静电卡盘装置制造方法

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静电卡盘装置制造方法
【专利摘要】一种静电卡盘装置,其具备具有作为载置板状试样(W)的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极(13)的静电卡盘部(2)和用于调节静电卡盘部(2)的温度的温度调节用基部(3),温度调节用基部(3)的、位于静电卡盘部侧的表面的一部分或整个面由片状或膜状的绝缘材料(4)覆盖,在该绝缘材料(4)上胶粘有薄板状的加热元件(5),静电卡盘部(2)与温度调节用基部(3)隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层(6)胶粘一体化。
【专利说明】静电卡盘装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及静电卡盘装置。
[0002]本申请基于2011年4月27日在日本提出的特愿2011-099982号主张优先权,将其内容援引于本说明书中。
【背景技术】
[0003]近年来,在半导体制造工艺中,随着元件的高集成化及高性能化,要求微细加工技术的进一步提高。在该半导体制造工艺中,蚀刻技术也是重要的一项微细加工技术。近年来,在蚀刻技术中,能够进行高效率且大面积的微细加工的等离子体蚀刻技术成为主流。
[0004]该等离子体蚀刻技术为干式蚀刻技术的一种。在等离子体蚀刻技术中,在作为加工对象的固体材料上利用抗蚀剂形成掩模图案,在真空中支撑该固体材料,在该状态下向真空中导入反应性气体。然后,通过对该反应性气体施加高频的电场,被加速的电子与气体分子碰撞而成为等离子体状态,因此,使由该等离子体产生的自由基(游离自由基)及离子与从掩模图案露出的固体材料反应,作为反应产物除去。这样,在固体材料上形成微细图案。
[0005]另一方面,作为通过等离子体的作用使原料气体化合而使所得到的化合物在基板上堆积的薄膜生长技术之一,有等离子体CVD法。该方法通过对包含原料分子的气体施加高频的电场而进行等离子体放电。而且是利用通过该等离子体放电而被加速的电子使上述原料分子分解、从而使得到的化合物堆积的成膜方法。关于在低温下仅通过热激发不能引发的反应,在等离子体中,由于体系内的气体相互撞击而活化,形成自由基,因此,能够进行反应。
[0006]在等离子体蚀刻装置、以及等离子体CVD装置等使用等离子体的半导体制造装置中,一直以来,作为在试样台上简单地安装和/或固定晶片、并且将上述晶片保持在期望温度的装置,使用静电卡盘装置。
[0007]作为这样的静电卡盘装置,例如,提出了一种静电卡盘,其为具备内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部、和用于冷却该静电卡盘部的冷却基部的静电卡盘装置,其中,在上述静电卡盘部与冷却基部之间设置有通过丝网印刷法形成的厚度为0.5mm以下的加热器,使该加热器与静电卡盘部直接接触,并且通过由硅树脂构成的绝缘性的胶粘剂层固定在冷却基部上(专利文献I)。
[0008]另外,也提出了一种静电卡盘装置,其具备:内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部;将该静电卡盘部的温度调节至期望温度的温度调节用基部;和将该静电卡盘部与温度调节用基部通过胶粘一体化的、内置有厚度为200μπι以下的由非磁性金属构成的薄板状的加热元件的有机类胶粘剂层(专利文献2)。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开2008-300491号公报[0012]专利文献2:日本特开2010-40644号公报
【发明内容】

[0013]发明所要解决的问题
[0014]上述专利文献I的静电卡盘装置是直接将加热器进行丝网印刷在静电卡盘部的背面上并烧结而成的结构。
[0015]在丝网印刷中,难以调节加热器的厚度,另外,被印刷的加热器自身的固有电阻率在面内容易产生偏差,由此,在面内的加热器的发热产生偏差,结果,存在晶片的面内和个体间的温度产生偏差的问题。
[0016]另外,对于专利文献2的静电卡盘装置而言,在温度调节用基部的表面的起伏大的情况下,存在温度调节用基部与加热元件之间的有机类胶粘剂层的厚度也产生偏差的问题。
[0017]这样,对于以往的静电卡盘装置而言,载置在静电卡盘部上的晶片的面内温度分布的偏差容易变大。因此,存在载置在静电卡盘部上的晶片等板状试样无法得到充分的面内温度均匀性的问题。
[0018]本发明鉴于上述情况而完成,其目的在于提供板状试样的吸附面的面内温度的均匀性优良的静电卡盘装置。
[0019]用于解决问题的方法
[0020]本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究,结果发现,根据以下的装置,载置在静电卡盘部上的板状试样的吸附面的面内温度的均匀性提高,从而完成了本发明。
[0021]S卩,将用于将静电卡盘部调节至期望温度的温度调节用基部的、位于静电卡盘部侧的表面的一部分或整个面用片状或膜状的绝缘材料覆盖。另外,在该绝缘材料的上侧面即载置面侧的表面上胶粘薄板状的加热构件。另外,将静电卡盘部与温度调节用基部隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层进行胶粘而一体化。本发明中,通过这样的结构,能够使加热构件与静电卡盘部的间隔、以及加热构件与温度调节用基部的间隔均匀化,其结果,能够提高载置在静电卡盘部上的板状试样的吸附面的面内温度的均匀性。
