KR20140012730A - 정전 척 장치 - Google Patents

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KR20140012730A
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가즈노리 이시무라
마모루 고사카이
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면인 하나의 주면을 가지고, 또한 정전 흡착용 내부 전극(13)을 내장하는 정전 척부(2)와, 정전 척부(2)의 온도를 조정하는 온도 조정용 베이스부(3)를 구비하고, 온도 조정용 베이스부(3)의, 정전 척부측에 위치하는 면의 일부 또는 전체는 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재(4)에 의해 피복되며, 이 절연재(4) 상에는 박판 형상의 히터 엘리먼트(5)가 접착되며, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)는, 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층(6)을 개재하여 접착 일체화되어 있는 정전 척 장치.

Description

정전 척 장치{ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE}
본 발명은, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2011년 4월 27일에, 일본에 출원된 특원2011-099982호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 소자의 고집적화나 고성능화에 따라, 미세가공 기술의 향상이 더 요구되고 있다. 이 반도체 제조 프로세스 중에서도 에칭 기술은, 미세가공 기술의 중요한 하나이다. 최근에는, 에칭 기술 내에서도, 고효율이면서 대면적의 미세가공이 가능한 플라즈마 에칭 기술이 주류가 되고 있다.
이 플라즈마 에칭 기술은 드라이 에칭 기술의 일종이다. 플라즈마 에칭 기술에서는, 가공 대상이 되는 고체 재료상에 레지스트로 마스크 패턴을 형성하고, 이 고체 재료를 진공중에 지지한 상태에서, 이 진공중에 반응성 가스를 도입한다. 그리고, 이 반응성 가스에 고주파의 전계를 인가함으로써, 가속된 전자가 가스 분자와 충돌하여 플라즈마 상태가 되므로, 이 플라즈마로부터 발생한 라디칼(프리라디칼)과 이온을 마스크 패턴으로부터 노출하는 고체 재료와 반응시켜, 반응 생성물로서 제거한다. 이와 같이 하여, 고체 재료에 미세 패턴을 형성하는 기술이다.
한편, 원료 가스를 플라즈마의 움직임으로 화합(化合)시켜, 얻어진 화합물을 기판 위에 퇴적시키는 박막 성장 기술의 하나로서, 플라스마 CVD법이 있다. 이 방법은, 원료 분자를 포함하는 가스에 고주파의 전계를 인가함으로써 플라즈마 방전시킨다. 그리고, 이 플라즈마 방전에 의해 가속된 전자에 의해, 상기 원료 분자를 분해시켜, 얻어진 화합물을 퇴적시키는 성막 방법이다. 저온에서는 열적 여기(勵起)만으로는 일어나지 않았던 반응도, 플라즈마 중에서는, 계(系) 내의 가스가 서로 충돌하여 활성화되어 라디칼이 되므로, 반응이 가능해진다.
플라즈마 에칭 장치, 및 플라스마 CVD 장치 등의 플라즈마를 이용한 반도체제조 장치에 있어서는, 종래부터, 시료대에 간단하게 웨이퍼를 부착 및/또는 고정함과 함께, 상기 웨이퍼를 원하는 온도로 유지하는 장치로서, 정전 척 장치가 사용되고 있다.
이와 같은 정전 척 장치로서는, 예를 들면, 정전 흡착용 내부 전극을 내장한 정전 척부와, 이 정전 척부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비한 정전 척이며, 상기 정전 척부와 냉각 베이스부의 사이에, 스크린 인쇄법에 의해 형성된 두께가 0.5mm 이하의 히터가 설치되어 있고, 이 히터를, 정전 척부에 직접 접촉시킴과 함께, 실리콘 수지로 이루어지는 절연성의 접착제층에 의해 냉각 베이스부에 고정한 정전 척이 제안되어 있다(특허문헌 1).
또한, 정전 흡착용 내부 전극을 내장한 정전 척부와, 이 정전 척부의 온도를 원하는 온도로 조정하는 온도 조정용 베이스부와, 이 정전 척부와 온도 조정용 베이스부를 접착에 의해 일체화하는, 두께가 200㎛ 이하의 비자성 금속으로 이루어지는 박판(薄板) 형상의 히터 엘리먼트를 내장한 유기계 접착제층을 구비한 정전 척 장치도 제안되어 있다(특허문헌 2).
일본 공개특허 특개2008-300491호 공보 일본 공개특허 특개2010-40644호 공보
상술한 특허문헌 1의 정전 척 장치에서는, 정전 척부의 이면에, 직접, 히터를 스크린 인쇄하여 인화한 구조였다.
스크린 인쇄에서는, 히터의 두께의 조정이 어렵고, 또 인쇄된 히터 자체의 고유 저항률의 면내에서의 편차가 생기기 쉬운 것으로부터, 면내에서의 히터의 발열의 편차가 생겨, 결과적으로 웨이퍼의 면내 및, 개체 간에서의 온도의 편차가 생기는 문제를 가지고 있었다.
또한, 특허문헌 2의 정전 척 장치에서는, 온도 조정용 베이스부의 표면의 너울이 클 경우, 온도 조정용 베이스부와 히터 엘리먼트의 사이의 유기계 접착제층의 두께에도 편차가 생겨버린다는 문제점이 있었다.
이와 같이, 종래의 정전 척 장치에서는, 정전 척부상에 재치(載置)되는 웨이퍼의 면내 온도 분포의 편차가 커지기 쉬웠다. 따라서, 정전 척부상에 재치되는 웨이퍼 등의 판 형상 시료가, 충분한 면내 온도의 균일성을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 우수한 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 이하의 장치에 의하면, 정전 척부상에 재치되는 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 향상하는 것을 지견(知見)하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 정전 척부를 원하는 온도로 조정하는 온도 조정용 베이스부의, 정전 척부측에 위치하는 면의 일부 또는 전체를, 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재에 의해 피복한다. 그리고, 이 절연재의 상측면이며 재치면측의 면에, 박판 형상의 가열 부재를 접착한다. 또한, 정전 척부와 온도 조정용 베이스부를, 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여, 접착하고 일체화한다. 본 발명에서는 이와 같은 구조에 의해, 가열 부재와 정전 척부의 간격 및 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격을 균일화할 수 있으며, 그 결과, 정전 척부상에 재치되는 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 향상할 수 있다.
즉, 본 발명의 정전 척 장치는,
판 형상 시료를 재치하는 재치면인 하나의 주면을 가지고, 또한 정전 흡착용 내부 전극을 내장하는 정전 척부와,
상기 정전 척부의 온도를 조정하는 온도 조정용 베이스부를 구비하고,
상기 온도 조정용 베이스부의, 상기 정전 척부측에 위치하는 면의 일부 또는 전체는, 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재에 의해 피복되며,
상기 절연재의, 상기 재치면측에 위치하는 면에는, 박판 형상의 가열 부재가 접착되며,
상기 정전 척부와 상기 온도 조정용 베이스부가, 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여, 접착에 의해 일체화된 것을 특징으로 한다.
