KR20220012590A - 정전척 제조 방법 및 재생 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조 방법은, 하부 유전층을 형성하는 단계, 하부 유전층 위에 상부 유전층을 형성하는 단계를 포함하고, 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되고, 상부 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법은, 정전 전극을 포함하는 정전척을 재생하는 방법으로서, 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계, 제거된 상부 표면 위에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착으로 유전층을 코팅하는 단계 및 코팅된 유전층에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정전척 제조 방법 및 재생 방법{FABRICATION AND REGENERATION METHOD OF ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명은 정전척 제조 방법 및 재생 방법에 관한 것이다.
반도체 제조를 위한 기판 처리 장치에서 챔버 내에 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 유지하기 위해 정전척(Electrostatic chuck, ESC)이 사용된다. 정전척 내에 내장된 정전 전극에 전압을 인가함으로써 발생되는 정전기력(Electrostatic force)에 의해 기판이 정전척 표면에 흡착 고정된다. 정전척은 정전 전극 외에 기판 가열을 위한 히터를 포함한다.
정전척은 통상 알루미나(Alumina) 등의 세라믹 재질로 형성되며, 정전 전극 및 히터가 내장되도록 하기 위해 복수의 세라믹 플레이트들을 접합한 형태로 제작된다. 즉, 테이프 캐스팅(Tape casting)에 의해 제작된 복수의 세라믹 플레이트들을 소결 및 접합하여 복수의 세라믹 플레이트의 접합체로서 제작된다. 복수의 세라믹 플레이트들을 접합하기 전에 정전 전극 및 히터 패턴을 코팅 형성함으로써, 정전척 내에 정전 전극 및 히터가 내장될 수 있다.
정전척은 냉매 유로를 포함한 금속 재질의 베이스 플레이트 위에 본딩층을 매개로 접착된다. 정전척 내에 포함된 히터 및 베이스 플레이트 내에 포함된 냉매 유로에 의해 정전척에 흡착 고정된 기판의 온도가 조절된다. 기판과 베이스 플레이트 사이의 열전달을 위해 기판 배면을 향해 헬륨(He) 등의 열전달 가스가 공급될 수 있으며, 이를 위해 베이스 플레이트 및 정전척에는 열전달 가스가 공급되도록 하기 위한 가스 공급홀이 형성될 수 있다. 또한, 기판의 배면과 접하는 정전척의 표면에는 가스 공급홀을 통해 공급된 열전달 가스의 이동 통로를 제공하는 엠보싱 패턴이 형성된다. 정전척 표면의 엠보싱 패턴은 비드 블라스팅(Bead blasting)이나 샌드 블라스팅(Sand blasting)과 같은 표면 가공 방법에 의해 형성될 수 있다.
한편 정전척의 표면에 기공이 존재하는 경우 플라즈마 및 공정 가스 분위기의 기판 처리 환경에서 정전척의 국부적인 표면 식각이 발생하는 원인이 될 수 있다. 이러한 국부적 표면 식각은 기판 온도 균일성에 영향을 미칠 수 있으며, 엠보싱 패턴의 높이 불균일을 발생시킴으로 인해 열전달 가스 누설의 원인이 될 수도 있다. 또한, 표면 기공의 전하 트랩 현상에 의해 기판의 디척킹이 원활하게 이루어지지 않는 문제도 있다.
테이프 캐스팅 및 소결에 의해 제조되는 일반적인 정전척의 경우 표면 기공이 상당량 존재한다. 또한, 표면 엠보싱 패턴 형성을 위한 표면 가공 과정에서 이러한 표면 기공이 증가되는 문제가 있다.
또한, 위와 같은 표면 기공에 의한 정전척의 전반적인 성능 저하가 발생하게 되면, 베이스 플레이트로부터 정전척을 제거하고, 상술한 방식으로 정전척을 다시 제조하여 베이스 플레이트에 접착하여야 한다. 이로 인해 많은 시간과 비용이 소모된다는 문제가 있다.
KR 10-2020-0042330 A (2020.04.23)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 표면 기공률이 낮아 성능 저하가 억제되고 라이프 타임이 크게 개선된 정전척 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 정전척의 성능 저하가 발생하여 교체가 필요한 경우 상대적으로 적은 시간 및 비용으로 정전척을 재생할 수 있는 정전척 재생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 정전척 제조 방법은, 하부 유전층을 형성하는 단계, 하부 유전층 위에 상부 유전층을 형성하는 단계를 포함하고, 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되고, 상부 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 유전층은, 제1 하부 유전층, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층을 포함하고, 제1 하부 유전층과 제2 하부 유전층 사이에는 히터 패턴이 형성되고, 제2 하부 유전층과 제3 하부 유전층 사이에는 정전 전극이 형성될 수 있다.
