KR100706021B1 - Method for manufacturing esc - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판을 고정시키는 정전척 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an electrostatic chuck for fixing a silicon wafer or a glass substrate.
본 발명에서는, In the present invention,
1) 그 상면이 평평한 도전성 금속으로 전극을 형성하는 단계; 1) forming an electrode from a conductive metal whose top surface is flat;
2) 상기 금속 상면을 고온으로 가열하는 전처리 단계;2) a pretreatment step of heating the upper surface of the metal to a high temperature;
3) 상기 금속 상면에 용사 코팅 방법으로 절연층을 형성하는 단계;3) forming an insulating layer on the upper surface of the metal by a spray coating method;
4) 상기 절연층 상면에 용사 코팅 방법으로 하부 유전체층을 형성하는 단계;4) forming a lower dielectric layer on the upper surface of the insulating layer by thermal spray coating;
5) 상기 하부 유전체층 상면에 용사 코팅 방법으로 일정한 패턴의 전극 패턴을 형성시키는 전극 패턴 형성 단계;5) an electrode pattern forming step of forming an electrode pattern of a predetermined pattern on the upper surface of the lower dielectric layer by a spray coating method;
6) 상기 하부 유전체층 상면 및 상기 전극 패턴 상면에 용사 코팅 방법으로 상부 유전체층을 형성하는 단계;를 포함하는 정전척 제조방법을 제공한다.6) forming an upper dielectric layer on the upper surface of the lower dielectric layer and the upper surface of the electrode pattern by a spray coating method.
정전척, 전극, 절연층, 용사코팅, 플라즈마 Electrostatic chuck, electrode, insulation layer, thermal spray coating, plasma
Description
도 1은 정전척의 구조를 개략적으로 설명하는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating the structure of an electrostatic chuck.
도 2는 종래의 정전척 제조방법의 공정도이다. 2 is a process chart of a conventional electrostatic chuck manufacturing method.
도 3은 종래의 용사코팅면의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a conventional thermal spray coating surface.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 제조방법의 공정도이다. 4 is a process chart of the electrostatic chuck manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 코팅된 절연층과 전극의 접촉면을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 5 is a cross-sectional view schematically showing a contact surface of an electrode and an insulating layer coated according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1 : 정전척 10 : 전극1
20 : 절연층 30 : 하부 유전체층20: insulating layer 30: lower dielectric layer
40 : 전극 패턴 50 : 상부 유전체층40: electrode pattern 50: upper dielectric layer
D : 잔유물D: residue
본 발명은 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판을 고정시키는 정전척 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an electrostatic chuck for fixing a silicon wafer or a glass substrate.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 및 LCD가 비약적으로 발전하고 있다. 반도체와 LCD 제조 과정에서는 처리되는 정보의 양이 급증함에 따라 집적도와 신뢰도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전되고 있다. In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductors and LCDs are rapidly developing. In the semiconductor and LCD manufacturing process, as the amount of information processed increases rapidly, technology is being developed to improve integration and reliability.
그런데 이러한 집적도와 신뢰도를 향상시키기 위해서는 단위 공정의 정밀도가 높아져야 하고, 단위 공정의 정밀도를 높이기 위해서는 단위 공정을 수행하는 동안 반도체 웨이퍼 및 LCD 기판을 보다 정밀하게 고정시키는 것이 요구된다. 일반적으로 반도체 웨이퍼와 LCD 기판을 고정시키기 위한 장치는 기계적인 특성을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 진공척(Vacuum chuck)과 전기적인 특성을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 정전척(ESC : Electro Static Chuck) 등이 널리 사용되고 있다. However, in order to improve the integration and reliability, the precision of the unit process must be increased, and to increase the precision of the unit process, it is required to more accurately fix the semiconductor wafer and the LCD substrate during the unit process. Generally, a device for fixing a semiconductor wafer and an LCD substrate includes a vacuum chuck for fixing a wafer using mechanical properties and an electrostatic chuck (ESC) for fixing a wafer using electrical properties. This is widely used.
상기 진공척은 단위공정들이 진공 조건하에서 수행될 경우 진공척과 외부 진공 간의 압력차이가 생성되지 않기 때문에 사용에 한계가 있다. 또한 국부적 흡입 작용에 의해 웨이퍼 또는 기판을 고정하기 때문에 정밀한 고정이 불가능한 결점이 있다. The vacuum chuck has a limitation in use because no pressure difference is generated between the vacuum chuck and the external vacuum when the unit processes are performed under vacuum conditions. In addition, since the wafer or substrate is fixed by the local suction action, there is a drawback in that precise fixing is impossible.
