JP4121216B2 - Elastically deformable electrostatic chuck and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ウエハを変形させることなく保持することができる静電チャック及びその製造方法に関し、特に、移動ステージに適用できると共に、ウエハを効率よく冷却することのできるウエハ保持機構に使用される、弾性変形可能な静電チャック及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の半導体製造プロセスの大部分においては、真空チャックを用いることができないのでメカニカルクランプや静電チャックが使用されている。静電チャックの場合には吸着力によりウエハが静電チャック表面に鉛直方向に拘束される。また、ウエハが静電チャック表面に押しつけられることによって発生する摩擦力によって、ウエハがその平面内で拘束される。
【０００３】
一般の半導体プロセスにおいては、静電チャックのように、自由状態で反りがあるウエハが矯正されるように変形保持すること（以下、平坦化保持という）が望ましい。これに対し、Ｘ線露光用マスク製作などのプロセスにおいては、ウエハを変形保持するのではなく、自由状態のままで保持すること（以下、無変形保持という）が、重ね合わせ誤差や膜内応力を低減するために必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような無変形保持機構として、特開平6−132388には、ウエハ裏面を支える支持突起と、該支持突起を設置しかつ前記ウエハ面の垂直方向に弾性変形する薄型静電チャックとを備えたウエハ保持機構が提案されている。そして、具体例として、薄膜状の金属箔と有機絶縁体とを接着した構造の静電チャック、前記金属箔に絶縁物質を溶着した構造の静電チャック、薄膜状の絶縁体に金属を蒸着またはメッキした構造の静電チャック等が例示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの何れの場合にも、静電チャックの電極における弾性変形時の変形の追従性が十分でないという問題があった。さらにＸ線露光用のマスクを製作するプロセスにおいて使用される電子ビーム描画装置おいても、プロセス時にマスク基盤となるシリコンウエハに発生する熱によるマスク基盤の変形が問題となってきており、放熱性能に優れた静電チャックを使用する必要のあることが明らかとなった。
【０００６】
そこで本発明者らは上記問題を解決するために鋭意検討した結果、電極として導電性シリコーンゴムを使用した場合には、弾性変形時の追従性と放熱性能に優れる静電チャックとなることを見出し、本発明に到達した。
従って本発明の第１の目的は、効率良くウエハを冷却できるウエハ保持機構に使用される、弾性変形時の追従性と放熱性能に優れた静電チャックを提供することにある。
本発明の第２の目的は、変形時の追従性と放熱性能に優れた静電チャックの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第１の目的は、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物内部に電極として機能する導電性シリコーンゴムが埋設されてなる、ウエハの裏面を支える支持突起と組み合わされて使用されウエハ裏面垂直方向に弾性変形することが可能な静電チャックであって、前記高熱伝導性シリコーンゴム硬化物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に、前記電極として機能する導電性シリコーンゴム硬化物が、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であって体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする弾性変形可能な静電チャックにより、また第２の目的は、硬化後の熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍ・℃以上となる高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォーム上に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下である、電極として機能する導電性シリコーンゴムパウンドの未硬化シート状プレフォーム又はシート状硬化物を設置した後、熱加圧して一体同時成型し、次いで、硬化した、又は、予め硬化していた前記電極上に高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォームを設置した後、熱加圧して一体同時成型することを特徴とする、請求項１に記載された弾性変形可能な静電チャックの製造方法によって達成された。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に従って詳述する。
図1は、本発明の静電チャック３とウエハ４の裏面を支える支持突起２とを組み合わせたウエハ支持機構の概念図であり、（１−１）図はその平面図、（１−２）図はそのＡ−Ａ断面図である。
【０００９】
本発明においては、高熱伝導性シリコーンゴムの熱伝導率は0．５W／ｍ・℃以上であることが、熱によるウエハの温度上昇をおさえてウエハの温度を均一かつ一定にし高精度の描画を可能とするために必要である。またウエハとの密着性を良くして接触熱抵抗を低下させることが重要であるので、ウエハに働く吸着力により、静電チャックである弾性体の表面形状が、容易にウエハ裏面形状に追従して変形することが必要である。
【００１０】
従って静電チャック表面の弾性体（即ち、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物である）の硬度は20〜90（JIS−A）であることが好ましい。20未満では、高熱伝導性シリコーンゴムの硬化物表面とウエハ裏面との密着性が高くなり、ウエハを静電チャックから剥離する場合に、ウエハが密着力により強く静電チャックに密着するので剥離が困難となるという問題がある。また、90を越えると吸着力によるシリコーンゴム組成物の硬化物の変形が少なくなり、ウエハ裏面への追従性が低下し、接触熱抵抗が大きくなるので好ましくない。
【００１１】
シリコーンゴムコンパウンドの硬化前の性状は、ミラブルタイプ、液状タイプの何れであってもよく、硬化形態としては過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型などの各種硬化型のものを使用することができる。本発明においては、特に、ミラブルタイプの過酸化物硬化型、又は、付加反応硬化型のコンパウンドが好適である。
【００１２】
