KR102338223B1 - 정전 척 장치 - Google Patents

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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 정전 척 장치는, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 일주면의 중심으로부터 외주를 향하여 점차 만곡하는 볼록 형상 곡면 또는 오목 형상 곡면을 이루고, 기체의 일주면 상의 주연부를 일주하는 환상 돌기부가 마련되며, 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에 복수의 볼록 형상 돌기부가 마련되고, 일주면의 중심에 위치하는 볼록 형상 돌기부의 정점면의 높이와 환상 돌기부의 상면의 높이와의 차가 1~30μm이며, 볼록 형상 돌기부는 판상 시료와 접하는 정점면, 측면 및 정점면과 측면을 연접하는 R면을 갖고, 바닥면의 직경에 대한 정점면의 직경의 비가 0.75 이상이며, 볼록 형상 돌기부는 정점면과 측면이 이루는 각도가 90° 이상 또한 160° 이하이다.

Description

정전 척 장치
본 발명은, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2019년 2월 20일에, 일본에 출원된 특원 2019-028054호, 및 2019년 2월 20일에, 일본에 출원된 특원 2019-028628호에 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 필수로 하는 것이다. 또, 정전 척 장치는, 세라믹 판상체의 표면(재치면)에 반도체 웨이퍼, 금속 웨이퍼, 유리 기판 등의 판상 시료를 재치하고, 이 판상 시료와 정전 흡착용 내부 전극의 사이에 전압을 인가함으로써 발생하는 정전 흡착력에 의하여, 이 판상 시료를 세라믹 판상체의 흡착면 상에 흡착 고정하고 있다.
이와 같은 정전 척 장치에 있어서는, 가공 중이나 처리 중의 판상 시료의 온도를 제어할 목적으로, 세라믹 판상체의 흡착면과 판상 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 등, 각종 특성을 개선하기 위한 다양한 개량이 행해지고 있다.
예를 들면, 기체(基體)의 일주면(一主面)(재치면) 상의 주연(周緣)부에 환상 돌기부를 마련하고, 이 일주면 상의 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에 환상 돌기부와 동일한 높이의 복수의 돌기부를 마련하며, 이 환상 돌기부의 상단부 및 복수의 돌기부의 상단부가 일주면의 중심부를 바닥면으로 하는 오목면 상에 위치함으로써, 판상 시료를 흡착할 때나 탈리할 때에, 판상 시료가 변형하는 일이 없어지고, 이 판상 시료의 온도도 균일화되며, 또한 파티클이 발생하기 어려운 정전 척 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허공보 제6119430호 일본 특허공보 제6168162호
그러나, 특허문헌 1의 정전 척 장치와 같이, 판상 시료를 재치하는 기체의 일주면이 오목면을 이루고 있는 경우, 기체의 일주면 상의 외주부에 위치하는 돌기부는, 기체의 일주면 상의 내주부에 위치하는 돌기부보다, 판상 시료와의 접촉에 의한 마모량이 많다는 과제가 있었다. 또, 특허문헌 1의 정전 척 장치와 같이, 돌기부의 정점면의 형상이 각 형상을 이루고 있는 경우, 판상 시료와의 접촉에 의하여, 돌기부의 모서리부가 마모됨으로써 판상 시료와의 접촉 면적이 변화한다는 과제가 있었다.
또, 특허문헌 2의 정전 척 장치와 같이, 돌기부의 정점면의 형상이 원호상을 이루고 있는 경우, 판상 시료와의 접촉에 의하여, 돌기부의 정점면이 마모되기 쉽다는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 기체의 재치면에 있어서, 판상 시료를 흡착하는 돌기부의 형상을 제어함으로써 마모되어도, 돌기부와 판상 시료와의 접촉 면적의 변화량이 작기 때문에, 기체의 재치면에 흡착한 판상 시료의 온도의 균일성, 및 장시간 사용에 의한 경시적인 판상 시료면 내의 온도 균일성의 변화가 작은 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 기체의 일주면에 판상 시료를 정전 흡착하는 정전 척 장치에 있어서, 상기 일주면의 중심에 위치하는 볼록 형상 돌기부의 정점면의 높이와 환상 돌기부의 상면의 높이와의 차가 1μm 이상 또한 30μm 이하이며, 볼록 형상 돌기부는, 판상 시료와 접하는 정점면, 측면, 및 정점면과 측면을 연접하는 R면(모따기부)을 갖고, 또한 바닥면의 직경에 대한 정점면의 직경의 비가 0.75 이상이며, 볼록 형상 돌기부는, 정점면과 측면이 이루는 각도가 90° 이상 또한 160° 이하임으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아냈다.
본 발명의 정전 척 장치는, 이하의 양태를 갖는다.
[1] 기체의 일주면에 판상 시료를 정전 흡착하는 정전 척 장치로서,
상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 볼록 형상 곡면 또는 오목 형상 곡면을 이루고,
상기 일주면 상의 주연부에는, 상기 주연부를 일주(一周)하도록, 종단면이 대략 사각 형상인 환상 돌기부가 마련되며,
상기 일주면 상의 상기 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에는, 횡단면이 원형 또는 다각 형상이고, 또한 종단면이 대략 사각 형상인 복수의 볼록 형상 돌기부가 마련되며,
상기 일주면의 중심에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 정점면의 높이와 상기 환상 돌기부의 상면의 높이와의 차가 1μm 이상 또한 30μm 이하이고,
상기 볼록 형상 돌기부는, 상기 판상 시료와 접하는 상기 정점면, 측면, 및 상기 정점면과 상기 측면을 연접하는 R면을 가지며, 또한 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비가 0.75 이상이고,
상기 볼록 형상 돌기부는, 상기 정점면과 상기 측면이 이루는 각도가 90° 이상 또한 160° 이하인 정전 척 장치.
[2] 상기 볼록 형상 돌기부의 상기 정점면의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 [1]에 기재된 정전 척 장치.
[3] 상기 환상 돌기부의 상기 상면의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 [1] 또는 [2]에 기재된 정전 척 장치.
[4] 상기 볼록 형상 돌기부의 상기 정점면의 직경은 100μm 이상 또한 1000μm 이하인 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 정전 척 장치.
[5] 상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 볼록 형상 곡면을 이루며,
상기 일주면 상의 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비는, 상기 일주면 상의 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비보다 큰 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 정전 척 장치.
[6] 상기 내주부의 면적의 총합에 대한 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 A1은, 상기 외주부의 면적의 총합에 대한 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 B1보다 큰 [5]에 기재된 정전 척 장치.
[7] 상기 외주부와 상기 내주부의 사이에 중간부를 갖고, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경은, 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 크며, 또한 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 작은 [6]에 기재된 정전 척 장치.
[8] 상기 비 A1과, 상기 비 B1과, 상기 중간부의 면적의 총합에 대한 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 C1은, 하기의 식 (1)을 충족시키는 [6] 또는 [7]에 기재된 정전 척 장치.
A1>C1>B1 (1)
[9] 상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 오목 형상 곡면을 이루고,
상기 일주면 상의 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비는, 상기 일주면 상의 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비보다 큰 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 정전 척 장치.
[10] 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 B22는, 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 A22보다 큰 [9]에 기재된 정전 척 장치.
[11] 상기 외주부와 상기 내주부의 사이에 중간부를 갖고, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경은, 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 크며, 또한 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 작은 [10]에 기재된 정전 척 장치.
[12] 상기 총합 A22와, 상기 총합 B22와, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 C22가, 하기의 식 (3)을 충족시키는 [10] 또는 [11]에 기재된 정전 척 장치.
B22>C22>A22 (3)
[13] 상기 일주면은, 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체, 산화 알루미늄 소결체, 질화 알루미늄 소결체 또는 산화 이트륨 소결체로 구성되는 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 정전 척 장치.
[14] 상기 비 B1에 대한 상기 비 A1의 비 (A1/B1)은, 1.5~10.0이 바람직하고, 2.0~9.0이 보다 바람직하며, 2.8~8.0이 더 바람직하고, 3.0~7.0이 특히 바람직한, [6]에 기재된 정전 척 장치.
[15] 상기 비 B1에 대한 상기 비 C1의 비 (C1/B1)은, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하며, 2.0~4.0이 더 바람직하고, 2.5~3.5가 특히 바람직한, [8]에 기재된 정전 척 장치.
