KR100786583B1 - 챔버의 척 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형의 간단한 구조로 챔버의 척을 냉각할 수 있도록 하는 챔버의 척 냉각장치를 개시한다. 반도체의 제조공정에 이용되는 챔버에 설치되고, 내부에 유로가 형성된 척과, 상기 척의 냉각에 필요한 냉기가 공급될 수 있도록 외부 유체가 공급되고, 공급된 유체를 냉각시키는 냉각기와, 상기 냉각기에서 생성된 냉기를 상기 척의 내부에 형성된 유로까지 안내하는 유입관 및 상기 척의 내부에 형성된 유로를 순환한 냉기가 유출될 수 있도록 일측은 상기 유로에 연결되고 타측은 유체의 흐름이 발생되는 유체이송수단에 연결되는 유출관으로 구성되어 상기 냉각기에 의해 공급된 유체가 냉각되어 냉기가 생성되고, 생성된 냉기는 유체이송수단에 유출관이 연결되어 유체이송수단 내부의 유체 흐름에 의해 상기 유입관과 상기 유로와 상기 유출관을 따라 이송되며 상기 척이 일정온도 이하를 유지할 수 있도록 한 것이다.
챔버, 척, 냉각기, 유입관, 유출관

Description

챔버의 척 냉각장치{APPARATUS FOR COOLING WAFER CHUCK OF CHAMBER}
도 1은 종래 구조의 챔버의 척 냉각장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예인 챔버의 척 냉각장치를 개략적으로 도시한 상태도.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
11 : 냉각기 12 : 유입관,
13 : 유체이송수단 14 : 유출관
15 : 척 15a : 유로
본 발명은 챔버의 척 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체이송수단 내부의 유체 흐름을 이용하여 냉기를 이동시킴으로써, 간단한 구조로 챔버의 척을 냉각할 수 있도록 하는 챔버의 척 냉각장치를 제공함에 있다.
에칭(etching), 증착(deposition), 어닐링(annealing) 등과 같은 여러 반도체 공정단계에서, 소재(workpiece)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 유리기판 등)는 공정챔버(processing chamber) 내에 지지된다. 상기 소재의 표면으로 가스 및/또는 플라즈마 반응물(plazma reactant)이 공급되고, 상기 소재는 특정온도로 가열된다.
일반적으로 높은 온도는 높은 반응비(reaction rate)를 달성하도록 촉진시키고, 따라서 향상된 소재 처리량을 제공하게 된다. 한편 높은 온도는 때때로 부분적으로 제조된 집적회로의 구성에 손상을 발생시킨다. 또한 소정의 화학반응은 낮은 온도에서 보다 효과적으로 실행된다.
본 기술분야에서는 공정챔버 내에서 소재 온도를 제어하기 위한 여러 구성 및 방법이 공지되어 있다. 예들 들면, 석영(quartz)으로 형성된 투명한 "콜드 웰(cold walls)"을 통해 복사열이 소재 상으로 집중될 수 있다. 복사열은 매우 높은 온도공정(예를 들면, 500℃ 이상)에서 종종 이용되는데, 이는 각 소재에 대한 공정 사이클 동안 온도를 높이거나 낮추는데 바람직하다.
다른 장치에 있어, 소재의 온도는 소재 지지체 또는 척(chuck)을 가열함으로써 조절될 수 있다. 일반적으로 상기 "척"의 용어는 공정사이클에서 소재가 공정챔버로 전달되고, 처리되며(processed), 공정챔버로부터 배출될 때 일정한 온도로 유지되는 소재 공정처리용 지지체를 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 공정시스템의 일예인 평면형 유도결합플라즈마는 내부 수용공간이 형성된 챔버(6) 내부에는 웨이퍼(4)가 얹어지는 척(5)이 형성되고, 챔버(6) 상단부에는 안테나(3), 매칭박스(2) 및 Rf 전력부(1)가 형성되며, 챔버(6) 하단부에는 매칭박스(9) 및 바이어스 Rf 전력부(7)가 형성된 구조로 이루어져 대면적화가 용이하고 장치의 구조가 매우 간단하다는 장점을 지니고 있어 최근 활발히 연구되고 있으며 이를 폴리 실리콘이나 알루미늄 식각에 이용한 상용 장비가 있다.
