KR20150146408A - 트레이 및 웨이퍼 고정 장치 - Google Patents

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KR20150146408A
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다다요시 요시카와
나오토 와타나베
미키 사이토
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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

트레이는, 클램핑(clamping) 대상물이 위치되는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 갖는 지지 기체(基體; base)와, 상기 지지 기체 내에 상기 제1 면 측에 위치되어 내장된 상측 전극과, 상기 지지 기체 내에 상기 상측 전극보다 상기 제2 면 측에 위치되어 내장된 하측 전극과, 상기 상측 전극과 상기 하측 전극 사이를 전기적으로 접속하도록 구성된 하나 이상의 배선을 갖는다.

Description

트레이 및 웨이퍼 고정 장치{TRAY AND WAFER HOLDING APPARATUS}
본 발명은 정전 흡착용 트레이 및 웨이퍼 고정 장치에 관한 것이다.
IC(integrated circuit) 및 LSI(large scale integration) 등의 반도체 장치를 제조할 때에는, 성막 장치(예를 들면, CVD 장치, PVD 장치 등) 및 플라스마 에칭 장치가 사용된다. 이들 장치는, 웨이퍼(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)를 진공의 처리실 내에서 높은 정밀도로 적소에 유지하기 위한 스테이지를 포함한다. 이러한 스테이지의 일례로서, 정전 척에 의해 웨이퍼를 클램핑(clamping)하는 웨이퍼 고정 장치가 있다.
정전 척과 클램핑 대상물과의 사이에 트레이를 배치하여 사용하는 특정 유형의 웨이퍼 고정 장치도 존재한다. 이 웨이퍼 고정 장치에서는, 트레이의 내부나 배면에 전극이 형성되어서, 정전 척과 트레이의 전극과의 사이의 클램핑력에 의해, 트레이를 정전 척 상에 유지할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개평3-3250호 공보
상술한 기판 고정 장치에 있어서의 전극 배치에서는, 트레이를 정전 척 상에 유지하고, 또한 트레이 상에 대상물을 클램핑하는 데 충분한 클램핑력을 주지 못한다.
정전 척과 클램핑 대상물과의 사이에 개재되어, 클램핑 대상물에 충분한 클램핑력을 주는 정전 척용 트레이를 제공할 수 있는 것이 바람직하다.
실시형태의 일 양태에 따르면, 트레이는, 클램핑 대상물이 위치되는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 갖는 지지 기체(基體; base)와, 상기 지지 기체 내에 상기 제1 면 측에 위치되어 내장된 상측 전극과, 상기 지지 기체 내에 상기 상측 전극보다 상기 제2 면 측에 위치되어 내장된 하측 전극과, 상기 상측 전극과 상기 하측 전극 사이를 전기적으로 접속하도록 구성된 하나 이상의 배선을 포함한다.
실시형태의 일 양태에 따르면, 웨이퍼 고정 장치는 지지 기체 및 상기 지지 기체에 내장된 정전 전극을 포함하는 정전 척과, 트레이를 포함하고, 상기 트레이는, 클램핑 대상물이 위치되는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 갖는 지지 기체와, 상기 트레이의 지지 기체 내에 상기 제1 면 측에 위치되어 내장된 상측 전극과, 상기 트레이의 지지 기체 내에 상기 상측 전극보다 상기 제2 면 측에 위치되어 내장된 하측 전극과, 상기 상측 전극과 상기 하측 전극 사이를 전기적으로 접속하도록 구성된 하나 이상의 배선을 포함하고, 상기 정전 전극과 상기 하측 전극은 서로 대향하도록 배치되고, 상기 트레이는, 상기 정전 척의 지지 기체의 상면에 착탈 가능하게 위치되도록 구성된다.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 제1 실시형태에 따른 상측 전극 및 하측 전극의 일례를 각각 나타낸 평면도.
도 3은 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치에 클램핑 대상물을 재치(載置)한 상태를 예시하는 단면도.
도 4는 정전 척에의 인가 전압과 트레이에 발생하는 전압과의 관계에 관한 실험 결과를 나타낸 도면.
도 5a 및 도 5b는 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 제1 실시형태의 변형예1에 따른 상측 전극 및 하측 전극의 일례를 각각 나타낸 평면도.
도 7은 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치에 클램핑 대상물을 재치한 상태를 예시하는 단면도.
도 8a 및 도 8b는 제1 실시형태의 변형예2에 따른 웨이퍼 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면.
본 발명의 목적 및 이점은, 특히 특허청구범위에서 지시되는 요소 및 조합에 의해 실현 및 달성될 것이다. 전술한 일반적 설명 및 다음의 상세한 설명은 예시 및 설명을 위한 것이고, 청구되고 있는 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해해야 한다.