[16] 상기 비 C1에 대한 상기 비 A1의 비 (A1/C1)은, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하며, 2.0~4.0이 더 바람직하고, 2.5~3.5가 특히 바람직한, [8] 또는 [15]에 기재된 정전 척 장치.
[17] 상기 총합 A22에 대한 상기 총합 B22의 비 (B22/A22)는, 1.5~10.0이 바람직하고, 2.0~9.0이 보다 바람직하며, 2.8~8.0이 더 바람직하고, 3.0~7.0이 특히 바람직한, [10]에 기재된 정전 척 장치.
[18] 상기 총합 C22에 대한 상기 총합 B22의 비 (B22/C22)는, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하며, 2.0~4.0이 더 바람직하고, 2.5~3.5가 특히 바람직한, [12]에 기재된 정전 척 장치.
[19] 상기 총합 A22에 대한 상기 총합 C22의 비 (C22/A22)는, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하며, 2.0~4.0이 더 바람직하고, 2.5~3.5가 특히 바람직한, [12] 또는 [18]에 기재된 정전 척 장치.
본 발명의 정전 척 장치에 의하면, 기체의 재치면에 있어서, 판상 시료를 흡착하는 돌기부는 마모되어도 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 기체의 재치면에 흡착한 판상 시료의 온도의 균일성이 우수한 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치의 정전 척부의 주연부 근방을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치의 정전 척부의 볼록 형상 돌기부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치의 볼록 형상 돌기부의 형성 방법에 있어서, 마스크를 형성한 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치의 볼록 형상 돌기부의 형성 방법에 있어서, 샌드블라스트 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태의 정전 척 장치의 볼록 형상 돌기부의 형성 방법에 있어서, 마스크를 제거하고 버프 연마를 행한 후의 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태의 재치판의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태의 재치판의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태의 재치판의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태의 재치판의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시형태의 재치판의 평면도이다.
본 발명의 정전 척 장치의 실시형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태는, 발명의 취지를 보다 양호하게 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 수나 위치나 사이즈나 비율이나 부재 등에 대하여, 생략, 추가, 치환, 그 외의 변경이 가능하다.
<정전 척 장치>
도 1a는, 본 실시형태의 정전 척 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1b는 본 실시형태의 정전 척 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 2는, 본 실시형태의 정전 척 장치의 정전 척부의 주연부 근방을 나타내는 부분 확대 단면도이다. 도 3은, 본 실시형태의 정전 척 장치의 정전 척부의 볼록 형상 돌기부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 1a 및 1b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 정전 척 장치(1)는, 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 일체화하는 접착제층(4)을 구비하고 있다.
[정전 척부]
정전 척부(2)는, 재치판(기체)(11)과, 지지판(12)과, 정전 흡착용 내부 전극(13)과, 절연재층(14)과, 급전용 단자(15)를 구비한다.
재치판(기체)(11)은, 상면(일주면)이 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)으로 하고 있다.
지지판(12)은, 재치판(11)을 지지하기 위한 것이다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 마련되어 있다.
절연재층(14)은, 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 마련되고, 정전 흡착용 내부 전극(13)의 주위를 절연하기 위한 것이다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위한 것이다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상의 주연부에는, 이 주연부를 일주하도록, 단면 사각 형상의 환상 돌기부(21)가 마련되어 있다. 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 환상 돌기부(21)에 둘러싸인 영역에는, 횡단면이 원 형상 또한 종단면이 대략 직사각 형상인 복수의 볼록 형상 돌기부(22)가 마련되어 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 환상 돌기부(21)의 상면(21a) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)은, 재치면(11a)의 중심(11b)에 바닥면이 위치하는 볼록면 또는 오목면(23) 상에 위치하고 있다.
도 1a나 1b에 나타내는 바와 같이, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상은, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 볼록면 또는 오목면(23)을 이루고 있다. 상세하게는, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상은, 재치면(11a)의 중심(11b)(볼록면 또는 오목면(23)의 중심(23a))으로부터 재치면(11a)의 외주(11c)(볼록면 또는 오목면(23)의 외주(23b))를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 상면(일주면)(3a)을 기준으로 하는 높이, 즉 상면(3a)으로부터의 높이가 점차 높아지도록 또는 낮아지도록 만곡하는 곡면상인, 볼록면 또는 오목면(23)을 이루고 있다. 즉, 재치면(11a)은 볼록면 또는 오목면(23)을 이루고 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이 환상 돌기부(21)의 상면(21a) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)은, 재치면(11a)의 중심(11b)에 바닥면이 위치하는 볼록면 또는 오목면(23) 상에 위치하고 있다. 즉, 상면(21a) 및 정점면(22a)은, 볼록면 또는 오목면(23)의 일부를 형성한다.
재치면(11a)의 중심(11b)(볼록면 또는 오목면(23)의 중심(23a))에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이(냉각용 베이스부(3)의 상면(일주면)(3a)을 기준으로 하는 높이)와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이(냉각용 베이스부(3)의 상면(일주면)(3a)을 기준으로 하는 높이)와의 차가 1μm 이상 또한 30μm 이하이며, 5μm 이상 또한 15μm 이하인 것이 바람직하다. 필요에 따라서, 정점면(22a)의 높이의 쪽이 높아도 되고, 상면(21a)의 쪽이 높아도 된다.
재치면(11a)의 중심(11b)의 중심에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이와의 차가 1μm 미만에서는, 재치판(11)을 냉각용 베이스부(3)에 고정한 경우, 재치판(11)이 볼록 형상이 되는 경우가 있다. 한편, 재치면(11a)의 중심(11b)의 중심에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이와의 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 균일화하는 성능이 저하된다.
재치면(11a)의 중심(11b)의 중심에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이와의 차는, 3차원 측정기(상품명: XYZ AVA NEX9/6/6-C2, 도쿄 세이미쓰사제)를 이용하여 측정할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 볼록 형상 돌기부(22)는, 판상 시료(W)와 접하는 정점면(22a), 측면(22b), 및 정점면(22a)과 측면(22b)을 연접하는 R면(22c)을 갖는다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)은, 후술하는 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)을 기준으로 하는 높이의 최댓값(정점)으로부터 냉각용 베이스부(3)의 두께 방향 하방으로 0.4μm 이내에 있는 면이다. 여기에서, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)을 이와 같이 정의한 이유는, 다음과 같다. 재치면(11a)에 판상 시료(W)를 흡착시켰을 때에, 판상 시료(W)가 볼록 형상 돌기부(22)의 형상에 추종하여, 변형한다. 그 판상 시료(W)의 변형량이, 냉각용 베이스부(3)의 두께 방향 하방으로 약 0.4μm이다.
볼록 형상 돌기부(22)의 측면(22b)은, 볼록 형상 돌기부(22)의 높이 h1(볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)으로부터 정점면(22a)까지의 거리)에 대략 따르는 면이며, 볼록 형상 돌기부(22)의 높이 h1의 10% 이상 또한 90% 이하의 면이다. 즉, 바닥면(22d)을 높이 h1의 기준면(O)으로 한 경우, 바닥면(22d)으로부터 0.1h1~0.9h1의 높이를 갖는 측면이다. 필요에 따라서, 0.2h1~0.8h1의 높이나, 0.4h1~0.6h1 의 높이에 위치해도 된다.
볼록 형상 돌기부(22)의 R면(22c)은, 정점면(22a)과 측면(22b)을 연접하는 면이며, 곡률 반경이 10μm 이상 또한 50μm 이하의 면이다. 볼록 형상 돌기부(22)의 R면(22c)의 곡률 반경이 상기의 범위 내이면, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)와 접촉하는 면적의 변화가 작다. 따라서, 장기로 사용해도 판상 시료(W)의 온도 균일성이 변화하지 않는다.
볼록 형상 돌기부(22)의 형상의 측정 방법은, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)를 이용하여 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 외주 방향으로, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심을 통과하도록 주사시켜, 형상을 측정할 수 있다.
이로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a), 측면(22b), R면(22c), 바닥면(22d), 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각 θ의 정보를 얻을 수 있다. 또, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심을 통과하기 때문에, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 정보도 얻어진다.
볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)은, 볼록 형상 돌기부(22)를 단면에서 보았을 때에, 밑변을 형성한다. 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)은 다음과 같이 결정할 수 있다. 먼저, 볼록 형상 돌기부(22)의 사이에 있는 오목부에 대하여 측정을 행한다. 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(오목부)의 길이 방향 500μm의 평균 높이를 취한다. 또, 오목부의 중앙부 방향과 외주부 방향의 높이를 비교하여, 높은 쪽의 높이를, 바닥면의 위치(높이)로서 채용한다.
