KR101452231B1 - 정전척 - Google Patents

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토토 가부시키가이샤
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Abstract

흡착 유지되는 처리 대상물을 소망하는 온도로 유지할 수 있는 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
처리 대상물을 적재하는 제 1 주면과 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖고, 다결정 세라믹 소결체인 세라믹 유전체 기판과, 세라믹 유전체 기판의 제 1 주면과 제 2 주면 사이에 형성되고 세라믹 유전체 기판에 일체 소결된 전극층과, 제 2 주면측에 설치된 온조 플레이트와, 전극층과 온조 플레이트 사이에 설치된 히터를 구비하고, 세라믹 유전체 기판은 전극층과 제 1 주면 사이의 제 1 유전층과, 전극층과 제 2 주면 사이의 제 2 유전층을 갖고, 세라믹 유전체 기판의 제 1 유전층 및 제 2 유전층에 있어서의 적외선 분광 투과율은 두께 1㎜ 환산으로 20% 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이 제공된다.

Description

정전척{ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명의 형태는 정전척에 관한 것이고, 구체적으로는 흡착 유지되는 처리 대상물을 소망하는 온도로 유지할 수 있는 정전척에 관한 것이다.
에칭, CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링, 이온 주입, 애싱 등을 행하는 플라즈마 처리 챔버 내에서는 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 처리 대상물을 흡착 유지하는 수단으로서 정전척이 이용되고 있다.
정전척은 알루미나 등의 세라믹 기재 사이에 전극을 끼워 넣고, 소성함으로써 제작된다. 정전척은 내장되는 전극에 정전 흡착용 전력을 인가하고, 규소 웨이퍼 등의 기판을 정전력에 의해서 흡착하는 것이다.
그런데, 플라즈마 처리를 행한 후의 챔버 내면에는 반도체 웨이퍼나 도막으로부터의 잔사 및 생성물이 부착되어 있다. 그리고, 플라즈마 처리를 반복해서 행하면 잔사 및 생성물이 점차 퇴적되고, 곧 챔버 내면으로부터 박리되어 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 처리 대상물의 표면에 부착하여 수율을 저하시키는 원인이 된다.
그래서, 종래부터 정기적으로 챔버 내를 플라즈마에 의해서 클리닝하여 챔버 내면에 부착된 잔사 및 생성물을 제거하도록 하고 있다. 이 때, 정전척의 표면을 더미 웨이퍼로 피복하지 않고 처리를 행하는, 소위 웨이퍼리스 플라즈마 클리닝을 행하는 경우가 있다. 웨이퍼리스 플라즈마 클리닝에서는 클리닝시에 정전척의 표면이 직접 O2 가스나 CF4 가스 등의 클리닝 플라즈마에 노출된다.
정전척에 있어서는 웨이퍼리스 플라즈마 클리닝을 실시했을 경우, 세라믹 표면 입자의 탈리 및 입계의 침식이 발생하여 표면 조도가 커진다. 이것에 의해, 정전 흡착력의 저하, 시일 링(seal ring)의 가스 누출량의 증대, 반도체 웨이퍼와의 고체 접촉 계면의 열전달률의 저하 등의 문제가 발생해서 단기간에 정전척을 교환하지 않으면 안되게 된다.
그래서, 할로겐 가스 등의 플라즈마 조사에 의한 표면 조도의 변화를 억제하는 방법으로서 유전체에 고순도 알루미나를 사용한 내부전극 구조의 정전척의 제조 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는 순도 99.5%의 알루미나 분말을 사용한 그린 시트에 W, Mo, WC, TiC, TiN 등의 분말을 포함하는 페이스트를 도포하여 도체로서 사용하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는 순도 99.9% 이상의 알루미나 분말을 사용한 그린 시트에 Pd 단체 또는 40중량% 이하의 Ag를 포함하는 Pd로 이루어지는 도체를 도포하여 내부전극으로 한 정전척의 구조가 개시되어 있다.
최근에는 웨이퍼 처리 프로세스나 조건과 아울러 큰 플라즈마 파워로도 정전척의 온도를 변화시킬 수 있는 것이 요구되고 있다. 정전척에 있어서는, 이와 같은 온도 변화가 있어도 처리 대상물을 소망하는 온도로 유지할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
그 때문에, 소망하는 웨이퍼 온도로 하기 위해서 정전척에 히터를 내장하여 가열 매체만으로는 부족한 열량을 히터로부터 가열함으로써 1대의 정전척으로 고온역까지 사용 가능하고, 또한 고온역에서도 처리 대상물의 온도가 균일해지는 히터 내장 정전척이 요망되고 있다.
일본 특허공개 평10-279349호 공보 일본 특허공개 평8-119720호 공보
본 발명은 이러한 과제의 인식에 의거해서 이루어진 것이며, 흡착 유지되는 처리 대상물을 소망하는 온도로 유지할 수 있는 히터 내장 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명은 처리 대상물을 적재하는 제 1 주면과 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖고, 다결정 세라믹 소결체인 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이에 형성되고 상기 세라믹 유전체 기판에 일체 소결된 전극층과, 상기 제 2 주면측에 설치된 온조 플레이트와, 상기 전극층과 상기 온조 플레이트 사이에 설치된 히터를 구비하고, 상기 세라믹 유전체 기판은 상기 전극층과 상기 제 1 주면 사이의 제 1 유전층과, 상기 전극층과 상기 제 2 주면 사이의 제 2 유전층을 갖고, 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 유전층 및 상기 제 2 유전층에 있어서의 적외선 분광 투과율은 두께 1㎜ 환산으로 20% 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 내장 히터로부터 방출되는 적외선이 세라믹 유전체 기판을 효율 좋게 투과하기 때문에 처리 대상물에 열을 용이하고 또한 균일하게 전달할 수 있다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 제 1 유전층의 두께가 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 1 유전층의 두께가 100㎛ 이상이기 때문에 충분한 절연 내압을 유지할 수 있다.
제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서 상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 입자끼리가 고상 소결 또는 액상 소결에 의해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 유전체 기판에 소결 조제가 포함되지 않기 때문에 소결 조제에 의한 적외선의 투과율 저하가 발생하지 않는다.
제 4 발명은, 제 3 발명에 있어서 상기 세라믹 유전체 기판의 순도가 99.9중량% 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 유전체 기판에 포함되는 불순물이 적기 때문에 불순물에 의한 적외선의 투과율 저하를 억제할 수 있다.
제 5 발명은, 제 2 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 1 유전층에 포함되는 이물의 외경이 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 1 유전층에 포함되는 이물의 외경이 3㎜ 이하이기 때문에 이물에 의한 적외선의 투과율 저하가 억제되고, 처리 대상물의 온도 제어가 방해되지 않는다.
