KR20080046144A

KR20080046144A - 정전 척

Info

Publication number: KR20080046144A
Application number: KR1020080032154A
Authority: KR
Inventors: 나오토시 모리타; 료스케 가메야마
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2008-05-26
Also published as: US8525418B2; US20060221539A1; KR100859061B1; KR20060105664A

Abstract

본 발명은, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 제조할 때에 사용되는 에칭장치, 이온주입장치, 전자빔 노광장치 등에 있어서, 반도체 웨이퍼의 고정, 평면도(flatness) 교정, 반송용 등으로 이용되는 정전 척에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 관통홀을 가지는 금속 베이스(9); 상기 관통홀을 덮는 세라믹체(7); 상기 세라믹체 내부에 설치된 흡착용 전극(15,17); 상기 세라믹체 내부에 설치된 발열체(19); 상기 세라믹체의 상기 금속 베이스 측에 상기 관통홀에 대응하여 형성된 오목부(27); 상기 오목부 내에 설치된 금속화층(41); 상기 세라믹체의 내부에 형성되어 상기 발열체에 접속되는 비아(45); 상기 비아와 상기 금속화층을 접속하는 도전패턴(43);으로 구성되며, 상기 발열체는 상기 세라믹체 쪽으로 상기 관통홀을 투영시켜 형성된 투영영역 내에는 존재하지 않는 구성이다.

Description

정전 척{electrostatic chuck}

종래에, 반도체 제조장치 등에 있어서 반도체 웨이퍼를 진공을 통해 척에 고정하고서 드라이 에칭, 뒤틀림 교정 또는 반도체 웨이퍼를 반송하는 등의 공정과 관련하여 정전 척이 사용되고 있다.

이러한 종류의 공지의 정전 척에 있어서는, 매설된 흡착용 전극을 구비하는 원반형의 세라믹체와 원반형의 알루미늄 베이스가 접합되어 일체화된다. 또, 반도체 웨이퍼를 가열할 목적으로 세라믹체 내부에 발열체가 매설된 정전 척도 알려져 있다(특허문헌 1 참조 (4페이지, 도1)).

상기 발열체를 구비한 정전 척은 반도체 웨이퍼의 가공 정밀도를 높이기 위해서, 반도체 웨이퍼를 가열하는 균일한 표면 온도분포를 가져야만 한다. 즉, 반도 체 웨이퍼 내의 온도 변화가 있으면, 예를 들면 에칭의 가공 정밀도가 나빠지기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼의 전체면은 상기 발열체에 의해서 균일하게 가열되도록 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본국 공개특허 제2004-71647호

그런데, 상술한 알루미늄 베이스에는, 도 10에 나타낸 바와 같이 상기 흡착용 전극(P1) 및 상기 발열체(P2)에 전류를 공급하기 위한 단자를 설치하기 위해서 두께방향으로 관통되는 관통홀(P3)을 형성하게 되는데, 이 관통홀(P3)의 부분에서는 상기 알루미늄 베이스(P4)와 상기 세라믹체(P5)가 직접 접촉하지 않게 됨으로써 불균일한 가열을 초래할 수 있다.

예를 들면, 에칭처리 중에 상기 세라믹체(P5)의 온도를 순간적으로 변화시키기 위하여 상기 세라믹체(P5)가 열을 발생하고 동시에 상기 알루미늄 베이스(P4)가 냉각되는 방법이 고려될 수 있을 것이다. 이러한 방법에 있어서, 상기 알루미늄 베이스(P4)와 상기 세라믹체(P5)가 직접 접촉하지 않는 상기 관통홀(P3)의 부분에서는 상기 발열체(P2)에 의해서 상기 세라믹체(P5)의 온도가 국소적으로 상승하게 됨으로써 상기 세라믹체(P5)의 온도분포가 나빠지게 된다(즉, 불균일하게 된다)는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목 적은 균일한 온도분포를 제공하는 세라믹체를 포함하는 가열된 정전 척을 제공하는 것이다.

(1) 본 발명의 제 1측면에 따르면, 상기 정전 척은 관통홀을 가지는 금속 베이스와 상기 관통홀을 덮는 세라믹체 및 상기 세라믹체의 내부에 설치된 흡착용 전극과 발열체로 구성되며, 상기 금속 베이스의 관통홀을 상기 세라믹체 쪽으로 투영시켜 형성된 투영영역은 상기 투영영역의 중력의 면적중심을 상사(相似, similarity)의 중심으로 하여 상기 투영영역을 상사비(相似比)로 3배 확대하고 상기 투영영역의 내부를 제외하여 정해진 외측영역과 구분되며, 상기 발열체는 상기 외측영역에서의 단위면적당 발열량의 50% 이하가 되는 상기 투영영역에서의 단위면적당 발열량을 발생시킨다.

