JP2023031244A - 静電チャックを含む基板処理装置と基板処理方法、及び静電チャックの製造方法 - Google Patents

静電チャックを含む基板処理装置と基板処理方法、及び静電チャックの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】静電チャック、及び静電チャックを含む基板処理装置が開示される。【解決手段】静電チャックは、基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、前記ピンホールの内周に設けられ、拡張可能であり、拡張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材と、を含み、前記膨張部材によって前記ピンホールの直径が変化するように提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を処理するための静電チャックを含む基板処理装置、基板処理方法及びその製造方法に関する。
最近、半導体素子の製造工程のうち、半導体基板に膜を形成する工程や膜をエッチングする工程でプラズマ処理装備が多用されている。
プラズマ処理装備は、半導体基板を処理するための空間を有する工程チャンバと、工程チャンバの内部に配置され、半導体基板を支持する基板支持装置とを含む。
基板支持装置の例には静電チャックがあり、一般な静電チャックは、アルミニウムからなるベースプレートと、ベースプレートの上側に配置されたセラミックパックと、セラミックパックの内部に備えられる内部電極と、を含む。内部電極には、静電気力を発生させるための電源が接続され、半導体基板は、静電気力によって静電チャック上に吸着固定される。
静電チャック上に位置した半導体基板は、プラズマガスによって加熱され、半導体基板の裏面には、半導体基板の温度を調節するための冷却ガスが供給される。冷却ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガスが主に用いられ、冷却ガスは、ベースプレート及びセラミックパックに形成された冷却ガス供給孔を介して半導体基板の裏面へ供給される。
また、ベースプレートとセラミックパックを貫通して形成されたピンホール（ｐｉｎ ｈｏｌｅ）が存在し、ピンホールに沿ってリフトピンが上下動することにより基板の脱着を助ける。
半導体の微細化に伴い、プラズマ発生のためのＲＦパワーが益々高くなりながら、冷却ガス供給孔及びピンホール内の放電現象の発生（例えば、アーキング）が深刻な問題として認識されている。放電現象は、基板支持装置及び基板の損傷を引き起こす可能性がある。特に、ピンホールの直径が冷却ガス供給孔の直径よりも大きく形成され、かかる問題がピンホールにおいてさらに頻繁に発生する。
例えば、基板が静電チャックによって吸着支持された状態でも、冷却ガス供給孔に供給されたヘリウムガスがピンホールに流入する可能性が高く、基板の温度が局所的に上昇することにより、ピンホールに停滞したヘリウムガスが高温になる雰囲気が造成されると、ピンホールにおいてプラズマ放電が発生しながら基板と静電チャックが損傷を被ることがある。また、ピンホールの直径により、リフトピンの繰り返し動作によって発生したパーティクルが静電チャックの表面に露出することにより、放電が発生するおそれがあり、リフトピンが、設計上、意図せずに低い抵抗ポイントと接触した場合、プラズマが流入することにより放電現象が発生するおそれもある。
本発明は、ピン基板処理装置内の放電発生を防止することができる静電チャック及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、前述した目的に限定されず、上述していない本発明の他の目的及び利点は、下記の説明によって理解されることができる。
本発明の一実施形態によれば、基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、前記ピンホールの内周に設けられ、拡張可能であり、拡張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材と、を含む、静電チャックが提供できる。
一実施形態において、前記膨張部材は、前記内周面を有し、電源の供給に応じて膨張する圧電素子であることができる。
前記静電チャックは、前記チャック部材に内蔵され、静電気力を発生させる電極をさらに含むことができる。
前記圧電素子は、前記電極と電気的に接続され、前記電極に電源が印加されると、前記電極から電源の供給を受けて膨張することができる。
前記圧電素子は、前記電極に電源が遮断されると、膨張する前の状態に復元されることができる。
前記チャック部材は、誘電物質からなり、前記圧電素子は、前記チャック部材と同等な誘電率を有するとともに、前記チャック部材に比べて高い体積抵抗を有する素材であることができる。
前記チャック部材と前記圧電素子は、焼結方式で結合されることができる。
一方、前記圧電素子と前記電極は、個別に電源の供給を受け、独立して制御されることができる。
前記ピンホールの上端には、前記膨張部材が収容される収容溝が形成されることができる。