また、上記シリコーンゴムコンパウンドに高熱伝導性を付与するためのフィラーとしては、アルミナ粉、窒化アルミ粉、窒化ホウ素粉、窒化珪素粉、酸化マグネシウム粉、シリカ粉などの高熱伝導性セラミックス粉が好適である。上記フイラーの配合量は0．5W／ｍ・℃以上の熱伝導性を付与するのに必要な量である。厚みは、放熱性の観点からは極力薄い方が有利であるが、静電チャックとしての性能の観点から50〜500μｍの範囲のものが好適である。50μｍ未満では絶縁耐圧性が低下し、静電チャックが絶縁破壊を起こす確率が高くなるので不利である。また、500μｍを越えると放熱性が低下し、ウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。
【００１３】
さらに、熱伝導性シリコーンゴム表面の表面粗さはウエハとの密着性に影響し、ウエハと熱伝導性シリコーンゴム表面の接触熱抵抗に影響を与えるが、最大表面粗さ（Ry）を20μｍ未満とすることが、静電チャックとウエハとの密着性を良くする上で好適である。20μｍを越えると放熱性が低下し、ウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。また、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物の強度及び硬度を調整する目的で、着色剤、難燃性付与剤等の各種充填材を配合しても良い。
【００１４】
静電チャックの電極となる導電性シリコーンゴムコンパウンドの硬化前の性状は、ミラブルタイプ、液状タイプの何れであっても良い。硬化形態としては、過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型などの各種硬化型のものが使用できる。本発明においては、特に、ミラブルタイプの過酸化物硬化型及び付加反応硬化型のコンパウンドが好適である。
【００１５】
導電性フィラーとしてはカーボンブラック、アセチレンブラック、コンダクティブファーネスブラック、スーパーコンダクティブファーネスブラック、エクストラコンダクティブファーネスブラック、コンダクテイブチャンネルブラック及び1500℃程度の高温で熱処理されたファーネスブラックまたはチャンネルブラック等の導電性カーボン粉末や、金、銀、鋼、ニッケルなどの金属粉末またはそれらの金属をカラスビーズに被覆したものなどを挙げることができる。
【００１６】
導電性フィラーの添加量は、硬化後の熱伝導率が0．５W／ｍ・℃以上でありかつ体積固有抵抗率が1,000Ω・ｃｍ以下となる量を配合すればよい。また、放熱性の点から厚みは極力薄い方が有利であり、1〜500μｍの範囲のものが好適である。１μｍ未満では膜強度が低下するので不利である。また、500μｍを越えると放熱性及び柔軟性が低下しウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。
【００１７】
次に、本発明の弾性変形可能な静電チャックの製造方法について説明する。
工程（１）：図２に示すように、硬化後の熱伝導率が0．５W／ｍ・℃以上に調整された付加硬化型あるいは過酸化物硬化型の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを、カレンダー成型あるいはコーティングにより、工程紙であるプラスチックス樹脂フィルム上に0．0５〜0．５mmの範囲で均一な厚みにシート状プレフォームとして形成する。
【００１８】
本発明に使用される工程紙はプラスチック製のものであるが、その材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、PTFE、FEP、PFA、ETFE、ポリイミド等が挙げられる。厚みは25〜150μｍであることが好ましい。25μｍ未満では強度が不足するので工程中で破損する場合がある。また150μｍを越えると柔軟性が損なわれるのでカレンダー成型で不具合が発生する場合がある。
【００１９】
工程（２）：図3に示すように、電極となる硬化後の熱伝導率が0．5W／ｍ・℃以上でありかつ体積固有抵抗率が1000Ω・ｃｍ以下に調整された付加硬化型あるいは過酸化物硬化型の導電性シリコーンゴムコンパウンドを、カレンダー成型あるいはコーティングにより、工程紙であるプラスチック樹脂フィルム上に0．05〜0．５mmの範囲で均一な厚みにシート状プレフォームとして形成する。本発明では、上記導電性シリコーンゴムを予め硬化させた硬化シートを使用してもよい。硬化シートとするには金型を使用し、100℃〜200℃、１〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスするか、150℃の熱風下で1〜30分間加熱すればよい。
【００２０】
工程（３）：図4に示すように、工程（1）、工程（2）で得られた工程紙で裏打ちされたシート状プレフォームを貼り合わせて金型に入れ（４−２）、100℃〜200℃、圧力1〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスし（４−３）、高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シート（４−４）を作製する。
この時、それぞれのシート状プレフォームは、図5に示す様に所定の平面輪郭形状で、工程紙であるプラスチック樹脂フィルム上に型抜き加工しておくことが好ましい。また、導電性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法は、高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法未満とすることが好ましい。
【００２１】
工程（４）：図６に示すように、工程（４）で得られた積層シートの工程紙を剥がし（４−５）、導電性シリコーンゴム面と工程（１）と同様にして得られた高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォーム（５−４）を貼りあわせた状態で金型に入れ（６−２）、100℃〜200℃、圧力1〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスし（６−３）、高熱伝導性シリコーンゴム層間に導電性シリコーンゴムが挟まれた構造の積層シートを作製する（６−４）。最後に工程紙を剥がすことにより静電チャック２２が得られる。このとき、高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法は工程3の高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法と同一とすることが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、電極及び絶縁層の全てがシリコーンゴム弾性体となっているので、支持突起を配した無変形保持機構に好適な、弾性変形時の追従性放熱特性に優れた静電チャックである。また、本発明の静電チャックの製造方法は、工程で、工程紙であるプラスチックフィルムを使用することにより、シリコーンコンパウンドのシート状プレフォームの取り扱い作業性を改善することができる上、工程紙を裏打ちした状態で金型にプレフォームを仕込むことにより、金型のシリコーンによる汚れを防止することがでさる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２４】
