KR20130030293A - 정전 척 - Google Patents

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KR20130030293A
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준지 요네자와
토시히로 아오시마
요시히데 하야시다
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Abstract

본 발명에 의한 정전 척은 피흡착물을 적재하는 측의 주면에 형성된 돌기부와 상기 돌기부의 주변에 형성된 평면부를 갖는 유전체 기판을 구비한 정전 척으로서, 상기 유전체 기판은 다결정 세라믹스 소결체로 형성되고, 상기 돌기부의 최상면은 곡면으로 되고, 상기 최상면에는 제 1 오목부가 형성되고, 상기 평면부는 평탄부를 갖고, 상기 평탄부에는 제 2 오목부가 형성되고, 상기 제 1 오목부의 깊이 치수는 상기 제 2 오목부의 깊이 치수보다 큰 것을 특징으로 한다.
파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있다.

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 피흡착물(반도체 웨이퍼나 유리 기판 등)을 흡착 유지하는 수단으로서 정전 척이 사용되고 있다.
여기에서, 정전 척의 적재면과 피흡착물이 서로 마찰되면 파티클이 발생할 우려가 있다. 또한, 정전 척의 적재면과 피흡착물의 접촉 면적이 커지면 피흡착물의 흡착 탈리 응답성이 나빠질 우려가 있다.
그 때문에, 정전 척의 적재면측에 돌기부를 형성함으로써 접촉 면적을 작게 하고, 파티클 오염의 억제와 피흡착물의 흡착 탈리 응답성의 향상을 도모하는 기술이 알려져 있다.
그리고, 정전 척의 적재면측에 돌기부를 형성함과 아울러 돌기부의 최상면을 버프 연마하여 최상면에 표면 조도(Ra)가 0.25S 이하인 평탄면을 형성하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조).
이 특허문헌 1에 개시된 기술은 돌기부의 최상면이나 측면, 및 돌기부 주변의 평면부(오목부의 저면)를 경면 연마함으로써 이들 부분에 피흡착물의 이면이 접촉했을 경우라도 파티클의 발생을 억제할 수 있게 한 것이다(특허문헌 1의 [0008], [0029], [0035] 등을 참조).
그러나, 돌기부의 최상면을 평탄면으로 하면 평탄면인 최상면과 피흡착물의 이면이 마찰됨으로써 오히려 파티클이 증가할 우려가 있다. 특히, 최근에 있어서는 피흡착물의 이면 등에 부착되는 파티클 수의 제한이 엄격해지는 경향이 있어 돌기부의 최상면을 평탄면으로 하면 파티클 수의 제한에 대응할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 돌기부의 최상면을 평탄면으로 하면 피흡착물의 흡착 탈리 응답성도 악화될 우려가 있다.
또한, 정전 척의 적재면측에 돌기부를 형성함과 아울러 돌기부의 최상면을 숏블라스트(shot blast) 가공하고, 최상면에 중심선 평균 조도(Ra)가 0.5㎛ 이상인 조면 영역을 형성하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2의 [0035], [0043]을 참조).
이 조면 영역은 피흡착물의 면내 온도 균일성의 향상, 피흡착물의 흡착 탈리 응답성의 향상 등을 위해서 형성된 것이다. 또한, 조면 영역은 피흡착물의 이면과 접촉하지 않는 비접촉면이 되므로 조면 영역과 피흡착물의 이면이 마찰되는 것을 억제할 수 있다(특허문헌 2의 [0011], [0014]를 참조).
그러나, 조면 영역의 주변에는 중심선 평균 조도(Ra)가 0.5㎛ 이하인 평활 영역이 형성되어 있다. 즉, 특허문헌 1에 개시된 기술의 경우와 마찬가지로 최상면의 평활 영역과 피흡착물의 이면이 마찰됨으로써 파티클이 증가할 우려가 있다. 특히, 최근에 있어서는 피흡착물의 이면 등에 부착되는 파티클 수의 제한이 엄격해지는 경향이 있고, 돌기부의 최상면에 평활 영역을 형성함으로써 파티클 수의 제한에 대응할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 돌기부의 최상면에 평활 영역을 형성하도록 하면 피흡착물의 흡착 탈리 응답성도 악화될 우려가 있다.
또한, 샌드블라스트법 등을 이용하여 돌기부를 형성했을 경우에는 돌기부의 표면 영역이나 평면부의 표면 영역에 크랙 등의 결함부가 발생하고 있는 경우가 있다. 이러한 결함부가 표면 영역에 내재되어 있을 경우, 결함부를 기점으로 해서 표면 영역의 일부가 탈리되어 파티클이 발생할 우려가 있다.
이러한 표면 영역에 내재되는 결함부는 버프 연마법으로는 제거할 수 없고, 숫돌 가공법, 레이저 조각법, 숏블라스트법 등을 이용하면 결함부가 더 증가할 우려도 있다.
또한, 돌기부의 최상면이나 측면, 및 돌기부 주변의 평면부를 구성하는 재료의 결정 입자지름에 관한 고려가 되어 있지 않아 파티클이 증가할 우려도 있다.
또한, 숫돌 가공법, 레이저 조각법, 숏블라스트법 등을 이용하여 특허문헌 2에 개시된 조면 영역을 형성하는 것으로 하면 가늘고 깊은 구멍이 형성되게 된다. 이러한 구멍에 포착된 미소한 이물의 청소에 의한 제거는 곤란하고, 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 포착된 미소한 이물은 정전 척의 동작시에 발생한 전계(電界)에 의해 조면 영역으로부터 떠올라서 피흡착물의 이면에 부착될 우려가 있다. 즉, 조면 영역에 포착된 미소한 이물은 청소에 의한 제거가 곤란하기 때문에 잔류한 이물이 결국에는 파티클이 될 우려가 있다.
일본 특허 공개 2003-86664호 공보 일본 특허 공개 2001-341043호 공보
본 발명의 실시형태는 상기 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것으로서 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있는 정전 척을 제공한다.
제 1 발명은 피흡착물을 적재하는 측의 주면에 형성된 돌기부와 상기 돌기부의 주변에 형성된 평면부를 갖는 유전체 기판을 구비한 정전 척으로서, 상기 유전체 기판은 다결정 세라믹스 소결체로 형성되고, 상기 돌기부의 최상면은 곡면으로 되고, 상기 최상면에는 표면에 나타난 결정립에 대응해서 제 1 오목부가 형성되고, 상기 평면부는 평탄부를 갖고, 상기 평탄부에는 제 2 오목부가 형성되고, 상기 제 1 오목부의 깊이 치수는 상기 제 2 오목부의 깊이 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 제 1 오목부, 제 2 오목부의 내부에 포착된 이물을 제거하는 것이 용이해진다. 즉, 정전 척 표면에 이물이 부착되었을 경우라도 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있다.
최상면은 곡면으로 되어 있고 또한 제 1 오목부가 형성되어 있다. 그 때문에, 최상면과 피흡착물 이면의 접촉 부분의 면적을 대폭 저감시킬 수 있다. 미세한 이물을 제 1 오목부의 내부에 포착할 수도 있다.
또한, 평탄부에는 제 2 오목부가 형성되어 있으므로 가령 피흡착물이 휘어서 피흡착물의 이면과 평면부가 접촉해도 접촉 부분의 면적을 대폭 저감시킬 수 있다. 미세한 이물을 제 2 오목부의 내부에 포착할 수도 있다.
즉, 피흡착물 이면과의 접촉 부분의 면적을 저감시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 오목부, 제 2 오목부의 내부에 미세한 이물을 포착함으로써 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 2 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 최상면은 흡착력에 의해 만곡된 상기 피흡착물의 휨 곡선의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 가진 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 최상면의 형상을 판 형상의 피흡착물이 정전 흡착되었을 때의 휨 형상에 따르는 것으로 할 수 있다. 그 때문에, 최상면과 피흡착물 이면의 접촉 부분에 있어서의 면압을 저하시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 3 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 제 1 오목부의 깊이 치수와 상기 제 2 오목부의 깊이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태의 회복이 보다 용이해진다.
또한, 제 4 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 제 1 오목부의 측면은 사면으로 되고, 상기 제 1 오목부의 저면과 상기 제 1 오목부의 측면이 이루는 각도는 둔각이며, 상기 제 1 오목부의 측면과 상기 최상면이 교차하는 부분과, 상기 제 1 오목부의 측면과 상기 제 1 오목부의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 정전 척 표면을 청정화할 때에 음이 되는 부분을 없앨 수 있으므로 정전 척 표면의 청정 상태의 회복을 보다 확실하고 또한 용이하게 행할 수 있다.
즉, 깊이가 얕은 제 1 오목부의 측면 부분은 연속적이고 완만한 형상으로 되어 있으므로 부직포 등의 청소기구와의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦는 정도의 청소라도 미소한 이물을 스무즈하게 제거할 수 있다.
또한, 제 5 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 제 2 오목부의 측면은 사면으로 되고, 상기 제 2 오목부의 저면과 상기 제 2 오목부의 측면이 이루는 각도는 둔각이며, 상기 제 2 오목부의 측면과 상기 평탄부가 교차하는 부분과, 상기 제 2 오목부의 측면과 상기 제 2 오목부의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 정전 척 표면을 청정화할 때에 음이 되는 부분을 없앨 수 있으므로 정전 척 표면의 청정 상태의 회복을 보다 확실하고 또한 용이하게 행할 수 있다.
