JP2011049196A - 静電チャック - Google Patents
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Abstract
【課題】吸着面の温度分布を均一にすることにより、吸着面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる静電チャックを提供すること。
【解決手段】静電チャック１は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を備え、吸着用電極層５１に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物２を吸着面１１に吸着させる。セラミック絶縁板１０は、ヒータ電極層６１及び冷却用ガス流路４１を内部に有する。冷却用ガス流路４１は、セラミック絶縁板１０の平面方向に延びる横穴４２を備える。吸着用電極層５１は、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも吸着面１１側に配置され、ヒータ電極層６１は、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも接合面１２側に配置される。
【選択図】図１
【解決手段】静電チャック１は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を備え、吸着用電極層５１に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物２を吸着面１１に吸着させる。セラミック絶縁板１０は、ヒータ電極層６１及び冷却用ガス流路４１を内部に有する。冷却用ガス流路４１は、セラミック絶縁板１０の平面方向に延びる横穴４２を備える。吸着用電極層５１は、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも吸着面１１側に配置され、ヒータ電極層６１は、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも接合面１２側に配置される。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正、半導体ウェハの搬送などに用いられる静電チャックに関するものである。
従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング等の処理が行われている。ドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そこで、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
具体的に言うと、特許文献１に記載の静電チャックは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極層を有しており、その吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。この静電チャックは、セラミック絶縁板の下面（接合面）に金属ベースを接合することによって構成されている。
また近年では、静電チャックに対して、吸着面に吸着された半導体ウェハの温度を調節（加熱または冷却）する機能を持たせることも考えられている。例えば、セラミック絶縁板内にヒータ電極層を設け、ヒータ電極層でセラミック絶縁板を加熱することにより、吸着面上の半導体ウェハを加熱する技術がある。また特許文献１には、セラミック絶縁板内に吸着面にて開口する冷却用ガス流路を設け、冷却用ガス流路を流れる冷却用ガス（例えばヘリウムガス）を吸着面上の半導体ウェハに接触させることにより、半導体ウェハを冷却する技術が開示されている。さらに特許文献１には、金属ベース内に冷却用流体流路を設け、冷却用流体流路を流れる冷却用流体（例えば冷却水）でセラミック絶縁板を冷却することにより、吸着面上の半導体ウェハを冷却する技術も開示されている。
ところで、上記の温度調節機能を静電チャックに持たせる場合、即ち図５に示されるように、ヒータ電極層８１、冷却用ガス流路８２及び冷却用流体流路８３を静電チャック８０に設ける場合、セラミック絶縁板８４内における吸着用電極層８５の下層側にヒータ電極層８１が配置され、ヒータ電極層８１の下層側に冷却用ガス流路８２が配置されることが多い。なお、セラミック絶縁板８４を厚さ方向から見たときに冷却用ガス流路８２が存在する領域が存在領域Ａ１であり、冷却用ガス流路８２が存在しない領域が非存在領域Ａ２である。
しかしながら、上記の場合、冷却用ガス流路８２がヒータ電極層８１と冷却用流体流路８３との間に配置されるようになる。この場合、非存在領域Ａ２では、ヒータ電極層８１から発生した熱が冷却用流体流路８３側に伝達されるため（図５の矢印Ｆ１参照）、冷却用流体流路８３を流れる冷却用流体によってセラミック絶縁板８４を確実に冷却することができる。しかし、存在領域Ａ１では、ヒータ電極層８１から発生した熱の伝達が冷却用ガス流路８２に遮られてしまうため（図５の矢印Ｆ２参照）、冷却用流体によってセラミック絶縁板８４を冷却することが困難である。即ち、存在領域Ａ１は非存在領域Ａ２よりも冷却されにくいため、吸着面８６の温度分布が不均一となり、吸着面８６に吸着された半導体ウェハを均一に加熱または冷却できなくなってしまう。よって、例えばドライエッチングを行って半導体ウェハ上にパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらつくなどの問題が生じやすいため、歩留まりが低下してしまう。
