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JP2011061049A - Electrostatic chuck - Google Patents

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JP2011061049A
JP2011061049A JP2009209947A JP2009209947A JP2011061049A JP 2011061049 A JP2011061049 A JP 2011061049A JP 2009209947 A JP2009209947 A JP 2009209947A JP 2009209947 A JP2009209947 A JP 2009209947A JP 2011061049 A JP2011061049 A JP 2011061049A
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JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
adhesive layer
insulating plate
metal base
electrostatic chuck
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009209947A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryosuke Kameyama
亮介 亀山
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2009209947A priority Critical patent/JP2011061049A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck that can enhance the flatness of a suction surface and the parallelism of the suction surface to the surface of a metal base by equalizing the thickness of an adhesive layer. <P>SOLUTION: The electrostatic chuck 1 has a ceramic insulating plate 10 and a metal base 30 where the metal base 30 is joined to the ceramic insulating plate 10 through an adhesive layer 20. The electrostatic chuck 1 sucks a sucked object to a first principal plane 11 of the ceramic insulating plate 10 using an electrostatic attraction force generated when a voltage is applied to a suction electrode layer 51. Furthermore, in the adhesive layer 20, two or more ceramic balls 21 are arranged that contact with a second principal plane 12 of the ceramic insulating plate 10 and first surface 31 of the metal base 30 to keep the thickness of the adhesive layer 20. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正、半導体ウェハの搬送などに用いられる静電チャックに関するものである。   The present invention relates to an electrostatic chuck used for fixing a semiconductor wafer, correcting the flatness of the semiconductor wafer, transporting the semiconductor wafer, and the like.

従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ(例えばシリコンウェハ)に対してドライエッチング等の処理が行われている。ドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そこで、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている。   Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus, a process such as dry etching is performed on a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer). In order to increase the accuracy of dry etching, it is necessary to securely fix the semiconductor wafer. Therefore, an electrostatic chuck for fixing the semiconductor wafer by electrostatic attraction has been proposed as a fixing means for fixing the semiconductor wafer.

具体的に言うと、静電チャックは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極層を有しており、その吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着させるようになっている。なお、静電チャックは、セラミック絶縁板の接合面に、接着剤層を介して金属ベースを接合することによって構成されている(例えば、特許文献1参照)。   More specifically, an electrostatic chuck has an adsorption electrode layer inside a ceramic insulating plate, and uses an electrostatic attractive force generated when a voltage is applied to the adsorption electrode layer, to form a semiconductor wafer. Is adsorbed on the adsorption surface of the ceramic insulating plate. The electrostatic chuck is configured by bonding a metal base to a bonding surface of a ceramic insulating plate via an adhesive layer (see, for example, Patent Document 1).

ところで、静電チャックは、上記したように、ドライエッチング等の処理を行う際に、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に吸着することを主な機能としている。従って、平面度が低い吸着面に半導体ウェハを吸着させると、吸着面に追従して半導体ウェハの表面の平面度も低下してしまう。このため、例えばドライエッチングを行って半導体ウェハ上にパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらついて歩留まりが低下するなどの問題が生じやすい。よって、この種の静電チャックにおいては、セラミック絶縁板の吸着面に高い平面度が要求されている。また、処理度合いのバラツキをなくすために、金属ベースの表面に対する吸着面の平行度を高くすることも要求されている。   By the way, as described above, the electrostatic chuck has a main function of adsorbing the semiconductor wafer to the adsorption surface of the ceramic insulating plate when processing such as dry etching is performed. Therefore, when the semiconductor wafer is attracted to the suction surface having a low flatness, the flatness of the surface of the semiconductor wafer is also lowered following the suction surface. For this reason, for example, when a pattern is formed on a semiconductor wafer by dry etching, problems such as variations in the degree of processing and a decrease in yield are likely to occur. Therefore, in this type of electrostatic chuck, high flatness is required for the suction surface of the ceramic insulating plate. In addition, in order to eliminate the variation in the degree of processing, it is also required to increase the parallelism of the suction surface with respect to the surface of the metal base.

特開平4−287344号公報(図2など)JP-A-4-287344 (FIG. 2 etc.)

ところが、特許文献1に記載の静電チャックでは、上記した平面度及び平行度を十分に確保できないという問題がある。その原因は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接着剤層を用いて接合していることにある。即ち、セラミック絶縁板の吸着面及び接合面や、金属ベースの表面及び裏面が、機械加工や研磨等によって高い平面度で仕上げられていたとしても、ペースト状の接着剤を塗布して均一な厚さの接着剤層を形成することは困難だからである。   However, the electrostatic chuck described in Patent Document 1 has a problem that the flatness and parallelism described above cannot be sufficiently secured. The cause is that the ceramic insulating plate and the metal base are joined using an adhesive layer. That is, even if the adsorption surface and the bonding surface of the ceramic insulating plate and the front and back surfaces of the metal base are finished with high flatness by machining or polishing, a paste-like adhesive is applied to obtain a uniform thickness. This is because it is difficult to form an adhesive layer.

そこで、金属材料や樹脂材料によって形成されたスペーサを接着剤層内に配置することにより、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持することが考えられる。しかし、スペーサを金属材料によって形成した場合、スペーサの熱伝導率が高くなるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が伝達されやすくなる。その結果、吸着面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなってしまい、吸着面に吸着された半導体ウェハを均一に加熱または冷却できないという問題がある。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際にスペーサが潰れてしまうため、接着剤層の厚さを均一に保持できないという問題がある。   In view of this, it is conceivable that a spacer formed of a metal material or a resin material is disposed in the adhesive layer to maintain a constant distance between the ceramic insulating plate and the metal base. However, when the spacer is formed of a metal material, the thermal conductivity of the spacer is increased, so that heat is easily transferred between the ceramic insulating plate and the metal base. As a result, the temperature difference between the region directly above the spacer and the region not directly above the adsorption surface becomes large, and there is a problem that the semiconductor wafer adsorbed on the adsorption surface cannot be uniformly heated or cooled. In addition, when the spacer is formed of a resin material, the spacer is crushed when the ceramic insulating plate and the metal base are joined, and thus there is a problem that the thickness of the adhesive layer cannot be maintained uniformly.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、第1の目的は、接着剤層の厚さを均一にすることにより、吸着面の平面度と金属ベースの表面に対する吸着面の平行度とを高めることができる静電チャックを提供することにある。また、第2の目的は、スペーサを金属材料や樹脂材料によって形成した場合に生じる上記の問題を解消することができる静電チャックを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and a first object is to make the thickness of the adhesive layer uniform so that the flatness of the suction surface and the parallelism of the suction surface with respect to the surface of the metal base. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck capable of enhancing the above. A second object is to provide an electrostatic chuck capable of solving the above-described problems that occur when the spacer is formed of a metal material or a resin material.

そして、上記課題を解決するための手段としては、第1主面及び第2主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第1面及び第2面を有するとともに前記第1面が前記セラミック絶縁板の前記第2主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させ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、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第2主面と前記金属ベースの前記第1面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャックがある。   As means for solving the above-mentioned problems, a ceramic insulating plate having a first main surface and a second main surface and having an adsorption electrode layer therein, a first surface and a second surface, and the first surface One surface includes a metal base bonded to the second main surface side of the ceramic insulating plate via an adhesive layer, and using electrostatic attraction generated when a voltage is applied to the adsorption electrode layer In the electrostatic chuck for adsorbing an object to be adsorbed to the first main surface, the adhesive layer is in contact with the second main surface of the ceramic insulating plate and the first surface of the metal base in the adhesive layer. There is an electrostatic chuck characterized in that a plurality of ceramic spheres having a uniform particle diameter for maintaining the thickness of the agent layer are arranged.

従って、上記手段の静電チャックによれば、粒径の揃った複数のセラミック球が、セラミック絶縁板の接合面である第2主面と金属ベースの表面である第1面とに接触することにより、接着剤層の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球は、セラミック絶縁板と金属ベースとの間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。これにより、第2主面と第1面とが平行になるため、第2主面の反対側に位置する第1主面(セラミック絶縁板の吸着面)の平面度を高めることができるとともに、第1面(金属ベースの表面)に対する第1主面の平行度を高めることができる。その結果、第1主面に吸着された被吸着物の表面の平面度も高くなるため、被吸着物に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、被吸着物の歩留まり低下などの問題を防止できる。ここで、本明細書で述べられている「平面度」及び「平行度」の測定方法は、JIS B7513で定義されている精密定盤による測定方法に準じるものとする。   Therefore, according to the electrostatic chuck of the above means, the plurality of ceramic spheres having a uniform particle size are in contact with the second main surface that is the bonding surface of the ceramic insulating plate and the first surface that is the surface of the metal base. As a result, the thickness of the adhesive layer is kept uniform. That is, each ceramic sphere functions as a spacer that keeps a space between the ceramic insulating plate and the metal base. Thereby, since the second main surface and the first surface are parallel, the flatness of the first main surface (adsorption surface of the ceramic insulating plate) located on the opposite side of the second main surface can be increased, The parallelism of the first main surface with respect to the first surface (the surface of the metal base) can be increased. As a result, since the flatness of the surface of the object to be adsorbed adsorbed on the first main surface also increases, the degree of processing is less likely to vary when processing the object to be adsorbed, and the yield of the object to be adsorbed decreases. Can prevent such problems. Here, the “flatness” and “parallelism” measuring methods described in this specification are based on the measuring method using a precision surface plate defined in JIS B7513.

しかも、上記手段によれば、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ(セラミック球)を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサの熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板と金属ベースとの間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、第1主面においてスペーサの直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、第1主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板と金属ベースとを厚さ方向に押圧力を加えて接合する際にスペーサが潰れにくくなるため、接着剤層の厚さを均一に保持することができる。   Moreover, according to the above means, the spacer (ceramic sphere) is formed using a ceramic material having a lower thermal conductivity than the metal material and being harder than the resin material. Thereby, compared with the case where a spacer is formed with a metal material, since the heat conductivity of a spacer can be restrained low, a heat | fever is no longer transmitted between a ceramic insulating board and a metal base. As a result, the temperature difference between the region directly above the spacer and the region not directly above the first main surface can be reduced, and the object to be adsorbed adsorbed on the first main surface can be uniformly heated or cooled. Can do. Compared to the case where the spacer is formed of a resin material, the spacer is less likely to be crushed when the ceramic insulating plate and the metal base are joined by applying pressure in the thickness direction, so the thickness of the adhesive layer is uniform. Can be held in.

また、前記セラミック絶縁板の厚さは特に限定されないが、0.5mm以上7.0mm以下であってもよい。なお、セラミック絶縁板の厚さが1.0mm以下になると、セラミック絶縁板が薄くなりすぎるため、セラミック絶縁板の強度が低下して破損する可能性がある。一方、セラミック絶縁板の厚さが6.0mmよりも大きくなると、熱が伝達される距離(セラミック絶縁板の第1主面から金属ベースの第1面までの距離)が長くなるため、セラミック絶縁板の熱を接着剤層を介して金属ベース側に逃がしにくくなる。その結果、温度制御性が低下する場合もありうる。   The thickness of the ceramic insulating plate is not particularly limited, but may be 0.5 mm or greater and 7.0 mm or less. If the thickness of the ceramic insulating plate is 1.0 mm or less, the ceramic insulating plate becomes too thin, and the strength of the ceramic insulating plate may be reduced and damaged. On the other hand, if the thickness of the ceramic insulating plate is larger than 6.0 mm, the distance to which heat is transferred (distance from the first main surface of the ceramic insulating plate to the first surface of the metal base) becomes longer, so It becomes difficult for the heat of the plate to escape to the metal base side through the adhesive layer. As a result, temperature controllability may be reduced.

