KR100463782B1 - 정전흡착전극및그제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 대구경화에 대응한 정전흡착전극을 정밀도 좋고, 또 용이하게 제작할 수 있도록 하는 것이다.

제 1전극(1)에 제 2전극(2)을 끼우는 오목부를 마련하고, 그 오목부에 절연막(4)을 형성하고, 그 오목부에 제 2전극을 끼워 고정하고, 제 1 및 제 2전극면이 동일평면으로 되도록 가공하고, 그 위에 용사하여 정전흡착막(3)을 형성하고, 용사에 의한 정전흡착막(3)을 소정의 두께로 되도록 연마한다. 이것에 의해, 대구경 웨이퍼에 용이하게 대응할 수 있다.

Description

정전흡착전극 및 그 제작방법

본 발명은 정전흡착전극 및 그 제작방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 등의 반도체 기판(이하, 「기판」이라고 함)을 진공처리, 플라즈마 처리 또는 열처리 등을 할 때에 정전기력을 이용하여 시료대에 기판을 유지하는데 적합한 정전흡착전극 및 제작방법에 관한 것이다.

종래, 기판처리장치에 사용되는 정전흡착전극으로서는, 기판을 흡착하는 전극에 마이너스 고전압을 인가하고, 기판으로부터 플라즈마를 개재하여 어스에 접지하는 회로를 구성한, 이른바 모노폴 전극이라고 하는 타입의 것이 주류이었다. 예를 들면, 일본국 특개 평6-216224호 공보에 기재된 정전척을 들 수 있다. 모노폴 전극은 정전흡착 회로가 간단하게 된다고 하는 장점이라든가 인가되는 정전흡착전위가 기판에서 일정하다고 하는 특징이 있다. 반면에, 흡착 제전조작(除電操作)이 플라즈마가 발생하고 있지 않으면 조작될 수 없다는 단점이 있다.

또, 일본국 특개 평6-216224호 공보에 기재된 정전척에서는, 전극블록에 정전흡착재가 되는 세라믹판을 저온 납땜하여 접합하고 있다. 정전흡착용의 세라믹은 너무 두꺼우면 흡착력이 발생하지 않기 때문에, 소정의 얇은 두께로 마무리할 필요가 있다. 그 정전척에서는 세라믹을 정전블록에 접착한 후, 연마하여 소정의 두께로 마무리하는 방법을 취하고 있다.

또한, 모노폴 전극을 사용한 정전흡착전극으로서, 예를 들면 일본국 특개 평 6-275708호 공보에 기재된 정전척을 들 수 있다. 그 공보에 기재된 정전척은, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 서셉터(블록)상에 절연막을 개재하여 정전흡착막을 접착하는 방법에 의해 제작되고 있다. 이 방법은, 정전흡착막을 예를 들면 저항율이 특정범위에 있는 SIC등으로 제작한다. 또, 웨이퍼 흡착면에 상당하는 부분을 일체물로 하여 제작한다.

또, 이것과 마찬가지로 생각되는 것으로서 일본국 특개 평 6-260449호 공보에 기재된 플라즈마 처리장치에 사용되는 정전척이 있다.

또한, 이른바 다이폴 전극이라고 불리우는 타입의 전극은, 플러스 마이너스의 전극을 정전흡착해야 할 기판면내에 가지며, 플라즈마의 유무에 관계없이 흡착제전이 가능하다고 하는 장점이 있다. 다이폴 전극을 사용한 정전흡착전극으로서는, 예를 들면 미국 특허 제 5055964호 명세서에 기재된 정전척을 들 수 있다. 그 공보에 기재된 정전척은, 전극내에 다른 쪽의 전극을 설치한 타입의 것이다. 테이퍼상의 오목부를 가진 제 1전극과 그 오목부에 수용되는 제 2전극이 접합하여 형성되고, 제 1전극 및 제 2전극 모두 단일의 도체블록으로 제조된다. 제 1전극과 제 2전극을 접합한 후, 조립된 척(chuck)의 꼭대기부 표면에 기계가공을 실시하여, 최종적인 치수 및 평활도, 평면도가 부여된다. 척의 꼭대기부 표면에는 양극산화처리 등의 방법으로 절연재가 형성된다.

정전척은 웨이퍼가 대형화, 즉 6인치에서 8인치,나아가 12인치로 대형화되면 전극온도에 따라서는 정전흡착막과 전극블록과의 열팽창차가 문제되거나, 큰 정전흡착막의 제작이 어렵다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 일본국 특개 평6-216224호 공보에 기재된 세라믹판을 취급할 때, 어느 정도의 두께, 즉 강도가 없으면 접착 등의 취급이 곤란해진다는 문제가 있다.

또, 정전흡착막을 용사(溶射)에 의해 형성하는 경우는, 상기 문제는 적다고 생각되나, 소결재에 비교하여 용사막은 내전압성이 낮다는 점이나, 정전흡착에 필요한 유전율, 전기저항치 등의 물성치를 제어하는 것이 소결재에 비교하여 어렵다고 하는 문제가 있다.

또한, 정전흡착막의 두께는 웨이퍼가 대구경화하여도 변하지 않고, 얇은 정전흡착막으로 하지 않으면 안되기 때문에 그 취급이 대단히 어렵고, 웨이퍼가 대구경화된 경우, 소결체로 정전흡착막을 제작하는 것은 곤란해진다. 즉, 정전흡착막이 되는 소결체의 크기에 비하여 그 두께가 얇아지기 때문에, 약간의 열변형(thermal strain)에 의해 균열이 생기거나, 강도적으로 취급이 어려워진다.