本発明の一実施形態によれば、基板処理空間を提供する工程チャンバと、前記基板処理空間に配置された静電チャックと、前記基板処理空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生器と、を含む、基板処理装置が提供できる。前記静電チャックは、基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、前記ピンホールの内周に設けられ、膨張可能であり、膨張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材と、を含み、前記膨張部材は、電源の供給に応じて膨張する管状の圧電素子であることができる。
前記圧電素子は、前記静電チャックに静電気力を発生させる電極と電気的に接続され、前記電極に電源が印加されると、前記電極から電源の供給を受け、前記ピンホールの内側方向に膨張することができる。
前記圧電素子は、前記電極に供給される電源が遮断されると、元の状態に復元されることができる。
前記圧電素子は、独立して制御される別途の電源に接続されることができる。
前記圧電素子は、前記チャック部材よりも高い体積抵抗を有することができる。
本発明の一実施形態によれば、基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、前記チャック部材に内蔵され、前記チャック部材に静電気力を発生させる電極と、前記ピンホールの内周に設けられ、拡張可能であり、拡張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する圧電素子と、を含む静電チャックを用いて基板を処理する方法が提供できる。前記基板処理方法は、前記チャック部材に電源が印加されて基板がチャッキングされるときに前記圧電素子が膨張することにより、前記ピンホールの内周の長さが減少したままでプラズマ処理を行うことができる。
前記プラズマ処理が完了すると、前記チャック部材に電源が遮断されて基板がデチャッキングされるとき、前記圧電素子が膨張する前の状態に復元され、前記減少したピンホールの内周の長さが減少する前の長さに復元されることができる。
本発明の一実施形態によれば、チャック部材の上面と下面を貫通するようにリフトピンが昇降するためのピンホールを加工するステップと、前記ピンホールの上端部に、膨張の際に前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材を挿入するステップと、前記挿入した膨張部材を前記チャック部材に固定するステップと、を含む、静電チャックの製造方法が提供できる。
前記膨張部材は、前記チャック部材に比べて高い体積抵抗を有し、電源の供給に応じて膨張する管状の圧電素子であることができる。
前記ピンホール加工ステップは、前記ピンホールの上端部を前記膨張部材の形状にカウンターボーリング（ｃｏｕｎｔｅｒ－ｂｏｒｉｎｇ）するステップを含むことができる。
前記ピンホールは、前記チャック部材に少なくとも一つ形成されることができる。
本発明の実施形態によれば、ピンホールに適用された圧電素子に電流が供給されて逆圧電効果が発生し、逆圧電効果によって圧電素子が膨張するにつれてピンホールの直径が減少し、ピンホールの内部への冷却ガスの流入、ピンホールの外部へのパーティクルの流出が防止されることにより、基板処理装置内の放電発生を最小限に抑えることができる。
また、チャック部材に対して高い体積抵抗を有する圧電素子を適用することにより、リフトピンの周辺部の抵抗が増加してピンホールへのプラズマ流入の可能性を低減することができる。
本発明の効果は、上述した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明又は特許請求の範囲に記載された発明の構成によって推論可能な全ての効果を含むものと理解されるべきである。
本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるピンホールの構造を示す図である。 本発明の一実施形態によるピンホールの動作を示す図である。 本発明の一実施形態によるピンホールの動作を示す図である。 本発明の一実施形態による静電チャックの製作方法を示すフローチャートである。
本明細書で使用される用語及び添付図面は、本発明を容易に説明するためのものであるため、本発明が用語及び図面によって限定されるものではない。本発明に用いられる技術のうち、本発明の思想と密接な関連のない公知の技術に関する詳細な説明は省略する。本明細書に記載される実施形態は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明を明確に説明するためのものであるので、本発明が本明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は、本発明の思想から逸脱することなく、修正例又は変形例を含むものと解釈されるべきである。
本発明の実施形態では、プラズマを用いて基板をエッチングする誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ソースを有する基板処理装置について説明する。ところが、本発明は、これに限定されるものではなく、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃｏｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ソースを有する基板処理装置など、リフトピン（Ｌｉｆｔ Ｐｉｎ）が提供され、基板に対する工程を行う様々な種類の装置に適用可能である。
