KR102289162B1 - 리프팅 핀 조립체, 정전 척 및 이를 구비한 처리 장치 - Google Patents

리프팅 핀 조립체, 정전 척 및 이를 구비한 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리프팅 핀 조립체와 리프팅 핀 조립체가 제공된 정전 척 및 이를 구비한 처리 장치를 개시한다. 상기 리프팅 핀 조립체는 리프팅 핀과 리프팅 핀을 수용하는 통로를 포함하고, 리프팅 핀을 수용하는 통로가 압력 제어 장치에 연결되고, 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부 근방에 밀봉 링을 설치하고 상기 밀봉 링의 상부 표면은 제조 공정 과정에서 웨이퍼의 후면과 접촉되며 웨이퍼 후면의 가스가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어오는 것을 방지하여 상기 압력 제어 장치가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로에 대한 독립적인 압력 제어를 실현한다.

Description

리프팅 핀 조립체, 정전 척 및 이를 구비한 처리 장치{A LIFT PIN ASSEMBLY, AN ELECTROSTATIC CHUCK AND A PROCESSING APPARATUS WHERE THE ELECTROSTATIC CHUCK IS LOCATED}
본 발명은 플라즈마 에칭 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 높은 RF 전력 하에서 정전 척의 아크 발생을 방지하는 플라즈마 처리의 기술 분야에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 웨이퍼의 미세 가공은 기존에 많이 알려진 기술로서, 반도체, 평판 디스플레이, LED, 태양 전지 등을 제조하는데 사용될 수 있다. 플라즈마 처리는 미세 가공 기술의 중요한 단계로서, 상기 처리는 프로세스 가스가 공급되는 반응 챔버 내부에서 수행된다. RF(radio frequency) 소스는 인덕터 및/또는 커패시터에 의해 반응 챔버의 내부에 결합되어 프로세스 가스를 생성하여 플라즈마를 형성하고 유지한다. 반응 챔버 내부에서 노출된 웨이퍼는 정전 척에 의해 지지되고 일정한 클램핑력에 의해 고정된 위치에 고정되어 웨이퍼의 안전성 및 제조 공정에서의 높은 수율을 보장한다.
공정 요구사항을 충족시키기 위해서는, 제조 공정에 대하여 엄격하게 제어해야 할 뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼의 탑재와 디클램핑의 과정도 엄격하게 제어해야 한다. 반도체 웨이퍼의 탑재와 디클램핑은 반도체 웨이퍼 처리의 핵심 단계이며, 정전 척 내부에 다수의 리프팅 핀 조립체를 설치함으로써 프로세스가 완료되면 리프팅 핀의 지지력으로 웨이퍼와 정전 척의 분리와 리프팅 과정을 실현하고, 반응 챔버 외부에 위치된 로봇 핸드가 웨이퍼와 정전 척 사이로 연장되어 웨이퍼를 분리한다.
웨이퍼의 제조 공정에서, 정전 척은 웨이퍼를 고정 및 지지하는데 사용될 뿐만 아니라, 웨이퍼의 온도를 제어하는데 사용된다. 웨이퍼의 처리 정밀도가 높아질수록 정전 척의 온도 균일 제어 요구사항도 증가하고 있다. 정전 척의 온도 제어는 가열 및 냉각을 포함한다. 현재 주로 사용하는 냉각 기술은 웨이퍼와 정전 척 사이에 냉각 가스(예컨대, 헬륨)를 통과시키는 것이다. 리프팅 핀을 수용하는 통로 내에 헬륨을 도입함으로써, 웨이퍼와 정전 척 사이에 헬륨 가스가 균일하게 확산되어 웨이퍼의 균일한 냉각을 실현한다.
반응 챔버에 인가된 RF 전력이 증가함에 따라, 이러한 냉각 기술에서 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로 내에서 쉽게 방전하는 현상이 발생하여 정전 척의 작동 안정성 및 안전성에 심각한 영향을 끼쳐 지속적으로 증가하는 RF 전력 및 웨이퍼 처리 균일성 요구사항을 수용할 수 있는 해결방안이 긴급히 필요하다.
