KR102345253B1 - 정전 척 및 기판 고정 장치 - Google Patents

정전 척 및 기판 고정 장치 Download PDF

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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 정전 척 표면 온도의 검출 정밀도를 향상시킨다.
본 발명의 정전 척은, 발열부와, 상기 발열부 상에 구비되는 기체를 포함하는 정전 척으로서, 상기 기체는, 흡착 대상물이 흡착 유지되는 제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하며 상기 발열부에 접하는 제2 면과, 서로 연통하도록 기체의 두께 방향으로 정렬되며, 상기 제2 면에서 개구되어 있는 제1 구멍 및 제2 구멍을 포함하고, 상기 제2 구멍은, 상기 제1 구멍보다 상기 발열부에 가깝게 설치되고, 기체의 두께 방향에서 보았을 때 상기 제1 구멍보다 크며, 상기 정전 척은, 상기 제1 구멍의 바닥면에 구비되는 온도 센서와, 상기 온도 센서와의 사이에 공간이 형성되며 상기 제2 구멍 안에 구비되는 금속재를 더 포함한다.

Description

정전 척 및 기판 고정 장치{ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE FIXING DEVICE}
본 발명은 정전 척 및 기판 고정 장치에 관한 것이다.
종래에 IC, LSI 등 반도체 장치를 제조할 때에 사용되는 성막 장치(예를 들어, CVD 장치, PVD 장치 등), 플라즈마 에칭 장치 등은, 웨이퍼를 진공 처리실 내에 높은 정밀도로 유지하기 위한 스테이지를 가진다. 이와 같은 스테이지로서, 예를 들어, 베이스 플레이트에 탑재된 정전 척에 의해 웨이퍼를 흡착 유지하는 기판 고정 장치가 제안되어 있다.
정전 척에는, 웨이퍼의 온도를 조절하기 위한 발열체를 구비한 것이 있다. 이 경우, 정전 척 내에 정전 척의 표면 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 구비하고, 온도 센서로 모니터링한 정전 척의 표면 온도에 기초하여 발열체를 제어함으로써 웨이퍼의 온도 조절이 이루어진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본국 공개특허공보 특개2016-72478호
그러나, 상기 구조에서는, 온도 센서가 발열체의 영향을 받으므로, 정전 척의 표면 온도를 정확하게 검출할 수 없다.
본 발명은, 상기 점을 고려하여 이루어진 것으로서, 정전 척 표면 온도의 검출 정밀도를 향상시키는 것을 과제로 한다.
본 정전 척은, 발열부와, 상기 발열부 상에 구비되는 기체(基體)를 포함하는 정전 척으로서, 상기 기체는, 흡착 대상물이 흡착 유지되는 제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하며 상기 발열부에 접하는 제2 면과, 서로 연통하도록 기체의 두께 방향으로 정렬되며, 상기 제2 면에서 개구되어 있는 제1 구멍 및 제2 구멍을 포함하고, 상기 제2 구멍은, 상기 제1 구멍보다 상기 발열부에 가깝게 설치되고, 기체의 두께 방향에서 보았을 때 상기 제1 구멍보다 크며, 상기 정전 척은, 상기 제1 구멍의 바닥면에 구비되는 온도 센서와, 상기 온도 센서와의 사이에 공간이 형성되며 상기 제2 구멍 안에 구비되는 금속재(金屬材)를 더 포함하는 것을 요건으로 한다.
개시된 기술에 의하면, 정전 척 표면 온도의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 예시하는 도면이다.
도 3은 비교예에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시하는 단면도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 한편, 각 도면에 있어서 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[기판 고정 장치의 구조]
도 1a 내지 도 1c는 본 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면인데, 도 1a는 단면도이고, 도 1b와 도 1c는 제1 구멍 및 제2 구멍의 부분 확대 저면도이다. 다만, 도 1b는 제2 구멍에 금속재가 삽입되어 있지 않은 상태를, 도 1c는 제2 구멍에 금속재가 삽입되어 있는 상태를 나타내고 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기판 고정 장치(1)는, 주요한 구성 요소로서, 베이스 플레이트(10)와 접착층(20)과 정전 척(70)을 가진다.