반면에 정전척은 기판 등과 같은 흡착물들을 고정하기 위해 전위차에 의해 발생되는 유전분극 현상과 정전기력 원리를 이용한다. 이로 인해 정전척은 압력의 영향을 받지 않고, 반도체 또는 LCD 기판의 미세가공이 가능하다. Electrostatic chucks, on the other hand, use the principles of dielectric polarization and electrostatic forces generated by potential differences to fix adsorbates such as substrates. This allows the electrostatic chuck to be subjected to microfabrication of a semiconductor or LCD substrate without being affected by pressure.
정전척의 예로서, 미합중국 특허 제6,134,096에는 정전기 에너지를 이용하여 기판을 흡착시키기 위한 절연층, 전극층, 유전층으로 이루어진 정전척이 개시되어 있다. 그리고 미합중국 특허 제6,141,203에는 복수의 구조를 갖는 커패시터 플레이 트를 형성하여 정전기 에너지로 기판을 흡착하는 정전척이 개시되어 있다. As an example of an electrostatic chuck, US Pat. No. 6,134,096 discloses an electrostatic chuck consisting of an insulating layer, an electrode layer, and a dielectric layer for adsorbing a substrate using electrostatic energy. In addition, US Pat. No. 6,141,203 discloses an electrostatic chuck that forms a capacitor plate having a plurality of structures to adsorb a substrate with electrostatic energy.
이하에서는 도 1을 참조하여 일반적인 정전척을 설명한다. 도 1은 정전척(1)을 개략적으로 나타내는 단면도이다. Hereinafter, a general electrostatic chuck will be described with reference to FIG. 1. 1 is a cross-sectional view schematically showing the electrostatic chuck 1.
먼저 금속 재질의 전극(10)이 최하부에 형성된다. 이 전극(10)은 플라즈마 처리를 위하여 RF 전력이 인가되는 구성요소이다. 따라서 도전성 소재로 형성되는 것이다. 그리고 이 전극(10)의 상부에 절연층(20)이 형성된다. 이 절연층(20)은 RF 전력이 인가되는 전극과 정전척 작동을 위하여 DC전원이 인가되는 정전척 전극 패턴(40)과의 전기적 접촉을 방지하기 위한 것이다. 이러한 절연층(20)으로는 AlN(질화 알루미늄)이 많이 사용되며, 용사코팅 방법으로 형성된다. First, a
그리고 이 절연층(20) 상부에는 하부 유전체층(30)이 형성된다. 이 하부 유전체층(30)은 그 상부에 형성되는 전극 패턴(40)을 하부에서 감싸는 구조이며, 역시 용사코팅 방법으로 형성된다. 또한 하부 유전체층(30)의 상부에는 특정한 전극 패턴(40)이 형성된다. 이 전극 패턴(40)은 정전척 구동을 위한 DC전원이 인가되는 구성요소로서, 정전척으로 고정시키는 피고정부재의 형상에 따라 일정한 형태로 패터닝된다. 다음으로 이 전극 패턴(40)의 상부에는 상부 유전체층(50)이 형성된다. 이 상부 유전체층(50)은 전극 패턴을 상부에서 감싸는 구조로 마련되며, 용사코팅 방법으로 형성된다. 보다 정확하게는 하부 유전체층(30)과 상부 유전체층(50) 사이에 전극 패턴(40)이 부유되는(floating) 형태를 취한다. 따라서 전극 패턴(40)이 외부로 노출되지 않고, 유전체(30, 50)에 의하여 전체적으로 감싸지는 형태를 취하 는 것이다. 그리고 이 상부 유전체층(50)의 상면에 피고정부재가 위치되어 고정된다. The lower
이하에서는 이러한 정전척을 제조하는 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 종래의 정전척 제조방법의 공정도이다. Hereinafter, a method of manufacturing such an electrostatic chuck will be described with reference to FIG. 2. 2 is a process chart of a conventional electrostatic chuck manufacturing method.