몇몇 시스템, 특히 플라즈마 공정시스템은 요구되는 척(5) 온도를 유지하기 위하여 척(5)의 가열보다는 냉각을 필요로 한다. 화학적 특성 및 공정 파라미터(process parameter)에 따라, 소정의 플라즈마 공정에서는 척(5)에 상당한 열부하(heat load)가 부가된다. 상기 척(5)에 이러한 열(열부하)을 제거하기 위한 수단이 제공되지 않을 경우, 척(5)의 온도는 요구되는 설정 도달점 이상으로 높아질 수 있다. 이는 젼형적으로 상기 척(5) 온도가 주위 챔버(6)의 온도에 근접하기 때문에 낮은 온도 공정에서 발생되고, 상기 척(5)과 챔버(6) 사이로 전달되는 복사열은 충분하지 않게 된다. 이 경우 상기 챔버온도가 척 온도보다 더 높을 때 악화된다.
고온 처리공정에서, 상기 척(5)과 주위 챔버(6) 사이로 전달되는 복사열은 대개 공정에 의하여 발생된 열부하를 오프셋(offset) 하기에 충분하다. 상기 척을 가열하고 잔여 열을 제거하기 위한 유동체(liquid)의 사용은 본 기술분야에서 일반적인 것이다. 또한 상기 척 온도의 변화는 유동체 온도의 변화를 필요로 하고, 이는 처리량이 지연되고 감소될 수 있는 문제점이 있다.
척(5)이 두 온도 레벨을 달성하기 위한 하나의 방법은 고온공정을 진행하도록 전기열원을 사용하고, 저온공정을 진행하도록 유동체 열원을 사용하는 것이다.
그러나 이러한 저온공정을 진행하도록 유동체 열원을 사용하는 경우에는 척(5)의 내부에 유로를 형성하고 유로 내부를 순환하는 유동체 열원인 냉매를 냉각하는 별도의 냉각장치가 필요하다. 이러한 냉각장치는 그 규모가 커서 척과 가까이 설치하지 못하고 별도의 넓은 설치공간을 요하며, 냉매의 순환 도중 냉기의 손실이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 기존의 유체이송수단의 유체 흐름을 이용하여 냉기를 이동시키는 간단한 구조로 구성되어 규모가 축소되고 척에 가까이 형성하여 냉기의 손실이 저감될 수 있도록 하는 챔버의 척 냉각장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 챔버의 척 냉각장치는 반도체의 제조공정에 이용되는 챔버에 설치되고, 내부에 유로가 형성된 척; 상기 척의 냉각에 필요한 냉기가 공급될 수 있도록 외부 유체가 공급되고, 공급된 유체를 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기에서 생성된 냉기를 상기 척의 내부에 형성된 유로까지 안내하는 유입관; 및 상기 척의 내부에 형성된 유로를 순환한 냉기가 유출될 수 있도록 일측은 상기 유로에 연결되고 타측은 유체의 흐름이 발생되는 유체이송수단에 연결되는 유출관; 을 포함하고, 상기 냉각기에 의해 공급된 유체가 냉각되어 냉기가 생성되고, 생성된 냉기는 유체이송수단에서 발생되는 유체의 흐름에 의해 상기 유입관과 상기 유로와 상기 유출관을 따라 이송되며 상기 척을 냉각시키는것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 챔버의 척 냉각장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같고, 종래 구조와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예인 챔버의 척 냉각장치를 개략적으로 도시한 상태도로써, 도시된 바와 같이 챔버(6)의 내부에는 척(15)이 형성되어 웨이퍼(4)가 얹어질 수 있도록 구성되고, 상기 척(15)의 내부에는 유체가 이동될 수 있도록 유로(15a)가 형성된다.
그리고 외부에서 유입될 수 있는 유체 중의 하나인 외부 공기가 유입되고, 유입된 공기를 냉각하는 냉각기(11)와, 일측은 냉각기(11)에 연결되어 냉기를 공급받고 타측은 척(15)의 유로(15a) 일측에 연결되는 유입관(12)과, 일측은 유로(15a)의 타측에 연결되고 그 타측은 기존의 유체이송수단(13)에 연결되는 유출관(14)과, 유출관(14)의 중간부에 장착되어 유출관(14) 내부를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브(16)와, 유출관(14)의 중간부에 장착되고 유출관(14)을 통과하는 유체의 온도를 유체이송수단(13)을 통해 이송되는 유체의 온도만큼으로 상승시키는 히터(17)로 이루어진다. 외부에서 냉각기(11)로 유입되는 유체로는 일반적으로 외부 공기나 물과 같은 종류가 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 질소, 헬륨이나 아르곤과 같은 다양한 종류의 기체가 사용될 수도 있다.
또한 척(15)의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 유량조절밸브(16)와 냉각기(11)의 작동을 조절하는 온도제어부(18)가 형성된다. 온도제어부(18)는 척(15)의 온도가 일정온도 이상으로 상승되면 유량조절밸브(16)를 많이 열어 통과되는 유체의 양을 증가시키거나, 냉각기(11)의 유체 냉각온도를 낮추어 척(15)의 온도가 일정온도 이상으로 상승되는 것을 방지한다.