제 6 발명은, 제 5 발명에 있어서 상기 이물의 외경이 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 1 유전층에 포함되는 이물의 외경이 2㎜ 이하이기 때문에 이물에 의한 적외선의 투과율 저하가 억제되고, 처리 대상물의 온도 제어가 방해되지 않는다.
제 7 발명은, 제 2 내지 제 6 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 1 유전층에 포함되는 이물의 단위 면적당 차지하는 비율이 0.16면적% 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 1 유전층에 포함되는 이물의 단위 면적당 차지하는 비율이 0.16면적% 이하이기 때문에 이물에 의한 적외선의 투과율 저하가 억제되고, 처리 대상물의 온도 제어가 방해되지 않는다.
제 8 발명은, 제 1 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 전극층이 도전성을 갖는 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 적외선 분광 투과율이 높은 제 2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 도전성을 갖는 제 1 부분보다 적외선 분광 투과율이 높은 제 2 부분이 설치되어 있기 때문에 전극층에서 적외선을 효율 좋게 투과시킬 수 있게 된다. 따라서, 히터 형상에 따른 따라 온도 편차를 억제할 수 있어 처리 대상물의 온도를 균일하게 할 수 있다.
제 9 발명은, 제 8 발명에 있어서 상기 제 1 부분이 상기 제 2 부분과 접하는 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 소결 조제가 포함되지 않기 때문에 소결 조제에 의한 적외선의 투과율 저하가 발생하지 않는다.
제 10 발명은, 제 8 발명에 있어서 상기 제 2 부분이 상기 제 1 유전층과 상기 제 2 유전층을 기계적으로 결합하고, 상기 제 2 부분이 상기 전극층을 적외선이 투과하도록 상기 제 1 유전층과 상기 제 2 유전층을 광학적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 유전체 기판과 전극층의 기계적인 접착성이 높아짐과 아울러 전극층에서의 적외선의 투과성을 높일 수 있게 된다.
제 11 발명은, 제 10 발명에 있어서 상기 제 2 부분이 상기 제 1 주면과 비평행인 방향으로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 2 부분이 제 1 주면과 비평행인 방향으로 연장되는 부분을 갖기 때문에 제 1 주면과 비평행인 방향으로 적외선을 투과할 수 있다. 이것에 의해, 세라믹 유전체 기판 및 전극층의 양쪽을 적외선이 투과해서 처리 대상물이나 세라믹 유전체 기판에 열이 축적되는 것을 억제할 수 있고, 처리 대상물의 온도를 용이하고 또한 균일하게 할 수 있다.
제 12 발명은, 제 8 내지 제 11 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 평균 입경이 상기 제 2 부분에 포함되는 결정의 평균 입경보다 큰 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 제 2 부분에 포함되는 결정의 평균 입경이 작음으로써 제 1 부분에 의한 도전성의 네트워크를 저해하지 않고, 또한 적외선을 투과시키는 성능을 양립할 수 있다.
제 13 발명은, 제 8 내지 제 12 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 2 부분의 재료가 상기 세라믹 유전체 기판의 재료와 동종인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 유전체 기판과 함께 전극층에서도 효율 좋게 적외선을 투과시킬 수 있도록 이루어진다.
제 14 발명은, 제 1 내지 제 13 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 재료가 Al2O3, Y2O3 및 YAG 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 적외선 투과성, 절연 내압, 플라즈마 내구성을 높일 수 있고, 내장되는 히터로부터의 열을 효율 좋게 균일하게 처리 대상물에 전할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 형태에 의하면, 흡착 유지되는 처리 대상물을 소망하는 온도로 균일하게 유지할 수 있는 히터 내장 정전척이 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 의한 정전척의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 전극층의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 정전척의 표면을 예시하는 도면이다.
도 4는 전극층을 예시하는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 세라믹 유전체 기판의 적외선 분광 투과율을 예시하는 도면이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 전극층의 적외선 분광 투과율을 예시하는 도면이다.
도 7은 웨이퍼의 온도 균일성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 적절히 생략한다.
도 1은 본 실시형태에 의한 정전척의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 정전척(110)은 세라믹 유전체 기판(11)과 전극층(12)과 히터(131)를 구비한다.
세라믹 유전체 기판(11)은, 예를 들면 다결정 세라믹 소결체의 의한 평판 형상의 기재이며, 반도체 웨이퍼 등의 처리 대상물(W)을 적재하는 제 1 주면(11a)과, 이 제 1 주면(11a)과는 반대측의 제 2 주면(11b)을 갖는다.
전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이에 형성되어 있다. 즉, 전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11) 중에 삽입되도록 형성된다. 전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)에 일체 소결되어 있다. 정전척용 기판(100)은 세라믹 유전체 기판(11)과 세라믹 유전체 기판(11)에 설치된 전극층(12)을 포함하는 판 형상의 구조물이다.
정전척(110)은 이 전극층(12)에 흡착 유지용 전압(80)을 인가함으로써 전극층(12)의 제 1 주면(11a)측에 전하를 발생시켜 정전력에 의해서 처리 대상물(W)을 흡착 유지한다. 히터(131)에 히터용 전류(133)를 흘림으로써 히터에 발열이 일어나 처리 대상물(W)의 온도를 승온할 수 있다.
히터는, 예를 들면 제 2 유전층(112)에 내장되어 있다. 단, 히터의 형태는 내장형에 한정되는 것은 아니고, 히터 금속을 제 1 유전층(111) 또는 제 2 유전층(112)에 오목부를 형성해서 접합한 것이나, 히터를 내장한 유전체를 제 2 유전층에 접합 또는 적층한 것이어도 좋다. 또한, 히터 전극 전류 도입부(132)의 형상도 금속 매입이나 접합 등, 형상을 한정하지 않는다.
히터(131)는 히터 위치와 히터의 형상을 한정하지 않는다. 도 1은 히터(131)의 위치가 제 2 주면보다 전극측에 위치하고 있지만, 히터는 제 2 주면과 같은 위치여도 좋고, 제 2 주면보다 온조 플레이트측이어도 좋다.
히터(131)의 위치가 제 2 주면보다 전극측에 위치하고 있는 경우에는, 예를 들면 그린 시트에 전극과 히터를 인쇄해서 적층한 그린 시트를 소성한 소결체 내부에 히터를 내장한 것이나, 히터 금속을 제 1 유전층(111) 또는 제 2 유전층(112)에 오목부를 형성해서 접합한 것이어도 좋다.
히터(131)의 위치가 제 2 주면과 같은 위치에 존재하고 있는 경우에는, 예를 들면 제 2 주면에 스크린 인쇄 등 적절한 방법으로 전극을 형성해도 좋고, 용사, PVD(Physical VaporDe position), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등으로 히터(131)를 형성해도 좋다.
