雙極型靜電卡盤的製作方法

2023-05-28 09:46:31

專利名稱：雙極型靜電卡盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及雙極型靜電卡盤，詳細而言，涉及施加電壓時的基板吸附保持性優良、 並且能夠在停止施加電壓的同時使殘餘電荷快速消失的雙極型靜電卡盤。
背景技術：
在以與半導體製造工藝有關的離子注入裝置、離子摻雜裝置、等離子體浸沒裝置 為首的、使用電子束、超紫外線(EUV)光刻等的曝光裝置、矽晶片等的晶片檢查裝置等各種 裝置等中，為了吸附/保持半導體基板而使用靜電卡盤。此外，在液晶製造領域中，在對玻 璃基板等進行液晶的壓入時所使用的基板粘貼裝置、離子摻雜裝置等中，為了吸附/保持 絕緣性基板而使用靜電卡盤。這些靜電卡盤，通常，因為經由由聚醯亞胺膜、陶瓷等高電氣絕緣性的材料所構成 的上部絕緣層來吸附基板，並且，因為靜電卡盤被使用在幾乎沒有溼度的真空室等的內部， 所以靜電卡盤自身非常容易帶電。因此產生如下問題用於基板處理的離子、電子等電荷粒 子被取入上部絕緣層而產生殘餘電荷，即使斷開電源之後經過很長時間基板仍舊保持被吸 附。此外，還產生在靜電卡盤的周圍吸引帶電而浮遊的粒子等的問題。為了使靜電卡盤的殘餘電荷消失，需要設置使電荷釋放到地線(接地)等而使積 存的電荷易於流出那樣的路徑，或者需要向電荷所存在的位置流入具有相反極性的電荷 等。但是，近年來因為使靜電卡盤的吸附力進一步提高、或者處理大型化發展的基板的必要 性等，靜電卡盤的結構越來越複雜，即使將電荷釋放到地線，或者流入相反極性的電荷，也 很難完全去除殘餘電荷。因此，例如提出有如下的方法與電極層中的不存在電極的位置對應地切去基板 側的上部絕緣層的一部分(設置臺階部)，並且在不存在電極的位置上上部絕緣層不直接 與基板接觸(參照專利文獻1的圖1(c))。在與不存在電極的位置對應的上部絕緣層中，沿 著連接存在於最近處的電極的端部和所吸附的基板的橫截方向而形成電介質極化，積存在 該方向的電荷在停止施加電壓後的電氣控制中很難消失。因此，上述提案涉及通過切去與 不存在電極的位置對應的上部絕緣層，而去掉在電氣控制中難以消失的電荷的方法。但是，如上述那樣，近年來，正在研究為了提高吸附力而具有如梳形電極等那樣的 複雜形狀的電極，在現實中很難與這些電極對應而採用上述那樣的方法。此外，即使假設能 夠採用上述那樣的方法，為了通過電氣控制等完全去除暫且積存在靜電卡盤中的電荷，必 須向殘餘電荷所存在的位置供給適當並且適量的相反極性的電荷，該控制等極其困難。專利文獻1 日本特開平6-314735號公報

發明內容
(發明要解決的問題)基於這樣的情況，本發明的發明人等希望實現關於電極形狀的最優化，該電極形 狀不是事後使靜電卡盤的殘餘電荷消失、而是使殘餘電荷難以形成的電極形狀。在此，圖6是具有兩個半月狀電極8和9的雙極型靜電卡盤的現有例子，(a)表示從吸附基板4的吸 附面側看到的電極8、9的平面示意圖，(b)表示其I-I剖面示意圖。首先，在將電極8連接 到圖示之外的電源的正極側、將電極9連接到負極側而施加了電壓的情況下，由於上部絕 緣層1的電介質極化而在基板吸附面5側形成如(b)所示的電力線E。