KR100522977B1

KR100522977B1 - 흡착고정장치

Info

Publication number: KR100522977B1
Application number: KR10-2001-0030475A
Authority: KR
Inventors: 고사카이마모루
Original assignee: 스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2005-10-19
Also published as: JP3859937B2; US6556414B2; KR20010110164A; US20020036373A1; JP2001341043A

Abstract

돌기 상면 등의 판상 시료와 접촉하는 면의 화학적, 기계적 특성을 저하시키는 일이 없고, 또한 과도한 가스를 도입하는 일 없이, 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 또한 충분한 흡착력과 전압 인가 중지 후의 이탈성(정전 척의 경우)을 갖춘 흡착고정장치를 제공한다.

평면 베이스와 평면 베이스의 흡착 영역에 설치된 다수의 돌기(5)를 갖추고, 이 돌기(5)에 판상 시료를 흡착시킨다. 돌기(5)의 상면(13)은 시료 유지면(14)과 오목부(15)로 이루어진다.

Description

흡착고정장치{Holding apparatus for clamping a workpiece}

본 발명은 판상 시료의 흡착고정장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 실리콘웨이퍼, 프린트 기판, 유리 기판 등 판상 시료를 정전 척이나 진공 척 등의 방식에 의하여 흡착하여 고정하는 흡착고정장치에 관한 것이다.

종래의 판상 시료의 고정 기술로서는 진공 척, 정전 척 등 각 흡착고정 방식이 알려져 있고, 예를 들어 판상 시료를 반송하거나 판상 시료에 노광, 성막, 미세 가동, 세정, 다이싱 등을 실시할 때에 사용되고 있다.

이러한 흡착고정장치에 있어서는, 흡착고정장치가 시료에 대향하는 면에 바둑판 눈금 모양의 슬릿을 마련하거나 돌기를 설치하거나 구멍을 마련하거나 함으로써 시료에 접촉하는 면과 접촉하지 않는 면을 형성하는 일이 실시되고 있다. 이처럼, 비접촉면을 마련함으로써 정전 척 방식의 경우에는 전압 인가 중지 후 이탈성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 진공 척 방식의 경우에는, 판상 시료 하면과 비접촉면의 공간을 진공 흡인 장치와 연통시킴으로써 접촉면과 시료 사이의 진공을 유지할 수 있다. 또한, 어느 흡착 방식의 경우에도 비접촉면의 존재에 의하여 접촉면과 시료 사이에 먼지가 들어가는 것을 방지할 수 있다.

또, 판상 시료에 플라즈마 분위기 하에서 에칭 등의 처리를 실시할 경우에는 감압 하, 즉 플라즈마가 발생하기 쉬운 분위기 속에서 행할 필요가 있다. 플라즈마 분위기에 있어서 판상 시료에 에칭 처리 등을 실시할 경우, 플라즈마 열에 의하여 반도체 웨이퍼의 표면이 고온이 된다. 그리고 표면 온도가 높아지면 표면의 레지스트막이 파열하는 등의 문제가 생긴다. 또, 판상 시료의 면내에 온도의 불균일 이 생기면 화학 처리가 불균일이 된다. 그래서 정전 척 방식의 흡착 장치에 있어서는 헬륨 등 냉각가스를 판상 시료 하면과 비접촉면의 공간에 흘려서 판상 시료의 화학 처리를 균일하게 행하기 위하여 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 냉각하도록 하고 있다.

이 경우, 비접촉면의 면적을 가급적 크게 만들면 더 높은 냉각 효과가 얻어진다. 그렇지만 비접촉면의 면적을 크게 만들기 위해서 접촉면의 면적을 너무 작게 하면 흡착력이 부족하게 된다. 그래서 작은 접촉 면적에서도 충분한 흡착력이 얻어지기 위해서 접촉면의 평활도를 높이는 것 등이 시도되고 있다. 예를 들어, 일본 특개평7-153825호 공보에 기재된 정전 척은 유전체층의 고유 저항을 10⁹Ωm 이하로 하고 유전체층 상면에 마련한 다수 돌기의 흡착면이 되는 상면의 Rmax(최대 높이)를 2.0㎛ 이하 또는 Ra(중심선 평균 조도)를 0.25㎛ 이하로 하며 또한 돌기 상면의 합계 면적의 유전체층의 상면에 대한 면적 비율을 1% 이상 또한 10% 미만으로 하고 있다.

