KR100539976B1 - 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR100539976B1
KR100539976B1 KR1020030021034A KR20030021034A KR100539976B1 KR 100539976 B1 KR100539976 B1 KR 100539976B1 KR 1020030021034 A KR1020030021034 A KR 1020030021034A KR 20030021034 A KR20030021034 A KR 20030021034A KR 100539976 B1 KR100539976 B1 KR 100539976B1
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Abstract

정전척의 전극을 박막화하여 유전체의 열전달 특성을 개선하는 한편, 전극의 손상을 방지할 수 있으며, 전극 재료인 페이스트의 불순물의 영향을 최소화할 수 있는 정전척 및 그의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 정전척은, 상면에 웨이퍼가 안치되는 제 1 유전체를 포함한다. 상기 제 1 유전체의 저면에는 소정 부분에 돌출부를 포함하는 전극이 형성되며, 상기 전극의 표면에 제 2 유전체가 형성된다. 제 2 유전체 내부에는 상기 돌출부와 전기적으로 연결되면서 제 2 유전체를 관통하도록 형성되는 접점부가 형성되어 있다.
정전척, 전극, 돌출부, 유전체

Description

정전척 및 그 제조방법{Electrostatic chuck and method for manufacturing the same}
도 1은 종래의 정전척을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 정전척을 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 정전척 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
110 : 제 1 유전체 120 : 전극
130 : 돌출부 140 : 제 2 유전체
150 : 관통홀
본 발명은 정전척 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마주 하는 유전체 및 그 사이에 개재되는 전극을 포함하는 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조공정은 산화 공정, 증착 공정 및 식각 공정 등이 있으며, 이러한 공정들은 챔버내에 웨이퍼가 장입되어 진행된다. 이때, 원활한 공정을 위해서 웨이퍼는 챔버내에 고밀도로 클램핑되는 것이 중요하다.
웨이퍼의 클램핑 방식으로는 메카니컬 방식, 진공 흡착 방식 및 정전력을 이용한 정전척 방식이 있으며, 그중 정전척 방식이 가장 널리 이용되고 있다.
종래의 정전척(혹은 정전 시트)은 대한민국 특허 공개 공보 2002-58438호에 개시되어 있는 바와 같이, 기판, 기판상에 형성된 전극 및 전극 상부에 형성된 유전체로 구성될 수 있으며, 기판과 유전체는 동일한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 기판과 유전체는 대한민국 특허 공개 공보 2002-59439호에 개시된 바와 같이 AlN막으로 구성될 수 있으며, 전극은 대한민국 특허 공개 공보 2002-59440호에 개시된 바와 같이 적어도 2개의 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기한 종래의 정전척(1)을 도 1을 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 준비한다. 여기서, 기판(10)은 예를 들어 AlN 계열의 세라믹 소결체, 반소결체 또는 소결이 이루어지지 않은 그린 시트 상태로 구성될 수 있다. 이하 기판(10)을 제 1 유전체로 지칭한다.
제 1 유전체(10) 상부에 전극(15)을 형성한다. 전극(15)은 예를 들어 몰리브덴, 텅스텐 또는 몰리브덴(또는 텅스텐)에 니켈 또는 코발트등의 이종 금속이 혼합된 물질일 수 있다. 여기서, 전극(15)은 도전 페이스트를 이용한 공지의 스크린 프린팅 방식에 의하여 형성되며, 이후 외부 전원과 연결되는 접점부와의 콘택을 위하여 약 50 내지 250㎛의 두께의 후막으로 형성된다. 여기서, 상기 스크린 프린팅 방식은 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌(Screen and Screen Printing, published by the international Society for Hybrid Microelectronics, 1991)에 기재되어 있으며, 이 전문이 본원의 참조 문헌으로 인용된다.
전극(15)이 형성된 제 1 유전체(10) 상에 제 2 유전체(20)를 형성한다. 제 2 유전체(20)는 웨이퍼(30)가 안착되는 면을 가지며, 그린 시트(green sheet) 형태의 AlN 계열의 세라믹으로 형성된다. 이때, 그린 시트라 함은 소결이 이루어지지 않은 미가공 상태로서, 이러한 그린 시트 상태의 제 2 유전체(20)는 평탄한 상태를 유지하도록 소정량의 바인더(binder)를 포함할 수 있다.
