KR102216072B1 - 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법 - Google Patents

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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

판상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)을 갖는 기재(11) 및 판상 시료(W)를 재치면(11a)에 정전 흡착하는 정전 흡착용 내부 전극(13)을 갖는 정전 척부(2)와, 정전 척부(2)를 냉각하는 냉각용 베이스부(3)와, 이들 사이에 개재하는 접착제층(4)을 구비하고, 기재(11)의 재치면의 형상은, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면(23) 또는 볼록면을 이루며, 변곡점을 포함하지 않고, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 오목면(23) 또는 볼록면의 중심의 높이와, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 오목면(23) 또는 볼록면의 외주의 높이의 차의 절댓값이 1μm 이상 또한 30μm 이하인 정전 척 장치(1).

Description

정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법
본 발명은, 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2018년 8월 30일에, 일본에 출원된 특허출원 2018-161547호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 반도체 장치나 액정 장치 등의 제조 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼, 금속 웨이퍼, 유리 기판 등의 판상 시료의 표면에, 각종 처리를 실시하는 것이 행해지고 있다. 이 각종 처리 시에는, 판상 시료를 정전 흡착력에 의하여 고정함과 함께, 이 판상 시료를 바람직한 일정한 온도로 유지하기 위하여, 정전 척 장치가 이용되고 있다.
정전 척 장치는, 유전체인 세라믹 판상체의 내부 혹은 그 하면에 정전 흡착용 내부 전극을 마련한, 정전 척부를 필수적으로 갖는 장치이다. 또, 정전 척 장치는, 세라믹 판상체의 표면(흡착면)에, 반도체 웨이퍼, 금속 웨이퍼, 유리 기판 등의 판상 시료를 재치한다. 그리고, 이 판상 시료와 정전 흡착용 내부 전극의 사이에 전압을 인가함으로써 발생하는 정전 흡착력에 의하여, 이 기판 시료를, 세라믹 판상체의 흡착면 상에, 흡착 고정시킨다.
이와 같은 정전 척 장치에 있어서는, 가공 중이나 처리 중의 판상 시료의 온도를 제어할 목적으로, 세라믹 판상체의 흡착면과 기판 시료의 사이에, 헬륨 등의 불활성 가스를 유동시켜, 판상 시료를 냉각하는 장치가 있다. 이와 같은 정전 척 장치에서는, 불활성 가스의 밀봉 특성이나, 웨이퍼 등의 판상 시료의 탈리 특성 등의 각종 특성을 개선하기 위한 다양한 개량이 행해지고 있다.
예를 들면, 세라믹 판상체 등의 기재의 일 주면(主面) 상의 주연부(周緣部)에, 환상 돌기부를 마련하고, 이 일 주면 상의 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에, 환상 돌기부와 동일한 높이의 복수의 돌기부를 마련한 정전 척 장치가 제안되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 환상 돌기부의 상단부 및 복수의 돌기부의 상단부가, 기재의 일 주면의 중심부를 바닥면으로 하는 오목면 상에 위치하고 있다. 이로써, 판상 시료를 흡착할 때나 탈리할 때에, 판상 시료가 변형되는 일이 없어지고, 이 판상 시료의 온도도 균일화되며, 또한 파티클이 발생하기 어려워진다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
상기 정전 척 장치는, 이하의 공정을 포함하는 방법으로 제조된다. 즉, 지지판을 포함하는 정전 척부의 표면을 연마 가공함으로써, 이 표면을 평탄면으로 하고, 이어서 이 표면에 블라스트 가공을 실시하는 공정과; 냉각용 베이스부의 정전 척부와의 접합면(베이스부 표면)에 등간격으로 각기둥상의 스페이서를 복수 개 고정시키는 공정과; 스페이서가 고정된 냉각용 베이스부의 접합면에 접착제를 도포하고, 이 접착제에 정전 척부의 지지판을 밀착시켜, 정전 척부의 지지판을 스페이서의 상면에 근접시키며, 그리고 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여 압압함으로써, 정전 척부 전체를 단면 활형상으로 변형시키고, 그 결과 정전 척부의 환상 돌기부의 상단면 및 복수의 돌기부 각각의 상단면을, 오목면 상에 위치시키는 공정을 갖는 제조 방법에 의하여 제조된다. 또, 상기 정전 척 장치는, 이하의 공정을 포함하는 방법으로도 제조된다. 즉, 재치판의 표면을 연마 가공함으로써, 이 표면을 평탄면으로 하고, 이어서 블라스트 가공을 실시하는 공정과; 재치판, 흡착용 내부 전극층, 지지판을 접합 일체화시킴으로써, 정전 척부를 제작한 후, 정전 척부의 재치판의 표면 전체를 오목면으로 연마 가공하는 공정과; 스페이서가 고정된 냉각용 베이스부를 준비하고, 이 베이스부의 접합면에 접착제를 도포하며, 이어서, 접착제에 정전 척부의 지지판을 밀착시켜, 정전 척부의 지지판을 스페이서의 상면에 근접시키고, 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여 압압함으로써, 정전 척부 전체를 단면 활형상으로 변형시키고, 정전 척부의 환상 돌기부의 상단면, 및 복수의 돌기부 각각의 상단면을, 오목면 상에 위치시키는 공정을 갖는 제조방법으로 제조된다.
또, 이하의 정전 척에 지지 기판의 오목면상이 양호한 정밀도로 반영된 반도체 제조 장치용 부재를 제공할 수 있는, 반도체 제조 장치용 부재의 제법 방법도 알려져 있다. 구체적으로는, 이 방법은, (a) 웨이퍼 재치면을 갖는 세라믹제이며 평판상의 정전 척과, 주연(周緣)에 비하여 중앙이 패인 형상의 오목면을 갖고 세라믹과의 40℃~570℃의 선열팽창 계수차의 절댓값이 0.2×10-6/K 이하인 복합 재료로 이루어지는 지지 기판과, 평판상의 금속 접합재를 준비하는 공정과; (b) 지지 기판의 오목면과, 정전 척의 웨이퍼 재치면과는 반대 측의 면의 사이에, 금속 접합재를 사이에 끼우고, 금속 접합재의 고상선(固相線) 온도 이하의 온도로 지지기판과 정전 척을 열압 접합함으로써, 정전 척을 오목면과 동 형상으로 변형시키는 공정을 포함한다.(예를 들면, 특허문헌 2 참조)
일본 특허 제6119430호 일본 공개특허공보 2018-64055호
특허문헌 1에 기재된 정전 척의 제조 방법에서는, 냉각용 베이스부의 접합면에 도포한 접착제에 정전 척부의 지지판을 밀착시킨다. 그리고 정전 척부의 지지판을 스페이서의 상면에 근접시키고, 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여 압압한다. 이로써, 정전 척부 전체를 단면 활형상으로 변형시킨다. 또, 특허문헌 1에 기재된 정전 척의 제조 방법에서는, 정전 척부의 재치판의 표면 전체를 오목면으로 연마 가공한 후, 냉각용 베이스부의 접합면에 접착제를 도포한다. 이 후에 이 접착제에 정전 척부의 지지판을 밀착시키고, 정전 척부의 지지판을 스페이서의 상면에 근접시켜, 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여 압압한다. 이로써, 정전 척부 전체를 단면 활형상으로 변형시키고 있다. 그 때문에, 정전 척부 전체가 오목면을 형성하고 있지만, 그 오목면에 변곡점, 바꾸어 말하면 요철이 존재하는 개소가 존재한다. 오목면에 변곡점이 존재하면, 판상 시료를 흡착할 때에, 판상 시료와 오목면의 사이에 간극이 발생하여, 판상 시료의 온도도 균일화되기 어려워지는 과제가 있었다.
