KR101397133B1 - 정전척의 제조방법 - Google Patents

정전척의 제조방법 Download PDF

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장혁규
석동수
권해용
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Abstract

본 발명은 정전척의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상면에 소정 깊이만큼 삽입되어 소결 처리된 Mo(몰리브덴) 재질의 접점단자가 각각 형성된 제1 AlN 기판과, 제2 AlN 기판이 마련되는 제1단계와, 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판의 상면에 각각 도전성 필름이 증착되어 필름층이 형성되는 제2단계와, 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판의 상면에 각각 증착된 필름층이 포토에칭(photoetching) 공정에 의해 소정의 전극패턴층이 형성되는 제3단계와, 전극패턴층이 각각 형성된 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판의 상면에 분말형태의 AlN가 충진되어 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판에 소결 처리되는 동시에 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판이 분말형태의 AlN의 소결 처리에 의해 서로 합착 되는 제4단계와, 합착 된 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판 하면을 통해 접점단자의 하부까지 홀(hole) 가공되어 접점단자홀이 형성되는 제5단계 및 가공된 접점단자홀의 내부에 Mo 및 Kovar(코바르) 단자 중 어느 하나가 삽입되어 접점단자의 하부에 브레이징(brazing) 접합 되는 제6단계를 포함하는 정전척의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 각각 별도로 마련된 질화알루미늄(AlN) 기판 모재의 상부표면에 각각 정전 전극 패턴과 히터 전극 패턴을 형성함과 동시에 각각의 AlN 기판을 하나로 합침으로써 정전 전극과 히터 전극을 일체형으로 구비하여 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

정전척의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명은 정전척 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제조장치에서 정전기력을 이용하여 웨이퍼 및 기판을 흡착하여 고정지지할 수 있는 정전척의 제조방법에 관한 것이다.
정전척(electrostatic chuck : ESC)은 반도체 또는 LCD 기판 제조 공정장치 등에 사용되는 것으로, 정전인력을 이용해 웨이퍼 또는 기판을 고정하는 부품이다.
이러한 정전척은 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 또는 기판상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD), 식각, 스퍼터링 및 이온 주입 공정 등과 같은 다양한 공정에 널리 사용된다.
종래의 기계적 클램프(mechanical clamp), 진공척(vacuum chuck) 등은 웨이퍼 또는 기판의 단순한 고정만을 위한 것이었으나, 최근에는 웨이퍼 또는 기판을 밀착한 상태에서 균일한 열처리도 가능하고, 불순물 파티클(particle)의 발생도 최소화할 수 있는 정전인력을 이용한 정전척의 사용이 확대되고 있다.
이와 같은 정전척은 장시간에 걸쳐 크게 변화 발전하여 왔는데, 특히 근래에는 웨이퍼 또는 기판을 균일한 힘에 의해 파지할 수 있도록 하고, 웨이퍼 또는 기판 표면 전체의 노출을 가능하게 하며, 웨이퍼 또는 기판의 온도 제어 기능을 향상시키는 등의 많은 장점을 가진 정전척이 거의 모든 반도체 제조 설비에 적용되어 사용되고 있는 실정이다.
