(57)【要約】【解決手段】金属基板上に熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされた第１絶縁層、その上に電極として形成された導電性パターン、導電性パターン上に形成され、熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされ、ＪＩＳ　Ａ型硬度計で硬さが８５以下、表面粗さが５μｍ以下の熱伝導性シリコーンゴムからなる第２絶縁層が設けられ、導電性パターンとこれに電圧を供給するリード線が半田により結線され、リード線と導電性パターンの結線部間と金属基板間の絶縁性を確保するために封止剤を敷設したことを特徴とする静電チャック。【効果】本発明の静電チャックは放熱性に優れ、基板との密着性もよい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、石英粉から選ばれる熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされた第１絶縁層と、第１絶縁層上に電極として形成された導電性パターンと、導電性パターン上に形成され、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、石英粉から選ばれる熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされると共に、ＪＩＳ　Ａ型硬度計で測定される硬さが８５以下であり、表面粗さが５μｍ以下である熱伝導性シリコーンゴムからなる第２絶縁層とが設けられ、かつ導電性パターンと該導電性パターンに電圧を供給するリード線が半田により結線されており、更にリード線と導電性パターンの結線部間と金属基板間の絶縁性を確保するためにシリコーン系、エポキシ系、又はポリイミド系の封止剤を敷設したことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
金属基板と第１絶縁層間、第１絶縁層と導電性パターン間、及び導電性パターンと第２絶縁層間を、膜厚０．１〜３０μｍのシリコーンゴム系接着剤、又はシランカップリング剤もしくはチタン系カップリング剤を含有したプライマーを用いて接着されたことを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造における基板の保持、特にはプラズマエッチング工程において有用な静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、半導体集積回路の製造工程における基板の保持には静電吸着方式や、ジャンセン・ラーベック方式のウエハーチャックいわゆる静電チャックが用いられている。
【０００３】
この静電チャックの絶縁層としてポリイミド等のプラスチック、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックス、シリコーンゴム等のゴム弾性体が提案されている。
【０００４】
また、プラズマエッチング工程においては、プラズマより供給される熱によるウエハの温度上昇を抑え、ウエハの温度を均一、一定とし、高精度のエッチングを行なうために静電チャックの裏面に冷却チラーを流す等の冷却機構を設けてウエハ温度を均一に保ち、マスク材及びエッチング対象物の下地との選択性を高くし、異方性形状を得ることが行なわれている。
【０００５】
セラミック製の静電チャックは、絶縁層がプラズマガスに対する耐久性に優れ、それ自身は熱伝導性も良いが、ウエハと接触する絶縁層が硬いためウエハとの密着性が悪く、接触熱抵抗が大きくなり十分な放熱性が得られない。
【０００６】
そのため、ウエハと絶縁層の間にヘリウム等の不活性ガスを流し、ウエハと絶縁層の間の放熱をさせることが行なわれているが、この方法は、ガスを流すための溝を絶縁層表面に設ける等の微細加工が必要となると共に、不活性ガスを流すための設備が必要となり、チャックが複雑になり、コスト的に高くなっている。
【０００７】
ポリイミド製の静電チャックは、製造が容易で安価であるが、プラズマガスに対する耐久性が十分でなく、またそれ自身の熱伝導性が悪く、かつ、硬いため接触熱抵抗が大きく放熱性も十分ではない。
【０００８】
また特開昭５９−６４２４５号公報には、金属板上にシリコーンゴムをガラスクロスに浸透させた放熱性シリコーンプリプレーグからなる第１絶縁膜と第１絶縁膜上に電極として形成された銅パターンと銅パターン上にシリコーンゴムからなる第２絶縁膜が設けられた静電チャックが提案されている。この静電チャックは、絶縁層に弾性体であるシリコーンゴムを用いているため比較的接触熱抵抗が小さく、放熱性がよいため効率よくウエハの温度を均一に保つことができ易くなった。
【０００９】