なお、セラミック絶縁板を構成する材料としては、アルミナ、イットリア(酸化イットリウム)、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。   In addition, as a material which comprises a ceramic insulating board, the sintered compact etc. which have high temperature firing ceramics, such as an alumina, a yttria (yttrium oxide), aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc. are mentioned. Depending on the application, a sintered body mainly composed of a low-temperature fired ceramic such as a glass ceramic obtained by adding an inorganic ceramic filler such as alumina to a borosilicate glass or a lead borosilicate glass may be selected. Alternatively, a sintered body mainly composed of a dielectric ceramic such as barium titanate, lead titanate, or strontium titanate may be selected.

なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板の第1主面の腐食を防止できるため、第1主面の平面度が低下しにくくなり、静電チャックの長寿命化を図ることができる。   In each process such as dry etching in semiconductor manufacturing, various techniques using plasma are employed, and in processes using plasma, corrosive gas such as halogen gas is frequently used. For this reason, high corrosion resistance is required for the electrostatic chuck exposed to corrosive gas or plasma. Therefore, the ceramic insulating plate is preferably made of a material having corrosion resistance against corrosive gas or plasma, for example, a material mainly composed of alumina or yttria. In this way, since the corrosion of the first main surface of the ceramic insulating plate can be prevented, the flatness of the first main surface is hardly lowered, and the life of the electrostatic chuck can be extended.

なお、前記セラミック絶縁板は、前記吸着用電極層を内部に有している。吸着用電極層を構成する材料としては特に限定されないが、同時焼成法によって吸着用電極層及びセラミック絶縁板を形成する場合、吸着用電極層中の金属粉末は、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、セラミック絶縁板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、吸着用電極層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。セラミック絶縁板がいわゆる低温焼成セラミック(例えばガラスセラミック等)からなる場合には、吸着用電極層中の金属粉末として、銅(Cu)または銀(Ag)等やそれらの合金が選択可能である。また、セラミック絶縁板が高誘電率セラミック(例えばチタン酸バリウム等)からなる場合には、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等やそれらの合金が選択可能である。なお、吸着用電極層は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成される。さらに、前記金属ベースを形成する材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。   The ceramic insulating plate has the adsorption electrode layer inside. The material constituting the adsorption electrode layer is not particularly limited, but when the adsorption electrode layer and the ceramic insulating plate are formed by the simultaneous firing method, the metal powder in the adsorption electrode layer is higher than the firing temperature of the ceramic insulating plate. Must have a high melting point. For example, when the ceramic insulating plate is made of a so-called high-temperature fired ceramic (for example, alumina), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn) is used as the metal powder in the adsorption electrode layer. Etc. and their alloys can be selected. When the ceramic insulating plate is made of a so-called low-temperature fired ceramic (for example, glass ceramic), copper (Cu), silver (Ag), or an alloy thereof can be selected as the metal powder in the adsorption electrode layer. When the ceramic insulating plate is made of a high dielectric constant ceramic (for example, barium titanate), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), etc. These alloys can be selected. The adsorption electrode layer is formed by applying a conductive paste containing a metal powder, applying the paste by a conventionally known method, for example, a printing method, and then baking. Furthermore, examples of the material for forming the metal base include copper, aluminum, iron, and titanium.

また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力や複数のセラミック球を固着させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、前記接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなる接着剤であることが好ましく、特には、シリコーン樹脂からなる接着剤であることが好ましい。このようにすれば、高弾性率を有するシリコーン樹脂によって、セラミック絶縁板−金属ベース間に発生する熱応力を有効に緩和することができる。ここで、「シリコーン樹脂」とは、シロキサン結合(珪素と酸素との結合)による主骨格を有する高分子化合物のことをいう。   Further, the material forming the adhesive layer is preferably a material having a large force for bonding the ceramic insulating plate and the metal base or a force for fixing the plurality of ceramic spheres. For example, a metal material such as indium or a silicone resin A resin material such as an acrylic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, or a polyamide resin can be selected. However, since the difference between the thermal expansion coefficient of the ceramic insulating plate and the thermal expansion coefficient of the metal base is large, the adhesive layer may be an adhesive made of an elastically deformable resin material having a function as a buffer material. Particularly preferred is an adhesive made of a silicone resin. If it does in this way, the thermal stress which generate | occur | produces between a ceramic insulating board and a metal base can be relieve | moderated effectively by the silicone resin which has a high elasticity modulus. Here, the “silicone resin” refers to a polymer compound having a main skeleton formed by a siloxane bond (a bond between silicon and oxygen).

また、前記接着剤層の厚さは特に限定されないが、例えば25μm以上700μm以下に設定されていてもよい。ところで、金属ベースは、セラミック絶縁板を保持する機能だけでなく、第1主面上の被吸着物から発生する熱を外部に放出して被吸着物を冷却する機能も有している。しかし、接着剤層は、セラミック材料や金属材料よりも熱伝導率がかなり低い樹脂材料からなる可能性が高いため、接着剤層の厚さが700μmよりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されにくくなり、被吸着物からの熱を外部に放出することが困難になる。なお、接着剤層の厚さが25μm未満になると、セラミック絶縁板の第2主面や金属ベースの第1面に凹凸が生じた場合に、接着剤が行き渡らない未接着部分が生じやすくなる。さらに、前記接着剤層の厚さは、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しいことが好ましい。このようにすれば、各セラミック球を第2主面及び第1面に対して確実に接触させることができるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。   The thickness of the adhesive layer is not particularly limited, but may be set to, for example, 25 μm or more and 700 μm or less. Incidentally, the metal base has not only a function of holding the ceramic insulating plate but also a function of cooling the object to be adsorbed by releasing heat generated from the object to be adsorbed on the first main surface to the outside. However, since the adhesive layer is likely to be made of a resin material having a thermal conductivity much lower than that of a ceramic material or a metal material, if the thickness of the adhesive layer exceeds 700 μm, the distance between the ceramic insulating plate and the metal base It becomes difficult for heat to be transferred and the heat from the object to be adsorbed is difficult to release to the outside. In addition, when the thickness of the adhesive layer is less than 25 μm, when unevenness occurs on the second main surface of the ceramic insulating plate or the first surface of the metal base, an unbonded portion where the adhesive does not spread easily occurs. Furthermore, it is preferable that the thickness of the adhesive layer is equal to the average particle diameter of the plurality of ceramic spheres. In this way, since each ceramic sphere can be reliably brought into contact with the second main surface and the first surface, it becomes easy to uniformly maintain the thickness of the adhesive layer by each ceramic sphere. .

また、前記接着層内には、粒径の揃った複数のセラミック球が配置されている。ここで、「粒径の揃った」とは、大部分のセラミック球の粒径が、例えば、(接着剤層の厚さ)±10μm以内、好ましくは(接着剤層の厚さ)±5μm以内であることをいうものとする。セラミック球の粒径が上記の範囲内であれば、接着剤層の厚さに影響が出にくいと考えられるからである。また、「セラミック球」とは、セラミックを主成分とする球状物のことをいう。なお、セラミック球を構成する材料としては、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア、酸化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ほう素、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられる。   A plurality of ceramic spheres having a uniform particle diameter are arranged in the adhesive layer. Here, “uniform particle size” means that the particle size of most ceramic spheres is, for example, (adhesive layer thickness) within ± 10 μm, preferably (adhesive layer thickness) within ± 5 μm. It shall be said that. This is because it is considered that the thickness of the adhesive layer is hardly affected if the particle diameter of the ceramic sphere is within the above range. The “ceramic sphere” refers to a sphere having ceramic as a main component. Examples of the material constituting the ceramic sphere include silicon nitride, alumina, zirconia, silicon oxide, aluminum nitride, silicon carbide, boron nitride, barium titanate, and strontium titanate.

また、前記セラミック球の200℃以下における熱伝導率は特に限定されないが、例えば2W/(m・K)以上200W/(m・K)以下であってもよい。ここで、熱伝導率が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素(熱伝導率28W/(m・K))、アルミナ(熱伝導率30W/(m・K))、ジルコニア(熱伝導率4W/(m・K))、酸化珪素(熱伝導率30W/(m・K))、窒化アルミニウム(熱伝導率170W/(m・K))、炭化珪素(熱伝導率170W/(m・K))などが挙げられる。なお、セラミック球の200℃以下における熱伝導率が2W/(m・K)未満になると、セラミック絶縁板の第1主面においてセラミック球の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が大きくなるため、第1主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却することが困難になる。一方、セラミック球の200℃以下における熱伝導率が200W/(m・K)よりも大きくなると、セラミック絶縁板−金属ベース間で熱が伝達されすぎるため、セラミック絶縁板の第1主面の温度分布が不均一になりやすくなる。この場合、第1主面に吸着された被吸着物を均一に加熱または冷却できないなどの問題が生じやすくなる。   The thermal conductivity of the ceramic sphere at 200 ° C. or lower is not particularly limited, but may be, for example, 2 W / (m · K) or more and 200 W / (m · K) or less. Here, as the material of the ceramic sphere whose thermal conductivity satisfies the above conditions, silicon nitride (thermal conductivity 28 W / (m · K)), alumina (thermal conductivity 30 W / (m · K)), zirconia ( Thermal conductivity 4W / (m · K)), silicon oxide (thermal conductivity 30W / (m · K)), aluminum nitride (thermal conductivity 170W / (m · K)), silicon carbide (thermal conductivity 170W / (M · K)). When the thermal conductivity of the ceramic sphere at 200 ° C. or lower is less than 2 W / (m · K), the temperature difference between the region directly above the ceramic sphere and the region not directly above the first main surface of the ceramic insulating plate. Therefore, it becomes difficult to uniformly heat or cool the object to be adsorbed on the first main surface. On the other hand, if the thermal conductivity of the ceramic sphere at 200 ° C. or lower is larger than 200 W / (m · K), heat is transferred too much between the ceramic insulating plate and the metal base, so the temperature of the first main surface of the ceramic insulating plate Distribution tends to be non-uniform. In this case, problems such as inability to uniformly heat or cool the object to be adsorbed on the first main surface are likely to occur.