우선 금속 재질의 전극을 형성하는 공정(S 10)이 진행된다. 이때 전극의 형상은 원형의 반도체 웨이퍼를 처리하는 경우에는 원형으로 형성되고, 직사각형의 평판표시소자 기판을 처리하는 경우에는 직사각형으로 형성된다. 다음으로는 이 전극 상면의 이물질을 제거하는 공정(S 20)이 진행된다. 이 공정에서는 전극 상부에 용사 코팅을 진행하기 전에 코팅된 절연층의 접착력 향상을 위하여 전극 상부면을 전처리하는 과정으로서, 전극 상부에 묻어 있는 이물질을 샌딩 처리나, 화학적 세척 과정을 통해서 제거한다. 다음으로는 절연층 형성 공정(S 30)이 진행된다. 이 공정에서는 용사 코팅 방법을 사용하여 절연층을 형성시킨다. 이 절연층은 판상의 형상을 취하여 일반적으로는 80㎛정도의 두께로 형성된다. First, a step (S 10) of forming a metal electrode is performed. At this time, the electrode has a circular shape when processing a circular semiconductor wafer, and a rectangular shape when processing a rectangular flat panel display element substrate. Next, the process (S20) of removing the foreign material on the upper surface of this electrode is advanced. In this process, a process of pretreating the upper surface of the electrode in order to improve the adhesion of the coated insulating layer before the thermal spray coating on the electrode, and removes foreign substances on the electrode by sanding or chemical cleaning process. Next, an insulating layer formation process (S30) advances. In this process, an insulating layer is formed using a thermal spray coating method. The insulating layer has a plate shape and is generally formed to a thickness of about 80 m.
다음으로는 이 절연층 상부에 하부 유전체층을 형성시키는 공정(S 40)이 진행된다. 이 공정에서는 절연층을 용사 코팅 방법으로 형성시키며, 일반적으로 하부 유전체층은 500㎛의 두께로 형성된다. 그리고 하부 유전체층의 상부에 전극 패턴을 형성시키는 공정(S 50)이 진행된다. 이 공정에서는 원하는 패턴 형상으로 전극을 형성시킨다. 이 전극 패턴은 얇은 판상의 형상을 취하며, 일반적으로 20㎛정도의 두께로 형성된다. 이러한 전극 패턴은 텅스텐 재질로 형성된다. Next, a process (S 40) of forming a lower dielectric layer on the insulating layer is performed. In this process, the insulating layer is formed by a spray coating method, and generally, the lower dielectric layer is formed to a thickness of 500 mu m. In operation S50, an electrode pattern is formed on the lower dielectric layer. In this step, electrodes are formed in a desired pattern shape. This electrode pattern takes the shape of a thin plate and is generally formed to a thickness of about 20 mu m. The electrode pattern is formed of tungsten material.
다음으로는 이 전극 패턴의 상부에 상부 유전체층을 형성시키는 공정(S 60)이 진행된다. 이 공정에서는 하부 유전층 상부에 형성된 전극 패턴을 완전히 감싸도록 용사 코팅 방법을 사용하여 상부 유전체층을 형성시킨다. 이 상부 유전체층은 일반적으로 약 400㎛정도의 두께로 형성된다. Next, a process (S 60) of forming an upper dielectric layer on the electrode pattern is performed. In this process, the upper dielectric layer is formed using a thermal spray coating method to completely surround the electrode pattern formed on the lower dielectric layer. The upper dielectric layer is generally formed to a thickness of about 400 mu m.
그런데 종래에 전극 상부에 용사 코팅 방법을 사용하여 절연체층을 형성시키기 전에 수행하는 용사면 클리닝 공정에서 단순히 표면을 샌딩처리하거나 화학적인 세척 공정만 실시하는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 전극(10) 표면과 용사면(20) 사이에 대기 중의 수분 또는 클리닝 공정의 잔유물(D)이 개재되어 정전척의 기능을 저해하는 문제점이 있다. However, in the case of simply sanding the surface or performing only a chemical cleaning process in the sprayed surface cleaning process, which is conventionally performed before forming an insulator layer using the sprayed coating method on the electrode, as illustrated in FIG. 3, the electrode ( 10) Between the surface and the sprayed
본 발명의 목적은 1000℃ 이상의 고온에서 용사 코팅 작업을 통하여 절연층을 형성하더라도 기능상의 문제점이 발생하지 않는 정전척 제조방법을 제공함에 있다. It is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck manufacturing method in which a functional problem does not occur even when an insulating layer is formed by spray coating at a high temperature of 1000 ° C. or higher.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, In the present invention, to achieve the above object,
1) 그 상면이 평평한 도전성 금속으로 전극을 형성하는 단계; 1) forming an electrode from a conductive metal whose top surface is flat;
2) 상기 금속 상면을 고온으로 가열하는 전처리 단계;2) a pretreatment step of heating the upper surface of the metal to a high temperature;
3) 상기 금속 상면에 용사 코팅 방법으로 절연층을 형성하는 단계;3) forming an insulating layer on the upper surface of the metal by a spray coating method;
4) 상기 절연층 상면에 용사 코팅 방법으로 하부 유전체층을 형성하는 단계;4) forming a lower dielectric layer on the upper surface of the insulating layer by thermal spray coating;
5) 상기 하부 유전체층 상면에 용사 코팅 방법으로 일정한 패턴의 전극 패턴을 형성시키는 전극 패턴 형성 단계;5) an electrode pattern forming step of forming an electrode pattern of a predetermined pattern on the upper surface of the lower dielectric layer by a spray coating method;
6) 상기 하부 유전체층 상면 및 상기 전극 패턴 상면에 용사 코팅 방법으로 상부 유전체층을 형성하는 단계;를 포함하는 정전척 제조방법을 제공한다.6) forming an upper dielectric layer on the upper surface of the lower dielectric layer and the upper surface of the electrode pattern by a spray coating method.
