基板固定装置、静电吸盘及静电吸盘的制造方法与流程

1.本公开涉及一种基板固定装置、静电吸盘及静电吸盘的制造方法。


背景技术：

2.静电吸盘(esc)通常设置在吸附并且保持晶片的基板固定装置中，以便例如制造半导体元件。使用内置有电极的陶瓷板来构造静电吸盘。基板固定装置具有将静电吸盘固定至底板的结构。当电压施加至内置于陶瓷板中的电极时，通过使用静电力将晶片吸附至静电吸盘。由于晶片被吸附至静电吸盘上从而通过静电吸盘来保持晶片，因此可以在晶片上有效执行诸如微加工和蚀刻等处理。
3.这种静电吸盘可以具有温度调节功能以调节晶片的温度。具体地，例如，可以通过丝网印刷诸如钨等金属膏来形成加热电极，使得当形成陶瓷板时，可以同时烧结加热电极。另外，为了在晶片安装面中获得高的热均匀性，还设计了一种技术：使用光刻法在隔绝树脂上蚀刻轧制金属箔，从而形成外部加热电极。
4.作为使用外部加热电极的静电吸盘，已对电极吸盘进行了如下研究。在静电吸盘中，加热电极分成两层加热电极并且沉积在陶瓷板上，并且通过导通部使两层加热电极连接。当加热电极分成两层加热电极时，可以提高设计加热布线的自由度，并且可以通过将加热电极放置在各层中的互补位置处来进一步提高晶片安装面的热均匀性(例如，参见jp-a-2016-100474、jp-a-2018-026427和jp-a-2001-028036)。
5.然而，当两层外部加热电极安装在静电吸盘中时，形成导通部以将加热电极层彼此连接的步骤是必要的。因此，存在静电吸盘的制造效率降低的问题。具体地，为了形成导通部，例如通过使用激光等在两层加热电极之间的隔绝树脂中形成导通孔，并且利用金属膏来填充导通孔。执行前述步骤以便形成一个导通部。因此，随着导通部数量的增加，有必要重复形成导通孔并且利用金属膏来填充导通孔，从而降低了静电吸盘的制造效率。


技术实现要素：

6.某些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；以及静电吸盘，其固定至底板并且构造成通过静电力来吸附基板。静电吸盘包括：陶瓷层，其由陶瓷形成并且构造成在陶瓷层与基板接触的状态下吸附基板；第一加热图案，其布置在陶瓷层上并且构造成产生热量；隔绝树脂层，其布置在第一加热图案上以覆盖第一加热图案；第二加热图案，其布置在隔绝树脂层上并且构造成产生热量；以及导电构件，其穿透隔绝树脂层，使得导电构件的一端与第一加热图案的表面接触，并且导电构件的另一端与第二加热图案的表面接触。
7.某些实施例提供一种静电吸盘。该静电吸盘包括：陶瓷层，其由陶瓷形成并且构造成吸附对象；第一加热图案，其布置在陶瓷层上并且构造成产生热量；隔绝树脂层，其布置在第一加热图案上以覆盖第一加热图案；第二加热图案，其布置在隔绝树脂层上并且构造成产生热量；以及导电构件，其穿透隔绝树脂层，使得导电构件的一端与第一加热图案的表
面接触，并且导电构件的另一端与第二加热图案的表面接触。
8.某些实施例提供一种静电吸盘的制造方法。该方法包括以下步骤：形成包括电极和包围该电极的陶瓷的陶瓷层；在陶瓷层上形成第一加热图案，其中，该第一加热图案构造成产生热量；将导电构件放置于第一加热图案的表面上；将隔绝树脂层设置在陶瓷层上以覆盖导电构件和第一加热图案，其中，在隔绝树脂层的一个面上形成金属层；以及将金属层图案化以形成第二加热图案，其中，在设置隔绝树脂层的步骤中，使导电构件穿透隔绝树脂层从而与金属层接触。
附图说明
9.图1是示出了根据实施例的基板固定装置的构造的透视图；
10.图2是示出了根据实施例的基板固定装置的截面的示意图；
11.图3是示出了根据实施例的基板固定装置的制造方法的流程图；
12.图4是示出了陶瓷层形成步骤的具体示例的图；
13.图5是示出了第一隔绝树脂层沉积步骤的具体示例的图；
14.图6是示出了第一加热图案形成步骤的具体示例的图；
15.图7是示出了导电构件放置步骤的具体示例的图；
16.图8是示出了第二隔绝树脂层沉积步骤的具体示例的图；
