KR20140100990A

KR20140100990A - 정전 척

Info

Publication number: KR20140100990A
Application number: KR1020147018806A
Authority: KR
Inventors: 히로시 오노
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-08-18
Also published as: WO2013111363A1; US20150049410A1; TWI511831B; JPWO2013111363A1; CN104067382A; CN104067382B; JP6100703B2; KR101762752B1; US9543184B2; TW201402266A

Abstract

본 발명은 세라믹 기체(2)와, 세라믹 기체(2)의 내부 또는 하면에 설치되어진 흡착용 전극(3)을 포함하고, 세라믹 기체(2)의 상면에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 망간(Mn)의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척이다. 이것에 의해, 잔류 흡착의 경시적인 증가가 억제되기 때문에 웨이퍼의 이탈이 용이해져서 피가공물이 이탈하기 쉬운 정전 척을 실현할 수 있다.

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 PVD 장치, CVD 장치, 이온 플레이팅 장치, 증착 장치 등의 성막 장치나 노광 장치, 에칭 장치에 사용되는 정전 척에 관한 것이다.

종래, PVD 장치, CVD 장치, 이온 플레이팅 장치, 증착 장치 등의 성막 장치나 노광 장치, 에칭 장치에서는 실리콘 웨이퍼 등의 피가공물을 정밀도 좋게 고정하기 위해서 평탄하고 또한 평활하게 마무리된 판상체의 표면에 강제적으로 흡착시키키는 것이 행해지고 있고, 이 흡착 수단으로서 정전 흡착력을 이용한 정전 척이 사용되고 있다.

이들 성막 장치나 에칭 장치에 사용되는 정전 척은 세라믹스로 이루어지는 판상 세라믹 기체의 한 쪽의 주면(한 쪽의 가장 넓은 면)을 적재면(흡착면)으로 함으로써, 예를 들면 세라믹 기체의 내부 또는 다른 쪽의 주면(다른 쪽의 가장 넓은 면)에 흡착용 전극을 구비하고, 흡착용 전극에 DC 전압을 인가해서 피가공물과의 사이에 유전 분극에 의한 쿨롬력이나 미소한 누설 전류에 의한 존슨·라벡력 등의 정전 흡착력을 발현시킴으로써 피가공물을 적재면에 강제적으로 흡착 고정시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 정전 척에는 피가공물을 적재면으로부터 이탈시키기 위한 리프트 핀이 피가공물의 주변부에 대응하는 적재면의 주변부로부터 돌출가능하게 설치되어 있다.

그런데, 플라즈마 처리에 사용되는 종래의 정전 척에서는 흡착용 전극으로의 DC 전압 인가를 해제한 후에도 흡착력이 잔류하는, 소위 잔류 흡착이 발생하는 것이 알려져 있다. 이 잔류 흡착은 피가공물에 플라즈마로부터 전자가 주입되었을 때에 세라믹 기체에 고정 전하(정공)가 발생하고, DC 전압을 차단한 후에도 세라믹 기체에 고정 전하(정공)가 잔류하는 것에 기인하는 것이다.

여기에서, 잔류 흡착력이 큰 상태에서 리프트 핀에 의해 피가공물을 적재면으로부터 이탈시키려고자 하면 피가공물이 변형 또는 파손되어버린다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 정전 척의 적재면에 흡착한 웨이퍼와 접하는 대전 제어용 전극을 설치하고, 흡착 해제시에 그라운드 전극으로서 기능시키는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조). 이러한 고정 전하 제거 방법을 사용함으로써 피가공물의 변형 또는 파손을 억제할 수 있다.

일본 특허공개 2008-251737호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 정전 척은 반복하여 성막 등의 처리를 수회 반복하고 있으면 점점 잔류 흡착이 증가해서 웨이퍼가 이탈하기 어려워지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 잔류 흡착이 경시적으로 증가하기 어려운 정전 척의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 세라믹 기체와, 상기 세라믹 기체의 내부 또는 하면에 설치된 흡착용 전극을 포함하고, 상기 세라믹 기체의 상면에서 상기 흡착용 전극까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척이다.

본 발명에 의하면, 잔류 흡착의 경시적인 증가가 억제되기 때문에, 웨이퍼의 이탈이 용이해져서 피가공물이 이탈하기 쉬운 정전 척을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 정전 척의 일 실시형태를 나타내는 도면으로서, (a)는 정전 척의 상면도, (b)는 정전 척 및 피가공물의 종단면도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 정전 척의 다른 실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 정전 척의 다른 실시형태를 나타내는 도면으로서, (a)는 정전 척의 상면도, (b)는 정전 척 및 피가공물의 종단면도이다.
도 4의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 정전 척의 다른 실시형태를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 정전 척의 일 실시형태에 대해서 도면을 사용해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 정전 척의 일 실시형태를 나타내는 도면으로서, (a)는 정전 척의 상면도, (b)는 정전 척 및 피가공물의 종단면도이다.

