KR100522976B1 - 정전 척 - Google Patents

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KR100522976B1
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고사카이마모루
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

정전 척의 손상파손, 피고정기판의 손상, 파티클 발생의 원인이 되는 이상방전을 완전히 방지할 수 있는 정전 척을 제공한다.
전극(3)을 협지하여 대향 배치된 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2) 중 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재(1)는 4중량%∼12중량%의 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 주성분으로 한 복합소결체로 이루어지며, 제1절연부재(1)의 체적고유저항값은 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면(1S)과 전극(3) 사이의 전위차가 1000V 이하일 때에는 1×109 내지 1×1012Ω·㎝, 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면(1S)과 전극(3) 사이의 전위차가 3000V 이상일 때에는 1×107 내지 1×108Ω·㎝이며 제1절연부재(1)는 배리스터 특성을 갖는 것으로 이루어져 있다.

Description

정전 척{Electrostatic chuck}
본 발명은 반도체장치나 액정장치 등의 제조에 이용하는 반도체 웨이퍼, 금속웨이퍼, 유리판 등의 피고정기판을, 정전기력을 이용하여 고정할 수 있는 정전 척에 관한 것이다.
종래 반도체 장치나 액정장치 등의 제조에 이용하는 반도체 웨이퍼, 금속웨이퍼, 유리판 등의 기판(이하, '피고정기판'이라 부른다)을 고정하기 위해, 예컨대 감압력을 이용하여 피고정기판을 물리적으로 흡착하여 고정할 수 있는 진공 척 또는 피고정기판을 기계적으로 고정할 수 있는 클램프가 이용되고 있다.
그러나, 피고정기판을 고정하기 위해 진공 척을 이용하는 경우에는, 진공조건하에서는 외부 분위기와 진공 척 사이에 압력차가 없기 때문에 피고정기판을 고정할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 클램프를 이용하여 피고정기판을 기계적으로 고정하는 경우에는 클램프가 피고정기판에 접촉하는 부분을 디바이스로서 사용할 수 없으며, 피고정기판에 부분적인 뒤틀림을 발생시키고, 클램프의 승강에 따라 파티클이 발생하는 등의 문제점이 있다.
그래서, 상기 문제점을 해결하기 위해 정전기력을 이용하여 피고정기판을 고정할 수 있는 정전 척이 제안되고 있다. 정전 척은 면상의 전극과, 이 전극을 협지하여 대향 배치된 한쌍의 절연부재를 주체로 하여 구성된 것으로서, 한쌍의 절연부재 중 한쪽 절연부재 위에 피고정기판을 배치하고 전극에 소정의 전압을 인가함으로써 정전기력을 이용하여 피고정기판을 고정할 수 있는 구조로 되어 있다.
종래에 이와 같은 정전 척을 구성하는 절연부재로는, 산화티타늄, 질화티타늄, 탄화규소에서 선택된 하나로 이루어진 세라믹을 산화알루미늄 등의 세라믹에 함유시킨 복합소결체, 또는 질화알루미늄기 소결체 등이 제안되어 있다.
그러나, 상기 정전 척을, 플라즈마 CVD장치, 플라즈마에칭장치, 스파터링장치, 이온주입장치 등의 플라즈마를 사용하는 장치에 장착하여 사용하는 경우에 장시간의 플라즈마 조사에 의해 피고정기판에 전하가 축적되어 이상방전이 발생하는 경우가 있으며, 그 결과 정전 척이 손상파손되고 피고정기판이 손상되고, 파티클이 발생하여 제품의 성능에 악영향을 미칠 우려가 있었다.
그래서, 종래에는 이상방전을 방지하기 위해 피고정기판의 표면에 어스선을 설치하여 전하를 빠져나가게 하고 피고정기판의 외주부에 도전성 링을 설치하여 전하를 빠져나가게 하거나 피고정기판에 이오나이저를 설치하여 전하를 빠져나가게 하는 등의 수단이 채용되고 있다.
그러나, 이들 수단을 채용한 경우 피고정기판에 어스선, 도전성 링, 이오나이저 등을 설치할 필요가 있어 정전 척의 제조비용이 상승한다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 수단을 채용한 경우 이상방전의 발생을 저감할 수 있으나 이상방전을 완전히 방지할 수는 없어 정전 척의 손상파손, 피고정기판의 손상, 파티클의 발생 등을 충분히 방지할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 정전 척의 제조비용을 상승시키지 않고 정전 척의 손상파손의 원인이 되는 것 외에 피고정기판의 손상이나 파티클 발생의 원인이 되고 있는 이상방전을 완전히 방지할 수 있는 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 이상방전을 완전히 방지할 수 있음과 동시에, 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 절연부재가 전기전도도의 온도 의존성이 낮고 할로겐가스나 플라즈마에 대한 내식성이 우수하며 높은 강도 및 경도를 가지며 내열성, 내열충격성이 우수한 정전 척을 개발하기 위한 각종 검토를 한 결과, 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 절연부재를 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 주성분으로 하는 특정 복합소결체로 구성하면 된다는 것을 발견하여 본 발명의 정전 척을 발명하기에 이르렀다.
본 발명의 정전 척은, 전극을 협지하여 대향 배치된 한쌍의 절연부재를 구비하여 이루어진 정전 척으로서, 상기 한쌍의 절연부재 중 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재는 4중량% 내지 12중량%의 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 주성분으로 한 복합소결체로 이루어짐과 동시에, 상기 제1절연부재는 배리스터 특성을 가지며 상기 제1절연부재의 체적고유저항값은 상기 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 상기 전극 사이의 전위차가 1000V 이하일 때에는 1×109 내지 1×1012Ω·㎝가 되며, 상기 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 상기 전극 사이의 전위차가 3000V 이상일 때에는 1×107 내지 1×108Ω·㎝가 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 '주성분으로 한다'는 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 합해 '98중량% 이상 함유하는 것'으로 정의한다.
