KR101328492B1 - Regeneration method of electrostatic chuck using aerosol coating - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for regenerating an electrostatic chuck, and to a method for increasing the number of regeneration by preventing the variation of a distance from the surface of a dielectric layer to an electrode layer even though a regeneration process is finished, and for completely regenerating the surface of the electrostatic chuck without the variation of electrical effects and characteristics such as chucking force applied to serve as the electrostatic chuck. To achieve the purpose, the present invention provides the method for regenerating the electrostatic chuck using aerosol coating which comprises: an electrostatic chuck preparing step for preparing the electrostatic chuck with a damaged surface; a flattening step for flattening the damaged surface of the electrostatic chuck; an aerosol ceramic coating step for forming an aerosol ceramic coating film on the top of the flattened surface to complement the thickness of the dielectric layer thinned by the flattening work; a step for forming embossing protrusions patterned on the surface of the aerosol ceramic coating film; and a flatness and roughness adjusting step for post-processing to adjust the surface flatness and roughness of the aerosol ceramic coating film on which the embossing protrusions are formed.

Description

에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법{Regeneration method of electrostatic chuck using aerosol coating}Regeneration method of electrostatic chuck using aerosol coating

본 발명은 정전척 재생 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반복 사용으로 인해 유전층 표면 부위가 손상된 정전척을 다시 사용할 수 있도록 재생하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for regenerating an electrostatic chuck, and more particularly, to a method of regenerating an electrostatic chuck which has damaged a surface portion of a dielectric layer due to repeated use.

일반적으로 반도체 소자나 LCD 등의 제조 공정 중에 식각 공정(etching process)을 위한 장치에는 웨이퍼를 공정챔버 내 정위치에 고정시켜 주는 정전척(ESC:Electrostatic Chuck)이 포함되어 있다. In general, an apparatus for an etching process during a manufacturing process such as a semiconductor device or an LCD includes an electrostatic chuck (ESC) for fixing a wafer at a predetermined position in a process chamber.

정전척에 웨이퍼를 정위치에 고정하는 이유는 웨이퍼에 대한 식각 공정 중 웨이퍼가 이동하지 않도록 하기 위함이며, 정전척에 정전 전압을 공급하여 웨이퍼와 정전척 간에 정전력이 발생되도록 하고, 이때 발생한 정전력을 이용하여 웨이퍼를 고정(척킹(chucking))하게 된다. The reason why the wafer is fixed to the electrostatic chuck is to prevent the wafer from moving during the etching process for the wafer.The electrostatic chuck is supplied with an electrostatic voltage so that electrostatic power is generated between the wafer and the electrostatic chuck. The power is used to fix (chuck) the wafer.

반도체 제조 공정 중 상기의 식각 공정은 정전척에 웨이퍼를 고정한 뒤 웨이퍼 위에 증착된 금속, poly-Si, 산화막 등의 막을 플라즈마 분위기에서 파내는 공정이다. In the semiconductor manufacturing process, the etching process is a process of fixing a wafer to an electrostatic chuck and digging a film such as metal, poly-Si, or oxide film deposited on the wafer in a plasma atmosphere.

반도체 소자는 통상적으로 포토리소그래피 등을 이용하여 웨이퍼 표면에 도전층과 절연층을 패터닝하는 공정에 의해 전자회로소자를 구현함으로써 얻어지고, 웨이퍼 표면의 도전층과 절연층은 식각 또는 증착에 의해 패터닝된다.A semiconductor device is typically obtained by implementing an electronic circuit device by a process of patterning a conductive layer and an insulating layer on the wafer surface using photolithography or the like, and the conductive layer and the insulating layer on the wafer surface are patterned by etching or deposition. .

상기 식각 또는 증착은 웨이퍼를 정전척에 정전력으로 고정한 뒤 공정챔버 내에서 진행하며, 공정챔버 내에서 플라즈마 분위기를 유지하여 식각 또는 증착을 행하게 된다.The etching or deposition is performed in the process chamber after the wafer is fixed to the electrostatic chuck electrostatic chuck, and the etching or deposition is performed by maintaining a plasma atmosphere in the process chamber.

이와 같은 반도체 제조 공정 중에서 건식 식각 공정은 소정의 전극에 고주파수를 인가하고 공정 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킴으로써 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하는 공정이며, 이를 수행하는 건식 식각 장치로는 이온 농도와 이온 에너지의 독립적인 제어가 가능할 뿐만 아니라 공정의 마진을 증가시키고 웨이퍼의 손상을 크게 줄일 수 있는 디피에스(DPS:Decoupled Plasma Source) 장치가 주로 이용된다.In the semiconductor manufacturing process, a dry etching process is a process of forming a fine pattern on a wafer by applying a high frequency to a predetermined electrode and injecting a process gas to generate a plasma. Decoupled Plasma Source (DPS) devices are used, which not only enable energy independent control but also increase process margins and significantly reduce wafer damage.

이러한 디피에스 장치에는 공정챔버 내에서 플라즈마에 의한 식각 공정이 수행될 웨이퍼가 안착, 고정되는 정전척이 이용되고 있으며, 이러한 정전척은 웨이퍼 고정 기능과 더불어, 특히 플라즈마를 이용하는 건식 식각 공정에서 챔버 상부에 설치되는 RF 상부 전극에 대한 하부 전극의 기능, 그리고 고온 가공되는 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지시키는 기능 등을 한다.In such a DPS apparatus, an electrostatic chuck in which a wafer to be etched by a plasma is performed is mounted and fixed in a process chamber is used. The electrostatic chuck is equipped with a wafer fixing function, particularly in a dry etching process using plasma. And a function of the lower electrode relative to the RF upper electrode installed in the same, and a function of maintaining a constant temperature of the wafer to be processed at a high temperature.

그 밖에 정전척은 상기한 식각 공정뿐만 아니라 화학기상증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 이온주입 등의 다양한 공정에서 피처리물을 고정하기 위한 수단으로 널리 이용되고 있다.In addition, the electrostatic chuck is widely used as a means for fixing a workpiece in various processes such as chemical vapor deposition, sputtering, photolithography, ion implantation, as well as the etching process described above.

도 1은 반도체 제조 공정에 널리 사용되고 있는 통상의 정전척(10)을 나타내는 개략적인 단면도로서, 정전척 바디(금속 프레임)(11)의 최상부에는 정전절연막(12)이 형성된다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional electrostatic chuck 10 widely used in a semiconductor manufacturing process, in which an electrostatic insulating film 12 is formed on top of an electrostatic chuck body (metal frame) 11.

상기 정전절연막(12)은 정전력을 크게 하기 위해 가능한 한 유전율이 높은 재료를 사용(예컨대, Al2O3를 사용)하여 형성하며, 구조로 구분할 때 단층막과 3중막 등을 들 수 있다. The electrostatic insulating film 12 is formed by using a material having a high dielectric constant (for example, Al 2 O 3 ) in order to increase the electrostatic power. Examples of the structure include a single layer film and a triple film.

단층막으로는 세라믹 막 및 폴리이미드 막 등이 있고, 3중막으로는 세라믹-금속-세라믹으로 구성된 막이 있다. Single layer films include ceramic films and polyimide films, and triple films include films made of ceramic-metal-ceramic.

상기 3중막은 정전척 바디(11) 위에 절연층(세라믹 막임)(13)이 형성되고, 이 절연층(13) 위에 고전압이 인가되는 전극(D/C electrode) 부분으로 도전층(금속 막임, 이하 '전극층'이라 함)(14)이 형성되며, 이 전극층(14) 위에 웨이퍼(미도시) 등의 피처리물이 안착되는 부분으로 유전층(세라믹 막임)(15)이 형성된 구조로 되어 있다. The triple layer has an insulating layer (ceramic film) 13 formed on the electrostatic chuck body 11, and a conductive layer (metal film) as a part of the D / C electrode to which a high voltage is applied on the insulating layer 13, 14, which is referred to as an electrode layer, is formed, and a dielectric layer (ceramic film) 15 is formed on the electrode layer 14, on which a target object such as a wafer (not shown) is placed.

