JP2005268735A - Electrostatic chuck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電チャックの構造に係り、更に詳しくは、高吸着力で全面ムラなく均一な吸着性が得られる静電チャックの構造に係わるものである。 The present invention relates to a structure of an electrostatic chuck, and more particularly to a structure of an electrostatic chuck that can obtain a uniform attracting property with high attracting force and without unevenness on the entire surface.
半導体製造プロセス、液晶製造プロセス、成膜プロセス等の真空、減圧、特殊ガスチャンバー内で非磁性体の非処理物を載置、固定する手段としてほとんどの場合静電チャックが使用されている。
静電チャックには通常、同時焼結型（コファイヤー型）と呼ばれる構造の静電チャックが使用されている。
同時焼結型の静電チャックは、電圧を印加する電極が誘電体セラミックスの中に包み込まれて外部雰囲気から隔離された構造からなり、誘電体セラミックスを焼成するときに電極も同時に一体焼成されるものである。
電極を外部雰囲気から完全に隔離できる点できわめて優れた構造であるが、難点は、同時焼成時、変形（反り）が起こりやすくなることである。
変形（反り）は大径になるほど大きくなり、中央部と中心部で、表面から電極までの距離に違いが発生する。距離の違いは静電吸着力にムラが発生し好ましくない。
変形（反り）の原因は、焼成時のセラミックスの収縮と、焼成するセラミックスと電極材料の線膨張係数の違いによるものである。
この焼成時の収縮と、線膨張係数の違いを回避することは本質的に不可能である。従って現実は、反りを小さくするために、ホットプレス下で焼成しているが、改善効果はあっても根本的な解決には到っていないのが実情である。しかも同時焼成型の静電チャックは製造工程でワレ等の不良が発生しやすく歩留まりが極めて低い。In most cases, an electrostatic chuck is used as a means for mounting and fixing a non-magnetic non-processed object in a vacuum, reduced pressure, or special gas chamber in a semiconductor manufacturing process, a liquid crystal manufacturing process, or a film forming process.
Generally, an electrostatic chuck having a structure called a co-sintering type (cofire type) is used as the electrostatic chuck.
A co-sintered electrostatic chuck has a structure in which an electrode to which a voltage is applied is enclosed in a dielectric ceramic and isolated from the external atmosphere, and when firing the dielectric ceramic, the electrode is also integrally fired simultaneously. Is.
Although the structure is extremely excellent in that the electrode can be completely isolated from the external atmosphere, the difficulty is that deformation (warping) is likely to occur during simultaneous firing.
Deformation (warping) increases as the diameter increases, and a difference occurs in the distance from the surface to the electrode between the central portion and the central portion. The difference in distance is not preferable because unevenness in electrostatic attraction force occurs.
The cause of deformation (warping) is due to the shrinkage of the ceramics during firing and the difference in the linear expansion coefficient between the ceramics to be fired and the electrode material.
It is essentially impossible to avoid the difference between the shrinkage during firing and the linear expansion coefficient. Accordingly, in reality, in order to reduce the warpage, firing is performed under a hot press, but the actual situation is that although there is an improvement effect, no fundamental solution has been reached. Moreover, the simultaneous firing type electrostatic chuck is liable to cause defects such as cracks in the manufacturing process, and the yield is extremely low.
かかる観点から同時焼成型の欠点を改良すべく、予め焼成された誘電体セラミックスの裏面に電極を焼成した構造の静電チャックも試みもられている。これは後焼結型（ポストファイヤー型）と呼ばれる構造である。
ポストファイヤー型の問題は、電極が処理雰囲気に剥き出しになることである。たとえ電極を二枚の板の間に挟んでも側面の隙間が残る。
周知のように、半導体プロセスでは異種元素の混入は重大な欠陥をもたらし忌み嫌われている。電極被膜が半導体処理雰囲気に剥き出しになると雰囲気汚染をもたらす可能性がある。またプラズマが直接電極に短絡して回りこむ危険がある。また成膜、液晶製造工程でも電極の変質劣化、雰囲気汚染の問題も発生する。
従ってポストファイヤー型静電チャックでは、雰囲気から電極を如何にシールするかが最も重要な課題である。From this point of view, in order to improve the disadvantages of the simultaneous firing type, an electrostatic chuck having a structure in which an electrode is fired on the back surface of a previously fired dielectric ceramic has been tried. This is a structure called a post-sintering type (post-fire type).
The problem with the post-fire type is that the electrode is exposed to the processing atmosphere. Even if the electrode is sandwiched between two plates, a gap on the side surface remains.
As is well known, the incorporation of different elements in semiconductor processes causes serious defects and is hated. If the electrode coating is exposed to the semiconductor processing atmosphere, there is a possibility of atmospheric contamination. In addition, there is a risk that the plasma will short circuit around the electrode directly. In addition, problems such as electrode deterioration and atmospheric contamination also occur during film formation and liquid crystal manufacturing processes.
Therefore, in the post-fire type electrostatic chuck, the most important issue is how to seal the electrode from the atmosphere.
従来、外部雰囲気から電極をシールする構造として図１４、図１５に示す提案がなされている。
（１）周知の様に、静電チャックの表面から電極までの深さ、つまり誘電体セラミックス の吸着部の厚さは吸着力に関係し、薄いほど吸着力は大きくなる。
現状の静電チャック（図１４、図１５）では概ね０．１〜１ｍｍ程度の厚さである 。これはコファイヤー、ポストファイヤー共、同じである。
図１４の構造（特許文献１、特許文献２に開示されている）は、本発明者らの発明 に係るものであり、はかまをはかせる様にして側面の隙間を隠す構造である。
特許文献１では、「はかま」と表現されている。特許文献２では、遮蔽リングと 表現されている。
この構造は、２枚の板の間に電極を挟む場合に比べて側面の隙間はなくなるが、 静電吸着性をよくするために被処理物を載せる面の誘電体セラミックス板の厚さを 薄く（０．５〜１ｍｍ程度）加工すると、矢印の部分は厚さが０．５〜１ｍｍで、 極端に薄いために、加工中、そしてたとえ加工が成功しても、使用中に、この部分 にクラックが発生しやすい。現実、はかま（遮蔽リング）の部分の長さは６〜１０ ｍｍ程度としても、６〜１０ｍｍの厚さの一枚板から、０．５〜１ｍｍ程度までザ グリ加工することはきわめて困難な仕事である。
（２）また図１４の構造ではウエハーを載せる面の誘電体セラミックス板の厚さを薄く加 工する時、材質によって、たとえばイットリア助剤入りの窒化アルミセラミックス 等では、変態を起こして体積膨張して変形（フクレ）する。これによってクラック が発生する場合もある。
（３）図１５の構造（特許文献３に開示されている）の様に、セラミックス基材の表面に スパッタリングやＣＶＤ法で電極金属の薄膜（１ミクロン以下の厚さ）を形成し、 この電極膜の表面に更に、この電極膜を覆い隠すようにセラミックスの絶縁被膜（ 誘電体被膜）をスパッタリングやＣＶＤ法で被覆（０．１〜０．３ｍｍ厚さ）する ことが記載されている。
この構造では絶縁被膜（誘電体被膜）もスパッタリングやＣＶＤ法で形成し、基材 セラミックスと同じ材料を成膜することが難しいために、線膨張係数の近い材料を 成膜している。この結果、基材セラミックスと成膜した絶縁被膜（誘電体被膜）と の線膨張係数の違いによる熱応力で、被膜に歪、変形が発生することが指摘されて いる。Conventionally, proposals shown in FIGS. 14 and 15 have been made as structures for sealing electrodes from an external atmosphere.
(1) As is well known, the depth from the surface of the electrostatic chuck to the electrode, that is, the thickness of the attracting portion of the dielectric ceramics is related to the attracting force, and the attracting force increases as the thickness decreases.
The current electrostatic chuck (FIGS. 14 and 15) has a thickness of about 0.1 to 1 mm. This is the same for both cofire and postfire.
The structure of FIG. 14 (disclosed in
In
This structure eliminates the gap on the side compared to the case where the electrode is sandwiched between two plates, but the thickness of the dielectric ceramic plate on the surface on which the workpiece is placed is reduced in order to improve the electrostatic adsorption property (0 When processed, the arrow part is 0.5 to 1 mm thick and extremely thin, so even during processing and even if processing is successful, there will be cracks in this part during use. Likely to happen. Actually, even if the length of the hook (shielding ring) is about 6 to 10 mm, it is extremely difficult to counterbore from a single plate with a thickness of 6 to 10 mm to about 0.5 to 1 mm. It is.
