KR102663868B1 - 정전 척 - Google Patents

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히토시 사사키
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토토 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있는 정전 척을 제공한다.
(해결 수단) 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하는 금속제의 베이스 플레이트와, 상기 세라믹 유전체 기판과 상기 베이스 플레이트 사이에 형성되어 수지 재료를 포함하는 접합층을 구비하고, 이하의 제 1~제 6 조건 중 적어도 어느 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 1 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 신장률 α1은 120% 이상이다.
제 2 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 신장률 α2에 대한 상기 신장률 α1의 비 α1/α2는 0.60 이상이다.
제 3 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 접합 강도 β1은 0.4㎫ 이상 10㎫ 이하이다.
제 4 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 접합 강도 β2에 대한 상기 접합 강도 β1의 비 β1/β2는 0.6 이상 10 이하이다.
제 5 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 탄성률 γ1은 0.1㎫ 이상 10㎫ 이하이다.
제 6 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 탄성률 γ2에 대한 상기 탄성률 γ1의 비 γ1/γ2는 0.6 이상 30 이하이다.

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명의 실시형태는 일반적으로 정전 척에 관한 것이다.
에칭, CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링, 이온 주입, 애싱, 노광, 검사 등을 행하는 기판 처리 장치에 있어서 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 피흡착물(대상물)을 흡착 유지하는 수단으로서 정전 척이 사용되어 있다.
정전 척은 알루미나 등의 세라믹 유전체 기판 사이에 전극을 끼워 넣어 소성함으로써 제작된다. 정전 척은 내장하는 전극에 정전 흡착용 전력을 인가하여 규소 웨이퍼 등의 기판을 정전력에 의해 흡착하는 것이다.
최근 이와 같은 기판 처리 장치에 있어서 프로세스의 미세화에 따라 가공 정밀도의 향상을 위해서 종래보다 저온의 환경하에서 처리를 행하는 것이 검토되어 있다. 이에 따라 정전 척에 있어서도 종래보다 저온의 환경하에서 사용할 수 있는 저온 내성이 요구되어 있다.
일본 특허공개 2003-273202호 공보
종래의 정전 척은, 예를 들면 -20℃ 정도의 저온의 환경하에서는 사용 가능하지만 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트를 접합하는 접합층의 유연성이 저하되고, 세라믹 유전체 기판이 베이스 플레이트로부터 박리되거나, 예를 들면 표면 패턴, 형상, 두께 등에 따라서는 세라믹 유전체 기판이 갈라져서 파손되거나 할 우려가 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 이러한 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것이며, 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나, 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있는 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명은 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하는 금속제의 베이스 플레이트와, 상기 세라믹 유전체 기판과 상기 베이스 플레이트 사이에 형성되어 수지 재료를 포함하는 접합층를 구비하고, 이하의 제 1~제 6 조건 중 적어도 어느 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는 정전 척. 제 1 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 신장률 α1은 120% 이상이다. 제 2 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 신장률 α2에 대한 상기 신장률 α1의 비 α1/α2는 0.60 이상이다. 제 3 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 접합 강도 β1은 0.4㎫ 이상 10㎫ 이하이다. 제 4 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 접합 강도 β2에 대한 상기 접합 강도 β1의 비 β1/β2는 0.6 이상 10 이하이다. 제 5 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 탄성률 γ1은 0.1㎫ 이상 10㎫ 이하이다. 제 6 조건: 25℃에 있어서의 상기 접합층의 탄성률 γ2에 대한 상기 탄성률 γ1의 비 γ1/γ2는 0.6 이상 30 이하이다.
이 정전 척에 의하면 제 1 조건을 충족할 경우, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 접합층이 충분한 신장률을 갖고 있기 때문에 접합층에 충분한 유연성을 확보할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 잘라짐을 억제할 수 있다.