단층막에서는 웨이퍼의 정전 전압과 정전척 바디에 공급된 정전 전압 간에 정전력이 형성되며, 3중막의 경우에는 웨이퍼의 정전 전압과 정전척 바디(11)의 하부를 통해 전극층(14)에 공급된 정전 전압 간에 정전력이 형성된다. In the single layer film, electrostatic power is formed between the electrostatic voltage of the wafer and the electrostatic voltage supplied to the electrostatic chuck body, and in the case of the triple layer, the electrostatic voltage of the wafer and the lower portion of the electrostatic chuck body 11 are supplied to the electrode layer 14. Constant power is formed between the electrostatic voltages.

또한 상기 정전척 바디(11)의 상부 가장자리 전 둘레를 따라서는 미도시된 에지링(edge ring)(또는 포커스링(focus ring)이라 함)이 조립될 수 있고, 정전척 바디(11)의 내부에는 정전척의 온도 제어를 위해 미도시된 칠러(chiller)나 히터 등과 같은 온도조절수단이 설치된다.In addition, an edge ring (or focus ring), which is not shown, may be assembled along the entire circumference of the upper edge of the electrostatic chuck body 11, and the interior of the electrostatic chuck body 11 may be assembled. There is provided a temperature control means such as a chiller (chiller) or a heater not shown for temperature control of the electrostatic chuck.

또한 도면부호 15a는 피처리물이 안착되는 정전척의 표면(유전층의 표면)을 엠보싱(embossing) 가공하여 요철 구조를 이루도록 형성된 엠보싱 돌기를 나타낸다.Reference numeral 15a denotes an embossing protrusion formed to form an uneven structure by embossing the surface (surface of the dielectric layer) of the electrostatic chuck on which the workpiece is to be placed.

이 엠보싱 돌기(15a)는 정해진 패턴과 높이(h)로 형성되는데, 돌기와 돌기 사이의 패턴화된 홈(15b) 역시 정해진 깊이를 가지며, 웨이퍼 등 피처리물의 가공 동안 패턴 홈의 내부에는 헬륨 등의 가스가 충전(充塡)된 상태에서 정전척 및 웨이퍼의 온도 조절이 이루어지게 된다.The embossing projection 15a is formed in a predetermined pattern and height h. The patterned groove 15b between the projection and the projection also has a predetermined depth. Temperature control of the electrostatic chuck and the wafer is performed while the gas is charged.

한편, 반도체 소자를 제조하는 데에는 화학기상증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 에칭(식각), 이온주입 등의 수많은 단위 반도체 제조 공정들이 순차적으로 또는 반복적으로 수행된다.On the other hand, a number of unit semiconductor manufacturing processes, such as chemical vapor deposition, sputtering, photolithography, etching (etching), ion implantation, etc., are sequentially or repeatedly performed to manufacture a semiconductor device.

이러한 각 공정에서는 웨이퍼를 공정챔버 내부의 정전척에 고정하여 가공한 후, 다음 가공을 위해 정전척을 클리닝(cleaning)해야 하며, 이에 각 정전척은 클리닝 과정을 여러 번 반복하게 된다. In each of these processes, the wafer is fixed to the electrostatic chuck in the process chamber and processed, and then the electrostatic chuck is cleaned for the next process, and each electrostatic chuck repeats the cleaning process several times.

이와 같이 정전척은 반도체 제조 공정 중에 고온에서 반복적으로 사용될 뿐만 아니라 잦은 클리닝을 필요로 하므로, 사용횟수가 많아지게 되면 반복된 가공(식각 가공 등) 및 클리닝으로 인한 표면 부위의 손상이 발생하게 되고(손상과 더불어 표면 조도 변화 등의 문제가 발생함), 이러한 손상은 척킹의 불안정을 유발하여 결과적으로 정전척의 기능을 상실시킨다. In this way, the electrostatic chuck is not only repeatedly used at high temperatures during the semiconductor manufacturing process but also requires frequent cleaning, and as the number of times of use increases, damage to the surface area due to repeated processing (such as etching) and cleaning occurs ( Damage and problems such as surface roughness changes), such damage causes instability of the chucking, resulting in loss of function of the electrostatic chuck.

특히, 엠보싱 돌기(15a)들이 손상될 경우 돌기 사이의 공간(15b)에 충전되어 잔류되는 헬륨 등의 가스가 외부로 누출되면서(He leak) 엠보싱 돌기의 주된 역할, 즉 정전척 및 웨이퍼의 온도 조절이 제대로 이루어지지 않게 된다.In particular, when the embossing protrusions 15a are damaged, the main role of the embossing protrusions, that is, the temperature control of the electrostatic chuck and the wafer, is filled with gas such as helium remaining in the space 15b between the protrusions. This will not work properly.

따라서, 이 경우에는 손상된 정전척을 폐기하고 새로이 제작된 정전척으로 교체하는 것이 요구된다.Therefore, in this case, it is required to discard the damaged electrostatic chuck and replace it with a newly manufactured electrostatic chuck.

그러나, 통상의 정전척은 고가이므로, 교체 요구시마다 사용된 정전척을 폐기하고 매번 정전척 신품을 사용하는 것은 반도체 제조 공정의 제조 비용을 증가시키는 문제점을 야기한다.However, since the conventional electrostatic chuck is expensive, the disposal of the used electrostatic chuck every time a replacement is required and the use of a new electrostatic chuck each time causes a problem of increasing the manufacturing cost of the semiconductor manufacturing process.

이에 따라 반복 사용으로 인해 손상된 정전척을 폐기하지 않고 다시 사용할 수 있도록 재생하는 기술이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a technology for regenerating the electrostatic chuck that is damaged due to repeated use so that it can be used again without being discarded.

도 2는 종래의 정전척 재생 과정을 나타내는 공정도로, 도 1의 'A' 부분을 확대하여 나타낸 단면도이며, 이를 참조하여 종래의 재생 방법을 설명하면 다음과 같다. FIG. 2 is a process diagram illustrating a conventional electrostatic chuck regeneration process, and is an enlarged cross-sectional view of part 'A' of FIG. 1. Referring to this, a conventional regeneration method will be described below.

도시된 바와 같이, 종래의 재생 과정에서는 피처리물의 안착, 고정이 이루어지는 정전척 표면 부위, 즉 유전층(15) 표면 부위를 손상된 엠보싱 돌기(15a) 부분이 모두 제거될 수 있도록 연마하고, 이어 연마된 표면에 대해 엠보싱 가공을 하여 다시 규정된 높이의 엠보싱 돌기를 형성하게 된다.As shown, in the conventional regeneration process, the surface of the surface of the electrostatic chuck on which the workpiece is to be mounted and fixed, that is, the surface of the dielectric layer 15, is polished so that all of the damaged embossing protrusions 15a can be removed. The surface is embossed to form embossed projections of defined height again.

예를 들면, 정전척에서 엠보싱 돌기(15a)의 규정된 높이(h)가 바닥면에서 15 ㎛인 사양일 경우, 엠보싱 돌기가 모두 제거될 수 있도록 15 ~ 18 ㎛ 정도를 연마하고, 이어 연마된 표면에 홀이 형성된 마스크(mask)를 얹은 상태에서 샌드 블라스트(sand blast) 공정을 통해 마스크의 홀이 위치된 유전층(15a) 표면 부분을 파내는 방식으로 규정 높이(h)의 패턴화된 엠보싱 돌기를 다시 형성하게 된다(엠보싱 가공).For example, if the specified height h of the embossing protrusion 15a in the electrostatic chuck has a specification of 15 μm from the bottom surface, the surface of the embossing protrusion is polished to about 15 to 18 μm so that all of the embossing protrusions can be removed, and then polished. The patterned embossing projection of the specified height h is formed by digging the surface portion of the dielectric layer 15a where the holes of the mask are located through a sand blast process with a mask having holes formed on the surface thereof. It forms again (embossing process).

상기와 같이 엠보싱 가공을 통해 패턴화된 엠보싱 돌기(15a) 및 패턴 홈(15b)(소정 깊이를 가지는 돌기와 돌기 사이의 공간)가 형성되고 나면 다시 표면 조도를 맞추기 위한 폴리싱(polishing) 가공을 하게 된다.After forming the patterned embossing protrusion 15a and the pattern groove 15b (the space between the protrusion and the protrusion having a predetermined depth) through the embossing process as described above, the polishing process is performed to match the surface roughness again. .

