KR20020014722A - 정전 척 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 갖는 정전 척으로, 제1절연층 및 제2절연층이 폴리이미드 필름으로 구성되어 있음과 아울러, 적어도 상기 금속기판과 제1절연층 사이, 더욱 바람직하게는 제1절연층과 전극층 사이, 및 전극층과 제2절연층의 사이가 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의해 접착되어 있는 정전 척에 관한 것이다. 또한, 이와 같은 정전 척을 제조하기 위하여, 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 사용하여, 금속기판과 제1절연층의 사이, 제1절연층과 전극층의 사이, 및 전극층과 제2절연층의 사이를 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하는 정전 척의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 우수한 내구성 및 내열성을 가지고 장기간에 걸쳐서 우수한 흡착성능을 발휘할 수 있는 외에도, 장치 주변이나 웨이퍼를 오염시키지 않는 정전 척을 제조할 수 있다.

Description

정전 척 및 그 제조방법{Electrostatic chucking device and manufacturing method thereof}

본 발명은 예를 들면 반도체 제조공정에서 사용되는 여러가지 장치에 있어서, 웨이퍼 등의 시료를 정전기력으로 흡착지지하기 위한 정전 척 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서, 예를 들면 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치, 이온 주입 장치, 애싱 장치, 전자 빔 리소그래피, X선 리소그래피 등의 장치에서는 웨이퍼 등의 시료를 진공중에서 처리하는 것이 요구되며, 이 때 웨이퍼 등의 지지 수단으로서 정전 척이 사용되고 있다.

이 정전 척은 일반적으로 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층으로 이루어지는 적층구조를 갖는 정전 척 시트를 적층하여 구성되어 있으며, 이 정전 척 시트의 제2절연층상에 웨이퍼를 배치하여 이 웨이퍼와 전극층 사이에 고전압을 인가하고, 이 때 웨이퍼와 전극 사이에 발생하는 정전 인력(쿨롬 력)을 이용하여 웨이퍼를 스테이지상에 흡착하고 지지시키는 것이며, 제1절연층으로서는 내열성이 우수한 폴리이미드필름이나 세라믹스 박판이 사용되며, 전극층으로서는 금속의 증착막이나 도금막이 사용되며, 또한 제2절연층으로서는 폴리이미드필름이 사용되며, 그리고 각 금속기판, 제1절연층, 전극층 및 제2절연층 사이는 접착제층으로 접착되어 있다.

그리고, 이와 같은 정전 척에서는, 사용시에 웨이퍼내에 발생하는 열 에너지를 효율성좋게 발산시켜서 웨이퍼 표면온도를 저온으로 유지할 필요가 있기 때문에, 여러가지 방법이 실시되고 있다.

예를 들면 일본국 특허공고 평5-87177호 공보에서는, 금속기판상에 적층되는 정전 척 시트(제1절연층, 전극층, 및 제2절연층)의 두께를 가능한한 얇게 하거나, 또는 금속기판, 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층 사이를 접착하는 접착제층의 1층 또는 2층이상에 열전도성 필러를 분산시켜서 정전 척 전체의 열전도성의 향상을 도모하는 것이 제안되어 있다.

또한, 일본국 특허공개 평10-209256호 및 특허공개 평10-209256호의 각 공보에는, 제1절연층을 세라믹으로 이루어지는 절연판으로 구성하고, 각 접착제층의 층두께를 얇게 하여 열전도성을 개선함과 아울러, 세라믹 절연판상에 적층된 제2절연층의 절연성 필름이 피로하였을 때에는, 용이하게 이것을 교환할 수 있도록 한 것이 제안되어 있다.

게다가, 일본국 특허공개 평11-297805호 공보에는, 금속기판과 이 금속기판상에 적층되는 세라믹 절연판제의 제1절연층과의 사이를 접착하는 접착제층으로서, 고무성분과 페놀계 항산화제를 함유하는 접착제를 사용함으로써, 웨이퍼 흡착면의 평면도의 악화나 세라믹 절연판으로부터의 접착제층의 박리를 장기간에 걸쳐서 방지할 수 있도록 한 것이 제안되어 있다.

