KR20030047341A - 이온주입장치의 정전척 - Google Patents

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KR20030047341A
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홍형식
하도선
윤명식
금경수
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 이온 주입 장치(implanter)의 정전척에 관한 것이다. 본 발명의 정전척은 베이스와 상기 베이스 상에 설치되는 플래튼 및 상기 플래튼을 상기 베이스에 기계적으로 고정하기 위한 체결 수단을 구비한다. 상기 체결 수단은 상기 플래튼에 걸쳐지는 고정 부재와 상기 베이스와 상기 고정 부재를 고정하는 체결용 볼트로 구성된다.

Description

이온주입장치의 정전척{ELECTROSTATIC CHUCK FOR ION IMPLANTER}
본 발명은 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼를 고정하기 위한 반도체 제조 장치의 정전척에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 이온 주입 장치에 사용되는 정전척에 관한 것이다.
일반적으로, 이온 주입 공정은 고온 확산에 의한 반도체 소자의 불순물 도핑(doping) 공정을 대체하기 위하여 불순물 원자의 이온을 전기장으로 가속하여 웨이퍼속으로 넣어주는 공정이다. 상기한 공정에서 상기 웨이퍼를 정전기적으로 고정하기 위하여 정전척(electrostatic chuck;ESC)을 사용한다.
상기한 이온 주입 공정에서 실리콘 격자 사이로 주입된 불순물 이온이 빠져나가 주입 깊이의 차이가 발생되는 현상을 방지하기 위하여 웨이퍼는 일정한 각도로 기울(tilt)어 진다. 이때 웨이퍼가 움직이지 않도록 고정하여 주는 것이 정전척이다.
도 1 내지 도 2는 종래의 이온 주입 장치용 정전척을 보여주고 있다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 정전척(100)은 베이스(110)와 상기 베이스(110) 상에설치되는 플래튼(120) 및 상기 플래튼(120)을 상기 베이스(110) 상에 고정하기 위한 수지 접착층(130)으로 구성된다.
상기 베이스(110)는 알루미늄으로 이루어져 있으며, 공정을 위한 웨이퍼가 파지되는 상기 플래튼(120)은 세라믹으로 이루어져 있다. 또한, 상기 플래튼(120)은 세라믹 절연층(122)과 상기 세라믹 절연층(122)상에 형성되는 세라믹 유전층(124)으로 구성되어 있으며, 상기 세라믹 유전층(124) 상에 웨이퍼가 파지된다. 그리고 상기 세라믹 절연층(122)과 상기 세라믹 유전층(124) 사이에는 전력 인가부(128)와 연결되어 있는 전극(126)이 설치되어 있다. 따라서, 상기 전극(126)으로부터의 전류에 의해 상기 세라믹 유전층(124)은 정전기를 발생시키며, 상기 정전기에 의해 웨이퍼는 상기 플래튼(120)의 상기 세라믹 유전층(124) 상에 흡착된다.
상기 플래튼(120)은 6개의 조각으로 나누어져 있으며, 상기 6개의 조각 각각은 상기 수지 접착층(130)에 의해 상기 베이스(110)에 고정되어 있다. 상기 수지 접착층(130)은 상기 6개의 조각 각각에 복수 개로 설치되어 있다.
상기 정전척(100)은 이온 주입 장치에 사용되어 지는 것으로서, 상기 이온 주입 공정은 상온에서 이루어지고, 상기 정전척(100)은 단순히 웨이퍼를 고정하기 위한 것이다. 그러므로 식각 장치에서 처럼 상기 플래튼(120)은 웨이퍼의 공정을 위한 열을 공급하는 역할을 수행하지 않는다. 또한, 상기 베이스(110)는 상기 플래튼(120)의 냉각을 위한 냉각 장치의 역할을 수행하지 않는다. 그러므로, 상기 베이스(110)와 상기 플래튼(120)들의 고정을 위하여 상기 수지 접착층(130)이 사용되어 지는 것이 가능하였다.
