KR20200004499A - 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200004499A
KR20200004499A KR1020180077396A KR20180077396A KR20200004499A KR 20200004499 A KR20200004499 A KR 20200004499A KR 1020180077396 A KR1020180077396 A KR 1020180077396A KR 20180077396 A KR20180077396 A KR 20180077396A KR 20200004499 A KR20200004499 A KR 20200004499A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrostatic chuck
heater
dielectric
sealing layer
thermal diffusion
Prior art date
Application number
KR1020180077396A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102156365B1 (ko
Inventor
이두로
이성규
김원일
남환수
Original Assignee
주식회사 케이에스티이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이에스티이 filed Critical 주식회사 케이에스티이
Priority to KR1020180077396A priority Critical patent/KR102156365B1/ko
Publication of KR20200004499A publication Critical patent/KR20200004499A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102156365B1 publication Critical patent/KR102156365B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/15—Devices for holding work using magnetic or electric force acting directly on the work
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6835—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

본 발명은 히터에서 발생된 열의 확산을 향상시켜 온도 균일도를 안정적으로 유지시킬 수 있는 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 히터가 구비된 정전척은 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척으로서, 내부에 전극이 내장되는 유전체와; 상기 유전체의 하면에 형성되는 히터 패턴과; 상기 히터 패턴을 덮으면서 상기 유전체의 하면에 소결되어 형성되는 열확산 실링층과; 본딩층을 매개로 상기 열확산 실링층의 하면에 접합되는 베이스 바디를 포함한다.

Description

히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법{ELECTROSTATIC CHUCK HAVING HEATER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히터에서 발생된 열의 확산을 향상시켜 온도 균일도를 안정적으로 유지시킬 수 있는 히터가 구비된 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(21)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(21)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. 또한, 히터 패턴에 의해 균일한 온도 분포를 유지하기 위하여 열확산 수단을 함께 구비한다.
이렇게 히터 및 열확산 수단을 구비하는 정전척은 다양한 형태로 구현되어 사용되는데, 크게 분리형과 일체형으로 구분된다.
도 2는 일반적인 분리형 정전척을 보여주는 도면으로서, 분리형 정전척(40)은 전극(41)이 내장되는 유전체(40a)와; 냉각수 유동홀(45)이 형성되고 알루미늄 소재로 형성되어 상기 유전체(40a)가 안착되는 베이스 바디(40b)와; 히터 패턴(42)이 형성되고, 상기 히터 패턴(42)에서 발생되는 열을 확산시키는 알루미늄 소재로 마련되어 상기 유전체(40a)와 베이스 바디(40b)의 사이에 제 1 본딩층(44a) 및 제 2 본딩층(44b)에 의해 부착되는 열확산판(43)으로 구성된다. 이때 히터 패턴(42)은 PI film 히터로 구현된다. 이렇게 분리형 정전척(40)은 열확산판(43)이 제 1 본딩층(44a) 및 제 2 본딩층(44b)에 의해 유전체(40a) 및 베이스 바디(40b)에 부착되어 제작된다. 이에 따라 분리형 정전척(40)은 제작이 용이하고, 온도 균일도도 좋은 장점이 있으나, 알루미늄 소재의 열확산판(43)이 안테나 역할을 하여 플라즈마의 방전가능성이 큰 단점이 있다.
도 3은 일반적인 일체형 정전척으로 보여주는 도면으로서, 일체형 정전척(50)은 전극(51)과 히터 패턴(52)이 내장되는 유전체(50a)와; 냉각수 유동홀(55)이 형성되고 알루미늄 소재로 형성되어 상기 유전체(50a)가 본딩층(53)에 의해 부착되어 안착되는 베이스 바디(50b)로 구성된다. 이때 유전체(50a)는 Al2O3로 구현된다. 이렇게 일체형 정전척(50)은 유전체(50a)에 히터 패턴(52)이 일체로 내장되어 제작된다. 이에 따라 일체형 정전척(50)은 내구성이 우수한 장점이 있으나, 온도 균일도가 분리형 정전척(40)에 비하여 나쁘고, 제작 단가가 높은 단점이 있다.