[0022]S卩,本发明的静电卡盘装置,其特征在于,
[0023]具备:
[0024]具有作为载置板状试样的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部、和
[0025]用于调节上述静电卡盘部的温度的温度调节用基部,
[0026]上述温度调节用基部的、位于上述静电卡盘部侧的表面的一部分或整个面由片状或膜状的绝缘材料覆盖,
[0027]在上述绝缘材料的、位于上述载置面侧的表面上胶粘有薄板状的加热构件,
[0028]上述静电卡盘部与上述温度调节用基部隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层通过胶粘而一体化。
[0029]在该静电卡盘装置中,将温度调节用基部的静电卡盘部侧的表面的一部分或整个面用片状或膜状的绝缘材料覆盖,在该绝缘材料的载置面侧的表面上胶粘薄板状的加热构件,将静电卡盘部与温度调节用基部隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层胶粘一体化。通过该结构,利用绝缘材料、加热构件以及有机类胶粘剂层,能够精度良好地保持加热构件与静电卡盘部的载置面的间隔、以及加热构件与温度调节用基部的间隔。通过该结构,由胶粘剂层的厚度偏差引起的板状试样的面内温度的均匀性降低的可能性消除。因此,载置在静电卡盘部上的板状试样的吸附面的面内温度的均匀性提高,并且板状试样间的温度均匀性也提高。
[0030]本发明的静电卡盘装置中,优选上述加热构件为由非磁性金属构成的厚度为0.2mm以下的薄板状的加热元件。
[0031]本发明的静电卡盘装置中,优选上述绝缘材料的厚度偏差为ΙΟμπι以下。
[0032]本发明的静电卡盘装置中,优选上述有机类胶粘剂层的肖氏硬度为Α90以下并且热导率为0.15ff/mk以上。
[0033]本发明的静电卡盘装置中,优选有机类胶粘剂层的厚度为50μπι以上,配置在上述静电卡盘部与上述加热构件之间的垫片的杨氏模量为IOGPa以下。
[0034]本发明的静电卡盘装置中,优选上述加热构件与上述温度调节用基部之间的传热速率小于上述加热构件与上述静电卡盘部之间的传热速率。
[0035]发明效果
[0036]本发明的静电卡盘装置中,将温度调节用基部的静电卡盘部侧的面的一部分或整个面用片状或膜状的绝缘材料覆盖,在该绝缘材料的载置面侧的表面上胶粘薄板状的加热构件,将静电卡盘部与温度调节用基部隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层胶粘一体化。通过该结构,能够精度良好地保持加热构件与静电卡盘部的载置面的间隔、以及加热构件与温度调节用基部的间隔。因此,消除了由胶粘剂层的厚度偏差引起的板状试样的面内温度的均匀性的降低,能够使载置在静电卡盘部上的板状试样的吸附面的面内温度的均匀性提高。
[0037]另外,即使在在载置面上依次载置多个板状试样并对这些板状试样依次实施各种处理的情况下,也能够提高这些板状试样间的温度均匀性,从而能够缩小板状试样间的制
品偏差。
[0038]本发明中,优选使加热构件为由非磁性金属构成的厚度为0.2mm以下的薄板状的加热元件,形成这样的结构时,即使在高频气氛中使用本发明的静电卡盘装置的情况下,力口热元件也不会由于高频而发生自发热。因此,不易将该加热元件的图案反映到板状试样上,能够将板状试样的面内温度维持为期望的温度图形。
[0039]本发明中,优选使绝缘材料的厚度偏差为ΙΟμπι以下,形成这样的结构时,能够将加热构件与温度调节用基部的间隔的偏差抑制为IOym以下,从而能够精度良好地保持加热构件与温度调节用基部的间隔。
[0040]本发明中,优选使有机类胶粘剂层的肖氏硬度为Α90以下,并且使热导率为0.15ff/mk以上,形成这样的结构时,通过该有机类胶粘剂层能够抑制由静电卡盘部与温度调节用基部的热膨胀差引起的变形,从而能够精度良好地保持间隔,其结果,能够使加热构件与作为静电卡盘部的一个主面(两个主面中的一个主面)的载置面之间的热传导提高。
[0041]本发明中,优选使有机类胶粘剂层的厚度为50μπι以上,并且使配置在静电卡盘部与加热构件之间的垫片的杨氏模量为IOGPa以下。另外,垫片的热膨胀率优选在有机类胶粘剂的热膨胀率的50%?200%的范围内。
[0042]形成这样的结构时,能够使由对载置在静电卡盘部的载置面上的板状试样进行各种处理时的温度上升引起的面内温度分布均匀化。
[0043]本发明中,优选使加热构件与温度调节用基部之间的传热速率小于加热构件与静电卡盘部之间的传热速率,形成这样的结构时,能够使由加热构件产生的热容易向静电卡盘部流动,并且不易向温度调节用基部流动。因此,能够将由加热构件产生的热通过静电卡盘部高效地传递至板状试样。
【专利附图】

【附图说明】
[0044]图1是表示本发明的一个实施方式的静电卡盘装置的截面图。
[0045]图2是表示将本发明的实施例的静电卡盘装置保持在60°C时的、硅晶片的面内温度分布的图。
[0046]图3是表示本发明的实施例的静电卡盘装置升温时的、硅晶片的面内温度分布的图。
[0047]图4是表示本发明的实施例的静电卡盘装置降温时的、硅晶片的面内温度分布的图。
【具体实施方式】
[0048]本发明涉及一种静电卡盘装置,适合在将半导体制造工艺中的半导体晶片等板状试样通过静电力吸附固定时使用,板状试样的吸附面的面内温度的均匀性优良。
[0049]基于附图对用于实施本发明的静电卡盘装置的方式进行说明。
