KR20210089779A - 정전 척 - Google Patents

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KR20210089779A
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유마 이와타
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Abstract

정전 척(2)은, 웨이퍼 배치면(4a)을 갖는 세라믹스제의 플레이트(4)와, 플레이트(4)를 두께 방향으로 관통하는 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)과, 정전력을 발생시키기 위한 정부 한 쌍의 전극[정극(6) 및 부극(8)]을 구비한다. 플레이트(4)는, 리프트 핀 구멍의 수로 가상적으로 분할된 분할 영역(A1, A2, A3)을 갖는다. 정극(6) 및 부극(8)은, 분할 영역마다, 리프트 핀 구멍에 근접하는 정극 기점 및 부극 기점의 각각으로부터 분할 영역의 전체에 고루 미치도록 병행으로 마련된 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부(16, 18, 26, 28, 36, 38)를 갖는다. 정극(6)은, 각 분할 영역의 정의 스파이럴형 전극부(16, 26, 36)를 플레이트(4)의 외주부에서 연결한 것이며, 부극(8)은, 각 분할 영역의 부의 스파이럴형 전극부(18, 28, 38)를 플레이트(4)의 중앙부에서 연결한 것이다.

Description

정전 척
본 발명은 정전 척에 관한 것이다.
정전 척은, 반도체 제조 프로세스 중에 정전력을 이용하여 웨이퍼를 흡착 유지하는 데 이용된다. 예컨대 특허문헌 1에는, 이러한 정전 척으로서, 세라믹제의 원형 플레이트에 정, 부 한 쌍의 박막 전극을 패턴 형성한 것이 개시되어 있다. 여기서는, 각 전극의 패턴 형상을 외주 가장자리가 원호형인 빗형으로 하고, 쌍방의 전극의 띠형 빗살을 번갈아서 뒤얽히게 하여 형성하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성4-237148호 공보
그러나, 특허문헌 1과 같이 쌍방의 전극의 띠형 빗살을 서로 뒤얽히게 형성한 정전 척에서는, 웨이퍼를 승강시키는 리프트 핀을 삽입 관통하기 위한 리프트 핀 구멍을 복수 마련하고자 하면, 리프트 핀 구멍을 회피하도록 빗살의 형상을 변경해야 하였다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 리프트 핀 구멍(110)의 둘레의 정극의 빗살(106)과 부극의 빗상(108)을 원호형으로 형성하여 리프트 핀 구멍(110)을 회피해야 하였다. 이렇게 하면, 리프트 핀 구멍(110)을 회피한 영향이 외측의 빗살(106, 108)에도 미치게 되어, 전극 패턴의 규칙성에 혼란이 생겨, 웨이퍼 배치면 내에서의 흡착력의 편차가 생기는 원인이 되는 경우가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 웨이퍼 배치면 내에서의 흡착력의 편차를 저감하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 정전 척은,
웨이퍼 배치면을 갖는 세라믹스제의 플레이트와,
상기 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과,
상기 플레이트에 마련되며, 정전력을 발생시키기 위한 정부 한 쌍의 전극
을 구비한 정전 척으로서,
상기 플레이트는, 상기 관통 구멍의 수로 가상적으로 분할된 분할 영역을 가지고,
상기 정부 한 쌍의 전극은, 상기 분할 영역마다, 상기 관통 구멍에 근접하는 정극 기점 및 부극 기점의 각각으로부터 상기 분할 영역의 전체에 고루 미치도록 병행으로 마련된 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부를 가지고,
상기 정부 한 쌍의 전극 중 정극은, 각 분할 영역의 정의 스파이럴형 전극부를 상기 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 한쪽에서 연결한 것이고,
상기 정부 한 쌍의 전극 중 상기 부극은, 각 분할 영역의 부의 스파이럴형 전극부를 상기 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 다른쪽에서 연결한 것이다.
