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KR100920132B1 - Electrostatic chuck with detachable ring and manufacturing method thereof - Google Patents

Electrostatic chuck with detachable ring and manufacturing method thereof Download PDF

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KR100920132B1
KR100920132B1 KR1020030000509A KR20030000509A KR100920132B1 KR 100920132 B1 KR100920132 B1 KR 100920132B1 KR 1020030000509 A KR1020030000509 A KR 1020030000509A KR 20030000509 A KR20030000509 A KR 20030000509A KR 100920132 B1 KR100920132 B1 KR 100920132B1
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South Korea
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lower electrode
insulating film
sheet
ring
electrode
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안호갑
서현우
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주식회사 코미코
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Abstract

본 발명은 분리 가능한 링을 갖는 정전척에 관한 것으로, 실리콘 계통의 접착제를 이용하여 시트와 접착되며 상기 상부 전극과 동일한 재질의 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성된 상부 전극과, 상기 상부 전극의 외주 부분에 형성되어 상기 정전척으로부터 분리 가능한 링으로서, 상기 링의 표면에는 절연막이 양극산화 또는 용사 코팅법을 이용하여 형성된, 상기 분리 가능한 링과, 상기 시트의 최 상단 표면에 형성된 절연 코팅층을 갖는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an electrostatic chuck having a detachable ring, the lower electrode of the same material as the upper electrode, bonded to the sheet using a silicone-based adhesive, the upper electrode formed on the lower electrode, A ring formed on an outer circumferential portion and separable from the electrostatic chuck, the surface of the ring having an insulating coating formed on the top surface of the sheet, wherein the insulating ring is formed using anodization or thermal spray coating; It is characterized by.

분리 가능한 링, 정전척, 절연 코팅층.Detachable ring, electrostatic chuck, insulation coating.

Description

분리 가능한 링을 갖는 정전척 및 그 제조 방법{Electro Static Chuck having a separable ring and Fabricating method of the same}Electrostatic Chuck having a separable ring and Fabricating method of the same}

도 1은 본 발명에 따른 정전척의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck in accordance with the present invention.

도 2는 종래의 하드 아노다이징(Hard Anodizing) 처리된 정전척의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a conventional hard anodizing electrostatic chuck.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100, 200: 정전척 201: 하부 전극100, 200: electrostatic chuck 201: lower electrode

202:상부 전극 209: 시트
202: upper electrode 209: sheet

본 발명은 반도체 및 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 제조 장치 중 전공정 장비인 에쳐(Etcher), 씨브이디(Chemical Vapor Deposition) 장비에 사용되는 정전척(Electro-Static Chuck;ESC) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 반응 생성물이나 플라즈마(Plasma)에 의해 데미지(Damage)가 심한 공정에 적용하기 적합하며, 장수명화 및 데미지를 방지할 수 있는 분리 가능한 링을 갖는 정전척 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrostatic chuck (ESC) and a method of manufacturing the same, which are used in the Etcher, the Chemical Vapor Deposition equipment, which are the preprocessing equipment, in the semiconductor and liquid crystal display manufacturing apparatus. In particular, the present invention relates to an electrostatic chuck having a detachable ring suitable for application to a process with high damage by a reaction product or plasma, and which can prevent long life and damage and a method of manufacturing the same. will be.

종래 기술은 크게 탑사이드 메카니컬 클램핑(Top-Side Mechanical Clamping) 기술과 정전 클램핑(Electro-Static Clamping)기술이 있으며, 현재 주종을 이루는 것은 정전척 시스템(Electro-Static Chuck System)으로서, 본 발명에서는 이 시스템 위주로 종래 기술을 표현하고자 한다. The prior art is largely Top-Side Mechanical Clamping technology and Electro-Static Clamping technology, the main current is the Electro-Static Chuck System, in the present invention The prior art will be expressed mainly on the system.

정전 클램핑 방식은 단일 웨이퍼(Single Wafer)처리 장치에서 균일하게 웨이퍼를 안정적으로 척킹(Chucking)하거나 균일한 온도 제어를 위해 정전력(Electro-Static Force)으로써 주로 쿨롱힘(Coulomb force)과 존슨 라벡힘(Johnsen-Rahbek force)을 이용한다. 이러한 전기적 흡착력을 얻기 위해 웨이퍼와 하부 전극은 평행 평판형 커패시터 구조를 가지게 된다. The electrostatic clamping method is mainly Coulomb force and Johnson Lavecque, with electrostatic stabilization for stable chucking of wafers in a single wafer processing device or for uniform temperature control. (Johnsen-Rahbek force) is used. In order to obtain such electrical attraction force, the wafer and the lower electrode have a parallel plate capacitor structure.