さらに、前記セラミック球の熱膨張係数は特に限定されないが、例えば1.0×10−6/K以上15×10−6/K以下であってもよい。ここで、熱膨張係数が上記の条件を満たすセラミック球の材料としては、窒化珪素(熱膨張係数2.8×10−6/K)、アルミナ(熱膨張係数7.7×10−6/K)、ジルコニア(熱膨張係数10×10−6/K)、酸化珪素(熱膨張係数3×10−6/K)、窒化アルミニウム(熱膨張係数4.4×10−6/K)、炭化珪素(熱膨張係数4.1×10−6/K)などが挙げられる。なお、セラミック球の熱膨張係数が1.0×10−6/K未満になると、セラミック絶縁板との熱膨張係数差が非常に大きくなる。その結果、加熱⇔冷却の熱サイクルに曝されると、接着剤層がセラミック絶縁板から剥離して信頼性低下につながるおそれがある。一方、セラミック球の熱膨張係数が15×10−6/Kよりも大きくなると、温度変化に伴ってセラミック球の寸法が変化しやすくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層にクラックが生じやすくなったり、接着剤層が剥れたりするなどの問題が生じる可能性がある。 Furthermore, the thermal expansion coefficient of the ceramic sphere is not particularly limited, but may be, for example, 1.0 × 10 −6 / K or more and 15 × 10 −6 / K or less. Here, as the material of the ceramic sphere whose thermal expansion coefficient satisfies the above conditions, silicon nitride (thermal expansion coefficient 2.8 × 10 −6 / K), alumina (thermal expansion coefficient 7.7 × 10 −6 / K) ), Zirconia (thermal expansion coefficient 10 × 10 −6 / K), silicon oxide (thermal expansion coefficient 3 × 10 −6 / K), aluminum nitride (thermal expansion coefficient 4.4 × 10 −6 / K), silicon carbide (Thermal expansion coefficient 4.1 × 10 −6 / K) and the like. When the thermal expansion coefficient of the ceramic sphere is less than 1.0 × 10 −6 / K, the difference in thermal expansion coefficient from the ceramic insulating plate becomes very large. As a result, when exposed to a heat cycle of heating and cooling, the adhesive layer may be peeled off from the ceramic insulating plate, leading to a decrease in reliability. On the other hand, if the thermal expansion coefficient of the ceramic sphere becomes larger than 15 × 10 −6 / K, the size of the ceramic sphere is likely to change with a change in temperature, so even if a plurality of ceramic spheres are arranged in the adhesive layer. There is a possibility that problems such as easy cracking in the adhesive layer and peeling of the adhesive layer may occur.

そして、前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることが好ましい。このようにすれば、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合する際に、セラミック絶縁板及び金属ベースからなる積層体に対して厚さ方向に押圧力が加わったとしても、セラミック球が潰れる可能性が小さくなる。よって、各セラミック球によって接着剤層の厚さを均一に保持することが容易になる。ここで、セラミック絶縁体及び金属ベースよりも硬くなるセラミック球の材料としては、窒化珪素(ビッカース硬さ(HV)が1500)、アルミナ(ビッカース硬さ(HV)が1000〜1500)、ジルコニア(ビッカース硬さ(HV)が1300)、窒化アルミニウム(ビッカース硬さ(HV)が1100〜1600)、炭化珪素(ビッカース硬さ(HV)が2400)などが挙げられる。   The plurality of ceramic spheres are preferably made of a material harder than the ceramic insulating plate and the metal base. In this way, when the ceramic insulating plate and the metal base are joined, the ceramic sphere may be crushed even if a pressing force is applied in the thickness direction to the laminate composed of the ceramic insulating plate and the metal base. Becomes smaller. Therefore, it becomes easy to keep the thickness of the adhesive layer uniform by the ceramic balls. Here, as the material of the ceramic sphere which becomes harder than the ceramic insulator and the metal base, silicon nitride (Vickers hardness (HV) is 1500), alumina (Vickers hardness (HV) is 1000 to 1500), zirconia (Vickers) Hardness (HV) is 1300), aluminum nitride (Vickers hardness (HV) is 1100 to 1600), silicon carbide (Vickers hardness (HV) is 2400), and the like.

また、前記セラミック球の真球度も特に限定されないが、例えば2μm以下であってもよい。仮に、セラミック球の真球度が2μmよりも大きくなると、セラミック球の粒径のバラツキが大きくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。この場合、セラミック絶縁板の平面度と金属ベースの第1面に対する第1主面の平行度とが低下するおそれがある。   Further, the sphericity of the ceramic sphere is not particularly limited, but may be 2 μm or less, for example. If the sphericity of the ceramic sphere is larger than 2 μm, the variation in the particle size of the ceramic sphere will increase, so even if a plurality of ceramic spheres are arranged in the adhesive layer, the thickness of the adhesive layer should be uniform. May not be retained. In this case, the flatness of the ceramic insulating plate and the parallelism of the first main surface with respect to the first surface of the metal base may be reduced.

なお、セラミック球を配置する方法は特に限定されないが、例えば、前記セラミック球は、前記接着剤層における20mm角以上60mm角以下の領域ごとに1個の割合で配置されていてもよい。このようにした場合、セラミック球が接着剤層の平面方向に沿って均一に配置されるため、各セラミック球によって接着剤層の厚さをより均一に保持することができる。なお、セラミック球が、接着剤層における20mm角未満の領域ごとに1個の割合で配置されていると、接着剤層に多数のセラミック球を配置しなければならないため、静電チャックの製作コストが上昇してしまう。また、セラミック球の熱伝導率は接着剤層の熱伝導率とは異なるため、上記のように、セラミック球が、接着剤層における20mm角未満の領域ごとに1個の割合で配置されていると(即ち、セラミック球が密集して配置されていると)、セラミック絶縁板の第1主面の温度分布が不均一になりやすい。一方、セラミック球が、接着剤層における60mm角よりも広い領域ごとに1個の割合で配置されていると、接着剤層に配置されるセラミック球が少なくなるため、接着剤層に複数のセラミック球を配置したとしても、接着剤層の厚さを均一に保持できない可能性がある。なお、接着剤層の厚さを均一にするためには(換言すると、セラミック絶縁板の第2主面と金属ベースの第1面とを互いに平行に保持するためには)、接着剤層内に3個以上のセラミック球を配置することがよい。   In addition, although the method of arrange | positioning a ceramic sphere is not specifically limited, For example, the said ceramic sphere may be arrange | positioned in the ratio of one piece for every area | region of 20 mm square or more and 60 mm square or less in the said adhesive bond layer. In this case, since the ceramic spheres are arranged uniformly along the planar direction of the adhesive layer, the thickness of the adhesive layer can be more uniformly maintained by each ceramic sphere. If the ceramic spheres are arranged at a ratio of one for each area of less than 20 mm square in the adhesive layer, a large number of ceramic spheres must be arranged in the adhesive layer. Will rise. Moreover, since the thermal conductivity of the ceramic sphere is different from the thermal conductivity of the adhesive layer, as described above, the ceramic sphere is arranged in a ratio of one for each area of less than 20 mm square in the adhesive layer. (That is, when the ceramic balls are densely arranged), the temperature distribution on the first main surface of the ceramic insulating plate tends to be non-uniform. On the other hand, if the ceramic spheres are arranged at a ratio of one for each region wider than 60 mm square in the adhesive layer, the ceramic spheres arranged in the adhesive layer are reduced, and thus a plurality of ceramics are included in the adhesive layer. Even if the spheres are arranged, there is a possibility that the thickness of the adhesive layer cannot be kept uniform. In order to make the thickness of the adhesive layer uniform (in other words, to keep the second main surface of the ceramic insulating plate and the first surface of the metal base parallel to each other) It is preferable to arrange three or more ceramic spheres.

本発明を具体化した一実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図。1 is a perspective view showing a partially broken electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention. 静電チャックを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows an electrostatic chuck. セラミック球の配置態様を示す説明図。Explanatory drawing which shows the arrangement | positioning aspect of a ceramic ball | bowl. 静電チャックの製造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electrostatic chuck. 静電チャックの製造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electrostatic chuck. 静電チャックの製造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electrostatic chuck. 静電チャックの製造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electrostatic chuck. 静電チャックの製造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electrostatic chuck.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示されるように、本実施形態の静電チャック1は、吸着面11に半導体ウェハ2(被吸着物)を吸着するための装置である。静電チャック1は、セラミック絶縁板10と、セラミック絶縁板10の接合面12側に接着剤層20を介して接合される金属ベース30とを備えている。   As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck 1 of the present embodiment is an apparatus for adsorbing a semiconductor wafer 2 (adsorbed object) to an adsorption surface 11. The electrostatic chuck 1 includes a ceramic insulating plate 10 and a metal base 30 bonded to the bonding surface 12 side of the ceramic insulating plate 10 via an adhesive layer 20.

図1,図2に示されるように、セラミック絶縁板10は、直径300mm×厚さ3.0mmの略円板状である。セラミック絶縁板10は、第1主面である吸着面11、及び、第2主面である接合面12を有している。なお本実施形態では、吸着面11及び接合面12が互いに平行に配置されるとともに、吸着面11及び接合面12の平面度がいずれも30μm以下となっている。セラミック絶縁板10は、アルミナを主成分とする焼結体からなり、第1層〜第6層のセラミック層(図示略)を積層した構造を有している。本実施形態において、セラミック絶縁板10の熱伝導率は32W/(m・K)、熱膨張係数は7.7ppm/℃(=7.7×10−6/K)となっている。なお、セラミック絶縁板10の熱膨張係数は、30℃〜250℃間の測定値の平均値をいう。また、セラミック絶縁板10のビッカース硬さ(HV)は1000となっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic insulating plate 10 has a substantially disk shape with a diameter of 300 mm and a thickness of 3.0 mm. The ceramic insulating plate 10 has a suction surface 11 that is a first main surface and a bonding surface 12 that is a second main surface. In the present embodiment, the suction surface 11 and the bonding surface 12 are arranged in parallel to each other, and the flatness of each of the suction surface 11 and the bonding surface 12 is 30 μm or less. The ceramic insulating plate 10 is made of a sintered body mainly composed of alumina, and has a structure in which first to sixth ceramic layers (not shown) are laminated. In this embodiment, the ceramic insulating plate 10 has a thermal conductivity of 32 W / (m · K) and a thermal expansion coefficient of 7.7 ppm / ° C. (= 7.7 × 10 −6 / K). In addition, the thermal expansion coefficient of the ceramic insulating board 10 says the average value of the measured value between 30 degreeC-250 degreeC. Further, the ceramic insulating plate 10 has a Vickers hardness (HV) of 1000.

また、セラミック絶縁板10は、冷却用ガス流路41を内部に有している。冷却用ガス流路41には、吸着面11に吸着された前記半導体ウェハ2を冷却するヘリウムガス(冷却用ガス)が流れるようになっている。そして、冷却用ガス流路41は、第3層のセラミック層内に、セラミック絶縁板10の平面方向に延びる複数の横穴42を備えている。各横穴42は、断面矩形状をなし、セラミック絶縁板10の厚さ方向の長さが0.5mm以上1.0mm以下(本実施形態では1.0mm)に設定されるとともに、セラミック絶縁板10の平面方向の長さが0.5〜2.0mmに設定されている。各横穴42は、セラミック絶縁板10の中心部C1(図3参照)を基準として等角度(60°)間隔で配置されるとともに、中心部C1から外周部に向かって放射状に延びている。   Further, the ceramic insulating plate 10 has a cooling gas passage 41 inside. In the cooling gas channel 41, helium gas (cooling gas) for cooling the semiconductor wafer 2 adsorbed on the adsorption surface 11 flows. The cooling gas flow path 41 includes a plurality of lateral holes 42 extending in the planar direction of the ceramic insulating plate 10 in the third ceramic layer. Each lateral hole 42 has a rectangular cross section, and the length of the ceramic insulating plate 10 in the thickness direction is set to 0.5 mm or more and 1.0 mm or less (1.0 mm in this embodiment). The length in the plane direction is set to 0.5 to 2.0 mm. The lateral holes 42 are arranged at equal angular intervals (60 °) with respect to the central portion C1 (see FIG. 3) of the ceramic insulating plate 10, and extend radially from the central portion C1 toward the outer peripheral portion.

