KR102667316B1 - 정전 척 장치 - Google Patents

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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

일주면으로서 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖고, 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척부와, 정전 척부에 대하여 재치면과는 반대 측에 배치되어, 정전 척부를 냉각하는 베이스부와, 정전 척부와 베이스부의 사이, 또는 정전 척부의 내부에 층상으로 배치된 히터와, 정전 척부와 베이스부를 접착하여 일체화시키는 접착층을 구비하며, 정전 척부에는, 제1 관통 구멍이 마련되고, 베이스부에는, 제1 관통 구멍과 연통하는 제2 관통 구멍이 마련되며, 접착층에는, 제1 관통 구멍 및 제2 관통 구멍과 연통하는 제3 관통 구멍이 마련되고, 제2 관통 구멍에는, 통상의 절연 애자가 고정되며, 절연 애자의 정전 척부 측의 선단은, 정전 척부와 공간을 개재하여 이간되어 있는 정전 척 장치에 관한 것이다.

Description

정전 척 장치
본 발명은, 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은, 2017년 12월 28일에, 일본에 출원된 특원 2017-253791호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 반도체 제조 장치에 있어서는, 웨이퍼나 유리 기판 등의 판상 시료를 척면(재치면)에 고정하는 정전 척 장치가 사용되고 있다. 정전 척 장치는, 정전 흡착 기구를 갖는 정전 척부와, 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와, 정전 척부와 베이스부를 접착시키는 접착층을 갖는다.
이와 같은 정전 척 장치로서, 정전 척부 및 베이스부에 연통하여 마련된 관통 구멍을 갖는 구성이 알려져 있다. 이와 같은 관통 구멍은, 예를 들면, 정전 척 장치로 유지된 판상 시료를 재치면으로부터 이탈시키기 위한 핀을 수용한다. 또, 관통 구멍은, 판상 시료를 냉각하기 위한 냉각 가스를 재치면에 배출하기 위하여 이용된다.
이들 관통 구멍에는, 정전 척 장치의 내전압(耐電壓)을 높이기 위하여 절연 슬리브(절연 애자)가 배치된다(예를 들면 특허문헌 1).
일본 공개특허공보 2004-31665호
상술과 같은 정전 척 장치는, 재치면에 유지된 판상 시료의 가공 불균일을 억제하기 위하여, 플라즈마 가공 등의 가공 시에, 판상 시료의 온도를 면내에서 균일하게 제어하는 것이 요구된다. 그러나, 관통 구멍을 갖는 정전 척 장치는, 정전 척부의 관통 구멍이 형성된 위치에 있어서, 관통 구멍이 형성되어 있지 않은 위치보다 냉각되기 쉬워, 그 결과, 유지된 판상 시료가 면내에서 온도 차를 발생시키기 쉬운 것이 알려져 있다. 그 때문에, 판상 시료의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능한 정전 척 장치가 요구되고 있었다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 판상 시료의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능한 신규 구조의 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 양태로서, 일주면(一主面)으로서 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖고, 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대 측에 배치되고, 상기 정전 척부를 냉각하는 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 베이스부의 사이, 또는 정전 척부의 내부에 층상으로 배치된 히터와, 상기 정전 척부와 상기 베이스부를 접착하여 일체화시키는 접착층을 구비하며, 상기 정전 척부에는, 제1 관통 구멍이 마련되고, 상기 베이스부에는, 상기 제1 관통 구멍과 연통하는 제2 관통 구멍이 마련되며, 상기 접착층에는, 상기 제1 관통 구멍 및 제2 관통 구멍과 연통하는 제3 관통 구멍이 마련되고, 상기 제2 관통 구멍에는, 통상의 절연 애자가 고정되며, 상기 절연 애자의 상기 정전 척부 측의 선단은, 상기 정전 척부와 공간을 개재하여 이간되어 있는 정전 척 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 이하의 특징을 바람직하게 갖는다. 이하의 특징은 서로 조합하는 것도 바람직하다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 베이스부는, 상기 정전 척부 측의 면에, 상기 제2 관통 구멍과 연통하고 상기 제2 관통 구멍보다 직경이 큰 카운터 보어 구멍이 마련되어 있는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 제3 관통 구멍은, 상기 제1 관통 구멍보다 직경이 큰 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 히터는, 평면시에서 상기 제1 관통 구멍의 주위를 둘러싸 형성된 띠상의 제1 부위와, 상기 제1 부위보다 상기 제1 관통 구멍으로부터 떨어져 형성된 띠상의 제2 부위를 갖고, 상기 제1 부위와 상기 제2 부위는 연속되어 있으며, 상기 제1 부위의 폭은, 상기 제2 부위의 폭보다 가는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 베이스부는, 냉매를 유동시키는 유로를 갖고, 상기 히터는, 평면시에서 상기 제1 관통 구멍의 주위를 둘러싸 형성된 띠상의 제1 부위를 가지며, 평면시에 있어서의 상기 제1 부위와 상기 제1 관통 구멍의 거리의 최솟값은, 평면시에 있어서의 상기 유로와 상기 제1 관통 구멍의 거리의 최솟값보다 작은 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 절연 애자의 상기 정전 척부와는 반대 측의 단부는, 상기 베이스부에 착탈 가능하게 고정하는 고정부를 갖는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 제1 관통 구멍, 상기 제3 관통 구멍, 상기 카운터 보어 구멍, 및 상기 제2 관통 구멍은, 평면시에서, 동심(同心)의 원형상이고, 또한, 이 순서로 연통되어 있으며, 상기 제2 관통 구멍 내의 상기 절연 애자의 선단의 높이는, 카운터 보어 구멍의 바닥면과 동일한 높이에 있어도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 제1 관통 구멍의 내경 및 상기 통상의 절연 애자의 내경이 동일해도 된다.