그러나, 이러한 재생 방법은 재생시마다 유전층(15)의 표면을 깎아낸 뒤 그 표면을 엠보싱 및 폴리싱 가공하는 방식이므로 재생이 반복될 때마다 유전층의 두께가 점차 얇아지는 문제가 있다.However, this regeneration method is a method of embossing and polishing the surface of the dielectric layer 15 every time the regeneration is performed, there is a problem that the thickness of the dielectric layer gradually becomes thinner each time the regeneration is repeated.

정전척에서 유전층(15)의 두께(표면에서 전극층까지의 거리)는 척킹력(chucking force) 등의 전기적 작용 및 특성을 변화시키는 요소이므로 재생이 이루어지더라도 일정 수준 이상을 유지하는 것이 반드시 필요하다.Since the thickness (distance from the surface to the electrode layer) of the dielectric layer 15 in the electrostatic chuck is an element that changes the electrical action and characteristics such as a chucking force, it is necessary to maintain a certain level or more even if regeneration is performed. .

하지만, 종래의 재생 과정에 의하면 엠보싱 및 폴리싱의 가공량으로 인해 재생시마다 유전층(15)의 두께가 크게 감소되며, 실제로 재생이 1 ~ 3 회로 한정되는 등 재생 횟수가 매우 제한적이다.However, according to the conventional regeneration process, due to the processing amount of embossing and polishing, the thickness of the dielectric layer 15 is greatly reduced at every regeneration, and the regeneration number is very limited such that the regeneration is limited to 1 to 3 times.

이에 정전척 재생을 통해 제조 비용을 절감하고자 하는 경제적 이득 측면에서 큰 효과를 얻기가 어려운 것이 현실이다.
As a result, it is difficult to obtain a great effect in terms of economic benefits in order to reduce manufacturing costs through electrostatic chuck regeneration.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 유전층 표면 부위가 손상된 정전척을 폐기하지 않고 다시 사용할 수 있도록 재생하는 방법을 제공하고, 이를 통해 정전척 신품 사용시에 비해 제조 공정의 비용을 줄일 수 있도록 함에 그 목적이 있는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and provides a method of regenerating the surface of the dielectric layer so that it can be reused without discarding the damaged electrostatic chuck. The purpose is to help reduce costs.

특히, 본 발명의 목적은 재생 가공 후라도 유전층 표면에서 전극층까지의 거리에 변화가 없도록 하여 재생 횟수를 늘릴 수 있고, 특히 척킹력 등 정전척 역할을 하도록 하는 전기적 작용 및 특성(상기 거리에 의해 달라질 수 있는 특성임)의 변화없이 정전척 표면 부위를 완벽히 재생할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
In particular, an object of the present invention is to increase the number of regeneration by changing the distance from the surface of the dielectric layer to the electrode layer even after the regeneration process, in particular the electrical action and characteristics to act as an electrostatic chuck such as chucking force (can be varied by the distance It is to provide a method to completely reproduce the surface of the electrostatic chuck without changing the characteristics.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 표면이 손상된 정전척을 준비하는 정전척 준비 단계와; 손상된 정전척 표면을 평탄하게 가공하는 평탄화 작업 단계와; 상기 평탄화 작업에 의해 얇아진 유전층의 두께를 보완하기 위해 평탄화된 표면의 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성하는 에어로졸 세라믹 코팅 단계와; 상기 에어로졸 세라믹 코팅막의 표면에 패턴화된 엠보싱 돌기들을 형성하는 단계와; 상기 엠보싱 돌기들이 형성된 에어로졸 세라믹 코팅막의 표면 평탄도 및 조도를 조정하기 위한 후속 가공을 하는 평탄도 및 조도 조정 단계를 포함하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an electrostatic chuck preparation step of preparing an electrostatic chuck whose surface is damaged; A flattening operation step of flattening the damaged electrostatic chuck surface; An aerosol ceramic coating step of forming an aerosol ceramic coating film on top of the planarized surface to compensate for the thickness of the dielectric layer thinned by the planarization operation; Forming patterned embossing protrusions on the surface of the aerosol ceramic coating film; It provides a method for regenerating an electrostatic chuck using an aerosol coating comprising a flatness and roughness adjusting step of subsequent processing to adjust the surface flatness and roughness of the aerosol ceramic coating film formed with the embossed projections.

여기서, 상기 정전척은 유전층 소재가 AlN, Al2O3, SiC, 및 TiO2 중 선택된 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 세라믹 재질이거나, Al2O3와 TiO2의 복합 세라믹 재질인 것을 특징으로 한다.Here, the electrostatic chuck is characterized in that the dielectric layer material is a ceramic material of oxide, nitride, or carbide selected from AlN, Al 2 O 3 , SiC, and TiO 2 , or a composite ceramic material of Al 2 O 3 and TiO 2 . .

또한 상기 평탄화 작업 단계에서 손상된 정전척 표면에 존재하는 엠보싱 돌기와 돌기 사이의 패턴 홈이 제거될 수 있도록 패턴 홈의 깊이 이상으로 평탄화 가공하는 것을 특징으로 한다.In addition, the flattening operation step is characterized in that the flattening process to the depth of the pattern groove to be removed so that the pattern groove between the embossing projection and the projection existing on the damaged electrostatic chuck surface.

또한 상기 평탄화 작업 단계에서 폴리싱, 랩핑, 또는 연마의 방법으로 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 한다.In the flattening operation step, the surface may be flattened by polishing, lapping or polishing.

또한 상기 에어로졸 세라믹 코팅 단계에서 에어로졸 세라믹 코팅막을 포함한 유전층 두께가 손상 전 제품의 유전층 두께와 동일해지도록 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the aerosol ceramic coating step in the aerosol ceramic coating step, characterized in that the aerosol ceramic coating film is formed so that the thickness of the dielectric layer of the product before the damage is the same.

또한 상기 에어로졸 세라믹 코팅막의 소재로 AlN, Al2O3, Y2O3, SiC, TiN, 및 TiO2 중에 선택된 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 세라믹 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the material of the aerosol ceramic coating layer is characterized in that the ceramic material of the oxide, nitride, or carbide selected from AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , SiC, TiN, and TiO 2 .

또한 상기 엠보싱 돌기들을 형성하는 단계는 에어로졸 세라믹 코팅막을 마스크를 사용하여 마스킹한 뒤 블라스트 가공하여 패턴화된 엠보싱 돌기 및 돌기 사이의 패턴 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the forming of the embossing protrusions, the aerosol ceramic coating layer may be masked using a mask and then blasted to form pattern grooves between the patterned embossing protrusions and the protrusions.

또한 상기 엠보싱 돌기들을 형성하는 단계에서 엠보싱 돌기 및 패턴 홈을 손상 전 제품과 동일하게 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of forming the embossing projections is characterized in that the embossing projections and the pattern grooves are formed in the same manner as before the damage product.

또한 상기 평탄도 및 조도 조정 단계에서 폴리싱, 랩핑, 또는 연마의 방법으로 조정하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the flatness and roughness adjustment step is characterized in that the adjustment by polishing, lapping, or polishing method.

이에 따라 본 발명의 정전척 재생 방법에서는 정전척에서 손상된 유전층 표면 부위를 에어로졸 세라믹 코팅에 적정한 수준의 평탄도와 조도를 나타내도록 평탄화하고, 이어 평탄화 가공에 의해 얇아진 유전층의 두께를 보완하기 위하여 유전층 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성한 뒤, 에어로졸 세라믹 코팅막에 패턴화된 엠보싱 돌기를 형성하는 과정으로 정전척을 재생해줌으로써 정전척을 폐기하지 않고 다시 사용할 수 있도록 만들 수 있다.Accordingly, in the electrostatic chuck regeneration method of the present invention, the surface of the dielectric layer damaged by the electrostatic chuck is flattened to exhibit an appropriate level of flatness and roughness for the aerosol ceramic coating. After the aerosol ceramic coating film is formed, the process of forming the patterned embossing protrusion on the aerosol ceramic coating film to regenerate the electrostatic chuck can be made available again without discarding the electrostatic chuck.

