KR100609064B1 - 반도체 제조 장치용 정전척 - Google Patents

Abstract

반도체 제조 공정에서 웨이퍼 냉각 시 중심부와 가장자리부의 냉각이 고르게 이루어지도록 하는 반도체 제조를 위한 정전척을 제공한다. 반도체 제조 장치용 정전척은 반도체 제조 공정 시 웨이퍼가 안착되는 바디, 바디 내부에 바디와 수평으로 설치되며, 복수개의 분지관으로 분지된 온도조절가스 공급 라인으로, 각 분지관의 바디 가장자리부의 직경이 바디 중심부의 직경보다 큰 온도조절가스 공급 라인; 및 바디를 덮는 플레이트로, 온도조절가스 공급 라인 상에 대응하도록 수직으로 관통하여 형성되어 웨이퍼의 일면으로 온도조절가스를 분사하는 복수개의 분사홀들을 포함하되, 바디 가장자리부에 배치되는 분사홀들의 직경이 바디 중심부에 배치되는 분사홀들의 직경보다 큰 분사홀들을 포함하는 플레이트를 포함한다.

반도체, 정전척, 냉각장치, 온도조절가스, 공급 라인, 분사홀

Description

반도체 제조 장치용 정전척{Electro static chuck for semiconductor process}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정전척의 단면도이다.

도 2는 도 1의 정전척 바디의 평면도이다.

도 3은 도 1의 정전척의 상부 평면도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전척 바디의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전척의 상부 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1 : 정전척 바디 2 : 플레이트

3 : 분사홀 4 : 온도조절가스 공급 라인

5 : 온도조절가스 압력 제어부 6 : 바디 상면

7 : 플레이트 상면

8 : 온도조절가스 공급 라인 중앙 연결부

본 발명은 반도체 제조 장치용 정전척에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨 이퍼 전면이 균일하게 냉각될 수 있는 정전척에 관한 것이다.

반도체 제조 장치에서 웨이퍼를 안착시키기 위한 장치로 최근에는 정전기력을 이용하여 고정시킴과 동시에 공정 진행 중에 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위해 냉각을 위한 온도조절가스를 웨이퍼의 뒷면(backside)에 공급하는 정전척이 널리 사용되고 있다.

종래의 정전척은, 정전척 바디의 하면을 관통하는 하나의 중앙 라인으로부터 분지된 다수의 온도조절가스 공급 라인이 정전척 바디 내에 설치되어 있어서, 외부로부터 주입되는 온도조절가스가 압력 제어부를 통해 일정한 압력으로 제어되어 공급 라인을 통해 확산되고, 바디에 형성된 공급 라인 상에 대응하도록 분사홀들을 형성한 플레이트를 바디 상면에 부착하여, 공급 라인을 통해 확산된 온도조절가스가 플레이트 상의 분사홀로 분사되면서, 정전척 상면에 안착되어 있는 웨이퍼를 뒷면에서 냉각하게 된다. 그런데, 종래의 정전척은 온도조절가스 공급 라인의 굵기와 분사홀의 크기가 어느 부위에서나 동일하므로, 분산되는 온도조절가스의 압력과 분사량은 가장자리로 갈 수록 작아지게 된다. 이는 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라 더욱 심각해진다. 이로 인하여 웨이퍼의 중심부와 가장자리부의 온도조절가스의 밀도차가 생겨 웨이퍼 전반의 온도가 균일하게 냉각되지 않게 되고, 이로 인하여 수율이 저하되는 문제점이 발생한다.