본 발명자는 피고정기판을 재치하는 제1절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소입자의 함유량을 제어함으로써 제1절연부재의 체적고유저항값을 제어할 수 있는 것을 발견하여, 상기 복합소결체 중에 있어서 탄화규소입자의 함유량을 4중량% 내지 12중량%로 함으로써 제1절연부재의 체적고유저항값을 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 전극 사이의 전위차가 1000V 이하일 때에는 1×109 내지 1×1012Ω·㎝로 하고, 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 전극 사이의 전위차가 3000V 이상일 때에는 1×107 내지 1×108Ω·㎝로 할 수 있다는 것을 발견했다.
즉, 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재를 상기 구성으로 함으로써 제1절연부재가 배리스터 특성을 구비하게 되며, 정전 척으로의 플라즈마 조사시간이 긴 경우에도 피고정기판에 축적되는 전하를 제1절연부재에 연결선 등을 설치함으로써 용이하게 방전할 수 있기 때문에 피고정기판에 전하가 축적되지 않으며, 따라서, 이상방전을 완전히 방지할 수 있다는 것을 발견했다.
또한, 본 발명의 정전 척을 이용한 경우에는 피고정기판에 축적되는 전하를 제1절연부재에 연결선 등을 설치함으로써 용이하게 방전할 수 있기 때문에 종래와 같이 피고정기판 쪽에 어스선, 도전성 링, 이오나이저 등을 설치할 필요가 없기 때문에 정전 척의 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명자는 제1절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소입자의 함유량을 4중량% 내지 12중량%로 함으로써 제1절연부재의 경도 및 강도가 현저히 향상되어 파티클의 발생이 적어진다는 것을 발견했다.
나아가 본 발명자가 상기 구성을 갖는 제1절연부재가, 전기전도도의 온도의존성이 작고, 할로겐가스에 대한 내식성이 우수하며, 또한, 내열성, 내열충격성이 우수하여, 고온하의 사용에서도 열응력에 따른 파손의 위험성이 없다는 것을 발견했다.
또한, 본 발명자는 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 함유된 탄화규소입자의 평균 입자직경이 0.5㎛를 넘는 경우에는, 탄화규소입자의 첨가에 따른 제1절연부재의 강도 향상의 효과가 적으며, 또한, 플라즈마 조사시의 전장이 탄화규소입자의 부분에 집중하여 탄화규소입자의 주변이 손상될 염려가 있다는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명의 정전 척의 한쌍의 절연부재 중 적어도 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 함유된 탄화규소입자의 평균 입자직경을 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명자는 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 함유된 산화알루미늄입자의 평균 입자직경이 2㎛를 넘는 경우에는, 제1절연부재가 플라즈마에 의해 에칭되기 쉬우며, 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면에 스파터자국이 형성되어 표면조도가 커지며 정전 척의 정전흡착력이 감소되는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명의 정전 척의 한쌍의 절연부재 중 적어도 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 함유된 산화알루미늄입자의 평균입자직경을 2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명자는 제1절연부재를 구성하는 복합소결체 중에 있어서, 적어도 일부의 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자 내에 존재하고 있는 경우에는 제1절연부재의 내플라즈마성이 향상됨과 동시에, 탄화규소입자간의 간격이 좁아져 소량의 탄화규소입자의 첨가로 배리스터 효과를 발휘할 수 있다는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명의 정전 척의 한쌍의 절연부재 중 적어도 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 있어서, 적어도 일부 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 있어서, 소량의 불순물은 허용된다. 그런데, 피고정기판이 반도체장치의 제조에 이용되는 경우, 반도체장치의 제조공정에 있어서 라이프타임 및 게이트전압의 저하는 천이금속원소나 알칼리금속에 기인한다. 또한, 알루미늄, 규소 이외의 금속불순물이 0.1중량%를 넘으면 웨이퍼 등의 피고정기판을 오염시킬 가능성이 높아짐과 동시에, 제1절연부재의 전기저항의 온도의존성이 커지므로 바람직하지 않다는 것이 본 발명자의 연구에 의해 판명되었다.
따라서, 본 발명의 정전 척의 한쌍의 절연부재 중 적어도 제1절연부재를 구성하는 복합소결체에 있어서, 알루미늄 및 규소 이외의 금속불순물의 함유량을 0.1중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
더욱이 본 발명에 있어서, 한쌍의 절연부재 중 피고정기판을 재치하지 않는 쪽의 제2절연부재는, 제1절연부재와 다른 구조를 갖는 절연부재로 이루어져 있어도 좋은데, 제2절연부재도 제1절연부재와 같은 구조를 갖는 복합소결체로 구성하는 것이 바람직하다.
제2절연부재도 제1절연부재와 동일한 구조로 함으로써 할로겐가스나 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 높은 강도 및 경도를 가지며 내열성, 내열충격성이 우수한 것으로 할 수 있음과 동시에 정전 척의 제조공정을 간략화 할 수 있다.
다음에 본 발명에 관한 실시형태에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1∼도 3에 근거하여 본 발명에 따른 실시형태의 정전 척(10)의 구조에 대해 설명한다. 더욱이 이하에 기재되는 정전 척은 일예로서 본 발명은 이하에 기재된 정전 척에 한정되지는 않는다.
도 1은 정전 척(10)을, 피고정기판을 재치하는 쪽의 면에서 보았을 때의 개략적인 평면도, 도 2는 정전 척(10)의 후술하는 전극 및 제2절연부재를 전극쪽에서 보았을 때의 개략적인 평면도, 도 3은 정전 척(10)의 개략적인 단면도이다. 나아가 도 3은 정전 척(10)을 도 1, 도 2에 도시한 A-A`선을 따라 절단했을 때의 단면도이다.
본 실시형태에 있어서는 예컨대 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 원반형으로 이루어진 정전 척(10)에 대해 설명하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 정전 척(10)은 반도체 웨이퍼, 금속웨이퍼, 유리판 등의 피고정기판을 재치하기 위한 제1절연부재(1)와, 제1절연부재(1)와 대향 배치된 제2절연부재(2)와, 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2) 사이에 협지된 면상의 전극(3)이 주체로서 구성되어 있다. 도 3에 있어서 제1절연부재(1)의 도시 윗쪽면이 피고정기판을 재치하는 쪽의 면(1S)으로 되어 있다.
정전 척(10)은, 제1절연부재(1) 위에 피고정기판을 재치하고 전극(3)에 소정의 전압을 인가함으로써 정전기력을 이용하여 피고정기판을 고정할 수 있는 구조로 되어 있다.
