KR20010063394A - 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척과 세라믹 코팅방법 - Google Patents

Abstract

반도체 제조공정에서 특히 웨이퍼를 식각하기 위하여 웨이퍼를 고정하는 정전척에 관한 것으로서, 정전척의 표면에 입혀지는 피막과 이 피막위에 입혀지는 보호필름이 식각공정중에 플라즈마에 의해 파손되어 파티클을 발생시키는 것을 방지할 수 있는 정전척의 제조방법과 그에 따른 정전척을 제공한다.

상기 정전척의 제조방법은, 알루미늄으로 제조된 몸체에 세라믹 파우더를, 플라즈마 아크 젯 건을 이용하여 고온 및 고압상태에서 초고속으로 분사시켜 상기 몸체의 표면에서 세라믹 파우더가 용융되어 피막이 형성되도록 하는 것이다.

상기 세라믹 파우더는 정전척 몸체와 접착력이 저하되어 분리되는 것을 방지하기 위하여 몸체의 표면을 샌드 블라스팅으로 요철화시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 요철면에 세라믹 파우더가 용융되면 표면을 연마하여 표면조도를 높이고 아노다이징으로 피막을 입힌다.

Description

그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척과 세라믹 코팅방법{Ceramic Coating Method And Coated Ceramic On It's Surface}

본 발명은 반도체 제조공정에서 웨이퍼를 고정하는 정전척의 수명을 연장시킬 수 있는 정전척의 제조방법과 그 정전척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전척의 몸체에 아크로부터 보호하기 위한 절연층을 제공하는 방법과 그 절연층을 갖는 정전척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정중 식각공정에서는 웨이퍼를 잡아 주기 위한 척이 사용되고 있는데, 현재에 이르러 이러한 척은 정전척이 사용되고 있다.

이 정전척은 그 표면에 놓여 있는 도체 또는 반도체로 된 흡착물과의 사이에 발생하는 정전기력을 이용한 것으로 단극형과 쌍극형등이 사용되고 있다.

이러한 정전척의 주위에는 웨이퍼의 유동을 방지하기 위한 수단으로 이른바 포커스 링이라 불리우는 것을 사용하고 있다.

정전척의 위에 올려지는 웨이퍼는, 식각을 위하여 부식성 개스가 플라즈마 젯트 형태로 분사될때 갖고 있는 전자 에너지에 의해 식각되며, 식각할때 발생하는 열에 의해 웨이퍼의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위하여 냉각을 위한 개스를 정전척의 아래측에서 척의 몸체에 마련된 통로를 통하여 웨이퍼 저면으로 공급하고 있다.

상기 정전척은 알루미늄으로 제작될때 다른 재질로 제작되는 것에 비하여 많은 이점을 갖지만, 식각공정과 같은 여러 분위기에서 산화될 수 있으므로 정전척의 몸체 표면은 아노다이징(Anodizing)에 의해 피막이 입혀진다.

이러한 정전척은 정전기력을 발생시키기 위한 전원 인가전극이 몸체를 관통하여 설치되며, 그 위에 도전성 구리박막과 절연필름이 증착되는 구조를 갖는다.

도1은 종래의 정전척 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 알루미늄으로 제작된 몸체(2)에 전원 인가를 위한 전극(4)이 관통하여 접착되어 있고, 상측으로는 접착필름(6)이 위치되어 성형기에서 측부(7)가 성형된 절연필름(8)이 그 위로 압착되어 몸체의 상부를 전체적으로 감싸는 상태를 취한다.

상기 절연필름(8)의 상측으로는, 도전성 구리필름(10)과 폴리이미드 필름(12)이 일체가 되어 접착필름(14)을 통하여 접착된다.

상기 전극(4)은 몸체의 상면과 저면에 각각 일정한 길이 만큼 굽혀져 있는데, 저면의 굽힘은 전원을 인가받기 위한 것이며, 상면의 굽힘은 도전성 구리필름(10)으로 전원을 인가하기 위한 것으로서, 이 도전성 구리필름(10)에 이르기 까지 은납으로 전기적 연결을 위한 홀(16,18,20)들이 각각 뚫려진다.