図1に示される冷却用ガス流路41は、第1層のセラミック層内に一対の円環状ガス流路(図示略)を備えている。両円環状ガス流路は、中心部C1に対して平面視同心円状に配置されている。また、外周側の円環状ガス流路には、前記吸着面11にて開口する複数のガス噴出口(図示略)が設けられている。各ガス噴出口は、円形状をなし、中心部C1を基準として等角度間隔で配置されている。   The cooling gas flow path 41 shown in FIG. 1 includes a pair of annular gas flow paths (not shown) in the first ceramic layer. Both annular gas flow paths are arranged concentrically in a plan view with respect to the center portion C1. The annular gas channel on the outer peripheral side is provided with a plurality of gas jets (not shown) that open at the adsorption surface 11. Each gas ejection port has a circular shape and is arranged at equiangular intervals with respect to the center portion C1.

さらに図1に示されるように、冷却用ガス流路41は、前記セラミック絶縁板10の厚さ方向に延びる直径0.1〜1.0mmの縦穴47,48をさらに備えている。内周側の縦穴47は、中央部分が横穴42に連通するとともに、吸着面11側の端部が内周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面12側の端部が接合面12にて開口している。また、外周側の縦穴48は、吸着面11側の端部が外周側の円環状ガス流路に連通する一方、接合面12側の端部が横穴42に連通している。   Further, as shown in FIG. 1, the cooling gas passage 41 further includes vertical holes 47 and 48 having a diameter of 0.1 to 1.0 mm extending in the thickness direction of the ceramic insulating plate 10. The vertical hole 47 on the inner peripheral side communicates with the horizontal hole 42 at the center, and the end on the adsorption surface 11 side communicates with the annular gas channel on the inner peripheral side, while the end on the bonding surface 12 side has the bonding surface. 12 is open. Further, the vertical hole 48 on the outer peripheral side communicates with the end portion on the adsorption surface 11 side to the annular gas flow path on the outer peripheral side, while the end portion on the bonding surface 12 side communicates with the horizontal hole 42.

図1,図2に示されるように、セラミック絶縁板10は、吸着用電極層51を内部に有している。吸着用電極層51は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板10内において横穴42よりも吸着面11側(具体的には、前記第3層のセラミック層上)に配置されている。なお、吸着用電極層51は、第3層〜第5層のセラミック層を貫通するビアホール導体(図示略)の上端面に電気的に接続され、ビアホール導体の下端面は、第5層のセラミック層の下面上に形成された第1パッド(図示略)に電気的に接続されている。さらに、第6層のセラミック層の所定箇所には、第1パッドを露出させる第1開口部(図示略)が形成され、第1パッドの表面上には、第1端子ピン(図示略)がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第1端子ピンは、前記金属ベース30に設けられた第1凹部(図示略)内に収容されている。そして、第1端子ピンには、外部端子(図示略)が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic insulating plate 10 has an adsorption electrode layer 51 inside. The adsorption electrode layer 51 is a layer formed with tungsten as a main component, and in the ceramic insulating plate 10, on the adsorption surface 11 side (specifically, on the ceramic layer of the third layer) with respect to the lateral hole 42. Has been placed. The adsorption electrode layer 51 is electrically connected to the upper end surface of a via-hole conductor (not shown) that penetrates the third to fifth ceramic layers, and the lower end surface of the via-hole conductor is the fifth layer ceramic. It is electrically connected to a first pad (not shown) formed on the lower surface of the layer. Further, a first opening (not shown) for exposing the first pad is formed at a predetermined position of the sixth ceramic layer, and a first terminal pin (not shown) is formed on the surface of the first pad. Joined by brazing, soldering, conductive adhesive or the like. The first terminal pin is accommodated in a first recess (not shown) provided in the metal base 30. A voltage is applied to the first terminal pin with an external terminal (not shown) being joined.

図1,図2に示されるように、セラミック絶縁板10は、同セラミック絶縁板10を加熱する複数のヒータ電極層61を内部に有している。各ヒータ電極層61は、タングステンを主成分として形成された層であって、セラミック絶縁板10内において横穴42よりも前記接合面12側(具体的には、第6層のセラミック層上)に配置されている。また、各ヒータ電極層61は、前記中心部C1に対して渦巻き状に周回するように配置されている。これにより、各ヒータ電極層61は、横穴42と交差するため、セラミック絶縁板10を厚さ方向から見たときに横穴42と殆ど重ならないようになっている。なお、ヒータ電極層61は、第5層のセラミック層の下面上に形成された第2パッド(図示略)に電気的に接続されている。さらに、第6層のセラミック層の所定箇所には、第2パッドを露出させる第2開口部(図示略)が形成され、第2パッドの表面上には、第2端子ピン(図示略)がロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合されている。第2端子ピンは、金属ベース30に設けられた第2凹部(図示略)内に収容されている。そして、第2端子ピンには、外部端子(図示略)が接合された状態で電圧が印加されるようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic insulating plate 10 has a plurality of heater electrode layers 61 for heating the ceramic insulating plate 10 therein. Each heater electrode layer 61 is a layer formed with tungsten as a main component, and in the ceramic insulating plate 10, closer to the bonding surface 12 than the lateral hole 42 (specifically, on the sixth ceramic layer). Has been placed. Each heater electrode layer 61 is arranged so as to circulate in a spiral shape with respect to the central portion C1. As a result, each heater electrode layer 61 intersects the horizontal hole 42, so that it hardly overlaps the horizontal hole 42 when the ceramic insulating plate 10 is viewed from the thickness direction. The heater electrode layer 61 is electrically connected to a second pad (not shown) formed on the lower surface of the fifth ceramic layer. Further, a second opening (not shown) for exposing the second pad is formed at a predetermined position of the sixth ceramic layer, and a second terminal pin (not shown) is formed on the surface of the second pad. Joined by brazing, soldering, conductive adhesive or the like. The second terminal pin is accommodated in a second recess (not shown) provided in the metal base 30. A voltage is applied to the second terminal pin in a state where an external terminal (not shown) is joined.

図1,図2に示されるように、金属ベース30は、アルミニウムを主成分とする材料からなっている。本実施形態において、金属ベース30の熱伝導率は236W/(m・K)、熱膨張係数は約23ppm/℃(=約23×10−6/K)となっている。なお、金属ベース30の熱膨張係数は、0℃〜ガラス転移温度(Tg)間の測定値の平均値をいう。また、金属ベース30のビッカース硬さ(HV)は50となっている。金属ベース30は、直径340mm×厚さ30mmの略円板状である。即ち、金属ベース30の直径は、セラミック絶縁板10の直径(300mm)よりも大きく設定されている。金属ベース30は、セラミック絶縁板10が接合される第1面31と、第1面31の反対側に位置する第2面32とを有している。なお本実施形態では、第1面31及び第2面32が互いに平行に配置されるとともに、第1面31及び第2面32の平面度が30μm以下となっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the metal base 30 is made of a material mainly composed of aluminum. In this embodiment, the metal base 30 has a thermal conductivity of 236 W / (m · K) and a thermal expansion coefficient of about 23 ppm / ° C. (= about 23 × 10 −6 / K). In addition, the thermal expansion coefficient of the metal base 30 means the average value of the measured value between 0 degreeC and glass transition temperature (Tg). Further, the Vickers hardness (HV) of the metal base 30 is 50. The metal base 30 has a substantially disc shape with a diameter of 340 mm and a thickness of 30 mm. That is, the diameter of the metal base 30 is set larger than the diameter (300 mm) of the ceramic insulating plate 10. The metal base 30 has a first surface 31 to which the ceramic insulating plate 10 is joined, and a second surface 32 located on the opposite side of the first surface 31. In the present embodiment, the first surface 31 and the second surface 32 are arranged in parallel to each other, and the flatness of the first surface 31 and the second surface 32 is 30 μm or less.

また、金属ベース30は、冷却用流体流路71,72を内部に有している。冷却用流体流路71,72には、セラミック絶縁板10を冷却する冷却水(冷却用流体)が流れるようになっている。各冷却用流体流路71,72は、前記中心部C1に対して渦巻き状に周回するように配置されている。内周側の冷却用流体流路71には、第2面32にて開口する複数の冷却水通路73が設けられている。また、外周側の冷却用流体流路72は、セラミック絶縁板10及び金属ベース30を厚さ方向から見たときに、セラミック絶縁板10よりも外周側に延びている。   The metal base 30 has cooling fluid flow paths 71 and 72 inside. Cooling water (cooling fluid) for cooling the ceramic insulating plate 10 flows through the cooling fluid flow paths 71 and 72. Each of the cooling fluid flow paths 71 and 72 is disposed so as to spiral around the center C1. The cooling fluid flow path 71 on the inner peripheral side is provided with a plurality of cooling water passages 73 that open at the second surface 32. Further, the cooling fluid passage 72 on the outer peripheral side extends to the outer peripheral side from the ceramic insulating plate 10 when the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30 are viewed from the thickness direction.

さらに図1に示されるように、金属ベース30は、同金属ベース30の厚さ方向に延びる直径2.5mmの連通穴33を備えている。この連通穴33には、外部配管(図示略)を介してヘリウムガスが供給されるようになっている。連通穴33は、第1面31側の端部が前記縦穴47に連通する一方、第2面32側の端部が第2面32にて開口している。そして、連通穴33は、冷却用流体流路71,72を避けて配置されている。具体的に言うと、連通穴33は、冷却用流体流路71と冷却用流体流路72との間に配置されている。   Further, as shown in FIG. 1, the metal base 30 includes a communication hole 33 having a diameter of 2.5 mm extending in the thickness direction of the metal base 30. Helium gas is supplied to the communication hole 33 via an external pipe (not shown). In the communication hole 33, the end on the first surface 31 side communicates with the vertical hole 47, while the end on the second surface 32 side opens in the second surface 32. The communication hole 33 is arranged avoiding the cooling fluid flow paths 71 and 72. Specifically, the communication hole 33 is disposed between the cooling fluid channel 71 and the cooling fluid channel 72.

図1〜図3に示されるように、前記接着剤層20は、シリコーン樹脂からなる接着剤であり、接着剤層20の厚さは300μmに設定されている。本実施形態において、接着剤層20の熱伝導率は1.0W/(m・K)、熱膨張係数は約200ppm/℃(=約200×10−6/K)となっている。なお、接着剤層20の熱膨張係数は、0℃〜ガラス転移温度(Tg)間の測定値の平均値をいう。 As shown in FIGS. 1 to 3, the adhesive layer 20 is an adhesive made of a silicone resin, and the thickness of the adhesive layer 20 is set to 300 μm. In the present embodiment, the adhesive layer 20 has a thermal conductivity of 1.0 W / (m · K) and a thermal expansion coefficient of about 200 ppm / ° C. (= about 200 × 10 −6 / K). The thermal expansion coefficient of the adhesive layer 20 refers to an average value of measured values between 0 ° C. and the glass transition temperature (Tg).

