KR101531647B1

KR101531647B1 - 정전 척 기구의 제조 방법

Info

Publication number: KR101531647B1
Application number: KR1020107002186A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 후지이; 카쯔아키 나가노; 히데노리 후쿠모토; 노부마사 미야나가
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2015-06-25
Also published as: US20100287768A1; TW200921839A; JP5117500B2; WO2009017088A1; KR20100055397A; CN101803000A; JPWO2009017088A1; TWI453857B

Abstract

척 대상물을 유지할 때에 당해 척 대상물과 접촉하는 유전층을, 실리콘 고무나 수지로 제작하는 경우, 그 제작시에 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물의 영향을 받지 않게, 사용 당초부터 성능의 격차나 이탈 불량이 생기지 않는 정전척의 제조 방법을 제공한다. 유정층(6)을, 전극(5)을 설치한 기재(3) 표면에 부착하기 전 또는 기재(3) 표면에 부착한 후에, 상기 유전층(6)의 접촉면에 소정온도로 가열한 가열판(7)을 내리누르는 공정을 실시한다.

Description

정전 척 기구의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING ELECTROSTATIC CHUCK MECHANISM}

본 발명은 진공 처리 장치 내에서 처리해야 할 기판을 유지하기 위해서 이용되는 정전 척의 제조 방법에 관한 것이다.

CVD, 이온 주입이나 플라즈마 에칭 등의 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치에서는, 진공 분위기 중의 처리실 내에서 Si 웨이퍼 등의 처리해야 할 기판(척 대상물)을 유지하기 위해서, 정전 흡착 방식의 소위 정전 척을 이용하는 것이 알려져 있다. 여기서, 정전 척에 의해 기판을 유지하여 상기 소정의 진공 처리를 행하는 경우, 기판이 위치 차이를 일으키지 않게 유지할 뿐만 아니라, 해당 기판이 잘 밀착하도록 유지하여 Si 웨이퍼의 가열, 냉각시에 그 면내의 온도를 일정하게 유지하거나 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 등의 성능이 정전 척에 요구된다.

거기서, 금속제의 기재 표면에 실리콘 고무로 이루어지는 절연층과, 당해 절연층 상에 전극으로서 형성된 도전성 패턴과, 당해 도전성 패턴 상에 표면에 잔주름 모양이 형성된 실리콘 고무로 이루어지는 유전층을 설치해 정전 척을 구성하는 것이 특허 문헌 1에 알려져 있다.

특허문헌1:일본특허공개평10-335439호공보

상기 특허 문헌 1에서는, 진공 분위기가 형성되는 처리실 내의 오염을 방지하거나 척 대상물의 이탈 불량 방지 등을 위해, 통상, 실리콘 고무를 기재에 부착하기에 앞서, 해당 실리콘 고무 표면이 세정된다. 그러나, 실리콘 고무는 기계적 강도가 약하기 때문에, 브러쉬 등을 사용해 세정할 수 없다. 게다가, 예를 들면 초음파 세정기를 이용해 세정하는 경우에, 특히 고형의 첨가물을 함유하고 있으면, 미약한 초음파에 의해서도 첨가물과 고무의 밀착에 악영향을 주어, 열전도율의 저하나 첨가물의 이탈을 일으켜 버린다. 결과적으로, 특히 반도체 제조장치용으로서 실리콘 고무의 성능을 유지한 채로 실시할 수 있는 세정 방법이 확립되지 않고, 그외 공지의 세정 방법에서도 불순물이 잔류한다는 문제가 있었다. 또, 진공 분위기나 기판 가열 등의 사용 환경에 따라서는, 특히 사용 개시 당초에 실리콘 고무 제조시에 내부에 잔류하는 불순물(수분, 유분, 고무 제조 시의 부생성물 등)이 실리콘 고무 표면에 스며드는 문제가 있다.