しかも、ヒータ電極層８１は、冷却用ガス流路８２よりも吸着面８６側に配置されており、ヒータ電極層８１と吸着面８６との距離が短い。よって、ヒータ電極層８１から発生した熱は、殆ど拡散しないまま吸着面８６に到達する（図５の矢印Ｆ３参照）。その結果、ヒータ電極層８１が存在する内層部での温度分布が、そのまま吸着面８６の温度分布として反映されてしまう。即ち、冷却用ガス流路８２の配置に加えて、ヒータ電極層８１の配置にも問題があることで、吸着面８６の温度分布が不均一となるため、吸着面８６に吸着された半導体ウェハを均一に加熱または冷却することが非常に困難になる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸着面の温度分布を均一にすることにより、吸着面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる静電チャックを提供することにある。
そして上記課題を解決するための手段としては、第１主面及び第２主面を有するとともに複数のセラミック層を積層してなり、内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記セラミック絶縁板は、前記セラミック絶縁板を加熱するヒータ電極層と、前記第１主面に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路とを内部に有し、前記金属ベースは、前記セラミック絶縁板を冷却する冷却用流体が流れる冷却用流体流路を内部に有し、前記冷却用ガス流路は、前記セラミック絶縁板の平面方向に延びる横穴を備え、前記吸着用電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第１主面側に配置されるとともに、前記ヒータ電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第２主面側に配置されることを特徴とする静電チャックがある。
従って、上記手段の静電チャックによると、ヒータ電極層が、冷却用ガス流路の横穴よりも第２主面側（吸着面である第１主面側の反対側）に配置されるため、ヒータ電極層と冷却用流体流路との間に空間となる層（横穴）が存在しなくなる。これにより、ヒータ電極層から発生した熱は、横穴に遮られることなく冷却用流体流路側に伝達されるため、冷却用流体流路を流れる冷却用流体によってセラミック絶縁板を確実に冷却することができる。その結果、第１主面の温度分布が均一となるため、第１主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる。
しかも、上記したように、ヒータ電極層は、横穴よりも第２主面側に配置されており、ヒータ電極層と第１主面との距離が長くなるため、ヒータ電極層から発生した熱が拡散するのに十分な距離が確保されている。よって、ヒータ電極層から発生した熱は、第１主面側に伝達されるに従って確実に拡散していく。その結果、第１主面では、ヒータ電極層の直上となる領域の温度と、ヒータ電極層の直上とはならない領域の温度との差が小さくなる。即ち、ヒータ電極層と横穴との位置関係を工夫するだけでなく、ヒータ電極層と第１主面との位置関係を工夫することによっても、第１主面の温度分布が均一になるため、第１主面に吸着された被吸着物をより均一に加熱または冷却することができる。
ここで、前記セラミック絶縁板の厚さは特に限定されないが、例えば２ｍｍ以上７ｍｍ以下であってもよい。なお、セラミック絶縁板の厚さが２ｍｍ未満になると、セラミック絶縁板中を伝達する熱が十分に拡散しないため、第１主面の温度分布が不均一になる可能性がある。また、セラミック絶縁板が薄くなりすぎるため、セラミック絶縁板の強度が低下して破損する可能性がある。一方、セラミック絶縁板の厚さが７ｍｍよりも大きくなると、熱がセラミック絶縁板中を伝達しにくくなるため、第１主面の加熱効率や冷却効率が低下する可能性がある。この場合、第１主面に吸着された被吸着物の温度調節に時間が掛かってしまう。
なお、セラミック絶縁板（前記セラミック層）を構成する材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板の第１主面の腐食を防止できるため、第１主面の平面度が低下しにくくなり、静電チャックの長寿命化を図ることができる。
なお、前記セラミック絶縁板は、前記吸着用電極層及び前記ヒータ電極層を内部に有している。吸着用電極層及びヒータ電極層を構成する材料としては特に限定されないが、同時焼成法によってこれらの導体及びセラミック層を形成する場合、導体中の金属粉末は、セラミック層の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック層がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック層がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。また、セラミック層が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。なお、吸着用電極層及びヒータ電極層は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成される。
