KR20190005798A - 정전 척의 제조 방법 및 정전 척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판의 이면에서 생기는 방전을 억제하는 것이 가능한 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 전극층에 전압을 인가함으로써 기판을 흡착하는 정전 척의 제조 방법으로서, 베이스 상의 제1 수지층 상에 상기 제1 전극층을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계를 가지며, 상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계는, 피더로부터 노즐 내에 투입한 용사 재료의 분말을, 플라즈마 생성 가스에 의해 운반하고, 노즐의 선단부의 개구로부터 분사하는 단계와, 분사된 플라즈마 생성 가스를 500 W∼10 kW의 전력에 의해 괴리시켜, 상기 노즐과 축심이 공통되는 플라즈마를 생성하는 단계와, 생성된 플라즈마에 의해 용사 재료의 분말을 액상으로 하여 상기 제1 전극층 상에 성막하는 단계를 포함하는 정전 척의 제조 방법이 제공된다.

Description

정전 척의 제조 방법 및 정전 척{METHOD OF MANUFACTURING ELECTROSTATIC CHUCK AND ELECTROSTSATIC CHUCK}
본 발명은, 정전 척의 제조 방법 및 정전 척에 관한 것이다.
배치대 상의 웨이퍼를 유지하기 위해서, 전극에 전압을 인가하고, 쿨롱력에 의해 웨이퍼를 정전 흡착하여 유지하는 정전 척이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
정전 척은, 유전체에 전극층이 내포된 구조를 취한다. 이 유전체가 두꺼워질수록, 정전 용량이 저하되고, 웨이퍼와 배치대와의 전위차가 커져, 웨이퍼의 이면에서 방전을 유발시키는 경향이 높아진다. 예컨대, 베이스측에는 웨이퍼를 들어올리기 위한 핀이 통과하는 구멍이나, 웨이퍼와 배치대 사이에 공급하는 전열 가스를 통과시키는 구멍 등이 복수 형성되어 있다. 웨이퍼와 베이스와의 전위차가 커지면, 웨이퍼의 이면 근방에 형성된 복수의 구멍 근방 등에서 이상 방전이 생기는 경우가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2009-200393호 공보
그러나, 지금까지의 정전 척에서는, 유전체의 재료에 세라믹스 소결재, 또는 입경이 30 ㎛ 이상인 용사 재료를 용융시켜 용사된 세라믹스가 이용되고 있었다. 이 때문에, 유전체의 박판화는 곤란하였다. 이 결과, 웨이퍼의 이면에서 생기는 방전을 효과적으로 억제할 수는 없었다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 기판의 이면에서 생기는 방전을 억제하는 것이 가능한 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 형태에 따르면, 제1 전극층에 전압을 인가함으로써 기판을 흡착하는 정전 척의 제조 방법으로서, 베이스 상의 제1 수지층 상에 상기 제1 전극층을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계를 가지며, 상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계는, 피더로부터 노즐 내에 투입된 용사 재료의 분말을, 플라스마 생성 가스에 의해 운반하고, 노즐 선단부의 개구로부터 분사하는 단계와, 분사된 플라스마 생성 가스를 500 W~10 kW의 전력에 의해 괴리시켜, 상기 노즐과 축심이 공통되는 플라스마를 생성하는 단계와, 생성된 플라스마에 의해 용사 재료의 분말을 액상으로 하여 상기 제1 전극층 상에 성막하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 기판의 이면에서 생기는 방전을 억제하는 것이 가능한 정전 척을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 제1 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 3은 제1 실시형태에 따른 폴리이미드 및 알루미나의 물성치를 나타낸 도면.
도 4는 제2 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 제3 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 6은 제4 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 제5 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 8은 제6 실시형태에 따른 정전 척의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 9는 일 실시형태에 따른 전극 컨택트부 및 관통 구멍의 구조의 일례를 나타낸 도면.
도 10은 일 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 11은 일 실시형태에 따른 플라즈마 제트를 비교예와 비교한 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
[기판 처리 장치의 전체 구성]
우선, 기판 처리 장치(1)의 일례에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 평행 평판 기판 처리 장치로서, 대략 원통형의 처리 용기(챔버)(2)를 갖고 있다. 처리 용기(2)의 내면에는, 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 행해지고 있다. 처리 용기(2)의 내부는, 플라즈마에 의해 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리가 행해지는 처리실로 되어 있다.
배치대(3)는, 기판의 일례인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)를 배치한다. 배치대(3)는, 예컨대 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 탄화규소(SiC) 등으로 형성되어 있다. 배치대(3)는 하부 전극으로서도 기능한다.
배치대(3)의 상측에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(ESC)(10)이 마련되어 있다. 정전 척(10)은, 유전층(10b) 사이에 전극층(10a)을 끼운 구조로 되어 있다. 전극층(10a)에는 직류 전원(30)이 접속되어 있다. 스위치(31)의 개폐에 따라 직류 전원(30)으로부터 전극층(10a)에 직류 전압이 인가되면, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(10)에 흡착된다.
정전 척(10)의 외주측에는, 웨이퍼(W)의 외연부를 둘러싸도록 원환형의 포커스링(11)이 배치된다. 포커스링(11)은, 예컨대, 실리콘으로 형성되고, 처리 용기(2)에 있어서 플라즈마를 웨이퍼(W)의 표면을 향해 수속하며, 플라즈마 처리의 효율을 향상시키도록 기능한다.
배치대(3)의 하측은, 베이스(12)로 되어 있고, 이에 따라, 배치대(3)는 처리 용기(2)의 바닥부에 유지된다. 베이스(12)의 내부에는, 냉매 유로(12a)가 형성되어 있다. 칠러(36)로부터 출력된 예컨대 냉각수나 브라인 등의 냉각 매체(이하, 「냉매」라고도 함)는, 냉매 입구 배관(12b), 냉매 유로(12a), 냉매 출구 배관(12c)으로 흘러, 순환한다. 이와 같이 하여 순환하는 냉매에 의해, 금속으로 구성되는 배치대(3)는 발열(拔熱)되어, 냉각된다.
전열 가스 공급원(37)은, He 가스 등의 전열 가스를 전열 가스 공급 라인(16)을 통하여 정전 척(10)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급한다. 이러한 구성에 의해, 정전 척(10)은, 냉매 유로(12a)에 순환시키는 냉매와, 웨이퍼(W)의 이면에 공급하는 전열 가스에 의해 온도 제어되고, 이에 따라, 웨이퍼(W)가 미리 정해진 온도로 제어된다.
