KR20230150707A - 정전 척 장치 - Google Patents

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KR20230150707A
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layer
heating element
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요시아키 모리야
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 고온으로 가열되는 웨이퍼 기판의 온도 불균일을 효과적으로 감소시킬 수 있는 정전 척 장치를 제공한다. 그 정전 척 장치는, 냉매가 유통 가능한 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스; 상기 베이스 상에 배치된 단열층; 상기 단열층 상에 배치된 균열판; 상기 단열층과 상기 균열판 사이에 존재하는 발열체; 상기 균열판 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 절연층; 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 및 상기 도전층 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 유전층;을 포함한다.

Description

정전 척 장치{Electro-static chuck apparatus}
본 발명은 반도체 공정 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정에서 이용되는 공정 챔버 내의 정전 척 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정, 특히 건식 식각(dry etching), 이온 주입, CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 등에서 사용되는 공정 챔버 내에, 웨이퍼와 같은 기판이 안착되어 고정되는 정전 척 장치가 배치될 수 있다. 최근 반도체 소자의 미세화의 진행, 및 요구되는 식각 선택비를 실현하기에는 식각의 구동 에너지만으로는 부족한 상황이다. 따라서, 내장된 히터 가열에 의해, 처리 대상인 기판의 온도를 고온화하여 에너지를 어시스트하는 방법이 검토되고 있다. 참고로, 일본특허공개 2011－91297호 공보는 정천 척에 관련된 선행기술문헌에 해당할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 고온으로 가열되는 웨이퍼 기판의 온도 불균일을 효과적으로 감소시킬 수 있는 정전 척 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 냉매가 유통 가능한 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스; 상기 베이스 상에 배치된 단열층; 상기 단열층 상에 배치된 균열판; 상기 단열층과 상기 균열판 사이에 존재하는 발열체; 상기 균열판 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 절연층; 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 및 상기 도전층 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 유전층;을 포함하는, 정전 척 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스; 상기 베이스 상에 배치되고, 내부에 발열체를 구비한 단열층; 상기 단열층 상에 배치되고, 상기 단열층으로부터의 열을 상부층으로 균등하게 전달하는 균열판; 상기 균열판 상에 배치된 절연층; 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 및 상기 도전층 상에 배치되고, 상기 도전층을 덮는 유전층;을 포함하는, 정전 척 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 냉매가 유통 가능한 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스; 상기 베이스 상에 배치되고, 내부에 발열체를 구비한 단열층; 상기 단열층 상에 배치되고, 상기 단열층으로부터의 열을 상부층으로 균등하게 전달하는 균열판; 상기 균열판 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 절연층; 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 상기 도전층 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 유전층; 및 상기 유전층 상에 배치된 치밀막;을 포함하는, 정전 척 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 정전 척 장치는, 웨이퍼 기판의 온도를 효율적으로 300℃ 이상으로 가열할 수 있으면서도, 박리 및 파괴가 저감될 수 있다. 또한, 유전층이 플라즈마에 노출되지 않아 잘 마모되지 않을 수 있고, 유전층이 플라즈마에 노출되거나 슬라이딩되더라도 잘 마모되지 않을 수 있다. 더 나아가, 용사막을 사용한 정전 척으로서, 저렴하고, 수리가 용이하며, 300℃ 이상에서도, 베이스의 변형이 저감될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 정전 척 장치는, 열저항을 최소한으로 억제할 수 있고, 발열체의 열팽창이나 열수축의 발생에 의한 단선의 염려를 저감할 수 있다. 또한, 기판에 대한 열전달을 보다 원활하게 할 수 있고, 오목부에 흐르는 가스에 의해 열전도를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 정전 척 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도들이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 정전 척 장치(100)는, 베이스(101), 단열층(102), 발열체(103), 균열판(104), 절연층(105), 도전층(106), 유전층(107), 및 치밀막(108)을 구비할 수 있다.
베이스(101)는 냉매가 유통 가능한 냉각 유로(111-1 ~ 111-n)를 내부에 가질 수 있다. 베이스(101)는, 예컨대, 티타늄을 포함할 수 있다. 베이스(101)는 절연층(105), 도전층(106), 유전층(107), 및 치밀막(108)을 구성하는 소재와의 열팽창율의 차이가 1*10－5/℃ 이내인 것이 바람직하다. 또한, 베이스(101)는 50W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 베이스(101)는 Al, Si, 및 Ti 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단열층(102)은 베이스(101) 상에 배치될 수 있다. 단열층(102)은 Al, Si 및 Y 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 단열층(102)의 열전도율은 3.0W/m·K 이하일 수 있다.
