JP2006187110A - 静電吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、生産性、熱伝導性及び耐久性に優れた静電吸着装置を提供する。
【解決手段】板状のセラミック誘電体２に設けられた凹部に収容されるように、セラミック誘電体２の反吸着面に設けられた吸着用電極５と、この吸着用電極５に連接され、セラミック誘電体２との熱膨張係数数差が３×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃以下の材質からなり、金属膜が被覆されたバックアップ部材７と、バックアップ部材７、吸着用電極５、セラミック誘電体２を介して板状の被吸着材Ｗの温度を制御する冷却部材１０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は静電吸着装置に係り、特に主として半導体装置、ＬＣＤ等の製造工程で使用され、セラミック誘電体に吸着用電極等を収容する凹部が形成された静電吸着装置に関す。

一般に従来の静電吸着装置では、図２に示すように、ポリイミド等の樹脂を誘電層として使用している。この構造は製造が容易で、安価な静電吸着装置が実現できるが、半導体やＬＣＤの製造工程で使用されるプラズマを応用した工程では、誘電層であるポリイミドがプラズマで浸食され耐久性、発塵性で問題がある。

また、図３に示すように、誘電層をセラミックスで形成した構造では、その製造は図１の構造に次いで容易であるがコストが高くなる。さらに、その耐プラズマ性は向上するが、側面に露出した接着層の耐プラズマ性が問題である。また、表面誘電層の加工時に接着層が剥離する場合があり歩留が低下する、接着層の熱伝導が悪いため吸着する試料の温度制御が劣化する等の問題がある。

さらに、図４に示す構造では、セラミックス部材中に吸着電極が埋設されている。この埋設は粉体中に吸着電極を配置しホットプレスで焼結する方法等が一般的である。この構造では、プラズマに晒される表面および側面が耐プラズマ性の高いセラミックスのため耐久性が高い。また、一般にセラミックスは樹脂に比べて熱伝導率が高く、特に熱伝導が大きい窒化アルミニウムを使用すると高精度な試料の温度制御が達成できるという特長がある。

しかし、高価なセラミック材料の使用量が多い、高価なホットプレス装置を使う焼結工程、および、難加工性のセラミックスの加工工程がコスト高になるという短所がある。

なお、図３に示す静電吸着装置に関連する先行技術としては特許文献１、図４に示す静電吸着装置に関連する先行技術としては特許文献２に記載の静電吸着装置がある。
特開平５−８１４０号公報 特開平９−１３４９５１号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、安価で、生産性、熱伝導性及び耐久性に優れた静電吸着装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る静電吸着装置は、被吸着材を吸着面に吸着する板状のセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の反吸着面に凹部が形成されるようにセラミック誘電体の外周部に沿って設けられたセラミック突条部と、前記凹部に収容され、前記反吸着面に設けられた吸着用電極と、この吸着用電極に接続され電圧を印加する接続端子と、前記凹部に収容されるように前記反吸着面に連接され、かつ前記セラミック誘電体との熱膨張係数差が３×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃以下の材質からなり、表面に金属膜が被覆されたバックアップ部材と、前記金属膜を介して前記バックアップ部材の一面と前記吸着用電極を連接させる接続層と、前記バックアップ部材の他面に連接され、前記バックアップ部材、前記接続層、前記吸着用電極、前記セラミック誘電体を介して前記被吸着材の温度を制御する冷却部材と、前記金属膜を介して前記バックアップ部材と前記冷却部材を連接させる連接手段を有することを特徴とする。

好適には、前記セラミック誘電体と前記セラミック枠は、同種の材質からなり、かつ、窒化アルミニウム、アルミナ、またはイットリアからなることを特徴とする。

また、好適には、前記セラミック突条部は、前記セラミック誘電体と別個に形成されたセラミック枠体であり、この両者間に介在するセラミック接着層により前記セラミック誘電体に一体的に設けられ、かつ、このセラミック接着層の材質は、ＹＡＧである。

また、好適には、前記バックアップ部材の材質は、炭素である。

本発明に係る静電吸着装置によれば、安価で、生産性、熱伝導性及び耐久性に優れた静電吸着装置を提供することができる。

以下、本発明に係る静電吸着装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る静電吸着装置の概念図である。

図１に示すように、本発明に係る静電吸着装置１は、円板状の被吸着材例えばウェーハＷを吸着面２ａに吸着する円板状のセラミック誘電体２を有し、このセラミック誘電体２の反吸着面２ｂ側に凹部２ｃを形成するように、このセラミック誘電体２の外周部２ｄに沿って下方に突出するように設けられたセラミック突条部例えばリング状のセラミック枠３と、セラミック誘電体２とセラミック枠３を連接させるセラミック接着層４と、反吸着面２ｂに設けられた吸着用電極５と、この吸着用電極５に接続され電圧を印加する接続端子６を有している。

