KR100681253B1 - 웨이퍼 지지부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡착부와, 이 흡착부의 아래쪽에 마련된 수지층과, 이 수지층의 아래쪽에 냉각 매체를 흐르게 하는 통로를 가지는 도전성 기부로 이루어지는 웨이퍼 지지부재로서, 상기 흡착부가 절연막을 구비하고, 절연막의 한쪽 주면(主面)을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극과 이 흡착 전극을 덮는 절연층을 구비하며, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼10.5mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 지지부재{SUPPORT MEMBER FOR WAFER}

도 1은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 일 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 접합 용기의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 접착 공정을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 6은 종래의 웨이퍼 지지부재의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 11은 종래의 웨이퍼 지지부재의 단면도이다.

도 12는 종래의 다른 웨이퍼 지지부재의 단면도이다.

도 13은 종래의 다른 웨이퍼 지지부재의 단면도이다.

도 14는 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 일 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 15는 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 16은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 반도체 제조 공정이나 액정 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼나 액정 유리에 미세 가공을 실시하는 에칭 공정이나 박막을 형성하기 위한 성막 공정, 포토레지스트막을 노광하는 노광 처리 공정 등에 있어서, 웨이퍼나 액정 유리를 지지하는 지지부재(이하, 총칭하여 웨이퍼 지지부재라고 함)에 관한 것이다.

종래, 반도체 제조 공정에 있어서, 웨이퍼에 미세 가공을 실시하기 위한 에칭 공정이나 박막을 형성하기 위한 성막 공정, 또는 포토레지스트막을 노광하기 위한 노광 처리 공정 등에 있어서, 웨이퍼를 지지하기 위해 정전기(靜電氣)적으로 웨이퍼를 흡착하는 웨이퍼 지지부재가 사용되고 있다.

이 웨이퍼 지지부재는 도 7에 나타내는 바와 같이 세라믹 기체(基體:base substance)(54)의 윗면에 한 쌍의 흡착 전극(53)과 이 흡착 전극(53)에 통전하는 급전단자(58)를 구비하고, 이 흡착 전극(53)을 덮도록 절연막(52)이 형성되며, 이 절연막(52)의 윗면은 웨이퍼를 적재하는 적재면(52a)으로 되어 있다.

웨이퍼 지지부재(51)는 정전 쿨롱힘(Coulomb force)을 이용하는 물체 지지 장치로, 유전율(ε)의 절연막(52)을 두께(r)로 형성하고, 적재면(52a)에 웨이퍼(W)를 적재하여 상기 흡착 전극(53)에 V볼트의 전압을 인가하면, 웨이퍼(W)와 흡착 전극(53) 사이에 그 전압의 절반인 V/2볼트가 인가된다. 그 전압에 의해 웨이퍼(W)를 끌어당기는 흡착력(F)이 생긴다.

F=(ε/2)×(V²/4r²)

물체를 지지하는 지지력인 정전기력인 흡착력(F)은 절연막(52)의 두께(r)가 작을수록 크고, 또, 전압(V)이 크면 클수록 커진다. 전압(V)을 크게 하면 할수록 흡착력(F)이 증대하지만, 너무 크게 하면 절연막(52)의 절연이 파괴되어 버린다. 또, 절연막(52)에 핀홀 등 비어 있는 부분이 있으면 절연이 파괴된다. 그래서, 물체를 지지하는 절연막(52)의 표면은 매끄러울 것, 핀홀이 없을 것이 요구된다.

또, 상기 흡착력은 절연막(52)의 체적고유저항이 10¹⁵Ω·㎝ 이상에서 작용하며, 상기 체적고유저항이 10⁸∼10¹³Ω·㎝에서는 더욱 큰 흡착력인 존슨-라벡(Johnson-Rahbeck)힘이 작용한다.

그런데, 통상의 웨이퍼 지지부재는 특허문헌 1에 보여지는 바와 같이, 전극으로서 알루미늄 등의 금속을 이용하고, 이것을 덮는 절연막으로서 유리 혹은 베이크라이트, 아크릴, 에폭시 등의 유기막을 구비한 것이 사용되고 있다. 그러나, 이들 절연막은 모두 내열성, 내마모성, 내약품성 등의 점에서 문제가 있을 뿐 아니라, 경도가 작기 때문에 사용시에 마모가루가 발생하여 반도체 웨이퍼에 부착되기 쉬워 반도체 웨이퍼에 악영향을 미치는 등 청결도의 점에서도 문제가 있다.

또, 도 5와 같이 용사(溶射)성형한 세라믹막을 절연막(22)으로 한 웨이퍼 지지부재(21)가 특허문헌 2에 기재되어 있지만, 열전도율이 작은 알루미나 등으로 이루어지고, 절연막(22)이 다공질이기도 하여 냉각 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 1의 웨이퍼 지지부재는 세라믹 단체(單體)로 이루어진 것에서는 웨이퍼(W)의 열을 달아나게 하려면 하부에 도전성 기부(基部; 베이스부)를 접합할 필요가 있고, 그래서 특허문헌 4와 같이 흡착 전극을 매설한 판상 세라믹체로 이루어진 절연 흡착층과 도전성 기부를 체적고유저항치가 10¹⁵Ω·㎝ 이상인 고절연성의 실리콘 수지로 접합한 웨이퍼 지지부재가 개시되어 있지만, 적재면의 잔류 전하가 절연 흡착층에 남아, 도전성 기부에 흐르기 어렵기 때문에 잔류 흡착력이 남아, 웨이퍼(W)를 단시간에 이탈할 수 없다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 3은 도 6에 나타내는 바와 같이 알루미늄 합금 기판(24)의 표면에 알루미늄의 양극(陽極) 산화막(26)을 형성하고, 그 위에 내플라즈마성이 뛰어난 비정질의 알루미늄 산화물층(22)을 0.1∼10㎛ 형성한 것이 있었지만, 10㎛ 정도의 보호막에서는 성막 중에 발생한 핀홀이 메워지지 않아 기부를 침입한다고 하는 문제가 있었다. 또, 0.1∼10㎛ 정도로는 견고한 플라즈마 조건에서는 바로 침식되어 버려 실용성이 부족했다. 또한, 이 막은 10㎛ 이상의 막을 성막하면 성막시의 내부 응력에 의해 박리된다고 하는 문제가 있었다. 또, 비정질 산화 알루미늄막과 알루미늄의 양극 산화막의 체적고유저항이 다르기 때문에, 전압을 인가하여도 흡착력이 곧바로 일어나지 않아 일정하게 되는데 시간을 필요로 하거나, 인가하는 전압을 멈추어도 곧바로 흡착력이 0이 되지 않아 잔류 흡착력이 발생하는 등의 흡착/이탈 특성의 응답성이 나빠지는 경우가 있고, 웨이퍼의 탈착에 필요 이상의 시간을 요하여, 프로세스 제어에 지장을 초래하는 경우가 있었다.

(특허문헌 1) 일본특허공개 소화 59－92782호 공보

(특허문헌 2) 일본특허공개 소화 58－123381호 공보

(특허문헌 3) 일본특허공개 평성 8－288376호 공보

(특허문헌 4) 일본특허공개 평성 4－287344호 공보

그래서, 본 발명은 정전식 척(electrostatic chuck)으로 웨이퍼 등을 흡착하는 지지부재에 있어서, 상기 잔류 흡착에 관한 문제를 해결하는 것을 제1의 목적으로 한다.

한편, 특허문헌 5나 6에 기재된 히터부를 구비하는 웨이퍼 지지부재(101)에서는, 도 13에 나타내지는 바와 같이 알루미늄 등의 금속제 기판(410) 위에, 열융착형 폴리이미드 필름(405)을 설치함과 동시에, 이 위에 소정의 히터 패턴을 가지는 금속박으로 이루어진 히터(407)를 접착하고, 그 위에 핫 프레스 등으로 열융착형 폴리이미드 필름(405)을 가열 압착하여 중합시키고 있다. 이러한 내열성 고분자층 자체의 접착 효과를 이용하여, 폴리이미드층 내에 진공 밀봉된 금속박을 기판(410)에 고착시켜 웨이퍼 지지부재(401)로 한 것이 개시되어 있다.

또, 이러한 종류의 웨이퍼 지지 장치에 있어서는, 판상체의 한쪽 주면을 웨이퍼(W)를 적재하는 적재면으로 하고, 이 적재면측으로부터 정전 흡착용 전극 및 히터가 되는 전극을 상이한 깊이로 매설하고, 상기 판상체의 적재면과 반대측에 냉각 매체를 통과시켜 냉각하는 냉각 기능을 구비한 도전성 기부를 기체(基體)로서 접합한 웨이퍼 지지부재가 개시되어 있다. (특허문헌 7 참조)

그리고, 이 웨이퍼 지지부재를 이용하여 웨이퍼(W)에 에칭 가공을 실시하려면, 우선, 적재면에 웨이퍼(W)를 적재하고, 웨이퍼(W)와 정전 흡착용 전극과의 사이에 전압을 인가하여 정전기력을 발생시킴으로써, 웨이퍼(W)를 적재면에 흡착 고정시킨다. 다음으로, 히터 전극에 통전하여 적재면을 가열하고, 적재면에 흡착 지지한 웨이퍼(W)를 가열함과 동시에, 기부와 웨이퍼 지지부재의 윗쪽에 배치되는 도시하지 않은 플라즈마 전극과의 사이에 고주파 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 이 상태에서 에칭 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(W)에 에칭 가공을 실시하도록 되어 있었다.

(특허문헌 5) 일본 특허공개 2001－126851호 공보

(특허문헌 6) 일본 특허공개 2001－43961호 공보

(특허문헌 7) 일본 특허공개 2003－258065호 공보

그러나, 냉각 매체를 금속제 기판(도전성 기부)(410)에 흐르게 하여 냉각함과 동시에 히터(407)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하는 기능을 구비한 웨이퍼 지지부재(401)는 플라즈마 등에 의해 웨이퍼(W)가 급속히 가열되어도 열을 달아나게 할 수 있음과 동시에, 히터(407)로부터의 열을 도전성 기부(410)에 흐르게하면서 적재면(405a) 위의 웨이퍼(W)를 가열할 필요가 있어, 웨이퍼(W)의 온도를 실온으로부터 100℃의 범위 내에서 일정한 온도로 정밀도 좋고 균일하게 가열하는 것이 어려웠다.

이 원인을 예의 검토하건대, 종래의 웨이퍼 지지부재(401)는 폴리이미드 필름면이 히터(407)를 따라 요철이 생기기 때문에, 요철면측이 적재면(405a)이 되는 경우나 요철면측에 도전성 기부(410)가 접착 고정되는 경우, 요철에 의해 히터부(407)에서 발생한 열의 웨이퍼(W)로의 전달 방법에 차이가 생기고, 결과적으로 웨이퍼(W)면 내의 온도 불균형(온도 편차)이 커져, 웨이퍼(W)의 에칭 정밀도 등에 악영향을 주는 것을 알 수 있었다.

즉, 폴리이미드 필름(405)의 요철면측에 웨이퍼(W)를 적재하면, 히터(407)의 열은 폴리이미드 필름(405)면의 요철에 의해, 히터(407) 위의 볼록부에서는 히터에서 발생한 열은 즉시 웨이퍼(W)에 전해져 온도가 높아지지만, 히터(407) 사이에 대응하는 오목부(108)에서는 열이 웨이퍼(W)에 전달되기 어렵기 때문에, 폴리이미드 필름(405)의 볼록부에 대응하는 웨이퍼(W)면에 비해 온도가 낮아지고, 히터(407)의 형상에 대응하여 웨이퍼(W)면 내의 온도차가 커져 있었다.

또, 폴리이미드 필름(405)의 요철면측에 도전성 기부(410)를 접착 고정하는 경우에는, 히터(407) 위의 볼록부에서는 히터에서 발생한 열은 도전성 기부(410)로 달아나기 쉽고, 또 히터(407) 사이의 오목부에서는 열이 달아나기 어렵기 때문에, 적재면(405a) 위의 웨이퍼(W) 표면은 히터(407)의 형상에 대응하여 온도 불균형이 발생했었다.

또, 평탄한 폴리이미드 필름(405)을 도전성 기부(410)에 접착하면, 접착계면에 미소한 공간이 형성되고, 이 공간이 생긴 부분에서 열전도가 방해받아, 웨이퍼(W)면 내의 온도차가 커졌었다.

그래서, 본 발명은 웨이퍼 지지부재에 히터부를 마련하는 경우에, 상기 제1의 목적과 동시에, 웨이퍼면 내를 균일하게 가열할 수 있는 웨이퍼 지지부재를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재는 제1의 목적을 달성하기 위해, 흡착부와, 이 흡착부의 아래쪽에 마련된 수지층과, 이 수지층의 아래쪽에 냉각 매체를 흐르게 하는 통로를 가지는 도전성 기부로 이루어지는 웨이퍼 지지부재로서, 상기 흡착부가 절연막을 구비하고, 절연막의 한쪽 주면(主面)을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극과 이 흡착 전극을 덮는 절연층을 구비하며, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼10.5mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재에 의하면, 상기 흡착부가 절연막을 구비하고, 절연막의 한쪽 주면(主面)을 웨이퍼 등을 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극을 구비하고 이 흡착 전극을 덮는 절연층으로 이루어지며, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼10.5mm, 바람직하게는 0.02∼2.0mm인 것을 특징으로 하면, 웨이퍼를 반복하여 흡착 이탈시켜도 잔류 흡착이 증대하는 일 없이 웨이퍼의 이탈 특성이 뛰어난 웨이퍼 지지부재를 얻을 수 있음과 동시에, 플라즈마를 발생시켜도 적재면의 온도 변화가 없고, 절연막의 균열이 발생하는 일 없이 절연 파괴를 방지할 수 있다.

또, 본 발명은 제2의 목적을 달성하기 위해, 제1항에 있어서, 상기 수지층과 상기 도전성 기부와의 사이에 히터부를 구비하고, 상기 히터부는 히터와, 상기 히터를 매설하는 절연성 수지층과, 상기 절연성 수지층의 상기 도전성 기부와 대향하는 면에 설치된 오목부와, 상기 오목부에 충전되고 상기 절연성 수지층과 상이한 조성의 수지로 이루어지는 수지층을 구비하고, 상기 히터부와 상기 도전성 기부는 접착층에 의해 협착되고, 바람직하게는 상기 히터부에 충전한 수지의 표면조도가 산술평균조도(Ra) 0.2∼2.0㎛로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 히터를 매설하는 수지층의 표면에 오목부를 가지며, 상기 오목부를 메우도록 상기 절연성 수지와 상이한 조성의 수지를 충전하고, 상기 흡착부와 상기 수지층와 상기 도전성 기부를 협착 또는 접착제로 접착했기 때문에, 도전성 기부로부터 냉각 매체를 통해서 열을 외부에 방출하고, 플라즈마 등에 의한 웨이퍼(W)의 과열을 방지함과 동시에, 실온에서부터 100℃ 정도의 저온 영역에서 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작게 제어하는 웨이퍼 지지부재를 제공할 수 있다. 바람직하게는 상기 히터부에 충전한 수지의 표면조도가 산술평균조도(Ra) 0.2∼2.0㎛로 함으로써 웨이퍼 지지부재의 균일 가열성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 바람직한 실시형태에 의하면, 판상체의 한쪽 주면을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 한 지지부의 판상체의 내부 혹은 적재면의 다른쪽 주면에 흡착 전극을 구비함으로써, 흡착 전극에 통전하여 정전기력을 발현시켜, 웨이퍼를 적재면에 흡착 고정할 수 있는 웨이퍼 지지부재로 할 수 있다.

또, 지지부의 판상체의 적재면과 평행한 방향의 열전도율을 50∼419W/m·K로 함으로써, 적재면의 온도 불균형을 크게 줄이는 것이 가능한 웨이퍼 지지부재로 할 수 있다.

또한, 히터부에 있어서, 히터를 매설하는 절연성 수지를 폴리이미드 수지로 함으로써, 히터에 통전하여 히터를 발열시켜, 지지부의 판상체의 적재면을 가열할 때, 내열성이 뛰어난데다가 절연성도 뛰어나기 때문에, 열압착에 의해 용이하게 히터를 수지 내에 매설할 수 있다.

또, 히터를 매설하는 절연성 수지의 열전도율과 히터부의 표면의 오목부를 충전하는 수지의 열전도율을 동일하게 함으로써, 히터로 발열시킨 열을 균등하게 판상체의 적재면에 전달할 수 있기 때문에, 적재면의 온도 불균형을 크게 줄이는 것이 가능한 웨이퍼 지지부재로 할 수 있다.

이 때, 히터부의 표면의 오목부를 충전하는 수지는 에폭시 또는 실리콘 접착제를 이용할 수 있다.

또한, 히터부의 표면의 오목부를 충전하는 수지의 최소 두께를 0.01∼1mm로 함으로써, 적재면의 온도 불균형을 크게 줄일 수 있음과 동시에, 판상체의 적재면에 열을 전달하는 시간을 단축할 수 있고, 가공 처리의 스루풋(throughput)도 높일 수 있는 웨이퍼 지지부재를 제공할 수 있다.

또한, 제조시에는 상기 히터부와 상기 도전성 기부 사이의 접착층을 이 접착층보다 두께가 작은 수지층으로 여러 번에 걸쳐 적층하여 형성하거나, 상기 히터부와 상기 도전성 기부 사이의 접착층을 스크린 인쇄에 의해 여러 번에 걸쳐 적층하여 형성하거나, 또 지지부와 히터부, 또는 히터부와 도전성 기부의 접합면에 접착층을 형성한 후, 상기 접착층을 접합 용기에 넣어 접합 용기 내에서 감압한 후, 상기 접착층을 가압하여 접착하고, 그 후, 상기 접합 용기 내의 압력을 크게 하여 접착하거나 하여 제조하는 것이 바람직하다. 또, 상기 접착층의 외주부를 먼저 접촉시켜 상기 접착층과 피접착면으로 이루어진 닫힌 공간을 형성한 후, 상기 접합 용기 내의 압력을 높임으로써 접착하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제1의 실시형태(정전식 척)에 대해 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 한쪽 주면을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극을 내장하는 절연층을 가지는 흡착부와, 상기 흡착 전극을 근방에 구비하는 주면에 접합되는 히터를 내장하기도 하는 절연성 수지층과, 냉각 매체를 흐르게하는 통로를 가지는 도전성 기부를 구비하고, 상기 절연성 수지층의 체적고유저항을 10⁸∼10¹⁴Ω·㎝로 할 뿐 아니라, 바람직하게는 상기 적재면과 상기 도전성 기부 사이의 저항치를 10⁷∼10¹³Ω로 한다. 또, 상기 절연막과 절연층이 동일한 판상 세라믹체로 이루어지며, 이 판상 세라믹체에 상기 흡착 전극이 매설되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 절연 흡착층의 두께가 10mm 이하, 특히 20㎛∼2mm인 것이 바람직하다.