또한, 제1 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되고, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상부 유전층을 형성하는 단계 전에, 하부 유전층 표면에 요철 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 유전층을 형성하는 단계는, 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 상부 유전층을 코팅하는 단계 및 상부 유전층 표면에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 엠보싱 패턴을 형성하는 단계는, 엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 상부 유전층의 일부를 가린 상태에서, 노출된 상부 유전층 부분을 표면 가공 방법에 의해 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 상기 엠보싱 패턴을 형성하는 단계는, 엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 상부 유전층의 일부를 가린 상태에서, 노출된 상부 유전층 부분에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 유전층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상부 유전층은 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 이트리아(Y2O3), 사파이어(사파이어), 옥시불화이트륨(YOF; yttrium oxifluoride) 또는 알루미나(Al2O3) 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대는, 금속 재질의 베이스 플레이트, 베이스 플레이트에 탑재되는 정전척을 포함하고, 정전척은 하부 유전층 및 그 위에 형성된 상부 유전층을 포함하고, 상부 유전층의 기공율이 하부 유전층의 기공율에 비해 낮은 것을 특징으로 한다.
이때, 하부 유전층은 제1 하부 유전층, 히터 패턴, 제2 하부 유전층, 정전 전극, 제3 하부 유전층 순으로 적층된 구조이고, 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이고, 상부 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성된 것일 수 있다.
또한, 제1 하부 유전층은 소결에 의해 형성된 것이고, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이며, 제1 하부 유전층과 베이스 플레이트는 접착층에 의해 접착된 것일 수 있다.
또는, 제1 하부 유전층, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이며, 제1 하부 유전층은 베이스 플레이트 위에 직접 형성된 것일 수 있다.
본 발명은, 이러한 기판 지지대에 기판을 지지한 상태에서 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치를 개시하며, 플라즈마 처리는 기판을 200℃ 이상의 고온으로 가열한 상태에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법은, 정전 전극을 포함하는 정전척을 재생하는 방법으로서, 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계, 제거된 상부 표면 위에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착으로 유전층을 코팅하는 단계 및 코팅된 유전층에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계는, 정전 전극이 노출되지 않는 범위에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 정전척의 상부 표면 일부를 제거한 후 정전 전극 위로 남아있는 유전층의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 유전층을 코팅하는 단계에서 코팅되는 유전층의 두께는, 상기 측정된 정전 전극 위로 남아있는 유전층의 두께와, 정전척의 규격을 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 하부 유전층 위에 물리 기상 증착 또는 에어로졸 증착으로 상부 유전층을 형성함으로써 표면 기공률이 낮아 성능 저하가 억제되고 라이프 타임이 크게 개선된 정전척 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 정전척의 성능 저하가 발생하여 교체가 필요한 경우 정전척의 유전층 일부를 제거하고 물리 기상 증착 또는 에어로졸 증착으로 유전층을 다시 증착함으로써 상대적으로 적은 시간 및 비용으로 정전척을 재생할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 유전층 형성 단계의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부 유전층 형성 단계의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 정전척이 탑재된 기판 지지대의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 설명은 구체적인 실시예를 포함하지만, 본 발명이 설명된 실시예에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조 방법의 흐름도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 유전층 형성 단계의 흐름도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부 유전층 형성 단계의 흐름도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 정전척이 탑재된 기판 지지대의 단면도이다. 도 4의 (a)는 후술하는 제1 하부 유전층이 소결로 형성되는 경우, 도 4의 (b)는 제1 하부 유전층이 대기 플라즈마 용사로 형성되는 경우의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조 방법은, 하부 유전층을 형성하는 단계(S110) 및 하부 유전층 위에 상부 유전층을 형성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 이때, 하부 유전층(10)은 제1 하부 유전층(11), 제2 하부 유전층(13) 및 제3 하부 유전층(15)을 포함할 수 있다. 제1 하부 유전층(11)은 소결 또는 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospheric plasma spray)에 의해 형성하고, 제2 하부 유전층(13) 및 제3 하부 유전층(15)은 대기 플라즈마 용사에 의해서 형성할 수 있다. 또한, 상부 유전층(20)은 물리기상증착(PVD; Physical Vapor Deposition) 또는 에어로졸 증착(AD; Aerosol Deposition)에 의해 형성할 수 있다.