베이스 플레이트(10)는 정전 척(70)을 탑재하기 위한 부재이다. 베이스 플레이트(10)의 두께는, 예를 들어, 20~50㎜ 정도로 할 수 있다. 베이스 플레이트(10)는, 예를 들어, 알루미늄으로 형성되며, 플라즈마를 제어하기 위한 전극 등으로 이용할 수도 있다. 베이스 플레이트(10)에 소정의 고주파 전력을 공급함으로써, 발생된 플라즈마 상태에 있는 이온 등을 정전 척(70) 상에 흡착된 웨이퍼에 충돌시키기 위한 에너지를 제어하여 에칭 처리를 효과적으로 실시할 수 있다.
베이스 플레이트(10)의 내부에는 수로(15)가 설치되어 있다. 수로(15)는, 일단에 냉각수 도입부(15a)를 구비하고, 타단에 냉각수 배출부(15b)를 구비하고 있다. 수로(15)는, 기판 고정 장치(1)의 외부에 설치된 냉각수 제어 장치(미도시)에 연결되어 있다. 냉각수 제어 장치(미도시)는, 냉각수 도입부(15a)로부터 수로(15)에 냉각수를 도입하고, 냉각수 배출부(15b)로부터 냉각수를 배출한다. 수로(15)에 냉각수를 순환시켜 베이스 플레이트(10)를 냉각시킴으로써, 정전 척(70) 상에 흡착된 웨이퍼를 냉각할 수 있다. 베이스 플레이트(10)에는, 수로(15) 외에도, 정전 척(70) 상에 흡착된 웨이퍼를 냉각하는 불활성 가스를 도입하는 가스 통로 등을 설치할 수도 있다.
정전 척(70)은 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10) 상에 고착되어 있다. 접착층(20)은, 예를 들어, 제1층(21) 및 제2층(22)으로 된 2층 구조로 할 수 있다. 제1층(21) 및 제2층(22)으로는, 예를 들어, 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다. 제1층(21) 및 제2층(22) 각각의 두께는, 예를 들어, 1㎜ 정도로 할 수 있다. 제1층(21) 및 제2층(22)의 열전도율은, 2W/mK 이상으로 하는 것이 바람직하다. 접착층(20)은, 1층으로 형성할 수도 있으나, 열전도율이 높은 접착제와 탄성율이 낮은 접착제를 조합한 2층 구조로 함으로써, 알루미늄제 베이스 플레이트와 정전 척의 열팽창 차로 인해 생기는 응력을 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.
정전 척(70)은 발열부(30), 흡착 유지부(40), 온도 센서(50), 금속재(60)를 가지며, 흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 유지한다. 정전 척(70)의 흡착 대상물인 웨이퍼의 직경은, 예를 들어, 8, 12 또는 18 인치 정도로 할 수 있다. 정전 척(70)은, 예를 들어, 존슨-라벡 타입 정전 척이다. 다만, 정전 척(70)은 쿨롱 타입 정전 척일 수도 있다.
흡착 유지부(40)는, 흡착 대상물이 흡착 유지되는 제1 면과, 제1 면의 반대쪽에 위치하는 제2 면을 가진다. 발열부(30)는 흡착 유지부(40)의 제2 면에 설치되어 있다. 발열부(30)는, 절연층(31)과, 절연층(31)에 내장된 발열체(32)를 가진다. 발열체(32)의 주위는 절연층(31)으로 피복되어, 외부로부터 보호되고 있다. 발열체(32)로는, 압연 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 압연 합금을 사용함으로써, 발열체(32)의 두께 오차를 저감하는 것이 가능하여 발열 분포를 개선할 수 있다. 한편, 발열체(32)는, 반드시 절연층(31)의 두께 방향 중앙부에 내장될 필요는 없고, 요구되는 사양에 따라 절연층(31)의 두께 방향 중앙부로부터 베이스 플레이트(10) 쪽 또는 흡착 유지부(40) 쪽으로 치우쳐 있을 수도 있다.
발열체(32)의 비저항은 10~70μΩ/cm인 것이 바람직하며, 10~50μΩ/cm이면 더 바람직하다. 종래의 기판 고정 장치에서는, 비저항이100μΩ/cm 정도인 NiCr계 발열체를 사용하였기 때문에, 배선 설계값을 20~50Ω으로 한 경우, 배선의 폭이 1~2㎜, 두께가 50㎛ 정도로 되어 발열체 패턴을 미세화하는 것이 곤란하였다. 발열체(32)의 비저항을 NiCr계 발열체의 비저항보다 낮은 10~70μΩ/cm로 함으로써, 상기와 같은 배선 설계값인 20~50Ω으로 한 경우 종래에 비해 발열체(32) 패턴을 미세화하는 것이 가능하다. 한편, 비저항이 10μΩ/cm보다 작으면, 발열성이 저하되므로 바람직하지 않다.
