KR100330564B1 - 웨이퍼흡착장치용기판및그제조방법 - Google Patents

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시바타 마사하루
니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 세라믹 재료로 이루어진 기판을 구비한 웨이퍼 흡착 장치에 있어서, 흡착면에 웨이퍼를 흡착시킨 후에 웨이퍼 이면에 부착하는 입자의 개수를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
정전 척의 흡착면의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.05 ㎛ 이하(바람직하게는 0.01 ㎛ 이하)가 되도록 가공되어 있는 흡착면 또는 연성 가공면으로 이루어진 흡착면에 대하여, 세정용 부재를 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 흡착면을 세정한다. 이어서, 상기 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정한다. 바람직하게는, 세정용 부재가 브러싱 부재이고, 초음파 세정을 100 ㎑ 이상, 1000 ㎑ 이하의 주파수 및 3.0∼6.0 W/㎠의 초음파 출력으로 행한다.

Description

웨이퍼 흡착 장치용 기판 및 그 제조 방법{SUBSTRATE FOR USE IN WAFER ATTRACTING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼를 흡착하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 웨이퍼의 반송, 노광, CVD, 스퍼터링 등의 성막 공정, 미세 가공, 세정, 에칭, 다이싱 등의 공정에서, 반도체 웨이퍼를 흡착하여 유지하기 위해서, 정전(靜電) 척(chuck)이 사용되고 있다. 이러한 정전 척의 기판으로서 조밀질의 세라믹이 주목되고 있다. 특히, 반도체 제조 장치에 있어서는, 에칭 가스 또는 세정 가스로서, C1F3등의 할로겐계 부식성 가스를 주로 사용한다. 또한, 반도체 웨이퍼를 유지하면서 급속히 가열하고 냉각시키기 위해서는, 정전 척의 기판이 높은 열전도성을 구비하는 것이 요망된다. 또한, 급격한 온도 변화에 의해 파괴되지 않는 내열 충격성을 구비하는 것도 요망된다. 예컨대, 조밀질의 질화알루미늄 및 조밀질의 알루미나는 전술한 할로겐계 부식성 가스에 대한 내식성이라든지, 내열 충격성을 구비하므로 유망시되고 있다.
반도체 제조 장치에 있어서는, 반도체 결함을 초래하는 소위 입자의 발생을 방지하지 않으면 안 된다. 현재의 반도체 제조 장치에 있어서는, 정전 척에 의해서 반도체 웨이퍼의 이면을 흡착하여 유지하고 있지만, 이 때에 반도체 웨이퍼의 이면측에서 입자가 발생한다. 이 입자의 발생량이 많으면, 입자가 반도체 웨이퍼의 표면측이나 챔버 내부로 퍼져서 챔버를 오염시키고, 다른 반도체 웨이퍼의 표면에 반도체 결함을 발생시킬 우려가 있다.
이 문제를 방지하기 위한 기술로는 다음의 방식이 제안되어 있다. 세라믹 정전 척의 흡착면과 실리콘 웨이퍼의 접촉시에는, 정전 척의 흡착면의 오목 볼록면이 실리콘에 접촉하여 경도가 상대적으로 낮은 실리콘을 절삭해서 입자가 발생한다. 이 때문에, 정전 척의 흡착면에 플라즈마를 조사하고 흡착면의 미세한 돌기를 환형으로 함으로써, 실리콘의 절삭을 감소시키고, 이것에 의해 입자의 개수를 감소시키고 있다(일본 공개 특허 공보 평7-245336호).
또한, 일본 공개 특허 공보 평8-55900호에 따르면, 정전 척에 대하여 실리콘 웨이퍼를 흡착할 때에, 정전 척에 인가하는 전압을 완만하게 상승시킴으로써, 정전 척에 실리콘 웨이퍼가 접촉할 때의 충격을 완화시키고 있다. 이것에 의해, 실리콘 웨이퍼의 손상을 억제시키고 실리콘 웨이퍼의 절삭에 의한 입자의 발생 개수를 감소시킨다.
본 발명자는 반도체 웨이퍼를 정전 척에 의해 흡착시킨 후에 반도체 웨이퍼 이면에 부착하는 입자의 개수를 감소시키기 위한 연구를 계속하여 왔다. 상기한 바와 같은 종래 기술에 의하면, 예컨대 8 인치 웨이퍼 1개당 수천 개 정도까지 입자의 개수를 감소시킬 수 있다. 그러나, 반도체 제조 공정에서의 수율을 한층 더 향상시키고, 또한 반도체의 심화된 미세화에 대응하기 위해서는 입자의 발생 개수를 한층 더 저하시키는 것이 필요하다. 예를 들면, 8 인치 웨이퍼당 입자의 개수를 수백 개 정도로까지 감소시키는 것이 요구되고 있었다.
