KR101693187B1 - 정전척 - Google Patents

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토토 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 의한 정전척은 흡착 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면과, 상기 제 2 주면으로부터 상기 제 1 주면에 걸쳐서 설치된 관통공을 갖는 세라믹 유전체 기판과, 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 관통공과 연통하는 가스 도입로를 갖는 금속제의 베이스 플레이트와, 가스 도입로에 설치된 세라믹 다공체와, 세라믹 다공체와 상기 가스 도입로 사이에 설치되고 세라믹 다공체보다 치밀한 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그를 구비하고, 세라믹 절연막은 세라믹 다공체의 표면으로부터 세라믹 다공체의 내부로 침입한 것을 특징으로 한다. 가스 도입로 내에서의 방전에 대해서 높은 절연 내압을 얻을 수 있고, 또는 흡착 대상물에 대해서 웨이퍼 온도 균일성이 높은 온도 제어를 행할 수 있다.

Description

정전척{ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명의 형태는 정전척에 관한 것으로서, 세라믹 유전체 기판의 절연 내압을 향상시킬 수 있는 정전척에 관한 것이다.
알루미나 등의 세라믹 유전체 기판의 사이에 전극을 끼우고, 소성함으로써 제작되는 세라믹제의 정전척은 내장하는 전극에 정전흡착용 전력을 인가하여 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 정전력에 의해 흡착하는 것이다. 이러한 정전척에 있어서는 세라믹 유전체 기판의 표면과, 흡착 대상물인 기판의 이면 사이에 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 흐르게 하여 흡착 대상물인 기판의 온도를 컨트롤하고 있다.
예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 스퍼터링 장치, 이온주입 장치, 에칭 장치 등 기판에 대한 처리를 행하는 장치에 있어서, 처리 중에 기판의 온도 상승을 수반하는 경우가 있다. 이러한 장치에 사용되는 정전척에서는 세라믹 유전체 기판과 흡착 대상물인 기판 사이에 He 등의 불활성 가스를 흐르게 하여 기판에 불활성 가스를 접촉시킴으로써 기판의 온도 상승을 억제하고 있다.
He 등의 불활성 가스에 의한 기판 온도의 제어를 행하는 정전척에 있어서는 세라믹 유전체 기판 및 세라믹 유전체 기판을 지지하는 베이스 플레이트에 He 등의 불활성 가스를 도입하기 위한 구멍(가스 도입로)이 형성된다.
여기에서, 장치 내에서 기판을 처리할 때, 가스 도입로 내에 있어서 방전이 발생하는 경우가 있다. 특허문헌 1에는, 가스 도입로 내에 세라믹 소결 다공체를 설치하고, 세라믹 소결 다공체의 구조 및 막구멍을 가스 유로로 함으로써, 가스 도입로 내에서의 절연성을 향상시킨 정전척이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 가스 확산용 공극 내에 세라믹스 다공체로 이루어지고 방전을 방지하기 위한 처리 가스 유로용 방전 방지 부재를 설치한 정전척이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 알루미나와 같은 다공질 유전체로서 유전체 인서트를 설치하여 아크 방전을 저감하는 정전척이 개시되어 있다.
그러나, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체를 설치한 것만으로는 충분한 절연 내압을 얻을 수는 없다. 처리 장치에 있어서의 여러가지 조건에 대응한 정전척을 제공하기 위해서는 절연 내압의 향상이 더욱 필요하다.
또한, 다공체는 기공률이 높기 때문에 세라믹 다공체로부터 세라믹 유전체 기판으로의 열전도율은 금속제의 베이스 플레이트로부터 세라믹 유전체 기판으로의 열전도율보다 낮다. 이 때문에, 가스 도입로로부터 전도 가스를 흘려서 기판을 냉각했을 경우의 기판의 온도와 흘리지 않은 경우의 기판의 온도의 온도차가 커지기 쉽다. 즉, 기판 전체에 있어서, 세라믹 다공체에 가까운 부분에 웨이퍼 면내 온도차가 큰 영역(소위 핫스폿이나 콜드스폿)이 발생하여, 웨이퍼 온도 균일성이 높은 온도 제어가 행해지지 않는다고 하는 문제가 생긴다.
일본 특허공개 2010-123712호 공보 일본 특허공개 2003-338492호 공보 일본 특허공개 평 10-50813호 공보
본 발명은 이러한 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것이며, 가스 도입로 내에서의 방전에 대하여 높은 절연 내압을 얻을 수 있고, 또는 가스 도입로 내에 세라믹 다공체를 설치한 구조이어도 흡착 대상물에 대하여 웨이퍼 온도 균일성이 높은 온도 제어를 행할 수 있는 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 흡착 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면과, 상기 제 2 주면으로부터 상기 제 1 주면에 걸쳐서 설치된 관통공을 갖는 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 상기 관통공과 연통하는 가스 도입로를 갖는 금속제의 베이스 플레이트와, 상기 가스 도입로에 설치된 세라믹 다공체와, 상기 세라믹 다공체와 상기 가스 도입로 사이에 설치되고 상기 세라믹 다공체보다 치밀한 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그를 구비하고, 상기 세라믹 절연막은 상기 세라믹 다공체의 표면으로부터 상기 세라믹 다공체의 내부로 침입한 것을 특징으로 하는 정전척이 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 관한 정전척의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 정전척의 다른 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타내는 A부의 모식적 확대 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 나타내는 A부의 변형예를 나타내는 모식적 확대 단면도이다.
도 5는 세라믹 절연막의 예를 나타내는 도면이다.
도 6(a) 및 (b)은 절연체 플러그와 관통공의 관계를 예시하는 모식적 사시도이다.
도 7(a) 및 (b)은 본 실시형태의 절연체 플러그의 근방을 나타내는 모식도이다.
도 8(a)∼(f)은 본 실시형태의 절연체 플러그의 변형예를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 9는 본 실시형태의 절연체 플러그의 근방의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 10(a) 및 (b)은 본 실시형태의 세라믹 절연막의 응력 완화를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 11은 기공률과 내전압(내압)의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 12는 기공률과 전달 가스의 유량의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 13은 열전도율과 냉각 성능의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 14(a) 및 (b)는 기공률과 세라믹 다공체의 열전도율의 관계, 및 기공률과 세라믹 다공체의 밀도의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 15는 기공률과 세라믹 절연막의 열전도율의 관계, 및 기공률과 세라믹 절연막의 밀도의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 16은 열팽창률의 차의 비율과 응력의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 17은 재료의 열팽창률의 일례를 나타내는 표이다.
도 18은 표면 거칠기와 밀착성의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 19는 표면 거칠기와, 내압, 유량, 응력 및 냉각 성능의 각각의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 20은 애스펙트비와 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 21은 세라믹 다공체의 외경과 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 22는 세라믹 다공체의 길이와 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 23은 세라믹 다공체의 비율(L/D)과 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 24(a) 및 (b)는 내경(D) 및 거리(L)를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 25(a)∼(d)는 흡착 대상물의 온도 변화를 예시하는 도면이다.
도 26은 가스 유량과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
도 27은 가스 유량과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
도 28은 관통공의 내경과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
제 1 발명은 흡착 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면과, 상기 제 2 주면으로부터 상기 제 1 주면에 걸쳐서 설치된 관통공을 갖는 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 상기 관통공과 연통하는 가스 도입로를 갖는 금속제의 베이스 플레이트와, 상기 가스 도입로에 설치된 세라믹 다공체와, 상기 세라믹 다공체와 상기 가스 도입로 사이에 설치되고 상기 세라믹 다공체보다 치밀한 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그를 구비하고, 상기 세라믹 절연막은 상기 세라믹 다공체의 표면으로부터 상기 세라믹 다공체의 내부로 침입한 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 가스 도입로에 설치된 세라믹 다공체뿐만 아니라 세라믹 절연막에 의해서 관통공 및 가스 도입로에서의 절연 내압을 향상시킬 수 있다.
또한, 세라믹 다공체와 세라믹 절연막 사이의 경계면에 단열층이 존재하지 않기 때문에, 대상물의 온도 분포가 균일화되어 관통공 상의 대상물에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 세라믹 절연막이 세라믹 다공체로부터 박리되는 것을 억제하여 절연 내압의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 세라믹 다공체가 봉지되는 것을 억제하여 가스의 유량이 저감되는 것을 억제할 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막의 열팽창률은 상기 세라믹 다공체의 열팽창률 및 상기 세라믹 유전체 기판의 열팽창률의 각각과 같은 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체와 세라믹 절연막 사이의 경계면에 단열층이 존재하지 않기 때문에, 대상물의 온도 분포가 균일화되어 관통공 상의 대상물에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 세라믹 절연막이 세라믹 다공체로부터 박리되는 것을 억제하여 절연 내압의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 세라믹 다공체가 봉지되는 것을 억제하여 가스의 유량이 저감되는 것을 억제할 수 있다.