여기에서 변곡점이란, 정전 척부의 표면 프로파일을, 3차원 측정기(상품명: RVA800A, 주식회사 도쿄 세이미쓰제)를 이용하여 측정할 수 있다. 측정점은, 재치면의 중심, 및 몇개의 동심원 상의 복수의 위치로 한다. 구체적으로는, 반경 30mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로(0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°의 8방위) 8개소, 반경 60mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 90mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 120mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 145mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소 측정한다. 여기에서는, 합계 40개소의 점이 측정된다. 상기 8방위 중, 동 방위의 인접하는 동심원의 2점의 높이의 차를 산출한다. 예를 들면, 0°에서의 반경 30mm의 동심원의 점과 반경 60mm의 동심원의 점의 높이의 차(반경이 큰 동심원의 점의 높이(예를 들면, 반경 60mm의 동심원의 점의 높이)-반경이 작은 동심원의 점의 높이)(예를 들면, 반경 30mm의 동심원의 점의 높이)를 산출한다. 또, 별도로 상기 방위에 있는, 상기 인접하는 동심원 중 외측에 있는 동심원의 점과, 그 동심원의 외측에 있는 새로운 동심원의 점에 대하여, 높이의 측정과 높이의 차의 계산을 행한다. 얻어진 그 산출값의 부호가, 그 전의 값과 비교하여, 반전되는 점을, 변곡점이라 한다. 바꾸어 말하면, 플러스의 값과 마이너스의 값이 나온 경우는 변곡점이 있다고 판단할 수 있다.
특허문헌 2에 기재된 정전 척의 제조 방법에서는 비금속 재료로 이루어지는 지지 기판을 이용한다. 이 때문에, 지지 기판에 온도 조정용 가스나 물을 흘려 보내기 위한 유로를 형성할 경우에는, 제조 비용이 증가하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 없는 원인의 하나로서, 이하가 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 정전 척부의 재치판의 표면에 변곡점이 존재하면, 판상 시료를 흡착할 때에, 판상 시료와 재치판의 표면의 사이에 간극이 발생하여, 판상 시료의 온도도 균일화되기 어려워지는 것을 알 수 있었다. 그래서, 이하의 양태의 정전 척 장치에 의하면, 판상 시료의 온도를 균일화시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명의 일 양태는, 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖는 기재, 및 상기 판상 시료를 상기 재치면에 정전 흡착하는 정전 흡착용 내부 전극을 갖는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각용 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 냉각용 베이스부의 사이에 개재하는 접착제층을 구비하고, 상기 기재의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 재치면의 중심으로부터 상기 재치면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면 또는 볼록면을 이루며, 또한 변곡점을 포함하지 않고, 상기 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 상기 오목면 또는 상기 볼록면의 중심의 높이와, 상기 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 상기 오목면 또는 상기 볼록면의 외주의 높이의 차의 절댓값이, 1μm 이상 또한 30μm 이하인, 정전 척 장치를 제공한다.
여기에서 곡면상이란, 원호(圓弧)상, 쌍곡선상, 타원상, 원뿔상, 포물선상, 방사(放射)상 등이고, 또한 매끄러운 면인 것을 가리킨다. 곡면상으로서는 원호상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 재치면의 표면 조도는, 40nm 미만이어도 된다.
본 발명의 일 양태는, 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖는 기재, 및 상기 판상 시료를 상기 재치면에 정전 흡착하는 정전 흡착용 내부 전극을 갖는 정전 척부와 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각용 베이스부를, 접착제를 개재하여 접착하는 공정과, 상기 냉각용 베이스부와 접착한 상기 정전 척부의 상기 기재의 상기 재치면을, 상기 기재의 두께 방향에 있어서의 단면 형상이 상기 재치면의 중심으로부터 상기 재치면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면 또는 볼록면을 이루며, 또한 변곡점을 포함하지 않도록 가공하는 공정을 갖는 정전 척 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 냉각용 베이스부를, 접착제를 개재하여 접착하는 공정에 이어서, 상기 정전 척부, 상기 접착제 및 상기 냉각용 베이스부로 이루어지는 적층체의 측면 및 이면을 마스킹하여, 상기 기재의 상기 재치면만을 노출시키는 공정을 가져도 된다.
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본 발명의 제1 양태에 의하면, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은 제1 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 제1 실시형태의 정전 척 장치의 정전 척부의 주연부 근방을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 제2 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 실시예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면과, 비교예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면의, 각 반경 위치에 있어서의 높이의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 관한 정전 척 장치 및 그 제조 방법의 실시형태에 대하여, 도면에 근거하여 설명한다.
또한, 본 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정하지 않는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 특징 부분을 강조할 목적으로, 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있으며, 각 구성요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 한정되지 않는다. 또, 동일한 목적으로, 특징이 되지 않는 부분을 생략하여 도시하는 경우가 있다. 또한 본 발명을 벗어나지 않는 범위에서, 수나 위치나 크기나 수치나 비율 등에 대하여, 변경이나 생략이나 추가를 할 수 있다.
(1) 제1 실시형태
<정전 척 장치>
도 1은, 본 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 단면도이다. 도 2는, 동 정전 척 장치의 정전 척부의 주연부 근방을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 1에 나타내는 정전 척 장치(1)는, 평면시(平面視)에 있어서 원판상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)를 원하는 온도로 냉각하는 두께를 갖는 원판상의 냉각용 베이스부(3)와, 이들 정전 척부(2)와, 냉각용 베이스부(3)를 접착 일체화시키는 접착제층(4)을 구비하고 있다.
[정전 척부]
정전 척부(2)는, 재치판(기재)(11)과, 지지판(12)과, 정전 흡착용 내부 전극(13)과, 절연재층(14)과, 급전용 단자(15)를 구비한다.
재치판(11)은, 상면(일 주면)을, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)으로 하고 있다.
지지판(12)은, 재치판(11)을 지지하기 위한 부재이다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 재치판(11)과 지지판(12) 사이에 마련되어 있다.
절연재층(14)은, 지지판(11)과 지지판(12) 사이에 마련되고, 정전 흡착용 내부 전극(13)의 주위를 절연하기 위한 층이다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위한 단자이다.
또한 재치판(11)과 지지판(12)의 조합을, 기재(基材)라고 기재하는 경우가 있다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상의 주연부에는, 이 주연부를 일주(一周)하도록, 단면 사각형상의 환상 돌기부(21)가 바람직하게 마련되어 있다. 또한, 이 재치면(11a) 상의 환상 돌기부(21)에 둘러싸인 영역에는, 환상 돌기부(21)와 높이가 동일하며, 횡단면이 원 형상 또는 종단면이 대략 직사각형상인, 복수의 돌기부(22)가 마련되어 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a) 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단면(22a)은, 재치면(11a)의 중심(11b)에 바닥면, 즉 곡면의 바닥부가 위치하는 오목면(23) 상에, 각각 위치하고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 재치판(11)의 두께 방향의 단면(斷面)상은, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여, 점차 만곡하는 곡면상을 갖는, 오목면(23)을 형성하고 있다. 상세하게 설명하면, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상은, 재치면(11a)의 중심(11b)(오목면(23)의 중심(23a))으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)(오목면(23)의 외주(23b))를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 상면(일 주면)(3a)의 위치(높이)를 기준으로 하는 상기 재치면의 표면의 높이가 점차 높아지며, 또한 만곡하는 곡면상인, 오목면(23)(단면도에서는 하측(냉각용 베이스 측)에 돌출되는 곡선)을 갖고 있다. 즉, 재치면(11a)은 오목면(23)을 이루고 있다. 바꾸어 말하면, 평면시에 있어서, 제치면(11a)의 형태와 면적과, 오목면(23)의 형태와 면적은 동일하다.
또, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상은, 변곡점을 포함하지 않는다. 즉, 오목면(23)에 있어서, 재치판(11)의 두께 방향으로 돌출되는 점, 및 재치판(11)의 두께 방향으로 움푹 패이는 점을 갖지 않는다. 여기에서 변곡점이란, 재치판(11)의 재치면(11a)의 표면 프로파일을, 3차원 측정기(상품명: RVA800A, 주식회사 도쿄 세이미쓰제)를 이용하여, 측정할 수 있다. 측정점을, 재치면(11a)의 중심, 반경 30mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로(0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°의 8방위)에 8개소, 반경 60mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 90mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 120mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 145mm의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소 측정한다. 40개소의 점에서 측정이 이루어진다. 또한 필요에 따라, 재치판의 중심을 측정해야 하는 점으로서 추가하여, 평가를 행해도 된다. 상기의 8방위 중 동방위의 인접하는 동심원에 있어서의 2점의 높이의 차를 산출한다. 예를 들면, 0°에서의, 반경 30mm의 동심원의 점과 반경 60mm의 동심원의 높이의 차(반경이 큰 점의 높이(예를 들면, 반경 60mm의 점의 높이)-반경이 작은 점의 높이(예를 들면, 반경 30mm의 점의 높이))를 산출한다. 또, 별도로 상기 방위에 있는, 상기 인접하는 동심원 중 외측에 있는 동심원(반경 60mm)의 점과, 그 동심원의 바로 외측, 즉 옆에 있는 별도의 동심원(반경 90mm)의 점에 대하여, 높이의 측정과 높이의 차의 계산을 행한다. 얻어진 그 산출값의 부호가, 그 전의 값과 비교하여, 반전되는 점을, 변곡점으로 한다. 그 외의 인접하는 점과 점에 대해서도, 동일한 측정과 계산을 필요에 따라 순차적으로 행할 수 있다.
