KR102327829B1 - 정전척 - Google Patents

Abstract

기판 온도의 균일 제어가 가능한 정전척이 소개된다. 유전체 플레이트는 센터부와, 포커스링의 안착을 위해 센터부 주변에 마련된 에지부를 구비한다. 에지부에는 원주방향으로 연장되는 포커스링 척킹용 에지 전극이 엠베드된다. 에지 전극은 내측의 제1 전극과 그 외측의 제2 전극을 구비한다. 제1 전극은 갭을 사이에 두고 서로 마주하는 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 제2 전극은 제1 단부와 제2 단부 간의 갭을 통해 센터부로 연장되는 제2 전극 연장부를 구비한다. 제1 전극과 제2 전극에 서로 다른 극성의 전압이 인가된다.

Description

정전척{Electrostatic Chuck}

본 발명은 정전척, 특히 기판 온도의 균일 제어가 가능한 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.

정전척들은 소재나 제조방법에 따라 세라믹 정전척, 폴리이미드 정전척, 용사코팅 정전척 등으로 구분될 수 있다. 정전척들은 클램핑력의 유도 특성에 따라 쿨롱 타입과 존슨-라벡 타입, 그리고 전극 개수 또는 구조에 따라 모노폴라 타입과 바이폴라 타입으로 구분될 수 있다.

도 1에 정전척의 예가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 정전척은 기판 척킹용 전극(3)이 엠베드된 유전체 플레이트(1)와 바디(8)를 구비한다. 유전체 플레이트(1)의 전면에 기판(w)이 로딩되며, 후면은 예로서 실리콘계 접착제를 이용하여 바디(8)에 접착된다. 바디(8)는 유전체 플레이트(1)를 처리 스테이지에 안착시킬 수 있도록 구성된다.

유전체 플레이트(1)는 알루미나와 같은 세라믹의 소결체로 구성된다. 유전체 플레이트(1)의 전면에는 기판을 지지하는 돌기(미도시)들이 마련되고, 후면으로부터 전면까지 유전체 플레이트를 관통하는 가스유로(5)가 마련된다. 이 가스유로(5)를 통해 기판(w)의 이면으로 기판 온도의 조절을 위한 냉각 가스가 공급된다.

바디(8)는 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속 또는 세라믹으로 제작된다. 바디(8)에는 온도 조절을 위한 냉각채널, 유전체 플레이트(1)의 가스유로(5)와 연결되는 가스공급라인, 전극(3)에 전압을 인가하기 위한 급전라인 등이 마련된다. 금속 바디의 표면은 절연을 위해 아노다이징 처리된다.

반도체 제조과정에 증착, 노광, 이온주입, 에칭 등의 처리가 반복 수행된다. 하나의 예로서 에칭 공정에서, 기판은 감압 챔버 내에 배치된 정전척에 의해 정전기적으로 척킹된다. 챔버 내 대향 배치된 상,하부 전극에 고주파 전압이 인가되고 이에 의해 발생된 플라즈마의 작용에 의해 기판 표면의 증착층이 에칭된다.

위와 같은 반도체 제조공정들에서 기판 온도의 균일 제어가 필수적이다. 가스유로를 통해 기판 이면으로 공급되는 He 가스 및 바디의 냉각채널에 공급되는 온도조절용 매체는 공정 처리 중 기판을 목표로 하는 온도로 유지할 수 있게 한다. 기판 중심으로부터 반경 방향의 에지부에 이르기까지 기판 전체 면적에 대한 균일한 온도 제어는 위 공정들의 품질을 보장하는데 필요한 중요 요소이다.