組成例１〜４．
A：ジメチルシロキサン単位99．85モル％及びメチルビニルシロキサン単位0．15モル％から成る、平均重合度8,000のメチルビニルポリシロキサン
B：ジ−t−ブチルパーオキサイド
C：アルミナ粉（AS23：昭和電工（株）製商品名）
D：窒化アルミ粉（ＸUS−35548：ダウケミカル（株）製商品名）
E：窒化ホウ素粉（KBN−（h）10：信越化学工業（株）製商品名）
F：シリカ粉（クリスタライト：（株）龍森製商品名）
上記のA〜Fから選ばれる原材料を使用して、表1に示す組成例1〜4の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを調製した。次にカレンダーロールを用い、工程紙である、厚さが１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上にシート成型した。
【００２５】
【表１】
組成例５及び６．
G：ジメチルシロキサン単位99．85モル％及びメチルビニルシロキサン単位0．15モル％から成る、平均重合度8,000のメチルビニルポリシロキサン
H：ジ−t−ブチルパーオキサイド
I：オルトメチルベンゾイルパーオキサイド
J：アセチレンブラック（電気化学工業（株）製）
K：銀粉AgC−BO（福田金属箔粉工業（株）製）
L：ヘキサメチルジシラザンで表面処理されたフュームドシリカ
（比表面積200ｍ２/g）
【００２７】
G〜Lから選ばれる原材料を使用して表２に示す導電性シリコーンゴムコンパウンドを調製した。
【表２】
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドはカレンダーロールで工程紙であるポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚１００μｍ）上にシート状プレフォームを作製した。また、組成例６の導電性シリコーンゴムコンパウンドを固形物成分重量比率で50重量％となるようキシレンで希釈し、ポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚１００μｍ）上にコーティングし、乾燥させてシート状プレフォームを作製し、さらに170℃、20kgf／ｃｍ２の条件で10分間熱プレス成形した。
【００２９】
実施例１．
組成例１の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームと組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームを使用し、工程１〜工程４に示す製造方法により積層した後、工程５及び６に従って導電性シリコーンゴム面に組成例１の高熱伝導性シリコーンゴム層を更に積層して静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図1に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３０】
実施例２〜４．
組成例１の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの代わりに組成例2〜4の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを用いた他は、実施例１と全く同様にして静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３１】
実施例５．
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの代りに組成例６の導電性シリコーンゴム硬化物シートを使用した他は、実施例１と全く同様にして静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３２】
実施例６〜８．
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの代りに組成例６の導電性シリコーンゴム硬化物シートを使用した他は、実施例２−４と全く同様にして静電チャックを製造した。
得られた静電チャックを使用し、図1に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上ウエハに発生する熟も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３３】
比較例１．
膜厚２５μｍのポリイミドフィルム間に電極として１２μｍの鋼箔を挟み込んで積層し、実施例と同一輪郭寸法の静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止することができないだけでなく、ウエハに発生する熱を冷却することができず、Ｘ線露光用マスクを製作することができなかった。
【００３４】
比較例２．
組成例１で使用した熱伝導性シリコーンゴム層間に銅箔12μｍを挟み込んで積層し、実施例と同一輪郭寸法の静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できないだけでなくウエハに発生する熱を冷却することができず、Ｘ線露光用マスクを製作することができなかった。
【００３５】
実施例６．
実施例1の工程において使用した工程紙を使用せずに静電チャックの製造を行った結果、工程紙を使用した場合に比較して製造時間が約３倍となった。また金型に汚れが発生した。得られた静電チャックの寸法にはバラツキが大きかった。得られた静電チャックを用い、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレ防止及びウエハに発生する熱の冷却が不十分であり、Ｘ線露光用マスクの製作歩留りが良くなかった。
【００３６】
実施例１〜５のように工程紙であるプラスチックフィルムを使用することにより、シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの取り扱い作業性が良くなる上、工程紙を付けた状態で金型にプレフォームを仕込むことにより金型のシリコーンによる汚れを防止することのできることが確認された。また、各シリコーンゴム層の積層工程において各ゴム層が架橋反応により一体化されるため、プライマー、接着剤等を使用することがないので製造工程が簡略化され、これによってコスト低減化をはかることことができる。更に、本発明の静電チャックは優れた柔軟性を有し、ウエハの無変形保持が可能であるのみならず、優れた放熱性を有しているのでウエハの冷却を効率よく行うことができることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【図１】支持突起を有するウエハ支持機構の概念図である。（１−１）図は平面図、１−２）図はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】工程紙と高熱伝導性シリコーンゴムプレフォームとの関係を示す図である。（２−１）図は平面図（２−２）図はその断面図である。