상기 변곡점을 포함한다는 것은, 보다 알기 쉽게 설명하면, 이하와 같이 설명할 수 있다. 상기 재치면의 표면 프로파일의 측정을 행하여, 상기 재치면의 중심에 있어서의 측정점, 및 다른 반경의 복수의 동심원 상이며 또한 상기 중심을 통과하는 직선상에서의 복수의 측정점에 있어서, 높이의 측정을 행한다. 그리고, 얻어진 복수의 높이의 값으로부터, 인접하는 동심원에 있어서의 인접하는 측정점의 높이의 차를 각각 얻는다. 높이의 차는 소정의 규칙으로 계산할 수 있고, 예를 들면 보다 내측에 있는 점의 값으로부터, 보다 외측에 있는 점의 값을 빼는 것, 또는 그 반대가 바람직하다. 복수의 차의 값을 확인했을 때에, 높이의 차의 값의 부호가 동일(차가 전부 플러스 또는 전부 마이너스)하지 않고, 플러스에서 마이너스로, 또는 마이너스에서 플러스로 변화하는 개소를 포함하는 것이, 변곡점을 포함하는 것을 의미해도 된다.
또, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)을 기준의 위치(높이)로 하는 오목면(23)의 중심(23a)의 높이와, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)을 기준의 위치(높이)로 하는 오목면(23)의 외주(23b)의 높이의 차는, 임의로 선택할 수 있지만, 1μm 이상이며 30μm 이하이고, 1μm 이상이며 15μm 이하인 것이 바람직하다.
상기 높이의 차가 1μm 미만에서는, 판상 시료(W)의 탈리 응답성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다. 한편, 상기 높이의 차가 30μm를 초과하면, 판상 시료(W)를 흡착시킬 때에, 이 판상 시료(W)와 재치판(11)의 재치면(11a)의 사이에 간극이 발생하여, 판상 시료(W)의 온도를 균일화시키는 성능이 저하된다.
또, 오목면(23)의 표면 조도는, 임의로 선택할 수 있지만, 40nm 미만인 것이 바람직하고, 20nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
오목면(23)의 표면 조도가 40nm 미만이면, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)와 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)에 의하여, 판상 시료(w)를 밀착 상태에서 지지할 수 있다. 따라서, 이들 상단부(22a, 22a)와 판상 시료(w)의 접촉면이 마찰되지 않아, 파티클이 발생하기 어렵게 할 수 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치에 있어서의 오목면(23)의 표면 조도는, 이른바 중심선 평균 표면 조도(Ra)이다. 본 실시형태의 정전 척 장치에 있어서의 오목면(23)의 표면 조도는, JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도 형상 측정기(상품명: SURFCOM 1500SD3, 주식회사 도쿄세이미쓰제)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 측정에 있어서, 오목면(23)의 표면 조도에 대해서는, 동심원주 상에서 120° 간격으로 3개소씩 합계 6개소 측정하고, 그 평균값을 채용한다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상의 주연부에는, 이 주연부를 일주(一周)하도록, 단면 사각형상의 환상 돌기부(21)가 마련되어 있다. 또한, 이 재치면(11a) 상의 환상 돌기부(21)로 둘러싸인 영역에는, 환상 돌기부(21)와 높이가 동일하며, 횡단면이 원 형상이며 또한 종단면이 대략 직사각형인 복수의 돌기부(22)가 마련되어 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a) 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)는, 재치면(11a)의 중심점(11b)에 바닥면이 위치하는 오목면(23) 상에 위치하고 있다. 상기 바닥면이란, 곡면의 중심을 의미해도 된다.
정전 척부(2)의 주요부를 구성하는 재치판(11) 및 지지판(12)은, 중첩한 면의 형상을 동일하게 하는 원판상의 판인 것이 바람직하다. 이들은, 전기 저항이 1×1014Ω·cm 이상이며, 또한 주파수 20Hz에 있어서의 비(比)유전율이 13 이상, 바람직하게는 18 이상의 세라믹스에 의하여 바람직하게 구성되어 있다.
여기에서, 재치판(11) 및 지지판(12)의 전기 저항을 1×1014Ω·cm 이상이며, 또한 주파수 20Hz에 있어서의 비유전율을 13 이상으로 한정한 이유는, 이들 범위에서는, 판상 시료(W)의 온도가 균일화되어, 밀봉용 매체의 누출량(리크양)이 감소되고, 플라즈마가 안정화되는 범위이기 때문이다.
여기에서, 전기 저항이 1×1014Ω·cm 미만이면, 기재로서의 절연성이 불충분한 것이 될 가능성이 있다. 이로 인하여, 흡착한 판상 시료(W)에 대한 누락 전류의 증가에 의하여, 이 판상 시료(W) 상에 형성된 디바이스의 파괴, 및 잔류 흡착력의 증가에 따르는 판상 시료(W)의 탈리 불량이 발생할 가능성이 있으므로 바람직하지 않다.
또, 주파수 20Hz에 있어서의 비유전률이 13 미만이면, 판상 시료(W)와 정전 흡착용 내부 전극(13)의 사이에 전압을 인가한 경우에, 판상 시료(W)를 흡착하는데에 충분한 정전 흡착력을 발생할 수 없게 될 가능성이 있다. 그 결과, 이 판상 시료(W)를 오목면(23)에 흡착 고정시키는 것이 어려워질 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 고주파에 의하여 플라즈마를 발생시키는 에칭 장치에서의 사용에 있어서는, 고주파 투과성을 갖는 점에서, 1MHz 이상의 비유전율이, 20Hz의 비유전율과 비교하여 작은 것이 바람직하다.
재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 세라믹스로서는, 예를 들면 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y2O3) 소결체 등의 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 절연성의 세라믹스가 적절하다. 단, 이들만으로 한정되지 않는다.
재치판 및 지지판의 형성에 사용할 수 있는, 이와 같은 세라믹스의 입경은, 2μm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1μm 이하이다.
이와 같이, 세라믹스의 입경을 2μm로 함으로써, 이하의 효과가 얻어진다. 즉, 입경이 작은 세라믹스를 사용함으로써, 흡착 시의 판상 시료(W)의 변형에 따라 발생하는 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)와의 마찰에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또, 입경이 작은 것으로, 환상 돌기부(21)의 폭 및 높이, 및 복수의 돌기부(22)의 높이 및 크기를 작게 하는 것이 가능해져, 따라서 이들 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적을 작게 하는 것이 가능해진다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상에 마련된 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)는, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a) 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)를, 재치면(11a)의 중심부를 바닥면(곡면의 바닥)으로 하는 오목면(23) 상에 위치시킨다. 이로써, 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)와의 접촉이 판상 시료(W)의 전체면에서 확실히 행해질 수 있다. 따라서, 판상 시료(W)를 흡착할 때나 탈리할 때에, 이 판상 시료(W)가 변형되는 경우 등이 없어져, 이 판상 시료(W)의 온도도 균일화된다.
이 환상 돌기부(21)의 상단부(21a) 및 복수의 돌기부(22)의 상단부(22a)는 단면에서 보았을 때에, 오목면(23)에 위치한다. 이로써, 판상 시료(W)가 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)에 밀착 상태로 지지되는 것이 되어, 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)의 사이에 간극이나 마찰 등이 발생하지 않게 된다. 따라서, 파티클이 발생하기 어려워진다.
