KR102303696B1 - 정전 척 장치 - Google Patents

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Abstract

세라믹스로 이루어지는 정전 척 부재(2)와, 금속으로 이루어지는 온도 조정용 베이스 부재(3)와, 온도 조정용 베이스 부재(3) 내에 삽입되어, 정전 척 부재(2)에 마련된 정전 흡착용 전극(13)에 전압을 인가하는 급전용 단자(16)를 구비하는 정전 척 장치(1)이며, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)는 도전성 접착층(17)을 개재하여 접속되고, 도전성 접착층(17)은, 탄소 섬유와 수지를 포함하며, 탄소 섬유의 애스펙트비가 100 이상인 정전 척 장치(1)에 관한 것이다.

Description

정전 척 장치
본 발명은, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2018년 9월 27일에, 일본에 출원된 특원 2018-181591호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, IC, LSI, VLSI 등의 반도체 장치를 제조하는 반도체 제조 공정에 있어서는, 실리콘 웨이퍼 등의 판상 시료는, 정전 척 기능을 구비한 정전 척 부재에 정전 흡착에 의하여 고정되어 소정의 처리가 실시된다.
그러나, 예를 들면 이 판상 시료에 플라즈마 분위기하에서 에칭 처리 등을 실시할 경우, 플라즈마의 열에 의하여 판상 시료의 표면이 고온이 되어, 표면의 레지스트막이 파열되는(버스트하는) 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.
따라서, 상기 문제를 방지하기 위하여, 이 판상 시료의 온도를 원하는 일정한 온도로 유지하는 특징을 구비한, 정전 척 장치가 이용되고 있다. 이와 같은 정전 척 장치는, 상기의 정전 척 부재의 하면에, 금속제의 부재의 내부에 온도 제어용 냉각 매체를 순환시키는 유로가 형성된 온도 조정용 베이스 부재를, 실리콘계 접착제로 이루어지는 접착제층을 개재하여, 접합·일체화한 장치이다.
이와 같은 정전 척 장치에서는, 온도 조정용 베이스 부재의 유로에 온도 조정용 냉각 매체를 순환시켜 열교환을 행한다. 이와 같이 하여, 정전 척 부재의 상면에 고정된 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지하면서, 판상 시료의 정전 흡착을 행하고, 이 판상 시료에 각종 플라즈마 처리를 실시한다.
정전 척 장치에서는, 정전 척 부재와 온도 조정용 베이스 부재를 접합하는 접착제층에는, 반복 열응력이 가해진다. 이로써, 정전 척 부재와 온도 조정용 베이스 부재가 어긋나는 방향에, 전단력이 발생하는 경우가 있다. 전단력이 발생하면, 접착제층이 응집 파괴되어, 정전 척 부재에 있어서의 정전 흡착력이 저하된다.
상기와 같은 과제를 해결하는 방법으로서는, 예를 들면 금속층의 정전 흡착 전극과 급전용 단자의 사이에 공간을 마련하여, 전극 및 유전층에 대한 응력이나 부하를 완화하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또, 예를 들면 재치판에 오목부(급전 구멍)를 마련하여, 그 오목부 내에 필러계 도전성 접착제를 충전하여, 급전용 단자와 재치판 내부의 전극을 접착하는 구조로 함으로써, 오목부에 발생하는 압축 응력이나 인장 응력을 완화하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
또, 예를 들면 세라믹판과 급전용 단자의 열팽창 차 및 도전성 접착제의 탄성률을 규정함으로써, 열사이클이 더해졌다고 해도 세라믹판에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
일본 공개특허공보 2012-039011호 일본 공개특허공보 2005-012143호 일본 공개특허공보 2002-141404호
그러나, 특허문헌 1~특허문헌 3에 기재되어 있는 방법에서는, 정전 척 장치의 사용 시간이 길어짐에 따라, 도전성 접착제가 열응력에 의하여 서서히 응집 파괴를 일으켜, 정전 척 장치의 정전 흡착력이 저하된다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 반복 사용에 의한 도전성 접착제의 응집 파괴를 방지하는 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 양태는, 세라믹스로 이루어지는 정전 척 부재와, 금속으로 이루어지는 온도 조정용 베이스 부재와, 상기 온도 조정용 베이스 부재 내에 삽입되어, 상기 정전 척 부재에 마련된 정전 흡착용 전극에 전압을 인가하는 급전용 단자를 구비하는 정전 척 장치로서, 상기 정전 흡착용 전극과 상기 급전용 단자는 도전성 접착층을 개재하여 접속되고, 상기 도전성 접착층은, 탄소 섬유와 수지를 포함하며, 상기 탄소 섬유의 애스펙트비가 100 이상인 정전 척 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 탄소 섬유를, 섬유 직경이 10nm 이상 200nm 이하, 섬유 길이가 5μm 이상 200μm 이하로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 탄소 섬유를, 상기 애스펙트비를 220 이하로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 도전성 접착층에 있어서의 상기 탄소 섬유의 함유량을, 4체적% 이상 15체적% 이하로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 수지를 실리콘 수지로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 도전성 접착층을, 실온에서의 체적 저항률이 1000Ω·cm 이하, 150℃에서의 전단 강도를 1MPa 이상 10MPa 이하, 변형량이 100% 이상 400% 이하로 해도 된다.
본 발명에 의하면, 반복 사용에 의한 도전성 접착제의 응집 파괴를 방지하는 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 제2 실시형태의 정전 척 장치의 바람직한 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 도전성 접착층의 전단 강도 및 변형량의 측정 방법을 설명하는 도이며, (a)는 시료의 평면도, (b)는 시료의 측면도이다.
본 발명의 정전 척 장치의 실시형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 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 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 한정되지 않는다. 또, 동일한 목적으로, 특징이 되지 않는 부분을 생략하여 도시하고 있는 경우가 있다. 또한 본 발명을 벗어나지 않는 범위에서, 수나 위치나 크기나 수치나 비율 등에 대하여, 변경이나 생략이나 추가를 할 수 있다.