본 발명의 제1 양태에 있어서는, 상기 통상의 절연 애자의 내경이 상기 제1 관통 구멍의 내경보다 커도 된다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능한 신규 구조의 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 정전 척 장치(1)의 바람직한 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 정전 척 장치(1)의 일부 확대도이다.
도 3은 비교예의 정전 척 장치(1X)의 모습을 설명하는 도이다.
도 4는 정전 척 장치(1)의 바람직한 효과를 설명하는 도이다.
도 5는 관통 구멍(30)의 주변 구조의 바람직한 예를 나타내는 개략 평면도이다.
[제1 실시형태]
이하, 도 1~도 5를 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 관한 정전 척 장치에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 각 구성요소의 치수나 비율 등은 적절히 다르게 하고 있는 경우가 있다. 또 이하의 예는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 바람직한 예를 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 수나 위치나 사이즈나 비율이나 부재 등 등에 대하여, 생략, 추가, 치환, 그 외의 변경이 가능하다.
도 1은, 본 실시형태의 정전 척 장치(1)의 개략 단면도이다. 또, 도 2는, 정전 척 장치(1)의 일부 확대도이며, 도 1에 나타내는 영역(II)의 확대도이다.
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 정전 척 장치(1)는, 일주면(상면) 측을 재치면(2a)으로 한 원판상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)의 하방에 마련되어 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하는 베이스부(3)와, 정전 척부(2)와 베이스부(3)의 사이에 배치된 히터(9)와, 정전 척부(2)와 베이스부(3)를 접착하여 일체화시키는 접착층(4)을 구비하고 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 재치면(2a) 측을 정전 척 장치(1)의 상측으로 하고, 베이스부(3) 측을 정전 척 장치(1)의 하측으로 하여 각 구성의 상대 위치를 설명하지만, 사용 시의 정전 척 장치(1)의 자세는, 이 방향에 한정되지 않는다.
(정전 척부)
정전 척부(2)는, 상면을 반도체 웨이퍼 등의 판상 시료(W)를 재치하는 재치면(2a)으로 한 재치판(11)과, 이 재치판(11)과 일체화되어 상기 재치판(11)의 바닥부 측을 지지하는 지지판(12)과, 이들 재치판(11)과 지지판(12)의 사이에 마련된 정전 흡착용 전극(13) 및 정전 흡착용 전극(13)의 주위를 절연하는 절연재층(14)을 갖고 있다.
재치판(11) 및 지지판(12)은, 중합한 면의 형상을 동일하게 하는 원판상의 부재이다. 재치판(11) 및 지지판(12)은, 정전 척부(2)의 가공 시 및 정전 척 장치(1)의 사용 시에 파손되지 않을 정도의 기계적 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는, 절연성의 세라믹스 소결체로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 세라믹스 소결체의 예로서는, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y2O3) 소결체 등을 바람직하게 들 수 있다.
재치판(11)의 재치면(2a)에는, 직경이 판상 시료의 두께보다 작은 돌기부(11b)가 복수 소정의 간격으로 바람직하게 형성되어 있다. 이들 복수의 돌기부(11b)의 정면(頂面)을 연결하는 가상 평면이 재치면(2a)에 해당한다. 복수의 돌기부(11b)는, 판상 시료(W)를 지지한다.