하부 유전층을 형성하는 단계(S110)를 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 하부 유전층을 형성하는 단계(S110)는, 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 제1 하부 유전층을 형성하는 단계(S111), 제1 하부 유전층 상에 히터 패턴을 형성하는 단계(S112), 히터 패턴이 형성된 제1 하부 유전층 상에 대기 플라즈마 용사에 의해 제2 하부 유전층을 코팅하는 단계(S113), 제2 하부 유전층 상에 정전 전극을 형성하는 단계(S114), 정전 전극이 형성된 제2 하부 유전층 상에 대기 플라즈마 용사에 의해 제3 하부 유전층을 코팅하는 단계(S115) 및 제3 하부 유전층 표면에 요철 구조를 형성하는 단계(S116)를 포함할 수 있다.
제1 하부 유전층을 형성하는 단계(S111)는 하부 유전층(10) 중 베이스 플레이트(200)에 접하는 하부 유전층 부분을 형성하는 단계로, 소결 또는 대기 플라즈마 용사를 사용할 수 있다. 소결은 테이프 캐스팅 및 소결 공정을 통해 플레이트 형태로 가공하여 제1 하부 유전층(11)을 형성하는 단계일 수 있다. 제1 하부 유전층(11)이 소결로 형성되는 경우, 이후 단계에서 제1 하부 유전층(11)은 실리콘(Silicone) 등의 접착층(300)을 이용하여 베이스 플레이트(200)에 접착될 수 있다(도 4(a) 참조). 여기서 베이스 플레이트(200)에 접착되는 단계는 정전척 제조가 완료된 이후일 수 있다.
또는 제1 하부 유전층(11)은 대기 플라즈마 용사로 형성될 수도 있다. 즉, 베이스 플레이트(200) 상에 대기 플라즈마 용사에 의해 제1 하부 유전층(11)을 직접 코팅 형성할 수 있다. 이 경우 베이스 플레이트(200)에 직접 코팅되므로 접착층은 생략될 수 있다(도 4(b) 참조). 정전척과 베이스 플레이트의 접착을 위해 일반적으로 사용되는 실리콘(Silicone) 재질의 접착층은 고온에서의 열안정성이 문제가 될 수 있는데, 제1 하부 유전층을 대기 플라즈마 용사로 직접 코팅하는 경우에는 접착층을 생략할 수 있으므로 고온 플라즈마 공정용 정전척으로 특히 적합할 수 있다.
한편, 제1 하부 유전층(11)은 소결 및 대기 플라즈마 용사가 조합된 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 소결에 의해 형성된 유전체 플레이트 표면에 대기 플라즈마 용사에 의해 추가로 유전층을 코팅함으로써, 제1 하부 유전층(11)을 형성할 수 있다.
제1 하부 유전층(11)은 알루미나(Alumina) 소재로 형성할 수 있다.
제1 하부 유전층 형성 후에는 그 표면에 히터 패턴(30)을 형성할 수 있다(S112). 히터 패턴(30)은 도전성 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 히터 패턴(30)은 저항 가열식 히터를 구성할 수 있다. 히터 패턴(30)에 미도시한 급전선을 연결하여 전류가 흐르게 함으로써 정전척(100)에 흡착 고정된 기판이 소정 온도로 가열되도록 할 수 있다.
히터 패턴(30) 형성 후에는 제2 하부 유전층(13)을 코팅할 수 있다(S113). 제2 하부 유전층(13)은 대기 플라즈마 용사에 의해 알루미나를 코팅하여 형성될 수 있다. 제2 하부 유전층(13)은 히터 패턴(30)과 정전 전극(40)이 절연되도록 하는 기능을 할 수 있다.
제2 하부 유전층(13) 상에는 정전 전극(40)을 형성할 수 있다(S114). 정전 전극(40)은 도전성 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정전 전극(40)에 미도시한 급전선을 통해 직류 전원을 연결하고 직류 전압을 인가함으로써 기판을 흡착 고정하기 위한 정전기력을 발생시킬 수 있다.
정전 전극(40) 형성 후에는 제3 하부 유전층(15)을 코팅할 수 있다(S115). 제3 하부 유전층(15)은 대기 플라즈마 용사에 의해 알루미나를 코팅하여 형성될 수 있다.