등록특허 제10-1574779호 (2015.11.30)
본 발명은 히터에서 발생된 열의 확산을 향상시켜 온도 균일도를 안정적으로 유지시킬 수 있는 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 히터가 구비된 정전척은 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척으로서, 내부에 전극이 내장되는 유전체와; 상기 유전체의 하면에 형성되는 히터 패턴과; 상기 히터 패턴을 덮으면서 상기 유전체의 하면에 소결되어 형성되는 열확산 실링층과; 본딩층을 매개로 상기 열확산 실링층의 하면에 접합되는 베이스 바디를 포함한다.
상기 열확산 실링층은 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제가 혼합된 실링혼합물을 소결시켜 형성하는 것이 바람직하다.
상기 유리형성제는 SiO2를 포함하고, 상기 용융촉진제는 K2O를 포함하며, 상기 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열확산 실링층은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합한 실링혼합물을 소결시켜 형성하는 것이 바람직하다.
상기 열확산 실링층은 저항율이 1.0×1012Ω ~ 1.0×1013Ω인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 히터가 구비된 정전척의 제조방법은 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척을 제조하는 방법으로서, 세라믹 재료를 사용하여 내부에 전극이 내장된 유전체를 준비하는 단계와; 상기 유전체의 일면에 히터 패턴을 형성하는 단계와; 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하여 실링혼합물을 준비하는 단계와; 상기 히터 패턴을 덮도록 상기 유전체의 일면에 상기 실링혼합물을 도포하는 단계와; 상기 실링혼합물을 소켤시켜 열확산 실링층을 형성하는 단계와; 알루미늄을 사용하여 베이스 바디를 준비하는 단계와; 접착제를 이용하여 상기 열확산 실링층과 베이스 바디 사이에 본딩층을 형성하면서 상기 열확산 실링층과 베이스 바디를 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 실링혼합물을 준비하는 단계에서, 상기 실링혼합물로 사용되는 상기 유리형성제는 SiO2를 포함하고, 상기 용융촉진제는 K2O를 포함하며, 상기 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실링혼합물을 준비하는 단계에서, 상기 실링혼합물은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 열확산 실링층을 형성하는 단계에서, 상기 실링혼합물의 소결은 800 ~ 900℃ 온도에서 5 ~ 20분 동안 실시되는 것이 바람직하다.
상기 열확산 실링층을 형성하는 단계에서, 상기 실링혼합물의 소결온도는 10 ~ 30℃/min의 속도로 승온시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 히터 패턴에서 발생되는 열을 균일하게 확산시키는 역할을 하면서 동시에 히터 패턴을 보호하는 열확산 실링층을 오버글레이즈(overglaze) 소재를 소결시켜 형성함에 따라 우수한 절연특성을 가지면서, 저항율이 안정적이기 때문에 히터 패턴에서 발생된 열을 균일하게 확산시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 오버글레이즈(overglaze) 소재를 소결시키는 방법으로 열확산 실링층을 형성하여 유전체 및 베이스 바디에 접합시킴에 따라 종래의 분리형 정전척이 갖는 장점을 유지하면서 분리형 정전척이 갖는 단점을 극복할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 구성도이고,
도 2는 일반적인 분리형 정전척을 보여주는 도면이며,
도 3은 일반적인 일체형 정전척을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척을 보여주는 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척을 제조하는 방법을 보여주는 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 정전척 본체의 열분포 사진이며,
도 7은 비교예와 실시예에 따른 정전척 본체의 단면 SEM 사진이고,
도 8은 비교예와 실시예에 따른 정전척 본체의 열적 내구성 관찰 사진이다.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척을 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척은 내부에 전극(112) 및 히터 패턴(113)이 내장되는 정전척 본체(110)와; 상기 정전척 본체(110)의 하면에 본딩층(130)에 의해 결합되는 베이스 바디(120)를 포함한다.
정전척 본체(110)는 그 상면에 안치되는 웨이퍼(W)를 정전기력으로 척킹 또는 디척킹시키는 수단으로서, 내부에 전극(112)이 내장되는 유전체(111)와; 상기 유전체(111)의 하면에 형성되는 히터 패턴(113)과; 상기 히터 패턴(113)을 덮으면서 상기 유전체(111)의 하면에 소결되어 형성되는 열확산 실링층(114)으로 이루어진다.
상기 유전체(111)는 그 상면에 웨이퍼(W)가 직접 안치되는 수단으로서, 그 상면은 웨이퍼(W)가 안치되도록 평평하게 형성된다. 이때 상기 유전체(111)의 내부에는 웨이퍼(W)를 척킹 또는 디척킹 하기 위하여 정전기력을 발생시키는 전극(112)이 마련된다.