본 발명은 개량된 구성을 갖는 세라믹체를 포함하는 정전 척을 제공하는 것으로서, 상기 세라믹체는 이 세라믹체보다 열전도율이 큰 금속 베이스와 일체화된다. 반도체 웨이퍼와 같은 처리 또는 가공될 대상물(워크피스)은 정전인력에 의해서 상기 정전 척에 고정될 수 있으며, 발열체에 의해서 가열될 수 있다.

특히 본 발명에서는 상기 투영영역에서의 단위면적당 발열량이 상기 외측영역에서의 단위면적당 발열량의 50% 이하가 되도록, 상기 세라믹체 내에 상기 발열체가 배치되어 있다. 결과적으로 상기 관통홀에 대응하는 부분(투영영역)에서의 상기 세라믹체의 온도는 과도하게 상승하지 않는다.

예를 들면, 에칭처리 중 상기 세라믹체의 온도를 순간적으로 변화시키기 위하여, 상기 세라믹체는 열을 발생시키며 동시에 상기 금속 베이스(예를 들면, 알루미늄 베이스)는 냉각된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 금속 베이스가 상기 세라믹체와 직접 접촉하지 않는 관통홀에서의 상기 세라믹체의 열은 상기 금속 베이스 쪽으로 거의 전달되지 않으며, 따라서 상기 관통홀의 상기 투영영역에서의 상기 세라믹체는 국소적으로 온도가 상승되기 쉽다. 반면, 본 발명에서는 상기 관통홀의 상기 투영영역의 발열량은 그 외주측 상에 있는 외측영역에서의 발열량보다 적기 때문에, 상기 투영영역의 온도상승은 작게 된다.

따라서, 상기 관통홀의 상기 투영영역에서의 상기 세라믹체의 온도가 국소적으로 상승하지 않기 때문에, 상기 세라믹체의 온도분포(특히 워크피스 측 상의 상기 세라믹체 표면에서의 온도분포)가 균일해질 수 있다. 이것에 의해서, 워크피스 전체가 균일하게 가열될 수 있으며, 상기 워크피스의 가공 정밀도 등이 향상된다.

여기서, "중력의 면적중심"이란 투영영역을 투영방향에서 본 경우의 투영영역의 중력의 중심을 말한다. 예를 들면 상기 관통홀의 상기 투영영역이 직경 'T'의 원형인 경우에는, 상기 외측영역은 외부직경 '3T'를 갖는 환형영역이며 상기 투영영역과 동심인 원으로부터 상기 투영영역을 제거함으로써 형성된다.

또한, 상기 금속 베이스나 상기 세라믹체로서는 판형상의 것을 들 수 있고, 상기 관통홀로서는 상기 금속 베이스를 그 두께방향으로 관통하는 관통홀을 들 수 있다. 또, 상기 관통홀이 세라믹체로 덮여질 경우에는, 상기 세라믹체 측의 개구부분의 전체 면적이 덮여지거나 또는 일부 면적이 덮여질 수 있다.

(2) 본 발명의 제 2측면에 따르면, 상기 투영영역 및 상기 외측영역의 상기 발열체는 실질적으로 동일한 재료로 형성되고, 실질적으로 동일한 두께를 갖고, 실질적으로 동일한 폭을 가지며, 상기 투영영역의 상기 발열체의 단위면적당(per unit area)(점유율)은 상기 외측영역의 상기 발열체의 단위면적당(점유율)의 50% 이하이다. 점유율을 정의하기 위해 사용된 "면적"은 "측표면(lateral surface) 면적"을 의미한다.

본 발명은 상기 투영영역의 상기 발열체와 상기 외측영역의 상기 발열체가 재료나 형상은 동일하지만 상기 발열체의 점유율(상기 투영영역 또는 상기 외측영역의 단위면적당의 상기 발열체의 면적)은 각기 다른 경우를 예시한 것이다.

(3) 본 발명의 제 3측면에 따르면, 상기 정전 척은 관통홀을 가지는 금속 베이스; 상기 관통홀을 덮는 세라믹체; 상기 세라믹체 내부에 설치된 흡착용 전극; 상기 세라믹체 내부에 설치된 발열체; 상기 세라믹체의 상기 금속 베이스 측에 상기 관통홀에 대응하여 형성된 오목부; 상기 오목부 내에 설치된 금속화층; 상기 세라믹체의 내부에 형성되어 상기 발열체에 접속되는 비아; 상기 비아와 상기 금속화층을 접속하는 도전패턴;으로 구성되며, 상기 발열체는 상기 세라믹체 쪽으로 상기 관통홀을 투영시켜 형성된 투영영역 내에는 존재하지 않는다.