상기의 해석으로부터, 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1을 산출한다.
볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1에 대한, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 비는 0.75 이상이며, 0.80 이상인 것이 바람직하고, 0.85 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1에 대한, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 비의 상한은 0.95 이하이다.
볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1에 대한, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 비는 0.75 미만에서는, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되었을 때, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)에 있어서의 판상 시료(W)에 접촉하는 면적이 서서히 커지고, 장기로 사용한 경우, 판상 시료(W)의 면내의 온도 균일성이 저하되어 버린다.
기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1(d1o)에 대한 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2(d2o)의 비 (d2o/d1o)는, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1(d1i)에 대한 재치판(11)의 재치면(11a)의 정점면(22a)의 직경 d2(d2i)의 비 (d2i/d1i)보다 작은 것이 바람직하다. 이로써, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)의 온도의 균일성의 변화가 작다.
또한, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부란, 재치면(11a)에 있어서, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 이하까지의 영역이다. 또, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부란, 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측의 영역이다. 내주부에 있는 볼록 형상 돌기부(22)의 수는, 외주부에 있는 볼록 형상 돌기부(22)의 수보다, 많아도 되고, 적어도 되며, 동일해도 된다.
도 7은, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우의, 정전 척 장치의 예를 나타내는 단면도이다. 도 9는, 도 7에 대응하는 재치판의 예를 나타내는 평면도이다. 도 9의 재치판(11)에서는, 내주부(A)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면의 직경이, 외주부(B)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면의 직경보다 크다.
볼록 형상 돌기부(22)의 수에 대해서는, 내주부(A)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 수가, 외주부(B)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 수보다 큰 것이 바람직하다.
기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우, 도 8에 나타내는 바와 같이, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 dl(d1o)에 대한 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2(d2o)의 비 (d2o/d1o)는, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 dl(d1i)에 대한 재치판(11)의 재치면(11a)의 정점면(22a)의 직경 d2(d2i)의 비 (d2i/d1i)보다 커도 된다. 이로써, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)의 온도의 균일성의 변화가 작다.
또한, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부란, 재치면(11a)에 있어서, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 이하까지의 영역이다. 또, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부란, 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측의 영역이다. 내주부에 있는 볼록 형상 돌기부(22)의 수는, 외주부에 있는 볼록 형상 돌기부(22)의 수보다, 많아도 되고, 적어도 되며, 동일해도 된다.
도 8은, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우의, 정전 척 장치의 예를 나타내는 단면도이다. 도 10은, 도 8에 대응하는 재치판의 예를 나타내는 평면도이다. 도 10의 재치판(11)에서는, 외주부(B)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면의 직경이, 내주부(A)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면의 직경보다 크다.
볼록 형상 돌기부(22)의 수에 대해서는, 외주부(B)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 수가, 내주부(A)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 수보다 큰 것이 바람직하다.
재치면(11a)은, 내주부와 외주부의 사이에 중간부를 마련해도 된다. 이 경우, 내주부는, 재치면(11a)에 있어서, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 20% 이상 또한 30% 이하까지의 영역이다. 중간부는, 내주부의 외측으로부터, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65%까지의 영역이다. 외주부는, 중간부의 외측의 영역이다.
볼록 형상 돌기부(22)는, 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각도 θ가 90° 이상 또한 160° 이하이며, 90° 이상 또한 150° 이하인 것이 바람직하다.
정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각도 θ가 90°미만에서는, 마모에 의하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉 면적이 작아지기 때문에, 마모의 속도가 커져, 파티클 등이 많이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각도 θ가 160°를 초과하면, 마모에 의하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉 면적이 커지기 때문에, 장기로 사용한 경우에, 판상 시료(W)의 면내의 온도 균일성이 저하된다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 것이 바람직하고, 0.03μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 하한값은 임의로 선택할 수 있지만, 0.0001μm 이상이나, 0.001μm 이상이나, 0.005μm 이상이어도 된다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하이면, 환상 돌기부(21)의 상면(21a)과 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)에 의하여, 판상 시료(W)를 밀착 상태로 지지하기 때문에, 이들 상면(21a), 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉면이 마찰할 일이 없어, 파티클을 발생하기 어렵게 할 수 있다.
환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 것이 바람직하고, 0.03μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 하한값은 임의로 선택할 수 있지만, 0.0001μm 이상이나, 0.001μm 이상이나, 0.005 이상이어도 된다.
환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하이면, 환상 돌기부(21)의 상면(21a)과 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)에 의하여, 판상 시료(W)를 밀착 상태로 지지하기 때문에, 이들 상면(21a), 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉면이 마찰할 일이 없어, 파티클을 발생하기 어렵게 할 수 있다.
본 실시형태의 정전 척 장치(1)에 있어서의 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a) 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra는, JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 측정에 있어서, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a) 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 표면 조도에 대하여, 동심 원주 상에서 120°마다 3개소씩 합계 6개소 측정하여, 그 평균값을 채용한다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2는 100μm 이상 또한 1000μm 이하인 것이 바람직하고, 100μm 이상 또한 800μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 필요에 따라서, 200μm 이상 또한 700μm 이하나, 400μm 이상 또한 600μm 이하여도 된다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2가 100μm 이상이면, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉면이 마찰할 일이 없어, 파티클을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2가 1000μm 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 판상 시료(W)의 온도의 균일성이 손상되지 않는다.
기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 B22는, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 A22보다 큰 것이 바람직하다. 재치판(11)의 재치면(11a)은, 오목면상으로 형성되어 있는 점에서, 외주부의 쪽이 마모되기 쉽기 때문에, 접촉 면적의 총합을 크게 함으로써, 내주부와 외주부의 볼록 형상 돌기부(22)의 마모를 균일하게 할 수 있다.
재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적, 및 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적은, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)로부터 얻어진 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경으로부터 볼록 형상 돌기부(22)와의 접촉 면적을 산출하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 수를 곱하면, 구할 수 있다.
기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비를 A1, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비를 B1로 한 경우, 비 A1은 비 B1보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모에 의한 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작다. 또, 재치판의 외주부와 내주부에서, 균일한 힘으로 판상 시료(W)를 흡착할 수 있기 때문에, 판상 시료(W)가 변형하는 것을 방지할 수 있다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 없는 경우, 비 B1에 대한 비 A1의 비 (A1/B1)은 1.5 이상인 것이 바람직하고, 2.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (A1/B1)의 상한은 10.0 이하여도 되고, 9.0 이하여도 된다. 상기 비는, 바람직하게는 2.8~8.0, 보다 바람직하게는 3.0~7.0이다.
비 (A1/B1)이 1.5 이상 10.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모에 의한 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비를 C1로 한 경우, 비 A1과, 비 B1과, 비 C1은, 하기의 식 (1)을 충족시키는 것이 바람직하다.
A1>C1>B1 (1)
비 A1과, 비 B1과, 비 C1이 상기의 식 (1)을 충족시킴으로써, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모에 의한 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 비 C1에 대한 비 A1의 비 (A1/C1)은 1.25 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (A1/C1)의 상한은 5.0 이하여도 되고, 4.5 이하여도 된다. 구체적으로는, 비 C1에 대한 비 A1의 비 (A1/C1)은, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하다. 상기 비는, 필요에 따라서, 2.0~4.0이나, 2.5~3.5여도 된다.
비 (A1/C1)이 1.25 이상 5.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면온의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 볼록면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 비 B1에 대한 비 C1의 비 (C1/B1)은 1.25 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (C1/B1)의 상한은 5.0 이하여도 되고, 4.5 이하여도 된다. 구체적으로는, 비 B1에 대한 비 C1의 비 (C1/B1)은, 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하다. 상기 비는, 필요에 따라서, 2.0~4.0이나, 2.5~3.5여도 된다.
비 (C1/B1)이 1.25 이상 5.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작아, 면내 온도의 균일성이 유지된다.
기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합을 A22, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합을 B22로 한 경우, 총합 A22에 대한 총합 B22의 비 (B22/A22)는 1.5 이상인 것이 바람직하고, 2.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (B22/A22)의 상한은 10.0 이하여도 되고, 9.0 이하여도 된다. 구체적으로는, 총합 A22에 대한 총합 B22의 비 (B22/A22)는 1.5~10.0이 바람직하고, 2.0~9.0이 보다 바람직하다. 상기 비는, 바람직하게는 2.8~8.0, 보다 바람직하게는 3.0~7.0이다.
