KR20040074597A

KR20040074597A - 정전 척

Info

Publication number: KR20040074597A
Application number: KR10-2003-7016828A
Authority: KR
Inventors: 요시다가즈또; 이노우에마사히꼬; 마쯔다류우이찌; 사까모또히또시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-08-25
Also published as: US7283346B2; US20040233609A1; EP1577937A4; KR100573351B1; WO2004061941A1; EP1577937A1; DE60237173D1; EP1577937B1

Abstract

정전 척(100)의 전극 패턴(3)은 반경 방향으로 직선부(31a, 31b)를 갖고, 이 직선부(31a, 31b)로부터 갈래형으로 복수의 C자 형상부(32a, 32b)를 연장시킨 형상이고, 그 직선부(31a, 31b)는 서로 대향하여 직경 방향이 되는 대략 일직선 상에 위치하고, 상기 C자 형상부(32a, 32b)는 복수의 동심원 패턴이 형성되어 서로 빗살형으로 인입하도록 된다.

Description

정전 척 {ELECTROSTATIC CHUCK}

정전 척은 전극과 웨이퍼 사이에 작용하는 쿨롱력에 의해 웨이퍼를 스테이지에 흡착시키는 것이며, 기계적인 척에 비해 웨이퍼 하부면을 스테이지 상에 대략 전체면 밀착할 수 있고 웨이퍼의 냉각 성능이 우수하기 때문에 종래부터 반도체 제조 장치에 다용되어 있다. 또한, 상기 정전 척에는 단극식과 쌍극식이 있고, 단극식의 정전 척은 챔버 내에 플라즈마를 발생시키지 않으면 흡착이 일어나지 않으므로 플라즈마 처리 장치에 밖으로 이용할 수 없지만, 쌍극식의 정전 척은 플라즈마의 발생을 필요로 하는 일없이 흡착을 할 수 있다는 특징이 있다.

도5는 종래의 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다. 이 정전 척(500)은 표면의 절연체 내부에 정부 한 쌍의 동심원형의 전극(전극 패턴)(501a, 501b)을 매립 설치한 구성이며, 그 한 쪽 동심원형의 전극(501a)이 정극이 되며, 다른 쪽 동심원형의 전극(501b)이 부극이 된다. 또, 이들 동심원형 전극(501a,501b)은 정전 척(500)의 웨이퍼 흡착 영역의 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있다. 상기 정극측의 동심원형 전극(501a)은 반경 방향으로 형성한 직선부(502a)와, 이 직선부(502a)로부터 갈래형으로 또한 동심원형으로 복수 연장한 원호부(503a)로 구성하고, 전체적으로 원형이 되도록 대향하여 배치한 것이다. 대향하는 전극(501a, 501a)끼리는 최외주에서 접속되어 있다.

한편, 부극측의 동심원형 전극(501b)도 같은 구성이지만, 대향하는 전극(502b, 502b)끼리가 중심부에서 결합하고 있는 점이 다르다. 이 정극 및 부극의 전극(501a, 501b)은 원호부(503a, 503b)에 있어서 서로 빗살형으로 뒤얽혀 형성되어 있다. 또, 이들 전극 패턴(501a, 501b)은 포토 퍼블리케이션 방법 등에 의해 정밀하게 형성할 수 있다. 정전 척(500)의 정부 양 전극(501a, 501b)에 전압을 인가하면, 상기 전극 패턴(501a, 501b)에 의해 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 안정된 균일한 흡착력이 발생된다.

그런데, 상기와 같은 정전 척(500)을 이용한 웨이퍼 스테이지에서는 웨이퍼를 분리하기 위한 리프트 핀을 구비하고 있는 경우가 있다. 이러한 리프트 핀은 웨이퍼 스테이지에 균등하게 설치한 리프트 핀 구멍으로부터 돌출하도록 설치되어 있다. 또한, 리프트 핀에 의해 웨이퍼를 확실하게 지지하기 때문에 3개의 리프트 핀을 120도 간격으로 설치하는 것이 바람직하다(도시 생략).

그러나, 상기 정전 척(500)에서는 정극 및 부극에서 전극(501a, 501b)의 반경 방향 직선부(502a, 502b)가 90도 간격으로 형성되어 있으므로, 리프트 핀 구멍의 1개 또는 2개가 상기 직선부(502a, 502b) 상에 위치하게 되고, 이를 피하도록하여 전극 패턴을 설계할 필요가 있다. 또, 갈래형 형성한 전극 패턴(501a, 501b)을 대향시켜 최외주 혹은 중심부에서 연결한 구성이다. 이로 인해, 전극 패턴(501a, 501b)이 복잡해진다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 간단한 전극 패턴에 의해 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 안정되면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있는 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 액정 모니터용 박막 트랜지스터나 아몰퍼스 실리콘 태양 전지 등의 여러 가지 반도체 박막 장치의 제조에 이용되는 쌍극형의 정전 척이며, 간단한 전극 패턴에 의해 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 안정적이면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있는 정전 척에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다.

