KR20120120373A - 정전척 장치 - Google Patents

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가즈노리 이시무라
다카시 사토
류우지 하야하라
다케시 와타나베
요시아키 모리야
게이 후루우치
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 일 주면을 판상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장한 정전척부와, 정전척부를 원하는 온도로 조정하는 온도 조정용 베이스부를 구비하고, 상기 정전척부의 상기 재치면과 반대 측의 주면에는, 접착재를 통하여 가열 부재가 접착되며, 상기 온도 조정용 베이스부의 상기 정전척부 측의 면 전체 또는 일부분은, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복되고, 가열 부재가 접착된 상기 정전척부와, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복된 상기 온도 조정용 베이스부는, 액상 접착제를 경화하여 이루어지는 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화되는 것을 특징으로 하는 정전척 장치를 제공한다.

Description

정전척 장치{ELECTROSTATIC CHUCK APPARATUS}
본 발명은, 정전척 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료를 정전기력에 의해 흡착 고정할 때에 적합하게 사용되고, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 물리 기상 성장법 (PVD)이나 화학 기상 성장법(CVD)에 의한 성막 처리, 플라즈마 에칭 등의 에칭 처리, 노광 처리 등의 각종 공정에 있어서도, 판상 시료를 재치(載置)하는 재치면에 있어서의 면 내 온도의 균일성을 높이는 것이 가능하고, 나아가서는, 가열 부재의 내전압성을 높이는 것이 가능한 정전척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2010년 1월 29일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-018210호 및 2010년 9월 28일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-216823호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 소자의 고집적화나 고성능화에 수반하여, 미세 가공 기술의 향상이 더한층 요구되고 있다. 이 반도체 제조 프로세스 중에서도 에칭 기술은, 미세 가공 기술의 중요한 한가지이고, 최근에는, 에칭 기술 중에서도, 고효율이면서 대면적의 미세 가공이 가능한 플라즈마 에칭 기술이 주류로 되어 있다.
상기 플라즈마 에칭 기술은 드라이 에칭 기술의 일종이고, 구체적으로 가공대상이 되는 고체 재료 위에 레지스트로 마스크 패턴을 형성하고, 고체 재료를 진공 중에 지지한 상태로, 진공 중에 반응성 가스를 도입하고, 이 반응성 가스에 고주파의 전계를 인가함으로써, 가속된 전자가 가스 분자와 충돌하여 플라즈마 상태가 되고, 이 플라즈마로부터 발생하는 라디칼(프리라디칼)과 이온을 고체 재료와 반응시켜서 반응 생성물로서 제거함으로써, 고체 재료에 미세 패턴을 형성하는 기술이다.
한편, 원료 가스를 플라즈마의 작용으로 화합(化合)시키고, 얻어진 화합물을 기판 위에 퇴적시키는 박막 성장 기술의 한가지로서 플라스마 CVD법이 있다. 이 방법은, 원료 분자를 포함하는 가스에 고주파의 전계를 인가함으로써 플라즈마 방전시키고, 이 플라즈마 방전으로 가속된 전자에 의해 원료 분자를 분해시켜, 얻어진 화합물을 퇴적시키는 성막 방법이다. 저온에서는 열적 여기만으로는 일어나지 않았던 반응도, 플라즈마 중에서는, 시스템 내의 가스가 서로 충돌하여 활성화되어 라디칼이 되기 때문에, 가능하게 된다.
플라즈마 에칭 장치, 플라스마 CVD 장치 등의 플라즈마를 사용한 반도체 제조 장치에 있어서는, 종래부터, 시료대에 간단하게 웨이퍼를 장착하고, 고정함과 함께, 웨이퍼를 원하는 온도로 유지하는 장치로서 정전척 장치가 사용되고 있다.
그런데, 종래의 플라즈마 에칭 장치에서는, 정전척 장치에 고정된 웨이퍼에 플라즈마를 조사하면, 웨이퍼의 표면 온도가 상승한다. 그래서, 웨이퍼의 표면 온도의 상승을 억제하기 위하여, 정전척 장치의 온도 조정용 베이스부에 물 등의 냉각 매체를 순환시켜서 웨이퍼를 하측으로부터 냉각하고 있지만, 이때, 웨이퍼의 면 내에서 온도 분포가 발생한다. 예를 들면, 웨이퍼의 중심부에서는 온도가 높아지고, 가장자리부에서는 온도가 낮아진다.
또, 플라즈마 에칭 장치의 구조나 방식의 차이 등에 의해, 웨이퍼의 면 내 온도 분포에 차이가 생긴다.
그래서, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 히터 부재를 장착한 히터 기능이 있는 정전척 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1).
이 히터 기능이 있는 정전척 장치는, 웨이퍼 내에 국소적으로 온도 분포를 만들 수 있기 때문에, 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 막 퇴적 속도나 플라즈마 에칭 속도에 맞추어 설정함으로써, 웨이퍼 상으로의 패턴 형성 등의 국소적인 막 형성이나 국소적인 플라즈마 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
정전척 장치에 히터를 장착하는 방법으로서는, 세라믹제의 정전척에 히터를 내장하는 방법, 정전척의 흡착면의 이면 측, 즉 세라믹 판상체의 이면에 스크린 인쇄법으로 히터 재료를 소정의 패턴으로 도포하고 가열 경화시킴으로써, 히터를 장착하는 방법, 혹은, 상기 세라믹 판상체의 이면에 금속박이나 시트상 도전 재료를 부착함으로써, 히터를 장착하는 방법 등이 있다.
그리고, 히터를 내장 혹은 장착한 정전척부와, 온도 조정용 베이스부를 유기계 접착제를 사용하여 접착 일체화함으로써 히터 기능이 있는 정전척 장치가 얻어진다.
일본 특허 공개 제2008-300491호 공보
그런데, 상기 서술한 종래의 정전척의 흡착면의 이면 측, 즉 세라믹 판상체의 이면에 스크린 인쇄법으로 히터 재료를 소정의 패턴으로 도포하고 가열 경화시킴으로써, 히터를 장착하는 방법, 혹은, 상기 세라믹 판상체의 이면에 금속박이나 시트상 도전 재료를 부착하는 방법에 의한 히터 기능이 있는 정전척 장치에서는, 정전척부와 온도 조정용 베이스부를 유기계 접착제를 사용하여 접착 일체화한 경우, 유기계 접착제층에 포어라고 칭하는 미세 공공이 생기거나, 혹은 유기계 접착제층과 정전척부 및 온도 조정용 베이스부의 사이에 하지키라고 칭하는 미접착 부분이 생기면, 히터에 전압을 인가한 경우에, 정전척부와 온도 조정용 베이스부가 도통(쇼트 불량)하여, 절연 파괴가 생길 우려가 있다는 문제점이 있었다.
또, 유기계 접착제층의 두께에 의해 절연성을 확보하는 경우, 이 유기계 접착제층의 두께를 얇게 하는 것이 어렵고, 게다가, 유기계 접착제층의 두께에 불균일이 생기기 때문에, 정전척부의 웨이퍼를 재치하는 면의 면 내 온도를 충분히 균일하게 할 수 없다는 문제점이 있었다.