본 발명에 있어서, 상기 발열체는 상기 관통홀을 상기 세라믹체 쪽으로 투영시켜 형성된 상기 투영영역을 회피하도록 상기 세라믹체 내에 배치된다. 그러므로, 상기 관통홀에 대응하는 부분(투영영역)의 상기 세라믹체의 온도는 과도하게 상승하지 않는다.

상기한 바와 같이, 상기 세라믹체가 열을 발생시키고 동시에 상기 금속 베이스가 냉각되는 방법에 있어서, 상기 금속 베이스가 상기 세라믹체와 직접 접촉하지 않는 관통홀에서의 상기 세라믹체의 열은 상기 금속 베이스 쪽으로 거의 전달되지 않는다. 따라서 상기 관통홀의 상기 투영영역의 상기 세라믹체는 국소적으로 온도 상승되기 쉽다. 반면, 본 발명에서는 상기 발열체가 상기 관통홀의 상기 투영영역 내에 존재하지 않기 때문에, 상기 투영영역의 온도상승은 적게 된다.

따라서, 상기 세라믹체 내의 온도분포가 균일화될 수 있다. 결과적으로, 워크피스 전체가 균일하게 가열될 수 있으며, 상기 워크피스의 가공 정밀도 등이 향상된다.

(4) 본 발명의 제4측면에 따르면, 상기 발열체는 측면방향(lateral direction)으로(즉, 동일한 측평면(lateral plane) 내에서) 선형으로 연장하며, 상기 투영영역 근처의 상기 발열체는 실질적으로 U자 형상을 갖는다. 나아가, 상기 U자 형상의 볼록한 면은 상기 투영영역 측 상에 있게 된다.

본 발명에서는, 상기 선형의 발열체가 상기 투영영역의 근처에 설치되는 경우, 상기 투영영역 근처의 상기 발열체는 실질적으로 U자 형상으로 구부러지도록 배치된다. 그러므로, 상기 발열체는 상기 투영영역을 회피하고 스폿방식(spot-like manner)으로 결여되도록 배치될 수 있다.

상기 투영영역을 회피하도록 상기 발열체를 배치하는 방법으로서는, 통상적으로 상기 투영영역을 관통하여 연장되거나 그 근처에서 연장되는 발열체가 폭방향으로 옮겨지는 것을 생각할 수 있다. 이러한 방법이 이용될 때는 상기 옮겨진 부분 에서(이동 정도에 따라) 상기 발열체가 조밀하게 설치되고 온도가 상승할 가능성이 있다. 이러한 가능성은 본 발명의 제 4측면에서는 발생하지 않는다.

(5) 본 발명의 제 5측면에 따르면, 상기 발열체는 상기 투영영역으로부터 1㎜ 이상 떨어진다.

본 발명에서는, 상기 발열체는 상기 투영영역으로부터 충분히 떨어져 설치된다. 그러므로, 상기 세라믹체 내의 온도분포는 확실하게 균일화될 수 있다.

(6) 본 발명의 제 6측면에 따르면, 상기 세라믹체는 상기 금속 베이스와 일체로 형성된다.

본 발명은 상기 세라믹체와 상기 금속 베이스가 접합 등에 의해서 일체화된 정전 척을 제공한다.

(7) 본 발명의 제 7측면에 따르면, 상기 세라믹체는 알루미나로 이루어진다.

본 발명은 상기 세라믹체의 바람직한 재료(예를 들어, 알루미나)에 관하여 예시하는 것이다. 또한 질화알루미늄, 이트리아 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 세라믹체의 온도분포를 균일화할 수 있는 정전 척을 제공할 수 있다.

이어서, 도면을 참고로 하여 본 발명에 관한 바람직한 실시형태(실시예)에 대해서 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

(제 1 실시예)

(a) 우선, 본 실시예의 정전 척의 구조에 대해서 설명한다. 또한, 도 1은 정전 척의 일부를 파단하여 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면을 나타내는 다이아그램이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 정전 척(1)에 있어서, 도 1의 상부면 상에 있는 흡착면(척면(chuck face))(3)은 가열대상물(워크피스)인 반도체 웨이퍼(5)를 흡착할 수 있으며, 원반형상의 세라믹체(7)(예를 들면 직경 300㎜×두께 3㎜를 갖는 것)가 원반형상의 알루미늄 베이스(9)(예를 들면 직경 340㎜×두께 20㎜를 갖는 것)에 접합된다.

