特開 2025-12696 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】P2025012696

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】基板固定装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20250117BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20250117BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20250117BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

C23C14/50 A

C23C16/458

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023115734

(22)【出願日】2023-07-14

(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】寺島 悠真

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 駿

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 渓太

(72)【発明者】

【氏名】山田 陽平

(72)【発明者】

【氏名】内藤 悠太

【テーマコード（参考）】

4K029

4K030

5F004

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K029AA06

4K029AA09

4K029AA25

4K029BD01

4K029DA08

4K029JA01

4K029JA06

4K030CA04

4K030CA06

4K030CA12

4K030CA17

4K030GA02

4K030KA23

4K030KA46

4K030LA15

4K030LA18

5F004BB22

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB29

5F004BD04

5F004CA04

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131BA03

5F131BA04

5F131BA19

5F131BA23

5F131CA03

5F131CA17

5F131EA03

5F131EA05

5F131EB11

5F131EB12

5F131EB13

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

5F131EB84

5F131EB87

(57)【要約】

【課題】接着層が劣化しにくく、かつベースプレート側に熱が逃げにくい構造の基板固定装置を提供する。
【解決手段】本基板固定装置は、ベースプレートと、前記ベースプレート上に設けられた接着層と、前記接着層上に設けられた断熱層と、前記断熱層上に設けられた静電チャックと、を有し前記静電チャックは、基体と、前記基体に内蔵された静電電極と、を備え、前記断熱層は、前記基体及び前記接着層より熱伝導率が低い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースプレートと、
前記ベースプレート上に設けられた接着層と、
前記接着層上に設けられた断熱層と、
前記断熱層上に設けられた静電チャックと、を有し
前記静電チャックは、基体と、前記基体に内蔵された静電電極と、を備え、
前記断熱層は、前記基体及び前記接着層より熱伝導率が低い、基板固定装置。

【請求項2】

前記接着層の厚さは、前記断熱層の厚さ以上である、請求項１に記載の基板固定装置。

【請求項3】

前記基体に内蔵された発熱体を有する、請求項１に記載の基板固定装置。

【請求項4】

前記基体と前記断熱層との間に設けられた絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層に内蔵された発熱体と、を有し、
前記断熱層は、前記絶縁樹脂層より熱伝導率が低い、請求項１に記載の基板固定装置。

【請求項5】

前記接着層は、第１接着層上に第２接着層が積層された積層構造である、請求項１に記載の基板固定装置。

【請求項6】

前記接着層及び前記断熱層は、前記ベースプレートの外周部を環状に露出するように配置され、
前記ベースプレートの外周部の環状に露出する領域上には、前記接着層及び前記断熱層の外周面を被覆するシール材が配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項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、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、ベースプレートに接着層を介して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。基板固定装置の一例として、ウェハの温度調節をするための発熱体を設けた構造のものが挙げられる。基板固定装置において、ベースプレート上に断熱層が設けられることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１３－５１１１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような構造の基板固定装置において、接着層が劣化しないようにすると共に、ベースプレート側に熱が逃げにくくすることが要求されている。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、接着層が劣化しにくく、かつベースプレート側に熱が逃げにくい構造の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、ベースプレートと、前記ベースプレート上に設けられた接着層と、前記接着層上に設けられた断熱層と、前記断熱層上に設けられた静電チャックと、を有し前記静電チャックは、基体と、前記基体に内蔵された静電電極と、を備え、前記断熱層は、前記基体及び前記接着層より熱伝導率が低い。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、接着層が劣化しにくく、かつベースプレート側に熱が逃げにくい構造の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２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4】シミュレーション結果を示す図である。

【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、断熱層３０と、静電チャック５０とを有している。

【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、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。

【0013】

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５０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。

【0014】

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５０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５０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。

【0015】

静電チャック５０は、接着層２０及び断熱層３０を介して、ベースプレート１０上に搭載されている。接着層２０及び断熱層３０は、ベースプレート１０上に設けられ、静電チャック５０は断熱層３０上に設けられている。接着層２０及び断熱層３０については、後述する。

