JP2014130908A - 静電チャック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】静電チャック1は、吸着用基板9とヒータ部材13との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体、即ち、積層方向よりも積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるような異方性熱伝導体であるグラファイトシート11を備えている。従って、発熱状態にムラがあった場合でも、グラファイトシート11によって、表面の平面方向に熱が伝わり易いので、その平面方向における温度ムラが緩和される。これにより、吸着用基板9の温度ムラを低減できる。
【選択図】図2
Description
(2)本発明は、第2態様としては、前記静電チャックを前記積層方向から見た場合に、前記静電チャックの中心側の中心部に、第1の異方性熱伝導体を備えるとともに、前記中心部より外周側の外周部に、第2の異方性熱伝導体を備え、更に、前記第1の異方性熱伝導体と前記第2の異方性熱伝導体との間に、前記第1の異方性熱伝導体及び前記第2の異方性熱伝導体よりも熱の伝導性の低い断熱部を備えたことを特徴とする。
なお、第1の異方性熱伝導体と第2の異方性熱伝導体とは、上述のように、方向によって熱伝導率が異なるものであり、積層方向よりも(積層方向に対して)垂直方向の熱伝導率が大きくなるように配置されているが、第1の異方性熱伝導体と第2の異方性熱伝導体とは、全く同一である必要はなく、異なる材料や異なる特性(熱伝導率等)のものを採用できる。
・静電チャックとしては、吸着用基板の第2主面側に、板状の異方性熱伝導体、板状のヒータ部材、板状の金属ベースを配置し、それらを、接着剤層によって接合した構成を採用できる。
・吸着用基板を構成する主要な材料(導電部分以外の絶縁材料)としては、セラミックを採用できる。また、セラミックで構成する場合には、複数のセラミック層を積層して形成すると、内部に各種の構造を容易に形成できるので好適である。
・吸着用電極、ヒータを構成する導体の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部分を形成する場合、導体中の金属粉末は、セラミック絶縁板の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック部分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。
・被吸着物としては、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる
・異方性熱伝導体を構成する材料としては、グラファイト、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
・金属メッキ層を構成する材料としては、ニッケル(Ni)、金(Au)等の金属の単体や、それらの合金を採用できる。なお、メッキ方法としては、周知の無電解メッキ等を採用できる。
a)まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
図1に示す様に、本実施例の静電チャック1は、図1の上側にて半導体ウェハ3を吸着する装置であり、例えば直径340mm×厚み20mmの円盤状の金属ベース(クーリングプレート)5の厚み方向の一方に側(同図上方)に、半導体ウェハ3を吸着するために、例えば直径300mm×厚み3mmの円盤状の吸着用部材7を接合したものである。
前記吸着用部材7の内部には、半導体ウェハ3を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである冷却用ガス供給路15が設けられ、その表面(上面)である吸着面17には、冷却用ガス供給路15が開口する複数の冷却用開口部19や、冷却用開口部19から供給された冷却用ガスが吸着面17全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝25が設けられている。
一方、金属ベース5は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、その内部には、吸着用部材7を冷却する冷却用液体(例えばフッ素化液又は純水)が充填される冷却用空間27が設けられている。
特に、本実施例では、吸着用基板9とヒータ部材13との間には、異方性熱伝導体であるグラファイトシート11が配置されており、グラファイトシート11の(積層方向における)両側には、例えばNiからなる金属メッキ層35、37が形成されている。
ここで、接着剤層39〜43を構成するシリコーン樹脂は、アルミナやグラファイトに比較して柔軟性が高く、ヤング率は、アルミナやグラファイトに比較して小さい値である。
図5に示すように、静電チャック1の吸着用電極29、31、ヒータ33には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。
c)次に、本実施例の静電チャック1の製造方法について、簡単に説明する。
(5)そして、吸着用電極29、31、ヒータ33、内部導電層61を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア57、59を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(8)次に、カットした第1、第2積層シートを、還元雰囲気にて、1400〜1600℃の範囲(例えば1950℃)にて5時間焼成(本焼成)し、第1、第2アルミナ質焼結体を作製する。
(10)これとは別に、グラファイトシート11の両側(厚み方向の両側)に対して、無電解メッキを行い、例えば厚み3μmのNiからなる金属メッキ層35、37を形成する。
(11)次に、例えばシリコーン樹脂を用いて、吸着用基板9と(金属メッキ層35を介して)グラファイトシート11とを接合し、また、(金属メッキ層37を介して)グラファイトシート11とヒータ部材13とを接合し、更に、ヒータ部材13と金属ベース5とを接合して一体化する。これにより、静電チャック1が完成する。
本実施例では、吸着用基板9とヒータ部材13との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体、即ち、積層方向よりも積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるような異方性熱伝導体であるグラファイトシート11を備えている。
図7に示すように、本実施例の静電チャック71は、前記実施例1と同様に、同図の上方の吸着面73側にて半導体ウェハ3を吸着するものであり、円盤状の吸着用部材75と、円盤状の金属ベース77とを接合したものである。
詳しくは、1組のグラファイトシート83は、図8(a)に示す様に、中心側に配置された例えば直径248mmの円盤状の第1のグラファイトシート83aと、その外周側に同芯状に配置された例えば内径252mm×外径300mmの円環状の第2のグラファイトシート83bとから構成されている。
