KR20110065484A

KR20110065484A - 정전척 장치 및 기판의 흡착상태 판별방법

Info

Publication number: KR20110065484A
Application number: KR1020117007349A
Authority: KR
Inventors: 히로시 후지사와
Original assignee: 가부시키가이샤 크리에이티브 테크놀러지
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-06-15
Also published as: TW201027662A; US20110141650A1; HK1156149A1; CN102144285B; EP2362415A4; WO2010026893A1; JPWO2010026893A1; JP5387921B2; EP2362415A1; CN102144285A

Abstract

기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 파악할 수 있는 흡착 판별 수단을 구비한 정전척 장치를 제공하고, 또한 정전척 장치에서의 기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 파악할 수 있는 기판의 흡착상태 판별방법을 제공한다.
기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반의 상면측에 구비한 정전척 장치이고, 기판의 흡착상태를 판별하기 위한 흡착 판별 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 정전척 장치이며, 또한 기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반의 상면측에 구비한 정전척 장치에 있어서 기판의 흡착상태를 판별하는 방법으로서, 정전척을 통해 전달되는 기판으로부터의 열의 흐름을 열유속 센서로 얻어 기판의 흡착상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법이다.

Description

정전척 장치 및 기판의 흡착상태 판별방법{ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING ADSORBED STATE OF WAFER}

이 발명은 정전척 장치 및 기판의 흡착상태를 판별하는 방법에 관한 것이며, 상세하게는 기판의 흡착상태를 판별하기 위한 흡착 판별 수단을 구비한 정전척 장치, 및 이 정전척 장치를 이용한 기판의 흡착상태 판별방법에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 따른 이온 주입 장치, 이온 도핑 장치, 플라즈마 이머전(plasma immersion) 장치를 비롯하여, 전자 빔이나 극자외선(EUV) 리소그래피 등을 이용한 노광 장치, 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼 검사 장치 등, 각종 장치 등에 있어서 반도체 기판을 흡착·유지하기 위해 정전척 장치가 사용되고 있다. 또한 액정 제조 분야에서는 유리 기판 등에 액정의 압입을 실시할 때에 이용하는 기판 접합 장치나 이온 도핑 장치 등, 절연성 기판을 흡착·유지하기 위해 정전척 장치가 사용되고 있다.

정전척 장치는 일반적으로 반도체 기판이나 유리 기판 등을 흡착시키는 정전척을 금속 기반(metal base)의 상면측에 적층해서 형성된다. 그리고 정전척이 구비하는 흡착전극에 소정의 전압을 인가함으로써 정전척의 표면에 전하나 전계가 형성되어 이들 기판을 전기적인 힘으로 흡착한다. 이러한 정전척 장치를 이용해서 기판의 처리를 실시하면, 플라즈마 처리나 이온 주입 등에 의해 기판의 온도가 상승하며, 예를 들어 플라즈마 장치로 실리콘 웨이퍼를 에칭했을 경우 기판 온도는 200℃ 정도에까지 달한다. 대부분의 경우, 이온 주입이나 플라즈마 처리에는 레지스트 등을 이용해서 기판의 일부를 마스크하는데, 레지스트가 이러한 고온상태가 되면 필요 이상으로 경화되어 그 후의 제거 작업에 지장을 초래한다.

그래서 금속 기반에는 순수(pure water) 등의 액체 냉매를 순회시키기 위한 액체관로가 형성되어 기판의 온도를 적정하게 유지하도록 한다. 그런데 기판을 정전척에 유지시킬 때에 파티클 등의 이물이 개재되거나, 애초에 기판이 완전히 평탄화되어 있는 것이 아니기 때문에 기판의 일부가 정상적으로 흡착되지 않는 경우도 있다. 또한 정전척이 구비하는 흡착전극의 일부가 단선되거나, 흡착전극을 덮는 절연층의 일부의 손상 등에 의해 기판의 흡착 불량을 발생시키는 경우도 있다. 특히 최근에는 반도체 기판이나 유리 기판의 대형화가 진행되어 기판의 완전한 평탄화가 점점 곤란할 뿐 아니라, 이들을 흡착시키는 정전척 장치에 있어서는 흡착력의 한층 더한 향상이 요구되고 있다. 그 때문에 흡착전극의 형상이 보다 복잡화되거나 절연층의 박막화가 진행되어 상기와 같은 트러블의 가능성이 늘고 있다. 그리고 기판이 정상적으로 흡착되지 않는 부분에서는 상술한 것과 같은 냉각 효과가 충분히 기능하지 않아 기판 온도가 비정상적으로 상승하여 레지스트가 경화되어 버리는 문제 외에, 기판에 형성되는 소자 등에 영향이 미칠 우려도 있다.