상기 세라믹체(7)와 상기 알루미늄 베이스(9)는 접합되어 그 주요면들(principal faces)(도 1의 수직 방향에서의)을 통해, 즉, 상기 알루미늄 베이스(9)의 주요면(금속 접합면)(13)이 상기 척면(3)에 대향하는 상기 세라믹체(7)의 주요면(세라믹 접합면)(11)에 대향 설치된 상태에서 실리콘 수지에 의해서 일체화된다. 즉, 판형상(원반형상)의 정전 척(1)이 상기 구성부재들을 두께방향으로 일체화하고 적층함으로써 구성되며, 여기서 상기 세라믹체(7)의 전체 접합면은 상기 알루미늄 베이스(9)에 접합된다.

상기 세라믹체(7)에 있어서, 소결된 알루미나체(sintered alumina body)가 기체(base member)로 사용되며, 노출된 표면(상기 알루미늄 베이스(9)에 대향하는 면)은 상기 척면(3)이 된다.

상기 세라믹체(7)에 있어서, 상기 척면(3) 측에 주로 텅스텐으로 이루어지는 한쌍의 흡착용 전극(정전전극, 내부전극)(15,17)이 배치되어 있고, 상기 알루미늄 베이스(9) 측에 주로 텅스텐으로 이루어지며 측면방향(lateral direction)으로 선형 연장하는 발열체(19)가 배치되어 있다. 상기 발열체(19)는 상기 발열체가 배치된 평면의 전면을 거의 균일하게 덮도록 나선형으로 형성되어 있다(도 4 참조).

한편, 상기 알루미늄 베이스(9)는 상기 세라믹체(7) 전체를 올려 놓을 수 있도록 상기 세라믹체(7)보다 큰 지름으로 되어 있다. 상기 알루미늄 베이스(9)를 냉각하기 위한 냉매 흐름로(refrigerant flow path)(21)가 상기 알루미늄 베이스(9) 내에 배치된다. 상기 알루미늄 베이스(9)의 열전도성은 상기 세라믹체(7)의 열전도성보다 크다.

상기 정전 척(1)에 있어서, 상기 세라믹체(7)의 상기 척면(3)으로부터 상기 알루미늄 베이스(9)의 저면(베이스면)(23)으로 연장되는, 즉 상기 정전 척(1)을 두께방향으로 관통하는 냉각기체 흐름로(25)가 상기 알루미늄 베이스(9)의 6개소에 배치된다.

도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 상기 알루미늄 베이스(9) 쪽으로 개구되는 복수개의 오목부(27,29,31)가 상기 알루미늄 베이스(9) 측 상의 상기 세라믹체(7) 부분들에 배치된다. 상기 오목부(27,29,31)는 각각 상기 알루미늄 베이스(9)를 두께방향으로 관통하는 복수개의 관통홀(33,35,37)에 연통되어 있다. 상기 원기둥형의 오목부(27,29,31)는 상기 원기둥형의 관통홀(33,35,37)과 공통인 중심축을 가지며, 상기 관통홀(33,35,37)의 내경은 상기 오목부(27,29,31)의 내경보다 크게 설정되어 있다.

상기 오목부(27)에는 원통형의 내부접속단자(39)가 금속화층(metallization layer)(41)에 접합되어 있으며, 상기 금속화층(41)은 도전패턴(43) 및 비아(via)(45)를 통해서 상기 발열체(19)의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상기 발열체(19)의 타단에 접속되는 타측의 오목부(28)(도 4 참조)도 동일한 방식으로 형성된다.

또, 상기 오목부(29,31)에는 원통형의 내부접속단자(47,49)가 금속화층(51,53)에 각각 접합되어 있으며, 상기 금속화층(51,53)은 비아(46,48)를 통해서 내부전극(15,17)에 전기적으로 접속되어 있다.

(b) 계속해서, 본 실시예의 정전 척(1)의 요부에 대해서 설명한다. 도 3의 (a)는 정전 척(1)의 요부(예를 들면, 오목부(27) 근처)를 확대하여 나타내는 단면도이고, 도 3의 (b)는 관통홀(33)의 투영영역을 나타내는 다이아그램이고, 도 4는 상기 발열체(19)의 패턴을 나타내는 평면도이다.

본 실시예에서는, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 상기 발열체(19)는 상기 알루미늄 베이스(9)의 상기 관통홀(33)의 상부(상기 세라믹체(7) 측 상부)의 투영영역(T)을 회피하도록 배치된다.

상세하게는, 상기 발열체(19)는 원형의 투영영역(T)보다도 방사 방향으로 1㎜ 이상 더 넓은 영역(큰 투영영역(DT)) 내부를 회피하도록 배치된다.