그러나, 이들 종래의 정전 척에서는, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치에 사용된 경우, 통상 그 사용기간이 300∼600시간을 넘으면, 금속기판상에 형성된 정전 척 시트가 그 외주로부터 서서히 박리되어, 평탄성이 상실됨과 아울러, 이 정전 척시트 위에 웨이퍼가 균일하게 접촉하기 어려워지며, 웨이퍼의 장소에 따라서 그 냉각효율에 차가 생겨서 온도분포에 불균일이 생기고, 특히 웨이퍼 외주부의 냉각불량은 과열에 의한 레지스트의 눌어붙음 등의 심각한 장해를 초래하는 경우가 있다.

또한, 이 정전 척 시트에 있어서의 상기 외주부의 박리 현상은, 더 진행하면 이 외주부가 기판으로부터 걷어올려져서, 정전 척이 웨이퍼를 흡착하는 힘보다도 정전 척 시트가 휘어오르는 힘 쪽이 이기게 된다. 따라서, 웨이퍼 흡착상태시에도 흡착면과 웨이퍼 사이에 틈새가 생기고, 흡착면과 웨이퍼 이면 사이에 열전도 매체로서 공급되는 He가스가 이 틈새를 통해 새어나온다. 그 결과, 소정의 가스압을 달성하거나 유지할 수 없게 되어, He가스에 의한 웨이퍼 냉각능력이 부족하여, 정상적인 에칭공정을 수행할 수 없게 되며, 장치 본체에 인터로크가 걸려서 가동불능이 되는 경우도 있으며, 결과적으로 정전 척이 그 수명을 맞게 된다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 정전 척 시트에 있어서의 외주부의 박리와 같은 문제가 어떠한 메카니즘으로 발생하는가에 대하여 심도깊게 검토한 결과, 금속기판, 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층의 사이를 접착하는 접착제층으로서, 에폭시계, 고무계, 변성폴리에스테르계 등의 접착제를 사용하거나, 또는 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체, 올레핀계 공중합체, 및 폴리페닐에테르 공중합체로부터 선택되는 1종 또는 2종이상과 힌더드(hindered) 페놀계 항산화제와를 포함하는 접착제를 사용하면, 플라즈마 에칭시에 정전 척의 외주부로부터 접착제층이 플라즈마 입자에 의하여 심하게 부식을 당하고, 이에 따라서 접착제층만이 서서히 소실되어 가서, 정전 척 시트가 그 외주부로부터 박리되어 가는 것을 밝혀내었다. 또한 이문제는 금속기판과 제1절연층 사이를 접착하는 접착제층에 있어서 현저하다는 것도 밝혀내었다.

또한, 금속기판, 제1절연층, 전극층, 제2절연층 및 접착제층으로 구성되는 정전 척은 그 접착제층의 내열성이 다른 구성부재에 비하여 낮기 때문에, 이 정전 척의 사용온도의 상한이 접착제층의 내열성에 의하여 결정된다.

따라서, 접착제층으로서 내열성이 우수한 폴리이미드계, 변성폴리아미드계, 폴리아미드이미드계의 접착제를 사용하는 것도 고려된다.

그러나, 이와 같은 내열성 접착제의 경화온도는 통상 300℃를 넘고 있으며, 정전 척의 금속기판으로서 알루마이트 처리가 실시된 알루미합금을 사용하면, 이들 알루미 합금과 알루마이트 피막 사이의 열팽창계수의 차(알루미 합금의 열팽창계수는 통상 알루마이트 피막의 약 3배임)에 의하여, 접착제의 경화조작시의 가열에 의하여 알루마이트 피막에 크랙이 발생하게 되고, 이와 같은 내열성 접착제의 사용도 금속기판의 종류에 따라서 제한된다는 문제도 있었다.

