KR20020064508A - Electrostatic chuck - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전 척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 층간 열팽창계수를 고려하여 순차배열되는 구성으로서 구비되게 하므로서 고온의 공정 분위기에서도 사용이 가능토록 하는 동시에 내구력을 증강시킨 정전 척에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic chuck, and more particularly, to an electrostatic chuck that can be used in a high temperature process atmosphere while being provided as a configuration that is sequentially arranged in consideration of the thermal expansion coefficient between layers.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서 반도체 웨이퍼의 노광, CVD(화학 기상 증착), 스퍼터링등의 성막 공정이나 미세가공, 에칭, 다이싱과 같은 공정에는반도체 웨이퍼를 가공기의 소정 부위에 고정 및 유지시키기 위한 유지수단이 필요로 되는바 특히 반도체 웨이퍼상에 미세한 패턴을 묘화하여 다수의 반도체 소자를 형성하는 집적회로의 제작을 위해서는 반드시 반도체 웨이퍼를 평탄한 면에 확실하게 유지시켜야만 한다.In general, in the process of manufacturing a semiconductor, in order to fix and hold the semiconductor wafer to a predetermined part of the processing machine in a film forming process such as exposure of a semiconductor wafer, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, or a process such as microfabrication, etching, or dicing. The holding means is required. In particular, in order to fabricate an integrated circuit in which a plurality of semiconductor elements are formed by drawing a fine pattern on the semiconductor wafer, the semiconductor wafer must be reliably held on a flat surface.
반도체 웨이퍼를 유지시키는 수단으로서 종래에는 기계식, 진공식 및 전기식의 척 장치를 사용하였는바 이 중에서도 전기식 척 장치인 정전 척은 평탄하지 않은 반도체 웨이퍼라도 밀착성있게 고정할 수 있는 동시에 취급이 간편하고 진공중이라도 사용이 용이하다는 이점 때문에 그 사용 분야가 점차 증가하고 있는 추세이다.Conventionally, mechanical, vacuum, and electric chuck devices have been used as a means for holding semiconductor wafers. Among them, electrostatic chucks, which are electric chuck devices, can securely hold even uneven semiconductor wafers in close contact, and are easy to handle, even in vacuum. The field of use is increasing because of its ease of use.
또한 정전 척은 반도체 웨이퍼의 가공 중에 빔 입자등의 충돌에 의해서 반도체 웨이퍼상에는 열에너지가 발생하게 되고, 이 발생 열에너지에 의해서 반도체 웨이퍼의 국부적 팽창 및 변형이 초래되기도 하므로 반드시 반도체 웨이퍼상의 온도 분포를 균일하게 유지시킬 수 있어야만 한다.In addition, in the electrostatic chuck, thermal energy is generated on the semiconductor wafer due to collision of beam particles and the like during processing of the semiconductor wafer, and local thermal expansion and deformation of the semiconductor wafer may be caused by the generated thermal energy, thereby ensuring uniform temperature distribution on the semiconductor wafer. Must be able to maintain
따라서 정전 척은 반도체 웨이퍼를 소정 부위에 확실하게 유지시킴과 동시에 열전도성이 높아야 하는 기능이 요망된다.Therefore, the electrostatic chuck is desired to maintain the semiconductor wafer in a predetermined region reliably and to have high thermal conductivity.
이러한 정전 척은 도 1에 도시한 바와같이 크게 금속 기반(1)과, 이 금속 기반(1)에 접착되는 절연막(2)과, 절연막(2) 위에 접착되는 전극(3) 및 전극(3)의 상부에 접착되는 유전막(4)으로서 적층되는 구성이 일반적이다.As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck includes a metal base 1, an insulating film 2 bonded to the metal base 1, an electrode 3 and an electrode 3 bonded onto the insulating film 2. A configuration that is laminated as the dielectric film 4 adhered to the upper portion of the is common.
한편 현재 주로 사용되는 정전 척은 금속 기반(1)을 알루미늄 합금으로 하면서 절연막(2)과 유전막(4)은 통상 폴리이미드(polyimide)나 테프론과 같은 전기적특성이나 내열성을 고려한 재질인 매우 얇은 합성수지재 필름을 사용하고 있고, 이 절연막(2)과 유전막(4)의 사이로는 동박(copper foil)의 전극(3)을 개재시키도록 하고 있는바 이들 각 구성간은 접착제를 사용하여 접착되도록 하고 있다.On the other hand, the electrostatic chuck currently used mainly is a metal base (1) made of aluminum alloy, while the insulating film (2) and the dielectric film (4) are usually a very thin synthetic resin material that takes into account electrical characteristics and heat resistance such as polyimide or Teflon. A film is used, and an electrode 3 of a copper foil is interposed between the insulating film 2 and the dielectric film 4, and these components are bonded using an adhesive.