しかし近年、更に高いウエハ温度の冷却性能が求められるようになり特開昭５９−６４２４５号公報に記載された構造の静電チャックでも冷却性能が不十分となっている。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みなされたもので、半導体集積回路の製造における基板の保持に好適な冷却性能の優れた静電チャックを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明は、金属基板上に、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、石英粉から選ばれる熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされた第１絶縁層と、第１絶縁層上に電極として形成された導電性パターンと、導電性パターン上に形成され、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、石英粉から選ばれる熱伝導性付与剤が配合されて熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とされると共に、ＪＩＳ　Ａ型硬度計で測定される硬さが８５以下であり、表面粗さが５μｍ以下である熱伝導性シリコーンゴムからなる第２絶縁層とが設けられ、かつ導電性パターンと該導電性パターンに電圧を供給するリード線が半田により結線されており、更にリード線と導電性パターンの結線部間と金属基板間の絶縁性を確保するためにシリコーン系、エポキシ系、又はポリイミド系の封止剤を敷設したことを特徴とする静電チャックである。この場合、金属基板と第１絶縁層間、第１絶縁層と導電性パターン間、及び導電性パターンと第２絶縁層間を、膜厚０．１〜３０μｍのシリコーンゴム系接着剤、又はシランカップリング剤もしくはチタン系カップリング剤を含有したプライマーを用いて接着することが好ましい。
【００１２】
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
図１は、静電チャックの断面図、図２は導電性パターンである。本発明は、金属基板５上に熱伝導性シリコーンゴムからなる第１絶縁層３、第１絶縁層上に電極として形成された導電性パターン６と導電性パターン６の上にＪＩＳ　Ａ型硬度計で測定される硬さが８５以下であり、表面粗さが５μｍ以下である熱伝導性シリコーンゴムからなる第２絶縁層１が設けられた静電チャックである。
【００１３】
金属基板５は、プラズマを発生させる場合に印加する高周波電源の電極として働くもので、材質としては、プラズマガスに対して耐久性のあるもので、発塵により半導体回路を汚染しないものが好ましく、アルミニウム、アルマイト、ジュラルミン等が好適である。
【００１４】
第１絶縁層３と第２絶縁層１は熱伝導性シリコーンゴムにより形成される。この熱伝導率は０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、特に０．０００８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であることが好ましい。熱伝導率が低すぎるとプラズマより供給される熱によるウエハの温度上昇を抑え、ウエハの温度を均一かつ一定とし、高精度のエッチングを行なうことができない。
【００１５】
第１絶縁層に用いられる熱伝導性シリコーンゴムの硬さは特に制限されないが、第２絶縁層に用いられる熱伝導性シリコーンゴムの硬さ（ＪＩＳ　Ａ）は８５以下、好ましくは５０〜８０であり、これより形成された第２絶縁層の表面粗さ（Ｒａ）は５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下とする必要がある。硬さが８５を越えたり、表面粗さが５μｍより大きくなるとウエハとの密着性が低下し、接触熱抵抗が大きくなり、ウエハの温度を精度よく、均一かつ一定にすることができなくなる。
【００１６】
熱伝導性シリコーンゴムは、オルガノポリシロキサンにアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、石英粉等の熱伝導性付与剤を配合した硬化物が好適に用いられる。また、公知のシリカ等の補強性充填剤や着色剤、難燃性付与剤等の添加剤を配合してもよい。しかし、ウエハと直接接触する熱伝導性シリコーンゴムは、導電性の不純物が極力少ないことが好ましく、特にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び鉄、ニッケル、銅、クロム等の重金属含有量を１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１７】
硬化前の組成物としては、ミラブル型でも液状でもよい。硬化型は、過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型等、特に制限されないが、作業性、成形性より過酸化物硬化型又は付加反応硬化型が好ましく、特にミラブル型の過酸化物硬化型又は付加反応硬化型が好ましい。
【００１８】
第１絶縁層３と第２絶縁層１の厚さは、５０〜１０００μｍであることが好ましい。５０μｍ未満であると絶縁耐圧が低下し、絶縁破壊が発生する可能性があり、１０００μｍを越えると放熱性が低下することがある。
【００１９】
導電性パターン６は、静電チャックのウエハ吸着のための電極として作用するもので、材質としては銅、アルミニウム、ニッケル、銀、タングステン等の金属系の導電体、窒化チタン等のセラミック系の導電体が例示される。膜厚は１〜１００μｍであることが好ましく、特に５〜５０μｍであることが好ましい。１μｍ未満であると、導電性パターンの機械的強度が低下し、第２絶縁層が積層工程や電圧供給用のリード線７と導電性パターンのハンダ接合工程で破損することがあり、１００μｍより厚くても機械的強度や電気的性能の向上はなくコスト高となる。導電性パターンは、単極型であっても多極型であってもよい。
【００２０】