비 (B22/A22)가 1.5 이상 10.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모에 의한 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다. 또, 재치판의 외주부와 내주부에서, 균일한 힘으로 판상 시료(W)를 흡착할 수 있기 때문에, 판상 시료(W)가 변형하는 것을 방지할 수 있다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합을 C22로 한 경우, 총합 A22와, 총합 B22와, 총합 C22는, 하기의 식 (3)을 충족시키는 것이 바람직하다.
B22>C22>A22 (3)
총합 A22와, 총합 B22와, 총합 C22가, 상기의 식 (3)을 충족시킴으로써, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 경시적인 판상 시료(W)의 면온의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
또, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 총합 A22에 대한 총합 C22의 비 (C22/A22)는 1.25 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (C22/A22)의 상한은 5.0 이하여도 되고, 4.5 이하여도 된다. 구체적으로는, 총합 A22에 대한 총합 C22의 비 (C22/A22)는 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하다. 상기 비는, 필요에 따라서, 2.0~4.0이나, 2.5~3.5여도 된다.
비 (C22/A22)가 1.25 이상 5.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면온의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
또, 기체의 두께 방향의 단면 형상이 오목면을 이루는 경우, 재치판(11)의 재치면(11a) 상에 중간부가 있는 경우, 총합 C22에 대한 총합 B22의 비 (B22/C22)는 1.25 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 비 (B22/C22)의 상한은 5.0 이하여도 되고, 4.5 이하여도 된다. 구체적으로는, 총합 C22에 대한 총합 B22의 비 (B22/C22)는 1.25~5.0이 바람직하고, 1.5~4.5가 보다 바람직하다. 상기 비는, 필요에 따라서, 2.0~4.0이나, 2.5~3.5여도 된다. 비 (B22/C22)가 1.25 이상 5.0 이하이면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 경시적인 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작아, 면온의 균일성이 유지된다.
도 11~13은, 재치판의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
볼록 형상 돌기부(22)는, 도 11과 같이 방사상으로 위치하고 있어도 되고, 혹은 직경이 다른 복수의 동심원의 원 상에 위치하고 있어도 된다.
볼록 형상 돌기부(22)는, 도 12와 같이 직경 방향으로 등간격으로 정렬되고, 또한 직경 방향에 직교하는 방향으로도 등간격으로 정렬되어 있어도 된다.
볼록 형상 돌기부(22)는, 횡단면이 다각 형상이어도 되고, 구체적으로는, 도 13과 같이 사각형이어도 된다.
정전 척부(2)의 주요부를 구성하는 재치판(11) 및 지지판(12)은, 중첩한 면의 형상을 동일하게 하는 원판상의 것으로, 전기 저항이 1×1014Ω·cm 이상, 또한 주파수 20Hz에 있어서의 비유전율이 13 이상, 바람직하게는 18 이상의 세라믹스에 의하여 구성되어 있다.
여기에서, 재치판(11) 및 지지판(12)의 전기 저항을 1×1014Ω·cm 이상, 또한 주파수 20Hz에 있어서의 비유전율을 13 이상으로 한정한 이유는, 이들의 범위가 판상 시료(W)의 온도가 균일화되어, 밀봉용 매체의 누출량(리크량)이 감소되고, 플라즈마가 안정화하는 범위이기 때문이다.
여기에서, 전기 저항이 1×1014Ω·cm 미만이면, 기체로서의 절연성이 불충분한 것이 되고, 흡착한 판상 시료(W)에 대한 누출 전류의 증가에 따라, 이 판상 시료(W) 상에 형성된 디바이스의 파괴, 및 잔류 흡착력의 증가에 수반하는 판상 시료(W)의 탈리 불량이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
또, 주파수 20Hz에 있어서의 비유전율이 13 미만이면, 판상 시료(W)와 정전 흡착용 내부 전극(13)의 사이에 전압을 인가한 경우에, 판상 시료(W)를 흡착하는 데에 충분한 정전 흡착력을 발생할 수 없게 된다. 그 결과, 이 판상 시료(W)를 볼록면 또는 오목면(23)에 흡착 고정할 수 있기 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 고주파에 의하여 플라즈마를 발생시키는 에칭 장치에서의 사용에 있어서는, 고주파 투과성을 갖는 측면으로부터, 1MHz 이상의 비유전율이 20Hz의 비유전율과 비교하여 작은 것이 바람직하다.
재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 세라믹스로서는, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y203) 소결체 등의 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 절연성의 세라믹스가 적합하다.
이와 같은 세라믹스의 입경은 2μm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1μm 이하이다.
이와 같이, 세라믹스의 입경을 2μm 이하로 함으로써, 입경이 작은 세라믹스를 사용함으로써, 흡착 시의 판상 시료(W)의 변형에 수반하여 발생하는 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)와의 마찰에 의한 파티클의 발생을 억제한다.
또, 환상 돌기부(21)의 폭 및 높이, 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)의 높이 및 크기를 작게 하는 것이 가능해져, 따라서 이들 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 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 볼록 형상 돌기부(22)는, 환상 돌기부(21)의 상면(21a) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)을, 재치면(11a)의 중심부를 가장 높은 위치로 하는 볼록면, 또는 재치면(11a)의 중심부를 가장 낮은 위치로 하는 오목면(23) 상에 위치한 것에 의하여, 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)와의 접촉이 판상 시료(W)의 전체면에서 확실히 행해진다. 따라서, 판상 시료(W)를 흡착할 때나 탈리할 때에, 이 판상 시료(W)가 변형 등 하는 것이 없어져, 이 판상 시료(W)의 온도도 균일화된다.
이 환상 돌기부(21)의 상면(21a) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)을 볼록면 또는 오목면(23)에 위치한 것에 의하여, 판상 시료(W)가 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)에 밀착 상태로 지지되게 되어, 판상 시료(W)와 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)의 사이에 간극이나 마찰 등이 발생하지 않게 된다. 따라서, 파티클이 발생하기 어려워진다.
재치판(11)의 재치면(11a)에 마련된 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)에서는, 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이 h2(도 2에서는, 재치면(11a)으로부터 재치판(11)의 두께 방향으로 파인 길이)와, 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)의 높이 h3(도 2에서는, 재치면(11a)으로부터 재치판(11)의 두께 방향으로 파인 길이)은 동일하게 되어 있다. 그리고, 이 재치면(11a) 중 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)를 제외한 영역은, 질소 가스나 헬륨 가스 등의 밀봉용 매체를 유동시키는 유로로 되어 있다.
이와 같이, 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이 h2, 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)의 높이 h3을 동일하게 한 것에 의하여, 환상 돌기부(21)와 복수의 볼록 형상 돌기부(22)에 둘러싸인 질소 가스나 헬륨 가스 등의 밀봉용 매체를 유동시키는 유로의 깊이가 일정해진다. 이로써, 밀봉용 매체의 유로에 있어서의 열전달이 일정해지고, 판상 시료(W)의 온도가 균일화되어, 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것이 가능해진다.
환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 면적과, 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)의 면적의 합계 면적과의 합은, 재치면(11a)의 면적의 30% 이하가 바람직하고, 25% 이하가 보다 바람직하다.
여기에서, 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 면적과, 복수의 볼록 형상 돌기부(22) 각각의 정점면(22a)의 면적의 합계 면적과의 합을 재치면(11a)의 면적의 30% 이하로 함으로써, 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(리크량)을 감소시킬 수 있어, 플라즈마의 발생을 안정화시킬 수 있다.
재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)의 합계의 두께, 즉, 정전 척부(2)의 두께는, lmm 이상 또한 10mm 이하인 것이 바람직하다. 정전 척부(2)의 두께가 lmm 이상이면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 한편, 정전 척부(2)의 두께가 10mm 이하이면, 정전 척부(2)의 열용량이 과도하게 커질 일이 없어, 재치되는 판상 시료(W)의 열응답성이 열화할 일도 없다. 또한, 정전 척부의 횡방향의 열전달이 증가할 일도 없어, 판상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지할 수 있다.
특히, 재치판(11)의 두께는, 0.3mm 이상 또한 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 고정할 수 있어, 판상 시료(W)를 충분히 가열할 수 있다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판상 시료를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용되는 것이다. 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 그 용도에 의하여, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y203-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 형성되어 있다.