하지만 폴리이미드나 테프론과 같은 재질은 내구성이 약하고, 동일 두께에서 타 재질에 비해 유전율(dielectric constant)과 열전도성이 낮기 때문에 유전막(4)이 손쉽게 손상되므로서 동작 특성이 상실되는 사례가 많다.However, a material such as polyimide or Teflon is weak in durability, and the dielectric film 4 is easily damaged because of its low dielectric constant and thermal conductivity at the same thickness.
또한 각 적층부재간을 접착제에 의해서 접착하게 되므로 접착제의 수명이 다하게 되면 접착력 약화로 인해 각 층간이 박리되는 문제를 초래하게 된다.In addition, the adhesive between each laminated member by an adhesive, when the life of the adhesive reaches the end of the adhesive force due to the weakening of the adhesion between each layer will cause a problem.
이같은 문제를 해결하기 위하여 최근에는 합성수지 필름 대신 세라믹으로서 유전체를 대체시키는 방식이 새로이 제안되기도 하였다.Recently, in order to solve such a problem, a method of replacing a dielectric as a ceramic instead of a synthetic resin film has been newly proposed.
즉 유전물질을 세라믹으로 형성되도록 하는 방식으로서 최근까지 알려지고 있는 가장 대표적인 것이 용사방식과 소결방식이다.In other words, as the method of forming a dielectric material into a ceramic is the most known until recently spraying method and sintering method.
다시말해 전극층의 표면으로 유전체를 형성하는 방식으로서 용사방식은 세라믹 파우더를 용융시키면서 분사시켜 증착하는 방식이고, 소결방식은 별도로 세라믹을 소결제작하여 판형상으로 제작하고 이를 전극층에 접착시키는 방식이다.In other words, as a method of forming a dielectric on the surface of the electrode layer, the spraying method is a method of spraying and depositing while melting the ceramic powder, and the sintering method is a method of separately sintering the ceramic to make a plate shape and attaching it to the electrode layer.
이러한 방식에 의해 형성되는 유전체는 특히 내구력이 뛰어나고, 세라믹에 유전율 및 온도계수를 향상시킬 수 있는 다른 물질을 혼합하면 필요로 하는 최적의 유전율을 갖는 유전층을 형성할 수가 있는 이점이 있으나 용사방식에 의해 형성되는 유전체는 용사에 의하여 세라믹을 용융 분사시키게 되므로 입자간 밀도가 낮고, 중간의 전극층과는 이질적 특성 때문에 세라믹층과 긴밀하게 밀착되지 못하는 박리현상을 초래하는 문제가 있으며, 소결방식에 의해 형성되는 유전체는 플레이트형태로 별도 제작해야 하는 번거로움과 작업의 난해함이 있으며, 특히 서로 이질적인 재질인 전극층과의 접착제를 사용한 접착은 종전의 접합력 저하의 문제가 그대로 남게 되는 문제가 있다.The dielectric formed by this method is particularly durable and has the advantage of forming a dielectric layer having the optimum permittivity required by mixing other materials that can improve the dielectric constant and the temperature coefficient of the ceramic. Since the dielectric formed is melt-sprayed due to the thermal spraying of the ceramic, the density between particles is low, and due to heterogeneous characteristics with the intermediate electrode layer, there is a problem of causing peeling phenomenon that is not in close contact with the ceramic layer. Dielectric has troublesome work and difficulty of separate production in the form of a plate, and in particular, the adhesive using an adhesive with an electrode layer, which is a heterogeneous material, has a problem in that the problem of deterioration of conventional bonding remains intact.
한편 전술한 바와같은 정전 척에는 대부분 전극층의 재료로 동(copper)을 사용하게 된다.On the other hand, copper as the material of the electrode layer is mostly used in the electrostatic chuck as described above.
따라서 정전 척을 사용할 수 있는 환경은 전극층의 열변형 온도 이하인 저온의 분위기(약 150℃ 이하)에서만 가능하다.Therefore, the environment in which the electrostatic chuck can be used is possible only in a low temperature atmosphere (about 150 ° C. or less) which is equal to or lower than the heat deformation temperature of the electrode layer.
