KR101814554B1 - 에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 에지부와의 흡착력을 충분하게 확보하고, 웨이퍼가 정전척으로부터 탈리되는 속도를 높이며, 적층 및 소결에 의해 제조할 수 있는 에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법을 제시한다. 그 정전척 및 방법은 베이스와 접착된 복합 유전층을 포함하고, 복합 유전층은 히터 유전층 및 정전 유전층으로 구분되며, 정전 유전층에는 중심전극 및 에지전극으로 이루어진 흡착전극이 매립되고, 에지전극은 중심전극의 외측에 위치하고 중심전극과 평행하며, 중심전극보다 탑재된 웨이퍼에 가깝게 배치되고, 정전 유전층은 적층되어 소결에 의해 제조된다.

Description

에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법{Electrostatic chuck equipped with edge electrode and method of manufacturing the chuck}
본 발명은 정전척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에지전극이 내장되어 웨이퍼 에지부에 대한 정전기적인 흡착 특성을 개선하고, 적층 및 소결에 의해 제조하는 정전척 및 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 패턴은 화학기상 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 이를 위해, 단위공정들에서는 반도체 웨이퍼를 지지하고, 고정시키는 척이 사용된다. 최근, 웨이퍼에 대해 균일한 열처리가 가능하며 파티클(particle) 발생을 최소화할 수 있도록 하는 유전체 방식의 정전척이 많이 사용되고 있다. 유전체 방식의 정전척은 유전체에 내재된 전극에 전압을 인가하면, 유전체와 웨이퍼 사이에 정전기력이 발생하여 상기 웨이퍼를 흡착하여 고정한다.
한편, 유전체 방식의 정전척에서, 불량률을 줄이고 공정의 안정을 기하기 위하여 전극의 직경을 웨이퍼의 직경보다 작게 하여 웨이퍼의 에지부를 전극의 외측으로 돌출된다. 이렇게 되면, 웨이퍼의 중심부와 에지부에서의 정전기력의 불균일이 야기되어, 웨이퍼 에지부의 고정의 제대로 이루어지지 않는다. 웨이퍼 에지부의 고정이 잘 이루어지 않으면, 미세하고 정밀한 관리가 요구되는 반도체 제조공정(식각, 증착 등)의 불량률이 커진다. 또한, 정전척에서, 잔류전하의 소실속도는 매우 중요한 요소이다. 잔류전하의 소실속도가 느리면, 웨이퍼를 탈리하는 시간이 길어져서 공정속도를 저하시킨다.
웨이퍼 에지부의 정전기력의 불균일 문제를 해결하기 위하여, 국내공개특허 제2016-0015510호는 웨이퍼 에지부와의 정전기력을 높이기 위해 내측 전극과 일직선 상에 있는 흡착전극을 별도로 두고 있다. 하지만, 정전기력은 거리의 제곱에 반비례하는 쿨롱의 법칙에 의거하는 데, 내측의 전극과 일직선 상에 흡착전극을 배치하여도 웨이퍼 에지부의 흡착력을 크게 높이지 못한다. 또한, 상기 특허는 웨이퍼 에지부에 전기장의 기울기가 충분하지 못하여, 잔류전하의 소실속도가 작아서 웨이퍼를 정전척으로부터 탈리하는 속도가 상대적으로 느리다.