본 발명자들은 이와 같은 접착제에 기인하는 여러가지 문제를 해결하는 것에 대하여 더욱 심도깊게 검토한 결과, 놀랍게도, 제1절연층 및 제2절연층으로서 폴리이미드필름을 사용하고, 또한 금속기판과 제1절연층의 사이, 제1절연층과 전극층의 사이, 및 전극층과 제2절연층의 사이를, 특히 금속기판과 제1절연층의 사이를 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 사용하여 접착함으로써, 그 사용시간이 약 1000시간을 넘더라도 상술한 정전 척 시트의 외주부로부터 서서히 박리되는 문제가 발생하지 않으며, 상술한 접착제에 의거한 여러가지 문제를 일거에 해결할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 내구성 및 내열성을 가지고 장기간에 걸쳐서 우수한 흡착성능을 발휘할 수 있는 외에도, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치 등에 사용된 경우에도, 정전 척 시트가 그 외주부로부터 박리하는 일이 없으며, 장기간에 걸쳐서 사용할 수 있다. 게다가, 접착제가 플라즈마에 어택되어 더스트를 발생시키고 장치 주변이나 웨이퍼를 오염시키는 일도 없는 정전 척을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 바와 같은 정전 척을 제조하기 위한 정전 척의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 정적 척의 단면 설명도이다.

도 2는 도 1의 정전 척을 제작할 때에 정전 척 시트 제작공정을 나타낸 단면 설명도이다.

도 3은 도 2의 정전 척 시트 제작공정에서 제조된 정전 척 시트를 나타낸 단면 설명도이다.

도 4는 도 1의 정전 척을 제작할 때에 정전 척 시트와 알루미 기판 사이를 접착하는 공정을 나타낸 단면 설명도이다.

도 5는 시험예 1에서 정전 척의 흡착력을 측정하는데 사용한, 정전 척 흡착력 측정장치의 원리를 나타낸 단면 설명도이다.

(도면의 주요부분에 있어서의 부호의 설명)

1: 금속기판

2a, 2b: 제1절연층, 제2절연층

3: 전극층

4a, 4b, 4c: 접착필름

S: 정전 척 시트

즉 본 발명은 금속기판상에 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 갖는 정전 척으로, 제1절연층 및 제2절연층이 폴리이미드 필름으로 구성되어 있음과 아울러, 적어도 상기 금속기판과 제1절연층 사이가, 바람직하게는 제1절연층과 전극층 사이, 및 전극층과 제2절연층의 사이도 포함하여 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의하여 접착되어 있는 정전 척에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 금속기판상에 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 제1절연층이 되는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하고, 금속기판상에 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는, 정전 척의 제조방법에 관한 것이다.

게다가, 본 발명은 제1절연층이 되는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 적층된 정전 척 시트를 형성하고, 이어서 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 개재하여 상기 정전 척 시트를 금속기판상에 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 금속기판상에 제1절연층, 금속층 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는, 정전 척의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 정전 척을 구성하는 금속기판으로서는, 알루미합금제의 알루미 기판 등을 들 수 있는데, 본 발명에 따르면, 가열온도 100∼250℃라는 저온에서 금속기판상에 제1절연층, 전극층 및 제2절연층을 각각 적층할 수 있으므로, 특히 100℃부근의 비교적 낮은 온도조건에서 적층을 행하면, 열팽창계수의 차에 의거하여 알루마이트 피막에 크랙이 발생할 우려가 없으므로, 알루미 기판에 대해서도 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제1절연층 및 제2절연층은 폴리이미드 필름이다. 이 절연층을 구성하는 폴리이미드 필름에 대해서는, 종래부터 이러한 종류의 정전 척에서 사용되고 있는 내전압 특성 및 200℃이상의 내열성이 우수한 것이 좋고, 구체적으로는 카프톤(도레이 듀퐁 가부시키가이샤제 상품명), 유피렉스(우베 고산 가부시키기이샤제 상품명), 니토밋드(닛토 덴키 고교 가부시키가이샤제 상품명), 아피칼(가네가후치 가가쿠 고교 가부시키가이샤제 상품명) 등을 예시할 수 있다. 또한, 이 절연층을 구성하는 폴리이미드 필름의 막두께는 통상 5∼70㎛, 바람직하게는 막두께 20∼50㎛이며, 막두께가 5㎛보다 얇으면 절연 파괴를 일으키기 쉽다는 문제가 있으며, 또한 70㎛보다 두꺼워지면 흡착 전압을 높게 하지 않으면 안되는 문제가 생겨서 바람직하지 않다.

