KR20220133104A - 정전 척 및 기판 고정 장치 - Google Patents

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KR20220133104A
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유스케 무라마츠
게이이치 다케모토
요이치 하라야마
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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

정전척은, 흡착 대상물이 탑재되는 탑재면 및 탑재면에 반대 측인 이면을 갖는 베이스 바디; 이면에 형성되는 절연층; 절연층에 내장되며 발열하도록 구성되는 발열체; 및 베이스 바디에 내장되며 발열체에 의해 발생되는 열을 확산시키도록 구성되는 적어도 하나의 열확산층을 포함한다. 적어도 하나의 열확산층은 베이스 바디보다 열전도율이 높은 재료로 형성된다.

Description

정전 척 및 기판 고정 장치{ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE FIXING DEVICE}
본 발명은 정전 척 및 기판 고정 장치에 관한 것이다.
배경기술에서, IC 및 LSI와 같은 반도체 장치의 제조에 사용되는 성막 장치(CVD 장치 및 PVD 장치 등) 및 플라스마 에칭 장치는 진공 처리 챔버에서 웨이퍼들을 정확하게 유지하기 위한 스테이지들을 갖는다.
이러한 스테이지로서, 예를 들면 베이스 플레이트에 탑재된 정전 척을 사용해서 흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 유지하는 기판 고정 장치가 제안되어 있다. 정전 척에는, 예를 들면 발열체와 발열체로부터의 열을 균일하게 하는 금속층이 마련된다(예를 들면, JP-A-2020-88304 참조).
그러나, 근래에는, 정전 척의 열균일성에 대한 추가적인 개선이 요구되고 있으며, 배경기술의 구조로는 열균일성의 향상에 대한 요구를 만족시키기 어려운 실정이다.
특정 실시형태는 정전 척을 제공한다. 정전 척은, 흡착 대상물이 탑재되는 탑재면 및 상기 탑재면에 반대 측인 이면을 포함하는 베이스 바디; 상기 이면에 형성되는 절연층; 상기 절연층에 내장되며 발열하도록 구성되는 발열체; 및 상기 베이스 바디에 내장되며 상기 발열체에 의해 발생되는 열을 확산시키도록 구성되는 적어도 하나의 열확산층을 포함한다. 상기 적어도 하나의 열확산층은 상기 베이스 바디보다 열전도율이 높은 재료로 형성된다.
특정 실시형태는 기판 고정 장치를 제공한다. 기판 고정 장치는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 일면에 탑재되는 정전 척을 포함한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 간략하게 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 제1 실시형태(파트 1)에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 제1 실시형태(파트 2)에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시형태(파트 3)에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 5는 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 기판 고정 장치를 간략하게 나타내는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조해서 본 개시를 실시하기 위한 형태를 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그 중복되는 설명을 생략할 경우가 있다.
[기판 고정 장치의 구조]
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치를 간략하게 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 고정 장치(1)는 베이스 플레이트(10), 접착제층(20), 및 정전 척(30)을 주요 구성 요소로 갖는다.
베이스 플레이트(10)는 정전 척(30)을 탑재하기 위한 부재이다. 베이스 플레이트(10)의 두께는, 예를 들면 약 20mm 내지 50mm의 범위로 설정될 수 있다. 베이스 플레이트(10)는 예를 들면 알루미늄으로 형성되고, 플라스마를 제어하기 위한 전극 등으로서 사용될 수도 있다. 베이스 플레이트(10)에 소정의 고주파 전력을 공급해서, 플라스마 상태에서 발생된 이온 등을 정전 척(30)에 흡착된 웨이퍼에 충돌시키는 에너지를 제어하여, 웨이퍼에 대한 에칭 공정을 효과적으로 행할 수 있다.
베이스 플레이트(10)의 내부에는 수로(15)가 마련된다. 수로(15)는 일단에 냉각수 도입부(15a)가 마련되고 타단에 냉각수 배출부(15b)가 마련된다. 수로(15)는 기판 고정 장치(1)의 외부에 설치된 냉각수 제어 장치(도시 생략)와 연결된다. 냉각수 제어 장치(도시 생략)는 냉각수 도입부(15a)로부터 수로(15)로 냉각수를 도입하고 냉각수 배출부(15b)로부터 냉각수를 배출한다. 수로(15)를 순환하는 냉각수에 의해 베이스 플레이트(10)가 냉각되면, 정전 척(30)에 흡착된 웨이퍼를 냉각할 수 있다. 베이스 플레이트(10)에는, 수로(15) 외에도 정전 척(30)에 흡착된 웨이퍼를 냉각시키기 위해 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 유로 등이 마련될 수 있다.