금속박이나 시트상 도전 재료를 사용한 히터 기능이 있는 정전척 장치에서는, 히터 패턴으로서 금속박이나 시트상 도전 재료가 부착된 부분과 히터 패턴이 없는 부분으로 단차를 만들고, 시트상 접착재만으로 냉각 베이스와 접착한 경우, 히터의 요철을 커버할 수 없게 되어, 접착층에 공공 등이 생기기 쉽다는 문제점이 있었다. 또, 열가소성을 가지는 시트상 접착재를 사용한 경우에도 히터가 있는 부분과 없는 부분의 경계에 있어서 공공을 생성하고, 방전 및 박리의 위험을 가짐과 함께, 히터와 냉각 베이스 사이의 열전달의 불균일에 의한 정전척의 면 내 온도 분포의 제어성이 저하된다는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이의 절연 파괴를 방지함과 함께 내전압성을 향상시키고, 나아가서는, 정전척부의 판상 시료의 재치면의 면 내 온도의 균일성을 향상시킴과 함께, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 더욱 균일하게 전압이 인가됨으로써, 정전척부에 설치된 가열 부재의 내전압성을 향상시킬 수 있는 정전척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 행한 결과, 정전척부의 재치면과 반대 측의 주면(主面)에, 접착재를 통하여 두께가 얇은 가열 부재를 접착하고, 온도 조정용 베이스부의 정전척부 측의 면 전체 또는 일부분을 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복하고, 이 정전척부와 온도 조정용 베이스부를 액상 접착제를 경화하여 이루어지는 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착일체화하면, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이의 절연 파괴를 방지함과 함께 내전압성을 향상시킬 수 있고, 나아가서는, 정전척부의 재치면의 면 내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 가열 부재의 내전압성도 향상시킬 수 있는 것을 지견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제1 양태는, 일 주면을 판상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장한 정전척부와, 정전척부를 원하는 온도로 조정하는 온도 조정용 베이스부를 구비하고, 상기 정전척부의 상기 재치면과 반대측의 주면에는, 접착재를 통하여 가열 부재가 접착되고, 상기 온도 조정용 베이스부의 상기 정전척부 측의 면 전체 또는 일부분은, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복되고, 가열 부재가 접착된 상기 정전척부와, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복된 상기 온도 조정용 베이스부는, 액상 접착제를 경화하여 이루어지는 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 정전척부와 온도 조정용 베이스부를, 액상 접착제를 경화하여 이루어지는 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화한 것에 의해, 절연성의 유기계 접착제층이 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이의 절연을 양호하게 유지한다. 이것에 의해, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 도통(쇼트 불량)이 생길 우려가 없어지고, 그 결과, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 절연 파괴가 생길 우려도 없어지며, 이들 사이의 내전압성이 향상된다.
또, 정전척부의 재치면과 반대 측의 주면에, 접착재를 통하여 가열 부재를 접착함과 함께, 온도 조정용 베이스부의 정전척부 측의 면 전체 또는 일부분을 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복한 것에 의해, 정전척부와 가열 부재의 간격 및 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격이 일정하게 유지되고, 정전척부의 재치면에 있어서의 면 내 온도의 균일성이 높아짐과 함께, 이 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 내전압성이 더욱 향상된다.
또한, 가열 부재가 접착된 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 절연성의 유기계 접착제층을 개재시킨 것에 의해, 재치되는 판상 시료를 급속하게 승강온(昇降溫)시킨 경우에 있어서도, 유기계 접착제층이 정전척부에 대하여 급격한 팽창?수축을 완화하는 완충층으로서 기능하고, 정전척부에 크랙이나 깨짐 등이 발생하는 것을 방지한다. 이것에 의해, 정전척부의 내구성이 향상된다.
본 발명의 제2 양태는, 상기 시트상 또는 필름상의 절연재가, 시트상 또는 필름상의 접착재에 의해 상기 온도 조정용 베이스부에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 시트상 또는 필름상의 절연재를, 시트상 또는 필름상의 접착재를 사용하여 온도 조정용 베이스부에 접착한 것에 의해, 온도 조정용 베이스부의 정전척부 측의 절연성이 유지됨과 함께, 접착재의 두께가 일정하게 됨으로써, 정전척부의 재치면에 있어서의 면 내 온도의 균일성이 높아진다.
본 발명의 제3 양태는, 상기 정전척부의 두께가, 0.7㎜ 이상이면서 3.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 정전척부의 두께를 0.7㎜ 이상이면서 3.0㎜ 이하로 함으로써, 정전척부에 충분한 강도를 부여함과 함께, 정전척부 자체의 열용량이 작아져서, 재치되는 판상 시료와의 열교환 효율, 열 응답성도 우수한 것이 된다.
본 발명의 제4 양태는, 상기 가열 부재가, 두께가 0.2㎜ 이하인 비자성 금속으로 이루어지는 얇은 판상의 히터 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 가열 부재를 두께가 0.2㎜ 이하의 비자성 금속으로 이루어지는 얇은 판상의 히터 엘리먼트로 한 것에 의해, 히터 엘리먼트의 패턴이 판상 시료에 반영되기 어려워져서, 판상 시료의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하기 쉬워진다.
본 발명의 제5 양태는, 상기 접착재가, 실리콘계 또는 아크릴계의 접착재인 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 접착재를, 실리콘계 또는 아크릴계의 접착재로 한 것에 의해, 정전척부 및 히터부의 열응력이 경감되어, 내구성이 더욱 향상된다.
본 발명의 제6 양태는, 상기 접착재의 두께의 편차가, 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 접착재의 두께의 편차를 10㎛ 이하로 한 것에 의해, 정전척부와 가열 부재의 간격이 10㎛ 이하의 정밀도로 제어되게 되고, 가열 부재에 의해 가열되는 판상 시료의 면 내 온도의 균일성이 향상된다.
본 발명의 제7 양태는, 상기 정전척부가, 일 주면을 상기 재치면으로 한 재치판과, 재치판과 일체화되어 재치판을 지지하는 지지판과, 재치판과 지지판 사이에 설치된 상기 정전 흡착용 내부 전극을 구비하고, 상기 재치판은, 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체 또는 산화이트륨 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 재치판을, 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체 또는 산화이트륨 소결체로 한 것에 의해, 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성이 향상되고, 기계적 강도도 유지된다.
본 발명의 제8 양태는, 상기 재치판의 두께가, 0.3㎜ 이상이면서 2.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.
이 정전척 장치에서는, 재치판의 두께를 0.3㎜ 이상이면서 2.0㎜ 이하로 한 것에 의해, 판상 시료를 확실하게 흡착 고정시킬 수 있고, 따라서, 판상 시료를 충분히 가열할 수 있으며, 정전 흡착용 내부 전극에 인가된 전압에 의해 방전할 위험성도 없다.
