KR20030094492A - 기판을 지지하기 위한 척 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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KR20030094492A
KR20030094492A KR1020020031449A KR20020031449A KR20030094492A KR 20030094492 A KR20030094492 A KR 20030094492A KR 1020020031449 A KR1020020031449 A KR 1020020031449A KR 20020031449 A KR20020031449 A KR 20020031449A KR 20030094492 A KR20030094492 A KR 20030094492A
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성순환
박재영
박유춘
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삼성전자주식회사
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Abstract

개시된 척은 정전기력을 이용하여 기판을 고정시키는 정전척을 포함한다. 상기 척은 알루미늄 바디와 세라믹 플레이트를 구비한다. 세라믹 플레이트는 바디에 부착되는 제1세라믹 플레이트와 기판이 놓여지는 제2세라믹 플레이트로 이루어지고, 정전기력을 발생시키기 위한 전극은 제2세라믹 플레이트에 내장된다. 기판의 온도를 조절하기 위한 헬륨 가스는 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트 사이에서 한정되는 가스 유통로와, 반도체 기판이 놓여지는 제2세라믹 플레이트의 일면으로부터 가스 유통로를 연통하는 가스 유통공으로 제공된다. 따라서, 세라믹 플레이트의 온도가 효율적으로 제어되고, 이에 따라 반도체 기판의 온도가 효율적으로 제어된다.

Description

기판을 지지하기 위한 척 및 이를 제조하는 방법{Chuck for supporting a substrate and method for manufacturing the same}
본 발명은 기판을 지지하기 위한 척 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조 공정에서 반도체 기판을 지지하고 고정하기 위한 정전척 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴은 화학 기상 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들에서는 반도체 기판을 지지하고, 고정시키는 척이 사용된다. 최근, 반도체 장치의 미세화 및 대용량화를 요구하는 반도체 기판 가공 기술에서는 매엽식 가공 공정 및 건식 가공 공정이 선호됨에 따라 반도체 기판을 고정하는 방법도 크게 변하고 있다. 부언하면, 종래의 경우 단순히 클램프 또는 진공을 이용하여 반도체 기판을 고정하는 정도였으나, 최근에는 반도체 기판을 정전기력을 이용하여 고정시킴과 동시에 반도체 기판의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도 조절 가스를 제공하는 정전척(electrostatic chuck ; ESC)이 주로 사용되고 있다. 상기 정전척의 사용 범위는 화학 기상 증착, 식각, 스퍼터링, 이온 주입 공정 등과 같이 전반적인 반도체 기판 가공 공정으로 확대되고 있다.
상기 정전척의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,134,096(issued Yamada et al)에는 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 흡착시키기 위한 절연층, 전극층, 유전층으로 이루어진 정전척이 개시되어 있으며, 미합중국 특허 제6,141,203(issued Sherman)에는 복수의 구조를 갖는 커패시터 플레이트를 형성하여 정전기력으로 웨이퍼를 흡착하는 정전척이 개시되어 있다.
상기 정전척은 크게 폴리미드(polymide) 타입의 전정척과 세라믹 타입의 정전척을 구분할 수 있다. 상기 폴리미드 타입의 정전척은 폴리미드의 약한 내구성 때문에 폴리미드 유전막이 파괴되어 전극이 플라즈마 또는 반도체 기판과 직접적으로 접하게 되어 동작 특성이 상실되며, 이러한 문제점은, 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 헬륨 가스의 누설 및 아크 발생 등의 문제점으로 이어진다.
세라믹 타입의 정전척은 폴리미드의 약한 내구성과 낮은 유전율 및 열전도도를 보완하기 위해 제안되었으며, 아노다이징(anodizing) 방식과 세라믹 용사 방식 및 세라믹 플레이트 방식 등으로 구분된다.
상기 아노다이징 방식의 정전척은 알루미늄 본체를 아노다이징하여 유전층을 형성하는 방식으로 제조된다. 아노다이징 방식의 경우 폴리미드에 비하여 내구성이 강하고 유전율이 높기 때문에 많이 사용되고 있으나 정전척의 에지 부위에서 코팅층의 두께가 얇아지고, 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 있다.
