JP2019169629A

JP2019169629A - 基板固定装置

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Publication number: JP2019169629A
Application number: JP2018056769A
Authority: JP
Inventors: 正邦北島; Masakuni Kitajima
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: TW201941357A; TWI806988B; US11056369B2; US20190295876A1; KR20190111763A; JP6971183B2; KR102589227B1

Abstract

【課題】基板固定装置において、ベースプレートと静電チャックとを接着する接着層にクラックや剥離が生じるおそれを低減すること。【解決手段】本基板固定装置は、ベースプレートと、前記ベースプレート上に、接着層を介して設けられた、吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、を有し、前記静電チャックにおいて前記接着層の一方の面に接する部分の第１側面と、前記ベースプレートにおいて前記接着層の他方の面に接する部分の第２側面とは、平面視で重複する位置にあり、前記接着層は、前記第１側面及び前記第２側面から外側に突起する突起部を備え、前記接着層の一方の面及び他方の面は、前記第１側面及び前記第２側面の内側から前記第１側面及び前記第２側面の外側まで延びる平面である。【選択図】図１

Description

本発明は、基板固定装置に関する。

従来、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造する際に使用される成膜装置（例えば、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等）やプラズマエッチング装置は、ウェハを真空の処理室内に精度良く保持するためのステージを有する。このようなステージとして、例えば、ベースプレートに接着層を介して搭載された静電チャックにより吸着対象物であるウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０９１２９７号公報

しかしながら、一般に、ベースプレートは金属製であり、静電チャックはセラミック製であり、両者は線膨張係数が大きく異なる。そのため、基板固定装置に熱負荷が加わると、接着層にクラックや剥離が生じるおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、基板固定装置において、ベースプレートと静電チャックとを接着する接着層にクラックや剥離が生じるおそれを低減することを課題とする。

本基板固定装置は、ベースプレートと、前記ベースプレート上に、接着層を介して設けられた、吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、を有し、前記静電チャックにおいて前記接着層の一方の面に接する部分の第１側面と、前記ベースプレートにおいて前記接着層の他方の面に接する部分の第２側面とは、平面視で重複する位置にあり、前記接着層は、前記第１側面及び前記第２側面から外側に突起する突起部を備え、前記接着層の一方の面及び他方の面は、前記第１側面及び前記第２側面の内側から前記第１側面及び前記第２側面の外側まで延びる平面であることを要件とする。

開示の技術によれば、基板固定装置において、ベースプレートと静電チャックとを接着する接着層にクラックや剥離が生じるおそれを低減できる。

第１の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。接着層が突起部を有することにより生じる効果について説明する図である。シミュレーションモデルについて説明する図である。シミュレーション結果について示す図である。第２の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。第２の実施の形態の変形例１に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［基板固定装置の構造］
図１は、第１の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照するに、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、接着層２０と、静電チャック３０とを有している。

ベースプレート１０は、静電チャック３０を搭載するための部材である。ベースプレート１０は、略円盤状の下部１０１と、下部１０１上に略同心的に配置された略円盤状の上部１０２とを備えている。上部１０２は、下部１０１よりも小径であり、下部１０１上に突起している。下部１０１と上部１０２とは、一体に形成することができる。

ベースプレート１０の厚さ（下部１０１と上部１０２の総厚）は、例えば、２０〜５０ｍｍ程度とすることができる。ベースプレート１０は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金から形成され、プラズマを制御するための電極等として利用することもできる。ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等を静電チャック３０上に吸着されたウェハに衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。

ベースプレート１０の内部には、水路１５を設けることができる。水路１５は、一端に冷却水導入部１５ａを備え、他端に冷却水排出部１５ｂを備えている。水路１５は、基板固定装置１の外部に設けられた冷却水制御装置（図示せず）に接続されている。冷却水制御装置（図示せず）は、冷却水導入部１５ａから水路１５に冷却水を導入し、冷却水排出部１５ｂから冷却水を排出する。水路１５に冷却水を循環させベースプレート１０を冷却することで、静電チャック３０上に吸着されたウェハを冷却することができる。ベースプレート１０には、水路１５の他に、静電チャック３０上に吸着されたウェハを冷却する不活性ガスを導入するガス路等を設けてもよい。