또한, 이 정전 척에 의하면 제 2 조건을 충족할 경우, 실온으로부터 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이의 열팽창률차를 완화할 수 있다. 이에 따라 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 이 정전 척에 의하면 제 3 조건을 충족할 경우, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 앵커 효과가 지나치게 약해지지 않는다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트를 보다 확실하게 접합시킬 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 앵커 효과가 지나치게 강해지지 않는다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 이 정전 척에 의하면 제 4 조건을 충족할 경우 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 충분한 접합 강도를 유지할 수 있고, 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트의 강고한 접합을 유지할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 효과를 충분히 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 이 정전 척에 의하면 제 5 조건을 충족할 경우, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 접합층이 충분한 복원성을 갖기 때문에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판의 휨을 억제하기 쉽다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서의 대상물의 면내 온도 균일성의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 접합층이 지나치게 단단해지는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 이 정전 척에 의하면 제 6 조건을 충족할 경우 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 접합층이 충분한 복원성을 유지하기 때문에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판의 휨을 억제하기 쉽다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 대상물의 면내 온도 균일성의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 접합층이 지나치게 단단해지는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 억제할 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 신장률 α1은 175% 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 접합층이 더 큰 신장률을 갖고 있기 때문에 접합층의 유연성을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 3 발명은 제 2 발명에 있어서, 상기 신장률 α1은 200% 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 접합층이 더 큰 신장률을 갖고 있기 때문에 접합층의 유연성을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 4 발명은 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 비 α1/α2는 0.7 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 실온으로부터 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이의 열팽창률차를 더 완화할 수 있다. 이에 따라 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 5 발명은 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 접합 강도 β1은 0.4㎫ 이상 2.0㎫ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 앵커 효과가 지나치게 약해지는 것을 더 억제할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트를 더 확실하게 접합시킬 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 앵커 효과가 지나치게 강해지는 것을 더 억제할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 6 발명은 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 비 β1/β2는 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 충분한 접합 강도를 보다 확실하게 유지할 수 있고, 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트의 강고한 접합을 보다 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판 및 베이스 플레이트 사이에 위치하는 접합층의 효과를 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 7 발명은 제 1 내지 제 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 탄성률 γ1은 0.3㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 접합층이 충분한 복원성을 갖기 때문에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판의 휨을 더 억제하기 쉽다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서의 대상물의 면내 온도 균일성의 악화를 더 억제할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 -60℃ 이하의 극저온의 환경하에 있어서 접합층이 지나치게 단단해지는 것을 더 억제할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 8 발명은 제 1 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 비 γ1/γ2는 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 접합층이 충분한 복원성을 유지하기 때문에 세라믹 유전체 기판과 베이스 플레이트 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판의 휨을 더 억제하기 쉽다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 대상물의 면내 온도 균일성의 악화를 더 억제할 수 있다. 또한, 이 정전 척에 의하면 실온에서도, -60℃ 이하의 극저온의 환경하에서도 접합층이 지나치게 단단해지는 것을 더 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판에 가해지는 응력을 더 억제하고, 세라믹 유전체 기판의 베이스 플레이트로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판의 갈라짐을 더 억제할 수 있다.
제 9 발명은 제 1 내지 제 8 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 세라믹 유전체 기판은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 및 산화이트륨 중 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
실시형태에 의한 정전 척에 있어서는, 예를 들면 이들 세라믹을 포함하는 세라믹 유전체 기판을 사용함으로써 내플라스마성, 기계적 특성의 안정성, 열전도성, 전기 절연성 등의 다양한 특성이 우수한 정전 척을 제공할 수 있다.
제 10 발명은 제 9 발명에 있어서, 상기 세라믹 유전체 기판은 산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 세라믹 유전체 기판이 산화알루미늄을 포함함으로써 내플라스마성과 기계적 강도를 양립할 수 있다.
도 1은 실시형태에 의한 정전 척을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2(a)~도 2(c)는 접합층의 신장률 및 접합 강도의 측정 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 접합층의 탄성률의 산출 방법을 나타내는 설명도이다.
도 4는 접합층의 신장률 및 접합 강도의 측정 개소를 예시하는 설명도이다.
도 5는 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 표이다.
도 8은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 표이다.
도 9는 실시형태에 의한 정전 척을 구비한 웨이퍼 처리 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중 마찬가지의 구성 요소에는 동일 부호를 붙여서 상세한 설명은 적당히 생략한다.
도 1은 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 정전 척(110)은 세라믹 유전체 기판(11)과, 베이스 플레이트(50)와, 접합층(60)을 구비한다.
세라믹 유전체 기판(11)은, 예를 들면 소결 세라믹에 의한 평판형상의 기재이다. 세라믹 유전체 기판(11)은, 예를 들면 산화알루미늄(알루미나: Al2O3), 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 및 산화이트륨(이트리아: Y2O3) 중 적어도 1개를 포함한다. 실시형태에 의한 정전 척(110)에 있어서는, 예를 들면 이들 세라믹을 포함하는 세라믹 유전체 기판(11)을 사용함으로써 내플라스마성, 기계적 특성(예를 들면, 기계적 강도)의 안정성, 열전도성, 전기 절연성 등의 다양한 특성이 우수한 정전 척을 제공할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)은 산화알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹 유전체 기판(11)이 산화알루미늄을 포함함으로써 내플라스마성과 기계적 강도를 양립할 수 있다. 또한, 세라믹 유전체 기판(11)이 산화알루미늄을 포함함으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 투명성을 높게 하여 적외선 투과율을 향상시켜 열전달을 촉진시킬 수 있다. 또한, 높은 소결성을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 소결 조제를 사용하는 일 없이 치밀한 소결체를 형성할 수 있고, 면내의 열분포를 최소로 유지할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)은 고순도의 산화알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다. 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서의 산화알루미늄의 농도는, 예를 들면 90질량%(mass%) 이상 100질량% 이하, 바람직하게는 95질량% 이상 100질량% 이하, 보다 바람직하게는 99질량% 이상 100질량% 이하이다. 고순도의 산화알루미늄을 사용함으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 내플라스마성을 향상시킬 수 있다. 또한, 산화알루미늄의 농도는 형광 X선 분석 등에 의해 측정할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)은 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b)을 갖는다. 제 1 주면(11a)은 흡착의 대상물(W)이 재치되는 면이다. 제 2 주면(11b)은 제 1 주면(11a)과는 반대측의 면이다. 흡착의 대상물(W)은, 예를 들면 규소 웨이퍼 등의 반도체 기판이다.