발열체(103)는 단열층(102)과 균열판(104) 사이에 존재할 수 있다. 예컨대, 단열층(102)에 홈을 형성하고, 이 홈 내에 발열체(103)를 배치할 수 있다. 발열체(103)는 Ti, W, Si, Al, Y 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발열체(103)는, 전력의 공급을 통해 300℃ 이상으로 발열할 수 있다. 예컨대, 발열체(103)는, 직경 500㎛ ~ 10㎜의 와이어를 평균 직경 10㎜ 이하의 코일 형상으로 가공한 구조를 가질 수 있다. 또한, 발열체(103)는 두께 100㎛ ~ 5㎜의 박막(foil)으로서, 발열체 형상에 레이저, 습식 식각(wet etching), 및 블래스트(blast) 가공 중 어느 하나의 방법을 적용하여 제조될 수 있다. 발열체(103)는 C, W, Si, Al, Y, 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
균열판(104)은 발열체(103)에서 발생한 열을 정전 척에 의해 흡착된 기판(예컨대, Si 웨이퍼)에 가능한 한 균등하게 전달하는 구조, 및 열 전달 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 균열판(104)은 발열체(103)에서 발생한 열을 직경 방향으로 확산시킬 수 있다. 균열판(104)은, 예컨대, 150W/m·K 이상의 고열전도성을 가질 수 있다. 또한, 균열판(104)은, 예컨대, 1.0*1010Ω·cm 이상의 절연성을 가질 수 있다. 더 나아가, 균열판(104)은, 예컨대, 7*10－6/K 이하의 저열팽창율을 가질 수 있다. 예컨대, 균열판(104)은 질화알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 그러나 균열판(104)의 열전도성, 절연성, 열팽창율 및 재질이 전술한 범위 및 물질에 한정되는 것은 아니다. 한편, 균열판(104)은, 발열체(103)의 두께 방향에 대해서 수직 방향과 수평 방향에서 다른 열전도율을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 또한, 균열판(104)은 단열층(102) 상에 배치될 수 있다.
절연층(105)은 발열체(103) 상에 배치될 있다. 또한, 절연층(105)은 세라믹을 포함할 수 있다. 예컨대, 절연층(105)은 알루미나(Al2O3) 용사막일 수 있다. 좀더 구체적으로, 절연층(105)은 300 ~ 600㎛ 두께의 Al2O3 용사막일 수 있다. 또한, 절연층(105)은 1 ~ 2㎜ 두께의 세라믹 재료를 포함할 수도 있다. 그러나 절연층(105)의 재질 및 두께가 전술한 물질들 및 수치 범위에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 절연층(105)은 Al, Y, Si, Ti, 및 W 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(105)은, 예컨대, 400℃에 있어서의 체적 저항값이 1.0*1010Ω·cm 이상일 수 있다.
도전층(106)은 절연층(105) 상에 배치될 수 있다. 도전층(106)은 흡착 전극으로서 작용할 수 있다. 도전층(106)은 절연층(105)의 면적보다 작을 수 있다. 도전층(106)은 Ti막일 수 있다. 도전층(106)은 5 ~ 300㎛ 두께를 가질 수 있다. 그러나 도전층(106)의 재질 및 두께가 전술한 물질 및 수치 범위에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도전층(106)은 Ti, W, Si, 및 Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유전층(107)은 도전층(106) 상에 배치될 수 있다. 또한, 유전층(107)은 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 예컨대, 유전층(107)은 Al2O3 용사막일 수 있다. 유전층(107)은 300 ~ 600㎛ 두께를 가질 수 있다. 또한, 유전층(107)은 300 ~ 700㎛ 두께를 가질 수도 있다. 유전층(107)은, 예컨대, Al, Y, Si, Ti, 및 W 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유전층(107)은, 예컨대, 400℃에 있어서의 체적 저항값이 1.0*1010Ω·cm 이상일 수 있다. 유전층(107) 상에 직경 0.5 ~ 5㎜, 높이 5 ~ 50㎛의 볼록부들이 유전층(107)의 일방향 면의 면적의 50% 이하가 되도록 형성될 수 있다.