본 발명의 과제는, 세라믹 기판으로 이루어진 웨이퍼 흡착 장치에 있어서, 웨이퍼의 흡착 후에 웨이퍼 이면에 부착하는 입자의 개수를 현저히 감소시키는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 실리콘 웨이퍼상의 입자의 원소 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 연마 가공된 흡착면(1)의 형태를 나타내는 모식도.
도 3은 비교예 1에 따른 정전 척의 흡착면의 세라믹 조직의 주사형 전자 현미경 사진.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전 척의 흡착면의 세라믹 조직의 주사형 전자 현미경 사진.
도 5는 비교예 1에 있어서, 광산란 방식의 입자 카운터에 의해 측정된 실리콘 웨이퍼의 경면측(鏡面側) 표면에서의 입자의 분포를 나타내는 산란도.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에 있어서, 광산란 방식의 입자 카운터에 의해 측정된 실리콘 웨이퍼의 경면측 표면에서의 입자의 분포를 나타내는 산란도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 흡착면
2A, 2B, 2C: 세라믹 입자
3: 입계
본 발명은 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 연성 가공면으로 이루어지며, 이 연성 가공면에 존재하는 오목부의 직경은 0.1 ㎛ 이하이고, 상기 웨이퍼를 상기 기판의 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 웨이퍼에 부착하는 입자의 개수는 1 ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 에칭 처리된 연성 가공면으로 이루어지며, 상기 흡착면에 노출되어 있는 각 세라믹 입자에 단차(段差)가 형성되어 있고, 이 단차가 0.5 ㎛ 이하이며, 상기 웨이퍼를 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 웨이퍼에 부착하는 입자의 개수는 1 ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼를 세라믹 재료로 이루어진 기판의 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판을 제조하는 방법으로서, 연성 가공면으로 이루어진 흡착면에 대하여 세정용 부재를 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 상기 흡착면을 세정하고, 이어서 상기 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼를 세라믹 재료로 이루어진 기판의 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판을 제조하는 방법으로서, 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.05 ㎛ 이하인 흡착면에 대하여 세정용 부재를 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 상기 흡착면을 세정하고, 이어서 상기 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 연성 가공면으로 이루어지며, 상기 연성 가공면의 최대 거칠기(Rmax)는 0.1 ㎛ 이하이고, 상기 웨이퍼를 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 웨이퍼에 부착되는 입자의 개수는 1 ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 반도체 웨이퍼를 세라믹 정전 척에 의해 흡착하여 유지시킨 후에 발생하는 입자에 관해서 상세히 검토하여 다음과 같은 점을 발견하였다. 구체적으로는, 8 인치의 실리콘 웨이퍼의 경면을 질화알루미늄제 정전 척의 흡착면 상에 얹어 흡착시키고, 그 후에 실리콘 웨이퍼의 경면상의 입자의 개수를 측정한 바, 90,000개 이상의 입자가 관측되었다.
이어서, 이 입자를 원소 분석에 이용한 바, 도 1에 나타낸 바와 같은 분석 결과를 얻었다. 알루미늄, 실리콘, 질소, 탄소의 피크가 관측되고 있고, 특히 알루미늄의 피크가 매우 큰 것이 주목된다. 실리콘의 피크도 크다. 다만, 원소 분석시에는, 실리콘 웨이퍼의 위에 입자가 놓여 있는 상태에서 분석을 행하고 있기 때문에, 실리콘의 피크의 대부분은 웨이퍼 중의 실리콘을 반영하고 있는 것으로 생각된다.
이 사실은, 세라믹 정전 척의 흡착면이 실리콘 웨이퍼에 접촉할 때의 충격에 의해 실리콘 웨이퍼의 이면이 절삭되어 입자가 발생한다고 하는 종래의 가설과는 상반되는 것으로, 정전 척의 흡착면 측에 입자 발생의 주원인이 있는 것을 나타내고 있다.