(0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0010108호(2006년 02월 02일 공개) (0002) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0055787호(2006년 05월 24일 공개) (0003) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0079335호(2006년 07월 06일 공개)
본 발명의 과제는, 각각 별도로 마련된 질화알루미늄(AlN) 기판 모재의 상부표면에 각각 정전 전극 패턴과 히터 전극 패턴을 형성함과 동시에 각각의 AlN 기판을 하나로 합침으로써 정전 전극과 히터 전극을 일체형으로 구비할 수 정전척의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 부수적인 과제는, AlN 기판의 상면에 안착 되는 반도체 웨이퍼 또는 기판에 전체적으로 균일하게 정전인력을 인가할 수 있는 정전척의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 부수적인 과제는, AlN 기판에 전제적으로 균일한 온도를 유지할 수 있는 정전척의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 상면에 소정 깊이만큼 삽입되어 소결 처리된 Mo(몰리브덴) 재질의 접점단자가 각각 형성된 제1 AlN 기판과, 제2 AlN 기판이 마련되는 제1단계, 상기 제1 AlN 기판과 상기 제2 AlN 기판의 상면에 각각 도전성 필름이 증착되어 필름층이 형성되는 제2단계, 상기 제1 AlN 기판과 상기 제2 AlN 기판의 상면에 각각 증착된 상기 필름층이 포토에칭(photoetching) 공정에 의해 소정의 전극패턴층이 형성되는 제3단계, 상기 전극패턴층이 각각 형성된 상기 제1 AlN 기판과 상기 제2 AlN 기판의 상면에 분말형태의 AlN이 충진되어 상기 제1 AlN 기판과 상기 제2 AlN 기판에 소결 처리되는 동시에 상기 제1 AlN 기판과 상기 제2 AlN 기판이 상기 분말형태의 AlN의 소결 처리에 의해 서로 합착 되는 제4단계, 상기 합착 된 제1 AlN 기판과 제2 AlN 기판 하면을 통해 상기 접점단자의 하부까지 홀(hole) 가공되어 접점단자홀이 형성되는 제5단계 및 상기 가공된 접점단자홀의 내부에 Mo 및 Kovar(코바르) 단자 중 어느 하나가 삽입되어 상기 접점단자의 하부에 브레이징(brazing) 접합 되는 제6단계를 포함한다.
상기 전극패턴층은 상기 제1 AlN 기판의 상면에 형성되는 정전 전극 및 상기 제2 AlN 기판의 상면에 형성되는 히터 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 정전 전극과 상기 히터 전극은 W(텅스텐) 및 Mo 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 정전 전극은 쌍극형(bi-polar type) 으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 히터 전극은 단일존 타입(single-zone type) 및 더블존 타입(double-zone type) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 각각 별도로 마련된 질화알루미늄(AlN) 기판 모재의 상부표면에 각각 정전 전극 패턴과 히터 전극 패턴을 형성함과 동시에 각각의 AlN 기판을 하나로 합침으로써 정전 전극과 히터 전극을 일체형으로 구비하여 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 AlN 기판의 상면에 안착 되는 반도체 웨이퍼 또는 기판에 전체적으로 균일하게 정전인력을 인가함으로써 효율성이 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 AlN 기판에 전제적으로 균일한 온도를 유지하는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전척의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전척의 제조방법에서 정전 전극 패턴을 개략적으로 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전척의 제조방법에서 히터 전극 패턴을 개략적으로 나타낸 예시도 이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전척의 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전척의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도 이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척의 제조방법은 제1 AlN(질화알루미늄) 기판(100) 및 제2 AlN 기판(200)의 상면에 Mo(몰리브덴) 재질의 접점단자(110, 210)가 소정 깊이만큼 삽입되어 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 각각 소결 처리(단계S100)된다.
먼저, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)은 일반적으로 질화알루미늄을 사용한 프린트 배선 기판에 주로 적용된다. 그리고, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)은 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 질화알루미늄(aluminum nitride)은 우수한 열 전도성, 높은 전기절연성이 있으며, 알루미나(alumina)에 비해 한 단계 진보된 물질이다.
특히, 반도체 재료의 주력으로 사용되고 있는 실리콘(Si)에 극히 가까운 열 팽창율 계수가 있기 때문에 실리콘과 호환성이 매우 우수하다.
또한, 최근에는 방열 기판 재료로서 최적의 재료로 주목받고 있고, 이온성 불순물이 최소화(순도 99.9%)되어 있어 신뢰성이 요구되는 전자재료 분야에 적합한 물질이다.
상술한 바와 같은 이러한 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 소정의 접점단자(110, 210)가 형성되는데, 상기 접점단자(110, 210)는 Mo(molybdenum : 몰리브덴) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 Mo는 융점이 매우 높아 내열성이 우수하고, 부식에 강한 고 강도의 금속이며, 탄성률과 열전도율이 일반 내열합금의 수배에 달하는 금속이다.
