KR20060097562A - 정전 척 - Google Patents

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KR20060097562A
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아키노부 오타카
가즈요시 야마자키
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

정전 척은 장착면과 이 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면을 갖는 본체를 포함한다. 본체의 장착면을 따라서 적어도 하나의 척 전극이 연장되며, 본체의 대향면을 따라서 제 1 히터 층이 연장된다. 정전 척은 다양한 처리 기술 중에 웨이퍼와 같은 대상물을 가열하여 대상물 지지면에 정전 흡인하는데 사용될 수 있다.

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK INCLUDING A HEATER MECHANISM}
본 발명은 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display), 및 기타 다양한 전자 기기용 재료(유리, 알루미늄, 고 폴리머 물질 등)의 처리 또는 제조 공정에서 특히 클램핑 장치로서 사용하기 위한 히터 기구 부착 정전 척에 관한 것이다.
다양한 처리 중에 대상물(workpiece)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)을 고정 위치에 지지하기 위해 히터 기구 부착 정전 척이 통상 사용되고 있다. 예를 들면, 히터 기구 부착 정전 척은 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 드라이 에칭, 또는 기타 처리 기술과 같은 성막(filming) 공정에서 사용될 수 있다. 종래의 대상물은 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 대형 대상물은 성공적인 패터닝 작업을 수행하기 위해 정밀하고 정확한 위치설정을 요한다.
종래의 히터 기구 부착 정전 척의 통상적인 예가 일본 특허 공개공보 제 7-307377 호에 개시되어 있다. 이 공보는 상부 정전 척층과 하부 히터 층을 가지며 pBN(pyrolytic boron nitride: 열분해 질화붕소)의 전기 절연층 또는 기타 절연 재 료로 피복되는 절연 기재(substrate)를 개시하고 있다.
종래의 정전 척은, 그 일 예가 도 4에 개략 도시되어 있는 종래 대상물의 일부로서 합체될 수 있다. 종래의 대상물 지지 장치는, 대상물(12)을 정전 척(10)의 척킹 표면에 정전식으로 흡인 또는 클램프시키기 위해 전압 소스가 인가될 수 있는 정전 척(10)을 구비한다. 척(10)의 하부 히터 층에 전기를 공급하여 정전 척(10)의 장착면(11)을 가열하기 위해 제어 회로도 사용된다. 이후 장착면(11)과 그것에 클램핑된 대상물(12) 사이에 열전달이 발생하며 이로 인해 대상물은 그 가공에 적합한 최적의 온도 범위에 도달한다. 척(10)의 휘어짐을 방지하기 위해, 척은 복수의 볼트(16) 또는 다른 체결 수단에 의해 금속제 베이스(14)에 고정된다.
웨이퍼를 유기 금속 기상 성장법(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 이온 주입에 의해 처리하기 위해, 웨이퍼는 800℃ 이상 정도의 고온의 처리를 받을 수 있다. 따라서, 대상물(12)은 금속제 베이스(14)에 정전 장착된 상태에서 비교적 고온으로 가열되어야 한다. 그러나, 종래 장착 장치의 구조에서는, 히터 층에 대한 가열의 상당 부분이 금속제 베이스(14)로 전달될 것이며, 이로 인해 금속제 베이스(14)는, 웨이퍼를 800℃의 고온 범위로 적절히 가열하는 것을 간섭하는 바람직하지 않은 열 싱크(heat sink)로서 작용하게 된다. 실제로, 도 4에 도시하듯이, 종래의 척(10)은, 금속제 베이스(14)의 거의 편평한 상면(20)과 직접 접촉하는 거의 편평한 하면(18)을 갖는 거의 편평한 판을 구비한다. 상기 거의 편평한 하면(18)이 척(10)의 거의 전체 폭"W"를 따라서 거의 편평한 상면(20)과 직접 접촉하기 때문에, 종래 척(10)으로부터 금속제 베이스(14)로의 열 전도가 향상된다.