17.图9是示出了第二加热图案形成步骤的具体示例的图；
18.图10是示出了第一加热图案的具体示例的图；
19.图11是示出了第二加热图案的具体示例的图；
20.图12是示出了第三隔绝树脂层沉积步骤的具体示例的图；并且
21.图13是示出了开口部形成步骤的具体示例的图。
具体实施方式
22.下文将参照附图对本技术公开的基板固定装置、静电吸盘以及静电吸盘的制造方法的实施例进行详细描述。顺便提及，本公开不受实施例限制。
23.图1是示出了根据实施例的基板固定装置100的构造的透视图。图1示出的基板固定装置100具有静电吸盘120粘合至底板110的结构。
24.底板110是由诸如铝等金属制成的圆形构件。底板110是固定静电吸盘120的基材。底板110例如附接至半导体制造设备等，以使基板固定装置100用作保持晶片的半导体保持装置。
25.静电吸盘120在使用静电力吸附诸如晶片等对象的同时还调节该对象的温度。即，设置吸附对象的陶瓷层和加热对象的加热层，从而形成静电吸盘120。直径小于底板110的静电吸盘120固定至底板110的中央。在这种情况下，静电吸盘120的加热层粘合至底板110，使得静电吸盘120固定至底板110。陶瓷层设置在加热层的上表面上，使得陶瓷层的吸附对象的吸附面露出。
26.图2是示出了沿图1的线i-i截取的截面的示意图。如图2所示，基板固定装置100具有静电吸盘120粘合至底板110的构造。
27.底板110是由金属制成的构件，并且在底板110的内部具有设置为冷却水的流动通
道的冷却水通道111。例如，底板110的厚度为约20mm至50mm。底板110构造成通过从基板固定装置100的外部流入冷却水通道111的冷却水来冷却静电吸盘120。结果，通过冷却静电吸盘120，吸附至静电吸盘120的诸如晶片等对象被冷却。
28.顺便提及，底板110可以具有设置为冷却气体的流动通道的冷却气体通道，以代替冷却水通道111。简言之，底板110具有供诸如冷却水或冷却气体等制冷剂通过的制冷剂通路。
29.静电吸盘120具有陶瓷层130、第一隔绝树脂层140、第二隔绝树脂层150和第三隔绝树脂层160，并且第三隔绝树脂层160粘合至底板110。
30.陶瓷层130由内部设置有导电电极131的陶瓷132制成。例如，陶瓷层130的厚度为约4.5mm。通过对例如使用氧化铝生产的生片进行烧结来获得陶瓷132。通过由于施加至陶瓷层130的电极131的电压而产生的静电力，陶瓷层130接触并且吸附诸如基板等对象。即，在图2中，陶瓷层130的上表面用作接触对象的吸附面，并且当电压施加至电极131时，对象被吸附至该吸附面。
31.第一隔绝树脂层140是形成在陶瓷层130上的层，并且该第一隔绝树脂层140由诸如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等具有高导热性和高耐热性的隔绝树脂制成。第一隔绝树脂层140的厚度例如为约40μm至100μm。第一加热图案141形成在第一隔绝树脂层140的与陶瓷层130相反的一个表面(图2中的下表面)上。
32.第一加热图案141是由诸如cn49(康铜)(cu-ni-mn-fe合金)、zeranin(cu-mn-sn合金)或锰铜(cu-mn-ni合金)等合金制成的电极。当电压施加至第一加热图案141时，第一加热图案产生热量。每个第一加热图案141的厚度例如为约25μm至50μm，该范围包括在15μm至200μm的范围内。
33.第二隔绝树脂层150形成在第一隔绝树脂层140上以覆盖第一加热图案141。与第一隔绝树脂层140类似，第二隔绝树脂层150是由诸如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等具有高导热性和高耐热性的隔绝树脂制成的层。第二隔绝树脂层150的厚度例如为约40μm至300μm，该厚度厚于第一绝缘树脂层140。第二加热图案151形成在第二隔绝树脂层150的与第一隔绝树脂层140相反的一个表面(图2中的下表面)上。
