KR20010027090A - 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치 - Google Patents

반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전척의 쿨링 라인의 구조 개선을 통해 냉각수에 의해 냉각된 서셉터의 냉각력이 정전척으로 효과적으로 전달될 수 있도록 하여, 식각 공정의 재현성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 내부에 냉각수 덕트(6)가 형성된 서셉터(1)와, 상기 서셉터(1) 상부에 일정간격 이결되어 설치되며 상부에 웨이퍼(4)가 로딩되는 정전척(2)과, 상기 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 가장자리에 설치되어 상기 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 공간부(10)를 실링하는 오-링(3)을 구비한 것에 있어서, 서셉터(1) 중앙부를 관통도록 설치되어 상기 공간부(10)로 쿨링가스를 공급하는 쿨링가스 공급라인(5a)과, 상기 서셉터(1) 타측에 연결되어 상기 공간부(10)로 유입된 쿨링가스가 공간부(10)를 빠져나오도록 하는 쿨링가스 배출라인(5b)과, 상기 쿨링가스 배출라인(5b) 상에 설치되어 상기 공간부(10) 내로 유입된 쿨링가스가 소량 배출되도록 하는 오리피스(7)와, 상기 쿨링가스 배출라인(5b)에 연결되어 상기 쿨링가스가 펌핑되어 배출되도록 하는 펌프(8)가 구비되는 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치가 제공된다.