이와 같이 재생된 정천척을 사용함으로써 고가의 정전척을 신품으로 교체하는 것에 비해 소요되는 비용을 줄일 수 있고, 반도체 제조 공정의 제조 비용을 줄일 수 있다.By using the regenerated Cheon Chuck, it is possible to reduce the cost required to replace the expensive electrostatic chuck with a new one, and to reduce the manufacturing cost of the semiconductor manufacturing process.

특히, 재생 가공 후라도 유전층 표면(에어로졸 세라믹 막이 코팅된 표면)에서 전극층까지의 거리에 변화가 없으므로 재생 사용 횟수를 종래에 비해 늘릴 수 있고, 척킹력 등 정전척 역할을 하도록 하는 전기적 작용 및 특성의 변화없이 정전척 표면 부위를 재생할 수 있다.
In particular, there is no change in the distance from the surface of the dielectric layer (surface coated with aerosol ceramic film) to the electrode layer even after the regeneration process, so that the number of times of regeneration can be increased compared to the conventional one, and the change in the electrical action and characteristics to play an electrostatic chuck role such as a chucking force. The electrostatic chuck surface area can be regenerated without.

도 1은 반도체 제조 공정에 널리 사용되고 있는 통상의 정전척을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래의 정전척 재생 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 재생 과정을 나타내는 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 과정의 각 단계별로 정전척 표면 부위의 상태를 순서에 따라 도시한 개략 단면도이다.
도 5와 도 6은 에어로졸 코팅과 플라즈마 용사 코팅 방법으로 형성한 막의 현미경 촬영 사진이다.
도 7은 같은 조건에서 코팅막의 플라즈마 식각 속도(plasma etching rate)를 비교하여 나타낸 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional electrostatic chuck widely used in a semiconductor manufacturing process.
2 is a view showing a conventional electrostatic chuck regeneration process.
3 is a flowchart illustrating a regeneration process according to the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view showing in sequence the state of the surface of the electrostatic chuck at each stage of the regeneration process according to the present invention.
5 and 6 are micrographs of the film formed by the aerosol coating and plasma spray coating method.
FIG. 7 is a view illustrating comparison of plasma etching rates of coating layers under the same conditions.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 정전척 바디(금속 프레임)에 절연층, 전극층(도전층) 및 유전층, 또는 정전척 바디에 전극층 및 유전층이 차례로 적층되어 구성되는 정전척의 재생 방법에 관한 것으로서, 피처리물(웨이퍼나 기판 등)이 안착, 고정되는 손상된 표면 부위를 가공하여 다시 사용할 수 있도록 재생하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for regenerating an electrostatic chuck in which an insulating layer, an electrode layer (conductive layer) and a dielectric layer are laminated on an electrostatic chuck body (metal frame), or an electrode layer and a dielectric layer are sequentially stacked on an electrostatic chuck body. It relates to a method of regenerating the damaged surface area where the substrate and the like) is mounted and fixed so that it can be used again.

특히, 본 발명은 재생 가공 후라도 정전척의 표면(유전층의 표면)에서 전극층까지의 거리에 변화가 없도록 하여 재생 횟수를 늘릴 수 있고, 특히 정전척 역할을 하도록 하는 전기적 작용 및 특성(척킹력 등)의 변화없이 손상된 정전척 표면 부위를 완벽히 재생할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.In particular, the present invention can increase the number of times of regeneration by not changing the distance from the surface of the electrostatic chuck (surface of the dielectric layer) to the electrode layer even after regeneration, and in particular, the electrical action and characteristics (chucking force, etc.) to serve as an electrostatic chuck. The aim is to provide a way to fully regenerate damaged electrostatic chuck surfaces without change.

도 3은 본 발명에 따른 재생 과정을 나타내는 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 재생 과정의 각 단계별로 정전척 표면 부위의 상태를 순서에 따라 도시한 개략 단면도이다. 3 is a process chart showing a regeneration process according to the present invention, Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing the state of the surface portion of the electrostatic chuck in each step of the regeneration process according to the present invention in order.

도 4에서 S1은 손상 전 제품(신품 또는 이전 재생 제품)의 최상단 표면 레벨, 즉 유전층(15)의 최상단(엠보싱 돌기(15a) 상단) 표면 레벨을 나타내고, S2는 엠보싱 돌기(15a) 사이의 홈(15b) 바닥면(즉, 패턴 홈 바닥면) 레벨을 나타내며, h는 규정된 돌기(15a) 높이를, 그리고 d는 S1 표면으로부터 전극층(14)까지의 수직 거리를 나타낸다. In FIG. 4, S1 represents the top surface level of the product before the damage (new or old regenerated product), that is, the top level of the dielectric layer 15 (top of the embossing protrusion 15a), and S2 is the groove between the embossing protrusions 15a. (15b) represents the bottom (ie pattern groove bottom) level, h represents the defined protrusion 15a height, and d represents the vertical distance from the S1 surface to the electrode layer 14.

도 4는 재생 과정을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 표면 부위가 손상된 재생 전 상태의 단면도이고, (b) 유전층(15)에 대한 평탄화 작업을 거친 정전척의 단면도이며, (c)는 평탄화 작업에 의해 얇아진 유전층(15)의 두께를 보완하기 위해 유전층(15)의 상부에 에어로졸(aerosol) 세라믹 코팅막(16)을 형성한 상태의 단면도이다.4 is a view for explaining the regeneration process, (a) is a cross-sectional view of the pre-regeneration state damaged the surface area, (b) a cross-sectional view of the electrostatic chuck after the planarization operation on the dielectric layer 15, (c) is a planarization It is sectional drawing of the state in which the aerosol ceramic coating film 16 was formed in the upper part of the dielectric layer 15 in order to compensate the thickness of the dielectric layer 15 thinned by the operation | work.

또한 도 4에서 (d)는 에어로졸 세라믹 코팅막(16)에 대해 패턴화된 엠보싱 돌기(15a)들을 새로이 형성하는 엠보싱 가공(블라스트 가공) 상태의 단면도이며, (e)는 새로운 엠보싱 돌기(15a)들이 형성된 에어로졸 세라믹 코팅막(16)에 대해 평탄도 및 조도 맞춤을 위한 후속 가공 작업을 거친 최종 상태의 단면도이다. In addition, in FIG. 4, (d) is sectional drawing of the embossing (blasting) state which newly forms the patterned embossing process 15a with respect to the aerosol ceramic coating film 16, and (e) shows the new embossing process 15a. It is sectional drawing of the final state which went through the post processing operation for flatness and roughness adjustment with respect to the formed aerosol ceramic coating film 16. FIG.

도 4에는 정전척 바디에 절연층(13), 전극층(14), 유전층(15)이 차례로 적층되어 구성된 정전척의 예를 도시하였으나, 본 발명의 재생 방법은 정전척 바디에 전극층을 접착제 등으로 부착한 정전척(접착제층이 절연층 역할을 함)의 경우에도 적용이 가능하다. 4 illustrates an example of an electrostatic chuck configured by sequentially stacking an insulating layer 13, an electrode layer 14, and a dielectric layer 15 on an electrostatic chuck body, but the regeneration method of the present invention attaches an electrode layer to an electrostatic chuck body with an adhesive or the like. Application is also possible in the case of an electrostatic chuck (adhesive layer acts as an insulating layer).

반도체 제조 공정 등에 사용되는 정전척은 구성이나 형상, 각 층의 두께, 엠보싱 돌기의 높이 등에 있어서 다양한 사양을 가지며, 본 발명의 재생 방법은 유전층(15)과 전극층(14), 그리고 유전층 표면의 엠보싱 돌기(15a)를 가지는 정전척이라면 모두 적용이 가능하고, 본 발명의 재생 방법이 적용될 수 있는 정전척의 구성이나 형태에 있어서는 특정하게 한정되지 않는다. Electrostatic chucks used in semiconductor manufacturing processes, etc. have various specifications in configuration and shape, thickness of each layer, height of embossing projections, etc. The regeneration method of the present invention embosses the dielectric layer 15, the electrode layer 14, and the surface of the dielectric layer. As long as the electrostatic chuck which has the projection 15a is applicable, it is applicable, and the structure and form of the electrostatic chuck to which the regeneration method of this invention can be applied are not specifically limited.