상기 유전체(111)는 전극(112)의 내장을 위하여 복수의 플레이트 또는 시트 형태의 유전재료를 적층하고, 소정 위치의 유전재료 사이에 상기 전극을 형성하여 구현할 수 있다. 이때 유전체(111)를 형성하는 유전재료는 상기 전극(112)에서 생성되는 정전기력이 원활하게 통과할 수 있도록 세라믹 소재를 선택적으로 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 유전체(111)는 Al2O3 소재 또는 Al2O3-TiC, Al2O3-SiC 등의 Al2O3계 복합소재가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.
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.
한편, 상기 유전체(111)의 하면에는 히터 패턴(113)이 형성된다. 상기 히터 패턴(113)은 전원의 인가에 의해 열을 발생시키는 소재를 사용하고, 예를 들어 스테인리스(SUS), Ag-Pt합금, Ni-Cr합금, 텅스텐(W) 및 인코넬(inconel) 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 유전체(111)의 하면에는 상기 히터 패턴(113)을 덮으면서 히터 패턴(113)을 보호하는 동시에 히터 패턴(113)에서 발생된 열을 균일하게 유전체로 전달시키는 열확산 실링층(114)이 형성된다.
상기 열확산 실링층(114)은 균일한 열 전달 및 우수한 내전압의 유지를 위하여 소결이 완료된 후 저항율이 1.0×1012Ω ~ 1.0×1013Ω인 소재로 형성되는 것이 좋다. 바람직하게는 열확산 실링층(114)의 저항율이 1.0×1013Ω 수준의 소재로 형성되는 것이 좋다. 특히, 열확산 실링층(114)의 저항율은 위치별 및 두께별로 편차가 적어서 균일한 것이 좋다.
이를 위하여 열확산 실링층(114)는 오버글레이즈(overglaze) 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어 열확산 실링층(114)는 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제가 혼합된 실링혼합물을 소결시켜 형성할 수 있다. 이때 유리형성제는 SiO2를 포함하여 사용할 수 있고, 용융촉진제는 K2O를 포함하여 사용할 수 있으며, 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하여 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 열확산 실링층(114)은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합한 실링혼합물을 소결시켜 형성할 수 있다.
한편, 상기 베이스 바디(120)는 챔버(10)의 내부에 상기 정전척 본체(110)를 설치하기 위한 지지대로서, 필요에 따라 챔버(10) 내에서 하부전극의 역할을 하면서, 상기 정전척 본체(110)에 안치되는 웨이퍼(W)를 냉각시키기 위한 냉각홀(121)이 구비될 수 있다.
상기 베이스 바디(120)는 상면이 평평하게 형성되는 원판형상으로 형성되고, 예를 들어 알루미늄 재질로 형성된다. 그래서 접착제를 사용하여 상기 베이스 바디(120)의 상면에 상기 정전척 본체(110), 정확하게는 열확산 실링층(114)의 하면을 접합시킨다. 이때 사용되는 접착제에 의해 상기 정전척 본체(110)와 베이스 바디(120) 사이에는 본딩층(130)이 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 히터가 구비된 정전척에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척을 제조하는 방법을 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 구비된 정전척의 제조방법은 먼저 세라믹 재료를 사용하여 유전체(111)를 준비한다. 이때 유전체(111)는 복수의 플레이트 또는 시트 형태의 세라믹 소재인 유전재료를 적층하고, 소정 위치의 유전재료 사이에 전극(112)을 형성하여 구현할 수 있다. 유전체(111)를 구현하는데 사용되는 세라믹 소재는 Al2O3 소재 또는 Al2O3-TiC, Al2O3-SiC 등의 Al2O3계 복합소재가 선택적으로 사용될 수 있을 것이다. 또한 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.
이렇게 전극(112)이 내장된 유전체(111)가 준비되면 유전체(111)의 일면에 히터 패턴(113)을 형성시킨다. 히터 패턴(113)은 스테인리스(SUS), Ni-Cr합금, 텅스텐(W) 및 인코넬(inconel) 중 어느 하나를 선택하여 형성시킨다.