즉, 깊이가 얕은 제 2 오목부의 측면 부분은 연속적이고 완만한 형상으로 되어 있으므로 부직포 등의 청소기구와의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦는 정도의 청소라도 미소한 이물을 스무즈하게 제거할 수 있다.
또한, 제 6 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 평면부는 상기 평면부에 개구되는 복수의 구멍을 갖고, 상기 평탄부는 상기 구멍의 주변에 형성된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 평면부에 개구되는 복수의 구멍에 이물을 포착시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 7 발명은 제 6 발명에 있어서 상기 구멍의 깊이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이다. 이 정전 척에 의하면, 구멍에 포착된 이물의 제거가 용이해진다.
또한, 제 8 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 돌기부의 높이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 다결정 세라믹스 소결체의 결정립이 가령 탈립된다고 해도 돌기부의 형상이 변화하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제 9 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 유전체 기판은 다결정 알루미나 소결체로 형성되고, 상기 평균 입자지름이 1.5㎛ 이하, 입자지름 분포의 표준편차가 1㎛ 이하로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 하지(下地)가 되는 다결정 알루미나 소결체를 치밀한 조직으로 할 수 있으므로 CMP법을 이용하여 제 1 오목부나 제 2 오목부를 균일하고 또한 안정적으로 형성할 수 있다. 그 결과, 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있다.
또한, 제 10 발명은 제 9 발명에 있어서 상기 유전체 기판은 알루미나 함유율이 99.9wt% 이상, 부피 밀도가 3.96 이상, 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 1014Ω㎝ 이상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이러한 정전 척은 쿨롱력(coulomb force)을 이용해서 피흡착물을 흡착하는 것이다. 쿨롱력을 이용하면 강한 흡착력을 발현시킬 수 있지만, 이러한 정전 척의 경우라도 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있다.
또한, 제 11 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 최상면의 곡률 반경은 20밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 최상면의 곡률 반경이 흡착력에 의해 만곡된 판 형상 피흡착물의 휨 곡선의 곡률 반경보다 작아지도록 할 수 있다.
또한, 제 12 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 제 1 오목부의 깊이 치수는 30㎚ 이상 150㎚ 이하이며, 상기 제 2 오목부의 깊이 치수는 5㎚ 이상 30㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면, 제 1 오목부, 제 2 오목부의 내부에 포착된 이물을 제거하는 것이 용이해진다. 즉, 정전 척 표면에 이물이 부착되었을 경우라도 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있다.
또한, 제 13 발명은 제 9 발명에 있어서 상기 유전체 기판은 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 108Ω㎝ 이상 1013Ω㎝ 이하로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이러한 정전 척은 존슨-라벡력(Johnson-Rahbeck force)을 이용해서 피흡착물을 흡착하는 것이다. 존슨-라벡력을 이용하면 쿨롱력을 이용하는 경우보다 흡착력이 강해지지만, 이러한 정전 척의 경우라도 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있다.
또한, 제 14 발명은 제 13 발명에 있어서 상기 유전체 기판은 알루미나 함유율이 99.4wt% 이상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척이다. 이러한 고순도의 알루미나로 형성되는 것으로 하면 알루미나 이외의 물질에 의한 오염을 억제할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 형태에 의하면, 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있는 정전 척을 제공할 수 있다.
도 1(a)는 정전 척을 예시하기 위한 모식 단면도, 도 1(b)는 도 1(a)에 있어서의 A부의 모식 확대도이다.
도 2는 돌기부와 평면부의 표면 성상, 단면 형상 등을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 3은 돌기부의 최상면에 형성된 미세한 오목부를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 4는 평탄부에 형성된 미세한 오목부를 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 5는 최상면을 평탄면으로 했을 경우를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 6은 최상면(3a1)에 형성된 오목부(13a)의 형상을 예시하기 위한 도면이다. 도 6(a)는 오목부(13a)의 3차원 화상이고, 도 6(b), 도 6(c)는 오목부(13a)의 프로파일을 예시하기 위한 도면이다.
도 7은 평탄부(3b2)에 형성된 오목부(13b)의 형상을 예시하기 위한 도면이다. 도 7(a)는 오목부(13b)의 3차원 화상이고, 도 7(b), 도 7(c)는 오목부(13b)의 프로파일을 예시하기 위한 도면이다.
도 8은 평면부에 개구되는 구멍의 깊이 치수를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 9는 미세한 오목부 길이의 측정을 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 10은 다결정 세라믹스 소결체의 표면에 나타난 결정립 길이의 측정을 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 11은 유전체 기판의 표면 영역에 발생한 크랙을 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 12는 표면 영역의 일부가 탈리될 것 같은 모양을 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 13(a)는 결함부가 내재되어 있는 부분에 발생하는 간섭 무늬를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이고, 도 13(b)는 도 13(a)에 있어서의 B-B선 단면의 주사형 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope) 사진이다. 또한, 도 13(c)는 도 13(b)에 있어서의 D부의 확대 사진이고, 도 13(d)는 도 13(a)와 같은 부분의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 14(a)는 결함부가 내재되어 있는 부분에 발생하는 간섭 무늬를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이고, 도 14(b)는 도 14(a)에 있어서의 C-C선 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 15는 2진화 처리된 화상을 예시하기 위한 사진이다.
도 16은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하는 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 17은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하기 전의 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 18은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하는 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 19는 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하기 전의 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 20(a)는 결정립의 평균 입자지름이 1.8㎛ 정도인 경우, 도 20(b)는 결정립의 평균 입자지름이 1.4㎛ 정도인 경우이다.
도 21은 레이저 현미경에 의해 촬영된 다결정 세라믹스 소결체를 예시하기 위한 사진이다.
도 22는 결정립의 평균 입자지름과 입자지름 분포의 표준편차를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 23은 결정립의 평균 입자지름과 입자지름 분포의 표준편차를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 24는 미세한 오목부의 깊이의 측정을 예시하기 위한 도면이다. 도 24(a)는 측정값의 프로파일을 예시하기 위한 그래프도이고, 도 24(b)는 측정 위치를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 25는 최상면(3a1)에 형성된 미세한 오목부(13a)의 깊이 치수와 피흡착물의 이면에 부착된 파티클 수의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 26(a)는 결정립의 평균 입자지름이 20㎛～50㎛, 부피 밀도가 3.7, 알루미나 함유율이 90wt%인 경우이고, 도 26(b)는 결정립의 평균 입자지름이 1.5㎛ 이하, 부피 밀도가 3.96, 알루미나 함유율이 99.9wt%인 경우이다.
도 27은 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수를 예시하기 위한 모식도이다. 또한, 도 27(a)는 하지가 되는 다결정 알루미나 소결체가 도 26(a)에 나타낸 것의 경우, 도 27(b)는 하지가 되는 다결정 알루미나 소결체가 도 26(b)에 나타낸 것의 경우이다.
도 28(a)는 다른 실시형태에 의한 정전 척을 예시하기 위한 모식 단면도이고, 도 28(b)는 도 28(a)에 있어서의 F부의 모식 확대도이다.
도 29는 정전 척의 제조 방법을 예시하기 위한 플로우차트이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 예시를 한다. 또한, 각 도면 중 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명은 적당하게 생략한다.
도 1은 본 실시형태에 의한 정전 척을 예시하기 위한 모식 단면도이다. 또한, 도 1(a)는 정전 척을 예시하기 위한 모식 단면도, 도 1(b)는 도 1(a)에 있어서의 A부의 모식 확대도이다.
도 1(a), 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 정전 척(1)에는 기대(2), 유전체 기판(3), 전극(4)이 설치되어 있다.
기대(2)의 한쪽 주면[전극(4)측의 표면]에는 무기재료로 이루어지는 절연체층(5)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기판(3)은 피흡착물을 적재하는 측의 주면(적재면측)에 형성된 돌기부(3a)와, 돌기부(3a)의 주변에 형성된 평면부(3b)를 갖고 있다. 이 돌기부(3a)의 최상면이 반도체 웨이퍼 등의 피흡착물을 적재할 때에 적재면이 된다. 또한, 돌기부(3a)나 평면부(3b)의 표면 성상, 단면 형상 등에 관한 상세한 것은 후술한다.
또한, 전극(4)이 설치된 유전체 기판(3)의 주면과 절연체층(5)이 설치된 기대(2)의 주면이 절연성 접착제로 접착되어 있다. 이 절연성 접착제가 경화된 것이 접합층(6)이 된다.
전극(4)과 전원(10a), 전원(10b)은 전선(9)으로 접속되어 있다. 또한, 전선(9)은 기대(2)를 관통하도록 해서 설치되어 있지만, 전선(9)과 기대(2)는 절연되어 있다. 도 1에 예시를 한 것은 정극, 부극의 전극을 서로 인접시키도록 해서 유전체 기판(3)에 형성시킨, 소위 쌍극형 정전 척이다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고 1개의 전극을 유전체 기판(3)에 형성시킨 소위 단극형 정전 척이라도 좋고, 3극형, 기타 다극형이라도 좋다. 또한, 전극의 수, 형상, 배치도 적당하게 변경할 수 있다.
또한, 정전 척(1)을 관통하도록 관통 구멍(11)이 형성되어 있다. 관통 구멍(11)의 일단은 평면부(3b)에 개구하고, 타단은 도시하지 않은 압력 제어 수단이나 유량 제어 수단을 통해서, 이것도 도시하지 않은 가스 공급 수단과 접속되어 있다. 도시하지 않은 가스 공급 수단은 헬륨 가스 또는 아르곤 가스 등을 공급한다. 그리고, 평면부(3b)를 형성함으로써 형성된 공간(3c)이 공급된 가스의 통로가 된다. 공간(3c)끼리는 각각 연통되어 공급된 가스가 전체에 널리 퍼지게 되어 있다.
