KR20040070008A

KR20040070008A - 정전척

Info

Publication number: KR20040070008A
Application number: KR1020040005028A
Authority: KR
Inventors: 나카무라츠네히코
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2004-08-06
Also published as: US20040218339A1; US7248456B2; US20070247779A1; US7457098B2

Abstract

(과제)정전척에 탑재한 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커서 포화시간이 크다라는 과제가 있었다.

(해결수단)본 발명에 의하면, 정전흡착용 전극을 구비한 원판형 세라믹체의 한쪽의 주면에 웨이퍼(W)의 설치면과, 그 설치면의 주변에 동심원상의 환형 가스홈과 그 환형 가스홈과 연통하는 가스도입구와, 그 내측에 원형 가스홈과 그 원형 가스홈과 연통하는 가스도입구를 구비하고, 상기 환형 가스홈과 원형 가스홈이 서로 독립되며, 상기 환형 가스홈 및 상기 원형 가스홈의 내부에 복수의 볼록부를 구비한다.

Description

정전척{ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 반도체나 액정의 제조장치에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)나 액정용 유리 등의 웨이퍼(W)를 고정하는 데에 사용하는 정전척에 관한 것이다.

종래, 반도체의 제조공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼(W) 등의 웨이퍼(W)에 정밀도 좋게 성막이나 에칭 등의 처리를 실시하기 위해서는, 웨이퍼(W)의 평탄도를 유지하면서 유지할 필요가 있고, 이러한 유지수단으로서 기계식 척, 진공척, 정전척이 제안되어 있다.

이들 유지수단 중에서, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)를 유지하는 정전척은 성막이나 에칭 등의 각종 처리에 요구되는 웨이퍼(W)의 평탄도를 용이하게 실현할 수 있고, 특히 진공중에서 사용할 수 있으므로, 성막장치나 에칭장치에서 많이 이용되고 있다.

그런데, 반도체소자의 집적도의 향상에 따라, 반도체 소자의 특성안정화, 수율향상, 단위시간당의 처리매수의 증가 등이 강하게 요구되고 있다. 그 때문에, 에칭이나 성막처리시에 웨이퍼(W)를 가능한한 빠르게 원하는 온도까지 가열하여, 웨이퍼(W)전체의 열균일성을 향상시키는 것이 요구되고 있다.

그래서, 웨이퍼(W)를 탑재하는 설치면에, He나 Ar 등의 불활성 가스를 도입하는 가스도입구와, 이 가스도입구에 연통하는 홈 또는 오목부를 형성하여, 설치면상에 웨이퍼(W)를 흡착했을 때, 상기 가스도입구로부터 웨이퍼(W)와 홈이나 오목부에 의해 형성되는 공간에 불활성 가스를 충전함으로써, 웨이퍼(W)와 정전척 사이의 열전달특성을 향상시켜, 웨이퍼(W)의 열균일화를 도모하도록 되어 있었다.

그리고, 설치면에 형성하는 홈형상이나 오목형상으로서, 예를 들면 특허문헌1에는 도2에 나타내듯이, 원판형을 한 정전척(31)의 상면에, 가스도입구(34)와, 이 가스도입구(34)와 연통하는 복수의 방사상 홈(35)과, 각 방사상 홈(35)과 연통하고, 또한 상기 가스도입구(34)를 중심으로 대략 등간격으로 동심원상으로 배치된 환형 홈(36)을 구비하여 이루어지며, 상기 방사상 홈(35)이나 상기 환형 홈(36)이나 가스도입구(34)를 제외한 정전척(31)의 상면을 웨이퍼(W)의설치면(33)으로 한 것이 개시되어 있다.

또, 특허문헌2에는 도3의 (a)에 나타내듯이, 원판형을 한 정전척(41)의 상면에, 가스도입구(44)와, 이 가스도입구(44)와 연통하는 복수의 방사상 홈(45)과, 각 방사상 홈(45)의 단부와 연통하는 하나의 환형 홈(46)을 구비하여 이루어지며, 상기 방사상 홈(45)이나 상기 환형 홈(46)이나 가스도입구(44)를 제외한 정전척(41)의 상면을 웨이퍼(W)의 설치면(43)으로 함과 아울러, 상기 설치면(43)에는 블라스트가공을 실시해서 도3의 (b)에 나타내는 요철면으로 한 것이 개시되어 있다.

특허문헌3에는 도4에 나타내듯이, 원판형을 한 정전척(51)의 상면에 복수의 미소볼록부(52)를 점재(點在)시킴과 아울러, 상면 둘레가장자리에 환형 볼록부(57)를 형성하여, 상기 미소볼록부(52) 및 환형 볼록부(57)의 최상면을 웨이퍼(W)의 설치면(53)으로 하고, 상면에는 복수의 가스도입구(54)를 형성한 것이 개시되어 있다.

또, 특허문헌4에는 환형 가스홈과 방사상 가스홈으로 이루어지는 정전척이나, 도5에 나타내듯이, 환형 가스홈(66)과 원형 가스홈(67)으로 이루어지는 정전척(61)이 개시되어 있다.