정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 5μm 이상 또한 40μm 이하인 것이 바람직하고, 20μm 이상 또한 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 열팽창율 차에 기인하여, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)과의 접합 계면에 크랙이 들어가기 어려워진다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 위요하여 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 내부 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)과의 경계부, 즉 정전 흡착용 내부 전극(13) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이다. 절연재층(14)은, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여 구성되어 있다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위하여 마련된 봉상의 것이다. 급전용 단자(15)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하고, 예를 들면 정전 흡착용 내부 전극(13)을 구성하고 있는 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료가 적합하게 이용된다.
급전용 단자(15)는, 절연성을 갖는 애자(16)에 의하여 냉각용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
급전용 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 것으로, 두께가 있는 원판상의 것이다.
냉각용 베이스부(3)로서는, 예를 들면 그 내부에 물을 순환시키는 유로(31)가 형성된 수냉 베이스 등이 적합하다.
냉각용 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 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 냉각용 베이스부(3)의 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 일체화하는 것이다.
접착제층(4)의 두께는, 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 유지할 수 있다. 또, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 열전도성을 충분히 확보할 수 있다.
접착제층(4)은, 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 수지이기 때문에, 보다 바람직하다
이와 같은 실리콘계 수지 조성물로서는, 특히 열경화 온도가 70℃~140℃인 실리콘 수지가 바람직하다.
여기에서, 열경화 온도가 70℃를 밑돌면, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)를 대향시킨 상태로 접합할 때에, 접합 과정에서 경화가 충분히 진행되지 않는 점에서, 작업성이 뒤떨어지게 되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 열경화 온도가 140℃를 초과하면, 정전 척부(2) 및 냉각용 베이스부(3)와의 열팽창 차가 크고, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 응력이 증가하여, 이들 사이에 박리가 발생하는 경우가 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 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)의 사이의 열팽창 차를 흡수할 수 없어, 접착제층(4)의 내구성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다.
접착제층(4)에는, 평균 입경이 1μm 이상 또한 30μm 이하이며, 바람직하게는 1μm 이상 또한 20μm 이하이고, 더 바람직하게는 1μm 이상 또한 10μm 이하인 무기산 화물, 무기 질화물, 무기산 질화물로 이루어지는 필러, 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 혼입된 것으로, 그 혼입율을 조정함으로써, 접착제층(4)의 열전달률을 제어할 수 있다.
즉, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자의 혼입율을 높임으로써, 접착제층(4)을 구성하는 유기계 접착제의 열전달률을 크게 할 수 있다.
또, 질화 알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성되어 있기 때문에, 표면 피복이 실시되어 있지 않은 단순한 질화 알루미늄(AlN) 입자와 비교하여 우수한 내수성을 갖고 있다. 따라서, 실리콘계 수지 조성물을 주성분으로 하는 접착제층(4)의 내구성을 확보할 수 있고, 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 있기 때문에, 질화 알루미늄(AlN)이 대기 중의 물에 의하여 가수 분해될 일이 없고, 질화 알루미늄(AlN)의 열전달률이 저하될 일도 없어, 접착제층(4)의 내구성이 향상된다.
또한, 표면 피복 질화 알루미늄(AlN) 입자는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)에 대한 오염원이 될 일도 없고, 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 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 재치판(11)의 재치면(11a)과 판상 시료(W)가 밀착한 상태로, 재치판(11)의 재치면(11a)에 판상 시료(W)를 흡착, 고정할 수 있어, 판상 시료(W)의 온도를 균일성으로 제어하는 것을 안정적으로 행할 수 있다.
<정전 척 장치의 제조 방법>
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법은, 본 실시형태의 정전 척 장치를 제조하는 방법으로서, 정전 척부와 냉각용 베이스부를, 접착제를 통하여 접착하는 공정과, 냉각용 베이스부와 접착한 정전 척부의 재치판의 재치면을, 기체의 두께 방향에 있어서의 단면 형상이 재치판의 재치면의 중심으로부터 재치판의 재치면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 곡면상인 볼록면 또는 오목면을 이루도록 가공하는 공정을 갖는다.
이하, 본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-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 성형체로 하고, 그 후 그 성형체를 1400℃~2000℃정도의 온도, 비산화성 분위기하, 바람직하게는 불활성 분위기하에서 소정 시간, 소성함으로써, 한 쌍의 판상체를 얻을 수 있다.
이어서, 일방의 판상체에, 급전용 단자(15)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을 복수 개 형성하고, 이 고정 구멍에 급전용 단자(15)를 고정한다.
이어서, 급전용 단자(15)가 끼워 넣어진 판상체의 표면의 소정 영역에, 급전용 단자(15)에 접촉하도록, 상술한 도전성 세라믹스 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산한 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을 도포하고 건조하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 하며, 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 판상체 상에 형성한 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층 상에, 타방의 판상체를 중첩하고, 이들을 고온, 고압하에서 핫 프레스하여 일체화한다. 이 핫 프레스에 있어서의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다.
또, 핫 프레스에 있어서의 일축 가압 시의 압력은 5MPa~1OMPa인 것이 바람직하고, 온도는 1400℃~1850℃인 것이 바람직하다.
이 핫 프레스에 의하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층이 소성되어 도전성 복합 소결체로 이루어지는 정전 흡착용 내부 전극(13)이 되고, 동시에 2개의 판상체가 각각 재치판(11) 및 지지판(12)이 되며, 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)와 접합 일체화되어, 정전 척부(2)가 된다.
이어서, 냉각용 베이스부(3)의 일주면(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, 주걱 등을 이용하여 수동으로 도포하는 것 외에, 바 코트법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다.
냉각용 베이스부(3)의 일주면(3a)에 접착제를 도포한 후, 정전 척부(2)와 접착제를 도포한 냉각용 베이스부(3)를 중첩한다.
또, 세워 설치한 급전용 단자(15) 및 애자(16)를, 냉각용 베이스부(3) 중에 천공된 급전용 단자 수용 구멍(도시 생략)에 삽입하여 끼워 넣는다.
이어서, 정전 척부(2)를 냉각용 베이스부(3)에 대하여 소정의 압력에서 압압하고, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)를 접합 일체화한다. 이로써, 정전 척부(2)와 냉각용 베이스부(3)가 접착제층(4)을 통하여 접합 일체화된 것이 된다.
이어서, 정전 척부(2), 접착제층(4) 및 냉각용 베이스부(3)로 이루어지는 적층체의 측면(적층체의 두께 방향을 따르는 면) 및 이면(정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)과는 반대 측의 면)에, 흠집이 나거나, 파티클이 부착되거나 하는 일이 없도록, 예를 들면 표면 보호 테이프를 첩착하고, 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 실시하고, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 볼록면 또는 오목면(23)의 중심(23a)(재치면(11a)의 중심(11b))으로부터 볼록면 또는 오목면(23)의 외주(23b)(재치면(11a)의 외주에 상당)를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 일주면(3a)을 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록 만곡하는 곡면상을 이루도록 한다.
이어서, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)의 소정 위치에 블라스트 가공 등의 기계 가공을 실시하여, 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)를 형성함과 함께, 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)를 제외한 바닥면 부분을, 재치판(11)의 재치면(11a)의 바닥면(11d)으로 한다.
여기에서, 도 4~도 6을 참조하여, 재치판(11)의 재치면(11a)에 볼록 형상 돌기부(22)를 형성하는 방법을 설명한다.
볼록 형상 돌기부(22)는, 예를 들면 지석 가공, 레이저 조각 등의 기계적 가공, 혹은 샌드블라스트 가공 등을 이용하여 행할 수 있다. 또, 마무리로서의 연마는, 미소 지립(砥粒)과 버프재를 이용한 버프 연마, 또는 미소 지립과 초음파를 이용한 초음파 연마에 의하여, 효율적으로 행할 수 있다.
또, 볼록 형상 돌기부(22)의 형성 공정에 있어서, 동일한 공정을 재치면(11a)의 주연에 실시함으로써, 환상 돌기부(21)(도 1 참조)를 동시에 형성할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 샌드블라스트 가공을 행한 후에 연마 공정으로서 버프 연마를 행하는 경우에 대하여, 설명한다.
먼저, 재치판(11)의 상면인 재치면(11a)을 연마 가공하여 평탄면으로 하고, 추가로 세정한다. 세정은, 예를 들면 아세톤, 아이소프로필알코올, 톨루엔 등의 유기 용제로 탈지를 행하고, 그 후 예를 들면 온수로 세정한다.
