KR100343468B1 - 웨이퍼 홀딩척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 홀딩척에 관한 것으로서, 종래의 정전척은 전기적인 분극현상을 이용하므로 전류에 의하여 웨이퍼가 손상되었으며, 상기 정전척의 부착력에 미치는 인자가 복잡하여 동일한 공정을 반복하여 재현시키기 곤란하였다. 그리고, 잔류전하를 제거시키는 제전공정이 추가되므로 생산성이 저하되었으며, 상기 잔류전하가 완전하게 제거되지 않는 특성이 있는 한편, 상기 하부전극에 직류전원을 연결하여야 하고 프라즈마가 발생되어야 정전척이 작동되므로 전기적인 구성이 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명에 의한 웨이퍼 홀딩척은 하부전극에 위치되는 웨이퍼의 측면을 장착 및 탈거할 수 있도록 가압링과, 탄성부재와, 탈거운동구로 이루어진 측면착탈수단을 설치함으로써, 전기적인 분극현상으로 발생되는 정전기를 이용하지 않는 바, 전류에 의하여 웨이퍼가 손상되는 것을 방지하고, 잔류전하를 추가로 제거하는 제전공정이 삭제되므로 생산성이 향상되며, 전기적 구성을 간단하게 형성하여 웨이퍼를 안정적으로 장착 및 탈거할 수 있는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 홀딩척{WAFER HOLDING CHUCK}

본 발명은 웨이퍼 홀딩척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 기상증착장비의 하부전극에 위치되는 웨이퍼의 측면을 장착 및 탈거할 수 있는 측면착탈수단을 설치함으로써, 전동척의 제반 문제점을 해결할 수 있는 웨이퍼 홀딩척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 화학기상증착공정이란 기체 원료로 부터 화학반응을 거쳐 박막이나 입자 등이 고체재료를 합성하여 소정의 표면에 박막을 형성하는 박막형성법으로서, 도 1에서는 반응기구를 외부와 차단하고 진공펌프 등을 이용하여 반응기구의 압력이 0.1 ~ 10 torr의 저압에서 화학반응으로 박막을 증착시키는 반도체 저압 화학기상증착공정의 공정도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 이는 외부와 차단된 반응실(A)안에 웨이퍼를 넣고 가스공급부(B)를 통하여 원료로 가스를 공급하면 가열부(C)와 에너지부(D)에서 공급된 열에 의해 열분해를 일으켜 기판의 성질을 변화시키지 않고 박막을 형성하고 배기부(E)를 통하여 미반응물질이 배출되는 방법을 말한다.

도 2는 일반적으로 사용되는 반도체 저압 화학기상증착장비의 개요도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 저압 화학기상증착장비는 증착가스가 주입되어 웨이퍼(W)의 상면에 박막을 증착시키는 챔버(1)와, 상기 챔버(1) 내부에서 미반응된 증착가스에 의해 생성된 부산물을 배출시키는 배기관(2)과, 상기 챔버(1) 내부의 증착가스를 제거하여 일정한 저압으로 유지시키는 펌프(3)와, 상기 증착가스의 공급량을 일정하게 제어하는 유량제어부(4)와, 상기 챔버(1) 내부에서 상기 웨이퍼가 안착되며 직류전원과 알에프전원이 인가되는 하부전극(5)과, 상기 하부전극(5)과 대응되어 알에프전원이 인가되는 상부전극(6)과, 상기 하부전극(5)의 일측과 연결되어 상기 웨이퍼를 냉각시키는 냉기공급부(7)로 구성된다.

그리고 상기 하부전극(5)에는 일반적으로 쿨롱에 의한 전기력을 이용하는 정전척(10)이 구비되어 있으며, 상기 하부전극(5)의 일측에 포커스링(11)이 구비되고, 상기 웨이퍼와 접촉되는 하부전극(5)의 상면에는 절연체로 작용되어 분극현상을 발생시키는 코팅(12)이 소정 두께로 형성된다.