이 환상 돌기부(21)에서는, 판상 시료(W)를 재치하여 밀봉했을 때의 리크양을 외주부의 각각의 위치에서 일정하게 하기 위하여, 이 상단부(21a)의 표면 조도 Ra를, 0.001μm 이상이며 0.040μm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a), 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)는, 오목면(23)에서 ±1μm의 높이의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또한 ±0.5μm인 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a), 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(21a)를, 오목면(23)에서 높이 ±1μm의 범위 내로 함으로써, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a) 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)가, 오목면(23) 상에 높이 ±1μm의 범위 내에 위치하는 것이 된다. 그 결과, 이들의 상단부(21a, 22a)와 판상 시료(W)의 접촉이, 판상 시료(W)의 전체면에서, 보다 확실해진다. 따라서, 판상 시료(W)를 흡착할 때나 탈리할 때에 판상 시료(W)가 변형되지 않고, 이 판상 시료(W)의 온도가 더 균일화된다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상에 마련된 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)에서는, 재치면(11a)부터 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)까지의 높이(h1)과, 이 재치면(11a)부터 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)까지의 높이(h2)는 동일하게 되어 있다. 그리고, 이 재치면(11a) 중 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)를 제외한 영역은, 바꾸어 말하면 이들 돌기부의 간극은, 질소 가스나 헬륨 가스 등의 밀봉용 매체를 유동시키는 유로로 되어 있다.
이와 같이, 재치면(11a)부터 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)까지의 높이(h1), 및 재치면(11a)부터 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)까지의 높이(h2)를 동일하게 했다. 이로써, 이 재치면(11a) 상의 환상 돌기부(21)와 복수의 돌기부(22)에 둘러싸인 질소 가스나 헬륨 가스 등의 밀봉용 매체를 유동시키는 유로의 깊이가 일정해진다. 이로써, 밀봉용 매체의 유로에 있어서의 열전달이 일정해져, 판상 시료(W)의 온도가 균일화되어, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있는 것이 가능해진다.
또, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)부터 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)까지의 높이와, 일 주면(3a)부터 재치면(11a)의 중앙 근방에 위치하는 돌기부(22)의 상단부(22a)까지의 높이의 차는, 1μm 이상이며, 30μm 이하인 것이 바람직하고, 1μm 이상이며, 15μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)부터 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)까지의 높이와, 일부면(3a)부터 재치면(11a)의 중앙 근방에 위치하는 돌기부(22)의 상단부(22a)까지의 높이의 차를 1μm 이상이며, 30μm 이하로 하면 이하의 효과가 얻어진다. 즉, 정전 척부(2)를 냉각용 베이스부(3)에 볼트 등의 고성구로 고정할 때에 있어서도, 정전 척부(2)가 변형되거나 하지 않고, 안정된 특성이 얻어진다.
또, 판상 시료(W)를 정전 흡착했을 때에 과잉한 변형 등이 발생하기 어려워져, 판상 시료(W)의 파손 등의 문제를 방지한다.
이 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)의 면적과, 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)의 면적의 합계 면적과의 합은, 임의로 선택할 수 있지만, 재치면(11a)의 면적의 30% 이하가 바람직하고, 25% 이하가 보다 바람직하다.
여기에서, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)의 면적과, 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)의 면적의 합계 면적과의 합을 재치면의 면적의 30% 이하로 하면, 이하의 효과가 얻어진다. 즉, 질소 가스나 헬륨 가스 등의 밀봉용 매체의 유로의 전체 면적의 재치면(11a)의 면적에 대한 비율을 많게 할 수 있다. 따라서, 밀봉용 매체에 의한 균열성을 향상시킬 수 있다.
그 결과, 밀봉용 매체의 누출량(리크양)을 감소시킬 수 있고, 플라즈마의 발생을 안정화시킬 수 있다.
재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)의 합계 두께, 즉 정전 척부(2)의 두께는 임의로 설정할 수 있지만, 1mm 이상이며 10mm 이하인 것이 바람직하다. 정전 척부(2)의 두께가 1mm 이상이면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 한편, 정전 척부(2)의 두께가 10mm 이하이면, 정전 척부(2)의 열용량이 지나치게 많아지지 않아, 재치되는 판상 시료(W)의 열응답성이 열화되지 않는다. 또한, 정전 척부의 횡방향의 열전달이 증가되지도 않아, 판상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지시킬 수 있다.
특히, 재치판(11)의 두께는, 임의로 설정할 수 있지만, 0.3mm 이상이며, 2.0mm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 재치판(11)의 두께가 0.3mm 이상이면, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 인가된 전압에 의하여 방전될 위험성이 없다. 한편, 재치판(11)의 두께가 2.0mm 이하이면, 판상 시료(W)를 충분히 흡착 고정시킬 수 있어, 판상 시료(W)를 충분히 가열할 수 있다.
또한 재치판의 재치면 이외의 주면(主面), 및 지지판 중 2개의 주면은, 평탄한 표면이어도 된다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판상 시료를 고정시키기 위한 정전 척용으로서 이용되는 전극이다. 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 그 용도에 따라, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 임의로 선택할 수 있는 재료로 형성할 수 있지만, 예를 들면 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al203-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al203-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al203-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 바람직하게 형성되어 있다.
정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되지 않으며 임의로 선택할 수 있지만, 5μm 이상이며 40μm 이하인 것이 바람직하고, 20μm 이상이며 30μm 이하인 것이 특히 바람직하다. 정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께가 5μm 이상이면, 충분한 도전성을 확보할 수 있다. 한편, 정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께가 40μm 이하이면, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 사이의 열팽창률차에 기인하여, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 발생하기 어려워진다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 임의로 선택할 수 있는 방법으로 형성할 수 있지만, 예를 들면 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 위요(圍繞)하여, 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 내부 전극(13)을 보호한다. 또 이 층은, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부, 즉 정전 흡착용 내부 전극(13) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화시키는 층이다. 절연재층(14)은, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여, 바람직하게 구성되어 있다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위하여 마련된 봉 형상의 단자이다. 급전용 단자(15)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면, 특별히 한정되지 않고 임의로 선택할 수 있지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사(近似)한 것이 바람직하다. 예를 들면, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 구성하고 있는 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코발트 합금 등의 금속 재료가 적절히 이용된다.
급전용 단자(15)는, 절연성을 갖는 애자(16)에 의하여 냉각용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
금전용 단자(15)는 지지판(12)에 접합 일체화되고, 또한 재치판(11)과 지지판(12)은, 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)에 의하여 접합 일체화되어 정전 척부(2)를 구성하고 있다.
[냉각용 베이스부]
냉각용 베이스부(3)는, 정전 척부(2)를 냉각하여 원하는 온도로 유지하기 위한 부재이며, 두께가 있는 원판상의 것이다.
냉각용 베이스부(3)로서는, 예를 들면 그 내부에 물 등의 냉각 매체를 순환시키는 유로(31)가 형성된 수냉 베이스 등의 베이스가 적절하다.
냉각용 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들의 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등으로부터 선택되는 재료가 적절히 이용된다. 이 냉각용 베이스부(3) 중 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 절연 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연 처리로서는, 알루마이트 처리, 혹은 알루미나 등의 절연막을 실시하는 절연막 처리가 바람직하다.
[접착제층]
접착제층(4)은, 정전 척부(2)와, 냉각용 베이스부(3)를 접착 일체화시키는 것이다.
접착제층(4)의 두께는 임의로 선택할 수 있고, 100μm 이상 또한 200μm 이하인 것이 바람직하고, 130μm 이상 또한 170μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
접착제층(4)의 두께가 상기의 범위 내이면, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 접착 강도를 충분히 유지시킬 수 있다. 또, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 열전도성을 충분히 확보할 수 있다.
접착제층(4)의 재료는 임의로 선택할 수 있으며, 예를 들면 실리콘계 수지 조성물을 가열 경화한 경화체, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등으로 형성될 수 있다.
실리콘계 수지 조성물은, 실록세인 결합(Si-O-Si)을 갖는 규소 화합물이며, 내열성, 탄성이 우수한 수지이므로, 보다 바람직하다.
이와 같은 실리콘계 수지 조성물로서는, 특히 열경화 온도가 70℃~140℃인 실리콘 수지가 바람직하다.
여기에서, 열경화 온도가 70℃를 하회하면, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)를 대향시킨 상태로 접합시킬 때에, 접합 과정에서 경화가 충분히 진행되지 않는 점에서, 작업성이 열화된 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 열경화 온도가 140℃를 초과하면, 정전 척부(2) 및 냉각용 베이스부(3)의 열팽창 차가 크고, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 응력이 증가되어, 이들의 사이에서 박리가 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
실리콘 수지로서는, 경화 후의 영률이 8MPa 이하인 수지가 바람직하다. 여기에서, 경화 후의 영률이 8MPa를 초과하면, 접착제층(84)에 승온, 강온의 열사이클이 부하되었을 때에, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 열팽창 차를 흡수할 수 없어, 접착제층(4)의 내구성이 저하될 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.