(2) Also, in the structure of FIG. 14, when the thickness of the dielectric ceramic plate on the surface on which the wafer is placed is thinned, depending on the material, for example, aluminum nitride ceramics containing yttria aid causes transformation and volume expansion. To deform. This may cause cracks.
(3) Like the structure of FIG. 15 (disclosed in Patent Document 3), an electrode metal thin film (thickness of 1 micron or less) is formed on the surface of the ceramic substrate by sputtering or CVD. Further, it is described that a ceramic insulating film (dielectric film) is further coated on the surface of the film by sputtering or CVD so as to cover the electrode film (thickness: 0.1 to 0.3 mm).
In this structure, an insulating film (dielectric film) is also formed by sputtering or CVD, and it is difficult to form the same material as the base ceramic, so a material having a linear expansion coefficient is formed. As a result, it has been pointed out that the film is distorted and deformed due to the thermal stress due to the difference in coefficient of linear expansion between the base ceramic and the insulating coating (dielectric coating) formed.
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、スパッタリングやＣＶＤ等の成膜手法を使用することなく、セラミックス基材そのものを薄く加工することによって優れた静電吸着性を発現させることができ、かつ使用中ワレの発生も防止でき、電極被膜をチャンバーの処理雰囲気からシールできる新しいポストファイヤー構造の静電チャックを提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to achieve excellent electrostatic adsorption by thinly processing the ceramic substrate itself without using a film formation technique such as sputtering or CVD. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck having a new post-fire structure that can be developed and can prevent cracking during use, and can seal an electrode coating from a processing atmosphere of a chamber.
上記課題は下記１〜１１の手段で解決できる。
すなわち、
（１）誘電体セラミックスの裏面に、該裏面を独立した複数の閉じられた区域に分割するリブが形成されてなり、該リブが取囲む凹部底面に静電チャックの電極被膜が形成されてなることを特徴とする静電チャック。
（２）上記リブが取囲む凹部の断面形状が円形である上記（１）に記載の静電チャック。
（３）上記円形断面の直径が１〜２０ｍｍである上記（２）に記載の静電チャック。
（４）上記リブが取囲む凹部に、軟ろう材料を充填してなることを特徴とする上記（３）に記載の静電チャック。
（５）誘電体セラミックスの裏面に、該裏面を独立した複数の閉じられた区域に分割するリブが形成されてなり、該リブが取囲む凹部に、該誘電体セラミックスと線膨張係数が同等あるいは同じ材質のセラミックス板を嵌め込んで、該凹部を取囲むリブの内側面と該セラミックス板の端面周囲、および該セラミックス板の底面と該リブが取囲む凹部底面をろう付けし、該セラミックス板の底面と該凹部底面のろう付け層を静電チャックの電極被膜としてなることを特徴とする静電チャック。
（６）上記リブが取囲む凹部の断面形状が円形である上記（５）に記載の静電チャック。
（７）上記円形断面の直径が１〜５０ｍｍである上記（６）に記載の静電チャック。
（８）上記凹部が形成される部位が、上記誘電体セラミックス表面の被吸着物を載置する突起の真下である上記（１）〜（７）のいずれかに記載の静電チャック。
（９）上記ろう付けが活性金属を使ったロー付である上記（５）〜（８）のいずれかに記載の静電チャック。
（１０）上記ろう付けが軟ろう付けである上記（５）〜（８）のいずれかに記載の静電チャック。
（１１）上記ろう付けがＳｉ基合金を使ったろう付けである上記（５）〜（８）のいずれかに記載の静電チャック。The above problems can be solved by the following means 1 to 11.
That is,
(1) A rib that divides the back surface into a plurality of independent closed areas is formed on the back surface of the dielectric ceramic, and an electrode film of an electrostatic chuck is formed on the bottom surface of the recess surrounded by the rib. An electrostatic chuck characterized by that.
(2) The electrostatic chuck according to (1), wherein a cross-sectional shape of the concave portion surrounded by the rib is circular.
(3) The electrostatic chuck according to (2), wherein the circular cross section has a diameter of 1 to 20 mm.
(4) The electrostatic chuck according to (3), wherein a concave portion surrounded by the rib is filled with a soft brazing material.
(5) A rib that divides the back surface into a plurality of independent closed areas is formed on the back surface of the dielectric ceramic, and a linear expansion coefficient is equal to or equal to the dielectric ceramic in a recess surrounded by the rib. Inserting a ceramic plate of the same material, brazing the inner side surface of the rib surrounding the recess and the periphery of the end surface of the ceramic plate, and the bottom surface of the ceramic plate and the bottom surface of the recess surrounded by the rib, An electrostatic chuck characterized in that a brazing layer on the bottom surface and the bottom surface of the recess is used as an electrode film for the electrostatic chuck.
(6) The electrostatic chuck according to (5), wherein a cross-sectional shape of the concave portion surrounded by the rib is circular.
(7) The electrostatic chuck according to (6), wherein the circular cross section has a diameter of 1 to 50 mm.
(8) The electrostatic chuck according to any one of (1) to (7), wherein the portion where the concave portion is formed is directly below a protrusion on which the object to be adsorbed on the surface of the dielectric ceramic is placed.
(9) The electrostatic chuck according to any one of (5) to (8), wherein the brazing is brazing using an active metal.
(10) The electrostatic chuck according to any one of (5) to (8), wherein the brazing is soft brazing.
(11) The electrostatic chuck according to any one of (5) to (8), wherein the brazing is brazing using a Si-based alloy.
（１）全面ムラなく均一な吸着力が得られる。
（静電チャック電極から吸着面までの距離が全面均一であるので）
（２）高吸着力が得られる。
（吸着力を高くするために誘電体セラミックス基材の吸着面のセラミックスを薄く 加工できる。クラックが発生しない）
（３）誘電体被膜部分は基材セラミックスから一体加工され同じ材料であるので、熱応 力による変形が発生しない。
（４）成膜手法を使用しないので安価に製造できる。
（５）プラズマ雰囲気においてプラズマが側面から電極に回り込むのを防止できる。
（チャンバー内雰囲気に対する静電チャック電極のシール性に優れている）(1) A uniform adsorption force can be obtained without unevenness on the entire surface.
(Since the distance from the electrostatic chuck electrode to the attracting surface is uniform over the entire surface)
(2) High adsorption power can be obtained.
(To increase the adsorption power, the ceramics on the adsorption surface of the dielectric ceramic substrate can be thinned. Cracks do not occur.)
(3) Since the dielectric coating part is integrally processed from the base ceramic and made of the same material, deformation due to thermal stress does not occur.
(4) Since a film forming method is not used, it can be manufactured at low cost.
(5) It is possible to prevent the plasma from flowing into the electrode from the side surface in the plasma atmosphere.
(Excellent sealing performance of electrostatic chuck electrode against chamber atmosphere)
本発明の静電チャックで使用する誘電体セラミックス材料としては、ＡｌＮ系焼結体，Ａｌ２Ｏ３系焼結体、ＳｉＣ系焼結体、イットリアセラミックス焼結体、窒化珪素系焼結体、コージライト系焼結体、ＭｇＯ系焼結体、チタン酸アルミニウム系焼結体等の、静電チャックに使用されているセラミックス焼結体は全て使用できる。
ＡｌＮ焼結体系にあっては、イットリア等の焼結助剤が数％含まれるＡｌＮ焼結体から、助剤を含んでいないＡｌＮ焼結体、あるいは電気抵抗を調整するために微量の炭素、あるいはＳｉＣ、チタニア、その他の成分が少量含まれているＡｌＮ焼結体まで、必要に応じて適宜使用できる。
Ａｌ２Ｏ３焼結体系にあっては、誘電率、電気抵抗値を調整するためにチタニア、クロミア等が含まれているアルミナ焼結体。シリカの含まれたアルミナ焼結体。マグネシア、カルシアが微量含まれたアルミナ焼結体、高純度アルミナ焼結体等まで、必要に応じて適宜使用できる。
ＳｉＣ焼結体にあっては、助剤入りから高純度焼結体品まで適宜使用できる。
窒化珪素系焼結体、コージライト系焼結体、ＭｇＯ系焼結体にあっては、誘電率、電気抵抗値、焼結性等の特性を改良するために、チタニア、クロミア、アルミナ、希土類元素の酸化物等を適宜添加されたものから高純度品まで、必要に応じて適宜使用できる。
各セラミックスは用途によって適宜使い分ければよい。The dielectric ceramic material used in the electrostatic chuck of the present invention includes an AlN sintered body, an Al 2 O 3 sintered body, an SiC sintered body, an yttria ceramic sintered body, a silicon nitride sintered body, Ceramic sintered bodies used for electrostatic chucks such as cordierite-based sintered bodies, MgO-based sintered bodies, and aluminum titanate-based sintered bodies can all be used.
