KR102294545B1 - 정전척 및 그 수리방법 - Google Patents

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Abstract

제1 가스유로가 마련된 유전체 플레이트와, 제1 가스유로와 연결되는 제2 가스유로를 구비하는 바디를 구비하는 정전척이 소개된다. 제1 가스유로와 제2 가스유로가 만나는 위치에 인서트가 설치된다. 인서트는 순도 90% 이상의 세라믹 소결체로 구성되며, 제1 가스유로와 연결된 상부홀; 제2 가스유로와 연결된 2 이상의 하부홀; 및 상부홀과 복수의 하부홀이 서로 연결되도록 인서트를 수평방향 관통하는 수평홀을 구비한다. 가스유로를 통해 플라즈마가 유입되어 아킹이 발생하는 것이 방지된다.

Description

정전척 및 그 수리방법{ELECTROSTATIC CHUCK AND REPARING METHOD THEREOF}
본 발명은 정전척, 특히 기판 온도의 제어를 위한 가스유로를 갖는 정전척에 관한 것이다.
정전척은 웨이퍼, 유리, 디스플레이 패널 등과 같은 기판을 정전적으로 척킹한다. 정전척은 물리적인 힘을 가하지 않고도 기판들을 고정할 수 있어 반도체나 디스플레이 제조공정들에서 널리 사용된다.
정전척은 기판 척킹을 위한 전극이 엠베드된 유전체 플레이트와 바디를 구비한다. 유전체 플레이트의 전면에 기판이 로딩되며, 후면은 예로서 실리콘계 접착제를 이용하여 바디에 접착된다. 바디는 유전체 플레이트를 처리 스테이지에 안착시킬 수 있도록 구성된다.
유전체 플레이트는 알루미나와 같은 세라믹의 소결체로 구성된다. 유전체 플레이트의 전면에는 기판을 지지하는 돌기들이 마련되고, 후면으로부터 전면까지 유전체 플레이트를 관통하는 가스유로가 마련된다. 이 가스유로를 통해 기판의 이면으로 기판 온도의 조절을 위한 냉각 가스가 공급된다.
바디는 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속 또는 세라믹으로 제작된다. 바디에는 온도 조절을 위한 냉각채널, 유전체 플레이트의 가스유로와 연결되는 가스공급라인, 전극에 전압을 인가하기 위한 전극리드 등이 마련된다. 금속 바디의 표면은 절연을 위해 아노다이징 처리된다.
반도체 제조과정에 증착, 노광, 이온주입, 에칭 등의 처리가 반복 수행되며, 이들 처리 중 기판의 온도 제어가 필수적이다. 에칭 공정에서 챔버 내 대향 배치된 상,하부 전극에 고주파 전압이 인가되고 이에 의해 플라즈마가 발생한다. 고밀도의 플라즈마는 가스유로를 따라 유입되고 바디와 통전, 즉 아킹을 발생시킬 수 있다.
챔버 내 아킹 발생은 치명적이다. 플라즈마의 유입 차단과 아울러 기판으로 He 가스를 균일 공급하기 위해 다공질 세라믹을 가스유로에 인서트 하는 방안이 제안되었다.
도 1에 가스유로(5)에 다공질 세라믹(9)이 적용된 정전척 예가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면 정전척은 유전체 플레이트(1), 유전체 플레이트(1)에 엠베드된 척킹 전극(2), 그리고 바디(3)를 구비한다. 유전체 플레이트(1)의 전면에 기판(w)과 접촉하는 다수의 돌기들(6)이 마련된다. 기판(w)의 이면, 즉 돌기들(6) 사이의 공간 또는 그루브(7)로 He 가스가 공급된다.
바디(3)와 유전체 플레이트(1)에는 가스유로(4,5)가 마련되며, 유전체 플레이트(1)의 가스유로(5)에 다공질 세라믹(5)이 설치된다. 다공질 세라믹(5)은 Al2O3, SiC, Y2O3 등으로 제조되며, 40%~60% 기공율을 갖는다. 다공질 세라믹(5)은 여러 가스유로(4,5)를 통해 공급되는 He 가스가 기판(w) 이면으로 균등 공급될 수 있게 하며, 상부의 가스유로(5)를 통한 플라즈마 유입을 차단한다.