제3 하부 유전층(15) 표면에는 후술하는 상부 유전층(20)과의 결합력을 향상시키기 위해 요철 구조를 형성할 수 있다(S116). 요철 구조의 일부 확대도를 도 4에 표시하였다. 요철 구조는 샌드 블라스팅 등의 표면 가공 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
하부 유전층(10)의 두께는 전체 정전척(100)의 두께를 고려하여 결정할 수 있다. 후술하는 상부 유전층(20)의 경우 수 내지 수십 마이크로미터 범위의 얇은 두께로 형성되므로, 정전척(100)의 대부분의 두께는 하부 유전층(10)에 의해 형성될 수 있다. 대기 플라즈마 용사법은 두꺼운 유전층을 형성하기에 적합할 수 있다.
도 3을 참조하여 상부 유전층 형성 단계를 설명하면, 상부 유전층 형성 단계(S120)는, 하부 유전층(10) 위에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 상부 유전층을 코팅하는 단계(S121) 및 상부 유전층 표면에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.
상부 유전층을 코팅하는 단계(S121)는 요철 구조가 형성된 제3 하부 유전층(15) 상에 수 내지 수십 마이크로미터 범위의 유전층을 코팅하는 단계이다. 바람직하게는, 상부 유전층(20)의 코팅 두께는 1~20 마이크로미터 범위일 수 있다. 상부 유전층(20)은 낮은 기공율의 유전층 코팅이 가능한 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 코팅된다. 물리기상증착에 의하면 기공율이 실질적으로 0%의 유전층을 형성할 수 있고, 에어로졸 증착에 의하면 약 0.5%의 낮은 기공율을 갖는 유전층을 형성할 수 있다. 물리기상증착은 스퍼터링(Sputtering), 열 증발(Thermal Evaporation), 전자빔 증발(E-beam Evaporation) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상부 유전층(20)은 하부 유전층(10)과 동일한 소재로 형성할 수도 있고, 보다 내식각성이 높은 다른 소재로 형성할 수도 있다. 예시적으로, 상부 유전층(20)은 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 이트리아(Y2O3), 사파이어(사파이어), 옥시불화이트륨(YOF; yttrium oxifluoride) 또는 알루미나(Al2O3) 소재로 형성될 수 있다.
상부 유전층(20)의 표면에는 열전달 가스의 통로로 사용되는 엠보싱 패턴을 형성하는 단계를 수행할 수 있다(S122). 엠보싱 패턴은 샌드 블라스팅, 비드 블라스팅과 같은 표면 가공 방법에 의해 형성될 수 있다. 엠보싱 패턴은 엠보싱 패턴 마스크로 상부 유전층(20)의 일부를 가린 상태에서 표면 가공을 함으로써 형성할 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크는 엠보싱 패턴에서 오목부가 형성되는 부분이 개방되고, 볼록부가 형성되는 부분이 가려진 마스크일 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크의 개방된 부분에 해당하는 상부 유전층 표면이 샌드 블라스팅 등의 공정에 의해 제거되어 엠보싱 패턴이 형성될 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 엠보싱 패턴을 형성할 경우, 설계된 대로의 균일한 엠보싱 패턴을 형성할 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크는 포토레지스트에 의해 형성될 수 있으며, 엠보싱 패턴 형성 후 엠보싱 패턴 마스크는 제거될 수 있다.
엠보싱 패턴이 형성되는 상부 유전층(20)은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성되므로, 샌드 블라스팅과 같은 표면 가공을 수행하여 엠보싱 패턴을 형성하는 공정을 진행하여도 낮은 기공률이 유지될 수 있다.
또는 엠보싱 패턴은 엠보싱 패턴 마스크로 상부 유전층(20)의 일부를 가린 상태에서 물리기상증착 또는 에어로졸 증착을 수행함으로써 형성할 수도 있다. 이때 엠보싱 패턴 마스크는 엠보싱 패턴에서 볼록부가 형성되는 부분이 개방되고, 오목부가 형성되는 부분이 가려진 마스크일 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크의 개방된 부분에 해당하는 상부 유전층 표면에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 추가로 유전층이 증착되어 엠보싱 패턴이 형성될 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 엠보싱 패턴을 형성할 경우, 설계된 대로의 균일한 엠보싱 패턴을 형성할 수 있다. 엠보싱 패턴 마스크는 포토레지스트에 의해 형성될 수 있으며, 엠보싱 패턴 형성 후 엠보싱 패턴 마스크는 제거될 수 있다. 특히, 엠보싱 패턴을 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 증착하는 방법으로 형성할 경우, 엠보싱 패턴을 형성하기 위해 샌드 블라스팅 등의 표면 가공을 실시하지 않아도 되므로, 표면 가공 중에 표면 기공이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조 방법에 따르면, 엠보싱 패턴이 형성되는 상부 유전층(20)은 기공율이 낮은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성함으로써, 플라즈마 및 공정 가스 분위기의 기판 처리 환경에서 정전척의 표면이 국부적으로 식각되는 현상을 최소화할 수 있다. 이로 인해 기판 온도 균일성 등 정전척의 전반적인 성능 저하가 억제되고 라이프 타임이 크게 개선되도록 할 수 있다. 또한, 표면 기공이 최소화됨으로써 기공에 전하가 트랩됨으로 인해 기판의 디척킹이 잘 이루어지지 않는 문제가 최소화될 수 있다.