In the AlN sintered system, from an AlN sintered body containing several% of a sintering aid such as yttria, an AlN sintered body containing no auxiliary agent, or a small amount of carbon to adjust electric resistance, Alternatively, an AlN sintered body containing a small amount of SiC, titania, and other components can be used as needed.
In the case of the Al 2 O 3 sintered system, an alumina sintered body containing titania, chromia and the like in order to adjust the dielectric constant and electric resistance. Alumina sintered body containing silica. An alumina sintered body containing a small amount of magnesia and calcia, a high-purity alumina sintered body, and the like can be appropriately used as necessary.
In the SiC sintered body, an auxiliary agent can be used as appropriate from a high-purity sintered body product.
For silicon nitride-based sintered bodies, cordierite-based sintered bodies, and MgO-based sintered bodies, titania, chromia, alumina, rare earths are used to improve characteristics such as dielectric constant, electrical resistance, and sinterability. From those appropriately added with oxides of elements to high-purity products, they can be used as needed.
Each ceramic may be properly used depending on the application.
本発明静電チャックのリブは、誘電体セラミックス基材の裏面から削りだして形成するもので、図１の（１），（２），（３）の構造のものを意味する。 The rib of the electrostatic chuck of the present invention is formed by cutting from the back surface of the dielectric ceramic substrate, and means the structure of (1), (2), (3) in FIG.
図１の（１）、（２）、（３）の構造は、誘電体セラミックス基材の裏面にリブを形成して裏面を複数（２つ以上）の独立した、閉じられた区域に分割し、各分割された区域の凹部底面に静電チャックの電極を形成するものである。
外周のリブは、電極膜を外部雰囲気から遮断する必要があるので、誘電体セラミックス基材と同一材料から加工される必要があるが、内側のリブは、必ずしも誘電体セラミックス基材と一枚板である必要はなく、別に加工されたリブを外周のリブにはめ込んで（３）の場合の様に、ロー付けした構造でも良い。
ロー付けは外周のリブとの交差点、および誘電体セラミックス基材底面との接触部で全てロー付けされる。（３）では十字型のリブが外周のリブにはめ込まれて外周リブとの交差点およびリブ底面が誘電体セラミックス基材の裏面にロー付けされたものである。
（１）では、リブは一枚板から加工されて誘電体セラミックス基材の裏面を１６個の独立した閉じられた区域に分割したものである。
電極被膜は各分割された区域の凹部底面に形成される。隣り合う区域を互いに異極になるようにして配置して双曲にすることができる。
（２）は、誘電体セラミックス基材の裏面にメクラ孔（ザグリ孔）を開けたものである。孔と孔の間がリブとなり、孔の底面に静電チャックの電極膜を形成することとなる。この場合、リブが囲む凹部はザグリ孔であり、凹部断面の形状は円形となる。丸いドリル刃を回転させながら垂直降下させるだけでザグリ孔を開けることができる形状である。あるいは超音波加工においても、丸い棒状の工具を垂直降下させるだけでザグリ孔を開けることができる形状であり、いずれもＸ−Ｙ方向へ移動させる必要がないので、少ない工数で面積をより小さく、かつ分割数をより多くできる構造である。最も経済的にリブ加工ができ、本願発明で最も好ましい構造である。
（１）、（２）、（３）共に、電極膜は周囲を取囲むリブによって雰囲気からシールされることとなる。外周、内側のリブの全体構造によって吸着面を裏側から補強して、吸着面を薄く加工する際の変形、ワレを防ぐ。また使用中の応力ワレを防止する。
リブによる分割数は多いほど好ましい。つまりより小さく、より多く分割するほど好ましい。The structure of (1), (2), (3) of FIG. 1 divides the back surface into a plurality of (two or more) independent closed areas by forming ribs on the back surface of the dielectric ceramic substrate. The electrode of the electrostatic chuck is formed on the bottom surface of the recess in each divided area.
The outer rib needs to be cut from the same material as the dielectric ceramic substrate because the electrode film needs to be shielded from the external atmosphere, but the inner rib is not necessarily made of a single plate with the dielectric ceramic substrate. There is no need to be such that a separately processed rib is fitted into the outer peripheral rib and brazed as in (3).
The brazing is performed by brazing at the intersection with the outer peripheral rib and the contact portion with the bottom surface of the dielectric ceramic substrate. In (3), a cross-shaped rib is fitted into the outer peripheral rib, and the intersection with the outer peripheral rib and the bottom surface of the rib are brazed to the back surface of the dielectric ceramic substrate.
In (1), the rib is processed from a single plate and the back surface of the dielectric ceramic substrate is divided into 16 independent closed areas.
The electrode coating is formed on the bottom surface of the recess in each divided area. Adjacent areas can be arranged so as to be different from each other to be hyperbolic.
(2) is one in which a mekaku hole (counterbore hole) is formed on the back surface of the dielectric ceramic substrate. A rib is formed between the holes to form an electrode film for the electrostatic chuck on the bottom surface of the hole. In this case, the recess surrounded by the rib is a counterbore hole, and the shape of the cross section of the recess is circular. It is a shape that allows you to open a counterbore simply by moving the round drill blade down vertically. Alternatively, even in ultrasonic machining, it is a shape that can open a counterbore simply by vertically lowering a round bar-shaped tool, and since there is no need to move them in the XY direction, the area is smaller with fewer man-hours, In addition, the structure can increase the number of divisions. This is the most preferred structure in the present invention because it can be most economically ribbed.
In both (1), (2), and (3), the electrode film is sealed from the atmosphere by the ribs surrounding the electrode film. The entire structure of the outer and inner ribs reinforces the suction surface from the back side, preventing deformation and cracking when processing the suction surface thinly. Also prevents stress cracking during use.
The larger the number of divisions by ribs, the better. In other words, the smaller and more divided, the better.
リブで分割する数は、凹部底面のリブとリブの間の距離で決めればよい。
凹部底面の厚さを０．５ｍｍに加工するとして、リブとリブの間の距離は２０ｍｍ以下が好ましい。
凹部の断面形状が円形、つまり凹部が丸いザグリ孔の場合は、底面の直径がリブとリブの間の距離となり、直径は２０ｍｍ以下が好ましい。
凹部断面が楕円およびこれに類するアスペクト比が大きい細長断面形状の場合、短軸部の距離が２０ｍｍ以下が好ましい。
距離（直径）が２０ｍｍを超えるとリブとの境目でクラックが発生することがあるので好ましくない。したがって凹部底面のリブとリブの間の距離（直径）が２０ｍｍ以下になるようにリブで分割して加工すればよい。The number of ribs to be divided may be determined by the distance between the ribs on the bottom surface of the recess.
Assuming that the thickness of the bottom surface of the recess is processed to 0.5 mm, the distance between the ribs is preferably 20 mm or less.
When the cross-sectional shape of the concave portion is circular, that is, a counterbore hole having a round concave portion, the diameter of the bottom surface is the distance between the ribs, and the diameter is preferably 20 mm or less.
In the case where the cross section of the concave portion is an ellipse and an elongated cross sectional shape having a large aspect ratio, the distance between the short shaft portions is preferably 20 mm or less.
If the distance (diameter) exceeds 20 mm, a crack may occur at the boundary with the rib, which is not preferable. Therefore, it is only necessary to divide and process the ribs so that the distance (diameter) between the ribs on the bottom surface of the recess is 20 mm or less.
図２〜４は、誘電体セラミックス基材の裏面に静電チャックの単極を形成する時の説明図（模式図）である。図６〜７は双曲を形成するときの説明図（模式図）である。単極、双曲のパターン形状は図５に示す。 2-4 is explanatory drawing (schematic diagram) when forming the single pole of an electrostatic chuck in the back surface of a dielectric material ceramic base material. 6-7 is explanatory drawing (schematic diagram) when forming a hyperbola. The monopolar and hyperbolic pattern shapes are shown in FIG.