リード線７は静電チャックの電極パターンに電源より電圧を供給するものである。通常印加電圧は０〜±４０００Ｖ程度であり、リード線は絶縁耐圧に優れたＰＴＦＥ，ＦＥＰ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂被覆電線を用いることが好ましい。
【００２１】
また、リード線と導電性パターンの結線部間と、この結線部と金属基板間の絶縁性を確保するためにシリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系等の公知の封止剤８を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明の静電チャックの各層は、密着させるだけでもよいがプライマーや接着剤を用いて接着させることが好ましい。接着剤としてはシリコーンゴム系やアクリル系接着剤が例示され、プライマーとしてはシランカップリング剤やチタン系カップリング剤等を含有したプライマーが例示される。この場合、接着剤の塗布量は熱伝導性を低下させないため、少ない方が好ましく、特に膜厚を０．１〜３０μｍとすることが好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは放熱性に優れ、基板との密着性もよいため半導体集積回路の製造における基板の保持、特に、プラズマエッチング工程において、ウエハの温度を精度よく均一、かつ一定に保つことができるため、高精度のエッチングを行なうのに有用である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
熱伝導性シリコーンゴムの調製
表１に示す配合割合で熱伝導性シリコーンゴム組成物を配合し、シート状にプレフォームを作成した後、プレス圧５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１７０℃で３０分プレス成型を行ない、熱伝導性シリコーンゴムシートを得た。その硬さ（ＪＩＳ　Ａ）、熱伝導率、表面粗さ、シート厚みを表１に示す。
【００２５】
〔実施例１〕
第１絶縁層となる組成例１のシートにスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布しその上に電解銅箔３５μｍを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に化学エッチングにより図２に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極パターンを形成した。次に第２絶縁層となる組成例１のシートに液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、銅パターン付き第１絶縁層の銅パターン側と張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次にアルミ基板にスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、上記第１絶縁層／銅電極パターン／第２絶縁層の積層複合シートの第１絶縁層側に張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に、銅パターンに半田付けによりＰＴＦＥ被覆電線を接合し、封止剤としてシリコーン系封止材料ＫＪＲ６３２を敷設し、静電チャックを作成した。
【００２６】
〔実施例２〕
第１絶縁層となる組成例２のシートにスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布しその上に電解銅箔３５μｍを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に化学エッチングにより図２に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極パターンを形成した。次に第２絶縁層となる組成例２のシートに液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、銅パターン付き第１絶縁層の銅パターン側と張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次にアルマイト処理アルミ基板にスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、上記第１絶縁層／銅電極パターン／第２絶縁層の積層複合シートの第１絶縁層側に張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に、銅パターンに半田付けによりＦＥＰ被覆電線を接合し、封止剤としてシリコーン系封止材料ＫＪＲ６３２を敷設し、静電チャックを作成した。
【００２７】
〔実施例３〕
圧延銅箔３５μｍに接着剤としてプライマーＮｏ．２４をハケで塗布し、室温で３０分風乾し、第１絶縁層となる組成例３の未加硫シートを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１７０℃、時間１０分の条件でプレス硬化接着した。次に化学エッチングにより図２に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極パターンを形成した。次に、上記銅パターン／第１絶縁層の積層複合シートの銅パターン側に接着剤としてプライマーＮｏ．２４をハケで塗布し、室温で３０分風乾し、第２絶縁層となる組成例３の未加硫シートを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１７０℃、時間１０分の条件でプレス硬化接着した。次にジュラルミン基板にスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、上記第１絶縁層／銅電極パターン／第２絶縁層の積層複合シートの第１絶縁層側に張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に、銅パターンに半田付けによりＰＦＡ被覆電線を接合し、封止剤としてエポキシ系封止材料Ｋセミコート１１４を敷設し、静電チャックを作成した。