또한, 본원 명세서에 있어서 베이스 플레이트(50)로부터 세라믹 유전체 기판(11)을 향하는 방향을 Z축 방향이라고 한다. Z축 방향은, 예를 들면 각 도면에 예시하는 바와 같이 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b)을 잇는 방향이다. Z축 방향은, 예를 들면 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)에 대해서 대략 수직인 방향이다. Z축 방향과 직교하는 방향 중 1개를 X축 방향, Z축 방향 및 X축 방향에 직교하는 방향을 Y축 방향이라고 하기로 한다. 본원 명세서에 있어서 「면내」란, 예를 들면 X-Y 평면 내이다.
세라믹 유전체 기판(11)의 내부에는 전극층(12)이 형성된다. 전극층(12)은 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이에 형성된다. 즉, 전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11) 중에 삽입되도록 형성된다. 전극층(12)은, 예를 들면 세라믹 유전체 기판(11)에 일체 소결됨으로써 내장되어도 좋다.
전극층(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)을 따라 박막형상으로 형성되어 있다. 전극층(12)은 대상물(W)을 흡착 지지하기 위한 흡착 전극이다. 전극층(12)은 단극형이어도, 쌍극형이어도 좋다. 도 1에 나타낸 전극층(12)은 쌍극형이며, 동일 면 상에 2극의 전극층(12)이 형성되어 있다.
전극층(12)에는 세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b)측으로 연장되는 접속부(20)가 형성되어 있다. 접속부(20)는 전극층(12)과 도통하는 비아(중실형)나 비아 홀(중공형) 또는 금속 단자를 납땜 등의 적절한 방법으로 접속한 것이다.
정전 척(110)은 흡착용 전원(505)(도 9 참조)으로부터 전극층(12)에 전압(흡착용 전압)을 인가함으로써 전극층(12)의 제 1 주면(11a)측에 전하를 발생시켜 정전력에 의해 대상물(W)을 흡착 유지한다.
세라믹 유전체 기판(11)의 두께(T1)는, 예를 들면 5㎜ 이하이다. 세라믹 유전체 기판(11)의 두께(T1)는 Z축 방향에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 길이이다. 환언하면 세라믹 유전체 기판(11)의 두께(T1)는 Z축 방향에 있어서의 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이의 거리이다. 이와 같이 세라믹 유전체 기판(11)을 얇게 함으로써 고주파 전원(504)(도 9 참조)에 접속되는 베이스 플레이트(50)와 상부 전극(510)(도 9 참조) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.
베이스 플레이트(50)는 세라믹 유전체 기판(11)을 지지하는 부재이다. 세라믹 유전체 기판(11)은 접합층(60)을 개재하여 베이스 플레이트(50) 상에 고정된다. 즉, 접합층(60)은 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50) 사이에 형성되어 있다.
접합층(60)은 수지 재료를 포함한다. 실시형태에 있어서 접합층(60)은 극저온하에 있어서 유연성을 유지하는 것이 가능하게 구성된다. 예를 들면, 접합층(60)은 실리콘계, 아크릴계, 변성 실리콘계 또는 에폭시계의 고분자 재료이며, 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 규소(Si), 및 산소(O) 중 적어도 1개를 주성분으로 하는 고분자 재료를 포함한다.
여기에서 본원 명세서에 있어서 「극저온」이란 -60℃ 이하의 저온 환경을 말한다. 구체적으로는 -60℃~-120℃를 말한다.
접합층(60)은 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 접합층(60)이 유연성이 우수한 실리콘을 포함함으로써 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)의 유연성이 유지되기 쉽다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
접합층(60)에 있어서 실리콘으로서 실록산 골격에 다양한 관능기가 결합한 분자 구조를 갖는 실리콘을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 실록산 골격에 결합한 관능기는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 페닐기, 및 헥실기 중 적어도 1개를 포함하는 것이 바람직하다. 접합층(60)에 이와 같은 관능기를 포함하는 실리콘을 사용함으로써 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)의 내한성, 강도, 신장률 등을 높일 수 있다.
접합층(60)은 무기 필러를 더 포함하는 것이 바람직하다. 접합층(60)이 무기 필러를 더 포함함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 대상물(W)의 면내 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
무기 필러는 규소(Si) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 1개의 원소와, 탄소(C), 질소(N), 및 산소(O) 중 적어도 1개의 원소를 갖는 적어도 1개의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 무기 필러는, 예를 들면 Al2O3, SiC, AlN, Si3N4, AlON, SIALON, 및 SiO2 중 적어도 1개를 포함하는 것이 바람직하다. 접합층(60)이 이와 같은 무기 필러를 포함함으로써 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)의 열전도성이나 기계적 특성의 안정성을 높일 수 있다.
베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속제이다. 베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 상부(50a)와 하부(50b)로 나뉘어 있으며, 상부(50a)와 하부(50b) 사이에 연통로(55)가 형성되어 있다. 연통로(55)는 일단측이 입력로(51)에 접속되고, 타단측이 출력로(52)에 접속된다.
베이스 플레이트(50)는 정전 척(110)의 온도 조정을 행하는 역할도 한다. 예를 들면, 정전 척(110)을 냉각할 경우에는 입력로(51)로부터 헬륨 가스 등의 냉각 매체를 유입하고, 연통로(55)를 통과시켜서 출력로(52)로부터 유출시킨다. 이에 따라 냉각 매체에 의해 베이스 플레이트(50)의 열을 흡수하고, 그 위에 부착된 세라믹 유전체 기판(11)을 냉각할 수 있다. 한편, 정전 척(110)을 보온할 경우에는 연통로(55) 내에 보온 매체를 넣는 것도 가능하다. 세라믹 유전체 기판(11)이나 베이스 플레이트(50)에 발열체를 내장시키는 것도 가능하다. 베이스 플레이트(50)나 세라믹 유전체 기판(11)의 온도를 조정함으로써 정전 척(110)에 의해 흡착 유지되는 대상물(W)의 온도를 조정할 수 있다.
