基板固定装置的制作方法

1.本公开涉及基板固定装置。


背景技术：

2.在用于固定诸如晶片等基板的基板固定装置中，通常通过粘合层使静电吸附构件粘着地结合至底板(例如，参见wo2016/035878、jp-a-2014-207374、wo2009/107701、jp-a-2011-091297、jp-a-2020-023088、jp-a-2015-061913、jp-a-2019-220503和jp-a-2007-299837)。
3.根据背景技术的基板固定装置可能无法在静电吸附构件的吸附面中获得足够的热均匀性。换言之，静电吸附构件的吸附面的温度可能变化。


技术实现要素：

4.本公开的一个方面是提供一种可以改善静电吸附构件的吸附面的温度均匀性的基板固定装置。
5.某个实施例提供了一种基板固定装置，该基板固定装置包括：底板；静电吸附构件，其吸附并且保持底板；以及第一粘合层，其将静电吸附构件粘着地结合至底板。在-110℃至250℃的温度范围内，第一粘合层的储能模量为0.01mpa以上且25mpa以下。
附图说明
6.图1是示出了根据第一实施例的基板固定装置的截面图；
7.图2是示出了在粘合层的示例中的温度和储能模量之间的关系的图；
8.图3是示出了在粘合层的示例和辅助粘合层的示例中的温度和储能模量之间的关系的图；
9.图4是示出了在粘合层的另一个示例中的温度和储能模量之间的关系的图；
10.图5是示出了可靠性测试结果的图；
11.图6是根据第二实施例的基板固定装置的截面图；并且
12.图7是根据第三实施例的基板固定装置的截面图。
具体实施方式
13.本技术的发明人为了深入探究背景技术的基板固定装置中的静电吸附构件的吸附面的温度变化的原因而认真进行了研究。结果，显而易见的是，当基板固定装置暴露于低至约-60℃的温度时，静电吸附构件的热变形量与底板的热变形量之间可能存在较大差异，从而导致较大应力作用于粘合层，由此导致在粘合层中发生粘着失效(cohesivefailure)。由于发生粘着失效，粘合层的热阻的平面内均匀性降低，从而导致静电吸附构件的吸附面的温度变化。
14.本公开是基于这种发现来完成的，从而即使当基板固定装置暴露于低温时，也能
够抑制粘合层的粘着失效并且改善静电吸附构件的吸附面的温度均匀性。
15.下文将参照附图对本公开的实施例进行具体描述。顺便提及，在本公开和附图的描述中，相同的附图标记将附加至具有基本相同功能构造的组成元件，从而可以省略其重复描述。
16.(第一实施例)
17.首先，将对第一实施例进行描述。图1是示出了根据第一实施例的基板固定装置的截面图。
18.如图1所示，根据第一实施例的基板固定装置1具有作为主要组成元件的底板10、粘合层20、辅助粘合层21和静电吸附构件50。
19.底板10是在其上安装有静电吸附构件50的构件。底板10的厚度例如可以设定在约20mm至50mm的范围内。底板10例如由铝形成，并且还可以用作控制等离子体的电极等。通过向底板10供给预定的高频电力，能够对使产生的等离子体状态的离子等与吸附在静电吸附构件50上的诸如晶片等基板碰撞的能量进行控制以有效执行蚀刻处理。
20.在底板10内部设置有水通道15。水通道15的一端设置有冷却水引入部15a，并且水通道15的另一端设置有冷却水排放部15b。水通道15连接至设置在基板固定装置1外部的冷却水控制装置(未示出)。冷却水控制装置(未示出)将冷却水从冷却水引入部15a引入至水通道15中，并且将冷却水从冷却水排放部15b排放。当通过在水通道15中循环的冷却水对底板10进行冷却时，能够冷却吸附在静电吸附构件50上的基板。除水通道15之外，还可以在底板10中设置引导惰性气体以冷却吸附在静电吸附构件50上的基板的气体通道等。
21.具有加热部30和静电吸盘40的静电吸附构件50吸附并且保持作为待吸附对象的诸如晶片等基板。在静电吸附构件50的在底板10侧的表面涂布有底层(primer layer)62。底层62例如可以包含钛。底层62是第二底层的示例。
22.加热部30具有隔绝层31和置于隔绝层31中的加热元件32。加热元件32覆盖有隔绝层31以保护加热元件32不受外部影响。例如，钨或钼的烧结体可以用作加热元件32。轧制合金可以用作加热元件32。顺便提及，加热元件32不一定必须置于隔绝层31的厚度方向中央部，并且可以根据要求规格不均匀地分布成比隔绝层31的厚度方向中央部更朝向底板10侧或静电吸盘40侧。