히터(131)의 위치가 제 2 주면보다 온조 플레이트측에 위치하고 있는 경우에는, 예를 들면 히터를 내장한 유전체를 제 2 주면에 접합 또는 적층하여도 좋다.
여기서, 본 실시형태의 설명에 있어서는 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)을 연결하는 방향을 Z 방향, Z 방향과 직교하는 방향 중 하나를 X 방향, Z 방향 및 X 방향에 직교하는 방향을 Y 방향이라고 하기로 한다.
전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)에 따라서 설치되어 있다. 전극층(12)은 처리 대상물(W)을 흡착 유지하기 위한 흡착 전극이다. 전극층(12)은 단극형이어도 좋고 쌍극형이어도 좋다. 또한, 삼극형이나 그 밖의 다극형이어도 좋다. 전극층(12)의 수나 배치는 적절히 선택된다. 도 1에 나타낸 전극층(12)은 쌍극성형이며, 동일면 상에 2극의 전극층(12)이 형성되어 있다.
세라믹 유전체 기판(11)은 전극층(12)과 제 1 주면(11a) 사이의 제 1 유전층(111)과, 전극층(12)과 제 2 주면(11b) 사이의 제 2 유전층(112)을 갖는다. 세라믹 유전체 기판(11)의 적어도 제 1 유전층(111)에 있어서의 적외선 분광 투과율은 20% 이상이다. 본 실시형태에 있어서 적외선 분광 투과율은 두께 1㎜ 환산에 의한 값이다.
세라믹 유전체 기판(11)의 적어도 제 1 유전층(111)에 있어서의 적외선 분광 투과율이 20% 이상임으로써 제 1 주면(11a)에 처리 대상물(W)을 적재한 상태에서 히터(131)로부터 방출되는 적외선이 세라믹 유전체 기판(11)을 효율 좋게 투과할 수 있다. 따라서, 처리 대상물(W)에 열이 축적되기 어려워지고, 처리 대상물(W)의 온도의 제어성이 높아진다.
예를 들면, 플라즈마 처리를 행하는 챔버 내에서 정전척(110)이 사용될 경우, 플라즈마 파워의 증가에 따라 처리 대상물(W)의 온도는 상승하기 쉬워진다. 본 실시형태의 정전척(110)에서는 플라즈마 파워에 의해서 처리 대상물(W)에 전해진 열이 세라믹 유전체 기판(11)에 효율 좋게 전해진다. 또한, 히터(131)에 의해서 유전층에 전해진 열이 처리 대상물(W)에 효율 좋게 전해진다. 따라서, 처리 대상물(W)을 효율 좋게 전열해서 소망하는 온도로 유지하기 쉬워진다.
본 실시형태에 의한 정전척(110)에서는 제 1 유전층(111)에 추가해 제 2 유전층(112)에 있어서의 적외선 분광 투과율도 20% 이상인 것이 바람직하다. 제 1 유전층(111) 및 제 2 유전층(112)의 적외선 분광 투과율이 20% 이상임으로써 히터(131)로부터 방출되는 적외선이 더욱 효율 좋게 세라믹 유전체 기판(11)을 투과하게 되고, 처리 대상물(W)의 온도 제어성을 높일 수 있다.
여기서, 정전척(110)의 구체적인 구성예에 대해서 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 정전척(110)은 베이스 플레이트(50) 상에 장착되어 있다. 정전척(110)을 베이스 플레이트(50)에 장착하려면, 실리콘 등의 내열성 수지, 인듐 접합 및 경납땜 등이 이용된다. 접착 재료는 사용 온도대나 비용 등의 관점에서 적절히 선택되지만, 적외선을 투과하기 쉬운 재료가 보다 바람직하다.
베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 알루미늄제의 상부(50a)와 하부(50b)로 나눠져 있고, 상부(50a)와 하부(50b) 사이에 연통로(55)가 설치되어 있다. 연통로(55)는 일단측이 입력로(51)에 접속되고, 타단측이 출력로(52)에 접속된다.
베이스 플레이트(50)는 정전척(110)의 온도 조정을 행하는 역할을 한다. 예를 들면, 정전척(110)을 냉각하는 경우에는 입력로(51)로부터 냉각 매체를 유입하여 연통로(55)를 통과시키고, 출력로(52)로부터 유출시킨다. 이것에 의해, 냉각 매체에 의해서 베이스 플레이트(50)의 열을 흡수하여 그 위에 장착된 정전척(110)을 냉각할 수 있다.
한편, 정전척(110)을 가열하는 경우에는 연통로(55) 내에 가열 매체를 넣는 것도 가능하다. 또한, 정전척(110)이나 베이스 플레이트(50)에 히터(131)를 내장시키는 것도 가능하다. 이와 같이, 베이스 플레이트(50)를 통해서 정전척(110)의 온도가 조정되면 정전척(110)에 의해 흡착 유지되는 처리 대상물(W)의 온도를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)측에는, 필요에 따라서 볼록부(13)가 형성되어 있으며, 볼록부(13) 사이에 홈(14)이 형성되어 있다. 이 홈(14)은 연통되어 있고, 정전척(110)에 탑재된 처리 대상물(W)의 이면과 홈(14) 사이에 공간이 형성된다.
홈(14)에는 베이스 플레이트(50) 및 세라믹 유전체 기판(11)을 관통하는 도입로(53)가 접속되어 있다. 처리 대상물(W)을 흡착 유지한 상태에서 도입로(53)로부터 헬륨(He) 등의 전달 가스를 도입하면 처리 대상물(W)과 홈(14) 사이에 형성된 공간에 전달 가스가 흘러 처리 대상물(W)을 전달 가스에 의해서 직접 가열 또는 냉각할 수 있게 된다.
여기서, 볼록부(13)의 높이(홈(14) 깊이), 볼록부(13) 및 홈(14)의 면적 비율, 형상 등을 적절히 선택함으로써 처리 대상물(W)의 온도나 처리 대상물(W)에 부착되는 파티클을 바람직한 상태로 컨트롤할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b)에는 접속부(20)가 설치된다. 접속부(20)의 위치와 대응하는 베이스 플레이트(50)의 상부(50a)에는 콘택트 전극(61)이 설치되어 있다. 따라서, 정전척(110)을 베이스 플레이트(50)의 상부(50a)에 장착하면 콘택트 전극(61)이 접속부(20)와 접촉하고, 이것에 의해, 콘택트 전극(61)과 전극층(12)이 접속부(20)를 통해서 전기적으로 도통하게 된다.