이 정전 척에서는, 세라믹스제의 플레이트는 관통 구멍의 수와 동수의 분할 영역에 가상적으로 분할되어 있다. 정부 한 쌍의 전극은, 분할 영역마다, 관통 구멍에 근접하는 정극 기점 및 부극 기점의 각각으로부터 분할 영역의 전체에 고루 미치도록 병행으로 마련된 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부를 갖는다. 정극의 스파이럴형 전극부와 부극의 스파이럴형 전극부는 번갈아서 뒤얽힌 형태가 된다. 또한, 정극은, 각 분할 영역의 정의 스파이럴형 전극부를 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 한쪽에서 연결한 것이고, 부극은, 각 분할 영역의 부의 스파이럴형 전극부를 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 다른쪽에서 연결한 것이다. 그 때문에, 정극 및 부극은 관통 구멍의 둘레를 원호형으로 회피할 필요가 없어, 전극 패턴의 규칙성을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 배치면 내에서의 흡착력의 편차를 저감할 수 있다.
본 발명의 정전 척에 있어서, 상기 관통 구멍의 직경은, 이웃하는 상기 정극과 상기 부극의 전극간 거리와 동일하거나 그보다 커도 좋다. 이 경우, 이웃하는 정극과 부극 사이에 관통 구멍을 마련하고자 하면, 정부 한 쌍의 전극 중 적어도 한쪽은 관통 구멍과 간섭하기 때문에, 관통 구멍을 우회해야 한다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다.
이때, 상기 정극의 선폭은, 상기 부극의 선폭과 동일하며, 상기 관통 구멍의 직경은, 상기 전극간 거리와 상기 선폭의 합과 동일하거나 그보다 크게 하여도 좋다. 이 경우, 정부 한 쌍의 전극 중 적어도 한쪽은 관통 구멍을 보다 크게 우회해야 하기 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다.
본 발명의 정전 척에 있어서, 상기 플레이트는, 원형이며, 상기 복수의 관통 구멍은, 상기 플레이트의 동심원상에 등간격으로 마련되고, 상기 분할 영역은, 상기 플레이트의 반경 방향의 선분에 의해 상기 플레이트를 상기 관통 구멍의 수로 등분한 영역으로 하여도 좋다. 이러한 관통 구멍으로서는, 예컨대 웨이퍼를 승강시키는 리프트 핀을 삽입 관통하는 구멍을 들 수 있다. 또한, 「등간격」이란, 반드시 정확하게 같은 간격일 필요는 없고, 오차(예컨대 ±2~3％)를 포함하고 있어도 좋다. 「등분」에 대해서도 동일하다.
도 1은 정전 척(2)의 사시도이다.
도 2는 정극(6) 및 부극(8)을 포함하는 면에서 플레이트(4)를 절단하였을 때의 단면도이다.
도 3은 리프트 핀 구멍(110)의 둘레의 빗살(106, 108)의 모습을 나타내는 설명도이다.
본 발명의 적합한 실시형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 정전 척(2)의 사시도이고, 도 2는 정극(6) 및 부극(8)을 포함하는 면으로 플레이트(4)를 절단하였을 때의 단면도이다. 또한, 도 2에서는, 편의상, 플레이트(4)의 단면의 해칭을 생략하였다.
정전 척(2)은, 플레이트(4)와, 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)과, 분할 영역(A1~A3)과, 정전 흡착용의 정부 한 쌍의 전극[정극(6) 및 부극(8)]을 구비한다.
플레이트(4)는, 세라믹스제(예컨대 알루미나제나 질화알루미늄제)의 원형 플레이트이다. 플레이트(4)의 표면에는, 웨이퍼(W)를 배치하는 웨이퍼 배치면(4a)이 마련되어 있다.
리프트 핀 구멍(10, 20, 30)은, 플레이트(4)를 두께 방향으로 관통하는 구멍이며, 플레이트(4)와 동심원상에 등간격이 되도록 마련되어 있다.
분할 영역(A1, A2, A3)은, 플레이트(4)를 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 수로 가상적으로 분할한 영역(도 2에서 점선으로 둘러싼 영역)이다. 본 실시형태에서는, 분할 영역(A1, A2, A3)은, 원형의 플레이트(4)를 플레이트(4)의 반경 방향의 선분에 의해 3개로 등분한 중심각이 약 120°인 부채형 영역이다.