[0050]需要说明的是,该方式是为了更好地理解发明的宗旨而具体说明的方式,只要没有特别指定,则不限定本发明。在不脱离发明的范围内,能够进行数量、位置、大小和数值等的变更、省略、追加。另外,为了容易进行说明,有时图中使用的尺寸和比率与实际不同。
[0051]图1是表示本发明的一个实施方式的静电卡盘装置的截面图。该静电卡盘装置I由以下构成:圆板状的静电卡盘部2、将该静电卡盘部2调节至期望温度的具有一定程度厚度的圆板状的温度调节用基部3、覆盖温度调节用基部3的静电卡盘部2侧的表面的一部分的片状或膜状的绝缘材料4、胶粘在该绝缘材料4的静电卡盘部2侧的表面上的薄板状的加热元件5、用于将静电卡盘部2与温度调节用基部3胶粘一体化的使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层6、和将静电卡盘部2与加热元件5的间隔维持为一定的间隔的垫片7。
[0052]静电卡盘部2由以下构成:上表面为用于载置半导体晶片等板状试样W的载置面的载置板11、通过位于该载置板11的下表面并且与该载置板11 一体化来支撑载置板11的支撑板12、设置在上述载置板11与支撑板12之间的静电吸附用内部电极13、设置在该静电吸附用内部电极13的周围而用于对静电吸附用内部电极13进行绝缘的绝缘材料层14、和以贯通支撑板12的方式设置且对静电吸附用内部电极13施加直流电压的供电用端子15。
[0053]在上述载置板11的载置面上形成圆柱状、且上表面进行了 R加工、即上表面端部进行了圆角加工后的、直径小于板状试样的厚度的多个突起部16。通过这些突起部16,形成支撑所载置的板状试样W的构成。突起部的形状能够支撑板状试样W即可,可以任意地选择。例如可以为圆柱,可以为四棱柱或其他柱状形状,也可以为除此以外的任意的形状。
[0054]这些载置板11以及支撑板12的材料和形状可以任意地选择。载置板11以及支撑板12优选为叠合时彼此面对的两个面的形状为同一形状的圆板状的板或其他类似的形状。彼此面对的两个面的尺寸可以相同,也可以不同。载置板11以及支撑板12的具体例包括由氧化招-碳化娃(Al2O3-SiC)复合烧结体、氧化招(Al2O3)烧结体以及氣化招(AlN)烧结体等具有机械强度并且对腐蚀性气体及其等离子体具有耐久性和绝缘性的陶瓷烧结体构成的板。载置板11以及支撑板12的厚度可以任意选择,载置板11的厚度优选为0.3_?2mm,更优选为0.5mm?0.7mm。支撑板12的厚度优选为Imm?6mm,更优选为2mm?4mm。
[0055]静电吸附用内部电极13作为用于使电荷产生且利用静电吸附力将所载置的板状试样W固定到载置板11的载置面上的静电卡盘用电极使用。静电吸附用内部电极13的形状、大小根据其用途适当调节来使用。
[0056]该静电吸附用内部电极13可以由任意的材料形成。但是,静电吸附用内部电极13优选由氧化铝-碳化钽(Al2O3-TaC)导电性复合烧结体、氧化铝-钨(Al2O3-W)导电性复合烧结体、氧化铝-碳化硅(Al2O3-SiC)导电性复合烧结体、氮化铝-钨(AlN-W)导电性复合烧结体、氮化铝-钽(AlN-Ta)导电性复合烧结体等导电性陶瓷、或者钨(W)、钽(Ta)、钥(Mo)、钛(Ti)等高熔点金属形成。
[0057]静电吸附用内部电极13的厚度没有特别限定。但是,优选为Ιμπι以上且50μπι以下,更优选为3μπι以上且35μπι以下,特别优选为5μπι以上且20μπι以下。其理由在于,厚度低于I μ m时,面电阻变得过大而有时无法确保充分的导电性,另一方面,厚度超过50 μ m时,由于该静电吸附用内部电极13与载置板11及支撑板12之间的热膨胀率差而有可能在该静电吸附用内部电极13与载置板11及支撑板12的接合界面处产生裂纹。
[0058]这样的优选厚度的静电吸附用内部电极13可以通过溅射法、蒸镀法等成膜法、或者丝网印刷法等涂布法容易地形成。形状也可以任意地选择,从成本以及生产率方面出发,更优选丝网印刷。静电吸附用内部电极的外径比搭载面2的外径小Imm以上,并且为了显示出使W均匀吸附在载置板11上的静电吸附力,优选尽可能与W相同的形状。
[0059]绝缘材料层14通过包围并封闭静电吸附用内部电极13而保护静电吸附用内部电极13不受腐蚀性气体及其等离子体的损害,并且将载置板11与支撑板12的边界部、即静电吸附用内部电极13外侧的外周部区域通过接合而一体化。优选与构成载置板11及支撑板12的材料具有相同组成、或者主成分由相同的绝缘材料构成。
[0060]供电用端子15是为了对静电吸附用内部电极13施加直流电压而设置的棒状体。例如可以为圆柱也可以为四棱柱。供电用端子15由以下构成:在静电卡盘部2内固定的供电用端子15a ;和供电用端子15b,其在该供电用端子15a上通过接合而一体化,由此,与供电用端子15a电连接,并且通过温度调节用基部3、绝缘子17以及有机类胶粘剂层6来固定。供电用端子15的尺寸可以任意选择,例如为圆柱时,截面的直径优选为Imm?5mm。小于Imm时,15a与15b的位置对准变难,有时无法导通。另外,大于5mm时,加热元件5的贯通部变大,无发热体的面积增加,因此,有时均热特性变差。供电用端子15的位置可以任意选择,优选配置在静电吸附用内部电极13内的位置中的至少I个部位。
[0061]作为该供电用端子15的材料,只要是耐热性优良的导电性材料即可,没有特别限制。
[0062]例如,供电用端子15a优选为热膨胀系数与静电吸附用内部电极13及支撑板12的热膨胀系数接近的供电用端子。例如,优选使用与静电吸附用内部电极13相同组成或类似组成的导电性陶瓷、或者钨(W)、钽(Ta)、钥(Mo)、铌(Nb)以及可伐合金等金属材料。