게다가, 본 발명에서 사용되는 전극층으로서는, 은, 백금, 팔라듐, 동, 알루미늄, 주석, 니켈, 몰리브덴, 마그네슘, 텅스텐 등의 금속으로 형성되며, 막두께 5∼50㎛, 바람직하게는 10∼20㎛의 금속박이 사용된다. 전극층의 막두께에 대해서는 5㎛보다 얇으면 제조상의 취급이 어려워진다는 문제가 있으며, 50㎛보다 두꺼워지면 폴리이미드 필름으로 피복되는 전극의 측면에 틈새가 형성되는 문제가 생긴다. 이 전극층에 대해서는, 반드시 금속박으로 형성할 필요는 없으며, 예를 들면 제1 또는 제2절연층의 폴리이미드 필름에 증착 또는 도금의 수단으로 금속층을 형성해도 되고, 이 경우에는 제1 또는 제2절연층의 폴리이미드 필름과 전극층 사이에는 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의한 접착은 존재하지 않게 된다.

본 발명에서는, 상기 금속기판과 제1절연층 사이, 제1절연층과 전극층 사이, 및 전극층과 제2절연층 사이가 각각 막두께 5∼50㎛, 바람직하게는 10∼25㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의하여 접착된다. 이 접착필름의 막두께가 4㎛보다 얇으면 접착력이 낮아지는 외에도, 서로 접착되는 각 부재사이의 열팽창의 차를흡수할 수 없게 되는 문제가 있으며, 50㎛보다 두꺼워지면 적층 구조 전체가 너무 두꺼워지는 문제가 생긴다.

이 목적에서 사용되는 열가소성 폴리이미드계 접착필름으로서는, 그것이 우수한 접착강도를 부여하고, 또한 우수한 내열성, 전기특성(특히 절연성), 내약품성, 저열팽창성을 갖는 것이면 되고, 특히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 가압하에 바람직하게는 가열온도 100∼250℃, 더욱 바람직하게는 가열온도 100∼200℃에서 저온압착처리할 수 있는 것이 좋고, 특히 금속기판이 알루미기판인 경우에는 특히 바람직하게는 가압하에 가열온도 100∼120℃에서 저온압착처리할 수 있는 것이 좋다. 가열압착시의 가열온도가 100℃보다 낮으면 접착력이 부족한 경우가 있으며, 반대로 250℃보다 높아지면 특히 금속기판이 알루미기판인 경우에 알루마이트 피막에 큰 크랙이 발생하여 실용상 심각한 문제를 초래한다. 이와 같은 열가소성 폴리이미드계 접착필름의 구체적인 예로서는, 예를 들면 에스파넥스(ESPANEX; 신닛테츠 가가쿠 가부시키가이샤제 상품명)을 들 수 있으며, 이것은 디아미노실록산 및 방향족 디아민과 테트라카르본산이무수물과의 반응에 의하여 얻어지는 실록산 변성 열가소성 폴리이미드계 접착필름이다(일본국 특허공개 평10-212468호 공보).

본 발명의 정전 척을 제조하는 방법에 대해서는, 특히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로는 하기의 방법에 의해 제조된다.

즉 제1방법은 금속기판상에 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 제1절연층이 되는 폴리이미드필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하고, 금속기판상에 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는 방법이다.

