KR19990023069U - 정전척의 헬륨 유동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 정전척의 헬륨 유동 시스템에 관한 것으로서, 종래 웨이퍼를 냉각하기 위해 헬륨을 포트로 공급하며 공정을 진행한 후 시간차를 두고 동일한 포트를 통해 헬륨을 뽑아낸 것에 반해, 헬륨이 공급포트를 통해 웨이퍼의 배면으로 공급됨과 동시에 방출포트를 통해 방출되도록 구성하여 웨이퍼의 배면에서 헬륨이 원활하게 순환, 웨이퍼를 효과적으로 냉각하도록 하며, 헬륨의 공급과 동시에 방출이 일어나게 되므로 정전척의 상면과 웨이퍼 사이에 있는 공간의 헬륨압력을 줄일 수 있어 헬륨의 압력에 의해 챔버의 내부로 헬륨이 누설되던 것이 방지되며, 헬륨이 웨이펑 가하는 압력이 작아지게 되므로 정전척이 웨이퍼를 잡아당기는 힘을 종래에 비해 작게 할 수 있음에 따라 직류전압의 크기를 작게할 수 있어 정전척의 수명이 길어지도록 한 것이다.

Description

정전척의 헬륨 유동 시스템

본 고안은 정전척의 헬륨 유동 시스템에 관한 것으로서, 특히 정전척의 상면에 헬륨이 원활하게 유동되고 정전척에 고정된 웨이퍼를 미는 헬륨의 압력이 작아, 공정중 웨이퍼가 원활하게 냉각되고 공정챔버의 내부로 헬륨이 누설되는 것이 방지되며 높은 직류전압을 정전척에 가할 필요가 없게 되는 정전척의 헬륨 유동 시스템에 관한 것이다.

공정챔버의 내부에 설치되어 공정 진행중에 낱장의 웨이퍼를 고정하는 장치를 척이라 하는데 이러한 척에는 척의 중심부에서 진공을 웨이퍼에 가해 웨이퍼를 고정하는 배큠척(VACUUM CHUCK)과, 척에 직류전압을 인가하여 정전장을 형성시켜 웨이퍼와의 정전상호작용에 의해 웨이퍼를 고정하도록 하는 정전척(ELECTROSTATIC CHUCK)등이 있다. 상기 정전척은 주로 애칭장비나 화학기상증착장비에 주로 사용되는데, 이러한 정전척에는 공정중 공정가스 등 과의 반응에 의해 웨이퍼가 지나치게 가열되어 손상되는 것을 방지하기 위해 헬륨가스를 정전척의 상면과 웨이퍼의 배면 사이에 공급하여 웨이퍼를 적절하게 냉각하도록 하는 시스템이 부설되는 것이 보통이며 이를 정전척의 헬륨 유동 시스템이라 한다.

도 1 은 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템에서의 정전척 상면을 도시한 평면도이고,

도 2 는 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템의 구조를 도시한 장치도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템에서는 하나의 헬륨유관(1)이 제 1 공압밸브(PNEUMATIC VALVE)(2a)를 지나 둘로 분지되어, 분지된 하나의 헬륨유관(1a)은 공급되는 헬륨을 정화하는 필터(3)와 정전척(4)을 지지하는 블럭(5)을 지나 웨이퍼(W)의 하측으로 연결되고, 또 다른 헬륨유관(1b)은 제 2 공압밸브(2b)를 지나, 챔버(6)로 공급되어 공정에 사용된 공정가스를 뽑아내는, 터보펌프(7)로 연결되는 유관구조로 되어 있었고, 상기 정전척(4)의 내부로는 정전척 하측의 헬륨유관(1a)과 연결되는 내부유로(4a)가 형성되어 정전척(4) 상면의 네 개의 포트(4b)로 종료되게 되며, 상기 네 개의 포트(4b)는 정전척(4)의 상면에 일정한 깊이로 형성된 그루브(4c)내에 형성되어 있다.

