KR100286338B1

KR100286338B1 - 반도체장비의전극온도제어시스템

Info

Publication number: KR100286338B1
Application number: KR1019980016611A
Authority: KR
Inventors: 이원백
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1998-05-09
Filing date: 1998-05-09
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19990084677A

Abstract

본 발명은 반도체 장비의 전극온도 제어시스템에 관한 것으로, 이와같은 전극온도제어장치는 챔버의 전극과 열교환몸체사이의 공극에 불활성가스를 가스공급수단을 이용하여 주입함으로써 열교환기에 유출된 열교환매체가 상기 열교환몸체에 열교환매체순환공급관을 통해 유입할 때, 상기 열교환매체가 가지고 있는 열이 상기 열교환몸체에서 상기 전극의 웨이퍼에 전달에 전달되고, 상기 열교환매체에 전달된 열은 상기 공극의 불활성가스를 매개로 상기 전극에 열손실이 극소화되어 전달되며, 이 열은 상기 전극 위에 놓여지는 웨이퍼에 전달되어, 상기 웨이퍼 온도가 균일하게 유지함으로써 소자의 고집적화 및 웨이퍼의 대구경화에도 전혀 지장을 받지않고 웨이퍼 전면의 공정신뢰성을 확보하게 되는 효과가 있다. 또한, 전극의 ESC(Electrostatic Chuck)화에 따른 교체시의 어려움이었던 직접방식의 반도체 장비들도 이러한 열전달의 어려움에 따른 비간접형 방식으로의 전환이 용이한 효과가 있다.

Description

반도체 장비의 전극온도 제어시스템{ELECTRODE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM IN SEMICONDUCTOR APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 전면의 온도를 균일하게 유지하여 공정신뢰성을 향상시키는 반도체 장비의 전극온도 제어시스템에 관한 것이다.

종래, 반도체 장치의 전극온도 제어시스템은 두 가지 방식으로 나뉘어진다.

첫째, 전극과 열교환몸체가 일체형으로 이루어진 직접형 방식의 전극온도 제어시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 이와같은 전극온도 제어시스템은 챔버(1)의 내측 저면에 열교환몸체(2)가 배치되어 있고, 상기 열교환몸체(2)와 일체로 이루어진 전극(3)이 그의 상부에 놓여져 있으며, 상기 챔버(1)의 외부에 열교환매체를 공급하기 위한 열교환기(4)가 배치된다. 그리고, 상기 열교환기(4)로부터 유출되는 열교환매체를 운반하기 위하여 상기 열교환기(4)의 일단에서 유출되는 열교환매체가 상기 열교환몸체(2)의 내부를 통과하여 상기 전극(3) 내부를 순환한 다음, 상기 열교환몸체(2)의 내부를 통과하여 열교환기(4)의 타단으로 유입되도록 내측이 빈 파이프형상의 열교환매체순환관(5)이 설치되어 있다.

상기 전극(3)의 내부에는 상기 열교환매체가 유입되어 배출되는 소정경로가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 직접방식의 전극온도시스템은 전극에 반도체 제조공정에 사용될 웨이퍼(W)가 놓여지고, 열교환기(4)에서 유출된 열교환매체가 열교환매체순환관(5)을 따라 열교환몸체(2)로 유입되고, 이 열교환매체는 전극(3)의 소정경로를 지나가며, 이때 상기 열교환매체가 지닌 열이 상기 전극(3)에 직접 전달되고, 상기 전극(3)에 놓인 웨이퍼(W)에 바로 전달되어진다.

상기한 바와 같은 종래 직접방식의 전극온도제어장치는 전극과 열교환매체가 일체로 연결되어 정전기성 척 방식의 전극이 사용되면 전극 라이프타임(lifetime)의 중요성으로 인해 전극의 분해가 필수적이 되었고, 이로 인해 열교환매체의 소모가 증가함에 따라 유지하기 어려운 문제점이 있었다.