Description

반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치{device for cooling electrostatic chuck for etching wafer in fabrication of semiconductor}
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전척의 쿨링라인을 개선하여 쿨링 효과를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 반도체소자 제조를 위한 산화막 식각 공정에서는 정전척(2)이 항상 일정한 온도로 유지되어야 하며, 특히 공정처리중에 플라즈마 형성에 의한 고온 발생시에도 정해진 온도로 유지되어야만 웨이퍼(4)의 버닝(그을림)현상 등을 줄일 수 있게 된다.
즉, 정전척(2)이 항상 일정한 온도로 유지되어야만 공정 수율을 향상시킬 수 있는 한편 고품질의 반도체소자 제조가 가능하게 된다.
일반적으로, 정전척(2)은 상온보다는 낮은 온도(약 -15℃∼0℃)로 냉각이 되어야 한다.
종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 서셉터(1) 상부에 일정간격 이격되어 웨이퍼(4)가 로딩되는 정전척(2)이 위치하고, 상기 서셉터(1) 상면과 정전척(2) 하면 사이의 가장자리에는 상기 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 공간부(10)를 밀폐할 수 있도록 하는 오-링(3)이 설치된다.
한편, 상기 서셉터(1) 중앙부에는 서셉터(1)를 관통하여 상기 공간부(10)로 쿨링가스(예;헬륨가스)를 공급하는 쿨링가스 공급라인(5a)이 설치되고, 상기 서셉터(1) 내부에는 일측으로 유입된 냉각수가 서셉터(1) 내부를 흐른 후 타측으로 배출되도록 한 냉각수 덕트(6)가 형성되고, 상기 냉각수 덕트(6)에는 냉각수 공급라인(12a) 및 배출라인(12b)이 연결된다.
이 때, 상기 쿨링가스 공급라인(5a) 상에는 가스의 공급을 제어하는 제어밸브(11)가 설치된다.
이와 같이 구성된 종래의 정전척(2)은 공정진행시, 쿨링가스인 헬륨가스에 의해 직접적으로 냉각된다.
이 때, 쿨링가스는 정체되어 있으므로 정전척(2)과의 열교환에 의해 온도가 상승하게 되는데, 냉각수에 의해 차갑게 냉각된 서셉터(1)가 있어 상기 서셉터(1)와 쿨링가스와의 지속적인 열교환 작용에 의해 쿨링가스가 다시 차가워져 정전척(2)의 온도를 지속적으로 낮출 수 있게 된다.
그러나, 이와 같이 냉각이 이루어지는 종래에는 정전척(2)에 대한 쿨링작용이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
즉, 직접적으로 냉각이 이루어져야 할 부분은 정전척(2)이나 냉각수에 의한 서셉터(1) 냉각후, 이 냉각 효과가 다시 쿨링가스를 통해 정전척(2)으로 전달되는데, 쿨링가스가 정체되어 있어 쿨링가스와의 열교환 작용이 원할하게 이루어지지 않아 정전척(2)에 대한 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
다시말해, 상기한 종래 구조의 정전척(2)에서는 쿨링가스의 유동이 없어 정체된 가스로 인해 서셉터(1)가 냉각되었음에도 불구하고 상기 정전척(2)으로는 서셉터(1)의 냉각력이 제대로 전달되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정전척의 쿨링 라인의 구조 개선을 통해 냉각수에 의해 냉각된 서셉터의 냉각력이 정전척으로 효과적으로 전달될 수 있도록 하여, 식각 공정의 재현성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 한 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 웨이퍼 식각 장비의 정전척 구성을 나타낸 종단면도
도 2는 본 발명에 따른 정전척의 구성을 나타낸 종단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1:서셉터 2:정전척
3:오-링 4:웨이퍼
5a:쿨링가스 공급라인 5b:쿨링가스 배출라인
6:냉각수 덕트 7:오리피스
8:펌프 9:압력계
10:공간부
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 냉각수 덕트가 형성된 서셉터와, 상기 서셉터 상부에 일정간격 이결되어 설치되며 상부에 웨이퍼가 로딩되는 정전척과, 상기 서셉터와 정전척 사이의 가장자리에 설치되어 상기 서셉터와 정전척 사이의 공간부를 실링하는 오-링을 구비한 것에 있어서; 상기 서셉터 중앙부를 관통도록 설치되어 상기 공간부로 쿨링가스를 공급하는 쿨링가스 공급라인과, 상기 서셉터 타측에 연결되어 상기 공간부로 유입된 쿨링가스가 공간부를 빠져나오도록 하는 쿨링가스 배출라인과, 상기 쿨링가스 배출라인 상에 설치되어 상기 공간부 내로 유입된 쿨링가스가 소량 배출되도록 하는 오리피스와, 상기 쿨링가스 배출라인에 연결되어 상기 쿨링가스가 펌핑되어 배출되도록 하는 펌프가 구비되는 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 정전척의 구성을 나타낸 종단면도로서, 내부에 냉각수 덕트(6)가 형성된 서셉터(1)와, 상기 서셉터(1) 상부에 일정간격 이결되어 설치되며 상부에 