2개의 전극으로는, 웨이퍼가 놓이는 전극(하부 전극이라고도 함)과 웨이퍼 자체가 전극으로 사용되는 것이 있으며 그 중간에 커패시터 절연 물질로써 반도체 또는 절연체의 물질을 필요한 두께 만큼 코팅을 한다. 존슨 라벡힘을 사용할 시에는 웨이퍼와 접촉하는 절연 물질의 표면 조도가 힘(force)에 영향을 크게 미친다.Two electrodes include an electrode on which a wafer is placed (also referred to as a lower electrode) and the wafer itself is used as an electrode, and in the middle, the semiconductor or insulator material is coated with a necessary thickness as a capacitor insulating material. When using Johnson Lavecque, the surface roughness of the insulating material in contact with the wafer greatly affects the force.

정전척은 전기적인 힘을 이용하는 것이므로 전기 회로적으로 완벽하게 구성되어야 정상적으로 작동되기 때문에 전원과 접지와의 연결을 위해서는 플라즈마를 도체로써(실제 개념으로는 저항의 개념으로 사용) 이용하여 웨이퍼 척킹과 디척킹(dechucking)을 수행한다.Since the electrostatic chuck uses electrical force, it must be perfectly configured in electrical circuit to operate normally. For connection between power and ground, plasma is used as a conductor (actually as the concept of resistance). Dechucking is performed.

반도체 웨이퍼의 가공 시에는 반도체 웨이퍼 상에 열에너지가 발생하기 때문에 이 열에너지를 효율적으로 방출하지 못하면 반도체 웨이퍼가 국부적 팽창 및 변형을 일으킨다. 따라서 가공 중에 발생한 열을 척(Chuck)장치를 통해 방출하고 반도체 온도 분포를 균일하게 하는 것이 매우 중요하다.Since thermal energy is generated on the semiconductor wafer during the processing of the semiconductor wafer, failure to release the thermal energy efficiently causes the semiconductor wafer to locally expand and deform. Therefore, it is very important to release heat generated during processing through the chuck device and to make the semiconductor temperature distribution uniform.

종래의 정전척 장치(100)는 도 2에 도시하는 바와 같이 하드 아노다이징(Hard Anodizing)된 금속 기판(101; 이하 하부 전극이라 칭함) 상에 접착제층(102)이 있고 그 위에 세라믹이나 고분자 계통의 절연판(103)을 적층한다. 그 다음, 상기 절연판(103) 위에 차례로, 접착제층(104), 금속 박판으로 이루어지는 상부 전극층(105), 접착제층(106)을 적층하고 마지막으로 정전력의 성능을 좌우하는 절연체층(107)이 적층된다. 여기서, 참조번호 108은 웨이퍼이다.The conventional electrostatic chuck device 100 has an adhesive layer 102 on a hard anodized metal substrate 101 (hereinafter referred to as a lower electrode) as shown in FIG. The insulating plate 103 is laminated. Then, the insulator layer 107 is laminated on the insulating plate 103 in order, the adhesive layer 104, the upper electrode layer 105 made of a metal thin plate, the adhesive layer 106, and finally affects the performance of the electrostatic force. Are stacked. Here, reference numeral 108 denotes a wafer.

정전척(100)의 흡착력은 코팅 물질의 두께, 코팅 물질의 유전율 및 인가 전압에 의해 직접적으로 영향을 받으며, 특히, 코팅 물질은 특정 전압에 의해 저항으로서의 기능을 상실하는 전기적인 파괴 전압(Breakdown Voltage)을 가지고 있으므로 파괴 전압 이하로 인가 전압을 제어하는 것이 필수적이다.The adsorption force of the electrostatic chuck 100 is directly affected by the thickness of the coating material, the dielectric constant of the coating material and the applied voltage, and in particular, the coating material loses its function as a resistance by a specific voltage. It is essential to control the applied voltage below the breakdown voltage.

절연층(107) 위에 웨이퍼(108)가 정전력에 의해 흡착되며 하부 전극(101) 내에는 하부 전극(101)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 냉각수 또는 부동액이 일정한 온도 및 유량으로 흐르도록 설계된다.The wafer 108 is adsorbed by the electrostatic force on the insulating layer 107 and the cooling water or the antifreeze is designed to flow at a constant temperature and flow rate in the lower electrode 101 to maintain a constant temperature of the lower electrode 101. .