또한, 제2방법은 제1절연층이 되는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 적층된 정전 척 시트를 형성하고, 이어서 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 개재하여 상기 정전 척 시트를 금속기판상에 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 금속기판상에 제1절연층, 전극층 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는 방법이다.

게다가, 제3방법은 상기 제2방법에 있어서, 제1절연층을 구성하는 폴리이미드 필름과 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 미리 적층일체화시켜서 제1적층 시트를 형성함과 아울러, 제2절연층을 구성하는 폴리이미드 필름과 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 미리 적층일체화시켜서 제2적층 시트를 형성하고, 이들 제1적층 시트 및 제2적층 시트의 각 접착필름사이에 금속박을 끼워넣고, 가압하에 가열온도 100∼250에서 저온압착처리하여 정전 척 시트를 형성하는 방법이다.

이들 방법에 있어서, 저온압착처리는 대기중에서 두께방향 압력 2∼5MPa, 바람직하게는 3∼4MPa의 가압조건하에서 행하는 것이 좋고, 두께방향 압력이 2MPa보다 낮으면 접착력 부족이나 기포발생과 같은 문제가 생기고, 반대로 5MPa보다 높아지면 시트에 균열이 발생하거나 금속기판에 변형이 생기는 등의 문제가 생긴다. 또한, 이 저온압착처리에 대해서는, 바람직하게는 133Pa이하, 더욱 바람직하게는 13Pa이하의 감압분위기하에, 두께방향 압력 0.1∼5MPa, 바람직하게는 0.5∼2MPa의 가압조건하에서 행하는 것이 좋다. 열가소성 폴리이미드계 접착필름은 일반적으로 흡습하기 쉬우며, 가열시에는 접착필름중에 포함되는 수분이 수증기로 방출되어, 대기중에서 저온압척처리를 행하면 공기의 말려듬 외에, 이 수증기에 의한 보이드의 발생이 일어나고, 이 때문에 비교적 고압의 가열압착이 필요해진다. 그러나, 감압하에서 저온압착처리를 행하는 경우에는, 공기의 말려듬이 없고, 또한 발생하는 수증기도 재빨리 제거되므로, 비교적 저압의 가열압착으로 충분하다.

본 발명의 정전 척은 우수한 내구성 및 내열성을 가지며 장기간에 걸쳐서 우수한 흡착성능을 발휘할 수 있는 외에도, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치 등에 사용된 경우라도, 정전 척 시트가 그 외주부로부터 박리하는 일이 없고, 장기간에 걸쳐서 사용할 수 있으며, 게다가 접착제가 플라즈마에 어택되어 더스트를 발생시키고 장치 주변이나 웨이퍼를 오염시키는 일도 없다.

또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 정전 척을 공업적으로 용이하게 제조할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시형태를구체적으로 설명하겠다.

(실시예 1)

금속기판(1)으로서 막두께 50㎛의 알루마이트 처리가 실시되며, 도시하지 않은 수냉관(水冷管)을 내포하는 알루미늄 합금(A6061)제의 알루미기판을 사용하고, 제1 및 제2 절연층(2a, 2b)으로서 막두께 50㎛의 폴리이미드 필름(도레이 듀퐁 가부시키가이샤제 상품명:가프톤 H)을 사용하고, 또한 전극층(3)으로서 막두께 18㎛의 전해동박을 사용하고, 게다가 열가소성 폴리이미드계의 접착필름(4a, 4b, 4c)으로서 막두께 20㎛의 본딩 시트(신닛테츠 가가쿠 가부시키가이샤제 상품명:에스파넥스)를 사용하고, 도 1에 나타낸 적층구조{금속기판(알루미기판)(1), 접착필름(막두께 20㎛의 본딩시트)(4c), 제1절연층(막두께 50㎛의 폴리이미드필름(2a), 접착필름(막두께 20㎛의 본딩시트)(4a), 전극층(막두께 18㎛의 전해동박)(3), 접착필름(막두께 20㎛의 본딩시트(4b), 및 제2절연층(막두께 50㎛의 폴리이미드필름(2b)}를 갖는 정전 척을 제작하였다.

