JP2013511162A - 静電チャック及びそれを含む基板処理装置 - Google Patents

Abstract

静電チャックは静電層及び発熱層を含む。静電層は、上部に置かれる基板を固定するために静電力を発生する静電電極を配置しながら第１熱伝達係数を有する。発熱層は、静電層の下部に配置され、基板を加熱するための発熱電極を配置しながら第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する。

Description

本発明は静電チャック及びそれを含む基板処理装置に関し、集積回路素子を製造することに使われるウェハ（ｗａｆｅｒ）またはガラス板のような基板を静電力を利用して固定するための静電チャック及びそれを含んで前記基板を処理する装置に関する。

一般的に、集積回路素子はウェハ（ｗａｆｅｒ）またはガラス板のような基板を対象にして、蒸着工程、エッチング工程、フォトリソグラフィ工程、イオン注入工程などを遂行して製造され、その例としては半導体素子またはディスプレイ素子を挙げることができる。

上述のような工程のうち、エッチング工程は、その遂行のための空間を提供する工程チャンバ、外部から前記工程チャンバ内に連結されて前記エッチング工程に該当する工程ガスを前記工程チャンバの内部に提供するガス提供部、及び、前記工程チャンバの内部に配置されて前記基板を支持しながら静電力を利用して固定する静電チャックを含む基板処理装置によって進行される。

ここで、前記静電チャックは静電力を発生する静電電極が配置されながら前記基板が置かれる静電層、及び、前記静電層の下部で前記基板を加熱するための発熱電極が配置された発熱層を含む。

ここで、前記発熱電極は平面的に見た時、螺旋形状または凹凸形状で均一に配置され、発熱のために高い電気伝導性と高い熱伝導性を有する。
これに、前記発熱層は前記発熱電極の対向する間で前記発熱電極を絶縁させる役割が非常に重要であるから高い電気抵抗性を有することになる。

しかし、前記発熱層は、前記の絶縁役割のための高い電気抵抗性と共に低い熱伝導性も有しているので前記発熱電極からの熱が前記基板の界面に円滑に伝達されなくて、前記基板が均一に加熱できなくなる可能性もある。

本発明の目的は、静電力を利用して基板を支持固定しながら前記基板を均一に加熱することのできる静電チャックを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記の静電チャックを含む基板処理装置を提供することにある。

上述した本発明の目的を達成するために、一特徴による静電チャックは静電層及び発熱層を含む。
前記静電層は、上部に置かれる基板を固定するために静電力を発生する静電電極が配置されながら第１熱伝達係数を有する。前記発熱層は、前記静電層の下部に配置され、前記基板を加熱するための発熱電極が配置されながら前記第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する。

ここで、前記発熱層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が単独またはこれらの混合物から構成されるセラミック物質からなることができる。また、前記第２熱伝達係数は、１５０〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることができる。

また、前記発熱層は、前記発熱電極と同じ厚さを有しながら前記発熱電極の側面を取り囲んだ構造を有することができる。また、前記静電層は、１〜５ｍｍの厚さを有することができる。

一方、前記静電チャックは、前記発熱層の下部に配置されて前記第１熱伝達係数より低い第３熱伝達係数を有する断熱層をさらに含むことができる。これに、前記断熱層は０．０５〜０．５ｍｍの厚さを有することができる。

また、前記発熱層の上部表面は、前記静電層の下部表面と接触するように配置することができ、前記発熱層の下部表面は前記断熱層の上部表面と接触するように配置することができる。

上述した本発明の他の目的を達成するために、一特徴による基板処理装置は、工程チャンバ、ガス提供部、及び静電チャックを含む。
前記工程チャンバは、基板を処理するための空間を提供する。前記ガス提供部は前記工程チャンバと連結されて、前記基板を処理するための工程ガスを前記工程チャンバの内部に提供する。前記静電チャックは、前記工程チャンバの内部に配置されて、前記工程ガスを介して処理される基板を支持して固定する。

これに、前記静電チャックは、上部に前記基板が置かれられ、前記基板を固定するための静電力を発生する静電電極が配置されながら第１熱伝達係数を有する静電層、及び、前記静電層の下部に配置されて前記基板を加熱するための発熱電極が配置されながら前記第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する発熱層を含むことができる。

これに、前記発熱層は、前記発熱電極と同じ厚さを有しながら前記発熱電極の側面を取り囲んだ構造を有することができる。
そして、前記発熱層の上部表面は、前記静電層の下部表面と接触するように配置でき、前記発熱層の下部表面は、前記断熱層の上部表面と接触するように配置することができる。