상기 세라믹 용사 방식의 정전척은 절연층이 형성되어 있는 알루미늄 본체에 전극층을 용사코팅하고, 전극층 위에 세라믹 분말을 용사코팅하여 유전층을 형성하는 방식으로 제조된다. 이때, 세라믹 분말에 소정의 물질을 첨가하여 유전율 및 온도 계수를 향상시킬 수 있다. 그러나, 세라믹 용사 방식 정전척은 세라믹 유전층의 완전한 치밀화가 이루어지지 않음으로 인해 헬륨 가스의 누설 및 유전층이 박리되는 문제점이 있다.
세라믹 플레이트 방식의 정전척은 세라믹 분말을 플레이트 형태로 소결하여 알루미늄 본체에 부착하는 방식에 의해 제조된다. 이때, 전극은 세라믹 플레이트의 내부에 내장된다.
한편, 정전척에는 반도체 기판의 가공 공정 진행시 반도체 기판의 온도 조절을 위해 정전척의 유전체 표면에 헬륨(He)과 같은 온도 조절 가스를 제공하기 위한 헬륨 가스 유통로가 형성되어 있다. 상기 가공 공정의 진행 도중에 반도체 기판의 국부적인 온도 차이가 발생하면, 금속 식각 공정의 경우 금속 배선의 티닝(thinning) 등과 같은 현상이 발생하여 반도체 장치의 성능을 저하시키게 된다. 특히, 반도체 기판 표면에서의 불균일한 온도 차이의 발생은 주로 반도체 기판의 가장자리 부위에서 발생한다. 이는 반도체 기판의 이면으로 흐르는 헬륨의 유량 차이 또는 정전척 또는 하부 전극 온도에 따라 크게 영향을 받는다. 최근에는 상기와 같은 온도 차이를 극복하기 위해 정전척의 중앙 부위와 가장자리 부위를 구분하여 각각 헬륨 가스를 제공하는 듀얼 타입(dual type)이 적용되고 있다.
도 1은 종래의 정전척을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 정전척을 나타내는 상세 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 정전척(100)은 원반 형상을 갖고 알루미늄으로 이루어지는 바디(body, 102)와, 바디의 상부면에 부착되는 세라믹 플레이트(104)를 구비한다. 세라믹 플레이트(104)의 내부에는 전원이 인가되는 전극(106)이 구비된다. 상기 전원에 의해 발생되는 정전기력은 세라믹 플레이트(104) 상에 놓여지는 반도체 기판(10)을 흡착하여 고정시킨다. 즉, 세라믹 플레이트(104)는 전극(106)을 둘러싸도록 형성된다.
도 3은 도 1에 도시한 바디를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 세라믹 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 바디(102)의 상부면에는 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 헬륨 가스가 제공되는 다수의 유통로(102a)가 형성되어 있다. 다수의 유통로(102a)는 동심원 상으로 배치되며 상호 연결되어 있다. 세라믹 플레이트(104)에는 바디의 유통로(102a)들과 대응하는 다수의 유통공(104a)이 형성되어 있다. 즉, 세라믹 플레이트(104)가 바디(102)의 상부면에 부착되면, 각각의 유통로(102a)는 바디(102)와 세라믹 플레이트(104)에 의해 한정되며, 세라믹 플레이트(104)의 유통공(104a)들과 각각 연통된다. 헬륨 가스는 바디(102)를 관통하여 제공되며, 반도체 기판(10)의 표면, 알루미늄 바디(102), 세라믹 플레이트(104) 등의 온도를 측정하는 열전대(미도시)에 의해 측정된 온도에 따라 공급 유량이 제어된다.
