KR20070044222A - 정전척형 히터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체제조 장치 - Google Patents
정전척형 히터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
가열 성능이 우수한 정전척형 히터는, 척 플레이트, 척 플레이트 상에 형성된 전극, 상기 전극과 중첩되지 않도록 척 플레이트 상에 형성된 발열체 및 전극 및 발열체를 커버하도록 척 플레이트 상에 배치된 유전체를 포함한다. 이 경우, 전극의 상면과 발열체의 상면은 실질적으로 동일 평면 상에 위치하거나, 전극의 하면으로부터 발열체의 상면이 최대 500㎛ 낮게 배치될 수 있다. 전극에는 발열체의 형상과 대응되는 개방부가 형성되고, 발열체는 상기 개방부를 통하여 노출되도록 척 플레이트 상에 배치될 수 있다. 또한, 척 플레이트의 상면에는 발열체의 형상과 대응되는 수용홈이 형성되고, 발열체는 상기 수용홈에 배치될 수 있다. 전극과 발열체가 상하로 중첩되지 않도록 배치하여 정전척형 히터의 가열 성능을 향상시킬 수 있다. 반도체 기판을 가열하기 위하여 소요되던 비용 및 시간을 줄일 수 있으며, 결과적으로는 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
Description
도 1은 종래에 개시된 정전척형 히터를 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 정전척형 히터의 수평 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전극과 열선을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척형 히터 및 이의 제조 방법을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 전극과 발열체를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 전극의 평면도이다.
도 7은 도 4에 도시한 정전척형 히터의 확대 수직 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전척형 히터 및 이의 제조 방법을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전척형 히터를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 10은 도 4에 도시된 정전척형 히터를 갖는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,200,300：정전척형 히터 105：써포터
110,210,310：척 플레이트 115,215：수용홈
120：전극 121：상면
122：하면 125：개방부
130,230：발열체 131,231,331：상면
140：유전체 150：전원 공급 유닛
151：교류 전원 152：직류 전원
401：반도체 제조 장치 460：프로세스 챔버
470：가스 공급부 480：가스 배기부
482：배출 밸브 484：진공 펌프
490：샤워 헤드
본 발명은 정전척형 히터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 가공하기 위한 가공 챔버 내부에 위치되어 상기 반도체 기판을 지지 및 가열하기 위한 정 전척형 히터에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 세정된 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조 공정과, 상기 막 또는 패턴의 결함을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
최근, 팹 공정에서 공정 가스를 플라스마 상태로 여기시켜 기판 상에 막 또는 패턴을 형성하는 플라스마 처리 장치의 사용이 급증하고 있다. 상기 플라스마 처리 장치는 반도체 기판을 가공하기 위한 공간을 가공 챔버와, 상기 가공 챔버 내부에 배치되며 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 정전척형 히터와, 상기 가공 챔버로 공급된 반응 가스를 플라스마 가스로 형성하기 위한 상부 전극을 포함한다.
상기 정전척형 히터는 정전기력을 이용하여 반도체 기판을 고정하며, 반도체 기판을 소정의 온도로 가열한다. 종래에 개시된 정전척형 히터의 일예로서, 엔지케 이 인슐레이터사(NGK INSULATORS LTD)에게 허여된 일본공개특허 제2001-189378호에는 웨이퍼 흡착 가열 장치가 개시되어 있다. 상기 공개 특허에 개시된 정천척을 비롯한 가열 기능을 갖는 정전척형 히터에는 열선이 내장된다. 이하 도면을 참조하여 종래에 개시된 정전척형 히터에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 종래에 개시된 정전척형 히터를 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시한 정전척형 히터의 수평 단면도를 도시한 것이며, 도 3은 도 1에 도시한 전극과 열선을 설명하기 위한 부분 확대 단면도를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 정전척형 히터(10)는 척 플레이트(20), 열선(30), 전극(40) 및 유전체(50)를 포함한다.
척 플레이트(20)에는 히터 역할을 위한 열선(30)이 매설되고, 그 위에 정전 흡착 기능을 유도하기 위한 전극(40)이 배치된다. 열선(30) 및 전극(40)이 배치된 척 플레이트(20) 상에는 유전체(50)가 배치된다.