제 3 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막 표면의 산술 평균 거칠기는 상기 세라믹 다공체 표면의 산술 평균 거칠기보다 작고, 상기 세라믹 유전체 기판 표면의 산술 평균 거칠기보다 큰 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체와 세라믹 절연막 사이의 경계면에 단열층이 존재하지 않기 때문에, 대상물의 온도 분포가 균일화되어 관통공 상의 대상물에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 세라믹 절연막이 세라믹 다공체로부터 박리되는 것을 억제하여 절연 내압의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 세라믹 다공체가 봉지되는 것을 억제하여 가스의 유량이 저감되는 것을 억제할 수 있다.
제 4 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막의 기공률은 10퍼센트 이하이고, 상기 세라믹 다공체의 기공률은 30퍼센트 이상 60퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 절연막은 응력 완화층이 된다.
제 5 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막의 밀도는 3.0그램/입방센티미터 이상 4.0그램/입방센티미터 이하이고, 상기 세라믹 다공체의 밀도는 1.5그램/입방센티미터 이상 3.0그램/입방센티미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 절연막은 응력 완화층이 된다.
제 6 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 열팽창률을 기준으로 했을 경우에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 열팽창률과 상기 세라믹 절연막의 열팽창률의 차의 비율은 100% 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체 및 세라믹 절연막이 파괴되는 것을 억제하여 프로세스 중에 있어서 안정한 냉각 성능을 유지할 수 있다.
제 7 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체 및 상기 세라믹 절연막의 각각의 열팽창률은 7.0×10-6/℃ 이상 10.0×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체 및 세라믹 절연막이 파괴되는 것을 억제하여 프로세스 중에 있어서 안정한 냉각 성능을 유지할 수 있다.
제 8 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체 및 상기 세라믹 절연막의 각각의 열전도율은 0.3와트/미터·켈빈 이상 10와트/미터·켈빈 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 대상물의 온도 분포가 균일화되어 관통공 상의 대상물에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제 9 발명은 제 3 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막 표면의 상기 산술 평균 거칠기는 0.5마이크로미터 이상 4마이크로미터 이하이고, 상기 세라믹 다공체 표면의 상기 산술 평균 거칠기는 5마이크로미터 이상 20마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 적절하게 공기를 포함하는 구조를 갖는 세라믹 절연막이 응력 완화층이 된다.
제 10 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 절연막은 상기 세라믹 다공체의 측면에 설치된 세라믹의 용사막인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹의 용사막인 세라믹 절연막에 의해서, 세라믹 다공체 및 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그에 의해 높은 절연성을 얻을 수 있다.
제 11 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 외경에 대한 길이의 비율은 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체 및 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그에 있어서, 절연체 플러그의 외경에 대한 길이의 비율을 0.6 이상으로 함으로써 높은 절연성을 얻을 수 있다.
제 12 발명은 제 11 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 외경은 1밀리미터 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 흡착하는 대상물의 콜드스폿을 1℃ 이하로 할 수 있다.
제 13 발명은 제 11 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 길이는 3밀리미터 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 세라믹 다공체의 길이를 3밀리미터 이상으로 하면, 높은 절연성을 얻을 수 있다.
제 14 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 관통공의 내경을 D, 상기 관통공의 중심으로부터 상기 세라믹 다공체의 외주까지의 거리를 L이라고 했을 경우, L/D는 5 이상인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, L/D를 5 이상으로 함으로써 관통공 및 가스 도입로에서의 절연 내압을 향상시킬 수 있다.
제 15 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 관통공 1개당으로부터 유출되는 He 가스의 유량은 상기 He 가스의 압력차를 30Torr라고 했을 경우, 0.5sccm 이상 14sccm 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체가 설치되고, 세라믹 다공체 상에 가스가 방출되는 관통공이 형성된 정전척에 있어서, 관통공의 바로 위의 흡착 대상물에 소위 핫스폿이나 콜드스폿이 발생하기 어려워진다.
제 16 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체 1개당으로부터 유출되는 He 가스의 유량은 상기 He 가스의 압력차를 30Torr라고 했을 경우, 3sccm 이상 24sccm 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체가 설치되고, 세라믹 다공체 상에 가스가 방출되는 관통공이 형성된 정전척에 있어서, 관통공의 바로 위의 흡착 대상물에 소위 핫스폿이나 콜드스폿이 발생하기 어려워진다.
제 17 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 관통공의 내경은 0.05밀리미터 이상 1밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체가 설치되고, 세라믹 다공체 상에 가스가 방출되는 관통공이 형성된 정전척에 있어서, 관통공의 바로 위의 흡착 대상물에 소위 핫스폿이나 콜드스폿이 발생하기 어려워진다.
제 18 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 외경은 7밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척이다.
이 정전척에 의하면, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체가 설치되고, 세라믹 다공체 상에 가스가 방출되는 관통공이 형성된 정전척에 있어서, 관통공의 바로 위의 흡착 대상물에 소위 핫스폿이나 콜드스폿이 발생하기 어려워진다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 적당하게 생략한다.
도 1은 본 실시형태에 관한 정전척의 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 정전척의 다른 구성을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타내는 A부의 모식적 확대 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 나타내는 A부의 변형예를 나타내는 모식적 확대 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 정전척(110)은 세라믹 유전체 기판(11)과, 베이스 플레이트(50)와, 절연체 플러그(70)를 구비한다.
세라믹 유전체 기판(11)은, 예를 들면 소결 세라믹에 의한 평판상의 기재이고, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판 등의 흡착 대상물(W)을 적재하는 제 1 주면(11a)과, 이 제 1 주면(11a)과는 반대측의 제 2 주면(11b)을 갖는다.
세라믹 유전체 기판(11)에는 전극(12)이 설치된다. 전극(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이에 끼워 설치되어 있다. 즉, 전극(12)은 세라믹 유전체 기판(11) 중에 삽입되도록 형성되어 있다. 정전척(110)은 이 전극(12)에 흡착 유지용 전압(80)을 인가함으로써, 전극(12)의 제 1 주면(11a)측에 전하를 발생시켜 정전력에 의해 대상물(W)을 흡착 유지한다.
여기에서, 본 실시형태의 설명에 있어서는 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b)을 연결하는 방향(제 1 방향)을 Z방향, Z방향과 직교하는 방향 중 1개(제 2 방향)를 Y방향, Z방향 및 Y방향에 직교하는 방향(제 3 방향)을 X방향이라고 하기로 한다.
전극(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)을 따라 박막상으로 설치되어 있다. 전극(12)은 대상물(W)을 흡착 유지하기 위한 흡착 전극이다. 전극(12)은 단극형이라도 쌍극형이라도 좋다. 도 1에 나타낸 전극(12)은 쌍극형이며, 동일 면 상에 2극의 전극(12)이 설치되어 있다.
전극(12)에는 세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b) 측으로 연장되는 접속부(20)가 설치되어 있다. 접속부(20)는 전극(12)과 도통하는 비아(중실형)나 비어홀(중공형), 또는 금속 단자를 납땜 등의 적절한 방법에 의해 접속한 것이다.
베이스 플레이트(50)는 세라믹 유전체 기판(11)을 지지하는 부재이다. 세라믹 유전체 기판(11)은 도 3에 나타낸 접착 부재(60)에 의해 베이스 플레이트(50) 상에 고정된다. 접착 부재(60)로서는, 예를 들면 실리콘 접착제가 사용된다.
베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 알루미늄제의 상부(50a)와 하부(50b)로 분류되어 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 역할도 담당한다. 예를 들면, 정전척(110)을 냉각할 경우에는 입력로(51)로부터 냉각 매체를 유입하고, 연통로(55)를 통과시켜 출력로(52)로부터 유출시킨다. 이것에 의해, 냉각 매체에 의해 베이스 플레이트(50)의 열을 흡수하고, 그 위에 부착된 정전척(110)을 냉각할 수 있다. 한편, 정전척(110)을 보온할 경우에는 연통로(55) 내에 보온 매체를 넣는 것도 가능하다. 또는, 정전척(110)이나 베이스 플레이트(50)에 발열체를 내장시키는 것도 가능하다. 이렇게, 베이스 플레이트(50)를 통해서 정전척(110)의 온도가 조정되면, 정전척(110)에 의해 흡착 유지되는 대상물(W)의 온도를 조정할 수 있다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)측에는 필요에 따라서 도트(13)가 설치되어 있고, 도트(13) 사이에 홈(14)이 설치되어 있다. 이 홈(14)은 연통하여 있고, 정전척(110)에 탑재된 대상물(W)의 이면과 홈(14) 사이에 공간이 형성된다.