상기와 같은 구조를 갖는 정전척(100)의 경우, 공급되는 헬륨 가스는 바디(102)의 상부면과 세라믹 플레이트(104)로 한정되는 다수의 유통로(102a)를 따라 이동하게 되며, 다수의 유통공(104a)을 통해 반도체 기판(10)과 접촉하게 된다. 이때, 헬륨 가스는 반도체 기판(10)과 직접적으로 접촉하여 반도체 기판(10)의 온도를 조절하기도 하지만, 세라믹 플레이트(104)의 온도를 조절하여 반도체 기판(10)의 온도를 조절하기도 한다. 그러나, 헬륨 가스가 세라믹 플레이트(104)와 접촉되는 부위의 면적보다 바디(102)와 접촉되는 부위의 면적이 더 크므로 세라믹 플레이트(104)를 냉각시키는 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점은 반도체 기판(10)의 온도를 효율적으로 제어하지 못하게 하며, 이는 반도체 기판(10) 상에 형성되는 막 또는 패턴의 균일도 저하와 같은반도체 기판(10)의 가공 공정의 불량을 발생시키는 원인이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 반도체 기판을 지지하고, 상기 반도체 기판의 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 척을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2목적은 반도체 기판을 지지하고, 상기 반도체 기판의 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 척을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 정전척을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 정전척을 나타내는 상세 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 바디를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 세라믹 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 정전척을 나타내는 상세 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시한 제1세라믹 플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 5에 도시한 제2세라믹 플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 5에 도시한 제2세라믹 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 5에 도시한 제1세라믹 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 11은 도 5에 도시한 제2세라믹 플레이트의 또 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 제2세라믹 플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 5에 도시한 정전척을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 도 5에 도시한 정전척을 갖는 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판200 : 정전척
202 : 바디210 : 세라믹 플레이트
212 : 제1세라믹 플레이트212a : 제1가스 유통로
214 : 제2세라믹 플레이트214a : 가스 유통공
216 : 전극300 : 가공 장치
302 : 챔버304 : 상부 전극
306 : 진공 펌프324 : 가스 제공부
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판이 놓여지고, 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로가 내부에 형성되어 상기 기판의 온도를 조절하기 위한 가스가 제공되고, 상기 기판이 놓여지는 일면으로부터 상기 다수의 제1가스 유통로를 연통하는 다수의 가스 유통공이 형성되어 있는 세라믹 플레이트와, 상기 세라믹 플레이트가 부착되는 바디(body)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제공한다.
상기 제1가스 유통로는 직접적으로 상기 바디와 접촉되지 않으므로 상기 가스는 상기 세라믹 플레이트의 온도를 효율적으로 조절할 수 있으며, 이에 따라 반도체 기판의 온도가 효율적으로 조절된다.
여기서, 상기 세라믹 플레이트는 상기 바디에 부착되고, 상기 바디와 대향하는 일면에 상기 다수의 제1가스 유통로가 형성되어 있는 제1세라믹 플레이트와, 상기 제1세라믹 플레이트의 일면에 결합되고, 상기 다수의 가스 유통공이 형성된 제2세라믹 플레이트를 포함한다. 이때, 기판이 놓여지는 제2세라믹 플레이트의 일면에는 상기 제1가스 유통로들과 동일한 형상을 갖는 제2가스 유통로들이 더 형성될 수 있다.
상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위로부터 가장부위로 갈수록 상기 제1가스 유통로들의 단면적이 크게 형성될 수 있다. 한편, 상기와는 다르게, 상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위와 인접하는 제1그룹과 상기 제1가스 유통로들의 가장자리 부위와 인접하는 제2그룹으로 분할될 수 있다. 이때, 상기 제1그룹과 상기 제2그룹에 각각 포함되는 제1가스 유통로들은 각각 상호 연결된다. 따라서, 기판의 중심 부위와 가장자리 부위의 온도를 균일하게 제어할 수 있으며, 제2가스 유통로들을 통해 온도 조절 가스가 기판과 접촉되는 면적이 증가하므로 기판의 온도 조절 효율이 상승된다.
상기 세라믹 플레이트에는 상기 기판을 흡착하기 위한 정전기력을 발생시키는 전원이 인가되는 전극이 내장된다. 바람직하게는 상기 제2세라믹 플레이트에 내장된다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1세라믹 분말을 가압하여 일면에 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로를 갖는 제1세라믹 플레이트를 성형하는 단계와, 제2세라믹 분말을 가압하여 상기 다수의 제1가스 유통로와 대응하는 다수의 유통공을 갖는 제2세라믹 플레이트를 성형하는 단계와, 상기 제1세라믹 플레이트의 일면에 상기 제2세라믹 플레이트를 적층하는 단계와, 상기 제1세라믹 플레이트와 상기 제2세라믹 플레이트를 가열하여 결합하는 단계와, 결합된 상기 제1세라믹 플레이트와 상기 제2세라믹 플레이트를 바디에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제조하는 방법을 제공한다.