이 예에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)측에 홈(14)이 형성되어 있다. 홈(14)은 제 1 주면(11a)으로부터 제 2 주면(11b)을 향하는 방향(Z축 방향)으로 함몰되고, X-Y 평면 내에 있어서 연속해서 연장되어 있다. 제 1 주면(11a)에 있어서 홈(14)이 형성되어 있지 않은 영역 중 적어도 일부에는 복수의 볼록부(13)(도트)가 형성된다. 대상물(W)은 복수의 볼록부(13) 상에 재치되어 복수의 볼록부(13)에 의해 지지된다. 볼록부(13)는 대상물(W)의 이면과 접하는 면이다. 복수의 볼록부(13)가 형성되어 있으면 정전 척(110)에 재치된 대상물(W)의 이면과 제 1 주면(11a) 사이에 공간이 형성된다. 볼록부(13)의 높이, 수, 볼록부(13)의 면적 비율, 형상 등을 적당히 선택함으로써, 예를 들면 대상물(W)에 부착되는 파티클을 바람직한 상태로 할 수 있다. 예를 들면, 복수의 볼록부(13)의 높이(Z축 방향에 있어서의 치수)는 1㎛ 이상 100㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이상 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 5㎛ 이상 15㎛ 이하로 할 수 있다.
세라믹 유전체 기판(11)은 홈(14)과 접속된 관통 구멍(15)을 갖는다. 관통 구멍(15)은 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면(11a)에 걸쳐서 형성된다. 즉, 관통 구멍(15)은 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면(11a)까지 Z축 방향으로 연장되어 세라믹 유전체 기판(11)을 관통한다.
베이스 플레이트(50)에는 가스 도입로(53)가 형성된다. 가스 도입로(53)는, 예를 들면 베이스 플레이트(50)를 관통하도록 형성된다. 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)를 관통하지 않고, 다른 가스 도입로(53)의 도중으로부터 분기되어 세라믹 유전체 기판(11)측까지 형성되어 있어도 좋다. 또한, 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)의 복수 개소에 형성되어도 좋다.
가스 도입로(53)는 관통 구멍(15)과 연통한다. 즉, 가스 도입로(53)에 유입된 전달 가스(헬륨(He) 등)는 가스 도입로(53)를 통과한 후에 관통 구멍(15)에 유입된다.
관통 구멍(15)에 유입된 전달 가스는 관통 구멍(15)을 통과한 후에 대상물(W)과 홈(14) 사이에 형성된 공간에 유입된다. 이에 따라 대상물(W)을 전달 가스에 의해 직접 냉각할 수 있다.
종래의 정전 척은, 예를 들면 -20℃ 정도의 저온의 환경하에서는 사용 가능하지만 -60℃ 정도의 극저온의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)를 접합하는 접합층(60)의 유연성이 저하되고, 세라믹 유전체 기판(11)이 베이스 플레이트(50)로부터 박리되거나, 경우에 따라서는 세라믹 유전체 기판(11)이 갈라져서 파손되거나 할 우려가 있다.
그래서 실시형태에 있어서는 접합층(60)의 유연성에 의한 물성으로서, 예를 들면 신장률(α)에 착목한다. 이하의 설명에 있어서는 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 신장률을 α1, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 신장률을 α2라고 한다.
실시형태에 있어서 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 신장률 α1은, 예를 들면 120% 이상, 바람직하게는 175% 이상, 보다 바람직하게는 200% 이상, 더 바람직하게는 220% 이상, 더 바람직하게는 240% 이상이다.
신장률 α1이 120% 이상이면 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 충분한 신장률(α)을 갖고 있기 때문에 접합층(60)에 충분한 유연성을 확보할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다. 또한, 신장률 α1의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1000% 이하이다.
또한, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 신장률 α2는, 예를 들면 150% 이상, 바람직하게는 200% 이상, 보다 바람직하게는 250% 이상이다.
신장률 α2가 150% 이상이면 실온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 충분한 신장률(α)을 갖고 있기 때문에 접합층(60)에 충분한 유연성을 확보할 수 있다. 이에 따라 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다. 또한, 신장률 α2의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1650% 이하이다.
또한, 신장률 α2에 대한 신장률 α1의 비 α1/α2는, 예를 들면 0.60 이상, 바람직하게는 0.80 이상, 더 바람직하게는 0.90 이상이다.
신장률(α)의 비 α1/α2가 0.60 이상이면 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50) 사이의 열팽창률차를 완화할 수 있다. 이에 따라 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다. 또한, 신장률(α)의 비 α1/α2의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1.5 이하이다.
또한, 실시형태에 있어서는 접합층(60)의 유연성에 의한 물성으로서, 예를 들면 접합 강도(β)에 착목한다. 이하의 설명에 있어서는 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 접합 강도를 β1, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 접합 강도를 β2라고 한다.
