KR19990069089A - 웨이퍼 고정용 정전척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것이다.
본 발명은 표면에 다수의 구멍이 형성되어 있는 정전척 플레이트; 상기 정전척 플레이트 하부에 위치하는 냉각수 챔버; 및 상기 냉각수 챔버 내부를 통과하며 상기 정전척 플레이트 표면의 구멍에 연결되는 냉각가스 공급관을 구비하여 이루어진다.
상기 냉각수 챔버 내를 통과하는 부분의 상기 냉각가스 공급관은 스프링 형태인 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 정전척 자체를 냉각하기 위한 정전척 내부의 냉각수 챔버 내로 웨이퍼을 냉각시키기 위한 냉각가스 공급관을 통과시키므로써 본래의 냉각가스보다 온도를 낮추어줌으로써 종래의 냉각가스 용량으로도 향상된 냉각효과를 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 고정용 정전척
본 발명은 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수 챔버 내로 냉각가스 공급관이 통과함으로써 상기 냉각가스에 의한 냉각효율이 향상된 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것이다.
반도체소자 제조공정에는 공정챔버에서 공정 수행중인 웨이퍼의 온도제어가 중요한 요소이다.
공정중 웨이퍼의 온도는 상기 반도체소자의 균일도(Uniformity), 선폭(Critical Dimension), 프로파일(Profile) 및 재현성(Repeatability)에 중요한 영향을 미친다. 그러므로 상기 웨이퍼의 온도를 조절하기 위하여, 상기 웨이퍼의 뒷면(Backside)의 온도를 조절하는 방법이 사용되고 있다. 따라서 상기 웨이퍼이 고정되는 척(Chuck)은 중요한 부분이다.
종래의 척은 기계적인 고정방식으로 상기 웨이퍼의 에지(Edge)를 고정쇠를 사용하여 고정하도록 하고 있다. 그러나 상기의 척은 상기 웨이퍼의 에지로부터 5mm 정도를 상기 고정쇠에 의해 커버(Cover)시키므로 수율이 저하되며, 상기 웨이퍼의 휨현상이 발생한다. 또한 상기 고정쇠의 그림자 효과(Shadow Effect)가 발생되며, 온도제어의 균일성 및 재현성이 부족하고 기계적 사용에 따른 파티클이 발생되며, 공정시간의 지연 및 에지패턴의 리프팅(Lifting), 상기 웨이퍼의 파손 등의 문제점이 있다.
전술한 문제점을 개선한 척이 정전척(ESC : Electro Stack Chuck)이다.
반도체소자 제조 공정중 증착공정에서 스퍼터링에 의한 이온 충격에 의하여 다량의 열이 웨이퍼로 전달되는 고밀도플라즈마 화학기상증착법(High Density Plasma Chemical Vapour Deposition; 이하 HDP-CVD 라 함) 시스템에 있어서 웨이퍼의 가열보다는 냉각이 훨씬 중요하다. 고밀도 플라즈마원을 사용한 HDP-CVD의 경우 Ar 스퍼터링에 의하여 다량의 열이 발생하므로 웨이퍼의 냉각은 필수적이다.
도1은 종래의 방법에 의한 웨이퍼 고정용 정전척을 나타내는 단면도이다.
도1에서 보는 바와 같이 정전척(2)은 플레이트 표면에 다수의 냉각가스 공급구멍(6) 및 상기 냉각가스 공급관(10)을 갖는다. 처음 정전척(2)의 플레이트 상에 웨이퍼(4)를 위치시키고 다음 공정챔버 내부에 반응가스를 주입함과 동시에 고주파 전압(RF : Radio Frequency)을 인가하게 되면, 상기 공정챔버 내에 플라즈마가 생성되고, 상기 플라즈마는 정전척(2)에 의해 웨이퍼로 유도됨으로써 건식각 또는 화학기상증착 공정을 수행하게 된다. 상기 공정 진행시 상기 정전척 자체를 냉각시키기 위한 냉각수는 냉각수 유입구(12)를 통해 냉각수 챔버(8)을 지나 냉각수 배기구(14)를 통해 항상 흐르고 있다.
상기와 같은 가스냉각방식의 정전척은 웨이퍼의 열을 플레이트에 전달시키기 위해 플레이트 표면에 다수의 구멍을 형성시켜 냉각가스를 흘려보낸다. 그러나 상기 냉각가스 공급량이 충분치 않아 열전달매체로서 역할을 제대로 할 수 없었다. 즉, 정전척의 웨이퍼를 고정시키는 힘이 충분하지 않아 상기 냉각가스량을 늘리면 상기 웨이퍼가 상기 정전척 플레이트에서 미끄러져 나갈 염려가 있다. 이와는 반대로 상기 정전척의 웨이퍼를 고정시키는 힘을 늘리면 그 만큼의 파워 공급시스템을 증강시켜야 하는 문제점이 있다.
또한 상기의 가스냉각방식의 정전척은 상기 정전척 플레이트 자체의 냉각과 상기 웨이퍼의 냉각매체인 냉각가스가 각각 독립적으로 역할이 한정되어 있었다. 따라서 정전척 자체의 냉각은 충분한 수준이나 상기 웨이퍼의 냉각매체인 냉각가스의 온도는 고려되지 않았다. 그러므로 한정된 냉각가스로 최상의 냉각효과를 발휘하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 정전척 플레이트 하부의 냉각수 챔버 내로 냉각가스 공급관을 통과시켜 상기 냉각수로 상기 냉각가스의 온도를 낮추어 흘려보냄으로써 상기 냉각가스에 의한 웨이퍼의 냉각효율을 향상시키는 데 있다.
도1은 종래의 방법에 의한 웨이퍼 고정용 정전척을 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 고정용 정전척을 나타내는 단면도이다.