본 발명의 정전척 장치에 의하면, 정전척부의 다른 주면에 시트상 또는 필름상의 접착재를 통하여 가열 부재를 접착하고, 이 가열 부재가 접착된 정전척부와 절연성 시트에 의해 전체 면 혹은 부분적으로 피복된 온도 조정용 베이스를 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화하였기 때문에, 이 절연 부재에 의해 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이의 절연을 양호하게 유지할 수 있고, 그 결과, 절연 파괴를 방지할 수 있다. 따라서, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이의 내전압성을 향상시킬 수 있다.
또, 정전척부의 다른 주면에 시트상 또는 필름상의 접착재를 통하여 가열 부재를 접착하였기 때문에, 정전척부와 가열 부재의 간격을 일정하게 유지할 수 있고, 정전척부의 재치면에 있어서의 면 내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또, 가열 부재와 온도 조정용 베이스부 사이의 내전압을 향상시킬 수 있고, 온도 조정용 베이스부를 플라즈마용 전극으로서 사용하는 경우에 있어서도, 더욱 높은 전압을 온도 조정용 베이스부에 인가할 수 있다.
또, 정전척부와 온도 조정용 베이스부 사이에 유기계 접착제층을 개재시켰기 때문에, 이 유기계 접착제층이 정전척부에 대하여 급격한 팽창?수축을 완화하는 완충층으로서 기능하게 되고, 따라서, 정전척부에 크랙이나 깨짐 등이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 정전척부의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 정전척부를 구성하는 재치판을, 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체 또는 산화이트륨 소결체로 하였기 때문에, 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 향상시킬 수 있고, 기계적 강도도 충분하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 정전척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 정전척 장치에 있어서, 히터 엘리먼트의 히터 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 실시예의 정전척 장치에 있어서, 냉각 시의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예의 정전척 장치에 있어서, 50℃로 유지했을 때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예의 정전척 장치에 있어서, 승온 시의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 나타내는 도면이다.
본 발명의 정전척 장치의 실시 형태에 대하여, 도면에 의거하여 설명한다.
또한, 이하의 실시 형태는, 발명의 취지를 더욱 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태의 정전척 장치를 나타내는 단면도이고, 정전척 장치(1)는, 원판상의 정전척부(2)와, 이 정전척부(2)를 원하는 온도로 조정하는 두께가 있는 원판상의 온도 조정용 베이스부(3)와, 정전척부(2)의 하면(다른 주면)에 접착된 소정의 패턴을 가지는 접착재(4)와, 접착재(4)의 하면에 접착된 당해 접착재(4)와 동일 형상의 패턴의 히터 엘리먼트(5)와, 온도 조정용 베이스부(3)의 상면에 접착재(6)를 통하여 접착된 절연 부재(7)와, 정전척부(2)의 하면의 히터 엘리먼트(5)와 온도 조정용 베이스부(3) 상의 절연 부재(7)를 대향시킨 상태로 이것들을 접착 일체화하는 유기계 접착제층(8)에 의해 주로서 구성되어 있다.
정전척부(2)는, 상면이 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)를 재치하는 재치면으로 이루어진 재치판(11)과, 이 재치판(11)과 일체화되어 당해 재치판(11)을 지지하는 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12) 사이에 설치된 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 정전 흡착용 내부 전극(13)의 주위를 절연하는 절연재층(14)과, 지지판(12)을 관통하도록 하여 설치되고 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하는 급전용 단자(15)로 구성되어 있다.
상기 재치판(11) 및 지지판(12)은, 겹친 면의 형상을 동일하게 하는 원판상인 것으로, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화알루미늄(AlN) 소결체, 산화이트륨(Y2O3) 소결체 등의 기계적인 강도를　가지고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 절연성의 세라믹 소결체로 이루어지는 것이다.
재치판(11)의 재치면에는, 직경이 판상 시료의 두께보다 작은 돌기부(16)가 복수 개 형성되고, 이들 돌기부(16)이 판상 시료(W)를 지지하는 구성으로 되어 있다.
재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)의 합계의 두께, 즉, 정전척부(2)의 두께는 0.7㎜ 이상이면서 3.0㎜ 이하가 바람직하다. 정전척부(2)의 두께가 0.7㎜를 하회하면, 정전척부(2)의 기계적 강도를 확보할 수 없고, 한편, 정전척부(2)의 두께가 3.0㎜를 넘으면, 정전척부(2)의 열용량이 너무 커져서, 재치되는 판상 시료(W)의 열응답성이 열화되며, 나아가서는, 정전척부의 가로 방향의 열전달의 증가에 의해, 판상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해진다.
특히, 재치판(11)의 두께는, 0.3㎜ 이상이면서 2.0㎜ 이하가 바람직하다. 재치판(11)의 두께가 0.3㎜를 하회하면, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 인가된 전압에 의해 방전될 위험성이 높아지고, 한편, 재치판(11)의 두께가 2.0㎜를 넘으면, 판상 시료(W)를 충분히 흡착 고정할 수 없고, 따라서 판상 시료(W)를 충분히 가열하는 것이 곤란하게 된다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 전하를 발생시켜서 정전 흡착력으로 판상 시료를 고정하기 위한 정전척용 전극으로서 사용되는 것으로, 그 용도에 따라, 그 형상이나, 크기가 적절하게 조정된다.
이 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 산화알루미늄-탄화탄탈(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합　소결체, 질화알루미늄-탄탈(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화이트륨-몰리브덴(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹, 또는, 텅스텐(W), 탄탈(Ta),몰리브덴(Mo) 등의 고융점 금속에 의해 형성되어 있다.
정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.1㎛ 이상이면서 100㎛ 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 5㎛ 이상이면서 20㎛ 이하이다. 정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께가 0.1㎛를 하회하면, 충분한 도전성을 확보할 수 없고, 한편, 정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께가 100㎛를 넘으면, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12) 사이의 열팽창율 차에 기인하여, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 들어가기 쉬워진다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의해 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 둘러싸 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 내부 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부, 즉 정전 흡착용 내부 전극(13) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이고, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일한 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의해 구성되어 있다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위하여 설치된 막대 형상인 것이다. 급전용 단자(15)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 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 세라믹, 또는, 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료가 적절하게 사용된다.
상기 급전용 단자(15)는, 절연성을 가지는 애자(17)에 의해 온도 조정용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
그리고, 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 의해 접합 일체화되어서 정전척부(2)를 구성하고 있다.
온도 조정용 베이스부(3)는, 정전척부(2)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것으로, 두께가 있는 원판상인 것이다.
이 온도 조정용 베이스부(3)로서는, 예를 들면, 그 내부에 물을 순환시키는 유로(도시 생략)가 형성된 수냉 베이스 등이 적합하다.
온도 조정용 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적절하게 사용된다. 온도 조정용 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
접착재(4)는, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성 및 절연성을 가지고, 후술하는 히터 엘리먼트(5)와 동일한 패턴 형상의 시트상 또는 필름상의 접착성 수지이며, 두께는 5㎛?100㎛가 바람직하고, 더 바람직하게는 10㎛?50㎛이다.