특허문헌5에는 복수의 환형 가스홈으로 이루어지는 정전척이나 원형 가스홈의 내부에 볼록부를 구비한 정전척이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌6에는 도6에 나타내듯이, 환형 가스홈(76)과 원형 가스홈(77)으로 이루어지며, 원형 가스홈(77)의 내부에 볼록부(78)를 구비하고, 환형 가스홈(76)에는 둥근 환형 볼록부(79)가 형성된 정전척(71)이 개시되어 있다.

(특허문헌1)

일본 특허 제2626618호 공보

(특허문헌2)

일본 특허공개 평10-56054호 공보

(특허문헌3)

일본 특허공개 평7-153825호 공보

(특허문헌4)

일본 특허공개 평9-213777호 공보

(특허문헌5)

일본 특허공개 평7-18438호 공보

(특허문헌6)

미국특허 제5761023호

그러나, 도2에 나타내는 설치면을 갖는 정전척(31)에서는, 서로 인접하는 2개의 방사상 홈(35)과 환형 홈(36)으로 둘러싸여지는 설치면(33)의 면적이 중심부보다 둘레가장자리부의 쪽이 크므로, 설치면(33)으로부터 웨이퍼(W)에 전달되는 열전도량이 중심부보다 둘레가장자리부의 쪽이 많아져서 웨이퍼(W)의 둘레가장자리부의 온도가 중심부보다 높아지므로, 웨이퍼(W)의 열균일이 손상된다라는 과제가 있었다.

또, 도3의 (a),(b)에 나타내는 설치면(43)을 갖는 정전척(41)에서는설치면(43)이 요철면이며, 웨이퍼(W)와 접촉하는 면적이 작으므로, 볼록부의 최상면으로부터 웨이퍼(W)에 전달되는 열량이 적어, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열하는 데에 필요한 시간이 길어지며, 단위시간당의 웨이퍼(W) 처리매수를 향상시킬 수 없다라는 과제가 있었다.

또한, 도4에 나타내는 설치면(53)을 갖는 정전척(51)에서는 웨이퍼(W)와 접촉하는 면적이 1∼10%정도로 작고, 미소볼록부(52)나 환형 볼록부(57)의 최상면으로부터 웨이퍼(W)에 전달되는 열량이 적어, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열하는 데에 필요한 시간이 길어지며, 단위시간당의 웨이퍼(W) 처리매수를 향상시킬 수 없다라는 과제가 있었다.

또, 도5에 나타내듯이 둥근 환형 가스홈(66)과 원형 가스홈(67)으로 이루어지는 정전척(61)은 둥근 환형 가스홈(66)과 원형 가스홈(67) 사이의 둥근 환형 볼록부(69)로 흡착되고, 가스홈부분의 가스압력이 커지며 웨이퍼(W)가 가스압에 의해 변형되어 평탄하게 웨이퍼(W)를 흡착할 수 없으므로 웨이퍼(W)의 표면온도차가 커질 우려가 있었다.

또, 도6에 나타내는 환형 가스홈(76)과 원형 가스홈(77)을 구비한 2개의 존의 가스압을 공급하고, 환형 가스홈(76)의 가스압을 크게 함으로써 열전도율을 크게 해서 웨이퍼(W) 주변부의 온도저하를 방지하여 웨이퍼(W)의 온도분포를 균일하게 한 정전척(71)이 개시되어 있다. 그러나, 주변부의 환형 가스홈(76)을 환형 볼록부(79)로 분할하고 있으므로 환형 가스홈(76)에 직각의 방향으로 온도차를 작게 할 수 있지만, 온도차는 환형 가스홈(76)의 폭의 스팬(span)으로 작아지는 것에 지나지 않고, 웨이퍼(W) 주변의 가스홈의 길이방향을 따른 볼록부(79)에 대응해서 미시적인 저온부가 발생할 우려가 있었다. 그리고, 최근의 고밀도의 반도체소자, 예를 들면 회로선폭 65nm의 반도체소자를 제조하면 상기의 저온부에서 반도체소자의 불량을 발생시키고, 웨이퍼(W)의 반도체소자 수율을 저하시킨다라는 과제가 있었다.

도1은 본 발명의 정전척을 나타내는 도로, (a)는 그 단면도, (b)는 평면도이다.

도2는 종래의 정전척에 있어서의 홈형상을 나타내는 평면도이다.

도3은 종래의 정전척에 있어서의 다른 홈형상을 나타내는 평면도이다.

도4는 종래의 정전척에 있어서의 또 다른 홈형상을 나타내는 평면도이다.

도5는 종래의 정전척에 있어서의 또 다른 홈형상을 나타내는 평면도이다.

도6은 종래의 정전척에 있어서의 또 다른 홈형상을 나타내는 평면도이다.