접하는 거의 편평한 표면(18, 20) 사이에서의 향상된 열 전도율로 인해, 히터 층에 의해 발생되는 열의 상당 부분은 대상물(12)보다는 금속제 베이스(14)로 전달될 것이다. 금속제 베이스(14)로의 열 손실은 대상물(12)로의 열 전달을 방지하며, 따라서 대상물을 충분히 높은 온도 범위, 예를 들면 800℃ 이상으로 가열하기가 어려워진다. 더욱이, 대상물(12)이 연속해서 그러한 고온 범위로 가열될 수 있더라도, 클램핑 력은 볼트(16)와 척(10) 사이의 열팽창 차이로 인해 감소되어야 하며, 그 결과 금속제 베이스(14)가 척(10)의 휘어짐을 방지하는 능력을 손상시킬 가능성이 있다. 또한, 편평 판 형태의 척(10)이 800℃ 이상의 초 고온으로 가열될 때, 이는 척(10)의 척(chucking) 전극에 전기를 공급하는 금속제 단자로 전달되며 따라서 단자도 거의 동일한 온도로 가열될 수 있다. 이로 인해 단자와 척 본체 사이의 열팽창 차이로 인해 단자와 척 본체 사이의 전기 접촉 불량을 초래할 수 있다.
또한, 정전 척(10)이 휨 교정 금속제 베이스(14)에 기계적으로 고정되는 거의 편평한 판을 포함할 때, 도 4에 도시하듯이, 척킹 표면의 유효 대상물 클램핑 면적은 볼트(16)를 수용하기 위해 볼트(16) 및/또는 카운터싱킹(countersinking)된 개구에 의해 감소될 수 있다. 더욱이, 척(10)의 척킹 표면과 접촉하는 대상물(12)의 표면에서의 온도 분포는 척(10) 외주부로부터 주위 환경으로의 열 전달로 인해 불균일해질 수 있다.
정전 척이 그 척킹 표면을 아래로 하여 배치되는 소위 페이스-다운(face- down) 시스템이 최근에 상당한 관심을 끌고 있는데, 그 이유는 이들 시스템이 대상물 처리 중에 발생되는 입자의 부착을 방지 또는 극소화하기 때문이다. 페이스-다운 시스템은 또한 대상물 처리 중에 도입되는 반응 가스의 효율을 감안할 때 유리할 수 있다. 그러나, 휨-연결 베이스(14)에 기계적으로 고정되는 편평 판을 구비하는 도 4의 장치는 600℃ 이상의 고온 조건에서 페이스-다운 시스템에 적용될 수 없다.
발명의 요약
일 양태에 따르면, 정전 척에는 장착면과, 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면, 및 주위면을 포함하는 본체가 제공된다. 본체의 장착면을 따라서 적어도 하나의 척 전극이 연장되며, 본체의 대향면을 따라서 제 1 히터 층이 연장된다. 또한 본체의 주위면을 따라서는 제 2 히터 층이 연장된다.
다른 양태에 따르면, 정전 척에는 장착면과, 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면을 포함하는 본체가 제공된다. 상기 정전 척은 본체의 장착면을 따라서 연장되는 적어도 하나의 척 전극, 및 본체의 대향면을 따라서 연장되는 히터 층을 추가로 포함한다. 본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 열 리테이너(heat retainer)도 제공된다. 상기 열 리테이너는 본체의 대향 면을 따라서 연장된다.
또 다른 양태에 따르면, 정전 척은 장착면과, 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면을 구비하는 판을 갖는 본체를 포함한다. 상기 정전 척은 상기 판으로 부터 멀리 연장되는 보강 부재를 추가로 포함하며, 상기 보강 부재는 판의 구부러짐을 방지하기 위한 것이다. 상기 정전 척은 판의 장착면을 따라서 연장되는 적어도 하나의 척 전극, 및 판의 대향면을 따라서 연장되는 히터 층을 추가로 포함한다.
최근에, 본 발명은 장착면, 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면, 및 주위면을 포함하는 본체를 구비한 정전 척에 관한 것이며, 상기 본체는 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금(hard metals), 천이 금속, 및 희토류 금속으로 구성되는 그룹에서 선택된 원소 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 산질화물중 적어도 하나를 포함하는 절연 물질로 코팅된 그래파이트(graphite) 기재를 포함한다.
본 발명의 다른 양태 및 장점은 첨부 도면을 참조한 하기 설명으로부터 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 기구 부착 정전 척을 도시하는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 정전 척의 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 기구 부착 정전 척을 도시하는 개략 단면도.