상기와 같이 구성된 종래 정전척의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼가 챔버(1)로 반입되면, 상기 챔버(1) 내부로 증착가스가 공급되고, 펌프(3)에 의하여 소정의 압력이 유지된다.

그리고, 상기 웨이퍼의 배면에 전기적 부착력을 발생시키기 위하여 직류전원을 하부전극(5)에 인가하면, 상기 절연물질로 형성된 코팅(12)에는 분극현상이 발생되며, 상기 분극현상은 상기 코팅(12)의 재질, 인가전압, 코팅두께, 코팅의 유전율 등에 좌우될 뿐만 아니라, 웨이퍼의 면적, 챔버내의 압력 및 온도, 백프레스, 접촉면의 편평도 등에 관련되는 여러 변수에 의하여 결정된다.

특히, 상기 정전척의 부착력은 특정전압에 의하여 저항으로서의 기능을 상실하는 전기적인 파괴전압(Break Down)을 가지므로 상기 파괴전압 이하로 인가전압을 제어하여야 한다.

그리고, 알에프전원을 인가하면 프라즈마가 발생되어 증착이 이루어지며, 상기 웨이퍼와 하부전극(5)은 쿨롱에 의한 전기력이 발생되어 전기적으로 부착되며, 상기 냉기공급부(7)에서는 웨이퍼를 냉각시키는 냉기가스가 공급되어 상기 웨이퍼의 배면을 냉각시킨다.

한편, 상기 프라즈마가 발생되는 상태에서는 정전기에 의한 부착력이 상기 코팅(12)의 특성에 따라서 유지되며, 상기 증착공정 완료후 상기 프라즈마의 발생이 종료되기 전 또는 후에 직류전원과 냉기공급부(7)의 작동이 종료된다.

그런데, 상기 공정이 종료되어 전기적인 회로가 차단되어도 실제상으로는 재료의 저항이 무한대인 경우는 존재하지 않으므로 상기 코팅(12)의 분극현상이 완전하게 소멸되지 않고, 상기 웨이퍼의 배면에 잔류전하가 존재되며, 상기 잔류전하를 제거하기 위하여 직류전원의 인가없이 프라즈마를 이용하여 중성화시키는 제전공정을 수행한다.

그러나, 종래의 정전척은 전기적인 분극현상을 이용하므로 전류에 의하여 웨이퍼가 손상되었으며, 상기 정전척의 부착력에 미치는 인자가 복잡하여 동일한 공정을 반복하여 재현시키기 곤란하였다. 그리고, 잔류전하를 제거시키는 제전공정이 추가되므로 생산성이 저하되었으며, 상기 잔류전하가 완전하게 제거되지 않는 특성이 있는 한편, 상기 하부전극에 직류전원을 연결하여야 하고 프라즈마가 발생되어야 정전척이 작동되므로 전기적인 구성이 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 전기적인 분극현상으로 발생되는 정전기를 이용하지 않고 웨이퍼를 안정적으로 장착 및 탈거할 수 있는 웨이퍼 홀딩척을 제공하는 데 있다.

도 1은 반도체 화학기상증착공정을 나타내 보인 공정도.

도 2는 종래 화학기상증착장비의 개요도.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 홀딩척이 구비된 화학기상증착장비의 개요도.

도 4a는 본 발명에 따른 웨이퍼 홀딩척에서 가압링의 평면도.

도 4b는 본 발명에 따른 웨이퍼 홀딩척에서 가압링과 웨이퍼의 접촉부를 나타내 보인 단면도.

도 5a는 본 발명에 따른 웨이퍼 홀딩척에서 하부전극의 평면도.