본 발명의 제 1목적은, 이들 과제를 해결하고 대구경 웨이퍼에 용이하게 대응할 수 있는 정전흡착전극 및 그 제작방법을 제공하는데 있고, 전극을 제 1전극과 제 2전극으로 분리하고, 제 1전극의 일부에 오목부를 설치하고, 그 오목부에 절연막을 형성하여 제 2전극을 삽입·고정하고, 양전극의 표면을 평탄하게 가공하여 그 위에 용사에 의해 정전흡착용의 절연막을 형성하고, 최종적으로 소정의 막 두께로 가공함으로써 달성된다.

본 발명의 제 2목적은, 대구경 웨이퍼에 대응하여 전극의 크기를 정밀도 좋고 또 용이하게 제작할 수 있으며, 또한 전극상의 절연막 관리를 용이하게 실시할 수 있는 정전흡착전극 및 그 제작방법을 제공하는데 있고, 전극블록상에 정전흡착부재인 정전흡착 소결체를 복수로 분할하여 배치하고, 정전흡착부재를 전극블록상에 접착 혹은 기계적으로 고정하고, 정전흡착부재가 고정된 전극블록상에 절연재의 피막을 용사에 의해 형성하고, 절연재의 피막이 형성된 전극블록 상면을 연마하여 정전흡착부재면을 노출시킴으로써 달성된다.

제 1전극의 일부에 오목부를 마련한다. 그 오목부에 절연막을 형성하여 제 2전극을 삽입, 고정한다. 이에 의해 제 1, 제 2양전극 표면을 기계가공할 수 있기 때문에, 전극표면을 평탄하게 가공할 수 있어 전극의 제작이 용이해진다. 또한 고정밀도로 제작할 수 있기 때문에, 가공후의 양전극 표면상에 용사에 의해 정전흡착용의 절연막을 형성함으로써, 정전흡착용의 절연막의 막 두께도 고정밀도로 되고, 정전흡착 특성의 관리도 용이하게 행할 수 있게 된다. 이에 의해, 일체물의 정전흡착막에 있어서의 웨이퍼 대구경화에 수반되는 제작의 어려움은 해결된다.

또, 정전흡착부재를 물성치가 비교적 안정되어 있는 소결체로 함으로써, 내전압 부족은 해소된다. 또, 작은 복수의 소결체 판재로 구성한다. 이것을 정전흡착면으로 되도록 전극블록상에 배치하고, 납땜 등으로 접착한다. 다음에, 소결체를 고정한 전극블록상에 내전압이 높은 알루미늄 등의 절연재를 용사에 의해 성막한다. 그 후, 소결체가 노출되어 소정의 두께로 될 때까지 연마한다. 이와 같이 하여 정전흡착전극을 제작하기 때문에, 정전흡착면은 소결체로 형성할 수 있고 그 이외 부분은 내전압이 높은 용사막으로 형성할 수 있다. 이에 의해, 소결체의 물성치로 정전흡착특성을 결정할 수 있고, 작은 부재의 소결체 조합에 의해 정전흡착면을 형성할 수 있기 때문에, 일체물의 정전흡착막의 제작에 대하여 웨이퍼의 대구경화에 수반되는 제작의 어려움이 해결된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 9를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 정전흡착전극을 사용한 기판처리장치의 일례를 나타낸 것이다. 기판처리장치로서는, 예를 들면 에칭장치, 성막장치 등 플라즈마를 사용한 플라즈마 처리장치나 이온 주입장치 등의 진공처리장치가 있다. 본 실시예의 경우는, 플라즈마 처리장치를 예로 들어 설명한다.

내부에 플라즈마(5)를 발생시킬 수 있는 진공용기(1)에는, 가스 공급장치(2) 및 진공배기장치(3)가 접속되고, 플라즈마 발생장치(4)가 설치되어 있다. 진공용기(1)내에는 플라즈마(5)에 의해 처리되는 시료, 예를들어 반도체 소자 기판인 웨이퍼나 액정기판 등의 기판(9)이 배치되는 시료대가 설치되어 있다. 시료대는 정전흡착전극(10)을 사용하여 구성되어 있다.

정전흡착전극(10)은 이 경우, 전극(11), 전극(12), 절연막(13) 및 절연막(14)으로 이루어진다. 전극(11)은 내부에 냉매유로(21)가 형성되는 동시에 상면에 링상의 오목부가 형성되어 있다. 전극(12)은 링상형으로 형성되어 있다. 전극(11, 12)은 알루미늄 합금 등의 도전재료로 제작된다. 전극(11) 상면의 오목부에는 절연막(13)을 개재하여 전극(12)이 끼워져 고정된다. 절연막(13)은 전극(11)과 전극(12)의 사이에 있어, 양자를 전기적으로 절연한다. 전극(11)과 전극(12)의 표면에는 정전흡착용의 절연막(14)이 형성된다.