(제1 실시형태)
<정전 척 장치>
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 관한 정전 척 장치에 대하여 설명한다.
또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 각 구성 요소의 치수나 비율 등은 적절히 상이하게 하고 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 정전 척 장치(1)는, 평면시(平面視)에서 원판상의 정전 척 부재(2)와, 정전 척 부재(2)를 원하는 온도로 조정하는 원판상의 온도 조정용 베이스 부재(3)와, 이들 정전 척 부재(2) 및 온도 조정용 베이스 부재(3)를 접합·일체화하는 접착제층(4)을 갖고 있다.
이하의 설명에 있어서는, 재치판(11)의 재치면(11a) 측을 "상", 온도 조정용 베이스 부재(3) 측을 "하"로서 기재하고, 각 구성의 상대 위치를 나타내는 경우가 있다.
[정전 척 부재]
정전 척 부재(2)는, 상면이 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 재치하는 재치면(11a)으로 된 세라믹스로 이루어지는 재치판(11)과, 재치판(11)의 재치면(11a)과는 반대의 면측에 마련된 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 협지된 정전 흡착용 전극(13)과, 재치판(11)과 지지판(12)에 협지되어 정전 흡착용 전극(13)의 주위를 둘러싸는 환상의 절연재(14)와, 정전 흡착용 전극(13)에 접하도록 온도 조정용 베이스 부재(3)의 고정 구멍(15) 내에 마련된 급전용 단자(16)를 갖고 있다.
[재치판]
재치판(11)의 재치면(11a)에는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 지지하기 위한 다수의 돌기가 바람직하게 입설(立設)(도시 생략)될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 이들 돌기로서, 재치판(11)의 재치면(11a)의 주연부(周緣部)에는, 헬륨(He) 등의 냉각 가스가 누출되지 않도록, 이 주연부를 일주하도록, 단면 사각 형상의 환상 돌기부가 마련되어 있어도 된다. 또한, 이 재치면(11a) 상의 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에는, 환상 돌기부와 높이가 동일하고 횡단면이 원형상이며 또한 종단면이 대략 직사각형상인, 복수의 돌기부가 마련되어 있어도 된다.
재치판(11)을 바람직하게 구성하는 세라믹스로서는 임의로 선택할 수 있으며, 체적 고유 저항값이 1013Ω·cm 이상이고 또한 1015Ω·cm 이하 정도이며, 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 것이면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 세라믹스로서는, 예를 들면 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3)-탄화 규소(SiC) 복합 소결체 등이 적합하게 이용된다.
재치판(11)의 두께는, 임의로 선택할 수 있지만, 0.3mm 이상이며 또한 3.0mm 이하인 것이 바람직하고, 0.5mm 이상이며 또한 1.5mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 재치판(11)의 두께가 0.3mm 이상이면, 내전압성이 우수하다. 한편, 재치판(11)의 두께가 3.0mm 이하이면, 정전 척 부재(2)의 정전 흡착력이 저하되지 않는다. 또, 재치판(11)의 재치면(11a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 열전도성이 저하되지도 않으며, 처리 중인 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다.
[지지판]
지지판(12)은, 재치판(11)과 정전 흡착용 전극(13)을 하측으로부터 지지하고 있다.
지지판(12)은, 재치판(11)을 구성하는 세라믹스와 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
지지판(12)의 두께는, 0.3mm 이상이며 또한 3.0mm 이하인 것이 바람직하고, 0.5mm 이상이며 또한 1.5mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 지지판(12)의 두께가 0.3mm 이상이면, 충분한 내전압을 확보할 수 있다. 한편, 지지판(12)의 두께가 3.0mm 이하이면, 정전 척 부재(2)의 정전 흡착력이 저하되지 않고, 재치판(11)의 재치면(11a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 열전도성이 저하되지도 않으며, 처리 중인 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다.
[정전 흡착용 전극]
정전 흡착용 전극(13)에서는, 전압을 인가함으로써, 재치판(11)의 재치면(11a)에 판상 시료를 유지하는 정전 흡착력이 발생한다.
정전 흡착용 전극(13)을 구성하는 재료로서는, 타이타늄, 텅스텐, 몰리브데넘, 백금 등의 고융점 금속, 그래파이트, 카본 등의 탄소 재료, 탄화 규소, 질화 타이타늄, 탄화 타이타늄 등의 도전성 세라믹스 등이 적합하게 이용된다. 이들의 재료의 열팽창 계수는, 재치판(11)의 열팽창 계수에 가능한 한 근사(近似)한 것이 바람직하다.
정전 흡착용 전극(13)의 두께는 임의로 선택할 수 있지만, 5μm 이상이며 또한 200μm 이하인 것이 바람직하고, 10μm 이상이며 또한 100μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 정전 흡착용 전극(13)의 두께가 5μm 이상이면, 충분한 도전성을 확보할 수 있다. 한편, 정전 흡착용 전극(13)의 두께가 200μm 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 재치되는 판상 시료와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 열전도성이 저하되지 않고, 처리 중인 판상 시료의 온도를 바람직한 일정한 온도로 유지할 수 있다. 또, 플라즈마 투과성이 저하되지 않고, 안정적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
정전 흡착용 전극(13)은, 임의로 선택되는 방법으로 형성할 수 있으며, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
[절연재]
절연재(14)는, 정전 흡착용 전극(13)을 위요(圍繞)하여, 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(13)을 보호하기 위한 것이다.
절연재(14)는, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일 조성, 또는 주성분이 동일한 절연성 재료로 바람직하게 구성되어 있다. 절연재(14)에 의하여, 재치판(11)과 지지판(12)이, 정전 흡착용 전극(13)을 개재하여 접합 일체화되어 있다.
[급전용 단자]
급전용 단자(16)는, 정전 흡착용 전극(13)에, 전압을 인가하기 위한 것이다.
급전용 단자(16)의 수, 형상 등은, 정전 흡착용 전극(13)의 형태, 즉 단극형인지, 쌍극형인지에 따라, 필요에 따라 결정된다.
