KR20110049871A

KR20110049871A - 정전 척의 사용 한계 판별 방법

Info

Publication number: KR20110049871A
Application number: KR1020117006315A
Authority: KR
Inventors: 나가히로 이노우에
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-05-12
Also published as: US20110140712A1; DE112009001988T5; TW201013829A; CN102124554A; WO2010021317A1; JPWO2010021317A1

Abstract

정전 척이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 정확하게 판별할 수 있도록 한 정전 척의 사용 한계 판별 방법을 제공한다. 정전 척(2)은 제 1 전극(4) 및 제 2 전극(4')과, 이들 전극(4, 4')을 덮는 유전체로 이루어지는 피복층(5)을 구비하고, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4') 사이에 전원(7)으로부터 전압을 인가함으로써, 피복층의 표면에 장착한 처리 기판(S)을 흡착하도록 구성된다. 처리 기판(S)을 흡착한 상태에서 두 전극(4, 4') 사이에 흐르는 전류값을 전류계(8)에 의해 검출하여, 검출 전류값이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였다고 판별한다. 임계값은 정전 척(2)에 접하는 기판 이면의 저항값이 상이한 각각의 처리 기판마다 상이한 값으로 설정된다.

Description

정전 척의 사용 한계 판별 방법{METHOD FOR DETERMINING SERVICE LIMIT OF ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 처리 기판에 스퍼터링 등의 소정의 처리를 행할 때에 처리 기판을 유지하기 위해 사용하는 정전 척(electrostatic chuck)의 사용 한계 판별 방법에 관한 것이다.

종래, 정전 척으로서, 제 1 전극 및 제 2 전극과, 이들 전극을 덮는 유전체로 이루어지는 피복층을 구비하고, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 피복층의 표면에 장착한 처리 기판을 흡착하는 것은 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 또한, 처리 기판이 절연성 기판인 경우에는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발생하는 경도력(gradient force)에 의해 처리 기판이 척 플레이트의 표면에 흡착되고, 처리 기판이 비절연성 기판인 경우에는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발생하는 쿨롱력(Coulomb force)에 의해 처리 기판이 척 플레이트의 표면에 흡착된다.

그런데, 정전 척에 흡착되는 처리 기판을 가열 및 냉각하는 경우에는, 처리 기판과 정전 척의 열 팽창 차이에 의해, 피복층이 처리 기판으로 긁혀서 점차 마모된다. 따라서, 종래에는 정전 척으로 흡착한 처리 기판의 매수가 소정의 사용 한도 매수로 되면, 정전 척이 사용 한계에 도달하였다고 판단하여, 정전 척을 교환하고 있다.

그러나, 처리 기판의 매수가 사용 한도 매수에 도달하여도, 피복층이 그다지 마모되지 않는 경우가 있다. 그 때문에, 정전 척의 교환 빈도를 감소시켜서 생산성을 향상시키기 위하여, 더욱 정확하게 정전 척의 사용 한계를 판별하는 것이 요청되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허출원공개 제2004-31502호 공보

본 발명은 이상의 점을 고려하여, 정전 척이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 정확하게 판별할 수 있도록 한 정전 척의 사용 한계 판별 방법을 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제 1 전극 및 제 2 전극과, 이들 전극을 덮는 유전체로 이루어지는 피복층을 구비하고, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 피복층의 표면에 장착한 처리 기판을 흡착하는 정전 척의 사용 한계 판별 방법으로서, 처리 기판을 흡착한 상태에서 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 흐르는 전류값을 검출하여, 검출 전류값이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 정전 척이 사용 한계에 도달하였다고 판별하도록 하고, 상기 임계값은 정전 척에 접하는 기판 이면의 저항값이 상이한 각각의 처리 기판마다 상이한 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 처리 기판의 흡착 시에 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 흐르는 전류값은 피복층의 마모에 수반하여 점차 증가한다. 그 때문에, 이 전류값은 피복층의 마모의 정도를 나타내는 파라미터로 되고, 전류값이 임계값 이상으로 되었는지 여부에 의해, 피복층의 마모가 한계에 도달하였는지 여부, 즉, 정전 척이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 판별할 수 있다. 그러나, 이 전류값은 정전 척에 접하는 기판 이면의 저항값에 의해서도 변화하고, 기판 이면의 저항값이 작아질수록 커진다. 따라서, 임계값을 일의적으로 결정한 것에서는, 기판 이면의 저항값이 작은 처리 기판의 경우, 정전 척이 사용 한계에 도달하지 않음에도, 사용 한계에 도달하였다고 오판별되어 버린다. 이것에 대하여, 본 발명에서는, 상기와 같은 기판 이면의 저항값이 상이한 각각의 처리 기판마다 상이한 값으로 임계값을 설정하고 있으므로, 정전 척이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 정확하게 판별할 수 있다.