도 4에는 정전척 바디(금속 프레임)(도 1에서 도면부호 11임)에 대해서는 도시하지 않았으나, 정전척 바디는 전원 인입봉이 수직한 상태로 설치될 수 있도록 내부에 형성된 수직 관통공을 포함할 수 있으며, 그 밖에 공기 및 냉각수를 순환시키기 위한 냉각통로를 포함할 수 있다.Although not shown in FIG. 4 for the electrostatic chuck body (metal frame) (reference numeral 11 in FIG. 1), the electrostatic chuck body may include a vertical through hole formed therein so that the power retracting rod may be installed in a vertical state. It may further include a cooling passage for circulating the air and cooling water.

이러한 정전척 바디는 알루미늄 합금 등의 금속 재질로 형성될 수 있다.The electrostatic chuck body may be formed of a metal material such as aluminum alloy.

또한 본 발명의 재생 방법이 적용 가능한 정전척에서 절연층(13)은 정전척 바디의 상부에 형성되며, 절연층(13)의 상부에는 전극층(14)과 유전층(15)이 차례로 적층 형성되고, 이 중에서 절연층(13)과 유전층(15)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.In addition, in the electrostatic chuck to which the regeneration method of the present invention is applicable, the insulating layer 13 is formed on the upper part of the electrostatic chuck body, and the electrode layer 14 and the dielectric layer 15 are sequentially formed on the insulating layer 13. The insulating layer 13 and the dielectric layer 15 may be made of a ceramic material.

이러한 구성에서 미도시된 전원 인입봉을 통해 정전척 바디에 인입된 전원이 절연층(13) 상부의 전극층(14)에 인가됨으로써 정전기력이 발생하고, 이 정전기력에 의해 정전척이 웨이퍼를 클램핑(척킹)하게 된다.In this configuration, the electric power introduced into the electrostatic chuck body through the power inlet bar not shown is applied to the electrode layer 14 on the insulating layer 13, and thus electrostatic force is generated, and the electrostatic chuck clamps the wafer (chucking). )

전극층(14)의 상부에 형성되는 유전층(15)은 반도체 제조 공정의 고온으로부터 정전척을 보호하는 역할을 하며, 이는 정전척의 최상부층이면서 최외곽층이므로 반도체 제조 공정의 고온에서 사용 횟수가 많아질 경우 손상된다. The dielectric layer 15 formed on the electrode layer 14 serves to protect the electrostatic chuck from the high temperature of the semiconductor manufacturing process. Since the top layer and the outermost layer of the electrostatic chuck are used, the number of times of use at a high temperature of the semiconductor manufacturing process increases. If damaged.

유전층(15)의 소재로는 AlN, Al2O3, SiC, TiO2 등의 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 세라믹 재질이 주로 사용되고, 그 밖에 Al2O3와 TiO2의 복합 세라믹 재질이 사용될 수도 있다. As the material of the dielectric layer 15, a ceramic material of oxide, nitride, or carbide, such as AlN, Al 2 O 3 , SiC, TiO 2 , is mainly used, and a composite ceramic material of Al 2 O 3 and TiO 2 may be used. have.

이러한 유전층(15)의 소재는 그 예를 든 것일 뿐, 이것에 의해 본 발명의 재생 방법이 적용될 수 있는 정전척이 한정되는 것은 아니다. The material of the dielectric layer 15 is merely an example, and this does not limit the electrostatic chuck to which the regeneration method of the present invention can be applied.

또한 유전층(15)의 표면에는 정해진 패턴 형상 및 높이(h)를 갖는 엠보싱 돌기(15a)가 소정의 엠보싱 가공에 의해 형성되는데, 신품 제작시에 엠보싱 돌기(15a)들은 유전층(15)의 표면을 마스크를 이용하여 마스킹한 후 블라스트 가공(예, 샌드 블라스트) 등의 방법으로 가공하여 형성할 수 있다.In addition, an embossing protrusion 15a having a predetermined pattern shape and height h is formed on the surface of the dielectric layer 15 by a predetermined embossing process. After masking using a mask, it may be formed by processing such as blast processing (for example, sand blasting).

이러한 엠보싱 가공을 통해 유전층(15)의 표면에 요철(凹凸) 구조가 형성될 수 있고, 이러한 요철 구조에서 돌기(15a)와 돌기 사이의 공간은 소정 깊이의 홈(15b)이 되는 바(돌기 상단부터 소정 깊이를 가지는 홈 형상임), 이 홈 역시 정해진 패턴 형상과 깊이(돌기 높이와 동일함)를 가지므로, 이하 본 명세서에서는 돌기와 돌기 사이의 공간을 패턴 홈이라 칭하기로 한다.Through the embossing process, an uneven structure may be formed on the surface of the dielectric layer 15, and the space between the protrusions 15a and the protrusions becomes a groove 15b having a predetermined depth in the uneven structure (the upper end of the protrusion). Since the groove also has a predetermined pattern shape and depth (same as the projection height), the space between the projections and the projections will be referred to as pattern grooves in the following description.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전척 재생 방법은, 표면이 손상된 정전척을 준비하는 정전척 준비 단계(S1), 손상된 정전척 표면을 평탄하게 가공하는 평탄화 작업 단계(S2), 상기 평탄화 작업에 의해 얇아진 유전층(15)의 두께를 보완하기 위해 평탄화된 표면의 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막(16)을 형성하는 에어로졸 세라믹 코팅 단계(S3), 상기 에어로졸 세라믹 코팅막(16)의 표면을 블라스트 가공하여 패턴화된 엠보싱 돌기(15a)들을 형성하는 단계(S4), 및 상기 엠보싱 돌기(15a)들이 형성된 표면의 평탄도 및 조도를 일정 요구 수준으로 맞춰주는 평탄도 및 조도 조정 단계(S5)를 포함하여 구성된다.First, as shown in Figure 3, the electrostatic chuck regeneration method according to the present invention, the electrostatic chuck preparation step (S1) to prepare the electrostatic chuck damaged surface, the planarization operation step (S2) to smoothly process the damaged electrostatic chuck surface ), An aerosol ceramic coating step (S3) of forming an aerosol ceramic coating film 16 on top of the planarized surface to compensate for the thickness of the dielectric layer 15 thinned by the planarization operation, the surface of the aerosol ceramic coating film 16. Blasting to form patterned embossing protrusions 15a (S4), and adjusting the flatness and roughness of the surface on which the embossing protrusions 15a are formed to a desired level (S5). It is configured to include).

이러한 본 발명의 재생 과정에서, 평탄화 작업 단계(S2)는 표면에 형성되어 있는 패턴 홈(15b)의 깊이 이상을 가공하여 표면을 평탄하게 만들어주는 단계이며, 에어로졸 세라믹 코팅 단계(S3)는 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성하여 표면 평탄화 가공으로 얇아진 유전층(15)의 전체 두께를 손상 전 제품과 동일하게 만들어주는 단계이다.In the regeneration process of the present invention, the planarization operation step (S2) is a step to make the surface flat by processing more than the depth of the pattern groove (15b) formed on the surface, aerosol ceramic coating step (S3) is aerosol ceramic It is a step of forming the coating film to make the entire thickness of the dielectric layer 15 thinned by the surface planarization process the same as the product before the damage.

여기서, 재생시 형성되는 에어로졸 세라믹 코팅막 역시 유전 재질로 이루어지므로, 상기 S3 단계에서 손상 전 제품의 두께 수준으로 보완되는 상기 유전층의 전체 두께는 기존 유전층에 에어로졸 세라믹 코팅막을 더 포함하는 유전층 전체의 두께로 이해해야 할 것이다.Here, since the aerosol ceramic coating film formed during regeneration is also made of a dielectric material, the entire thickness of the dielectric layer, which is supplemented with the thickness level of the product before damage in the step S3, is the thickness of the entire dielectric layer further comprising an aerosol ceramic coating film on the existing dielectric layer. You will have to understand.