한편, 판상 시료의 흡착 고정과 가열을 동시에 실시할 수 있는 흡착고정장치도 알려져 있다. 이 흡착고정장치는 내장된 히터를 통전 가열하여 판상 시료를 가열하도록 구성함으로써 판상 시료를 흡착고정장치의 흡착면으로 흡착력에 의하여 흡착하면서 동시에 흡착면을 가열해서 판상 시료를 가열할 수 있다.

이러한 흡착고정장치에 있어서도 판상 시료의 화학 처리를 균일하게 실시시키기 위해서 판상 시료의 표면 온도를 균일하게 하는 것이 요구된다. 이 때문에 헬륨 등 가스를 판상 시료 하면과 비접촉면의 공간에 흘려서 히터에 의한 가열 효과가 판상 시료 전면에 고루고루 파급되도록 하고 있다.

이처럼 흡착고정장치의 시료에 대향하는 면에 비접촉면을 형성하는 것은, 이탈성의 향상, 진공 흡인 때 흡인 통로의 확보, 먼지 등 부착 방지뿐 아니라 판상 시료의 온도를 균일화하여 판상 시료에 균일한 화학 처리를 실시하는 데 있어서 중요한 역할을 하고 있다.

그렇지만 상기한 비접촉면을 갖는 종래의 흡착고정장치에 있어서는 판상 시료의 미소 영역까지 고려하면, 온도의 균일화는 결코 충분치 못했다. 왜냐 하면 접촉면에서는 비접촉면과 비교해서 열을 전달하기 쉽기 때문에 히터로 판상 시료를 가열할 경우에는, 접촉면에 접촉하는 판상 시료의 접촉 부분이 접촉하지 않은 부분보다 고온이 되기 쉽고, 또한 플라즈마 등으로 판상 시료를 가열할 경우에는 열이 빠지는 경로가 없는 비접촉면 쪽이 고온이 되기 쉽기 때문이다.

특히 헬륨 가스 등을 도입할 수 없는 경우에는, 상기와 같은 원인에 의한 온도 불균일의 영향이 컸다. 또, 헬륨 가스 등을 도입할 수 있는 경우에도 미시적으로 보면, 헬륨 가스 등으로 인한 온도의 균일화 효과는 접촉면에 접촉하는 판상 시료의 접촉 부분에는 미치지 못해서 온도의 균일화를 충분히 도모하는 것이 어려웠다.

그리고 헬륨 등 가스압을 높임으로써 온도의 균질화를 높이는 것도 베이스되지만, 과도한 가스압은 판상 시료의 깨짐 등이 초래되어서 적당치 못하다.

상기한 미시적인 판상 시료의 면내 온도 불균일을 해소하기 위해서는 각 접촉면의 면적을 가급적 줄이는 것이 효과적이며, 예를 들어 다수의 돌기를 설치한 경우에는 각 돌기 상면의 면적을 가급적으로 줄이는 것이 효과적이다.

그렇지만 접촉면의 면적을 줄이면, 화학적인 내식성이 저하되어 돌기가 손상을 입기 쉬워지며 또한 접촉면의 주연부가 판상 시료와의 접촉에 의하여 마모되기 쉬워진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 사정에 비춰 고안된 것으로서, 돌기 상면 등의 판상 시료와 접촉하는 면의 화학적, 기계적인 특성을 저하시키지 않고 또한 과도한 가스를 도입하지 않으며 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 충분한 흡착력과 전압 인가 중지 후의 이탈성(정전 척의 경우)을 갖춘 흡착고정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 종래 단순한 평면이었던 돌기의 끝면 형상을 궁리함으로써, 상기 과제가 효율적으로 해결될 수 있다는 것을 찾아내 본 발명을 완성시키게 되었다.

즉, 청구항 1의 발명은, 평면 베이스와 상기 평면 베이스의 흡착 영역에 설치된 다수의 돌기를 갖추고 상기 다수의 돌기 상에 판상 시료를 흡착시키는 흡착고정장치로서, 상기 돌기의 상면은 시료 유지면과 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 돌기 상면의 일부를 비접촉면으로 할 수 있으므로 흡착 영역의 안쪽 돌기가 마련되지 않은 부분(이하 "홈부")과 돌기 상면 전체에 있어서의 열 전달 방법의 차이를 줄일 수 있다. 이 때문에 미시적으로 봐도 판상 시료의 온도를 균일화할 수 있다.

이 경우, 상기 오목부는 돌기 상면의 어느 부분에 어떤 형상으로 형성해도 상관없지만, 청구항 2에 기재된 바와 같이 시료 유지면에 둘러싸인 부분에 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인하여 판상 시료에 접해도 시료 유지면이 손상을 입기 어렵게 되고, 또한 닫힌 공간만큼 열 이동이 없으므로 미시적으로 봐도 판상 시료의 온도를 한층 균일화할 수 있다.