잔류전하 소실속도의 문제를 해결하기 위하여, 일본공개특허 제2012-204447호는 웨이퍼와의 접촉면에 표면조도를 조절하고 외주부에 경사진 전극을 채용하고 있다. 하지만, 상기 특허는 표면조도를 정밀하게 조절하기가 어렵고, 표면조도에 의한 조절은 공정 중에 이물질의 개입이 없어야 하므로 바람직하지 않다. 또한, 유전체층 및 전극을 적층 및 소결에 의해 제조하는 데, 상기 특허는 적층 및 소결 방식에 적용할 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼 에지부와의 흡착력을 충분하게 확보하고, 웨이퍼가 정전척으로부터 탈리되는 속도를 높이며, 적층 및 소결에 의해 제조할 수 있는 에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 에지전극이 내장된 정전척은 베이스 및 상기 베이스와 접착된 복합 유전층을 포함하고, 상기 복합 유전층은 히터 유전층 및 정전 유전층으로 구분되며, 상기 정전 유전층에는 중심전극 및 에지전극으로 이루어진 흡착전극이 매립되고, 상기 에지전극은 상기 중심전극의 외측에 위치하고 상기 중심전극과 평행하며, 상기 중심전극보다 탑재된 웨이퍼에 가깝게 배치된다.
본 발명의 정전척에 있어서, 상기 에지전극은 상기 웨이퍼의 에지부를 흡착한다. 상기 웨이퍼는 상기 정전 유전층의 상부로부터 돌출되도록 탑재될 수 있다. 상기 에지전극은 상기 웨이퍼 모서리보다 마진(a)만큼 외측에 배치될 수 있다. 상기 에지전극의 중심은 상기 중심전극의 중심과 제1 간격(b)을 이루고, 상기 에지전극의 내주면은 상기 중심전극의 외주면과 제2 간격(c)을 유지한다. 상기 중심전극 및 상기 에지전극 각각에는 동일하거나 다른 전압이 인가될 수 있다. 상기 중심전극 및 상기 에지전극 사이에는 제2 전기장(E2) 기울기가 형성될 수 있다. 상기 제2 전기장(E2) 기울기에 의해 상기 웨이퍼의 탈리속도가 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법은 베이스 및 상기 베이스와 접착된 복합 유전층을 포함하고, 상기 복합 유전층은 히터 유전층 및 정전 유전층으로 구분되며, 상기 정전 유전층에는 중심전극 및 에지전극으로 이루어진 흡착전극이 매립되고, 상기 에지전극은 상기 중심전극의 외측에 위치하고 상기 중심전극과 평행하며, 상기 중심전극보다 탑재된 웨이퍼에 가깝게 배치되는 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법에 있어서, 상기 정전 유전층은 복수개의 유전판, 상기 중심전극 및 상기 에지전극을 적층하고 가압 및 소결하여 제조된다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 유전판은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 중에 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 중심전극 및 상기 에지전극은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 중에 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법에 의하면, 중심전극과 평행한 에지전극을 중심전극보다 웨이퍼에 가깝게 배치함으로써, 웨이퍼 에지부와의 흡착력을 충분하게 확보하고, 웨이퍼가 정전척으로부터 탈리되는 속도를 높일 수 있다. 또한, 에지전극을 중심전극과 평행하게 배치함으로써, 적층 및 소결을 이용하여 정전 유전층을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 에지전극이 내장된 정전척 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 표현한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 정전 유전층 및 흡착전극을 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 정전척은 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 정전척의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 중심전극과 평행한 에지전극을 중심전극보다 웨이퍼에 가깝게 배치함으로써, 웨이퍼 에지부와의 흡착력을 충분하게 확보하고, 웨이퍼가 정전척으로부터 탈리되는 속도를 높이며, 적층 및 소결에 의해 제조할 수 있는 정전척 및 그 제조방법을 제시한다. 이를 위해, 웨이퍼에 대하여 중심전극보다 가깝게 배치된 에지전극을 포함하는 정전척의 구조를 상세하게 알아보고, 에지전극의 배치에 의하여 잔류전하가 소실되는 속도가 증가하는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 적층 및 소결에 의해 본 발명의 에지전극이 포함된 유전층을 제조하는 과정을 상세하게 살펴보기로 한다. 본 발명의 정전척은 화학기상 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같이 반도체 장치의 패턴을 제조하는 단위공정에서 웨이퍼를 지지하고 고정하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 에지전극이 내장된 정전척 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 이때, 도면의 요소의 크기 및 상대적인 치수는 실제의 크기 및 상대적 치수가 나타나지 않는 경우가 있으며, 경우에 따라서는 몇 개의 요소 및 참조번호가 생략되어 있을 수 있다.