유전체(111)의 일면에 히터 패턴(113)이 형성되면, 유전체(111)의 일면에 히터 패턴(113)을 덮어서 보호하면서 히터 패턴(113)에서 발생된 열을 균일하게 유전체(111)로 전달시키는 열확산 실링층(114)을 형성시킨다.
열확산 실링층(114)의 형성을 위하여 먼저 열확산 실링층(114)을 형성시키기 위한 실링혼합문을 준비한다.
실링혼합물은 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하여 준비한다. 이때 유리형성제는 SiO2를 포함하여 사용할 수 있고, 용융촉진제는 K2O를 포함하여 사용할 수 있으며, 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하여 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 실링혼합물은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하여 준비할 수 있다.
그리고, 준비된 실링혼합물을 상기 히터 패턴(113)을 덮도록 상기 유전체(111)의 일면에 도포하여 열확산 실링층(114)의 형성을 준비한다.
이어서, 실링혼합물을 오븐(O)에서 열처리하여 소켤시킴으로서 열확산 실링층(114)을 완성시킨다.
이때 실링혼합물의 소결은 800 ~ 900℃ 온도에서 5 ~ 20분 동안 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실링혼합물의 소결온도는 10 ~ 30℃/min의 속도로 승온시키는 것이 바람직하다. 그래서 실링혼합물이 소결되어 완성되는 열확산 실링층의 저항율이 1.0×1012Ω ~ 1.0×1013Ω가 되도록 한다.
이렇게 히터 패턴(113)이 열확산 실링층(114)에 의해 보호되는 정전척 본체(110)의 준비가 완료되면, 베이스 바디(120)를 준비한다. 이때 상기 베이스 바디(120)는 알루미늄을 상면이 평평하게 형성되는 원판형상으로 가공하여 준비한다.
그리고, 정전척 본체(110)를 베이스 바디(120)에 접합하기 전에 열확산 실링층(114)의 하단을 원하는 수준의 두께 및 거칠기로 가공한다.
이렇게 정전척 본체(110)의 하면 가공이 완료되면 접착제를 사용하여 정전척 본체(110)를 베이스 바디(120)의 상면에 접합시킨다. 부연하자면 베이스 바디(120)의 상면에 접착제에 의한 본딩층(130)을 매개로 정전척 본체(110)의 열확산 실링층(114) 하면을 접합시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예를 비교한다.
실시예는 본 발명의 일 실시예에 따라 열확산 실링층을 오버글레이즈(overglaze) 소재를 사용하여 제조된 정전척 본체를 대상으로 하고, 비교예는 정전척 본체에서 열확산 실링층을 종래의 일반적인 유리(normal glass) 소재를 사용하여 제조된 정전척 본체를 대상으로 한다.
그래서, 실시예에서 오버글레이즈(overglaze) 소재로 형성된 열확산 실링층은 중량%로, C: 8.10%, O: 39.04%, Al: 17.75%, Si: 27.50%, K: 0.90% 및 Ba: 6.71%으로 형성하였다. 또한, 비교예에서 일반적인 유리(normal glass) 소재로 형성된 열확산 실링층은 중량%로, C: 16.05%, O: 37.80%, Al: 18.84%, Si: 9.03%, Y: 18.28%로 형성하였다.
이때 실시예 및 비교예는 열확산 실링층의 형성을 위하여 850℃ 온도에서 10분 동안 소결 과정을 실시하였다.
먼저, 실시예에 따라 제조된 정전척 본체의 열확산 정도를 알아보는 실험을 실시하였다.
실시예에 따라 제조된 정전척 본체의 히터를 작동시킨 상태에서, 직경 방향을 따라 Inner, Middle 및 Outer 구간으로 구분하였고, 각 영역별로 원주 방향을 따라 등간격으로 여러 포인트에서 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 도 6에 나타내었다. 도 6은 실시예에 따른 정전척 본체의 열분포 사진이다.
