KR101541051B1 - 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척 - Google Patents

다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척에 관한 것으로, 내부에 주전극이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거하는 단계(단계 1); 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2); 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3); 상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4); 상기 전극패턴이 구비된 세라믹 그린 시트 위에 새로운 세라믹 그린 시트를 적층한 이후에, 상기 단계 1 내지 단계 4의 공정을 수행하는 단계(단계 5); 상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 6); 및 상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 7); 를 포함하며, 종래 다중층 전극을 가진 적층 세라믹(대한민국등록특허공보 제10-0682172호, 2007.02.12.)에 비해 전극층과의 접촉면적이 크므로 접촉저항이 현저히 적고 전극 연결이 단절되는 문제가 없으며, 제조공정이 매우 단순하여 생산성이 높고 제조원가가 절감되는 장점이 있다.

Description

다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척{Manufacturing method of Electrostatic Chuck with Multi-Layer Electrode Structure and Electrostatic Chuck with Multi-Layer Electrode Structure manufactured by the same}
본 발명은 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층을 플라즈마 가스의 공격으로부터 보호하기 위하여, 간단한 공정으로 다층 전극 구조를 형성하므로 전극 아래의 세라믹 플레이트의 두께를 기존 보다 4~5배 두껍게 하여, 온도분포와 전자기장분포의 균일도를 유지할 수 있도록 하는, 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리 장치는 웨이퍼 상에 막을 증착하거나, 반도체 기판상에 증착된 막을 식각하는 장치들을 지칭한다. 이와 같은 기판 처리 장치를 통해 막을 형성하고 식각하여 반도체 소자, 평판 표시 패널, 광학 소자 및 솔라셀 등을 생산한다.
기판 처리 장치를 통해 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 경우에는, 웨이퍼가 처리되는 공간을 제공하는 챔버의 내부에 웨이퍼를 안치시킨 다음 화학기상증착, 스퍼터링, 포토리소그라피, 에칭, 이온주입 등 수많은 단위 공정들을 순차적 또는 반복적으로 수행하고 가공하는 방법을 통해 웨어퍼 표면에 소정의 막을 형성한다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 구성도로서, 기판 처리 장치는 웨이퍼(W)가 안치되는 정전척(20)과, 상기 정전척(20)의 상부에 구비되어 박막의 증착 또는 식각을 위한 공정가스가 분사되는 가스 분사유닛(15)이 구비된다. 이때 상기 정전척(20)은 정전기력을 사용해 웨이퍼를 척킹(chucking) 또는 디척킹(dechucking)시키는 정전척이 일반적으로 사용된다.
기판 처리 장치에서 웨이퍼(W)를 처리하는 공정을 진행하기 위해서는 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내부의 정전척(20)에 척킹시켜서 웨이퍼(W)를 가공한 후, 다음 단계의 가공을 위해 디척킹하는 과정을 여러번 반복하게 된다.
정전척(ESC; 20)은 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정시키는 웨이퍼 지지대로서, 건식가공 공정이 일반화되어가는 최근의 반도체소자 제조기술의 추세에 부응하여 진공척이나 기계식 척을 대체하여 반도체소자 제조공정 전반에 걸쳐 사용되고 있는 장치이며, 특히 플라즈마를 이용하는 드라이 에칭공정에서는, 챔버 상부에 설치되는 RF 상부전극에 대한 하부전극의 역할을 하며, 고온 가공되는 웨이퍼의 배면 측에 불활성 가스를 공급하거나 별도의 수냉부재가 설치되어 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
정전척(20)의 사용에 대하여 부연하자면, 챔버(10)의 내부로 웨이퍼(W)를 로딩시킨 후 정전척(20)에 내장된 전극(27)에 전원을 인가하면, 상기 정전척(20)의 표면에 정전기가 발생되어 웨이퍼(W)를 견고히 고정시키는 척킹 작업이 수행된다. 이 상태에서 상기 챔버(10)의 내부에서 웨이퍼(W)의 표면을 가공하고, 가공이 완료된 후 전극(27)에 공급된 전원을 차단하고 상기 웨이퍼(W)를 정전척(20)에서 분리하는 디척킹 작업을 수행하게 된다.
