KR20200062196A - 웨이퍼 지지 장치 - Google Patents

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KR20200062196A
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유지 모리카와
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모멘티브 쿼츠 재팬 고도가이샤
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Abstract

[과제] 파티클의 발생을 억제하면서도 척킹력을 저하시키지 않는 웨이퍼 지지 장치를 제공한다.
[해결 수단] 절연 기재의 표면에 척 전극(3)이 소정 패턴으로 설치되고, 이 척 전극이 PBN 또는 C-PBN으로 이루어지는 절연 피막층(5)이 피복되어 이루어지는 웨이퍼 지지 장치이며, 척 전극의 표면이 볼록부(3a)를 가지고 요철 형상으로 형성되고, 이 척 전극 표면의 요철을 따라 절연 피막층의 표면이 요철 형상으로 형성되고, 이 절연 피막층의 볼록부(5a)의 상면끼리가 대략 면일치로 되어 재치면(9)을 형성한다.

Description

웨이퍼 지지 장치
본 발명은 반도체나 액정의 제조 프로세스에 사용되는 웨이퍼 지지 장치에 관한 것이다.
반도체나 액정의 제조 프로세스에 있어서, 드라이 에칭이나 PVD(물리적 기상 증착법) 등을 행할 때에 웨이퍼를 고정하기 위한 장치로서 정전 척이 널리 사용되고 있다.
종래의 정전 척은, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 그래파이트판(1)의 주위를 열분해 질화붕소(PBN) 등의 절연층(2)으로 피복하여 이루어지는 절연 기재의 표면에 정전 척용의 도체 전극(3)이 소정 패턴으로 배치됨과 아울러, 이면에는 히터용의 도체 전극(4)이 소정 패턴으로 배치되고, 이들 전극(3, 4)을 절연 피막층(5)으로 피복한 구성을 갖는다. 도시하지 않지만, 전극(3, 4)의 양단은 단자를 통하여 전원에 접속되어 있다.
이러한 구성의 정전 척에 있어서, 절연 피막층(5)의 표면(6)을 웨이퍼 재치면(9)으로 하여 웨이퍼 등의 피흡착물(7)을 재치하고, 전극(3)의 단자 사이에 전압을 인가하면, 쿨롬력이 발생하여, 피흡착물(7)을 정전기적으로 척킹한다. 도 6의 구성에서는 히터 전극(4)이 설치되어 있기 때문에, 적정한 척 흡인력이 발휘되는 최적 온도로 피흡착물(7)을 균일하게 가열하면서 피흡착물(7)을 척킹할 수 있다.
또한, 도 6은 쌍극형 정전 척의 구성예를 도시하는 것이다. 단극형 정전 척의 경우에는, 절연 기재 위에 단일의 도체 전극(척 전극(3))을 배치한 것을 절연 피막층(5)으로 피복한 구성을 갖고, 척 전극(3)과, 절연 피복막(5)의 표면(6)에 재치한 피흡착물(7)과의 사이에 전압 인가함으로써 피흡착물(7)을 척킹한다.
정전 척에 있어서의 절연 피막층(4)은 108∼1013Ω·cm의 범위의 전기저항률을 갖는 것이 바람직하다. 절연 피막층(5)의 전기저항률이 이 범위에 있으면, 전극과 피흡착물과의 사이에 극미약 전류가 흐르는 것을 허용하여, 존슨-라벡 효과에 의해 척 흡인력이 대폭 증대한다.
이 점에서, 본 출원인은, CVD(화학적 기상 증착법)을 사용하여 PBN에 미량의 카본을 함유시킨 C-PBN으로 절연 피막층(5)을 만듦으로써 증기 범위의 전기저항률을 제공하는 수법을 발안했다(특허문헌 1). 구체적으로는, PBN 성형을 위한 반응 가스(예를 들면, 삼염화붕소+암모니아)에 카본 첨가를 위해 필요한 가스(예를 들면, 메탄)를 첨가하고 감압 고온 CVD로 내에 도입함으로써, 미량 카본을 함유하는 PBN 성형체로 이루어지는 절연 피막층(5)을 형성할 수 있다.