또, 전극(11)에는 전압인가를 위한 리드선(18)이 접속되어 있다. 전극(12)에는 전압 인가용의 리드선(19)이 접속된다. 리드선(19)은 전극(11)에 설치된 절연관(15)에 의해 형성되는 관통구멍을 통하여 접속된다. 리드선(19)과 전극(11)은 절연관(15)에 의해 전기적으로 절연된다. 리드선(18, 19)은 정전흡착용 전원(8)에 접속된다. 전극(11, 12)은 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 정전흡착용 전원(8)에 의해 플러스 마이너스 전압을 인가함으로써 전극(11, 12)의 상면에 기판(9)을 정전흡착시킬 수 있게 된다. 또, 전극(12)에 리드선(19)을 접속하는 것은, 도시하지 않지만 전극(12)에 암나사를 형성하고, 리드선(19)의 선단에 수나사를 형성하여, 전극(12)과 리드선(19)을 볼트체결하는 것에 의해서도 용이하게 실시할 수 있다. 이것은 전극(11)과 리드선(18)과의 접속에 있어서도 마찬가지이다.

또, 전극(11)의 중앙에는 절연관이 설치된 관통구멍(20)이 마련되어 있다. 관통구멍(20)은 정전흡착된 웨이퍼 이면에 전열가스(heat transmission gas)를 도입할 때에 사용된다. 정전흡착용의 절연막(14)은, 이 경우 용사에 의해 형성되고, 맨 마지막에 연마 마무리를 행하여 평탄하고 또 소정의 막 두께 상태로 가공된다. 용사에 의한 절연막(14)을 사용하면, 미리 전극 표면에 기계가공을 실시하여 오목부(도시생략)을 형성하여 둠으로써, 절연막(14) 형성 후의 전극(11) 혹은 전극(12)의 표면에 용이하게 홈(groove)을 형성할 수 있다. 이에 의해 전극표면에 가스 분산 홈을 마련하는 전극설계가 용이해진다. 전극 표면으로의 가스분산 홈은, 처리되는 기판의 온도제어를 위한 기판 이면으로의 전열가스(예를들어, 헬륨가스)의 공급이나, 기판온도 분포의 균일화를 위한 전열특성을 조정하기 위해 마련된다.

정전흡착전극(10)의 진공용기(1) 저면에의 설치는 어스판(24)에 의해 행해진다. 어스판(24)에는 절연판(23)을 개재하여 전극(11)이 설치되어 있다. 중앙에 마련된 가스공급용의 관통구멍(20)으로 공급된 전열가스가 누설되지 않도록 각 접속부는 시일(seal)되고, 전극(11), 절연판(23) 및 어스판(24)은 볼트(도시 생략)로 체결되어 고정되어 있다. 전극(11)의 외측 주위에는 커버(22)가 설치되어 있다. 커버(22)는 외주부를 향해 매끄럽게 경사져 있다. 따라서, 상방으로부터 플라즈마 중의 이온조사를 받은 경우에 그늘지는 부분이 없다. 그 때문에, 플라즈마 에칭 등의 처리를 행할 때에 발생하는 반응생성물이 커버(22)에 퇴적되어도, 클리닝용의 플라즈마 중에 노출되게 함으로써 용이하게 제거할 수 있다. 따라서, 이물의 저감도 용이하게 행할 수 있다.

또한, 전극(11)에는 정전흡착용 전원과 함께 바이어스 전원(7)이 접속되어 있다. 바이어스 전원(7)은 고주파 바이어스 전압을 전극(11)에 인가하는데, 전극(11)과 어스판(24)사이에서 이상방전을 발생하지 않도록, 전극(11), 절연판(23) 및 어스판(24)의 직경을 변경하여, 전극(11)과 어스판(24)의 양자가 직접 보이지 않도록 하고 있다. 이에 의하여, 전극(11)의 외주부에 별도의 절연부재를 설치할 필요가 없이 커버(22)가 겸용되고 있다.

또한, 도 1에 나타낸 기판(16)의 온도제어는, 전극(11)에 설치된 냉매유로(21)에 흐르는 냉매의 온도에 따라 제어된다. 즉, 냉매의 온도에 의해 전극(11)이 온도 제어되고, 절연막(14) 및 전열가스를 거쳐 기판(9)의 온도가 제어된다. 이 경우, 냉매유로(21)는 전극(11)에만 설치되어 있는데, 절연막(13)을 개재하여 열전도에 의해 전극(12)도 온도 제어된다. 따라서, 냉매는 전극(12)에 공급할 필요는 없다. 이에 의해, 냉매유로(21)는 전극(11)에 설치하는 것 만으로 충분하고, 기구적으로도 간략화된다.

또, 본 실시예에서는 기판의 수수 기구부등은 생략하였다.

이와 같이 구성된 정전흡착 전극을 제작하는 방법을 이하에 나타낸다.

먼저, 도 2에 나타낸 전극(11)을 제작한다. 전극(11)에는 미리 전극(12)을 끼우기 위한 홈, 즉 오목부가 마련되어 있다. 그 홈에는 절연막(13)이 형성된다. 절연막(13)은 이 경우, 용사에 의해 형성하고, 전극(11)과 전극(12)과의 전기적 절연을 도모하기 위하여 절연성이 뛰어난 알루미늄 100%의 용사막으로 한다. 도 3은 도 2를 입체적으로 나타낸 도이다. 절연막(13)의 일부에는 절연관(15)의 관통구멍에 연결되는 구멍이 마련되어 있다. 또, 전극(11)의 중앙에는 관통구멍(20)이 마련되고, 전열가스의 공급구멍을 형성한다.

또. 도 2, 도 3에 나타낸 절연막(13)은 용사에 의해 형성하는 실시예를 나타냈으나, 다른 절연막의 형성방법으로서 다음과 같이 하여도 된다.