정극(6)은, 각 분할 영역(A1, A2, A3)의 정의 스파이럴형 전극부(16, 26, 36)를 연결부(41, 42, 43)에서 연결한 것이고, 부극(8)은, 각 분할 영역(A1, A2, A3)의 부의 스파이럴형 전극부(18, 28, 38)를 연결부(45)에서 연결한 것이다.
부채형의 분할 영역(A1)에는, 리프트 핀 구멍(10)에 근접하는 정극 기점(16a) 및 부극 기점(18a)의 각각으로부터 분할 영역(A1)의 전체에 고루 미치도록 정극 종점(16b) 및 부극 종점(18b)의 각각까지, 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부(16, 18)가 병행으로 마련되어 있다. 그 때문에, 분할 영역(A1)에 있어서의 정의 스파이럴형 전극부(16)와 부의 스파이럴형 전극부(18)는, 번갈아서 뒤얽혀 있다. 스파이럴형 전극부(16, 18)의 소용돌이의 형태는, 분할 영역(A1)의 부채형과 대략 서로 닮아 있다.
부채형의 분할 영역(A2)에는, 리프트 핀 구멍(20)에 근접하는 정극 기점(26a) 및 부극 기점(28a)의 각각으로부터 분할 영역(A2)의 전체에 고루 미치도록 정극 종점(26b) 및 부극 종점(28b)의 각각까지, 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부(26, 28)가 병행으로 마련되어 있다. 그 때문에, 분할 영역(A2)에 있어서의 정의 스파이럴형 전극부(26)와 부의 스파이럴형 전극부(28)는, 번갈아서 뒤얽혀 있다. 스파이럴형 전극부(26, 28)의 소용돌이의 형태는, 분할 영역(A2)의 부채형과 대략 서로 닮아 있다.
부채형의 분할 영역(A3)에는, 리프트 핀 구멍(30)에 근접하는 정극 기점(36a) 및 부극 기점(38a)의 각각으로부터 분할 영역(A3)의 전체에 고루 미치도록 정극 종점(36b) 및 부극 종점(38b)의 각각까지, 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부(36, 38)가 병행으로 마련되어 있다. 그 때문에, 분할 영역(A3)에 있어서의 정의 스파이럴형 전극부(36)와 부의 스파이럴형 전극부(38)는, 번갈아서 뒤얽혀 있다. 스파이럴형 전극부(36, 38)의 소용돌이의 형태는, 분할 영역(A3)의 부채형과 대략 서로 닮아 있다.
분할 영역(A1)의 정의 스파이럴형 전극부(16)와 분할 영역(A2)의 정의 스파이럴형 전극부(26)는 플레이트(4)의 외주부에 마련된 연결부(41)에서 연결되고, 분할 영역(A2)의 정의 스파이럴형 전극부(26)와 분할 영역(A3)의 정의 스파이럴형 전극부(36)는 플레이트(4)의 외주부에 마련된 연결부(42)에서 연결되고, 분할 영역(A3)의 정의 스파이럴형 전극부(36)와 분할 영역(A1)의 정의 스파이럴형 전극부(16)는 플레이트(4)의 외주부에 마련된 연결부(43)에서 연결되어 있다. 정극(6)은, 이와 같이 각 분할 영역(A1, A2, A3)의 정의 스파이럴형 전극(16, 26, 36)이 플레이트(4)의 외주부의 연결부(41, 42, 43)에서 연결된 것이다.
분할 영역(A1)의 부의 스파이럴형 전극부(18)와 분할 영역(A2)의 부의 스파이럴형 전극부(28)와 분할 영역(A3)의 부의 스파이럴형 전극부(38)는 플레이트(4)의 중앙부에 마련된 삼각 형상의 연결부(45)에서 연결되어 있다. 부극(8)은, 이와 같이 각 분할 영역(A1, A2, A3)의 부의 스파이럴형 전극(18, 28, 38)이 플레이트(4)의 중앙부의 연결부(45)에서 연결된 것이다.
리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 직경(φ)은, 이웃하는 정극(6)과 부극(8)의 전극간 거리(d)와 동일하거나 그보다 크다(φ≥d). 또한, 정극(6)의 선폭(w)은, 부극(8)의 선폭(w)과 동일하다. 선폭(w)과 전극간 거리(d)의 합(w+d)은, 1 ㎜ 이상 4 ㎜ 이하가 바람직하다. 전극간 거리(d)는, 2 ㎜ 이하가 바람직하다. 각 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 직경(φ)은, 1 ㎜ 이상이 바람직하다.