이러한 Mo는 소정의 형태로 가공되어 상기 제1 AlN 성형체(미도시)의 상면 에지(edge) 부위에 적어도 2곳의 소정 면적부분과, 상기 제2 AlN 성형체(미도시)의 상면 에지(edge) 부위에 적어도 2곳 또는 4곳의 소정 면적부분에 위치시킨 다음, 고온고압으로 상기 제1 AlN 성형체와 상기 제2 AlN 성형체를 소결 처리하여 소정 깊이만큼 삽입된 접점단자(110, 210)가 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 형성되는 것이다.
그 다음, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 도전성 필름이 증착되어 필름층이 형성(단계S200)된다.
즉, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 소결 처리되어 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 형성된 도전성 접점단자(110, 210)를 구비한 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 도전성 필름층이 형성되도록 증착공정이 이루어지는데, W(텅스텐) 또는 Mo 금속을 이용하여 진공증착을 통해 상기 제1 AlN 기판(100) 및 상기 제2 AlN 기판(200)의 상부 표면에 W 또는 Mo 가 박막형태로 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상부 표면에 각각 필름 형태로 증착되어 도전성 필름층이 형성되는 것이다.
그 다음, 상기 제1 AlN 기판(100) 및 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 증착된 상기 필름층이 포토에칭(photoetching) 공정에 의해 전극패턴층이 각각 형성(단계S300)된다.
즉, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상부 표면에 각각 W 또는 Mo 가 박막형태로 도전성 필름층이 증착된 상태에서 포토에칭 공정을 통해 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면이 각기 다른 형태의 전극패턴층이 형성되는 것이다.
이때, 상기 전극패턴층은 상기 제1 AlN 기판(100)의 상면에는 웨이퍼 또는 기판에 정전인력을 발생시키는 정전 전극(120)이 형성되고, 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에는 온도를 제어하기 위한 히터 전극(220)이 형성된다.
여기서, 상기 정전 전극(120)은 도 3에서와 같이 쌍극형의 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 쌍극형은 예를 들어 상기 제1 AlN 기판(100)의 상면에 형성된 2개의 접점단자(110) 중 하나를 제1접점단자라 하고, 다른 나머지 하나를 제2접점단자라 할 때, 상기 제1접점단자와 상기 제2접점단자에 동일한 크기의 극성이 반대인 전압이 교번하여 인가되는 것을 의미한다.
그리고, 상기 히터 전극(220)은 도 4의 (a)와 (b)에서와 같이 단일존 타입의 패턴으로 이루어질 수 있으며, 도 4의 (c)와 같이 더블존 타입으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제2 AlN 기판(200)의 전체 면적에 균일하게 온도가 유지될 수 있도록 상기 히터 전극(220)은 단일존 타입의 패턴으로 이루어지며, 주변환경에 영향을 받을 수 있는 조건에서는 상기 히터 전극(220)이 더블존 타입의 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 전극패턴층이 각각 형성된 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 분말형태의 AlN가 충진되어 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 소결 처리되는 동시에 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)이 상기 분말형태의 AlN의 소결 처리에 의해 서로 합착(단계S400) 된다.
즉, 상기 제1 AlN 기판(100)의 상면에 형성된 정전 전극(120)인 패턴층과, 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 형성된 히터 전극(220)인 패턴층에 분말형태의 AlN을 소정 높이 까지 각각 충진한 다음, 고온고압으로 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 각각 소결 처리하는데, 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200) 사이에 위치한 상기 분말형태의 AlN의 소결 처리로 인해 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)이 서로 합착하여 일체형이 되는 것이다.
이렇게 상기 제1 AlN 기판(100)의 상면에 소결층이 형성되면, 상층부는 유전체층이 자연스럽게 형성이 된다.
또한, 반도체 웨이퍼 또는 기판에 정전인력을 가하는 정전 전극부와 온도를 제어하는 히팅부가 일체형으로 완성이 되는 것이다.
