KR20190108525A - 정전 척 - Google Patents

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KR20190108525A
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holes
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코스케 야마구치
준 시라이시
이쿠오 이타쿠라
유타카 모미야마
슈이치로 사이간
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토토 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 다공질부가 형성된 정전 척에 있어서, 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 다공질부의 기계적인 강도(강성)를 향상시킬 수 있는 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 흡착의 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖는 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 가스 도입로를 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트와 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 주면 사이이며, 상기 가스 도입로와 대향하는 위치에 형성된 제 1 다공질부를 구비하고, 상기 제 1 다공질부는 복수의 구멍을 갖는 복수의 소 부분과, 상기 소 부분의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 밀 부분을 갖고, 상기 복수의 소 부분 각각은 상기 베이스 플레이트로부터 상기 세라믹 유전체 기판을 향하는 제 1 방향으로 연장되고, 상기 밀 부분은 상기 복수의 소 부분끼리의 사이에 위치하고, 상기 소 부분은 상기 구멍과 상기 구멍 사이에 형성된 벽부를 갖고, 상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향에 있어서 상기 벽부의 치수의 최소값은 상기 밀 부분의 치수의 최소값보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이 제공된다.

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명의 형태는 정전 척에 관한 것이다.
알루미나 등의 세라믹 유전체 기판 사이에 전극을 끼워 넣고, 소성함으로써 제작되는 세라믹제의 정전 척은 내장하는 전극에 정전 흡착용 전력을 인가하고, 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 정전력에 의해 흡착하는 것이다. 이러한 정전 척에 있어서는 세라믹 유전체 기판의 표면과, 흡착 대상물인 기판의 이면 사이에 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 흘려 흡착 대상물인 기판의 온도를 컨트롤하고 있다.
예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 스퍼터링 장치, 이온 주입 장치, 에칭 장치 등 기판에 대한 처리를 행하는 장치에 있어서, 처리 중에 기판의 온도 상승을 수반하는 경우가 있다. 이러한 장치에 사용되는 정전 척에서는 세라믹 유전체 기판과 흡착 대상물인 기판 사이에 He 등의 불활성 가스를 흘려 기판에 불활성 가스를 접촉시킴으로써 기판의 온도 상승을 억제하고 있다.
He 등의 불활성 가스에 의한 기판 온도의 제어를 행하는 정전 척에 있어서는 세라믹 유전체 기판 및 세라믹 유전체 기판을 지지하는 베이스 플레이트에 He 등의 불활성 가스를 도입하기 위한 구멍(가스 도입로)이 형성된다. 또한, 세라믹 유전체 기판에는 베이스 플레이트의 가스 도입로와 연통하는 관통 구멍이 형성된다. 이에 따라 베이스 플레이트의 가스 도입로로부터 도입된 불활성 가스는 세라믹 유전체 기판의 관통 구멍을 통과하여 기판의 이면으로 유도된다.
여기에서 장치 내에서 기판을 처리할 때, 장치 내의 플라즈마로부터 금속제의 베이스 플레이트를 향하는 방전(아크 방전)이 발생하는 경우가 있다. 베이스 플레이트의 가스 도입로나 세라믹 유전체 기판의 관통 구멍은 방전의 경로가 되기 쉬운 경우가 있다. 그래서 베이스 플레이트의 가스 도입로나 세라믹 유전체 기판의 관통 구멍에 다공질부를 형성함으로써 아크 방전에 대한 내성(절연 내압 등)을 향상시키는 기술이 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 가스 도입로 내에 세라믹 소결 다공체를 설치하고, 세라믹 소결 다공체의 구조 및 막 구멍을 가스 유로로 함으로써 가스 도입로 내에서의 절연성을 향상시킨 정전 척이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 가스 확산용 공극 내에 세라믹스 다공체로 이루어져 방전을 방지하기 위한 처리 가스 유로용의 방전 방지 부재를 설치한 정전 척이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 알루미나와 같은 다공질 유전체로서 유전체 인서트를 설치하여 아크 방전을 저감하는 정전 척이 개시되어 있다. 이러한 다공질부를 갖는 정전 척에 있어서, 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 다공질부의 기계적인 강도(강성)를 향상시키는 것이 요망되어 있다.
일본특허공개 2010-123712호 공보 일본특허공개 2003-338492호 공보 일본특허공개 평 10-50813호 공보
본 발명은 상기 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것이며, 다공질부가 형성된 정전 척에 있어서, 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 다공질부의 기계적인 강도(강성)를 향상시킬 수 있는 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명은 흡착의 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖는 세라믹 유전체 기판과, 상기 세라믹 유전체 기판을 지지하고, 가스 도입로를 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트와 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 주면 사이이며 상기 가스 도입로와 대향하는 위치에 형성된 제 1 다공질부를 구비하고, 상기 제 1 다공질부는 복수의 구멍을 갖는 복수의 소(疎) 부분과, 상기 소 부분의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 밀(密) 부분을 갖고, 상기 복수의 소 부분 각각은 상기 베이스 플레이트로부터 상기 세라믹 유전체 기판을 향하는 제 1 방향으로 연장되고, 상기 밀 부분은 상기 복수의 소 부분끼리의 사이에 위치하며, 상기 소 부분은 상기 구멍과 상기 구멍 사이에 설치된 벽부를 갖고, 상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향에 있어서 상기 벽부의 치수의 최소값은 상기 밀 부분의 치수의 최소값보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 제 1 다공질부에 제 1 방향으로 연장되는 소 부분과 밀 부분이 형성되어 있으므로 아크 방전에 대한 내성과 가스 유량을 확보하면서 제 1 다공질부의 기계적인 강도(강성)를 향상시킬 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 제 2 방향에 있어서 상기 복수의 소 부분의 각각에 형성된 상기 복수의 구멍 치수는 상기 밀 부분의 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 복수의 구멍 치수를 충분히 작게 할 수 있기 때문에 아크 방전에 대한 내성을 더 향상시킬 수 있다.
제 3 발명은 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 복수의 소 부분의 각각에 형성된 상기 복수의 구멍의 종횡비는 30 이상 10000 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 아크 방전에 대한 내성을 더 향상시킬 수 있다.
제 4 발명은 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 2 방향에 있어서 상기 복수의 소 부분의 각각에 형성된 상기 복수의 구멍 치수는 1㎛ 이상 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 구멍 치수가 1~20㎛의 한 방향으로 연장되는 구멍을 배열시킬 수 있으므로 아크 방전에 대한 높은 내성을 실현할 수 있다.
제 5 발명은 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 방향을 따라 보았을 때에 상기 제 1 구멍은 상기 소 부분의 중심부에 위치하고, 상기 복수의 구멍 중 상기 제 1 구멍과 인접해서 상기 제 1 구멍을 둘러싸는 구멍의 수는 6개인 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 평면으로부터 보았을 때에 있어서, 높은 등방성 또한 높은 밀도로 복수의 구멍을 배치하는 것이 가능해진다. 이에 따라 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 제 1 다공질부의 강성을 향상시킬 수 있다.
제 6 발명은 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이에 설치된 전극을 더 구비하고, 상기 제 1 다공질부에 형성된 다공 영역과 상기 전극 사이의 제 2 방향에 있어서의 거리는 상기 제 1 주면과 상기 전극 사이의 제 1 방향에 있어서의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 제 1 다공질부에 형성된 다공 영역과 전극 사이의 제 2 방향에 있어서의 거리를 보다 길게 함으로써 제 1 다공질부에서의 방전을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 주면과 전극 사이의 제 1 방향에 있어서의 거리를 보다 짧게 함으로써 제 1 주면에 적재되는 대상물을 흡착하는 힘을 크게 할 수 있다.
제 7 발명은 제 1 내지 제 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성된 제 2 다공질부를 더 구비하고, 상기 제 2 방향에 있어서 상기 제 2 다공질부의 치수는 상기 제 1 다공질부의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 제 2 다공질부를 형성함으로써 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
제 8 발명은 제 1 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성되어 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부를 더 구비하고, 상기 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 평균값은 상기 제 1 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 평균값보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 구멍 지름이 큰 제 2 다공질부가 형성되어 있으므로 가스 흐름의 원활화를 도모할 수 있다. 또한, 구멍 지름이 작은 제 1 다공질부가 흡착의 대상물측에 형성되어 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
제 9 발명은 제 1 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성되어 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부를 더 구비하고, 상기 제 1 다공질부에 형성된 상기 복수의 구멍 지름의 편차는 상기 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 편차보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 제 1 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 편차가 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 편차보다 작기 때문에 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
제 10 발명은 제 8 또는 제 9 발명에 있어서, 상기 제 1 방향에 있어서 상기 제 2 다공질부의 치수는 상기 제 1 다공질부의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
제 11 발명은 제 8 내지 제 10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍은 상기 제 1 다공질부에 형성된 복수의 구멍보다 3차원적으로 분산되고, 상기 제 1 방향으로 관통하는 구멍의 비율은 상기 제 2 다공질부보다 상기 제 1 다공질부의 쪽이 많은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
또한, 구멍이 3차원적으로 분산되는 예에 대해서는 도 10을 참조하면서 후술한다.
이 정전 척에 의하면 3차원적으로 분산된 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부를 형성함으로써 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제 1 방향으로 관통하는 구멍의 비율이 많은 제 1 다공질부를 형성함으로써 가스 흐름의 원활화를 도모할 수 있다.
제 12 발명은 제 1 내지 제 11 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 다공질부 및 상기 세라믹 유전체 기판은 산화알루미늄을 주성분으로서 포함하고, 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 산화알루미늄의 순도는 상기 제 1 다공질부의 상기산화알루미늄의 순도보다 높은 것을 특징으로 하는 정전 척이다.
이 정전 척에 의하면 정전 척의 내플라즈마성 등의 성능을 확보하며, 또한 제 1 다공질부의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 일례로서는 제 1 다공질부에 미량의 첨가물을 함유시킴으로써 제 1 다공질부의 소결이 촉진되어 기공의 제어나 기계적 강도의 확보가 가능해진다.
본 발명의 실시형태에 의하면 다공질부가 형성된 정전 척에 있어서, 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 다공질부의 기계적인 강도(강성)를 향상시킬 수 있는 정전 척이 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식도이다. 도 2(c), 도 2(d)는 다른 실시형태에 의한 구멍부(15c)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식도이다.
도 4는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 5는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 실시형태에 의한 다른 제 1 다공질부를 예시하는 모식도이다.