도2는 도1에 도시한 정전 척의 단면도이다.

도3은 도1에 도시한 전극 패턴의 변형예를 도시하는 평면도이다.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다.

도5는 종래의 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다.

본 발명에 관한 정전 척은, 웨이퍼 스테이지 상의 절연체 내에 정부 양 전극을 매립 설치한 쌍극형의 정전 척에 있어서, 상기 각각의 정부 전극이 반경 방향으로 연장되는 반경분의 직선부와, 이 직선부 양측으로부터 복수의 갈래형으로 연장된 동심원의 C자 형상부를 구비하고, 상기 직선부가 서로 대향하여 직경 방향이 되는 대략 일직선 상에 위치하고, 상기 정부 전극의 C자 형상부가 서로 빗살형으로 인입하여 전극 패턴을 형성한 것을 특징으로 한다.

반경분의 직선부로부터 C자 형상부를 갈래형으로 연장하고, 이 C자 형상부를 서로 빗살형으로 인입하면 전체적으로 원형이 되며, 정부극이 균일하게 분포한 상태가 된다. 또한, 반경분의 직선부로부터 갈래형으로 C자 형상부가 연장되는 형상을 위해, 전극 패턴은 비교적 간단하다. 이 정부 전극에 직류 전류를 인가함으로써 웨이퍼 사이에 쿨롱력이 작동하여 상기 웨이퍼를 흡착한다. 이 때, 정부 전극이 균일하게 분포하고 있으므로, 균일하면서 안정된 흡착력을 얻을 수 있게 된다.

이어서 발명에 관한 정전 척은, 웨이퍼 스테이지 상의 절연체 내에 정부 양전극을 매립 설치한 쌍극형의 정전 척에 있어서, 상기 각각의 정부 전극이 복수의 동심원의 C자 형상부와, 직경 방향으로 인접하는 C자 형상부를 연결하는 복수의 단직선부를 구비하고, 상기 정부 전극의 C자 형상부가 서로 빗살형으로 인입하는 동시에, 상기 단직선부가 직경 방향으로 인접하는 동일극의 C자 형상부 사이마다 원주 방향으로 변이되어 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 직선부를 복수의 단직선부로 하고, 이를 원주 방향으로 변이되어 배치함으로써, 정부극 중 어느 하나 또는 양쪽이 편재되는 부분을 적게 할 수 있다. 이에 의해, 보다 균일하면서 안정된 흡착력을 얻을 수 있다.

이어서 발명에 관한 정전 척은, 상기 정전 척에 있어서, 또 상기 직선부에 전력 공급용의 접점을 설치한 것을 특징으로 한다. 이 정전 척의 전극 패턴은 갈래형 형성한 복수의 C자 형상부를 갖는 대칭 형상으로 되어 있으므로, 상기 직선부에 접점을 설치함으로써 전극 패턴의 저항치가 같아진다. 이에 의해, 보다 균일하면서 안정된 흡착력을 얻을 수 있다.

이어서 발명에 관한 정전 척은, 상기 정전 척에 있어서, 또 웨이퍼 리프트 핀을 인접하는 C자 형상부 사이이며, 상기 직선부를 피해 설치한 것을 특징으로 한다.

웨이퍼 리프트 핀은 120도 간격으로 균등 배치하게 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 직선부가 서로 대향하여 직경 방향이 되는 대략 일직선 상에 위치하므로, 이 직선부를 피하면 웨이퍼 리프트 핀을 120도 간격으로 설치할 수 있다. 그리고, 이 웨이퍼 리프트 핀을 인접하는 C자 형상부 사이에 설치함으로써, 상기웨이퍼 리프트 핀을 회피하는 복잡한 전극 패턴을 형성할 필요가 없어진다. 또, 웨이퍼 리프트 핀을 C자 형상부 사이에 설치하는 것은, 그 중심이 C자 형상부 사이에 위치하는 것을 의미하고, C자 형상부와 다소 간섭하는 경우도 포함된다.