청구항 2의 흡착고정장치에서는, 청구항 3에 기재된 바와 같이 상기 시료 유지면의 폭이 유지해야 할 판상 시료 두께의 2배 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 시료 유지면의 폭이란 돌기 상면의 외주와 시료 유지면에 둘러싸인 오목부 외주의 간격을 의미하는 것이다. 이에 의하여 홈부와 돌기 상면 전체에 있어서의 열 전달 방법의 차이를 더 줄일 수 있어서 미시적으로 봐도 판상 시료 온도를 더 한층 균일화할 수 있게 된다.

또, 청구항 1의 흡착고정장치에서는, 청구항 4에 기재된 바와 같이 상기 시료 유지면의 합계 면적의, 상기 돌기 상면의 합계 면적에 대한 면적비를 10∼90%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해서 충분한 흡착력과 판상 시료 온도의 균일성을 동시에 확보할 수 있다. 즉, 상기한 면적비가 10% 미만이면 필요한 흡착력을 확보할 수 없고, 한편 상기한 면적비가 90%를 넘으면 돌기 상면에 실질적으로 오목부를 형성하지 못해서 판상 시료 온도를 균일화할 수 없게 된다.

또한, 본 발명은 청구항 5의 발명으로서 평면 베이스와 상기 평면 베이스의 흡착 영역에 설치된 다수의 돌기를 갖추고, 상기 다수의 돌기 상에 판상 시료를 흡착시키는 흡착고정장치로서, 상기 돌기 상면은 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이하의 평활 영역과, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이상의 조면(粗面) 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 돌기 상면의 표면 조도를 부분적으로 크게 함으로써, 그 부분의 판상 시료와의 밀착도를 저하시킬 수 있어서 홈부와 돌기 상면 전체에 걸친 열 전달 방법의 차이를 줄일 수 있다. 이 때문에 미시적으로 봐도 판상 시료 온도를 균일화할 수 있게 된다.

여기서 평활 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이하로 하고, 조면 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이상으로 한 이유는, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이하의 평활 영역과, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이상의 조면 영역에서는 중심선 평균 조도가 0.5㎛을 경계로 해서 열 전도성에 현저한 차이가 나기 때문이다. 또한 평활 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이하로 함으로써 충분한 흡착력을 확보할 수 있다.

이 경우 상기한 조면 영역은 돌기 상면의 어느 부분에 어떤 형상으로 형성되어도 상관없지만, 청구항 6에 기재된 바와 같이 평활 영역에 둘러싸인 부분에 형성돼 있는 것이 바람직하다. 이에 의해서 판상 시료에 접해도 시료 유지면이 손상을 입기 어렵게 되고, 또한 닫힌 공간일수록 열 이동이 없어서 미시적으로 봐도 판상 시료 온도를 한층 균일화할 수 있다.

청구항 6의 흡착고정장치에서는, 청구항 7에 기재된 바와 같이 상기 평활 영역의 폭은 유지해야 할 판상 시료 두께의 2배 이하인 것이 바람직하다. 그리고 평활 영역의 폭이란, 돌기 상면의 외주와 평활 영역에 둘러싸인 조면 영역 외주의 간격을 의미하는 것이다. 이에 의해서 홈부와 돌기 상면 전체에 걸친 열 전달 방법의 차이를 더 줄일 수 있어서 미시적으로 봐서 판상 시료 온도를 한층 균일화할 수 있게 된다.

또, 청구항 5의 흡착고정장치에서는, 청구항 8에 기재된 바와 같이 상기 평활 영역의 합계 면적의, 상기 돌기 상면의 합계 면적에 대한 면적비는 10∼90%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해서 충분한 흡착력과 판상 시료의 온도 균일성을 동시에 확보할 수 있게 된다. 이 이유는 상기한 면적비가 10% 미만이면 필요한 흡착력을 확보할 수 없으며, 또한 상기한 면적비가 90%를 넘으면 돌기 상면에 실질적으로 조면 영역을 형성하지 못해서 판상 시료 온도를 균일화하기 어려워지기 때문이다.

이하, 히터가 일체화되어 있지 않은 정전 척 방식의 흡착고정장치를 예로 들어서 본 발명의 각 실시예를 첨부 도면에 따라서 설명한다.