또, 상기 수지층이 실리콘계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계 중 적어도 어느 하나를 주성분으로 하고, 상기 수지층에 도전성 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 또, 상기 도전성 입자가 탄소 혹은 금속인 것이 바람직하다. 또, 상기 수지층에서의 상기 도전성 입자의 함유량이 0.01∼30용량%인 것이 바람직하다. 또, 상기 수지층의 두께는 0.001∼2mm인 것이 바람직하다.

또, 상기 지지부는 비정질 세라믹, 특히 산화물로 이루어진 균일한 비정질 세라믹으로 이루어지고, 그 두께가 10∼100㎛인 것이 바람직하며, 희가스류 원소를 1∼10원자% 포함하고, 비커스 경도가 500∼1000 HV0.1인 것이 바람직하다. 또, 산화 알루미늄, 희토류의 산화물, 혹은 질화물 중 어느 하나를 주성분으로 해도 좋다.

또, 상기 도전성 기부가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 어느 하나의 금속 성분과 탄화 규소 또는 질화 알루미늄 중 어느 하나의 세라믹 성분으로 이루어지고, 이 세라믹 성분의 함유량이 50∼90질량%인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)의 일례인 개략의 구조를 나타낸다. 이 웨이퍼 지지부재(1)는 절연막(5)의 한쪽 주면을 웨이퍼(W)를 적재하는 적재면(5a)으로 하고, 절연막(5)의 다른쪽 주면에 흡착 전극(4a, 4b)을 구비하고, 흡착 전극(4a, 4b) 아래에 절연층(3)을 구비한 절연 흡착층(10)과 절연흡착층(흡착부)(10)의 아랫면과 도전성 기부(2)를 수지층(11)으로 접합하고 있다.

절연층(3)은 알루미나 등의 산화물 세라믹스나 질화물, 탄화물 등의 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 절연막(5)은 상기 절연층(3)과 동일 조성물이라도 좋지만, 비정질 세라믹스라도 좋다.

도전성 기부(2)가 금속만으로 이루어지는 경우는 절연층(3)이나 절연막(5)의 열팽창에 맞추어 도전성 기부(2)의 금속을 선정하는 것이 바람직하다. 금속은 세라믹에 비해 열팽창율이 큰 것이 많기 때문에, 도전성 기부(2)의 재질로서 W, Mo, Ti 등의 저열팽창 금속을 주성분으로 하는 금속이 바람직하다.

또, 도전성 기부(2)로서 금속과 세라믹의 복합 부재를 이용하는 경우는 삼차원 그물 구조의 다공질 세라믹체를 골격으로 하고, 그 기공부에 빈틈없이 알루미늄이나 알루미늄 합금을 충전한 복합재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 절연층(3)이나 절연막(5)과 도전성 기부(2)의 열팽창 계수를 근접시킬 수 있다.

또한, 상기 도전성 기부(2)의 열전도율이 약 160W/(m·K)로 큰 재료가 얻어지고, 플라즈마 등의 분위기로부터 웨이퍼(W)에 전해진 열을 도전성 기부(2)를 통해서 제거하는 것이 용이해져 바람직하다.

그리고, 도전성 기부(2)에는 냉각 매체를 통하는 유로(9)가 구비되어, 냉각 매체를 통하여 웨이퍼(W)의 열을 웨이퍼 지지부재 (1)의 외부로 제거할 수 있기 때문에 웨이퍼(W)의 온도를 냉각 매체의 온도로 조절하는 것이 용이해졌다.

그리고, 적재면(5a) 위에 웨이퍼(W)를 적재하고, 흡착 전극(4a, 4b) 사이에 수백 V의 흡착 전압을 급전단자(6a, 6b)로부터 인가하여 흡착 전극(4)과 웨이퍼(W) 사이에 정전 흡착력을 발현시켜, 웨이퍼 (W)를 적재면(5a)에 흡착할 수 있다. 또, 도전성 기부(2)와 대향 전극(도시하지 않음)과의 사이에 RF전압을 인가하면 웨이퍼(W)의 윗쪽에 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)는 수지층(11)의 체적고유저항이 10⁸∼10¹⁴Ω·㎝인 것이 특징이다. 수지층(11)의 체적고유저항이 10⁸Ω·㎝ 미만에서는 수지층(11) 안의 도전성 물질이 너무 많아져 수지층(11)이 절연 흡착층(10)과 도전성 기부(2)를 접합하는 접합 강도가 작아지고, 절연 흡착층(10)과 도전성 기부(2) 사이의 미소한 열팽창차로부터 생기는 열응력에 의해 박리될 우려가 있었다. 또, 수지층(11)의 체적고유저항이 10¹⁴Ω·㎝를 넘으면, 웨이퍼(W)를 적재면(5a)에 반복하여 적재하거나 이탈시키면, 잔류 흡착력이 커져 웨이퍼(W)를 이탈할 수 없게 될 우려가 있었다.

보다 바람직하게는 10⁹∼10¹³Ω·㎝이면 웨이퍼(W)의 이탈이 용이했다.

또, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)는 적재면(5a)과 도전성 기부(2) 사이의 저항치(R)가 10⁷∼10¹³Ω인 것이 바람직하다. 저항치(R)가 10⁷Ω을 밑돌면, 절연막(5)의 체적고유저항이 10⁸Ω·㎝를 밑돌아 이른바 존슨-라벡힘이 발현되지 않을 우려가 있기 때문이다. 또, 저항치(R)가 10¹³Ω을 넘으면, 적재면(5a)에 남은 잔류 전하가 도전성 기부(2)에 흐르기 어렵다는 우려나, 절연층의 아랫면에 잔류 전하가 멈추어 도전성 기부(2)로 달아나지 않을 우려가 있고, 웨이퍼(W)의 흡착 이탈을 반복하면, 잔류 흡착력이 커져 이탈하지 않게 될 우려가 있었다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이 절연막(5)과 절연층(3)은 같은 판상 세라믹체로 이루어지고, 이 판상 세라믹체에 흡착 전극(4)을 매설해도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 웨이퍼(W)로서 대형의 액정 기판 등을 흡착해도 적재면(5a)을 이루는 절연막(5)이 탈락하는 일 없이 큰 힘으로 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.

또, 절연 흡착층(10)의 두께는 10mm 이하인 것이 바람직하다. 절연막(5)과 흡착 전극(4), 절연층(3)의 총 두께인 절연 흡착층(10)의 두께를 10mm 이하로 함으로써 적재면(5a)의 잔류 전하를 도전성 기부(2)에 용이하게 달아나게 할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 흡착 이탈을 반복하여 실시해도 잔류 흡착력이 커질 우려가 작고, 웨이퍼(W)를 용이하게 단시간에 이탈할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 절연 흡착층(10)의 두께는 20㎛∼2mm이면 보다 바람직하다. 절연 흡착층(10)의 두께가 20㎛ 미만에서는 절연막(5)의 두께가 15㎛ 미만이 되어 흡착 전극(4)과 도전성 기부(2)와의 사이에서 절연 파괴될 우려가 있다. 총 두께가 2mm를 넘으면 웨이퍼(W)의 열을 충분히 도전성 기부(2)에 전달할 수 없다는 우려가 있기 때문이다. 바람직하게는 30∼500㎛이며, 더욱 바람직하게는 50∼200㎛이다.

또한, 상기 절연막(5)의 두께(t1)는 흡착 전극(4)의 윗면에서 적재면(5a)의 윗면까지의 거리로, 적재면(5a)을 수직으로 횡단하는 단면에 있어서, 5개소의 상기 거리의 평균치로 나타낼 수 있다. 또, 상기 절연층(3)의 두께(t2), 흡착 전극(4)의 두께(t3)는 마찬가지로 상기 단면에 있어서 5개소의 두께를 측정하여 그 평균치로 하였다. 그리고, 상기 절연막(5)의 두께(t1)와 절연층(3)의 두께(t2)와 흡착 전극(4)의 두께(t3)를 합계한 값을 절연 흡착층의 두께로 하였다.

또, 적재면(5a)에는 블라스트 가공법 등에 의해 오목부를 형성할 수도 있다. 그 오목부와 연통하여 도전성 기부(2)의 안쪽면으로부터 적재면(5a)에 관통하는 가스 공급 구멍을 마련하고, 웨이퍼(W)와 오목부로 형성되는 공간에 가스 공급 구멍으로부터 가스를 공급할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)와 적재면(5a) 사이의 열전도율을 높일 수도 있다.

이 경우의 t1, t2의 산출법을 기재한다.

본 발명의 정전식 척(1)은 절연막(5)과 절연층(3)의 총 두께가 20∼2000㎛인 것이 특징이다. 이 두께로 함으로써 적재면(5a)에 웨이퍼(W)로부터 전해진 열을 도전성 기부(2)로 달아나게 할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)의 온도 상승이나 웨이퍼(W)면 내의 온도차가 커지는 것을 방지할 수 있다. 상기 총 두께가 20㎛ 이하에서는 흡착용 전극(4)과 도전성 기체(2)와의 사이에서 절연 파괴할 우려가 있고, 총 두께가 2000㎛를 넘으면 웨이퍼(W)의 열을 충분히 도전성 기체(2)에 전달할 수 없다는 우려가 있기 때문이다. 바람직하게는 30∼500㎛이며, 더욱 바람직하게는 50∼200㎛이다.

또한, 상기 절연막(5)의 두께(t1)는 흡착용 전극(4)의 윗면에서부터 적재면(5a)의 윗면까지의 거리로, 적재면(5a)을 수직으로 횡단하는 단면에 있어서, 5개소의 상기 거리의 평균치로 나타낼 수 있다. 또, 상기 절연층(3)의 두께(t2)는 마찬가지로 상기 단면에 있어서 5개소의 두께를 측정하여 그 평균치로 하였다. 그리고, 상기 절연막(5)의 두께(t1)와 절연층(3)의 두께(t2)를 합계한 값을 총 두께로 하였다.

또, 적재면(5a)에는 블라스트 가공법 등에 의해 오목부를 형성할 수도 있다. 그 오목부와 연통하여 도전성 기부(2)의 안쪽면으로부터 적재면(5a)에 관통하는 가스 공급 구멍을 마련하고, 웨이퍼(W)와 오목부로 형성되는 공간에 가스 공급 구멍으로부터 가스를 공급할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)와 적재면(5a) 사이의 열전도율을 높일 수도 있다.

절연막(5)은 알루미나나 질화물, 탄화물질의 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 열전도율은 20W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다. 이러한 소결 세라믹스로 이루어진 절연막(5)의 두께는 15∼1500㎛이면 웨이퍼(W)의 열을 효율 좋게 도전성 기부(2)로 달아나게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 보다 바람직하게는 100∼1000㎛이며, 더욱 바람직하게는 200∼500㎛이다. 그리고, 절연막(5)의 열전도율이 50W/(m·K) 이상으로 큰 절연막(5)에서는 그 두께는 200∼1500㎛이면 바람직하다. 상기 절연막(5)의 하한은 적재면(5a)에 수직이고 직경 근처를 횡단하는 단면으로부터 절연막(5)의 두께의 최소치로 나타낼 수 있다.

또, 소결 세라믹스로 이루어진 절연층(3)의 두께는 15∼1990㎛이다. 절연층(3)의 두께가 15㎛ 미만에서는 흡착 전극(4)과 도전성 기부(2) 사이의 절연성을 유지할 수 없다는 위험이 있기 때문이다. 1990㎛를 넘으면, 적재면(5a)으로부터의 열을 도전성 기부(2)에 충분히 전달할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다. 이와 같은 절연층(3)은 그 열전도율이 50W/(m·K) 이상이면 더욱 바람직하다.

또, 절연층(3)은 도전성 기부(2)나 절연막(5)의 열팽창 계수에 근접하고 절연성이 뛰어난 절연막(5)과 같은 조성의 막이나, 붕규산 유리나 붕산 유리를 사용할 수 있다. 또, 절연층(3)은 비정질 세라믹스로 구성할 수도 있다. 여기서, 비정질 세라믹스란 알루미나질, 알루미나-이트리아 산화물질, 질화물질 등의 세라믹스 결정 조성을 기본 조성으로 하는 것을 가리킨다.

절연층(3)이 절연막(5)과 동일한 비정질 세라믹 조성물로 이루어지는 경우, 그 두께는 10∼100㎛가 바람직하다. 10㎛ 미만에서는 절연 파괴할 우려가 있고, 100㎛를 넘으면 양산성이 떨어지기 때문이다.

또, 비정질 세라믹스 이외의 일반적인 유리 조성물을 절연층(3)으로 하는 경우, 절연층(3)의 두께는 적재면(5a)에 적재된 웨이퍼(W)의 열을 전달하기 쉽도록 15∼1990㎛ 가 바람직하며, 또 도전성 기부(2)와 흡착 전극(4) 사이의 절연성을 확보하려면, 10㎛ 이상이 바람직하다. 또한 바람직하게는 20∼1000㎛이고 보다 바람직하게는 50∼300㎛이다.

또, 유리 조성물로 이루어진 절연층(3)은 플라즈마 분위기에서의 내식성이 떨어지기 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이 절연막(5)이 절연층(3)을 덮도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 형성함으로써, 웨이퍼 지지부재(1)의 내식성을 증대할 수 있음과 동시에 정전식 척(1)의 신뢰성도 높일 수 있고, 웨이퍼 지지부재(1)의 수명도 길어져 바람직하다.

그리고, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)의 수지층(11)은 알루미나나, 질화물, 탄화물, 이들 비정질막이나 유리층으로 이루어진 절연층(3)이나, 금속 혹은 금속과 세라믹스의 복합 부재로 이루어진 도전성 기부(2)와의 접착력이 큰 실리콘계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계의 수지층(11)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이들 수지층(11)은 절연 흡착층(10)과 도전성 기부(2)와의 열팽창차로부터 생기는 열응력이 반복하여 걸려도 접합면이 박리되는 경우가 없어 바람직하다.

또, 수지층(11)의 체적고유저항을 작게 하려면 수지층(11)에 도전성 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 도전성 입자를 포함함으로써 수지층(11)의 체적고유저 항을 자유롭게 조정할 수 있기 때문이다.

상기 도전성 입자는 탄소 또는 금속인 것이 바람직하다. 탄소 입자로서는 카본 블랙을 사용할 수 있고 금속으로서는 Al이 바람직하며, 그 밖에 Pt, Au 등을 사용할 수 있다. 그리고, 탄소 입자의 평균 입경은 0.05∼3㎛가 바람직하며, 금속 입자의 평균 입경은 0.5∼5㎛이면 수지와 혼합하는 것이 용이하고 수지층(11) 내의 저항 불균형도 작아 바람직하다.

상기 도전성 입자는 수지 성분에 대해 0.01용량%∼30용량%이면 체적고유저항을 10⁸∼10¹⁴Ω·㎝로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 도전성 입자의 용량%는 수지층의 단면에 있어서, 도전성 입자가 차지하는 면적비율을 세 제곱하여 구할 수 있다. 또는, 소정의 수지층의 체적에 차지하는 금속 성분을 화학 정량 분석하여 구할 수도 있다.

또한, 절연 흡착층(10)과 도전성 기부(2) 사이에서 잔류 전하를 달아나게 하려면 수지층(11)의 두께는 0.001∼1mm인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.001mm를 밑돌면, 절연 흡착층(10)의 아랫면이나 도전성 기부(2)의 윗면의 평탄도가 1㎛를 넘어 커지는 경우가 있고, 수지층(11)에 공극을 발생시킬 우려가 있기 때문이다. 상기 두께가 1mm를 넘으면 잔류 전하를 달아나게 하는 것이 어렵고 웨이퍼(W)의 흡착/이탈을 반복하면 잔류 흡착력이 증대할 우려가 있기 때문이다.

본 발명의 절연막(5)은 균일한 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 1층만으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이 절연막(5)은 흡착 전극(4)으로부터 적재면(5a) 사이의 체적고유저항이 똑같기 때문에, 절연막(5) 내를 전계가 똑같이 형성되어 흡착 전압을 인가한 때에 흡착력이 재빠르게 발현하여 일정한 흡착력이 된다. 그리고, 인가하는 흡착 전압을 끊으면, 바로 흡착력이 0이 되어 웨이퍼(W)를 이탈할 수 있다. 이와 같이 흡착/이탈 특성이 뛰어난 웨이퍼 지지부재(1)로 할 수 있다.

또, 절연막(5)을 균일한 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)으로 하는 이유는 이하와 같이 생각된다.

결정질 세라믹으로 이루어진 절연막은 결정 격자가 견고하게 결합되어 있기 때문에, 격자간 거리가 응력으로 변화하기 어렵고, 결정질 세라믹으로 이루어진 절연막을 웨이퍼 지지부재의 절연막으로 하면, 도전성 기부(2)로부터 상기 절연막에 발생하는 내부 응력이나 열팽창차 등의 열응력을 완화하는 기능이 부족하지만, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 결정질 세라믹으로 이루어진 절연막과 달리 저온에서 형성 가능하고, 비교적 낮은 온도에서 응력에 대해 격자간 거리가 변화하는 기능이 있어, 내부 응력을 결정질 세라믹으로 이루어진 절연막보다 작게 할 수 있다. 또, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 비정질이기 때문에 원자 배열이 주기적이 아니고, 원자 레벨의 공간이 생기기 쉬워 불순물을 받아들이기 쉬운 구조로 되어 있다. 그 때문에, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)과 도전성 기부(2)와의 열팽창차나 성막시의 응력 등에 의한 내부 응력이 발생해도, 원자 배열이 불규칙한 것과 원자 레벨의 결함이 많기 때문에, 절연막(5)의 낮은 성막 온도에서 변위할 수 있어, 절연막(5)에 걸리는 응력을 감소시킬 수 있다. 그리고, 그 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 동등한 조성의 대응하는 결정의 화학량론 조성으로부터 어긋나 있기 때문에, 원자 레벨의 결함이 발생하기 쉽고 절연막(5)과 도전성 기부(2)와의 사이의 응력을 완화하는 것이 용이해진다.