이어서 발명에 관한 정전 척은, 곡옥(勾玉) 형상의 정부 전극을 각각 점대칭이 되도록 설치하고, 이 곡옥 형상의 전극 사이에 정극이 상기 곡옥 형상의 전극의 부극과 인접하고, 부극이 상기 곡옥 형상의 전극의 정극과 인접하도록 S자 형상으로 하여 배치한 것을 특징으로 한다.

도4에 도시한 바와 같은 곡옥 형상의 정부 전극을 설치하고, 요사이에 S자 형상의 정부 전극을 배치함으로써, 거의 반경 방향에서 복수의 동일극(예를 들어 도4에서는 정극이 3개)가 존재하게 된다. 또한, 정부 전극이 대칭 형상이 되는 동시에 그 면적이 완전히 같아진다. 이로 인해, 안정되면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 관해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 본 실시 형태의 구성 요소에는, 상기 기술에 관한 당업자가 설계 변경할 수 있는 내용이 포함된다.

[제1 실시 형태]

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다. 도2는 도1에 도시한 정전 척의 단면도이다. 이 정전 척(100)은 웨이퍼 스테이지(1)와, 웨이퍼 스테이지(1) 상에 설치한 절연체(2)와, 절연체(2)에 매립 설치한 쌍극형 전극(3)[전극 패턴(3)]을 갖는다. 정극의 전극(3a) 및 부극의 전극(3b)은 반경 방향으로 직선부(31a, 31b)를 갖고, 이 직선부(31a, 31b)로부터 갈래형으로 복수의 C자 형상부(32a, 32b)를 연장한 형상이 된다. 직선부(31a, 31b)는 서로 대향하여 직경 방향이 되는 대략 일직선 상에 위치하고 있다. 또, 상기 C자 형상부(32a, 32b)는 복수의 동심원 패턴이 형성되어 서로 빗살형으로 인입하도록 되어 있다.

또한, 정극의 직선부(31a)의 단부는 부극의 최소 직경이 되는 C자 형상부(32b)에 들어가는 원형이 된다. 이 전극 패턴(3)은 포트리소그래피 프로세스에 의해 정밀하게 형성할 수 있다. 연장되는 C자 형상부(32a, 32b)는 패턴의 간단화와, 전극 면적을 크게 하기 위해 3개 내지 4개 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 절연체(2)에는 알루미나 등의 세라믹스를 이용한다.

리프트 핀 구멍(4)은 전극 패턴(3)이 형성되어 있지 않은 부분을 구멍의 중심으로서 배치한다. 리프트 핀 구멍(4)은 120도 간격으로 3개 설치되어 있고, 각각 정극 및 부극의 직선부(31a, 31b)를 피해 배치되어 있다. 이로 인해, 상기 직선부(31a, 31b)에 영향을 부여하지 않으므로, 복잡한 회피 형상이 불필요하여 그만큼 형상을 간단하게 할 수 있다. 또한, 상기 전극 패턴(3)은 웨이퍼 스테이지(1) 상에 설치한 절연체(2) 내에 매립 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 스테이지(1)는 그 내부에 냉각 수배관(도시 생략)이나 리프트 핀 기구(5) 등을 내부 설치하고 있다. 또한, 정극 및 부극의 전극(3a, 3b)에는 직류 전원(6)이 접속되어 있다.

상기 리프트 핀 기구(5)는 리프트 핀 구멍(4)을 관통하는 알루미나로 된 핀 샤프트(51)와, 핀 샤프트(51)가 수용되고 또 헬륨 가스가 도입되는 플랜지(52)와, 핀 샤프트(51)의 승강 동작을 행하는 공기 실린더(53)로 구성된다. 플랜지(52) 내는 벨로우즈(54)에 의해 외기로부터 차단되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(1)의 중앙에는 헬륨 출구(7)가 설치되어 있다.

전극 패턴(3)의 직선부(31a, 31b)의 대략 중앙에는, 직류 전원(6)과의 접점(8)이 설치되어 있다. 우선, 이 전극 패턴(3)은 정극 및 부극의 전극(3a, 3b)에서 그 폭이 모두 균일하며, 면적 및 두께와도 대략 동일한 것, 전극 패턴(3)이 대칭 형상이며 정극 및 부극으로 전극 패턴(3)이 매우 유사하고 있으므로, 전극 패턴(3)의 저항치가 대략 동일해진다. 이로 인해, 정극과 부극에 대응하는 위치이면, 접점(8)을 어떤 위치에 설치해도 좋고, 그렇기 때문에 설계의 자유도가 매우 높은 것으로 되어 있다. 특히, 접점(8)이 단수의 경우뿐만 아니라, 복수 설치하는 경우에 유효하다.