<실시예 1>

도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 정전 척을 도시하는 도면, 도 2a 및 도 2b는 동 정전 척의 요부를 도시하는 도면이다. 여기서 도 2a 및 도 2b는 도 1a의 Ⅱ 영역을 확대한 요부 확대도로 되어 있다. 또, 도 1a 및 도 2a는 평면도, 도 1b 및 도 2b는 단면도를 도시하고 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 정전 척(1)은 금속판(2) 위에 평면 기판으로서의 유전체층(3)을 접합한 것으로서 이 유전체층(3) 내에 내부 전극(4)을 매설 또는 협지하고 있다.

유전체층(3) 상면에는 He 등 냉각 가스가 새지 않도록 1∼5mm 폭으로 후술하는 돌기(5, 5 …)와 같은 높이의 주연벽(3a)이 형성되고, 또한 이 안쪽을 흡착 영역(3b)으로 하여, 이 흡착영역(3b) 내에 다수의 돌기(5, 5 …)를 설치해 두고 있다. 그리고 주연벽(3a) 및 돌기(5, 5 …)는 유전체층(3)과 일체적으로 형성하거나 별개의 부재로서 형성해도 좋다.

돌기(5, 5 …)는, 도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이 각각 그 상면(13)을 볼록부 정면(頂面)으로 이루어지는 시료 유지면(14)과, 시료 유지면(14)에 둘러싸인 오목부 (15)로 이루어지는 요철 형상으로 하고 있다. 그리고, 시료 유지면(14, 14 …)을 반도체 웨이퍼(W)와 직접 접촉하는 흡착면으로 하고 있다. 또한, 흡착 영역(3b)에 있어서는 돌기(5, 5 …)가 설치되어 있지 않은 부분은 홈부(16)로 남겨져 있다.

여기서 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 상기 금속판(2) 및 유전체층(3)을 관통해서 냉각가스 도입구멍(6)이 형성되고 이 냉각가스 도입구멍(6, 6)을 통해서 유전체층(3) 상면과 반도체 웨이퍼(W) 하면 사이의 간극에 He 등 냉각 가스가 공급된다. 또한, 금속판 내부에는 정전 척 냉각을 위한 냉매가 흐르는 유로(12, 12)가 마련되어 있다.

또, 상기 내부 전극(4)에는 직류전원 회로(7)가 접속되고, 유전체층(3) 하면의 도체부(8)에는 고주파 전원회로(9)가 접속되어 있다. 또한, 고주파 전원회로(9)는 내부 전극(4)에 접속되어도 좋다. 그리고, 플라즈마 처리장치 내에 있어서는 정전 척(1) 위쪽에는 어스된 대향 전극(10)이 위치되어 있다. 그리고, 정전 척(1)에 웨이퍼(W)를 배치하고, 내부 전극(4)에 직류 전압을 인가함으로써 정전력이 생겨 웨이퍼(W)는 유전체층(3), 구체적으로는 돌기(5, 5 …) 상면의 시료 유지면(14, 14 …) 및 주연벽(3b) 상면에 흡착된다.

또, 고주파 전원회로(9)에 의해서 고주파를 인가함으로써, 대향 전극(10) 사이에 활성 래디컬(11)이 발생하여 웨이퍼(W) 표면의 Si 산화막 등이 에칭된다.

또, 도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 상기 시료 유지면(14, 14 …) 합계 면적의 흡착 영역(3b) 전 면적(유전체층(3)의 면적에서 주연벽(3a)의 면적을 제한 면적)에 대한 면적비는 0.5∼30%, 바람직하게는 1∼10%의 범위로 되어 있다. 여기서 면적비를 0.5% 이상으로 한정한 이유는, 필요한 흡착력을 확보하기 위한 것으로서, 30% 이하로 한정한 이유는 흡착면에 존재하는 먼지가 부착되기 어렵고 또한 전압 인가 중지 후의 판상 시료의 이탈성을 확보하기 위함이다.

또, 상기 시료 유지면(14, 14 …) 합계 면적의 상기 돌기(5, 5 …) 상면(13, 13 …)의 합계 면적(시료 유지면(14, 14 …)과 오목부(15, 15 …)의 합계 면적)에 대한 면적비는 10∼90% 범위인 것이 바람직하다.

즉, 상기 면적비를 상기 범위 내로 함으로써, 충분한 흡착력과 판상 시료의 온도 균일성을 동시에 확보할 수 있다. 여기서 상기 면적비를 상기 범위 내로 한 이유는 상기한 면적비가 10% 미만이면 필요한 흡착력을 확보할 수 없으며, 또한 상기한 면적비가 90%를 넘으면 돌기 상면에 실질적으로 오목부를 형성한 것이 되지 못하여 판상 시료의 온도를 균일화할 수 없기 때문이다.