세라믹 정전 척의 흡착면측에서의 입자의 발생 원인은 명확하지는 않다. 그러나, 정전 척의 흡착면은 통상은 연삭 가공에 의해 평탄면을 이루고 있지만, 이 연삭 가공시에 미세한 가공 부스러기가 발생하여, 이 가공 부스러기가 흡착면의 미소한 오목부 내에 잔류하거나 또는 흡착면에 고착되어 있는 것으로 생각된다.
본 발명자는 이러한 발견에 기초하여 정전 척의 흡착면에 대하여 여러 가지의 세정 방법을 실시하였다. 이 결과, 랩 가공(lapping) 등에 의해서 흡착면이 연성 가공면을 형성할 때까지 경면(鏡面) 가공하고, 이어서 이 흡착면에 대하여 고순도 세정제 내에서 세정용 부재를 접촉시키면서 세정하고, 이어서 고순도 물(pure water) 속에서 초음파 세정함으로써, 반도체 웨이퍼의 이면에 부착하는 입자의 개수를, 8 인치 웨이퍼의 이면당(324 ㎠ 당) 3000개 이하(즉, 1 ㎠ 당 9.3개 이하), 그 위에 1000개 이하(즉, 1 ㎠ 당 3.1개 이하)로까지 현저히 감소시키는 데 성공하였다.
구체적으로는, 세라믹 기판의 흡착면을 바람직하게는 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.01 ㎛ 이하의 수준이 될 때까지 랩 가공 등에 의해 경면 가공함으로써,이 흡착면이 연성 가공면이 되고, 새로운 세라믹 입자의 이탈이 생기지 않는 상태가 된다. 이 상태에서는, 연성 가공면에 직경 0.1 ㎛ 이하의 작은 구멍이 남아 있지만, 직경 0.1 ㎛를 초과하는 구멍은 실질적으로 존재하지 않는다. 혹은 연성 가공면에 존재하는 오목부의 직경이 0.1 ㎛ 이하이다. 이들 작은 구멍 중에는 세라믹 입자 내지 그 파편으로 이루어진 입자가 수용되는 일은 없고 반도체 웨이퍼에 부착되는 일은 없다.
또한, 본 발명에 있어서 연성 가공면에 존재하는 오목부의 직경이 실질적으로 0.1 ㎛ 이하이거나 또는 직경이 0.1 ㎛를 초과하는 구멍이 실질적으로 존재하지 않는 경우에는, 50 ㎛ ×70 ㎛ 치수의 범위를 화상 분석에 의해 100 시야(視野)로 관찰했을 때에, 직경 0.1 ㎛를 초과하는 구멍의 개수가 5개 이하인 것을 의미하고 있다. 즉, 세라믹 조직 내에 기본적으로 큰 구멍은 존재하지 않는 것을 의미하고 있고, 어떠한 극히 국소적인 조건에 의해 직경이 0.1 ㎛ 이상이거나 또는 0.1 ㎛를 초과하는 구멍이 약간 생성되어 있는 경우를 포함한다.
그러나, 이 연성 가공면을 초음파 세정한 후에, 정전 척에 의해서 반도체 웨이퍼를 흡착시킨 경우에도, 반도체 웨이퍼의 표면에 25,000개 정도의 입자를 관측하였다. 이 원인은, 아마 세라믹 기판으로부터 이탈한 세라믹 입자 또는 그 파편이 연성 가공면의 작은 구멍 이외의 부분에 고착되고 있어, 이 고착된 입자가 초음파 세정에 의해서는 제거할 수 없는 것으로 생각된다.
이 때문에, 본 발명자는 중심선 평균 표면 거칠기가 0.01 ㎛ 이하의 연성 가공면을 랩 가공 등에 의해서 형성한 뒤에, 고순도 세정제 내에서 브러싱(brushing)세정을 하였다. 그러나, 이 경우에도, 반도체 웨이퍼의 표면에 20,000개 정도의 입자를 관측하였다. 이 원인은, 아마 브러싱에 의해서 흡착면에서 떨어져 나간 입자가 브러시 사이나 세정제 내에 체류하여, 다시 흡착면에 부착된 것에 의한 것으로 생각된다.
본 발명자는 이러한 발견에 기초하여, 연성 가공면으로 이루어진 흡착면에 대하여 세정용 부재를 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 흡착면을 세정한 후에, 다시 이 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하여 보았다. 이 결과, 정전 척과의 접촉 후에 반도체 웨이퍼 이면에 부착하는 입자의 개수를, 8 인치 웨이퍼당 3000개 이하 또는 1000개 이하의 수준까지 감소시키는 데 성공하여 본 발명에 도달하였다.