【図３】工程紙と導電性シリコーンゴムプレフォームとの関係を示す図である。（３−１）図は平面図、（３−２）図はその断面図である。
【図４】工程紙で裏打ちされたシート状プレフォームを貼り合せて金型に入れ、熱加圧によって高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シートを作製する工程の説明図である。
【図５】シート状プレフォームと工程紙の大きさの関係を説明する図である。（５−１）及び（５−２）図は、シート状プレフォームと工程紙が同寸の場合、（５−３）及び（５−４）図は、シート状プレフォームが工程紙より小さい場合を示す。
【図６】高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シートの前記導電性シリコーンゴム層表面に、工程紙に形成された高熱伝導性シリコーンゴムのプレフォームを貼り合せ、熱加圧して本発明の静電チャックを製造する工程の説明図である。
【符号の説明】
1．ステージ
2．支持突起
3．静電チャック
4．ウエハ
5．絶縁性スペーサ
E＋．プラス電源
E−．マイナス電源
G．グランド
6．金型
6A．上型
6B．下型
7．導電性シリコーンゴムシート状プレフオーム
または導電性シリコーンゴム硬化物シート
8．工程紙
り．高熱伝導性シリコーンコやシート状プレフオーム
10．導電性シリコーンゴム硬化物
11A．高熱伝導性シリコーンゴム硬化物
11B．高熱伝導性シリコーンゴム硬化物
12．導電性シリコーンゴム硬化物＋高熱伝導性シリコーンゴム硬化物積層シート
21．金型
21A．上型
21B．下型
22．静電チャック
整理番号 Ｐ９９−８１８[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electrostatic chuck that can hold a wafer without deforming it and a method for manufacturing the same, and more particularly to a wafer holding mechanism that can be applied to a moving stage and can cool a wafer efficiently. The present invention relates to an elastically deformable electrostatic chuck and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In most of the current semiconductor manufacturing processes, since a vacuum chuck cannot be used, a mechanical clamp or an electrostatic chuck is used. In the case of an electrostatic chuck, the wafer is restrained in the vertical direction on the surface of the electrostatic chuck by an attracting force. Further, the wafer is restrained in the plane by the frictional force generated by pressing the wafer against the surface of the electrostatic chuck.
[0003]
In a general semiconductor process, it is desirable to hold a deformed wafer so as to correct a warped wafer in a free state like an electrostatic chuck (hereinafter, referred to as flattening holding). On the other hand, in processes such as X-ray exposure mask manufacturing, holding the wafer in a free state rather than holding it in a deformed state (hereinafter referred to as non-deformation holding) Is necessary to reduce.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As such a non-deformable holding mechanism, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-132388 includes a support protrusion that supports the back surface of the wafer and a thin electrostatic chuck that is provided with the support protrusion and elastically deforms in a direction perpendicular to the wafer surface. A wafer holding mechanism has been proposed. As specific examples, an electrostatic chuck having a structure in which a thin-film metal foil and an organic insulator are bonded, an electrostatic chuck having a structure in which an insulating material is welded to the metal foil, or depositing metal on the thin-film insulator or A plated structure electrostatic chuck or the like is illustrated.
