靜電吸盤的製作方法
2023-08-04 12:13:06 1
專利名稱：靜電吸盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種靜電吸盤，在PVD裝置、CVD裝置、離子鍍裝置、蒸鍍裝置等成膜裝置和蝕刻裝置中，例如沒有產生半導體用途的矽晶片等被加工物不能經時脫離等不良情況而用於固定保持、矯正、搬運。
背景技術：
以往，PVD裝置、CVD裝置、離子鍍裝置、蒸鍍裝置等成膜裝置和蝕刻裝置中，為了精度良好地固定矽晶片等被加工物，進行在平坦並且平滑地精加工後的板狀體的表面上強制地吸附，作為該吸附裝置，使用利用了靜電吸附力的靜電吸盤。這些成膜裝置和蝕刻裝置中使用的靜電吸盤，將由陶瓷構成的板狀的絕緣基體的一個主面(一個最寬的面)作為吸附面，在絕緣基體的內部或另一個主面(另一個最寬的 面)上具備吸附用電極，對吸附用電極施加DC電壓，在與被加工物之間顯示出由介電極化產生的庫侖力和由微少的洩漏電流產生的約翰生拉別克力等靜電吸附力，從而能夠使被加工物在吸附面上強制地吸附固定。需要說明的是，在靜電吸盤上，用於使被加工物從吸附面脫離的超模針(U 7卜C >)，從與被加工物的周邊部對應的吸附面的周邊部突出隨意地設置。但是，已知在等離子體處理中使用的以往的靜電吸盤中，產生解除向吸附用電極上的DC電壓施加後也殘留吸附力的、所謂的殘留吸附。該殘留吸附是由於在將電子從等離子體注入被加工物時，在絕緣基體上產生固定電荷(空穴)，切斷DC電壓後，在絕緣基體上也殘留固定電荷(空穴)。在此，殘留吸附力大的狀態下，如果通過超模針使被加工物從吸附面上脫離，則存在使被加工物變形或破損的問題。相對於此，已知有如下方法在切斷DC電壓的狀態下，用充分的時間，進行等離子體照射(電子注入)，除去固定電荷。另外，提出了一種靜電吸盤，其具有檢測對超模針施加的應力的應力傳感器，控制超模針的工作(參照專利文獻I)。通過使用這樣的固定電荷除去方法以及靜電吸盤，能夠抑制被加工物的變形或破損。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平5-129421號公報
發明內容
發明所要解決的課題在使用靜電吸盤的半導體領域中，要求由更高度的IC的集成化帶來的付加價值的提高以及低成本化。作為滿足該要求的重要的項目，從各要素工序的製造間隔的縮短的觀點出發，需要降低靜電吸盤的殘留吸附。但是，長期使用靜電吸盤，為了除去上述的固定電荷，繼續進行等離子體(具有高能量的被加速的電子)的照射時，存在如下問題殘留吸附的抑制力經時劣化，相反殘留吸附緩慢地增長，對於固定電荷除去，等離子體照射已經沒有意義。本發明是鑑於上述課題而進行的，其目的在於，提供殘留吸附的抑制力難以經時劣化的靜電吸盤。解決課題的手段本發明為一種靜電吸盤，具備絕緣基體、和吸附用電極，其特徵在於 ，上述絕緣基體的至少包括上表面的區域由陶瓷構成，所述陶瓷包含Mn，並且包含由Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素，上述第一過渡元素的含量C2 (摩爾)相對於上述Mn的含量Cl (摩爾)的比C2/C1為I以上。發明效果根據本發明，在等離子體環境下殘留吸附的抑制力不會經時劣化，因此，能夠實現被加工物容易脫離的靜電吸盤。
圖I是表示本發明的靜電吸盤的一個實施方式的圖，(a)為靜電吸盤的俯視圖、(b)為靜電吸盤以及被加工物的縱向截面圖。圖2是表示圖I所示的絕緣基體中的Mn、Fe或Cr的量的概念的圖。圖3是表示本發明的靜電吸盤的其他實施方式的縱向截面圖。