종래 기술에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(108)가 반송 시스템에 의해 처리 챔버(Process Chamber; 도시하지 않음)로 반입되어 필요한 공정을 진행하기 위해 가스(109)가 유량 제어 시스템(일반적으로 MFC; 도시하지 않음)에 의해 처리 챔버에 유입되며 진공펌프(111)와 처리 챔버 중간에 연결되어 있는 압력 조절 장치(110)에 의해 설정된 압력을 유지한다. 웨이퍼(108) 배면에 전기적 흡착력을 발생시키기 위해 직류 전력이 직류 전원(112)으로부터 발생되어 상부 전극층(105)에 인가된다. 직류 전력이 인가됨에 따라 절연 코팅 물질들(103,107)의 분극 현상이 발생하며 이 분극 현상은 코팅재의 재질, 인가 전압, 코팅 두께, 코팅 물질의 유전율, 표면 조도 등에 의해 좌우된다. 흡착력은 상술한 항목 뿐만 아니라, 웨이퍼(108) 면적, 챔버내 압력, 온도, 백 프레스(Back Press), 접촉면의 편평도 등에 의해서 크게 좌우 되므로, 이에 관련된 많은 변수를 가지고 있다.More specifically with respect to the prior art, as shown in FIG. 2, the wafer 108 is loaded into a process chamber (not shown) by the transfer system to allow the gas 109 to proceed with the necessary process. Is introduced into the process chamber by a flow control system (generally MFC; not shown) and maintains the pressure set by the pressure regulator 110 connected between the vacuum pump 111 and the process chamber. DC power is generated from the DC power supply 112 and applied to the upper electrode layer 105 in order to generate an electrical attraction force on the back surface of the wafer 108. As the DC power is applied, the polarization of the insulating coating materials 103 and 107 occurs, and the polarization phenomenon depends on the material of the coating material, the applied voltage, the coating thickness, the dielectric constant of the coating material, the surface roughness, and the like. Adsorption force is greatly dependent not only on the above-mentioned items but also on the wafer 108 area, the pressure in the chamber, the temperature, the back press, the flatness of the contact surface, and the like.

사용되는 정전척킹 방식에 따라 그리고 사용되는 코팅 재질에 따라 플라즈마 형성을 위한 전기적 에너지로써 RF 전력(113) 및 웨이퍼 배면 냉각용 냉각 가스(Cooling Gas; 일반적으로 헬륨을 사용)를 동시에 또는 순차적으로 인가한다.Depending on the electrostatic chucking method used and the coating material used, RF power 113 and cooling gas for cooling the wafer backside (generally using helium) are applied simultaneously or sequentially as electrical energy for plasma formation. .

전기적 에너지인 RF는 하부 전극(101)에 인가되어 하부 전극(101) 위에 형성된 다양한 층의 절연체를 통과하여 전달된다. 전달된 RF 에너지에 의해 이온과 전자로 분리된 가스를 매개로 한 플라즈마에 의해 웨이퍼(108)와 하부 전극(101)은 쿨롱힘 또는 존슨 라벡힘을 이용해 척킹이 이루어진다.RF, which is electrical energy, is applied to the lower electrode 101 and passed through various layers of insulators formed on the lower electrode 101. The wafer 108 and the lower electrode 101 are chucked using Coulomb force or Johnson Lavec force by a gas-mediated plasma separated into ions and electrons by the transmitted RF energy.

플라즈마가 계속 존재하는 상태에서는 흡착력이 코팅 재료의 특성에 따라 유지되며 공정 진행 완료 후 플라즈마가 오프(OFF) 되기 전후에 흡착용 직류 전력과 웨이퍼 배면 냉각용 냉각 가스가 오프된다. 하지만 전기적 회로의 개방이 이루어졌지만 코팅 재료의 분극 현상이 완벽하게 없어지지는 않는데, 그 이유는 실질적으로 저항이 무한대인 재료는 존재하지 않기 때문이다. 따라서, 웨이퍼 배면에 존재하는 잔류 전하를 제거하기 위해 직류 전력 인가 없이 플라즈마 만을 이용하여 잔류 전하를 중성화 시켜 제거하는 제전 단계를 추가로 사용한다.In the state where the plasma is still present, the adsorption force is maintained according to the characteristics of the coating material, and the adsorption DC power and the cooling gas for cooling the wafer back are turned off before and after the plasma is turned off after the completion of the process. However, although the electrical circuit has been opened, the polarization of the coating material is not completely eliminated because there is no material with substantially infinite resistance. Therefore, in order to remove the residual charge present on the back of the wafer, an antistatic step of neutralizing and removing the residual charge using only the plasma without applying DC power is further used.

따라서, 상술한 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.Therefore, the above-described prior art has the following problems.