静電チャック３０は、接着層２０を介して、ベースプレート１０上に固着されている。接着層２０については、後述する。静電チャック３０は、吸着対象物であるウェハを吸着保持する部分である。静電チャック３０の吸着対象物であるウェハの直径は、例えば、８、１２、又は１８インチ程度とすることができる。

静電チャック３０は、基体３１と、静電電極３２と、発熱体３３とを有している。静電チャック３０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック３０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。

基体３１は誘電体であり、基体３１としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスを用いることができる。

基体３１は、例えば、ベースプレート１０の上部１０２と同径の略円盤状とすることができる。基体３１の厚さは、例えば、１〜１０ｍｍ程度とすることができる。基体３１の比誘電率（１ｋＨｚ）は、例えば、９〜１０程度とすることができる。

静電電極３２は、薄膜電極であり、基体３１に内蔵されている。静電電極３２は、基板固定装置１の外部に設けられた電源に接続され、所定の電圧が印加されると、ウェハとの間に静電気による吸着力が発生し、静電チャック３０上にウェハを吸着保持することができる。吸着保持力は、静電電極３２に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極３２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極３２の材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等を用いることができる。

発熱体３３は、基体３１に内蔵されている。発熱体３３としては、タングステン等を用いることができる。発熱体３３は、基板固定装置１の外部に設けられた制御回路等に接続され、吸着対象物の温度制御に用いることができる。

接着層２０としては、例えば、シリコーン系接着剤を用いることができる。接着層２０の厚さは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることができる。

静電チャック３０において接着層２０の上面に接する部分の側面（基体３１の側面）と、ベースプレート１０において接着層２０の下面に接する部分の側面（上部１０２の側面）とは、平面視で（基体３１の上面の法線方向から視て）重複する位置にある。そして、接着層２０は、基体３１の側面及び上部１０２の側面から外側に突起する突起部２０Ａを備えている。

突起部２０Ａは、基体３１の側面及び上部１０２の側面から水平方向（上部１０２の上面に略平行な方向）に環状に突起している。すなわち、接着層２０の上面は、基体３１の側面及び上部１０２の側面の内側から外側まで水平方向に延びる平面を有している。又、接着層２０の下面は、基体３１の側面及び上部１０２の側面の内側から外側まで水平方向に延びる平面を有している。

接着層２０を形成するには、例えば、予めベースプレート１０の上部１０２及び基体３１よりも大径に形成されたフィルム状のシリコーン樹脂等を準備する。そして、準備したシリコーン樹脂等をベースプレート１０の上部１０２と基体３１により挟持し、硬化させればよい。このとき、接着層２０に圧力を加えてもよい。

或いは、予めベースプレート１０の上部１０２及び基体３１と同径又は小径に形成されたフィルム状のシリコーン樹脂等を準備する。そして、準備したシリコーン樹脂等をベースプレート１０の上部１０２と基体３１により挟持し、圧力を加えて接着層２０の端部を基体３１の側面及び上部１０２の側面から水平方向にはみ出させ、硬化させてもよい。

なお、必要に応じ、フィルム状のシリコーン樹脂等に代えて、液状又はペースト状のシリコーン樹脂等を用いてもよい。

図２は、接着層が突起部を有することにより生じる効果について説明する図であり、図２（ａ）は接着層２０の突起部２０Ａ近傍の部分拡大断面図である。図２（ｂ）は、比較例１に係る接着層２０Ｘの端部近傍の部分拡大断面図であり、接着層２０Ｘの端面が基体３１の側面及び上部１０２の側面よりも内方に窪んだ例である。図２（ｃ）は、比較例２に係る接着層２０Ｙの端部近傍の部分拡大断面図であり、接着層２０Ｙの端面が基体３１の側面及び上部１０２の側面と略面一である例である。

図２（ａ）に示すように接着層２０が突起部２０Ａを有することにより、基板固定装置１に熱負荷が加わった際に接着層２０に加わる応力を、図２（ｂ）や図２（ｃ）の場合と比べて低減することができる。その結果、接着層２０にクラックや剥離が生じるおそれを低減できる。特に、突起部２０Ａの基体３１の側面及び上部１０２の側面からの突起量Ｌ_１を接着層２０の厚さの半分以上とすることが、応力を低減する観点から好ましい。