図2,図3に示されるように、接着剤層20内には、粒径の揃った複数のセラミック球21が配置されている。各セラミック球21は、前記セラミック絶縁板10の前記接合面12と前記金属ベース30の前記第1面31とに接触することによって、接着剤層20の厚さを保持するようになっている。なお、各セラミック球21の平均粒径は、接着剤層20の厚さと等しくなっており、本実施形態において300μmに設定されている。また、各セラミック球21は、真球度が2μmとなる略球状をなしている。さらに、各セラミック球21は、高温焼成セラミックの一種である窒化珪素の焼結体からなっている。本実施形態において、セラミック球21の200℃以下における熱伝導率は28W/(m・K)、熱膨張係数は2.8×10−6/Kとなっている。なお、セラミック球21の熱膨張係数は、0℃〜ガラス転移温度(Tg)間の測定値の平均値をいう。また、セラミック球21のビッカース硬さ(HV)は1500となっている。即ち、各セラミック球21は、セラミック絶縁板10(ビッカース硬さ1000)及び金属ベース30(ビッカース硬さ50)よりも硬い材料からなっている。 As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of ceramic spheres 21 having a uniform particle diameter are arranged in the adhesive layer 20. Each ceramic ball 21 is configured to maintain the thickness of the adhesive layer 20 by contacting the joining surface 12 of the ceramic insulating plate 10 and the first surface 31 of the metal base 30. The average particle diameter of each ceramic sphere 21 is equal to the thickness of the adhesive layer 20, and is set to 300 μm in this embodiment. Each ceramic sphere 21 has a substantially spherical shape with a sphericity of 2 μm. Further, each ceramic sphere 21 is made of a sintered body of silicon nitride which is a kind of high-temperature fired ceramic. In this embodiment, the thermal conductivity of the ceramic sphere 21 at 200 ° C. or lower is 28 W / (m · K), and the thermal expansion coefficient is 2.8 × 10 −6 / K. The thermal expansion coefficient of the ceramic sphere 21 is an average value of measured values between 0 ° C. and the glass transition temperature (Tg). Further, the Vickers hardness (HV) of the ceramic sphere 21 is 1500. That is, each ceramic ball 21 is made of a material harder than the ceramic insulating plate 10 (Vickers hardness 1000) and the metal base 30 (Vickers hardness 50).

図3に示されるように、各セラミック球21は、接着剤層20の平面方向に沿って配置されている。具体的に言うと、接着剤層20内において前記中心部C1となる箇所には、1個のセラミック球21が配置されている。また、接着剤層20内には、複数のセラミック球21からなる円環状のセラミック球群22,23が配置されている。両セラミック球群22,23は、中心部C1に対して平面視同心円状に配置されている。内周側のセラミック球群22を構成するセラミック球21は、中心部C1を基準として等角度(45°)間隔で配置されている。一方、外周側のセラミック球群23を構成するセラミック球21は、中心部C1を基準として等角度(30°)間隔で配置されている。また、各セラミック球21は、セラミック絶縁板10を厚さ方向から見たときに前記縦穴47及び前記連通穴33と重ならないように配置されている。さらに、各セラミック球21は、セラミック絶縁板10を厚さ方向から見たときに前記第1,第2開口部及び第1,第2凹部を避けて配置されている。また、隣接するセラミック球21の中心間距離(ピッチ)は、40mm以上50mm以下に設定されている。そして、セラミック球21は、接着剤層20における42mm角の領域ごとに1個の割合で配置されている。   As shown in FIG. 3, the ceramic spheres 21 are arranged along the planar direction of the adhesive layer 20. More specifically, one ceramic ball 21 is disposed in the adhesive layer 20 at the location that becomes the central portion C1. Further, in the adhesive layer 20, annular ceramic sphere groups 22 and 23 including a plurality of ceramic spheres 21 are arranged. Both ceramic ball groups 22 and 23 are arranged concentrically in a plan view with respect to the center portion C1. The ceramic spheres 21 constituting the inner peripheral ceramic sphere group 22 are arranged at equiangular (45 °) intervals with the central portion C1 as a reference. On the other hand, the ceramic spheres 21 constituting the outer peripheral ceramic sphere group 23 are arranged at equiangular (30 °) intervals with respect to the central portion C1. Each ceramic ball 21 is arranged so as not to overlap the vertical hole 47 and the communication hole 33 when the ceramic insulating plate 10 is viewed from the thickness direction. Further, each ceramic sphere 21 is arranged avoiding the first and second openings and the first and second recesses when the ceramic insulating plate 10 is viewed from the thickness direction. Moreover, the distance (pitch) between the centers of adjacent ceramic balls 21 is set to 40 mm or more and 50 mm or less. And the ceramic ball | bowl 21 is arrange | positioned in the ratio of one for every 42 mm square area | region in the adhesive bond layer 20. As shown in FIG.

なお、本実施形態の静電チャック1を使用する場合には、吸着用電極層51に3kVの電圧を印加して静電引力を発生させ、発生した静電引力を用いて半導体ウェハ2を前記吸着面11に吸着させる。このとき、冷却用ガス流路41を流れるヘリウムガスが、ガス噴出口から吸着面11と半導体ウェハ2の裏面との間に供給され、半導体ウェハ2が冷却される。また、ヒータ電極層61に電圧を印加してセラミック絶縁板10を加熱することにより、吸着面11に吸着されている半導体ウェハ2が加熱される。   When the electrostatic chuck 1 of this embodiment is used, a voltage of 3 kV is applied to the adsorption electrode layer 51 to generate an electrostatic attractive force, and the semiconductor wafer 2 is attached to the semiconductor wafer 2 using the generated electrostatic attractive force. Adsorbed to the adsorption surface 11. At this time, helium gas flowing through the cooling gas flow path 41 is supplied from the gas outlet between the adsorption surface 11 and the back surface of the semiconductor wafer 2 to cool the semiconductor wafer 2. In addition, by applying a voltage to the heater electrode layer 61 to heat the ceramic insulating plate 10, the semiconductor wafer 2 adsorbed on the adsorption surface 11 is heated.

次に、静電チャック1の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the electrostatic chuck 1 will be described.

まず以下の手順でスラリーを調製する。アルミナ粉末(92重量%)に、MgO(1重量%)、CaO(1重量%)、SiO(6重量%)を混合し、ボールミルで50〜80時間湿式粉砕した後、脱水乾燥することにより、粉末を得る。次に、得られた粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル(3重量%)、ブチルエステル(3重量%)、ニトロセルロース(1重量%)、ジオクチルフタレート(0.5重量%)を加え、さらにトリクロロエチレン、n−ブタノールを溶剤として加えた後、ボールミルで湿式混合することにより、アルミナグリーンシートを形成する際の出発材料となるスラリーを得る。 First, a slurry is prepared by the following procedure. By mixing MgO (1% by weight), CaO (1% by weight), SiO 2 (6% by weight) with alumina powder (92% by weight), wet-grinding with a ball mill for 50 to 80 hours, and then dehydrating and drying. Get powder. Next, methacrylic acid isobutyl ester (3% by weight), butyl ester (3% by weight), nitrocellulose (1% by weight), dioctyl phthalate (0.5% by weight) were added to the obtained powder, and further trichloroethylene, After adding n-butanol as a solvent, wet mixing is performed with a ball mill to obtain a slurry as a starting material for forming an alumina green sheet.

次に、このスラリーを、減圧脱泡した後、離型性の支持体(図示略)上に流し出して冷却することにより、溶剤を発散させる。その結果、所望の厚さの第1層〜第6層のアルミナグリーンシート(第1層〜第6層のセラミック層となるべき未焼結セラミック層)が形成される。なお、第2層〜第6層のアルミナグリーンシートには、縦穴47を形成するための貫通孔が設けられ、第2層,第3層のアルミナグリーンシートには、縦穴48を形成するための貫通孔が設けられる。また、第1層のアルミナグリーンシートには、円環状ガス流路を形成するための貫通孔が設けられ、第4層のアルミナグリーンシートには、横穴42を形成するための貫通孔が設けられる。さらに、第6層のアルミナグリーンシートには、第1,第2凹部を形成するための貫通孔が設けられる。また、第3層〜第5層のアルミナグリーンシートには、ビアホール導体を形成するための貫通孔が設けられる。なお、各貫通孔は、アルミナグリーンシートを型抜きまたは機械加工することにより形成される。   Next, this slurry is degassed under reduced pressure, and then poured onto a releasable support (not shown) and cooled to evaporate the solvent. As a result, first to sixth layers of alumina green sheets (unsintered ceramic layers to be the first to sixth ceramic layers) having a desired thickness are formed. The second to sixth layers of alumina green sheets are provided with through holes for forming the vertical holes 47, and the second and third layers of alumina green sheets are used to form the vertical holes 48. A through hole is provided. The first layer alumina green sheet is provided with a through hole for forming an annular gas flow path, and the fourth layer alumina green sheet is provided with a through hole for forming a lateral hole 42. . Further, the sixth layer of alumina green sheet is provided with through holes for forming the first and second recesses. The third to fifth layers of alumina green sheets are provided with through holes for forming via-hole conductors. Each through hole is formed by die cutting or machining an alumina green sheet.

また、上記したアルミナグリーンシート用の粉末にタングステン粉末を混合する。これをアルミナグリーンシートの作製時と同様の方法によってスラリー状にし、メタライズペーストを得る。   Moreover, tungsten powder is mixed with the powder for alumina green sheets described above. This is made into a slurry by the same method as that for producing the alumina green sheet to obtain a metallized paste.

次に、第3層のアルミナグリーンシートの上面上に、従来周知のペースト印刷装置(例えばスクリーン印刷装置)を用いて、吸着用電極層51となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第6層のアルミナグリーンシートの上面上に、ペースト印刷装置を用いて、ヒータ電極層61となるメタライズペーストを印刷塗布する。さらに、第3層〜第5層のアルミナグリーンシートに設けられた貫通孔内に、ビアホール導体となるメタライズペーストを印刷塗布する。また、第6層のアルミナグリーンシートの下面上に、第1パッド及び第2パッドとなるメタライズペーストを印刷塗布する。この後、印刷されたメタライズペーストを室温で乾燥する。   Next, a metallized paste to be the adsorption electrode layer 51 is printed and applied on the upper surface of the third layer of alumina green sheet using a conventionally known paste printing apparatus (for example, a screen printing apparatus). Further, a metallized paste to be the heater electrode layer 61 is printed and applied on the upper surface of the sixth layer of alumina green sheet using a paste printing apparatus. Further, a metallized paste to be a via-hole conductor is printed and applied in a through hole provided in the third to fifth alumina green sheets. Further, a metallized paste to be the first pad and the second pad is printed on the lower surface of the sixth layer of alumina green sheet. Thereafter, the printed metallized paste is dried at room temperature.

次に、冷却用ガス流路41、第1,第2開口部及びビアホール導体が形成されるように各貫通孔を位置合わせした状態で、第1層〜第6層のアルミナグリーンシートを熱圧着し、厚さを約5mmとしたグリーンシート積層体を形成する。さらに、グリーンシート積層体を、所定の円板状(本実施形態では、直径300mmの円板状)にカットする。   Next, the alumina green sheets of the first layer to the sixth layer are thermocompression-bonded in a state where the through holes are aligned so that the cooling gas passage 41, the first and second openings, and the via-hole conductor are formed. Then, a green sheet laminate having a thickness of about 5 mm is formed. Further, the green sheet laminate is cut into a predetermined disc shape (in this embodiment, a disc shape having a diameter of 300 mm).