급전용 단자(16)의 재료는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것이 아니며, 필요에 따라 선택할 수 있다. 급전용 단자(16)의 재료로서는, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사한 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 코바르 합금, 나이오븀(Nb) 등의 금속 재료, 각종 도전성 세라믹스가 적합하게 이용된다.
[도전성 접착층]
도전성 접착층(17)은, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 고정 구멍(15) 내, 및 지지판(12)의 관통 구멍(18) 내에 마련되어 있다. 또, 도전성 접착층(17)은, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)의 사이에 개재되어, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)를 전기적으로 접속하고 있다.
도전성 접착층(17)을 구성하는 도전성 접착제는, 탄소 섬유와 수지를 포함한다.
수지로서는, 열응력에 의하여 응집 파괴를 일으키기 어려운 것이면 특별히 한정되지 않고, 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리유레테인 수지, 불포화 폴리에스터 수지 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 신축도가 높고, 열응력의 변화에 의하여 응집 파괴되기 어려운 점에서, 실리콘 수지가 바람직하다.
탄소 섬유는, 임의로 선택할 수 있지만, 카본 나노 튜브 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 탄소 섬유는, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경)가 100 이상이며, 110 이상인 것이 바람직하고, 125 이상인 것이 보다 바람직하며, 150 이상인 것이 더 바람직하고, 175 이상인 것이 특히 바람직하다.
탄소 섬유의 애스펙트비가 100 미만에서는, 도전성 접착층(17) 중의 탄소 섬유의 접촉점을 충분히 확보할 수 없어, 체적 저항률을 충분히 낮출 수 없을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
탄소 섬유는, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경)가 220 이하인 것이 바람직하고, 210 이하인 것이 보다 바람직하며, 200 이하인 것이 더 바람직하다.
탄소 섬유의 애스펙트비가 220 이하이면, 도전성 접착제층(17) 중의 탄소 섬유끼리의 접촉점을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 필요로 하는 체적 저항률을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
탄소 섬유는, 섬유 직경이 10nm 이상 200nm 이하인 것이 바람직하고, 30nm 이상 180nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 50nm 이상 150nm 이하인 것이 더 바람직하고, 75nm 이상 125nm 이하인 것이 특히 바람직하다.
탄소 섬유 직경이 10nm 이상 200nm 이하이면, 탄소 섬유끼리의 접촉점을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 필요로 하는 체적 저항률을 갖는 도전성 접착층(17)을 얻을 수 있다. 또, 탄소 섬유 직경이 10nm 미만에서는, 섬유 직경이 과도하게 작기 때문에, 탄소 섬유끼리의 접촉점이 형성되기 어려워, 필요로 하는 체적 저항률을 얻지 못할 가능성이 있다. 한편, 탄소 섬유 직경이 200nm를 초과하면, 탄소 섬유끼리가 응집되기 쉬워, 섬유의 응집체로서 존재하기 ‹š문에, 탄소 섬유끼리가 접촉하고 있지 않는 영역이 발생하여, 결과적으로 필요로 하는 체적 저항률을 얻지 못할 가능성이 있다.
탄소 섬유는, 임의로 선택이 가능하지만, 섬유 길이가 5μm 이상 200μm 이하인 것이 바람직하고, 8μm 이상 140μm 이하인 것이 보다 바람직하며, 10μm 이상 90μm 이하인 것이 더 바람직하고, 10μm 이상 50μm 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 10μm 이상 30μm 이하인 것이 특히 바람직하다.
탄소 섬유의 섬유 길이가 5μm 이상 200μm 이하이면, 탄소 섬유가 쇄상으로 연결되어, 적은 첨가량이어도 필요로 하는 체적 저항률을 갖는 도전성 접착층(17)을 얻을 수 있다.
또, 탄소 섬유의 섬유 길이가 5μm 미만에서는, 섬유 길이가 너무 짧아, 충분한 도전성이 얻어지는 것 같은 패스가 연결되지 않는 경우가 있다. 따라서, 필요로 하는 체적 저항률이 얻어지지 않아 바람직하지 않다. 한편, 탄소 섬유의 섬유 길이가 200μm를 초과하면, 탄소 섬유의 길이가 너무 길기 때문에, 탄소 섬유끼리가 응집하기 쉽고, 섬유의 응집체로서 존재하는 경우가 있다. 이 때문에, 탄소 섬유끼리가 접촉하고 있지 않는 영역이 발생하여, 결과적으로 필요로 하는 체적 저항률을 얻지 못할 가능성이 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치(1)에서는, 탄소 섬유의 섬유 직경 및 섬유 길이를, 예를 들면 주사형 전자 현미경(상품명: JSM-7500F, 니혼 덴시사제)을 이용하여, 100검체 측정하고, 그 평균값으로 한다.
도전성 접착층(17)에 있어서의 탄소 섬유의 함유량은, 임의로 선택할 수 있지만, 예를 들면 4체적% 이상 18체적% 이하이면 되며, 4체적% 이상 15체적% 이하인 것이 바람직하고, 5체적% 이상 13체적% 이하인 것이 보다 바람직하며, 8체적% 이상 12체적% 이하인 것이 더 바람직하다.
도전성 접착층(17)에 있어서의 탄소 섬유의 함유량이 4체적% 이상이면, 도전성 접착층(17) 중의 도전 패스가 충분히 형성되어, 도전성 접착층(17)의 체적 저항률을 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 한편, 도전성 접착층(17)에 있어서의 탄소 섬유의 함유량이 15체적%를 초과하면, 도전성 접착제의 점도가 급격하게 상승하는 경우가 있으므로 바람직하지 않다. 이것은, 탄소 섬유의 함유량이 15체적%를 초과하면, 섬유의 형상이 바늘상인 점에서 섬유끼리의 마찰이 커지는 것에 더하여, 섬유가 엉킬 확률이 현격히 향상될 가능성이 있기 때문에, 접착제의 점성이 상승한다고 생각된다.