도 1에 나타내는 예의 정전 척(1)은 세라믹 기체(2)와, 세라믹 기체(2)의 내부 또는 하면에 설치된 흡착용 전극(3)을 포함하고, 세라믹 기체(2)의 상면에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖는다.

구체적으로는, 도 1에 나타내는 세라믹 기체(2)는 실리콘 웨이퍼 등의 피가공물(A)과 같은 정도의 크기를 갖는 원반상으로 형성되어 있고, 한쪽 주면인 상면이 피가공물(A)의 적재면(21)이 된다.

그리고, 도 1에서는 세라믹 기체(2)의 내부에, 예를 들면 백금, 텅스텐 등의 금속으로 이루어지는 흡착용 전극(3)이 매설되어 있다. 이 흡착용 전극(3)은 세라믹 기체(2)의 다른 쪽 주면인 하면에 노출되도록 설치되어 있어도 좋지만, 도면에 나타낸 바와 같이 세라믹 기체(2)에 매설되어 있는 것이 바람직하다.

흡착용 전극(3)에는 리드선(8)이 접속되어 있고, 흡착용 전극(3)은 리드선(8)을 통해서 직류 전원(9)에 접속되어 있다. 한편, 적재면(21)에 흡착되는 피가공물(A)은 그라운드와 직접 또는 플라즈마에 의한 전기적 접속이 되어 있다. 이것에 의해, 흡착용 전극(3)과 피가공물(A) 사이에 정전 흡착력이 발현되어 흡착 고정이 달성된다.

또한, 세라믹 기체(2)의 중앙부에는 다른 쪽의 주면(도면의 하면)에서 한 쪽의 주면(도면의 상면)까지 관통한 가스 도입 구멍(7)이 형성되어 있다. 또한, 적재면(21)의 근방 영역에는 가스 유로(도시 생략)가 설치되어 있고, 이 가스 유로는 가스 도입 구멍(7)과 연통하여 있다. 그리고, 적재면(21)에 피가공물(A)이 흡착했을 때, 가스 도입 구멍(7)으로부터 피가공물(A)과 가스 유로로 구성되는 공간에 헬륨 가스 등의 냉각 가스를 공급함으로써 가스 유로와 피가공물(A) 사이 및 적재면(21)과 피가공물(A) 사이의 열전달을 양호하게 해서 피가공물(A)의 온도 분포가 균일하게 되도록 제어할 수 있다.

세라믹 기체(2)의 재료로서는 Al₂O₃, AlN, Al₂O₃-TiO₂ 중 적어도 1종을 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 여기에서, 세라믹 기체(2)가 산화 알루미늄질 세라믹스로 이루어질 경우에 있어서, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서, 예를 들면 암모늄 도소나이트(NH₄AlCO₃(OH)₂)로부터 합성되는 산화 알루미늄을 출발 원료로 하는 재료로 이루어지는 부분을 갖는 것이 좋다. 보크사이트 경유에 의해 정제되는 Al₂O₃을 출발 원료로 할 경우에는 불가피 불순물로서 혼입되어 있는 Mn의 함유량이 많아지는 것에 대해서, 이러한 재료로 이루어짐으로써 세라믹 기체(2)의 상면에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 가질 수 있다. 또한, 상기 부분에서는 Fe나 Cr, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속도 각각 10×10^- ⁴질량% 이하라는 매우 고순도의 산화 알루미늄인 것이 좋다.

세라믹 기체(2)의 상면에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 가짐으로써, 세라믹 기체(2)에 있어서의 이 부분의 정공이 증가하지 않기 때문에 전하의 흐름이 좋아진다. 따라서, 잔류 흡착의 경시적인 증가가 억제되어 웨이퍼의 이탈을 용이하게 할 수 있다.

여기에서, Mn의 함유량이 영향을 주는 잔류 흡착의 발현 메카니즘은, 예를 들면 이하와 같은 것이라고 생각된다.

세라믹 기체(2)가 미량의 Mn을 포함한 세라믹스일 경우, 플라즈마 조사에 의해 플라즈마의 에너지를 여기 에너지로서 하여 Mn이 Mn² ⁺로부터 Mn³ ⁺로 산화된다. 이 때, Mn으로부터 방출된 전하가, 예를 들면 Fe³ ⁺ 및 Cr³ ⁺ 등 다른 금속의 환원에 제공되고, Mn 산화물 내에서는 산소 공공(정공)이 생성되고, 이 정공이 미약한 상면 전류의 인자가 된다. 그리고, 이 상면 전류가 잔류 흡착으로서 발현된다고 생각된다. 이 정공의 생성은 세라믹 기체(2)의 표층뿐만 아니라 경시적으로 세라믹 기체(2)의 내부에서도 발생한다.