도 2는 위와 같은 다공질 세라믹이 적용된 유전체 플레이트의 이면을 보인 사진이다. 이 유전체 플레이트는 바디에 결합되어 일정기간 사용되었다가, 분석을 위해 바디로부터 분리되었다.
도 2에서 보듯이 다공질 세라믹(porous로 표시됨)의 주변에 오염이 발생하고, 또 다공질 세라믹을 유전체 플레이트에 고정하기 위한 접착제에 손상이 발생하였다. 다공질이므로 외벽이 막혀 있지 않기에, 세라믹으로 유입된 He 가스가 외부로 흘러 나가서 접착제나 주변을 오염 및 열화시킨다. 또한 다공질 성형을 위해 세라믹의 순도가 낮고 다공질 세라믹의 결합력 및 밀도가 낮기 때문에, 열악한 환경에서 다공질 세라믹은 빠르게 열화된다.
위와 같은 오염이나 손상은 He 가스의 누출 및 균등 분배 기능의 열화를 야기한다. 여러 가스유로로 공급되는 He 가스가 기판의 이면 전체에 균등하게 분배되어야 한다. 하지만 위의 오염이나 손상이 발생된 다공질 세라믹에서 압력 강하나 압력 상승이 발생될 수 있고, 미세하지만 이러한 압력 변동은 기판의 균일 뷸균등한 냉각을 야기한다.
이상 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 설명된 사항들이 반드시 이 기술분야에서 이미 공공연히 알려져 있다거나 일반적인 지식에 해당한다고 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.
본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 기판에 대한 균일한 온도 제어가 가능한 정전척을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 가스유로를 통해 플라즈마가 유입되어 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있는 정전척을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 오랜 사용에도 손상이나 오염 위험이 적고 또 수리가 용이한 정전척을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 위와 같은 유익한 특징들을 갖는 정전척을 얻기 위한 정전척 수리방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.
위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전척은 후면으로부터 전면으로 연장되는 제1 가스유로가 마련된 유전체 플레이트; 유전체 플레이트의 후면에 본딩되며, 제1 가스유로와 연결되는 제2 가스유로를 구비하는 바디; 및 제1 가스유로와 제2 가스유로가 만나는 위치에 마련된 절연성의 인서트를 포함한다.
본 발명에 의하면 상기 인서트는 제1 가스유로와 연결된 상부홀; 제2 가스유로와 연결되며, 상부홀과 상하방향 직접 연결되지 않도록 상부홀과 어긋나게 배치된 2 이상의 하부홀; 및 상부홀과 복수의 하부홀이 서로 연결되도록 인서트를 수평방향 관통하는 수평홀을 구비한다. 유전체 플레이트와 바디를 본딩하는 접착제에 의해 인서트 수평홀의 개구가 폐쇄된다.
본 발명에 의하면 상기 인서트는 90% 이상, 바람직하게는 99.5% 이상의 고순도 세라믹을 이용하여 제조된다. 바람직하게는 인서트는 치밀질의 소결체로서, 플라즈마의 유입으로 인한 아킹을 방지하고 가스유로 상 냉각 가스의 압력을 일정하게 유지할 수 있게 한다.
본 발명에 의하면 상기 유전체 플레이트의 후면에 제1 캐비티가 마련되며, 바디에 제1 캐비티에 대응하는 제2 캐비티가 마련되며, 이 제1 캐비티과 제2 캐비티에 의해 규정되는 공간에 인서트가 설치된다. 이 공간 내에 인서트는, 유전체 플레이트와 바디의 본딩면과 인서트의 수평홀 간에 높이차가 있도록 설치된다.
본 발명에 따른 정전척 수리방법은 a) 유전체 플레이트를 바디로부터 분리하는 단계; b) 상기 유전체 플레이트 후면의 제1 가스유로 끝에 제1 캐비티를 형성하고, 바디 전면의 제2 가스유로의 끝에 제1 캐비티에 대응하는 제2 캐비티를 형성하는 단계; 및 c) 상기 제1 캐비티와 제2 캐비티에 의해 규정되는 공간에 절연성의 인서트를 안착시키고, 유전체 플레이트와 바디를 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 상기 인서트는 소결된 세라믹체로 구성되며, 제1 가스유로와 연결되는 상부홀; 제2 가스유로와 연결되는 2 이상의 하부홀; 및 인서트를 수평방향 관통하는 수평홀을 구비하며, 하부홀들은 상부홀과 상하방향 직접 연결되지 않도록 상부홀과 어긋나게 배치되며 수평홀을 통해 꺽여서 상부홀과 연결된다. c) 단계에서 수평홀의 개구가 접착제로 폐쇄된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 인서트에 유입된 가스가 내부 유로를 통해서만 유동하므로, 인서트에서의 압력 변동 위험이 없고 기판에 대한 균일한 온도 제어가 가능하다.
