基板支撐單元以及具有該支撐單元的基板處理裝置的制作方法

專利名稱：基板支撐單元以及具有該支撐單元的基板處理裝置的制作方法
技術領域：
實施例大致涉及基板支撐單元，以及具有該基板支撐單元的基板處理裝置。尤其
是，實施例涉及為了處理基板而支撐和加熱基板的單元，以及具有該單元的基板處理裝置。
背景技術：
在半導體或平板顯示器處理工藝中，通常在諸如硅晶片和玻璃基板之類的基板被基板支撐在真空室中時，進行各種處理來制造半導體器件或平板顯示器。基板支撐單元的例子可包括利用機械力的夾具、利用真空力的真空卡盤、利用彈性力的彈性卡盤等等。
夾具的結構復雜并且在進行處理時容易弄臟或變形。此外，真空卡盤上保持基板的表面部分，容易變形并且不適合用于真空環境中。 相反，彈性卡盤的結構簡單，并且保持基板時不至于使基板變形。此外，加熱器能容易地安裝到彈性卡盤上，以改善基板的可處理性。 授予Wang等人的美國第6， 538， 872號專利披露了帶有加熱器的基板支撐單元的例子。
圖1是顯示現有的基板支撐單元的剖視圖。 參看圖l，基板支撐單元1包括絕緣層10、底座20和支撐部30，絕緣層10支撐基板S并具有內置的電極12 ;底座20設置在絕緣層10之下并具有內置的加熱器22 ;支撐部30位于底座20之下用于支撐底座20。第一粘合層40置于絕緣層10和底座20之間；并且第二粘合層42置于底座20和支撐部30之間。此外，密封部件50置于支撐部30和腔室60之間以防止真空泄漏。 絕緣層10和底座20各自包括具有良好熱傳導特性的陶瓷材料。因此，加熱器22產生的熱量通過絕緣層10、底座20和支撐部30被傳遞到腔室60的外部。結果，放置于絕緣層10上的基板由于熱量損失到腔室60的外部而加熱不均勻。 此外，第一和第二粘合層40和42各自包括金屬以及因此可能與處理基板的處理氣體發生反應。該處理氣體和第一或第二粘合層之間的反應可能產生金屬雜質，并可能污染基板S。 支撐部30包含金屬并具有與包含陶瓷材料的底座20不同的熱膨脹系數。因此，當底座20和支撐部30被加熱器22加熱時，底座20和支撐部30會發生熱變形。
支撐部30具有空腔32以通過它防止熱量損失。然而，空腔32不足以防止熱量傳遞到腔室60，并且通過支撐部30傳遞的熱量會導致密封部件50的退化。結果，支撐部30和腔室60之間會發生真空泄漏。 總之，當使用基板支撐部處理該基板時，基板S由于熱量通過支撐部30損失而導致加熱不均勻；基板S會被金屬雜質污染；由于底座20和支撐部30之間的熱膨脹系數不同，底座20和支撐部30會發生熱變形；或者由于密封部件50退化，支撐部30和腔室60之
間會發生真空泄漏。

發明內容
技術問題 本發明的實施例提供一種能夠降低熱量損失并能均勻加熱基板的基板支撐單元。
此外，本發明的實施例提供了具有能夠降低熱量損失并能均勻加熱基板的基板支 撐單元的基板處理裝置。
技術方案 根據本發明的一個方面， 一種基板支撐單元，包括第一支撐部件，所述第一支撐部
件具有電極和加熱器并且支撐基板；第二支撐部件，所述第二支撐部件設置在所述第一支
撐部件之下，以支撐所述第一支撐部件；以及緩沖部件，所述緩沖部件設置在所述第一支撐
部件和所述第二支撐部件之間，以在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間形成空氣
間隙，從而減少所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的熱量傳遞。 根據本發明的某些實施例，所述基板支撐單元還包括連接于所述第一支撐部件下
表面的管子。所述管子延伸通過所述第二支撐部件并且容納將電力施加給所述電極和所述
加熱器的電線。 根據本發明的某些實施例，所述基板支撐單元還包括設置在所述第二支撐部件和 所述管子之間的密封部件。此外，所述基板支撐單元還包括設置在所述第二支撐部件靠近 所述密封部件處以冷卻所述密封部件的冷卻線。 根據本發明的某些實施例，所述管子包括與所述第一支撐部件基本相同的材料。