그리고, 상기 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 두께는 15∼200㎛가 바람직하다. 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 두께가 15㎛ 미만에서는, 도전성 기부(2)의 표면의 보이드(void)나 파티클의 영향을 받아, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)에 핀홀이나 막두께가 극단적으로 얇은 부분이 발생하고, 플라즈마 안에서 사용하면 그 부분이 결함이 되어, 절연막(5)을 관통하여 흡착 전극(4)을 침식하는 경우가 있고, 절연막(5)의 절연 파괴에 의한 이상(異常)방전이나 파티클을 발생시키는 경우가 있다. 그 때문에, 절연막(5)은 적어도 15㎛ 이상의 두께가 필요하다.

또, 절연막(5)의 두께가 200㎛를 넘으면 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 성막하는 시간이 수십 시간 이상이 되어 양산성이 부족하고, 또 내부 응력도 너무 커지기 때문에 절연막(5)이 흡착 전극(4)이나 절연층(3), 도전성 기부(2)로부터 박리될 우려가 있다. 바람직하게는 절연막(5)의 두께는 30∼70㎛이며, 더욱 바람직하게는 40∼60㎛이다.

또한, 본 발명에 있어서 절연막(5)의 두께가 15㎛ 이상이란 도전성 기부(2) 위의 절연막(5)의 최소 두께가 15㎛ 이상을 말하며, 두께 200㎛ 이하란 도전성 기부(2) 위의 절연막(5)의 평균 두께가 200㎛ 이하를 말한다. 또한, 평균 두께는 절연막(5)을 5등분한 면적 중 한 개소의 막두께를 측정하여 각각 5개소의 막두께를 평균한 값이다.

비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5) 안에는 다른 원소와 반응하지 않는 희가스류 원소로서 아르곤이 존재하고 있으며, 희가스류 원소를 막 안에 많이 넣음으로써, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 변형이 용이해져 내부 응력을 완화하는 효과가 커진다. 그 때문에, 본 발명과 같은 15㎛ 이상의 두께의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 흡착 전극(4)을 덮도록 절연층(3)을 통해서 도전성 기부(2)에 성막해도 절연막(5)을 박리하는 큰 응력의 발생을 막을 수 있다.

절연막(5) 안의 상기 아르곤 양의 조절은 성막시의 아르곤의 가스 압력을 크게 하여, 성막하는 도전성 기부(2)에 인가하는 마이너스 바이어스 전압을 크게 함으로써, 플라즈마 안에서 전리된 아르곤 이온을 절연막(5) 안에 많이 받아들일 수 있다.

절연막(5) 안의 아르곤 양은 1∼10원자%가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 3∼8원자%이다. 희가스류 원소의 함유량이 1원자% 이하이면, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 충분히 변위할 수 없어지기 때문에 응력을 완화하는 효과가 작아져, 15㎛ 정도의 두께에서도 균열이 발생하기 쉬워진다. 또, 반대로 희가스류 원소를 10원자% 이상으로 하는 것은 제작상 곤란하다.

또, 상기 희가스류 원소로서 아르곤 대신에 다른 희가스류 원소를 사용하여 스퍼터(sputter)를 실시해도 같은 효과를 얻을 수 있지만, 스퍼터 효율과 가스의 비용을 생각하면, 아르곤 가스는 스퍼터 효율이 높고 저렴하여 바람직하다.

상기 절연막(5) 안의 아르곤의 정량 분석 방법으로서는 산화 알루미늄 소결체에 비정질 세라믹막을 20㎛의 두께로 성막한 것을 비교 시료로서 제작하고, 이 시료를 러더포드 후방 산란법에 의해 분석하여 검출한 전체 원자량과 아르곤의 원자량을 계측하고, 아르곤의 원자량을 전체 원자량으로 나눈 값을 원자%로서 산출하였다.

또, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 상기와 같이 희가스류 원소를 포함하기 때문에, 유사 조성의 세라믹 소결체에 비해 경도가 작아져 있다. 희가스류 원소를 많이 넣음으로써 경도를 작게 할 수 있어, 막 안의 내부 응력을 저하시킬 수 있다.

또, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 스퍼터 등의 성막 공정으로 형성되어 절연막(5)의 표면에는 오목부가 존재하지만, 절연막(5)의 내부에는 보이드가 거의 존재하지 않는다. 그래서, 표면의 오목부는 표면을 연마 가공하여 제거함으로써, 플라즈마에 노출되는 표면적을 언제든지 최소화할 수 있고, 또한 다결정체와 같은 입계(粒界)가 존재하지 않기 때문에 에칭이 똑같고 탈립도 발생하기 어렵다. 그 결과, 종래부터 사용되고 있는 세라믹 다소결체로 이루어진 절연막보다 각 단에 내플라즈마성이 뛰어난 것이 된다. 또, 결정입계를 포함하는 세라믹 다결정 소결체에서는 면조도가 Ra0.02 정도까지이지만, 비정질 세라믹 절연막(5)은 Ra0.0003 정도까지 작게 하는 것이 가능하여 내플라즈마성의 관점에서 바람직하다.

또한, 상기 희가스류 원소를 포함한 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 비커스 경도는 500∼1000 HV0.1이 바람직하고, 1000 HV0.1을 넘으면 내부 응력이 커져 절연막(5)이 박리될 우려가 있다. 절연막(5)의 비커스 경도가 500 HV0.1 미만에서는 절연막(5)의 내부 응력이 작아져 절연막(5) 박리의 문제는 생기기 어렵지만, 경도가 너무 작기 때문에 절연막(5)에 큰 흠이 생기기 쉽고, 이 결과로서 내전압 저하를 발생시킨다. 이것은 웨이퍼(W)와 웨이퍼 지지부재(1)의 적재면(5a) 사이에 비집고 들어간 경질의 이물질에 의해 절연막(5)에 흠이 생겨, 이 흠 부분의 내전압이 저하되거나 하는 일이 있다. 따라서, 절연막(5)의 비커스 경도는 500∼1000 HV0.1이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 600∼900 HV0.1이다.

또, 상기 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 내플라즈마성이 뛰어난 산화 알루미늄, 산화 이트륨, 산화 이트륨 알루미늄 또는 희토류 산화물로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 산화 이트륨이 뛰어나다.

또, 본 발명의 금속과 세라믹으로 이루어진 도전성 기부(2)는 도전성 기부(2)의 열팽창 계수가 골격을 이루는 다공질 세라믹체의 열팽창 계수에 의존하는 부분이 커서, 상기 세라믹으로서는 탄화 규소나 질화 알루미늄이 바람직하다. 또, 도전성 기부(2)의 열전도율은 기공부에 충전한 금속의 열전도율에 의존하는 부분이 크기 때문에, 양자의 배합비를 각각 바꿈으로써, 도전성 기부(2)의 열팽창 계수와 열전도율을 적절히 조정할 수 있다. 특히, 상기 금속으로서는 웨이퍼(W)에 영향이 적은 알루미늄이나 알루미늄 합금이 바람직하다.

따라서, 도전성 기부(2)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 어느 하나의 금속 성분과, 탄화 규소 또는 질화 알루미늄 중 어느 하나의 세라믹 성분으로 이루어지며, 이 세라믹 성분의 함유량이 50∼90질량%인 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금으로서 시판되는 것에 더하여, 실리콘을 다량으로 포함하는 합금을 선택할 수도 있다.

도전성 기부(2)의 세라믹 성분의 함유량이 50질량%보다 적어지면 도전성 기부(2)의 강도가 크게 저하됨과 동시에, 도전성 기부(2)의 열팽창 계수가 다공질 세라믹체보다도 알루미늄 합금의 열팽창 계수에 의한 의존도가 크고 도전성 기부(2)의 열팽창 계수가 커져, 비정질 세라믹 절연막(5)과의 열팽창차가 너무 커지기 때문에 절연막(5)이 박리될 우려가 있다.

반대로, 도전성 기부(2)의 세라믹 성분의 함유량이 90질량%보다 많아지면, 세라믹의 개(開)기공율이 작아지고 알루미늄 합금을 충분히 충전할 수 없게 되어, 열전도나 전기 전도가 극단적으로 저하하게 되어, 도전성 기부로서 기능을 수행하지 않게 된다. 상기 세라믹으로서 질화 규소나 탄화 규소나 질화 알루미늄, 알루미나 등 저열팽창이고 고(高)강성의 다공질 세라믹을 이용한다. 기공부에 빈틈없이 알루미늄 합금을 충전하기 위해서는, 기공 지름이 10∼100㎛의 다공질 세라믹체를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 다공질 세라믹체의 기공부에 금속을 충전하는 방법으로서는, 미리 다공질 세라믹체를 넣어 가열해 둔 프레스기에 용해 금속을 주입하여 가압 프레스하면 좋다.

SiC의 질량비율을 50∼90%로 함으로써, 도전성 기부(2)의 열팽창율을 11×10^－6∼5×10^－6/℃ 정도로 바꿀 수 있기 때문에, 절연막(5)의 열팽창율이나 성막 응력에 맞추는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)가 이용되는 에칭 공정의 부식성의 가스는 기재하지 않은 커버링 등으로 보호된 웨이퍼 지지부재(1)의 측면이나 안쪽면의 분위기 노출면에도 약간 침입하기 때문에, 플라즈마에 대한 내식성을 높이는데 있어서 도 4에 나타내는 보호막(7)이 있는 것이 바람직하다.

웨이퍼 적재면(5a)에 비해 침식이 적은 도전성 기부(2)의 측면 및 안쪽면에 알루미나 용사막(溶射膜)이나 알루미늄의 양극 산화막을 형성하여 보호막(7)으로 하는 것이 바람직하다. 상기 알루미나 용사막의 두께는 50∼500㎛ 형성하는 것이 바람직하다. 또, 상기 알루미늄의 양극 산화막의 두께는 20∼200㎛ 형성하는 것이 바람직하다.

보호막(7)으로서 알루미나의 용사막을 형성하는 경우는 도전성 기부(2)의 표면의 재질은 상관없지만, 보호막(7)으로서 알루미늄의 양극 산화막을 형성하는 경우는 도전성 기부(2)의 표면이 알루미늄 합금일 필요가 있다. 상술한 다공질 세라믹체에 알루미늄 합금을 함침시킨 도전성 기부(2)에 양극 산화막을 실시해도 표면의 알루미늄 부분에만 양극 산화막이 성장할 뿐이고 부분적으로 세라믹 부분이 노출한 구조가 되어, 내플라즈마성이 저하되고, 플라즈마 분위기와 도전성 기부(2)와의 사이의 절연성이 나빠지기 때문에, 알루미늄 합금을 함침시킬 때에, 알루미늄 합금을 도전성 기부(2)의 표면에 형성한 도전성 기부(2)를 제작하는 것이 바람직하다. 그리고, 알루미늄의 양극 산화막을 형성함으로써 내플라즈마성을 높이고, 또한 표면의 알루미늄을 산화함으로써 표면의 절연성을 구비할 수 있다.

또한, 보호막(7)은 도전성 기부(2)의 표면을 덮는 것을 설명했지만, 절연층(3)의 노출부를 동시에 덮어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

이하에 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)의 제법에 대해 기술한다.

우선, 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 이루어진 세라믹 그린 시트를 여러장 겹쳐 적층체를 제작하고, 한쪽 주면에 몰리브덴 페이스트 또는 텅스텐 페이스트로 이루어진 흡착 전극(4)을 인쇄한다. 한편, 별도 세라믹 그린 시트를 여러장 겹친 적층체를 제작한다. 그리고, 가압하여 압착한 후, 일체로 소결시킨다. 소결체의 외경을 연삭 가공하고, 그 후 두께를 2mm 이하로 연삭 가공함으로써 흡착 전극(4)을 매설시킨 판상 세라믹체를 얻는다.

상기 판상 세라믹체의 소정의 위치에 흡착 전극(4)을 관통하는 구멍을 뚫고, 급전단자(6a, 6b)를 납땜 접합한다. 그리고, 알루미늄으로 이루어진 도전성 기부(2)와 실리콘 접착제나 에폭시 접착제를 사용하여 접합하여 본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)를 얻을 수 있다.

다음으로, 도전성 기부(2)로서 탄화 규소의 다공질체에 알루미늄 합금을 함침(含浸)시킴과 동시에 표면층을 알루미늄 합금으로 한 도전성 기부(2)에 양극 산화막을 형성하여 내플라즈마의 보호막(7)으로 하고, 산화 알루미늄으로 이루어진 비정질 세라믹 절연막(5)을 스퍼터법에 의해 형성한 웨이퍼 지지부재(1)에 대해 설명한다.

평균 입경 60㎛ 정도의 탄화 규소 분말에 대해, 산화 규소(SiO₂) 분말과 바 인더 및 용매를 첨가 혼련(混練)한 후 스프레이 드라이어로 과립을 제작하였다. 그리고, 이 과립을 고무 프레스 성형법으로 원반형상의 성형체를 형성한 후, 진공 분위기하에서 통상의 소성 온도보다 낮은 1000℃ 정도의 온도에서 소성함으로써, 기공율 20%를 가지는 탄화 규소제의 다공질 세라믹체를 제작하여, 소망하는 형상으로 가공한다.

그리고, 이 다공질 세라믹체를 프레스기의 다이에 내장하고, 이 다이를 680℃까지 가열한 후, 용해시킨 순도 99% 이상의 알루미늄 합금을 다이에 충전하여, 펀치를 강하시켜 98MPa에서 가압하였다. 그리고, 이 가압 상태인 채로 냉각함으로써, 기공부에 금속으로서 알루미늄 합금이 충전된 다공질 세라믹체를 형성하고, 다이의 사이즈는 다공질 세라믹체의 사이즈보다 큰 것을 사용하면 도전성 기부(2) 표면의 전면(全面)에 알루미늄 합금층이 형성되어, 소정의 형상으로 함으로써 도전성 기부(2)를 얻을 수 있다.

그리고 상기 도전성 기부(2) 표면의 알루미늄 합금층의 표면을 양극 산화 피막 처리하여 알루미늄의 양극 산화막을 얻을 수 있다. 양극 산화 피막 처리는 옥살산 또는 황산 등의 산에 도전성 기부(2)를 양극으로서, 탄소 등을 음극으로서 담가 전기 분해하면, 알루미늄 합금의 표면에 γ-Al₂O₃가 피막하여 생성된다. 이 피막은 다공질형상이기 때문에, 이 피막을 끓는 물에 담그거나, 혹은 가열 증기와 반응시킴으로써 치밀한 베-마이트(AlOOH) 피막으로 이루어진 보호막(7)이 얻어진다.

상기 보호막(7)을 형성한 도전성 기부(2)에 절연막(5)을 형성하려면, 절연막(5)을 형성하는 면의 상기 보호막(7)을 절삭 가공으로 제거한 후, 도전성 기부(2) 표면의 경면 가공을 실시하여 성막면으로서 마무리한다.

또, 상기 도전성 기부(2)에 보호막(7)으로서 알루미나 용사막을 형성하는 경우는, 도전성 기부(2)의 표면을 블라스트 처리 등으로 조면(粗面)화한 뒤에 알루미나의 용사를 실시하는 편이 밀착성을 크게 할 수 있다. 또한 알루미나의 용사를 하기 전의 베이스 처리로서 Ni계의 금속막을 용사하면 보호막(2)과의 밀착성이 커서 바람직하다. 알루미나의 용사막은 40∼50㎛ 정도의 알루미나 분말을 대기 플라즈마나 감압 플라즈마로 용융·조사(照射)함으로써 형성한다. 기밀성을 높이기 위해서 감압 플라즈마에서 실시하는 것이 바람직하다.

용사막만으로는 개기공이 존재하기 때문에, 유기 규소 화합물이나 무기 규소 화합물을 함침시켜 가열함으로써 봉공처리를 실시하여 보호막(7)으로 한다.

상기 도전성 기부(2)의 상기 마무리면에 형성하는 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)은 스퍼터에 의해 제작한다. 평행 평판형의 스퍼터 장치에 절연막(5)으로서 성막하고자 하는 조성의 타겟(target)을 셋팅한다. 여기서는 산화 알루미늄 소결체를 타겟으로 하여, 이 타겟과 대향하도록 도전성 기부(2)를 동(銅)제의 홀더 안에 셋팅한다. 도전성 기부(2)의 안쪽면과 홀더 표면은 In과 Ga로 이루어진 액상 합금을 칠하여 맞붙임으로써 도전성 기부(2)와 홀더와의 사이의 열전달이 커지고, 도전성 기부(2)의 냉각 효율을 올릴 수 있기 때문에 양질의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 형성할 수 있다.

이와 같이 도전성 기부(2)를 스퍼터의 챔버 내에 셋팅하고, 진공도를 0.001Pa로 한 후, 아르곤 가스를 25∼75sccm 흐르게한다.

그리고, 타겟과 홀더 사이에 RF전압을 걺으로써 플라즈마가 발생한다. 그리고, 타겟의 프리스퍼터링(pre-sputtering) 및 세라믹 기체 측의 에칭을 몇 분간 실시하여 타겟과 도전성 기부(2)의 클리닝을 실시한다.