도 4는 종래의 히터 기구 부착 정전 척을 도시하는 개략 측면도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 기구 부착 정전 척(30)을 도시한다. 상기 척(30)은 광범위한 재료 및 구조를 가질 수 있는 본체(32)를 구비한다. 일 실시예에서, 본체(32)는 그래파이트 코어와 같은 코어(48)를 구비한다. 본체는 또한, 코어(48)의 적어도 일 부분을 피복하거나 둘러싸는 PBN과 같은 전기 절연층(50)을 구비한다. 도시하듯이, 전기 절연층(50)은 전체 코어(48)를 피복한다.
본 발명에 따른 다양한 전기적 양태가 전기 절연층(50)의 외표면과 연관될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 정전 척(30)에 바람직한 기능을 제공하기 위하여 전기 절연층(50)의 외표면에는 열분해 그래파이트(PG: Pyrolytic Graphite)와 같은 전기 전도성 재료가 도포될 수도 있다. 예를 들어, 정전 척(30)의 실시예는, 대상물을 정전 척(30)쪽으로 정전 흡인하기 위해 절연층(50)의 표면에 장착되는 적어도 하나의 척 전극(54)을 구비한다.
정전 척(30)의 실시예는 또한 장착면(36)으로부터 멀리 향하는 대향면(38)에 배치되는 히터 층(56)을 구비한다. 상기 히터 층(56)은 대상물 처리 기술을 용이하게 하기 위해 본체(32)의 온도를 소정 온도로 상승시키게 되어 있다. 균일한 온도 분포를 제공하기 위해, 정전 척(30)의 특정 실시예는 또한 본체(32)의 주위면(37)에 배치되는 다른 히터 층(58)을 구비할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 제 2 히터 층(58)은 거의 편평한 장착면(36) 근처의 주위면(37)에 배치될 수도 있다. 주위면(37)을 따라서 히터 층(58)을 제공하는 것은 그렇지 않을 경우 본체(32)로부터 측방으로 유동할 수도 있는 열전달을 상쇄할 수 있다. 또한, 제 2 히터 층(58)은 주위면 주위에 배치되는 단일 성분 또는 복수의 성분을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 제 2 히터 층(58)은 주위면의 주위로 거의 연속해서 연장되는 링을 포함한다. 주위면이 거의 원통형 형상을 갖는 실시예에서, 제 2 히터 층(58)은 도 1 내지 도 3의 다양한 도면에 도시하듯이 원형 링 층을 포함할 수 있다.
정전 척(30)은 또한 열분해 그래파이트(PG)와 같은 전기 전도성 재료로 형성된 적어도 하나의 단자를 구비할 수도 있다. 상기 적어도 하나의 단자는 하나 이상의 히터 층 및/또는 적어도 하나의 척 전극에 전기를 공급하게 되어 있다. 예를 들어, 정전 척(30)은 척 전극에 전기를 공급하기 위한 제 1 단자(64), 및 제 1 히터 층(56) 및/또는 제 2 히터 층(58)에 전기를 공급하기 위한 제 2 단자(66)를 구비할 수 있다. 도시하듯이, 제 1 단자(64) 및/또는 제 2 단자(66)는 단자와 히터 층 사이에 적어도 부분적인 열 절연을 제공하기 위해 보강 부재(40)의 제 2 단부(44)에 배치될 수 있다. 실제로, 보강 부재(40)의 제 2 단부(44)에 있는 위치설정 단자(64, 66)는 히터 층(56, 58)과 단자(64, 66) 사이에 충분한 절연 간격을 제공할 수 있다. 히터 층과 단자 사이의 증가된 간격은 히터 층(56, 58)으로부터 PG 단자(64, 66)로의 열 전달을 감소시킬 수 있다. 히터 층(56, 58)이 800℃ 이상의 온도에 도달할 수 있으므로, 단자로부터 히터 층이 열 절연되는 것은, 단자(64, 66)의 과도한 온도 상승을 억제하여 단자(64, 66)의 열화를 방지하고 척 전극(54) 및 하나 이상의 히터 층(56, 58)에 대한 전기 공급을 보장하는데 있어서 바람직할 것이다.
예시적인 실시예에서는, PG와 같은 전기 전도성 재료가 절연 층(50)의 전체 외표면에 균일하게 도포될 수 있다. 이후, 상기 전기 전도성 재료의 소정 부분이 기계적으로, 화학적으로, 또는 다른 방식으로 선택적으로 제거됨으로써 하나 이상의 히터 층, 적어도 하나의 척 전극, 및/또는 하나 이상의 단자를 생성할 수 있다.