도 2는 종래의 정전척을 보여주는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래의 정전척(20)은 챔버(10) 내에서 하부전극의 역할을 하며 원판형상으로 형성된 알루미늄 재질의 베이스 바디(21)와, 제 1 접합층(22)에 의해 베이스 바디(21)의 상면에 부착되며 내부에는 히팅 패턴(23b)이 형성되는 히팅판(23)과, 상기 히팅판(23)에서 발생되는 열을 확산시키는 열확산판(24)과, 제 2 접합층(25)에 의해 상기 열확산판(24)의 상면에 부착되며 내부에는 전극(27)이 내장된 세라믹 플레이트(26)로 구성된다.
상기 히팅판(23)은 하부층(23a)과 상부층(23c)으로 구분되고, 상기 하부층(23a)과 상부층(23c)의 계면에 상기 히터 패턴(23b)이 형성된다.
상기 세라믹 플레이트(26)는 전기절연성, 내식성, 내플라즈마 부식성이 우수한 세라믹 등의 재질로 제작되며, 내부에 전극(27)이 내장되어 있으며, 하부 세라믹 플레이트(26a) 및 상부 세라믹 플레이트(26b)로 구성된다.
최근의 반도체 드라이 에칭 공정에서는 초미세 선폭의 구현 및 대구경화를 위하여 고밀도 플라즈마 공정이 필요하게 되면서, 이에 따른 정전척 표면의 내플라즈마성이 점점 중요해 지고 있다.
최근 반도체에 구현된 회로의 집적도 증가 즉, 회로 선 폭이 좁아짐에 따라 에칭 플라즈마 출력이 높아짐으로 인해, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층이 플라즈마에 침식되어 열전도성이 열화되어 온도 균일도가 나빠지는 단점이 있다.
또한, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층의 손상에 의해 가스의 차단 기능이 저하되어 정전척의 손상을 배가시키는 한편, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층이 부드럽게 변하고, 이에 따라 세라믹 플레이트의 표면 평탄도가 나빠져서 온도 관리가 힘들고, 웨이퍼의 처리에도 나쁜 영향을 미치는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 대한민국공개특허공보 제10-2013-0104738호(2013.09.25.)에는 베이스 바디와 히터 사이에 형성되는 접합층을 제거한 정전척 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
상기 정전척 제조방법은 베이스 바디의 상부에 용사 코팅방법으로 직접 히팅층을 형성하므로 베이스 바디와 히터 사이에 형성되는 접합층을 제거한 장점이 있지만, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층이 플라즈마 가스의 공격을 받는 문제가 있다.
KR 10-2013-0104738 A 2013.09.25. KR 10-0682172 B1 2007.02.12.
본 발명의 목적은 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층을 플라즈마 가스의 공격으로부터 보호하기 위하여, 간단한 공정으로 다층 전극 구조를 형성하므로 전극 아래의 세라믹 플레이트의 두께를 기존 보다 4~5배 두껍게 하여, 온도분포와 전자기장분포의 균일도를 유지할 수 있도록 하는, 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 내부에 주전극이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거하는 단계(단계 1); 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2); 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3); 상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4); 상기 전극패턴이 구비된 세라믹 그린 시트 위에 새로운 세라믹 그린 시트를 적층한 이후에, 상기 단계 1 내지 단계 4의 공정을 수행하는 단계(단계 5); 상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 6); 및 상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 7); 를 포함하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 상기 세라믹 그린 시트의 중심 부위에서 원기둥 형태로 제거한다.
상기 단계 3에서, 상기 원기둥 세라믹 그린 시트는 상기 세라믹 그린 시트의 제거된 부위의 직경보다 작게 형성된다.
상기 단계 6 이전에, 상기 단계 5를 3~4회 반복하는 단계가 추가된다.
맨 위층에는 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 세라믹 그린 시트를 제거하고, 전극패턴을 형성하는 대신, 노출된 전극 부분에 니켈도금층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제공한다.