[0063]另一方面,供电用端子15b优选为热膨胀系数与后述的温度调节用基部3以及有机类胶粘剂层6接近的供电用端子。例如供电用端子15b优选与温度调节用基部3为相同组成,或者供电用端子15b中优选使用与温度调节用基部3类似组成的金属材料、例如铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金、不锈钢(SUS)、以及钛(Ti)等。
[0064]该供电用端子15通过部分地包围供电用端子15的绝缘子17而相对于温度调节用基部3绝缘。
[0065]另外,该供电用端子15在支撑板12上通过接合而一体化。另外,载置板11与支撑板12利用静电吸附用内部电极13以及绝缘材料层14通过接合而一体化。由此,构成静电卡盘部2。
[0066]静电卡盘部2的厚度、即上述载置板11、支撑板12、静电吸附用内部电极13以及绝缘材料层14的合计厚度可以任意选择,优选为Imm以上且6mm以下。其理由在于,静电卡盘部2的厚度小于Imm时,有时无法确保静电卡盘部2的机械强度,另外,加热元件的形状会反映到W的温度分布上,W的面内温度均匀性降低,因此不优选。
[0067]另一方面,静电卡盘部2的厚度高于6mm时,叠合了载置板11和支撑板12的静电卡盘部2的热容量变得过大,其结果,所载置的板状试样W的热响应性变差,通过多个加热元件将W的温度在面内分区域进行调节的情况下,有时在区域间的温度控制幅度降低,因此不优选。
[0068]温度调节用基部3设置在静电卡盘部2的下侧。通过调节该静电卡盘部2的温度,将载置板11的载置面控制为期望的温度,并且也兼作高频发生用电极。
[0069]在该温度调节用基部3内,可以形成使水和有机溶剂等冷却用介质循环的流路21。通过该流路,能够将载置在上述载置板11上的板状试样W的温度维持为期望的温度。流路的形状可以任意地选择。
[0070]构成该温度调节用基部3的材料可以任意地选择。只要是导热性、导电性以及加工性优良的金属、或包含这些金属的复合材料,则可以没有特别限制地使用。例如,优选使用铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金以及不锈钢(SUS)等。厚度可以任意选择,优选为20mm?60mm。厚度为20mm以下的情况下,流路22的施工有时难以进行。厚度为60mm以上的情况下,重量加重,因此,搭载到半导体制造装置上的作业性有时变差。
[0071]优选该温度调节用基部3的至少暴露于等离子体中的表面实施了耐酸铝处理、或者形成有氧化铝等的绝缘膜。
[0072]绝缘材料4为片状或膜状的、具有耐热性以及绝缘性的树脂。该绝缘性树脂可以任意地选择,可以列举例如:聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂以及丙烯酸树脂等。
[0073]该绝缘材料4的厚度可以任意选择,优选为5 μ m?100 μ m。形状也可以任意地选择,优选为得到基部3与加热元件5的电绝缘的形状。另外,面内的厚度偏差优选在10 μ m以内。
[0074]绝缘材料4的面内的厚度偏差超过10 μ m时,根据厚度的大小,在温度分布上产生高低差异。其结果,对基于绝缘材料4的厚度调节的温度控制产生不良影响,因此不优选。
[0075]绝缘材料4通过厚度均匀的具有耐热性以及绝缘性的片状或膜状的胶粘剂层22 (第一胶粘剂层)胶粘并固定在温度调节用基部3的、位于静电卡盘部2侧的表面上。
[0076]该胶粘剂层22的厚度可以任意选择,优选为10 μ m?100 μ m。另外,面内的厚度偏差优选在10 μ m以内。
[0077]在此,胶粘剂层22的面内的厚度偏差超过10 μ m时,会使绝缘材料4与温度调节用基部3的面内间隔产生超过10 μ m的偏差,其结果,有可能对基于绝缘材料4的厚度调节的温度控制产生不良影响,因此不优选。
[0078]胶粘剂层22的种类可以任意地选择,优选为丙烯酸胶粘剂、环氧胶粘剂、或有机娃月父粘剂等。
[0079]加热元件5可以任意地选择。优选具有至少一个使宽度窄的带状的金属材料蛇行的形状的、具有2个端部的连续图案。存在的连续图案的个数可以为一个,也可以为2个、3个或4个等。在该加热元件5的两端部连接供电用端子31。该供电用端子31通过绝缘子32相对于温度调节用基部3绝缘。
[0080]该加热元件5通过控制施加电压来精度良好地控制通过静电吸附固定在载置板11的突起部16上的板状试样W的面内温度分布。
[0081]该加热元件5的材料和条件可以任意选择。优选厚度为0.2mm以下且0.0lmm以上的、具有一定厚度的非磁性金属薄板。另外,将钛(Ti)薄板、钨(W)薄板以及钥(Mo)薄板等通过光刻法蚀刻加工成期望的加热器图案,由此,能够形成加热元件5。
[0082]在此,使加热元件5的厚度为0.2mm以下的理由在于,厚度超过0.2mm时,加热元件5的图案形状反映为板状试样W的温度分布,成为由加热元件部与胶粘层的热导率的差异引起的、W的温度偏差的主要原因。另外,随着蚀刻厚度的增加,在厚度方向上的加热器宽度产生偏差。例如,通过蚀刻形成的加热器截面为梯形,随着加热元件的厚度的增加,梯形的底边与上边的尺寸差增加,因此不优选。
[0083]另外,通过由厚度为0.2mm以下的具有一定厚度的非磁性金属薄板形成加热元件5,即使在高频气氛中使用静电卡盘装置I的情况下,加热元件5也不会由于高频而发生自发热。因此,容易将板状试样W的面内温度维持在期望的一定温度或一定的温度图形。
[0084]另外,通过使用一定厚度的非磁性金属薄板来形成加热元件5,加热元件5的厚度在加热面的所有区域是一定的,另外,发热量在加热面的所有区域也是一定的。因此,能够使静电卡盘部2的载置面的温度分布均匀化。