또한, 반도체 웨이퍼 등의 피흡착물을 적재했을 때에 피흡착물의 외주부를 지지하는 위치에 도시하지 않은 링 형상의 돌기부를 형성하여 상술한 가스가 누출되지 않도록 할 수도 있다. 또한, 상술한 가스 공급용 관통 구멍(11) 이외의 관통 구멍이 형성되어 있을 경우에는 그 관통 구멍의 주위에 도시하지 않은 링 형상의 돌기부를 형성하여 상술한 가스가 누출되지 않도록 할 수도 있다.
이러한 도시하지 않은 링 형상 돌기부의 표면 성상, 단면 형상 등도 돌기부(3a)와 마찬가지로 할 수 있다.
또한, 관통 구멍(11)과 연통되는 방사상이나 동심원상의 도시하지 않은 가스 분배 홈(오목 형상의 홈)을 평면부(3b)에 형성할 수 있다. 이러한 가스 분배 홈을 형성하도록 하면 가스 분배 속도를 빠르게 할 수 있다.
기대(2)는 예를 들면 알루미늄 합금이나 구리 등과 같은 열전도율이 높은 금속으로 형성할 수 있다. 그리고, 그 내부에는 냉각액 또는 가열액이 흐르는 유로(8)를 형성할 수 있다. 또한, 유로(8)는 반드시 필요한 것은 아니지만, 피흡착물의 온도 제어의 관점으로부터는 형성되어 있는 편이 바람직하다.
또한, 기대(2)의 한쪽 주면에 설치된 절연체층(5)은 예를 들면 알루미나(Al2O3)나 이트리아(Y2O3) 등의 다결정체로 형성할 수 있다. 또한, 절연체층(5)의 열전도율이 접합층(6)의 열전도율보다 커지도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 절연체층(5)의 열전도율을 2W/mK 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그렇게 하면 접합층 단독의 경우보다 열전달성이 양호해지고, 피흡착물의 온도 제어성과 면내 온도의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
접합층(6)에 있어서는 그 열전도율을 높게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 열전도율을 1W/mK 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.6W/mK 이상으로 하면 보다 바람직하다. 이러한 열전도율은 예를 들면 실리콘 수지 등에 알루미나나 질화알루미늄을 필러로서 첨가함으로써 얻을 수 있다. 또한, 첨가의 비율로 열전도율을 조정할 수도 있다.
접합층(6)의 두께는 열전달성을 고려하면 가능한 한 얇은 편이 바람직하다. 한편, 기대(2)의 열팽창률과 유전체 기판(3)의 열팽창률의 차에 기인하는 열전단 응력에 의해 접합층(6)이 박리되는 것 등을 고려하면 접합층(6)의 두께는 가능한 한 두꺼운 편이 바람직하다. 그 때문에, 접합층(6)의 두께는 이것들을 고려해서 0.1㎜ 이상 0.3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
유전체 기판(3)에는 정전 척에 요청되는 여러 가지 요구에 따라 다양한 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 열전도율, 전기 절연의 신뢰성을 고려하면 다결정 세라믹스 소결체로 하는 것이 바람직하다. 다결정 세라믹스 소결체로서는 예를 들면 알루미나, 이트리아, 질화알루미늄, 탄화규소 등으로 이루어지는 다결정 세라믹스 소결체를 예시할 수 있다.
유전체 기판(3)의 재료의 체적 저항률은 정전 척의 사용 온도 영역에서 108Ω㎝ 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서의 체적 저항률은 JIS 규격(JIS C 2141: 1992 전기 절연용 세라믹스 재료 시험 방법)에 나타내어지는 방법을 이용하여 측정한 값이다. 이 경우 측정은 정전 척의 사용 온도 영역[예를 들면 실온(25℃ 정도)]에서 행하도록 할 수 있다.
또한, 유전체 기판(3)은 결정립의 평균 입자지름이 0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 다결정 세라믹스 소결체로 이루어지는 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 기판(3)은 결정립의 평균 입자지름이 1㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 다결정 세라믹스 소결체로 이루어지는 것으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 결정립의 평균 입자지름이 0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 다결정 세라믹스 소결체로 이루어지는 것으로 하면 유전체 기판(3)으로부터 결정립이 탈립되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 가령 결정립이 탈립된다고 해도 돌기부(3a)의 형상이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 유전체 기판(3)을 구성하는 다결정 세라믹스 소결체 결정립의 평균 입자지름에 관한 상세한 것은 후술한다.
전극(4)의 재료로서는 산화티타늄, 티타늄의 단체 또는 티타늄과 산화티타늄의 혼합체, 질화티타늄, 탄화티타늄, 텅스텐, 금, 은 구리, 알루미늄, 크롬, 니켈, 금-백금 합금 등을 예시할 수 있다.
이어서, 돌기부(3a)나 평면부(3b)의 표면 성상, 단면 형상 등에 관해서 더 예시를 한다. 돌기부(3a)의 최상면은 피흡착물을 적재할 때에 적재면이 된다. 그 때문에, 파티클의 발생을 저감시키기 위해서 종래에 있어서는 돌기부의 최상면을 평탄면으로 하고 버프 연마나 경면 연마를 행함으로써 최상면에 미세한 요철이 형성되지 않도록 하고 있었다(예를 들면 특허문헌 1, 특허문헌 2를 참조).
그러나, 본 발명자들의 검토 결과, 돌기부의 최상면을 평탄면으로 하고 최상면에 미세한 오목부가 형성되지 않도록 하면 오히려 파티클 수가 증가하는 것이 판명되었다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서는 돌기부(3a)의 최상면(3a1)을 곡면으로 함과 아울러 최상면(3a1)에 미세한 오목부(13a)(제 1 오목부)를 형성하도록 하고 있다(도 2, 도 3, 도 4를 참조).
미세한 오목부(13a)의 깊이는 결정 입자지름에 의거하는 치수로 되어 있다. 이 경우, 미세한 오목부(13a)의 깊이 치수는 30㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다(도 25를 참조).
여기에서, 돌기부(3a)가 되는 부분의 주변을 샌드블라스트법 등을 이용하여 깎아냄으로써 돌기부(3a)와 평면부(3b)의 대략의 형상을 형성하도록 하고 있다. 그 때문에, 평면부(3b)에는 평면부(3b)에 개구되는 복수의 구멍(3b1)이 형성되게 된다. 또한, 후술하는 바와 같이 평면부(3b)에 개구되는 구멍(3b1)의 개구 주변에는 평탄부(3b2)가 형성되어 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는 평탄부(3b2)에도 미세한 오목부(13b)(제 2 오목부)를 형성하도록 하고 있다.
미세한 오목부(13b)의 깊이 치수는 30㎚ 이하로 되어 있고, 바람직하게는 20㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎚ 이상 20㎚ 이하로 되어 있다.
도 2는 돌기부와 평면부의 표면 성상, 단면 형상 등을 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 2는 접촉식 조도계를 이용하여 돌기부와 평면부의 표면을 측정한 것이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 돌기부(3a)의 최상면(3a1)은 외측을 향해서 돌출되는 곡면을 갖고 있다. 그리고, 돌기부(3a)의 최상면(3a1)에는 미세한 오목부(13a)가 형성되어 있다.
또한, 평면부(3b)에는 평면부(3b)에 개구되는 복수의 구멍(3b1)과, 구멍(3b1)의 개구 주변에 형성된 평탄부(3b2)가 형성되어 있다. 그리고, 평탄부(3b2)에는 미세한 오목부(13b)가 형성되어 있다.
여기에서, 본 명세서에 있어서의 「최상면」에 대하여 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 명세서에 있어서의 「최상면」이란 돌기부(3a)의 중심축을 경계로 나누어져 L2의 길이 범위 내에 있는 부분을 말한다. 여기에서, L2는 돌기부(3a)의 저부 길이(L1)의 80% 길이이다.
또한, 돌기부(3a)의 최상면(3a1)이 곡면을 갖고 있으면 좋고, 최상면(3a1)의 외측은 곡면이라도 좋고, 직선 형상의 면이라도 좋다.
이어서, 본 명세서에 있어서의 곡면의 「곡률 반경(R)」에 대하여 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 최상면(3a1)의 양단 부분의 위치를 P1, P3이라고 하고, 최상면(3a1)의 중심 위치[최상면(3a1)과 돌기부(3a)의 중심축의 교점 위치]를 P2라고 한다. P1, P2, P3을 통과하는 원의 반경이 본 명세서에 있어서의 곡면의 「곡률 반경(R)」이다.
또한, P1, P2, P3을 통과하는 원의 중심 위치는 P1과 P2를 연결하는 선분의 수직 이등분선과 P3과 P2를 연결하는 선분의 수직 이등분선의 교점이 된다. 그 때문에, P1, P2, P3의 위치로부터 P1, P2, P3을 통과하는 원의 중심 위치를 구하고, 원의 중심 위치로부터 P1, P2, P3 중 어느 하나까지의 거리를 구함으로써 곡면의 「곡률 반경(R)」을 얻을 수 있다.
본 발명자들이 얻은 지견에 의하면, 최상면(3a1)의 곡률 반경(R)은 흡착력에 의해 만곡된 판 형상 피흡착물의 휨 곡선의 곡률 반경보다 작아지도록 하는 것이 바람직하다.