이 정전 척 장치에서는, 온도 조정용 베이스부의 정전 척부측의 면의 일부 또는 전체를 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재에 의해 피복하고, 이 절연재의 재치면측의 면에 박판 형상의 가열 부재를 접착하고, 정전 척부와 온도 조정용 베이스부를 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화한다. 이 구조에 의해, 절연재, 가열 부재 및 유기계 접착제층에 의해, 가열 부재와 정전 척부의 재치면의 간격 및 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격을, 정밀도 좋게 유지할 수 있다. 이 구조에 의해, 접착제층의 두께의 편차에 기인하는 판 형상 시료의 면내 온도의 균일성이 저하할 우려가 없어진다. 따라서 정전 척부에 재치되는 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 향상하고, 나아가서는 판 형상 시료 간의 온도 균일성도 향상한다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서, 상기 가열 부재는, 비자성 금속으로 이루어지는 두께가 0.2mm 이하의, 박판 형상의 히터 엘리먼트인 것이 바람직하다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서, 상기 절연재의 두께의 편차는, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서, 상기 유기계 접착제층의 쇼어 경도는 A90 이하, 또한 열전도율은 0.15W/mk 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서, 유기계 접착제층의 두께는 50㎛ 이상이며, 상기 정전 척부와 상기 가열 부재의 사이에 배치되는 스페이서의 신장 탄성률(Young's modulus)은 10GPa 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 정전 척 장치에 있어서, 상기 가열 부재와 상기 온도 조정용 베이스부의 사이의 열전달률은, 상기 가열 부재와 상기 정전 척부의 사이의 열전달률 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 정전 척 장치는, 온도 조정용 베이스부의 정전 척부측의 면의 일부 또는 전체를 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재에 의해 피복하고, 이 절연재의 재치면측의 면에 박판 형상의 가열 부재를 접착하고, 정전 척부와 온도 조정용 베이스부를 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여 접착 일체화한다. 이 구조에 의해, 가열 부재와 정전 척부의 재치면의 간격 및 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격을, 정밀도 좋게 유지할 수 있다. 따라서, 접착제층의 두께의 편차에 기인하는 판 형상 시료의 면내 온도의 균일성의 저하가 없어지며, 정전 척부에 재치되는 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 판 형상 시료를 순차(順次) 재치면상에 재치하고, 이들의 판 형상 시료에 순차 각종 처리를 실시하는 경우에 있어서도, 이들 판 형상 시료 간의 온도 균일성을 향상시킬 수 있어, 판 형상 시료 간의 제품 편차를 작게 할 수 있다.
본 발명에서는, 가열 부재를, 비자성 금속으로 이루어지는 두께가 0.2mm 이하의 박판 형상의 히터 엘리먼트로 하는 것이 바람직하며, 이와 같은 구조로 했을 때, 본 발명의 정전 척 장치를 고주파 분위기 중에서 이용한 경우에 있어서도, 히터 엘리먼트가 고주파에 의해 자기 발열할 우려가 없다. 따라서, 이 히터 엘리먼트의 패턴을 판 형상 시료에 반영되기 어렵게 할 수 있으며, 판 형상 시료의 면내 온도를, 원하는 온도 패턴으로 유지할 수 있다.
본 발명에서는, 절연재의 두께의 편차를 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 이와 같은 구조로 했을 때, 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격의 편차를 10㎛ 이하로 억제할 수 있으며, 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 간격을 정밀도 좋게 유지할 수 있다.
본 발명에서는, 유기계 접착제층의 쇼어 경도를 A90 이하로 하고, 또한 열전도율을 0.15W/mk 이상으로 하는 것이 바람직하며, 이와 같은 구조로 했을 때, 이 유기계 접착제층에 의해 정전 척부와 온도 조정용 베이스부의 열팽창차에 기인하는 변형을 억제할 수 있으며, 간격을 정밀도 좋게 유지할 수 있어, 그 결과, 가열 부재와 정전 척부의 일주면(이주면 중 일방의 주면)인 재치면의 사이의 열전도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는, 유기계 접착제층의 두께를 50㎛ 이상, 또한 정전 척부와 가열 부재의 사이에 배치되는 스페이서의 신장 탄성률을 10GPa 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 스페이서의 열팽창률이, 유기계 접착제의 열팽창률의 50%∼200%의 범위인 것이 바람직하다.
이와 같은 구조로 했을 때, 정전 척부의 재치면에 재치되는 판 형상 시료의 각종 처리시의 온도 상승에 의한 면내 온도 분포를 균일화할 수 있다.
본 발명에서는, 가열 부재와 온도 조정용 베이스부의 사이의 열전달률을, 가열 부재와 정전 척부의 사이의 열전달률 보다 작게 하는 것이 바람직하며, 이와 같은 구조로 했을 때, 가열 부재로부터 발생한 열을 정전 척부에 흐르기 쉽게 함과 함께, 온도 조정용 베이스부에 흐르기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 가열 부재로부터 발생한 열을 정전 척부를 개재하여 판 형상 시료에 효율적으로 전달할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태의 정전 척 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예의 정전 척 장치를 60℃로 유지했을 때의, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시예의 정전 척 장치의 승온시의, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시예의 정전 척 장치의 강온(降溫)시의, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도 분포를 나타낸 도면이다.
본 발명은, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 정전기력에 의해 흡착 고정할 때에 적합하게 이용되며, 판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 우수한 정전 척 장치에 관한 것이다.
본 발명의 정전 척 장치를 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면에 근거해 이하에 설명한다.
또한, 이 형태는, 발명의 취지를 보다 좋게 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 발명을 일탈하지 않는 범위에서, 수나 위치나 크기나 수치 등의 변경이나 생략이나 추가를 할 수 있다. 또한 설명을 쉽게 하기 위해, 도면에 사용된 치수나 비율이 실제의 것과는 다른 것이 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태의 정전 척 장치를 나타낸 단면도이다. 이 정전 척 장치(1)는, 원판 형상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하는, 어느 정도 두께가 있는 원판 형상의 온도 조정용 베이스부(3)와, 온도 조정용 베이스부(3)의 정전 척부(2)측의 면의 일부를 피복하는 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재(4)와, 이 절연재(4)의 정전 척부(2)측의 면에 접착된 박판 형상의 히터 엘리먼트(5)와, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)를 접착 일체화하는 액상의 접착제를 경화시킨 절연성의 유기계 접착제층(6)과, 정전 척부(2)와 히터 엘리먼트(5)의 간격을 일정한 간격으로 유지하는 스페이서(7)에 의해 구성되어 있다.
정전 척부(2)는, 상면이 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면인 재치판(11)과, 이 재치판(11)의 하면에 위치하고, 재치판(11)과 일체화됨으로써 재치판(11)을 지지하는 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 설치된 정전 흡착용 내부 전극(13)과, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)의 주위에 설치되어 정전 흡착용 내부 전극(13)을 절연하는 절연재층(14)과, 지지판(12)을 관통하도록 하여 설치되어 있고, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하는 급전(給電)용 단자(15)에 의해 구성되어 있다.