도 8은 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 10은 실시형태에 의한 정전 척의 제 2 다공질부를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 11은 실시형태에 의한 다른 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 12는 실시형태에 의한 다른 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 마찬가지의 구성 요소에는 동일 부호를 붙여서 상세한 설명은 적당히 생략한다.
도 1은 본 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에 의한 정전 척(110)은 세라믹 유전체 기판(11)과, 베이스 플레이트(50)와, 제 1 다공질부(90)를 구비한다.
세라믹 유전체 기판(11)은, 예를 들면 소결 세라믹에 의한 평판형상의 기재이다. 예를 들면, 세라믹 유전체 기판(11)은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함한다. 예를 들면, 세라믹 유전체 기판(11)은 고순도의 산화알루미늄으로 형성된다. 세라믹 유전체 기판(11)에 있어서의 산화알루미늄의 농도는, 예를 들면 99원자퍼센트(atomic%) 이상 100atomic% 이하이다. 고순도의 산화알루미늄을 사용함으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 내플라즈마성을 향상시킬 수 있다. 세라믹 유전체 기판(11)은 흡착의 대상물(W)이 적재되는 제 1 주면(11a)과, 제 1 주면(11a)과는 반대측의 제 2 주면(11b)을 갖는다. 흡착의 대상물(W)은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이다.
세라믹 유전체 기판(11)에는 전극(12)이 설치된다. 전극(12)은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이에 설치된다. 전극(12)은 세라믹 유전체 기판(11) 안에 삽입되도록 형성되어 있다. 정전 척(110)은 전극(12)에 흡착 유지용 전압(80)을 인가함으로써 전극(12)의 제 1 주면(11a)측에 전하를 발생시켜 정전력에 의해 대상물(W)를 흡착 유지한다.
여기에서 본 실시형태의 설명에 있어서는 베이스 플레이트(50)로부터 세라믹 유전체 기판(11)을 향하는 방향을 Z방향(제 1 방향의 일례에 상당함), Z방향과 대략 직교하는 방향 중 1개를 Y방향(제 2 방향의 일례에 상당함), Z방향 및 Y방향과 대략 직교하는 방향을 X방향(제 2 방향의 일례에 상당함)이라고 하기로 한다.
전극(12)의 형상은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a) 및 제 2 주면(11b)을 따른 박막형상이다. 전극(12)은 대상물(W)을 흡착 유지하기 위한 흡착 전극이다. 전극(12)은 단극형이어도 쌍극형이어도 좋다. 도 1에 나타낸 전극(12)은 쌍극형이며, 동일면 상에 2극의 전극(12)이 설치되어 있다.
전극(12)에는 세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b)측으로 연장되는 접속부(20)가 설치되어 있다. 접속부(20)는, 예를 들면 전극(12)과 도통하는 비아(중실형)나 비아 홀(중공형)이다. 접속부(20)는, 납땜 등의 적절한 방법에 의해 접속된 금속 단자이어도 좋다.
베이스 플레이트(50)는 세라믹 유전체 기판(11)을 지지하는 부재이다. 세라믹 유전체 기판(11)은 도 2(a)에 나타낸 접착부(60)에 의해 베이스 플레이트(50) 상에 고정된다. 접착부(60)는, 예를 들면 실리콘 접착제가 경화된 것으로 할 수 있다.
베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 금속제이다. 베이스 플레이트(50)는, 예를 들면 알루미늄제의 상부(50a)와 하부(50b)로 나뉘어 있고, 상부(50a)와 하부(50b) 사이에 연통로(55)가 형성되어 있다. 연통로(55)의 일단측은 입력로(51)에 접속되며, 연통로(55)의 타단측은 출력로(52)에 접속된다.
베이스 플레이트(50)는 정전 척(110)의 온도 조정을 행하는 역할도 한다. 예를 들면, 정전 척(110)을 냉각할 경우에는 입력로(51)로부터 냉각 매체를 유입하고, 연통로(55)를 통과시켜 출력로(52)로부터 유출시킨다. 이에 따라 냉각 매체에 의해 베이스 플레이트(50)의 열을 흡수하고, 그 위에 부착된 세라믹 유전체 기판(11)을 냉각할 수 있다. 한편, 정전 척(110)을 보온할 경우에는 연통로(55) 내에 보온 매체를 넣는 것도 가능하다. 세라믹 유전체 기판(11)이나 베이스 플레이트(50)에 발열체를 내장시키는 것도 가능하다. 베이스 플레이트(50)나 세라믹 유전체 기판(11)의 온도를 조정함으로써 정전 척(110)에 의해 흡착 유지되는 대상물(W)의 온도를 조정할 수 있다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)측에는 필요에 따라 도트(13)가 형성되어 있고, 도트(13) 사이에 홈(14)이 형성되어 있다. 즉, 제 1 주면(11a)은 요철면이며, 오목부와 볼록부를 갖는다. 제 1 주면(11a)의 볼록부가 도트(13)에 상당하고, 제 1 주면(11a)의 오목부가 홈(14)에 상당한다. 홈(14)은 XY평면 내에 있어서 연속해서 연장되어 있다. 정전 척(110)에 적재된 대상물(W)의 이면과 홈(14)을 포함하는 제 1 주면(11a) 사이에 공간이 형성된다.
세라믹 유전체 기판(11)은 홈(14)과 접속된 관통 구멍(15)을 갖는다. 관통 구멍(15)은 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면(11a)에 걸쳐서 형성된다. 즉, 관통 구멍(15)은 제 2 주면(11b)으로부터 제 1 주면(11a)까지 Z방향으로 연장되어 세라믹 유전체 기판(11)을 관통한다.
도트(13)의 높이(홈(14)의 깊이), 도트(13) 및 홈(14)의 면적비율, 형상 등을 적당히 선택함으로써 대상물(W)의 온도나 대상물(W)에 부착되는 파티클을 바람직한 상태로 컨트롤할 수 있다.
베이스 플레이트(50)에는 가스 도입로(53)가 형성된다. 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)를, 예를 들면 관통하도록 형성된다. 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)를 관통하지 않고 다른 가스 도입로(53)의 도중으로부터 분기되어 세라믹 유전체 기판(11)측까지 형성되어 있어도 좋다. 또한, 가스 도입로(53)는 베이스 플레이트(50)의 복수개소에 형성되어도 좋다.
가스 도입로(53)는 관통 구멍(15)과 연통한다. 즉, 가스 도입로(53)로 유입한 가스(헬륨(He) 등)는 가스 도입로(53)를 통과한 후에 관통 구멍(15)으로 유입한다.
관통 구멍(15)으로 유입한 가스는 관통 구멍(15)을 통과한 후에 대상물(W)과 홈(14)을 포함하는 제 1 주면(11a) 사이에 형성된 공간으로 유입한다. 이에 따라 대상물(W)을 가스에 의해 직접 냉각할 수 있다.
제 1 다공질부(90)는, 예를 들면 Z방향에 있어서 베이스 플레이트(50)와, 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a) 사이이며, 가스 도입로(53)와 대향하는 위치에 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)의 관통 구멍(15)에 형성된다. 예를 들면, 제 1 다공질부(90)는 관통 구멍(15)에 삽입되어 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식도이다. 도 2(a)는 제 1 다공질부(90)의 주변을 예시한다. 도 2(a)는 도 1에 나타내는 영역(A)의 확대도에 상당한다. 도 2(b)는 제 1 다공질부(90)를 예시하는 평면도이다.
또한, 도 2(c), 도 2(d)는 다른 실시형태에 의한 구멍부(15c)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
또한, 번잡해지는 것을 피하기 위해서 도 2(a), 도 2(c), 도 2(d)에 있어서는 도트(13)(예를 들면, 도 1을 참조)를 생략해서 그리고 있다.
이 예에서는 관통 구멍(15)은 구멍부(15a)와, 구멍부(15b)(제 1 구멍부의 일례에 상당함)를 갖는다. 구멍부(15a)의 일단은 세라믹 유전체 기판(11)의 제 2 주면(11b)에 위치한다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)은 Z방향에 있어서 제 1 주면(11a)과 제 1 다공질부(90) 사이에 위치하는 구멍부(15b)를 가질 수 있다. 구멍부(15b)는 구멍부(15a)와 연통되어 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)까지 연장된다. 즉, 구멍부(15b)의 일단은 제 1 주면(11a)(홈(14))에 위치한다. 구멍부(15b)는 제 1 다공질부(90)와 홈(14)을 연결하는 연결 구멍이다. 구멍부(15b)의 지름(X방향을 따른 길이)은 구멍부(15a)의 지름(X방향을 따른 길이)보다 작다. 지름이 작은 구멍부(15b)를 형성함으로써 세라믹 유전체 기판(11)과 대상물(W) 사이에 형성되는 공간(예를 들면, 홈(14)을 포함하는 제 1 주면(11a))의 디자인의 자유도를 높일 수 있다. 예를 들면, 도 2(a)와 같이 홈(14)의 폭(X방향을 따른 길이)을 제 1 다공질부(90)의 폭(X방향을 따른 길이)보다 짧게 할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 세라믹 유전체 기판(11)과 대상물(W) 사이에 형성되는 공간에 있어서의 방전을 억제할 수 있다.
구멍부(15b)의 지름은, 예를 들면 0.05밀리미터(㎜) 이상 0.5㎜ 이하이다. 구멍부(15a)의 지름은, 예를 들면 1㎜ 이상 5㎜ 이하이다. 또한, 구멍부(15b)는 구멍부(15a)와 간접적으로 연통되어 있어도 좋다. 즉, 구멍부(15a)와 구멍부(15b)를 접속하는 구멍부(15c)(제 2 구멍부의 일례에 상당함)가 형성되어도 좋다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 구멍부(15c)는 세라믹 유전체 기판(11)에 형성할 수 있다. 도 2(c)에 나타낸 바와 같이 구멍부(15c)는 제 1 다공질부(90)에 형성할 수도 있다. 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 구멍부(15c)는 세라믹 유전체 기판(11) 및 제 1 다공질부(90)에 형성할 수도 있다. 즉, 세라믹 유전체 기판(11) 및 제 1 다공질부(90) 중 적어도 어느 한쪽은 구멍부(15b)와 제 1 다공질부(90) 사이에 위치하는 구멍부(15c)를 가질 수 있다. 이 경우, 구멍부(15c)가 세라믹 유전체 기판(11)에 형성되어 있으면 구멍부(15c) 주위에 있어서의 강도를 높게 할 수 있어 구멍부(15c) 주변에 있어서의 치핑 등의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 구멍부(15c)가 제 1 다공질부(90)에 형성되어 있으면 구멍부(15c)와 제 1 다공질부(90)의 위치 맞춤이 용이해진다. 그 때문에 아크 방전의 저감과 가스 흐름의 원활화의 양립이 보다 용이해진다. 구멍부(15a), 구멍부(15b) 및 구멍부(15c) 각각은, 예를 들면 Z방향으로 연장되는 원통형상이다.
