TW201814825A - 靜電夾盤以及基板固定裝置 - Google Patents
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Abstract
一種靜電夾盤,包括發熱部、該發熱部上的基板、溫度感測器、以及嵌入部。該基板包括在其上吸附並保持對象的第一表面、及位於該第一表面相反側並且與該發熱部接觸的第二表面、以及在該基板的該第二表面處開口的孔。該孔包括螺紋內壁面。該溫度感測器位於該孔的底部。該嵌入部包括螺紋側面,並且隨著該螺紋側面與該螺紋內壁面配合而被嵌入該孔中。該基板和該嵌入部由相同的材料形成。
Description
本文討論的實施例的某個方面係關於一種靜電夾盤以及基板固定裝置。
用於製造諸如IC(積體電路)及LSI(大型積體電路)的半導體設備的傳統薄膜沉積裝置(例如CVD(化學氣相沉積)裝置或PVD(物理氣相沉積)裝置等)及電漿蝕刻裝置包括用於在真空處理室中精確地保持晶圓的台。作為該台,例如提出了一種基板固定裝置,其利用安裝在底板上的靜電夾盤來吸附並保持晶圓。
一些基板固定裝置設置有用於控制晶圓溫度的發熱元件。在該情況下,在形成於靜電夾盤中的孔中設置有用於偵測靜電夾盤的表面溫度的溫度感測器,並且基於利用溫度感測器所監測到的靜電夾盤的表面溫度來控制發熱元件以控制晶圓溫度(例如參見專利文獻1)。
專利文獻1:日本特開2016-72478號公報
根據本發明的一個方面,提供一種靜電夾盤,包 括:發熱部;該發熱部上的基板;溫度感測器;以及嵌入部,其中,該基板包括在其上吸附並保持對象的第一表面、及位於該第一表面相反側並且與該發熱部接觸的第二表面、以及在該基板的該第二表面處開口的孔,該孔包括螺紋內壁面,該溫度感測器位於該孔的底部,該嵌入部包括螺紋側面,並且隨著該螺紋側面與該螺紋內壁面配合而被嵌入該孔中,其中,該基板和該嵌入部由相同的材料形成。
本發明的目的和優點將利用申請專利範圍中特別指出的構成要素及組合來實現並獲得。
需要理解的是,以上一般說明及以下具體說明均為示例性及解釋性的說明,並不對所要求保護的本發明進行限制。
1‧‧‧基板固定裝置
10‧‧‧底板
15‧‧‧水管道
15a‧‧‧冷卻水導入部
15b‧‧‧冷卻水排出部
20‧‧‧黏著層
21‧‧‧第一層
22‧‧‧第二層
30‧‧‧發熱部
31‧‧‧絕緣層
32‧‧‧發熱元件
32a‧‧‧上表面
32b‧‧‧下表面
40‧‧‧吸附保持部
41‧‧‧基板
41a‧‧‧第一表面
41b‧‧‧第二表面
41x‧‧‧孔
42‧‧‧靜電電極
50‧‧‧溫度感測器
60‧‧‧嵌入部
70‧‧‧靜電夾盤
1X‧‧‧基板固定裝置
ψ 1‧‧‧直徑
圖1A至圖1D是實施例中的基板固定裝置的示意圖;圖2A至圖2H是表示該實施例中的基板固定裝置的製造程序的圖;圖3是比較例中的基板固定裝置的示意性剖面圖。
根據上述在形成於靜電夾盤中的孔中設置有用於偵測靜電夾盤的表面溫度的溫度感測器的構造,可以在孔中填充樹脂以覆蓋溫度感測器。在該情況下,在靜電夾盤的材料(例如陶瓷)與樹脂之間存在熱膨脹係數上的不匹配。因此,當在高溫下使用靜電夾盤時,有時會在樹脂周圍的部件中引起裂 紋。
根據本發明的一個方面,當在高溫下使用靜電夾盤時,不太可能在靜電夾盤的部件中引起裂紋。
以下參照圖式對本發明的一個以上的優選實施例進行說明。在下文中,對於相同元件或部件用相同的符號標記,並省略其重複的說明。
[基板固定裝置的構造]
圖1A至圖1D是實施例中的基板固定裝置的示意圖。圖1A是基板固定裝置整體的剖面圖,圖1B至圖1D是孔和嵌入部的放大剖面圖。圖1B示出了孔,圖1C示出了嵌入部,圖1D示出了螺紋連接在一起的嵌入部和孔。