그렇게 하면, 최상면(3a1)의 형상을 판 형상의 피흡착물이 정전 흡착되었을 때의 휨 형상에 따르는 것으로 할 수 있다. 그 때문에, 최상면(3a1)과 피흡착물 이면의 접촉 부분에 있어서의 면압을 저하시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 경우, 곡률 반경(R)을 20밀리미터 이하로 하면 최상면(3a1)의 곡률 반경이 흡착력에 의해 만곡된 판 형상 피흡착물의 휨 곡선의 곡률 반경보다 작아지도록 할 수 있다.
이어서, 최상면(3a1), 평탄부(3b2)에 형성된 미세한 오목부에 대하여 설명한다.
도 3은 돌기부의 최상면에 형성된 미세한 오목부를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 4는 평탄부에 형성된 미세한 오목부를 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 5는 최상면(3a1)을 평탄면으로 했을 경우를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 돌기부(3a)의 최상면(3a1)에는 미세한 오목부(13a)가 형성되어 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 평탄부(3b2)에는 미세한 오목부(13b)가 형성되어 있다.
또한, 도 5에 나타내는 것의 경우에는 최상면(3a1)에 미세한 오목부(13a)가 형성되어 있지 않다.
도 3, 도 4에 예시를 한 것의 경우에는 최상면(3a1)이 곡면으로 되어 있고 또한 오목부(13a)가 형성되어 있다. 그 때문에, 최상면(3a1)과 피흡착물 이면의 접촉 부분의 면적을 대폭 저감시킬 수 있다. 미세한 이물을 오목부(13a)의 내부에 포착시킬 수도 있다.
이에 대하여 도 5에 예시를 한 것의 경우에는 최상면(3a1)에 미세한 오목부(13a)가 형성되어 있지 않기 때문에 최상면(3a1)과 피흡착물 이면의 접촉 부분의 면적이 커져버린다. 또한, 미세한 이물을 포착할 수도 없다.
또한, 평탄부(3b2)에는 오목부(13b)가 형성되어 있으므로 가령 피흡착물이 휘어서 피흡착물의 이면과 평면부(3b)가 접촉해도 접촉 부분의 면적을 대폭 저감시킬 수 있다. 미세한 이물을 오목부(13b)의 내부에 포착시킬 수도 있다.
즉, 피흡착물 이면과의 접촉 부분의 면적을 저감시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 오목부(13a), 오목부(13b)의 내부에 미세한 이물을 포착시킴으로써 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
표 1, 표 2는 파티클의 발생을 억제하는 효과를 예시하기 위한 것이다.
또한, 표 1은 도 3, 도 4에 예시를 한 것의 경우, 표 2는 도 5에 예시를 한 것의 경우이다.
또한, 표 1, 표 2는 피흡착물을 반도체 웨이퍼로 해서 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수를 파티클의 입경마다 집계한 것이다.
표 1, 표 2 중의 파티클 수는 소정 면적에 있어서의 파티클 수를 계측하고, 그 값을 지름 300㎜의 반도체 웨이퍼에 있어서의 파티클 수로 환산한 것이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 3, 도 4에 예시를 한 바와 같은 미세한 오목부가 형성된 것일 경우에는 정전 척 표면을 청소하고, 그 후에 반도체 웨이퍼의 흡착을 반복했다고 해도 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 최상면(3a1)에 형성된 오목부(13a)의 깊이 치수는 평탄부(3b2)에 형성된 오목부(13b)의 깊이 치수보다 크게 되어 있다.
그리고, 오목부(13a), 오목부(13b)는 면적이 넓고 깊이가 얕게 되어 있고, 오목부(13a), 오목부(13b)의 측면은 사면으로 되어 있다.
그 때문에, 오목부(13a), 오목부(13b)의 내부에 포착된 이물을 제거하는 것이 용이해진다. 즉, 정전 척 표면에 이물이 부착되었을 경우라도 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있다.
이에 대하여 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 5에 예시를 한 바와 같은 미세한 오목부가 형성되어 있지 않은 것일 경우에는 정전 척 표면을 청소하고, 그 후에 반도체 웨이퍼의 흡착을 반복하도록 하면 파티클 수가 많은 상태로 안정되어버리게 된다.
또한, 오목부(13a), 오목부(13b)의 깊이 치수나 측면의 형상 등에 관한 상세한 것은 후술한다.
표 3, 표 4는 정전 척 표면의 청정 상태의 회복을 예시하기 위한 것이다.
또한, 표 3은 도 3, 도 4에 예시를 한 것의 경우이고, 표 4는 도 5에 예시를 한 것의 경우이다.
표 3, 표 4는 피흡착물을 반도체 웨이퍼로 해서 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수를 파티클의 입경마다 집계한 것이다.
표 3, 표 4 중의 파티클 수는 소정 면적에 있어서의 파티클 수를 계측하고, 그 값을 직경 300㎜의 반도체 웨이퍼에 있어서의 파티클 수로 환산한 것이다.
또한, 「초기 상태」는 정전 척 표면에 이물이 부착되어 있는 상태에서 반도체 웨이퍼를 흡착시켰을 경우이다. 또한, 「No.1～No.5」는 정전 척 표면을 청소하고, 그 후에 반도체 웨이퍼를 흡착시켰을 경우이다. 또한, 청소는 정전 척 표면을 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦음으로써 행하는 것으로 했다.
Figure pct00003
Figure pct00004
도 3, 도 4에 예시를 한 바와 같은 미세한 오목부가 형성된 것일 경우에는 표 3의 No.1로부터 알 수 있는 바와 같이, 정전 척 표면을 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦는 정도의 청소라도 반도체 웨이퍼의 이면에 부착되는 파티클 수를 대폭 저감시킬 수 있다. 이것은 정전 척 표면에 이물이 부착되었을 경우라도 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있는 것을 의미하고 있다.
또한, 오목부(13a)의 깊이 치수와 오목부(13b)의 깊이 치수는 유전체 기판(3)을 구성하는 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 작게 되어 있다.
이렇게 하면, 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태의 회복이 보다 용이해진다.
후술하는 CMP법을 이용함으로써 이하에 설명하는 미세한 오목부(13a, 13b)가 형성되어 있다.
도 6은 최상면(3a1)에 형성된 오목부(13a)의 형상을 예시하기 위한 도면이다. 도 6(a)는 오목부(13a)의 3차원 화상이고, 도 6(b), 도 6(c)는 오목부(13a)의 프로파일을 예시하기 위한 도면이다.
도 7은 평탄부(3b2)에 형성된 오목부(13b)의 형상을 예시하기 위한 도면이다. 도 7(a)는 오목부(13b)의 3차원 화상이고, 도 7(b), 도 7(c)는 오목부(13b)의 프로파일을 예시하기 위한 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 오목부(13a)의 측면은 사면으로 되고, 오목부(13a)의 저면과 오목부(13a)의 측면이 이루는 각도(사면의 각도)는 둔각으로 되어 있다. 오목부(13a)의 측면과 최상면(3a1)이 교차하는 부분과, 오목부(13a)의 측면과 오목부(13a)의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 오목부(13b)의 측면은 사면으로 되고, 오목부(13b)의 저면과 오목부(13b)의 측면이 이루는 각도(사면의 각도)는 둔각으로 되어 있다. 오목부(13b)의 측면과 평탄부(3b2)가 교차하는 부분과, 오목부(13b)의 측면과 오목부(13b)의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 되어 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 둔각이란 90도보다 크고 180도보다 작은 각도를 말한다.
또한, 연속적인 둥근 형상이란 후술하는 CMP법을 이용했을 때에 화학적으로 침식됨으로써 각이 둥글게 되어, 오목부(13a)의 측면과 최상면(3a1)이 교차하는 부분, 오목부(13a)의 측면과 오목부(13a)의 저면이 교차하는 부분, 오목부(13b)의 측면과 평탄부(3b2)가 교차하는 부분, 오목부(13b)의 측면과 오목부(13b)의 저면이 교차하는 부분이 매끄럽게 연결되는 형상을 말한다.
그 때문에, 정전 척 표면을 청정화할 때에 음이 되는 부분을 없앨 수 있으므로 정전 척 표면의 청정 상태의 회복을 보다 확실하고 또한 용이하게 행할 수 있다.
즉, 깊이가 얕은 오목부(13a), 오목부(13b)의 측면 부분은 연속적이고 완만한 형상으로 되어 있으므로 부직포 등의 청소기구와의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦는 정도의 청소라도 미소한 이물을 스무즈하게 제거할 수 있다.
이에 대하여 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 5에 예시를 한 바와 같은 미세한 오목부가 형성되어 있지 않은 것일 경우에는 정전 척 표면을 유기용제를 포함시킨 부직포로 닦는 정도의 청소로는 파티클 수를 대폭 저감시킬 수는 없다.
또한, 본 실시형태에 의한 정전 척(1)에 있어서는 돌기부(3a)의 측면과 최상면(3a1)이 교차하는 부분과, 돌기부(3a)의 측면과 평면부(3b)가 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 되어 있다. 즉, 돌기부(3a)의 측면과 최상면(3a1)이 곡면으로 매끄럽게 접속되어 있다. 또한, 돌기부(3a)의 측면과 평면부(3b)가 곡면으로 매끄럽게 접속되어 있다.
(CMP법에 의한 가공)
버프 연마법, 숫돌 가공법, 레이저 조각법, 숏블라스트법, 샌드블라스트법 등의 기계적 가공법을 이용한 것에서는 이상에 설명한 것과 같은 형상을 갖는 오목부(13a)나 오목부(13b)를 최상면(3a1)이나 평탄부(3b2)에 형성할 수 없다. 또한, 이들 기계적 가공법을 이용한 것에서는 이상에 설명한 바와 같은 형상을 갖는 돌기부(3a)를 형성할 수 없다.