정전 척(30)은 흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 유지하도록 구성된다. 정전 척(30)은 예를 들면 평면에서 볼 때 원형과 같은 형상일 수 있다. 정전 척(30)이 흡착하는 대상물인 웨이퍼의 직경은, 예를 들면 약 8, 12, 또는 18인치로 설정될 수 있다.
정전 척(30)은 접착제층(20)을 통해 베이스 플레이트(10)의 일면에 탑재된다. 예를 들면, 실리콘계 접착제가 접착제층(20)으로서 사용될 수 있다. 접착제층(20)의 두께는 예를 들면, 약 2mm로 설정될 수 있다. 접착제층(20)의 열전도율은 2W/m·K 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 접착제층(20)은 접착제층들이 서로의 위에 배치된 적층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 접착제층(20)은 열전도율이 높은 접착제와 탄성률이 낮은 접착제가 결합된 2층 구조로 형성되어, 알루미늄으로 이루어지는 베이스 플레이트와 접착제층(20) 사이의 열팽창 차이로 인해 야기되는 응력의 감소 효과를 얻을 수 있다.
정전 척(30)은 베이스 바디(31), 정전 전극(32), 적어도 하나의 열확산층(33), 절연층(34), 및 발열체(35)를 갖는다. 정전 척(30)은 예를 들면 존센-라벡형 정전 척이다. 그러나, 정전 척(30)은 쿨롱력(Coulomb force) 타입의 정전 척일 수 있다.
유전체인 베이스 바디(31)는 흡착 대상물을 탑재할 수 있는 탑재면(31a)을 갖는다. 예를 들면, 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹을 베이스 바디(31)로서 사용할 수 있다. 베이스 바디(31)의 두께(T)는 예를 들면 약 4mm 내지 10mm의 범위로 설정될 수 있고, 베이스 바디(31)의 비유전율(1㎑에서)은 예를 들면 약 9 내지 10의 범위로 설정될 수 있다.
베이스 바디(31)에는 박막 전극인 정전 전극(32)이 내장되어 있다. 이 정전 전극(32)은 베이스 바디(31)에 내장된 수직 배선과 전기적으로 접속되어 있다. 수직 배선은 번갈아 서로의 위에 배치되는 패드들(36) 및 비아들(37)을 포함한다. 수직 배선은 베이스 바디(31)의 두께 방향을 따라 연장되도록 마련된다. 패드들(36) 중 최하층에 위치되는 패드는 베이스 바디(31)의 이면 측으로 개방된 리세스(31x)에서 노출된다. 최하층에 위치된 패드(36)는 기판 고정 장치(1) 외부에 마련된 전원에 연결된다. 최하층의 패드(36)에 전원으로부터 소정의 전압이 인가되면, 정전기로 인한 흡착력이 웨이퍼와 정전 전극(32) 사이에 발생한다. 그 결과, 웨이퍼는 정전 척(30)의 베이스 바디(31)의 탑재면(31a)에 흡착 유지될 수 있다. 정전 전극(32)에 인가되는 전압이 높을수록, 흡착 및 유지력이 더 강하다. 정전 전극(32)은 유니폴라 형상 또는 바이폴라 형상일 수 있다. 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 등이 정전 전극(32), 패드(36), 및 비아(37)의 각각의 재료로서 사용될 수 있다.
열확산층(33)은 베이스 바디(31)에 내장되어 있다. 열확산층(33)은 발열체(35)가 발생시키는 열을 균일하게 확산시킬 수 있는 층이다. 열확산층(33)은 베이스 바디(31)보다 열전도율이 높은 재료로 형성된다. 열확산층(33)의 열전도율은 400W/m·K 이상인 것이 바람직하다. 이러한 열전도율을 달성할 수 있는 재료의 예는 구리(Cu), 구리 합금, 은(Ag), 은 합금, 텅스텐, 몰리브덴과 같은 금속, 탄소나노튜브 등을 포함한다. 열확산층(33)의 두께는, 예를 들면 약 5㎛ 내지 20㎛의 범위로 설정될 수 있다.