次に、上記グリーンシート積層体を大気中にて250℃で10時間脱脂し、さらに還元雰囲気中1400〜1600℃にて所定時間焼成する。その結果、アルミナ及びタングステンが同時焼結し、所望構造のセラミック絶縁板10が得られる。この焼成により、寸法が約20%小さくなるため、セラミック絶縁板10の厚さは約4mmとなる。その後、セラミック絶縁板10の表裏両面を研磨することにより、セラミック絶縁板10の厚さを3mmにする加工を行うとともに、吸着面11及び接合面12の平面度を30μm以下とする加工を行う。   Next, the green sheet laminate is degreased in the atmosphere at 250 ° C. for 10 hours, and further fired in a reducing atmosphere at 1400 to 1600 ° C. for a predetermined time. As a result, alumina and tungsten are simultaneously sintered, and the ceramic insulating plate 10 having a desired structure is obtained. Since the size is reduced by about 20% by this firing, the thickness of the ceramic insulating plate 10 is about 4 mm. Thereafter, both the front and back surfaces of the ceramic insulating plate 10 are polished so as to make the thickness of the ceramic insulating plate 10 3 mm, and the flatness of the suction surface 11 and the bonding surface 12 is made 30 μm or less.

次に、第1,第2端子ピンにニッケルめっきを施し、ニッケルめっきを施した第1,第2端子ピンを第1,第2パッドに対してロウ付け、はんだ付け、導電性接着剤などによって接合することにより、セラミック絶縁板10を完成させる。   Next, nickel plating is applied to the first and second terminal pins, and the first and second terminal pins subjected to nickel plating are brazed to the first and second pads, soldered, conductive adhesive, etc. The ceramic insulating plate 10 is completed by bonding.

また、セラミック球21を作製し、あらかじめ準備しておく。セラミック球21は、例えば以下のように作製される。まず、窒化珪素粉末に、希土類、チタン族、土酸金属、アルミニウム族、炭素族の元素群から選択された少なくとも1種を、焼結助剤として1〜15重量%、好ましくは2〜8重量%の割合で混合する。次に、得られた混合物に、水系溶媒を加えてアトライターなどの粉砕機で湿式混合することにより、泥漿を得る。そして、得られた泥漿を、スプレードライなどによって乾燥させ、原料粉末を得る。   Further, a ceramic sphere 21 is prepared and prepared in advance. The ceramic sphere 21 is produced as follows, for example. First, at least one selected from the group consisting of rare earth elements, titanium group, earth metal, aluminum group, and carbon group elements is added to the silicon nitride powder as 1 to 15 wt%, preferably 2 to 8 wt% as a sintering aid. % Mix. Next, a slurry is obtained by adding an aqueous solvent to the obtained mixture and wet-mixing with a pulverizer such as an attritor. Then, the obtained slurry is dried by spray drying or the like to obtain a raw material powder.

次に、金型プレスを構成する第1型(上型)、第2型(下型)、第3型(左型)及び第4型(右型)を組み合わせることにより、内部にセラミック球21と同一形状かつ同一体積のキャビティを構成する。この状態で、得られた原料粉末をキャビティ内に充填する。そして、金型プレスの上下方向に押圧力を印加し、キャビティ内に充填された原料粉末を圧縮することにより、成形体を得る。その後、第1型、第2型、第3型及び第4型を互いに離間させて、球状の成形体を取り出す。   Next, by combining the first mold (upper mold), the second mold (lower mold), the third mold (left mold), and the fourth mold (right mold) constituting the mold press, the ceramic ball 21 is placed inside. And a cavity having the same shape and volume. In this state, the obtained raw material powder is filled in the cavity. Then, a compact is obtained by applying a pressing force in the vertical direction of the mold press and compressing the raw material powder filled in the cavity. Thereafter, the first mold, the second mold, the third mold, and the fourth mold are separated from each other, and the spherical molded body is taken out.

なお本実施形態では、原料粉末を一方向のみに圧縮することによって成形体を形成しているため、得られた成形体には、密度の高い部分と低い部分とが生じてしまう。そこで本実施形態では、ゴム型(図示略)を用いて乾式CIP(静水圧プレス)を行っている。これにより、成形体の密度分布が略一定となり、緻密な成形体となる。   In addition, in this embodiment, since the molded object is formed by compressing raw material powder only in one direction, a high density part and a low part will arise in the obtained molded object. Therefore, in the present embodiment, dry CIP (hydrostatic press) is performed using a rubber mold (not shown). Thereby, the density distribution of a molded object becomes substantially constant, and it becomes a dense molded object.

次に、得られた成形体の焼成を行い、球状の窒化珪素質焼結体であるセラミック球21を得る。なお本実施形態では、成形体の焼成が、樹脂抜き焼成、一次焼成及び二次焼成の3段階からなっている。詳述すると、一次焼成では、上記成形体を、窒素を含む0.1MPa以上1.0MPa以下の非酸化性雰囲気中で、1900℃以下にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が焼結し、焼結体密度が78%以上(好ましくは90%以上)となる。続く二次焼成では、一次焼成後の成形体を、窒素を含む1MPa以上100MPa以下の非酸化性雰囲気中で、1600〜1950℃にて所定時間焼成する。その結果、窒化珪素が完全に焼結し、セラミック球21が得られる。   Next, the obtained molded body is fired to obtain ceramic spheres 21 which are spherical silicon nitride sintered bodies. In the present embodiment, the molded body is fired in three stages: resin-free firing, primary firing, and secondary firing. More specifically, in the primary firing, the molded body is fired for a predetermined time at 1900 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen and 0.1 MPa to 1.0 MPa. As a result, silicon nitride is sintered, and the sintered body density is 78% or more (preferably 90% or more). In the subsequent secondary firing, the molded body after the primary firing is fired at 1600 to 1950 ° C. for a predetermined time in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen and 1 MPa to 100 MPa. As a result, the silicon nitride is completely sintered and the ceramic sphere 21 is obtained.

その後、得られたセラミック球21を、従来周知のボール研磨機を用いて研磨する。具体的に言うと、まず、ボール研磨機が備える上下一対の砥石の間にセラミック球21を供給する。そして、上側の砥石を回転させてセラミック球21を循環させることにより、セラミック球21の表面が研磨され、セラミック球21の真球度が2μmとなる。   Thereafter, the obtained ceramic sphere 21 is polished using a conventionally known ball polishing machine. Specifically, first, the ceramic balls 21 are supplied between a pair of upper and lower grindstones provided in the ball grinder. Then, by rotating the upper grindstone to circulate the ceramic sphere 21, the surface of the ceramic sphere 21 is polished, and the sphericity of the ceramic sphere 21 becomes 2 μm.

次に、金属ベース30の第1面31上に、従来周知のスクリーン印刷装置を用いて、ペースト状とした接着剤を1回または複数回印刷塗布し、所定厚さの接着剤層20を形成する(図5参照)。なお、本実施形態の接着剤はシリコーン樹脂からなる接着剤であるため、トルエンやアセトンなどの有機溶剤を含んでいる。また、接着剤層20の厚さは、セラミック絶縁板10を金属ベース30に接合する際に圧縮されることを考慮して、接合後の接着剤層20の厚さ(セラミック球21の粒径)の例えば1.4倍に設定される。   Next, an adhesive layer 20 having a predetermined thickness is formed on the first surface 31 of the metal base 30 by applying a paste adhesive once or a plurality of times using a conventionally known screen printing apparatus. (See FIG. 5). In addition, since the adhesive agent of this embodiment is an adhesive agent which consists of silicone resins, it contains organic solvents, such as toluene and acetone. Also, the thickness of the adhesive layer 20 (the particle diameter of the ceramic spheres 21) after bonding is considered in consideration of the fact that the thickness of the adhesive layer 20 is compressed when the ceramic insulating plate 10 is bonded to the metal base 30. ) Is set to 1.4 times, for example.

次に、接着剤層20の表面に、上記した複数のセラミック球21を載置する(図5,図6参照)。具体的に言うと、まず、治具本体81及び底板82からなる略円板状の治具80(図5参照)を用意する。治具本体81は、セラミック球21を配置するための複数の位置決め孔83を有している。個々の位置決め孔83は、断面円形状をなし、内径がセラミック球21の平均粒径(300μm)よりもやや大きくなっている。また、底板82は、各位置決め孔83を治具本体81の下側から塞ぐ機能を有している。そして、各位置決め孔83内にセラミック球21を挿入することにより、各セラミック球21が治具80の平面方向に沿って配置される。   Next, the plurality of ceramic balls 21 described above are placed on the surface of the adhesive layer 20 (see FIGS. 5 and 6). Specifically, first, a substantially disk-shaped jig 80 (see FIG. 5) comprising a jig body 81 and a bottom plate 82 is prepared. The jig body 81 has a plurality of positioning holes 83 for arranging the ceramic balls 21. Each positioning hole 83 has a circular cross section, and the inner diameter is slightly larger than the average particle diameter (300 μm) of the ceramic sphere 21. Further, the bottom plate 82 has a function of closing each positioning hole 83 from the lower side of the jig body 81. Then, by inserting the ceramic sphere 21 into each positioning hole 83, each ceramic sphere 21 is arranged along the plane direction of the jig 80.

次に、接着剤層20の上方に治具80を配置する。そして、底板82を治具80の平面方向(図5に示す矢印F1方向)に引き抜くことにより、各位置決め孔83内にあるセラミック球21が落下して接着剤層20上に載置される(図6参照)。このとき、セラミック球21は、底部が接着剤層20内に埋まった状態で仮固定される。さらに、上記したセラミック絶縁板10を、吸着面11を上にした状態で接着剤層20及びセラミック球21の上に載置する(図7参照)。そして、セラミック絶縁板10の吸着面11上に錘84を載置して真空脱泡した後、垂直方向(図8に示す矢印F2方向)に押圧力を加える。その結果、接着剤層20が厚さ方向に圧縮されるとともに、各セラミック球21が接着剤層20中に埋め込まれてセラミック絶縁板10の接合面12と金属ベース30の第1面31との両方に接触する(図8参照)。なお、セラミック絶縁板10と金属ベース30との接合部分の外周縁からは余剰の接着剤がはみ出すが、接着後に研削等によって接着剤の余剰部分を除去すればよい。また、錘84の重量は、セラミック球21を接着剤層20中に埋め込ませて第1面31に接触させることができる程度に設定されることが好ましい。具体的には、錘84の重量を、例えば接合面12において35〜45g/cmの面圧が得られる程度に設定することが好ましい。 Next, the jig 80 is disposed above the adhesive layer 20. Then, by pulling out the bottom plate 82 in the plane direction of the jig 80 (the direction of the arrow F1 shown in FIG. 5), the ceramic balls 21 in the positioning holes 83 are dropped and placed on the adhesive layer 20 ( (See FIG. 6). At this time, the ceramic sphere 21 is temporarily fixed in a state where the bottom is buried in the adhesive layer 20. Further, the ceramic insulating plate 10 described above is placed on the adhesive layer 20 and the ceramic ball 21 with the adsorption surface 11 facing upward (see FIG. 7). Then, after the weight 84 is placed on the suction surface 11 of the ceramic insulating plate 10 and vacuum deaeration is performed, a pressing force is applied in the vertical direction (the direction of arrow F2 shown in FIG. 8). As a result, the adhesive layer 20 is compressed in the thickness direction, and each ceramic sphere 21 is embedded in the adhesive layer 20, and the bonding surface 12 of the ceramic insulating plate 10 and the first surface 31 of the metal base 30. Both are in contact (see FIG. 8). In addition, although an excess adhesive protrudes from the outer periphery of the junction part of the ceramic insulating board 10 and the metal base 30, what is necessary is just to remove the excess part of an adhesive by grinding etc. after adhesion | attachment. The weight 84 is preferably set to such an extent that the ceramic sphere 21 can be embedded in the adhesive layer 20 and brought into contact with the first surface 31. Specifically, it is preferable to set the weight of the weight 84 to such an extent that, for example, a surface pressure of 35 to 45 g / cm 2 can be obtained on the bonding surface 12.