이하, 돌기부(3a), 평면부(3b), 평탄부(3b2), 구멍(3b1), 오목부(13a), 오목부(13b) 등의 형성 방법에 대하여 설명한다.
우선, 돌기부(3a), 평면부(3b)의 대략의 형상을 형성한다.
예를 들면, 돌기부(3a)가 되는 부분을 마스킹하고, 마스킹되어 있지 않은 부분을 샌드블라스트법 등을 이용하여 깎아냄으로써 돌기부(3a)와 평면부(3b)의 대략의 형상을 형성한다. 이때, 평면부(3b)에는 평면부(3b)에 개구되는 복수의 구멍(3b1)이 형성되게 된다. 이러한 구멍(3b1)이 형성되는 것으로 하면, 복수의 구멍(3b1)에 이물을 포착시킬 수 있으므로 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 경우, 구멍(3b1)의 깊이 치수는 후술하는 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름(0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하)보다 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 그러한 얕은 구멍으로 하면, 구멍(3b1)에 포착된 이물의 제거가 용이해진다. 또한, 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름에 대한 상세한 것은 후술한다.
도 8은 평면부(3b)에 개구되는 구멍(3b1)의 깊이 치수를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 구멍(3b1)의 깊이 치수는 1㎛ 미만으로 되어 있고, 구멍(3b1)의 내부에 다결정 세라믹스 소결체로부터 탈립된 결정립이 들어갔을 경우라도 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 구멍(3b1)의 깊이 치수는 샌드블라스트법 등의 프로세스 조건(예를 들면 사용되는 연마재의 크기 등)에 의해 제어할 수 있다.
이어서, 마스킹을 제거하고 돌기부(3a)를 상술한 형상으로 가공한다. 또한, 이때 평면부(3b)에 개구되는 복수의 구멍(3b1)의 개구 주변에 평탄부(3b2)를 형성한다. 그리고, 돌기부(3a)의 최상면(3a1)에 상술한 미세한 오목부(13a)를 형성함과 아울러 평탄부(3b2)에 상술한 미세한 오목부(13b)를 형성한다.
이 경우, 본 발명자들이 얻은 지견에 의하면 CMP(Chemical Mechanical Polishing; 화학 기계 연마)법을 이용하면 상술한 돌기부(3a), 평탄부(3b2), 오목부(13a), 오목부(13b)를 한번에 형성할 수 있다.
CMP법은 일반적으로는 평탄화 가공을 행할 때에 이용된다. 그 때문에, 상술한 바와 같은 형상을 갖는 돌기부(3a)를 형성할 수 없고, 또한 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수 없다고 생각된다.
그러나, 본 발명자들이 얻은 지견에 의하면 연마액(슬러리)에 포함되는 화학 성분의 작용을 이용하면 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수 있다.
즉, 다결정 세라믹스 소결체가 갖는 에칭 속도에 대한 결정면 방위 의존성을 이용함으로써 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수 있다. 즉, 다결정 세라믹스 소결체의 표면 영역에 있어서 에칭되기 쉬운 결정면 방위로 되어 있는 부분이 먼저 에칭되므로 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수 있다.
또한, 연마액에 포함되는 숫돌 입자에 의한 기계적 연마 효과와, 연마액에 포함되는 화학 성분에 의한 화학적 연마 효과에 의해 돌기부(3a), 평탄부(3b2)를 형성할 수 있다. 이 경우, 평탄부(3b2)는 구멍(3b1)의 주변에 형성되게 된다.
여기에서, CMP법에 있어서의 프로세스 조건을 예시한다.
연마포는 예를 들면 경질 발포 폴리우레탄 연마천 등으로 할 수 있다. 연마반의 회전 속도는 60rpm, 하중 부하는 0.2kg/㎠ 등으로 할 수 있다. 연마액에 포함되는 숫돌 입자는 SiO2(산화규소), CeO2(산화세륨), TiO2(산화티타늄), MgO(산화마그네슘), Y2O3(산화이트륨), SnO2(산화주석) 등으로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 또한, 연마액에 대한 숫돌 입자의 비율은 10～20wt% 정도로 할 수 있다. 연마액에 포함되는 화학 성분으로서는 pH 조정제, 숫돌 입자의 분산제, 계면활성제 등으로 할 수 있다. 이 경우, 상술한 결정 이방성 에칭을 고려하면 연마액이 알칼리성인 것이 바람직하다. 그 때문에, 연마액의 수소 이온 지수는 pH 8～13 정도로 하고 있다. 또한, 연마액의 공급량은 예를 들면 20cc/분 정도로 할 수 있다.
그리고, 본 발명자들이 얻은 지견에 의하면 가공 시간이 중요한 요소가 된다.
즉, 가공 시간이 짧으면 평탄화 가공이 되어 상술한 바와 같은 형상을 갖는 돌기부(3a)를 형성할 수 없고, 또한 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수도 없다. 예를 들면, 수 분 정도의 가공 시간에서는 평탄화 가공이 된다.
한편, 수 시간 정도의 가공 시간으로 하면 상술한 바와 같은 형상을 갖는 돌기부(3a)를 형성할 수 있다, 또한, 미세한 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성할 수도 있다.
또한, 평면부(3b)보다 돌기부(3a)의 최상면(3a1) 쪽이 가공되기 쉬워지므로 상술한 오목부(13a)의 깊이 치수와 오목부(13b)의 깊이 치수의 관계를 구성할 수 있다. 즉, 최상면(3a1)에 형성된 오목부(13a)의 깊이 치수가 평탄부(3b2)에 형성된 오목부(13b)의 깊이 치수보다 커지도록 할 수 있다.
또한, 상술한 가공 시간은 CMP법에 있어서의 그 밖의 프로세스 조건(예를 들면 연마액의 수소 이온 지수 등)에 따라 적당하게 변경할 수 있다.
또한, 후술하는 간섭 무늬 점유 면적률도 고려할 수 있다. 즉, 오목부(13a)나 오목부(13b)의 형성뿐만 아니라 후술하는 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 될 때까지 CMP법에 의한 가공을 행하도록 할 수 있다. 또한, 간섭 무늬 점유 면적률 등에 관한 상세한 것은 후술한다.
또한, 돌기부(3a)의 높이 치수가 후술하는 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 커지도록 할 수 있다. 또는, 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름이 돌기부(3a)의 높이 치수보다 작아지도록 할 수 있다.
그렇게 하면, 유전체 기판(3)으로부터 결정립이 탈립되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 가령 결정립이 탈립되었다고 해도 돌기부(3a)의 형상이 변화하는 것을 억제할 수 있다.
도 9는 미세한 오목부 길이의 측정을 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 10은 다결정 세라믹스 소결체의 표면에 나타난 결정립 길이의 측정을 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
도 9, 도 10 중의 수치는 측정 개소 및 측정 번호를 나타내고 있다.
또한, 표 5는 도 9에 있어서의 측정 결과를 나타내는 표이며, 표 6은 도 10에 있어서의 측정 결과를 나타내는 표이다.
Figure pct00005
Figure pct00006
표 5, 표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 미세한 오목부의 길이와 다결정 세라믹스 소결체의 표면에 나타난 결정립의 길이는 같은 정도라고 할 수 있다.
이것은 미세한 오목부가 다결정 세라믹스 소결체의 표면에 나타난 결정립에 대응해서 형성된 것을 나타내고 있다.
본 실시형태에 의한 CMP법에 의하면, 돌기부(3a), 평탄부(3b2), 오목부(13a), 오목부(13b)를 용이하고 또한 확실하게 형성할 수 있다. 또한, 후술하는 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 되도록 할 수도 있다.
(결함부에 대한 정량 평가법)
이어서, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부에 대한 정량 평가법에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부에 대하여 설명한다.
도 11은 유전체 기판(3)의 표면 영역에 발생한 크랙을 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 12는 표면 영역의 일부가 탈리될 것 같은 모양을 예시하기 위한 주사형 전자 현미경 사진이다.
샌드블라스트법 등의 기계적 가공법을 이용하여 돌기부(3a), 평면부(3b)를 형성했을 경우에는 도 11에 나타내는 바와 같이, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 크랙 등의 결함부가 발생하고 있는 경우가 있다.
그리고, 이러한 결함부가 표면 영역에 내재되어 있을 경우에는 도 12에 나타내는 바와 같이 표면 영역의 일부가 탈리될 것 같이 되고, 이윽고 탈리되는 경우가 있다.
또한, 발생하는 크랙으로서는 결정립계에 발생한 것, 결정립계 내를 관통하도록 해서 발생한 것, 이것들이 불규칙하게 연결된 것 등이 있다.
이렇게 해서 탈리된 표면 영역의 일부는 파티클이 되므로 결함부를 소정 비율까지 제거하도록 하는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는 결함부의 발생 위치, 발생 정도(발생 비율) 등을 정량 평가할 필요가 있다.
그런데, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부는 외부로부터 직접 시인(視認)할 수 없다. 즉, 종래에 있어서는 결함부에 대한 비파괴에 의한 정량 평가가 곤란했다.
이어서, 본 실시형태에 의한 결함부에 대한 정량 평가법에 대하여 설명한다.
