KR101800337B1 - 정전 척 장치 - Google Patents

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마모루 고사카이
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화할 수 있고, 나아가서는 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있는 정전 척 장치가 제공된다. 그와 같은 정전 척 장치는, 상면을 판 형상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 이 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하고, 이 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴(21)을 가지는 히터 엘리먼트(4)를 설치하며, 이 히터 패턴(21)의 간극 부분(23)에, 히터 패턴(21)으로부터 독립되고 또한 히터 패턴(21)과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부(24)를 구비하고 있다.

Description

정전 척 장치{ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE}
본 발명은, 정전 척 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 플라즈마 에칭 등의 플라즈마 처리에서, 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 정전기 힘에 의해 흡착 고정할 때에 적합하게 이용되어, 판 형상 시료의 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화하는 것이 가능하고, 나아가서는 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시키는 것이 가능한 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2011년 9월 28일에, 일본에 출원된 특허출원 2011-212955호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 소자의 고집적화나 고성능화에 수반하여, 미세 가공 기술의 향상이 한층 더 요구되고 있다. 이 반도체 제조 프로세스 중에서도 에칭 기술은, 미세 가공 기술의 중요한 하나이고, 최근에는, 에칭 기술 중에서도, 고효율이고 또한 큰 면적의 미세 가공이 가능한 기술로서, 플라즈마로부터 발생하는 라디칼(프리라디칼)에 의해 고체 재료에 미세 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭 기술이 주류가 되어 있다.
한편, 원료 가스를 플라즈마의 움직임으로 화합시켜, 얻어진 화합물을 기판의 위에 퇴적시키는 박막 성장 기술의 하나로서 플라즈마 CVD법이 있다. 이 방법은, 원료 분자를 포함하는 가스에 고주파의 전계를 인가함으로써 플라즈마 방전시키고, 이 플라즈마 방전으로 가속된 전자에 의해서 원료 분자를 분해시켜, 얻어진 화합물을 퇴적시키는 성막 방법이다. 저온에서는 열적 여기(勵起)만으로는 일어나지 않았던 반응도, 플라즈마 중에서는, 계 내의 가스가 서로 충돌하고 활성화되어 라디칼이 되므로, 가능해진다.
플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 있어서는, 종래부터, 시료대에 간단하게 웨이퍼를 부착, 고정함과 함께, 이 웨이퍼를 원하는 온도로 유지하는 장치로서, 표면이 웨이퍼를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 이 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비한 정전 척 장치가 사용되고 있다.
그런데, 종래의 플라즈마 에칭 장치에서는, 웨이퍼를 가열하여 원하는 온도로 승온시킬 필요가 있지만, 이 승온 과정에서 웨이퍼의 면 내에서 온도 분포가 발생한다. 예를 들면, 웨이퍼의 중심부에서는 온도가 높아지고, 가장자리 변부에서는 온도가 낮아진다.
또, 플라즈마 에칭 장치의 구조나 방식의 차이 등에 의해, 웨이퍼의 면 내 온도 분포에 차가 생긴다.
그래서, 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 작게 하기 위해, 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에 형성된 소용돌이 형상 또는 사행(蛇行) 형상의 히터 패턴을, 내측 히터 패턴과 외측 히터 패턴의 2존(zone)의 히터 패턴으로 하고, 각 존의 히터 패턴을 개별적으로 제어한 히터 기능을 가지는 정전 척 장치(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조), 히터 패턴을 상하 방향으로 복수 층 형성함으로써, 웨이퍼의 흡착면의 면 내 온도 분포를 작게 한 세라믹 히터(예를 들면, 특허문헌 2 등 참조) 등이 제안되고 있다.
이 히터 기능을 가지는 정전 척 장치는, 세라믹제의 정전 척부에 히터를 내장하는 방법, 정전 척부의 흡착면의 이면측, 즉 세라믹 판 형상체의 이면에 스크린 인쇄법에 의해 히터 재료를 소정의 패턴으로 도포하고 가열 경화시킴으로써, 히터를 부착하는 방법, 혹은, 이 세라믹 판 형상체의 이면에 금속박이나 시트 형상 도전 재료를 부착함으로써, 히터를 부착하는 방법 등에 의해 히터 내장 혹은 히터를 부착한 정전 척부를 제작하고, 이 정전 척부와, 이 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를, 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화함으로써 얻어진다.
일본 공개특허 특개평11-297806호 공보 일본 공개특허 특개2002-373862호 공보
그런데, 상술한 종래의 히터 기능을 가지는 정전 척 장치에서는, 웨이퍼를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 작게 하기 위해, 히터 패턴을 복수의 존으로 분할하여, 각 존의 히터 패턴을 개별적으로 제어하는 것으로 하고 있지만, 웨이퍼를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일하게 하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.