並且，如果在該電力 線E所分布的區域中存在離子、電子等電荷粒子，則可以認為正的電荷粒子沿著電力線E向 負極側移動，負的電荷粒子沿著電力線E向正極側移動，但是，這些電荷粒子將積存在處於 途中的電阻明顯高的上部絕緣層1的基板吸附面5的附近。可以認為，如果接下來停止施加電壓，則電力線E消失，而積存在上部絕緣層中的 電荷的一部分經由電極流入接地側，或者與異極性的電荷一起消失。在此，因為例如圖中所 標記的A點與B點相比到正極側的電極2的距離近，所以可以認為，積存在A點的電荷比較 容易與處於附近的異極性電荷一起消失。另一方面，如果像B點那樣到異極性電極有較大 的距離，則與積存在A點的電荷相比到消失為止更加需要時間，並且如果不移動到接地側 消失就有作為殘餘電荷而留下來的可能性。因此，本發明的發明人等對能夠使通過施加電壓而產生在基板吸附面上的電荷在 停止施加電壓時迅速消失的雙極型靜電卡盤進行了仔細的研究，結果發現在施加了不同極 性的電壓的情況下，通過採用在具有一個極性的電極的周圍配置具有另一極性的電極那樣 的電極形狀，能夠使異極性的電荷彼此高效地消失從而難以形成殘餘電荷，並且能夠得到 吸附力優良的靜電卡盤。本發明的發明人基於上述發現完成了本發明。因此，本發明的目的在於提供一種施加電壓時的基板吸附保持性優良、並且能夠 在停止施加電壓的同時使殘餘電荷快速消失那樣的雙極型靜電卡盤。(解決問題的方案)S卩，本發明為一種雙極型靜電卡盤，其至少具備具有第一以及第二電極的電極層、 形成吸附基板的基板吸附面的上部絕緣層，該雙極型靜電卡盤的特徵在於，在將電極層的 表面相對於xy方向分割成具有規定的寬度L的多個假想單元的情況下，形成第一電極的第 一電極部和形成第二電極的第二電極部相對於χ方向的假想單元交替排列地配置，並且相 對於y方向的假想單元交替排列地配置。在本發明中，如圖1以及圖2所示，當在與基板吸附面對應的表面中，將具有第一 以及第二電極的電極層分割成在xy方向上分別具有規定的寬度L的多個假想單元的情況 下，需要滿足以下那樣的電極形狀條件。S卩，需要相對於χ方向的假想單元Un，ym)、(χη+1, ym)、(χη+2，ym)···，將形成第一電極的第一電極部％和形成第二電極的第二電極部3a交替 排列地配置，並且相對於y方向的假想單元(xn，ym)，(χη, ym+1)，Un，ym+2)...，將第一電極部 加和第二電極部3a配置為交互排列(n、m都為0以上的整數)。在此，關於各電極部的平 面形狀，各自沒有特別限制，除了圖1以及2所示的四邊形之外，也可以是圓形、橢圓形、三 角形以上的多變形等。此外，在多邊形的情況下，為了排除相鄰電極間的放電的可能性，也 可以以規定的曲率半徑將角部圓化。此外，為了利用異極性的電荷有效地使一旦產生的電 荷消失，優選第一電極部加和第二電極部3a全部由相同形狀構成，並且，優選在各假想單 元的中心使這些電極部的重心重合，從而使方向一致地配置。如在圖2中所示，關於在配置在上述假想單元內的第一電極部和第二電極部之間 設置的間隙d，也因施加的電壓等不同而不同，也就是說，由於根據吸附對象的基板的種類、大小等求得的吸附力不同，所以可以適當地設定。例如，在吸附處理直徑300mm的矽晶片那 樣的靜電卡盤的情況下，考慮施加電壓(通常為士500 士 1500V左右)等而將間隙d設 為0. 5 2mm的範圍較好。此外，關於成為上述條件的前提的單元寬度L，也可根據吸附對 象的基板的種類、大小等而適當地設定，例如在吸附處理直徑300mm的矽晶片的情況下，以 成為1 20mm的範圍的方式配置第一電極部和第二電極部較好。