KR102368832B1 - 다중 가열 영역 구조의 정전 척 - Google Patents

다중 가열 영역 구조의 정전 척 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 가열 영역 구조의 정전 척에 관한 것이다. 다중 가열 구조의 정전 척은 각각이 가열 소자에 의하여 개별적으로 가열 제어가 가능한 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N); 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)의 각각에 연결된 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)을 포함하는 스위치 모듈(13); 및 스위치 모듈(13)의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈(15)을 포함하고, 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 의하여 정전 척에 고정된 웨이퍼의 서로 다른 부분이 독립적으로 가열된다.

Description

다중 가열 영역 구조의 정전 척{An Electrostatic Chuck with Multi Heating Areas}
본 발명은 다중 가열 영역 구조의 정전 척에 관한 것이고, 구체적으로 서로 구분되는 다수 개의 가열 영역이 형성되어 각각의 영역이 개별적으로 가열 제어가 가능한 다중 가열 영역 구조의 정전 척에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 하나에 해당하는 에칭 공정 과정에 사용되는 정전 척(electrostatic chuck)은 웨이퍼를 고정시키는 기능(wafer chucking)과 온도 제어 기능(temperature controlling)을 가질 수 있다. 에칭 공정 과정에서 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지될 필요가 있고, 이에 의하여 공정의 균일성이 확보되어 공정 수율이 향상될 수 있다. 이와 같은 정전 척 온도의 균일성을 확보하기 위하여 정전 척(ESC)의 온도가 제어될 필요가 있고, 이와 관련하여 국제공개번호 WO 2011/049620은 반도체 프로세싱을 위한 평탄한 히터존을 가진 가열판에 대하여 개시한다. 또한 WO 2013/057949은 프로세서 챔버 내에서 온도가 제어되는 정전 척에 대하여 개시한다. 웨이퍼의 균일 온도 특성의 유지를 위하여 웨이퍼가 고정되는 정전 척의 온도가 제어될 필요가 있고, 정전 척의 위쪽 부분에 형성된 절연 층에 가열 수단이 배치되어 온도가 제어가 될 수 있다. 그러나 이와 같은 가열 수단에 의하여 정전 척 전체 또는 웨이퍼 전체의 온도가 균일하게 조절되기 어렵다. 이와 같은 가열 수단에 의한 가열에 따라 웨이퍼의 서로 다른 부분 사이에 온도 편차가 발생될 수 있고, 이와 같은 부분적인 온도 편차가 보상될 필요가 있다. 이를 위하여 웨이퍼와 접촉되는 정전 척은 다수 개의 영역으로 구분되고, 각각의 영역이 개별적으로 온도 제어가 될 필요가 있다. 또한 이와 함께 온도 제어를 위한 수단이 공정에 영향을 미치지 않도록 하는 방법이 만들어질 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 기술에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 국제공개번호 WO 2011/049620(램 리써치 코포레이션, 2011.04.28. 공개) 반도체 프로세싱을 위한 평탄한 히터존들을 가진 가열판 선행기술2: 국제공개번호 WO 2013/049589(어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드, 2013.04.04. 공개) 온도 제어되는 정전 척
본 발명의 목적은 다수 개로 구분된 각각의 영역이 개별적으로 온도 제어가 되어 정전 척의 전체 온도 분포의 제어가 가능한 다중 가열 영역 구조의 정전 척을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 다중 가열 구조의 정전 척은 각각이 가열 소자에 의하여 개별적으로 가열 제어가 가능한 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존; 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존의 각각에 연결된 개별 스위치 수단을 포함하는 스위치 모듈; 및 스위치 모듈의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈을 포함하고, 각각의 마이크로 멀티 히터 존에 의하여 정전 척에 고정된 웨이퍼의 서로 다른 부분이 독립적으로 가열된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마이크로 멀티 히터 존의 위쪽에 형성된 세라믹 층에 배치되는 AC 히터 존을 더 포함하고, AC 히터 존은 2 내 내지 50개가 되면서 각각의 반도체 스위치에 의하여 작동이 제어된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마이크로 멀티 히터 존은 마이크로 멀티 존 보드에 배치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마이크로 멀티 존 보드는 금속 소재의 작동 몸체에 형성된 가열 조절 영역의 내부에 배치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 각각의 AC 히터 존의 온도를 탐지하는 온도 센서를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마이크로 멀티 히터 존 보드에 각각의 히터 존에 대한 제어 정보를 전달하는 광통신 회로 모듈; 구동 모듈; 및 전원 회로 모듈이 배치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마이크로 멀티 히터 존은 50 내지 500개가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 작동 몸체는 알루미늄 소재가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 작동 몸체에 형성되는 냉각 라인을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가열 조절 영역(RA)의 내부는 열 페이스트(thermal Paste)로 채워진다.