확실히, 히터 패턴을 복수의 존으로 분할하여, 각 존의 히터 패턴을 개별적으로 제어하면, 웨이퍼의 면 내 온도 분포에 있어서의 온도차는 작아지지만, 현재의 플라즈마 에칭 기술이 요구하는 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 더욱 균일화하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다. 더욱 고효율이고 또한 더욱 큰 면적의 미세 가공이 요구되고 있는 오늘날에는, 진보하는 플라즈마 에칭 기술에 대응하여 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 더욱 균일화하는 것은 현 단계에서는 어려운 것이 현재 상황이다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화할 수 있고, 나아가서는 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있는 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 일 주면(一主面)을 판 형상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비한 정전 척 장치에 있어서, 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하고, 히터 패턴의 간극 부분, 히터 패턴의 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 히터 패턴으로부터 독립되고 또한 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치하는 것으로 하면, 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포가 균일화되는 것을 지견하고, 또한 히터 패턴과 섬 형상부를, 히터 패턴의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부에 의해 접속하는 것으로 하면, 고주파의 투과성 및 전위차가 균일화됨으로써, 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도가 균일화되고, 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성이 향상되는 것을 지견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 정전 척 장치는, 일 주면을 판 형상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하고, 상기 정전 척부와 상기 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하며, 상기 히터 패턴의 간극 부분, 상기 히터 패턴의 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 상기 히터 패턴으로부터 독립되고 또한 상기 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 정전 척 장치에서는, 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하고, 이 히터 패턴의 간극 부분, 이 히터 패턴의 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 이 히터 패턴으로부터 독립되고 또한 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치한 것에 의해, 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포가 균일화된다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서는, 상기 히터 패턴과 상기 섬 형상부는, 상기 히터 패턴의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부에 의해 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 정전 척 장치에서는, 히터 패턴과 섬 형상부를, 히터 패턴의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부로 접속한 것에 의해, 가열 부재를 구성하는 히터 패턴과 섬 형상부가 등전위가 되어, 히터 패턴과 섬 형상부와 접속부를 포함하는 가열 부재 전체의 고주파의 투과성 및 전위차가 균일화된다. 따라서, 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도가 균일화되어, 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성이 향상된다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서는, 상기 히터 패턴 및 상기 섬 형상부, 또는 상기 접속부는, 비자성 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 정전 척 장치에서는, 히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부를, 비자성 금속 재료로 한 것에 의해, 이 히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부의 패턴 형상이 판 형상 시료에 반영되기 어려워져서, 판 형상 시료의 면 내 온도가 원하는 온도 패턴으로 유지되기 쉬워진다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서는, 상기 히터 패턴 및 상기 섬 형상부, 또는 상기 접속부는, 절연성의 유기계 접착재층에 의해 상기 정전 척부 및 상기 냉각 베이스부에 접착 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 정전 척 장치에서는, 히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부를, 절연성의 유기계 접착재층에 의해 정전 척부 및 냉각 베이스부에 접착 일체화한 것에 의해, 이 절연성의 유기계 접착재층이 정전 척부와 냉각 베이스부 사이의 응력 및 열팽창 차(差)를 완화한다.
본 발명의 정전 척 장치에 의하면, 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하고, 이 히터 패턴의 간극 부분, 이 히터 패턴의 내부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 이 히터 패턴으로부터 독립되고 또한 이 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치했으므로, 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화할 수 있다.
히터 패턴과 섬 형상부를, 이 히터 패턴의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부에 의해 접속함으로써, 히터 패턴과 섬 형상부를 포함하는 가열 부재 전체의 고주파의 투과성 및 전위차를 균일화할 수 있다. 따라서, 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있어, 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부를, 비자성 금속 재료로 함으로써, 이 히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부의 패턴 형상을 판 형상 시료에 반영하기 어렵게 할 수 있어, 판 형상 시료의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하기 쉽게 할 수 있다.
히터 패턴 및 섬 형상부, 또는 접속부를, 절연성의 유기계 접착재층에 의해 정전 척부 및 냉각 베이스부에 접착 일체화함으로써, 이 절연성의 유기계 접착재층에 의해 정전 척부와 냉각 베이스부 사이의 응력 및 열팽창 차를 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 정전 척 장치의 영역 A에 있어서의 히터 엘리먼트(가열 부재)를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 정전 척 장치의 영역 A에 있어서의 히터 엘리먼트(가열 부재)를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 정전 척 장치를 실시하기 위한 형태에 대해, 도면에 의거하여 설명한다.
또한, 이 형태는, 발명의 취지를 더욱 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것이고, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
[제 1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이고, 이 정전 척 장치(1)는, 원판 형상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)를 원하는 온도로 냉각하는 두께가 있는 원판 형상의 냉각 베이스부(3)와, 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3)의 사이에 설치되고 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 히터 엘리먼트(가열 부재)(4)와, 이 히터 엘리먼트(4)의 상면을 정전 척부(2)의 하면에 접착시킨 절연성의 유기계 접착재층(5) 및 히터 엘리먼트(4)의 하면을 냉각 베이스부(3)의 상면에 접착시킨 절연성의 유기계 접착재층(6)에 의해 구성되어 있다.
정전 척부(2)는, 상면(일 주면)이 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)으로 된 재치판(11)과, 이 재치판(11)과 일체화되어 재치판(11)을 지지하는 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 설치된 정전 흡착용 내부 전극(13)과, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)의 주위에 설치되어 정전 흡착용 내부 전극(13)을 절연하는 절연재층(14)과, 지지판(12)을 관통하도록 하여 설치되고 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하는 급전용 단자(15)에 의해 구성되어 있다.
이 재치판(11)의 재치면에는, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(도시 생략)가 복수 개 형성되어 있고, 이들 돌기부가 판 형상 시료(W)를 지지하는 구성으로 되어 있다.
이들 재치판(11) 및 지지판(12)은, 중첩된 면의 형상이 동일 형상의 원판 형상의 것이고, 기계적인 강도를 가지며, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 절연성의 세라믹 소결체로 이루어지는 것이다.