이러한 상황에 있어서, 정전척 장치에서의 기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 파악하는 것은 매우 중요하며 지금까지 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예를 들면 정전척의 흡착전극에 전압을 인가하여 발생하는 전기력선이, 정전척에 유지된 기판까지 도달하는 것을 이용하여, 정전용량의 변화로부터 기판의 흡착상태를 판별하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 및 2 참조). 즉, 진공에 비해 유전율이 높은 기판의 존재로 인해 정전용량이 증가하므로, 기판의 유무에 따라 정전용량에 차이가 생기고 이것을 검지함으로써 기판의 흡착상태를 판별한다. 또한 금속 기반의 하면측으로부터 정전척에 흡착시킨 기판의 이면에 도달하기까지의 관통구멍을 마련하여, 이 관통구멍 내에 배치한 온도계(열전대(thermocouple)나 방사 온도계)에 의해 기판의 온도를 직접 측정하면서 기판의 흡착상태를 판별하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 3 및 4 참조). 이 방법은 기판과 정전척의 접촉상황에 따라서 기판의 온도 프로파일을 작성하고, 실제로 측정한 기판 온도와 온도 프로파일로부터 흡착상태를 판별하는 기술에 관한 것이다.

그러나 정전용량의 변화에 근거한 판별방법에서는 기판이 정전척에 흡착된 상태와 흡착력이 해제되어 기판이 뜬 상태에서의 정전용량의 차이가 근소하므로 기판의 착탈상태를 정확하게 판별하기가 어렵다. 만일 기판의 착탈상태를 잘못 판단하면, 예를 들어 금속 기반의 하면측에서 밀고 올라오는 리프트 핀에 의해 기판을 들어올리려고 해도 이탈에 실패하거나, 기판에 과도한 힘이 가해져 손상시킬 우려도 있다. 한편 기판의 온도 프로파일에 근거한 판별방법에서는 정전척 장치로의 기판 처리시에 기판 온도를 측정하면서, 미리 얻은 온도 프로파일에 근거하여 기판의 흡착상태를 판별하는 것이기 때문에, 판별을 위해서는 소정의 온도 변화를 모니터할 필요가 있다. 그 때문에 판별에는 시간을 요할 뿐 아니라, 실제 장치의 사용에서는 거슬러 올라가서 기판의 흡착상태를 판별하기 때문에, 예를 들어 만일 이 방법을 이용해서 기판의 흡착 불량을 판별하고자 하면, 이상을 검지했을 때에는 이미 기판에는 상당한 손상이 입혀진 후가 되어 버린다.

아울러, 상기 모든 판별방법에 있어서는, 정전척 장치에 대하여 외부에서 어떠한 흡착 판별 수단을 접속할 필요가 있어(전자의 판별방법에서는 적어도 정전용량 측정기 및 판별회로가 필요하고, 후자의 판별방법에서는 적어도 방사 온도계 및 판별회로가 필요함), 기판의 흡착상태를 판별하기 위해 대규모 설비가 되어버린다.

일본국 공개특허공보 평7-7074호 일본국 공개특허공보 2000-228440호 일본국 공개특허공보 평10-150099호 일본국 공개특허공보 2004-47512호

그래서 본 발명자 등은 정전척 장치에서의 기판의 흡착상태를 판별하는 방법에 대하여 예의 검토한 결과, 금속 기반에 비해 기판측이 고온이 되는 정전척 장치의 사용시에 있어서, 기판으로부터의 열유속(heat flux)을 얻음으로써 상술한 바와 같은 문제를 해소하면서 기판의 흡착상태를 올바르게 순식간에 판별할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 정전척 장치에서의 기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 파악할 수 있는 흡착 판별 수단을 구비한 정전척 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 정전척 장치에서의 기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 파악할 수 있는 기판의 흡착상태 판별방법을 제공하는 것에 있다.

즉, 본 발명은 기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반의 상면측에 구비한 정전척 장치이며, 기판의 흡착상태를 판별하기 위한 흡착 판별 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 정전척 장치이다.