베이스 바디(31)에 적어도 하나의 열확산층(33)이 마련될 경우, 발열체(35)가 발생시키는 열을 베이스 바디(31) 전체로 균일하게 확산시키는 효과를 얻을 수 있다. 복수의 열확산층들(33)을 베이스 바디(31)의 두께 방향으로 배치할 경우, 발열체(35)에 의해 발생된 열을 베이스 바디(31) 전체로 균일하게 확산시키는 효과가 더 크다. 열확산 효과를 향상시키는 관점에서, 각각의 열확산층(33)은 수평 방향(탑재면(31a)에 평행한 방향)으로 베이스 바디(31)의 내부 전체에 걸쳐 배치되는 것이 바람직하다.
제1 실시형태에서, 예로서, 열확산층(33)은 패드(36)가 배치되는 모든 층에 각각 배치된다. 즉, 베이스 바디(31)의 두께 방향으로, 각각의 패드(36) 위치는 열확산층(33) 중 대응하는 열확산층의 위치와 동일하다. 도 1의 예에서, 7개의 열확산층들(33)이 소정의 간격으로 배치되어 있다. 수직으로 서로 인접하는 열확산층들(33) 사이의 각각의 간격은 예를 들면 0.45㎜이다. 수직 배선은 열확산층(33)과 이격되도록 베이스 바디(31)에 내장된다. 구체적으로, 각각의 열확산층(33)은 대응하는 패드(36)에 전기적으로 연속되지 않도록 패드들(36) 중의 대응하는 패드로부터 이격되도록 배치된다. 패드(36)가 평면에서 볼 때 원형이라고 상정한다. 이 경우, 예를 들면 열확산층(33)에 패드(36)보다 직경이 큰 원형 개구를 형성하고, 그 개구에 패드(36)를 위치한다. 또한, 열확산층(33)은 평면에서 볼 때 수직 배선을 둘러싸고 있다.
제1 실시형태에서는, 일예로 패드(36)가 형성되는 패드 배치 영역을 제외하고 수평 방향으로 베이스 바디(31)의 내부 전체에 걸쳐 각각의 열확산층(33)이 형성되고, 열확산층(33)의 외주면 전체가 베이스 바디(31)의 외주면에서 노출된다. 즉, 열확산층(33)은 베이스 바디(31)의 최외주까지 연장되도록 형성된다. 여기서, 패드 배치 영역이란 패드(36)의 외측 가장자리로부터 외측 가장자리 외측으로 100μm까지의 영역을 의미한다.
또한, 종래 기술의 정전 척에서는, 열확산층의 역할을 하는 금속층 등을 접착제층을 통해 베이스 바디에 고정하거나 금속층을 소정의 형상으로 패터닝해서, 만족스러운 열균일성을 달성하지 못하고 있다.
절연층(34)은 베이스 바디(31)의 이면(31b)(탑재면(31a)에 반대 측에 위치하는 면)에 직접 형성된다. 절연층(34)은 베이스 바디(31)와 발열체(35)를 서로 절연시키는 층이다. 예를 들면, 열전도율이 높고 내열성이 높은 에폭시 수지, 비스말레이미드-트리아진 수지 등을 절연층(34)으로서 사용할 수 있다. 절연층(34)의 열전도율은 3W/m·K 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 절연층(34)에는 알루미나, 질화알루미늄 등의 필러를 함유하므로, 절연층(34)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연층(34)의 유리 전이 온도(Tg)는 250℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층(34)의 두께는 약 100㎛ 내지 150㎛의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 절연층(34)의 두께 편차는 ±10% 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
발열체(35)는 절연층(34)에 내장된다. 발열체(35)의 둘레는 외부로부터 보호되도록 절연층(34)으로 덮여 있다. 기판 고정 장치(1)의 외부로부터 전압이 인가되는 발열체(35)는 발열하여 베이스 바디(31)의 탑재면(31a)을 소정의 온도로 가열한다. 발열체(35)는, 예를 들면 베이스 바디(31)의 탑재면(31a)의 온도를 약 250℃ 내지 300℃로 가열할 수 있다. 예를 들면, 구리(Cu), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 콘스탄탄(Cu/Ni/Mn/Fe의 합금) 등이 발열체(35)의 재료로서 사용될 수 있다. 발열체(35)의 두께는, 예를 들면 약 20μm 내지 100μm의 범위로 설정될 수 있다. 발열체(35)는, 예를 들면 동심 패턴을 갖도록 설정될 수 있다.