その後、所定時間(20〜24時間)放置し、接着剤層20を硬化させる。これにより、接着剤層20を介してセラミック絶縁板10が金属ベース30に接合されるとともに、各セラミック球21が互いに固着して移動不能となる。その結果、接着剤層20の厚さが均一(本実施形態では、セラミック球21の平均粒径と同じ長さ)となり、かつ接合面12と第1面31とが平行となる静電チャック1が完成する。   Thereafter, the adhesive layer 20 is cured by leaving it for a predetermined time (20 to 24 hours). Thereby, the ceramic insulating plate 10 is bonded to the metal base 30 through the adhesive layer 20, and the ceramic balls 21 are fixed to each other and cannot be moved. As a result, the thickness of the adhesive layer 20 is uniform (in this embodiment, the same length as the average particle diameter of the ceramic balls 21), and the bonding surface 12 and the first surface 31 are parallel to each other. Is completed.

次に、静電チャックの評価方法及びその結果を説明する。   Next, an evaluation method of the electrostatic chuck and the result will be described.

まず、複数の測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態と同じ静電チャックを準備し、これを実施例とした。即ち、実施例の静電チャックでは、接着剤層20における42mm角の領域ごとに1個の割合でセラミック球21を配置し、セラミック球21の200℃以下における熱伝導率を28W/(m・K)、熱膨張係数を2.8×10−6/Kに設定した。また、接着剤層20内にセラミック球21が配置されていない静電チャックを準備し、これを比較例1とした。さらに、接着剤層20における85mm角の領域ごとに1個の割合でセラミック球21を配置した静電チャックを準備し、これを比較例2とした。また、200℃以下における熱伝導率が240W/(m・K)であるセラミック球を接着剤層20内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例3とした。また、セラミック球21の代わりに、熱膨張係数が26×10−6/Kである金属ボールを接着剤層20内に配置した静電チャックを準備し、これを比較例4とした。 First, a plurality of measurement samples were prepared as follows. The same electrostatic chuck as that of the present embodiment was prepared and used as an example. That is, in the electrostatic chuck of the example, the ceramic sphere 21 is arranged at a ratio of one for each 42 mm square region in the adhesive layer 20, and the thermal conductivity of the ceramic sphere 21 at 200 ° C. or less is 28 W / (m · K), the thermal expansion coefficient was set to 2.8 × 10 −6 / K. In addition, an electrostatic chuck in which the ceramic sphere 21 is not disposed in the adhesive layer 20 was prepared, and this was designated as Comparative Example 1. Furthermore, an electrostatic chuck having ceramic spheres 21 arranged at a ratio of one for each 85 mm square region in the adhesive layer 20 was prepared, and this was designated as Comparative Example 2. In addition, an electrostatic chuck in which ceramic spheres having a thermal conductivity of 240 W / (m · K) at 200 ° C. or less were arranged in the adhesive layer 20 was prepared. In addition, an electrostatic chuck in which metal balls having a thermal expansion coefficient of 26 × 10 −6 / K in the adhesive layer 20 instead of the ceramic spheres 21 was prepared.

その結果、比較例1では、セラミック絶縁板10の吸着面11の平面度が50μmとなり、比較例2では、吸着面11の平面度が43μmとなった。一方、実施例及び比較例3,4では、吸着面11の平面度が30μmとなった。以上により、実施例及び比較例3,4の平面度は、比較例1,2の平面度よりも小さいことが確認された。従って、接着剤層20内にセラミック球21を配置し、接着剤層20における42mm角の領域ごとに1個の割合でセラミック球21を配置すれば、吸着面11の平面度が高くなることが証明された。   As a result, in Comparative Example 1, the flatness of the suction surface 11 of the ceramic insulating plate 10 was 50 μm, and in Comparative Example 2, the flatness of the suction surface 11 was 43 μm. On the other hand, in the examples and comparative examples 3 and 4, the flatness of the suction surface 11 was 30 μm. From the above, it was confirmed that the flatness of Examples and Comparative Examples 3 and 4 was smaller than the flatness of Comparative Examples 1 and 2. Therefore, if the ceramic spheres 21 are arranged in the adhesive layer 20 and the ceramic spheres 21 are arranged at a ratio of one for every 42 mm square region in the adhesive layer 20, the flatness of the adsorption surface 11 can be increased. Proven.

また、比較例3では、吸着面11においてセラミック球21の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が0.236℃となった。一方、実施例及び比較例1,2,4では、吸着面11においてセラミック球21の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差が0.022℃となった。以上により、実施例及び比較例1,2,4の温度差は、比較例3の温度差よりも小さいことが確認された。従って、セラミック球21の200℃以下における熱伝導率を28W/(m・K)とすれば、吸着面11における温度差が小さくなるため、吸着面11に吸着された半導体ウェハ2を均一に加熱または冷却できることが証明された。   In Comparative Example 3, the temperature difference between the region directly above the ceramic sphere 21 and the region not directly above the adsorption surface 11 was 0.236 ° C. On the other hand, in Example and Comparative Examples 1, 2, and 4, the temperature difference between the region directly above the ceramic sphere 21 and the region not directly above in the adsorption surface 11 was 0.022 ° C. From the above, it was confirmed that the temperature difference between Example and Comparative Examples 1, 2, and 4 was smaller than the temperature difference of Comparative Example 3. Therefore, if the thermal conductivity of the ceramic sphere 21 at 200 ° C. or lower is set to 28 W / (m · K), the temperature difference at the adsorption surface 11 becomes small, and the semiconductor wafer 2 adsorbed on the adsorption surface 11 is heated uniformly. Or proved to be cool.

さらに、各測定用サンプル(実施例、比較例1〜4)に対して、30℃⇔100℃の熱サイクルを180回付与した。その結果、比較例4の静電チャックでは、熱サイクルが130回付与された時点で、セラミック絶縁板10及び金属ベース30からの接着剤層20の剥れが生じた。一方、実施例及び比較例1〜3の静電チャックでは、熱サイクルを180回付与した後であっても、接着剤層20の剥れは生じなかった。従って、熱膨張係数が26×10−6/Kである金属ボールではなく、熱膨張係数が2.8×10−6/Kであるセラミック球21を接着剤層20内に配置すれば、接着剤層20の剥れが生じにくくなるため、静電チャックの信頼性が向上することが証明された。 Furthermore, a heat cycle of 30 ° C. to 100 ° C. was applied 180 times to each measurement sample (Example, Comparative Examples 1 to 4). As a result, in the electrostatic chuck of Comparative Example 4, the adhesive layer 20 peeled off from the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30 when the thermal cycle was applied 130 times. On the other hand, in the electrostatic chucks of Examples and Comparative Examples 1 to 3, peeling of the adhesive layer 20 did not occur even after the thermal cycle was applied 180 times. Therefore, if the ceramic balls 21 having a thermal expansion coefficient of 2.8 × 10 −6 / K are arranged in the adhesive layer 20 instead of the metal balls having a thermal expansion coefficient of 26 × 10 −6 / K, the adhesion is achieved. It has been proved that the reliability of the electrostatic chuck is improved because the agent layer 20 hardly peels off.

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施形態の静電チャック1によれば、粒径の揃った複数のセラミック球21が、セラミック絶縁板10の接合面12と金属ベース30の第1面31とに接触することにより、接着剤層20の厚さが均一に保持される。即ち、各セラミック球21は、セラミック絶縁板10と金属ベース30との間を一定の間隔に保持するスペーサとして機能する。なお本実施形態では、接合面12及び第1面31の平面度が高い(30μm以下)ことから、接合面12と第1面31とが略平行になる。このため、接合面12の反対側に位置する吸着面11の平面度が高くなるとともに、第1面31に対する吸着面11の平行度が高くなる。その結果、吸着面11に吸着された半導体ウェハ2の表面の平面度も高くなるため、半導体ウェハ2に対して処理を行う場合に、処理の度合いがばらつきにくくなり、半導体ウェハ2の歩留まり低下などの問題を防止できる。   (1) According to the electrostatic chuck 1 of the present embodiment, the plurality of ceramic spheres 21 having a uniform particle diameter come into contact with the bonding surface 12 of the ceramic insulating plate 10 and the first surface 31 of the metal base 30. The thickness of the adhesive layer 20 is kept uniform. That is, each ceramic sphere 21 functions as a spacer that holds the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30 at a constant interval. In the present embodiment, since the flatness of the bonding surface 12 and the first surface 31 is high (30 μm or less), the bonding surface 12 and the first surface 31 are substantially parallel. For this reason, the flatness of the suction surface 11 located on the opposite side of the bonding surface 12 is increased, and the parallelism of the suction surface 11 with respect to the first surface 31 is increased. As a result, the flatness of the surface of the semiconductor wafer 2 attracted to the attracting surface 11 is also increased. Therefore, when processing is performed on the semiconductor wafer 2, the degree of processing is less likely to vary, and the yield of the semiconductor wafer 2 is reduced. Can prevent problems.

(2)本実施形態では、金属材料よりも熱伝導率が低く樹脂材料よりも硬いセラミック材料を用いて、スペーサ(セラミック球21)を形成している。これにより、スペーサを金属材料によって形成した場合に比べて、スペーサ(セラミック球21)の熱伝導率を低く抑えることができるため、セラミック絶縁板10と金属ベース30との間で熱が過度に伝達されなくなる。その結果、吸着面11においてセラミック球21の直上となる領域と直上とはならない領域との温度差を小さくすることができ、吸着面11に吸着された半導体ウェハ2を均一に加熱または冷却することができる。また、スペーサを樹脂材料によって形成した場合に比べて、セラミック絶縁板10と金属ベース30とを接合する際にスペーサ(セラミック球21)が潰れにくくなるため、接着剤層20の厚さを均一に保持することができる。   (2) In this embodiment, the spacer (ceramic sphere 21) is formed using a ceramic material having a lower thermal conductivity than a metal material and harder than a resin material. Thereby, compared with the case where a spacer is formed with a metal material, since the thermal conductivity of the spacer (ceramic ball 21) can be kept low, heat is excessively transferred between the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30. It will not be done. As a result, the temperature difference between the region directly above the ceramic sphere 21 and the region not directly above the adsorption surface 11 can be reduced, and the semiconductor wafer 2 adsorbed on the adsorption surface 11 can be uniformly heated or cooled. Can do. In addition, the spacer (ceramic sphere 21) is less likely to be crushed when the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30 are joined, compared to the case where the spacer is formed of a resin material. Can be held.