關於配置在上述的各單元內的第一電極部以及第二電極部，能夠經由各個連結部 而形成同一電位即可。即，如圖1以及2所示，第一電極2具有連結配置在多個單元內的第 一電極部加彼此的第一連結部2b，此外，第二電極3具有連結配置在多個單元內的第二電 極部3a彼此的第二連結部北即可。關於各個連結部的平面形狀最簡單的為帶狀，這種情 況下的寬度為0. 2 2mm左右較好，關於形狀等沒有特別限制。其中，當在同一平面上形成 第一電極2以及第二電極3的情況下，第一連結部2b和第二連結部北不交叉。由圖3所示的剖面示意圖可知，在按照上述那樣的電極形狀條件得到的電極層 中，施加電壓而產生電位差的第一電極和第二電極在X方向以及y方向的任意一個中都相 互相鄰地存在(圖1的II-II剖面以及II』 -II』剖面的任意一個都為圖3所示)，所以在 停止施加電壓之後，形成在上部絕緣層的基板吸附面附近的電荷能夠高效地與鄰近的極性 不同的電荷抵消而消失，結果能夠儘可能地防止殘餘電荷的形成。此外，根據具備這樣的電 極層的靜電卡盤，如圖3所示，電力線E的大多數在基板吸附面附近以稠密的狀態發生。這 與例如圖6(b)所示的那樣的以往的靜電卡盤相比，成為在短距離的範圍內形成電力線E， 並且減少了將浮遊的帶電粒子等異物吸引到靜電卡盤上的概率。此外，也可以使第一電極和/或第二電極具有在假想單元內不存在電極部的電極 缺失部，如後述那樣，在與電極缺失部對應的位置上部絕緣層具有突出到基板側的絕緣層 頂部。即，在電極層的表面中的假想單元的某一個中形成不存在電極部的電極缺失部，並 且，上部絕緣層在與電極缺失部對應的位置具有絕緣層頂部，僅該絕緣層頂部與基板相接 而形成基板吸附面。該電極缺失部是按照本發明的電極形狀條件使本來應該有的幾個電極 部缺失而形成的。例如，在圖4所示的例子中，(xi; Y1), (x4, yi)、(xi; y4)、(x4, y4)的單元 的位置為電極缺失部2c、3c，這些是按照之前所說明的電極形狀條件依次配置第一電極部 加、第二電極部3a、第二電極部3a以及第一電極部加的位置。關於以什麼程度的量、數來 形成這樣的電極缺失部，可以根據吸附對象的基板的種類、形狀等適當地設定，但是為了在 基板吸附面上形成均勻的吸附力，使第一電極中的電極缺失部2c和第二電極中的電極缺 失部3c的數量為同一數量、並且使基板的重量均勻地落在與電極缺失部對應地設置的絕 緣層頂部較好。根據形成電極層的電極具有電極缺失部、並且上部絕緣層在與電極缺失部對應的 位置具有絕緣層頂部的靜電卡盤，如圖5所示地，電力線E不穿過與基板接觸的絕緣層頂部 Ia(圖4的III-III剖面以及III』 -III』剖面均如圖5所示)。因此，在上部絕緣層中，至 少在基板所接觸的部分(絕緣層頂部)中，通過施加電壓而產生的電荷、誘導的離子、電子 等電荷粒子的數量減少，能夠進一步降低停止施加電壓時的殘餘吸附力。本發明中的靜電卡盤的電極層具備如上述那樣的第一電極以及第二電極即可，也 可以在電極層內的同一面上形成第一電極以及第二電極，並且也可以經由由絕緣性膜、絕 緣性的粘接劑等構成的電極間絕緣層在其上下面上形成第一電極以及第二電極，但是從難以形成殘餘電荷的觀點出發，優選在同一面上形成第一電極以及第二電極。