재치판(11), 지지판(12), 정전 흡착용 전극(13) 및 절연재층(14)을 포함한 전체의 두께, 즉 정전 척부(2)의 두께는 임의로 선택할 수 있지만, 바람직한 일례로서 0.7mm 이상이고, 또한 5.0mm 이하로 형성될 수 있다.
예를 들면, 정전 척부(2)의 두께가 0.7mm를 하회하지 않으면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보하는 것이 용이해진다. 정전 척부(2)의 두께가 5.0mm를 상회하지 않으면, 정전 척부(2)의 열용량이 과도하게 커지지 않아, 후술하는 히터(9)나 베이스부(3)에 의하여 정전 척부(2)를 온도 제어한 경우에 응답하기 쉬워진다. 또, 정전 척부(2)의 두께가 5.0mm를 상회하지 않으면, 정전 척부(2)의 횡방향의 열전달이 증가하기 어려워, 판상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다. 또한, 여기에서 설명한 각 부의 두께는 일례이며, 상기 범위에 한정하는 것은 아니다.
정전 흡착용 전극(13)은, 재치면(2a)에 전하를 발생시켜, 발생되는 정전 흡착력으로 판상 시료(W)를 고정하기 위한, 정전 척용 전극으로서 이용된다. 정전 흡착용 전극(13)은, 용도에 따라 형상이나 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 전극(13)은, 도전성 세라믹스 또는 고융점 금속에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
도전성 세라믹스는 임의로 선택할 수 있지만, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등을 바람직하게 들 수 있다.
고융점 금속으로서는, 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등을 들 수 있다.
정전 흡착용 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 0.1μm 이상이고, 또한 100μm 이하의 두께를 선택할 수 있으며, 5μm 이상이고, 또한 20μm 이하의 두께가 보다 바람직하다.
정전 흡착용 전극(13)의 두께가 0.1μm를 하회하지 않으면, 충분한 도전성을 확보하는 것이 용이해진다. 정전 흡착용 전극(13)의 두께가 100μm를 초과하지 않으면, 정전 흡착용 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 사이의 열팽창률 차에서 기인하는, 정전 흡착용 전극(13)과 재치판(11) 및 지지판(12)의 접합 계면에 크랙이 발생하기 어려워진다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 전극(13)은, 임의로 선택되는 제조 방법, 예를 들면 스퍼터법이나 증착법 등의 성막법, 또는 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여, 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(14)은, 정전 흡착용 전극(13)의 주위를 둘러싸 배치되어 있다. 절연재층(14)은, 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(13)을 보호함과 함께, 재치판(11)과 지지판(12)의 경계부, 즉 정전 흡착용 전극(13) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화시킨다. 절연재층(14)은, 재치판(11) 및 지지판(12)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 따라, 바람직하게 구성되어 있다.
정전 흡착용 전극(13)에는, 정전 흡착용 전극(13)에 직류 전압을 인가하기 위한 급전용 단자(15)가 접속되어 있다. 급전용 단자(15)는, 베이스부(3), 접착제층(8), 지지판(12)을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(16)의 내부에 삽입되어 있다. 급전용 단자(15)의 외주 측에는, 절연성을 갖는 도시하지 않은 애자가 마련되며, 금속제의 베이스부(3)와 급전용 단자(15)가 절연되어 있다.
(베이스부)
베이스부(3)는, 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것이며, 두께가 있는 원판상의 부재이다. 또, 베이스부(3)는, 고주파 발생용 전극의 기능을 겸비하고 있어도 된다.
베이스부(3)의 내부에는, 물이나 유기 용매 등의 냉각용 매체를 순환시키는 유로(21)가 바람직하게 형성되어 있다. 베이스부(3)로서는, 냉매로서 유로(21)에 물을 순환시키는 수랭 베이스를 적절히 이용할 수 있다. 유로(21)의 평면시의 형상은 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, 스파이럴형이나, 사행(蛇行)시킨 형상이나, 직선형이나, 임의로 이들 형상 중 2개 또는 3개 이상을 조합한 형상 등을 예로 들 수 있다.
이 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 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) 등이 적절히 이용된다.
이 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알마이트 처리가 실시되어 있거나, 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 내플라즈마성이 향상되는 것 외에, 이상(異常) 방전이 억제되고 내플라즈마 안정성이 향상된 것이 된다. 또, 표면이 알마이트 처리된 베이스부(3)는, 표면이 손상되기 어려워진다.
(히터)
히터(9)는, 정전 척부(2)의 하면(2b)에 도시하지 않은 접착제를 개재하여 고정되어 있다.