그 다음, 전극(15)과 외부 전원(35)을 전기적으로 도통시키기 위하여, 제 1 유전체(10)의 소정 부분을 다이아몬드 드릴에 의하여 가공하여, 관통홀(24)을 형성한다.
그후, 제 2 유전체(20)를 1850℃의 온도 및 20MPa의 압력하에서 열압하여 소결시킨다음, 관통홀(24)내에 전극봉을 삽입하여, 접점부(25)를 형성한다.
이와같은 정전척(1)은 전극(15) 및 웨이퍼(30)에 소정의 전압이 인가됨에 따라 정전기적 인력에 의하여 제 2 유전체(20) 표면에 웨이퍼(30)가 흡착된다.
그러나, 종래의 정전척은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 종래의 정전척(10) 내부의 전극(15)은 약 50 내지 250㎛의 비교적 후막으로 형성되므로, 전극(15)이 형성된 부분에서는 제 1 유전체(10)와 제 2 유전체(20)가 전극(15)의 두께만큼 이격된다. 이와같이 제 1 유전체(10)와 제 2 유전체(20)의 거리가 멀어지면, 제 1 및 제 2 유전체(10,20)간의 열전달 특성이 열악해져서, 정전척 및 웨이퍼(30)가 발열되고, 이로 인하여 공정 효율이 저하된다.
또한, 상기 전극(15)이 상술한 바와 같이 두껍게 형성되기 때문에 점도가 높은 페이스트가 다량이 요구되고, 이로 인하여 페이스트내에 첨가되어 있는 불순물이 이후 제 2 유전체(20)의 소결 공정시 방출되어 정전척의 오염을 유발한다.
이러한 문제점을 해결하고자 전극(15)의 두께를 감소시키게 되면, 다이아몬드 드릴에 의하여 관통홀 식각시, 전극(15)의 두께만큼의 오차 범위내에서 관통홀을 식각해야한다는 부담이 있고, 심할 경우, 전극(15)이 관통되어 버리는 문제가 있어, 정전척(1)의 불량을 유발한다.
한편, 그린 시트 상태로 형성되는 제 2 유전체(20)는 상술한 바와 같이 다량의 바인더를 포함하고 있어, 이후 소결시 상기 바인더들이 잔류할 수 있고, 이로 인하여, 제 2 유전체(20)의 색상이 불균일해질 수 있다.
또한, 제 1 유전체(10)를 반소결체 또는 소결이 되지 않은 상태로 형성하는 경우, 관통홀(24)이 제 1 및 제 2 유전체(10,20)를 소결시키기 이전에 형성되므로, 소결 이후 제 1 유전체가 수축 또는 이완되어, 관통홀의 사이즈를 변화시킬 수 있다. 이로 인하여, 노출되는 전극의 면적 및 관통홀 사이즈를 정확히 조절할 수 없는 문제점 또한 상존하고 있다. 아울러, 상기와 같이 제 1 유전체(10)가 반소결체 또는 소결이 되지 않은 상태로 형성되는 경우, 소결에 의한 제 1 유전체(10)의 열팽창 계수의 변화로 제 1 유전체(10) 표면의 높이가 변화될 수 있고, 이로 인하여 전극과의 접촉이 불량해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극을 박막화하여 유전체의 열전달 특성을 개선 하는 한편, 전극의 손상을 방지할 수 있는 정전척을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전극을 박막화하여, 전극 재료인 페이스트의 불순물의 영향을 최소화할 수 있는 정전척의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 정전척은, 상면에 웨이퍼가 안치되는 제 1 유전체를 포함한다. 상기 제 1 유전체의 저면에는 소정 부분에 돌출부를 포함하는 전극이 형성되며, 상기 전극의 표면에 제 2 유전체가 형성된다. 제 2 유전체 내부에는 상기 돌출부와 전기적으로 연결되면서 제 2 유전체를 관통하도록 형성되는 접점부가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전척은, 상면에 웨이퍼가 안치되는 AlN 소결체로 구성된 제 1 유전체를 포함하며, 상기 제 1 유전체의 저면에, 소정 부분에 돌출부를 구비하는 전극이 형성된다. 상기 전극의 표면에는 제 2 유전체가 형성되며, 상기 제 2 유전체 내부에는 돌출부와 전기적으로 연결되도록 접점부가 형성된다.
이때, 상기 전극은 10 내지 50㎛ 두께로 형성될 수 있고, 상기 전극과 돌출부는 동일한 물질로 형성될 수 있다.