이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 또, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 그 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
<제1 실시형태>
도 1a 및 도 1b는 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면이다. 도 1b가 평면도를 나타내고, 도 1a는 도 1b의 A-A선에 따른 단면도를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b에 나타내는 웨이퍼 고정 장치(1)는, 정전 척(10)과, 베이스 플레이트(20)와, 정전 척용 트레이(30)를 포함한다.
정전 척(10)은 지지 기체(11)와, 정전 전극(12)을 포함한다. 정전 척(10)은 존슨-라벡(Johnsen-Rahbeck)형 정전 척일 수 있다.
지지 기체(11)는 유전체로 이루어진다. 지지 기체(11)는 베이스 플레이트(20) 상에 열전도율이 좋은 실리콘 접착제 등(도시 생략)을 이용하여 고정 탑재되어 있다. 지지 기체(11)는, 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스로 이루어질 수 있다. 지지 기체(11)의 두께는, 대략 1㎜∼5㎜ 범위일 수 있다. 1kHz에서 지지 기체(11)의 비유전율은, 대략 9∼10 범위일 수 있다.
정전 전극(12)이 지지 기체(11)에 내장되는 정전 척이다. 정전 전극(12)은, 웨이퍼 고정 장치(1)의 외부에 마련된 직류 전원(도시 생략)에 접속된다. 소정의 전압이 인가되면, 정전 전극(12)은, 정전 흡착용 트레이(30)에 대해 정전기에 의한 클램핑력을 발생시켜, 트레이(30)를 클램핑한다. 클램핑력은, 정전 전극(12)에 인가되는 전압이 높을수록 강해진다. 정전 전극(12)은, 단극 구조여도 되고, 쌍극 구조여도 된다. 정전 전극(12)의 재료로서는, 텅스텐, 몰리브덴 등을 사용할 수 있다.
베이스 플레이트(20)는, 정전 척(10)을 지지하도록 기능한다. 베이스 플레이트(20)에는, 냉각수로(21) 및 히터(도시 생략)가 마련되어, 지지 기체(11) 및 트레이(30)의 온도 제어를 행한다. 베이스 플레이트(20)의 재료로서는, 알루미늄(Al) 등을 사용할 수 있다. 히터(도시 생략)는, 전압을 인가함으로써 발열하고, 지지 기체(11) 및 정전 흡착용 트레이(30)를 가열한다.
냉각수로(21)는, 웨이퍼 고정 장치(1) 외부에 마련된 냉각수 제어 장치(도시 생략)에 접속되어 있다. 냉각수 제어 장치(도시 생략)는, 베이스 플레이트(20)에 마련된 냉각수 도입부(도시 생략)를 통해 냉각수로(21)에 냉각수를 공급한다. 냉각수를 냉각수 배출부(도시 생략)로부터 배출한다. 냉각수로(21)에 냉각수를 순환시켜 베이스 플레이트(20)를 냉각함으로써, 지지 기체(11) 및 트레이(30)를 냉각한다.
지지 기체(11) 및 베이스 플레이트(20)에 가스로(gas pathway)(도시 생략)를 형성해도 된다. 가스로는, 베이스 플레이트(20)의 하면에 형성된 가스 도입부와 지지 기체(11)의 상면(11a)에 형성된 가스 배출부를 포함한다. 가스 도입부를 웨이퍼 고정 장치(1) 외부에 마련된 가스 압력 제어 장치(도시 생략)에 접속한다. 가스 압력 제어 장치가 가스 도입부를 통해 불활성 가스를 가스로에 도입함으로써, 지지 기체(11) 및 트레이(30)의 냉각이 가능해진다.
트레이(30)는, 클램핑 대상물이 되는 실리콘 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, 실리콘 탄화물(SiC) 웨이퍼, 질화갈륨(GaN) 웨이퍼, 유리 웨이퍼 등을 재치하고, 클램핑하기 위한 부재이다. 트레이(30)는, 정전 척(10)의 지지 기체(11)의 상면(11a)에 착탈 가능한 상태로 탑재되어 있다. 또, 착탈 가능한 상태란, 정전 전극(12)에 전압이 인가되어, 트레이(30)를 정전 척(10)에 의해 클램핑되어 있을 때에는 제거할 수 없지만, 정전 전극(12)에 전압이 인가되고 있지 않으면, 트레이(30)를 용이하게 제거하는 것 또는 부착할 수 있음을 의미한다.