상기한 구성의 정전척은 절연필름(8)이 성형되어 측부(7)가 만들어짐으로서 정전척 몸체(2)를 보호할 수 있도록 하고 있지만, 절연필름은 열적 아크현상에 취약하며, 아크에 의한 파티클 발생으로 웨이퍼 식각공정에 불리하고, 플라즈마에 의해 몸체가 손상되어 몸체의 재생이 빈번히 이루어지는 문제점이 있다.

게다기 이러한 몸체의 재생은 제한적이므로 정전척의 수명이 단축되는 한 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마에 의한 정전척 몸체의 영향을 최소화하며 파티클 발생을 줄여 생산성 향상과 아울러 정전척의 수명을 연장하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 알루미늄의 몸체 상측에 플라즈마 젯트에 의해 코팅되는 절연층과;

상기 코팅층 위로 형성되는 아노다이징 피막과;

상기 피막측 위로 노출하는 전안 인가용 전극과;

상기 피막 위로 접착필름을 사이에 두고 접착되는 절연필름;

이 절연필름 위로 접착필름에 의해 접착되는 도전성 구리박막과;

상기 구리박막 위로 열압착되는 폴리이미드 절연필름을 포함하는 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척을 제공한다.

상기한 정전척을 제조하는 방법은, 준비된 정전척 몸체를 고정하는 단계와;

상기 몸체를 분분적으로 마스킹하여 노출부분과 비노출부분으로 구분하는 단계와;

상기 몸체의 노출부분에 플라즈마의 고온과 고온을 이용하여 세라믹 파우더를 분사하여 절연층을 형성하는 단계와;

상기 절연층을 연마하여 표면조도를 높이는 단계로 이루어진다.

도1은 종래의 정전척 구성을 설명하기 위한 도면.

도2는 본 발명에 의한 정전척의 단면도.

도3은 본 발명의 정전척에 제공되는 전극의 상세 단면도.

도4는 본 발명에 의한 세라믹 코팅방법을 설명하기 위한 도면.

도5는 본 발명의 세라믹 코팅이 정전척의 몸체 표면에 강하게 결합될 수 있는 방법을 예시한 도면.

도6은 본 발명의 세라믹 코팅이 완료된 후 표면조도를 높이기 위하여 행하는 연마방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 의한 정전척의 단면도로서, 몸체(30)는 알루미늄으로 일정한 형상으로 제작되는 것으로서, 상측부분에 세라믹 코팅층(32)이 제공되어 플라즈마에 의한 아크 현상으로부터 몸체를 보호할 수 있도록 하고 있다.

상기 세라믹 코팅층(32)에는 아노다이징에 의해 피막(34)이 입혀져 있으며, 상기 몸체(30)를 관통하여 전극(36)이 제공된다.

이 전극(36)은 몸체의 상측면과 하측면에 각각 굽힘상태로 접촉되어 하측부분은 전원을 인가받을 수 있도록 하고 상측은 실질적으로 웨이퍼를 정전기력으로흡착할 수 있는 전원을 도전성 구리박막(38)까지 인가하기 위한 것이다.

상기 피막(34)에는 폴리이미드 절연필름(40)이 열경화성 접착필름(42)을 통하여 접착되어 있으며, 상기 절연필름(40)에는 열경화성 접착필름(44)을 통하여 상기 도전성 구리박막(38)이 접착되고, 상기 도전성 구리박막에는 폴리이미드 절연필름(46)이 접착된다.

상기 폴리이미드 절연필름(40), 열경화성 접착필름(42)(44)에는 상기 전극(36)으로 전원을 도전성 구리박막(38)으로 인가하기 위한 홀(48,50,52)이 뚫려져 이홀들로 은납이 용융되는 구조를 갖는다.