또한, 고온 하에서 발열체(35)와 절연층(34) 사이의 밀착성을 향상시키기 위해서는, 발열체(35)의 적어도 하나의 면(상면 및 하면의 한쪽 또는 각각)을 거칠게 하는 것이 바람직하다. 발열체(35)의 상면과 하면을 모두 거칠게 할 수 있다. 이 경우, 발열체(35)의 상면과 하면에 서로 다른 조화(粗化) 방법이 사용될 수 있다. 조화 방법은 특별히 제한되지 않으나, 에칭에 기반한 방법, 커플링제 기반의 표면 개질 기술을 이용하는 방법, 355㎚ 이하의 파장을 갖는 UV-YAG 레이저에 의한 도트 가공을 이용하는 방법 등을 포함할 수 있다.
[기판 고정 장치의 제조 방법]
도 2a 내지 도 4b는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 장치의 제조 공정을 설명하는 도면이다. 기판 고정 장치(1)의 제조 공정은 정전 척을 형성하는 공정을 중심으로 설명하고, 도 2a 내지 도 4b를 참조해서 설명한다. 덧붙여서, 도 2a 내지 도 4a는 도 1에 수직으로 반전된 상태로 도시되어 있다.
먼저, 도 2a에 도시된 단계에서, 그린시트(311)가 준비된다. 예를 들면 베이스 바디(31)를 형성하는 세라믹이 산화알루미늄인 경우, 그린시트(311)를 형성하는 재료는 산화알루미늄 입자를 포함한다. 그린시트(311)를 형성하는 재료는 바인더, 용매 등을 포함할 수 있다. 그린시트(311)의 두께는, 예를 들면, 0.58mm 내지 0.62mm(소성 후 두께가 약 0.45mm로 변화)이다. 다음으로, 그린시트(311)의 일면에 소정의 패턴으로 금속 페이스트(321)를 인쇄한다. 금속 페이스트(321)는 소성에 의해 정전 전극(32)으로 되는 재료이다. 금속 페이스트(321)는, 예를 들면 텅스텐 페이스트 또는 몰리브덴 페이스트이다.
다음으로, 도 2b에 도시된 단계에서, 그린시트(311)의 표면에 금속 페이스트(321)를 덮는 그린시트(312)가 마련된다. 그린시트(312)의 크기 및 재질은 그린시트(311)와 유사 또는 동일하다. 다음으로, 가공을 통해 그린시트(312)에 대해 비아(371)를 형성하고, 얻어진 비아에 금속 페이스트(371)를 충전한다. 금속 페이스트(371)는 소성에 의해 비아(37)가 되는 재료이다. 금속 페이스트(371)는, 예를 들면 텅스텐 페이스트 또는 몰리브덴 페이스트이다.
다음으로, 도 2c에 도시된 단계에서, 그린시트(312)의 일면에 소정의 패턴으로 금속 페이스트(331, 361)를 인쇄한다. 금속 페이스트(331)는 소성에 의해 열확산층(33)으로 되는 재료이다. 금속 페이스트(361)는 소성에 의해 패드(36)로 되는 재료이다. 금속 페이스트(331, 361)는 예를 들면 텅스텐 페이스트 또는 몰리브덴 페이스트이다. 금속 페이스트(331, 361)는 서로 다른 재료일 수 있다.
다음으로, 도 2d에 도시된 단계에서, 도 2b 및 도 2c의 단계들을 필요한 횟수만큼 반복해서 필요한 수의 그린시트들을 추가로 마련할 수 있다. 예를 들면, 각 그린시트의 두께가 0.58mm 내지 0.62mm라고 상정한다. 이 경우, 열확산층(33)으로 되는 금속 페이스트(331)의 한 층은 두께가 0.58mm 내지 0.62mm 증가할 때마다 형성될 수 있다. 다음으로, 필요에 따라 표면 연마 등을 행한 후, 그린시트들을 소성해서 일체화해서 베이스 바디(31)를 형성한다. 또한, 소성에 의해, 정전 전극(32), 열확산층들(33), 패드들(36), 및 비아들(37)은 각각의 금속 페이스트로 형성된다. 소성 후, 리세스(31x)가 형성된다. 리세스(31x)는 예를 들면 블라스팅(blasting), 드릴링(drilling) 등에 의해 형성될 수 있다. 또한, 가스 도입부 등의 다른 홈이나 구멍이 있을 경우에 또한 유사한 방식 또는 동일한 방식으로 처리를 행한다.