또한, 본 발명자는 흡착면을 연마 가공하고 나서, 흡착면에 대하여 세정용 부재를 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 흡착면을 세정한 후에, 다시 이 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하여 보았다. 이 결과, 정전 척과의 접촉후에 반도체 웨이퍼 이면에 부착하는 입자의 개수를 역시 큰 폭으로 감소시키는 데 성공하였다.
본 발명자는, 이 이유에 관해서 검토하였다. 흡착면을 연마 가공함으로써, 바람직하게는 Ra가 0.05 ㎛ 이하가 될 때까지 가공한 경우에는, 상기와 같은 연성 가공면 중의 작은 구멍은 없었으나, 연마 가공시의 가공액의 에칭 작용에 의해서 흡착면에 노출하는 각 세라믹 입자에 단차가 발생되었다. 이에 관해서, 도 2를 참조하면서 설명한다.
흡착면(1)에는 다수의 세라믹 입자(2A, 2B, 2C)가 노출되고 있다. 여기에서, 각 세라믹 입자는 각각 결정축의 방향이 상이하기 때문에, 에칭 속도가 서로 상이하다. 이 결과, 연마 처리후에는 각 세라믹 입자(2A, 2B, 2C) 사이에서 단차가 발생하고, 각 세라믹 입자의 입계(3)가 흡착면(1)에 나타난다.
이러한 구조의 흡착면에서는, 각 세라믹 입자(2A, 2B, 2C)의 표면에 입자가 부착되어 있지만, 이 입자는 세정용 부재와의 접촉에 의해서 제거된다. 즉, 각 세라믹 입자는 각각 동등한 표면적을 가지고 있기 때문에, 세정용 부재와 접촉할 수 있다.
이 세정용 부재의 브러시 등의 사이에 끼워진 입자의 일부는 각 세라믹 입자(2A, 2B, 2C)의 표면에 다시 부착한다. 그러나, 이들 재부착된 입자는, 일단 세정용 부재에 의해서 각 세라믹 입자의 표면으로부터 박리되어 있기 때문에, 부착력이 작고, 다음 세정 공정에서 용이하게 제거할 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 세라믹 입자들 사이의 단차가 0.5 ㎛를 초과하면 세정용 부재가 세라믹 입자의 표면에 접촉하기 어렵게 되어 입자를 제거하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 단차가 0.3 ㎛ 이하인 경우의 쪽이, 한층 더 바람직하다.
본 발명에 있어서, 웨이퍼 흡착 장치는 정전 척이 가장 바람직하지만, 진공 척에도 적용 가능하다. 웨이퍼로서는, 고순도를 필요로 하는 반도체 웨이퍼가 가장 바람직하지만, 철 웨이퍼, 알루미늄 웨이퍼에 대해서도 적용 가능하다.
정전 척에 대하여 본 발명을 적용하는 경우, 정전 척의 형태 등은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 세라믹 기판 내에 매설되어야 하는 정전 척의 전극을면상(面狀)의 금속 벌크 재료로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 「면상의 금속 벌크 재료」란, 예컨대 선상(線狀) 벌크체 또는 판상(板狀) 벌크체 등의 벌크 재료를 일체의 판상 부재의 성형체로서 성형한 것을 의미한다.
이 경우에는, 정전 척 전극은 알루미나 분말이라든지 질화알루미늄 분말 등의 세라믹 분말과 동시에 소성되기 때문에, 고융점 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 고융점 금속으로는 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄, 하프늄 및 이들의 합금을 예시할 수 있다. 반도체 오염 방지의 관점에서 보면, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금 및 이들의 합금이 바람직하다.
전술한 면상 벌크 재료로서는, 다음을 예시할 수 있다.
(1) 박판으로 이루어진 면상의 벌크 재료.
(2) 면상의 전극 속에 다수의 작은 공간이 형성되어 있는 벌크 재료. 이것에에는, 다수의 작은 구멍을 갖는 판상체로 이루어진 벌크 재료라든지, 망상(網狀)의 벌크 재료를 포함한다. 다수의 작은 구멍을 갖는 판상체로서는 펀칭 메탈(punched metal)을 예시할 수 있다. 다만, 벌크 재료가 고융점 금속으로 이루어지고, 또한 펀칭 메탈인 경우에는, 고융점 금속의 경도가 높기 때문에, 고융점 금속으로 이루어진 판에 다수의 작은 구멍을 펀치에 의해서 뚫는 것은 곤란하며, 가공 비용도 매우 비싸게 된다. 이 점에서, 벌크 재료가 금망(金網)인 경우에는, 고융점 금속으로 이루어진 선재(線材)를 용이하게 입수할 수 있고, 이 선재를 편조(編組)하면 금망을 제조할 수 있다.