23.例如，具有高热导率和高耐热性的环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂等可以用作隔绝层31。隔绝层31的热导率优选设定为3w/(m
·
k)以上。通过在隔绝层31中包括氧化铝、氮化铝等填料，可以提高隔绝层31的热导率。另外，隔绝层31的玻璃化转变温度(tg)优选设定为250℃以上。此外，隔绝层31的厚度优选设定为约100μm至150μm的范围，并且隔绝层31的厚度变化优选设定在
±
10％以下的范围。
24.顺便提及，加热元件32的至少一个表面(上表面和下表面中的一个或两个)优选地被粗糙化，以便提高在高温下的加热元件32和隔绝层31之间的粘合性。当然，加热元件32的上表面和下表面中的每一个可以被粗糙化。在这种情况下，加热元件32的上表面和下表面可以使用不同的粗糙化方法。粗糙化方法没有特别限制，但粗糙化方法的示例可以包括使用蚀刻的方法、使用基于偶联剂的表面改性技术的方法、使用具有355nm以下波长的uv-yag激光器进行点处理的方法等。
25.静电吸盘40吸附并且保持作为待吸附对象的诸如晶片等基板。作为由静电吸盘40
吸附的对象的基板的直径例如可以设定为约8英寸、12英寸或18英寸。
26.静电吸盘40设置在加热部30上。静电吸盘40具有基体41和静电电极42。静电吸盘40例如为约翰逊
·
拉别克(johnsen-rahbek)型静电吸盘。然而，静电吸盘40可以是库仑力型静电吸盘。
27.基体41是电介质。例如，诸如氧化铝(al2o3)和氮化铝(aln)等陶瓷可以用作基体41。基体41的厚度例如可以设定在约1mm至10mm的范围内，并且在1khz的频率下，基体41的相对介电常数例如可以设定在约9至10的范围内。静电吸盘40和加热部30的隔绝层31彼此直接结合。通过在没有任何粘合剂的情况下将加热部30和静电吸盘40彼此直接结合，可以提高基板固定装置1的耐热温度。虽然加热部30和静电吸盘40通过粘合剂彼此结合的基板固定装置的耐热温度为约150℃，但是基板固定装置1的耐热温度可以设定为约200℃。
28.作为薄膜电极的静电电极42被置于基体41内部中。静电电极42连接至设置在基板固定装置1的外部的电源。当将预定电压施加至静电电极42时，在静电电极42与诸如晶片等基板之间产生由静电引起的吸附力，使得可以将基板吸附并且保持在静电吸盘40上。随着施加至静电电极42的电压越高，吸附和保持力越强。静电电极42可以是单极形状或双极形状。例如，钨或钼的烧结体可以用作静电电极42。
29.粘合层20将加热部30粘着地结合至底板10。粘合层20与底层62直接接触。例如，有机硅基粘合剂可以用作粘合层20。粘合层20中可以包括氧化铝、氮化铝等填料。在-110℃至250℃的温度范围r1内，粘合层20的储能模量为0.01mpa以上且25mpa以下。优选地，在-100℃至140℃的温度范围r2内，粘合层20的储能模量为0.01mpa以上且21mpa以下。图2示出了粘合层20的示例中的每一个的温度和储能模量之间的关系。可以通过动态机械分析(dma)来获得图2中示出的关系。图2示出了粘合层20的第一示例20a和第二示例20b的特性。在第一示例20a和第二示例20b的每一个中，储能模量随温度升高而降低，并且在-110℃时储能模量为25mpa以下，并且在温度范围r1内储能模量为0.01mpa以上且25mpa以下。此外，在第一示例20a和第二示例20b的每一个中，在-100℃至140℃的温度范围r2内储能模量为0.01mpa以上且21mpa以下。特别地，在第一示例20a中，在100℃时储能模量为11mpa，并且在温度范围r2内储能模量为1mpa以上且11mpa以下。粘合层20是第一粘合层的示例。此外，在第二示例20b中，在r2温度范围内储能模量为0.5mpa以上且21mpa以下。