다음으로, 도 3a에 도시된 단계에, 절연성 수지막(341)은 베이스 바디(31)의 탑재면(31a)의 반대면(도 3a의 상면)에 직접 배치된다. 공극의 내포를 방지할 수 있도록 하기 위해서는 진공 중에서 절연성 수지막(341)을 적층하는 것이 적합하다. 절연성 수지막(341)은 경화되어 있지 않고, 사전에 반경화 상태(B 스테이지)로 한다. 절연성 수지막(341)은 반경화 상태의 절연성 수지막(341)의 접착력에 의해 베이스 바디(31)에 일시적으로 고정된다.
예를 들면, 절연성 수지막(341)으로서, 열전도율이 높고 내열성이 높은 에폭시 수지, 비스말레이미드-트리아진 수지 등을 사용할 수 있다. 절연성 수지막(341)의 열전도율은 3W/m·K 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 절연성 수지막(341)에 함유되는 알루미나, 질화알루미늄 등의 필러에 의해, 절연성 수지막(341)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연성 수지막(341)의 유리 전이 온도는 250℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 열전도 성능을 높이는(열전도 속도를 높이는) 관점에서, 절연성 수지막(341)의 두께는 60㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 절연성 수지막(341)의 두께 편차는 ±10% 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3b에 도시된 단계에서, 절연성 수지막(341) 상에 금속박을 배치하고, 금속박을 패터닝해서 발열체(35)를 형성한다. 발열체(35)는 예를 들면 동심원 패턴을 갖도록 설정될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 금속박 전체에 레지스트를 형성하고, 레지스트를 노광 현상해서, 발열체(35)로서 남게 되는 부분만을 덮는 레지스트 패턴을 형성한다. 다음으로, 레지스트 패턴으로 덮이지 않은 금속박 부분을 에칭에 의해 제거한다. 예를 들면, 금속박의 재료가 구리라고 상정한다. 이 경우, 금속박을 제거하기 위한 에칭액으로서 염화제2구리 에칭액, 염화제2철 에칭액 등을 사용할 수 있다.
그 후, 레지스트 패턴이 박리액으로 박리되어, 발열체(35)가 절연성 수지막(341) 상의 소정의 위치에 형성된다(포토리소그래피법). 포토리소그래피법에 의한 발열체(35)의 형성에 의해, 발열체(35)의 폭 방향 치수 편차를 작게 할 수 있어 발열 분포를 개선할 수 있다. 또한, 에칭에 의해 형성된 발열체(35)는, 예를 들면 단면이 대략 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 절연성 수지막(341)과 접촉하는 면과 그 반대면 사이의 배선 폭의 차이는, 예를 들면 약 10㎛ 내지 50㎛의 범위로 설정될 수 있다. 발열체(35)는 단면이 단순한 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어, 발열 분포를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 3c에 도시된 단계에서, 발열체(35)를 덮는 절연성 수지막(342)이 절연성 수지막(341) 상에 배치된다. 진공 중에서 절연성 수지막(342)을 적층하는 것이 공극의 내포를 방지할 수 있도록 하는데 적합하다. 절연성 수지막(342)의 재료는, 예를 들면 절연성 수지막(341)과 유사 또는 동일하게 설정할 수 있다. 그러나, 절연성 수지막(342)의 두께는, 절연성 수지막(342)이 발열체(35)를 덮을 수 있는 한 적절히 결정될 수 있다. 절연성 수지막(342)은 절연성 수지막(341)과 두께가 동일할 필요는 없다.
