特許 6670189 ベースプレート構造体及びその製造方法、基板固定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6670189

(24)【登録日】2020年3月3日

(45)【発行日】2020年3月18日

(54)【発明の名称】ベースプレート構造体及びその製造方法、基板固定装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20200309BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20200309BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H01L21/302 101G

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-126895(P2016-126895)

(22)【出願日】2016年6月27日

(65)【公開番号】特開2018-6381(P2018-6381A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年12月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506345993

【氏名又は名称】東北精密株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】白岩 則雄

(72)【発明者】

【氏名】安藤 修一

(72)【発明者】

【氏名】高塚 健治

(72)【発明者】

【氏名】小菅 一弘

【審査官】 杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５２０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１１９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２７７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０５９７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４３３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５４１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを搭載するベースプレートと、を備えた基板固定装置であって、
アルミニウム製のベースプレートと、
前記ベースプレートの前記静電チャックを搭載する側とは反対側に開口する開口部内に設けられた、アルミニウムよりも耐食性の高い金属製の水路形成部と、
前記水路形成部に設けられた、前記水路形成部が壁面を構成する水路と、を有し、
前記水路は、互いに対向する領域を備えるように蛇行して形成され、前記互いに対向する領域の間は前記アルミニウムよりも耐食性の高い金属で満たされており、
前記ベースプレートと前記水路形成部とが直接接合されていることを特徴とする基板固定装置。

【請求項2】

前記ベースプレートと前記水路形成部との接合部において、前記ベースプレートを構成するアルミニウムと前記水路形成部を構成する金属とが相互に拡散していることを特徴とする請求項１に記載の基板固定装置。

【請求項3】

前記水路形成部を構成する金属は、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板固定装置。

【請求項4】

吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを搭載するベースプレートと、を備えた基板固定装置に用いるベースプレート構造体であって、
アルミニウム製のベースプレートと、
前記ベースプレートの前記静電チャックを搭載する側とは反対側に開口する開口部内に設けられた、アルミニウムよりも耐食性の高い金属製の水路形成部と、
前記水路形成部に設けられた、前記水路形成部が壁面を構成する水路と、を有し、
前記水路は、互いに対向する領域を備えるように蛇行して形成され、前記互いに対向する領域の間は前記アルミニウムよりも耐食性の高い金属で満たされており、
前記ベースプレートと前記水路形成部とが直接接合されていることを特徴とするベースプレート構造体。

【請求項5】

前記ベースプレートと前記水路形成部との接合部において、前記ベースプレートを構成するアルミニウムと前記水路形成部を構成する金属とが相互に拡散していることを特徴とする請求項４に記載のベースプレート構造体。

【請求項6】

前記水路形成部を構成する金属は、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）であることを特徴とする請求項４又は５に記載のベースプレート構造体。

【請求項7】

吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを搭載するベースプレートと、を備えた基板固定装置に用いるベースプレート構造体の製造方法であって、
アルミニウムよりも耐食性の高い金属製の水路形成部に、前記水路形成部が壁面を構成する水路を形成する工程と、
アルミニウム製のベースプレートの前記静電チャックを搭載する側とは反対側に開口する開口部内に、前記水路形成部を拡散接合により直接接合する工程と、を有し、
前記水路は、互いに対向する領域を備えるように蛇行して形成され、前記互いに対向する領域の間は前記アルミニウムよりも耐食性の高い金属で満たされることを特徴とするベースプレート構造体の製造方法。

【請求項8】

前記水路形成部を構成する金属は、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）であることを特徴とする請求項７に記載のベースプレート構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベースプレート構造体及びその製造方法、基板固定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造する際に使用される成膜装置（例えば、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等）やプラズマエッチング装置は、ウェハを真空の処理室内に精度良く保持するためのステージを有する。このようなステージとして、例えば、ベースプレートに搭載された静電チャックにより吸着対象物であるウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている。