또한 일단 재생되고 난 정전척의 경우 최상단 표면 부위가 에어로졸 세라믹 코팅막으로 이루어지고, 상기 에어로졸 세라믹 코팅막에 엠보싱 돌기들이 형성되므로, 두 번째 재생시부터는 이하 S1 단계에서 기술되는 유전층(표면이 손상된 유전층)이 에어로졸 세라믹 코팅막에 해당하는 것임을 이해해야 할 것이다.In addition, in the case of the electrostatic chuck once regenerated, the top surface portion is made of an aerosol ceramic coating film, and embossing protrusions are formed on the aerosol ceramic coating film. Therefore, from the second regeneration, the dielectric layer (surface damaged dielectric layer) described in step S1 is aerosol ceramic. It should be understood that this corresponds to a coating film.

더불어, S2 단계에서 기술되는 유전층(평탄화 가공되는 유전층)은 에어로졸 세라믹 코팅막, 또는 에어로졸 세라믹 코팅막 및 기존 유전층(코팅막 아래의 유전층)에 해당하는 것임을 이해해야 할 것이다.In addition, it should be understood that the dielectric layer described in step S2 (the dielectric layer to be planarized) corresponds to an aerosol ceramic coating film, or an aerosol ceramic coating film and an existing dielectric layer (dielectric layer under the coating film).

단, 첫 번째 재생시의 경우 S1 및 S2 단계에서의 유전층이 에어로졸 세라믹 코팅막이 아닌 기존 신품에서의 유전층을 의미한다.However, in the case of the first regeneration, the dielectric layers in the steps S1 and S2 are not the aerosol ceramic coating layer but the existing dielectric layers.

상기 블라스트 가공 단계(S4)는 에어로졸 세라믹 코팅막(16)의 표면을 가공하여 손상 전 제품과 동일한 사양으로 패턴화된 엠보싱 돌기(15a) 및 패턴 홈(15b)을 형성하는 단계이며, 상기 평탄도 및 조도 조정 단계(S5)는 정전척 표면의 불규칙한 평탄도 및 조도를 일정 수준으로 조정해주는 표면 가공 단계이다.The blasting step (S4) is a step of processing the surface of the aerosol ceramic coating film 16 to form a patterned embossing protrusion (15a) and pattern groove (15b) to the same specifications as the product before damage, the flatness and Roughness adjustment step (S5) is a surface processing step for adjusting the irregular flatness and roughness of the surface of the electrostatic chuck to a certain level.

이하, 각 단계에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, each step will be described in more detail.

먼저, 정전척 준비 단계(S1)는 재생하고자 하는 정전척, 즉 식각 등의 공정에서 반복적으로 사용함으로 인해 피처리물이 안착, 고정되는 유전층(15)의 표면 부위가 손상된 정전척을 준비하는 단계이다.First, the electrostatic chuck preparation step (S1) is a step of preparing an electrostatic chuck damaged surface area of the dielectric layer 15 is placed, fixed to the workpiece due to repeated use in the process, such as etching, such as the electrostatic chuck to be regenerated to be.

예로서, 반복 사용으로 인한 손상에 의해 유전층(15)의 표면 평탄도와 조도가 적어도 각각 15 ㎛, 0.5 ㎛ 이상이 된 정전척을 준비한다.For example, an electrostatic chuck is prepared in which the surface flatness and roughness of the dielectric layer 15 are at least 15 µm and 0.5 µm or more, respectively, due to damage due to repeated use.

이렇게 유전층(15)의 표면 평탄도 및 조도가 신품 또는 이전 재생 제품과 다르게 변화되는 주된 이유는 정전척이 반도체 제조 공정 중 고온에서 반복적으로 사용되기 때문이며, 반복적으로 사용된 정전척의 경우 돌기(15a) 등의 유전층 표면 요소가 손상된 상태이므로 유전층 표면이 미세하지만 울퉁불퉁한 상태를 나타내게 된다(도 4의 (a) 참조).The main reason why the surface flatness and roughness of the dielectric layer 15 is different from that of new or old regenerated products is that the electrostatic chuck is repeatedly used at high temperature during the semiconductor manufacturing process. Since the dielectric layer surface elements, such as the damaged state, the dielectric layer surface is fine but uneven (see Fig. 4 (a)).

유전층 표면이 손상된 정전척은 공정에서 정전기력에 의해 웨이퍼를 클램핑하는 기능을 온전히 수행할 수 없다.Electrostatic chucks with damaged dielectric layer surfaces cannot fully function to clamp the wafer by electrostatic forces in the process.

다음으로, 재생하고자 하는 정전척이 준비되면, 손상된 정전척 표면, 즉 유전층(15) 표면을 연마 가공하여 평탄하게 만들어주는 평탄화 작업(S2)을 진행하며, 이때 유전층 표면의 엠보싱 돌기(15a)와 패턴 홈(15b)이 모두 제거될 수 있도록 패턴 홈의 깊이 이상으로, 예컨대 표면으로부터 대략 25 ~ 30 ㎛의 두께만큼을 연마하여 제거한다(도 4의 (b) 참조).Next, when the electrostatic chuck to be regenerated is prepared, the surface of the damaged electrostatic chuck, that is, the surface of the dielectric layer 15 is polished to be flattened (S2), whereby the embossing protrusion 15a of the surface of the dielectric layer and The pattern grooves 15b are polished and removed, for example, by a thickness of approximately 25 to 30 μm or more from the surface so that all of the pattern grooves 15b can be removed (see FIG. 4B).

평탄화 작업 단계에서 유전층 표면을 평탄화하기 위해 폴리싱(polishig), 랩핑(lapping), 또는 그 밖의 알려진 연마 방법으로 유전층 표면을 연마하는 것이 가능하다.It is possible to polish the dielectric layer surface by polishing, lapping, or other known polishing methods to planarize the dielectric layer surface in the planarization operation step.

한편, 평탄화 작업 단계를 마치고 나면, 평탄화 가공으로 인해 얇아진 유전층의 전체 두께(d)를 손상 전 제품의 수준으로 만들어주기 위해 평탄화된 표면에 에어로졸 세라믹 코팅을 실시한다(S3)(도 4의 (c) 참조).On the other hand, after the flattening operation step, the aerosol ceramic coating is applied to the flattened surface in order to make the entire thickness (d) of the thinned dielectric layer due to the flattening process to the level of the product before the damage (S3) (Fig. 4 (c) ) Reference).

이때, 평탄화 작업 단계의 가공량을 고려하여 전극층(14)으로부터 코팅막 표면까지의 두께(즉, 에어로졸 세라믹 코팅막을 포함하는 유전층 전체의 두께)가 손상 전 제품의 유전층 전체 두께(d)와 동일한 수준이 될 수 있도록 에어로졸 코팅 장비를 이용하여 평탄화 가공된 표면에 에어로졸 세라믹 코팅막(16)을 형성한다.At this time, the thickness of the electrode layer 14 to the surface of the coating film (that is, the thickness of the entire dielectric layer including the aerosol ceramic coating film) is equal to the total thickness (d) of the dielectric layer of the product before damage in consideration of the processing amount of the planarization operation step. The aerosol ceramic coating film 16 is formed on the flattened surface by using an aerosol coating equipment.

이러한 에어로졸 세라믹 코팅 단계는 유전층 표면 높이를 높게 하는 단계로서, 평탄화 작업 단계를 거친 정전척을 진공압 상태의 밀폐된 챔버 공간에 거치한 뒤, 유전층 표면에 대해 고압 분출되는 압축공기나 헬륨(He) 등의 캐리어(carrier) 가스를 이용하여 미세한 사이즈(예, 1 ~ 3 ㎛)의 세라믹 입자를 초음속으로 충돌시키는 과정으로 진행된다.The aerosol ceramic coating step is to increase the dielectric layer surface height. The electrostatic chuck, which has been planarized, is placed in a closed chamber space under vacuum pressure, and then compressed air or helium (He) is ejected at a high pressure to the dielectric layer surface. Using a carrier gas, such as to proceed to the process of colliding the ceramic particles of a fine size (for example 1 ~ 3 ㎛) at supersonic speed.