상기한 기술적 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 정전 척의 내부에 배치된 리프팅 핀 조립체를 제공하여 제조 공정의 완료 시에 기판과 정전 척 표면의 분리와 기판의 지지를 실현한다. 상기 리프팅 핀 조립체는 리프팅 핀 및 리프팅 핀을 수용하는 통로; 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 기판과 가까운 통로의 단부 근방에 설치되고, 그 표면이 제조 공정 동안에 기판의 후면과 접촉되어 기판 후면의 가스가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어오는 것을 방지하는 밀봉 링; 및 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로와 연결되고, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 가스 압력을 독립적으로 제어하는 압력 제어 장치를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 밀봉 링은 상기 정전 척의 상부 표면의 돌출부에 설치되고, 상기 돌출부의 상부면이 상기 정전 척의 상부면보다 높게 위치된다.
일 구현예에서, 상기 밀봉 링과 상기 정전 척이 일체로 제조된다.
일 구현예에서, 상기 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 냉각 가스원에 연결되고, 상기 냉각 가스원은 상기 흡기 밸브를 통해 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 흐름을 제어한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 배기 밸브를 통하여 배기 구역과 연결된다.
일 구현예에서, 상기 압력 측정 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 압력을 측정하며 측정값을 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 압력 측정 장치는 압력 제어기(UPC)를 사용한다.
또한, 본 발명은 제1 압력 제어 장치를 통하여 제1 냉각 가스원과 연결된 냉각 가스 전달 통로; 기판과 가까이 설치한 지지 단부를 포함하는 리프팅 핀과 리프팅 핀을 수용하는 통로를 포함하는 리프팅 핀 조립체; 및 리프팅 핀을 수용하는 통로와 연결되고, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로의 가스 압력을 독립적으로 제어하는 제2 압력 제어 장치를 포함하는, 제조 공정에서 기판에 대하여 지지 및 고정하는 정전 척을 제공한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 기판 후면과 가까이 설치되고, 그 표면이 제조 공정 동안에 기판의 후면과 접촉되어 기판 후면의 가스가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어오는 것을 방지하는 밀봉 링을 포함한다.
일 구현예에서, 상기 밀봉 링은 상기 정전 척의 상부면의 돌출부에 설치되고, 상기 돌출부의 상부면이 상기 정전 척의 상부 표면보다 높게 위치된다.
일 구현예에서, 상기 밀봉 링과 상기 정전 척이 일체로 제조된다.
일 구현예에서, 상기 제2 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 제2 냉각 가스원에 연결되고, 상기 제2 냉각 가스원은 상기 흡기 밸브를 통해 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 흐름을 제어한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 상기 배기 밸브를 통하여 배기 구역과 연결된다.
일 구현예에서, 상기 배기 밸브와 병렬로 연결된 흐름 제한 장치를 포함하며, 상기 흐름 제한 장치는 흐름 제한 밸브 및 흐름 제한 구멍을 구비한다.
일 구현예에서, 상기 압력 측정 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 압력을 측정하며 측정값을 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 압력 측정 장치는 압력 제어기(UPC)를 사용한다.
일 구현예에서, 상기 제1 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀의 지지 단부의 직경은 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부 직경보다 크게 설치하여, 제조 공정 동안에 지지 단부가 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부를 덮어 웨이퍼의 후면에서의 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로 내로 들어오는 것을 방지한다.
또한, 본 발명은 상술한 정전 척을 배치한 반응 챔버를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 피처리 웨이퍼를 반응 챔버 내로 이동하여 정전 척 위에 피처리 웨이퍼를 고정하는 단계; 반응 챔버 내에 RF 전력을 인가하면서 반응 챔버에 반응 가스를 공급하고, 반응 가스가 RF 전력의 작용 하에서 플라즈마로 해리된 다음, 웨이퍼에 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 플라즈마가 웨이퍼를 처리하는 동안, 냉각 가스를 정전 척 내부의 냉각 가스 전달 통로 및 리프팅 핀을 수용하는 통로로 각각 전달하는 단계; 냉각 가스 전달 통로 내의 냉각 가스의 압력을 독립적으로 제어하는 제1 압력 제어 장치를 제공하는 단계; 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 압력을 독립적으로 제어하는 제2 압력 제어 장치를 제공하는 단계; 반응 챔버에 인가되는 RF 전력의 크기에 근거하여 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스가 점화되기 직전의 임계값을 계산 또는 측정하여 안전 압력값으로 정하고, 제2 압력 제어 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 냉각 가스의 압력이 항상 안전한 압력 값보다 작게 하는 단계;를 포함하는, 플라즈마 처리 장치의 반응 챔버 내에서 수행되는 웨이퍼 처리 방법을 제공한다.