트레이(30)는 지지 기체(31)를 포함하며, 또한 지지 기체(31)에 내장된 상측 전극(32), 하측 전극(33) 및 배선(34)을 포함한다. 지지 기체(31)는 유전체이며, 예를 들면, 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스를 사용할 수 있다. 지지 기체(31)는 상면(31a)과 배면(31b)을 구비하고 있다. 지지 기체(31)의 상면(31a)에는, 클램핑 대상물을 위치 결정하기 위한 오목부(31x)가 마련되어 있다. 오목부(31x)의 저면은, 클램핑 대상물이 재치되는 재치면(31c)이 된다. 오목부(31x)의 깊이(즉, 지지 기체(31)의 상면(31a)과 재치면(31c) 사이의 거리)는, 재치되는 클램핑 대상물에 맞춰서 결정할 수 있지만, 예를 들면 0.8㎜∼1.5㎜ 범위로 할 수 있다. 지지 기체(31)의 두께(즉, 재치면(31c)으로부터 재치면(31c)의 반대면이 되는 배면(31b)까지의 거리)는, 예를 들면 대략 2㎜∼3㎜ 범위로 할 수 있다. 1kHz에서 지지 기체(31)의 비유전율은 대략 9∼10 범위로 할 수 있다.
상측 전극(32)은, 지지 기체(31)의 재치면(31c) 측에 내장되어 있다. 하측 전극(33)은, 지지 기체(31)의 상측 전극(32)보다 배면(31b) 측에 내장되어 있다. 바꿔 말하면, 상측 전극(32)은 지지 기체(31)에서 그 두께 방향의 중간 포인트보다 클램핑 대상물에 가까운 측에 내장되어 있으며, 하측 전극(33)은 지지 기체(31)에서 그 두께 방향의 중간 포인트보다 정전 척(10)에 가까운 측에 내장되어 있다. 이와 같이, 상측 전극(32)과 하측 전극(33)은, 지지 기체(31)의 두께 방향이 서로 다른 위치에 내장되어 있으며, 배선(34)에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 상측 전극(32)은, 재치면(31c)에 재치되는 클램핑 대상물과 대향하도록 배치되어 있다. 하측 전극(33)은, 정전 척(10)의 정전 전극(12)과 대향하도록 배치되어 있다(단, 정전 전극(12)에 전기적으로는 접속되어 있지 않음).
트레이(30)는, 예를 들면, 복수의 그린 시트에 홈 및 관통 구멍을 형성하고, 도전 페이스트 등을 충전하여 전극을 형성하고, 이어서 적층하고, 소결하는 주지의 방법에 의해, 제조할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 제1 실시형태에 따른 상측 전극 및 하측 전극의 일례를 나타낸 평면도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 상측 전극(32)은 소용돌이 형상 또는 다수의 동심의 링 형상을 가질 수 있는 각각의 쌍극의 전극 부분을 포함할 수 있다. 쌍극의 전극 부분을 구성하는 2개의 전극(32a 및 32b)이 방사상으로 서로 번갈아 배치된다. 마찬가지로, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 하측 전극(33)은 소용돌이 형상 또는 다수의 동심의 링 형상을 가질 수 있는 각각의 쌍극의 전극 부분을 포함할 수 있다. 쌍극의 전극 부분을 구성하는 2개의 전극(33a 및 33b)이 방사상으로 서로 번갈아 배치된다.
상측 전극(32)과 하측 전극(33)은, 배선(34)으로 접속 가능하면, 같은 공간 패턴을 갖는 쌍극의 전극이어도, 다른 공간 패턴을 갖는 쌍극의 전극이어도 상관없다. 또한, 상측 전극(32)과 하측 전극(33)은, 쌍극의 전극 구조에는 한하지 않고, 단극의 전극 구조로 해도 된다. 상측 전극(32) 및 하측 전극(33)의 재료로서는, 텅스텐, 몰리브덴 등을 사용할 수 있다.
하측 전극(33)은, 정전 척(10)의 정전 전극(12)과 대향하도록 배치되어 있다. 하측 전극(33) 및 정전 전극(12)은 같은 공간 패턴을 갖는 쌍극의 구조여도, 다른 패턴을 갖는 쌍극의 구조여도 상관없다. 또한, 하측 전극(33)과 정전 전극(12)은, 쌍극의 전극 구조에는 한하지 않고, 단극의 전극 구조로 해도 된다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치에 클램핑 대상물을 재치한 상태를 예시하는 단면도이다. 도 3에서 정전 척(10)의 정전 전극(12)에 전압이 인가되면, 정전 전극(12)에 정전위가 발생한다. 정전 전극(12)의 정전위는, 정전 전극(12)에 대향하여 근접 배치된 하측 전극(33)에 배면(31b)을 통해 전달된다. 이러한 배치에 따라, 정전 전극(12)과 하측 전극(33)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 트레이(30)는 정전 척(10)에 클램핑된다.
정전 전극(12)으로부터 하측 전극(33)에 전달된 정전위는, 배선(34)을 통해 상측 전극(32)에 분배된다. 이에 따라, 상측 전극(32)과 클램핑 대상물(100)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 클램핑 대상물(100)은 트레이(30)의 재치면(31c)에 클램핑된다.