정전 척(30)은 또한 본체(32)를 보호하기 위한 선택적 오버코팅 층(52)을 구비할 수 있다. 상기 오버코팅 층(52)은 본체의 전체 외표면에 걸쳐서 또한 전기 소자(예를 들면, 히터 층, 척 전극, 및/또는 단자 등) 위에 도포될 수 있다. 이후 오버코팅 층(52)의 선택된 부분은 하나 이상의 단자(64, 66)를 노출시키도록 제거 또는 가공될 수 있다. 오버코팅 층(52)에는 또한 대상물(78)에 대해 맞닿게 되어 있는 거의 편평한 대상물 표면(53)이 정전식으로 클램핑된다.
본체(32)는 특정 용도에 따라 광범위한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 본체(32)는 편평면을 따라서 거의 완전히 연장되는 거의 편평한 부재를 포함할 수 있다. 도 1에 도시하듯이, 정전 척(30)의 특정 실시예는 거의 편평한 판과 같은 판(34)을 포함할 수 있으며, 상기 판(34)의 구부러짐을 방지하기 위한 하나 이상의 보강 부재(40)가 제공된다. 상기 보강 부재는 판(34)의 전체 관성 굽힘 모멘트를 증가시키기 위한 리브(rib) 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 도 1에 도시하듯이, 보강 부재(40)는 판(34)에 부착된 제 1 단부(42) 및 상기 판으로부터 오프셋된 제 2 단부(44)를 갖는 벽을 포함하며, 상기 벽은 판(34)에 부착된 제 1 단부 및 판(34)으로부터 오프셋된 제 2 단부(44)로부터 연장된다. 제 1 단부와 제 2 단부로부터 연장되는 벽을 제공함으로써 열 응력 또는 기계적 응력의 영향 하에 판(34)이 휘는 것을 방지할 수 있으며, 그렇지 않을 경우 판은 구부러질 것이다. 더욱이, 오프셋된 제 2 단부(44)를 제공함으로써 히터 층으로부터 단자로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한, 하나 이상의 단자(64, 66)에 대한 장착 위치가 제공된다.
추가 실시예에서, 벽은 판(34)의 주위 영역의 주위로 거의 또는 완전히 연장될 수 있다. 예를 들어, 보강 부재(40)는 비연속적이거나 거의 연속적인 원통형 벽을 포함할 수 있으며, 상기 벽의 제 1 단부(42)는 판(34)의 하부 주위 영역(39)에 부착된다. 주위 영역(39)의 일 부분은 파선으로 도시된다. 하나의 특정 예에서, 도 2에 도시된 평면도로부터 명백하듯이, 본 발명의 각 실시예의 원통형 벽은 거의 원형 단면을 가질 수 있고, 판(34)은 거의 원형 판을 포함할 수 있으며, 벽의 제 1 단부는 판(34)의 하부 원형 주위 영역(39)에 부착된다. 거의 원형 표면을 제공함으로써 보다 양호하게 열이 분포될 수 있으며, 원형 대상물이 보다 양호하게 수용될 수 있다.
따라서 본체(32)는 거의 역전된 컵 형상으로 형성될 수 있다. 코어(48)는 그래파이트를 포함할 수 있지만, 전체 본체(32)와 오버코팅 층(52)은 PBN으로 제조될 수 있을 것으로 생각된다.
본체(32)(예를 들면, 역전된 컵 형상 본체)를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에서, 상기 방법은 소정 형상의 그래파이트 코어(48)를 달성하도록 그래파이트 블록을 가공하는 단계를 포함한다. 하나의 특정 실시예에서, 그래파이트 블록은 3 내지 20mm의 재료 두께를 갖는 역전된 컵 형상 코어(48)로 가공된다. 다음으로, 코어(48)는 이후 CVD 챔버 내에서 100 내지 200㎛의 PBN 절연층으로 피복될 수 있다. 일 실시예에서 PBN으로만 형성된 본체(32)는 0.5 내지 2mm의 두께를 갖는다.