또한 상기 유지부(14, 14 …)의 폭(d1)은 판상 시료 두께의 2배 이하인 것이 바람직하다. 여기서 유지부(14, 14 …)의 폭(d1)을 상기한 바와 같이 한정한 이유는, 상기 유지부(14, 14 …)의 폭(d1)이 2배 이상인 경우, 홈부(16, 16 …)에 있어서의 열전도 계수와, 상면(시료 유지면(14, 14 …) + 오목부(15, 15 …))(13, 13 …)에 있어서의 열전도 계수와의 차이를 줄이기 어려워지며, 홈부(16, 16 …)와 상면(시료 유지면(14, 14 …) + 오목부(15, 15 …))(13, 13 …)에서 온도 차이가 생겨 판상 시료의 면내 온도의 미소 영역에서의 균일성을 향상시키기 어려워지기 때문이다.

돌기(5) 상면에 형성되는 오목부(15, 15 …)의 가공 깊이(D1)는 0.1㎛∼2.0㎛인 것이 바람직하다. 이 이유는 가공 깊이(D1)가 0.1㎛ 이하라면, 실질적으로 오목부(15, 15 …)를 형성한 것이 되지 못하고, 판상 시료의 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시키기 어려워지기 때문이며, 또한 가공 깊이(D1)가 2.0㎛ 이상이 되면 흡착력이 저하될 경향이 있기 때문이다.

흡착 영역(3b) 내에 형성되는 홈부(16, 16 …)의 가공 깊이(D2)는 1㎛∼20㎛인 것이 바람직하다. 이 이유는 가공 깊이(D2)가 1㎛ 이하라면 He 등 가스를 판상 시료 하면에 흘리는 것이 어려워지고, 또한 먼지 부착 방지에 대해서 유효적이지 못하며 판상 시료의 부상이 생겨 흡착력이 저하되어, 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시키기 어려워진다. 또한 가공 깊이(D2)가 20㎛ 이상이면, 홈부(16, 16 …)에 있어서의 흡착력이 저하되어 전체적으로 흡착력이 저하되므로 바람직하지 못하기 때문이다.

돌기의 제조 및 돌기 상면의 미세 가공은, 예를 들어 숫돌 가공, 레이저 조각 등 기계적인 가공이나 숏블래스트 가공을 이용해서 실시할 수 있다. 이하, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면서 흡착 영역(3b) 내에 상기 돌기 및 상면 요철을 형성하는 방법을 숏블래스트 가공을 이용해서 실시하는 경우에 대해서 설명한다.

우선, 이 웨이퍼 설치면(흡착 영역(3b))을 연마 가공(중심선 평균 조도(Ra1)가 0.5㎛ 이하)해서 평탄면으로 하고, 평활하게 된 웨이퍼 설치면(흡착 영역(3b))을 세정한다. 이 세정은, 예를 들어 트리크롤에틸렌 등 유기 용제로 실시하여 탈지한다. 이 탈지 후에는, 예를 들어 온수로 세정한다.

이어서, 이 웨이퍼 설치면(흡착 영역(3b))에 도 3a에 도시하는 바와 같이, 마스크(17)를 마련한다. 이 마스크(17)의 패턴 형상은 도 1a 및 도 1b에 도시하는 돌기(5)의 패턴 형상과 동일한 것으로 한다. 이 마스크(17)로서는 감광성 수지나 판상 마스크를 사용한다. 이 방법은 통상적인 방법에 따른다.

이어서, 숏블래스트를 실시하여 도 3b에 도시되는 바와 같이, 마스크(17)에 의해 덮이지 않은 부분에 홈부(16, 16 …)를 형성한다. 이 결과로서 돌기(5, 5 …)가 형성된다. 이 숏블래스트에 사용하는 입자로서는 알루미나, 탄화규소, 유리 비즈 등이 바람직하고 입자의 입경은 300매시 이하∼1500매시를 넘는 범위 정도로 하는 것이 바람직하다. 그리고 마스크(17)를 제거한다. 이 때, 마스크(17)가 감광성 수지로 이루어질 경우에는 염화메틸렌 등의 박리액을 이용한다.

계속해서 이 돌기(5, 5 …) 위에 도 3c에 도시하는 바와 같이, 마스크(18)를 마련한다. 이 마스크(18)의 패턴 형성은 도 2a 및 도 2b에 도시하는 돌기(5, 5 …) 위 요철 패턴 형상과 동일한 것으로 한다. 그리고, 상기한 숏블래스트 가공에 준해서 재차 숏블래스트를 실시하고, 도 3b에 도시되는 바와 같이 마스크(18)에 의해서 덮이지 않은 부분에 오목부(5, 5 …)를 형성한다. 그리고, 마스크(18)를 제거하여 도 1a 내지 도 2b에 도시하는 정전 척을 얻었다.