콘택트 전극(61)에는, 예를 들면 가동식 프루브가 이용되고 있다. 이것에 의해, 콘택트 전극(61)과 접속부(20)의 확실한 접촉과, 콘택트 전극(61)이 접촉하는 것에 의한 접속부(20)로의 데미지를 최소한으로 억제하고 있다. 또한, 콘택트 전극(61)은 상기에 한정되지 않고, 접속부(20)와 단지 접촉하는 것만의 구성이나 접속부(20)와 감합 또는 나사결합에 의해서 접속되는 것 등, 어떠한 형태여도 좋다.
이어서, 세라믹 유전체 기판(11)에 대해서 구체적으로 설명한다.
세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 재료는, 예를 들면 Al2O3, Y2O3 및 YAG 중 어느 하나이다. 이 재료를 이용함으로써 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서의 적외선 투과성, 절연내성 및 플라즈마 내구성을 높일 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 입자끼리는 고상 소결 또는 액상 소결에 의해 서로 결합되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 결정 사이에 소결 조제를 포함하는 일 없이 결정의 입자끼리가 결합되어 있는 상태이다. 소결 조제를 이용하지 않음으로써 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서 소결 조제에 의한 적외선의 투과율 저하가 발생하지 않는다.
세라믹 유전체 기판(11)의 순도는 99.9중량% 이상인 것이 바람직하다. 세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 불순물을 적게 하면, 불순물에 의한 적외선의 투과율 저하를 억제할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11) 중 제 1 유전층(111)의 두께는 100㎛ 이상이다. 제 1 유전층(111)의 두께가 100㎛ 이상이면 정전척(110)에 있어서의 충분한 절연 내압을 유지할 수 있다. 제 1 유전층(111)의 두께는 흡착력에 크게 영향을 미치고, 처리 대상물(W)의 온도를 소망하는 온도로 하기 위해서 적절히 설정할 수 있다. 실시형태에서는 제 1 유전층(111)의 두께는, 예를 들면 100㎛~1000㎛, 보다 바람직하게는 100㎛~500㎛로 설정할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11) 중 제 2 유전층(112)의 두께도 마찬가지로 적절히 설정할 수 있다. 세라믹 유전체 기판(11)에 전극층(12)을 형성한 정전척용 기판(100)의 전체 두께는 세라믹 유전체 기판(11)의 기계적 강도, 열전도율, 가열성, 신뢰성 및 수율 등을 고려해서, 예를 들면 약 0.5㎜~10㎜정도이다. 정전척용 기판(100)의 전체 두께는 바람직하게는 약 0.5㎜~7㎜정도이다. 정전척용 기판(100)의 전체 두께는 더욱 바람직하게는 약 0.5㎜~5㎜정도이다.
본 발명자가 얻은 지견에 의하면, 상대적으로 얇은 세라믹 유전체 기판(11)보다 상대적으로 두꺼운 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서 본 실시형태의 우위성은 커진다. 세라믹 유전체 기판(11)이 적외선을 투과하는 효과에 의해 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서 생기는 온도차를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 상대적으로 두꺼운 세라믹 유전체 기판(11)의 냉각 특성은 상대적으로 얇은 세라믹 유전체 기판(11)의 냉각 특성보다 우수하다. 상대적으로 두꺼운 세라믹 유전체 기판(11)의 가열 특성은 상대적으로 얇은 세라믹 유전체 기판(11)의 가열 특성보다 우수하다.
세라믹 유전체 기판(11)의 두께가 두꺼워지면 제 2 유전층(112)의 두께가 두꺼워진다. 그러면, 전극층(12)과 히터(131) 사이의 거리가 멀어진다. 이것에 의하면, 전극층(12)으로부터 히터(131)까지의 절연 거리를 보다 길게 확보할 수 있고, 정전척(110)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이, 정전척(110)의 제조 방법의 일례로서 시트 형성이 예시된다. 예를 들면, 시트의 적층 매수를 변경함으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 두께를 조정할 수 있다. 예를 들면, 소성체의 두께를 두껍게 하면 소성체의 하중이 증가한다. 본 발명자가 얻은 지견에 의하면, 소성체의 하중이 증가하면 소성체의 휨이 저감된다. 이것에 의해, 제 1 유전층(111) 및 제 2 유전층(112)의 두께와 유전체 두께가 대략 균일해진다. 그러면, 정전척(110)이 발생하는 흡착력도 균일해지고, 반도체 웨이퍼 등의 처리 대상물(W)의 온도가 대략 균일해진다.
이어서, 전극층(12)에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 전극층의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2(a)에는 전극층 부분을 확대한 모식적 단면도가 나타내어지고, 도 2(b)에는 도 2(a)에 나타내는 A부의 단면 SEM(Scanning Electron Microscope) 화상이 나타내어져 있다.
도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112) 사이에 형성된다. 전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)과 일체 소결되어 있다. 전극층(12)의 두께는 약 15㎛이다.
도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 전극층(12)은 제 1 부분(121)과 제 2 부분(122)을 갖는다. 제 1 부분(121)은 도전성을 갖는다. 제 1 부분(121)은 금속 재료를 포함한다. 금속재료로서는 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등이 예시된다. 본 실시형태에서는 제 1 부분(121)의 재료로서 Pd가 사용된다.
제 1 부분(121)은 금속 재료의 입자끼리가 밀착해서 연속된 영역을 갖는다. 도 2(b)에 나타낸 단면 SEM 화상에서는 제 1 부분(121)으로서 복수의 영역이 나타나고 있지만, 각 영역은 어느 하나의 장소에서 연결되어 있다. 따라서, 전극층(12)에 전압을 인가한 상태에서는 제 1 부분(121)의 각 영역은 같은 전위가 된다.
제 2 부분(122)은 제 1 부분(121)보다 적외선 분광 투과율이 높은 부분이다. 제 2 부분(122)의 재료는 세라믹 유전체 기판(11)의 재료와 동종이다. 제 2 부분(122)의 재료는, 예를 들면 세라믹 유전체 기판(11)과 같은 다결정 세라믹 소결체이다.
제 2 부분(122)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112)을 연결하도록 형성된다. 제 2 부분(122)은 1 주면(11a)을 따르는 방향(X-Y 평면을 따르는 방향)과 비평행인 방향으로 연장되는 부분(122a)을 갖는다. 부분(122a)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112)을 결합한다.
제 2 부분(122)은 제 1 부분(121)에 있어서의 금속 재료의 입자 사이에 매입되도록 형성된다. 즉, 제 1 부분(121)은, 예를 들면 개미집 형상으로 형성된다. 제 2 부분(122)은 제 1 부분(121)의 간극에 들어가도록 형성된다. 제 2 부분(122)은 제 1 부분(121)의 금속 입자로 둘러싸인 부분(122b)과 제 1 부분(121)을 Z 방향으로 관통하도록 연장하는 부분(122a)을 갖는다.