1. 하부 전극(101)과 시트(Sheet;114)의 재질이 달라 열팽창계수에서 차이가 있기 때문에, 온도 상승, 하강에 따른 스트레스(Stress)로 균열 발생의 우려가 있고 시트(114)의 휘어짐 등이 발생할 수 있다.1. Since the materials of the lower electrode 101 and the sheet (Sheet) are different, and there is a difference in the coefficient of thermal expansion, there is a risk of cracking due to stress caused by temperature rise and fall, and the sheet 114 is bent or the like. This can happen.

2. 시트(114) 측면에 접착제를 사용하므로 플라즈마에 지속적으로 노출되면 아킹(arcing) 등에 의해 정전척(100)의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 다른 식각 부품의 수명도 단축시키는 문제가 있다.2. Since the adhesive is used on the side of the sheet 114, there is a problem that not only shortens the life of the electrostatic chuck 100 by arcing, but also shortens the life of other etching components.

3. 웨이퍼(108)가 안착되는 상측면의 외주 부위는 플라즈마 상태의 활성화된 이온 및 래디컬(Radical)에 식각되어 파티클(Particle) 발생 및 불균일한 식각율에 의한 공정 불량을 야기할 수 있다.3. The outer circumferential portion of the upper surface on which the wafer 108 is seated may be etched by the activated ions and radicals in the plasma state to cause process defects due to particle generation and uneven etching rate.

4. 절연층이 다층이므로 교류인 RF 전력과 직류인 DC 전력의 전기 접속이 매우 복잡하여 유전율 차이에 의해 전력 투과율이 영향을 많이 받는다.4. Since the insulation layer is multi-layered, the electrical connection between the alternating current RF power and the direct current DC power is very complicated, so the power transmittance is affected by the dielectric constant difference.

5. 하부 전극(101)과 상부 전극(105) 사이의 절연성을 높이기 위해 여러 개의 절연성 필름이 적층되어 있으므로 반도체 웨이퍼(108)의 열이 하부 전극(101)으로 전달되기가 어려워 웨이퍼(108)의 온도 조절 기능이 떨어진다.5. Since a plurality of insulating films are stacked to increase the insulation between the lower electrode 101 and the upper electrode 105, it is difficult for heat of the semiconductor wafer 108 to be transferred to the lower electrode 101. Inadequate temperature control.

6. 도 2에 도시된 바와 같이, 금속박판으로 이루어지는 상부 전극(105)이 있는 부분과 존재하지 않는 부분과의 사이에서 웨이퍼(108) 흡착면에 상부 전극(105)의 두께에 의한 요철이 발생하고 요철부에는 웨이퍼(108)와 흡착면과의 사이에 공간이 발생하기 때문에 열전도도가 국부적으로 나빠진다.6. As shown in FIG. 2, unevenness occurs due to the thickness of the upper electrode 105 on the adsorption surface of the wafer 108 between the portion with and without the upper electrode 105 made of a metal thin plate. In the uneven portion, since a space is generated between the wafer 108 and the suction surface, the thermal conductivity deteriorates locally.

7. 접착제들을 작게 하면 열전도성이 개선되기는 하지만 충분한 절연성을 확보하기 위해서는 접착제의 두께를 50um이상으로 해야 할 경우도 생기기 때문에 두께 선정에 제약을 받는다.7. Smaller adhesives improve thermal conductivity, but the thickness of adhesives may be more than 50um to ensure sufficient insulation.

8. 접착제층으로 열경화성 수지를 사용할 경우, 재생을 위해서는 화학적 방법이 아닌 물리적 방법으로 제거해야 하므로 하부 전극(101) 등이 데미지를 받을 우려가 있다.8. When the thermosetting resin is used as the adhesive layer, the lower electrode 101 or the like may be damaged since the thermosetting resin should be removed by a physical method rather than a chemical method for regeneration.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로, 궁극적으로 정전척 장치의 열전도성 향상 및 열에 의한 수축, 팽창의 정합성 및 흡착면을 가지는 절연성 물질의 교환이 용이하도록 한 분리 가능한 링을 갖는 정전척 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, which ultimately improves the thermal conductivity of the electrostatic chuck device and facilitates the exchange of insulating materials having heat shrinkage, matching of expansion, and adsorption surfaces. An electrostatic chuck having a possible ring and a method of manufacturing the same are provided.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전척(200)은 크게 하부 전극(201)과 시트(209)로 이루어진다. 더 구체적으로는, 정전척(200)은 하부 전극(201)이 있으며 하부 전극(201)은 편평도가 유지되는 것을 사용하며 시트(209)의 최상단에는 얇은 절연 코팅층(207)이 형성되고, 이때 절연막들(203,204,205)의 형성은 양극산화 방법으로 하거나 용사 코팅 방법 중 어느 방법으로 시행 해도 무방하다. 단, 요구되는 절연 특성은 유지해 주어야 하며 통상적으로 1014Ω㎝이상이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck 200 according to the present invention largely includes a lower electrode 201 and a sheet 209. More specifically, the electrostatic chuck 200 uses a lower electrode 201 and the lower electrode 201 maintains flatness, and a thin insulating coating layer 207 is formed at the top of the sheet 209, wherein the insulating film The formation of the fields 203, 204, and 205 may be performed by anodizing or any of spray coating methods. However, the required insulating properties should be maintained and usually 10 14 Ωcm or more is preferable.