본체(32)가 상술한 방식으로 제조된 후, 예를 들어 50㎛ 정도의 두께를 갖는 PG층이 CVD 챔버 내에서 본체(32)의 상판(34)의 전체 상면에 형성된다. 상기 PG층은 부분적으로 제거되어 상판(34)에 소정 패턴의 척 전극(54)을 형성한다. 마찬가지로, 본체(32)의 보강부(40)의 상단 주위부와 상판(34)의 하면에는 각각 히터 층(56, 58)이 형성될 수 있다.
단자(64, 66)는, 척 전극(54)과 히터 층(56, 58)을 제조하는데 사용되는 것과 동일한 재료인 열분해 그래파이트(PG)로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어 50㎛ 정도의 두께를 갖는 PG 피복층이 본체(32)를 (예를 들면, 완전히) 둘러싸도록 CVD 챔버 내에 형성된다. 상판(34)의 상면에는 소정 패턴의 하나 이상의 척 전극(54)이 형성되고 상판(34)의 하면에는 히터 층(56)이 형성되며 본체(32)의 주위에는 히터 층(58)과 단자(64, 66)가 형성되도록 상기 PG 피복층은 이후 부분적으로 제거될 수 있다. 이후, 본체(32)를 척 전극(54)과, 히터 층(56, 58), 및 단자(64, 66)로 완전히 둘러싸도록 오버코팅 층(52)이 형성되고, 이어서 단자(64, 66)를 전기 접속을 위해 노출시키도록 하단부 주위에서 그 일부가 제거된다.
특정 실시예에서, 제 1 히터 층(56)에는 본체(32)의 대향면(38)을 따라서 연장되는 열 리테이너 또는 열 반사기(60)가 제공될 수 있다. 제공되는 제 1 열 리테이너(60)는 본체(32)로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 것이다. 본체(32)로부터 이탈되는 열 전달을 방지함으로써, 열이 주위 환경으로 방출되지 않고 상판(34)으로 향하게 하기 위한 제 1 히터 층(56)의 가열 기능을 촉진할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제공되는 제 2 히터 층(58)은 또한 본체(32)의 주위면(38)을 따라서 연장되는 제 2 열 리테이너(62)를 구비할 수 있다. 제공되는 제 2 열 리테이너 또는 열 반사기(62)는 본체(32)로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 것이다. 본체(32)로부터 이탈되는 열 전달을 방지함으로써, 열이 주위 환경으로 방출되지 않고 상판(34)으로 향하게 하기 위한 제 2 히터 층(58)의 가열 기능을 촉진할 수 있다.
제공되는 상기 열 리테이너들은 본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기에 충분한 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 제 1 열 리테이너(60)는 내부 공동(46)의 공동 직경"D1"보다 약간 작은 외경"D2"를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 열 리테이너는 내부 공동(46)에 배치될 수 있으며, 열 손실을 최소화하기 위해 사실상 전체 대향면(38)을 따라서 연장될 수 있다. 또한, 제 2 열 리테이너(62)는 제 2 열 리테이너(62)와 정전 척(30)의 기준 부분 사이에 거의 연속적인 밀착도를 제공하기 위해 정전 척(30)의 일 부분의 외경"D4"보다 약간 작은 내경"D3"을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시하듯이, 제 2 열 리테이너는 본체의 기준 부분을 수용하기 위한 내부 구멍을 갖는 링을 포함할 수 있다.
열 리테이너는 또한 복수의 오프셋된 비교적 얇은 부재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 열 리테이너(60)는 복수의 오프셋된 비교적 얇은 디스크를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 열 리테이너(62)는 복수의 오프셋된 비교적 얇은 링을 포함할 수 있다. 상호 오프셋된 복수의 비교적 얇은 부재의 제공은, 각각의 대응하는 오프셋된 디스크 쌍 사이에 존재하는 공기 또는 다른 절연 배리어로 인해 최대 내열성을 제공할 수 있다.
특정 실시예에서, 열 리테이너는 열을 본체쪽으로 다시 반사시키기 위한 반사기를 포함할 수 있다. 추가 변형예에서, 열 리테이너는 열 배리어를 제공하기 위한 절연 재료를 포함할 수 있다. 절연 재료의 예에는 탄소 발포제가 포함되며, 내층을 포함하는 제 2 절연 재료는 예를 들어 망상 유리(reticulated vitreous) 탄소, 그래파이트 펠트(felt), 세라믹 발포제, 탄소 함침 미세구, 또는 세라믹 함침 미세구일 수 있다. 일 실시예에서, 절연 재료는 세라믹 펠트 단열재를 포함한다. 다른 실시예에서, 절연 재료는 대략 0.035 watt/m°K 미만의 열전도율을 갖는 가요성 절연 세라믹 섬유 블랭킷(blanket)을 포함하며, 대략 30℃의 표면 온도에서 안정화된다.