PBN(미량 카본을 함유하는 C-PBN을 포함한다. 이하 동일.)에 의한 절연 피막층(5)을 형성한 정전 척은 대체로 만족할 성능을 발휘할 수 있는 것이지만, PBN은 층상 결정이기 때문에, 고온에서의 사용 조건에서, PBN 절연 피막층(5)으로부터 PBN의 결정이 탈리하여 파티클을 발생시키고, 이것이 웨이퍼의 이면에 부착되어 제품 가치를 현저하게 저하시킨다고 하는 문제가 있었다.
이 점에 대해 발명자가 실험을 행한 바, 정전 척의 척 전극 패턴 위에 다수의 파티클이 발생하는 것을 확인했다. 이 점에서, 절연 피막층(5)의 표면(6)에 직접 재치된 웨이퍼 등의 피흡착물(7)이 척 전극(3)에 흡착되었을 때, 연한 PBN의 표면(6)을 할퀴어 파티클을 발생시킨 것으로 추측되었다.
그래서, 출원인은 상기한 종래기술의 불리 결점을 해소하고, 파티클의 발생을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 장치를 제공하는 것을 과제로 하여 연구와 실험을 반복한 결과, 하기 특허문헌 2에서 신규의 구성을 제안하기에 이르렀다. 즉, 도 6의 구성의 변형 또는 개량으로서, 도 7에 도시하는 바와 같이, PBN 절연 피막층(5)의 표면(6)에, PBN보다 단단한 PG로 이루어지는 볼록부(8)를 엠보싱 가공 등에 의해 부분적으로 형성하고, 볼록부(8)의 상면을 웨이퍼 재치면으로 한 구성을 제안했다. 이 구성에 의하면, 웨이퍼(7)는 PBN 절연층(5)의 표면에 접촉하지 않고, PBN보다 딱딱한 PG로 이루어지는 볼록부(8) 위에 재치되므로, 접촉 면적의 감소에 의해 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있어, 파티클이 웨이퍼의 이면에 부착되어 제품 가치를 저하시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
일본 특허 제2756944호 일본 특개 2017-034042호
그러나, 반면, 도 7의 구성에 의하면, PG 볼록부(8)의 상면(웨이퍼 재치면)에 재치되는 웨이퍼(7)는 도 6의 구성과 비교하면 PG 볼록부(8)의 높이에 상당하는 분만큼 척 전극(3)으로부터 떨어지는 것이기 때문에, 흡착력이 저하한다. 즉, 정전 척에 의한 흡착력(F)은 척 전극(3)과 피흡착물(웨이퍼(9))과의 갭(g)이 커짐에 따라서 저하하므로, 도 7의 구성의 경우, PG 볼록부(8)의 높이분만큼 갭(g)이 커짐으로써 흡착력(F)이 저하한다. 웨이퍼 재치면(9)을 수평으로 하여 웨이퍼(7)를 재치하는 경우에는, PG 볼록부(8)에 의한 흡착력의 저하는 실용상 무시할 수 있을 정도로써 충분한 흡착력을 유지할 수 있지만, 웨이퍼를 수직으로 세운 상태에서 흡착할 필요가 있는 경우에서는, 웨이퍼(7)를 유지할 수 없어, 웨이퍼(7)가 낙하한다고 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 파티클의 발생을 억제하면서도 척킹력의 저하를 최소한으로 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본원의 청구항 1에 따른 발명은 절연 기재의 표면에 척 전극이 소정 패턴으로 설치되고, 이 척 전극이 PBN 또는 C-PBN으로 이루어지는 절연 피막층으로 피복되어 이루어지는 웨이퍼 지지 장치에 있어서, 상기 절연 피막층의 표면이 요철 형상으로, 그 볼록부가 상기 척 전극의 볼록부를 피복하도록 형성되고, 이 절연 피막층의 볼록부의 상면끼리 대략 면일치되어 웨이퍼 재치면을 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 장치이다.