배치대(3)에는, 제1 주파수의 플라즈마 생성용 고주파 전력(HF)을 공급하는 제1 고주파 전원(32)이 제1 정합기(33)를 통해 접속되어 있다. 또한, 배치대(3)에는, 제2 주파수의 바이어스 전압 발생용 고주파 전력(LF)을 공급하는 제2 고주파 전원(34)이 제2 정합기(35)를 통해 접속되어 있다. 제1 주파수는, 예컨대 40 MHz여도 좋다. 또한, 제2 주파수는, 제1 주파수보다도 낮으며, 예컨대 13.56 MHz여도 좋다. 본 실시형태에서는, 고주파 전력(HF)은, 배치대(3)에 인가되지만, 가스 샤워 헤드(20)에 인가되어도 좋다.
제1 정합기(33)는, 처리 용기(2) 내에 플라즈마가 생성되고 있을 때에 제1 고주파 전원(32)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다. 제2 정합기(35)는, 처리 용기(2) 내에 플라즈마가 생성되고 있을 때에 제2 고주파 전원(34)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
가스 샤워 헤드(20)는, 그 외연부를 피복하는 쉴드링(21)을 통해 처리 용기(2)의 천장부의 개구를 폐색하도록 부착되어 있다. 가스 샤워 헤드(20)에는, 가변 직류 전원(26)이 접속되고, 가변 직류 전원(26)으로부터 부의 직류 전압(DC)이 출력된다. 가스 샤워 헤드(20)는, 실리콘에 의해 형성되어 있어도 좋다. 가스 샤워 헤드(20)는, 배치대(3)(하부 전극)에 대향하는 대향 전극(상부 전극)으로서도 기능한다.
가스 샤워 헤드(20)에는, 가스를 도입하는 가스 도입구(22)가 형성되어 있다. 가스 샤워 헤드(20)의 내부에는 가스 도입구(22)로부터 분기된 센터측의 가스 확산실(24a) 및 에지측의 가스 확산실(24b)이 마련되어 있다. 가스 공급원(23)으로부터 출력된 가스는, 가스 도입구(22)를 통해 가스 확산실(24a, 24b)에 공급되고, 가스 확산실(24a, 24b)에서 확산되어 복수의 가스 공급 구멍(25)으로부터 배치대(3)를 향해 도입된다.
처리 용기(2)의 바닥면에는 배기구(18)가 형성되어 있고, 배기구(18)에 접속된 배기 장치(38)에 의해 처리 용기(2) 내부가 배기된다. 이에 따라, 처리 용기(2) 내부는 미리 정해진 진공도로 유지된다. 처리 용기(2)의 측벽에는 게이트 밸브(17)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(17)는, 웨이퍼(W)를 처리 용기(2)로 반입하거나, 처리 용기(2)로부터 반출하거나 할 때에 개폐한다.
기판 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어 장치(100)가 마련되어 있다. 제어 장치(100)는, CPU(Central Processing Unit)(105), ROM(Read Only Memory)(110) 및 RAM(Random Access Memory)(115)을 갖고 있다. CPU(105)는, RAM(115) 등의 기억 영역에 저장된 레시피에 따라서, 에칭 등의 원하는 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량, 처리 용기 내부 온도(상부 전극 온도, 처리 용기의 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전 척 온도 등), 칠러(36)로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 설정되어 있다. 또한, 레시피 및 제어 장치(100)가 사용하는 프로그램은, 하드 디스크, 반도체 메모리에 기억되어도 좋다. 또한, 레시피 등은, CD-ROM, DVD 등의 가반성(可搬性) 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 미리 정해진 위치에 세트되고, 독출되도록 하여도 좋다.
에칭이나 성막 등의 플라즈마 처리가 실행될 때에는, 게이트 밸브(17)의 개폐가 제어되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(2)에 반입되며, 배치대(3)에 배치된다. 직류 전원(30)으로부터 전극층(10a)에 정 또는 부의 극성의 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)가 정전 척(10)에 정전 흡착되어, 유지된다.
프로세스시에는, 가스 공급원(23)으로부터 처리 용기(2) 내에 원하는 가스가 공급되고, 제1 고주파 전원(32)으로부터 배치대(3)에 고주파 전력(HF)이 인가된다. 제2 고주파 전원(34)으로부터 배치대(3)에 고주파 전력(LF)이 인가되어도 좋다. 가변 직류 전원(26)으로부터 부의 직류 전압이 가스 샤워 헤드(20)에 인가되어도 좋다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 위쪽에서 가스가 괴리되어 플라즈마가 생성되고, 플라즈마의 작용에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리가 행해진다.
플라즈마 처리 후, 직류 전원(30)으로부터 전극층(10a)에 정전 흡착시와는 정부의 극성이 반대인 직류 전압이 인가되고, 웨이퍼(W)의 전하가 제전된다. 제전 후, 웨이퍼(W)는, 정전 척(10)으로부터 박리되고, 게이트 밸브(17)로부터 처리 용기(2) 밖으로 반출된다.
[정전 척의 제조]
다음에, 제1∼제6 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 2∼도 9를 참조하면서 차례로 설명한다.
<제1 실시형태>
우선, 제1 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 정전 척(10)은, 베이스(12) 상에 형성된다. 베이스(12)는, 외주측에 함몰부가 있고, 함몰부에 환형의 포커스링(11)이 배치되도록 되어 있다. 도 2의 (a)의 좌측을 도 2의 (b)에서 확대하여 나타낸 바와 같이, 베이스(12)의 외주측의 함몰부 및 베이스(12)의 측벽은, 용사 세라믹스(121)에 의해 피복되어 있다.
베이스(12)의 상면에 마련된 접착층(122) 상에는 폴리이미드층(123)이 형성되고, 이에 따라 폴리이미드층(123)은 베이스(12)에 접착된다. 전극층(10a)은, 폴리이미드층(123) 상에 형성되고, 폴리이미드층(123)과 용사 세라믹스(124) 사이에 끼워져 있다. 제1 실시형태에서는, 폴리이미드층(123) 및 용사 세라믹스(124)에 의해 유전층(10b)이 형성되고, 전극층(10a), 폴리이미드층(123) 및 용사 세라믹스(124)에 의해 정전 척(10)이 형성된다.
제1 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 베이스(12)에는, 외주측의 함몰부 및 베이스(12)의 측벽에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물인 용사 세라믹스(121)가 용사되며, 베이스(12)의 상면에 접착층(122)이 마련되어 있다.