具體實施例方式以下，使用附圖，對本發明的靜電吸盤的一個實施方式詳細地進行說明。圖I是表示本發明的靜電吸盤的一個實施方式的圖，(a)為靜電吸盤的俯視圖，(b)為靜電吸盤以及被加工物的縱向截面圖。圖I所示的例子的靜電吸盤1，具備絕緣基體2、和吸附用電極3。具體而言，絕緣基體2形成為具有與矽晶片等被加工物A相同程度的大小的圓盤狀，在該絕緣基體2的內部埋設吸附用電極3。另外，如圖I所示，在絕緣基體2的一個主面上設置多個凸部6，該多個凸部6各自的突端形成平坦的面，該面作為吸附面。需要說明的是，凸部6的個數不限於圖中所示的圖形的個數。在吸附用電極3上連接引線8，吸附用電極3通過引線8與直流電源9連接。另一方面，在吸附面上吸附的被加工物A，與地直接或通過等離子體電連接。由此，在吸附用電極3與被加工物A之間顯示出靜電吸附力，從而實現吸附固定。在絕緣基體2的中央部設置從另一個主面(圖的下表面)貫通到一個主面(圖的上表面)的氣體導入孔7。另外，在凸部6與凸部6之間形成氣體流路5，該氣體流路5與氣體導入孔7連通。另外，在吸附面上吸附被加工物A時，從氣體導入孔7向由被加工物與氣體流路5構成的空間供給氦氣等冷卻氣體，由此，使氣體流路5與被加工物A之間以及吸附面與被加工物A之間的導熱良好，以被加工物A的溫度分布變均勻的方式進行控制。需要說明的是，圖I所示的靜電吸盤I中，沿絕緣基體2的一個主面的外周形成周壁4，凸部6、被加工物A以及氣體流路5構成的空間成為閉合的空間，防止從氣體導入孔7供給的冷卻氣體向外部大量洩漏。該周壁4可以根據目的設置，也可以不設置。另外，周壁4可以與絕緣基體2 —體地形成，也可以另外形成。作為絕緣基體2的形成材料，例如可以列舉以由鋁土礦精製的氫氧化鋁作為起始原料的材料。該材料中含有微量的Mn作為Al的不可避免的雜質。在此，如圖2所示，絕緣基體2的至少包括上表面(形成凸部6時為吸附面)的區域由陶瓷構成，所述陶瓷包含Mn，並且包含由Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素，上述第一過渡元素的含量C2(摩爾)相對於Mn的含量Cl (摩爾)的比C2/C1為I以上很重要。需要說明的是，包括上表面的區域，是指例如距上表面O. 2 O. 5mm的厚度區域。另外，圖2是表示圖I (b)中用虛線所示的區域B的Mn、Fe或Cr的量的概念的圖。通過該構成，在等離子體環境下，殘留吸附的抑制力難以經時劣化，因此，能夠實現被加工物容易脫離的靜電吸盤。該效果可以認為是由於以下機制。 在構成靜電吸盤的絕緣基體2的表層、即含有微量的Mn的陶瓷的表層上發現殘留吸附。具體而言，在等離子體照射時，以等離子體的能量作為激發能量，Mn由Mn2+氧化成Mn3+。此時，來自Mn的電荷用於Fe3+以及Cr3+的還原，在Mn氧化物內生成氧空穴，該空穴成為微弱的表面電流的因素。另外，該表面電流以殘留吸附的形式顯示。為了使該殘留吸附的抑制力不會經時劣化，如圖2所示，可以使由接受來自Mn的電荷的Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素的含量增多，具體而言，使上述第一過渡元素的含量C2相對於Mn的含量Cl的比C2/C1為I以上。由此，容易可逆地發生在Mn與上述第一過渡元素(Fe以及Cr中的至少一種)之間的電荷的授受，Mn3+容易恢復成作為基底狀態的Mn2+，從而能夠有效地抑制在絕緣基體的表層上的空穴的生成。相對於此，C2/Cl低於I時，Mn3+不會從Fe或Cr有效地再供給電荷，難以進行向Mn2+的還原反應，因此，表觀的激發狀態繼續，殘留吸附的抑制力發生經時劣化。這樣的效果，在絕緣基體2以A1203、A1N以及Al2O3-TiO2中的至少一種作為主成分的情況下特別有效。這是由於，此時，在絕緣基體2上產生的氧空穴成為荷電粒子(孔)，從而容易產生洩漏電流。另外，作為吸附用電極3的形成材料，可以列舉鉬、W等金屬。該吸附用電極3，可以以在絕緣基體2的另一個主面(下表面)上露出的方式設置，但如圖所示，優選在絕緣基體2上埋設。