KR101163825B1 - Electrostatic chuck and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

도전체층과 이것을 사이에 끼우는 절연체층으로 구성되는 적층 구조를 가지는 정전척의 주위에 형성된 세라믹스 용사막과 기재의 밀착성이 좋고, 또한 핸들링 시에 외부충격력이 작용해도, 용이하게 용사막이 파손하지 않는 정전척을 제공한다. 절연체층 사이에 끼워진 금속층을 포함하는 적층 구조의 정전척으로서, 상기 금속층의 주연의 노출 부분에 형성된 오목부가 절연성 용사막에 의해 피복되어 있다. 이 정전척의 용사막은, 적어도 상기 오목부의 내측에 노출하는 상기 금속층을 피복하고, 또한 상기 오목부보다 돌출하지 않도록 피복되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속층으로부터의 누전이나, 금속층의 부식을 방지할 수 있는 동시에, 핸들링 시에 용사막에 외부충격력이 작용해도, 용사막의 파손을 방지할 수 있다. Good electrostatic adhesion between the ceramic thermal sprayed coating formed around the electrostatic chuck having a laminated structure composed of a conductor layer and an insulator layer sandwiched therebetween and the substrate, and the electrostatic spraying does not easily damage the thermal sprayed coating even when an external impact force is applied during handling. Provide a chuck. An electrostatic chuck of a laminated structure including a metal layer sandwiched between insulator layers, wherein a recess formed in an exposed portion of the peripheral edge of the metal layer is covered with an insulating thermal spray film. It is preferable that the thermal sprayed coating of this electrostatic chuck coat | covers the said metal layer exposed at least inside the said recessed part, and is coat | covered so that it may not protrude more than the said recessed part. As a result, the leakage of the metal layer and the corrosion of the metal layer can be prevented, and even if the external impact force acts on the sprayed film during handling, breakage of the sprayed film can be prevented.

Description

정전척 및 그 제조 방법{ELECTROSTATIC CHUCK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Electrostatic chuck and its manufacturing method {ELECTROSTATIC CHUCK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판의 탑재대에 이용되는 정전척에 관한 것이고, 특히 세라믹스 용사막(이하, 용사층이라고도 한다)을 구비한 정전척 및 그 제조 방법에 관한 것이다．BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck used for mounting a substrate to be processed such as a semiconductor wafer, and more particularly, to an electrostatic chuck provided with a ceramic thermal sprayed coating (hereinafter also referred to as a thermal spraying layer) and a manufacturing method thereof.

실리콘 웨이퍼 등의 피처리 기판에 플라즈마 에칭 등의 처리를 실행하는 반도체 처리 장치에 있어서는, 피처리 기판은 처리 챔버의 중앙에 설치된 탑재대 상에 탑재된다. 이러한 탑재대에 있어서는, 열전도성이 좋은 금속재료로 구성된 지지체의 상부에 정전척(이하, ESC)이 마련되는 경우가 많다. In a semiconductor processing apparatus which performs a process such as plasma etching on a substrate to be processed, such as a silicon wafer, the substrate to be processed is mounted on a mounting table provided in the center of the processing chamber. In such a mounting table, an electrostatic chuck (hereinafter, ESC) is often provided on an upper part of a support made of a metal material having good thermal conductivity.

일반적으로, 정전척은 적층 구조로 되어 있으며, 최상면에는 절연(유전)체층이, 그 하측에는 도전체층인 막형상 전극이 마련되고, 또한 그 하측에도 절연체층이 마련되어 있다. 절연체층에는 알루미나(Al2O3)가 이용되고, 막형상 전극에는 알루미늄의 박판, 박 또는 접합층이 이용되는 경우가 많다. 막형상 전극은, 웨이퍼를 정전기력으로 고정시키기 위한 전압인가용 전극으로서의 기능을 가진다.In general, the electrostatic chuck has a laminated structure, an insulating (dielectric) layer is provided on the uppermost surface, a film-shaped electrode which is a conductor layer on the lower side thereof, and an insulator layer is also provided on the lower side thereof. Alumina (Al 2 O 3 ) is used for the insulator layer, and a thin aluminum plate, foil, or bonding layer is often used for the film electrode. The film-like electrode has a function as a voltage application electrode for fixing the wafer with an electrostatic force.

또한, 막형상 전극과는 별도로, ESC의 균열화를 도모하기 위해서 금속재료로 이루어지는 전열층을 ESC에 마련하는 경우가 있다.In addition to the film electrode, in order to achieve cracking of the ESC, a heat transfer layer made of a metal material may be provided in the ESC.

막형상 전극 및 전열층은 모두 도전성 금속재료로 이루어지는 금속층이고, 이들 모두 ESC의 측면에서 외부에 노출한 상태로 되어 있다. 이렇게 금속층의 단부가 ESC의 측면에 노출 상태로 되어 있는 경우, 예를 들면 반도체 제조 용도로 사용하는 할로겐계 등의 부식 가스에 의해 금속층이 부식된다는 문제가 있다. 또한, 부식된 금속이 오염(콘태미네이션) 문제를 야기한다는 문제가 있다. Both the film electrode and the heat transfer layer are metal layers made of a conductive metal material, and both of them are exposed to the outside from the side of the ESC. Thus, when the edge part of a metal layer is exposed to the side surface of ESC, there exists a problem that a metal layer corrodes by the corrosive gas, such as halogen system used for semiconductor manufacturing uses, for example. In addition, there is a problem that the corroded metal causes a contamination (contamination) problem.

또한, 막형상 전극이 ESC의 전극으로서 사용되는 경우에는, 이것에 고전압이 인가되기 때문에 이것에 근접하는 금속체, 예를 들면 ESC의 주연에 배치되는 포커스 링 등으로 방전 또는 누전할 염려가 발생한다는 문제가 있다. In addition, when a film-shaped electrode is used as an electrode of an ESC, since a high voltage is applied to it, there exists a possibility that it may discharge or short-circuit with the metal body adjacent to this, for example, the focus ring arrange | positioned at the periphery of an ESC, etc. there is a problem.