이 세라믹 소결체로서는, 체적 고유 저항이 1013∼1015Ω·㎝ 정도에서 기계적인 강도를 가지고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 것이면 특별히 제한되는 것이 아니며, 예를 들면 산화알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화알루미늄(AlN) 소결체, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체 등이 적합하게 이용된다.
이 재치판(11)의 두께는 0.2㎜ 이상 또한 1.5㎜ 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.5㎜ 이상 또한 1.0㎜ 이하이다. 그 이유는, 재치판(11)의 두께가 0.2㎜ 미만이면, 충분한 내전압을 확보할 수 없고, 한편, 1.5㎜를 넘으면, 정전 흡착력이 저하되는 것 외에, 재치판(11)의 재치면(11a)에 재치되는 판 형상 시료(W)와 냉각 베이스부(3) 사이의 열 전도성이 저하되어, 처리 중의 판 형상 시료(W)의 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다.
또, 지지판(12)의 두께는 0.5㎜ 이상 또한 2.8㎜ 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.0㎜ 이상 또한 2.0㎜ 이하이다. 그 이유는, 지지판(12)의 두께가 0.5㎜ 미만이면, 충분한 내전압을 확보할 수 없고, 한편, 2.8㎜를 넘으면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 재치되는 판 형상 시료(W)와 냉각 베이스부(3) 사이의 열 전도성이 저하되어, 처리 중의 판 형상 시료(W)의 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력에 의해 판 형상 시료(W)를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용되는 것이고, 그 용도에 의해서, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
이 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 그 열팽창 계수가 재치판(11) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 가능한 한 근사한 것이 바람직하고, 이와 같은 전극 재료로서는, 예를 들면 탄화규소(SiC) 도전성 소결체, 질화티탄(Ti3N4) 도전성 소결체, 탄화티탄(TiC) 도전성 소결체, 산화알루미늄-탄화탄탈(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화알루미늄-탄탈(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹, 또는 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 등의 고융점 금속, 혹은 그라파이트, 카본 등의 탄소 재료에 의해 형성되어 있다.
이 정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.1㎛ 이상 또한 100㎛ 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 5㎛ 이상 또한 20㎛ 이하이다.
그 이유는, 두께가 0.1㎛ 미만이면, 면적 저항이 지나치게 커져서 충분한 도전성을 확보할 수 없고, 한편, 두께가 100㎛를 넘으면, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12) 사이의 열팽창률 차에 기인하여, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 들어가기 쉬워지기 때문이다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의해 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 둘러싸서 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 내부 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부, 즉 정전 흡착용 내부 전극(13)의 외측의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이고, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의해 구성되어 있다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위해 설치된 막대 형상의 것이고, 그 수 및 형상 등은, 정전 흡착용 내부 전극(13)의 형태, 즉, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)이 단극형인지, 쌍극형인지에 의해 결정된다.
이 급전용 단자(15)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하고, 예를 들면 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료, 각종의 도전성 세라믹이 적합하게 이용된다.
이 급전용 단자(15)는, 절연성의 유기계 접착재층(5, 6) 및 냉각 베이스부(3)를 관통하여, 외부의 전원(도시 생략)에 접속되어 있다.
정전 척부(2)의 두께, 즉, 이들 재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)의 합계의 두께는 0.7㎜ 이상 또한 5.0㎜ 이하가 바람직하다. 그 이유는, 정전 척부(2)의 두께가 0.7㎜ 미만이면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보할 수 없고, 한편, 정전 척부(2)의 두께가 5.0㎜를 넘으면, 정전 척부(2)의 열 용량이 지나치게 커져 버리며, 그 결과, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열 응답성이 열화되고, 나아가서는, 정전 척부(2)의 가로 방향의 열 전달의 증가에 의해, 판 형상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다.
냉각 베이스부(3)는, 정전 척부(2)의 하측에 설치되고, 이 정전 척부(2)를 냉각함으로써 재치판(11)의 재치면을 원하는 온도로 제어함과 함께, 고주파 발생용 전극을 겸비한 것이다.
이 냉각 베이스부(3) 내에는, 물이나 유기 용매 등의 냉각용 매체를 순환시키는 유로(18)가 형성되고, 상기 재치판(11) 상에 재치되는 판 형상 시료(W)의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다.
이 냉각 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열 전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다.
이 냉각 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
히터 엘리먼트(4)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1개의 띠 형상의 금속 재료를 사행시킨 소정의 형상의 히터 패턴(21)을 가지는 것이고, 폭이 10㎜(10000㎛) 이하, 바람직하게는 3㎜(3000㎛) 이하, 두께가 300㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 또, 이 두께는 1㎛ 이상, 바람직하게는 10㎛ 이상이다. 이 히터 패턴(21)의 양단(兩端)부 각각에는 급전용 단자(22)가 접속되어 있다.
이 히터 엘리먼트(4)는, 비자성 금속박판, 예를 들면 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등을 원하는 형상의 히터 패턴(21)으로 에칭 가공함으로써 형성된다.
