KR20200121801A - 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법 - Google Patents

정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20200121801A
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히로노리 구기모토
마사키 오자키
다케시 와타나베
겐타로 다카하시
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

판상 시료를 재치하는 재치면이 마련된 재치대와, 원환상의 포커스 링과, 포커스 링을 냉각하는 냉각 수단을 구비하며, 재치대는, 재치면의 주위를 둘러싸 마련된 지지부를 갖고, 지지부에는, 재치면의 주위를 둘러싸는 원환상의 홈부와, 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍이 마련되며, 관통 구멍에는, 통상의 애자가 삽입되고, 지지부에 있어서, 홈부의 폭방향 양측의 상면은, 포커스 링과 접촉하여 포커스 링을 지지하는 지지면이며, 지지면은, 하기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 정전 척 장치. (i) 표면 조도가 0.05μm 이하이다. (ii) 평면도가 20μm 이하이다. (iii) 지지면과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부를 갖지 않는다.

Description

정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법
본 발명은, 정전 척 장치 및 정전 척 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2018년 2월 20일에, 일본에 출원된 특원 2018-027750호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 반도체 제조 프로세스에 이용되는 플라즈마 에칭 장치에서는, 시료대에 웨이퍼(판상 시료)를 장착하여, 고정할 수 있음과 함께, 그 웨이퍼를 원하는 온도로 유지할 수 있는 정전 척 장치가 이용되고 있다. 이 정전 척 장치는, 상부에, 웨이퍼 적재면을 둘러싸며 웨이퍼 흡착부의 외주연부(外周緣部)에 배치된 링 부재(포커스 링)를 구비하고 있다.
종래의 플라즈마 에칭 장치에서는, 정전 척 장치에 고정된 웨이퍼에 플라즈마를 조사하면, 그 웨이퍼의 표면 온도가 상승한다. 따라서, 웨이퍼의 표면 온도의 상승을 억제하기 위하여, 정전 척 장치의 온도 조정용 베이스부에 냉각 매체를 순환시켜, 웨이퍼를 하측으로부터 냉각하고 있다.
또, 웨이퍼에 플라즈마를 조사하면, 웨이퍼와 동일하게 포커스 링의 표면 온도가 상승한다. 이로써, 상술한 온도 조정용 베이스부와 포커스 링의 사이에 온도차가 발생하여, 웨이퍼의 표면 온도의 면내 편차가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 포커스 링의 표면 온도의 상승을 억제하기 위하여, 포커스 링을 냉각하는 기술이 알려져 있다.
예를 들면 특허문헌 1에서는, 웨이퍼의 외주부에 포커스 링을 흡착하기 위한 제2 정전 흡착 수단을 마련한 정전 척 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 정전 척 장치에서는, 정전 척부에 대하여 포커스 링을, 웨이퍼를 흡착하는 힘보다 큰 힘으로 흡착시킴과 함께, 냉각 매체(냉각 가스)를 포커스 링의 이면(裏面)에 분사함으로써 포커스 링의 온도를 조정하고 있다.
또, 예를 들면 특허문헌 2에서는, 정전 척부에 의하여 흡착된 웨이퍼 흡착부와 포커스 링의 각각에, 전열 가스를 공급하는 가스 공급부를 마련한 정전 척 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 정전 척 장치에서는, 웨이퍼 흡착부와 포커스 링의 온도를, 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
일본 공개특허공보 2002-033376호 일본 공개특허공보 2012-134375호
최근, 플라즈마 에칭 장치의 고출력화에 따라, 웨이퍼에 조사되는 플라즈마의 열에너지가 증가하여, 포커스 링의 표면 온도가 고온으로 되고 있다. 이에 대하여, 냉각 가스의 압력을 증가시켜 포커스 링을 냉각하는 방법이 채용되는 경우가 있다. 그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 정전 척 장치에서는, 포커스 링의 표면 온도를 충분히 제어할 수 없는 경우가 있다. 정전 척 장치는, 추가적인 개량이 요구되고 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 발명자들이 예의 검토한 결과, 포커스 링의 표면 온도를 충분히 제어할 수 없는 요인의 하나로서, 냉각 가스가 리크되고 있는 것을 알 수 있었다. 또, 냉각 가스의 압력을 증가시키면, 냉각 가스의 리크양이 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이하의 양태의 정전 척 장치에 의하면, 냉각 가스의 리크를 저감할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명의 제1 양태는, 판상 시료를 재치하는 재치면이 마련된 재치대와, 원환상의 포커스 링과, 포커스 링을 냉각하는 냉각 수단을 구비하며, 재치대는, 재치면의 주위를 둘러싸 마련된 지지부를 갖고, 지지부에는, 재치면의 주위를 둘러싸는 원환상의 홈부와, 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍이 마련되며, 관통 구멍에는, 통상(筒狀)의 애자(碍子)가 삽입되고, 지지부에 있어서, 홈부의 폭방향 양측에 있는 지지부의 상면은, 포커스 링과 접촉하여 포커스 링을 지지하는 지지면이며, 지지면은, 하기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 정전 척 장치를 제공한다.
(i) 표면 조도가 0.05μm 이하이다.
(ii) 평면도가 20μm 이하이다.
(iii) 지지면과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부를 갖지 않는다.
본 발명의 제1 양태는, 상기 지지부에는, 상기 홈부와, 상기 관통 구멍과, 지지부의 두께 방향으로 뻗는 관로가 마련되고, 상기 홈부의 바닥면과, 상기 관로가 평면적으로 중첩되어 있으며, 상기 관로에는, 통상의 애자가 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 양태는, 상기의 정전 척 장치를 제조하는 방법으로서, 판상 시료를 재치하는 재치면과, 재치면의 주위에 있는 관통 구멍이 마련된 소결체와, 관통 구멍에 삽입된 통상의 애자를 갖는 임시 재치대에 대하여, 재치면의 주위의 소결체의 표면을 원환상으로 연삭하는 제1 연삭 공정과, 소결체를 파내어, 재치면의 주위를 둘러싸는 홈부를 형성하는 공정과, 홈부의 폭방향 양측의 상면을 재차 연삭하는 제2 연삭 공정을 갖는 정전 척 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제2 양태에 있어서는, 제2 연삭 공정에 있어서, 지석(砥石)의 회전축 방향의 길이가 홈부의 폭방향의 길이보다 긴 지석을 이용하는 제조 방법으로 해도 된다.
본 발명의 제2 양태에 있어서는, 상기 제1 연삭 공정과, 상기 홈부를 형성하는 공정에 의하여, 상기 애자가 삽입된 관통 구멍이 연삭되고, 상기 제2 연삭 공정에서는, 상기 애자가 삽입된 관통 구멍이 연삭되지 않아도 된다.
본 발명의 제2 양태에 있어서는, 상기 임시 재치대가, 상기 재치면의 주위에, 통상의 애자가 삽입된 두께 방향으로 뻗는 관로를 더 갖고, 상기 관로는 일단이 소결체의 표면에 노출되지 않으며, 상기 제1 연삭 공정과 상기 홈부를 형성하는 공정에 의하여, 연삭으로 상기 관로로부터 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍이 형성되어도 된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 XZ 평면에서의 개략 단면도이다.