세라믹 분말을 이용하여 세라믹 플레이트를 소결하는 경우 원하는 형상을 용이하게 형성할 수 있으므로 보다 용이하게 세라믹 플레이트를 형성할 수 있다. 즉, 제1세라믹 플레이트의 제1가스 유통로들과 제2세라믹 플레이트의 유통공들을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 제2세라믹 플레이트를 형성하는 단계에서, 제2세라믹 분말 내부에 기판을 고정시키기 위한 정전기력을 발생시키기 위한 전원을 인가하기 위한 전극을 배치시키고 가압 성형할 수 있다.
따라서, 헬륨 가스와 같은 온도 조절용 가스가 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트 사이에 형성되는 다수의 제1가스 유통로에 제공되므로 세라믹 플레이트의 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있다. 더 나아가, 세라믹 플레이트의 온도 조절 효율 향상은 반도체 기판의 온도 조절 효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 6은 도 5에 도시한 정전척을 나타내는 상세 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도시된 정전척(200)은 반도체 기판(10)이 놓여지는 세라믹 플레이트(210)와 세라믹 플레이트(210)가 부착되는 알루미늄 바디(202)를 구비한다. 세라믹 플레이트(210)의 내부에는 반도체 기판(10)의 온도를 조절하기 위한 헬륨 가스가 제공되며 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로(212a)가 형성되어 있으며, 다수의 제1가스 유통로(212a)는 반도체 기판(10)이 놓여지는 면으로부터 연장된 다수의 가스 유통공(214a)과 각각 연결된다. 즉, 가스 유통공(214a)들은 제1가스 유통로(212a)들과 대응되며, 제1가스 유통로(212a)들로 제공된 헬륨 가스가 반도체 기판(10)의 이면과 접촉되도록 반도체 기판(10)이 놓여지는 면으로부터 제1가스 유통로(212a)들까지 연통된다. 한편, 세라믹 플레이트(210)의 제1가스 유통로(212a)들은 알루미늄 바디(202)를 관통하여 형성된 헬륨 공급 라인(202a)과 연결된다.
도 7은 도 5에 도시한 제1세라믹 플레이트를 나타내는 평면도이고, 도 8은 도 5에 도시한 제2세라믹 플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 세라믹 플레이트(210)는 알루미늄 바디(202)에 부착되는 제1세라믹 플레이트(212)와 제1세라믹 플레이트(212)에 결합되는 제2세라믹 플레이트(214)를 포함한다. 제1세라믹 플레이트(212)의 상부면에는 헬륨 가스가 제공되는 다수의 제1가스 유통로(212a)가 형성되어 있고, 제2세라믹 플레이트(214)에는 제1세라믹 플레이트(212)의 제1가스 유통로(212a)들과 대응하는 다수개의 가스 유통공(214a)들이 형성되어 있다. 또한, 제2세라믹 플레이트(214)의 내부에는 반도체 기판(10)을 흡착하여 고정시키기 위한 정전기력을 발생시키기 위한 전극(216)이 내장된다. 전극(216)에는 상기 정전기력을 발생시키기 위한 전원이 인가되며, 이때, 전극(216)과 반도체 기판(10)이 놓여지는 제2세라믹 플레이트(214)의 상측 부위는 유전체 역할을 하게된다. 따라서, 제1가스 유통로(212a)들은 제1세라믹 플레이트(212)와 제2세라믹 플레이트(214) 사이에서 한정되므로 헬륨 가스에 의한 냉각 효율이 향상된다.
한편, 알루미늄 바디(202)와 세라믹 플레이트(210)는 원반 형상을 갖고 있으며, 제1세라믹 플레이트(212)의 상부면에 형성된 제1가스 유통로(212a)들은 동심원 상으로 배치된다. 일반적으로, 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 공정에서 플라즈마 상태의 공정 가스에 의해 반도체 기판(10)의 온도가 상승되는 경우 반도체 기판(10)의 가장자리 부위가 더 높은 온도로 상승되므로 이를 보상하기 위해 제1세라믹 플레이트(212)의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 갈수록 제1가스 유통로(212a)들의 단면적이 크게 형성되도록 한다.
도 6에 도시된 바에 의하면, 전극(216)은 제2세라믹 플레이트(214)의 내부에 완전히 내장되도록 형성되어 있으나, 도 9에 도시한 바와 같이 전극(226)은 제1세라믹 플레이트(224)의 상부면에 접촉되도록 제2세라믹 플레이트(224)의 하부면에 구비될 수도 있다.