여기서, 히터 패턴(21)의 두께를 300㎛ 이하로 한 이유는, 두께가 300㎛를 넘으면, 히터 패턴(21)의 선 폭이 좁아지기 때문에, 이 히터 패턴(21)을 에칭 가공할 때의 선 폭의 가공 정밀도의 편차가 커지고, 그 결과, 판 형상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또, 히터 패턴(21)의 두께를 1㎛ 이상으로 한 이유는, 히터 패턴(21)의 두께가 이 값을 하회하면 저항이 현저하게 높아지고, 저항을 낮추기 위해서는 히터 패턴(21)의 폭을 넓게 하지 않으면 안 되기 때문에, 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일하게 하도록 히터 패턴을 설계하는 것이 곤란해지기 때문이다.
이 히터 패턴(21)을 비자성 금속박판으로 형성하면, 정전 척 장치(1)를 고주파 분위기 중에서 이용해도 히터 엘리먼트(4)가 고주파에 의해 자기 발열하지 않고, 판 형상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해지므로 바람직하다.
또, 일정 두께의 비자성 금속박판으로 히터 패턴(21)을 형성하면, 히터 패턴(21)의 두께가 가열 면 전역에서 일정해지고, 발열량도 가열 면 전역에서 일정해져서 온도 분포를 균일화할 수 있다.
이 히터 패턴(21)에는, 이 히터 패턴(21)의 평행 부분을 서로 이간하는 방향으로 이동함으로써, 이 히터 패턴(21) 사이에 소정 형상의 간극 부분(23)(도 2에서는, 대략 초승달 형상)이 형성되고, 이 간극 부분(23)에는, 히터 패턴(21)으로부터 독립된 소정 형상(도 2에서는, 대략 초승달 형상)의 섬 형상부(24)가 설치되어 있다.
이 섬 형상부(24)는, 히터 패턴(21)과 동일한 비자성 금속박판, 예를 들면 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등을 원하는 형상의 섬 형상 패턴으로 에칭 가공함으로써 형성된다.
이 섬 형상부(24)는, 두께가 히터 패턴(21)과 동일하게 300㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하의 대략 초승달 형상의 것이다.
이 섬 형상부(24)의 개수 및 배치는, 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)에 있어서의 면 내 온도 분포가 균일화되도록, 적절히 설정된다.
이 섬 형상부(24)와 히터 패턴(21)의 간격은, 섬 형상부(24)가 히터 패턴(21)으로부터 전기적으로 독립할 수 있는 정도의 간격이면 되고, 500㎛ 이상 또한 3000㎛ 이하, 바람직하게는 1000㎛ 이상 또한 2000㎛ 이하이다.
이 히터 패턴(21)에, 히터 패턴(21)으로부터 독립되고 또한 히터 패턴(21)과 동일 재료로 이루어지는 섬 형상부(24)를 설치한 것에 의해, 히터 엘리먼트(4) 내에, 히터 패턴(21)의 부분과, 히터 패턴(21)을 제외한 부분의 온도차가 없어지고, 그 결과, 히터 엘리먼트(4)의 상부에 있어서의 면 내 온도 분포가 균일화되며, 따라서, 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)에 있어서의 면 내 온도 분포가 균일화된다.
이 히터 패턴(21)은, 상기와 같이 1개의 히터 패턴에 의해 구성해도 되고, 서로 독립된 2개 이상의 히터 패턴에 의해 구성해도 된다.
이와 같이, 히터 패턴(21)을 서로 독립된 2개 이상의 히터 패턴에 의해 구성하면, 이들 서로 독립된 히터 패턴을 개별적으로 제어함으로써, 처리 중의 판 형상 시료(W)의 온도를 자유롭게 제어할 수 있으므로, 바람직하다.
절연성의 유기계 접착재층(5, 6)은, 히터 엘리먼트(4)를 정전 척부(2) 및 냉각 베이스부(3) 각각에 접착 일체화할 수 있는 것이면 되고, 시트 형상 또는 필름 형상의 내열성 및 절연성을 가지는 접착성 수지, 예를 들면 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
이들 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)의 사이에, 제 3 절연성의 유기계 접착재층을 더 설치함으로써, 이들 절연성의 유기계 접착재층을 3층 구조로 하고, 이 3층 구조의 절연성의 유기계 접착재층을 개재하여 정전 척부(2) 및 냉각 베이스부(3)를 접착 일체화해도 된다. 이 제 3 절연성의 유기계 접착재층으로서는, 예를 들면 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
이 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)의 두께는 100㎛∼500㎛가 바람직하고, 더 바람직하게는 150㎛∼300㎛이다. 이 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)의 면 내의 두께의 편차는 10㎛ 이내가 바람직하다.
여기서, 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)의 면 내의 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 히터 엘리먼트(4)와 정전 척부(2)의 면 내 간격, 및 히터 엘리먼트(4)와 냉각 베이스부(3)의 면 내 간격에 10㎛를 넘는 편차가 생기고, 그 결과, 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3)의 사이에 있어서의 열의 면 내 균일성이 저하되고, 정전 척부(2)의 재치면(11a)에 있어서의 면 내 온도가 불균일해져서, 판 형상 시료(W)의 면 내 온도의 균일성이 저하되므로, 바람직하지 않다.
절연성의 유기계 접착재층(5, 6)에는, 평균 입경이 1㎛ 이상 또한 10㎛ 이하의 필러, 예를 들면, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성된 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자가 함유되어 있는 것이 바람직하다.
이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 유기계 접착재층의 열 전도성을 개선하기 위해 혼입된 것이고, 그 혼입률을 조정함으로써, 유기계 접착제층(5, 6) 각각의 열 전달률을 제어할 수 있다.