[0085]该加热元件5与绝缘材料4同样地通过厚度均匀的具有耐热性以及绝缘性的片状或膜状的胶粘剂层23 (第二胶粘剂层)胶粘并固定在绝缘材料4的位于静电卡盘部2侧的表面上。
[0086]该胶粘剂层23的面内的厚度可以任意选择,优选为10?ΙΟΟμπι。形状也可以任意地选择,优选为与加热元件5相同的形状或与绝缘材料4相同的形状。厚度偏差优选在10 μ m以内。
[0087]胶粘剂层23的面内的厚度偏差超过10 μ m时,会使加热元件5与绝缘材料4的面内间隔产生超过ΙΟμπι的偏差。其结果,对基于绝缘材料4的厚度调节的温度控制产生不良影响,因此不优选。[0088]胶粘剂层23的种类可以任意地选择,优选为丙烯酸胶粘剂、环氧胶粘剂、或有机娃月父粘剂等。
[0089]有机类胶粘剂层6 (第三胶粘剂层)为使液态的有机类胶粘剂固化而成的、具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂层。该胶粘剂层是在使静电卡盘部2与温度调节用基部3、绝缘材料4以及加热元件5的组合彼此相对的状态下将它们通过胶粘一体化而成的、具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂层。
[0090]该有机类胶粘剂层6的厚度优选为200 μ m以下,更优选为100 μ m以下。有机类胶粘剂层6的厚度的下限可以任意地选择,通常为20μπι以上。
[0091]在此,将有机类胶粘剂层6的厚度设定为200 μ m以下的理由在于,厚度超过200 μ m时,伴随液态的有机类胶粘剂的固化收缩产生的厚度变化变得过大。因此,所得到的有机类胶粘剂层6产生由固化收缩引起的空隙,胶粘强度降低,并且该胶粘剂层的传热速率降低。另外是由于,其结果,静电卡盘部的升温性能以及冷却性能降低。
[0092]该有机类胶粘剂层6的肖氏硬度优选为A90以下,更优选为A70以下。下限可以任意地选择,通常为A20以上。
[0093]将有机类胶粘剂层6的肖氏硬度设定为A90以下的理由在于,肖氏硬度超过A90时,变得过硬,难以缓和静电卡盘部2与温度调节用基部3之间的应力。
[0094]构成该有机类胶粘剂层6的具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂可以任意选择。如果举例,则优选丙烯酸类胶粘剂。作为丙烯酸类胶粘剂的例子,可以列举丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯酰胺、丙烯腈以及它们的聚合物或者共聚物。
[0095]其中,特别优选使用聚丙烯酸甲酯等聚丙烯酸酯以及聚甲基丙烯酸甲基等聚甲基丙烯酸酯等。
[0096]上述丙烯酸类胶粘剂优选含有I体积%以上且50体积%以下、优选10体积%以上且40体积%以下、进一步优选20体积%以上且30体积%以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯。
[0097]通过含有I体积%以上且50体积%以下的乙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯,丙烯酸类胶粘剂的柔软性提高,其结果,静电卡盘部2与温度调节用基部3、绝缘材料4以及加热元件5之间的应力进一步缓和。
[0098]有机类胶粘剂层6的热导率优选为0.15ff/mk以上,更优选为0.2ff/mk以上,进一步优选为0.25ff/mk以上。上限可以任意地选择,通常为5W/mk以下。
[0099]在此,热导率小于0.15W/mk时,从加热元件5向静电卡盘部2的热传递变困难。其结果,载置在静电卡盘部2上的板状试样W的吸附面的面内温度的均匀性降低,板状试样W之间的温度均匀性也降低,因此不优选。另外,板状试样W的升温以及冷却速度降低,因此不优选。
[0100]垫片7设置在加热元件5与静电卡盘部2之间,将它们的间隔保持为预定的间隔。通过垫片7,能够将加热元件5与静电卡盘部2的间隔保持为预定的间隔,即能够将静电卡盘部2与温度调节用基部3的间隔保持为预定的间隔。
[0101]该垫片7与加热元件5以及绝缘材料4同样地通过胶粘剂层进行胶粘。具体而言,通过厚度均匀的具有耐热性以及绝缘性的片状或膜状的胶粘剂层24(第四胶粘剂层),将垫片7胶粘并固定在加热元件5的位于静电卡盘部2侧的表面上。[0102]胶粘剂层24的厚度可以任意选择,优选为10?100 μ m。形状也可以任意地选择,优选为圆形或正方形。胶粘剂层24的种类可以任意地选择,优选为丙烯酸胶粘剂、环氧胶粘剂、有机硅胶粘剂等胶粘剂。
[0103]该垫片7的杨氏模量优选为IOGPa以下,更优选为IMPa以上且IOGPa以下。
[0104]在此,将垫片7的杨氏模量设定为IOGPa以下的理由为如下的理由。垫片7的杨氏模量超过IOGPa时,在形成有机类胶粘剂层6时,液态的有机类胶粘剂的固化收缩时固化收缩时的应力集中在垫片7上。其结果,产生空隙以及胶粘剂层的剥离,因此不优选。
[0105]在该静电卡盘装置I中,加热元件5与温度调节用基部3之间的传热速率小于加热元件5与静电卡盘部2之间的传热速率。
[0106]在该静电卡盘装置I中,通过使加热元件5与温度调节用基部3之间的传热速率小于加热元件5与静电卡盘部2之间的传热速率,由加热元件5产生的热朝向静电卡盘部2流动。利用该特征,由加热元件5产生的热不易朝向温度调节用基部3流动。由此,由加热元件5产生的热能够通过静电卡盘部2朝向板状试样W高效地传递。
[0107]接着,对该静电卡盘装置I的制造方法的例子进行说明。