도 2는, 도 1의 α로 나타내는 영역을 확대한 개략 부분 확대도이다.
도 3은, 본 실시형태의 제1 연삭 공정을 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는, 본 실시형태의 홈부(16)를 형성하는 공정을 나타내는 개략 사시도이다.
도 5는, 본 실시형태의 제2 연삭 공정을 나타내는 개략 사시도이다.
도 6은, 본 실시형태의 정전 척 장치의 변형예를 나타내는 XZ 평면에서의 개략 단면도이다.
도 7은, 실시예 1에 있어서의 홈부의 폭방향 양측의 상면(지지면)의 표면 형상을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 비교예 1에 있어서의 홈부의 폭방향 양측의 상면의 표면 형상을 나타내는 그래프이다.
도 9는, 도 2에 나타내는 영역의 변형예를 나타내는, 개략 부분 확대도이다.
이하, 본 발명에 관한 정전 척 장치 및 그 제조 방법의 실시형태에 대하여, 도면에 근거하여 설명한다.
또한, 이하의 설명은, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 발명을 벗어나지 않는 범위에서, 수나 위치나 크기나 수치 등의 변경이나 생략이나 추가를 하는 것이 가능하다. 또 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 특징 부분을 강조할 목적으로, 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수나 비율 등이 실제와 동일해도 되고, 또는 상이해도 된다. 또, 동일한 목적으로, 특징이 되지 않는 부분을 생략하여 도시하고 있는 경우가 있다.
<정전 척 장치>
도 1은, 본 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 XZ 평면에서의 개략 단면도이다. 도 2는, 도 1의 α로 나타내는 영역을 확대한 개략 부분 확대도이다.
도 1에 나타내는 정전 척 장치(10)는, 재치대(11)와, 포커스 링(12)과, 냉각 수단(13)을 구비하고 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서는 XYZ 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치 관계를 설명한다. 이때, 재치대(11)의 두께 방향을 Z축 방향, Z축 방향과 직교하는 일 방향을 X축 방향(도 1 좌우 방향), Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 방향을 Y축 방향으로 한다. 본 실시형태에 있어서는, Z축 방향은 연직 방향이다.
[재치대]
도 1에 나타내는 재치대(11)는, 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)이 마련되어 있다. 재치대(11)는, 흡착 부재(3)와, 냉각 베이스(5)를 구비하고 있다.
[흡착 부재]
흡착 부재(3)는, 유전체 기판(24)과, 전극층(26)을 구비하고 있다.
도 1에 나타내는 유전체 기판(24)은 전체적으로 볼록상이며, 즉 구부(丘部)를 형성하고 있으며, 재치면(11a)이 상대적으로 높게 되어 있다.
유전체 기판(24)의 형성 재료는 임의로 선택할 수 있지만, 내열성을 갖는 세라믹스를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 세라믹스로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화 알루미늄(알루미나, Al2O3), 질화 규소(Si3N4), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 이트륨(Y2O3), 사이알론, 질화 붕소(BN) 또는 탄화 규소(SiC)의 소결체를 들 수 있다. 상기 재료를 2종 이상 이용한 복합 소결체여도 된다.
그 중에서도, 유전체 기판(24)의 형성 재료는, 탄화 규소와 산화 알루미늄의 복합 재료가 바람직하다. 이로써, 유전체 기판(24)의 유전율을 높일 수 있어, 판상 시료(W)의 정전 흡착이 양호해지기 쉽다. 또, 판상 시료(W)에 대한 불순물의 리스크를 낮게 억제할 수 있다.
유전체 기판(24)의 형성 재료는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용 해도 된다.
유전체 기판(24)의 형성 재료의 평균 결정 입경은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 10μm 이하인 것이 바람직하고, 2μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 유전체 기판(24)의 형성 재료의 평균 결정 입경이 10μm 이하이면, 가공 시에 있어서의 치핑이나 탈립이 적어, 후술하는 홈부(16)를 형성하기 쉬운 경향이 있다. 평균 결정 입경의 하한값은 임의로 선택할 수 있지만, 예를 들면 0.1μm나, 0.15μm나, 0.5μm 등을 예로서 들 수 있다.
전극층(26)은, 유전체 기판(24)의 내부에 매설되어 있다.
정전 척 장치(10)의 사용 온도하에 있어서, 전극층(26)의 체적 고유 저항값은, 1.0×106Ω·cm 이하가 바람직하고, 1.0×104Ω·cm 이하가 보다 바람직하다.
전극층(26)의 형성 재료는 임의로 선택할 수 있지만, 도전성 세라믹스인 것이 바람직하다. 도전성 세라믹스로서는, 탄화 규소(SiC)와 산화 알루미늄(Al2O3)의 복합 소결체, 질화 탄탈럼(TaN)과 산화 알루미늄(Al2O3)의 복합 소결체, 탄화 탄탈럼(TaC)과 산화 알루미늄(Al2O3)의 복합 소결체, 탄화 몰리브데넘(Mo2C)과 산화 알루미늄(Al2O3)의 복합 소결체 등을 들 수 있다.
전극층(26)의 두께는 임의로 선택할 수 있지만, 예를 들면 10μm~50μm여도 된다.
흡착 부재(3)는, 정전 척부(14)와, 지지부(15)를 갖고 있다. 정전 척부(14) 및 지지부(15)에는 각각의 내부에, 상술한 전극층(26)이 배치되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 흡착 부재(3)의 정전 척부(14)에 배치된 전극층을 "전극층(26A)"이라고 칭하는 경우가 있다. 또, 흡착 부재(3)의 지지부(15)에 배치된 전극층을 "전극층(26B)"이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 간단히 "전극층(26)"이라고 할 때에는, 전극층(26A) 및 전극층(26B)의 양방을 가리키고 있다.
전극층(26A)과 전극층(26B)은 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
유전체 기판(24)의 정전 척부(14)의 상면은, 유전체 기판(24)의 지지부(15)의 상면보다 높게 되어 있다.
(정전 척부)
정전 척부(14)에는, 전극층(26)에 통전하는 급전용 단자(27)가 배치되어 있다. 급전용 단자(27)로부터 전극층(26)에 통전함으로써, 유전체 기판(24)의 정전 척부(14)는, 정전 흡착력을 발현할 수 있다. 급전용 단자(27)의 일단은, 전극층(26A)의 하면에 접속되어 있다. 한편, 급전용 단자(27)의 타단은, 외부 전원(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다.
급전용 단자(27)의 주위는, 절연 애자(28)로 덮여 있다. 도 1에 나타내는 절연 애자(28)는, 원통상의 케이스이다. 절연 애자(28)는, 내부에 급전용 단자(27)를 수용하는 공간을 갖고 있다. 이로써, 급전용 단자(27)를 절연 애자(28)의 외부와 절연하고 있다.
유전체 기판(24)의 정전 척부(14)의 상면(+Z측의 면)은, 상술한 재치면(11a)이다. 재치면(11a)은, 평면시(平面視)에서 원형이면 되고, 디스크상의 웨이퍼 등을 재치할 수 있다.
(지지부)
본 실시형태의 지지부(15)는, 재치면(11a)의 주위를 둘러싸도록, 원환상으로 형성되어 있다.