또한 본 발명은 기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반의 상면측에 구비한 정전척 장치에 있어서 기판의 흡착상태를 판별하는 방법으로서, 정전척을 통해 전달되는 기판으로부터의 열유속을 열유속 센서로 얻어 기판의 흡착상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법이다.

본 발명의 정전척 장치는 정전척에 흡착시킨 기판의 흡착상태를 판별하기 위한 흡착 판별 수단을 구비한다. 이 흡착 판별 수단에 대하여, 본 발명에 있어서의 바람직한 양태로서는 열유속 센서를 이용하는 것이 좋다. 일반적인 물리학적 에너지와 마찬가지로 열은 고온측에서 저온측으로 흐르고, 단위면적당을 통과하는 열에너지를 열유속(단위:W/㎡)으로서 파악할 수 있다. 본 발명자 등은 정전척 장치로의 기판 처리시에, 금속 기반측에 비해 기판 쪽이 고온이 되는 온도 구배가 형성되는 것에 착안하여, 저온측에서 기판으로부터의 열의 흐름(열유속)을 얻어 기판의 흡착상태를 판별하도록 하였다.

이 모습의 일부를 도 1 및 도 2를 이용해서 설명한다. 정전척(6)이 구비하는 흡착전극(4)에 전압을 인가하여 정전척(6)의 기판 흡착면(6a)에 기판(w)을 흡착시키고, 예를 들어 이온 주입 장치(도시하지 않음) 등으로 기판(w)을 처리하면, 주입된 이온 등이 기판 내에서 감속하여 운동 에너지를 방출하므로 기판(w)의 온도는 상승한다. 이때, 금속 기반(1)에서는 액체관로(2)에 냉매를 순회시키거나 하여 냉각이 이루어지므로, 기판(w)의 온도(T_w)와 금속 기반측의 온도(T_b) 사이에 온도 구배가 형성되어, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이 기판(w)으로부터 정전척(6)을 통해 금속 기반(1)측으로 향하는 열의 흐름이 생긴다. 그런데 예를 들어 정전척이 구비하는 흡착전극의 일부에서의 단선 등이 생겨 흡착 불량이 생긴 경우 등, 어떠한 원인에 의해 기판(w)의 일부 또는 전부와 기판 흡착면(6a) 사이에 틈(d)이 생기면 기판(w)의 열은 정전척(6)측에 전달되지 않게 되기 때문에(통상, 이온 주입 등은 진공하에서 처리되기 때문에 기판(w)의 열을 정전척(6)측으로 전하는 물질이 없거나 또는 극단적으로 적음), 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 기판의 일부 또는 전부에 있어서 기판(w)으로부터 정전척(6)을 통해 금속 기반(1)측으로 향하는 열의 흐름이 끊어진다. 이러한 변화를 열의 흐름의 하류측에서 열유속으로서 검출함으로써, 기판 흡착면(6a)에 대한 기판(w)의 착탈상태를 순식간에 정확하게 판별하는 것이 가능하게 된다.

정전척을 통해 전달되는 기판(w)으로부터의 열의 흐름을 얻는 열유속 센서(7)는 열의 흐름의 하류측에 부착하면 되고, 정전척(6) 또는 금속 기반(1) 중 어느 하나, 혹은 이들 쌍방에 부착하면 되는데, 바람직하게는 기판(w)으로부터의 열의 흐름을 저해하는 부위를 피해 열유속 센서(7)를 배치한다. 예를 들면 금속 기반(1)에는 액체 냉매가 흐르는 액체관로(2) 등이 형성되는데, 기판(w)으로부터의 열의 흐름의 경로 도중에 이들 부위가 포함되어 있으면 열이 흡수되어 버리기 때문에 기판(w)의 흡착상태를 올바르게 판별할 수 없게 될 우려가 있다. 또한 열유속 센서(7)로부터의 신호선의 인출 등을 고려하면, 가공성의 관점에서 열유속 센서(7)는 금속 기반측에 배치되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 열유속 센서(7)가 금속 기반(1)의 상면과 한 면이 되도록 배치되는 것이 좋다. 열유속 센서(7)의 종류나 형상 등에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 얇고 평평한 타입의 시트형상의 것이어도 되고, 원기둥형의 것이어도 된다. 구체예로서는 미국 Vatell Corporation사 제품인 열유속 마이크로센서(HFM 시리즈), 시트형상 BF 센서, 서모게이지(Thermogage), 슈미트·보엘터 게이지(Schmidt Boelter Gage) 등의 일련의 상품을 예시할 수 있다.