접착재(4)의 면 내 두께의 편차는 10㎛ 이내가 바람직하다. 접착재(4)의 면 내 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 정전척부(2)와 히터 엘리먼트(5)의 면 내 간격에10㎛가 넘는 편차가 생기고, 그 결과, 히터 엘리먼트(5)로부터 정전척부(2)에 전달되는 열의 면 내 균일성이 저하되며, 정전척부(2)의 재치면에 있어서의 면 내 온도가 불균일하게 되기 때문에, 바람직하지 않다.
히터 엘리먼트(5)는, 지지판(12)의 하면에 접착재(4)를 통하여 배치하여 설치된 것으로, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 서로 독립된 2개의 히터, 즉 중심부에 형성된 내부 히터(5a)와, 이 내부 히터(5a)의 주연부 외방에 고리형으로 형성된 외부 히터(5b)로 구성되고, 이들 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b) 각각의 양단부의 급전용 단자와의 접속 위치(21) 각각에는, 도 1에 나타내는 급전용 단자(22)가 접속되며, 이 급전용 단자(22)는, 절연성을 가지는 애자(23)에 의해 온도 조정용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
상기 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b)는, 각각이, 폭이 좁은 띠 형상의 금속 재료를 사행(蛇行)시킨 패턴을 축을 중심으로 하여, 이 축의 주위에 반복 배치하고, 또한 인접하는 패턴끼리 접속함으로써, 1개의 연속된 띠 형상의 히터 패턴으로 되어 있다.
히터 엘리먼트(5)에서는, 상기 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b)를 각각 독립적으로 제어함으로써, 재치판(11)의 재치면에 정전 흡착에 의해 고정되어 있는 판상 시료(W)의 면 내 온도 분포를 양호한 정밀도로 제어하도록 되어 있다.
히터 엘리먼트(5)의 히터 패턴은, 상기와 같이 서로 독립된 2개 이상의 히터 패턴에 의해 구성해도 되고, 또한, 1개의 히터 패턴에 의해 구성해도 되지만, 상기의 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b)와 같이 히터 엘리먼트(5)를 서로 독립된 2개이상의 히터 패턴에 의해 구성하면, 이들 서로 독립된 히터 패턴을 개별적으로 제어함으로써, 처리 중의 판상 시료(W)의 온도를 자유롭게 제어할 수 있기 때문에, 바람직하다.
히터 엘리먼트(5)는, 두께가 0.2㎜ 이하, 바람직하게는 0.1㎜ 이하의 일정한 두께를 가지는 비자성 금속 박판, 예를 들면, 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등을 포토리소그래피법에 의해, 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공함으로써 형성된다. 히터 엘리먼트(5)의 두께가 0.2㎜를 넘으면, 히터 엘리먼트(5)의 패턴 형상이 판상 시료(W)의 온도 분포로서 반영되고, 판상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 곤란해진다.
또, 히터 엘리먼트(5)를 비자성 금속으로 형성하면, 정전척 장치(1)를 고주파 분위기 중에서 사용해도 히터 엘리먼트가 고주파에 의해 자기(自己) 발열하지 않고, 따라서, 판상 시료(W)의 면 내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해지기 때문에 바람직하다.
또, 일정한 두께의 비자성 금속 박판을 사용하여 히터 엘리먼트(5)를 형성하면, 히터 엘리먼트(5)의 두께가 가열면 전역에서 일정해지고, 또한 발열량도 가열면 전역에서 일정해지기 때문에, 정전척부(2)의 재치면에 있어서의 온도 분포를 균일화할 수 있다.
히터 엘리먼트(5)에서는, 상기 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b)를 각각 독립적으로 제어함으로써, 히터 엘리먼트(5)의 히터 패턴을 판상 시료(W)에 반영되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 재치판(11)의 재치면에 정전 흡착에 의해 고정되어 있는 판상 시료(W)의 면 내 온도 분포를 원하는 온도 패턴으로 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.
접착재(6)는, 온도 조정용 베이스부(3)의 상면에 절연 부재(7)을 접착하기 위한 것으로, 접착재(4)와 마찬가지로, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성 및 절연성을 가지는 시트상 또는 필름상의 접착성 수지이며, 두께는 5㎛?100㎛가 바람직하고, 더 바람직하게는 10㎛?50㎛이다.
접착재(6)의 면 내 두께의 편차는 10㎛ 이내가 바람직하다. 접착재(6)의 면 내 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 온도 조정용 베이스부(3)와 절연 부재(7)의 간격에 10㎛가 넘는 편차가 생기고, 그 결과, 온도 조정용 베이스부(3)에 의한 정전척부(2)의 온도 제어의 면 내 균일성이 저하되며, 정전척부(2)의 재치면에 있어서의 면 내 온도가 불균일하게 되기 때문에, 바람직하지 않다.
절연 부재(7)는, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 절연성 및 내전압성을 가지는 필름상 또는 시트상의 수지이며, 절연 부재(7)의 면 내 두께의 편차는 10㎛ 이내가 바람직하다. 절연 부재(7)의 면 내 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 두께의 대소에 의해 온도 분포에 고저의 차가 생기고, 그 결과, 절연 부재(7)의 두께 조정에 의한 온도 제어에 악영향을 미치게 하기 때문에, 바람직하지 않다.
절연 부재(7)의 열전도율은, 0.05W/mk 이상이면서 0.5W/mk 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 0.1W/mk 이상이면서 0.25W/mk 이하이다.
열전도율이 0.1W/mk 미만이면, 정전척부(2)로부터 온도 조정용 베이스부로의 절연 부재(7)를 통한 열전달이 어려워져서, 냉각 속도가 저하되기 때문에 바람직하지 않고, 한편, 열전도율이 1W/mk를 넘으면, 히터부로부터 온도 조정용 베이스부(3)로의 절연 부재(7)를 통한 열전달이 증가되어, 승온 속도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
유기계 접착제층(8)은, 정전척부(2)의 하면에 접착재(4)를 통하여 접착된 히터 엘리먼트(5)와 온도 조정용 베이스부(3) 상에 접착재(6)를 통하여 접착된 절연 부재(7)를 대향시킨 상태에서, 이것들을 접착 일체화함과 함께, 열응력의 완화 작용을 가지는 것으로, 유기계 접착제층(8)의 두께는 50㎛ 이상이면서 500㎛ 이하인 것이 바람직하다.
유기계 접착제층(8)의 두께가 50㎛를 하회하면, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3) 사이의 열전도성은 양호해지지만, 열응력 완화가 불충분해져서, 균열이나 크랙이 생기기 쉬워지기 때문이며, 한편, 유기계 접착제층(8)의 두께가 500㎛를 넘으면, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3) 사이의 열전도성을 충분히 확보할 수 없게 된다.
상기 유기계 접착제층(8)은, 예를 들면, 실리콘계 수지 조성물을 가열 경화한 경화체 또는 아크릴수지로 형성되어 있다.