일 구현예에서, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로와 상기 웨이퍼 사이에 밀봉 부재를 배치하고, 상기 압력 제어 장치는 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 냉각 가스 압력이 0보다 크거나 같게 제어한다.
일 구현예에서, 웨이퍼 처리가 완료된 후에, 웨이퍼를 제거하고, 상기 제2 압력 제어 장치는 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내로 냉각 가스를 지속적으로 전달하여 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로의 측벽에 대한 세정을 실현한다.
본 발명은 웨이퍼의 후면에 냉각 가스를 공급하는 기술적 해결방안을 제공하여, 정전 척 내부에 냉각 가스를 이송하기 위한 통로를 설치하고 리프팅 핀 조립체를 사용하여 냉각 가스를 이송하는 2개 독립적인 가스 흐름을 제어하는 설계를 제공함으로써, 냉각 가스의 충분한 공급을 보장하고, 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부에서 냉각 가스의 압력을 낮추어 주는 동시에, 리프팅 핀을 수용하는 통로의 통로 개구에 대응하는 웨이퍼의 냉각 효과에 영향을 미치지 않을 수 있다. 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 압력을 독립적으로 조절함으로써, 반응 챔버가 높은 전력의 RF 전원을 허용하여 정전 척 내부에서 아크 방전이 발생하지 않는다. 또한, 리프트 핀을 수용하는 통로의 일단부에 밀봉 부재(예컨대, 밀봉 링)를 배치하거나 또는 리프팅 핀의 지지 단부의 영역을 증가시킴으로써, 웨이퍼의 후면에서의 냉각 가스가 리프트 핀을 수용하는 통로에 들어가는 것을 방지하여, 리프팅 핀을 수용하는 통로의 압력 조절 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명 또는 종래기술의 기술적 해결방안을 보다 명확히 설명하기 위해, 이하에서 본 발명 또는 종래기술의 설명에서 사용되는 도면을 간략하게 설명할 것이다. 이는 본 발명에 대한 일부 실시예에 관한 것임이 명백하다. 다른 도면은 아래 도면을 근거하여 당업자로부터 독창적인 작업 없이 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 냉각 가스 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 리프팅 핀 조립체의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 또 다른 리프팅 핀 조립체의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
본 발명의 실시예의 목적, 기술적 해결방안 및 이점을 더 잘 명확하게 나타내기 위하여, 본 발명의 실시예에서의 기술적 해결방안은 본 발명의 실시예에 대한 첨부 도면을 참조하여 명확하고 포괄적으로 기술될 것이며, 그 실시예는 명백하게 본 발명의 일부 실시예이며, 모든 실시예는 아니다. 창조적인 노력 없이 본 발명의 실시예에 기초하여 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 발명의 범위 내에 있다.
도 1은 외벽(155)으로 둘러싸인 진공 반응 챔버(150)를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 도시한다. 반응 챔버(150)는 웨이퍼를 처리하도록 구성된다. 반응 챔버의 바닥에는 웨이퍼(130)를 지지 및 고정하기 위한 정전 척(100)이 배치된다. 가스 주입 장치(120)는 반응 챔버(150)로 반응 가스를 주입하고, 반응 가스는 RF 전원(160)에 의해 플라즈마로 해리 및 유지되어 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리를 실현한다. 진공 펌프(170)는 반응 챔버를 진공 상태로 만들어 플라즈마가 진공 환경에서 웨이퍼를 처리하도록 보장한다.