본 발명에 따른 다중 가열 구조의 정전 척은 웨이퍼의 가열 과정에서 발생될 수 있는 온도 편차를 보상하여 웨이퍼의 전체 표면의 온도 균일성이 확보되도록 하여 공정 균일성이 확보되도록 하고, 이에 의하여 공정 수율이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 정전 척은 미세화 및 고도화가 되고 있는 반도체 공정 과정에서 선행 공정 결과에 기초하여 후행 공정 과정에서 선행 공정 결과의 보완이 가능하도록 한다. 예를 들어 300 mm 웨이퍼의 부분적인 영역에서 선행 공정 결과가 높거나 낮은 경우 후행 공정에서 결과가 보상될 수 있도록 한다. 이에 의하여 공정 결과의 균일성이 확보되어 수율이 높아지면서 생산성이 향상될 수 있도록 한다. 공지의 에칭 장비의 경우 정전 척이 가지는 300 mm의 원형 단면적으로 인한 공간상의 제약으로 인하여 히터 영역의 개수가 제한적으로 설정되어야 한다. 이는 각각의 히터에 전력 단자 및 가열 소자가 설치되어야 하고 이로 인하여 부분 가열 영역이 제한적으로 설정되는 구조에 기인한다. 본 발명에 따른 정전 척이 이와 같은 공간적인 제한을 해결하여 필요에 따라 다양한 개수 또는 형상의 부분 가열 영역이 설정될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 정전 척은 반도체 공정에 적용되는 다양한 형태의 정전 척을 포함하고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 가열 영역 구조의 정전 척에 적용되는 마이크로 멀티 히터 존의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전 척의 세라믹 층에 형성된 다중 AC 히터 존의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 정전 척을 위쪽 및 아래쪽에서 바라본 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 가열 영역 구조의 정전 척의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 정전 척의 단면 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 정전 척에서 마이크로 멀티 존의 작동 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 가열 영역 구조의 정전 척에 적용되는 마이크로 멀티 히터 존의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 다중 가열 영역 구조의 정전 척은 각각이 가열 소자에 의하여 개별적으로 가열 제어가 가능한 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N); 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)의 각각에 연결된 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)을 포함하는 스위치 모듈(13); 및 스위치 모듈(13)의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈(15)을 포함하고, 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 의하여 정전 척에 고정된 웨이퍼의 서로 다른 부분이 독립적으로 가열된다.
마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 웨이퍼의 가열을 위하여 웨이퍼에 대응되는 부분에 형성될 수 있고, 예를 들어 정전 척의 위쪽 부분에 형성된 세라믹 층의 내부에 형성될 수 있지만 바람직하게 세라믹 층의 아래쪽에 독립적으로 형성되는 가열 수단에 형성될 수 있다. 세라믹 층의 아래쪽에 형성되는 경우 세라믹 층에 형성된 히터에 의한 가열로 인하여 발생되는 부분적인 온도 편차를 보상하는 기능을 가질 수 있다. 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 의하여 웨이퍼의 정해진 부분이 부분적으로 가열될 수 있고, 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 웨이퍼의 형상을 기준으로 형성될 수 있다. 웨이퍼의 전체 영역이 다수 개의 가열 영역으로 분할될 수 있고, 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 분할이 된 각각의 가열 영역을 가열할 수 있는 적절한 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)는 예를 들어 선형 가열 특성을 가질 수 있고, 예를 들어 0 내지 150 ℃의 온도 범위에서 인가되는 전력에 비례하여 선형적으로 온도가 변하는 선형 가열 특성을 가질 수 있다. 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)은 엘이디 소자, 다이오드, 열전 소자, 전기 패턴 저항과 같은 가열 수단을 포함할 수 있고, 가열 수단은 AC 전력에 의하여 가열될 수 있지만 바람직하게 0 내지 24 DCV의 전력 인가가 가능한 전원에 의하여 가열될 수 있다. 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)은 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)에 연결될 수 있고, 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)의 개폐에 의하여 가열되거나, 가열 중단이 될 수 있다. 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)은 열 발생 및 전달이 가능한 소재로 만들어진 가열 몸체(111) 및 가열 몸체(111)에 형성되어 가열 몸체(111)에 전력을 인가하여 열을 발생시키는 한 쌍의 전극(112a, 112b)으로 이루어질 수 있다. 