상기 도 2 에서는 하나의 내부유로(4a)가 표시되어 있으나 이는 도 2 의 정전척(4)의 경우, 도 1 의 A-A선을 따라 절단한 단면, 즉 하나의 포트(4b)만이 잘리도록 단면을 형성하여 그렸기 때문으로 실제로는 정전척(4)의 하면 중심부에서 분지된 네개의 내부유로(4a)가 있어 각 포트(4b)에서 종료되도록 형성되어 있다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 챔버(6)는 플라즈마 애칭공정 내지 화학기상증착공정 등을 진행할 챔버인데, 이러한 챔버(6)의 내부에 있는 상기 정전척(4)의 상면에 공정을 진행할 웨이퍼(W)를 얹은 상태에서 상기 정전척(4)으로 직류전원이 인가되면 정전척(4)이 정전력으로 웨이퍼(W)를 정전척(4)의 상면에 밀착시켜 고정하게 된다. 이러한 상태에서 공정가스가 공급되어 반응이 진행되게 되는데, 웨이퍼(W)의 온도가 지나치게 고온으로 되어 손상되는 것을 방지하기 위해 공정의 진행과 동시에 상기 정전척(4)의 헬륨 유동 시스템을 작동시켜 헬륨을 정전척(4)과 웨이퍼(W) 배면의 사이로 공급하게 된다.

이는 구체적으로는 제 1 공압밸브(2a)를 열고 제 2 공압밸브(2b)를 닫는 것에 의해 이루어지게 되며 공급된 헬륨은 필터(3)를 지나 정화된 후 정전척(4) 내부유로(4a)를 통해 포트(4b)로 나와 그루브(4c)를 따라 유동하며 웨이퍼(W)의 배면을 냉각하게 된다.

이렇게 하여 하나의 웨이퍼(W)에 대한 공정이 완료된 후에는 반대로 제 1 공압밸브(2a)를 닫고 제 2 공압밸브(2b)를 개방하여, 사용된 공정가스를 뽑아내기 위해 지속적으로 작동하는 터브펌프(7)에 의해, 웨이퍼(W)를 냉각하는데 사용된 정전척(4)과 웨이퍼(W) 사이에 있는 헬륨과 헬륨유관(1a) 내에 잔존하는 헬륨을 방출하게 되며, 다시 새로운 웨이퍼(W)가 정전척(4)의 상면에 앉힌 후 상기한 과정을 반복하게 된다.

그리고 상기 작용 설명에는 생략되었으나 공정중 제 1 공압밸브(2a) 및 제 2 공압밸브(2b)를 적절히 제어하는 것은 미도시된 제어부에 의해 이루어지게 된다.

그런데, 상기한 바와 같은 구조로 되는 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 상기한 구조하에서는 원칙적으로 헬륨이 공급되는 동안은 공급된 헬륨의 출구가 제공되지 않아 정전척(4)의 포트(4b)를 통해 공급되어 그루브(4c)를 순환하는 헬륨의 순환이 원활하지 못하여 고온의 웨이퍼(W)를 충분히 냉각시키지 못하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 문제의 연장선상에 있다고 볼 수 있는 문제점으로, 웨이퍼(W)를 보다 충분히 냉각하기 위해 많은 양의 헬륨을 공급하는 경우에는 정전척(4)이 가하는 정전력에도 불구하고 적지않은 양의 헬륨이 웨이퍼(W)와 정전척(4)의 틈새를 통해 챔버(6)의 내부로 누설, 공정가스와 혼합되어 공정에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 현상을 방지하기 위해서는 더욱 큰 힘으로 웨이퍼(W)를 정전척(4)에 밀착시킬 필요성이 있어 고전압을 정전척(4)에 공급하여야 했던바, 이에 의해 정전척(4)의 수명이 단축되고 비용이 증가하게 되는 문제점도 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 인식하여 안출된 본 고안의 목적은 상기한 제반 문제점을 해소할 수 있는 정전척의 헬륨 유동 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

도 1 은 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템에서의 정전척 상면을 도시한 평면도.

도 2 는 종래 정전척의 헬륨 유동 시스템의 구조를 도시한 장치도.

도 3 은 본 고안의 일실시례에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템에서의 정전척 상면을 도시한 평면도.