산화 알루미늄제의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 성막은 상기 RF전압을 3∼9 W/cm²로 하여 스퍼터를 실시한다. 또, 도전성 기부(2)측에는 -100∼－200 V 정도의 바이어스를 걸어 타겟으로부터 전리된 분자 및 전리된 아르곤 이온을 끌어당긴다. 그러나, 도전성 기부(2)가 절연되어 있으면 전리된 아르곤 이온에 의해 도전성 기부(2)의 표면이 대전(帶電)하게 되어, 그 다음의 아르곤 이온이 들어가기 어려운 상태가 된다. 막 안에 들어간 아르곤 이온은 전하를 방출하여 아르곤 상태로 돌아와 막 안에 잔류한다. 아르곤을 막 안에 많이 받아들이려면 성막시에 도전성 기부(2)의 급전구로부터 InGa층, 홀더의 경로로 전하를 달아나게 하여, 항상 아르곤을 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)에 받아들이기 쉬운 상태로 하여 둘 필요가 있다.

또, 도전성 기부(2)의 냉각이 나쁘면 부분적으로 비정질 세라믹 절연막(5)이 비정질로부터 결정화하게 되고, 부분적으로 내전압이 나빠지거나 내플라즈마성이 나빠지게 된다. 도전성 기부(2)의 냉각은 장치의 냉각판에 냉각수를 흐르게 함으로써 기판 홀더 내를 충분히 냉각하여 도전성 기부(2)의 온도를 수십도로 유지하는 것이 좋다.

절연막(5)의 성막 레이트는 3㎛/시간으로 17시간 성막하고, 약 50㎛의 막두께의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 제작하였다.

그 후, 비정질 세라믹 절연막(5)의 표면을 연마(polishing) 등으로 정돈함으로써 적재면(5a)을 형성하여 웨이퍼 지지부재(1)를 완성한다. 적재면(5a)에는 블라스트 가공이나 에칭 가공에 의해 오목부를 마련할 수 있다. 오목부와 웨이퍼(W) 사이에는 가스가 충전되어 웨이퍼(W)와 적재면(5a) 사이의 열전도율을 높일 수 있음과 동시에, 비정질 세라믹스로 이루어진 적재면(5a)은 표면조도를 작게 할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W) 표면과 면접촉에 의해 흡착하는 경우가 있고, 적재면(5a)의 면적에 대해 50% 이상의 오목부를 마련하면 면흡착에 의한 웨이퍼(W)의 이탈 특성의 악화를 방지할 수 있다.

(실시예 1)

알루미나 분말에 중량 환산으로 0.5질량%의 산화 칼슘과 산화 마그네슘을 첨가하여, 볼밀에 의해 48시간 혼합했다. 얻어진 알루미나의 슬러리를 325메시를 통해서, 볼이나 볼밀 벽의 이물질을 제거한 후, 건조기에서 120℃로 24시간 건조하였다. 얻어진 알루미나 분말에 아크릴계의 바인더와 용매를 혼합하여 알루미나의 슬러리를 작성하였다. 이 알루미나 슬러리로부터 닥터 블레이드법으로 그린 테이프를 제작하였다.

그리고, 상기 그린 테이프를 여러장 겹친 적층체를 제작하고, 한쪽 주면에 탄화 텅스텐 페이스트로 이루어진 흡착 전극을 인쇄하였다. 한편, 별도 세라믹 그 린 시트를 여러장 겹친 적층체를 제작하여, 가압하고 압착해서 적층체를 제작하였다.

또한, 질소 분위기에서 W히터 및 W단열재로 이루어진 소성로 안에서 1600℃로 2시간 소성을 실시하여, 외경 φ305mm이고 두께 2mm인 알루미나질의 판상 세라믹체를 얻었다. 그리고, 외경 φ300mm이고 두께를 0.8mm로 연삭 가공해, 흡착 전극을 관통하는 구멍을 가공하여 급전단자를 납땜하였다.

한편, 직경 300mm이고 두께가 30mm인 알루미늄 합금으로 이루어진 도전성 기부에 상기 판상 세라믹체를 알루미늄과 실리콘 수지를 혼합한 접착제로 접합하여 정전식 척 시료 No.1, 2를 얻었다.

다음으로, 순도 99%, 평균 입경 1.2㎛의 AlN 분말에, 소결조제로서 CeO₂를 15질량% 첨가하였다. 또한 유기 바인더와 용매를 더해 니장(泥奬)을 제작하여, 닥터 블레이드법으로 두께 약 0.5mm의 질화 알루미늄 그린 시트를 여러장 제작하였다. 이 중 한 장의 질화 알루미늄 그린 시트에는 도체 페이스트를 흡착 전극 형상으로 스크린 인쇄하였다.

상기 정전 흡착 전극이 되는 도체 페이스트에는 WC 분말과 AlN 분말을 혼합하여 점도 조정한 도체 페이스트를 이용하였다.

그리고, 질화 알루미늄 그린 시트를 소정의 순서로 겹쳐 쌓아 50℃에서 4.9kPa의 압력으로 열압착함으로써 질화 알루미늄 그린 시트 적층체를 형성하고, 절삭 가공을 실시하여 원반형상으로 형성하였다.

이어서, 질화 알루미늄 그린 시트 적층체를 진공 탈지한 후, 질소 분위기하에서 1850℃의 온도에서 소성함으로써, 정전 흡착 전극이 매설된 질화 알루미늄질 소결체로 이루어진 판상 세라믹체를 제작하였다.

그런 후, 얻어진 판상 세라믹체에 연삭 가공을 실시하여, 외경 300mm로, 적재면으로부터 흡착 전극까지의 거리와 판상 세라믹체의 안쪽면으로부터 흡착 전극의 거리를 조정하여 연삭 가공한 후, 상기 적재면에 랩 가공을 하여, 그 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.2㎛로 마무리하여 적재면을 형성함과 동시에, 적재면과 반대측의 표면에, 정전 흡착 전극과 연통하는 구멍을 형성하여, 각 구멍에 급전단자를 삽입하여 납땜함으로써 흡착 전극을 매설한 판상 세라믹체를 얻었다.

또, 직경 298mm이고, 두께 28mm의 SiC 다공질체에 알루미늄 합금을 함침시켜, 측면과 상하면에 두께 1mm의 알루미늄 합금층을 형성한 SiC 80질량%와 알루미늄 합금 20질량%로 이루어진 직경 300mm, 두께 30mm의 도전성 기부를 얻었다.

그리고, 상기 질화 알루미늄으로 이루어진 판상 세라믹체를 상기의 알루미늄과 SiC로 이루어진 도전성 기부에 알루미늄과 실리콘 수지를 혼합한 실리콘 접착제로 접합하여 웨이퍼 지지부재 시료 No.3∼7로 하였다.

그리고, 웨이퍼를 적재면에 적재하여 흡착력이나 잔류 흡착력이나 적재면의 온도 변화나 판상 세라믹체와 도전성 기부의 접합상태를 평가하였다.

또한, 모든 시료에 적재면의 중앙부 바로 아래에 열전대(熱電對)를 삽입하는 구멍을 형성하여, 열전대에 의하여 적재면의 온도 변화를 측정하였다. 또, 도전성 기부에는 수냉 통로를 설치하여 온도 조절한 냉각수를 정량 공급하였다. 그리고, 각 적재면에 웨이퍼를 적재하여 윗면으로부터 할로겐 램프로 가열하여, 5분 후의 적재면의 온도 변화를 측정하였다.

그 후, 정전 흡착력의 측정을 상온, 진공중에서 실시하였다. 1인치각(角)의 Si웨이퍼를 적재면에 배치하여, 웨이퍼(W)와 도전성 기부(2)에 500V를 인가하여 1분간 경과 후에 Si웨이퍼를 끌어올리고, 1분 경과 후에 다시 Si웨이퍼를 적재하여 흡착하는 흡착 이탈 사이클을 50회 반복한 후, 마지막에 Si웨이퍼를 끌어올리는데 필요로 하는 힘을 로드 셀(load cell)로 측정하여, 그 값을 적재면의 면적으로 나누어 단위면적 당의 정전 흡착력으로 하였다. 그 직후에, 1인치각의 Si웨이퍼를 적재면에 배치하여, 500V를 2분간 인가한 후, 전압을 멈추어 3초 후에 Si웨이퍼를 끌어올리고, 그 끌어올리는데 필요로 하는 힘을 로드 셀로 측정하여, 그 값을 1인치각의 면적으로 나누어 단위면적 당의 잔류 흡착력으로 하였다.

또, 상기 측정을 종료한 후, 시료를 떼어내고 초음파탐상장치를 이용하여 판상 세라믹체와 도전성 기부의 접착면인 수지층의 박리의 유무를 확인하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	수지층의 체적고유저항(Ω㎝)	절연 흡착층의 두께 (mm)	잔류 흡착력(N/m2)	박리의 유무	적재면의 온도 변화(℃)	흡착력(N/m2)
*	1	알루미나	300	알루미나	10000	1×107	10.3	100	있음	10	2000
	2	알루미나	300	알루미나	10000	1×108	10.3	120	없음	7	2000
	3	질화 알루미늄	300	질화 알루미늄	10000	2×109	10.3	180	없음	6	25000
	4	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	10000	5×1010	10.5	190	없음	6	26000
	5	질화 알루미늄	300	질화 알루미늄	10000	3×1012	10.3	170	없음	6	25000
	6	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	10000	1×1014	10.5	175	없음	7	25500
*	7	질화 알루미늄	300	질화 알루미늄	10000	8×1016	10.3	520	없음	8	26000

*는 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다.

본 발명의 수지층의 체적고유저항이 1×10⁸∼1×10¹⁴Ω·㎝인 시료 No.2∼6은, 적재면의 온도 변화도 7℃ 이하로 작고, 또한 잔류 흡착력이 190 N/m² 이하로 작고 또 수지층의 박리도 없어 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

한편, 시료 No.1은 수지층의 체적고유저항이 1×10⁷Ω·㎝로 작고, 적재면의 온도 변화가 10℃로 커 바람직하지 않았다. 이 이유는 접착제의 함유량이 적으므로 접착 강도가 작고 수지층에 박리가 생긴 것이 원인이라고 생각된다.

또, 시료 No.7은 수지층의 체적고유저항이 8×10¹⁶Ω·㎝로 크고, 적재면의 잔류 전하가 도전성 기부로 원활하게 흐르지 않는다고 추측되므로 잔류 흡착력이 520N/m²로 커 웨이퍼(W)를 단시간에 이탈하는 것이 어려워 바람직하지 않은 것으로 판명되었다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로 알루미나와 질화 알루미늄으로 이루어진 웨이퍼 지지부재를 제작하였다. 질화 알루미늄은 산화 세륨의 첨가량을 1∼15질량%의 범위로 바꾸어 재료의 체적고유저항을 변화시킨 것을 이용하였다. 또, 수지층은 Al의 함유량을 바꾸어 체적고유저항을 변화시킨 시료를 제작하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다. 그 후, 각 시료의 적재면과 도전성 기부와의 사이의 전기 저항을 측정하였다.

또한, 적재면과 도전성 기부 사이의 저항은 적재면에 직경 10mm의 전극을 장착하여, 그 전극과 도전성 기부와의 사이의 전기 저항치를 측정하였다. 그리고, 적재면의 면적으로 환산하여 적재면과 도전성 기부 사이의 저항치로 하였다.

그 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

	시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	적재면과 도전성기체 사이의 저항(Ω)	절연 흡착층의 두께 (mm)	잔류 흡착력 (N/m2)	적재면의 온도변화 (℃)	흡착력(N/m2)
*	21	질화 알루미늄	300	질화 알루 미늄	10000	2×106	10.3	30	4	200
	22	질화 알루 미늄	500	질화 알루 미늄	10000	1×107	10.5	110	4	2000
	23	질화 알루 미늄	300	질화 알루 미늄	10000	5×109	10.3	130	4	25000
	24	질화 알루 미늄	500	질화 알루 미늄	10000	3×1010	10.5	150	5	26000
	25	질화 알루 미늄	300	질화 알루 미늄	10000	6×1011	10.3	140	4	25000
	26	알루미나	300	알루미나	10000	1×1013	10.3	155	5	25500
*	27	알루미나	300	알루미나	10000	5×1014	10.3	400	4	26000

*는 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다.

본 발명의 적재면과 도전성 기부 사이의 전기저항이 10⁷∼10¹³Ω인 시료 No.22∼26은 흡착력은 2000N/m² 이상으로 크고 또 잔류 흡착력은 155N/m² 이하로 작아 바람직한 특성이 얻어졌다.

한편, 시료 No.21은 적재면과 도전성 기부 사이의 전기저항이 2×10⁶Ω으로 작으므로 흡착력이 200N/m²로 작아 웨이퍼 지지부재로서 사용하는 것은 어렵다는 것을 알았다.

또, 시료 No.27은 적재면과 도전성 기부 사이의 전기저항이 5×10¹⁴Ω으로 너무 크므로 잔류 흡착력이 400N/m²로 커 웨이퍼 지지부재로서 사용하는 것은 어렵다는 것을 알았다.

(실시예 3)

실시예 2와 마찬가지로 절연막과 절연층의 두께를 변화시켜 절연 흡착층의 두께를 바꾼 정전식 척을 제작하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

그 결과를 표 3에 나타낸다.

시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	수지층의 체적고유저항(Ω㎝)	적재면과 도전성기체 사이의 저항(Ω)	절연 흡착층의 두께 (mm)	잔류 흡착력 (N/m2)	적재면의 온도변화(℃)	흡착력(N/m2)
31	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	10000	1×108	2×106	10.5	150	7	25000
32	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	8000	2×108	1×107	8.5	90	7	25000
33	질화 알루미늄	1000	질화 알루미늄	5000	1×108	5×109	6	85	6	26000
34	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	4000	5×108	3×1010	4.5	80	6	25000
35	질화 알루미늄	1000	질화 알루미늄	3000	3×108	6×1011	4	76	6	25000

본 발명의 절연 흡착층의 두께가 10mm 이하인 시료 No.32∼35는 잔류 흡착력이 90N/m² 이하로 작아 더욱 우수한 특성이 얻어졌다.

이에 대하여, 시료 No.31은 잔류 흡착력이 150N/m²로 약간 컸다.

(실시예 4)

실시예 2와 동일하게 절연막과 절연층의 두께를 변화시켜 절연 흡착층의 두께를 바꾼 시료 No.41∼44의 웨이퍼 지지부재를 제작하였다.

또, 직경 298mm이고, 두께 28mm의 SiC다공질체에 알루미늄 합금을 함침시켜, 측면과 상하면에 두께 1mm의 알루미늄 합금층을 형성한 SiC 80질량%와 알루미늄 합금 20질량%로 이루어진 직경 300mm, 두께 30mm의 도전성 기부를 얻었다. 그리고, 그 윗면에 비정질 세라믹으로 이루어진 절연층을 5∼50㎛의 두께로 성막하였다. 그 후, 그 위에 금 도금에 의하여 두께 1㎛의 흡착 전극을 형성하여, 도전성 기부를 관통하는 구멍을 형성하여 절연 튜브를 통해서 급전단자를 장착한 후, 또한 그 위에 비정질 세라믹으로서 알루미나막을 5∼50㎛ 성막하였다. 그 후, 성막면을 연마 가공하여 적재면으로 한 정전식 척, 시료 No.45∼47을 제작하였다.

그리고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

그 후, 절연막의 절연파괴의 평가로서 흡착 전극에 3kV전압을 인가하여 절연 파괴의 유무를 평가하였다.

그 결과를 표 4에 나타낸다.

시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	절연 흡착층의 두께 (mm)	잔류 흡착력 (N/m2)	적재면의 온도변화 (℃)	절연막의 절연파괴	흡착력(N/m2)
41	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	2000	2.5	75	6	없음	25000
42	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	1000	1.5	60	4	없음	25000
43	알루미나	500	알루미나	500	1	55	4	없음	25000
44	알루미나	300	알루미나	300	0.6	47	3	없음	25000
45	비정질 알루미나	50	비정질 알루미나	50	0.1	10	3	없음	25000
46	비정질 알루미나	15	비정질 알루미나	5	0.02	10	3	없음	25000
47	비정질 알루미나	5	비정질 알루미나	5	0.01	10	3	있음	20000

본 발명의 절연 흡착층의 두께가 20㎛∼2mm인 시료 No.42∼46은 적재면의 온도 변화가 4℃ 이하로 작고 또 잔류 흡착 특성은 60N/m² 이하로 작고, 절연막의 절연 파괴도 없이 보다 바람직한 특성을 나타내었다.

그러나, 절연 흡착층의 두께가 2.5mm의 시료 No.41은 잔류 흡착력이 75N/m²로 약간 컸다.

또, 절연 흡착층의 두께가 10㎛로 작은 시료 No.47은 절연막이 파손하여 다시 정전식 척으로서 사용할 수 없었다.

(실시예 5)

실시예 1과 동일하게 웨이퍼 지지부재를 제작하였다. 또한, 수지층으로서 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지를 사용하였다.

그 후, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

그 결과를 표 5에 나타낸다.

시료No.	절연막의 재질	절연막 의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	수지층의 주성분	절연 흡착층의 두께 (mm)	잔류 흡착력 (N/m2)	적재면의 온도 변화(℃)	수지층의 박리유무	흡착력(N/m2)
51	질화 알루 미늄	500	질화 알루 미늄	1000	실리콘 수지	1.5	65	4	없음	25000
52	알루미나	500	알루미나	500	폴리 이미드 수지	1	50	4	없음	25000
53	알루미나	300	알루미나	300	폴리 아미드 수지	0.6	40	3	없음	25000
54	알루미나	300	알루미나	300	에폭시 수지	0.6	40	3	없음	25000
55	알루미나	300	알루미나	300	우레탄 수지	0.6	40	3	있음	20000

본 발명의 수지층이 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지로 이루어진 시료 No.51∼54는 수지층의 박리가 없이, 보다 뛰어난 특성을 나타내었다.

이에 대하여, 시료 No.55는 수지층이 우레탄 수지로 이루어져 수지층의 박리가 보여져 바람직하지 않은 것이 판명되었다.

(실시예 6)

수지층의 주성분으로서 실리콘 수지와 폴리이미드 수지를 이용하고, 또, 도전 입자로서 탄소분말과 금분말 Al, Pt, Au를 첨가한 수지층을 제작하였다. 그리고, 실시예 4와 동일하게 웨이퍼 지지부재를 제작하였다.