이때, 상기 전극은 Mo 또는 W과 같은 단일 금속으로 형성되거나, Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni과 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질 또는 W에 0.1 내지 5wt%의 Co와 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 제 1 및 제 2 유전체는 접촉 특성을 강화시키기 위하여 동일한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 유전체는 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3 및 La2O3 중에서 어느 하나 혹은 이들의 두 물질의 혼합 물질로 된 소결 조제를 0.01 내지 10wt% 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 정전척 제조방법은, 제 1 유전체를 형성하고, 제 1 유전체 표면에 전극을 형성한다. 그리고 나서, 상기 전극의 소정 부분에 돌출부를 형성한다음, 상기 돌출부를 갖는 전극 상부에 제 2 유전체를 형성하고, 상기 결과물을 소결시킨다. 그후에, 상기 제 2 유전체를 가공하여 상기 돌출부를 노출시키는 관통홀을 형성한다음, 상기 관통홀내에 상기 돌출부와 전기적으로 연결되도록 접점부를 형성한다.
상기 제 1 유전체를 형성하는 단계는, 소정의 몰드에 분말 형태의 세라믹을 충전하는 단계, 상기 세라믹을 소결하는 단계, 및 상기 몰드로부터 소결된 세라믹을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 유전체용 세라믹은 95 내지 99.99%의 AlN; Y2O3, Sm2O3, Ce2O3 및 La2O3 중에서 어느 하나; 혹은 상기 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3 및 La2O3 중 두 물질의 혼합 물질로 된 소결 조제를 0.01 내지 10wt% 포함할 수 있다.
상기 세라믹을 소결시키는 단계 및 상기 결과물을 소결시키는 단계는, 30 내지 200MPa의 압력 및 1600 내지 1900℃의 온도에서 Ar, N2 및 He 가스 중에서 어느 하나 혹은 이들의 두개의 혼합 가스 분위기로 진행할 수 있다.
상기 전극을 형성하는 단계는, 스크린 프린팅법, 진공 증착법, 이온 도금법, PVD 및 CVD 중 선택되는 하나의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 돌출부를 형성하는 단계는, 상기 전극 상부의 소정 부분에 전극과 동일한 물질을 토출하여 성형한다.
상기 돌출부를 형성하는 단계와, 상기 제 2 유전체를 형성하는 단계 사이에, 상기 전극 및 돌출부간의 접촉 특성 강화를 위하여 50 내지 200℃의 온도에서 열처리하는 단계를 더 실시할 수 있다.
상기 제 2 유전체를 형성하는 단계는, 상기 전극이 형성된 제 1 유전체를 소정의 몰드에 고정시키는 단계와, 상기 전극 상부에 제 2 유전체용 분말 세라믹을 충전하는 단계를 포함하며, 상기 결과물을 소결하는 단계 이후에 상기 몰드를 결과물로부터 분리한다.
상기 제 2 유전체용 분말 세라믹은 상기 제 1 유전체용 분말 세라믹과 동일함이 바람직하다.
상기 관통홀을 형성하는 단계는, 상기 제 1 유전체가 상부를 향하도록 결과물을 180°회전시키는 단계와, 상기 전극의 돌출부가 노출되도록 다이아몬드 드릴에 의하여 가공하여 관통홀을 형성하는 단계를 포함한다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어 져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 정전척을 나타낸 단면도이고, 도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 정전척 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
본 발명의 정전척(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판인 제 1 유전체(110)를 포함한다. 제 1 유전체(110)는 AlN 소결체일 수 있으며, Y2O3, Sm2O3, Ce2O3, La2O3 CaO 및 Ti,중에서 어느 하나, 혹은 이들의 두물질 이상을 혼합한 물질이 소결 조제로 첨가될 수 있다. 이때, 소결 조제는 0.01 내지 10wt%, 바람직하게는 0.01 내지 2wt% 정도 첨가될 수 있다.