이러한 금망의 메시(mesh) 형상, 선의 직경 등은 특별히 한정하지 않는다.그러나, 선의 직경이 ø0.03 ㎜인 150 메시 금망으로부터 선의 직경이 ø0.5 ㎜인 6 메시 금망에 있어서, 특별한 문제가 없이 사용할 수 있었다. 또한, 금망을 구성하는 선재의 폭방향의 단면 형상은, 원형 이외에, 타원형, 장방형 등의 여러 가지의 압연 형상이어도 좋다. 여기서, 1 메시는 1 인치당 1 개를 의미한다.
정전 척을 구성하는 세라믹 기판 중에는, 정전 척 전극 이외에 저항 발열체, 플라즈마 발생용 전극을 매설할 수 있다.
본 발명의 대상인 웨이퍼 흡착 장치를 구성하는 세라믹 기판으로는 상대 밀도 95% 이상의 알루미나, 질화알루미늄, 질화 규소, 탄화 규소 등을 예시할 수 있고, 알루미나, 질화알루미늄이 특히 바람직하다.
본 발명의 웨이퍼 흡착 장치에 있어서, 흡착면을 가공하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 평균 입자 직경 1 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하의 다이아몬드 등의 고경도 재료의 연마용 입자를 사용한 랩 가공을 이용할 수 있다. 이것에 의해, Ra가 0.01 ㎛ 이하인 연성 가공면을 얻을 수 있었다.
또한, 평균 입자 직경이 2 ㎛ 이하인 실리카, 산화세륨 연마용 입자 등을 사용하고 가공액으로서는 중성 혹은 알칼리성 수용액을 사용한 연마 가공을 이용할 수 있다. 이것에 의해, Ra가 0.05 ㎛ 이하인 연성 가공면을 얻을 수 있었다. 또한, 랩 가공과 연마 가공을 조합할 수도 있다.
고순도 세정제로서는 비저항이 16 ㏁ 이하, 액중의 미립자수가 10 개/㎖ 이하인 초고순도 물이 바람직하지만, 계면 활성제 수용액, 알칼리계 세정제도 적용할 수 있다. 또한, 고순도 세정제의 온도는 실온∼80℃의 범위 내로 하는 것이 특히바람직하다.
웨이퍼 흡착 장치의 흡착면을 세정하기 위한 세정용 부재로는, 브러싱 부재가 특히 바람직하다. 브러싱 부재 중 흡착면과 직접 접촉하는 브러시의 재질은, 폴리우레탄 수지, 테플론 수지, 폴리비닐 알콜계의 「Bellclean(상표명)」(Kanebo Co., Ltd. 제품) 등이 바람직하다.
초음파 세정의 주파수도 특별히 한정되지 않지만, 100 ㎑ 이상, 1000 ㎑ 이하의 주파수를 이용하고, 초음파 출력량을 3.0∼6.0 W/㎠으로 하는 것에 의해 입자의 개수가 특히 감소된다.
[실시예]
이하, 보다 구체적인 실험 결과에 관해서 설명한다.
(정전 척의 제조)
정전 척 전극으로는 몰리브덴제의 금망을 사용하였다. 이 금망은 직경 ø0. 12 ㎜의 몰리브덴 선을 1 인치 당 50개의 밀도로 짠 금망을 사용하였다. 질화알루미늄 분말을 하나의 축방향으로 가압 성형함으로써, 원반 형상의 예비 성형체를 제조하고, 이 때 상기의 금망을 예비 성형체 내에 매설하였다.
이 예비 성형체를 형판 내에 설치하고 카본 호일(carbon foil) 내에 밀봉하여, 1950℃의 온도, 200 kg/㎠의 압력 및 2 시간의 유지 시간으로, 고온 프레스법에 의해서 이 예비 성형체를 소성하여 소결체를 얻었다. 이 소결체의 상대 밀도는 98.0% 이상이었다. 얻은 정전 척의 직경은 200 ㎜이고, 두께는 8 ㎜이었다. 또한, 이 고온 프레스 소성에 의해서, 잔류 기공을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 상대밀도가 99.8% 이상의 소결체를 얻을 수 있다.