그리고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께 (㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	수지층의 주성분	수지층의 도전입자의 재질	수지층의 도전입자의 함유용량(%)	수지층의 두께 (mm)	절연 흡착층의 두께(mm)	잔류 흡착력 (N/ m2)	수지층의 박리의 유무	적재면의 온도변화(℃)	흡착력k(N/m2)
61	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	1000	실리콘 수지	C	0.005	0.05	1.5	185	없음	1	25
62	질화 알루미늄	500	질화 알루미늄	1000	실리콘 수지	C	0.01	0.0005	1.5	110	있음	7	25
63	알루미나	500	알루미나	500	실리콘 수지	C	0.01	0.001	1	40	없음	1	25
64	알루미나	300	알루미나	300	실리콘 수지	Al	0.1	0.05	0.6	35	없음	1	25
65	알루미나	300	알루미나	300	폴리 이미드 수지	Al	5	0.5	0.6	35	없음	2	25
66	알루미나	300	알루미나	300	실리콘 수지	Al	30	1	0.6	40	없음	2	25
67	알루미나	300	알루미나	300	폴리 이미드 수지	Al	30	2	0.6	135	없음	3	25
68	알루미나	300	알루미나	300	폴리 이미드 수지	Al	35	0.05	0.6	125	있음	8	25
69	비정질 알루미나	100	비정질 알루미나	100	폴리 이미드 수지	Pt	4	0.05	0.2	30	없음	3	25
70	알루미나	300	알루미나	300	폴리 이미드 수지	Au	5	0.05	0.6	35	없음	3	20

본 발명의 수지층에 도전성 입자를 포함하는 시료 No.61∼70은 모두 잔류 흡착력이 125N/m² 이하이고 흡착력도 20N/m² 이상이 얻어져 사용할 수 있는 것이 판명되었다.

또, 수지층에 도전성 입자가 0.01∼30용량%인 시료 No.63∼67, 69, 70은 잔류 흡착력이 135N/m² 이하이며, 수지층의 박리도 없이 우수한 특성을 나타내었다.

이에 대하여, 수지층의 도전성 입자가 0.005 용량%인 시료 No.61은 잔류 흡착력이 185N/m²로 크고, 수지층의 박리도 발생하여 바람직하지 않았다.

또, 시료 No.68은 수지층의 도전성 입자의 함유량이 30%를 넘어 많으므로 사용중에 수지층의 박리가 발생하고 적재면의 온도 변화도 8℃로 약간 컸다.

또, 수지층의 두께가 0.001∼1mm인 시료 No.63∼66, 69, 70은 잔류 흡착력이 40N/m² 이하로 작아 보다 우수한 특성이 얻어졌다.

(실시예 7)

절연막의 두께를 바꾸어 실시예 4와 동일하게 시료를 제작하였다. 그리고, 실시예 4와 동일하게 평가하였다.

또한, 체적고유저항이 10¹²Ω·㎝의 수지층을 사용하였다.

또, 내플라즈마성의 평가는, 웨이퍼 지지부재의 측면에 커버링을 설치하여 측면을 커버하고, 웨이퍼 적재면에 웨이퍼(W)를 적재하지 않는 상태에서, 할로겐 가스로서 Cl₂를 60sccm 흐르게 하면서 4Pa의 진공도로서 적재면의 윗쪽에 배치한 대항 전극과 도전성 기부(2) 사이에 2kW의 고주파 전력을 공급하면서 플라즈마를 대항 전극과 적재면 사이에 발생시켜 100시간 적재면에 플라즈마를 노출시켰다. 그 후, 절연막 상태를 관찰하여, 절연막이 부식하여 도전성 기부가 노출하고 있지 않는 것이나, 적재면의 표면에 요철이 발생하고 있지 않는 것, 판상 세라믹체와 도전성 기부와의 접착상태를 관찰하였다. 또, 플라즈마 발생 전의 온도와 발생 후 1시간 후의 적재면의 온도의 차이를 적재면의 온도 변화로서 평가하였다.

그 결과를 표 7에 나타낸다.

시료No.	절연막의 재질	절연막의 두께(㎛)	절연층의 재질	절연층의 두께 (㎛)	절연 흡착층의 두께 (㎛)	적재면의 온도변화 (℃)	절연막의 절연파괴	수지층의 박리 유무	내플라즈마성	흡착력(N/m2)	잔류 흡착력(N/m2)
71	비정질 알루미나	5	비정질 알루미나	5	10	0.4	있음	없음	부식	-	-
72	비정질 알루미나	15	비정질 알루미나	5	20	0.5	없음	없음	양호	250000	10
73	비정질 알루미나	50	비정질 알루미나	50	100	0.5	없음	없음	양호	10000	10
74	비정질 알루미나	100	비정질 알루미나	100	200	0.6	없음	없음	양호	2500	10
75	비정질 알루미나	200	비정질 알루미나	200	400	0.6	없음	없음	양호	2000	15
76	용사막	100	비정질 알루미나	100	200	2	없음	없음	부식있음	2000	120
77	양극산화막+비정질막	100	비정질 알루미나	110	210	1	없음	없음	미량 부식 있음	3500	400
78	알루미나	300	알루미나	300	600	1	없음	없음	양호	1000	15
79	질화 알루 미늄	500	질화 알루미늄	500	1000	4	없음	없음	양호	2000	20
80	질화 알루미늄	1000	질화 알루미늄	1000	2000	5	없음	없음	양호	2000	20
81	질화 알루 미늄	2000	질화 알루미늄	2000	4000	50	없음	없음	양호	1000	300

본 발명의 절연막의 두께가 15∼200㎛인 시료 No.72∼75는 적재면의 온도 변화가 1℃ 미만으로 작고, 절연막의 절연 파괴, 균열도 없고 대(對)플라즈마성이 양호하며, 수지층의 박리는 보이지 않아 우수한 특성을 나타내는 것을 알았다.

한편, 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막의 두께가 너무 작은 시료 No.71은 균열이나 박리는 보이지 않았지만, 플라즈마에 의해 부식하여 도전성 기부가 노출하여 장시간 사용할 수 없었다. 또, 시료 No.81은 절연막과 절연층의 총 두께가 4000㎛로 크고, 적재면이 플라즈마로 가열되어 적재면의 온도가 7℃나 상승하여, 웨이퍼(W)를 엄밀한 좁은 온도 범위에서 가공 처리하는 처리에는 사용할 수 없어, 처리 조건이 완만한 막밖에 사용할 수 없었다.

또한, 시료 No.72∼74는 절연막의 두께가 10∼100㎛에서 흡착력이 2500N/m² 이상으로 크고 잔류 흡착력은 10Pa 이하로 더욱 우수한 특성을 보이는 것을 알았다.

또, 시료 No.78∼80은 절연막이 소결체로 이루어져 흡착력이 1000N/m² 이상이며, 잔류 흡착력은 20N/m² 이하로 작고 내플라즈마성도 양호하여 바람직한 특성인 것을 알았다.

한편, 알루미늄의 양극 산화막 위에 비정질 알루미나로 이루어진 절연막을 구비한 시료 No.77은, 흡착력이 3500N/m²로 커 바람직하지만, 잔류 흡착력이 400N/m²로 약간 크고, 이 잔류 흡착력이 약간 큰 것은 양극 산화막과 비정질 알루미늄 산화막의 체적고유저항이 다른 것이 원인이라고 생각된다.

(실시예 8)

다음에 도전성 기부(2)는 실시예 1에서 이용한 직경 300mm의 복합재료를 이용하여, 절연막(5)으로서 비정질 산화 알루미늄을 이용하여 여러가지 성막 조건을 바꾸어 비정질 세라믹 절연막(5)에 포함되는 아르곤량을 바꾼 막을 제작하여, 박리나 균열의 발생 유무를 평가하였다.

또한, 박리나 균열은, 웨이퍼 지지부재의 윗면에 실시예 7과 동일하게 플라즈마를 10분간 발생하여 그 후 10분간 정지하는 플라즈마 사이클을 500회 반복한 전후에서 평가하였다.

시료 No.	Ar량(원자%)	균열·박리	절연막의 절연파괴
82	0.5	있음	-
83	1	없음	없음
84	3	없음	없음
85	6	없음	없음
86	10	없음	없음

아르곤 양이 0.5원자%로 작은 시료 No.82는 절연막에 균열이 생겼다.

그러나, 본 발명의 희가스류 원소로서 아르곤을 1∼10원자% 포함한 시료 No. 83∼86은 절연막에 균열이 발생하는 것이 없고, 절연 파괴하고 있지 않으므로 희가스류 원소는 1∼10원자%가 바람직한 것을 알았다.

다음에 도전성 기부(2)는 실시예 1에서 이용한 직경 300mm이고 두께가 30mm를 사용하여, 절연막(5)으로서 비정질의 산화 알루미늄을 이용하여 성막 조건을 바꾸어 절연막(5)의 비커스 경도를 바꾼 막을 제작하여, 박리나 균열의 발생 유무를 확인하였다.

도전성 기부(2) 위에 여러가지 성막조건으로 만든 30㎛의 산화 알루미늄의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)을 구비한 것을 평가하였다.

비커스 경도는, JIS　R1610의 경도 기호 HV0.1에 대응하여 하중 0.98N을 15초간 가하여 그 압흔(壓痕)의 크기로부터 측정하였다.

시료No.	경도(HV)	균열·박리	절연막의 절연파괴
91	400	없음	있음
92	500	없음	없음
93	750	없음	없음
94	1000	없음	없음
95	1200	있음	-

비커스 경도가 400 HV0.1로 작은 시료 No.91은 균열이 발생하지 않았지만, 절연 파괴가 생겼다. 이것은 경도가 너무 작기 때문에 막에 흠집이 생기고, 그 때문에 절연 파괴가 발생하였다고 생각된다. 또, 비커스 경도가 1200 HV0.1로 큰 시료 No.95는 절연막에 균열이 발생하였다. 이것은 막이 내부 응력을 완화하지 못하여 균열이 발생하였다고 생각된다.

따라서, 시료 No.92∼94와 같이 비커스 경도는 500∼1000 HV0.1이 바람직한 것을 알 수 있었다.

(실시예 9)

비정질 세라믹으로 이루어진 절연막의 재질을 산화 알루미늄, 산화 이트륨, 산화 이트륨 알루미늄, 산화 세륨으로 바꾼 시료 No.101∼104와, 비교예로서 절연막이 다결정 알루미나로 이루어진 시료 No.105를 플라즈마에 노출시켜 절연막의 에칭율을 비교하였다.

그 평가 방법은, 웨이퍼 지지부재의 외주 표면 및 측면에 커버링을 설치하여 절연막이 붙어 있지 않은 개소를 커버하여, 절연막 표면에 플라즈마를 조사하였다. 플라즈마의 조건으로서는 할로겐 가스로서 Cl₂를 60sccm 흐르게하면서 4Pa의 진공도로서 적재면의 윗쪽에 배치한 대항 전극과 도전성 기부 사이에 2kW의 고주파 전력을 공급하면서 플라즈마를 대항 전극과 적재면 사이에 발생시켜 2시간 플라즈마에 노출시켰다. 그리고, 절연막의 에칭에 의한 마모 두께로부터 에칭율을 산출하였다. 각 막의 마모 두께를 소결 알루미나의 마모 두께로 나눈 값을 에칭율로 하였다. 그 결과를 표 10에 나타낸다.

시료 No.	재질	에칭율
101	산화 알루미늄	0.7
102	산화 이트륨	0.2
103	산화 이트륨 알루미늄	0.3
104	산화 세륨	0.3
105	소결체 산화 알루미늄	1

다결정 알루미나로 이루어진 시료 No.105의 에칭율에 대해서 비정질 세라믹으로 이루어진 산화 알루미늄막 No.101은 0.7로 작고, 산화 이트륨이나 산화 이트륨 알루미늄, 산화 세륨 등의 비정질 세라믹으로 이루어진 절연막(5)의 에칭율은 각각 0.2, 0.3, 0.3으로 더욱 작고, 내플라즈마성이 매우 뛰어난 것을 알았다.

(실시예 10)

직경 298mm, 두께 28mm의 SiC의 함유율을 50∼90질량%(나머지는 알루미늄 합금)로 바꾼 것을 이용하여, 측면과 상하면에 두께 1mm의 알루미늄 합금층을 형성한 직경 300mm, 두께 30mm의 도전성 기부(2)의 윗면에 비정질 세라믹으로 이루어진 산화 알루미늄막을 성막하여, -20℃∼200℃의 온도 사이클 테스트를 실시했지만, 비정질 산화 알루미늄막에 균열의 발생은 보이지 않았다.

(실시예 11)

직경 298mm, 두께 28mm의 SiC 80질량%와 알루미늄 합금 20질량%로 이루어진 SiC 다공질체에 알루미늄 합금을 함침시켜, 측면과 상하면에 두께 1mm의 알루미늄 합금층을 형성한 직경 300mm, 두께 30mm의 도전성 기부(2)의 윗면에 비정질 산화 알루미늄, 그 이외의 면에 내플라즈마 보호막으로서 알루미늄의 양극 산화막을 생성한 것과 알루미나의 용사막을 성막하여 제작한 웨이퍼 지지부재(1)를 -20℃∼200℃의 온도 사이클에서 테스트했지만, 보호막에 균열의 발생은 보이지 않았다.

(실시형태 2)

이하, 본 발명의 실시형태 2에 대하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 일례를 나타낸다.

이 웨이퍼 지지부재(101)는, 원반형상을 한 판상체(102)의 한쪽 주면을, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재면(103)으로 하고, 상기 판상체(102)의 상기 적재면(103) 측에 한 쌍의 정전 흡착용 전극(104)을 매설한 지지부(120)와, 히터(107)를 절연성 수지(106)에 매설하여 그 절연성 수지(106)의 오목부(108)를 다른 조성의 수지(109)로 충전한 히터부(105)를 구비하여, 상기 지지부(120)와 도전성 기부(110) 사이에 각각 접착제층(116, 115)을 끼우고 상기 히터부(105)를 그 사이에 끼운 구조로 되어 있다.

도전성 기부(110)는, 알루미늄이나 초강합금 등의 금속재료, 혹은 상기 금속재료와 세라믹 재료와의 복합재료 등 도전성을 가지는 재료로 이루어지며, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극으로서 기능하는 일도 있다. 또, 도전성 기부(110)의 내부에는 통로(111)를 형성하고 있으며, 이 통로(111)에 냉각 가스나 냉각수 등의 냉각 매체를 흐르게함으로써, 지지부(120) 위에 놓여진 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 온도가 되도록 조정할 수 있다.

한편, 지지부(120)를 형성하는 판상체(102)는 알루미나질 소결체, 질화 규소질 소결체, 질화 알루미늄질 소결체, 이트륨-알루미늄-가닛질 소결체(이하, YAG 소결체라고 함), 단결정 알루미나(사파이어)를 이용할 수가 있고, 이들 중에서도 질화 알루미늄질 소결체의 열전도율은 50W/(m·K) 이상, 더욱 큰 것은 100W/(m·K) 이상을 가져, 열전도율이 크고 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작게 하는데 있어서 바람직하다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)는 히터(107)를 금속박이나 금속 와이어로 형성하여, 그 상하를 두께가 일정한 시트 필름형상의 절연성 수지(106)로 끼워 넣어 열압착 등으로 진공 밀봉시킬 수 있다. 그리고, 히터부(105)의 절연성 수지(106)의 상하면에는 히터(107)의 형상에 따라 히터(107) 두께의 분만큼 요철이 형성된다. 여기서, 균열성을 향상시키려면 그 요철을 없애 평면으로 하는 것이 바람직하지만, 볼록부를 깎으면 히터(107)가 노출 혹은 절연성 수지(106)가 부분적으로 얇아져 절연성이 없어질 우려가 있기 때문에, 상기의 절연성 수지(106)를 깎아 평면으로 하는 것은 곤란하였다. 이 점에서, 그 요철의 오목부(108)를 메우도록 상기 절연성 수지(106)와는 다른 조성의 수지를 충전하여 히터부(105)를 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 그 오목부(108)를 메우는 수지는, 공극을 방지하기 위해서 액체를 충전하여 고화시키는 것이 바람직하고, 절연성 수지(106)와 동일 조성의 수지를 오목부(108)에 충전하면 절연성 수지를 팽윤시켜 히터(107)의 기능을 해할 우려가 있으므로 상기 절연성 수지(106)와는 다른 조성의 수지(109)를 충전하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 수지(109)는 접착제와 같은 열경화형 수지가 바람직하고, 그 오목부(108)를 메우도록 수지(109)를 유입하여, 기포가 잔존하지 않게 충분히 탈포(脫泡)를 실시하여 가열 경화한 후, 상기 수지의 표면을 로터리 연삭반이나 평면 연삭반 등을 이용하여 연삭 가공하여 수지(109)의 표면을 평활한 면으로 한 히터부(105)를 얻을 수 있다. 이 때, 연삭 가공면의 표면조도가 JIS　B0601－1991 규격에서 산술평균조도(Ra) 0.2∼2.0㎛의 범위가 바람직하다. 0.2㎛Ra 미만이면 접착제가 진입 가능한 만큼의 미세한 함몰이 없어져, 수지(109)의 표면과 도전성 기부(110)의 윗면을 강고하게 접착하기 위한 앵커 효과를 기대할 수 없다. 또한, 0.2㎛Ra 이하로 하기 위해서는 연삭 가공에 시간을 필요로 하여, 생산성 면에 있어서도 불리하다. 또, 2.0㎛Ra를 넘으면, 수지(109) 내부에 균열이 생겨, 수지(109)가 부분적으로 탈락할 우려가 있기 때문이다.

그리고, 히터부(105)의 윗면과 지지부(120)의 아랫면 및 히터부(105)의 아랫면과 도전성 기부(110)의 윗면을 균일하게 면접촉시킬 수가 있어, 상기 히터(107)에 전력을 통전시킴으로써 금속박으로 이루어진 히터(107)가 발열하여, 발생한 열을 지지부(120)의 전면에 균등하게 전달할 수 있다.