도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 투영영역(T)에 대한 도면 상에서의 상하 구역에서는 상기 발열체(19)는 측면방향으로 선형 연장되나, 상기 투영영역(T) 대한 도면 상의 측부 구역에서는 상기 발열체(19)는 상기 투영영역(T)의 근처에서 좌우 대칭되게 실질적으로 U자 형상으로(상기 투영영역(T) 측 상에서 볼록하게) 구부러져서 상기 투영영역(T)과 중첩되지 않도록 배치된다.

따라서, 상기 발열체(19)의 전체 형상은 도 4에 나타낸 바와 같이 된다. 즉, 상기 발열체(19)는 중심부에 위치된 상기 내부전극(15,17)의 전기접속을 위한 상기 한쌍의 오목부(29,31)를 회피하도록, 즉 한쌍의 오목부(29,31)에 대응하는 상기 관통홀(35,37)을 회피하도록 배치된다.

또, 상기 발열체(19)는 전기접속을 위한 한쌍의 좌우 오목부(27,28)를 회피하도록, 즉 상기 한쌍의 오목부(27,28)에 대응하는 상기 관통홀(33,34)을 회피하도록 배치된다.

나아가, 상기 발열체(19)는 유사하게 상기 냉각기체 흐름로(25)를 회피하도록 배치된다. 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 각 냉각기체 흐름로(25)는 상기 세라믹체(7)를 관통하는 관통홀(24)과 상기 관통홀(24)보다 큰 지름을 갖는 상기 알루미늄 베이스(9)를 관통하는 관통홀(26)로 구성된다. 그러므로, 상기 발열체(19)는 큰 지름을 갖는 상기 관통홀(26)의 투영영역을 회피하도록 배치된다.

(c) 계속해서, 본 실시예의 정전 척(1)의 제조방법에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다.

(1) 원료로서는 주성분인 알루미나 분말 92중량%에 MgO 1중량%, CaO 1중량%, SiO₂ 6중량%를 혼합하고서 볼 밀(ball mill)로 50∼80시간 습식 분쇄한 후, 탈수 건 조한다.

(2) 이어서, 상기 분말에 메타크릴산이소부틸에스테르 3중량%, 부틸에스테르 3중량%, 니트로셀룰로오스 1중량%, 디옥틸프탈레이트 0.5중량%를 첨가하고, 용제로서 트리클로로에틸렌, n-부타놀을 첨가한다. 혼합 작업은 유동성있는 슬러리(fluid slurry)를 형성하기 위해 볼 밀을 사용하여 수행된다.

(3) 이어서, 이 슬러리를 감압 탈포(脫泡)후 평판형상으로 유출하여 서서히 냉각하고, 용제를 발산시켜서 두께 0.8㎜의 제 1 내지 제 5 알루미나 그린 시트(51,53,55,57,59)를 형성한다.

상기 제 1 내지 제 5 알루미나 그린 시트(51,53,55,57,59) 각각에는 상기 냉각기체 흐름로(25)를 형성하기 위한 관통홀(61,63,65,67,69)이 6개소에 형성된다. 또, 상기 제 3 내지 제 5 알루미나 그린 시트(55,57,59) 각각에는 내부전극(15,17)용의 한쌍의 오목부(29,31)를 형성하기 위한 관통홀(75,77,79)이 2개소에 형성된다. 상기 제 5 알루미나 그린 시트(59)에는 상기 발열체(19)의 전기접속용의 한쌍의 오목부(27,28)를 형성하기 위한 관통홀(81)을 2개소에 형성한다.

(4) 또, 알루미나 그린 시트용의 상기 원료 분말 내에 텅스텐 분말을 혼합하고, 상기한 바와 유사한 방법에 의해서 슬러리로 만들어 금속화 잉크를 형성한다.

(5) 그리고, 상기 제 2 알루미나 그린 시트(53) 위에 상기 금속화 잉크를 이용하여 공지의 스크린 인쇄법에 의해서, 도 5에 사선으로 나타낸 바와 같이 내부전극(15,17)용의 도전패턴(71,73)을 인쇄한다.

(6) 또, 상기 제 4 알루미나 그린 시트(57) 위에 주지의 텅스텐 페이스트를 이용하여 공지의 스크린 인쇄법에 의해서, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 발열체(19)의 도전패턴을 인쇄한다.

(7) 이어서, 상기 제 1 내지 제 5 알루미나 그린 시트(51,53,55,57,59)를 각 관통홀이 일치하도록 위치맞춤하고, 열압착 접합시켜 전체 두께를 약 5㎜로 한 적층시트를 형성한다.