도 5b는 도 5a의 A-A'선 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

21 : 챔버 22 : 배기관

23 : 펌프 24 : 유량제어부

25 : 하부전극 26 : 상부전극

27 : 냉기공급부 30 : 웨이퍼 홀딩척

40 : 측면착탈수단 41 : 가압링

41a: 원호요입부 42 : 탄성부재

43 : 탈거운동구 50 : 나선형냉각슬롯

51 : 협곡부 52 : 원통부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 웨이퍼 홀딩척은 하부전극에 위치되는 웨이퍼의 측면과 접촉되도록 직경에 대하여 다수개 절단된 가압링과, 상기 가압링의 외주 일측에 구비되어 상기 웨이퍼를 장착하도록 탄성력을 가하는 탄성부재와, 상기 가압링의 내주 일측에 구비되어 상기 가압링을 외측으로 이동하여 상기 웨이퍼를 탈거시키는 탈거운동구로 구성된 측면착탈수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가압링의 내주부는 상기 웨이퍼의 측면과 면접촉되도록 요입되며, 상면의 위치는 상기 웨이퍼 두께의 절반 정도로 형성되며, 상기 하부전극의 상면에는 중심에서 외주방향으로 소정의 나선각으로 회전되는 나선형냉각슬롯이 형성된다.

상기 나선형냉각슬롯은 단면상이 수직의 협소한 폭을 갖는 협곡부와, 상기 협곡부의 하측에서 원형단면으로 형성된 원통부로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 개요도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 화학기상증착장비는 증착가스가 주입되어 웨이퍼(W)의 상면에 박막을 증착시키는 챔버(21)와, 상기 챔버(21) 내부에서 미반응된 증착가스에 의해 생성된 부산물을 배출시키는 배기관(22)과, 상기 챔버(21) 내부의 증착가스를 제거하여 일정한 저압으로 유지시키는 펌프(23)와, 상기 증착가스의 공급량을 일정하게 제어하는 유량제어부(24)와, 상기 챔버(21) 내부에서 상기 웨이퍼가 안착되며 알에프전원이 인가되는 하부전극(25)과, 상기 하부전극(25)과 대응되어 알에프전원이 인가되는 상부전극(26)과, 상기 하부전극(25)의 일측과 연결되어 상기 웨이퍼를 냉각시키는 냉기공급부(27)로 구성된다.

그리고 상기 하부전극(25)에는 상기 웨이퍼의 법선방향으로 왕복이동되어 상기 웨이퍼의 측면을 장착, 탈거하는 측면착탈수단(40)이 포함된 웨이퍼 홀딩척(30)이 구비된다.

상기 측면착탈수단(40)은 상기 웨이퍼의 측면과 접촉되도록 직경에 대해 두개로 절단된 가압링(41)과, 상기 가압링(41)의 외주 일측에 구비되어 상기 웨이퍼를 장착하도록 탄성력을 가하는 탄성부재(42)와, 상기 가압링(41)의 내주 일측에 구비되는 공압실린더 또는 공압모터로서, 상기 가압링(41)을 외측으로 이동시켜 상기 웨이퍼를 탈거시키는 탈거운동구(43)로 구성된다

도 4a는 상기 가압링의 평면도이고, 도 4b는 가압링과 웨이퍼의 접촉부를 나타내 보인 단면도로서, 도시된 바와 같이, 상기 가압링(41)의 내주부는 상기 웨이퍼의 측면과 면접촉되도록 요입되어 원호요입부(41a)를 형성하며, 상기 가압링(41)의 상면은 상기 웨이퍼 두께(T)의 절반(½T)에 위치되도록 형성된다.

도 5a는 상기 하부전극의 평면도로서, 상기 하부전극(25)의 상면에는 중심에서 외주방향으로 소정의 나선각(θ)으로 회전되는 나선형냉각슬롯(50)이 형성되며,상기 나선형냉각슬롯(50)은 도 5b에 도시된 바와 같이, 단면상이 수직의 협소한 폭을 갖는 협곡부(51)와, 상기 협곡부(51)의 하측에서 원형단면으로 형성된 원통부(52)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 홀딩척의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3에서, 상기 웨이퍼가 챔버(21)로 반입되면 상기 하부전극(25)에 설치된 웨이퍼 홀딩척(30)의 측면착탈수단(40)에 의하여 상기 웨이퍼의 측면을 장착한 후, 상기 챔버(21) 내부로 증착가스가 공급되고, 펌프(23)에 의하여 소정의 압력이 유지된다.