도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2)는 제1절연부재(1), 제2절연부재(2) 사이로서, 전극(3)의 바깥쪽 영역에 설치된 절연성 접합층(4)과 전극(3)을 통해 기밀하게 접합되어 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 정전 척(10)에 있어서, 정전흡착된 피고정기판을 탈착하기 위해 도면 아래쪽에서 피고정기판을 압압하는 압압부재(미도시)를 삽통시키기 위한 관통공(5)이 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 관통하여 설치되어 있다. 나아가 이 관통공(5)에 있어서는 제1절연부재(1)의 내부에 형성된 관통공을 관통공 1a로 하고 제2절연부재(2)의 내부에 형성된 관통공을 관통공 2a로 한다.
또한, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이 제2절연부재(2)에 있어서, 전극(3)이 형성된 영역 내에는 제2절연부재(2)를 관통하는 전극삽입공(2b)이 설치되어 있으며, 전극삽입공(2b) 내에는 전극(3)에 전압을 인가하기 위한 취출전극(6)이 장전되어 있다. 취출전극(6)의 도면 상단부는 전극(3)과 전기적으로 접합되어 있다.
또한, 제1절연부재(1)에는 피고정기판의 전하를 방전하기 위한 수단, 예컨대 연결선(미도시)을 연결하는 것이 바람직하다.
이하에 상기 제1절연부재(1)의 제조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 실시형태에 있어서, 제1절연부재(1)는 4중량%∼12중량%의 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 주성분으로 하는 복합소결체로 이루어져 있다. 나아가 본 실시형태에 있어서 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 '주성분으로 한다'는 것은 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 합해 '98중량% 이상 함유하는 것'으로 정의한다.
또한, 제1절연부재(1)의 체적고유저항값은 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽 면(1S)과 전극(3) 사이의 전위차가 1000V 이하일 때에는 1×109내지 1×1012Ω·㎝, 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면(1S)과 전극(3) 사이의 전위차가 3000V 이상일 때에는 1×107 내지 1×108Ω·㎝로 되어 있으며, 제1절연부재(1)는 배리스터 특성을 갖는 것으로 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체에 함유된 탄화규소입자의 평균 입자직경은 0.5㎛ 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 이하이다. 또한, 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체에 함유된 산화알루미늄입자의 평균 입자직경은 2㎛ 이하가 바람직하다.
나아가 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체 중에 있어서, 적어도 일부의 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자 내에 존재하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체에 있어서, 알루미늄 및 규소 이외의 금속불순물의 함유량이 0.1중량% 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.
이상의 구조를 갖는 제1절연부재(1)는 양호한 배리스터 특성을 가지며, 전기전도도의 온도의존성이 작고, 할로겐가스나 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 높은 강도 및 경도를 가지며, 내열성, 내열충격성이 우수한 것으로 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 제2절연부재(2)는 제1절연부재(1)와 다른 구조를 갖는 절연부재로 이루어져 있어도 좋은데, 제2절연부재(2)도 제1절연부재(1)와 같은 구조를 갖는 복합소결체로 구성하는 것이 바람직하다.
제2절연부재(2)도 제1절연부재(1)와 동일한 구조로 함으로써, 할로겐가스나 플라즈마에 대한 내식성이 우수하며 높은 강도 및 경도를 가지며 내열성, 내열충격성이 우수한 것으로 할 수 있음과 동시에 정전 척(10)의 제조공정을 간략화 할 수 있다.
다음에 제2절연부재(2)가 제1절연부재(1)와 동일한 구조를 갖는 복합소결체로 이루어진 경우를 예로 들어 상기 정전 척(10)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
처음에 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)의 제조방법에 대해 설명한다.
제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 제조할 때 탄화규소입자의 원료분말로는 평균 입자직경이 0.1㎛ 이하인 원료분말을 이용하는 것이 이하의 이유로 보다 바람직하다.
평균 입자직경이 0.1㎛를 넘는 탄화규소 원료분말을 사용하여 형성된 복합소결체에 있어서는, 탄화규소입자의 평균 입자직경이 0.5㎛를 넘기 때문에 탄화규소입자의 첨가에 따른 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)의 강도 향상의 효과가 작아진다.
또한, 평균 입자직경이 0.1㎛를 넘는 탄화규소 원료분말을 사용하여 형성된 복합소결체로 이루어진 제1절연부재(1)는 플라즈마에 노출되었을 때 전장이 탄화규소입자 부분에 집중하여 큰 손상을 받기 쉬워지기 때문에 플라즈마 손상후의 정전 흡착력이 저하될 염려가 있다.
또한, 평균 입자직경이 0.1㎛를 넘는 탄화규소 원료분말을 사용하는 경우 배리스터 특성을 갖는 복합소결체를 얻기 위해서는 플라즈마 내성이 낮은 탄화규소입자의 첨가량을 증가시킬 필요가 있다.
더욱이 제1절연부재(1)의 원료로서 사용하는 탄화규소 원료분말로는 플라즈마 CVD법에 의해 형성된 분말이 바람직하다. 특히, 비산화성 분위기의 플라즈마 중에 실란화합물 또는 할로겐화 규소와 탄화수소의 원료가스를 도입하고 반응계의 압력을 1기압 미만에서 1.33×10Pa(0.1Torr)의 범위에서 제어하면서 기상반응시켜 형성된 평균 입자직경 0.1㎛ 이하의 초미세분말이, 소결성이 우수하고 고순도이며 입자형상이 구형이기 때문에 형성시의 분산성이 적합하므로 바람직하다.
한편, 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 제조할 때 산화알루미늄입자의 원료분말로는 평균 입자직경이 0.5㎛ 이하의 원료분말을 이용하는 것이 이하의 이유로 인해 바람직하다.
평균 입자직경이 0.5㎛를 넘는 산화알루미늄 원료분말을 사용하여 형성된 복합소결체에 있어서는 복합소결체 중의 산화알루미늄입자의 평균 입자직경이 2㎛를 넘기 때문에 제1절연부재(1)가 플라즈마에 의해 에칭되기 쉬워지며 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면(1S)에 스파터자국이 형성되어 표면조도가 커지며 정전 척(10)의 정전흡착력이 감소될 우려가 있다.
