KR20150128220A - 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극과 히터 패턴을 보호하면서 알루미늄 열확산판의 역할을 세라믹 재료로 대체하는 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척은 내부에 전극이 내장된 캡형 유전체와; 상기 캡형 유전체의 하면에 제 1 본딩층에 의해 결합되면서 내부에 히터 패턴이 내장된 캡형 절연체와; 상기 캡형 절연체의 하면에 제 2 본딩층에 의해 결합되는 베이스 바디를 포함한다.

Description

히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법{CAP TYPE ELECTROSTATIC CHUCK HAVING HEATER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극과 히터 패턴을 보호하면서 알루미늄 열확산판의 역할을 세라믹 재료로 대체하는 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법에 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 웨이퍼 표면에 소정의 막을 형성한다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 구성도로서, 기판 처리 장치는 웨이퍼(W)가 처리되는 공간을 제공하는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 하부에 구비되어 웨이퍼(W)가 안치되는 기판 안치유닛(20)과, 상기 기판 안치유닛(20)의 상부에 구비되어 박막의 증착 또는 식각을 위한 공정가스가 분사되는 가스 분사유닛(30)이 구비된다. 이때 상기 기판 안치유닛(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 기판 안치유닛(이하, 예를 들어 이하 "정전척"이라 함)(20)에 척킹시켜서 웨이퍼(W)를 가공한 후, 다음 단계의 가공을 위해 디척킹하는 과정을 여러번 반복하게 된다.
정전척(ESC; 20)은 젠센-라벡효과(A. Jehnson & K. Rahbek's Force)에 의한 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(약 150∼200℃)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 고정되는 척킹 작업이 수행되는 것이다. 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.
한편, 최근의 정전척에는 각종 공정 효율을 향상시킬 목적으로 웨이퍼를 균일하게 가열시키기 위한 수단으로 히터 패턴을 형성시킨다.
이렇게 히터가 장착된 정전척은 크게 분리형과 일체형으로 구분되는데, 분리형은 온도균일도는 좋은 장점이 있으나, 알루미늄 열확산판이 안테나 역할을 하여 플라즈마의 방전가능성이 큰 단점이 있다. 그리고, 일체형은 분리형보다 플라즈마 방전가능성은 낮은 장점이 있지만, 제조방식이 까다롭고 온도균일도가 분리형에 비하여 나쁘며 이종세라믹의 접합이 원활하지 않은 단점이 있다.
도 2a 및 도 2a는 종래의 히터가 장착된 분리형 정전척을 보여주는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 종래의 히터가 장착된 정전척(20)은 챔버(10) 내에서 하부전극의 역할을 하며 원판형상으로 형성된 알루미늄 재질의 베이스 바디(21)와, 제 1 본딩층(22)에 의해 베이스 바디(21)의 상면에 부착되며 내부에는 히터 패턴(23b)이 형성되는 히팅판(23)과, 상기 히팅판(23)에서 발생되는 열을 확산시키는 알루미늄(Al)소재의 열확산판(24)과, 제 2 본딩층(25)에 의해 상기 열확산판(24)의 상면에 부착되며 내부에는 전극(27)이 내장된 세라믹판(26)으로 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. 이때 상기 하부층(23a) 및 상부층(23c)은 Pl film으로 형성된다.
그리고, 상기 제 1 본딩층(22) 및 제 2 본딩층(25)은 세라믹과 알루미늄(Al)의 열팽창 차이를 흡수하기 위하여 실리콘 엘라스토머가 소재로 사용되는데, 실리콘 엘라스토머는 150℃ 정도가 최대 사용가능 온도이다.
한편, 기판처리 장치에서 웨이퍼(W)를 처리하는 공정은 일반적으로 150℃ 이상의 고온에서 진행되기 때문에 웨이퍼(W)를 처리하는 공정 중에 제 1 본딩층(22) 및 제 2 본딩층(25)이 플라즈마에 침식되어 열전도성이 열화되어 온도 균일도가 나빠지는 단점이 있었다.
또한, 제 1 본딩층(22) 및 제 2 본딩층(25)의 손상에 의해 가스의 차단 기능이 저하되어 정전척(20)의 손상을 배가시키는 한편, 실리콘 엘라스토머가 단단하지 않기 때문에 실리콘 엘라스토머가 고온에 노출되는 경우에 제 1 본딩층(22) 및 제 2 본딩층(25)이 부드럽게 변하고, 이에 따라 세라믹판(26)의 표면 평탄도가 나빠져서 온도관리가 힘들고, 웨이퍼(W)의 처리에도 나쁜 영향을 미치는 문제가 있었다.
