KR100759952B1 - 히터부가 분리가능한 정전척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전척을 전기 전극이 설치된 플레이트부와 플레이트부를 가열시키는 히터부를 분리 또는 결합될 수 있도록 함으로써 열팽창으로 인한 고장요인을 최소화시키고, 고장이 발생된 부분을 용이하게 수리할 수 있도록 하기 위한 것이다.
위 목적에 따른 본 발명은 진공 챔버(chamber)의 내부에 배치되는 표면을 갖으며, 내부에 설치된 전기 전극에 의하여 상기 표면에 적치된 웨이퍼에 정전기력을 가하여 고정시키는 플레이트부와; 내부에 전기에 의하여 가열되는 히터가 설치되며, 상기 플레이트부에 결합 또는 분리되는 히터부; 상기 플레이터부와 상기 히터부를 결합 또는 분리시키는 체결수단을 포함하는 것을 기술구성을 특징으로 한다.
히터, 정전 전극, 알에프 전극, 전기 전극, 플라즈마

Description

히터부가 분리가능한 정전척{eletrostatic chuck separated from heating means}
도1은 일반적인 고온용 정전척의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 설명하는 단면도이다.
본 발명은 반도체 제조장치의 정전척(electrostatic chuck)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 고온상태에서 가공되는 웨이퍼를 지지하는 정전척에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는, 챔버(chamber)내에 웨이퍼(wafer)는 웨이퍼에 정전기력(electrostatic force)를 가하는 정전척에 의하여 고정되며, 정전척은 내부에 설치된 히터에 의하여 웨이퍼를 가열시킴으로써 소정의 반도체 제조공정이 이루어지도록 한다.
특히 웨이퍼 상에 콘덴서를 형성하는 공정은 강유전체의 소결공정과 전극의 식각공정을 수반하게 되고, 이러한 공정은 웨이퍼를 고온(300 내지 400℃)으로 유지한 상태에서 이루어지게 되며, 정전척은 웨이퍼를 고온으로 유지하기 위하여 등 록특허 10-0470224호(발명의 명칭: 매칭박스 고정장치를 가지는 척)와 같은 다양한 발명들이 개발되었다.
도 1은 종래의 정전척의 단면도이다.
정전척(10)은 표면이 챔버 내부에 배치되고, 표면상에 웨이퍼(1)가 배치되는 두게를 갖는 플레이트부(2)와 플레이트부(2)의 중심축과 동일한 축을 이루며 상기 플레이트부(2)에 연설되어 챔버 외부로 돌출되는 지지부(3)로 이루어진다.
플레이트부(2)의 내부에는 표면과 평행한 전기 전극(4)이 설치된다. 전기 전극(4)은 지지부(3)의 종단면에 설치되어 고주파 알에프(high radio frequency) 전원이 인가되는 단자(5)와 전기적으로 연결되어 챔버내의 반응영역에 고주파 알에프 전자기파를 송출하여 플라즈마를 유도시키는 알에프 전극으로 동작함과 동시에, 필터링 수단(미도시)에 의하여 알에프 전압을 필터링하여 변환된 직류전압이 인가되도록 하여 웨이퍼(1) 상에 정전기력이 작용하도록 함으로서 플레이트부(2)의 표면에 부착되어 고정되도록 하는 정전 전극으로 동작한다. 이 전기 전극(4)은 챔버에서 수행되는 공정의 종류에 따라 플라즈마를 발생시키지 않는 경우에는 단순히 직류전원만 인가하도록 하여 정전 전극으만 동작된다.
또한, 플레이트부(2)의 내부에는 전기 전극(4)과 평행하게 평판인 히터(6)가 설치된다.
히터(6)는 지지부(3)의 종단면의 단자(7)에 연결되어 외부로부터 전원이 공급되어 가열된다.
또한, 플레이트부(2)와 지지부(3)의 중심에는 헤륨의 유로를 형성하는 관통 공이 형성되어 외부로부터 헤륨이 공급되어 관통공을 따라 흐르게 된다. 헤륨의 흐름은 히터(6)로부터 발생된 열을 웨이퍼(1)에 전달한다.