도 4 는 본 고안의 일실시례에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템의 구조를 보인 장치도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10a : 공급용 헬륨유관10b : 방출용 헬륨유관

11 : 정전척11a : 헬륨공급용 내부유로

11b : 헬륨방출용 내부유로11c : 공급포트

11d : 방출포트11e : 공급용 그루브

11f : 방출용 그루브11g : 연결 그루브

W : 웨이퍼

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 정전력으로 정전척의 상면에 고정된 웨이퍼가 공정진행중 과열되는 것을 방지하기 위해 헬륨을 정전척과 웨이퍼의 사이에 공급하여 냉각하는 정전척의 헬륨 유동 시스템에 있어서; 상기 정전척의 내부에는 헬륨공급용 내부유로와 헬륨방출용 내부유로가 형성되어 정전척 상면의 그루브에 형성된 수개의 공급포트와 방출포트에서 각각 종결되고, 상기 헬륨공급용 내부유로는 공급용 헬륨유관에 연결되어 웨이퍼의 공정중 공급포트를 통해 그루브로 헬륨을 공급하고, 상기 헬륨방출용 내부유로는 터보펌프에 연결된 방출용 헬륨유관에 연결되어 웨이퍼의 공정중 그루브로부터 헬륨을 방출시키는 것을 특징으로 하는 정전척의 헬륨 유동 시스템이 제공된다.

이하, 첨부도면에 도시한 본 고안의 일실시례에 의거하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 3 은 본 고안의 일실시례에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템에서의 정전척 상면을 도시한 평면도이고, 도 4 는 본 고안의 일실시례에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템의 구조를 보인 장치도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 고안에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템에서는 정전척의 하면으로 하나의 헬륨유관이 연결되는 것이 아니라 두 개의 헬륨유관인 공급용 헬륨유관(10a)과 방출용 헬륨유관(10b)이 연결되며, 정전척(11)의 내부에도 종래와 같은 각 포트(4b)로 연결되어 헬륨의 공급과 방출이 모두 이루어지는 내부유로(4a)가 형성된 대신 정전척(11) 상면에 파인 홈인 그루브의 내부에 형성된 공급포트(11c)에서 종료되는 헬륨공급용 내부유로(11a)와, 방출포트(11d)에서 종료되는 헬륨방출용 내부유로(11b)가 형성되게 된다.

이때 상기 공급용 헬륨유관(10a)은 상기 헬륨공급용 내부유로(11a)와 연결되고, 상기 방출용 헬륨유관(10b)은 상기 헬륨방출용 내부유로(11b)와 연결되게 되며, 상기 방출용 헬륨유관(10b)의 다른 일단은 공정챔버 내부의 반응에 사용된 공정가스를 지속적으로 뽑아내는 터보펌프(7)에 연결되어 공정중 헬륨가스를 지속적으로 뽑아내도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 공급용 헬륨유관(10a)에는 미도시된 제어부에 의해 동작이 제어되는 공급용 공압밸브(12)가 설치되고, 상기 방출용 헬륨유관(10b)에는 마찬가지로 제어부에 의해 동작이 제어되는 방출용 공압밸브(13)와 방출량을 조절하는 미터링밸브(14)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정전척(11)의 상면에 형성된 그루브는 공급포트(11c)가 형성된 공급부 그루브(11e)와, 방출포트(11d)가 형성된 방출용 그루브(11f)와, 상기 공급부 그루브(11e)와 방출용 그루브(11f)를 연결하는 연결 그루브(11g)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 도 4 에서는 하나의 헬륨공급용 내부유로(11a)와 하나의 헬륨방출용 내부유로(11b)가 표시되어 있으나, 이는 도 4 의 정전척(4)의 경우, 도 4 의 B-B선을 따라 절단한 단면, 즉 하나의 공급포트(11c)와 하나의 방출포트(11d)만이 잘리도록 단면을 형성하여 그렸기 때문으로, 실제로는 정전척(11)의 하면 일측에서 분지되어 형성된 공급포트(11c)와 같은 수의 헬륨공급용 내부유로(11a)와, 마찬가지로 정전척(11)의 하면 타측에서 분지형성된 방출포트(11d)와 같은 수의 헬륨방출용 내부유로(11b)가 있게 된다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 본 고안에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