제1 단계에 있어서, 베이스(12) 상의 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)이 형성된다. 폴리이미드층(123)은, 시트형의 폴리이미드를 접착층(122) 상에 붙여도 좋고, 도포하여도 좋다. 도포의 경우, 접착층(122)은 마련하지 않아도 좋다. 즉, 도포의 경우, 폴리이미드층(123)을 직접 베이스(12) 상에 도포하여도 좋고, 접착층(122) 상에 도포하여도 좋다. 폴리이미드층(123)은, 제1 수지층의 일례이다. 제1 수지층은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 어느 하나일 수 있다. 본 실시형태에서는, 폴리이미드층(123) 및 접착층(122)은, 베이스(12)의 상면에 형성되고, 베이스(12)의 측면에는 형성되어 있지 않다.
다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상에 전극층(10a)을 형성한다. 전극층(10a)은 제1 전극층의 일례이다. 제1 전극층은 금속에 의해 구성된다. 금속*(10a) 및 후술하는 금속층(10b)은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 이용하여 성막하여도 좋다.
다음에, 제3 단계에 있어서, 전극층(10a) 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물인 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 본 실시형태 및 제2∼제6 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에서는, 용사 세라믹스는, 후술하는 플라즈마 용사 장치에 의해 플라즈마 용사된다.
제1 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a)의 하층재에는 폴리이미드재를 사용하고, 상층재에는 세라믹스 용사를 사용한다. 이에 따라, 정전 척(10)을 박판화할 수 있다. 예컨대, 정전 척(10)의 용사 세라믹스(124)의 두께를 0.6 ㎜ 정도로 형성하고, 정전 척(10)의 전체의 두께를 1 ㎜ 미만으로 형성할 수 있다.
제1 수지층 및 후술하는 제2 수지층을 폴리이미드재로 형성하는 이점에 대해서 설명한다. 정전 척(10)의 정전 용량(C)은, 유전층(10b)의 비유전율(ε)과 유전층(10b)의 두께(d)를 이용하여, (1)식으로부터 산출된다.
C=εo×ε×(S/d)···(1)
εo: 진공의 유전율, ε: 비유전률, S: 유전층(10b)의 면적, d: 유전층(10b)의 두께
예컨대, 어떤 절연치[kV]를 확보하려고 한 경우, 알루미나의 판 두께를 1로 하면, 폴리이미드라면 알루미나의 1/21의 두께로 실현된다. 이것은, 도 3의 상단에 도시된 바와 같이, 폴리이미드의 절연 파괴 전압이 알루미나(세라믹스)의 절연 파괴 전압의 21배이기 때문이다.
이 때문에, 도 3의 하단에 도시된 바와 같이, 폴리이미드의 비유전율이, 알루미나의 비유전율의 1/3이어도, 동일한 두께로 비교하면, 폴리이미드층(123)의 정전 용량은, 알루미나의 정전 용량의 7배(=21/3)가 된다.
또한, 용사 세라믹스(121, 124)는, 후술하는 플라즈마 용사 장치에 의해 플라즈마 용사함으로써, 두께를 약 0.6 ㎜ 정도로 얇게 할 수 있다. 종래, 전극층(10a)의 상층재에는, 유전체의 소결판이 사용되고 있고, 최저더라도 1 ㎜ 이상, 예컨대, 1 ㎜∼4 ㎜의 두께를 갖고 있었다. 이상으로부터, 종래의 정전 척(10)의 두께는, 최저더라도 1 ㎜ 이상의 두께가 된다. 이것에 대하여, 본 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 정전 척(10)의 전체의 두께를 1 ㎜ 미만으로 형성할 수 있다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 용사 세라믹스(124)는, 폴리이미드층(123) 및 접착층(122)을 덮도록 용사되어도 좋다. 이것에 따르면, 플라즈마 내성이 용사 세라믹스(124)보다도 낮은 폴리이미드층(123) 및 접착층(122)이 플라즈마에 노출되지 않는다. 이에 따라, 폴리이미드층(123) 및 접착층(122)이 플라즈마에 노출되어 내식됨으로써 생기는 정전 척(10)의 수명의 단축화를 회피할 수 있다.
<제2 실시형태>
다음에, 제2 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다. 제2 실시형태에 따른 정전 척(10)은, 폴리이미드층이 2층으로 되어 있는 점이, 도 2에 도시된 제1 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성과 상이하다.
구체적으로는, 제2 실시형태에 따른 정전 척(10)에서는, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 폴리이미드층(123)과 용사 세라믹스(124) 사이에, 폴리이미드층(125)이 형성되어 있다. 본 실시형태에 따른 폴리이미드층(123)은, 제1 수지층의 일례이며, 폴리이미드층(125)은, 제2 수지층의 일례이다. 본 실시형태에서는, 폴리이미드층을 2층으로 함으로써, 폴리이미드가 절연 파괴 전압이 높기 때문에, 정전 척(10)을 더 얇게 할 수 있다.
폴리이미드층(125)은, 폴리이미드층(123)과 동일한 재료여도 좋고, 상이한 재료여도 좋다. 폴리이미드층(123, 125)은 얇기 때문에, 상이한 재료를 사용하여도 문제없이 밀착성을 유지할 수 있다.
제1 수지층과 제2 수지층의 조합은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중의, 동종 또는 이종 중 어느 하나의 조합일 수 있다. 즉, 제1 수지층은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 어느 하나여도 좋고, 마찬가지로, 제2 수지층은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 어느 하나여도 좋다.
예컨대, 폴리이미드층(123, 125)은, 2층의 폴리이미드로 형성되어도 좋고, 2층의 실리콘으로 형성되어도 좋으며, 2층의 에폭시로 형성되어도 좋고, 2층의 아크릴로 형성되어도 좋다. 또한, 폴리이미드층(123, 125)은, 폴리이미드층 상에 실리콘층이 형성되는 패턴, 폴리이미드층 상에 에폭시층이 형성되는 패턴, 폴리이미드층 상에 아크릴층이 형성되는 패턴, 실리콘층 상에 에폭시층이 형성되는 패턴, 실리콘층 상에 아크릴층이 형성되는 패턴, 그 밖의 모든 제1 수지층 및 제2 수지층의 재료의 조합이어도 좋다.
제2 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 용사 세라믹스(121) 및 접착층(122)이 부착된 베이스(12)에 대하여, 제1 단계에 있어서, 베이스(12) 상의 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성한다. 폴리이미드층(123)을 도포하는 경우, 접착층(122)은 마련하지 않아도 좋다. 다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상에 전극층(10a)을 형성한다.
다음에, 제3 단계에 있어서, 폴리이미드층(125)을 형성한 후, 제4 단계에 있어서, 폴리이미드층(125) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다.