このような静電チャック及びそれを含む基板処理装置によれば、上部に置かれる基板を固定するために静電力を発生する静電電極が配置されながら第１熱伝達係数を有する静電層の下部に、前記基板を加熱するための発熱電極が配置された発熱層を前記第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有するように構成することによって、前記発熱電極から発生した熱が前記発熱層から優先的かつ均一に広がるようにした後、相対的に低い第１熱伝達係数を有する前記静電層を介して前記基板に提供されるようにすることによって、前記基板を均一に加熱することができる。

従って、前記基板を工程ガスを介して処理し製造される半導体素子またはディスプレイ素子のような集積回路素子の品質を向上させることができる。

本発明の一実施例による静電チャックを概略的に示した構成図である。 図１の静電チャックで静電層、発熱層、及び断熱層を具体的に示した図面である。 本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示した構成図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態に係る静電チャック及びそれを含む基板処理装置について詳細に説明する。本発明は多様な変更を加えることができ、種々の形態を有することができるが、特定の実施形態を図面に例示して本明細書に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むと理解するべきである。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使った。添付した図面において、構造物のサイズは本発明の明確性を期するために実際より拡大して示した。

第１、第２等の用語は多様な構成要素を説明するのに使用しているが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されるものではない。これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使う。例えば、本発明の権利範囲から逸脱しなければ、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名することができる。

本明細書で使用する用語は単に特定の実施形態を説明するために使用するもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品または、これを組み合わせたのが存在するということを指定しようとするものであって、一つまたは、それ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品または、これを組み合わせたものの存在または、付加の可能性を、予め排除しないことと理解するべきである。

一方、別に定義しない限り、技術的或いは科学的用語を含み、本明細書中において使用される全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、一般的に理解するのと同一の意味を有する。一般的に使用される辞書において定義する用語と同じ用語は関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有するものと理解するべきで、本明細書において明白に定義しない限り、理想的或いは過度に形式的な意味として解釈してはならない。

図１は本発明の一実施例による静電チャックを概略的に示した構成図であり、図２は図１の静電チャックで静電層、発熱層、及び断熱層を具体的に示した図面である。
図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例による静電チャック１００は静電層２００、発熱層３００、断熱層４００、及び支持本体５００を含む。

静電層２００は上部に置かれる基板１０を支持する。ここで、基板１０は集積回路素子の半導体素子またはディスプレイ素子を製造するためのウェハ（ｗａｆｅｒ）またはガラス板でありうる。

静電層２００には基板１０を固定するために静電力を発生する静電電極２１０が配置される。ここで、静電電極２１０は、静電層２００の内部に広いプレート形態で埋設されることができる。静電電極２１０は、熱膨張率が低いタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）からなることができる。

静電層２００は絶縁性のセラミック物質からなる。具体的に、静電層２００は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が基本物質でなることができる。例えば、静電層２００は、約９０〜９６％の含有量の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、または、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が添加された形態を有するか、または、約９０％以上の含有量の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が添加された形態を有することができる。

このような場合、静電層２００は、体積抵抗が約１０^１４〜１０^１６Ωｃｍを有することになって高絶縁性を表し、約１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の第１熱伝達係数を有することができる。

発熱層３００は静電層２００の下部に配置される。発熱層３００には基板１０を加熱するために熱を発生する発熱電極３１０が配置される。
発熱電極３１０は基板１０を約０〜１００℃に加熱するための約１〜１００Ωの抵抗を有するように、厚さは約０．００５〜０．３ｍｍ、幅は約０．５〜１０ｍｍ、長さは約３〜３０ｍで構成することができる。これに、発熱電極３１０は平面的に見た時、螺旋形状または凹凸形状にして均一に配置されることができる。

また、発熱電極３１０は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはチタン（Ｔｉ）などの金属ペーストを介して製造し、基板１０を加熱するための温度を実現することができる。これとは違って、発熱電極３１０は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはチタン（Ｔｉ）などの粉末素材を介して製造されることもでき、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）などの薄膜素材を介して製造されることもできる。

発熱層３００は発熱電極３１０の側面を取り囲んだ構造を有する。この時、発熱層３００は、発熱電極３１０の全側面を全部取り囲むことができるように発熱電極３１０と同じ厚さｔ１を有することが望ましい。これに、発熱層３００は、上段面と下段面が上部及び下部に露出して、上段面は静電層２００に接触し、下段面は断熱層４００に接触する。即ち、発熱層３００の上部表面は静電層２００の下部表面と接触し、発熱層３００の下部表面は断熱層４００の上部表面と接触する。