즉 먼저 도 2에 나타낸 바와 같이, 직경 195㎜의 크기로 절단된 제1절연층(2a)을 형성하는 폴리이미드필름(막두께 50㎛), 열가소성 폴리이미드계 접착필름(4a)으로서 본딩시트(막두께 20㎛), 직경 193㎜의 전극층(3)을 형성하는 전해동박(막두께 18㎛), 열가소성 폴리이미드계 접착필름(4b)으로서 본딩시트(막두께 20㎛), 및 직경 195㎜의 크기로 절단된 제2절연층(2b)를 형성하는 폴리이미드 필름(막두께 50㎛)를 순차로 포개고, 다시 상기 제1절연층(2a)의 하면측 및 제2절연층(2b)의 상면측에 각각 쿠션재로서 두께 1㎜의 테플론 시트(6)를 포개고, 이것을 가열 프레스기(5a, 5b)에 셋트하고, 두께방향 압력 2.2MPa, 가열온도 150℃, 및 유지시간 40분의 조건에서 가열가압하고, 테플론 시트(6)를 제거하여 도 3에 나타낸 적층구조를 갖는 정전 척 시트(S)를 제작하였다.

다음으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 알루미기판(금속기판)(1)상에 열가소성 폴리이미드계 접착필름(4c)으로서 본딩 시트(막두께 20㎛)와, 위에서 얻어진 정전 척 시트(S)를 순차로 포개고, 다시 그 위에 쿠션재로서 두께 1㎜의 테플론 시트(6)를 포개고, 이것을 가열 프레스기(5a, 5b)에 셋트하고, 두께방향 압력 3.0MPa, 가열온도 150℃, 및 유지시간 60분의 조건에서 가열가압하고, 테플론 시트(6)를 제거하여 도 1에 나타낸 적층 구조를 갖는 정전 척을 제작하였다.

(시험예 1)

얻어진 실시예 1의 정전 척에 대하여, 정전 척 흡착력 측정장치(가부시키가이샤 크리에이티브 테크놀러지 제품)을 사용하여, 이하의 방법으로 흡착력을 측정하고, 그 평가를 행하였다.

먼저, 측정장치의 진공 챔버(10)내에는, 이 진공 챔버(10)의 He가스공급구(11)와 정전 척의 하면에서 상면에 걸쳐서 관통하는 관통구멍(7)이 연통연결되도록 정전 척을 셋트하고, 이 정전 척의 정전 척 시트(S)상에 실리콘 웨이퍼(W)를 얹어놓고, 진공 챔버 내부가 0.1Pa의 감압이 될때까지 배기구(12)로부터 배기하고, 이 상태에서 직류전원(13)으로부터 정전 척의 전극층(3)에 1.5kV의 직류전압을 인가하고, 또한 실리콘 웨이퍼(W)에는 리드선을 부착하여 이것을 접지하고, 유량 조절기(14)에서 유량을 조절하면서 상기 He가스공급구(11) 및 관통구멍(7)을통하여 이 실리콘 웨이퍼(W)의 이면에 10ml/분의 속도로 He가스를 공급하고, 정전 척 시트(S)상의 흡착면과 실리콘 웨이퍼(W)의 사이에 충만해가는 He가스의 압력을 가스 압력계(15)로 시간의 경과와 함께 측정하였다.

결과는 He가스의 압력이 13000Pa에 도달하여도, 실리콘 웨이퍼(W)는 떠오르는 일이 없으며, 충분한 흡착력이 발휘되었다.