본 발명에서는, 2) 단계에서, 전극을 800 ~ 1200℃온도로 가열하여 전처리하는 것이, 공기 중의 수분이나 금속 표면의 잔유물을 완전히 제거할 수 있어서 바람직하다. In the present invention, in step 2), pretreatment by heating the electrode at a temperature of 800 to 1200 ° C. is preferable because it can completely remove moisture in the air or residues on the metal surface.
그리고 본 발명에서는 전극을, 알루미늄으로 형성시키는 것이 충분한 도전성을 확보하면서도 장치의 중량을 줄일 수 있어서 바람직하다. In the present invention, it is preferable to form the electrode from aluminum because the weight of the device can be reduced while ensuring sufficient conductivity.
그리고 절연층은, 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 것이 정전력, 열전도성, 내플라즈마성을 모두 확보할 수 있어서 바람직하다. The insulating layer is preferably made of aluminum nitride (AlN) because it can secure all of electrostatic power, thermal conductivity, and plasma resistance.
그리고 본 발명에서는, 전극의 표면을 고온으로 전처리하기 전에. 전극의 상부면의 이물질을 제거하는 클리닝(cleaning) 단계가 더 진행되는 것이, 전극의 상부면과 절연층의 밀착성을 높일 수 있어서 바람직하다. And in the present invention, before the surface of the electrode is pretreated to a high temperature. The cleaning step of removing foreign matters from the upper surface of the electrode is further preferred, since the adhesion between the upper surface of the electrode and the insulating layer may be improved.
이때, 이 클리닝 단계에서는, 전극 표면을 샌딩(Sanding) 처리할 수도 있고, 전극 표면을 화학적으로 세척하여 이물질을 제거할 수도 있다. In this case, in the cleaning step, the electrode surface may be sanded , or the surface of the electrode may be chemically cleaned to remove foreign substances.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 정전척 제조방법은 Electrostatic chuck manufacturing method according to the embodiment
1) 그 상면이 평평한 도전성금속으로 전극을 형성하는 단계(S110); 1) forming an electrode from a conductive metal having a flat upper surface (S110);
2) 상기 금속 상면을 고온으로 가열하는 전처리 단계(S130);2) a pretreatment step of heating the metal upper surface to a high temperature (S130);
3) 상기 금속 상면에 용사 코팅 방법으로 절연층을 형성하는 단계(S140);3) forming an insulating layer on the upper surface of the metal by a spray coating method (S140);
4) 상기 절연층 상면에 용사 코팅 방법으로 하부 유전체층을 형성하는 단계(S150);4) forming a lower dielectric layer on the upper surface of the insulating layer by a spray coating method (S150);
5) 상기 하부 유전체층 상면에 용사 코팅 방법으로 일정한 패턴의 전극 패턴을 형성시키는 전극 패턴 형성 단계(S160);5) an electrode pattern forming step (S160) of forming an electrode pattern of a predetermined pattern on the upper surface of the lower dielectric layer by a spray coating method;
6) 상기 하부 유전체층 상면 및 상기 전극 패턴 상면에 용사 코팅 방법으로 상부 유전체층을 형성하는 단계(S170);를 포함하여 구성된다. 6) forming an upper dielectric layer on the upper surface of the lower dielectric layer and the upper surface of the electrode pattern by a spray coating method (S170).
여기에서, 1), 3), 4), 5), 6) 단계는 종래의 정전척 제조방법의 그것과 동일한 과정이므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다. Here, steps 1), 3), 4), 5), and 6) are the same processes as those of the conventional method for manufacturing an electrostatic chuck, and thus will not be repeated here.