접착제층(4)에는, 평균 입경이 1μm 이상 또한 30μm 이하이고, 바람직하게는 1μm 이상 또한 20μm 이하이고, 더 바람직하게는 1μm 이상 또한 10μm 이하인 무기 산화물, 무기 질화물, 무기 질화물로 이루어지는 필러 등을 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성된 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자가 함유되어 있는 것이 바람직하다.
표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 실리콘 수지의 열전도성을 개선하기 위하여 바람직하게 혼입된 것이며, 그 혼입률을 조정함으로써, 접착제층(4)의 열전도율을 제어할 수 있다.
즉, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자의 혼입률을 높임으로써, 접착제층(4)을 구성하는 유기계 접착제의 열전도율을 크게 할 수 있다.
또, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성되어 있다. 이 때문에, 표면 피복이 형성되어 있지 않은 단순한 질화 알루미늄(AlN) 입자와 비교하여 우수한 내수성을 갖고 있다. 따라서, 실리콘계 수지 조성물을 주성분으로 하는 접착제층(4)의 내구성을 확보할 수 있다. 그 결과, 정전 척 장치(1)의 내구성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면이, 우수한 내수성을 갖는 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층에 의하여 피복되어 있다. 그 결과, 질화 알루미늄(AlN)이 대기 중의 물에 의하여 가수 분해되지 않고, 질화 알루미늄(AlN)의 열전달률이 저하되지 않아, 접착제층(4)의 내구성이 향상된다.
또한, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)에 대한 오염원이 되는 경우도 없어, 이 점에서도 바람직한 필러라고 할 수 있다.
또, 이 접착제층(4)은, 영률이 1GPa 이하이며, 유연성(쇼어 경도가 A100 이하)을 갖는, 열경화형 아크릴 수지 접착제로 형성되어 있어도 된다. 이 경우는, 필러는 함유하고 있어도 되고, 함유하고 있지 않아도 된다.
본 실시형태의 정전 척 장치(1)에 의하면, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상의 표면이, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면(23)을 이룬다. 이 오목면인 곡면은, 변곡점을 포함하지 않고, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 오목면(23)의 중심(23a)의 높이와, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 오목면(23)의 외주(23b)의 높이의 차가, 1μm 이상 또한 30μm 이하이다. 이 때문에, 판상 시료(W)와 오목면(23)의 국소적인 접촉을 방지할 수 있다. 또, 정전 흡착 시에, 판상 시료(W)가 오목면(23)의 형상에 추종하여 변형되고, 판상 시료(W)가 오목면(23)에 간극없이 밀착된다. 이 때문에, 오목면(23)에 대한 판상 시료(W)의 흡착력이 향상된다. 이로써, 정전 척 장치(1)에 흡착된 판상 시료(W)의 표면 온도를 균일하게 할 수 있다.
또, 본 실시형태의 정전 척 장치(1)에 의하면, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 주연부에 환상 돌기부(21)가 마련되고, 이 재치면(11a) 상의 환상 돌기부(21)에 둘러싸인 영역에 환상 돌기부(21)와 높이가 동일한 복수의 돌기부(22)가 마련되며, 이들 환상 돌기부(21)의 상단부(21a), 및 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)가, 재치면(11a)의 중심부를 바닥면(곡면의 바닥)으로 하는 오목면(23) 상에 위치하고 있다. 따라서, 판상 시료(W)를 흡착할 때나 탈리시킬 때에 판상 시료(W)가 변형되지 않고, 이 판상 시료(W)의 온도를 균일화시킬 수 있다.
또, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)와, 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)로, 판상 시료(W)를 밀착 상태에서 지지할 수 있다. 따라서, 이들 상단부(21a, 22a)와 판상 시료(W)의 접촉면이 마찰되지 않아, 파티클을 발생시키기 어렵게 할 수 있다.
<정전 척 장치의 제조 방법(1)>
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법은, 본 실시형태의 정전 척 장치를 제조하는 방법이다. 이 방법은, 정전 척부와 냉각용 베이스부를, 접착제를 개재하여 접착하는 공정(접착 공정)과, 냉각용 베이스부와 접착된 정전 척부의 재치판의 재치면을 가공하는, 즉 기재(정전 척부)의 두께 방향에 있어서의 단면 형상이, 재치판의 재치면 중심으로부터 재치판의 재치면 외주를 향하여 점차 만곡되는 듯한, 부드러운 곡면상인 오목면 또는 볼록면을 이루며, 또한 변곡점을 포함하지 않도록 가공하는 공정(가공 공정)을 갖는다.
이하, 본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 처음으로, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al203-SiC) 복합 소결체 또는 산화 이트륨(Y203) 소결체에 의하여, 재치판(11) 및 지지판(12)이 되는 한 쌍의 판상체를 제작한다.
예를 들면, 탄화 규소 분말 및 산화 알루미늄 분말을 포함하는 혼합 분말 또는 산화 이트륨 분말을 원하는 형상으로 성형하여, 2개의 성형체로 한다. 그 후, 그 성형체를 1400℃~2000℃ 정도의 온도, 비산화성 분위기하, 바람직하게는 불활성 분위기하에서 소정 시간 소성(燒成)한다. 이로써, 한 쌍의 판상체(제1 판상체, 제2 판상체)를 얻을 수 있다.
이어서, 한 쪽의 제1 판상체에, 급전용 단자(15)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을 복수 개 형성하고, 이 고정 구멍에 급전용 단자(15)를 고정시킨다.
이어서, 급전용 단자(15)가 끼워 넣어진 제1 판상체의 표면의 소정의 영역에, 급전용 단자(15)에 접촉하도록, 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을, 바람직하게는 상술한 도전성 세라믹스 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산시킨 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을 도포한다. 이 도막을 건조시켜, 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 한다. 또한, 이 판상체 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층을 형성한 영역 이외의 영역에, 이 판상체와 동일 조성, 또는 주성분이 동일한, 분말 재료를 포함하는 절연재층을 형성한다. 절연재층은 절연재층(14)을 형성한다.
이어서, 한 쪽의 판상체 상에 형성한 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층의 위에, 다른 쪽의 제2 판상체를 중첩시키고, 이들을 고온, 고압하에서 핫프레스하여 일체화시킨다. 이 핫프레스에 있어서의 분위기는, 진공 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다.
또, 핫프레스에 있어서의 일축 가압 시의 압력은 임의로 선택할 수 있지만, 5MPa~10MPa인 것이 바람직하고, 온도는 1400℃~1850℃인 것이 바람직하다.
이 핫프레스에 의하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층이 소성되어, 도전성 복합 소결체로 이루어지는 정전 흡착용 내부 전극(13)이 된다. 동시에, 2개의 판상체가 각각 재치판(11) 및 지지판(12)이 되어, 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)과 접합 일체화되어, 정전 척부(2)가 된다.
이어서, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 소정 영역에, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포한다. 여기에서, 접착제의 도포량을, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)가 접합 일체화할 수 있도록 조정한다.
이 접착제의 도포 방법으로서는, 예를 들면 주걱 등을 이용하여 수동으로 도포하는 것 외에, 바코드법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다.
냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)에 접착제를 도포한 후, 정전 척부(2)와, 접착제를 도포한 냉각용 베이스부(3)를 중첩시킨다.
또, 세워서 설치한 급전용 단자(15) 및 애자(16)를, 냉각용 베이스부(3) 중에 천공(穿孔)된 급전용 단자 수용 구멍에 삽입하여 끼워 넣는다.
이어서, 정전 척부(2)를 냉각용 베이스부(3)에 대하여 소정의 압력으로 압압하고, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)를 접합 일체화시킨다. 이로써, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)가 접착제층(4)을 개재하여 접합 일체화된 것이 된다.
이어서, 정전 척부(2), 접착제층(4) 및 냉각용 베이스부(3)로 이루어지는 적층체의 표면(적층체의 두께 방향을 따르는 면) 및 이면(정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치판(11a)과는 반대 측의 면)에, 흠집이 생기거나, 파티클이 부착되지 않도록, 필요에 따라, 예를 들면 표면 보호 테이프를 첩착한다. 이렇게 하여, 적층체의 측면 및 이면을 마스킹하여, 재치판(11)의 재치면(11a)만을 노출시킨다.