이러한 불순물은, (진공) 가열 건조에 의해서도 완전히 제거하는 것이 곤란하고, 실리콘 고무 표면에 잔류하는 불순물이나 기판과 밀착하는 부분에 배어나온 불순물이 기판 이면에 부착해, 기판과 실리콘 고무가 고착되어 이탈 불량을 일으킨다. 또, 이 불순물에 의해 유전층의 저항값이 국소적으로 변화하고, 이에 기인하여 기판의 흡착력이 불균일하게 되는 등의 성능의 격차를 일으킨다. 정전 척마다 성능의 격차, 즉, 개체 차이가 생기면, 처리해야 할 제품에도 격차가 생겨 제품 수율에 악영향을 미친다.

거기서, 본 발명의 목적은, 상기점에 비추어, 실리콘 고무나 수지로부터 유전층을 제작했을 경우에, 그 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물의 영향을 받지 않고, 사용 당초부터 성능의 격차나 이탈 불량이 생기지 않는 정전 척의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 정전 척의 제조 방법은, 기재상에 전극을 설치하는 공정과, 이 전극을 설치한 기재 표면에 척 대상물이 접촉하는 유전층을 설치하는 공정을 포함하는 정전 척의 제조 방법으로서, 상기 유전층을 기재에 부착하기 전 또는 기재에 부착한 후에 상기 유전층의 접촉면에 가열체를 내리누르는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유전층으로서 고무나 수지를 사용하는 경우에도, 상기 유전층의 접촉면에 가열체를 내리누르는 공정을 실시함으로써, 초음파 세정이나 (진공) 가열 건조에 의해서도 제거할 수 없었던 그 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물이 해당 가열체에 전사됨으로써 제거된다. 또, 유전층을 프레스 성형에 의해 제작했을 경우에, 척 대상물의 이탈을 원활히 하기 위해 접촉면에 형성한 요철이 고르지 않았다 하더라도, 가열체의 압력에 의해 볼록 부분의 높이가 경감되어 고르게 되며, 척 대상물이 더욱 잘 밀착하여 유지되어 유전층 저항값의 국소적인 변화를 방지하고, 기판의 온도 분포가 불균일하게 되는 등의 성능의 격차가 생기는 것이 방지된다. 그 결과, 사용 당초부터 성능의 격차나 이탈 불량이 생기지 않는 정전 척을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 가열체의 유전층과의 접촉면은, 해당 유전층 표면보다 평활성을 가지는 것이면, 유전층에 볼록 부분이 있는 경우에, 가열체를 내리누르면, 해당 볼록한 모양 부분에 선택적으로 압력이 더해지기 때문에 불순물 제거의 효과를 얻기가 쉽다. 이 때문에, 해당 유전층에 척 대상물을 유지했을 때에, 해당 볼록한 모양 부분이 특히 척 대상물과 강하게 밀착하지만, 이탈 불량을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 가열체는, 상기 유전층 표면에 면접촉하여 누르는 압력을 가하는 압압 부재이며, 이 압압 부재를 소정 온도로 가열한 후, 또는 이 압압 부재를 가열하면서, 상기 내리누르는 공정을 실시하면, 상기 유전층을 기재에 붙인 후에도, 간단한 작업으로 그 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물의 압압 부재(가열체)로의 전사에 의한 제거가 가능하고, 또, 압력을 더함으로써 가열체로의 불순물의 전사가 촉진되어 좋다.

이 경우, 상기 유전층을 기재에 붙인 후, 유전층 표면에 척 대상물을 설치한 상태, 또는 전극에 전류를 통하게 하여 이 유전층에 척 대상물을 유지한 상태에서, 상기 압압 부재의 내리누름을 실시하도록 하면, 압압 부재 자체에 불순물이 부착되지 않고, 압압 부재를 반복해 사용할 수 있어서 좋다.

또, 상기 압압 부재를 내리누르는 힘을, 전극에 전류가 흐르게 하여 유전층 표면에 척 대상물을 유지했을 때의 힘과 동등 또는 그 이상으로 설정해 두면, 정전 척을 진공 처리 장치에 부착해 소정의 처리를 실시하는 사용 환경과 동등 또는 그 이상으로 불순물의 고착이 일어나기 쉬운 환경에서 그 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물을 제거함으로써, 기판 이면에 불순물이 부착하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 있어서는, 상기 가열체는 척 대상물이며, 이 척 대상물을 소정의 온도로 가열한 후에 상기 유전층에 유지시키거나, 또는, 상기 유전층에 척 대상물을 유지시킨 상태로 이 척 대상물을 가열하면서, 상기 내리누름을 실시하도록 하면, 정전 척을 진공 처리 장치에 부착해 소정의 처리를 실시하는 사용 환경에 있어서, 실제로 사용되는 Si 웨이퍼 등의 기판을 이용해 불순물을 제거하여 불순물의 제거 상황을 확인하면서 그 작업을 할 수 있어 좋다.