결국, 웨이퍼(1)는 플레이트부(2)로 부터 직접 전달되는 열과 헤륨에 의하여 전달되는 열에 의하여 고온으로 유지된다.
이와 같이 웨이퍼(1)를 가공하기 위하여 정전척(10) 내부에 설치된 히터(6)를 제어하여 웨이퍼(1)의 온도를 제어하게 된다.
정전척(10)의 플레이트부(2)와 지지부(3)의 몸체는 절연체인 세라믹재료로 성형되며, 세라믹 성형물의 내부에 전기 전극(4), 히터(6) 및 전기배선들이 배치되게 되며, 웨이퍼(1)의 온도제어에 따라서 정전척(10)을 형성하는 세라믹 성형물에도 온도가 변화하게 된다. 또한, 웨이퍼(1) 상에 캐퍼시터 등을 형성하는 고온의 처리공정에서는 정전척은 고온과 저온 상태를 반복하게 되며, 이와 같은 공정에서 세라믹 성형물과 전기 전극(4), 히터(6)의 열팽창계수의 차이로 인하여 계면의 박리나 균열이 발생하게 되어 특성이 저하되는 문제점이 나타난다.
또한, 이러한 정전척(10)은 전기 전극(4)이나 히터(6)에 문제가 발생된 경우에는 고장부위를 별도로 수리하기가 곤란한 구조를 이루고 있어, 정전척(10) 전체를 교환해주어야 하는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 정전척을 전기 전극이 설치된 플레이트부와 플레이트부를 가열시키는 히터부를 분리 또는 결합될 수 있도록 함으로써 열팽창으로 인한 고장요인을 최소화시키고, 고장이 발 생된 부분을 용이하게 수리할 수 있도록 하기 위한 것이다.
위 목적에 따른 본 발명은 진공 챔버(chamber)의 내부에 배치되는 표면을 갖으며, 내부에 설치된 전기 전극에 의하여 상기 표면에 적치된 웨이퍼에 정전기력을 가하여 고정시키는 플레이트부와; 내부에 전기에 의하여 가열되는 히터가 설치되며, 상기 플레이트부에 결합 또는 분리되는 히터부; 상기 플레이터부와 상기 히터부를 결합 또는 분리시키는 체결수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 플레이트부와 상기 히터부의 몸체는 중심에 헤륨의 유로를 형성하는 관통공이 형성되며, 세라믹 재질로 성형되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플레이트부의 외면에는 상기 전기 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 연결수단이 설치되고, 상기 히터부에는 결합시에 상기 제1 연결수단에 결합되는 제 2 연결수단이 설치되고, 상기 히터부의 외면에는 외부 전원이 공급되는 제 3 연결수단이 설치되고, 상기 제 2 연결수단과 상기 제 3 연결수단은 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플레이트부와 상기 히터부의 대접면에는 결합시에 결합이 편리하도록 하는 가이드 수단들이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 가이드 수단들은 상기 플레이트부와 상기 히터부의 관통공을 중심으로 접촉되는 어느 한면이 테이퍼면으로 형성되는 볼록부 다른 한면이 테이퍼면으로 형성되는 오목부로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 히터부의 몸체는 상기 히터가 설치된 광부와 상기 광부의 저면에 연설되되 상기 광부의 직경보다 작은 목부로 이루어지며, 상기 광부의 저면은 반응챔버의 베이스 플레이트에 원형으로 설치된 지지링에 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 지지링의 단면 형상은 상기 광부저면과 접촉되는 접촉면의 면적이 상기 베이스 플레이트와 접촉되는 접촉면의 면적보다 작은 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 설명하는 단면도이다.