根據本發明的某些實施例，所述基板支撐單元還包括設置在所述第二支撐部件中 以冷卻所述第二支撐部件的冷卻線。 根據本發明的某些實施例，所述第一支撐單元包括陶瓷材料。 根據本發明的某些實施例，所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的所述空 氣間隙是約0. 1 約5mm。 根據本發明的某些實施例，所述緩沖部件和所述第一支撐部件之間的接觸面積與 所述第一支撐部件的下表面面積的第一面積比是約0. 05 約0. 9。 根據本發明的某些實施例，所述緩沖部件具有約1 約30W/ (m *K)的熱傳遞系數。
根據本發明的某些實施例，所述緩沖部件的材料選自Al203、Y203、ZnO、Si02中的任 何一種。這些材料可以單獨或組合使用。 根據本發明的另一方面，一種基板處理裝置，包括腔室、基板支撐單元、和氣體供 應部。所述腔室提供處理基板空間，并且所述氣體供應部將處理氣體供應到所述基板上對 所述基板進行處理。所述基板支撐單元設置在所述腔室內，并包括第一支撐部件，所述第一 支撐部件具有電極和加熱器并且支撐基板；第二支撐部件，所述第二支撐部件設置在所述 第一支撐部件之下，以支撐所述第一支撐部件；以及緩沖部件，所述緩沖部件設置在所述第 一支撐部件和所述第二支撐部件之間，以在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間形 成空氣間隙，從而減少所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的熱量傳遞；以及
有益效果 根據上述本發明的實施例，第一支撐部件支撐基板以處理基板，并且具有加熱器 以加熱基板。第二支撐部件支撐第一支撐部件。緩沖部件設置在第一支撐部件和第二支撐 部件之間，并且可通過第一和第二支撐部件之間的緩沖部件形成空氣間隙。
因此，通過該空氣間隙減少了第一和第二支撐部件傳遞的熱量，從而有效且均勻地加熱了該基板。 管子連接于第一支撐部件的下表面并且延伸通過第二支撐部件。加熱器通過延伸
通過管子的電線連接于電源。那樣，通過使用管子，電線方便地連接于加熱器。 此外，密封部件設置在第二支撐部件和管子之間，并且冷卻線設置在第二支撐部
件中。結果，冷卻線可減少由通過緩沖部件傳遞的熱量而導致的第二支撐部件熱變形和密
封部件退化。


當結合參看附圖時，本發明的實施例及其詳細說明將變得易于明白，其中
圖1為現有的基板支撐單元的剖視圖； 圖2為根據本發明實施例的基板支撐單元的剖視圖；以及
圖3為帶有圖2所示基板支撐單元的基板處理裝置的剖視圖。
具體實施例方式
參見示出實施例的附圖，下文將更詳細地描述各種實施例。然而，本發明可以以許多不同形式實現，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本技術領域的技術人員完全了解本發明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。 應理解，當將元件或層稱為在另一元件或層"上"或"連接至"另一元件或層之時，
其可為直接在另一元件或層上或直接連接至其它元件或層，或者存在居于其間的元件或
層。與此相反，當將元件稱為"直接在另一元件或層上"、或"直接連接至"或另一元件或層
之時，并不存在居于其間的元件或層。整份說明書中相同標號是指相同的元件。如本文中
所使用的，用語"及/或"包括一或多個相關的所列項目的任何或所有組合。 應理解，盡管本文中使用第一、第二、第三等來描述多個元件、組件、區域、層及/
或部分，但這些元件、組件、區域、層及/或部分并不受這些用語的限制。這些用語僅用于使
一個元件、組件、區域、層或部分與另一個區域、層或部分區別開來。由此，下文所稱之第一