도3는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 고정용 정전척의 평면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 ; 정전척 22 ; 웨이퍼
24 ; 에어 배출구멍 26 ; 냉각수 유입구
28 ; 에어 공급관 32 ; 냉각수 배기구
34 ;냉각수 챔버 36 ; 솔레노이드 밸브
38 ; 가스건조기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 고정용 정전척은 표면에 다수의 구멍이 형성되어 있는 정전척 플레이트, 상기 정전척 플레이트 하부에 위치하는 냉각수 챔버 및 상기 냉각수 챔버 내부를 통과하며 상기 정전척 플레이트 표면의 구멍에 연결되는 냉각가스 공급관을 구비하여 이루어진다.
상기 냉각가스는 에어로 할 수 있다.
상기 정전척 플레이트 표면에는 다수의 냉각가스 배출구멍이 원형형태로 형성될 수 있다.
상기 냉각수 챔버 내를 통과하는 부분의 상기 냉각가스 공급관은 스프링 형태이며, 상기 냉각수 챔버 내를 통과하기 전단의 상기 가스 공급관에는 상기 냉각가스가 상기 플레이트에 도달하는 시간지연을 조절하는 솔레노이드 밸브가 개재될 수 있으며, 상기 밸브와 냉각가스 공급원 사이에는 가스건조기가 개재될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 고정용 정전척을 나타내는 단면도이다.
도2에서 보는 바와 같이 초기 상온 상태의 웨이퍼(22)를 HDP-CVD의 공정챔버 내에 구비된 정전척(20)의 플레이트에 올려 놓은 다음 Ar 플라즈마를 발생시키고, 정전척의 플레이트에 높은 파워의 RF를 인가하여 바이어스 볼테이지(Bias Voltage)가 생기도록 한다. 플라즈마 상태에서 발생한 Ar 이온이 정전척(20)에 걸린 바이어스에 의하여 강한 운동에너지를 가지고 웨이퍼(22)에 충돌하며 이때 운동에너지의 대부분이 다량의 열에너지로 변환된다.
따라서 상기 웨이퍼(22)의 온도가 일정온도로 상승되면 상기 웨이퍼(22) 뒷면에 에어 공급관(28)을 통하여 상기 정전척(20)의 플레이트에 형성된 구멍(24)을 통하여 에어를 흘려주어 상기 웨이퍼(22)의 뒷면을 냉각시키므로써 시간에 따라 일정한 온도가 유지되도록 한다.
도3는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 고정용 정전척의 평면도이다.
도3에서 보는 바와 같이 상기 플레이트(40)에는 다수의 에어 배출구멍(24)이 원형형태로 가장자리에 형성되어 있다. 상기 구멍(24) 하부에는 상기 스프링 형태의 에어 공급관(28)이 형성되어 있다.
상기 정전척(20) 자체는 상기 플레이트(40) 하부에 냉각수 챔버(34)에 항시 탈이온수가 냉각수 유입구(26)를 통하여 냉각수 배기구(32)로 흐르고 있어 상기 정전척(20) 자체를 냉각한다. 상기 에어 공급관(28)은 상기 냉각수 챔버 내를 스프링 형태로 통과하고 있어 상기 에어는 상기 냉각수에 의해 더 낮은 온도로 상기 웨이퍼를 냉각시킬 수 있다.
또한 솔레노이드 밸브(36)를 상기 냉각수 챔버 내를 통과하기 전단의 상기 에어 공급관(28)에 개재하여 공정 시작 전에 상기 솔레노이드 밸브(36)를 오픈시켜 충분히 상기 에어 공급관(28)에 상기 에어가 공급되도록 하므로써 상기 에어의 상기 플레이트(40) 표면의 도달 시간지연을 줄여 상기의 방법으로 상기 에어를 냉각할 때 상기 에어가 상기 플레이트(40) 표면까지의 거리가 멀어 동작시 민첩성이 떨어질 가능성을 없도록 하였다. 또한, 상기 에어의 수분함유량이 많을 경우 냉각에 의한 이슬점(Dew Point) 이하 상태에서 일어날 수 있는 수분응축에 의한 상기 정전척 플레이트(40)의 표면 및 웨이퍼 뒷면의 오염을 방지하기 위하여 상기 솔레노이드 밸브(36) 다음에 가스건조기(38)를 부착하여 상기 에어를 건조시켜 공급한다.
따라서, 본 발명에 의하면 상술한 바와 같이 정전척 자체를 냉각하기 위한 정전척 내부의 냉각수 챔버 내로 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각가스 공급관을 스프링 형태로 통과시키므로써 본래의 냉각가스보다 온도를 낮추어줌으로써 종래의 냉각가스 용량으로도 향상된 냉각효과를 발휘할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 웨이퍼 고정용 정전척(ESC : Electro Static Chuck)에 있어서,
    표면에 다수의 구멍이 형성되어 있는 정전척 플레이트;
    상기 정전척 프레이트 하부에 위치하는 냉각수 챔버; 및
    상기 냉각수 챔버 내부를 통과하며 상기 정전척 플레이트 표면의 구멍에 연결되는 냉각가스 공급관;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 고정용 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수 챔버 내를 통과하는 부분의 상기 냉각가스 공급관은 스프링 형태인 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각가스는 에어(Air) 인 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전척 플레이트 표면에는 다수의 냉각가스 배출구멍이 원형형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 챔버 내를 통과하기 전단의 상기 냉각가스 공급관에는 상기 냉각가스가 상기 플레이트에 도달하는 시간지연을 조절하는 밸브가 개재되는 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브와 냉각가스 공급원 사이에는 가스건조기가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 웨이퍼 고정용 정전척.
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