이러한 현상은 세라믹 기체(2)가 Al₂O₃, AlN 및 Al₂O₃-TiO₂ 중 적어도 1종을 주성분으로 할 경우에 발생하기 쉽다고 생각된다. 이들 세라믹스는 보크사이트 경유에 의해 정제되는 Al₂O₃을 출발 원료로 하는 경우가 많아서 불가피 불순물로서 혼입된 Mn에 의해 세라믹 기체(2)에 생긴 산소 공공이 하전 입자(홀)가 되어서 누설 전류가 발생하기 쉽기 때문이다.

이것에 대하여, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 가짐으로써, 정공의 생성이 억제되어 경시적인 잔류 흡착의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖는 예로서, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 기체(2)의 적재면(21) 및 그 근방 영역(적재면 근방 영역(22))을 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하인 부분으로 하는 예를 들 수 있다. 여기에서, 적재면 근방 영역(22)이란, 예를 들면 적재면(21)으로부터 0.01∼0.2mm의 두께를 갖는 영역이다. 또한, 이 영역에 있어서의 Mn의 함유량은 세라믹 기체(2)의 전체에 대한 함유량(비율)이 아니고, 이 영역만의 소정의 체적에 있어서의 함유량(비율)이다. 이 함유량은 세라믹 기체(2)의 적재면 근방 영역(22)에 있어서의 소정의 부분을 연삭, 절단, 연마 등의 공지의 방법으로 인출하고, 인출된 부위를 ICP 질량 분석(ICP-MS)법에 의해 측정한 후, 적재면(21) 및 그 근방 영역(적재면 근방 영역(22))의 전체 함유량으로 환산해서 구할 수 있다.

여기에서, 흡착용 전극(3)이 세라믹 기체(2)의 내부에 설치되어 있을 경우에 있어서, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역(적재면측 영역(23))에 있어서의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하인 것이 바람직하다. 다시 말해, 세라믹 기체(2)에 있어서의 적재면(21)에서 흡착용 전극(3)까지의 모든 영역에서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 기체(2)의 두께는 보통 2∼10mm인 것에 대해, 적재면(21)에서 흡착용 전극(3)까지의 적재면측 영역(23)의 두께는 통상 0.2∼0.4mm이다.

이것에 의해, 전압 OFF 후부터 서서히 증가하는 잔류 흡착의 경시적인 증가가 보다 억제되어 웨이퍼가 더욱 이탈하기 쉬워진다. 전압이 가해지는 피가공물(A)과 흡착용 전극(3) 사이는 가장 전계 강도가 강하기 때문에, 적재면(21)에서 흡착용 전극(3)까지의 사이의 영역에 발생하는 정공의 양을 극력 저감함으로써 보다 효과적으로 누설 전류를 억지할 수 있기 때문이다.

또한, 흡착용 전극(3)이 세라믹 기체(2)의 내부에 설치되어 있을 경우에 있어서, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)의 하면 근방까지의 영역(적재면측 영역(24))에 있어서의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하인 것이 바람직하다. 다시 말해, 세라믹 기체(2)에 있어서의 적재면(21)에서 흡착용 전극(3)의 하면 근방까지의 모든 영역에서 Mn의 함유량이 1×10^-4질량% 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 기체(2)의 두께는 통상 2∼10mm인 것에 대해, 적재면(21)에서 흡착용 전극(3)의 하면 근방까지의 영역(적재면측 영역(24))의 두께는 통상 0.3∼1.9mm이고, 이 영역에 있어서의 흡착용 전극(3)의 하면으로부터의 두께는 0.1∼1.5mm이다.

이것에 의해, 처리물이 누설 전류의 영향을 더욱 받기 어려워 안정한 처리를 할 수 있다. 피가공물(A)과 흡착용 전극(3) 사이에 전압을 인가했을 때, 피가공물(A)을 향해서 도입되는 전계가 발생하는 흡착용 전극(3)의 하면 근방의 영역도 정공의 양이 증가하지 않으므로 누설 전류를 더욱 억지할 수 있기 때문이다.

또한, 세라믹 기체(2)는 다결정체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 균열(均熱)이 좋아진다. 다결정체로 함으로써 단결정과 같이 결정의 방향성이 없기 때문에 열의 전달 방법이 균일해지기 때문이다.