그래서 종래에는 제 1 본딩층(22) 및 제 2 본딩층(25)이 직접 고온의 환경에 노출되는 것을 억제하기 위하여 도 2b에 도시된 바와 같이 베이스 바디(21)의 상단, 제 1 본딩층(22), 히팅판(23), 열확산판(24) 및 제 2 본딩층(25)의 측면을 둘러싸는 보호링(28)을 형성하였다. 상기 보호링(28)은 에폭시 또는 테프론 링 등을 사용하여 형성하였다.
하지만, 보호링(28)이 형성된 정전척(20)도 보호링이 고온의 환경에 노출되면서 보호링(28)이 침식되거나 보호링(28)에 균열이 발생되는 문제가 있었다.
한편, 본 출원인은 종래의 정전척에서 베이스 바디와 전극이 형성된 정전척 본체를 견고히 고정시키기 위한 본딩층이 외부로 노출되어 있으므로 웨이퍼를 가공시 챔버의 내부로 공급되는 고온의 가스에 의해서 본딩층이 손상 및 연소되어 접착력이 저하되거나 챔버 내부가 오염되는 문제점을 해결하기 위하여 본딩층을 보호할 수 있는 "캡 형 정전척(등록특허 10-0783569; 특허문헌 1)를 제안하였다.
이에 본 출원인은 특허문헌 1의 기술에서 착안하여 종래 히터 패턴이 장착된 분리형 정전척의 단점을 극복할 수 있다는 생각에 본 발명을 완성하였다.
등록특허 10-0783569 (2007. 12. 03)
본 발명은 전극과 히터 패턴을 각각 캡형으로 보호시키는 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법을 제공한다.
특히, 캡형 정전척을 형성함에 따라 종래의 알루미늄 열확산판을 세라믹소재의 캡형 절연체로 대체하여 알루미늄 열확산판의 노출에 의해 발생되는 공정결함의 발생을 방지할 수 있는 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척은 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척으로서, 하면의 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 1 포켓홈부를 형성하도록 하면의 가장자리에서 하부방향으로 돌출되는 제 1 차단링부가 형성되고, 상기 하면의 제 1 포켓홈부에 전극이 인쇄된 상부 유전체와; 상기 전극을 덮으면서 제 1 접합층을 매개로 상기 상부 유전체의 제 1 포켓홈부에 접합되는 하부 유전체와; 제 1 본딩층을 매개로 상면이 상기 하부 유전체의 하단 및 상부 유전체의 제 1 차단링부 하단에 제 1 본딩층을 매개로 접합되면서, 하면의 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 2 포켓홈부를 형성하도록 하면의 가장자리에서 하부방향으로 돌출되는 제 2 차단링부가 형성되고, 상기 하면의 제 2 포켓홈부에 히터 패턴이 형성된 상부 절연체와; 상기 히터 패턴을 덮으면서 상기 하부 절연체의 제 2 포켓홈부에 형성되는 히터 보호층과; 상기 히터 보호층을 덮으면서 제 2 접합층을 매개로 상기 상부 절연층의 제 2 포켓홈부에 접합되는 하부 절연체와; 제 2 본딩층을 매개로 상기 하부 절연체의 하면 및 상기 상부 절연체의 제 2 차단링부 하면에 접합되는 베이스 바디를 포함한다.
상기 상부절연체의 열전도도가 상기 상부 유전체와 하부 유전체의 열전도도 보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 상부 유전체의 내플라즈마성 및 내마모성은 상기 하부 유전체의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 상부 절연체의 내플라즈마성 및 내마모성은 상기 하부 절연체의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 히터 패턴은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐 및 인코넬 중 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 접합층은 상기 상부 유전체의 외부로 노출되지 않고, 상기 제 2 접합층은 상기 상부 절연체의 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법은 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척을 제조하는 방법으로서, 내부에 전극이 마련되는 캡형 유전체를 준비하는 과정과; 내부에 히터 패턴이 형성되는 캡형 절연체를 준비하는 과정과; 알루미늄을 사용하여 베이스 바디를 준비하는 과정과; 접착제를 이용하여 상기 캡형 유전체의 하면과 상기 캡형 절연체의 상면에 제 1 본딩층을 형성하고, 상기 캡형 절연체의 하면과 상기 베이스 바디의 상면에 제 2 본딩층을 형성하면서 상기 캡형 유전체, 캡형 절연체 및 베이스 바디를 접합시키는 과정을 포함한다.