상기 재치판(11)의 재치면에는, 원주 형상이며 상면이 R가공된, 즉 상면 단부가 둥근 모따기된, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(16)가 복수개 형성되어 있다. 이들의 돌기부(16)에 의해, 재치되는 판 형상 시료(W)를 지지하는 구성으로 되어 있다. 돌기부의 형상은 판 형상 시료(W)를 지지할 수 있으면 되고, 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면 원기둥이어도 되고, 4각 기둥이나 그 외의 기둥 형상이어도 되며, 그 이외의 임의의 형상이어도 된다.
이들 재치판(11) 및 지지판(12)의 재료나 형상은, 임의로 선택할 수 있다. 재치판(11) 및 지지판(12)은, 포갰을 때에 서로 마주보는 2개의 면의 형상이 동일형상인 원판 형상의 판 또는 그밖에 유사한 형상인 것이 바람직하다. 서로 마주보는 2개의 면의 사이즈는 같아도 되고 달라도 된다. 재치판(11) 및 지지판(12)의 구체예는, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체 및 질화 알루미늄(AlN) 소결체 등의, 기계적인 강도를 가지고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성 및 절연성을 가지는 세라믹 소결체로 이루어지는 판을 포함한다. 재치판(11) 및 지지판(12)의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 재치판(11)의 두께는 0.3mm∼2mm인 것이 바람직하며, 0.5mm∼0.7mm인 것이 보다 바람직하다. 지지판(12)의 두께는 1mm∼6mm인 것이 바람직하고, 2mm∼4mm인 것이 보다 바람직하다.
정전 흡착용 내부 전극(13)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 재치되는 판 형상 시료(W)를 재치판(11)의 재치면에 고정하기 위한, 정전 척용 전극으로서 이용된다. 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 그 용도에 따라, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정되어 사용된다.
이 정전 흡착용 내부 전극(13)은 임의의 재료로 형성해도 된다. 그러나 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈(Al2O3-TaC) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹, 또는, 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 등의, 고융점 금속에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
정전 흡착용 내부 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 1㎛ 이상 또한 50㎛ 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 3㎛ 이상 또한 35㎛ 이하이며, 특히 바람직하게는 5㎛ 이상 또한 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 두께가 1㎛를 밑돌면, 면적 저항이 너무 커져서 충분한 도전성을 확보할 수 없는 경우가 있고, 한편, 두께가 50㎛를 초과하면, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 사이의 열팽창률차에 기인하여, 이 정전 흡착용 내부 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 들어갈 가능성이 있기 때문이다.
이와 같은 바람직한 두께의 정전 흡착용 내부 전극(13)은, 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 또는 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의해, 용이하게 형성할 수 있다. 형상도 임의로 선택할 수 있으나, 비용 및 생산성의 측면에서 스크린 인쇄가 보다 바람직하다. 정전 흡착용 내부 전극의 외경(外徑)은, 탑재면(2)의 외경보다 1mm 이상 작게 하고, 또한, 재치판(11) 상에 W를 균일하게 흡착시키는 정전 흡착력을 발현시키기 위해, 가능한 한 W와 동등한 형상이 바람직하다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 내부 전극(13)을 둘러싸거나 가둠으로써, 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 내부 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부를, 즉 정전 흡착용 내부 전극(13)의 외측의 외주부 영역을, 접합에 의해 일체화한다. 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일한 조성을 가지거나, 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
급전용 단자(15)는, 정전 흡착용 내부 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위해 설치된 막대 형상체이다. 예를 들면 원기둥이어도 4각 기둥이어도 된다. 급전용 단자(15)는, 정전 척부(2) 내에 고정되는 급전용 단자(15a)와, 이 급전용 단자(15a)에 접합에 의해 일체화됨으로써 급전용 단자(15a)와 전기적으로 접속되어 있고 또한 온도 조정용 베이스부(3), 절연 애자(17) 및 유기계 접착제층(6)에 의해 고정되는 급전용 단자(15b)에 의해 구성되어 있다. 급전용 단자(15)의 사이즈는 임의로 선택할 수 있으나, 예를 들면 원기둥일 때 단면의 직경이 1mm∼5mm인 것이 바람직하다. 1mm 보다 작으면 15a와 15b의 위치 맞춤이 어렵게 되어, 도통(導通)할 수 없는 경우가 있다. 또 5mm 보다 크면 히터 엘리먼트(5)의 관통부가 커져, 발열체가 없는 면적이 증가하기 때문에, 균열(均熱) 특성이 악화하는 경우가 있다. 급전용 단자(15)의 위치는 임의로 선택할 수 있으나, 정전 흡착용 내부 전극(13) 내의 위치에 적어도 1군데 배치되는 것이 바람직하다.
이 급전용 단자(15)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 급전용 단자(15a)는, 열팽창 계수가 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 지지판(12)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하다. 예를 들면, 정전 흡착용 내부 전극(13)과 동일 조성이거나 또는 유사 조성인 도전성 세라믹, 또는, 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb) 및 코바르 합금 등의 금속 재료가 적합하게 이용된다.
한편, 급전용 단자(15b)는, 열팽창 계수가 후술하는 온도 조정용 베이스부(3) 및 유기계 접착제층(6)에 근사한 것이 바람직하다. 예를 들면 급전용 단자(15b)는, 온도 조정용 베이스부(3)와 동일 조성인 것이 바람직하거나, 또는 유사 조성인 금속 재료, 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 및 티탄(Ti) 등이 급전용 단자(15b)에 적합하게 이용된다.
이 급전용 단자(15)는, 급전용 단자(15)를 부분적으로 둘러싸는 절연 애자(17)에 의해, 온도 조정용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
그리고, 이 급전용 단자(15)는, 지지판(12)에 접합에 의해 일체화된다. 또한, 재치판(11)과 지지판(12)은, 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)에 의해 접합에 의해 일체화된다. 이와 같이 하여 정전 척부(2)는 구성되어 있다.
정전 척부(2)의 두께, 즉, 이들 재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 내부 전극(13) 및 절연재층(14)의 합계의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 1mm 이상 또한 6mm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 정전 척부(2)의 두께가 1mm를 밑돌면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보할 수 없는 경우가 있고, 또한, 히터 엘리먼트의 형상이 W의 온도 분포에 반영되어, W의 면내 온도 균일성이 저하하여 바람직하지 못하다.
한편, 정전 척부(2)의 두께가 6mm를 웃돌면, 재치판(11)과 지지판(12)을 합친 정전 척부(2)의 열용량이 너무 커져 버려, 그 결과, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열 응답성이 열화하고, 복수의 히터 엘리먼트에서 W의 온도를 면내에서 구역별 조정하는 경우, 구역 간에서의 온도제어 폭이 저하하여 바람직하지 않은 경우가 있다.