【００２８】
〔実施例４〕
アルミ箔５０μｍに接着剤としてプライマーＮｏ．２４をハケで塗布し、室温で３０分風乾し、第１絶縁層となる組成例４の未加硫シートを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１７０℃、時間１０分の条件でプレス硬化接着した。次に化学エッチングにより図２に示すパターンに銅箔をエッチングし銅電極パターンを形成した。次に、上記アルミパターン／第１絶縁層の積層複合シートのアルミパターン側に接着剤としてプライマーＮｏ．２４をハケで塗布し、室温で３０分風乾し、第２絶縁層となる組成例４の未加硫シートを張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１７０℃、時間１０分の条件でプレス硬化接着した。次にジュラルミン基板にスクリーン印刷により液状シリコーン系接着剤ＫＥ１８２５を膜厚２５μｍとなるよう塗布し、上記第１絶縁層／アルミ電極パターン／第２絶縁層の積層複合シートの第１絶縁層側に張り合わせ、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１２０℃、時間３０分の条件でプレス接着した。次に、アルミパターンに半田付けによりＰＦＡ被覆電線を接合し、封止剤としてエポキシ系封止材料Ｋセミコート１１４を敷設し、静電チャックを作成した。
【００２９】
図３に示す冷却性能試験器１５に実施例１〜４の静電チャック９を装着し、得られた静電チャックの冷却性能を確認した。即ち圧力０．０１Ｔｏｒｒの減圧下のチャンバー内にて静電チャックにＤＣ±０．５ｋＶを電源１４より供給し、ウエハ１０を静電チャック９に静電吸着固定し、ヒーター１１によりウエハ１０を１５０℃に加熱したのちに４℃の冷却水１３を循環させ、ウエハ１０の温度が平衡状態になった時の温度を表面温度計１２により測定した。結果を表２に示すが、ウエハ温度は実施例１は５０℃、実施例２は４０℃、実施例３は５５℃、実施例４は６５℃に冷却され、得られた静電チャックは冷却性能に優れることが確認された。更に実施例１〜４の静電チャックをプラズマエッチング装置に実装し、反応ガスとしてＣＦ４、Ｏ２（ＰＯ２／Ｐ＝１０％）を使用し、温度７０℃、圧力０．８Ｔｏｒｒ、マイクロ波入力４００Ｗ、ウエハ１枚あたりの処理時間６０秒という条件でシリコンウエハ２０００枚を処理したが、ウエハの温度上昇、温度分布のバラツキによるレジストの損傷は確認されず良好な異方性形状に加工できたことにより本発明の静電チャックは耐久性にも優れることが確認された。
【００３０】
〔比較例１〜３〕
比較のために表３に示す構成の静電チャックを作成し、実施例と同様にしてウエハ温度を測定した。その結果を表３に示す。但し、比較例２の静電チャックは第１絶縁層のアルミナと第２絶縁層のアルミナ間に銀電極パターンが一体に組み込まれた一体焼成タイプのチャックであり、比較例３使用の熱伝導性シリコーンゴムＸは組成例１においてアルミナを６００重量部として、実施例と同様にシートを作成したものである。熱伝導性シリコーンゴムの硬さは９０であり、熱伝導率は０．００１７ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、シートの表面粗さは６．０μｍである。
【００３１】
【表１】
2004031938.tif 000003
Ａ：ジメチルシロキサン単位９９．８５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％からなる平均重合度８０００のメチルビニルポリシロキサン
Ｂ：ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド
Ｃ：アルミナ粉（ＡＬ２４、昭和電工社製商品名）
Ｄ：窒化アルミニウム粉（ＸＵＳ−３５５４８、ダウケミカル社製商品名）
Ｅ：窒化ホウ素粉（ＫＢＮ（ｈ）１０、信越化学工業社製商品名）
Ｆ：シリカ粉（クリスタライト、龍森社製商品名）
【００３２】
【表２】
2004031938.tif 000004
【００３３】
【表３】
2004031938.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【図１】静電チャックの断面図である。
【図２】導電性パターンの平面図である。
【図３】冷却性能試験器の断面図である。
【符号の説明】
１　第２絶縁層
２　接着剤層
３　第１絶縁層
４　接着剤層
５　金属基板
６　導電性パターン
７　リード線
８　封止剤
９　静電チャック
１０　ウエハ
１１　ヒーター
１２　表面温度計
１３　冷却水
１４　電源
１５　冷却性能試験器
【図１】
2004031938.tif 000006
【図２】
2004031938.tif 000007
【図３】
2004031938.tif 000008