즉 정전 척을 이루는 구성 중 전극층의 동은 열팽창계수가 17.7인 반면 절연층과 유전체로서 사용되는 세라믹인 알루미나(Al2O3)는 순도에 따라서 약간의 차이가 있기는 하지만 열팽창계수가 약 6.5 ~ 8 정도이므로 약 2배 정도의 차이를 나타내게 된다.In other words, the thermal expansion coefficient of copper is 17.7, whereas the alumina (Al 2 O 3 ), a ceramic used as an insulating layer and dielectric, varies slightly depending on the purity. Since it is about 8, the difference is about 2 times.
이러한 열팽창계수의 차이는 정전 척을 고온의 분위기에 구비시 각 층간 팽창 차에 의해 접착면간 박리되면서 작용 불능 상태를 초래하는 문제가 있다.Such a difference in thermal expansion coefficient has a problem in that when the electrostatic chuck is provided in a high temperature atmosphere, it becomes inoperative while peeling between the adhesive surfaces by the difference between the layers.
따라서 현재의 정전 척은 고온의 공정 분위기에서는 전혀 사용할 수가 없는 폐단이 있다.Therefore, the current electrostatic chuck has a closed end that cannot be used at all in a high temperature process atmosphere.
이에 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 층간 재질의 열팽창계수가 순차 배열되는 구성으로 형성되도록 하여 열팽창 차에 의한 응력을 최소화하므로서 고온의 공정 분위기에서도 안정적으로 동작 특성이 유지될 수 있도록 하는 정전 척을 제공하고자 하는데 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to form a structure in which the thermal expansion coefficient of the interlayer material is sequentially arranged to minimize stress due to the difference in thermal expansion, even in a high temperature process atmosphere. An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck that can stably maintain operating characteristics.
도 1은 일반적인 정전 척의 구조를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a general electrostatic chuck,
도 2는 본 발명에 따른 정전 척의 일실시예를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing one embodiment of an electrostatic chuck in accordance with the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 정전 척의 다른 실시예를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the electrostatic chuck in accordance with the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 금속 기반 20 : 절연층10: metal based 20: insulating layer
30 : 전극층 40 : 유전체층30 electrode layer 40 dielectric layer
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 절연층과 전극층 및 유전체층의 재질을 열팽창계수가 점차 증가하는 구성으로서 형성되도록 하는데 주된 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the material of the insulating layer, the electrode layer, and the dielectric layer is formed as a configuration in which the coefficient of thermal expansion gradually increases.
또한 본 발명은 절연층과 전극층 및 유전체층의 재질을 열팽창계수가 점차 감하는 구성으로 형성되도록 하는데 다른 특징이 있다.In addition, the present invention has another feature that the material of the insulating layer, the electrode layer, and the dielectric layer is formed in such a way that the thermal expansion coefficient is gradually reduced.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명은 도 2에서와 같이 최하부에는 종전과 같은 금속의 기반으로서 알루미늄 합금을 구비하고, 이 금속 기반(10)의 상부로 절연층(20)과 전극층(30) 및 유전체층(40)이 차례로 적층되도록 하면서 각 층을 이루는 구성들은 열팽창계수 순으로 순차 배열되도록 하는 것이다.In the present invention, as shown in FIG. 2, the lowermost part is provided with an aluminum alloy as a base of the metal as before, and the insulating layer 20, the electrode layer 30, and the dielectric layer 40 are sequentially stacked on top of the metal base 10. Each layer consists of layers arranged in order of coefficient of thermal expansion.
이때 절연층(20)으로는 AlN 또는 Al2O3를 사용하고, 전극층(30)으로는 공히 W-Cu 합금을 사용하며, 유전체층(40) 또한 절연층(20)을 이루는 AlN 또는 Al2O3로서 이루어도록 한다.In this case, AlN or Al 2 O 3 is used as the insulating layer 20, W-Cu alloy is used as the electrode layer 30, and the AlN or Al 2 O forming the insulating layer 20 is also formed in the dielectric layer 40. To be done as 3 .
이때 전극층(30)으로 사용하게 되는 W-Cu 합금은 종전과 같은 단순한 동(Copper)보다는 열팽창계수가 절연층(20)이나 유전체층(40)과 근사한 값을 가지게 되는 동시에 전기적 저항은 종전의 동과 같거나 유사한 특징이 있다.At this time, the W-Cu alloy used as the electrode layer 30 has a coefficient of thermal expansion that is closer to that of the insulating layer 20 or the dielectric layer 40, rather than simple copper, and the electrical resistance is the same as that of the conventional copper. It has the same or similar features.