또한, 본 발명은 주전극을 포함하는 세라믹 그린 시트 위에 일부가 제거된 세라믹 그린 시트를 적층하는 단계(단계 1); 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2); 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3); 상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4); 상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 5); 및 상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 6); 를 포함하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 중심 부위에서 원기둥 형태로 제거된 세라믹 그린 시트를 적층한다.
상기 단계 3에서, 상기 원기둥 세라믹 그린 시트는 상기 세라믹 그린 시트의 제거된 부위의 직경보다 작게 형성된다.
상기 단계 4 이후에, 높이 0.5~0.7㎜의 세라믹 그린 시트를 적층하고, 상기 세라믹 그린 시트 중 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 제거하고, 노출된 전극 부분에 니켈도금층을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척은, 종래 다중층 전극을 가진 적층 세라믹(대한민국등록특허공보 제10-0682172호, 2007.02.12.)에 비해 전극층과의 접촉면적이 크므로 접촉저항이 현저히 적고 전극 연결이 단절되는 문제가 없으며, 제조공정이 매우 단순하여 생산성이 높고 제조원가가 절감되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척은, 간단한 공정으로 다층 전극 구조를 형성하므로 전극 아래의 세라믹 플레이트의 두께를 기존 보다 4~5배 두껍게 하여, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층을 플라즈마 가스의 공격으로부터 보호함에 따라, 온도분포와 전자기장분포의 균일도를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 구성도.
도 2는 종래의 정전척을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내부에 주전극(37)이 내장된 세라믹 그린 시트(Green sheet)를 뒤집힌 상태의 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 내부에 주전극(37)이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거한 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진한 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)를 삽입하는 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)의 상층 주위에 전극패턴(33-1)을 구비한 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(30)의 단면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(30')의 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주전극(47)을 포함하는 세라믹 그린 시트(Green sheet)를 뒤집힌 상태의 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주전극(47)을 포함하는 세라믹 그린 시트 위에 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)를 적층한 단면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진한 단면도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트(42)를 삽입하는 단면도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(40)의 단면도.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(40')의 단면도.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층을 플라즈마의 공격으로부터 보호하기 위하여, 세라믹 플레이트의 전극 아래 부분 즉, 접합층과 접촉하는 부분의 두께를 기존보다 4~5배 정도 두껍게 하여, 상기 접합층을 플라즈마로부터 멀리 격리시키는 새로운 구조의 정전척을 제공하는데 특징이 있다.
한편, 대한민국등록특허공보 제10-0682172호(2007.02.12.)에는 다중층 전극을 가진 적층 세라믹 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
상기 다중층 전극을 가진 적층 세라믹은, 본 발명과 같이 정천척의 접합층을 플라즈마의 공격으로부터 보호하기 위한 목적이 아니며, 금속 전극과 다른 팽창계수를 갖는 세라믹 플레이트의 균열을 방지하기 위한 목적이다.