그 다음, 상기 제2 AlN 기판(200)의 하면을 통해 상기 접점단자(110, 210)의 하부까지 홀(hole) 가공되어 접점단자홀(300)이 형성(단계S500)된다.
상기 정전 전극(120)에 전원을 인가하기 위해 상기 제1 AlN 기판(100)의 상부에 형성된 접점단자(110)에 통전을 위해서 상기 제2 AlN 기판(200)의 하면을 통해 상기 접점단자(110)의 하면까지 홀 가공되어 접점단자홀(300)이 형성된다.
그리고, 상기 히터 전극(220)에 전원을 인가하기 위해 상기 제2 AlN 기판(200)의 하부에 형성된 접점단자(210)에 통전을 위해서 상기 제2 AlN 기판(200)의 하면을 통해 상기 접점단자(210)의 하면까지 홀 가공되어 접점단자홀(300)이 형성된다.
그 다음, 상기 가공된 접점단자홀(300)의 내부에 Mo 또는 Kovar(코바르) 단자가 삽입되어 상기 접점단자(110, 210)의 하부에 브레이징(brazing) 접합(단계S600) 된다.
여기서, 상기 Kovar는 금속과 유리나 세라믹과의 봉합 부분에서 사용하는 Fernico계의 합금으로 Fe 54%, Ni 29%, Co 17%의 조성으로 된 웨스팅하우스사의 상품명이다. 유리와 금속의 봉착용 합금으로 열팽창계수는 경질 유리와 비슷하며, 전자관이나 반도체 디바이스에 널리 사용된다.
상기 홀 가공을 통해 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 형성된 접점단자홀(300)의 내부에 Mo 또는 Kovar 단자를 삽입한 다음 브레이징 용접을 통해 Mo또는 Kovar를 상기 접점단자(110, 210)의 하면에 접합시킨다.
이러한 공정이 완료되면, 상기 접점단자홀(300)의 내부에 충진된 Mo 또는 Kovar 단자를 통해 외부 전원을 상기 접점단자(110, 210)에 인가시킬 수 있고, 상기 제2 AlN 기판(200)의 하면을 통해 외부 전원을 인가받을 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
100: 제1 AlN 기판
110, 210: 접점단자
120: 정전 전극
200: 제2 AlN 기판
220: 히터 전극
300: 접점단자홀

Claims (5)

  1. a) 상면에 소정 깊이만큼 삽입되어 소결 처리된 Mo(몰리브덴) 재질의 접점단자(110, 210)가 각각 형성된 제1 AlN 기판(100)과, 제2 AlN 기판(200)이 마련되는 제1단계;
    b) 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 도전성 필름이 증착되어 필름층이 형성되는 제2단계;
    c) 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 각각 증착된 상기 필름층이 포토에칭(photoetching) 공정에 의해 소정의 전극패턴층이 형성되는 제3단계;
    d) 상기 전극패턴층이 각각 형성된 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 분말형태의 AlN이 충진되어 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)에 소결 처리되는 동시에 상기 제1 AlN 기판(100)과 상기 제2 AlN 기판(200)이 상기 분말형태의 AlN의 소결 처리에 의해 서로 합착 되는 제4단계;
    e) 상기 합착 된 제1 AlN 기판(100)과 제2 AlN 기판(200) 하면을 통해 상기 접점단자(110, 210)의 하부까지 홀(hole) 가공되어 접점단자홀(300)이 형성되는 제5단계; 및
    f) 상기 가공된 접점단자홀(300)의 내부에 Mo 및 Kovar(코바르) 단자 중 어느 하나가 삽입되어 상기 접점단자(110, 210)의 하부에 브레이징(brazing) 접합 되는 제6단계를 포함하는 정전척의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극패턴층은,
    상기 제1 AlN 기판(100)의 상면에 형성되는 정전 전극(120); 및
    상기 제2 AlN 기판(200)의 상면에 형성되는 히터 전극(220)을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정전 전극(120)과 상기 히터 전극(220)은 W(텅스텐) 및 Mo 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정전 전극(120)은 쌍극형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히터 전극(220)은 단일존 타입 및 더블존 타입 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
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