웨이퍼를 처리하는 동안, 플라즈마가 웨이퍼에 대한 충돌은 웨이퍼의 발열을 조성하여 온도를 상승시킨다. 웨이퍼의 상이한 영역들에서 온도의 균일성 및 프로세스의 안정성을 보장하기 위해, 정전 척에 웨이퍼 온도를 균일하게 냉각시키기 위한 설계가 필요하다. 당해 업계의 현재 관행은 웨이퍼의 후면에 헬륨 가스와 같은 냉각 가스를 전달하고, 상기 냉각 가스가 웨이퍼의 후면에서 균일하게 확산하여 웨이퍼에 대한 균일한 냉각을 실현한다.
냉각 가스를 전달하는 방법은 정전 척 내의 리프팅 핀 조립체를 사용하여 수행된다. 리프팅 핀 조립체는 리프팅 핀(115) 및 리프팅 핀을 수용하는 통로를 포함한다. 리프팅 핀의 기능은 웨이퍼 제조 공정이 완료된 후에 리프팅 핀을 들어올려서 웨이퍼(130)을 정전 척(100)으로부터 분리시키고, 웨이퍼(130)가 일정 높이까지 들어올려 진 후, 웨이퍼는 반응 챔버 외부에서 로봇 아암에 의해 인계되어 반응 챔버로부터 웨이퍼의 분리를 실현한다. 리프팅 핀을 수용하는 통로는 리프팅 핀을 수용하는데 사용된다. 웨이퍼의 온도 제어를 실시하기 위해, 냉각 가스 공급원이 리프팅 핀을 수용하는 통로와 연결되어, 냉각 가스의 일정 유량이 공정 요건에 따라 리프팅 핀을 수용하는 통로를 통과하여 웨이퍼(130)와 정전 척(100) 사이에 전달된다.
집적 회로 산업의 지속적인 발전에 따라, 반도체 웨이퍼 공정에서 정밀도에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있다. 처리 정밀도를 높이기 위해, 반응 챔버에 인가되는 RF 전원의 전력이 계속 증가하고 있다. 리프팅 핀을 수용하는 통로는 웨이퍼에 대한 냉각 효과를 확보하기 위해 일정한 압력의 냉각 가스를 공급하는 것이며, 반응 챔버에 인가되는 RF 전력이 증가함에 따라 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스가 플라즈마로 점화되어 위험도가 커진다. 냉각 가스가 플라즈마로 점화되는 현상을 아크 방전 현상이라고도 한다. 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 냉각 가스에 아크가 발생하면 반응 챔버 내부의 부품이 손상되어 일련의 위험한 결과를 초래할 수 있으므로 절대적으로 피해야 한다.
도 2는 본 발명의 냉각 가스 공급 시스템의 개략도를 도시한다. 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)는 리프팅 핀(115)을 수용하고, 리프팅 핀은 웨이퍼의 리프팅을 달성하기 위해 일정한 기계적 강도와 안전성을 가져야 한다. 따라서, 리프팅 핀은 너무 가늘어서는 안 되며, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 측벽과 일정한 간격이 확보되어야 하므로 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 사이즈는 너무 작지 않아야 한다. 연구 결과에 따르면 냉각 기체의 아크 방전 현상은 냉각 기체가 놓여있는 용기의 크기와 용기 내의 기체 압력과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 용기의 크기가 크거나 용기 내의 기체 압력이 클수록 기체에서 아크 방전 현상이 발생할 확률이 높다. 본 발명은 용기의 크기가 감소될 수 없는 경우에 가스 압력을 감소시킴으로써 RF 전력의 증가를 적응한다.