그 때문에, 금속층이 노출하고 있는 측면에 절연성 세라믹스나 알루미나를 용사함으로써, 상술한 문제의 발생을 방지하는 경우가 많다. Therefore, the above-mentioned problem is often prevented by spraying insulating ceramics or alumina on the side surface of the metal layer.

예를 들면 하기의 특허문헌 1에는, 도전체와 절연성 세라믹스 기재(基材)를 가지는 반도체제조용 서셉터에 있어서, 세라믹스 기재로부터의 도전체의 노출 부분이 절연성 용사막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 서셉터가 개시되어 있다. For example, Patent Document 1 below discloses a semiconductor manufacturing susceptor having a conductor and an insulating ceramic substrate, wherein an exposed portion of the conductor from the ceramic substrate is covered with an insulating thermal spray coating. A susceptor for semiconductor manufacturing is disclosed.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 평성 제06-279974호 공보 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-279974

정전척은, 일반적으로 도전체층과 도전체층을 사이에 끼우는 절연체층으로 구성되는 적층 구조를 가진다. 이러한 도전체층이 노출되어 있으면, 그 곳으로부터 의 누전이나, 분위기 가스에 의한 금속의 부식이 문제가 된다. 이 때문에 도전체층의 노출면 즉 정전척의 측면에 세라믹 등의 절연재로 이루어지는 용사막을 만들어, 그에 의해 금속층의 노출면을 피복하고 있다. 그러나, 이러한 목적으로 형성되는 용사막은, 파손되기 쉽다는 문제가 있다. The electrostatic chuck generally has a laminated structure composed of an insulator layer sandwiching the conductor layer and the conductor layer. If such a conductor layer is exposed, a short circuit from there and corrosion of a metal by atmospheric gas become a problem. For this reason, the thermal spraying film which consists of insulating materials, such as a ceramic, is made in the exposed surface of the conductor layer, ie, the side of an electrostatic chuck, and coat | covers the exposed surface of a metal layer by this. However, there is a problem that the thermal sprayed coating formed for this purpose tends to be damaged.

도 5a 내지 5c는 종래의 기술에 있어서 정전척의 측면에 형성되는 세라믹스 용사막(용사층)의 형상의 일례를 나타낸 도면이다. 일반적으로는, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 도전체층(20)을 포함하는 정전척(ESC)(21)의 측면의 거의 전면(全面)에, 평면형상의 세라믹스 용사층(6)을 형성한다. 그러나, 이 세라믹스 용사층(6)은 무르기 때문에, ESC의 장착, 분리 등의 핸들링 시, 이것에 외부충격이 가해지면, 용이하게 파손되어 버린다는 문제가 있는 것이 밝혀졌다. 5A to 5C are diagrams showing an example of the shape of the ceramic thermal sprayed coating (sprayed layer) formed on the side of the electrostatic chuck in the prior art. Generally, as shown to FIG. 5A, the planar ceramic thermal spraying layer 6 is formed in the substantially whole surface of the side surface of the electrostatic chuck (ESC) 21 containing the conductor layer 20. As shown in FIG. However, since the ceramic thermal sprayed layer 6 is soft, it has been found that there is a problem that when an external impact is applied to the ESC during handling or attachment of the ESC, the ceramic thermal spray layer 6 is easily broken.

본 발명자들은, 상술한 세라믹스 용사층의 박리되기 쉬움을 개선하기 위해서, 그 형상이나 피복 범위를 바꾸는 용사 방법의 효과에 대해서 검토했다. 즉, 하나는 도 5b에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 용사층(6)을 상하 수평면으로 확대하여, ESC의 측면과 절연체층의 상하 일체로 세라믹 용사층(6)을 형성했을 경우이다. 다른 하나는 도 5c에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 용사층(6)의 하측만 확대하여, ESC의 측면과 절연체층의 하면측에 일체로 세라믹스 용사층(6)을 형성했을 경우이다. 이들의 형상에 대해서 세라믹스 용사층의 박리성의 개선에 대해서 검토를 실행했다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors examined the effect of the spraying method which changes the shape and the coating range in order to improve the peelability of the ceramic sprayed layer mentioned above. That is, one is the case where the ceramic thermal spraying layer 6 is expanded to an up-and-down horizontal plane as shown in FIG. 5B, and the ceramic thermal spraying layer 6 is formed integrally with the side surface of an ESC and the insulator layer. The other case is a case where only the lower side of the ceramic thermal spraying layer 6 is enlarged and the ceramic thermal spraying layer 6 is integrally formed in the side surface of ESC and the lower surface side of the insulator layer, as shown to FIG. 5C. These shapes were examined to improve the peelability of the ceramic thermal sprayed layer.

그 결과, 접착 면적의 증대에 의해 박리성에 대해서는 개선되었지만, 세라믹스 용사층이 얇고 또한 무르기 때문에, 외부충격에 의해, 세라믹스 용사층의 코너 부가 파손된다. 그 때문에, 세라믹스 용사층을 도 5b 또는 5c와 같은 형상으로 하여도, 외부충격에 의한 파손을 완전히 방지하는 것은 불가능한 것을 알게 되었다. As a result, although the peelability was improved by the increase of the adhesion area, since the ceramic sprayed layer was thin and soft, the corner part of the ceramic sprayed layer was damaged by external impact. Therefore, even when the ceramic thermal sprayed layer is made into the shape like FIG. 5B or 5C, it turned out that it is impossible to prevent the damage by external shock completely.