다음에, 정전 척(2)의 사용예에 대해서 설명한다. 정전 척(2)은, 도시하지 않는 챔버에 배치되어 사용된다. 정전 척(2)의 웨이퍼 배치면(4a)에는, 원반형의 웨이퍼(W)가 배치된다. 웨이퍼(W)는 정극(6)과 부극(8) 사이에 전압이 인가됨으로써 정전력에 의해 웨이퍼 배치면(4a)에 흡착된다. 정전력으로서는, 쿨롱력, 그래디언트력, 존슨·라벡력을 들 수 있지만, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)가 절연물인 경우는 주로 그래디언트력에 의해 웨이퍼(W)는 웨이퍼 배치면(4a)에 흡착된다. 그래디언트력을 얻기 위해서는, 선폭(w)이나 전극간 거리(d)를 될 수 있는 한 작게 하는 것이 바람직하다. 웨이퍼 배치면(4a)에 웨이퍼(W)를 흡착한 상태에서, 챔버의 내부를 소정의 진공 분위기(또는 감압 분위기)가 되도록 설정하고, 챔버의 천장면에 마련된 도시하지 않는 샤워 헤드로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 플레이트(4)에 매설된 도시하지 않는 RF 전극과 샤워 헤드 사이에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다.
이상 설명한 본 실시형태의 정전 척(2)에 따르면, 정극(6) 및 부극(8)은 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 둘레를 원호형으로 회피할 필요가 없어, 전극 패턴의 규칙성을 양호하게 유지할 수 있고, 전극 배치의 밀도차도 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 배치면(4a) 내에서의 흡착력의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 직경(φ)은, 전극간 거리(d)와 동일하거나 그보다 크다. 이 경우, 이웃하는 정극(6)과 부극(8) 사이에 리프트 핀 구멍을 마련하고자 하면, 정극(6) 및 부극(8) 중 적어도 한쪽은 리프트 핀 구멍과 간섭하기 때문에, 리프트 핀 구멍을 우회해야 한다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일 없이, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지의 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에 있어서, 플레이트(4)를 두께 방향으로 관통하는 가스 공급 구멍을 복수 마련하여도 좋다. 가스 공급 구멍은, 열전도용의 가스(예컨대 He 가스)를 웨이퍼(W)의 이면에 공급하기 위한 것이며, 그 직경은 전극간 거리(d)보다 작은 것으로 한다. 이에 의해, 가스 공급 구멍은, 이웃하는 정극(6)과 부극(8) 사이에 마련할 수 있다.
전술한 실시형태에 있어서, 플레이트(4)에 히터 전극(저항 발열체)을 매설하고, 히터 전극에 공급하는 전력을 제어함으로써 웨이퍼(W)의 온도를 제어하여도 좋다. 또한, 플레이트(4)를 복수의 존으로 나누어, 존마다 독립된 히터 전극을 마련하여도 좋다. 이렇게 하면, 존마다 온도를 제어할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)의 직경(φ)은, 전극간 거리(d)와 동일하거나 그보다 크다고 하였지만, 전극간 거리(d)보다 작아도 좋다. 직경(φ)이 전극간 거리(d)보다 작아도, 이웃하는 정극(6)과 부극(8) 사이에 리프트 핀 구멍을 마련하는 것이 어려운 경우에는, 본 발명을 적용하는 의의가 있다.
전술한 실시형태에서는, 본 발명의 관통 구멍으로서 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)을 예시하였지만, 특별히 리프트 핀 구멍에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 앞에 나타낸 가스 공급 구멍을 본 발명의 관통 구멍으로 하여도 좋다. 특히, 이웃하는 정극(6)과 부극(8)의 전극간 거리(d)가 작은 경우에는, 가스 공급 구멍을 이웃하는 정극(6)과 부극(8) 사이에 마련할 수 없는 경우가 있기 때문에, 가스 공급 구멍을 본 발명의 관통 구멍으로서 채용하는 의의가 있다.