【0003】

基板固定装置を、例えば、半導体のドライエッチングプロセスに使用する場合、ウェハはプラズマによって容易に加熱され、ウェハの温度が上昇してエッチングマスクのフォトレジストが熱損傷を受けたり、エッチング形状が悪化したりする。そのため、エッチング中はウェハを所定の温度に冷却する必要があり、例えば、ベースプレートに水路を設けて温度制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１５６６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、アルミニウム製のベースプレートを用いる場合、アルミニウムに直接水路を形成するとアルミニウムに形成した水路の壁面が水によって腐食する問題がある。この対策として、例えば、アルミニウムに形成した水路の壁面をアルマイト処理する対策も検討されているが、エッジ部でアルマイトの剥がれが生じる等、信頼性が十分ではない。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、アルミニウム製のベースプレートに信頼性の高い水路を形成した基板固定装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本基板固定装置は、吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、前記静電チャックを搭載するベースプレートと、を備えた基板固定装置であって、アルミニウム製のベースプレートと、前記ベースプレートの前記静電チャックを搭載する側とは反対側に開口する開口部内に設けられた、アルミニウムよりも耐食性の高い金属製の水路形成部と、前記水路形成部に設けられた、前記水路形成部が壁面を構成する水路と、を有し、前記水路は、互いに対向する領域を備えるように蛇行して形成され、前記互いに対向する領域の間は前記アルミニウムよりも耐食性の高い金属で満たされており、前記ベースプレートと前記水路形成部とが直接接合されていることを要件とする。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、アルミニウム製のベースプレートに信頼性の高い水路を形成した基板固定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。

【図2】第１の実施の形態に係るベースプレートの組立前の斜視図である。

【図3】第２の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。

【図4】第３の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照するに、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、静電チャック５０とを有している。なお、図１では、基板固定装置１が、静電チャック５０上に吸着対象物であるウェハ１００を吸着保持している状態を示している。ウェハ１００の直径は、例えば、８、１２、又は１８インチ程度とすることができる。

【0012】

ベースプレート１０は、静電チャック５０を搭載するための部材である。ベースプレート１０の厚さは、例えば、２０〜５０ｍｍ程度とすることができる。ベースプレート１０は、プラズマを制御するための電極等としても利用されるため、アルミニウムから形成されている。ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等をウェハ１００に衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。

【0013】

ベースプレート１０の内部には水路形成部２０が設けられている。又、水路形成部２０には、水路形成部２０が壁面を構成する水路３０が設けられている。すなわち、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造とされている。水路３０は、一端に冷却水導入部３０ａを備え、他端に冷却水排出部３０ｂを備えている。水路形成部２０の厚さ（壁面の厚さ）は、例えば、１〜３ｍｍ程度とすることができる。水路３０の幅は、例えば、５〜１５ｍｍ程度とすることができる。

【0014】

水路形成部２０は、アルミニウム製のベースプレート１０よりも耐食性が高い金属により形成されている。水路形成部２０は、例えば、ステンレス、銅、チタン等により形成することができる。なお、ベースプレート１０を構成するアルミニウムと水路形成部２０を構成するステンレス等の金属とは、ろう材等を介すことなく直接接合されている。

【0015】

水路３０は、基板固定装置１の外部に設けられた冷却水制御装置（図示せず）に接続されている。冷却水制御装置（図示せず）は、冷却水導入部３０ａから水路３０に冷却水を導入し、冷却水排出部３０ｂから冷却水を排出する。水路３０に冷却水を循環させベースプレート１０を冷却することで、静電チャック５０を介してウェハ１００を冷却することができる。

【0016】

ベースプレート１０には、水路３０の他に、ウェハ１００を冷却する不活性ガスを導入するガス路や、ウェハ１００を加熱する発熱体を設けてもよく、これらを設けることで、静電チャック５０を介してウェハ１００の温度制御を行うことができる。

【0017】

なお、ベースプレート１０と、ベースプレート１０に設けられた水路形成部２０と、水路形成部２０に設けられた水路３０とを含む部分をベースプレート構造体と称する場合がある。

【0018】

静電チャック５０は、ベースプレート１０の上面の中央部に、熱伝導率の良いシリコーン等からなる接着層４０を介して固定されている。静電チャック５０は、基体５１と、静電電極５２とを有している。静電チャック５０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック５０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。

【0019】

基体５１は誘電体であり、基体５１としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスを用いることができる。基体５１の厚さは、例えば、１〜１０ｍｍ程度、基体５１の比誘電率（１ＫＨｚ）は、例えば、９〜１０程度とすることができる。

【0020】

静電電極５２は、薄膜電極であり、基体５１に内蔵されている。静電電極５２は、基板固定装置１の外部に設けられた直流電源２００に接続され、所定の電圧が印加されると、ウェハ１００との間に静電気による吸着力が発生し、静電チャック５０上にウェハ１００を吸着保持することができる。吸着保持力は、静電電極５２に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極５２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極５２の材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等を用いることができる。

【0021】

フォーカスリング６０は、ベースプレート１０の上面の周辺部に、静電チャック５０を囲むように設けられている。フォーカスリング６０は、ベースプレート１０の上面のアルミニウムがプラズマに曝されないように保護するものであり、例えば、ガラスやセラミックス等により形成することができる。