또한, 상기 내부전극(15,17) 및 상기 발열체(19)에 관해서는 비아(45,46,48)(도 2 참조)에 의해서 상기 제 2 및 제 4 알루미나 그린 시트(53,57)의 저면으로 인출되고, 필요에 따라서는 상기 오목부(27,29,31)로부터 노출되도록 상기 도전패턴과 접속된다.

(8) 이어서, 상기 열압착 접합된 적층시트를 소정의 원판형상(예를 들면, 8인치 사이즈의 원판형상)으로 절단한다.

(9) 이어서, 상기 절단된 적층시트를 환원분위기(reducing atmosphere)에서 1400∼1600℃로 소성한다. 이 소성에 의해서 치수가 약 20% 작아지기 때문에, 소성 후의 세라믹체(7)의 두께는 약 4㎜가 된다.

(10) 그리고, 소성 후에 상기 세라믹체(7)는 연마(polishing)에 의해서 전체 두께가 3㎜로 감소되고, 상기 척면(3)의 평면도(flatness)가 30㎛ 이하가 되도록 가공한다.

(11) 이어서, 상기 오목부(27,29,31)로부터 노출되는 도전패턴과 비아에 금속화층(41,51,53)을 형성하고, 상기 금속화층(41,51,53)에 니켈 도금을 실시한다.

(12) 이어서, 상기 내부접속단자(39,47,49)를 브레이징(brazing) 또는 솔더 링(soldering)하여 상기 세라믹체(7)를 완성한다.

(13) 한편, 상술한 세라믹체(7)의 제조공정과는 별도로 상기 알루미늄 베이스(9)는 주지의 제조공정에 의해서 제조하고, 상기한 소정의 치수 및 형상(원반형상)으로 가공한다.

(14) 그리고, 상기 세라믹체(7)와 상기 알루미늄 베이스(9)를 실리콘 수지를 이용하여 접합함으로써 일체화한다. 이것에 의해서 상기 정전 척(1)이 완성된다.

(d) 계속해서, 본 실시예의 효과에 대해서 설명한다.

본 실시예의 상기 정전 척(1)에서는, 상기 발열체(19)가 상기 관통홀(33,35,37)을 상기 세라믹체(7) 쪽으로 투영하여 형성된 상기 투영영역(T)을 회피하도록 배치되어 있기 때문에, 상기 관통홀(33,35,37)에 대응하는 부분(투영영역(T))에 있어서의 상기 세라믹체(7)의 온도는 과도하게 상승하지 않는다.

상기한 바와 같이, 상기 세라믹체(7)의 온도를 순간적으로 변화시키기 위하여, 상기 세라믹체(7)는 열을 발생하고 동시에 상기 알루미늄 베이스(9)는 냉각된다. 이 경우, 에칭처리 중 상기 알루미늄 베이스(9)가 상기 세라믹체(7)와 직접 접촉하지 않는 상기 관통홀(33,35,37)에서는 상기 세라믹체(7)의 열은 상기 알루미늄 베이스(9) 쪽으로 거의 전달되지 않으므로, 상기 관통홀(33,35,37)의 상기 투영영역(T)의 상기 세라믹체(7)의 국지적 온도가 쉽게 상승된다. 반면, 본 실시예에서는 상기 관통홀(33,35,37)의 상기 투영영역(T)에는 상기 발열체(19)가 배치되지 않기 때문에, 상기 투영영역의 온도는 더 적은 범위로 상승한다.

따라서, 상기 관통홀(33,35,37)의 상기 투영영역(T)에 있어서의 상기 세라믹 체(7)의 온도는 국소적으로 상승되지 않기 때문에, 상기 세라믹체(7)의 온도분포를 균일화할 수 있다. 이것에 의해서 상기 반도체 웨이퍼(5) 전체를 균일하게 가열할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(5)의 가공 정밀도 등이 향상된다.

특히, 본 실시예에서는 상기 발열체(19)를 상기 투영영역(T)으로부터 1㎜ 이상 떨어뜨려서 배치하고 있기 때문에, 상기 발열체(19)가 상기 투영영역(T)을 단순히 회피하도록 배치된 경우에 비해서 상기 세라믹체(9)의 온도분포가 바람직하게 더욱 균일화될 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서, 상기 투영영역(T) 근처에서의 상기 발열체(19)는 실질적으로 U자 형상으로 구부러진다. 이것에 의해서, 상기 발열체(19)를 조밀하게 배선하는 일 없이도, 상기 발열체(19)는 상기 투영영역(T)을 회피하도록 그리고 스폿방식(spot-like manner)으로 결여되도록 배치될 수 있다. 이것에 의해서, 상기 반도체 웨이퍼(5)에서의 온도분포를 일층 균일화할 수 있다.