본 발명과 상기 다중층 전극을 가진 적층 세라믹은 목적이 다르지만, 세라믹 플라스틱을 두껍게 형성한다는 점에서 공통점이 있으므로, 상기 다중층 전극을 가진 적층 세라믹의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
세라믹 바디는 다수의 세라믹 물질층을 적층한 후, 상기 세라믹 물질층들을 하나의 고형 세라믹 바디로 경화시키기 위해 적층된 층들을 소결시킴으로써 제조된다. 각각의 층이 스택(stack)상에 위치됨에 따라, 선택된 개수의 층의 일부가 전도성 물질(텅스텐 합금)로 실크 스크린되며, 이러한 실크 스크린 작업은 그 다음 층이 실크 스크린된 층의 상부에 위치하기 전에 이루어진다. 각각의 실크 스크린된 영역은 다른 층의 다른 전도성 영역 내에서 세라믹 바디를 통과하여 수직축을 따라 동축적으로 배열된다. 그런 다음에, 실크 스크린된 층들의 스택이 소결되어 다수의 적층된 전도성 전극을 포함하는 고체 세라믹 바디가 형성된다. 다음, 매립된 전극과 교차하도록 전도성 비아(vias)들이 세라믹 바디의 한 면에 수직으로 형성된다. 이들 비아는 드릴링, 비드 블래스팅(bead blasting), 에칭 등의 공정에 의해 형성된다. 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 브레이징(brazing) 또는 다른 금속 증착법을 이용하여, 매립된 전극이 적어도 하나의 수직 전도성 비아에 의해 상호 연결되도록 상기 비아가 전도성 물질로 충진된다. 비아의 상단부는 세라믹 바디의 표면을 래핑(lapping)시킴으로써 노출된다. 이와 같이, 전극 및 기타 다른 도체(conductor)가 세라믹 바디의 표면 위에 스퍼터링(sputtering)되어 상기 비아의 노출된 단부에 접속될 수 있다. 세라믹 바디의 반대쪽 면으로부터 세라믹 바디의 표면으로 적어도 하나의 전극층을 관통하는 한 개의 보어가 형성된다. 그런 다음에, 전기 커넥터 부재, 또는 핀이 상기 보어로 브레이징되어, 교차된 전극층에 상기 핀이 전도성있게 연결되도록 한다. 이와 같이 하여, 세라믹 바디의 한쪽 측면 상의 전도성 비아와 세라믹 바디의 다른 측면 상의 전기 커넥터 사이에 전도성 경로가 형성된다.
상기 다중층 전극을 가진 적층 세라믹의 구조는 세라믹의 균열을 초래하지 않는 장점이 있지만, 제조방법이 복잡하고, 소결 후 미세 구멍(직경 0.3~0.5㎜)인 비아(vias)들을 형성하는 것이 쉽지 않고, 상기 비아(vias)들에 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD) 등의 방법으로 전도성 물질을 충진하는 공정을 거쳐야 하므로 생산효율이 저하되고 생산비용이 증가되며, 상기 비아(vias)들에 전도성 물질이 제대로 충진되지 않은 경우에는 전원을 인가해도 전극에 전원이 연결되지 않을 위험이 있다.
본 발명은 에칭과 같은 반도체 공정에서, 플라즈마의 공격으로부터 정전척을 보호하기 위하여, 세라믹 플레이트의 전극 아래 부분을 기존 두께(0.6㎜)에 비해 4~5배 정도 두껍게 형성(2.5~2.8㎜)하여, 세라믹 플레이트 표면에서의 온도분포와 전자기장분포의 균일도를 유지할 수 있도록 함에 특징이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법은,
내부에 주전극이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2);
상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3);
상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4);
상기 전극패턴이 구비된 세라믹 그린 시트 위에 새로운 세라믹 그린 시트를 적층한 이후에, 상기 단계 1 내지 단계 4의 공정을 수행하는 단계(단계 5);
상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 6); 및
상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 7);
를 포함한다.
상기 단계 1 이전에, 내부에 주전극(37)이 내장된 세라믹 그린 시트(Green sheet)를 뒤집는 단계가 추가될 수 있다. 상기 주전극(37)은 도 2에서 전극(27)에 해당한다. 내부에 주전극(37)이 내장된 세라믹 그린 시트를 뒤집어서, 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1) 즉, 도 2의 하부 세라믹 플레이트(26a)에 해당하는 부분이 위로 향하게 하고, 세라믹 그린 시트 b 부분(31b) 즉, 도 2의 상부 세라믹 플레이트(26b)에 해당하는 부분이 바닥으로 향하게 한다. 상기 주전극의 종류 및 전극을 인쇄하는 방법은 정전척 제조시 통상적으로 사용하는 전극의 종류 및 인쇄 방법을 사용하면 되므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 단계 1은 상기 내부에 주전극(37)이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거하는 단계이다. 도 4와 같이, 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1)의 중심 부위에서 원기둥 형태로 상기 세라믹 그린 시트를 제거한다. 제거되는 원기둥의 직경은 특별히 한정되지 아니하나, 직경 4~6㎜의 원기둥을 제거할 수 있다.
