特開 2025-11893 静電チャック、基板固定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025011893

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】静電チャック、基板固定装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20250117BHJP

   C04B 37/00 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

C04B37/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114304

(22)【出願日】2023-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(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】春原 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】中村 達矢

【テーマコード（参考）】

4G026

5F131

【Ｆターム（参考）】

4G026BA03

4G026BB03

4G026BF09

4G026BH13

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131BA03

5F131BA04

5F131BA19

5F131BA23

5F131CA02

5F131EA03

5F131EA05

5F131EB11

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】セラミックス製の２種類の基体を簡易な方法で積層した静電チャックを提供する。
【解決手段】本静電チャックは、第１基体と、第１接着層を介して前記第１基体上に積層された第２基体と、前記第２基体に内蔵された静電電極と、を有し、前記第１基体は、酸化アルミニウムセラミックスであり、前記第２基体は、前記第１基体よりも酸化アルミニウムの純度が高い酸化アルミニウムセラミックスである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基体と、
第１接着層を介して前記第１基体上に積層された第２基体と、
前記第２基体に内蔵された静電電極と、を有し、
前記第１基体は、酸化アルミニウムセラミックスであり、
前記第２基体は、前記第１基体よりも酸化アルミニウムの純度が高い酸化アルミニウムセラミックスである、静電チャック。

【請求項2】

前記第１基体に導電体が内蔵されている、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項3】

前記第１基体の外周部と前記第２基体の外周部とが対向する領域に、前記第１接着層が存在しない環状の第１空隙が形成され、
前記第１空隙に第１シール材が配置されている、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項4】

前記第１基体の外周部に前記第２基体から離れる方向に窪む環状の第１溝が設けられ、
前記第１溝と前記第２基体の外周部とが対向する領域に、前記第１接着層が存在しない環状の第１空隙が形成され、
前記第１空隙に第１シール材が配置されている、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項5】

前記第２基体の外周部に前記第１基体から離れる方向に窪む環状の第２溝が設けられ、
前記第２溝と前記第１基体の外周部とが対向する領域に、前記第１接着層が存在しない環状の第１空隙が形成され、
前記第１空隙に第１シール材が配置されている、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項6】

前記第１基体の外周部に前記第２基体から離れる方向に窪む環状の第１溝が設けられ、
前記第２基体の外周部に前記第１基体から離れる方向に窪む環状の第２溝が設けられ、
前記第１溝と前記第２溝とが対向する領域に、前記第１接着層が存在しない環状の第１空隙が形成され、
前記第１空隙に第１シール材が配置されている、請求項１に記載の静電チャック。

【請求項7】

ベースプレートと、
前記ベースプレート上に第２接着層を介して搭載された請求項１乃至６の何れか一項に記載の静電チャックと、を有する基板固定装置。

【請求項8】

前記第２接着層は、前記第１接着層よりも厚い、請求項７に記載の基板固定装置。

【請求項9】

前記第１基体の外周部と前記ベースプレートの外周部とが対向する領域に、前記第２接着層が存在しない環状の第２空隙が形成され、
前記第２空隙に第２シール材が配置されている、請求項７に記載の基板固定装置。

【請求項10】

前記第１基体の前記ベースプレートと対向する面において、外周部と中央部とは同一平面上にあり、
前記ベースプレートの前記第１基体と対向する面において、外周部と中央部とは同一平面上にある、請求項７に記載の基板固定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャック、及び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。

【0003】

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。

【0004】

基板固定装置に搭載される静電チャックの一例として、セラミックス製の２種類の基体が積層されたものがある。２種の基体は、例えば、高温融着により一体形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０－１０７１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、高温融着は１０００℃以上の高温環境下で行ったり、融着対象となる部材の表面活性化処理を行ったり、表面粗さを極めて小さくしたりする必要があるため、簡易な積層方法ではない。

【0007】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、セラミックス製の２種類の基体を簡易な方法で積層した静電チャック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】

【0008】

本静電チャックは、第１基体と、第１接着層を介して前記第１基体上に積層された第２基体と、前記第２基体に内蔵された静電電極と、を有し、前記第１基体は、酸化アルミニウムセラミックスであり、前記第２基体は、前記第１基体よりも酸化アルミニウムの純度が高い酸化アルミニウムセラミックスである。

【発明の効果】

【0009】

開示の技術によれば、セラミックス製の２種類の基体を簡易な方法で積層した静電チャックを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施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実施形態の変形例１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】第１実施形態の変形例２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１実施形態の変形例３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5】第１実施形態の変形例４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6】第１実施形態の変形例５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】

【0011】

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。

【0012】

〈第１実施形態〉
［基板固定装置の構造］
図１は、第１実施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を参照すると、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、接着層２０と、静電チャック３０とを有している。