그러나, 이온 주입 공정에서는 이온 주입의 효율을 높이기 위하여 상기 정전척이 고정되어 있는 장치가 상/하 방향으로 운동을 한다. 따라서, 상기한 종래의 상기 수지 접착층은 상기 이온 주입 장치의 장시간 사용과 외부의 충격(상기한 상/하 운동 및 진동)에 의해 떨어지는 문제점이 있었다. 이로 인해, 공정 사고가 발생될 수 있으며, 상기 플래튼을 상기 베이스에 다시 고정하는데 많은 시간이 소요되었다. 또한, 상기 플래튼의 분해/결합이 용이하지 않아서 공정 중에 발생되는 파티클(particle)을 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 플래튼을 베이스에 반영구적으로 체결할 수 있는 정전척을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 플래튼과 베이스를 쉽게 분해/결합할 수 있는 정전척을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 정전척의 평면도이다.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 정전척의 평면도이다.
도 4는 도 3의 4-4 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 정전척의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 정전척의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100,200,300,400 : 정전척(electrostatic chuck;ESC)
110,210,310,410 : 베이스(base) 120,230,330,430 : 플래튼(platen)
122,232 : 세라믹 절연층 124,234 : 세라믹 유전층
126,236 : 전극(electrode) 128,238 : 전력 인가부
130 : 수지 접착층 220,320,420 : 체결 수단
222,322 : 고정 부재 224,324,426 : 체결용 볼트
250 : 절연층 260,350,440 : 걸림턱
270 : 정렬 수단 272 : 키(key)
274 : 키 홈(key way) 280 : 표면처리부
290 : 블럭 292 : 유입구
294 : 배출구 296 : 홈
298 : 오링 422 : 제 1고정부재
424 : 제 2고정부재
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼를 고정하기 위한 이온 주입 장치의 정전척은 베이스와 상기 베이스 상에 설치되는 그리고 공정을 위한 웨이퍼가 파지되는 플래튼 및 상기 플래튼을 상기 베이스에 기계적으로 고정하기 위한 체결 수단으로 구성된다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 체결 수단은 상기 플래튼의 가장자리부에 걸쳐지는 부분을 갖는 고정 부재와, 상기 고정 부재와 상기 베이스를 고정하는 체결용 볼트로 이루어지며, 상기 고정 부재가 걸쳐지는 상기 가장 자리부는 계단식으로 이루어진 걸림턱을 갖는다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지고, 상기 체결 수단의 상기 고정 부재는 상기 복수 개의 플래튼들 전체의 상기 걸림턱에 일괄적으로 걸쳐질 수 있도록 링 형상으로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 체결 수단은 상기 복수 개의 플래튼들 각각에 적어도 하나 설치된다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 체결 수단은 상기 플래튼들의 가장자리부 전체에 걸쳐지는 링 형상의 제 1고정 부재와, 상기 플래튼들 사이사이에 위치하는 그리고 상기 플래튼들 각각의 측부에 걸쳐지는 제 2고정 부재 및 상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재를 상기 베이스와 고정하기 위한 복수 개의 체결용 볼트들로 이루어지되, 상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재는 일체로 형성되어 진다. 그리고, 상기 플래튼들 각각의 가장자리부와 양 측부들은 상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재가 걸쳐지는 계단식으로 이루어진 걸림턱을 가진다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 플래튼은 세라믹 절연층과 상기 세라믹 절연층 상에 위치하는 전극 및 상기 전극 상에 형성되는 세라믹 유전층으로 이루어지며, 상기 플래튼과 접하는 상기 베이스와 상기 고정 부재의 면들에는 수지 재질로 코팅 처리된 절연층이 더 포함된다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 베이스와 상기 고정 부재는 알루미늄으로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 정전척은 상기 플래튼이 상기 베이스 상의 정확한 위치에 놓일 수 있도록 하는 정렬 수단을 더 포함하되, 상기 정렬 수단은 상기 플래튼들 각각에 대한 정렬이 이루어질 수 있도록 복수 개로 이루어진다. 그리고 상기 정렬 수단은 키(key) 및 키가 끼워지는 홈인 키 홈(key way)으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 정전척의 평면도이고, 도 4는 도 3의 4-4 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 이온 주입 장치용 정전척(200)은 베이스(210)와 플래튼(230) 및 체결 수단(220)으로 구성된다.