또한, 처리 기판에 대한 스퍼터링 등의 처리를 개시하면, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 흐르는 전류값이 처리의 영향으로 변동된다. 그 때문에, 본 발명에 있어서, 상기 전류값은 처리 기판의 흡착 후, 처리 기판에 대한 처리를 개시하기 전에 검출되는 전류값인 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 처리의 영향에 의한 전류 변동을 발생하지 않는 상태에서 검출되는 전류값에 기초하여, 정전 척이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 판별할 수 있고, 전류 변동에 기인하는 오판별을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명 방법의 실시에 이용하는 설비의 개략 구성도이다.
도 2의 (a)는 피복층의 마모 전의 ESC 전류의 흐름 방향을 개략적으로 도시하는 도면이고, (b)는 피복층의 마모 후의 ESC 전류의 흐름 방향을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 피복층의 마모에 의한 ESC 전류의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 4는 처리 기판의 1회의 처리 사이클 중의 ESC 전류의 추이를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명 방법의 실시 형태의 판별 처리를 도시하는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 1은 도시를 생략한 진공 처리조 내에 설치되는 스테이지이며, 스테이지(1) 상에, 유리 기판 등의 처리 기판(S)을 흡착하는 정전 척(2)이 고정되어 있다. 정전 척(2)은 유전체인 예를 들어, 세라믹 재료를 이용하여 형성되는 척 플레이트(3)를 가지고, 이 척 플레이트(3) 내에, 제 1 전극(4)과 제 2 전극(4')이 매설되어 있다. 제 1 전극(4)과 제 2 전극(4')은 예를 들어, 빗 이빨 모양으로 형성되어, 그 이빨 부분이 서로 비접촉의 상태에서 치합하도록 배치되어 있다.

제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4') 사이에는, 컨트롤러(6)로 제어되는 전원(7)으로부터 전기회로(7a)를 통해 직류 전압이 인가된다. 또한, 전기회로(7a)에는, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4') 사이에 흐르는 전류값(이하, ESC 전류라고 한다)을 검출하는 전류계(8)가 그 사이에 설치되어 있다. 그리고, 전류계(8)로 검출한 ESC 전류의 데이터를 컨트롤러(6)에 입력하고 있다. 또한, 컨트롤러(6)에는 EES(Engineering Equipment System) 서버(9)가 접속되어 있다.

도 2의 (a)를 참조하면, 정전 척(2)은 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4')을 덮는 유전체로 이루어지는 피복층(5)을 구비하고 있다. 그리고, 두 전극(4, 4') 사이에 전압을 인가함으로써, 피복층(5)의 표면에 장착한 처리 기판(S)이 흡착되도록 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 피복층(5)이 척 플레이트(3)와 일체이지만, 피복층(5)을 척 플레이트(3) 상에 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4')을 덮도록 하여 형성하여도 좋다.

그런데, 도면 외의 가열 수단에 의해 처리 기판(S)을 가열하면, 정전 척(2)과 처리 기판(S)과의 열 팽창 차이에 의해, 피복층(5)이 처리 기판(S)에 의해 긁혀서 마모되어 얇아진다. 그리고, 피복층(5)의 두께가 소정의 마모 한계 이하로 얇아지면, 그 이상 정전 척(2)을 사용할 수 없게 된다.

여기서, 피복층(5)이 얇아지면, 도 2의 (b)에 도시한 것과 같이, 피복층(5)과 처리 기판(S)과의 접촉면에 전류가 흐르기 쉽게 되어, ESC 전류가 증가한다. 그 때문에, 전류계(8)로 검출한 ESC 전류는 피복층(5)의 마모의 정도를 나타내는 파라미터가 된다. 그리고, ESC 전류가 소정의 임계값 이상으로 되었는지의 여부에 의해, 피복층(5)의 마모가 한계에 도달하였는지 여부, 즉, 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 판별할 수 있다.

다만, ESC 전류는 정전 척(2)에 접하는 기판 이면의 저항값에 의해서도 변화한다. 그리고, 기판 이면의 저항값이 큰 처리 기판(S)에서는, 도 3에 a 선으로 도시한 바와 같이, 피복층(5)이 마모하였을 때의 ESC 전류의 증가율이 작아지지만, 기판 이면의 저항값이 작은 처리 기판(S)에서는, 도 3에 b 선으로 도시한 바와 같이, 피복층(5)이 마모하였을 때의 ESC 전류의 증가율이 커진다. 또한, 기판 이면의 저항값은 처리 기판(S)이 동일 재질이어도, 기판 이면에 형성한 디바이스의 성상에 따라서는 상이하다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 임계값을 기판 이면의 저항값이 상이한 각각의 처리 기판마다 상이한 값으로 설정하고, 즉, 기판 이면의 저항값이 작아질수록 임계값의 값이 커지도록 처리 기판(S)의 종류에 따라 임계값을 설정하고, 이들 임계값을 컨트롤러(6)에 기억시키고 있다. 그리고, ESC 전류가 현재 흡착하고 있는 처리 기판(S)의 종류에 대응하는 임계값 이상으로 되었을 때에, 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였다고 판단하고 있다. 또한, 정전 척(2)에 흡착하는 처리 기판(S)의 종류는 키보드 조작에 의한 입력으로 컨트롤러(6)가 인식한다.