도전성 접착층(17)은, 실온(23℃)에서의 체적 저항률이 1000Ω·cm 이하인 것이 바람직하고, 100Ω·cm 이하인 것이 보다 바람직하며, 10Ω·cm 이하인 것이 더 바람직하다.
도전성 접착층(17)의 실온에서의 체적 저항률이 1000Ω·cm 이하이면, 정전 흡착용 전극(13)에 충분한 전압을 인가하는 것이 가능하다. 또, 도전성 접착층(17)의 실온에서의 체적 저항률이 1000Ω·cm를 초과하면, 체적 저항률이 너무 높기 때문에, 도전성 접착층(17)이 발열하여, 열의 특이점이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
도전성 접착층(17)의 체적 저항률은, 이하와 같이 하여 측정된다.
사불화 에틸렌 수지 기판 상에, 경화 후의 두께가 1mm, 면적이 4cm2가 되도록, 도전성 접착제를 도포하여 도막을 형성한다. 그 후, 그 도막을 150℃에서 1시간 가열하여, 경화시킨다.
경화 후의 도막(도전성 접착층(17))에 대하여, 예를 들면 저저항 저항률계(상품명: 로레스타 GX MCP-T700, 미쓰비시 케미컬 아날리테크사제)를 이용하여, 체적 저항률을 측정할 수 있다. 도전성 접착층(17)의 체적 저항률을 5회 측정하여, 그 평균값을 산출하고, 도전성 접착층(17)의 체적 저항률로 한다.
도전성 접착층(17)은, 150℃에서의 전단 강도가 1MPa 이상 10MPa 이하인 것이 바람직하고, 1MPa 이상 5MPa 이하인 것이 보다 바람직하며, 1MPa 이상 3MPa 이하인 것이 더 바람직하다.
도전성 접착층(17)의 150℃에서의 전단 강도가 1MPa 이상이면, 도전성 접착층(17)의 응집 파괴를 일으키는 것을 억제할 수 있다. 한편, 도전성 접착층(17)의 150℃에서의 전단 강도가 10MPa 이하이면, 도전성이 얻어지는 충분한 탄소 섬유를 함유하게 되므로, 필요로 하는 체적 저항률을 가질 수 있다.
도전성 접착층(17)의 전단 강도는, 실시예에 나타내는 방법에 의하여 측정된다.
도전성 접착층(17)은, 변형량이 100% 이상 400% 이하인 것이 바람직하고, 150% 이상 400% 이하인 것이 보다 바람직하며, 200% 이상 370% 이하인 것이 더 바람직하다.
도전성 접착층(17)의 변형량이 100% 이상 400% 이하이면, 도전성 접착층(17)의 응집 파괴를 일으키는 것을 억제할 수 있다. 도전성 접착층(17)의 변형량이 100% 미만이면, 서서히 수지가 경화되어, 응집 파괴를 일으킬 가능성이 있다. 변형량이 400%를 초과하는 도전성 접착층(17)은, 탄소 섬유의 첨가량이 적기 때문에, 필요로 하는 체적 저항률을 갖지 못할 가능성이 있다.
도전성 접착층(17)의 변형량은, 실시예에 나타내는 방법에 의하여 측정된다.
[온도 조정용 베이스 부재]
온도 조정용 베이스 부재(3)는, 금속 및 세라믹스 중 적어도 일방으로 이루어지는 두께가 있는 원판상의 부재이다. 온도 조정용 베이스 부재(3)의 골조는, 플라즈마 발생용 내부 전극을 겸한 구성으로 되어도 된다. 온도 조정용 베이스 부재(3)의 골조의 내부에는, 물, He 가스, N2 가스 등의 냉각 매체를 순환시키는, 유로(21)가 형성되어 있다.
온도 조정용 베이스 부재(3)의 골조는, 외부의 고주파 전원(22)에 접속되어 있다. 또, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 고정 구멍(15) 내에는, 그 외주가 절연 재료(23)에 의하여 위요된 급전용 단자(16)가, 절연 재료(23)를 개재하여 고정되어 있다. 급전용 단자(16)는, 외부의 직류 전원(24)에 접속되어 있다.
온도 조정용 베이스 부재(3)를 구성하는 재료는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들의 금속을 포함하는 복합재이면, 특별히 제한되지 않고 임의로 선택할 수 있다. 온도 조정용 베이스 부재(3)를 구성하는 재료로서는, 예를 들면 알루미늄(Al), 구리(Cu), 스테인리스강(SUS), 타이타늄(Ti) 등이 적합하게 이용된다.
온도 조정용 베이스 부재(3)에 있어서의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알마이트 처리 또는 폴리이미드계 수지에 의한 수지 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 또, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 전체면이, 상기의 알마이트 처리 또는 수지 코팅이 실시되어 있는 것이 보다 바람직하다.
온도 조정용 베이스 부재(3)에 알마이트 처리 또는 수지 코팅을 실시함으로써, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 내플라즈마성이 향상됨과 함께, 이상(異常) 방전이 방지된다. 따라서, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 내플라즈마 안정성이 향상되며, 또 온도 조정용 베이스 부재(3)의 표면 흠집의 발생도 방지할 수 있다.
[접착제층]
접착제층(4)은, 정전 척 부재(2)와, 온도 조정용 베이스 부재(3)를 접착 일체화하는 것이다.
접착제층(4)의 두께는, 임의로 선택할 수 있지만, 100μm 이상이며 또한 200μm 이하인 것이 바람직하고, 130μm 이상이며 또한 170μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
접착제층(4)의 두께가 상기의 범위 내이면, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 접착 강도를 충분히 유지할 수 있다. 또, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 열전도성을 충분히 확보할 수 있다.
접착제층(4)은, 임의로 선택되는 재료, 예를 들면 실리콘계 수지 조성물을 가열 경화한 경화체, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등으로 형성되어 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 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)를 대향시킨 상태로 접합할 때에, 접합 과정에서 경화가 충분히 진행되지 않는 점에서, 작업성이 뒤떨어지게 될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 열경화 온도가 140℃를 초과하면, 정전 척 부재(2) 및 온도 조정용 베이스 부재(3)의 열팽창 차가 커, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(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(4)에 승온, 강온의 열사이클이 부하되었을 때에, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)의 사이의 열팽창 차를 흡수할 수 없어, 접착제층(4)의 내구성이 저하될 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.