[비교예 1]
상기 정전 척의 흡착면을 랩 가공하였다. 우선, 정전 척을 구리 기판 상에 설치하여, 평균 입자 직경이 6 ㎛인 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하고, 또한 평균 입자 직경이 3 ㎛인 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하였다. 이 랩 가공면의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)를 표면 거칠기계로 측정하였더니 0.080 ㎛이었다.
클래스 1000의 청정실(Class 1000 clean room) 내에서, 이 정전 척을 초고순도의 물 중에 침지하고, 730 ㎑의 주파수 및 3.7 W/㎠의 초음파 출력에서 5 분간 25℃의 온도로 초음파 세정하였다. 이어서, 정전 척을 청정 오븐(clean oven) 중에서, 130℃의 온도로 열풍 건조하여 냉각하였다.
대기 중에서, 200℃의 온도로 정전 척의 흡착면에 실리콘 웨이퍼의 경면측을 흡착시키고, 이어서 흡착을 해제시켰다. 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착하고 있는 입자 직경 0.2 ㎛ 이상의 입자의 개수를 광산란 방식의 입자 카운터를 사용하여 측정하였다. 이 측정 결과, 입자의 개수는 94400개였다. 또한, 도 5는 광산란 방식의 입자 카운터에 의해 측정된 입자의 분포를 나타내는 산란도이다.
또한, 이 실리콘 웨이퍼 상의 입자의 원소 분석을 에너지 분산형 분광 분석 장치에 의해 행하였다. 이 결과를 도 1에 나타낸다. 또한, 이 흡착면의 세라믹 조직의 주사형 전자 현미경 사진을 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡착면에서는 질화알루미늄 입자의 이탈이 관측되고 있다. 이것은, 흡착면의가공이 질화알루미늄 입자의 이탈을 수반하는 취성(脆性) 가공인 것을 나타내고 있다.
[비교예 2]
비교예 1과 동일하게, 정전 척의 흡착면을 랩 가공하였다. 동일하게 클래스1000의 청정실 내에서 이 흡착면을 초고순도의 물 중에서 폴리우레탄 수지로 이루어진 롤 브러시(roll brush)를 사용하여, 5분간 브러싱 가공하였다. 이어서, 정전 척을 청정 오븐 내에서, 130℃의 온도로 열풍 건조하고 냉각하였다.
이 정전 척을 사용하여 비교예 1과 동일하게 하고, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수를 측정하였다. 이 측정 결과, 입자의 개수는 80,400개였다. 또한, 실리콘 웨이퍼 상의 입자의 원소 분석의 결과라든지, 흡착면의 세라믹 조직은 비교예 1과 동일하였다.
[비교예 3]
상기와 동일하게 하여 정전 척을 제조한 후, 정전 척을 구리 기판 상에 설치하고, 평균 입자 직경 6 ㎛의 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하고, 또한 평균 입자 직경 3 ㎛의 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하였다. 또한, 정전 척을 순수한 주석 기판 상에 설치하고, 평균 입자 직경이 0.5 ㎛인 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하였다. 이 가공면의 Ra는 0.008 ㎛이었다.
클래스 1000의 청정실 내에서 이 정전 척을 초고순도의 물 중에 침지하고, 730 ㎑의 주파수 및 3.7 W/㎠의 초음파 출력에서, 5분간, 25℃의 온도에서 초음파 세정하였다. 이어서, 정전 척을 청정 오븐 내에서 130℃의 온도로 열풍 건조하고냉각하였다.
이 정전 척을 사용하여 비교예 1과 동일하게 하고, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수를 측정하였다. 이 측정 결과, 입자의 개수는 24,900개이었다. 또한, 실리콘 웨이퍼 상의 입자의 원소 분석 결과는 비교예 1과 동일하였다.
[비교예 4]
상기와 같이 하여 정전 척을 제조하고 비교예 3과 동일하게 하여, 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.008 ㎛인 가공면을 갖는 정전 척을 얻었다. 클래스 1000의 청정실 내에서 이 흡착면을 초고순도의 물 중에서 폴리우레탄 수지로 이루어진 롤 브러시를 사용하여 5분간 브러싱 가공하였다. 이어서, 정전 척을 청정 오븐 내에서 130℃의 온도로 열풍 건조하고 냉각하였다.