도시한 바와 같은, 정전척형 히터(10)에서는 열선(30)이 전극(40) 하부에 위치함에 따라 전체적으로 히터(10)의 부피가 증대되고, 열전달 효율이 저조하다는 문제가 발생된다. 보다 자세하게 설명하면, 열선(30)을 전극(40) 하부에 배치할 경우, 열선(30)과 유전체(50) 상면과의 간격은 전극(40)과 유전체(50) 상면과의 간격보다 더 크다. 따라서 반도체 기판을 일정 온도까지 가열하기 위하여 더 큰 발열이 필요하게 되고, 열선(30)을 더욱 가열하게 된다. 이로 인하여 열선(30)이 과열되어 단선되는 문제가 종종 발생된다. 또한, 이러한 과다 열팽창은 열선(30) 주변의 스 트레스를 유발시켜 척 플레이트(20)에 크랙을 유발시킨다.
또한, 종래의 정전척형 히터(10)에서는 열 전달 효율이 저조함에 따른 반도체 기판의 온도 제어가 어렵다는 문제가 있다. 반도체 기판 가공 공정에서는 반도체 기판을 해당 공정에서 요구하는 일정 온도로 가열 및 유지해야 하는데, 종래의 정전척형 히터(10)는 열 전달 효율이 저조하여 신속한 가열 및 냉각이 어렵게 된다.
그리고 종래의 정전척형 히터(10)는 제조 과정이 어렵고 단가가 높다는 문제가 있다. 보다 자세하게 설명하면, 척 플레이트(20)에 열선(30)을 매립하기 위해서는 척 플레이트(20)의 가공이 필요하며, 이후, 열선(30) 상부에 전극(20)을 평행하기 배치시키기 위해서도 추가적인 가공 공정이 필요하다. 따라서 제조 단가가 상승함은 물론 많은 제조 시간이 필요하다.
현재 반도체 장치가 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 개발됨에 따라 반도체 기판의 가치는 단위 가공 공정을 거칠수록 급격히 높아지고 있다. 하지만 전술한 바와 같은 문제들로 인하여 고가의 반도체 기판들이 손상되거나 폐기되고 있는 실정이며, 이에 대한 대책 마련이 시급하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로서 본 발명의 일 목적은, 반도체 기판 또는 패널 등을 견고하게 고정할 수 있으면서도 효과적으로 가열할 수 있는 정전척형 히터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 정전척형 히터를 이용하여 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 정전척형 히터를 효과적으로 제조할 수 있는 정전척형 히터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전척형 히터는, 척 플레이트, 척 플레이트 상에 형성된 전극, 상기 전극과 중첩되지 않도록 척 플레이트 상에 형성된 발열체 및 전극 및 발열체를 커버하도록 척 플레이트 상에 배치된 유전체를 포함한다. 이 경우, 전극의 상면과 발열체의 상면은 실질적으로 동일 평면 상에 위치하거나, 전극의 하면으로부터 발열체의 상면이 최대 500㎛ 낮게 배치될 수 있다. 전극과 발열체는 이격되는 것이 바람직하며, 발열체는 사행 구조를 가질 수 있다. 전극에는 발열체의 형상과 대응되는 개방부가 형성되고, 발열체는 상기 개방부를 통하여 노출되도록 척 플레이트 상에 배치될 수 있다. 또한, 척 플레이트의 상면에는 발열체의 형상과 대응되는 수용홈이 형성되고, 발열체는 상기 수용홈에 배치될 수 있다. 척 플레이트 및 상기 유전체는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 척 플레이트 상에 전극을 형성하고, 척 플레이트 상에 전극과 중첩되지 않도록 발열체를 형성하며, 전극 및 발열체가 커버되도록 척 플레이트 상에 유전체를 배치한다. 척 플레이트 상에 발열체의 형상과 대응되게 수용홈을 형성하고, 수용홈에 배치된 발열체 상에 매설제를 충진하여 발열체를 매설하고, 매설제가 척 플 레이트와 실질적으로 동일한 상면을 갖거나 발열체가 노출되도록 척 플레이트 상부를 연마할 수 있다. 금속 박판에 발열체의 형상과 대응되게 개방부를 형성하고, 상기 개방부를 통하여 발열체가 노출되도록 척 플레이트 상에 상기 금속 박판을 배치하여 전극을 형성할 수도 있다. 이외에도, 전극 및 발열체는 각각 스크린 프린팅 방식으로도 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치는, 반도체 기판에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 내부에 배치되며, 척 플레이트와, 척 플레이트 상에 형성된 전극과, 상기 전극과 중첩되지 않도록 척 플레이트 상에 형성된 발열체와, 상기 전극 및 발열체를 커버하도록 척 플레이트 상에 배치된 유전체를 포함하는 정전척형 히터, 프로세스 챔버 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부, 그리고 프로세스 챔버 내부의 미 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 가스 배출부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전극과 발열체가 상하로 중첩되지 않도록 배치하여 정전척형 히터의 가열 성능을 향상시킬 수 있다. 반도체 기판을 가열하기 위하여 소요되던 비용 및 시간을 줄일 수 있으며, 결과적으로는 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 정전척형 히터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 제조 장치를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소 개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 도는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척형 히터 및 이의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에 도시한 전극과 발열체를 설명하기 위한 부분 확대 단면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 4에 도시한 전극의 평면도를 도시한 것이며, 도 7은 도 4에 도시한 정전척형 히터의 수직 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 정전척형 히터(100)는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 고정 및 가열하기 위한 장치로서, 척 플레이트(110), 전극(120), 발열체(130), 유전체(140) 및 전원 공급 유닛(150)을 포함한다.