이 경우, X방향 또는 Y방향에 있어서 구멍부(15c)의 치수는 제 1 다공질부(90)의 치수보다 작고, 구멍부(b)의 치수보다 크게 할 수 있다. 본 실시형태에 의한 정전 척(110)에 의하면, 가스 도입로(53)와 대향하는 위치에 형성된 제 1 다공질부(90)에 의해 구멍부(15b)로 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 아크 방전에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 또한, 구멍부(15c)의 X방향 또는 Y방향에 있어서의 치수를 구멍부(15b)의 상기 치수보다 크게 하고 있으므로 치수가 큰 제 1 다공질부(90)에 도입된 가스의 대부분을 구멍부(15c)를 통해 치수가 작은 구멍부(15b)에 도입할 수 있다. 즉, 아크 방전의 저감과 가스 흐름의 원활화를 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 세라믹 유전체 기판(11)은 제 1 주면(11a)에 개구하고, 제 1 구멍부(15)와 연통하는 적어도 1개의 홈(14)을 갖고 있다. Z방향에 있어서, 구멍부(15c)의 치수는 홈(14)의 치수보다 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면 제 1 주면(11a)측에 홈(14)을 통해 가스를 공급할 수 있다. 그 때문에 제 1 주면(11a)의 보다 넓은 범위로 가스를 공급하는 것이 용이해진다. 또한, 구멍부(15c)의 X방향 또는 Y방향에 있어서의 치수를 홈(14)의 치수보다 작게 하고 있으므로 가스가 구멍부(15c)를 통과하는 시간을 짧게 할 수 있다. 즉, 가스 흐름의 원활화를 도모하면서 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이 세라믹 유전체 기판(11)과, 베이스 플레이트(50) 사이에는 접착부(60)를 형성할 수 있다. Z방향에 있어서 구멍부(15c)의 치수는 접착부(60)의 치수보다 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면 세라믹 유전체 기판(11)과 베이스 플레이트(50)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, Z방향에 있어서의 구멍부(15c)의 치수를 접착부(60)의 치수보다 작게 하고 있으므로 가스 흐름의 원활화를 도모하면서 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이 예에서는 제 1 다공질부(90)는 구멍부(15a)에 형성되어 있다. 이 때문에 제 1 다공질부(90)의 상면(90U)은 제 1 주면(11a)에 노출되어 있지 않다. 즉, 제 1 다공질부(90)의 상면(90U)은 제 1 주면(11a)과 제 2 주면(11b) 사이에 위치한다. 한편, 제 1 다공질부(90)의 하면(90L)은 제 2 주면(11b)에 노출되어 있다.
제 1 다공질부(90)는 복수의 구멍을 갖는 다공 영역(91)과, 다공 영역(91)보다 치밀한 치밀 영역(93)을 갖는다. 치밀 영역(93)은 다공 영역(91)에 비해 구멍이 적은 영역, 또는 실질적으로 구멍을 갖지 않는 영역이다. 치밀 영역(93)의 기공률(퍼센트:%)은 다공 영역(91)의 기공률(%)보다 낮다. 그 때문에 치밀 영역(93)의 밀도(그램/입방 센티미터:g/㎤)는 다공 영역(91)의 밀도(g/㎤)보다 높다. 치밀 영역(93)이 다공 영역(91)에 비해 치밀함으로써, 예를 들면 치밀 영역(93)의 강성(기계적인 강도)은 다공 영역(91)의 강성보다 높다.
치밀 영역(93)의 기공률은, 예를 들면 치밀 영역(93)의 전체 체적에 차지하는 치밀 영역(93)에 포함되는 공간(구멍)의 체적 비율이다. 다공 영역(91)의 기공률은, 예를 들면 다공 영역(91)의 전체 체적에 차지하는 다공 영역(91)에 포함되는 공간(구멍)의 체적 비율이다. 예를 들면, 다공 영역(91)의 기공률은 5% 이상 40% 이하, 바람직하게는 10% 이상 30% 이하이며, 치밀 영역(93)의 기공률은 0% 이상 5% 이하이다.
제 1 다공질부(90)는 기둥형상(예를 들면, 원기둥형상)이다. 또한, 다공 영역(91)은 기둥형상(예를 들면, 원기둥형상)이다. 치밀 영역(93)은 다공 영역(91)과 접하고 있거나, 또는 다공 영역(91)과 연속하고 있다. 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 치밀 영역(93)은 다공 영역(91)의 외주를 둘러싼다. 치밀 영역(93)은 다공 영역(91)의 측면(91s)을 둘러싸는 통형상(예를 들면, 원통형상)이다. 바꿔 말하면, 다공 영역(91)은 치밀 영역(93)을 Z방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 가스 도입로(53)로부터 관통 구멍(15)으로 유입한 가스는 다공 영역(91)에 형성된 복수의 구멍을 통과하여 홈(14)에 공급된다.
이러한 다공 영역(91)을 갖는 제 1 다공질부(90)를 형성함으로써 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 아크 방전에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 다공질부(90)가 치밀 영역(93)을 가짐으로써 제 1 다공질부(90)의 강성(기계적인 강도)을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)과 일체화되어 있다. 2개의 부재가 일체화되어 있는 상태란, 2개의 부재가 예를 들면 소결 등에 의해 화학적으로 결합하고 있는 상태이다. 2개의 부재 사이에는 한쪽 부재를 다른쪽 부재에 대하여 고정하기 위한 재료(예를 들면, 접착제)가 설치되지 않는다. 즉, 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11) 사이에는 접착제 등의 다른 부재가 설치되어 있지 않고, 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)이 일체화되어 있다.
보다 구체적으로는 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)이 일체화되어 있는 상태에 있어서는 제 1 다공질부(90)의 측면(치밀 영역(93)의 측면(93s))이 관통 구멍(15)의 내벽(15w)과 접하고 있으며, 제 1 다공질부(90)는 제 1 다공질부(90)가 접하는 내벽(15w)에 의해 지지되어 세라믹 유전체 기판(11)에 대하여 고정되어 있다.
예를 들면, 세라믹 유전체 기판(11)이 되는 소결 전의 기재에 관통 구멍을 형성하고, 그 관통 구멍에 제 1 다공질부(90)를 끼워 넣는다. 이 상태에서 세라믹 유전체 기판(11)(및 끼워 맞춰진 제 1 다공질부(90))을 소결함으로써 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)을 일체화시킬 수 있다.
이와 같이 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)과 일체화함으로써 세라믹 유전체 기판(11)에 대하여 고정되어 있다. 이에 따라 제 1 다공질부(90)를 접착제 등에 의해 세라믹 유전체 기판(11)에 고정하는 경우에 비해 정전 척(110)의 강도를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 접착제의 부식이나 침식 등에 의한 정전 척의 열화가 발생하지 않는다.
제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판을 일체화시킬 경우, 제 1 다공질부(90)의 외주의 측면에는 세라믹 유전체 기판으로부터 힘이 걸린다. 한편, 가스의 유량을 확보하기 위해서 제 1 다공질부(90)에 복수의 구멍을 형성했을 경우, 제 1 다공질부(90)의 기계적 강도가 저하된다. 이 때문에 제 1 다공질부를 세라믹 유전체 기판과 일체화할 때에 세라믹 유전체 기판으로부터 제 1 다공질부(90)에 가해지는 힘에 의해 제 1 다공질부가 파손될 우려가 있다.
이에 대하여 제 1 다공질부(90)가 치밀 영역(93)을 가짐으로써 제 1 다공질부(90)의 강성(기계적인 강도)을 향상시킬 수 있고, 제 1 다공질부(90)를 세라믹 유전체 기판(11)과 일체화시킬 수 있다.
또한, 실시형태에 있어서 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)과 반드시 일체화되어 있지 않아도 좋다. 예를 들면, 도 12에 나타내는 바와 같이 접착제를 사용하여 제 1 다공질부(90)를 세라믹 유전체 기판에 부착해도 좋다.
또한, 치밀 영역(93)은 관통 구멍(15)을 형성하는 세라믹 유전체 기판(11)의 내벽(15w)과, 다공 영역(91) 사이에 위치한다. 즉, 제 1 다공질부(90)의 내측에 다공 영역(91)이 형성되고, 외측에 치밀 영역(93)이 형성되어 있다. 제 1 다공질부(90)의 외측에 치밀 영역(93)이 형성됨으로써 세라믹 유전체 기판(11)으로부터 제 1 다공질부(90)에 가해지는 힘에 대한 강성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)을 일체화시키기 쉽게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11) 사이에 접착부재(61)(도 12 참조)가 설치되는 경우, 제 1 다공질부(90) 내를 통과하는 가스가 접착부재(61)에 접촉하는 것을 치밀 영역(93)에 의해 억제할 수 있다. 이에 따라 접착부재(61)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 제 1 다공질부(90)의 내측에 다공 영역(91)이 형성됨으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 관통 구멍(15)이 치밀 영역(93)에 의해 막히는 것을 억제하고, 가스의 유량을 확보할 수 있다.
치밀 영역(93)의 두께(다공 영역(91)의 측면(91s)과, 치밀 영역(93)의 측면(93s) 사이의 길이(L0))는, 예를 들면 100㎛ 이상 1000㎛ 이하이다.
제 1 다공질부(90)의 재료에는 절연성을 갖는 세라믹이 사용된다. 제 1 다공질부(90)(다공 영역(91) 및 치밀 영역(93)의 각각)는 산화알루미늄(Al2O3), 산화티탄(TiO2) 및 산화이트륨(Y2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 이에 따라 제 1 다공질부(90)의 높은 절연 내압과 높은 강성을 얻을 수 있다.
예를 들면, 제 1 다공질부(90)는 산화알루미늄, 산화티탄, 및 산화이트륨 중 어느 하나를 주성분으로 한다.