실시형태에 있어서 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 접합 강도 β1은, 예를 들면 0.4㎫ 이상 10㎫ 이하, 0.4㎫ 이상 2.0㎫ 이하, 바람직하게는 0.4㎫ 이상 1.9㎫ 이하, 보다 바람직하게는 0.4㎫ 이상 1.4㎫ 이하이다. 또한, 하한값에 대해서 바람직하게는 0.7㎫ 이상이다.
접합 강도 β1이 0.4㎫ 이상이면 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11) 및 베이스 플레이트(50) 사이에 위치하는 접합층(60)의 앵커 효과가 지나치게 약해지지 않는다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)를 보다 확실하게 접합시킬 수 있다.
접합 강도 β1이 10㎫ 이하이면 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11) 및 베이스 플레이트(50) 사이에 위치하는 접합층(60)의 앵커 효과가 지나치게 강해지지 않는다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 접합 강도 β2는, 예를 들면 0.5㎫ 이상 1.5㎫ 이하, 바람직하게는 0.5㎫ 이상 0.8㎫ 이하이다.
접합 강도 β2가 0.5㎫ 이상이면 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)의 표면 및 베이스 플레이트(50)의 표면에 침투해 있는 접합층(60)의 앵커 효과가 지나치게 약해지지 않는다. 이에 따라 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)를 보다 확실하게 접합시킬 수 있다.
접합 강도 β2가 1.5㎫ 이하이면 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)의 표면에 접착해 있는 접합층(60)의 앵커 효과가 지나치게 강해지지 않는다. 이에 따라 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 접합 강도 β2에 대한 접합 강도 β1의 비 β1/β2는, 예를 들면 0.6 이상 10 이하, 바람직하게는 0.6 이상 5 이하, 보다 바람직하게는 0.6 이상 3 이하이다. 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 1.1 이상이다. 또한, 비 β1/β2는 바람직하게는 1.9 이하이다.
접합 강도(β)의 비 β1/β2가 0.6 이상이면 실온에서도, 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판(11) 및 베이스 플레이트(50) 사이에 위치하는 접합층(60)의 충분한 접합 강도를 유지할 수 있고, 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)의 강고한 접합을 유지할 수 있다.
접합 강도(β)의 비 β1/β2가 10 이하이면 실온에서도, 극저온의 환경하에서도 세라믹 유전체 기판(11) 및 베이스 플레이트(50) 사이에 위치하는 접합층(60)의 효과를 충분히 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 실시형태에 있어서는 접합층(60)의 유연성에 의한 물성으로서, 예를 들면 탄성률(γ)에 착목한다. 이하의 설명에 있어서는 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 탄성률을 γ1, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 탄성률을 γ2라고 한다.
실시형태에 있어서 -60℃에 있어서의 접합층(60)의 탄성률 γ1은, 예를 들면 0.1㎫ 이상 10㎫ 이하, 바람직하게는 0.1㎫ 이상 3㎫ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎫ 이상 1㎫ 이하이다. 또한, 탄성률 γ1은 바람직하게는 0.3㎫ 이상, 보다 바람직하게는 0.4㎫ 이상이다.
탄성률 γ1이 0.1㎫ 이상이면 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 충분한 복원성을 갖기 때문에 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50) 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판(11)의 휨을 억제하기 쉽다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서의 대상물(W)의 면내 온도 균일성의 악화를 억제할 수 있다.
탄성률 γ1이 10㎫ 이하이면 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 지나치게 단단해지는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 극저온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 25℃에 있어서의 접합층(60)의 탄성률 γ2는, 예를 들면 0.2㎫ 이상 1.0㎫ 이하, 바람직하게는 0.2㎫ 이상 0.4㎫ 이하이다.
탄성률 γ2가 0.2㎫ 이상이면 실온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 충분한 복원성을 갖기 때문에 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50) 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판(11)의 휨을 억제하기 쉽다. 이에 따라 실온의 환경하에 있어서의 대상물(W)의 면내 온도 균일성의 악화를 억제할 수 있다.
탄성률 γ2가 1.0㎫ 이하이면 실온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 지나치게 단단해지는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 실온의 환경하에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
탄성률 γ2에 대한 탄성률 γ1의 비 γ1/γ2는, 예를 들면 0.6 이상 30 이하, 바람직하게는 0.6 이상 10 이하, 보다 바람직하게는 0.6 이상 3 이하이다. 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상이다. 또한, 비 γ1/γ2는 바람직하게는 2.1 이하이다.
탄성률(γ)의 비 γ1/γ2가 0.6 이상이면 실온에서도, 극저온의 환경하에서도 접합층(60)이 충분한 복원성을 유지하기 때문에 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50) 사이에 응력이 발생했을 때에도 세라믹 유전체 기판(11)의 휨을 억제하기 쉽다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 대상물(W)의 면내 온도 균일성의 악화를 억제할 수 있다.