이렇게 본 발명의 정전 척을 구성하는 재질의 특성치를 비교하면 아래의 표와 같다.Thus comparing the characteristic values of the material constituting the electrostatic chuck of the present invention is as follows.
일반적으로 W-Cu 합금의 경우 Cu의 높은 열과 전기 전도성 그리고 W의 내아크 저항성과 낮은 열팽창계수에 의해 결국 낮은 열팽창계수를 나타내면서 열전도성은 우수한 성질을 갖게 된다.In general, the high thermal and electrical conductivity of Cu, the arc resistance of W, and the low coefficient of thermal expansion of W-Cu alloys result in low thermal expansion coefficient and excellent thermal conductivity.
이러한 성질 때문에 현재는 W-Cu 합금을 전지 접점재료나 고온의 전극 재료 또는 히트 싱크등으로 사용되고 있다.Because of this property, the W-Cu alloy is currently used as a battery contact material, a high temperature electrode material, or a heat sink.
한편 상기한 구성은 결정적으로 전극층(30)의 열팽창계수를 낮춰 보다 고온에서도 열변형없이 안전하게 사용할 수 있게 되기는 하였으나 기반이 되는 알루미늄 합금이 580℃의 온도에서는 액상으로 변하는 한계가 있으므로 가용 한계 온도는 300℃ 이하의 조건에서만 사용이 가능하다.On the other hand, the above configuration has been critically lowered the coefficient of thermal expansion of the electrode layer 30, so that it can be used safely even at high temperatures without thermal deformation, but the base aluminum alloy has a limit of changing to a liquid state at a temperature of 580 ℃, so the available limit temperature is 300 It can be used only under the condition of ℃.
이와는 달리 본 발명은 기반을 단순한 금속이 아닌 재질로서 형성하므로서 상기한 구성의 온도 한계를 극복할 수가 있다.In contrast, the present invention can overcome the temperature limitation of the above configuration by forming the base as a material rather than a simple metal.
즉 기반을 애초부터 도 3에서와 같이 산화물 내지는 질화물로서 구비하고, 이 기반(10)은 그 자체가 절연이 되므로 별도의 절연층을 형성하지 않고 그 상부에 바로 전극층(30)과 유전체층(40)이 증착되도록 하는 것이다.That is, the base is provided as an oxide or a nitride as shown in FIG. 3, and since the base 10 is insulated from itself, the electrode layer 30 and the dielectric layer 40 are formed directly on the top thereof without forming a separate insulating layer. Is to be deposited.
유전체층(40)은 기반(10)이 전극층(30)보다 낮은 열팽창계수일 때는 전극층(30) 보다는 높은 열팽창계수를 갖는 산화물 내지는 질화물로서 구비되도록 하고, 반대로 기반(10)이 전극층(30)보다 높은 열팽창계수를 갖는 구성일 때는 전극층(30) 보다는 낮은 열팽창계수를 갖는 산화물 내지는 질화물로서 구비되도록 한다.The dielectric layer 40 is provided as an oxide or nitride having a higher coefficient of thermal expansion than the electrode layer 30 when the base 10 has a lower coefficient of thermal expansion than the electrode layer 30, and conversely, the base 10 is higher than the electrode layer 30. When the structure having a thermal expansion coefficient is provided as an oxide or nitride having a lower thermal expansion coefficient than the electrode layer 30.
따라서 고온공정에서 가열과 냉각이 반복되면서 열피로가 가해짐에 따른 수축 및 팽창의 작용시에도 정전 특성을 안정되게 유지시키므로서 보다 강력한 웨이퍼의 척킹력을 발휘하는 정전 척을 제공하게 된다.Accordingly, the electrostatic chuck exhibiting a stronger wafer chucking force can be provided while maintaining the electrostatic properties stably under the action of shrinkage and expansion due to repeated heating and cooling in high temperature processes.
한편 절연층과 유전체층으로 구비되는 산화물이나 질화물은 전극층(30)으로 구비되는 W-Cu 합금의 열팽창계수와 근소한 재질로서 구비되도록 한다.On the other hand, the oxide or nitride provided as the insulating layer and the dielectric layer is provided as a thermal expansion coefficient and a slight material of the W-Cu alloy provided as the electrode layer 30.
이렇게 전극층(30)을 W-Cu 합금으로 구비하면서 정전 척을 구성하게 되는 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the specific embodiment to configure the electrostatic chuck while having the electrode layer 30 of the W-Cu alloy as follows.