더욱이, 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)의 원료로서 사용하는 산화알루미늄 원료분말로는 평균 입자직경이 0.5㎛ 이하인 것이면 특별히 한정되지 않으며 고순도의 것이면 된다.
상기 탄화규소 원료분말과 상기 산화알루미늄 원료분말을 탄화규소가 4∼12중량%, 산화알루미늄이 96∼88중량%의 비율로 혼합한다. 혼합할 때 초고압 분쇄분산법을 채용하는 것이 바람직하다. 이 때 분산제 등의 소량의 불순물이 혼입되는 것은 허용되지만 알루미늄 및 규소 이외의 금속불순물의 함유량이 0.1중량% 이하가 되도록 탄화규소 원료분말과 산화알루미늄 원료분말을 혼합하는 것이 바람직하다.
'초고압 분쇄분산법'이란 고압으로 가속된 입자끼리 충돌시켜 분쇄분산하는 방법으로서, 이 혼합법을 채용하면 소량의 분산제를 첨가하는 것만으로도 균일분산이 용이해지며 거친 입자의 생성도 없고 더구나 불순물, 예컨대 분산제에 기인한 탄소나 각종 금속불순물의 혼입을 감소시킬 수 있다.
다음에 이 혼합분말을 공지의 방법에 따라 형성하여, 원반형 성형체를 형성한다. 이어서 얻어진 성형체를 탈지한다. 탈지는 600℃ 이하의 아르곤 분위기 중, 또는 300℃ 이하의 대기 분위기 중에서 수행하는 것이 바람직하다. 이 조건하에서 탈지함으로써 탄화규소의 산화를 방지할 수 있음과 동시에 효율적으로 탈지할 수 있다.
다음에 탈지를 끝낸 성형체를 가압하면서 소결하여 복합소결체를 제작한다. 가압력은 특별히 제한되는 것은 아닌데 예컨대 5∼40MPa로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가압력이 5MPa를 밑돌면 충분한 소결체 밀도의 복합소결체를 얻을 수 없으며, 또한, 가압력이 40MPa를 넘으면 흑연 등으로 이루어진 치구가 변형손모(損耗)되어 바람직하지 않기 때문이다.
소결할 때의 온도로는 1650∼1850℃가 바람직하다. 소결온도가 1650℃를 밑돌면 충분히 치밀한 복합소결체를 얻을 수 없으며 또한, 1850℃를 넘으면 소결체의 분해나 입자성장이 발생하기 쉬우므로 바람직하지 않기 때문이다.
또한, 소결시의 분위기로는 아르곤 분위기 또는 질소 분위기가 탄화규소의 산화를 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.
마지막으로 제작된 복합소결체의 소정 위치에 기계 가공에 의해 관통공 1a 또는 관통공 2a, 2b를 형성하고 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 제조한다.
이 공정에 있어서 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2)를 중합시켰을 때 관통공 1a와 2a가 같은 위치에 위치하도록 제1절연부재(1)의 소정 위치에 관통공 1a를, 제2절연부재(2)의 소정 위치에 관통공 2a를 각각 형성한다.
다음에 이상과 같이 하여 제조된 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2)로부터 정전 척(10)을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
상기와 같이 제조된 제2절연부재(2)의 면상의 전극(3)을 형성하는 영역, 즉 중심에서 소정 반경 내로서 관통공 2a, 2b의 부분을 제외한 영역에 도전성 재료를 도포함으로써 마지막으로 전극(3)으로 이루어진 도전성 재료층을 형성한다. 또한, 제2절연부재(2)의 면상에 있어서 도전성 재료층을 형성한 영역의 바깥쪽 영역에는 절연성 재료를 도포함으로써 마지막으로 접합층(4)으로 이루어진 절연성 재료층을 형성한다.
도전성 재료층을 형성하기 위해 도포하는 도전성 재료로는, 탄화탄탈륨, 질화티타늄 등의 도전성 세라믹분말과 산화알루미늄-이산화규소계 유리분말의 혼합분말을 예시할 수 있다.
또한, 절연성 재료층을 형성하기 위해 도포하는 절연성 재료로는 산화알루미늄-이산화규소계 유리 등의 각종 유리분말을 예시할 수 있다.
다음에 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2)를 관통공 1a, 2a가 같은 위치가 되도록 도전성 재료층, 절연성 재료층을 통해 중합시켰을 때 가압하면서 가열처리함으로써 도전성 재료층과 절연성 재료층을 일단 용융시킨 후 고화시킨다. 이 때 도전성 재료층에서 전극(3)이 형성됨과 동시에 절연성 재료층에서 절연성의 접합층 (4)이 형성됨으로써 제1절연부재(1)와 제2절연부재(2)는 전극(3)과 절연성 접합층 (4)을 통해 기밀하게 접합된다.
다음에 제2절연부재(2)의 전극삽입공(2b) 내에 탄화탄탈륨, 질화티타늄 등의 도전성 세라믹 등으로 이루어진 취출전극(6)을 삽입하고, 활성금속, 은밀랍 등의 밀랍재 등을 통해 취출전극(6)의 상단부를 전극(3)에 대해 전기적으로 접합한다.
마지막으로 제1절연부재(1)에 피고정기판의 전하를 방전하기 위한 수단, 예컨대 연결선을 연결시켜 정전 척(10)이 제조된다.
본 실시형태에 따르면, 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재(1)를 양호한 배리스터 특성을 갖는 복합 연결체로 구성했기 때문에 정전 척(10)으로의 플라즈마 조사시간이 긴 경우에도 피고정기판에 축적되는 전하를 제1절연부재(1)에 연결선 등을 설치함으로써 용이하게 방전할 수 있기 때문에 피고정기판에 전하가 축적되지 않아 이상방전을 완전히 방지할 수 있는 정전 척을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 정전 척(10)을 이용한 경우에는 피고정기판에 축적되는 전하를 제1절연부재(1)에 연결선 등을 설치함으로써 용이하게 방전할 수 있기 때문에 종래와 같이 피고정기판 쪽에 어스선, 도전성 링, 이오나이저 등을 설치할 필요가 없어 정전 척의 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제1연결부재(1), 제2연결부재(2)를 상기 구조를 갖는 복합소결체로 구성했기 때문에 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)의 경도, 강도를 높일 수 있으며 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)로부터의 파티클의 발생을 저감할 수 있으며 피고정기판의 오염을 방지할 수 있다.