도 1에 의하면, 본 발명의 정전척 어셈블리는 실리콘 웨이퍼와 같은 웨이퍼(W)를 흡착하는 정전척(100)과, 정전척(100)의 동작을 제어하는 제어부(200)를 포함한다. 정전척(100)은 베이스(10), 접착층(20)에 의해 베이스(10)에 접착된 복합 유전층(25)을 포함한다. 복합 유전층(25)은 베이스(10) 상에 차례로 적층된 히터 유전층(23)과 정전 유전층(24)으로 구분된다. 접찹층(20)은 금속판(26)을 게재되어 제1 및 제2 접착제(21. 22)를 포함하는 다층 구조일 수 있다. 베이스(10)는 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금과 같은 금속으로 구성된 디스크 형태일 수 있다.
정전척(100)은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 사용될 수 있다. 이때, 정전척(100)이 설치되는 챔버의 내부는 고온이며, 고온의 플라즈마에 웨이퍼(W)에 노출될 경우, 웨이퍼(W)에 이온충격(ion bombardment)과 같은 손상이 가해질 수 있다. 웨이퍼(W)의 손상을 피하고 균일한 플라즈마 처리를 위해 웨이퍼(W)를 냉각한다. 웨이퍼(W)를 냉각하기 위해, 베이스(10)에는 냉각수가 흐르는 채널(30)이 제공된다. 냉각수는 예컨대 물, 에틸렌글리콜, 실리콘오일, 액체 테플론, 물과 글리콜과의 혼합물을 포함할 수 있다. 채널(30)은 베이스(10)의 중심축을 중심으로 동심원형(concentrical) 혹은 나선형(helical)의 파이프 구조를 가질 수 있다. 채널(30)은 냉각수가 유입되는 입구(30a)와 냉각수가 유출되는 출구(30b)를 포함할 수 있고, 입구(30a)와 출구(30b)는 제어부(200)의 온도 조절기(64)에 연결된다. 온도 조절기(64)는 채널(30)에서 순환하는 냉각수의 흐름 속도와 온도를 조절한다.
베이스(10)는 제어부(200)의 바이어스 전원(61)에 전기적으로 접속된다. 바이어스 전원(61)로부터 고주파 전력이 베이스(10)에 인가되고, 이에 따라 베이스(10)는 플라즈마 발생을 위한 전극 역할을 한다. 베이스(10)는 온도센서(31)를 더 포함할 수 있다. 온도센서(31)는 베이스(10)의 온도를 제어부(200)의 컨트롤러(62)로 전송한다. 온도센서(31)로부터 측정된 온도를 토대로 정전척(100)의 온도, 예컨대 복합 유전층(25) 또는 웨이퍼(W)의 온도가 예측된다.
히터 유전층(23)에는 임베딩된 히터전극(27)이 배치된다. 히터 유전층(23)은 세라믹(예: Al2O3, AlN, Y2O3)이나 레진(예: 폴리이미드)과 같은 유전체로 이루어진다. 히터 유전층(23)은 예를 들어 디스크 형태일 수 있다. 히터전극(27)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr alloy), 니켈-알루미늄 합금(Ni-Al alloy) 등과 같은 금속 혹은 텅스텐 카바이드(WC), 몰리브덴 카바이드(MoC), 타이타늄나이트라이드(TiN) 등과 같은 전도성 세라믹으로 구성될 수 있다. 히터전극(27)은 제어부(200)의 히터 전원(63)과 전기적으로 접속된다.