상기 캡형 유전체를 준비하는 과정은, 세라믹 재료를 사용하여 상부 유전체를 준비하는 단계와; 상기 상부 유전체의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 1 포켓홈부를 형성하는 단계와; 상기 상부 유전체의 하면 중 상기 제 1 포켓홈부에 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 포켓홈부의 형상에 대응되는 형상으로 세라믹 재료를 사용하여 하부 유전체를 준비하는 단계와; 접착제를 이용하여 상기 하부 유전체와 상기 상부 유전체의 계면에 제 1 접합층을 형성하면서 상기 하부 유전체를 상기 상부 유전체의 제 1 포켓홈부에 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 상부 유전체는 상기 하부 유전체보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 한다.
상기 캡형 절연체를 준비하는 과정은, 세라믹 재료를 사용하여 상부 절연체를 준비하는 단계와; 상기 상부 절연체의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 2 포켓홈부를 형성하는 단계와; 상기 상부 절연체의 하면 중 상기 제 2 포켓홈부에 히터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 히터 패턴을 덮도록 상기 상부 절연체의 하면에 히터 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 포켓홈부의 형상에 대응되는 형상으로 세라믹 재료를 사용하여 하부 절연체를 준비하는 단계와; 접착제를 이용하여 상기 하부 절연체와 상기 상부 유전체의 계면에 제 2 접합층을 형성하면서 상기 하부 절연체를 상기 상부 절연체의 제 2 포켓홈부에 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 상부절연체는 상기 캡형 유전체보다 열전도도가 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 절연체는 상기 하부 절연체보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 히터 패턴은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐 및 인코넬 중 어느 하나의 재료를 사용하여 상기 상부 절연체의 하면에 직접 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래 히터가 장착된 정전척에서 히터의 열을 균일하게 확산시키는 역할을 하던 알루미늄소재의 열확산판을 대체하여 세라믹소재의 캡형 절연체를 형성시킴에 따라 알루미늄소재가 노출되면서 발생하는 플라즈마의 방전가능성을 원천적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 캡형의 상부 유전체 및 상부 절연체를 구비하고, 그 내부에 전극과 히터 패턴을 각각 형성하여, 챔버 내의 플라즈마 분위기로부터 전극과 히터 패턴을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 구성도이고,
도 2a 및 도 2a는 종래의 히터가 장착된 분리형 정전척을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척을 보여주는 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척을 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명이 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척은 내부에 전극(112)이 내장된 캡형 유전체(110)와; 상기 캡형 유전체(110)의 하면에 제 1 본딩층(120)에 의해 결합되면서 내부에 히터 패턴(132)이 내장된 캡형 절연체(130)와; 상기 캡형 절연체(130)의 하면에 제 2 본딩층(140)에 의해 결합되는 베이스 바디(150)를 포함한다.
상기 캡형 유전체(110)는 캡형으로 구성되어 그 상면에 안치되는 웨이퍼를 정전기력으로 척킹 또는 디척킹시키는 수단으로서, 하면에 전극(112)이 인쇄된 상부 유전체(111)와; 상면이 상기 상부 유전체(111)의 하면에 접합되는 하부 유전체(113)로 이루어진다.
상기 상부 유전체(111)는 그 상면에 웨이퍼가 직접 안치되는 수단으로서, 그 상면은 웨이퍼가 안치되도록 평평하게 형성된다.
이때 상기 상부 유전체(111)의 하면에는 웨이퍼를 척킹 또는 디척킹 하기 위하여 정전기력을 발생시키는 전극(112)이 형성된다. 이때 상기 상부 유전체(111)에는 웨이퍼의 가공시 챔버의 내부로 공급되는 고온의 가스와 같은 챔버 내부의 여러 요인으로부터 상기 전극(112)을 보호하기 위하여 상기 전극(112)을 둘러싸는 제 1 차단링부(111a)가 형성된다. 부연하자면, 상기 상부 유전체(111)의 하면에는 중심영역에 하부방향으로 개구되어 전극(112)이 형성되는 영역을 형성하는 제 1 포켓홈부(도 4a의 111b)를 형성하도록 상기 상부 유전체(111) 하면의 가장자리에서 하부방향으로 둘출되는 제 1 차단링부(111a)가 형성된다. 이렇게 제 1 차단링부(111a)를 형성함에 따라 그 내부로 제 1 포켓홈부(111b)가 형성된다. 그래서 상기 상부 유전체(111)의 하면 중 제 1 포켓홈부(111b)가 형성된 영역에 상기 전극(112)이 형성된다.