전극(11)과 전극(12)과의 대향면에 위치하는 절연막을 알루미나 등의 절연재료에 의해 치환한다. 그 일례를 도 4에 나타낸다. 저면부를 절연판(131)으로 하고, 외측 측면을 절연링(132)으로 하고, 내측 측면을 절연링(133)으로 하여, 전극(11)과 전극(12) 사이의 전기적 절연을 확보한다. 절연판(131)에는 리드선(19)을 통하게 하기 위하여 절연관(15)에 대응하여 구멍(16)이 마련되어 있다. 절연판(131), 절연링(132, 133)은, 도 4에 나타낸 바와 같이 별도의 부품에 의해 구성하여도 좋고, 또 도 5에 나타낸 바와 같이 일체로 제작하여도 좋다.

도 2에 나타낸 전극(11)의 오목부에 끼워 맞추어지는 전극(12)을 도 6에 나타낸다. 링형상으로 형성된 전극(12)은 지금까지 서술한 도 3, 도 4, 도 5에 나타낸 절연막 및 절연재를 사용하는 경우에 적용된다.

또, 도 2, 도 3에서는 전극(11)에 절연막(13)을 마련하였는데, 전극(12)에 절연막을 마련하여도 된다. 도 7은 전극(12)측에 절연막(135)을 마련한 예를 나타낸다. 절연막(135)은 전극(12)의 저면 및 양 측면에 용사하여 마련된다.

다음에, 전극(11)과 전극(12)을 끼운 상태를 도 8에 나타낸다. 절연막(13)의 막두께가 마이크론(micron) 단위로 제작되는 경우는 별도로 하고, 통상의 가공정밀도로 제작한 전극(11)과 전극(12)과의 상면은 동일 평면내로 된다고는 단정할 수 없다. 도 8에 일점쇄선으로 나타낸 연마면까지 가공함으로써, 전극(11)과 전극(12)의 상면에 동일 평면내에서 평탄화된다.

다음에, 도 9에 나타낸 바와 같이 연마면의 위로부터 정전흡착용의 절연막을 용사에 의해 형성한다. 마지막으로 흡착용 절연막이 소정의 두께로 되도록 최종 연마하여 완성한다.

이상 서술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 전극면을 연마가공함으로써, 각각의 전극상면이 동일 평면내에서 평탄화되고, 그 평탄화된 전극면상에 절연막을 용사하고, 그 절연막을 소정의 두께로 최종 연마하기 때문에 전극의 크기를 정밀도 좋고 또 용이하게 제작할 수 있으며, 또한 전극상의 절연막 관리를 용이하게 실시할 수 있다. 이에 의해, 대구경의 전극도 정밀도 좋고 용이하게 제작할 수 있다. 고정밀도의 정전흡착전극을 용이하게 제작할 수 있기 때문에, 정전흡착특성이 안정된다는 효과가 있다. 또, 기계가공에 의해 각 부품을 제작할 수 있기 때문에, 제작비가 저렴해진다고 하는 효과도 있다. 또한, 전극에 리드선을 접속하는 방법으로 볼트 체결법을 이용할 수 있기 때문에, 확실하고 조립성이 뛰어나다는 효과도 있다. 또, 전극표면의 형상도 용이하게 기계가공으로 제작할 수 있기 때문에, 기판온도 설계를 위한 기판이면 가스(헬륨가스)의 유로를 자유롭게 설계할 수 있다는 효과도 있다. 또, 기판흡착면이 연마가공되는 동시에, 기판 이면에 냉각가스를 공급할 수 있게 되어 있기 때문에, 냉매에 의해 온도 콘트롤된 전극에 의해 전극 흡착면의 온도를 일정하게 제어할 수 있어, 기판의 온도제어를 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 제 2실시예를 도 10 내지 도 15를 사용하여 설명한다. 제 2실시예에서는 정전흡착용 절연막의 다른 형성방법에 대하여 설명한다.

도 10은 본 실시예에 의해 제작한 정전흡착전극을 나타낸다. 전극블록(100)은 상기 일 실시예에 있어서의 전극(11) 및 전극(12)으로 이루어진다. 전극블록(100) 상면에는 복수의 정전흡착 소결체(101a,101b) 및 용사막(103)이 설치되어 있다. 복수의 정전흡착 소결체(101a,101b)는, 이 경우 내측과 외측으로 2중으로 배치되고, 내측에 배치된 정전흡착 소결체(101b)에 전열가스 공급용의 관통구멍(20a)이 마련되어 있다. 정전흡착 소결체(101a,101b) 및 용사막(103)의 상면은, 최종적으로 연마되어 연마면(104)에 기판이 유지된다. 즉, 다이폴 방식의 정전흡착전극의 경우는, 플러스 및 마이너스의 전압을 인가하는 전극(11, 12)을 절연막(13)을 거쳐 조합시켜, 소결체(101a,101b)를 각각의 전극에 대응시켜 배치하고, 그 위로부터 용사를 실시한다. 이것에 의해 모노폴과 같은 제작방법으로 정전흡착 전극을 제작할 수 있다.

이하, 본 실시예의 정전흡착전극을 제작하는 방법을 나타낸다.