히터 전원(63)로부터 공급받은 전원(예: 교류전압)에 의해 히터전극(27)이 발열되어. 정전척(100) 및 웨이퍼(W)의 온도가 조절된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 히터전극(27)은 히터 유전층(23)의 중심축을 기준으로 동심원형 혹은 나선형을 가질 수 있다. 선택적으로, 복합 유전층(25)에는 히터 유전층(23)과 정전 유전층(24) 사이에 제공된 열산포층(28; heat distribution layer)이 존재한다. 열산포층(28)은 약 10W/mK 이상의 열전도도를 갖는 AlN, BN, W, Mo 등을 포함할 수 있다. 열산포층(28)은 히터전극(27)에서 발생된 열을 보다 균일하게 산포한다.
정전 유전층(24)에는 흡착전극(50; adsorption electrode)이 매립되어 있다. 정전 유전층(24)은 세라믹(예: Al2O3, AlN, Y2O3)이나 레진(예: 폴리이미드)과 같은 유전체로 이루어진다. 정전 유전층(24)은 예를 들어 디스크 형태일 수 있다. 정전 유전층(24) 상에는 웨이퍼(W)가 탑재된다. 흡착전극(50)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr alloy), 니켈-알루미늄 합금(Ni-Al alloy) 등과 같은 금속 혹은 텅스텐 카바이드(WC), 몰리브덴 카바이드(MoC), 타이타늄나이트라이드(TiN) 등과 같은 전도성 세라믹으로 구성될 수 있다. 흡착전극(50)은 제어부(200)의 정전척 전원(60)와 전기적으로 접속된다. 정전척 전원(60)로부터 인가된 전원(예: 직류전압)에 의해 흡착전극(50)과 웨이퍼(W) 사이에 정전기력이 발생되어 웨이퍼(W)가 정전 유전층(24) 상에 흡착된다. 흡착전극(50)은 원형과 고리형의 조합, 또는 2개의 반원형과 고리형의 조합으로 구성될 수 있다.
웨이퍼(W)는 정전 유전층(24)의 외측으로 돌출되어, 정전 유전층(24)은 계단 형태가 바람직하다. 웨이퍼(W)가 외측으로 돌출되면, 상기 열전도가스의 누출을 막고 웨이퍼(W)에 균일한 전기장이 인가된다. 이와 관련하여, 흡착전극(50)는 중심전극(51) 및 에지전극(52)로 구분되며, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 흡착전극(50)과 히터전극(27)은 전기적 쇼트가 일어나지 않아야 한다. 이를 위해, 흡착전극(50)과 히터전극(27) 사이의 전기적 저항은 약 1kΩ 이상이 바람직하다. 다시 말해, 정전 유전층(24), 히터 유전층(23), 열산포층(28)은 흡착전극(50)과 히터전극(27) 사이의 전기적 저항이 적어도 약 1kΩ이 되는 물질로 이루어지는 것이 좋다.
정전척 전원(60), 바이어스 전원(61), 히터 전원(63), 및 온도 조절기(64)는 컨트롤러(62)에 의해 제어된다. 구체적으로, 온도센서(31)로부터 측정된 온도를 토대로 컨트롤러(62)는 정전척(100) 및 웨이퍼(W)의 온도를 확인하고, 히터 전원(63)의 파워를 이용하여 히터전극(27)으로부터 발생되는 발열량을 조절한다. 이에 따라, 정전척(100) 및 웨이퍼(W)의 온도가 적절하게 제어된다. 선택적으로, 정전척(100)에는 정전척(100)을 관통하여 웨이퍼(W)에 열전도가스를 제공하는 유로(70)를 제공된다. 열전도가스의 제공으로 웨이퍼(W)의 온도를 조절함으로써, 웨이퍼(W)의 손상을 줄이고 균일한 처리를 구현할 수 있다. 열전도가스는 He 또는 Ar과 같은 불활성 가스일 수 있다. 유로(70)는 공지된 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 유로(70)은 드릴링과 같은 기계적 가공 공정으로 형성될 수 있다.