상기 전극(112)은 니켈(Ni), 텅스텐(W) 등을 스크린인쇄 방식, 박막 인쇄, 무전해도금 방식 또는 스퍼터링 방식 등 전극을 형성할 수 있는 다양한 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여 형성시킨다. 그래서 상기 상부 유전체(111)는 상기 전극(112)에서 생성되는 정전기력이 원활하게 통과할 수 있도록 세라믹 소재를 선택적으로 사용하여 제조된다.
상기 하부 유전체(113)는 상기 상부 유전체(111)에 형성되는 전극(112)을 보호하면서 캡형 유전체(110)의 형상을 유지하는 동시에 캡형 유전체(110)를 상기 캡형 절연체(130)에 접합시키는 수단으로서, 상기 상부 유전체(111)의 제 1 차단링부(111a)에 의해 형성되는 제 1 포켓홈부(111b)에 대응되는 형상으로 형성된다.
한편, 상기 상부 유전체(111)는 챔버 내에서 플라즈마에 노출되는 영역이기 때문에, 상부 유전체(111)의 내플라즈마성 및 내마모성이 상기 하부 유전체(113)의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것이 바람직하다.
그리고, 상기 캡형 절연체(130)는 캡형으로 구성되어, 그 내부에 형성되는 히터 패턴(132)에서 발생하는 열을 상기 캡형 유전체(110)로 전달하는 열확산판의 역할을 수행하는 수단으로서, 하면에 히터 패턴(132)이 인쇄된 상부 절연체(131)와; 상기 히터 패턴(132)을 덮어서 보호하는 히터 보호층(133)과; 상면이 상기 히터 보호층(133)의 하면에 접합되는 하부 절연체(134)를 포함한다.
상기 상부 절연체(131)는 그 상면이 상기 캡형 유전체(110)의 하면에 평탄하게 접합되도록 평평하게 형성된다.
이때 상기 상부 절연체(131)의 하면에는 웨이퍼를 예열시키는 히터 패턴(132)이 형성된다. 이때 상기 상부 절연체(131)는 상기 상부 유전체(111)와 마찬가지로 웨이퍼의 가공시 챔버의 내부로 공급되는 고온의 가스와 같은 챔버 내부의 여러 요인으로부터 상기 히터 패턴(132)을 보호하기 위하여 상기 히터 패턴(132)을 둘러싸는 제 2 차단링부(131a)가 형성된다. 부연하자면, 상기 상부 절연체(131)의 하면에는 중심영역에 하부방향으로 개구되어 히터 패턴(132)이 형성되는 영역을 형성하는 제 2 포켓홈부(도 4b의 131b)를 형성하도록 상기 상부 절연체(131) 하면의 가장자리에서 하부방향으로 둘출되는 제 2 차단링부(131a)가 형성된다. 이렇게 제 2 차단링부(131a)를 형성함에 따라 그 내부로 제 2 포켓홈부(131b)가 형성된다. 그래서 상기 상부 절연체(131)의 하면 중 제 2 포켓홈부(131b)가 형성된 영역에 상기 히터 패턴(132)이 형성된다.
상기 히터 패턴(132)은 전원의 인가에 의해 열을 발생시키는 소재를 사용하고, 예를 들어 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐(W) 및 인코넬(inconel) 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상부 절연체(131)의 제 2 포켓홈부(131b) 내부에는 상기 히터 패턴(132)을 덮으면서 히터 패턴(132)을 보호하는 히터 보호층(133)이 형성된다.
상기 히터 보호층(133)은 히터 패턴(132)을 덮어서 히터 패턴(132)을 절연시키는 수단으로서, 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 히터 보호층(133)은 챔버 내 고온 환경에서 사용할 수 있는 고분자 재료 또는 세라믹 재료가 사용될 수 있다. 만약 히터 보호층(133)으로 고분자 재료를 사용하는 경우에는 액체 상태의 고분자 재료를 도포 후 건조하거나 필름 상태의 고분자 재료를 압착하여 형성시킬 수 있다. 그리고, 히터 보호층(133)으로 세라믹 재료를 사용하는 경우에는 박막증착법이나 스퍼터링법으로 형성시킬 수 있다.