실시예 1Example 1
본 실시예는 정전 척의 금속 기반으로서 알루미늄 합금을 사용하고, 이 알루미늄 합금의 표면을 양극산화시켜 Al2O3층으로 이루어지는 절연층이 구비되도록 한다.In this embodiment, an aluminum alloy is used as the metal base of the electrostatic chuck, and the surface of the aluminum alloy is anodized so that an insulating layer composed of an Al 2 O 3 layer is provided.
이러한 절연층의 표면에는 다시 W-Cu 합금으로 이루어지는 전극층을 용사에 의해 증착되도록 하되 이때 증착되는 W-Cu 합금은 동(Cu)이 0 ~ 40%인 것을 사용하며, 그 두께는 1 ~ 300㎛로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.On the surface of the insulating layer again, an electrode layer made of a W-Cu alloy is deposited by thermal spraying. At this time, the deposited W-Cu alloy uses copper (Cu) of 0 to 40%, and a thickness of 1 to 300 μm. Most preferably, it is formed as.
그리고 전극층의 표면에는 전극층보다는 열팽창계수가 작은 AlN을 용사에 의해 증착되도록 한다.In addition, AlN having a smaller thermal expansion coefficient is deposited on the surface of the electrode layer by thermal spraying.
이렇게 AlN의 증착에 의해 유전체층을 형성하게 되며, 이러한 유전체층은 통상 10 ~ 500㎛의 두께로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.Thus, a dielectric layer is formed by deposition of AlN, and it is most preferable that such a dielectric layer is formed to have a thickness of usually 10 to 500 µm.
전극층의 표면으로 증착한 유전체층은 표면을 기계 및 화학적으로 가공하여 요철면을 이루도록 하되 이 요철면의 요입된 홈이 본 발명의 정전 작용시 웨이퍼를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각가스 즉 헬륨(He)가스가 유동하게 되는 통로를 이루도록 한다.The dielectric layer deposited on the surface of the electrode layer is mechanically and chemically processed to form an uneven surface, but the recessed groove of the uneven surface is a cooling gas, that is, a helium (He) gas supplied to cool the wafer during the electrostatic action of the present invention. To form a passageway through which flows.
상기한 구성으로 정전 척을 구비하게 되면 금속 기반의 상부로 형성되는 절연층과 전극층과 유전체층은 절연층으로부터 유전체층으로 열팽창계수가 점차 작아지는 배열로서 이루어지는 구성이 된다.When the electrostatic chuck is provided in the above-described configuration, the insulating layer, the electrode layer, and the dielectric layer formed on the upper portion of the metal base become an arrangement in which the thermal expansion coefficient gradually decreases from the insulating layer to the dielectric layer.
이렇게 해서 형성되는 정전 척의 구조에서 베이스부재로 구비되는 알루미늄 합금인 금속 기반은 통상 580℃에서 용융되므로 본 실시예를 적용하여 작업할 수 있는 온도 분위기는 300℃를 넘지 않는 100 ~ 300℃가 가장 적합하다.In the structure of the electrostatic chuck formed in this way, the metal base, which is an aluminum alloy provided as a base member, is usually melted at 580 ° C., so the temperature atmosphere that can be applied by applying this embodiment is best suited to 100 to 300 ° C., which does not exceed 300 ° C. Do.
따라서 종래에는 150℃ 이하의 온도 분위기에서만 적용이 가능하던 정전 척의 사용 한계를 본 발명에 따라 보다 고온의 공정에서도 안정된 정전 특성을 유지할 수 있도록 하는 이점이 있다.Therefore, according to the present invention, the use limit of the electrostatic chuck, which is conventionally applicable only in a temperature atmosphere of 150 ° C. or less, has an advantage of maintaining stable electrostatic characteristics even at a higher temperature process.
실시예 2Example 2
본 실시예에서는 별도의 절연층을 형성하지 않고, 기반을 벌크형상의 AlN으로 사용하면서 기반의 표면으로는 W-Cu 합금이 증착되도록 한다.In this embodiment, the W-Cu alloy is deposited on the surface of the base without using a separate insulating layer and using the base as bulk AlN.
이렇게 W-Cu 합금을 일정한 두께로 증착시키므로서 전극층을 형성하고, 이 전극층의 표면으로는 산화물인 Al2O3를 증착시키므로서 유전체층을 형성하는 3층의 구조로서 형성되도록 하는 구성이 특징이다.Thus, the electrode layer is formed by depositing a W-Cu alloy to a certain thickness, and the surface of the electrode layer is characterized in that it is formed as a three-layer structure that forms a dielectric layer by depositing Al 2 O 3 , which is an oxide.