즉, 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 혼입률을 높임으로써, 정전 척부(2) 측의 유기계 접착제층(5)을 구성하는 유기계 접착제의 열 전달률을 크게 할 수 있다.
또, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성되어 있으므로, 표면 피복이 실시되어 있지 않은 단순한 질화알루미늄(AlN) 입자와 비교하여, 우수한 내수성을 가지고 있다. 따라서, 유기계 접착제층(5, 6)의 내구성을 확보할 수 있고, 그 결과, 정전 척 장치(1)의 내구성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면이, 우수한 내수성을 가지는 산화규소(SiO2)로 이루어지는 피복층에 의해 피복되어 있으므로, 질화알루미늄(AlN)이 대기 중의 물에 의해 가수분해될 우려가 없고, 질화알루미늄(AlN)의 열 전달률이 저하될 우려도 없어, 유기계 접착제층(5, 6)의 내구성이 향상된다.
이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)에의 오염원이 될 우려도 없다.
이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 평균 입경은, 1㎛ 이상 또한 10㎛ 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 2㎛ 이상 또한 5㎛ 이하이다.
여기서, 이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 평균 입경이 1㎛를 하회하면, 입자끼리의 접촉이 불충분해져서, 결과적으로 열 전달률이 저하될 우려가 있고, 또, 입경이 지나치게 작으면, 취급 등의 작업성의 저하를 초래하게 되어, 바람직하지 않다. 한편, 평균 입경이 10㎛를 넘으면, 국소적으로는 유기계 접착제층 내에 있어서의 수지 조성물이 차지하는 비율이 감소되어, 유기계 접착제층의 신장성, 접착 강도의 저하를 초래할 우려가 있다.
다음으로, 이 정전 척 장치(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 산화알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화알루미늄(AlN) 소결체, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체 등에 의해 판 형상의 재치판(11) 및 지지판(12)을 제작한다.
예를 들면, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체에 의해 재치판(11) 및 지지판(12)을 제작하는 경우, 탄화규소 분체 및 산화알루미늄 분체를 포함하는 혼합 분체를 원하는 형상으로 성형하고, 그 후, 예를 들면 1600℃∼2000℃의 온도, 비산화성 분위기, 바람직하게는 불활성 분위기 하에서 소정 시간, 소성함으로써 얻을 수 있다.
이어서, 지지판(12)에, 급전용 단자(15)를 감입(嵌入) 유지하기 위한 고정 구멍을 복수 개 형성한다.
이어서, 급전용 단자(15)를, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정할 수 있는 크기, 형상이 되도록 제작한다. 이 급전용 단자(15)의 제작 방법으로서는, 예를 들면, 급전용 단자(15)를 도전성 복합 소결체로 한 경우, 도전성 세라믹 분체를, 원하는 형상으로 성형하여 가압 소성하는 방법 등을 들 수 있다.
이 도전성 세라믹 분체로서는, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 동일한 재질로 이루어지는 도전성 세라믹 분체가 바람직하다.
또, 급전용 단자(15)를 금속으로 한 경우, 고융점 금속을 이용하여, 연삭법, 분체 야금 등의 금속 가공법 등에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
이어서, 급전용 단자(15)가 감입된 지지판(12)의 표면의 소정 영역에, 급전용 단자(15)에 접촉하도록, 상기의 도전성 세라믹 분체 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산한 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을 도포하고, 건조하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 한다.
이 도포법으로서는, 균일한 두께로 도포할 수 있는 점에서, 스크린 인쇄법, 스핀 코팅법 등이 바람직하다. 또, 다른 방법으로서는, 지지판(12)의 표면의 소정 영역에, 상기의 고융점 금속 박막을 증착법 혹은 스퍼터링법에 의해 성막하는 방법, 상기의 도전성 세라믹 혹은 고융점 금속으로 이루어지는 박판을 배치하고, 에칭 가공에 의해 소정 형상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 하는 방법 등이 있다.
또, 지지판(12) 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층을 형성한 영역 이외의 영역에, 절연성, 내부식성, 내(耐)플라즈마성을 향상시키기 위해, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일 조성 또는 주성분이 동일한 분체 재료를 포함하는 절연재층을 형성한다.
이 절연재층은, 예를 들면, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료 분체를 유기 용매에 분산한 도포액을, 상기 소정 영역에 스크린 인쇄 등으로 도포하고, 건조함으로써 형성할 수 있다.
이어서, 지지판(12) 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층의 위에 재치판(11)을 중첩하고, 이어서, 이들을 고온, 고압 하에서 핫 프레스(hot press)하여 일체화한다. 이 핫 프레스에 있어서의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다. 또, 압력은 5∼10㎫이 바람직하고, 온도는 1600℃∼1850℃가 바람직하다.
이 핫 프레스에 의해, 정전 흡착용 내부 전극 형성층은 소성되어 도전성 복합 소결체로 이루어지는 정전 흡착용 내부 전극(13)이 된다. 동시에, 지지판(12) 및 재치판(11)은, 절연재층(14)을 개재하여 접합 일체화된다.
또, 급전용 단자(15)는, 고온, 고압 하에서의 핫 프레스에서 재소성되어, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정된다.
그리고, 이들 접합체의 상하면, 외주 및 가스 구멍 등을 기계 가공하여, 정전 척부(2)로 한다.