また、本発明の実施形態では、基板支持ユニットとして静電チャックを例示して説明する。しかし、本発明は、これに限定されず、静電チャックが必須的に要求されない場合、支持ユニットは、機械的クランピングによって基板を支持するか、或いは真空によって基板を支持することができる。
図１は本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。
図１を参照すると、基板処理装置１０は、プラズマを用いて基板Ｗを処理する。例えば、基板処理装置１０は、基板Ｗに対してエッチング工程を行うことができる。基板処理装置１０は、チャンバ１００、基板支持ユニット２００、ガス供給ユニット３００、及びプラズマソースユニット部４００を含むことができる。
チャンバ１００は、プラズマ処理が行われる空間を提供し、基板支持ユニット２００は、チャンバ１００の内部で基板Ｗを支持する。ガス供給ユニット３００は、チャンバ１００の内部へ工程ガスを供給し、プラズマソースユニット４００は、チャンバ１００の内部に電磁波を提供して工程ガスからプラズマを生成する。以下、各構成について詳細に説明する。
チャンバ１００は、チャンバボディ１１０とカバー１２０を含む。チャンバボディ１１０は、上面が開放され、内部に空間が形成される。チャンバボディ１１０の底壁には排気孔１１３が形成される。排気孔１１３は、排気ライン１１７に接続され、チャンバボディ１１０の内部に留まるガスと、工程過程中に発生した反応副生成物とが外部へ排出される通路を提供する。排気孔１１３は、チャンバボディ１１０の底壁の縁領域に複数個形成されることができる。
カバー１２０は、チャンバボディ１１０の開いた上面を密閉する。カバー１２０は、チャンバボディ１１０の周囲に相応する半径を有する。カバー１２０は、誘電体材質で提供されてもよい。カバー１２０は、アルミニウム材質で提供されてもよい。カバー１２０及びチャンバボディ１１０によって囲まれる空間は、プラズマ処理工程が行われる処理空間１３０へ提供される。
バッフル２５０は、チャンバ１００内で工程ガスの流れを制御する。バッフル２５０は、リング状に設けられ、チャンバ１００と基板支持ユニット２００との間に位置する。バッフル２５０には分配孔２５１が形成される。チャンバ１００内に留まる工程ガスは、分配孔２５１を通過して排気孔１１３に流入する。分配孔２５１の形状及び配置に応じて、排気孔１１３に流入する工程ガスの流れが制御されることができる。
ガス供給ユニット３００は、チャンバ１００の内部に工程ガスを供給する。ガス供給ユニット３００は、ノズル３１０、ガス貯蔵部３２０、及びガス供給ライン３３０を含む。
ノズル３１０は、カバー１２０に取り付けられる。ノズル３１０は、カバー１２０の中心領域に位置することができる。ノズル３１０は、ガス供給ライン３３０を介してガス貯蔵部３２０に接続される。ガス供給ライン３３０にはバルブ３４０が設置される。バルブ３４０は、ガス供給ライン３３０を開閉し、工程ガスの供給流量を調節する。ガス貯蔵部３２０に貯蔵された工程ガスは、ガス供給ライン３３０を介してノズル３１０に供給され、ノズル３１０からチャンバ１００の内部に噴射される。ノズル３１０は、主に処理空間１３０の中央領域に工程ガスを供給する。これとは異なり、ガス供給ユニット３００は、チャンバボディ１１０の側壁に取り付けられたノズル（図示せず）をさらに含むことができる。このとき、ノズルは処理空間１３０の縁部領域に工程ガスを供給する。
プラズマソースユニット４００は、工程ガスからプラズマを生成する。プラズマソースユニット４００は、アンテナ４１０、電源４２０、及び上部カバー４３０を含む。
アンテナ４１０は、チャンバ１００の上部に設けられる。アンテナ４１０は、螺旋状のコイルとして提供されることができる。電源４２０は、ケーブルを介してアンテナ４１０に接続され、高周波電力をアンテナ４１０に印加する。高周波電力の印加により、アンテナ４１０では電磁波が発生する。電磁波はチャンバ１００の内部に誘導電場を形成する。工程ガスは、誘導電場からイオン化に必要なエネルギーを得てプラズマとして生成される。プラズマは、基板Ｗに設けられ、エッチング工程を行うことができる。
基板支持ユニット２００は、処理空間１３０に位置し、基板Ｗを支持する。基板支持ユニット２００は、静電気力を用いて基板Ｗを固定するか、或いは機械的クランピング方式で基板Ｗを支持することができる。以下、基板支持ユニット２００は、静電気力を用いて基板Ｗを固定する静電チャックを例として挙げて説明する。
静電チャック２００は、チャック部材２１０、ハウジング２３０、及びリフトピン２４０を含む。
チャック部材２１０は、静電気力を用いて基板を吸着する。チャック部材２１０は、誘電板２１１、電極２１２、ヒータ２１３、フォーカスリング２１４、絶縁板２１５、及び接地板２１６を含むことができる。