此外，在同一面 上形成第一電極以及第二電極的情況下、和經由電極間絕緣層而形成第一電極以及第二電 極的情況下，都可以利用環氧樹脂、有機矽樹脂等絕緣性粘接劑、熱塑性聚醯亞胺類粘接薄 片的一部分等塞住電極間的間隙。關於形成第一電極以及第二電極的方法沒有特別限制，例如，可以一邊以將銅、 鋁、鎳、鎢等金屬形成為規定的電極形狀那樣地設置掩模一邊通過噴鍍、蒸鍍來形成；或者 使用金屬箔，或通過電鍍處理、離子鍍(plating)等形成金屬層，通過蝕刻而得到規定的電 極形狀。關於這些電極的厚度，根據形成電極的方法而不同，但是只要都是一般所採用的範 圍即可，例如在由金屬箔形成的情況下主要為5 30 μ m的範圍，在通過離子鍍法形成的情 況下主要為0. 1 μ m 2 μ m，在由金屬噴射形成的情況下主要為30 50 μ m的範圍。此外，關於本發明中的上部絕緣層，只要是具備用於吸附基板的基板吸附面即可， 關於其材質等沒有特別限制，既可以由聚醯亞胺膜、有機矽膜、聚醯胺膜等絕緣膜形成，也 可以由氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料構成。關於上部絕緣層的厚度，根據形成絕緣層的材質等 而不同，但是只要都是一般所採用的範圍即可，例如，在由聚醯亞胺膜等構成的情況下主要 是25 200 μ m的範圍，在噴射陶瓷材料而形成的情況下主要是100 500 μ m的範圍。在形成電極層的電極的至少某一個具有電極缺失部的情況下，如果在上部絕緣層 上在與電極缺失部對應的位置設置突出到基板側的絕緣層頂部la、且在該絕緣層頂部Ia 與基板相接而形成基板吸附面5，則至少能夠儘可能地降低積存在與基板接觸的部分的電 荷的數量。該絕緣層頂部la，考慮基板的吸附保持性、積存的電荷的降低性等，優選平面形 狀收容在與電極缺失部對應的假想單元的範圍內，但是，也可以形成為超出單元的尺寸而 與相鄰的單元的一部分重合。此外，關於絕緣層頂部Ia的高度(即絕緣層凹部Ib的深度)， 從維持基板的吸附力、或者抑制吸附基板時的基板背面的凹凸和起伏、以及加工性等的觀 點出發，5 20 μ m的範圍較好。作為在上部絕緣層上形成絕緣層頂部Ia的方法，例如既可 以經由規定的掩模噴射陶瓷材料，也可以在在聚醯亞胺膜等上形成上部絕緣層之後通過蝕 刻處理形成絕緣層凹部lb。此外，本發明中的雙極型靜電卡盤既可以在電極層與上部絕緣層之間經由粘接 劑、粘接膜等而層疊，也可以在電極層的表面上直接形成上部絕緣層。此外，也可以在電極 層的下側(與基板吸附面相反的一側)，設置與上部絕緣層同樣地由絕緣膜、陶瓷材料等 構成的下部絕緣層，並使用粘接劑等貼合到由鋁等構成的金屬底座上，從而得到靜電卡盤。 即，只要不影響本發明中的效果，能夠採用在一般的靜電卡盤中使用的結構、製造方法等技 術。(發明效果)根據本發明，因為能夠使對電極施加電壓而在基板吸附面上產生的電荷與相互存 在於周邊的異極性的電荷有效地抵消，所以能夠在停止施加電壓的同時使殘餘電荷快速消 失。此外，根據本發明那樣的電極形狀，因為能夠將通過施加電壓而生成的電力線限制在基 板吸附面附近，所以能夠抑制離子、電子等電荷粒子的取入量，能夠使積存在基板吸附面上 的電荷的數量成為最小限。因此，本發明的雙極型靜電卡盤是能夠在停止施加電壓之後馬 上減少殘餘電荷、並且施加電壓時的基板吸附保持性也優良的雙極型靜電卡盤。此外，因為 能夠將電力線的形成抑制在基板吸附面附近，所以能夠減少在靜電卡盤的周圍帶電而浮遊的粒子等的取入量。