제2 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a)은 2층의 하층재인 폴리이미드에 의해 라미네이트되고, 상층재에는 세라믹스 용사를 사용한다. 이러한 구성에서는, 절연 파괴 전압이 높은 2층의 폴리이미드를 마련함으로써, 정전 척(10)을 더 박판화할 수 있다.
제2 실시형태에 있어서도, 폴리이미드층(123, 125) 및 접착층(122)은, 베이스(12)의 상면에 형성되고, 베이스(12)의 측면에는 형성되어 있지 않다. 또한, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 용사 세라믹스(124)는, 폴리이미드층(123, 125) 및 접착층(122)을 덮도록 용사되어도 좋다. 이것에 따르면, 플라즈마 내성이 용사 세라믹스(124)보다도 낮은 폴리이미드층(123, 125) 및 접착층(122)이 플라즈마에 노출되지 않는다. 이에 따라, 폴리이미드층(123, 125) 및 접착층(122)이 플라즈마에 노출되어 내식되지 않아, 정전 척(10)의 수명을 길게 할 수 있다.
<제3 실시형태>
다음에, 제3 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다. 제3 실시형태에 따른 정전 척(10)은, 폴리이미드층(123) 및 접착층(122)이, 베이스(12)의 측면 및 함몰부의 상면으로 연장되어 형성되어 있는 점 및 포커스링(11)용 전극층(10c)이, 전극층(10a)과는 별도로 마련되는 점이, 도 2의 제1 실시형태와 상이하다.
제3 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제1 단계에 있어서, 베이스(12)의 측면 및 함몰부의 상면으로 연장되어 형성되어 있는 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)이 형성된다.
다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상의 중앙측에 전극층(10a)을 형성하고, 폴리이미드층(123) 상의 외주측에 전극층(10c)을 형성한다. 전극층(10c)은, 제2 전극층의 일례이다. 제2 전극층은, 금속에 의해 구성된다. 전극층(10a)은, 웨이퍼(W)를 정전 흡착시키기 위해 직류 전압을 인가하는 전극이며, 전극층(10c)은, 포커스링(11)을 정전 흡착시키기 위해 직류 전압을 인가하는 극이다.
다음에, 제3 단계에 있어서, 전극층(10c) 상에 용사 세라믹스(121)를 용사하고, 전극층(10a) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 본 실시형태에 따른 폴리이미드층(123)은, 제1 수지층의 일례이다.
제3 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a, 10c)의 하층재에는 폴리이미드재를 사용하고, 상층재에는 세라믹스 용사를 사용한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)용 전극층(10a)을 갖는 정전 척(10) 및 포커스링(11)용 전극층(10c)을 갖는 정전 흡착 기구를 일체형으로 형성하고, 또한 정전 척(10) 및 정전 흡착 기구를 박판화할 수 있다.
<제4 실시형태>
다음에, 제4 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5의 제3 실시형태와 비교하면, 제4 실시형태에 따른 정전 척(10)은, 폴리이미드층이 2층으로 되어 있는 점이 상이하다.
제4 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제1 단계에 있어서, 베이스(12)의 측면 및 함몰부의 상면으로 연장되어 형성되어 있는 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성한다.
다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상의 중앙측에 전극층(10a)을 형성하고, 폴리이미드층(123) 상의 외주측에 전극층(10c)을 형성한다.
다음에, 제3 단계에 있어서, 전극층(10c) 상에 폴리이미드층(126)을 형성하고, 전극층(10a) 상에 폴리이미드층(125)을 형성한다. 그 후, 제4 단계에서 폴리이미드층(126) 상에 용사 세라믹스(121)를 용사하고, 폴리이미드층(125) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 본 실시형태에 따른 폴리이미드층(123)은, 제1 수지층의 일례이며, 폴리이미드층(125, 126)은, 제2 수지층의 일례이다.
제4 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a, 10c)을 라미네이트하는 정전 척(10)의 하층재에는 2층의 폴리이미드재를 사용하고, 그 상층재에는 세라믹스 용사를 사용한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)용 정전 척(10) 및 포커스링(11)용 정전 흡착 기구를 일체형으로 형성하고, 또한 더 박판화할 수 있다.
<제5 실시형태>
다음에, 제5 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 5의 제3 실시형태와 비교하면, 제5 실시형태에 따른 정전 척(10)은, 베이스(12)의 측면에 폴리이미드층 및 접착층이 존재하지 않는 점이, 베이스(12)의 전체면에 폴리이미드층 및 접착층이 존재하는 제3 실시형태와 상이하다.
제5 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제1 단계에 있어서, 베이스(12)의 상면에 형성되어 있는 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성하고, 베이스(12)의 함몰부의 상면에 분리되어 형성되어 있는 접착층(127) 상에 폴리이미드층(128)을 형성한다.
다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상에 전극층(10a)을 형성하고, 폴리이미드층(128) 상에 전극층(10c)을 형성한다. 다음에, 제3 단계에 있어서, 전극층(10c) 상에 용사 세라믹스(121)를 용사하고, 전극층(10a) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 폴리이미드층(123, 128)은, 제1 수지층의 일례이다.
제5 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a, 10c)의 하층재인 폴리이미드층 및 접착층을 베이스(12)의 전체면에 형성하는 대신에, 베이스(12)의 상면에만 형성한다. 이에 따라, 베이스(12)의 측면에는 폴리이미드층 및 접착층을 형성할 필요가 없어져, 폴리이미드층 및 접착층의 형성을 보다 용이하게 행할 수 있다. 이 결과, 웨이퍼(W)용 정전 척(10) 및 포커스링(11)용 정전 흡착 기구를 일체형으로 또한 박판화하고, 또한 보다 용이하게 이들의 구조를 형성할 수 있다.
<제6 실시형태>
다음에, 제6 실시형태에 따른 정전 척(10)의 구성에 대해서, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 6의 제4 실시형태와 비교하면, 제6 실시형태에 따른 정전 척(10)은, 베이스(12)의 측면에 폴리이미드층이 존재하지 않는 점이, 베이스(12)의 전체면에 폴리이미드층이 존재하는 제4 실시형태와 상이하다.
제6 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 제1 단계에 있어서, 베이스(12)의 상면에 형성되어 있는 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성하고, 베이스(12)의 함몰부의 상면에 분리되어 형성되어 있는 접착층(127) 상에 폴리이미드층(128)을 형성한다.
다음에, 제2 단계에 있어서, 폴리이미드층(123) 상에 전극층(10a)을 형성하고, 폴리이미드층(128) 상에 전극층(10c)을 형성한다.