정극 및 부극의 전극(3a, 3b)에 직류 전류(6)를 인가하면, 웨이퍼(W)와 전극(3) 사이에 쿨롱력이 작용되어 웨이퍼(W)가 전극(3)에 흡착된다. 이 때, 전극 패턴(3)이 상기한 바와 같이 형성되어 있으므로, 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에서 웨이퍼(W)에 관한 쿨롱력이 작동하게 된다. 또한, 일반적으로 정극 및 부극의 전극 패턴은 그 면적을 서로 같게 하는 것이 바람직하지만, 이 전극 패턴(3)에 따르면, 간단한 형상의 패턴을 이용하고 있고 리프트 핀 기구(5)에 기인하는 형상의 복잡화를 최소로 하고 있으므로 정부극의 면적을 같게 하기 쉽다.

이상, 이 정전 척(100)에 따르면, 간단한 전극 패턴(3)에 의해 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 안정되면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있게 된다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 온도 불균일이 해소되어 균일한 가공이 가능해진다.

또한, 전극 패턴(3)에 RF(radio frequency)를 중첩하여 스패터 에칭을 행하는 경우가 있지만, 종래의 정전 척과 같이 대향하는 전극 패턴을 일부에서 접속하면, 정부극의 각각에서 전류의 집중이 일어나 어렵게 된다. 이에 대해, 본 발명의 정전 척(100)에 따르면, 전류의 집중이 일어나기 어려운 부분이 거의 없고 빗살 형상의 전극 패턴(3)을 채용하고 있으므로 전극(3)의 발열을 억제할 수 있다고 한 효과가 있다.

또한, 플라즈마 처리 장치에 상기 정전 척(100)을 적용한 경우, 웨이퍼(W)가 마이너스에 대전함으로써 상기 웨이퍼(W)에 유기한 부전하와 정극의 전극(3a)의 정전하 사이에서 흡착력이 작용되지만, 부극의 전극(3b) 사이에서는 척력이 작동하게 된다. 그러나, 정극 및 부극의 전극 패턴(3)이 면적을 동일하게 하고, 이들이 빗살형으로 인입하여 균일 배치되어 있으므로, 플라즈마 처리 장치에 적용한 경우라도 전체적으로 밀착성을 향상시킬 수 있게 된다.

도3은 도1에 도시한 전극 패턴의 변형예를 도시하는 평면도이다. 이 전극 패턴은, 인접하는 C자 형상부(32a, 32b) 사이의 직선부(단직선부)(33a, 33b)를 원주 방향으로 변이되어 형성한 점에 특징이 있다. 단직선부(33a, 33b)를 변이되어 형성함으로써 정부극의 한 쪽이 위치적으로 집중하는 것을 방지하고, 정부극을 보다 균일하게 분포시킬 수 있다. 이 구성에 의해서도 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역으로 안정되면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있고, 특히 플라즈마 처리 장치에 적용하는 경우에 있어서 우수한 효과를 발휘한다.

[제2 실시 형태]

도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 정전 척의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다. 이 정전 척(200)의 전극(201)[전극 패턴(201)]은 정극 및 부극의 전극(202a, 202b)이 곡옥 형상을 하고 있고, 각각이 중심부를 갖고 점대칭이 되도록 패턴화되어 있다. 이 곡옥 형상의 전극(202a, 202b)은 각각 그 종단부가 외주에 진행함에 따라 가는 폭으로 되어 있다.

또한, 곡옥 형상의 전극(202a, 202b) 사이에는, 정극 및 부극의 전극(203a, 203b)이 S자 형상으로 형성되고, 상기와 같이 그 종단부는 외주에 진행함에 따라서 가는 폭으로 되어 있다. 이에 의해, 정극의 곡옥 형상의 전극(202a)에 인접하는 것은, 부극의 S자 형상의 전극(203b)이며, 부극의 곡옥 형상의 전극(202b)에 인접하는 것은 정극의 S자 형상의 전극(203a)이 된다. 직류 전원(204)과의 접점(205)은 곡옥 형상의 전극(202a, 202b)의 헤드 부분과, S자 형상의 전극(203a, 203b)의 도중 부분에 설치되어 있다.