정전 전극(12)과 하측 전극(33)과의 사이의 정전기에 의한 클램핑력을 충분히 확보하기 위해서, 지지 기체(11)의 상면(11a)과 정전 전극(12)의 상면과의 사이의 거리(L1) 및 지지 기체(31)의 배면(31b)과 하측 전극(33)의 하면과의 거리(L2)는 짧은 편이 바람직하다. 또한, 상측 전극(32)과 클램핑 대상물(100)과의 사이의 정전기에 의한 클램핑력을 충분히 확보하기 위해서, 지지 기체(31)의 재치면(31c)과 상측 전극(32)의 상면과의 사이의 거리(L3)는 짧은 편이 바람직하다. 구체적으로는, 거리(L1, L2 및 L3)는 0.5㎜보다 짧은 것이 바람직하다.
여기에서, 정전 척(10)에의 인가 전압(즉, 정전 전극(12)에 인가되는 전압)과, 트레이(30)의 재치면(31c)에 발생하는 전압과의 사이의 관계에 관해 행해진 실험 결과에 대해서 설명한다. 이 실험에서는, 정전 척(10)의 지지 기체(11) 및 트레이(30)의 지지 기체(31)의 재료로서, 각각 산화알루미늄(Al2O3)을 사용했다.
거리(L1)가 0.4㎜, 지지 기체(11)의 상면(11a)의 표면 조도가 Ra=0.6㎛, 지지 기체(11)의 체적 저항률이 1015Ω㎝(실온, 1000V 인가)인 정전 척(10)을 사용했다(샘플 H10이라고 함). 또한, 거리(L1)가 0.4㎜, 지지 기체(11)의 상면(11a)의 표면 조도가 Ra=0.6㎛, 지지 기체(11)의 체적 저항률이 1011Ω㎝(실온, 1000V 인가)인 정전 척(10)을 사용했다(샘플 L10이라고 함).
거리(L2 및 L3)가 0.4㎜, 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)의 표면 조도가 Ra=0.6㎛, 지지 기체(31)의 체적 저항률이 1015Ω㎝(실온, 1000V 인가)인 트레이(30)를 사용했다(샘플 H30이라고 함). 또한, 거리(L2 및 L3)가 0.4㎜, 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)의 표면 조도가 Ra=0.6㎛, 지지 기체(31)의 체적 저항률이 1011Ω㎝(실온, 1000V 인가)인 트레이(30)를 사용했다(샘플 L30이라고 함).
샘플 H30을 샘플 H10 상에 배치했을 경우(H30 on H10), 샘플 L30을 샘플 H10 상에 배치했을 경우(L30 on H10), 샘플 H30을 샘플 L10 상에 배치했을 경우(H30 on L10) 및 샘플 L30을 샘플 L10 상에 배치했을 경우(L30 on L10)에 대해서, 정전 척(10)에의 인가 전압(즉, 정전 전극(12)에 인가되는 전압)과, 트레이(30)의 재치면(31c)에 발생하는 전압과의 관계에 대해서 조사했다.
그 결과, L30 on L10인 경우, 즉, 정전 척(10)과 트레이(30) 양쪽에 대해 체적 저항률을 낮게 했을 경우에, 정전 척(10)으로부터 트레이(30)에 가장 효율적으로 정전위를 전달할 수 있음을 알 수 있었다. 이 결과는, 체적 저항률이 낮아지면, 리크 전류에 의해 표면 전위가 발생하기 쉬워지는 것에 기인한다고 생각된다.
또, 본원에서는, 체적 저항률이 1013Ω㎝(실온, 1000V 인가) 이상인 유전체를 고저항 유전체, 체적 저항률이 1013Ω㎝(실온, 1000V 인가) 미만인 유전체를 저저항 유전체라고 한다. 따라서, 상술한 결과는, 정전 척(10) 및 트레이(30)로서, 어느 것이나 저저항 유전체를 사용했을 경우에, 정전 척(10)으로부터 트레이(30)에 가장 효율적으로 정전위를 전달할 수 있다고 바꿔 말할 수 있다.
또한, 다른 실험에 의해, 정전 척(10) 및 트레이(30)로서 어느 것이나 저저항 유전체를 사용하고, 또한, 이하와 같이 함으로써, 보다 효과적인 정전위의 전달이 가능함을 확인하였다. 즉, 거리(L1, L2 및 L3)를 짧게 하고, 또한, 지지 기체(11)의 상면(11a) 및 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)의 표면 조도를 작게 함으로써, 보다 효과적인 정전위의 전달이 확인되었다.