【0022】

図２は、第１の実施の形態に係るベースプレートの組立前の斜視図であり、ベースプレート１０に水路形成部２０を接合する前の状態を示している。但し、図２の各部材は、図１のベースプレート１０とは上下が反転した状態で描かれている。

【0023】

ベースプレート１０は、第１部材１０_１と第２部材１０_２とが水路形成部２０を挟んで接合されたものである。

【0024】

第１部材１０_１は円盤状の部材であり、冷却水導入部３０ａに対応する部分に位置する貫通孔１０ｘと、冷却水排出部３０ｂに対応する部分に位置する貫通孔１０ｙとが形成されている。第１部材１０_１は、例えば、ＮＣ加工（Numerical Control machining）により作製することができる。

【0025】

第２部材１０_２は、第１部材１０_１よりも板厚が厚く第１部材１０_１と略同径の円盤状の部材であり、水路形成部２０を埋め込むための蛇行する有底の溝１０ｚが、水路形成部２０の形状に合わせて設けられている。第２部材１０_２は、例えば、ＮＣ加工により作製することができる。

【0026】

ベースプレート１０は、例えば、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing：熱間等方圧加圧加工）法等の拡散接合により作製することができる。なお、拡散接合とは、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。

【0027】

ＨＩＰ法によりベースプレート１０を作製するには、まず、第２部材１０_２の溝１０ｚ内に水路形成部２０を埋め込む。そして、第２部材１０_２上に第１部材１０_１を重ね合せ、真空中で加熱及び加圧して接合を行う。この時、圧力は上下方向のみでなく多方向から印加する必要がある（全方向からの略均等圧とする必要がある）。

【0028】

例えば、第１部材１０_１及び第２部材１０_２としてアルミニウム（Ａ６０６１）を用い、水路形成部２０としてステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いる場合には、加熱温度は４００〜５５０℃程度、圧力は０．５〜１．０ｔ／ｃｍ^２とすることができる。

【0029】

ＨＩＰ法により接合された第１部材１０_１と第２部材１０_２とは、界面のない状態で（すなわち、隙間が全くない状態で）一体化され、直接接合される。同様に、第１部材１０_１及び第２部材１０_２と水路形成部２０とは、界面のない状態で（すなわち、隙間が全くない状態で）一体化され、ベースプレート１０と水路形成部２０の外壁とが直接接合される。

【0030】

ベースプレート１０と水路形成部２０との接合部に界面が形成されない理由は、ＨＩＰ法では、ベースプレート１０を構成するアルミニウムと水路形成部２０を構成する金属とが両者の接合部において相互に拡散して原子レベルで接合されるためである。

【0031】

なお、水路３０を備えた水路形成部２０を形成するには、例えば、図２の水路形成部２０を上下方向に２分する部材をＮＣ加工等により作製し、２分した部材同士を上記と同様のＨＩＰ法により直接接合すればよい。これにより、内部に水路３０を備えた界面のない水路形成部２０を形成することができる。但し、水路３０を備えた水路形成部２０を形成する方法は、ＨＩＰ法等の拡散接合には限定されない。

【0032】

このように、第１の実施の形態に係る基板固定装置１では、アルミニウム製のベースプレート１０に直接水路を形成するのではなく、ベースプレート１０の内部に水路形成部２０を設け、水路形成部２０に水路３０を形成している。この際、水路形成部２０の材料としてアルミニウムよりも耐食性が高い金属を選択し、ベースプレート１０と水路形成部２０とを拡散接合により直接接合する。

【0033】

これにより、ベースプレート１０と水路３０を有する水路形成部２０とが界面がない状態で一体化されるため、アルミニウム製のベースプレート１０に信頼性の高い水路３０を形成することができる。

【0034】

又、アルミニウムよりも耐食性が高い金属からなる水路形成部２０が水路３０の壁面を構成するため、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造となる。その結果、冷却水によるアルミニウムの腐食を防止することが可能となる。

【0035】

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造が異なる基板固定装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0036】

図３は、第２の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図３を参照するに、基板固定装置２は、ベースプレート１０及び水路形成部２０が、ベースプレート１０Ａ及び水路形成部２０Ａに置換された点が基板固定装置１（図１参照）と相違する。

