JP6475219B2 - 保持部材及び静電チャック並びに半導体製造用装置 - Google Patents
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Description
なお、この種の静電チャックとしては、セラミックス板の下面(接合面)に、例えば樹脂材料や金属材料からなる接着剤層(ボンディング層)を介して、クーリングプレートとして機能する金属板が接合されたものが知られている。
このように、本第1局面では、セラミックス板と金属板とを接合する接着剤層に、強磁性物質を含んでいるので、接着剤層の外部より、高周波電磁波を印加することにより、強磁性物質を発熱させることができるので、その周囲の接着剤層、ひいては接着剤層に隣接するセラミックス板を加熱することができる。
本第2局面は、強磁性物質として好適な材料を例示している。
軟磁性物質は、硬磁性物質とは異なり、外部磁界がなければ磁力が発生しない又は磁力が発生しにくい。また、外部磁界がなくなれば磁力も消失する。そのため、例えば強磁性物質が粒子状である場合には、粒子の分散性に優れており、ひいては接着剤中における分散性に優れている。また、例えば保持部材が静電チャックに用いられる場合には、静電チャックに異物が吸着されにくいという利点がある。
本第3局面では、強磁性物質のキュリー点は100℃以上であるので、100℃以上の高いキュリー点に到るまで、強磁性物質(従って接着剤層)の温度を制御することが可能である。
本第4局面は、接着剤層に含まれる物質を例示している。ここでは、強磁性物質以外に、他の無機誘電体を含むので、例えば強度に優れる、所定の熱伝導率に調整されている、塗工の際に塗工しやすい粘度に調整されているなどという利点がある。
本第5局面では、接着剤層中に粒子状の強磁性物質が分散しているので、接着剤層の全体を容易に加熱できる。
本第10局面は、接着剤層が複数層からなる場合を例示している。
本第11局面の静電チャックは、上述した保持部材を備えているので、セラミックス板の平面方向における温度を容易に均一化することができる。
例えばプラズマによるエッチング加工を行う際に、半導体製造用装置の高周波電極から保持部材に対して高周波電磁波を印加することによって、セラミックス板の平面方向における温度を容易に均一化できる。そのため、例えばエッチング加工を行う場合に、加工速度にムラが生じる等の不具合を抑制することができる。
・第1の主面及び第2の主面とは、セラミックス板の厚み方向における一方の表面及び他方の表面を示し、第3の主面及び第4の主面とは、金属板の厚み方向における一方の表面及び他方の表面を示している。
・接着剤層は、接着剤中に、同一又は種類の異なる各種の強磁性物質を含有する層である。この接着剤としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの各種の接着剤(例えば熱硬化型接着剤)を採用できる。
硬磁性物質(硬磁性体)は、外部磁界によって磁化された後、外部磁界を取り去っても磁化を残す物質である。
フェライトのうち、硬磁性体の特徴を示すものを特にハードフェライト、軟磁性体の特徴を示すものを特にソフトフェライトと呼ぶこともある。ハードフェライトには、BaO・6Fe2O3やSrO・6Fe2O3がある。ソフトフェライトには、MnO・Fe2O3、ZnO・Fe2O3、NiO・Fe2O3、CuO・Fe2O3などがある。
・なお、使用する強磁性物質が同じ場合(但し高周波電磁波など他の条件が同じ場合)には、使用する量(例えば単位体積当たりの重量%)が多いほどの発熱量が多くなる。また、同じ条件(例えば周波数や印加時間など)で高周波電磁波が印加された場合でも、強磁性物質の種類が異なれば、その発熱能力は異なる。すなわち、その周波数における鉄損の値が大きい強磁性物質の方が発熱能力が高い。なお、発熱量は、高周波電磁波の印加時間に比例する。
[1.第1実施形態]
ここでは、第1実施形態として、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
[1−1.静電チャックの構成]
まず、第1実施形態の静電チャックの構成について、図1に基づいて説明する。
<セラミックス板>
図1に示すように、セラミックス板5は、例えば外径φ310mm×厚み5mmの円盤形状であり、その内部には、図1の上方より、吸着用電極11、ヒータ配線13等が、順番に配置されている。なお、セラミックス板5の内部には、図示しないが、吸着用電極11やヒータ配線13と電気的に接続される内部配線層やビア等が配置されている。
金属板7は、例えば外径φ310mm×厚み5mmの円盤形状であり、例えばA1050やA6061のアルミニウム合金からなる金属板である。
<接着剤層>
接着剤層9は、例えば外径φ300mm×厚み0.3mmの円盤形状であり、例えばシリコーン系の熱硬化型接着剤(例えば信越化学工業製のKE−1056)に、粒子状の強磁性物質(例えば軟磁性物質である平均粒径10μmの鉄)が添加されたものである。なお、以下では、粒子状の強磁性物質を強磁性粒子と称することもある。
ここで、接着剤としては、上述したシリコーン樹脂以外に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などからなる各種の接着剤を選択できる。なお、耐熱性が高い点からは、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が好ましい。また、異なる材料を接着した際に生じる熱応力を緩和・吸収するためには、比較的柔らかいアクリル樹脂やシリコーン樹脂を用いることができる。
強磁性粒子に電磁波が照射された時に失われるエネルギー損失、いわゆる鉄損は、主としてヒステリシス損と渦電流損との合計からなり、ヒステリシス損は周波数に比例し、渦電流損は周波数の2乗に比例する。よって、高周波数域では、効率の良い発熱のためには、渦電流損の増加が有効である。渦電流損には、粒子内渦電流損と粒子間渦電流損とがあるが、本第1実施形態では、粒子間がシリコーン樹脂によって絶縁されているため、渦電流は流れにくいので、粒子間渦電流損は発生しにくい。従って、渦電流損は、主に粒子内渦電流損に限定される。
ヒステリシス損は、強磁性粒子の粒子径が小さい方が大きい傾向にある。これは、強磁性粒子の界面が磁壁の移動を阻害することが、ヒステリシス損の原因であるためである。従って、粒子径が小さい方がヒステリシス損が大きく好ましい。