이어서, 이 정전 척부(2)의 지지판(12)의 표면(하면)의 소정의 영역에, 예를 들면 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 시트 형상 또는 필름 형상의 내열성 및 절연성을 가지는 유기계 접착재를 부착하여, 절연성의 유기계 접착재층(5)으로 한다.
이어서, 이 절연성의 유기계 접착재층(5) 상에, 예를 들면 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등의 비자성 금속박판을 부착하고, 이 비자성 금속박판을 포토리소그래피법에 의해 원하는 패턴으로 에칭 가공하여, 히터 패턴(21)과, 이 히터 패턴(21)으로부터 독립된 섬 형상부(24)로 이루어지는 히터 엘리먼트(4)로 한다.
이에 따라, 지지판(12)의 표면(하면)에 원하는 히터 패턴(21)과, 이 히터 패턴(21)으로부터 독립된 섬 형상부(24)로 이루어지는 히터 엘리먼트(4)가 절연성의 유기계 접착재층(5)을 개재하여 형성된 히터 엘리먼트를 가지는 정전 척부가 얻어진다.
이어서, 소정의 크기 및 형상의 급전용 단자(22)를 제작한다. 이 급전용 단자(22)는, 히터 엘리먼트(4)의 히터 패턴(21) 및 섬 형상부(24)와 동질의 재료가 바람직하다.
이어서, 이 급전용 단자(22)를 히터 엘리먼트(4)에 전기적으로 접속한다. 접속 방법으로서는, 나사 혹은 용접에 의한 방법을 들 수 있다.
한편, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등으로 이루어지는 금속 재료에 기계 가공을 실시하고, 필요에 따라, 이 금속 재료의 내부에 물을 순환시키는 유로 등을 형성하며, 또한, 급전용 단자(15, 22)를 감입 유지하기 위한 고정 구멍을 형성하여, 냉각 베이스부(3)로 한다.
이 냉각 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면에는, 알루마이트 처리를 실시하거나, 혹은 알루미나 등의 절연막을 성막하는 것이 바람직하다.
이어서, 냉각 베이스부(3)의 정전 척부(2)와의 접합면을, 예를 들면 아세톤을 이용하여 탈지, 세정하고, 이 접합면 상의 소정 위치에, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 시트 형상 또는 필름 형상의 내열성 및 절연성을 가지는 유기계 접착재를 부착하여, 절연성의 유기계 접착재층(6)으로 한다.
이어서, 정전 척부(2)의 절연성의 유기계 접착재층(5) 및 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)로 이루어지는 히터 엘리먼트(4)와, 냉각 베이스부(3)의 절연성의 유기계 접착재층(6)을 중첩한다. 이 때, 급전용 단자(15, 22)를, 냉각 베이스부(3) 중에 천공된 급전용 단자 수용 구멍(도시 생략)에 삽입하여 감입한다.
이어서, 정전 척부(2)를 상방으로부터 소정의 압력으로 가압하고, 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3)를, 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)로 이루어지는 히터 엘리먼트(4) 및 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)을 개재하여 접착 일체화한다.
이상에 의해, 정전 척부(2), 히터 엘리먼트(4) 및 절연성의 유기계 접착재층(5)과, 냉각 베이스부(3) 및 절연성의 유기계 접착재층(6)은, 접합 일체화되어, 본 실시형태의 정전 척 장치(1)가 얻어지게 된다.
이 정전 척 장치(1)에 의하면, 히터 엘리먼트(4)를, 1개의 띠 형상의 금속 재료를 사행시킨 소정의 형상의 히터 패턴(21)과, 이 히터 패턴(21) 사이에 형성된 간극 부분(23)에 설치되고 히터 패턴(21)으로부터 독립된 소정 형상의 섬 형상부(24)에 의해 구성했으므로, 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화할 수 있다.
또, 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3)를, 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)로 이루어지는 히터 엘리먼트(4) 및 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)을 개재하여 접착 일체화했으므로, 절연성의 유기계 접착재층(5, 6)에 의해 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3) 사이의 응력 및 열팽창 차를 완화할 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 3은, 본 발명의 제 2 실시형태의 정전 척 장치의 제 1 실시형태의 영역 A에 대응하는 위치에 있어서의 히터 엘리먼트(가열 부재)(31)를 나타내는 평면도이고, 본 실시형태의 히터 엘리먼트(31)가 도 2에 나타내는 제 1 실시형태의 히터 엘리먼트(4)와 다른 점은, 제 1 실시형태의 히터 엘리먼트(4)에서는, 히터 패턴(21) 사이에 형성된 간극 부분(23)에, 히터 패턴(21)으로부터 전기적으로 독립된 섬 형상부(24)를 설치한 것에 비해, 본 실시형태의 히터 엘리먼트(31)에서는, 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)를, 이 히터 패턴(21)의 단면적보다 작은 단면적을 가지고 또한 히터 패턴(21) 및 섬 형상부(24)와 동일한 재료 조성으로 이루어지는 접속부(32)에 의해 접속한 점이고, 그 밖의 구성 요소에 대해서는, 제 1 실시형태의 히터 엘리먼트(4)와 완전히 동일하다.