본원의 청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1 기재의 웨이퍼 지지 장치에 있어서, 상기 척 전극의 표면이 요철 형상으로 형성되고, 이 척 전극 표면 패턴의 요철을 따라 상기 절연 피막층의 표면이 요철 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 청구항 3에 따른 발명은, 청구항 2의 웨이퍼 지지 장치에 있어서, 상기 척 전극의 표면에 복수의 볼록부가 서로의 사이에 간격을 두고 점재해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼는 PBN(C-PBN을 포함한다. 이하도 동일.)에 의한 절연 피막층의 표면에 전면적으로 접촉하지 않고, 그 표면에 점 형상, 선 형상, 격자 형상 등으로 형성되는 볼록부 위에 재치되므로, 도 6에 도시하는 종래기술과 비교하여, 웨이퍼와 PBN 절연 피복층과의 접촉 면적이 현저하게 감소하여, 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있어, 파티클이 웨이퍼의 이면에 부착되어 제품 가치를 저하시키는 것을 효과적으로 방지한다.
또한, PBN 절연 피막층의 표면 볼록부가 척 전극 패턴의 적어도 일부를 피복하도록 형성되고, 이 표면 볼록부끼리가 면일치되어 웨이퍼 재치면이 형성되므로, 도 7에 도시하는 종래기술과 같이, 웨이퍼가 척 전극으로부터 떨어져서 재치되지 않아, 척킹력의 저하를 방지 또는 효과적으로 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 파티클의 발생을 억제하면서도 척킹력을 저하시키지 않는 웨이퍼 지지 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태(실시예 1)에 의한 정전 척의 단면도이다.
도 2는 이 정전 척의 부분 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태(실시예 2)에 의한 정전 척의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태(실시예 3)에 의한 정전 척의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태(실시예 4)에 의한 정전 척의 단면도이다.
도 6은 종래기술(특허문헌 2의 도 2)에 의한 정전 척의 단면도이다.
도 7은 종래기술(특허문헌 2의 도 1)에 의한 정전 척의 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에 실시예를 들어 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
실시예 1
도 1에 본 발명의 하나의 실시형태(실시예 1)에 의한 정전 척을 단면도로 나타낸다. 이 정전 척은 그래파이트판(1)의 주위를 열분해 질화붕소(PBN) 등의 절연층(2)으로 피복하여 이루어지는 절연 기재의 표면에, 정전 척용의 전극(3)이 소정 패턴으로 배치됨과 아울러, 이면에는 히터용의 전극(4)이 소정 패턴으로 배치되고, 이들 전극(3, 4)을 PBN 또는 C-PBN에 의한 절연 피막층(5)으로 피복한 구성을 갖는다. 도시하지 않지만, 전극(3, 4)의 양단은 단자를 통하여 전원에 접속되어 있다. 이 정전 척의 구성 및 작용은 앞서 서술한 종래기술에 의한 정전 척(도 6, 도 7)과 기본적으로 동일하다.
그러나, 이 정전 척에서는, 도 2에도 도시되는 바와 같이, 척 전극(3)의 표면이 그 패턴 내에서 다수의 평면시로 원 형상의 표면 볼록부(3a)가 점재하는 요철 형상으로 형성되고, 이 척 전극(3)의 요철 표면을 따르도록, 절연 피막층(5)도 요철 표면을 갖도록 형성되어 있다. 그리고, 척 전극(3)의 표면 볼록부(3a)를 피복하는 절연 피막층(5)의 표면 볼록부(5a)는 모두 동일 높이로 형성되고, 이들 표면 볼록부(5a)에 의해 웨이퍼 재치면(9)을 형성하고 있다. 또, 도 2에 있어서 부호 11은 단자 구멍을 나타내고, 이 단자 구멍(11)에 삽입한 단자(도시 생략)를 통하여, 외부 전원(도시 생략)으로부터의 전류를 척 전극(3)에 공급한다.