지지부(15)에는, 홈부(16)와, 복수의 관통 구멍(25)이 마련되어 있다.
홈부(16)는, 재치면(11a)의 주위를 둘러싸도록 원환상으로 형성되어 있다. 홈부(16)에는, 냉각 가스가 확산되어 있다. 지지부(15)의 상면(지지면)에는 포커스 링(12)이 배치되어 있다. 이로써, 냉각 가스와 접촉하는 부분으로부터 포커스 링이 냉각된다.
지지부(15)에 있어서, 홈부(16)의 폭방향 양측의 상면은, 포커스 링(12)과 접하며, 포커스 링(12)을 지지하는 지지면(15a)이다. 지지면(15a)은, 홈부(16)에 유통하는 냉각 가스가, 외부로 리크되는 것을 억제한다.
본 실시형태에서는, 지지면(15a)을 갖는 띠상의 구조체를 시일 밴드(17)라고 칭하는 경우가 있다. 시일 밴드(17)는, 외측에서 포커스 링을 지지하는 시일 밴드(17A)와, 시일 밴드(17A)보다 내측에서 포커스 링을 지지하는 시일 밴드(17B)로 이루어진다. 시일 밴드(17)는, 지지면(15a)에서 포커스 링(12)과 접촉하여, 홈부(16)에 유통하는 냉각 가스가 외부로 빠져 나가지 않도록 봉지(封止)한다.
복수의 관통 구멍(25)은, 홈부(16)의 바닥면(16a)에 개구되어 있다.
본 실시형태의 지지부(15)는, 유전체 기판(24)의 원료에 대하여, 즉 지지부가 없는 구조체에 대하여, 후술하는 연삭 가공을 함으로써 형성된다.
[냉각 베이스]
본 실시형태의 냉각 베이스(5)는, 흡착 부재(3)의 하면에 접하여 마련되어 있다. 흡착 부재(3)와 냉각 베이스(5)는, 예를 들면 실리콘계 등의 접착제에 의하여 접착되어 있다. 도 1에 나타내는 냉각 베이스(5)는, 원반상이다. 냉각 베이스(5)에는, 복수의 유로(29)가 마련되어 있다.
유로(29)는, 물이나 유기 용매 등의 냉각용 매체를 바람직하게 순환시킨다. 이로써, 흡착 부재(3)의 열을 냉각 베이스(5)에 방출하여, 흡착 부재(3)를 냉각할 수 있다. 그 결과, 재치면(11a)에 재치되는 판상 시료(W)가 냉각되어, 판상 시료(W)의 온도를 낮게 억제할 수 있다.
냉각 베이스(5)의 형성 재료로서는 임의로 선택할 수 있지만, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS), 타이타늄 등이 적합하게 이용된다.
[포커스 링]
포커스 링(12)은, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 플라즈마 에칭 등의 처리 공정에 있어서, 판상 시료(W)와 대략 동일한 온도가 되도록 제어된다.
본 실시형태의 포커스 링(12)은, 재치대(11) 상에, 재치면(11a)의 주위를 둘러싸도록 원환상으로 배치되어 있다. 본 실시형태의 포커스 링(12)은, 그 전체가 지지부(15)와 평면시에서 중첩되도록 배치되며, 지지부(15)에 의하여 지지되어 있다. 포커스 링(12)의 내경은, 흡착 부재(3)의 정전 척부(14)의 직경보다 크다. 포커스 링(12)은, 상표면의 내측에 단차부를 가져도 된다.
본 실시형태에 있어서, 포커스 링(12)은, 상술한 지지부(15)의 원주 방향을 따라 마련되어 있다. 또, 포커스 링(12)은, 상술한 홈부(16)의 원주 방향을 따라 마련되어 있다.
포커스 링(12)을 재치대(11)에 정전 흡착하기 쉬운 점에서, 포커스 링(12)의 형성 재료의 체적 저항률은, 낮은 것이 바람직하다. 또, 포커스 링(12)의 온도를 제어하기 쉬운 점에서, 포커스 링(12)의 형성 재료의 열전도율은 높은 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 갖는 포커스 링(12)의 형성 재료로서는, 예를 들면 세라믹스를 들 수 있다. 예를 들면, 정전 척 장치(10)를 산화막 에칭에 이용하는 경우, 포커스 링(12)의 형성 재료에는, 다결정 실리콘, 탄화 규소 등이 적합하게 이용된다.
또한 포커스 링(12)의, 지지부와 접촉하는 부분(면)의 표면 조도는 임의로 선택할 수 있지만, 0.05μm 이하인 것이 바람직하고, 0.01μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또 상기 부분(면)의 평면도는 임의로 선택할 수 있지만, 20μm 이하인 것이 바람직하고, 15μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
[냉각 수단]
본 실시형태의 냉각 수단(13)은, 복수의 애자(유리 부재)(32)를 구비하고 있다. 복수의 애자(32)의 내측은, 각각 가스 유로(20)로 되어 있다.
복수의 가스 유로(20)는, 홈부(16)에 냉각 가스를 공급한다. 본 실시형태에서 이용되는 냉각 가스로서는 임의로 선택할 수 있지만, 예를 들면 He 가스를 들 수 있다.
복수의 가스 유로(20)에는, 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급원(22)이, 압력 제어 밸브(23)을 개재하여, 접속되어 있다. 압력 제어 밸브(23)는, 냉각 가스의 압력이 소정의 압력이 되도록 유량을 조정한다. 또한, 냉각 가스 공급원(22)으로부터 냉각 가스를 공급하는 가스 유로(20)의 수는, 1개여도 되고, 2개 이상의 복수 개여도 된다.
냉각 수단(13)은, 1개 또는 복수의 가스 유로(20)를 개재하여 홈부(16)에 냉각 가스를 공급한다. 이로써, 냉각 수단(13)은, 포커스 링(12)을 냉각할 수 있다.
본 실시형태의 복수의 애자(32)는, 복수의 관통 구멍(25)에 삽입되어 있다. 복수의 애자(32)는, 통상의 케이스이다. 또, 복수의 애자(32)의 단부는, 홈부(16)의 바닥면(16a)에 개구되어 있으며, 홈부(16)와 연통되는 가스 구멍(21)이다. 복수의 가스 구멍(21)은, 홈부(16)의 바닥면(16a)에, 이산적으로 형성되어 있다.
복수의 애자(32)의 형성 재료는 임의로 선택할 수 있지만, 절연성 및 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또, 애자(32)의 형성 재료의 열전도율은, 유전체 기판(24)의 형성 재료의 열전도율과 동등한 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 갖는 복수의 애자(32)의 형성 재료로서는, 예를 들면 세라믹스를 들 수 있다. 복수의 애자(32)의 형성 재료로서 이용되는 세라믹스의 바람직한 예로서는, 산화 알루미늄(Al2O3)을 들 수 있다.
발명자들이 검토를 행한 결과, 지지부(15)의 표면에는, 연삭 가공에 기인하여, 연속된 주기적인 요철 구조(기복)가 형성되는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.
특히, 지지면(15a)에 형성되는 기복은, 냉각 가스가 리크되는 요인이 된다고 추측된다. 그 때문에, 본 실시형태의 정전 척 장치(10)에 있어서는, 지지면(15a)의 기복을 제어하는 것이 요구된다.