34.第二加热图案151是由诸如cn49(康铜)(cu-ni-mn-fe合金)、zeranin(cu-mn-sn合金)或锰铜(cu-mn-ni合金)等合金制成的电极。当电压施加至第二加热图案151时，第二加热图案产生热量。每个第二加热图案151的厚度例如为约25μm至50μm，该范围包括在15μm至200μm的范围内。通过如后所述的导电构件170使第二加热图案151与第一加热图案141电连接。
35.第三隔绝树脂层160形成在第二隔绝树脂层150上以覆盖第二加热图案151。与第一隔绝树脂层140和第二隔绝树脂层150类似，第三隔绝树脂层160是由诸如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等具有高导热性和高耐热性的隔绝树脂制成的层。第三隔绝树脂层160的厚度例如为约40μm至300μm。在第三隔绝树脂层160的内部形成有将电力从底板110馈送至第二加热图案151的馈电部161。
36.馈电部161是使底板110与第二加热图案151电连接的导电构件。馈电部161将从底板110供应的电压施加至第二加热图案151。
37.导电构件170埋入在第二隔绝树脂层150中。每个导电构件170是在一端抵靠第一
加热图案141中的相应一个的表面并且在另一端抵靠第二加热图案151中的相应一个的表面的导电构件。导电构件170具有上表面172和位于上表面172的相反侧的下表面173。例如通过在诸如丙烯酸树脂或聚氨酯树脂等树脂中包含导电填料来形成导电粘合片。从导电粘合片切出导电构件170，以便例如形成为圆柱体形状或矩形柱体形状。抵靠相应的第一加热图案141和相应的第二加热图案151的导电构件170的底部直径例如为约0.1mm至3mm。另外，导电构件170的高度等于相应的第一加热图案141和相应的第二加热图案151的相对表面之间的距离。导电构件170的高度例如为约60μm至70μm。
38.导电构件170可以在半固化状态下粘合至相应的第一加热图案141，并且该导电构件170由在半固化状态下具有的硬度高于形成第二隔绝树脂层150的隔绝树脂的硬度的材料形成。因此，当在导电构件170的一端已经粘合至相应的第一加热图案141的状态下，将第二隔绝树脂层150形成在第一隔绝树脂层140上并且压靠隔绝树脂层140时，导电构件170的另一端穿透第二隔绝树脂层150。结果，导电构件170的该另一端到达相应的第二加热图案151的表面，使得导电构件170的上表面172与相应的第一加热图案141的表面接触，并且导电构件170的下表面173与相应的第二加热图案151的表面接触。此外，导电构件170的上表面172与相应的第一加热图案141的表面齐平，并且导电构件170的下表面173与相应的第二加热图案151的表面齐平。
39.当在具有这种构造的基板固定装置100中通过馈电部161将电力从底板110馈送至第二加热图案151时，同样通过导电构件170将电力馈送至第一加热图案141。当电压施加至第一加热图案141和第二加热图案151时，第一加热图案141和第二加热图案151产生热量以加热陶瓷层130并且加热吸附至陶瓷层130的对象。
40.在基板固定装置100中，通过由第一加热图案141和第二加热图案151进行的加热和由底板110进行的冷却来调节陶瓷层130的温度，使得可以将吸附至陶瓷层130的对象的温度调节至期望温度。顺便提及，作为用作产生热量的加热电极的替代，第二加热图案151可以用作将第一加热图案141的电极彼此电连接或将第一加热图案141与馈电部161电连接的旁路电极。
41.顺便提及，在第二加热图案151用作旁路电极的情况下，可以通过使用诸如铜或铜合金等具有低电阻的电导体来形成第二加热图案151。另外，在前述基板固定装置100中，可以使氧化铝、氮化铝等填料包含在第一隔绝树脂层140、第二隔绝树脂层150和第三隔绝树脂层160中，以提高隔绝树脂层的导热性。
42.接下来，将参照图3所示的流程图对具有前述构造的基板固定装置100的制造方法进行描述。
