TW201906056A

TW201906056A - 基板固定裝置

Info

Publication number: TW201906056A
Application number: TW107117539A
Authority: TW
Inventors: 藤田和博
Original assignee: 日商新光電氣工業股份有限公司
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2019-02-01
Also published as: JP6905399B2; JP2019009270A; US11145531B2; KR20190000783A; US20180374735A1; KR102450072B1; TWI840328B

Abstract

提供一種基板固定裝置，其包括底板、設於該底板上的黏著層、及設於該黏著層上的靜電吸盤。該黏著層包括第1層及第2層，該第2層位於該第1層與該靜電吸盤之間。該第1層於該底板、該黏著層及該靜電吸盤被疊層的疊層方向之導熱率高於與該疊層方向垂直的平面方向之導熱率。該第2層於該平面方向之導熱率高於該疊層方向之導熱率。

Description

基板固定裝置

本發明係關於一種基板固定裝置。

目前已有一種藉由黏著層將靜電吸盤(Electrostatic chuck)載置於底板上，並將作為吸附對象物的晶片吸附保持於靜電吸盤表面的基板固定裝置。在此，將底板、黏著層及靜電吸盤之疊層方向作為Z方向，將靜電吸盤之表面作為與Z方向垂直的XY平面。

在這種基板固定裝置中，例如，靜電吸盤內置有靜電電極及發熱體，底板具備冷卻機構。由此，利用內置於靜電吸盤中的發熱體及底板的冷卻機構，來控制用於吸附保持晶片的靜電吸盤的表面溫度的面內分佈。為了緩和電吸盤的表面溫度不均(提高XY方向之均熱性)，黏著層包含金屬粒子及陶瓷粒子等充填物(例如，參照專利文獻1)。

<先前技術文獻>

<專利文獻>

專利文獻1：(日本)特開2012-129539號公報

在此，於上述基板固定裝置中，若減薄黏著層厚度，Z方向的熱阻會降低，Z方向的溫度應答性(Thermo-responsive)會提高。然而，靜電吸盤(例如，陶瓷製)與底板(例如，金屬製)之間的熱膨脹率之差異所致的熱應力(thermal stress)差，會造成於黏著層發生龜裂的問題、及於靜電吸盤與黏著層之界面及黏著層與底板之界面發生剝離的問題。

另一方面，藉由加厚黏著層的厚度，可緩和靜電吸盤與底板間熱膨脹率之差異所致的熱應力差，從而可控制龜裂及剝離，但會造成Z方向的溫度應答性惡化的問題。

鑒於上述問題開發了本發明，其提供一種基板固定裝置，能夠抑制黏著層龜裂及界面剝離的發生，且提高Z方向之溫度應答性。

本基板固定裝置包括底板、設於該底板上的黏著層、及設於該黏著層上的靜電吸盤。該黏著層包括第1層及第2層。該第2層設於該第1層與該靜電吸盤之間。該第1層於該底板、該黏著層及該靜電吸盤被疊層的疊層方向之導熱率高於與該疊層方向垂直的平面方向之導熱率，該第2層於該平面方向之導熱率高於該疊層方向之導熱率。

根據公開的技術，能夠提供一種抑制黏著層的龜裂及界面剝離的發生，且提高Z方向之溫度應答性的基板固定裝置。

1‧‧‧基板固定裝置

10‧‧‧底板

10a‧‧‧底板之上面

15‧‧‧水路

15a‧‧‧冷卻水導入部

15b‧‧‧冷卻水排出部

20‧‧‧黏著層

21‧‧‧第1層

22‧‧‧第2層

23‧‧‧第3層

40‧‧‧靜電吸盤

41‧‧‧基體

42‧‧‧靜電電極

43‧‧‧發熱體

211、221、231‧‧‧樹脂

212、222、232‧‧‧導熱材料

221a、221b‧‧‧絕緣樹脂薄膜

222a‧‧‧主面

圖1是簡化例示一實施方式之基板固定裝置的剖面圖。

圖2A至圖2D是例示第1實施方式之基板固定裝置的製造工序的圖。

圖3是簡化例示另一實施方式之基板固定裝置的剖面圖。

以下，參照附圖說明用於實施發明的形態。在此，各圖中對同一構成部分採用同一符號，亦有省略重複說明之處。

<第1實施方式>

[基板固定裝置之構造]