그리고, 상기 하부 절연체(134)는 상기 상부 절연체(131)에 형성되는 히터 패턴(132) 및 히터 보호층(133)을 보호하면서 캡형 유전체(110)의 형상을 유지하는 동시에 캡형 절연체(130)를 상기 베이스 바디(150)에 접합시키는 수단으로서, 상기 상부 절연체(131)의 제 2 차단링부(131a)에 의해 형성되는 제 2 포켓홈부(131b)에 대응되는 형상으로 형성된다.
한편, 상기 상부 절연체(131)의 제 2 차단링부(131a)도 챔버 내에서 플라즈마에 노출되는 영역이기 때문에, 상부 절연체(131)의 내플라즈마성 및 내마모성이 상기 하부 절연체(134)의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서는 상기 캡형 절연체(130)가 세라믹 소재로 형성되면서 그 내부에 형성되는 히터 패턴(132)에서 발생되는 열을 캡형 유전체(110)로 전달하는 열확산판의 역할을 수행한다. 그래서, 상기 캡형 절연체(130)는 열을 신속하고도 균일하게 전달하기 위하여 상기 캡형 유전체(110)와 다른 세라믹 재료로 형성된다. 바람직하게는 상기 캡형 절연체(130)의 상부 절연체(131)의 열전도도가 상기 상부 유전체(111) 및 하부 유전체(113)의 열전도도 보다 높은 것이 바람직하다.
이에 따라 캡형 유전체(110)와 캡형 절연체(130)는 서로 다른 세라믹 재료들로 형성되면서, 열전도도, 내플라즈마성 및 내마모성의 상기 조건을 만족하면서, 정전척의 재료로 사용할 수 있다면 어떠한 세라믹 재료를 사용하여도 무방하다. 예를 들어 상기 상부 유전체(111), 하부 유전체(113), 상부 절연체(131) 및 하부 절연체(134)는 Al2O3 소재 또는 Al2O3-TiC, Al2O3-SiC 등의 Al2O3계 복합소재가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.
이때 상기 상부 유전체(111), 하부 유전체(113), 상부 절연체(131) 및 하부 절연체(134)는 각각 이종 재료의 접합이 가능한 접착제를 사용하여 상기 상부 유전체(111)의 제 1 포켓홈부(111b)에 상기 하부 유전체(113)를 접합시킨다. 그리고, 상기 상부 절연체(131)의 제 2 포켓홈부(131b)에 상기 하부 절연체(134)를 접합시킨다. 이때 사용되는 접착제에 의해 상기 상부 유전체(111)와 하부 유전체(113) 사이에는 제 1 접합층(114)이 형성된다. 그리고, 상기 상부 절연체(131)의 제 2 차단링부(131a) 및 히터 보호층(133)과 하부 절연체(134) 사이에는 제 2 접합층(135)이 형성된다. 특히, 상기 제 1 접합층(114) 및 제 2 접합층(135)은 상기 상부 유전체(111)에 형성된 제 1 차단링부(111a) 및 상기 상부 절연체(131)에 형성된 제 2 차단링부(131a)에 의해 상기 상부 유전체(111) 및 상기 상부 절연체(131)의 외부로 노출되지 않는다. 이에 따라 제 1 접합층(114) 및 제 2 접합층(135)이 챔버 내 공정 분위기에서 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있고, 제 1 접합층(114) 및 제 2 접합층(135)을 형성하는 접착제의 종류로 이종 재료를 접합할 수 있는 다양한 접착제를 폭넓게 선택할 수 있다.
그리고, 상기 캡형 유전체(110)와 캡형 절연체(130)는 접착제를 사용하여 서로 접합시킨다. 정확하게는 상기 캡형 유전체(110)의 하부 유전체(113) 하면 및 상부 유전체(111)의 제 1 차단링부(111a) 하면과 상기 캡형 절연체(130)의 상부 유전체(111) 상면을 접합시킨다. 이때 사용되는 접착제에 의해 상기 캡형 유전체(110)와 캡형 절연체(130) 사이에는 제 1 본딩층(120)이 형성된다.
한편, 상기 베이스 바디(150)는 챔버의 내부에 상기 캡형 유전체(110) 및 캡형 절연체(130)를 설치하기 위한 지지대로서, 필요에 따라 챔버 내에서 하부전극의 역할을 하면서, 상기 캡형 유전체(110)에 안치되는 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수단이 구비될 수 있다.