이렇게 해서 제조된 정전 척을 이용해서 상기 홈부(16, 16 …)에 1.33× 10³Pa(10torr)의 He 가스를 흘리면서 8인치 Si 웨이퍼를 흡착시켜 상기 정전 척의 정전 흡착력, 흡착 시간, 이탈 시간을 실온 및 150℃ 각 온도 하에서 판정했다.

그리고, 이 정전 척에 있어서는 시료 유지면(14, 14 …) 합계 면적의 흡착 영역(3b) 전 면적에 대한 면적비는 5%, 시료 유지면(14, 14 …) 합계 면적의 상기 돌기(5, 5 …) 상면(13, 13 …)의 합계 면적에 대한 면적비는 8%, 폭(d1)은 판상 시료 두께의 0.5배, D1은 2.4㎛, D2는 3.0㎛이었다.

여기서, 흡착 시간이란 직류 500V 전압을 인가했을 때에 정전 흡착력이 100gf/㎠, 즉 9800 Pa 정도가 될 때까지의 시간이며, 이탈 시간이란 직류 500V의 전압을 1분간 인가한 후에 인가를 중지시키고 그 시점에서 정전 흡착력이 10gf/㎠ 즉 980Pa 정도가 될 때까지의 시간이다.

또, 이 정전 척을 플라즈마 에칭 장치에 장착하여, 1.33×10² Pa(1.0torr)로서 CF₄: 20vol%, O₂: 80vol%로 이루어지는 혼합 가스 분위기 하에서 8인치 Si 웨이퍼를 1분간 노출시키는 화학 처리를 50000매의 웨이퍼에 대해서 실시한 결과, 돌기(5, 5 …)에 화학적인 부식이나 마모는 찾아지지 않았다. 또, Si 웨이퍼 상 SiO₂막의 에칭량(에칭 깊이)을 측정하여 이 결과를 표 1에 나타낸다.

<실시예 2>

본 실시예의 정전 척이 실시예 1의 정전 척과 다른 점은, 돌기(5)의 형상을 도 2a 및 도 2b에 도시된 형상이 아니라 도 4a 및 도 4b에 도시되는 형상으로 한 점에 있다.

도 4a는 평면도, 도 4b는 단면도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이 돌기(5, 5 …)의 상면(19, 19 …)은, 평활 영역으로서 중심선 평균 조도(Ra)가 0.5㎛ 이하인 외주면(20, 20 …)과, 조면 영역으로서 중심선 평균 조도(Ra)가 0.5㎛ 이상은 내주면(21, 21 …)으로 이루어지고, 상기 외주면(20, 20 …)을 반도체 웨이퍼(W)와 직접 접촉하는 흡착면으로 하고 있다. 또한, 흡착 영역(3b)에 있어서 돌기(5, 5 …)가 설치되지 않은 부분은 홈부(22)로서 남겨져 있다.

여기서 평활 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이하로 하고, 조면 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이상으로 한 것은, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이하인 평활 영역과, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이상의 조면 영역에서는, 중심선 평균 조도가 0.5㎛을 경계로 해서 열 전도성에 현저한 차이가 있기 때문이다. 또, 평활 영역의 중심선 평균 조도를 0.5㎛ 이하로 함으로써 충분한 흡착력을 확보할 수 있다.

상기 외주면(20, 20 …)의 합계 면적의 흡착 영역 면적(3b) 전 면적에 대한 면적비는 0.5∼30%, 바람직하게는 1∼10% 범위로 하며 또한 상기한 Ra2와 Ra1의 차이가 바람직하게는 0.2㎛ 이상으로 되어 있다.

여기서 면적비를 1% 이상으로 한 것은 필요한 흡착력을 확보하기 위함이며, 30% 이하로 한 것은 흡착면에 존재하는 먼지가 부착되기 어렵게 하고 또한 전압 인가 중지 후의 판상 시료 이탈성을 확보하기 위함이다.

또, 상기한 Ra2와 Ra1 사이의 차이를 바람직하게는 0.2㎛ 이상으로 한 것은 상기 외주면(20, 20 …)과 상기 내주면(21, 21 …)에 있어서의 표면 조도(Ra)에 유의차를 부여하기 위함이다.