圖1是簡化例示第1實施方式之基板固定裝置的剖面圖。

參照圖1，作為基板固定裝置1的主要構成要素，包括底板10、設於底板10上的黏著層20、及設於黏著層20上的靜電吸盤40。

在以下說明中，如附圖所示，採用XYZ坐標系，即正交坐標系來說明基板固定裝置1。例如，於圖1中，底板10之上面10a為XY平面，底板10、黏著層20及靜電吸盤40沿著與XY平面垂直的Z軸(Z方向)被疊層。該Z方向即為基板固定裝置1之厚度方向，亦可稱之為“疊層方向”，而垂直於疊層方向(Z方向)之方向則為“平面方向”(XY方向)。

底板10是用於載置靜電吸盤40之構件。底板10之厚度例如可為20~50mm程度。底板10，例如由鋁形成，可作為用於控制電漿的電極等利用。藉由向底板10提供規定的高頻電力，能夠對用於使產生的電漿狀態的離子等衝擊靜電吸盤40上吸附的晶片的能量進行控制，從而可有效地進行蝕刻處理。

底板10內部設有水路15。水路15之一端具有冷卻水導入部15a，另一端具有冷卻水排出部15b。水路15能夠與設於基板固定裝置1外部的冷卻水控制裝置(未圖示)連接。冷卻水控制裝置(未圖示)經冷卻水導入部15a向水路15導入冷卻水，經冷卻水排出部15b排出冷卻水。藉由使冷卻水循環於水路15中來冷卻底板10，從而能夠對靜電吸盤40上吸附的晶片進行冷卻。底板10中，除了水路15之外，還可以設置氣流路等，以導入用於冷卻靜電吸盤40上吸附的晶片的惰性氣體。

黏著層20是至少包括設於底板10側的第1層21、及設於靜電吸盤40側的第2層22的2層的構造。

第1層21疊層於底板10之上面10a。第1層21之厚度例如可為0.5mm~1.5mm程度。以疊層方向(Z方向)之導熱率高於平面方向(XY方向) 之導熱率的方式形成第1層21。具體而言，第1層21例如可以是樹脂211中包含Z方向之導熱率高於XY方向之導熱率的多個各向異性(anisotropy)導熱材料212的構造。作為樹脂211，例如可以使用具有高導熱率及高耐熱性的環氧樹脂或雙馬來醯亞胺三氮雜環(Bismaleimide triazine)樹脂、矽氧(silicone)類樹脂、苯酚(phenol)類樹脂等。

作為導熱材料212，例如可以使用以長度方向順著疊層方向(Z方向)的配置方式被配置於樹脂211中的奈米碳管(Carbon nanotube)。奈米碳管是直徑為0.7~70nm程度的大致圓筒形狀(線狀)的碳素結晶，其長度方向之導熱率例如可為3000W/mK程度。

並且，在此所說的“長度方向順著疊層方向(Z方向)”是指，為了使第1層21的疊層方向(Z方向)之導熱率高於平面方向(XY方向)之導熱率，各導熱材料212的長度方向大致順向疊層方向(Z方向)之意。即，並不意味各導熱材料212的長度方向嚴密地順向疊層方向(Z方向)。

第2層22疊層於第1層21之上面。形成比第1層21薄的第2層22，例如其厚度可為0.1mm~0.3mm程度。以平面方向(XY方向)之導熱率高於疊層方向(Z方向)之導熱率的方式形成第2層22。具體而言，第2層22例如可以是樹脂221中包含多個各向異性的導熱材料222的構造，該導熱材料222在XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率。作為樹脂221，例如可以使用具有高導熱率及高耐熱性的環氧樹脂或雙馬來醯亞胺三氮雜環樹脂、矽氧系樹脂、苯酚系樹脂等。

作為導熱材料222，例如可以使用碳素片材。具體而言，例如，作為導熱材料222可以使用單層石墨片或石墨片疊層體，以其主面222a與平面方向(XY平面)平行的方式，在樹脂221中沿著平面方向(XY平面)按規定間隔進行配置。關於石墨片，例如其XY方向之導熱率可為300W/mK以上、Z方向之導熱率可為3W/mK程度。此外，關於石墨片疊層體，例如其XY方向之導熱率可為1500W/mK以上、Z方向之導熱率可為8W/mK程度。

並且，在此所說的“主面與平面方向(XY平面)平行”是指，為使第2層22的平面方向(XY方向)之導熱率高於疊層方向(Z方向)之導熱率，各導熱材料222的主面222a與平面方向(XY平面)大致平行之意。即，並不意味各導熱材料222之主面222a嚴密地平行於平面方向(XY平面)。

作為導熱材料222，取代單層或疊層體的石墨片，還可以使用單層或疊層體的石墨烯片等其他碳素片材。

靜電吸盤40設於黏著層20上。靜電吸盤40包括基體41、靜電電極42及發熱體43。靜電吸盤40例如是約翰森-拉別克(Johnsen-Rahbek)型靜電吸盤。此外，靜電吸盤40也可以是庫倫力(Coulombic)型靜電吸盤。