나아가 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 상기 구조를 갖는 복합소결체로 구성함으로써 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 전기전도도의 온도의존성이 작으며 할로겐에 대한 내식성이 우수하고 또한, 내열성, 내열충격성이 우수하며 고온하의 사용에 있어서도 열응력에 따른 파손의 위험성이 없는 것으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 정전 척(10)에 있어서는 제1절연부재(1), 제2절연부재 (2)를 구성하는 복합소결체에 함유된 탄화규소입자의 평균 입자직경을 0.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 이하로 하고 탄화규소입자의 평균 입자직경을 0.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 이하로 함으로써 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)의 플라즈마에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 정전 척(10)에 있어서는, 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체에 함유된 산화알루미늄입자의 평균 입자직경을 2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 산화알루미늄입자의 평균 입자직경이 2㎛를 넘는 경우에는 제1절연부재(1)가 플라즈마에 의해 에칭되기 쉬우며 제1절연부재(1)의 피고정기판을 재치하는 쪽 면에 스파터자국이 형성되어 표면조도가 커지며 정전 척의 정전흡착력이 감소된다. 그래서 산화알루미늄입자의 평균 입자직경을 2㎛ 이하로 함으로써, 제1절연부재(1)가 플라즈마에 노출된 경우에 있어서도 높은 정전흡착력을 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제1절연부재(1)를 구성하는 복합소결체 중에 있어서, 적어도 일부의 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자 내에 존재하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우 제1절연부재(1)의 내플라즈마성을 향상시킬 수 있음과 동시에 탄화규소입자간의 간격이 좁아져 소량의 탄화규소입자의 첨가로 배리스터 효과를 발휘할 수 있다.
더욱이 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 구성하는 복합소결체에 있어서는 소량의 불순물은 허용된다. 여기에서 피고정기판이 반도체장치의 제조에 이용되는 것인 경우 반도체장치의 제조공정에 있어서 라이프타임 및 게이트전압의 저하는 천이금속원소나 알칼리금속에 기인한다.
또한, 알루미늄, 규소 이외의 금속불순물이 0.1중량%를 넘으면, 웨이퍼 등의 피고정기판을 오염시킬 가능성이 높아짐과 동시에 제1절연부재(1)의 전기저항의 온도의존성이 커지므로 바람직하지 않다.
따라서, 본 실시형태의 정전 척(10)에 있어서는 제1절연부재(1), 제2절연부재(2)를 구성하는 복합소결체에 있어서 알루미늄 및 규소 이외의 금속불순물의 함유량을 0.1중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
<실시예>
이하 본 발명에 관한 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.
더욱이 이하에 기재된 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 있어서는, 제1, 제2의 절연부재를 구성하는 탄화규소와 산화알루미늄의 조성비만을 바꾸고, 그 이외의 조건은 같은 조건으로 정전 척을 제조하여 얻어진 정전 척의 특성에 대해 평가했다.
[실시예 1]
(정전 척의 제조 및 복합소결체의 특성평가)
평균 입자직경 0.05㎛의 탄화규소 초미세분말을 플라즈마 CVD법에 의해 기상합성하고 이 탄화규소 초미세분말이 5중량%, 평균 입자직경 0.5㎛의 산화알루미늄분말이 95중량%가 되도록 각각의 양을 측량하여 이것을 초고압 분쇄분산기를 이용하여 2시간 동안 혼합하였다.
이 혼합분말을 건조한 후 원반형으로 성형한 다음 아르곤 분위기 중에서 1780℃에서 3시간 가압하면서 소결함으로써 직경 195㎜, 두께 4㎜의 원반형 복합소결체를 2장 제작했다. 가압력은 30MPa로 했다.
제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경을 SEM(주사전자현미경) 관찰법에 의해 측정하였다. 또 이 복합소결체의 부하전압 500V, 1000V, 3000V 각각에 있어서 체적고유저항값, 즉 배리스터 특성을 정전 척의 사용온도인 20℃의 온도에서 통상방법을 따라 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1, 표 2, 도 4에 도시한다.
표 1에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경은 각각 0.2㎛, 1㎛였다. 또한, 표 2, 도 4에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체의 체적교유저항값은 부하전압이 1000V 이하일 때에는 1×1011Ω·㎝ 이하였던 것에 반하여 부하전압이 3000V일 때에는 8×107Ω·㎝가 되며 제작된 복합소결체는 양호한 배리스터 특성을 갖는 것으로 판명되었다.
또한, 제작된 복합소결체를 SEM 관찰했을 때 일부의 탄화규소입자가 산화알루미늄입자 내에 존재하는 것이 관찰되었다.
다음에 상기 2장의 원반형 복합소결체 중 한쪽의 복합소결체의 중심부에 기계가공에 의해 내경 15㎜의 관통공을 형성하여 제1절연부재로 하였다.
한편, 다른 한장의 복합소결체의 중심부에 내경 15㎜의 관통공을 형성하고 중심부에서 25㎜ 떨어진 장소에 내경 10㎜의 전극삽입공을 기계가공에 의해 형성하여 제2절연부재로 했다.
다음에 제2절연부재의 면상의 전극을 형성하는 영역 내, 즉 중심에서 반경 90㎜ 내의 영역 내에 탄화탄탈륨(30vol%)과 산화알루미늄(70vol%)의 혼합분말을 스크린인쇄법에 의해 도포하여 도전성 재료층을 형성하였다.
또한, 제2절연부재의 면상에 있어서는 도전성 재료층을 형성한 영역의 외측 영역, 즉 반경 90∼97.5㎜의 환상 영역에 산화알루미늄분말을 스크린인쇄법에 의해 도포하여 절연성 재료층을 형성하였다.