실리콘 수지의 물성은, 필요에 따라 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, 전기적 성질로서, 체적 저항률(Ωcm)이, 1×1014~8×1016의 범위여도 되고, 1×1014~1×1016의 범위여도 되며, 5×1014~5×1015의 범위여도 되고, 1×1015~5×1015의 범위여도 된다. 또 비유전율(60Hz)이, 2.4~5.0이어도 되고, 2.6~4.5나, 2.7~4.3이나, 2.8~3.0이어도 된다. 유전 탄젠트(60Hz)가, 0.0001~0.030이어도 되고, 0.001~0.020이어도 되며, 0.005~0.010이어도 된다. 인장 강도(MPa)는, 1.8~3.5여도 되고, 2.0~3.2여도 되며, 2.2~2.8이나, 2.3~2.6이어도 된다. 단 이들 물성의 값에만 한정되지 않는다.
접착제층(4)에는, 필러 등이 포함되어도 된다. 예를 들면, 평균 입경이 1μm 이상이고 또한 30μm 이하이며, 바람직하게는 1μm 이상이고 또한 20μm 이하이며, 더 바람직하게는 1μm 이상이고 또한 10μm 이하인, 무기 산화물, 무기 질화물, 무기 산질화물로 이루어지는 필러가 포함되어도 된다. 이들은 피복층을 가져도 된다. 예를 들면, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성된 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자가, 접착제층에 함유되어 있는 것이 바람직하다.
표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 실리콘 수지의 열전도성을 개선하기 위하여 혼입된 것이며, 그 혼입률을 조정함으로써, 접착제층(4)의 열전달률을 제어할 수 있다.
즉, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자의 혼입률을 높임으로써, 접착제층(4)을 구성하는 유기계 접착제의 열전달률을 크게 할 수 있다.
또, 상기 입자는, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성되어 있다. 이 때문에, 표면 피복이 실시되지 않은 단순한 질화 알루미늄(AlN) 입자와 비교하여, 우수한 내수성을 갖고 있다. 따라서, 실리콘계 수지 조성물을 주성분으로 하는 접착제층(4)의 내구성을 확보할 수 있으며, 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. 따라서, 질화 알루미늄(AlN)이 대기 중의 물에 의하여 가수분해되지 않아, 질화 알루미늄(AlN)의 열전달률이 저하되지 않는다. 그 때문에, 접착제층(4)의 내구성이 향상된다.
또한, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)에 대한 오염원이 되지도 않는다. 이 점에서도 상술한 입자는 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, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)는 도전성 접착층(17)을 개재하여 접속되고, 도전성 접착층(17)은, 탄소 섬유와 수지를 포함하며, 탄소 섬유의 애스펙트비가 100 이상이다. 이 때문에, 도전성 접착층(17)에 있어서의 탄소 섬유의 함유량이 적어도, 고도전성이며, 또한 전단 응력에 강한(즉, 전단 응력에 추종하는, 유연한 상태를 유지하는) 도전성 접착층(17)이 얻어진다. 따라서, 장기에 걸쳐, 반복 사용에 의한 도전성 접착층(17)의 응집 파괴를 방지하는 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
이하, 본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법의 바람직한 예에 대하여 설명한다.
먼저, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체 또는 산화 이트륨(Y2O3) 소결체에 의하여, 재치판(11) 및 지지판(12)이 되는 한쌍의 판상체를 제작한다.
예를 들면, 먼저 처음으로, 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, 소성한다. 이로써, 한쌍의 판상체(제1 판상체, 제2 판상체)를 얻을 수 있다.
이어서, 지지판(12)이 되는 제1 판상체에, 도전성 접착층(17)을 형성하기 위한 관통 구멍(18)을 형성한다.
이어서, 제1 판상체의 표면의 소정 영역에, 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을, 바람직하게는 상술한 도전성 세라믹스 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산한 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을, 도포한다. 이것을 건조하여, 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.
이어서, 일방의 제1 판상체 상에 형성한 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층의 위에, 재치판(11)이 되는, 타방의 제2 판상체를 중첩한다. 이들을, 고온, 고압하에서 핫프레스하여 일체화한다. 이 핫프레스에 있어서의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다.
또, 핫프레스에 있어서의 1축 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 되고, 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)과 접합 일체화되어, 정전 척 부재(2)가 된다.
이어서, 지지판(12)의 관통 구멍(18)에 도전성 접착제를 충전했다.
이어서, 도전성 접착제를 개재하여, 지지판(12)의 정전 흡착용 전극(13)에 급전용 단자(16)를 접합했다. 이때, 도전성 접착제를 가열하여, 도전성 접착제를 경화시켜, 도전성 접착층(17)을 형성했다.
이어서, 온도 조정용 베이스 부재(3)의 일주면(一主面)(3a)의 소정 영역에, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포한다. 여기에서, 접착제의 도포량을, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)가 접합 일체화할 수 있도록 조정한다.
이 접착제의 도포 방법으로서는, 예를 들면 주걱 등을 이용하여 수동으로 도포하는 것 이외에, 바 코트법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다.
온도 조정용 베이스 부재(3)의 일주면(3a)에 접착제를 도포한 후, 정전 척 부재(2)와, 접착제를 도포한 온도 조정용 베이스 부재(3)를 중첩한다.
또, 이때, 급전용 단자(16)를, 온도 조정용 베이스 부재(3) 중에 천공(穿孔)된 고정 구멍(15)에 삽입하여 끼워 넣는다. 끼워 넣어진 상태에 있어서, 급전 단자(16)는 절연 재료(23)에 의하여 덮인다.
이어서, 정전 척 부재(2)를 온도 조정용 베이스 부재(3)에 대하여 소정의 압력으로 압압한다. 그 결과, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)를 접합 일체화한다. 이로써, 정전 척 부재(2)와 온도 조정용 베이스 부재(3)가 접착제층(4)을 개재하여 접합 일체화된 것이 된다.