이 경우, 세라믹 유전체 기판(11)의 산화알루미늄의 순도는 제 1 다공질부(90)의 산화알루미늄의 순도보다 높게 할 수 있다. 이와 같이 하면 정전 척(110)의 내플라즈마성 등의 성능을 확보하며, 또한 제 1 다공질부(90)의 기계적 강도를 확보할 수 있다. 일례로서는 제 1 다공질부(90)에 미량의 첨가물을 함유시킴으로써 제 1 다공질부(90)의 소결이 촉진되어 기공의 제어나 기계적 강도의 확보가 가능해진다.
본 명세서에 있어서, 세라믹 유전체 기판(11)의 산화알루미늄 등의 세라믹스 순도는 형광 X선 분석, ICP-AES법(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry: 고주파 유도 결합 플라스마 발광 분광 분석법) 등에 의해 측정할 수 있다.
예를 들면, 다공 영역(91)의 재료와 치밀 영역(93)의 재료는 동일하다. 단, 다공 영역(91)의 재료는 치밀 영역(93)의 재료와 상이해도 좋다. 다공 영역(91)의 재료의 조성은 치밀 영역(93)의 재료의 조성과 상이해도 좋다.
또한, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 다공 영역(91)(후술하는 복수의 소 부분(94))과 전극(12) 사이의 X방향 또는 Y방향의 거리(D1)는 제 1 주면(11a)과 전극(12) 사이의 Z방향의 거리(D2)보다 길다. 제 1 다공질부(90)에 형성된 다공 영역(91)과 전극(12) 사이의 X방향 또는 Y방향에 있어서의 거리(D1)를 보다 길게 함으로써 제 1 다공질부(90)에서의 방전을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 주면(11a)과 전극(12) 사이의 Z방향에 있어서의 거리(D2)를 보다 짧게 함으로써 제 1 주면(11a)에 적재되는 대상물(W)을 흡착하는 힘을 크게 할 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식도이다.
도 3(a)는 Z방향을 따라 본 제 1 다공질부(90)의 평면도이며, 도 3(b)는 제 1 다공질부(90)의 ZY평면에 있어서의 단면도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 이 예에서는 다공 영역(91)은 복수의 소 부분(94)과, 밀 부분(95)을 갖는다. 복수의 소 부분(94)의 각각은 복수의 구멍을 갖는다. 밀 부분(95)은 소 부분(94)보다 치밀하다. 즉, 밀 부분(95)은 소 부분(94)에 비해 구멍이 적은 부분, 또는 실질적으로 구멍을 갖지 않는 부분이다. 밀 부분(95)의 기공률은 소 부분(94)의 기공률보다 낮다. 그 때문에 밀 부분(95)의 밀도는 소 부분(94)의 밀도보다 높다. 밀 부분(95)의 기공률은 치밀 영역(93)의 기공률과 동일해도 좋다. 밀 부분(95)이 소 부분(94)에 비해 치밀함으로써 밀 부분(95)의 강성은 소 부분(94)의 강성보다 높다.
1개의 소 부분(94)의 기공률은, 예를 들면 그 소 부분(94)의 전체 체적에 차지하는 그 소 부분(94)에 포함되는 공간(구멍)의 체적 비율이다. 밀 부분(95)의 기공률은, 예를 들면 밀 부분(95)의 전체 체적에 차지하는 밀 부분(95)에 포함되는 공간(구멍)의 체적 비율이다. 예를 들면, 소 부분(94)의 기공률은 20% 이상 60% 이하, 바람직하게는 30% 이상 50% 이하이며, 밀 부분(95)의 기공률은 0% 이상 5% 이하이다.
복수의 소 부분(94)의 각각은 Z방향으로 연장된다. 예를 들면, 복수의 소 부분(94)의 각각은 기둥상(원기둥형상 또는 다각기둥형상)이며, 다공 영역(91)을 Z방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 밀 부분(95)은 복수의 소 부분(94)끼리의 사이에 위치한다. 밀 부분(95)은 서로 인접하는 소 부분(94)을 구획하는 벽형상이다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 밀 부분(95)은 복수의 소 부분(94) 각각의 외주를 둘러싸도록 형성되어 있다. 밀 부분(95)은 다공 영역(91)의 외주에 있어서 치밀 영역(93)과 연속하고 있다.
다공 영역(91) 내에 형성되는 소 부분(94)의 수는, 예를 들면 50개 이상 1000개 이하이다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 소 부분(94)끼리는 서로 대략 동일한 크기이다. 예를 들면, Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 소 부분(94)은 다공 영역(91) 내에 있어서 등방적으로 균일하게 분산되어 있다. 예를 들면, 인접하는 소 부분(94)끼리의 거리(즉, 밀 부분(95)의 두께)는 대략 일정하다.
예를 들면, Z방향을 따라 보았을 때에 치밀 영역(93)의 측면(93s)과, 복수의 소 부분(94) 중 가장 측면(93s)에 가까운 소 부분(94) 사이의 거리(L11)는 100㎛ 이상 1000㎛ 이하이다.
이와 같이 다공 영역(91)에 복수의 소 부분(94)과, 소 부분(94)보다 치밀한 밀 부분(95)을 형성함으로써 다공 영역 내에 있어서 3차원적으로 랜덤하게 복수의 구멍이 분산되었을 경우에 비해 아크 방전에 대한 내성과 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 제 1 다공질부(90)의 강성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 다공 영역의 기공률이 커지면 가스의 유량이 커지는 한편, 아크 방전에 대한 내성 및 강성이 저하된다. 이에 대하여 밀 부분(95)을 형성함으로써 기공률을 크게 한 경우에도 아크 방전에 대한 내성 및 강성의 저하를 억제할 수 있다.
예를 들면, Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 소 부분(94)의 전부를 포함하는 최소의 원, 타원, 또는 다각형을 상정한다. 그 원, 타원, 또는 다각형의 내측을 다공 영역(91)으로 하고, 그 원, 타원, 또는 다각형의 외측을 치밀 영역(93)이라고 생각할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이 제 1 다공질부(90)는 제 1 구멍 및 제 2 구멍을 포함하는 복수의 구멍(96)을 갖는 복수의 소 부분(94)과, 소 부분(94)의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 밀 부분(95)을 가질 수 있다. 복수의 소 부분(94) 각각은 Z방향으로 연장되어 있다. 밀 부분(95)은 복수의 소 부분(94)끼리의 사이에 위치하고 있다. 소 부분(94)은 구멍(96)(제 1 구멍)과 구멍(96)(제 2 구멍) 사이에 형성된 벽부(97)를 갖고 있다. X방향 또는 Y방향에 있어서, 벽부(97)의 치수의 최소값은 밀 부분(95)의 치수의 최소값보다 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면 제 1 다공질부(90)에 Z방향으로 연장되는 소 부분(94)과 밀 부분(95)이 형성되어 있으므로 아크 방전에 대한 내성과 가스 유량을 확보하면서 제 1 다공질부(90)의 기계적인 강도(강성)를 향상시킬 수 있다.
X방향 또는 Y방향에 있어서, 복수의 소 부분(94) 각각에 형성된 복수의 구멍(96)의 치수는 밀 부분(95)의 치수보다 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면 복수의 구멍(96)의 치수를 충분히 작게 할 수 있기 때문에 아크 방전에 대한 내성을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 소 부분(94) 각각에 형성된 복수의 구멍(96)의 종횡비(애스펙트비)는 30 이상 10000 이하로 할 수 있다. 이와 같이 하면 아크 방전에 대한 내성을 더 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 복수의 구멍(96)의 종횡비(애스펙트비)의 하한은 100 이상이며, 상한은 1600 이하이다.
또한, X방향 또는 Y방향에 있어서, 복수의 소 부분(94)의 각각에 형성된 복수의 구멍(96)의 치수는 1㎛ 이상 20㎛ 이하로 할 수 있다. 이와 같이 하면 구멍(96)의 치수가 1~20㎛인 한 방향으로 연장되는 구멍(96)을 배열시킬 수 있으므로 아크 방전에 대한 높은 내성을 실현할 수 있다.
또한, 후술하는 도 6(a), 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 제 1 구멍(96a)은 소 부분(94)의 중심부에 위치하고, 복수의 구멍(96) 중 제 1 구멍(96a)과 인접해서 제 1 구멍(96a)을 둘러싸는 구멍(96b~96g)의 수는 6개로 할 수 있다. 이와 같이 하면 Z방향을 따라 보았을 때에 높은 등방성, 또한 높은 밀도로 복수의 구멍(96)을 배치하는 것이 가능해진다. 이에 따라 아크 방전에 대한 내성과 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 제 1 다공질부(90)의 강성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 4는 Z방향을 따라 본 제 1 다공질부(90)의 일부를 나타내고, 도 3(a)의 확대도에 상당한다.
Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 소 부분(94)의 각각은 대략 육각형(대략 정육각형)이다. Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 소 부분(94)은 다공 영역(91)의 중심부에 위치하는 제 1 소 부분(94a)과, 제 1 소 부분(94a)을 둘러싸는 6개의 소 부분(94)(제 2~제 7 소 부분(94b~94g))을 갖는다.
제 2~제 7 소 부분(94b~94g)은 제 1 소 부분(94a)과 인접해 있다. 제 2~제 7 소 부분(94b~94g)은 복수의 소 부분(94) 중 제 1 소 부분(94a)에 최근접하는 소 부분(94)이다.
제 2 소 부분(94b) 및 제 3 소 부분(94c)은 제 1 소 부분(94a)과 X방향에 있어서 배열된다. 즉, 제 1 소 부분(94a)은 제 2 소 부분(94b)과 제 3 소 부분(94c) 사이에 위치한다.
제 1 소 부분(94a)의 X방향을 따른 길이(L1)(제 1 소 부분(94a)의 지름)는 제 1 소 부분(94a)과 제 2 소 부분(94b) 사이의 X방향을 따른 길이(L2)보다 길고, 제 1 소 부분(94a)과 제 3 소 부분(94c) 사이의 X방향을 따른 길이(L3)보다 길다.
또한, 길이(L2) 및 길이(L3) 각각은 밀 부분(95)의 두께에 상당한다. 즉, 길이(L2)는 제 1 소 부분(94a)과 제 2 소 부분(94b) 사이의 밀 부분(95)의 X방향을 따른 길이이다. 길이(L3)는 제 1 소 부분(94a)과 제 3 소 부분(94c) 사이의 밀 부분(95)의 X방향을 따른 길이이다. 길이(L2)와 길이(L3)는 대략 동일하다. 예를 들면, 길이(L2)는 길이(L3)의 0.5배 이상 2.0배 이하이다.