또한 본 발명에 의하면 가스유로를 통해 플라즈마가 유입되는 것이 방지되며, 또 가스유로에 유입된 플라즈마로 인한 아킹 발생이 방지된다.
또한 본 발명에 의하면 세라믹 인서트가 고순도 및 치밀질로 제조되어 오랜 사용에도 인서트 및 그 주변의 손상이나 오염 위험이 낮다.
또한 본 발명에 의하면 세라믹 인서트가 제1 및 제2 캐비티에 의해 규정된 공간에 설치되므로, 세라믹 인서트의 교체를 위한 정전척 수리가 용이하다.
또한 본 발명에 의하면 간단한 수리 과정을 통해 본 발명의 특징적인 구성을 갖는 정전척을 얻을 수 있다.
도 1은 정전척의 일례를 보여준다.
도 2는 He 가스유로에 적용된 다공질 세라믹 인서트의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 보여준다.
도 4은 도 3에 도시된 정전척의 부분 확대도이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 인서트들을 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조과정의 설명을 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 정전척 수리 과정을 보여준다.
이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.
본 문서에서, 별도 한정이 없는 한, 제2 요소가 제1 요소 '상'에 배치되거나 두 요소가 서로 '연결'된다고 하는 것은, 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재된 것을 허용하는 의미로 이해될 필요가 있다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것이라는 점도 이해될 필요가 있다.
도 3 및 도 4에 실시예에 따른 정전척이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면 정전척은 척킹 전극(11)이 엠베드된 유전체 플레이트(10), 유전체 플레이트(10)를 지지하는 바디(20), 그리고 기판(w) 이면에 온도 제어용 가스를 공급하기 위한 가스유로(12,21) 상에 설치된 인서트(30)를 구비한다.
유전체 플레이트(10)는 원반형으로 제작된 세라믹 소결 플레이트로서, 엠베드된 전극(11)을 기준으로 그 상부의 제1 유전층과 하부의 제2 유전층으로 구분될 수 있다. 유전체 플레이트(10)의 전면(10a)에 다수의 돌기(14)가 마련되며, 이 돌기(14)에 의해 기판의 이면이 지지된다.
돌기(14)는 유전체 플레이트(10)의 전면(10a)을 마스크로 커버링하고 그 위에서 전면(10a)을 블라스팅함에 의해 얻어질 수 있다. 마스크에는 돌기(14)의 형성을 위한 패턴이 마련된다. 블라스팅된 바닥면(15) 또는 그루브를 따라 유동하는 He 가스에 의해 기판이 냉각된다.
유전체 플레이트(10)에는 기판 이면으로 He 가스를 공급하기 위한 제1 가스유로(12)가 마련된다. 제1 가스유로(12)는 상하방향 또는 두께 방향으로 유전체 플레이트(10)를 관통하여 형성된다.
유전체 플레이트(10)는 테이프 캐스팅에 의한 그리 시트 적층체를 공소결함에 의하는 등 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 일례로서 유전체 플레이트(10)는 제1 소결체를 제작하는 공정, 제1 소결체의 편면에 전극을 형성하는 공정, 제1 소결체의 전극 형성면 위에 세라믹 분말을 충진하고 가압 성형하는 공정, 얻어진 성형체를 고온에서 가압 소결하는 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
전극은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 등과 같은 도전성 재료를 인쇄, 스프레이 코팅, 스퍼터링, 증착 하는 등 다양한 방법으로 얻어질 수 있다.
바디(20)는 알루미늄과 같은 금속이나 세라믹체로 구성된다. 바디(20)는 제1 가스유로(12)로 He 가스를 공급하기 위한 제2 가스유로(21)를 구비하며, 제2 가스유로(21)의 하단에 가스공급 라인이 연결된다. 또한 바디(20)는 정전척의 온도 조절을 위한 냉각채널(23)을 구비한다.