도 7에 도시하는 종래기술에서는, 척 전극(3)이 소정 패턴의 전체 영역에서 동일 높이의 평판 형상으로 형성되어 있기 때문에, 그 전체 영역에서 PG 볼록부(8)의 높이에 상당하는 갭(g)에 의한 흡착력의 저하가 생기지만, 이 실시예에서는, 적어도 척 전극 표면 볼록부(3a)의 부분에서는 갭(g)이 극소화되므로, 흡착력의 저하를 최소한으로 멈출 수 있다.
또한, 요철 표면을 갖는 절연 피막층(5)의 볼록부(5a)의 상면끼리가 면일치로 되어 웨이퍼(7)에 대한 재치면(9)을 제공하고 있으므로, 접촉 면적의 감소에 의해 파티클의 발생을 대폭 저감시킬 수 있는 점에서는, 도 7에 도시하는 종래기술과 동일하며, 고온에서의 사용 조건에서도, 파티클의 발생을 방지 또는 대폭 저감할 수 있다.
도 1의 정전 척은, 일례로서, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
두께 10mm의 원반 형상 그래파이트판(1)의 전체 표면을 피복하도록 열 CVD법에 의해 300㎛ 두께의 PBN 절연층(2)을 형성하고, 또한, 그 표리면에, 동일하게 열 CVD법에 의해 PG층을 형성한 후, 그 표면측을 부분적으로 제거하여 소정 패턴의 척 전극(3)을 형성함과 아울러, 이면측에 대해서도 부분적으로 제거하여 소정 패턴의 히터 전극(4)을 형성한다. 표면측의 척 전극(3)에 대해서는, 패턴 내에 원기둥 형상의 볼록부(3a)가 중심간 거리 3mm로 다수 점재하도록 요철 표면에 형성된다. 이와 같이, 요철 표면을 형성하기 위해서는, 엠보싱 가공 등의 기계적 수법이나 에칭 등의 화학적 수법, 또는 그 밖의 공지의 수법을 사용할 수 있다.
이어서, 열 CVD로 내에서, 삼염화붕소 1몰에 대하여 암모니아 3몰 및 메탄 가스 2.4몰을 0.5Torr, 온도 1850℃에서 반응시켜, 전극(3, 4)을 갖는 PBN 절연층(2)의 전체면을 피복하도록 카본 첨가 PBN(C-PBN) 절연 피막층(5)을 형성하여, 도 1의 정전 척이 제조된다. 절연 피막층(5)은, 요철 표면을 갖는 것으로서 형성된 척 전극(3)의 부분에서는, 이 요철 표면을 따르도록 요철 형상으로 형성되고, 볼록부(3a)에 대응하여 그 위에 절연 피막층(5)의 원기둥 형상 볼록부(5a)가 점재하는 것이며, 이들 볼록부(5a)의 상면끼리가 면일치로 되어 웨이퍼 재치면(9)을 제공하고 있다.
이 구성에 의하면, 웨이퍼(7)는 절연 피막층(5)의 볼록부(5a)(웨이퍼 재치면(9)) 위에 재치되므로, 절연 피막층(5)을 형성하는 PBN 또는 C-PBN과의 접촉 면적이 작아진다. 따라서, 파티클 발생을 억제할 수 있다. 또한, 절연 피막층(5)의 볼록부(5a)는 척 전극(3)의 볼록부(3a)를 따라 형성되므로, 볼록부(5a)(웨이퍼 재치면(9)) 위에 재치된 웨이퍼(7)는 대단히 얇은 절연 피막층(5)을 사이에 두고 전극 볼록부(3a)에 근접해 있다. 즉, 종래기술인 도 7에 있어서의 갭(g)은, 도 1의 정전 척에서는, 적어도 전극 볼록부(3a)와의 사이에서는 거의 g=0이 되어, 흡착력의 저하를 극소화할 수 있다.