図２で、誘電体セラミックス円板１を図の様なお盆形状に加工する。
円板は７〜１０ｍｍ程度の厚さから出発して、表面から数ミリザグリ加工してお盆形状にする。お盆の底面の厚さ、つまり孔をあける底板の厚さは３〜４ｍｍ残す。つまり表面からザグリ加工してゆき、底板の厚さが３〜４ｍｍになったところでやめる。
次にお盆の底面（底板）に電極孔（ザグリ孔）３を開けてゆく。電極孔はダイヤモンドドリル、あるいは超音波加工によって穿孔する。Ａ−Ａ断面図の様に穿孔して、貫通せず、１ｍｍ程度残す。
静電チャックの静電吸着用電極膜は孔の底面に形成するので、孔径が電極面積を決めることになる。
孔径は１〜２０ｍｍ程度が良い。もつとも好ましくは、３〜６ｍｍである。
前記したように２０ｍｍを超えると、リブとの境界でクラックが発生することがあるので好ましくない。
ザグリ孔を開けるお盆の底面の厚さは、少なくとも２ｍｍ以上必要であり、この時のザグリ孔の深さは概ね１ｍｍ深さが限界である。深さ１ｍｍのザグリ孔を開けるためには、ザグリ孔径は、少なくとも１ｍｍ以上が好ましい。
孔径が１ｍｍ未満では、深さに比して孔径が小さすぎるために、経済的な価格で孔をザクリ加工することが実質困難になる。また電極径が小さくなると相対的に静電吸着力が小さくなるので、同等の吸着力を確保するためには、同等の電極面積確保する必要があり、結果的に孔の数を二乗倍で増やすことが必要になる。極めてコスト高になり、経済的に不利である。したがって以上の理由で、孔径は１ｍｍ以上が好ましい。
次にお盆を裏返して、お盆の裏面を平面研削して厚さを薄くしてゆく。このようにして電極孔の底面の厚さを０．５ｍｍまで、あるいは必要に応じて更に薄く加工する。In FIG. 2, the dielectric
The disk starts from a thickness of about 7 to 10 mm and is processed into a tray shape by machining several millimeters from the surface. The thickness of the bottom of the tray, that is, the thickness of the bottom plate for punching holes, is left 3-4 mm. In other words, the counterbore is processed from the surface and stopped when the thickness of the bottom plate becomes 3 to 4 mm.
Next, an electrode hole (counterbore hole) 3 is opened on the bottom (bottom plate) of the tray. The electrode hole is drilled by a diamond drill or ultrasonic machining. Perforate as shown in the A-A cross-sectional view and leave about 1 mm without penetrating.
Since the electrostatic chucking electrode film of the electrostatic chuck is formed on the bottom surface of the hole, the hole diameter determines the electrode area.
The hole diameter is preferably about 1 to 20 mm. It is preferably 3 to 6 mm.
As described above, if it exceeds 20 mm, cracks may occur at the boundary with the rib, which is not preferable.
The thickness of the bottom of the tray for opening the counterbore must be at least 2 mm, and the depth of the counterbore at this time is limited to about 1 mm. In order to open a counterbored hole having a depth of 1 mm, the counterbored hole diameter is preferably at least 1 mm.
If the hole diameter is less than 1 mm, the hole diameter is too small compared to the depth, and therefore it is substantially difficult to counter-process the hole at an economical price. In addition, since the electrostatic adsorption force becomes relatively small when the electrode diameter becomes small, it is necessary to secure an equivalent electrode area in order to secure the equivalent adsorption force, and consequently increase the number of holes by a square factor. It will be necessary. It is extremely expensive and economically disadvantageous. Therefore, the hole diameter is preferably 1 mm or more for the above reasons.
Next, turn the tray over, and ground the back of the tray to reduce the thickness. In this way, the bottom surface of the electrode hole is processed to a thickness of 0.5 mm or thinner if necessary.
次に図３で、穿孔した孔の底面、孔の側面、及び孔の入口側の面（お盆の底板の面）にメタライズ用の金属ペーストを塗布して、加熱溶融してメタライズ層４を形成する。メタライズ層４は、孔の入口側の面（お盆の底板の面）全面から孔の側面、孔の底面に電気的につながる連続膜である。 Next, in FIG. 3, a metallizing metal paste is applied to the bottom surface of the hole, the side surface of the hole, and the surface on the inlet side of the hole (the surface of the bottom plate of the tray), and is heated and melted to form the metalized layer 4 To do. The metallized layer 4 is a continuous film electrically connected from the entire surface on the inlet side of the hole (the surface of the bottom plate of the tray) to the side surface of the hole and the bottom surface of the hole.
メタライズ用金属には、活性金属ロー材、軟ロー材、Ｓｉ基合金が好ましい。
活性金属ロー材には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｃｕ合金、Ｔｉ入り金ロー等のロー材が好ましい。
軟ローには、Ｉｎ、Ｉｎ−Ｔｉ、Ｓｎ−Ｔｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｔｉ合金等が好ましい。
Ｓｉ基合金は高温で使用する用途に対して好ましい。
Ｓｉ基合金には、初晶Ｓｉが晶出する亜共晶組成あるいは初晶珪化物が品出する過共晶組成、あるいは珪化物単体組成のＳｉ合金が好ましい。使用する誘電体セラミックス基材の膨張係数に適合するように組成を選択すればよい。
たとえば、亜共晶、過共晶組成のＳｉ−（１０〜３５）％Ｃｏ，Ｓｉ−（７〜３０）％Ｎｉ，Ｓｉ−（７〜３０）％Ｔｉ，Ｓｉ−（１５〜４０）％Ｚｒ，Ｓｉ−（１０〜３５）％Ｃｏ−（０．５〜５）％Ｂ，Ｓｉ−（７〜３０）％Ｎｉ−（０．５〜５）％Ｂ，Ｓｉ−（７〜３０）％Ｔｉ−（０．５〜５）％Ｂ等々の合金が好ましい。
あるいは珪化物単体組成のＳｉ−（５０−８０）％Ｃｏ，Ｓｉ−（５０〜８０）％Ｎｉ，Ｓｉ−（４５〜７５）％Ｔｉ，Ｓｉ−（６０〜８０）％Ｚｒ，Ｓｉ−（５０〜８０）％Ｃｏ−（０．５〜５）％Ｂ，Ｓｉ−（５０〜８０）％Ｎｉ−（０．５〜５）％Ｂ，Ｓｉ−（４５〜７５）％Ｔｉ−（０．５〜５）％Ｂ等々の合金が好ましい。
亜共晶組成は、窒化アルミ系、窒化珪素系、炭化珪素系、アルミナ系に、過共晶組成は、アルミナ系に、珪化物組成は、マグネシア系基材に好適に使用できる。The metal for metallization is preferably an active metal brazing material, a soft brazing material, or a Si-based alloy.
The active metal brazing material is preferably a brazing material such as an Ag-Cu-Ti alloy, a Ti-Zr-Cu alloy, or a Ti-containing gold brazing material.
For soft low, In, In—Ti, Sn—Ti, Sn—Ag—Ti alloys and the like are preferable.
Si-based alloys are preferred for applications that are used at high temperatures.
The Si-based alloy is preferably a hypoeutectic composition from which primary Si is crystallized, a hypereutectic composition from which primary crystal silicide is produced, or a Si alloy having a single silicide composition. What is necessary is just to select a composition so that the expansion coefficient of the dielectric ceramic base material to be used may be adapted.
For example, Si- (10-35)% Co, Si- (7-30)% Ni, Si- (7-30)% Ti, Si- (15-40)% Zr having a hypoeutectic and hypereutectic composition. , Si- (10 to 35)% Co- (0.5 to 5)% B, Si- (7 to 30)% Ni- (0.5 to 5)% B, Si- (7 to 30)% Ti Alloys such as-(0.5-5)% B are preferred.
Alternatively, Si- (50-80)% Co, Si- (50-80)% Ni, Si- (45-75)% Ti, Si- (60-80)% Zr, Si- (50 -80)% Co- (0.5-5)% B, Si- (50-80)% Ni- (0.5-5)% B, Si- (45-75)% Ti- (0.5 ~ 5) Alloys such as% B are preferred.