【0013】

ベースプレート１０は、静電チャック３０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、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度とすることができる。ベースプレート１０は、例えば、アルミニウム、銅、チタン等の金属から形成することができる。これらの中でも、安価で加工しやすいアルミニウムを用いることが好ましい。

【0014】

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利用することもできる。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静電チャック３０上に吸着されたウェハ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。

【0015】

ベースプレート１０の内部に、流路１５が設けられてもよい。流路１５は、一端に冷却媒体導入部１５ａを備え、他端に冷却媒体排出部１５ｂを備えている。流路１５は、基板固定装置１の外部に設けられた冷却媒体制御装置（図示せず）に接続される。冷却媒体制御装置（図示せず）は、冷却媒体導入部１５ａから流路１５に冷却媒体を導入し、冷却媒体排出部１５ｂから冷却媒体を排出する。流路１５に冷却媒体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３０上に吸着されたウェハを冷却することができる。冷却媒体としては、例えば、水やガルデンを用いることができる。ベースプレート１０には、流路１５の他に、静電チャック３０上に吸着されたウェハを冷却する不活性ガスを導入するガス路等を設けてもよい。

【0016】

静電チャック３０は、ベースプレート１０上に接着層２０を介して搭載されている。接着層２０としては、例えば、シリコーン系樹脂を用いることができる。接着層２０として、エポキシ系樹脂、又はアクリル系樹脂を用いてもよい。接着層２０の厚さは、厚いことが好ましい。接着層２０の厚さをより厚くすることで、金属製のベースプレートとの熱膨張差から生じるストレスを低減させる効果が得られる。

【0017】

接着層２０は、複数の接着層が積層した積層構造としてもよい。例えば、接着層２０を熱伝導率が高い接着剤と弾性率が低い接着剤とを組み合わせた２層構造とすることで、金属製のベースプレートとの熱膨張差から生じるストレスをさらに低減させる効果が得られる。

【0018】

静電チャック３０は、吸着対象物であるウェハを吸着保持する部分である。静電チャック３０の平面形状は、例えば、円形とすることができる。静電チャック３０の吸着対象物であるウェハの直径は、例えば、８、１２、又は１８インチ程度とすることができる。静電チャック３０は、例えば、クーロン力型静電チャックである。但し、静電チャック３０は、ジョンセン・ラーベック型静電チャックであってもよい。

【0019】

静電チャック３０は、第１基体３１と、接着層３３を介して第１基体３１上に積層された第２基体３４と、第２基体３４に内蔵された静電電極３５とを有している。

【0020】

第１基体３１は、誘電体である。具体的には、第１基体３１は、酸化アルミニウムセラミックスである。第１基体３１において、酸化アルミニウムの純度は、例えば、８０重量パーセント以上９７重量パーセント以下である。第１基体３１の厚さは、例えば、２～１０ｍｍ程度である。

【0021】

第１基体３１に導電体３２が内蔵されていてもよい。導電体３２は、例えば、発熱体である。発熱体は、基板固定装置１の外部から電圧を印加することで発熱し、後述の第２基体３４の載置面３４ａが所定の温度となるように加熱する。発熱体は、例えば、第２基体３４の載置面３４ａの温度を２５０℃～３００℃程度まで加熱することができる。発熱体の材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を用いることができる。発熱体は、例えば、同心円状のパターンとすることができる。なお、導電体３２は、単層配線でもよく、多層配線でもよい。

【0022】

接着層３３としては、例えば、シリコーン系樹脂を用いることができる。接着層３３として、エポキシ系樹脂、又はアクリル系樹脂を用いてもよい。接着層３３は、接着層２０と同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。接着層３３の厚さは、接着層２０の厚さよりも薄くてよい。接着層３３の上下はいずれもセラミックス基板であり、熱膨張係数が略等しいため、厚さを増やすことによりストレスを低減させる効果を持たせる必要がないためである。接着層３３の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。

【0023】

第２基体３４は、誘電体である。具体的には、第２基体３４は、第１基体３１よりも酸化アルミニウムの純度が高い酸化アルミニウムセラミックスである。第２基体３４において、酸化アルミニウムの純度は、９７重量パーセントであることが好ましく、９８重量パーセント以上であることがより好ましく、９９重量パーセント以上であることがさらに好ましい。第２基体３４の厚さは、例えば、１～５ｍｍ程度である。

【0024】

酸化アルミニウムの純度を９７重量パーセント以上とすることにより、プラズマ耐性を向上することができる。なお、純度が９７％以上であることは、焼結助剤を添加することなく形成されることを示す。又、純度が９７％以上であることは、製造工程等において意図しない不純物を含む場合もあることを意味している。

【0025】

静電電極３５は、薄膜電極であり、第２基体３４に内蔵されている。静電電極３５は、基板固定装置１の外部に設けられた電源に接続され、電源から所定の電圧が印加されると、ウェハとの間に静電気による吸着力を発生させる。これにより、静電チャック３０の第２基体３４の載置面３４ａ上にウェハを吸着保持することができる。吸着保持力は、静電電極３５に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極３５は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極３５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。