도 1을 다시 참조하면, 에칭 공정에서 기판(w)의 센터부와 에지부의 온도는 균일 제어되어야 한다. 이를 위해 유전체 플레이트(1)의 에지부(1b)에 기판(w) 주위를 둘러싸는 포커스링(6)이 배치되며, 에지부(1b)에는 포커스링 척킹용 전극(4)이 마련된다. 기판 처리 중 포커스링(6)은 에지부(1b)에 밀착되며, 플라즈마에 의해 포커스링(6)에 가해진 열은 에지부(1b) 및 바디(8)로 소산된다. 포커스링(6)의 온도 제어를 위해 포커스링(6)과 에지부(1b) 간의 계면(7)에 냉각가스가 공급될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 기판 온도의 균일 제어가 가능한 정전척을 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 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전척은 기판 척킹용 전극이 엠베드된 센터부와, 포커스링의 안착을 위해 센터부 주변에 마련된 에지부를 구비하는 유전체 플레이트; 및 유전체 플레이트를 지지하는 바디를 포함한다. 에지부에는 원주방향으로 연장되는 포커스링 척킹용 에지 전극이 엠베드된다.

본 발명에 의하면 상기 에지 전극은 내측의 제1 전극 및 제1 전극으로부터 이격된 외측의 제2 전극을 구비하며, 제1 전극은 갭을 사이에 두고 서로 마주하는 제1 단부와 제2 단부를 가지며 그리고 센터부로 연장되는 제1 전극 연장부를 구비하며, 제2 전극은 제1 단부와 제2 단부 간의 갭을 통해 센터부로 연장되는 제2 전극 연장부를 구비한다.

또한 본 발명에 의하면 상기 제1 전극 연장부와 제2 전극 연장부를 통해 제1 전극과 제2 전극에 서로 다른 극성의 전압이 인가된다. 서로 반대되는 전압이 인가된 제1 전극과 제2 전극에 의해 포커스링이 에지부에 정전기적으로 밀착 고정된다.

또한 본 발명에 의하면 상기 제1 전극은 반경방향으로 이격 배열된 2 이상의 제1 서브 전극들을 구비하며, 제2 전극은 반경방향으로 제1 서브 전극들과 교대 배열된 2 이상의 제2 서브 전극들을 구비하고, 제1 서브 전극들은 제1 조인트부에 의해 연결되고, 제2 서브 전극들은 제2 조인트부에 의해 연결된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 포커스링을 에지부의 마운팅면에 밀착 고정할 수 있어 기판 온도의 균일 제어가 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 포커스링을 정전기 척킹하기 위한 제1 전극과 제2 전극이 동일 수평면 상에 놓일 수 있고, 따라서 에지 전극을 갖는 유전체 플레이트의 제조가 용이하다.

또한 본 발명에 의하면 포커스링을 정전기 척킹하기 위한 제1 전극과 제2 전극 각각의 연장부가 센터부로 연장되어 센터부 영역 내에서 급전라인과 연결되므로, 에지 전극에서의 전류 누설이나 아킹 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 정전척의 예를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 1에 A로 표시된 부위의 확대도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 A로 표시된 부위에 대한 개략적인 단면들로서, 도 3은 제1 전극, 도 4는 제2 전극을 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지 전극을 보여준다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.

본 문서에서, 별도 한정이 없거나 본질적으로 허용될 수 없는 것이 아닌 한, 두 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 표현들, 예로서 '상', '연결'과 같은 표현들은 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재되는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

이하 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 살펴본다.

도 2 내지 도 5에 실시예에 따른 정전척을 보인 도면들이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 정전척은 기판이 로딩되는 유전체 플레이트(10)와 유전체 플레이트(10)를 지지하는 바디(30)을 구비한다.

유전체 플레이트(10)는 기판이 지지되는 센터부(11)와, 포커스링의 안착을 위해 센터부(11) 주변에 마련된 에지부(12)를 구비한다. 에지부(12)의 포커스링 지지면(13)과 센터부(11)의 기판 지지면 간에 높이 차가 있고, 센터부(11)와 에지부(12) 사이에 수직벽이 놓인다.