웨이퍼(4)가 로딩되는 정전척(2)과, 상기 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 가장자리에 설치되어 상기 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 공간부(10)를 실링하는 오-링(3)을 구비한 것에 있어서, 서셉터(1) 중앙부를 관통도록 설치되어 상기 공간부(10)로 쿨링가스를 공급하는 쿨링가스 공급라인(5a)과, 상기 서셉터(1) 타측에 연결되어 상기 공간부(10)로 유입된 쿨링가스가 공간부(10)를 빠져나오도록 하는 쿨링가스 배출라인(5b)과, 상기 쿨링가스 배출라인(5b) 상에 설치되어 상기 공간부(10) 내로 유입된 쿨링가스가 소량 배출되도록 하는 오리피스(7)와, 상기 쿨링가스 배출라인(5b)에 연결되어 상기 쿨링가스가 펌핑되어 배출되도록 하는 펌프(8)가 구비되어 구성된다.
이 때, 상기 쿨링가스 배출라인(5b)의 오리피스(7) 전단에는 쿨링가스의 배출압력을 검출하여 쿨링가스의 누설 여부를 확인할 수 있는 압력계(9)가 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.
본 발명은 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 공간부(10)로 유입되는 쿨링가스가 정체되지 않고 계속 흐르도록 별도의 쿨링가스 배출라인(5b)이 구비되고, 상기 쿨링가스 배출라인(5b) 중간에는 오리피스(7)가 구비되며, 상기 쿨링가스 배출라인(5b)에는 펌프(8)가 연결되므로 인해, 쿨링가스 공급라인(5a)을 통해 상기 공간부(10)로 유입된 쿨링가스가 소량씩 상기 쿨링가스 배출라인(5b)을 통해 외부로 배출된다.
따라서, 본 발명에서는 공간부(10)로 유입된 쿨링가스가 유동하게 되므로 냉각수덕트(6)을 흐르는 냉각수에 의해 냉각된 서셉터(1)와 쿨링가스와의 열교환 작용이 원활하게 이루어지게 된다.
또한, 상기 서셉터(1)와의 열교환 작용에 의해 냉각된 쿨링가스는 공간부(10) 내를 유동하면서 보다 활발하게 정전척(2)과의 열교환을 통해 정전척(2)의 열을 빼앗아 정전척(2)을 냉각시키게 된다.
한편, 상기에서 쿨링가스 배출라인(5b) 상에 설치되는 오리피스(7)는 정전척(2)과 서셉터(1) 사이의 공간부(10)로 유입된 가스가 급격히 빠져나와 상기 공간부(10) 내에 가스가 미충진되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 공간부(10) 내에 가스가 충분히 채워진 상태에서 쿨링가스의 유동 및 배출이 이루어지도록 하여 정전척(2)에 대한 쿨링가스의 냉각 성능이 저하되지 않도록 하기 위함이다.
또한, 본 발명은 쿨링가스 배출라인(5b) 상에 압력계(9)가 설치되어 있어 상기 쿨링가스가 제대로 공급 및 배출되고 있는지를 확인할 수 있게 된다.
즉, 압력계(9)를 통해 쿨링가스 공급라인(5a)에서의 누설 또는 서셉터(1)와 정전척(2) 사이의 공간부(10)를 실링하는 오-링(3)의 마모등 이상 발생시, 압력계(9)의 검출 압력에 변동이 유발되며 이를 통해 이상 유무를 쉽게 파악할 수 있게 된다.
통상적으로, 쿨링가스의 압력은 1∼2㎏f로서, 압력계(9)의 압력이 그 이하의 압력으로 떨어지면 쿨링가스 공급라인(5a)등에 이상이 있음을 알 수 있게 되며, 이를 통해 신속히 대처하여 쿨링가스의 누설을 저감시킬 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명은 정전척(2)의 쿨링 라인의 구조 개선을 통해 냉각수에 의해 냉각된 서셉터(1)의 냉각력이 정전척으로 효과적으로 전달될 수 있도록 한 것이다.
즉, 냉각수에 의해 냉각된 서셉터(1)의 온도를 쿨링가스의 유동에 의해 효과적으로 정전척으로 전달하므로써, 냉각불량시 발생하는 버닝현상등 웨이퍼 손상을 방지할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 이를 통해 식각 공정의 재현성 및 수율을 향상 시킬 수 있는 효과를 가져오게 된다.

Claims (2)

  1. 내부에 냉각수 덕트가 형성된 서셉터와, 상기 서셉터 상부에 일정간격 이결되어 설치되며 상부에 웨이퍼가 로딩되는 정전척과, 상기 서셉터와 정전척 사이의 가장자리에 설치되어 상기 서셉터와 정전척 사이의 공간부를 실링하는 오-링을 구비한 것에 있어서;
    상기 서셉터 중앙부를 관통도록 설치되어 상기 공간부로 쿨링가스를 공급하는 쿨링가스 공급라인과,
    상기 서셉터 타측에 연결되어 상기 공간부로 유입된 쿨링가스가 공간부를 빠져나오도록 하는 쿨링가스 배출라인과,
    상기 쿨링가스 배출라인 상에 설치되어 상기 공간부 내로 유입된 쿨링가스가 소량 배출되도록 하는 오리피스와,
    상기 쿨링가스 배출라인에 연결되어 상기 쿨링가스가 펌핑되어 배출되도록 하는 펌프가 구비됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링가스 배출라인의 오리피스 전단에는 쿨링가스의 배출압력을 검출하여 쿨링가스의 누설 여부를 확인할 수 있는 압력계가 설치됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 웨이퍼 식각용 정전척의 냉각장치.
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