또한, 상기 특허문헌 1에는, 이러한 세라믹 용사막의 형성 방법에 대한 고안이 개시되어 있다. 이하, 이 용사막의 형성 방법에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 이 문헌의 실시예에 있어서, 서셉터 상부는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 원판형상의 세라믹스 기재(22)와 세라믹스의 원판형상 지지체(23)의 사이에 막형상 전극(24)이 끼워진 구조를 가진다. In addition, Patent Literature 1 discloses a design of a method of forming such a ceramic thermal sprayed coating. Hereinafter, the formation method of this thermal sprayed coating is demonstrated using drawing. In the embodiment of this document, the upper part of the susceptor has a structure in which the membrane electrode 24 is sandwiched between the disc-shaped ceramic substrate 22 and the disc-shaped support 23 of the ceramic. Has

또한, 용사막(용사층)의 형성에 있어서는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 우선 막형상 전극(24)의 주연부를 에칭 등에 의해 제거 가공하고, 이에 의해 형성된 홈(25) 안에 절연성 세라믹스를 용사한다. 용사 시에는, 이 홈(25)을 메우고 또한 상하의 세라믹스 원판의 측표면으로부터 돌출되는 세라믹 용사층(6)을 형성한다. In the formation of the thermal sprayed film (sprayed layer), as shown in FIG. 6A, first, the peripheral edge of the film-shaped electrode 24 is removed by etching or the like, and the insulating ceramics are thermally sprayed into the grooves 25 formed thereby. do. At the time of thermal spraying, the ceramic thermal sprayed layer 6 which fills this groove 25 and protrudes from the side surface of the upper and lower ceramic disks is formed.

이에 의해 홈(25) 안에 채워진 세라믹 용사층(6)이 형성되어, 원판형상 세라믹스와 세라믹스 용사층(6)의 밀착성이 향상하는 것이 기대된다. 그러나, 본 발명자들의 지견에 의하면, 이 세라믹스 용사층(6)은, 돌출 부분이 있기 때문에, 주위의 물체와 부딪치기 쉽다는 문제가 있다. 이 돌출 부분이 주위의 강체(剛體)에 부딪쳐, 외부로부터 충격력이 가해지면, 세라믹스 용사층(6)이 파손되어 용이하게 박리하는 것이 알려졌다. As a result, the ceramic thermal sprayed layer 6 filled in the grooves 25 is formed, and the adhesion between the disk-shaped ceramics and the ceramic thermal sprayed layer 6 is expected to be improved. However, according to the findings of the present inventors, the ceramic thermal sprayed layer 6 has a problem that, since there is a protruding portion, the ceramic thermal sprayed layer 6 easily collides with a surrounding object. When this projecting part hits the surrounding rigid body and an impact force is applied from the exterior, it was known that the ceramic sprayed layer 6 will be damaged and peeled easily.

또한, 상기 특허문헌 1의 기재와 같은 막형상 전극(24)의 주연부의 에칭 가공에서는, 세라믹스가 가공부의 내부까지 충분히 들어가지 않는다. 이 때문에, 금속층을 완전히 피복하는 것이 어렵고, 또한 용사 세라믹스와 가공부의 접촉 면적이 충분하지 않기 때문에, 밀착성이 나빠 박리해버린다는 문제가 명백해졌다. Moreover, in the etching process of the peripheral part of the film-like electrode 24 like the description of the said patent document 1, ceramics does not fully enter to the inside of a process part. For this reason, since it is difficult to coat | cover a metal layer completely and the contact area of a thermal spray ceramics and a process part is not enough, the problem that adhesiveness worsens and it peels was made clear.

따라서, 본 발명의 과제는 도전체층과 이것을 사이에 끼우는 절연체층으로 구성되는 적층 구조를 가지는 정전척의 주위에 형성된 세라믹스 용사막과 기재의 밀착성이 좋고, 또한 핸들링 시에 정전척에 외부충격력이 작용해도, 용이하게 용사막이 파손되지 않는 정전척을 제공하는 것을 과제로 한다. Therefore, the subject of this invention is that adhesiveness of the ceramic thermal sprayed coating formed in the periphery of the electrostatic chuck which has a laminated structure which consists of a conductor layer and the insulator layer interposed therebetween is favorable, and an external impact force acts on an electrostatic chuck at the time of handling. An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck in which the thermal sprayed coating is not easily broken.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 정전척은, 절연체층 사이에 끼워진 금속층을 포함하는 적층 구조의 정전척으로서, 상기 정전측의 주연에 외측으로 갈수록 커지는 폭을 갖도록 형성된 오목부가 절연성 용사막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 한다. The electrostatic chuck of the present invention for solving the above problems is an electrostatic chuck of a laminated structure including a metal layer sandwiched between insulator layers, wherein the concave portion formed to have a width that increases toward the outside on the peripheral edge of the electrostatic side by an insulating thermal spray film It is characterized by being covered.

이 정전척의 용사막은, 적어도 상기 오목부의 내측에 노출하는 상기 금속층을 피복하고, 또한 상기 오목부보다 돌출하지 않도록 피복되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속층으로부터의 누전이나, 금속층의 부식을 방지할 수 있는 동시에, 핸들링 시에 용사막에 외부충격력이 작용해도, 용사막의 파손을 방지할 수 있다. It is preferable that the thermal sprayed coating of this electrostatic chuck coat | covers the said metal layer exposed at least inside the said recessed part, and is coat | covered so that it may not protrude more than the said recessed part. As a result, the leakage of the metal layer and the corrosion of the metal layer can be prevented, and even if the external impact force acts on the sprayed film during handling, breakage of the sprayed film can be prevented.

상기 금속층은 도전층, 또는 균열층이여도 좋다. 또한, 상기 오목부의 단면형상이, 깔때기형상, 포물선형상, 납작하고 평평한 접시형상, 타원호형상, 원호형상 중 어느 하나의 외측이 확대된 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속층의 폭이 0.5 mm 내지 1.0 mm으로 좁은 경우라도 오목부에 용사 세라믹스가 함입되어, 용사막의 박리를 방지할 수 있다. The metal layer may be a conductive layer or a crack layer. In addition, the cross-sectional shape of the concave portion is preferably a funnel shape, a parabolic shape, a flat and flat plate shape, an elliptical arc shape, or an outer shape of an arc shape. Thereby, even when the width of the metal layer is narrow to 0.5 mm to 1.0 mm, the thermal sprayed ceramics are embedded in the recesses, and peeling of the thermal sprayed coating can be prevented.