(시험예 2)

다음으로, 챔버내의 He가스압력을 1000Pa로 유지하면서, 8인치 웨이퍼의 중심위치, 직경 90㎜의 원주상에 3∼9개의 부위, 및 직경 180㎜의 원주상에 3∼9개의 부위에 각각 열전대를 부착하여 각 위치의 온도를 측정할 수 있도록 한 측온 웨이퍼(가부시키가이샤 크리에이티브 테크놀러지제 상품명:Tc웨이퍼)에 의하여, 실리콘 웨이퍼면 안의 온도분포를 측정하였다. 결과는 실리콘 웨이퍼면 안의 온도 분포는 ±1.0℃이었다.

(시험예 3)

또한, 실시예 1에서 얻어진 정전 척을 실제의 평행평판형 플라즈마 에칭 장치에 탑재하여 에칭 테스트를 행하였다.

이 평행평판형 플라즈마 에칭 장치는 반응 챔버내에 정전 척을 배치하고, 그 바로위에 상부 샤워 전극을 배치한 것으로, 정전 척의 알루미 기판에는 주파수 13.56MHz, 출력 1500W의 고주파 전원의 출력이 접속되며, 또한 상부 샤워 전극은 접지되어 있으며, 또한 그 샤워 구멍으로부터 반응가스가 공급되도록, 그 이면에 반응 가스 배관이 접속되어 있다. 그리고, 정전 척의 흡착전극에는 1.5kV의 직류전원의 출력이 접속되어 있다.

상기 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치에 배치된 정전 척의 흡착면에, 포토레지스트에 의하여 소정의 패터닝이 실시된 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 백 그라운드 진공도가 70Pa가 되도록 배기하면서, 상부 샤워 전극으로부터 에칭 가스 CHF₃을 50㎤/분의 속도로 흘리고, 정전 척의 알루미 기판에 주파수 13.56MHz, 출력 1500W의 고주파 전계를 부여하고, 상부 샤워 전극과 알루미 기판 사이에 플라즈마를 발생시켰다.

정전 척을 관통하는 관통구멍으로부터 정전 척의 흡착면과 실리콘 웨이퍼 사이에 He가스를 10㎤/분의 유량으로 공급하고, 그 He가스의 포화값이 3000Pa이상이 된 것을 확인하였다.

이와 같은 조건으로 웨이퍼 1장당의 에칭 처리 시간을 2분간으로 설정하고, 약 100시간마다 클리닝 메인티넌스를 행하면서, 웨이퍼의 연속 처리를 행하였다.

결과는 합계 처리장수 2만장(합계 에칭시간 약 660시간)을 경과하더라도, 정전 척 주변부로부터의 시트의 박리, He가스압 이상, 폴리이미드 절연파괴 등의 이상 현상은 보이지 않았으며, 또한 웨이퍼의 에칭 속도, 에칭 형상 등도 장기에 걸쳐서 안정되어 있었다.

(시험예 4)

상기 폴리이미드 필름 및 상기 전해 동박을 5㎜×100㎜의 크기로 절단하고, 또한 상기 본딩 시트를 5㎜×50㎜의 크기로 절단하고, 폴리이미드 필름과 전해 동박 사이에는 그 단부로부터 50㎜의 부위에 본딩 시트를 끼워넣고, 두께방향 압력 2MPa, 가열온도 150℃, 및 유지시간 30분의 조건에서 가열압착하고, 시험편 A를 조제하였다.

또한, 상기와 마찬가지로 폴리이미드 필름 및 전해 동박을 5㎜×100㎜의 크기로 절단하고, 이들 폴리이미드 필름 및 전해 동박 사이에 그 단부로부터 50㎜의 범위까지 에폭시 접착제(스리 본드 가부시키가이샤제 상품명: 에폭시 2230)을 20㎛의 두께로 도포하고, 100℃에서 30분, 150℃에서 30분의 조건에서 가열하여 접착하고, 시험편 B를 조제하였다.