또, 오목부(108)가 도전성 기부(110) 측에 있는 경우로 설명했지만, 오목부(108)가 지지부(120) 측에 있어, 오목부(108)를 메우도록 절연성 수지(106)와는 다른 조성의 수지(109)를 충전하여 평탄화함으로써 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또, 상기 지지부(120)를 형성하는 판상체(102)의 내부에 구비한 상기 정전 흡착용 전극(104)에 통전시킴으로써, 정전 흡착력을 발현시켜 웨이퍼(W)를 적재면(103)에 흡착 고정시켜 적재면(103)과 웨이퍼(W) 사이의 열전도율을 높임으로써 웨이퍼(W)를 효율적으로 가열할 수 있다.

또, 히터(107)를 절연성 수지(106)에 매설한 히터부(105)에 있어서, 상기 절연성 수지(106)는 폴리이미드 수지인 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지는 내열성이 뛰어나고 또한 전기 절연성에도 우수하기 때문에 두께를 작게 할 수 있으므로 바람직하다. 또, 열압착에 의하여 용이하게 히터(107)를 절연성 수지(106) 내에 매설할 수 있기 때문에 매우 적합하다. 폴리이미드 수지로 히터(107)를 매설했지만 두께는 0.05∼0.5mm 정도이며, 두께를 작게 할 수가 있으므로 폴리이미드 수지의 열전도율이 비교적 작아도 웨이퍼(W)의 균열성을 높일 수 있다.

또한, 히터(107)로 발열한 열을 균등하게 웨이퍼(W)로 전달하기 위해서 절연성 수지(106)와 절연성 수지(106)의 표면의 오목부(108)를 충전하는 조성이 다른 수지(109)의 열전도율을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 동일하다는 것은 절연성 수지(106)의 열전도율이 수지(109)의 열전도율의 약 0.8∼1.2배의 범위내인 것을 나타낸다.

수지(109)의 열전도율이 절연성 수지(106)의 열전도율보다 1.2배를 넘어 큰 경우, 히터(107) 위에서 발생한 열은 보다 빨리 열이 전달되어 수지(109)의 두꺼운 부분의 온도가 높아져 바람직하지 않다. 또, 반대로 그 히터 표면의 오목부(108)를 충전하는 수지(109)의 열전도율이 절연성 수지(106)의 열전도율보다 약 0.8배 더 작은 경우, 히터(107) 사이의 열의 전달이 늦어지기 때문에, 결과적으로 지지부(120)의 적재면(103)에서의 온도 불균형이 커져 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 수지(109)의 열전도율은 절연성 수지(106)의 열전도율의 0.9∼1.1배이다.

수지(109)의 열전도율을 조정하는 방법으로서는, 수지(109)에 금속 분말이나 세라믹 분말 등을 0.1∼10질량% 정도 첨가하여 열전도율을 조정하여, 절연성 수지(106)의 열전도율과 동등하게 할 수 있다.

이 때, 오목부(108)를 충전하는 수지(109)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 충전하는 것이 바람직하다. 이러한 수지로 이루어진 접착제는 점성이 작고, 히터 표면의 오목부(108)에 도포하여 탈포처리를 함으로써, 히터 표면의 오목부(108)에 공기가 들어가는 일 없이 치밀하게 충전할 수 있다.

특히, 에폭시 수지는, 가열 경화함으로써 충분한 경도를 얻을 수 있으므로, 로터리 가공기나 만능 연삭반 등을 이용하여 수지(109)의 표면을 연삭 가공하여, 용이하게 히터부(105)의 두께 치수를 조정할 수가 있음과 동시에, 평활한 면에서 마무리 가공할 수 있으므로, 지지부(120)나 도전성 기부(110)와의 접착시에 각 부재의 전면에서 접합되어 정밀도 좋게 만들어낼 수 있다.

또, 히터부(105)의 수지의 평균 두께(t)가 0.01∼1mm인 것이 바람직하다. 또한, 이 수지의 평균 두께는 히터부(105)의 중심부와 외주부 2개소, 및 그 중간을 2개소 수지 두께를 측정하여, 합계 5개소의 평균치를 평균 두께(t)로 하였다. 상기 평균 두께(t)가 0.01mm를 밑돌면, 히터(107)와 도전성 기부가 전기적으로 단락(短絡)하여 절연 파괴될 우려가 있기 때문이며, 상기 평균 두께(t)가 1mm를 넘으면 히터(107)로부터 발생한 열이 지지부(120)나 도전성 기부(110)에 신속히 전달되지 않으므로, 웨이퍼(W)를 급속히 냉각하거나 균일하게 가열하는 것이 곤란해져 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 0.1∼0.5mm이다.

또한, 상기의 평균 두께란, 히터부(105)의 히터(107) 윗면으로부터 히터부(105)의 바깥면까지의 거리에서 5점을 측정한 평균치로 나타낼 수가 있다.

또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 판상체(102)의 아랫면에 판상체(102)의 열전도율보다도 큰 세라믹 재료 등의 균열 판상체(112)를 끼워 넣어 일체화하여 지지부(120)로 할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 판상체(102) 또는 균열 판상체(112)의 적재면(103)과 평행한 방향의 열전도율을 부분적이지만 50∼419W/(m·K)로 할 수 있으므로, 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작게 하고 균열성을 높일 수 있다.

따라서, 상기 판상체(102) 또는 균열 판상체(112)의 적재면(103)과 평행한 방향의 열전도율은 50∼419W/(m·K)인 것이 바람직하다. 이것은 상기 판상체(102) 또는 균열 판상체(112)의 적재면(103)과 평행한 방향의 열전도율이 50W/(m·K) 미만이면, 히터(107)에서 발생한 열이 적재면(103)에 전달될 때까지의 사이에 적재면(103)에 평행한 방향으로 온도가 일정해질 때까지의 시간을 필요로 하여 웨이퍼(W)면 내의 온도 불균형이 커짐과 동시에, 웨이퍼(W) 온도의 변경 등에 의한 처리 시간이 길어져, 생산성이 저하될 우려가 있기 때문이다.

반대로, 상기 판상체(102) 또는 균열 판상체(112)의 적재면(103)과 평행한 방향의 열전도율이 419 W/(m·K)를 넘으면 열전도율이 큰 은 등을 사용할 수 없으므로 공업적으로 염가로 사용할 수 있는 재료를 얻는 것은 곤란하였다.

또, 도 8 및 도 9에 나타내는, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 접착층(115, 116)의 두께는 0.01∼1mm인 것이 바람직하다. 상기 평균 두께가 0.01mm를 밑돌면, 접착층(115, 116)이 없는 부분이 생기기 쉬워 히터(107)와 도전성 기부(110) 혹은 히터(107)와 흡착용 전극(104)이 열적으로 단열하는 부분이 생길 우려가 있기 때문이며, 상기 평균 두께가 1mm를 넘으면 히터(107)로부터 발생한 열이 지지부(120)나 도전성 기부(110)에 신속히 전달되지 않으므로, 웨이퍼(W)를 급속히 냉각하거나 균일하게 가열하는 것이 곤란해져 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 0.05∼0.8mm이다.

또한, 지지부(120)와 히터부(105), 혹은 히터부(105)와 도전성 기부(110)와의 미묘한 열팽창 계수의 차이에 의한 응력을 완화할 수 있으므로, 접착층(115, 116)은 실리콘 수지와 같이 탄력성이 있는 수지인 것이 바람직하다. 그러나, 지지부(120)와 히터부(105), 혹은 도전성 기부(110)의 열팽창 계수를 조금 조정함으로써, 접착층(115, 116)은 히터부(105)를 구성하는 절연성 수지(106)나 절연성 수지(106)와 다른 수지(109)로 대용할 수도 있다.

또, 히터부(105)에서 발생한 열을 효율적으로 균일하게 각 부(部)에 전달하기 위해서, 상기 접착제로 이루어진 접착층(115, 116)의 두께 불균형은 50㎛ 이내에서 균일하게 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 접착층(115, 116)은 여러번 층형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 여러번으로 나누어 층형상으로 접착층(115, 116)을 형성함으로써, 비교적 큰 기포가 접착층 안에 남겨지는 것을 방지할 수가 있다. 접착층(115, 116)을 1회의 도포에 의하여 형성한 경우, 접착층의 두께와 같은 크기의 기포가 남겨지는 경우가 있다. 이에 대하여, 여러번 층형상으로 나누어 접착층 (115, 116)을 형성함으로써, 발생하는 기포의 크기를 최대라도 1회분의 도포 두께의 크기 이하로 할 수가 있다. 그 때문에, 접착층(115, 116)에 큰 기포를 잔존시키지 않으므로 웨이퍼(W)의 균열성(均熱性)을 높일 수 있다.

또, 접착층(115, 116)을 스크린 인쇄에 의하여 여러번으로 나누어 형성하는 것이 바람직하다. 스크린 인쇄에서는, 도포 두께를 조절하기 쉽고, 또, 도포 두께는 스크린의 두께와 동일해지기 때문에 불균형을 작게 할 수 있어 여러번 층형상으로 나누어 접착층을 형성하여도, 치수 불균형을 작게 억제할 수가 있다. 접착층은 도포할 때마다 고화시켜, 여러번으로 나누어 도포와 고화를 반복하여 거듭하여 형성함으로써 서서히 두께를 크게 할 수 있다.

또, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 제조 방법은, 지지부(120)와 히터부(105)와 도전성 기부(110)를, 각각 접착층(115, 116)을 끼워서 접착하는 웨이퍼 지지부재에 있어서, 히터부(120)와 도전성 기부(110), 혹은 지지부(120)와 히터부(105)를 구비한 도전성 기부(110)를 접합 용기에 넣어, 접합 용기내를 감압한 후, 접착면을 가압하여 접착하고, 그 후, 상기 접합 용기 내의 압력을 높이는 것이 바람직하다.

도 10에 나타내는 본 발명의 접합 용기는, 피접착물이 무리없이 들어가, 접착 작업을 실시할 수 있는 정도의 최소 사이즈인 것이 바람직하다. 이것은 감압하는 용적을 피접착물의 용적의 5배 이하로 작게 함으로써, 단시간에 감압할 수 있어 생산성이 높아져 유리하다. 또, 이러한 용적으로 함으로써, 감압 분위기에 노출되어 접착제 안의 용매가 휘발하는 것에 의한 접착제의 열화를 최소화하여 접착력에 미치는 영향을 최소한으로 억제할 수 있기 때문이다

도 10에 나타내는 본 발명에서 이용하는 접합 용기는, 바닥판(201), 측벽(202), 덮개(203)를 주요 구성부품으로 하고, 도전성 기부(110)를 고정 치구(고정 지그)(206)로 고정하여, 지지봉(208)에 의하여 접합 용기 내의 웨이퍼 지지부재의 지지부(120)을 누를 수 있다.

이러한 접합 용기를 이용함으로써, 임시로 접착면에 공기(기포)가 남는 일 없이 접합할 수 있다. 또, 접합 용기 내부를 감압함으로써 접착층에 공기가 들어가도 공극을 작게 할 수 있다.

도 10은 접합 용기를 이용하여 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)를 접합하는 순서를 도시한 것이다. 여기서는, 도전성 기부(110)와 히터부(105)의 접합을 예로 설명한다. 히터부를 구비한 도전성 기부와 지지부와의 접착도 동일한 순서이다.

순서는, 도 11의 a)∼ h)에 대응하여 하기의 a), b), c), d), e), f), g), h)의 순서로 행한다.

a) 덮개(203)에 도전성 베이스 고정 지그(206)로 도전성 기부(110)를 고정한다.

b) 도전성 기부(110)의 접착면에 접착제(115)를 도포한다.

이 때, a), b)는 순서가 반대라도 좋다.

c) 바닥판(201)에 지지봉(208)과 백업판(204)을 셋팅하고, 그 백업판 위에 히터부(105)를 적재한다.

d) 바닥판(201) 위에 측벽(202)을 적재한다.

e) 측벽(202) 위에 도전성 기부(110)를 고정한 덮개(203)를, 도전성 기부(110)의 접착면과 히터부(105)의 접착면을 대향시키는 위치에 적재한다.

이 때, 도전성 기부(110)의 접착면과 히터부(105)의 접착면이 반드시 평행일 필요는 없다. 지지봉(208)은 복수 설치하여, 각각 독립하여 동작시키는 것이 가능하기 때문에, 접착면이 평행이 아닌 경우도 접착면을 꽉 누르는 것이 가능하다.

f) 감압 펌프를 가동시켜, 접합 용기내를 감압한다.

여기서 감압이란 대기압보다도 감압한다는 의미이며, 실용상 문제가 없을 정도로 기포가 남지 않도록 할 수 있는 압력이다.

g) 감압 상태를 유지한 상태에서, 지지봉을 상승시켜 도전성 기부와 히터부의 접착면을 꽉 누른다.

h) 꽉 누른 채, 접합 용기 내의 압력을 상승시켜 접착면을 밀착시킨다. 이 때의 압력은 대기압이라도 좋다.

상기 순서로 접착함으로써 접착면에 공극이 없는, 밀착성이 좋은 것을 얻을 수 있다.

감압 분위기에서 접착 작업을 함으로써 접착면에 기포가 남는 것을 방지할 수 있어서 양호한 밀착을 얻을 수 있다. 여기서, 감압이란 대기압보다도 감압한다는 의미이며, 실용상 문제가 없을 정도로 기포가 남지 않게 할 수 있는 압력이다. 바람직하게는 3kPa 이하이다.

또, 지지부(120)와 히터부(105), 도전성 기부(110) 중 적어도 어느 2개를 접합 용기에 넣고 접합 용기 내를 감압한 후, 접착층(115 혹은 116)의 외주부를 먼저 접촉시켜 접착층과 피접착면으로부터 형성되는 닫힌 공간을 형성한 후, 접합 용기 내의 압력을 높이는 것이 바람직하다. 외주부를 먼저 접촉시킴으로써 접착층과 피접착면 사이에 닫힌 공간을 형성할 수 있다. 그 후, 접합 용기 내의 압력을 높임으로써 상기 공간 내의 압력이 상대적으로 작아지고, 상기 공간이 강하게 눌려져 접착층과 피접착면이 밀착하기 쉬워진다. 또, 외주부로부터의 공기 진입을 막을 수 있으므로 접착면에 기포가 남는 것을 방지할 수 있어서 밀착면에 공극이 없는 양호한 밀착면을 얻을 수 있다.

보다 구체적으로는, 접착면(114)의 표면 형상을 오목면 형상으로 형성하고, 도 10에 나타내는 본 발명의 접합 용기를 이용하여 도전성 기부(110)와 히터부(105)의 접착을 실시하는 것이 바람직하다. 접착 순서는 도 11에 나타내는 본 발명의 순서와 같다. 접착면의 표면 형상을 오목면으로 함으로써 접착면이 외주측으로부터 닿고, 내주측은 감압된 채의 닫힌 공간이 형성된다. 이 상태에서 가압되므로 접착면에 큰 기포를 남기지 않고 밀착할 수 있다.

또, 외주부를 먼저 접촉시키려면 접착제의 표면을 오목면 형상으로 성형하고, 피접착물과 맞대는 방법이나, 반대로 피접착물을 오목면 형상으로 가공 혹은 변형시켜 접착제의 외주부에 먼저 접촉시키는 등의 방법도 있다. 결국 접착제 표면과 피접착물 표면과의 빈틈을 중심부보다도 외측을 작게 함으로써 접착면에 기포가 남는 것을 방지할 수 있어서 양호한 밀착을 얻을 수 있다.

다음으로 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 다른 실시형태를 설명한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 판상체(102)의 웨이퍼를 적재하는 적재면(103)의 다른쪽 주면에 이온 도금법, PVD법, CVD법, 스퍼터링법, 도금법 등의 막형상 수단으로 정전 흡착용 전극(104)을 형성하고, 그 위에 접착층(113)을 형성하여 지지부(120)로 할 수도 있다. 흡착용 전극(104)의 재질로서는 Ti, W, Mo, Ni 등의 금속이나 그 탄화물 등으로 형성할 수 있다.

그리고, 도전성 기부(110)와 지지부(120), 히터부(105)를 접착제 등으로 체결 일체화하여 제작한 웨이퍼 지지부재(101)의 적재면(103)에 웨이퍼(W)를 적재하여 흡착용 전극(104)에 전압을 인가하고, 웨이퍼(W)를 정전 흡착시켜 히터부(105)에 통전함으로써 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있다.

이 때, 이 도전성 기부(110)와 지지부(120), 히터부(105) 사이의 접착층(115, 116)은, 가열에 의한 열응력이나 열팽창차에 의한 힘을 완화하기 위해서, 또, 각 부재 간의 전기 절연성을 유지하기 위해서 절연성의 실리콘 등의 고무상태 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 웨이퍼 지지부재(101)의 기타 제법이나 구성에 대해 설명한다.

판상체(102)에 판상 세라믹체를 사용하여 적재면의 내식성이나 내마모성을 우수한 것으로 할 수 있다. 이 경우, 균열 판상체(112)는 판상체(102)를 이루는 판상 세라믹체의 열팽창 계수와 근접함으로써 승온시의 적재면의 변형이 작아져서 바람직하다. 이러한 균열 판상체(112)로서는 열전도율이 큰 동이나 은, 알루미늄과 열팽창 계수가 작은 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속으로 이루어진 복합 부재가 바람직하다.

판상체(112)를 형성할 때에 미리 제작한 세라믹 그린 시트에 흡착용 전극(104)을 인쇄하고, 그 위에 다른 세라믹 그린 시트를 적층하여 흡착용 전극(104)을 매설한 성형체를 제작하고, 이 성형체를 탈지 후에 소성하여 흡착용 전극(104)을 매설한 지지부(120)를 얻을 수 있다. 그리고, 상기 흡착용 전극(104)을 구성하는 재료로서는, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 주기율표 제6a족이나 Ti 등의 주기율표 제4a족의 고융점 금속, 혹은 이들의 합금, 또한 WC, MoC, TiN 등의 도전성 세라믹을 이용할 수 있다.