이어서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 재치면(11a)에 소정의 패턴 형상의 마스크(51)를 형성한다. 마스크(51)의 패턴 형상은, 도 1에 나타내는 볼록 형상 돌기부(22) 및 환상 돌기부(21)를 평면에서 보았을 때의 패턴과 동일하게 한다. 마스크(51)로서는, 감광성 수지나 판상 마스크가 적합하게 이용된다.
이어서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 샌드블라스트 가공을 행하여, 마스크(51)에 의하여 덮여 있지 않은 부분에 오목부(52)를 형성한다. 그 결과로서, 마스크(51)에 의하여 덮여 있는 부분이 남아 볼록부(53)가 된다. 볼록부(53)의 사이이며 오목부(52)의 바닥에는 바닥면(11d)이 형성된다.
이어서, 마스크(51)를 제거한다. 마스크(51)이 감광성 수지로 이루어지는 경우에는, 예를 들면 염화 메틸렌 등의 박리액을 이용하여 마스크(51)를 제거할 수 있다.
이어서, 재치면(11a)의 전체에 대하여, 미소 지립과 버프재를 이용한 버프 연마를 행한다. 또, 버프 연마를 행한 후에는, 재치면(11a)을 세정한다. 세정은, 예를 들면 아세톤 등의 유기 용제로 행하고, 탈지한다. 탈지 후에는, 예를 들면 온수로 세정한다.
버프 연마 공정을 거침으로써, 재치면(11a)의 볼록부(53)가, 도 6에 나타내는 바와 같은 볼록 형상 돌기부(22)가 된다.
전 공정인 샌드블라스트 공정은, 재치면(11a)의 표면에 대미지를 주어, 마스크(51)의 형성되어 있지 않은 부분을 굴삭하도록 제거하는 공정이다. 따라서, 샌드블라스트 공정에 의하여 형성된 볼록부(53)의 특히 모서리부(53a) 근방에는, 표층부로부터 내부를 향하는 표층 크랙이 잔류하고 있다. 표층 크랙은, 작은 응력으로 진행되어 박리의 기점이 되기 때문에, 파티클 발생의 원인이 된다.
버프 연마를 행함으로써, 샌드블라스트 공정으로 형성된 표층 크랙을 강제적으로 진행, 박리시켜, 표층 크랙을 제거할 수 있다. 표층 크랙을 기점으로 하여 박리가 진행됨으로써, 볼록부(53)의 상면(53b) 및 모서리부(53a)가 둥글어져, 도 6에 나타내는 바와 같이, R면(22c)이 형성된다.
또, 버프 연마를 재치면(11a)의 전체에 행함으로써, 정점면(22a)을 포함하는 볼록 형상 돌기부(22)의 전체, 및 재치면(11a)의 바닥면(11d)을 동시에 연마할 수 있다. 이로써, 정점면(22a)의 표면 조도 Ra를 0.05μm 이하로 함과 함께 볼록 형상 돌기부(22)의 기둥부(22A) 및 베이스부(22B)의 주위면, 및 바닥면(11d)을 정점면(22a)의 표면 조도에 준하는 표면 조도로 할 수 있다. 정점면(22a)은, 버프 연마 공정에 있어서 버프재가 균일하게 닿지만, 바닥면(11d)은, 버프재가 닿기 어려운 부분이 있기 때문에, 부분적으로 표면 성상이 거칠어지는 경우가 있다. 이와 같은 부분도 포함시켜, 버프 연마 공정에 의하여, 바닥면(11d)의 표면 조도 Ra를 0.05μm 이하로 할 수 있다.
샌드블라스트 가공의 조건, 및 버프 연마의 조건에 대하여 설명한다.
샌드블라스트 가공에 사용되는 미디어로서는, 알루미나, 탄화 규소, 글라스 비즈 등이 바람직하고, 미디어의 입경은, 400메시 언더(300메시를 통과한 것)로 하는 것이 바람직하다.
샌드블라스트 가공에 있어서의 미디어의 토출 압력은, 예를 들면 0.1MPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.05MPa 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
종래의 샌드블라스트 공정에서는 가공 효율을 고려하여, 미디어의 입경을 170메시 언더, 미디어의 토출 압력을 0.2MPa 정도로 하고 있었다.
종래와 비교하여 본 실시형태의 샌드블라스트 공정은, 미디어의 입경을 작게 하고, 토출 압력을 억제하여 행하는 것이 바람직하다.
미디어의 입경을 작게 하거나, 또한 미디어의 토출 압력을 0.1MPa 이하(보다 바람직하게는 0.05MPa 이하)로 함으로써, 표층 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
표층 크랙은, 버프 연마 공정에 의하여 제거되지만, 표층 크랙이 대량으로 발생하고 있다고 생각되는 경우에는, 버프 연마 공정을 세밀히 행할 필요가 발생하고, 기둥부(22A)의 기울기가 커져 높이 방향을 따른 단면적의 변화가 커지는 경우가 있다.
미디어의 입경을 작게 하거나, 또한 미디어의 토출 압력을 0.1MPa 이하(보다 바람직하게는 0.05MPa 이하)로 함으로써, 표층 크랙의 발생을 억제하여, 버프 연마 공정을 간소화할 수 있다. 이로써, 버프 연마에 있어서의 볼록 형상 돌기부(22)의 연마량이 적어진다. 따라서, 기둥부(22A)의 기울기를 작게 할 수 있다. 즉, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)으로부터 하방으로의 단면적의 증가율을 작게 할 수 있다.
버프 연마에 이용하는 미소 지립으로서는, 입경이, 0.125μm 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이로써, 보다 소프트인 조건으로 연마 공정을 행하여 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)으로부터 하방으로의 단면적의 증가율을 작게 할 수 있다. 또, 상기의 버프재로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 수지제의 버프재를 이용할 수 있다.
버프 연마 시에는, 단계를 밟을 때마다, 보다 미소한 지립을 이용하여 다단계로 연마하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 800메시의 미소 지립, 1000메시의 미소 지립, 1500메시의 미소 지립의 순서로 버프 연마를 행하는 등, 단계를 밟아 다단계로 연마하는 것이 바람직하다.
이어서, 정전 척부(2), 접착제층(4) 및 냉각용 베이스부(3)로 이루어지는 적층체로부터 표면 보호 테이프를 제거한다.
이어서, 초과 순수 중에서, 초음파 세정에 의하여, 정전 척부(2)의 볼록면(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 건조한다.
이상에 의하여, 정전 척부(2) 및 냉각용 베이스부(3)는, 접착제층(4)을 통하여 접합 일체화되고, 정전 척부(2)의 재치판(11)의 재치면(11a)에 환상 돌기부(21) 및 복수의 볼록 형상 돌기부(22)가 형성되며, 재치판(11)의 두께 방향의 단면 형상이, 볼록면 또는 오목면(23)의 중심(23a)으로부터 볼록면 또는 오목면(23)의 외주(23b)를 향하여, 냉각용 베이스부(3)의 일주면(3a)을 기준으로 하는 높이가 점차 높아지도록 만곡하는 곡면상을 이루는 본 실시형태의 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
본 실시형태의 정전 척 장치의 제조 방법에 의하면, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작기 때문에, 내마모성이 우수하기 때문에, 재치판(11)의 재치면(11a)과 판상 시료(W)가 밀착한 상태로, 재치판(11)의 재치면(11a)에 판상 시료(W)를 흡착, 고정할 수 있으며, 판상 시료(W)의 온도를 균일성으로 제어하는 것을 안정적으로 행할 수 있는 정전 척 장치(1)가 얻어진다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1A]
도 1a 및 도 2~도 6에 나타내는 바와 같은 정전 척 장치(1)를 제조했다.
먼저, 종래의 방법으로 재치판(11)의 재치면(11a)에 볼록 형상 돌기부(22)가 형성되어 있지 않은 정전 척부(2)를 제작했다.
정전 척부(2)는, 내부에 두께 약 10μm의 정전 흡착용 내부 전극(13)이 매설되어 있다. 또, 정전 척부(2)의 재치판(11)은, 탄화 규소를 7.8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 298mm, 두께는 0.5mm의 원판상이었다.
또, 지지판(12)도 재치판(11)과 동일하게, 탄화 규소를 7.8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 298mm, 두께는 2mm의 원판상이었다. 이들 재치판(11) 및 지지판(12)을 접합 일체화함으로써, 정전 척부(2)의 전체의 두께는 2.5mm였다
다음으로, 재치판(11)의 상면인 재치면(11a)을 연마 가공하여 볼록면 또는 오목면(23)으로 하고, 추가로 세정했다.