元件、組件、區域、層或部分也可稱為第二元件、組件、區域、層或部分，而不脫離本發明的教導。 與空間相關的表述，如"下"、"上"等，在本文中使用是為了容易地表述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關系。應理解，這些與空間相關的表述除圖中所示方位之外，還意欲涵蓋該設備在使用或工作中的不同方位。例如，若圖中的該設備翻轉，描述為在其它元件或部件"下方"或"之下"的設備則會確定為在其它元件或部件"之上"。由此，該示范性的表述"在...下方"可同時涵蓋"在...上方"與"在...下方"兩者。該設備可為另外的朝向(旋轉90度或其它朝向)，并且本文中所使用的這些與空間相關的表述亦作相應的解釋。 本文中所使用的表述僅用于描述特定的實施例，并且并不意欲限制本發明。如本文中所述的，單數形式的冠詞意欲包括復數形式，除非其上下文明示。還應理解，當本說明書中使用表述"包括"之時，明確說明了存在所描述的部件、整體、步驟、操作、元件及/或組件，但并不排除存在或附加有一個或多個其它部件、整體、步驟、操作、元件、組件及/或它 們的組合。 除非另行詳細說明，本文所使用的所有術語(包括科技術語)的意思與本技術領 域的技術人員所通常理解的一致。還應理解，諸如一般字典中所定義的術語應解釋為與相 關技術領域中的意思一致，并且不應解釋為理想化的或過度刻板的含義，除非在文中另有 明確定義。 對于本發明的實施例，本文中是參照本發明的理想化實施例(以及中間結構)的 示意剖視圖來描述的。照此，預期會產生例如因制造工藝及/或公差而造成形狀上的變化。 由此，本發明的實施例不應解釋為將其限制成本文所示的特定區域形狀，還應包括例如，因 制造而導致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的植入區，通常具有圓形或曲線形的特征和/或 在其邊緣形成植入密度的梯度，而非從植入區域到非植入區域的二元變化。類似的，通過植 入形成的埋入區會導致在該埋入區和發生植入的表面之間的區域中有一些植入。因此，圖 中所示的區域的本質是示意性的，并且其形狀并不意欲示出部件區域的精確形狀，也不意 欲限制本發明的范圍。
圖2為闡示根據本發明實施例的基板支撐單元的剖視圖。 參看圖2，根據本發明實施例，支撐基板S的單元100可包括第一支撐部件110、第
二支撐部件120、緩沖部件130和管子140、密封部件150、冷卻線160等。 第一支撐部件110為盤形。第一支撐部件110的尺寸等于或大于用于制造半導體
器件或平板顯示器的基板S的尺寸。第一支撐部件110用于支撐基板S。 第一支撐部件110可包括燒結陶瓷。可用于燒結陶瓷的陶瓷材料的例子包括
A1203、 Y203、 Zr02、 A1C、 TiN、 A1N、 TiC、 MgO、 CaO、 Ce02、 Ti02、 BxCy、 BN、 Si02、 SiC、 YAG、莫來石、
Al&等。這些陶瓷材料可單獨或結合使用。 電極112和加熱器114可設置在第一支撐部件110之中。 如圖2所示，電極112可靠近第一支撐部件110的上表面設置。根據本實施例，采 用一個電極112。例如，電極112可連接于直流(DC)電源。在這種情況下，用于保持基板S 的靜電力通過電極112產生。或者，電極112可連接于高頻電源。在這種情況下，在真空腔 室60中產生的用于處理基板S的等離子可以通過電極112傳導到基板S。此外，電極112 可以同時連接于直流電源和高頻電源。直流電源和高頻電源可單獨地或者組合地連接于電 極112。在這種情況下，可以選擇性地對電極112施加直流電和高頻電。
根據本發明的另一實施例，可采用兩個電極112。例如，電極112包括第一電極和 第二電極。第一和第二電極可以彼此不連接，并可分別連接至不同的直流電源。例如，對第 一電極施加正電，并對第二電極施加負電。 同時，高頻電源可包括帶濾波器，諸如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶 阻濾波器。 電極112可包括具有較低電阻和較低熱膨脹系數的材料。可用于電極112的材料 包括鴇(W)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)或其合金。 加熱器114可設置在第一支撐部件110中電極112的下方。