이상에 의하여, 정전 척 부재(2) 및 온도 조정용 베이스 부재(3)는, 접착제층(4)을 개재하여 접합 일체화된 본 실시형태의 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
또한, 본 실시형태에 관한 판상 시료로서는, 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 유기 EL 디스플레이 등의 평판형 디스플레이(FPD)용 유리 기판 등이어도 된다. 또, 그 기판의 형상이나 크기에 맞추어 본 실시형태의 정전 척 장치를 설계하면 된다.
(2) 제2 실시형태
<정전 척 장치>
도 2는, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 2에 있어서, 도 1에 나타낸 제1 실시형태의 정전 척 장치와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 2에 나타내는 정전 척 장치(100)는, 평면시에서 원판상의 정전 척 부재(2)와, 정전 척 부재(2)를 원하는 온도로 조정하는 원판상의 온도 조정용 베이스 부재(3)와, 이들 정전 척 부재(2) 및 온도 조정용 베이스 부재(3)를, 접합·일체화하는 접착제층(4)을 갖고 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치(100)가, 상술한 제1 실시형태의 정전 척 장치(1)와 상이한 점은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 지지판(12)의 관통 구멍(18) 내에 있어서, 도전성 접착층(17)과 정전 흡착용 전극(13)의 사이에, 정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)가 개재되어 있는 점이다.
정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)는, 급전용 단자(16)와 동일한 재질로 이루어진다.
정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)의 두께는, 특별히 한정되는 것이 아니며 임의로 선택할 수 있지만, 지지판(12)의 두께 이하이다. 그 상면이, 정전 척 부재(2)의 지지판(12)과 동일 평면 내에 있는 것이 바람직하다. 또, 정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)는, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)의 도통(導通)을 확보하기 위한 것이다. 따라서, 정전 흡착용 전극(13)과 급전용 단자(16)의 사이에 도전성 접착층(17)을 이용한 경우는, 도전성 및 열응력 완화성이 우수하기 때문에, 정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)를 생략해도 된다.
또한, 정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)가 지지판(12)보다 돌출되어 있는 경우, 온도 조정용 베이스 부재(3)와 접착할 때에 접촉되어 파손되는 등 시공성이 뒤떨어진다. 이 때문에, 이와 같은 구성은 바람직하지 않다.
본 실시형태의 정전 척 장치(100)에 의하면, 도전성 접착층(17)과 정전 흡착용 전극(13)의 사이에, 정전 흡착용 전극 측 급전용 단자(110)가 개재되어 있다. 이 때문에, 도전성 접착층(17)에 있어서의 탄소 섬유의 함유량이 적어도, 고도전성이며, 또한 전단 응력에 강한(즉, 전단 응력에 추종하는, 유연한 상태를 유지하는) 도전성 접착층(17)을 이용할 수 있다. 따라서, 장기에 걸쳐, 반복 사용에 의한 도전성 접착층(17)의 응집 파괴를 방지하는 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]
(도전성 접착제의 제작)
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 96체적%에, 카본 나노 튜브(CNT, 섬유 직경: 80nm, 섬유 길이 10μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 125)를 4체적% 첨가했다. 이 실리콘 수지와 카본 나노 튜브의 조성물을, 자공전식(自公轉式) 교반기(상품명: 아와토리 렌타로, 싱키사제)로, 10분 혼련하여, 실시예 1의 도전성 접착제를 얻었다.
또한, 카본 나노 튜브의 섬유 직경 및 섬유 길이를, 주사형 전자 현미경(상품명: JSM-7500F, 니혼 덴시사제)을 이용하여, 카본 나노 튜브를 100개 선택하고, 이 100검체를 측정하여, 그 평균값으로 했다.
(도전성 접착층의 체적 저항률의 측정)
사불화 에틸렌 수지 기판 상에, 경화 후의 두께가 1mm, 면적이 4cm2가 되도록, 도전성 접착제를 도포하여 도막을 형성했다. 이 후, 그 도막을 150℃에서 1시간 가열하여, 경화시켰다.
경화 후의 도막(도전성 접착층)에 대하여, 저저항 저항률계(상품명: 로레스타 GX MCP-T700, 미쓰비시 케미컬 아날리테크사제)를 이용하여, 체적 저항률을 측정했다.
도막의 체적 저항률을 5회 측정하고, 그 평균값을 산출했다. 도막의 체적 저항률을 측정할 때의 환경 온도를 실온(23℃)으로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(도전성 접착층의 전단 강도 및 변형량의 측정)
도 3에 나타내는 바와 같이, 길이(도 3에 나타내는 A) 60mm, 폭(도 3에 나타내는 B) 25mm, 두께(도 3에 나타내는 C) 4.9mm의, 장방형(長方形) 판상인 2매의 피착체(200, 200)를 준비했다. 그리고 이들을, 상기의 도전성 접착제로 이루어지는 도전성 접착층(300)을 개재하여, 도에 나타내는 바와 같이 접착했다.
2매의 피착체(200, 200)를, 도전성 접착제를 개재하여 중첩했다. 이 후, 도전성 접착제를 150℃에서 1시간 가열하여, 경화시켜, 도전성 접착층(300)으로 했다. 이 결과, 도전성 접착층(300)을 개재하여, 2매의 피착체(200, 200)를 접착하고, 전단 시험용 시료(400)로 했다.
도전성 접착층(300)의 길이(도 3에 나타내는 D)를 8mm, 폭(도 3에 나타내는 B)을 25mm, 두께(도 3에 나타내는 E)를 0.2mm로 했다.
전단 시험용 시료(400)를, 인장 시험기(상품명: 5582형 만능 재료 시험기, 인스트론사제)를 이용하여, 도 3에 나타내는 화살표 방향(전단 시험용 시료(400)의 두께 방향과 수직인 방향)으로, 인장 속도 1mm/min로 잡아당겨, 도전성 접착층(300)이 파단될 때까지의, 응력-변형 곡선을 구했다. 전단 시험용 시료(400)를 잡아당길 때의 환경 온도를, 150℃로 했다.