전술한 실시형태에 있어서, 정극(6)을 부극, 부극(8)을 정극으로 하여도 좋다. 그 경우, 부의 스파이럴형 전극부는 플레이트(4)의 외주부에서 연결되고, 정의 스파이럴형 전극부는 플레이트(4)의 중앙부에서 연결된다.
전술한 실시형태에 있어서, 정전 척(2)의 플레이트(4)의 이면[웨이퍼 배치면(4a)과는 반대측의 면]에 금속제의 냉각판을 부착하여도 좋다. 냉각판의 내부에는, 냉매 유로를 마련하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 플레이트(4)의 형상을 원형으로 하였지만, 특별히 원형에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 직사각형이나 정사각형 등으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 플레이트(4)에 3개의 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)을 마련한 경우를 예시하였지만, 리프트 핀 구멍을 4개 이상 마련하여도 좋다. 예컨대 리프트 핀 구멍을 4개 마련하는 경우, 분할 영역은 4개가 되고, 그 형상은 중심각이 약 90°인 부채형이 된다.
전술한 실시형태에서는, 3개의 리프트 핀 구멍(10, 20, 30)을 플레이트(4)의 동심원상에 등간격으로 마련하였지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 3개의 리프트 핀 구멍을 플레이트(4)의 동심원으로부터 벗어난 위치에 마련하거나 플레이트(4)의 동심원상에 다른 간격으로 마련하거나 하여도 좋다.
본 출원은 2019년 3월 18일에 출원된 일본국 특허 출원 제2019-050246호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용의 전부가 본 명세서에 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명은 예컨대 반도체 제조 프로세스 중에 정전력을 이용하여 웨이퍼를 흡착 유지하는 데 이용 가능하다.
2 : 정전 척 4 : 플레이트
4a : 웨이퍼 배치면 6 : 정극
8 : 부극 10, 20, 30 : 리프트 핀 구멍
16, 26, 36 : 정의 스파이럴형 전극부 16a, 26a, 36a : 정극 기점
16b, 26b, 36b : 정극 종점
18, 28, 38 : 부의 스파이럴형 전극부 18a, 28a, 38a : 부극 기점
18b, 28b, 38b : 부극 종점 41, 42, 43, 45 : 연결부
106 : 정극의 빗살 108 : 부극의 빗살
110 : 리프트 핀 구멍 A1, A2, A3 : 분할 영역
W : 웨이퍼

Claims (4)

  1. 웨이퍼 배치면을 갖는 세라믹스제의 플레이트와,
    상기 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과,
    상기 플레이트에 마련되며, 정전력을 발생시키기 위한 정부(正負) 한 쌍의 전극
    을 구비한 정전 척으로서,
    상기 플레이트는, 상기 관통 구멍의 수로 가상적으로 분할된 분할 영역을 갖고,
    상기 정부 한 쌍의 전극은, 상기 분할 영역마다, 상기 관통 구멍에 근접하는 정극 기점 및 부극 기점의 각각으로부터 상기 분할 영역의 전체에 고루 미치도록 병행으로 마련된 정부 한 쌍의 스파이럴형 전극부를 갖고,
    상기 정부 한 쌍의 전극 중 정극은, 각 분할 영역의 정의 스파이럴형 전극부를 상기 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 한쪽에서 연결한 것이고,
    상기 정부 한 쌍의 전극 중 상기 부극은, 각 분할 영역의 부의 스파이럴형 전극부를 상기 플레이트의 중앙부 및 외주부 중 어느 다른쪽에서 연결한 것인 정전 척.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍의 직경은, 이웃하는 상기 정극과 상기 부극의 전극간 거리보다 큰 것인 정전 척.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정극의 선폭은 상기 부극의 선폭과 동일한 것인 정전 척.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항엥 있어서, 상기 플레이트는 원형이고,
    상기 복수의 관통 구멍은 상기 플레이트의 동심원상에 등간격으로 마련되고,
    상기 분할 영역은, 상기 플레이트의 반경 방향의 선분에 의해 상기 플레이트를 상기 관통 구멍의 수로 등분한 영역인 것인 정전 척.
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