발열체(32)에 사용하면 좋은 구체적인 압연 합금으로는, 예를 들어, CN49(콘스탄탄: Cu/Ni/Mn/Fe 합금), Zeranin®(Cu/Mn/Sn 합금), Manganin®(Cu/Mn/Ni 합금) 등을 들 수 있다. 한편, CN49(콘스탄탄)의 비저항은 약 50μΩ/cm, Zeranin®의 비저항은 약 29μΩ/cm, Mangnin®의 비저항은 약 44μΩ/cm이다. 발열체(32)의 두께는, 에칭에 의해 배선이 형성되는 성질을 고려하여 60㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
절연층(31)으로는, 예를 들어, 고열전도율 및 고내열성을 갖는 에폭시 수지, BT(Bismaleimide Triazine) 수지 등을 사용할 수 있다. 절연층(31)의 열전도율은, 3W/mK 이상으로 하는 것이 바람직하다. 절연층(31)에 알루미나, 질화 알루미늄 등의 필러를 함유시킴으로써, 절연층(31)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연층(31)의 유리 전이 온도(Tg)는, 250℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층(31)의 두께는 100㎛~150㎛ 정도로 하는 것이 바람직하며, 절연층(31)의 두께 오차는 ±10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 발열체(32)와 절연층(31)의 고온하에서의 밀착성을 향상시키기 위해, 발열체(32)의 적어도 하나의 면(상하면 중 한쪽 또는 양쪽)이 조화(粗化)되어 있음이 바람직하다. 물론, 발열체(32)의 상하면 양쪽이 조화(粗化)되어 있을 수도 있다. 이 경우, 발열체(32)의 상면과 하면에서 서로 다른 조화 방법을 사용할 수도 있다. 조화 방법으로는, 특별히 한정되지는 않으나, 에칭에 의한 방법, 커플링제 계통의 표면 개질 기술을 이용하는 방법, 파장이 355㎚ 이하인 UV-YAG 레이저에 의한 도트 가공을 이용하는 방법 등을 예시할 수 있다.
흡착 유지부(40)는 기체(41)와 정전 전극(42)을 가진다. 기체(41)의 제1 면(41a, 흡착 대상물 적재면)은, 흡착 유지부(40)의 제1 면을 형성하며, 흡착 대상물을 적재한다. 기체(41)에서 제1 면(41a)의 반대쪽에 위치하는 제2 면(41b)은, 흡착 유지부(40)의 제2 면을 형성하며, 발열부(30)에 접한다. 기체(41)는 유전체인데, 기체(41)로는, 예를 들어, 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN) 등의 세라믹을 사용할 수 있다. 기체(41)의 두께는, 예를 들어, 1~10㎜ 정도, 기체(41)의 비유전율(1kHz)은, 예를 들어, 9~10 정도로 할 수 있다.
흡착 유지부(40)(기체(41))와, 발열부(30)의 절연층(31)은 직접 접합되어 있다. 발열부(30)와 흡착 유지부(40)를 내열성이 낮은 접착제를 통하지 않고 직접 접합함으로써, 기판 고정 장치(1)의 내열 온도를 향상시킬 수 있다. 발열부(30)와 흡착 유지부(40)를 접착제로 접합하는 종래의 기판 고정 장치의 내열 온도는 150℃ 정도인데, 기판 고정 장치(1)에서는 내열 온도를 200℃ 정도로 할 수 있다.
정전 전극(42)은, 박막 전극이며 기체(41)에 내장되어 있다. 정전 전극(42)은, 기판 고정 장치(1)의 외부에 설치된 전원에 연결되며, 소정 전압이 인가되면, 웨이퍼와의 사이에 정전기에 의한 흡착력이 발생하여 흡착 유지부(40) 상에 웨이퍼를 흡착, 유지할 수 있다. 흡착 유지력은, 정전 전극(42)에 인가되는 전압이 높을수록 강해진다. 정전 전극(42)은, 단극 형상일 수도 있고 쌍극 형상일 수도 있다. 정전 전극(42)의 재료로는, 예를 들어, 텅스텐, 몰리브덴 등을 사용할 수 있다.