또, 히터(9)는, 정전 척부(2)의 하면(2b)과 베이스부(3)의 상면(3a)의 사이에 있어서, 접착층(4)에 매립되어 있다.
히터(9)는, 폭이 좁은 띠상의 금속 재료를 사행시킨 형상을 갖는 도전 부재로 구성된다. 히터(9)는 연속하는 띠상을 갖고, 그 형상이나 길이나 굵기는 임의로 선택할 수 있다. 필요에 따라 복수의 히터(9)가 마련되어도 된다. 히터(9)는, 그 양단에 급전용 단자가 접속되고, 전류가 흐름으로써 발열하여, 정전 척부(2)의 온도를 제어해도 된다.
히터(9)는, 일례로서 두께가 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 정도의 일정한 두께를 갖는 비자성 금속 박판을, 포토리소그래피법이나 레이저 가공에 의하여 원하는 히터 형상으로 가공함으로써 얻어진다. 비자성 금속 박판으로서는, 예를 들면 타이타늄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브데넘(Mo) 박판 등을 들 수 있다. 히터 형상으로서는, 예를 들면 띠상의 도전 박판을 사행시킨 형상으로 하며, 또한 히터의 전체 윤곽을 원환상으로 한 것을 들 수 있다.
이와 같은 히터(9)는, 예를 들면, 정전 척부(2)에 비자성 금속 박판을 접착시킨 후에, 정전 척부(2)의 표면에서 가공 성형함으로써 얻어진다. 또, 정전 척부(2)와는 다른 위치에서 히터(9)를 가공 성형한 것을, 정전 척부(2)의 표면에 전사 인쇄하는 것으로 해도 된다. 또, 히터(9)는, 정전 척부(2)의 내부에 내장되어 있어도 된다.
(접착층)
접착층(4)은, 정전 척부(2)의 하면(2b)과, 베이스부(3)의 상면(3a)의 사이에 개재되어, 정전 척부(2)와 베이스부(3)를 접착 일체화시킨다. 정전 척부(2)의 하면(2b)에 장착된 히터(9)는, 접착층(4)에 매몰되어 있다.
접착층(4)은, -20℃~150℃의 온도 범위에서 내열성을 갖는 접착제인 것이 바람직하다. 접착층(4)의 형성 재료로서, 예를 들면 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등이 적절하다.
접착층(4)의 형성 재료는, 정전 척 장치(1)를 이용하는 환경에 따라, 사용 환경에 높은 내성을 갖는 재료를 선택하여 이용하면 된다. 예를 들면, 정전 척 장치(1)를 산소계 플라즈마의 환경하에서 이용하는 경우에는, 접착층(4)의 형성 재료로서는, 산소계 플라즈마에 대하여 내플라즈마성이 우수한 실리콘계 수지가 바람직하다.
이 접착층(4)은, 액상의 열경화성 접착제의 도막을, 열압착하여 얻어진 경화막이어도 된다.
(냉각 가스 도입 구멍 및 핀 삽통 구멍)
정전 척부(2), 베이스부(3) 및 접착층(4)에는, 이들을 상하로 관통하는 냉각 가스 도입 구멍(30A)과 핀 삽통 구멍(30B)이 각각 복수 마련되어 있다.
냉각 가스 도입 구멍(30A)은, 정전 척부(2)에 재치된 판상 시료(W)를 향하여, 헬륨(He) 등의 냉각 가스(G)를 공급하기 위하여 마련되어 있다.
또, 핀 삽통 구멍(30B)에는, 재치면(2a)에 흡착된 판상 시료(W)의 이탈을 보조하는 리프트 핀(22)이 삽통된다. 리프트 핀(22)의 하단에는, 도시하지 않은 구동부가 접속되어, 핀 삽통 구멍(30B)의 관통 방향을 따라 리프트 핀(22)을 상하로 구동시킨다.
냉각 가스 도입 구멍(30A)과 핀 삽통 구멍(30B)은, 동일한 구성을 가질 수 있다. 이하의 설명에 있어서는, 냉각 가스 도입 구멍(30A)과 핀 삽통 구멍(30B)을 포함하여 간단히 관통 구멍(30)이라고 부른다.
관통 구멍(30)은, 정전 척부(2)를 관통하는 부분인 제1 관통 구멍(31)과, 베이스부(3)를 관통하는 부분인 제2 관통 구멍(32)과, 접착층(4)을 관통하는 부분인 제3 관통 구멍(39)을 갖는다.
제1 관통 구멍(31), 제2 관통 구멍(32) 및 제3 관통 구멍(39)은, 서로 중심축이 일치하고 있다. 제2 관통 구멍(32)의 내주면(32a)에는, 통상의 절연 애자(40)가 고정되어 있다.