圖1是形成本發明的電極層的第一電極以及第二電極的平面說明圖。圖2是圖1的部分放大圖。圖3是從圖1的II-II方向(II』 -II'方向)看到的本發明的雙極型靜電卡盤的 剖面示意圖。圖4是形成本發明的電極層的第一電極以及第二電極具有電極缺失部的情況下 的平面說明圖。圖5是從圖4的III-III方向(III』 -III'方向)看到的本發明的雙極型靜電卡 盤的剖面示意圖。圖6是表示雙極型靜電卡盤的現有例子的說明圖，(a)表示平面示意圖，(b)表示 I-I剖面示意圖。
具體實施例方式以下，基於實施例對本發明進行更詳細的說明。[實施例1]作為下部絕緣層6準備直徑^Smm的聚醯亞胺薄片(杜邦-東麗株式會社制 商品名聚醯亞胺薄膜H 厚度125 μ m)，並且出於平整其表面的目的預先通過離子鍍法進 行處理，形成了 0. Iym的鉻層。然後，在該聚醯亞胺薄片的鉻層上通過離子鍍法形成由 直徑^6mm、膜厚0.5μπι的銅構成的電極層，通過使用硝酸類蝕刻液的蝕刻，得到如圖1 和2所示那樣的第一電極2以及第二電極3。在此，假想單元寬度L = 5mm、且各自具有 4. 5mmX4. 5mm的大小的第一電極部加和第二電極部3a在χ方向以及y方向的單元中交替 地排列，並且，配置成與χ方向以及y方向都相鄰的電極部間的間隙d為Imm (在直徑方向 上最多配置59個電極部)。此外，配置在假想單元內的第一電極部2以及第二電極部3通 過寬度均為0. 5mm的帶狀的第一連結部2b以及第二連結部北相互連結，從而成為相等電 位。接下來，如上述那樣地在形成有第一電極2以及第二電極3的電極層的表面上，經 由厚度30 μ m的熱塑性聚醯亞胺類粘接薄片貼合直徑四6讓的聚醯亞胺薄片(杜邦-東麗 株式會社制商品名聚醯亞胺薄膜H:厚度75 μ m)而形成上部絕緣層1。然後，在上部絕緣層 1和下部絕緣層6的表面上分別重合襯墊材料，將它們聚到一起，在加熱衝壓機中進行設置 而以厚度方向壓力2MPa、加熱溫度150°C、以及保持時間5分鐘的條件進行加熱加壓處理， 從而得到由上部絕緣層1、電極層(第一電極2、第二電極幻、以及下部絕緣層6構成的電極 薄片。然後，經由厚度30 μ m的熱塑性聚醯亞胺類粘接薄片將所得到的電極薄片固定到具 有直徑^Smm的載置面的鋁製金屬底座上，完成實施例1的雙極型靜電卡盤。關於上述得到的雙極型靜電卡盤，將上部絕緣層1的表面作為基板吸附面而載置 直徑300mm的矽晶片，分別將第一電極2連接到直流電源的正極側，將第二電極3連接到負 極側，施加士750V的電壓而吸附保持矽晶片1分鐘時間。之後，斷開電源停止施加電壓，在 1秒鐘後通過提升銷從基板吸附面分離矽晶片時，不需要特別用力就能剝離矽晶片。
[實施例2]關於形成電極層的第一電極2以及第二電極3，如圖4所示那樣，除了使4X4假想 單元的頂點部分的電極部缺失、設在電極層的表面上缺失第一電極部加的電極缺失部2c 和缺失第二電極部3a的電極缺失部3c的數量相同之外，與實施例1同樣地得到電極薄片。 然後，在上部絕緣層1的表面覆蓋掩模，使用聚醯亞胺專用鹼性蝕刻液(三菱製紙株式會社 制商品名聚醯亞胺蝕刻液)進行蝕刻，將除了與電極缺失部2c、3c對應的假想單元的位置 以外的聚醯亞胺薄膜去除深度10 μ m(相當於絕緣層凹部Ic)，形成5mmX 5mmX高度10 μ m 的絕緣層頂部la。