이와 같이 하여 얻어진 시험편 A 및 B에 대하여, 박리 강도 시험기를 사용하여, 각도 180℃ 및 인장 속도 50㎜/분의 조건에서 박리시험을 행한 결과, 시험편 A는 0.76kg/cm이며, 시험편 B는 0.45kg/cm이며, 시험편 A에서 사용한 본 발명의 본딩 시트에 의한 접착강도는 시험편 B에서 사용한 종래의 에폭시 접착제에 의한 접착강도에 비하여 약 70%나 접착 강도가 높은 것이 판명되었다.

(비교예 1)

열가소성 폴리이미드계 접착필름 대신에, 에폭시 접착제(스리 본드사 제품 상품명:에폭시 2230)을 사용한 이외에는, 상기 실시예 1과 동일하게 하여 정전 척을 제작하였다.

얻어진 정전 척을 시험예 3과 마찬가지로 실제 기기에서 사용한 결과, 웨이퍼 처리 장수 1.2만장(합계 에칭시간 약 400시간)을 경과한 후에, 정전 척 주변부로부터 시트의 박리가 발생하기 시작하였다.

본 발명의 정전 척은 우수한 내구성 및 내열성을 가지며 장기간에 걸쳐서 우수한 흡착성능을 발휘할 수 있는 외에도, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치 등에 사용된 경우라도, 정전 척 시트가 그 외주부로부터 박리하는 일이 없고, 장기간에 걸쳐서 사용할 수 있으며, 게다가 접착제가 플라즈마에 어택되어 더스트를 발생시키고 장치 주변이나 웨이퍼를 오염시키는 일도 없다.

또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 정전 척을 공업적으로 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (12)

1. 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 갖는 정전 척으로, 제1절연층 및 제2절연층이 폴리이미드 필름으로 구성되어 있음과 아울러, 적어도 상기 금속기판과 제1절연층 사이가 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척.
2. 제 1 항에 있어서, 금속기판과 제1절연층의 사이, 제1절연층과 전극층의 사이, 및 전극층과 제2절연층의 사이가 각각 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름에 의하여 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 금속기판이 알루미 합금제 금속기판인 것을 특징으로 하는 정전 척.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1절연층 및 제2절연층을 구성하는 폴리이미드 필름은 그 막두께가 20∼50㎛인 것을 특징으로 하는 정전 척.
5. 금속기판상에 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 제1절연층으로 이루어지는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름,및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하고, 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
6. 제1 또는 제2절연층의 한 측면상에 증착수단 또는 도금수단으로 전극층을 적층하고, 금속기판상에 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 제1절연층이 되는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 상기 전극층, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름의 순서가 되도록 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하고, 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
7. 제1절연층이 되는 폴리이미드 필름, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 전극층이 되는 금속박, 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름, 및 제2절연층이 되는 폴리이미드 필름을 순차로 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 적층된 정전 척 시트를 형성하고, 이어서 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 개재하여 상기 정전 척 시트를 금속기판상에 포개고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 금속기판상에 제1절연층, 전극층, 및 제2절연층이 순차로 적층된 적층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 정전 척 시트는 제1절연층을 구성하는 폴리이미드 필름과 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 밀 적층일체화시켜서 제1적층 시트를 형성함과 아울러, 제2절연층을 구성하는 폴리이미드 필름과 막두께 5∼50㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착필름을 미리 적층일체화시켜서 제2적층 시트를 형성하고, 이들 제1적층 시트 및 제2적층 시트의 각 접착필름 사이에 금속박을 끼워넣고, 가압하에 가열온도 100∼250℃에서 저온압착처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
9. 제 5 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속기판이 알루미합금제 금속기판인 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
10. 제 5 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1절연층 및 제2절연층을 구성하는 폴리이미드 필름은 그 막두께가 20∼50㎛인 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
11. 제 5 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 저온 압착 처리는 대기중에서 두께방향 압력 2∼5MPa의 가압조건에서 행하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
12. 제 5 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 저온 압착 처리는 133Pa이하의 감압분위기하에 두께방향 압력 0.1∼5MPa의 가압조건에서 행하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.