다음, 전극과 열교환몸체가 분리형으로 이루어진 간접형 방식의 전극온도 제어시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 이와 같은 전극온도제어시스템은 주반응실은 챔버(1)와, 상기 챔버(1)의 내측에 설치된 열교환몸체(2)와, 상기 열교환몸체(2) 위에 놓이는 전극(3)과, 상기 열교환몸체(2)와 상기 전극(3)사이의 공극(4)에 주입형성된 알루미늄포일(4')과, 상기 챔버(1)의 외측에 위치하여 상기 열교환몸체(2)에 열교환매체를 공급하는 열교환기(5)와, 상기 열교환기(5)의 일단에서 유출되는 열교환매체가 상기 열교환몸체(2)내의 소정경로를 따라 순환한 다음, 상기 열교환기(5)의 타단으로 유입되도록 설치된 내측이 빈 파이프형상의 열교환매체순환관(6)로 구성된다.

상기 공극(4)의 양측단에 오링(4'')이 설치되어 있다.

이와같은 종래 간접형 방식의 전극온도제어시스템의 동작에 대해 설명한다.

전극(3)에 반도체 제조공정에 사용될 웨이퍼(W)가 놓여지고, 열교환기(5)의 일단으로부터 유출된 열교환매체는 열교환매체순환관(6)을 따라 열교환몸체(2)에 유입되고, 상기 열교환몸체(2)의 소정경로를 따라 상기 열교환기(5)의 타단으로 재유입되어진다. 이때, 상기 열교환매체(5)가 지닌 열은 상기 열교환몸체(2)에 우선 전달되고, 이 전달된 열은 상기 열교환몸체(2)와 전극(3)사이의 공극(4)에 형성된 알루미늄포일(4')을 거쳐 전극(3)에 전달되고, 최종적으로 웨이퍼(W)에 전달된다.

상기한 바와 같은 종래 간접형 방식의 전극온도제어시스템은 전극과 열교환몸체가 분리형으로 이루어져 열교환매체의 자체열을 전극으로 전달시 공극에 주입형성된 알루미늄포일의 열전달특성이 효율적이지 못하여 웨이퍼 공정의 재현성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 반도체 소자의 고집적화와 웨이퍼의 대구경화에 적합하지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전극과 열교환몸체 사이의 공극에 이상적인 열전달특성을 지닌 분자량이 작은 기체를 주입하여 웨이퍼 온도를 균일하게 유지하는 전극온도제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 소자의 고집적화와 웨이퍼의 대구경화 추세에 더욱 적합한 전극온도제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 따른 반도체 장비의 전극온도제어장치는 반도체 장비의 챔버(main chamber)와; 상기 챔버의 내측 밑면 위에 놓인 열교환몸체와(heat exchange body); 상기 열교환몸체 위에 위치한 전극과; 상기 챔버의 외측에 위치하여 상기 열교환몸체에 열교환매체(heat exchange media)를 공급하는 열교환기(heat exchanger)와; 상기 열교환기의 일단에서 유출된 열교환매체가 상기 열교환몸체에 유입되어 그 내부의 소정경로를 따라 순환한 다음, 상기 열교환기의 타단으로 인입되도록 설치된 열교환매체순환관과; 상기 열교환기몸체(20)에 형성되어 상기 전극과 열교환몸체의 사이에 형성된 공극(25)에 연결되는 제 1 관통홀(61)과, 상기 챔버(10)의 외측에 설치된 가스공급기(62)와, 상기 제 1 관통홀(61)에 일단이 삽입연결되어 상기 가스공급기(62)로부터 유출되는 가스를 운반하기 위한 가스공급관(63)과, 상기 공극(25)으로 유입되는 가스량을 조절하기 위한 가스유량조절계(64)와, 상기 공극(25)으로 유입되는 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위한 가스압력조절계(65)를 가지는 가스공급수단(60)과; 상기 열교환기몸체(20)에 형성되어 상기 공극(25)에 연결되는 제 2 관통홀(71)과, 상기 제 2 관통홀에 일단이 삽입연결되어 상기 공극으로부터 배기되는 가스를 운반하기 위한 가스배기관(72)과, 상기 가스배기관의 일단에 연결되어 상기 공극으로부터의 가스를 흡입하기 위한 배기펌프(73)와, 상기 배기펌프의 뒷단의 가스배관에 설치되어 가스배기관으로 배기되는 가스량을 조절하기 위한 댐퍼(74)를 가지는 가스배기수단(70);으로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 반도체 장치의 직접형 전극온도 제어시스템을 설명하기 위한 단면도.