基體41為介電體，作為基體41例如可以使用氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)等的陶瓷。基體41之厚度例如可為1~10mm程度，基體41之介電常數(1KHz)例如可為9~10程度。

靜電電極42為薄膜電極，被內置於基體41中。靜電電極42與設在基板固定裝置1外部的電源連接，當被施加規定電壓時，其與晶片之間，會產生靜電所致的吸附力，從而可將晶片吸附保持於靜電吸盤40上。施加於靜電電極42的電壓越高，吸附保持力越強。靜電電極42可為單極形狀，亦可為雙極形狀。作為靜電電極42的材料，例如可以使用鎢(W)、鉬(Mo)等。

發熱體43被內置於基體41中。藉由從基板固定裝置1之外部施加電壓，可使發熱體43發熱，加熱以使基體41之載置面達到規定溫度。發熱體43例如可加熱而使基體41的載置面溫度達到250℃~300℃程度。作為發熱體43的材料，例如可以使用銅(Cu)或鎢(W)、鎳(Ni)等。

[基板固定裝置的製造方法]

首先，在圖2A及圖2B所示的工序中，準備預先形成有水路15等的底板10，並在底板10之上面10a形成樹脂211中包含導熱材料212的第1層21。

例如，在導熱材料212為奈米碳管之情形下，如圖2A所示，使奈米碳管林立於底板10之上面10a。具體而言，例如，採用濺鍍法等，在底板10之上面10a形成金屬觸媒層(未圖示)。作為金屬觸媒層的材料，例如可以使用Fe、Co及Ni等。金屬觸媒層之厚度例如可為數nm程度。

然後，將形成有金屬觸媒層的底板10放入被調整至規定壓力及溫度的加熱爐內，採用CVD法(化學氣相沉積法)在金屬觸媒層上形成納米碳管。加熱爐的壓力及溫度，例如可為100pa及600℃。此外，作為程序氣體，例如可以使用乙炔(acetylene)氣等，作為載體氣體，例如可以使用氬氣或氫氣等。在金屬觸媒層上，以相對於底板10之上面10a成直角的方向形成奈米碳管，可依據奈米碳管的成長時間來控制從上面10a至奈米碳管之尖端部的高度。

然後，如圖2B所示，以覆蓋奈米碳管的方式，利用分配器等將液體狀或膏體狀的樹脂211塗布於底板10之上面10a，並加熱至規定溫度使之硬化。由此，在底板10之上面10a形成樹脂211中包含導熱材料212的第1層21。在此，關於樹脂211的材料如前文所述。

此外，並非定要像圖2A那樣將導熱材料212形成在底板10之上面10a上。例如，可與底板10分開，另行製備樹脂211中包含導熱材料212的第1層21。然後，藉由其他黏著層，將樹脂211中包含導熱材料212的第1層21黏合在底板10之上面10a即可。或者，也可以將樹脂211中包含導熱材料212的第1層21直接熱壓合在底板10之上面10a。

然後，在圖2C所示的工序中，在第1層21上疊層作為第2層22的樹脂221之一部分的絕緣樹脂薄膜221a。藉由在真空中疊層絕緣樹脂薄膜221a，能夠抑制孔洞摻入，因此優選該方法。絕緣樹脂薄膜221a不予硬化，而製備成半硬化狀態(B-階段)。利用半硬化狀態的絕緣樹脂薄膜221a的黏著力，將絕緣樹脂薄膜221a預固定於第1層21上。

然後，在絕緣樹脂薄膜221a上配置導熱材料222。作為導熱材料222，例如可以使用單層或疊層體的石墨片、單層或疊層體的石墨烯片等碳素片材。導熱材料222藉由半硬化狀態的絕緣樹脂薄膜221a之黏著力，被預固定在絕緣樹脂薄膜221a上。

然後，在圖2D所示的工序中，在絕緣樹脂薄膜221a上疊層覆蓋導熱材料222的絕緣樹脂薄膜221b。藉由在真空中疊層絕緣樹脂薄膜221b，能夠抑制孔洞摻入，因此優選該方法。絕緣樹脂薄膜221b不予硬化，而製備成半硬化狀態。

然後，藉由包括在生胚片材上進行穿孔加工的工序、在穿孔內充填導電膏體的工序、形成靜電電極的工序、形成發熱體的工序、疊層其他生胚片材並進行燒成的工序等的公知的製造方法，製作成基體41中內置有靜電電極42及發熱體43的靜電吸盤40。然後，將靜電吸盤40配置在半硬化狀態的絕緣樹脂薄膜221b上。