另外，吸附用電極3在絕緣基體2的內部埋設的情況下，如圖3所示，在絕緣基體2的上表面一側區域21包含上述第一過渡元素(Fe以及Cr中的至少一種)，上述第一過渡元素的含量C2(摩爾)相對於Mn的含量Cl (摩爾)的比C2/C1優選為I以上。在此，圖3是表示本發明的靜電吸盤的其他實施方式的縱向截面圖，上表面一側區域21是指絕緣基體2的上表面(形成凸部6時為吸附面)與吸附用電極3之間的區域、或絕緣基體2的上表面(形成凸部6時為吸附面)與吸附用電極3之間的區域以及直到吸附用電極3的下側附近的區域。在此，直到吸附用電極3的下側附近的區域，是直到吸附用電極3的下方約O. 5mm的區域。另外，僅在上表面一側區域21中包含上述第一過渡元素，上述第一過渡元素的含量C2(摩爾)相對於Mn的含量Cl (摩爾)的比C2/C1為I以上。需要說明的是，上表面一側區域21的厚度通常為O. 2 O. 5mm。該區域中如果C2/C1為I以上，則在等離子體環境下殘留吸附的抑制力不會經時劣化，另外，絕緣基體2的該區域以外的部位(下表面一側區域22)為低介電損失，因此，相對於均熱能夠改善溫度不均。這是由於，在絕緣基體2中與吸附有關的區域以外的部位即下表面一側區域22，由於晶界的Fe雜質得到抑制，因此，能夠保持低介電損失。上表面一側區域21與下表面一側區域22的總厚度通常為2 10mm，下表面一側區域22的厚度與上表面一側區域21比較更大，因此，在高頻環境下的絕緣基體自身的均熱性，只要下表面一側區域22為低介電損失就能夠適當地保持。需要說明的是，Fe以及Cr中的至少一種的含有率為80ppm以上即可。由此，靜電吸盤I的殘留吸附的抑制力難以進一步經時劣化。如上所述，在以由鋁土礦精製的氫氧化鋁作為起始原料時，作為Mn源的MnO以Mn換算計大致低於80ppm，因此，絕緣基體2中的上述第一過渡元素(Fe以及Cr中的至少一種)的含有率為SOppm以上，由此，Mn3+從上述第一過渡元素更有效地被再供給電子。需要說明的是，上述第一過渡元素僅在上表面一側區域21包含時，上述第一過渡元素的含有率，不是相對於絕緣基體2整體的比例，而是在僅上 表面一側區域21的規定的體積中的比例。該比例能夠如下求出通過研削、切斷、研磨等公知的方法將絕緣基體2的規定的部分除去，通過ICP質譜(ICP-MS)法測定除去的部位。另外，作為絕緣基體2的陶瓷中的Fe量，可以將上限設定為500ppm以下。由此，能夠使絕緣基體2的介電損失(tan δ )較低地穩定，因此，高頻環境下的絕緣基體的磁器發熱得到抑制，能夠抑制吸附面內的均熱不均(工藝不均)。這是由於，陶瓷中的晶界的Fe雜質得到抑制，能夠保持低介電損失。另一方面，超過500ppm時，晶界的Fe雜質濃度增大，陶瓷的介電損失增大，因此，容易產生在高頻範圍內陶瓷發熱的不良情況。需要說明的是，僅在上表面一側區域21中含有上述第一過渡元素(Fe以及Cr中的至少一種)時，關於Fe量的上限，不是相對於絕緣基體2整體的比例，而是在僅上表面一側區域21的規定的體積中的比例。以上所述的實施方式，是為了更加理解本發明的主旨而具體地說明的內容，本發明並不受該方式的限定。以下，對本發明的靜電吸盤的一個實施方式的製造方法進行說明。需要說明的是，以Al2O3為例進行說明，但對於AlN和Al2O3-TiO2等也能夠通過相同的方法製作。首先，稱量作為主原料的Al2O3粉末規定量，在球磨機中將離子交換水或有機溶劑等溶劑、有機分散劑以及99. 6%以上的高純度Al2O3制球一起進行溼式粉碎混合24 72小時。在此，主原料的Al2O3粉末預先通過ICP質譜(ICP-MS)法等鑑定Mn、Fe、Cr存在量。通常，在高純度Al2O3粉末中上述元素以Mn0、Fe203、Cr203等的氧化物的形式存在，但特別是MnO作為Mn元素具有約I 5ppm(以摩爾換算計約9. OX 10_9 9· 2X 10_8摩爾)的存在量。在上述的溼式粉碎混合時，添加試藥Fe2O3或Cr2O3,以使由Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素的含量C2(摩爾)相對於Mn的含量Cl (摩爾)的比C2/C1達到I以上。在此，Fe2O3例如使用關東化學株式會社制的氧化鐵(III)鹿特級(鹿特級)，Cr2O3例如使用關東化學株式會社制的氧化鉻(III)鹿特級。
