓處理裝置 501:處理容器 502:處理氣體導入口 503:排氣口 504:高頻電源 505:吸附用電源 510:上部電極 510a:底面 D1、D1c、D1d、D2c、D2d、D3、D4:距離 P:下端 R1、R2:區域 t:寬度 W:對象物
圖1是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤之剖面圖。 圖2是將與實施形態有關的靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖3(a)~圖3(c)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的第一電極層的變形例之剖面圖。 圖4(a)及圖4(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 圖5(a)及圖5(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 圖6(a)及圖6(b)是示意地顯示與實施形態有關的靜電吸盤的一部分之俯視圖。 圖7是示意地顯示具備與實施形態有關的靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 圖8是示意地顯示與實施形態有關的另一靜電吸盤之剖面圖。 圖9是將與實施形態有關的另一靜電吸盤的一部分放大而示意地顯示之剖面圖。 圖10(a)及圖10(b)是示意地顯示與實施形態有關的另一靜電吸盤的一部分之俯視圖。 圖11是示意地顯示具備與實施形態有關的另一靜電吸盤的晶圓處理裝置之剖面圖。 圖12(a)~圖12(d)是將與實施形態有關的第一電極層的端部放大而示意地顯示之剖面圖。
10:陶瓷介電質基板
10a:第一主表面
10b:第二主表面
11:第一電極層
11a:第一面
11b:第二面
11c:中央部
11d:端部
11e:緣部
20:連接部
50:底板
60:接著構件
D1、D1c、D1d、D2c、D2d:距離
W:對象物

Claims (16)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含： 陶瓷介電質基板，具有：載置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； 底板，支撐該陶瓷介電質基板；以及 至少一個第一電極層，配設於該陶瓷介電質基板的內部，與高頻電源連接， 該第一電極層在從該底板朝向該陶瓷介電質基板的Z軸方向上配設於該第一主表面與該第二主表面之間， 該第一電極層具有該第一主表面側的第一面，和與該第一面相反側的第二面， 該第二面的表面粗糙度大於該第一面的表面粗糙度。
  2. 如請求項1之靜電吸盤，其中該第一電極層從該第二面側供電， 該第一面與該第一主表面之間的沿著該Z軸方向的距離為一定， 該第一電極層的端部中的該第二面與該第一面之間的沿著該Z軸方向的距離小於該第一電極層的中央部中的該第二面與該第一面之間的沿著該Z軸方向的距離。
  3. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中該第一電極層包含Ag、Pd及Pt的至少任一個。
  4. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中該第一電極層由金屬與陶瓷的金屬陶瓷構成。
  5. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中該第一電極層的中央部中的該第二面與該第一面之間的沿著該Z軸方向的距離為1μm以上、500μm以下。
  6. 如請求項5之靜電吸盤，其中該第一電極層的中央部中的該第二面與該第一面之間的沿著該Z軸方向的距離為10μm以上、100μm以下。
  7. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中該陶瓷介電質基板包含氧化鋁， 該陶瓷介電質基板中的該氧化鋁的濃度為90質量%以上。
  8. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中更具備配設於該陶瓷介電質基板的內部，與吸附用電源連接之至少一個第二電極層， 該第二電極層在該Z軸方向上配設於該第一電極層與該第一主表面之間。
  9. 如請求項8之靜電吸盤，其中該第一電極層的該第一面的面積的合計大於該第二電極層的該第一主表面側的面的面積的合計。
  10. 如請求項8之靜電吸盤，其中該第一電極層的厚度大於該第二電極層的厚度。
  11. 如請求項8之靜電吸盤，其中在該Z軸方向上，該第一電極層的一部分不與該第二電極層重疊。
  12. 如請求項8之靜電吸盤，其中該第一電極層包含金屬與陶瓷， 該第二電極層包含金屬與陶瓷， 對該第一電極層所包含的該金屬的體積與該陶瓷的體積之合計的該金屬的體積的比例，大於對該第二電極層所包含的該金屬的體積與該陶瓷的體積之合計的該金屬的體積的比例。
  13. 如請求項8之靜電吸盤，其中該第一電極層包含金屬與陶瓷， 該第二電極層包含金屬與陶瓷， 該第一電極層所包含的該金屬的體積大於該第二電極層所包含的該金屬的體積。
  14. 如請求項8之靜電吸盤，其中該第一電極層與該第二電極層之間的沿著該Z軸方向的距離大於該第一主表面與該第二電極層之間的沿著該Z軸方向的距離。
  15. 如請求項1或請求項2之靜電吸盤，其中該第一電極層與吸附用電源連接。
  16. 如請求項2之靜電吸盤，其中該端部的寬度大於該第一電極層的該中央部中的該第二面與該第一面之間的沿著該Z軸方向的距離。
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