然後，向底板10側按壓靜電吸盤40的同時，將絕緣樹脂薄膜221a及221b加熱至硬化溫度以上，進行硬化。由此，絕緣樹脂薄膜221a及221b一體化而形成樹脂221，樹脂221中包含導熱材料222的第2層22形成於第1層21上。至此，完成在底板10之上面10a上藉由黏著層10(第1層21及第2層22)疊層有靜電吸盤40的基板固定裝置1。

如上所述，基板固定裝置1中，用於黏合底板10及靜電吸盤40的黏著層20為至少包含第1層21及第2層22的2層的構造。並且，以疊層方向(Z方向)之導熱率高於平面方向(XY方向)之導熱率的方式形成底板10側的第1層 21，並以XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率的方式形成靜電吸盤40側的第2層22。且，以第1層21比第2層22厚的方式形成。

藉由將黏著層20設為至少包含第1層21及第2層22的2層的構造，能夠提高第1層21及第2層22的厚度設計自由度。例如，藉由形成比第2層22更厚的第1層21，能夠緩和底板10與靜電吸盤40的熱膨脹率之差異所致的熱應力，抑制在構成第1層21的樹脂211及構成第2層22的樹脂221發生龜裂。此外，還能夠抑制在底板10及樹脂211的界面、樹脂221及靜電吸盤40的界面發生剝離。

此外，底板10側的第1層21中，由於Z方向之導熱率高於XY方向之導熱率，因此，即使為了防止黏著層20的龜裂及發生界面剝離而形成有較厚的第1層21的情形下，也能夠提高黏著層20的Z方向上的溫度應答性。例如，比起形成與第1層21厚度相同的XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率的黏著層及、包含大致球形的充填物的黏著層(無方向所致導熱率差的黏著層)的情形，能夠提高黏著層20的Z方向的溫度應答性。

此外，在靜電吸盤40側的第2層22，由於XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率，因此，例如比起黏著層包含大致球形的充填物的情形，能夠提高第2層22的XY方向的均熱性。其結果，能夠提高靜電吸盤40的表面溫度的控制性。

另外，藉由形成較厚的第1層21，能夠抑制黏著層20的龜裂及發生界面剝離，因此，可極力減薄第2層22。其結果，由於第2層22不會妨礙Z方向的溫度應答性，因此，容易確保黏著層20整體的Z方向的溫度應答性。

在此，黏著層20除了第1層21及第2層22之外，還可以包括其他層。例如，如圖3所示，可以在第1層21與底板10之上面10a之間設置第3層23，其厚度與第2層22同等程度，且XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率。第3層23可具有與第2層22相同的構造，例如包括樹脂231及形成在該樹脂231中的多個各向異性的導熱材料232。該導熱材料232在XY方向之導熱率高於Z方向之導熱率。藉由設置第3層，可提高底板10側的均熱性，因此，通過第3層23可在第1層21及底板10之間迅速傳熱。

以上，對優選之實施方式等進行了詳細說明，但本發明並不限定於上述實施方式等，以不脫離申請專利範圍的記載範圍為前提，可對上述實施方式等進行各種變更及置換。

例如，作為本發明的基板固定裝置的吸附對象物，除了半導體晶片(矽氧晶片等)之外，還可以例示液晶面板等的製造工序中使用的玻璃基板等。

Claims

一種基板固定裝置，其包括：底板；設於該底板上的黏著層，及設於該黏著層上的靜電吸盤，該黏著層包括第1層及位於該第1層與該靜電吸盤之間的第2層，該第1層於該底板、該黏著層及該靜電吸盤被疊層的疊層方向之導熱率高於與該疊層方向垂直的平面方向之導熱率，該第2層於該平面方向之導熱率高於該疊層方向之導熱率。
根據申請專利範圍第1項之基板固定裝置，其特徵在於：該第2層較該第1層更薄。
根據申請專利範圍第1項之基板固定裝置，其特徵在於：該第1層具有樹脂及該樹脂中的奈米碳管，該奈米碳管沿著該疊層方向延伸。
根據申請專利範圍第1項之基板固定裝置，其特徵在於：該第2層具有樹脂及該樹脂中的碳素片材，該碳素片材具有與該平面方向平行的主面。
根據申請專利範圍第4項之基板固定裝置，其特徵在於：該碳素片材為石墨片或石墨烯片。
根據申請專利範圍第1項之基板固定裝置，其特徵在於：該黏著層還包括第3層，其比該第1層更靠近該底板，該第3層於該平面方向之導熱率高於該疊層方向之導熱率。
根據申請專利範圍第6項之基板固定裝置，其特徵在於：該第3層較該第1層更薄。