인서트(30)는 제1 가스유로(12)와 제2 가스유로(21)가 만나는 위치에 마련된다. 제1 가스유로(12)와 제2 가스유로(21)가 만나는 위치에서, 유전체 플레이트(10)에 제1 캐비티(13)가 마련되고 바디(20)에 제2 캐비티(22)가 마련된다. 제1 캐비티(13)와 제2 캐비티(22)에 의해 규정된 장착 공간에 인서트(30)가 설치된다.
도 5 및 도 6에 실시예에 따른 인서트(30)가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면 인서트(30)는 원통형으로 형성되며, 상하?향으로 연장되는 상부홀(31)과 하부홀(32), 그리고 상부홀(31)과 하부홀(32)을 연결하는 수평홀(33)을 구비한다. 인서트(30)는 순도 90% 이상, 나아가 순도 99.5% 이상의 세라믹 소결체로 구성된다. 이러한 인서트(30)는 치밀하고 절연성이 우수하여, 정전척의 수명을 길게 한다.
도 4를 참조하면, 인서트(30)의 상부홀(31)은 제1 가스유로(12)와 연결된다. 상부홀(31)의 선단에 직경이 넓은 확장부(34)가 마련되며, 이 확장부(34)는 제1 가스유로(12)와의 연결을 위해 제1 가스유로(12)의 직경보다 크거나 같다.
인서트(30)의 하부홀(32)은 제2 가스유로(21)와 연결된다. 하부홀(32)은 상부홀(31)과 상하방향 직접 연결되지 않고 상부홀(31)과 어긋나게 배치된다. 하부홀(32)은 2개 이상 형성되며, 수평홀(33)을 통해 꺽여서 상부홀(31)과 연결된다. 상부홀(31)과 하부홀(32)이 직접 연결되지 않으므로, 제1 가스유로(12)를 통한 플라즈마의 유입이 있더라도 제2 가스유로(21)에까지 이르지 못한다. 하부홀(32)이 2 이상 형성되어 있어, 상부홀(31)로의 He 가스 공급량 및 압력 조절이 용이하다. 제2 캐비티(22)에는 저부에는 하부홀(32)을 제2 가스유로(21)와 연결하기 위한 갭(23)이 마련된다.
인서트(30)의 수평홀(33)은 상부홀(31)과 하부홀(32)이 서로 연결되도록 인서트(30)를 수평방향 관통한다. 상부홀(31), 하부홀(32) 및 하부홀(32) 모두 직선의 홀로 구성되므로 인서트(30)의 가공이 용이하다.
인서트(30)는 유전체 플레이트(10)와 바디(20)를 본딩하는 접착제(42)에 의해 장착 공간 내에 고정된다. 인서트(30)의 측벽에 접착제(42)가 도포되며, 이 접착제(42)에 의해 수평홀(33)의 개구가 폐쇄된다. 수평홀(33)의 개구가 폐쇄되어, 인서트(30) 내부를 흐르는 He 가스가 유출되지 않는다.
인서트(30)는 유전체 플레이트(10)와 바디(20)의 접착면(41)과 수평홀(33) 간에 높이차가 있도록 장착 공간에 설치된다. 접착면(41)과 수평홀(33)이 서로 어긋나 있으므로, 플라즈마의 침습에 의해 인서트(30) 측벽의 접착제(42)나 접착면(41)에 손상이 있더라도, He 가스의 누출이나 아킹 발생의 위험이 낮고 인서트의 수리 또는 교체 주기가 길다.
도 7은 실시예에 따른 정전척의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면 척킹 전극(11)이 엠베드된 유전체 플레이트(10)와 바디(20)가 준비된다. 유전체 플레이트(10)의 후면에 제1 캐비티(13)가 마련되며, 바디(20)의 전면에 제2 캐비티(22)가 마련된다.
유전체 플레이트(10)의 후면이 바디(20)에 접착된다. 이 과정에 인서트(30)는 제1 캐비티(13)와 제2 캐비티(22)에 의해 규정되는 장착 공간에서 접착제로 고정된다. 접착제로는 유전체 플레이트(10)를 바디(20)를 본딩하기 위한 접착제, 예로서 Si게 접착제가 사용될 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 정전척 수리 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8을 참조하면 먼저 수리가 필요한 유전체 플레이트(10)가 바디(20)로부터 분리하는 된다. 수리 대상의 정전척은 가스유로(12,21) 상에 인서트(30)가 사용되지 않은 일반 정전척이거나, 또는 다공질 세라믹의 인서트가 사용된 정전척 등 다양할 수 있다.