도전성 접착층(300)의 전단 강도는, 응력-변형 곡선을 구한 측정에 있어서의, 얻어진 응력의 최댓값으로 했다. 도전성 접착제의 변형량을, 응력-변형 곡선을 구하는 측정에 있어서의 변위량(전단 시험용 시료(400)의 두께 방향과 수직인 방향에 있어서의, 도전성 접착층(300)의 변위량)과 도전성 접착층(300)의 두께로부터 산출했다. 응력-변형 곡선을 구한 측정에 있어서의 응력의 최댓값에 있어서의 값을, 도전성 접착층(300)의 변형량으로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(정전 척 장치의 제작)
공지의 방법에 의하여, 재치판과 지지판을 포함하며, 내부에 두께 10μm의 정전 흡착용 내부 전극이 매설된, 정전 척 부재를 제작했다. 구체적으로는 이하와 같이 형성했다. 먼저, 재치판과 지지판을 준비했다.
이 정전 척 부재에 이용한 재치판은, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 320mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
또, 지지판도 재치판과 동일하게, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 320mm, 두께는 4.0mm의 원판상이었다.
이어서, 정전 흡착용 내부 전극이 사이에 형성되도록 하여, 이들 재치판 및 지지판을 접합 일체화함으로써, 정전 척 부재를 제작했다. 이 후, 이 정전 척 부재의 전체의 두께를 1.0mm, 또한 재치판의 표면을 평탄면으로 연마 가공했다.
별도, 직경 350mm, 높이 25mm의 알루미늄제의 온도 조정용 베이스 부재를, 기계 가공에 의하여 제작했다. 이 온도 조정용 베이스 부재의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로를 형성했다. 온도 조정용 베이스 부재에는 고정 구멍도 형성했다.
이어서, 지지판에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 도전성 접착제를 충전했다.
이어서, 도전성 접착제를 개재하여, 지지판에 급전용 단자를 접합했다. 이때, 도전성 접착제를 150℃에서 1시간 가열하여, 도전성 접착제를 경화시켜, 도전성 접착층을 형성했다.
이어서, 온도 조정용 베이스 부재의 일주면의 소정 영역에, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포했다. 이 후, 정전 척 부재와, 접착제를 도포한 온도 조정용 베이스 부재를 중첩했다. 이때, 온도 조정용 베이스 부재의 고정 구멍에 급전용 단자를 삽통(揷通)했다.
이어서, 정전 척 부재를 온도 조정용 베이스 부재에 대하여 35kg의 압력으로 압압하고, 50℃에서 5시간 유지했다. 이 후, 110℃에서 12시간 가열하여, 정전 척 부재와 온도 조정용 베이스 부재를 접합 일체화했다.
이어서, 재치판의 표면을 연마 가공함으로써, 이 표면을 평탄면으로 하고, 이어서, 이 표면에 블라스트 가공을 실시함으로써, 이 표면의 주연부에, 폭 500μm, 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 제외하는 영역은, 밀봉용 매체의 유로가 되었다.
이상의 공정에 의하여, 실시예 1의 정전 척 장치를 얻었다.
(정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양의 측정)
정전 척 장치를 가동시켜, 1000시간 후의 냉각 가스의 헬륨 가스의 리크양이 5sccm 미만인 경우를 "○(가능)", 5sccm 이상인 경우를 "×(불가능)"로 평가했다. 헬륨 가스의 리크양을 측정할 때의 환경 온도를 실온(23℃)으로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 헬륨 가스의 리크양은, 가동 초기와, 1000시간 후에 있어서의, 정전 척 장치의 밖으로 누출된 헬륨 가스의 양의 차에서 확인했다.
[실시예 2]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 96체적%에, 카본 나노 튜브(섬유 직경: 120nm, 섬유 길이 23.4μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 195)를 4체적% 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 도전성 접착제를 얻었다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 도전성 접착제의 체적 저항률, 및 실시예 2의 도전성 접착층의 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 정전 척 장치를 제작하고, 정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 90체적%에, 카본 나노 튜브(섬유 직경: 120nm, 섬유 길이 23.4μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 195)를 10체적% 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 3의 도전성 접착제를 얻었다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 3의 도전성 접착제의 체적 저항률, 및 실시예 3의 도전성 접착층의 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 3의 정전 척 장치를 제작하고, 정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 4]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 85체적%에, 카본 나노 튜브(섬유 직경: 120nm, 섬유 길이 23.4μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 195)를 15체적% 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 4의 도전성 접착제를 얻었다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 4의 도전성 접착제의 체적 저항률, 및 실시예 4의 도전성 접착층의 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 4의 정전 척 장치를 제작하고, 정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
도전성 접착제로서, 에폭시 수지 30체적%와 구상(球狀)의 은 입자 70체적%를 포함하는 도전성 수지(상품명: 듀랄코 120, 다이요 가나아미 주식회사제)를 이용했다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 1의 도전성 접착제의 체적 저항률, 및 비교예 1의 도전성 접착층의 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 1의 정전 척 장치를 제작하고, 정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 2]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 96체적%에, 카본 나노 튜브(섬유 직경: 150nm, 섬유 길이 8μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 53)를 4체적% 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 2의 도전성 접착제를 얻었다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 2의 도전성 접착제의 체적 저항률, 및 비교예 2의 도전성 접착층의 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 2의 정전 척 장치를 제작하고, 정전 척 장치의 헬륨 가스의 리크양을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 3]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제) 80체적%에, 카본 나노 튜브(섬유 직경: 120nm, 섬유 길이 23.4μm, 애스펙트비(섬유 길이/섬유 직경): 195)를 20체적% 첨가하여, 실리콘 수지와 카본 나노 튜브의 조성물로 했다.
그러나, 이 조성물은, 자공전식 교반기로는 혼련할 수 없었다.