또, 상기 외주면(20, 20 …) 합계 면적의 상기 상면(19, 19 …) 합계 면적에 대한 면적비는 10∼90% 범위인 것이 바람직하다. 상기 면적비를 상기 범위 내로 함으로써 충분한 흡착력과 판상 시료의 온도 균일성을 동시에 확보할 수 있다. 이 이유는 상기한 면적비가 10% 미만이면 필요한 흡착력을 확보할 수 없고, 또한 상기한 면적비가 90%를 넘으면 돌기 상면에 실질적으로 조면 영역을 형성한 것이 되지 못하여 판상 시료 온도를 균일화하기 어려워지기 때문이다.

또한, 상기 외주면(20, 20 …)의 폭(d2)은, 판상 시료 두께의 2배 이하인 것이 바람직하다. 이 이유는 상기 외주면(20, 20 …)의 폭(d2)이 2배 이상인 경우, 홈부(22, 22 …)에 있어서의 열전도계수와, 상면(외주면(20, 20 …) + 내주면(21, 21 …))(19, 19 …)에 있어서의 열전도계수와의 차이를 줄이기가 어려워지고, 홈부(22, 22 …)와 상면(19, 19 …)에서 온도차가 생겨, 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시키기 어려워지기 때문이다.

흡착 영역(3b) 내에 형성되는 홈부(22, 22 …) 가공 깊이(D3)는 1㎛∼20㎛인 것이 바람직하다. 이 이유는 가공 깊이(D3)가 1㎛ 이하이면 He 등 가스를 판상 시료 하면에 흘리기 어려워지고, 또한 먼지의 부착 방지에 대해서 효과적이지 못하며 판상 시료(W)의 부상이 일어나 흡착력이 저하되며 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시키기 어려워지기 때문이다. 또한 가공 깊이(D3)가 20㎛ 이상이면 홈부(22, 22 …)에 있어서의 흡착력이 저하되어 전체로서의 흡착력이 저하되므로 바람직하지 않다.

돌기의 제조 및 상면 미세 가공은, 예를 들어 숫돌 가공, 레이저 조각 등 기계적인 가공이나 숏블래스트 가공을 이용해서 실시할 수 있다. 이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하면서 흡착 영역 내에 상기 돌기 및 상면 외주면(20), 내주면(21)을 형성하는 방법을 숏블래스트 가공을 이용해서 실시할 경우에 대해서 설명한다.

우선, 실시예 1에 준해서 웨이퍼의 설치면(흡착 영역(3b))을 연마 가공(중심선 평균 조도(Ra1)가 0.5㎛ 이하)하여 평탄면으로 하고 평활하게 된 웨이퍼 설치면 (흡착 영역(3b))을 실시예 1과 마찬가지로 세정한다.

이어서 이 웨이퍼 설치면(흡착 영역(3b))에, 도 5a에 도시되는 바와 같이 마스크(23)에 의해서 덮는다. 이어서, 도 5b에 도시되는 바와 같이 숏블래스트에 의해서 마스크(23)로 덮이지 않은 부분에 홈부(22, 22 …), 즉 돌기(5, 5 …)를 형성한다. 마스크(17)나 숏블래스트의 조건 등은 실시예 1과 마찬가지이다.

이어서, 이 돌기(5, 5 …) 위에 도 5c에 도시되는 바와 같이 통상적인 방법에 따라 마스크(24)를 마련한다. 이 마스크(24)의 패턴 형상은 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이 돌기(5, 5 …) 위에 형성되는 외주면(20, 20 …)과 내주면(21, 21 …) 패턴 형상과 동일한 것으로 한다. 그리고 상기한 숏블래스트 가공에 준해서 재차 숏블래스트를 실시하고, 도 5d에 도시되는 바와 같이 마스크(24)에 의해서 덮이지 않은 부분에 중심선 평균 조도(Ra2)가 0.5㎛ 이상인 내주면(21, 21 …)을 형성한다. 이 때, 상기한 Ra2와 Ra1의 차이가 0.2㎛ 이상이 되도록 한다. 그리고 마스크를 제거하여 도 1a, 도 1b, 도 4a 및 도 4b에 도시되는 정전 척을 얻는다.

실시예 2 정전 척의 정전 흡착력, 흡착 시간, 이탈 시간, 균열성을 실시예 1의 시험 방법에 준해서 시험했다. 이 결과를 표 1에 제시한다.

그리고, 이 정전 척의 외주면(20, 20 …) 합계 면적의 흡착 영역 면적(3b)이 전 면적에 대한 면적비는 5%, 외주면(20, 20 …) 합계 면적의 돌기 정면(19, 19 …)의 합계 면적에 대한 면적비는 50%, 폭(d2)은 판상 시료 두께의 0.5배, D3은 3㎛이었다.