言及したように、発熱層３００が発熱電極３１０の側面を取り囲むと、発熱層３００の熱伝導率が高くなり、その結果、発熱層３００自体も発熱電極の役割をするという利点がある。即ち、発熱層３００が発熱電極３１０の側面を取り囲む構造を有することによって発熱電極３１０の役割をする部分が拡大される。

また、発熱層３００の厚さｔ１は、発熱電極３１０より厚く構成されることができる。この時、発熱層３００の厚さｔ１が発熱電極３１０より約１.５倍超過する場合には、基板１０を約０〜１００℃に加熱させるために発熱電極３１０から熱を過多に発生させるだけでなく、その厚さｔ１が過度に厚くなって静電層２００と基板１０に効率的に熱を伝達されることができず、また、過剰な熱応力による疲労によって発熱電極３１０が破損されるおそれもある。従って、発熱層３００の厚さｔ１は、発熱電極３１０より約１.５倍内で厚く構成することが望ましい。

発熱層３００は、螺旋形状または凹凸形状を有する発熱電極３１０の互いに対向する部分で互いに絶縁されるように絶縁性セラミック物質からなる。また、発熱層３００は、発熱電極３１０から発生した熱が側面方向に最大限均一に広がるようにするために静電層２００の約１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する。

これに、第２熱伝達係数が約１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合には、発熱電極３１０から発生した熱が発熱層３００と静電層２００を経て基板１０から伝達される速度が遅くて工程時間が長くなるから望ましくなく、約２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超過する場合には発熱電極３１０から発生した熱が発熱層３００と静電層２００を経て基板１０に伝達される速度は非常に速くなるが、発熱層３００と静電層２００の各々の第１及び第２熱伝達係数の差が非常に大きくて発熱層３００と静電層２００の温度偏差が非常に速く広がることになるので、これによる熱応力または熱ショックによって静電層２００が疲労が累積し破損されるおそれがあるから望ましくない。

従って、第２熱伝達係数は発熱層３００から、発熱電極３１０よりの熱が基板１０に均一に広がるようにするために、約１５０〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を有することが望ましい。

このために、発熱層３００は他のセラミック物質に比べて熱伝導性が優秀な窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を約９０％の含有量で用意して、これに酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）などを添加して製造することができる。

具体的に、発熱層３００は、前記の物質をセラミックバルク、セラミックペースト、またはセラミック薄膜などの形態で構成して製造することができ、その方法としては、接着方式、ペーストプリンティング方式、または蒸着方式を利用することができる。このように製造された発熱層３００は、静電層２００と類似の約１０^８〜１０^１６Ωｃｍの体積抵抗を有することになって高絶縁性を表すことができる。

このように、静電電極２１０が配置されながら第１熱伝達係数を有する静電層２００の下部に発熱電極３１０が配置された発熱層３００を第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有するように構成することによって、発熱電極３１０から発生した熱が発熱層３００から優先的に均一に広がるようにした後、相対的に低い第１熱伝達係数を有する静電層２００を介して基板１０に提供することによって、基板１０が均一に加熱されるようにすることができる。

この時、静電層２００の厚さｔ２が、約１ｍｍ未満の場合には、発熱層３００から広がった熱を均一に拡散させることが容易ではないので望ましくなく、約５ｍｍを超過する場合には熱が基板１０に伝達される効率が減少して基板１０を望む温度に加熱することが容易ではないので望ましくない。従って、静電層２００は、約１〜５ｍｍの厚さｔ２を有することが望ましい。

断熱層４００は発熱層３００の下部に配置される。断熱層４００は発熱電極３１０から下部に発生した熱を遮断して上部に誘導する。このために、断熱層４００は発熱層３００の第２熱伝達係数のみならず、静電層２００の第１熱伝達係数よりもさらに低い第３熱伝達係数を有する。

これに、断熱層４００は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などのように高温焼成タイプのガラス系セラミック物質からなることができる。これとは違って、断熱層４００は、シリコン、アクリル、エポキシなどのポリマ物質が単独からなることができるし、または、２つ以上を混合した物質からなることもできる。

これに、断熱層４００の第３熱伝達係数は、約０．５〜５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で示すことができ、また、静電層２００及び発熱層３００と類似の約１０^８〜１０^１６Ωｃｍの体積抵抗を有することができる。

一方、断熱層４００の厚さｔ３が、約０．０５ｍｍ未満の場合には、下部に配置される支持本体５００の流路５１０に流れる冷却流体の影響で基板１０の温度が均一にならないだけでなく、基板１０に伝達される熱の効率が落ちることになって、発熱電極３１０から不必要に多量の熱を発生させなければならなくなるから望ましくない。

また、前記のような場合には断熱層４００の下部に配置された支持本体５００に比較的多量の熱が伝達されることによって、それを冷却させるために流路５１０に多量の冷却流体を流したり、または、冷却に長い時間を必要とするので望ましくない。