정전척(100)은 웨이퍼(W)의 둘레를 따라 연장되어 웨이퍼(W)를 고리 형태로 감싸는 포커스링(40)을 포함할 수 있다. 포커스링(40)은 웨이퍼(W)의 공정 처리(예: 플라즈마 에칭) 균일도를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 포커스링(40)은 바람직하게는 유전율이 3 이하이거나, 비저항이 100Ωcm 이하인 물질이 좋다. 포커스링(40)은 석영, Al2O3, Y2O3, Si, SiC, C, SiO2 등으로 이루어질 수 있다. 정전척(100)은 외벽을 차폐하는 외부링(41)을 더 포함할 수 있고, 외부링(41)은 포커스링(40)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 표현한 단면도이다. 이때, 정전척(100)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 의하면, 웨이퍼(W)는 단부의 둘레를 따라 웨이퍼 에지부(We)를 포함하며, 흡착전극(50)은 중심전극(51) 및 에지전극(52)으로 구분된다. 에지전극(52)은 웨이퍼 에지부(We)를 흡착하기 위한 것이다. 한편, 웨이퍼(W)의 모서리와 에지전극(52)의 측면 사이는 마진(a)을 이룬다. 정전 유전층(24)의 상부는 웨이퍼(W)에 비해 작은 크기를 가지며, 정전 유전층(24)의 하부는 상기 상부보다 큰 크기를 가진다. 정전 유전층(24)의 하부는 웨이퍼(W)와 동일하거나 더 큰 크기를 가진다. 여기서, 크기는 직경을 의미할 수 있다. 이에 따라, 상기 상부와 하부 사이에는 계단(25a)을 이룬다.
구체적으로, 정전 유전층(24)이 디스크 형태를 갖는 경우, 상기 상부는 제1 직경을 가지며, 상기 하부는 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가진다. 웨이퍼(W)는 상기 제1 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 다시 말해, 웨이퍼(W)는 상기 상부보다 큰 크기를 가지며, 정전 유전층(24) 상에 장착될 때 웨이퍼 에지부(We)가 상기 상부의 측면을 넘어 돌출된다. 상기 상부가 웨이퍼(W)에 의해 덮여지므로 가령 플라즈마 공정에 의해 발생될 수 있는 손상을 차단한다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 직경이 약 300mm인 경우, 상기 상부의 제1 직경은 약 296mm 내지 299mm이고, 상기 하부의 제2 직경은 약 297mm 내지 340mm일 수 있다. 상기 상부의 높이, 즉 계단(25a)의 높이는 약 0.5mm 내지 4mm일 수 있다.
에지전극(52) 측면은 웨이퍼(W) 모서리보다 마진(a)만큼 외측에 존재한다. 웨이퍼(W)의 상부에서 보면, 에지전극(52)은 웨이퍼 에지부(We)를 내재하고 있는 형태가 된다. 이렇게 되면, 웨이퍼 에지부(We)와 에지전극(52)은 에지부(We) 전체에 걸쳐 정전기력이 형성된다. 상기 정전기력에 의해 웨이퍼 에지부(We)를 흡착하는 흡착력이 충분하게 확보된다. 개념적으로, 에지전극(52) 및 웨이퍼 에지부(We)에서의 정전기력에 의한 제1 전기장(E1)을 도면과 같이 도시할 수 있고, 웨이퍼 에지부(We)를 내재하는 에지전극(52)의 마진(a)은 제1 전기장(E1)을 안정되게 이루도록 한다.