상기 전극(36)은 도3에 나타낸 바와 같이, 몸체(30)와 접촉하여 부착되는 접착필름(36-1)과, 이 접착필름(36-1)에 부착되는 절연필름(36-2)과, 이 절연필름(36-2)에 접착되는 접착필름(36-3) 및 이 필름에 접촉되는 도전성 박막(36-4)과 그 위로 덮여지는 절연필름(36-5)으로 이루어진다.

상기 절연필름(36-5)의 아래측에는 홀(54)이 뚫려져 전원을 공급하는 수단과 연결될 수 있는 구조이며, 위쪽에는 또다른 홀(56)이 뚫려져 상기 홀들(48,50,52)을 통하여 도전성 구리박막(38)과 도전성 박막(36-4)이 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 갖는다.

이와 같은 구성의 정전척은 상기 세라믹 코팅층(32)을 다음과 같은 방법으로 코팅한다.

즉 도4에 도시한 바와 같이, 준비된 정전척 몸체(30)를 별도의 지그를 통하여 일정한 위치에 고정시킨 다음, 이 몸체의 플랜지부(58)에 마스크 부재(60)를 고정한다.

이 마스크 부재(60)는 상기 실리콘 코팅층을 필요한 부분에만 코팅하기 위하여 불필요한 부분은 가리우는 것으로서 도4에 나타낸 바와 같이 상측 부분만을 노출시키는 구조이면 어느것이든 무방하다.

도4와 같이 상측부분만이 노출된 정전척 몸체(30)의 상방에서 플라즈마 젯트 건(62)으로 세라믹 파우더를 초고속으로 분사하면 이 몸체의 상부에는 세라믹 파우더가 용융된다.

상기 플라즈마 젯트 건(62)은, 절연체(64)를 사이에 두고 상측에 양전극(66)이 위치하고 하측에 음전극(68)이 위치하며, 이들 내부로 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤 개스 공급장치(70)가 연결되며, 플라즈마 분사영역에는 세라믹 파우더 공급장치(72)와 연결된 노즐(74)이 위치하는 구성을 갖는다.

상기 양전극(66)과 음전극(68)은 플라즈마에 의해 상승되는 온도에 대비하여 냉각수 공급을 위한 수단을 갖추는 것이 좋다.

상기 양,음전극(66)(68)에 전원이 인가되면 이들 전극 사이에서 아크가 발생하면서 공급되는 아르곤 개스를 플라즈마로 만들면서 고온으로 됨과 아울로 초고속의 젯트가 발생하여 도4에 도시한 바와 같이 젯트 영역대(J)를 구성한다.

이때 젯트 영역대(J)에 세라믹 파우더를 공급하게 되면 이젯트 영역대로 혼입되는 세라믹 파우더는 용융되면서 이 젯트를 따라 이동하여 그 하측에 위치한 몸체(30)의 표면에 융착되어 세라믹 코팅층(32)을 만들게 된다.

상기 세라믹 파우더는, 산화알루미늄과 산화티타늄이 혼합된 파우더가 사용된다.

이와 같이 만들어지는 세라믹 코팅층(32)은, 몸체와의 열팽창률의 차이로 인하여 크랙이 발생할 수 있다.

따라서 도5에 도시한 바와 같이 몸체(30)의 표면에 요철면(76)을 만들어주면 상기 세라믹 코팅층(32)은 이 요철면과 같은 형상으로 코팅이 이루어지므로 세라믹 코팅층과 알루미늄 몸체의 결합력을 강하게 할 수 있다. 이때 요철면의 표면조도는 7㎛ 이상이 되도록 하는 것이 좋다.

그러나 이와 같이 세라믹 코팅층(32)이 요철면에 형성되면 이 코팅층의 표면조도가 떨어지므로 도6에 도시한 바와 같이 연마작업을 행하여 조도를 0.8㎛ 정도로 하여 그 두께가 180㎛ 이하가 되도록 한다.

도6에 나타낸 바와 같이 연마작업은 수평면을 연마하는 첫번째 연삭숫돌(78)과 수직면을 연마하는 두번째 연삭숫돌(80)에 의해 이루어진다.