상기 단계 2는 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계이다. 상기 전극 메탈 paste는 텅스턴 paste 또는 몰리브덴 paste 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 충진되는 전극 메탈 paste의 양은 특별히 한정되지 아니하나, 도 5의 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1)의 높이(0.5~0.7㎜)의 25~75% 채울 수 있다.
상기 단계 3은 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)를 삽입하는 단계이다. 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)의 높이는 상기 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1)의 높이(0.5~0.7㎜)와 동일하게 하며, 직경은 특별히 한정되지 아니하나, 상기 단계 1에서 제거된 원기둥의 직경 보다 1㎜ 적게 할 수 있다. 상기 충진된 전극 메탈 paste에 상기 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하면, 상기 충진된 전극 메탈 paste는 상기 단계 1에서 제거된 부분과 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1) 사이에 가득 채워지고 그 일부가 넘쳐 도 6의 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1) 및 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)의 윗부분에 남게 된다. 상기 단계 1에서 제거된 부분과 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1) 사이에 상기 전극 메탈 paste가 채워진 부분은 실린더 모양의 원기둥 전극(34-1)을 형성하게 된다.
상기 단계 4는 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(32-1)의 상층 주위에 전극패턴(33-1)을 구비하는 단계이다. 상기 전극패턴(33-1)은 원형 형태로 인쇄되며, 상기 전극패턴(33-1)의 직경은 특별히 한정되지 아니하나, 8~10㎜ 일 수 있다.
상기 단계 5는 상기 전극패턴(33-1)이 구비된 상기 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1) 위에 새로운 세라믹 그린 시트(31-2)를 적층한 이후에, 상기 단계 1 내지 단계 4의 공정을 수행하는 단계이다.
이를 자세히 설명하면, 상기 전극패턴(33-1)이 구비된 상기 세라믹 그린 시트 a 부분(31-1) 위에 새로운 세라믹 그린 시트(31-2)를 적층한 다음, 상기 세라믹 그린 시트(31-2)의 중심 부위에서 원기둥 형태로 일부를 제거하고, 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 일정 높이까지 충진하고, 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트(32-2)를 삽입하고, 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(32-2)의 상층 주위에 전극패턴(33-2)을 구비한다.
상기 단계 6 이전에, 상기 단계 5를 3~4회 반복하는 단계가 추가될 수 있다. 상기 단계 5를 3~4회 반복하여 수행하면, 종래 도 2의 하부 세라믹 플레이트(26a)의 두께(0.6㎜)에 비해 4~5배(2.5~2.8㎜) 두껍게 형성된다.
상기 단계 6은 상기 적층된 세라믹 그린 시트에 일정한 압력을 가하여 일체화된 성형체를 제작하고, 상기 일체화된 성형체를 1,500~1,600℃에서 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(30)를 제조하는 단계이다. 도 8에는 점선이 표시되어 있지만 실제에는 적층 소결된 세라믹 시트들이 일체화되어 그 경계가 보이지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 다층 전극 구조는 0.5~0.7㎜의 두께를 갖는 실린더 모양의 원기둥 전극(34-1 내지 34-5)과 직경 8~10㎜의 전극패턴(33-1 내지 33-5)을 포함하며, 반도체 웨이퍼를 세라믹 플레이트에 고정시키기 위한 전원을 주전극(37)에까지 안정되게 인가할 수 있게 된다.
상기 단계 7은 상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(30)를 뒤집은 후에 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계이다.
한편, 전극이 외부에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위하여, 도 9와 같이, 맨 위층에는 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 세라믹 그린 시트를 제거하고, 전극패턴을 형성하는 대신, 노출된 전극 부분에 니켈도금층(38)을 형성하여, 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(30')를 제조할 수 있다.
다음은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법을 도 10 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법은,
주전극을 포함하는 세라믹 그린 시트 위에 일부가 제거된 세라믹 그린 시트를 적층하는 단계(단계 1);
상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2);
상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3);
상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4);
상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 5); 및
상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 6);
를 포함한다.