절연층(105), 도전층(106), 및 유전층(107)은, 플라즈마 용사법, CVD, 스퍼터법, 이온 플레이팅법으로 형성되거나, 또는 100㎛ 이하의 두께인 포일로 형성될 수 있다.
치밀막(108)은 유전층(107) 상에 배치될 수 있다. 치밀막(108)은 임의의 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 치밀막(108)은 Al2O3막, 또는 Y2O3막일 수 있다. 또한, 치밀막은 Ti, W, Si, Al, 및 Y 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 치밀막(108)은 필수 구성이 아닐 수 있다. 따라서, 실시예에 따라, 치밀막(108)은 생략될 수 있다.
제1 실시예에 있어서, 도 1의 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질은 다음과 같다. 베이스(101)는 Ti을 포함하고, 절연층(105)은 Al2O3 용사막을 포함하며, 도전층은 Ti막을 포함하며, 유전층(107)은 Al2O3 용사막을 포함하며, 치밀막(108)은 Al2O3막을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 있어서, 도 1의 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질은 다음과 같다. 베이스(101)은 Ti을 포함하고, 절연층(105)은 Al2O3 용사막을 포함하며, 도전층(106)은 Ti막을 포함하며, 유전층(107)은 Al2O3 용사막을 포함하며, 치밀막(108)은 Y2O3막을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 있어서, 도 1의 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질은 다음과 같다. 베이스(101)은 Ti을 포함하고, 절연층(105)은 Al2O3 용사막을 포함하며, 도전층(106)은 TiN막을 포함하며, 유전층(107)은 Al2O3 용사막을 포함할 수 있다. 한편, 치밀막(108)은 생략될 수 있다.
제4 실시예에 있어서, 도 1의 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질은 다음과 같다. 베이스(101)은 Ti을 포함하고, 접합층은 Ti 합금계 활성 금속 땜납재를 포함하며, 절연층(105)은 Al2O3 세라믹을 포함하며, 도전층(106)은 TiN막을 포함하며, 유전층(107)은 Al2O3 세라믹을 포함할 수 있다. 앞서 제1 ~ 제3 실시예에서는, 절연층(105) 및 유전층(107)을 용사막으로 형성되는데, 제4 실시예에서, 절연층(105) 및 유전층(107)은 세라믹으로 형성될 수 있다.
지금까지 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질에 대해 설명하였는데, 정전 척 장치(100)의 각 구성 요소들의 재질이 전술한 물질들에 한정되는 것은 아니다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 정전 척 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도들이다. 도 1의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 2a를 참조하면, 본 실시예의 정전 척 장치를 제조하는 방법(이하, 간단히, '정전 척 장치 제조방법'이라 한다)은, 먼저, 베이스(101)를 형성한다. 구체적으로, 기계 가공을 실시하여 냉각 유로(111-1 ~ 111-n)가 되는 홈들을 가공한 Ti 판들을 형성한다. 이후, Ti 판들을 활성 금속 땜납재, 또는 Ti의 확산 현상으로 서로 접합하여 냉각 유로(111-1 ~ 111-n)를 내포한 베이스(101)를 형성한다. Ti 판들 간의 접합 후에 다시 기계 가공을 실시하여 베이스(101)를 필요한 형상으로 가공할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 베이스(101)의 형성 후, 단열층(102)이 베이스(101) 상에 형성된다. 또한, 단열층(102)의 단열재에 기계 가공을 실시하여 필요한 형상으로 가공함과 더불어, 발열체(103)가 들어가는 홈을 형성한다.
한편, 발열체(103)에 요구되는 직경의 티타늄재 와이어를 코일 형상으로 가공하고, 발열체(103)의 종단에 용접으로 급전(給電)용 단자를 설치한다. 이후, 급전용 단자가 설치된 발열체(103)를 단열층(102) 상의 홈에 끼운다.
도 2c를 참조하면, 단열층(102)의 홈에 발열체(103)를 끼운 후, 발열체(103)가 삽입된 단열층(102)에, 무기계 접착제를 이용하여 AlN 세라믹재 균열판(104)을 접착 및 고정한다. AlN 세라믹재 균열판(104)은 기계 가공을 통해 요구되는 형상으로 형성될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 계속해서, 균열판(104)과 발열체(103)가 장착된 단열층(102)을, 실리콘 접착제를 이용하여, 티타늄재 베이스(101) 상의 설치 면 상에 접착 및 고정한다.