加熱器114可連接到 電源并用于加熱基板S。基板被加熱到250 350°C 。 加熱器114可包括具有較低電阻的材料。可用于加熱器114的材料包括鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)或其合金。 第二支撐部件120為盤形并設置在第一支撐部件110之下。第二支撐部件120可包括金屬。 緩沖部件130設置在第一支撐部件110和第二支撐部件120之間。特別地，緩沖部件130可設置在第二支撐部件120并可部分地支撐第一支撐部件110。第一支撐部件110通過緩沖部件130與第二支撐部件120隔開。或者，緩沖部件130包括多個支撐第一支撐部件110的塊。緩沖部件130的設置減少了第一支撐部件110和第二支撐部件120之間的熱量傳遞。 緩沖部件130與第一支撐部件110和第二支撐部件120形成局部接觸。特別地，第一支撐部件110和緩沖部件130之間的接觸面積與第一支撐部件110的下表面面積的第一面積比為約0. 05 約0. 9。 如上所述，因為第二支撐部件120沒有與第一支撐部件110直接接觸，并且緩沖部件130與第一支撐部件110形成局部接觸，第一支撐部件110和第二支撐部件120之間的熱量傳遞被減少。結果，減少了通過第二支撐部件120而損失的熱量。
同時，緩沖部件130與第二支撐部件120之間的接觸面積與第二支撐部件120的上表面面積的第二面積比也為約0. 05 約0. 9。 當第一面積比小于約0. 05，難以讓緩沖部件130穩固地支撐住第一支撐部件，而
當第一面積比大于約0. 9，難以有效地減少通過第二支撐部件120損失的熱量。 此外，當第二比例小于0. 05，第一支撐部件110和緩沖部件130不穩固，而當第二
面積比大于約0. 9，難以有效地減少通過第二支撐部件120損失的熱量。 同時，因為第一支撐部件110與第二支撐部件120隔開，在第一支撐部件110和第
二支撐部件120之間形成空氣間隙132。空氣間隙132可以減少第一支撐部件110和第二
支撐部件120之間的熱量傳遞，并且減少了通過第二支撐部件120而損失的熱量。 第一支撐部件110和第二支撐部件120之間的空氣間隙132可為約0. 1 約5mm。 當空氣間隙132小于0. lmm時，不能有效減少第一支撐部件110和第二支撐部件
120之間的熱量傳遞。此外，當空氣間隙大于約5mm時，第一支撐部件110和第二支撐部件
120之間的熱量傳遞能有效減少，但增加了基板支撐單元100的尺寸。 第一支撐部件110和第二支撐部件120可具有第一凹槽和第二凹槽。考慮到第一支撐部件110和緩沖部件130的熱膨脹，第一凹槽的寬度相對于緩沖部件130的寬度可以有約0. 2% 約1%的公差。此外，考慮到第二支撐部件120和緩沖部件130的熱膨脹，第二凹槽的寬度相對于緩沖部件130的寬度可以有約0. 2% 約2%的公差。
緩沖部件130可包括具有抗熱震性及較低熱傳導系數的材料。例如，緩沖部件130可具有約1 約30W/(m'K)的熱傳遞系數。因此，減少了通過緩沖部件130和第二支撐部件130而損失的熱量。 當緩沖部件130的熱傳遞系數超過約30W/ (m *K)時，不能充分減少通過緩沖部件130和第二支撐部件130而損失的熱量。 可用于緩沖部件130的材料的例子包括石英、A1203、 Y203、 ZnO、 Si02等。這些材料可單獨或結合使用。 緩沖部件130和空氣間隙132可減少從加熱器114傳遞到第二支撐部件120的熱量，并從而可減少通過第二支撐部件120損失的熱量。 管子140連接于第一支撐部件110的下表面并可延伸通過第二支撐部件120。管 子140可包括基本與第一支撐部件110相同的陶瓷材料。 管子140可使用陶瓷粘合劑通過燒結處理結合到第一支撐部件110，或者使用金 屬填料通過銅焊處理結合到第一支撐部件110.因此，當基板支撐單元100設置在真空室60 中處理基板S時，可防止第一支撐部件110和管子140之間的真空泄漏。