직류 전원(212)이 인가되는 전도성 연결봉(208)은 전도성이 양호하고 그 표면에 절연막을 만들기 쉬운 재질이면 되며 통상적으로 알루미늄이 사용된다. 또한, 이 연결봉(208)은 스크류 타입(Screw Type)으로 분리 가능하게 정전척(200)에 장착된다. 상기 상부 전극(202)표면에는 절연막(203)을 형성한다. 절연막(203) 형성 방법은 양극 산화 또는 용사 코팅법을 적용한다. 상부 전극(202)의 배면은 하부 전극(201)과 전기적 접촉이 이루어져야 하므로 표면 조도나 물리적 특성이 그리 중요하지 않지만, 웨이퍼가 놓이게 될 부분(즉, 절연코팅층(207)의 상면) 아래에 형성된 절연막(203)은 표면조도 뿐만 아니라 절연특성과 내전압 등이 우수한 것이 바람직하므로 절연막(203)을 연마한다. 상기 절연막(203) 연마 방법은 연마 파우더를 사용하며, 이때 표면 조도 Ra는 0.1~0.8um를 유지할 수 있도록 한다. 그 다음 상기 절연막(203) 상에 절연 코팅층(207)을 형성한다. 직류 전원(212)을 상부 전극(202)에 독립적으로 연결하기 위해 전도성 연결봉(208)을 도 1에 도시된 바와 같이 설치한다. 전도성 연결봉(208) 주위는 전기적 절연 및 열팽창 계수를 고려하여 하부 전극(201)의 모재와 열팽창 계수가 비슷한 절연성 플라스틱 물질을 사용하여 절연시킨다. 정전척(200)의 측면을 보호하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 분리 가능한 링(206)을 제작하여 상부 전극(202)의 외주부분에 끼운다. 상기 분리 가능한 링(206)은 열팽창 계수가 정전척(200)과 동일해야 하므로 동일한 소재를 사용하고 상기 링(206)은 원형의 전도성 물질에 절연막(205)을 형성하여 이루어진다.The conductive connecting rod 208 to which the DC power supply 212 is applied may be made of a material having good conductivity and easy to form an insulating film on its surface, and aluminum is usually used. In addition, the connecting rod 208 is mounted to the electrostatic chuck 200 detachably in a screw type. An insulating film 203 is formed on the surface of the upper electrode 202. The insulating film 203 is formed by anodizing or thermal spray coating. Since the back surface of the upper electrode 202 has to be in electrical contact with the lower electrode 201, surface roughness and physical properties are not important, but an insulating film formed under the portion where the wafer is to be placed (that is, the top surface of the insulating coating layer 207). The insulating film 203 is polished because 203 preferably has excellent surface roughness as well as excellent insulation characteristics, withstand voltage, and the like. The insulating film 203 polishing method uses a polishing powder, wherein the surface roughness Ra is to maintain 0.1 ~ 0.8um. Next, an insulating coating layer 207 is formed on the insulating film 203. A conductive connecting rod 208 is installed as shown in FIG. 1 to independently connect the DC power supply 212 to the upper electrode 202. The conductive connecting rod 208 is insulated using an insulating plastic material having a similar thermal expansion coefficient to the base material of the lower electrode 201 in consideration of electrical insulation and thermal expansion coefficient. In order to protect the side surface of the electrostatic chuck 200, a detachable ring 206 is manufactured as shown in FIG. 1 and inserted into an outer circumferential portion of the upper electrode 202. Since the detachable ring 206 must have the same thermal expansion coefficient as that of the electrostatic chuck 200, the same material is used, and the ring 206 is formed by forming an insulating film 205 in a circular conductive material.