한편, 이 정전 척을 플라즈마 에칭 장치에 장착하여, 1.33×102Pa(1.0torr)의, CF₄: 20vol%, O₂: 80vol%로 이루어지는 혼합 가스 분위기 하에 8인치 Si 웨이퍼를 1분간 노출시키는 화학 처리를 50000매 웨이퍼에 대해서 실시한 결과, 돌기(5, 5 …)에 화학적인 부식이나 마모는 찾아지지 않았다. 또, Si 웨이퍼 상의 SiO₂막의 에칭량(에칭 깊이)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타낸다.

<비교예>

유전체층(3)의 흡착 영역(3b) 내에 위치하는 돌기(5, 5 …) 상면(13, 13 …)을 요철 형상으로 하지 않은 다른 것은 실시예 1과 동일한 정전 척을 제작했다.

이 정전 척은, 돌기 정점의 합계 면적이 흡착 영역(3b)에 차지하는 비율이 실시예 1과 동일하다. 이 정전 척의 정전 흡착력, 흡착 시간, 이탈 시간, 에칭 특성을 실시예 1의 시험 방법에 준해서 시험했다. 이 결과를 표 1에 제시한다.

표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서의 에칭량의 불균일성은 둘 다 비교예보다 적다. 이는 실시예 1, 2의 정전 척에서는 웨이퍼가 미소 영역 내에서 균열성이 뛰어나다는 것을 보여주는 것이다.

<표 1>

	정 전 흡 착 특 성						에칭량의 불균일성 (%)
	실 온			1 5 0 ℃
	정전흡착력 (kPa)	흡착시간 (초)	이탈시간 (초)	정전흡착력 (kPa)	흡착시간 (초)	이탈시간 (초)
실시예1	9.8	1	1	11.0	1	1	2
실시예2	14.7	1	1	14.7	1	1	2
비교예	9.8	1	1	11.0	1	1	4

본 발명인 흡착고정장치는 흡착 영역 내에 형성된 돌기의 화학적, 기계적인 특성을 저하시키지 않고 또한 과도한 가스 도입을 하지 않으며 판상 시료 면내 온도의 미소 영역에 있어서의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 충분한 흡착력과 전압 인가 중지 후의 이탈성(정전 척의 경우)을 갖춘 흡착고정장치를 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 정전 척을 도시하는 평면도이고, 도 1b는 그 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 정전 척의 요부를 도시하는 평면도이고, 도 2b는 그 단면도이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예 1에 따른 정전 척의 제조 방법을 나타내는 과정 도면이다.

도 4a는 본 발명의 실시예 2에 따른 정전 척의 요부를 도시하는 도면이고, 도 4b는 그 단면도이다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예 2에 따른 정전 척의 제조 방법을 도시하는 과정 도면이다.

<도면에 있어서의 주요부호의 설명>

1 정전 척

2 금속판

3 유전체층

3a 주연벽(周緣壁)

3b 흡착 영역

4 내부 전극

5 돌기

6 냉각가스 도입구멍

7 직류 전원회로

8 도체부

9 고주파 전원회로

10 대향 전극

13 상면

14 시료 유지면

15 오목부

16 홈부

Claims

평면 베이스와, 상기 평면 베이스의 흡착 영역에 설치된 다수의 돌기를 갖추고, 상기 다수의 돌기 상에 판상 시료를 흡착시키는 흡착고정장치로서,

상기 돌기의 상면은 시료 유지면과 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제1항에 있어서,

상기 오목부는 상기 시료 유지면에 둘러싸인 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제2항에 있어서,

상기 시료 유지면의 폭은, 유지해야 할 판상 시료 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제1항에 있어서,

상기 시료 유지면의 합계 면적의, 상기 돌기 상면의 합계 면적에 대한 면적비는, 10∼90%의 범위인 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
평면 베이스와, 상기 평면 베이스의 흡착 영역에 설치된 다수의 돌기를 갖추고, 상기 다수의 돌기 상에 판상 시료를 흡착시키는 흡착고정장치로서,

상기 돌기의 상면은, 중심점 평균 조도가 0.5㎛ 이하의 평활 영역과, 중심선 평균 조도가 0.5㎛ 이상의 조면 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제5항에 있어서,

상기 조면 영역은, 상기 평활 영역에 둘러싸인 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제6항에 있어서,

상기 평활 영역의 폭은, 유지해야 할 판상 시료 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.
제5항에 있어서,

상기 평활 영역의 합계 면적의, 상기 돌기 상면의 합계 면적에 대한 면적비는 10∼90%의 범위인 것을 특징으로 하는 흡착고정장치.