이 접속부(32)는, 히터 패턴(21) 및 섬 형상부(24)와 동일한 비자성 금속박판, 예를 들면 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등을 원하는 형상으로 에칭 가공함으로써 형성된다. 이 에칭 가공은, 히터 패턴(21) 및 섬 형상부(24)의 에칭 가공과 동시에 행하면, 양호한 정밀도로 형성할 수 있고, 또한 공정을 변경하지 않아, 제조 공정이 증가할 우려도 없으므로, 바람직하다.
이 접속부(32)의 형상은, 폭이 2000㎛ 이하, 바람직하게는 1000㎛ 이하, 두께가 300㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하의 1개의 띠 형상의 금속 재료로 이루어지는 것이고, 그 단면적은 600,000μ㎡ 이하, 바람직하게는 100,000μ㎡ 이하이다.
한편, 히터 패턴(21)은, 폭이 10㎜(10000㎛) 이하, 바람직하게는 3㎜(3000㎛) 이하, 두께가 300㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하의 1개의 띠 형상의 금속 재료로 이루어지는 것이고, 그 단면적은 3,000,000μ㎡ 이하, 바람직하게는 300,000μ㎡ 이하이다.
따라서, 이 접속부(32)의 단면적은, 히터 패턴(21)의 단면적보다 작은 것으로 되어 있다.
이 정전 척 장치에 의하면, 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)를, 히터 패턴(21)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부(32)에 의해 접속했으므로, 히터 패턴(21)과 섬 형상부(24)를 등전위로 할 수 있어, 히터 패턴(21), 섬 형상부(24) 및 접속부(32)를 포함하는 히터 엘리먼트(31) 전체의 고주파의 투과성 및 전위차를 균일화할 수 있다. 따라서, 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있어, 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태의 정전 척 장치에서는, 히터 패턴(21)의 평행 부분을 서로 이간하는 방향으로 이동하여 형성된 간극 부분(23)에, 히터 패턴(21)으로부터 독립된 섬 형상부(24)를 1개 설치한 구성으로 했지만, 간극 부분(23)에 섬 형상부(24)를 2개 이상 설치한 구성으로 해도 된다.
또, 히터 패턴(21)의 일부를 확장하고, 이 확장 부분에 구멍을 형성하여 간극 부분으로 하며, 이 간극 부분에, 히터 패턴(21)으로부터 독립된 섬 형상부(24)를 설치한 구성으로 해도 된다.
실시예
이하에, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
(정전 척 장치의 제작)
공지된 방법에 의해, 내부에 두께 10㎛의 정전 흡착용 내부 전극(13)이 매설된 정전 척부(2)를 제작했다.
이 정전 척부(2)의 재치판(11)은, 탄화규소를 10질량% 함유하는 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체이고, 직경은 300㎜, 두께는 0.5㎜의 원판 형상이었다.
또, 지지판(12)도 재치판(11)과 동일하게, 탄화규소를 10질량% 함유하는 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체이고, 직경은 300㎜, 두께는 3㎜의 원판 형상이었다.
이들 재치판(11) 및 지지판(12)을 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)을 개재하여 접합 일체화한 후에, 기계 가공을 실시하고, 또한 재치판(11)의 정전 흡착면을, 높이가 40㎛인 다수의 돌기부를 형성함으로써 요철면으로 하는 것에 의해, 전체의 직경이 300㎜, 두께가 4㎜인 정전 척부(2)를 제작했다.
한편, 직경 350㎜, 높이 30㎜인 알루미늄제의 냉각 베이스부(3)를, 기계 가공에 의해 제작했다. 이 냉각 베이스부(3)의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로(18)를 형성했다.
이어서, 이 정전 척부(2)의 지지판(12)의 표면(하면)에, 절연성의 유기계 접착재 시트를 부착하여, 절연성의 유기계 접착재층(5)으로 했다.
이어서, 이 절연성의 유기계 접착재층(5) 상에, 두께가 100㎛인 티탄(Ti) 박판을 부착하고, 정전 척부(2)와 티탄(Ti) 박판을 접착 고정했다.
이어서, 티탄(Ti) 박판을 포토리소그래피법에 의해, 소정의 히터 패턴(21) 및 섬 형상부(24)로 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(4)로 했다. 또, 이 히터 엘리먼트(4)에, 티탄제의 급전용 단자(22)를 용접법을 이용하여 세워 설치하고, 정전 척부(2)의 고정 구멍에 급전용 단자(15)를 감입 고정했다.
이에 따라, 히터 엘리먼트를 가지는 정전 척부가 얻어졌다.
이어서, 냉각 베이스부(3)의 정전 척부(2)와의 접합면의 소정 위치에, 절연성의 유기계 접착재 시트를 부착하여, 절연성의 유기계 접착재층(6)으로 했다.
이에 따라, 절연성의 유기계 접착재층을 가지는 냉각 베이스부가 얻어졌다.
이어서, 히터 엘리먼트를 가지는 정전 척부의 히터 엘리먼트 측과, 절연성의 유기계 접착재층을 가지는 냉각 베이스부의 유기계 접착재층 측을, 실리콘 접착제로 이루어지는 절연성의 유기계 접착재층을 개재하여 중첩함으로써, 정전 척부(2)와 냉각 베이스부(3)를 3층 구조의 절연성의 유기계 접착재층을 개재하여 접착·고정시켜, 실시예 1의 정전 척 장치를 제작했다.
(평가)
이 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 측정하고, 평가했다. 평가 방법 및 평가 결과는 하기와 같다.