이것에 의하면, 기판 이면의 저항값이 큰 처리 기판(S)에서는, 임계값이 비교적 낮은 값 YIl(도 3 참조)로 설정되고, 기판 이면의 저항값이 작은 처리 기판(S)에서는, 임계값이 비교적 높은 값 YIh로 설정되게 된다. 그 때문에, 처리 기판(S)의 종류에 관계없이, 피복층(5)의 두께가 동일한 한계값 Lim으로 감소하였을 때에, 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였다고 판단된다.

그런데, 처리 기판(S)의 처리에 있어서는, 도 4의 t0의 시점에서 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극(4, 4')으로의 전압 인가를 개시하고, 전압이 소정의 흡착 전압으로 승압하는 t1의 시점으로부터 일정 시간 지연된 t2의 시점으로부터 처리 기판(S)에 대한 스퍼터링 등의 처리를 개시하고, t3의 시점에서 처리를 종료한다. 도 4는 ESC 전류의 추이를 도시하고 있고, 스퍼터링 처리를 행하는 경우, t2로부터 t3까지의 처리 기간 중에는, 스퍼터 방전의 영향으로 ESC 전류가 변동된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 이러한 전류 변동에 의한 오판정을 방지하기 위해, 도 5에 도시하는 순서로 정전 척(2)의 사용 한계 판별 처리를 행하고 있다. 이 판별 처리에서는, 우선, 처리 기판(S)의 흡착 후, 처리 기판(S)에 대한 처리를 개시하기 전의 t1으로부터 t2까지의 기간에 검출된 ESC 전류의 평균값을 산출하고(STEP1), 이 평균값을 이번 판별 처리에 이용하는 ESC 전류의 검출값 I로 하고 있다(STEP2). 그리고, 현재 흡착하고 있는 처리 기판(S)의 종류에 대응하는 임계값 YI를 검색하고(STEP3), 이 임계값 YI와 ESC 전류의 검출값 I를 비교하여(STEP4), I

YI로 되었을 때에, 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였다고 판단하여, 그 취지를 부저(buzzer), 램프, 메일 전달(mail delivery) 등으로 보고하고 있다(STEP5).

이것에 의하면, 처리의 영향에 의한 전류 변동을 발생하지 않는 상태에서 검출되는 ESC 전류에 기초하여, 정전 척(2)이 사용 한계에 도달하였는지 여부를 판별할 수 있고, 전류 변동에 기인하는 오판별을 방지할 수 있다. 또한, 처리 기판(S)의 종류에 대응하는 임계값 YI을 이용하기 때문에, 상술한 바와 같이 기판 이면의 저항값의 차이에 의한 오판정도 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, t1으로부터 t2까지의 기간에 검출된 ESC 전류의 평균값을 컨트롤러(5)로부터 EES 서버(9)에 송신하고 있다. 그리고, EES 서버(9)에서, 처리 기판(S)의 종류별로 ESC 전류의 상기 평균값의 추이를 기억하고, 이 추이를 적절하게 그래프화 하여 출력할 수 있도록 하고 있다.

S : 처리 기판 2 : 정전 척
4 : 제 1 전극 4' : 제 2 전극
5 : 피복층 6 : 컨트롤러
7 : 전원 8 : 전류계

Claims

제 1 전극 및 제 2 전극과, 이들 전극을 덮는 유전체로 이루어지는 피복층을 구비하고, 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 피복층의 표면에 장착한 처리 기판을 흡착하는 정전 척의 사용 한계 판별 방법으로서,
처리 기판의 흡착 시에 제 1 전극과 제 2 전극의 두 전극 사이에 흐르는 전류값을 검출하여, 검출 전류값이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 정전 척이 사용 한계에 도달하였다고 판별하도록 하고,
상기 임계값은 정전 척에 접하는 기판 이면의 저항값이 상이한 각각의 처리 기판마다 상이한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 정전 척의 사용 한계 판별 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전류값은 처리 기판의 흡착 후, 처리 기판에 대한 처리를 개시하기 전에 검출되는 전류값인 것을 특징으로 하는 정전 척의 사용 한계 판별 방법.