此夕卜，因為管子140是空心的、可以減少通過管子140損失的熱量。
盡管圖中未示，但用于將電力施加到電極112和加熱器114上的電線可容納在管 子140中，并通過管子140連接到電極112和加熱器114。此外，管子140內設有測量第一 支撐部件110的溫度傳感器(未示出)以及連接于該溫度傳感器的信號線。因而，電線可 方便地通過管子140連接于電極112和加熱器114，并且溫度傳感器可方便地通過管子140 安裝在第一支撐部件110上。 密封部件150包括第一密封部件152和第二密封部件154。 第一密封部件152可設置在第二支撐部件120和管子140之間。因此，可防止第二 支撐部件120和管子140之間的真空泄漏。第二密封部件154可設置在第二支撐部件120 和真空室60之間。因此，可防止第二支撐部件120和真空室60之間的真空泄漏。第一和 第二密封部件152、 154可包括，例如，0形圈。
冷卻線160包括第一冷卻線162和第二冷卻線164。 第一冷卻線162設置在第二支撐部件120中以冷卻第二支撐部件120。特別地，第 一冷卻線162設置在第二支撐部件120中靠近緩沖部件130處。設置第一冷卻線162以防 止第二支撐部件120由通過緩沖部件130傳遞的熱量而引起變形。 第二冷卻線164設置在第二支撐部件120中靠近第一密封部件152處。設置第二 冷卻線164以防止第一密封部件152由通過管子140傳遞的熱量而引起變形。
例如，第一冷卻線162和第二冷卻線164可單獨設置。或者，第一冷卻線162和第 二冷卻線164可以相互連接。 圖3為闡示具有如圖2所示基板支撐單元的基板處理裝置的剖視圖。 參看圖3，處理基板S的裝置200包括腔室210、基板支撐單元220、保護部件230、
氣體供應部240等。 腔室210提供處理基板S的空間。腔室210具有穿通形成在腔室210下部的排氣 口 212，從而將副產品及/或處理氣體排出。此外，腔室210具有穿通形成在腔室210下部 的中央部的開口 214。開口 214可用作與基板支撐單元220相連的電線及/或信號線的通 道。 基板支撐單元220設置在腔室210中。特別地，基板支撐單元220設置在腔室210 的下部從而覆蓋住開口 214。基板支撐單元220包括第一支撐部件、第二支撐部件、緩沖部 件、管子、密封部件、冷卻線等。 對第一支撐部件、第二支撐部件、緩沖部件、管子、密封部件、冷卻線更為詳細的說 明將省略，因為這些元件與已參考圖2所說明的第一支撐部件110、第二支撐部件120、緩沖 部件130、管子140、密封部件150、冷卻線160相似。 保護部件230具有環形并覆蓋住基板支撐單元220的側面。保護部件230防止用于處理基板S的處理氣體滲入基板支撐單元220，從而保護基板支撐單元220。保護部件230包括不與處理氣體反應的陶瓷材料。 氣體供應部240將處理氣體供應到腔室210中，對由基板支撐單元220支撐的基板S進行處理。例如，氣體供應部240包括設置在腔室210中基板支撐單元220上方的噴淋頭。該噴淋頭可連接于高頻電源，以從處理氣體中生成等離子。處理氣體的例子包括在基板S上形成層的源氣體、對基板S上的層進行蝕刻的蝕刻氣體、清洗基板S及/或腔室210內表面的清洗氣體。
產業應用性 根據上述本發明的實施例，第一支撐部件支撐基板以處理基板，并且具有加熱器
以加熱基板。第二支撐部件支撐第一支撐部件。緩沖部件設置在第一支撐部件和第二支撐
部件之間，并且可通過第一和第二支撐部件之間的緩沖部件形成空氣間隙。 因此，通過該空氣間隙減少了第一和第二支撐部件傳遞的熱量，從而有效且均勻
地加熱了該基板。 管子連接于第一支撐部件的下表面并且延伸通過第二支撐部件。加熱器通過延伸
通過管子的電線連接于電源。那樣，通過使用管子，電線方便地連接于加熱器。 此外，密封部件設置在第二支撐部件和管子之間，并且冷卻線設置在第二支撐部
件中。結果，冷卻線可減少由通過緩沖部件傳遞的熱量而導致的第二支撐部件熱變形和密
封部件退化。 盡管已經描述了本發明的實施例，應理解本發明不應當限于這些實施例，本領域技術人員可以在下文所要求保護的本發明的精神和范圍內作出各種各樣的變化和修正。