본 실시예에 따른 정전척 제조방법에서는 전극 상부에 절연층을 형성시키기 전에 전극 상부에 대하여 소정의 전처리(130)를 실시한다(S130). 이는 전극 상부 표면에 존재하는 공정 잔유물 또는 공기중의 수분을 제거하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 이 전처리 단계에서 전극을 800 ~ 1200℃온도로 가열하는 고온 처리를 실시한다. 이렇게 고온 처리하는 것은 800 ~ 1200℃ 온도에서 진행되는 용사 코팅 과정에서 전극의 표면에 수분 등이 존재하지 않도록 용사 코팅 공정의 온도와 비슷한 온도로 전처리하는 것이다. 이때 이 전극은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 전도성과 경량성을 모두 확보할 수 있는 알루미늄이 바람직하다. In the method of manufacturing an electrostatic chuck according to the present embodiment, a predetermined pretreatment 130 is performed on the upper portion of the electrode before forming the insulating layer on the upper portion of the electrode (S130). This is to remove moisture from the process residue or air present on the upper surface of the electrode. In this embodiment, a high temperature treatment is performed in which the electrode is heated to a temperature of 800 to 1200 ° C in this pretreatment step. The high temperature treatment is pretreatment at a temperature similar to that of the thermal spray coating process so that moisture is not present on the surface of the electrode during the thermal spray coating process performed at 800 to 1200 ° C. At this time, the electrode is preferably made of a metal material, and particularly preferably aluminum that can ensure both conductivity and light weight.
그리고 절연층은, 질화 알루미늄으로 이루어지는 것이 정전력, 열전도성, 내플라즈마성을 모두 확보할 수 있어서 바람직하다. 이 정전척은 건식 공정에 사용되므로, 박막의 균일성, 열응력이나 결함 밀도의 저감을 위해 진공하에서 정확하고 균일한 가열/냉각, 온도 분포 및 정전력이 필요하다. 따라서 우수한 유전성질과 열전도도를 가지는 소재를 사용하여야 하는데, 이러한 관점에서 절연층으로 질화 알루미늄이 가장 바람직한 것이다. The insulating layer is preferably made of aluminum nitride because it can secure all of electrostatic power, thermal conductivity, and plasma resistance. Since these electrostatic chucks are used in dry processes, accurate and uniform heating / cooling, temperature distribution and electrostatic power under vacuum are required to reduce film uniformity, thermal stress and defect density. Therefore, a material having excellent dielectric properties and thermal conductivity should be used. In this regard, aluminum nitride is most preferable as an insulating layer.
그리고 본 실시예에 따른 정전척 제조방법에 있어서도, 1) 전극 형성 단계(S110)와 2) 용사면 전처리 단계(S130) 사이에 전극 상부면의 이물질을 제거하는 클리닝(cleaning) 단계(S120)가 더 진행되는 것이, 전극과 절연층 사이의 접합력을 더욱 향상시킬 수 있어서 바람직하다. 본 실시예에서는 이 클리닝 단계를, 금속 표면을 샌딩(Sanding) 처리하는 단계나, 금속 표면을 화학적으로 세척하는 단계로 진행한다. Also in the electrostatic chuck manufacturing method according to the present embodiment, a cleaning step (S120) for removing foreign matter on the upper surface of the electrode between 1) the electrode forming step (S110) and 2) the spray surface pretreatment step (S130) is It is preferable to further advance because the bonding force between the electrode and the insulating layer can be further improved. In this embodiment, the cleaning step proceeds to a sanding process of the metal surface or a chemical cleaning of the metal surface.
본 발명에 따르면 절연층을 용사 코팅 방법에 의하여 형성시키기 전에 금속 표면을 고온으로 전처리하므로 도 5에 도시된 바와 같이, 공기 중의 수분이나 클리닝 공정에서의 잔유물이 모두 제거되어 전극과 절연층의 접합력을 높일 뿐만아니라 정전척 자체의 특성을 향상시키는 장점이 있다. According to the present invention, since the metal surface is pretreated at a high temperature before the insulating layer is formed by the spray coating method, as shown in FIG. 5, all moisture in the air and residues from the cleaning process are removed to improve the bonding strength between the electrode and the insulating layer. In addition to improving the characteristics of the electrostatic chuck itself has the advantage.
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KR20050034546A (en) * | 2003-10-09 | 2005-04-14 | 에스엔티 주식회사 | Electro-static chuck with non-sintered aln and a method of preparing the same |
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2005
- 2005-06-16 KR KR1020050052026A patent/KR100706021B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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