제 1 열 반사기(60)는 단일 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 열 반사기는 복수의 층을 포함하거나, 또는 일체화되도록 조합되는 복수의 피스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 열 반사기(60)는 복수의 얇은 디스크를 포함한다. 일 실시예에서, 열 반사기는 추가 절연이 필요할 때 PBN과 같은 절연 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 열 반사기는 몰리브덴과 같은 고융점 금속, 스테인레스 스틸, 또는 임의의 기타 적절한 재료를 포함하는 바, 이는 소정의 고온으로 가열된 히터 층(56)으로부터의 열 이탈을 방지하며, 히터 층(56)으로부터 정전 척(30)에 지지된 대상물(78)로의 열 전달을 촉진한다. 벽으로 한정되는 내부 공동(46)은 제 1 열 리테이너(60)로서 사용될 수 있는 임의의 소정 개수의 반사기 디스크를 수용하는데 사용될 수 있다.
제 2 열 반사기(62)는 제 1 열 반사기(60)와 유사한 구조 및 재료일 수 있는 바, 즉 PBN, 몰리브덴과 같은 고융점 금속, 스테인레스 스틸, 또는 임의의 다른 적절한 재료로 제조된 복수의 얇은 링을 포함할 수 있다. 제 2 열 반사기(62)는 소정의 고온으로 가열된 히터 층(58)으로부터의 열 이탈을 방지하며, 히터 층(58)으로부터 척(30)에 지지된 대상물(78)로의 열 전달을 촉진한다.
열 반사기(60, 62)는 몰리브덴과 같은 고융점 금속으로 제조된 볼트에 의해, 또는 세라믹 볼트에 의해 또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 지지면(도시되지 않음)에 고정될 수 있다. 열 반사기는 제 1 및 제 2 히터 층으로부터 정전 척 상의 대상물로의 효과적인 열 전달에 기여할 수 있음을 알 수 있다.
척 전극(54) 및 히터 층(56, 58)을 완전히 피복하도록 본체(32)를 거의 둘러싸는 오버코팅 층(52)은 절연 층(50)과 동일한 재료인 PBN으로 제조된다. 일 실시예에서, 절연 재료는 108 내지 1013 Ω·cm의 전기 저항율을 갖는다. 그러한 전기 저항율을 갖는 오버코팅 층(52)은 오버코팅 층(52)과 대상물(78)에 미약한 전류가 흐를 수 있게 하며, 이는 당업계에서 "존슨-라벡(Johnsen-Rahbek)" 효과로 알려진 정전 흡인력을 대폭 증대시킨다. CVD 방법에 의해 콤팩트하게 제조된 PBN은 상온에서는 1015 Ω·cm 정도의 전기 저항율을 갖지만, 800℃ 이상의 온도에서는 108 내지 1012 Ω·cm로 저하되며, 이는 "존슨-라벡" 효과에 의해 양호한 정전 척킹 력을 성공적으로 제공한다.
코어(48)는 중실 그래파이트 보디일 수 있는 바, 종래 그래파이트 또는 열분해 그래파이트일 수 있다. 열분해 그래파이트는 본질적으로, 메탄, 에탄, 에틸렌, 천연 가스, 아세틸렌, 프로판과 같은 탄화수소의 고온 열분해에 의해 제조되는 고배향 다결정 그래파이트이다.