또한, 길이(L1)는 제 2 소 부분(94b)의 X방향을 따른 길이(L4)(제 2 소 부분(94b)의 지름)와 대략 동일하며, 제 3 소 부분(94c)의 X방향을 따른 길이(L5)(제 3 소 부분(95c)의 지름)와 대략 동일하다. 예를 들면, 길이(L4) 및 길이(L5)의 각각은 길이(L1)의 0.5배 이상 2.0배 이하이다.
이와 같이 제 1 소 부분(94a)은 복수의 소 부분(94) 중 6개의 소 부분(94)에 인접해 둘러싸여 있다. 즉, Z방향을 따라 보았을 때에 다공 영역(91)의 중심부에 있어서 1개의 소 부분(94)과 인접하는 소 부분(94)의 수는 6개이다. 이에 따라 평면으로부터 볼 때에 있어서, 높은 등방성, 또한 높은 밀도로 복수의 소 부분(94)을 배치하는 것이 가능하다. 이에 따라 아크 방전에 대한 내성과 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 제 1 다공질부(90)의 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 아크 방전에 대한 내성의 편차, 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량의 편차, 및 제 1 다공질부(90)의 강성의 편차를 억제할 수 있다.
소 부분(94)의 지름(길이(L1, L4, 또는 L5) 등)은, 예를 들면 50㎛ 이상 500㎛ 이하이다. 밀 부분(95)의 두께(길이(L2 또는 L3) 등)는, 예를 들면 10㎛ 이상 100㎛ 이하이다. 소 부분(94)의 지름은 밀 부분(95)의 두께보다 크다. 또한, 밀 부분(95)의 두께는 치밀 영역(93)의 두께보다 얇다.
도 5는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다. 도 5는 Z방향을 따라 본 제 1 다공질부(90)의 일부를 나타낸다. 도 5는 1개의 소 부분(94)의 주변 확대도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이 이 예에서는 소 부분(94)은 복수의 구멍(96)과, 복수의 구멍(96)끼리의 사이에 설치된 벽부(97)를 갖는다.
복수의 구멍(96)의 각각은 Z방향으로 연장된다. 복수의 구멍(96)의 각각은 한 방향으로 연장되는 캐필러리형상(1차원 캐필러리 구조)이며, 소 부분(94)을 Z방향으로 관통하고 있다. 벽부(97)는 서로 인접하는 구멍(96)을 구획하는 벽형상이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 벽부(97)는 복수의 구멍(96) 각각의 외주를 둘러싸도록 설치된다. 벽부(97)는 소 부분(94)의 외주에 있어서, 밀 부분(95)과 연속하고 있다.
1개의 소 부분(94) 내에 형성되는 구멍(96)의 수는, 예를 들면 50개 이상 1000개 이하이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 구멍(96)끼리는 서로 대략 동일한 크기이다. 예를 들면, Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 구멍(96)은 소 부분(94) 내에 있어서 등방적으로 균일하게 분산되어 있다. 예를 들면, 인접하는 구멍(96)끼리의 거리(즉, 벽부(97)의 두께)는 대략 일정하다.
이와 같이 한 방향으로 연장되는 구멍(96)이 소 부분(94) 내에 배열됨으로써 소 부분 내에 있어서 3차원적으로 랜덤하게 복수의 구멍이 분산되었을 경우에 비해 아크 방전에 대한 높은 내성을 적은 편차로 실현할 수 있다.
여기에서 복수의 구멍(96)의 「캐필러리형상 구조」에 대해서 더 설명한다.
최근, 반도체의 고집적화를 목적으로 한 회로선폭의 세선화, 회로 피치의 미세화가 더 진행되어 있다. 정전 척에는 추가적인 하이파워가 인가되어 보다 높은 레벨에서의 흡착 대상물의 온도 컨트롤이 요구되어 있다. 이러한 배경으로부터 하이파워 환경하에 있어서도 아크 방전을 확실하게 억제하면서 가스 유량을 충분히 확보함과 아울러, 그 유량을 고정밀도로 제어하는 것이 요구되어 있다. 본 실시형태에 의한 정전 척(110)에서는 헬륨 공급 구멍(가스 도입로(53))에서의 아크 방전 방지를 위하여 종래부터 설치되어 있는 세라믹 플러그(제 1 다공질부(90))에 있어서, 그 구멍 지름(구멍(96) 지름)을, 예를 들면 수~수십 ㎛의 레벨에까지 작게 하고 있다(구멍(96) 지름의 상세에 대해서는 후술함). 지름이 이 레벨에까지 작아지면 가스의 유량 제어가 곤란해질 우려가 있다. 그래서 본 발명에 있어서는, 예를 들면 구멍(96)을 Z방향을 따르도록 그 형상을 더 고안하고 있다. 구체적으로는 종래에는 비교적 큰 구멍에서 유량을 확보하며, 또한 그 형상을 3차원적으로 복잡하게 함으로써 아크 방전 방지를 달성하고 있었다. 한편, 본 발명에서는 구멍(96)을, 예를 들면 그 지름이 수~수십 ㎛의 레벨에까지 미세하게 함으로써 아크 방전 방지를 달성하고, 반대로 그 형상을 단순화함으로써 유량을 확보하고 있다. 즉, 종래와는 전혀 다른 사상에 의거하여 본 발명에 착상한 것이다.
또한, 소 부분(94)의 형상은 육각형에 한정되지 않고 원(또는 타원)이나 그 밖의 다각형이어도 좋다. 예를 들면, Z방향을 따라 보았을 때에 10㎛ 이하의 간격으로 배열되는 복수의 구멍(96) 전부를 포함하는 최소의 원, 타원, 또는 다각형을 상정한다. 그 원, 타원, 또는 다각형의 내측을 소 부분(94)으로 하고, 그 원, 타원, 또는 다각형의 외측을 밀 부분(95)으로 생각할 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 실시형태에 의한 정전 척의 제 1 다공질부를 예시하는 모식적 평면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 Z방향을 따라 본 제 1 다공질부(90)의 일부를 나타내고, 1개의 소 부분(94) 내의 구멍(96)을 나타내는 확대도이다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이 Z방향을 따라 보았을 때에 복수의 구멍(96)은 소 부분(94)의 중심부에 위치하는 제 1 구멍(96a)과, 제 1 구멍(96a)을 둘러싸는 6개의 구멍(96)(제 2~제 7 구멍(96b~96g))을 갖는다. 제 2~제 7 구멍(96b~96g)은 제 1 구멍(96a)과 인접해 있다. 제 2~제 7 구멍(96b~96g)은 복수의 구멍(96) 중 제 1 구멍(96a)에 최근접하는 구멍(96)이다.
제 2 구멍(96b) 및 제 3 구멍(96c)은 제 1 구멍(96a)과 X방향에 있어서 배열된다. 즉, 제 1 구멍(96a)은 제 2 구멍(96b)과 제 3 구멍(96c) 사이에 위치한다.
예를 들면, 제 1 구멍(96a)의 X방향을 따른 길이(L6)(제 1 구멍(96a)의 지름)는 제 1 구멍(96a)과 제 2 구멍(96b) 사이의 X방향을 따른 길이(L7)보다 길고, 제 1 구멍(96a)과 제 3 구멍(96c) 사이의 X방향을 따른 길이(L8)보다 길다.
또한, 길이(L7) 및 길이(L8)의 각각은 벽부(97)의 두께에 상당한다. 즉, 길이(L7)는 제 1 구멍(96a)과 제 2 구멍(96b) 사이의 벽부(97)의 X방향을 따른 길이이다. 길이(L8)는 제 1 구멍(96a)과 제 3 구멍(96c) 사이의 벽부(97)의 X방향을 따른 길이이다. 길이(L7)와 길이(L8)는 대략 동일하다. 예를 들면, 길이(L7)는 길이(L8)의 0.5 이상 2.0배 이하이다.
또한, 길이(L6)는 제 2 구멍(96b)의 X방향을 따른 길이(L9)(제 2 구멍(96b)의 지름)와 대략 동일하며, 제 3 구멍(96c)의 X방향을 따른 길이(L10)(제 3 구멍(96c)의 지름)와 대략 동일하다. 예를 들면, 길이(L9) 및 길이(L10) 각각은 길이(L6)의 0.5배 이상 2.0배 이하이다.
예를 들면, 구멍 지름이 작으면 아크 방전에 대한 내성이나 강성이 향상된다. 한편, 구멍 지름이 크면 가스의 유량을 크게 할 수 있다. 구멍(96) 지름(길이(L6, L9, 또는 L10) 등)은, 예를 들면 1마이크로미터(㎛) 이상 20㎛ 이하이다. 지름이 1~20㎛인 한 방향으로 연장되는 구멍이 배열됨으로써 아크 방전에 대한 높은 내성을 적은 편차로 실현할 수 있다. 보다 바람직하게는 구멍(96) 지름은 3㎛ 이상 10㎛ 이하이다.
여기에서 구멍(96) 지름의 측정 방법에 대하여 설명한다. 주사형 전자현미경(예를 들면, Hitachi High-Technologies Corporation, S-3000)을 사용하여 1000배 이상의 배율로 화상을 취득한다. 시판된 화상 해석 소프트를 사용하여 구멍(96)에 대해서 100개분의 원 상당 지름을 산출하고, 그 평균값을 구멍(96) 지름으로 한다.
복수의 구멍(96) 지름의 편차를 억제하는 것이 더욱 바람직하다. 지름의 편차를 작게 함으로써 흐르는 가스의 유량 및 절연 내압을 보다 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 복수의 구멍(96) 지름의 편차로서 상기 구멍(96) 지름의 산출에 있어서 취득한 100개분의 원 상당 지름의 누적 분포를 이용할 수 있다. 구체적으로는 입도 분포 측정에 일반적으로 사용되는 누적 분포 50vol%일 때의 입자 지름 D50(메디안 지름) 및 누적 분포 90vol%일 때의 입자 지름 D90의 개념을 적용하고, 가로축을 구멍 지름(㎛), 세로축을 상대 구멍량(%)으로 한 구멍(96)의 누적 분포 그래프를 사용하여 그 구멍 지름의 누적 분포 50vol%일 때의 구멍 지름(D50 지름에 상당) 및 누적 분포 90vol%일 때의 구멍 지름(D90 지름에 상당)을 구한다. 복수의 구멍(96) 지름의 편차가 D50:D90≤1:2의 관계를 만족시킬 정도로 억제되는 것이 바람직하다.