誘電板２１１は、円板状を有する。誘電板２１１の上面は、基板Ｗに相応するか、或いは基板Ｗよりも小さい半径を有することができる。誘電板２１１の上面には突出部２１１ａが形成されることができる。基板Ｗは、突出部２１１ａに載置され、誘電板２１１の上面と所定の間隔で離隔する。誘電板２１１は、下部領域が上部領域よりも大きい半径を有するように側面に段差が付いてもよい。一例として、誘電板２１１はＡｌ２Ｏ３からなってもよい。
電極２１２は、誘電板２１１の内部に埋め込まれる。電極２１２は、厚さの薄い伝導性材質の円板であって、ケーブル２２１を介して外部電源（図示せず）に接続される。外部電源から印加された電力は、電極２１２と基板Ｗとの間に静電気力を形成して基板Ｗを誘電板２１０の上面に固定させる。外部電源はＤＣ電源であり得る。
ヒータ２１３は誘電板２１１の内部に設けられる。ヒータ２１３は電極２１２の下部に設けられることができる。ヒータ２１３はケーブル２２２を介して外部電源（図示せず）に接続される。ヒータ２１３は、外部電源から印加された電流に抵抗することにより熱を発生させる。発生した熱は、誘電板２１１を介して基板Ｗに伝達され、基板Ｗを所定の温度で加熱する。ヒータ２１３は、螺旋状のコイルからなり、均一な間隔で誘電板２１１の内部に埋め込まれることができる。
フォーカスリング２１４は、リング状を有し、誘電板２１１の上部領域の周囲に沿って配置される。フォーカスリング２１４の上面は、誘電板２１１に隣接している内側部が外側部よりも低くなるように段差が付くことができる。フォーカスリング２１４の上面内側部は、誘電板２１１の上面と同じ高さに位置することができる。フォーカスリング２１４は、プラズマが形成される領域の中心に基板Ｗが位置するように電磁場形成領域を拡張させる。これにより、基板Ｗの全領域にわたってプラズマが均一に形成されることができる。
絶縁板２１５は、誘電板２１１の下部に位置し、誘電板２１１を支持する。絶縁板２１５は、所定の厚さを有する円板であり、誘電板２１１に相応する半径を有することができる。絶縁板２１５は絶縁材質で出来ている。絶縁板２１５は、ケーブル２２３を介して外部電源（図示せず）に接続される。ケーブル２２３を介して絶縁板２１５に印加された高周波電流は、静電チャック２００とカバー１２０との間に電磁場を形成する。電磁場は、プラズマを生成するエネルギーとして提供される。
絶縁板２１５には冷却流路２１１ｂが形成されることができる。冷却流路２１１ｂはヒータ２１３の下部に位置する。冷却流路２１１ｂは、冷却流体が循環する通路を提供する。冷却流体の熱は、誘電板２１１と基板Ｗに伝達され、加熱された誘電板２１１と基板Ｗを迅速に冷却する。冷却流路２１１ｂは、螺旋状に形成されることができる。これとは異なり、冷却流路２１１ｂは、互いに異なる半径を有するリング状の流路が同一の中心を持つように配置されることができる。それぞれの流路は互いに連通することができる。これとは異なり、冷却流路２１１ｂは接地板２１６に形成されることができる。
接地板２１６は絶縁板２１５の下部に位置する。接地板２１６は、所定の厚さを有する円板であって、絶縁板２１５に相応する半径を有することができる。接地板２１６は接地される。接地板２１６は、絶縁板２１５とチャンバボディ１１０とを電気的に絶縁させる。
チャック部材２１０にはピンホール２２０が形成される。ピンホール２２０はチャック部材２１０の上面に形成される。そして、ピンホール２２０はチャック部材２１０を垂直に貫通することができる。ピンホール２２０は、誘電板２１１の上面から誘電板２１１、絶縁板２１５、及び接地板２１６を順次経て接地板２１６の下面に設けられる。
ピンホール２２０は複数個形成されることができる。ピンホール２２０は、誘電板２１１の周方向に複数個配置されることができる。例えば、３つのピンホール２２０は、誘電板２１１の周方向に１２０度の間隔で離間して配置されることができる。その他にも、４つのピンホール２２０が誘電板２１１の周方向に９０度の間隔で離間して配置されるなど、様々な数のピンホール２２０が形成されることができる。
そして、ピンホール２２０は、誘電板２１１の突出部２１１ａに形成されることができる。例えば、円形の平面形状を有する突出部２１１ａの中央に円形のピンホール２２０が形成されることができる。ただし、突出部２１１ａとピンホール２２０の平面形状は多様な形状を有することができる。ピンホール２２０は、突出部２１１ａの一部に形成されることができる。例えば、６つの突出部２１１ａが誘電板２１１の周方向に６０度の間隔で離間して配置され、３つのピンホール２２０が３０度の間隔で離間して配置されることができる。ピンホール２２０の上端には、後述する膨張部材５００が収容される収容溝が形成されることができる。
ハウジング２３０は、接地板２１６の下部に位置し、接地板２１６を支持する。ハウジング２３０は、所定の高さを有する円筒であって、内部に空間が形成される。ハウジング２３０は、接地板２１６に相応する半径を有することができる。ハウジング２３０の内部には各種ケーブル（図示せず）とリフトピン２４０が位置する。
リフトピン２４０は、上下動によって誘電板２１１に基板Ｗをロードするか、或いは誘電板２１１から基板Ｗをアンロードする。リフトピン２４０は基板を支持する。
リフトピン２４０は、複数設けられ、ピンホール２２０のそれぞれの内部に収容される。ここで、リフトピン２４０は、ピンホール２２０の直径よりも微細に小さい直径に形成される。具体的には、リフトピン２４０は、リフトピン２４０とピンホール２２０が同じ中心軸を有するように配置されたときに、リフトピン２４０がピンホール２２０の内側壁に接触しない最小限の直径を有することができる。