[0108](静电卡盘部的形成)
[0109]首先,由氧化铝-碳化硅(Al2O3-SiC)复合烧结体制作板状的载置板11以及支撑板12。此时,将包含碳化硅粉体以及氧化铝粉体的混合粉体成形为期望的形状,然后,例如在1600°C?2000°C的温度下,在非氧化性气氛、优选惰性气氛下煅烧预定时间,由此,可以得到载置板11以及支撑板12。
[0110]接着,在支撑板12上至少I个部位形成用于嵌入并保持供电用端子15a的固定孔。
[0111]接着,以形成能够与支撑板12的固定孔密合固定的大小以及形状的方式制作供电用端子15a。该供电用端子15a的制作方法可以任意选择。例如,在使供电用端子15a为导电性复合烧结体的情况下,可以列举将导电性陶瓷粉体成形为期望的形状、然后进行加压煅烧的方法等。
[0112]作为导电性陶瓷粉体,可以选择任意的材料。优选为由与静电吸附用内部电极13同样的材质构成的导电性陶瓷粉体。
[0113]另外,在使供电用端子15a为金属的情况下,可以列举使用高熔点金属并将其通过切削法及粉末冶金等金属加工法等形成为期望形状的方法等。并且,将供电用端子15a嵌入支撑板12的固定孔中。
[0114]接着,在嵌入有供电用端子15a的支撑板12的表面的预定区域,以与供电用端子15a接触的方式,涂布将上述导电性陶瓷粉体等导电材料分散在有机溶剂中而成的静电吸附用内部电极形成用涂布液。然后,将涂膜干燥,得到静电吸附用内部电极形成层。
[0115]作为此时使用的涂布法,在能够涂布成均匀的厚度方面,优选丝网印刷法。另外,作为其他方法,有:通过蒸镀法或溅射法形成上述高熔点金属的薄膜的方法;和配设由上述导电性陶瓷或者高熔点金属构成的薄板而形成静电吸附用内部电极形成层的方法等。
[0116]另外,为了使绝缘性、耐腐蚀性以及耐等离子体性提高,在支撑板12上的形成有静电吸附用内部电极形成层的区域以外的区域形成包含与载置板11以及支撑板12相同组成或主成分相同的粉体材料的绝缘材料层14。该绝缘材料层14可以通过任意的方法形成。例如,在上述预定区域通过丝网印刷等涂布将与载置板11以及支撑板12相同组成或主成分相同的绝缘材料粉体分散在有机溶剂中而成的涂布液,并进行干燥,由此,可以形成该绝缘材料层14。
[0117]接着,在支撑板12上的静电吸附用内部电极形成层以及绝缘材料层上叠合载置板11。接着,将它们在高温、高压下进行热压而使其一体化。该热压的气氛可以任意选择,优选真空、或者Ar、He、N2等惰性气氛。另外,此时的压力和温度可以任意选择,压力优选为5?lOMPa,温度优选为1600°C?1850°C。
[0118]通过该热压,静电吸附用内部电极形成层被煅烧而形成由导电性复合烧结体构成的静电吸附用内部电极13。同时,支撑板12以及载置板11隔着绝缘材料层14进行接合一体化。
[0119]另外,供电用端子15a通过高温及高压下的热压进行再煅烧,由此,密合固定在支撑板12的固定孔中。
[0120]然后,通过任意的方法对上述接合体的上下表面、外周进行机械加工,以及根据需要通过机械加工形成气孔等,得到静电卡盘部2。
[0121](基部的形成)
[0122]另一方面,通过对由铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金以及不锈钢(SUS)等构成的金属材料实施机械加工,在该金属材料的内部形成使水循环的流路等。另外,形成用于嵌入并保持供电用端子15b及绝缘子17的固定孔和用于嵌入并保持供电用端子31及绝缘子32的固定孔,得到温度调节用基部3。
[0123]优选对该温度调节用基部3的至少暴露于等离子体中的表面实施耐酸铝处理,或者形成氧化铝等的绝缘膜。
[0124](加热元件的形成)
[0125]准备钛(Ti)薄板、钨(W)薄板或钥(Mo)薄板等厚度为0.2mm以下的具有一定厚度的非磁性金属薄板。使用厚度均匀的具有耐热性以及绝缘性的预定形状图案的片状或膜状的胶粘剂(胶粘剂23),使该薄板与作为绝缘材料4使用的材料密合。另外,通过光刻法将该非磁性金属薄板蚀刻加工成期望的加热器图案,得到加热元件5。此时,胶粘剂层23以及绝缘材料4没有被蚀刻。
[0126]接着,使用例如丙酮等对上述温度调节用基部3的位于静电卡盘部2侧的表面进行脱脂以及清洗。在该表面的预定位置上粘贴具有耐热性以及绝缘性的片状或膜状的胶粘剂层22。
[0127]接着,在该胶粘剂层22上配置胶粘有加热元件5的上述绝缘材料4,将绝缘材料4与胶粘剂层22胶粘。需要说明的是,该绝缘材料4是与该胶粘剂层22为相同形状并且为平面形状的由聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂等构成的、片状或膜状的具有耐热性以及绝缘性的树脂。
[0128](垫片的配置)
[0129]将粘贴片状的垫片材料7与片状的胶粘剂24并根据需要形成为预定形状的垫片胶粘并固定到上述元件5上的任意位置。需要说明的是,垫片的垫片材料与胶粘剂24为相同的形状。
[0130](静电卡盘部与基部的胶粘)[0131]接着,在绝缘材料4、加热元件5、垫片7以及具有胶粘剂层的温度调节用基部3上涂布具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂。胶粘剂可以任意地选择,可以列举例如:丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯酰胺、丙烯腈以及它们的聚合物或者共聚物等丙烯酸类胶粘齐U。该具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂的涂布量设定为预定量的范围内,以使静电卡盘部2与温度调节用基部3能够在通过垫片7等保持一定间隔的状态下接合一体化。预定量是指隔着垫片7而得到的胶粘部空间体积以上的胶粘剂量。该胶粘剂的涂布方法可以任意地选择,除了使用刮刀等手动涂布之外,还可以列举例如刮棒式涂布法、丝网印刷法等。由于需要精度良好地形成在温度调节用基部3上的预定区域,因此,优选丝网印刷法。