공정을 진행할 웨이퍼(W)를 정전척(11)의 상면에 놓은 상태에서 직류전원을 인가하면 정전척(11)의 정전력에 의해 웨이퍼(W)가 밀착고정되게 되고 반응가스를 투입하여 공정을 진행하게 된다. 이때 웨이퍼(W)가 지나치게 가열되는 것을 방지하기 위해 공급용 공압밸브(12)를 개방하게 되는데, 이에 의해 공급용 헬륨유관(10a)을 통해 헬륨이 유동되어 헬륨공급용 내부유로(11a)를 통해 공급포트(11c)로 방출되어 그루브(11e, 11f, 11g)의 내부를 순환하면서 웨이퍼(W)의 배면을 냉각하게 된다.

이와 동시에 방출용 공압밸브(13)가 개방되어 미터링밸브(14)에 의해 적절한 방출량이 조절되어 상기 공급된 헬륨의 일부가 방출포트(11d), 헬륨방출용 내부유로(11b), 방출용 헬륨유관(10b)을 통해 터보펌프(7)에 의해 방출되게 된다. 이러한 과정은 결국 공정진행중 새로운 헬륨이 웨이퍼(W)의 배면으로 지속적으로 공급되고 웨이퍼(W)의 열에 의해 가열된 헬륨은 챔버(6)의 내부공간을 통하지 않고 챔버(6)의 외부로 방출되게 되는 것을 의미하게 된다. 하나의 웨이퍼(W)에 대한 공정이 완료된 후에는 먼저 공급용 헬륨유관(10a)를 닫고 시간차를 두고 방출용 헬륨유관(10b)를 닫아 그루브(11e, 11f, 11g)등에 있는 헬륨을 완전히 뽑아낸 후 다시 웨이퍼(W)를 정전척(11)의 상면에 장착하여 상기한 과정을 반복하는 것에 의해 공정을 진행하게 된다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 본 고안에 의한 정전척의 헬륨 유동 시스템은 헬륨이 공급포트를 통해 웨이퍼의 배면으로 공급됨과 동시에 방출포트를 통해 방출되게 되어 웨이퍼의 배면에서 헬륨이 원활하게 순환하게 되므로 웨이퍼를 효과적으로 냉각하게 되며, 헬륨의 공급과 동시에 방출이 일어나게 되므로 정전척의 상면과 웨이퍼 사이에 있는 공간의 헬륨압력을 줄일 수 있어 헬륨의 압력에 의해 챔버의 내부로 헬륨이 누설되던 것이 방지되게 되며, 헬륨이 웨이퍼에 가하는 압력이 작게 되므로 정전척이 웨이퍼를 잡아당기는 힘을 종래에 비해 작게 할 수 있음에 따라 직류전압의 크기를 작게할 수 있어 정전척의 수명이 길어지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 정전력으로 정전척의 상면에 고정된 웨이퍼가 공정진행중 과열되는 것을 방지하기 위해 헬륨을 정전척과 웨이퍼의 사이에 공급하여 냉각하는 정전척의 헬륨 유동 시스템에 있어서; 상기 정전척의 내부에는 헬륨공급용 내부유로와 헬륨방출용 내부유로가 형성되어 정전척 상면의 그루브에 형성된 수개의 공급포트와 방출포트에서 각각 종결되고, 상기 헬륨공급용 내부유로는 공급용 헬륨유관에 연결되어 웨이퍼의 공정중 공급포트를 통해 그루브로 헬륨을 공급하고, 상기 헬륨방출용 내부유로는 터보펌프에 연결된 방출용 헬륨유관에 연결되어 웨이퍼의 공정중 그루브로부터 헬륨을 방출시키는 것을 특징으로 하는 정전척의 헬륨 유동 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정전척의 상면에 형성된 그루브는 공급포트가 형성된 공급부 그루브와, 방출포트가 형성된 방출부 그루브와, 상기 공급부 그루브와 방출부 그루브를 연결하는 연결 그루브로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전척의 헬륨 유동 시스템.