다음에, 제3 단계에 있어서, 전극층(10c) 상에 폴리이미드층(129)을 형성하고, 전극층(10a) 상에 폴리이미드층(125)을 형성한다. 그 후, 제4 단계에 있어서, 폴리이미드층(129) 상에 용사 세라믹스(121)를 용사하고, 폴리이미드층(125) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 폴리이미드층(123, 128)은, 제1 수지층의 일례이며, 폴리이미드층(125, 129)은, 제2 수지층의 일례이다.
제6 실시형태에 따른 정전 척의 제조 방법에 의하면, 전극층(10a, 10c)을 라미네이트하는 정전 척(10)의 하층재에는 2층의 폴리이미드재를 사용하고, 그 상층재에는 세라믹스 용사를 사용한다. 이에 따라, 일체형 또한 더 박판화한 웨이퍼(W)용 정전 척(10) 및 포커스링(11)용 정전 흡착 기구를, 보다 용이하게 형성할 수 있다.
[전극 컨택트부 및 관통 구멍의 구조]
다음에, 전극층(10a, 10c)과의 컨택트부 및 관통 구멍 근방의 구조에 대해서, 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9의 (a)는 전극층(10a)과의 컨택트부의 구조의 일례를 나타내고, 도 9의 (b)는 관통 구멍의 구조의 일례를 나타낸다. 전극층(10c)과의 컨택트부의 구조에 대해서는, 전극층(10a)과의 컨택트부의 구조와 동일하게 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.
전극층(10a)과의 컨택트부의 제조 방법으로는, 우선, 베이스(12)에 형성된 전극용 관통 구멍에 유전체의 슬리브(130)를 장착하고, 그 후, 베이스(12) 및 슬리브(130) 상의 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성한다. 그 후, 폴리이미드층(123) 상에 형성한 전극층(10a) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 슬리브(130)의 내부에 직류 전원(30)과 접속되는 급전 막대(131)의 선단부를 삽입하고, 전극층(10a)에 접촉시킨다. 이에 따라, 전극층(10a)과의 컨택트부가 형성된다.
도 9의 (b)에 도시된 관통 구멍은, 예컨대, 베이스(12) 측에 형성된, 웨이퍼(W)를 들어올리기 위한 핀이 통과하는 구멍이나, He 등의 전열 가스를 통과시키는 구멍 등이다. 관통 구멍의 제조 방법으로는, 예컨대, 베이스(12)에 형성된 전극용 관통 구멍에 유전체의 슬리브(130)를 장착하고, 그 후, 베이스(12) 및 슬리브(130) 상의 접착층(122) 상에 폴리이미드층(123)을 형성한다. 그 후, 폴리이미드층(123) 상에 형성한 전극층(10a) 상에 용사 세라믹스(124)를 용사한다. 슬리브(130)의 내부는 관통 구멍(132)이 되고, 이 관통 구멍(132)에 웨이퍼(W) 리프팅용 핀이나 전열 가스를 통과시킬 수 있다.
이상, 각 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 정전 척(10)을 박판화할 수 있어, 정전 용량을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 정전 척(10)의 유전층을 폴리이미드재 및 실리콘으로 형성한 경우의 합성 정전 용량(C1)에 대해서 설명한다.
직경이 300 ㎜인 베이스(12)의 상면에, 비유전율이 3.2인 폴리이미드재를 25 ㎛의 두께로 형성하고, 그 위에, 비유전율이 2.7인 실리콘을 40 ㎛의 두께로 형성한다. 이 경우, 정전 용량(C1)은, 식 (1)에 기초하여 27660pF가 된다.
이것에 대하여, 직경이 300 ㎜인의 베이스(12)의 상면에, 비유전율이 9.9인 알루미나 세라믹스 판재를 100 ㎛의 두께로 형성했을 때의 정전 용량(C2)은, 상기 식 (1)에 기초하여 6196pF가 된다.
정전 척(10)의 세라믹스 판재에 전류가 흐르기 어려운 것은 리액턴스(Xc)로 나타내며, 주파수(f)와 정전 용량(C)에 의해, 이하의 식 (2)를 이용하여 산출된다.
Xc=1/(2πfC)···(2)
정전 척(10)의 전극에 미리 정해진 직류 전압을 인가했을 때에 흐르는 전류를 I라고 하면, 폴리이미드 및 실리콘의 유전층 및 세라믹스 판재에 가해지는 전압(Vc)은, 식 (3)에 의해 나타낸다.
Vc=Xc×I···(3)
식 (2) 및 식 (3)에 의해, 폴리이미드 및 실리콘의 유전층의 합성 정전 용량(C1)은, 세라믹스 판재의 정전 용량(C2)보다도 크기 때문에, 리액턴스(Xc)가 작아지고, 전압(Vc), 즉, 웨이퍼(W)와 정전 척(10)과의 전위차를 저하시킬 수 있다.
이상, 각 실시형태에 따른 정전 척(10)에 의하면, 정전 척(10)을 박판화함으로써 현저히 정전 용량을 높일 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)와 베이스(12)와의 전위차를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 웨이퍼(W)의 이면에서 생기는 방전을 억제하는 것이 가능한 정전 척(10)을 제공할 수 있다.
또한, 각 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 유전층에 세라믹스 소결재를 이용하지 않고, 폴리이미드층과 용사 세라믹스를 사용한다. 세라믹스 소결재는, 작성시에 소성로 내의 처리 시간이 길어, 정전 척(10)의 제조 시간이 길어지는 요인이 된다. 따라서, 본 실시형태 및 후술하는 각 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에 의하면, 종래보다도 정전 척(10)의 제조 시간을 단축할 수 있다.
[베리에이션]
제1∼제6 실시형태에 따른 정전 척(10)의 제조 방법에서는, 용사 세라믹스(121, 124)의 용사 재료는, 세라믹스 또는 세라믹스에 금속을 첨가한 복합 재료여도 좋다. 구체적으로는, 용사 세라믹스(121, 124)의 용사 재료는, 알루미나(Al2O3), 알루미나에 금속 첨가재를 첨가한 복합 재료, 산화이트륨(Y2O3) 또는 산화이트륨에 금속 첨가재를 첨가한 복합 재료여도 좋다. 이때, 금속 첨가재는, 티탄, 알루미늄 또는 탄화규소(SiC)여도 좋다. 예컨대, 알루미나에 티탄, 알루미늄 또는 탄화규소(SiC)를 첨가한 재료나, 산화이트륨에 티탄, 알루미늄 또는 탄화규소(SiC)를 첨가한 재료를 사용할 수 있다.