(부호의 설명)

W:웨이퍼

1,31,41,51,61:정전척

2:원판형 세라믹

3,33,43,53:설치면

4,34,44,54:가스도입구

5:가스도입구

8:원형 가스홈

9:환형 가스홈

11:원형 가스홈의 내측 볼록부

12:환형 가스홈의 내측 볼록부

13:설치면과 환형 가스홈으로 둘러싸여진 볼록부

14:환형 가스홈과 원형 가스홈으로 둘러싸여진 환형 볼록부

16:측온소자

17:리프트핀 통과구멍

18:정전흡착용 전극

19:히터전극

20,21:급전단자

24:구멍

35,45:방사상 홈

36,46:환형 홈

그래서, 본 발명은 상기 과제를 감안하여, 정전흡착용 전극을 구비한 원판형 세라믹체의 한쪽의 주면에 웨이퍼(W)의 설치면을 형성하고, 그 설치면의 주변에 동심원상의 환형 가스홈과 그 환형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 그 내측에 원형 가스홈과 그 원형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 상기 환형 가스홈과 원형 가스홈이 서로 독립되며, 또한 상기 환형 가스홈 및 상기 원형 가스홈의 내부에 복수의 볼록부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 원형 가스홈의 직경이 상기 설치면의 외경의 70∼95%인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 원형 가스홈의 외주와 상기 환형 가스홈의 내주로 둘러싸여진 환형 볼록부의 폭이 0.5∼5mm이며, 상기 설치면의 외주와 상기 환형 가스홈의 외주로 둘러싸여진 환형 볼록부의 폭이 1∼5mm인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 원형 가스홈의 면적(S1)과 상기 원형 가스홈의 내부에 있는 복수의 볼록부의 상면의 총면적(S2)의 비의 값(S1/S2)은 1∼5이며, 상기 환형 가스홈의 면적(S3)과 상기 환형 가스홈의 내부에 있는 복수의 볼록부의 상면의 총면적(S4)의비의 값(S3/S4)은 1∼5인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도1의 (a)는 본 발명의 정전척의 일례를 나타낸 단면도이다.

이 정전척(1)은 원판형 세라믹체(2)의 한쪽의 주면에 가스도입구(4,5)를 구비하고, 이 가스도입구(4)와 연통하는 원형 가스홈(8)과, 가스도입구(5)와 연통하는 환형 가스홈(9)을 구비하고, 원형 가스홈(8)의 내부에는 복수의 볼록부(11)와, 환형 가스홈(9)의 내부에는 복수의 볼록부(12)를 구비하고, 환형 가스홈(9)의 외측의 환형 볼록부(13)와 환형 가스홈(9)의 내측의 환형 볼록부(14)와 상기 복수의 볼록부(11,13)를 웨이퍼(W)를 탑재한 설치면(3)으로 하고 있다. 그리고, 상기 환형 가스홈(9)과 원형 가스홈(8)은 서로 독립되어 있어, 각각의 가스홈에 다른 압력의 가스를 도입할 수 있다.

또, 원판형 세라믹체(2)중의 한쪽의 주면 근방에는 한쌍의 정전흡착용 전극(18)을, 다른쪽의 주면 근방에는 히터전극(19)을 각각 매설해서 이루어지며, 상기 원판형 세라믹체(2)의 다른쪽 주면에는 상기 한쌍의 정전흡착용 전극(18) 및 히터전극(19)과 전기적으로 접속되는 급전단자(20,21)가 각각 접합되어 있다.

또, 16은 정전척(1)의 온도를 측정하기 위한 측온소자이다.

그리고, 웨이퍼(W)를 설치면(3)에 탑재하고, 한쌍의 정전흡착용 전극(18)사이에 통전해서 웨이퍼(W)와 설치면(3) 사이에 정전흡착력을 발현시킴으로써, 웨이퍼(W)를 설치면(3)에 흡착고정함과 아울러, 가스파이프를 통해 가스도입구(4,5)에 헬륨가스나 아르곤가스 등의 불활성 가스를 공급하고, 웨이퍼(W)와 가스홈(8,9)으로 형성되는 공간에 상기 불활성 가스를 충전함으로써, 웨이퍼(W)의 가공표면에 있어서의 온도분포를 균일화하고, 이 상태에서, 예를 들면 성막가스를 공급하면, 웨이퍼(W)의 가공표면에 막을 피착할 수 있고, 또, 에칭가스를 공급하면, 웨이퍼(W)의 가공표면에 미세가공을 실시할 수 있도록 되어 있다.

또, 가스홈형상의 상세에 대해서, 도1의 (b)에 나타내듯이, 이 가스홈(8)은 원판형 세라믹체(2)의 한쪽의 주면 중앙에 가스도입구(4)를 구비함과 아울러, 이 가스도입구(4)를 중심으로 원형 가스홈(8)을 구비하고, 원형 가스홈(8)의 내부에는 복수의 볼록부(11)가 있으며, 설치면(3)의 주변부에는 둥근 환형 가스홈(9)을 구비하고, 둥근 환형 가스홈(9)의 내부에는 복수의 볼록부(12)가 구비되어 있다. 그리고, 둥근 환형 가스홈(9)의 주변과 설치면(3)의 외주로 둘러싸여진 둥근 환형 볼록부(13)와 웨이퍼(W) 사이에서 공급된 가스는 시일되어 있다. 또, 둥근 환형 가스홈(9)과 원형 가스홈(8)에 충전된 가스는 둥근 환형 볼록부(14)에 의해 서로 가스시일되어 있다.