그러나, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 기체 압력의 감소는 웨이퍼의 냉각 효과의 감소를 초래한다. 상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 정전 척(100) 내부에 냉각 가스를 운반하기 위한 냉각 가스 전달 통로(101)를 제공하고, 상기 냉각 가스 전달 통로(101)는 제1 압력 제어 장치(10)를 통해 제1 냉각 가스원(142)와 연통되고, 제1 압력 제어 장치(10)는 냉각 가스 전달 통로(101) 내부의 압력을 공제하고 측정하며 측정값을 나타낼 수 있다. 제1 압력 제어 장치(10)는 흡기 밸브(102), 배기 밸브(103) 및 압력 측정 장치(104)를 포함하고, 제어기(도시되지 않음)의 제어 명령에 따라 일정한 압력의 냉각 가스를 냉각 가스 전달 통로(101)로 전달한다. 바람직하게는, 압력 측정 장치(104)는 압력 제어기UPC1)이다. 리프팅 핀을 냉각 가스 전달 통로(101)의 내부에 제공하지 않기 때문에, 냉각 가스 전달 통로(101)는 1mm 미만과 같은 작은 크기의 개구부를 구비할 수 있다. 냉각 가스가 RF 전력에 의해 플라즈마로 점화되는 요인은 가스 압력 및 가스가 위치하는 용기의 크기와 관련되기 때문에 냉각 가스 전달 통로(101) 내에 고압의 냉각 가스가 공급되더라도 냉각 가스 전달 통로(101)의 사이즈가 작기 때문에 아크 방전 현상이 일어나기 어렵다. 따라서, 공정 요구사항에 따라 웨이퍼의 후면에 충분한 냉각 가스를 안전하게 전달할 수 있다.
냉각 가스 전달 통로(101)에서 압력 조절을 달성하기 위해, 냉각 가스 전달 통로(101)와 제1 냉각 가스원(142) 사이에 흡기 밸브(102)가 배치되고, 냉각 가스 전달 통로(101)와 배기 영역 사이에 배기 밸브(103)가 배치되어 냉각 가스가 웨이퍼의 후면으로 전달될 때, 흡기 밸브(102)는 열리고 배기 밸브(103)는 닫히며, UPC1(104)은 제어기로부터의 명령에 따라 요구되는 냉각 가스를 웨이퍼의 후면으로 전달한다. 제조 공정이 종료되면, 흡기 밸브(102)가 닫히고 배기 밸브(103)는 열리어 냉각 가스가 냉각 가스 전달 통로(101)로 배출된다.
정전 척(100)의 내부에 냉각 가스를 전문적으로 전달하는 냉각 가스 전달 통로(101)가 설치되어 있지만, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에 냉각 가스를 통과시키는 것이 필요하다. 우선, 웨이퍼 처리에서 높은 균일성을 요구하는 공정의 경우 웨이퍼의 모든 영역에서 균일한 온도를 보장할 필요가 있는데 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에 냉각 가스를 통과하면 상기 통로의 윗부분과 대응되는 웨이퍼 구역의 냉각을 보상해 준다. 둘째, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 냉각 가스의 통과는 통로에서 반응 부산물의 축적을 피할 수 있고 통로의 세정을 달성할 수 있다. 한편, 높은 RF 전력에 의해 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스가 점화되는 것을 방지하기 위해, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 공기 압력을 독립적으로 제어할 필요가 있다.
본 발명의 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)는 제2 압력 제어 장치(20)를 통해 제2 냉각 가스원(144)에 연결된다. 제1 냉각 가스원(142)과 제2 냉각 가스원(144)은 동일한 냉각 가스원이 될 수 있거나 다른 냉각 가스원이 될 수 있다. 제2 압력 제어 장치는 흡기 밸브(106), 배기 밸브(107) 및 압력 측정 장치(109)를 포함한다. 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)와 제 2 냉각 가스원(144) 사이에 흡기 밸브(106)가 연결되고, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)와 배기구역 사이에는 배기 밸브(107)가 연결되며 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 가스에 대하여 정밀한 공제를 확보하기 위해 흐름 제한 장치를 배기 밸브(107)와 병렬로 배치한다. 압력 측정 장치(109)는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)와 연통하고 압력 제어 장치(20)는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 압력을 측정 및 표시할 수 있고, 제어기(미도시)의 제어 명령을 수신하여 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에 일정 압력의 냉각 가스를 전달한다. 바람직하게는, 상기 압력 측정 장치(109)는 압력 제어기(UPC2)일 수 있다. 공정을 시작하기 전에, 인가된 RF 전력의 크기 및 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 사이즈에 따라 안전 압력 값이 계산되거나 시험될 수 있다. 상기 안전 압력값은 현재의 RF 전력 하에서 리프팅 핀을 수용하는 통로의 냉각 가스가 아크 방전 현상을 발생하지 못하게 한다. UPC2는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 압력을 측정하고 표시할 수 있기 때문에, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 압력이 상기 안전 압력 값보다 낮을 때 웨이퍼의 냉각 효과를 확보하기 위하여, 흡기 밸브(106)는 열고 배기 밸브(107)는 닫고, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스의 압력을 증가시킨다. UPC2에서 나타낸 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스의 압력이 안전 압력 값에 도달하거나 초과하면, 흡기 밸브(106)는 닫고 배기 밸브(107)는 열고, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 가스 압력을 감소한다. 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스의 압력이 안전 압력 값을 초과하지 않도록 보장하기 위해 흐름 제한 장치를 배기 경로에 배치할 수 있다. 상기 흐름 제한 장치는 흐름 제한 밸브(118) 및 흐름 제한 구멍(108)을 포함한다. 흡기 밸브(106)가 열리고 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에 도입될 때 통로 내의 압력이 안전 압력 값을 초과하는 것을 방지하기 위해, 흐름 제한 밸브(118)를 열어 냉각 가스가 흐름 제한 구멍(108)을 통해 외측으로 계속 흐르도록 하여 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 압력의 동적 미세 조정을 실현한다.