다음으로, 유전체 플레이트(10) 후면의 제1 가스유로(12) 끝에 제1 캐비티(13)가 형성되며, 바디(20) 전면의 제2 가스유로(21)의 끝에 제1 캐비티(13)에 대응하는 제2 캐비티(22)가 마련된다.
다음으로, 제1 캐비티(13)와 제2 캐비티(22)에 의해 규정되는 공간에 인서트(30)가 안착되며, 바디(20)에 유전체 플레이트(10)가 본딩된다.
이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 제시된 요소들은 서로들 간에 선택적으로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.
이하 본 발명의 권리범위를 정하기 위한 청구항들이 기재된다. 청구항에 기재된 요소(들)은, 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않으면서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항들에 기재된 도면부호들(만일 기재되어 있다면)은 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.
10: 유전체 플레이트 11: 전극
12: 제1 가스유로 13: 제1 캐비티
20: 바디 21: 제2 가스유로
22: 제2 캐비티 30: 인서트
31: 상부홀 32: 하부홀
33: 수평홀 41,42: 접착제

Claims (3)

  1. 기판이 로딩되는 전면, 그 반대편의 후면 및 엠베드된 척킹 전극을 구비하며, 후면으로부터 전면으로 연장되는 제1 가스유로가 마련된 유전체 플레이트;
    상기 유전체 플레이트의 후면에 본딩되며, 제1 가스유로와 연결되는 제2 가스유로를 구비하는 바디; 및
    상기 제1 가스유로와 제2 가스유로가 만나는 위치에 마련되며, 순도 90% 이상의 세라믹 소결체로 구성된 인서트를 포함하고, 이 인서트는 제1 가스유로와 연결된 상부홀; 제2 가스유로와 연결되며, 상부홀과 상하방향 직접 연결되지 않고 어긋나게 배치된 2 이상의 하부홀; 및 상부홀과 복수의 하부홀이 서로 연결되도록 인서트를 수평방향 관통하는 수평홀을 구비하며,
    상기 유전체 플레이트의 후면에 제1 캐비티가 마련되고 바디 전면에 제1 캐비티에 대응하는 제2 캐비티가 마련되며, 제1 캐비티와 제2 캐비티에 의해 규정된 장착 공간에 인서트가 설치되고,
    상기 유전체 플레이트와 바디를 본딩하는 접착제에 의해 수평홀의 개구가 폐쇄된 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인서트는, 유전체 플레이트와 바디의 본딩면과 수평홀 사이에 높이차가 있도록, 장착 공간에 배치된 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 기판이 로딩되는 전면, 그 반대편의 후면 및 매설된 척킹 전극을 구비하며, 후면으로부터 전면으로 연장되는 제1 가스유로가 마련된 유전체 플레이트; 및 유전체의 후면에 전면이 본딩되며, 제1 가스유로와 연결되는 제2 가스유로를 구비하는 바디를 구비하는 정전척의 수리방법으로서,
    a) 상기 유전체 플레이트를 바디로부터 분리하는 단계;
    b) 상기 유전체 플레이트 후면의 제1 가스유로 끝에 제1 캐비티를 형성하고, 바디 전면의 제2 가스유로의 끝에 제1 캐비티에 대응하는 제2 캐비티를 형성하는 단계; 및
    c) 상기 제1 캐비티와 제2 캐비티에 의해 규정되는 공간에 절연성의 인서트를 안착시키고, 유전체 플레이트와 바디를 본딩하는 단계를 포함하며,
    상기 인서트는 순도 90% 이상의 세라믹 소결체로 구성되며, 제1 가스유로와 연결되는 상부홀; 제2 가스유로와 연결되는 2 이상의 하부홀; 및 인서트를 수평방향 관통하는 수평홀을 구비하며, 하부홀들은 상부홀과 상하방향 직접 연결되지 않도록 상부홀과 어긋나게 배치되며 수평홀을 통해 꺽여서 상부홀과 연결되고,
    상기 c) 단계에서 수평홀의 개구가 접착제로 폐쇄된 것을 특징으로 하는 정전척의 수리방법.
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