먼저, 도 11에 본 정전흡착전극을 제작하는 최초의 공정을 나타낸다. 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어지는 전극블록(100)의 상면에, 알루미나에 티타니아를 혼합한 소결재 또는 실리콘 탄화물(SiC) 등의 전기저항이 대략 10¹⁰∼10¹¹Ω㎝정도의 재료로 이루어지는 정전흡착 소결체(101a,101b)를 배치한다. 정전흡착 소결체는, 통상 한 장의 판재로 전극표면을 덮도록 제작되는데, 본 실시예에서는 작은 소결체(101a,101b)로 나누어 제작하고, 그 소결체(101a,101b)를 전극블록(100) 표면의 소정 장소에 배치한다. 전극블록(100)과 소결체(101a, b)는, 도 12에 나타낸 바와 같이 양자의 사이에 접착제(102a, b)를 거쳐 접착한다. 접착은, 예를 들면 고온사용의 에폭시계의 접착제를 사용하여도 좋고, 저온 납땜을 사용하여도 좋다. 이와 같이 하여 소결체(101a, 101b)를 전극블록(100) 상면에 고정한다. 그 후, 도 12에 나타낸 바와 같이 전극블록(100) 및 소결체(101a,101b)상에 용사막(103)을 형성한다. 용사막의 재질은, 예를 들면 알루미나로 한다. 용사막(103)의 부분에서는 정전흡착을 행할 필요는 없다. 따라서, 내절연성에 뛰어난 알루미나를 사용할 수 있다. 즉, 정전흡착재로서 용사막을 형성하는 경우는 10¹⁰∼10¹¹Ω㎝정도의 저항치가 필요한 것에 대하여, 단순한 절연막으로서 사용하므로 알루미나 소재의 저항치인 10¹⁴Ω㎝이상의 높은 값으로 하여도 된다. 이에 의해, 내전압성이 뛰어난 막으로 할 수 있다.

다음에, 도 12에 나타낸 연마면(104)까지 표면을 연마한다. 이에 의해, 도 13에 나타낸 바와 같이 소결체(101a, 101b)가 표면에 나타난다. 연마후의 정전흡착전극을 도 13에 나타낸다. 이 표면에 나타난 소결체(101a,101b)의 부분이 기판과 접촉하여 정전흡착이 행해진다. 이 때, 일부 용사막(103)도 기판에 접촉하나, 용사막(103)의 저항치가 높아, 흡착력은 거의 발생하지 않는다. 따라서, 실질적인 정전흡착력은, 표면에 나타난 소결체(101a,101b)에 의해 발생한다.

이와 같은 제작방법에 의하면 다음의 이점이 있다.

(1) 소결체(101a,101b)의 치수가 작기 때문에, 소결체의 제작이 용이하다.

(2) 마찬가지로, 전극의 온도가 변화하여도 전극블록(100)과 소결체(101a, b)의 열팽창차가 작아 기계적인 성질에 관한 내온도 특성이 뛰어나다.

(3) 기판(9)이 대형화되어도 소결체(101a,101b)의 치수 혹은 개수를 적절히 조정함으로써 대응할 수 있다.

(4) 소결체로 제작된 정전흡착체는, 통상 최종적으로 필요한 두께가 0.1㎜이하인 것이 많다. 이 때문에, 전극에 접착시킨 후에 연마할 필요가 있는데, 작은 블록에 의해 소결체를 제작하므로 얇게 제작할 수 있고, 접착후의 연마할 두께를 적게할 수 있다.

또한, 소결체(101a,101b)를 배치하는 부분의 전극블록(100)의 면을 조금 낮아지도록 가공하여 오목하게 하고, 그 낮아진 면에 소결체(101a, b)를 접착한다. 이와 같이 하면, 연마의 두께가 적어도 소결체(101a,101b)와 용사막(103)의 양자가 연마되기 쉬워진다. 본 방법은 소결체(101a,101b)의 두께를 전극블록(100)의 각 부분에서 바꾸고 싶은 경우의 제작방법으로서도 적용할 수 있다. 또한, 소결체(101a,101b)의 위치결정을 용이하게 할 수 있다고 하는 이점도 있다.

또, 도 10에 나타낸 정전흡착전극은 기판이면으로의 전열가스 공급을 사용한 기판의 온도제어에 대응한 구성으로 되어 있다. 전열가스를 사용하는 경우는, 기판 외주부로부터의 가스누설을 막을 필요가 있어, 전극면으로서는 평탄성이 요구된다. 도 12에 나타난 연마면(5)까지 연마하면, 도 13에 나타낸 바와 같이 용사막(103)과 동일평면에 소결체(101a,101b)의 면이 나타난다. 이것에 의해 기판(9)의 외주부에 있어서의 전열가스의 시일(seal)은, 용사막(103b)과 그것에 접속되어 있는 소결체(101a)의 평탄부에서 실행된다. 용사막(103c)은 한단계 낮게 오목한 면에 용사된 부분이며, 연마되어 있지 않는다. 전극 중앙측에 설치된 전열가스 공급구멍으로부터 공급된 헬륨 등의 전열가스는, 이 용사막(103c)의 부분을 통해 신속하게 기판 이면에 공급된다. 이 용사막(103c)의 부분은 특별히 가공할 필요는 없고, 그저 기판온도 분포가 균일화되도록 소결체(101a,101b)의 위치를 배치하는 것 만으로, 용사막(103c)이 피복되어지는 전열가스의 분산 홈부가 형성된다.

또, 도 12에 나타난 소결체(101a,101b)는 그 단면이 수직이나, 이와 같은 수직면에 용사막을 형성하는 것은 어렵다. 그래서, 소결체(101a,101b)의 단면을 45도 정도로 경사진 면으로 한다. 이와 같이 하면, 보다 확실하게 용사막을 형성할 수 있다. 도 14에 소결체(101c, d)의 단면을 경사시킨 정전흡착 전극을 나타낸다.