30.粘合层20的厚度优选为0.05mm以上且0.4mm以下。这是因为如果粘合层20的厚度大于0.4mm，则静电吸盘40和底板10之间的热阻可能过大。粘合层20的厚度更优选为0.05mm以上且0.3mm以下，并且进一步优选为0.05mm以上且0.2mm以下。此外，从确保粘合力的观点来看，粘合层20的厚度优选为0.05mm以上且0.1mm以下。
31.在温度范围r1和r2内，粘合层20的热导率优选为0.5w/(m
·
k)以上且10w/(m
·
k)以下，并且更优选为0.9w/(m
·
k)以上且10w/(m
·
k)以下。这是因为如果粘合层20的热导率小于0.5w/(m
·
k)，则静电吸盘40和底板10之间的热阻可能过大。在温度范围r1和r2内，粘合层20的热导率更优选为1.0w/(m
·
k)以上且10w/(m
·
k)以下，并且进一步更优选为1.1w/(m
·
k)以上且10w/(m
·
k)以下。
32.辅助粘合层21比粘合层20薄。辅助粘合层21的厚度例如为0.05mm以上且0.12mm以下。在温度范围r1和r2内，辅助粘合层21的热导率优选高于粘合层20的热导率。例如，在温度范围r1和r2内，辅助粘合层21的热导率为2.0w/(m
·
k)以上且10w/(m
·
k)以下。辅助粘合
层21是第二粘合层的示例。
33.在根据第一实施例的基板固定装置1中，在-110℃至250℃的温度范围r1内，粘合层20的储能模量低至25mpa以下。因此，即使当静电吸附构件50的热变形量与底板10的热变形量之间存在较大差异时，在温度范围r1内粘合层20也易于变形，从而抑制作用在粘合层20上的应力。因此，粘合层20的粘着失效得到抑制，从而可以获得静电吸附构件50的吸附面中的优异热均匀性。换言之，可以改善静电吸附构件50的吸附面的温度均匀性。
34.在-100℃至0℃的温度范围s内，辅助粘合层21的储能模量优选高于粘合层20的储能模量。这是为了易于缓和作用在粘合层20上的应力。图3示出了粘合层20的示例(第一示例20a和第二示例20b)和辅助粘合层21的示例中的温度和储能模量之间的关系。可以通过dma来获得图3中所示的关系。在图3中示出示例的每一个中，在温度范围r1和r2内，辅助粘合层21的储能模量高于粘合层20的储能模量。即，在-100℃至0℃的温度范围s内，辅助粘合层21的储能模量高于粘合层20的储能模量。
35.可以不设置辅助粘合层21和底层(底涂层)62。
36.顺便提及，在制造根据第一实施例的基板固定装置1时，例如，可以使用粘度为2pa
·
s至40pa
·
s的粘合剂作为粘合层20的原材料。可以通过涂覆来设置粘合剂，或可以使用半固化(b级)绝缘树脂膜。
37.此外，在制造根据第一实施例的基板固定装置1时，例如，可以使用粘度为40pa
·
s至70pa
·
s的粘合剂作为辅助粘合层21的原材料。可以通过涂布来设置粘合剂，或者可以使用半固化(b级)绝缘树脂膜。可以在涂布并且固化粘合剂后执行研磨。
38.例如，根据第一实施例的基板固定装置1可以如下制造。首先，将辅助粘合层21形成在底板10上。在形成辅助粘合层21后，可以对辅助粘合层21执行表面研磨。另外，将底层62涂布至静电吸附构件50的下表面，并且通过空气进行干燥。然后，通过粘合层20将辅助粘合层21的上表面和静电吸附件50的涂布有底层62的下表面彼此粘着地结合。在这种情况下，可以使用间隔物来调节底板10和静电吸附构件50之间的距离。
39.粘合层20和辅助粘合层21的材料不受限制。粘合层20和辅助粘合层21的材料的示例包括硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂。基于这些树脂的复合材料可以用于粘合层20和辅助粘合层21。另外，填料可以包括在粘合层20和辅助粘合层21的每一个中。填料的示例包括二氧化硅、氧化铝、氮化铝等。
40.接下来，将对关于根据第一实施例制造的基板固定装置(1号装置)的可靠性测试的结果与关于参照示例(2号装置)的可靠性测试的结果相比较进行描述。
41.1号装置具有有着图3所示特性的粘合层20的第一示例20a和辅助粘合层21。粘合层20的厚度设定为0.2mm，并且辅助粘合层21的厚度设定为0.1mm。
42.2号装置具有有着图4所示特性的粘合层22，以代替粘合层20的第一示例20a。2号装置的其余构造与1号装置的构造相似或相同。粘合层22的厚度设定为0.2mm。图4是示出粘合层的另一示例(粘合层22)中的温度与储能模量之间的关系的图。可以通过dma来获得图4所示关系。