상기 단계 1 이전에, 주전극(47)을 포함하는 세라믹 그린 시트(Green sheet)를 뒤집는 단계가 추가될 수 있다. 도 10과 같이, 주전극(47)을 포함하는 세라믹 그린 시트를 뒤집어서, 주전극(47)이 위로 향하게 하고, 세라믹 그린 시트 b 부분(41b) 즉, 도 2의 상부 세라믹 플레이트(26b)에 해당하는 부분이 바닥으로 향하게 한다.
상기 단계 1은 상기 주전극(47)을 포함하는 세라믹 그린 시트 위에 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)를 적층하는 단계이다. 도 11과 같이, 중심 부위에서 직경 4~6㎜의 원기둥 형태로 제거된 세라믹 그린 시트(41)를 적층할 수 있다. 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)의 적층된 높이는 2.5~2.8㎜일 수 있다.
상기 단계 2는 상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계이다. 상기 전극 메탈 paste는 텅스턴 paste 또는 몰리브덴 paste 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 충진되는 전극 메탈 paste의 양은 특별히 한정되지 아니하나, 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41) 높이의 25~75% 채울 수 있다.
상기 단계 3은 상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트(42)를 삽입하는 단계이다. 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42)의 높이는 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41) 높이(2.5~2.8㎜)와 동일하게 하며, 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42) 직경은 특별히 한정되지 아니하나, 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)의 제거된 원기둥의 직경 보다 1㎜ 적게 할 수 있다. 상기 충진된 전극 메탈 paste에 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42)를 삽입하면, 상기 충진된 전극 메탈 paste는 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)의 제거된 부분과 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42) 사이에 가득 채워지고 그 일부가 넘쳐 도 13의 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41) 및 원기둥 세라믹 그린 시트(42)의 윗부분에 남게 된다. 상기 일부가 제거된 세라믹 그린 시트(41)의 제거된 부분과 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42) 사이에 상기 전극 메탈 paste가 채워진 부분은 실린더 모양의 원기둥 전극(44)을 형성하게 된다.
상기 단계 4는 상기 원기둥 세라믹 그린 시트(42)의 상층 주위에 전극패턴(43)을 구비하는 단계이다. 상기 전극패턴(43)은 원형 형태로 인쇄되며, 상기 전극패턴(43)의 직경은 특별히 한정되지 아니하나, 8~10㎜ 일 수 있다.
상기 단계 5는 상기 적층된 세라믹 그린 시트에 일정한 압력을 가하여 일체화된 성형체를 제작하고, 상기 일체화된 성형체를 1,500~1,600℃에서 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(40)를 제조하는 단계이다. 도 14에는 점선이 표시되어 있지만 실제에는 적층 소결된 세라믹 시트들이 일체화되어 그 경계가 보이지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 전극 구조는 2.5~2.8㎜의 두께를 갖는 실린더 모양의 원기둥 전극(44)과 직경 8~10㎜의 전극패턴(43)을 포함하며, 반도체 웨이퍼를 세라믹 플레이트에 고정시키기 위한 전원을 주전극(47)에까지 안정되게 인가할 수 있게 된다.
상기 단계 6은 상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(40)를 뒤집은 후에 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계이다.
한편, 전극이 외부에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위하여, 도 15와 같이, 상기 단계 4 이후에, 높이 0.5~0.7㎜의 세라믹 그린 시트 c부분(41c)을 적층하고, 상기 세라믹 그린 시트 c부분(41c) 중 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 제거하고, 노출된 전극 부분에 니켈도금층(48)을 형성하는 단계를 추가하여 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트(40')를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척은, 종래 다중층 전극을 가진 적층 세라믹(대한민국등록특허공보 제10-0682172호, 2007.02.12.)에 비해 전극층과의 접촉면적이 크므로 접촉저항이 현저히 적고 전극 연결이 단절될 염려가 없으며, 제조공정이 매우 단순하여 생산성이 높고 제조원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 전극 구조를 갖는 정전척은, 간단한 공정으로 다층 전극 구조를 형성하므로 전극 아래의 세라믹 플레이트의 두께를 기존 보다 4~5배 두껍게 하여, 세라믹 플레이트와 히터 사이에 형성되는 접합층을 플라즈마 가스의 공격으로부터 보호함에 따라, 온도분포와 전자기장분포의 균일도를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.