이를 해결하기 위하여 중심부 온도조절가스 공급 라인과 가장자리부 온도조절가스 공급 라인을 따로 두어, 각각의 독립된 제어부에서 송출되는 온도조절가스를 중심부 온도조절가스 공급 라인과 가장자리부 온도조절가스 공급 라인을 통해 각각 이동시켜 분사하여 웨이퍼를 냉각시키는 듀얼 라인 타입의 정전척이 개발되었다. 이때 사용하는 온도조절가스의 압력은 중심부에서는 4~10Torr, 가장자리부에서는 8~10Torr정도이다. 듀얼 라인 타입의 경우에는 중심부와 가장자리부의 온도조절가스의 압력을 따로 조절할 수 있으므로 냉각 효율은 단일 라인 타입의 정전척을 사용한 것보다 좋아질 수 있으나, 설비의 구조가 복잡해져 비용이 많이 들고, 가장자리부의 가스 리크(leak) 등의 문제가 발생하는 등 관리면에서도 불편한 점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일하게 온도 조절을 할 수 있는 정전척을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치용 정전척은 반도체 제조 공정 시 웨이퍼가 안착되는 바디, 바디 내부에 바디와 수평으로 설치되며, 복수개의 분지관으로 분지된 온도조절가스 공급 라인으로, 각 분지관의 바디 가장자리부의 직경이 바디 중심부의 직경보다 큰 온도조절가스 공급 라인; 및 바디를 덮는 플레이트로, 온도조절가스 공급 라인 상에 대응하도록 수직으로 관통하여 형성되어 웨이퍼의 일면으로 온도조절가스를 분사하는 복수개의 분사홀들을 포함하되, 바디 가장자리부에 배치되는 분사홀들의 직경이 바디 중심부에 배치되는 분사홀들의 직경보다 큰 분사홀들을 포함하는 플레이트를 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항은 후술하는 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치용 정전척은 척 내부에 설치되는 온도조절가스 공급 라인의 굵기 및 온도조절가스 분사홀의 직경의 크기를 위치에 따라 변형함으로써 웨이퍼의 중심부와 가장자리부의 온도를 균일하게 냉각할 수 있을 것이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 제조 장치용 정전척은 도 1 내지 도 3을 참조함으로써 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1을 참조하면, 정전척은 바디(1), 바디(1)를 덮는 플레이트(2), 온도조절가스 공급 라인(4), 분사홀(3), 온도조절가스 압력 제어부(5)를 포함한다.

정전척은 바디(1)에 플레이트(2)가 부착되어 이루어지며, 반도체 제조 공정 중에 웨이퍼를 안착시키는 장치로서, 웨이퍼와 유사한 원형 형태가 많이 사용된다. 그러나, 편의상 원형을 사용할 뿐, 원형이 아닌 사각형 등의 정전척도 필요에 따라 사용할 수 있고, 정전척의 형태에 관해서는 어떠한 제한도 두지 않는다.

정전척의 종류는 구성 재질에 따라 크게 폴리미드(polymide) 타입과 세라믹(ceramic) 타입으로 구분한다. 본 발명의 실시예에서는 내구성과 유전율 및 열전도도면에서 우수한 세라믹 타입 정전척을 이용하여 설명하고자 한다.

세라믹 타입은 아노다이징(anodizing) 방식, 세라믹 용사 방식 및 세라믹 플레이트 방식으로 구분되는데, 본 발명의 실시예에서는 가스의 누설이 적고 유전층의 박리가 적은 세라믹 플레이트 방식을 사용하여 설명하고자 한다.

즉, 본 발명의 실시예의 정전척은 세라믹 분말을 플레이트(2) 형태로 소결하여 알루미늄 바디(1)에 부착하고, 전극(미도시)을 세라믹 플레이트 내부에 내장하여 형성한, 세라믹 플레이트 방식의 세라믹 타입 정전척이다.

그러나, 본 발명의 반도체 제조 장치용 정전척은 실시예에서 설명하는 세라믹 타입 뿐 아니라 모든 정전척의 타입에서 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정전척은 도 1과 같이 변형된 온도조절가스 공급 라인과 분사홀을 가진다.

정전척의 바디(1) 내부에 형성되는 온도조절가스 공급 라인(4)은 도 1과 같이 중심부에서 가장자리부로 갈 수록 그 직경이 점점 커진다. 플레이트(2)를 관통하여 형성된 분사홀(3) 역시 중심부에서 가장자리부로 갈 수록 그 직경이 점점 커진다. 이렇게 온도조절가스 공급 라인(4)과 분사홀(3)을 형성함으로써, 가장자리부로 확산되는 온도조절가스의 밀도를 더 높여 주고, 가장자리부의 분사홀(3)에서 분 사되는 온도조절가스의 양을 늘려 주어, 중심부와 가장자리부의 냉각이 균일하게 이루어지도록 할 수 있다.

이때 사용되는 온도조절가스로는 공정 상의 다른 가스와 부반응을 일으키지 않는 불활성 기체를 사용하는데, 그 중 특히 분자량이 작아 확산속도가 빠른 헬륨이 열전달율이 높아 많이 사용된다. 본 발명에서는 온도조절가스로서 헬륨을 비롯해 냉각 효율이 우수한 가스라면 어느 것이라도 사용 가능하다.