在這樣粉碎混合的原料漿體中，添加規定量的聚乙烯醇和聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸樹脂等有機粘合劑、作為輔助的有機材料的增塑劑、消泡劑，再混合24 48小時。混合的有機-無機混合漿體，通過刮刀法、壓光輥法、加壓成形法、擠出成形法等，成形為厚度20 20000 μ m、特別是100 300 μ m的陶瓷生片。另外，在形成絕緣基體2的陶瓷生片上，通過公知的絲網印刷法等將用於形成吸附用電極3的鉬、鎢等的糊狀電極材料印刷成形。
在此，為了在絕緣基體2中的規定的位置上形成吸附用電極3，將沒有印刷糊狀電極材料的陶瓷生片和印刷了糊狀電極材料的電極形成生片重合層疊。關於層疊，在施加陶瓷生片的屈服應力值以上的壓力的同時，在規定的溫度下層疊，作為壓力施加方法，應用單軸加壓法、各向相同加壓法(乾式、溼式法)等公知的技術即可。接著，將所得到的層疊體在規定的溫度、氣氛中煅燒，製作吸附用電極埋設或在表面上形成的絕緣基體。需要說明的是，作為在絕緣基體2的一個主面(上表面)上形成凸部6的方法，可以使用使用掩模的噴沙法、機械加工法或超聲波加工法等公知的方法，由此，能夠將高度為數μ m至數十μ m的凸部6形成為規定的圖形形狀。通過以上的製造方法，能夠製作在等離子體環境下殘留吸附的抑制力不會經時劣化的靜電吸盤。實施例I關於具有圖I的結構的本發明的靜電吸盤1，如下製作。具體而言，將絕緣基體2的起始原料設為以下的六種材料。作為材料1，使用純度99. 6質量％的Al2O3粉末。該Al2O3粉末的平均粒徑D50為
O.5 μ m0作為材料2，在純度99. 6質量％的Al2O3粉末(平均粒徑D50為O. 5 μ m)中添加作為燒結助劑的Mg0、Si02、Ca0各粉末，設為Al2O3粉末98質量％、MgO、Si02、CaO各粉末合計為2質量％的比例。作為材料3，使用純度99質量％的AlN粉末。該AlN粉末的平均粒徑D50為L 2 μ m。作為材料4，在純度99. 6質量％ Al2O3粉末(平均粒徑D50為O. 5 μ m)粉末中添加TiO2(平均粒徑D50為O. 7 μ m)粉末，得到Al2O3粉末99質量％、TiO2粉末I質量％的比例的Al2O3-TiO2粉末。作為材料5，使用純度99質量％的多鋁紅柱石(3A1203 *2Si02)粉末。該多鋁紅柱石粉末的平均粒徑D50為O. 6 μ m。作為材料6，使用純度99質量％的堇青石(^ 工9 ^卜)(2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)粉末。該堇青石粉末的平均粒徑D50為O. 9 μ m。相對於上述材料I 6的原料粉末100質量份，將甲苯80質量份、分散劑O. 5質量份在球磨機內與O20mm的高純度Al2O3制球一起進行溼式粉碎混合48小時。需要說明的是,上述的溼式粉碎混合時,添加表I所示的量的試藥Fe2O3或試藥Cr203。在此，Fe2O3使用關東化學株式會社制的氧化鐵(III)鹿特級，Cr2O3使用關東化學株式會社制的氧化鉻(III)鹿特級。另外，各種原料粉末預先通過ICP質譜(ICP-MS)法鑑定Mn、Fe、Cr存在量。接著，向該溼式粉碎混合漿體中添加增塑劑和粘合劑。關於增塑劑，相對於原料粉末100質量份，添加DBP以及DOP各2質量份，關於粘合劑，以固體成分換算計添加聚乙烯醇縮丁醛12質量份,再進行溼式混合30小時。接著，將混合而成的有機-無機混合漿體通過刮刀法成形為厚度200 μ m的陶瓷生片。接著，在作為絕緣基體的陶瓷生片上，通過絲網印刷法將作為吸附用電極的鎢糊印刷成形。為了在絕緣基體中的規定的位置上形成吸附用電極，將沒有印刷鎢糊的陶瓷生片與印刷了鎢糊的電極形成生片重合，通過單軸加壓法，施加生片的屈服應力以上的壓力、具體而言施加5MPa，同時在80°C以上的溫度下層疊。