구분 Inner Middle Outer 30PΔT(℃)
Max(℃) 60.9 61.9 61.7
2.3
Min(℃) 59.8 60.4 59.6
ΔT(℃) 1.1 1.5 2.1
Average 60.5 61.0 60.5 0.5
표 1에서 알 수 있듯이, 실시예에 따른 정전척 본체는 직경 방향을 따른 각 영역별 온도 편차가 1.1 ~ 2.1℃ 수준으로 균일한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에서 알 수 있듯이, 원주 방향을 기준으로도 온도 분포가 균일한 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 실시예와 비교예에 따라 제조된 정전척 본체의 절단면을 관찰하였다. 실시예 및 비교예는 열확산 실링층의 형성을 위하여 소결 과정을 실시한 후에 관찰하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7은 실시예와 비교예에 따른 정전척 본체의 단면 사진으로서, 비교예의 경우 열확산 실링층에 바운더리를 따라 균열(Boundary Fracture)이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 실시예의 경우 열확산 실링층이 안정적으로 형성된 것을 확인할 수 있었다. 도 6에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 실시예가 종래의 비교예에 비하여 열적내구성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 실시예와 비교예에 따라 제조된 정전척 본체의 전기적 내구성(절열특성, Insulation property)을 관찰하였다.
실시예 및 비교예에 따라 형성된 정전척 본체를 대상으로 전압을 0.1kV부터 0.05kV씩 증가시키면서 열확산 실링층에서 발생되는 Leak를 관찰하였다. 그 결과 비교예의 경우에는 0.4kV의 전압이 가해지는 순간 Leak가 발생하였고, 실시예의 경우에는 0.65kV의 전압이 가해지는 순간 Leak가 발생하였다. 본 실험에서 알 수 있듯이 실시예에 따른 정전척 본체가 비교예에 따른 정전척 본체보다 전기적 내구성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 실시예와 비교예에 따라 제조된 정전척 본체의 열적 내구성을 관찰하였다.
실시예 및 비교예에 따라 제조된 정전척 본체에 대하여 후속 공정을 위한 브레이징 및 열처리를 실시하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 이때 브레이징 조건은 실험 조건은 820℃, 5℃/min, In Vacuum (Process Condition)이고, 열처리는 450℃~500℃, 15℃/sec, In Air, 60days으로 실시하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8은 비교예와 실시예에 따른 정전척 본체의 열적 내구성 관찰 사진이다.
도 8의 결과에서 확인할 수 있듯이, 비교예의 경우 소결 후 브레이징 도중 대부분의 열확산 실링층이 손상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예의 경우 소결 후 열처리 도중 일부 열확산 실링층이 손상된 것을 확인할 수 있었다.
하지만, 실시예의 경우 브레이징 및 열처리 이후에도 열확산 실링층에 손상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
본 실험에서 알 수 있듯이 실시예에 따른 정전척 본체가 비교예에 따른 정전척 본체보다 열적 내구성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
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: 정전척 본체 111: 유전체
112: 전극 113: 히터 패턴
114: 열확산 실링층 120: 베이스 바디
121: 냉각홀 챔버(10): 본딩층

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척으로서,
    내부에 전극이 내장되는 유전체와;
    상기 유전체의 하면에 형성되는 히터 패턴과;
    상기 히터 패턴을 덮으면서 상기 유전체의 하면에 소결되어 형성되는 열확산 실링층과;
    본딩층을 매개로 상기 열확산 실링층의 하면에 접합되는 베이스 바디를 포함하는 히터가 구비된 정전척.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열확산 실링층은 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제가 혼합된 실링혼합물을 소결시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유리형성제는 SiO2를 포함하고, 상기 용융촉진제는 K2O를 포함하며, 상기 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 히터가 구비된 정전척.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열확산 실링층은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합한 실링혼합물을 소결시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열확산 실링층은 저항율이 1.0×1012Ω ~ 1.0×1013Ω인 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척.
  6. 기판 처리 장치의 내부에 구비되어 기판이 안치되는 정전척을 제조하는 방법으로서,
    세라믹 재료를 사용하여 내부에 전극이 내장된 유전체를 준비하는 단계와;
    상기 유전체의 일면에 히터 패턴을 형성하는 단계와;
    유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하여 실링혼합물을 준비하는 단계와;
    상기 히터 패턴을 덮도록 상기 유전체의 일면에 상기 실링혼합물을 도포하는 단계와;
    상기 실링혼합물을 소켤시켜 열확산 실링층을 형성하는 단계와;
    알루미늄을 사용하여 베이스 바디를 준비하는 단계와;
    접착제를 이용하여 상기 열확산 실링층과 베이스 바디 사이에 본딩층을 형성하면서 상기 열확산 실링층과 베이스 바디를 접합시키는 단계를 포함하는 히터가 구비된 정전척의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 실링혼합물을 준비하는 단계에서,
    상기 실링혼합물로 사용되는 상기 유리형성제는 SiO2를 포함하고, 상기 용융촉진제는 K2O를 포함하며, 상기 안정화제는 Al2O3 및 BaO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 히터가 구비된 정전척의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 실링혼합물을 준비하는 단계에서,
    상기 실링혼합물은 중량%로, C: 5 ~ 15%, O: 20 ~ 45%, Al: 5 ~ 20%, Si: 25 ~ 35%, K: 0.5 ~ 2.0%, Ba: 10.0% 이하가 되도록 상기 유리형성제, 용융촉진제 및 안정화제를 혼합하는 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 열확산 실링층을 형성하는 단계에서,
    상기 실링혼합물의 소결은 800 ~ 900℃ 온도에서 5 ~ 20분 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열확산 실링층을 형성하는 단계에서,
    상기 실링혼합물의 소결온도는 10 ~ 30℃/min의 속도로 승온시키는 것을 특징으로 하는 히터가 구비된 정전척의 제조방법.