「면 내 온도 분포」
정전 척부(2)의 재치면(11a)에 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 정전 흡착시키고, 냉각 베이스부(3)의 유로(18)에 20℃의 냉각수를 순환시키면서, 실리콘 웨이퍼 의 중심 온도가 60℃가 되도록 히터 엘리먼트(4)에 통전하고, 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 서모그래피 TVS-200EX(일본 아비오닉스사 제)를 이용하여 측정했다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 중심 온도와 주연부의 온도의 차는 1℃이고, ±1℃ 이내였다.
[실시예 2]
티탄(Ti) 박판을, 포토리소그래피법에 의해 소정의 히터 패턴(21), 섬 형상부(24) 및 접속부(32)로 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(31)로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 정전 척 장치를 제작했다.
이어서, 이 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 실시예 1에 준하여 측정하고, 평가했다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 중심 온도와 주연부의 온도의 차는 1℃이고, ±1℃ 이내였다.
「비교예」
티탄(Ti) 박판을 포토리소그래피법에 의해, 소용돌이 형상의 히터 패턴으로 에칭 가공하여 히터 엘리먼트로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예의 정전 척 장치를 제작했다.
이어서, 이 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 실시예 1에 준하여 측정하고, 평가했다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 중심 온도와 주연부의 온도의 차는 2℃이고, ±2℃의 범위를 초과하고 있었다.
「플라즈마 균일성의 평가」
실시예 1∼2 및 비교예 각각의 정전 척 장치에 있어서의 플라즈마 균일성의 평가를 행하였다.
여기서는, 상기의 정전 척 장치를 플라즈마 에칭 장치의 처리 용기 내에 탑재하고, 이 정전 척 장치의 재치면에 판 형상 시료를 재치했다. 이 판 형상 시료로서는, 표면에 레지스트막이 성막된 직경 300㎜(12인치)의 웨이퍼를 이용했다.
그리고, 이 웨이퍼를 직류 2500V 인가에 의한 정전 흡착에 의해 재치면에 고정하면서, 플라즈마를 발생시켜, 레지스트막의 애싱 처리를 행하였다. 이 처리 용기 내는 0.7㎩(5mTorr)의 O2 가스(100sccm으로 공급) 분위기로 하고, 플라즈마 발생용의 고주파 전력은 주파수 100㎒, 2㎾로 하며, 또, 냉각 가스 도입 구멍에서 정전 척 장치의 재치판(11)과 웨이퍼의 간극에 소정의 압력(15Torr)의 He 가스를 흘리고, 냉각 베이스부(3)의 유로(18)에 20℃의 냉각수를 흘렸다.
애싱 처리 종료 후, 상기 웨이퍼의 중심부로부터 외주부에 걸쳐 히터의 섬 형상 구조 부분을 통과하도록 레지스트막의 막 두께의 변화를 측정하여, 에칭량의 면 내 균일성을 관찰했다.
이들의 평가 결과에 의하면, 실시예 1의 정전 척 장치에서는, 에칭량이 웨이퍼의 중심부로부터 외주부까지 대략 동일했지만, 섬 형상부 상에서 조금 증가하고 있었다. 또, 실시예 2의 정전 척 장치에서는, 에칭량이 웨이퍼의 중심부로부터 외주부까지 대략 동일하여, 가장 플라즈마 균일성이 우수한 것을 알았다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 재치면에 있어서의 면 내 온도 분포를 균일화하는 것이 요구되고, 나아가서는 판 형상 시료 상에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 판 형상 시료의 플라즈마 에칭의 면 내 균일성을 향상시키는 것이 요구되는 정전 척 장치에 적용할 수 있다.
1: 정전 척 장치 2: 정전 척부
3: 냉각 베이스부 4: 히터 엘리먼트(가열 부재)
5, 6: 절연성의 유기계 접착재층 11: 재치판
11a: 재치면 12: 지지판
13: 정전 흡착용 내부 전극 14: 절연재층
15: 급전용 단자 18: 유로
21: 히터 패턴 22: 급전용 단자
23: 간극 부분 24: 섬 형상부
31: 히터 엘리먼트(가열 부재) 32: 접속부
A: 영역 W: 판 형상 시료

Claims (6)

  1. 일 주면을 판 형상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하고,
    상기 정전 척부와 상기 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하고, 상기 히터 패턴의 간극 부분에, 상기 히터 패턴으로부터 전기적으로 독립되고 또한 상기 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 패턴 및 상기 섬 형상부는, 비자성 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 패턴 및 상기 섬 형상부는, 절연성의 유기계 접착재층에 의해 상기 정전 척부 및 상기 냉각 베이스부에 접착 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  4. 일 주면을 판 형상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장하여 이루어지는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하고,
    상기 정전 척부와 상기 냉각 베이스부의 사이에 소정의 형상의 히터 패턴을 가지는 가열 부재를 설치하고, 상기 히터 패턴의 간극 부분에 상기 히터 패턴과 동일한 재질로 이루어지는 섬 형상부를 1개 이상 설치하여 이루어지고,
    상기 히터 패턴과 상기 섬 형상부는, 상기 히터 패턴의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 접속부에 의해 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히터 패턴, 상기 섬 형상부 및 상기 접속부는, 비자성 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 히터 패턴, 상기 섬 형상부 및 상기 접속부는, 절연성의 유기계 접착재층에 의해 상기 정전 척부 및 상기 냉각 베이스부에 접착 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
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