(제 2 실시예)

계속해서, 제 2 실시예에 대해서 설명하는데, 상기한 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 정전 척(101)은 기본적으로 상기한 제 1 실시예와 같은 구성이나, 냉각기체 흐름로(103)의 형상이 다르게 되어 있다.

본 실시예에 있어서의 상기 냉각기체 흐름로(103)는 세라믹체(105)의 두께방향으로 연장되는 흐름로(107,109)뿐만 아니라 척면(111)과 평행하게 연장되는 흐름로(도 6의 측면방향)(113)도 구비하고 있다.

또, 발열체(115)는 측면으로 연장되는 상기 냉각기체 흐름로(113)의 상부에 배치되어 있고, 내부전극(117,119)은 상기 발열체(115)보다 상부에 배치되어 있다.

또한, 상기 냉각기체 흐름로(103)에 있어서, 상기 세라믹체(105)를 두께방향으로 관통하는 상기 흐름로(109) 각각은 상기 세라믹체(105)를 관통하는 관통홀(121)과, 알루미늄 베이스(123)를 관통하며 상기 관통홀(121)의 지름보다 큰 지름을 갖는 관통홀(125)로 구성되어 있다.

따라서, 상기 발열체(115)는 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로 지름이 큰 상기 관통홀(125)의 투영영역을 회피하도록 배치된다.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 세라믹체(131) 내부에서 냉각기체 흐름로(133)가 구부러지게 형성될 수 있으며, 상기 정전 척(135)을 두께방향으로 선형으로 관통하지 않을 수도 있다. 이러한 경우에도, 발열체(141)는 알루미늄 베이스(137)의 관통홀(139)의 (상기 세라믹체(131) 쪽으로 투영된) 위쪽으로의 투영영역을 회피하도록 유사하게 배치된다.

본 실시예에서도 상기한 제 1 실시예와 같은 효과를 가진다.

(제 3 실시예)

계속해서, 제 3 실시예에 대해서 설명하는데, 상기한 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예의 정전 척(150)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 발열체(155)가 알루미늄 베이스(151)의 관통홀(153)에 대응하는 투영영역(T)(또는 큰 투영영역(DT))을 회피하도록 배치된다.

상기 발열체(155)가 또다른 발열체(155)와 평행하게 배치될 때 상기 발열체가 상기 투영영역(T)을 가로지르게 되는 경우에는, 상기 투영영역(T)을 우회하거나 또는 상기 투영영역(T)에 대해서 오목형상이 되도록 상기 발열체(155)가 만곡형상으로 구부러져 배치된다.

이것에 의해서도, 상기 세라믹체(157) 내의 온도분포가 균일화되는 상술한 효과가 얻어진다.

(제 4 실시예)

계속해서, 제 4 실시예에 대해서 설명하는데, 상기한 제 1 실시예와 같은 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 정전 척(161)은 기본적으로 상기한 제 1 실시예와 같은 구성이나, 발열체(163)의 형성위치가 다르게 되어 있다.

본 실시예에서는 상기 발열체(163)가 상기 투영영역(T)의 내에도 형성되어 있는데, 이 발열체(163)는 상기 투영영역(T)에 있어서의 세라믹체(165)의 온도가 과도하게 상승하지 않도록 설정되어 있다.

구체적으로는, 직경 1㎜의 원형의 투영영역(T)이 상기 투영영역(T)의 중력의 면적중심을 상사(相似, similarity)의 중심으로 하여 상사비(相似比)로 3배 확대하고 상기 투영영역(T)의 내부를 제외하여 정해진 외경 3㎜의 환형 외측영역(ST)과 구분되는 경우, 상기 투영영역(T)에 있어서의 단위면적당의 발열량은 상기 외측영역(ST)에 있어서의 단위면적당의 발열량의 50% 이하(예를 들면, 45%)가 되도록 상기 발열체(163)가 형성된다.

즉, 상기 발열체(163)는 상기 투영영역(T)과 상기 외측영역(ST)에 있어서 실질적으로 같은 재료(텅스텐에 세라믹을 수십% 첨가한 것), 두께(20㎛), 폭(1.5㎜)으로 형성되기 때문에, 상기 투영영역(T)에서의 단위면적당 상기 발열체(163)의 면적은 상기 외측영역(ST)에서의 단위면적당 상기 발열체의 면적의 50% 이하로 설정되어 있다.

본 실시예에서도 상기한 제 1 실시예와 같은 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.

(1) 예를 들면, 본 발명은 제 1 실시예에 나타낸 바와 같은 바이폴러(bipolar)형 정전 척에 한정하지 않고, 모노폴러(monopolar)형 정전 척에도 적용할 수 있다.