실리콘계 수지 조성물은, 내열성, 탄성이 우수한 수지이며, 실록산 결합(Si-O-Si)을 가지는 규소 화합물이다. 이 실리콘계 수지 조성물은, 예를 들면, 하기의 식 (1) 또는 식 (2)의 화학식으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
단, R은, H 또는 알킬기(CnH2n +1-:n은 정수)이다.
Figure pct00002
단, R는, H 또는 알킬기(CnH2n +1-:n은 정수)이다.
이와 같은 실리콘 수지로서는, 특히, 열경화 온도가 70℃?140℃의 실리콘 수지가 바람직하다. 열경화 온도가 70℃를 하회하면, 정전척부(2)의 지지판(12) 및 히터 엘리먼트(5)와, 온도 조정용 베이스부(3) 및 절연 부재(7)를 대향시킨 상태에서 접합할 때에, 접합 과정에서 경화가 시작되어, 작업성이 뒤떨어지게 되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 열경화 온도가 140℃를 넘으면, 정전척부(2)의 지지판(12) 및 히터 엘리먼트(5)와, 온도 조정용 베이스부(3) 및 절연 부재(7)의 열팽창 차가 크고, 정전척부(2)의 지지판(12) 및 히터 엘리먼트(5)와, 온도 조정용 베이스부(3) 및 절연 부재(7) 사이의 응력이 증가하여, 이들 사이에서 박리가 생길 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 실리콘 수지로서는, 경화 후의 영률(Young's modulus)이 8MPa 이하인 수지가 바람직하다. 경화 후의 영률이 8MPa를 넘으면, 유기계 접착제층(8)에 승온, 강온의 열 사이클이 부하되었을 때에, 지지판(12)과 온도 조정용 베이스부(3)의 열팽창 차를 흡수할 수 없고, 유기계 접착제층(8)의 내구성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다.
유기계 접착제층(8)에는, 평균 입경이 1㎛ 이상이면서 10㎛ 이하인 무기산화물, 무기질화물, 무기산질화물로 이루어지는 필러, 예를 들면, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성된 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자가 함유되어 있는 것이 바람직하다.
표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 실리콘 수지의 열전도성을 개선하기 위하여 혼입된 것으로, 그 혼입율을 조정함으로써, 유기계 접착제층(8)의 열전달율을 제어할 수 있다.
즉, 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 혼입율을 높임으로써, 유기계 접착제층(8)을 구성하는 유기계 접착제의 열전달율을 크게 할 수 있다.
또, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면에 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층이 형성되어 있기 때문에, 표면 피복이 실시되어 있지 않은 단순한 질화알루미늄(AlN) 입자와 비교하여 우수한 내수성을 가지고 있다. 따라서, 실리콘계 수지 조성물을 주성분으로 하는 유기계 접착제층(8)의 내구성을 확보할 수 있고, 그 결과, 정전척 장치(1)의 내구성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또, 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 질화알루미늄(AlN) 입자의 표면이, 우수한 내수성을 가지는 산화 규소(SiO2)로 이루어지는 피복층에 의해 피복되어 있기 때문에, 질화알루미늄(AlN)이 대기 중의 물에 의해 가수 분해될 우려가 없고, 질화알루미늄(AlN)의 열전달율이 저하할 우려도 없어, 유기계 접착제층(8)의 내구성이 향상된다.
또한, 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)에 대한 오염원이 될 우려도 없고, 이 점에서도 바람직한 필러라고 할 수 있다.
표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자는, 피복층 중의 Si와 실리콘계 수지 조성물에 의하여 강고한 결합 상태를 얻는 것이 가능하기 때문에, 유기계 접착제층(8)의 신장성을 향상시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 정전척부(2)의 지지판(12)의 열팽창율과 온도 조정용 베이스부(3)의 열팽창율의 차에 기인하는 열응력을 완화시킬 수 있고, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)를 양호한 정밀도로, 강고하게 접착할 수 있다. 또, 사용 시의 열 사이클 부하에 대한 내구성이 충분해지기 때문에, 정전척 장치(1)의 내구성이 향상된다.
표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 평균 입경은, 1㎛ 이상이면서 10㎛ 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 2㎛ 이상이면서 5㎛ 이하이다.
이 표면 피복 질화알루미늄(AlN) 입자의 평균 입경이 1㎛를 하회하면, 입자끼리의 접촉이 불충분하게 되고, 결과적으로 열전달율이 저하될 우려가 있으며, 또한, 입경이 너무 작으면, 취급 등의 작업성의 저하를 초래하게 되어, 바람직하지 않다. 한편, 평균 입경이 10㎛를 넘으면, 접착층의 두께에 불균일이 생기기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.
또, 유기계 접착제층(8)은, 영률이 1GPa 이하이고, 유연성(쇼어 경도가 A100 이하)을 가지는 열경화형 아크릴 수지 접착제로 형성되어 있어도 된다. 이 경우에는, 필러는 함유되어 있어도 되고, 함유되어 있지 않아도 된다.
다음으로, 정전척 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 산화알루미늄-탄화규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체 또는 산화이트륨(Y2O3) 소결체에 의해 판상의 재치판(11) 및 지지판(12)을 제조한다. 이 경우, 탄화규소 분말 및 산화알루미늄 분말을 포함하는 혼합 분말 또는 산화이트륨 분말을 원하는 형상으로 성형하고, 그 후, 예를 들면, 1400℃?2000℃의 온도, 비산화성 분위기, 바람직하게는 불활성 분위기 하에서 소정 시간, 소성함으로써, 재치판(11) 및 지지판(12)을 얻을 수 있다.
이어서, 지지판(12)에, 급전용 단자(15)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을 복수 개 형성한다.
이어서, 급전용 단자(15)를, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정할 수 있는 크기, 형상이 되도록 제조한다. 급전용 단자(15)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, 급전용 단자(15)를 도전성 복합 소결체로 한 경우, 도전성 세라믹 분말을, 원하는 형상으로 성형하여 가압 소성하는 방법 등을 들 수 있다.
이때, 급전용 단자(15)에 사용되는 도전성 세라믹 분말로서는, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 동일한 재질로 이루어지는 도전성 세라믹 분말이 바람직하다.
또, 급전용 단자(15)를 금속으로 한 경우, 고융점 금속을 사용하고, 연삭법, 분말 야금 등의 금속 가공법 등에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
이어서, 급전용 단자(15)가 끼워 넣어진 지지판(12)의 표면의 소정 영역에, 급전용 단자(15)에 접촉하도록, 상기의 도전성 세라믹 분말 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산된 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을 도포하고, 건조하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 한다.
도포법으로서는, 균일한 두께로 도포할 필요가 있기 때문에, 스크린 인쇄법 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 다른 방법으로서는, 증착법 혹은 스퍼터링법에 의해 상기의 고융점 금속의 박막을 성막하는 방법, 상기의 도전성 세라믹 혹은 고융점 금속으로 이루어지는 박판을 배치하고 설치하여 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 하는 방법 등이 있다.