한 쌍의 전극(112a, 112b)은 전기적으로 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)에 연결될 수 있다. 그리고 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)의 개폐에 의하여 각각의 가열 몸체(111)에 전력이 인가되어 열이 발생될 수 있다. 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)은 스위치 모듈(13)에 설치될 수 있고, 스위치 모듈(13)은 다수 개의 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)에 대한 상태를 저장할 수 있고, 각각의 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)의 상태를 유지하거나, 온/오프 상태를 전환시킬 수 있다. 각각의 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)은 스위치 제어 모듈(15)의 작동 신호에 의하여 작동될 수 있다. 구체적으로 스위치 제어 모듈(15)로부터 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)의 온 또는 오프 신호가 스위치 모듈(13)로 전송될 수 있고, 전송된 신호에 따라 스위치 모듈(13)은 각각의 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)의 상태를 유지하거나, 온/오프 상태를 전환시킬 수 있다. 히터 존(11_1 내지 11_N)의 개수는 정전 척 또는 웨이퍼의 구조에 따라 다양하게 설정될 수 있고, 예를 들어 10 내지 500개가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 1의 좌측에 도시된 실시 예를 참조하면, 각각의 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)의 하나의 전극(112a)은 각각의 접속 배선(12a 내지 12n)에 의하여 각각의 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)에 연결될 수 있다. 그리고 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)의 다른 전극(112b)은 접지 선(GW)에 의하여 접지 전극(16)에 연결될 수 있다. 도 1의 오른쪽에 도시된 실시 예를 참조하면, 각각의 히터 영역(17_1 내지 17_M)은 제1 접속 배선 그룹의 각각의 열 배선(CL_1 내지 CL_L)에 의하여 제1 스위치 그룹의 각각의 열 스위치(18_1 내지 18_L)에 연결될 수 있다. 제2 접속 배선 그룹의 각각의 행 배선(RL_1 내지 RL_K)에 의하여 각각의 행 스위치(19_1 내지 19_K)에 연결될 수 있다. 그리고 열 스위치(18_1 내지 18_L)과 행 스위치(19_1 내지 19_K)는 서로 연동되어 작동되면서 각각의 히터 영역(17_1 내지 17_M)을 개별적으로 가열시킬 수 있다. 히터 영역(17_1 내지 17_M)은 히터 존(11_1 내지 11_N)과 동일 또는 유사한 기능을 할 수 있다. 각각의 마이크로 히터 존(11_1 내지 11_N)의 개별 제어는 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 정전 척의 세라믹 층에 형성된 다중 AC 히터 존의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 세라믹 층(CS)의 내부에 다수 개의 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)이 형성될 수 있고, AC 히터 존(21_1 내지 21_18)은 위에서 설명된 마이크로 히터 존(11_1 내지 11_N)에 대응될 수 있다. AC 히터 존(21_1 내지 21_18)은 예를 들어 300 ㎜ 웨이퍼에 적용될 수 있고, AC 전력에 의하여 작동될 수 있다. 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)에 가열 소자, 전력 단자 및 써모커플과 같은 온도 센서가 배치될 수 있다. 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)에 연결 포트가 형성되어 개별 스위치 수단에 해당하는 예를 들어 사이리스터와 같은 반도체 개별 스위치(22_1 내지 22_18)에 의하여 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)의 작동이 조절될 수 있다. 반도체 개별 스위치(22a 내지 22_18)는 연결 배선(23a, 22b)에 의하여 AC 히터 존(21_1 내지 22_18)에 연결될 수 있고, 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 22_18)은 반도체 개별 스위치(22_1 내지 22_18)과 함께 독립된 가열 회로를 형성하면서 AC 히터 전원에 연결될 수 있다. AC 히터 존(21_1 내지 21_18)은 서로 연결되어 구분된 18개의 구분 영역으로 이루어질 수 있지만 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)은 다양한 개수로 형성될 수 있고, 예를 들어 2 내지 50개가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 제시된 실시 예에서 18개의 히터 존(21_1 내지 21_18)에 대하여 18개의 반도체 개별 스위치(22_1 내지 22_18)가 연결될 수 있다. 개별 스위치(22_1 내지 22_18)는 독립적으로 작동될 수 있고, 이에 의하여 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)이 독립적으로 가열될 수 있다.