この断熱部85の熱伝導率は0.26W/mKであり、両グラファイトシート83の平面方向(XY方向)の熱伝導率(1700W/mK)や、周囲のセラミック材料であるアルミナの熱伝導率(19W/mK)よりも小さく設定されている。
また、吸着用基板79と金属メッキ層87との間、金属メッキ層89とヒータ部材81との間、ヒータ部材81と金属ベース77との間には、前記実施例1と同様に、それぞれ接着剤層91、93、95が配置されている。
本実施例では、前記実施例1と同様な効果を奏する。また、本実施例では、静電チャック71の中心側には、第1のグラファイトシート83aと第1のヒータ97aとが配置されるとともに、外周側には、第2のグラファイトシート83bと第2のヒータ97bとが配置され、しかも、第1、第2のグラファイトシート83a、83bとは、断熱部85によって熱的に分離されている。
つまり、静電チャック71の機能としては、前記実施例1のように、半導体ウェハ3の面内温度分布を均一にすることが望まれているが、より高度な機能として、面内温度をあえて異ならせるという技術もある。具体的には、(加工に用いる)プロセスガス濃度やプラズマのムラにより、半導体ウェハ3の面内の加工レートが異なる場合、あえて面内の温度を変化させることで、加工レートを同じにする技術がある。特に外周側は、ムラになりやすく、その部分だけの温度制御ができると、面内の加工レートが揃い易いので好適である。
<実験例>
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。
モデル1では、図9(b)に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ2mmの吸着用基板111、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層113、アルミナからなる厚さ3mmのヒータ部材115、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層117、アルミニウムからなる金属ベース101とした。
(モデル2)
モデル2では、図9(c)に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ2mmの吸着用基板121、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層123、厚さ1mmの異方性熱伝導体であるグラファイトシート(又は異方性ではない熱伝導体であるカーボンシート)125、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層127、アルミナからなる厚さ3mmのヒータ部材129、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層131、アルミニウムからなる金属ベース101とした。
(モデル3)
モデル3では、図9(d)に示す様に、同図上方より、アルミナからなる厚さ2mmの吸着用基板141、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層143、アルミナからなる厚さ3mmのヒータ部材145、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層147、厚さ1mmのグラファイトシート(又は異方性ではない熱伝導体であるカーボンシート)149、シリコーン樹脂からなる厚さ0.3mmの接着剤層151、アルミニウムからなる金属ベース101とした。
(1)モデル1を用い、環境温度を23℃、金属ベース底面の温度を10℃とし、第1ヒータ107の温度を30℃に設定するとともに、第2ヒータ109の温度を80℃に設定し、定常状態における表面の温度ムラを求めた。その結果、温度ムラは、Δ23.8℃であった。
この実験条件2の実験は、前記実験条件1よりも、両ヒータ間の温度差を大きくしたものである。
この実験条件3の実験は、前記実験条件2で用いた熱拡散層の熱伝導性を低くしたものである。
この実験条件4の実験は、熱拡散層を、図9(a)の左右方向において対称となるように、第1ヒータ側の熱拡散層と第2ヒータ側の熱拡散層とに分け、その間に、PEEKからなる帯状の断熱部を設けたものである。
なお、図示しないが、本実験条件4の実験では、モデル3の場合も、左右に同様に分離された長方形の熱拡散層の間に、同様な帯状の断熱部を設けた。
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
3…半導体ウェハ
5、77、101…金属ベース
7、75、103…吸着用部材
9、79、111、121、141…吸着用基板
11、83、83a、83b、125、149…グラファイトシート
13、81、115、129、145…ヒータ部材
17、104…吸着面
29、31…吸着用電極
33、97、97a、97b、107、109…ヒータ
35、37、87、89…金属メッキ層
39、41、43、91、93、95、113、117、123、127、131、143、147、151…接着剤層
85、161…断熱部
Claims (5)
- 第1主面及び第2主面を有するとともに、吸着用電極を有する吸着用基板と、
前記第2主面側に配置され、前記吸着用基板を加熱するヒータを有するヒータ部材と、
を備え、
前記吸着用電極に電圧を印加し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、
前記吸着用基板と前記ヒータ部材との間に、方向によって熱伝導率が異なる異方性熱伝導体を備えるとともに、
前記異方性熱伝導体を、前記積層方向よりも該積層方向に対して垂直方向の熱伝導率が大きくなるように配置したことを特徴とする静電チャック。 - 前記静電チャックを前記積層方向から見た場合に、
前記静電チャックの中心側の中心部に、第1の異方性熱伝導体を備えるとともに、前記中心部より外周側の外周部に、第2の異方性熱伝導体を備え、
更に、前記第1の異方性熱伝導体と前記第2の異方性熱伝導体との間に、前記第1の異方性熱伝導体及び前記第2の異方性熱伝導体よりも熱の伝導性の低い断熱部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。 - 前記静電チャックの中心部に、該中心部の温度を調節する第1のヒータを備えるとともに、前記外周部に、該外周部の温度を調節する第2のヒータを備えたことを特徴とする請求項2に記載の静電チャック。
- 前記異方性熱伝導体は、グラファイトから構成されており、
前記異方性熱伝導体の前記積層方向における両表面に、それぞれ金属メッキ層を備えるとともに、前記各金属メッキ層の表面に、前記吸着用基板及び前記ヒータ部材のそれぞれとの接合を行う各接着剤層を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電チャック。 - 前記吸着用基板と前記ヒータ部材とは、主としてセラミックから構成されており、
前記接着剤層は、前記セラミックと前記異方性熱伝導体との間の熱膨張率及び柔軟性を有することを特徴とする請求項4に記載の静電チャック。
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