상기 링(206)은 전기적으로는 하부 전극(201) 및 상부 전극(202)과 절연되어 있으며 플라즈마가 형성된 다음에는 플라즈마 내의 활성화된 이온이나 래디컬들에 대한 블록킹(blocking) 기능으로 작용하여 정전척(200)의 측면을 보호한다. The ring 206 is electrically insulated from the lower electrode 201 and the upper electrode 202. After the plasma is formed, the ring 206 serves as a blocking function for activated ions or radicals in the plasma, thereby preventing the electrostatic chuck ( Protect the sides of the 200).                     

계속해서, 본 발명의 동작에 대해 구체적으로 설명하고자 한다.Subsequently, the operation of the present invention will be described in detail.

도 1을 참조하면, 본 발명에 있어서, 웨이퍼(도시하지 않음)가 처리 챔버(도시하지 않음)에 반송 시스템(도시하지 않음)에 의해 반입되고 요구되는 공정을 진행하기 위해 가스가 유량제어 시스템(일반적으로 MFC;도시하지 않음)에 의해 처리 챔버에 유입되며 진공 펌프(도시하지 않음)와 처리 챔버 중간에 연결되어 있는 압력 조절 장치에 의해 설정된 압력을 유지하기 위해 밸브가 작동하는 것은 종래 기술에 공지되어 있다.Referring to FIG. 1, in the present invention, a wafer (not shown) is loaded into a processing chamber (not shown) by a conveying system (not shown) and gas is flowed into a flow control system (not shown). It is generally known in the art that the valve is operated by MFC (not shown) to operate in order to maintain the pressure set by a vacuum pump (not shown) and a pressure regulator connected between the processing chamber and a vacuum pump (not shown). It is.

웨이퍼 뒷면에 전기적 흡착력을 발생시키기 위해 직류 전력이 직류 전원(212)으로부터 발생되어 연결봉(208)을 통해 상부 전극(202)에 인가된다. 흡착되는 대상은 반도체 웨이퍼 뿐만 아니라 도전성 또는 반도전성을 가지는 재질이면 어떤 것도 흡착이 가능하다. 흡착력을 유지시키는 절연막(203) 및 절연 코팅층(207)은 단순히 도전성 금속을 양극산화 시키거나 용사 코팅으로 도포한 것을 그대로 사용함에 따라 구조가 간단하고 동일한 모재를 사용함에 따라 열팽창 계수 차이에 의한 휘어짐을 근본적으로 방지할 수 있다.DC power is generated from the DC power supply 212 and applied to the upper electrode 202 through the connecting rod 208 to generate an electrical attraction force on the back surface of the wafer. The object to be adsorbed can be adsorbed not only on the semiconductor wafer but also on a material having conductivity or semiconductivity. The insulating film 203 and the insulating coating layer 207 that maintain the adsorption force are simply anodized or coated with a thermal spray coating, and the structure is simple, and the bending due to the difference in thermal expansion coefficient is achieved by using the same base material. It can be prevented fundamentally.

웨이퍼 흡착 표면은 필요에 따라서는 방사형이나 이와 유사한 형태의 그루브(Groove)를 형성하여 열매개체의 흐름을 도울 수 있다. The wafer adsorption surface can form radial or similar grooves as needed to aid the flow of the fruit medium.

드라이 에치와 같은 공정은 웨이퍼 온도 조절이 핵심 포인트이므로 웨이퍼와 접촉되는 표면에 다양한 형태의 냉각 가스가 흐르면서 열을 조절하는 기능을 하며 정전척(200)의 또 다른 기능은 온도 조절뿐만 아니라 웨이퍼의 오정렬(Misalign)방지 및 웨이퍼를 확실히 고정시키기 위한 기능으로도 적용한다. 이러한 경우는 필요한 정전력만 얻으면 되므로 정전척 제조가 그렇게 복잡할 필요가 없다.In the process such as dry etching, the wafer temperature control is a key point, so that various types of cooling gas flow on the surface in contact with the wafer to control heat, and another function of the electrostatic chuck 200 is not only temperature control but also misalignment of the wafer. It is also applied as a function to prevent misalignment and to secure the wafer. In this case, the electrostatic chuck manufacture does not have to be so complicated, since only the required static power is obtained.