탄성률(γ)의 비 γ1/γ2가 30 이하이면 실온에서도, 극저온의 환경하에서도 접합층(60)이 지나치게 단단해지는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 실온으로부터 극저온의 환경하에 있었을 때에 세라믹 유전체 기판(11)에 가해지는 응력을 억제하고, 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 상기와 같이 고주파 전원(504)에 접속되는 베이스 플레이트(50)와 상부 전극(510) 사이의 거리를 짧게 하기 위해서 또는 열의 균일성의 관점으로부터도 세라믹 유전체 기판(11)은 얇게 하는 것이 바람직하다. 한편, 세라믹 유전체 기판(11)이 얇을 경우에는 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 유연성을 잃으면 세라믹 유전체 기판(11)이 갈라져서 파손될 우려가 있다. 이에 대해 실시형태에 의하면 극저온의 환경하에 있어서 접합층(60)이 충분한 유연성을 갖고 있기 때문에 세라믹 유전체 기판(11)이 5㎜ 이하로 얇을 경우에 있어서도 파손 등의 문제를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 2(a)~도 2(c)는 접합층의 신장률 및 접합 강도의 측정 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 접합층의 탄성률의 산출 방법을 나타내는 설명도이다.
도 4는 접합층의 신장률 및 접합 강도의 측정 개소를 예시하는 설명도이다.
실시형태에 있어서 접합층(60)의 신장률(α) 및 접합 강도(β)는 도 2(a)~도 2(c)에 나타낸 방법으로 측정할 수 있다.
접합층(60)의 신장률(α) 및 접합 강도(β)를 측정할 때에는, 우선 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 정전 척(110)으로부터 시험편(TP)을 채취한다. 시험편(TP)은 정전 척(110)을 Z축 방향으로 관통하도록 채취된다. 즉, 시험편(TP)은 Z축 방향으로 적층된 베이스 플레이트(50), 접합층(60), 및 세라믹 유전체 기판(11)을 포함하도록 채취된다. 시험편(TP)은 직경 30㎜의 원주형으로 채취된다. 채취 방법은, 예를 들면 헬리컬 가공, 워터 제트 절단 가공 등이다.
이어서, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 시험편(TP)의 세라믹 유전체 기판(11) 및 베이스 플레이트(50)에 대해서 각각 X-Y 평면을 따르는 대향하는 방향으로 압력을 가한다. 이 예에서는 세라믹 유전체 기판(11)에 대해서 X축 방향의 음의 방향으로 압력을 가하고, 베이스 플레이트(50)에 대해서 X축 방향의 양의 방향으로 압력을 가하고 있다. 압력은, 예를 들면 오토그래프에 의해 인가한다. 접합층(60)의 신장률(α) 및 전단 응력을 측정하면서 시험편(TP)에 가하는 압력을 크게 해가며, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이 접합층(60)을 파단시킨다.
상기 방법으로 측정된 신장률(α) 및 전단 응력의 관계는, 예를 들면 도 3에 나타내는 곡선으로 나타내어진다. 도 3에 나타낸 바와 같이 전단 응력은 접합층(60)이 파단될 때까지 커지며, 접합층(60)이 파단되면 작아진다. 즉, 전단 응력이 최대가 되는 시점을 접합층(60)이 파단된 시점으로 간주할 수 있다.
신장률(α)은 100×(파단되었을 때의 접합층(60)의 신장(L1))/(접합층(60)의 두께(T2))로 나타내어진다. 파단되었을 때의 접합층(60)의 신장(L1)은 파단된 시점의 가압 방향(이 예에서는 X축 방향)에 있어서의 접합층(60)의 길이의 변화량이다. 접합층(60)의 두께(T2)는 Z축 방향에 있어서의 접합층(60)의 길이이다. 접합 강도(β)는 접합층(60)이 파단되었을 때의 전단 응력의 크기이다. 즉, 접합층(60)이 파단되었을 때의 전단 응력의 크기로부터 접합 강도(β)를 구할 수 있다.
신장률(α) 및 접합 강도(β)의 측정에는, 예를 들면 오토그래프(SHIMADZU CORPORATION제 AGS-X(5kN))를 사용할 수 있다. 측정 조건은, 예를 들면 압축 속도: 0.1~10㎜/min, 사용 로드셀: 5kN, 측정 온도: 25℃, -60℃이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 접합층(60)의 탄성률(γ)은 접합층(60)이 파단될 때까지의 곡선의 경사로 나타내어진다. 환언하면 탄성률(γ)은 신장률(α) 및 접합 강도(β)로부터 산출된다. 구체적으로는 탄성률(γ)은 (파단되었을 때의 접합층(60)의 접합 강도(β))/(파단되었을 때의 접합층(60)의 변형((파단되었을 때의 접합층(60)의 신장(L1))/(접합층(60)의 두께(T2))))로 나타내어진다.
실시형태에 있어서는 정전 척(110) 중 적어도 1개소로부터 채취된 시험편(TP)에 있어서 접합층(60)이 상기와 같은 신장률(α)(신장률비), 접합 강도(β)(접합 강도비) 또는 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖고 있으면 좋다. 정전 척(110)의 복수 개소로부터 채취된 시험편(TP) 각각에 있어서 접합층(60)이 상기와 같은 신장률(α)(신장률비), 접합 강도(β)(접합 강도비) 또는 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 정전 척(110)의 복수 개소로부터 채취된 시험편(TP)의 신장률(α)(신장률비), 접합 강도(β)(접합 강도비) 또는 탄성률(γ)(탄성률비)의 평균값이 상기 신장률(α)(신장률비), 접합 강도(β)(접합 강도비) 또는 탄성률(γ)(탄성률비)을 충족하고 있는 것도 바람직하다.