홈(14)에는 세라믹 유전체 기판(11)에 설치된 관통공(15)이 접속된다. 관통공(15)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면(11a)에 걸쳐서 세라믹 유전체 기판(11)을 관통해서 설치된다.
도트(13)의 높이(홈(14)의 깊이), 도트(13) 및 홈(14)의 면적 비율, 형상 등을 적당하게 선택함으로써 대상물(W)의 온도나 대상물(W)에 부착되는 파티클을 바람직한 상태로 컨트롤할 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(50)에는 가스 도입로(53)가 설치된다. 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)를, 예를 들면 관통하도록 설치된다. 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)를 관통하지 않고, 다른 가스 도입로(53)의 도중으로부터 분기되어서 세라믹 유전체 기판(11)측까지 설치되어 있어도 좋다. 또한, 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)의 복수 개소에 설치되어 있어도 좋다.
가스 도입로(53)는 관통공(15)과 연통한다. 대상물(W)을 흡착 유지한 상태에서 가스 도입로(53)로부터 헬륨(He) 등의 전달 가스를 도입하면, 대상물(W)과 홈(14) 사이에 형성된 공간에 전달 가스가 흘러서 대상물(W)을 전달 가스에 의해 직접 냉각할 수 있게 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 전달 가스의 공급량은 제어부(90)에 의해 제어된다. 도 2에 나타낸 정전척(110a)은 도 1에 나타낸 정전척(110)과 비교하여 제어부(90)를 더 구비한다. 제어부(90)는 전달 가스의 압력차나 전달 가스의 유량을 제어한다.
절연체 플러그(70)는 베이스 플레이트(50)에 설치된 가스 도입로(53)에 설치된다. 절연체 플러그(70)는 가스 도입로(53)의 세라믹 유전체 기판(11)측에 끼워 넣어진다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 가스 도입로(53)의 세라믹 유전체 기판(11)측에는 스폿 페이싱부(53a)가 설치된다. 스폿 페이싱부(53a)는 통상으로 설치된다. 스폿 페이싱부(53a)의 내경을 적절하게 설계함으로써 절연체 플러그(70)는 스폿 페이싱부(53a)에 감합된다.
절연체 플러그(70)는 세라믹 다공체(71)와 세라믹 절연막(72)을 갖는다. 세라믹 다공체(71)는 통상(예를 들면 원통형)으로 설치되고, 스폿 페이싱부(53a)에 감합된다. 절연체 플러그(70)의 형상은 원통형이 바람직하지만, 원통형에 한정되는 것은 아니다. 세라믹 다공체(71)에는 절연성을 갖는 재료가 사용된다. 세라믹 다공체(71)의 재료로서는, 예를 들면 Al2O3이나 Y2O3, ZrO2, MgO, SiC, AlN, Si3N4이거나 SiO2 등의 유리이어도 좋다. 또는 세라믹 다공체(71)의 재료는 Al2O3-TiO2이나 Al2O3-MgO, Al2O3-SiO2, Al6O13Si2, YAG, ZrSiO4 등이어도 좋다.
세라믹 다공체(71)의 기공률은, 예를 들면 30퍼센트(%) 이상 60% 이하이다. 세라믹 다공체(71)의 밀도는, 예를 들면 1.5그램/입방센티미터(g/㎤) 이상 3.0g/㎤ 이하이다. 이러한 기공률에 의해, 가스 도입로(53)를 흘러서 온 He 등의 전달 가스는 세라믹 다공체(71)의 다수의 기공을 통과해서 세라믹 유전체 기판(11)에 설치된 관통공(15)으로부터 홈(14)으로 보내지게 된다.
세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)와 가스 도입로(53) 사이에 설치된다. 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)보다 치밀하다. 도 5에 관해서 후술하는 바와 같이, 세라믹 절연막(72)은, 예를 들면 용사에 의해 형성된다. 세라믹 절연막(72)의 기공률은, 예를 들면 10% 이하이다. 세라믹 절연막(72)의 밀도는, 예를 들면 3.0g/㎤ 이상 4.0g/㎤ 이하이다. 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 측면에 설치된다. 세라믹 절연막(72)에는, 예를 들면 Al2O3이나 Y2O3 등의 세라믹의 용사막이 사용된다.
세라믹 유전체 기판(11)의 기공률은, 예를 들면 1% 이하이다. 세라믹 유전체 기판(11)의 밀도는, 예를 들면 4.2g/㎤이다.
기공률은 JIS C 2141에 의거하여 레이저 현미경에 의해 측정된다. 밀도는 JIS C 2141 5.4.3에 의거하여 측정된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 절연체 플러그(70)가 가스 도입로(53)의 스폿 페이싱부(53a)에 감합되면, 세라믹 절연막(72)과 베이스 플레이트(50)가 접하는 상태가 된다. 즉, He 등의 전달 가스를 홈(14)으로 인도하는 관통공(15)과 금속제의 베이스 플레이트(50) 사이에 절연성이 높은 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)이 개재하게 된다. 이러한 절연체 플러그(70)를 사용함으로써 세라믹 다공체(71)만을 가스 도입로(53)에 설치하는 경우에 비하여 높은 절연성을 발휘할 수 있게 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 상부에는 관통공(15)이 설치되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 도 3에 나타낸 예와 비교하여, 세라믹 다공체(71) 상에 설치된 접착 부재(60)의 영역이 저감되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세라믹 다공체(71)의 상방에 설치된 관통공(15)으로부터 플라즈마 조사되어 데미지를 받아서 접착 부재(60)가 파티클원이 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 절연체 플러그(70)는 세라믹 유전체 기판(11)측에 설치된 스폿 페이싱부(53a)에 감합되어도 좋다.
도 5는 세라믹 절연막의 예를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)의 재료로서는, 예를 들면 Al2O3, Y2O3, ZrO2, MgO 등이 사용된다. 또는, Al2O3-TiO2나 Al2O3-MgO, Al2O3-SiO2, Al6O13Si2, YAG, ZrSiO4 등이 사용되어도 좋다.
세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 측면에 용사에 의해 형성된다. 용사란, 코팅 재료를 가열에 의해 용융 또는 연화시키고, 미립자상으로 해서 가속하여 세라믹 다공체(71)의 측면에 충돌시키고, 편평하게 찌그러진 입자를 응고·퇴적 시킴으로써 피막을 형성하는 방법을 말한다. 세라믹 절연막(72)은, 예를 들면 PVD(Physical Vapor Deposition)나 CVD, 졸겔법, 에어로졸 디포지션법 등으로 제작되어도 좋다.
세라믹 절연막(72)으로서, 세라믹을 용사에 의해 형성할 경우 막두께는, 예를 들면 0.05mm 이상 0.5mm 이하이다. 이 경우, 절연 내압은, 예를 들면 5.3kV/mm 이상 7.7kV/mm 이하이다. 세라믹 절연막(72)의 막두께가 0.05mm 미만일 경우에는 세라믹 절연막(72)의 막두께에 불균일이 생김으로써 국소적으로 막두께가 얇은 개소가 생기는 경우가 있다. 이 경우에는 내전압이 저하되는 경우가 있다. 이것에 의해, 세라믹 절연막(72)의 막두께는 0.05mm 이상인 것이 바람직하다. 한편으로, 세라믹 절연막(72)의 막두께가 0.5mm보다 두꺼울 경우에는 제조상 세라믹 절연막(72)에 결함이 생기는 경우가 있다. 이 경우에는 단열층이 증가하기 때문에, 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생하는 경우가 있다. 이것에 의해, 세라믹 절연막(72)의 막두께는 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.
참고예로서, 세라믹 다공체(71)와 베이스 플레이트(50) 사이에 10mm 이하의 공간을 형성했을 경우, 절연 내압은, 예를 들면 1kV/mm이다.
도 6(a) 및 (b)은 절연체 플러그와 관통공의 관계를 예시하는 모식적 사시도이다.
도 6(a) 및 (b)에서는 절연체 플러그(70)와 관통공(15)의 위치 관계를 예시하고 있다. 관통공(15)은 2점 쇄선으로 나타낸다. 도 6(a)에 나타낸 예에서는 1개의 절연체 플러그(70) 상에 1개의 관통공(15)이 배치된다. 관통공(15)은, 예를 들면 절연체 플러그(70)의 중심 부근 상에 배치된다.