The hypoeutectic composition can be suitably used for aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and alumina, the hypereutectic composition can be used for the alumina, and the silicide composition can be suitably used for the magnesia substrate.
メタライズ層はＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ等の無電解めっき皮膜でも良い。無電解めっきを使用すると孔の底面、側面、孔の入口側の面（お盆の底板の面）まで厚さが均一な連続被膜を形成できる。 The metallized layer may be an electroless plating film such as Ni-P, Ni-B, or Co-P. When electroless plating is used, a continuous film having a uniform thickness can be formed from the bottom and side surfaces of the hole to the surface on the inlet side of the hole (the surface of the bottom plate of the tray).
次に図４で、蓋のセラミックスを嵌め込んで接合する。蓋のセラミックスは誘電体セラミックス円板と同じ材料を使い、外周のリブに嵌入できる寸法に加工したセラミックス板を嵌め込んで図３で示した孔の入口側（お盆の底板の面）のメタライズ面と接合する。接合にはメタライズ層と同じロー材でもよいし、また異なるものを使用しても良い。また蓋、及び誘電体セラミックス円板の両方を一旦メタライズしてロー付けしてもよいし直接ロー付けでも良い。又は蓋、及び誘電体セラミックス円板の両方に無電解めっきでメタライズしておき、めっき面同士を軟ろう材でろう付けする方法でも良い。
蓋には電極孔を開けておき、接合時電極も差し込み、電極とメタライズ層を接合する。
静電チャック電極被膜には、この電極から電圧印加する。
蓋の側面と誘電体セラミックス円板の外周のリブとの隙間には、無機質の封止材を充填してシールする。
なお本発明では、蓋をはめ込んで接合することを必須条件とするものではない。必要に応じて蓋は使用せずそのまま使用しても良い。Next, in FIG. 4, the lid ceramic is fitted and joined. The ceramic of the lid is made of the same material as the dielectric ceramic disk, and a metallized surface on the entrance side of the hole shown in FIG. Join with. For joining, the same brazing material as the metallized layer may be used, or a different one may be used. Further, both the lid and the dielectric ceramic disk may be once metallized and brazed, or may be directly brazed. Alternatively, a method of metallizing both the lid and the dielectric ceramic disk by electroless plating and brazing the plated surfaces with a soft brazing material may be used.
An electrode hole is made in the lid, and an electrode is also inserted at the time of joining, and the electrode and the metallized layer are joined.
A voltage is applied to the electrostatic chuck electrode coating from this electrode.
The gap between the side surface of the lid and the outer peripheral rib of the dielectric ceramic disk is filled with an inorganic sealing material and sealed.
In the present invention, it is not an essential condition that the lid is fitted and joined. If necessary, the lid may be used as it is without being used.
図６〜７は、双曲を形成するときの説明図である。図３の単極では、孔の入口面（お盆の底板の面）は全面ベタでメタライズしたが、双曲では、孔と孔を図５のパターン模様に電気的な導通被膜で接続する。
図７に示したパターン模様のメタライズは、お盆の底板の面にペースト印刷して焼き付ける方法、あるいはメッキ不要の面はレジストでマスクして無電解メッキして、メッキ後レジストを剥ぎ取ってパターン模様のメッキ被膜を形成する。6-7 is explanatory drawing when forming a hyperbola. In the unipolar of FIG. 3, the entrance surface of the hole (the surface of the bottom plate of the tray) is metallized all over, but in the hyperbolic, the hole and the hole are connected to the pattern pattern of FIG. 5 by an electrically conductive film.
The pattern pattern metallization shown in Fig. 7 can be done by paste printing on the surface of the bottom plate of the tray, or by masking the surface that does not require plating with a resist, electroless plating, and stripping the resist after plating. The plating film is formed.
シリコンウエハーのプラズマ処理等で使用される静電チャックでは、載置したウエハーの底面を冷却できるようにＨｅガス等の冷却ガスを流す構造がある。
図８〜１１は、裏ガス冷却構造の説明図である。図８，９は表面の斜視図、平面図、図１０，１１は断面図である。
静電チャック吸着面側の表面には、外周部に平たく帯状に盛り上がった平坦部、及び平坦部の内側に無数の突起が形成されている。帯状に盛り上がった平坦部と無数の突起は同じ高さである。ウエハーは、この帯状に盛り上がった平坦部と突起の上に載置される。平坦部と突起部以外の部分は、レベルが下であり、ウエハーとの間に隙間が形成されている。冷却用のガスはここを通って流れる。
図面では、平坦部、突起部の盛り上がりを誇張して描いているが、実際の盛り上がりは、５０〜１００ミクロン程度のものであり、わずかなものである。
かかる構造の静電チャックにあっては、静電チャックの電極被膜を形成する電極孔（ザグリ孔）は、少なくとも、この突起の下に形成する。ウエハーと接触しているのは突起の部分であるので、吸着を良くするためには、突起の下には必ず電極孔を形成するほうが良い。An electrostatic chuck used in plasma processing or the like of a silicon wafer has a structure in which a cooling gas such as He gas is supplied so that the bottom surface of the mounted wafer can be cooled.
8-11 is explanatory drawing of a back gas cooling structure. 8 and 9 are a perspective view and a plan view of the surface, and FIGS. 10 and 11 are sectional views.
On the surface on the electrostatic chuck attracting surface side, a flat portion that swells flat in a flat shape on the outer peripheral portion and innumerable protrusions are formed inside the flat portion. The flat part and the innumerable protrusions raised in a band shape have the same height. The wafer is placed on the flat portions and protrusions raised in the band shape. The portions other than the flat portion and the protruding portion are at a lower level, and a gap is formed between the wafer and the wafer. The cooling gas flows through here.
In the drawing, the bulges of the flat portion and the protrusion are exaggerated, but the actual bulge is about 50 to 100 microns and is slight.
In the electrostatic chuck having such a structure, an electrode hole (counterbore hole) for forming an electrode film of the electrostatic chuck is formed at least under the protrusion. Since the portion of the protrusion is in contact with the wafer, in order to improve the adsorption, it is better to always form an electrode hole under the protrusion.
図１〜１１の構造では、リブで囲まれた凹部（扇型断面、丸断面の電極孔）は空洞のままである。この部分では熱伝導は阻害されるので、必要に応じて孔の空所に良熱伝導物質を充填する。
図１２は、焼結したセラミックスを充填したものである。すなわち、丸断面形状の電極孔にあっては、静電チャックの誘電体セラミックスと線膨張係数が同等（あるいは同じ材質）のセラミックス焼結体を使って丸孔に嵌め込み出来る様に形状、寸法を加工された円板を用意し、この円板をリブで囲まれた電極孔の中に嵌め込んで、円板の底面と電極孔の底面を、そして円板の外周面と電極孔の内面を接合したものである。
扇型断面の電極孔にあっては、同じく静電チャックの誘電体セラミックスと線膨張係数が同等（あるいは同じ材質）のセラミックス焼結体を使って、扇型の電極孔に嵌め込み出来る様に形状、寸法を加工された扇型の板を用意し、この板をリブで囲まれた扇型の電極孔の中に嵌め込んで、板の底面と扇型の電極孔の底面を、そして板の外周面と扇型の電極孔の内面を接合したものである。本構造は請求項５の発明の構造である。In the structure of FIGS. 1 to 11, the recesses (fan-shaped cross section, round cross-section electrode hole) surrounded by ribs remain hollow. Since heat conduction is hindered in this portion, a good heat conductive material is filled in the void space as necessary.
FIG. 12 is a view filled with sintered ceramics. In other words, the shape and dimensions of the electrode hole having a round cross-sectional shape are such that it can be fitted into the round hole using a ceramic sintered body having the same (or the same material) linear expansion coefficient as the dielectric ceramic of the electrostatic chuck. Prepare a processed disk, and insert the disk into the electrode hole surrounded by ribs, and connect the bottom surface of the disk and the bottom surface of the electrode hole, and the outer peripheral surface of the disk and the inner surface of the electrode hole. It is joined.