또, 지지판(12) 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층을 형성한 영역 이외의 영역에, 절연성, 내부식성, 내플라즈마성을 향상시키기 위하여, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일한 조성 또는 주성분이 동일한 분말 재료를 포함하는 절연재층을 형성한다. 이 절연재층은, 예를 들면, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일한 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료 분말을 유기 용매에 분산한 도포액을, 상기 소정 영역에 스크린 인쇄 등으로 도포하고, 건조시킴으로써 형성할 수 있다.
이어서, 지지판(12) 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층 상에 재치판(11)을 겹치고, 이어서, 이것들을 고온, 고압 하에서 핫 프레스하여 일체화한다. 핫 프레스에 있어서의 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다. 또, 핫 프레스에 있어서의 1축 가압 시의 압력은 5?10MPa가 바람직하고, 온도는 1400℃?1850℃가 바람직하다.
이 핫 프레스에 의해, 정전 흡착용 내부 전극 형성층은 소성되어서 도전성 복합 소결체로 이루어지는 정전 흡착용 내부 전극(13)이 된다. 동시에, 지지판(12) 및 재치판(11)은, 절연재층(14)을 통하여 접합 일체화된다.
또, 급전용 단자(15)는, 고온, 고압 하에서의 핫 프레스로 재소성되고, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정된다.
그리고, 이들 접합체의 상하면, 외주 및 가스 구멍 등을 기계 가공하여, 정전척부(2)로 한다.
이어서, 정전척부(2)의 지지판(12)의 표면(하면)의 소정의 영역에, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성 및 절연성을 가지고 또한 히터 엘리먼트(5)와 동일한 패턴 형상의 시트상 또는 필름상의 접착성 수지를 부착하여, 접착재(4)로 한다.
접착재(4)는, 지지판(12)의 표면(하면)에, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성 및 절연성을 가지는 접착성 수지 시트 또는 접착성 수지 필름을 부착하고, 이 시트 또는 필름에 히터 엘리먼트(5)와 동일한 패턴을 형성함에 의해서 제조할 수 있다.
이어서, 접착재(4) 상에, 두께가 0.2㎜ 이하, 바람직하게는 0.1㎜ 이하의 일정한 두께를 가지는, 예를 들면, 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브덴(Mo) 박판 등의 비자성 금속 박판을 부착하고, 이 비자성 금속 박판을 포토리소그래피법에 의해, 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(5)로 한다.
이것에 의해, 지지판(12)의 표면(하면)에 원하는 히터 패턴을 가지는 히터 엘리먼트(5)가 접착재(4)를 통하여 형성된 히터 엘리먼트가 있는 정전척부가 얻어진다.
이어서, 소정의 크기 및 형상의 급전용 단자(22)를 제조한다. 급전용 단자(22)의 제조 방법은, 상기 서술한 급전용 단자(15)의 제조 방법과 마찬가지로, 예를 들면, 급전용 단자(22)를 도전성 복합 소결체로 한 경우, 도전성 세라믹 분말을, 원하는 형상으로 성형하여 가압 소성하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 급전용 단자(22)를 금속으로 한 경우, 고융점 금속을 사용하고, 연삭법, 분말 야금 등의 금속 가공법 등에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
한편, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등으로 이루어지는 금속 재료로 기계 가공을 실시하고, 필요에 따라, 금속 재료의 내부에 물을 순환시키는 유로 등을 형성하며, 또한, 급전용 단자(15) 및 애자(17)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍과, 급전용 단자(22) 및 애자(23)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을 형성하고, 온도 조정용 베이스부(3)로 한다.
온도 조정용 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면에는, 알루마이트 처리를 실시하거나, 혹은 알루미나 등의 절연막을 성막하는 것이 바람직하다.
이어서, 온도 조정용 베이스부(3)의 정전척부(2)와의 접합면을, 예를 들면, 아세톤을 사용하여 탈지, 세정하고, 이 접합면 상의 소정 위치에, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성 및 절연성을 가지는 시트상 또는 필름 상의 접착성 수지를 부착하여, 접착재(6)로 한다.
이어서, 접착재(6) 상에, 접착재(6)와 동일한 평면 형상의 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 절연성 및 내전압성을 가지는 필름상 또는 시트상의 수지를 부착하여, 절연 부재(7)로 한다.
이어서, 접착재(6) 및 절연 부재(7)가 적층된 온도 조정용 베이스부(3) 상의 소정 영역에, 예를 들면, 실리콘계 수지 조성물로 이루어지는 접착제를 도포한다. 접착제의 도포량은, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)가 스페이서에 의해 일정한 간격을 유지한 상태에서 접합 일체화할 수 있도록, 소정량의 범위 내로 한다.
접착제의 도포 방법으로서는, 주걱 등을 사용하여 수동으로 도포하는 것 외에, 바코트법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있지만, 온도 조정용 베이스부(3) 상의 소정 영역에 양호한 정밀도로 형성할 필요가 있다는 점에서, 스크린 인쇄법 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도포 후, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)를 접착제를 통하여 겹친다. 이때, 세워 설치한 급전용 단자(15) 및 애자(17)와, 급전용 단자(22) 및 애자(23)를, 온도 조정용 베이스부(3) 중에 천공된 급전용 단자 수용 구멍(도시 생략)에 삽입하여 끼워 넣는다.
이어서, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)의 간격이 스페이서의 두께가 될 때까지 떨어뜨려 넣고, 압출된 여분의 접착제를 제거한다.
이상에 의해, 정전척부(2) 및 온도 조정용 베이스부(3)는, 접착재(6), 절연 부재(7) 및 유기계 접착제층(8)을 통하여 접합 일체화되고, 본 실시 형태의 정전척 장치(1)가 얻어지게 된다.
이렇게 하여 얻어진 정전척 장치(1)는, 히터 엘리먼트(5)가 시트상 또는 필름상의 접착재(4)를 통하여 접착된 정전척부(2)와, 온도 조정용 베이스부(3)를, 유기계 접착제층(8) 및 시트상 또는 필름상의 절연 부재(7)를 통하여 접착 일체화하였기 때문에, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3) 사이의 절연을 양호하게 유지 할 수 있다. 따라서, 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3) 사이의 내전압성을 향상시킬 수 있다.
또, 정전척부(2)에 시트상 또는 필름상의 접착재(4)를 통하여 히터 엘리먼트(5)를 접착하였기 때문에, 정전척부(2)의 재치면에 있어서의 면 내 온도의 균일성을 높일 수 있어, 히터 엘리먼트(5)의 내전압성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 히터 엘리먼트(5)가 접착된 정전척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3) 사이에 유기계 접착제층(8)을 개재시켰기 때문에, 유기계 접착제층(8)이 정전척부(2)에 대하여 급격한 팽창?수축을 완화하는 완충층으로서 기능함으로써, 정전척부(2)에 있어서의 크랙이나 깨짐 등을 방지할 수 있고, 따라서, 정전척부(2)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하겠으나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
「실시예 1」
(정전척 장치의 제조)
공지된 방법에 의해, 내부에 두께 20㎛의 정전 흡착용 내부 전극(13)이 매설된 정전척부(2)를 제조하였다.