リフトピン２４０は、駆動部（図示せず）によって上下方向に駆動されることができる。
図２を参照すると、ピンホール２２０は、直径が変わり得るように設けられる。
本発明の一実施形態による静電チャック２００は、ピンホール２２０の内周に設けられた膨張部材５００をさらに含むことができる。膨張部材５００は、膨張と復元が可逆的に繰り返されることができる。膨張と復元に応じて膨張部材５００の内周サイズが変わるように設けられる。平常時の膨張部材５００の内周サイズは、リフトピン２４０の直径よりも微細に大きく維持され、膨張時の膨張部材５００の内周サイズは、膨張部材５００がピンホール２２０の内側方向に膨張するにつれてリフトピン２４０の直径と同一に変更される。よって、膨張部材５００が膨張すると、膨張部材５００の内周面がリフトピン２４０の外周面に密着し、膨張部材５００が適用されたピンホール２２０の直径が平常時の直径よりも小さくなる。
一例として、膨張部材５００は、電源が供給されると膨張する圧電素子であってもよい。具体的には、ピンホール２２０の上端部が形成される誘電板２１１の上面には、管状の圧電素子５００が挿入されることができる。ここで、電流が流れない状態の管状圧電素子５００の内径は、既存のピンホール２２０の直径と同一に形成される。この時、圧電素子５００は、誘電板２１１に埋め込まれ、チャック部材２１０に静電気力を発生させる電極２１２と電気的に接続されるように設置されることが好ましい。
圧電効果は、圧力が加わったときに物質のイオン結晶構造が変わり、（＋）イオンの中心と（－）イオンの中心がずれて対称性が破れながら双極子モーメントが生成され、物質全体に分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が形成される現象である。その結果、機械的エネルギーが電気的エネルギーに変換される現象であり、圧電素子は、このような圧電現象を示す素子を指す。圧電効果は可逆的であるため、圧電素子に電気エネルギーが加わると、機械的変形が生じる逆圧電効果が発生する。
図３及び図４は、圧電素子に発生する逆圧電効果を説明するためのものである。
本発明の一実施形態によれば、基板Ｗに対するチャッキング（Ｃｈｕｃｋｉｎｇ）動作が行われると、電極２１２に印加される電源によって電極２１２と電気的に接続された圧電素子５００にも電源が供給されて逆圧電効果が発生する。すなわち、ピンホール２２０の上端部に挿入された圧電素子５００が膨張することができる（図３（ａ）参照）。ピンホール２２０に適用された圧電素子５００が逆圧電効果によって膨張するにつれて、ピンホール２２０の直径は既存の直径に比べて減少することができる（図４（ａ）参照）。つまり、チャック部材２１０に静電気力を発生させるために電源が印加されると、チャック部材２１０の電極２１２に接続されるように設置された圧電素子５００にも電源が印加されながら、圧電素子５００に電気エネルギーが加わり、これにより、圧電素子５００が膨張する機械的変形が発生し、ピンホール２２０の直径が減少する。
一方、基板Ｗに対するデチャッキング（Ｄｅｃｈｕｃｋｉｎｇ）動作が行われると、電極２１２に印加されていた電源が遮断され、圧電素子５００に印加されていた電源も遮断されることにより、逆圧電効果が消滅する。したがって、膨張していた圧電素子５００を元来（平常時）のサイズに復元されることができる（図３（ｂ）参照）。これにより、減少していたピンホール２２０の直径が減少前の直径に復元されることができる（図４（ｂ）参照）。つまり、基板チャック部材２１０に印加されている電源を遮断すると、圧電素子５００が原状復帰し、ピンホール２２０の直径も原状復帰する。
一般に、基板Ｗのチャッキング動作は、基板Ｗに対する工程が行われるときに維持され、基板Ｗに対する工程が完了すると、基板Ｗのデチャッキング動作が行われる。したがって、基板Ｗに対して工程が行われるとき、ピンホール２２０の直径が減少した状態であることができる。
圧電素子５００が膨張してピンホール２２０の直径が減少すると、圧電素子５００の内周面がリフトピン２４０の外周面に密着することにより、ピンホール２２０とリフトピン２４０との間に存在していた隙間が消える。これにより、ピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間から頻繁に流入していた冷却ガスの流入可能性が減少し、リフトピン２４０の上下動によって、ピンホール２２０の内部に発生するパーティクルがピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間を介してチャック部材２１０の表面に流出する可能性が著しく減少することができる。
また、圧電素子５００を誘電板２１１に対して高い体積抵抗を有する素材で設けると、ピンホール２２０の周辺部の抵抗が増加してピンホール２２０を介したプラズマ流入の可能性を減少させることができる。
このように、ピンホール２２０内への冷却ガス流入、プラズマ流入の可能性が減少するにつれて、それに伴っていたピンホール２２０内の放電現象の発生が防止されることができる。