온도 조정용 베이스부(3)는, 정전 척부(2)의 하측에 설치된다. 이 정전 척부(2)의 온도를 조정함으로써 재치판(11)의 재치면을 원하는 온도로 제어함과 함께, 고주파 발생용 전극인 것도 겸비한다.
이 온도 조정용 베이스부(3) 내에는, 물이나 유기용매 등의 냉각 용매체를 순환시키는 유로(21)를 형성할 수 있다. 이 유로에 의해 상기의 재치판(11) 상에 재치되는 판 형상 시료(W)의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있다. 유로의 형상은 임의로 선택해도 된다.
이 온도 조정용 베이스부(3)를 구성하는 재료는 임의로 선택할 수 있다. 열전도성, 도전성 및 가공성이 우수한 금속, 또는 이들의 금속을 포함하는 복합재라면 특별히 제한은 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금 및 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다. 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 20mm∼60mm인 것이 바람직하다. 20mm 이하의 경우에는, 유로(22)의 시공이 어려워질 경우가 있다. 60mm 이상의 경우, 무게가 무거워지기 때문에, 반도체 제조 장치로의 탑재의 작업성이 뒤떨어질 경우가 있다.
이 온도 조정용 베이스부(3) 중 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 또는 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
절연재(4)는, 시트 형상 또는 필름 형상의 내열성 및 절연성을 가지는 수지이다. 이 절연성 수지는 임의로 선택할 수 있으며, 예를 들면, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
이 절연재(4)의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 5㎛∼100㎛인 것이 바람직하다. 형상도 임의로 선택할 수 있으나, 베이스부(3)와 히터 엘리먼트(5)의 전기적 절연을 얻을 수 있는 형상인 것이 바람직하다. 또 면내의 두께의 편차는 10㎛ 이내인 것이 바람직하다.
절연재(4)의 면내의 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 두께의 대소에 의해 온도분포에 고저의 차이가 생긴다. 그 결과, 절연재(4)의 두께 조정에 의한 온도 제어에 악영향을 미치게 하므로, 바람직하지 않다.
절연재(4)는, 두께의 균일한 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제층(22)(제 1 접착제층)에 의해, 온도 조정용 베이스부(3)의 정전 척부(2)측에 위치하는 면에 접착 및 고정되어 있다.
이 접착제층(22)의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 10㎛∼100㎛인 것이 바람직하다. 또 면내의 두께의 편차는 10㎛ 이내인 것이 바람직하다.
여기에서, 접착제층(22)의 면내의 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 절연재(4)와 온도 조정용 베이스부(3)의 면내 간격에 10㎛를 넘는 편차가 생기고, 그 결과, 절연재(4)의 두께 조정에 의한 온도 제어에 악영향을 미칠 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.
접착제층(22)의 종류는 임의로 선택할 수 있으나, 아크릴 접착제, 에폭시 접착제, 또는, 실리콘 접착제 등인 것이 바람직하다.
히터 엘리먼트(5)는 임의로 선택할 수 있다. 바람직하게는 폭이 좁은 띠 형상의 금속 재료를 사행(蛇行)시킨 형상의 2개의 단부를 가지는 연속 패턴을 적어도 1개 가진다. 존재하는 연속 패턴의 수는 하나여도 되고, 2, 3 또는 4 등이어도 된다. 이 히터 엘리먼트(5)의 양단부에는 급전용 단자(31)가 접속된다. 이 급전용 단자(31)는, 절연 애자(32)에 의해 온도 조정용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
이 히터 엘리먼트(5)는, 인가 전압을 제어함으로써, 재치판(11)의 돌기부(16) 상에 정전 흡착에 의해 고정되어 있는 판 형상 시료(W)의 면내 온도 분포를 정밀도 좋게 제어한다.
이 히터 엘리먼트(5)의 재료나 조건은 임의로 선택할 수 있다. 바람직하게는, 두께가 0.2mm 이하이고, 0.01mm 이상의 일정한 두께를 가지는 비자성 금속 박판인 것이 바람직하다. 예를 들면, 티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판 및 몰리브덴(Mo) 박판 등을, 포토리소그래피법에 의해, 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공함으로써 히터 엘리먼트(5)를 형성할 수 있다.
여기에서, 히터 엘리먼트(5)의 두께를 0.2mm 이하로 한 이유는, 두께가 0.2mm를 넘으면, 히터 엘리먼트(5)의 패턴 형상이 판 형상 시료(W)의 온도 분포로서 반영되며, 히터 엘리먼트부와 접착층의 열전도율의 차이에 기인하는, W의 온도 편차의 요인이 된다. 또한, 에칭 두께의 증가에 따라, 두께 방향에서의 히터 폭의 편차가 생기거나 한다. 예를 들면, 에칭에 의한 히터 단면은 사다리꼴 형상이 되어, 히터 엘리먼트의 두께의 증가에 따라, 사다리꼴의 저변과 상변의 치수차가 증가하거나 하므로, 바람직하지 않다.
또한, 히터 엘리먼트(5)를 두께가 0.2mm 이하의 일정한 두께를 가지는 비자성 금속 박판으로 형성함으로써, 정전 척 장치(1)를 고주파 분위기 중에서 이용한 경우에 있어서도, 히터 엘리먼트(5)가 고주파에 의해 자기 발열하지 않는다. 따라서, 판 형상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다.
또한, 일정한 두께의 비자성 금속 박판을 이용하여 히터 엘리먼트(5)를 형성함으로써, 히터 엘리먼트(5)의 두께가 가열면 전역에서 일정해지고, 또한 발열량도 가열면 전역에서 일정해진다. 따라서, 정전 척부(2)의 재치면에 있어서의 온도 분포를 균일화할 수 있다.
이 히터 엘리먼트(5)는, 절연재(4)와 마찬가지로, 두께의 균일한 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제층(23)(제 2 접착제층)에 의해, 절연재(4)의 정전 척부(2)측에 위치하는 면에 접착 및 고정되어 있다.
이 접착제층(23)의 면내의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 10∼100㎛인 것이 바람직하다. 형상도 임의로 선택할 수 있으나, 히터 엘리먼트(5)와 동등 형상이거나 절연재(4)와 동등 형상인 것이 바람직하다. 두께의 편차는 10㎛ 이내가 바람직하다.
접착제층(23)의 면내의 두께의 편차가 10㎛를 넘으면, 히터 엘리먼트(5)와 절연재(4)의 면내 간격에 10㎛를 넘는 편차가 생긴다. 그 결과, 절연재(4)의 두께 조정에 의한 온도 제어에 악영향을 미치게 하므로, 바람직하지 않다.
접착제층(23)의 종류는 임의로 선택할 수 있으나, 아크릴 접착제, 에폭시 접착제, 또는 실리콘 접착제 등인 것이 바람직하다.