[0132]涂布后,将静电卡盘部2与温度调节用基部3隔着具有绝缘性并且为有机类的胶粘剂叠合。此时,将供电用端子15b和绝缘子17、以及供电用端子31和绝缘子32以插入的方式嵌入预先贯穿于温度调节用基部3中的供电用端子收容孔中。
[0133]接着,施加适当的压力直到静电卡盘部2的下表面与温度调节用基部3上的胶粘剂层24的间隔减小至垫片7的厚度,并将挤出的多余的胶粘剂除去。
[0134]通过以上方法,得到静电卡盘部2与包含绝缘材料4、加热元件5以及垫片7的温度调节用基部3隔着有机类胶粘剂层6进行接合一体化而成的本实施方式的静电卡盘装置
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[0135]这样得到的静电卡盘装置I中,静电卡盘部2与包含绝缘材料4、加热元件5以及垫片7的温度调节用基部3隔着有机类胶粘剂层6胶粘一体化,因此,能够精度良好地保持加热元件5与静电卡盘部2的载置面的间隔、以及加热元件5与温度调节用基部3的间隔。因此,消除了由胶粘剂层的厚度偏差引起的板状试样的面内温度的均匀性的降低,能够使载置在静电卡盘部2上的板状试样W的吸附面的面内温度均匀性提高。
[0136]实施例
[0137]以下,通过实施例以及比较例对本发明具体地进行说明,但本发明不受这些实施例的限定。
[0138]“实施例1”
[0139](静电卡盘装置的制作)
[0140](静电卡盘部的形成)
[0141]将载置板11以及在中央具有供电用端子的支撑板12进行接合一体化,由此,得到静电卡盘部2。
[0142]具体而言,制作内部埋设有通过绝缘材料层14使周围绝缘且厚度为15μπι的静电吸附用内部电极13的、图1所示的具有载置板11和支撑板12的静电卡盘部2。
[0143]该静电卡盘部2的载置板11为含有8质量%碳化硅的氧化铝-碳化硅复合烧结体,是直径为310mm、厚度为3mm的圆板状。
[0144]另外,支撑板12也与载置板11同样地为含有8质量%碳化硅的氧化铝-碳化硅复合烧结体,是直径为310mm、厚度为5.0mm的圆板状。
[0145]对该接合体实施机械加工,得到直径298mm、厚度4.5mm的圆盘形。然后,通过形成高度为50 μ m的多个突起部16,使该载置板11的静电吸附面成为凹凸面,将这些突起部16的顶面作为板状试样W的保持面。接合体以利用该形状而能够使在凹部(吸附面的突起部以外的部位)与被静电吸附的板状试样W之间形成的槽中流过冷却气体的方式形成。[0146](温度调节用基部的形成)
[0147]通过机械加工制作直径350mm、高度30mm的圆盘状的铝制的温度调节用基部3。在该温度调节用基部3的内部形成有使冷却介质循环的流路21。另外,形成用于供电用端子以及绝缘子的多个贯通孔。
[0148](垫片的形成)
[0149]使用厚度75 μ m的片状聚酰亚胺树脂作为垫片材料。使用该片(高度:75 μ m)和环氧片胶粘剂(胶粘剂层24)(高度:25 μ m)进行层压加工,由此形成厚度100 μ m的层叠结构,将其切割成宽度(纵横)2mm见方的正方形,制作垫片7与胶粘剂层24 (第四胶粘剂层)的层叠体。
[0150](加热元件的形成)
[0151]准备厚度为0.1mm、直径为300mm的钛(Ti)薄板。使用胶粘剂23 (第二胶粘剂层),将该薄膜胶粘到绝缘材料4(片状的聚酰亚胺树脂)上。然后,将该钛(Ti)薄板通过光刻法利用如下所述的期望的加热器图案仅对薄板进行蚀刻加工,得到加热元件5。
[0152]关于该加热元件5的形状,将圆板状的薄板分割成四个同心圆状,即,以形成包围中心的圆形元件部的尺寸不同的三个环形的元件部的方式进行分割,形成四个分割元件部,从而得到能够分别调节这些分割元件部各自的输入电流量的结构。
[0153](第一胶粘剂层的形成)
[0154]使用丙酮对上述温度调节用基部`3的位于静电卡盘部2侧的表面进行脱脂、清洗。然后,在该处理后的表面的预定位置上粘贴片状且能够使基部3与加热器5电绝缘的形状的片状环氧胶粘剂,从而得到胶粘剂层22 (第一胶粘剂层)。
[0155](绝缘材料的设置)
[0156]接着,在该胶粘剂层22上配置上述绝缘材料4。绝缘材料4与胶粘剂层22为大致相同的形状。这样,加热元件5、胶粘剂以及绝缘材料4的组合通过胶粘剂层22胶粘到基部3上。
[0157](垫片的配置)
[0158]将用上述垫片7和胶粘剂24预先形成的垫片层叠体胶粘到加热元件5上的预定位置来固定垫片。
[0159](第三胶粘剂层的形成)
[0160]接着,通过丝网印刷法在所得到的温度调节用基部3上涂布丙烯酸类胶粘剂。
[0161](静电卡盘部与基部的层叠)
[0162]然后,将静电卡盘部2与温度调节用基部3隔着上述丙烯酸类胶粘剂叠合。叠合后,将供电用端子15b和绝缘子17、以及供电用端子31和绝缘子32以插入的方式嵌入贯穿于温度调节用基部3中的供电用端子收容孔中。
[0163]接着,施加适当的压力直到静电卡盘部2的下表面与温度调节用基部3上的胶粘剂层24的间隔减小至垫片7的厚度,将挤出的多余的胶粘剂除去,制作实施例1的静电卡
舟悲晉
目.0
[0164]形成在该静电卡盘部2与温度调节用基部3之间的丙烯酸类胶粘剂层的肖氏硬度为 A60。