또한, 세라믹 기체(2)에 있어서의 결정 입계상의 Mn 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 웨이퍼가 이탈하기 쉬워진다. 전기의 통로인 입계의 Mn의 존재량을 적게 함으로써 잔류 흡착을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, Mn은 결정 입계에 잔존하기 쉽기 때문에, 이러한 상태로 하기 위해서 세라믹 기체(2)가 되는 원료의 분말 제작시 불순물 Mn을 저감한 원료를 사용하는 등의 연구를 하는 것이 좋다. 이러한 상태로 되어 있는 것은 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 확인할 수 있다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 세라믹 기체(2)의 상면에는 복수의 볼록부(6)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 복수의 볼록부(6)의 각각의 돌출단이 평탄한 면으로 되어 있고 이 면이 적재면(21)으로 되어 있다. 또한, 볼록부(6)의 높이는, 예를 들면 3∼50㎛이고, 볼록부(6)의 수는 도면에 나타내는 패턴의 수에 한정되지 않는다. 이 경우, 볼록부(6)와 볼록부(6) 사이는 가스 유로(5)를 형성하고, 이 가스 유로(5)와 가스 도입 구멍(7)이 연통되어 있다. 도 3에 나타낸 정전 척(1)에서는 세라믹 기체(2)의 한쪽 주면의 외주를 따라 주벽(4)이 형성되어 있고, 볼록부(6), 피가공물(A) 및 가스 유로(5)가 이루는 공간이 페쇄된 공간이 되어, 가스 도입 구멍(7)으로부터 공급된 냉각 가스가 외부로 다량으로 누설되는 것을 방지하도록 되어 있다. 이 주벽(4)은 목적에 따라서 설치해도 좋고, 설치하지 않아도 좋다. 또한, 주벽(4)은 세라믹 기체(2)와 일체적으로 형성되어도 좋고, 별체로 형성되어도 좋다.

이것에 의해, 웨이퍼가 이탈하기 쉽고, 파티클도 억제할 수 있다. 웨이퍼의 접촉 면적의 저감을 도모할 수 있어서 피가공물의 마모를 억제할 수 있기 때문이다.

또한, 세라믹 기체(2)의 상면에 복수의 볼록부(6)가 형성된 경우에 있어서의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분으로서, 예를 들면 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 볼록부(6)만, 도 4(b)에 나타내는 바와 같은 볼록부(6) 및 적재면(21)의 근방 영역(적재면 근방 영역(22)) 등을 들 수 있지만, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역(적재면측 영역(23))인 것이 바람직하고, 도 4(d)에 나타낸 바와 같이 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)의 하면 근방까지의 영역(적재면측 영역(24))인 것이 바람직하다.

이상 설명한 실시형태는 본 발명의 취지를 보다 명해하게 하기 위해서 구체적으로 설명한 것이고, 본 발명은 이 형태에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 정전 척의 일 실시형태에 관한 제조방법에 대해서 설명한다. 또한, Al₂O₃을 예로 설명하지만, AlN이나 Al₂O₃-TiO₂ 등에 의해서도 동일한 방법으로 제작할 수 있다.

우선, 주원료가 되는 Al₂O₃ 분말을 소정량 칭량하고, 우레탄이나 나일론 등의 수지로 라이닝을 실시한 볼밀 중에서 이온 교환수나 유기용매 등의 용매, 유기 분산제 및 우레탄이나 나일론 등의 수지로 피복한 금속이나 세라믹으로 이루어지는 볼과 함께 24∼72Hr 습식 분쇄 혼합을 한다. 이 수지 라이닝이나 수지 피복 볼에 대해서 적용하는 수지는 사용하는 용매에 용해, 팽윤되지 않는 것을 적당히 선택하면 좋다.

여기서, Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위해서 Al₂O₃ 분말의 주원료로서, 예를 들면 암모늄 도소나이트(NH₄AlCO₃(OH)₂)로부터 합성되는 산화 알루미늄이나, Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하인 고순도의 수산화 알루미늄으로부터 합성되는 산화 알루미늄을 사용하고, 그 이외의 영역을 형성하기 위해서 Al₂O₃ 분말의 주원료로서 보크사이트 경유에 의해 정제되는 Al₂O₃이나, Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이상인 수산화 알루미늄으로부터 합성되는 산화 알루미늄을 사용하는 것이 좋다. 또한, 주원료인 Al₂O₃ 분말은 미리 ICP 질량 분석(ICP-MS)법 등에 의해 Mn, Fe, Cr 등의 존재량을 동정·정량해 두면 좋다.

이렇게 해서 분쇄 혼합한 원료 슬러리 중에 폴리비닐알콜이나 폴리비닐부티랄, 아크릴 수지 등의 유기 바인더, 보조적인 유기재료로서 가소제, 소포제를 소정량 첨가하고, 또한 24∼48Hr 혼합한다. 혼합된 유기-무기 혼합 슬러리를 닥터블레이드법, 캘린더롤법, 프레스 성형법, 압출 성형법 등에 의해 두께 20㎛∼20mm, 특히 100∼300㎛의 세라믹 그린 시트로 성형한다. 구체적으로는 Mn의 함유량이 1×10^-4질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트와 그 이외의 영역을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트를 형성한다.

그리고, 세라믹 기체(2)를 형성하는 세라믹 그린 시트에 흡착용 전극(3)을 형성하기 위한 백금, 텅스텐 등의 페이스트상 전극 재료를 공지의 스크린 인쇄법 등에 의해 인쇄 성형한다.

여기에서, 세라믹 기체(2)에 있어서의 소정의 위치에 흡착용 전극(3)이 형성되도록 페이스트상 전극 재료가 인쇄되어 있지 않은 세라믹 그린 시트와 페이스트 상 전극 재료가 인쇄된 전극 형성 그린 시트를 포개어 적층한다. 적층은 세라믹 그린 시트의 항복 응력값 이상의 압력을 인가하면서 소정의 온도에서 적층하지만, 압력 인가방법으로서는 1축 프레스법, 등방 가압법(건식, 습식법) 등의 공지의 기술을 응용하면 좋다. 또한, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖도록 하기 위해서는 페이스트상 전극 재료가 인쇄된 전극 형성 그린 시트보다 상방에 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트를 배치하면 좋다. 또한, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)까지의 영역에 있어서의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하이도록 하기 위해서는 페이스트상 전극 재료가 인쇄된 전극 형성 그린 시트보다 상방에 배치하는 세라믹 그린 시트를 모두 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트로 하면 좋다. 또한, 세라믹 기체(2)의 상면(적재면(21))에서 흡착용 전극(3)의 하면 근방까지의 영역에 있어서의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하이도록 하기 위해서는 페이스트상 전극 재료가 인쇄된 전극 형성 그린 시트도 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트로 하고, 또한 이 전극 형성 그린 시트보다 하방에 소정 매수의 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트를 배치하면 좋다.

다음에, 얻어진 적층체를 소정의 온도, 분위기 중에서 소성하여 흡착용 전극(3)이 매설 또는 하면에 형성된 세라믹 기체(2)가 제작된다.

또한, 세라믹 기체(2)의 적재면에 볼록부(6)를 형성하는 방법으로서는 마스크를 사용한 샌드 블라스트법, 머시닝 가공법 또는 초음파 가공법 등의 공지의 방법을 사용할 수 있고, 이것에 의해 예를 들면 높이가 3∼50㎛인 볼록부(6)를 소정의 패턴 형상으로 형성할 수 있다.

이상의 제조방법에 의해 플라즈마 환경 하에 있어서 잔류 흡착의 억제력이 경시적으로 열화되지 않는 정전 척을 제작할 수 있다.

실시예 1

도 1의 구조를 갖는 본 발명의 정전 척(1)에 대해서 이하와 같이 제작했다. 구체적으로는 세라믹 기체 중 적재면 및 그 근방 영역의 출발 원료를 이하의 6종의 재료로 했다. 또한, 필요에 따라서 순도 99.9질량% 이상의 분말 시약인 일산화 망간(II)을 적당히 첨가하고, 후술하는 잔류 흡착의 확인 평가를 실시했다.

재료 1로서, 순도 99.99질량% 이상의 Al₂O₃ 분말을 사용했다. 이 Al₂O₃ 분말의 평균 입경 D50은 0.1㎛이며, 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

재료 2로서, 순도 99.99질량% 이상의 Al₂O₃ 분말(평균 입경 D50은 0.1㎛)에 소결 조제로서 MgO, SiO₂, CaO 각 분말을 첨가하고, Al₂O₃ 분말을 98질량%, MgO, SiO₂, CaO 각 분말을 합계로 2질량%의 비율로 한 것을 사용했다. 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

재료 3으로서, 순도 99.9질량%의 AlN 분말을 사용했다. 이 AlN 분말의 평균 입경 D50은 1.0㎛이며, 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

재료 4로서, 순도 99.99질량% 이상의 Al₂O₃ 분말(평균 입경 D50은 0.1㎛) 분말에 TiO₂(평균 입경 D50은 0.6㎛) 분말을 첨가하고, Al₂O₃ 분말 99질량%, TiO₂ 분말 1질량%의 비율의 Al₂O₃-TiO₂ 분말로 한 것을 사용했다. 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

재료 5로서, 순도 99질량%의 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 분말을 사용했다. 이 뮬라이트 분말의 평균 입경 D50은 0.5㎛이며, 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

재료 6으로서, 순도 99.9질량%의 코젤라이트(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂) 분말을 사용했다. 이 코젤라이트 분말의 평균 입경 D50은 0.7㎛이며, 최종적인 불순물 Mn은 금속 환산으로 1×10^- ⁵질량%이었다.

상기 재료 1∼6의 원료 분말 100질량부에 대하여 톨루엔 80질량부, 분산제 0.5질량부를 나일론 라이닝을 실시한 볼밀 내에서 Φ20mm의 수지 피복 볼과 함께 48Hr 습식 분쇄 혼합을 했다. 또한, 습식 분쇄 혼합시에 각 재료에 대하여 각각 금속 환산으로 Mn이 1×10^- ⁴질량%, 1×10^- ³질량%의 소정량이 되도록 일산화 망간(II)의 분말을 첨가한 재료도 별도 준비했다. 여기에서, 일산화 망간(II)으로서 Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. 제품의 순도 99.9질량%의 것을 사용하고, 분말은 미리 진동밀에서 미세 분말로 분쇄한 것이다.

세라믹 기체 중 적재면 및 그 근방 영역 이외의 하측 영역에는 금속 환산으로 Mn이 1×10^- ³질량%인 재료를 적용했다.

계속해서, 이 습식 분쇄 혼합 슬러리에 대하여 가소제와 바인더를 첨가했다. 가소제는 원료 분말 100질량부에 대하여 DBP 및 DOP를 각각 2질량부, 바인더는 폴리비닐부티랄을 고형분 환산으로 12질량부 첨가하고, 또한 30Hr 습식 혼합을 했다.

다음에, 혼합된 유기-무기 혼합 슬러리를 닥터블레이드법에 의해 두께 100㎛의 세라믹 그린 시트로 성형했다.

다음에, 세라믹 기체가 되는 세라믹 그린 시트에 흡착용 전극이 되는 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄 성형했다.

다음에, 세라믹 기체에 있어서의 소정 위치에 흡착용 전극이 형성되도록 텅스텐 페이스트를 인쇄하여 있지 않은 적재면 및 그 근방 영역이 되는 세라믹 그린 시트와 텅스텐 페이스트를 인쇄한 전극 형성 그린 시트를 포개고, 1축 프레스법으로 그린 시트의 항복 응력 이상의 압력, 구체적으로는 5MPa를 인가하면서, 80℃ 이상의 온도에서 적층 했다. 이때, 적재면 및 그 근방 영역과 그 이외의 하측 영역의 경계는 적재면과 흡착용 전극 사이 중, 적재면으로부터 세라믹 그린 시트 1층분 아래의 위치(후술하는 로터리 연삭 가공 후의 적재면으로부터 약 50㎛ 거리의 위치)가 되도록 형성하고, 상술한 바와 같이 하측 영역에는 금속 환산으로 Mn이 1×10^-3질량%로 조정된 그린 시트를 적용했다.

다음에, 얻어진 적층체를 환원 분위기 중 소정 온도(재료 3, 5, 6의 원료 분말 이외는 1600℃, 재료 3의 원료 분말은 2000℃, 재료 5 및 재료 6의 원료 분말은 1400℃)에서 3Hr 소성했다.

얻어진 세라믹 기체에 로터리 연삭 가공에 의해 두께 가공을 실시하고, 머시닝 가공에 의해 가스 도입 구멍을 형성, 적재면은 랩 가공에 의해 상면 거칠기(Ra)로 0.1㎛ 이하로 마무리하고, 또한 마스크를 사용한 샌드 블라스트법에 의해 높이가 12㎛인 가스 유로를 소정의 패턴 형상으로 형성했다. 또한, 흡착용 전극에는 금속 단자(도시 생략)를 납땜에 의해 부착하여 정전 척을 제작했다.

그리고, 제작된 정전 척의 흡착면이 140℃가 되도록 할로겐 램프에 의해 가열된 진공 챔버 내에서 이하의 평가를 실시했다. 또한, 140℃ 가열은 Mn 산화물 내에서의 전하이동(정공의 생성)을 보다 촉진할 목적이다.

평가는 정전 척의 흡착면에 대하여, 1사이클 70초의 플라즈마 처리를 3000회 반복한 후, 흡착용 전극에 소정의 전압을 300초 인가하여 실리콘 웨이퍼를 흡착 고정했다.

그 후, 흡착용 전극으로의 전압 인가를 정지하고, 정지 1초 후의 잔류 흡착력에 대해서 로드셀을 사용해서 측정했다. 또한, 미리 단결정 사파이어의 마스터로 측정하고, 로드셀의 값에 있어서 0.20kPa 이하는 잔류 흡착력이 없다고 판단했다. 전체 시료에 있어서 플라즈마 처리 전의 잔류 흡착력은 0.20kPa 미만이고, 플라즈마 처리 후의 결과는 표 1에 나타냈다.

표 1에 의하면, 시료 No. 1, 4, 7, 10, 13, 16 이외의 본 발명의 실시예의 시료(적재면 및 그 근방 영역의 Mn양이 1×10^- ⁴질량% 이하인 시료)는 플라즈마 처리 후의 잔류 흡착력이 0.20kPa 이하이며, 잔류 흡착력의 증가가 효과적으로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

이것에 대하여, 비교예인 시료 No. 1, 4, 7, 10, 13, 16(적재면 및 그 근방 영역의 Mn양이 1×10^- ⁴질량%를 초과하는 시료)은 플라즈마 처리 후에 잔류 흡착이 현저하게 발생하여 있는 것을 알 수 있다.

이상의 것으로부터, 재료 1∼6의 조성에 의하지 않고, 적재면 및 그 근방 영역의 Mn의 함유량을 1×10^- ⁴질량% 이하로 함으로써 잔류 흡착력의 증가를 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

도 2(a) 및 도 2(b)의 구조를 갖는 본 발명의 정전 척(1)에 대해서, 세라믹 기체의 상면(적재면)에서 흡착용 전극까지의 영역(적재면측 영역) 또는 흡착용 전극의 하면 근방까지의 영역(적재면측 영역)의 출발 원료는 실시예 1의 재료 1∼재료 6을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제작했다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 습식 분쇄 혼합시에 각 재료에 대하여 각각 금속 환산으로 Mn이 1×10^- ⁴질량%, 1×10^- ³질량%의 소정량이 되도록 일산화 망간(II)의 분말을 첨가한 재료도 별도 준비했다.

세라믹 기체 중 상면에서 흡착용 전극까지의 영역(도 2(a)) 또는 흡착용 전극의 하면 근방까지의 영역(도 2(b)) 이외의 하측 영역에는 금속 환산으로 Mn이 1×10^- ³질량%인 재료를 적용했다.

또한, 도 2(b)에 상당하는 정전 척은 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량%가 되는 세라믹 그린 시트를 흡착용 전극의 하면(적재면과는 반대측의 면)에 소성 후의 두께가 0.5mm가 되도록 포갠 시료로 했다.

그리고, 제작된 정전 척의 흡착면이 140℃가 되도록 실시예 1과 마찬가지로 할로겐 램프에 의해 가열된 진공 챔버 내에서 이하의 평가를 실시했다.

그 후, 흡착용 전극으로의 전압 인가를 정지하고, 정지 1초 후의 잔류 흡착력에 대해서 로드셀을 사용해서 측정했다. 또한, 전체 시료에 대해서 플라즈마 처리 전의 잔류 흡착력은 0.20kPa 미만이었다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 효과를 이해하기 쉽게 하기 위해서, 표 1의 결과도 일부 전재하고 있다.

표 2에 의하면, 시료 No. 1과 시료 No. 2, 시료 No. 4와 시료 No. 5, 시료 No. 7과 시료 No. 8, 시료 No. 10과 시료 No. 11, 시료 No. 13과 시료 No. 14, 시료 No. 16과 시료 No. 17, 시료 No. 19와 시료 No. 20, 시료 No. 22와 시료 No. 23의 비교로부터 명백해지듯이, Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량%가 되는 영역과 그 이외의 영역의 경계를 흡착용 전극까지의 위치로 하는 편이, 적재면에서 그린 시트 1층 아래까지의 위치(로터리 연삭 가공 후의 적재면에서 약 50㎛의 거리의 위치)보다 효과적으로 잔류 흡착력의 증가가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 시료 No. 2와 시료 No. 3, 시료 No. 5와 시료 No. 6, 시료 No. 8과 시료 No. 9, 시료 No. 11과 시료 No. 12, 시료 No. 14와 시료 No. 15, 시료 No. 17과 시료 No. 18, 시료 No. 20과 시료 No. 21, 시료 No. 23과 시료 No. 24의 비교로부터 명백해지듯이, Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량%가 되는 영역과 그 이외의 영역의 경계를 흡착용 전극 아래 0.5mm까지의 위치로 하는 편이 흡착용 전극까지의 위치보다 효과적으로 잔류 흡착력의 증가가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

이상의 것으로부터, 잔류 흡착력의 증가를 더욱 효과적으로 억제하기 위해서는 재료 1∼6의 조성에 의하지 않고, 전압(전계)이 가해지는 영역에서 Mn의 함유량을 1×10^- ⁴질량% 이하로 함으로써 잔류 흡착력의 증가를 더욱 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

실시예 2에서 제작한 출발 원료가 재료 1인 도 2(a) 구조를 갖는 본 발명의 정전 척(1)에 대해서 흡착용 전극을 포함하는 하면(적재면과는 반대측의 면)을 로터리 연삭 가공에 의해 연삭했다. 얻어진 세라믹 기체는 적재면으로부터의 두께가 0.35mm이었다.

또한, 비교 대상으로서, 단결정 사파이어로 상술한 정전 척과 동일 구조를 갖는 0.35mm 두께의 세라믹 기판을 제작했다.

이들 세라믹 기판에 각각 실시예 1, 2의 정전 척과 동일한 흡착용 전극을 Cr증착법에 의해 형성했다.

그리고, 흡착용 전극에는 금속 단자(도시 생략)를 Ag 에폭시 도전 접착제에 의해 부착해서 정전 척을 제작함과 아울러, 이것을 또한 냉각 베이스 플레이트(도시 생략)에 접착했다.

그리고, 제작된 정전 척의 흡착면이 140℃가 되도록 실시예 1, 2와 마찬가지로 할로겐 램프에 의해 가열된 진공 챔버 내에서 이하의 평가를 실시했다.

평가는 정전 척의 흡착면에 대하여 1사이클 70초의 플라즈마 처리를 3000회 반복한 후, 흡착용 전극에 소정의 전압을 300초 인가하여 실리콘 웨이퍼를 흡착 고정했다. 그 후, 흡착용 전극으로의 전압 인가를 정지하고, 정지 1초 후의 잔류 흡착력에 대해서 로드셀을 사용해서 측정했다. 또한, 어느 시료와도 플라즈마 처리 전의 잔류 흡착력은 0.20kPa 미만이었다.

또한, 각 시료에 대해서 베이스 플레이트에 15MHz의 고주파 RF를 인가하고, 정전 척 표면을 적외 온도계로 측정하고, 최고 온도와 최저 온도의 차(ΔT)를 평가했다.

이들 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3으로부터 명백해지듯이, 비교예인 시료 2의 단결정 사파이어로 제작한 정전 척보다 본 발명의 실시예인 시료 1의 다결정 알루미나로 제작한 정전 척의 편이 고주파 환경 하에서의 흡착면 내의 균열성(ΔT)이 양호한 것을 알 수 있다. 이것은 세라믹 기판을 다결정체로 함으로써 단결정과 같이 결정의 방향성이 없기 때문에 열의 절단 방법이 균일해지기 때문이다.

또한, 시료 1의 정전 척은 세라믹 기체의 상면(적재면)에서 흡착용 전극까지의 영역(적재면측 영역)에 있어서 Mn양이 1×10^- ⁴질량%이기 때문에 잔류 흡착의 억제력이 경시적으로 열화되는 경우가 없었다.

또한, 시료 1의 정전 척에 대해서 세라믹 기체의 단면을 투과형 전자현미경(TEM)으로 관찰한 바, 1×10^- ⁴질량%의 Mn은 모두 입계로 존재하고, 입계가 정공의 통로인 것을 확인했다. 따라서, 전기의 통로인 입계의 Mn의 존재량을 적게 함으로써 잔류 흡착의 증가를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

1: 정전 척 2: 세라믹 기체
21: 적재면 22: 적재면 근방 영역
23, 24: 적재면측 영역 3: 흡착용 전극
4: 주벽 5: 가스 유로
6: 볼록부 7: 가스 도입 구멍
8: 리드선 9: 직류 전원

Claims

세라믹 기체와, 상기 세라믹 기체의 내부 또는 하면에 설치된 흡착용 전극을 포함하고, 상기 세라믹 기체의 상면에서 상기 흡착용 전극까지의 영역에 있어서 Mn의 함유량이 1×10^- ⁴질량% 이하가 되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 1 항에 있어서,
상기 흡착용 전극은 상기 세라믹 기체의 내부에 설치되어 있고, 상기 상면에서 상기 흡착용 전극까지의 영역에 있어서의 Mn의 함유량은 1×10^- ⁴질량% 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 1 항에 있어서,
상기 흡착용 전극은 상기 세라믹 기체의 내부에 설치되어 있고, 상기 상면에서 상기 흡착용 전극의 하면 근방까지의 영역에 있어서의 Mn의 함유량은 1×10^- ⁴질량% 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 기체는 다결정체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 4 항에 있어서,
상기 세라믹 기체에 있어서의 결정 입계상의 Mn 함유량은 1×10^- ⁴질량% 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 기체의 상면에는 복수의 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척.