なお、ヒータ電極層の断面形状としては特に限定されないが、一般的な形状である断面矩形状であることが好ましい。ヒータ電極層が断面矩形状であれば、ヒータ電極層が発生する熱を第１主面側に放出しやすくなるため、第１主面の加熱効率が向上する。また、ヒータ電極層の平面視での形状としては特に限定されないが、例えば平面視渦巻き状であってもよいし、平面視同心円状であってもよい。
さらに、ヒータ電極層の面積抵抗率は特に限定されないが、例えば０．１ｍΩ／ｃｍ２以上５０Ω／ｃｍ２以下であってもよい。なお、面積抵抗率が０．１ｍΩ／ｃｍ２未満になると、抵抗率が小さすぎて発熱量が小さくなるため、ヒータ電極層によってセラミック絶縁板を上手く加熱できなくなる可能性がある。一方、面積抵抗率が５０Ω／ｃｍ２よりも大きくなると、印加した電圧に対して得られる発熱量が大きすぎて発熱量を制御しにくくなる可能性がある。
また、前記セラミック絶縁板は、冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路を内部に有している。ここで、冷却用ガスとしては、ヘリウムガスや窒素ガスなどの不活性ガスを挙げることができる。なお、セラミック絶縁板が備える前記横穴が、前記セラミック絶縁板の中心部から外周部に向かって放射状に延びている場合、前記ヒータ電極層は、前記セラミック絶縁板を厚さ方向から見たときに前記横穴と重ならない領域に主として配置されていることが好ましく、特には、前記セラミック絶縁板を厚さ方向から見たときに前記横穴と全く重ならないように配置されていることがより好ましい。このようにすれば、ヒータ電極層から発生した熱が横穴に遮られることなく第１主面に伝達されるため、第１主面に吸着された被吸着物を効率良く加熱することができる。
また、前記冷却用ガス流路は、前記横穴に連通して前記セラミック絶縁板の厚さ方向に延びる縦穴をさらに備え、前記金属ベースは、前記縦穴に連通して前記金属ベースの厚さ方向に延びる連通穴を備え、前記縦穴は前記ヒータ電極層を避けて配置され、前記連通穴は前記冷却用流体流路を避けて配置されていてもよい。このようにした場合、ヒータ電極層を配置する際に縦穴の位置を考慮しなくても済み、冷却用流体流路を配置する際に連通穴の位置を考慮しなくても済むため、静電チャックの設計の自由度が高くなる。
さらに、前記金属ベースを形成する材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなることが特に好ましい。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１に示されるように、本実施形態の静電チャック１は、吸着面１１に半導体ウェハ２（被吸着物）を吸着するための装置である。静電チャック１は、セラミック絶縁板１０と、セラミック絶縁板１０の接合面１２側に接着剤層２０を介して接合される金属ベース３０とを備えている。なお、本実施形態の接着剤層２０は、シリコーン樹脂（樹脂材料）からなる接着剤であり、接着剤層２０の厚さは３００μｍに設定されている。本実施形態において、接着剤層２０の熱伝導率は０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２００ｐｐｍ／℃となっている。なお、接着剤層２０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。
図１〜図３に示されるように、セラミック絶縁板１０は、直径３００ｍｍ×厚さ３．０ｍｍの略円板状である。セラミック絶縁板１０は、第１主面である吸着面１１、及び、第２主面である接合面１２を有している。セラミック絶縁板１０は、アルミナを主成分とする焼結体からなり、６層のセラミック層１３〜１８を積層した構造を有している。本実施形態において、セラミック絶縁板１０の熱伝導率は３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は７．７ｐｐｍ／℃となっている。なお、セラミック絶縁板１０の熱膨張係数は、３０℃〜２５０℃間の測定値の平均値をいう。
また、セラミック絶縁板１０は、冷却用ガス流路４１を内部に有している。冷却用ガス流路４１には、吸着面１１に吸着された前記半導体ウェハ２を冷却するヘリウムガス（冷却用ガス）が流れるようになっている。そして、冷却用ガス流路４１は、第３層のセラミック層１５内に、セラミック絶縁板１０の平面方向に延びる複数の横穴４２を備えている。各横穴４２は、後述するヒータ電極層６１よりも吸着面１１に近い層に配置されている。各横穴４２は、断面矩形状をなし、セラミック絶縁板１０の厚さ方向の長さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下（本実施形態では１．０ｍｍ）に設定されるとともに、セラミック絶縁板１０の平面方向の長さが１．０ｍｍに設定されている。各横穴４２は、セラミック絶縁板１０の中心部Ｃ１を基準として等角度（６０°）間隔で配置されるとともに、中心部Ｃ１から外周部に向かって放射状に延びている（図４参照）。