덧붙여, 본 발명에 있어서는, 상기 가열체에 의한 내리누름을 진공 분위기 중에서 행하도록 해도 좋다.

또, 본 발명에 있어서는, 상기 유전층을 실리콘 고무로 구성했을 경우에 가열체의 온도를 실리콘 고무의 내열 온도와 동등하게 설정하면 좋다. 이 경우, 실리콘 고무의 내열 온도의 기준은 적절히 표현하는 것은 곤란하지만, 실리콘 고무는 내열 온도를 넘어 사용해도 즉시 고장 나는 것은 아니기 때문에, 단시간에 높은 효과를 얻을 수 있도록, 내열 온도를 넘는 온도를 사용해도 괜찮다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 정전 척의 제조 방법에서는, 실리콘 고무나 수지로 유전층을 제작했을 때에, 그 표면 및 내부에 잔류하는 불순물의 영향을 받지 않고, 사용 당초부터 성능의 격차나 이탈 불량이 생기지 않는 정전 척을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 정전 척의 부착을 설명하는 모식적 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 정전 척의 전극의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 3은 가열체의 압력에 의한 불순물의 전사를 설명하는 모식적 단면도이다.

도 1을 참조하면, 1은, CVD, 이온 주입이나 플라즈마 에칭 등의 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치의 처리실(2) 내에서 척 대상물인 Si 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지하기 위해서 이용되는 본 실시 형태의 정전 척이다. 정전 척(1)은, 처리실(2)에 배치되는 기판 스테이지(3)의 평면에서 보아 원형인 상면에 부착되며 이 기판 스테이지(3)가 기재를 구성한다. 기판 스테이지(3)에는, 도시하고 있지 않지만, 저항 가열식의 가열 수단과, 헬륨 가스 등의 냉각 가스의 순환에 의한 냉각 수단이 조성되어 기판(W)의 가열과 냉각에 의해 온도 제어를 할 수 있도록 구성되어 있다. 정전 척(1)은, 기판 스테이지(3)의 표면에 설치한 절연층(4)과 절연층(4) 상면에 패터닝 형성한 전극(5)과 이 전극(5)을 덮도록 절연층(4) 상에 설치한 유전층(6)으로 구성된다.

절연층(4)으로서는, 폴리이미드 아미드 등의 내열성 플라스틱, 알루미나, 질화 알루미늄 등의 세라믹, 실리콘 고무 등의 고무 탄성체 등 중에서 적절히 선택된 재료로 제작된다. 전극(5)으로서는 동, 알루미늄, 니켈, 은, 텅스텐 등의 금속계의 도전체 및 질화 티탄 등의 세라믹계의 도전체가 이용된다. 이 경우, 전극(5)의 패턴은 단극형 또는 양극과 음극을 균등하게 인가하는 쌍극형 중 어느 형태여도 괜찮다. 그리고, 전극 5에는, 피복 전선(51)을 통해 공지의 전원(52)에 접속되어 0~±10kV의 전압이 인가된다.