구체적으로는, 거리(L1, L2 및 L3)를 0.3㎜ 이하로 하고, 또한 지지 기체(11)의 상면(11a) 및 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)의 표면 조도를 Ra=0.2㎛ 이하로 함으로써, 보다 효과적인 정전위의 전달이 확인되었다. 지지 기체(11)의 상면(11a) 및 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)의 표면 조도를 Ra=0.2㎛ 이하의 값으로 하기 위해서는, 지지 기체(11)의 상면(11a) 및 지지 기체(31)의 재치면(31c) 및 배면(31b)을 랩핑(lapping) 머신 등에 의해 연마하면 된다.
이와 같이, 제1 실시형태의 웨이퍼 고정 장치(1)에서는, 트레이(30)에서 대향면보다 지지 기체(31)의 클램핑 대상물에 가까운 측에 상측 전극(32)을 내장하고, 또한 트레이(30)에서 대향면보다 정전 척(10)에 가까운 측에 하측 전극(33)을 내장하고, 상측 전극(32) 및 하측 전극(33)을 배선(34)에 의해 서로 전기적으로 접속한다. 그리고, 트레이(30)를 정전 척(10) 상에 탑재한다.
이 상태에서, 정전 척(10)의 정전 전극(12)에 전압이 인가되면, 정전 전극(12)에 정전위가 발생한다. 이어서, 정전위는, 정전 전극(12)에 대향하여 근접 배치된 하측 전극(33)에 전달된다. 이에 따라, 정전 전극(12)과 하측 전극(33)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 트레이(30)를 정전 척(10) 상에 클램핑한다.
또한, 정전 전극(12)으로부터 하측 전극(33)에 전달된 정전위는, 배선(34)을 통해 상측 전극(32)에 분배된다. 이에 따라, 상측 전극(32)과 클램핑 대상물(100)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 클램핑 대상물(100)을 트레이(30)의 재치면(31c)에 클램핑할 수 있다.
정전 흡착용 트레이(30)에, 클램핑 대상물(100)을 클램핑하기 위한 상측 전극(32)과, 정전 척(10)과 클램핑하기 위한 하측 전극(33)을 배치하고 있다. 트레이(30)에 1개의 전극만을 내장하는 구성과는 달리, 이 배치는, 클램핑 대상물(100)과 상측 전극(32)과의 거리 및 정전 척(10)과 하측 전극(33)과의 거리를 서로 독립적으로 최적화할 수 있어, 원하는 클램핑력을 얻는 것이 용이해진다.
또한, 트레이(30)를 단단히 클램핑하면서 동시에 클램핑 대상물(100)을 적소에 클램핑할 수 있기 때문에, 트레이(30) 및 클램핑 대상물(100)을 동시에 정전 척(10)에 의해 냉각할 수 있다. 이에 따라, 클램핑 대상물(100)의 온도 제어를 안정적으로 행할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 발광 다이오드를 제조하는 동안에, 클램핑 대상물(100)인 사파이어 기판 상에 형성된 피에칭층을 에칭하는 공정에서, 피에칭층의 에칭 레이트의 변동을 억제 가능해진다. 이에 따라, 에칭 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 트레이(30)는, 정전 척(10)에 착탈 가능한 상태로 탑재된다. 이러한 배치 때문에, 트레이(30)를 다른 트레이(예를 들면, 후술하는 트레이(30A))로 간단히 교환할 수 있어서, 사이즈가 상이한 다른 클램핑 대상물을 용이하게 탑재할 수 있다. 이 배치로 인해, 클램핑 대상물의 개수를 변경할 수 있다.
상측 전극(32) 및 하측 전극(33)은 트레이(30)에 내장되어 있으며, 트레이(30) 외부로 노출되어 있지 않다. 예를 들면, 다른 구성으로, 트레이(30)의 지지 기체(31)의 배면(31b)에 하측 전극이 되는 금속막을 마련할 수 있다. 이러한 구성에서, 금속막이 플라스마 등에 의해 오염될 우려가 있다. 그러나, 여기에서 개시하는 트레이(30)에서는 외부에 노출되는 금속막을 갖지 않으므로, 금속막이 오염되는 문제가 발생하지 않는다.
<제1 실시형태의 변형예1>
제1 실시형태의 변형예1에서는, 상측 전극을 복수 개 갖고, 재치면의 상측 전극의 각각의 위치(즉, 바로 위)에 복수의 클램핑 대상물을 재치 가능한 웨이퍼 고정 장치의 예를 나타낸다. 제1 실시형태의 변형예1에 있어서, 앞서 설명한 실시형태와 동일 또는 유사한 구성 부품에 대한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 5a 및 도 5b는 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면이다. 도 5b는 평면도를 나타내고, 도 5a는 도 5b의 B-B선에 따른 단면도를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b에서, 웨이퍼 고정 장치(1A)는, 트레이(30)가 트레이(30A)로 치환된 점이 웨이퍼 고정 장치(1)(도 1a 및 도 1b 등 참조)와 상이하다.