벽부(97)의 두께(길이(L7, L8) 등)는, 예를 들면 1㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 벽부(97)의 두께는 밀 부분(95)의 두께보다 얇다.
이와 같이 제 1 구멍(96a)은 복수의 구멍(96) 중 6개의 구멍(96)에 인접해 둘러싸여 있다. 즉, Z방향을 따라 보았을 때에 소 부분(94)의 중심부에 있어서 1개의 구멍(96)과 인접하는 구멍(96)의 수는 6개이다. 이에 따라 평면으로부터 볼 때에 있어서, 높은 등방성, 또한 높은 밀도로 복수의 구멍(96)을 배치하는 것이 가능하다. 이에 따라 아크 방전에 대한 내성과 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 제 1 다공질부(90)의 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 아크 방전에 대한 내성의 편차, 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량의 편차, 및 제 1 다공질부(90)의 강성의 편차를 억제할 수 있다.
도 6(b)는 소 부분(94) 내에 있어서의 복수의 구멍(96)의 배치의 다른 예를 나타낸다. 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 이 예에서는 복수의 구멍(96)은 제 1 구멍(96a)을 중심으로 동심원상으로 배치된다. 이에 따라 평면으로부터 볼 때에 있어서, 높은 등방성, 또한 높은 밀도로 복수의 구멍을 배치하는 것이 가능하다.
또한, 이상 설명한 바와 같은 구조의 제 1 다공질부(90)는, 예를 들면 압출 성형을 사용함으로써 제조할 수 있다. 또한, 길이(L0~L10)의 각각은 주사형 전자현미경 등의 현미경을 사용한 관찰에 의해 측정할 수 있다.
본 명세서에 있어서의 기공률의 평가에 대하여 설명한다. 여기에서는 제 1 다공질부(90)에 있어서의 기공률의 평가를 예로 들어서 설명한다.
도 3(a)의 평면도와 같은 화상을 취득하고, 화상 해석에 의해 다공 영역(91)에 차지하는 복수의 소 부분(94)의 비율 R1을 산출한다. 화상의 취득에는 주사형 전자현미경(예를 들면, Hitachi High-Technologies Corporation, S-3000)을 사용한다. 가속 전압을 15㎸, 배율을 30배로 하여 BSE상을 취득한다. 예를 들면, 화상 사이즈는 1280×960화소이며, 화상 계조는 256계조이다.
다공 영역(91)에 차지하는 복수의 소 부분(94)의 비율 R1의 산출에는 화상 해석 소프트웨어(예를 들면, Win-ROOF Ver 6.5(MITANI CORPORATION))를 사용한다.
Win-ROOF Ver 6.5를 사용한 비율 R1의 산출은 이하와 같이 할 수 있다.
평가 범위(ROI1)(도 3(a)를 참조)를 모든 소 부분(94)을 포함하는 최소의 원(또는 타원)으로 한다.
단일 역치(예를 들면, 0)에 의한 2값화 처리를 행하여 평가 범위(ROI1)의 면적 S1을 산출한다.
2개의 역치(예를 들면, 0 및 136)에 의한 2값화 처리를 행하여 평가 범위(ROI1) 내의 복수의 소 부분(94)의 합계의 면적 S2를 산출한다. 이때 소 부분(94) 내의 오프셋 처리 및 노이즈로 생각되는 작은 면적의 영역의 제거(역치: 0.002 이하)를 행한다. 또한, 2개의 역치는 화상의 명도나 콘트라스트에 의해 적당히 조정한다.
면적 S1에 대한 면적 S2의 비율로서 비율 R1을 산출한다. 즉, 비율 R1(%)=(면적 S2)/(면적 S1)×100이다.
실시형태에 있어서, 다공 영역(91)에 차지하는 복수의 소 부분(94)의 비율 R1은, 예를 들면 40% 이상 70% 이하, 바람직하게는 50% 이상 70% 이하이다. 비율 R1은, 예를 들면 60% 정도이다.
도 5의 평면도와 같은 화상을 취득하고, 화상 해석에 의해 소 부분(94)에 차지하는 복수의 구멍(96)의 비율 R2를 산출한다. 비율 R2는, 예를 들면 소 부분(94)의 기공률에 상당한다. 화상의 취득에는 주사형 전자현미경(예를 들면, Hitachi High-Technologies Corporation, S-3000)을 사용한다. 가속 전압을 15㎸, 배율을 600배로 하여 BSE상을 취득한다. 예를 들면, 화상 사이즈는 1280×960화소이며, 화상 계조는 256계조이다.
소 부분(94)에 차지하는 복수의 구멍(96)의 비율 R2의 산출에는 화상 해석 소프트웨어(예를 들면, Win-ROOF Ver 6.5(MITANI CORPORATION))를 사용한다.
Win-ROOF Ver 6.5를 사용한 비율 R1의 산출은 이하와 같이 할 수 있다.
평가 범위(ROI2)(도 5를 참조)를 소 부분(94)의 형상을 근사하는 육각형으로 한다. 평가 범위(ROI2) 내에 1개의 소 부분(94)에 형성된 모든 구멍(96)이 포함된다.
단일 역치(예를 들면, 0)에 의한 2값화 처리를 행하여 평가 범위(ROI2)의 면적 S3을 산출한다.
2개의 역치(예를 들면, 0 및 96)에 의한 2값화 처리를 행하여 평가 범위(ROI2) 내의 복수의 구멍(96)의 합계의 면적 S4를 산출한다. 이때, 구멍(96) 내의 오프셋 처리 및 노이즈라고 생각되는 작은 면적의 영역의 제거(역치: 1 이하)를 행한다. 또한, 2개의 역치는 화상의 명도이나 콘트라스트에 의해 적당히 조정한다.
면적 S3에 대한 면적 S4의 비율로서 비율 R2를 산출한다. 즉, 비율 R2(%)=(면적 S4)/(면적 S3)×100이다.
실시형태에 있어서 소 부분(94)에 차지하는 복수의 구멍(96)의 비율 R2(소 부분(94)의 기공률)은, 예를 들면 20% 이상 60% 이하, 바람직하게는 30% 이상 50% 이하이다. 비율 R2는, 예를 들면 40% 정도이다.
다공 영역(91)의 기공률은, 예를 들면 다공 영역(91)에 차지하는 복수의 소 부분(94)의 비율 R1과, 소 부분(94)에 차지하는 복수의 구멍(96)의 비율 R2의 곱에 상당한다. 예를 들면, 비율 R1이 60%이며, 비율 R2가 40%의 경우, 다공 영역(91)의 기공률은 24% 정도로 산출할 수 있다.
이와 같은 기공률의 다공 영역(91)을 갖는 제 1 다공질부(90)를 사용함으로써 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 확보하면서 절연 내압을 향상시킬 수 있다.
마찬가지로 해서 세라믹 유전체 기판, 제 2 다공질부(70)의 기공률을 산출할 수 있다. 또한, 주사형 전자현미경의 배율은 관찰 대상에 따라, 예를 들면 수십배~수천배의 범위에 있어서 적당히 선택하는 것이 바람직하다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 실시형태에 의한 다른 제 1 다공질부를 예시하는 모식도이다.
도 7(a)는 Z방향을 따라 본 제 1 다공질부(90)의 평면도이며, 도 7(b)는 도 7(a)의 일부의 확대도에 상당한다.
도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 이 예에서는 소 부분(94)의 평면형상은 원형이다. 이와 같이 소 부분(94)의 평면형상은 육각형이 아니어도 좋다.
도 8은 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 8은 도 2에 나타내는 영역(B)의 확대도에 상당한다. 즉, 도 8은 제 1 다공질부(90)(치밀 영역(93))와 세라믹 유전체 기판(11)의 계면(F1)의 근방을 나타낸다. 또한, 이 예에서는 제 1 다공질부(90) 및 세라믹 유전체 기판(11)의 재료에는 산화알루미늄이 사용되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이 제 1 다공질부(90)는 X방향 또는 Y방향에 있어서 세라믹 유전체 기판(11)측에 위치하는 제 1 영역(90p)과, 제 1 영역(90p)과 X방향 또는 Y방향에 있어서 연속한 제 2 영역(90q)을 갖는다. 제 1 영역(90p) 및 제 2 영역(90q)은 제 1 다공질부(90)의 치밀 영역(93)의 일부이다.
제 1 영역(90p)은 X방향 또는 Y방향에 있어서 제 2 영역(90q)과 세라믹 유전체 기판(11) 사이에 위치한다. 제 1 영역(90p)은 계면(F1)으로부터 X방향 또는 Y방향으로 40~60㎛ 정도의 영역이다. 즉, 제 1 영역(90p)의 X방향 또는 Y방향을 따르는 폭(W1)(계면(F1)에 대하여 수직인 방향에 있어서의 제 1 영역(90p)의 길이)은, 예를 들면 40㎛ 이상 60㎛ 이하이다.
또한, 세라믹 유전체 기판(11)은 X방향 또는 Y방향에 있어서 제 1 다공질부(90)(제 1 영역(90p))측에 위치하는 제 1 기판 영역(11p)과, 제 1 기판 영역(11p)과 X방향 또는 Y방향에 있어서 연속한 제 2 기판 영역(11q)을 갖는다. 제 1 영역(90p)과 제 1 기판 영역(11p)은 접하여 형성된다. 제 1 기판 영역(11p)은 X방향 또는 Y방향에 있어서 제 2 기판 영역(11q)과 제 1 다공질부(90) 사이에 위치한다. 제 1 기판 영역(11p)은 계면(F1)으로부터 X방향 또는 Y방향으로 40~60㎛ 정도의 영역이다. 즉, 제 1 기판 영역(11p)의 X방향 또는 Y방향을 따르는 폭(W2)(계면(F1)에 대하여 수직인 방향에 있어서의 제 1 기판 영역(11p)의 길이)은, 예를 들면 40㎛ 이상 60㎛ 이하이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 실시형태에 의한 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 9(a)는 도 8에 나타낸 제 1 영역(90p)의 일부의 확대도이다. 도 9(b)는 도 8에 나타낸 제 1 기판 영역(11p)의 일부의 확대도이다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이 제 1 영역(90p)은 복수의 입자(g1)(결정립)를 포함한다. 또한, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 제 1 기판 영역(11p)은 복수의 입자(g2)(결정립)를 포함한다.