전극블록은 이 경우, 단일의 전극(11a)으로 구성되어 있다. 전극(11a)에는 정전흡착용 전원(8)이 접속된다. 이 경우, 전열가스 공급용의 관통구멍(20)은 전극(11a)의 중앙에 마련된다. 전극(11a)은 기판(9)에 대응하여 기판(9)의 외주근방에 링형상의 볼록부를 가지고 있다. 상기 볼록부의 측면은 경사면으로 하고 있다. 상기 볼록부로부터 내측의 전극(11a)상면에는 접착제(102c,102d)를 사용하여 소결체(101c,101d)가 2중의 링상으로 배치되어 고정되어 있다. 이들 전극(11a)과 소결체(101c,101d)와의 위 표면에 용사막을 형성하고, 소결체(101c,101d)가 소정 두께의 레벨로 되도록 용사막도 포함하여 상면을 연마한다. 이것에 의해, 전극(11a)의 링상 볼록부에 형성된 용사막(103b)은, 소결체(101c)의 상면과 같은 레벨로 된다. 용사막(103a, 103e, 103c, 103d)의 부분에서는 기판(9)의 재치면보다 낮아져서 홈부가 형성된다. 마찬가지로, 링형상으로 배치된 소결체(101c 및 101d)끼리의 사이에도 용사막의 홈부가 형성된다. 이것에 의해 관통구멍(20)으로부터 용사막(103b)까지는 용사막에 의한 홈으로 연통된다. 기판(9) 이면에서는 용사막에 의한 홈을 거쳐 전열가스가 균일하게 분산된다.

또, 도 13에 나타낸 정전흡착 전극에서는, 기판 외주부에 있어서의 전열가스의 시일을, 용사막(103b)과 소결체(101a)로 이루어지는 평탄부에서 행하고 있다. 이것에 대하여, 도 14에 나타낸 정전흡착 전극에서는 전열가스의 시일을 기판 외주부의 용사막(103b)이 피복된 평탄부 단독으로 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 전극(11a)의 링상 볼록부의 폭을 임의로 설정하고, 전열가스 시일부의 치수를 자유롭게 결정할 수 있다.

또, 도 14에 나타낸 예에서는, 전극블록은 모노폴 방식으로 하고 있으나, 예를들어 소결체(101c)의 하측에 도 12와 같이 전극(12)을 설치하여 다이폴 방식으로 하여도 좋다.

이상, 본 실시예에 의하면 작은 조각의 소결부재로 정전흡착막을 형성할 수 있기 때문에, 기판, 예를들어 웨이퍼의 대구경화에 수반되는 제작상의 과제를 해결할 수 있고, 비용저감이 도모된다. 또, 각각의 소결부재가 작기 때문에, 그 치수관리가 용이하며 또한 얇은 소결체를 제작할 수 있다. 이에 의해, 소결체의 취급도 웨이퍼 직경과 대략 동일한 일체소결체에 비하여 취급이 간단하여, 각별한 차이가 있다. 이점에 있어서도 제작비용의 저감이 도모된다.

또, 본 실시예에 의하면 기본적으로는 웨이퍼 사이즈를 선택하지 않으므로, 이형(異形)의 기판등에도 용이하게 적용할 수 있다고 하는 특징이 있다. 예를 들면, 액정용 기판 등의 대면적, 장방형의 기판에도 전혀 문제없이 정전흡착 전극을 제작할 수 있다.

또한, 정전흡착 전극이 저온이나 고온에서 사용되는 경우에, 정전흡착부와 전극블록 재료의 차이에 의해 열팽창차가 생겨, 정전흡착부재에 균열이 발생하거나 박리되거나 하는 현상을 방지할 수 있기 때문에, 전극의 신뢰성이 향상된다고 하는 효과도 있다. 즉, 소결부재를 작게하였으므로 열팽창에 의한 변형량이 작아 균열 또는 박리에까지 미치지 않는다.

또한, 소결체를 알루미늄 합금으로 이루어지는 전극에 접착할 때에, 접착제나 납땜재를 사용하는데, 본 실시예에서는 접착된 소결체의 위부터 용사에 의한 피복을 행하기 때문에, 접착제나 납땜재가 웨이퍼 처리중에 외부로 새어나와 금속오염을 일으키는 등의 문제를 방지할 수 있다.

또, 정전흡착에는 소결부재로 이루어지는 유전체를 사용하기 때문에, 정전흡착은 소결부재로 결정되는 물성치에 의거하여 흡착특성이 확보된다. 따라서, 알루미나 등의 용사막은 단순히 전기절연을 위해 사용하고, 정전흡착재로서 적용되는 알루미나와 티타니아의 혼합재보다 내전압을 높게할 수 있다. 이 때문에, 전극의 전기적 절연특성의 향상이 도모된다.

다음에, 본 발명을 이용한 다른 실시예를 도 16 내지 도 21를 사용하여 설명한다.

도 16은 기판을 반송하는 반송아암에 적용한 예를 나타낸다. 도 16 및 도 17에 나타나는 바와 같이, 반송아암(201)의 선단에는 기판(9)을 지시하기 위한 지지부가 설치되어 있다. 상기 지지부에는, 기판(9)의 이면을 3점에서 지지하는 지지블록(210, 220)이 설치되어 있다. 지지블록(220)부의 상세도를 도 19에 나타낸다. 또한 지지블록(210)도 마찬가지이다. 반송아암(201)의 상면에는, 지지블록(220)을 설치하는 위치에, 이 경우 오목부가 마련되어 있다. 상기 오목부에는 절연막(221)을 거쳐 전극(222)이 설치되어 있다. 전극(222)을 설치한 상태가 도 18에 나타나 있으며, 아암(201)의 상면에 3개소 위치한다. 이 상태에서, 연마면(104)까지 연마하여 3개소의 전극상면을 일치시킨다. 레벨 맞춤한 전극(222)의 상면에는, 도 19에 나타낸 바와 같이 절연막(223)이 형성된다. 반송아암(201)의 전극(222)하방에는 관통구멍이 뚫려있고, 절연관(202)이 설치되어 있다. 절연관(202)내의 구멍을 거쳐 전극(222)에는, 리드선(203)이 접속되어 있다. 3개소의 각각의 전극에 접속된 리드선(203)은, 정전흡착용 전원(도시생략)에 접속된다.

이와 같이 구성함으로써, 300mm이상의 직경을 가지는 기판도 확실하게 지지할 수 있다. 이에 의해, 반송아암에 의한 기판반송의 속도를 빠르게 하여도, 기판이 아암위로부터 어긋나거나 낙하되는 일이 없이, 확실한 반송을 행할 수 있다. 또, 반송속도를 올릴 수 있기 때문에, 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.

도 20은 지지블록(220)의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 소결체를 사용한 예를 나타낸다. 반송아암(201)상면에는, 절연판(224)을 개재하여 전극(225)를 설치한다. 또, 전극(225)상면에 접착제(226)를 이용하여 소결체(227)를 부착한다. 소결체(227)는 반송아암(201)상에 복수개소 설치되고, 연마면(104)까지 연마되어 동일레벨로 가공된다. 이와 같이 구성함으로써, 상기와 동일한 효과가 있는 동시에, 본 예에 의하면 소결체까지를 조합시킨 후에 연마가공하는 것만으로 완성되고, 상술한 바와 같이 가공후에 절연막을 형성하는 등의 작업이 불필요해져, 제작을 용이하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 하여 제작되는 반송아암은, 예를들어 도 21에 나타낸 바와 같이 진공반송실(200)내에 배치된다. 진공반송실(200)의 외주변에는 각각 진공용기(1a, 1b, 1c) 및 로드, 언로드록실(300)이 설치된다. 각각의 진공용기(1a, 1b, 1c)내에는, 예를 들면 상술한 정전흡착전극(10a, 10b, 10c)이 설치된다. 대기측으로부터 공급되는 기판은, 로드록실을 거쳐 진공분위기내에 도입되고, 반송아암(201)에 의해 소정의 진공용기로 운반된다. 진공용기내에서 처리가 끝난 기판은, 반송아암에 의해 언로드록실로 반송되고, 언로드록실을 거쳐 대기측으로 반출된다. 이 사이에, 기판은 정전흡착되어 반송 및 진공처리가 행해져 확실하게 지지된 상태로 처리된다. 따라서, 신뢰성도 높고 스루풋의 향상을 도모할 수 있는 장치로 할 수 있다.

이상, 본 발명에 의하면 대구경 웨이퍼에 대응하여 용이하게 정전흡착 지지수단을 제작할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 정전흡착전극을 사용한 기판처리장치의 구성을 나타낸 종단면도,

도 2는 도 1의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 전극에 절연막 형성되는 상태를 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 전극을 나타낸 사시도,

도 4는 도 3의 전극에 형성되는 절연막의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 5는 도 3의 전극에 형성되는 절연막의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 6은 도 1의 정전흡착전극의 전극을 나타낸 사시도,

도 7은 도 6의 전극의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 8은 도 1의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 전극의 조립단계를 나타낸 종단면도,

도 9는 도 1의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 정전흡착전극의 완성단계를 나타낸 종단면도,

도 10은 도 1의 정전흡착전극의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 11은 도 10의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 전극블록상에 소결체가 배치되는 단계를 나타낸 사시도,

도 12는 도 10의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 소결체의 배치후에 전극블록상으로 절연막이 용사되는 상태를 나타낸 단면도,

도 13은 도 10의 정전흡착전극의 제작공정을 나타낸 도로서, 용사막 연마후의 정전흡착전극의 완성단계를 나타낸 종단면도,

도 14는 도 1의 정전흡착전극의 또 다른 실시예를 나타낸 종단면도,

도 15는 도 14의 정전흡착전극의 평면도,

도 16은 본 발명의 다른 실시예인 정전흡착전극을 사용한 기판 반송장치의 기판지지부의 구성을 나타낸 사시도,

도 17은 도 16의 측면도,

도 18은 도 16의 기판지지부의 제작공정을 나타낸 도로서, 전극배치단계를 나타낸 단면도,

도 19는 도 16의 기판지지부의 제작공정을 나타낸 도로서, 완성단계를 나타낸 종단면도,

도 20은 도 19의 기판지지부의 다른 실시예를 나타낸 종단면도,

도 21은 본 발명의 정전흡착전극 및 기판반송장치를 사용한 처리장치의 일례를 나타낸 평단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 진공용기 2: 가스공급장치