상기 유체이송수단(13)은 기존의 공기와 같은 유체가 흐르는 장치로서, 일 예로 덕트를 들 수 있으며 도 2에 도시된 바와 같이 유출관(14)이 덕트에 연결되는 구조가 벤츄리 관 구조로 이루어져 유출관(14)에서 유체이송수단(13)으로의 냉기 흡입이 활발하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각기(11)의 내부에 송풍팬과 같은 이송팬(미도시)을 추가 설치하여 외부에서 유입되어 냉각된 유체를 강제로 이송시킬 수 있는 구조로 구성되어도 무관하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일 실시예인 챔버의 척 냉각장치가 작동되는 과정은 다음과 같다.
반도체 제조공정의 진행 중에 척(15)의 온도가 일정온도 이상으로 상승되면 온도제어부(18)에서 이를 감지하고, 감지된 온도에 따라 유량제어밸브(16)를 열고 냉각기(11)를 작동시켜 유입되는 유체인 외부 공기를 냉각하게 된다.
냉각된 외부 공기는 유체이송수단(13)인 덕트에서 발생되는 흡입력에 의해 유입관(12)으로 이동된다. 유입관(12)을 통해 이동된 저온의 외부공기는 척(15)의 내부의 유로(15a)로 유입되고, 유입된 외부공기의 냉기가 유로(15a) 내부를 흐르면서 척(15)의 온도를 낮추게 된다. 유로(15a)의 내부 순환을 마친 외부공기는 유출관(14)으로 유출된다.
유출관(14)으로 이동된 외부공기는 히터(17)를 지나면서 온도가 상승되어 유체이송수단(13)으로 유출되었을 경우 유체이송수단(13)의 내부 온도에 영향을 미치지 않도록 한다. 상기와 같이 온도가 상승된 외부 공기는 유체이송수단(13)을 통해 외부로 배출되는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의한 챔버의 척 냉각장치는 냉각기(11)에 외부 유체가 유입될 수 있도록 하고, 유체이송수단(13) 내부의 유체 흐름에너지를 이용하여 냉각기(11)로 유체를 유입하고 냉각한 후에 유입관(12) 및 유출관(14)을 통해 척(15) 내부의 유로(15a)에 유입시켜 척(15)을 일정온도 이하로 냉각한 후 배출하는 구조로 형성되어 소형의 간단한 구조로 척을 냉각할 수 있도록 한 것이다.
또한, 덕트와 같은 기존의 유체이송수단(13)에 유출관(14)을 연결하여 유체이송수단(13) 내부를 흐르는 유체의 유동에 의해 냉기의 흐림이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 챔버의 척 냉각장치는 기존의 유체이송수단에서 발생되는 유체의 흐름을 이용하여 냉기를 이동시키는 간단한 구조로 형성되어 척에 근접한 위치에 설치가 가능하므로 냉기의 손실이 감소되는 효과가 있다.
또한, 냉기를 순환시키기 위한 장치를 갖는 종래 구조에 비하여 기존의 유체이송수단에서 발생되는 유체의 흐름을 이용하므로 에너지가 절약되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 반도체의 제조공정에 이용되는 챔버에 설치되고, 내부에 유로가 형성된 척;
    상기 척의 냉각에 필요한 냉기가 공급될 수 있도록 외부 유체가 공급되고, 공급된 유체를 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기에서 생성된 냉기를 상기 척의 내부에 형성된 유로까지 안내하는 유입관;
    상기 척의 내부에 형성된 유로를 순환한 냉기가 유출될 수 있도록 일측이 상기 유로에 연결되는 유출관; 및
    실내공기를 순환시켜 유체의 흐름이 발생되며 상기 유출관의 타측이 연결되는 유체이송수단인 덕트; 를 포함하고,
    상기 냉각기에 의해 공급된 유체가 냉각되어 냉기가 생성되고, 생성된 냉기는 상기 덕트에서 발생되는 유체의 흐름에 의해 상기 유입관과 상기 유로와 상기 유출관을 따라 이송되며 상기 척을 냉각시키는것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기유체이송수단에 상기 유출관이 연결되는 부위는 벤츄리 관 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 유출관의 중간부에는
    유출되는 냉기의 량을 조절할 수 있도록 유량조절밸브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유량조절밸브와 냉각기에는 상기 척의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 유량조절밸브의 유량과 상기 냉각기의 냉각온도를 조절하는 온도제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출관에는 배출되는 유체의 온도를 상기 유체이송수단에 배출되기에 적합한 온도로 상승시키는 히터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
  8. 제 3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각기(11)에는 유입된 유체를 강제 이송시킬 수 있도록 하는 이송팬이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 챔버의 척 냉각장치.
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