도 6(b)에 나타낸 예에서는 1개의 절연체 플러그(70) 상에 복수의 관통공(15)이 배치된다. 도 6(b)에는 3개의 관통공(15)이 배치된 예가 나타내진다. 1개의 절연체 플러그(70) 상에 복수의 관통공(15)을 배치했을 경우, 복수의 관통공(15) 중 가장 세라믹 다공체(71)의 외주에 가까운 관통공(15)에 있어서 절연 파괴가 발생하기 쉽다.
또한, 본 실시형태에서는 도 6(a)에 나타낸 바와 같은 1개의 절연체 플러그(70) 상에 1개의 관통공(15)이 배치되었을 경우를 예로서 설명하는 경우가 있다.
도 7(a) 및 (b)은 본 실시형태의 절연체 플러그의 근방을 나타내는 모식도이다.
도 7(a)은 본 실시형태의 절연체 플러그를 나타낸 모식적 단면도이다. 도 7(b)은 도 7(a)에 나타낸 영역 B를 확대한 사진도이다.
도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 절연체 플러그(70)에서는 세라믹 절연막(72)이 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부로 침입하여 있다. 「내부로 침입하여 있다」란, 세라믹 절연막(72)과 세라믹 다공체(71) 사이의 경계부가 층상으로 되어 있는 것이 아니라, 표면에 요철이 있고, 단면에서는 세라믹 다공체(71)의 최외주로부터 일정 길이의 내부까지 세라믹 절연막(72)이 들어가 있게 보여지고, 실제의 3차원 형상에서는 세라믹 절연막(72)과 세라믹 다공체(71) 사이의 경계부가 뒤얽힌 파도상으로 되어 있는 것을 나타낸다. 보다 구체적으로는, 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부를 향해서 100㎛ 이하의 부분에 존재한다. 보다 바람직하게는, 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부를 향해서 50㎛ 이하의 부분에 존재한다.
본원 명세서에 있어서, 「세라믹 다공체의 표면」 또는 「세라믹 다공체와 세라믹 절연막 사이의 경계면」이란, 주사형 전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 의해 절연체 플러그의 단면을 관찰했을 때에, 다른 조성의 계면에 존재하는 5㎛ 이하의 경계부, 또는 세라믹 다공체 중에서 가장 외측(세라믹 절연막의 측)에 존재하는 점에서 선택한 복수의 점(예를 들면, 2점)을 연결하는 경계선 (75)(도 7(b) 참조)을 말한다.
세라믹 절연막(72)이 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부로 침입한 양은 SEM에 의해 관찰한 단면 사진에 의해 계측가능하다. SEM에 의한 관찰에 있어서 세라믹 절연막(72)의 재료를 연신할 경우에는 CP(Cross Section Polisher: 크로스섹션 폴리셔(등록상표)) 연마 등을 이용하여 단면의 관찰을 행할 수 있다.
수지 및 유리는 세라믹과 비교해서 열을 전달하기 어렵다. 그 때문에 절연막으로서, 예를 들면 수지 또는 유리를 사용하면, 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생할 우려가 있다. 또한, 절연막으로서 수지 또는 고무를 슬리브에 의해 형성하면, 세라믹 다공체(71)와 절연막 사이의 경계부에 단열층(공기층)이 형성된다. 그러면, 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생할 우려가 있다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 절연체 플러그(70)는 세라믹 절연막(72)이 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부로 침입한 구조를 갖는다. 세라믹 절연막(72)은 공기(완충층)를 포함하는 한편, 세라믹 다공체(71) 및 베이스 플레이트(50)와 접촉한다. 세라믹 절연막(72)과 세라믹 다공체(71)의 접촉 형태는, 예를 들면 접촉부가 침입한 형태의 점접촉이다. 세라믹 절연막(72)과 베이스 플레이트(50)의 접촉 형태는, 예를 들면 점접촉이다. 그 때문에 세라믹 다공체(71)와 세라믹 절연막(72) 사이의 경계에 층상의 단열층(공기층)이 존재하지 않는다. 이것에 의해, 대상물(W)의 온도 분포가 균일화되어 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
절연막으로서, 예를 들면 열수축 튜브 등의 고무를 이용하여 형성하면, 세라믹 절연막(72)으로서 세라믹을 용사에 의해 형성할 경우와 비교하여, 고무가 세라믹 다공체(71)로 침입하지 않고 세라믹 다공체(71)의 표면에만 존재한다. 그러면, 절연막이 세라믹 다공체(71)로부터 박리될 우려가 있다. 절연막이 세라믹 다공체(71)로부터 박리되면, 절연 내압이 저하할 우려가 있다. 또한, 층상의 단열층이 포함되기 때문에, 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 없다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 절연체 플러그(70)는 세라믹 절연막(72)이 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부로 침입한 구조를 갖는다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)이 앵커 효과에 의해 세라믹 다공체(71)로부터 박리되기 어렵다. 이것에 의해, 절연 내압의 향상을 도모할 수 있다.
절연막으로서, 예를 들면 세라믹을 접착에 의해 형성하면, 세라믹 절연막(72)으로서 세라믹을 용사에 의해 형성할 경우와 비교하여, 접착제가 세라믹 다공체(71)의 보다 내부까지 들어간다. 그러면, 접착제가 세라믹 다공체(71)나 다공체 내부의 공극을 봉지하여 전달 가스의 유량이 저감할 우려가 있다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 절연체 플러그(70)는 세라믹 절연막(72)이 세라믹 다공체(71)의 표면으로부터 내부로 침입한 구조를 갖는다. 그 때문에, 절연체 플러그(70)를 가스 도입로(53)에 설치할 때에, 세라믹 다공체(71)의 측면 또는 내부가 접착제 등에 의해 봉지되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 가스 도입로(53)로부터 관통공(15)으로 흐르는 전달 가스의 유량이 저감하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 세라믹 절연막(72)의 열팽창률은 세라믹 다공체(71)의 열팽창률과 대략 같다. 또한, 세라믹 절연막(72)의 열팽창률은 세라믹 유전체 기판(11)의 열팽창률과 대략 같다. 세라믹 절연막(72), 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 유전체 기판(11)의 각각의 열팽창률은 25℃ 이상 800℃ 이하의 환경에 있어서, 예를 들면 7.0×10-6/℃ 이상 10.0×10-6/℃ 이하이다. 열팽창률은 열팽창률이 이미 알려진 소재와, 세라믹 절연막(72)을 조합시켜서 신장을 측정함으로써 산출된다. 또는, 열팽창률은 SEM 또는 열팽창계(TMA(Thermal Mechanical Analysis))에 의해 산출된다.
세라믹 다공체(71)의 열팽창률이 세라믹 절연막(72)의 열팽창률과 대략 같기 때문에, 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)은 온도 변화에 대하여 서로 추종할 수 있다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)이 파괴되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 프로세스 중에 있어서 안정한 냉각 성능을 유지할 수 있다.
또한, 세라믹 다공체(71)의 열전도율은 세라믹 절연막(72)의 열전도율과 대략 같다. 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)의 각각의 열전도율은, 예를 들면 0.3와트/미터·켈빈(W/m·K) 이상 10W/m·K 이하이다.
세라믹 절연막(72)을 용사에 의해 형성할 경우에는 절연막을 슬리브에 의해 형성할 경우와 비교하여 절연체 플러그(70)의 외경을 보다 작게 할 수 있다. 절연막을 슬리브에 의해 형성할 경우에는 슬리브의 두께로서 약 1밀리미터(mm)가 필요하다. 즉, 세라믹 절연막(72)을 용사에 의해 형성할 경우에는 세라믹 절연막(72)의 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 이것에 의해, 전달 가스의 흐름이 저해되는 것을 억제하고, 또는 공기 단열층이 형성되는 것을 억제할 수 있어서, 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 8(a)∼(f)은 본 실시형태의 절연체 플러그의 변형예를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 8(a) 및 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)은 절연체 플러그(70)의 단면에 있어서 곡면을 갖고 있어도 좋다. 도 8(a)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 중앙부가 세라믹 다공체(71)의 내측을 향해서 만곡하여 있다. 도 8(b)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 중앙부가 세라믹 다공체(71)의 외측을 향해서 만곡하여 있다.
도 8(c) 및 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)은 절연체 플러그(70)의 단면에 있어서 테이퍼 형상을 갖고 있어도 좋다. 도 8(c)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 중앙부가 세라믹 다공체(71)의 내측을 향해서 경사져 있다. 도 8(d)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 중앙부가 세라믹 다공체(71)의 외측을 향해서 경사져 있다. 도 8(e) 및 도 8(f)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)은 절연체 플러그(70)의 단면에 있어서 단형상을 갖고 있어도 좋다. 도 8(e)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 하부에 단차가 설치되어 있다.