이러한 제 1 유전체(110)는 AlN 소결체 대신 Al2O3, SiC, Si3N4 및 BN 중에서 어느 하나의 소결체가 사용될 수 있다. 그러나, Al2O3의 경우, 열전도율이 AlN의 20 내지 30% 수준이고, 내플라즈마 특성이 약하다는 문제가 있고, SiC는 저항을 제어하기 위하여 고순도 미립의 알루미나와 같은 고저항 성분을 혼합해야하는 번거러움이 있으며, Si3N4 는 열전도도를 향상시키기 위한 조성을 개발하여야 하고 소결용 특수 장비가 추가로 필요하다. 또한, PBN은 코팅이 어렵고 적용 범위가 국한되어 있다는 단점등이 있으므로, AlN을 사용하는 것이 가장 적합하다. 또한, 제 1 유전체(110)는 200mm 정전척을 제작할 경우, 280 내지 320㎛, 바람직하게는 300㎛ 두께로 형성됨이 바람직하고, 300mm 정전척을 제작하는 경우 위치별 크기의 편차가 발생할 수 있으므로 300 내지 600㎛ 두께로 형성할 수 있다.
이러한 제 1 유전체(110)의 상부 및 하부 표면을 평탄화되어져 있고, 제 1 유전체(110)의 상부 표면에는 웨이퍼(도시되지 않음)가 놓여지게 되며, 하부 표면에는 전극(120)이 형성된다. 본 실시예에서 전극(120)은 종래에 비하여 박막인 10 내지 20㎛ 두께로 형성된다.
이러한 전극(120)은 제 1 유전체(110)와 열팽창 계수의 차이가 작은 물질로 사용하여, 제 1 유전체(110)와 전극(120) 사이에 계면 접촉 특성을 개선한다.
상기 전극(120)으로는 Mo 또는 Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni 및 제 1 유전체 조성과 동일한 AlN 분말이 1 내지 10wt% 첨가된 물질 즉, 소결 조제가 소량 첨가된 AlN 분말이 1 내지 10wt% 정도 첨가된 Mo 페이스트 물질이 이용될 수 있다.
또한, 전극(120)으로는 W 또는 W에 0.1 내지 5wt%의 Co 및 제 1 유전체 조성과 동일한 AlN 분말이 1 내지 10wt% 첨가된 페이스트 물질 즉, 소결조제가 소량 첨가된 AlN 분말이 1 내지 10wt% 정도 첨가된 W 페이스트 물질이 이용될 수 있다.
그밖에 전극(120)은 WC, Ti, Pd, Ni, Mo-Mn, Pt 또는 Ag 등의 금속이나; Fe-Co-Ni 합금; 또는 MoC, Ti, TiC, TiN, SiC 또는 ZrB2 등의 도전성 세라믹 막으로도 형성될 수 있다.
이러한 전극(120)은 소정 부분에는 돌출부(130)가 형성되어 있다. 돌출부(130)는 두께 및 직경에는 제한이 없으나, 이후 형성될 접점부보다는 큰 사이즈로 형성됨이 바람직하다. 이러한 돌출부(130)는 전극(120)과의 접촉 특성을 개선하기 위하여 전극(120)과 동일한 물질로 형성됨이 바람직하다.
접촉부(130)를 갖는 전극(120) 표면에 제 2 유전체(140)가 형성된다. 제 2 유전체(140)는 제 1 유전체(110)와의 접촉 특성을 개선시키기 위하여, 제 1 유전체(110)와 마찬가지로 AlN 물질이 이용될 수 있다. 이때, 제 2 유전체(140)는 제 1 유전체(110)의 조성, 즉 부피 저항률과 열전도도를 제어하기 위한 소결 조제의 함량과 종류, 소결 조건(온도, 시간 압력, 분위기 가스 등) 및 후속 열처리등에 따른 특성 변화가 일부 상이할 수 있다. 이러한 조성의 변화에 따라, 제 2 유전체(140)는 제 1 유전체(110)보다 저항율이 1 내지 3배 더 크거나 작은 조성을 얻을 수 있으며, 주 분말인 AlN의 급(grade)을 변경시켜 원가 절감을 할 수 있다.
이와같은 제 2 유전체(140)에는 돌출부(130)를 노출시키는 관통홀(150)이 구비되며, 도면에는 도시되지 않았지만, 이후 관통홀(150)내에 도전 물질이 삽입되어 접점부가 형성된다. 이때, 관통홀(150)은 상술한 바와 같이 돌출부(130)의 직경보다는 좁은 직경을 가짐이 바람직하다.