또한, 상기 용사막이, 알루미나를 함유하는 세라믹제의 절연막인 것은 바람직하다. 또한, 상기 용사막은, 산화이트륨 용사에 의해 형성되는 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable that the said thermal sprayed coating is a ceramic insulating film containing alumina. Moreover, it is preferable that the said thermal sprayed coating is formed of yttrium oxide thermal spraying.

또한, 상기 오목부에 세라믹스를 용사했을 때에, 용사막이 오목부로부터 돌출했을 경우, 용사막의 표면을 연삭함으로써 오목부로부터의 돌출부를 없애, 용사막에 외부의 충격이 가해지지 않도록 함으로써, 용사막의 파손을 방지할 수 있다. When the thermal sprayed film protrudes from the recessed part when the ceramics are thermally sprayed on the recessed part, the surface of the thermal sprayed film is ground to remove the protruding part from the recessed part so that external impact is not applied to the thermal sprayed film. You can prevent the destruction of the desert.

본 발명의 정전척은, 상기 금속층의 폭이 0.5 mm 이상 1.0 mm 이하의 경우라도 용사막을 형성할 수 있다. The electrostatic chuck of the present invention can form a thermal sprayed film even when the width of the metal layer is 0.5 mm or more and 1.0 mm or less.

본 발명의 정전척의 제조 방법은, 절연체층 사이에 끼워진 금속층을 포함하는 적층 구조의 정전척의 제조 방법으로서, 상기 정전척의 주연에 외측으로 갈수록 커지는 폭을 갖도록 오목부를 형성하고, 적어도 상기 오목부에 노출하는 상기 금속층을 덮도록 절연성의 용사막을 형성하고, 상기 용사막이 상기 오목부보다 돌출하지 않도록 상기 용사막을 연삭하는 것을 특징으로 한다. The manufacturing method of the electrostatic chuck of this invention is a manufacturing method of the electrostatic chuck of the laminated structure containing the metal layer interposed between the insulator layers, Comprising: It forms the recessed part so that it may become wider toward the outer periphery of the said electrostatic chuck, and it may expose at least the said recessed part. An insulating thermal sprayed coating is formed so as to cover the metal layer, and the thermal sprayed coating is ground so that the thermal sprayed coating does not protrude from the concave portion.

이에 의해, 금속층으로부터의 누전이나, 금속층의 부식을 방지할 수 있는 동시에, 핸들링 시에 용사막에 외부충격력이 작용해도, 용사막의 파손을 방지 가능한 정전척을 제조할 수 있다. 또한, 상기 금속층이 도전층, 또는 균열층이라도 적용할 수 있다. Thereby, the electrostatic chuck which can prevent the short circuit from the metal layer and the corrosion of the metal layer, and prevents damage of the thermal sprayed film even if an external impact force acts on the thermal sprayed film at the time of handling can be manufactured. Moreover, even if the said metal layer is a conductive layer or a crack layer, it is applicable.

상기 오목부의 단면형상을 깔때기형상, 포물선형상, 납작하고 평평한 접시형상, 타원호형상, 원호형상 중 어느 하나의 외측이 확대된 형상으로 형성 하는 것은 바람직하다. 이러한 형상으로 하는 것에 의해, 금속층의 폭이 0.5 mm 내지 1.0 mm로 좁은 경우라도 오목부에 용사 세라믹스를 함입할 수 있고, 용사막이 용이하게 박리하지 않는 정전척을 제조할 수 있다. It is preferable to form the cross-sectional shape of the concave portion in a funnel shape, a parabolic shape, a flat and flat plate shape, an elliptical arc shape, and an outer shape of any one of the arc shapes. By setting it as such a shape, even if the width | variety of a metal layer is narrow to 0.5 mm-1.0 mm, a thermal spray ceramic can be embedded in a recessed part, and the electrostatic chuck which a thermal sprayed film does not peel easily can be manufactured.

알루미나를 함유하는 세라믹스제의 재료를 용사하여, 상기 용사막을 형성하는 것은 바람직하다. 또한, 산화이트륨 용사에 의해 상기 용사막을 형성하는 것은 바람직하다. It is preferable to spray the ceramic material containing alumina and to form the said thermal sprayed coating. In addition, it is preferable to form the thermal sprayed coating by yttrium thermal spraying.

본 발명에 의하면, 금속층을 피복하는 용사 세라믹을 포함하는 정전척에 있어서, 이러한 정전척에 외부충격력이 작용해도, 용이하게 용사막이 파손하지 않는 정전척을 제공할 수 있다.According to the present invention, in the electrostatic chuck including the thermal spray ceramic covering the metal layer, it is possible to provide an electrostatic chuck which does not easily break off the thermal sprayed coating even when an external impact force acts on the electrostatic chuck.

이하, 실시예의 도면을 참조해서 본 발명을 설명한다. 도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예에서 이용된 정전척의 상부 구조를 도시하는 도면으로서, 도 1a는 수직단면도, 도 1b은 도 1a의 A부분의 확대도이다. 지지체(2)는, 반도체 웨이퍼(1)와 접촉해서 열교환을 행하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(1)의 온도를 조절하는 열교환 플레이트로서 이용된다. 지지체(2)는, 알루미늄 등의 도전성 및 열전도성이 큰 재질로 이루어진다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated with reference to drawings of an Example. 1A and 1B show an upper structure of the electrostatic chuck used in the embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a vertical cross-sectional view, and FIG. 1B is an enlarged view of part A of FIG. 1A. The support 2 is used as a heat exchange plate for adjusting the temperature of the semiconductor wafer 1 by contacting the semiconductor wafer 1 and performing heat exchange. The support 2 is made of a material having high conductivity and thermal conductivity such as aluminum.