다음에 제1절연부재의 제2절연부재와 접합시키는 쪽의 표면을 1.3㎜ 연삭하고 제2절연부재의 전극삽입공에 탄화탄탈륨제의 취출전극을 삽입하고 나서, 제1절연부재와 제2절연부재를 전극재료층과 절연성 재료층을 통해 중합시켰다. 이어서 제1절연부재와 제2절연부재를 1700℃로 가열하면서 7.5MPa로 가압함으로써 도전성 재료층에서 전극을 형성함과 동시에 절연성 재료층에서 접합층을 형성하고, 제1절연부재와 제2절연부재를 전극과 접합층을 통해 접합했다.
다음에 정전 척(제1절연부재)의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면을 통상방법에 따라 연마하고 이 연마면의 표면조도 Ra(중심선 평균조도)를 20Å, 표면조도 Rmax(최대 높이)를 100Å로 했다.
마지막으로 제1절연부재에 피고정기판의 전하를 방전하기 위한 연결선을 연결하여 정전 척으로 하였다.
(정전흡착특성의 측정)
이상과 같이 하여 제조된 정전 척의 정전흡착력, 흡착시간, 탈리시간을 20℃의 온도하에서 측정하였다(정전흡착특성 시험). 피고정기판으로는 직경 20.32㎝(8인치)의 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. 이 때 얻어진 결과를 표 3에 도시한다. 더욱이 본 실시예 및 하기에 기재되는 실시예 2, 비교예 1, 2에 있어서 정전흡착특성의 측정에 이용한 측정장치 및 정전흡착특성의 측정방법에 대해서는 후술하기로 한다.
이어서 정전 척을 플라즈마 CVD장치 내에 장착하여 1.33×102Pa(1.0Torr)의 CF4 : 20vol%, O2 : 80vol%로 이루어진 혼합가스 분위기하(온도 50℃)에 있어서, 정전 척에 20시간 플라즈마를 조사한 후 상기와 마찬가지의 정전흡착특성 시험을 실시하였다. 이 때 얻어진 결과를 표 4에 도시한다.
이 플라즈마 노출 중에 정전 척에는 이상방전의 발생은 인식되지 않았다. 또한, 플라즈마 노출 후에 정전 척의 파손, 손상은 발생하지 않았다.
플라즈마 노출 후의 정전 척의 피고정 기판을 재치하는 쪽 면의 표면조도 Ra(중심선 평균 조도), 및 표면 조도 Rmax(최대 높이)를 통상방법에 의해 측정하였다. 얻어진 결과를 표 4에 도시한다.
표 3, 표 4에 도시한 바와 같이 본 실시예에 있어서 제조된 정전 척은 플라즈마 노출 전후 양쪽에 있어서 정전흡착력이 높고 흡착시간, 탈리시간이 짧아 양호한 정전흡착특성을 나타냈다.
또한, 표 4에 도시한 바와 같이 플라즈마 노출 후의 정전 척의 피고정 기판을 재치하는 쪽 면의 표면 조도는 플라즈마 노출 전과 비교하면 약간 커지지만 정전 척 표면의 평탄도를 유지할 수 있었다.
나아가 정전 척을 플라즈마로 노출하기 전후의 각 정전흡착특성 시험에 있어서는 400℃까지 80℃/분의 승온속도로 승온시켰는데 어느 경우에 있어서도 정전 척에는 열응력에 따른 파손, 손상은 발생하지 않았다.
(정전흡착특성의 측정방법)
여기에서 본 실시예 및 하기에 기재되는 실시예 2, 비교예 1, 2에 있어서 정전 척의 정전흡착특성을 측정할 때에 이용한 측정장치의 개략 구조와 정전흡착특성의 측정방법에 대해, 상기 실시형태에 있어서 설명한 정전 척(10)의 정전흡착특성을 측정하는 경우를 예로 들어 도 5에 기초하여 간단히 설명하기로 한다.
도 5는 측정장치(20)에 정전 척(10)을 재치하고, 또 정전 척(10) 위에 피고정기판(30)을 재치한 상태의 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 나아가 정전 척(10)의 구조에 대해서는 상기 실시형태에 있어서 설명하였으므로 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 측정장치(20)는 관통공(23a)을 관통하는 정전 척 스테이지(23)와, 정전 척 스테이지(23)의 관통공(23a)에 삽통 가능하게 된 압압부재(21)와, 압압부재(21)를 상하방향으로 이동시키기 위한 리프터(22)가 주체로서 구성되어 있다.
이하, 측정장치(20)를 이용한 정전흡착특성의 측정방법에 대해 설명하기로 한다.
처음에 정전 척 스테이지(23) 위에 정전 척(10)의 관통공(5)의 위치가 정전 척 스테이지(23)의 관통공(23a)과 같은 위치가 되도록 정전 척(10)을 재치한다.
이어서 정전 척(10)의 관통공(5)과 정전 척 스테이지(23)의 관통공(23a)에 압압부재(21)를 관통시키고 나서 정전 척(10) 위에 피고정기판(30)을 재치한다.
다음에 리프터(22)를 상하방향으로 이동시켜 압압부재(21)의 도면 상단부를 피고정기판(30)에 접촉시킨다. 이 상태를 유지한 채로 20℃의 온도 하에서 정전 척(10)의 피고정기판(30)을 재치하는 쪽의 면(1S)과 취출전극(6) 사이에 직류 300V의 전압을 인가하고 정전 척(10)에 피고정기판(30)을 정전흡착시켜 5분 경과한 후에 전압의 인가를 중지하고, 리프터(22)를 상하방향으로 이동시킴으로써 압압부재 (21)를 들어올려 피고정기판(30)을 탈착시켰다. 이 때 필요한 흡착력을 로드셀에 의해 측정하여 정전흡착력으로 하였다.
여기에서 흡착시간은 정전 척(10)의 피고정기판(30)을 재치하는 쪽의 면(1S)과 취출전극(6) 사이에 직류 300V의 전압을 인가했을 때 정전 척(10)의 정전 흡착력이 9.8×104Pa(100gf/cm2)가 될 때까지의 시간으로 하였다.
또한, 탈리시간은 정전 척(10)의 피고정기판(30)을 재치하는 쪽 면(1S)과 취출전극(6) 사이에 직류 300V의 전압을 5분간 인가한 후 전압의 인가를 중지하고 그 시점부터 정전 척(10)의 정전흡착력이 9.8×103Pa(10gf/cm2)가 될 때까지의 시간으로 하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합소결체를 제작하였다. 단 복합소결체의 조성은 탄화규소 9중량%, 산화알루미늄 91중량%로 하였다. 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경, 및 복합소결체의 부하전압 500V, 1000V, 3000V 각각의 체적고유저항값(배리스터 특성)을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1, 표 2, 도 4에 도시한다.