기체(41)의 두께 방향으로 다른 위치에는, 발열부(30) 쪽으로 개구되는 제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)이 설치되어 있다. 제2 구멍(41y)은 기체(41)의 제2 면(41b)에서 개구되어 있다. 도 1a에 의하면, 제1 구멍(41x)과 제2 구멍(41y)은 기체(41)의 두께 방향으로 정렬되어 있다. 제2 구멍(41y)은, 제1 구멍(41x)보다 발열부(30)에 가깝게 설치되어, 제1 구멍(41x)과 연통하고 있다. 평면시(平面視)로 보았을 때, 제2 구멍(41y)의 크기는 제1 구멍(41x)의 크기보다 크게 형성되어 있다. 여기에서, 평면시란, 대상물을 기체(41)의 제1 면(41a)의 법선 방향에서 보는 것을 말하며, 기체(41)의 두께 방향에서 본 것이기도 하다. 따라서, 기체(41)의 두께 방향에서 보았을 때에, 제2 구멍(41y)은 제1 구멍(41x)보다 평면 크기가 더 크다.
따라서, 제1 구멍(41x)과 제2 구멍(41y)은, 내벽면, 즉, 제1 구멍(41x)의 내벽면(41xa)과 제2 구멍(41y)의 내벽면(41ya)에 구비된 단차를 갖는 단차 구멍을 형성하여, 발열부(30)를 향하는 단차면(제2 구멍(41y)의 바닥면(41yb))을 가지게 된다. 단차 구멍은 기체(41)의 제2면(41b)과 발열부(30)(절연층(31)) 사이의 경계에서 개구를 가진다. 단차 구멍은, 바닥면(제1 구멍(41x)의 바닥면) 쪽보다 개구 쪽이 더 크다.
제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)의 평면 형상은, 예를 들어, 원형으로 할 수 있다. 여기에서, 평면 형상이란, 대상물을 기체(41)의 제1 면(41a)의 법선 방향에서 본 형상을 말하는 것으로 한다. 이 경우, 제2 구멍(41y)의 직경(Φ2)은 제1 구멍(41x)의 직경(Φ1)보다 크며, 제1 구멍(41x)과 제2 구멍(41y)은, 도 1b 및 도 1c에서 나타낸 바와 같이, 동심(同心)을 이루어 배치될 수 있다. 제1 구멍(41x)의 직경(Φ1)은, 예를 들어, 1~5㎜ 정도로 할 수 있다. 또한, 제2 구멍(41y)의 직경(Φ2)은, 예를 들어, 3~10㎜ 정도로 할 수 있다. 다만, 제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)의 평면 형상은, 원형에 한정되지는 않으며, 타원형, 직사각형 등으로 할 수도 있다.
제1 구멍(41x)의 바닥면(41xb)에는 온도 센서(50)가 구비되어 있다. 온도 센서(50)는, 정전 척(70)의 표면 온도(제1 면의 온도)를 검출하고, 미도시의 배선에 의해 기판 고정 장치(1)의 외부로 검출 결과를 출력할 수 있다. 온도 센서(50)로는, 예를 들어, 서미스터, 다이오드 등을 사용할 수 있다. 온도 센서(50)의 크기는, 예를 들어, 각 변이 0.5㎜~수㎜ 정도이다. 한편, 제1 구멍(41x)의 직경은, 온도 센서(50)의 크기에 맞추어 적절히 결정하면 된다. 정전 척(70) 표면 온도의 검출 정밀도를 향상시키기 위해서는, 제1 구멍(41x)의 바닥면(41xb)이 정전 척(70)의 제1 면에 가까운 것이 바람직하다.
제2 구멍(41y)에는, 제2 구멍(41y)의 바닥면(41yb)에 위치하도록 금속재(60)가 삽입되어 있다. 금속재(60)는 발열체(32)로부터의 열을 확산시켜, 온도 센서(50)의 아래쪽에 열이 모이지 않도록 하는 기능을 가진다. 발열체(32)로부터의 열 확산을 효율적으로 행하기 위해, 금속재(60)는, 기체(41)를 구성하는 재료보다 열전도율이 높은 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 기체(41)를 구성하는 재료가 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등 세라믹인 경우에는, 금속재(60)는 구리, 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.
한편, 산화 알루미늄의 열전도율은 30W/mK 정도이며, 질화 알루미늄의 열전도율은 90~250W/mK 정도이다. 또한, 구리의 열전도율은 400W/mK 정도이고, 알루미늄의 열전도율은 200W/mK 정도이다.