제 2 부분(122)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112)을 기계적으로 결합한다. 즉, 제 2 부분(122) 중 부분(122a)은 제 1 유전층(111) 및 제 2 유전층(112)과 일체적으로 소결되어 있다. 부분(122a)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112)을 연결하는 기능을 갖는다. 이것에 의해, 전극층(12)과 세라믹 유전체 기판(11)의 기계적인 밀착성을 높일 수 있다.
제 2 부분(122)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112)을 광학적으로 결합한다. 즉, 제 2 부분(122) 중 부분(122a)은 제 1 유전층(111)과 제 2 유전층(112) 사이를 연결하도록 연속적으로 형성된다. 따라서, 제 2 부분(122)은 적외선을 투과할 수 있는 광로가 된다. 제 2 부분(122)의 재료는 세라믹 유전체 기판(11)의 재료와 동종이기 때문에 부분(122a)은 세라믹 유전체 기판(11)과 함께 효율 좋게 적외선을 투과시킨다.
전극층(12)은 제 1 부분(121) 및 제 2 부분(122)의 혼성에 의해서 도전성을 구비하면서 적외선을 투과할 수 있는 구성으로 된다. 이러한 전극층(12)을 세라믹 유전체 기판(11)에 설치함으로써 적외선은 세라믹 유전체 기판(11) 및 전극층(12)의 양쪽을 투과할 수 있고, 제 1 주면(11a)에 적재된 처리 대상물(W)에 열을 용이하고 또한 균일하게 전달할 수 있다.
전극층(12)에 있어서 제 1 부분(121)은 제 2 부분(122)과 직접 결합되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 부분(121) 및 제 2 부분(122)은 서로 접한다. 제 1 부분(121)과 제 2 부분(122) 사이에 소결 조제는 포함되지 않는다. 이것에 의해, 소결 조제에 의한 적외선의 투과율 저하가 발생하지 않는다.
세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 평균 입경은 전극층(12)의 제 2 부분(122)에 포함되는 결정의 평균 입경보다 크다. 즉, 제 2 부분(122)에 포함되는 결정의 평균 입경은 세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 평균 입경 이하이다.
전극층(12)의 XY면을 따르는 단면에 있어서 제 2 부분(122)의 점유율은 12면적% 이상 65면적% 이하, 바람직하게는 15면적% 이상 58면적% 이하, 더욱 바람직하게는 18면적% 이상 49면적% 이하이다.
또한, 전극층(12)의 ZX면을 따르는 단면에 있어서 제 1 부분(121)의 제 2 부분(122)에 대한 점유율은 30면적% 이상 90면적% 이하, 바람직하게는 40면적% 이상 80면적% 이하, 더욱 바람직하게는 42면적% 이상 73면적% 이하이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 정전척의 표면을 예시하는 도면이다.
도 3(a)은 전극층(12)의 표면에 있어서의 SEM 화상이고, 도 3(b)는 세라믹 유전체 기판(11)의 표면(제 1 주면(11a))에 있어서의 SEM 화상이다.
도 3(a)에 나타낸 SEM 화상에 의거해 전극층(12)의 제 2 부분(122)에 포함되는 결정의 입자 100개의 평균 입경을 측정하면 약 1.0㎛가 된다. 한편, 도 3(b)에 나타낸 SEM 화상에 의거해 세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 입자 100개의 평균 입경을 측정하면 약 1.7㎛가 된다.
여기서, 평균 입경은, 예를 들면 이하의 방법으로 산출된다. 즉, 입계를 판정할 수 있도록 파단이나 서멀 에칭 등의 가공을 실시한 세라믹 유전체 기판(11)을 준비하고, 5000배의 SEM 사진에서 복수 개소의 측정을 행한다. 1개의 측정 개소에 대해서는 입계를 타원으로 근사했을 때의 장지름을 입자지름으로 한다. 그리고, 상기 입자지름을 100개 측정한 평균치를 평균 입경으로 한다.
제 2 부분(122)에 포함되는 결정의 평균 입경이 세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 평균 입경보다 크면, 제 1 부분(121)에 의한 도전성 네트워크가 저해되기 쉬워진다. 한편, 제 2 부분(122)에 포함되는 결정의 평균 입경을 세라믹 유전체 기판(11)에 포함되는 결정의 평균 입경 이하로 하면, 제 1 부분(121)에 의한 도전성 네트워크를 저해하지 않고, 또한 적외선을 투과하는 성능을 양립할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에 의한 정전척(110)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는 시트 성형에서의 일례를 예시하지만, 핫 프레스나 압출 성형 등, 제조 방법을 한정하는 것은 아니다.
(알루미나 그린 시트의 제작)
알루미나 분말에 바인더 및 용매 등을 첨가하고, 볼밀로 혼합 분쇄 후 탈포를 거쳐 그린 시트를 성형한다. 알루미나 분말은 불순물이 적은 것이 바람직하고, 순도 99.9중량% 이상, 보다 바람직하게는 99.99중량% 이상인 것이 사용된다. 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐클로라이드 등의 비닐계 수지, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지 및 폴리아크릴에스테르, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 1종류의 수지를 선택할 수 있다. 그 밖에는 수용성 바인더 수지, 또는 기타 세라믹 시트 제품의 프로세싱에 사용 가능한 바인더를 사용해도 좋다. 이어서, 용매는 메틸에틸케톤, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 톨루엔, 디에틸 에테르, 삼염화 에틸렌, 메탄올 등의 단일 용매 또는 복수 용매를 선택할 수 있다. 그러나, 바인더를 용해시킬 수 있는 용매이면 좋고, 용매를 한정하는 것은 아니다.
(메탈라이즈 페이스트의 제작, 형성)
전극층(12)을 형성하기 위한 메탈라이즈 페이스트는 다음과 같이 해서 제작한다. 알루미나 분말과 Pd 분말을 섞은 것에 바인더 등을 첨가하고, 삼단 롤에 의해 혼합하여 메탈라이즈 페이스트로 한다.
이어서, 알루미나 그린 시트 상에 상기 메탈라이즈 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄법에 의해 전극층(12)이 되는 내부전극 패턴을 인쇄한다. 또한, 다른 알루미나 그린 시트에는 후에 형성되는 외부단자에 접속하기 위해서 개방된 스루홀 또는 비아홀 내에 메탈라이즈 페이스트를 인쇄해 두어도 좋다. 또한, 전극의 형성은 스크린 인쇄법에 한정하지 않고, 증착법(PVD(Physical Vapor Deposition), CVD)이나 금속 매입 등이어도 좋다.