유기계 접착제층(6)(제 3 접착제층)은, 액상의 유기계 접착제를 경화한 절연성이면서 유기계의 접착제층이다. 정전 척부(2)와, 온도 조정용 베이스부(3), 절연재(4) 및 히터 엘리먼트(5)의 조합을, 서로 대향시킨 상태에서, 이들을 접착에 의해 일체화한 절연성이면서 유기계의 접착제층이다.
이 유기계 접착제층(6)의 두께는 200㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 유기계 접착제층(6)의 두께의 하한은 임의로 선택할 수 있으나, 일반적으로는 20㎛ 이상이다.
여기에서, 유기계 접착제층(6)의 두께를 200㎛로 한 이유는, 두께가 200㎛를 넘으면, 액상의 유기계 접착제의 경화 수축에 따른 두께의 변화가 너무 커져버리기 때문이다. 그 때문에, 얻어진 유기계 접착제층(6)에 경화 수축에 기인하는 보이드가 발생하고, 접착 강도가 저하함과 함께, 이 접착제층의 열전달률이 저하한다. 그리고, 그 결과, 정전 척부의 승온 성능 및 냉각 성능이 저하하기 때문이다.
이 유기계 접착제층(6)의 쇼어 경도는, A90 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 A70 이하이다. 하한은 임의로 선택할 수 있으나, 일반적으로는 A20 이상이다.
유기계 접착제층(6)의 쇼어 경도를 A90이하로 한 이유는, 쇼어 경도가 A90을 넘으면, 너무 단단해져 버려, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)의 사이의 응력을 완화하는 것이 어려워지기 때문이다.
이 유기계 접착제층(6)을 구성하는 절연성이면서 유기계의 접착제는 임의로 선택해도 된다. 예를 들면, 아크릴계 접착제가 바람직하다. 아크릴계 접착제의 예로서는, 아크릴산 및 그 에스테르, 메타크릴산 및 그 에스테르, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴 및 이러한 중합체 또는 공중합체를 들 수 있다.
이들 중에서도, 특히, 폴리아크릴산메틸 등의 폴리아크릴산에스테르 및 폴리메타크릴산메틸 등의 폴리메타크릴산에스테르 등이 적합하게 이용된다.
상기 아크릴계 접착제는, 아세트산 비닐 또는 부티르산 비닐을 1체적% 이상 또한 50체적% 이하, 바람직하게는 10체적% 이상 또한 40체적% 이하, 더 바람직하게는 20체적% 이상 또한 30체적% 이하 함유하는 것이 바람직하다. 아세트산 비닐 또는 부티르산 비닐을 1체적% 이상 또한 50체적% 이하 함유함으로써, 아크릴계 접착제의 유연성이 향상하고, 그 결과, 정전 척부(2)와, 온도 조정용 베이스부(3), 절연재(4) 및 히터 엘리먼트(5)의 사이의 응력이 더 완화된다.
유기계 접착제층(6)의 열전도율은, 0.15W/mk 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2W/mk 이상이며, 더 바람직하게는 0.25W/mk 이상이다. 상한은 임의로 선택할 수 있으나, 일반적으로는 5W/mk 이하이다.
여기에서, 열전도율이 0.15W/mk를 밑돌면, 히터 엘리먼트(5)로부터 정전 척부(2)로의 열전달이 어려워진다. 그 결과, 정전 척부(2)에 재치되는 판 형상 시료(W)의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 저하하고, 판 형상 시료(W) 간의 온도 균일성도 저하하므로 바람직하지 않다. 또한, 판 형상 시료(W)의 승온 및 냉각 속도가 저하하여 바람직하지 않다.
스페이서(7)는, 히터 엘리먼트(5)와 정전 척부(2)의 사이에 설치되며, 이들의 간격을 소정의 간격으로 유지한다. 스페이서(7)에 의해, 히터 엘리먼트(5)와 정전 척부(2)의 간격을, 즉 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)의 간격을, 소정의 간격으로 유지할 수 있다.
이 스페이서(7)는, 히터 엘리먼트(5) 및 절연재(4)와 마찬가지로, 접착제층에 의해 접착되어 있다. 구체적으로는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제층(24)(제 4 접착제층)에 의해, 히터 엘리먼트(5)의 정전 척부(2)측에 위치하는 면에, 스페이서(7)는 접착 및 고정되어 있다.
접착제층(24)의 두께는 임의로 선택할 수 있으나, 10∼100㎛인 것이 바람직하다. 형상도 임의로 선택할 수 있으나, 원형 혹은 정방형인 것이 바람직하다. 접착제층(24)의 종류는 임의로 선택할 수 있으나, 아크릴, 에폭시, 실리콘 등의 접착제인 것이 바람직하다.
이 스페이서(7)의 신장 탄성률은, 10GPa 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1MPa 이상 또한 10GPa 이하이다.
여기에서, 스페이서(7)의 신장 탄성률을 10GPa 이하로 한 이유는 이하의 이유이다. 스페이서(7)의 신장 탄성률이 10GPa를 넘으면, 유기계 접착제층(6)을 형성할 때에, 액상의 유기계 접착제의 경화 수축시에 스페이서(7)에 경화 수축시의 응력이 집중한다. 그 결과, 보이드의 발생 및 접착제층의 박리가 생기므로 바람직하지 않다.
이 정전 척 장치(1)에서는, 히터 엘리먼트(5)와 온도 조정용 베이스부(3)의 사이의 열전달률은, 히터 엘리먼트(5)와 정전 척부(2)의 사이의 열전달률보다 작다.
이 정전 척 장치(1)에서는, 히터 엘리먼트(5)와 온도 조정용 베이스부(3)의 사이의 열전달률을, 히터 엘리먼트(5)와 정전 척부(2)의 사이의 열전달률보다 작게함으로써, 히터 엘리먼트(5)로부터 발생한 열은 정전 척부(2)를 향해 흐른다. 이 특징에 의해, 히터 엘리먼트(5)로부터 발생한 열은, 온도 조정용 베이스부(3)를 향해서는 흐르기 어려워진다. 이것에 의해, 히터 엘리먼트(5)로부터 발생한 열은 정전 척부(2)를 통하여 판 형상 시료(W)에 효율적으로 전달하는 것이 가능해진다.
다음으로, 이 정전 척 장치(1)의 제조 방법의 예에 대하여 설명한다.
(정전 척부의 형성)
먼저, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체에 의해, 판 형상의 재치판(11) 및 지지판(12)을 제조한다. 이 경우, 탄화 규소분체 및 산화 알루미늄 분체를 포함하는 혼합 분체를 원하는 형상으로 성형하고, 그 후, 예를 들면 1600℃∼2000℃의 온도로, 비산화성 분위기 하에서, 바람직하게는 불활성 분위기 하에서, 소정 시간 소성함으로써, 재치판(11) 및 지지판(12)을 얻을 수 있다.
다음으로, 지지판(12)에, 급전용 단자(15a)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을, 적어도 1개소 형성한다.