이와는 달리, 소결이나 대기 플라즈마 용사에 의해 정전척을 제조하는 경우 표면 기공이 상대적으로 많이 형성되고, 특히 엠보싱 패턴 형성을 위한 표면 가공을 실시하는 경우 표면의 유전층의 기공률이 높아질 수 있다. 이로 인해 공정 가스 분위기의 기판 처리 환경에서 정전척의 국부적인 표면 식각이 발생할 수 있다. 이는 정전척의 전반적인 성능 저하를 유발하여 라이프 타임을 단축시키는 원인이 될 수 있다.
또한, 상부 유전층을 알루미나보다 내식각성이 우수한 소재로 형성하는 것에 의해, 정전척의 성능 저하 및 라이프 타임 단축 문제를 보다 개선시킬 수 있다.
또한, 상부 유전층 형성 전에 요철 구조를 먼저 형성함으로써, 상부 유전층과 하부 유전층의 결합력을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 하부 유전층을 대기 플라즈마 용사로만 형성하는 경우, 금속 재질의 베이스 플레이트 위에 직접 하부 유전층 및 상부 유전층을 코팅하여 정전척을 형성할 수 있으므로, 정전척과 베이스 플레이트 사이의 접착층을 제거하여 고온 플라즈마 공정에 특히 적합한 정전척을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전척(100)이 탑재된 기판 지지대(1)는 플라즈마 처리 장치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼에 소정의 식각 공정을 진행하기 위한 플라즈마 식각 장치에서 반도체 웨이퍼를 흡착 고정한 상태로 지지하는 기판 지지대로 사용될 수 있다. 이때 정전척(100)에 내장된 정전 전극에 직류 전압을 인가하여 기판을 정전기력에 의해 흡착 고정하고, 히터 패턴(30)에 전력을 인가하여 기판을 소정 온도로 가열하면서 기판 처리를 진행할 수 있다. 기판은 200℃ 이상의 고온으로 가열될 수 있다.
기판 지지대(1)의 베이스 플레이트(200)에는 냉매가 흐르는 냉매 유로가 포함될 수 있다. 또한, 기판 후면을 향해 열전달 가스를 공급하기 위한 가스 공급홀이 베이스 플레이트(200) 및 정전척(100)을 관통하여 형성될 수 있다. 가스 공급홀을 통해 기판 후면으로 공급되는 열전달 가스에 의해 기판 온도가 제어될 수 있다.
한편, 기판 처리 회수가 증가함에 따라 정전척(100)의 열화가 진행될 수 있다. 구체적으로는, 플라즈마에 의한 국부적인 식각에 의해 엠보싱 패턴의 높이 균일도가 저하될 수 있다. 이로 인해 기판에 대한 흡착력이 저하될 수 있고, 기판 위치에 따른 온도 균일도가 저하될 수 있으며, 기판 후면으로 공급되는 열전달 가스의 누설이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법에 따르면, 이처럼 열화된 정전척을 베이스 플레이트(200)에서 제거하지 않고 재생하는 것이 가능하다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 정전척 재생 방법은, 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계(S210), 유전층을 코팅하는 단계(S220), 엠보싱 패턴을 형성하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.
먼저 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계(S210)는 손상된 엠보싱 패턴을 연마 등의 방법으로 제거하고 정전척 표면을 다시 평평하게 하는 단계이다. 이때, 정전척의 상부 표면의 제거는 정전 전극이 노출되지 않는 범위에서 진행될 수 있다. 바람직하게는, 하부 유전층(10)이 제거되지 않는 범위에서 진행될 수 있다. 즉, 실질적으로 상부 유전층(20)만 제거되거나, 상부 유전층(20)의 일부 두께만 제거되도록 수행될 수 있다.