さらに、反吸着面２ｂには、凹部２ｃに収容され、セラミック誘電体２との熱膨張係数数差が３Ｅ^−６ｃｍ／ｃｍ・℃以下の材質からなるバックアップ部材７が連接され、このバックアップ部材７の表面に形成された金属膜８と、この金属膜８を介してバックアップ部材７と吸着用電極５を連接させる接続層９と、バックアップ部材７の裏面に連接され、金属膜８が設けられたバックアップ部材７、接続層９、吸着用電極５、セラミック誘電体２を介して板状の被吸着材Ｗの温度を制御する冷却部材１０と、金属膜８を介してバックアップ部材７と冷却部材１０を連接させる連接手段１１を有している。

上記セラミック誘電体は、高耐プラズマ性、高熱伝導の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスで形成するのが好ましく、静電吸着装置の誘電体として十分な吸着力を得るために１ｍｍ以下に加工されている。なお、セラミック誘電体はＡｌＮに限らずＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３等の高耐プラズマ部材でもよい。

また、セラミック枠３は、セラミック誘電体２と同質の材質からなり、板厚が薄いセラミック誘電体２の補強、及び側面からのプラズマ侵食防止用である。セラミック接着層４例えばＹＡＧを用いて、セラミック枠３をセラミック誘電体２に一体的に加熱接着することにより、凹部２ｂが設けられた枠付きのセラミック誘電体組立Ａを形成し、材料の使用量、加工工数を削減する。なお、セラミック誘電体（組立）は、セラミック誘電体とセラミック枠との接合体が凹形状にニアネット成形体を焼成した一体成形でもよい。

このような高耐プラズマ部材を用いることにより、吸着用電極とバックアップ部材がセラミックスに比べて耐プラズマ性に劣っても、高耐プラズマ部材に設けられた凹部に収容され、冷却部材により凹部が実質的に閉塞されるので、プラズマによる吸着用電極、バックアップ部材の侵食が防がれる。

このセラミックス誘電体組立の凹部にメッキ、またはペーストを塗布、焼成して、例えばニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の耐熱金属、またはこれらを成分に含んだ吸着用電極が設けられる。これにより、吸着用電極はセラミックス内に埋設せずにセラミック誘電体に設けることが可能になる。

また、バックアップ部材７は、例えば炭素（Ｃ）等のセラミック誘電体２との熱膨張計数差が３Ｅ^−６以下の材質からなり、このバックアップ部材７の表面には、メッキ、またはペーストを塗布、焼成して、例えばニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の耐熱金属、またはこれらを成分に含んだ金属膜（層）８が形成されている。

例えば、ＡｌＮよりなるセラミック誘電体２の熱膨張計数は４．４４×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃であり、Ｃ（石墨）よりなるバックアップ部材７の熱膨張計数は４．３０×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃でその差が小さい。このため、例えば、ＡｕＳｎをはじめとするＡｕロー、またはＡｇロー等よりなる接続層９でセラミック誘電体２とバックアップ部材７の接続工程においても、接続温度と常温の熱膨張差による歪みが小さく抑えられ、反りや割れ発生がない信頼性が高い接続が可能である。一般に、接続温度は高い方が形成される接続層の信頼性が高いので好ましい。なお、接続層は金属または高熱伝導フィラーを含んだ高熱伝導接着樹脂でもよい。

接続端子６は、バックアップ部材７に形成された取出口７ａを介して、吸着用電極５に例えばロー付け等の手段により接続され、吸着用電極５に電圧を印加するようになっている。吸着用電極への電圧印加は、上記のようにバックアップ部材に設けられた取出口を介して接続端子による構造に限らず、金属製の接続層、バックアップ部材の表面に表面側と裏面側の両側を接続するように被覆された金属膜を介してバックアップ部材の冷却部材との接着面から電圧を印加することもできる。この場合、バックアップ部材に接続端子の取出口を形成する工程を省略できる利点がある。

冷却部材１０は、冷却水の流路等を内部に形成した例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）の高熱伝導金属、またはこれらを含む高熱伝導合金よりなり、バックアップ部材７の裏面に接続層９により接着されている。この場合は、接続層９を形成した後の工程のため、接続層９の形成温度より低温で行い、接続層９への影響を抑える必要がある。そのため、より低温の接続手段を選定する必要がある。

