KR20230028158A - 베이스 플레이트 및 기판 고정 장치 - Google Patents
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Abstract
베이스 플레이트는 일 표면 및 일 표면의 반대측의 타 표면을 가지고 있다. 정전척이 일 표면 상에 장착될 수 있다. 베이스 플레이트는 내부에 마련된 냉매 유로를 포함한다. 냉매 유로의 내벽은 냉매가 흐르는 방향과 교차하는 방향으로 종단면에서 볼 때 일 표면을 향하여 볼록한 상면을 구비한다. 상면 상에는 요철이 형성된다.
Description
본 발명은 베이스 플레이트 및 기판 고정 장치에 관한 것이다.
종래에 있어서, IC, LSI 등의 반도체 소자를 제조할 때 사용되는 성막 장치(예를 들면 CVD 장치, PVD 장치 등) 및 플라스마 에칭 장치는 웨이퍼를 진공 처리 챔버에 정확하게 유지하기 위한 스테이지를 구비한다.
이러한 스테이지로서, 예를 들면 베이스 플레이트에 장착된 정전척에 의해 흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 및 유지하도록 구성되는 기판 고정 장치가 제안되어 있다. 베이스 플레이트에는 예를 들어 웨이퍼를 냉각하기 위한 냉매 유로가 내부에 마련된다. 예를 들어, 웨이퍼의 냉각 효율을 향상시키기 위해, 냉매 유로의 측면에 요철을 제공하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 베이스 플레이트는 정전척이 장착되는 측의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 비제한적인 실시예들의 양태는 정전척이 장착되는 측의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 베이스 플레이트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 일 표면 및 일 표면의 반대측의 타 표면을 가진 베이스 플레이트가 제공된다. 일 표면 상에는 정전척이 장착될 수 있다. 베이스 플레이트는 내부에 마련된 냉매 유로를 포함한다. 냉매 유로의 내벽은 냉매가 흐르는 방향과 교차하는 방향으로 종단면에서 볼 때 일 표면을 향하여 볼록한 상면을 구비한다. 상면 상에는 요철이 형성된다.
개시된 기술에 따르면, 정전척이 장착되는 측의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 베이스 플레이트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 냉매 유로 부근의 부분 확대도이다.
도 3은 본 실시예의 변형예에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 냉매 유로 부근의 부분 확대도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 냉매 유로 부근의 부분 확대도이다.
도 3은 본 실시예의 변형예에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 냉매 유로 부근의 부분 확대도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 구성을 갖는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다.
[기판 고정 장치(1)의 전체 구조]
도 1은 본 실시예에 따른 기판 고정 장치를 간략화하여 예시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 고정 장치(1)는 주요 구성 요소들, 베이스 플레이트(10), 접착층(20) 및 정전척(30)을 갖는다.
베이스 플레이트(10)는 일 표면(10a)과, 일 표면(10a)과 반대측의 타 표면(10b)을 가지며, 일 표면(10a) 측에 정전척(30)이 장착될 수 있다. 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a)과 타 표면(10b)은 실질적으로 평행하다.
베이스 플레이트(10)의 두께는, 예를 들어 약 20mm 내지 40mm이다. 베이스 플레이트(10)는 예를 들어 알루미늄 또는 티타늄으로 형성되며, 플라스마를 제어하기 위한 전극 등으로 사용될 수 있다. 베이스 플레이트(10)에 소정의 고주파 전력을 공급함으로써, 생성된 플라스마 상태의 이온 등을 정전척(30)에 흡착된 웨이퍼에 충돌시키는 에너지를 제어하여 에칭 처리를 효과적으로 수행할 수 있다.
베이스 플레이트(10)는 내부에 냉매 유로(15)를 갖는다. 냉매 유로(15)는 일단에 냉매 도입부(15a) 및 타단에 냉매 배출부(15b)를 갖는다. 냉매 유로(15)는 기판 고정 장치(1)의 외부에 마련된 냉매 제어 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 냉매 제어 장치(미도시)는 냉매 도입부(15a)로부터의 냉매(예를 들어, 냉각수, GALDEN 등)를 냉매 유로(15)로 도입하고, 냉매 배출부(15b)로부터 냉매를 배출할 수 있다. 냉매 유로(15)의 냉매를 순환시켜 베이스 플레이트(10)를 냉각함으로써, 정전척(30)에 흡착된 웨이퍼를 냉각할 수 있다.