그 때문에, 정전척(1)의 설치면(3)에 웨이퍼(W)를 흡착고정한 상태에서, 가스도입구(4,5)에 불활성 가스를 공급하면, 불활성 가스는 가스도입구(4)로부터 방사상으로 넓어지는 원형 가스홈(8)과 웨이퍼(W)로 형성된 공간에 각각 공급된다. 또, 둥근 환형 가스홈(9)과 웨이퍼(W)로 형성되는 공간에 각각 공급된다. 또한 원형 가스홈(8)과 둥근 환형 가스홈(9)에는 각각 다른 압력의 불활성 가스를 가스도입구(4,5)로부터 공급할 수 있다.

설치면(3)에 탑재된 웨이퍼(W)의 주변부는 열의 방산이 크고 온도가 저하하여 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커지기 쉽지만, 본 발명의 정전척은 설치면(3)의 주변에 환형 가스홈(9)이 있으므로, 주변의 환형 가스홈(9)의 가스압력을 크게 함으로써 열전도가 커지며, 정전척의 상면으로부터 웨이퍼(W)에 전달되는 열이 커져 웨이퍼(W)의 주변의 온도를 높일 수 있다. 그리고, 환형 가스홈(9)의 내측에 볼록부(12)가 있음으로써 웨이퍼(W)의 변형을 효율적으로 방지할 수 있다.

또, 원형 가스홈(8)의 내측에도 볼록부(11)를 형성함으로써, 원형 가스홈(8)위의 웨이퍼(W)의 변형을 방지할 수 있음과 아울러 웨이퍼(W)와 설치면(3) 사이의 열전도율을 크게 할 수 있으므로 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있다.

원형 가스홈(8)의 직경은 설치면(3)의 직경의 70∼95%인 것이 웨이퍼(W)의 주변부의 온도저하를 방지하는 데에 있어서 바람직하다. 원형 가스홈(8)의 직경이 설치면(3)의 직경의 70%를 밑돌면 웨이퍼(W)의 주변보다 내측의 환형 부분의 온도가 커져 바람직하지 못하다. 또, 원형 가스홈(8)의 직경이 설치면(3)의 직경의 95%를 초과하면 환형 가스홈(9)의 압력을 향상시켜 열전도율을 크게 해도 웨이퍼(W)의 주변의 온도가 저하하여 바람직하지 못하다. 보다 바람직하게는 원형 가스홈(8)의 직경은 설치면(3)의 직경의 80∼90%이다.

또, 상기 원형 가스홈(8)의 외주와 상기 환형 가스홈(9)의 내주로 둘러싸여진 환형 볼록부(14)의 폭이 0.5∼5mm이며, 설치면(3)의 외주와 상기 환형 가스홈(9)의 외주로 둘러싸여진 환형 볼록부(13)의 폭이 1∼5mm인 것을 특징으로 한다.

상기의 환형 볼록부(14)의 폭이 0.5mm미만에서는 원형 가스홈(8)과 환형 가스홈(9) 사이의 가스압을 개별로 조정하는 것이 어렵게 되어, 환형 가스홈(9)의 효과가 작아질 우려가 있다. 또, 환형 볼록부(14)의 폭이 5mm를 초과하면 볼록부(14)에 대향한 웨이퍼(W)면의 온도가 저하하여 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커질 우려가 있었다.

또, 상기 환형 볼록부(13)의 폭이 1mm를 밑돌면 볼록부(13)와 웨이퍼(W)의 사이로부터 충전된 가스의 누설량이 커져 정전척(1)을 수납하고 있는 용기의 압력이 저하하여 원하는 가공처리를 할 수 없게 될 우려가 있었다. 또한 상기의 환형 볼록부(13)의 폭이 5mm를 초과하면, 이 볼록부(13)에 대향하는 웨이퍼(W)의 주변부의 온도가 저하해서, 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커질 우려가 있었다. 바람직하게는 환형 볼록부(13)의 폭은 2∼3mm이다.

또, 원형 가스홈(8)의 면적(S1)과 상기 원형 가스홈(8)의 내측에 있는 복수의 볼록부(11)의 상면의 총면적(S2)의 비의 값(S1/S2)은 1∼5이며, 환형 가스홈(9)의 면적(S3)과 상기 환형 가스홈(9)의 내부에 있는 복수의 볼록부(12)의 상면의 총면적(S4)의 비의 값(S3/S4)은 1∼5인 것을 특징으로 한다.

원형 가스홈(8)의 외경이 설치면(3)의 외경의 70∼95%이며, 또한 환형 볼록부(13,14)의 각각의 폭(W1,W2)이 1∼5mm, 0.5∼5mm이면, 웨이퍼(W)를 설치면(3)에 흡착했을 때 원형 가스홈(8)의 내측에서 웨이퍼(W)가 설치면(3)측에 볼록하게 변형되거나 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커질 우려가 있지만, 원형 가스홈(8)의 내측에 볼록부(11)가 있으면 웨이퍼(W)가 이 볼록부(11)에 지지되어 웨이퍼(W)가 변형되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 볼록부(11)의 상면과의 비율(S1/S2)이 1∼5이면 웨이퍼(W)의 면내온도차가 작아 바람직하다는 것이 판명되었다. 보다 바람직하게는 S1/S2는 2∼4이다.