도 10은 도 5에 도시한 제1세라믹 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10을 참조하면, 제1세라믹 플레이트(232)의 상부면에 형성된 제1가스 유통로(234a, 236a)들은 제1세라믹 플레이트(232)의 중심 부위와 인접하는 제1그룹(234)과 제1세라믹 플레이트(232)의 가장자리 부위와 인접하는 제2그룹(236)으로 분할된다. 제1그룹(234) 및 제2그룹(236)에 각각 속하는 제1가스유통로(234a, 236a)들은 각 그룹 내에서 상호 연결된다. 이때, 제1그룹(234)의 제1가스 유통로(234a)들은 제1헬륨 공급 라인(238)과 연결되고, 제2그룹(236)의 제1가스 유통로(236a)들은 제2헬륨 공급 라인(240)과 연결된다. 즉, 제1세라믹 플레이트(232)의 중심 부위와 가장자리 부위에 헬륨 가스를 별도로 공급하고, 각각 공급되는 헬륨 가스의 유량을 제어함으로서 반도체 기판(10)의 중심 부위와 가장자리 부위의 온도 차이를 극복하고자 함이다.
한편, 반도체 기판이 놓여지는 제2세라믹 플레이트의 상부면에는 제1가스 유통로들과 동일한 형상을 갖는 제2가스 유통로들이 더 형성될 수도 있다. 도 11 및 도 12는 제2세라믹 플레이트의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제2세라믹 플레이트(244)의 상부면에는 제2가스 유통로(244b)들이 형성되어 있다. 제2가스 유통로(244b)들은 반도체 기판(10)의 효율적인 온도 제어를 위해 제1가스 유통로(212a)들의 형상과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 제1가스 유통로(212a)들을 통해 제공되는 헬륨 가스는 제2세라믹 플레이트(244)의 가스 유통공(244a)들을 통해 제2가스 유통로(244b)들로 제공되고, 제2가스 유통로(244b)들로 제공된 헬륨 가스는 반도체 기판(10)의 이면과 접촉되어 반도체 기판(10)의 온도를 조절하게 된다.
도시된 바에 의하면, 제2가스 유통로(244b)들은 도 7에 도시한 제1세라믹 플레이트(212)에 형성된 제1가스 유통로(212a)들과 동일하게 형성되어 있다. 즉, 제2세라믹 플레이트(244)의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 향하면서 단면적이 커지도록 형성되어 있으나, 도 10에 도시한 제1세라믹 플레이트(232)와 대응되도록 형성될 수도 있다. 한편, 가스 유통공(244a)들의 배치 및 형성 수량은 도 8에 도시된 제2세라믹 플레이트(214)와 동일하지만 헬륨 가스의 공급 유량과 같은 공정 조건에 따라 변경될 수도 있다.
도 13은 도 5에 도시한 정전척을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 먼저 제1세라믹 분말을 가압 성형하여 일면에 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로를 갖는 제1세라믹 플레이트를 형성한다.(S100) 여기서, 제1세라믹 분말은 산화알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있다.
이어서, 제2세라믹 분말을 가압 성형하여 제1세라믹 플레이트의 제1가스 유통로들과 대응하는 다수의 가스 유통공을 갖는 제2세라믹 플레이트를 형성한다.(S200) 이때, 제2세라믹 분말은 제1세라믹 분말과 동일하게 산화알루미늄이 사용될 수 있으며, 제1가스 유통공들과 동일한 형상을 갖는 제2가스 유통로들을 더 형성할 수도 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이 정전기력을 발생시키기 위한 전극을 제2세라믹 분말 내에 삽입하고, 가압 성형한다. 전극으로는 텅스텐, 티타늄, 알루미늄 등이 일반적으로 사용될 수 있다.
계속해서, 제1세라믹 플레이트의 일면에 형성된 제1가스 유통로들과 제2세라믹 플레이트에 형성된 가스 유통공들이 서로 대응하도록 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트를 적층한다.(S300)
적층된 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트를 용융점 근처까지 가열하여 견고하게 결합시킴으로서 일체형 세라믹 플레이트를 형성한다.(S400)
이어서, 결합된 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트를 바디에 부착한다.(S500) 여기서, 결합에는 실리콘 계열을 접착제가 사용된다.
상기와 같이 세라믹 분말을 가압하여 세라믹 플레이트를 성형하므로 제1가스 유통로의 형성이 용이하다.