도 2e를 참조하면, 요구되는 절연 애자 부품을 냉각 베이스(101)에 설치한 후, 베이스(101)의 절연화 처리를 위해 Al2O3재를 용사법으로 표면에 성막함으로써, 절연층(105)을 형성한다.
도 2f를 참조하면, 절연층(105)의 형성 후, 절연층(105)의 재치(載置)면측 표면에, 재치면의 직경보다 작게, Ti막을 용사법으로 성막함으로써, 도전층(106)을 형성한다.
도 2g를 참조하면, 도전층(106)의 형성 후, Ti막의 도전층(106)을 커버하도록, Al2O3재를 용사법으로 성막함으로써, 유전층(107)을 형성한다. 또한, Al2O3 용사막의 표면을 연마 가공하고, 블래스트 가공을 하여 유전층(107)의 상면 상에 볼록부를 형성한다.
이후, 이온 플레이팅법으로 Al2O3막을 5㎛ 두께만큼 성막함으로써, 치밀막(도 1의 108 참조)을 형성한다. 한편, 치밀막(108)은 실시예에 따라 생략될 수 있다.
전술한 방법에 의해 제조된 도 1의 정전 척 장치(100)의 평가 방법은 다음과 같다.
정전 척 장치(100)의 치밀막(108) 측으로부터 초음파 탐상 장치로 결함 검사를 실시한다. 적층막 간에 큰 결함이 없고, 접합 면적이 99% 이상이면 합격으로 판단한다.
또한, 정전 척 장치(100) 내의 발열체(103)에 전류를 흘려 피흡착물(웨이퍼)의 온도가 300℃ 이상이 되는 것을 확인한다.
피흡착물(웨이퍼)의 흡탈착 사이클을 300회 정도 실시한 후에, 발진에 변화가 없는 것을 확인한다.
상기 시험들 후에 다시 초음파 탐상 장치로 결함 검사를 실시하여 접합 후와 변화가 없는 것을 확인한다.
참고로, 제1 실시예의 정전 척 장치(100)에 웨이퍼 기판을 흡착 고정한 상태에서, 3kW의 열을 인가하여 웨이퍼 온도 불균일을 측정할 때, 웨이퍼 기판의 온도 불균일이 ±3℃ 이내임이 확인되고 있다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예와 제3 실시예의 정전 척 장치(100)에서도, 웨이퍼 기판의 온도 불균일이 ±3℃ 이내를 확인되고 있다.
결과적으로, 전술한 실시예들의 정전 척 장치(100)에 의하면, 300℃ 이상으로 가열되는 웨이퍼 기판의 온도 불균일을 저감할 수 있다.
한편, 제4 실시예의 정전 척 장치(100)의 제조방법에 대하여, 도 2a 내지 도 2e를 함께 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a를 참조하면, 먼저, 베이스(101)를 형성한다. 구체적으로, 기계 가공을 실시하여 냉각 유로(111-1 ~ 111-n)가 되는 홈들을 가공한 Ti 판들을 형성한다. 이후, Ti 판들을 활성 금속 땜납재, 또는 Ti의 확산 현상으로 서로 접합하여 냉각 유로(111-1 ~ 111-n)를 내포한 베이스(101)를 형성한다. Ti 판들 간의 접합 후에 다시 기계 가공을 실시하여 베이스(101)를 필요한 형상으로 가공할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 베이스(101)의 형성 후, 단열층(102)이 베이스(101) 상에 형성된다. 또한, 단열층(102)의 단열재에 기계 가공을 실시하여 필요한 형상으로 가공함과 더불어, 발열체(103)가 들어가는 홈을 형성한다.
한편, 발열체(103)에 요구되는 직경의 티타늄재 와이어를 코일 형상으로 가공하고, 발열체(103)의 종단에 용접으로 급전용 단자를 설치한다. 이후, 급전용 단자가 설치된 발열체(103)를 단열층(102) 상의 홈에 끼운다.
도 2c를 참조하면, 단열층(102)의 홈에 발열체(103)를 끼운 후, 발열체(103)가 삽입된 단열층(102)에, 무기계 접착제를 이용하여 AlN 세라믹재 균열판(104)을 접착 및 고정한다. AlN 세라믹재 균열판(104)은 기계 가공을 통해 요구되는 형상으로 형성될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 계속해서, 균열판(104)과 발열체(103)가 장착된 단열층(102)을, 실리콘 접착제를 이용하여, 티타늄재 베이스(101) 상의 설치 면 상에 접착 및 고정한다.