도 2 은 종래 반도체 장치의 간접형 전극온도 제어시스템을 설명하기 위한 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 반도체 장치의 간접형 전극온도 제어시스템을 설명하기 위한 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **

10 : 챔버 20 : 열교환몸체

30 : 전극 40 : 열교환기

50 : 열교환매체순환관 60 : 가스공급수단

61 : 제 1 관통홀 62 : 가스공급기

63 : 가스공급관 64 : 가스유량조절계

65 : 가스압력조절계 70 : 가스배기수단

71 : 제 2 관통홀 72 : 가스배기관

73 : 배기펌프 74 : 댐퍼

75 : 주배기라인

이하, 본발명에 따른 간접형 방식의 전극온도 제어시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 전극온도 제어시스템은 반도체 장비의 주반응실인 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내측 하부에 설치된 열교환몸체(20)와, 상기 열교환몸체(20) 위에 놓인 정전기성을 띤 전극(30)과, 상기 챔버(10)의 외측에 설치되어 상기 열교환몸체(20)에 열교환매체(미도시)를 공급하기 위한 열교환기(40)와, 상기 열교환기(40)로부터 유출되는 열교환매체가 상기 열교환몸체(20)내의 소정경로를 따라 순환하여 상기 열교환기(40)의 타단으로 유입되도록 설치된 내측이 빈 파이프형상의 열교환매체순환관(50)과, 상기 전극(30)과 열교환몸체(20) 사이의 공극(25)에 가스를 주입하기 위한 가스공급수단(60)과, 상기 가스공급수단(60)에 의해 주입된 가스를 상기 공극(25)으로부터 배기시키키 위한 가스배출수단(70)으로 구성된다.

상기 가스는 불활성 가스인 He, Ar 또는 그 조합이 사용된다.

상기 전극(30) 위에 반도체 공정에 사용될 웨이퍼가 놓여지고, 상기 공극(25)의 양단에는 주입된 가스가 상기 챔버(10)내로 유입되는 것을 방지하기 위해 오링(27)이 설치된다.

상기 가스공급수단(60)은 상기 열교환몸체(20)의 일단에서 상기 공극(25)까지 관통되도록 형성된 제 1 관통홀(61)과, 상기 공극(25)에 가스를 공급하기 위해 상기 챔버(10)의 외측에 설치된 가스공급기(62)와, 상기 제 1 관통홀(61)에 그의 일단이 삽입연결되어 상기 가스공급기(62)로 유출되는 가스를 운반하기 위한 가스공급관(63)으로 구성된다.

상기 가스공급관(63)에는 상기 공극(25)으로 유입되는 가스량을 조절하기 위한 가스유량조절계(64)와 상기 공극(25)으로 유입되는 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위한 가스압력조절계(65)가 설치된다.