接著，將所得到的層疊體在還原氣氛中、規定的溫度(材料3、5、6的原料粉末以外為1600°C、材料3的原料粉末為2000°C、材料5以及材料6的原料粉末為1400°C )下煅燒3小時。在所得到的絕緣基體上通過旋轉研削加工實施厚度加工，通過機械加工形成氣體導入孔，進一步在吸附面上通過使用掩模的噴沙法將高度為12 μ m的凸部形成為規定的圖形形狀。另外，在吸附用電極上通過釺焊(口一付K )安裝金屬端子(未圖示)，製作靜電吸盤。另外，在為了使所製作的靜電吸盤的吸附面達到140°C而用滷素燈加熱後的真空腔室內實施以下的評價。需要說明的是，140°C加熱是為了進一步促進Mn與Fe以及Cr之間的電荷授受。對於靜電吸盤的吸附而言，將I次循環70秒的等離子體處理反覆3000次後，對吸附用電極施加規定的電壓300秒，使矽晶片吸附固定。然後，停止對吸附用電極施加電壓，關於停止I秒後的殘留吸附力，使用測壓元件進行測定。需要說明的是，殘留吸附力的測壓元件的評價，在單晶藍寶石的母料中測定，將I. 5Torr以下判斷為無殘留吸附力。關於全部試樣，等離子體處理前的殘留吸附力低於
I.5Torr。另外，關於各試樣，準備片層疊、相同煅燒分批製作的試驗片(厚度1mm)，測定在室溫、IMHz下的介電損失。測定使用Hewlett-Packard公司制HP-4278A,通過橋接電路法實施。需要說明的是，電極形狀為Φ37_(環割法)。將這些結果示於表I。表I
權利要求
1.一種靜電吸盤，具有絕緣基體和吸附用電極，其特徵在於，所述絕緣基體的至少包括上表面的區域由陶瓷構成，所述陶瓷包含Mn並且包含由Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素，所述第一過渡元素的含量C2摩爾相對於所述Mn的含量Cl摩爾的比C2/C1為I以上。
2.根據權利要求I所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述吸附用電極設在所述絕緣基體的內部，所述絕緣基體的上表面一側區域包含所述第一過渡元素，所述C2相對於所述Cl的比C2/C1為I以上。
3.根據權利要求I或2所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述Fe以及Cr中的至少一種的含有率為80ppm以上。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述Fe以500ppm以下的含有率含於所述陶瓷。
5.根據權利要求I 4中任一項所述的靜電吸盤，其特徵在於，所述絕緣基體以A1203、AlN以及Al2O3-TiO2中的至少一種作為主成分。
全文摘要
本發明提供一種殘留吸附的抑制力難以經時劣化的靜電吸盤。一種靜電吸盤，具備絕緣基體(2)、和吸附用電極(3)，其特徵在於，所述絕緣基體(2)的至少包括上表面的區域由陶瓷構成，所述陶瓷包含Mn，並且包含由Fe以及Cr中的至少一種構成的第一過渡元素，所述第一過渡元素的含量C2(摩爾)相對於所述Mn的含量C1(摩爾)的比C2/C1為1以上。
文檔編號H01L21/683GK102834913SQ20118001837
公開日2012年12月19日 申請日期2011年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者小野浩司 申請人:京瓷株式會社