도 8(f)에 나타낸 예에서는 세라믹 절연막(72)의 Z방향에 있어서의 상부에 단차가 설치되어 있다.
도 9는 본 실시형태의 절연체 플러그의 근방의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 용사에 의해 형성되는 세라믹 절연막은 세라믹 다공체(71)의 측면뿐만 아니라, 베이스 플레이트(50)의 상부(50a) 표면에 설치되어 있어도 좋다. 베이스 플레이트(50)의 상부(50a) 표면에 세라믹 절연막(73)이 형성된 경우에는 세라믹 절연막(73)의 표면 거칠기가 금속의 베이스 플레이트(50)의 표면 거칠기보다 크기 때문에, 베이스 플레이트(50)와 세라믹 유전체 기판(11)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(50)의 상부(50a) 표면에 설치된 세라믹 절연막(73)은 고주파 전압을 전극(12)에 인가할 때의 절연 내압을 향상시켜서, 세라믹 다공체(71)의 측면에 설치된 세라믹 절연막(72) 단부의 절연 내압이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(50)의 상부(50a) 표면에 설치된 세라믹 절연막(73)은 베이스 플레이트(50)의 열팽창과 세라믹 유전체 기판(11)의 열팽창 사이의 차를 완화한다. 그 때문에, 베이스 플레이트(50)의 상부(50a) 표면에 설치된 세라믹 절연막(73)은 열이 가해짐으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다. 응력을 완화하는 것은 세라믹 다공체(71)의 측면에 설치된 세라믹 절연막(72)에 있어서도 마찬가지이다.
응력 완화에 대해서, 도면을 참조하면서 더 설명한다.
도 10(a) 및 (b)은 본 실시형태의 세라믹 절연막의 응력 완화를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 10(a)은 열이 베이스 플레이트에 가해졌을 때에 생기는 응력의 일례를 예시하는 모식적 단면도이다. 도 10(b)은 프로세스 중의 기압 변화에 의해 생기는 응력의 일례를 예시하는 모식적 단면도이다.
플라즈마 프로세스에 있어서는, 예를 들면 고출력화나 고온화가 진행되고 있다. 또한, 스루풋의 고속화가 소망되고 있다. 여기에서, 도 10(a)에 나타낸 화살표(A1)와 같이, 프로세스 중에 있어서 열이 베이스 플레이트(50)에 가해지면 베이스 플레이트(50)는 신장한다. 그러면, 절연체 플러그(70)의 신장률이 베이스 플레이트(50)의 신장률과 다르기 때문에, 도 10(a)에 나타낸 화살표(A2)∼화살표(A5)와 같이, 절연체 플러그(70)의 내측 및 가스 도입로(53)의 내측을 향해서 응력이 생긴다. 그러면, 예를 들면 도 10(a)에 나타낸 화살표(A2) 및 화살표(A3)와 같이, 절연체 플러그(70)에는 절연체 플러그(70)의 내측을 향해서 응력이 생긴다.
또한, 프로세스 중에 있어서는, 예를 들면 쳄버의 내부는 대기 상태로 되거나, 또는 진공 상태로 되거나 한다. 그러면, 도 10(b)에 나타낸 화살표(A6) 및 화살표(A7)와 같이, 절연체 플러그(70)에는 Z방향으로 응력이 생긴다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 절연체 플러그(70)는 세라믹 절연막(72)을 갖는다. 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)와 가스 도입로(53) 사이에 설치되고, 세라믹 다공체(71)보다 치밀하다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)은 외부로부터 가해지는 응력을 완화하는 응력 완화층으로서 기능한다.
이것에 의해, 세라믹 다공체(71)가 외부로부터 가해지는 응력에 의해 파괴되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 절연 내압이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전달 가스가 베이스 플레이트(50)로 흘러 방전이 발행하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)이 수지 또는 테이프 등에 의해 형성되었을 경우와 비교하여, 신뢰성이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 세라믹 절연막(72)은 용사에 의해 형성되기 때문에, 세라믹 절연막(72)의 두께를 보다 용이하게 제어할 수 있다.
다음에, 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)의 예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 11은 기공률과 내전압(내압)의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 12는 기공률과 전달 가스의 유량의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 11 및 도 12에 나타낸 그래프 도면의 횡축은 기공률(%)을 나타낸다. 도 11에 나타낸 그래프 도면의 종축은 내압의 기준에 대한 비율을 나타낸다. 도 12에 나타낸 그래프 도면의 종축은 전달 가스의 유량의 기준에 대한 비율을 나타낸다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 기공률이 60%보다 높아지면, 내압의 기준에 대한 비율(안전율)이 5 미만이 된다. 내압이 기준값 이하일 경우에는 절연 내압은 향상되지 않는다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 기공률은 60% 이하인 것이 바람직하다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 기공률이 30%보다 낮아지면, 전달 가스의 유량의 기준에 대한 비율이 5 미만이 된다. 전달 가스의 유량이 기준값 이하일 경우에는 전달 가스의 유량이 저감하여 관통공(15) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 기공률은 30% 이상인 것이 바람직하다.
따라서, 세라믹 다공체(71)의 기공률은 30% 이상 60% 이하인 것이 바람직하다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)의 기공률이 10%보다 높아지면, 내압의 기준에 대한 비율(안전율)이 17 미만이 된다. 내압이 기준값 이하일 경우에는 절연 내압은 향상되지 않는다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)의 기공률은 10% 이하인 것이 바람직하다.
도 13은 열전도율과 냉각 성능의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 14(a) 및 (b)은 기공률과 세라믹 다공체의 열전도율의 관계, 및 기공률과 세라믹 다공체의 밀도의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 15는 기공률과 세라믹 절연막의 열전도율의 관계, 및 기공률과 세라믹 절연막의 밀도의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 14(a)는 세라믹 다공체(71)의 재료로서 Al2O3(알루미나)가 사용된 경우를 예시하는 그래프 도면이다. 도 14(b)는 세라믹 다공체(71)의 재료로서 Y2O3(산화 이트륨)이 사용된 경우를 예시하는 그래프 도면이다.
도 13에 나타낸 그래프 도면의 횡축은 열전도율(W/m·K)을 나타낸다. 도 13에 나타낸 그래프 도면의 종축은 냉각 성능의 기준에 대한 비율을 나타낸다.
도 14(a), 도 14(b) 및 도 15에 나타낸 그래프 도면의 횡축은 기공률(%)을 나타낸다. 도 14(a) 및 (b)에 나타낸 그래프 도면의 종축은 세라믹 다공체의 열전도율(우축)과, 세라믹 다공체의 밀도(좌축)를 나타낸다. 도 15에 나타낸 그래프 도면의 종축은 세라믹 절연막의 열전도율(우축)과, 세라믹 절연막의 밀도(좌축)를 나타낸다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 열전도율이 0.3W/m·K보다 작아지면, 냉각 성능의 기준에 대한 성능이 10 미만이 된다. 냉각 성능이 기준값 이하일 경우에는 절연체 플러그(70) 상의 대상물(W)에 소위 핫스폿이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 열전도율은 0.3W/m·K 이상인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 절연막(72)의 열전도율은 0.3W/m·K 이상인 것이 바람직하다.
도 11 및 도 12에 관해서 상술한 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 기공률은 30% 이상 60% 이하인 것이 바람직하다. 그러면, 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, 알루미나가 사용된 세라믹 다공체(71)의 열전도율은 3W/m·K 이상 10W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 또한, 알루미나가 사용된 세라믹 다공체(71)의 밀도는 1.5g/㎤ 이상 3.0g/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 도 14(b)에 나타낸 바와 같이, 산화이트륨이 사용된 세라믹 다공체(71)의 열전도율은 0.3W/m·K 이상 1.0W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 또한, 산화이트륨이 사용된 세라믹 다공체(71)의 밀도는 4.5g/㎤ 이상 9.0g/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세라믹 다공체(71)의 열전도율은 0.3W/m·K 이상 10W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 다공체(71)의 밀도는 1.5g/㎤ 이상 3.0g/㎤ 이하인 것이 바람직하다.
도 11에 관해서 상술한 바와 같이, 세라믹 절연막(72)의 기공률은 10% 이하인 것이 바람직하다. 그러면, 도 15에 나타낸 바와 같이, 세라믹 절연막(72)의 열전도율은 3W/m·K 이상 8W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 절연막(72)의 밀도는 3g/㎤ 이상 4g/㎤ 이하인 것이 바람직하다.