接下來，與實施例1同樣地將形成了絕緣層頂部Ia的電極薄片固定到鋁 制金屬底座上，完成實施例2的雙極型靜電卡盤。關於上述得到的雙極型靜電卡盤，和實施例1同樣地，在將矽晶片吸附保持到由 絕緣層頂部Ia構成的基板吸附面之後，斷開電源而停止施加電壓，在1秒鐘後通過提升銷 從基板吸附面分離矽晶片時，不需要特別用力就能剝離矽晶片。產業上的可利用性本發明中的雙極型靜電卡盤適用於吸附保持在矽、砷化鎵、碳化矽(SiC)等半導 體晶片、玻璃基板、有機EL等中使用的樹脂薄片等絕緣性基板，特別地，因為是施加電壓時 的基板吸附保持性優良並且停止施加電壓時的殘餘電荷的減少性也優良的雙極型靜電卡 盤，所以適用於在半導體製造工藝等中的連續工序中使用。當然，本發明的靜電卡盤並不局 限於此，能夠應用與吸附對象物那樣的各種用途中。附圖標記說明1 上部絕緣層；2 第一電極；2a:第一電極部；2b 第一連結部；2c 電極缺失部； 3 第二電極；3a 第二電極部；3b 第二連結部；3c 電極缺失部；4 基板；5 基板吸附面； 6 下部絕緣層；7 金屬底座；8，9 電極
權利要求
1.一種雙極型靜電卡盤，其至少具備具有第一以及第二電極的電極層、形成吸附基板 的基板吸附面的上部絕緣層，該雙極型靜電卡盤的特徵在於，在將電極層的表面相對於Xy方向分割成具有規定的寬度L的多個假想單元來看的情 況下，形成第一電極的第一電極部和形成第二電極的第二電極部相對於χ方向的假想單元 交替排列地配置，並且相對於y方向的假想單元交替排列地配置。
2.根據權利要求1所述的雙極型靜電卡盤，其特徵在於，第一電極具有連結配置在多個假想單元內的第一電極部彼此的第一連結部，並且，第 二電極具有連結配置在多個假想單元內的第二電極部彼此的第二連結部。
3.根據權利要求1或2所述的雙極型靜電卡盤，其特徵在於，第一電極以及第二電極在電極層內形成在同一面中。
4.根據權利要求1 3中的任一項所述的雙極型靜電卡盤，其特徵在於，在基板為直徑300mm的矽晶片的情況下，單元寬度L為1 20mm的範圍。
5.根據權利要求4所述的雙極型靜電卡盤，其特徵在於，在χ方向或y方向相鄰的單元之間，第一電極部和第二電極部之間的間隙d為0. 5 2mm的範圍。
6.根據權利要求1 5中的任一項所述的雙極型靜電卡盤，其特徵在於，第一電極和/或第二電極具有在假想單元內不存在電極部的電極缺失部，並且，上部 絕緣層在與電極缺失部對應的位置具有突出到基板側的絕緣層頂部，絕緣層頂部與基板相 接而形成基板吸附面。
全文摘要
本發明提供一種施加電壓時的基板吸附性優良並且停止施加電壓時的殘餘電荷的減少性優良的雙極型靜電卡盤。該雙極型靜電卡盤是至少具備具有第一以及第二電極的電極層、形成吸附基板的基板吸附面的上部絕緣層的雙極型靜電卡盤，當將電極層的表面相對於xy方向分割為具有規定的寬度L的多個假想單元的情況下，形成第一電極的第一電極部和形成第二電極的第二電極部相對於x方向的假想單元交替排列地配置，並且相對於y方向的假想單元交替排列地配置。
文檔編號H02N13/00GK102089875SQ20098012628
公開日2011年6月8日 申請日期2009年6月30日 優先權日2008年7月8日
發明者藤澤博, 辰己良昭 申請人:創意科技股份有限公司