웨이퍼와 접촉하는 표면은 연마에 의해 표면 조도를 간단히 조절할 수 있고, 두께 또한 쉽게 접착층 없이 조절할 수 있다. 또한 플라즈마와 같이 혹독한 환경에서 정전척(200)을 보호하기 위해 정전력과 크게 무관한 분리 가능한 링(206)을 삽입함에 의해 정전력의 열화를 막을 수 있으며 링은 분리 가능하도록 하여 분리 및 신품 장착이 용이하도록 해 놓았다. 열 팽창 계수를 고려하여 상기 링(206) 재질은 시트(209) 및 하부 전극(201)과 동일한 재질이 선호된다.The surface in contact with the wafer can be simply adjusted by the surface roughness by polishing, and the thickness can also be easily adjusted without the adhesive layer. In addition, to protect the electrostatic chuck 200 in a harsh environment such as plasma, by inserting a detachable ring 206 that is not significantly related to electrostatic power, deterioration of electrostatic power can be prevented. I have made this easy. In consideration of the coefficient of thermal expansion, the ring 206 material is preferably the same material as the sheet 209 and the lower electrode 201.

하부 전극(201) 및 시트(209)와 링(206)의 접합을 위해 사용된 접착제층(210,211)은 열에 의한 완충 기능을 할 수 있도록 필러(Filler)가 삽입된 젤리형 실리콘 접착제 계통을 적용한다. 본 발명자의 실험에 의하면 실리콘 접착제의 점성은 20~50Pa.s 정도의 것이 실용적이며 열전도도는 15W/mk의 것이 적당하다.The adhesive layers 210 and 211 used for the bonding between the lower electrode 201 and the sheet 209 and the ring 206 apply a jelly-type silicone adhesive system in which a filler is inserted to function as a thermal buffer. . According to the experiments of the present inventors, the viscosity of the silicone adhesive is practically about 20 to 50 Pa · s and the thermal conductivity is suitably 15 W / mk.

이상으로, 본 발명에 대해 설명하였지만, 본 발명 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 많은 응용이 가능함을 알아야 한다.While the present invention has been described above, those skilled in the art should appreciate that many other applications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention.

상술한 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the above configuration, the following effects can be obtained.

1. 시트를 제조하기 위해 여러 종류의 절연물질을 접착층을 통해 적층할 필요가 없다. 유전율과 열팽창 계수가 다른 여러 물질이 혼합될 경우 정전력의 안정성에 치명적인 오류를 발생시킬 수 있기 때문이다. 1. It is not necessary to laminate several kinds of insulating materials through the adhesive layer to manufacture the sheet. Mixing materials with different dielectric constants and coefficients of thermal expansion can cause fatal errors in the stability of electrostatic forces.                     

2. 웨이퍼를 지지하는 하부 전극과 웨이퍼를 정전력으로 흡착하는 시트 및 측면의 플라즈마 등에 의한 데미지를 대신 받아주는 링 등은 동일 재질의 물질을 적용하므로 제조가 쉽고 열전도성의 정합이 완벽하게 이루어진다. 따라서, 온도의 상승, 하강에 따른 균열 등의 문제를 근본적으로 해결할 수 있고 휘어짐 등의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.2. The lower electrode supporting the wafer, the sheet that absorbs the wafer with electrostatic force, and the ring that receives damage by plasma etc. on the side apply the same material, so it is easy to manufacture and perfect thermal conductivity is achieved. Therefore, it is possible to fundamentally solve problems such as cracks due to temperature rise and fall, and fundamentally solve problems such as warpage.

3. 하부 전극, 시트 및 링을 별도 제작하여 조립하므로 특정 부품 마모나 손상시 교체가 원활하다.3. The lower electrode, seat, and ring are manufactured separately and assembled, so it is easy to replace when certain parts are worn or damaged.

4. 접착제로는 분리가 용이한 실리콘 계통의 것을 사용하고 열의 분포를 균일하게 해 주기 위해 금속 볼 형태의 필러를 삽입한다.4. Use a silicone-based easy-to-separator adhesive and insert a filler in the form of a metal ball to even out the heat distribution.

5. 정전력은 정전층의 상부 두께 및 표면조도 등 정전력을 좌우하는 변수로 단순화 되어 있기 때문에 제조 및 개량이 용이하다.5. The electrostatic power is easy to manufacture and improve because it is simplified to variables that influence the electrostatic power such as the top thickness and surface roughness of the electrostatic layer.

6. 하부 전극과 시트 및 링은 동일한 열팽창 계수를 가지고 있기 때문에 하부 전극과 시트의 스트레스(응력)을 최소화할 수 있다.6. Since the lower electrode, the sheet and the ring have the same coefficient of thermal expansion, the stress (stress) of the lower electrode and the sheet can be minimized.

7. 시트 표면의 절연막은 양극산화나 용사 코팅 등에 의해 쉽게 제조가 가능하므로 제조기간 및 정전력 조절이 용이하다.7. The insulating film on the sheet surface can be easily manufactured by anodization or thermal spray coating, so it is easy to control the manufacturing period and electrostatic power.