이어서, 재치면(11a)에 볼록 형상 돌기부(22) 및 환상 돌기부(21)의 형상에 대응하는 마스크(51)를 형성했다(도 4 참조).
이어서, 샌드블라스트 가공을 행하여, 볼록부(53) 및 오목부(52)를 형성했다(도 5 참조).
이어서, 마스크(51)를 제거했다(도 6 참조).
이어서, 재치면(11a)의 전체에 대하여, 미소 지립과 버프재를 이용한 버프 연마를 행했다.
이어서, 재치면(11a)을 아세톤으로 탈지한 후, 온수로 세정했다.
이상의 공정을 거쳐, 재치면(11a)에 약 1만개의 볼록 형상 돌기부(22)를 형성하고, 실시예 1A의 정전 척부(2)를 얻었다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 재치면(11a)의 중심(11b)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이와의 차(표 1에 있어서, "높이의 차 Δh"라고 나타냄)를 측정했다. 이 높이의 차를, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)에 의하여 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1에 대한 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 비(표 1에 있어서, "d2/d1"이라고 나타냄)를 측정했다. 이 직경 d1 및 직경 d2을, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과으로부터 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
재치면(11a)에 있어서, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 이하의 영역을, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부로 했다. 또, 재치판(11)의 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측의 영역을, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부로 했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각도 θ표 1에 있어서, "각도 θ"라고 나타냄), 및 R면(22c)을, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과를 해석함으로써 얻었다. 결과를 표 1에 나타낸다
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra(표 1에 있어서, "중심선 평균 표면 조도 Ra1"이라고 나타냄) 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra(표 1에 있어서, "중심선 평균 표면 조도 Ra2"라고 나타냄)를 측정했다. 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra를 JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)를 이용하여 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2(표 1에 있어서, "직경 d"라고 나타냄)를 측정했다. 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2는, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)에 의하여 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과로부터, 정전 척부(2)에 대하여, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 A1과, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 B1과, 중간부를 가질 때에는 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 C1을 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(SURFCOM NEX: 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과로부터, 정전 척부(2)에 대하여, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 B1과, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부의 면적의 총합에 대한 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 A1을 산출했다. 접촉 면적의 총합의 비 (A1/B1)를 표 1에 나타낸다.
[평가]
"경시적인 웨이퍼면의 면온 변화의 평가"
적외선 서모그래피를 이용하여, 실시예 1A에서 얻어진 정전 척부(2)를 갖는 정전 척 장치(1)를 반도체 제조 장치에 실장하고, 초기와 1000매의 판상 시료(W)를 처리한 후의 면내 온도 분포의 최댓값과 최솟값의 차를 비교했다. 실시예 1A에 있어서의, 초기에 있어서의 판상 시료(W)의 면내의 온도 최댓값과 최솟값 차(이하, "초기의 온도 범위"라고 함)는 2.6℃였다.
초기의 온도 범위와 비교하여 차가 3℃ 미만인 경우를 "A", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 3℃ 이상 4℃ 미만의 경우를 "B", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 4℃ 이상 5℃ 미만의 경우를 "C", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 5℃ 이상의 경우를 "D"로 하여 평가했다.
[실시예 2A]
볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.80 및, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부의 면적의 총합과 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 B1과, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부의 면적의 총합과 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 A1의 비 A1/B1을 1.6으로 설정한 것 이외에는 실시예 1A와 동일하게 하여, 도 1a 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 실시예 2A의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.8℃였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 3A]
재치판(11)의 재치면(11a)에 있어서 중간부를 갖고, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 30% 이상 또한 40% 미만의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부로 하며, 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측으로 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 미만의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부로 하고, 중간부보다 외측의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부로 하며, 볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.80 및 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부의 면적의 총합과 중간부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합의 비 C1로 했을 때, 중간부의 접촉 면적의 총합의 비 C1과 내주부의 접촉 면적의 총합의 비 A1의 비 A1/C1을 2.6, 외주부의 접촉 면적의 총합의 비 B1과 중간부의 접촉 면적의 총합의 비 C1의 비 C1/B1을 4.2으로 설정한 것 이외에는 실시예 1A와 동일하게 하여, 도 1a 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 실시예 3A의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.8℃였다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1A]
볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.55, 및 A1/B1을 5.8, 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각 θ를 170°보다 크게 하고, R면의 곡률을 80μm로 설정한 것 이외에는 실시예 1A와 동일하게 하여, 도 1a, 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 비교예의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.7℃였다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1A와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112020060094511-pct00001
표 1의 결과로부터, 실시예 1A~실시예 3A의 정전 척 장치(1)는, 비교예의 정전 척 장치(1)보다, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 판상 시료(W)의 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 확인되었다. 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각 θ를 90° 이상 160° 이하로 하여, 볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비를 0.75 이상으로 크게 하고, R면(22c)의 곡률을 작게 함으로써, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되어도 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 변화가 작고, 재치판(11)의 재치면(11a)과 판상 시료(W)가 밀착한 상태로, 재치판(11)의 재치면(11a)에 판상 시료(W)를 흡착, 고정할 수 있어, 판상 시료(W)의 온도를 균일성으로 제어하는 것을 안정적으로 행할 수 있는 것이 확인되었다. 또, 실시예 1A, 실시예 2A로부터 판상 시료(W)의 외주부의 면적의 총합에 대한 접촉 면적의 총합의 비 B1과 내주부의 면적의 총합에 대한 접촉 면적의 총합의 비 A1과의 비 B1/A1이 2보다 큰 쪽이, 장시간 사용 후의 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성이 향상되고 있는 것이 확인되었다. 또한, 내주부와 외주부의 사이에 중간부를 마련한 경우의 쪽이, 장시간 사용 후의 판상 시료(W)의 면내 온도 균일성의 변화가 작은 것이 확인되었다.
[실시예 1B]
도 1b 및 도 2~도 6에 나타내는 바와 같은 정전 척 장치(1)를 제조했다.
먼저, 종래의 방법으로, 재치판(11)의 재치면(11a)에 볼록 형상 돌기부(22)가 형성되어 있지 않은 정전 척부(2)를 제작했다.
정전 척부(2)는, 내부에 두께 약 10μm의 정전 흡착용 내부 전극(13)이 매설되어 있다. 또, 정전 척부(2)의 재치판(11)은, 탄화 규소를 7.8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 298mm, 두께는 0.5mm의 원판상이었다.
또, 지지판(12)도 재치판(11)과 동일하게, 탄화 규소를 7.8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체이며, 직경은 298mm, 두께는 2mm의 원판상이었다. 이들 재치판(11) 및 지지판(12)을 접합 일체화함으로써, 정전 척부(2)의 전체의 두께는 2.5mm였다.
다음으로, 재치판(11)의 상면인 재치면(11a)을 연마 가공하여 볼록면 또는 오목면(23)으로 하고, 추가로 세정했다.
이어서, 재치면(11a)에 볼록 형상 돌기부(22) 및 환상 돌기부(21)의 형상에 대응하는 마스크(51)를 형성했다(도 4 참조).
이어서, 샌드블라스트 가공을 행하여, 볼록부(53) 및 오목부(52)를 형성했다(도 5 참조).
이어서, 마스크(51)를 제거했다(도 6 참조).
이어서, 재치면(11a)의 전체에 대하여, 미소 지립과 버프재를 이용한 버프 연마를 행했다.
이어서, 재치면(11a)을 아세톤으로 탈지한 후, 온수로 세정했다.