금속재(60)가 열 팽창하여 제2 구멍(41y)의 내벽면(41ya)에 접하면 응력이 발생하므로, 금속재(60)의 측면(60a)과 제2 구멍(41y)의 내벽면(41ya) 사이에는 틈새(W, 클리어런스)가 형성되어 있다. 틈새(W)는, 기판 고정 장치(1)의 사용 온도 범위와 금속재(60)의 열팽창율을 고려하여 적절히 결정할 수 있는데, 예를 들어, 수십㎛ 정도로 할 수 있다. 금속재(60)의 두께는, 제2 구멍(41y)의 깊이와 대략 동일하게 할 수 있다.
제1 구멍(41x) 안에서, 온도 센서(50)와 금속재(60)의 사이에는 공간(공기층)이 형성되어 있다. 이 공기층은 단열 효과를 가져서, 금속재(60)의 열이 온도 센서(50)에 전달되기 어렵도록 한다. 이 공기층은, 공기층의 길이(제1 구멍(41x)의 깊이 방향에서의 공기층의 칫수)가 증가할수록 단열 효과가 크다. 따라서, 제1 구멍(41x)의 깊이를 제2 구멍(41y)의 깊이보다 깊게 하여(즉, 기체(41)의 두께 방향에 있어 제1 구멍(41x)의 칫수를 제2 구멍(41y)의 칫수보다 크게 하여), 공기층을 가능한 한 길게 하는(온도 센서(50)와 금속재(60)의 거리를 가능한 한 길게 하는) 것이 바람직하다.
제1 구멍(41x), 제2 구멍(41y), 온도 센서(50) 및 금속재(60)는 2세트로 한정되지는 않으며, 필요한 수의 세트를 적절히 구비할 수 있다. 한편, 정전 척(70)을 평면시로 보았을 때에 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역마다 발열체(32)를 구비하여, 영역마다 온도를 독립적으로 제어하는 경우가 있다. 이 경우, 영역마다, 제1 구멍(41x)과 제2 구멍(41y)을 설치하고 온도 센서(50)와 금속재(60)를 배치하는 것이 바람직하다.
[기판 고정 장치의 제조방법]
도 2a 내지 도 2h는 본 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 예시하는 도면이다. 도 2a 내지 도 2h를 참조하면서, 기판 고정 장치(1)의 제조 공정에 대해 설명한다. 한편, 도 2a 내지 도 2g에서는, 도 1a와는 상하가 반전되어 있다.
우선, 도 2a에 나타내는 공정에서는, 그린 시트에 비어 가공을 실시하는 공정, 비어에 도전 페이스트를 충전하는 공정, 정전 전극이 되는 패턴을 형성하는 공정, 다른 그린 시트를 적층하여 소성하는 공정, 표면을 평탄화하는 공정 등을 포함하는 주지의 제조방법에 의해, 기체(41)에 정전 전극(42)을 내장하는 흡착 유지부(40)를 제작한다. 한편, 절연 수지 필름(311)과의 밀착성을 향상시키기 위해, 흡착 유지부(40)에서 절연 수지 필름(311)이 적층되는 면에 블라스트 처리 등을 실시하여 조화(粗化)시킬 수도 있다.
이어서, 도 2b에 나타내는 공정에서는, 드릴 가공 등에 의해, 기체(41)에 제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)을 형성한다. 제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)의 형상에 대해서는 전술한 바와 같다. 한편, 제1 구멍(41x) 및 제2 구멍(41y)의 평면 형상을 원형으로 하고, 제1 구멍(41x)과 제2 구멍(41y)이 동심을 이루도록 배치함으로써, 드릴 가공을 용이하게 할 수 있다.
이어서, 도 2c에 나타내는 공정에서는, 제1 구멍(41x)의 바닥면(41xb)에 서미스터 등의 온도 센서(50)를 고정시킨다. 온도 센서(50)는, 검출 결과를 외부에 출력하기 위해 미도시의 배선에 납땜 등에 의해 접속시킨다. 이어서, 도 2d에 나타내는 공정에서는, 제2 구멍(41y)에 구리 등으로 이루어지는 금속재(60)를 삽입한다. 한편, 금속재(60)는, 제2 구멍(41y)에 고정시킬 필요는 없다.
이어서, 도 2e에 나타내는 공정에서는, 흡착 유지부(40) 상에 절연 수지 필름(311)을 직접 적층한다. 절연 수지 필름(311)은, 진공 안에서 적층하면, 보이드(void)에 말려 들어가는 것을 억제할 수 있는 점에서 좋다. 절연 수지 필름(311)은, 경화시키지 않고 반 경화 상태(B-스테이지)로 해 둔다. 반 경화 상태인 절연 수지 필름(311)의 점착력에 의해, 절연 수지 필름(311)은 흡착 유지부(40) 상에 가고정된다.