이상, 본 실시형태에서는 히터부(105)를 지지부(120) 및 도전성 기부(110)에 접착 고정하는 예를 들어 설명했는데, 지지부(120)로서 알루미늄 등의 금속판을 사용하고, 이 지지부(120)에 가열 압착으로 히터부(105)를 일체화한 후, 도전성 기부(110)로서 알루미늄 등의 금속판에 접착 고정한 웨이퍼 지지부재(101)에도 적응할 수 있다.

또, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 개량이나 변경한 것이라도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 12)

외경이 200mm, 두께가 1mm의 원반형상을 한 산화 알루미늄질 소결체로 이루어진 판상체를 준비하고, 이 판상체의 한쪽 주면에 연마 가공을 실시하여 평면도 10㎛, 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.5㎛로 마무리하여 적재면을 형성하였다.

한편, 금속 니켈로 이루어진 히터 패턴을, 두께 0.41mm의 폴리이미드 필름과 두께 0.2mm의 다른 폴리이미드 필름으로 끼워넣고, 별도로 준비한 알루미늄제의 도전성 기부에 열압착하여 일체화하였다. 그리고, 폴리이미드 필름면에 생긴 오목부를 메우도록 에폭시 접착제를 충전하고, 2.6kPa 이하의 감압하에서 접착제의 탈포처리를 실시하고, 이어서 접착제를 가열 경화시켰다.

또한 상기 접착제로 이루어진 에폭시 수지의 표면을 로터리 가공기로 연삭 가공하여, 접착제 표면의 평면도가 10㎛ 이하의 평활한 면을 형성하였다. 이 때, 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.1∼5㎛가 되도록 연삭 가공을 실시하였다. 또, 폴리이미드 필름의 열전도율은 0.34W/(m·K), 에폭시 수지의 열전도율은 금속 필러를 첨가하여 폴리이미드 필름과 동등해지도록 조정하였다.

그런 후, 상술한 에폭시 수지면에 실리콘 접착제를 도포하고, 이 위에 상술한 판상체를 적재하여 2.6kPa 이하의 감압하에서 접착제의 탈포처리를 가한 후, 대기중에서 접착제를 도포한 후, 접착하여 접착제를 경화시킴으로써 시료 No.201∼205, 208을 제작하였다.

또, 도 10에 나타내는 접합 용기를 이용하여 시료 No.206의 도전성 기부와 히터부의 접착을 도 11에 나타내는 순서로 실시하였다.

시료 No.207은, 접착면(114)의 형상을 오목면 형상으로 형성하고, 도 10에 나타내는 본 발명의 접합 용기를 이용하여 도전성 기부와 히터부의 접착을 시료 No.206과 동일하게 도 11에 나타내는 순서로 실시하였다.

또, 각 접착층은 이하의 방법으로 제작하였다.

시료 No.201과 202는 실리콘 접착제를 스크린 인쇄법으로 0.7mm의 두께로 형성하고, 그 후, 접착하여 경화시켰다. 시료 No.203∼207은 스크린 인쇄로 접착제를 0.2mm두께로 도포하고, 0.7mm에 이를 때까지 인쇄·건조를 반복하여 접착층을 형성하였다. 그리고 마지막으로 인쇄한 후, 접착, 경화시켰다.

또한, 시료 No.201∼208의 실리콘층 두께는 모두 0.7mm로 일정하게 제작하였다. 그리고, 각 웨이퍼 지지부재의 도전성 기부의 냉각 통로에 온도를 30℃로 제어한 냉각수를 흐르게하고, 적재면에 웨이퍼(W)를 적재하여 방사온도계(thermo-viewer)로 웨이퍼(W) 표면의 온도를 측정하면서 히터에 전압을 인가하여 적재면의 평균 온도를 60℃로 조절한 후, 웨이퍼면 내의 온도 불균형을 측정하였다. 이 온도 불균형이란, 방사온도계에 의한 웨이퍼면 내의 최고 온도에서 최저 온도를 뺀 값으로 나타낼 수 있다.

　그 결과를 표 11에 나타낸다.

	시료 No.	접착층의 형성 방법	히터부의 오목부에 충전한 수지의 산술평균 표면조도 Ra	접착방법	웨이퍼(W)면 내의 온도
					최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
*	201	1회의 스크린 인쇄	0.1	대기중	67.8	53.4	11.2
	202	1회의 스크린 인쇄	1	대기중	64.5	56.7	7.8
	203	여러번의 스크린 인쇄	1	대기중	62.8	57.0	5.8
	204	여러번의 스크린 인쇄	0.2	대기중	63.1	57.2	5.9
	205	여러번의 스크린 인쇄	2	대기중	63.2	57.3	5.9
	206	여러번의 스크린 인쇄	1	접합 용기	62.5	58.7	3.8
	207	여러번의 스크린 인쇄	1	접합 용기	62.1	59.2	2.9
	208	1회의 스크린 인쇄	3	대기중	-	-	-

*은 본 발명 외를 나타낸다.

시료 No.201은 표면조도가 0.1로 작으므로 온도 불균형이 11.2℃로 커서 바람직하지 않다는 것을 알았다.

또, 시료 No.208은 표면조도(Ra)가 3으로 크므로 히터로부터 도전성 기부로의 누출 전류가 커져서 히터를 가열할 수 없었다.

이에 대하여, 히터에 충전한 수지의 산술평균조도(Ra) 0.1∼2㎛인 본 발명의 시료 No.202∼207의 웨이퍼 지지부재는, 60℃에서의 온도 불균형이 7.8℃로 작아 바람직하다는 것을 알았다.

또, 시료 No.202는 웨이퍼의 온도 불균형이 7.8℃인 것에 대해, 히터부와 도전성 기부 사이의 접착층을 이 접착층보다 두께가 작은 수지층으로 여러 번에 걸쳐 적층하여 형성한 시료 No.203∼207은, 웨이퍼의 온도 불균형이 5.9℃ 이하로 작아 더욱 바람직하다는 것을 알았다. 이것은, 접착층에 공극이 발생하지 않았던 것이 원인이라고 생각된다.

또, 접착층을 형성할 때에, 접합 용기 내에서, 감압하에서 접착한 시료 No.206, 207은 웨이퍼의 온도 불균형이 3.8℃ 이하로 더욱 작아 바람직하다는 것을 알았다. 이것은 접착층의 공극이 더욱 작아졌다는 것이 원인이라고 생각된다.

특히, 접합 용기 내에서 접착층을 오목면 형상으로 한 후에 접합한 시료 No.207은 웨이퍼의 온도 불균형이 2.9℃로 작아 우수한 특성을 나타내는 것을 알았다.

(실시예 13)

다음으로, 도 8에 나타내는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서, 지지부를 형성하는 판상체의 열전도율(α)을 바꾸고, 외경이 200mm, 두께가 1mm의 원반형상을 한 세라믹 소결체로 이루어진 판상체를 준비하고, 이 판상체의 한쪽 주면에 연마 가공을 실시하여 평면도 10㎛, 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.5㎛로 마무리하여 적재면을 형성하였다.

다음으로, 판상체의 다른쪽 주면에 도금법을 이용하여 막두께 10㎛의 반원형상을 한 Ni층을 원을 구성하도록 피착하여 한 쌍의 흡착용 전극을 형성하였다. 그리고, 절연성 수지 표면의 오목부를 충전하는 수지의 열전도율을 바꾸어 히터부를 제작하고, 실시예 12의 시료 No.103과 동일하게 지지부와 히터부와 도전성 기부를 접착하였다. 또, 절연성 수지는 열전도율(α)이 0.34W/(m·K)의 폴리이미드 수지로 하였다. 또, 절연성 수지 표면의 오목부를 충전하는 수지는 에폭시 접착제를 이용하고, 이 열전도율(α)의 조정은 금속 필러를 첨가하여 실시하였다. 그리고, 실시예 12와 동일한 평가를 실시하였다.

결과는 표12에 나타낸다.

시료No.	절연성 수지 표면의 오목부에 충전한 수지의 열전도율 (W/(m·K))	절연성 수지의 열전도율/오목부에 충전한 수지의 열전도율 (%)	웨이퍼(W)면 내의 온도
			최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
221	0.255	-25	64.4	59.3	5.1
222	0.289	-15	63.1	58.7	4.4
223	0.306	-10	62.1	58.3	3.8
224	0.340	0	61.9	58.3	3.6
225	0.374	10	61.8	58.0	3.8
226	0.391	15	62.1	57.7	4.4
227	0.425	25	62.1	57.1	5.0

이 결과, 모든 경우에 60℃에서의 온도 불균형이 5.1℃ 이하로 작게 할 수 있었지만, 히터를 매설하는 절연성 수지(106)의 열전도율과 히터부 표면의 오목부를 충전하는 수지(109)의 열전도율이 동일한 시료 No.222∼226은, 60℃에서의 온도 불균형이 4.4℃ 이하로 작아져서, 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작고 균열성을 개선할 수 있다는 것을 알았다.

또한, 수지(109)의 열전도율과 절연성 수지(106)의 열전도율의 비가 -10∼＋10% 이내인 시료 No.223∼225는 온도 불균형이 3.8℃ 이하로 더욱 작아 바람직하다는 것을 알았다.

또, 이것은 수지(109)가 실리콘 수지로 이루어진 접착제로도 같은 결과를 얻을 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 14)

다음으로, 도 8에 나타내는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서, 히터부 수지의 평균 두께를 0.005∼1.5mm 사이에서 바꾸어 제작하고, 실시예 12와 동일한 평가를 실시하였다. 또, 히터에 전압을 인가하고부터 적재면의 평균 온도가 60℃에 이를 때까지의 시간을 측정하였다.

히터부의 절연성 수지 표면의 오목부를 충전하는 수지는 에폭시 수지로 하고, 상기 히터부 수지의 평균 두께는 히터의 윗면에서 폴리이미드 수지로 이루어진 절연성 수지의 두께와 수지(109)의 두께를 더한 히터부 표면까지의 두께이며, 이 두께를 5개소 측정하여 그 평균치를 수지의 평균 두께로 하였다.

그 결과는 표 13에 나타낸다.

시료No.	히터부 수지의 평균 두께 (mm)	웨이퍼(W)면 내의 온도			적재면의 온도가 60℃가 될 때까지의 시간 (초)
		최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
231	0.01	60.3	58.2	2.1	7.4
232	0.10	60.3	57.5	2.8	8.0
233	0.50	60.5	57.2	3.3	9.3
234	0.70	60.5	56.2	4.3	12.0
235	1.00	60.2	55.8	4.4	14.3
236	1.50	60.7	55.4	5.3	17.4

이 결과, 모두 60℃에서의 온도 불균형이 5.3℃ 이하로 작게 할 수 있었지만, 시료 No.231∼235는 수지의 평균 두께가 0.01∼1mm이며, 온도 불균형이 4.4℃ 이하로 작고, 게다가 60℃에 이를 때까지의 시간이 14.3초 이하로 작아 보다 바람직하다는 것을 알았다.

한편, 시료 No.236과 같이 두께 1.5mm로 큰 경우에는, 온도 불균형이 5.3℃로 크고, 온도가 60℃에 이를 때까지의 시간이 17.4초로 크다.

또, 수지의 평균 두께가 0.005mm의 시료는, 히터부의 두께 가공시에 히터부의 폴리이미드 수지로 이루어진 절연성 수지를 숫돌로 손상시켜서 평탄하게 가공하는 것도, 평가하는 것도 불가능했다.

(실시예 15)

다음으로, 도 8 또는 도 9에 나타내는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서, 지지부를 형성하는 판상체의 열전도율(α)을 바꾸어 제작하였다. 외경이 200mm, 두께가 1mm의 원반형상을 한 세라믹 소결체로 이루어진 판상체를 준비하고, 이 판상체의 한쪽 주면에 연마 가공을 실시하여 평면도 10㎛, 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.5㎛로 마무리하여 적재면을 형성하였다.

다음으로, 판상체의 다른쪽 주면에 도금법을 이용하여 막두께가 10㎛의 반원형상을 한 Ni층을 원을 구성하도록 피착(被着)하여 한 쌍의 흡착용 전극을 형성하였다. 그리고, 실시예 12의 시료 No.203의 본 발명의 웨이퍼 지지부재와 동일하게 히터부와 도전성 기부를 접착하여 시료 No.241, 242의 웨이퍼 지지부재로 하였다.

또, 상기 흡착용 전극을 형성한 판상체의 아랫면에 다시 균열 판상체(112)를 설치하고, 상기와 같은 히터부와 도전성 기부를 접착하여 시료 No.243, 244의 웨이퍼 지지부재로 하였다.

그리고, 각 웨이퍼 지지부재에 구비하는 도전성 기부의 냉각 통로에 온도를 30℃로 제어한 냉각수를 흐르게하고, 히터 패턴에 전압을 인가하여 적재면을 60℃로 조절한 후, 방사온도계로 온도를 측정하여 각 온도의 불균형을 확인하였다. 이 때, 지지부를 형성하는 재질은, 열전도율(α)이 25W/(m·K)인 알루미나질 소결체, 열전도율(α)이 150W/(m·K)인 질화 알루미늄질 소결체, 열전도율(α)이 180W/(m·K)인 동과 텅스텐의 복합 부재, 열전도율(α)이 419W/(m·K)인 은판을 이용하여 실시하였다. 결과는 표 14에 나타낸다

시료 No.	적재면을 형성하는 판상체(102)의 재질	판상체(102)의 열전도율 (W/m·K)	적재면을 형성하는 판상체 (102) 아랫면에 설치된 균열 판상체(112)의 유무와 그 재질	판상체(112)의 열전도율 (W/ m·K)	웨이퍼(W)면 내의 온도
					최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
241	알루미나질 소결체	25	없음	-	61.9	56.4	5.5
242	질화 알루미늄질 소결체	50	없음	-	62.1	58.4	3.7
243	질화 알루미늄질 소결체	150	Cu-W	150	61.1	59.4	1.7
244	질화 알루미늄질 소결체	150	Ag	419	60.8	60.0	0.8

이 결과, 열전도율(α)이 50∼419W/(m·K)일 때, 60℃에서의 온도 불균형은 5.5℃ 이하로 작게 할 수 있었다.

또, 지지부의 적재면과 평행한 방향의 열전도율이 50W/(m·K) 이상일 때, 온도 불균형이 3.7℃ 이하가 되어 적재면의 균열성을 개선할 수 있다는 것을 알았다.

(실시예 16)

다음으로, 도 8에 나타내는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서, 히터부와 도전성 기부의 접착층의 두께를 0.005∼1.5mm 사이에서 바꾸어 제작하고, 실시예 12의 시료 No.203과 동일한 평가를 실시하였다. 또, 60℃로 가열한 상태로부터 냉각수와 같은 온도(30℃)로 냉각될 때까지의 시간을 측정하였다.

그 결과는 표 15에 나타낸다.

시료No.	히터부와 도전성 기부 사이의 접착층의 평균 두께(mm)	웨이퍼(W)면 내의 온도			적재면 온도가 30℃로 되돌아올 때까지의 시간 (초)
		최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
250	0.005	-	-	-	-
251	0.01	60.1	55.7	4.4	6.3
252	0.10	60.4	56.2	4.2	6.9
253	0.50	60.3	57.6	2.7	9.3
254	0.70	60.4	58.0	2.4	10.4
255	1.00	60.2	57.7	2.5	13.4
256	1.50	60.5	58.0	2.5	22.8

접착층의 두께가 0.005mm의 시료 No.250은, 전압을 최대치(200V)까지 높여도 60℃까지 가열하지 못하여 평가를 중지하였다.

또, 시료 No.256과 같이 두께가 1.5mm로 큰 경우에는, 온도 불균형은 2.5℃로 작았지만, 냉각에 필요로 하는 시간이 22.8초로 길고, 열응답성이 나빴다.

한편, 시료 No.251∼255의 접착층의 두께는 0.01∼1mm이고, 온도 불균형이 4.4℃이하로 작고, 적재면의 온도가 30℃가 될 때까지의 시간이 13.4초 이하로 작아 바람직하다는 것을 알았다.

(실시형태 3)

이하, 본 발명의 실시형태 3에 대해 설명한다.

도 14는 본 발명의 웨이퍼 지지부재(301)의 일례를 나타낸다.

이 웨이퍼 지지부재(301)는, 원반형상을 한 판상체(302)의 한쪽 주면을 웨이퍼(W)를 적재하는 적재면(303)으로 하고, 상기 판상체(302)의 상기 적재면(303) 측에 한 쌍의 정전 흡착용 전극(304)을 매설한 지지부(320)와 히터(307)를 절연성 수지(306)에 매설하고, 이 절연성 수지(306)의 오목부를 상이한 조성의 수지(309)로 충전한 히터부(305)를 구비하여 상기 지지부(320)와 도전성 기부(310)와의 사이에 상기 히터부(305)를 사이에 끼운 구조로 되어 있다.

도전성 기부(310)는, 알루미늄이나 초강합금(超鋼合金) 등의 금속재료, 혹은 상기 금속재료와 세라믹 재료와의 복합재료 등 도전성을 갖는 재료로 이루어지고, 플라스마를 발생시키기 위한 전극으로서 기능하는 경우도 있다. 또, 도전성 기부(310)의 내부에는 통로(311)를 형성하고 있고, 이 통로(311)에 냉각 가스나 냉각수 등의 냉각 매체를 흐르게함으로써, 지지부(320) 위에 적재된 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 온도가 되도록 조정할 수 있다.

한편, 지지부를 형성하는 판상체(302)는, 알루미나질 소결체, 질화 규소질 소결체, 질화 알루미늄질 소결체, 이트륨-알루미늄-가닛질 소결체(이하, YAG질 소결체라고 함), 단결정 알루미나(사파이어)를 이용할 수 있고, 이들 중에서도 질화 알루미늄질 소결체의 열전도율은 50W/(m·K) 이상, 더욱 큰 것은 100W/(m·K) 이상을 가지며, 열전도율이 커서 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작게 하는 데 있어서 바람직하다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재(301)는, 히터(307)를 금속박이나 금속 와이어로 형성하고, 그 상하를 절연성 수지(306)로 끼워넣어 열압착 등으로 진공 밀봉시킬 수 있다. 그리고, 히터부(305)의 절연성 수지(306)의 상하면에는 히터(307)의 형상에 따라 히터(307)의 두께의 분만큼 요철이 형성되므로, 이 요철의 오목부(308)를 메우도록 상기 절연성 수지(306)와는 상이한 조성의 수지(309)를 충전하여 히터부(305)를 형성할 수 있다.