제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름(복수의 입자(g1) 지름의 평균값)은 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름(복수의 입자(g2) 지름의 평균값)과 상이하다.
제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름과 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름이 상이함으로써, 계면(F1)에 있어서 제 1 다공질부(90)의 결정립과, 세라믹 유전체 기판(11)의 결정립의 결합 강도(계면 강도)를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 다공질부(90)의 세라믹 유전체 기판(11)으로부터의 박리나, 결정립의 탈립을 억제할 수 있다.
또한, 평균 입자 지름에는 도 9(a) 및 도 9(b)와 같은 단면의 화상에 있어서의 결정립의 원 상당 직경의 평균값을 사용할 수 있다. 원 상당 직경이란 대상으로 하는 평면형상의 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경이다.
세라믹 유전체 기판(11)과, 제 1 다공질부(90)는 일체화되어 있는 것도 바람직하다. 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)과 일체화되어 있음으로써 세라믹 유전체 기판(11)에 고정되어 있다. 이에 따라 제 1 다공질부(90)를 접착제 등에 의해 세라믹 유전체 기판(11)에 고정하는 경우에 비해 정전 척의 강도를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 접착제의 부식이나 침식 등에 의한 정전 척의 열화를 억제할 수 있다.
이 예에서는 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름은 제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름보다 작다. 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 입자 지름이 작음으로써 제 1 다공질부와 세라믹 유전체 기판의 계면에 있어서, 제 1 다공질부와 세라믹 유전체 기판의 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 기판 영역에 있어서의 입자 지름이 작음으로써 세라믹 유전체 기판(11)의 강도를 향상시켜 제작 시나 프로세스 시에 발생하는 응력에 의한 크랙 등의 리스크를 억제할 수 있다. 예를 들면, 제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름은 3㎛ 이상 5㎛ 이하이다. 예를 들면, 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름은 0.5㎛ 이상 2㎛ 이하이다. 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름은 제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름의 1.1배 이상 5배 이하이다.
또한, 예를 들면 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름은 제 2 기판 영역(11q)에 있어서의 평균 입자 지름보다 작다. 제 1 영역(90p)과 접하여 형성되는 제 1 기판 영역(11p)에서는, 예를 들면 제조 공정에 있어서의 소결 시에 제 1 영역(90p)과의 사이에 있어서의 확산 등의 상호 작용에 의해 제 1 영역(90p)과의 사이의 계면 강도를 높게 하는 것이 바람직하다. 한편, 제 2 기판 영역(11q)에서는 세라믹 유전체 기판(11)의 재료 본래의 특성이 발현되는 것이 바람직하다. 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름을 제 2 기판 영역(11q)에 있어서의 평균 입자 지름보다 작게 함으로써 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 계면 강도의 담보와, 제 2 기판 영역(11q)에 있어서의 세라믹 유전체 기판(11)의 특성을 양립시킬 수 있다.
제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름은 제 1 기판 영역(11p)에 있어서의 평균 입자 지름보다 작아도 좋다. 이것에 의해 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)의 계면에 있어서, 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)의 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름이 작음으로써 제 1 다공질부(90)의 강도가 높아지기 때문에 프로세스 시의 입자의 탈락을 억제할 수 있고, 파티클을 저감할 수 있다.
예를 들면, 제 1 다공질부(90) 및 세라믹 유전체 기판(11) 각각에 있어서, 재료의 조성이나, 온도 등의 소결 조건을 조정함으로써 평균 입자 지름을 조정할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 재료의 소결에 있어서 추가되는 소결 조제의 양이나 농도를 조정한다. 예를 들면, 소결 조제로서 사용되는 산화마그네슘(MgO)은 결정립의 이상 성장을 억제한다.
또한, 상술한 것과 마찬가지로 해서 제 1 영역(90p)에 있어서의 평균 입자 지름이 제 2 기판 영역(11q)에 있어서의 평균 입자 지름보다 작아지도록 할 수도 있다. 이와 같이 하면 제 1 영역(90p)에 있어서의 기계적인 강도를 향상시킬 수 있다.
도 2(a)를 다시 참조하여 정전 척(110)의 구조에 대하여 설명을 계속한다. 정전 척(110)은 제 2 다공질부(70)를 더 갖고 있어도 좋다. 제 2 다공질부(70)는 Z방향에 있어서 제 1 다공질부(90)와 가스 도입로(53) 사이에 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 2 다공질부(70)는 베이스 플레이트(50)의 세라믹 유전체 기판(11)측에 끼워 넣어진다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 베이스 플레이트(50)의 세라믹 유전체 기판(11)측에는 카운터 보어부(53a)가 형성된다. 카운터 보어부(53a)는 통형상으로 형성된다. 카운터 보어부(53a)의 내경을 적절하게 설계함으로써 제 2 다공질부(70)는 카운터 보어부(53a)에 끼워 맞춰진다.
제 2 다공질부(70)의 상면(70U)은 베이스 플레이트(50)의 상면(50U)에 노출되어 있다. 제 2 다공질부(70)의 상면(70U)은 제 1 다공질부(90)의 하면(90L)과 대향하고 있다. 이 예에서는 제 2 다공질부(70)의 상면(70U)과 제 1 다공질부(90)의 하면(90L) 사이는 공간(SP)으로 되어 있다. 공간(SP)은 제 2 다공질부(70) 및 제 1 다공질부(90) 중 적어도 어느 한쪽에 의해서 메워져 있어도 좋다. 즉, 제 2 다공질부(70)와 제 1 다공질부(90)는 접해 있어도 좋다.
제 2 다공질부(70)는 복수의 구멍을 갖는 세라믹 다공체(71)와, 세라믹 절연막(72)을 갖는다. 세라믹 다공체(71)는 통형상(예를 들면, 원통형)으로 형성되고, 카운터 보어부(53a)에 끼워 맞춰진다. 제 2 다공질부(70)의 형상은 원통형이 바람직하지만, 원통형에 한정되는 것은 아니다. 세라믹 다공체(71)에는 절연성을 갖는 재료가 사용된다. 세라믹 다공체(71)의 재료는, 예를 들면 Al2O3나 Y2O3, ZrO2, MgO, SiC, AlN, Si3N4이다. 세라믹 다공체(71)의 재료는 SiO2 등의 유리이어도 좋다. 세라믹 다공체(71)의 재료는 Al2O3-TiO2나 Al2O3-MgO, Al2O3-SiO2, Al6O13Si2, YAG, ZrSiO4 등이어도 좋다.
세라믹 다공체(71)의 기공률은, 예를 들면 20% 이상 60% 이하이다. 세라믹 다공체(71)의 밀도는, 예를 들면 1.5g/㎤ 이상 3.0g/㎤ 이하이다. 가스 도입로(53)를 흘러 온 He 등의 가스는 세라믹 다공체(71)의 복수의 구멍을 통과하여 세라믹 유전체 기판(11)에 형성된 관통 구멍(15)으로부터 홈(14)으로 보내진다.
세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)와 가스 도입로(53) 사이에 설치된다. 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)보다 치밀하다. 세라믹 절연막(72)의 기공률은, 예를 들면 10% 이하이다. 세라믹 절연막(72)의 밀도는, 예를 들면 3.0g/㎤ 이상 4.0g/㎤ 이하이다. 세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 측면에 설치된다.
세라믹 절연막(72)의 재료에는, 예를 들면 Al2O3, Y2O3, ZrO2, MgO 등이 사용된다. 세라믹 절연막(72)의 재료에는 Al2O3-TiO2, Al2O3-MgO, Al2O3-SiO2, Al6O13Si2, YAG, ZrSiO4 등이 사용되어도 좋다.
세라믹 절연막(72)은 세라믹 다공체(71)의 측면에 용사에 의해 형성된다. 용사란 코팅 재료를 가열에 의해 용융 또는 연화시켜 미립자형상으로 해서 가속하고, 세라믹 다공체(71)의 측면에 충돌시켜 편평하게 찌부러진 입자를 응고·퇴적시킴으로써 피막을 형성하는 방법을 말한다. 세라믹 절연막(72)은, 예를 들면 PVD(Physical Vapor Deposition)나 CVD, 졸겔법, 에어로졸 디포지션법 등에 의해 제작되어도 좋다. 세라믹 절연막(72)으로서 세라믹을 용사에 의해 형성할 경우, 막두께는, 예를 들면 0.05㎜ 이상 0.5㎜ 이하이다.
세라믹 유전체 기판(11)의 기공률은, 예를 들면 1% 이하이다. 세라믹 유전체 기판(11)의 밀도는, 예를 들면 4.2g/㎤이다.
세라믹 유전체 기판(11) 및 제 2 다공질부(70)에 있어서의 기공률은 상술한 바와 같이 주사형 전자현미경에 의해 측정된다. 밀도는 JIS C 2141 5.4.3에 의거하여 측정된다.
제 2 다공질부(70)가 가스 도입로(53)의 카운터 보어부(53a)에 끼워 맞춰지면, 세라믹 절연막(72)과 베이스 플레이트(50)가 접하는 상태가 된다. 즉, He 등의 가스를 홈(14)으로 유도하는 관통 구멍(15)과, 금속제의 베이스 플레이트(50) 사이에 절연성이 높은 세라믹 다공체(71) 및 세라믹 절연막(72)이 개재하게 된다. 이러한 제 2 다공질부(70)를 사용함으로써 세라믹 다공체(71)만을 가스 도입로(53)에 설치하는 경우에 비해 높은 절연성을 발휘할 수 있게 된다.
또한, X방향 또는 Y방향에 있어서, 제 2 다공질부(70)의 치수는 제 1 다공질부(90)의 치수보다 크게 할 수 있다. 이러한 제 2 다공질부(70)를 형성함으로써 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제 2 다공질부(70)에 형성된 복수의 구멍은 제 1 다공질부(90)에 형성된 복수의 구멍보다 3차원적으로 분산되고, Z방향으로 관통하는 구멍의 비율은 제 2 다공질부(70)보다 제 1 다공질부(90) 쪽이 많아지도록 할 수 있다. 3차원적으로 분산된 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부(70)를 형성함으로써 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, Z방향으로 관통하는 구멍의 비율이 많은 제 1 다공질부(90)를 형성함으로써 가스 흐름의 원활화를 도모할 수 있다.