이와같은 본 발명의 정전척은 전극(120)이 상대적으로 얇은 두께로 형성되 고, 관통홀(150)이 형성되는 전극(120) 부분에 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 돌출부(130)를 형성한다. 이에따라, 전극(120)이 형성되는 부분에 제 1 유전체(110)와 제 2 유전체(140) 거리가 가까워지게 되어, 제 1 및 제 2 유전체(110,140)간의 열전달 특성이 개선된다. 또한, 관통홀(150)이 형성되는 전극(120)부분은 돌출부(130)에 의해 상대적으로 두껍게 형성되므로, 관통홀(150) 형성이 용이하다.
이하, 본 발명의 정전척 제조방법을 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체를 제조하기에 적합한 몰드(107)를 준비한다음, 몰드(107)내부에 제 1 유전체를 형성하기 위한 분말 형태의 세라믹(105)을 충전한다. 몰드(107)는 흑연 또는 BN으로 형성된 소결체로 구성되고, 제 1 유전체를 형성하기 위한 분말 형태의 세라믹(105)은 약 95% 내지 99.99%의 AlN; 및 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3, La2O3, CaO 또는 Ti와 같은 소결 조제를 포함할 수 있다.
그후, 몰드(107)에 채워진 분말 형태의 세라믹(105)을 1차 소결시켜, 제 1 유전체(110)를 형성한다. 1차 소결은 제 1 유전체(110)의 직경이 약 200 내지 300mm의 직경인 경우, Ar, N2, 및 He 가스 중에서 어느 하나, 혹은 이들의 두 가스 이상을 혼합한 가스하에서 30 내지 200MPa의 압력 및 1600 내지 1900℃의 온도에서 진행된다. 이때, 상기 온도를 승온시키는데 있어서, 1000℃까지는 0.1 내지 10℃/min의 속도로 승온시킴이 바람직하고, 진공, N2 가스 혹은 Ar 가스하에서 공정을 진행할 수 있다. 또한, 원료 입자중의 바인더 성분은 미리 O2 또는 N2 가스 분위기에서 제거하여, 탄소의 영향을 배제하였다. 그후, 도 3b에 도시된 바와 같이 몰드(107)를 제 1 유전체(110)으로부터 분리한다. 경우에 따라, 제 1 유전체(110)의 상면의 평탄도를 확보하기 위하여 연마 공정 또는 랩핑(lapping) 공정이 추가적으로 진행될 수 있다. 또한, 이후 웨이퍼가 놓여질 제 1 유전체(110)의 하면에는 He과 같은 냉각 가스가 용이하게 흐를 수 있도록 그루브(groove)를 형성할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 1차 소결된 제 1 유전체(110)상에 전극(120)을 형성한다. 전극(120)은 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 방식으로 형성되며, 10 내지 50㎛ 두께, 더욱 바람직하게는 10 내지 20㎛로 형성한다. 또한, 전극(120)은 상기한 스크린 프린팅 방식 대신 진공 증착법, 이온 도금법, PVD(physical vapor deposition) 및 CVD(chemical vapor deposition) 방식으로도 형성될 수 있다.
전극(120)과 제 1 유전체(110)와의 접촉 특성을 강화하기 위하여, 전극(120)은 제 1 유전체(110)와 유사한 열팽창 계수를 갖거나 혹은 열팽창 계수의 차이가 적은 물질로 형성함이 바람직하고, 예를 들어, 상술한 바와 같이 Mo, Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni이 첨가된 물질, 또는 Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni 및 제 1 유전체 조성과 동일한 AlN 분말이 1 내지 10wt% 첨가된 물질, W, W에 0.1 내지 5wt%의 Co가 첨가된 물질, 또는 W에 0.1 내지 5wt%의 Co 및 제 1 유전체 조성과 동일한 AlN 분말이 1 내지 10wt% 첨가된 페이스트 물질이 이용될 수 있다. 또한, 전극(120)으로 WC, Ti, Pd, Ni, Mo-Mn, Pt, Ag 등의 금속이나; Fe-Co-Ni 합금; 또는 MoC, Ti, TiC, TiN, SiC, ZrB2 등의 도전성 세라믹 막이 이용될 수도 있다.
그 다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 전극(120)의 소정 부분에 상기 전극(120)을 구성하는 페이스트 물질을 토출하여 돌출부(130)를 형성한다. 돌출부(130)는 상기에서도 설명한 바와 같이, 이후 형성될 관통홀의 직경보다는 크게 형성함이 바람직하다. 아울러, 도면에서 돌출부(130)는 전극(120)의 중앙에 형성되어 있지만, 전극(120)의 어느 부분이라도 상관없다.