상기 베이스(210) 상의 상기 플래튼(230)은 6개 조각의 조합으로 이루어지며, 상기 체결 수단(220)에 의해 상기 베이스(210)에 고정된다. 상기 체결 수단(220)은 상기 플래튼(230)들의 가장자리부들에 걸쳐지는 고정 부재(222)와 상기 고정 부재(222)와 상기 베이스(210)를 고정하는 체결용 볼트(224)로 이루어진다. 상기 체결용 볼트(224)에 의해 상기 고정 부재(222)와 상기 베이스(210)가 고정됨에 따라 상기 고정 부재(222)와 상기 베이스(210) 사이에 놓여지는 상기 플래튼(230)들의 가장자리부들이 상기 고정 부재(222)에 의해 눌려진다. 이로 인해, 상기 플래튼(230)들이 상기 베이스(210) 상에 고정된다. 상기 체결 수단(220)의 고정 부재(222)는 상기 6개 조각으로 이루어진 상기 플래튼(230)들의 가장자리부들에 일괄적으로 걸쳐지도록 링 타입으로 이루어진다. 그리고 상기 체결용 볼트(224)는 상기 베이스(210)의 중심을 기준으로 복수 개가 등각으로 설치된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(210) 상에 상기 체결 수단(220)에 의해 고정이 이루어진 상기 플래튼(230)들은 상기 체결 수단(220)의 상기 고정 부재(222)가 걸쳐지는 가장자리부에 계단식으로 이루어진 걸림턱(260)을 가진다. 상기 고정 부재(222)와 상기 베이스(210)가 상기 체결용 볼트(224)에 의해 체결될 때, 상기 걸림턱(260)은 상기 고정 부재(222)에 의해 눌려지는 부분이다. 상기 걸림턱(260)이 상기 고정 부재(222)에 의해 눌려짐에 따라 상기 플래튼(230)들은 상기 베이스(210) 상에 고정된다.
상기 플래튼(230)은 세라믹 절연층(232)과 세라믹 유전층(234)으로 구성되며, 상기 세라믹 절연층(232)과 상기 세라믹 유전층(234) 사이에는 전극(236)이 위치한다. 그리고 상기 전극(236)은 전력 인가부(238)에 연결된다. 상기 전극(236)으로부터 인가된 전류에 의해 상기 세라믹 유전층(234)에는 정전기가 발생되며, 상기 정전기에 의해 공정을 위한 웨이퍼는 상기 세라믹 유전층(234)에 흡착된다. 또한, 상기 플래튼(230)과 접하는 상기 베이스(210)와 상기 고정 부재(222)의 면들은 수지 재질로 코팅처리된 절연층(250)을 갖는다. 상기 절연층(250)은 상기 플래튼(230)과 접하는 상기 베이스(210)와의 완전한 절연 뿐만아니라, 상기 체결 수단(220)에 의한 상기 플래튼(230)과 상기 베이스(210)의 체결시 상기 플래튼(230)과 상기 베이스(210) 간의 마찰 또는 체결 힘에 의한 충격을 방지하는 역할도 한다.