図１，図３に示されるように、冷却用ガス流路４１は、第１層のセラミック層１３内に、一対の円環状ガス流路４３，４４と、両円環状ガス流路４３，４４同士を連結する複数の連結ガス流路４５とを備えている。両円環状ガス流路４３，４４は、厚さ方向の長さが０．０５ｍｍであって、平面方向の長さが１．５ｍｍとなる断面矩形状をなし、中心部Ｃ１に対して平面視同心円状に配置されている。また、外周側の円環状ガス流路４４には、前記吸着面１１にて開口する複数のガス噴出口４６が設けられている。各ガス噴出口４６は、円形状をなし、中心部Ｃ１を基準として等角度間隔で配置されている。また、各連結ガス流路４５は、厚さ方向の長さが０．０５ｍｍであって、平面方向の長さが１．５ｍｍとなる断面矩形状をなし、中心部Ｃ１を基準として等角度（１２０°）間隔で配置されるとともに、中心部Ｃ１から外周部に向かって放射状に延びている。
さらに図１，図３に示されるように、冷却用ガス流路４１は、前記セラミック絶縁板１０の厚さ方向に延びる縦穴４７，４８，４９をさらに備えている。内周側の縦穴４７は、直径が０．５ｍｍであり、吸着面１１側の端部が円環状ガス流路４３に連通する一方、接合面１２側の端部が横穴４２に連通している。同じく内周側の縦穴４９は、直径が２．０ｍｍであり、吸着面１１側の端部が縦穴４７と横穴４２との連通部分に連通する一方、接合面１２側の端部が接合面１２にて開口している。また、外周側の縦穴４８は、直径が０．５ｍｍであり、吸着面１１側の端部が円環状ガス流路４４に連通する一方、接合面１２側の端部が横穴４２に連通している。そして、縦穴４７〜４９は、後述するヒータ電極層６１を避けて配置されている。
図１〜図３に示されるように、セラミック絶縁板１０は、吸着用電極層５１を内部に有している。吸着用電極層５１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも吸着面１１側（具体的には、前記第３層のセラミック層１５上）に配置されている。なお図２に示されるように、吸着用電極層５１は、第３層〜第５層のセラミック層１５〜１７を貫通するスルーホール導体５２の上端面に電気的に接続され、スルーホール導体５２の下端面は、セラミック層１７の下面上に形成された第１パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層１８の所定箇所には、第１パッドを露出させる第１開口部５３が形成され、第１パッドの表面上には、第１端子ピン５４がロウ付けまたははんだ付けによって接合されている。第１端子ピン５４は、前記金属ベース３０に設けられた凹部５５内に収容されている。そして、第１端子ピン５４には、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
図１〜図３に示されるように、セラミック絶縁板１０は、同セラミック絶縁板１０を加熱する複数のヒータ電極層６１を内部に有している。各ヒータ電極層６１は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板１０内において横穴４２よりも前記接合面１２側（具体的には、第６層のセラミック層１８上）に配置されている。これにより、ヒータ電極層６１から吸着面１１までの距離は、ヒータ電極層６１から接合面１２までの距離より長くなっている。また図４に示されるように、各ヒータ電極層６１は、前記中心部Ｃ１に対して平面視渦巻き状に配置されている。これにより、各ヒータ電極層６１は、横穴４２と交差するため、セラミック絶縁板１０を厚さ方向から見たときに横穴４２と殆ど重ならないようになっている。なお図２に示されるように、ヒータ電極層６１は、セラミック層１７の下面上に形成された第２パッド（図示略）に電気的に接続されている。さらに、第６層のセラミック層１８の所定箇所には、第２パッドを露出させる第２開口部６２が形成され、第２パッドの表面上には、第２端子ピン６３がロウ付けまたははんだ付けによって接合されている。第２端子ピン６３は、金属ベース３０に設けられた凹部６４内に収容されている。そして、第２端子ピン６３には、外部端子（図示略）が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。
図１〜図３に示されるように、金属ベース３０は、アルミニウムを主成分とする材料からなっている。本実施形態において、金属ベース３０の熱伝導率は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張係数は約２３ｐｐｍ／℃となっている。なお、金属ベース３０の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、金属ベース３０は、直径３４０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの略円板状である。即ち、金属ベース３０の直径は、セラミック絶縁板１０の直径（３００ｍｍ）よりも大きく設定されている。金属ベース３０は、セラミック絶縁板１０が接合される第１面３１と、第１面３１の反対側に位置する第２面３２とを有している。