정전 척(110)의 복수 개소로부터 시험편(TP)을 채취할 경우, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이 정전 척(110)의 X-Y 평면의 복수 개소로부터 시험편(TP)을 채취하고, 각각에 대해서 도 2(b) 및 도 2(c)에 나타내는 방법으로 접합층(60)의 신장률(α) 및 접합 강도(β)를 측정한다. 이 예에서는 정전 척(110)의 X-Y 평면의 중앙부(110a), 외주부(110b)에서 4개소, 및 중앙부(110a)와 외주부(110b)의 중간부(110c)에서 4개소의 합계 9개소로부터 시험편(TP)을 채취하는 경우를 나타내고 있다.
예를 들면, 상기 9개소로부터 채취된 시험편(TP) 중 적어도 1개에 있어서 접합층(60)이 상기와 같은 신장률(α)(신장률비), 접합 강도(β)(접합 강도비) 또는 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖고 있으면 좋다.
도 5 및 도 6은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5의 A부를 확대한 그래프이다.
도 7은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 표이다.
실시예 1은 실시형태에 의한 정전 척(110)의 일례이다. 참고예 1은 실시예 1과는 물성이 상이한 접합층(60)을 갖는 정전 척의 일례이다.
도 2(a)~도 2(c) 및 도 3에 나타낸 측정·산출 방법으로 측정·산출한 실시예 1 및 참고예 1의 접합층(60)의 신장률(α), 접합 강도(β), 및 탄성률(γ)을 도 5~도 7에 나타낸다.
또한, 실시예 1 및 참고예 1에 대해서 박리/갈라짐 시험을 행한 결과를 도 7에 나타낸다. 박리/갈라짐 시험에서는 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)를 접합층(60)으로 접합한 샘플을 제작하고, 샘플을 -60℃에 적어도 3000시간 방치한 후 실온으로 되돌려 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리의 유무 및 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐의 유무를 평가했다. 접합층(60)의 박리의 유무는 접합층(60)의 단면을 현미경으로 관찰하여 크랙 등의 유무를 평가하는 직접 관찰과, 초음파를 대서 접합층(60)의 내부의 크랙 등의 유무를 평가하는 초음파 탐상으로 행했다. 직접 관찰 및 초음파 탐상 중 적어도 어느 하나에서 크랙이 보인 것을 박리 「있음」, 직접 관찰 및 초음파 탐상의 양쪽에서 크랙이 보이지 않았던 것을 박리 「없음」이라고 평가했다. 또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐의 유무는 세라믹 유전체 기판(11)을 육안으로 관찰하여 갈라짐이 보인 것을 갈라짐 「있음」, 갈라짐이 보이지 않았던 것을 갈라짐 「없음」이라고 평가했다.
도 5~도 7에 나타낸 바와 같이 참고예 1에 있어서 신장률 α1은 107%, 신장률 α2는 195%, 신장률(α)의 비 α1/α2는 0.5이다. 참고예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 신장률(α)(신장률비)을 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않지만 극저온(-60℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있다.
이에 대해 실시예 1에 있어서 신장률 α1은 225%, 신장률 α2는 190%, 신장률(α)의 비 α1/α2는 1.2이다. 실시예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 신장률(α)(신장률비)을 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 신장률 α1을 120% 이상 또는 신장률(α)의 비 α1/α2를 0.60 이상으로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 도 5~도 7에 나타낸 바와 같이 참고예 1에 있어서 접합 강도 β1은 29.8㎫, 접합 강도 β2는 0.56㎫, 접합 강도(β)의 비 β1/β2는 53.2이다. 참고예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 접합 강도(β)(접합 강도비)를 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않지만 극저온(-60℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있다.
이에 대해 실시예 1에 있어서 접합 강도 β1은 1.42㎫, 접합 강도 β2는 0.83㎫, 접합 강도(β)의 비 β1/β2는 1.7이다. 실시예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 접합 강도(β)(접합 강도비)를 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 접합 강도 β1을 0.4㎫ 이상 10㎫ 이하로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 도 5~도 7에 나타낸 바와 같이 참고예 1에 있어서 탄성률 γ1은 28㎫, 탄성률 γ2는 0.29㎫, 탄성률(γ)의 비 γ1/γ2는 96.6이다. 참고예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않지만 극저온(-60℃)의 환경하에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있다.
이에 대해 실시예 1에 있어서 탄성률 γ1은 0.63㎫, 탄성률 γ2는 0.44㎫, 탄성률(γ)의 비 γ1/γ2는 1.4이다. 실시예 1에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 탄성률 γ1을 0.1㎫ 이상 10㎫ 이하 또는 탄성률(γ)의 비 γ1/γ2를 0.6 이상 30 이하로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
도 8은 실시형태에 의한 정전 척의 접합층의 일례의 물성을 나타내는 표이다.
실시예 2~14는 실시형태에 의한 정전 척(110)의 일례이다.