43.顺便提及，粘合层20和22包括填料，并且粘合层20中的填料含量的百分比(每单位质量粘合层中的填料质量)低于粘合层22中的填料含量的百分比。
44.在可靠性测试中，重复执行将温度降低至-45℃并将温度升高至150℃的热负荷
(测试a)并且重复执行将温度降低至-45℃并将温度升高至170℃的热负荷(测试b)。然后，当在测试开始后经过预定天数时，测量吸附面的温度变化。测试a中的每日热负荷的重复次数设定为16，并且测试b中的每日热负荷的重复次数设定为11。测试结果如图5所示。图5是示出了可靠性测试结果的图。在图5中，横轴示出了经过天数，并且纵轴示出了吸附面的温度变化。
45.如图5所示，在测试a和测试b中的每一个中，1号装置的吸附面的温度变化远小于2号装置的吸附面的温度变化。这表明粘合层20的粘着失效发生的可能性小于粘合层22的粘着失效，并且粘合层20的热阻的均匀性在长时间内是优异的。
46.顺便提及，可以通过氧化铝喷涂等使底板10的表面绝缘。通过绝缘处理，可以更可靠地抑制底板10和静电电极42之间的放电。
47.可以不设置隔绝层31，但作为选择加热元件32可以置于基体41中。此外，加热部30可以不设置在基板固定装置1中。在这些情况下，粘合层20将基体41粘着地结合至底板10。
48.(第二实施例)
49.接下来，将描述第二实施例。第二实施例与第一实施例的主要不同之处在于静电吸附构件的构造。图6是示出了根据第二实施例的基板固定装置的截面图。
50.如图6所示，在根据第二实施例的基板固定装置2中，静电吸附构件50不包括加热部30，而是将加热元件32内置在静电吸盘40中。其余构造与根据第一实施例的构造相似或相同。
51.通过第二实施例同样可以获得与根据第一实施例的效果类似或相同的效果。
52.(第三实施例)
53.接下来，将对第三实施例进行描述。第三实施例与第一实施例的主要不同之处在于底板10与静电吸附构件50之间的部分的构造。图7是示出了根据第三实施例的基板固定装置的截面图。
54.如图7所示，在根据第三实施例的基板固定装置3中，底层61涂布至底板10的在静电吸附构件50侧的表面上。底层61可以例如包含钛。基板固定装置3不包括辅助粘合层21，而是粘合层20与底层61直接接触。其余构造与根据第一实施例的构造相似或相同。底层61是第一底层的示例。
55.通过第三实施例同样可以获得与根据第一实施例的效果类似或相同的效果。另外，由于未设置辅助粘合层21，因此能够进一步减小静电吸附构件50与底板10之间的热阻。
56.根据第三实施例的基板固定装置3例如可以如下制造。首先，将底层61涂布至底板10的上表面并且进行干燥。将底层62涂布至静电吸附构件50的下表面并且进行干燥。可以通过加热对底层61和62进行干燥。然后，通过粘合层20将底板10的涂布有底层61的上表面和静电吸附构件50的涂布有底层62的下表面彼此粘着地结合。在这种情况下，可以使用间隔物来调节底板10和静电吸附构件50之间的距离。
57.在第二实施例中，与第三实施例相同，可以将底层61涂布至底板10的在静电吸附构件50侧的表面上，并且可以不设置辅助粘合层21，使得粘合层20与底层61直接接触。
58.顺便提及，在基板固定装置3的厚度方向(上/下方向)上，底板10和静电吸附构件50之间的距离优选为0.025mm以上且1.025mm以下，并且更优选为0.050mm以上且1.000mm以下。这是为了实现优异的粘合性和散热性。此处，由底板10的上表面与静电吸附构件50的下
表面之间的距离来具体限定底板10与静电吸附构件50之间的距离。
59.虽然上文已经对优选实施例等进行详细描述，但本发明并不局限于前述实施例等，并且在不脱离权利要求所述范围的情况下，可以对上述实施例等进行各种变型和替换。
60.本技术要求于2021年1月14日提交的日本专利申请no.2021-004453和于2021年6月23日提交的日本专利申请no.2021-104338的优先权，这些日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。