AC 히터 존(21_1 내지 21_18)의 아래쪽에 도 1에서 설명된 마이크로 멀티 히터 존이 배치될 수 있고, 마이크로 멀티 히터 존은 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)과 독립적으로 작동될 수 있다. 마이크로 멀티 히터 존은 예를 들어 웨이퍼의 형상 또는 정전 척의 구조에 따라 50 내지 500개의 개수가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 마이크로 멀티 히터 존은 세라믹 층의 아래쪽에 배치될 수 있고, AC 히터 존(21_1 내지 21_18)과 동일 또는 유사한 작동 구조를 가질 수 있다. 또한 마이크로 멀티 히터 존은 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)에 의하여 가열되는 정전 척 또는 웨이퍼에서 발생되는 온도 편차를 보상하는 기능을 가질 수 있다. 일차적으로 정전 척 또는 웨이퍼가 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)에 의하여 또는 다른 가열 수단에 의하여 가열될 수 있고, 이차적으로 마이크로 멀티 히터 존의 작동에 의하여 가열 보상이 될 수 있다. 아래에서 이와 같은 과정에 대하여 설명된다.
도 2의 오른쪽을 참조하면, 정전 척의 가열이 조절되는 과정은 AC 히터 존(21_1 내지 21_18)이 절연 층 또는 세라믹 층에 형성되는 단계(P21); 마이크로 멀티 히터 존이 세라믹 층의 아래쪽에 형성되는 단계(P22); AC 히터 존(21_1 내지 21_18) 및 마이크로 멀티 히터 존의 구동을 위한 구동 수단이 형성되는 단계(P23); AC 히터 존(21_1 내지 21_18) 및 마이크로 멀티 히터 존 각각과 개별 히터 스위치 및 반도체 개별 스위치를 연결하는 개방 회로 또는 독립 회로가 형성되는 단계(P24); 각각의 히터 존의 가열 특성 데이터가 생성되는 단계(P25); 작동 제어를 위한 제어 수단과 스위치 제어 모듈 또는 상태 탐지 수단 사이에 데이터 통신을 위한 광 통신과 같은 통신 수단이 설정되는 단계(P26); 및 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 11_18) 또는 마이크로 멀티 히터 존이 개별적으로 제어되는 단계(P27)를 포함한다. AC 히터 존(21_1 내지 21_18) 또는 마이크로 멀티 히터 존은 공정 과정에 있는 웨이퍼의 전체 면적을 기준으로 형성될 수 있고, 서로 다른 히터 존은 동일하거나, 서로 다른 면적 또는 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 히터 존이 설정되면(P21, P22), 각각의 히터 존의 가열을 위한 열원이 배치되고, 열원의 작동을 위한 구동 수단이 형성될 수 있다(P23). 열원은 예를 들어 엘이디 소자, 다이오드, 열전 소자 또는 전기 패턴 저항과 같이 전력 공급에 의하여 열을 발생시킬 수 있는 다양한 전자 소자 또는 부품이 될 수 있고, 구동 수단에 의하여 스위치가 작동되어 각각의 히터 존이 가열될 수 있다. 스위치는 스위치 제어 모듈에 의하여 작동될 수 있고, 스위치 제어 모듈은 외부에 설치된 제어 모듈에 의하여 작동될 수 있다. 스위치는 예를 들어 도 2에 도시된 것처럼, 실리콘 제어 정류 소자(SCR)과 같은 반도체 스위치가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 각각의 스위치는 오픈 루프 구조 또는 독립 회로 구조로 형성될 수 있고(P24), 스위치로 작동 신호가 전송되어 스위치가 독립적으로 작동될 수 있다. 히터 존은 서로 다른 형상을 가질 수 있고, 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 그러므로 각각의 히터 존의 형상 또는 위치에 따른 가열 특성 데이터가 생성될 수 있다(P25). 각각의 히터 존의 작동을 위한 스위치는 공정 과정에서 작동되어야 하고, 공정 과정에서 바이어스 RF 전력이 정전 척에 인가될 수 있다. 이와 같은 바이어스 RF 전력의 인가로 인하여 RF 잡음(Noise)이 발생될 수 있으므로 RF 잡음이 발생되지 않는 통신 방법이 설정될 필요가 있고, 예를 들어 광섬유 통신과 같은 광 통신이 설정될 수 있다(P26). 광 통신을 통하여 작동 신호가 스위치 제어 모듈로 전송되어 각각의 스위치의 작동이 제어될 수 있다. 히터 존의 작동은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 아래에서 이와 같은 방법으로 가열이 제어되는 정전 척의 실시 예에 대하여 설명된다.
도 3은 본 발명에 따른 정전 척을 위쪽 및 아래쪽에서 바라본 실시 예를 도시한 것이다.