실시예 1 및 참고예 1과 마찬가지로 하여 측정·산출한 실시예 2~14의 접합층(60)의 신장률(α), 접합 강도(β), 및 탄성률(γ)을 도 8에 나타낸다. 또한, 실시예 1 및 참고예 1과 마찬가지로 하여 박리/갈라짐 시험을 행한 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이 실시예 2~14에 있어서 신장률 α1은 175% 이상 247% 이하, 신장률 α2는 150% 이상 280% 이하, 신장률(α)의 비 α1/α2는 0.80 이상 1.17 이하이다. 실시예 2~14에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 신장률(α)(신장률비)을 갖기 때문에 실온(25)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 신장률 α1을 120% 이상 또는 신장률(α)의 비 α1/α2를 0.60 이상으로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이 실시예 2~14에 있어서 접합 강도 β1은 0.70㎫ 이상 1.90㎫ 이하, 접합 강도 β2는 0.51㎫ 이상 1.60㎫ 이하, 접합 강도(β)의 비 β1/β2는 0.8 이상 1.9 이하이다. 실시예 2~14에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 접합 강도(β)(접합 강도비)를 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 접합 강도 β1을 0.4㎫ 이상 10㎫ 이하로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이 실시예 2~14에 있어서 탄성률 γ1은 0.34㎫ 이상 1.02㎫ 이하, 탄성률 γ2는 0.19㎫ 이상 0.81㎫ 이하, 탄성률(γ)의 비 γ1/γ2는 0.9 이상 2.1 이하이다. 실시예 2~14에 있어서는 접합층(60)이 이와 같은 탄성률(γ)(탄성률비)을 갖기 때문에 실온(25℃)의 환경하 및 극저온(-60℃)의 환경하 중 어느 것이나 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐이 발생하고 있지 않다.
이와 같이 접합층(60)의 탄성률 γ1을 0.1㎫ 이상 10㎫ 이하 또는 탄성률(γ)의 비 γ1/γ2를 0.6 이상 30 이하로 함으로써 극저온의 환경하에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 베이스 플레이트(50)로부터의 박리나 세라믹 유전체 기판(11)의 갈라짐을 억제할 수 있다.
도 9는 실시형태에 의한 정전 척을 구비한 웨이퍼 처리 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 처리 장치(500)는 처리 용기(501)와, 고주파 전원(504)과, 흡착용 전원(505)과, 상부 전극(510)과, 정전 척(110)을 구비하고 있다. 처리 용기(501)의 천장에는 처리 가스를 내부에 도입하기 위한 처리 가스 도입구(502) 및 상부 전극(510)이 형성되어 있다. 처리 용기(501)의 바닥판에는 내부를 감압 배기하기 위한 배기구(503)가 형성되어 있다. 정전 척(110)은 처리 용기(501)의 내부에 있어서 상부 전극(510)의 아래에 배치되어 있다. 정전 척(110)의 베이스 플레이트(50) 및 상부 전극(510)은 고주파 전원(504)과 접속되어 있다. 정전 척(110)의 전극층(12)은 흡착용 전원(505)과 접속되어 있다.
베이스 플레이트(50)와 상부 전극(510)은 서로 소정 간격을 두고 대략 평행하게 형성되어 있다. 대상물(W)은 베이스 플레이트(50)와 상부 전극(510) 사이에 위치하는 제 1 주면(11a)에 재치된다.
고주파 전원(504)으로부터 베이스 플레이트(50) 및 상부 전극(510)에 전압(고주파 전압)이 인가되면 고주파 방전이 일어나 처리 용기(501) 내에 도입된 처리 가스가 플라스마에 의해 여기(勵起), 활성화되어 대상물(W)이 처리된다.
흡착용 전원(505)으로부터 전극층(12)에 전압(흡착용 전압)이 인가되면 전극층(12)의 제 1 주면(11a)측에 전하가 발생하고, 정전력에 의해 대상물(W)이 정전 척(110)에 흡착 유지된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했다. 그러나 본 발명은 이들 기술에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태에 관해서 당업자가 적당히 설계 변경을 추가한 것도 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들면, 정전 척이 구비하는 각 요소의 형상, 치수, 재질, 배치, 설치 형태 등은 예시한 것에 한정되는 것은 아니며, 적당히 변경할 수 있다. 또한, 상술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
11: 세라믹 유전체 기판 11a: 제 1 주면
11b: 제 2 주면 12: 전극층
13: 볼록부 14: 홈
15: 관통 구멍 20: 접속부
50: 베이스 플레이트 50a: 상부
50b: 하부 51: 입력로
52: 출력로 53: 가스 도입로
55: 연통로 60: 접합층
110: 정전 척 110a: 중앙부
110b: 외주부 110c: 중간부
500: 웨이퍼 처리 장치 501: 처리 용기
502: 처리 가스 도입구 503: 배기구
504: 고주파 전원 505: 흡착용 전원
510: 상부 전극 TP: 시험편
W: 대상물

Claims (4)

  1. 세라믹 유전체 기판과,
    상기 세라믹 유전체 기판을 지지하는 금속제의 베이스 플레이트와,
    상기 세라믹 유전체 기판과 상기 베이스 플레이트 사이에 형성되어 수지 재료를 포함하는 접합층을 구비하고,
    이하의 제 1 조건 및 제 5 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
    제 1 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 신장률 α1은 200% 이상이다.
    제 5 조건: -60℃에 있어서의 상기 접합층의 탄성률 γ1은 0.1㎫ 이상 0.63㎫ 이하이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 유전체 기판은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 및 산화이트륨 중 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수지 재료는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실리콘은 실록산 골격에 결합한 관능기를 포함하며,
    상기 관능기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 페닐기 및 헥실기 중 적어도 하나를 포함하는 정전척.

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