상기 측면착탈수단(40)의 가압링(41)은 상기 탄성부재(42)의 탄성복원력에 의하여 웨이퍼의 측면을 내측으로 가압하며, 상기 가압링(41)의 내주부에는 원호요입부(41a)가 형성되어 상기 웨이퍼의 측면과 면접촉된다. 또한, 상기 가압링(41)의 상면은 상기 웨이퍼 두께의 절반(½T)에 위치되므로 상기 웨이퍼의 측면부분에 이상증착으로 발생되는 특성변화를 방지할 수 있으며, 이물발생을 방지하여 증착공정상의 품질을 균일하게 유지할 수 있다.

그리고 상기 증착공정이 종료되면, 상기 가압링(41)의 내측에 설치된 탈거운동구(43)인 공압실린더 또는 공압모터가 작동되어 상기 가압링(41)을 외측으로 이동시켜 웨이퍼의 측면을 탈거한다.

한편, 상기 웨이퍼가 홀딩척(30)에 장착되고 프라즈마가 발생되어 증착공정이 진행되면, 상기 웨이퍼의 배면을 냉각시키기 위하여 냉기공급부(27)에서 상기하부전극(25)의 중심부로 냉각가스를 공급하며, 상기 냉각가스는 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 하부전극(25)의 중심에서 외주방향으로 소정의 나선각(θ)으로 회전되는 나선형냉각슬롯(50)의 홈을 따라서 이동되면서 상기 웨이퍼 배면을 냉각시킨다.

상기 나선형냉각슬롯(50)은 도 5b에 도시된 바와 같이, 저압(P₁)을 갖는 협곡부(51)와, 고압(P₂)을 갖는 원통부(52)로 구성되어 냉각가스 압력이 상부로 전달되지 않고 냉각가스의 흐름방향인 측면으로 전달되어 웨이퍼의 배면을 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 상기와 같은 단면형상에 의하여 벤츄리 효과를 발생시키므로 냉각가스 압력에 의한 웨이퍼의 들림현상을 최소화하면서 협곡부(51)에서는 유속이 고속화되어 웨이퍼의 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 홀딩척은 하부전극에 위치되는 웨이퍼의 측면을 장착 및 탈거할 수 있도록 가압링과, 탄성부재와, 탈거운동구로 이루어진 측면착탈수단을 설치함으로써, 전기적인 분극현상으로 발생되는 정전기를 이용하지 않는 바, 전류에 의하여 웨이퍼가 손상되는 것을 방지하고, 잔류전하를 추가로 제거하는 제전공정이 삭제되므로 생산성이 향상되며, 전기적 구성을 간단하게 형성하여 웨이퍼를 안정적으로 장착 및 탈거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 하부전극에 위치되는 웨이퍼의 측면과 접촉되도록 직경에 대하여 다수개 절단된 가압링과, 상기 가압링의 외주 일측에 구비되어 상기 웨이퍼를 장착하도록 탄성력을 가하는 탄성부재와, 상기 가압링의 내주 일측에 구비되어 상기 가압링을 외측으로 이동하여 상기 웨이퍼를 탈거시키는 탈거운동구로 구성된 측면착탈수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 홀딩척.
2. 삭제
3. 제 2항에 있어서, 상기 가압링의 내주부는 상기 웨이퍼의 측면과 면접촉되도록 요입되며, 상면의 위치는 상기 웨이퍼 두께의 절반 정도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 홀딩척.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하부전극의 상면에는 중심에서 외주방향으로 소정의 나선각으로 회전되는 나선형냉각슬롯이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 홀딩척.
5. 제 4항에 있어서, 상기 나선형냉각슬롯은 단면상이 수직의 협소한 폭을 갖는 협곡부와, 상기 협곡부의 하측에서 원형단면으로 형성된 원통부로 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 홀딩척.