[플라즈마 용사 장치]
상기 각 실시형태에 따른 정전 척(10)에서는, 세라믹스 용사함으로써, 유전체를 약 0.6 ㎜ 정도의 얇기로 제조할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)를 사용하여, 용사 세라믹스(121, 124)를 형성한다. 이하, 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)의 구성의 일례에 대해서, 도 10을 참조하면서 설명한다.
플라즈마 용사 장치(150)는, 용사 재료의 분말을 노즐(51)의 선단부의 개구(51b)로부터 분사하여, 고속의 가스에 의해 형성된 플라즈마 제트(P)의 열에 의해 용융하면서 베이스(12)를 향해 분출되고, 베이스(12) 상에 용사 세라믹스(121, 124)를 형성한다.
본 실시형태에서는, 용사 재료의 분말의 일례로서, 1 ㎛∼20 ㎛ 입경의 알루미나 미분말(파우더)(이하, 「알루미나 분말 R1」이라고 함)을 사용한다. 단, 용사 재료의 분말은, 상기 세라믹스 또는 세라믹스에 금속을 첨가한 복합 재료로서, 1 ㎛∼20 ㎛ 입경이면 좋다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)는, 후술하는 바와 같이, 저에너지로 용사 재료를 용융시키기 때문에, 용사 재료의 분말이 승화하지 않고, 액상의 상태로 존재하여, 성막할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)의 이점의 하나로는, 융점이 낮은 특정 용사 재료여도 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)를 사용하여 용사 성막할 수 있는 점을 들 수 있다.
플라즈마 용사 장치(150)는, 공급부(50), 제어부(101), 가스 공급부(40), 플라즈마 생성부(65), 챔버(C), 회수 폐기 기구(83) 및 드라이실(88)을 포함한다. 공급부(50)는, 노즐(51) 및 피더(60)를 갖는다. 알루미나 분말 R1은, 피더(60) 내의 용기(61)에 수납되어 있다. 알루미나 분말 R1은, 1 ㎛∼20 ㎛ 입경의 미분말이다. 피더(60)는, 알루미나 분말 R1을 노즐(51)에 공급한다. 알루미나 분말 R1은, 플라즈마 생성 가스에 의해 노즐(51) 내부에서 운반되어, 선단부의 개구(51b)로부터 분사한다.
피더(60)에는, 액추에이터(62)가 마련되어 있다. 노즐(51)은 막대 형상의 환형 부재이며, 그 내부에 알루미나 분말 R1이 운반되는 유로(51a)가 형성되어 있다. 노즐(51)의 유로(51a)와 용기(61) 내부는 연통한다. 알루미나 분말 R1은, 액추에이터(62)의 동력에 의해 용기(61)를 진동시킴으로써, 용기(61)로부터 노즐(51) 내의 유로(51a)에 투입된다.
노즐(51)에는, 알루미나 분말 R1과 함께 플라즈마 생성 가스가 공급된다. 플라즈마 생성 가스는, 플라즈마를 생성하기 위한 가스이며, 또한, 유로(51a)로부터 알루미나 분말 R1을 운반하는 캐리어 가스로서도 기능한다. 가스 공급부(40)에서는, 가스 공급원(41)으로부터 플라즈마 생성 가스가 공급되고, 밸브(46) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC: mass flow controller)를 통해 개폐 및 유량 제어되며, 파이프(42)를 통해 노즐(51) 내의 유로(51a)에 공급된다. 플라즈마 생성 가스로는, Ar 가스, He 가스, N2 가스, H2 가스 및 이들 각종 가스를 조합한 가스를 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 플라즈마 생성 가스로서 Ar 가스를 공급하는 경우를 예를 들어 설명한다.
노즐(51)은, 플라즈마 생성부(65)의 본체부(52)를 관통하고, 그 선단부가 플라즈마 생성 공간(U)으로 돌출된다. 알루미나 분말 R1은, 플라즈마 생성 가스에 의해 노즐(51)의 선단부까지 운반되고, 플라즈마 생성 가스와 함께 선단부의 개구(51b)로부터 플라즈마 생성 공간(U)으로 분사된다.
노즐(51)은, 금속에 의해 형성되어 있다. 본체부(52)는, 절연 재료에 의해 형성되어 있다. 본체부(52)는, 중앙부에 관통구(52a)를 갖고 있다. 노즐(51)의 전방 부분(51c)은, 본체부(52)의 관통구(52a)에 삽입되어 있다. 노즐(51)의 전방 부분(51c)은, 직류 전원(47)에 접속되고, 직류 전원(47)으로부터 전류가 공급되는 전극(캐소드)으로서도 기능한다.
플라즈마 생성 공간(U)은, 주로 본체부(52)의 함몰부(52b)와 돌출부(52d)에 의해 구획된 공간으로서, 플라즈마 생성 공간(U)에는 노즐(51)의 선단부가 돌출되어 있다. 돌출부(52d)는, 본체부(52)의 외벽에 마련된 금속판(52c)과 일단부에서 연결되어 있다. 금속판(52c)은, 직류 전원(47)에 접속되어 있다. 이에 따라, 금속판(52c) 및 돌출부(52d)는 전극(애노드)으로서 기능한다.
전극 사이에는, 직류 전원(47)으로부터 500 W∼10 kW의 전력이 공급되고, 이에 따라, 노즐(51)의 선단부와 돌출부(52d) 사이에서 방전이 생긴다. 이에 따라, 플라즈마 생성부(65)는, 플라즈마 생성 공간(U)에 있어서 노즐(51)로부터 분사된 아르곤 가스를 괴리시켜, 아르곤 플라즈마를 생성한다.
또한, 플라즈마 생성 공간(U)에는, 아르곤 가스가 선회류가 되어 공급된다. 구체적으로 설명하면, 아르곤 가스는, 가스 공급원(41)으로부터 공급되고, 밸브(46) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)를 통해 개폐 및 유량 제어되며, 파이프(43)를 통해 본체부(52) 내부에서 흘러, 가로 방향으로부터 플라즈마 생성 공간(U)으로 공급된다.
플라즈마 생성 공간(U)에 도입되는 아르곤 가스의 공급 유로는, 본체부(52)에 복수 마련되어 있다. 이에 따라, 아르곤 가스는, 복수의 공급 유로로부터 가로 방향으로 선회류가 되어 플라즈마 생성 공간(U)으로 공급된다. 이에 따라, 생성되는 플라즈마의 확산을 막아, 플라즈마 제트(P)가 직선 편향이 된다. 이에 따라, 플라즈마 생성부(65)는, 노즐(51)의 선단부로부터 분사된 플라즈마 생성 가스를 괴리시켜, 노즐(51)과 축심(O)이 공통되는 플라즈마 제트(P)를 생성한다. 또한, 본 실시형태에서 「축심이 공통된다」고 하는 것은, 공급부(50)(노즐(51))의 중심축과 플라즈마 제트의 분사 방향의 중심축이 일치하거나 또는 거의 동일 방향이 되는 것을 말한다.