이 정전 척을 사용하여 비교예 1과 동일하게 하고, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수를 측정하였다. 이 측정 결과, 입자의 개수는 19,500개이었다. 또한, 실리콘 웨이퍼상의 입자의 원소 분석 결과는, 비교예 1과 동일하였다.
[본 발명의 실시예 1]
상기와 같이 하여 정전 척을 제조한 후, 정전 척을 구리 기판 상에 설치하고, 평균 입자 직경 6 ㎛의 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하고, 또한 평균 입자 직경 3 ㎛의 다이아몬드 연마용 입자를 사용하여 랩 가공하였다. 또한, 정전 척을 순수한 주석 기판 상에 설치하고, 평균 입자 직경 0.5 ㎛의 다이아몬드연마용 입자를 사용하여 랩 가공하였다. 이 가공면의 Ra는 0.008 ㎛이었다. 또한, 이 연성 가공면을 화상 분석하고, 50 ㎛ ×70 ㎛의 범위를 l00 시야로 관찰하더라도, 직경 0.1 ㎛를 초과하는 구멍은 존재하지 않았다.
클래스 1000의 청정실 내에서 이 흡착면을 초순도의 물 중에서 폴리우레탄 수지로 이루어진 롤 브러시를 사용하여 5분간 브러시 가공하였다. 이어서, 이 정전 척을 초고순도의 물 중에 침지하고, 730 ㎑의 주파수 및 3.7 W/㎠의 초음파 출력에서 5분간 25℃의 온도에서 초음파 세정하였다. 이어서, 정전 척을 청정 오븐 내에서 130℃의 온도로 열풍 건조하고 냉각하였다.
이 정전 척을 사용하여 비교예 1과 동일하게 하고, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수를 측정한다. 이 측정 결과, 입자의 개수는 720개이었다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 비교예 1에 대하여 실리콘 웨이퍼의 경면에 대한 입자의 부착 개수를 약 99%까지 감소시키는 데 성공하였다. 또한, 도 6은 광산란 방식의 입자 카운터에 의해서 측정된 입자의 분포를 나타내는 산란도이다.
이 흡착면의 세라믹 조직의 주사형 전자 현미경 사진을 도 4에 나타낸다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡착면에서는 질화알루미늄 입자의 이탈이 관측되지 않고, 연성 가공면으로 되어 있다. 또한, 이 연성 가공면에 있어서의 작은 구멍의 직경은 0.07 ㎛ 이하이다. 또, 이 작은 구멍은 최종 랩 가공 전에 질화알루미늄 입자가 이탈된 구멍의 저면 부근의 부분으로서, 최종 랩 가공에 의해서 이 구멍의 크기를 작게 할 수 있는 것이다.
[본 발명의 실시예 2]
본 발명의 실시예 1과 동일한 실험을 하였다. 다만, 본 발명의 실시예 1에 있어서 초음파 세정시의 주파수를 28 ㎑로 하고, 초음파 출력을 0.8 W/㎠로 하였다. 또한, 동일하게 연성 가공면에는, 직경 0.1 ㎛를 초과하는 구멍은 존재하지 않았다. 이 측정 결과, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수는 2,900개이었다. 또한, 정전 척의 흡착면의 세라믹 조직의 주사형 전자 현미경 사진은 본 발명의 실시예 1과 동일하였다.
[본 발명의 실시예 3]
본 발명의 실시예 1과 동일한 실험을 하였다. 다만, 초음파 세정시의 초고순도의 물의 온도를 80℃의 온도로 하였다. 이 측정 결과, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수는 650개이었다.
[본 발명의 실시예 4]
본 발명의 실시예 1과 동일한 실험을 하였다. 다만, 정전 척의 흡착면은 평균 입자 직경이 1.8 ㎛인 산화세륨 연마용 입자를 일본 엔기스 주식회사(Nippon Engis Co., Ltd.) 제품의 수성 윤활유에 용해시켜 사용하고, 연마 가공하였다. 연마 가공 후의 흡착면의 Ra는 0.03 ㎛이었다. 흡착면에 있어서의 각 세라믹 입자의 단차는 0.3 ㎛ 이하이었다. 또한, 연성 가공면의 작은 구멍은 존재하지 않았다. 이 측정 결과, 실리콘 웨이퍼의 경면측에 부착되어 있는 입자의 개수는 860개이었다.