도 2에 도시된 실시예의 정전척(20)은 몸체가 세라믹을 비롯한 고온에서 변형되지 않는 절연재료로 성형되는 플레이트부(21)와 플레이트부(21)와 분리 또는 결합되는 히터부(22)로 이루어진다. 플레이트부(21)에는 전극(24)이 내부에 설치되고, 히터부(22)는 내부에 히터(25)가 설치된다.
반도체 제조공정을 수행하는 진공영역을 제공하는 챔버의 내부에 플레이트부(21)의 표면(39)이 배치되고, 플레이트부(21)의 표면(39)상에는 웨이퍼(23)가 올려진다. 플레이트부(21)의 표면(39)은 웨이퍼(23)를 적치하기에 적합한 원형 평면을 이루고 있으며, 중심에는 헤륨의 유로를 제공하는 관통공(28)이 형성되어 있다.
또한, 플레이트부(21)의 표면(39)으로부터 이격된 내부에는 표면(39)과 평행한 전기 전극(24)이 설치된다.
전기 전극(24)은 인가되는 고주파 알에프(high radio frequency) 전원에 의 하여 챔버내의 기체를 플라즈마로 유도시키는 알에프 전극으로 동작함과 동시에, 필터링 수단(미도시)에 의하여 알에프 전원이 필터링된 직류전압이 인가됨으로써 웨이퍼(23) 상에 정전기력이 작용하도록 함으로서 웨이퍼(23)에 정전기력을 발생시켜 플레이트부(21)의 표면(39)에 부착되어 고정되도록 하는 정전 전극으로도 동작한다. 이 전극(24)은 챔버에서 수행되는 공정의 종류에 따라 플라즈마를 발생시키지 않는 경우에는 단순히 직류전원만 인가되고, 정전 전극으만 동작된다.
플레이트부(21)의 표면(39)과 반대면인 배면(40)에는 전기 전극(24)과 전기적으로 접속되는 소켓(33)이 설치되고, 외주면을 따라서 내측으로는 다수의 볼트 삽입공(35), (35')이 관통공(28)을 중심으로 대칭으로 형성된다.
또한, 플레이트부(21)의 배면(40)에는 관통공(28)을 중심으로 한 원주상에 씰링홈(38)이 형성되어 있다.
또한, 관통공(28)을 형성하는 측벽의 배면(40)과 인접하는 인접부위는 가이드 수단인 테이퍼면(26)이 형성되어 배면(40)으로 향할수록 관통공(28)이 넓어지게 형성된다.
또한, 히터부(22)는 플레이트부(21)의 배면(40)과 결합시에 합치되는 표면(41)을 갖으며, 내부에는 평면상으로 배치된 전기 히터(25)가 설치된다. 히터부(22)의 몸체는 전기 히터(25)가 설치된 직경이 큰 광부와 상기 광부에 연설되되 광부의 직경보다 작은 목부(44)로 이루어진다.
또한, 히터부(22)의 광부의 저면은 반응챔버의 베이스 플레이트(미도시)에 원형상으로 설치된 지지링(37)에 의하여 지지, 결합된다.
또한, 히터부(22)의 몸체의 외주면 내측에는 플레이트부(21)의 볼트 삽입공(35), (35')과 연설되도록 볼트 삽입공(43), (43')이 형성되고, 지지링(37)에는 볼트 삽입공(43), (43')에 연설되도록 볼트 삽입공이 형성되어 볼트(36), (36')에 의하여 플레이트부(21), 히터부(22), 지지링(37)이 결합되게 된다.
또한, 지지링(37)의 단면 형상은 히터부(22)로부터 반응챔버에 전달되는 열을 최소화시키기 위하여 히터부의 광부의 저면과 접촉되는 상부 접촉면이 하부의 베이스 플레이트의 접촉면보다 좁게 형성되어 있다.
또한, 히터부(22)의 중심에는 헤륨의 유로를 제공하는 관통공(29)이 형성되어 있으며, 표면(41)에는 테이퍼면(26)과 합치되도록 테이퍼면(27)이 융기되어지고, 관통공(29)은 돌출된 테이퍼면(27)의 중심을 관통한다. 이때, 관통공(29)은 히터부(22)가 플레이트부(21)에 결합시에 관통공(28)에 연통되며, 히터부(22)의 테이퍼면(27)은 플레이트부의 테이퍼면(26)을 따라 가이드되어 결합되며, 결합 후에는 상호 유동을 방지한다.