8. 시트 표면을 필요에 따라 가공함에 의해 냉각 가스의 흐름을 조절하기가 용이하다.8. It is easy to control the flow of cooling gas by processing the sheet surface as needed.

Claims (9)

상부 표면에 양극 산화 또는 용사 코팅을 이용하여 절연막이 형성된 하부 전극;A lower electrode having an insulating film formed on the upper surface by using anodization or thermal spray coating; 상기 하부 전극의 절연막 상에 배치되며, 상부 전극 및 상기 상부 전극의 전체 표면에 양극 산화 또는 용사 코팅을 이용하여 형성된 절연막을 포함하는 시트;A sheet disposed on the insulating layer of the lower electrode, the sheet including an insulating layer formed on the entire surface of the upper electrode and the upper electrode by using anodization or thermal spray coating; 상기 시트의 외주 부분을 둘러싸도록 상기 하부 전극 상에 배치되며, 양극산화 또는 용사 코팅을 이용하여 전체 표면에 절연막이 형성된 링; 및A ring disposed on the lower electrode to surround the outer circumferential portion of the sheet and having an insulating film formed on the entire surface by using anodization or thermal spray coating; And 상기 시트의 최상단 표면에 형성된 절연 코팅층을 포함하되,Including an insulating coating layer formed on the top surface of the sheet, 상기 링과 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극이 서로 동일한 재질로 이루어지며, 상기 링의 절연막과 상기 하부 전극의 절연막 및 상기 상부 전극의 절연막이 서로 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척.And the ring, the lower electrode, and the upper electrode are made of the same material, and the insulating film of the ring, the insulating film of the lower electrode, and the insulating film of the upper electrode are made of the same material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 상부 전극과 연결된 전극 연결봉을 더 포함하며, 상기 전극 연결봉은 스크류 타입으로 형성되어 상기 하부 전극을 통해 상기 상부 전극을 향하여 체결되는 것을 특징으로 하는 정전척.The electrostatic chuck of claim 1, further comprising an electrode connecting rod connected to the upper electrode, wherein the electrode connecting rod is formed in a screw type and fastened toward the upper electrode through the lower electrode. 제1항에 있어서, 상기 링, 상기 하부 전극 및 상기 시트 간의 상호 접합은 열팽창 계수가 동일한 접착제를 사용하는 것을 특징으로 하는 정전척.The electrostatic chuck of claim 1, wherein the mutual bonding between the ring, the lower electrode, and the sheet uses an adhesive having the same coefficient of thermal expansion. 제6항에 있어서, 상기 접착제는 실리콘 젤리형 접착제로서 그 점성이 20~50Pa.s 범위이고 열전도도는 1~5W/mk 인 것을 특징으로 하는 정전척.7. The electrostatic chuck of claim 6, wherein the adhesive is a silicone jelly adhesive and has a viscosity in the range of 20 to 50 Pa · s and a thermal conductivity of 1 to 5 W / mk. 제7항에 있어서, 상기 실리콘 젤리형 접착제에는 금속형 필러가 삽입된 것을 특징으로 하는 정전척.8. The electrostatic chuck of claim 7, wherein the silicone jelly adhesive has a metal filler inserted therein. 상부 표면에 양극 산화 또는 용사 코팅을 이용하여 절연막이 형성된 하부 전극을 마련하는 단계;Providing a lower electrode having an insulating film formed on the upper surface by using anodization or thermal spray coating; 상부 전극 및 상기 상부 전극의 전체 표면에 양극 산화 또는 용사 코팅을 이용하여 형성된 절연막을 포함하는 시트를 상기 하부 전극 상에 형성하는 단계;Forming a sheet on the lower electrode, the sheet including an upper electrode and an insulating film formed on the entire surface of the upper electrode by using anodization or thermal spray coating; 양극 산화 또는 용사 코팅을 이용하여 전체 표면에 절연막이 형성된 링을 상기 시트의 외주 부분을 둘러싸도록 상기 하부 전극 상에 형성하는 단계; 및Forming a ring having an insulating film over its entire surface using an anodization or a thermal spray coating on the lower electrode to surround the outer circumferential portion of the sheet; And 상기 시트의 최상단 표면에 절연 코팅층을 형성하는 단계를 포함하되,Forming an insulating coating on the top surface of the sheet; 상기 링과 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극이 서로 동일한 재질로 이루어지며, 상기 링의 절연막과 상기 하부 전극의 절연막 및 상기 상부 전극의 절연막이 서로 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척 제조 방법.And the ring, the lower electrode, and the upper electrode are made of the same material, and the insulating film of the ring, the insulating film of the lower electrode, and the insulating film of the upper electrode are made of the same material.
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