본 실시형태의 지지면(15a)은, 표면 조도가 0.05μm 이하이다. 이하, 이것을 조건 (i)라고 칭하는 경우가 있다. 지지면(15a)의 표면 조도는, 바람직하게는 0.02μm 이하이다.
본 명세서의 표면 조도는, 이른바 중심선 평균 표면 조도(Ra)이다. 본 명세서의 표면 조도는, JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도 형상 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, SURFCOM 1500 SD3)를 이용하여 측정한다. 이 측정에 있어서, 홈부(16)의 폭방향의 외측(17A) 및 내측(17B)의 상면(지지면)(15a)의 표면 조도에 대하여, 동심원주 상에서 120°마다 3개소씩 합계 6개소 측정하고, 그 평균값을 채용한다.
본 실시형태의 지지면(15a)은, 평면도가 20μm 이하이다. 이하, 이것을 조건 (ii)라고 칭하는 경우가 있다. 지지면(15a)의 평면도는, 바람직하게는 15μm 이하이다.
본 명세서의 평면도는, JIS B 6191에 준거하여, 삼차원 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, RVA800A)를 이용하여 측정된다. 이 측정에 있어서, 먼저, 홈부(16)의 폭방향의 외측(17A) 및 내측(17B)의 상면(지지면)(15a)의 삼차원 좌표에 대하여, 동심원주 상에서 45°마다 8개소씩 합계 16개소 측정한다. 다음으로, 이들 측정값을 이용하여, 최소 제곱법으로 각 측정점으로부터의 제곱의 합이 최소가 되는 최소 제곱 평면을 구한다. 이 최소 제곱 평면의 상측으로 가장 이격된 점과 하측으로 가장 이격된 점의 길이의 절댓값의 합을 채용한다.
또, 상술한 지지면(15a)에 형성되는 기복에서는, 지지면의 높이의 극댓값과 극솟값이 교대로 반복되고 있다. 여기에서, 지지부(15)에 있어서의 기복의 극댓값이란, 지지부(15)의 폭방향에 있어서 국소적으로 관찰되는, +Z 방향으로 최대의 값을 가리킨다. 또, 지지부(15)에 있어서의 기복의 극솟값이란, 지지부(15)의 폭방향에 있어서 국소적으로 관찰되는, -Z 방향으로 최대의 값을 가리킨다.
상술한 극댓값과 극솟값이 반복하는 주기가 길수록, 정전 흡착된 포커스 링(12)이 지지면(15a)의 기복에 추종하기 쉽다고 추측된다. 포커스 링(12)이 지지면(15a)의 기복에 추종함으로써, 지지부(15)의 시일 밴드(17)에서의 간극을 줄여, 냉각 가스의 리크양을 줄일 수 있다. 또한 기복을 추종하기 쉽다는 것은, 포커스 링과 지지면의 사이의 간극을 보다 작게 하기 쉬운 것을 의미한다. 지지면의 표면의 기복은 없는 것이 바람직하지만, 표면의 기복의 값을 컨트롤함으로써, 기복이 있어도, 목적으로 하는 결과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 지지면(15a)에 형성되는 기복의 주기는 60도(°) 이상인 것이 바람직하다. 기복의 주기가 60도 이상인 것에 의하여, 포커스 링(12)이 지지면(15a)의 요철에 충분히 추종할 수 있다고 생각된다. 기복의 주기는, 서로 이웃하는 극댓값을 갖는 위치와, 원환의 중심이 만드는 각도여도 된다. 주기는, 예를 들면, 후술하는 표면 프로파일로부터 구할 수 있다.
발명자들이 검토한바, 상술한 요건을 충족해도 판상 시료(W)의 표면 온도를 균일하게 제어할 수 있는 것과, 할 수 없는 것이 있었다. 평가 및 관찰을 행함으로써, 온도 제어를 할 수 없는 것은, 지지면(15a)에, 기복의 주기보다 짧은 범위에서 미소(微小)한 오목부가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이 오목부는, 후술하는 바와 같이, 애자(32)의 영향에 의하여, 형성된다고 추측된다.
본 실시형태의 정전 척 장치(10)에 있어서는, 지지면(15a)은, 지지부(15)의 원주 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는, 깊이 1.0μm 이상의 오목부를 갖지 않는 것으로 한다. 이하, 이것을 조건 (iii)라고 칭하는 경우가 있다.
지지부(15)의 원주 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부가 있으면, 포커스 링(12)이 오목부에 추종하기 어려워, 이 오목부로부터 냉각 가스가 리크될 우려가 있다. 본 실시형태의 정전 척 장치(10)에 있어서는, 이와 같은 깊이 1.0μm 이상의 오목부가 없기 때문에, 냉각 가스의 리크양을 줄일 수 있다.
본 명세서에 있어서의 오목부의 깊이는, 이하의 방법으로 측정되는 표면 프로파일로부터 구해진다. 표면 프로파일의 측정은, 삼차원 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, RVA800A)를 이용한다. 표면 프로파일은, 홈부(16)의 폭방향의 외측(17A)의 상면(지지면)(15a)의 삼차원 좌표에 대하여, 동심원주 상에서, 1°마다 360개소씩 합계 360개소 측정함으로써 얻어진다. 이 표면 프로파일을 이용하여, 기복의 주기의 60°의 범위 내에 있어서, 서로 이웃하는 산의 정점을 잇는 접선으로부터 골을 향하여 수선을 그을 때, 접선으로부터 골까지의 거리를, 본 명세서에 있어서의 오목부의 깊이로 한다. 또한, 상기 서로 이웃하는 2개의 산은, 60°의 범위 중에 포함되는 산이다. 즉 중심으로부터의 일방의 산으로부터 타방의 산까지의 각도가 60°의 범위에 포함된다. 서로 이웃하는 산이 60°의 범위 내에 없는 경우, 이 범위에 오목부는 없는 것으로 판단한다.
이상과 같이, 지지면(15a)이 상기 조건 (i)~(iii)을 충족함으로써, 지지부(15)의 지지면(15a)과 포커스 링(12)의 간극을 줄일 수 있다. 이로써, 이 간극으로부터 리크되는 냉각 가스의 양을 줄일 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에서는 냉각 가스의 압력을 제어하기 쉬워진다. 이 때문에, 정전 척 장치(10)는, 포커스 링(12)의 온도 제어가 용이해져, 판상 시료(W)의 표면 온도를 균일하게 할 수 있다.
이상과 같은 구성에 의하면, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치로 할 수 있다.
<정전 척 장치의 제조 방법>
상술한 정전 척 장치(10)가 얻어지는 제조 방법을, 도 3~도 5에 근거하여 설명한다.
본 실시형태의 정전 척 장치(10)의 제조 방법은, 제1 연삭 공정과, 홈부(16)를 형성하는 공정과, 제2 연삭 공정을 갖는다. 제1 연삭 공정, 홈부(16)를 형성하는 공정 및 제2 연삭 공정 이외의 공정은, 공지의 정전 척 장치의 제조 방법에서 행해지는 공정을 실시할 수 있다.