도시하는 바와 같이, 제2 관통 구멍(32)의 정전 척부(2) 측(상측)의 개구에는, 제2 관통 구멍(32)보다 직경이 큰 카운터 보어 구멍(33)(제1 카운터 보어 구멍)이 마련되어 있어도 된다. 카운터 보어 구멍(33)은, 제2 관통 구멍(32)과 동심의 원형상이며, 제2 관통 구멍(32)과 연통되어 있다.
도시하는 바와 같이, 제2 관통 구멍(32)의 정전 척부(2)와 반대 측(하측)의 개구에는, 제2 관통 구멍(32)보다 대경(大徑)의, 제2 카운터 보어 구멍(34)이 마련되어 있어도 된다. 카운터 보어 구멍(34)은, 제2 관통 구멍(32)과 동심의 원형상이며, 제2 관통 구멍(32)과 연통되어 있다. 카운터 보어 구멍(34)에는, 하측을 향하는 고정면(34a)이 마련되어 있다. 고정면(34a)에는, 복수의 나사 구멍(34b)이 형성되어 있다.
(절연 애자)
절연 애자(40)는, 임의로 선택되는 재료, 예를 들면 세라믹을 형성 재료로 한다. 절연 애자(40)는, 플라즈마에 대한 내구성을 갖는다. 절연 애자(40)를 구성하는 세라믹스로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 규소(Si3N4), 산화 지르코늄(ZrO2), 사이알론, 질화 붕소(BN), 탄화 규소(SiC)로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 세라믹스를 바람직하게 채용할 수 있다.
절연 애자(40)는, 정전 척부(2) 측에 위치하는 제1 단부(41)와 그 반대 측에 위치하는 제2 단부(42)를 갖는다. 도시하는 절연 애자(40)의 내경은, 제1 관통 구멍(31)의 내경과 대략 동일하다. 관통 구멍(30)이 냉각 가스 도입 구멍(30A)인 경우는, 절연 애자(40)의 내경이 제1 관통 구멍(31)보다 커도 된다.
절연 애자(40)의 외주면(40a)과 제2 관통 구멍(32)의 내주면(32a)의 사이에는, 접착층(49)이 개재하여, 절연 애자(40)와 정전 척부(2)를 접착 고정시키고 있다. 접착층(49)의 형성 재료는 임의로 선택할 수 있지만, 플라즈마에 대하여 내구성을 나타내며 가요성을 갖는 유기계 수지가 바람직하게 사용된다.
절연 애자(40)의 제2 단부(42)에는, 원환상의 플랜지부(42a)가 바람직하게 마련되어 있다. 플랜지부(42a)에는, 플랜지부의 두께 방향(상하 방향)으로 관통하는 관통 구멍(42b)이 형성되어 있다.
플랜지부(42a)는, 카운터 보어 구멍(34) 내에 수용된다. 작업자는, 나사(46)를 플랜지부(42a)의 관통 구멍(42b)에 삽통함과 함께, 베이스부(3)의 나사 구멍(34b)에 체결함으로써, 절연 애자(40)를 베이스부(3)에 고정시킬 수 있다. 플랜지부(42a)와 나사(46)는, 절연 애자(40)의 고정부(48)를 구성한다.
도시하는 절연 애자(40)는, 고정부(48) 및 접착층(49)에 의하여 베이스부(3)에 고정되어 있다.
절연 애자(40)의 고정 양태는 이것에 한정되지 않으며, 고정부(48)를 이용하지 않고 접착층(49)만을 이용하여 베이스부(3)에 고정되는 것으로 해도 된다. 이 경우, 고정부(48)를 구성하는 플랜지부(42a)와 나사(46)는 불필요해진다.
또, 절연 애자(40)가, 접착층(49)을 이용하지 않고 고정부(48)만을 이용하여 베이스부(3)에 고정되는 것으로 해도 된다. 절연 애자(40)가 고정부만을 이용하여 베이스부(3)에 고정되어 있는 경우, 절연 애자(40)는 베이스부(3)에 대하여 착탈 가능해진다.
또, 본 실시형태에 있어서 절연 애자(40)는, 플랜지부(42a)에 있어서 베이스부(3)에 나사(46)에 의하여 고정되어 있다. 그러나, 절연 애자(40)의 고정 방법은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 플랜지부(42a)의 외주면에 수나사를 형성하고, 베이스부(3)의 카운터 보어 구멍(34)의 내주면에 암나사를 형성하여, 이들을 나사 결합함으로써 절연 애자(40)를 고정시켜도 된다. 이 경우, 플랜지부(42a)와 절연 애자(40)는, 별체로 해도 된다.