이 전극 패턴(201)에 따르면, 거의 반경 방향에 있어서 3개의 동일극이 존재하고, 또한 곡옥 형상의 전극(202a, 202b)의 면적을 크게 얻을 수 있다. 또한, 정극과 부극이 대칭 구조가 되고 또한 전극 면적이 매우 동일해진다. 이로 인해, 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 안정되면서 균일한 흡착력을 얻을 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치에 적용한 경우에 있어서도, 거의 반경 방향으로 3개의 정극이 존재하게 되므로, 안정적인 흡착을 얻을 수 있다. 또, 전극 패턴(201)에 RF를 중첩하는 경우, 전류가 집중되는 부분이 거의 없으므로, 전극 패턴(201)의 발열을 효과적으로 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전 척에 따르면, 반경 방향으로 연장되는 반경분의 직선부와, 이 직선부 양측으로부터 복수의 갈래형으로 연장된 동심원의 C자 형상부로 이루어지며, 상기 C자 형상부가 서로 빗살형으로 인입함으로써 정부 전극의 패턴을 형성했으므로, 간단한 전극 패턴에 의해 균일하면서 안정된 흡착력을 얻을 수 있다.

이어서 발명의 정전 척에서는 복수의 동심원의 C자 형상부와, 직경 방향으로 인접하는 C자 형상부를 연결하는 복수의 단직선부로부터 정부 전극을 구성하고, 상기 C자 형상부를 서로 빗살형으로 인입하도록 한다. 또한, 상기 단직선부를 그 직경 방향으로 인접하는 동일극의 C자 형상부 사이마다 원주 방향으로 변이되어 배치함으로써, 정부극 중 어느 하나 또는 양쪽이 편재되는 부분을 적게 할 수 있다.이에 의해, 정전 척의 흡착력을 보다 균일하면서 안정되게 할 수 있다.

이어서 발명의 정전 척에서는 직선부에 전력 공급용의 접점을 설치함으로써, 정전 척의 흡착력을 보다 균일하면서 안정되게 할 수 있다.

이어서 발명의 정전 척에서는 웨이퍼 리프트 핀을 인접하는 C자 형상부의 사이이며, 상기 직선부를 피해 설치하였으므로, 정전 척에 웨이퍼 리프트 핀을 설치한 경우라도, 비교적 간단한 전극 패턴을 형성하면 완료하게 된다.

이어서 발명의 정전 척에서는 곡옥 형상의 정부 전극을 각각 점대칭이 되도록 설치하고, 이 곡옥 형상의 전극 사이에 정극이 상기 곡옥 형상 전극의 부극과 인접하고, 부극이 곡옥 형상 전극의 정극과 인접하도록 S자 형상으로 하여 배치하였으므로, 간단한 전극 패턴에 의해 균일하면서 안정된 흡착력을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 정전 척은 여러 가지의 반도체 박막 장치를 제조할 때에 사용되는 정전 척에 유용하며, 웨이퍼 흡착 영역의 거의 전체 영역에 걸쳐 안정되면서 균일한 흡착력을 발생시키는 정전 척에 적합하다.

Claims

웨이퍼 스테이지 상의 절연체 내에 정부 양 전극을 매립 설치한 쌍극형의 정전 척에 있어서,

상기 각각의 정부 전극이 반경 방향으로 연장되는 반경분의 직선부와, 이 직선부 양측으로부터 복수의 갈래형으로 연장된 동심원의 C자 형상부를 구비하고,

상기 직선부가 서로 대향하여 직경 방향이 되는 대략 일직선 상에 위치하고, 상기 정부 전극의 상기 C자 형상부가 서로 빗살형으로 인입하여 전극 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 정전 척.
웨이퍼 스테이지 상의 절연체 내에 정부 양 전극을 매립 설치한 쌍극형의 정전 척에 있어서,

상기 각각의 정부 전극이 복수의 동심원의 C자 형상부와, 직경 방향으로 인접하는 C자 형상부를 연결하는 복수의 단직선부를 구비하고,

상기 정부 전극의 C자 형상부가 서로 빗살형으로 인입하는 동시에, 상기 단직선부가 직경 방향으로 인접하는 동일극의 C자 형상부 사이마다 원주 방향으로 변이되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척.
제1항 또는 제2항에 있어서. 상기 직선부에 전력 공급용의 접점을 설치한 것을 특징으로 하는 정전 척.
제1항 또는 제2항에 있어서, 웨이퍼 리프트 핀을 인접하는 C자 형상부의 사이이며, 상기 직선부를 피해 설치한 것을 특징으로 하는 정전 척.
곡옥 형상의 정부 전극을 각각 점대칭이 되도록 설치하고, 상기 곡옥 형상의 전극 사이에 정극이 상기 곡옥 형상의 전극의 부극과 인접하고, 부극이 상기 곡옥 형상의 전극의 정극과 인접하도록 S자 형상으로 하여 배치한 것을 특징으로 하는 정전 척.