상기 베이스 바디(150)는 상면이 평평하게 형성되는 원판형상으로 형성되고, 예를 들어 알루미늄 재질로 형성된다. 그래서 접착제를 사용하여 상기 베이스 바디(150)의 상면에 상기 캡형 절연체(130), 정확하게는 하부 절연체(134)의 하면 및 상기 상부 절연체(131)의 제 2 차단링부(131a) 하면을 접합시킨다. 이때 사용되는 접착제에 의해 상기 캡형 절연체(130)와 베이스 바디(150) 사이에는 제 2 본딩층(140)이 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법을 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법은 크게 내부에 전극(112)이 마련되는 캡형 유전체(110)를 준비하는 과정과; 내부에 히터 패턴(132)이 형성되는 캡형 절연체(130)를 준비하는 과정과; 알루미늄을 사용하여 베이스 바디(150)를 준비하는 과정과; 준비된 캡형 유전체(110), 캡형 절연체(130) 및 베이스 바디(150)를 접합시키는 과정을 포함한다.
상세하게 설명하자면, 도 4a에 도시된 바와 같이 먼저 캡형 유전체(110)를 준비하기 위하여 세라믹 재료를 이용하여 상부 유전체(111)를 준비한다. 이때 상부 유전체(111)는 원기둥 형상으로 준비하고, 상부 유전체(111)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료로는 하부 유전체(113)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높은 재료를 선택하여 준비한다.
그리고, 준비된 상부 유전체(111)의 하면에 제 1 차단링부(111a) 및 제 1 포켓홈부(111b)를 형성한다. 부연하자면, 상부 유전체(111)의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 1 포켓홈부(111b)를 가공한다. 이렇게 제 1 포켓홈부(111b)를 가공함에 따라 상부 유전체(111)의 하면 가장자리에는 하부 방향으로 돌출되면서 상기 제 1 포켓홈부(111b)를 둘러싸는 제 1 차단링부(111a)가 형성된다.
이렇게 제 1 포켓홈부(111b)가 형성된 상부 유전체(111)가 준비되면 상부 유전체(111)의 하면, 정확하게는 상부 유전체(111)의 하면 중 제 1 포켓홈부(111b)가 형성된 영역에 전극(112)을 형성시킨다. 전극(112)의 형성은 니켈(Ni), 텅스텐(W) 등의 재료를 사용하여 다양한 방식으로 형성시킬 수 있다. 전극(112)을 형성시키는 방식은 스크린인쇄 방식, 박막 인쇄, 무전해도금 방식 또는 스퍼터링 방식 등 전극(112)을 형성할 수 있는 다양한 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여 형성시킨다.
그리고, 하부 유전체(113)를 준비한다. 이때 상기 하부 유전체(113)는 세라믹 재료를 사용하여 상기 제 1 포켓홈부(111b)의 형상에 대응되는 형상인 원기둥 형상으로 준비한다. 이때 하부 유전체(113)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료는 상부 유전체(111)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료보다 내플라즈마성 및 내마모성이 낮은 재료를 선택하여 준비한다.
그리고, 이종 재료의 접합이 가능한 접착제를 사용하여 준비된 상부 유전체(111)의 제 1 포켓홈부(111b)에 하부 유전체(113)를 접합시킨다. 즉, 상부 유전체(111)와 하부 유전체(113)의 계면에 접착제에 의한 제 1 접합층(114)을 형성하면서 상부 유전체(111)와 하부 유전체(113)를 접합시킨다.
다음으로 도 4b에 도시된 바와 같이 캡형 절연체(130)를 준비하기 위하여 세라믹 재료를 이용하여 상부 절연체(131)를 준비한다. 이때 상부 절연체(131)는 상기 상부 유전체(111)와 마찬가지로 원기둥 형상으로 준비하고, 상부 절연체(131)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료로는 하부 절연체(134)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높으면서, 상기 상부 유전체(111)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료보다 열전도도가 높은 재료를 선택하여 준비한다.
그리고, 준비된 상부 절연체(131)의 하면에 제 2 차단링부(131a) 및 제 2 포켓홈부(131b)를 형성한다. 부연하자면, 상부 절연체(131)의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 2 포켓홈부(131b)를 가공한다. 이렇게 제 2 포켓홈부(131b)를 가공함에 따라 상부 절연체(131)의 하면 가장자리에는 하부 방향으로 돌출되면서 상기 제 2 포켓홈부(131b)를 둘러싸는 제 2 차단링부(131a)가 형성된다.