본 실시형태의 정전 척 장치(1)에 있어서, 절연 애자(40)의 정전 척부(2) 측의 선단(41a)은, 정전 척부(2)와 공간을 개재하여 이간되어 있다. 즉, 선단(41a)과 정전 척부(2)의 사이에는, 다른 부재가 존재하지 않는 공간(간극)이 있다.
도시하는 절연 애자(40)는, 선단(41a)의 높이 위치가, 카운터 보어 구멍(33)의 바닥면(33b)과 동일한 위치로 되어 있으며, 절연 애자(40) 전체가 제2 관통 구멍(32) 내에 매설되어 있다.
상술과 같은 정전 척 장치(1)는, 이하와 같은 효과를 갖는다.
도 3은, 비교예로서의 정전 척 장치(1X)에 대하여, 사용 시의 모습을 설명하는 도이다.
도 4는, 정전 척 장치(1)의 효과를 설명하는 도이다. 도 3, 4는 모두 도 2와 동일한 시야의 단면도이다.
도면에는, 히터(9)로부터 발해지는 열의 움직임을, 흰색 화살표로 나타내고 있다. 도 3, 4에 있어서, 흰색 화살표의 방향은 열이 향하는 방향을 나타낸다. 이하의 설명에서는, 정전 척부(2)의 관통 구멍(30)의 주변에 있어서의 열의 이동의 모습을 설명한다. 도 3, 4에 있어서는, "관통 구멍(30)의 주변"을 영역(α)으로서 나타내고, 영역(α)에 있어서의 열의 이동을 설명한다.
먼저, 관통 구멍(30)을 갖는 정전 척 장치(1, 1X)는, 공통적으로, 관통 구멍(30)과 평면적으로 중첩되는 위치에 히터(9)를 마련할 수 없다. 그 때문에, 흰색 화살표(A1)로 나타내는 바와 같이, 영역(α)은, 영역(α)에 가장 근접한 위치에 마련된 히터(9)로부터 열이 전해져 가열된다.
도 3에 나타내는 정전 척 장치(1X)에서는, 절연 애자(40)의 선단(41a)이 정전 척부(2)에 접하고 있다. 절연 애자(40)는, 정전 척부(2)와 베이스부(3)의 양방에 접하게 된다.
이때, 절연 애자(40)는, 제1 단부(41) 측이 정전 척부(2)로부터 가열되어 고온이 되고, 제2 단부(42) 측이 베이스부(3)로부터 식어져 저온이 되는, 온도 구배가 형성되어 있다. 이 때문에, 영역(α)에 전해진 열은, 흰색 화살표(A2)로 나타내는 바와 같이, 온도 구배에 따른 이동에 의하여 절연 애자(40)를 개재하여 베이스부(3)에 용이하게 전해져, 냉매가 유동하는 유로(21)로 방출된다. 또, 세라믹스제의 절연 애자(40)는, 수지제의 접착층(4)보다 열전도율이 높다. 그 때문에, 영역(α)은, 절연 애자(40)의 존재에 의하여 냉각되기 쉬워져 있었다.
이것에 대하여, 도 4에 나타내는 정전 척 장치(1)에서는, 절연 애자(40)의 선단(41a)이 정전 척부(2)에 접하지 않았다. 그 때문에, 영역(α)에 전해진 열은, 흰색 화살표(A3)로 나타내는 바와 같이, 정전 척부(2), 접착층(4)을 개재하여 베이스부(3)에 전해져, 냉매가 유동하는 유로(21)로 방출된다.
이때, 정전 척부(2)는 히터(9)로부터의 가열에 의하여, 히터(9)에 가까운 쪽이 고온, 영역(α) 측이 저온이 되는, 온도 구배가 형성되어 있다. 그 때문에, 영역(α)에 전해진 열이, 흰색 화살표(A3)와 같이 전해질 때에는, 온도 구배에 역행하게 된다. 이 때문에 열은 전해지기 어려워, 유로(21)로 방출되기 어렵다. 또, 정전 척부(2)와 베이스부(3)의 사이에 배치되어 있는 접착층(4)은, 세라믹스제의 절연 애자(40)보다 열전도율이 낮다. 그 때문에, 정전 척 장치(1)의 영역(α)은, 정전 척 장치(1X)와 비교하여 냉각되기 어려워진다.