본 발명의 기술적 해결방안은 냉각 가스 전달 통로(101)의 가스 압력과 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 가스 압력을 개별적으로 제어할 수 있어, 공정에 필요한 냉각 가스의 충분한 공급을 보장하고 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 기체의 압력을 낮추어 주며, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스의 압력은 반응 챔버에 인가되는 RF 전력의 크기에 따라 조절하게 하여 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 냉각 가스가 아크 방전이 발생하지 않는 안전한 상태에 놓여 있도록 보장하였다.
냉각 가스의 자유 확산을 보장하기 위해, 웨이퍼의 후면과 정전 척(100) 사이에 일정한 갭의 설정이 필요하다. 따라서, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스는 냉각 가스원(144)으로부터 흡기 밸브(106)를 통해 직접 입력되는 가스를 포함할 수 있고 냉각 가스 전달 통로(101)로부터 공급되어 웨이퍼 후면의 갭을 통해 흘러들어온 냉각 가스도 포함할 수 있다. 이는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스 압력을 잘 제어하지 못하게 되고, 가스 압력은 안전 압력값을 쉽게 초과하여 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 냉각 가스가 이온화될 위험이 있다. 상기한 문제를 피하기 위해, 본 발명에서 바람직하게는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부 근방에 밀봉 부재(110)를 배치한다.
도 3은 정전 척(100) 내부의 리프팅 핀 조립체 구조의 개략도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 밀봉 부재(110)는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부 근방에 배치되고, 상기 밀봉 부재는 정전 척(100)의 상부 표면보다 약간 높게 돌출되어 있다. 웨이퍼를 처리하는 공정에서, 밀봉 부재의 상부면은 웨이퍼의 후면과 접촉하여 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부가 밀봉되어, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 냉각 가스가 모두 흡기 밸브(106)를 통하여 주입되도록 보장하여 통로 내의 가스 압력의 제어 가능성을 높여 주었다.