43.首先，形成吸附对象的陶瓷层130(步骤s101)。具体地，例如，生产包含氧化铝作为主要材料的多个生片，并且在生片的一个面上适当形成电极131。可以例如通过在生片的表面上丝网印刷金属膏来形成电极131。然后，层叠多个生片并且烧结。结果，形成陶瓷层130。例如，如图4所示，陶瓷层130内部具有电极131的层。
44.当已经形成陶瓷层130时，将第一隔绝树脂层140设置在陶瓷层130的表面上(步骤s102)。将金属箔层形成在第一隔绝树脂层140的与陶瓷层130相反的面上。即，例如，如图5所示，在陶瓷层130的表面上形成厚度例如为约40μm至100μm的第一绝缘树脂层140，第一绝缘树脂层140包括在其一个面上形成的厚度例如为约25μm至50μm的金属箔层141a。通过基
于真空层压和按压的真空热压结合使第一隔绝树脂层140和金属箔层141a紧密结合至陶瓷层130。
45.通过使用诸如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等具有高导热性和高耐热性的隔绝树脂来形成第一隔绝树脂层140。另外，例如，可以使氧化铝、氮化铝等填料包含在第一隔绝树脂层140中，以提高第一隔绝树脂层140的导热性。另一方面，示例为第一加热图案141和第二加热图案151的材料的任何轧制合金可以用作金属箔层141a的材料。即，金属箔层141a由诸如cn49(康铜)(cu-ni-mn-fe合金)、zeranin(cu-mn-sn合金)或锰铜(cu-mn-ni合金)等合金制成。
46.当已经设置第一隔绝树脂层140时，例如使用光刻法来蚀刻金属箔层141a，从而形成具有期望图案的第一加热图案141(步骤s103)。即，在金属箔层141a的上表面上形成抗蚀剂，并且使该抗蚀剂曝光并且显影，从而形成抗蚀剂图案以覆盖应当保留为第一加热图案141的部分。然后，通过蚀刻来移除未被抗蚀剂图案覆盖而露出的金属箔层141a。结果，例如，如图6所示，形成了具有期望形状的第一加热图案141。在图6中，例如，以截面的形式示出了成形为两个同心圆的第一加热图案141。
47.当已经形成第一加热图案141时，将导电构件170放置于第一加热图案141的表面上(步骤s104)。具体地，导电粘合片包含在诸如丙烯酸树脂或聚氨酯树脂等树脂中的导电填料。例如，导电粘合片的厚度为40μm至100μm。从导电粘合片切出导电构件170，从而每个导电构件170都具有底部直径为约0.1mm至3mm的圆柱体形状。将如此形成的导电构件170粘合至第一加热图案141的上表面。顺便提及，导电构件170可以形成为从多个导电粘合片彼此叠置结合的组件中切出的圆柱体或矩形柱体形状。
48.例如，如图7所示，将导电构件170放置于可以与第一加热图案141和第二加热图案151电连接的位置处。由于导电构件170从形成的导电粘合片切出，因此当导电构件170粘合至第一加热图案141的上表面时，可以易于固定导电构件170的位置。另外，在将导电构件170粘合至第一加热图案141时，形成导电构件170的树脂处于半固化状态，并且处于半固化状态的导电构件170的硬度高于形成为第二隔绝树脂层150的处于半固化状态的隔绝树脂。顺便提及，为了增加处于半固化状态的导电构件170的硬度，在导电构件170粘合至第一加热图案141后，可以将导电构件170加热并且固化至预定程度。
49.当导电构件170已经放置于第一加热图案141上时，形成第二隔绝树脂层150以覆盖第一加热图案141(步骤s105)。将金属箔层形成在第二隔绝树脂层150的与第一加热图案141相反的面上。即，例如，如图8所示，在第一隔绝树脂层140和第一加热图案141的上表面上形成厚度例如为约40μm至100μm的第二隔绝树脂层150，第二隔绝树脂层150包括在其一个面上形成的厚度例如为25μm至50μm的金属箔层151a。通过基于真空层压和按压的真空热压结合使第二隔绝树脂层150和金属箔层151a紧密结合至第一隔绝树脂层140。