이때 전극층의 증착을 위한 방법으로는 파우더상태에서 용융시키는 동시에 기반에 일정한 두께로 분사시키는 용사방법 또는 페이스트상태로 구비하여 기반에 일정한 두께로 스크린 프린팅에 의해 도포되게 한 후 이를 건조시켜 소결함에 의해 형성하는 방법이 모두 가능하다.At this time, the method for deposition of the electrode layer is melted in powder state and sprayed at a certain thickness on the base or sprayed in the form of a paste is provided by screen printing at a constant thickness on the base and then dried and sintered to form It's all possible.
그리고 전극층의 표면으로 증착되는 유전체층 또한 전기한 전극층의 증착방법과 동일한 방법으로서 증착되도록 한다.The dielectric layer deposited on the surface of the electrode layer is also deposited by the same method as the deposition method of the electrode layer described above.
한편 증착시킨 유전체층의 표면으로는 기계 또는 화학적 가공에 의해서 정전 작용시 웨이퍼를 냉각시키기 위해 공급하는 냉각가스 즉 헬륨(He)가스가 유동하는 통로를 갖는 요철면이 형성되도록 한다.On the other hand, the surface of the deposited dielectric layer is formed to have a concave-convex surface having a passage through which a cooling gas, that is, helium (He) gas, which flows to cool the wafer during electrostatic action by mechanical or chemical processing is formed.
상기와 같은 구성의 정전 척은 최상단의 유전체층이 열팽창계수가 가장 크고 최하단의 질화알루미늄 기반이 가장 작게 배열되는 구성인바 전술한 실시예에서와 같이 층간 열팽창 차가 거의 비슷한 수준에서 순차적으로 배열되므로서 크랙의 발생을 방지시킬 수가 있게 된다.The above-described electrostatic chuck has a structure in which the uppermost dielectric layer has the largest coefficient of thermal expansion and the lowest aluminum nitride base is arranged in the smallest order. It is possible to prevent the occurrence.
또한 본 실시예에서는 전기한 실시예와는 달리 기반을 열변형에 강한 질화알루미늄으로 구비시키게 되므로 공정 분위기가 300℃가 넘는 곳에서도 사용이 가능하다.In addition, in the present embodiment, unlike the above embodiment, since the base is provided with aluminum nitride, which is resistant to thermal deformation, the present invention can be used even in a place where the process atmosphere is higher than 300 ° C.
이렇게 구비되는 정전 척은 고온의 공정 분위기인 300℃ ~ 800℃의 분위기에서도 사용이 가능하므로 CVD 공정과 같은 대단히 높은 고온의 공정에서도 사용할 수가 있게 된다.Since the electrostatic chuck provided in this way can be used in an atmosphere of 300 ° C. to 800 ° C., which is a high temperature process atmosphere, the electrostatic chuck can be used in a very high temperature process such as a CVD process.
실시예 3Example 3
본 실시예에서는 실시예 2와는 반대의 구성으로서 이루어지도록 하는 것이다.In this embodiment, the configuration is the reverse of the second embodiment.
즉 기반인 동시에 절연층으로서 Al2O3를 소결 제작하여 벌크형상으로 구비하고, 이러한 기반의 표면으로 W-Cu 합금을 일정한 두께로 증착하고, 그 위에 다시 AlN을 일정한 두께로서 증착한 후 동시에 소성하는 것이다.In other words, Al 2 O 3 is sintered and prepared in bulk as an insulating layer, and the W-Cu alloy is deposited to a certain thickness on the surface of the substrate, and AlN is deposited on the substrate at a constant thickness. It is.
이렇게 AlN을 증착시킨 유전체층의 표면으로는 전술한 실시예들에서와 같이 기계 또는 화학적 가공에 의해서 냉각가스 즉 헬륨(He)가스가 유동하는 통로를 갖는 요철면이 형성되도록 한다.As described above, the surface of the dielectric layer on which AlN is deposited is formed such that an uneven surface having a passage through which cooling gas, that is, helium (He) gas flows, is formed by mechanical or chemical processing as in the above-described embodiments.