다음으로, 도 4a에 도시된 단계에서, 절연성 수지막(341, 342)은 베이스 바디(31)에 가압되면서 경화 온도 이상의 가열에 의해 경화된다. 이에 따라, 절연성 수지막(341, 342)은 절연층(34)으로 일체화된다. 그 결과, 열확산층(33)에 직접 본딩되는 절연층(34)이 형성된다. 또한, 발열체(35)의 둘레는 절연층(34)으로 덮여 있다. 다음으로, 절연층(34)에는 리세스(31x)와 연통하도록 관통 구멍이 형성된다. 또한, 절연성 수지막(341, 342)의 가열 온도는, 온도가 상온으로 복귀할 때에 발생하는 응력을 고려해서 200℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 하여, 정전 척(30)이 완성된다.
또한, 절연성 수지막(341, 342)은 베이스 바디(31)에 가압되면서 가열에 의해 경화되어, 발열체(35)의 유무에 의해 영향을 받는 절연층(34)의 상면(정전 척(30)에 접하지 않는 면)의 거칠기는 평탄해지게 감소될 수 있다. 절연층(34)의 상면의 거칠기는 7㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 절연층(34)의 상면의 거칠기를 7㎛ 이하로 설정할 경우, 다음 단계에서 절연층(34)과 접착제층(20) 사이에 공극이 내포되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 절연층(34)과 접착제층(20) 사이의 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 단계에서, 수로(15) 등이 형성된 베이스 플레이트(10)를 준비하고, 베이스 플레이트(10) 상에 접착제층(20)(미경화)을 형성한다. 도 4a에 도시된 정전 척(30)을 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10) 상에 수직으로 반전 배치하고, 접착제층(20)을 경화한다. 이로써, 접착제층(20)을 통해 베이스 플레이트(10) 상에 정전 척(30)이 배치된 기판 고정 장치(1)가 완성된다.
따라서, 정전 척(30)에는, 베이스 바디(31)에 열확산층(33)이 내장된다. 이에 따라, 발열체(35)에 의해 발생되는 열을 쉽고 균일하게 베이스 바디(31)에 전달할 수 있다. 즉, 베이스 바디 외부에 열확산층이 마련되는 배경기술 구조와 비교해서 정전 척(30)에 의해 열균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 각각의 열확산층(33)은 수평 방향으로 베이스 바디(31)의 내부 전체에 걸쳐 형성되어 있으므로, 발열체(35)에 의해 발생되는 열을 베이스 바디(31) 전체로 균일하게 분산시킬 수 있다. 각 열확산층(33)의 열전도율을 400W/m·K 이상으로 설정하므로, 베이스 바디(31) 내부에서 수평 방향으로 열을 빠르게 확산시킬 수 있다. 열확산층(33)에 의해 균일하게 확산된 열은 베이스 바디(31)를 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 발열체(35)와 탑재면(31a) 사이의 열확산 거리가 짧은 경우, 즉 베이스 바디(31)의 두께(T)가 작은 경우, 발열체(35)의 치수 편차 등이 탑재면(31a)에 영향을 주기 쉽다. 환언하면, 베이스 바디(31)의 두께(T)가 증가할수록, 발열체(35)와 탑재면(31a) 사이의 열확산 거리가 증가한다. 따라서, 탑재면(31a)의 온도 분포가 쉽게 흐려지기 때문에 온도 분포가 향상될 수 있다. 베이스 바디(31) 내부에 열확산층(33)을 마련하고 베이스 바디(31)의 두께(T)를 증가시키는 조합에 의해, 온도 분포를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 배경기술에서, 베이스 바디(31)의 두께(T)는 종종 약 4.5mm이다. 온도 분포를 향상시키기 위해, 베이스 바디(31)의 두께(T)는 4.95mm 이상 약 9mm 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
<제1 실시형태의 변형예 1>
서로의 위에 배치되는 열확산층의 수가 더 증가한 예를 제1 실시형태의 변형예 1에 나타낸다. 또한, 제1 실시형태의 변형예 1에 있어서, 상기 실시형태와 같은 구성 부분에 대해서는 설명을 생략할 경우가 있다.
도 5는 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 기판 고정 장치를 간략하게 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 기판 고정 장치(1A)는 열확산층들(33)의 일부가 패드들(36)이 형성되는 층보다 낮게 마련된다는 점에서 기판 고정 장치(1)와 상이하다.