【0016】

静電チャック５０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５０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５０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５０は、少なくとも、基体５１と、静電電極５２とを有している。図１の例では、静電チャック５０は、さらに発熱体５３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。

【0017】

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。

【0018】

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５０の基体５１の載置面５１ａ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（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を用いることができる。

【0019】

発熱体５３は、基体５１において、静電電極５２よりもベースプレート１０に近い側に内蔵されている。発熱体５３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、基体５１の載置面５１ａが所定の温度となるように加熱する。発熱体５３は、例えば、基体５１の載置面５１ａの温度を２５０℃以上４００℃以下程度まで加熱することができる。発熱体５３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。発熱体５３は、例えば、同心円状のパターンとすることができる。

【0020】

接着層２０は、ベースプレート１０上に設けられている。接着層２０は、例えば、単層構造である。接着層２０の熱伝導率は、２Ｗ／ｍＫ以上とすることが好ましい。接着層２０の材料としては、例えば、シリコーン系接着剤を用いることができる。接着層２０の厚さは、断熱層３０の厚さ以上であることが好ましい。接着層２０の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることができる。

【0021】

接着層２０は、積層構造であってもよい。図１の例では、接着層２０は、第１接着層２１上に第２接着層２２が積層された積層構造である。例えば、第２接着層２２を熱伝導率が高い接着剤で構成し、第１接着層２１を弾性率が低い接着剤で構成することで、金属製のベースプレート１０とセラミックス製の基体５１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。第１接着層２１の材料としては、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を用いることができる。第２接着層２２の材料としては、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を用いることができる。

【0022】

断熱層３０は、接着層２０上に設けられている。断熱層３０は、静電チャック５０を構成する基体５１及び接着層２０より熱伝導率が低い。断熱層３０の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。接着層２０よりも静電チャック５０側に断熱層３０を設けることにより、発熱体５３の発した熱が接着層２０に伝わることを抑制できる。これにより、接着層２０の劣化や分解による接着層２０の重量減少が起こりにくくなり、基体５１がベースプレート１０から剥がれることを抑制できる。

【0023】

断熱層３０の厚さと断熱層３０の熱伝導率は、断熱層３０の熱抵抗の増加を考慮して決定することができる。詳細は、後述のシミュレーションにより示すが、例えば、基体５１の載置面５１ａ付近の温度が２５０℃のときに、接着層２０にかかる温度を１８０℃以下に抑えたい場合、断熱層３０の厚さが１ｍｍであれば、熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下とすることができる。また、断熱層３０の厚さが０．１ｍｍであれば、熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以下とすることができる。

【0024】

なお、仮に断熱層３０を設けないとすると、基体５１の載置面５１ａ付近の温度が２５０℃以上４００℃以下程度の高温になると、接着層２０も同程度の高温になる。そのため、接着層２０の重量減少が起こり、接着層２０が破壊されて基体５１がベースプレート１０から剥がれるそれが高くなる。

【0025】

接着層２０は、ＴＧＤＴＡ測定から得られる重量減少率が２５０℃で０以上０．１％以下となることが好ましい。言い換えれば、断熱層３０の材料、厚さ、及び熱伝導率は、接着層２０のＴＧＤＴＡ測定から得られる重量減少率が２５０℃で０以上０．１％以下となるように選定することが好ましい。接着層２０が破壊されにくくなるため、基体５１がベースプレート１０から剥がれることを抑制できる。ＴＧＤＴＡ測定とは、熱重量と示差熱を同時に分析する手法であり、試料の温度を変化させ、それに伴う重量変化と吸熱発熱反応を同時に測定することができる。

【0026】

断熱層３０の材料としては、例えば、フィラーを含有したシリコーン系やエポキシ系等の絶縁性樹脂を用いることができる。材料の組成やフィラーの種類や含有量を調整することで、上記のような熱伝導率を実現することができる。