정전척부(2)의 재치판(11)은, 탄화규소를 8.5질량% 함유하는 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체이고, 직경은 298㎜, 두께는 0.5㎜의 원판상이었다. 또, 재치판(11)의 정전 흡착면을, 높이가 40㎛의 다수의 돌기부(16)를 형성함으로써 요철면으로 하고, 이들 돌기부(16)의 정상면을 판상 시료(W)의 유지면으로 하며, 오목부와 정전 흡착된 판상 시료(W) 사이에 형성되는 홈에 냉각 가스를 흐르게 할 수 있게 하였다.
또, 지지판(12)도 재치판(11)과 마찬가지로, 탄화 규소를 8.5질량% 함유하는 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체이고, 직경은 298㎜, 두께는 2㎜의 원판상이었다.
재치판(11) 및 지지판(12)을 접합 일체화함으로써, 정전척부(2)의 전체 두께는 2.5㎜가 되어 있었다.
한편, 직경 350㎜, 높이 30㎜의 알루미늄제의 온도 조정용 베이스부(3)를, 기계 가공에 의해 제조하였다. 온도 조정용 베이스부(3)의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로(도시 생략)를 형성하였다.
또, 폭 2000㎛, 길이 2000㎛, 높이 200㎛의 각진 형상의 스페이서를, 산화알루미늄 소결체로 제조하였다.
이어서, 정전척부(2)의 지지판(12)의 표면(하면)을, 아세톤을 사용하여 탈지, 세정하고, 이 표면의 소정의 영역에, 두께 20㎛의 에폭시 수지로 이루어지는 시트 접착제를 부착하여, 접착재(4)로 하였다.
이어서, 접착재(4) 상에, 두께가 100㎛인 티탄(Ti) 박판을 재치하였다. 이어서, 진공 중, 150℃에서 가압 유지하고, 정전척부(2)와 티탄(Ti) 박판을 접착 고정하였다.
이어서, 티탄(Ti) 박판을 포토리소그래피법에 의해, 도 2에 나타내는 히터 패턴으로 에칭 가공하고, 히터 엘리먼트(5)로 하였다. 또, 히터 엘리먼트(5)에, 티탄제의 급전용 단자(22)를 용접법을 사용하여 세워 설치하였다.
이것에 의해, 히터 엘리먼트가 있는 정전척부가 얻어졌다.
이어서, 온도 조정용 베이스부(3)의 정전척부(2)와의 접합면을, 아세톤을 사용하여 탈지, 세정하고, 이 접합면 상의 소정 위치에, 접착재(6)로서 두께 20㎛의 에폭시 수지로 이루어지는 시트 접착제를 부착하고, 이어서, 이 시트 접착제 상에, 절연 부재(7)로서 두께 50㎛의 폴리이미드 필름을 부착하였다.
또, 질화알루미늄(AlN) 분말에, 실리콘 수지-질화알루미늄(AlN) 분말을 상기의 질화알루미늄(AlN) 분말에 대하여 20vol%가 되도록 혼합하고, 이 혼합물에 교반 탈포 처리를 실시하여, 실리콘계 수지 조성물을 얻었다.
또한, 질화알루미늄 분말은, 습식체에 의해 선별한 입경이 평균 10?20㎛인 것을 사용하였다.
이어서, 시트 접착제 및 폴리이미드 필름이 적층된 온도 조정용 베이스부 상에, 스크린 인쇄법에 의해 실리콘계 수지 조성물을 도포하고, 이어서, 정전척부와 온도 조정용 베이스부를 실리콘계 수지 조성물을 개재하여 겹쳤다.
이어서, 정전척부의 히터 엘리먼트와 온도 조정용 베이스부의 간격이 각진 형상의 스페이서의 높이, 즉 200㎛가 될 때까지 떨어뜨려 넣은 후, 110℃에서 12시간 유지하고, 실리콘계 수지 조성물을 경화시켜서 정전척부와 온도 조정용 베이스부를 접합시켜, 실시예 1의 정전척 장치를 제조하였다.
(평가)
실시예 1의 정전척 장치의 (1) 내전압성, (2) 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어 및 승강온 특성, (3) 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어, 각각에 대하여 평가하였다.
(1) 내전압성
온도 조정용 베이스부(3)와 히터 엘리먼트(5)의 사이에, 1kV로부터 1kV씩 단계적으로 상승시키고, 최대값 10kV의 전압을 인가하여, 각 전압에 있어서의 누설 전류를 측정하였다. 여기서는, 온도 조정용 베이스부(3)와 히터 엘리먼트(5) 사이의 유기계 접착제층(8)의 두께가 100㎛, 200㎛, 300㎛인 3종류의 정전척 장치를 제조하고, 각각의 내전압성을 평가하였다.
그 결과, 3종류의 정전척 장치 모두, 10kV의 전압을 인가한 경우의 누설 전류는 0.1μA 이하이고, 매우 양호한 내전압성을 나타내고 있었다.
(2) 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어 및 승강온 특성
a．정전척부(2)의 재치면에 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 정전 흡착시키고, 온도 조정용 베이스부(3)의 유로(도시 생략)에 20℃의 냉각수를 순환시키면서, 실리콘 웨이퍼의 중심 온도가 40℃가 되도록 히터 엘리먼트(5)의 외부 히터(5b) 및 내부 히터(5a)에 통전하고, 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 서모그래피 TVS-200EX(니혼아비오닉스사 제품)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3 중, A는 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 면 내 온도 분포를, B는 실리콘 웨이퍼의 상기의 일 직경 방향과 직행하는 직경 방향의 면 내 온도 분포를, 각각 나타내고 있다.
다음으로,
b．히터 엘리먼트(5)의 외부 히터(5b)의 통전량을 높여, 실리콘 웨이퍼 외주부의 온도가 60℃가 되도록 승온 속도 3.6℃/초로 승온시키고, 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 서모그래피 TVS-200EX(니혼아비오닉스사 제품)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4 중, A는 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 면 내 온도 분포를, B는 실리콘 웨이퍼의 상기의 일 직경 방향과 직행하는 직경 방향의 면 내 온도 분포를, 각각 나타내고 있다.
또한,
ｃ．히터 엘리먼트(5)의 외부 히터(5b)의 통전을 정지하고, 실리콘 웨이퍼 외주부의 온도가 30℃가 되도록 강온 속도 4.0℃/초로 강온시키고, 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 서모그래피 TVS-200EX(니혼아비오닉스사 제품)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5 중, A는 실리콘 웨이퍼의 일 직경 방향의 면 내 온도 분포를, B는 실리콘 웨이퍼의 상기의 일 직경 방향과 직행하는 직경 방향의 면 내 온도 분포를, 각각 나타내고 있다.
상기의 a?c의 측정 결과에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±20℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있는 것을 알 수 있었다.
(3) 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어
정전척 장치(1)를 진공 챔버 내에 고정하고, 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도를 측정하였다. 여기서는, 유사 플라즈마 입열로서, 정전척 장치(1)의 재치면으로부터 40㎜ 상부에 배치하여 설치되고, 직경이 300㎜의 면 형상이며 또한 외주부가 내부보다 발열량이 많은 외부 히터에 의한 가열을 사용하였다. 또한, 실리콘 웨이퍼와 정전척부(2)의 정전 흡착면 사이에 형성된 홈에, 30torr의 압력의 He 가스를 흐르게 하였다.