The fan-shaped electrode hole is shaped so that it can be fitted into the fan-shaped electrode hole using a ceramic sintered body with the same (or the same material) linear expansion coefficient as the dielectric ceramic of the electrostatic chuck. , Prepare a fan-shaped plate with processed dimensions, fit this plate into the fan-shaped electrode hole surrounded by ribs, and place the bottom of the plate and the bottom of the fan-shaped electrode hole, The outer peripheral surface is joined to the inner surface of the fan-shaped electrode hole. This structure is the structure of the invention of claim 5.
本構造では、すくなくとも凹部電極孔の中に線膨張係数の同等なセラミックス（あるいは同じ材質の材料）板が嵌め込まれ、誘電体セラミックス基材と全面一体的にろう付けされており、凹部の空所は完全に埋められている。嵌め込んだ板と誘電体セラミックス基材は一体化しており、強度的にも、熱伝導的にもあたかも一枚の板のように挙動する。これによって静電吸着力を大きくするために、シリコンウエハーを載せる誘電体セラミックス表面を、電極孔径２０ｍｍで、吸着部の厚さを０．１〜０．２ｍｍ程度まで薄く加工しても、変形、割れ、亀裂が発生するのを防止できる。吸着部の厚さ０．５ｍｍ厚さでは、電極孔径は５０ｍｍまではクラックが発生しない。凹部断面が楕円およびこれに類するアスペクト比が大きい細長断面形状の場合、短軸部の距離が５０ｍｍまではクラックが発生しない。距離（直径）が５０ｍｍを超えるとクラックが発生することがあるので、５０ｍｍ以下が好ましい。 In this structure, a ceramic plate (or material of the same material) with the same linear expansion coefficient is inserted into at least the recessed electrode hole, and is brazed integrally with the dielectric ceramic base material. Is completely buried. The fitted plate and the dielectric ceramic substrate are integrated, and behave as if they were a single plate in terms of strength and heat conduction. In order to increase the electrostatic attraction force, the dielectric ceramic surface on which the silicon wafer is mounted is deformed even if the electrode hole diameter is 20 mm and the thickness of the adsorption portion is thinned to about 0.1 to 0.2 mm. It is possible to prevent cracks and cracks from occurring. When the thickness of the adsorbing portion is 0.5 mm, cracks do not occur until the electrode hole diameter is 50 mm. In the case where the concave section has an elliptical shape and an elongated sectional shape having a large aspect ratio, cracks do not occur until the distance of the short axis portion is 50 mm. Since cracks may occur when the distance (diameter) exceeds 50 mm, it is preferably 50 mm or less.
なお本発明の電極孔とは、底面に静電チャックの電極膜が形成された孔、あるいは電極膜を形成することを目的に形成された孔を意味し、孔の断面形状は扇型、丸型のみに限定されるものではない。楕円形状、アスペクト比の大きい細長形状、四角形、三角形等々、その他の形状を必要に応じて適宜採用することができる。またリブで囲まれた凹部とは、電極孔を意味するものである。 The electrode hole of the present invention means a hole in which the electrode film of the electrostatic chuck is formed on the bottom surface, or a hole formed for the purpose of forming the electrode film. It is not limited to molds only. Other shapes such as an elliptical shape, an elongated shape having a large aspect ratio, a quadrangle, a triangle, and the like can be appropriately employed as necessary. Moreover, the recessed part enclosed by the rib means an electrode hole.
本構造接合用のろう材は、前記した活性金属ろう材、軟ろう材、Ｓｉ基合金が好適に使用できる。常温近傍で使用する用途には、活性金属ろう材、軟ろう材が、高温（〜８００℃）用途にはＳｉ基合金が好ましい。
接合は、前記したように、一旦メタライズした後、ろう付けしてもよいし、活性金属ろう材、Ｓｉ基合金で直接ろう付けしても良い。あるいはＩｎを使って直接接合しても良い。また、もちろん両方の板を無電解メッキでメタライズした後、メッキ面同士を軟ろう材等でろう付けしても良い。As the brazing material for this structural joining, the above-mentioned active metal brazing material, soft brazing material, and Si-based alloy can be suitably used. An active metal brazing material and a soft brazing material are preferable for uses near room temperature, and a Si-based alloy is preferable for high temperature (˜800 ° C.) applications.
As described above, joining may be performed after metallization and then brazing, or may be brazed directly with an active metal brazing material or a Si-based alloy. Alternatively, direct bonding may be performed using In. Of course, both the plates may be metalized by electroless plating, and then the plated surfaces may be brazed with a soft brazing material or the like.
電極孔の空所には、軟ろう材を充填しても良い。即ち、Ｉｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｔｉ、Ｓｎ−Ｔｉ合金軟ろう等を充填しても良い。あるいは前記したＳｉ基合金を充填しても良い。あるいは前記した活性金属ろう材を充填しても良い。あるいは金属の板を充填しても良い。あるいは金属とセラミックスの複合材料の板を充填しても良い。
複合材料は、セラミックスの多孔体に金属を溶浸した材料や、金属粉末とセラミックス粉末を混合焼結した材料が好適である。
充填は、電極孔を一旦メタライズして充填してもよいし、あるいはＩｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｔｉ、Ｓｎ−Ｔｉ合金、Ｓｉ基合金等を溶融して孔の中に直接充填しても良い。金属、金属とセラミックスの複合材料の板を充填する時は、充填した板の周囲と基材をロー付けしたほうが良い。充填する板は、誘電体セラミックス基材と線膨張係数が同等であることが望ましい。たとえばＮＮセラミックス焼結体に対して、Ｍｏ，Ｗのような組合せにする。The voids of the electrode holes may be filled with a soft brazing material. That is, In, In—Sn, In—Ti, Sn—Ti alloy soft solder or the like may be filled. Alternatively, the aforementioned Si-based alloy may be filled. Alternatively, the above active metal brazing material may be filled. Alternatively, a metal plate may be filled. Alternatively, a metal and ceramic composite plate may be filled.
The composite material is preferably a material in which a metal is infiltrated into a ceramic porous body or a material in which a metal powder and a ceramic powder are mixed and sintered.
The filling may be performed by metallizing the electrode holes once, or by filling In, In-Sn, In-Ti, Sn-Ti alloy, Si-based alloy, etc. directly into the holes. good. When filling a plate of metal, a composite material of metal and ceramics, it is better to braze the periphery of the filled plate and the substrate. The plate to be filled preferably has the same linear expansion coefficient as that of the dielectric ceramic substrate. For example, a combination such as Mo and W is used for the NN ceramic sintered body.
電極孔底面の電極膜は、直接ろう付けしたときは、ろう付け層が電極膜となる。メタライズしてろう付けしたときは、メタライズ膜とろう付け層の両方が電極膜となる。上記直接充填したときは、充填した金属部分が電極となる。 When the electrode film on the bottom surface of the electrode hole is directly brazed, the brazing layer becomes the electrode film. When metallized and brazed, both the metallized film and the brazed layer become electrode films. When the direct filling is performed, the filled metal portion becomes the electrode.
本発明で使用する誘電体セラミックス基材のリブは一枚の板から加工して形成することが望ましいが、図１３に示したように電極孔の貫通孔を開けた部分と、底面の板の部分を別々に加工して、これを重ね合わせて機密焼結した構造でも良い。たとえば両方の焼結体の接合面を平滑に研磨し、セラミックスの助剤成分のゾルを研磨面に塗布して重ね合わせて加圧焼結して機密接合することができる。本発明の誘電体基材は、このように複数の焼結体の板を重ね合わせて無機材料で機密焼結した構造でも良い。
なお本発明の誘電体セラミックス基材は、粉末成形した後のグリーンの板、あるいは仮焼結した板から、予め目標に近い寸法まである程度機械加工して、あるいは、必要に応じて孔加工して、しかる後に焼成するようにすることが好ましい。本発明の一枚板から切り出すとは、このように、ある程度実寸法に近い寸法に、予め加工して焼結した板から切り出すことも包含するものであることは言うまでもないことである。The ribs of the dielectric ceramic substrate used in the present invention are preferably formed by processing from a single plate. However, as shown in FIG. A structure may be used in which the parts are processed separately and are superposed and secretly sintered. For example, the bonded surfaces of both sintered bodies can be polished smoothly, and a sol of a ceramic auxiliary component can be applied to the polished surface and superposed and pressure-sintered for secret bonding. The dielectric substrate of the present invention may have a structure in which a plurality of sintered plates are overlapped and secretly sintered with an inorganic material.