一方、圧電素子５００は、誘電板２１１に形成されたピンホール２２０の内部に焼結方式などで完全に結合された状態で提供されることが好ましい。したがって、圧電素子５００を誘電板２１１の誘電率と同等の誘電率を有する素材で形成することにより、結合の容易性を高めることができる。例えば、圧電素子５００は、誘電板２１１と同等の誘電率、及び高い体積抵抗を有する圧電セラミック素材であってもよい。
一方、詳細に図示されていないが、圧電素子５００は、電極２１２とは個別に電源の供給を受けるように設けられることができる。つまり、圧電素子５００は、電極２１２に印加される電源とは独立して制御される電源（図示せず）に接続され、電気エネルギーの供給を受けることができる。圧電素子５００は、別途の電源（図示せず）から電気エネルギーの供給を受けて膨張することにより、ピンホール２２０の直径を減少させることができ、電気エネルギーが供給されないときに元の状態に維持（復元）されることができる。
前述したように、本発明の一実施形態による基板処理方法は、基板をチャッキング（Ｃｈｕｃｋｉｎｇ）するステップと、チャッキングされた基板に対してプラズマ処理を行うステップと、基板をデチャッキング（Ｄｅｃｈｕｃｋｉｎｇ）するステップと、を含むことができる。
基板をチャッキングするステップは、チャック部材２１０に内蔵された電極２１２に電源が印加されて基板に対する静電気力が発生することにより行われる。この時、電極２１２と電気的に接続された圧電素子５００にも電気エネルギーが供給され、逆圧電効果によって圧電素子５００が膨張するにつれてピンホール２２０の内周の直径が減少する。基板チャッキングステップは、基板に対するプラズマ処理工程が行われる間に維持される。よって、プラズマ処理工程が行われる間に、ピンホール２２０の内周の直径が減少したままで維持される。
圧電素子５００が膨張してピンホール２２０の直径が減少すると、圧電素子５００の内周面がリフトピン２４０の外周面に密着することにより、ピンホール２２０とリフトピン２４０との間に存在していた隙間が消える。これにより、ピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間から頻繁に流入していた冷却ガスの流入可能性が減少し、リフトピン２４０の上下動によってピンホール２２０の内部に発生するパーティクルがピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間を介してチャック部材２１０の表面に流出する可能性が著しく減少することができる。
また、圧電素子５００を誘電板２１１に対して高い体積抵抗を有する素材で設けると、ピンホール２２０の周辺部の抵抗が増加して、ピンホール２２０を介したプラズマ流入の可能性を減少させることができる。
このように、膨張部材５００によってプラズマ処理工程中にピンホール２２０内部への冷却ガス流入やプラズマ流入の可能性が減少するにつれて、それに伴っていたピンホール２２０内の放電現象の発生が防止されることができる。
プラズマ処理工程が完了すると、基板に対するデチャッキングが行われ、デチャッキングステップでは、チャック部材２１０の電極２１２に供給されていた電源が遮断される。これにより、圧電素子５００に供給されていた電源も遮断され、逆圧電効果が消滅し、膨張していた圧電素子５００が元の状態に復元されることができる。圧電素子５００が復元されることにより、減少したピンホール２２０の内周の長さも減少する前の長さに復元されることができる。
その後、プラズマ処理工程が完了した基板を処理空間から搬出するために、リフトピン２４０が上昇することができる。
図５は本発明の一実施形態による静電チャックを製造する方法を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態による静電チャック２００は、膨張部材５００を含んで製造される。膨張部材５００は、チャック部材２１０に形成されたピンホール２２０の上端部に挿入され、膨張の際に、ピンホール２２０に昇降可能に収容されるリフトピン２４０の外周面に密着する内周面を含む。膨張部材５００の平常時の内周サイズはピンホール２２０の内周サイズと同一である。一例として、膨張部材５００は、電源の供給によって膨張する圧電素子であってもよい。
チャック部材２１０を貫通するように形成されたピンホール２２０の上端部に適用された膨張部材によれば、ピンホール２２０の直径が変化することができる。
本発明の一実施形態による静電チャックを製造する方法は、チャック部材２１０にピンホールを加工するステップ（Ｓ１）、ピンホール２２０の上端部に膨張部材を挿入するステップ（Ｓ２）、及び膨張部材をチャック部材２１０に固定するステップ（Ｓ３）を含むことができる。
ピンホール２２０を加工するステップ（Ｓ１）は、チャック部材２１０に昇降可能なリフトピンが収容されるピンホール２２０を加工するステップであり、チャック部材２１０の上面と下面を貫通するようにピンホール２２０を加工するステップである。このステップは、ピンホール２２０の上端部であるチャック部材２１０の上面を、挿入される膨張部材５００の形状に加工するカウンターボアリング（Ｃｏｕｎｔｅｒ－Ｂｏｒｉｎｇ）ステップを含むことができる。ピンホール２２０加工ステップ（Ｓ１）では、少なくとも一つのピンホール２２０が加工され、ピンホール２２０は、静電チャックの焼結前に加工されることができる。