상기 정전척(200)은 상기 플래튼(230)이 상기 베이스(210) 상의 정확한 위치에 놓일 수 있도록 하기 위한 정렬 수단(270)을 구비한다. 상기 정렬 수단(270)은 적어도 하나의 키(key)(272)들과 적어도 하나의 키 홈(key way)(274)들로 구성된다. 상기 키(272)들은 상기 플래튼(230)에 형성되고, 상기 키(272)들이 끼워지는 상기 키 홈(274)들은 상기 베이스(210)에 형성된다. 그리고 상기 정렬 수단(270)은 상기 복수 개의 플래튼(230)들 각각을 위하여 복수 개로 이루어진다. 이렇게 함으로써, 상기 체결 수단(220)에 의한 상기 플래튼(230)들과 상기 베이스(210)의 고정 시, 상기 베이스(210)의 정확한 위치에서 상기 플래튼(230)들이 상기 베이스(210)에 고정될 수 있다. 또한, 상기 키(272)들과 상기 키 홈(274)들은 각각 상기 베이스(210)와 상기 플래튼(230)들에 형성될 수 있다.
상기 정전척(200)은 반도체 제조 장비의 블럭(290)에 장착이된다. 상기 블럭(290)에는 냉각수가 흐르는 홀이 형성된다. 상기 홀은 유입구(292)와 배출구(294)로 나누어지며, 상기 유입구(292)와 상기 배출구(294)는 상기 정전척(200)의 베이스(210)가 놓이는 상기 블럭(290)의 상면에 형성된 원형의 홈(296)과 연결된다. 따라서, 상기 유입구(292)로 공급되어지는 냉각수는 상기 원형의 홈(296)을 지나면서 상기 정전척(200)을 냉각시키고, 상기 배출구(294)를 통해 배출된다. 상기 정전척(200)과 접하는 상기 블럭(290)의 상면에는 냉각수의 누수를 방지하기 위한 오링(298)들이 설치된다.
상기 원형의 홈(296)을 지나는 냉각수와 접하는 상기 정전척(200)의 베이스(210)는 부식 방지를 위한 표면처리부(280)를 구비한다. 상기 표면처리는 양극처리(anodizing)와 내식성이 우수한 금속으로의 코팅처리 그리고 플라즈마 코팅처리 중에서 어느 하나이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 정전척의 평면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 정전척(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 링 타입으로 이루어진 상기 고정 부재를 갖는 체결 수단 대신에 플래튼(330)들 각각에 복수 개로 설치되는 체결 수단(320)을 갖는다. 상기 플래튼(330)들의 가장자리부들에는 상기 고정 부재(322)들이 걸쳐지는 걸림턱(350)들이 형성된다. 이렇게 함으로써, 6개의 조각으로 이루어진 플래튼(330)들을 개별적으로 교체할 수 있으며, 부분적인 파티클 제거가 가능하여 진다. 또한, 다른 플래튼들에 영향을 미치지 않고 이상이 발생한 플래튼만 교체할 수 있다는 이점이 있다. 도 5의 단면도와 그 구성 요소에 대한 상세한 설명은 도 4에 대한 상세한 설명에서 기술된 바 여기서는 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 정전척의 평면도이다. 도 6을 참조하면, 상기 정전척(400)은 베이스(410)와 플래튼(430)들을 고정하기 위한 체결 수단(420)을 구비한다. 상기 체결 수단(420)은 상기 플래튼(430)들의 가장자리부 전체에 걸쳐지는 링 형상의 제 1고정 부재(422)와, 상기 플래튼(430)들 사이사이에 위치하는 그리고 상기 플래튼(430)들 각각의 측부에 걸쳐지는 제 2고정 부재(424) 및 상기 제 1고정 부재(422)와 상기 제 2고정 부재(424)를 상기 베이스(410)와 고정하기 위한 복수 개의 체결용 볼트(426)들로 이루어진다.
상기 제 1고정 부재(422)와 상기 제 2고정 부재(424)는 일체로 이루어지며, 상기 플래튼(430)들 각각의 가장자리부와 양 측부들은 상기 제 1고정 부재(422)와상기 제 2고정 부재(424)가 걸쳐지는 계단식으로 이루어진 걸림턱(440)을 가진다.