도 3은, 본 실시형태의 제1 연삭 공정을 나타내는 개략 사시도이다. 본 실시형태의 제1 연삭 공정에서는, 원통상의 제1 지석(G1)을 회전시키면서, 임시 재치대(200)를 연삭한다.
임시 재치대(200)는, 소결체(150)와, 복수의 통상의 애자(32)와, 냉각 베이스(5)를 갖고 있다. 소결체(150)에는, 판상 시료(W)를 재치하는 재치면(11a)(도 1 참조)이 마련된다. 재치면(11a)의 주위에, 복수의 관통 구멍(25)이 마련되어 있다. 상기 관통 구멍(25)은 임의로 선택되는 수와 위치로 마련되어도 된다. 관통 구멍(25)은, 등간격으로 마련되어도 된다. 또, 소결체(150)에는, 전극층(26B)이 마련되어 있다. 임시 재치대(200)에서는, 소결체(150)와 냉각 베이스(5)가 실리콘계 등의 접착제(도시하지 않음)에 의하여 접착되어 있다.
한편, 복수의 통상의 애자(32)는, 상술한 관통 구멍(25)에 삽입되어 있다.
본 실시형태의 제1 연삭 공정에서는, 복수의 애자(32)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출된 임시 재치대(200)에 대하여, 복수의 애자(32)의 일단과 함께 재치면(11a)의 주위의 표면(150a)을, 원환상으로 연삭한다.
또한 제1 연삭 공정의 전에는, 임시 재치대(200)의 소결체(150)의 상주면(上主面)은, 단차가 없고, 평평한 표면이어도 된다. 예를 들면, 제1 연삭 공정을 행함으로써, 재치면(11a)의 주위를 둘러싸는, 연속하는 1개의 단차를 형성할 수 있다. 상기 단차는, 재치면(11a)의 측면과, 평면시에서 원환상인, 1개의 바닥면(지지면)을 가질 수 있다. 혹은, 제1 연삭 공정의 전에는, 임시 재치대(200)의 소결체(150)의 상주면에, 재치면이 마련되어 있어도 된다.
본 실시형태의 제1 연삭 공정에서는, 예를 들면 로터리 연삭기 등을 이용할 수 있다.
본 실시형태의 제1 연삭 공정에서는, 재치면(11a)의 주위의 표면(150a)이 바람직하게는 하기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하도록, 임시 재치대(200)를 연삭한다.
(i) 표면 조도가 0.05μm 이하이다.
(ii) 평면도가 20μm 이하이다.
통상, 소결체를 지석에 의하여 연삭하면, 연삭열이 발생한다. 제1 지석(G1)의 주속도(周速度)가 빠를수록, 발열량이 커진다. 발열량이 커지면, 소결체와 냉각 베이스의 사이의 상술한 접착제가 경화 수축하는 경우가 있다. 이 경화 수축에 의하여, 소결체(150)의 표면(150a)에 기복이 발생하는 경우가 있다. 그 결과, 표면(150a)의 평면도가 저하되는 경우가 있다.
제1 지석(G1)의 주속도는, 예비 실험을 행하여, 표면(150a)이 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하는 속도로 설정하면 된다.
발명자들이 검토한 결과, 본 실시형태의 제1 연삭 공정에 있어서, 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족해도, 재치면(11a)의 주위의 표면(150a)에, 상술한 미소한 오목부(30)가 형성되는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 이 오목부(30)가 형성되는 요인으로서, 발명자들은 다음과 같이 고찰하고 있다.
본 실시형태의 제1 연삭 공정에 있어서, 애자(32)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출된 부분에서는, 애자(32)와 소결체(150)를 동시에 연삭한다. 또, 애자(32)는, 내측에 연삭하는 대상을 갖고 있지 않다. 한편, 애자(32)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출되어 있지 않은 부분에서는, 소결체(150)만을 연삭한다.
이와 같이, 임시 재치대(200) 중에서도, 연삭하는 위치에 따라 연삭하는 대상이 상이하다. 그 때문에, 임시 재치대(200) 중에서도 연삭되기 쉬운 곳과, 연삭되기 어려운 곳이 있다고 생각된다. 본 실시형태에 있어서는, 이 차이가 미소한 오목부(30)로서 현재화(顯在化)됐다고 추측된다.
도 4는, 본 실시형태의 홈부(16)를 형성하는 공정을 나타내는, 개략 사시도이다. 본 실시형태의 홈부(16)를 형성하는 공정에서는, 제1 연삭 공정 후에, 지지면에 노출되는 애자(32)와 애자(32)의 주위의 소결체(150)를 파내어, 재치면(11a)의 주위를 둘러싸는, 홈부(16)를 형성한다. 또한 이때, 홈부(16)를 사이에 두는, 지지면의 2개의 상면(양측)은 파낼 수 없다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 지지면의 하측에는, 평면시에서, 애자가 삽입된 관통 구멍이나 관로가 포함되지 않는다. 본 실시형태의 홈부(16)를 형성하는 공정에서는, 임의로 선택되는 가공을 행할 수 있으며, 예를 들면 로터리 가공이나 블라스트 가공 등을 이용할 수 있고, 블라스트 가공을 바람직하게 이용할 수 있다.
블라스트 가공에 사용되는 미디어로서는, 산화 알루미늄(알루미나, Al2O3), 탄화 규소, 글라스 비즈 등을 사용하는 것이 바람직하다. 미디어는, 400메시 언더(300메시를 통과하는 것)인 것이 바람직하다. 블라스트 가공에 있어서의 미디어의 토출 압력은, 예를 들면, 0.1MPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.05MPa 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
도 5는, 본 실시형태의 제2 연삭 공정을 나타내는 사시도이다. 본 실시형태의 제2 연삭 공정에서는, 원통상의 제2 지석(G2)을 회전시키면서, 홈부(16)의 폭방향 양측의 시일 밴드(17A) 및 시일 밴드(17B)의 상면(지지면)(151a)을, 재차 연삭한다. 또한, 제2 지석(G2)은, 제1 지석(G1)과 동일해도 되고, 상이해도 된다.
본 실시형태의 제2 연삭 공정에서는, 예를 들면 로터리 연삭기 등을 이용할 수 있다.
본 실시형태의 제2 연삭 공정에 있어서, 홈부(16)의 폭방향 양측에 있는 시일 밴드(17A) 및 시일 밴드(17B)의 상면(151a)을 연삭한다. 이것에 의하여, 상술한 제1 연삭 공정에서 형성된 미소한 오목부(30)를 평탄화한다. 본 실시형태의 제2 연삭 공정에서는, 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하도록, 홈부(16)의 폭방향 양측에 있는 시일 밴드(17A) 및 시일 밴드(17B)의 상면(151a)을 연삭한다. 그 결과, 얻어지는 정전 척 장치(10)의 지지면(15a)이 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하면서, 하기 조건 (iii)을 충족하는 것이 된다.
(iii) 포커스 링(12)의 원주 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부(30)를 갖지 않는다.
또한 상기 오목부의 길이나 폭은 한정되지 않으며, 깊이의 측정을 할 수 있는 값이면 된다.