이어서, 알루미나 그린 시트 상에, 예를 들면 상기 메탈라이즈 페이스트를 이용해서 스크린 인쇄법에 의해 히터 패턴을 인쇄한다. 또한, 다른 알루미나 그린 시트에는 후에 형성되는 외부단자에 접속하기 위해서 개방된 스루홀 또는 비아홀 내에 메탈라이즈 페이스트를 인쇄해 두어도 좋고, 재질을 한정하지 않는다. 또한, 히터의 형성은 스크린 인쇄법에 한정하지 않고, 예를 들면 증착법(PVD(Physical Vapor Deposition), CVD)이나 금속박 매입 등이어도 좋고, 히터를 내장한 유전체층을 적절한 방법으로 접합 또는 적층해도 좋다.
(알루미나 그린 시트의 적층)
이어서, 알루미나 그린 시트를 서로 위치맞춤하면서 적층, 열압착하여 전체 두께를 소정의 두께로 한 적층체를 제작한다.
(적층한 알루미나 그린 시트의 소성, HIP 처리)
이어서, 적층체를 1250℃ 이상 1700℃ 이하, 보다 바람직하게는 1300℃ 이상 1450℃ 이하에서 소성하고, 내부전극 패턴과 동시에 소성한다. 소성은 대기 분위기, 환원 분위기 등 소성 분위기를 한정하지 않는다. 소성 후, 또한 온도와 압력을 설정하여 HIP(Hot Isostatic Pressing) 처리를 행한다. HIP 처리의 조건은 가압용 가스(예를 들면, Ar)를 약 1000기압 이상으로 하고, 온도는 소성 온도에 따라서 1200℃ 이상 1600℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(외부단자의 형성)
이어서, 외부전극을 형성한다. 유전체(알루미나 소결체)의 편면측으로부터 드릴 등으로 스폿페이싱 가공을 행하여 내부의 스루홀 또는 비어홀을 노출시킨다. 이 스폿페이싱 가공 부분에 경납땜, 납땜, 도전성 접착제 등에 의해 전극 단자를 접합한다.
(알루미나 소결체의 가공)
알루미나 소결체(세라믹 유전체 기판(11))의 표리 양면을 연삭 가공하여 알루미나 소결체 기판의 제 1 유전층(111)의 두께(흡착면에서 전극층(12)까지의 거리)를 소망하는 두께로 한다.
(접합)
전극층(12)이 형성된 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)를 접합한다.
(표면 패턴 제작)
베이스 플레이트(50)에 접합된 세라믹 유전체 기판(11)이 소정의 두께가 되도록 연삭 가공한 후, 샌드블라스트법에 의해 표면에 소정의 크기, 높이의 볼록부(13)를 형성한다.
이상과 같이 해서 표면에 볼록부(13)가 형성된 정전척(110)을 얻을 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예에 의거해 전극층(12)에 관해서 더 예시한다.
Pd 분말과 알루미나 분말(순도 99.99%)을 준비하여 메탈라이즈 페이스트를 제작하고, 정전척을 제작했다.
도 4는 전극층을 예시하는 도면이다.
도 4에는 소성 후의 전극층(12)의 단면 SEM 화상이 표시되어 있다. 도 4에 있어서 흰 부분이 Pd이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 전극층(12)에는 공극이 없이 치밀하게 되고, Pd 입자끼리도 밀착되어 연속하고 있다. 따라서, 도전성도 좋아지고, 또한 전극층(12)과 그 상하의 고순도 알루미나층(제 1 유전층(111) 및 제 2 유전층(112))의 밀착성도 양호한 상태이다.
또한, 소결 조제 등을 포함하지 않는 고순도 알루미나와 전극 원료를 혼합 소성하기 때문에 알루미나끼리의 접촉 면적이 감소함으로써 전극층(12)에 첨가한 알루미나 입자는 크게 성장하는 일 없이 미립자인 채 존재하고 있다. 이것에 의해, 접착성과 도전성의 양쪽을 만족시키는 전극층(12)을 제작할 수 있다.
(내플라즈마성 평가)
플라스마 조사에 의한 알루미나 소결체의 표면 조도의 저하(내구성)에 대해서 다음과 같은 샘플에 의한 플라즈마 조사 시험을 행하여 평가했다. 시험 샘플은 실시예 1 및 실시예 2에서 제작한 정전척의 일부를 잘라내고, 그 표면을 표면 조도(Ra) 0.03㎛ 이하로 연마해서 사용했다. 이 시험 샘플에 플라즈마를 조사하여 표면 조도(Ra)의 변화를 측정했다. 플라즈마 조사는 리액티브 이온 에칭 장치(아네르바 가부시키가이샤 DEA-506)를 사용하고, 에칭 가스는 CF4:O2=4:1로 1000W, 30시간까지 행했다.
결과는, 플라스마 조사 10시간 후의 표면 조도(Ra)는 0.12㎛, 30시간 조사 후의 표면 조도(Ra)는 0.13㎛이 되었다. 플라스마 조사 10시간 이상에서는 표면 조도(Ra)는 거의 변화하지 않고, 내플라즈마성이 양호한 알루미나 소결체가 제작될 수 있는 것을 확인했다.
정전척(110)의 적외선 분광 투과율에 대해서 설명한다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 세라믹 유전체 기판의 적외선 분광 투과율을 예시하는 도면이다.
도 5(a)에는 본 실시형태에 의한 정전척(110)에 사용되는 세라믹 유전체 기판(11)(순도 99.9중량%)의 적외선 분광 투과율이 나타내어져 있다. 도 5(b)에는 저순도 알루미나(순도 90.0중량%)를 이용한 세라믹 유전체 기판의 적외선의 투과율이 나타내어져 있다.
어느 도면에 있어서나 횡축은 파수(파장의 역수: ㎝-1), 종축은 투과율을 나타내고 있다.
투과율은 각각의 세라믹 유전체 기판에 대해서 두께 1㎜의 샘플을 제작하고,각 샘플에 있어서의 투과율을 측정한 결과이다.
도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 정전척(110)에 사용되는 세라믹 유전체 기판(11)에서는 파수 1400㎝-1 이상에서 투과율 1%를 초과하고, 파수 5000㎝-1 정도까지 투과율 20% 이상으로 되어 있다.
한편, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 저순도 알루미나를 이용한 세라믹 유전체 기판에서는 어느 파수에 있어서도 투과율 1%를 초과하지 않는다.
이와 같이, 본 실시형태에 의한 정전척(110)에 사용되는 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서는 적외 분광 투과율, 즉 적외선 영역(주파수 약 2000㎝-1 이상, 약 4000㎝-1 이하)에서의 투과율이 20% 이상으로 되어 있다.
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도 6(a) 및 도 6(b)는 전극층을 포함한 세라믹 유전체 기판의 적외선 분광 투과율을 예시하는 도면이다.