본 발명자들이 얻은 지견에 의하면, 레이저 현미경에 의해 유전체 기판(3)의 표면을 촬영하면 결함부가 내재되어 있는 부분에 간섭 무늬가 발생한다. 즉, 유전체 기판(3)의 표면과 결함부의 면이라고 하는 2개의 계면으로부터의 반사광의 광로 길이 차에 의거하여 간섭 무늬가 발생한다.
도 13은 돌기부(3a)의 최상면(3a1)에 결함부가 내재되어 있을 경우를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다. 또한, 도 13(a)는 결함부가 내재되어 있는 부분에 발생하는 간섭 무늬를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이고, 도 13(b)는 도 13(a)에 있어서의 B-B선 단면의 주사형 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope) 사진이다. 또한, 도 13(c)는 도 13(b)에 있어서의 D부의 확대 사진이고, 도 13(d)는 도 13(a)와 같은 부분의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 14는 평면부(3b)의 평탄부(3b2)에 결함부가 내재되어 있을 경우를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다. 또한, 도 14(a)는 결함부가 내재되어 있는 부분에 발생하는 간섭 무늬를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이고, 도 14(b)는 도 14(a)에 있어서의 C-C선 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
이 경우, 도 13(d)에 나타내는 바와 같이 주사형 전자 현미경을 사용한 관찰에서는 표면 영역에 내재되는 결함부를 특정할 수 없다.
한편, 본 실시형태에 의한 정량 평가법에 의하면 도 13(a)～도 13(c), 도 1 4(a), 도 14(b)에 나타내는 바와 같이 외부로부터 직접적으로 시인할 수 없는 크랙 등의 결함부를 간섭 무늬에 의해 특정할 수 있다. 이것은 결함부의 발생이나 발생의 정도 등을 비파괴로 정량 평가할 수 있게 되는 것을 의미한다.
또한, 간섭 무늬의 크기, 방향, 주기수 등에 의거하여 결함부의 상태를 알 수도 있다.
또한, 이러한 간섭 무늬를 이용한 정량 평가는 제조 라인에 있어서 각 정전 척마다 행할 수 있다. 그 때문에, 정전 척의 품질, 신뢰성, 생산성의 향상 등을 도모할 수 있다.
이어서, 간섭 무늬를 이용한 결함부에 대한 정량 평가에 대해서 더 설명한다.
우선, 레이저 현미경을 사용하여 간섭 무늬를 촬영한다.
레이저 현미경으로서는 이하의 것을 사용할 수 있다.
주사형 공초점(共焦点) 레이저 현미경(올림푸스 OLS-1100)
레이저종 : Ar
파장 : 488㎚
촬영 렌즈 : ×50 대물렌즈 zoom1
광학 모드 : 비공초점
레이저 강도 : 100
검출 감도 : 442
오프셋 : -16
촬영상 : 휘도상
촬영 : 스냅샷 8매 적산
우선, 유전체 기판(3) 또는 정전 척(1)에 설치된 유전체 기판(3)을 레이저 현미경의 스테이지에 적재한다. 그리고, 계측하고 싶은 영역(촬영하고 싶은 영역)을 대물렌즈의 바로 아래로 이동시킨다. 이어서, 대물렌즈의 배율을 선택하거나 하여 촬영 시야를 결정한다.
또한, 「비공초점 모드」의 스냅샷(적산 8매)으로 촬영한다. 「공초점 모드」로 하면 휘도편차가 발생하여 화상 처리 계측시 간섭 무늬를 추출하기 위한 역치 설정이 어려워지기 때문이다. 또한, 「비공초점 모드」로 해도 충분한 분해능을 얻을 수 있다.
이어서, 레이저 현미경을 사용하여 촬영한 화상을 화상 처리(2진화 처리) 계측한다.
도 15는 2진화 처리된 화상을 예시하기 위한 사진이다.
또한, 사진 중의 밝은 점 형상 부분(E)이 간섭 무늬가 있는 부분이다.
화상 처리 계측은 이하의 화상 처리 소프트를 이용하여 행할 수 있다.
화상 처리 소프트 : Win-ROOF(미타니쇼지)
2진화 처리 : 2800-4095
화상 처리 : 제거 0.2㎛>, 구멍을 메움
측정 : 면적률
이어서, 화상 처리 계측된 결과에 의거하여 결함부에 대한 정량 평가를 행한다.
결함부에 대한 정량 평가는 간섭 무늬 점유 면적률(화상 면적에 대한 간섭 무늬 부분 면적의 비)에 의거해서 행할 수 있다. 예를 들면, 도 15의 경우에는 간섭 무늬 점유 면적률은 0.97% 정도이다.
본 발명자들이 얻은 지견에 의하면, 레이저 현미경을 사용하여 구해진 피흡착물을 적재하는 측의 주면에 있어서의 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 되도록 하면 표면 영역의 일부가 탈리됨으로써 발생하는 파티클 수를 대폭 저하시킬 수 있다.
이 경우, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 내재되는 결함부는 버프 연마법으로는 제거할 수 없다. 또한, 숫돌 가공법, 레이저 조각법, 숏블라스트법 등을 이용하면 결함부가 더 증가할 우려가 있다.
그 때문에, 본 실시형태에 있어서는 상술한 CMP법을 이용하여 돌기부(3a), 평탄부(3b2), 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성함과 아울러 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 될 때까지 내재되는 결함부의 제거를 행하도록 하고 있다.
도 16은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하는 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 17은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하기 전의 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 16, 도 17은 쿨롱력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우이다.
쿨롱력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)으로서는 다결정 세라믹스 소결체로 형성되고, 알루미나 함유율이 99.9wt% 이상, 부피 밀도가 3.96 이상, 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 1014Ω㎝ 이상인 것을 예시할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서의 부피 밀도는 JIS 규격(JISR1634)에 나타내어지는 아르키메데스법에 의해 측정한 값이다. 이 경우, 포수(飽水) 방법은 진공법으로 할 수 있고, 용매에는 증류수를 사용하도록 할 수 있다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 간섭 무늬 점유 면적률이 최대 3.5% 정도였던 상태의 경우에도 본 실시형태에 의한 CMP법을 이용함으로써 도 16에 나타내는 바와 같이 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만의 상태가 되도록 할 수 있다.
도 18은 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하는 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
도 19는 CMP법을 이용하여 결함부를 제거하기 전의 모양을 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 18, 도 19는 존슨-라벡력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우이다.
존슨-라벡력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)으로서는 다결정 세라믹스 소결체로 형성되고, 알루미나 함유율이 99.4wt% 이상, 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 108Ω㎝ 이상 1013Ω㎝ 이하인 것을 예시할 수 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 간섭 무늬 점유 면적률이 최대 5% 정도였던 상태의 경우에도 본 실시형태에 의한 CMP법을 이용함으로써 도 18에 나타내는 바와 같이 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만의 상태가 되도록 할 수 있다.
즉, 유전체 기판(3)의 조성이 바뀌었다고 해도 상술한 CMP법을 이용함으로써 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만의 상태가 되도록 할 수 있다.
여기에서, 유전체 기판(3)의 체적 저항률은 소성시에 제어할 수 있다.
이어서, 유전체 기판(3)의 제조 방법을 설명한다.
우선, 원료로서 알루미나와 산화티타늄을 준비한다. 사용하는 알루미나 및 산화티타늄은 미립인 것이 바람직하고, 알루미나 분말은 평균 입자지름 0.3㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 이하인 것이 사용된다. 한편, 산화티타늄 분말은 평균 입자지름 0.1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하인 것이 사용된다. 원료에 미립분을 사용함으로써 분산이 좋아지고, 입자지름이 큰 티타늄 화합물의 편석물이 생기기 어려워진다.
또한, 바람직한 알루미나 분말의 평균 입자지름의 하한값은 10㎚이다. 또한, 바람직한 산화티타늄 분말의 평균 입자지름의 하한값은 5㎚이다.
이어서, 슬러리 조정, 조립(造粒), 생가공을 행한다.
상기 원료를 소정량 칭량하고, 또한 분산제·바인더·이형제를 첨가해서 볼밀에 의한 분쇄 교반 혼합을 행한다. 혼합에는 이온 교환수 등을 사용하여 불순물이 혼입되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 혼합 후 스프레이 드라이어에 의한 조립을 행하고, 얻어진 조립 분말을 프레스 성형함으로써 생성형체를 제작할 수 있다. 또한, 상기 생성형체는 CIP 성형을 행하는 것이 바람직하다. CIP 성형함으로써 생성형체의 밀도가 상승하여 소성체의 밀도를 상승시킬 수 있다. 또한, 성형은 건식 성형에 한하는 것은 아니고 압출 성형, 사출 성형, 시트 성형, 주입 성형, 겔 캐스트 성형 등의 성형 방법을 이용해도 생성형체를 얻을 수 있다.
이어서, 소성을 행한다.
상기 생성형체를 질소, 수소 가스 환원 분위기 하에서 소성함으로써 유전체 기판(3)을 제조할 수 있다.
환원 소성을 행함으로써 산화티타늄이 비화학량론 조성이 되고, 체적 저항률을 제어하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 이하와 같은 소성을 행함으로써 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 108Ω㎝ 이상 1013Ω㎝ 이하인 유전체 기판(3)을 제조할 수 있다.
소성 온도로서는 1150～1350℃, 보다 바람직하게는 1150～1200℃의 온도 범위로 할 수 있다. 저온에서 소성함으로써 알루미나 입자의 입자 성장을 억제할 수 있고, 편석되는 티타늄 화합물의 성장도 억제할 수 있다. 그 때문에, 알루미나 입자의 최대 입자지름을 보다 작게 할 수 있다. 또한, 소성의 최고 온도에서의 유지 시간은 소성체의 물성값을 안정화시키기 위해서 2시간 이상, 보다 바람직하게는 4시간 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 얻어진 소결체에는 HIP 처리를 더 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 치밀질(緻密質)인 유전체 기판(3)을 얻을 수 있다.