상기 설명에서는, 히터(9)에 의하여 가열되는 것으로서 설명했지만, 열원으로서 장치 사용 시의 플라즈마로부터의 입열을 고려했다고 해도, 마찬가지로 정전 척 장치(1)에서는, 절연 애자(40)를 개재하여 영역(α)으로부터 열이 방출되지 않게 된다. 이 때문에, 정전 척 장치(1X)와 비교하여 냉각되기 어려워진다.
이로써, 정전 척 장치(1)는, 영역(α)이 냉각되기 어려워져, 재치면(2a)에 재치된 판상 시료(W)의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능해진다.
상술과 같이, 정전 척 장치(1)에서는, 절연 애자(40)의 선단(41a)이 정전 척부(2)에 접하지 않은 구성을 채용함으로써, 관통 구멍(30)의 주변(영역(α))으로부터의 열의 방출을 억제하여, 영역(α)이 냉각되기 어려운 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 정전 척 장치(1)는, 이하에 나타내는 바와 같은, 관통 구멍(30)의 주변을 가열하기 쉬운 구성과 병용할 수도 있다.
도 5는, 관통 구멍(30)의 주변 구조의 바람직한 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도시하는 히터(9)는, 평면시에서 관통 구멍(30)의 주위를 둘러싸 형성된 띠상의 제1 부위(91)와, 제1 부위(91)보다 관통 구멍(30)으로부터 떨어져 형성된 띠상의 제2 부위(92)를 갖고 있다. 제1 부위(91)와 제2 부위(92)는 연속되어 있다. 또, 제1 부위(91)의 폭은, 제2 부위(92)의 폭보다 가늘게 마련되어 있다. 띠상의 제1 부위(91)는, 알파벳의 C형의 형상, 즉 닫지 않은 환의 형상을 갖는다. 예시되는 유로(21)의 형상은 바람직한 예이지만, 이것에만 한정되지 않는다.
히터는, 띠상의 도전 박판에 통전(通電)시켰을 때의 저항 발열을 이용하여 가열하는 것이다. 제1 부위(91)의 폭(W1)이 제2 부위(92)의 폭(W2)보다 가늚으로써, 제1 부위(91)에서는, 제2 부위(92)보다 발열량이 증가하는 것을 기대할 수 있다. 그 때문에, 이와 같은 구성의 히터(9)를 이용하면, 관통 구멍(30)으로부터 먼 위치에 히터가 있는 경우와 비교하여, 관통 구멍(30)의 주위에 공급하는 열량이 늘어나, 관통 구멍(30)의 주변을 승온시키기 쉬워진다.
또, 도시하는 히터(9)는, 평면시에 있어서의 제1 부위(91)와 관통 구멍(30)의 거리의 최솟값(L1)이, 평면시에 있어서의, 냉매가 유동하는 유로(21)와 관통 구멍(30)의 거리의 최솟값(L2)보다 작은 구성으로 되어 있다. 즉, 히터(9)는, 평면시에 있어서, 유로(21)보다 관통 구멍(30)에 근접하여 마련되어 있다. 그 때문에, 히터(9)와 유로(21)의 위치가 이와 같은 관계이면, 관통 구멍(30)의 주변을 가열하기 쉬워, 관통 구멍(30)의 주변을 승온시키기 쉬워진다.
이로써, 정전 척 장치(1)는, 영역(α)을 승온시키기 쉬워져, 재치면(2a)에 재치된 판상 시료(W)의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능해진다.
이상과 같은 구성의 정전 척 장치(1)에 의하면, 재치면(2a)에 재치된 판상 시료(W)의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능해진다.
또 평면시에서의, 히터(9)와 제2 관통 구멍의 내주면까지의 최소 거리는, 조건에 따라 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면 상기 거리는, 제1 부위와 관통 구멍의 최소 거리(L1)에 대하여, 0.3~0.7인 것이 바람직하다. 이와 같은 거리에 있음으로써, 내전압과 균열성이 양립되는 효과가 얻어진다.
또 평면시에서의, 히터(9)와 카운터 보어 구멍의 측면까지의 최소 거리도, 조건에 따라 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면 상기 거리는, 제1 부위와 관통 구멍의 최소 거리(L1)에 대하여, 0.2~0.8인 것이 바람직하고, 0.3~0.6인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 거리에 있음으로써, 내전압과 균열성이 양립되는 효과가 얻어진다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적절한 실시형태의 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다. 상술한 예에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 벗어나지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 근거하여 다양하게 변경 가능하다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하여, 판상 시료의 면내 온도 차를 저감시키는 것이 가능한 신규 구조의 정전 척 장치를 제공할 수 있다.