具体的には、高熱伝導樹脂またはＳｎ、Ｉｎ、Ｉｎ合金、ＰｂＳｎ等の低温半田が適している。冷却部材１０は水冷等の手段で冷却されており、その表面温度は１００℃以下であるため、接続手段１１には耐熱性は要求されない。なお、この接続手段は熱伝導グリース等介したネジ止め等の機械的手段でもよく、また、複数の吸着用電極が必要な場合、あるいは吸着用電極の他にＲＦ電極等の電極が必要な場合、吸着用電極と加熱用ヒータが必要な場合、吸着用電極と温度センサが必要な場合等には、吸着用電極以外の電極等をセラミック誘電体内部に埋設してもよい。または、複数のセラミック誘電体を積層して、セラミック誘電体を形成してもよい。

本静電吸着装置は上記のような構造を有し、このセラミック誘電体（組立）に凹部２ｂを形成したので、吸着用電極５がセラミックス内に埋設させずにセラミック誘電体２の反対面２ｃに設けることができ、高価格なセラミック使用量の削減、加工の削減、電極埋設工程の削減が可能となり、生産性に優れ、また、セラミック誘電体２を保持するバックアップ部材７にセラミック誘電体２との熱膨張計数差が３×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃以下であり安価な材質である炭素を採用したので、図４に示す従来例に比べて、大幅なコストダウンが可能となり、製造コストはほぼ３０〜４０％の削減が可能となり、さらに、バックアップ部材７と吸着用電極５を高熱伝導の金属ロー材からなる接続層で接続したので、熱伝導性に優れ、また、高耐プラズマ部材に設けられ実質的に閉塞された凹部２ｃに吸着用電極５とバックアップ部材７が収容され、加えて、バックアップ部材７の裏面より冷却部材１０で冷却する構造になっているので、耐久性がある。

さらに、静電吸着装置の特性を決定するセラミック誘電体に種々の材質が適用可能となり、さらに、セラミック誘電体の体積抵抗率を５×１０^９〜１×１０^１２Ωｃｍにすれば、ジャンセン・ラーベック力方式の静電吸着装置が実現でき、体積抵抗率を５×１０^１３Ωｃｍ以上にすればクーロン力方式の静電吸着装置が実現できる。用途により両方式の静電吸着装置を製造する場合にも１つの製造ライン、製造工程で製造することができる。

上述のような本実施形態の静電吸着装置によれば、安価で、生産性、熱伝導性及び耐久性に優れた静電吸着装置が実現される。

本発明に係る静電吸着装置の概念図。 従来の静電吸着装置の概念図。 従来の静電吸着装置の概念図。 従来の静電吸着装置の概念図。

符号の説明

１ 静電吸着装置
２ セラミック誘電体
３ セラミック枠
４ セラミック接着層
５ 吸着用電極
６ 接続端子
７ バックアップ部材
８ 金属膜
９ 接続層
１０ 冷却部材
１１ 連接手段

Claims (4)

1. 被吸着材を吸着面に吸着する板状のセラミック誘電体と、
   このセラミック誘電体の反吸着面に凹部が形成されるようにセラミック誘電体の外周部に沿って設けられたセラミック突条部と、
   前記凹部に収容され、前記反吸着面に設けられた吸着用電極と、
   この吸着用電極に接続され電圧を印加する接続端子と、
   前記凹部に収容されるように前記反吸着面に連接され、かつ前記セラミック誘電体との熱膨張係数差が３×１０^−６ｃｍ／ｃｍ・℃以下の材質からなり、表面に金属膜が被覆されたバックアップ部材と、
   前記金属膜を介して前記バックアップ部材の一面と前記吸着用電極を連接させる接続層と、
   前記バックアップ部材の他面に連接され、前記バックアップ部材、前記接続層、前記吸着用電極、前記セラミック誘電体を介して前記被吸着材の温度を制御する冷却部材と、
   前記金属膜を介して前記バックアップ部材と前記冷却部材を連接させる連接手段
   を有することを特徴とする静電吸着装置。
2. 前記セラミック誘電体と前記セラミック突条部は、同種の材質からなり、かつ、窒化アルミニウム、アルミナ、またはイットリアからなることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着装置。
3. 前記セラミック突条部は、前記セラミック誘電体と別個に形成されたセラミック枠体であり、この両者間に介在するセラミック接着層により前記セラミック誘電体に一体的に設けられ、かつ、このセラミック接着層の材質は、ＹＡＧであることを特徴とする請求項２に記載の静電吸着装置。
4. 前記バックアップ部材の材質は、炭素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の静電吸着装置。

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