다음으로, 급전용 단자(15a)를, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정할 수 있는 크기 및 형상이 되도록 제조한다. 이 급전용 단자(15a)의 제조 방법은 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, 급전용 단자(15a)를 도전성 복합 소결체로 한 경우, 도전성 세라믹 분체를 원하는 형상으로 성형하고, 그 후 가압 소성하는 방법 등을 들 수 있다.
도전성 세라믹 분체로서는 임의의 재료를 선택할 수 있다. 정전 흡착용 내부 전극(13)과 동일한 재질로 이루어지는 도전성 세라믹 분체인 것이 바람직하다.
또한, 급전용 단자(15a)를 금속으로 한 경우, 고융점 금속을 이용하여, 이것을 연삭법 및 분말야금(Powder metallurgy) 등의 금속 가공법 등에 의해, 원하는 모양으로 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 그리고 급전용 단자(15a)를 지지판(12)의 고정 구멍에 끼워 넣는다.
다음으로, 급전용 단자(15a)가 끼워 넣어진 지지판(12)의 표면의 소정 영역에, 급전용 단자(15a)에 접촉하도록, 상기의 도전성 세라믹 분체 등의 도전 재료를 유기 용매에 분산한 정전 흡착용 내부 전극 형성용 도포액을 도포한다. 그리고 도막을 건조하여, 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 한다.
이 때에 사용되는 도포법으로서는, 균일한 두께로 도포할 수 있는 점에서, 스크린 인쇄법이 바람직하다. 또 다른 방법으로서는, 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 상기의 고융점 금속의 박막을 성막하는 방법이나, 상기의 도전성 세라믹 또는 고융점 금속으로 이루어지는 박판을 배치하여 정전 흡착용 내부 전극 형성층으로 하는 방법 등이 있다.
또한, 지지판(12) 상에 있어서, 정전 흡착용 내부 전극 형성층을 형성한 영역 이외의 영역에는, 절연성, 내(耐)부식성 및 내플라즈마성을 향상시키기 위해, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일 조성 또는 주성분이 동일한 분체 재료를 포함하는 절연재층(14)을 형성한다. 이 절연재층(14)은 임의의 방법에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면, 재치판(11) 및 지지판(12)과 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료 분체를, 유기용매에 분산한 도포액을, 상기 소정 영역에 스크린 인쇄 등으로 도포하고, 건조함으로써 형성할 수 있다.
다음으로, 지지판(12) 상의 정전 흡착용 내부 전극 형성층 및 절연재층 위에 재치판(11)을 포갠다. 이어서, 이들을 고온, 고압하에서 핫프레스하여, 일체화한다. 이 핫프레스에 있어서의 분위기는 임의로 선택할 수 있으나, 진공, 또는 Ar, He, N2 등의 불활성 분위기가 바람직하다. 또한, 이 때의 압력이나 온도는 임의로 선택할 수 있으나, 압력이 5∼10MPa가 바람직하고, 온도는 1600℃∼1850℃가 바람직하다.
이 핫프레스에 의해, 정전 흡착용 내부 전극 형성층은 소성되어, 도전성 복합 소결체로 이루어지는 정전 흡착용 내부 전극(13)이 된다. 동시에, 지지판(12) 및 재치판(11)은, 절연재층(14)을 개재하여 접합 일체화된다.
또한, 급전용 단자(15a)는, 고온 및 고압하에서의 핫프레스로 재소성됨으로써, 지지판(12)의 고정 구멍에 밀착 고정된다.
그리고, 이들 접합체의 상하면, 외주를 임의의 방법에 의해 기계 가공하고 및 가스 구멍 등을 필요에 따라 기계 가공에 의해 형성하여, 정전 척부(2)로 한다.
(베이스부의 형성)
한편, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금 및 스테인리스강(SUS) 등으로 이루어지는 금속 재료에, 기계 가공을 실시함으로써, 이 금속 재료의 내부에 물을 순환시키는 유로 등을 형성한다. 또한, 급전용 단자(15b) 및 절연 애자(17)를 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍과, 급전용 단자(31) 및 절연 애자(32)을 끼워 넣어 유지하기 위한 고정 구멍을 형성하여, 온도 조정용 베이스부(3)를 얻는다.
이 온도 조정용 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면에는, 알루마이트 처리를 실시하거나, 또는 알루미나 등의 절연막을 성막하는 것이 바람직하다.
(히터 엘리먼트의 형성)
티탄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 또는 몰리브덴(Mo) 박판 등의 두께가 0.2mm 이하의 일정한 두께를 가지는 비자성 금속 박판을 준비한다. 이 박판을, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 가지는 소정의 형상 패턴의 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제(접착제(23))를 이용하여, 절연재(4)로서 사용되는 재료에 밀착시킨다. 그리고, 이 비자성 금속 박판을 포토리소그래피법에 의해 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(5)로 한다. 이 때, 접착제층(23) 및 절연재(4)는 에칭되지 않는다.
다음으로, 상기 온도 조정용 베이스부(3)의 정전 척부(2)측에 위치하는 면을, 예를 들면 아세톤 등을 이용하여 탈지 및 세정한다. 이 면의 소정 위치에, 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제층(22)을 부착한다.
다음으로, 이 접착제층(22) 상에, 히터 엘리먼트(5)가 접착된 상기 절연재(4)를 배치하여, 절연재(4)와 접착제층(22)을 접착한다. 또한 이 절연재(4)는, 이 접착제층(22)과 동일 형상 또한 평면 형상의 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 시트 형상 또는 필름 형상의 내열성 및 절연성을 가지는 수지이다.
(스페이서의 배치)
시트 형상의 스페이서재(材)(7)와 시트 형상의 접착제(24)를 부착하고, 필요에 따라 소정의 형상으로 형성한 스페이서를, 상기 엘리먼트(5) 상의 임의의 위치에 접착 및 고착한다. 또한, 스페이서의 스페이서재와 접착제(24)는 같은 형상이다.
(정전 척부와 베이스부의 접착)
다음으로, 절연재(4), 히터 엘리먼트(5), 스페이서(7) 및 접착제층을 가지는 온도 조정용 베이스부(3) 상에, 절연성이면서 유기계의 접착제를 도포한다. 접착제는 임의로 선택할 수 있으며, 예를 들면, 아크릴산 및 그 에스테르, 메타크릴산 및 그 에스테르, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴 및 이들의 중합체 또는 공중합체 등의 아크릴계 접착제를 들 수 있다. 이 절연성이면서 유기계의 접착제의 도포량은, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)가 스페이서(7) 등에 의해 일정한 간격을 유지한 상태에서 접합 일체화할 수 있도록, 소정량의 범위 내로 한다. 소정량이란 스페이서(7)를 개재하여 할 수 있는 접착부 공간체적 이상의 접착제량을 가리킨다. 이 접착제의 도포방법은 임의로 선택할 수 있으며, 예를 들면 주걱 등을 이용하여 수동으로 도포하는 것 외에, 바코트법, 스크린 인쇄법 등을 들 수 있다. 온도 조정용 베이스부(3) 상의 소정영역에 정밀도 좋게 형성할 필요가 있기 때문에, 스크린 인쇄법을 이용하는 것이 바람직하다.