지지체(2)의 최상부에는, 원판형의 정전척층(3)이 마련되고, 그 하측에 세라 믹스제의 원판형의 히터층(4)이 마련된다. 정전척층(3)과 히터층(4)의 사이에는, 알루미늄 접합층(5)이 마련되어 있다. In the uppermost part of the support body 2, a disk-shaped electrostatic chuck layer 3 is provided, and a disk-shaped heater layer 4 made of cera mix is provided below. An aluminum bonding layer 5 is provided between the electrostatic chuck layer 3 and the heater layer 4.

알루미늄 접합층(5)은, 반도체 웨이퍼(1)의 온도를 균일하게 하기 위한 온도균일화층으로서의 기능을 가진다. 정전척층(3), 히터층(4) 및 알루미늄 접합층(5)의 외주에 세라믹스 용사층(6)이 형성되어 있다. The aluminum bonding layer 5 has a function as a temperature homogenization layer for making the temperature of the semiconductor wafer 1 uniform. The ceramic sprayed layer 6 is formed in the outer periphery of the electrostatic chuck layer 3, the heater layer 4, and the aluminum bonding layer 5.

정전척층(3)은, 반도체 웨이퍼(1)를 정전흡착력으로 보지하기 위해서, 세라믹스 등의 유전체로 이루어지고, 그 내부에는, 도전체, 예를 들면 동, 텅스텐 등의 도전막으로 이루어지는 내부 전극(7)이 매립되어 있다. 내부 전극(7)에 급전 막대(8)를 거쳐서 고전압, 예를 들면 2500 V, 3000 V 등의 직류 전압이 인가되어, 쿨롱력 또는 존슨-라벡력에 의해 반도체 웨이퍼(1)가 흡착 보지된다. The electrostatic chuck layer 3 is made of a dielectric such as ceramics in order to hold the semiconductor wafer 1 with an electrostatic adsorption force, and therein, an internal electrode made of a conductor, for example, a conductive film such as copper or tungsten ( 7) is buried. A high voltage, for example, 2500 V, 3000 V, or the like is applied to the internal electrode 7 via the feed rod 8, and the semiconductor wafer 1 is held by the Coulomb force or the Johnson-Label force.

히터층(4)은, 세라믹스의 원판의 내부에 막형상의 저항 발열체층(9)이 형성되어 있는 것으로, 그 양쪽 단부에 급전선(10a, 10b)이 부착되어 상용교류 또는 직류 전원(도시하지 않음)으로부터 가열용 전력이 공급된다. The heater layer 4 has a film-shaped resistive heating element layer 9 formed inside a ceramic disc, and feed lines 10a and 10b are attached to both ends thereof, so that the AC or DC power supply is not shown. Is supplied with heating power.

지지체(2)의 내부에는, 전열 매체(유체) 유로(11)가 마련된다. 이 전열 매체 유로(11)에는, 온도조절 유닛 및 배관(모두 도시하지 않음)에 의해, 소정온도의 전열 매체, 예를 들면 온수 또는 냉수가 순환 공급된다. The heat transfer medium (fluid) flow path 11 is provided inside the support 2. The heat transfer medium passage 11 is circulated and supplied with a heat transfer medium having a predetermined temperature, for example, hot water or cold water, by a temperature control unit and a pipe (both not shown).

정전척층(3)과 반도체 웨이퍼(1)의 이면 사이에는, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급관(12)을 거쳐서 공급되고, 이 전열 가스는, 정전척층(3)과 반도체 웨이퍼(1) 사이의 열전도를 촉진시킨다. Between the electrostatic chuck layer 3 and the back surface of the semiconductor wafer 1, an electrothermal gas, for example, He gas, is supplied from the electrothermal gas supply unit (not shown) via the gas supply pipe 12, and the electrothermal gas is electrostatic The heat conduction between the chuck layer 3 and the semiconductor wafer 1 is promoted.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는, 히터가 부착된 정전척이 이용되고, 정전척(ESC)은, 정전척층(3)과 히터층(4)을 구성하는 거의 같은 직경의 2장의 세라믹스 원판을 알루미늄 접합층(5)으로 접합한 적층 구조체로 되어 있다. 본 실시예에서는, 정전척층(3)과 히터층(4)의 세라믹스로서 알루미나가 이용되고, 이들 양 층의 두께는 l ~ 2 mm, 알루미늄 접합층(5)의 두께는 0.5 ~ 1 mm 정도이며, ESC 전체 두께는 3 ~ 6 mm 정도이다. 알루미늄 접합층(5)은, 히터층(4)에 의해 반도체 웨이퍼(1)가 불균일하게 가열되지 않도록, 온도를 균일화시키는 기능을 가진다. As described above, in this embodiment, an electrostatic chuck with a heater is used, and the electrostatic chuck ESC uses two ceramic discs of approximately the same diameter constituting the electrostatic chuck layer 3 and the heater layer 4. It is a laminated structure bonded by the bonding layer 5. In this embodiment, alumina is used as the ceramics of the electrostatic chuck layer 3 and the heater layer 4, the thickness of both layers is 1 mm to 2 mm, and the thickness of the aluminum bonding layer 5 is about 0.5 mm to 1 mm. The overall thickness of the ESC is about 3 to 6 mm. The aluminum bonding layer 5 has a function of equalizing the temperature so that the semiconductor wafer 1 is not unevenly heated by the heater layer 4.