척 플레이트(110)는 전체적으로 원형 블록 형상을 가지며 써포터(105) 상에 배치된다. 척 플레이트(110)는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 척 플레이트(110)는 알루미나(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 알루미늄 나이트라이드(Aluminum Nitride) 등으로 이루어질 수 있다. 척 플레이트(110)는 애노다이징(anodizing) 처리, 소결 처리 등으로 제조될 수 있다.
척 플레이트(110) 상에는 전극(120) 및 발열체(130)가 배치되고, 전극(120) 및 발열체(130)에는 전원 공급 유닛(150)이 각각 연결된다.
전극(120)은 반도체 기판을 정전척형 히터(100)에 고정시키기 위한 자계(electrostatic field)를 생성하기 위하여 이용되며, 발열체(130)는 정전척형 히터(100)에 고정된 반도체 기판을 가열하기 위하여 이용된다.
전극(120)은 전도성 금속류로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 비저항이 적은 텅스텐으로 제조되는 것이 바람직하다. 그리고 발열체(130)는 로듐, 니오브, 이리듐, 레늄, 탄달, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
전극(120) 및 발열체(130)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극(120) 및 발열체(130)는 각기 바 형상(bar type), 링 형상(ring type), 원반 형상(disk type) 등 다양하게 형성될 수 있다. 전극(120)은 약 30 내지 70㎛의 두께를 갖는 금속 박판 또는 금속 매쉬(mesh)로 제조될 수 있다.
전극(120) 및 발열체(130)는 서로 대응된 형상을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발열체(130)가 사행 구조(serpentine)의 와이어 형상을 가질 수 있으며, 전극(120)은 발열체(130)를 노출시키기 위한 개방부(125)가 형성된 원판 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 개방부(125)는 도 6에 도시된 바와 같이 발열체(130)와 대응되는 형상을 갖는다. 개방부(125)는 발열체(130)보다 더 큰 면적을 가져 발열체(130)가 개방부(125)를 통하여 노출되도록 척 플레이트(110) 상에 형성될 수 있다. 즉, 발열체(130)와 전극(120)은 이격되며 상기 이격 거리는 다양하게 조절될 수 있다.
전극(120) 및 발열체(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상하로 서로 중첩되지 않도록 수평방향으로 나란하게 배치된다. 이 경우, 전극(120) 및 발열체(130)는 각각의 상면(121,131)들이 실질적으로 동일한 평면 상에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상면(121,131)들을 실질적으로 동일한 평면 상에 위치시키기 위하여, 전극(120)에 비하여 상대적으로 큰 수직 단면(두께)을 갖는 발열체(130)가 척 플레이트(110)에 매립되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 척 플레이트(110) 상에는 발열체(130)의 형상과 대응되는 수용홈(115)이 형성되고, 발열체(130)가 상기 수용홈(115)에 매립될 수 있다. 이 경우, 발열체(130)의 상면(131)과 전극(120)의 상면(121)이 실질적으로 동일한 평면에 위치하도록 발열체(130)의 상부를 전극(120)의 상면(121)에 맞게 연마할 수도 있다.