오버코팅 층(52) 및 절연층(50)은 열분해 질화붕소 이외의 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 층들은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 및 희토류 금속으로 구성되는 그룹에서 선택된 원소 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 산질화물중 적어도 하나를 포함하는, 동일하거나 상이한 재료일 수 있다. 제 2 실시예에서, 층(52)은 AlN을 포함한다. 제 3 실시예에서, 층(50)은 AlN과 BN의 복합체를 포함한다. 제 4 실시예에서, 오버코팅 유전층은 그 전기 저항율이 1014 Ω·cm보다 작도록 대략 3wt% 미만의 열분해 질화붕소(PBN) 및 탄소 첨가물의 조성을 포함한다. 제 5 실시예에서, 오버코팅 층은 소량의 Y2O3이 첨가된 질화 알루미늄을 포함하는 바, 여기에서 Y2O3은 예를 들면 질화 알루미늄 100wt%에 대해 5wt% 정도 첨가된다. pBN과 AlN은 우수한 절연 및 전도 특성을 가지며, 기체상으로부터 쉽게 증착될 수 있다. 이들은 또한 고온 안정성을 갖는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 기구 부착 정전 척(130)을 도시한다. 척(130)은 도 1의 척(30)과 상당히 유사하다. 도 1에서의 척(30)은 상판과 원통형 측벽으로 이루어진 역전된 컵형상 본체를 갖는 반면, 척(130)은 역전된 모자(hat) 형상을 갖는 바, 즉 원주벽의 제 2 단부(144)에 부착되는 제 1 단부(170)와, 벽의 제 2 단부로부터 멀리 연장되는 제 2 단부(172)를 갖는 주위형(예를 들면, 원주형) 족부(foot)와 같은 족부(168)를 추가로 구비한다. 또한, 단자(164, 166)는 단자로부터의 전기 방출을 효과적으로 방지하는 족부(168)의 저부에 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 단자(164 및/또는 166)는 하나 이상의 포스트 단자(176)(도 3에서 가상선으로 도시됨)로 대체될 수 있다. 포스트 단자(176)는 단자의 열화 및 전기의 방출을 방지하는데 있어서 보다 효과적일 수 있다. 족부(168)는 또한 척(130)을 지지면에 고정하기 위한 바람직한 부착 수단을 제공한다. 볼트와 같은 체결 수단이 족부(168)내의 수직 연장 구멍을 통해 삽입되어 지지면 내의 대응 암나사에 나사결합될 수 있다. 또한, (예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된)본 발명의 실시예는 히터 층으로부터 단자를 추가로 열 절연시키기 위해 보강 부재 내에 하나 이상의 개구를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시하듯이, 보강 부재(140)는 보강 부재(140)를 따르는 열 전달을 최소화하기 위한 하나 이상의 개구(174)를 구비할 수 있다. 이러한 점과는 별도로, 정전 척(130)의 구조 및 기능은 정전 척(30)과 관련하여 전술한 구조 및 기능과 동일하다고 간주될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 정전 척의 실시예는 광범위한 변형 특징을 구비할 수 있다. 예를 들면, 특정 정전 척은 지지면에 고정하기 위한 부착물로서 사용될 수 있는 족부 또는 원통형 측벽의 하단부를 구비한다. 따라서, 상판의 하면에 장착되는 히터 층 및 그 상단 근처 위치에서 본체의 원통형 벽의 외표면에 장착되는 제 2 히터 층과 같은 히터 층은 지지면과 비접촉 유지될 뿐 아니라 지지면으로부터 충분히 이격되어 있다. 제 1 열 리테이너는 역전 컵형(족부 비구비) 또는 역전 모자형(족부 구비) 본체의 내부 공동에 위치하는 소정 수의 반사기 디스크를 구비하는 열 반사기를 포함할 수 있다. 제 2 열 리테이너는 본체의 원통형 측벽을 둘러싸는 소정 수의 반사기 링을 구비하는 열 반사기를 포함할 수 있다. 이들 특징은 지지면으로의 하방 열 이탈을 방지하면서 히터 층으로부터 대상물(예를 들면, 웨이퍼)로의 효과적인 열 전달에 기여하도록 상호 협력한다. 이로 인해 대상물을 600℃ 이상의 온도로 신속하고 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 척 전극에 전기를 공급하기 위한 단자와 히터 층은 히터 층에서 먼 위치에 제공될 수 있다. 이는 히터 층이 고온으로 가열될 때에도 급전 단자의 과도한 온도 상승을 방지하며, 따라서 단자의 품질을 유지하고, 금속 재료의 단자의 열 팽창에 의해 초래될 수 있는 불량한 전기 접촉을 방지한다.