에지전극(52)은 중심전극(51)에 비해 웨이퍼(W)에 가깝게 배치되며, 중심전극(51)의 외측에 위치한다. 구체적으로, 중심전극(51)의 중심과 에지전극(52)의 중심 사이는 제1 간격(b)을 이루고, 중심전극(51)의 외주면과 에지전극(52)의 내주면 사이는 제2 간격(c)을 이룬다. 즉, 중심전극(51) 및 에지전극(52)은 서로 평행하지만, 에지전극(52)이 웨이퍼(W)에 더 근접하도록 공간적으로 이격되어 있다. 정전 유전층(24)의 입장에서, 에지전극(52)은 중심전극(51)의 외측 상부에 있다고 할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 간격(b, c)은 본 발명의 정전척의 종류, 웨이퍼(W)의 직경, 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 가해지는 전압 등을 고려하여 정해진다.
중심전극(51)은 원형 또는 2개의 반원형을 이룰 수 있고, 에지전극(52)은 고리형이다. 즉, 중심전극(51) 및 에지전극(52)은 원형과 고리형의 조합, 또는 2개의 반원형과 고리형의 조합 중의 어느 하나로 구성될 수 있다. 중심전극(51) 및 에지전극(52)의 폭, 직경, 두께는 본 발명의 정전척의 종류, 웨이퍼(W)의 직경, 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 가해지는 전압 등에 따라 달리할 수 있다.
흡착전극(50)을 이루는 중심전극(51) 및 에지전극(52)은 제어부(200)의 정전척 전원(60)과 전기적으로 접속된다. 정전척 전원(60)은 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 각각 동일하거나 다른 전압을 인가할 수 있다. 정전척 전원(60)은 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 연속적 또는 불연속적으로 전압을 인가할 수 있으며, 바람직하게는 스텝 방식으로 전압을 인가하는 것이 좋다. 한편, 중심전극(51) 및 에지전극(52)의 배치로 인하여 도시된 것처럼 제2 전기장(E2)의 기울기가 형성된다. 제2 전기장(E2)이 기울기는 정전척 전원(60)을 통하여 제어된다. 개념적으로, 웨이퍼(W)와 에지전극(52) 사이에는 제1 전기장(E1), 중심전극(51)과 에지전극(52)에는 제2 전기장(E2)라고 표현하였다.
이하에서는, 웨이퍼(W)를 정전척(100)에 흡착시키고 탈리하는 사례를 제시한다. 하지만, 본 발명은 이하의 사례에 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 웨이퍼(W)를 흡착할 때에는 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 동일한 전압을 가한다. 중심전극(51)보다 에지전극(52)이 웨이퍼(W)에 가까우므로, 에지전극(52)에는 보다 강한 정전기력이 발생된다. 에지전극(51)의 마진(a)은 포커스링(40)을 관통하는 전기장에 의해 웨이퍼 에지부(We)를 더욱 강하게 흡착한다. 다시 말해, 에지전극(52)은 중심전극(51)보다 강한 흡착력이 발생되고, 마진(a)에 의해 부가되는 전기장으로 상기 흡착력은 더욱 커진다. 이에 따라, 본 발명의 에지전극(52)은 종래에 비해 웨이퍼(W)를 보다 확실하게 지지하고 고정한다.
웨이퍼(W)를 탈리할 때에는 복합 유전층(25) 및 웨이퍼(W)에 잔류하는 잔류전하가 빠르게 소실되는 것이 바람직하다. 잔류전하가 소실하는 속도는 웨이퍼(W)가 탈리되는 탈리시간과 관계되므로, 공정시간의 단축에 있어서 매우 중요하다. 본 발명의 실시예에 의한 중심전극(51) 및 에지전극(52)은 제2 전기장(E2)의 기울기가 만들어진다. 제2 전기장(E2)의 기울기가 클수록 잔류전하가 소실되는 속도가 커진다. 본 발명의 실시예에 의한 중심전극(51)과 에지전극(52)은 제2 전기장(E2)의 기울기를 조절하여, 웨이퍼(W)의 탈리속도를 최적화할 수 있다.