즉, 기판 고정 장치(1A)에서, 열확산층들(33) 중의 열확산층들이, 패드들(36) 중 베이스 바디(31)의 이면(31b)에 가장 가까운 측에 배치된 패드보다 베이스 바디(31)의 이면(31b)에 더 가까운 측에 배치된다. 환언하면, 최하층에 위치된 패드(36)와 이면(31b) 사이의 거리는 베이스 바디(31)의 두께 방향에서 최하부 열확산층(33)과 이면(31b) 사이의 거리보다 길다. 한편, 도 1에 나타난 기판 고정 장치(1)에서, 최하층에 위치된 패드(36)와 이면(31b) 사이의 거리는 베이스 바디(31)의 두께 방향의 최하부 열확산층(33)과 이면(31b) 사이의 거리와 동일하다. 또한, 도 5에 도시된 기판 고정 장치(1A)에서, 패드(36)의 층들의 수는 열확산층들(33)의 수보다 적다. 패드들(36)이 형성된 층들보다 낮은 열확산층(33) 각각을 마련하기 위해, 열확산층(33)으로 되는 금속 페이스트(331)의 층은 도 2d의 단계에서 리세스(31x)가 형성되는 그린시트가 추가로 마련될 때마다 형성될 수 있다.
이와 같이, 패드들(36)이 형성된 층들보다 낮은 영역을 효율적으로 사용하고, 이 영역에도 열확산층들(33)을 형성한다. 따라서, 열확산층(33)의 수는 더욱 증가된다. 결과적으로, 열균일성이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 기판 고정 장치(1A)에서는, 최상부 열확산층(33)과 탑재면(31a) 사이의 거리는 베이스 바디(31)의 두께 방향에서 최하부 열확산층(33)과 이면(31b) 사이의 거리보다 길다. 한편, 도 1에 도시된 기판 고정 장치(1)에서, 최상부 열확산층(33)과 탑재면(31a) 사이의 거리는 최하부 열확산층(33)과 이면(31b) 사이의 거리보다 짧다.
[시뮬레이션]
하기 표 1에 나타난 4가지 유형의 샘플들을 사용해서, 베이스 바디의 탑재면의 평균 온도를 60℃로 제어했을 때 베이스 바디 탑재면의 온도 분포(열 균일성)를 시뮬레이션했다. 표 1에서, 샘플 Ref는 4.5mm 두께의 베이스 바디를 포함하지만 어떠한 열확산층도 포함하지 않고, 배경기술의 정전 척에 해당하는 샘플이다. 또한, 샘플 A는 6.8mm 두께의 베이스 바디를 포함하지만 어떠한 열확산층도 포함하지 않고, 샘플 Ref와 베이스 바디의 두께만 다른 샘플이다. 또한, 샘플 B는 두께 6.8mm의 베이스 바디와 5개의 열확산층을 포함하고, 샘플 A와 열확산층의 유무만 다른 샘플이다. 또한, 샘플 C는 두께 6.8mm의 베이스 바디와 14개의 열확산층을 포함하고, 샘플 B와 열확산층의 수만 다른 샘플이다.
표 1
Figure pat00001
표 2는 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 표 2에서, 평균값은 베이스 바디의 탑재면 온도의 평균값이고, Range는 최저 온도와 최고 온도의 차이이고, Sigma는 표준편차이다.
표 2
Figure pat00002
도 6a는 샘플 Ref에 대한 값을 기준(100%)으로 하여 표 2에 나타낸 Range 값을 나타낸다. 도 6b는 샘플 Ref에 대한 값을 기준(100%)으로 하여 표 2에 나타낸 Sigma 값을 나타낸다.
도 6a에서의 샘플 Ref와 샘플 A 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디를 두껍게 했을 때 Range 값이 약 33% 감소한 것을 알 수 있다. 또한, 도 6b에서의 샘플 Ref와 샘플 A 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디를 두껍게 했을 때 Sigma 값이 약 20% 미만 감소함을 알 수 있다.