이러한 구성에 따르면, 알루미나 분말 R1은, 고속의 아르곤 가스에 의해 형성된 플라즈마 제트(P)의 열에 의해 용융되면서 베이스(12)의 표면을 향해 분출되고, 이에 따라, 용사 세라믹스(124)가 형성된다. 마찬가지로 하여, 베이스(12)의 외주측에 용사 세라믹스 노즐(121)이 형성된다.
본체부(52)의 내부에는 냉매 유로(72)가 형성되어 있다. 칠러 유닛(70)으로부터 공급된 냉매는, 밸브(74, 75)의 개폐에 따라 냉매관(71), 냉매 유로(72), 냉매관(73)을 통해 순환하여, 칠러 유닛(70)으로 되돌아간다. 이에 따라, 본체부(52)는 냉각되어, 본체부(52)가 플라즈마의 열에 의해 고온이 되는 것을 막는다. 또한, 챔버(C)의 측벽에는, 챔버(C)의 내부를 눈으로 확인하기 위한 창(82)이 부착되어 있다.
[축심 구조]
이러한 구성의 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)에서는, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 공급부(50)의 노즐(51)과 플라즈마 제트(P)와의 축심을 공통으로 하는 구조로 되어 있다. 이에 따라, 알루미나 분말 R1의 분출 방향을 플라즈마 제트(P)의 진행 방향과 동일하게 할 수 있다. 즉, 플라즈마 제트(P)와 동일축으로 알루미나 분말 R1이 공급된다. 이에 따라, 용사의 지향성을 높여, 베이스(12)의 특정 면에 알루미나 세라믹스의 박막을 형성할 수 있다.
이것에 대하여, 비교예의 플라즈마 용사 장치(9)에서는, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 용사 입자의 분말은, 노즐(8)의 전방에 형성된 플라즈마 제트(P)에 대하여 수직 방향으로 마련된 공급관(7)으로부터, 플라즈마 제트(P)에 대하여 수직으로 공급된다. 이 때문에, 용사용 분말 R2의 입경이 작으면, 그 분말 R2가 플라즈마 제트(P)의 경계에서 튀겨져, 플라즈마 내로 들어갈 수 없다. 그래서, 비교예의 플라즈마 용사 장치(9)의 경우, 도 11의 (a)의 하기 표에 나타낸 바와 같이, 용사 재료의 분말 R2의 입경은, 30 ㎛∼100 ㎛가 된다. 이것에 대하여, 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(150)에서 사용하는 용사 재료의 분말 R1의 입경은, 도 11의 (b)의 하기 표에 나타낸 바와 같이 1 ㎛∼20 ㎛이다. 따라서, 비교예에서 사용하는 용사 재료의 분말 R2는, 본 실시형태에서 사용하는 용사 재료의 분말 R1과 비교하여, 입경이 10배, 체적이 1000배 정도 커진다.
따라서, 비교예의 플라즈마 용사 장치(9)의 경우, 용사 재료의 분말 R2를 플라즈마에 의해 용융시키기 위해서는, 직류 전원으로부터 공급하는 전력량을, 본 실시형태의 플라즈마 용사 장치(150)의 경우에 비해 2배 이상으로 해야만 한다. 이 결과, 최대 전력량이 큰, 보다 높은 직류 전원이 필요로 된다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 플라즈마 용사 장치(150)의 경우, 용사 재료의 분말 R1은, 입경이 수㎛ 정도의 미립자이며, 비교예에 비해 1/10 정도의 피드량으로 조금씩 공급한다. 이에 따라, 종래보다도 용사 재료의 분말이 용융되기 위한 전력량을 작게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 500 W∼10 kW의 출력 전력량을 확보할 수 있으면 좋기 때문에, 최대 전력량이 작은 직류 전원(47)을 사용하여 플라즈마 용사를 행할 수 있다. 이 때문에, 높은 열원을 필요 없게 하고, 플라즈마 용사시의 소비 전력을 작게 하여, 비용을 저하시킬 수 있다. 또한, 이에 따라, 본 실시형태의 플라즈마 용사 장치(150)는, 비교예의 플라즈마 용사 장치(9)와 비교하여, 장치의 총 중량을 약 1/10로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 플라즈마 용사 장치(150)의 경우, 공급부(50)의 노즐(51)과 플라즈마 제트(P)와의 축심을 공통으로 하는 구조를 가지며, 알루미나 분말 R1의 분출 방향이 플라즈마 제트(P)의 진행 방향과 동일 방향이다. 이 때문에, 용사에 지향성을 가지며, 베이스(12)의 상면이나 측면이나 코너부에 세라믹스 용사를 행할 수 있다.
[챔버]
도 10으로 되돌아가, 플라즈마 용사 장치(150)의 챔버(C)에 대해서 설명한다. 챔버(C)는, 원주형의 중공(中空) 용기이며, 예컨대 알루미늄이나 스테인레스나 석영에 의해 형성되어 있다. 챔버(C)는, 천장부에서 본체부(52)를 지지하고, 공급부(50) 및 플라즈마 생성부(65)를 폐공간으로 한다. 베이스(12)는, 챔버(C)의 바닥부(81)에 배치된 스테이지(80)에 놓여져 있다. 본 실시형태에서는, 챔버(C)의 내부는, 미리 정해진 압력으로 감압되어 있다. 단, 챔버(C)의 내부는 반드시 감압되지 않아도 좋다.
챔버(C)의 내부는, 아르곤 가스에 의해 충전되어 있다. 아르곤 가스는, 가스 공급원(41)으로부터 파이프(45)를 통해 챔버(C) 내에 공급된다. 단, 챔버(C)의 내부에 충전되는 가스는, 아르곤 가스에 한정되지 않고, 불활성 가스면 된다.
회수 폐기 기구(83)는, 챔버(C) 내부의 아르곤 가스 및 알루미나 분말을 밸브(85)의 개폐에 따라 배기관(84)을 통해 빨아들이고, 알루미나 분말을 폐기한다.