이렇게 제 2 포켓홈부(131b)가 형성된 상부 절연체(131)가 준비되면 상부 절연체(131)의 하면, 정확하게는 상부 절연체(131)의 하면 중 제 2 포켓홈부(131b)가 형성된 영역에 히터 패턴(132)을 형성시킨다. 히터 패턴(132)의 형성은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐(W) 및 인코넬(inconel) 중 어느 하나를 선택하여 다양한 방식으로 형성시킬 수 있다. 히터 패턴(132)을 형성시키는 방식은 스크린인쇄 방식, 박막 인쇄, 무전해도금 방식 또는 스퍼터링 방식 등 히터 패턴(132)을 형성할 수 있는 다양한 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여 형성시킨다.
상부 절연체(131)의 제 2 포켓홈부(131b)에 히터 패턴(132)이 형성되면, 상부 절연체(131)의 제 2 포켓홈부(131b)에 히터 보호층(133)을 형성하여 상기 히터 패턴(132)을 덮어서 보호한다. 이때 히터 보호층(133)은 고분자 재료 또는 세라믹 재료를 선택적으로 사용할 수 있다. 예를 들어 히터 보호층(133)은 세라믹 재료를 스퍼터링법으로 형성시킬 수 있다.
그리고, 하부 절연체(134)를 준비한다. 이때 상기 하부 절연체(134)는 세라믹 재료를 사용하여 상기 제 2 포켓홈부(131b)의 형상에 대응되는 형상인 원기둥 형상으로 준비한다. 이때 하부 절연체(134)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료는 상부 절연체(131)를 준비하기 위해 사용되는 세라믹 재료보다 내플라즈마성 및 내마모성이 낮은 재료를 선택하여 준비한다.
그리고, 이종 재료의 접합이 가능한 접착제를 사용하여 준비된 상부 절연체(131)의 제 2 포켓홈부(131b)에 하부 절연체(134)를 접합시킨다. 즉, 히터 보호층(133) 및 상부 절연체(131)와 하부 절연체(134)의 계면에 접착제에 의한 제 2 접합층(135)을 형성하면서 상부 절연체(131)와 하부 절연체(134)를 접합시킨다.
이렇게 캡형 유전체(110)와 캡형 절연체(130)의 준비가 완료되면, 베이스 바디(150)를 준비한다. 이때 상기 베이스 바디(150)는 알루미늄을 상면이 평평하게 형성되는 원판형상으로 가공하여 준비한다.
그리고, 캡형 유전체(110), 캡형 절연체(130) 및 베이스 바디(150)에 접합하기 전에 캡형 유전체(110)의 하면 및 캡형 절연체(130)의 하면을 원하는 수준의 두께 및 거칠기로 가공한다.
이렇게 캡형 유전체(110)의 하면 및 캡형 절연체(130)의 하면 가공이 완료되면 도 4c에 도시된 바와 같이 접착제를 사용하여 캡형 유전체(110)의 하면에 캡형 절연체(130)를 접합시키고, 캡형 절연체(130)의 하면을 베이스 바디(150)의 상면에 접합시킨다. 부연하자면 상부 절연체(131)의 상면에 접착제에 의한 제 1 본딩층(120)을 매개로 하부 유전체(113)의 하면 및 상부 유전체(111)의 제 1 차단링부(111a) 하면을 접합시키고, 베이스 바디(150)의 상면에 접착제에 의한 제 2 본딩층(140)을 매개로 하부 절연체(134)의 하면 및 상부 절연체(131)의 제 2 차단링부(131a) 하면을 접합시킨다. 이때 캡형 유전체(110), 캡형 절연체(130) 및 베이스 바디(150)를 접합시키는 순서는 어떠하여도 무방하다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
110: 캡형 유전체 111: 상부 유전체
111a: 제 1 차단링부 111b: 제 1 포켓홈부
112: 전극 113: 하부 유전체
114: 제 1 접합층 120: 제 1 본딩층
130: 캡형 절연체 131: 상부 절연체
131a: 제 2 차단링부 131b: 제 2 포켓홈부
132: 히터 패턴 133: 히터 보호층
134: 하부 절연체 135: 제 2 접합층
140: 제 2 본딩층 150: 베이스 바디

Claims (13)

  1. 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척으로서,
    하면의 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 1 포켓홈부를 형성하도록 하면의 가장자리에서 하부방향으로 돌출되는 제 1 차단링부가 형성되고, 상기 하면의 제 1 포켓홈부에 전극이 인쇄된 상부 유전체와;
    상기 전극을 덮으면서 제 1 접합층을 매개로 상기 상부 유전체의 제 1 포켓홈부에 접합되는 하부 유전체와;
    제 1 본딩층을 매개로 상면이 상기 하부 유전체의 하단 및 상부 유전체의 제 1 차단링부 하단에 제 1 본딩층을 매개로 접합되면서, 하면의 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 2 포켓홈부를 형성하도록 하면의 가장자리에서 하부방향으로 돌출되는 제 2 차단링부가 형성되고, 상기 하면의 제 2 포켓홈부에 히터 패턴이 형성된 상부 절연체와;
    상기 히터 패턴을 덮으면서 상기 하부 절연체의 제 2 포켓홈부에 형성되는 히터 보호층과;
    상기 히터 보호층을 덮으면서 제 2 접합층을 매개로 상기 상부 절연층의 제 2 포켓홈부에 접합되는 하부 절연체와;