센터부(11)는 기판 지지면 및 이 지지면 아래에 엠베드된 기판 척킹용 전극(14)을 구비한다. 기판 처리 중에 센터부(11) 지지면에 로딩된 기판은 기판 척킹용 전극(14)으로부터의 정전기 인력에 의해 고정된다.

에지부(12)는 센터부(11) 둘레를 따라 동심원을 그리며 원주방향으로 연장된다. 에지부(12)의 포커스링 지지면(13) 아래에는 포커스링을 척킹하기 위한 에지 전극(21,22:20)이 엠베드된다. 에지 전극(20)은 에지부(12)를 따라 원주방향으로 연장된다.

기판 척킹용 전극(14)은 기판 지지면에 가까운 위치에 마련되며, 에지 전극(20)은 포커스링 지지면(13)에 가까운 위치에 마련된다. 기판 척킹용 전극(14)은 포커스링 지지면(13)보다 위에 놓이며, 포커스링 지지면(13)과 전기적으로 연결되지 않는다.

바디(30)에는 에지 전극(20)에 전압을 인가하기 위한 급전라인(31,32,33)이 마련된다. 급전라인(31,32,33)은 바디(30) 하부로부터 상방향 연장되는 커넥터(31a,31b: 31), 커넥터(31)를 바디(30)로부터 절연하기 위한 인슐레터(32a,32b:32) 및 에지 전극(20)과 연결되는 컨택트 핀(33a,33b:33)을 포함한다. 컨택트 핀(33)은 스프링에 의해 지지될 수 있다. 기판 척킹용 전극(14)에 연결되는 급전라인은 도시되지 않았다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 에지 전극(20)은 반경방향 내측의 제1 전극(21) 및 제1 전극(21)으로부터 이격된 외측의 제2 전극(22)을 구비한다. 도 2는 유전체 플레이트(10)를 위에서 바라 본 뷰를 보인 도면이다. 도 2 및 도 3에서 에지 전극(20)은 직관적인 이해를 위해 실선으로 도시되어 있을 뿐, 에지부(12)에 엠베드되므로 실제로는 보이지 않는다. 도 3에서 에지 전극(20)은 점선으로 도시되어 있다.

제1 전극(21)은 제1 단부(21c)와 제2 단부(21d) 사이에 갭(23)을 갖는 C형 링의 구조로 형성된다. 제2 단부(21d)의 부근에 센터부(11)로 반경방향 연장되는 제1 전극 연장부(21a)가 마련된다. 제2 전극(22)은 제1 전극(21)의 제1 단부(21c)와 제2 단부(21d) 간의 갭(23)을 통해 센터부(11)로 반경방향 연장되는 제2 전극 연장부(22a)를 구비한다. 제2 전극(22)은 온전한 원형의 형상을 갖는다.

제1 전극 연장부(21a)와 제2 전극 연장부(22a)를 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 서로 다른 전압, 바람직하게는 서로 반대되는 극성의 전압이 인가된다. 예로서 제1 전극(21)에 플러스 전압이 인가되고, 제2 전극(22)에 마이너스 전압이 인가되면, 포커스링 지지면(13)에 안착된 포커스링에 각각 반대되는 극성의 전하가 대전되고 유전분극에 의해 포커스링이 에지부(12)에 밀착 고정된다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 바디(30)에는 제1 전극 연장부(21a)에 연결되는 제1 급전라인(31a,32a,33a)과, 제2 전극 연장부(22a)에 연결되는 제2 급전라인(31b,32b,33b)이 마련된다. 바디(30)의 저면에는 제1 급전라인(31a,32a,33a)을 전원에 연결하기 위한 제1 단자(미도시), 제2 급전라인(31b,32b,33b)을 전원에 연결하기 위한 제2 단자(미도시)가 마련된다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22) 각각의 연장부(21a,22a)가 센터부(11)로 연장되어 센터부(11) 영역 내에서 급전라인(31a,32a,33a,31b,32b,33b)과 연결되므로, 에지 전극(20)에서의 전류 누설이나 아킹 발생이 방지된다. 도 4 및 도 5에서 보듯이 제1 급전라인(31a,32a,33a) 및 제2 급전라인(31b,32b,33b)은 센터부(11) 영역에서 바디(30) 하부로부터 상방향 연장된다.