상기한 구성에 따라 구비되는 정전 척은 최상단의 AlN으로 이루어지는 유전체층이 열팽창계수가 가장 작고 최하단의 Al2O3로서 이루어지는 기반이 열팽창계수가 가장 큰 구성으로 순차배열 되므로 전술한 실시예에서와 같이 층간 열팽창 차가 거의 비슷한 수준에서 순차적으로 배열되므로서 크랙의 발생을 방지시킬 수가 있게된다.In the electrostatic chuck provided according to the above-described structure, since the dielectric layer composed of AlN at the uppermost end has the smallest thermal expansion coefficient and the base made of Al 2 O 3 at the lowermost end is sequentially arranged in the configuration having the largest thermal expansion coefficient, the interlayer as in the above-described embodiment The thermal expansion difference is arranged in sequence at about the same level, thereby preventing the occurrence of cracks.
이러한 본 실시예의 정전 척 또한 고온의 공정 분위기인 300℃ ~ 800℃의 분위기에서도 사용이 가능하므로 CVD 공정과 같은 대단히 높은 고온의 공정에서도 적용될 수 있는 이점이 있다.Since the electrostatic chuck of this embodiment can also be used in a high temperature process atmosphere of 300 ° C. to 800 ° C., there is an advantage that it can be applied to a very high temperature process such as a CVD process.
실시예 4Example 4
본 실시예는 기반 및 절연층으로서 실시예 2와 같은 AlN을 벌크형상으로 구비되도록 하면서 그 기반의 표면에는 W-Cu 합금을 용사 및 스크린 프린팅에 의한 소결에 의해 증착되도록 하여 전극층을 형성하고, 이러한 전극층의 표면에는 Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, BaTiO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 2종 이상의 화합물로서 증착시켜 유전체층을 형성토록 하는 구성이다.In this embodiment, AlN as in Example 2 as a base and an insulating layer is provided in a bulk shape, while the W-Cu alloy is deposited on the surface of the base by spraying and sintering by screen printing to form an electrode layer. On the surface of the electrode layer, a dielectric layer is formed by depositing two or more kinds of compounds selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, and BaTiO 3 .
다시말해 기반 및 절연층으로는 열변형계수가 가장 낮은 AlN을 사용하고, 그 직상부에는 AlN보다는 열변형계수가 큰 W-Cu 합금를 사용하여 전극층을 이루도록 하며, 이 전극층에는 다시 전극층보다는 열변형계수가 큰 Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, BaTiO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 2종 이상의 화합물로서 유전체층이 형성되도록 하는 것이다.In other words, AlN, which has the lowest coefficient of thermal deformation, is used as the base and the insulating layer, and W-Cu alloy having a higher coefficient of thermal deformation than AlN is used on the upper portion thereof to form an electrode layer. The dielectric layer is formed as two or more kinds of compounds selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, and BaTiO 3 having a large amount.
한편 증착시킨 유전체층의 표면으로는 전술한 실시예들에서와 같이 기계 또는 화학적 가공에 의해서 냉각가스 즉 헬륨(He)가스가 유동하는 통로를 갖는 요철면이 형성되도록 한다.Meanwhile, as the surface of the deposited dielectric layer, as in the above-described embodiments, an uneven surface having a passage through which cooling gas, that is, helium (He) gas, is formed by mechanical or chemical processing.
특히 유전체층을 이루는 Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, BaTiO3들은 서로 화합하는 비중에 따라 열변형계수를 조정할 수가 있으므로 본 실시예에서는 이들 중 2 이상이 화합하면서 적어도 W-Cu 합금으로 이루어지는 전극층보다는 열변형계수가 큰 구성으로서 이루어지도록 한다.In particular, since the Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, and BaTiO 3 constituting the dielectric layer may adjust the thermal strain coefficient according to the specific gravity of each other, in the present embodiment, at least W-Cu alloy is combined with at least two of them. It is to be made as a configuration having a larger thermal strain coefficient than the electrode layer.
이러한 구성에서와 같이 기반과 전극층 및 유전체층을 열변형계수가 순차적으로 배열되는 적층구조로서 형성하게 되면 층간 응력에 의한 크랙등을 방지하게 되므로서 안정된 사용이 가능하고, 특히 본 실시예의 정전 척은 실시예 2 및 실시예 3에서와 같이 고온에서도 사용이 가능한 바 가용 공정 온도는 300℃ ~ 800℃가 가장 적절하다.As in this configuration, when the base, the electrode layer, and the dielectric layer are formed as a laminated structure in which thermal deformation coefficients are sequentially arranged, it is possible to stably use the cracks due to interlayer stress, and in particular, the electrostatic chuck of the present embodiment is implemented. As in Example 2 and Example 3, the available process temperature that can be used even at a high temperature is most suitably 300 ° C to 800 ° C.