【0026】

基板固定装置１を製造するには、まず、静電チャック３０を作製する。具体的には、導電体３２を内蔵する第１基体３１と、静電電極３５を内蔵する第２基体３４を別々に準備する。そして、第１基体３１上に、未硬化の接着層３３を介して、第２基体３４を積層する。その後、接着層３３を硬化させる。接着層３３を硬化させる際の温度は、例えば、１００℃程度である。

【0027】

なお、第１基体３１は、例えば、グリーンシートにビア加工を行う工程、ビアに導電ペーストを充填する工程、導電体３２となるパターンを形成する工程、他のグリーンシートを積層して焼成する工程、表面を平坦化する工程等を含む周知の製造方法により作製することができる。また、第２基体３４は、例えば、グリーンシートにビア加工を行う工程、ビアに導電ペーストを充填する工程、静電電極３５となるパターンを形成する工程、他のグリーンシートを積層して焼成する工程、表面を平坦化する工程等を含む周知の製造方法により作製することができる。

【0028】

次に、予め流路１５等を形成したベースプレート１０を準備する。そして、ベースプレート１０上に、未硬化の接着層２０を介して、静電チャック３０の第１基体３１側を積層する。その後、接着層２０を硬化させる。接着層２０を硬化させる際の温度は、例えば、１００℃程度である。以上により、基板固定装置１が完成する。

【0029】

このように、静電チャック３０は、酸化アルミニウムセラミックスである第１基体３１と、第１基体３１よりも酸化アルミニウムの純度が高い酸化アルミニウムセラミックスである第２基体３４が、接着層３３を介して積層された構造である。接着層３３を設けることにより、高温融着のような特別な手法を用いることなく、２種類の基体を容易に積層することができる。

【0030】

例えば、高温融着は１０００℃以上の高温環境下で行う必要があるが、接着層３３の硬化は１００℃程度で行うことができる。また、高温融着を行うには、融着対象となる部材の表面活性化処理を行ったり、表面粗さを極めて小さくしたりする必要があるが、接着層３３を用いる場合は、このような工程は不要である。

【0031】

また、ウェハを吸着保持する第２基体３４において酸化アルミニウムの純度を９７重量パーセント以上とすることにより、第２基体３４のプラズマ耐性を向上することができる。

【0032】

一方、酸化アルミニウムの純度が高い第２基体３４を厚くして導電体を多層に積層すると、導電体に剥離やクラックが生じるおそれが高くなる。例えば、第２基体３４を厚くして第２基体３４に静電電極３５に加えて導電体３２を内蔵すると、焼成後に静電電極３５や導電体３２に剥離やクラックが生じるおそれが高くなる。そこで、基板固定装置１では、酸化アルミニウムの純度が高い第２基体３４は必要以上に厚くせず、静電電極３５のみを内蔵している。これにより、ＨＩＰ処理のような高コストの処理を行うことなく、静電電極３５の剥離やクラックを低減することができる。

【0033】

また、基板固定装置１では、ウェハを吸着保持しない第１基体３１において酸化アルミニウムの純度を第２基体３４よりも低くし、導電体３２は第１基体３１に形成している。酸化アルミニウムの純度が比較的低い第１基体３１に導電体３２を形成することにより、ＨＩＰ処理のような高コストの処理を行うことなく、導電体３２の剥離やクラックを低減することができる。また、酸化アルミニウムの純度が比較的低い第１基体３１は、厚くして導電体３２を多層に形成することも可能である。

【0034】

〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、シール材を備えた基板固定装置の例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。

【0035】

図２は、第１実施形態の変形例１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に示すように、基板固定装置１Ａは、シール材３８を有している点が、基板固定装置１と相違する。

【0036】

基板固定装置１Ａにおいて、第１基体３１の上面の外周部と第２基体３４の下面の外周部とが対向する領域に、接着層３３が存在しない環状の空隙が形成され、その空隙にシール材３８が配置されている。シール材３８の上面は第２基体３４の下面と密着し、シール材３８の下面は第１基体３１の上面と密着する。シール材３８としては、例えば、Ｏリング等を用いることができる。シール材３８として、接着層３３よりもプラズマ耐性の高い樹脂を用いてもよい。

【0037】

このように、接着層３３が基板固定装置１の外部に露出しないようにシール材３８を配置することにより、接着層３３をプラズマから気密に隔離することができるため、接着層３３の劣化を抑制できる。