연장부들(21a,22a)을 포함하여 제1 전극(21)과 제2 전극은 동일 수평면 상에 놓인다. 유전체 플레이트(10) 제조과정에 제1 전극(21)과 제2 전극은 함께 형성될 수 있다.

유전체 플레이트(10)는 그린 시트들의 적층체를 공소결하거나, 세라믹 성형체들을 중첩하고 서로 접합하는 등의 방법으로 마련될 수 있다. 에지 전극(20)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 등과 같은 도전성 재료를 그린 시트나 세라믹 성형체 상에 인쇄, 스프레이 코팅, 스퍼터링, 증착 하는 등 다양한 방법으로 얻어질 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 에지 전극을 보여준다.

도 6을 참조하면, 에지 전극의 제1 전극과 제2 전극은 각각 2 이상의 서브 전극들(101,102,103,111,112,113)을 구비한다.

제1 전극은 반경방향으로 이격 배열된 3개의 서브 전극들(101,102,103: 제1 서브 전극)을 구비한다. 3개의 제1 서브 전극들(101,102,103)은 제1 갭(131,132)을 사이에 두고 서로 마주하는 단부들을 구비한다. 외측에 배열된 2개의 제1 서브 전극들(102,103)은 최내측 서브 전극(101)으로 반경방향 연장되는 제1 조인트부(104)에 의해 연결된다.
도 6에서 보듯이 제1 조인트부(104)에 의해 외측 2개의 제1 서브 전극들(102,103)의 각 일단부가 연결되며, 제1 조인트부(104)는 최내측 제1 서브 전극(101)에 연결된다. 제1 서브 전극들(101,102,103)은 반경방향 연장되는 제1 조인트부(104)에 의해 연결되며, 제2 서브 전극들(111,112)에는 제1 조인트부(104)의 반경방향 연장을 허용하기 위한 제2 갭(133)이 마련되고, 제1 전극 연장부(105)는 제1 서브 전극들(101,102,103) 중 최내측 서브 전극(101)에 마련된다.

제2 전극은 제1 서브 전극들(101,102,103)과 방사방향으로 교대 배열되는 3개의 서브 전극들(111,112,113: 제2 서브 전극)을 구비한다. 내측의 2개의 제2 서브 전극들(101,102)은 제2 갭(133)을 사이에 두고 서로 마주하는 단부들을 구비한다. 제1 전극의 제1 조인트부(104)는 제2 갭(133)을 통해 연장되며, 내측 2개의 제2 서브 전극들(101,102)과 최외측의 제2 서브 전극(113)은 반경방향 연장되는 제2 조인트부(114)에 의해 연결된다. 제2 조인트부(114)는 제1 갭(132)을 통해 연장되며, 제1 조인트부(104)는 제2 갭(133)을 통해 방사방향 연장된다.
도 6에서 보듯이 제2 조인트부(114)에 의해 내측 2개의 제2 서브 전극들(111,112)의 각 일단부가 연결되며, 제2 조인트부(114)는 최외측의 제2 서브 전극(113)에 연결된다. 제2 서브 전극들(111,112,113)은 반경방향 연장되는 제2 조인트부(114)에 의해 연결되며, 제1 서브 전극들(101,102,103)에는 제2 조인트부(114)의 연장을 허용하기 위한 제1 갭(132)이 마련된다. 제1 조인트부(104)와 제2 조인트부(114)는 이격되어 서로 마주하게 형성된다.