트레이(30A)는, 트레이(30)(도 1a 및 도 1b 등 참조)와 같이, 클램핑 대상물이 되는 실리콘 웨이퍼 등을 재치하고 클램핑하기 위한 부재이다. 트레이(30A)는, 정전 척(10)의 지지 기체(11)의 상면(11a)에 착탈 가능한 상태로 탑재되어 있다. 트레이(30A)는, 최대로 4개의 클램핑 대상물을 동시에 클램핑 가능하도록 구성되어 있다.
트레이(30A)는 지지 기체(31)를 포함하며, 또한 지지 기체(31)에 내장된 4개의 상측 전극(35), 하측 전극(33) 및 배선(34)을 포함한다. 지지 기체(31)의 상면(31a)에는, 클램핑 대상물을 위치 결정하기 위한 오목부(31y)가 4개 마련되어 있다. 각각의 오목부(31y)의 저면은, 클램핑 대상물이 재치되는 재치면(31c)이 된다. 오목부(31y)의 깊이(즉, 지지 기체(31)의 상면(31a)과 재치면(31c)과의 거리)는, 클램핑 대상물에 맞춰서 적절히 결정할 수 있지만, 예를 들면, 0.8㎜∼1.5㎜ 범위로 할 수 있다.
상측 전극(35)은, 지지 기체(31)의 재치면(31c) 측에 내장되어 있다. 하측 전극(33)은, 지지 기체(31)의 상측 전극(35)보다 배면(31b) 측에 내장되어 있다. 바꿔 말하면, 상측 전극(35)은 지지 기체(31)에서 그 두께 방향의 중간 포인트보다 클램핑 대상물에 가까운 측에 내장되어 있으며, 하측 전극(33)은 지지 기체(31)에서 그 두께 방향의 중간 포인트보다 정전 척(10)에 가까운 측에 내장되어 있다. 이와 같이, 각각의 상측 전극(35)과 하측 전극(33)은, 지지 기체(31)의 두께 방향의 서로 다른 위치에 내장되어 있으며, 배선(34)에 의해 서로 접속되어 있다. 상측 전극(35)은, 각각의 오목부(31y)의 재치면(31c)에 재치되는 각각의 클램핑 대상물과 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 하측 전극(33)은, 정전 척(10)의 정전 전극(12)과 대향하도록 배치되어 있다(단, 정전 전극(12)과 전기적으로는 접속되어 있지 않음).
도 6a 및 도 6b는 제1 실시형태의 변형예1에 따른 상측 전극 및 하측 전극의 일례를 각각 나타낸 평면도이다. 도 6a에 나타낸 바와 같이, 각각의 상측 전극(35)은, 소용돌이 형상 또는 다수의 동심의 링 형상을 각각 가질 수 있는 쌍극의 전극 부분을 포함할 수 있다. 쌍극의 전극 부분을 구성하는 2개의 전극(35a 및 35b)이 방사상으로 서로 번갈아 배치된다. 마찬가지로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 하측 전극(33)은, 소용돌이 형상 또는 다수의 동심의 링 형상을 각각 가질 수 있는 쌍극의 전극 부분을 포함할 수 있다. 쌍극의 전극 부분을 구성하는 2개의 전극(33a 및 33b)이 방사상으로 서로 번갈아 배치된다.
각각의 상측 전극(35)과 하측 전극(33)은, 배선(34)으로 서로 접속 가능하면, 같은 공간 패턴을 갖는 쌍극의 전극이어도, 다른 공간 패턴을 갖는 쌍극의 전극 구조여도 상관없다. 또한, 상측 전극(35)과 하측 전극(33)은, 쌍극의 전극 구조에는 한하지 않고, 단극의 전극 구조로 해도 된다. 상측 전극(35) 및 하측 전극(33)의 재료로서는, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 등을 사용할 수 있다.
도 7은 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치에 클램핑 대상물을 재치한 상태를 예시하는 단면도이다. 도 7의 정전 척(10)의 정전 전극(12)에 전압이 인가되면, 정전 전극(12)에 정전위가 발생한다. 정전 전극(12)의 정전위는, 정전 전극(12)에 대향하여 근접 배치된 하측 전극(33)에 전달된다. 이러한 배치에 따라, 정전 전극(12)과 하측 전극(33)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 트레이(30A)는 정전 척(10)에 클램핑된다.