이상과 같이 해서 유전체 기판(3)을 제조할 수 있다.
본 실시형태에 의한 결함부에 대한 정량 평가법에 의하면, 결함부의 발생이나 발생의 정도 등을 비파괴로 정량 평가할 수 있다. 또한, 이 정량 평가에 의거하여 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 되도록 할 수 있다. 또한, 이 정량 평가는 제조 라인에 있어서 각 정전 척마다 행할 수 있다. 그 때문에, 표면 영역의 일부가 탈리됨으로써 발생하는 파티클 수를 대폭 저하시킬 수 있다. 또한, 정전 척의 품질, 신뢰성, 생산성의 향상 등을 도모할 수 있다.
또한, 유전체 기판(3)의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부를 정량 평가할 경우를 예시했지만, 다른 형태에 의한 유전체 기판의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부를 정량 평가할 수도 있다. 예를 들면, 오목부(13a), 오목부(13b)가 형성되어 있지 않은 돌기부, 평면부가 형성된 유전체 기판이나 돌기부, 평면부가 형성되어 있지 않은 평판 형상의 유전체 기판 등의 표면 영역에 내재되는 크랙 등의 결함부를 정량 평가할 수도 있다.
(다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름)
이어서, 유전체 기판(3)을 구성하는 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름에 대하여 설명한다.
우선, 결정립의 평균 입자지름의 측정에 대하여 설명한다.
측정 대상이 되는 다결정 세라믹스 소결체의 표면을 상처가 없는 경면으로 마무리한다. 경면 마무리는 다이아몬드 래핑법에 의해 행하도록 할 수 있다. 그리고, 경면 마무리된 면을 서멀 에칭한다. 서멀 에칭의 조건은 온도가 1330℃ 정도, 시간이 2시간 정도로 할 수 있다.
이어서, 표면에 Au(금)를 스퍼터 코팅한다. 코팅의 두께는 20㎚ 정도로 할 수 있다. Au(금)의 스퍼터 코팅은 레이저 현미경을 사용할 경우에 결정립계에 있어서의 콘트라스트가 선명해지도록 하는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, Au(금)의 스퍼터 코팅은 레이저광이 다결정 세라믹스 소결체의 내부로 침입하는 것을 막기 위해서 실시된다. Au(금)의 스퍼터 코팅은 이온 스퍼터 장치(히타치세이사쿠쇼 제, E-105) 등을 사용하여 행하도록 할 수 있다.
이어서, 서멀 에칭한 다결정 세라믹스 소결체를 레이저 현미경을 사용하여 다결정 세라믹스 소결체를 촬영한다.
다결정 세라믹스 소결체를 레이저 현미경의 스테이지에 적재한다. 그리고, 계측하고 싶은 영역(촬영하고 싶은 영역)을 대물렌즈의 바로 아래로 이동시킨다. 이어서, 대물렌즈의 배율을 선택하거나 해서 촬영 시야를 결정한다.
또한, 「비공초점 모드」의 스냅샷(적산 8매)으로 촬영한다. 「공초점 모드」로 하면 레이저광의 휘도편차가 발생하여 화상 처리 계측시 결정립계를 추출하기 위한 역치 설정이 어려워지기 때문이다. 또한, 「비공초점 모드」로 해도 충분한 분해능을 얻을 수 있다.
레이저 현미경으로서는 이하의 것을 사용할 수 있다.
주사형 공초점 레이저 현미경(올림푸스 OLS-1100)
레이저종 : Ar
파장 : 488㎚
촬영 렌즈 : ×100 대물렌즈 zoom1
광학 모드 : 비공초점
레이저 강도 : 100
검출 감도 : 400
오프셋 : -30
촬영상 : 휘도상
촬영 : 스냅샷 8매 적산
도 20은 레이저 현미경에 의해 촬영된 다결정 세라믹스 소결체를 예시하기 위한 사진이다. 또한, 도 20은 쿨롱력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우이다. 또한, 도 20(a)는 결정립의 평균 입자지름이 1.8㎛ 정도인 경우, 도 20(b)는 결정립의 평균 입자지름이 1.4㎛ 정도인 경우이다.
도 21은 레이저 현미경에 의해 촬영된 다결정 세라믹스 소결체를 예시하기 위한 사진이다. 또한, 도 21은 존슨-라벡력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우이다.
또한, 도 21은 결정립의 평균 입자지름이 1㎛ 정도인 경우이다.
이어서, 레이저 현미경을 사용하여 촬영한 화상에 의거하여 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름을 구한다.
결정립의 평균 입자지름의 연산은 이하의 소프트웨어를 이용하여 행하도록 할 수 있다.
화상 처리 소프트 : Win-ROOF(미타니쇼지)
캘리브레이션 : 0.125㎛/pixel
백그라운드 처리 : 12.5㎛/100pixel
2진화 처리 : 2100-2921
원형 분리 : 자동 처리
계측 : 원 상당 지름
도 22는 결정립의 평균 입자지름과 입자지름 분포의 표준편차를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 23도 결정립의 평균 입자지름과 입자지름 분포의 표준편차를 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 22는 쿨롱력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우, 도 23은 존슨-라벡력을 이용하는 정전 척에 사용하는 유전체 기판(3)의 경우이다.
본 발명자들이 얻은 지견에 의하면, 결정립의 평균 입자지름을 0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 하면 유전체 기판(3)의 표면으로부터 결정립이 탈립되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 가령 탈립이 발생했다고 해도 입자지름이 작기 때문에 요철부에 유지되기 어려워 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 탈립에 의해 돌기부(3a) 등의 형상이 변화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 입자지름 분포의 표준편차를 1㎛ 이하로 하면 유전체 기판(3)의 표면으로부터 결정립이 탈립되는 것을 더 억제할 수 있다. 또한, 가령 결정립이 탈립되었다고 해도 돌기부(3a)의 형상이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 소성 조건을 제어함으로써 결정립의 평균 입자지름의 범위를 제어할 수 있다. 예를 들면, 소성 온도(예를 들면 1370℃ 정도)나 온도 프로파일 등을 제어함으로써 결정립의 성장이 방해되도록 하면 좋다.
(미세한 오목부의 깊이 치수)
이어서, 미세한 오목부의 측정에 대하여 설명한다.
레이저 현미경으로서는 이하의 것을 사용할 수 있다.
주사형 공초점 레이저 현미경(올림푸스 OLS-1100)
촬영 조건은 이하와 같이 할 수 있다.
레이저종 : Ar
파장 : 488㎚
촬영 렌즈 : ×100 대물렌즈 zoom4.0
광학 모드 : 공초점
레이저 강도 : 100
검출 감도 : 400
오프셋 : 0
화상 도입 모드 : 3차원 도입(상하한)
스텝량 : 0.01㎛
촬영상 : 휘도상
촬영 : 스냅샷 8매 적산
촬영은 이하의 순서로 행할 수 있다.
우선, 유전체 기판(3) 또는 정전 척(1)에 설치된 유전체 기판(3)을 레이저 현미경의 스테이지에 적재한다.
측정하고 싶은 영역(촬영하고 싶은 영역)을 대물렌즈의 바로 아래로 이동시킨다.
이어서, 대물렌즈의 배율을 선택하거나 해서 촬영 배율로 한다.
광학 모드를 공초점으로 설정하고, 높이 방향의 도입 조건을 설정하여 화상 촬영한다.
미세한 오목부의 깊이의 측정 조건은 이하와 같이 할 수 있다.
측정 모드 : 단차 측정
단면 방향 : 수평 및 수직
평균 모드 : 선
단면 폭 : 1
포인트 : 파형 위치
도 24는 미세한 오목부의 깊이의 측정을 예시하기 위한 도면이다. 또한, 도 24(a)는 측정값의 프로파일을 예시하기 위한 그래프도이고, 도 24(b)는 측정 위치를 예시하기 위한 레이저 현미경 사진이다.
미세한 오목부의 깊이의 측정은 이하의 순서로 행할 수 있다.
우선, 촬영한 화상에 있어서 측정 조건을 설정한다.
도 24(a), 도 24(b)에 예시를 한 바와 같이, 수평 방향 및 수직 방향에 있어서의 측정값의 프로파일을 스크롤하고, 화상 내의 요철이 큰 개소를 12포인트 이상 계측한다. 단, 결함부(100)(탈립에 의해 형성된 것)는 제외한다.
측정한 12포인트 이상의 단차 중에서 가장 큰 단차를 요철 MAX라고 한다.
여기에서, 최상면(3a1)에 형성된 미세한 오목부(13a)는 이하의 순서로 구하기로 했다.
유전체 기판(3) 또는 정전 척(1)의 중심으로부터 외주를 향해서 3등배 피치(측정 화상은 4매) 이상으로 행하기로 했다.
각 측정 위치에 있어서의 요철 단차의 MAX값 중에서 최대값을 최상면(3a1)에 형성된 미세한 오목부(13a)의 깊이 치수로 했다.
도 25는 최상면(3a1)에 형성된 미세한 오목부(13a)의 깊이 치수와 피흡착물의 이면에 부착된 파티클 수의 관계를 나타내는 그래프도이다.