また、金属ベース３０は、冷却用流体流路７１，７２を内部に有している。冷却用流体流路７１，７２には、セラミック絶縁板１０を冷却する冷却水（冷却用流体）が流れるようになっている。各冷却用流体流路７１，７２は、前記中心部Ｃ１に対して平面視渦巻き状に配置されている。内周側の冷却用流体流路７１には、第２面３２にて開口する複数の冷却水通路７３が設けられている。また、外周側の冷却用流体流路７２は、セラミック絶縁板１０及び金属ベース３０を厚さ方向から見たときに、セラミック絶縁板１０よりも外周側に延びている。
さらに図１，図３に示されるように、金属ベース３０は、同金属ベース３０の厚さ方向に延びる直径３．０ｍｍの連通穴３３を備えている。この連通穴３３には、外部配管（図示略）を介してヘリウムガスが供給されるようになっている。連通穴３３は、第１面３１側の端部が前記縦穴４９に連通する一方、第２面３２側の端部が第２面３２にて開口している。そして、連通穴３３は、冷却用流体流路７１，７２を避けて配置されている。具体的に言うと、連通穴３３は、冷却用流体流路７１と冷却用流体流路７２との間に配置されている。
なお、本実施形態の静電チャック１を使用する場合には、吸着用電極層５１に３ｋＶの電圧を印加して静電引力を発生させ、発生した静電引力を用いて半導体ウェハ２を吸着面１１に吸着させる。このとき、冷却用ガス流路４１を流れるヘリウムガスが、ガス噴出口４６から吸着面１１と半導体ウェハ２の裏面との間に供給され、半導体ウェハ２が冷却される。また、ヒータ電極層６１に電圧を印加してセラミック絶縁板１０を加熱することにより、吸着面１１に吸着されている半導体ウェハ２が加熱される。
次に、静電チャック１の製造方法を説明する。
まず以下の手順でスラリーを調製する。アルミナ粉末（９２重量％）に、ＭｇＯ（１重量％）、ＣａＯ（１重量％）、ＳｉＯ２（６重量％）を混合し、ボールミルで５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥することにより、粉末を得る。次に、得られた粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル（３重量％）、ブチルエステル（３重量％）、ニトロセルロース（１重量％）、ジオクチルフタレート（０．５重量％）を加え、さらにトリクロロエチレン、ｎ−ブタノールを溶剤として加えた後、ボールミルで湿式混合することにより、アルミナグリーンシートを形成する際の出発材料となるスラリーを得る。
次に、このスラリーを、減圧脱泡した後、離型性の支持体（図示略）上に流し出して冷却することにより、溶剤を発散させる。その結果、厚さ０．８ｍｍの第１層〜第６層のアルミナグリーンシート（セラミック層１３〜１８となるべき未焼結セラミック層）が形成される。なお、第２層，第３層のアルミナグリーンシートには、縦穴４７，４８を形成するための貫通孔が設けられ、第５層，第６層のアルミナグリーンシートには、縦穴４９を形成するための貫通孔が設けられる。また、第１層のアルミナグリーンシートには、円環状ガス流路４３，４４及び連結ガス流路４５を形成するための貫通孔が設けられ、第４層のアルミナグリーンシートには、横穴４２を形成するための貫通孔が設けられる。さらに、第６層のアルミナグリーンシートには、凹部５５，６４を形成するための貫通孔が設けられる。また、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートには、スルーホール導体５２を形成するための貫通孔が設けられる。なお、各貫通孔は、アルミナグリーンシートを型抜きまたは機械加工することにより形成される。
また、上記したアルミナグリーンシート用の粉末にタングステン粉末を混合する。これをアルミナグリーンシートの作製時と同様の方法によってスラリー状にし、メタライズペーストを得る。
次に、第３層のアルミナグリーンシートの上面上に、従来周知のペースト印刷装置（例えばスクリーン印刷装置）を用いて、吸着用電極層５１となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの上面上に、ペースト印刷装置を用いて、ヒータ電極層６１となるメタライズペーストを印刷塗布する。さらに、第３層〜第５層のアルミナグリーンシートに設けられた貫通孔内に、スルーホール導体５２となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第６層のアルミナグリーンシートの下面上に、第１パッド及び第２パッドとなるメタライズペーストを印刷塗布する。この後、印刷されたメタライズペーストを乾燥する。
次に、冷却用ガス流路４１、開口部５３，６２及びスルーホール導体５２が形成されるように各貫通孔を位置合わせした状態で、第１層〜第６層のアルミナグリーンシートを熱圧着し、厚さを約５ｍｍとしたグリーンシート積層体を形成する。さらに、グリーンシート積層体を、所定の円板状（本実施形態では、直径３００ｍｍの円板状）にカットする。
次に、上記グリーンシート積層体を大気中にて２５０℃で１０時間脱脂し、さらに還元雰囲気中１４００〜１６００℃にて所定時間焼成する。その結果、アルミナ及びタングステンが同時焼結し、所望構造のセラミック絶縁板１０が得られる。この焼成により、寸法が約２０％小さくなるため、セラミック絶縁板１０の厚さは約４ｍｍとなる。その後、セラミック絶縁板１０の表裏両面を研磨することにより、セラミック絶縁板１０の厚さを３ｍｍにする加工を行うとともに、吸着面１１の平面度を３０μｍ以下とする加工を行う。