제2 전기장(E2)의 기울기를 만들기 위하여, 중심전극(51) 및 에지전극(52)에 가해지는 전압을 달리하면 상기 기울기가 형성된다. 예컨대, 에지전극(52)에 가해지는 전압을 먼저 차단하고, 이어서 중심전극(51)에 가해지는 전압을 차단하면 제2 전기장(E2)의 기울기가 형성된다. 에지전극(52)의 전압이 차단되면 에지전극(52) 및 웨이퍼 에지부(We)가 빠르게 소실되고, 이어서 중심전극(51)과 웨이퍼 중심부의 전하도 빠르게 소실된다. 이와 같이, 다양한 방식으로 제2 전기장(E2) 기울기를 만들어, 잔류전하의 탈리속도를 높일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 중심전극(51)과 에지전극(52)은 제2 전기장(E2)의 기울기에 의해, 웨이퍼(W)의 탈리속도를 최적화할 수 있다.
한편, 통상적으로 웨이퍼(W)가 정전척(100)으로부터 탈리되는 탈리시간은 1초 이내가 바람직하다. 이에 따라, 중심전극(51)과 에지전극(52) 사이의 제2 전기장(E2)의 기울기를 만드는 과정은 상기 탈리시간에 부합하도록 수행된다.
도 3 및 도 4는 도 1의 정전 유전층(24) 및 흡착전극(50)을 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정흐름도이다. 이때, 정전 유전층(24) 및 흡착전극(50)은 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다. 여기서는 정전 유전층(24) 및 흡착전극(50)을 제조하는 과정은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 3에 의하면, 정전 유전층(24)은 복수개(n개, n은 최소 6 이상의 자연수)의 유전판을 적층하고 가압 소결하여 제조된다. 여기서는, 6개의 유전판으로 제조하는 것으로 한정지어 설명하기로 한다. 먼저, 정전 유전층(24)의 베이스 역할을 하는 제1 유전판(24a) 상에 중심전극(51)을 형성한다. 중심전극(51)의 형성은 페이스트 프린팅와 같은 인쇄법, 플라즈마 스프레이와 같은 분무법, 증착 또는 접합 등을 이용할 수 있다. 상기 접합이 아닌 경우, 마스크를 이용한 식각에 의해 패터닝하여 중심전극(51)을 형성할 수 있다. 중심전극(51)은 원형 또는 2개의 반원형을 이룰 수 있다.
그후, 중심전극(51)의 측면은 제2 유전판(24b)으로 채워지거나 접합된다. 제2 유전판(24b)이 형성되면, 중심전극(51) 및 제2 유전판(24b)은 동일한 상면을 가진다. 이어서, 중심전극(51) 및 제2 유전판(24b) 상에 제3 유전판(24c)을 형성한다. 제3 유전판(24c)의 형성은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 등을 이용할 수 있다. 제3 유전판(24c)가 형성되면, 중심전극(51)은 제1 내지 제3 유전판(24a, 24b, 24c)에 의해 매립된다.
도 4에 의하면, 제3 유전판(24c) 상에 에지전극(52)을 형성한다. 에지전극(52)은 앞에서 설명한 바와 같이, 중심전극(51)에 대하여 제1 및 제2 간격(b, c)을 이루도록 한다. 에지전극(52)은 고리형이며, 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 등이 이용하여 형성될 수 있다. 상기 접합이 아닌 경우, 마스크를 이용한 식각에 의해 패터닝하여 에지전극(52)을 형성할 수 있다. 그후, 에지전극(52)의 측면은 제4 유전판(24d)으로 채워지거나 접합된다. 제4 유전판(24d)이 형성되면, 에지전극(52) 및 제4 유전판(24d)은 동일한 상면을 가진다.