[0005]
However, in any of these cases, there is a problem that the followability of deformation at the time of elastic deformation of the electrode of the electrostatic chuck is not sufficient. Furthermore, even in an electron beam lithography system used in the process of manufacturing a mask for X-ray exposure, the deformation of the mask substrate due to the heat generated in the silicon wafer serving as the mask substrate during the process has become a problem, and the heat dissipation performance It became clear that it was necessary to use an electrostatic chuck excellent in
[0006]
Thus, as a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that when conductive silicone rubber is used as an electrode, an electrostatic chuck having excellent followability during elastic deformation and heat dissipation performance can be obtained. The present invention has been reached.
Accordingly, a first object of the present invention is to provide an electrostatic chuck that is used in a wafer holding mechanism capable of efficiently cooling a wafer and has excellent followability and heat dissipation performance during elastic deformation.
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrostatic chuck that is excellent in followability at the time of deformation and heat dissipation performance.
[0007]
The first object of the present invention is to be used in combination with a supporting projection for supporting the back surface of a wafer, in which conductive silicone rubber functioning as an electrode is embedded in a cured product of high thermal conductivity silicone rubber, and is used in the direction perpendicular to the back surface of the wafer. An electrostatic chuck capable of being elastically deformed, wherein the highly heat-conductive silicone rubber cured product has a thermal conductivity of 0.5 W / m · ° C. or more and functions as the electrode . However, the second object of the present invention is to provide an elastically deformable electrostatic chuck having a thermal conductivity of 0.5 W / m · ° C. or more and a volume resistivity of 1,000 Ω · cm or less. The thermal conductivity is 0.5 W / m · ° C. or higher on an uncured sheet-like preform of a high thermal conductivity silicone rubber compound that has a thermal conductivity of 0.5 W / m · ° C. or higher after curing. Both the specific volume resistivity is less than 1,000Ω · cm, after installation of the uncured sheet-like preform or cured sheet of conductive silicone rubber Pound functioning as an electrode, integrally co-molded by applying heat pressure, Next, an uncured sheet-shaped preform of a high thermal conductive silicone rubber compound is placed on the cured or precured electrode, and then heat-pressed and integrally molded at the same time. 1 to achieve the elastically deformable electrostatic chuck manufacturing method.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a wafer support mechanism in which an
[0009]
In the present invention, the high thermal conductivity silicone rubber has a thermal conductivity of 0.5 W / m · ° C. or higher, which suppresses the temperature rise of the wafer due to heat and makes the temperature of the wafer uniform and constant, thereby enabling high-precision drawing. It is necessary to make it possible. In addition, it is important to improve the adhesion with the wafer and reduce the contact thermal resistance. Therefore, the surface shape of the elastic body, which is an electrostatic chuck, easily follows the shape of the back surface of the wafer by the attractive force acting on the wafer. Need to be deformed.
[0010]
Accordingly, the hardness of the elastic body on the surface of the electrostatic chuck (that is, a highly heat-conductive silicone rubber cured product) is preferably 20 to 90 (JIS-A). If it is less than 20, the adhesion between the surface of the cured material of the high thermal conductive silicone rubber and the back surface of the wafer becomes high, and when the wafer is peeled off from the electrostatic chuck, the wafer is strongly stuck to the electrostatic chuck due to the adhesion force. There is a problem that it becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 90, the deformation of the cured product of the silicone rubber composition due to the adsorption force is reduced, the followability to the backside of the wafer is lowered, and the contact thermal resistance is increased, which is not preferable.
[0011]
The properties before curing of the silicone rubber compound may be either a millable type or a liquid type. Various curing types such as a peroxide curing type, an addition reaction curing type, a condensation curing type, and an ultraviolet curing type are possible. Can be used. In the present invention, a millable type peroxide curable compound or an addition reaction curable compound is particularly suitable.
[0012]
Also, as the filler for imparting high thermal conductivity to the silicone rubber compound, high thermal conductive ceramic powder such as alumina powder, aluminum nitride powder, boron nitride powder, silicon nitride powder, magnesium oxide powder, silica powder, etc. is suitable. is there. The blending amount of the filler is an amount necessary for imparting thermal conductivity of 0.5 W / m · ° C. or more. The thickness is advantageously as thin as possible from the viewpoint of heat dissipation, but is preferably in the range of 50 to 500 μm from the viewpoint of performance as an electrostatic chuck. If it is less than 50 μm, the dielectric strength is reduced, and the probability that the electrostatic chuck will cause dielectric breakdown increases, which is disadvantageous. On the other hand, if the thickness exceeds 500 μm, the heat dissipation is lowered, and the cooling efficiency of the wafer is deteriorated, which is disadvantageous.