次に、端子ピン５４，６３にニッケルめっきを施し、ニッケルめっきを施した端子ピン５４，６３を第１，第２パッドに対してロウ付けまたははんだ付けすることにより、セラミック絶縁板１０を完成させる。その後、接着剤層２０を介してセラミック絶縁板１０を金属ベース３０に接合すれば、静電チャック１が完成する。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の静電チャック１によれば、ヒータ電極層６１が、冷却用ガス流路４１の横穴４２よりも接合面１２側に配置されるため、ヒータ電極層６１と冷却用流体流路７１，７２との間に空間となる層（横穴４２）が存在しなくなる。これにより、ヒータ電極層６１から発生した熱は、横穴４２に遮られることなく冷却用流体流路７１，７２側に伝達されるため、冷却用流体流路７１，７２を流れる冷却水によってセラミック絶縁板１０を確実に冷却することができる。その結果、吸着面１１の温度分布が均一となるため、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２を均一に加熱または冷却することができる。
しかも、上記したように、ヒータ電極層６１は、横穴４２よりも接合面１２側に配置されており、ヒータ電極層６１と吸着面１１との距離が長くなるため、ヒータ電極層６１から発生した熱が拡散するのに十分な距離が確保されている。よって、ヒータ電極層６１から発生した熱は、吸着面１１側に伝達されるに従って確実に拡散していく。その結果、吸着面１１では、ヒータ電極層６１の直上となる領域の温度と、ヒータ電極層６１の直上とはならない領域の温度との差が小さくなる。即ち、ヒータ電極層６１と横穴４２との位置関係を工夫するだけでなく、ヒータ電極層６１と吸着面１１との位置関係を工夫することによっても、吸着面１１の温度分布が均一になる。具体的に言うと、ヒータ電極層６１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が、本実施形態においては０．０４℃（従来は０．７２℃）となる。従って、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２をより均一に加熱または冷却することができる。
（２）本実施形態のセラミック絶縁板１０は、セラミックグリーンシートの成形技術（即ち、セラミック層１３〜１８の成形技術）が確立されているアルミナを主成分とする材料からなるため、冷却用ガス流路４１、吸着用電極層５１及びヒータ電極層６１などを容易に形成することができる。また、本実施形態の金属ベース３０は、微細加工が可能な金属材料（本実施形態ではアルミニウム）からなるため、冷却用流体流路７１，７２を容易に形成することができる。また、金属材料は熱伝導性に優れているため、冷却用流体流路７１，７２を流れる冷却水を用いてセラミック絶縁板１０を効果的に冷却することができる。
（３）本実施形態の接着剤層２０は、熱伝導率が比較的低いシリコーン樹脂からなっている。これにより、セラミック絶縁板１０と金属ベース３０との間で熱が伝達されにくくなるため、冷却用流体流路７１，７２を流れる冷却水によってセラミック絶縁板１０が過度に冷却されることがない。即ち、セラミック絶縁板１０を確実に冷却するためには、ヒータ電極層６１の出力を抑える必要があるため、結果としてヒータ電極層６１の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差がよりいっそう小さくなる。従って、吸着面１１に吸着された半導体ウェハ２をより均一に加熱または冷却することができる。
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態のセラミック絶縁板１０は、アルミナを主成分とする材料からなっていたが、例えばイットリアを主成分とする材料からなっていてもよい。なお、イットリアは、半導体の製造時に多用されるプラズマや腐食性ガスに対する耐食性が、アルミナよりも優れている。よって、セラミック絶縁板１０をイットリアによって形成すれば、吸着面１１の腐食をより確実に防止でき、吸着面１１の平面度がよりいっそう低下しにくくなるため、静電チャックのさらなる長寿命化を図ることができる。
・上記実施形態の静電チャック１では、半導体ウェハ２を被吸着物としていたが、液晶パネルなどの他の部材を被吸着物としてもよい。
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）第１主面及び第２主面を有するとともに複数のセラミック層を積層してなり、内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記セラミック絶縁板は、前記セラミック絶縁板を加熱するヒータ電極層と、前記第１主面に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路とを内部に有し、前記金属ベースは、前記セラミック絶縁板を冷却する冷却用流体が流れる冷却用流体流路を内部に有し、前記冷却用ガス流路は、前記セラミック絶縁板の平面方向に延びる横穴を備え、前記吸着用電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第１主面側に配置されるとともに、前記ヒータ電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第２主面側に配置され、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースは円板状をなし、前記金属ベースの直径は前記セラミック絶縁板の直径よりも大きく設定され、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースを厚さ方向から見たときに、前記冷却用流体流路が、前記セラミック絶縁板よりも外周側に延びていることを特徴とする静電チャック。