또, 환형 가스홈(9) 사이에서는 등간격으로 환형 가스홈(9)이 원주방향으로 연장되어 있으므로 외측의 환형 볼록부(13)와 내측의 환형 볼록부(14)의 영향을 받고, 환형 가스홈(9)의 직경방향에 대응해서 웨이퍼(W)의 면내온도차가 커지는 것을 억제하기 위해서는 이 가스홈(9)의 내측에 복수의 볼록부(12)를 형성하는 것이 바람직하고, 그 볼록부(12)의 상면의 총면적(S4)과 환형 가스홈(9)의 면적(S3)의 비의 값(S3/S4)이 1∼5이면 웨이퍼(W)의 변형도 작아 웨이퍼(W)의 면내온도차가 작아 바람직한 것이 판명되었다. 보다 바람직하게는 S3/S4가 2∼3이다.

또, 원형 가스홈(8)의 내측에 볼록부(11)를 복수개 형성하여 비의 값(S1/S2)을 1∼5로 하고, 볼록부(11)가 원형 가스홈(8)에 일률적으로 분포하도록 형성하면 더욱 바람직하고, 원형 내부에 있어서의 정전기력을 균일화할 수 있으므로, 웨이퍼(W) 전체면을 균일한 흡착력으로 고정할 수 있음과 아울러, 설치면(3)으로부터 웨이퍼(W)에 전달되는 열전도량을 중심부와 둘레가장자리부에서 대략 같게 할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 가공표면에 있어서의 온도차를 매우 작게 할 수 있다.

또, 마찬가지로, 환형 가스홈(9)에 대해서도 볼록부(12)가 가스홈(9)에 일률적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 볼록부(11)는 가스홈(8)을 둘러싸는 면에 대해서 균등하게 형성되는 것이 바람직하지만 구체적으로는 면적(S1)의 4㎠ 당 1∼20개이면 좋다. 마찬가지로, 환형 가스홈(9)내의 볼록부(12)에 대해서도 면적(S3)의 4㎠ 당 1∼15개이면 바람직하다.

또, 3곳 내지 4곳 정도에 있는 리프트핀이 통과하는 구멍(17)이나 웨이퍼(W)의 온도를 직접 측정하는 열전대를 통과하기 위한 측온용 구멍(24)이 형성된 영역(R1)은 다른 영역(R2)과 볼록부(11)의 형성이 불균일하게 되어도 좋다. 이러한 구멍이 형성된 영역의 면적을 다른 영역의 배치와 대략 동등하게 하는 것은 홈의 배치에 제한이 있으며 대략 동일하게 배치하는 것은 어렵다. 그러나, 이 영역(R1)이 전체에 나타내는 비율이 작고 웨이퍼(W)의 온도분포에 주는 영향은 작다. 그러나 보다 웨이퍼(W) 면내의 온도를 균일하게 하기 위해서는 이 영역(R1)과 각각의 영역의 볼록부(11)의 상면의 면적의 크기를 가깝게 할 필요가 있다.

볼록부(11)와 볼록부(11)의 간격의 이상적인 홈폭은 1∼5mm정도로서, 깊이를 깊게 하는 편이 바람직하다. 이상적인 홈깊이는 50㎛이상, 바람직하게는 100㎛이상이지만, 너무 깊으면 홈의 저면과 정전척(1)의 정전흡착용 전극(18)상의 절연파괴가 문제가 된다. 따라서, 그 정전척(1)의 절연층의 막두께 및 재질의 내전압, 전압 등으로부터 절연파괴가 일어나지 않는 홈깊이를 설정할 필요가 있다. 또한, 홈부를 정전흡착 전극이 존재하지 않는 영역에 형성함으로써, 정전흡착 전압이 단절되었을 때에, 웨이퍼(W)를 유지하는 힘은 단시간에 작아지는 즉 잔류흡착력이 작아진다라는 유효한 효과가 있다.

또, 가스도입구(4)는 원형 가스홈(8)의 중심에 형성되어 있지만, 원형 가스홈(8)내에 대략 균등하게 복수개 형성하면 공급된 가스가 원활하게 웨이퍼(W)의 이면에 흘러 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 더욱 작게 할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 정전척(1)의 재질이 열전도가 좋은 재질이면, 상기의 수단의 효과가 증가하는 것은 말할 필요도 없다. 바람직하게는 사용하는 온도에서 50W/(m·K)이상의 열전도율을 갖는 질화알루미늄, 탄화규소, 질화붕소 등을 이용하는 것이 바람직하다.

(실시예)

본 발명의 정전척에 대해서 이하에 상세를 설명한다.

본 발명의 정전척의 단면도를 도1의 (a)에 나타낸다. 또, 도1의 (b)에 평면도를 나타낸다.