그리고 나서, 전극(120)과 돌출부(130)의 접촉 특성을 개선하기 위하여, 전극(120) 및 돌출부(130)를 50 내지 200℃의 온도, 바람직하게는 80 내지 110℃의 온도에서 열처리를 진행한다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 전극(120)이 형성된 제 1 유전체(110) 구조물을 소정의 몰드(137)에 고정시킨다. 이때 몰드는 상기 도 3a에서의 몰드와 동일할 수 있다. 그후, 전극(120)이 형성된 제 1 유전체(110) 표면에 제 2 유전체를 형성하기 AlN 계통의 세라믹 분말(135)을 일정 높이로 충전한다.
도 3f에서와 같이, 이러한 제 2 유전체용 AlN 계통의 세라믹 분말이 충전된 결과물을 2차 소결시켜, 제 2 유전체(140)를 형성한다. 2차 소결은 정전척(제 1 및 제 2 유전체의 면적)이 200 내지 300mm 직경의 경우, 30 내지 200MPa 압력에서 1600 내지 1900℃온도에서 진행되며, Ar, N2, 또는 He 가스 분위기에서 진행될 수 있다. 다음, 정전척 결과물을 몰드(137)로부터 분리시킨다.
그후, 제 1 유전체(110)가 상부에 배치되도록 정전척 결과물을 뒤집은다음, 돌출부(130)가 노출되도록 제 2 유전체(140)를 기계 가공하여, 관통홀(150)을 형성한다. 바람직하게는 관통홀(150)은 다이아몬드 드릴 가공에 의하여 형성될 수 있다. 관통홀(150) 형성시, 관통홀(150)이 형성되는 부분에 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 돌출부(140)가 형성되어 있으므로, 전극(120)의 손상을 방지할 뿐만 아니라, 다이아몬드 드릴 가공시, 전극(120)이 관통되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 형성된 정전척(100)은 3.2 내지 3.4g/cc의 소결 밀도와 0.01% 미만의 흡수율 및 1MHz에서 8.8 내지 9.1의 유전상수를 갖는다. 또한, 본 발명의 정전척(100)은 1012 내지 1014Ω·cm의 체적 저항과, 약 15KV/mm의 절연 파괴 전압, 1100Hv의 비스크 경도, 230 내지 300MPa의 꺾임 강도, 약 310MPa의 탄성 계수, 약 4.5×10-6/℃의 열팽창 계수, 180W/mK의 열 전도도, 20℃에서 0.743m2/sec 의 열 확산 계수, 0.8J/gK(100℃)의 비열 및 3 내지 7㎛의 결정 입도를 갖는다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 정전척의 전극을 10 내지 50㎛로 박막으로 형성하고, 관통홀이 형성되는 부분에 접점부와 전극의 접촉이 용이하도록 돌출부를 형성한다.
이와같이 전극의 두께를 감소시킴에 따라, 제 1 및 제 2 유전체간의 간격이 좁아지게 되어, 열 전달 특성을 개선할 수 있고, 정전력을 향상시킬 수 있다. 또한, 전극을 박막으로 형성함에 따라, 전극을 구성하는 페이스트의 양을 감소시킬 수 있어, 전극 제조시 페이스트내에 첨가된 불순물의 방출로 인한 정전척의 오염을 줄일 수 있다.
한편, 관통홀이 형성되는 전극 부분에는 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 돌출부를 형성하므로써, 기계 가공으로 인한 전극의 손상을 최소화할 수 있다.
아울러, 상기 관통홀은 제 1 및 제 2 유전체가 소결된 다음에 형성되므로, 제 1 및 제 2 유전체의 소결로 인한 관통홀의 형상 변형을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 유전체는 종래의 그린 시트 상태로 형성되었던 것과는 달리 판 형상의 세라믹 소결체로 형성되므로, 전극의 평탄도를 개선할 수 있으며, 바인더 성분으로 인한 색상 불균일 현상을 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (28)

  1. 상면에 웨이퍼가 안치되는 제 1 유전체;
    상기 제 1 유전체의 저면에 형성되며, 소정 부분에 돌출부를 포함하는 전극;
    상기 전극의 표면에 형성되는 제 2 유전체; 및
    상기 돌출부와 전기적으로 연결되면서 제 2 유전체를 관통하도록 형성되는 접점부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 및 돌출부는 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 Mo 또는 W인 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni과 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 W에 0.1 내지 5wt%의 Co와 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유전체는 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 유전체는 AlN 소결체인 것을 특 징으로 하는 정전척.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 유전체는 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3, La2O3, CaO 및 Ti중에서 어느 하나 혹은 이들의 두 물질이상을 혼합 물질로 된 소결 조제를 0.01 내지 10wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 접점부의 직경은 상기 돌출부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 정전척.