도 2e를 참조하면, 요구되는 절연 애자 부품을 냉각 베이스(101)에 설치한 후, 베이스(101)의 절연화 처리를 위해 Al2O3재를 용사법으로 표면에 성막함으로써, 절연층(105)을 형성한다.
이후, 도전층(106) 및 유전층(107)은, 기존의 세라믹 히터의 제조 방법을 이용하여, 내부 전극(즉, 도전층(106))을 유전층(107) 내에 매설한 형태로 제조한다.
도전층(106) 및 유전층(107)과, 베이스(101)의 절연층(105)의 접합면 간에 티타늄 합금계 활성 금속 땜납재를 사이에 두고 3kPa가 되도록 하중을 인가하여 700℃ 에서 3시간 가열한다. 실시예에 따라, 하중은 인가하지 않을 수도 있다. 그러나 정밀하게 두께를 제어하는 경우에, 1kPa 이상의 하중을 가할 수 있다.
하중을 인가한 상태로 3시간 후에 가열을 정지하고 냉각한다. 실온까지 냉각하여 땜납재가 고체화한 것을 확인한다.
이후, 정전 척 장치의 유전층(107)측으로부터 초음파 탐상 장치로 접합층의 결함 검사를 실시한다. 유전층(107)과 절연층(105) 사이의 접합층에 큰 결함이 없고, 접합 면적이 99% 이상이면 합격으로 판단한다.
납땜 후에, 유전층(107)의 표면을 연마 가공하여 유전층(107)의 두께가 0.5㎜가 되도록 가공한다.
그 후, 유전층(107)의 연마면 상에 샌드 블래스트 가공에 의해 φ1㎜(직경)*30㎛(높이)의 볼록부를 형성한다.
전술한 방법에 의해 제조된 제4 실시예의 정전 척 장치(100)의 평가 방법은 이하와 같다.
정전 척 장치(100)의 치밀막(108)측으로부터 초음파 탐상 장치로 결함 검사를 실시한다. 적층막 간에 큰 결함이 없고, 접합 면적이 99% 이상이면 합격으로 판단한다.
또한, 정전 척 장치(100) 내의 발열체(103)에 전류를 흘려 피흡착물(웨이퍼)의 온도가 300℃ 이상이 되는 것을 확인한다.
피흡착물(웨이퍼)의 흡탈착 사이클을 300회 실시한 후에 발진에 변화가 없는 것을 확인한다.
상기 시험들 후에 다시 초음파 탐상 장치로 결함 검사를 실시하여 접합 후와 변화가 없는 것을 확인한다.
참고로, 제4 실시예의 정전 척 장치(100)에 웨이퍼 기판을 흡착 고정한 상태에서, 3kW의 열을 인가하여 웨이퍼 온도 불균일을 측정할 때, 웨이퍼 기판의 온도 불균일이 ±3℃ 이내임이 확인되고 있다.
이와 같이, 제4 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 절연층 및 유전층을 세라믹으로 구현할 수 있다.
본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 웨이퍼 기판의 온도를 효율적으로 300℃ 이상으로 가열할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 박리 및 파괴를 저감할 수 있다. 또한, 유전층이 플라즈마에 노출되지 않아 잘 마모되지 않을 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 절연층 및 유전층을 용사에 의한 적층으로 구현할 수 있다. 결과적으로, 용사막을 사용한 정전 척이라는 점에서 저렴하고, 수리가 용이해질 수 있다.
본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 칩을 300℃ 이상으로 하는 경우에, 베이스의 변형을 저감할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 단락을 저감할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 플라즈마에 노출되거나 슬라이딩되더라도 잘 마모되지 않을 수 있다.
본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 열저항을 최소한으로 억제할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 발열체의 열팽창이나 열수축의 발생에 의한 단선의 염려를 저감할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 정전 척 장치의 두께를 저감할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, 기판에 대한 열전달을 보다 원활하게 할 수 있다. 본 실시예의 정전 척 장치(100)에 의하면, Si 웨이퍼의 이면에 먼지가 들러 붙을 확률을 낮출 수 있다. 또한, 오목부에 흐르는 가스에 의해 열전도를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 300℃ 이상으로 가열되는 웨이퍼 기판의 온도 불균일을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 발열체는 Ti, W, Si, Al, Y 및 Mo 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 발열체는 전력을 공급함으로써 300℃ 이상으로 발열할 수 있다. 또한, 상기 단열층은 Al, Si 및 Y 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 단열층의 열전도율은 3.0W/mK 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 웨이퍼 기판의 온도를 효율적으로 300℃ 이상으로 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 상기 유전층 상에 형성된 치밀막을 구비할 수 있다. 또한, 상기 베이스는 상기 절연층, 상기 도전층, 상기 유전층 및 치밀막을 구성하는 소재와의 열팽창율 차이가 1*10－5/℃ 이내이고, 50 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 박리 및 파괴를 저감할 수 있다. 또한, 유전층이 플라즈마에 노출되지 않아 잘 마모되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 절연층의 두께가 300 ~ 600㎛이고, 상기 유전층의 두께가 300 ~ 600㎛일 수 있다. 또한, 상기 도전층의 두께는 5 ~ 300㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 절연층 및 유전층은 용사에 의한 적층으로 구현될 수 있다. 따라서, 용사막을 사용한 정전 척이라는 점에서, 저렴하고 수리가 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 절연층의 두께가 1 ~ 2㎜이고, 상기 유전층의 두께가 300 ~ 700㎛이며, 상기 도전층은 두께가 5 ~ 300㎛인 세라믹재일 수 있다. 또한, 상기 절연층은 상기 베이스에 금속 땜납재로 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 절연층 및 유전층은 세라믹으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 베이스는 Al, Si, 및 Ti 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 칩을 300℃ 이상으로 가열하는 경우, 베이스의 변형을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 절연층 및 상기 유전층은 Al, Y, Si, Ti, 및 W 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 절연층 및 상기 유전층은 400℃ 에서의 체적 저항값이 1.0*1010Ω·cm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 단락을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 도전층은 Ti, W, Si, 및 Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 플라즈마에 노출되거나 슬라이딩되더라도 잘 마모되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 치밀막은 Ti, W, Si, Al, 및 Y 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 절연층, 상기 도전층 및 상기 유전층은 플라즈마 용사법, CVD, 스퍼터법, 이온 플레이팅법으로 형성하거나, 또는 100㎛ 이하의 두께인 포일로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 열저항을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 발열체는 직경 500㎛ ~ 10㎜의 와이어를 평균 직경 10㎜ 이하의 코일 형상으로 가공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 발열체의 열팽창이나 열수축이 발생하여 단선될 염려를 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 발열체는 두께 100㎛ ~ 5㎜의 포일로서, 발열체 형상에 레이저, 습식 식각(wet etching), 및 블래스트 가공 중 어느 하나의 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치는, 정전 척 장치의 두께를 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 발열체는 C, W, Si, Al, Y, 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 균열판은 상기 발열체의 두께 방향에 대해 수직 방향과 수평 방향에서 다른 열전도율을 갖는 소재로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 기판으로의 열전달이 보다 부드럽게 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, 상기 유전층 상에 직경 0.5 ~ 5㎜, 높이 5 ~ 50㎛의 볼록부가 유전층의 일방향 면의 면적의 50% 이하가 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 척 장치에서, Si 웨이퍼의 이면에 먼지가 들러 붙을 확률을 낮출 수 있다. 또한, 오목부로 흐르는 가스에서 열전도를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시들의 형태에 한정된 것이 아니며, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절한 변경이 가능하다. 예컨대, 각층의 사이에 접착 또는 접합을 하기 위한 층을 가질 수 있다.
참고로, 일반적으로 웨이퍼 기판은 300℃ 이상(예컨대 500℃)으로 가열하지만, 식각 분위기는 70℃ 이하로 냉각하고 있으므로, 웨이퍼 기판은 가열과 동시에 열손실이 발생할 수 있다. 그 결과, 기존 정전 척 장치의 경우, 가열 불균일이 웨이퍼 기판의 온도 불균일에 크게 반영되는 문제가 있다. 본 실시예의 정전 척 장치는 상기 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 정전 척 장치, 101: 베이스, 102: 단열층, 103: 발열체, 104: 균열판, 105: 절연층, 106: 도전층, 107: 유전층, 108: 치밀막, 111-1 ~ 111-n: 냉각 유로

Claims (20)

  1. 냉매가 유통 가능한 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스;
    상기 베이스 상에 배치된 단열층;
    상기 단열층 상에 배치된 균열판;
    상기 단열층과 상기 균열판 사이에 존재하는 발열체;
    상기 균열판 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 및
    상기 도전층 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 유전층;을 포함하는, 정전 척 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발열체는 Ti, W, Si, Al, Y 및 Mo 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 발열체는 전력을 공급함으로써 300℃ 이상으로 발열하며,
    상기 단열층은 Al, Si 및 Y 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 단열층의 열전도율은 3.0W/mK 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유전층 상에 형성된 치밀막을 더 포함하고,
    상기 베이스는, 상기 절연층, 상기 도전층, 상기 유전층 및 치밀막을 구성하는 소재와의 열팽창율 차이가 1*10－5/℃ 이내이고, 50 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 300 ~ 600㎛이고,
    상기 유전층의 두께는 300 ~ 600㎛이며,
    상기 도전층의 두께가 5 ~ 300㎛인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 1 ~ 2㎜이고,
    상기 유전층의 두께는 300 ~ 700㎛이며,
    상기 도전층의 두께는 5 ~ 300㎛인 세라믹재이며,
    상기 절연층은 상기 베이스에 금속 땜납재로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스는 Al, Si, 및 Ti 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 유전층은 Al, Y, Si, Ti, 및 W 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 절연층 및 상기 유전층은 400℃ 에 있어서 체적 저항값이 1.0*1010Ω·cm 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 도전층은 Ti, W, Si, 및 Al 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 치밀막은 Ti, W, Si, Al, Y 중 어느 하나 이상을 포함하는 정전 척 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층, 상기 도전층, 및 상기 유전층은, 플라즈마 용사법, CVD, 스퍼터법, 이온 플레이팅법으로 형성되거나, 또는 100㎛ 이하의 두께인 포일로 형성된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 발열체는, 직경 500㎛ ~ 10㎜의 와이어를 평균 직경 10㎜ 이하의 코일 형상으로 가공된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 발열체는 두께 100㎛ ~ 5㎜의 포일이고,
    발열체 형상에 레이저, 습식 식각, 및 블래스트 가공 중 어느 하나의 방법으로 가공된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 발열체는 C, W, Si, Al, Y, 및 Mo 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 균열판은, 상기 발열체의 두께 방향에 대해서, 수직 방향과 수평 방향에서 다른 열전도율을 갖는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 유전층 상에 직경 0.5 ~ 5㎜, 및 높이 5 ~ 50㎛의 볼록부가, 유전층의 일방향 면의 면적의 50% 이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  15. 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스;
    상기 베이스 상에 배치되고, 내부에 발열체를 구비한 단열층;
    상기 단열층 상에 배치되고, 상기 단열층으로부터의 열을 상부층으로 균등하게 전달하는 균열판;
    상기 균열판 상에 배치된 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층; 및
    상기 도전층 상에 배치되고, 상기 도전층을 덮는 유전층;을 포함하는, 정전 척 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 발열체는 Ti, W, Si, Al, Y 및 Mo 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 발열체는 전력을 공급함으로써 300℃ 이상으로 발열하며,
    상기 단열층은 Al, Si 및 Y 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 단열층의 열전도율은 3.0W/mK 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 유전층 상에 형성된 치밀막을 더 포함하고,
    상기 베이스는, 상기 절연층, 상기 도전층, 상기 유전층 및 치밀막을 구성하는 소재와의 열팽창율 차이가 1*10－5/℃ 이내이고, 50 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 유전층은 Al, Y, Si, Ti, 및 W 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 절연층 및 상기 유전층은 400℃ 에 있어서 체적 저항값이 1.0*1010Ω·cm 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 발열체는 C, W, Si, Al, Y, 및 Mo 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 균열판은, 상기 발열체의 두께 방향에 대해서, 수직 방향과 수평 방향에서 다른 열전도율을 갖는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  20. 냉매가 유통 가능한 냉각 유로를 내부에 갖는 베이스;
    상기 베이스 상에 배치되고, 내부에 발열체를 구비한 단열층;
    상기 단열층 상에 배치되고, 상기 단열층으로부터의 열을 상부층으로 균등하게 전달하는 균열판;
    상기 균열판 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 절연층의 면적보다 작은 도전층;
    상기 도전층 상에 배치되고, 세라믹을 구비한 유전층; 및
    상기 유전층 상에 배치된 치밀막;을 포함하는, 정전 척 장치.
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