도 14는 도 5에 도시한 정전척을 갖는 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14를 참조하면, 도시된 반도체 기판 가공 장치(300)는 반도체 기판(10)의 가공 공정이 수행되는 챔버(302)와, 챔버(302) 내부에 구비되고 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 정전척(200)과, 챔버(302)의 상측 부위에 구비되고 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스를 챔버 내부로 제공하기 위한 다수개의 관통공이 형성되어 있으며 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 상부 전극(304)을 포함한다.
챔버(302)의 일측에는 챔버(302) 내부를 진공으로 형성하기 위한 진공 펌프(306)가 연결되어 있고, 챔버(302)와 진공 펌프(306)를 연결하는 진공 라인(308)에는 챔버(302) 내부의 진공도를 조절하기 위해 진공 라인(308)을 개폐시키는 드로틀 밸브(310) 및 게이트 밸브(312)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(302)의 일측에는 반도체 기판(10)이 이동되는 도어(314)가 구비되어 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 반도체 기판(10)은 이송 로봇에 의해 챔버(302) 내부로 이동된다.
정전척(200)의 하부에는 공정의 진행에 따라 정전척(200)을 상하 구동하기위한 제1구동부(316)가 구비되고, 정전척(200)의 내부에는 반도체 기판(10)의 안착을 위한 리프트 핀(미도시)이 구비된다. 또한, 반도체 기판(10)이 안착되는 정전척(200)의 가장자리에는 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 실리콘 재질의 포커스 링(318)이 구비되어 있으며, 포커스 링(318)의 외측에는 절연을 위한 석영 재질의 커버 링(320)이 구비되어 있고, 상부 전극(304)의 하부면 가장자리에는 상기 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 상부 링(upper ring, 322)이 구비되어 있다.
상부 전극(304)은 챔버(302)의 상측 부위에 구비되며, 알루미늄 재질의 제1전극(304a)과 제2전극(304b) 및 실리콘 재질의 제3전극(304c)을 포함한다. 제1전극(304a)에는 RF 전원이 연결되어 있으며 가스 제공부(324)와 연결되는 제1관통공(304d)이 형성되어 있다. 제1전극(304a)과 제2전극(304b) 사이에는 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스가 수납되는 공간(304e)이 형성되어 있으며, 제2전극(304b) 및 제3전극(304c)에는 상기 가스를 챔버 내부로 균일하게 제공하기 위한 다수개의 제2관통공(304f)이 형성되어 있다.
반도체 기판(10)이 정전척(200) 상으로 이송되면, 리프트 핀의 승강에 의해 반도체 기판(10)이 정전척(200)의 세라믹 플레이트(210) 상에 안착된다. 반도체 기판(10)은 정전척(200)의 정전기력에 의해 고정되고, 플라즈마 상태로 형성된 공정 가스에 의해 가공 공정이 진행된다. 이때, 고온의 플라즈마에 의해 반도체 기판(10)의 온도가 상승하게 되며, 상승하는 반도체 기판의 온도는 세라믹 플레이트(210)의 제1가스 유통로들과 가스 유통공들을 통해 반도체 기판의 이면에 제공되는 헬륨 가스에 의해 제어된다. 또한, 반도체 기판(10)의 온도에 크게 영향을 주는 세라믹 플레이트(210)의 온도는 제1가스 유통로들을 흐르는 헬륨 가스에 의해 효과적으로 제어된다.
상기와 같은 구성을 갖는 가공 장치(300)는 반도체 기판(10)의 식각 공정 또는 반도체 기판(10) 상에 막을 형성하는 증착 공정에 사용이 가능하다. 즉, 제공되는 가스 및 공정 변수들의 조절에 의해 반도체 기판(10) 상에 형성된 막을 식각할 수도 있고, 반도체 기판(10) 상에 막을 형성할 수도 있다.