또한, Z방향에 있어서 제 2 다공질부(70)의 치수는 제 1 다공질부(90)의 치수보다 크게 할 수 있다. 이와 같이 하면 보다 높은 절연 내압을 얻을 수 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제 2 다공질부(70)에 형성된 복수의 구멍 지름의 평균값은 제 1 다공질부(90)에 형성된 복수의 구멍 지름의 평균값보다 크게 할 수 있다. 이와 같이 하면 구멍 지름이 큰 제 2 다공질부(70)가 형성되어 있으므로 가스 흐름의 원활화를 도모할 수 있다. 또한, 구멍 지름이 작은 제 1 다공질부(90)가 흡착의 대상물측에 형성되어 있으므로 아크 방전의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 복수의 구멍 지름의 편차를 작게 할 수 있으므로 아크 방전의 보다 효과적인 억제를 도모할 수 있다.
도 10은 실시형태에 의한 정전 척의 제 2 다공질부(70)를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 10은 세라믹 다공체(71)의 단면의 일부의 확대도이다.
세라믹 다공체(71)에 형성된 복수의 구멍(71p)은 세라믹 다공체(71)의 내부에 있어서 X방향, Y방향 및 Z방향으로 3차원적으로 분산되어 있다. 바꿔 말하면, 세라믹 다공체(71)는 X방향, Y방향 및 Z방향으로 넓혀지는 3차원적인 망상 구조이다. 복수의 구멍(71p)은 세라믹 다공체(71)에 있어서, 예를 들면 랜덤하게 분산되어 있다.
복수의 구멍(71p)은 3차원적으로 분산되어 있기 때문에 복수의 구멍(71p)의 일부는 세라믹 다공체(71)의 표면에도 노출되어 있다. 그 때문에 세라믹 다공체(71)의 표면에는 잔 요철이 형성되어 있다. 즉, 세라믹 다공체(71)의 표면은 거칠다. 세라믹 다공체(71)의 표면 거칠기에 의해 세라믹 다공체(71)의 표면에 용사막인 세라믹 절연막(72)을 형성하기 쉽게 할 수 있다. 예를 들면, 용사막과 세라믹 다공체(71)의 접촉이 향상된다. 또한, 세라믹 절연막(72)의 박리를 억제할 수 있다.
세라믹 다공체(71)에 형성된 복수의 구멍(71p)의 지름의 평균값은 다공 영역(91)에 형성된 복수의 구멍(96) 지름의 평균값보다 크다. 구멍(71p)의 지름은, 예를 들면 10㎛ 이상 50㎛ 이하이다. 구멍 지름이 작은 다공 영역(91)에 의해 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 제어(제한)할 수 있다. 이에 따라 세라믹 다공체(71)에 기인한 가스 유량의 편차를 억제할 수 있다. 구멍(71p)의 지름 및 구멍(96) 지름의 측정은 상술한 바와 같이 주사형 전자현미경에 의해 행할 수 있다.
도 11은 실시형태에 의한 다른 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 11은 도 2(a)와 마찬가지로 제 1 다공질부(90)의 주변을 예시한다.
이 예에서는 세라믹 유전체 기판(11)에 형성된 관통 구멍(15)에는 구멍부(15b)(제 1 다공질부(90)와 홈(14)을 연결하는 연결 구멍)가 형성되어 있지 않다. 예를 들면, 관통 구멍(15)의 지름(X방향을 따른 길이)은 Z방향에 있어서 변화되지 않고 대략 일정하다.
도 11에 나타내는 바와 같이 제 1 다공질부(90)의 상면(90U)의 적어도 일부는 세라믹 유전체 기판(11)의 제 1 주면(11a)측에 노출되어 있다. 예를 들면, 제 1 다공질부(90)의 상면(90U)의 Z방향에 있어서의 위치는 홈(14)의 바닥의 Z방향에 있어서의 위치와 동일하다.
이와 같이 제 1 다공질부(90)를 관통 구멍(15)의 대략 전체에 배치해도 좋다. 관통 구멍(15)에 지름이 작은 연결 구멍이 형성되지 않기 때문에 관통 구멍(15)에 흐르는 가스의 유량을 크게 할 수 있다. 또한, 관통 구멍(15) 대부분에 절연성이 높은 제 1 다공질부(90)를 배치할 수 있고, 아크 방전에 대한 높은 내성을 얻을 수 있다.
도 12는 실시형태에 의한 다른 정전 척을 예시하는 모식적 단면도이다.
도 12는 도 2(a)와 마찬가지로 제 1 다공질부(90)의 주변을 예시한다.
이 예에서는 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)과 일체화되어 있지 않다.
제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11) 사이에는 접착부재(61)(접착제)가 설치되어 있다. 제 1 다공질부(90)는 세라믹 유전체 기판(11)에 접착부재(61)로 접착되어 있다. 예를 들면, 접착부재(61)는 제 1 다공질부(90)의 측면(치밀 영역(93)의 측면(93s))과, 관통 구멍(15)의 내벽(15w) 사이에 설치된다. 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)은 접해 있지 않아도 좋다.
접착부재(61)에는, 예를 들면 실리콘 접착제가 사용된다. 접착부재(61)는, 예를 들면 탄성을 갖는 탄성부재이다. 접착부재(61)의 탄성률은, 예를 들면 제 1 다공질부(90)의 치밀 영역(93)의 탄성률보다 낮고, 세라믹 유전체 기판(11)의 탄성률보다 낮다.
접착부재(61)에 의해 제 1 다공질부(90)와 세라믹 유전체 기판(11)이 접착되는 구조에 있어서는 접착부재(61)를 제 1 다공질부(90)의 열수축과 세라믹 유전체 기판(11)의 열수축 차에 대한 완충재로 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들의 기술에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 정전 척(110)으로서 쿨롬력을 사용하는 구성을 예시했지만, 죤슨·라벡력을 사용하는 구성이어도 적용 가능하다. 또한, 상술한 실시형태에 관하여 당업자가 적당히 설계 변경을 추가한 것도 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
11 세라믹 유전체 기판 11a 제 1 주면
11b 제 2 주면 11p 제 1 기판 영역
12 전극 13 도트
14 홈 15 관통 구멍
15a 구멍부 15b 구멍부(제 1 구멍부)
15c 구멍부(제 2 구멍부) 15w 내벽
20 접속부 50 베이스 플레이트
50U 상면 50a 상부
50b 하부 51 입력로
52 출력로 53 가스 도입로
55 연통로 60 접착부
70 제 2 다공질부 70U 상면
71 세라믹 다공체 71p 구멍
72 세라믹 절연막 80 흡착 유지용 전압
90 제 1 다공질부 90L 하면
90U 상면 90p 제 1 영역
91 다공 영역 91s 측면
93 치밀 영역 93s 측면
94 소 부분 94a~94g 제 1~제 7 소 부분
95 밀 부분 96 구멍
96a~96g 제 1~제 7 구멍 97 벽부
110 정전 척 W 대상물
SP 공간 ROI1 평가 범위
ROI2 평가 범위

Claims (12)

  1. 흡착의 대상물을 적재하는 제 1 주면과, 상기 제 1 주면과는 반대측의 제 2 주면을 갖는 세라믹 유전체 기판과,
    상기 세라믹 유전체 기판을 지지하며, 가스 도입로를 갖는 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트와 상기 세라믹 유전체 기판의 상기 제 1 주면 사이이며, 상기 가스 도입로와 대향하는 위치에 형성된 제 1 다공질부를 구비하고,
    상기 제 1 다공질부는 복수의 구멍을 갖는 복수의 소 부분과, 상기 소 부분의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 밀 부분을 갖고,
    상기 복수의 소 부분 각각은 상기 베이스 플레이트로부터 상기 세라믹 유전체 기판을 향하는 제 1 방향으로 연장되고,
    상기 밀 부분은 상기 복수의 소 부분끼리의 사이에 위치하고,
    상기 소 부분은 상기 구멍과 상기 구멍 사이에 형성된 벽부를 갖고,
    상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향에 있어서, 상기 벽부의 치수의 최소값은 상기 밀 부분의 치수의 최소값보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향에 있어서, 상기 복수의 소 부분 각각에 형성된 상기 복수의 구멍 치수는 상기 밀 부분의 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 소 부분 각각에 형성된 상기 복수의 구멍의 종횡비는 30 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 방향에 있어서, 상기 복수의 소 부분 각각에 형성된 상기 복수의 구멍 치수는 1㎛ 이상 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 방향을 따라 보았을 때에 상기 복수의 구멍은 상기 소 부분의 중심부에 위치하는 제 1 구멍을 포함하고,
    상기 복수의 구멍 중 상기 제 1 구멍과 인접해서 상기 제 1 구멍을 둘러싸는 구멍의 수는 6개인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이에 설치된 전극을 더 구비하고,
    상기 제 1 다공질부에 형성된 다공 영역과 상기 전극 사이의 제 2 방향에 있어서의 거리는 상기 제 1 주면과 상기 전극 사이의 제 1 방향에 있어서의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 정전 척.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성된 제 2 다공질부를 더 구비하고,
    상기 제 2 방향에 있어서, 상기 제 2 다공질부의 치수는 상기 제 1 다공질부의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성되며, 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부를 더 구비하고,
    상기 제 2 다공질부에 형성된 상기 복수의 구멍 지름의 평균값은 상기 제 1 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 평균값보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 다공질부와 상기 가스 도입로 사이에 형성되며, 복수의 구멍을 갖는 제 2 다공질부를 더 구비하고,
    상기 제 1 다공질부에 형성된 상기 복수의 구멍 지름의 편차는 상기 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍 지름의 편차보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 있어서, 상기 제 2 다공질부의 치수는 상기 제 1 다공질부의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 다공질부에 형성된 복수의 구멍은 상기 제 1 다공질부에 형성된 복수의 구멍보다 3차원적으로 분산되고,
    상기 제 1 방향으로 관통하는 구멍의 비율은 상기 제 2 다공질부보다 상기 제 1 다공질부 쪽이 많은 것을 특징으로 하는 정전 척.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 다공질부 및 상기 세라믹 유전체 기판은 산화알루미늄을 주성분으로 하여 포함하고,
    상기 세라믹 유전체 기판의 상기 산화알루미늄의 순도는 상기 제 1 다공질부의 상기 산화알루미늄의 순도보다 높은 것을 특징으로 하는 정전 척.
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