도 3의 좌측 및 우측은 각각 정전 척의 위쪽 및 아래쪽에서 본 형상을 나타낸 것으로 웨이퍼가 고정되는 영역에 배치되는 세라믹 층의 내부는 이차원 매트릭스 형상으로 구분될 수 있고, 각각의 구분 영역은 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 형성되는 영역이 될 수 있다. 웨이퍼가 고정되는 전체 영역이 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 대응될 수 있다. 웨이퍼가 고정되는 영역의 테두리 부분(32)을 따라 다수 개의 체결 홀(33_1 내지 33_K)이 형성될 수 있고, AC 히터 존(21_1 내지 21_L)은 웨이퍼 고정 부분(31)에 형성될 수 있다. 도 3의 우측을 참조하면, 정전 척의 몸체(34)에 리프트 핀이 배치되는 핀 홀 또는 기체 통로와 같은 유도 홀(38_1 내지 38_M)이 형성될 수 있고, 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)과 전력 공급 수단 또는 제어 수단이 전기적으로 연결되도록 하는 연결 홀(35_1 내지 35_N)이 형성될 수 있다. 연결 홀(35_1 내지 35N)에 배치되는 배선을 통하여 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 배치된 가열 소자로 전력이 공급되거나, 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 대한 정보가 획득될 수 있다. 이와 같은 전력 공급 또는 정보 획득을 위하여 세라믹 층의 아래쪽에 작동 몸체(34)가 형성될 수 있고, 작동 몸체(34)에 마이크로 멀티 존 보드(37)가 배치될 수 있다. 그리고 멀티 존 보드(37)의 안쪽 면에 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)이 배치될 수 있다. 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)과 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)이 각각 실선으로 표시되어 있지만 모두 내부에 위치하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에서 이와 같은 구조를 가지는 정전 척에서 각각의 구성이 배치 구조가 구체적으로 설명된다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 가열 영역 구조의 정전 척의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 마이크로 멀티 존 보드(43)에 배치될 수 있다. 또한 마이크로 멀티 존 보드(43)는 금속 소재의 작동 몸체(41)에 형성된 가열 조절 영역(RA)의 내부에 배치된다.
AC 히터 존(21_1 내지 21_L)이 금속 소재의 작동 몸체(41)의 위쪽 면에 형성된 세라믹 층(42)의 내부에 배치될 수 있다. 작동 몸체(41)에 위쪽 부분에 가열 조절 영역(RA)이 형성될 수 있고, 가열 조절 영역(RA)의 내부에 마이크로 멀티 존 보드(43)가 배치될 수 있다. 그리고 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 마이크로 멀티 존 보드(43)에 배치될 수 있다. 작동 몸체(41)는 전체적으로 원통 형상이 될 수 있고, 예를 들어 알루미늄과 같은 금속 소재로 만들어질 수 있다. 작동 몸체(41)의 아래쪽에 냉각 라인(CL)이 형성될 수 있고, 작동 몸체(41)의 위쪽 부분에 가열 조절 영역(RA)이 형성될 수 있다. 가열 조절 영역(RA)은 예를 들어 작동 몸체(41)의 위쪽 부분에 홈 또는 수용 공간을 형성하는 방법으로 형성될 수 있다. 가열 조절 영역(RA)에 마이크로 멀티 존 보드(43)가 배치될 수 있고, 마이크로 멀티 존 보드(43)는 예를 들어 인쇄 회로 기판과 같은 전자 기판 구조를 가질 수 있다. 가열 보드에 서로 분리되어 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)이 배치될 수 있고, 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 엘이디 소자, 다이오드 또는 열전 소자가 배치될 수 있다. 위에서 설명된 개별 스위치 수단이 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 연결될 수 있다. 가열 조절 영역(RA)은 분리 벽(411)에 의하여 가열 몸체(41)의 위쪽으로 돌출되는 구조로 형성될 수 있고, 작동 몸체(41)의 내부로 유입되는 홈 부분을 포함할 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43)는 가열 조절 영역(RA)의 바닥 면으로부터 분리되어 배치될 수 있고, 마이크로 멀티 존 보드(43)의 아래쪽 면에 광 통신 회로 모듈(44)이 배치될 수 있고, 광 통신 회로 모듈(44)은 예를 들어 PMC(Programmable Machine Controller) 컴퓨터와 같은 제어 모듈(441)과 연결될 수 있다. 가열 조절 영역(RA)의 내부로부터 작동 몸체(41)의 외부를 향하여 연장되는 바이어 홀(Via Hole)과 같은 유도 홀에 유도 관(CP1, CP2)이 삽입되어 고정될 수 있다. 