본 발명에서는 열유속 센서(7)를 복수개 마련하여 기판(w)의 평면영역에 대하여 복수 부위에서 열유속을 얻도록 해도 된다. 기판(w)의 복수 부위에서 열유속을 얻도록 함으로써 기판의 흡착상태를 보다 자세하게 파악할 수도 있다. 예를 들면 일부의 열유속 센서(7)에서 열유속이 검출되지 않으면, 적어도 그 열유속 센서(7)에 대응하는 기판(w)의 위치에서 흡착 불량이 발생하여 기판(w)과 기판 흡착면(6a) 사이에 틈이 생겼다고 판단할 수 있다. 또한 모든 열유속 센서(7)에서 열유속이 검출되지 않으면, 이들 열유속 센서(7)에 대응하는 위치에서 흡착 불량이 발생했는지, 혹은 리프트 핀 등에 의해 기판(w)의 들어올리기가 완료되었다고 판단할 수 있다. 여기서 기판의 흡착 불량의 원인으로서는 예를 들면 기판의 이면에 파티클 등의 이물이 들어가서 정상적으로 흡착하지 못하는 경우, 기판 자체의 요철에 의한 경우, 정전척에 있어서의 흡착전극의 일부 단선이나 흡착전극을 덮는 절연층의 일부 파손 등이 발생했을 경우 등이 상정된다. 또한 모든 열유속 센서에서 열유속이 검출되지 않는 경우로서는, 기판의 탈리(脫離;detachment) 완료 외에, 예를 들면 흡착전극에 전압을 공급하는 전원의 이상이나 전압 공급 커넥터의 불량 등에 의해 정전척이 올바르게 동작하지 않는 경우 등이 상정된다. 또한 도 3에는 복수의 열유속 센서(7)의 배치예를 나타낸다. 센서의 수가 많아짐에 따라 보다 자세한 상황을 파악할 수 있는데, 가공의 번잡함이나 비용 상승 등을 고려하면서 기판(w)의 사이즈에 따라 적절히 설정하면 되고, 이들에 특정되지 않음은 물론이다.

또한 본 발명에서는 열유속 센서(7)에 의해 검출되는 값에 대하여 소정의 역치(threshold)를 설정하여 기판(w)의 흡착상태를 판단하도록 해도 된다. 즉, 정전척 장치의 사용 중에 측정되는 열유속이 역치를 밑돌면, 상술한 바와 같이 어떠한 원인으로 기판(w)과 기판 흡착면(6a) 사이에 틈이 생겼는지, 혹은 기판(w)이 이탈하였다고 판단할 수 있다. 또한 역치를 웃도는 경우로서는, 예를 들면 흡착 전압이 높아졌기 때문에 흡착이 강해지거나, 무언가에 의해 기판(w)의 이면이나 기판 흡착면(6a)에 수분 등이 전면(全面)에 부착하는 등의 요인을 생각할 수 있다.

또한 본 발명에서는 열유속 센서(7)로부터 얻어진 열유속을 이하와 같은 방법으로 이용하도록 해도 된다. 예를 들면 열유속 센서(7)로 얻어진 열유속(W/㎡)에 그 열유속이 전달되어 온 재료의 단위면적당 열저항(℃㎡/W)을 곱함으로써 온도를 추정할 수 있다. 여기서 재료의 단위면적당 열저항(℃㎡/W)은 '재료의 두께(m)/재료의 열전도율(W/m℃)'이다. 그래서 열유속 센서(7)로 얻은 열유속을 컴퓨터 등의 프로그램 처리에 의해 일정한 주기로 샘플링하고, 이것을 온도 정보로 바꾸면서 감시함으로써 정전척 장치의 프로세스 모니터를 실시할 수 있다. 또한 샘플링된 온도 정보로부터 플라즈마 장치의 온 타임에서의 열유속(즉 이온의 플럭스(flux))을 입수할 수도 있다. 나아가서는, 기판(w)의 흡착상태가 정상시에 별도 샘플링한 온도 데이터 등과 비교해서 기판(w)의 흡착상태의 좋고 나쁨을 판정하여, 이상이 확인된 경우에는 예를 들면 기판(w)의 처리를 실시하는 처리 장치측의 제어 시스템에 경고 신호를 전달하여 경고 표시를 하거나, 처리를 정지시키는 인터록(interlock)으로서 사용하도록 해도 된다. 또한 복수의 열유속 센서(7)를 이용해서 흡착 불량의 원인을 추측할 수 있도록 한 자기 진단(고장 진단) 기능을 가진 정전척 장치로 할 수도 있다. 즉, 예를 들면 일부의 센서에서 이상이 확인된 경우에는 기판(w)의 이면에 파티클 등의 이물이 존재하여 올바르게 흡착하지 못하는 경우 외에, 정전척에 있어서의 흡착전극의 일부 단선이나 흡착전극을 덮는 절연층의 일부 손상 등의 정전척측의 이상, 이온 주입량이 불균일하게 되는 등의 기판 처리 장치측의 이상 등을 생각할 수 있다. 한편 모든 센서에서 이상이 확인된 경우에는 정전척의 흡착전극에 공급하는 전압값, 전류값, 전압공급 등의 전원측의 이상, 금속 기반 내를 흐르는 냉각수의 이상, 기판 처리 장치측의 전류값이나 에너지 불량 등의 이상 등을 생각할 수 있다.