다음에, 에지전극(52) 및 제4 유전판(24d) 상에 제5 유전판(24e)을 형성한다. 제5 유전판(24e)의 형성은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 등을 이용할 수 있다. 제5 유전판(24e)이 형성되면, 에지전극(55)은 제3 내지 제5 유전판(24c, 24d, 24e)에 의해 매립된다. 계속하여, 제5 유전판(24e) 상에 제5 유전판(24e)에 비해 직경이 작아서 계단(25a)을 이루는 제6 유전판(24f)을 형성한다. 제6 유전판(24f)은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 등을 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 제1 내지 제5 유전판(24a, 24b, 24c, 24d, 24e)은 동일한 직경을 가지고, 제6 유전판(24f)의 직경보다 크다. 제6 유전판(24f)은 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다 작다.
제1 내지 제6 유전판(24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f), 중심전극(51) 및 에지전극(52)이 준비되면, 열과 압력에 의해 소결하여, 정전 유전층(24) 및 전극들(51, 52)을 완성한다. 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 소결은 약 280℃ 내지 380℃의 온도에서 대략 200psi 내지 700psi의 압력 조건에서 진행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 에지전극(52)은 유전판의 적층 및 소결 과정에서 제조되기 때문에, 중심전극(51)과 에지전극(52)은 제1 간격(b)을 가지면서 서로 평행하다. 또한, 유전판의 적층 및 소결은 종래의 경사진 에지전극에는 이를 적용할 수 없다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 베이스 20; 접착층
23; 히터 유전층 24; 정전 유전층
25; 복합 유전층 26; 금속판
27; 히터전극 28; 열산포층
30; 채널 40; 포커스링
50; 흡착전극 51; 중심전극
52; 에지전극 60; 정전척 전원
61; 바이어스 전원 62; 컨트롤러
63; 히터 전원 64; 온도 조절기
100; 정전척 200; 제어부
a; 마진
b, c; 제1 및 제2 간격
W; 웨이퍼

Claims (11)

  1. 베이스 및 상기 베이스와 접착된 복합 유전층을 포함하고,
    상기 복합 유전층은 히터 유전층 및 정전 유전층으로 구분되며,
    상기 정전 유전층에는 중심전극 및 에지전극으로 이루어진 흡착전극이 매립되고,
    상기 에지전극은 상기 중심전극의 외측에 위치하고 상기 중심전극과 평행하며, 상기 중심전극보다 탑재된 웨이퍼에 가깝게 배치되고,
    상기 중심전극 및 상기 에지전극 사이에는 제2 전기장(E2) 기울기가 형성되며, 상기 제2 전기장(E2) 기울기에 의해 상기 웨이퍼의 탈리속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에지전극은 상기 웨이퍼의 에지부를 흡착하는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 정전 유전층의 상부로부터 돌출되도록 탑재되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에지전극은 상기 웨이퍼 모서리보다 마진(a)만큼 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에지전극의 중심은 상기 중심전극의 중심과 제1 간격(b)을 이루고, 상기 에지전극의 내주면은 상기 중심전극의 외주면과 제2 간격(c)을 유지하는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중심전극 및 상기 에지전극 각각에는 동일하거나 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 베이스 및 상기 베이스와 접착된 복합 유전층을 포함하고,
    상기 복합 유전층은 히터 유전층 및 정전 유전층으로 구분되며,
    상기 정전 유전층에는 중심전극 및 에지전극으로 이루어진 흡착전극이 매립되고,
    상기 에지전극은 상기 중심전극의 외측에 위치하고 상기 중심전극과 평행하며, 상기 중심전극보다 탑재된 웨이퍼에 가깝게 배치되는 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법에 있어서,
    상기 정전 유전층은 복수개의 유전판, 상기 중심전극 및 상기 에지전극을 적층하고 가압 및 소결하여 제조되고,
    상기 중심전극 및 상기 에지전극 사이에는 제2 전기장(E2) 기울기가 형성되며, 상기 제2 전기장(E2) 기울기에 의해 상기 웨이퍼의 탈리속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유전판은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 중에 선택된 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 중심전극 및 상기 에지전극은 인쇄법, 분무법, 증착 또는 접합 중에 선택된 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에지전극이 내장된 정전척의 제조방법.
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