도포 후, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)를, 절연성이면서 유기계의 접착제를 개재하여 포갠다. 이 때, 급전용 단자(15b) 및 절연 애자(17)와, 급전용 단자(31) 및 절연 애자(32)를 온도 조정용 베이스부(3) 중에 미리 천공된 급전용 단자 수용구멍에 삽입하여 끼워 넣는다.
다음으로, 정전 척부(2)의 하면과 온도 조정용 베이스부(3) 상의 접착제층(24)의 간격이 스페이서(7)의 두께가 될 때까지 적당한 압력을 가해서 떨어뜨리고, 압출된 여분의 접착제를 제거한다.
이상으로, 정전 척부(2)와, 절연재(4), 히터 엘리먼트(5) 및 스페이서(7)를 포함하는 온도 조정용 베이스부(3)가 유기계 접착제층(6)을 개재하여 접합 일체화 된 본 실시형태의 정전 척 장치(1)가 얻어지게 된다.
이와 같이 하여 얻어진 정전 척 장치(1)는, 정전 척부(2)와, 절연재(4), 히터 엘리먼트(5) 및 스페이서(7)를 포함하는 온도 조정용 베이스부(3)를, 유기계 접착제층(6)을 개재하여 접착 일체화하였으므로, 히터 엘리먼트(5)와 정전 척부(2)의 재치면의 간격 및 히터 엘리먼트(5)와 온도 조정용 베이스부(3)의 간격을 정밀도 좋게 유지할 수 있다. 따라서, 접착제층의 두께의 편차에 기인하는 판 형상 시료의 면내 온도의 균일성의 저하가 없어지며, 정전 척부(2)에 재치되는 판 형상 시료(W)의 흡착면의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
「실시예 1」
(정전 척 장치의 제조)
(정전 척부의 형성)
재치판(11) 및 중앙에 급전용 단자를 가지는 지지판(12)을 접합 일체화함으로써, 정전 척부(2)를 얻었다.
구체적으로는, 내부에 절연재층(14)에 의해 주위가 절연되어, 두께 15㎛의 정전 흡착용 내부 전극(13)이 매설된, 도 1에 나타내어지는 재치판(11)과 지지판(12)을 가지는 정전 척부(2)를 제조하였다.
이 정전 척부(2)의 재치판(11)은, 탄화 규소를 8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소복합 소결체이며, 직경은 310mm, 두께는 3mm의 원판 형상이었다.
또한, 지지판(12)도 재치판(11)과 마찬가지로, 탄화 규소를 8질량% 함유하는 산화 알루미늄-탄화 규소복합 소결체이며, 직경은 310mm, 두께는 5.0mm의 원판 형상이었다.
이 접합체에 기계 가공을 실시하고, 직경 298mm, 두께 4.5mm의 원반형으로 하였다. 이 다음, 이 재치판(11)의 정전 흡착면을, 높이가 50㎛인 다수의 돌기부(16)를 형성함으로써, 요철면으로 하고, 이들의 돌기부(16)의 정(頂)면을 판 형상 시료(W)의 유지면으로 하였다. 접합체는 이 형상에 의해, 오목부(흡착면의 돌기부 이외의 지점)와 정전 흡착된 판 형상 시료(W)의 사이에 형성되는 홈에 냉각 가스를 흘려보낼 수 있도록 형성되었다.
(온도 조정용 베이스부의 형성)
직경 350mm, 높이 30mm의 원반상의 알루미늄제의 온도 조정용 베이스부(3)를 기계 가공에 의해 제조하였다. 이 온도 조정용 베이스부(3)의 내부에는 냉매를 순환시키는 유로(21)를 형성하였다. 또 급전용 단자 및 절연 애자를 위한 복수의 관통 구멍을 형성하였다.
(스페이서의 형성)
두께 75㎛의 시트 형상 폴리이미드 수지를, 스페이서재로서 이용하였다. 이 시트(높이:75㎛)와 에폭시 시트 접착제(접착제층(24))(높이:25㎛)를 이용하여 라미네이트 가공함으로써 두께 100㎛의 적층 구조로 하여, 이것을 폭(종횡) 2mm 모서리의 정방형으로 잘라내어, 스페이서(7)와 접착제층(24)(제 4 접착제층)의 적층체를 제조하였다.
(히터 엘리먼트의 형성)
두께가 0.1mm, 직경이 300mm의 티탄(Ti) 박판을 준비하였다. 이 박막을 절연재(4)(시트 형상의 폴리이미드 수지) 상에 접착제(23)(제 2 접착제층)를 이용하여 접착하였다. 그 후, 이 티탄(Ti) 박판을 포토리소그래피법에 의해 이하에 기술하는 바와 같은 원하는 히터 패턴에 의해 박판만을 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(5)로 하였다.
이 히터 엘리먼트(5)의 형상은, 원판 형상의 박판을 동심원 형상으로 4분할하여, 즉, 중심의 원형 엘리먼트부를 둘러싸는 사이즈가 다른 3개의 도넛 형상의 엘리먼트부가 형성되도록 분할하고, 4개의 분할 엘리먼트부로 하여, 이들의 분할 엘리먼트부 각각의 투입 전류량을 개별적으로 조정 가능한 구조로 하였다.
(제 1 접착제층의 형성)
상기 온도 조정용 베이스부(3)의 정전 척부(2)측에 위치하는 면을, 아세톤을 이용하여 탈지, 세정하였다. 그 후, 이 처리된 면의 소정 위치에, 시트 형상으로서 베이스부(3)와 히터(5)가 전기적으로 절연할 수 있는 형상의 시트 형상의 에폭시 접착제를 부착하여, 접착제층(22)(제 1 접착제층)으로 하였다.
(절연재의 설치)
다음으로, 이 접착제층(22) 상에, 상기 절연재(4)를 배치하였다. 절연재(4)와 접착제층(22)은, 대략 같은 형상이다. 이와 같이 하여 히터 엘리먼트(5), 접착제 및 절연재(4)의 조합이, 접착제층(22)에 의해 베이스부(3)에 접착되었다.
(스페이서의 배치)
상술한 스페이서(7)와 접착제(24)에서, 미리 형성된 스페이서 적층체를, 히터 엘리먼트(5) 상의 소정의 위치에 접착하여, 스페이서를 고정하였다.
(제 3 접착제층의 형성)
다음으로, 얻어진 온도 조정용 베이스부(3) 상에, 스크린 인쇄법에 의해 아크릴계 접착제를 도포하였다.
(정전 척부와 베이스부의 적층)
그 후, 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)를, 상기 아크릴계 접착제를 개재하여 포갰다. 포갠 후, 급전용 단자(15b) 및 절연 애자(17)와, 급전용 단자(31) 및 절연 애자(32)를, 온도 조정용 베이스부(3) 중에 천공된 급전용 단자수용 구멍에 삽입하여 끼워 넣었다.