이상으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 세라믹 기판을 구비한 웨이퍼 흡착 장치에 있어서, 흡착면에 웨이퍼를 흡착시킨 후에 웨이퍼이면에 부착되는 입자의 개수를 현저히 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 연성 가공면으로 이루어지며, 이 연성 가공면에 존재하는 오목부의 직경은 0.1 ㎛ 이하이고, 상기 웨이퍼를 상기 기판의 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 웨이퍼에 부착하는 입자의 개수는 1 ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 흡착면의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.01 ㎛ 이하인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 질화알루미늄 소결체인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 벌크 재료로 이루어진 전극은 모놀리식 형상의 기판에 일체식으로 매설된 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  5. 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 연성 가공면으로 이루어지며, 상기 흡착면에 노출되어 있는 각 세라믹 입자에 단차(段差)가 형성되어 있고, 이 단차가 0.5 ㎛ 이하이며, 상기 웨이퍼를 상기 기판의 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 웨이퍼에 부착하는 입자의 개수는 l ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단차는 0.3 ㎛ 이하인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 기판의 흡착면의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.05 ㎛ 이하인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 질화알루미늄 소결체인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 벌크 재료로 이루어진 전극은 모놀리식 형상의 기판에 일체식으로 매설된 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  10. 웨이퍼를 세라믹 재료로 이루어진 기판의 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 기판의 흡착면을 연성 가공면으로 형성하는 단계와;
    상기 기판의 흡착면을 세정용 부재와 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 상기 세정용 부재에 의해 상기 연성 가공된 흡착면을 세정하는 단계와;
    상기 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하는 단계를 포함하고,
    상기 고순도 세정제로서는 비저항이 16 ㏁ 이하이며 액중의 미립자수가 10 개/㎖ 이하인 초고순도의 물이거나 계면 활성제 수용액 또는 알칼리계 세정제이고, 상기 고순도 세정제의 온도는 실온∼80℃의 온도 범위 내에 있으며, 상기 초음파 세정의 주파수는 100∼1000 ㎑, 상기 초음파 출력량은 3.0∼6.0 W/㎠으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 세정용 부재는 브러싱 부재인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 초음파 세정을 100 ㎑ 이상, 1000 ㎑ 이하의 주파수 및 3.0 W/㎠ ∼ 6.0 W/㎠의 초음파 출력량으로 행하는 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 질화알루미늄 소결체인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 벌크 재료로 이루어진 전극을 기판 예비 성형체 내에 일체식으로 매설하는 단계와, 상기 기판 예비 성형체를 소성함으로써 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  15. 웨이퍼를 세라믹 재료로 이루어진 기판의 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 기판의 흡착면을 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.05 ㎛ 이하인 연성 가공면으로 형성하는 단계와;
    상기 기판의 흡착면을 세정용 부재와 접촉시키면서 고순도 세정제 내에서 상기 세정용 부재에 의해 상기 연성 가공된 흡착면을 세정하는 단계와;
    상기 흡착면을 고순도 세정제 내에서 초음파 세정하는 단계를 포함하고,
    상기 고순도 세정제로서는 비저항이 16 ㏁ 이하이며 액중의 미립자수가 10 개/㎖ 이하인 초고순도의 물이거나 계면 활성제 수용액 또는 알칼리계 세정제이고, 상기 고순도 세정제의 온도는 실온∼80℃의 온도 범위 내에 있으며, 상기 초음파 세정의 주파수는 100∼1000 ㎑, 상기 초음파 출력량은 3.0∼6.0 W/㎠으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판의 흡착면의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.01 ㎛ 이하인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 질화알루미늄 소결체인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판의 제조 방법.
  18. 웨이퍼를 흡착면 상에 흡착하여 유지하기 위한 웨이퍼 흡착 장치용 기판으로서, 상기 웨이퍼 흡착 장치용 기판은 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 흡착면은 연성 가공면으로 이루어지며, 상기 웨이퍼를 상기 기판의 흡착면에 흡착시킨 경우에, 상기 기판의 연성 가공면의 최대 거칠기(Rmax)는 0.1 ㎛ 이하이고, 상기 웨이퍼에 부착하는 입자의 개수는 1 ㎠ 당 9.3개 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  19. 제18항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 질화알루미늄 소결체인 것인 웨이퍼 흡착 장치용 기판.
  20. 제1항, 제5항 및 제18항 중 어느 하나의 항에 기재된 웨이퍼 흡착 장치용 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 흡착 장치.
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