이어서, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)에 연삭 가공 및 연마 가공을 실시한다. 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 오목면(23)의 중심(23a)(재치면(11a)의 중심(11b))으로부터 오목면(23)의 외주(23b)(재치면(11a)의 외주에 상당함)를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 면의 높이가 점차 높아지도록 만곡하는 곡면상을 형성하도록 가공한다.
또 상기 연삭 가공 및 연마 가공에 있어서는, 필요에 따라 바람직한 장치와 조건을 이용하여 처리를 행할 수 있다.
이어서, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)의 소정의 위치에 블라스트 가공 등의 기계 가공을 실시한다. 이로써, 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)를 형성함과 함께, 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)를 제외한 바닥면 부분을 형성한다. 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)를, 재치판(11)의 재치면(11a)으로 한다.
이어서, 정전 척부(2), 접착제층(4) 및 냉각용 베이스부(2)로 이루어지는 적층체에서, 표면 보호 테이프를 제거한다.
이어서, 임의로 선택되는 방법으로 세정한다. 예를 들면, 초순수 중에서, 초음파 세정에 의하여, 정전 척부(2)의 오목면(23) 및 재치판(11)의 재치면(11a)에 잔류하는 파티클(재치판(11)의 가공 부스러기)을 제거한다. 또한, 알코올에 의한 와이핑에 의하여, 상기의 적층체의 측면이나 이면에 잔류하는 점착제를 제거한 후, 건조기에 의하여 건조시킨다.
이상에 의하여, 정전 척부(2) 및 냉각용 베이스부(3)는, 접착제층(4)을 개재하여 접합 일체화되고, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)에 환상 돌기부(21) 및 복수의 돌기부(22)가 형성된다. 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 오목면(23)의 중심(23a)으로부터 오목면(23)의 외주(23b)를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)을 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록, 만곡하는 곡면상을 갖는, 본 실시형태의 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 의하면, 오목면(23)에 대한 판상 시료(W)의 흡착력이 향상된, 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
(2) 제2 실시형태
<정전 척 장치>
도 3은, 본 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 3에 있어서, 도 1에 나타낸 제1 실시형태의 정전 척 장치와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 3에 나타내는 정전 척 장치(100)는, 평면시에 있어서 원판상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)를 원하는 온도로 냉각하는 두께가 있는 원판상의 냉각용 베이스부(3)와, 이들 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)를 접착 일체화시키는 접착제층(4)을 구비하고 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치(100)가, 상술한 제1 실시형태의 정전 척 장치(1)와 상이한 점은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여 점차 만곡하는 곡면상을 갖는, 볼록면(101)(단면도에서는 위(판상 시료가 배치되는 측)로 돌출하는 곡선)을 형성하고 있는 점이다. 상세하게는, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상은, 재치면(11a)의 중심(11b)(볼록면(101)의 중심(101a))으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)(볼록면(101)의 외주(101b))를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 상면(일 주면)(3a)의 위치를 기준으로 하는 면의 높이가 점차 낮아지도록 부드럽게 만곡하는 곡면상을 갖는 볼록면(101)을 갖고 있다. 즉, 재치면(11a)은 볼록면(101)을 이루고 있다. 바꾸어 말하면, 평면시에 있어서, 재치면(11a)의 형태와 면적과, 볼록면(101)의 형태와 면적은 동일하다.
또, 본 실시형태의 정전 척 장치(100)는, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 변곡점을 포함하지 않는다. 즉, 볼록면(101)에 있어서, 재치판(11)의 두께 방향으로 돌출되는 점 및 재치판(11)의 두께 방향으로 움푹 패이는 점을 갖지 않는다. 즉, 부드럽게 연속적인 곡면을 갖고, 실질적으로 요철을 갖지 않는다.
또, 본 실시형태의 정전 척 장치(100)는, 단면에서 보았을 때에, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치(높이)를 기준으로 하는 볼록면(101)의 중심(101a)의 높이와, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치(높이)를 기준으로 하는 볼록면(101)의 외주(101b)의 높이의 차가 1μm 이상 또한 30μm 이하이고, 1μm 이상 또한 15μm 이하인 것이 바람직하다.
상기 높이의 차가 1μm 미만에서는, 판상 시료(W)의 탈리 응답성이 저하될 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다. 한편, 상기의 높이의 차가 30μm를 초과하면, 판상 시료(W)를 흡착할 때에, 이 판상 시료(W)와 재치판(11)의 재치면(11a)의 사이에 간극이 발생하여, 판상 시료(W)의 온도를 균일화시키는 성능이 저하될 가능성이 있다.
또, 볼록면(101)의 표면 조도는, 임의로 선택할 수 있지만, 40nm 미만인 것이 바람직하고, 20nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
볼록면(101)의 표면 조도가 40nm 미만이면, 환상 돌기부(21)의 상단부(21a)와 복수의 돌기부(22) 각각의 상단부(22a)에 의하여, 판상 시료(W)를 밀착 상태로 바람직하게 지지한다. 그 결과, 이들 상단부(21a, 22a)와 판상 시료(W)의 접촉면이 마찰되지 않아, 파티클을 발생하기 어렵게 할 수 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치에 있어서의 볼록면(101)의 표면 조도는, 제1 실시형태와 동일하게 측정된다.
본 실시형태의 정전 척 장치(100)에 의하면, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 볼록면(101)을 갖는다. 또 이 단면 형상은, 변곡점을 포함하지 않고, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 볼록면(101)의 중심(101a)의 높이와, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 볼록면(101)의 외주(101b)의 높이의 차가, 1μm 이상 또한 30μm 이하이다. 이 때문에, 판상 시료(W)와 볼록면(101)의 형상에 추종하여 변형되고, 판상 시료(W)가 볼록면(101)에 간극없이 밀착된다. 이 때문에, 볼록면(101)에 대한 판상 시료(W)의 흡착력이 향상된다. 이로써, 정전 척 장치(1)에 흡착된 판상 시료(W)의 표면 온도를 균일하게 할 수 있다. 또, 판상 시료(W)의 탈리 응답성도 향상된다.
<정천 척 장치의 제조 방법(2)>
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법은, 상술한 제1 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법과 동일하게 행해진다.
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 있어서는, 상술한 제1 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법과 상이한 점은, 이하의 점이다. 즉, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)에 연삭 가공 및 연마 가공을 하는 공정에 있어서, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 볼록면(101)의 중심(101a)(재치면(11a)의 중심(11b))으로부터 볼록면(101)의 외주(101b)(재치면(11a)의 외주에 상당함)를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 일 주면(3a)의 위치를 기준으로 하는 높이가 점차 낮아지도록 만곡하는 곡면상을 갖도록, 재치판(11)의 재치면(11a)에 연삭 가공 및 연마 가공을 하는 점이다.
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 의하면, 볼록면(101)에 대한 판상 시료(W)의 흡착력이 향상된 정전 척 장치(100)가 얻어진다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
"실시예 1"
(정전 척 장치의 제작)
공지의 방법에 의하여, 내부에 두께 25μm의 정전 흡착용 내부 전극이 매설(埋設)된 정전 척부를 제작했다.
이 정전 척부의 재치판은, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소의 복합 소결체이며, 직경은 450mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
또, 지지판도 재치판과 동일하게, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소의 복합 소결체이며, 직경은 450mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
이어서, 정전 흡착용 내부 전극이 사이에 형성되도록 하여, 이들 재치판 및 지지판을 접합 일체화시킴으로써, 정전 척부를 제작했다. 이후, 이 정전 척부의 전체 두께를 3.0mm로, 또한 재치판의 표면을 평탄면으로 연마 가공했다.
한편, 직경 400mm, 높이 30mm의 알루미늄제의 냉각용 베이스부를 기계 가공에 의하여 제작했다. 이 냉각용 베이스부의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로를 형성했다. 또 급전용 단자 수용 구멍도 상기 베이스부에 형성했다.
이어서, 냉각용 베이스부의 일 주면의 소정 영역에, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포했다. 이후, 정전 척부와, 접착제를 도포한 냉각용 베이스부를 중첩시켰다.
또, 세워서 설치한 급전용 단자 및 애자를, 냉각용 베이스부 중에 천공된 급전용 단자 수용 구멍에 삽입하여 끼워 넣었다.
이어서, 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여 35kg의 압력으로 압압하고, 50℃에서 5시간 유지한 후, 110℃에서 12시간 가열하여, 정전 척부와 냉각용 베이스부를 접합 일체화시켰다.