조인트부들(104,114)은 원주방향을 따라 에지부(12)의 여러 위치에 마련될 수 있다. 복수의 위치에 마련된 조인트부들(104,114)은 에지 전극의 단선 위험을 저감시키고 정전척의 수명을 길게 한다.

제1 전극의 최내측 서브 전극(101)은 센터부(11)로 반경방향 연장되는 제1 연장부(105)를 구비한다. 제2 전극의 최내측 서브 전극(111)은 제1 전극의 갭(131)을 통해 센터부(11)로 반경방향 연장되는 제2 연장부(115)를 구비한다. 제1 연장부(105)와 제2 연장부(115)를 통해 제1 전극과 제2 전극에는 서로 다른 극성의 전압이 인가된다.

이 실시예에 의하면 복수의 서브 전극들(101,102,103,111,112,113)이 반경방향으로 교대 배열되어 포커스링에 대한 척킹력 증대가 가능하다. 서브 전극들(101,102,103,111,112,113)에 의해 포커스링이 에지부에 밀착 고정되어 포커스링으로부터 에지부로의 열전달이 촉진되며, 포커스링과 에지부 사이의 계면에 공급된 냉각가스의 누출이 방지된다. 포커스링의 효과적인 냉각에 의해 기판의 중앙과 에지 간의 온도 편차 저감 및 균일한 온도 제어가 가능해진다.

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 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.

10: 유전체 플레이트 11: 센터부
12: 에지부 14: 기판 척킹용 전극
21: 제1 에지 전극 22: 제2 에지 전극
30: 바디 31a,31b: 커넥터
32a,32b: 인슐레이터 33a,33b: 컨택트 핀

Claims (2)

1. 기판 척킹용 전극이 엠베드된 센터부와, 포커스링의 안착을 위해 센터부 주변에 마련된 에지부를 구비하는 유전체 플레이트, 에지부에는 원주방향으로 연장되는 포커스링 척킹용 에지 전극이 엠베드됨; 및
   상기 유전체 플레이트를 지지하는 바디를 포함하며,
   상기 에지 전극은 내측의 제1 전극 및 제1 전극으로부터 이격된 외측의 제2 전극을 구비하며, 제1 전극은 갭을 사이에 두고 서로 마주하는 제1 단부와 제2 단부를 가지며 그리고 센터부로 연장되는 제1 전극 연장부를 구비하며, 제2 전극은 제1 단부와 제2 단부 간의 갭을 통해 센터부로 연장되는 제2 전극 연장부를 구비하고,
   상기 바디에는 제1 전극 연장부에 연결되는 제1 급전라인 및 제2 전극 연장부에 연결되는 제2 급전라인이 마련되며, 제1 전극 연장부와 제2 전극 연장부는 센터부 영역 내에서 각 급전라인과 연결되고,
   상기 제1 전극 연장부와 제2 전극 연장부를 통해 제1 전극과 제2 전극에 서로 다른 극성의 전압이 인가되며,
   상기 제1 전극은 반경방향으로 이격 배열된 2 이상의 제1 서브 전극들을 구비하며, 제2 전극은 반경방향으로 제1 서브 전극들과 교대 배열된 2 이상의 제2 서브 전극들을 구비하고,
   상기 제1 서브 전극들은 반경방향 연장되는 제1 조인트부에 의해 연결되며, 제2 서브 전극들은 반경방향 연장되는 제2 조인트부에 의해 연결되고, 제1 서브 전극들에는 제2 조인트부의 연장을 허용하기 위한 제1 갭이 마련되며, 제2 서브 전극들에는 제1 조인트부의 연장을 허용하기 위한 제2 갭이 마련되고, 제1 조인트부와 제2 조인트부는 이격되어 서로 마주하게 형성되며,
   상기 제1 전극 연장부는 제1 서브 전극들 중 최내측 서브 전극에 마련되며, 제2 전극 연장부는 제2 서브 전극들 중 최내측 서브 전극에 마련되는 것을 특징으로 하는 정전척.
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