밀봉 부재는 정전 척(100)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 밀봉 부재를 정전 척(100)의 상부면에 고정시킬 수도 있다. 도 3은 밀봉 부재가 제공된 정전 척의 개략도를 도시하고, 명확성을 위해 밀봉 부재(110)의 높이 및 정전 척(100)의 두께 비율을 수정하였다. 본 실시예에서, 정전 척 클램핑 층(112)은 베이스(114) 위에 배치되고, 리프팅 핀 조립체는 정전 척과 베이스를 관통하여 배치된다. 밀봉 링의 측벽으로부터 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내로 냉각 가스가 유입되는 것을 방지하기 위해, 밀봉 부재는 연속적으로 폐쇄된 구조가 되어야 한다. 물론, 원형 링 이외에 밀봉 부재는 타원형, 정사각형 또는 다른 연속된 구조가 될수 있지만 밀봉 링이 바람직하다. 정전 척(100)은 일반적으로 복수 개의 리프팅 핀 조립체가 제공된다. 예를 들어, 리프팅 핀 조립체를 3개 세트이거나 그 이상이 제공될 수 있고, 웨이퍼의 안정성을 보장하기 위해 복수의 리프팅 핀 조립체에 설치된 밀봉 부재의 높이는 정확히 일치할 필요가 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 웨이퍼 후면의 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로로 스며들어 통로의 가스 압력의 조절에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 리프팅 핀 상에 밀봉 부재를 제공하는 것도 가능하다. 리프팅 핀에서 웨이퍼 근방과 가까이에 있는 단부를 지지 단부라고 하며, 공정 처리가 끝난 후 리프팅 핀을 상승하여 지지 단부가 웨이퍼와 접촉하여 리프팅을 진행함으로써 웨이퍼와 정전 척의 디클램핑을 실현한다. 리프팅 핀의 지지 단부와 웨이퍼의 접촉면은 일반적으로 점 또는 원 형상이고, 본 실시예에서, 리프팅 핀(215)의 지지 단부(216)의 상부 단면의 직경은 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부 직경보다 크거나 같다. 공정 처리 동안, 리프팅 핀이 아래로 다운되고 지지 단부(216)가 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부를 덮어서 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부의 밀봉을 달성하여 웨이퍼 후면의 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로 내로 유동하는 것을 방지하고, 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 가스 압력의 제어를 보장할 수 있게 된다. 동시에, 리프팅 핀의 지지 단부 면적을 증가하는 것은 리프팅 핀의 리프팅 안정성을 향상시키는데 유리하다.
다른 실시예에서, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에서 아크 방전 현상을 완전히 제거하기 위해, 제조 공정 중에 냉각 가스를 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내로 이송하는 것을 중단할 수 있다. 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 개구부에는 밀봉 부재가 제공되기 때문에 웨이퍼 후면의 냉각 가스는 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)에 진입할 수 없으므로, 리프팅 핀을 수용하는 통로(105) 내의 가스 압력은 낮은 상태로 유지될 수 있어 아크 방전 현상이 전혀 발생하지 않는다. 제조 공정이 완료되면, 웨이퍼(130)를 제거하고 흡기 밸브(106)를 열어 냉각 가스로 리프팅 핀을 수용하는 통로(105)의 측벽을 세정한다.
본 발명은 웨이퍼의 후면에 냉각 가스를 공급하는 기술을 제공하여 정전 척 내부에 냉각 가스를 전달하기 위한 전문 통로를 설치 및 리프팅 핀 조립체를 통하여 냉각 가스를 전달함으로써, 2개의 독립적인 가스 흐름을 제어하는 설계를 통하여 냉각 가스의 충분한 공급을 보장하는 동시에, 리프팅 핀을 수용하는 통로의 냉각 가스 압력을 낮추어 주며 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부와 가까이한 웨이퍼 구역의 냉각 효과에 영향을 주지 않는다. 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 압력을 독립적으로 조절함으로써, 반응 챔버가 높은 전력의 RF 전원을 허용하고 정전 척 내부에서 아크 방전이 발생하지 않는다. 또한, 밀봉 링을 설치하거나 리프팅 핀의 지지 단부 영역을 증가시키는 것과 같이, 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부 근방에 밀봉 부재를 제공함으로써, 웨이퍼 후면의 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어가는 것을 방지하고 리프팅 핀을 수용하는 통로의 압력 조절 능력에 대한 영향을 회피할 수 있다.
본 발명은 전술한 바람직한 구현예를 통하여 상세한 설명을 하였지만 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 정전 척 내부에 배치하고, 제조 공정의 완료 시에 웨이퍼와 정전 척 표면의 분리를 실현하며 웨이퍼를 리프팅하는 리프팅 핀 조립체로서,
    리프팅 핀 및 리프팅 핀을 수용하는 통로;
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 웨이퍼와 가까운 통로의 단부 근방에 설치되고, 그 표면이 제조 공정 동안에 웨이퍼의 후면과 접촉되어 웨이퍼 후면의 가스가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어오는 것을 방지하는 밀봉 링; 및
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로와 연결되고, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 가스 압력을 냉각 가스가 점화되기 직전의 임계 압력값보다 작게 독립적으로 제어하는 압력 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 링은 상기 정전 척의 상부면의 돌출부에 설치되고, 상기 돌출부의 상부 표면이 상기 정전 척의 상부 표면보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 링과 상기 정전 척이 일체로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 냉각 가스원에 연결되고, 상기 냉각 가스원은 상기 흡기 밸브를 통해 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 배기 밸브를 통하여 배기 구역과 연결되는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 압력을 측정하며 측정값을 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는,
    리프팅 핀 조립체.