[0013]
Furthermore, the surface roughness of the surface of the thermally conductive silicone rubber affects the adhesion to the wafer and affects the contact thermal resistance between the wafer and the surface of the thermally conductive silicone rubber, but the maximum surface roughness (Ry) is less than 20 μm. It is preferable to improve the adhesion between the electrostatic chuck and the wafer. If it exceeds 20 μm, the heat dissipation is reduced, and the cooling efficiency of the wafer deteriorates, which is disadvantageous. Moreover, you may mix | blend various fillers, such as a coloring agent and a flame-retardant imparting agent, in order to adjust the intensity | strength and hardness of highly heat conductive silicone rubber hardened | cured material.
[0014]
The property before curing of the conductive silicone rubber compound that becomes the electrode of the electrostatic chuck may be either a millable type or a liquid type. As the curing form, various curing types such as peroxide curing type, addition reaction curing type, condensation curing type, and ultraviolet curing type can be used. In the present invention, a millable type peroxide curable compound and an addition reaction curable compound are particularly suitable.
[0015]
Conductive fillers include carbon black, acetylene black, conductive furnace black, super conductive furnace black, extra conductive furnace black, conductive channel black, and furnace black or channel black heat treated at a high temperature of about 1500 ° C. Examples thereof include powders, metal powders such as gold, silver, steel, nickel, and those in which these metals are coated on crow beads.
[0016]
The conductive filler may be added in such an amount that the thermal conductivity after curing is 0.5 W / m · ° C. or more and the volume resistivity is 1,000 Ω · cm or less. Further, from the viewpoint of heat dissipation, it is advantageous that the thickness is as thin as possible, and those in the range of 1 to 500 μm are preferable. If it is less than 1 μm, the film strength is lowered, which is disadvantageous. On the other hand, if it exceeds 500 μm, heat dissipation and flexibility are lowered, and the cooling efficiency of the wafer is deteriorated, which is disadvantageous.
[0017]
Next, the manufacturing method of the elastically deformable electrostatic chuck of the present invention will be described.
Step (1): As shown in FIG. 2, an addition curing type or peroxide curing type high thermal conductive silicone rubber compound whose thermal conductivity after curing is adjusted to 0.5 W / m · ° C. or higher is calendered. By molding or coating, a sheet-like preform is formed in a uniform thickness in the range of 0.05 to 0.5 mm on a plastics resin film as a process paper.
[0018]
The process paper used in the present invention is made of plastic, and examples of the material include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, nylon, polyethylene, polypropylene, PTFE, FEP, PFA, ETFE, and polyimide. The thickness is preferably 25 to 150 μm. If the thickness is less than 25 μm, the strength may be insufficient and may be damaged during the process. On the other hand, if the thickness exceeds 150 μm, the flexibility is impaired, and a problem may occur in calendar molding.
[0019]
Step (2): As shown in FIG. 3, an addition curing type in which the thermal conductivity after curing to be an electrode is 0.5 W / m · ° C. or more and the volume resistivity is adjusted to 1000 Ω · cm or less A peroxide curable conductive silicone rubber compound is formed as a sheet-like preform with a uniform thickness in the range of 0.05 to 0.5 mm on a plastic resin film as a process paper by calendar molding or coating. In the present invention, a cured sheet obtained by previously curing the conductive silicone rubber may be used. In order to obtain a cured sheet, a mold is used, and hot pressing is performed for 1 to 30 minutes under conditions of 100 to 200 ° C. and 1 to 80 kgf / m 2 , or heating is performed for 1 to 30 minutes under hot air at 150 ° C. .
[0020]
Step (3): As shown in FIG. 4, the sheet-like preform lined with the process paper obtained in Step (1) and Step (2) is bonded together and placed in a mold (4-2), 100 It is hot-pressed for 1 to 30 minutes at 4 ° C. to 200 ° C. under a pressure of 1 to 80 kgf / m 2 (4-3) to produce a laminated sheet (4-4) of high thermal conductive silicone rubber and conductive silicone rubber.
At this time, it is preferable that each sheet-like preform has a predetermined planar contour shape as shown in FIG. 5 and is die-cut on a plastic resin film as a process paper. Moreover, it is preferable that the outline dimension of the sheet-like preform made of conductive silicone is less than the outline dimension of the sheet-like preform made of highly thermally conductive silicone.