직경 300mm이며 두께 12mm인 원판형 세라믹체(1)의 한쪽의 주면에는 원형 가스홈(8), 환형 가스홈(9) 및 볼록부(11)나 볼록부(12)가 형성되어 있다. 또, 중앙에는 원형 가스홈(8)에 연통하는 가스도입구(4)가 형성되어 있다. 또한 그 가스도입구(4)에는 금속제의 가스파이프(4a)가 납땜되어 있다. 그 가스파이프(4a), 가스도입구(4)를 통해 원형 가스홈(8)으로 가스가 흐른다. 또, 환형 가스홈(9)에 연통하는 가스도입구(5)가 형성되어 있다. 또한 그 가스도입구(5)에는 도시가 생략된 가스파이프가 납땜되어 있다. 그 가스파이프로부터 가스도입구(5)를 통해 환형 가스홈(9)으로 가스가 흐른다.

설치면(3)의 최외주의 가스시일영역인 환형 볼록부(13)로부터 미량의 가스가 챔버내에 흘러 간다.

또, 환형 볼록부(14)에 의해 환형 가스홈(9)의 가스압력과 원형 가스홈(8)의 가스압력을 별도로 조정할 수 있도록 되어 있다.

원형 가스홈(8), 환형 가스홈(9)이나 볼록부(11), 볼록부(12)의 형성방법으로서는 샌드블라스트가공, 머시닝가공 및 초음파가공 등의 방법을 이용해도 상관없지만, 가공정밀도, 형상자유도, 가공비용에서 샌드블라스트가공을 이용했다. 또, 중앙의 가스도입구(4)는 소결체에 머시닝가공을 실시해서 형성했다.

실시예의 정전척에서는 가스도입구(4)에 부착되어 있는 금속제의 파이프는 납땜되어 있지만, 사용온도와 분위기에 따라서는 접착제로 고정해도 상관없고, 알루미늄베이스 등과 정전척의 이면을 전체면 접합한 구조의 것에 있어서는 알루미늄 베이스에도 미리 정전척의 가스도입구(4)와 대략 동일한 직경의 가스도입구(4)를 형성해 두고, 그것을 전체면 접합한 후, 알루미늄베이스의 가스도입구(4)부에 가스파이프(13)를 나사고정하고, 용접 등으로 부착하는 것도 가능하다.

실험예에 사용하는 정전척은 존슨라벡(Johnson-Rahbek)력으로 흡착시키는 정전척으로 열전도율 50W/(m·K)의 질화알루미늄제로 했다.

또, 웨이퍼(W)의 열균일성을 확인하기 위해 정전척내에 히터전극을 내장한 것을 이용했다. 히터의 온도분포로서는 200℃가열시에 정전척의 웨이퍼(W)의 설치면에서 온도범위가 2℃이내인 것을 사용했다.

원형 가스홈(8)이나 환형 가스홈(9)의 홈깊이는 100㎛가 되도록 샌드블라스트를 이용해서 가공했다. 가공후의 실제의 깊이는 90∼110㎛이었다.

그리고, 제작한 시료를 시료 No.7∼12, 21∼32, 41∼52로 했다.

비교용의 시료로서 도2,4,6,7의 가스홈형상으로 제작한 정전척을 시료 No.1∼5로 했다. 또, 가스홈의 깊이는 90∼100㎛로 하고 판상 세라믹체는 시료No.7∼12와 같은 재료를 사용햇다.

이 정전척을 진공챔버내에 세트해서 서모뷰어로 관찰할 수 있도록 표면에 흑색체도료를 도포한 실리콘 웨이퍼(W)를 세트했다. 그 상태에서 10^-1Pa까지 감압하고, 정전척에 내장된 히터로 200℃까지 가열했다. 온도제어는 정전척의 이면의 중심부근에 열전대를 부착하여 행했다. 그리고 그 상태에서 정전척에 전압을 500V 인가하여, 시료 No.7,8의 가스도입구(4)로부터 1300Pa의 가스압의 헬륨가스를 공급했다. 또, 가스도입구(5)로부터 2500Pa의 가스압의 헬륨가스를 공급했다.

또, 마찬가지로 시료 No.1∼5의 가스도입구에는 1300Pa의 헬륨가스를 도입했다.

과제인 웨이퍼(W)의 열균일과 웨이퍼(W)를 어떻게 빨리 원하는 온도로 가열할 수 있는가를 이하의 항목에서 평가했다.

웨이퍼(W)의 열균일성은 서모뷰어를 이용해서 웨이퍼(W) 표면의 온도분포를 측정하고, 웨이퍼(W)전체의 온도로부터 최대값과 최소값의 차로 열균일성을 평가했다.

또, 웨이퍼(W)를 어떻게 빨리 원하는 온도로 가열할 수 있는가를 평가하기 위해서는 정전척으로 웨이퍼(W)를 흡착시켜 헬륨가스를 웨이퍼(W) 이면에 도입한 후 웨이퍼(W)의 평균온도가 0.1℃/초의 온도변화율로 될 때까지의 포화온도에 도달할 때까지의 시간을 측정했다. 이것은 웨이퍼(W)의 온도제어를 하는 데에 웨이퍼(W)와 정전척의 열전달량이 중요하다.