(2) 또, 상기 알루미늄 베이스에 냉매를 흐르게 하는 터널을 형성하였으나, 이것과는 별도로(또는 이것과 함께) 상기 알루미늄 베이스에 온매(溫媒)를 흐르게 하는 터널을 형성하여도 된다.

(3) 또한, 상기한 제 1 실시예에서는 냉각기체 흐름로를 리프트 핀을 삽입하는 관통홀로서 이용하였으나, 리프트 핀 전용의 관통홀에도 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 리프트 핀 전용의 관통홀도 통상 상기 세라믹체 측의 관통홀의 지름보다 상기 알루미늄 베이스 측의 관통홀의 지름이 크기 때문에, 상기 발열체는 상기 알루미늄 베이스 측의 상기 관통홀의 상기 투영영역을 회피하도록 배치된다.

(4) 또, 상기한 제 1 실시예에서는 한개의 나선형 발열체를 형성하였으나, 상기 베이스의 (중심축에 근접한)내측과 외측으로 나눠서 2개 이상의 발열체를 형성하여도 된다. 예를 들면, 상기 베이스의 내측에서는 제 1 실시예에 나타낸 바와 같은 나선형 등의 내측 발열체를 형성하고, 이 내측 발열체의 외측(외주측)에, 상기 내측 발열체의 주위를 에워싸듯이 환형 또는 나선형 등의 외측 발열체를 형성하여도 된다. 이것에 의해서 상기 내측 발열체와 상기 외측 발열체의 ONㆍOFF나 온도제어를 별개로 할 수 있다

도 1은 제 1 실시예의 정전 척을 일부 파단하여 나타내는 사시도

도 2는 제 1 실시예의 정전 척의 A-A선 종단면을 나타내는 다이아그램

도 3은 제 1 실시예의 정전 척의 요부를 확대하여 나타낸 것으로서, (a)는 그 종단면도, (b)는 발열체 등의 평면 배치를 나타내는 다이아그램

도 4는 제 1 실시예에 있어서의 발열체의 패턴을 나타내는 다이아그램

도 5는 제 1 실시예에 있어서의 세라믹체를 분해하여 나타내는 다이아그램

도 6은 제 2 실시예의 정전 척을 일부 파단하여 나타내는 사시도

도 7은 또다른 정전 척을 세로방향으로 파단하여 나타내는 단면도

도 8은 제 3 실시예의 정전 척의 요부를 확대하여 나타낸 것으로서, (a)는 (b)의 B-B선 방향의 단면도, (b)는 발열체 등의 평면 배치를 나타내는 다이아그램

도 9는 제 4 실시예의 정전 척에 있어서의 발열체 등의 평면 배치를 나타내는 다이아그램

도 10은 종래 기술을 나타내는 다이아그램

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,101,135,150,161 - 정전 척 3 - 척면(chuck face)

5 - 반도체 웨이퍼 7,105,131,157,165 - 세라믹체

9,123,137,151 - 알루미늄 베이스 15,17,117,119 - 내부전극

19,115,141,155,163 - 발열체 27,28,29,31 - 오목부

24,26,33,35,37,34,61,63,65,67,69,75,77,79,121,125,139,153 - 관통홀

Claims

관통홀을 가지는 금속 베이스;

상기 관통홀을 덮는 세라믹체;

상기 세라믹체 내부에 설치된 흡착용 전극;

상기 세라믹체 내부에 설치된 발열체;

상기 세라믹체의 상기 금속 베이스 측에 상기 관통홀에 대응하여 형성된 오목부(27);

상기 오목부 내에 설치된 금속화층(41);

상기 세라믹체의 내부에 형성되어 상기 발열체에 접속되는 비아(45);

상기 비아와 상기 금속화층을 접속하는 도전패턴(43);으로 구성되며,

상기 발열체는 상기 세라믹체 쪽으로 상기 관통홀을 투영시켜 형성된 투영영역 내에는 존재하지 않는 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 선형으로 측면방향으로 연장되며, 상기 투영영역 근처에서의 상기 발열체는 실질적으로 U자 형상을 가지며, 상기 U자 형상의 볼록한 면은 상기 투영영역을 향하는 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 상기 투영영역으로부터 1㎜ 이상 이격되는 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 세라믹체는 상기 금속 베이스와 일체화되는 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 세라믹체는 알루미나로 구성되는 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 오목부(27)의 내경보다 상기 관통홀(33)의 내경 쪽이 큰 정전 척.
청구항 1에 있어서, 상기 오목부(27) 내에 형성되며, 상기 금속화층(41)에 접속되는 원통형의 내부접촉단자(39)를 더 구비한 정전 척.