이 원판형 적층 구조체의 외주 전체 둘레에 세라믹스 용사층(6)을 형성함에 있어서, 알루미늄 접합층(5)의 외연이 노출되도록 오목부를 형성하고, 세라믹 용사층(6)을 이 오목부에 매립하고, 그 상부가 적층 구조체의 측면으로부터 돌출하는 일이 없도록 그 높이를 조정한다. In forming the ceramic sprayed layer 6 around the outer periphery of this disk-shaped laminated structure, the recessed part is formed so that the outer edge of the aluminum bonding layer 5 may be exposed, and the ceramic sprayed layer 6 is embedded in this recessed part, The height is adjusted so that the upper portion thereof does not protrude from the side of the laminated structure.

이하, 본 발명에 있어서, 적층 구조체의 측면에 형성하는 오목부의 바람직한 단면형상에 대해서 설명한다. 도 2는 본 실시예에 있어서 정전척 측면에 형성된 세라믹스 용사층(6)의 단면형상을 나타내는 단면도이다. Hereinafter, in this invention, preferable cross-sectional shape of the recessed part formed in the side surface of a laminated structure is demonstrated. 2 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the ceramic thermal sprayed layer 6 formed on the side surface of the electrostatic chuck in this embodiment.

도 2에 보이는 바와 같이,정전척(30)은 정전척층(3), 히터층(4) 및 그 사이에 개재된 알루미늄 접합층(5)을 포함한다. 정전척층(3)의 하반부와 히터층(4)의 상반부가 깎여서 평평한 경사면이 되어 있고, 그 바닥부에 알루미늄 접합층(5)이 노출하도록 오목부가 형성되어 있다. As shown in FIG. 2, the electrostatic chuck 30 includes an electrostatic chuck layer 3, a heater layer 4 and an aluminum bonding layer 5 interposed therebetween. The lower half of the electrostatic chuck layer 3 and the upper half of the heater layer 4 are shaved to form a flat inclined surface, and a recess is formed so that the aluminum bonding layer 5 is exposed at the bottom thereof.

오목부의 단면은, 밑바닥의 얕은 깔때기형상 또는 납작하고 평평한 접시형상이다. 세라믹스 용사층(6)이 이 오목부 전체를 덮도록, 세라믹스 용사 재료를 용사 한다. 용사 재료로서는, 산화이트륨 혹은 알루미나가 바람직하지만, 세라믹스를 형성하는 것이면 이것에 한정되지 않는다. 용사 후는 용사 재료가 오목부의 바깥으로 돌출되기 때문에, 이 돌출된 부분을 연삭하여, 세라믹스 용사층(6)의 상부가 적층 구조체의 측면으로부터 돌출하는 일이 없도록 그 높이를 조정한다. 즉, 세라믹스 용사층(6)의 돌출 부분을 제거하여 세라믹스 용사층(6)의 노출면이 정전척층(3) 및 히터층(4)의 측면과 같은 평면에 있도록 한다.The cross section of the concave portion is a bottom funnel shape or a flat flat dish shape. The ceramic thermal spraying material is thermally sprayed so that the ceramic thermal spraying layer 6 covers the entire recess. As a thermal spraying material, yttrium oxide or alumina is preferable, but is not limited to this as long as it forms ceramics. Since the thermal spraying material protrudes out of the concave portion after the thermal spraying, the projected portion is ground to adjust its height so that the upper portion of the ceramic thermal sprayed layer 6 does not protrude from the side surface of the laminated structure. That is, the protruding portion of the ceramic thermal sprayed layer 6 is removed so that the exposed surface of the ceramic thermal sprayed layer 6 is flush with the side surfaces of the electrostatic chuck layer 3 and the heater layer 4.

본 발명은 세라믹스 용사층(6)의 기재에의 밀착성을 높이기 위해서, 이하의 2가지의 특징을 갖는다. 제 1 특징은 오목부의 단면에 있어서, 오목부의 폭이 외측으로 갈수록 커지도록(즉, 오목부의 외측폭(D1) > 오목부의 내측폭(D2)) 해서, 용사 시의 융액이 오목부의 바닥부(내측)까지 파고 들어가기 쉽도록 하고 있는 점이다. 또한 제 ２ 특징은, 후술하는 바와 같이, 오목부의 단면에 있어서의 오목부의 바닥부 및 측벽의 전체 길이(L)을 1.42 mm 이상으로 하여, 세라믹스 용사층(6)의 기재와의 접착 면적을 크게 하고 있는 점이다. This invention has the following two characteristics, in order to improve adhesiveness to the base material of the ceramic thermal sprayed layer 6. The first feature is that in the cross section of the concave portion, the width of the concave portion becomes larger toward the outside (that is, the outer width D1 of the concave portion> the inner width D2 of the concave portion), so that the melt at the time of thermal spraying is the bottom portion of the concave portion ( It is easy to dig into the inside). In addition, as described later, the total length L of the bottom and sidewalls of the recess in the cross section of the recess is 1.42 mm or more, and the adhesion area with the substrate of the ceramic thermal sprayed layer 6 is large. I'm doing it.

상기 제 １ 특징에 있어서, 오목부의 단면형상은 도 2의 예에 한정되지 않는다. 도 3a 내지 3d는, 본 발명에 있어서의 오목부 단면형상의 다른 예를 도시하는 도면이다. 오목부(13)의 단면형상은, 도 3a에 나타내는 것 같은 깔때기형상이어도, 도 3b에 나타내는 것 같은 납작하고 평평한 접시형상이어도 좋다. 또한, 도 3c에 도시하는 바와 같이 깔때기의 바닥부 코너를 둥근 형상(R)으로 만들어도, 도 3d에 나타내는 것 같은 원호형상의 단면형상이어도 좋다. 또한, 도시하지 않았지만, 오목부의 단면형상이 타원호형상이나, 포물선형상이어도 좋다. 이러한, 단면형상이 곡선을 포함하는 경우에는, 알루미늄 접합층(5)의 노출부를 포함하는 오목부의 바닥부는 평면이어도 좋다. In the first aspect, the cross-sectional shape of the recess is not limited to the example of FIG. 2. 3A to 3D are views showing another example of the cross-sectional shape of the recess in the present invention. The cross-sectional shape of the recessed part 13 may be a funnel shape as shown in FIG. 3A, or may be a flat and flat dish shape as shown in FIG. 3B. In addition, as shown in FIG. 3C, the bottom corner of a funnel is made into round shape R, or the circular cross section shape as shown in FIG. 3D may be sufficient. In addition, although not shown in figure, the cross-sectional shape of a recessed part may be an elliptical arc shape or a parabolic shape. When such a cross-sectional shape contains a curve, the bottom part of the recessed part containing the exposed part of the aluminum bonding layer 5 may be flat.