광 통신 회로 모듈(44)과 제어 모듈(441)은 유도 관(CP1, CP2)을 통하여 가열 조절 영역(RA)의 내부로 유도되는 광 섬유 케이블과 같은 연결 배선(CA1, CA2)에 의하여 데이터 통신이 가능하도록 서로 연결될 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43)의 아래쪽에 구동 모듈(45)이 배치될 수 있고, 구동 모듈(45)은 광 통신 회로 모듈(44) 또는 전원 회로 모듈(46)과 전기 신호 통신 또는 데이터 통신이 가능하도록 서로 연결될 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43)의 아래쪽에 배치되는 전원 회로 모듈(46)에 의하여 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)에 전력이 인가될 수 있다. 전원 회로 모듈(46)은 외부 전력 소스에 연결될 수 있고, 구동 모듈(46)로부터 전송된 작동 신호에 의하여 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)에 예를 들어 5 내지 24 VDC 전력이 공급되도록 작동될 수 있다. 작동 몸체(41)에 연결 관(CP3, CP4)이 삽입되어 고정될 수 있고, 연결 관(CP3, CP4)을 통하여 공급 케이블이 조절 영역(RA)의 내부로 연장될 수 있다. 공급 케이블에 의하여 전원 회로 모듈(46)과 외부 전력 공급 수단(461)이 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 외부 전력 공급 수단(461)에 의하여 예를 들어 5 내지 24 VDC 전력이 공급될 수 있다. 조절 영역(RA)의 내부는 예를 들어 열 전도성을 가지는 절연체 소재로 채워질 수 있고, 예를 들어 열 전도성을 가지는 열 페이스트(thermal Paste)에 의하여 채워질 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43), 광 통신 회로 모듈(44), 구동 모듈(45) 및 전원 회로 모듈(46)의 작동 과정에서 발생되는 열이 열 페이스트 층을 통하여 작동 몸체(41)로 전달될 수 있고, 냉각 라인(CL)을 따라 유동되는 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있다. 가열 조절 영역(RA)의 위쪽이 덮개에 의하여 밀폐될 수 있고, 예를 들어 용접 또는 납땜과 같은 영구 결합 방식으로 또는 밀폐된 분리 가능한 고정 방식으로 결합될 수 있다. 덮개에 외부 작동 수단과 연결을 위한 다수 개의 연결 홀이 형성될 수 있다. 이와 같은 구조를 가지는 가열 조절 영역(RA)의 위쪽 면에 세라믹 층(42)이 결합될 수 있다. 세라믹 층(42)에 웨이퍼의 고정을 위한 DC 층(421)이 배치될 수 있고, DC 층(421)은 고정 전력(chucking power) 공급원(49)과 연결될 수 있고, 고정 전력 공급원(49)에 의하여 500 내지 3,000 VDC 전압이 인가될 수 있다. DC 층(421)은 단일 극자(mono polar) 또는 쌍극자(bi-polar) 구조를 가질 수 있다. 세라믹 층(42)에 배치되는 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 온도 센서가 배치될 수 있고, 온도 센서는 예를 들어 적외선 써모 커플(IR thermocouple)과 같은 광학 온도 탐지 센서가 될 수 있다. 적어도 하나의 온도 센서가 세라믹 시트 층(42)의 내부에 배치될 수 있고, 바람직하게 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 온도 센서가 배치될 수 있다. 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 AC 히터 컨트롤러(47) 및 AC 전력 공급원(48)이 연결될 수 있고, 온도 센서로부터 전송된 정보에 기초하여 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 AC 전력이 공급될 수 있고, 위에서 설명된 것처럼 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)의 가열이 개별적으로 제어될 수 있다. 컴퓨터와 같은 제어 모듈(441)에 의하여 세라믹 층(42) 또는 정전 척의 온도 및 균일도(uniformity)가 정해질 수 있고, 이에 기초하여 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)이 가열될 수 있다. 가열 과정에 온도 센서에 의하여 공정 과정의 웨이퍼 또는 정전 척의 온도가 탐지되어 제어 모듈(441) 또는 AC 히터 컨트롤러(47)로 전송될 수 있고, 이에 의하여 웨이퍼 또는 정전 척의 온도가 탐지될 수 있다. 만약 이와 같은 과정에서 웨이퍼 또는 정전 적의 서로 다른 부위에 온도 편차가 발생되면 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_ N)이 가열될 수 있다. 미리 생성된 제어 알고리즘에 기초하여 광 통신 회로 모듈(44)에 의하여 광 통신 방식으로 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 인가될 전력 값이 광 통신 회로 모듈(44)로 전송될 수 있다. 광 통신 회로 모듈(44)은 제어 신호를 전기 신호로 변환하여 구동 모듈(45)로 전송할 수 있다. 구동 모듈(45)은 제어 전기 신호에 따라 개별 스위치 수단의 작동을 조절하여 가열 소자에 인가되는 전력을 제어하여 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)의 온도를 조절할 수 있다. 