예를 들면, 상기 가공 장치(300)에 실란(SiH4) 가스 및 산소 가스를 제공하고, 상기 실란 가스 및 산소 가스를 해리하여 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 산화막이 형성된다. 이때, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 상기 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
상기 가공 장치(300)에 CHF3가스를 제공하고, 상기 CHF3가스를 해리하여 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 형성되어 있는 산화막은 산화막 패턴으로 형성된다. 이때, 상기 패턴을 형성하기 위한 패턴 마스크는 포토레지스트 패턴을 사용한다. 그리고, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 식각되는 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
상기와 같은 식각 또는 증착 공정에서 반도체 기판의 온도가 정전척에 제공되는 헬륨 가스에 의해 효율적으로 제어되므로 반도체 기판 상에 형성되는 막 또는패턴의 균일도가 향상된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 헬륨 가스는 정전척의 세라믹 플레이트에 형성된 다수의 제1가스 유통로를 통해 반도체 기판의 이면으로 제공된다. 상기 다수의 제1가스 유통로는 제1세라믹 플레이트와 제2세라믹 플레이트에 의해 한정되므로 세라믹 플레이트의 온도가 효율적으로 조절된다.
따라서, 헬륨 가스에 의해 효율적으로 온도가 제어되는 세라믹 플레이트는 반도체 기판의 온도 제어 효율을 향상시킨다. 또한, 제2세라믹 플레이트에 형성된 제2가스 유통로들은 반도체 기판과 헬륨 가스의 접촉 면적을 증가시키므로 반도체 기판의 온도 제어 효율이 더욱 향상된다.
반도체 기판 온도의 효율적인 제어는 반도체 기판의 가공 공정에서 형성되는 막 또는 패턴의 균일도를 향상시키며, 반도체 장치의 신뢰도를 향상시킨다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 기판이 놓여지고, 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로가 내부에 형성되어 상기 기판의 온도를 조절하기 위한 가스가 제공되고, 상기 기판이 놓여지는 일면으로부터 상기 다수의 제1가스 유통로를 연통하는 다수의 가스 유통공이 형성되어 있는 세라믹 플레이트; 및
    상기 세라믹 플레이트가 부착되는 바디(body)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 플레이트는,
    상기 바디에 부착되고, 상기 바디와 대향하는 일면에 상기 다수의 제1가스 유통로가 형성되어 있는 제1세라믹 플레이트; 및
    상기 제1세라믹 플레이트의 일면에 결합되고, 상기 다수의 가스 유통공이 형성된 제2세라믹 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판이 놓여지는 상기 제2플레이트의 일면에는 상기 제1가스 유통로들과 동일한 형상을 갖는 다수의 제2가스 유통로가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 플레이트에 내장되고, 상기 기판을 흡착하기 위한 정전기력을 발생시키는 전원이 인가되는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위로부터 가장부위로 갈수록 상기 제1가스 유통로들의 단면적이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위와 인접하는 제1그룹과 상기 제1가스 유통로들의 가장자리 부위와 인접하는 제2그룹으로 분할되며, 상기 제1그룹과 상기 제2그룹에 각각 포함되는 제1가스 유통로들은 각각 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척.
  7. 제1세라믹 분말을 가압하여 일면에 상호 연결되는 다수의 제1가스 유통로를 갖는 제1세라믹 플레이트를 성형하는 단계;
    제2세라믹 분말을 가압하여 상기 다수의 제1가스 유통로와 대응하는 다수의 유통공을 갖는 제2세라믹 플레이트를 성형하는 단계;
    상기 제1세라믹 플레이트의 일면에 상기 제2세라믹 플레이트를 적층하는 단계;
    상기 제1세라믹 플레이트와 상기 제2세라믹 플레이트를 가열하여 결합하는 단계;
    결합된 상기 제1세라믹 플레이트와 상기 제2세라믹 플레이트를 바디에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2세라믹 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 기판을 흡착하기 위한 정전기력을 발생시키는 전원을 인가하기 위한 전극을 상기 세라믹 분말과 함께 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제조하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위로부터 가장부위로 갈수록 상기 제1가스 유통로들의 단면적이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제조하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1가스 유통로들은 동심원 상으로 배치되고, 상기 제1가스 유통로들의 중심 부위와 인접하는 제1그룹과 상기 제1가스 유통로들의 가장자리 부위와 인접하는 제2그룹으로 분할되며, 상기 제1그룹과 상기 제2그룹에 각각 포함되는 제1가스 유통로들은 각각 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 기판을지지하기 위한 척을 제조하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1세라믹 플레이트와 결합되는 상기 제2세라믹 플레이트의 일면에 대향하는 타면에는 상기 제1가스 유통로들과 동일한 형상을 갖는 제2가스 유통로들이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기판을 지지하기 위한 척을 제조하는 방법.
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