加工されたチャック部材２１０の上面には、管状の圧電素子５００が挿入されることができる（Ｓ２）。具体的には、圧電素子５００は誘電板２１１の上面に挿入されることができる。圧電素子５００は、圧電現象を示す素子であって、電源の供給に応じて膨張することができる。また、圧電素子５００は、誘電板２１１よりも高い体積抵抗を有する素材であることができ、誘電板２１１と同等な誘電率を有することができる。
圧電素子５００は、電極２１２と電気的に接続されるように挿入されることができる。又は、別途の電源に接続されて挿入されることができる。
その後、挿入された圧電素子５００をチャック部材２１０に固定することができる（Ｓ３）。固定ステップ（Ｓ３）は、圧電素子５００をピンホール２２０の上端部に挿入したままで静電チャックを焼結することにより行われることができる。一方、静電チャックの焼結前にピンホールを加工し、静電チャックの焼結を行う場合、その収縮率に応じて、ピンホール間の間隔は不規則になることがある。したがって、静電チャックの焼結前にピンホールを加工するときに、その収縮率を考慮して設定位置に対応するように正確にピンホールを加工する必要がある。一方、圧電素子５００の固定方式は、他の結合方式が採用されてもよい。
圧電素子５００の平常時の内径は、既存のピンホール２2０の直径と同一に形成される。つまり、リフトピン２４０の直径よりも微細に大きく形成される。具体的には、リフトピン２４０と圧電素子５００が同じ中心軸を持つように配置されたときにリフトピン２４０が圧電素子５００の内側壁に接触しない最小限の直径を有することができる。
電極２１２と電気的に接続されるように設置された圧電素子５００は、基板Ｗのチャッキング動作の際に電源の供給を受けて逆圧電効果が発生することができる。具体的には、圧電素子５００は、電源が印加されると、膨張することができる。圧電素子５００が膨張するにつれて、圧電素子５００の内周の直径が減少するので、ピンホール２２０の内周の直径が減少することができる。膨張した圧電素子５００の内周面は、リフトピン２４０の外周面と密着することができる。
膨張した圧電素子５００は、基板Ｗのデチャッキング動作の際に元の状態に復帰し、減少したピンホール２２０の直径も元の状態に復元されることができる。圧電素子５００に逆圧電効果が発生してピンホール２２０の直径が減少すると、チャック部材２１０の上面に存在していたピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間が消えることができる。したがって、ピンホール２２０の内部にプラズマと冷却ガスが流入することが防止されることができ、ピンホール２２０からパーティクルがチャック部材２１０の表面に流出することが防止されることができる。これにより、ピンホール２２０及び基板処理装置内の放電（アーキング）の発生を最小限に抑えることができる。
以上、図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態による静電チャック２００、それを含む基板処理装置、基板処理方法及びその製造方法について説明した。本発明の実施形態による静電チャック２００は、ピンホール２２０の内周に挿入された膨張部材５００を含む。膨張部材５００は、膨張と復元が可逆的に発生することができ、膨張の際にリフトピン２４０の外周面と密着する内周面によって、ピンホール２２０とリフトピン２４０との間に存在していた微細な隙間を一時的に除去することができる。膨張部材５００は、電源供給によって膨張する圧電素子であってもよく、プラズマ処理工程が行われる間に膨張したままに維持されることができる。プラズマ処理工程が行われる間に、膨張部材５００が膨張したままに維持されると、ピンホール２２０とリフトピン２４０との隙間を介してピンホール２２０の内部に流入したプラズマと冷却ガスが流入することが防止でき、ピンホール２２０の内部からのパーティクルがチャック部材２１０の表面に流出することが防止できる。したがって、これに起因する基板処理装置内の放電（アーキング）の発生を最小限に抑えることができる。
一方、圧電素子５００の形状は、上述した例に限定されず、ピンホール２２０の上部又は全直径を減少させることができるいずれの形態でも適用されることができる。一例として、圧電素子５００は、ピンホール２２０の内側壁全体に適用されることもできる。
また、以上では、ピンホール２２０の上端部に適用される膨張部材を、電源が供給されると膨張する圧電素子５００として例を挙げて説明したが、膨張部材の形態は、これに限定されず、膨張状態と復元状態が可逆的に切り替えられることにより、ピンホール２2０の直径を可変させることができるいずれの形態でも適用されることができる。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱することなく、様々な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、これらの実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
２００ 静電チャック
２１０ チャック部材
２１１ 誘電板
２１２ 電極
２２０ ピンホール
２４０ リフトピン
５００ 膨張部材

Claims (20)