또한, 상기 제 ２ 특징에 있어서는, 오목부의 단면에 있어서의 오목부의 주변길이를 1.42 mm로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세라믹스 용사층(6)과 정전척층(3)히터층(4)의 밀착성을 향상시킬 수 있어, 세라믹스 용사층(6)의 박리성을 저감할 수 있다. Moreover, in the said 2nd characteristic, it is preferable to make the peripheral length of the recessed part in the cross section of a recessed part 1.42 mm. Thereby, adhesiveness of the ceramic sprayed layer 6 and the electrostatic chuck layer 3 heater layer 4 can be improved, and the peelability of the ceramic sprayed layer 6 can be reduced.

또한, 세라믹스 용사부의 돌출 부분을 제거하여, 세라믹스 용사층(6)이 적층 구조체의 측면으로부터 돌출하는 일이 없도록, 그 높이를 조정함으로써, 핸들링 시에 돌출 부분이 주위의 강체와 충돌해서 파손하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용사부의 돌출 부분을 제거하는 방법으로서는, 기계 감삭 등의 종래 기술로 좋으며, 특별히 한정할 필요는 없다. Also, by removing the protruding portion of the ceramic sprayed portion so that the ceramic sprayed layer 6 does not protrude from the side surface of the laminated structure, the height is adjusted so that the protruding portion collides with the surrounding rigid body and is damaged during handling. It can prevent. Moreover, as a method of removing the protruding part of a thermal sprayed part, it is good by the prior arts, such as a mechanical reduction, and does not need to specifically limit.

본 발명에 있어서의 정전척의 제조 방법, 즉 세라믹 용사층(6)의 형성 방법에 대해서 설명한다. 도 4a 내지 4d는, 본 발명에 있어서의 세라믹 용사층(6)의 형성 방법의 설명도이다. 우선, 도 4a에 도시하는 바와 같이 정전척층(3)과 히터층(4)의 2장의 세라믹스 원판을 알루미늄 접합층(5)으로 접합해서 적층 구조체(14)를 작성한다. 이어서, 도 4b에 도시하는 바와 같이 적층 구조체(14)의 외주 전체 둘레를 연삭하여, 소정의 단면형상의 오목부(13)를 형성한다. The manufacturing method of the electrostatic chuck in this invention, ie, the formation method of the ceramic sprayed layer 6, is demonstrated. 4A to 4D are explanatory views of the method for forming the ceramic thermal sprayed layer 6 in the present invention. First, as shown to FIG. 4A, the two ceramic original plates of the electrostatic chuck layer 3 and the heater layer 4 are joined by the aluminum bonding layer 5, and the laminated structure 14 is created. Next, as shown in FIG. 4B, the periphery of the outer periphery of the laminated structure 14 is ground, and the recessed part 13 of predetermined cross-sectional shape is formed.

다음으로, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 적층 구조체(14)의 외주의 오목부(13) 전체가 메워지고 또한 표면이 약간 돌출되도록, 세라믹스의 용사 재료를 용사해서, 세라믹스 용사층(6)을 형성한다. 본 실시예에 있어서는, 용사 재료로서 산 화이트륨 또는 알루미나의 분말을 이용했다. 세라믹스 용사층(6)이 냉각 고체화한 후, 그 표면을 기계 연삭 또는 연마하여, 세라믹스 용사층(6)의 상부가 적층 구조체(14)의 측면으로부터 돌출하는 일이 없도록, 그 높이를 조정한다. 이들 공정에 의해, 세라믹스 용사층(6)의 형성이 완료된다. Next, as shown in FIG. 4C, the thermal spraying material of ceramics is sprayed so that the whole recessed part 13 of the outer periphery of the laminated structure 14 may be filled, and a surface may protrude a little, and the ceramic thermal spraying layer 6 may be made into it. Form. In this example, a powder of yttrium acid or alumina was used as the thermal spraying material. After the ceramic sprayed layer 6 is solidified by cooling, the surface is mechanically ground or polished, and the height thereof is adjusted so that the upper portion of the ceramic sprayed layer 6 does not protrude from the side surface of the laminated structure 14. By these processes, formation of the ceramic sprayed layer 6 is completed.

도 1은 본 발명의 실시예에서 이용된 정전척의 상부 구조를 도시하는 도면. 1 shows a superstructure of an electrostatic chuck used in an embodiment of the invention.

도 2는 본 실시예에 있어서 정전척 측면에 형성된 세라믹스 용사층의 단면형상을 나타내는 단면도. Fig. 2 is a sectional view showing a cross-sectional shape of the ceramic thermal sprayed layer formed on the side of the electrostatic chuck in the present embodiment.

도 3은 본 발명에 있어서 정전척의 측면에 형성되는 오목부의 단면형상의 다른 예를 도시하는 도면. 3 is a view showing another example of a cross-sectional shape of a recess formed on the side of the electrostatic chuck in the present invention.

도 4는 본 발명에 있어서의 세라믹스 용사층의 형성 방법의 설명도. 4 is an explanatory diagram of a method of forming a ceramic thermal spray layer in the present invention.

도 5는 종래의 정전척의 측면에 형성된 세라믹스 용사층의 형상의 예를 나타내는 설명도.5 is an explanatory diagram showing an example of the shape of a ceramic thermal sprayed layer formed on the side of a conventional electrostatic chuck.