50.通过使用诸如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等具有高导热性和高耐热性的隔绝树脂来形成第二隔绝树脂层150。另外，例如，可以使氧化铝、氮化铝等填料包含在第二隔绝树脂层150中，以提高第二隔绝树脂层150的导热性。另一方面，示例为第一加热图案141和第二加热图案151的材料的任何轧制合金可以用作金属箔层151a的材料。即，金属箔层151a由诸如cn49(康铜)(cu-ni-mn-fe合金)、zeranin(cu-mn-sn合金)或锰铜(cu-mn-ni合金)等合金制成。
51.顺便提及，作为用作产生热量的加热电极的替代，第二加热图案151可以用作使第一加热图案141的电极之间电连接或者使第一加热图案141和馈电部161之间电连接的旁路电极。当使第二加热图案151用作旁路电极时，诸如铜或铜合金等具有较低电阻的金属可以用作金属箔层151a的材料。
52.当设置第二隔绝树脂层150时，形成第二隔绝树脂层150的隔绝树脂处于半固化状态并且硬度低于导电构件170。因此，形成第二隔绝树脂层150的隔绝树脂被导电构件170推出。结果，导电构件170穿透第二隔绝树脂层150，使得导电构件170的上端抵靠形成在第二隔绝树脂层150的表面上的金属箔层151a的下表面。因此，导电构件170的一端抵靠第一加热图案141的上表面，并且导电构件170的另一端抵靠金属箔层151a的下表面。另外，在应用于第二隔绝树脂层150的真空热压结合期间，通过加热和按压(加压)使第二隔绝树脂层150固化，并且还使导电构件170固化。使第二隔绝树脂层150在沉积期间被按压并且使导电构件170固化。因此，导电构件170可以可靠地与金属箔层151a的下表面接触，并且提高两层加热图案之间的连接可靠性。
53.当已经设置第二隔绝树脂层150时，例如使用光刻法来蚀刻金属箔层151a，从而形成具有期望图案的第二加热图案151(步骤s106)。即，在金属箔层151a的上表面上形成抗蚀剂，并且使该抗蚀剂曝光并且显影，从而形成抗蚀剂图案以覆盖应当保留为第二加热图案151的部分。然后，例如，如图9所示，通过蚀刻来移除未被抗蚀剂图案覆盖而露出的金属箔层151a，从而形成具有期望形状的第二加热图案151。如图9所示，第二加热图案151放置在其至少一些部分不与第一加热图案141重叠的位置处。即，在俯视时，第二加热图案151的至少一些部分形成在该至少一些部分与未形成有第一加热图案141的区域重叠的位置处。另外，第二加热图案151的其它部分形成在这样的位置：在俯视时，该其它部分与第一加热图案141重叠，并处于包括导电构件170的位置的区域中。
54.图10是示出了第一加热图案141的具体示例的图。图11是示出了第二加热图案151的具体示例的图。如图10所示，当第一加热图案141形成为两个同心圆的形状时，导电构件170形成在该导电构件170与形成同心圆的电极分别接触的位置处。如图11所示，当在俯视时第二加热图案151形成在其一些部分与第一加热图案141重叠并且第二加热图案151的其它部分不与第一加热图案141重叠的位置处时，导电构件170形成于在俯视时第二加热图案151与第一加热图案141重叠的区域的部分处。
55.通过这种方式，在包括导电构件170的位置的区域中，在俯视时，第一加热图案141和第二加热图案151重叠，并且导电构件170的一端抵靠第一加热图案141的上表面，而导电构件170的另一端抵靠第二加热图案151的下表面。因此，第一加热图案141和第二加热图案151通过导电构件170彼此电连接，而不经过导通部形成步骤。换言之，可以通过简单步骤来进行两层加热图案之间的连接，从而可以提高静电吸盘120和基板固定装置10的制造效率。