權利要求
一種基板支撐單元，包括第一支撐部件，所述第一支撐部件具有電極和加熱器并且支撐基板；第二支撐部件，所述第二支撐部件設置在所述第一支撐部件之下，以支撐所述第一支撐部件；以及緩沖部件，所述緩沖部件設置在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間，以在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間形成空氣間隙，從而減少所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的熱量傳遞。
2. 如權利要求1所述的基板支撐單元，還包括連接于所述第一支撐部件下表面的管子，所述管子延伸通過所述第二支撐部件并且容納將電力施加給所述電極和所述加熱器的電線。
3. 如權利要求2所述的基板支撐單元，還包括設置在所述第二支撐部件和所述管子之間的密封部件。
4. 如權利要求3所述的基板支撐單元，還包括設置在所述第二支撐部件靠近所述密封部件處以冷卻所述密封部件的冷卻線。
5. 如權利要求2所述的基板支撐單元，其中所述管子包括與所述第一支撐部件基本相同的材料。
6. 如權利要求1所述的基板支撐單元，還包括設置在所述第二支撐部件中以冷卻所述第二支撐部件的冷卻線。
7. 如權利要求1所述的基板支撐單元，其中所述第一支撐單元包括陶瓷材料。
8. 如權利要求1所述的基板支撐單元，其中所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的所述空氣間隙是約0. 1 約5mm。
9. 如權利要求1所述的基板支撐單元，其中所述緩沖部件和所述第一支撐部件之間的接觸面積與所述第一支撐部件的下表面面積的第一面積比是約0. 05 約0. 9。
10. 如權利要求1所述的基板支撐單元，其中所述緩沖部件具有約1 約30W/(m K)的熱傳遞系數。
11. 如權利要求l所述的基板支撐單元，其中所述緩沖部件的材料選自AlA、Y^、ZnO、Si02中的任何一種。
12. —種基板處理裝置，包括提供處理基板空間的腔室；設置在所述腔室內的基板支撐單元，所述基板支撐單元包括第一支撐部件，所述第一支撐部件具有電極和加熱器并且支撐基板；第二支撐部件，所述第二支撐部件設置在所述第一支撐部件之下，以支撐所述第一支撐部件；以及緩沖部件，所述緩沖部件設置在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間，以在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間形成空氣間隙，從而減少所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的熱量傳遞；以及將處理氣體供應到所述基板上對所述基板進行處理的氣體供應部。
全文摘要
一種基板處理裝置的基板支撐單元，包括第一支撐部件、第二支撐部件、緩沖部件和管子。所述第一支撐部件具有內置的電極和加熱器并且支撐基板。所述第二支撐部件設置在所述第一支撐部件之下，以支撐所述第一支撐部件。所述緩沖部件設置在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間，以在所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間形成空氣間隙，從而減少所述第一支撐部件和所述第二支撐部件之間的熱量傳遞。所述管子連接于所述第一支撐部件下表面。此外，所述管子延伸通過所述第二支撐部件并且容納將電力施加給所述電極和所述加熱器的電線。
文檔編號H05K7/20GK101796898SQ200880106176
公開日2010年8月4日 申請日期2008年8月27日 優先權日2007年9月5日
發明者曹尚范, 樸明河, 樸重現, 鄭炳晉 申請人:高美科株式會社