또, 이 조성물은 매우 단단하여, 정전 척 장치의 당해 개소에 균일하게 도포 할 수 없었기 때문에, 평가에 사용하지 않았다.
[참고예]
실리콘 수지(상품명: TSE-3221, 모멘티브 퍼포펀스 머티리얼 재팬사제)를 150℃에서 1시간 가열하여, 경화시켰다.
얻어진 경화물에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 체적 저항률, 및 전단 강도와 변형량을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
도전성 접착제
조성		 탄소 섬유
섬유 직경
[nm]		 탄소 섬유
섬유 길이
[μm]		 탄소 섬유
애스펙트비		 탄소 섬유
함유량
[체적%]		 도전성
접착층
체적 저항률
[Ω·cm]		 도전성
접착층
전단 강도
[MPa]		 도전성 접착층
변형량
[%]		 He 가스
리크
실시예 1 CNT/
실리콘 수지		 80 10 125 4 5.6 2.3 366 ○
실시예 2 CNT/실리콘 수지 120 23.4 195 4 221 2.0 265 ○
실시예 3 CNT/
실리콘 수지		 120 23.4 195 10 2.1 1.5 219 ○
실시예 4 CNT/
실리콘 수지		 120 23.4 195 15 2 1.1 200 ○
비교예 1 구상 은 입자/에폭시 수지 - - - - 8×10-5 70 5 ×
비교예 2 CNT/
실리콘 수지		 150 8 53 4 4.4×103 - - -
비교예 3 CNT/
실리콘 수지		 120 23.4 195 20 - - - -
참고예 실리콘 수지 - - - - 6×1013 2.3 414
표 1의 결과로부터, 실시예 1~실시예 4와 비교예 1~비교예 3을 비교하면, 실시예 1~실시예 4는, 반복 사용에 의한 헬륨 가스의 리크양이 적은 점에서, 반복 사용에 의한 도전성 접착제의 응집 파괴가 방지되어, 정전 척 장치의 정전 흡착력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 실시예 3과 실시예 4를 비교하면, 카본 나노 튜브의 양이 상이하지만, 이들의 실시예의 정전 척 장치의 특성은 대략 동일하다는 것을 알 수 있었다. 이것은, 바늘상의 카본 나노 튜브끼리가 접촉함으로써, 도전성 접착층에 있어서의 카본 나노 튜브의 함유량이 적어도 도전 패스를 형성하기 때문에, 도전성 접착층의 체적 저항률이 낮아지는 점, 그 체적 저항률이 카본 나노 튜브의 함유량이 10체적%와 15체적%에서는, 이미 포화되어 있기 때문에, 동등한 결과가 얻어졌다고 생각된다.
또, 실시예 3 및 실시예 4보다, 카본 나노 튜브의 함유량이 많은(20체적%) 비교예 3에서는, 바늘상의 카본 나노 튜브이기 때문에, 카본 나노 튜브 간의 마찰이 커지는 것에 더하여, 카본 나노 튜브끼리가 엉키기 쉬워지는 것이 상정된다. 이 때문에, 조성물의 점도가 급격히 증대되어, 혼합이 불가능해졌다고 생각된다. 따라서, 소정의 도전성 접착층을 형성하지 못하여, 평가를 할 수 없었다.
또, 실시예 2와 비교예 2를 비교하자, 이하의 점이 판명되었다. 즉, 카본 나노 튜브의 섬유 직경이 동등하며, 카본 나노 튜브의 애스펙트비가 작고, 도전성 접착층에 있어서의 카본 나노 튜브의 함유량이 동등한 경우에는, 애스펙트비가 작은 카본 나노 튜브를 이용한 비교예 2는, 도전성 접착층의 체적 저항률이 높아지는 것을 알 수 있었다. 이것은, 카본 나노 튜브의 애스펙트비가 어느 정도 크지 않으면, 충분한 도전 패스를 형성할 수 없기 때문에, 카본 나노 튜브의 애스펙트비가 작은 비교예 2에서는, 도전성 접착층의 체적 저항률이 높아진다고 상정된다.
산업상 이용가능성
반복 사용에 의한 도전성 접착제의 응집 파괴를 방지하는 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
1, 100…정전 척 장치
2…정전 척 부재
3…온도 조정용 베이스 부재
4…접착제층
11…재치판
11a…재치판의 재치면
12…지지판
13…정전 흡착용 전극
14…절연재
15…고정 구멍
16…급전용 단자
17…도전성 접착층
18…관통 구멍
21…유로
22…고주파 전원
23…절연 재료
24…직류 전원
110…정전 흡착용 전극 측 급전용 단자
200…피착체
300…도전성 접착층
400…전단 시험용 시료
A…피착체의 길이
B…피착체의 폭
C…피착체의 두께
D…도전성 접착층의 길이
E…도전성 접착층의 두께

Claims (7)

  1. 세라믹스로 이루어지는 정전 척 부재와,
    금속으로 이루어지는 온도 조정용 베이스 부재와,
    상기 온도 조정용 베이스 부재 내에 삽입되어, 상기 정전 척 부재에 마련된 정전 흡착용 전극에 전압을 인가하는 급전용 단자를 구비하는 정전 척 장치로서,
    상기 정전 흡착용 전극과 상기 급전용 단자는, 도전성 접착층을 개재하여 접속되고,
    상기 도전성 접착층은, 탄소 섬유와 수지를 포함하며,
    상기 탄소 섬유의 애스펙트비가 100 이상, 200이하이고,
    상기 도전성 접착층에 있어서의 상기 탄소 섬유의 함유량은, 4체적% 이상 15체적% 이하이며,
    상기 도전성 접착층은, 150℃에서의 전단 강도가 1MPa 이상 10MPa 이하, 변형량이 100% 이상 400% 이하인, 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는, 섬유 직경이 10nm 이상 200nm 이하, 섬유 길이가 5μm 이상 200μm 이하인, 정전 척 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수지는 실리콘 수지인, 정전 척 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 접착층은, 실온에서의 체적 저항률이 1000Ω·cm 이하인, 정전 척 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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