【0038】

図３は、第１実施形態の変形例２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に示すように、基板固定装置１Ｂは、第１基体３１の上面の外周部に第２基体３４から離れる方向に窪む環状の溝３１ｘが設けられている点が、基板固定装置１Ａと相違する。基板固定装置１Ｂでは、溝３１ｘと第２基体３４の外周部とが対向する領域に、接着層３３が存在しない環状の空隙が形成され、この空隙にシール材３８が配置されている。溝３１ｘは、例えば、ブラスト加工により形成することができる。溝３１ｘの深さは、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0039】

このように、第１基体３１の外周部にシール材３８を配置する溝３１ｘを設けることにより、基板固定装置１Ａと同じ厚さのシール材３８を用いても、接着層３３の厚さを薄くすることができる。また、接着層３３の厚さを薄くできるため、接着層３３を構成する接着剤の材料選定のバリエーションが広がると共に、接着剤の使用量が少なくて済むため、材料コストを低減することができる。

【0040】

図４は、第１実施形態の変形例３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に示すように、基板固定装置１Ｃは、第２基体３４の下面の外周部に第１基体３１から離れる方向に窪む環状の溝３４ｘが設けられている点が、基板固定装置１Ａと相違する。基板固定装置１Ｃでは、溝３４ｘと第１基体３１の外周部とが対向する領域に、接着層３３が存在しない環状の空隙が形成され、この空隙にシール材３８が配置されている。溝３４ｘは、例えば、ブラスト加工により形成することができる。溝３４ｘの深さは、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0041】

このように、第２基体３４の外周部にシール材３８を配置する溝３４ｘを設けても、基板固定装置１Ｂの場合と同様の効果を奏することができる。なお、第２基体３４は、第１基体３１よりも酸化アルミニウムの純度が高いため第１基体３１よりも硬質である。そのため、溝３４ｘを形成するよりも溝３１ｘを形成する方が容易である。

【0042】

図５は、第１実施形態の変形例４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５に示すように、基板固定装置１Ｄは、第１基体３１の上面の外周部に第２基体３４から離れる方向に窪む環状の溝３１ｘが設けられ、かつ第２基体３４の下面の外周部に第１基体３１から離れる方向に窪む環状の溝３４ｘが設けられている点が、基板固定装置１Ａと相違する。基板固定装置１Ｄでは、溝３１ｘと溝３４ｘとが対向する領域に、接着層３３が存在しない環状の空隙が形成され、この空隙にシール材３８が配置されている。

【0043】

このように、第１基体３１及び第２基体３４の外周部にシール材３８を配置する溝３１ｘ及び溝３４ｘを設けてもよい。これにより、基板固定装置１Ｂ及び１Ｃと同じ厚さのシール材３８を用いても、接着層３３の厚さをさらに薄くすることができる。また、接着剤の使用量がさら少なくて済むため、材料コストをさらに低減することができる。

【0044】

図６は、第１実施形態の変形例５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６に示すように、基板固定装置１Ｅは、シール材４０を有している点が、基板固定装置１と相違する。

【0045】

基板固定装置１Ｅにおいて、第１基体３１の下面の外周部とベースプレート１０の上面の外周部とが対向する領域に、接着層２０が存在しない環状の空隙が形成され、この空隙にシール材４０が配置されている。シール材４０の上面は第１基体３１の下面と密着し、シール材４０の下面はベースプレート１０の上面と密着する。シール材４０としては、例えば、Ｏリング等を用いることができる。シール材４０として、接着層２０よりもプラズマ耐性の高い樹脂を用いてもよい。

【0046】

このように、接着層２０が基板固定装置１Ｅの外部に露出しないようにシール材４０を配置することにより、接着層２０をプラズマから気密に隔離することができるため、接着層２０の劣化を抑制できる。

【0047】

なお、シール材４０を配置する領域の第１基体３１及びベースプレート１０には溝を設けなくてよい。前述のように、接着層２０は厚い方が金属製のベースプレート１０とセラミックス製の第１基体３１との熱膨張差から生じるストレスを低減させる効果が大きくなるため、溝を設けて接着層２０を薄くする技術的意義が少ないからである。すなわち、図６に示すように、第１基体３１のベースプレート１０と対向する面において、外周部と中央部とは同一平面上にある。また、ベースプレート１０の第１基体３１と対向する面において、外周部と中央部とは同一平面上にある。

【0048】

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施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、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0049】

例えば、基板固定装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び１Ｄにおいても、基板固定装置１Ｅと同様に、シール材４０を設けてもよい。

【0050】

また、本発明に係る基板固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウエハ等）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示することができる。

【符号の説明】

【0051】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 基板固定装置
１０ ベースプレート
１５ 流路
１５ａ 冷却媒体導入部
１５ｂ 冷却媒体排出部
２０ 接着層
３０ 静電チャック
３１ 第１基体
３１ｘ，３４ｘ 溝
３２ 導電体
３３ 接着層
３４ 第２基体
３４ａ 載置面
３５ 静電電極
３８，４０ シール材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】