如圖1A至圖1D所示,本實施例的基板固定裝置1包括底板10、黏著層20、以及靜電夾盤70。
底板10是用於安裝靜電夾盤70的部件。底板10的厚度例如可以為大約20mm至大約50mm。底板10例如由鋁形成,也可以用作例如用於控制電漿的電極。藉由向底板10供應預定高頻的電力,從而能夠對用於使例如在電漿狀態下所產生的離子與在靜電夾盤70上所吸附的晶圓碰撞的能量進行控制以有效地進行蝕刻。
在底板10中設置有水管道15。水管道15在一端包括冷卻水導入部15a,在另一端包括冷卻水排出部15b。水管道15被連接到設在基板固定裝置1外部的冷卻水控制器(未示出)。冷卻水控制器將冷卻水從冷卻水導入部15a導入水管道15,並將冷卻水從冷卻水排出部15b排出。藉由使冷卻水經 由水管道15循環以冷卻底板10,從而能夠冷卻被吸附到靜電夾盤70上的晶圓。除了水管道15以外,底板10中還可以設置例如用於導入惰性氣體的氣體管道,該惰性氣體用於對被吸附到靜電夾盤70上的晶圓進行冷卻。
靜電夾盤70經由黏著層20被牢固地黏附到底板10上。黏著層20可以具有例如第一層21和第二層22的雙層構造。例如,可以使用矽膠黏著劑作為第一層21和第二層22。第一層21和第二層22各自的厚度例如可以為大約1mm。第一層21和第二層22的熱導率優選為2W/mK以上。黏著層20可以由單層形成。然而,藉由組合具有高熱導率的黏著劑和具有低彈性模數的黏著劑來形成雙層構造,能夠獲得降低由於鋁底板10與靜電夾盤70之間的熱膨脹上的差異所產生的應力的應力降低效果。
靜電夾盤70包括發熱部30、吸附保持部40、溫度感測器50以及嵌入部60,並且對作為被吸附並保持的對象(以下稱為“吸附對象”)的晶圓進行吸附並保持。晶圓的直徑例如可以為大約8英寸、大約12英寸、或大約18英寸。靜電夾盤70例如為Johnsen-Rahbek靜電夾盤。或者,靜電夾盤70可以為庫侖(Coulombic)靜電夾盤。
吸附保持部40包括在其上對吸附對象進行吸附並保持的第一表面、以及位於該第一表面相反側的第二表面。發熱部30設置在吸附保持部40的第二表面上。發熱部30包括絕緣層31以及埋置在絕緣層31中的發熱元件32。發熱元件32被用於外部保護的絕緣層31圍繞並覆蓋。作為發熱元件 32,優選使用壓延合金。藉由使用壓延合金作為發熱元件32,能夠降低發熱元件32的厚度上的偏差以改善所產生熱量的分布。發熱元件32並不需要被埋置到絕緣層31的厚度方向上的中心。發熱元件32可以根據所需的規格從絕緣層31的厚度方向上的中心向底板10或吸附保持部40偏移。
發熱元件32的電阻率優選為10μΩ/cm至70μΩ/cm,更優選為10μΩ/cm至50μΩ/cm。傳統的的基板固定裝置使用電阻率大約為100μΩ/cm的NiCr發熱元件。因此,在設計20Ω至50Ω配線的情況下,發熱元件在寬度上變為大約1mm至大約2mm,並在厚度上變為大約50μm,因此難以形成發熱元件的精細圖案。藉由使發熱元件32的電阻率為比NiCr發熱元件的電阻率低的10μΩ/cm至70μΩ/cm,使得在設計相同的20Ω至50Ω配線的情況下發熱元件32的圖案能夠比傳統情況更精細。當發熱元件32的電阻率小於10μΩ/cm時,由發熱元件32所引起的發熱變得不足。因此,並不優選小於10μΩ/cm的電阻率。
用於發熱元件32的壓延合金的適合的材料例如包括CN49(康銅)(Cu-Ni-Mn-Fe合金)、Zeranin(Cu-Mn-Sn合金)、以及Manganin(Cu-Mn-Ni合金)。CN49(康銅)的電阻率大約為50μΩ/cm。Zeranin的電阻率大約為29μΩ/cm。Manganin的電阻率大約為44μΩ/cm。從利用蝕刻的配線成形性的觀點來看,發熱元件32的厚度優選為60μm以下。