본 실시형태의 제2 연삭 공정에 있어서, 지석의 회전축 방향의 길이가 홈부(16)의 폭방향의 길이보다 긴, 지석을 이용하는 것이 바람직하다. 이로써, 제2 지석(G2)을 지지부(15)에 접촉시키는 것만으로, 지지면(151a)을 선택적으로 연삭할 수 있다. 제2 지석(G2)의 회전축 방향의 길이는, 적어도 지지부의 한쪽의 상면보다 긴 것이 바람직하고, 지지부의 전체 폭(2개의 상면의 폭과 홈부의 폭의 합계)과 동일하거나, 또는 보다 큰 경우가 보다 바람직하다.
제1 연삭 공정에서 이용하는 제1 지석(G1)과 동일하게, 제2 지석(G1)의 주속도가 빠를수록, 발열량이 커진다. 발열량이 커지면, 상술한 접착제가 경화 수축하는 경우가 있다. 이 경화 수축에 의하여, 지지면(151a)에 기복이 발생하는 경우가 있다. 그 결과, 지지면(151a)의 평면도가 저하되는 경우가 있다.
제2 지석(G2)의 주속도는, 예비 실험을 행하여, 지지면(151a)이 상기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 속도로 설정하면 된다.
또, 상술한 바와 같이, 제1 연삭 공정에 있어서 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하도록 연삭 가공해도 되지만, 제2 연삭 공정에 있어서 상기 조건 (i) 및 조건 (ii)를 충족하도록 연삭 가공할 수 있다. 후자의 경우, 시일 밴드(17A)와 시일 밴드(17B)에서 동일한 표면 상태가 되도록, 제2 지석(G2)으로서 회전축 방향의 길이가, 지지부(15)의 전체 폭과 대략 동일한 것을 이용하면 된다.
이상과 같은 방법에 의하면, 얻어지는 정전 척 장치(10)의 지지면(15a)이 상기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 것이 된다. 그 결과, 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치를 제조할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 다양한 실시형태를 설명했지만, 각 실시형태에 있어서의 각 구성 및 그들의 조합 등은 일례이며, 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경이 가능하다. 또, 본 발명은 실시형태에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태의 정전 척 장치(10)에서는, 복수의 애자(32)의 단부가, 홈부(16)의 바닥면(16a)에 개구되어 있는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 양태의 정전 척 장치에서는, 홈부를 평면시했을 때, 복수의 애자가 홈부의 바닥면과 평면적으로 중첩되어 있으면 된다. 예를 들면, 상기 애자(32)의 단부가, 홈부(16)의 바닥면(16a)에 개구되어 있지 않아도 되고, 지지부(15)의 내부에 위치할 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 실시형태의 정전 척 장치의 변형예에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 실시형태의 정전 척 장치의 변형예를 나타내는, X 평면에서의 개략 단면도이다. 도 6은, 도 2에 상당하는 도이다. 도 2의 정전 척 장치(10)와 상이점은, 정전 척(110)의 지지부(15)에는, 지지부(15)의 두께 방향(Z 방향)으로 뻗는, 단부가 홈부(16)의 바닥면(16a)에서 개구하지 않는, 복수의 관로(125)가 마련되어 있다는 것이다. 복수의 관로(125)의 내부 공간(120)은, 각각 전극층(26)에 전기적으과 접속되는 배선 등을 통과시킬 목적으로 사용된다.
도 6의 홈부(16)는, 예를 들면, 관로(125) 이외의 관으로부터 공급되는 냉각 가스를 흐르게 해도 된다. 냉각 가스를 공급하는 관의 예는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2에 기재된 바와 같은, 통상의 유리가 삽입된, 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍 등을, 도 6의 정전 척 장치에도 사용하는 것을 들 수 있다.
복수의 관로(125)에는, 복수의 애자(132)가 각각 삽입되어 있다. 이들 복수의 애자(132)의 단부는 홈부(16)의 바닥면(16a)에 노출되어 있지 않다. 홈부(16)의 바닥면(16a)과, 관로(125)가 평면적으로 중첩되어 있다. 즉 평면시에서 중첩된다.
본 실시형태의 정전 척 장치(10)의 제조 방법에 이용하는 임시 재치대(200)는, 복수의 애자(32)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출되어 있는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다.
예를 들면, 두께 방향으로 뻗어, 애자가 삽입되어 있는, 일단이 표면(연삭 표면)에 노출되어 있지 않은 복수의 관로를 포함하지만, 관통 구멍은 갖지 않는, 임시 재치대(200)의 소결체(150)를 이용해도 된다. 이와 같은 임시 재치대(200)를 이용함으로써, 연삭 공정에 의하여 관통 구멍이 형성되어, 도 2와 같이 관로와 유리의 일단이 홈부 내의 표면에 노출되어도 되고, 혹은 연삭 공정을 행해도, 도 6과 같이 관로와 유리가 홈부 내의 표면에서 노출되지 않아도 된다. 상기 임시 재치대(200) 중의 일단이 노출되어 있지 않은 상기 관로의 높이나 길이나 위치를 서로 바꿈으로써, 연삭 공정에 의하여, 관통 구멍과 관로의 양방을 포함하는, 지지부가 형성되어도 된다.
임시 재치대(200)의 소결체(150)는, 도중까지 유리가 삽입되어 있으며, 상기 유리가 표면에 노출되어 있지 않은, 관통 구멍을 가져도 된다. 연삭 공정에 의하여, 도 2와 같이 관통 구멍과 유리의 일단이 홈부 내의 표면에 노출되어도 되고, 관통 구멍만이 홈부 내의 표면에 노출되어도 된다.
혹은, 표면에 노출되는 관통 구멍과 노출되지 않는 관로의 양방과, 이들에 삽입된 유리를 포함하는, 임시 재치대(200)를 이용해도 된다. 형성된 정전 척 장치가 상기와 같은 관통 구멍과 관로의 양방을 포함하는 경우, 이들은 서로 연통되어 있어도 되고, 연통되어 있지 않아도 된다.
본 발명의 일 양태의 정전 척 장치의 제조 방법에 이용하는 임시 재치대는, 재치면의 주위의 소결체를 평면시했을 때, 복수의 애자가 재치면의 주위의 소결체의 표면과 평면적으로 중첩되어 있으면 된다. 이와 같은 임시 재치대를 이용하여 도 1에 나타내는 정전 척 장치(10)를 제조하는 경우, 제1 연삭 공정과 제2 연삭 공정 중 적어도 일방에 있어서, 소결체(150)와 함께 복수의 애자(32)의 일단을 가공할 수 있다.
도 6의 정전 척 장치(110)를 제조하는 제조 방법에 대하여 설명한다. 정전 척 장치(110)를 제조하는 제조 방법에 이용하는 임시 재치대는, 복수의 애자(132)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출되어 있지 않다. 이와 같은 임시 재치대의 재치면(11a)의 주위에서는, 평면시에서, 복수의 애자(132)가 존재하는 영역과, 복수의 애자(132)가 존재하지 않는 영역에서, 탄성률이 상이하다. 그 때문에, 제1 연삭 공정 또는 제2 연삭 공정 시에, 제1 지석(G1) 또는 제2 지석(G2)을 소결체(150)의 연삭면에 압압하면, 각 영역의 두께 방향(Z축 방향)의 변형량에 차가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 이 변형량의 차에 기인하여, 재치면(11a)의 주위의 표면(150a)에 미소한 오목부가 형성된다고 생각된다. 상술한 바와 같은 제조 방법에 의하면, 재치면(11a)의 주위의 표면(150a)에 미소한 오목부가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
도 6에 나타내는 정전 척 장치(110)를 제조하는 경우, 임시 재치대에는, 복수의 애자(132)의 일단이 소결체(150)의 표면에 노출되어 있지 않은 재료를 이용한다. 제1 연삭 공정 및 제2 연삭 공정에 있어서는, 소결체(150)와 함께 복수의 애자(132)의 일단을 가공하지 않는다.