상기 가스배기수단(70)은 상기 열교환몸체(20)의 일단에서 상기 공극(25)까지 관통되도록 형성된 제 2 관통홀(71)과, 상기 제 2 관통홀(71)에 그의 일단이 삽입결합되어 상기 공극(25)으로부터 배기되는 가스를 운반하기 위한 가스배기관(72)과, 상기 가스배기관(72)의 일단에 연결되어 상기 공극(25)으로부터 가스를 흡입하기 위한 배기펌프(73)와, 상기 배기펌프(73)의 뒷단의 가스배기관(72)내에 설치되어 상기 가스배기관(72)으로 배기되는 가스량을 조절하기 위한 댐퍼(74) 및 이를 구동하기 위한 댐퍼구동부(74')와, 상기 댐퍼(74) 뒷단의 가스배기관(72)에 연결된 공장 측 주배기라인(75)으로 구성된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 비간접방식의 전극온도 제어시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

가스공급수단(60)의 가스공급기(62)로부터 유출된 가스는 가스공급관(63)을 통해 제 1 관통홀(61)을 지나 공극(25)으로 주입되어지고, 열교환기(40)로부터 유출된 열교환매체는 열교환매체순환관(50)을 통해 열교환몸체(20)에 인입되며, 상기 인입된 열교환매체가 지닌 열은 상기 열교환몸체(20)를 통해 가스가 주입된 공극(25)을 거쳐 전극(30)에 전달되어지며, 이 열은 상기 전극(30)위에 놓일 웨이퍼(W)에 최종적으로 전달된다. 상기 주입된 가스는 주기적으로 또는 필요에 따라 가스배기수단(70)에 의해 배기된다. 여기서 상기 열교환기 몸체(20)의 열이 공극(25)을 통해 전극(30)으로 전달되는 과정에서 상기 공극(25)에는 불활성가스가 공급되는 상태이므로 열교환기몸체(20)가 지닌 열을 100% 전극(30)측으로 전달할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 장비의 전극온도제어시스템은 전극과 열교환몸체사이의 공극에 불활성 가스를 주입함으로써 열교환몸체가 지닌 열을 전극으로 100% 전달하며, 이로 인해 간접방식의 전극을 사용함에 따른 전극온도의 균일성을 완벽하게 제어하게 되어 공정상의 손상을 제거하였으며, 이것은 웨이퍼에서의 공정효율향상 및 칩의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

반도체 장비의 챔버(chamber)(10)와; 상기 챔버(10)의 내측 밑면 위에 놓인 열교환몸체(20)와(heat exchange body); 상기 열교환몸체(20) 위에 위치한 전극(30)과; 상기 챔버(10)의 외측에 위치하여 상기 열교환몸체(20)에 열교환매체(heat exchange media)를 공급하는 열교환기(heat exchanger)(40)와; 상기 열교환기(40)의 일단에서 유출된 열교환매체가 상기 열교환몸체(20)에 인입되어 그 내부의 소정경로를 따라 순환한 다음, 상기 열교환기(40)의 타단으로 인입되도록 설치된 열교환매체순환관(50)과; 상기 열교환기몸체(20)에 형성되어 상기 전극과 열교환몸체의 사이에 형성된 공극(25)에 연결되는 제 1 관통홀(61)과, 상기 챔버(10)의 외측에 설치된 가스공급기(62)와, 상기 제 1 관통홀(61)에 일단이 삽입연결되어 상기 가스공급기(62)로부터 유출되는 가스를 운반하기 위한 가스공급관(63)과, 상기 공극(25)으로 유입되는 가스량을 조절하기 위한 가스유량조절계(64)와, 상기 공극(25)으로 유입되는 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위한 가스압력조절계(65)를 가지는 가스공급수단(60)과; 상기 열교환기몸체(20)에 형성되어 상기 공극(25)에 연결되는 제 2 관통홀(71)과, 상기 제 2 관통홀에 일단이 삽입연결되어 상기 공극으로부터 배기되는 가스를 운반하기 위한 가스배기관(72)과, 상기 가스배기관의 일단에 연결되어 상기 공극으로부터의 가스를 흡입하기 위한 배기펌프(73)와, 상기 배기펌프의 뒷단의 가스배관에 설치되어 가스배기관으로 배기되는 가스량을 조절하기 위한 댐퍼(74)를 가지는 가스배기수단(70);으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 전극온도 제어시스템.