도 16은 열팽창률의 차의 비율과 응력의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 16에 나타낸 그래프 도면의 횡축은 세라믹 다공체(71)의 열팽창률을 기준으로 했을 때의 세라믹 다공체(71)의 열팽창률과 세라믹 절연막(72)의 열팽창률의 차의 비율을 나타낸다. 도 16에 나타낸 그래프 도면의 종축은 응력의 기준에 대한 비율을 나타낸다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 열팽창률을 기준으로 했을 경우에 있어서, 세라믹 다공체(71)의 열팽창률과 세라믹 절연막(72)의 열팽창률의 차의 비율이 100%보다 높아지면, 응력의 기준에 대한 비율이 10보다 높아지게 된다. 응력이 기준값 이상일 경우에는 세라믹 다공체(71)가 파손될 우려가 있다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 열팽창률을 기준으로 했을 경우에 있어서, 세라믹 다공체(71)의 열팽창률과 세라믹 절연막(72)의 열팽창률의 차의 비율은 100% 이하인 것이 바람직하다. 세라믹 다공체(71)의 열팽창률과 세라믹 절연막(72)의 열팽창률의 차의 비율은 50% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
도 17은 재료의 열팽창률의 일례를 나타내는 표이다.
25℃ 이상 800℃ 이하의 환경에 있어서, Al2O3(알루미나)의 열팽창률은, 예를 들면 7.0×10-6/℃이다. Y2O3의 열팽창률은, 예를 들면 7.2×10-6/℃이다. TiC-TiN의 열팽창률은, 예를 들면 7.4×10-6/℃이다. Al2O3(사파이어)의 열팽창률은, 예를 들면 7.7×10-6/℃이다. MgO-SiO2의 열팽창률은, 예를 들면 7.7×10-6/℃이다. 2MgO-SiO2의 열팽창률은, 예를 들면 10.0×10-6/℃이다.
세라믹 다공체(71)의 재료는 도 1∼도 4에 관해서 상술한 바와 같다. 세라믹 다공체(71)의 열팽창률은 7.0×10-6/℃ 이상 10.0×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하다.
세라믹 절연막(72)의 재료는 도 5에 관해서 상술한 바와 같다. 세라믹 절연막(72)의 열팽창률은 7.0×10-6/℃ 이상 10.0×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하다.
도 18은 표면 거칠기와 밀착성의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 19는 표면 거칠기와, 내압, 유량, 응력 및 냉각 성능의 각각의 관계를 예시하는 그래프 도면이다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 앵커 효과에 의해 표면 거칠기가 증가하면 밀착성이 증가한다. 즉, 표면 거칠기와 밀착성의 사이에는 상관이 있다. 밀착성과, 내압, 유량, 응력 및 냉각 성능의 각각의 상관을 나타내는 그래프는 도 19에 나타낸 바와 같다.
본원 명세서에 있어서, 「표면 거칠기」란 산술 평균 거칠기(Ra)를 말하는 것으로 한다. 표면 거칠기는 JIS B 0601에 의거하여 표면 거칠기계에 의해 측정된다. 세라믹 다공체(71)의 표면 거칠기를 측정하는 위치는 세라믹 다공체(71)의 측면의 Z방향에 있어서의 중앙부(예를 들면, 도 3에 나타낸 위치 P1)이다. 세라믹 절연막(72)의 표면 거칠기를 측정하는 위치는 세라믹 절연막(72)의 측면의 Z방향에 있어서의 중앙부(예를 들면, 도 3에 나타낸 위치 P2)이다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 유량(기준비)은 표면 거칠기가 증가하면 증가한다. 또한, 냉각 성능(기준비)은 표면 거칠기가 증가하면 증가한다. 표면 거칠기가 4㎛보다 커지면, 내압(기준비)이 2 미만이 된다. 내압이 기준값 이하일 경우에는 절연 내압은 향상되지 않는다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)의 표면 거칠기는 4㎛ 이하인 것이 바람직하다. 한편에서, 세라믹 절연막(72)의 입자에는 공기가 포함되기 때문에, 세라믹 절연막(72)의 표면 거칠기가 0.5㎛보다 작아지면, 표면처리 가공에 필요 이상의 시간 및 비용이 든다. 그 때문에, 세라믹 절연막(72)의 표면 거칠기는 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 세라믹 절연막(72)의 표면 거칠기는 0.5㎛ 이상 4㎛ 이하인 것이 바람직하다.
표면 거칠기가 5㎛ 이상이 되면, 전달 가스의 유량의 증가가 커진다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 표면 거칠기는 5㎛ 이상인 것이 바람직하다.
표면 거칠기가 20㎛보다 커지면, 응력(압축, 인장)의 저하가 커진다. 그 때문에, 세라믹 다공체(71)의 표면 거칠기는 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 세라믹 다공체(71)의 표면 거칠기는 5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 표면 거칠기는 0.1㎛ 이상 1㎛ 이하이다.
세라믹 유전체 기판(11), 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)에 관한 다른 물성값으로서는 잔류 응력, 경도(비커스 경도: HV) 및 신장 탄성률을 들 수 있다.
세라믹 다공체(71)의 잔류 응력은 150메가파스칼(MPa) 이하이다. 세라믹 다공체(71)의 경도(HV)는 2기가파스칼(GPa) 이상 10GPa 이하이다. 세라믹 다공체(71)의 신장 탄성률은 50GPa 이상 200GPa 이하이다.
세라믹 절연막(72)의 잔류 응력은 1500MPa 이하이다. 세라믹 절연막(72)의 경도(HV)는 0.1GPa 이상 5GPa 이하이다. 세라믹 절연막(72)의 신장 탄성률은 40GPa 이상 100GPa 이하이다.
세라믹 유전체 기판(11)의 잔류 응력은 700MPa 이하이다. 세라믹 유전체 기판(11)의 경도(HV)는 5GPa 이상 20GPa 이하이다. 세라믹 유전체 기판(11)의 신장 탄성률은 150GPa 이상 500GPa 이하이다.
다음에, 세라믹 다공체(71)의 예에 관하여 설명한다.
도 20은 애스펙트비와 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 20의 횡축은 애스펙트비를 나타내고, 종축은 절연 내압(%)을 나타내고 있다. 여기에서, 횡축의 애스펙트비는 세라믹 다공체(71)의 외경에 대한 길이(Z방향의 길이)의 비율이다. 또한, 종축의 절연 내압이 100%란, 절연체 플러그(70)를 설치하지 않을 경우의 절연 내압이다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 애스펙트비가 0.6 이상이 되면, 절연 내압이 100%를 초과한다. 따라서, 세라믹 다공체(71)의 애스펙트비는 0.6 이상인 것이 바람직하다.
도 21은 세라믹 다공체의 외경과 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 21의 횡축은 세라믹 다공체(71)의 외경(mm)을 나타내고, 종축은 절연 내압(%)을 나타내고 있다. 여기에서, 종축의 절연 내압이 100%란, 절연체 플러그(70)를 설치하지 않을 경우의 절연 내압이다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 외경이 1mm 이상이 되면, 절연 내압이 100%를 초과한다. 따라서, 세라믹 다공체(71)의 외경은 1mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 다공체(71)의 외경을 1mm 이상으로 하면, 흡착하는 대상물(W)의 콜드스폿에서의 온도차(관통공(15)의 바로 위에 있어서의 대상물(W)의 위치와 그 주변의 온도차)를 1℃ 이하로 할 수 있다.
도 22는 세라믹 다공체의 길이와 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 22의 횡축은 세라믹 다공체(71)의 길이(mm)를 나타내고, 종축은 절연 내압(%)을 나타내고 있다. 여기에서, 종축의 절연 내압이 100%란, 절연체 플러그(70)를 설치하지 않을 경우의 절연 내압이다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 길이가 3mm 이상이 되면, 절연 내압이 100%를 초과한다. 따라서, 세라믹 다공체(71)의 길이는 3mm 이상인 것이 바람직하다.
도 23은 세라믹 다공체의 비율(L/D)과 절연 내압의 관계를 예시하는 도면이다.
도 23의 횡축은 세라믹 다공체(71)의 비율(L/D)을 나타내고, 종축은 절연 내압(%)을 나타내고 있다. 여기에서, 횡축의 비율(L/D)은 관통공(15)의 내경을 D, 관통공(15)의 중심으로부터 세라믹 다공체(71)의 외주까지의 거리를 L이라고 했을 경우의 비율(L/D)이다. 또한, 종축의 절연 내압이 100%란, 절연체 플러그(70)를 설치하지 않을 경우의 절연 내압이다.
여기에서, 비율(L/D)에 관하여 설명한다.