샘플 1～샘플 3에 있어서의 오목부(13a)의 깊이 치수를 상술한 촬영 조건, 측정 조건 하에서 측정했다.
샘플 1에 있어서의 오목부(13a)의 깊이 치수는 150㎚ 정도, 샘플 2에 있어서의 오목부(13a)의 깊이 치수는 30㎚ 정도, 샘플 3에 있어서의 오목부(13a)의 깊이 치수는 20㎚ 정도였다.
오목부(13a)의 깊이 치수가 20㎚ 정도가 되면 피흡착물의 이면에 부착되는 파티클 수가 600개가 되었다.
이에 대하여 오목부(13a)의 깊이 치수를 30㎚ 이상 150㎚ 이하로 하면 피흡착물의 이면에 부착되는 파티클 수를 250개 이하로 할 수 있다. 또한, 오목부(13a)의 깊이 치수가 150㎚를 초과하는 것이 되면 오목부(13a)의 내부에 들어간 파티클의 제거가 곤란해진다.
그 때문에, 미세한 오목부(13a)의 깊이 치수는 30㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(다결정 알루미나 소결체의 부피 밀도와 알루미나 함유율)
상술한 CMP법을 이용하여 미세한 오목부(13a)나 오목부(13b)를 형성하기 위해서는, 하지가 되는 다결정 세라믹스 소결체의 부피 밀도와 순도(함유율)가 중요해진다.
여기에서는 일례로서 다결정 알루미나 소결체의 경우를 설명한다.
도 26은 다결정 알루미나 소결체 표면의 주사형 전자 현미경 사진이다. 또한, 도 26(a)는 결정립의 평균 입자지름이 20㎛～50㎛, 부피 밀도가 3.7, 알루미나 함유율이 90wt%인 경우이다. 도 26(b)는 결정립의 평균 입자지름이 1.5㎛ 이하, 부피 밀도가 3.96, 알루미나 함유율이 99.9wt%인 경우이다.
도 26(a)와 도 26(b)의 비교로부터도 알 수 있는 바와 같이, 부피 밀도를 3.96 이상, 알루미나 함유율을 99.9wt% 이상으로 하면 하지가 되는 다결정 알루미나 소결체를 치밀한 조직으로 할 수 있으므로 유전체 기판(3)으로부터 결정립이 탈립되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
이 경우, 결정립의 평균 입자지름을 0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 하면 보다 치밀한 조직으로 할 수 있다. 또한, 부피 밀도 및 순도(함유율) 중 적어도 어느 하나를 소정의 범위 내로 하면 치밀한 조직으로 할 수 있다. 단, 상술한 것과 같이 부피 밀도 및 순도(함유율)의 양쪽을 소정 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 결정립의 평균 입자지름을 0.8㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 상술한 바와 같이 입자지름 분포의 표준편차가 1㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
하지가 되는 다결정 세라믹스 소결체를 치밀한 조직으로 하면 상술한 CMP법을 이용하여 미세한 오목부(13a)나 오목부(13b)를 균일하고 또한 안정적으로 형성할 수 있다. 그 결과, 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있다. 이 경우, 부피 밀도는 HIP 처리(열간 등방압 가압) 등을 행함으로써 제어하도록 할 수 있다. 또한, 결정립의 평균 입자지름은 상술한 바와 같이 소성 조건(소성 온도나 온도 프로파일 등)에 의해 제어하도록 할 수 있다.
도 27은 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수를 예시하기 위한 모식도이다. 또한, 도 27(a)는 하지가 되는 다결정 알루미나 소결체가 도 26(a)에 나타낸 것의 경우이고, 도 27(b)는 하지가 되는 다결정 알루미나 소결체가 도 26(b)에 나타낸 것의 경우이다.
도 27(a)의 경우에는 8인치 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수가 1058개였고, 도 27(b)의 경우에는 8인치 반도체 웨이퍼의 이면에 부착된 파티클 수가 67개였다.
(정전 척의 다른 실시형태)
도 28은 다른 실시형태에 의한 정전 척(1a)을 예시하기 위한 모식 단면도이다. 또한, 도 28(a)는 정전 척을 예시하기 위한 모식 단면도이고, 도 28(b)는 도 28(a)에 있어서의 F부의 모식 확대도이다.
본 실시형태에 의한 정전 척(1a)에 있어서는 유전체 기판(30)의 내부에 전극(4)이 매설되어 있다.
이러한 정전 척(1a)은 예를 들면 그린 시트 인쇄 적층법 등을 이용하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 우선 다결정 세라믹스 소결체(예를 들면 다결정 알루미나 소결체)로 이루어지는 그린 시트에 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 전극을 형성한다. 그 후에, 전극을 매설하도록 복수의 그린 시트를 가압 적층하고, 소성 전의 적층체를 형성한다. 이 적층체를 원하는 형상으로 절삭 가공하고, 환원 분위기 중에 있어서 소성함으로써 전극이 내부에 매설된 유전체 기판(30)을 제조할 수 있다.
(정전 척의 제조 방법)
이어서, 본 실시형태에 의한 정전 척의 제조 방법에 대해서 예시한다.
또한, 정전 척에 설치되는 유전체 기판(3)은 상술한 바와 같이 해서 제조할 수 있다. 또한, 전극(4) 등의 각 요소의 형성, 접합, 부착 등에 관한 공정에는 기지의 기술을 적용할 수 있으므로 이들의 설명은 생략하는 것으로 하여 특징적인 공정만을 설명한다.
도 29는 본 실시형태에 의한 정전 척의 제조 방법을 예시하기 위한 플로우차트이다.
우선, 기지의 샌드블라스트법 등을 이용하여 유전체 기판(3)의 피흡착물을 적재하는 측의 주면에 돌기부(3a), 평면부(3b)의 대략의 형상을 형성한다.
이어서, 도 29에 나타내는 바와 같이 상술한 CMP법을 이용하여 돌기부(3a), 평탄부(3b2), 오목부(13a), 오목부(13b)를 형성한다.
이때, 상술한 결함부에 대한 정량 평가법을 이용하여 결함부가 차지하는 비율을 구하고, 결함부가 차지하는 비율이 소정 값 이하가 될 때까지 CMP법에 의한 가공을 계속한다.
즉, 레이저 현미경을 사용하여 구해진 상기 주면에 있어서의 간섭 무늬 점유 면적률이 1% 미만이 될 때까지 상기 주면에 있어서의 가공이 계속된다.
또한, CMP법, 결함부에 대한 정량 평가법 등에 대한 상세한 것은 상술한 것과 마찬가지로 할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
(산업상의 이용 가능성)
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러 정전 척 표면의 청정 상태를 용이하게 회복시킬 수 있는 정전 척을 제공할 수 있어 산업상의 메리트는 다대하다.
1 : 정전 척 1a : 정전 척
2 : 기대 3 : 유전체 기판
3a : 돌기부 3a1 : 최상면
3b : 평면부 3b1 : 구멍
3b2 : 평탄부 3c : 공간
4 : 전극 10a : 전원
10b : 전원 13a : 오목부
13b : 오목부 30 : 유전체 기판

Claims (14)

  1. 피흡착물을 적재하는 측의 주면에 형성된 돌기부와 상기 돌기부의 주변에 형성된 평면부를 갖는 유전체 기판을 구비한 정전 척으로서,
    상기 유전체 기판은 다결정 세라믹스 소결체로 형성되고,
    상기 돌기부의 최상면은 곡면으로 되고, 상기 최상면에는 표면에 나타난 결정립에 대응해서 제 1 오목부가 형성되고,
    상기 평면부는 평탄부를 갖고, 상기 평탄부에는 제 2 오목부가 형성되고,
    상기 제 1 오목부의 깊이 치수는 상기 제 2 오목부의 깊이 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최상면은 흡착력에 의해 만곡된 상기 피흡착물의 휨 곡선의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 가진 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 오목부의 깊이 치수와 상기 제 2 오목부의 깊이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 오목부의 측면은 사면으로 되고, 상기 제 1 오목부의 저면과 상기 제 1 오목부의 측면이 이루는 각도는 둔각이고,
    상기 제 1 오목부의 측면과 상기 최상면이 교차하는 부분과, 상기 제 1 오목부의 측면과 상기 제 1 오목부의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 오목부의 측면은 사면으로 되고, 상기 제 2 오목부의 저면과 상기 제 2 오목부의 측면이 이루는 각도는 둔각이고,
    상기 제 2 오목부의 측면과 상기 평탄부가 교차하는 부분과, 상기 제 2 오목부의 측면과 상기 제 2 오목부의 저면이 교차하는 부분은 연속적인 둥근 형상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면부는 상기 평면부에 개구되는 복수의 구멍을 갖고, 상기 평탄부는 상기 구멍의 주변에 형성된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구멍의 깊이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부의 높이 치수는 상기 다결정 세라믹스 소결체의 결정립의 평균 입자지름보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 다결정 알루미나 소결체로 형성되고, 상기 평균 입자지름이 1.5㎛ 이하, 입자지름 분포의 표준편차가 1㎛ 이하로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 알루미나 함유율이 99.9wt% 이상, 부피 밀도가 3.96 이상, 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 1014Ω㎝ 이상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 최상면의 곡률 반경은 20밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 오목부의 깊이 치수는 30㎚ 이상 150㎚ 이하이고,
    상기 제 2 오목부의 깊이 치수는 30㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 체적 저항률이 정전 척의 사용 온도 영역에 있어서 108Ω㎝ 이상 1013Ω㎝ 이하로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 알루미나 함유율이 99.4wt% 이상으로 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
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