예를 들면, 상술한 지지부(15)에는, 히터(도시 생략)가 마련되어 있어도 된다. 이로써, 포커스 링(12)을 가열함으로써, 포커스 링(12)의 온도를 판상 시료(W)와 대략 동일한 온도로 제어할 수 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 홈부(16)의 바닥면(16a)에는, 유전체 기판(24)과 동일한 재료로 형성되어, 지지면(15a)보다 낮게 마련된 볼록부를 갖고 있어도 된다. 볼록부의 형상이나 크기는 임의로 선택할 수 있다. 이로써, 냉각 가스의 유통을 방해하는 일 없이, 지지부(15)의 정전 흡착을 양호하게 할 수 있다. 그 결과, 포커스 링(12)(또는 판상 시료(W))의 표면 온도를 균일하게 냉각할 수 있다.
실시예
이하에 본 발명을 실시예에 의하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예에서는, 냉각 가스로서 He 가스를 이용했다.
[표면 조도의 측정]
JIS B 0601에 준거하여, 표면 조도 형상 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, SURFCOM 1500 SD3)를 이용하여, 표면 조도를 측정했다. 이 측정에 있어서, 홈부의 폭방향의 내측 및 외측의 상면(지지면)의 표면 조도에 대하여, 동심원주 상에서 120°마다 3개소씩 합계 6개소 측정하고, 그 평균값을 채용했다.
[평면도의 측정]
JIS B 6191에 준거하여, 삼차원 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, RVA800A)를 이용하여, 평면도를 측정했다. 이 측정에 있어서, 먼저, 홈부의 폭방향의 내측 및 외측의 상면(지지면)의 삼차원 좌표에 대하여, 동심원주 상에서 45°마다 8개소씩 합계 16개소 측정했다. 다음으로, 이들 측정값을 이용하여 최소 제곱법으로 각 측정점으로부터의 제곱의 합이 최소가 되는 최소 제곱 평면을 구했다. 이 최소 제곱 평면의 상측으로 가장 이격된 점과 하측으로 가장 이격된 점의 길이의 절댓값의 합을 채용했다.
[오목부의 깊이의 측정]
오목부의 깊이는, 이하의 방법으로 측정되는 표면 프로파일로부터 구했다. 표면 프로파일의 측정은, 삼차원 측정기(주식회사 도쿄 세이미쓰제, RVA800A)를 이용했다. 홈부의 폭방향의 외측의 상면(지지면) 및 내측의 상면(지지면)의 삼차원 좌표에 대하여, 측정했다. 구체적으로는, 원주 상에서 1°마다 360개소씩 합계 360개소 측정함으로써, 표면 프로파일을 얻었다. 이 표면 프로파일을 이용하여, 기복의 주기의 60°의 범위 내에 있어서, 서로 이웃하는 산의 정점을 잇는 접선으로부터 골을 향하여 수선을 그을 때, 접선으로부터 골까지의 거리를 오목부의 깊이로 했다. 표면 프로파일은, 도 7과 8에 나타냈다. 60°의 범위 내에 있어서, 서로 이웃하는 산이 없는 경우는, 없음으로 판단했다. 동심원주 상에서 위치를 바꾸어 복수 회 측정하고, 위치를 바꾸어도, 유사한 결과가 얻어지는 것을 확인했다.
[He 가스의 리크양의 평가]
정전 척 장치를 플라즈마 에칭 장치에 탑재하고, 정전 척 장치의 재치면에 직경 350mm의 실리콘 웨이퍼(링상 시료)를, 직류 2.5kV의 인가 전압으로 흡착 고정했다. 이때, 가스 구멍으로부터 He 가스를 6.66kPa의 압력으로 도입하고, 진공 중(<0.5Pa)의 조건에서, He 가스의 리크양을 측정하여, 평가했다.
이 평가에 있어서, He 가스의 리크양이 1sccm 이하인 것을 "○"(가(可))로 했다.
또, He 가스의 리크양이 1sccm을 초과하는 것을 불량품으로 하고, "×"(불가)로 했다.
또한, 1sccm은, 0.1MPa, 0℃의 조건하에 있어서의 1분간당 기체의 유량(단위: cm3)을 나타낸다.
<정전 척 장치의 제조>
[실시예 1]
재치대의 재치면이 되는 부분의 주위에, 복수의 관통 구멍이 마련된, 소결체(φ350mm, Al2O3-SiC제)를 준비했다. 이 소결체와, 소결체의 관통 구멍과 평면적으로 중첩되는 위치에 복수의 관통 구멍이 마련된 냉각 베이스(알루미늄제)를 실리콘계 접착제를 통하여, 적층했다. 이 적층체를 100℃에서 5시간 가열함으로써, 소결체와, 냉각 베이스를 접착했다.
또한 상기 소결체와 상기 냉각 베이스는, 동일한 직경을 갖는 원통형의 것을 이용했다.
이어서, 소결체의 관통 구멍과 냉각 베이스의 관통 구멍으로 형성되는 관통 구멍에, 복수의 애자(Al2O3제)를 삽입하여, 임시 재치대를 얻었다.
이어서, 재치면이 되는 부분의 주위에 있는, 상기 소결체의 표면 부분을, 로터리 연삭기에 의하여 탄화 규소 지석 1000번(제1 지석)을 이용하여, 원환상으로 연삭했다(제1 연삭 가공). 이 연삭에 의하여, 포커스 링을 지지하는, 지지면이 형성되었다. 또한 연삭된 부분에는, 상기 애자가 삽입된 관통 구멍이 포함되었다. 또한, 탄화 규소 지석의 번수는, 수가 클수록 지립(砥粒)이 작아진다. 또, 제1 연삭 가공에 있어서의 지석 주속도(회전 속도)를 80m/s로 했다.
이어서, 재치면의 주위에 있는, 연삭된 면(지지면)에, 블라스트 가공을 행하고, 애자와 애자의 주위의 소결체를 파내어, 재치면의 주위를 둘러싸는 홈부를 형성했다(홈부를 형성하는 공정). 블라스트 가공은, 탄화 규소 미디어(400메시 언더(300메시를 통과하는 것))를 이용하여, 토출 압력 0.03MPa의 조건에서 행했다.
또한, 형성한 홈부의 폭방향의 양측의 상면을 재차, 로터리 연삭기에 의하여 탄화 규소 지석 1000번(제2 지석)을 이용하여 연삭했다(제2 연삭 가공). 또, 제2 연삭 가공에 있어서의 지석 주속도를 80m/s로 했다. 이와 같이 하여, 정전 척 장치를 제조했다.