도 2는 도 1 상의 정전척 바디(1)의 평면도로 진공척 바디 상면(6)의 모습을 나타낸 것이고, 도 3은 도 1의 상부 평면도로 플레이트 상면(7)을 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 온도조절가스 공급 라인(14)이 링형으로 형성되고, 분사홀(13) 또한 링형의 공급 라인 상면에 고르게 배치된다. 온도조절가스 압력 제어부(5)에서 공급된 가스는 중앙 라인 연결부(8)를 통해 공급되어 중심부에서 가장자리부로 확산되는데, 가장자리부로 갈 수록 링형 온도조절가스 공급 라인(14)의 직경과 분사홀(13)의 직경이 커지기 때문에, 냉각 속도가 개선되고 웨이퍼 전면에 걸쳐 고른 냉각 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 3개의 링형 온도조절가스 공급 라인을 도시하였으나, 라인의 개수에 관계없이 본 발명의 기본 원리는 적용될 수 있다. 즉, 라인의 개수가 늘어나도 마찬가지로 가장자리부로 갈수록 점점 온도조절가스 공급 라인과 분사홀의 직경을 크게 해 주면 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전척 바디의 평면도이고, 도 5는 제 2 실시예에 따른 정전척의 상부 평면도이다.

제 2 실시예에 따른 정전척은 온도조절가스 공급 라인(24)이 방사형인 점에서 제 1 실시예와 차이가 있다. 기타 다른 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 방사형 온도조절가스 공급 라인(24)은 각 분기관의 말단을 다시 분기하여 관을 형성해, 가장자리부로 갈 수록 분사홀(23)이 증가하도록 할 수 있다.

또한, 도 4와 같이 가장자리부로 갈 수록 온도조절가스 공급 라인(24)의 직경과 분사홀(23)의 직경을 크게 해 주어, 냉각 효율을 좀 더 높일 수 있으며, 웨이퍼 전면에 걸쳐 고른 냉각을 얻을 수 있다.

본 발명의 반도체 제조 장치용 정전척은 반도체 제조 장치에 있어서 정전척을 갖는 모든 장치, 그리고 후면 가스 냉각 장치를 이용한 모든 웨이퍼 냉각 장치에 이용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 반도체 제조 장치용 정전척의 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 제조 장치용 정전척은 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 반도체 제조 공정 중의 웨이퍼 냉각 시 중심부와 가장자리부에 전달되는 온도조절가스의 압력을 균일하게 만들어, 웨이퍼의 냉각이 전체적으로 균일하게 이루어져 제조 수율이 높아지게 되는 장점이 있다.

둘째, 이전에 사용하던 듀얼 공급 라인의 경우에는 냉각 효율은 우수했으나 설비의 이중성으로 비용면에서나 관리면에서 비효율적이었으나, 본 발명에 따르면 단일 공급 라인을 사용하면서도 균일한 냉각 효과를 볼 수 있어, 비용면과 효율성에서 좋은 장점도 있다.

Claims (2)

1. 반도체 제조 공정 시 웨이퍼가 안착되는 바디 ;

   상기 바디 내부에 상기 바디와 수평으로 설치되며, 복수개의 분지관으로 분지된 온도조절가스 공급 라인으로, 상기 각 분지관의 상기 바디 가장자리부의 직경이 상기 바디 중심부의 직경보다 큰 온도조절가스 공급 라인 ; 및

   상기 바디를 덮는 플레이트로, 상기 온도조절가스 공급 라인 상에 대응하도록 수직으로 관통하여 형성되어 상기 웨이퍼의 일면으로 온도조절가스를 분사하는 복수개의 분사홀들을 포함하되, 상기 바디 가장자리부에 배치되는 상기 분사홀들의 직경이 상기 바디 중심부에 배치되는 상기 분사홀들의 직경보다 큰 분사홀들을 포함하는 플레이트를 포함하는 반도체 제조 장치용 정전척.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온도조절가스 공급 라인으로 이동하는 온도조절가스의 압력을 제어하는 온도조절가스 압력 제어부를 더 포함하는 반도체 제조 장치용 정전척.

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