정전 척의 전체 온도가 제어 모듈(441)에 의하여 결정되어 AC 히터 컨트롤러(47)로 전송될 수 있고, AC 히터 컨트롤러(47)는 AC 전력 공급원(48)의 작동을 조절하여 AC 히트 존(21_1 내지 21_L)의 온도가 전체적으로 조절될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 정전 척에서 온도 제어는 전체적으로 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 의하여 조절되고, 온도 조절에 따라 발생될 수 있는 결과에 대한 보상이 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 의하여 이루어질 수 있다. 구체적으로 제어 모듈(441)에 의하여 정전척의 온도 및 균일성(uniformity)이 설정될 수 있고, 제어 알고리즘에 따라 광 통신 모듈(44)을 통하여 마이크로 멀티 존 보드(43)로 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 인가될 전력 값이 광 통신으로 전송될 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43)에 광 통신 회로가 배치되어 제어 신호를 전기 신호로 변환하여 구동 모듈(45)로 전송하여 전원 회로 모듈(46)을 작동시켜 각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)을 가열시킬 수 있다. 정전 척의 전체적인 온도는 제어 모듈(441)에 의하여 결정되어 AC 히터 컨트롤러(47)로 전송되고, AC 히터 컨트롤러(47)는 PID 제어 알고리즘에 의하여 AC 전력 공급원(48)으로 제어 신호를 전달하여 예를 들어 4 내지 38개의 영역으로 구분된 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)이 가열될 수 있다. 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)에 광학 써모커플과 같은 피드백 온도 센서가 설치되어 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)의 온도가 AC 히터 컨트롤러(47)로 전송될 수 있다. 이와 같은 과정에서 필요에 따라 마이크로 멀티 히트 존(11_1 내지 11_N)의 가열에 의하여 부분적으로 온도 보상이 이루어져 웨이퍼 전체에 대한 온도 균일성이 확보될 수 있다. 에칭 공정과 같은 반도체 공정 과정에서 정전 척에 RF 전력 모듈(RF)에 의하여 바이어스 RF 전력이 인가될 수 있다. 본 발명에 따른 정전 척은 이와 같은 바이어스 RF 전력에 의한 간섭이 없이 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)의 가열 제어 또는 온도 제어가 가능하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 정전 척의 단면 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 작동 몸체(41)의 아래쪽에 단일 영역 구조(one zone) 또는 이중 영역 구조(dual zone)가 되는 다수 개의 냉각 라인(CL)이 형성된 냉각 영역(56)이 형성될 수 있고, 가열 조절 영역(CA)의 위쪽에 웨이퍼의 온도 조절을 위한 가열 영역(51)이 형성될 수 있다. 마이크로 멀티 존 보드(43)가 조절 영역(RA)의 내부에 배치될 수 있다. 전체적으로 실린더 형상이 되는 작동 몸체(41)의 테두리 영역(55)에 체결 홀(52_1 내지 52_K)이 형성될 수 있고, 작동 몸체(41)에 조절 영역(RA)의 내부와 외부를 연결하는 다수 개의 유도 관(57)이 형성될 수 있다. 또한 작동 몸체(41)의 중심에 바이어스 RF 전력의 인가를 위한 RF 전극(58)이 형성될 수 있다. AC 히터 존의 가열 제어 또는 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_M)에 의하여 웨이퍼(W)에 설정된 다수 개의 가열 영역(HA_1 내지 HA_K)이 부분적으로 가열되거나, 전체적으로 가열되어 온도 균일성이 확보될 수 있다. 웨이퍼(W)의 가열 영역(HA_1 내지 HA_K)은 도 5의 아래쪽에 도시된 것처럼 2차원 매트릭스 구조로 형성될 수 있다. 또는 웨이퍼(W)의 가열 영역(HA_1 내지 HA_M)은 원형을 기준으로 반지름의 길이에 따라 서로 원주 형상의 가열 띠(SA_1 내지 SA_L)를 형성하고, 각각의 가열 띠(SA_1 내지 SA_L)를 적어도 하나의 구분 영역으로 분할하는 방법으로 형성될 수 있다. 이와 같은 웨이퍼의 가열 구조에 따라 AC 히터 존 또는 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_M)의 기하학적 형상이 적절하게 형성될 수 있다. 도 5의 아래에 도시된 것처럼, 마이크로 멀티 존 보드(43)에 광 통신 회로 모듈(44), 구동 모듈(45) 또는 전원 회로 모듈(46)이 적절하게 배치될 수 있고, 추가로 히터 존(11_1 내지 11_N)의 가열 제어 또는 정보 탐지를 위한 다양한 수단이 배치될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 6은 본 발명에 따른 정전 척에서 마이크로 멀티 존의 작동 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 마이크로 멀티 존의 작동 방법은 웨이퍼의 크기에 대응되는 다수 개의 멀티 마이크로 히터 존이 형성되는 단계(P61); 다수 개의 멀티 마이크로 히터 존의 가열을 위한 열원 및 각각의 히터 존의 작동을 위한 구동 회로가 배치되는 단계(P62); 각각의 히터 존의 작동 및 상태 탐지를 위한 광 통신 회로가 설정되고, 각각의 히터 존에 배치된 가열 소자의 작동을 위한 개별 제어 회로가 형성되는 단계(P63); 각각의 히터 존의 온도 특성 데이터가 생성되는 단계; 및 제어 모듈에 의하여 각각의 히터 존의 가열 상태가 조절되는 단계(P65)를 포함한다.