KR1020180077396A 2018-07-04 2018-07-04 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법 KR102156365B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180077396A KR102156365B1 (ko) 2018-07-04 2018-07-04 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180077396A KR102156365B1 (ko) 2018-07-04 2018-07-04 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200004499A true KR20200004499A (ko) 2020-01-14
KR102156365B1 KR102156365B1 (ko) 2020-09-15

Family

ID=69152961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180077396A KR102156365B1 (ko) 2018-07-04 2018-07-04 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102156365B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102615529B1 (ko) 2023-09-19 2023-12-19 주식회사 제스코 이층 히터 패턴이 구비된 정전척

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130094578A (ko) * 2012-02-16 2013-08-26 주식회사 미코 온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
KR101574779B1 (ko) 2014-05-09 2015-12-04 코리아세미텍(주) 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법
KR20160091456A (ko) * 2011-09-21 2016-08-02 램 리써치 코포레이션 반도체 처리를 위한 평면형 열적 존을 갖는 열적 플레이트
JP2017014103A (ja) * 2011-07-27 2017-01-19 日本電気硝子株式会社 封着材料層付きガラス基板及びこれを用いた有機ｅｌデバイス

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017014103A (ja) * 2011-07-27 2017-01-19 日本電気硝子株式会社 封着材料層付きガラス基板及びこれを用いた有機ｅｌデバイス
KR20160091456A (ko) * 2011-09-21 2016-08-02 램 리써치 코포레이션 반도체 처리를 위한 평면형 열적 존을 갖는 열적 플레이트
KR20130094578A (ko) * 2012-02-16 2013-08-26 주식회사 미코 온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
KR101574779B1 (ko) 2014-05-09 2015-12-04 코리아세미텍(주) 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102156365B1 (ko) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI702685B (zh) 極端均勻加熱基板支撐組件
JP5524213B2 (ja) 調整可能な電気抵抗率を有するウェーハ処理装置
US10079167B2 (en) Electrostatic chucking device
US8295026B2 (en) Electrostatic chuck and substrate processing apparatus having same
US9269600B2 (en) Electrostatic chuck device
EP2402298B1 (en) Method of fabricating a ceramic-metal junction
KR101142000B1 (ko) 정전척
TWI518835B (zh) 靜電吸盤裝置
TWI540672B (zh) 靜電吸持裝置
WO2014157571A1 (ja) 静電チャック
JP2000174106A (ja) ワ―クピ―スを保持するための装置
JPH09213777A (ja) 静電チャック
JP4278046B2 (ja) ヒータ機構付き静電チャック
KR102372810B1 (ko) 정전척
KR102255246B1 (ko) 정전척 및 그 제조방법
JP2004158492A (ja) 静電吸着機能を有する加熱装置及びその製造方法
JP2003045949A (ja) 静電吸着装置及び真空処理装置
KR20200004499A (ko) 히터가 구비된 정전척 및 그 제조방법
JP2004349666A (ja) 静電チャック
US7491432B2 (en) Ceramic susceptor for semiconductor manufacturing equipment
JP2004055608A (ja) 電極内蔵型サセプタ
KR101610930B1 (ko) 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법
KR102203859B1 (ko) 절연 저항이 우수한 정전척
KR20220069341A (ko) 정전척 및 그 제조방법
KR101574779B1 (ko) 히터가 장착된 캡형 정전척 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant