WO2021025287A1 - 정전척 히터 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2021025287A1
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external electrode
heater
electrostatic chuck
electrode
ceramic
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최진영
서준원
이주성
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주식회사 미코세라믹스
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    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck heater and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrostatic chuck heater having a bipolar structure and a method of manufacturing the same.
  • semiconductor devices or display devices are manufactured by sequentially laminating a plurality of thin film layers including a dielectric layer and a metal layer on a glass substrate, a flexible substrate, or a semiconductor wafer substrate, followed by patterning. These thin film layers are sequentially deposited on the substrate through a chemical vapor deposition (CVD) process or a physical vapor deposition (PVD) process. Examples of the CVD process include a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a heater for supporting a glass substrate, a flexible substrate, a semiconductor wafer substrate, and the like and applying predetermined heat is disposed.
  • the heater is used for heating a substrate in an etching process of thin film layers formed on a support substrate and a firing process of a photoresist.
  • ceramic heaters are widely used in accordance with demands for precise temperature control, fine wiring of semiconductor elements, and precise heat treatment of semiconductor wafer substrates.
  • the ceramic heater 1 is a view showing the configuration of a ceramic heater according to the prior art. As shown in Fig. 1, the ceramic heater 1 supports a substrate such as a wafer in a semiconductor manufacturing process, and heats the substrate to a process temperature, for example, a temperature for performing a CVD process or a PVD process. Can be used to
  • the ceramic heater 1 includes a ceramic body 10 having a circular plate-like structure and a ceramic support part 20 mounted under the ceramic body 10.
  • the ceramic body 10 includes a ground electrode 11 for discharging the current charged in the ceramic heater 1 to ground when plasma is generated, and a heating element 13 for generating thermal energy for heating the substrate.
  • the ceramic support part 20 includes a ground rod 21 connecting the ground electrode 11 to the ground and a heating element rod 23 connecting the heating element 13 to an external power source (not shown).
  • a pocket corresponding to a corresponding wafer size may be formed on the ceramic body 10 so that the wafer can be stably mounted.
  • the ceramic heater having such a pocket structure, when the process gas flows in the wafer direction during the semiconductor thin film process, the gas flow through the space 30 formed between the upper surface of the ceramic body 10 and the edge of the wafer. Vortex is generated, which can cause a problem of lowering the deposition uniformity of the wafer edge.
  • Another object is to provide an electrostatic chuck heater with improved reliability and a manufacturing method thereof.
  • Another object is to provide an electrostatic chuck heater having a bipolar structure and a method of manufacturing the same.
  • Another object is to provide an electrostatic chuck heater capable of adaptively selecting functions of an internal electrode and an external electrode according to a semiconductor process mode, and a method of manufacturing the same.
  • a heater body portion having an internal electrode and an external electrode selectively performing any one of an RF grounding function and an electrostatic chucking function according to a semiconductor process mode; And a heater support portion mounted below the heater body portion and supporting the heater body portion.
  • the internal electrode may be embedded in the upper central portion of the heater body.
  • the external electrode may be formed on the same plane as the internal electrode.
  • the external electrode may be disposed to be spaced apart from the internal electrode by a predetermined distance.
  • the external electrode may be disposed to surround the internal electrode.
  • the heater body portion may further include an external electrode connecting member disposed between the electrode layer and the heating element layer to electrically connect the external electrode and the rod installed in the heater support portion.
  • the external electrode connecting member may be spaced apart from the inner electrode and the lower surface of the external electrode by a predetermined distance and disposed in parallel with the corresponding electrodes.
  • both ends of the external electrode connecting member may be formed to be vertically bent toward a lower surface of the external electrode.
  • the internal electrode, the external electrode, and the external electrode connecting member may be formed of any one of a sheet type, a mesh type, and a paste type.
  • the internal electrode, the external electrode, and the external electrode connecting member may be formed of molybdenum (Mo) having excellent electrical conductivity.
  • the electrostatic chuck heater may further include a bipolar function selection unit that is electrically connected to an internal electrode and an external electrode embedded in the heater body and selects functions of the internal electrode and the external electrode.
  • the bipolar function selection unit may include an internal electrode function selection unit for selecting a function of an internal electrode and an external electrode function selection unit for selecting a function of an external electrode.
  • the internal electrode function selection unit includes a first capacitor C1, a first switch S1, and a first DC power supply supplying a positive DC voltage V1
  • the external electrode function selection unit includes a second capacitor ( C2), a second switch (S2), and a second DC power supply supplying a negative DC voltage (V2) may be included.
  • the bipolar function selection unit may select functions of corresponding electrodes such that at least one of an internal electrode and an external electrode performs an RF grounding function in the first semiconductor process mode.
  • the bipolar function selector may select functions of the corresponding electrodes so that both the internal and external electrodes perform an electrostatic chuck function.
  • the step of forming a first ceramic powder layer by filling the first ceramic powder in a molding mold Laminating on the first ceramic powder layer an internal electrode, an external electrode spaced apart by a predetermined distance on the same plane as the internal electrode, and an external electrode connecting member in contact with the external electrode embedded therein; Forming a second ceramic powder layer by filling a second ceramic powder on an upper portion of the ceramic formed body; And sintering the ceramic powder layer structure including the ceramic molded body at a predetermined pressure and temperature to form a heater body.
  • the method of manufacturing the electrostatic chuck heater includes: stacking a heating element on the second ceramic powder layer; And forming a third ceramic powder layer by filling a third ceramic powder on the upper portion of the heating element.
  • the method of manufacturing the ceramic molded body includes forming grooves having a predetermined shape on the top of the ceramic powder layer using a jig; Inserting a first external electrode into the grooves formed on the ceramic powder layer and filling the ceramic powder on the first external electrode; And forming a ceramic plate by compression sintering the ceramic powder layer in which the first external electrode is embedded.
  • the method of manufacturing the ceramic formed body may further include forming an external electrode connecting member between first external electrodes exposed on a lower surface of the ceramic plate using a screen printer.
  • the method of manufacturing the ceramic formed body includes processing both surfaces of the ceramic plate so that the first external electrode is exposed to the outside; Forming a plurality of grooves on the upper surface of the ceramic plate; And inserting an internal electrode and a second external electrode into the plurality of grooves.
  • the second external electrode may be disposed above the first external electrode, and may be combined with the first external electrode to form one external electrode.
  • an internal electrode and an external electrode capable of selectively performing any one of an RF grounding function and an electrostatic chucking function according to a semiconductor process mode
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a ceramic heater according to the prior art
  • FIG. 2 is a perspective view showing the outer shape of the electrostatic chuck heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an electrostatic chuck heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing a configuration of a bipolar function selection unit included in the electrostatic chuck heater of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a view showing a graph of measuring edge temperatures of a ceramic heater according to the prior art and an electrostatic chuck heater according to the present embodiment
  • FIG. 6 is a view showing a result of measuring a temperature change range at an edge of a wafer according to functions and sizes of internal/external electrodes of the electrostatic chuck heater according to the present embodiment
  • FIG. 7 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a heater body constituting the electrostatic chuck heater of FIG. 3;
  • FIG. 8 is a view referred to for explaining a method of manufacturing a heater body constituting the electrostatic chuck heater of FIG. 3;
  • FIG. 9 is a view for explaining a method of manufacturing a ceramic formed body according to an embodiment of the present invention.
  • 10A to 10E are views for explaining a method of manufacturing a ceramic molded body according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another shape of an external electrode connecting member embedded in the ceramic molded body of FIG. 10E.
  • each layer (film), region, pattern, or structure is “on” or “lower” of the substrate, each layer (film), region, pad, or patterns.
  • “on” and “under” means “directly” or “indirectly through another layer” "It includes everything that is formed.
  • the standards for the top/top or bottom/bottom of each layer will be described based on the drawings. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. Also, the size of each component does not fully reflect the actual size.
  • the present invention proposes an electrostatic chuck heater with improved reliability and a manufacturing method thereof.
  • the present invention proposes an electrostatic chuck heater having a bipolar structure and a method of manufacturing the same.
  • the present invention proposes an electrostatic chuck heater capable of adaptively selecting functions of an internal electrode and an external electrode according to a semiconductor process mode, and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the outer shape of an electrostatic chuck heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrostatic chuck heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an electrostatic chuck of FIG. It is a diagram showing the configuration of a bipolar function selection unit included in the heater.
  • the electrostatic chuck heater 100 has a heat treatment function for heating a heat treatment object for various purposes such as a semiconductor wafer, a glass substrate, a flexible substrate, etc. to a constant temperature and the heat treatment. It is a semiconductor device that simultaneously provides an electrostatic chuck function for bringing an object into close contact with the upper surface of the heater 100.
  • the electrostatic chuck heater 100 includes a heater body portion 110 that transfers heat while stably supporting a heat-treated object (not shown), a heater support portion 120 mounted under the heater body portion 110, and the It may include a bipolar function selection unit 130 electrically connected to the heater body unit 110.
  • the bipolar function selection unit 130 may be formed integrally with the electrostatic chuck heater 100 or may be formed independently of the electrostatic chuck heater 100.
  • the heater body 110 may be formed of a plate-shaped structure having a predetermined shape.
  • the heater body portion 110 may be formed as a circular plate-shaped structure, but is not limited thereto.
  • a pocket region (or cavity region 111) having a structure recessed at a predetermined level may be formed on the heater body portion 110 so that a heat treatment object such as a wafer can be stably mounted.
  • the upper surface of the heater body portion 110 corresponding to the pocket area may be formed to have excellent flatness. This is to arrange the heat treatment object installed in the chamber horizontally without inclining in one direction.
  • the heater body 110 is composed of a plurality of ceramic plates (not shown) formed of a ceramic material having excellent thermal conductivity, and may be formed by performing a compression sintering process on the plurality of ceramic plates.
  • the ceramic material is Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 /Y 2 O 3 , ZrO 2 , AlC (autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO 2 , TiO 2 , B x C y , BN, SiO 2 , SiC, YAG, Mullite, AlF 3 may be any one material, more preferably aluminum nitride (AlN).
  • the heater body 110 includes an internal electrode 112, an external electrode 113 surrounding the internal electrode 112, an external electrode connecting member 114 under the electrodes 112 and 113, and connecting the external electrode.
  • the heating element 115 and the first to third rod connecting members 116 to 118 under the member 114 may be included.
  • the internal electrode 112 is disposed in the upper center of the heater body portion 110 and may be formed in a circular plate shape.
  • the internal electrode 112 may be disposed inside the external electrode 113.
  • the internal electrode 112 may be formed in any one of a mesh type, a sheet type, and a paste type, and more preferably may be formed in a mesh type.
  • the internal electrode 112 may be formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), gold (Au), niobium (Nb), titanium (Ti), aluminum nitride (AlN), or an alloy thereof. It may be, and more preferably may be formed of molybdenum (Mo).
  • the thickness of the internal electrode 112 may be 0.1 to 0.5 mm, more preferably 0.2 mm.
  • the diameter of the inner electrode 112 may be 280 to 290 mm, more preferably 285 mm.
  • the internal electrode 112 may selectively perform any one of a radio frequency (RF) grounding function and an electrostatic chuck function.
  • RF grounding function is a function of discharging the electric current charged to the heater body 110 due to the plasma inside the chamber to an external ground during the wafer deposition process
  • electrostatic chuck function is a wafer using an electric field. It is a function of intimately bringing an object such as a heat treatment object into close contact with the upper surface of the heater body 110.
  • the external electrode 113 is disposed on the upper edge of the heater body 110 and may be formed in a circular ring shape.
  • the external electrode 113 may be formed on the same plane as the internal electrode 112.
  • the external electrode 113 may be formed to surround the internal electrode 112 in a state spaced apart from the internal electrode 112 by a predetermined distance.
  • the external electrode 113 may be formed in any one of a mesh type, a sheet type, and a paste type, and more preferably a mesh type.
  • the external electrode 113 may be formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), gold (Au), niobium (Nb), titanium (Ti), aluminum nitride (AlN), or an alloy thereof. It may be, and more preferably may be formed of molybdenum (Mo).
  • the thickness of the external electrode 113 may be 0.1 to 0.5 mm, more preferably 0.2 mm.
  • the inner/outer diameter of the external electrode 113 may be 280/320mm to 300/320mm, more preferably 290/320mm.
  • the external electrode 113 may selectively perform any one of an RF ground function and an electrostatic chuck function.
  • the RF grounding function is a function of discharging the electric current charged to the heater body 110 due to the plasma inside the chamber to the external ground during the wafer deposition process
  • the electrostatic chuck function uses an electric field to control heat treated objects such as wafers. It is a function of intimate contact with the upper surface of the heater body part 110.
  • the external electrode connecting member 114 may be embedded in the heater body portion 110.
  • the external electrode connection member 114 is disposed between the electrode layer and the heating element layer and performs a function of electrically connecting the external electrode 113 and the second rod 122. That is, by the external electrode connecting member 114, the second rod 122 located at the central portion of the heater body portion 110 and the external electrode 113 located at the edge portion of the heater body portion 110 This can be electrically connected. Accordingly, the internal electrode 112, the external electrode 113, and the first to third rods 121 to 123 of the heating element 115 embedded in the heater body part 110 are located at the center of the heater support part 120 Can be located together.
  • the external electrode connecting member 114 may be formed to extend in a horizontal direction between the electrode layer of the heater body 110 and the heating element layer.
  • the external electrode connection member 114 may be spaced apart from the bottom surface of the internal electrode 112 and the external electrode 113 by a predetermined distance and may be disposed in parallel with the corresponding electrodes 112 and 113.
  • the external electrode connecting member 114 may have a narrow and long plate shape. Both ends of the external electrode connection member 114 may be vertically bent upward. This is to make both ends of the external electrode connecting member 114 in contact with the lower surface of the external electrode 113.
  • the external electrode connecting member 114 may be formed of any one of a mesh type, a sheet type, and a paste type, and more preferably may be formed in a sheet type.
  • the external electrode connecting member 114 is made of tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Ag), gold (Au), niobium (Nb), titanium (Ti), aluminum nitride (AlN), or an alloy thereof. It may be formed, more preferably may be formed of molybdenum (Mo).
  • the heating element 115 is disposed in the lower center of the heater body 110 and may be formed in a shape corresponding to the shape of the heat treatment object.
  • the heating element 115 may be disposed under the external electrode connecting member 114 and spaced apart from the internal and external electrodes 112 and 113 by a predetermined distance.
  • the heating element 115 may be embedded in the heater body 110 corresponding to the position of the heat treatment object.
  • the heating element 115 not only can uniformly control the heating temperature according to the position in order to uniformly heat the heat treated object as a whole, but also the heat treatment so that the distance transmitted to the heat treatment object is kept constant at almost all positions. It may be embedded in the heater body 110 parallel to the object.
  • the heating element 115 may be formed in a plate-shaped coil shape or a flat plate shape by a heating line (or resistance line). In addition, the heating element 115 may be formed in a multilayer structure for precise temperature control.
  • the heating element 115 performs a function of heating a heat treated object positioned on the upper surface of the heater body 110 to a constant temperature for smooth deposition and etching processes in a semiconductor manufacturing process.
  • the first rod connecting member 116 is disposed on the lower central surface of the internal electrode 112 and performs a function of electrically connecting the internal electrode 112 and the first rod 121.
  • the second rod connecting member 117 is disposed on the lower central surface of the external electrode connecting member 114 and performs a function of electrically connecting the external electrode 113 and the second rod 122.
  • the third rod connecting member 118 is disposed on the lower central surface of the heating element 115 and performs a function of electrically connecting the heating element 115 and the third rod 123.
  • the heater support part 120 is mounted under the heater body part 110 and serves to support the heater body part 110. Accordingly, the heater support 120 is coupled to the heater body 110 to constitute the electrostatic chuck heater 100 having a T-shape.
  • the heater support 120 may be formed as a cylindrical tube having an empty space therein. This is to install a plurality of rods 121 to 123 connected to the inner electrode 112, the outer electrode 113 and the heating element 115 of the heater body portion 110 through the heater support portion 120.
  • the heater support 120 may be formed of the same ceramic material as the heater body 110.
  • the heater support 120 is Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 /Y 2 O 3 , ZrO 2 , AlC (autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO 2 , TiO 2 , B x C y , BN, SiO 2 , SiC, YAG, Mullite, AlF 3 may be formed of any one of the material, more preferably may be formed of aluminum nitride (AlN) .
  • AlN aluminum nitride
  • the first rod 121 may be installed inside the heater support 120 to connect the first rod connecting member 116 and the bipolar function selection unit 130. Accordingly, the bipolar function selection unit 130 may be electrically connected to the internal electrode 112 through the first rod 121.
  • the second rod 122 may be installed inside the heater support 120 to connect the second rod connecting member 117 and the bipolar function selection unit 130. Accordingly, the bipolar function selection unit 130 may be electrically connected to the external electrode 113 through the second rod 122.
  • the third rod 123 may be installed inside the heater support 120 to connect the third rod connecting member 118 and an external power supply device (not shown). Accordingly, the external power supply device may be electrically connected to the heating element 115 through the third rod 123.
  • the first to third rods 121 to 123 may be formed of a metal material having excellent electrical conductivity.
  • the first to third rods 121 to 123 are copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), tungsten (W), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au) , Niobium (Nb), titanium (Ti), or may be formed of an alloy thereof, more preferably may be formed of nickel (Ni).
  • the bipolar function selection unit 130 is electrically connected to the internal electrode 112 and the external electrode 113 through the first and second rods 121 and 122, and the internal electrode 112 and the The function of the external electrode 113 can be adaptively selected. That is, the bipolar function selection unit 130 includes corresponding electrodes 112 and 113 so that the internal electrode 112 and the external electrode 113 perform any one of an RF grounding function and an electrostatic chucking function according to a semiconductor process mode. You can choose the function of.
  • the bipolar function selection unit 130 includes an internal electrode function selection unit 410 that selects a function of the internal electrode 112 according to a control command of a semiconductor processing system (not shown). It may be composed of an external electrode function selection unit 420 that selects a function of the external electrode 113.
  • the internal electrode function selection unit 410 is electrically connected to the internal electrode 112 through the first rod 121, and includes first capacitors C1 and 411, first switches S1 and 412, and a first DC power supply. (V1, 413) may be included.
  • the first capacitor 411 may be connected in parallel with the first switch 412 and the first DC power 413 based on the first node N1.
  • the first switch 412 and the first DC power supply 413 may be connected in series between the first node and the ground.
  • the first DC power 413 may provide a predetermined amount of DC voltage.
  • the internal electrode 112 of the electrostatic chuck heater 100 is connected to the first capacitor 411. Since the first capacitor 411 operates in a short state in a high frequency (RF) operation mode, the internal electrode 112 is connected to an external ground to perform an RF grounding function.
  • RF radio frequency
  • the internal electrode 112 of the electrostatic chuck heater 100 is connected to the first DC power supply 413. Accordingly, the internal electrode 112 performs an electrostatic chuck function based on the positive DC voltage applied from the first DC power 413.
  • the external electrode function selection unit 420 is electrically connected to the external electrode 113 through the second load 122, and the second capacitors C2 and 421, the second switches S2 and 422, and the second DC power supply (V2, 423) may be included.
  • the second capacitor 421 may be connected in parallel with the second switch 422 and the second DC power 423 based on the second node N2.
  • the second switch 422 and the second DC power supply 423 may be connected in series between the second node and the ground.
  • the second DC power source 423 may provide a predetermined negative DC voltage.
  • the external electrode 113 of the electrostatic chuck heater 100 is connected to the second capacitor 421. Since the second capacitor 421 operates in a short state in a high frequency (RF) operation mode, the external electrode 113 is connected to an external ground to perform an RF grounding function.
  • RF radio frequency
  • the external electrode 113 of the electrostatic chuck heater 100 is connected to the second DC power source 423. Accordingly, the external electrode 113 performs an electrostatic chuck function based on the negative DC voltage applied from the second DC power 423.
  • Electrode function Switch 1 Switch 2 Internal electrode External electrode NO Plasma process On On Electrostatic chuck Electrostatic chuck Plasma process Off Off RF ground RF ground Off On RF ground Electrostatic chuck On Off Electrostatic chuck RF ground
  • the bipolar function selection unit 130 includes the corresponding electrodes so that the internal electrode and the external electrode operate as one of the RF grounding function and the electrostatic chucking function according to the switching mode of the switches 1 and 2. Function can be selected adaptively.
  • the bipolar function selection unit 130 includes corresponding electrodes such that at least one of the internal electrode 112 and the external electrode 113 performs an RF grounding function. (112, 113) can be selected. Meanwhile, in a semiconductor process mode that does not use plasma (the second semiconductor process mode), the bipolar function selection unit 130 applies DC voltages having different polarities to the internal electrode 112 and the external electrode 113 to correspond to The functions of the electrodes 112 and 113 may be selected so that all of the electrodes perform the electrostatic chuck function.
  • a portion having good deposition uniformity eg, a central portion of the wafer
  • a portion having poor quality eg, an edge portion of the wafer
  • a heat treatment object such as a wafer
  • the electrostatic chuck heater includes an internal electrode and an external electrode capable of selectively performing any one of an RF grounding function and an electrostatic chucking function according to a semiconductor process mode. Temperature uniformity and deposition uniformity of a heat treatment object such as a wafer disposed on the upper surface of the body may be improved.
  • FIG. 5 is a diagram showing a graph of measuring edge temperatures of a ceramic heater according to the prior art and an electrostatic chuck heater according to the present embodiment.
  • the temperature at eight (8) points of the edge of the heater was measured and compared using a T/C wafer.
  • the temperature of each heater was set to about 550°C.
  • the ground electrode of the ceramic heater according to the prior art used a MESH TYPE (24MESH) electrode having a diameter of 320 mm.
  • the internal electrode (ie, the ground electrode) of the electrostatic chuck heater according to the present embodiment used a MESH TYPE (24MESH) electrode having a diameter of 285 mm
  • the external electrode ie, the electrostatic chuck electrode
  • the experiment was performed using a ring-shaped MESH TYPE (24MESH) electrode having a diameter of 290/320mm.
  • the temperature range of the ceramic heater according to the prior art was about 7.5°C
  • the temperature range of the electrostatic chuck heater according to the present embodiment was about 2.7°C. That is, it can be seen that the electrostatic chuck heater according to the present embodiment significantly reduces the temperature change range at the edge of the heater by about 36% compared to the ceramic heater according to the prior art. Therefore, the electrostatic chuck heater according to the present embodiment has an effect of greatly improving the temperature uniformity of a heat treated object such as a wafer, compared to a ceramic heater according to the prior art, and thus, the deposition uniformity of the heat treated object is increased. There is an effect of improving.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a result of measuring a temperature change range of an edge of a wafer according to functions and sizes of internal electrodes and external electrodes of the electrostatic chuck heater according to the present embodiment.
  • the internal electrode was set to perform the RF grounding function, and the external electrode was set to selectively perform the electrostatic chuck function and the RF grounding function.
  • the internal electrode was used as a MESH TYPE (24MESH), and the diameter was tested using 275mm, 280mm and 285mm.
  • a ring-shaped MESH TYPE (24MESH) was used, and 280/320mm, 285/320mm, and 290/320mm were used for the inner/outer diameter.
  • the temperature change range of the wafer edge has the smallest width.
  • the temperature change range at the edge of the wafer is smaller when performing the electrostatic chuck function than when the external electrode performs the RF ground function. Accordingly, it can be confirmed that the functions set in the inner and outer electrodes and the diameters of the electrodes are closely related to the wafer deposition uniformity and temperature uniformity, which are the performance of the electrostatic chuck heater.
  • FIG. 7 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a heater body part constituting the electrostatic chuck heater of FIG. 3
  • FIG. 8 is a view referenced for explaining a method of manufacturing a heater body part constituting the electrostatic chuck heater of FIG. 3.
  • a pressing mold 720 for applying pressure to the ceramic powder filled in may be provided (S710).
  • the first ceramic powder layer 810 may be formed by filling the molding mold 710 with the first ceramic powder (S720).
  • the ceramic molded body 820 may be provided in the form of a molded body capable of maintaining a shape by being pressed with a predetermined pressure.
  • a second ceramic powder layer 830 may be formed by filling the second ceramic powder on the top of the ceramic molded body 820 in the molding mold 710 (S740 ).
  • the heating element 840 having a helical or mesh plate-like structure may be processed in advance and laminated on the second ceramic powder layer 830 (S750).
  • a third ceramic powder layer 850 may be formed by filling the upper portion of the heating element 840 in the molding mold 710 (S760 ).
  • the first to third ceramic powders may include aluminum nitride (AlN) powder, and may optionally include about 0.1 to 10%, more preferably about 1 to 5% of aluminum oxide powder. .
  • a pressing mold 720 is used.
  • the ceramic powder layers may be sintered to form the heater body part 800 (S770).
  • the heater body 800 may be compression sintered at a pressure of about 0.01 to 0.3 ton/cm 2 and a temperature of about 1600 to 1950°C.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method of manufacturing a ceramic molded body according to an embodiment of the present invention.
  • a molding mold (not shown) corresponding to the overall shape of the ceramic molded body 900 may be provided.
  • the ceramic powder may be sintered at a predetermined temperature and pressure to form the ceramic plate 910.
  • a first groove in which the first rod connecting member 930 can be embedded, a second groove in which the internal electrode 950 can be embedded, and an external electrode 960 are formed. It is possible to form a third groove that can be buried.
  • the edge portion of the ceramic plate 910 may be processed to form through holes in which the external electrode connecting member 920 may be buried.
  • the external electrode connecting member 920 may be inserted into the ceramic plate 910 having a plurality of grooves processed.
  • the external electrode connecting member 920 may be formed parallel to the ceramic plate 910 by bending both ends in a horizontal direction on the ground so that the external electrode connecting member 920 can be electrically connected to the external electrode 960.
  • the first rod connecting member 930 may be inserted into the first groove formed on the ceramic plate 910.
  • the second rod connecting member 940 may be attached to the lower surface of the external electrode connecting member 920.
  • the internal electrode 950 can be inserted into the second groove formed on the ceramic plate 910, and the external electrode 960 is It can be inserted into a third groove formed on the upper portion of the plate 910. Accordingly, the internal electrode 950 may be electrically connected to the first rod connecting member 930, and the external electrode 960 may be connected to the second rod connecting member 940 through the external electrode connecting member 920. Can be electrically connected.
  • the external electrode connecting member 920, the internal electrode 950, and the external electrode 960 may be formed of any one of a sheet type, a mesh type, and a paste type.
  • the external electrode connecting member 920, the internal electrode 950, and the external electrode 960 may be formed of molybdenum (Mo) having excellent electrical conductivity.
  • the external electrode connecting member 920 may be formed in a thin and long plate shape processed into a'c' shape, and the internal electrode 950 may be formed in a circular plate shape, and the external electrode 960 is It may be formed in a ring shape.
  • 10A to 10E are views for explaining a method of manufacturing a ceramic molded body according to another embodiment of the present invention.
  • a molding mold 1010 corresponding to the overall shape of the ceramic molded body 1000 may be provided.
  • a ceramic powder layer may be formed by filling the molding mold 1010 with the ceramic powder 1020 to a predetermined height.
  • the ceramic powder 1020 may be formed of aluminum nitride (AlN), but is not limited thereto.
  • a jig 1030 for forming a groove having a predetermined shape may be provided on the ceramic powder layer 1020.
  • the jig 1030 may be moved in the direction of the molding mold 1010 to form a first groove 1021 on the ceramic powder layer 1020 filled in the molding mold 1010.
  • a first external electrode 1060a having a rod shape may be inserted into a first groove 1021 formed on the ceramic powder layer 1020.
  • ceramic powder may be additionally filled into the molding mold 1010 so as to sufficiently cover the first external electrode 1060a.
  • the ceramic powder layer filled in the molding mold 1010 may be sintered at a predetermined temperature and pressure to form a ceramic plate 1020. Thereafter, the ceramic plate 1020 may be separated from the forming mold 1010.
  • both surfaces of the ceramic plate 1020 may be processed so that the first external electrode 1060a is exposed to the outside.
  • a fourth groove 1024 in which the second external electrode 1060b may be buried may be formed.
  • the first rod connecting member 1040 may be inserted into the second groove 1022 formed on the ceramic plate 1020.
  • the internal electrode 1050 may be inserted into the third groove 1023 formed on the ceramic plate 1020. Accordingly, the internal electrode 1050 may be electrically connected to the first rod connecting member 1040.
  • the second external electrode 1060b may be inserted into the fourth groove 1024 formed on the ceramic plate 1020.
  • the second external electrode 1060b may be combined with the first external electrode 1060a to form one external electrode 1060. Accordingly, the second external electrode 1060b may be electrically connected to the first external electrode 1060a.
  • the external electrode connecting member 1030 may be attached to the lower surface of the ceramic plate 1020 using a screen printer (not shown). In this case, the external electrode connecting member 1030 may be disposed in a straight line between the first external electrodes 1060a exposed on the lower surface of the ceramic plate 1020. Accordingly, the external electrode connecting member 1030 may be electrically connected to the first external electrode 1060a and the second external electrode 1060b.
  • the external electrode connecting member 1030 attached to the lower surface of the ceramic plate 1020 forms one line, but the present invention is not limited thereto.
  • the external electrode connecting member 1030 attached to the lower surface of the ceramic plate 1020 may be formed in two or four lines.
  • the external electrode connecting member 1030 may be formed in various designs.
  • the second rod connecting member 1070 may be attached to a central point of the lower surface of the external electrode connecting member 1030. Accordingly, the second rod connecting member 1070 may be electrically connected to the first and second external electrodes 1060a and 1060b through the external electrode connecting member 1030.
  • the external electrode connecting member 1030, the internal electrode 1050, and the external electrode 1060 may be formed of any one of a sheet type, a mesh type, and a paste type.
  • the external electrode connecting member 1030, the internal electrode 1050, and the external electrode 1060 may be formed of molybdenum (Mo) having excellent electrical conductivity.
  • the external electrode connecting member 1030 may be formed in a straight long strip shape
  • the internal electrode 1050 may be formed in a circular plate shape
  • the external electrode 1060 may be formed in a ring shape. Can be formed.

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Abstract

본 발명은 바이폴라 구조를 갖는 정전척 히터에 관한 것으로, 반도체 공정 모드에 따라 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는 내부 전극 및 외부 전극을 구비하는 히터 몸체부; 및 상기 히터 몸체부의 하부에 장착되어, 상기 히터 몸체부를 지지하는 히터 지지부를 포함한다.

Description

정전척 히터 및 그 제조방법
본 발명은 정전척 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 바이폴라(bipolar) 구조를 갖는 정전척 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 또는 디스플레이 장치는 유전체층 및 금속층을 포함하는 다수의 박막층들을 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 웨이퍼 기판 상에 순차적으로 적층한 후 패터닝하는 방식으로 제조된다. 이들 박막층들은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정 또는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 공정을 통해 기판 상에 순차적으로 증착된다. 상기 CVD 공정으로는 저 압력 화학기상증착(Low Pressure CVD, LPCVD) 공정, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced CVD, PECVD) 공정, 유기 금속 화학기상증착(Metal Organic CVD, MOCVD) 공정 등이 있다.
이러한 CVD 장치 및 PVD 장치에는 유리 기판, 플렉시블 기판, 반도체 웨이퍼 기판 등을 지지하고 소정의 열을 인가하기 위한 히터가 배치된다. 상기 히터는 지지기판 상에 형성된 박막층들의 식각 공정(etching process)과 포토리지스트(photoresist)의 소성 공정 등에도 기판 가열을 위해 사용되고 있다. 상기 CVD 장치 및 PVD 장치에 설치되는 히터는 정확한 온도 제어, 반도체 소자의 배선 미세화 및 반도체 웨이퍼 기판의 정밀한 열처리 요구에 따라 세라믹 히터(Ceramic Heater)가 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 세라믹 히터의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세라믹 히터(1)는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼(wafer) 등과 같은 기판을 지지하고, 상기 기판을 공정 온도, 예를 들면 CVD 공정 또는 PVD 공정의 수행을 위한 온도로 가열하기 위해 사용될 수 있다.
세라믹 히터(1)는 원형의 판상 구조를 갖는 세라믹 본체(10)와 상기 세라믹 본체(10)의 하부에 장착되는 세라믹 지지부(20)로 구성된다. 여기서, 상기 세라믹 본체(10)는 플라즈마 생성 시 세라믹 히터(1)에 충전된 전류를 접지(ground)로 방전시키는 접지 전극(11)과 기판을 가열하기 위한 열 에너지를 생성하는 발열체(13)를 포함한다. 상기 세라믹 지지부(20)는 접지 전극(11)을 그라운드에 연결하는 접지 로드(21)와 발열체(13)를 외부 전원(미도시)에 연결하는 발열체 로드(23)를 포함한다.
세라믹 본체(10)의 상부에는 웨이퍼가 안정적으로 실장될 수 있도록 해당 웨이퍼 사이즈에 해당하는 포켓(POCKET)이 형성될 수 있다. 그런데, 이러한 포켓 구조를 갖는 세라믹 히터는, 반도체 박막 공정 시 웨이퍼 방향으로 공정 가스가 흐르는 경우, 세라믹 본체(10)의 상면과 웨이퍼 가장자리 사이에 형성된 공간(30)을 통해 가스 흐름(GAS FLOW)의 와류를 발생시켜 웨이퍼 가장자리의 침착 균일성(Deposition Uniformity)을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 신뢰성이 향상된 정전척 히터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 바이폴라(bipolar) 구조를 갖는 정전척 히터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 반도체 공정 모드에 따라 내부 전극 및 외부 전극의 기능을 적응적으로 선택할 수 있는 정전척 히터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 공정 모드에 따라 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는 내부 전극 및 외부 전극을 구비하는 히터 몸체부; 및 상기 히터 몸체부의 하부에 장착되어, 상기 히터 몸체부를 지지하는 히터 지지부를 포함하는 정전척 히터를 제공한다. 여기서, 상기 내부 전극은 히터 몸체부의 상부 중앙 부분에 매립될 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 외부 전극은 내부 전극과 동일 평면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 외부 전극은 내부 전극으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 외부 전극은 내부 전극을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 히터 몸체부는 전극층과 발열체층 사이에 배치되어, 외부전극과 히터 지지부에 설치된 로드(ROD) 간을 전기적으로 연결하는 외부전극 연결부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 외부전극 연결부재는 내부 전극 및 외부 전극의 하면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 해당 전극들과 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 외부전극 연결부재의 양단은 외부 전극의 하면 방향으로 수직하게 절곡되어 형성될 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 내부 전극, 외부 전극 및 외부전극 연결부재는 시트 타입(SHEET TYPE), 메쉬 타입(MESH TYPE) 및 페이스트 타입(PASTE TYPE) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 전극, 외부 전극 및 외부전극 연결부재는 전기 전도성이 우수한 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 정전척 히터는 히터 몸체부에 매립된 내부 전극 및 외부 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 내부 전극 및 외부 전극의 기능을 선택하는 바이폴라 기능 선택부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 바이폴라 기능 선택부는 내부 전극의 기능을 선택하는 내부전극 기능 선택부와 외부 전극의 기능을 선택하는 외부전극 기능 선택부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 내부전극 기능 선택부는 제1 커패시터(C1), 제1 스위치(S1) 및 양의 DC 전압(V1)을 공급하는 제1 DC 전원부를 포함하고, 상기 외부전극 기능 선택부는 제2 커패시터(C2), 제2 스위치(S2) 및 음의 DC 전압(V2)을 공급하는 제2 DC 전원부를 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 바이폴라 기능 선택부는, 제1 반도체 공정 모드 시, 내부 전극 및 외부 전극 중 적어도 하나가 RF 접지 기능을 수행하도록 해당 전극들의 기능을 선택할 수 있다. 또한, 상기 바이폴라 기능 선택부는, 제2 반도체 공정 모드 시, 내부 전극 및 외부 전극 모두가 정전척 기능을 수행하도록 해당 전극들의 기능을 선택할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 세라믹 분말을 성형 몰드에 충전하여 제1 세라믹 분말층을 형성하는 단계; 내부 전극, 상기 내부 전극과 동일 평면 상에서 일정 거리만큼 이격된 외부 전극 및 상기 외부 전극과 접촉되는 외부전극 연결부재가 매설된 세라믹 성형체를 상기 제1 세라믹 분말층 상에 적층하는 단계; 제2 세라믹 분말을 상기 세라믹 성형체의 상부에 충진하여 제2 세라믹 분말층을 형성하는 단계; 및 상기 세라믹 성형체를 포함하는 세라믹 분말층 구조물을 미리 결정된 압력 및 온도로 소결하여 히터 몸체부를 성형하는 단계를 포함하는 정전척 히터 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 정전척 히터 제조방법은 제2 세라믹 분말층의 상부에 발열체를 적층하는 단계; 및 상기 발열체의 상부에 제3 세라믹 분말을 충진하여 제3 세라믹 분말층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은 지그(jig)를 이용하여 세라믹 분말층의 상부에 미리 결정된 형상의 홈들을 형성하는 단계; 상기 세라믹 분말층의 상부에 형성된 홈들에 제1 외부 전극을 삽입하고, 상기 제1 외부 전극의 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계; 및 상기 제1 외부 전극이 매립된 세라믹 분말층을 압축 소결하여 세라믹 플레이트를 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은 스크린 프린터를 이용하여 세라믹 플레이트의 하부면에 노출된 제1 외부 전극들 사이에 외부전극 연결부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은 제1 외부 전극이 외부로 노출되도록, 세라믹 플레이트의 양면을 가공하는 단계; 상기 세라믹 플레이트의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 홈들에 내부 전극 및 제2 외부 전극을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 외부 전극은 제1 외부 전극의 상부에 배치되며, 상기 제1 외부 전극과 결합되어 하나의 외부 전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 반도체 공정 모드에 따라 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나를 선택적으로 수행할 수 있는 내부 전극 및 외부 전극을 구비함으로써, 히터 몸체부의 상부면에 배치된 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체의 온도 균일성(Temperature Uniformity) 및 침착 균일성(Deposition Uniformity)을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 히터 몸체부의 제조 공정 시, 외부전극 연결부재를 세라믹 플레이트의 관통 홀에 삽입할 필요가 없고, 상기 외부전극 연결부재의 양단을 지면에 수평한 방향으로 절곡할 필요도 없기 때문에, 정전척 히터의 제품 신뢰성 및 작업 편의성이 향상될 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 정전척 히터 및 그 제조방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 세라믹 히터의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터의 외형을 나타내는 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터의 구성을 나타내는 단면도;
도 4는 도 3의 정전척 히터에 포함된 바이폴라 기능 선택부의 구성을 나타내는 도면;
도 5는 종래 기술에 따른 세라믹 히터와 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 가장자리 온도를 측정한 그래프를 나타내는 도면;
도 6은 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 내부/외부 전극의 기능 및 크기에 따라 웨이퍼 가장자리의 온도 변화 범위를 측정한 결과를 나타내는 도면;
도 7은 도 3의 정전척 히터를 구성하는 히터 몸체부의 제조방법을 설명하는 순서도;
도 8은 도 3의 정전척 히터를 구성하는 히터 몸체부의 제조방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하는 도면;
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하는 도면;
도 11은 도 10e의 세라믹 성형체에 매립된 외부전극 연결부재의 다른 형상을 예시하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하, 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 신뢰성이 향상된 정전척 히터 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 바이폴라(bipolar) 구조를 갖는 정전척 히터 및 그 제조방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 반도체 공정 모드에 따라 내부 전극 및 외부 전극의 기능을 적응적으로 선택할 수 있는 정전척 히터 및 그 제조방법을 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터의 외형을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 정전척 히터에 포함된 바이폴라 기능 선택부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터(100)는 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등과 같은 다양한 목적의 열처리 대상체를 일정한 온도로 가열하는 열처리 기능과 상기 열처리 대상체를 해당 히터(100)의 상부면에 밀착시키는 정전척 기능을 동시에 제공하는 반도체 장치이다.
정전척 히터(100)는 열처리 대상체(미도시)를 안정적으로 지지하면서 열을 전달하는 히터 몸체부(110)와, 상기 히터 몸체부(110)의 하부에 장착되는 히터 지지부(120)와, 상기 히터 몸체부(110)와 전기적으로 연결되는 바이폴라 기능 선택부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 바이폴라 기능 선택부(130)는 정전척 히터(100)와 일체로 형성되거나 혹은 상기 정전척 히터(100)와 독립되어 형성될 수 있다.
히터 몸체부(110)는 미리 결정된 형상을 갖는 판상 구조물로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 히터 몸체부(110)는 원형의 판상 구조물로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
히터 몸체부(110)의 상부에는 웨이퍼와 같은 열처리 대상체가 안정적으로 실장될 수 있도록 소정의 단차로 함몰된 구조를 갖는 포켓 영역(또는 캐비티 영역, 111)이 형성될 수 있다. 상기 포켓 영역에 해당하는 히터 몸체부(110)의 상면은 우수한 평탄도를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 챔버 내에 설치된 열처리 대상체가 한쪽 방향으로 기울지 않고 수평하게 배치하기 위함이다.
히터 몸체부(110)는 열 전도성이 우수한 세라믹 재질로 형성된 복수의 세라믹 판들(미도시)로 구성되며, 상기 복수의 세라믹 판들에 대해 압축 소결 공정을 수행하여 성형될 수 있다. 여기서, 상기 세라믹 재질은 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 중 어느 하나의 물질일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다.
히터 몸체부(110)는 내부 전극(112), 상기 내부 전극(112)을 둘러싸는 외부 전극(113), 상기 전극들(112, 113) 아래의 외부전극 연결부재(114), 상기 외부전극 연결부재(114) 아래의 발열체(115) 및 제1 내지 제3 로드 연결부재(116~118)를 포함할 수 있다.
내부 전극(112)은 히터 몸체부(110)의 상부 중앙에 배치되며, 원형의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 내부 전극(112)은 외부 전극(113)의 내측에 배치될 수 있다.
내부 전극(112)은 메쉬 타입(mesh type), 시트 타입(sheet type) 및 페이스트 타입(paste type) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 메쉬 타입으로 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(112)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 질화 알루미늄(AlN) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
내부 전극(112)의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎜일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 0.2㎜일 수 있다. 또한, 내부 전극(112)의 지름은 280 내지 290㎜일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 285㎜일 수 있다.
이러한 내부 전극(112)은 RF(Radio Frequency) 접지 기능 및 정전척(Electrostatic Chuck) 기능 중 어느 하나의 기능을 선택적으로 수행할 수 있다. 여기서, RF 접지 기능은, 웨이퍼 침착 공정 시, 챔버 내부의 플라즈마로 인해 히터 몸체부(110)에 대전된 전류를 외부 접지로 방전시키는 기능이고, 정전척 기능은 전기장(electric field)을 이용하여 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체를 히터 몸체부(110)의 상면에 밀착시키는 기능이다.
외부 전극(113)은 히터 몸체부(110)의 상부 가장자리에 배치되며, 원형의 고리(ring) 형상으로 형성될 수 있다. 상기 외부 전극(113)은 내부 전극(112)과 동일 평면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 외부 전극(113)은 내부 전극(112)과 일정 거리만큼 이격된 상태에서 상기 내부 전극(112)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
외부 전극(113)은 메쉬 타입(mesh type), 시트 타입(sheet type) 및 페이스트 타입(paste type) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 메쉬 타입으로 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(113)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 질화 알루미늄(AlN) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
외부 전극(113)의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎜일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 0.2㎜일 수 있다. 또한, 외부 전극(113)의 안쪽 지름/바깥쪽 지름은 280/320㎜ 내지 300/320㎜일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 290/320㎜일 수 있다.
이러한 외부 전극(113)은 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나의 기능을 선택적으로 수행할 수 있다. 마찬가지로, RF 접지 기능은 웨이퍼 침착 공정 시, 챔버 내부의 플라즈마로 인해 히터 몸체부(110)에 대전된 전류를 외부 접지로 방전시키는 기능이고, 정전척 기능은 전기장을 이용하여 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체를 히터 몸체부(110)의 상면에 밀착시키는 기능이다.
한편, 외부 전극(113)의 경우, 내부 전극(112)과 동일 평면 상에서 내부 전극(112)과 일정 거리만큼 이격되어 형성되기 때문에, 히터 몸체부(110)의 중앙 부분에 형성되어 있는 제2 로드(ROD, 122)와 직접 연결되기 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 외부전극 연결부재(114)가 히터 몸체부(110)에 매립될 수 있다.
외부전극 연결부재(114)는, 전극층과 발열체층 사이에 배치되어, 외부 전극(113)과 제2 로드(122) 간을 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 외부전극 연결부재(114)에 의해, 히터 몸체부(110)의 중앙 부분에 위치하는 제2 로드(122)와 상기 히터 몸체부(110)의 가장자리 부분에 위치하는 외부 전극(113)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 히터 몸체부(110)에 매립된 내부 전극(112), 외부 전극(113) 및 발열체(115)의 제1 내지 제3 로드들(121~123)이 히터 지지부(120)의 가운데 부분에 함께 위치할 수 있다.
외부전극 연결부재(114)는 히터 몸체부(110)의 전극층과 발열체층 사이에서 수평 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(114)는 내부 전극(112) 및 외부 전극(113)의 하면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 해당 전극들(112, 113)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 외부전극 연결부재(114)는 폭이 좁고 긴 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 상기 외부전극 연결부재(114)의 양 단은 상부 방향으로 수직하게 절곡되어 형성될 수 있다. 이는 외부전극 연결부재(114)의 양 단이 외부 전극(113)의 하면과 접촉하기 위함이다.
외부전극 연결부재(114)는 메쉬 타입(mesh type), 시트 타입(sheet type) 및 페이스트 타입(paste type) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 시트 타입으로 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(114)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 질화 알루미늄(AlN) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
발열체(115)는 히터 몸체부(110)의 하부 중앙에 배치되며, 열처리 대상체의 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 발열체(115)는 외부전극 연결부재(114) 아래에 내부 및 외부 전극(112, 113)으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
발열체(115)는 열처리 대상체의 위치에 대응하는 히터 몸체부(110)에 매립될 수 있다. 또한, 발열체(115)는 열처리 대상체를 전체적으로 균일하게 가열하기 위해서 위치에 따라 가열 온도를 균일하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 열처리 대상체로 열이 전달되는 거리가 거의 모든 위치에서 일정하게 유지되도록 상기 열처리 대상체와 평행하게 히터 몸체부(110)에 매립될 수 있다.
발열체(115)는 발열선(또는 저항선)에 의한 판상 코일 형태 또는 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 또한, 발열체(115)는 정밀한 온도 제어를 위해 다층 구조로 형성될 수 있다.
발열체(115)는 반도체 제조 공정에서 원활한 증착 공정 및 식각 공정의 수행을 위해 히터 몸체부(110)의 상부면에 위치하는 열처리 대상체를 일정한 온도로 가열하는 기능을 수행한다.
제1 로드 연결부재(116)는 내부 전극(112)의 중앙 하부면에 배치되어, 상기 내부 전극(112)과 제1 로드(121)를 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다. 제2 로드 연결부재(117)는 외부전극 연결부재(114)의 중앙 하부면에 배치되어, 외부 전극(113)과 제2 로드(122)를 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다. 제3 로드 연결부재(118)는 발열체(115)의 중앙 하부면에 배치되어, 상기 발열체(115)와 제3 로드(123)를 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다.
히터 지지부(120)는 히터 몸체부(110)의 하부에 장착되어, 상기 히터 몸체부(110)를 지지하는 역할을 수행한다. 이에 따라, 상기 히터 지지부(120)는 히터 몸체부(110)와 결합되어 T자 형상을 갖는 정전척 히터(100)를 구성하게 된다.
히터 지지부(120)는 내부에 빈 공간을 갖는 원통 형상의 관(tube)으로 형성될 수 있다. 이는 히터 지지부(120)를 통해 히터 몸체부(110)의 내부 전극(112), 외부 전극(113) 및 발열체(115)에 연결되는 복수의 로드들(121~123)을 설치하기 위함이다.
히터 지지부(120)는 히터 몸체부(110)와 동일한 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 히터 지지부(120)는 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다.
제1 로드(121)는 히터 지지부(120)의 내부에 설치되어, 제1 로드 연결부재(116)와 바이폴라 기능 선택부(130) 사이를 연결할 수 있다. 이에 따라, 바이폴라 기능 선택부(130)는 제1 로드(121)를 통해 내부 전극(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 로드(122)는 히터 지지부(120)의 내부에 설치되어, 제2 로드 연결부재(117)와 바이폴라 기능 선택부(130) 사이를 연결할 수 있다. 이에 따라, 바이폴라 기능 선택부(130)는 제2 로드(122)를 통해 외부 전극(113)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 로드(123)는 히터 지지부(120)의 내부에 설치되어, 제3 로드 연결부재(118)와 외부 전원 장치(미도시) 사이를 연결할 수 있다. 이에 따라, 외부 전원 장치는 제3 로드(123)를 통해 발열체(115)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 로드(121~123)는 전기 전도성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 내지 제3 로드(121~123)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 철(Fe), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 니켈(Ni)로 형성될 수 있다.
바이폴라 기능 선택부(130)는 제1 및 제2 로드(121, 122)를 통해 내부 전극(112) 및 외부 전극(113)과 전기적으로 연결되어, 반도체 공정 모드에 따라 상기 내부 전극(112) 및 외부 전극(113)의 기능을 적응적으로 선택할 수 있다. 즉, 바이폴라 기능 선택부(130)는 반도체 공정 모드에 따라 내부 전극(112) 및 외부 전극(113)이 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나의 기능을 수행하도록 해당 전극들(112, 113)의 기능을 선택할 수 있다.
일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 바이폴라 기능 선택부(130)는 반도체 공정 시스템(미도시)의 제어 명령에 따라 내부 전극(112)의 기능을 선택하는 내부전극 기능 선택부(410)와 외부 전극(113)의 기능을 선택하는 외부전극 기능 선택부(420)로 구성될 수 있다.
내부전극 기능 선택부(410)는 제1 로드(121)를 통해 내부 전극(112)과 전기적으로 연결되며, 제1 커패시터(C1, 411), 제1 스위치(S1, 412) 및 제1 DC 전원(V1, 413)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커패시터(411)는 제1 노드(N1)를 기준으로 제1 스위치(412) 및 제1 DC 전원(413)과 병렬로 연결될 수 있다. 제1 스위치(412) 및 제1 DC 전원(413)은 제1 노드와 접지 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 제1 DC 전원(413)은 미리 결정된 양의 DC 전압을 제공할 수 있다.
반도체 공정 시스템의 제어 신호에 따라 제1 스위치(412)가 턴 오프 상태로 동작하게 되면, 정전척 히터(100)의 내부 전극(112)은 제1 커패시터(411)와 연결된다. 고주파(RF) 동작 모드에서 제1 커패시터(411)가 쇼트(short) 상태로 동작하기 때문에, 내부 전극(112)은 외부 접지와 연결되어 RF 접지 기능을 수행하게 된다.
한편, 반도체 공정 시스템의 제어 신호에 따라 제1 스위치(412)가 턴 온 상태로 동작하게 되면, 정전척 히터(100)의 내부 전극(112)은 제1 DC 전원(413)과 연결된다. 이에 따라, 내부 전극(112)은 제1 DC 전원(413)으로부터 인가받은 양의 DC 전압을 기반으로 정전척 기능을 수행하게 된다.
외부전극 기능 선택부(420)는 제2 로드(122)를 통해 외부 전극(113)과 전기적으로 연결되며, 제2 커패시터(C2, 421), 제2 스위치(S2, 422) 및 제2 DC 전원(V2, 423)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커패시터(421)는 제2 노드(N2)를 기준으로 제2 스위치(422) 및 제2 DC 전원(423)과 병렬로 연결될 수 있다. 제2 스위치(422) 및 제2 DC 전원(423)은 제2 노드와 접지 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 제2 DC 전원(423)은 미리 결정된 음의 DC 전압을 제공할 수 있다.
반도체 공정 시스템의 제어 신호에 따라 제2 스위치(422)가 턴 오프 상태로 동작하게 되면, 정전척 히터(100)의 외부 전극(113)은 제2 커패시터(421)와 연결된다. 고주파(RF) 동작 모드에서 제2 커패시터(421)가 쇼트(short) 상태로 동작하기 때문에, 외부 전극(113)은 외부 접지와 연결되어 RF 접지 기능을 수행하게 된다.
한편, 반도체 공정 시스템의 제어 신호에 따라 제2 스위치(422)가 턴 온 상태로 동작하게 되면, 정전척 히터(100)의 외부 전극(113)은 제2 DC 전원(423)과 연결된다. 이에 따라, 외부 전극(113)은 제2 DC 전원(423)으로부터 인가받은 음의 DC 전압을 기반으로 정전척 기능을 수행하게 된다.
반도체 공정 모드 스위칭 모드 전극 기능
스위치 1 스위치 2 내부 전극 외부 전극
NO Plasma 공정 On On 정전척 정전척
Plasma 공정 Off Off RF 접지 RF 접지
Off On RF 접지 정전척
On Off 정전척 RF 접지
위 표 1에 도시된 바와 같이, 바이폴라 기능 선택부(130)는 스위치 1 및 2의 스위칭 모드에 따라 내부 전극 및 외부 전극이 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나의 기능으로 동작하도록 해당 전극들의 기능을 적응적으로 선택할 수 있다.
가령, 플라즈마를 사용하는 반도체 공정 모드(제1 반도체 공정 모드)에서, 바이폴라 기능 선택부(130)는 내부 전극(112) 및 외부 전극(113) 중 적어도 하나가 RF 접지 기능을 수행하도록 해당 전극들(112, 113)의 기능을 선택할 수 있다. 한편, 플라즈마를 사용하지 않는 반도체 공정 모드(제2 반도체 공정 모드)에서, 바이폴라 기능 선택부(130)는 서로 다른 극성을 갖는 DC 전압을 내부 전극(112) 및 외부 전극(113)으로 인가하여 해당 전극들 모두가 정전척 기능을 수행하도록 해당 전극들(112, 113)의 기능을 선택할 수 있다.
본 실시 예에 따른 정전척 히터(100)에 의하면, 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체에서 침착 균일성(Deposition Uniformity)이 양호한 부분(가령, 웨이퍼의 중앙 부분)과 양호하지 않은 부분(가령, 웨이퍼의 가장자리 부분)으로 나누어, 상기 침착 균일성이 양호한 부분에 RF 접지 기능을 갖는 전극이 형성되도록 하고, 상기 침착 균일성이 양호하지 않은 부분에 정전척 기능을 갖는 전극이 형성되도록 하여, 웨이퍼 등과 같은 대전된 열처리 대상체가 히터 몸체부의 상부면에 고정될 수 있도록 하는 효과가 있다. 그 결과, 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체와 히터 몸체부 간의 접촉면이 증가하면서 열 전도도가 향상되고, 그에 따라 해당 열처리 대상체의 온도 균일성(Temperature Uniformity) 및 침착 균일성이 향상되는 효과가 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터는 반도체 공정 모드에 따라 RF 접지 기능 및 정전척 기능 중 어느 하나를 선택적으로 수행할 수 있는 내부 전극 및 외부 전극을 구비함으로써, 히터 몸체부의 상부면에 배치된 웨이퍼 등과 같은 열처리 대상체의 온도 균일성 및 침착 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 세라믹 히터와 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 가장자리 온도를 측정한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 효과를 실험하기 위하여, T/C 웨이퍼를 사용하여 히터의 가장자리 중 여덟(8) 지점의 온도를 측정하여 비교하였다. 각 히터의 온도는 약 550℃로 설정하였다. 종래 기술에 따른 세라믹 히터의 접지 전극은 지름이 320mm인 MESH TYPE(24MESH)의 전극을 사용하였다. 그리고, 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 내부 전극(즉, 접지 전극)은 지름이 285mm인 MESH TYPE(24MESH)의 전극을 사용하였고, 외부 전극(즉, 정전척 전극)은 안쪽 지름/바깥쪽 지름이 290/320mm인 링 형상의 MESH TYPE(24MESH) 전극을 사용하여 실험하였다.
상기 실험 결과, 종래 기술에 따른 세라믹 히터의 온도 범위는 약 7.5℃였으며, 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 온도 범위는 약 2.7℃였다. 즉, 본 실시 예에 따른 정전척 히터는 종래 기술에 따른 세라믹 히터보다 히터 가장자리의 온도 변화 범위가 대략 36% 정도로 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 정전척 히터는 종래 기술에 따른 세라믹 히터에 비하여 웨이퍼(WAFER) 등과 같은 열처리 대상체의 온도 균일성을 크게 향상시키는 효과가 있고, 그에 따라 해당 열처리 대상체의 침착 균일성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 6은 본 실시 예에 따른 정전척 히터의 내부 전극 및 외부 전극의 기능 및 크기에 따라 웨이퍼 가장자리의 온도 변화 범위를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실험에서 내부 전극은 RF 접지 기능을 수행하고, 외부 전극은 정전척 기능 및 RF 접지 기능을 선택적으로 수행하도록 설정하였다. 그리고, 내부 전극은 MESH TYPE(24MESH)을 사용하였고, 지름은 275mm, 280mm 및 285mm를 사용하여 실험하였다. 외부 전극은 링 형상의 MESH TYPE(24MESH)를 사용하였고, 안쪽 지름/바깥쪽 지름은 280/320mm, 285/320mm 및 290/320mm을 사용하였다.
상기 실험 결과, 내부 전극의 지름이 285mm이고, 외부 전극의 안쪽 지름/바깥쪽 지름이 290/320mm일 때, 웨이퍼 가장자리의 온도 변화 범위가 가장 작은 폭을 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 외부 전극이 RF 접지 기능을 수행할 때보다 정전척 기능을 수행할 때 웨이퍼 가장자리의 온도 변화 범위가 작은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 내부 및 외부 전극에 설정된 기능과 해당 전극들의 지름이 정전척 히터의 성능인 웨이퍼 침착 균일성(Deposition Uniformity) 및 온도 균일성(Temperature Uniformity)과 밀접한 관련이 있는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 도 3의 정전척 히터를 구성하는 히터 몸체부의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 8은 도 3의 정전척 히터를 구성하는 히터 몸체부의 제조방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척 히터(100)를 구성하는 히터 몸체부의 전체적인 형상에 대응하는 성형 몰드(또는 수납 몰드, 710)와 상기 성형 몰드(710)에 충진된 세라믹 분말에 압력을 인가하는 가압 몰드(720)를 마련할 수 있다(S710).
제1 세라믹 분말을 성형 몰드(710)에 충진하여 제1 세라믹 분말층(810)을 형성할 수 있다(S720). 내부 전극(미도시), 외부 전극(미도시) 및 외부전극 연결부재(미도시) 등이 매설된 세라믹 성형체(820)를 미리 가공하여 성형 몰드(710) 내 제1 세라믹 분말층(810)의 상부에 적층할 수 있다(S730). 이때, 상기 세라믹 성형체(820)는 소정의 압력으로 가압되어 형상을 유지할 수 있는 성형체 형태로 제공될 수 있다.
이후, 제2 세라믹 분말을 성형 몰드(710) 내 세라믹 성형체(820)의 상부에 충진하여 제2 세라믹 분말층(830)을 형성할 수 있다(S740). 그리고, 나선 형태 또는 메쉬 형태의 판상 구조를 갖는 발열체(840)를 미리 가공하여 제2 세라믹 분말층(830)의 상부에 적층할 수 있다(S750).
그 다음, 제3 세라믹 분말을 성형 몰드(710) 내 발열체(840)의 상부에 충진하여 제3 세라믹 분말층(850)을 형성할 수 있다(S760). 상기 제1 내지 제3 세라믹 분말은 질화 알루미늄(AlN) 분말을 포함할 수 있으며, 선택적으로 약 0.1 내지 10% 정도, 좀 더 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 알루미늄 분말을 포함할 수 있다.
제1 세라믹 분말층(810), 세라믹 성형체(820), 제2 세라믹 분말층(830), 발열체(840) 및 제3 세라믹 분말층(850)을 순차적으로 적층한 후 가압 몰드(720)를 이용하여 소정 압력으로 가압함과 동시에 높은 온도의 열을 제공함으로써, 상기 세라믹 분말층들을 소결하여 히터 몸체부(800)를 성형할 수 있다(S770). 일 예로, 상기 히터 몸체부(800)는 약 0.01 내지 0.3 ton/㎠ 정도의 압력과 약 1600 내지 1950℃정도의 온도에서 압축 소결될 수 있다.
이하에서는, 상술한 히터 몸체부(800)를 구성하는 요소들 중에서 RF 접지 기능 및 정전척 기능을 선택적으로 수행할 수 있는 세라믹 성형체(820)의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 세라믹 성형체(900)의 전체적인 형상에 대응하는 성형 몰드(미도시)를 마련할 수 있다. 상기 성형 몰드(미도시)에 세라믹 분말을 충진한 후, 상기 세라믹 분말을 미리 결정된 온도 및 압력으로 소결하여 세라믹 플레이트(910)를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 세라믹 플레이트(910)의 상부를 가공하여 제1 로드 연결부재(930)가 매설될 수 있는 제1 홈, 내부 전극(950)이 매설될 수 있는 제2 홈, 외부 전극(960)이 매설될 수 있는 제3 홈을 형성할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 플레이트(910)의 가장자리 부분을 가공하여 외부전극 연결부재(920)가 매설될 수 있는 관통 홀들을 형성할 수 있다.
이후, 다수의 홈이 가공된 세라믹 플레이트(910)에 외부전극 연결부재(920)를 삽입할 수 있다. 이때, 상기 외부전극 연결부재(920)는 외부 전극(960)과 전기적으로 연결될 수 있도록, 양단이 지면에 수평한 방향으로 절곡되어 세라믹 플레이트(910)와 나란하게 형성될 수 있다.
외부전극 연결부재(920)의 설치가 완료되면, 제1 로드 연결부재(930)를 세라믹 플레이트(910)의 상부에 형성된 제1 홈에 삽입할 수 있다. 그리고, 제2 로드 연결부재(940)를 외부전극 연결부재(920)의 하부면에 부착할 수 있다.
제1 및 제2 로드 연결부재(930, 940)의 설치가 완료되면, 내부 전극(950)을 세라믹 플레이트(910)의 상부에 형성된 제2 홈에 삽입할 수 있고, 외부 전극(960)을 세라믹 플레이트(910)의 상부에 형성된 제3 홈에 삽입할 수 있다. 이에 따라, 상기 내부 전극(950)은 제1 로드 연결부재(930)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 외부 전극(960)은 외부전극 연결부재(920)를 통해 제2 로드 연결부재(940)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 외부전극 연결부재(920), 내부 전극(950) 및 외부 전극(960)은 시트 타입(SHEET TYPE), 메쉬 타입(MESH TYPE) 및 페이스트 타입(paste type) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(920), 내부 전극(950) 및 외부 전극(960)은 전기 전도성이 우수한 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(920)는 'ㄷ'자 형상으로 가공된 얇고 긴 판 형태로 형성될 수 있고, 내부 전극(950)은 원형의 판 형태로 형성될 수 있으며, 외부 전극(960)은 링(ring) 형태로 형성될 수 있다.
그런데, 상술한 세라믹 성형체 제조방법의 경우, 외부 전극(960)과 접촉되는 외부전극 연결부재(920)의 절곡부 정렬(align) 불량으로, 상기 외부 전극(960)과 외부전극 연결부재(920) 간에 전기가 잘 통하지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 세라믹 플레이트(910)의 관통 홀에 분말이 완전히 채워지지 않을 가능성이 있고, 그에 따라 RF 접지 기능 불량, 정전척 기능 불량 및 제품 크랙(crack) 문제 등이 발생할 수 있다. 이하에서는, 이러한 문제를 해결할 수 있는 또 다른 세라믹 성형체 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 10a를 참조하면, 세라믹 성형체(1000)의 전체적인 형상에 대응하는 성형 몰드(1010)를 마련할 수 있다. 상기 성형 몰드(1010)에 세라믹 분말(1020)을 일정 높이까지 충진하여 세라믹 분말층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 세라믹 분말(1020)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이후, 세라믹 분말층(1020)의 상부에 미리 결정된 형상의 홈을 형성하기 위한 지그(jig, 1030)를 마련할 수 있다. 상기 지그(1030)를 성형 몰드(1010) 방향으로 이동하여 상기 성형 몰드(1010)에 충진된 세라믹 분말층(1020)의 상부에 제1 홈(1021)을 형성할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 세라믹 분말층(1020)의 상부에 형성된 제1 홈(1021)에 막대 형상을 갖는 제1 외부 전극(1060a)을 삽입할 수 있다. 제1 외부 전극(1060a)의 삽입이 완료되면, 상기 제1 외부 전극(1060a)을 충분히 덮을 수 있도록 세라믹 분말을 성형 몰드(1010)에 추가로 충진할 수 있다. 상기 성형 몰드(1010)에 충진된 세라믹 분말층을 미리 결정된 온도 및 압력으로 소결하여 세라믹 플레이트(1020)를 형성할 수 있다. 이후, 상기 세라믹 플레이트(1020)를 성형 몰드(1010)로부터 분리할 수 있다.
도 10c를 참조하면, 제1 외부 전극(1060a)이 외부로 노출되도록, 세라믹 플레이트(1020)의 양면을 가공할 수 있다. 아울러, 상기 세라믹 플레이트(1020)의 상부를 가공하여 제1 로드 연결부재(1040)가 매설될 수 있는 제2 홈(1022)과, 내부 전극(1050)이 매설될 수 있는 제3 홈(1023)과, 제2 외부 전극(1060b)이 매설될 수 있는 제4 홈(1024)을 형성할 수 있다.
이후, 제1 로드 연결부재(1040)를 세라믹 플레이트(1020)의 상부에 형성된 제2 홈(1022)에 삽입할 수 있다. 상기 제1 로드 연결부재(1040)의 삽입이 완료되면, 내부 전극(1050)을 세라믹 플레이트(1020)의 상부에 형성된 제3 홈(1023)에 삽입할 수 있다. 이에 따라, 상기 내부 전극(1050)은 제1 로드 연결부재(1040)와 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 전극(1050)의 삽입이 완료되면, 제2 외부 전극(1060b)을 세라믹 플레이트(1020)의 상부에 형성된 제4 홈(1024)에 삽입할 수 있다. 이때, 상기 제2 외부 전극(1060b)은 제1 외부 전극(1060a)과 결합되어 하나의 외부 전극(1060)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제2 외부 전극(1060b)은 제1 외부 전극(1060a)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10d 및 도 10e를 참조하면, 스크린 프린터(미도시, screen printer)를 이용하여 세라믹 플레이트(1020)의 하부면에 외부전극 연결부재(1030)를 부착할 수 있다. 이때, 상기 외부전극 연결부재(1030)는 세라믹 플레이트(1020)의 하부면에 노출된 제1 외부 전극들(1060a) 사이에 일직선 상으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 외부전극 연결부재(1030)는 제1 외부 전극(1060a) 및 제2 외부 전극(1060b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는, 세라믹 플레이트(1020)의 하부면에 부착된 외부전극 연결부재(1030)가 하나의 라인(line)을 형성하는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않는다. 가령, 도 11에 도시된 바와 같이, 세라믹 플레이트(1020)의 하부면에 부착된 외부전극 연결부재(1030)는 2 라인 또는 4 라인으로 형성될 수 있다. 이외에도, 상기 외부전극 연결부재(1030)는 다양한 디자인으로 형성될 수 있다.
이후, 외부전극 연결부재(1030)의 하부면 중앙 지점에 제2 로드 연결부재(1070)를 부착할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 로드 연결부재(1070)는 외부전극 연결부재(1030)를 통해 제1 및 제2 외부 전극(1060a, 1060b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 외부전극 연결부재(1030), 내부 전극(1050) 및 외부 전극(1060)은 시트 타입(SHEET TYPE), 메쉬 타입(MESH TYPE) 및 페이스트 타입(paste type) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(1030), 내부 전극(1050) 및 외부 전극(1060)은 전기 전도성이 우수한 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다. 또한, 외부전극 연결부재(1030)는 일직선 모양의 긴 띠 형태로 형성될 수 있고, 내부 전극(1050)은 원형의 판 형태로 형성될 수 있으며, 외부 전극(1060)은 링(ring) 형태로 형성될 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세라믹 성형체 제조방법은 외부전극 연결부재를 세라믹 플레이트의 관통 홀에 삽입할 필요가 없고, 외부전극 연결부재의 양단을 지면에 수평한 방향으로 절곡할 필요도 없기 때문에, 상술한 도 9의 세라믹 성형체 제조방법에 비해 제품 신뢰성 및 작업 편의성을 향상시킬 수 있다.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 반도체 공정 모드에 따라 RF(Radio Frequency) 접지 기능 및 정전척(Electrostatic chuck) 기능 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는 내부 전극 및 외부 전극을 구비하는 히터 몸체부; 및
    상기 히터 몸체부의 하부에 장착되어, 상기 히터 몸체부를 지지하는 히터 지지부를 포함하는 정전척 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 상기 내부 전극과 동일 평면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 상기 내부 전극으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은 상기 히터 몸체부의 상부 중앙 부분에 매립되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히터 몸체부는, 전극층과 발열체층 사이에 배치되어, 상기 외부 전극과 상기 히터 지지부에 설치된 로드(ROD) 간을 전기적으로 연결하는 외부전극 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부 전극, 외부 전극 및 외부전극 연결부재는 시트 타입(SHEET TYPE), 메쉬 타입(MESH TYPE) 및 페이스트 타입(PASTE TYPE) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 내부 전극, 외부 전극 및 외부전극 연결부재는 전기 전도성이 우수한 몰리브덴(Mo)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 외부전극 연결부재는 상기 내부 전극 및 외부 전극의 하면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 해당 전극들과 평행하게 배치되며,
    상기 외부전극 연결부재의 양단은 상기 외부 전극의 하면 방향으로 수직하게 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 히터 몸체부에 매립된 내부 전극 및 외부 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 내부 전극 및 외부 전극의 기능을 선택하는 바이폴라 기능 선택부를 더 포함하는 정전척 히터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바이폴라 기능 선택부는 상기 내부 전극의 기능을 선택하는 내부전극 기능 선택부와 상기 외부 전극의 기능을 선택하는 외부전극 기능 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부전극 기능 선택부는 제1 커패시터(C1), 제1 스위치(S1) 및 양의 DC 전압(V1)을 공급하는 제1 DC 전원부를 포함하고,
    상기 외부전극 기능 선택부는 제2 커패시터(C2), 제2 스위치(S2) 및 음의 DC 전압(V2)을 공급하는 제2 DC 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 바이폴라 기능 선택부는, 제1 반도체 공정 모드 시, 상기 내부 전극 및 외부 전극 중 적어도 하나가 RF 접지 기능을 수행하도록 해당 전극들의 기능을 선택하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 바이폴라 기능 선택부는, 제2 반도체 공정 모드 시, 상기 내부 전극 및 외부 전극 모두가 정전척 기능을 수행하도록 해당 전극들의 기능을 선택하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터.
  15. 제1 세라믹 분말을 성형 몰드에 충전하여 제1 세라믹 분말층을 형성하는 단계;
    내부 전극, 상기 내부 전극과 동일 평면 상에서 일정 거리만큼 이격된 외부 전극 및 상기 외부 전극과 접촉되는 외부전극 연결부재가 매설된 세라믹 성형체를 상기 제1 세라믹 분말층 상에 적층하는 단계;
    제2 세라믹 분말을 상기 세라믹 성형체의 상부에 충진하여 제2 세라믹 분말층을 형성하는 단계; 및
    상기 세라믹 성형체를 포함하는 세라믹 분말층 구조물을 미리 결정된 압력 및 온도로 소결하여 히터 몸체부를 성형하는 단계를 포함하는 정전척 히터 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 세라믹 분말층의 상부에 발열체를 적층하는 단계; 및
    상기 발열체의 상부에 제3 세라믹 분말을 충진하여 제3 세라믹 분말층을 형성하는 단계를 더 포함하는 정전척 히터 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은,
    지그(jig)를 이용하여 세라믹 분말층의 상부에 미리 결정된 형상의 홈들을 형성하는 단계;
    상기 세라믹 분말층의 상부에 형성된 홈들에 제1 외부 전극을 삽입하고, 상기 제1 외부 전극의 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계; 및
    상기 제1 외부 전극이 매립된 세라믹 분말층을 압축 소결하여 세라믹 플레이트를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은,
    상기 제1 외부 전극이 외부로 노출되도록, 상기 세라믹 플레이트의 양면을 가공하는 단계;
    상기 세라믹 플레이트의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 홈들에 내부 전극 및 제2 외부 전극을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 외부 전극은 상기 제1 외부 전극의 상부에 배치되며, 상기 제1 외부 전극과 결합되어 하나의 외부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터 제조방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 세라믹 성형체의 제조방법은,
    스크린 프린터를 이용하여 상기 세라믹 플레이트의 하부면에 노출된 제1 외부 전극들 사이에 외부전극 연결부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 히터 제조방법.
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