드라이실(88)은, 챔버(C)에 인접하여 마련되고, 미리 정해진 습도로 제습된 폐공간을 형성하고 있다. 또한, 드라이실(88)은, 배기 장치(89)에 의해 미리 정해진 압력으로 감압되어 있다. 단, 드라이실(88)은, 감압되어 있지 않아도 좋다. 세라믹스 용사가 행해진 베이스(12)는, 게이트 밸브(86, 87)로부터 드라이실(88)로 반송되어, 다음 공정으로 운반된다.
[제어부]
플라즈마 용사 장치(150)는, 제어부(101)를 갖는다. 제어부(101)는, 플라즈마 용사 장치(150)를 제어한다. 제어부(101)는, 가스 공급원(41), 피더(60)(액추에이터(62)), 직류 전원(47), 칠러 유닛(70) 및 회수 폐기 기구(83) 등을 제어한다.
제어부(101)는, 특정 용사 재료를 플라즈마 용사하기 위한 레시피 또는 프로그램을 선택하고, 상기 레시피 또는 프로그램에 기초하여 플라즈마 용사 장치(150)의 각부를 제어한다.
구체적으로는, 제어부(101)는, 이하의 각 단계를 실행한다. 이에 따라, 베이스(12) 상에 약 0.6 ㎜ 정도의 용사 세라믹스(121, 124)를 형성할 수 있다.
·피더(60)로부터 노즐(51) 내에 투입한 알루미나 등의 용사 재료의 분말 R1을, 플라즈마 생성 가스에 의해 운반하고, 노즐(51)의 선단부의 개구(51b)로부터 분사하는 단계
·분사된 플라즈마 생성 가스를, 직류 전원(47)으로부터 출력된 500 W∼10 kW의 전력에 의해 괴리시켜, 노즐(51)과 축심이 공통되는 플라즈마를 생성하는 단계
·생성된 플라즈마에 의해 용사 재료의 분말을 액상으로 하여 성막하고, 용사 세라믹스를 형성하는 단계
이상, 정전 척의 제조 방법 및 정전 척을 상기 실시형태에 의해 설명하였으나, 본 발명에 따른 정전 척의 제조 방법 및 정전 척은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 중 어느 타입이라도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 기판의 일례로서 반도체 웨이퍼(W)를 들어 설명하였다. 그러나, 기판은, 이것에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
1 : 기판 처리 장치 2 : 처리 용기(챔버)
3 : 배치대 10 : 정전 척
10a, 10c : 전극층 10b : 유전층
11 : 포커스링 12 : 베이스
12a : 냉매 유로 17 : 게이트 밸브
20 : 가스 샤워 헤드 21 : 쉴드링
22 : 가스 도입구 23 : 가스 공급원
24a, 24b : 가스 확산실 25 : 가스 공급 구멍
26 : 가변 직류 전원 30 : 직류 전원
31 : 스위치 32 : 제1 고주파 전원
33 : 제1 정합기 34 : 제2 고주파 전원
35 : 제2 정합기 36 : 칠러
37 : 전열 가스 공급원 38 : 배기 장치
100 : 제어 장치 121 : 용사 세라믹스
122, 127 : 접착층 123, 125, 126, 128, 129 : 폴리이미드층
121, 124 : 용사 세라믹스 150 : 플라즈마 용사 장치
50 : 공급부 51 : 노즐
51a : 유로 51b : 개구
52 : 본체부 52b : 함몰부
52d : 돌출부 60 : 피더
61 : 용기 62 : 액추에이터
101 : 제어부 40 : 가스 공급부
41 : 가스 공급원 47 : 직류 전원
65 : 플라즈마 생성부 70 : 칠러 유닛
80 : 스테이지 83 : 회수 폐기 기구
88 : 드라이실 C : 챔버
U : 플라즈마 생성 공간

Claims (15)

  1. 제1 전극층에 전압을 인가함으로써 기판을 흡착하는 정전 척의 제조 방법으로서,
    베이스 상의 제1 수지층 상에 상기 제1 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전극층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사(溶射)하는 단계를 가지며,
    상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계는,
    피더로부터 노즐 내에 투입된 용사 재료의 분말을, 플라즈마 생성 가스에 의해 운반하고, 노즐의 선단부의 개구로부터 분사하는 단계와,
    분사된 플라즈마 생성 가스를 500 W∼10 kW의 전력에 의해 괴리시켜, 상기 노즐과 축심이 공통되는 플라즈마를 생성하는 단계와,
    생성된 플라즈마에 의해 용사 재료의 분말을 액상으로 하여 상기 제1 전극층 상에 성막하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용사 재료는, 세라믹스 또는 세라믹스에 금속을 첨가한 복합 재료인 것인 정전 척의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용사 재료는, Al2O3, Al2O3에 금속 첨가재를 첨가한 복합 재료, Y2O3 또는 Y2O3에 금속 첨가재를 첨가한 복합 재료 중 어느 하나인 것인 정전 척의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 첨가재는, 티탄, 알루미늄 또는 탄화규소(SiC)인 것인 정전 척의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용사 재료의 분말은, 1 ㎛∼20 ㎛ 입경인 것인 정전 척의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 수지층 상에 상기 제1 전극층을 형성하는 단계 후이며, 상기 제1 전극층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 단계 전에, 제2 수지층을 형성하는 단계를 갖는 것인 정전 척의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 수지층은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 어느 하나인 것인 정전 척의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 수지층과 상기 제2 수지층의 조합은, 폴리이미드, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중의, 동종 또는 이종 중 어느 하나의 조합인 것인 정전 척의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 수지층을 덮도록 상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 정전 척의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 수지층 상에 포커스링용 제2 전극층을 형성하는 단계를 가지며,
    상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 정전 척의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 수지층은, 상기 베이스의 상면에 형성되고, 상기 베이스의 측면에는 형성되어 있지 않은 것인 정전 척의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 덮도록 상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 정전 척의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 수지층 상에 포커스링용 제2 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 상에 상기 제2 수지층을 형성하는 단계를 가지며,
    상기 제2 수지층 상에 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 용사하는 정전 척의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은, 상기 베이스의 상면에 형성되고, 상기 베이스의 측면에는 형성되어 있지 않은 것인 정전 척의 제조 방법.
  15. 제1 전극층에 전압을 인가함으로써 기판을 흡착하는 정전 척으로서,
    베이스 상의 제1 수지층과,
    상기 제1 수지층 상에 적층된 상기 제1 전극층과,
    상기 제1 전극층 상에 적층된 세라믹스 또는 세라믹스 함유물을 가지며,
    상기 세라믹스 또는 세라믹스 함유물은,
    1 ㎛∼20 ㎛ 입경의 용사 재료의 분말을 이용하여 용사된, 두께가 1 ㎜ 미만의 층인 것을 특징으로 하는 정전 척.
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