본 발명의 정전척 장치에 따르면, 기판의 흡착상태를 신속하고도 정확하게 판별할 수 있다. 또한 본 발명의 정전척 장치는 그 내부에 흡착 판별 수단을 구비하기 때문에 설비 등이 대규모가 되는 일이 없어 공업적으로도 이용 가치가 매우 높은 것이다. 또한 본 발명의 기판의 흡착상태 판별방법에 따르면, 기판의 착탈이나 흡착 불량 등을 올바르게 순식간에 판별할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정전척 장치의 단면 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전척 장치의 일부를 확대한 단면 설명도이다.
도 3은 열유속 센서의 배치도의 일례이다.
도 4는 고장 진단 기능을 장비한 정전척 장치의 단면 설명도이다.
도 5는 고장 진단의 플로우 차트이다.

이하, 첨부 도면에 기초하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 구체적으로 설명한다. 한편 본 발명은 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다.

[정전척 장치의 제조]

도 1은 금속 기반(1)의 상면측에 정전척(6)을 구비한 본 발명에 따른 정전척 장치의 단면 설명도이다. 금속 기반(1)은 알루미늄, 구리, 스테인리스 등으로 이루어지며, 흡착 유지하는 반도체 기판이나 유리 기판 등의 기판(w)의 종류나 사이즈에 따른 탑재면(mount surface)(1a)을 가진다. 예를 들면 직경 300mm의 실리콘 기판의 흡착에 적합한 금속 기반(1)은 직경 298mm 정도의 탑재면(1a)을 가진다. 또한 금속 기반(1)에는 액체 냉매를 흘려 보내기 위한 액체관로(2)가 형성되고, 도시하지 않은 열교환기 등을 경유시키면서, 외부로부터 공급된 액체 냉매를 금속 기반 내부에서 순회시켜 기판(w)의 냉각을 실시할 수 있다. 또한 금속 기반(1)에는 하면측으로부터 공급된 헬륨 등의 냉각 가스를 정전척(6)에 형성한 도시하지 않은 가스 공급구멍을 통해 기판(w)의 이면에 공급하여 기판(w)을 냉각하기 위한 가스 공급 경로를 형성해도 된다. 한편 금속 기반(1)의 상면측이란 특별히 언급하지 않는 한 기판(w)측을 나타내고, 하면측이란 기판(w)과는 반대측을 나타낸다.

그리고 상기 금속 기반(1)의 상면측에는 열유속 센서(7)(미국 Vatell Corporation사 제품: HFM-7E/L)가 2개 설치되어 있다. 이 열유속 센서(7)는 센서의 꼭대기부(열유속을 포착하는 부분)가 탑재면(1a)과 한 면이 되도록 배치되어 있으며, 도시하지 않은 배선 경로를 통해 금속 기반(1)의 하면측에 신호선 등을 인출하도록 한다. 도 1에서는 2개의 열유속 센서(7)를 부착한 예를 나타내지만, 도 3에 나타내는 바와 같이 기판(w)의 형상이나 사이즈 등에 따라 센서의 수는 적절히 증감시키면 되고, 물론 도 3 이외의 센서의 수나 배치 등이어도 된다.