【0037】

基板固定装置２において、ベースプレート１０Ａの内部には水路形成部２０Ａが設けられている。より詳しくは、ベースプレート１０Ａは下側に開口する円筒状の開口部を備え、ベースプレート１０Ａの開口部内には円盤状の水路形成部２０Ａが埋め込まれている。又、水路形成部２０Ａには、水路形成部２０Ａが壁面を構成する水路３０が設けられている。すなわち、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０Ａ以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造とされている。

【0038】

水路形成部２０Ａは、アルミニウムからなるベースプレート１０Ａよりも耐食性が高い金属により形成されている。水路形成部２０Ａは、例えば、ステンレス、銅、チタン等により形成することができる。なお、ベースプレート１０Ａを構成するアルミニウムと水路形成部２０Ａを構成するステンレス等の金属とは、ＨＩＰ法等の拡散接合により直接接合されている。

【0039】

なお、ベースプレート１０と同様にベースプレート１０Ａにも高周波電力を給電するため、静電チャック５０側にアルミニウムの領域が必要となる。従って、ベースプレート１０Ａ自体をステンレス等の金属から形成することはできない。

【0040】

このように、基板固定装置２では、基板固定装置１と同様に、ベースプレート１０Ａと水路３０を有する水路形成部２０Ａとが界面がない状態で一体化されるため、アルミニウム製のベースプレート１０Ａに信頼性の高い水路３０を形成することができる。

【0041】

又、アルミニウムよりも耐食性が高い金属からなる水路形成部２０Ａが水路３０の壁面を構成するため、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０Ａ以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造となる。その結果、冷却水によるアルミニウムの腐食を防止することが可能となる。

【0042】

なお、ベースプレート１０Ａと、ベースプレート１０Ａに設けられた水路形成部２０Ａと、水路形成部２０Ａに設けられた水路３０とを含む部分をベースプレート構造体と称する場合がある。

【0043】

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造が異なる基板固定装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0044】

図４は、第３の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図４を参照するに、基板固定装置３は、ベースプレート１０及び水路形成部２０が、ベースプレート１０Ｂ及び水路形成部２０Ｂに置換された点が基板固定装置１（図１参照）と相違する。

【0045】

基板固定装置３において、ベースプレート１０Ｂの外部には水路形成部２０Ｂが設けられている。より詳しくは、ベースプレート１０Ｂは円盤状に形成され、円盤状のベースプレート１０Ｂの下側に、ベースプレート１０Ｂと略同径の円盤状の水路形成部２０Ｂが設けられている。又、水路形成部２０Ｂには、水路形成部２０Ｂが壁面を構成する水路３０が設けられている。すなわち、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０Ｂ以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造とされている。

【0046】

水路形成部２０Ｂは、アルミニウムからなるベースプレート１０Ｂよりも耐食性が高い金属により形成されている。水路形成部２０Ｂは、例えば、ステンレス、銅、チタン等により形成することができる。なお、ベースプレート１０Ｂを構成するアルミニウムと水路形成部２０Ｂを構成するステンレス等の金属とは、ＨＩＰ法等の拡散接合により直接接合されている。

【0047】

なお、ベースプレート１０と同様にベースプレート１０Ｂにも高周波電力を給電するため、静電チャック５０側にアルミニウムの領域が必要となる。従って、ベースプレート１０Ｂ自体をステンレス等の金属から形成することはできない。

【0048】

このように、基板固定装置３では、基板固定装置１と同様に、ベースプレート１０Ｂと水路３０を有する水路形成部２０Ｂとが界面がない状態で一体化されるため、アルミニウム製のベースプレート１０Ｂに信頼性の高い水路３０を形成することができる。

【0049】

又、アルミニウムよりも耐食性が高い金属からなる水路形成部２０Ｂが水路３０の壁面を構成するため、水路３０内を流れる冷却水が水路形成部２０Ｂ以外の部分（すなわち、アルミニウム）に触れない構造となる。その結果、冷却水によるアルミニウムの腐食を防止することが可能となる。

【0050】

なお、ベースプレート１０Ｂと、ベースプレート１０Ｂに設けられた水路形成部２０Ｂと、水路形成部２０Ｂに設けられた水路３０とを含む部分をベースプレート構造体と称する場合がある。

【0051】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0052】

１、２、３ 基板固定装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ ベースプレート
１０_１ 第１部材
１０_２ 第２部材
１０ｘ、１０ｙ 貫通孔
１０ｚ 溝
２０、２０Ａ、２０Ｂ 水路形成部
３０ 水路
３０ａ 冷却水導入部
３０ｂ 冷却水排出部
４０ 接着層
５０ 静電チャック
５１ 基体
５２ 静電電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】