절연 수지 필름(311)으로는, 예를 들어, 고열전도율 및 고내열성을 갖는 에폭시 수지, BT(Bismaleimide Triazine) 수지 등을 사용할 수 있다. 절연 수지 필름(311)의 열전도율은, 3W/mK 이상으로 하는 것이 바람직하다. 절연 수지 필름(311)에 알루미나, 질화 알루미늄 등의 필러를 함유시킴으로써, 절연 수지 필름(311)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연 수지 필름(311)의 유리 전이 온도는, 250℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열전도 성능을 향상시키는(열전도 속도를 빠르게 하는) 관점에서, 절연 수지 필름(311)의 두께는 60㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 절연 수지 필름(311)의 두께 오차는 ±10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 2f에 나타내는 공정에서는, 절연 수지 필름(311) 상에 발열체(32)의 패턴을 형성한다. 발열체(32)의 패턴은, 예를 들어, 절연 수지 필름(311) 상에 금속박을 배치하고 포토리소그래피법에 의해 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 금속박의 재료로는, 발열체(32)의 재료로 예시한 압연 합금을 사용할 수 있다. 금속박(321)의 두께는, 에칭에 의해 배선이 형성되는 성질을 고려하여 60㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 금속박은, 반 경화 상태인 절연 수지 필름(311)의 점착력에 의해, 절연 수지 필름(311) 상에 가고정된다.
한편, 절연 수지 필름(311) 상에 배치하기 전에, 금속박의 적어도 하나의 면(상하면 중 한쪽 또는 양쪽)을 조화(粗化)해 두는 것이 바람직하다. 물론, 금속박의 상하면 양쪽이 조화(粗化)되어 있을 수도 있다. 이 경우, 금속박의 상면과 하면에서 서로 다른 조화 방법을 사용할 수도 있다. 조화 방법으로는, 특별히 한정되지는 않으나, 에칭에 의한 방법, 커플링제 계통의 표면 개질 기술을 이용하는 방법, 파장이 355㎚ 이하인 UV-YAG 레이저에 의한 도트 가공을 이용하는 방법 등을 예시할 수 있다.
또한, 도트 가공을 이용하는 방법에서는, 금속박의 필요한 영역을 선택적으로 조화(粗化)할 수 있다. 그러므로, 도트 가공을 이용하는 방법에서는, 금속박의 전체 영역에 대해 조화를 실시할 필요는 없고, 최소한으로 발열체(32)로서 남길 영역에 대해 조화를 실시하면 족하다(즉, 에칭으로 제거되는 영역에 대해서까지 조화를 실시할 필요는 없다).
한편, 포토리소그래피법에 의해 발열체(32)를 형성함으로써, 발열체(32)의 폭방향 치수 오차를 저감하는 것이 가능해져서, 발열 분포를 개선할 수 있다. 또한, 에칭에 의해 형성된 발열체(32)의 단면 형상은, 예를 들어, 대략 사다리꼴 형상으로 할 수 있다. 이 경우, 절연 수지 필름(311)에 접하는 면과 그 반대면에 있어 배선 폭의 차이는, 예를 들어, 10~50㎛ 정도로 할 수 있다. 발열체(32)의 단면 형상을 심플한 대략 사다리꼴 형상으로 함으로써 발열 분포를 개선할 수 있다.