금속 기반(1)의 상면측에는 하부 절연층(3), 흡착전극(4) 및 상부 절연층(5)을 구비한 정전척(6)이 형성된다. 정전척(6)에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들면 하부 절연층(3) 및 상부 절연층(5)에 대해서는, 폴리이미드 등의 절연성 필름, 세라믹스 판 등 소정의 형상이나 막두께를 가진 것을 이용할 수 있고, 또한 알루미나(Al₂0₃) 분말, 질화알루미늄(AlN) 분말, 지르코니아(ZrO₂) 분말 등의 세라믹스 분말을 용사해서 형성해도 된다. 예를 들면 하부 절연층(3) 및 상부 절연층(5)이 모두 세라믹스 분말의 용사층으로 이루어질 경우, 특별히 제한은 없지만 각각의 막두께는 20∼300㎛ 정도이다. 또한 폴리이미드 등의 절연성 필름으로 이루어질 경우, 일반적으로는 20∼300㎛ 정도이다. 또한 상부 절연층(5)의 상면측은 기판(w)을 흡착시키는 기판 흡착면(6a)을 형성하기 위해, 필요에 따라 연마 등의 평탄화 처리를 실시해도 된다.

흡착전극(5)에 대해서는 금속박 외에 스퍼터법, 이온 플레이팅법 등에 의해 성막한 금속을 소정의 형상으로 에칭하여 흡착전극을 형성해도 되고, 도전성 금속의 용사나 페이스트상의 도전성 금속을 인쇄하거나 하여 흡착전극을 얻도록 해도 된다. 예를 들면 스퍼터법이나 이온 플레이팅법 등에 의해 금속을 성막할 경우, 일반적으로는 흡착전극(5)의 막두께는 0.1∼3㎛ 정도이고, 도전성 금속의 용사로 형성한 흡착전극(5)의 막두께는 일반적으로는 10∼50㎛ 정도이다. 이들 막두께라면, 기판(w)으로부터의 열유속을 금속 기반(1)의 탑재면(1a)에 배치한 열유속 센서로 검출할 때에 특별히 지장을 초래할 일은 없지만, 기판(w)으로부터의 열유속을 포착하는 경로에 상당하는 부분에는 흡착전극(5)이 형성되지 않도록 해도 된다. 또한 흡착전극(5)의 형상에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 흡착시키는 기판(w)의 종류나 사이즈 등에 따라 적절히 설정하면 되고, 나아가서는 2개의 전극에 전압을 인가하는 이른바 쌍극형 정전척을 구성하는 것이어도 되고, 단극형 정전척을 구성하는 것이어도 된다. 또한 본 발명의 정전척 장치를 제조함에 있어서, 금속 기반(1)의 상면측에, 순차 하부 절연층(3), 흡착전극(4) 및 상부 절연층(5)을 적층시켜 형성해도 되고, 하부 절연층(3), 흡착전극(4) 및 상부 절연층(5)을 구비한 정전척(6)을 형성한 후, 접착제 등을 이용해서 금속 기반(1)의 상면측에 접착하여 정전척 장치를 얻도록 해도 된다.

[기판의 흡착상태의 판별]

도 1에 나타낸 본 발명의 정전척 장치를 이용해서, 이온 주입 장치로 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼(w)를 이온 주입 처리한 경우에 실리콘 웨이퍼(w)의 흡착상태를 판별한 예를 이하에 설명한다. 이 정전척 장치는 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 직경 298mm의 탑재면(1a)을 가진 알루미늄제 금속 기반(1)의 상면측에 2군데 열유속 센서(7)(미국 Vatell Corporation사 제품: HFM-7E/L)가 부착되어 있고, 모두 센서 꼭대기부가 탑재면(1a)과 한 면이 되도록 배치되어 있다. 그리고 이 금속 기반(1)의 탑재면(1a)에는 순도 99.99%의 알루미나 분말을 용사하여 형성한 직경 298mm, 막두께 100㎛의 하부 절연층(3)과, 직경 294mm의 2개의 반원형이 서로 전극간 거리 2mm로 마주 보도록 마스크를 통해 형성된 막두께 30㎛의 흡착전극(4)과, 또한 순도 99.99%의 알루미나 분말을 용사하여 형성한 직경 298mm, 막두께 50㎛의 상부 절연층(5)을 가진 정전척(6)이 적층되어 있다.