吸着用電極11は、例えば平面形状が円形の電極から構成されている。この吸着用電極11とは、静電チャック1を使用する場合には、直流高電圧が印加され、これにより、半導体ウェハ3を吸着する静電引力(吸着力)を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ3を吸着して固定する静電電極である。
ヒータ配線13は、電圧が印加されて電流が流れると発熱する抵抗発熱体、例えばタングステンやモリブデン等の金属材料からなる抵抗発熱体である。
[1−2.静電チャックの製造方法]
次に、静電チャック1の製造方法について説明する。
(2)次に、この粉末に溶剤等を加え、ボールミルで混合して、スラリーとする。
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、スラリー状にして、メタライズインクとする。
(6)次に、各アルミナグリーンシートを熱圧着し、積層シートを形成する。
(8)次に、カットした積層シートを、還元雰囲気にて、1400〜1600℃の範囲(例えば1550℃)にて5時間焼成(本焼成)し、アルミナ質焼結体を作製する。
(10)これとは別に、金属板7を製造する。具体的には、例えば円盤形状に打ち抜いたアルミニウム合金の金属板に対して、切削加工等を行うことにより、所定厚みの金属板7を形成する。
詳しくは、上述のような接着剤(例えばシリコーン樹脂)100重量部に対して、例えば5〜400重量部の強磁性粒子(例えば鉄)を添加して混合する。この混合の際には、公知の装置を用いることができる。具体的には、攪拌羽根による攪拌・混練、ニーダー、バンバリー型混合機、三本ロールなどを用いることができる。
[1−3.半導体製造用装置]
次に、半導体製造用装置について説明する。
[1−4.効果]
次に、第1実施形態の効果について説明する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成は同じ番号を用いる。
本第2実施形態では、第1実施形態と同様な効果を奏するとともに、強磁性粒子は、通電により発熱するヒータ配線13と重ならない領域R2に配置されているので、セラミックス板9の温度を一層均一化できるという効果がある。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成は同じ番号を用いる。
[4.実施例及び比較例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例として、本発明の範囲内の実施例1〜3と本発明の範囲外の比較例1〜3とについて説明する。
実施例及び比較例として、前記第1実施形態の接着剤層とほぼ同様な構成のシートを作製した。
前記シート(即ち接着剤層)を、チャンバー内に配置し、磁界を発生させる電磁誘導装置の上に置き、チャンバー内を減圧して、シート全体を真空引きした。なお、真空引きする理由は、大気への放熱を抑制し、シートにおける温度変化を正確に測定するためである。
[5.その他の実施形態]
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…セラミックス板
7…金属板
9…接着剤層
11…吸着用電極
15…リフトピン孔
27、29…高周波電極
Claims (12)
- 第1の主面と第2の主面とを備えたセラミックス板と、
第3の主面と第4の主面とを備えた金属板と、
前記セラミックス板の第2の主面と前記金属板の第3の主面との間に配置されて、前記セラミックス板と前記金属板とを接合する接着剤層と、
を備えた保持部材において、
前記セラミックス板の内部には、通電により発熱するヒータ配線を備え、
前記接着剤層には、強磁性物質を含むことを特徴とする保持部材。 - 前記強磁性物質は、軟磁性物質であることを特徴とする請求項1に記載の保持部材。
- 前記強磁性物質のキュリー点は、100℃以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の保持部材。
- 前記接着剤層は、前記強磁性物質以外に、他の無機誘電体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の保持部材。
- 前記接着剤層中に、粒子状の強磁性物質が分散していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の保持部材。
- 前記保持部材を厚み方向から見た平面視で、前記接着剤層は、前記強磁性物質が高周波電磁波によって発熱する場合に、場所によって発熱状態が異なるように、前記強磁性物質の種類及び配置状態の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の保持部材。
- 前記平面視で、前記ヒータ配線を配置したヒータ領域と他の領域とについて、前記強磁性物質が高周波電磁波によって発熱する場合に、前記他の領域における発熱状態が前記ヒータ領域における発熱状態より大となるように、前記強磁性物質の種類及び配置状態の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする請求項6に記載の保持部材。
- 前記平面視で、前記保持部材を厚み方向に貫通する貫通孔の周囲と他の領域とについて、前記強磁性物質が高周波電磁波によって発熱する場合に、前記貫通孔の周囲における発熱状態が前記他の領域における発熱状態より大となるように、前記強磁性物質の種類及び配置状態の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の保持部材。
- 前記平面視で、前記保持部材の外周部分と他の領域とについて、前記強磁性物質が高周波電磁波によって発熱する場合に、前記外周部分における発熱状態が前記他の領域における発熱状態より大となるように、前記強磁性物質の種類及び配置状態の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の保持部材。
- 前記接着剤層が複数層からなり、該複数層の少なくとも一層が前記強磁性物質を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の保持部材。
- 前記請求項1〜10のいずれか1項に記載の保持部材が、吸着用電極を備えたことを特徴とする静電チャック。
- 前記請求項1〜10のいずれか1項に記載の保持部材と、該保持部材に高周波電磁波を印加することが可能な高周波電極と、を備えたことを特徴とする半導体製造用装置。
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