이어서, 도 2g에 나타내는 공정에서는 절연층(31)을 형성한다. 절연층(31)을 형성함으로써, 금속재(60)는 제2 구멍(41y) 안에 유지된다. 절연층(31)은, 예를 들어, 절연 수지 필름(311) 상에 발열체(312)를 피복하는 다른 절연 수지 필름을 적층하고, 절연 수지 필름(311) 및 다른 절연 수지 필름을 흡착 유지부(40) 쪽으로 가압하면서 경화 온도 이상으로 가열하여 경화시킨다. 이로써, 절연 수지 필름(311) 및 다른 절연 수지 필름이 일체화되어 절연층(31)이 되며, 발열체(32)의 주위가 절연층(31)에 의해 피복된 발열부(30)가 형성되어, 발열부(30)의 절연층(31)과 흡착 유지부(40)가 직접 접합된다. 상온으로 돌아왔을 때의 응력을 고려하여, 절연 수지 필름(311)과 다른 절연 수지 필름의 가열 온도는 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 절연 수지 필름(311) 및 다른 절연 수지 필름을 흡착 유지부(40) 쪽으로 가압하면서 가열 경화시킴으로써, 발열체(32) 유무의 영향에 따른 절연층(31) 상면(흡착 유지부(40)에 접하지 않는 쪽의 면)의 요철을 저감시켜 평탄화할 수 있다. 절연층(31) 상면의 요철은, 7㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 절연층(31) 상면의 요철을 7㎛ 이하로 함으로써, 다음 공정에서 절연층(31)과 접착층(20)(제2층(22))의 사이에 기포가 말려 들어오는 것을 방지할 수 있다. 즉, 절연층(31)과 접착층(20)(제2층(22)) 사이의 접착성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 2h에 나타내는 공정에서는, 미리 수로(15) 등을 형성한 베이스 플레이트(10)를 준비하고, 베이스 플레이트(10) 상에 제1층(21)과 제2층(22)을 차례로 적층하여 접착층(20, 미경화)을 형성한다. 그리고, 도 3c에 나타내는 구조체를 상하 반전시켜 접착층(20)을 사이에 두고 베이스 플레이트(10) 상에 배치하고, 접착층(20)을 경화시킨다. 이로써, 베이스 플레이트(10) 상에 접착층(20)을 사이에 두고 정전 척(70)이 적층된 기판 고정 장치(1)가 완성된다.
여기에서 비교예를 참조하면서 기판 고정 장치(1)가 발휘하는 특유의 효과에 대해 설명한다. 도 3은 비교예에 따른 기판 고정 장치를 예시하는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 기판 고정 장치(1X)는, 기체(41)에 내벽면에 단차가 없는 구멍(41z)만이 구비되어 있는 점, 구멍(41z)에 수지(90)가 충전되어 있는 점이 기판 고정 장치(1, 도 1a 내지 도 1c 참조)와 다르다.
구멍(41z)은 발열부(30) 쪽으로 개구되어 있으며, 평면 형상은, 예를 들어, 직경이 1~5㎜ 정도인 원형이다. 수지(90)가 온도 센서(50)를 피복하도록 구멍(41z) 전체에 충전되어 있으며, 온도 센서(50)와 수지(90)의 사이에는 공간(공기층)이 형성되어 있지 않다. 수지(90)로는, 예를 들어, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다.
기판 고정 장치(1X)에서는, 발열체(32)와 온도 센서(50)의 사이에 단열 대책이 취해져 있지 않으므로, 발열체(32)가 발하는 열이 수지(90)를 경유하여 온도 센서(50)에 전달되기 쉬워서, 정전 척(70)의 표면 온도를 정확하게 검출할 수 없다. 특히, 평면시로 보았을 때에 온도 센서(50)와 중복되는 위치(온도 센서(50)의 바로 아래)에 발열체(32)의 패턴이 배치되어 있으면, 온도 센서(50)가 발열체(32)의 영향을 크게 받는다.
또한, 기판 고정 장치(1X)에서는, 기체(41)를 구성하는 재료(산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등의 세라믹)와 수지(90)의 사이에 열팽창율의 불일치가 존재한다. 그러므로, 기판 고정 장치(1X)를 고온 하에서 사용하면, 수지(90)가 팽창하여 수지(90) 주위의 절연층(31), 발열체(32) 등에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 특히, 수지(90)의 바로 아래에 발열체(32)가 존재하면 문제가 현저하게 발생한다. 그러나, 수지(90)의 바로 아래에 발열체(32)를 형성하지 않는 경우에는, 발열체(32)가 존재하지 않는 영역이 생기게 되므로, 흡착 유지부(40)에 온도의 불균일이 발생한다.
이에 대해, 기판 고정 장치(1)에서는, 발열체(32)와 온도 센서(50)의 사이에, 발열체(32)로부터의 열을 확산시켜 온도 센서(50)의 아래쪽에 열이 모이지 않도록 하기 위해, 금속재(60)가 설치되어 있다. 또한, 제1 구멍(41x) 안에는, 온도 센서(50)와 금속재(60)의 사이에 공기층이 형성되어 있다. 공기층은 단열 효과를 가져서 금속재(60)의 열이 온도 센서(50)에 전달되기 어려우므로, 온도 센서(50)가 발열체(32)의 영향을 받기 어렵게 되어 정전 척(70)의 표면 온도를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 기판 고정 장치(1)에서는, 발열체(32)와 온도 센서(50)의 사이에 단열 대책이 취해져 있으므로, 평면시로 보았을 때에 온도 센서(50)와 중복되는 위치(온도 센서(50)의 바로 아래)에 발열체(32)의 패턴이 배치되어 있더라도 괜찮다. 이로써, 발열체(32)를 흡착 유지부(40) 전체에 균일하게 배치하는 것이 가능하여, 흡착 유지부(40)에 온도 불균일이 발생하기 어렵게 할 수 있다.