상기 정전척 장치를 도시하지 않은 이온 주입 장치에 세팅하고, 정전척(6)에 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼(w)를 탑재하고, 2개의 흡착전극(4)간에 2kV의 전압을 인가하여 기판 흡착면(6a)에 실리콘 웨이퍼(w)를 흡착시켰다. 그리고 온도 20℃의 순수를 금속 기반(1)의 액체관로(2)에 2리터/분의 유량으로 순회시키면서, 이온 빔 에너지 100kV, 동(同)전류 3mA, 단위면적당 평균 이온 빔 파워 0.3W/c㎡의 조건으로 이온 주입 처리를 하였다. 이 사이, 2개의 열유속 센서(7)로 얻어진 값은 모두 0.25W/c㎡이었다. 또한 육안으로 확인하는 한, 실리콘 웨이퍼(w)의 흡착상태에 특별한 이상은 눈에 띄지 않았다.

이온 주입 처리가 종료된 후, 흡착전극(4)에 대한 전압의 인가를 정지하고, 또한 플라즈마 건(plasma gun)을 ON으로 하여 정전척(6)의 기판 흡착면(6a)의 잔류 전하를 충분히 제거하였다. 그리고 동(同)이온 빔의 조사 중에 정전척 장치가 구비한 도시하지 않은 밀어올림 핀에 의해 실리콘 웨이퍼(w)를 들어올린 바, 동시에 2개의 열유속 센서(7)에서 얻어진 값은 0.01W/c㎡이었다. 이때, 실제로 실리콘 웨이퍼(w)의 흡착상태를 육안 및 적외선 근접 센서로 확인한 바, 기판 흡착면(6a)으로부터 완전히 떨어져서 탈리되어 있었으므로, 본 발명에 따른 정전척 장치가 구비한 열유속 센서(7)에 의해 기판의 흡착상태를 판별할 수 있음이 확인되었다.

[고장 진단 기능을 가진 정전척 장치]

도 4는 본 발명의 정전척 장치에 고장 진단 기능을 장비시킨 예를 나타낸다. 상기와 마찬가지로, 이온 주입 장치로 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼(w)를 이온 주입 처리하고, 그 사이, 열유속 센서(7)로 얻어진 신호를 신호 증폭기(8)에 의해 노이즈의 영향이 생기기 힘든 최대 10V 오더의 전압 수준으로 올리고, A/D(아날로그 to 디지털) 변환기(9)를 통해 컴퓨터(10)에 입력시켰다. 컴퓨터(10) 내에서의 처리의 개요는 도 5의 플로우 차트에 나타낸 대로이다. 증폭된 열유속 센서(7)로부터의 신호는 컴퓨터(10) 내의 프로그램 처리에 의해 일정한 주기로 샘플링하였다. 기판(w)의 처리 시간은 같은 이온 주입 장치라도 처리 내용에 따라 1초∼1시간 정도의 폭이 있기 때문에, 컴퓨터(10)가 구비하는 자기 디스크의 용량(예를 들면 300GB)을 고려해서 정하면 된다. 본 실시형태에서는 최소 샘플링 주기를 10ms로 설정하였다. 측정하고 있는 물리량은 열이기 때문에 그 변화가 비교적 늦어 그다지 빈번하게 계측할 필요는 없다.

샘플링한 값은 예를 들면 스무딩(smoothing)이나 노이즈 제거 등의 데이터 처리를 거쳐 자기 디스크에 저장한다. 그리고 금속 기반(1)에 흐르는 냉각수의 온도 및 그 유량을 별도 모니터하여, 상기 자기 디스크에 저장한 샘플링 데이터와, 정전척(6)의 하부 절연층(3) 및 상부 절연층(5)의 열전달률로부터, 정전척(6)의 기판 흡착면(6a)에서의 온도를 하기의 식(1)에 기초하여 산출(추정값)한다. 즉,

기판 흡착면의 온도(℃)=냉각수 온도(℃)+[1/냉각수의 평균 열전달 계수(W/℃·㎡)+정전척의 열저항(℃·㎡/W)]×평균 입사 파워(W/㎡) … 식(1)

이다. 여기서 '냉각수의 온도(℃)'는 "금속 기반에 유입되는 냉각수의 온도(℃)"이고, '냉각수의 열전달 계수'는 "그 온도와 유속의 함수"이며, '정전척의 열저항(℃·㎡/W)'은 "액체관로(2)의 상부에서 기판(w)의 이면까지의 총 열저항의 합"이다. 또한 '평균 입사 파워(W/㎡)'는 열유속으로서 "기판(w)에 유입되는 단위면적당 전력"으로 표시되고, 예를 들면 이온 주입 장치에서는 "그 이온 빔의 평균 빔 전력"이 이에 상당하고, 플라즈마 처리 장치에서는 "이온의 평균 입사 전력+고주파 전력"이 이에 상당한다.