베이스 플레이트(10)의 내부에는 정전척(30)에 흡착 유지된 웨이퍼를 냉각하기 위한 가스를 공급하도록 구성되는 가스 공급부가 마련될 수 있다. 가스 공급부는, 예를 들어 베이스 플레이트(10)에 형성된 구멍이다. 예를 들면, 기판 고정 장치(1)의 외부로부터 불활성 가스(예를 들면, He, Ar 등)를 가스 공급부에 도입함으로써, 정전척(30)에 흡착 유지된 웨이퍼를 냉각할 수 있다.
정전척(30)은 흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 유지하는 부품이다. 정전척(30)의 평면 형상은, 예를 들어 원형이다. 정전척(30)의 흡착 대상물이 되는 웨이퍼의 직경은, 예를 들면 8 인치, 12 인치, 18 인치 등이다. 참고로, '위에서 본'이라는 기재는 기체(base body)(31)의 재치면(31a)의 법선 방향에서 대상물을 본 것을 나타내고, '평면 형상'이라는 기재는 기체(31)의 재치면(31a)의 법선 방향에서 본 대상물의 형상을 나타낸다.
정전척(30)은 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a)에 장착된다. 접착층(20)은 예를 들어 실리콘계 접착제이다. 접착층(20)의 두께는, 예를 들어 약 0.1mm 내지 1.0mm이다. 접착층(20)은 베이스 플레이트(10)와 정전척(30)을 접합하는 효과 및 세라믹으로 이루어진 정전척(30)과 알루미늄 또는 티타늄으로 이루어진 베이스 플레이트(10) 사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 응력을 줄이는 효과를 갖는다.
정전척(30)은 기체(31)와 정전 전극(32)을 갖는다. 기체(31)의 상면은 흡착 대상물이 재치되는 재치면(31a)이다. 정전척(30)은, 예를 들면 존슨-라벡(Johnsen-Rahbeck) 타입 정전척이다. 그러나, 정전척(30)은 쿨롱 힘(Coulomb force) 타입의 정전척일 수도 있다.
기체(31)는 유전체 바디(dielectric body)이다. 기체(31)로서는, 예를 들면 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스가 사용된다. 기체(31)는 규소(Si), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y) 중에서 선택된 2 이상의 원소의 산화물을 보조제로 포함할 수 있다. 기체(31)의 두께는 예를 들어 약 5mm 내지 10mm이고, 기체(31)의 비유전율(kHz)은 예를 들어 약 9 내지 10이다.
정전 전극(32)은 박막 전극이며, 기체(31)에 매립되어 있다. 정전 전극(32)은 기판 고정 장치(1)의 외부에 마련된 전원에 접속되어, 전원으로부터 소정의 전압이 인가되면 정전기에 의해 정전 전극과 웨이퍼 사이에 흡착력을 발생시킨다. 이에 의해, 정전척(30)의 기체(31)의 재치면(31a) 상에 웨이퍼를 흡착 유지하는 것이 가능하다. 정전 전극(32)에 인가되는 전압이 높을수록, 흡착 유지력이 강해진다. 정전 전극(32)은 유니폴라 형상 또는 바이폴라 형상을 가질 수 있다. 정전 전극(32)의 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 등이 사용된다.
기체(31)의 내부에는 기판 고정 장치(1)의 외부로부터의 전압 인가에 의하여 발열하여 기체(31)의 재치면(31a)이 소정의 온도가 되게 가열하도록 구성되는 발열체가 마련될 수 있다.
[냉매 유로(15)의 내벽 형상]
도 2a 및 도 2b는 냉매 유로 부근의 부분 확대도로서, 도 2a는 도 1의 A 부분 확대도이고, 도 2b는 도 2a의 상면 부근 확대도이다.