도 24(a) 및 (b)은 내경(D) 및 거리(L)를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 24(a) 및 (b)에는 관통공(15) 및 절연체 플러그(70)를 Z방향으로 본 모식적 평면도가 나타내진다.
도 24(a)에는 1개의 절연체 플러그(70) 상에 1개의 관통공(15)이 배치된 예가 나타내진다. 이 예에서는 관통공(15)의 중심은 절연체 플러그(70)의 중심과 일치하고 있다. 관통공(15)이 1개일 경우에는 이 관통공(15)의 내경을 D, 이 관통공(15)의 중심으로부터 세라믹 다공체(71)의 외주까지의 거리를 L이라고 한다. 또한, 관통공(15)의 중심이 절연체 플러그(70)의 중심과 일치하지 않을 경우에는 관통공(15)의 중심으로부터 세라믹 다공체(71)의 외주까지의 거리 중 가장 짧은 거리를 L이라고 한다.
도 24(b)에는 1개의 절연체 플러그(70) 상에 복수의 관통공(15)이 배치된 예가 나타내진다. 이 경우, 복수의 관통공(15) 중 세라믹 다공체(71)의 외주에 가장 가까운 관통공(15)의 내경을 D라고 한다. 또한, 이 관통공(15)의 중심으로부터 세라믹 다공체(71)의 외주까지의 거리를 L이라고 한다.
도 23에 나타낸 바와 같이, 세라믹 다공체(71)의 비율(L/D)이 5 이상이 되면 절연 내압이 100%를 초과한다. 따라서, 세라믹 다공체(71)의 비율(L/D)은 5 이상인 것이 바람직하다.
도 20∼도 23에 나타낸 세라믹 다공체(71)의 바람직한 조건은 도 20∼도 23 중 적어도 1개를 충족시키고 있으면 좋고, 도 20∼도 23 중 2개 이상 만족시키고 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 도 20∼도 23의 모두를 만족시키고 있는 것이 가장 바람직하다.
다음에, 전달 가스의 공급과 대상물의 온도 변화의 관계에 관하여 설명한다.
도 25(a)∼(d)는 흡착 대상물의 온도 변화를 예시하는 도면이다.
도 25(a)∼(d)에는 전달 가스로서 He 가스를 사용했을 경우의 대상물의 온도 변화가 나타내어져 있다.
도 25(a) 및 (b)에는 관통공(15)으로부터 He 가스를 방출하고 있지 않은 상태가 나타내진다. 도 25(b)는 세라믹 유전체 기판(11) 상에 대상물(W)을 흡착시킨 상태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 25(a)는 대상물(W)의 온도 분포를 예시하는 모식도이다. 도 25(a)의 횡축은 대상물(W)의 위치를 나타내고, 종축은 관통공(15)의 바로 위와 그 주변의 온도차(delta_T)를 나타내고 있다.
도 25(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 관통공(15)으로부터 He 가스를 방출하지 않을 경우, 대상물(W)에 있어서의 관통공(15)의 바로 위의 온도가 주변의 온도보다 높아지게 된다. 세라믹 다공체(71)의 부분은 금속제의 베이스 플레이트(50)의 부분과 비교해서 열전도율율이 낮다. 이 때문에, He 가스를 방출하지 않을 경우에는 금속제의 베이스 플레이트(50) 상의 부분의 온도는 저하하기 쉽고, 세라믹 다공체(71) 위, 특히 관통공(15)의 바로 위의 부분의 온도는 저하하기 어렵다. 따라서, 대상물(W)에 있어서 관통공(15)의 바로 위의 부분의 온도는 금속제의 베이스 플레이트(50) 상의 부분의 온도보다 높아지게 된다.
도 25(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 대상물(W)에 있어서 관통공(15)의 바로 위의 주변의 온도를 기준으로 해서 관통공(15)의 바로 위의 온도가 높을 경우의 온도차(delta_T)는 정(+)의 delta_T가 된다.
도 25(c) 및 (d)에는 관통공(15)으로부터 He 가스를 방출하고 있는 상태가 나타내진다. 도 25(d)는 세라믹 유전체 기판(11) 상에 대상물(W)을 흡착시킨 상태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 25(c)는 대상물(W)의 온도 분포를 예시하는 모식도이다. 도 25(c)의 횡축은 대상물(W)의 위치를 나타내고, 종축은 관통공(15)의 바로 위와 그 주변의 온도차(delta_T)를 나타내고 있다.
여기에서, 도 25(d)에 나타낸 바와 같이, 가스 도입로(53)로부터 He 가스를 도입했을 경우, He 가스는 가스 도입로(53)로부터 세라믹 다공체(71)의 기공 내를 통과해서 관통공(15)으로 보내진다. He 가스는 관통공(15)을 통과해서 대상물(W)의 하방의 홈(14) 내로 보내진다. He 가스가 접촉함으로써 대상물(W)의 온도는 저하한다.
도 25(c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 관통공(15)으로부터 He 가스를 방출했을 경우, 대상물(W)에 있어서의 관통공(15)의 바로 위의 온도가 주변의 온도보다 낮아진다. 세라믹 다공체(71)의 부분은 금속제의 베이스 플레이트(50)의 부분에 비해서 열전도율율이 낮다. 이 때문에, He 가스를 방출하여 세라믹 다공체(71) 위, 특히 관통공(15)의 바로 위의 부분의 온도가 저하하면, 금속제의 베이스 플레이트(50) 상의 부분의 온도보다 낮은 상태가 유지되기 쉽다. 따라서, 대상물(W)에 있어서 관통공(15)의 바로 위의 부분의 온도는 금속제의 베이스 플레이트(50) 상의 부분의 온도보다 낮아진다.
도 25(c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 대상물(W)에 있어서 관통공(15)의 바로 위의 주변의 온도를 기준으로 해서 관통공(15)의 바로 위의 온도가 낮을 경우의 온도차(delta_T)는 부(-)의 delta_T가 된다.
여기에서, 정전척(110)에 의해 대상물(W)을 흡착할 경우의 He 가스 등의 전달 가스의 도입 타이밍에 관하여 설명한다.
우선, 대상물(W)을 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)에 흡착 유지한다. 대상물(W)을 흡착 유지할 때에는 전달 가스는 도입되지 않는다. 제어부(90)는 전달 가스를 도입하지 않도록 제어한다.
대상물(W)이 세라믹 유전체 기판(11)에 흡착 유지되면, 정전척(110)의 흡착력에 의해 대상물(W)의 하면은 세라믹 유전체 기판(11)의 가장자리에 설치된 실링부(16)와 접촉한다. 대상물(W)의 하면과 홈(14) 사이에는 도트(13)에 의해 구획된 공간이 형성된다.
대상물(W)을 흡착 유지한 후, 전달 가스가 도입된다. 제어부(90)는 전달 가스의 압력차 및 유량을 제어한다. 제어부(90)의 제어에 의해 전달 가스는 소정의 압력차에 의해 가스 도입로(53)로 보내진다. 전달 가스는 가스 도입로(53)로부터 세라믹 다공체(71) 및 관통공(15)을 통과하여 홈(14) 내로 보내진다.
홈(14) 내에 소정량의 전달 가스가 충전된 후, 대상물(W)과 세라믹 유전체 기판(11) 사이의 공간이 소정량의 전달 가스로 채워진다. 대상물(W)이 흡착 유지되어 있는 사이, 전달 가스는 대상물(W)과 실링부(16)의 극간으로부터 누출되는 분만큼 보충된다. 홈(14) 내에 충전된 전달 가스는 대상물(W)과 접촉함으로써 대상물(W)의 온도를 저하시킬 수 있다.
그 후, 대상물(W)의 흡착 유지를 해제하는 타이밍에서, 제어부(90)는 전달 가스의 공급을 정지하고, 대상물(W)과 세라믹 유전체 기판(11) 사이의 공간으로부터 전달 가스를 빼낸다. 그 후, 대상물(W)을 세라믹 유전체 기판(11)으로부터 박리한다. 실제의 프로세스에서는 대상물(W)을 반송하고, 다음 대상물(W)을 처리할 때 까지의 시간(스루풋)을 단축할 수 있다.
이러한 전달 가스의 도입 타이밍에 있어서, 대상물(W)을 흡착 유지한 직후에서 전달 가스가 도입되기 전의 단계에서는 대상물(W)의 온도 분포는 도 25(a)에 나타내게 된다. 한편, 대상물(W)을 흡착 유지한 후, 전달 가스를 도입한 후의 단계에서는 대상물(W)의 온도 분포는 도 25(c)에 나타내게 된다.