또한, 기판 고정 장치(1)에서는, 수지(90)보다는 기체(41)를 구성하는 재료에 열팽창율이 가까운 금속재(60)를 사용하므로, 기체(41)를 구성하는 재료와 금속재(60)의 열팽창율 불일치를 저감하는 것이 가능해진다. 그 결과, 기판 고정 장치(1)를 고온 하에서 사용하더라도, 금속재(60) 주위의 절연층(31), 발열체(32) 등에 크랙이 발생할 우려를 저감할 수 있다.
이상, 바람직한 실시 형태 등에 대해 설명하였으나, 전술한 실시 형태 등에 제한되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 범위를 일탈하지 않으면서 전술한 실시 형태 등에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 기판 고정 장치의 흡착 대상물로는, 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼 등) 이외에, 액정 패널 등의 제조 공정에서 사용되는 유리 기판 등을 예시할 수 있다.
한편, 본원은 일본 특허청에 2016년 9월 30일에 출원된 기초 출원 2016-195063호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.
1 기판 고정 장치
10 베이스 플레이트
15 수로
15a 냉각수 도입부
15b 냉각수 배출부
20 접착층
21 제1층
22 제2층
30 발열부
31 절연층
32 발열체
40 흡착 유지부
41 기체
41a 제1 면
41b 제2 면
41x 제1 구멍
41y 제2 구멍
42 정전 전극
50 온도 센서
60 금속재
70 정전 척
311 절연 수지 필름

Claims (11)

  1. 발열부와, 상기 발열부 상에 구비되는 기체를 포함하는 정전 척으로서,
    상기 기체는,
    흡착 대상물이 흡착 유지되는 제1 면과,
    상기 제1 면의 반대쪽에 위치하며 상기 발열부에 접하는 제2 면과,
    서로 연통하도록 기체의 두께 방향으로 정렬되며, 상기 제2 면에서 개구되어 있는 제1 구멍 및 제2 구멍을 포함하고,
    상기 제2 구멍은,
    상기 제1 구멍보다 상기 발열부에 가깝게 설치되고,
    기체의 두께 방향에서 보았을 때 상기 제1 구멍보다 크며,
    상기 정전 척은,
    상기 제1 구멍의 바닥면에 구비되는 온도 센서와,
    상기 온도 센서와의 사이에 공간이 형성되며 상기 제2 구멍 안에 구비되는 금속재를 더 포함하는 것인 정전 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속재는 상기 기체를 구성하는 재료보다 열전도율이 높은 재료로 형성되어 있는 것인 정전 척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기체의 두께 방향에 있어 상기 제1 구멍의 칫수가 상기 제2 구멍의 칫수보다 큰 정전 척.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속재의 측면과 상기 제2 구멍의 내벽면의 사이에 틈새가 형성되어 있는 정전 척.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍은, 원형의 평면 형상을 가지며, 동심을 이루어 배치되어 있는 것인 정전 척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열부가, 적어도 하나의 면이 조화된 발열체와, 상기 발열체를 피복하며 상기 기체에 직접 접합되는 절연층을 포함하는 것인 정전 척.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발열체가, 기체의 두께 방향에서 보았을 때 상기 온도 센서와 중복되게 배치되어 있는 정전 척.
  8. 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트 상에 탑재된, 제1항에 기재된 정전 척을 포함하는 기판 고정 장치.
  9. 흡착 대상물이 흡착 유지되는 제1 면과, 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하는 제2 면에서 개구되어 있으며 바닥면 쪽보다 개구 쪽이 더 큰 단차 구멍을 포함하는 기체와,
    상기 기체의 상기 제2 면 상에 구비되며 발열체를 포함하는 절연층과,
    상기 단차 구멍의 바닥면에 구비되는 온도 센서와,
    상기 온도 센서와의 사이에 공간이 형성되며 상기 단차 구멍 안에 구비되는 금속재를 포함하는 정전 척.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연층을 향하는 단차면을 가지도록 상기 단차 구멍의 내벽면에 단차가 형성되며, 상기 금속재가 상기 단차면 상에 형성되어 있는 정전 척.
  11. 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트 상에 탑재된, 제9항에 기재된 정전 척을 포함하는 기판 고정 장치.
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