본 발명의 특정 실시예는 하방 연장되는 원통형 측벽을 갖는 역전된 컵형 척을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 척은 편평한 바닥과 경사지거나 완만한 곡선형 및 직선형 연장 측벽을 갖는 사발(bowl) 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 추가 실시예는 또한 원통형 측벽의 하단부에 외향 연장 족부를 갖는 모자형 척을 포함할 수도 있다. 원통형 측벽 또는 외향 연장 조부의 하단부는 척을 지지면에 고정하기 위해 사용될 수 있는 바, 이는 대상물 척킹 표면을 관통하는 볼트 구멍을 필요로 하지 않으며 따라서 척킹 표면의 유효 면적을 최소화시키고 대상물(예를 들면, 웨이퍼)에 균일한 온도 분포를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 정전 척은, 척이 그 척킹 표면을 아래로 하여 배치되는 페이스-다운 시스템의 일부로서 채용될 수 있다. 이 시스템은 대상물 처리 중에 발생될 수 있는 입자가 대상물에 부착되는 것을 방지하거나 최소화하며, 대상물 처리 중에 도입되는 반응 가스의 효율을 향상시킨다.
본 발명을 그 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않으며 청구범위에서 한정되는 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변형예 및 수정예가 있을 수 있다.

Claims (13)

  1. 절연성 코팅 층에 봉입되며, 장착면과, 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면, 및 주위면을 포함하는 본체,
    상기 본체의 장착면을 따라서 연장되는 적어도 하나의 척 전극,
    상기 본체의 대향면을 따라서 연장되는 제 1 히터 층,
    상기 본체의 주위면을 따라서 연장되는 제 2 히터 층, 및
    상기 주위면에 설치되는 복수의 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 코팅 층은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 및 희토류 금속으로 구성되는 그룹에서 선택된 원소 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 산질화물중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체는 열분해 그래파이트를 포함하며, 상기 절연성 코팅 층은 열분해 질화붕소를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 제 1 열 리테이너를 추가로 포함하며, 상기 제 1 열 리테이너는 본체의 대향면을 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 제 2 열 리테이너를 추가로 포함하며, 상기 제 2 열 리테이너는 본체의 주위면을 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 열 리테이너는 복수의 링을 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체는 거의 역전된 컵 형상, 역전된 사발 형상, 또는 역전된 모자 형 상을 갖는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  8. 절연성 코팅 층에 봉입되고, 장착면, 및 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면을 포함하는 본체,
    상기 본체의 장착면을 따라서 연장되는 적어도 하나의 척 전극,
    상기 본체의 대향면을 따라서 연장되는 히터 층, 및
    상기 본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하고 본체의 대향면을 따라서 연장되는 열 리테이너를 포함하는 정전 척에 있어서,
    상기 본체는 열분해 그래파이트를 포함하고, 상기 절연성 코팅 층은 열분해 질화붕소를 포함하며,
    상기 열 리테이너는 열 반사성 재료 또는 세라믹 펠트 절연 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 리테이너는 복수의 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  10. 장착면 및 상기 장착면으로부터 멀리 향하는 대향면을 구비하는 판과, 상기 판으로부터 멀리 연장되고 판의 휘어짐을 방지하는 보강 부재를 포함하며, 절연성 코팅 층에 봉입되는 본체,
    상기 판의 장착면을 따라서 연장되는 적어도 하나의 척 전극,
    상기 판의 대향면을 따라서 연장되는 히터 층,
    척 전극에 전기를 공급하기 위한 제 1 단자와 히터 층에 전기를 공급하기 위한 제 2 단자를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 단자는 각각 벽의 제 2 단부에 장착되는 정전 척에 있어서,
    상기 절연성 코팅 층은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 및 희토류 금속으로 구성되는 그룹에서 선택된 원소 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 산질화물중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 판에 부착되는 제 1 단부 및 판으로부터 오프셋된 제 2 단부를 갖는 벽을 포함하며, 상기 벽은 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장되는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 본체로부터 이탈되는 열 전달을 방지하기 위한 열 리테이너를 추가로 포함하며, 상기 열 리테이너는 내부 공동에 배치되고 본체의 대향면을 따라서 연장되며, 상기 열 리테이너는 복수의 디스크를 포함하고, 복수의 디스크 각각은 내부 공동의 공동 직경보다 약간 작은 외경을 구비하는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽은 거의 원통형 벽을 포함하며, 상기 벽의 제 1 단부는 판의 주위 영역에 부착되고, 원통형 벽은 거의 원형의 단면을 가지며, 상기 판은 거의 원형의 판을 포함하고, 상기 벽의 제 1 단부는 판의 원형 주위 영역에 부착되는 것을 특징으로 하는
    정전 척.
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