상기 웨이퍼(W)의 면내온도차는 정전척의 설정온도를 200℃로 했을 때 서모뷰어로 측정하고 있는 웨이퍼(W) 전체의 온도의 최대값과 최소값의 차이다. 웨이퍼(W)의 평균온도는 웨이퍼(W)의 중심점과 웨이퍼(W) 외주로부터 10mm의 위치에서 등간격으로 4곳, 중심과 웨이퍼(W) 외주의 중간점의 4곳의 합계 9곳의 측정온도의 평균값으로 했다. 포화온도에 도달할 때까지의 시간이 크면 처리개시시간이 늦어지고, 웨이퍼(W) 1장당의 처리시간이 길어진다. 그렇게 되면 시간당의 웨이퍼(W) 처리수가 감소하게 되어, 바람직하지 못하다.

실험예에 사용되는 정전척은 방사상 홈, 환형 홈, 구획 홈의 개수나 간격 및 홈폭을 바꿈으로써 여러가지 홈형상의 것으로 했다.

본 발명의 실시예에서는 정전척에 내장된 히터로 웨이퍼(W)를 가열한 경우의 것을 나타내고 있지만, 플라즈마의 열로 웨이퍼(W)를 가열하고, 정전척으로 웨이퍼(W)를 냉각하는 경우도 열이 전달되는 방향이 반대가 될 뿐이며 같은 효과가 있다.

하기에 실험의 결과를 나타낸다.

(실시예1)

먼저, 설치면(3)의 외경 300mm의 정전척의 원형 가스홈(8)의 직경을 설치면(3)의 외경의 60∼97%로 바꾼 정전척으로서 시료 No.6∼12를 제작했다. 원형 가스홈(8)에 대한 상기 가스홈내의 볼록부의 면적의 비의 값은 1로 했다. 또 환형 가스홈에 대한 상기 가스홈내의 볼록부의 면적의 비의 값도 1로 했다. 또 비교예를 시료 No.1∼5로 했다.

그 결과를 표1에 나타낸다.

시료No.	설치면의개략형상도	설치면에 대한원형 가스홈의직경의 비율(%)	웨이퍼의면내온도차(℃)	포화온도에도달할때까지의시간(초)
*1	도2	-	6	15
*2	도3	-	6	16
*3	도4	-	6	14
*4	도5	-	5	15
*5	도6	-	5	13
7	도1	60	3	9
8	도1	70	2.5	7
9	도1	80	2	6
10	도1	90	2	6
11	도1	95	2.5	7
12	도1	97	3	8

*표는 본원발명 이외의 실시예를 나타낸다.

시료 No.6∼12의 본원발명의 정전척은 웨이퍼(W)의 면내온도차가 3℃이하로 작아 바람직한 것을 알 수 있었다.

또한, 원형 가스홈의 직경을 설치면의 외경의 70∼95%로 한 시료 No.8∼11은 웨이퍼(W)의 표면온도차가 2.5℃이하로 작고 또한 포화온도에 도달하는 시간도 7초 이하로 작아 바람직한 것을 알 수 있었다.

또, 원형 가스홈의 직경을 설치면의 외경의 80∼90%로 한 시료 No.8∼11은 웨이퍼(W)의 표면온도차가 2.0℃이하로 작고 또한 포화온도에 도달하는 시간도 6초이하로 더욱 작아 보다 바람직한 것을 알 수 있었다.

(실시예2)

다음에 실시예1과 마찬가지로 정전척을 제작하여, 원형 가스홈(8)의 외주와 환형 가스홈(9)의 내주로 둘러싸여진 환형 볼록부(14)의 폭(W1)과 설치면의 외주와상기 환형 가스홈의 외주로 둘러싸여진 환형 볼록부(13)의 폭(W2)을 각각 0.2∼7mm의 폭으로 제작해서 웨이퍼(W)의 면내온도차를 측정했다.

그 결과를 표2의 No.21∼32에 나타낸다.

시료No.	설치면의개략형상도	환형 볼록부(13)의 폭(mm)	환형 볼록부(14)의 폭(mm)	웨이퍼의면내온도차(℃)	포화온도에이르기까지의시간(초)
21	도1	0.2	3	3	9
22	도1	0.5	3	2	6
23	도1	1	3	1.5	5
24	도1	3	3	1.5	5
25	도1	5	3	2	5
26	도1	7	3	3	9
27	도1	3	0.5	3	8
28	도1	3	1	2	5
29	도1	3	2	2	4
30	도1	3	3	1.5	4
31	도1	3	5	2	5
32	도1	3	7	3	9

시료 No.22∼25, 28∼31은 환형 볼록부(13,14)의 폭이 각각 1∼5mm, 0.5∼5mm이며 웨이퍼(W)의 면내온도차가 2℃이하이고, 포화시간도 6초이하로 작아 바람직하다.

본원의 발명범위외인 시료 No.21은 환형 볼록부(13)의 폭이 0.2mm로 작아 가스누설량이 크고 웨이퍼(W)의 면내온도차가 9℃로 약간 컸다. 한편 시료 No.26은 환형 볼록부(13)의 폭이 7mm로 크고 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 9℃로 컸다.