멀티 마이크로 히터 존은 예를 들어 알루미늄 소재로 만들어진 작동 몸체에 형성된 조절 영역에 형성될 수 있다(P61). 열원 및 구동 회로는 조절 영역에 배치되는 마이크로 멀티 존 보드에 배치될 수 있고(P62), 통신 설정을 위한 광 통신 회로가 또한 마이크로 멀티 존 보드에 배치될 수 있다(P63). 각각의 히터 존이 엘이디, 다이오드, 열전 소자 또는 저항 선 패턴에 의하여 가열될 수 있고, 전력 공급에 따른 히터 존의 온도 특성 데이터가 생성될 수 있다(P64). 예를 들어 히터 존은 전력 공급에 따라 선형적으로 온도가 변할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 각각의 히터 존은 예를 들어 개별 스위치 수단의 개폐 조절에 의하여 제어될 수 있지만(P65) 이에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11_1 내지 11_N: 마이크로 멀티 히터 존 13: 스위치 모듈
14_1 내지 14_N; 개별 스위치 수단 15: 스위치 제어 모듈
21_1 내지 21_L: AC 히터 존 22_1 내지 22_L: 반도체 스위치
31: 웨이퍼 고정 부분 32: 테두리 부분
41: 작동 몸체 43: 마이크로 멀티 존 보드
44: 광 통신 모듈 45: 구동 모듈
46: 전원 회로 모듈 47: AC 히터 컨트롤러
48: AC 전력 공급원 51: 가열 영역

Claims (10)

  1. 각각이 가열 소자에 의하여 개별적으로 가열 제어가 가능한 다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N);
    다수 개의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)의 각각에 연결된 개별 스위치 수단(14_1 내지 14_N)을 포함하는 스위치 모듈(13); 및
    스위치 모듈(13)의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈(15)을 포함하고,
    각각의 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)에 의하여 정전 척에 고정된 웨이퍼의 서로 다른 부분이 독립적으로 가열되고,
    마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)의 위쪽에 형성된 세라믹 층(42)의 내부에 배치되는 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)을 더 포함하고,
    알루미늄 소재로 이루어지고 내부에 냉각 라인(CL)이 형성되는 작동 몸체(41)의 위쪽 부분에 형성된 홈 또는 수용 공간을 포함하고 분리 벽(411)에 의해 가열 몸체(41)의 위쪽으로 돌출되는 구조로 형성되는 가열 조절 영역(RA)의 바닥면에 분리되어 마이크로 멀티 존 보드(43)가 배치되고,
    마이크로 멀티 존 보드(43)의 위쪽 면에 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)이 배치되고 마이크로 멀티 존 보드(43)의 아래쪽 면에 각각의 히터 존(11_1 내지 11_N)에 대한 제어 정보를 전달하는 광 통신 회로 모듈(44), 구동 모듈(45) 및 전원 회로 모듈(46)이 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 가열 영역 구조의 정전 척.
  2. 청구항 1에 있어서, AC 히터 존(21_1 내지 21_L)은 2 내 내지 50개가 되면서 각각의 반도체 스위치(22_1 내지 22_L)에 의하여 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 다중 가열 영역 구조의 정전 척.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 각각의 AC 히터 존(21_1 내지 21_L)의 온도를 탐지하는 온도 센서를 더 포함하는 다중 가열 영역 구조의 정전 척.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 마이크로 멀티 히터 존(11_1 내지 11_N)은 50 내지 500개가 되는 것을 특징으로 하는 다중 가열 영역 구조의 정전 척.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 가열 조절 영역(RA)의 내부는 열 페이스트(thermal Paste)로 채워지는 것을 특징으로 하는 다중 가열 영역 구조의 정전 척.
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