유전층(6)으로서는, 상기 절연층(4)과 같이, 폴리이미드 아미드 등의 내열성 플라스틱, 알루미나, 질화 알루미늄 등의 세라믹, 실리콘 고무 등의 고무 탄성체 등 중에서 적절히 선택된 재료로 제작된다. 여기서, 유전층(6)은, 기판(W)을 유지할 경우에 해당 기판(W)과 접촉면을 이룬다. 이 때문에, 특히, 반도체 제조장치 내에서 고열전도성이 필요한 경우에는, 실리콘 산화물인 실록산을 주사슬로 한 결합에 의해 Si 이외의 불순물이나 방출 가스 성분이 적고, 고무 탄성에 의해 기판과 조화되기 때문에 큰 유효 접촉 면적이 되어, 고열전도를 얻을 수 있는 실리콘 고무를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 절연층(4)이나 유전층(6)에 이용하는 실리콘 고무 조성물로서는, 경화 전의 성상이 밀러블(millable) 타입, 액상 타입의 어느 것을 사용해도 무방하고, 경화 형태로서는 과산화물 경화형, 부가 반응 경화형, 축합 경화형, 자외선 경화형 등의 각종 경화형의 것을 사용할 수 있다. 또, 실리콘 고무 조성물에 고열전도성을 부여하기 위해서, 분말 알루미나, 질화 알루미늄가루, 질화 붕소가루, 질화 규소가루, 산화 마그네슘가루, 분말 실리카 등의 고열전도성 세라믹 분말을 첨가해도 좋다. 그리고, 이러한 실리콘 고무 조성물을 이용해 시트상의 프리폼을 제작한 후, 소정의 프레스 압력 및 온도로 프레스 성형해, 소정 형상의 상기 절연층(4) 및 유전층(6)이 형성된다. 그때, 기판(W)의 이탈을 원활히 함과 동시에, 기판 냉각 성능을 높이기 위해서, 유전층(6)의 접촉면에는 그 전면에 걸쳐 미세한 요철이 설치된다.

다음에, 본 실시의 형태의 정전 척의 제작을 설명한다. 우선, 실리콘 고무제의 절연층(4)을 상기 기판 스테이지(3) 상면에 부착시킨 후, 절연층(4)의 상면에 패터닝 하여 전극(5)을 설치한다. 그리고, 피복 전선(51)을 기판 스테이지(3) 내를 통해 전극(5)와 전원(52) 사이의 배선을 행한다. 그리고, 이 전극(5)을 덮도록 절연층(4)의 상면에 유전층(6)을 부착한다.

다음에, 전원(52)을 통하여 전극(5)에 전류를 흐르게 하고, 실제 처리에서 이용하는 Si 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지시키고, 이 상태에서 기판(W)에 대해 소정 온도에 가열한 가열판(가열체)(7)을 유전층(6)의 전면에 걸쳐 균등하게 내리누른다. 이 경우, 가열판(7)은, 철, 스테인리스, 알루미늄 또는 유리 등으로 구성된 평판이며, 소정의 온도로 가열해도 면내 온도의 균일성이 잘 변형하지 않는 판 두께로, 또한 유전층(6)의 면적보다 큰 면적으로 형성되어 있다.

가열판(7)의 가열 온도는, 상기 처리실(2) 내에서의 처리시에 Si 웨이퍼(W)를 가열할 때의 처리 온도 이상이며, 실리콘 고무의 내열 온도(약 200℃)와 동등의 온도의 범위에서 설정된다. 여기서, 실리콘 고무는, 내열 온도를 넘으면 경화 열화 하기 때문에 순간적으로 내열 온도를 넘도록 하여, 그 접촉면에 약간 경화한 영역이 제작되도록 해도 괜찮다. 이 경우, 상기 내열 온도와 동등한 온도에는, 위에서 설명한 바와 같이 순간적으로 내열 온도를 넘은 온도까지 포함된다. 또, 가열판(7)에 의해 유전층(6)에 가해지는 압력은, 전극(4)에 전류를 흐르게 하여 유전층(6)에 기판(W)을 흡착 유지했을 때에, 기판(W)에 가해지는 힘과 동등 또는 그 이상으로 설정된다.

이로 인해, 초음파 세정이나 (진공) 가열 건조에 의해서도 제거할 수 없었던 표면 혹은 내부에 잔류하는 불순물이 기판(W)에 전사되어 제거된다. 그에 더해, 유전층(6)의 접촉면에 가열체(7)를 내리누르는 것에 의해, 그 볼록 부분의 높이가 경감되어 고르게 되며, 기판(W)이 더욱 잘 밀착되어 유지되게 된다. 그 결과, 사용 당초부터 성능의 격차나 이탈 불량이 생기지 않는 정전 척(1)이 된다.