W : 웨어퍼 10 : 챔버
15 : 가스 분사 유닛 20 : 정전척
21 : 베이스 바디 22 : 제 1 접합층
23 : 히팅판 23a : 하부층
23b : 히터 패턴 23c : 상부층
24 : 열확산판 25 : 제 2 접합층
26 : 세라믹 플레이트 26a : 하부 세라믹 플레이트
26b : 상부 세라믹 플레이트 27 : 전극
30 : 본 발명의 일실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트
31-1 : 세라믹 그린 시트 a 부분 31b : 세라믹 그린 시트 b 부분
32-1 : 원기둥 세라믹 그린 시트 33-1 : 전극패턴
34-1 : 원기둥 전극 37 : 주전극
38 : 니켈도금층
30' : 본 발명의 일실시예에 따른 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트
40 : 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트
41b : 세라믹 그린 시트 b 부분 41 : 일부가 제거된 세라믹 그린 시트
41c : 세라믹 그린 시트 c 부분 42 : 원기둥 세라믹 그린 시트
43 : 전극패턴 44 : 원기둥 전극
47 : 주전극 48 : 니켈도금층
40' : 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화방지 기능을 구비한 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트

Claims (11)

  1. 내부에 주전극이 내장된 세라믹 그린 시트의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
    상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2);
    상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3);
    상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4);
    상기 전극패턴이 구비된 세라믹 그린 시트 위에 새로운 세라믹 그린 시트를 적층한 이후에, 상기 단계 1 내지 단계 4의 공정을 수행하는 단계(단계 5);
    상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 6); 및
    상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 7);
    를 포함하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 1은,
    상기 세라믹 그린 시트의 중심 부위에서 원기둥 형태로 제거하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단계 3에서,
    상기 원기둥 세라믹 그린 시트는 상기 세라믹 그린 시트의 제거된 부위의 직경보다 작게 형성되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단계 6 이전에,
    상기 단계 5를 3~4회 반복하는 단계가 추가되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    맨 위층에는 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 세라믹 그린 시트를 제거하고, 전극패턴을 형성하는 대신, 노출된 전극 부분에 니켈도금층을 형성하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 주전극을 포함하는 세라믹 그린 시트 위에 일부가 제거된 세라믹 그린 시트를 적층하는 단계(단계 1);
    상기 세라믹 그린 시트의 일부가 제거된 부분에 전극 메탈 paste를 충진하는 단계(단계 2);
    상기 충진된 전극 메탈 paste에 원기둥 세라믹 그린 시트를 삽입하는 단계(단계 3);
    상기 원기둥 세라믹 그린 시트의 상층 주위에 전극패턴을 구비하는 단계(단계 4);
    상기 적층된 세라믹 그린 시트를 가압하고 소결하여 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 제조하는 단계(단계 5); 및
    상기 다층 전극 구조를 갖는 세라믹 플레이트를 히터와 접합하여 다층 전극 구조를 갖는 정전척을 제조하는 단계(단계 6);
    를 포함하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 단계 1은,
    중심 부위에서 원기둥 형태로 제거된 세라믹 그린 시트를 적층하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 단계 3에서,
    상기 원기둥 세라믹 그린 시트는 상기 세라믹 그린 시트의 제거된 부위의 직경보다 작게 형성되는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 단계 4 이후에, 높이 0.5~0.7㎜의 세라믹 그린 시트를 적층하고, 상기 세라믹 그린 시트 중 중심 부위에서 직경 2.5~3.0㎜의 원기둥 형태로 제거하고, 노출된 전극 부분에 니켈도금층을 형성하는 단계를 추가하는 다층 전극 구조를 갖는 정전척의 제조방법.
  11. 삭제
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