【0027】

また、断熱層３０を設けることにより、発熱体５３の発した熱がベースプレート１０側に逃げることを抑制できる。また、接着層２０を厚くすることにより、発熱体５３の発した熱がベースプレート１０側に逃げることを一層抑制できる。

【0028】

〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１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１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。

【0029】

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６０を有している点が、基板固定装置１と相違する。

【0030】

基板固定装置１Ａにおいて、接着層２０及び断熱層３０は、ベースプレート１０の外周部を環状に露出するように配置されている。そして、ベースプレート１０の外周部の環状に露出する領域上には、接着層２０及び断熱層３０の外周面を被覆するシール材６０が配置されている。シール材６０の上面は基体５１の下面と密着し、シール材６０の下面はベースプレート１０の上面と密着する。シール材６０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６０として、接着層２０及び断熱層３０よりもプラズマ耐性の高い樹脂を用いてもよい。

【0031】

このように、接着層２０及び断熱層３０が基板固定装置１Ａの外部に露出しないようにシール材６０を配置することにより、プラズマエッチング等の際に、接着層２０及び断熱層３０をプラズマから気密に隔離することができる。そのため、接着層２０及び断熱層３０の劣化を抑制できる。

【0032】

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、発熱体を静電チャックの下側に配置した基板固定装置の例を示す。なお、第２実施形態において、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。

【0033】

図３は、第２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３に示すように、基板固定装置２は、発熱部４０を有している点が、基板固定装置１と主に相違する。

【0034】

基板固定装置２において、静電チャック５０Ａは、静電チャック５０と異なり、発熱体を内蔵していない。また、基板固定装置２において、静電チャック５０Ａの下側に発熱部４０が配置されている。

【0035】

発熱部４０は、静電チャック５０Ａの基体５１と断熱層３０との間に設けられた絶縁樹脂層４１と、絶縁樹脂層４１に内蔵された発熱体４２とを有している。発熱部４０において、発熱体４２の周囲は、絶縁樹脂層４１に被覆され、外部から保護されている。

【0036】

絶縁樹脂層４１としては、例えば、高熱伝導率及び高耐熱性を有するエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を用いることができる。絶縁樹脂層４１の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫ以上とすることが好ましい。絶縁樹脂層４１にアルミナや窒化アルミニウム等のフィラーを含有させることで、絶縁樹脂層４１の熱伝導率を向上させることができる。又、絶縁樹脂層４１のガラス転移温度（Ｔｇ）は２５０℃以上とすることが好ましい。又、絶縁樹脂層４１の厚さは１００～１５０μｍ程度とすることが好ましく、絶縁樹脂層４１の厚さばらつきは±１０％以下とすることが好ましい。

【0037】

発熱体４２は、基板固定装置２の外部から電圧を印加することで発熱し、基体５１の載置面５１ａが所定の温度となるように加熱する。発熱体４２は、例えば、基体５１の載置面５１ａの温度を２５０℃以上４００℃以下程度まで加熱することができる。発熱体４２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、コンスタンタン（Ｃｕ／Ｎｉ／Ｍｎ／Ｆｅの合金）、ゼラニン（Ｃｕ／Ｍｎ／Ｓｎの合金）、マンガニン（Ｃｕ／Ｍｎ／Ｎｉの合金）等を用いることができる。発熱体４２は、例えば、同心円状のパターンとすることができる。

【0038】

なお、発熱体４２と絶縁樹脂層４１との高温下での密着性を向上するため、発熱体４２の少なくとも一つの面（上下面の一方又は双方）が粗化されていることが好ましい。もちろん、発熱体４２の上下面の両方が粗化されていてもよい。この場合、発熱体４２の上面と下面で異なる粗化方法を用いてもよい。粗化の方法は特に限定されないが、エッチングによる方法、カップリング剤系の表面改質技術を用いる方法、波長３５５ｎｍ以下のＵＶ－ＹＡＧレーザによるドット加工を用いる方法等を例示することができる。