또한, 히터부(22)의 표면(41)에는 관통공(29)을 중심으로 하는 원형의 씰링(34)이 설치되며, 플레이트부(21)와 결합시에 씰링홈(38)에 삽입되어 헤륨의 유출을 방지한다. 이때, 씰링(34)은 정전척(20)이 고온에서 동작되므로 변형이 작은 금속재로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 히터부(22)의 표면(41)에는 소켓(33)에 결합되는 플러그(32)가 설치되고, 히터부(22)의 배면(42)에는 플러그(32)에 전기적으로 연결되는 전기 단자(31)가 설치되어 외부 전원이 인가되도록 한다. 또한, 히터부(22)의 배면(42)에는 히터(25)와 전기적으로 연결되는 전기단자(30)가 설치되고, 전기단자(30)에는 외부전원이 인가된다.
고온용 정전척 사용시 가열 및 냉각이 반복되는 열 변화 조건하에서 플레이트부(21)와 히터부(22)는 분리되어 있어 열 응력이 반복적으로 발생되는 경우에도 정전척의 변형이 작게 일어나게 되어 전기 전극, 히터, 세라믹 성형체의 열 팽창계수 차이로 발생되는 균열을 방지할 수 있으며, 플레이트부, 히터부에 각각 발생되는 고장에 대해서 개별적으로 교체하여 줌으로써 장비의 유지 관리비용을 절감할 수 있다.
또한, 히터부(22)의 히터가 설치된 광부보다 직경이 작도록 목부(44)가 형성되어 있어 히터에서 발생된 열이 반응챔버로 전이되는 현상을 최소화 할 수 있다. 또한, 반응챔버와 히터부의 분리 및 결합을 반응챔버내에서 일괄적으로 행할 수 있도록 되어 있어 유지 관리가 편리하다.

Claims (7)

  1. 진공 챔버(chamber)의 내부에 배치되는 표면을 갖으며, 내부에 설치된 전기 전극에 의하여 상기 표면에 적치된 웨이퍼에 정전기력을 가하여 고정시키는 플레이트부와;
    내부에 전기에 의하여 가열되는 히터가 설치되며, 상기 플레이트부에 결합 또는 분리되는 히터부;
    상기 플레이터부와 상기 히터부를 결합 또는 분리시키는 체결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트부와 상기 히터부의 몸체는 중심에 헤륨의 유로를 형성하는 관통공이 형성되며, 세라믹 재질로 성형되는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리 가능한 정전척.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 플레이트부의 외면에는 상기 전기 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 연결수단이 설치되고, 상기 히터부에는 결합시에 상기 제1 연결수단에 결합되는 제 2 연결수단이 설치되고, 상기 히터부의 외면에는 외부 전원이 공급되는 제 3 연결수단이 설치되고, 상기 제 2 연결수단과 상기 제 3 연결수단은 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트부와 상기 히터부의 대접면에는 결합시에 결합이 편리하도록 하는 가이드 수단들이 설치되는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가이드 수단들은 상기 플레이트부와 상기 히터부의 관통공을 중심으로 접촉되는 어느 한면이 테이퍼면으로 형성되는 볼록부 다른 한면이 테이퍼면으로 형성되는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 히터부의 몸체는 상기 히터가 설치된 광부와 상기 광부의 저면에 연설되되 상기 광부의 직경보다 작은 목부로 이루어지며, 상기 광부의 저면은 반응챔버의 베이스 플레이트에 원형으로 설치된 지지링에 결합되는 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지지링의 단면 형상은 상기 광부저면과 접촉되는 접촉면의 면적이 상기 베이스 플레이트와 접촉되는 접촉면의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 히터부가 분리가능한 정전척.
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