  11. 상면에 웨이퍼가 안치되는 AlN 소결체로 구성된 제 1 유전체;
    상기 제 1 유전체의 저면에 형성되며, 소정 부분에 돌출부를 포함하는 전극;
    상기 전극의 표면에 형성되는 제 2 유전체; 및
    상기 돌출부와 전기적으로 연결되면서 제 2 유전체를 관통하도록 형성되는 접점부를 포함하며,
    상기 전극은 10 내지 50㎛ 두께로 형성되고, 상기 전극과 돌출부는 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극은 Mo 또는 W인 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 전극은 Mo에 0.1 내지 5wt%의 Ni과 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 전극은 W에 0.1 내지 5wt%의 Co와 1 내지 10wt%의 제 1 유전체를 구성하는 물질이 첨가된 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유전체는 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 유전체는 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3 , La2O3, CaO 및 Ti 중에서 어느 하나 혹은 이들의 두 물질 이상을 혼합 물질로 된 소결 조제를 0.01 내지 10wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  17. 제 1 유전체를 형성하는 단계;
    제 1 유전체 표면에 전극을 형성하는 단계;
    상기 전극의 소정 부분에 돌출부를 형성하는 단계;
    상기 돌출부를 갖는 전극 상부에 제 2 유전체를 형성하는 단계;
    상기 결과물을 소결시키는 단계;
    상기 제 2 유전체를 가공하여 상기 돌출부를 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계; 및
    상기 관통홀내에 상기 돌출부와 전기적으로 연결되도록 접점부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 유전체를 형성하는 단계는,
    소정의 몰드에 분말 형태의 세라믹을 충전하는 단계;
    상기 세라믹을 소결하는 단계; 및
    상기 몰드로부터 소결된 세라믹을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 유전체용 세라믹은 95 내지 99.99%의 AlN; Y2O3, Sm2O3, Ce2O3, La2O3, CaO 및 Ti 중에서 어느 하나; 혹은 상기 Y2O3, Sm2O3, Ce2O3, La2O3 , CaO 및 Ti 중 두 물질의 혼합 물질로 된 소결 조제를 0.01 내지 10wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 소결 단계는, 30 내지 200MPa의 압력 및 1600 내지 1900℃의 온도에서, Ar, N2 및 He 가스 중에서 어느 하나 혹은 이들의 두가스의 혼합 가스하에서 진행하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 전극을 형성하는 단계는, 스크린 프린팅법, 진공 증착법, 이온 도금법, PVD 및 CVD 중 선택되는 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전극은 10 내지 50㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 전극 상부의 소정 부분에 전극과 동일한 물질을 토출하여 성형하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 돌출부를 형성하는 단계와, 상기 제 2 유전체를 형성하는 단계 사이에,
    상기 전극 및 돌출부간의 접촉 특성 강화를 위하여 50 내지 200℃의 온도에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 유전체를 형성하는 단계는,
    상기 전극이 형성된 제 1 유전체를 소정의 몰드에 고정시키는 단계; 및
    상기 전극 상부에 제 2 유전체용 분말 세라믹을 충전하는 단계를 포함하며,
    상기 결과물을 소결하는 단계 이후에 상기 몰드를 결과물로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제 2 유전체용 분말 세라믹은 상기 제 1 유전체용 분말 세라믹과 동일한 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  27. 제 17 항에 있어서, 상기 결과물을 소결시키는 단계는, 30 내지 200MPa의 압력 및 1600 내지 1900℃의 온도에서 Ar, N2 및 He 가스 중에서 어느 하나 혹은 이들의 두가스의 혼합 가스하에서 진행하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  28. 제 17 항에 있어서, 상기 관통홀을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 유전체가 상부를 향하도록 결과물을 180°회전시키는 단계; 및
    상기 전극의 돌출부가 노출되도록 다이아몬드 드릴에 의하여 가공하여 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
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