[0165](评价)[0166]对上述静电卡盘装置的⑴耐电压性以及(2)硅晶片的面内温度控制以及升降温特性分别进行评价。
[0167](I)耐电压性
[0168]使施加到温度调节用基部3与加热元件5之间的电压从IkV开始以每次IkV阶段性地上升,使电压的最大值为10kv。测定各电压下的漏电流。
[0169]其结果,施加最大电压即IOkV时的漏电流为10 μ A以下,显示出极良好的耐电压性。
[0170](2)硅晶片的面内温度控制以及升降温特性
[0171](评价a)
[0172]a.使直径300mm、厚度0.775mm的硅晶片静电吸附在静电卡盘部2的载置面上,在使20°C的冷却水在温度调节用基部3的流路中循环的同时,对加热元件5的各分割元件部通电直到硅晶片的中心温度达到60°C。使用红外热像仪TVS-200EX(日本航空电子公司制),测定此时的硅晶片的面内温度分布。将其结果示于图2。
[0173]根据图2可知,硅晶片的表面温度被良好地控制在60± 1.5°C的范围内。
[0174](评价b)
[0175]b.接着,在评价a的实验之后,使加热元件5的环型的最外周的分割元件部的通电量进一步增加,以3°C /秒的升温速度进行升温,以使硅晶片外周部的温度达到60°C至80°C。使用红外热像仪TVS-200EX(日本航空电子公司制),测定此时的硅晶片的面内温度分布。将其结果示于图3。
[0176]根据图3可知,硅晶片的最外周的表面温度被良好地控制在80±2.(TC的范围内。
[0177](评价c)
[0178]另外,c.在评价b的实验之后,仅停止对加热元件5的最外周的环型的分割元件部的通电,使硅晶片外周部的温度降至40°C。使用红外热像仪TVS-200EX(日本航空电子公司制),测定此时的硅晶片的面内温度分布。将其结果示于图4。
[0179]根据图4可知,硅晶片的最外周的表面温度被良好地控制在40±1.(TC的范围内。
[0180]根据上述评价a?c的测定结果可知,硅晶片的面内温度被良好地控制在±2.(TC的范围内。
[0181]“比较例I”
[0182](静电卡盘装置的制作)
[0183]与实施例1同样地制造静电卡盘部以及温度调节用基部。将与实施例1中形成的加热元件相同材质且相同形状的加热元件隔着片胶粘剂23胶粘到静电卡盘部的支撑板表面上。将与实施例1中使用的绝缘材料相同的形状以及材料的聚酰亚胺树脂制的绝缘材料4使用片状的胶粘剂22胶粘到温度调节用基部3的表面上。另外,将静电卡盘部以及温度调节用基部两者隔着肖氏硬度D50的丙烯酸胶粘剂叠合。除了这些条件以外,根据实施例1制作比较例的静电卡盘装置。比较例I与实施例1的不同之处在于,加热器5胶粘在卡盘部2侧,加热构件直接形成在静电卡盘部的支撑板上。
[0184](评价)
[0185]根据实施例对比较例的静电卡盘装置进行评价。
[0186]其结果,关于(I)耐电压性,在施加IOkV或4kV的电压时的漏电流为10 μ A以下,显示出极良好的耐电压性。
[0187]但是,关于⑵硅晶片的面内温度控制以及升降温特性,可知硅晶片的面内温度为±3°C的范围,面内温度的均匀性降低。
[0188]产业上的可利用性
[0189]本发明提供板状试样的吸附面的面内温度的均匀性优良的静电卡盘装置。
[0190]标号说明
[0191]I静电卡盘装置
[0192]2静电卡盘部
[0193]3温度调节用基部
[0194]4绝缘材料
[0195]5加热元件
[0196]6有机类胶粘剂层
[0197]7 垫片
[0198]11载置板
[0199]12支撑板
[0200]13静电吸附用内部电极
[0201]14绝缘材料层
[0202]15、15a、15b 供电用端子
[0203]16突起部
[0204]17绝缘子
[0205]21 流路
[0206]22胶粘剂层
[0207]23胶粘剂层
[0208]24胶粘剂层
[0209]31供电用端子
[0210]32绝缘子
[0211]W板状试样
【权利要求】
1.一种静电卡盘装置,其特征在于, 具备: 具有作为载置板状试样的载置面的一个主面并且内置有静电吸附用内部电极的静电卡盘部、和 用于调节所述静电卡盘部的温度的温度调节用基部, 所述温度调节用基部的、位于所述静电卡盘部侧的表面的一部分或整个面由片状或膜状的绝缘材料覆盖, 在所述绝缘材料的、位于所述载置面侧的表面上胶粘有薄板状的加热构件, 所述静电卡盘部与所述温度调节用基部隔着使液态的胶粘剂固化而成的绝缘性的有机类胶粘剂层通过胶粘而一体化。
2.如权利要求1所述的静电卡盘装置,其特征在于,所述加热构件为由非磁性金属构成的厚度为0.2mm以下的薄板状的加热元件。
3.如权利要求1所述的静电卡盘装置,其特征在于,所述绝缘材料的厚度偏差为10μ m以下。
4.如权利要求1所述的静电卡盘装置,其特征在于,所述有机类胶粘剂层的肖氏硬度为A90以下并且热导率为0.15ff/mk以上。
5.如权利要求1所述的静电卡盘装置,其特征在于,所述有机类胶粘剂层的厚度为50μπι以上,配置在所述静电卡盘部与所述加热构件之间的垫片的杨氏模量为IOGPa以下。
6.如权利要求1所述的静电卡盘装置,其特征在于,所述加热构件与所述温度调节用基部之间的传热速率小于所述加热构件与所述静电卡盘部之间的传热速率。
【文档编号】H01L21/683GK103503128SQ201280020338
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】三浦幸夫, 石村和典, 小坂井守 申请人:住友大阪水泥股份有限公司
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