상기 체결용 볼트(426)는 상기 제 1고정 부재(422) 또는 상기 제 2고정 부재(424)에 설치된다. 또한, 보다 더 안정적인 체결을 위하여 상기 제 1고정 부재(422)와 상기 제 2고정 부재(424) 모두에 설치될 수 있다. 그리고 상기 플래튼(430)의 측부들을 고정하기 위한 제 2고정 부재(424)는 상기 측부의 길이보다 짧게 이루어진다. 도 6의 단면도와 그 구성 요소에 대한 상세한 설명은 도 4에 대한 상세한 설명에서 기술된 바 여기서는 생략하기로 한다.
상기와 같이 상기 정전척이 기계적인 체결 수단을 구비함으로써, 상기 플래튼의 분해와 결합이 용이하여 공정중에 발생되는 파티클 제거를 수시로 수행할 수 있으며, 플래튼의 교체에 소요되는 시간도 많이 줄일 수 있다.
본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 본 발명의 장치에 대한 다양한 변형 및 변화가 가능하다는 것은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 플래튼을 베이스에 고정하기 위하여 정전척이 기계적인 체결 수단을 구비함으로써, 외부 충격이나 열에 의하여 상기 플래튼이 상기 베이스로부터 쉽게 이탈되는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 플래튼과 베이스의 분해/결합이 용이함으로써, 플래튼을 쉽게 교체할 수 있고, 공정 중에 발생되는 파티클을 쉽고, 간편하게 제거할 수 있다.

Claims (16)

  1. 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼를 고정하기 위한 이온 주입 장치의 정전척에 있어서:
    베이스(base);
    상기 베이스 상에 설치되는 그리고 공정을 위한 웨이퍼가 파지되는 플래튼(platen); 및
    상기 플래튼을 상기 베이스에 기계적으로 고정하기 위한 체결 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 체결 수단은 상기 플래튼의 가장자리부에 걸쳐지는 부분을 갖는 고정 부재와, 상기 고정 부재와 상기 베이스를 고정하는 체결용 볼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 고정 부재가 걸쳐지는 상기 플래튼의 상기 가장자리부는 계단식으로 이루어진 걸림턱을 갖는 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지고,
    상기 체결 수단의 상기 고정 부재는 상기 복수 개의 플래튼들 전체의 상기 걸림턱들에 일괄적으로 걸쳐질 수 있도록 링 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지고,
    상기 체결 수단은 상기 복수 개의 플래튼들 각각에 적어도 하나 설치되어 지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지고,
    상기 체결 수단은 상기 플래튼들의 가장자리부 전체에 걸쳐지는 링 형상의 제 1고정 부재와, 상기 플래튼들 사이사이에 위치하는 그리고 상기 플래튼들 각각의 측부에 걸쳐지는 제 2고정 부재 및 상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재를 상기 베이스와 고정하기 위한 복수 개의 체결용 볼트들로 이루어지되,
    상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재는 일체로 형성되어 지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 플래튼들 각각의 가장자리부와 양 측부들은 상기 제 1고정 부재와 상기 제 2고정 부재가 걸쳐지는 계단식으로 이루어진 걸림턱을 가지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼은
    세라믹 절연층;
    상기 세라믹 절연층 상에 위치하는 전극; 및
    상기 전극 상에 형성되는 세라믹 유전층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼과 접하는 상기 베이스와 상기 고정 부재의 면들에 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 절연층은 수지 재질로 코팅 처리되어 지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 고정 부재는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼이 상기 베이스 상의 정확한 위치에 놓일 수 있도록 하는 정렬 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 플래튼은 복수 개의 조합으로 이루어지고,
    상기 정렬 수단은 상기 플래튼들 각각에 대한 정렬이 이루어질 수 있도록 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 정렬 수단은 상기 베이스에 형성되는 적어도 하나의 키(key)들; 및
    상기 플래튼에 형성되는 그리고 상기 키가 끼워지는 키 홈(key way)들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 정렬 수단은 상기 플래튼에 형성되는 적어도 하나의 키(key)들; 및
    상기 베이스에 형성되는 그리고 상기 키가 끼워지는 키 홈(key way)들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
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