3: 진공배기장치 4: 플라즈마 발생장치

5: 플라즈마 7: 바이어스전원

8: 정전흡착용전원 9: 기판

10: 정전흡착전극 11, 12: 전극 13, 14 : 절연막 15 : 절연관

18, 19: 리드선 20: 관통구멍

22: 커버 23: 절연판

24: 어스판

Claims (11)

1. 모노폴(mono pole)방식의 정전흡착용의 단일 전극이 되는 전극블록과,

   상기 전극블록의 상면에 간격을 마련하여 배치되고 정전적으로 기판을 흡착하여 상기 기판과 접촉하는 복수의 정전흡착부재와,

   상기 정전흡착부재의 흡착면을 제외하고 상기 전극블록의 기판 배치면을 덮는 절연재를 가지는 것을 특징으로 하는 정전척.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 절연재는 용사막인 것을 특징으로 하는 정전척.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 용사막은 알루미나로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척.
4. 플라즈마처리실 내에서 정전흡착에 의하여 웨이퍼를 유지하는 정전척에 있어서,

   도전재로 이루어지는 시료대의 상면에 웨이퍼 배치범위 내에서 서로 간격을

   마련하여 배치된 복수의 정전흡착 소결체와,

   상기 정전흡착 소결체 부분을 제외하고 상기 시료대의 웨이퍼 배치면을 덮는 용사막을 가진 것을 특징으로 하는 정전척.
5. 기판 유지용 모노폴방식 정전척의 제작방법에 있어서,

   정전흡착용의 단일 전극이 되는 전극블록상에 간격을 마련하여 복수의 정전 흡착부재를 분할 배치하는 공정과,

   상기 전극블록상에 상기 정전흡착부재를 접착하거나 또는 기계적으로 고정하는 공정과,

   상기 정전흡착부재를 가지는 전극블록을 덮어 절연막을 용사하는 공정과,

   상기 절연막이 형성된 정전블록의 상면을 기판과 접촉하는 상기 정전흡착부재의 표면이 노출되기까지 연마하는 긍정을 가지는 것을 특징으로 하는 정전척의 제작방법
6. 제 5항에 있어서,

   상기 용사되는 절연막은 알루미나인 것을 특징으로 하는 정전척의 제작방법.
7. 정전흡착한 기판 이면에 전열가스를 도입하여 사용하는 정전흡착 전극에 있어서,

   동일 레벨의 평면으로 가공된 가공 상면을 가지는 전극과,

   상기 전극의 동일 평면상에 고정된 복수의 소결체와,

   상기 소결체가 고정된 전극 상면을 덮어 적어도 기판 이면의 바깥 둘레부에 대응하여 용사되어 상기 소결체를 둘러 싸도록 형성된 절연막으로 이루어지고,

   상기 소결체가 정전흡착부재로서 사용할 수 있는 두께가 되기까지 상기 절연 막과 상기 소결체를 함께 가공하고, 상기 소결체의 면과 상기 절연막의 면을 동일 면으로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전흡착전극
8. 정전흡착한 기판 이면에 전열가스를 도입하여 사용하는 정전흡착 전극의 제작방법에 있어서,

   동일 레벨의 면까지 전극 상면을 가공하는 공정과,

   상기 전극 상면에 복수의 소결체를 고정하는 공정과,

   상기 소결체가 고정된 전극의 상면을 덮어 적어도 기판 이면의 바깥 둘레부에 대응하여 절연막을 용사하여 상기 소결체를 둘러 싸도록 형성하는 공정과,

   상기 소결체가 정전흡착부재로서 사용할 수 있는 두께가 되기까지 상기 절연 막과 상기 소결체의 상면을 동일 레벨로 가공하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 정전흡착전극의 제작방법.
9. 정전흡착되는 기판 이면에 전열가스를 도입 가능한 가스공급구멍을 가지는 기판 유지용 정전척에 있어서,

   정전흡착용 전극이 되는 전극블록과,

   상기 전극블록의 상면에 배치되어 정전적으로 기판을 흡착하여 상기 기판과 접촉하도록 배치되는 복수의 정전흡착부재와,

   상기 정전흡착부재의 흡착면을 제외하고 기판 이면의 바깥 둘레부에 대응하는 부분을 포함하는 상기 전극블록의 상면과 상기 정전흡착부재의 측벽을 덮는 절연재와,

   상기 각각의 정전흡착부재의 측벽 사이에 설치되는 절연재에 의하여 형성된 흠으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 정전흡착부재는 바닥면이 넓어지도록 경사진 측벽을 가지는 것을 특징으로 하는 정전척.
11. 정전흡착되는 기판 이면에 전열가스를 도입 가능한 가스공급구멍을 가지는 기판유지용 정전척에 있어서,

    그 중에 오목부를 가지는 제 1 전극과,

    상기 제 1 전극의 오목부 부분의 전극면을 덮어 형성된 절연막과,

    상기 절연막을 거쳐 상기 제 1 전극의 오목부 속에 설치된 제 2 전극과,

    상기 제 1 및 제 2 전극의 상면에 배치되고, 기판을 정전흡착하여 상기 기판과 접촉하도록 설치되는 복수의 정전흡착부재와,

    상기 정전흡착부재의 흡착면을 제외하고 기판 이면의 바깥 둘레부에 대응하는 부분을 포함하는 상기 제 1 과 제 2 전극의 상면 및 상기 정전흡착부재의 측벽의 부분을 덮는 절연재와,

    상기 각각의 정전흡착부재의 측벽 사이에 설치되는 상기 절연재에 의하여 형성된 홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.