이상의 공정을 거쳐, 재치면(11a)에 약 1만개의 볼록 형상 돌기부(22)를 형성하여, 실시예 1B의 정전 척부(2)를 얻었다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 재치면(11a)의 중심(11b)에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 높이와 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 높이와의 차(표 1에 있어서, "높이의 차 Δh"라고 나타냄)를 측정했다. 이 높이의 차를, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)에 의하여 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 바닥면(22d)의 직경 d1에 대한 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 비(표 1에 있어서, "d2/d1"이라고 나타냄)를 측정했다. 이 직경 d1 및 직경 d2를, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과로부터 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
재치면(11a)에 있어서, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 이하의 영역을, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부로 했다. 또, 재치판(11)의 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측의 영역을, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부로 했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각도 θ표 1에 있어서, "각도 θ"라고 나타냄), 및 R면(22c)을, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과를 해석함으로써 얻었다. 결과를 표 2에 나타낸다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra(표 2에 있어서, "중심선 평균 표면 조도 Ra1"이라고 나타냄) 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra(표 2에 있어서, "중심선 평균 표면 조도 Ra2"라고 나타냄)를 측정했다. 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra 및 환상 돌기부(21)의 상면(21a)의 중심선 평균 표면 조도 Ra를 JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)를 이용하여 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2(표 1에 있어서, "직경 d"라고 나타냄)를 측정했다. 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2는, 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(상품명: SURFCOM NEX, 도쿄 세이미쓰사제)에 의하여 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)의 직경 d2의 표면 조도·윤곽 형상 복합 측정기(SURFCOM NEX: 도쿄 세이미쓰사제)의 측정 결과로부터, 정전 척부(2)에 대하여, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 B22와, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 A22를 산출했다. 접촉 면적의 총합의 비 (B22/A22)를 표 2에 나타낸다.
[평가]
"경시적인 웨이퍼면의 면온 변화의 평가"
적외선 서모그래피를 이용하여, 실시예 1B에서 얻어진 정전 척부(2)를 갖는 정전 척 장치(1)를 반도체 제조 장치에 실장하고, 초기와 1000매의 판상 시료(W)를 처리한 후의 면내 온도 분포의 최댓값과 최솟값의 차를 비교했다. 실시예 1B에 있어서의, 초기에 있어서의 판상 시료(W)의 면내의 온도의 최댓값과 최솟값 차(이하, "초기의 온도 범위"라고 함)는 2.8℃였다.
초기의 온도 범위와 비교하여 차가 3℃ 미만인 경우를 "A", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 3℃ 이상 4℃ 미만의 경우를 "B", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 4℃ 이상 5℃ 미만의 경우를 "C", 초기의 온도 범위와 비교하여 차가 5℃ 이상의 경우를 "D"로 하여 평가했다.
[실시예 2B]
볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.80 및, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 B22와, 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 A22의 비 B22/A22를 1.7로 설정한 것 이외에는 실시예 1B과 동일하게 하여, 도 1b 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 실시예 2B의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.6℃였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 3B]
재치판(11)의 재치면(11a)에 있어서 중간부를 갖고, 재치면(11a)의 중심(11b)으로부터, 재치면(11a)의 반경의 30% 이상 또한 40% 미만의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 내주부로 하며, 재치면(11a)에 있어서, 내주부의 외측으로 재치면(11a)의 반경의 55% 이상 또한 65% 미만의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부로 하고, 중간부보다 외측의 영역을 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 외주부로 하며, 볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.80, 및 재치판(11)의 재치면(11a) 상의 중간부에 위치하는 볼록 형상 돌기부(22)와 판상 시료(W)와의 접촉 면적의 총합 C22로 했을 때, 중간부의 접촉 면적의 총합 C22와 내주부의 접촉 면적의 총합 A22의 비 C22/A22를 2.1, 외주부의 접촉 면적의 총합 B22와 중간부의 접촉 면적의 총합 C22의 비 B22/C22를 5.0으로 설정한 것 이외에는 실시예 1B와 동일하게 하여, 도 1b 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 실시예 3B의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.7℃였다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 1B]
볼록 형상 돌기부의 정점면 d2와 바닥면 d1의 비 d2/d1을 0.55, 및 B22/A22를 5.9, 정점면(22a)과 측면(22b)이 이루는 각 θ를 170°보다 크게 하고, R면의 곡률을 80μm로 설정한 것 이외에는 실시예 1B과 동일하게 하여, 도 1b 및 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 비교예의 정전 척 장치(1)를 제조했다.
얻어진 정전 척부(2)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 각부의 치수 등을 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 초기의 온도 범위는 2.7℃였다.
또, 얻어진 정전 척 장치(1)에 대하여, 실시예 1B와 동일하게 하여, 판상 시료(W)의 면내의 온도의 변화를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112020060094511-pct00002
표 2의 결과로부터, 실시예 1B~실시예 3B의 정전 척 장치(1)는, 비교예 1B의 정전 척 장치(1)보다, 재치판(11)의 재치면(11a)에 대한 판상 시료(W)의 재치를 반복해도, 볼록 형상 돌기부(22)의 정점면(22a)이 마모되기 어렵고, 내마모성이 우수하기 때문에, 재치판(11)의 재치면(11a)과 판상 시료(W)가 밀착한 상태로, 재치판(11)의 재치면(11a)에 판상 시료(W)를 흡착, 고정할 수 있어, 판상 시료(W)의 온도를 균일성으로 제어하는 것을 안정적으로 행할 수 있는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
본 발명의 정전 척 장치는, IC, LSI, VLSI 등의 반도체를 제조하는 반도체 제조 장치로 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 정전기력에 의하여 흡착 고정하고, 이 판상 시료에 성막 처리, 에칭 처리, 노광 처리 등의 각종 처리를 실시할 때에 적합하게 이용된다.
1…정전 척 장치
2…정전 척부
3…냉각용 베이스부
4…접착제층
11…재치판(기체)
12…지지판
13…정전 흡착용 내부 전극
14…절연재층
15…급전용 단자
21…환상 돌기부
22…볼록 형상 돌기부
23…볼록면
51…마스크
52…오목부
53…볼록부

Claims (13)

  1. 기체의 일주면에 판상 시료를 정전 흡착하는 정전 척 장치로서,
    상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 볼록 형상 곡면 또는 오목 형상 곡면을 이루고,
    상기 일주면 상의 주연부에는, 상기 주연부를 일주하도록, 종단면이 사각 형상인 환상 돌기부가 마련되며,
    상기 일주면 상의 상기 환상 돌기부에 둘러싸인 영역에는, 횡단면이 원형 또는 다각 형상이고, 또한 종단면이 사각 형상인 복수의 볼록 형상 돌기부가 마련되며,
    상기 일주면의 중심에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 정점면의 높이와 상기 환상 돌기부의 상면의 높이와의 차가 1μm 이상 또한 30μm 이하이고,
    상기 볼록 형상 돌기부는, 상기 판상 시료와 접하는 상기 정점면, 측면, 및 상기 정점면과 상기 측면을 연접하는 R면을 가지며, 또한 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비가 0.75 이상이고,
    상기 볼록 형상 돌기부는, 상기 정점면과 상기 측면이 이루는 각도가 90° 이상 또한 160° 이하인 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록 형상 돌기부의 상기 정점면의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 정전 척 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상 돌기부의 상기 상면의 중심선 평균 표면 조도 Ra는 0.05μm 이하인 정전 척 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 볼록 형상 돌기부의 상기 정점면의 직경은 100μm 이상 또한 1000μm 이하인 정전 척 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 볼록 형상 곡면을 이루고,
    상기 일주면 상의 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비는, 상기 일주면 상의 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비보다 큰 정전 척 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내주부의 면적의 총합에 대한 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 A1은, 상기 외주부의 면적의 총합에 대한 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 B1보다 큰 정전 척 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 외주부와 상기 내주부의 사이에 중간부를 갖고, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경은, 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 크며, 또한 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 작은 정전 척 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비 A1과, 상기 비 B1과, 상기 중간부의 면적의 총합에 대한 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부와 상기 판상 시료와의 접촉 면적의 총합의 비 C1은, 하기의 식 (1)을 충족시키는 정전 척 장치.
    A1>C1>B1 (1)
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기체의 두께 방향의 단면 형상은, 상기 일주면의 중심으로부터 상기 일주면의 외주를 향하여 점차 만곡하는 오목 형상 곡면을 이루고,
    상기 일주면 상의 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비는, 상기 일주면 상의 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경에 대한 상기 정점면의 직경의 비보다 큰 정전 척 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 B22는, 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 A22보다 큰 정전 척 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외주부와 상기 내주부의 사이에 중간부를 갖고, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경은, 상기 내주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 크며, 또한 상기 외주부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부의 바닥면의 직경보다 작은 정전 척 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 총합 A22와, 상기 총합 B22와, 상기 중간부에 위치하는 상기 볼록 형상 돌기부가 상기 판상 시료와 접촉하는 면적의 총합 C22가, 하기의 식 (3)을 충족시키는 정전 척 장치.
    B22>C22>A22 (3)
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 일주면은, 산화 알루미늄-탄화 규소 복합 소결체, 산화 알루미늄 소결체, 질화 알루미늄 소결체 또는 산화 이트륨 소결체로 구성되는 정전 척 장치.
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