［シミュレーション］
接着層に生じる応力シミュレーションを行った。シミュレーションは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、実際の基板固定装置の１／４のモデルを用いて行った。なお、図３（ａ）はシミュレーションモデルの斜視図、図３（ｂ）はシミュレーションモデルのＸ方向から視た側面図である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ベースプレート１０の下部１０１の半径を１５０ｍｍ、ベースプレート１０の上部１０２の半径を１３０ｍｍ、基体３１の半径を１３０ｍｍとした。又、ベースプレート１０の下部１０１の厚さを３０ｍｍ、ベースプレート１０の総厚（下部１０１の厚さと上部１０２の厚さの合計）を３７ｍｍ、基体３１の厚さを５ｍｍ、接着層２０の厚さを２ｍｍとした。又、突起部２０Ａの突起量Ｌ_１は１．３ｍｍ（接着層２０の半径が１３１．３ｍｍ）とした。

又、ベースプレート１０（下部１０１及び上部１０２）、基体３１、及び接着層２０について、ヤング率とポアソン比と線膨張係数のシミュレーション条件を表１に示すように設定した。そして、ストレスフリー温度を１７０℃とし、２５℃に温度を下げたときに接着層に生じる応力をシミュレーションにより求めた（温度負荷：１４５℃）。

なお、比較例として突起部２０Ａを有さない図２（ｃ）の構造についてもシミュレーションを行った。比較例の構造は、接着層２０Ｙが突起部２０Ａを有していない点を除いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様の寸法である。又、比較例についても表１と同様の条件を設定した。

図４は、シミュレーション結果について示す図であり、図４（ａ）は比較例に係る接着層２０Ｙの結果を、図４（ｂ）は本実施の形態に係る接着層２０の結果を示している。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、接着層のみを図示している。

図４（ａ）に示す接着層２０Ｙでは、接着層２０Ｙの外縁部に最大応力部が存在し、最大応力値は１．７７［ＭＰａ］であった。これに対して、図４（ｂ）に示す接着層２０では、接着層２０の外縁部よりも４０ｍｍ程度中心側に最大応力部が存在し、最大応力値は１．１２［ＭＰａ］であった。

このように、接着層２０が突起部２０Ａを有することにより、基板固定装置１に熱負荷が加わった際に接着層２０に加わる応力を、突起部２０Ａを有しない場合と比べて低減できることが確認された。又、接着層２０が突起部２０Ａを有することにより、最大応力部が接着層２０の外縁部よりも中心側に移動するため、接着層２０の外縁部で生じやすいクラックや剥離を防止することができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、フォーカスリングを有する基板固定装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第２の実施の形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図５を参照するに、基板固定装置２は、フォーカスリング５０が設けられた点が基板固定装置１（図１参照）と相違する。

フォーカスリング５０は、ベースプレート１０の側面、接着層２０の突起部２０Ａ、及び静電チャック３０の側面（基体３１の側面）を保護する筒状の本体５０１と、本体５０１の上部から静電チャック３０の上面外縁部（基体３１の上面外縁部）に環状に延在する延在部５０２とを有している。本体５０１と延在部５０２とは一体に構成することができる。

フォーカスリング５０は、例えば、ベースプレート１０や基体３１に対して、ボルトやねじ等の締結部材や接着剤等により固定することができる。フォーカスリング５０の材料としては、例えば、接着層２０や基体３１よりも耐プラズマ性が高い材料を用いることができる。フォーカスリング５０の材料としては、例えば、シリコン、石英、セラミック、フッ素系樹脂等が挙げられる。

フォーカスリング５０を設けることにより、接着層２０の突起部２０Ａがプラズマに曝されないように保護することができる。

〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、フォーカスリングを有する基板固定装置の他の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図６は、第２の実施の形態の変形例１に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図６を参照するに、基板固定装置２Ａは、基体３１及びフォーカスリング５０が基体３１Ａ及びフォーカスリング５０Ａに置換された点が基板固定装置２（図５参照）と相違する。

基体３１Ａは、略円盤状である下部３１１と、下部３１１よりも小径の略円盤状である上部３１２とを備えている。上部３１２は、下部３１１上に略同心的に配置され、下部３１１の外縁部を環状に露出するように下部３１１上に突起している。下部３１１と上部３１２とは、一体に形成することができる。

基体３１Ａの下部３１１は、例えば、ベースプレート１０の上部１０２と同径とすることができる。基体３１Ａの材料や基体３１Ａの厚さ（下部３１１と上部３１２の総厚）は、例えば、基体３１の材料や基体３１の厚さと同様とすることができる。

フォーカスリング５０Ａは、ベースプレート１０の側面、接着層２０の突起部２０Ａ、及びを静電チャック３０の側面（基体３１Ａの側面）を保護する筒状の本体５０１Ａと、本体５０１Ａの上部から基体３１Ａの下部３１１の上面外縁部に環状に延在する延在部５０２Ａとを有している。本体５０１Ａと延在部５０２Ａとは一体に構成することができる。延在部５０２Ａの上面は、例えば、基体３１Ａの上部３１２の上面と面一か、基体３１Ａの上部３１２の上面よりも低い位置とすることができる。

フォーカスリング５０Ａは、例えば、ベースプレート１０や基体３１Ａに対して、ボルトやねじ等の締結部材や接着剤等により固定することができる。フォーカスリング５０Ａの材料としては、例えば、接着層２０や基体３１Ａよりも耐プラズマ性が高い材料を用いることができる。フォーカスリング５０Ａの材料としては、例えば、シリコン、石英、セラミック、フッ素系樹脂等が挙げられる。

フォーカスリング５０Ａを設けることにより、接着層２０の突起部２０Ａがプラズマに曝されないように保護することができる。

又、下部３１１と上部３１２により基体３１Ａの側面に段差を形成することで、フォーカスリング５０Ａの延在部５０２Ａの上面を基体３１Ａの上部３１２の上面よりも突出させないようにすることができる。これにより、基体３１Ａの上部３１２の上面に、吸着対象物を容易に配置することができる。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本発明に係る基板固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウエハ等）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示することができる。

１、２、２Ａ基板固定装置
１０ベースプレート
１５水路
１５ａ冷却水導入部
１５ｂ冷却水排出部
２０接着層
３０静電チャック
３１、３１Ａ基体
３２静電電極
３３発熱体
５０、５０Ａフォーカスリング
１０１、３１１下部
１０２、３１２上部
５０１、５０１Ａ本体
５０２、５０２Ａ延在部

Claims

ベースプレートと、
前記ベースプレート上に、接着層を介して設けられた、吸着対象物を吸着保持する静電チャックと、を有し、
前記静電チャックにおいて前記接着層の一方の面に接する部分の第１側面と、前記ベースプレートにおいて前記接着層の他方の面に接する部分の第２側面とは、平面視で重複する位置にあり、
前記接着層は、前記第１側面及び前記第２側面から外側に突起する突起部を備え、
前記接着層の一方の面及び他方の面は、前記第１側面及び前記第２側面の内側から前記第１側面及び前記第２側面の外側まで延びる平面である基板固定装置。
前記第１側面及び前記第２側面並びに前記突起部を覆うフォーカスリングを有する請求項１に記載の基板固定装置。
前記フォーカスリングは、前記第１側面及び前記第２側面並びに前記突起部を覆う筒状の本体と、前記本体の上部から前記静電チャックの上面外縁部に環状に延在する延在部と、を有している請求項２に記載の基板固定装置。
前記静電チャックにおいて前記接着層の一方の面に接する部分は円盤状であり、前記静電チャックは前記円盤状の部分の上側に前記円盤状の部分の外縁部を環状に露出する第２の円盤状の部分を備え、
前記フォーカスリングは、前記第１側面及び前記第２側面並びに前記突起部を覆う筒状の本体と、前記本体の上部から前記円盤状の部分の外縁部に環状に延在する延在部と、を有している請求項２に記載の基板固定装置。