56.当已经形成通过导电构件170与第一加热图案141连接的第二加热图案151时，形成第三隔绝树脂层160以覆盖第二加热图案151(步骤s107)。具体地，形成半固化状态的第三隔绝树脂层160，从而覆盖第二隔绝树脂层150和第二加热图案151。然后，对第三隔绝树脂层160进行加热和按压，使得第三隔绝树脂层160固化。结果，例如，如图12所示，形成了通过导电构件170使第一加热图案141和第二加热图案151彼此连接的两个加热层。
57.然后，在与第二加热图案151中的电极焊盘相对应的位置处，在第三隔绝树脂层
160中形成开口(步骤s108)。即，例如，如图13所示，为了使第二加热图案151在将用作与馈电部161接触的电极焊盘的位置处露出，在第三隔绝树脂层160中形成开口161a。通过这种方式，可以获得具有通过导电构件170彼此连接的两层加热电极的静电吸盘120。
58.通过使用粘合剂将静电吸盘120粘合至底板110(步骤s109)。具体地，例如通过使用硅烷偶联剂和粘合剂将已经形成开口161a的第三隔绝树脂层160的面粘合至底板110。在这种情况下，将开口161a的位置与馈电部161的位置对准并且与馈电部161粘合。因此，馈电部161和第二加热图案151彼此接触，使得还可以将电力馈送至第二加热图案151。此外，第二加热图案151通过导电构件170与第一加热图案141连接。因此，还可以将电力馈送至第一加热图案141。当静电吸盘120粘合至底板110时，完成基板固定装置100。
59.根据本实施例，如上所述，在导电构件已经放置于第一加热图案的表面上的状态下，隔绝树脂层形成为覆盖第一加热图案，并且使导电构件穿透隔绝树脂层。然后，使已经穿透隔绝树脂层的导电构件的前端抵靠第二加热图案。因此，第一加热图案和第二加热图案可以通过导电构件彼此电连接，而不形成将第一加热图案与第二加热图案连接的任何导通部。因此，可以省略在隔绝树脂层中形成导通孔并且利用金属膏来填充导通孔的步骤，从而可以提高制造效率。
60.另外，在背景技术的制造方法中，首先在隔绝树脂层中形成导通孔，然后将金属膏填充至导通孔中从而形成将第一加热图案和第二加热图案电连接的导通部，但认为金属膏不能完全填充在导通孔中。在这种情况下，不能充分确保导通部和加热图案之间的电连接的可靠性。另一方面，根据本实施例，导电构件170的下表面和上表面与第一加热图案141和第二加热图案151牢固地接触。因此，可以通过导电构件170来进一步提高第一加热图案141和第二加热图案151之间的电连接的可靠性。
61.顺便提及，在前述实施例中，在静电吸盘120中设置有两层加热电极(即，第一加热图案141和第二加热图案151)。然而，可替代地，在静电吸盘120中可以设置有三层以上的加热图案。即使在设置三层以上的加热图案的情况下，导电构件也放置在加热图案中的每一层的表面上，并且隔绝树脂层沉积在该加热图案的每一层的表面上，使得导电构件穿透隔绝树脂层以与加热图案的上层接触。因此，可以易于使加热图案的上层和下层电连接，从而可以提高制造效率。
62.另外，在前述实施例中，第一加热图案141中的电极焊盘形成在与导电构件170接触的部分中，或者第二加热图案151中的电极焊盘形成在与馈电部161接触的部分中。电极焊盘是各自具有一定尺寸或更大的直径的区域，以便与导电构件170或馈电部161牢固连接。电极焊盘的周边往往是加热图案的空白区域。因此，电极焊盘周边的温度趋于降低，可能导致热均匀性的降低。
63.因此，在前述实施例中，在一个层侧的加热图案的电极焊盘可以与在另一层侧的加热图案重叠，从而防止电极焊盘周围的温度下降，并且提高热均匀性。
64.此外，在前述实施例中，导电构件170由包含树脂和树脂中的导电填料的材料形成，但是导电构件170可以可替代地由另一导电体形成。然而，导电构件170由硬度高于形成第二隔绝树脂层150的隔绝树脂的材料形成。因此，当形成第二隔绝树脂层150从而覆盖已经放置有导电构件170的第一加热图案141时，导电构件170的端部穿透第二隔绝树脂层150以与金属箔层151a接触。
65.尽管上文已对优选实施例等进行了详细描述，但本公开不局限于上述实施例等，并且在不脱离权利要求书所描述的范围的情况下，可以对上述实施例等进行各种变型和替换。