실시예 5Example 5
본 실시예는 기반 및 절연층으로서 Al2O3를 벌크형상으로 구비되도록 하고, 그 기반의 상부에는 W-Cu을 증착시켜 전극층이 형성되도록 하며, 전극층에는 다시 Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, BaTiO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 2종 이상의 화합물로서 유전체층이 증착되도록 하는 구성이다.In this embodiment, Al 2 O 3 is provided in a bulk shape as a base and an insulating layer, and an electrode layer is formed by depositing W-Cu on an upper portion of the base, and Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO is formed on the electrode layer again. 2, a configuration of MgO, so that the dielectric layer is deposited as two or more kinds of compounds selected from the group consisting of BaTiO 3.
다시말해 기반 및 절연층으로는 Al2O3를 벌크형상으로 구비하고, 그 직상부에에는 Al2O3보다는 열변형계수가 작은 W-Cu를 사용하여 전극층을 이루도록 하며, 이 전극층에는 다시 전극층보다 열변형계수가 작은 Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, BaTiO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 2종 이상의 화합물로서 유전체층이 형성되도록 하는것이다.Again and tell-based and an insulating layer is to fulfill the electrode layer and having an Al 2 O 3 as a bulk shape, and the vertical is used to heat deformation coefficient is small W-Cu than Al 2 O 3 to the upper, the electrode layer, the back electrode layer The dielectric layer is formed by two or more compounds selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, and BaTiO 3 , which have a smaller coefficient of thermal deformation.
한편 증착시킨 유전체층의 표면으로는 전술한 실시예들에서와 같이 기계 또는 화학적 가공에 의해서 냉각가스 즉 헬륨(He)가스가 유동하는 통로를 갖는 요철면이 형성되도록 한다.Meanwhile, as the surface of the deposited dielectric layer, as in the above-described embodiments, an uneven surface having a passage through which cooling gas, that is, helium (He) gas, is formed by mechanical or chemical processing.
이렇게 각 층의 열변형계수를 순차 배열하게 되면 전기한 실시예들에서와 마찬가지로 각 층간 응력 발생에 의한 크랙등을 방지하게 되므로서 안전한 사용이 가능하고, 고온의 다양한 공정에서도 범용할 수가 있게 된다.Thus, when the thermal deformation coefficients of the layers are sequentially arranged, as in the above embodiments, it is possible to prevent cracks due to the generation of stresses between the layers, so that they can be safely used and can be used in various high temperature processes.
특히 본 실시예 구성의 적용 가능한 온도는 300℃ ~ 800℃가 가장 적절한 바 이는 결국 고온고압의 CVD공정에서도 적용이 가능하므로 설비의 간소화를 촉진시킬 수가 있게 되는 것이다.In particular, the applicable temperature of the configuration of the present embodiment is 300 ℃ ~ 800 ℃ is the most appropriate, which can be applied in the CVD process of high temperature and high pressure eventually to facilitate the simplification of the equipment.
상기와 같이 하여 정전 척을 구비하게 되면 각 층간 전혀 접착제를 사용하지 않고도 상호 견고하게 접착될 수 있게 하므로서 종전과 같이 재질적인 차이에 의한 층간 박리현상을 최대한 방지할 수가 있으며, 이로서 정전 척의 안정된 작용을 제공할 수가 있게 된다.When the electrostatic chuck is provided as described above, each layer can be firmly bonded to each other without using an adhesive at all, thereby preventing the delamination phenomenon due to material differences as before, thereby preventing the stable operation of the electrostatic chuck. It can be provided.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 정전 척은 층간을 증착방식에 의해 접착되도록 하는 동시에 서로 근사한 열팽창계수를 가지면서 열팽창계수의 크기 순으로 순차 배열되는 구성으로 구비되도록 하여 저온의 공정 분위기에서만 사용이 가능하던 한계를 극복하고 고온의 공정 분위기에서도 안정된 작동이 유지될 수 있도록 므로서 반도체 제조 공정의 거의 모든 공정에서도 사용이 가능토록 하며, 보다 견고한 내구성과 동작 특성을 향상시키게 되는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.As described above, the electrostatic chuck according to the present invention can be used only in a low-temperature process atmosphere by adhering the layers by a deposition method and having a thermal expansion coefficient close to each other and sequentially arranged in the order of the coefficients of thermal expansion. It overcomes the limitations and maintains stable operation even in high temperature process atmosphere, so that it can be used in almost all processes of semiconductor manufacturing process, and it provides very useful effect that improves more durable durability and operation characteristics. .
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