가열판(7)을 기판(W)에 내리누르는 시간은, 가열판(7)의 온도가 상기 처리 온도보다 낮은 온도가 될 때까지의 범위에서 적절히 설정하면 좋다. 이 경우, 전극(5)에 전류를 흐르게 하여 기판(W)을 유지하고, 소정 온도로 가열한 가열판(7)을 몇 분간만 내리누른 후, 가열체(7)의 누르는 힘을 개방함과 동시에 전류의 흐름을 정지해, 기판(W)을 유전층(6)으로부터 일단 떼어낸다. 그리고, 전극(5)에 다시 전류를 흐르게 하여 동일 또는 다른 기판(W)을 다시 유전층(6)에 유지시켜, 가열체(7)에 의한 압력을 가한다. 이러한 일련의 처리를, 기판(W)으로의 불순물의 전사량을 확인하면서 여러 차례 반복하도록 해도 괜찮다. 이것에 의해, 상기 처리실(2) 내에서의 소정의 처리를 행할 때에 기판(W)에 불순물이 부착되는 것이 확실히 방지되어 성능의 불규칙도 한층 더 경감된다.

덧붙여, 본 실시의 형태에 있어서는, 상기 처리시에 실제로 이용되는 기판(W)에 불순물을 전사시키는 것에 대해 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 소정 온도로 가열한 가열판 자체에 불순물을 전사시키도록 해도 괜찮다. 이 경우, 이 가열판(7)의 유전층(6)과의 접착면의 표면 거칠기는, 예를 들면 기판(W)으로서 이용하는 Si 웨이퍼의 접착면의 표면 거칠가와 동등하거나, 바람직하게는, Ra0.1㎛ 이하로 형성한다.

한편으로, Si 웨이퍼 등의 기판(W) 자체를 가열체로서 이용할 수 있다. 이 경우, 전극(5)에 전류를 흐르게 하여 기판(W)을 흡착 유지하는 것에 의해, 유전층(6)에 압압력을 가함과 동시에, 기판 스테이지(2)의 가열 수단이나 진공 처리 장치에 설치되는 적외선 램프 등의 가열 수단에 의해 기판(W) 자체를 소정의 온도로 가열하도록 하면 좋다. 그때, 실제의 처리와 같이 처리실(2)을 진공 분위기로 해도 좋다.

1 정전 척
3 기판 스테이지(기재)
4 절연층
5 전극
51 피복 배선
52 전원
6 유전층
7 가열판(가열체)

Claims

기재상에 전극을 설치하는 공정과, 이 전극을 설치한 기재 표면에 척 대상물이 접촉하는 고무 또는 수지로부터 구성되는 유전층을 설치하는 공정을 포함하는 정전 척의 제조 방법으로, 상기 유전층을 기재에 부착하기 전 또는 기재에 부착한 후에, 상기 유전층의 접촉면에 가열체를 내리누르고, 상기 유전층의 표면 또는 내부에 잔류하는 불순물을 상기 가열체에 전사시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 가열체의 유전층과의 접촉면은, 해당 유전층 표면보다 평활성을 가지는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가열체는 상기 유전층 표면에 면접촉 하여 압력을 가하는 압압 부재이며, 이 압압 부재를 소정의 온도로 가열한 후 또는 이 압압 부재를 가열하면서, 상기 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 유전층을 기재에 부착한 후, 유전층 표면에 척 대상물을 설치한 상태 또는 전극에 전류를 흐르게 하여 이 유전층에 척 대상물을 유지한 상태에서 상기 압압 부재에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 압압 부재가 내리누르는 힘을, 전극에 전류가 흐르게 하여 유전층 표면에 척 대상물을 유지했을 때의 힘과 동등 또는 그 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가열체는 척 대상물이며, 이 척 대상물을 소정의 온도로 가열한 후에 상기 유전층에 유지시키거나 또는, 상기 유전층에 척 대상물을 유지시킨 상태로 이 척 대상물을 가열하면서, 상기의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가열체에 의한 내리누름을 진공 분위기 중에서 행하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유전층이 실리콘 고무로 구성되고, 가열체의 온도를 실리콘 고무의 내열 온도와 동등하게 설정하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.