수용홈(115)의 형성 여부는 필수 사항이 아니며, 발열체(130)의 형상과 부피에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있을 것이다. 이하, 설명하겠지만, 전극(120) 및 발열체(130)는 척 플레이트(110)와 유전체(140)의 일체 결합을 위하여 척 플레이트(110)의 상면으로부터 일정 높이 이상 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 따라서 전극(120)도 발열체(130)와 유사하게 척 플레이트(110)에 매립될 수도 있다. 전극(120) 및 발열체(130)에는 각각에 파워를 공급하기 위한 전원 공급 유닛(150)이 연결된다.
전원 공급 유닛(150)은 써포터(105) 하부에 구비되며, 써포터(105)를 통하여 전극(120) 및 발열체(130)에 각각 연결된다. 이 경우, 척 플레이트(110)는 전원 공 급 유닛(150) 라인과, 전극(120) 및 발열체(130)를 각각 연결시키기 위한 개구부가 형성될 수도 있다.
전원 공급 유닛(150)은 전극(120) 및 발열체(130)에 각기 다른 전압을 인가하여 자계 및 열을 생성하기 위한 장치로서, 교류 전원(151) 및 직류 전원(152)을 포함한다. 교류 전원(151)은 발열체(130)에 교류 전압을 공급하고, 직류 전원(152)은 전극(120)에 고주파 직류 전압을 공급한다. 보다 발전적으로 발열체(130)에는 발열 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(도시되지 않음)가 연결될 수도 있다.
전극(120) 및 발열체(130)가 형성된 척 플레이트(110)에는, 절연 기능을 하며, 유전체(140)를 척 플레이트(110)에 고정하기 위한 접착제(도시되지 않음)가 도포될 수 있다. 상기 접착제는 필수사항은 아니며, 접착제 없이 척 플레이트(110)와 유전체(140)를 고온으로 압착시켜 일체로 형성할 수 있다.
유전체(140)는 커패시터에서의 유전막과 유사한 기능을 유도하여 정전기장을 형성한다. 따라서 반도체 기판은 유전체(140) 상에 지지 및 고정된다. 유전체(140)는 척 플레이트(110)와 실질적으로 동일한 수평 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 도시된 바와 같이, 척 플레이트(110)가 원반 형상을 가질 경우, 유전체(140)도 원반 형상을 가질 수 있다. 척 플레이트(110) 및 유전체(140)는 반도체 기판보다 큰 수평 단면적을 가질 수 있다.
유전체(140)는 유전 특성을 갖는 재질로 이루어진다. 예를 들어, 유전체(140)는 알루미나(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 알루미늄 나이트라이드(Aluminum Nitride) 등으로 이루어질 수 있다. 유전체(140)는 척 플레이트(110)와 유사하게 원반 형상으로 제조되어 척 플레이트(110)에 일체로 제조되거나, 척 플레이트(110) 상에 유전 페이스트를 도핑하여 제조할 수 있다. 일반적으로 유전체(140)는 척 플레이트(110)와 동일한 재질로 이루어져 유전체(140)와 척 플레이트(110)의 구분이 애매할 수 있으나, 본 실시예에서는 유전체(140)와 척 플레이트(110)를 과장되게 구분하여 도시하였음을 밝혀둔다.
상술한 바와 같이, 전극(120)과 발열체(130)를 중첩되지 않도록 배치할 경우, 열전달 효율을 극대화 시킬 수 있다. 또한, 발열체(130)에 종래보다 적은 전력을 공급하여도 출력을 얻을 수 있어, 비용 절감 및 발열체(130)를 포함한 정전척형 히터(100)의 수명 증대 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 발열체(130)의 발열량 제어를 신속 및 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 전극(120)과 발열체(130)의 배치 구조가 간단화되어 정전척형 히터(100)를 용이하게 제조할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5에 도시된 정전척형 히터(100)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
척 플레이트(110) 상에 전극(120) 및 발열체(130)를 형성한다. 이 경우, 전극(120) 및 발열체(130)의 형성 순서는 실질적으로 무관하다.