표 1에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경은 각각 0.2㎛, 1㎛였다. 또한, 표 2, 도 4에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체의 체적고유저항값은 부하전압이 1000V 이하일 때에는 5×1010Ω·㎝ 이상이었던 것에 반하여 부하전압이 3000V일 때에는 5×107Ω·㎝가 되며 제작된 복합소결체는 양호한 배리스터 특성을 갖는 것으로 판명되었다.
또한, 제작된 복합소결체를 SEM 관찰했을 때 일부의 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자내에 존재하는 것이 관찰되었다.
이 복합소결체를 이용하여 실시예 1과 동일한 조건에서 정전 척을 제조하고 실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 정전 척의 할로겐가스 분위기하의 플라즈마 노출전, 노출후 각각의 정전흡착특성을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 3, 표 4에 도시한다.
플라즈마 노출중 정전 척에는 이상방전의 발생이 인식되지 않고 정전 척의 파손, 손상은 발생하지 않았다.
또한, 플라즈마 노출후의 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면조도 Ra(중심선 평균 조도), 및 표면 조도 Rmax(최대 높이)를 통상방법에 의해 측정하였다. 얻어진 결과를 표 4에 도시한다.
표 3, 표 4에 도시한 바와 같이 본 실시예에 있어서 제조된 정전 척은 플라즈마 노출 전후에 있어서 정전흡착략이 높고 흡착시간, 탈리시간이 짧아 양호한 정전흡착특성을 나타냈다.
또한, 표 4에 도시한 바와 같이 플라즈마 노출후의 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면 조도는 플라즈마 노출전과 비교하면 약간 커지지만 정전 척 표면의 평탄성을 유지할 수 있었다.
나아가 할로겐가스 분위기 하의 플라즈마 노출전, 노출후의 정전흡착특성 시험 시에 둘 다 400℃까지 80℃/분의 승온속도로 승온시켰는데 어느 경우에도 정전 척에는 열응력에 따른 파손, 손상은 발생하지 않았다.
[비교예 1]
실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 복합소결체를 제작하였다. 단 복합소결체의 조성을 탄화규소 3중량%, 산화알루미늄 97중량%로 하였다. 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경 및 복합소결체의 부하전압 500V, 1000V, 3000V 각각의 체적고유저항값(배리스터 특성)을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1, 표 2, 도 4에 도시한다.
표 1에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경은 각각 0.2㎛, 2㎛였다. 또한, 표 2, 도 4에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체의 체적고유저항값은 부하전압이 높아짐에 따라 감소되지만 실시예 1, 2에 있어서 제작된 복합소결체에 비해 그 감소율은 적었다. 이로써 제작된 복합소결체는 양호한 배리스터 효과를 가지지 않는다는 것이 판명되었다.
또한, 제작된 복합소결체를 SEM 관찰했을 때 모든 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자 밖에 존재하고 있는 것이 관찰되었다.
제작된 복합소결체를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 정전 척을 제조하고 실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 정전 척의 할로겐가스 분위기하에서의 플라즈마 노출전, 노출후 각각의 정전흡착특성을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 3, 표 4에 도시한다.
플라즈마 노출중, 정전 척에는 이상방전의 발생이 인식되고, 정전 척의 파손, 손상이 발생했다. 또한, 플라즈마 노출 후의 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면조도 Ra(중심선 평균 조도), 및 표면 조도 Rmax(최대 높이)를 통상방법에 의해 각각 측정하였다. 얻어진 결과를 표 4에 도시한다.
표 3, 표 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서 제조된 정전 척은 플라즈마 노출전에도 충분한 정전흡착력을 가지지 않게 되며, 또한, 플라즈마 노출에 의해 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면 조도가 커져 정전 척 표면의 평탄도가 현저하게 악화되었다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 복합소결체를 제작하였다. 단 복합소결체의 조성을 탄화규소 15중량%, 산화알루미늄 85중량%로 하였다. 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경 및 복합소결체의 부하전압 500V, 1000V, 3000V 각각의 체적고유저항값(배리스터 특성)을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1, 표 2, 도 4에 도시한다.
표 1에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체 중의 탄화규소입자, 산화알루미늄입자의 평균 입자직경은 각각 0.2㎛, 1㎛였다. 또한, 표 2, 도 4에 도시한 바와 같이 제작된 복합소결체의 체적고유저항값은 부하전압이 높아짐에 따라 감소되지만, 실시예 1, 2에서 제작된 복합소결체에 비하면 그 감소율은 적었다. 이로써, 제작된 복합소결체는 양호한 배리스터 효과는 없는 것으로 판명되었다.
또한, 제작된 복합소결체를 SEM 관찰했을 때 모든 탄화규소입자가 산화알루미늄입자의 입자 밖에 존재하고 있는 것으로 관찰되었다.
제작된 복합소결체를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 정전 척을 제조하여 제조된 정전 척의 할로겐가스 분위기 하에서의 플라즈마 노출전, 노출후 각각에 있어서 정전흡착특성을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 3, 표 4에 도시한다.
플라즈마 노출중, 정전 척에는 이상방전의 발생이 인식되어 정전 척의 파손, 손상이 발생하였다. 또한, 플라즈마 노출후의 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면 조도 Ra(중심선 평균 조도), 및 표면 조도 Rmax(최대 높이)를 통상방법에 의해 측정하였다. 얻어진 결과를 표 4에 도시한다.
표 3, 표 4에 도시한 바와 같이 본 실시예에 있어서 제조된 정전 척은 플라즈마 노출전에는 높은 정전흡착력을 가졌지만 플라즈마 노출후에는 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면 조도가 커져 정전흡착력이 현저히 감소되었다.