[0021]
Process (4): As shown in FIG. 6, the process sheet of the laminated sheet obtained in the process (4) was peeled off (4-5), and the conductive silicone rubber surface and the process (1) were obtained. Put the sheet-like preform (5-4) of high thermal conductivity silicone into the mold (6-2), 100-30 ° C, pressure 1-80kgf / m 2 for 1-30 minutes Heat-pressed (6-3) to produce a laminated sheet having a structure in which conductive silicone rubber is sandwiched between high thermal conductive silicone rubber layers (6-4). Finally, the electrostatic chuck 22 is obtained by removing the process paper. At this time, it is preferable that the outline dimension of the sheet-shaped preform of high thermal conductivity silicone is the same as the outline dimension of the sheet-form preform of high thermal conductivity silicone in
[0022]
【The invention's effect】
In the electrostatic chuck of the present invention, since the electrode and the insulating layer are all made of a silicone rubber elastic body, it is suitable for a non-deformation holding mechanism provided with support protrusions, and has an excellent follow-up heat dissipation characteristic during elastic deformation. It is an electric chuck. Moreover, the manufacturing method of the electrostatic chuck of this invention can improve the workability | operativity of the sheet-like preform of a silicone compound by using the plastic film which is process paper in a process, and also uses process paper. It is possible to prevent the mold from being contaminated with silicone by charging the preform with the lining.
[0023]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in full detail, this invention is not limited by this.
[0024]
Composition Examples 1-4.
A: Methyl vinyl polysiloxane having an average polymerization degree of 8,000 and comprising 99.85 mol% of dimethylsiloxane units and 0.15 mol% of methyl vinyl siloxane units.
B: Di-t-butyl peroxide
C: Alumina powder (AS23: trade name of Showa Denko KK)
D: Aluminum nitride powder (XUS-35548: Dow Chemical Co., Ltd. trade name)
E: Boron nitride powder (KBN- (h) 10: Product name manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
F: Silica powder (Crystalite: trade name made by Tatsumori Co., Ltd.)
Using raw materials selected from the above A to F, highly heat conductive silicone rubber compounds of Composition Examples 1 to 4 shown in Table 1 were prepared. Next, using a calender roll, a sheet was formed on a polyethylene terephthalate film having a thickness of 100 μm, which was a process paper.
[0025]
[Table 1]
Composition examples 5 and 6.
G: Methyl vinyl polysiloxane having an average degree of polymerization of 8,000, comprising 99.85 mol% of dimethyl siloxane units and 0.15 mol% of methyl vinyl siloxane units
H: Di-t-butyl peroxide
I: Orthomethylbenzoyl peroxide
J: Acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
K: Silver powder AgC-BO (Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd.)
L: Fumed silica surface-treated with hexamethyldisilazane (specific surface area 200 m 2 / g)
[0027]
Conductive silicone rubber compounds shown in Table 2 were prepared using raw materials selected from G to L.
[Table 2]
The conductive silicone rubber compound of Composition Example 5 produced a sheet-like preform on a polyethylene terephthalate film (film thickness: 100 μm), which is a process paper, with a calender roll. Further, the conductive silicone rubber compound of Composition Example 6 was diluted with xylene so that the weight ratio of the solid component was 50% by weight, coated on a polyethylene terephthalate film (film thickness 100 μm), and dried to form a sheet-like preform. Then, hot press molding was performed for 10 minutes at 170 ° C. and 20 kgf / cm 2 .
[0029]
Example 1.
After using the sheet-shaped preform of the high thermal conductive silicone rubber compound of Composition Example 1 and the sheet-shaped preform of the conductive silicone rubber compound of Composition Example 5 and laminating by the manufacturing method shown in
[0030]
Examples 2-4.
An electrostatic chuck was manufactured in exactly the same manner as in Example 1, except that the high thermal conductive silicone rubber compounds of Composition Examples 2 to 4 were used instead of the high thermal conductive silicone rubber compound of Composition Example 1. As a result of manufacturing the mask for X-ray exposure with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1 using the obtained electrostatic chuck, it is possible to prevent the wafer from being displaced and to generate heat generated in the wafer. It was also confirmed that it can be cooled efficiently. The obtained mask was a good mask for X-ray exposure.
[0031]
Example 5 FIG.
An electrostatic chuck was produced in exactly the same manner as in Example 1, except that the cured conductive silicone rubber sheet of Composition Example 6 was used instead of the sheet-like preform of the conductive silicone rubber compound of Composition Example 5. As a result of manufacturing the mask for X-ray exposure with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1 using the obtained electrostatic chuck, it is possible to prevent the wafer from being displaced and to generate heat generated in the wafer. It was also confirmed that it can be cooled efficiently. The obtained mask was a good mask for X-ray exposure.