（２）第１主面及び第２主面を有するとともに複数のセラミック層を積層してなり、内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記セラミック絶縁板は、アルミナを主成分とする材料からなるとともに、前記セラミック絶縁板を加熱するヒータ電極層と、前記第１主面に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路とを内部に有し、前記接着剤層は、シリコーン樹脂からなる接着剤であり、前記金属ベースは、アルミニウムを主成分とする材料からなるとともに、前記セラミック絶縁板を冷却する冷却用流体が流れる冷却用流体流路を内部に有し、前記冷却用ガス流路は、前記セラミック絶縁板の平面方向に延びる横穴を備え、前記吸着用電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第１主面側に配置されるとともに、前記ヒータ電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第２主面側に配置されることを特徴とする静電チャック。
１…静電チャック
２…被吸着物としての半導体ウェハ
１０…セラミック絶縁板
１１…第１主面としての吸着面
１２…第２主面としての接合面
１３，１４，１５，１６，１７，１８…セラミック層
２０…接着剤層
３０…金属ベース
３３…連通穴
４１…冷却用ガス流路
４２…横穴
４７，４８，４９…縦穴
５１…吸着用電極層
６１…ヒータ電極層
７１，７２…冷却用流体流路
Ｃ１…中心部
２…被吸着物としての半導体ウェハ
１０…セラミック絶縁板
１１…第１主面としての吸着面
１２…第２主面としての接合面
１３，１４，１５，１６，１７，１８…セラミック層
２０…接着剤層
３０…金属ベース
３３…連通穴
４１…冷却用ガス流路
４２…横穴
４７，４８，４９…縦穴
５１…吸着用電極層
６１…ヒータ電極層
７１，７２…冷却用流体流路
Ｃ１…中心部
Claims (5)
- 第１主面及び第２主面を有するとともに複数のセラミック層を積層してなり、内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、前記セラミック絶縁板の前記第２主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、
前記セラミック絶縁板は、前記セラミック絶縁板を加熱するヒータ電極層と、前記第１主面に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路とを内部に有し、
前記金属ベースは、前記セラミック絶縁板を冷却する冷却用流体が流れる冷却用流体流路を内部に有し、
前記冷却用ガス流路は、前記セラミック絶縁板の平面方向に延びる横穴を備え、
前記吸着用電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第１主面側に配置されるとともに、前記ヒータ電極層が、前記セラミック絶縁板内において前記横穴よりも前記第２主面側に配置される
ことを特徴とする静電チャック。 - 前記冷却用ガス流路は、前記横穴に連通して前記セラミック絶縁板の厚さ方向に延びる縦穴をさらに備え、
前記金属ベースは、前記縦穴に連通して前記金属ベースの厚さ方向に延びる連通穴を備え、
前記縦穴は前記ヒータ電極層を避けて配置され、前記連通穴は前記冷却用流体流路を避けて配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。 - 前記セラミック絶縁板は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
- 前記接着剤層は樹脂材料からなること特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記横穴は、前記セラミック絶縁板の中心部から外周部に向かって放射状に延びており、
前記ヒータ電極層は、前記セラミック絶縁板を厚さ方向から見たときに前記横穴と重ならない領域に主として配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電チャック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009193889A JP5554525B2 (ja) | 2009-08-25 | 2009-08-25 | 静電チャック |
Applications Claiming Priority (1)
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