정전 전극(12)으로부터 하측 전극(33)에 전달된 정전위는, 배선(34)을 통해 각각의 상측 전극(35)에 분배된다. 이에 따라, 각각의 상측 전극(35)과 각각의 클램핑 대상물(110)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)과의 사이에 정전기에 의한 클램핑력이 발생해서, 클램핑 대상물(110)은 트레이(30)의 재치면(31c)에 클램핑된다. 제1 실시형태와 같이, 거리(L1, L2 및 L3)는, 0.5㎜보다 짧은 것이 바람직하다.
웨이퍼 고정 장치(1A)에 있어서, 오목부(31y) 및 상측 전극(35)의 수는 4개에는 한하지 않고, 택일적으로 2개 또는 3개, 혹은 5개 이상이어도 상관없다. 오목부(31y)의 형상은 동일하지 않아도 되며, 마찬가지로, 각각의 상측 전극(35)의 형상도 동일하지 않아도 된다.
이와 같이, 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치(1A)에서는, 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치(1)가 나타내는 효과에 더하여, 복수의 클램핑 대상물을 동시에 클램핑할 수 있다는 효과를 나타낸다.
<제1 실시형태의 변형예2>
제1 실시형태의 변형예2에서는, 냉각 효율을 향상시키도록 설계된 트레이를 탑재한 웨이퍼 고정 장치의 예를 나타낸다. 제1 실시형태의 변형예2에 있어서, 앞서 설명한 실시형태와 동일 또는 유사한 구성 부품에 대한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다.
도 8a 및 도 8b는 제1 실시형태의 변형예2에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시하는 도면이다. 도 8a는 도 1a에 대응하는 단면도를 나타내고, 도 8b는 트레이의 지지 기체의 평면도를 나타낸다. 도 8b에 있어서, 돌기부(31e)와 관통 구멍(31f)을 구별하기 위해서, 돌기부(31e)를 도트된 텍스처로 나타내고 있다.
도 8a 및 도 8b에서, 웨이퍼 고정 장치(1B)는, 트레이(30)가 트레이(3B)로 치환된 점이 웨이퍼 고정 장치(1)(도 1a 및 도 1b 등 참조)와 상이하다.
트레이(30B)의 저면(즉, 지지 기체(31)의 배면)에는, 외연부(perimeter)에 원환 형상의 둑부(dam)(31d)와, 둑부(31d)의 내측에 다수의 돌기부(31e)가 형성되어 있다. 예를 들면, 원기둥의 돌기부(31e)를, 둑부(31d)의 내측에 평면에서 볼 때 물방울 모양 패턴으로 점재(點在)하도록 마련할 수 있다. 돌기부(31e)는, 원기둥(즉, 평면에서 볼 때 원형)에 한정되지 않고, 평면에서 볼 때 타원형인 원기둥, 평면에서 볼 때 육각형 등의 다각형 각기둥(prism), 직경이 다른 복수의 원기둥을 조합시킨 형상, 상술한 형상의 임의의 조합 등으로 해도 상관없다. 둑부(31d) 및 돌기부(31e)의 높이는, 예를 들면, 수십 ㎛ 정도로 할 수 있다. 둑부(31d)의 하면과 돌기부(31e)의 하면은, 대략 동일 평면으로 할 수 있다
트레이(30B)의 저면에 둑부(31d) 및 돌기부(31e)를 형성함으로써, 둑부(31d)의 내측의 돌기부(31e)가 존재하지 않는 부분에 공간(즉, 오목부)이 형성된다. 지지 기체(11) 및 베이스 플레이트(20)에 마련한 가스로(도시 생략)를 통해 불활성 가스(예를 들면, 헬륨 등)를 공급하고, 트레이(30B)의 저면에 형성된 공간에 충전시킴으로써, 트레이(30B)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 불활성 가스를 충전시킬 수 있는 공간을 구비한 구조이면, 적절한 공간이 마련되는 한, 둑부(31d) 및 돌기부(31e) 대신에, 어떤 구조로 해도 상관없다.
또한, 트레이(30B)에는, 다수의 관통 구멍(31f)이 형성되어 있다. 각 관통 구멍(31f)의 일단(一端)은 재치면(31c)에 개구하고, 타단은 트레이(30B)의 저면에 형성한 공간을 향해 개구하고 있다. 트레이(30B)에 다수의 관통 구멍(31f)을 형성함으로써, 트레이(30B)의 저면에 형성한 공간에 충전된 불활성 가스가 각 관통 구멍(31f) 내를 흘러서 재치면(31c)에 달한다. 이에 따라, 재치면(31c)에 재치되는 클램핑 대상물의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 실시형태의 변형예2에 따른 웨이퍼 고정 장치(1B)에서는, 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정 장치(1)가 나타내는 효과에 더하여, 트레이(30B)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 나타낸다. 또한, 재치면(31c)에 재치되는 클램핑 대상물의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범주에서 일탈하지 않고, 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있다.