도 1 및 도 2a, 도 2b를 참조하면, 냉매 유로(15)의 내벽은, 예를 들어 냉매가 흐르는 방향과 교차하는 방향의 종단면에서 볼 때 오각형 형상을 갖는다. 냉매 유로(15)의 내벽의 각각의 모서리는 R-형상 또는 모따기된 형상 등을 가질 수 있다. 참고로, 냉매가 흐르는 방향과 교차하는 방향의 종단면도는, 예를 들면 도 1 및 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이 냉매가 흐르는 방향과 직교하는 방향의 종단면도이다.
도 1 및 도 2a, 도 2b에 도시된 종단면도에서, 냉매 유로(15)의 내벽은 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a) 측을 향하여 볼록한 상면(151)과, 상면(151)보다 타 표면(10b) 측에 더 가깝게 위치된 저면(152)과, 상면(151)의 양단과 저면(152)의 양단을 연결하는 한 쌍의 측면들(153 및 154)을 포함한다. 냉매 유로(15)의 폭, 즉 서로 대향하는 측면(153)과 측면(154) 사이의 간격은, 예를 들어 약 1mm 내지 3mm이다. 냉매 유로(15)의 최대 높이는, 예를 들면 냉매 유로(15) 폭의 약 2 내지 3배이다.
상면(151)은 일 측면(153)의 일 단부와 연속되며 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a) 측 및 타 측면(154) 측에 접근하도록 경사진 제 1 경사면(151a)을 갖는다. 또한, 상면(151)은 타 측면(154)의 일 단부와 연속되며 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a) 측 및 일 측면(153) 측에 접근하도록 경사진 제 2 경사면(151b)을 갖는다.
제 2 경사면(151b)은 제 1 경사면(151a)과 교차하여 모서리(151c)를 형성한다. 모서리(151c)는 단면도에서 정점(apex)으로 바꾸어 표현될 수 있다. 제 1 경사면(151a)과 제 2 경사면(151b)의 교차 부분을 포함하는 상면(151)의 선단부는 예를 들어 뾰족하다. 그러나, 제 1 경사면(151a)과 제 2 경사면(151b)의 교차 부분을 포함하는 상면(151)의 선단부가 모서리(151c)와 같이 반드시 뾰족해야 하는 것은 아니며, 단면에서 볼 때 R-형상 또는 모따기된 형상을 가질 수도 있다. 즉, 단면에서 볼 때, 냉매 유로(15)에는 완전한 정점(clear apex)이 형성되지 않을 수도 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상면(151)에는 요철(15x)이 형성되어 있다. 상면(151) 상의 요철(15x)의 높이는, 예를 들어 0.05mm 이상 0.1mm 이하이다. 여기서, 요철(15x)의 높이는 JIS B 0601 2013에 규정된 Rz에 대응하는 것으로 가정한다. 참고로, JIS B 0601 2013은 조도 파라미터를 정의하고 있으며, ISO 4287 1997/Amendment1 2009에 대응한다. Rz는 지정된 거리 내에서 조도 프로파일의 가장 높은 피크와 가장 낮은 피크 사이의 수직 거리인 최대 피크 대 골(maximum peak to valley) 높이이다.
베이스 플레이트(10)는 바람직하게는 3D 메탈 프린터에 의해 제조된다. 종래에는, 금속 벌크를 기계 가공에 의해 절단하고, 절단된 금속을 납땜 등으로 접합함으로써 베이스 플레이트가 되는 금속에 냉매 유로가 형성된다. 그러나, 이 방법으로는 도 2b에 도시된 바와 같은 형상을 갖는 냉매 유로(15)의 볼록한 상면(151)에 요철(15x)을 형성하기 어렵다. 베이스 플레이트(10)를 3D 메탈 프린터로 제조함으로써, 도 2b에 도시된 바와 같이, 볼록한 상면(151) 상에 요철(15x)이 형성된 냉매 유로(15)를 용이하게 형성할 수 있다. 참고로, 3D 메탈 프린터에 의해 제조되는 베이스 플레이트(10)는 일체 성형품이며, 내부에 계면이 없다는 점에서 기존 베이스 플레이트와 다르다.