도 26은 가스 유량과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
도 26의 횡축은 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량(sccm: standard cubic centimeter per minute)을 나타내고, 종축은 대상물(W)의 온도차 delta_T(℃)를 나타내고 있다. 여기에서, 공급되는 He 가스의 압력차는 30Torr이다. 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량이 증가하면, 온도차 delta_T는 저하한다.
본 실시형태에 관한 정전척(110)에 있어서, 1개의 관통공(15)으로부터 He 가스를 방출하는 하한의 유량은 0.5sccm이다. 한편, 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량이 지나치게 많으면, 온도차 delta_T가 지나치게 저하해서 온도 분포의 균일화가 어려워진다. 대상물(W)의 온도 분포를 균일화하기 위해서, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량은 14sccm 이하가 바람직하고, 바람직하게는 12sccm 이하, 더욱 바람직하게는 10sccm 이하이다.
1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량을 14sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량을 12sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 4℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 관통공(15)으로부터 방출되는 He 가스의 유량을 10sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 3℃ 이하가 된다.
도 27은 가스 유량과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
도 27의 횡축은 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량(sccm)을 나타내고, 종축은 대상물(W)의 온도차 delta_T(℃)를 나타내고 있다. 여기에서, 공급되는 He 가스의 압력차는 30Torr이다. 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량이 증가하면, 온도차 delta_T는 저하한다.
본 실시형태에 의한 정전척(110)에 있어서, 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 He 가스를 방출하는 하한의 유량은 3sccm이다. 이것은 He 가스가 흘러, 대상물(W)을 냉각시키기(delta_T가 0℃ 미만) 위한 하한의 유량이다. 한편, 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량이 지나치게 많으면, 온도차 delta_T가 지나치게 저하해서 온도 분포의 균일화가 어려워진다. 대상물(W)의 온도 분포를 균일화하기 위해서, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량은 24sccm 이하가 바람직하고, 바람직하게는 22sccm 이하, 더욱 바람직하게는 17sccm 이하이다.
1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량을 24sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량을 22sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 4℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 세라믹 다공체(71)로부터 방출되는 He 가스의 유량을 17sccm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 3℃ 이하가 된다.
도 28은 관통공의 내경과 온도 변화의 관계를 예시하는 도면이다.
도 28의 횡축은 1개의 관통공(15)의 내경(mm)을 나타내고, 종축은 대상물(W)의 온도차 delta_T(℃)를 나타내고 있다. 여기에서, 공급되는 He 가스의 압력차는 30Torr이다. 1개의 관통공(15)의 내경이 커지면, 온도차 delta_T는 저하한다.
본 실시형태에 관한 정전척(110)에 있어서, 1개의 관통공(15)을 형성할 수 있는 내경의 하한은 0.05mm이다. 한편, 1개의 관통공(15)의 내경이 지나치게 크면, 온도차 delta_T가 지나치게 저하해서 온도 분포의 균일화가 어려워진다. 대상물(W)의 온도 분포를 균일화하기 위해서, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 1개의 관통공(15)의 내경은 1mm 이하가 바람직하고, 바람직하게는 0.9mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.8mm 이하이다.
1개의 관통공(15)의 내경을 1mm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 5℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 관통공(15)의 내경을 0.9mm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 4℃ 이하가 된다. 또한, 1개의 관통공(15)의 내경을 0.8mm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치는 3℃ 이하가 된다.
본 실시형태에 관한 정전척(110)에 있어서, 1개의 세라믹 다공체(71)가 원통형으로 설치되어 있을 경우, 세라믹 다공체(71)의 외경은 7mm 이하인 것이 바람직하다. 세라믹 다공체(71)의 외경을 7mm 이하로 함으로써 온도차 delta_T의 절대치가 5℃ 이하가 된다. 또한, 세라믹 다공체(71)의 외경을 6mm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치가 4℃ 이하가 된다. 또한, 세라믹 다공체(71)의 외경을 5mm 이하로 하면, 온도차 delta_T의 절대치가 3℃ 이하가 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 세라믹 유전체 기판(11)에 설치된 전달 가스의 도입용 관통공(15) 및 베이스 플레이트(50)에 설치된 가스 도입로(53)에 있어서의 절연 내압을 향상시킬 수 있어서, 신뢰성이 높은 정전척(110)을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 가스 도입로(53) 내에 세라믹 다공체(71)를 설치한 구조이어도 흡착 대상물(W)에 대하여 균일성이 높은 온도 제어를 행할 수 있는 정전척(110)을 제공할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 기술에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 정전척(110)으로서, 쿨롬력을 사용하는 구성을 예시했지만, 죤슨·라벡력을 사용하는 구성이어도 적용가능하다. 또한, 상술한 실시형태에 관해서, 당업자가 적당하게 설계 변경을 가한 것도 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합시킬 수 있고, 이들을 조합시킨 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 형태에 의하면, 가스 도입로 내에서의 방전에 대하여 높은 절연 내압을 얻을 수 있거나, 또는 가스 도입로 내에 세라믹 다공체를 설치한 구조이어도 흡착 대상물에 대하여 웨이퍼 온도 균일성이 높은 온도 제어를 행할 수 있는 정전척이 제공된다.
11: 세라믹 유전체 기판 11a: 제 1 주면
11b: 제 2 주면 12: 전극
13: 도트 14: 홈
15: 관통공 16: 실링부
20: 접속부 50: 베이스 플레이트
50a: 상부 50b: 하부
51: 입력로 52: 출력로
53: 가스 도입로 53a: 스폿 페이싱부
55: 연통로 60: 접착 부재
70: 절연체 플러그 71: 세라믹 다공체
72, 73: 세라믹 절연막 75: 경계선
80: 흡착 유지용 전압 90: 제어부
110, 110a: 정전척

Claims (18)

  1. 흡착 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면과, 상기 제 2 주면으로부터 상기 제 1 주면에 걸쳐서 설치된 관통공을 갖는 세라믹 유전체 기판과,
    상기 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 상기 관통공과 연통하는 가스 도입로를 갖는 금속제의 베이스 플레이트와,
    상기 가스 도입로에 설치된 세라믹 다공체와, 상기 세라믹 다공체와 상기 가스 도입로 사이에 설치되고 상기 세라믹 다공체보다 치밀한 세라믹 절연막을 갖는 절연체 플러그를 구비하고,
    상기 세라믹 절연막은 상기 세라믹 다공체의 표면으로부터 상기 세라믹 다공체의 내부로 침입한 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막의 열팽창률은 상기 세라믹 다공체의 열팽창률 및 상기 세라믹 유전체 기판의 열팽창률의 각각과 같은 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막 표면의 산술 평균 거칠기는 상기 세라믹 다공체 표면의 산술 평균 거칠기보다 작고, 상기 세라믹 유전체 기판 표면의 산술 평균 거칠기보다 큰 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막의 기공률은 10퍼센트 이하이고,
    상기 세라믹 다공체의 기공률은 30퍼센트 이상 60퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막의 밀도는 3.0그램/입방센티미터 이상 4.0그램/입방센티미터 이하이고,
    상기 세라믹 다공체의 밀도는 1.5그램/입방센티미터 이상 3.0그램/입방센티미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 열팽창률을 기준으로 했을 경우에 있어서, 상기 세라믹 다공체의 열팽창률과 상기 세라믹 절연막의 열팽창률의 차의 비율은 100% 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체 및 상기 세라믹 절연막의 각각의 열팽창률은 7.0×10-6/℃ 이상 10.0×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체 및 상기 세라믹 절연막의 각각의 열전도율은 0.3와트/미터·켈빈 이상 10와트/미터·켈빈 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막 표면의 상기 산술 평균 거칠기는 0.5마이크로미터 이상 4마이크로미터 이하이고,
    상기 세라믹 다공체 표면의 상기 산술 평균 거칠기는 5마이크로미터 이상 20마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연막은 상기 세라믹 다공체의 측면에 설치된 세라믹의 용사막인 것을 특징으로 하는 정전척.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 외경에 대한 길이의 비율은 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 외경은 1밀리미터 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 길이는 3밀리미터 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통공의 내경을 D, 상기 관통공의 중심으로부터 상기 세라믹 다공체의 외주까지의 거리를 L이라고 했을 경우, L/D는 5 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통공 1개당으로부터 유출되는 He 가스의 유량은 상기 He 가스의 압력차를 30Torr라고 했을 경우, 0.5sccm 이상 14sccm 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체 1개당으로부터 유출되는 He 가스의 유량은 상기 He 가스의 압력차를 30Torr라고 했을 경우, 3sccm 이상 24sccm 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통공의 내경은 0.05밀리미터 이상 1밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 외경은 7밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전척.
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