用於絕緣層31的合適的材料例如包括具有高導熱性和高耐熱性的環氧樹脂及雙馬來亞醯胺三嗪樹脂。絕緣層31 的熱導率優選為3W/mK以上。藉由在絕緣層31中包含氧化鋁或氮化鋁等填充劑,從而能夠提高絕緣層31的熱導率。絕緣層31的玻璃轉移溫度(Tg)優選為250℃以上。絕緣層31的厚度優選為大約100μm至大約150μm。絕緣層31的厚度偏差優選為±10%以下。
為了提高高溫下的發熱元件32與絕緣層31之間的黏著性,優選發熱元件32的至少一個表面、亦即發熱元件32的上表面32a和下表面32b的一者或兩者被粗化。在發熱元件32的上下表面32a、32b均被粗化的情況下,對於上表面32a和下表面32b所進行的粗化方法可以不同。粗化方法例如可以為、但不限於蝕刻、使用偶合劑的表面改質、或者使用355nm以下的波長的UV-YAG激光的點加工(dot processing)。
吸附保持部40包括基板41和靜電電極42。基板41的第一表面41a(吸附對象放置面)形成吸附保持部40的第一表面,並且接受吸附對象。基板41的位於第一表面41a的相反側的第二表面41b形成吸附保持部40的第二表面,並且與發熱部30接觸。基板41為介電體。用於基板41的適合材料例如包括氧化鋁(Al2O3)及氮化鋁(AlN)等陶瓷。基板41的厚度例如可以為大約1mm至大約10mm。基板41(在1KHz)的相對介電率例如可以為大約9至大約10。
吸附保持部40(基板41)與發熱部30的絕緣層31被直接接合。藉由直接接合發熱部30與吸附保持部40而不在發熱部30與吸附保持部40之間介入耐熱性較低的黏著劑,能夠提高基板固定裝置1的耐熱溫度。傳統的使用黏著劑來接 合發熱部與吸附保持部的基板固定裝置的耐熱溫度為大約150℃,而基板固定裝置1的耐熱溫度能夠為大約200℃。
靜電電極42是埋置在基板41中的薄膜電極。靜電電極42被連接到設置在基板固定裝置1外部的電源。當對靜電電極42施加預定電壓時,在靜電電極42與晶圓之間產生靜電吸附力。因此,晶圓能夠被吸附並保持在吸附保持部40上。吸附保持力隨著施加到靜電電極42上的電壓的增大而增大。靜電電極42可以具有單極形狀或雙極形狀。用於靜電電極42的適合材料例如包括鎢及鉬。
在基板41中設置有向著發熱部30開口的孔41x。孔41x的平面形狀例如可以為圓形。孔41x的直徑ψ 1例如可以為大約1mm至大約5mm。在下文中,對於各個孔41x的說明相同時可以將各個孔41x統稱為“孔41x”。
在本說明書中,平面圖是指從垂直於基板41的第一表面41a的方向觀察對象的視圖,可以是在基板41的厚度方向上觀察的視圖。此外,平面形狀是指從垂直於基板41的第一表面41a的方向觀察的對象的形狀。
在各個孔41x的底部處(底面41xa上)設置一個溫度感測器50。在下文中,對於各個溫度感測器50的說明相同時可以將各個溫度感測器50統稱為“溫度感測器50”。溫度感測器50偵測靜電夾盤70的表面溫度(第一表面的溫度),並且可以經由配線(未示出)向基板固定裝置1的外部輸出偵測結果。例如可以使用熱敏電阻或二極管作為溫度感測器50。
溫度感測器50例如可以是在尺寸上大約0.5mm至 大約幾毫米的正方形。孔41x的直徑ψ 1可以根據溫度感測器50的尺寸適當確定。為了提高靜電夾盤70的表面溫度的偵測精度,優選減小孔41x的底面41xa與靜電夾盤70的第一表面之間的距離。
在各個孔41x中嵌入有一個嵌入部60。更具體地,從孔41x的開口的邊緣以一定距離對孔41x的內壁面41xb進行車螺紋以形成內螺紋。對嵌入部60的側面60a進行車螺紋以形成外螺紋。嵌入部60被螺紋連接至孔41x。考慮到嵌入部60的熱膨脹係數,在嵌入部60的端部60b與溫度感測器50之間形成間隙,從而防止嵌入部60的端部與溫度感測器50接觸。因此,溫度感測器50被配置在形成於基板41中的空間41c(空氣層)中。空間41c在基板41的厚度方向上對準嵌入部60。
為了消除部件之間的熱膨脹係數上的不匹配,嵌入部60由與基板41的材料相同的材料形成。例如,當基板41的材料為氧化鋁時,嵌入部60由氧化鋁形成,並且當基板41的材料為氮化鋁時,嵌入部60由氮化鋁形成。
孔41x、溫度感測器50以及嵌入部60的組數不限於兩個,可以根據需要適當地確定。靜電夾盤70可以在平面圖中被分割為複數個區域,並且發熱元件32可以逐區設置以獨立地控制各區域的溫度。在該情況下,優選逐區設置孔41x並且配置溫度感測器50和嵌入部60。
[基板固定裝置的製造方法]
圖2A至圖2H是表示該實施例中的基板固定裝置 的製造程序的圖。參照圖2A至圖2H對基板固定裝置1的製造程序進行說明。與圖1A至圖1D相比,在圖2A至圖2G中的視圖被倒置。
首先,在圖2A所示的程序中,利用已知的製造方法形成包括基板41以及被埋置在基板41中的靜電電極42的吸附保持部40,該已知的製造方法包括在生坯片材中形成通孔的程序、在通孔中填充導電膏的程序、形成將成為靜電電極的圖案的程序、在該生坯片材上積層另一生坯片材並進行燒成的程序、以及進行表面平坦化的程序。為了增大對於絕緣樹脂薄膜311的黏著性,可以對吸附保持部40的將疊層絕緣樹脂薄膜311的表面進行例如噴砂以使其粗化。
接著,在圖2B所示的程序中,例如藉由鑽孔在基板41中形成孔41x。例如使用螺絲攻(tap)在孔41x的內壁面41xb的發熱部30側的部分(圖2B中的內壁面41xb的上部)上形成內螺紋。孔41x的形狀如上所述。
接著,在圖2C所示的程序中,將例如熱敏電阻等溫度感測器50固定到孔41x的底面41xa。溫度感測器50例如利用焊料連接到配線(未示出)以將偵測結果輸出到外部。
接著,在圖2D所示的程序中,利用與吸附保持部40的基板41相同的材料形成嵌入部60,並且例如使用壓模在嵌入部60的側面60a上形成外螺紋。接著,將嵌入部60螺紋連接到孔41x。換言之,隨著螺紋的側面60a與螺紋的內壁面41xb配合,嵌入部60被嵌入孔41x中。此時,調節嵌入部60的位置以防止嵌入部60與溫度感測器50接觸。
接著,在圖2E所示的程序中,對吸附保持部40與絕緣樹脂薄膜311直接進行疊層。優選在真空下對吸附保持部40與絕緣樹脂薄膜311進行疊層,以能夠防止包含孔隙。絕緣樹脂薄膜311停留在半固化(B階段)而不完全固化。由於半固化的絕緣樹脂薄膜311的黏著力,絕緣樹脂薄膜311被臨時固定到吸附保持部40上。
用於絕緣樹脂薄膜311的合適材料例如包括具有高導熱性和高耐熱性的環氧樹脂及雙馬來亞醯胺三嗪樹脂。絕緣樹脂薄膜311的熱導率優選為3W/mK以上。藉由在絕緣樹脂薄膜311中包含氧化鋁或氮化鋁等填充劑,從而能夠提高絕緣樹脂薄膜311的熱導率。絕緣樹脂薄膜311的玻璃轉移溫度優選為250℃以上。在增加傳熱性能(加快傳熱速度)方面,絕緣樹脂薄膜311的厚度優選為60μm以下,並且絕緣樹脂薄膜311的厚度偏差優選為±10%以下。
接著,在圖2F所示的程序中,在絕緣樹脂薄膜311上形成發熱元件32的圖案。發熱元件32的圖案例如可以藉由在絕緣樹脂薄膜311上配置金屬箔並且利用光刻對金屬箔進行圖案化而形成。用於金屬箔的合適材料包括作為用於發熱元件32的材料的例子所示出的壓延合金。從利用蝕刻的配線成形性的觀點來看,金屬箔的厚度優選為60μm以下。由於半固化的絕緣樹脂薄膜311的黏著力,金屬箔被臨時固定到絕緣樹脂薄膜311上。
在絕緣樹脂薄膜311上配置金屬箔之前,優選對金屬箔的至少一個表面(上下表面的一者或兩者)進行粗化。 在金屬箔的上下表面均被粗化的情況下,對於上下表面所進行的粗化方法可以不同。粗化方法例如可以為、但不限於蝕刻、使用偶合劑的表面改質、或者使用355nm以下的波長的UV-YAG激光的點加工。
根據點加工,能夠對金屬箔的需要粗化的區域選擇性地進行粗化。因此,在利用點加工的情況下,無需對金屬箔的全體區域進行粗化,至少對金屬箔的將被作為發熱元件32留下的區域進行粗化即可(換言之,無需連金屬箔的將藉由蝕刻被除去的區域都進行粗化)。
藉由利用光刻形成發熱元件32,從而能夠降低發熱元件32在其寬度方向上的尺寸偏差以改善所產生熱量的分布。利用蝕刻所形成的發熱元件32例如可以具有大致梯形的剖面形狀。在該情況下,發熱元件32的與絕緣樹脂薄膜311接觸的表面和其相對表面之間的寬度差例如可以為大約10μm至大約50μm。藉由使發熱元件32具有簡單的大致梯形的剖面形狀,從而能夠改善所產生熱量的分布。
接著,在圖2G所示的程序中,形成絕緣層31。例如,絕緣層31可以如下形成。將絕緣樹脂薄膜311與另一絕緣樹脂薄膜疊層以覆蓋發熱元件32,並且將絕緣樹脂薄膜311及該另一絕緣樹脂薄膜加熱至固化溫度以上以使其固化,同時將其壓向吸附保持部40。因此,絕緣樹脂薄膜311和該另一絕緣樹脂薄膜被一體化成絕緣層31。因此,發熱元件32被絕緣層31包圍並覆蓋的發熱部30被形成,並且絕緣部30的絕緣層31與吸附保持部40被直接接合。從溫度恢復到常溫時所引 起的應力的觀點來看,優選在200℃以下的溫度下對絕緣樹脂薄膜311及該另一絕緣樹脂薄膜進行加熱。
藉由對絕緣樹脂薄膜311及該另一絕緣樹脂薄膜進行加熱及固化的同時將絕緣樹脂薄膜311及該另一絕緣樹脂薄膜壓向吸附保持部40,從而能夠藉由減少由於存在或不存在發熱元件32而引起的上表面(與吸附保持部40接觸的表面的相反側的表面)內的凹凸而使該上表面平坦化。絕緣層31的上表面內的凹凸的尺寸優選為7μm以下。藉由使絕緣層31的上表面內的凹凸的尺寸為7μm以下,從而能夠防止在後續程序中氣泡被卷入絕緣層31與黏著層20(第二層22)之間。換言之,能夠防止絕緣層31與黏著層20(第二層22)之間的黏著性降低。
接著,在圖2H所示的程序中,準備在其中形成有水管道15等的底板10,在底板10上按照第一層21及第二層22的順序依次疊層第一層21及第二層22以形成黏著層20(未固化)。隨後,將圖2G所示的構造倒置從以經由黏著層20配置在基板10上,並且使黏著層20固化。因此,完成了經由黏著層20在底板10上疊層有靜電夾盤70的基板固定裝置1。
參照比較例對基板固定裝置1的特有效果進行說明。圖3是比較例中的基板固定裝置的剖面圖。如圖3所示,基板固定裝置1X與基板固定裝置1(參見圖1A至圖1D)的不同之處在於在形成於基板41中的複數個孔41z(以下為便於說明統稱為“孔41z”)中填充有樹脂90。
孔41z向著發熱部30開口。孔41z的平面形狀例 如是直徑為大約1mm至大約5mm的圓形。樹脂90填充在整個孔41z中以覆蓋溫度感測器50。例如可以使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂作為樹脂90。
根據基板固定裝置1X,在基板41的材料(氧化鋁或氮化鋁等陶瓷)與樹脂90之間存在熱膨脹係數上的不匹配。因此,當在高溫下使用基板固定裝置1X時,樹脂90可能會膨脹,從而在樹脂90周圍的絕緣層31或發熱元件32中產生裂紋。特別是當發熱元件32在樹脂90正下方時該問題會變得明顯。然而,若在樹脂90的正下方未形成發熱元件,則會在發熱部30中產生無發熱元件32的區域,從而導致吸附保持部40中的不均勻的溫度分布。
相比之下,根據基板固定裝置1,嵌入部60由與基板41的材料相同的材料形成。因此,在嵌入部60與基板41之間不存在熱膨脹係數上的不匹配。因此,即使在高溫下使用基板固定裝置1時,亦能夠防止嵌入部60周圍的絕緣層31或發熱元件32中產生裂紋。
此外,根據基板固定裝置1,能夠在嵌入部60的正下方(亦即,平面圖中與嵌入部60重疊的位置處)形成發熱元件32。由此能夠相對於整個吸附保持部40均勻地配置發熱元件32,從而能夠使不均勻的溫度分布不太可能發生在吸附保持部40中。
本文中提供的所有示例和條件語言的目的在於幫助讀者理解本發明以及本發明針對先前技術進一步做出供獻的概念,不被解釋為針對該些具體敘述的示例和條件的限制, 並且說明書中的該些示例的組織並不涉及本發明的優點或缺點。儘管對一個或複數個實施方式進行了詳細說明,但應當理解在不脫離本發明的主旨及範圍的情況下,可對其進行各種改變、替換及更改。
例如,由根據本發明的實施例的基板固定裝置所吸附並保持的對象的示例除了包括半導體晶圓(例如矽晶圓)以外,還包括用於液晶面板等的製造程序的玻璃基板。
本申請案係主張基於2016年9月30日申請的日本專利申請案第2016-195064號的優先權,該日本專利申請案的全部內容係藉由參照而併入本申請中。
Claims (11)
- 一種靜電夾盤,包括:發熱部;該發熱部上的基板;溫度感測器;以及嵌入部,其中,該基板包括在其上吸附並保持對象的第一表面、及位於該第一表面相反側並且與該發熱部接觸的第二表面、以及在該基板的該第二表面處開口的孔,該孔包括螺紋內壁面,該溫度感測器位於該孔的底部,該嵌入部包括螺紋側面,並且隨著該螺紋側面與該螺紋內壁面配合而被嵌入該孔中,其中,該基板和該嵌入部由相同的材料形成。
- 根據申請專利範圍第1項所述的靜電夾盤,其中,在該溫度感測器與該嵌入部之間存在空間。
- 根據申請專利範圍第1項所述的靜電夾盤,其中,該發熱部包括發熱元件,包括至少一個粗化表面;以及絕緣層,封裝該發熱元件,並且直接接合到該基板。
- 根據申請專利範圍第3項所述的靜電夾盤,其中,當在該基板的厚度方向上觀察時,該發熱元件與該嵌入部重疊。
- 一種基板固定裝置,包括:底板; 該底板上的根據申請專利範圍第1項所述的靜電夾盤。
- 一種靜電夾盤,包括:基板,包括在其上吸附並保持對象的第一表面;絕緣層,位於該基板的該第一表面相反側的第二表面上,並且包括發熱元件;以及溫度感測器,位於在該基板中所形成的空間中。
- 根據申請專利範圍第6項所述的靜電夾盤,其中,該基板的該第一表面比該基板的該第二表面更靠近該空間。
- 根據申請專利範圍第6項所述的靜電夾盤,其中,該空間形成於該基板的在該基板的厚度方向上彼此相對的兩個表面之間。
- 根據申請專利範圍第6項所述的靜電夾盤,其中,該基板包括第一部分、以及螺紋連接到該第一部分的第二部分。
- 根據申請專利範圍第9項所述的靜電夾盤,其中,該第二部分在該基板的厚度方向上對準該空間。
- 一種基板固定裝置,包括:底板;該底板上的根據申請專利範圍第6項所述的靜電夾盤。
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