베이스 플레이트(10)는 저면(152) 및 측면들(153 및 154)에 요철이 형성되지 않으나, 제조 정밀도로 인해 요철이 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 저면(152)과 측면들(153 및 154)에 형성된 요철의 높이는 일반적으로 상면(151)에 형성되는 요철의 높이보다 낮다. 저면(152)과 측면들(153 및 154)에 형성되는 요철의 높이는 예를 들어 0.04mm 이하이다. 특히, 저면(152)에는 요철이 형성되기 어렵기 때문에, 저면(152)에 형성되는 요철의 높이는 측면들(153 및 154)에 형성되는 요철의 높이보다 일반적으로 낮다. 즉, 상면(151)의 조도는 저면(152)의 조도 및 측면들(153 및 154)의 조도보다 크다. 또한, 측면들(153 및 154)의 조도는 저면(152)의 조도보다 크다. 여기서, 각 표면의 조도의 크기는 JIS B 0601 2013에 규정된 Ra에 의해 비교되는 것으로 가정한다. Ra는 지정된 거리 내의 모든 조도 프로파일 값들로부터의 산술 평균인 산술 평균 조도 값이다. 또한, 저면(152) 및 측면들(153 및 154)은 요철이 없는 평탄면(flat surface)들일 수도 있다.
일 측면(153)의 일 단부와 타 측면(154)의 일 단부를 서로 연결하는 가상 선분(L1)을 정의하면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 경사면(151a), 제 2 경사면(151b) 및 가상 선분(L1)에 의해 정의되는 도형은 3개의 내각을 갖는다. 가상 선분(L1)과 제 1 경사면(151a)에 의해 형성되는 제 1 내각(θ1)의 각도는 바람직하게는 20도 이상 50도 이하, 보다 바람직하게는 25도 이상 45도 이하이다. 또한, 가상 선분(L1)과 제 2 경사면(151b)에 의해 형성되는 제 2 내각(θ2)의 각도는 바람직하게는 20도 이상 50도 이하, 보다 바람직하게는 25도 이상 45도 이하이다. 제 1 내각(θ1) 및 제 2 내각(θ2)을 이러한 각도들로 설정함으로써, 3D 금속 프린터에 의한 베이스 플레이트(10)의 제조가 용이해진다. 제 1 내각(θ1)의 각도와 제 2 내각(θ2)의 각도의 차의 절대값은, 예를 들어 0도 이상 10도 이하이다. 또한, 제 1 경사면(151a)과 제 2 경사면(151b)에 의해 형성되는 제 3 내각(θ3)은 예를 들어 둔각이다. 이러한 각도들을 설정함으로써, 3D 메탈 프린터에 의한 베이스 플레이트(10)의 제조가 용이해진다.
또한, 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)은 요철(15x)을 가지므로, 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)의 형상들은 JIS B 0601 2013에서 규정하는 Ra의 계산에 사용되는 평균선에 의해 표시되는 것으로 가정한다. 예를 들어, 평균선은 각각의 내각의 각도를 계산할 때 사용된다. 또한, 평균선이 곡선인 경우에는, 가상 선분(L1)의 양단 접선을 이용하는 것으로 가정한다.
제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)은 각각 평탄면 또는 곡면일 수 있다. 즉, 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)을 JIS B 0601 2013에 규정된 Ra의 계산에 사용되는 평균선들에 의해 나타낼 때, 이 평균선들은 각각 단면에서 볼 때 직선 또는 곡선일 수 있다. 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)이 평탄면에 가까울수록 3D 메탈 프린터에 의한 베이스 플레이트(10)의 제조가 용이해진다. 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)이 평면들인 경우, 제 1 경사면(151a), 제 2 경사면(151b) 및 가상 선분(L1)에 의해 정의되는 도형은 예를 들어 이등변 삼각형이다.
상술한 바와 같이, 기판 고정 장치(1)의 베이스 플레이트(10)에 있어서, 냉각 대상 웨이퍼에 가장 가까운 표면인 상면(151)은 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a)을 향하여 볼록한 형상을 가지며 냉매 유로(15)의 내벽 상면(151) 상에는 요철(15x)이 마련된다. 이에 의해, 냉매 유로(15)의 내벽과 냉각 대상인 웨이퍼에 가장 가까운 측의 냉매와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있어, 웨이퍼의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 경사면(151a) 및 제 2 경사면(151b)이 소정의 각도들로 기울어져 있어, 3D 메탈 프린터에 의한 베이스 플레이트(10)의 제조가 용이해진다.