또한, 도 6a에서의 샘플 A와 샘플 B 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디에 열확산층들을 내장했을 경우, Range 값이 약간 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 도 6b에서의 샘플 A와 샘플 B 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디에 열확산층을 내장했을 경우, Sigma 값이 약간 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 도 6a에서의 샘플 B와 샘플 C 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디에 내장된 열확산층의 수가 증가할수록 Range 값이 더욱 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 도 6b에서의 샘플 B와 샘플 C 사이의 비교에 기초하여, 베이스 바디에 내장된 열확산층의 수가 증가할수록, Sigma 값이 더욱 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 베이스 바디의 두께 증가로 인해 베이스 바디의 탑재면의 온도 분포 편차가 크게 개선되었으며, 베이스 바디에 내장된 열확산층으로 인해 베이스 바디의 탑재면의 온도 분포 편차가 더욱 향상되어 열균일성이 향상되었음을 확인했다. 또한, 베이스 바디에 내장된 열확산층의 수가 증가함으로 인해, 베이스 바디의 탑재면의 온도 분포 편차가 더욱 개선되어, 열균일성이 더욱 향상되었음을 확인했다.
이상, 바람직한 실시형태 등이 상세히 설명되었다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시형태 등에 한정되지 않는다. 특허청구범위를 일탈하지 않는 범위에서, 상술한 실시형태 등에 다양한 변형 및 치환이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼 등) 외에, 액정 패널 등의 제조 공정에서 사용되는 유리 기판 등을 본 개시에 따른 기판 고정 장치에 의해 흡착되는 대상물로 예시할 수 있다.
이상, 바람직한 실시형태 등을 상세하게 설명했지만, 본 개시는 상술한 실시형태 등에 한정되지 않고, 특허청구범위를 일탈하지 않는 범위에서 상술한 실시형태 등에 다양한 변형 및 치환이 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 정전 척으로서,
    흡착 대상물이 탑재되는 탑재면 및 상기 탑재면에 반대 측인 이면을 포함하는 베이스 바디;
    상기 이면에 형성되는 절연층;
    상기 절연층에 내장되며 발열하도록 구성되는 발열체; 및
    상기 베이스 바디에 내장되며 상기 발열체에 의해 발생되는 열을 확산시키도록 구성되는 적어도 하나의 열확산층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 열확산층은 상기 베이스 바디보다 열전도율이 높은 재료로 형성되는 정전 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열확산층은 상기 베이스 바디의 두께 방향으로 서로의 위에 배치된 복수의 열확산층들을 포함하는 정전 척.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 바디에 내장되는 전극; 및
    상기 베이스 바디에 내장되어 상기 전극과 전기적으로 연결되는 수직 배선을 더 포함하고,
    상기 수직 배선은 번갈아 서로의 위에 배치된 복수의 패드들 및 비아들을 포함하고,
    상기 수직 배선은 상기 열확산층들로부터 이격되도록 상기 베이스 바디에 내장되는 정전 척.
  4. 제3항에 있어서,
    각 패드의 위치는 상기 두께 방향에서 상기 열확산층들 중의 대응하는 열확산층의 위치와 동일하고,
    각 패드는 상기 대응하는 열확산층과 이격되도록 상기 베이스 바디에 내장되는 정전 척.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열확산층들은 평면에서 볼 때 상기 수직 배선을 둘러싸는 정전 척.
  6. 제5항에 있어서,
    각 열확산층은 평면에서 볼 때 상기 수직 배선이 형성되는 영역을 제외하고 상기 베이스 바디 전체에 걸쳐 형성되는 정전 척.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 두께 방향에서, 상기 패드들 중 최하층에 위치되는 패드와 상기 이면 사이의 거리가 상기 열확산층들 중의 최하부 열확산층과 상기 이면 사이의 거리보다 긴 정전 척.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 두께 방향에서, 상기 패드들 중 최하층에 위치되는 패드와 상기 이면 사이의 거리가 상기 열확산층들 중의 최하부 열확산층과 상기 이면 사이의 거리와 동일한 정전 척.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패드들의 층수는 열확산층들의 수보다 적은 정전 척.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 두께 방향에서, 상기 열확산층들 중의 최상부 열확산층과 상기 탑재면 사이의 거리가 상기 열확산층들 중의 최하부 열확산층과 상기 이면 사이의 거리보다 긴 정전 척.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 두께 방향에서, 상기 열확산층들 중의 최상부 열확산층과 상기 탑재면 사이의 거리가 상기 열확산층들 중의 최하부 열확산층과 상기 이면 사이의 거리보다 짧은 정전 척.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열확산층의 외주면 전체가 상기 베이스 바디의 외주면에서 노출되는 정전 척.
  13. 기판 고정 장치로서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트의 일면에 탑재되는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 정전 척을 포함하는 기판 고정 장치.
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