여기서는, 먼저, 정전척부(2)의 재치면에 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 정전 흡착시키고, 온도 조정용 베이스부(3)의 유로(도시 생략)에 20℃의 냉각수를 순환시키면서, 실리콘 웨이퍼 전역의 온도가 40℃가 되도록, 히터 엘리먼트(5)의 외부 히터(5b) 및 내부 히터(5a)에 통전하였다.
이어서,
d. 상기의 통전 상태를 유지하면서, 추가로 외부 히터(5b)에도 통전하였다. 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도를 열전대에서 측정한바, 실리콘 웨이퍼 중심부의 온도는 60℃, 실리콘 웨이퍼 외주부의 온도는 70℃이었다.
이어서,
e．히터 엘리먼트(5)의 내부 히터(5a) 및 외부 히터(5b)의 통전을 유지한 채, 히터 엘리먼트(5)의 외부 히터(5b)의 통전량을 낮추었다. 이때의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도를 열전대에서 측정한바, 실리콘 웨이퍼 전역에 있어서, 온도는 60℃로 일정하였다.
상기의 ｄ?e의 측정 결과에 의하면, 유사 플라즈마 입열 하에 있어서도, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 10℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있는 것을 알 수 있었다.
「실시예 2」
(정전척 장치의 제조)
정전척부(2)의 재치판(11) 및 지지판(12)을 산화이트륨 소결체로 하고, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 산화이트륨-몰리브덴 도전성 복합 소결체로 한 것 외에는, 실시예 1에 준하여, 실시예 2의 정전척 장치를 제조하였다.
(평가)
실시예 2의 정전척 장치를, 실시예 1에 준하여 평가하였다.
그 결과, (1) 내전압성에 대해서는, 10kV 또는 4kV의 전압을 인가한 경우의 누설 전류가 0.1μA 이하이고, 매우 양호한 내전압성을 나타내고 있었다. (2) 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어 및 승강온 특성에서는, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±20℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있는 것을 알 수 있었다. 또, (3) 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어에 있어서도, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 10℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있는 것을 알 수 있었다.
「비교예 1」
(정전척 장치의 제조)
정전척부(2)의 지지판(12)의 표면(하면)의 소정의 영역에, 점성이 있는 액상의 에폭시 수지로 이루어지는 접착제를 도포하고, 접착제층을 형성하며, 이 접착제층 상에, 두께가 100㎛인 티탄(Ti) 박판을 접착 고정한 것 외에는, 실시예 1에 준하여, 비교예 1의 정전척 장치를 제조하였다.
(평가)
비교예 1의 정전척 장치를, 실시예 1에 준하여 평가하였다.
그 결과, (1) 내전압성에 대해서는, 10kV 또는 4kV의 전압을 인가한 경우의 누설 전류가 0.5μA 이하이고, 매우 양호한 내전압성을 나타내고 있었지만, (2) 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어 및 승강온 특성에서는, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±5.0℃의 범위가 되어 있고, 면 내 온도 균일성이 저하되어 있는 것을 알 수 있었다. 또, (3) 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어에 있어서도, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±5.0℃의 범위로 되어 있고, 면내 온도 균일성이 저하되어 있는 것을 알 수 있었다.
「비교예 2」
(정전척 장치의 제조)
온도 조정용 베이스부(3)의 정전척부(2)와의 접합면 상에, 시트 접착제 및 폴리이미드 필름을 순차 부착하지 않은 것 외에는, 실시예 1에 준하여, 비교예 2의 정전척 장치를 제조하였다.
(평가)
비교예 2의 정전척 장치를, 실시예 1에 준하여 평가하였다.
그 결과, (1) 내전압성에 대해서는, 온도 조정용 베이스부(3)와 히터 엘리먼트(5) 사이의 유기계 접착제층(8)의 두께가 100㎛에서는, 2.6kV?7kV에서 방전이 생기고, 두께가 200㎛이면 10kV에서 방전이 생겼으며, 두께가 300㎛에서는, 10kV에서 방전이 생기지 않았다. 그 결과, 유기계 접착제층(8)의 두께가 300㎛에서는 매우 양호한 내전압성을 나타내고 있지만, 두께가 200㎛ 이하에서는 10kV 또는 그 이하의 전압으로 방전되어, 내전압성이 저하하고 있었다.
한편, (2) 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어 및 승강온 특성에서는, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±20℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있고, 면 내 온도 균일성이 향상되고 있음을 알 수 있었다. 또, (3) 유사 플라즈마 입열 하에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도 제어에 있어서도, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도가 ±10℃의 범위 내에서 양호하게 제어되고 있고, 면 내 온도 균일성이 향상되고 있음을 알 수 있었다.
1… 정전척 장치, 2… 정전척부, 3… 온도 조정용 베이스부, 4… 접착재, 5… 히터 엘리먼트, 5a… 내부 히터, 5b… 외부 히터, 6… 접착재, 7… 절연 부재, 8… 유기계 접착제층, 11… 재치판, 12… 지지판, 13… 정전 흡착용 내부 전극, 14… 절연재층, 15… 급전용 단자, 16… 돌기부, 17… 애자, 21… 급전용 단자와의 접속 위치, 22… 급전용 단자, 23… 애자, W… 판상 시료

Claims (8)

  1. 일 주면을 판상 시료를 재치하는 재치면으로 함과 함께 정전 흡착용 내부 전극을 내장한 정전척부와, 정전척부를 원하는 온도로 조정하는 온도 조정용 베이스부를 구비하고,
    상기 정전척부의 상기 재치면과 반대 측의 주면에는, 접착재를 통하여 가열 부재가 접착되고,
    상기 온도 조정용 베이스부의 상기 정전척부 측의 면 전체 또는 일부분은, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복되고,
    가열 부재가 접착된 상기 정전척부와, 시트상 또는 필름상의 절연재에 의해 피복된 상기 온도 조정용 베이스부는, 액상 접착제를 경화하여 이루어지는 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시트상 또는 필름상의 절연재는, 시트상 또는 필름상의 접착재에 의해 상기 온도 조정용 베이스부에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정전척부의 두께는, 0.7㎜ 이상이면서 3.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 부재는, 두께가 0.2㎜ 이하의 비자성 금속으로 이루어지는 얇은 판상의 히터 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접착재는, 실리콘계 또는 아크릴계의 접착재인 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접착재의 두께의 편차는, 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정전척부는, 일 주면을 상기 재치면으로 한 재치판과, 재치판과 일체화되어 재치판을 지지하는 지지판과, 재치판과 지지판 사이에 설치된 상기 정전 흡착용 내부 전극을 구비하고,
    상기 재치판은, 산화알루미늄-탄화규소 복합 소결체 또는 산화이트륨 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재치판의 두께는, 0.3㎜ 이상이면서 2.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
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