  8. 제조 공정에서 웨이퍼에 대하여 지지 및 고정하는 정전 척으로서,
    제1 압력 제어 장치를 통하여 제1 냉각 가스원과 연결된 냉각 가스 전달 통로;
    웨이퍼와 가까이 설치한 지지 단부를 포함하는 리프팅 핀과 리프팅 핀을 수용하는 통로를 포함하는 리프팅 핀 조립체; 및
    리프팅 핀을 수용하는 통로와 연결되고, 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로의 가스 압력을 냉각 가스가 점화되기 직전의 임계 압력값보다 작게 독립적으로 제어하는 제2 압력 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로에서 웨이퍼 후면과 가까이 설치되고, 그 표면이 제조 공정 동안에 웨이퍼의 후면과 접촉되어 웨이퍼 후면의 가스가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로로 들어오는 것을 방지하는 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밀봉 링이 상기 정전 척의 상부 표면의 돌출부에 설치되고, 상기 돌출부의 상부 표면이 상기 정전 척의 상부 표면보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밀봉 링과 상기 정전 척이 일체로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 제2 냉각 가스원에 연결되고, 상기 제2 냉각 가스원은 상기 흡기 밸브를 통해 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로는 상기 배기 밸브를 통하여 배기 구역과 연결되는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배기 밸브와 흐름 제한 장치가 병렬로 연결되며, 상기 흐름 제한 장치는 흐름 제한 밸브 및 흐름 제한 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 압력을 측정하며 측정값을 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 제1 압력 제어 장치는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 압력 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 리프팅 핀의 지지 단부의 직경은 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부 직경보다 크게 설치하여, 공정 처리 동안에 지지 단부가 리프팅 핀을 수용하는 통로의 개구부를 덮어 웨이퍼 후면의 냉각 가스가 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  19. 제8항의 정전 척을 설치한 반응 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 처리 장치.
  20. 플라즈마 처리 장치의 반응 챔버 내에서 진행하는 웨이퍼 처리 방법으로서,
    피처리 웨이퍼를 반응 챔버에 이동하여 정전 척 위에 고정하는 단계;
    반응 챔버에 반응 가스를 공급하면서 반응 실에 RF 전력을 인가하고, 반응 가스가 RF 전력의 작용에 의해 플라즈마로 해리되어 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 단계;
    플라즈마가 웨이퍼를 처리하는 동안, 냉각 가스를 정전 척 내부의 냉각 가스 전달 통로 및 리프팅 핀을 수용하는 통로로 각각 전달하는 단계;
    냉각 가스 전달 통로 내의 냉각 가스의 압력을 독립적으로 제어하는 제1 압력 제어 장치를 설치하고, 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스의 압력을 독립적으로 제어하는 제2 압력 제어 장치를 설치하는 단계; 및
    반응 챔버에 인가되는 RF 전력의 크기에 따라 리프팅 핀을 수용하는 통로 내의 냉각 가스가 점화되기 직전의 임계 압력값을 계산 또는 측정하여 안전 압력값으로 정하고, 상기 제2 압력 제어 장치는 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 냉각 가스의 압력이 항상 안전한 압력값보다 작게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 리프팅 핀을 수용하는 통로와 상기 웨이퍼 사이에 밀봉 부재를 설치하여, 상기 압력 제어 장치가 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내부의 냉각 가스 압력이 0보다 크거나 같게 제어하는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 처리 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    웨이퍼 처리가 완성된 뒤에 웨이퍼를 제거하고, 상기 제2 압력 제어 장치는 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로 내로 냉각 가스를 지속적으로 전달하게 하여 상기 리프팅 핀을 수용하는 통로의 측벽에 대한 세정을 실현하는 것을 특징으로 하는,
    웨이퍼 처리 방법.
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