다음으로, 정전 척부(2)의 하면과 온도 조정용 베이스부(3) 상의 접착제층(24)의 간격이 스페이서(7)의 두께가 될 때까지 적당한 압력을 가해서 떨어뜨려 넣고, 압출된 여분의 접착제를 제거하여, 실시예 1의 정전 척 장치를 제조하였다.
이 정전 척부(2)와 온도 조정용 베이스부(3)의 사이에 형성된 아크릴계 접착제층의 쇼어 경도는 A60이었다.
(평가)
상기 정전 척 장치의 (1)내전압성 및 (2)실리콘 웨이퍼의 면내 온도제어 및 승강온(昇降溫) 특성의 각각에 대해 평가하였다.
(1)내전압성
온도 조정용 베이스부(3)와 히터 엘리먼트(5)의 사이에 인가하는 전압을, 1kV부터 1kV씩 단계적으로 상승시켜 전압의 최대치를 10kV로 하였다. 각 전압에 있어서의 새는 전류를 측정하였다.
그 결과, 최대 전압인 10kV를 인가했을 경우의 새는 전류는 10μA 이하이며, 극히 양호한 내전압성을 나타내고 있었다.
(2)실리콘 웨이퍼의 면내 온도제어 및 승강온 특성
(평가 a)
ａ．정전 척부(2)의 재치면에 직경 300mm, 두께 0.775mm의 실리콘 웨이퍼를 정전 흡착시켜, 온도 조정용 베이스부(3)의 유로에 20℃의 냉각수를 순환시키면서, 실리콘 웨이퍼의 중심 온도가 60℃가 될 때까지, 히터 엘리먼트(5)의 각 분할 엘리먼트부에 통전하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼의 면내 온도분포를 서모그래피 TVS-200EX(일본 아비오닉스사제)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 표면 온도는, 60±1.5℃의 범위에서 양호하게 제어되어 있는 것을 알았다.
(평가 b)
ｂ．다음으로, 평가 a의 실험에 계속하여, 히터 엘리먼트(5)의 도넛형의 최외주(最外周)의 분할 엘리먼트부의 통전량을 더욱 증가시켜, 실리콘 웨이퍼 외주부의 온도가 60℃부터 80℃가 되도록 승온 속도 3℃/초로 해서 승온시켰다. 이 때의 실리콘 웨이퍼의 면내 온도분포를 서모그래피 TVS-200EX(일본 아비오닉스사제)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 최외주의 표면 온도는, 80±2.0℃의 범위에서 양호하게 제어되어 있는 것을 알았다.
(평가 c)
또한,
ｃ．평가 b의 실험에 계속하여, 히터 엘리먼트(5)의 최외주의 도넛형의 분할 엘리먼트부의 통전 만을 정지하고, 실리콘 웨이퍼 외주부의 온도를 40℃까지 강온시켰다. 이 때의 실리콘 웨이퍼의 면내 온도분포를 서모그래피 TVS-200EX(일본 아비오닉스사제)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.
도 4에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 최외주의 표면 온도는, 40±1.0℃의 범위에서 양호하게 제어되어 있는 것을 알았다.
상기의 평가 a∼c의 측정 결과에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 ±2.0℃의 범위 내에서 양호하게 제어되어 있는 것을 알았다.
「비교예 1」
(정전 척 장치의 제조)
실시예 1과 마찬가지로, 정전 척부 및 온도 조정용 베이스부를 제조하였다. 정전 척부의 지지판 표면에, 실시예 1에 형성된 것과 같은 재질이며 같은 형상의 히터 엘리먼트를 시트 접착제(23)를 개재하여 접착하였다. 온도 조정용 베이스부(3) 표면상에, 실시예 1에서 사용된 것과 같은 형상 및 재료인 폴리이미드 수지제의 절연재(4)를, 시트 형상의 접착제(22)를 사용하여 접착하였다. 또한, 정전 척부 및 온도 조정용 베이스부의 양자를, 쇼어 경도 D50의 아크릴 접착제를 개재하여 포갰다. 이들 조건 이외에는, 실시예 1에 준하여, 비교예의 정전 척 장치는 제조되었다. 비교예 1이 실시예 1과 다른 점은, 히터(5)가 척부(2)측에 접착되어 있어, 가열 부재가 직접 정전 척부의 지지판 상에 형성된 점이다.
(평가)
비교예의 정전 척 장치를, 실시예에 준하여 평가하였다.
그 결과, (1)내전압성에 대해서는, 10kV 또는 4kV의 전압을 인가했을 경우의 새는 전류가 10μA 이하이며, 극히 양호한 내전압성을 나타내고 있었다.
그러나, (2)실리콘 웨이퍼의 면내 온도제어 및 승강온 특성에서는, 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 ±3℃의 범위로 되어 있어, 면내 온도의 균일성이 저하하고 있다는 것을 알았다.
판 형상 시료의 흡착면의 면내 온도의 균일성이 우수한 정전 척 장치를 제공한다.
1: 정전 척 장치 2: 정전 척부
3: 온도 조정용 베이스부 4: 절연재
5: 히터 엘리먼트 6: 유기계 접착제층
7: 스페이서 11: 재치판
12: 지지판 13: 정전 흡착용 내부 전극
14: 절연재층 15, 15a, 15b: 급전용 단자
16: 돌기부 17: 절연 애자
21: 유로 22: 접착제층
23: 접착제층 24: 접착제층
31: 급전용 단자 32: 절연 애자
W: 판 형상 시료

Claims (6)

  1. 판 형상 시료를 재치(載置)하는 재치면인 하나의 주면을 가지고, 또한 정전 흡착용 내부 전극을 내장하는 정전 척부와,
    상기 정전 척부의 온도를 조정하는 온도 조정용 베이스부를 구비하고,
    상기 온도 조정용 베이스부의, 상기 정전 척부측에 위치하는 면의 일부 또는 전체는, 시트 형상 또는 필름 형상의 절연재에 의해 피복되며,
    상기 절연재의, 상기 재치면측에 위치하는 면에는, 박판(薄板) 형상의 가열 부재가 접착되고,
    상기 정전 척부와 상기 온도 조정용 베이스부가, 액상의 접착제를 경화한 절연성의 유기계 접착제층을 개재하여, 접착에 의해 일체화된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 부재는, 비자성 금속으로 이루어지는 두께가 0.2mm 이하의 박판 형상의 히터 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연재의 두께의 편차는, 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기계 접착제층의 쇼어 경도는 A90 이하, 또한 열전도율은 0.15W/mk 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유기계 접착제층의 두께는 50㎛ 이상이며, 상기 정전 척부와 상기 가열 부재의 사이에 배치되는 스페이서의 신장 탄성률은 10GPa 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 부재와 상기 온도 조정용 베이스부의 사이의 열전달률은, 상기 가열 부재와 상기 정전 척부의 사이의 열전달률보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
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