제2 연삭 공정 후에 얻어진 홈부의 폭방향의 상면(지지면)에 대하여 표면 조도, 평면도 및 오목부의 깊이를 측정했다.
[실시예 2]
제1 연삭 가공 및 제2 연삭 가공에 있어서의 지석 주속도를 100m/s로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 행했다.
[실시예 3]
제1 연삭 가공 및 제2 연삭 가공에 있어서의 지석 주속도를 110m/s로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 행했다.
[실시예 4]
제1 지석 및 제2 지석로서 탄화 규소 지석 600번을 이용한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 행했다.
[비교예 1]
제2 연삭 공정을 행하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 행했다.
홈부를 형성하는 공정 후에 얻어진 홈부의 폭방향의 상면(지지면)에 대하여 표면 조도, 평면도 및 오목부의 깊이를 측정했다.
[비교예 2]
제2 연삭 공정을 행하지 않은 것 이외에는, 실시예 3과 동일하게 행했다.
홈부를 형성하는 공정 후에 얻어진, 홈부의 폭방향의 상면(지지면)에 대하여, 표면 조도, 평면도 및 오목부의 깊이를 측정했다.
실시예 및 비교예의 평가 결과를 도 7 및 도 8, 및 표 1에 나타낸다. 도 7은, 실시예 1에 있어서의 홈부의 폭방향 양측의 상면(지지면)의, 표면 형상을 나타내는 그래프이다. 도 8은, 비교예 1에 있어서의 홈부의 폭방향 양측의 상면의, 표면 형상을 나타내는 그래프이다. 도 7 및 도 8의 세로축은, 처음의 측정점을 기준으로 했을 때의 지지면의 높이이다. 또, 가로축은, 기복의 주기이다.
표면 조도
(μm)		 평면도
(μm)		 깊이 1μm 이상의
오목부		 He 가스의 리크양
(sccm)		 평가
실시예 1 0.015 5 없음 0.5 O
실시예 2 0.015 15 없음 0.6 O
실시예 3 0.015 20 없음 1.0 O
실시예 4 0.050 15 없음 1.0 O
비교예 1 0.015 5 있음 3.5 X
비교예 2 0.015 20 있음 4.6 X
표 1에 나타내는 바와 같이, 하기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 실시예 1~4의 정전 척 장치는, He 가스의 리크양이 1sccm 이하이며, He 가스의 리크양이 적은 것을 알 수 있었다. 이로써, 실시예 1~4의 정전 척 장치에서는 He 가스의 압력을 제어하기 쉬워져, 웨이퍼의 표면 온도를 균일하게 할 수 있다고 생각된다.
(i) 표면 조도가 0.05μm 이하이다.
(ii) 평면도가 20μm 이하이다.
(iii) 포커스 링의 원주 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부를 갖지 않는다.
한편, 상기 조건 (i)~(iii)을 충족하지 않는 비교예 1 및 비교예 2의 정전 척 장치는, He 가스의 리크양이 1sccm을 초과하여, He 가스의 리크양이 많은 것을 알 수 있었다. 이로써, 비교예 1 및 비교예 2의 정전 척 장치에서는 He 가스의 압력을 제어하기 어려워, 웨이퍼의 표면 온도를 균일하게 하기 어렵다고 생각된다.
이상의 결과로부터, 본 발명이 유용하다는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
판상 시료의 표면 온도를 균일하게 할 수 있는 정전 척 장치를 제공한다.
3 흡착 부재
5 냉각 베이스
10, 110…정전 척 장치
11…재치대
11a…재치면
12…포커스 링
13…냉각 수단
14 정전 척부
15…지지부
15a, 151a…상면(지지면)
16…홈부
16a…바닥면
17 시일 밴드
17A 시일 밴드(외측)
17B 시일 밴드(내측)
20 가스 유로
21 가스 구멍
22 냉각 가스 공급원
23 압력 제어 밸브
24 유전체 기판
25…관통 구멍
26 전극층
26A 정전 척부에 배치된 전극층
26B 지지부에 배치된 전극층
27 급전용 단자
28 절연 애자
29 유로
30…오목부
32, 132…애자
120 관로의 내부 공간
125…관로
150…소결체
150a…표면
200…임시 재치대
W…판상 시료
α 영역
G1 제1 지석
G2 제2 지석

Claims (6)

  1. 판상 시료를 재치하는 재치면이 마련된 재치대와,
    원환상의 포커스 링과,
    상기 포커스 링을 냉각하는 냉각 수단을 구비하며,
    상기 재치대는, 상기 재치면의 주위를 둘러싸 마련된 지지부를 갖고,
    상기 지지부에는,
    상기 재치면의 주위를 둘러싸는 원환상의 홈부와,
    상기 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍이 마련되며,
    상기 관통 구멍에는, 통상의 애자가 삽입되고,
    상기 지지부에 있어서, 상기 홈부의 폭방향 양측에 있는 지지부의 상면은, 상기 포커스 링과 접촉하여 상기 포커스 링을 지지하는 지지면이며,
    상기 지지면은, 하기 조건 (i)~(iii)을 충족하는 정전 척 장치.
    (i) 표면 조도가 0.05μm 이하이다.
    (ii) 평면도가 20μm 이하이다.
    (iii) 상기 지지면과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 깊이 1.0μm 이상의 오목부를 갖지 않는다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부에는,
    상기 홈부와,
    상기 관통 구멍과,
    상기 지지부의 두께 방향으로 뻗는, 관로가 마련되고,
    상기 홈부의 바닥면과, 상기 관로가 평면적으로 중첩되어 있으며,
    상기 관로에는, 통상의 애자가 삽입되어 있는, 정전 척 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 정전 척 장치를 제조하는 방법으로서,
    판상 시료를 재치하는 재치면과, 상기 재치면의 주위에 있는 관통 구멍이 마련된 소결체와,
    상기 관통 구멍에 삽입된 통상의 애자를 갖는, 임시 재치대를 준비하는 공정과,
    상기 재치면의 주위의 상기 소결체의 표면을 원환상으로 연삭하는 제1 연삭 공정과,
    상기 소결체를 파내어, 상기 재치면의 주위를 둘러싸는 홈부를 형성하는 공정과,
    상기 홈부의 폭방향 양측의 상면을 재차 연삭하는 제2 연삭 공정을 갖는 정전 척 장치의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 연삭 공정에 있어서, 지석의 회전축 방향의 길이가 상기 홈부의 폭방향의 길이보다 긴 지석을 이용하는, 정전 척 장치의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 연삭 공정과, 상기 홈부를 형성하는 공정에 의하여, 상기 애자가 삽입된 관통 구멍이 연삭되고,
    상기 제2 연삭 공정에서는, 상기 애자가 삽입된 관통 구멍이 연삭되지 않는, 정전 척 장치의 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 임시 재치대가, 상기 재치면의 주위에, 통상의 애자가 삽입된 두께 방향으로 뻗는 관로를, 더 갖고,
    상기 관로는 일단이 소결체의 표면에 노출되지 않으며,
    상기 제1 연삭 공정과 상기 홈부를 형성하는 공정에 의하여, 연삭으로, 상기 관로로부터, 상기 홈부의 바닥면에 개구되는 관통 구멍이 형성되는, 정전 척 장치의 제조 방법.
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