이상, 바람직한 실시예 등을 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예 등에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 정의된 범위를 벗어나지 않고 상술한 실시예 등에 대해 다양한 변경 및 대체가 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 기판 고정 장치의 흡착 대상물로서, 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼 등) 외에 액정 패널 등의 제조 공정에 사용되는 유리 기판 등이 사용될 수도 있다.
예를 들어, 도 3 및 도 4a, 도 4b에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(15A)의 내벽은 베이스 플레이트(10)의 일 표면(10a) 측으로 볼록한 만곡 상면(151A)을 가질 수도 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 상면(151A)에는 요철(15xA)이 형성된다. 상면(151A) 상의 요철(15xA)의 높이는, 예를 들어 0.05mm 이상 0.1mm 이하이다.
Claims (10)
- 일 표면 및 상기 일 표면의 반대측의 타 표면을 갖는 베이스 플레이트로서, 상기 일 표면 상에는 정전척이 장착될 수 있고, 상기 베이스 플레이트는,
내부에 마련된 냉매 유로를 포함하며,
상기 냉매 유로의 내벽은 냉매가 흐르는 방향과 교차하는 방향으로 종단면에서 볼 때 상기 일 표면을 향해 볼록한 상면을 구비하고,
상기 상면 상에는 요철이 형성되어 있는, 베이스 플레이트. - 제 1 항에 있어서,
상기 종단면에서 볼 때, 상기 냉매 유로의 상기 내벽은,
상기 상면보다도 상기 타 표면에 더 가깝게 위치되는 하면과,
상기 상면의 양단과 상기 하면의 양단을 연결하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고,
상기 상면의 조도(roughness)는 상기 저면의 조도 및 상기 제 1 및 제 2 측면들의 조도보다 큰, 베이스 플레이트. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 측면들의 조도는 상기 저면의 조도보다 큰, 베이스 플레이트. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 종단면에서 볼 때, 상기 상면은,
상기 제 1 측면의 일 단부와 연속되며 상기 일 표면 및 상기 제 2 측면에 접근하도록 경사진 제 1 경사면과,
상기 제 2 측면의 일 단부와 연속되고 상기 일 표면 및 상기 제 1 측면에 접근하도록 경사지며 또한 상기 제 1 경사면과 연속되는 제 2 경사면을 구비하고,
상기 제 1 측면의 일 단부와 상기 제 2 측면의 일 단부를 서로 연결하는 가상의 선분을 정의할 때, 상기 제 1 경사면, 상기 제 2 경사면 및 상기 가상의 선분에 의해 정의되는 도형은 상기 가상 선분과 상기 제 1 경사면에 의해 형성되는 제 1 내각, 상기 가상 선분과 상기 제 2 경사면에 의해 형성되는 제 2 내각, 및 상기 제 1 경사면과 상기 제 2 경사면에 의해 형성되는 제 3 내각을 포함하는 3개의 내각을 갖고,
상기 제 1 내각의 각도는 20도 이상 50도 이하이며,
상기 제 2 내각의 각도는 20도 이상 50도 이하인, 베이스 플레이트. - 제 4 항에 있어서,
상기 종단면에서 볼 때, 상기 제 1 내각의 각도와 상기 제 2 내각의 각도 간의 차이의 절대값은 0도 이상 10도 이하인, 베이스 플레이트. - 제 4 항에 있어서,
상기 종단면에서 볼 때, 상기 제 3 내각은 둔각인, 베이스 플레이트. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 경사면과 상기 제 2 경사면은 평탄면(flat surface)들인, 베이스 플레이트. - 제 4 항에 있어서,
상기 종단면에서 볼 때, 상기 제 1 경사면과 상기 제 2 경사면의 교차 부분을 포함하는 상기 상면의 선단부가 뾰족한, 베이스 플레이트. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 일체 성형품이며 내부에 계면을 갖지 않는, 베이스 플레이트. - 기판 고정 장치로서,
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트의 일 표면에 장착된 정전척
을 포함하는, 기판 고정 장치.
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