In addition, the dielectric ceramic substrate of the present invention is machined to some extent in advance from a green plate after powder molding or a pre-sintered plate to a size close to a target, or drilled as necessary. It is preferable to fire after that. It is needless to say that cutting out from a single plate of the present invention includes cutting out from a plate that has been processed and sintered in advance to a size close to the actual size.
実施例によって本発明を説明する。
実施例１（図２の構造）
誘電体セラミックス基材：直径１５０ｍｍ×６ｍｍ厚さのアルミナ系セラミックス円板 （アルミナ主成分、その他：クロミア、チタニア含有）
裏面に、直径１３０ｍｍで深さ３ｍｍのザグリ加工。
（外周部に幅１０ｍｍ、高さ３ｍｍのリブが完成）
お盆の底板の厚さ：３ｍｍ
お盆の底板の孔加工 ： お盆の底板全面に均一な分散密度でメクラ孔を３６６個、超 音波加工した。
孔径は４ｍｍ、深さ２ｍｍで、１ｍｍ残し。
メタライズ処理 ： お盆の底板全面と孔の底面、側面全面に、Ｎｉ−Ｐ無電解メ ッキでＮｉ−Ｐ被膜を１５ミクロンめっきした。
フタのセラミックス板： 直径１２９．９ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミナ系セラミックス 円板（誘電体セラミックス基材と同じ材料）
誘電体セラミックス裏面のザグリ部に嵌め込めるようにクリ アランスを調整して加工。
フタのメタライズ処理： 片面全面、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキでＮｉ−Ｐ被膜を１５ミク ロンめっきした。
電極線 ： フタの中心部に電極線を通す孔（直径３ｍｍ）を開けた。
電極線には、直径２ｍｍ、長さ１５ｍｍのＮｉ線使用。The examples illustrate the invention.
Example 1 (structure of FIG. 2)
Dielectric ceramic substrate: Alumina-based ceramic disk with a diameter of 150 mm x 6 mm (Alumina main component, others: containing chromia and titania)
On the back, counterbore with a diameter of 130mm and a depth of 3mm.
(Finished rib with 10mm width and 3mm height on the outer periphery)
The thickness of the bottom plate of the tray: 3mm
Drilling of the bottom plate of the basin: 366 mekra holes were ultrasonically processed with uniform distribution density on the entire bottom plate of the basin.
The hole diameter is 4 mm and the depth is 2 mm, leaving 1 mm.
Metallization treatment: A Ni-P coating was plated on the entire surface of the bottom plate of the tray, the bottom surface of the hole, and the entire side surface with a Ni-P electroless plating plate for 15 microns.
Ceramic plate of the lid: Alumina-based ceramic disc with a diameter of 129.9 mm and a thickness of 3 mm (same material as the dielectric ceramic substrate)
Processed by adjusting the clearance so that it can be inserted into the counterbore on the back of the dielectric ceramic.
Metallization of lid: Ni-P film was plated by 15 micron by Ni-P electroless plating on the entire surface of one side.
Electrode wire: A hole (
Ni wire with a diameter of 2 mm and a length of 15 mm is used for the electrode wire.
誘電体セラミックス基材とフタのろう付け
誘電体セラミックス基材とフタのメッキ面にＳｎ−５％Ａｇ半田を挟んで加熱溶融して接合した。この際、フタの孔にＮｉ線を差込んで、メッキ面と同時ろう付けした。
接合後、誘電体セラミックス基材の吸着面を０．５ｍｍ研磨した。
研磨表面に割れは発生しなかった。
研磨面からメクラ孔の底面までの深さは、全数０．５±０．０５ｍｍの範囲であった。Brazing of Dielectric Ceramic Base Material and Lid The Sn-5% Ag solder was sandwiched between the dielectric ceramic base material and the plated surface of the lid, and the mixture was heated and melted to join. At this time, Ni wire was inserted into the hole of the lid and brazed simultaneously with the plated surface.
After bonding, the adsorption surface of the dielectric ceramic substrate was polished by 0.5 mm.
No cracks occurred on the polished surface.
The total depth from the polished surface to the bottom surface of the mekura hole was in the range of 0.5 ± 0.05 mm.
吸着面の突起加工 ： 裏面に加工したメクラ孔の真上の部分に突起を形成すること として、突起形成部分にレジストで直径３ｍｍのマスキング をして、誘電体セラミックス基材表面（吸着面）に炭化珪素 系研磨剤をブラストして、直径３ｍｍ、高さ７０ミクロンの 突起を３６６個形成した。ブラスト面にクラックは発生しな かった。 Protrusion processing on the adsorption surface: As a projection is formed in the part directly above the mechla hole processed on the back surface, the projection formation part is masked with a resist with a diameter of 3 mm on the surface of the dielectric ceramic substrate (adsorption surface). A silicon carbide-based abrasive was blasted to form 366 projections having a diameter of 3 mm and a height of 70 microns. There were no cracks on the blast surface.
吸着テスト
誘電体セラミックス基板の突起部に６インチのＳｉウエハーを載せて、Ｓｉウエハーと電極線の間に直流７００Ｖを印加すると、ウエハーは誘電体セラミックス面に強く吸着された。
吸着面の突起の上に、糸で吊り下げた直径３ｍｍのシリコンウエハーの小片を載せて、糸を引き上げて吸着力を測定する方法で、各突起部分の吸着力を測定した。
吸着力の場所によるバラツキの幅は、±４％で、場所による吸着力のバラツキは極めて小さかった。
本発明は全面均一な吸着力が得られることが確認できた。Adsorption test When a 6-inch Si wafer was placed on the protrusion of the dielectric ceramic substrate and a DC voltage of 700 V was applied between the Si wafer and the electrode wire, the wafer was strongly adsorbed on the surface of the dielectric ceramic.
A small piece of a 3 mm diameter silicon wafer suspended by a thread was placed on the protrusion on the suction surface, and the suction force of each protrusion was measured by lifting the thread and measuring the suction force.
The width of variation due to the place of the adsorption force was ± 4%, and the variation of the adsorption force depending on the place was extremely small.
It was confirmed that the present invention can obtain a uniform adsorption force on the entire surface.
電極膜のシールテスト
電極膜のシール性はフッ素プラズマのエッチング装置の中でプラズマエッチングテストを行うことによって確認した。
誘電体セラミックス基材下端の幅１０ｍｍのリブにＯリングを当てて電極とプラズマ雰囲気をシールした。
電極膜をプラズマエッチングの電極として用いて、Ｓｉウエハーは載せず、常温でフッ素プラズマエッチングを行った。
誘電体セラミックスの研磨面に割れの発生もなく、また電極被膜にプラズマの侵入もなくエッチングを継続できた。本発明静電チャック電極はプラズマ雰囲気でも優れたシール性を持つことが確認できた。
実施例２Seal test of electrode film The sealability of the electrode film was confirmed by performing a plasma etching test in a fluorine plasma etching apparatus.
An O-ring was applied to a rib having a width of 10 mm at the lower end of the dielectric ceramic substrate to seal the electrode and the plasma atmosphere.
The electrode film was used as an electrode for plasma etching, and fluorine plasma etching was performed at room temperature without placing a Si wafer.
Etching could be continued without causing cracks on the polished surface of the dielectric ceramics and without plasma entering the electrode coating. It was confirmed that the electrostatic chuck electrode of the present invention has an excellent sealing property even in a plasma atmosphere.