[0032]
Examples 6-8.
An electrostatic chuck was produced in exactly the same manner as in Example 2-4, except that the cured conductive silicone rubber sheet of Composition Example 6 was used instead of the sheet-like preform of the conductive silicone rubber compound of Composition Example 5. .
As a result of manufacturing an X-ray exposure mask with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1 using the obtained electrostatic chuck, the wafer position can be prevented from being misaligned. It was confirmed that it can be cooled efficiently. The obtained mask was a good mask for X-ray exposure.
[0033]
Comparative Example 1
A 12 μm steel foil was sandwiched between the polyimide films having a film thickness of 25 μm as an electrode and laminated to produce an electrostatic chuck having the same outline dimensions as in the examples. As a result of using the obtained electrostatic chuck and manufacturing a mask for X-ray exposure with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1, not only can the wafer be prevented from being displaced, The heat generated on the wafer could not be cooled, and an X-ray exposure mask could not be manufactured.
[0034]
Comparative Example 2
An electrostatic chuck having the same contour dimensions as in the example was manufactured by sandwiching and laminating 12 μm of copper foil between the thermally conductive silicone rubber layers used in Composition Example 1. As a result of manufacturing an X-ray exposure mask with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1 using the obtained electrostatic chuck, not only the wafer misalignment but also the wafer is generated. The heat could not be cooled, and an X-ray exposure mask could not be manufactured.
[0035]
Example 6
As a result of manufacturing the electrostatic chuck without using the process paper used in the process of Example 1, the manufacturing time was about three times as long as the process paper was used. Also, the mold was soiled. The dimensions of the obtained electrostatic chuck varied greatly. As a result of manufacturing an X-ray exposure mask using the obtained electrostatic chuck with the electron beam lithography apparatus having the wafer holding mechanism shown in FIG. 1, it is possible to prevent the wafer from being displaced and to cool the heat generated on the wafer. It was sufficient, and the production yield of the X-ray exposure mask was not good.
[0036]
By using a plastic film which is a process paper as in Examples 1 to 5, the handling workability of the sheet-like preform of the silicone rubber compound is improved, and the preform is applied to the mold with the process paper attached. It was confirmed that contamination of the mold with silicone could be prevented by charging. In addition, since each rubber layer is integrated by a crosslinking reaction in the lamination process of each silicone rubber layer, there is no need to use a primer, an adhesive, etc., so the manufacturing process is simplified, thereby reducing costs. be able to. Furthermore, the electrostatic chuck of the present invention has excellent flexibility and not only can hold the wafer without deformation, but also has excellent heat dissipation, so that the wafer can be cooled efficiently. Has been demonstrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a wafer support mechanism having support protrusions. (1-1) FIG. 1 is a plan view, and 1-2) is an AA cross-sectional view.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between process paper and a high thermal conductive silicone rubber preform. (2-1) is a plan view and (2-2) is a cross-sectional view.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between process paper and conductive silicone rubber preform. (3-1) is a plan view, and (3-2) is a cross-sectional view thereof.
FIG. 4 is an explanatory view of a process of bonding a sheet-like preform lined with process paper and putting it in a mold, and producing a laminated sheet of high thermal conductive silicone rubber and conductive silicone rubber by heat and pressure.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the size of a sheet-like preform and process paper. Figures (5-1) and (5-2) show that the sheet-like preform and the process paper are the same size. Figures (5-3) and (5-4) show that the sheet-like preform is smaller than the process paper. Show the case.
FIG. 6 shows a laminate of a highly heat-conductive silicone rubber and a conductive silicone rubber laminated with a highly heat-conductive silicone rubber preform formed on a process paper on the surface of the conductive silicone rubber layer and heat-pressed to It is explanatory drawing of the process of manufacturing the electrostatic chuck of invention.
[Explanation of symbols]
1． stage
2． Support protrusion
3． Electrostatic chuck
Four. Wafer
Five. Insulating spacer
E +. Plus power
E-. Negative power supply
G. ground
6． Mold
6A. Upper mold
6B. Lower mold
7． Conductive silicone rubber sheet-shaped preform or cured silicone rubber sheet
8． Process paper. High thermal conductivity silicone and sheet-form preform
Ten. Conductive silicone rubber cured product
11A. High thermal conductivity silicone rubber cured product
11B. High thermal conductivity silicone rubber cured product
12． Conductive silicone rubber cured product + highly thermally conductive silicone rubber cured product laminated sheet
twenty one. Mold
21A. Upper mold
21B. Lower mold
twenty two. Electrostatic chuck reference number P99-818
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