탄화규소의첨가량(중량%) 산화알루미늄의첨가량(중량%) 탄화규소입자의평균입자직경(㎛) 산화알루미늄의평균입자직경(㎛)
실시예 1 5 95 0.2 1
실시예 2 9 91 0.2 1
비교예 1 3 97 0.2 2
비교예 2 15 85 0.2 1
체적고유저항값(Ω㎝)
500V 1000V 3000V
실시예 1 5×1011 1×1011 8×107
실시예 2 1×1011 5×1010 5×107
비교예 1 5×1015 5×1014 5×1013
비교예 2 8×108 5×108 5×107
플라즈마 노출전
표면 조도 정전흡착특성
Ra(Å) Rmax(Å) 정전흡착력(g/㎠) 흡착시간(sec) 탈리시간(sec)
실시예 1 20 100 250 5 5
실시예 2 20 100 400 1 1
비교예 1 20 100 50 60 60
비교예 2 20 100 400 1 1
플라즈마 노출후
표면 조도 정전흡착특성
Ra(Å) Rmax(Å) 정전흡착력(g/㎠) 흡착시간(sec) 탈리시간(sec)
실시예 1 30 270 230 5 5
실시예 2 50 270 370 1 1
비교예 1 370 2700 40 60 60
비교예 2 4000 20000 120 1 1
제1절연부재, 제2절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소의 함유량을 4∼12중량%의 범위내의 5중량%, 9중량%로 설정한 실시예 1, 2에 있어서는, 플라즈마 노출 전후의 양쪽에 있어서 양호한 정전흡착특성을 나타내며, 제1절연부재가 양호한 배리스터 특성을 갖는 정전 척을 얻을 수 있으며 플라즈마 분위기 중에서 이상방전의 발생이 인식되지 않고 정전 척의 일부가 결손되는 일도 없었다.
이에 반하여 제1절연부재, 제2절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소의 함유량을 3중량%로 설정한 비교예 1에 있어서는, 제조된 정전 척은 플라즈마 노출전에도 충분한 정전흡착력을 가지지 않게 되며 또한, 플라즈마 노출후에는 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면조도가 커지고 플라즈마 노출중의 이상방전이 발생이 인식되어 정전 척의 파손, 손상이 발생하였다.
또한, 제1절연부재, 제2절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소의 함유량을 15중량%로 설정한 비교예 2에 있어서는, 제조된 정전 척은 플라즈마 노출전에는 높은 정전흡착력을 가졌지만 플라즈마 노출후에는 정전 척의 피고정기판을 재치하는 쪽 면의 표면조도가 커져 정전흡착력이 현저히 감소되고 또한, 플라즈마 분위기 중의 이상방전의 발생이 인식되어 정전 척의 일부가 결손되었다.
나아가 상기 실시예 1, 2에 있어서는, 제1절연부재, 제2절연부재를 구성하는 복합소결체 중의 탄화규소의 함유량을 5중량%, 9중량%로 한 경우에 대해서만 설명하였는데 4∼12중량%의 범위 내라면 동등한 효과를 갖는 정전 척을 제조할 수 있다는 것을 본 발명자는 확인하고 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재를 양호한 배리스터 특성을 갖는 특정 조성의 복합소결체로 구성했기 때문에 정전 척의 손상 파손의 원인이 되는 것 외에 피고정기판의 손상이나 파티클의 발생 원인도 되는 플라즈마 분위기 중에서의 이상방전의 발생을 완전히 방지할 수 있음과 동시에 적어도 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재가 전기전도도의 온도 의존성이 적고 할로겐 가스나 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 높은 강도 및 경도를 가지며 내열성, 내열충격성이 우수하며 나아가 피고정기판의 흡탈착의 응답성이 우수한 정전 척을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 정전 척을 이용한 경우에는 피고정기판에 축적되는 전하를 제1절연부재에 연결선 등을 설치함으로써 용이하게 방전할 수 있어 종래와 같이 피고정기판 쪽에 어스선, 도전성 링, 이오나이저 등을 설치할 필요가 없기 때문에 정전 척의 제조비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시형태의 정전 척을 도시한 개략적인 평면도로서 피고정기판을 재치하는 쪽의 면에서 보았을 때의 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 일실시형태의 정전 척의 전극과 제2절연부재의 구조를 도시한 개략적인 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 일실시형태의 정전 척의 구조를 도시한 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 및 비교예 각각의 복합소결체의 체적고유저항값를 도시한 도면이고,
도 5는 정전 척의 정전흡착특성을 측정하기 위한 측정장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
<부호의 설명>
10 정전 척
1 제1절연부재
1S 피고정기판을 재치하는 쪽 면
2 제2절연부재
1a, 2a, 5 관통공
2b 전극삽입공
3 전극
4 접합층
6 취출전극

Claims (6)

  1. 전극을 협지하여 대향 배치된 한쌍의 절연부재를 구비하여 이루어진 정전 척으로서,
    상기 한쌍의 절연부재 중 피고정기판을 재치하는 쪽의 제1절연부재는, 4중량% 내지 12중량%의 탄화규소입자와 산화알루미늄입자를 주성분으로 하는 복합소결체로 이루어짐과 동시에,
    상기 제1절연부재는 배리스터 특성을 가지며 상기 제1절연부재의 체적고유저항값은 상기 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 상기 전극 사이의 전위차가 1000V 이하일 때는 1×109 내지 1×1012Ω·㎝가 되며, 상기 제1절연부재의 피고정기판을 재치하는 쪽의 면과 상기 전극 사이의 전위차가 3000V 이상일 때에는 1×107 내지 1×108Ω·㎝가 된 것을 특징으로 하는 정전 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 구성하는 상기 복합소결체에 함유되는 상기 탄화규소입자의 평균 입자경을 0.5㎛ 이하로 한 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 구성하는 상기 복합소결체에 함유되는 상기 탄화규소입자의 평균 입자경을 0.2㎛ 이하로 한 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 구성하는 상기 복합소결체에 함유되는 상기 산화알루미늄입자의 평균 입자경을 2㎛ 이하로 한 것을 특징으로 하는 정전 척.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 구성하는 상기 복합소결체에 있어서,
    일부 또는 전부의 상기 탄화규소입자가 상기 산화알루미늄입자의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연부재를 구성하는 상기 복합소결체에 있어서,
    알루미늄 및 규소 이외의 금속불순물의 함유량을 0.1중량% 이하로 한 것을 특징으로 하는 정전 척.
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