1…정전 척 장치
1X…비교예의 정전 척 장치
2…정전 척부
2a…재치면
2b…정전 척부의 하면
3…베이스부
3a…베이스부의 상면
4…접착층
9…히터
11…재치판
12…지지판
13…정전 흡착용 전극
14…절연재층
15…급전용 단자
16…관통 구멍
21…유로
22…리프트 핀
30…관통 구멍
30A…냉각 가스 도입 구멍
30B…핀 삽통 구멍
31…제1 관통 구멍
32…제2 관통 구멍
32a…제2 관통 구멍의 내주면
33…카운터 보어 구멍
33a…카운터 보어 구멍의 측면
33b…카운터 보어 구멍의 바닥면
34…대경의 카운터 보어 구멍
34a…대경의 카운터 보어 구멍의 고정면
34b…나사 구멍
39…제3 관통 구멍
40…절연 애자
40a…절연 애자의 외주면
41…절연 애자의 제1 단부
41a…절연 애자의 선단(정면)
42…절연 애자의 제2 단부
42a…플랜지부
42b…관통 구멍
46…나사
48…고정부
49…접착층
50…지지판의 바닥면
91…제1 부위
92…제2 부위
A1, A2, A3…흰색 화살표(열(熱))
G…냉각 가스
L1…제1 부위와 관통 구멍의 최소 거리
L2…유로와 관통 구멍의 최소 거리
W…판상 시료
W1…제1 부위의 폭
W2…제2 부위의 폭
α…영역
II…영역

Claims (9)

  1. 일주면으로서 판상 시료를 재치하는 재치면을 갖고, 정전 흡착용 전극을 구비하는 정전 척부와,
    상기 정전 척부에 대하여, 상기 재치면과는 반대 측에 배치되고, 상기 정전 척부를 냉각하는 베이스부와,
    상기 정전 척부와 상기 베이스부의 사이, 또는 정전 척부의 내부에 층상으로 배치된 히터와,
    상기 정전 척부와 상기 베이스부를 접착하여 일체화시키는 접착층을 구비하며,
    상기 정전 척부에는, 제1 관통 구멍이 마련되고,
    상기 베이스부에는, 상기 제1 관통 구멍과 연통하는 제2 관통 구멍이 마련되며,
    상기 접착층에는, 상기 제1 관통 구멍 및 제2 관통 구멍과 연통하는 제3 관통 구멍이 마련되고,
    상기 제2 관통 구멍에는, 통상의 절연 애자가 고정되며,
    상기 절연 애자의 상기 정전 척부 측의 선단은, 상기 정전 척부와 공간을 개재하여 이간되어 있고,
    상기 베이스부는, 상기 정전 척부 측의 면에, 상기 제2 관통 구멍과 연통하고 상기 제2 관통 구멍보다 직경이 큰 카운터 보어 구멍이 마련되어 있고,
    상기 제1 관통 구멍, 상기 제3 관통 구멍, 상기 카운터 보어 구멍, 및 상기 제2 관통 구멍은, 평면시에서, 동심의 원형상이고, 이 순서로 연통되어 있으며,
    상기 제2 관통 구멍 내의 상기 절연 애자의 선단의 높이는, 카운터 보어 구멍의 바닥면과 동일한 높이에 있는, 정전 척 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 관통 구멍은, 상기 제1 관통 구멍보다 직경이 큰, 정전 척 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는, 평면시에서 상기 제1 관통 구멍의 주위를 둘러싸 형성된 띠상의 제1 부위와,
    상기 제1 부위보다 상기 제1 관통 구멍으로부터 떨어져 형성된 띠상의 제2 부위를 갖고,
    상기 제1 부위와 상기 제2 부위는 연속되어 있으며,
    상기 제1 부위의 폭은, 상기 제2 부위의 폭보다 가는, 정전 척 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스부는, 냉매를 유동시키는 유로를 갖고,
    상기 히터는, 평면시에서 상기 제1 관통 구멍의 주위를 둘러싸 형성된 띠상의 제1 부위를 가지며,
    평면시에 있어서의 상기 제1 부위와 상기 제1 관통 구멍의 거리의 최솟값은, 평면시에 있어서의 상기 유로와 상기 제1 관통 구멍의 거리의 최솟값보다 작은, 정전 척 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 애자의 상기 정전 척부와는 반대 측의 단부는, 상기 베이스부에 착탈 가능하게 고정하는 고정부를 갖는, 정전 척 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통 구멍의 내경 및 상기 통상의 절연 애자의 내경이 동일한, 정전 척 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통상의 절연 애자의 내경이, 상기 제1 관통 구멍의 내경보다 큰, 정전 척 장치.
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