구체적으로는, 수지(309)는 접착제와 같은 열경화형 수지가 바람직하고, 이 오목부(308)를 메우도록 수지(309)를 유입하고, 기포가 잔존하지 않도록 충분히 탈포를 실시하여 가열 경화한 후, 상기 수지의 표면을 로터리 연삭반이나 평면 연삭반 등을 이용하여 수지 평면을 연삭 가공하여 수지(309)의 표면을 평활한 면으로 한 히터부(305)를 얻을 수 있다.

그리고, 히터부(305)의 윗면과 지지부(320) 아랫면 및 히터부(305)의 아랫면과 도전성 기부(310)의 윗면을 균일하게 면 접촉시킬 수 있고, 상기 히터(307)에 전력을 통전시킴으로써 금속박으로 이루어진 히터(307)가 발열하고, 발생한 열을 지지부(320)의 전면에 균등하게 전달할 수 있다.

또, 오목부(308)가 도전성 기부(310) 측에 있는 경우로 설명했는데, 오목부(308)가 지지부(320) 측에 있고, 오목부(308)를 메우도록 절연성 수지(306)와는 상이한 조성의 수지(309)를 충전하여 평탄화함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

또, 상기 지지부(320)를 형성하는 판상체(302)의 내부에 구비한 상기 정전 흡착용 전극(304)에 통전시킴으로써 정전 흡착력을 발현시키고 웨이퍼(W)를 적재면(303)에 흡착 고정시켜서 적재면(303)과 웨이퍼(W) 사이의 열전도율을 높임으로써 웨이퍼(W)를 효율적으로 가열할 수 있다.

또, 히터(307)를 절연성 수지(306)에 매설한 히터부(305)에 있어서, 상기 절연성 수지(306)는 폴리이미드 수지인 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지는 내열성이 우수하고, 또한 전기 절연성에도 우수하므로 두께를 작게 할 수 있다는 점에서 바람직하다. 또, 열압착으로 용이하게 히터(307)를 절연성 수지(306) 내에 매설할 수 있으므로 매우 적합하다. 폴리이미드 수지로 히터(307)를 매설한 것의 두께는 0.05∼0.5mm 정도이고, 두께를 작게 할 수 있으므로 폴리이미드 수지의 열전도율이 비교적 작아도 웨이퍼(W)의 균열성을 높일 수 있다.

또한, 히터(307)에서 발열한 열을 균등하게 웨이퍼(W)에 전달하기 위해서 절연성 수지(306)와 절연성 수지(306) 표면의 오목부를 충전하는 조성이 상이한 수지(309)의 열전도율을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서의 동등하다는 것은 절연성 수지(306)의 열전도율이 수지(309)의 열전도율의 0.8∼1.2배의 범위 내인 것을 나타낸다.

수지(309)의 열전도율이 절연성 수지(306)의 열전도율보다 1.2배를 넘어 큰 경우, 히터(307) 위에서 발생한 열은 보다 빨리 열이 전달되어 수지(309)의 두꺼운 부분의 온도가 높아져서 바람직하지 않다. 또, 반대로 이 히터 표면의 오목부(308)를 충전하는 수지(309)의 열전도율이 절연성 수지(306)의 열전도율보다 0.8배를 넘어 작은 경우, 히터(307) 사이의 열 전달이 늦어지므로 결과적으로 지지부(320)의 적재면(303)에서의 온도 불균형이 커져서 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 수지(309)의 열전도율은 절연성 수지(306)의 열전도율의 0.9∼1.1배이다.

수지(309)의 열전도율을 조정하는 방법으로서는, 수지(309)에 금속 분말이나 세라믹 분말 등을 0.1∼10질량% 정도 첨가하고 열전도율을 조정하여, 절연성 수지(306)의 열전도율과 동등하게 할 수 있다.

이 때, 오목부(308)를 충전하는 수지(309)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 충전하는 것이 바람직하다. 이들 수지로 이루어진 접착제는 점성이 작고, 히터 표면의 오목부(308)에 도포하여 탈포처리를 함으로써 히터 표면의 오목부(308)에 공기를 끌어들이는 일 없이 치밀하게 충전할 수 있다.

특히, 에폭시 수지로 이루어진 접착제는 가열 경화함으로써 충분한 경도를 얻을 수 있으므로, 로터리 가공기나 만능 연삭반 등을 이용하여 수지(309)의 표면을 연삭 가공하고, 용이하게 히터부(305)의 두께 치수를 조정할 수 있음과 동시에 평활한 면에 마무리 가공할 수 있으므로, 지지부(320)나 도전성 기부(310)와의 접착시에 각 부재의 전면(全面)에서 접합되어 정밀하게 만들어낼 수 있다.

또, 히터부(305) 수지의 평균 두께가 0.01∼1mm인 것이 바람직하다. 상기 평균 두께가 0.01mm를 밑돌면 히터(307)와 도전성 기부가 전기적으로 단락하여 절연 파괴할 우려가 있기 때문이고, 상기 평균 두께가 1mm를 넘으면 히터(307)로부터 발생한 열이 지지부(320)나 도전성 기부(310)에 신속하게 전달되지 않으므로, 웨이퍼(W)를 급속히 냉각하거나 균일하게 가열하는 것이 곤란해져서 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 0.1∼0.5mm이다.

또, 상기의 평균 두께란, 히터부(305)의 히터(307) 윗면부터 히터부의 바깥면까지의 거리에서 5점을 측정한 평균치로 나타낼 수 있다.

또, 도 15에 나타내는 바와 같이, 상기 판상체(302)의 아랫면에 판상체(302)의 열전도율보다도 큰 세라믹 재료 등의 판상체(312)를 끼워넣어 일체화하여 지지부(320)로 할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써 판상체(302) 또는 판상체(312)의 적재면(303)과 평행한 방향의 열전도율을 부분적이지만 50∼419W/(m·K)로 할 수 있으므로, 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작고 균열성을 높일 수 있다.

따라서, 상기 판상체(302) 또는 판상체(312)의 적재면(303)과 평행한 방향의 열전도율은 50∼419W/(m·K)인 것이 바람직하다. 이것은 상기 판상체(302) 또는 판상체(312)의 적재면(303)과 평행한 방향의 열전도율이 50W/(m·K) 미만이면, 히터(307)에서 발생한 열이 적재면(303)에 전달되기까지의 사이에 적재면(303)에 평행한 방향으로 온도가 일정해지기까지의 시간을 필요로 하여, 웨이퍼(W)면 내의 온도 불균형이 커짐과 동시에, 웨이퍼(W) 온도의 변경 등으로 처리 시간이 길어져서 생산성이 저하될 우려가 있기 때문이다.

반대로, 상기 판상체(302) 또는 판상체(312)의 적재면(303)과 평행한 방향의 열전도율이 419W/(m·K)를 넘으면 열전도율이 큰 은 등을 사용할 수 없으므로 공업적으로 염가로 사용하는 재료를 얻는 것은 곤란하였다.

또, 판상체(302)에 세라믹 소결체를 사용하여 적재면의 내식성이나 내마모성을 우수한 것으로 할 수 있다. 이 경우, 판상체(312)는 판상체(302)를 이루는 세라믹 소결체의 열팽창 계수와 근접함으로써 승온시의 적재면 변형이 작아져서 바람직하다. 이러한 판상체로서는 열전도율이 큰 동이나 은, 알루미늄과 열팽창 계수가 작은 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속으로 이루어진 복합 부재가 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 웨이퍼 지지부재(301)의 제법과 기타 구성에 대해 설명한다.

판상체(302)를 형성할 때에 미리 세라믹 그린 시트에 흡착용 전극(304)을 인쇄하고, 그 위에 다른 세라믹 그린 시트를 적층하여 흡착용 전극(304)을 매설한 성형체를 제작하여, 탈지 후에 소성하여 흡착 전극을 매설한 지지부(320)를 얻을 수 있다. 그리고, 상기의 흡착용 전극(304)을 구성하는 재료로서는, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 주기율표 제6a족이나 Ti 등의 주기율표 제4a족의 고융점 금속, 혹은 이러한 합금, 또는 WC, MoC, TiN 등의 도전성 세라믹을 이용할 수 있다.

또, 도 16에 나타내는 바와 같이, 판상체(302)의 웨이퍼를 적재하는 적재면(303)의 다른쪽 주면에 이온 도금법, PVD법, CVD법, 스퍼터링법, 도금법 등의 막형상 수단으로 정전 흡착용 전극(304)을 형성하고, 그 위에 접착층(313)을 형성하여 지지부(320)로 할 수도 있다. 흡착 전극(304)의 재질로서는 Ti, W, Mo, Ni 등의 금속이나 그 탄화물 등으로 형성할 수 있다.

그리고, 도전성 기부(310)와 지지부(320), 히터부(305)를 접착제 등으로 체결 일체화함으로써 지지부(320)의 적재면(303)에 웨이퍼(W)를 적재하고, 정전 흡착시켜, 히터부(305)에 통전함으로써 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있다.

이 때, 이 도전성 기부(310)와 지지부(320), 히터부(305)의 접착면에는, 가열에 의한 열응력이나 열팽창 차에 의한 힘을 완화하기 위해서, 또, 각 부재간의 전기 절연성을 지지하기 위해서 절연성의 실리콘 등의 고무상태 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 히터부(305)에서 발생한 열을 효율적으로 균일하게 각 부에 전달하기 위해서, 상기 접착제로 이루어진 접착층의 두께 불균형(두께 편차)은 5∼50㎛ 이내에서 균일하게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 접착제를 스크린 인쇄로 도포하고, 균등하게 가중을 부하하여 접착함으로써 상기 접착층의 두께 불균형을 작고 균일하게 할 수 있다.

이상, 본 실시형태에서는 히터부(305)를 지지부(320) 및 도전성 기부(310)에 접착 고정하는 예를 들어 설명했지만, 지지부(320)로서 알루미늄 등의 금속판을 사용하고, 이 지지부(320)에 가열 압착으로 히터부(305)를 일체화한 후, 도전성 기부(310)로서 알루미늄 등의 금속판에 접착 고정한 웨이퍼 지지부재(301)에도 적응할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 개량이나 변경한 것이라도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 17)

여기에서, 본 발명의 웨이퍼 지지부재로서, 절연성 수지 표면의 오목부에 에폭시 수지를 충전한 웨이퍼 지지부재(시료 No.301)와 상기 오목부에 수지를 충전하지 않은 웨이퍼 지지부재(시료 No.302)를 준비하여, 각 히터를 발열시켰을 때의 웨이퍼 적재면의 웨이퍼(W)의 온도 불균형을 평가하였다.

본 발명의 웨이퍼 지지부재는, 외경이 200mm, 두께가 1mm의 원반형상을 한 산화 알루미늄질 소결체로 이루어진 판상체를 준비하여, 이 판상체의 한쪽 주면에 연마 가공을 실시하고 평면도 10㎛, 표면조도를 산술평균조도(Ra) 0.5㎛로 마무리하여 적재면을 형성하였다. 한편, 금속 니켈로 이루어진 히터 패턴을 두께가 0.41mm의 폴리이미드 필름과 두께가 0.2mm의 다른 폴리이미드 필름으로 끼워넣고, 따로 준비한 알루미늄제의 도전성 기부에 열압착하여 일체화하였다. 그리고, 폴리이미드 필름면에 생긴 오목부를 메우도록 에폭시 접착제를 충전하고, 2.6kPa 이하의 감압하에서 접착제의 탈포처리를 실시하고, 이어서 접착제를 가열 경화시켰다.

또한, 상기 접착제로 이루어진 에폭시 수지의 표면을 로터리 가공기에서 연삭 가공하여, 접착제 표면의 평면도가 10㎛ 이하가 되는 평활한 면을 형성하였다.

여기서, 폴리이미드 필름의 열전도율은 0.34W/(m·K), 에폭시 수지의 열전도율은 금속 필러를 첨가하여 폴리이미드 필름과 동일해지도록 조정하였다.

그런 후, 상기 에폭시 수지면에 실리콘 접착제를 도포하고, 이 위에 상기 판상체를 적재하여 2.6kPa 이하의 감압하에서 접착제의 탈포처리를 가한 후, 접착제를 경화시켜서 제작하였다.

한편, 다른 웨이퍼 지지부재는, 도전성 기부와 대향하는 폴리이미드 필름면에 생긴 오목부에 에폭시 접착제를 충전하는 일 없이 실리콘 접착제를 도포하고, 이 위에 상기 판상체를 적재하여 2.6kPa 이하의 감압하에서 접착제의 탈포처리를 가한 후, 접착제를 경화시켜서 제작하였다.

그리고, 각 웨이퍼 지지부재의 도전성 기부의 냉각 통로에 온도를 30℃로 제어한 냉각수를 흐르게하고, 적재면에 웨이퍼(W)를 적재하여 방사온도계로 웨이퍼(W) 표면의 온도를 측정하면서, 히터에 전압을 인가하여 적재면의 평균 온도를 60℃로 조절한 후, 웨이퍼면 내의 온도 불균형을 측정하였다. 이 온도 불균형이란, 방사온도계에 의한 웨이퍼면 내의 최고 온도에서 최저 온도를 뺀 값으로 나타낼 수 있다.

그 결과를 표 16에 나타낸다.

시료No.	절연성 수지 표면의 오목부에 충전한 수지의 유무	웨이퍼(W)면 내의 온도
		최고온도 (℃)	최저온도 (℃)	온도 불균형 (℃)
301	유	62.9	57.1	5.8
※302	무	67.1	52.8	14.3

※는 본원 발명 외를 나타낸다.

이 결과, 시료 No.302의 종래 웨이퍼 지지부재는 60℃에서의 온도 불균형이 14.3℃나 되던 것에 비해, 시료 No.301의 본 발명 웨이퍼 지지부재는 60℃에서의 온도 불균형이 5.8℃로 작아서, 웨이퍼(W)면 내의 온도차를 작게 할 수 있다는 것을 알았다.

본 발명에 의하면, 흡착부가 절연막을 구비하고, 절연막의 한쪽 주면(主面)을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극과 이 흡착 전극을 덮는 절연층을 구비하며, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼10.5mm인 것, 바람직하게는 0.02∼2.0mm인 것을 특징으로 하면, 웨이퍼를 반복하여 흡착 이탈시켜도 잔류 흡착이 증대하는 일 없이 웨이퍼의 이탈 특성이 뛰어난 웨이퍼 지지부재를 얻을 수 있음과 동시에, 플라즈마를 발생시켜도 적재면의 온도 변화가 없고, 절연막의 균열이 발생하는 일 없이 절연 파괴를 방지할 수 있다.

Claims (18)

1. 흡착부와, 이 흡착부의 아래쪽에 마련된 수지층과, 이 수지층의 아래쪽에 냉각 매체를 흐르게 하는 통로를 가지는 도전성 기부로 이루어지는 웨이퍼 지지부재로서,

   상기 흡착부가 절연막을 구비하고, 절연막의 한쪽 주면(主面)을 웨이퍼를 적재하는 적재면으로 하고, 다른쪽 주면에 흡착 전극과 이 흡착 전극을 덮는 절연층을 구비하며, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼10.5mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 흡착부의 두께가 0.02∼2.0mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
3. 제1항에 있어서, 상기 수지층의 체적고유저항이 10⁸∼10¹⁴Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
4. 제1항에 있어서, 상기 적재면과 상기 도전성 기부 사이의 저항치가 10⁷∼10¹³Ω인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
5. 제1항에 있어서, 상기 수지층이 실리콘계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계 중 적어도 어느 하나를 주(主)성분으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
6. 제1항에 있어서, 상기 수지층에 도전성 입자를 포함하고, 이 도전성 입자의 함유량이 0.01∼30용량%인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
7. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 세라믹스로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
8. 제7항에 있어서, 상기 절연막과 상기 절연층이 같은 세라믹스로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
9. 제7항에 있어서, 상기 절연막이 산화 알루미늄, 희토류의 산화물, 혹은 질화물 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
10. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 비정질 세라믹으로 이루어지고, 상기 절연막의 적재면과 상기 흡착 전극과의 사이의 두께가 10∼200㎛인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
11. 제10항에 있어서, 상기 절연막은 희가스류 원소를 1∼10원자% 포함하고, 비커스 경도(Vickers hardness)가 500∼1000 HV0.1인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
12. 제1항에 있어서, 상기 도전성 기부가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 어느 하나의 금속 성분과, 탄화 규소 또는 질화 알루미늄 중 어느 하나의 세라믹 성분으로 이루어지며, 이 세라믹 성분의 함유량이 50∼90질량%인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
13. 제1항에 있어서, 상기 수지층과 상기 도전성 기부와의 사이에 히터부를 구비하고,

    상기 히터부는 히터와, 상기 히터를 매설하는 절연성 수지층과, 상기 절연성 수지층의 상기 도전성 기부와 대향하는 면에 설치된 오목부와, 상기 오목부에 충전되고 상기 절연성 수지층과 상이한 조성의 수지로 이루어지는 수지층을 구비하고,

    상기 히터부와 상기 도전성 기부는 접착층에 의해 협착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
14. 제13항에 있어서, 상기 오목부를 충전하는 수지층이 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
15. 제13항에 있어서, 상기 히터부의 절연성 수지층의 평균 두께가 0.01∼1mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
16. 제13항에 있어서, 상기 히터부와 상기 도전성 기부 사이의 접착층의 두께가 0.01∼1mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
17. 제13항에 있어서, 상기 히터부와 상기 도전성 기부 사이의 접착층을 이 접착층보다 두께가 작은 수지층으로 여러 번에 걸쳐 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
18. 제17항에 있어서, 상기 히터부와 상기 도전성 기부 사이의 접착층을 스크린 인쇄에 의해 여러 번에 걸쳐 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.

Images