도 6(a)에는 본 실시형태에 의한 전극층(12)을 내장한 정전척(110)의 적외선 분광 투과율이 나타내어져 있다. 도 6(a)에는 제 1 주면(11a)으로부터 제 2 주면(11b)을 향한 적외선 분광 투과율(TA) 및 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면 (11a)을 향한 적외선 분광 투과율(TB)이 나타내어져 있다. 도 6(b)에는 전극 재료(Pd)를 페이스트 형상으로 도포 형성한 전극층의 적외선 분광 투과율이 나타내어져 있다.
어느 도면에 있어서나 횡축은 파수(파장의 역수: ㎝-1), 종축은 투과율을 나타내고 있다.
투과율은 각각의 전극층에 대해서 샘플을 제작하여 적외선 분광 투과율을 측정하고, 1㎜ 두께 환산한 결과이다.
도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 정전척(110)에 사용되는 전극층(12)에 있어서는 파수 1500㎝-1 이상에서 투과율 1%를 초과하고, 파수 5000㎝-1 정도까지 투과율 7% 이상으로 되어 있다.
한편, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 페이스트 형상으로 도포 형성된 전극층에서는 대부분의 파수에서 투과율 2%를 초과하지 않는다.
이와 같이, 본 실시형태에 의한 정전척(110)에 사용되는 전극층(12)에 있어서는 적외선 영역(파수 약 2000㎝-1 이상, 약 4000㎝-1 이하)에서의 적외선 분광 투과율이 7% 이상으로 되어 있다.
도 7은 웨이퍼의 온도 균일성을 나타내는 도면이다.
도 7의 횡축은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 유전층(111)에 있어서의 적외선의 투과율을 나타내고, 종축은 규소 웨이퍼의 온도 균일성을 나타내고 있다. 세라믹 유전체 기판(11)의 두께는 1㎜이다. 도 7에는 이 세라믹 유전체 기판(11)에 대해서 제 1 유전층(111)의 적외선의 투과율과, 세라믹 유전체 기판(11) 상에 적재 된 규소 웨이퍼의 온도 균일성의 관계가 나타내어져 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 유전층(111)에 있어서의 적외선의 투과율이 20% 이상이면 웨이퍼의 온도를 약 90% 이상 균일하게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 제 1 유전층(111)에 있어서의 적외선의 투과율이 25% 이상이면 웨이퍼의 온도를 약 95% 이상 균일하게 할 수 있다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 재료로서 Y2O3 또는 YAG를 사용한 경우, 두께 1㎜ 환산에 의한 적외선의 투과율은 약 20% 이상 90% 이하이다. Y2O3 또는 YAG를 사용한 세라믹 유전체 기판(11)에서는 웨이퍼의 온도를 약 95% 이상 균일하게 할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)의 재료로서 Al2O3를 이용한 경우, 두께 1㎜ 환산에 의한 적외선의 투과율은 약 20% 이상 90% 이하이다. 보다 바람직하게는 세라믹 유전체 기판(11)의 재료로서 Al2O3를 이용한 경우, 두께 1㎜ 환산에 의한 적외선의 투과율은 30%보다 크고 90% 이하이다. 본 발명자가 얻은 지견에 의하면, 세라믹 유전체 기판(11)의 재료로서 Al2O3를 이용한 경우에 있어서 두께 1㎜ 환산에 의한 적외선의 투과율이 30%보다 크고 90% 이하인 세라믹 유전체 기판(11)을 제작할 수 있다.
이어서, 이물과 웨이퍼의 온도 편차의 관계를 설명한다.
표 1은 이물의 외경과 웨이퍼의 온도 편차의 관계를 나타내고 있다.
Figure 112013076338151-pat00001
표 1에 있어서 이물 외경은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 유전층(111)에 포함되는 이물의 외경(㎜)을 나타내고, 온도차는 웨이퍼의 온도 편차(℃)를 나타내고 있다. 즉, 표 1에 있어서는 제 1 유전층(111)에 포함되는 이물의 크기에 따라서 이 제 1 유전층(111) 상에 적재된 처리 대상물(W)인 웨이퍼의 온도가 국소적으로 어느 정도 변화하는지를 나타내고 있다. 웨이퍼의 온도는 직경 50㎜의 범위에서 측정하고 있다. 여기서, 판정은 웨이퍼의 온도 편차가 5℃ 이하인 경우에 ○표시가 되고, 5℃를 초과하는 경우에 ×표시가 되어 있다.
표 1에 나타낸 바와 같이 이물의 외경이 3㎜ 이하이면 웨이퍼의 온도 편차를 5℃ 이하로 억제할 수 있다. 또한, 외경이 0.05㎜ 이상인 이물을 실체 현미경에 의해 확인할 수 있는 것을 고려하면, 이물의 외경이 0.05㎜ 이상 3㎜ 이하이면 웨이퍼의 온도 편차를 5℃ 이하로 억제할 수 있다.
이어서, 이물의 면적률과 웨이퍼의 온도 편차의 관계를 설명한다.
표 2는 이물의 면적률과 웨이퍼의 온도 편차의 관계를 나타내고 있다.
Figure 112013076338151-pat00002
표 2에 있어서 이물 비율은 세라믹 유전체 기판(11)을 Z 방향으로 본 경우의 면적에 대한 이물의 면적의 비율(%)을 나타내고, ΔT는 웨이퍼의 온도 편차(℃)를 나타내고 있다.
표 2에 나타낸 바와 같이 이물의 비율이 0.16% 이하이면 웨이퍼의 온도 편차를 5℃ 이하로 억제할 수 있다. 또한, 외경이 0.1㎜ 이상인 이물을 상정하면 이물의 비율이 0.002% 이상 0.16% 이하이면 웨이퍼의 온도 편차를 5℃ 이하로 억제할 수 있다.
이어서, 소성체의 휨에 대해서 설명한다.
소성체의 임의 면(예를 들면, 제 1 주면(11a)이나 제 2 주면(11b) 등)을 상면(측정면)으로 한 상태에서 그 소성체를 3점에서 지지하여 설치했다. 측정면의 임의의 3개소를 전기 마이크로미터로 측정하고, 그 3개소에 의해 형성되는 평면의 평면도를 제로로 설정했다. 계속해서, 측정면에 있어서 전기 마이크로미터의 측정값의 최대값과 전기 마이크로미터의 측정값의 최소값간의 차를 계산하여 평면도로 했다. 이 평면도에 의거해서 소성체의 휨을 평가했다.
그 결과의 일례는 이하와 같다. 즉, 소성체의 두께가 1㎜일 때의 평면도는 약 2000㎛ 정도였다. 소성체의 두께가 3.5㎜일 때의 평면도는 약 700㎛ 정도였다. 소성체의 두께가 5㎜일 때의 평면도는 약 300㎛ 정도였다. 이것에 의해, 소성체의 두께가 상대적으로 두꺼우면 소성체의 휨이 상대적으로 작은 것을 알 수 있었다.