    제 2 본딩층을 매개로 상기 하부 절연체의 하면 및 상기 상부 절연체의 제 2 차단링부 하면에 접합되는 베이스 바디를 포함하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부절연체의 열전도도가 상기 상부 유전체와 하부 유전체의 열전도도 보다 높은 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 유전체의 내플라즈마성 및 내마모성은 상기 하부 유전체의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 절연체의 내플라즈마성 및 내마모성은 상기 하부 절연체의 내플라즈마성 및 내마모성 보다 높은 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터 패턴은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐 및 인코넬 중 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 접합층은 상기 상부 유전체의 외부로 노출되지 않고,
    상기 제 2 접합층은 상기 상부 절연체의 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척.
  7. 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척을 제조하는 방법으로서,
    내부에 전극이 마련되는 캡형 유전체를 준비하는 과정과;
    내부에 히터 패턴이 형성되는 캡형 절연체를 준비하는 과정과;
    알루미늄을 사용하여 베이스 바디를 준비하는 과정과;
    접착제를 이용하여 상기 캡형 유전체의 하면과 상기 캡형 절연체의 상면에 제 1 본딩층을 형성하고, 상기 캡형 절연체의 하면과 상기 베이스 바디의 상면에 제 2 본딩층을 형성하면서 상기 캡형 유전체, 캡형 절연체 및 베이스 바디를 접합시키는 과정을 포함하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 캡형 유전체를 준비하는 과정은,
    세라믹 재료를 사용하여 상부 유전체를 준비하는 단계와;
    상기 상부 유전체의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 1 포켓홈부를 형성하는 단계와;
    상기 상부 유전체의 하면 중 상기 제 1 포켓홈부에 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포켓홈부의 형상에 대응되는 형상으로 세라믹 재료를 사용하여 하부 유전체를 준비하는 단계와;
    접착제를 이용하여 상기 하부 유전체와 상기 상부 유전체의 계면에 제 1 접합층을 형성하면서 상기 하부 유전체를 상기 상부 유전체의 제 1 포켓홈부에 접합시키는 단계를 포함하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 유전체는 상기 하부 유전체보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 캡형 절연체를 준비하는 과정은,
    세라믹 재료를 사용하여 상부 절연체를 준비하는 단계와;
    상기 상부 절연체의 하면 중심영역에 하부방향으로 개구되는 제 2 포켓홈부를 형성하는 단계와;
    상기 상부 절연체의 하면 중 상기 제 2 포켓홈부에 히터 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 히터 패턴을 덮도록 상기 상부 절연체의 하면에 히터 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 포켓홈부의 형상에 대응되는 형상으로 세라믹 재료를 사용하여 하부 절연체를 준비하는 단계와;
    접착제를 이용하여 상기 하부 절연체와 상기 상부 유전체의 계면에 제 2 접합층을 형성하면서 상기 하부 절연체를 상기 상부 절연체의 제 2 포켓홈부에 접합시키는 단계를 포함하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상부절연체는 상기 캡형 유전체보다 열전도도가 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 상부 절연체는 상기 하부 절연체보다 내플라즈마성 및 내마모성이 높은 세라믹 재료를 사용하여 준비되는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 히터 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 히터 패턴은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐 및 인코넬 중 어느 하나의 재료를 사용하여 상기 상부 절연체의 하면에 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 히터가 장착된 캡형 정전척의 제조방법.
KR1020140055246A 2014-05-09 2014-05-09 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법 KR101610930B1 (ko)

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