이때, 세라믹 입자들은 표면과 충돌하면서 나노 사이즈의 미세한 입자로 깨지게 되며, 응집력을 갖게 되는 나노 사이즈의 미세한 입자들이 표면에서 엉킴과 동시에 쌓이면서 막을 형성하게 된다.At this time, the ceramic particles are broken into nano-sized fine particles while colliding with the surface, and the nano-sized fine particles having cohesive force are entangled and stacked at the same time to form a film.

상기한 에어로졸 세라믹 코팅 단계에서 코팅막(16)의 소재로는 AlN, Al2O3, Y2O3, SiC, TiN, TiO2 등의 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 세라믹 재질이 사용될 수 있다.In the aerosol ceramic coating step, the material of the coating layer 16 may be a ceramic material of oxide, nitride, or carbide such as AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , SiC, TiN, TiO 2 , or the like.

본 발명에서 적용되는 에어로졸 세라믹 코팅막은 플라즈마 용사 코팅 등의 타 방법에 의해 형성되는 코팅막에 비해 기공이 없는 치밀한 막 구조를 가지며, 따라서 플라즈마에 대한 내식성이 우수하다는 이점이 있다.The aerosol ceramic coating film applied in the present invention has a dense membrane structure without pores compared with the coating film formed by other methods such as plasma spray coating, and thus has an advantage of excellent corrosion resistance to plasma.

도 5와 도 6은 동일한 Y2O3 소재를 사용하여 각각 에어로졸 코팅과 플라즈마 용사 코팅 방법으로 형성한 막의 현미경 촬영 사진으로서, 도 10은 1000배, 도 11은 3000배로 확대하여 촬영한 사진을 나타낸다. 5 and 6 are microscopic photographs of films formed by the aerosol coating and the plasma spray coating method using the same Y 2 O 3 material, respectively. FIG. 10 shows a photograph taken at 1000 times and FIG. 11 at 3000 times. .

도 5를 참조하면, 플라즈마 용사 코팅막의 경우 에어로졸 코팅막에 비해 많은 기공(void)과 불규칙한 적층 구조를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the plasma spray coating film has many voids and an irregular laminated structure compared to the aerosol coating film.

또한 도 6을 참조하면, 에어로졸 코팅막의 경우 치밀한 막 구조를 가짐을 알 수 있으며, 이에 에어로졸 코팅막이 우수한 플라즈마 내식성을 갖는 반면, 플라즈마 용사 코팅막의 경우에는 기공의 존재로 인해 플라즈마 침투가 상대적으로 용이하다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the aerosol coating film has a dense membrane structure. The aerosol coating film has excellent plasma corrosion resistance, whereas the plasma spray coating film is relatively easy to penetrate the plasma due to the presence of pores. .

또한 도 7은 같은 조건에서 코팅막의 플라즈마 식각 속도(plasma etching rate)를 비교하여 나타낸 것으로, Y2O3 에어로졸 코팅막의 경우 Al2O3 용사 코팅막 및 Y2O3 용사 코팅막, Al2O3 소결막 모두에 비해 우수한 내식성을 가지는 것을 알 수 있다.In addition, Figure 7 shows a comparison of the plasma etching rate (plasma etching rate) of the coating film under the same conditions, in the case of Y 2 O 3 aerosol coating film Al 2 O 3 thermal spray coating film and Y 2 O 3 thermal spray coating film, Al 2 O 3 It can be seen that it has excellent corrosion resistance compared to all conjunctiva.

그 밖에 에어로졸 세라믹 코팅막의 경우 접착 강도가 우수하므로 700℃ 이상의 고온 공정에서도 유전층 표면에서 이격되는 현상이 나타나지 않으며, 무엇보다 플라즈마에 대한 내식성이 우수하므로 정전척 재생 후 기존 신품에 비해 수명이 보다 향상되는 효과를 기대할 수 있다. In addition, since the aerosol ceramic coating film has excellent adhesive strength, it does not appear to be separated from the surface of the dielectric layer even at a high temperature process of 700 ° C. or more. You can expect the effect.

다음으로, 에어로졸 세라믹 코팅이 완료되고 나면, 에어로졸 세라믹 코팅막(16)의 표면을 엠보싱 가공하여 손상 전 제품과 동일한 패턴의 엠보싱 돌기(15a)들을 형성한다(S4). Next, after the aerosol ceramic coating is completed, the surface of the aerosol ceramic coating film 16 is embossed to form embossing protrusions 15a having the same pattern as the product before the damage (S4).

이때, 마스크(21)를 이용하여 코팅막(16)의 표면을 마스킹한 뒤 블라스트 가공(예, 샌드 블라스트)하여 코팅막(16)의 표면에 요철(凹凸) 구조를 형성하며(도 4의 (d) 참조), 이 과정에서 패턴화된 엠보싱 돌기(15a)들과 돌기 사이의 공간인 패턴 홈(15b)들이 형성된다.At this time, the surface of the coating film 16 is masked using the mask 21 and then blasted (for example, sand blasted) to form an uneven structure on the surface of the coating film 16 (FIG. 4D). In this process, the patterned embossing protrusions 15a and the pattern grooves 15b, which are spaces between the protrusions, are formed.

이 단계에서 정전척 신품 또는 이전 재생 후 제품과 상이한 패턴 및 치수의 돌기(15a)들과 홈(15b)들이 형성될 수도 있지만, 동일 패턴 및 치수의 돌기와 홈을 형성하기 위해서는 신품 제작시나 이전 재생시와 홀 형상 및 홀 배치 형상에 있어서 동일한 마스크가 이용되어야 한다.In this step, projections 15a and grooves 15b having a different pattern and dimension than the product after the new or previous regeneration of the electrostatic chuck may be formed.However, in order to form projections and grooves of the same pattern and dimensions, new production or previous reproduction may be performed. The same mask should be used for the hole shape and the hole arrangement shape.

또한 블라스트 가공시 홈(15b)들의 가공 깊이는 평탄도 및 조도 조정 단계를 모두 거친 상태에서 규정된 돌기 높이(홈 깊이), 즉 손상 전 제품과 동일한 돌기 높이(h)를 충족시킬 수 있는 수준으로 설정됨이 타당하다.In addition, the processing depth of the grooves 15b during blasting is such that the projection height (groove depth) defined in the state of going through both the flatness and roughness adjustment steps, that is, the same projection height (h) as that of the product before damage is achieved. Set is appropriate.

이후 엠보싱 돌기(15a)들이 형성된 에어로졸 세라믹 코팅막(16)의 평탄도 및 조도를 개선하기 위한 후속 가공, 즉 평탄도 및 조도 조정 단계(S5)를 진행하며, 코팅 후 폴리싱, 래핑, 또는 그 밖의 알려진 연마의 방법으로 연마 가공하여 불규칙한 평탄도 및 조도를 미리 정해진 수준으로 만들어준다.Subsequently, a subsequent process for improving the flatness and roughness of the aerosol ceramic coating film 16 on which the embossing protrusions 15a are formed, that is, the flatness and roughness adjusting step S5, is carried out, followed by polishing, lapping, or other known after coating. Polishing is performed by the method of polishing to make irregular flatness and roughness to a predetermined level.

상기와 같이 평탄도 및 조도 조정 단계를 마치고 나면 손상 전 제품과 동일한 사양의 재생품이 최종적으로 완성되어지게 된다(도 4의 (e) 참조).After the flatness and roughness adjustment steps as described above, the regenerated product having the same specifications as the product before the damage is finally completed (see FIG. 4E).

도 4의 (e)를 참조하면, 재생품에서는 기존 유전층(15)의 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막(16)이 적층되어 있고, 에어로졸 세라믹 코팅막(16)에 패턴화된 엠보싱 돌기(15a)와 패턴 홈(15b)이 형성되어 있음을 볼 수 있다. Referring to FIG. 4E, in the regenerated product, an aerosol ceramic coating layer 16 is laminated on the existing dielectric layer 15, and the patterned embossing protrusion 15a and the pattern grooves are formed on the aerosol ceramic coating layer 16. It can be seen that 15b) is formed.