  1. 基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、
    前記ピンホールの内周に設けられ、拡張可能であり、拡張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材と、を含む、静電チャック。
  2. 前記膨張部材は、電源の供給に応じて膨張する圧電素子である、請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記静電チャックは、前記チャック部材に内蔵され、静電気力を発生させる電極をさらに含む、請求項２に記載の静電チャック。
  4. 前記圧電素子は、前記電極と電気的に接続され、
    前記電極に電源が印加されると、前記電極から電源の供給を受けて膨張する、請求項３に記載の静電チャック。
  5. 前記圧電素子は、前記電極に電源が遮断されると、膨張する前の状態に復元される、請求項４に記載の静電チャック。
  6. 前記チャック部材は、誘電物質からなり、
    前記圧電素子は、前記チャック部材と同等な誘電率を有するとともに、前記チャック部材に比べて高い体積抵抗を有する、請求項２に記載の静電チャック。
  7. 前記チャック部材と前記圧電素子は焼結方式で結合される、請求項６に記載の静電チャック。
  8. 前記圧電素子と前記電極は、個別に電源の供給を受け、独立して制御される、請求項3に記載の静電チャック。
  9. 前記ピンホールの上端には、前記膨張部材が収容される収容溝が形成される、請求項１に記載の静電チャック。
  10. 基板処理空間を提供する工程チャンバと、
    前記基板処理空間に配置された静電チャックと、
    前記基板処理空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生器と、を含み、
    前記静電チャックは、
    基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、
    前記ピンホールの内周に設けられ、膨張可能であり、膨張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材と、を含み、
    前記膨張部材は、電源の供給に応じて膨張する管状の圧電素子である、基板処理装置。
  11. 前記圧電素子は、前記静電チャックに静電気力を発生させる電極と電気的に接続され、
    前記電極に電源が印加されると、前記電極から電源の供給を受けて前記ピンホールの内側方向に膨張する、請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記圧電素子は、前記電極に供給される電源が遮断されると、元の状態に復元される、請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記圧電素子は、独立して制御される別途の電源に接続される、請求項１０に記載の基板処理装置。
  14. 前記圧電素子は、前記チャック部材よりも高い体積抵抗を有する、請求項１０に記載の基板処理装置。
  15. 基板を支持し、少なくとも一つのピンホールが上下方向に貫通し、前記ピンホールにリフトピンが昇降可能に収容されるチャック部材と、前記チャック部材に内蔵され、前記チャック部材に静電気力を発生させる電極と、前記ピンホールの内周に設けられ、拡張可能であり、拡張の際に、前記ピンホールに収容される前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する圧電素子と、を含む静電チャックを用いて基板を処理する方法であって、
    前記チャック部材に電源が印加されて基板がチャッキングされるときに前記圧電素子が膨張することにより、前記ピンホールの内周の長さが減少したままでプラズマ処理を行う、基板処理方法。
  16. 前記プラズマ処理が完了すると、
    前記チャック部材に電源が遮断されて基板がデチャッキングされるとき、前記圧電素子が膨張する前の状態に復元され、前記減少したピンホールの内周の長さが減少する前の長さに復元される、請求項１５に記載の基板処理方法。
  17. チャック部材の上面と下面を貫通するようにリフトピンが昇降するためのピンホールを加工するステップと、
    前記ピンホールの上端部に、膨張の際に前記リフトピンの外周面に密着する内周面を有する膨張部材を挿入するステップと、
    前記挿入した膨張部材を前記チャック部材に固定するステップと、を含む、静電チャックの製造方法。
  18. 前記膨張部材は、前記チャック部材と比較して高い体積抵抗を有し、電源の供給に応じて膨張する管状の圧電素子である、請求項１７に記載の静電チャックの製造方法。
  19. 前記ピンホール加工ステップは、
    前記ピンホールの上端部を前記膨張部材の形状にカウンターボーリング（ｃｏｕｎｔｅｒ－ｂｏｒｉｎｇ）するステップを含む、請求項１７に記載の静電チャックの製造方法。
  20. 前記ピンホールは前記チャック部材に少なくとも一つ形成される、請求項１７に記載の静電チャックの製造方法。
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