본원에 개시된 실시형태 및 변형예는, 존슨 라벡형 정전 척이 사용되는 예에 관련되었다. 이는 제한을 위한 예가 아니고, 개시한 기술은 쿨롱력형 정전 척에도 마찬가지로 적용할 수 있다
실시형태 및 변형예를 적절히 조합시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 실시형태의 변형예1에 따른 웨이퍼 고정 장치(1A)의 트레이(30A)의 저면에, 제1 실시형태의 변형예2에 나타낸 바와 같은 불활성 가스를 충전시킬 수 있는 공간 및 불활성 가스가 흐르는 관통 구멍을 구비해도 된다.
본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 정전 척과 클램핑 대상물과의 사이에 위치되는 정전 척용 트레이가 설치되어, 클램핑 대상물에 충분한 클램핑력을 준다.
본원에서 열거되는 모든 예들 및 조건적 언어는, 교시적 목적으로, 발명자가 기술 진전에 기여한 본 발명 및 개념에 대한 독자의 이해를 돕는 것을 의도하고 있고, 이렇게 구체적으로 열거된 예들 및 조건에 제한되지 않으며 본 명세서에서의 이러한 예들의 구성이 본 발명의 우열을 나타내는 것에 관한 것이 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 실시예(들)를 상세히 설명했지만, 다양한 변형, 치환, 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
1, 1A 웨이퍼 고정 장치
10 정전 척
11, 31 지지 기체
11a, 31a 상면
12 정전 전극
20 베이스 플레이트
21 냉각수로
30, 30A, 30B 정전 흡착용 트레이
31b 배면
31c 재치면
31d 둑부
31e 돌기부
31f 관통 구멍
31x, 31y 오목부
32, 35 상측 전극
33 하측 전극
34 배선
100, 110 클램핑 대상물

Claims (11)

  1. 클램핑(clamping) 대상물이 위치되는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 갖는 지지 기체(基體; base)와,
    상기 지지 기체 내에 상기 제1 면 측에 위치되어 내장된 상측 전극과,
    상기 지지 기체 내에 상기 상측 전극보다 상기 제2 면 측에 위치되어 내장된 하측 전극과,
    상기 상측 전극과 상기 하측 전극 사이를 전기적으로 접속하도록 구성된 하나 이상의 배선을 포함하는 트레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기체, 상기 상측 전극, 및 상기 하측 전극은, 상기 제 2 면을 통한 정전위의 인가에 의해 상기 제 1 면에 위치되는 상기 클램핑 대상물을 클램핑하도록 구성되는 트레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기체는, 체적 저항률이 1013Ω㎝보다 작은 유전체로 이루어지는 트레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 면 및 상기 제2 면은 연마된 면인 트레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상측 전극은 상측 전극 파트들을 갖고,
    상기 제1 면은, 상기 상측 전극 파트들의 바로 위에 각각 위치되는 복수의 오목부를 갖는 트레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 면은 불활성 가스를 수용하는 오목부를 갖는 트레이.
  7. 지지 기체 및 상기 지지 기체에 내장된 정전 전극을 포함하는 정전 척과,
    트레이를 포함하는 웨이퍼 고정 장치로서,
    상기 트레이는,
    클램핑 대상물이 위치되는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면이 되는 제2 면을 갖는 지지 기체와,
    상기 트레이의 지지 기체 내에 상기 제1 면 측에 위치되어 내장된 상측 전극과,
    상기 트레이의 지지 기체 내에 상기 상측 전극보다 상기 제2 면 측에 위치되어 내장된 하측 전극과,
    상기 상측 전극과 상기 하측 전극 사이를 전기적으로 접속하도록 구성된 하나 이상의 배선을 포함하고,
    상기 정전 전극과 상기 하측 전극은 서로 대향하도록 배치되고,
    상기 트레이는, 상기 정전 척의 지지 기체의 상면에 착탈 가능하게 위치되도록 구성된 웨이퍼 고정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 면에 클램핑 대상물이 위치되고, 상기 정전 전극에 전압이 인가되면, 상기 하측 전극이 상기 정전 전극에 의해 흡착되어 상기 트레이가 상기 정전 척의 지지 기체의 상면에 클램핑되고, 상기 클램핑 대상물이 상기 상측 전극에 의해 흡착되어 상기 클램핑 대상물이 상기 제1 면에 클램핑되는 웨이퍼 고정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정전 척의 지지 기체는, 체적 저항률이 1013Ω㎝보다 작은 유전체로 이루어지는 웨이퍼 고정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 정전 척의 지지 기체의 상면은 연마된 면인 웨이퍼 고정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 정전 척은, 상기 트레이에 불활성 가스를 공급하도록 구성된 가스로(gas pathway)를 포함하는 웨이퍼 고정 장치.
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