상부 표면의 일부를 제거하여 정전척 표면을 평평하게 한 후에는, 유전층을 코팅하는 단계(S220)를 수행한다. 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 증착할 수 있다. 이때 유전층을 증착하는 두께는 정전척의 규격과 S210 단계에서 상부 표면을 제거한 후에 정전 전극 위로 남아있는 유전층의 두께를 고려하여 결정할 수 있다.
예를 들어, 정전 전극 위로 100 마이크로미터의 유전층이 형성되는 것이 정전척의 규격이고, S210 단계에서 상부 표면을 제거한 후 측정한 결과 정전 전극 위로 80 마이크로미터의 유전층이 남아 있는 경우, S220 단계에서 코팅하는 유전층의 두께는 20 마이크로미터일 수 있다.
유전층을 코팅하는 단계(S220)를 수행한 후에는, 다시 엠보싱 패턴을 형성하는 단계(S230)를 수행할 수 있다. 엠보싱 패턴을 형성하는 단계(S230)는 도 3의 엠보싱 패턴 형성 단계(S122)에서 설명한 것과 동일한 방법을 사용할 수 있다.
이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 실시예일뿐이며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 각 실시예들은 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.
100: 기판 처리 장치
110: 기판 지지 유닛
120: 약액 공급 유닛
130: 약액 회수 유닛
140: 레이저 조사 유닛
141: 레이저 생성 부재
148: 펄스 제너레이터
170: 온도 측정 부재
180: 제어부

Claims (16)

  1. 하부 유전층을 형성하는 단계;
    상기 하부 유전층 위에 상부 유전층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되고,
    상기 상부 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 유전층은, 제1 하부 유전층, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층을 포함하고,
    상기 제1 하부 유전층과 제2 하부 유전층 사이에는 히터 패턴이 형성되고,
    상기 제2 하부 유전층과 제3 하부 유전층 사이에는 정전 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되고,
    상기 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 유전층을 형성하는 단계 전에, 상기 하부 유전층 표면에 요철 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 유전층을 형성하는 단계는,
    물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 상부 유전층을 코팅하는 단계 및 상부 유전층 표면에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엠보싱 패턴을 형성하는 단계는,
    엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 상부 유전층의 일부를 가린 상태에서, 노출된 상부 유전층 부분을 표면 가공 방법에 의해 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 엠보싱 패턴을 형성하는 단계는,
    엠보싱 패턴 마스크를 사용하여 상부 유전층의 일부를 가린 상태에서, 노출된 상부 유전층 부분에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 유전층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 유전층은 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 이트리아(Y2O3), 사파이어(사파이어), 옥시불화이트륨(YOF; yttrium oxifluoride) 또는 알루미나(Al2O3) 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.
  9. 금속 재질의 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 탑재되는 정전척;
    을 포함하는 기판 지지대로서,
    상기 정전척은 하부 유전층 및 그 위에 형성된 상부 유전층을 포함하고,
    상기 상부 유전층의 기공율이 상기 하부 유전층의 기공율에 비해 낮은 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 유전층은 제1 하부 유전층, 히터 패턴, 제2 하부 유전층, 정전 전극, 제3 하부 유전층 순으로 적층된 구조이고,
    상기 하부 유전층은 소결 또는 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이고,
    상기 상부 유전층은 물리기상증착 또는 에어로졸 증착에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 하부 유전층은 소결에 의해 형성된 것이고, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이며,
    상기 제1 하부 유전층과 상기 베이스 플레이트는 접착층에 의해 접착된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 하부 유전층, 제2 하부 유전층 및 제3 하부 유전층은 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 것이며,
    상기 제1 하부 유전층은 상기 베이스 플레이트 위에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  13. 제12항의 기판 지지대에 기판을 지지한 상태에서 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 플라즈마 처리는 기판을 200℃ 이상의 고온으로 가열한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 정전 전극을 포함하는 정전척을 재생하는 방법으로서,
    정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계;
    상기 제거된 상부 표면 위에 물리기상증착 또는 에어로졸 증착으로 유전층을 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 유전층에 엠보싱 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 정전척 재생 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 정전척의 상부 표면 일부를 제거하는 단계는,
    상기 정전 전극이 노출되지 않는 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 정전척 재생 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정전척의 상부 표면 일부를 제거한 후 정전 전극 위로 남아있는 유전층의 두께를 측정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 유전층을 코팅하는 단계에서 코팅되는 유전층의 두께는, 상기 측정된 정전 전극 위로 남아있는 유전층의 두께와, 정전척의 규격을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 정전척 재생 방법.
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