또, 시료 No.27은 환형 볼록부(13)의 폭이 0.5mm로 작아 가스누설량이 크고 웨이퍼(W)의 면내온도차가 8℃로 약간 컸다. 한편 시료 No.32는 환형 볼록부(13)의 폭이 7mm로 크고 웨이퍼(W)의 면내온도차가 9℃로 컸다.

따라서, 환형 볼록부(14)의 폭은 0.5∼5mm이고 환형 볼록부(13)의 폭은1∼5mm이면 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

또한, 시료 No.23,24,29,30과 같이 환형 볼록부(14)의 폭은 1.0∼3mm이고, 환형 볼록부(14)의 폭은 2∼3mm이면 웨이퍼(W)의 면내온도차가 1.5℃이하로 작아 포화온도에 도달할 때까지의 시간이 5초이하로 더욱 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

(실시예3)

다음에 실시예1과 마찬가지로 정전척을 제작하여, 원형 가스홈(8)의 면적(S1)과 원형 가스홈의 내측에 있는 복수의 볼록부(11)의 상면의 총면적(S2)과 환형 가스홈(9)의 면적(S3)과 그 내부에 있는 복수의 볼록부(12)의 상면의 면적(S4)을 각각 바꿔서 S1/S2와 S3/S4의 비의 값을 바꾼 정전척을 제작하여, 실시예1과 마찬가지로 특성을 평가했다.

그 결과를 표3에 No.41∼52에 나타낸다.

시료No.	설치면의개략형상도	S1/S2	S3/S4	웨이퍼의면내온도차(℃)	포화온도에도달할 때까지의 시간(초)
41	도1	0.5	3	2	6
42	도1	1	3	1.5	4
43	도1	2	3	0.8	4
44	도1	4	3	0.8	3
45	도1	5	3	1.2	4
46	도1	6	3	2	6
47	도1	3	0.5	2	7
48	도1	3	1	1.4	4
49	도1	3	2	0.7	3
50	도1	3	3	0.8	3
51	도1	3	5	1.5	4
52	도1	3	7	2	6

시료 No.42∼45, 48∼51은 S1/S2의 값이 1∼5이며, S3/S4의 값이 1∼5이며,웨이퍼(W)의 면내온도차가 1.5℃이하이며, 포화시간도 4초이하로 작아 바람직하다.

본원의 발명범위외인 시료 No.41은 S1/S2의 값이 0.5로 작고, 웨이퍼(W)의 면내온도차가 2℃로 약간 컸다. 한편 시료 No.46은 S1/S2의 값이 6으로 크고, 웨이퍼(W)의 면내온도차가 2℃로 약간 컸다.

또, 본원의 발명범위외인 시료 No.47은 S3/S4의 값이 0.5로 너무 작으므로 웨이퍼(W)의 면내온도차가 2℃로 컸다. 한편 시료 No.52는 S3/S4의 값은 7로 크고 웨이퍼(W)의 면내온도차가 2℃로 컸다.

따라서, S1/S2의 값 및 S3/S4의 값은 1∼5이면 매우 우수한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 정전흡착용 전극을 구비한 원판형 세라믹체의 한쪽의 주면에 웨이퍼(W)의 설치면을 형성하고, 그 설치면의 주변에 동심원상의 환형 가스홈과 그 환형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 그 내측에 원형 가스홈과 그 원형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 상기 환형 가스홈과 원형 가스홈이 서로 독립되고, 또한 상기 환형 가스홈 및 상기 원형 가스홈의 내부에 복수의 볼록부를 구비함으로써 웨이퍼(W)의 면내온도차가 작아 포화시간이 작은 정전척을 제공할 수 있다.

Claims

정전흡착용 전극을 구비한 원판형 세라믹체의 한쪽의 주면에 웨이퍼(W)의 설치면을 형성하고, 그 설치면의 주변에 동심원상의 환형 가스홈과 그 환형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 그 내측에 원형 가스홈과 그 원형 가스홈에 연통하는 가스도입구를 구비하고, 상기 환형 가스홈과 원형 가스홈이 서로 독립되며, 또한 상기 환형 가스홈 및 상기 원형 가스홈의 내부에 복수의 볼록부를 구비한 것을 특징으로 하는 정전척.
제1항에 있어서, 상기 원형 가스홈의 직경이 상기 설치면의 외경의 70∼95%인 것을 특징으로 하는 정전척.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원형 가스홈의 외주와 상기 환형 가스홈의 내주로 둘러싸여진 환형 볼록부의 폭이 0.5∼5mm이며, 상기 설치면의 외주와 상기 환형 가스홈의 외주로 둘러싸여진 환형 볼록부의 폭이 1∼5mm인 것을 특징으로 하는 정전척.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 가스홈의 면적(S1)과 상기 원형 가스홈의 내부에 있는 복수의 볼록부의 상면의 총면적(S2)의 비(S1/S2)가 1∼5이며, 상기 환형 가스홈의 면적(S3)과 상기 환형 가스홈의 내부에 있는 복수의 볼록부의 상면의 총면적(S4)의 비(S3/S4)가 1∼5인 것을 특징으로 하는 정전척.