이어서, 정전 척부, 접책제층 및 냉각용 베이스부로 이루어지는 적층체의 측면 및 이면에, 표면 보호 테이프를 첩착하여, 적층체의 측면 및 이면을 마스킹하고, 재치판의 재치면만을 노출시켰다.
이어서, 정전 척부의 재치판의 재치면에 연삭 가공 및 연마 가공을 실시했다. 구체적으로는, 재치판의 두께 방향의 단면 형상이, 오목부의 중심(재치면의 중심)으로부터 오목면의 외주(재치면의 외주에 상당)를 향하여, 냉각용 베이스부의 일 주면의 위치를 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록, 만곡하는 곡면상을 갖도록 했다.
이어서, 재치판의 표면을 연마 가공함으로써, 이 표면을 매끄럽게 하고, 이어서 이 표면에 블라스트 가공을 실시함으로써, 이 표면의 주연부에 폭 5mm, 높이 30μm의 환상 돌기부를 형성했다. 또, 이 표면 중 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에 직경 500μm, 높이 30μm의 원기둥상의 복수의 돌기부를 각각 형성했다. 이로써, 이 표면 중 블라스트 가공에 의하여 굴삭된 영역, 즉 환상 돌기부 및 복수의 돌기부를 제외한 영역은, 밀봉용 매체의 유로가 되었다.
이어서, 정전 척부, 접착제층 및 냉각용 베이스부로 이루어지는 적층체로부터 표면 보호 테이프를 제거했다.
이어서, 초순수 중에서, 초음파 세정에 의하여. 정전 척부의 오목면 및 재치판의 재치면에 잔류하는 파티클을 제거했다. 또한, 알코올에 의한 와이핑에 의하여, 상기의 적충체의 측면이나 이면에 잔류하는 점착제를 제거했다. 이후, 건조기에 의하여 건조시켜, 실시예 1의 정전 척 장치를 얻었다.
"실시예 2"
(정전 척 장치의 제작)
정전 척부의 재치판의 재치면에 연삭 가공 및 연마 가공을 실시하고, 재치판의 두께 방향의 단면 형상이, 볼록면의 중심(재치면의 중심)으로부터 볼록면의 외주(재치면의 외주에 상당)를 향하여, 냉각용 베이스부의 일 주면의 위치를 기준으로 하는 면의 높이가 점차 낮아지도록, 만곡하는 곡면상을 형성하도록 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 정전 척 장치를 얻었다.
"비교예 1"
(정전 척 장치의 제작)
공지의 방법에 의하여, 내부에 두께 10μm의 정전 흡착용 내부 전극이 매설된 정전 척부를 제작했다.
이 정전 척부의 재치판은, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 450mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
또, 지지판도 재치판과 동일하게, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 450mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
이어서, 정전 흡착용 내부 전극이 사이에 형성되도록 하여, 이들 재치판 및 지지판을 접합 일체화시킴으로써, 정전 척부를 제작한 후, 이 정전 척부의 전체의 두께를 1.0mm, 또한 재치판의 표면을 평탄면으로 연마 가공했다.
이어서, 정전 척부의 재치판의 재치면에 연삭 가공 및 연마 가공을 실시했다. 재치판의 두께 방향의 단면 형상이, 오목부의 중심(재치면의 중심)으로부터 오목면의 외주(재치면의 외주에 상당)를 향하여, 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록 만곡하는 곡면상을 이루도록 형성했다.
이어서, 재치판의 표면을 연마 가공함으로써, 이 표면을 매끄럽게 하고, 이어서 이 표면에 블라스트 가공을 실시함으로써, 이 표면의 주연부에, 폭 5mm, 높이 30μm의 환상 돌기부를 형성했다. 이 표면 중 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에 직경 500μm, 높이 30μm의 원기둥상의 복수의 돌기부를 각각 형성했다. 이로써, 이 표면 중 블라스트 가공에 의하여 굴삭된 영역, 즉 환상 돌기부 및 복수의 돌기부를 제외한 영역은, 밀봉용 매체의 유로가 되었다.
한편, 직경 400mm, 높이 30mm의 알루미늄제의 냉각용 베이스부를 기계 가공에 의하여 제작했다. 이 냉각용 베이스부의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로를 형성했다.
또, 별도로 폭 2.0μm, 길이 2.0μm, 높이 50μm의 각기둥상의 제1 스페이서를 복수 개, 폭 2.0μm, 길이 2.0μm, 높이 75μm의 각기둥상의 제2 스페이서를 복수 개, 폭 2.0μm, 길이 2.0μm, 높이 100μm의 각기둥상의 제3 스페이서를 복수 개, 산화 알루미늄 소결체로 제작했다.
이어서, 냉각용 베이스부에 스페이서를 고정시켰다. 구제척으로는, 냉각용 베이스부의 정전 척부와의 접합면에 있어서, 이 접합면의 중심점을 중심으로 하는 직경 75mm의 원형상의 위치에, 등간격으로 각기둥상의 제1 스페이스를 복수 개 고정시키고, 이 접합면의 중심점을 중심으로 하는 직경 150mm의 원형상의 위치에, 등간격으로 각기둥상의 제2 스페이서를 복수 개 고정시키며, 이 접합면의 중심점을 중심으로 하는 직경 290mm의 원형상의 위치에, 등간격으로 각기둥상의 제3 스페이서를 복수 개 고정시켰다.
이어서, 제1~제3 스페이서가 고정된 냉각용 베이스부의 접합면에, 유기계 접착제인 실리콘 수지계 접착제를 도포했다. 그 후, 이 실리콘 수지계 접착제에 정전 척부의 지지판을 밀착시켰다.
이어서, 정전 척부의 지지판을 제1~제3 스페이서의 상면에 근접시키고, 이 정전 척부를 냉각용 베이스부에 대하여, 60kg의 압력으로 압압함으로써, 정전 척부 전체를 단면 활형상으로 변형시켰다. 이와 같이 하여, 이 정전 척부의 환상 돌기부의 상단면, 및 복수의 돌기부 각각의 상단면을, 곡률 반경 R이 75000mm인 오목면 상에 위치시켜, 비교예 1의 정전 척 장치를 얻었다.
"비교예 2"
(정전 척 장치의 제작)
정전 척부의 재치판의 재치면에 연삭 가공 및 연마 가공을 실시했다. 실시예 1과 동일하게, 재치판의 두께 방향의 단면 형상이, 오목면의 중심(재치면의 중심)으로부터 오목면의 외주(재치면의 외주에 상당)를 향하여, 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록 만곡하는 곡면상을 이루도록 했다. 실시예 1과 상이한 점은, 실시예 1보다 오목면의 중심과 오목면의 외주의 높낮이차가 커지도록 했다는 점이다. 이 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 2의 정전 척 장치를 얻었다.
(평가)
실시예 1과 2, 및 비교예 1과 2의 정전 척 장치의 (1) 정전 척부의 재치면의 표면 프로파일의 측정(정전 척부의 재치면의 변곡점 유무의 평가), (2) 평면도의 측정, (3) 표면 조도(Ra)의 측정, (4) 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 특성의 각각에 대하여 평가했다.