Example 2
誘電体セラミックス基材：直径１５０ｍｍ×６ｍｍ厚さの窒化アルミセラミックス円板 （助剤なしＡｌＮ）
裏面に、直径１３０ｍｍで探さ３ｍｍのザグリ加工。
（外周部に幅１０ｍｍ、高さ３ｍｍのリブが完成）
お盆の底板の厚さ：３ｍｍ
お盆の底板の孔加工 ： お盆の底全面に均一な分散密度でメクラ孔を３６６個、超音 波加工した。
孔径は４．０ｍｍ、探さ２ｍｍで、１ｍｍ残し。
充填処理 ： 直径３．９５ｍｍ、厚さ２ｍｍの窒化アルミ（基材と同じＡ ｌＮ）円板を、上記メクラ孔全数に嵌め込んだ。
メタライズ処理 ： お盆の底板全面とメクラ孔に嵌め込んだＡｌＮ円板の面に、 Ｓｉ−１０％Ｎｉ−１％Ｔｉ合金のペーストを塗布して、１ ３７０℃、真空中で加熱して被膜を融着させた。
溶けた融液は、嵌め込んだ円板と孔の隙間に侵入して、円板 側面、底面、全面が包まれて孔の内面全面にろう付けされて いた。お盆の底板の面に形成された被膜の厚さは４０〜６０ ミクロンであった。
フタのセラミックス板： 直径１２９．９ｍｍ、厚さ３ｍｍのＡｌＮセラミックス円板 （誘電体セラミックス基材と同じ材料）
誘電体セラミックス裏面のザグリ部に嵌め込めるようにクリ アランスを調整して加工。
フタのメタライズ処理： 片面全面、Ｓｉ−１０％Ｎｉ−１％Ｔｉ合金のペーストを塗 布して、１３７０℃、真空中で加熱して被膜を融着させた。 被膜の厚さは３０〜４０ミクロンであった。
電極線 ： フタの中心部に電極線を通す孔（直径３ｍｍ）を開けた。
電極線には、直径２ｍｍ、長さ１５ｍｍのＭｏ線使用。Dielectric ceramic substrate: aluminum nitride ceramics disk with a diameter of 150 mm x 6 mm (AlN without auxiliary agent)
On the back, a counterbore with a diameter of 130 mm and a 3 mm probe.
(Finished rib with 10mm width and 3mm height on the outer periphery)
The thickness of the bottom plate of the tray: 3mm
Drilling of the bottom plate of the tray: 366 mekra holes with uniform dispersion density were ultrasonically processed on the entire bottom of the tray.
The hole diameter is 4.0 mm, the probe is 2 mm, leaving 1 mm.
Filling treatment: An aluminum nitride (the same AlN as the base material) disk having a diameter of 3.95 mm and a thickness of 2 mm was fitted into the total number of the above-mentioned mecha holes.
Metallization treatment: Si-10% Ni-1% Ti alloy paste was applied to the entire bottom plate of the tray and the surface of the AlN disc fitted in the hole of the plate, and heated at 1370 ° C in vacuum to form a coating. Fused.
The molten melt entered the gap between the inserted disc and the hole, and the side, bottom, and entire surface of the disc were wrapped and brazed to the entire inner surface of the hole. The thickness of the coating formed on the bottom plate surface of the tray was 40-60 microns.
Ceramic plate for the lid: AlN ceramic disc with a diameter of 129.9 mm and a thickness of 3 mm (same material as the dielectric ceramic substrate)
Processed by adjusting the clearance so that it can be inserted into the counterbore on the back of the dielectric ceramic.
Metallization treatment of the lid: The entire surface of one side was coated with a paste of Si-10% Ni-1% Ti alloy and heated at 1370 ° C. in a vacuum to fuse the coating. The thickness of the coating was 30-40 microns.
Electrode wire: A hole (
The electrode wire uses Mo wire with a diameter of 2 mm and a length of 15 mm.
誘電体セラミックス基材とフタのろう付け
誘電体セラミックス基材とフタのメタライズ面（Ｓｉ−１０％Ｎｉ−１％Ｔｉ層）に、Ａｇ−Ｃｕ−５％Ｔｉ合金のペーストを塗布して、８５０℃、真空中で加熱して基材とフタを接合した。
その際、フタの孔に電極線を差込み、Ｓｉ−１０％Ｎｉ−１％Ｔｉのメタライズ層と電極線を同時に接合した。
接合後、誘電体セラミックス基材の吸着面を０．７ｍｍ研磨した。
研磨表面に割れは発生しなかった。
研磨面からメクラ孔の底面までの深さは、全数０．３±０．０７ｍｍの範囲であった。Brazing of dielectric ceramic substrate and lid Apply paste of Ag-Cu-5% Ti alloy to the metallized surface (Si-10% Ni-1% Ti layer) of the dielectric ceramic substrate and lid, 850 The base material and the lid were joined by heating in a vacuum at ° C.
At that time, the electrode wire was inserted into the hole of the lid, and the metallized layer of Si-10% Ni-1% Ti and the electrode wire were joined simultaneously.
After bonding, the adsorption surface of the dielectric ceramic substrate was polished by 0.7 mm.
No cracks occurred on the polished surface.
The depth from the polished surface to the bottom surface of the mekura hole was in the range of 0.3 ± 0.07 mm.
吸着テスト
誘電体セラミックス基板の研磨面に６インチのＳｉウエハーを載せて、Ｓｉウエハーと電極線の間に直流８００Ｖを印加すると、ウエハーは誘電体セラミックス面に強く吸着された。
誘電体セラミックス基板の、メクラ孔の真上の位置に、糸で吊り下げた直径３ｍｍのシリコンウエハーの小片を載せて、糸を引き上げて吸着力を測定する方法で、各突起部分の吸着力を測定した。
吸着力の場所によるバラツキの幅は、±５％で、場所による吸着力のバラツキは極めて少なかった。
本発明は全面均一な吸着力が得られることが確認できた。Adsorption Test When a 6-inch Si wafer was placed on the polished surface of the dielectric ceramic substrate and a DC voltage of 800 V was applied between the Si wafer and the electrode wire, the wafer was strongly adsorbed on the dielectric ceramic surface.
By placing a small piece of 3 mm diameter silicon wafer suspended with a thread on the dielectric ceramic substrate directly above the hole in the thread, and lifting the thread and measuring the suction force, the suction force of each protrusion is measured. It was measured.
The width of variation due to the place of the adsorption force was ± 5%, and the variation of the adsorption force depending on the place was very small.
It was confirmed that the present invention can obtain a uniform adsorption force on the entire surface.
電極膜のシールテスト
電極膜のシール性はフッ素プラズマのエッチング装置の中でプラズマエッチングテストを行うことによって確認した。
誘電体セラミックス基材下端の幅１０ｍｍのリブにＯリングを当てて電極とフッ素プラズマ雰囲気をシールした。
電極膜をプラズマエッチングの電極として用いて、Ｓｉウエハーは載せず、常温でプラズマエッチングを行った。
誘電体セラミックスの研磨面に割れの発生もなく、また電極被膜にプラズマの侵入もなくエッチングを継続できた。
本発明静電チャック電極はプラズマ雰囲気でも優れたシール性を持つことが確認できた。Seal test of electrode film The sealability of the electrode film was confirmed by performing a plasma etching test in a fluorine plasma etching apparatus.
An O-ring was applied to a rib having a width of 10 mm at the lower end of the dielectric ceramic substrate to seal the electrode and the fluorine plasma atmosphere.
The electrode film was used as an electrode for plasma etching, and plasma etching was performed at room temperature without placing a Si wafer.
Etching could be continued without causing cracks on the polished surface of the dielectric ceramics and without plasma entering the electrode coating.
It was confirmed that the electrostatic chuck electrode of the present invention has an excellent sealing property even in a plasma atmosphere.
高性能、低価格の静電チャックとして半導体、液晶製造分野に多大の貢献をなすものである。 As a high-performance, low-cost electrostatic chuck, it greatly contributes to the semiconductor and liquid crystal manufacturing fields.
１‥‥誘電体セラミックス円板 ２‥‥リブ
３‥‥電極孔 ４‥‥メタライズ層DESCRIPTION OF
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004106998A JP2005268735A (en) | 2004-02-18 | 2004-03-03 | Electrostatic chuck |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2004040739 | 2004-02-18 | ||
| JP2004106998A JP2005268735A (en) | 2004-02-18 | 2004-03-03 | Electrostatic chuck |
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| JP2005268735A true JP2005268735A (en) | 2005-09-29 |
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Family Applications (1)
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| JP2004106998A Pending JP2005268735A (en) | 2004-02-18 | 2004-03-03 | Electrostatic chuck |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2005268735A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008277794A (en) * | 2007-04-05 | 2008-11-13 | Zaiken:Kk | Method for preventing erosion of current carrying member comprising refractory metal |
| JP2017525138A (en) * | 2014-05-30 | 2017-08-31 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Electrostatic chuck with embossed top plate and cooling channel |
-
2004
- 2004-03-03 JP JP2004106998A patent/JP2005268735A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2017525138A (en) * | 2014-05-30 | 2017-08-31 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Electrostatic chuck with embossed top plate and cooling channel |
| US10832931B2 (en) | 2014-05-30 | 2020-11-10 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck with embossed top plate and cooling channels |
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