도 6은 특허문헌에 있어서의 세라믹스 용사층의 형성 방법의 설명도. 6 is an explanatory diagram of a method of forming a ceramic thermal sprayed layer in a patent document.

도면의 주요부분에 관한 부호의 설명Explanation of symbols about main parts of the drawings

1: 반도체 웨이퍼 2: 지지체1: semiconductor wafer 2: support

3: 정전척층 4: 히터층3: electrostatic chuck layer 4: heater layer

5: 알루미늄 접합층 6: 세라믹스 용사층5: aluminum bonding layer 6: ceramic spraying layer

7: 내부전극 9: 저항발열체층7: internal electrode 9: resistance heating layer

30: 정전척30: electrostatic chuck

Claims (13)

절연체층 사이에 끼워진 금속층을 포함하는 적층 구조의 정전척으로서, An electrostatic chuck of a laminated structure comprising a metal layer sandwiched between insulator layers, 상기 정전척의 주연에 외측으로 갈수록 커지는 폭을 갖도록 형성된 오목부가 절연성 용사막에 의해 피복되어 있되,The concave portion formed to have a width that increases toward the outside on the peripheral edge of the electrostatic chuck is covered with an insulating thermal spray film, 상기 오목부의 단면에 있어서, 상기 금속층이 노출되도록 하는 상기 오목부의 내측폭보다 외측폭이 크고,In the cross section of the recess, the outer width is larger than the inner width of the recess to expose the metal layer, 상기 용사막의 노출면이 상기 정전척의 측면과 동일 평면에 있고, The exposed surface of the thermal sprayed coating is flush with the side of the electrostatic chuck, 상기 오목부의 단면에 있어서의 오목부의 바닥부 및 측벽의 전체 길이(L)는 1.42 mm 이상인 The total length L of the bottom part and side wall of the recess part in the cross section of the recess part is 1.42 mm or more. 것을 특징으로 하는 정전척. Electrostatic chuck characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용사막은, 적어도 상기 오목부의 내측에 노출하는 상기 금속층을 피복하고, 또한 상기 오목부보다 돌출하지 않도록 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척. The said thermal sprayed coating coat | covers the said metal layer exposed at least inside the recessed part, and is coat | covered so that it may not protrude more than the said recessed part. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 금속층이 도전층 또는 균열(均熱)층인 것을 특징으로 하는 정전척. An electrostatic chuck, wherein said metal layer is a conductive layer or a crack layer. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 오목부의 단면형상이, 깔때기형상, 포물선형상, 납작하고 평평한 접시형상, 타원호형상, 원호형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전척. An electrostatic chuck, wherein the concave section has any one of a funnel shape, a parabolic shape, a flat and flat plate shape, an elliptical arc shape, and an arc shape. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 용사막이, 알루미나를 함유하는 세라믹제의 절연막인 것을 특징으로 하는 정전척. The thermal sprayed chuck is an insulating film made of ceramic containing alumina. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 용사막은, 산화이트륨 용사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 정전척. The thermal sprayed coating is formed by yttrium thermal spraying. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 용사막의 표면이 연삭되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척. An electrostatic chuck, wherein the surface of the thermal sprayed coating is ground. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 금속층의 폭이 1.0 mm 이하인 것을 특징으로 하는 정전척. An electrostatic chuck, wherein the metal layer has a width of 1.0 mm or less. 절연체층 사이에 끼워진 금속층을 포함하는 적층 구조의 정전척의 제조 방법으로서, A manufacturing method of an electrostatic chuck of a laminated structure comprising a metal layer sandwiched between insulator layers, 상기 정전척의 주연에 외측으로 갈수록 커지는 폭을 갖도록 오목부를, 그 단면에 있어서 상기 금속층이 노출되도록 하는 상기 오목부의 내측폭보다 외측폭이 크도록 형성하고,The concave portion is formed on the peripheral edge of the electrostatic chuck so as to have a width that increases toward the outside, so that the outer width is larger than the inner width of the concave portion to expose the metal layer in its cross section, 적어도 상기 오목부에 노출하는 상기 금속층을 덮도록 절연성의 용사막을 형성하고, An insulating thermal sprayed coating is formed so as to cover at least the metal layer exposed to the recessed portion, 상기 용사막이 상기 오목부보다 돌출하지 않도록 상기 용사막을 연삭하는 것에 의해, 상기 용사막의 노출면을 상기 정전척의 측면과 동일 평면으로 하되, By grinding the thermal sprayed coating so that the thermal sprayed coating does not protrude from the concave portion, the exposed surface of the thermal sprayed coating is flush with the side surface of the electrostatic chuck, 상기 오목부의 단면에 있어서의 오목부의 바닥부 및 측벽의 전체 길이(L)는 1.42 mm 이상인 The total length L of the bottom part and side wall of the recess part in the cross section of the recess part is 1.42 mm or more. 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법. The manufacturing method of the electrostatic chuck characterized by the above-mentioned. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 금속층이 도전층, 또는 균열층인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법. And said metal layer is a conductive layer or a crack layer. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,11. The method according to claim 9 or 10, 상기 오목부의 단면형상을 깔때기형상, 포물선형상, 납작하고 평평한 접시형상, 타원호형상, 원호형상 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법. The cross-sectional shape of the concave portion is formed by any one of a funnel shape, parabolic shape, flat and flat plate shape, elliptical arc shape, and arc shape. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,11. The method according to claim 9 or 10, 알루미나를 함유하는 세라믹제의 재료를 용사하고, 상기 용사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법. A method of producing an electrostatic chuck, comprising: spraying a ceramic material containing alumina and forming the thermal sprayed coating. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,11. The method according to claim 9 or 10, 산화이트륨 용사에 의해 상기 용사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법. A method of manufacturing an electrostatic chuck, wherein the thermal sprayed coating is formed by yttrium oxide thermal spraying.
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