(1) 정전 척부의 재치판의 재치면의 표면 프로파일의 측정(정전 척부의 재치면의 변곡점 유무의 평가)
정전 척부의 재치면의 표면 프로파일의 측정에는, 3차원 측정기(상품명: RVA800A 주식회사 도쿄 세이미쓰제)를 이용했다. 측정점을, 재치면의 중심(반경 위치 (1)), 반경 30mm(반경위 (2))의 동심원주 상에서 45° 간격(0°, 45°, 90°, 180°, 225°, 270°, 315°의 8방위)으로 8개소, 반경 60mm(반경 위치 (3))의 동심원상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 90mm(반경위 (4))의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 120mm(반경 위치 (5))의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소, 반경 145mm(반경 위치 (6))의 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소로 했다. 41개소의 측정을 행했다. 이들의 측정점으로부터, 표면 프로파일을 얻었다. 또, 상기의 8방위 중 동 방위가 인접하는 동심원의 2점의 높이의 차를 산출했다. 구체적으로는, 예를 들면 180°에서의, 반경 30mm의 동심원의 점과 반경 60mm의 동심원의 점의 높이의 차(반경이 큰 동심원의 점의 높이(예를 들면, 반경 60mm의 동심원의 점의 높이)-반경이 작은 동심원의 점의 높이(예를 들면, 반경 30mm의 동심원의 점의 높이))를 산출했다. 또, 별도로 180°의 방위에 있어서, 상기 인접하는 동심원 중 외측에 있는 동심원(반경 60mm)의 점과, 그 동심원의 바로 외측에 있는 다른 동심원(반경 90mm)의 점에 대하여, 높이의 측정과 높이의 차의 계산을 행했다. 다른 인접하는 점과 점에 대해서도 그 산출값의 부호가, 그 전의 값과 비교하여, 반전되는 검(변곡점)의 유무를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 실시예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면과, 비교예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면의, 각각의 반경 위치 (1), (2), (3), (4), (5), (6)에 있어서의 높이의 측정 결과를 도 4에 나타낸다. 또한, 실시예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면과, 비교예 1의 정전 척부의 재치판의 재치면에 대하여, 상기의 8방위 중 동 방위의 인접하는 2점의 높이의 차(예를 들면, 반경 위치 (1)과 반경 위치 (2)의 높이의 차)를 산출한 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 대하여, 차라는 것은, 2점의 높이의 차를 나타낸다. 표 2에 이어서 차"라는 것은, 2개의 "높이의 차"의 차를 나타낸다. 예를 들면, 위치 (2)에서의 높이와 위치 (3)에서의 높이의 차로부터, 위치 (1)에서의 높이와 위치 (2)에서의 높이의 차를 뺀 값을 나타낸다. 표 2에 나타나는 값의 단위는 mm이다. 또한 표 2에서는 실시예 1에 대하여 180°에서의 측정 결과를 나타내고 비교예 1에 대하여 0°에서의 측정 결과를 나타냈지만, 변곡점의 유무에 관하여 어느 방위에 있어서도 유사한 결과가 얻어졌다. 즉, 실시예 1에서는 어느 방위여도 변곡점이 없으며, 비교예 1에서는 어느 방위여도 변곡점이 있었다.
(2) 평면도의 측정
JIS B 6191에 준거하여, 3차원 측정기(상품명: RVA800A, 주식회사 도쿄세이미쓰제)를 이용하여, 평면도를 측정했다. 이 측정에 있어서, 먼저 홈부의 폭방향의 내측 및 외측의 상면(유지면)의 3차원 좌표에 대하여, 동심원주 상에서 45° 간격으로 8개소씩 합계 16개소 측정했다. 다음으로, 이들의 측정값을 이용하여, 최소 제곱법으로 각 측정점으로부터의 제곱의 합이 최소가 되는 최소 제곱 평면을 구했다. 이 최소 제곱 평면의 상측에 가장 떨어진 점과 하측에 가장 떨어진 점의 길이의 절댓값의 합을 채용했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(3) 표면 조도(중심선 평균 표면 조도(Ra))의 측정
본 실시형태의 정전 척 장치에 있어서의 재치면의 표면 조도는, JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도 형상 측정기(상품명: SURFCOM 1500SD3, 주식회사 도쿄세이미쓰제)를 이용하여 측정했다. 이 측정에 있어서, 재치면의 표면 조도에 대하여, 동심원주 상에서 120° 간격으로 3개소씩 합계 6개소 측정하고, 그 평균값을 채용한다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(4) 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 특성
정전 척부의 재치면에 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 정전 흡착시키고, 냉각용 베이스부의 유로에 30℃의 냉각수를 순환시키면서, 이때의 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 분포를 서모그래피 TVS-200EX(닛폰 아비오닉스사제)를 이용하여 측정했다.
결과를 표 1에 나타낸다.
재치면의
표면 프로파일		 변곡점의
유무		 평면도
[μm]		 표면 조도
(Ra)
[nm]		 면내 온도
특성
[℃]
실시예 1 오목면 무 14 5 ±3.0℃
실시예 2 볼록면 무 14 5 ±3.0℃
비교예 1 오목면 유 12 50 ±3.5℃
비교예 2 오목면 무 40 5 ±3.5℃
반경 위치 실시예 1 비교예 1
높이 180° 차 차" 높이
0°		 차 차"
(1) 0 - 0 -
(2) 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009
(3) 0.0029 0.002 0.0023 0.0014
(4) 0.0034 0.0005 0.0022 -0.0001
(5) 0.0036 0.0002 0.0017 -0.0005
(6) 0.0037 0.0001 0.0008 -0.0009
표 1 및 표 2의 결과로부터, 실시예 1과 실시예 2의 정전 척 장치는, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 ±3.0℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있는 것을 알 수 있었다. 실시예 1과 2에서는, 재치판의 재치면이 오목면 또는 볼록면을 이루며, 재치면에 변곡점이 없고, 재치면의 평면도가 14μm이며, 재치면의 표면 조도(Ra)가 5nm이다.
한편, 재치판의 재치면이 오목면을 이루며, 재치면의 평면도가 12μm이지만, 재치면에 변곡점이 있고, 재치면의 표면 조도(Ra)가 50nm인 비교예 1의 정전 척 장치는, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 ±3.5℃의 범위 내였다. 그 결과, 실시예 1 및 실시예 2의 정전 척 장치보다, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도의 제어라는 점에 있어서 뒤떨어져 있는 것을 알 수 있었다.
또, 재치판의 재치면이 오목면을 이루며, 재치면에 변곡점이 없고, 재치면의 표면 조도(Ra)가 5nm이지만, 재치면의 평면도가 40μm인 비교예 2의 정전 척 장치는, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 ±3.5℃의 범위 내였다. 그 결과, 실시예 1 및 실시예 2의 정전 척 장치보다, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도의 제어라는 점에 있어서 뒤떨어져 있는 것을 알 수 있었다.
산업상 이용가능성
판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
1, 100…정전 척 장치
2…정전 척부
3…냉각용 베이스부
3a…냉각용 베이스부의 일 주면
4…접착제층
11…재치판(기재)
11a…표면(재치면)
11b…재치면의 중심
11c…재치면의 외주
12…지지판
13…정전 흡착용 내부 전극
14…절연재층
15…급전용 단자
16…애자
21…환상 돌기부
21a…상단부
22…돌기부
22a…상단부
23…오목면
23a…오목면의 중심
23b…오목면의 외주
31…유로
101…볼록면
101a…볼록면의 중심
101b…볼록면의 외주
h1…재치면부터 환상 돌기부의 상단부까지의 높이
h2…재치면부터 복수의 돌기부의 상단부까지의 높이
W…판상 시료

Claims (11)

  1. 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖는 기재, 및 상기 판상 시료를 상기 재치면에 정전 흡착하는 정전 흡착용 내부 전극을 갖는 정전 척부와,
    상기 정전 척부를 냉각하는 냉각용 베이스부와,
    상기 정전 척부와 상기 냉각용 베이스부의 사이에 개재하는 접착제층을 구비하고,
    상기 기재의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 재치면의 중심으로부터 상기 재치면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면 또는 볼록면을 이루며, 또한 변곡점을 포함하지 않고,
    상기 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 상기 오목면 또는 상기 볼록면의 중심의 높이와, 상기 냉각용 베이스부의 일 주면을 기준으로 하는 상기 오목면 또는 상기 볼록면의 외주의 높이의 차의 절댓값이, 1μm 이상 또한 30μm 이하인 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재치면의 표면 조도가, 40nm 미만인 정전 척 장치.
  3. 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖는 기재, 및 상기 판상 시료를 상기 재치면에 정전 흡착하는 정전 흡착용 내부 전극을 갖는 정전 척부와, 상기 정전 척부를 냉각하는 냉각용 베이스부를, 접착제를 개재하여 접착하는 공정과,
    상기 냉각용 베이스부와 접착한 상기 정전 척부의 상기 기재의 상기 재치면을, 상기 기재의 두께 방향에 있어서의 단면 형상이 상기 재치면의 중심으로부터 상기 재치면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 오목면 또는 볼록면을 이루며, 또한 변곡점을 포함하지 않도록 가공하는 공정을 갖는 정전 척 장치의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각용 베이스부를, 접착제를 개재하여 접착하는 공정에 이어서, 상기 정전 척부, 상기 접착제 및 상기 냉각용 베이스부로 이루어지는 적층체의 측면 및 이면을 마스킹하여, 상기 기재의 상기 재치면만을 노출시키는 공정을 갖는 정전 척 장치의 제조 방법.
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