실시예 2
도 3에 본 발명의 다른 실시형태(실시예 2)에 의한 정전 척을 단면도로 나타낸다. 이 정전 척이 도 1의 정전 척과 다른 점은 척 전극(3)의 패턴 내에 볼록부(3a)를 형성하기 위한 수법에 있다. 즉, 이 정전 척에서는, 절연층(2)의 표면에 소정 패턴으로 형성한 척 전극(3)에 표면측으로부터 소정 깊이로 평면시로 원형의 스터드 삽입 구멍(부호 없음)을 복수 점재시키고, 이들 스터드 삽입 구멍에, 척 전극(3)과 동일한 재료(PG)로 형성한 봉 형상의 스터드를 박아 넣고, 그 선단을 척 전극(3)으로부터 돌출시켜 볼록부(3a)로 하고 있다.
상기 이외에 대해서는 도 1의 정전 척과 동일한 구성 및 작용을 가지므로, 공통되는 부재·요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
실시예 3
도 4에 본 발명의 다른 실시형태(실시예 3)에 의한 정전 척을 단면도로 나타낸다. 이 정전 척이 도 1의 정전 척과 다른 점은 척 전극(3)의 패턴 내에 볼록부(3a)를 형성하기 위한 수법에 있다. 즉, 이 정전 척에서는, 절연층(2)의 표면에, 척 전극(3)의 패턴을 따라 볼록부(2a)를 복수 점재시키고, 이들 볼록부(2a)를 피복하도록 척 전극(3)을 형성함으로써, 볼록부(2a) 위에 볼록부(3a)가 형성되도록 한 것이다.
상기 이외에 대해서는 도 1의 정전 척과 동일한 구성 및 작용을 가지므로, 공통되는 부재·요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
실시예 4
도 5에 본 발명의 다른 실시형태(실시예 4)에 의한 정전 척을 단면도로 나타낸다. 이 정전 척이 도 1의 정전 척과 다른 점은 절연 피막층(5)에 볼록부(5a)를 형성하기 위한 수법에 있다. 즉, 이 정전 척에서는, 절연층(2)의 표면에 소정 패턴으로 척 전극(3)을 형성할 때, 그 높이가 절연 피막층(5)의 막 두께보다 커지도록 형성함으로써, 그 선단부를 덮는 절연 피막층(5)이 다른 부보다 돌출하여 볼록부(5a)가 되도록 한 것이다.
상기 이외에 대해서는 도 1의 정전 척과 동일한 구성 및 작용을 가지므로, 공통되는 부재·요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
1 그래파이트판 2 절연층
2a 볼록부 3 척 전극
3a 볼록부 4 히터 전극
5 절연 피막층(PBN 또는 C-PBN) 5a 볼록부
6 절연 피막층의 표면 7 피흡착물(웨이퍼)
8 PG 볼록부 9 웨이퍼 재치면
10 PG 스터드 11 단자 구멍

Claims (3)

  1. 절연 기재의 표면에 척 전극이 소정 패턴으로 설치되고, 이 척 전극이 PBN 또는 C-PBN으로 이루어지는 절연 피막층으로 피복되어 이루어지는 웨이퍼 지지 장치에 있어서,
    상기 절연 피막층의 표면이 요철 형상으로, 그 볼록부가 상기 척 전극의 볼록부를 피복하도록 형성되고, 이 절연 피막층의 볼록부의 상면끼리가 대략 면일치로 되어 웨이퍼 재치면을 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 척 전극 패턴의 표면이 요철 형상으로 형성되고, 이 척 전극 표면 패턴의 요철을 따라 상기 절연 피막층의 표면이 요철 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 척 전극의 표면에 복수의 볼록부가 서로의 사이에 간격을 두고 점재해 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 장치.
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