본 발명의 재생 과정에서는 손상된 표면을 제거한 후 에어로졸 세라믹 코팅막(16)을 형성하여 유전층 두께를 보완한 뒤 돌기(15a)들과 홈(15b)들을 형성하므로 재생 후라 하더라도 전극층(14)으로부터 최상단 표면까지의 거리(d)가 신품이나 이전의 재생품과 동일한 수준으로 관리될 수 있다. In the regeneration process of the present invention, after removing the damaged surface, the aerosol ceramic coating layer 16 is formed to supplement the dielectric layer thickness, and then the protrusions 15a and the grooves 15b are formed. The distance d can be managed at the same level as new or old remanufactured items.

또한 에어로졸 세라믹 코팅막(16)에 신품 또는 이전 재생품과 동일한 치수의 돌기(15a)들과 홈(15b)들을 형성하므로 기능이나 특성상 큰 차이가 없는 재생품을 만들어낼 수 있다.In addition, since the protrusions 15a and the grooves 15b having the same dimensions as the new or previous regenerated products are formed in the aerosol ceramic coating film 16, regenerated products having no significant difference in function or characteristics can be produced.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 정전척에서 손상된 유전층 표면 부위를 에어로졸 세라믹 코팅에 적정한 수준의 평탄도와 조도를 나타내도록 평탄화하고, 이어 평탄화 가공에 의해 얇아진 유전층의 두께를 보완하기 위하여 유전층 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성한 뒤, 에어로졸 세라믹 코팅막에 패턴화된 엠보싱 돌기를 형성하는 과정으로 정전척을 재생해줌으로써 정전척을 폐기하지 않고 다시 사용할 수 있도록 만들 수 있다.In this way, in the present invention, the surface of the dielectric layer damaged by the electrostatic chuck is flattened to exhibit an appropriate level of flatness and roughness for the aerosol ceramic coating, and then an aerosol ceramic coating film is disposed on the dielectric layer to compensate for the thickness of the dielectric layer thinned by the planarization process. After forming, by regenerating the electrostatic chuck in the process of forming a patterned embossing protrusion on the aerosol ceramic coating film can be made to be used again without discarding the electrostatic chuck.

이와 같이 재생된 정천척을 사용함으로써 고가의 정전척을 신품으로 교체하는 것에 비해 소요되는 비용을 줄일 수 있고, 반도체 제조 공정의 제조 비용을 줄일 수 있다.By using the regenerated Cheon Chuck, it is possible to reduce the cost required to replace the expensive electrostatic chuck with a new one, and to reduce the manufacturing cost of the semiconductor manufacturing process.

이러한 본 발명의 재생 방법에 따르면, 재생 후라도 유전층 표면(에어로졸 세라믹 막이 코팅된 표면)에서 전극층까지의 거리에 변화가 없으므로 재생 사용 횟수를 종래에 비해 늘릴 수 있고, 척킹력 등 정전척 역할을 하도록 하는 전기적 작용 및 특성(상기 거리에 의해 달라질 수 있는 특성임)의 변화없이 정전척 표면 부위를 재생할 수 있다.According to the regeneration method of the present invention, even after regeneration, there is no change in the distance from the surface of the dielectric layer (the surface coated with the aerosol ceramic film) to the electrode layer, so that the number of regenerations can be increased compared to the prior art, and the electrostatic chuck acts as a chucking force. The electrostatic chuck surface area can be regenerated without changing the electrical action and properties (which are properties that may vary with the distance).

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

10 : 정전척 11 : 정전척 바디
12 : 정전절연막 13 : 절연층
14 : 전극층 15 : 유전층
15a : 엠보싱 돌기 15b : 패턴 홈
16 : 에어로졸 세라믹 코팅막 21 : 마스크
d: 정전척 표면으로부터 전극층까지의 거리
h : 손상 전 제품의 엠보싱 돌기 높이(패턴 홈 깊이)
S1 : 손상 전 제품의 표면 위치
S2 : 패턴 홈 바닥면 위치 10: electrostatic chuck 11: electrostatic chuck body
12 electrostatic insulating film 13 insulating layer
14 electrode layer 15 dielectric layer
15a: embossing process 15b: pattern groove
16: aerosol ceramic coating film 21 mask
d: distance from the electrostatic chuck surface to the electrode layer
h: Embossing projection height of the product before damage (pattern groove depth)
S1: surface position of the product before damage
S2: pattern groove bottom position

Claims (9)

표면이 손상된 정전척을 준비하는 정전척 준비 단계;
손상된 정전척 표면을 평탄하게 가공하되, 손상된 정전척 표면에 존재하는 엠보싱 돌기와 돌기 사이의 패턴 홈이 모두 제거될 수 있도록 패턴 홈의 깊이 이상으로 평탄화 가공하는 평탄화 작업 단계;
상기 평탄화 작업에 의해 얇아진 유전층의 두께를 보완하기 위해 평탄화된 표면의 상부에 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성하되, 에어로졸 세라믹 코팅막을 포함한 유전층 두께가 손상 전 제품의 유전층 두께와 동일해지도록 에어로졸 세라믹 코팅막을 형성하는 에어로졸 세라믹 코팅 단계;
상기 에어로졸 세라믹 코팅막의 표면에 패턴화된 엠보싱 돌기들을 형성하되, 에어로졸 세라믹 코팅막을 마스크를 사용하여 마스킹한 뒤 블라스트 가공하여 패턴화된 엠보싱 돌기 및 돌기 사이의 패턴 홈을 손상 전 제품과 동일하게 형성하는 단계;
상기 엠보싱 돌기들이 형성된 에어로졸 세라믹 코팅막의 표면 평탄도 및 조도를 조정하기 위한 후속 가공을 하는 평탄도 및 조도 조정 단계;
를 포함하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법.
An electrostatic chuck preparation step of preparing an electrostatic chuck whose surface is damaged;
A flattening operation step of flattening the damaged electrostatic chuck surface, and flattening the surface of the patterned groove beyond the depth of the pattern groove so that all of the pattern grooves between the embossing projections and the projections present on the damaged electrostatic chuck surface are removed;
Forming an aerosol ceramic coating film on top of the planarized surface to compensate for the thickness of the dielectric layer thinned by the planarization operation, forming an aerosol ceramic coating film so that the dielectric layer thickness including the aerosol ceramic coating film is equal to the dielectric layer thickness of the product before damage Aerosol ceramic coating step;
Patterned embossing protrusions are formed on the surface of the aerosol ceramic coating film, but the aerosol ceramic coating film is masked using a mask and then blasted to form pattern grooves between the patterned embossing protrusions and the protrusions in the same manner as before the product. step;
A flatness and roughness adjusting step of performing subsequent processing to adjust the surface flatness and roughness of the aerosol ceramic coating film on which the embossing protrusions are formed;
Electrostatic chuck regeneration method using an aerosol coating comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 정전척은 유전층 소재가 AlN, Al2O3, SiC, 및 TiO2 중 선택된 산화물, 질화물, 또는 탄화물의 세라믹 재질이거나, Al2O3와 TiO2의 복합 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법.
The method according to claim 1,
The electrostatic chuck is an aerosol coating, characterized in that the dielectric layer material is a ceramic material of oxide, nitride, or carbide selected from AlN, Al 2 O 3 , SiC, and TiO 2 , or a composite ceramic material of Al 2 O 3 and TiO 2 . Electrostatic chuck regeneration method using.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 평탄화 작업 단계에서 폴리싱, 랩핑, 또는 연마의 방법으로 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법.
The method according to claim 1,
Electrostatic chuck regeneration method using an aerosol coating, characterized in that the surface is planarized by polishing, lapping, or polishing in the planarization operation step.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 에어로졸 세라믹 코팅막의 소재로 플라즈마 식각에 대한 우수한 내식성을 가진 Y2O3의 세라믹 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법.
The method according to claim 1,
Electrostatic chuck regeneration method using an aerosol coating, characterized in that using a ceramic material of Y 2 O 3 having excellent corrosion resistance to plasma etching as a material of the aerosol ceramic coating film.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 평탄도 및 조도 조정 단계에서 폴리싱, 랩핑, 또는 연마의 방법으로 조정하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 코팅을 이용한 정전척 재생 방법.
The method according to claim 1,
Electrostatic chuck regeneration method using an aerosol coating, characterized in that the adjustment by the method of polishing, lapping, or polishing in the flatness and roughness adjustment step.
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