反面、断熱層４００の厚さｔ３が、約０．５ｍｍを超過する場合には、発熱電極３１０から熱を遮断する効果に変化がないので構造上において望ましくない。従って、断熱層４００は厚くなくて、発熱電極３１０から支持本体５００に伝達される熱を効果的に遮断できる約０．０５〜０．５ｍｍの厚さｔ３を有することが望ましい。

支持本体５００は断熱層４００の下部に配置される。支持本体５００は、断熱層４００との間に配置された接着層６００を介して断熱層４００を支持して、全体的に受け台役割を遂行する。

支持本体５００は内部に均一に分布した流路５１０を有する。これに、支持本体５００は、流路５１０に冷却流体を流すことによって、断熱層４００から一部伝達された熱を冷却させることができる。

図３は本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示した構成図である。
本実施例において、静電チャックは図１及び図２に図示した構成と同じ構成を有するので、同じ参照番号を使ってその重複される詳細な説明は省略する。

図３を参照すれば、本発明の一実施例による基板処理装置１０００は、工程チャンバ７００、ガス提供部８００、及び静電チャック１００を含む。
工程チャンバ７００は、半導体素子またはディスプレイ素子のような集積回路素子を製造するために基板１０を処理する空間を提供する。例えば、工程チャンバ７００では基板１０を対象にしてエッチング工程が遂行されることができる。この時、工程チャンバ７００の内部はエッチング工程がより円滑に行われるように高真空状態が維持されることができる。

ガス提供部８００は工程チャンバ７００と連結される。ガス提供部８００は基板１０を処理するための工程ガス２０を外部から工程チャンバ７００の内部に提供する。この時、ガス提供部８００は、円滑な提供のために工程チャンバ７００の上部に連結されることができる。

ここで、工程ガス２０は、エッチング工程の時に必要なプラズマの生成のための不活性ガス、または、実質的なエッチングのためのソースガスでありうる。一方、ガス提供部８００には工程チャンバ７００の内部でプラズマが生成されるように外部から高周波電圧が印加されることができる。

静電チャック１００は工程チャンバ７００の内部に配置される。具体的に、静電チャック１００は工程チャンバ７００の下部に配置されて基板１０を支持しながら固定する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の実施例はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものとされる。

このような静電チャック１００は、図１及び図２を参照した説明でのように基板１０を均一に加熱できることによって、基板１０を工程ガス２０を介し処理して製造される半導体素子またはディスプレイ素子のような集積回路素子の品質を向上させることができる。

Claims (12)

1. 上部に置かれる基板を固定するために静電力を発生する静電電極が配置されながら第１熱伝達係数を有する静電層と、
   前記静電層の下部に配置され、前記基板を加熱するための発熱電極が配置されながら前記第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する発熱層と、を含む静電チャック。
2. 前記発熱層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、または、これらの混合物が含まれたセラミック物質からなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記第２熱伝達係数は、１５０〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記発熱層は、前記発熱電極と同じ厚さを有しながら、前記発熱電極の側面を取り囲んだ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
5. 前記静電層は、１〜５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
6. 前記発熱層の上部表面は、前記静電層の下部表面と接触する構造を有するように配置することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
7. 前記発熱層の下部に配置され、前記第１熱伝達係数より低い第３熱伝達係数を有する断熱層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
8. 前記断熱層は、０．０５〜０．５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項７に記載の静電チャック。
9. 前記断熱層は、その上部表面が前記発熱層の下部表面と接触する構造を有するように配置することを特徴とする請求項７に記載の静電チャック。
10. 基板を処理するための空間を提供する工程チャンバと、
    前記工程チャンバと連結され、前記基板を処理するための工程ガスを前記工程チャンバの内部に提供するガス提供部と、
    前記工程チャンバの内部に配置され、前記工程ガスを介して処理される基板を支持しながら固定する静電チャックと、を含み、
    前記静電チャックは、
    上部に前記基板が置かれ、前記基板を固定するための静電力を発生する静電電極が配置されながら第１熱伝達係数を有する静電層と、
    前記静電層の下部に配置され、前記基板を加熱するための発熱電極が配置されながら前記第１熱伝達係数より高い第２熱伝達係数を有する発熱層と、を含むことを特徴とする基板処理装置。
11. 前記発熱層は前記発熱電極と同じ厚さを有しながら前記発熱電極の側面を取り囲んだ構造を有することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記発熱層の上部表面は、前記静電層の下部表面と接触するように配置し、前記発熱層の下部表面は前記断熱層の上部表面と接触するように配置することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。

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