상기 두번째 연삭숫돌(80)은, 수직부와 수평부가 90도의 각도를 이루도록 하는 것이 좋다.

상기 요철면(76)은 압축공기로 모래를 불어내는 잘 알려진 샌드 브라스팅 방법으로 실현가능하다.

상기 방법으로 세라믹 코팅층(32)이 만들어지면, 아노다이징 방법으로 이 코팅층 위에 피막(34)을 형성하고 전극(36)을 몸체를 관통시켜 접착한 다음, 수평부에만 도2에 도시한 바와 같이 절연필름, 도전구리박막, 폴리이미드 절연필름등을 접착하면 된다.

상기 폴리이미드 절연필름(46)과 도전성 구리박막(38)은 진공 분위기 하에서 열압착으로 접착되며, 이와 같은 접착된 것을 접착필름(44)을 통하여 열경화성 접착필름(42)을 통하여 몸체 접착된 절연필름(40)과 열압착하면 정전척으로서 작용할 수 있는 유전층이 만들어진다.

상기 열경화성 접착필름(42)은 80℃에서 몸체에 가접착한 상태로 하고, 그 위에 폴리이미드 절연필름(40)을 위치시키고 170 - 180℃에서 가압하여 열접착을 하면 평면도를 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 정전척 제조방법은, 알루미늄의 몸체에 세라믹 코팅층을 만들어 완전히 절연상태를 이루도록 하기 때문에 아노다이징 피막을 보호할 수 있어 정전척 몸체의 재생횟수를 증가시킬 수 있고, 아크 현상에 의한 파티클의 발생을 막을 수 있어 공정조건의 안정화와 함께 생산성을 높일 수 있으며, 정전척의 수명을 늘릴 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 알루미늄의 몸체 상측에 플라즈마 젯트에 의해 코팅되는 절연층과;

   상기 코팅층 위로 형성되는 아노다이징 피막과;

   상기 피막측 위로 노출하는 전안 인가용 전극과;

   상기 피막 위로 접착필름을 사이에 두고 접착되는 절연필름;

   이 절연필름 위로 접착필름에 의해 접착되는 도전성 구리박막과;

   상기 구리박막 위로 열압착되는 폴리이미드 절연필름을 포함하는 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척.
2. 청구항 1에 있어서, 플라즈마 젯트에 의해 코팅되는 절연층은 세라믹 코팅층인 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척.
3. 청구항 1에 있어서, 몸체의 표면은 요철면이 형성된 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척.
4. 청구항 1에 있어서, 플라즈마 젯트에 의해 코팅된 절연층은 그 두께가 180㎛ 이하인 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척.
5. 청구항 1에 있어서, 플라즈마 젯트에 의해 코팅된 절연층은 수평부 및 수직부에 형성되는 그 표면에 세라믹이 코팅된 정전척.
6. 준비된 정전척 몸체를 고정하는 단계와;

   상기 몸체를 분분적으로 마스킹하여 노출부분과 비노출부분으로 구분하는 단계와;

   상기 몸체의 노출부분에 플라즈마의 고온과 고온을 이용하여 세라믹 파우더를 분사하여 절연층을 형성하는 단계와;

   상기 절연층을 연마하여 표면조도를 높이는 단계를 포함하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서, 표면조도는 0.8㎛가 되도록 하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
8. 청구항 6에 있어서, 세라믹 파우더는 산화알루미늄과 산화티타늄의 혼합물인 것을 특징으로 하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
9. 청구항 6에 있어서, 정전척의 노출된 몸체는 샌드 브라스팅으로 요철면을 만드는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
10. 청구항 6에 있어서, 연마작업을 행한 절연층 위에 아노다이징으로 피막을 형성하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서, 피막의 위에 열경화성 접착필름을 가접하고, 그 위에 폴리이미드 절연필름을 접착하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.
12. 청구항 6에 있어서, 절연층은 그 두께가 180㎛ 이하가 되도록 연마하는 표면에 세라믹이 코팅된 정전척의 제조방법.