정전척용 기판(100)의 두께는, 예를 들면 약 0.5㎜~10㎜정도이다. 정전척용 기판(100)의 두께는 바람직하게는 약 0.5㎜~7㎜정도이다. 정전척용 기판(100)의 두께는 보다 바람직하게는 약 0.5㎜~5㎜정도이다.
본 실시형태에 의하면, 흡착 유지되는 처리 대상물을 소망하는 온도로 균일하게 유지할 수 있는 정전척을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이것들의 기술에 한정되는 것은 아니다. 상술의 실시형태에 관해서 당업자가 적절히 설계 변경을 추가한 것도 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 실시형태가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이것들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
11: 세라믹 유전체 기판 11a: 제 1 주면
11b: 제 2 주면 12: 전극층
13: 볼록부 20: 접속부
50: 베이스 플레이트 50a: 상부
50b: 하부 61: 콘택트 전극
80: 흡착 유지용 전압 100: 정전척용 기판
110: 정전척 111: 제 1 유전층
112: 제 2 유전층 121: 제 1 부분
122: 제 2 부분 131: 히터
W: 처리 대상물

Claims (14)

  1. 처리 대상물을 적재하는 제 1 주면과 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖고, 다결정 세라믹 소결체인 세라믹 유전체 기판과,
    상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이에 형성되고 상기 세라믹 유전체 기판에 일체 소결된 전극층과,
    상기 제 2 주면측에 설치된 온조 플레이트와,
    상기 전극층과 상기 온조 플레이트 사이에 설치된 히터를 구비하고,
    상기 세라믹 유전체 기판은 상기 전극층과 상기 제 1 주면 사이의 제 1 유전층과, 상기 전극층과 상기 제 2 주면 사이의 제 2 유전층을 갖고,
    상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 유전층 및 상기 제 2 유전층에 있어서의 적외선 분광 투과율은 두께 1㎜ 환산으로 20% 이상이고,
    상기 전극층은 도전성을 갖는 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 적외선 분광 투과율이 높은 제 2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유전층의 두께는 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 입자끼리는 고상 소결 또는 액상 소결에 의해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체 기판의 순도는 99.9중량% 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전층에 포함되는 이물의 단위 면적당 차지하는 비율은 0.16면적% 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분과 직접 결합된 것을 특징으로 하는 정전척.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 상기 제 1 유전층과 상기 제 2 유전층을 기계적으로 결합하고,
    상기 제 2 부분은 상기 전극층을 적외선이 투과하도록 상기 제 1 유전층과 상기 제 2 유전층을 광학적으로 결합한 것을 특징으로 하는 정전척.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 상기 제 1 주면과 비평행인 방향으로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전척.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 평균 입경은 상기 제 2 부분에 포함되는 결정의 평균 입경보다 큰 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분의 재료는 상기 세라믹 유전체 기판의 재료와 동종인 것을 특징으로 하는 정전척.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체 기판에 포함되는 결정의 재료는 Al2O3, Y2O3 및 YAG 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전척.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5441019B1 (ja) * 2012-08-29 2014-03-12 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャック
JP5441020B1 (ja) * 2012-08-29 2014-03-12 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャック
JP5441021B1 (ja) * 2012-09-12 2014-03-12 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャック
US9101038B2 (en) 2013-12-20 2015-08-04 Lam Research Corporation Electrostatic chuck including declamping electrode and method of declamping
US10002782B2 (en) 2014-10-17 2018-06-19 Lam Research Corporation ESC assembly including an electrically conductive gasket for uniform RF power delivery therethrough
JP5962833B2 (ja) * 2015-01-16 2016-08-03 Toto株式会社 静電チャック
JP6124156B2 (ja) * 2015-04-21 2017-05-10 Toto株式会社 静電チャックおよびウェーハ処理装置
US9728430B2 (en) * 2015-06-29 2017-08-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Electrostatic chuck with LED heating
KR20170016547A (ko) 2015-08-03 2017-02-14 삼성전자주식회사 척 테이블 및 그를 포함하는 기판 제조 장치
JP6183567B1 (ja) * 2016-05-13 2017-08-23 Toto株式会社 静電チャック
JP6238097B1 (ja) * 2016-07-20 2017-11-29 Toto株式会社 静電チャック
JP2019161157A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6729735B1 (ja) * 2019-03-05 2020-07-22 Toto株式会社 静電チャック
JP7312712B2 (ja) * 2020-02-07 2023-07-21 新光電気工業株式会社 セラミックス基板、静電チャック、静電チャックの製造方法
KR102564984B1 (ko) * 2021-10-05 2023-08-14 하나머티리얼즈(주) 정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2883207B2 (ja) 1994-02-03 1999-04-19 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
JP3914377B2 (ja) * 2000-07-17 2007-05-16 信越化学工業株式会社 静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置
KR20090007476A (ko) * 2005-05-24 2009-01-16 토토 가부시키가이샤 정전척
JP2011061049A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Ngk Spark Plug Co Ltd 静電チャック

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995021139A1 (fr) * 1994-02-03 1995-08-10 Ngk Insulators, Ltd. Agglomere de nitrure d'aluminium et methode de production
JPH08119720A (ja) 1994-10-14 1996-05-14 Nippon Cement Co Ltd アルミナセラミックス及びその製造方法
JPH10279349A (ja) 1997-02-05 1998-10-20 Kobe Steel Ltd 耐プラズマ性に優れたアルミナセラミックス
JP2002076102A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Ibiden Co Ltd セラミック基板
US6946403B2 (en) * 2003-10-28 2005-09-20 Axcelis Technologies, Inc. Method of making a MEMS electrostatic chuck
EP2321846A4 (en) * 2008-08-12 2012-03-14 Applied Materials Inc ELECTROSTATIC FODDER ASSEMBLY
JP5496630B2 (ja) * 2009-12-10 2014-05-21 東京エレクトロン株式会社 静電チャック装置
JP5267603B2 (ja) * 2010-03-24 2013-08-21 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャック
US10069443B2 (en) * 2011-12-20 2018-09-04 Tokyo Electron Limited Dechuck control method and plasma processing apparatus
JP5441021B1 (ja) * 2012-09-12 2014-03-12 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャック
JP5811513B2 (ja) * 2014-03-27 2015-11-11 Toto株式会社 静電チャック

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2883207B2 (ja) 1994-02-03 1999-04-19 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
JP3914377B2 (ja) * 2000-07-17 2007-05-16 信越化学工業株式会社 静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置
KR20090007476A (ko) * 2005-05-24 2009-01-16 토토 가부시키가이샤 정전척
JP2011061049A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Ngk Spark Plug Co Ltd 静電チャック

Also Published As

Publication number Publication date
TWI468362B (zh) 2015-01-11
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US9300229B2 (en) 2016-03-29

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