그리고 산출된 온도를, 예를 들면 과거의 데이터나 기판(w)의 흡착상태에 문제가 없을 경우의 표준값과 비교해서 정상이라고 판단되면 정상상태라는 표시를 하고, 이상이 있다고 판단되면 경고 표시를 한다. 이 경고 신호는 이온 주입 장치측의 제어 시스템에 전달하여 처리를 정지시키는 인터록으로서 사용해도 된다. 또한 본 실시형태에서는 열유속 센서(7)를 복수개 설치하고 있기 때문에, 이상값을 검출한 센서의 수에 따라 흡착 불량의 요인을 나누어 진단할 수 있다. 복수의 열유속 센서로부터의 신호가 이상값을 나타내면, 예를 들어 1)정전척(6)의 흡착전극(4)에 접속된 흡착 전원의 이상, 2)전압값의 이상, 3)정전척(6)의 전압 공급부의 이상, 4)처리 이온의 전류값이나 에너지 이상, 5)냉각수의 이상(온도 상승이나 냉각수 수량 부족) 등을 생각할 수 있다. 즉, 정전척 장치 단체(單體)로 보았을 때의 공통되는 문제가 그 요인으로서 생각된다. 한편 단체의 열유속 센서로부터의 신호가 이상값을 나타내면, 예를 들면 1)기판(w)과 정전척(6) 사이에 파티클 등의 이물의 존재, 2)처리 이온의 균일성 이상, 3)정전척이 구비하는 흡착전극(4)의 일부 단선, 4)정전척이 구비하는 상부 절연층(5) 및/또는 하부 절연층(3)의 일부 손상 등 국소적인 문제가 그 요인으로서 생각된다.

본 발명의 정전척 장치는 반도체 제조 프로세스나 액정 제조 프로세스 등에서 사용되는 각종 정전척 장치에 적용할 수 있으며, 반도체 기판이나 유리 기판 등의 처리 대상인 기판의 흡착상태를 올바르게 순식간에 판별할 수 있다. 특히 열유속 센서를 이용한 기판의 흡착상태 판별방법에 의하면, 기판 흡착면에 대한 기판의 착탈상태를 열유속의 변화에 의해 즉시 판정할 수 있기 때문에, 예를 들면 반도체 제조 프로세스 등에 있어서의 연속 처리가 필요한 장면에서의 효과는 절대적이다.

1 금속 기반
1a 탑재면(mount surface)
2 액체관로
3 하부 절연층
4 흡착전극
5 상부 절연층
6 정전척
6a 기판 흡착면
7 열유속 센서(흡착 판별 수단)
8 증폭기
9 A/D 변환기
10 컴퓨터
w 기판

Claims

기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반(metal base)의 상면측에 구비한 정전척 장치로서, 기판의 흡착상태를 판별하기 위한 흡착 판별 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
제1항에 있어서,
흡착 판별 수단이 열유속(heat flux) 센서이고, 정전척을 통해 전달되는 기판으로부터의 열의 흐름에 의해 기판의 흡착상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
제2항에 있어서,
열유속 센서가 금속 기반측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
제3항에 있어서,
열유속 센서가, 금속 기반의 상면과 한 면이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 평면영역에 대하여 복수 부위에서 열유속을 얻는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
기판을 흡착시키는 정전척을 금속 기반의 상면측에 구비한 정전척 장치에 있어서 기판의 흡착상태를 판별하는 방법으로서, 정전척을 통해 전달되는 기판으로부터의 열의 흐름을 열유속 센서로 얻어 기판의 흡착상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법.
제6항에 있어서,
열유속 센서가 금속 기반측에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법.
제7항에 있어서,
열유속 센서가 금속 기반의 상면과 한 면이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 평면영역에 대하여 복수 부위에서 열유속을 얻는 것을 특징으로 하는 기판의 흡착상태 판별방법.