【0039】

断熱層３０は、基体５１、接着層２０、及び絶縁樹脂層４１より熱伝導率が低い。これにより、第１実施形態と同様に、発熱体４２の発した熱が接着層２０に伝わることを抑制できる。また、発熱体４２の発した熱がベースプレート１０側に逃げることを抑制できる。また、接着層２０を厚くすることにより、発熱体４２の発した熱がベースプレート１０側に逃げることを一層抑制できる。

【0040】

〈シミュレーション〉
基体５１の載置面５１ａの温度が２５０℃、流路１５内の冷却媒体の冷却温度が７０℃となるように基板固定装置１を動作させた際に、接着層２０の上部の最高温度が１８０℃以下になるようにするための、断熱層３０の条件についてシミュレーションを行った。

【0041】

具体的には、断熱層３０を設けない場合と、断熱層３０の厚さを１．０ｍｍとし、断熱層３０の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫ、１Ｗ／ｍＫ、０．５Ｗ／ｍＫとした場合について、シミュレーションを行った。シミュレーションでは、接着層２０の最高温度、及び断熱層３０の熱抵抗の増加を算出した。また、参考のため、基体５１の載置面５１ａの温度を２５０℃とする際に必要な出力を求めた。

【0042】

【表1】

結果を図４及び表１に示す。なお、図４は、断熱層の条件を変えたときの、静電チャックの断面温度、断熱層の温度分布、及び接着層の温度分布を示している。図４及び表１に示すように、シミュレーションにより、断熱層３０がない場合、接着層２０の上部の最高温度が２３０℃となることが分かった。また、断熱層３０の厚さが１．０ｍｍで熱伝導率が１Ｗ／ｍＫのときに、接着層２０の上部の最高温度が１８０℃となり、断熱層３０がない場合よりも５０℃低くなることがわかった。また、このとき、断熱層３０の熱抵抗の増加は、０．００１ｍ^２Ｋ／Ｗであった。

【0043】

なお、ここでは、断熱層３０の厚さが１．０ｍｍの場合についてシミュレーションを行ったが、算出された断熱層３０の熱抵抗の増加（０．００１ｍ^２Ｋ／Ｗ）を用いることで、断熱層３０の厚さが１．０ｍｍ以外の場合についても、接着層２０の上部の最高温度を１８０℃とするのに必要な熱伝導率を求めることができる。例えば、断熱層３０の厚さが０．１ｍｍであれば、０．１［ｍｍ］／０．００１［ｍ^２Ｋ／Ｗ］＝０．１［Ｗ／ｍＫ］となり、断熱層３０の熱伝導率が０．１［Ｗ／ｍＫ］のときに接着層２０の上部の最高温度が１８０℃となる。

【0044】

このように、断熱層３０の厚さと断熱層３０の熱伝導率は、断熱層３０の熱抵抗の増加が０．００１ｍ^２Ｋ／Ｗ以下となるように決定することができる。これにより、基体５１の載置面５１ａ付近の温度が２５０℃になっても、接着層２０にかかる温度を１８０℃以下に抑えることができる。これにより、接着層２０の劣化や分解による接着層２０の重量減少が起こりにくくなり、基体５１がベースプレート１０から剥がれることを抑制できる。

【0045】

また、基体５１の載置面５１ａ付近の温度を４００℃等とする場合にも、上記と同様な方法により、断熱層３０に必要な厚さと熱伝導率を求めることができる。

【0046】

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。

【0047】

例えば、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】

【0048】

１，１Ａ，２ 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
２１ 第１接着層
２２ 第２接着層
３０ 断熱層
４０ 発熱部
４１ 絶縁樹脂層
４２，５３ 発熱体
５０，５０Ａ 静電チャック
５１ 基体
５１ａ 載置面
５２ 静電電極
６０ シール材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】