(3)本実施形態のセラミック球21は、真球度が2μmとなる略球状である。これにより、セラミック球21の外周面が、セラミック絶縁板10の接合面12と金属ベース30の第1面31とに点接触するようになる。その結果、セラミック球21とセラミック絶縁板10との間やセラミック球21と金属ベース30との間に接着剤層20が挟み込まれにくくなるため、接着剤層20の厚さに誤差が生じにくくなる。また、静電チャック1の製造時において、治具80の治具本体81が有する位置決め孔83内にセラミック球21を挿入する際(図5参照)に、セラミック球21の向きを考慮しなくても済む。さらに、セラミック球21を接着剤層20上に載置する際(図6参照)においても、セラミック球21の向きを考慮しなくても済む。しかも、セラミック球21を接着剤層20上に載置する際に、セラミック球21の外周面は接着剤層20の表面に点接触するため、セラミック球21と接着剤層20との接触面積が小さくなり、セラミック球21から接着剤層20に加わる圧力が高くなる。これにより、セラミック球21が接着剤層20内に埋まって仮固定されやすくなるため、セラミック球21が位置ずれしにくくなる。また、接着剤層20内のボイドを減らすことができる。従って、接着剤層20のボイドを確実に生めることができるため、例えばセラミック絶縁板10の熱を接着剤層20を介して均一に伝達させることができる。   (3) The ceramic sphere 21 of the present embodiment is substantially spherical with a sphericity of 2 μm. Thereby, the outer peripheral surface of the ceramic sphere 21 comes into point contact with the joining surface 12 of the ceramic insulating plate 10 and the first surface 31 of the metal base 30. As a result, the adhesive layer 20 is less likely to be sandwiched between the ceramic sphere 21 and the ceramic insulating plate 10 or between the ceramic sphere 21 and the metal base 30, so that an error is less likely to occur in the thickness of the adhesive layer 20. . Further, when the electrostatic chuck 1 is manufactured, when the ceramic sphere 21 is inserted into the positioning hole 83 of the jig body 81 of the jig 80 (see FIG. 5), the orientation of the ceramic sphere 21 is not considered. It will be over. Furthermore, when the ceramic sphere 21 is placed on the adhesive layer 20 (see FIG. 6), the orientation of the ceramic sphere 21 need not be considered. In addition, when the ceramic sphere 21 is placed on the adhesive layer 20, the outer peripheral surface of the ceramic sphere 21 is in point contact with the surface of the adhesive layer 20, so that the contact area between the ceramic sphere 21 and the adhesive layer 20 is large. The pressure is applied to the adhesive layer 20 from the ceramic sphere 21 is increased. As a result, the ceramic sphere 21 is easily embedded and temporarily fixed in the adhesive layer 20, so that the ceramic sphere 21 is less likely to be displaced. Moreover, the void in the adhesive bond layer 20 can be reduced. Therefore, since the void of the adhesive layer 20 can be reliably generated, for example, the heat of the ceramic insulating plate 10 can be uniformly transmitted through the adhesive layer 20.

(4)本実施形態のセラミック絶縁板10は、セラミックグリーンシートの成形技術(即ち、セラミック層の成形技術)が確立されているアルミナを主成分とする材料からなるため、冷却用ガス流路41、吸着用電極層51及びヒータ電極層61などを容易に形成することができる。また、本実施形態の金属ベース30は、微細加工が容易な金属材料(本実施形態ではアルミニウム)からなるため、冷却用流体流路71,72を容易に形成することができる。   (4) The ceramic insulating plate 10 of the present embodiment is made of a material mainly composed of alumina for which a ceramic green sheet molding technique (that is, a ceramic layer molding technique) has been established. The adsorption electrode layer 51, the heater electrode layer 61, and the like can be easily formed. In addition, since the metal base 30 of the present embodiment is made of a metal material (aluminum in the present embodiment) that can be easily processed, the cooling fluid flow paths 71 and 72 can be easily formed.

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。   In addition, you may change this embodiment as follows.

・上記実施形態の静電チャック1の製造方法では、金属ベース30の第1面31上に接着剤層20を形成した後、接着剤層20上にセラミック球21及びセラミック絶縁板10を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球21を接着剤層20内に埋め込んでいた。しかし、静電チャック1の製造方法は上記実施形態に限定される訳ではない。例えば、第1面31上に複数のセラミック球21を接着等によって固定した後で、第1面31上に接着剤層20を形成してもよい。また、セラミック絶縁板10の接合面12に接着剤層20を形成した後、接着剤層20上にセラミック球21及び金属ベース30を載置した状態で、垂直方向に押圧力を加えることによりセラミック球21を接着剤層20内に埋め込んでもよい。   In the manufacturing method of the electrostatic chuck 1 according to the above embodiment, after the adhesive layer 20 is formed on the first surface 31 of the metal base 30, the ceramic balls 21 and the ceramic insulating plate 10 are placed on the adhesive layer 20. In this state, the ceramic balls 21 were embedded in the adhesive layer 20 by applying a pressing force in the vertical direction. However, the manufacturing method of the electrostatic chuck 1 is not limited to the above embodiment. For example, the adhesive layer 20 may be formed on the first surface 31 after fixing the plurality of ceramic balls 21 on the first surface 31 by bonding or the like. Further, after the adhesive layer 20 is formed on the bonding surface 12 of the ceramic insulating plate 10, the ceramic ball 21 and the metal base 30 are placed on the adhesive layer 20 and a pressing force is applied in the vertical direction to apply the ceramic. The sphere 21 may be embedded in the adhesive layer 20.

・上記実施形態の静電チャック1の製造方法では、金属ベース30の第1面31上に、スクリーン印刷装置を用いてペースト状の接着剤を印刷塗布することにより、接着剤層20を形成していた。しかし、セラミック絶縁板10及び金属ベース30をシート状の接着剤層を挟んで接合することにより、接着剤層20を形成してもよい。例えば、シート状の接着剤層の片面に複数のセラミック球21を載置しておき、セラミック球21が載置された接着剤層を、セラミック絶縁板10と金属ベース30とで挟み込むようにしてもよい。   In the manufacturing method of the electrostatic chuck 1 according to the above embodiment, the adhesive layer 20 is formed on the first surface 31 of the metal base 30 by printing and applying a paste-like adhesive using a screen printing apparatus. It was. However, the adhesive layer 20 may be formed by joining the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30 with a sheet-like adhesive layer interposed therebetween. For example, a plurality of ceramic balls 21 are placed on one side of a sheet-like adhesive layer, and the adhesive layer on which the ceramic balls 21 are placed is sandwiched between the ceramic insulating plate 10 and the metal base 30. Also good.

・上記実施形態の静電チャック1では、半導体ウェハ2を被吸着物としていたが、液晶パネルなどの他の部材を被吸着物としてもよい。   In the electrostatic chuck 1 of the above embodiment, the semiconductor wafer 2 is the object to be adsorbed, but another member such as a liquid crystal panel may be the object to be adsorbed.

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。   Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.

(1)第1主面及び第2主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第1面及び第2面を有するとともに前記第1面が前記セラミック絶縁板の前記第2主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させ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、前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第2主面と前記金属ベースの前記第1面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置され、前記複数のセラミック球が窒化珪素からなることを特徴とする静電チャック。   (1) A ceramic insulating plate having a first main surface and a second main surface and having an adsorption electrode layer therein; and a first surface and a second surface and the first surface is the first of the ceramic insulating plate. And a metal base bonded to the main surface side through an adhesive layer, and an object to be adsorbed on the first main surface using electrostatic attraction generated when a voltage is applied to the adsorption electrode layer. In the electrostatic chuck to be adsorbed, a particle size in the adhesive layer that maintains the thickness of the adhesive layer in contact with the second main surface of the ceramic insulating plate and the first surface of the metal base An electrostatic chuck comprising a plurality of ceramic spheres arranged in uniform, wherein the plurality of ceramic spheres are made of silicon nitride.

1…静電チャック
2…被吸着物としての半導体ウェハ
10…セラミック絶縁板
11…第1主面としての吸着面
12…第2主面としての接合面
20…接着剤層
21…セラミック球
30…金属ベース
31…第1面
32…第2面
51…吸着用電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck 2 ... Semiconductor wafer 10 as to-be-adsorbed object ... Ceramic insulating board 11 ... Adsorption surface 12 as 1st main surface ... Joining surface 20 as 2nd main surface ... Adhesive layer 21 ... Ceramic ball | bowl 30 ... Metal base 31 ... first surface 32 ... second surface 51 ... electrode layer for adsorption

Claims (8)

第1主面及び第2主面を有するとともに内部に吸着用電極層を有するセラミック絶縁板と、第1面及び第2面を有するとともに前記第1面が前記セラミック絶縁板の前記第2主面側に接着剤層を介して接合される金属ベースとを備え、前記吸着用電極層に電圧を印加させ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、
前記接着剤層内に、前記セラミック絶縁板の前記第2主面と前記金属ベースの前記第1面とに接触して前記接着剤層の厚さを保持する粒径の揃った複数のセラミック球が配置されていることを特徴とする静電チャック。
A ceramic insulating plate having a first main surface and a second main surface and having an adsorption electrode layer therein, and a first surface and a second surface, and the first surface is the second main surface of the ceramic insulating plate And a metal base bonded to the first electrode surface using an electrostatic attraction generated when a voltage is applied to the adsorption electrode layer. In the electric chuck,
In the adhesive layer, a plurality of ceramic spheres having a uniform particle size that contact the second main surface of the ceramic insulating plate and the first surface of the metal base to maintain the thickness of the adhesive layer Is an electrostatic chuck.
前記接着剤層の厚さは、25μm以上700μm以下であり、前記複数のセラミック球の平均粒径と等しいことを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。   2. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a thickness of the adhesive layer is 25 μm or more and 700 μm or less, and is equal to an average particle diameter of the plurality of ceramic spheres. 前記接着剤層がシリコーン樹脂からなる接着剤であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the adhesive layer is an adhesive made of a silicone resin. 前記セラミック球は、前記接着剤層における20mm角以上60mm角以下の領域ごとに1個の割合で配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電チャック。   4. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the ceramic spheres are arranged in a ratio of one for each region of 20 mm square to 60 mm square in the adhesive layer. 5. . 前記セラミック球の200℃以下における熱伝導率は、2W/(m・K)以上200W/(m・K)以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電チャック。   5. The static electricity according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the ceramic sphere at 200 ° C. or less is 2 W / (m · K) or more and 200 W / (m · K) or less. Electric chuck. 前記セラミック球の熱膨張係数は、1.0×10−6/K以上15×10−6/K以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の静電チャック。 6. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the ceramic sphere is 1.0 × 10 −6 / K or more and 15 × 10 −6 / K or less. . 前記複数のセラミック球は、前記セラミック絶縁板及び前記金属ベースよりも硬い材料からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the plurality of ceramic spheres are made of a material harder than the ceramic insulating plate and the metal base. 前記セラミック球の真球度は2μm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the sphericity of the ceramic sphere is 2 μm or less.
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