척 플레이트(110)에 발열체(130)를 매립하기 위한 수용홈(115)을 가공한다. 수용홈(115)은 발열체(130)의 형상과 대응되는 구조를 가지며, 발열체(130)의 두께(T1)보다 작거나 같은 깊이(D1)로 형성하는 것이 바람직하다. 수용홈(115)을 가공하기 위해서는, 기계 가공, 샌드블러스트(sandblast) 가공 등을 이용할 수 있다. 척 플레이트(110)에 수용홈(115)을 형성하는 공정은 발열체(130)가 전극(120)에 비하여 상대적으로 두꺼운 경우에 선택적으로 수행할 수 있다. 또한, 전극(120)이 비 교적 두꺼운 두께를 가질 경우 전극(120)을 매립하기 위한 홈(도시되지 않음) 가공을 더 수행할 수도 있음을 밝혀둔다.
수용홈(115)을 형성한 후에는, 수용홈(115)에 발열체(130)를 매립한다. 이 경우, 분말 형태의 발열 물질을 수용홈(115)에 고열, 고압으로 분사하거나, 스크린 프린팅하여 발열체(130)를 매립하거나, 마스크(mask) 이용하여 패터닝 방식으로 형성할 수도 있다. 이외에도, 수용홈(115)에 발열체(130)를 형성하고, 상기 발열체(130)가 매설되도록 수용홈(115)에 매설제(도시하지 않음) 충진할 수 있다. 이 경우, 발열체(130)기 노출되기 까지 척 플레이트(110)의 상부를 연마하여 상기 발열체(130)를 노출시키는 단계를 연이어 더 수행할 수 있다.
발열체(130)가 형성된 척 플레이트(110) 상에 전극(120)을 형성한다. 이 경우, 전극(120)이 발열체(130)와 상하로 중첩되지 않도록 형성한다. 또한, 전극(120)이 발열체(130)에 접촉되지 않도록 이격되게 형성한다.
전극(120)은 스크린 프린팅 방법, 마스크 이용한 패터닝 방법, 또는 박판 설치 방법, 매쉬 페이스트 방법 등으로 형성될 수 있다. 일예로, 척 플레이트(110)보다는 작은 면적의 박판에 발열체(130)의 형상과 대응하며, 발열체(130)의 폭 및 길이보다는 큰 수용홈(115)을 형성한다. 발열체(130)가 사행 구조를 가질 경우, 수용홈(115)은 발열체(130)보다 큰 사행 구조로 형성한다. 수용홈(115)이 형성된 전극(120)을 척 플레이트(110) 상에 접합시키되, 발열체(130)가 수용홈(115)을 통하여 노출되도록 한다.
전술한 바와 같이, 발열체(130)를 형성한 후에 전극(120)을 형성할 수도 있 으나, 이와 다르게 전극(120)을 형성한 후에 발열체(130)를 형성할 수도 있다.
이어서, 전극(120) 및 발열체(130)에 전원 공급 유닛(150)을 각각 연결한다. 전극(120)에는 직류 전원(152)을 연결하고 발열체(130)에는 교류 전원(151)을 각각 연결한다. 척 플레이트(110) 상에 복수개의 전극들이 형성된 경우, 상기 전극들에 각기 다른 파워가 공급되도록 전원 공급 유닛(150)을 연결할 수 있다.
전극(120) 및 발열체(130)가 형성된 척 플레이트(110) 상에 유전체(140)를 배치한다. 유전체(140)는 척 플레이트(110)에 고정되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 유전체(140)는 척 플레이트(110)에 고온으로 압착 소결시키거나, 접착제를 도포하여 접합시킬 수도 있다. 이외에도 전극(120) 및 발열체(130)가 형성된 척 플레이트(110) 상에 유전 물질을 도포하여 유전체(140)를 형성할 수도 있다.
이상, 단일 전극을 갖는 정전척형 히터(100)에 대하여 설명하였다. 하지만, 복수 전극을 갖는 정전척형 히터(100)의 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 상기 복수 전극들과 발열체(130)는 실질적으로 동일한 평면 상에 배치된다.
또한, 상기 실시예들에서는 반도체 기판을 가열 및 고정하는 경우에 대하여 설명하였지만, 당업자라면 엘씨디 패널(LCD panel), 피디피 패널(PDP panel) 등을 가열 및 고정하기 위한 목적으로 본 발명을 용이하게 변형시킬 수 있을 것이다. 즉, 전극(120)과 발열체(130)를 중첩되지 않도록 배치하는 다양한 기술들은 본 발명의 범주 내에 속한다고 할 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전척형 히터 및 이의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 부분 확대 단면도를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전척형 히터(200)는 도 4에 도시한 정전척형 히터(100)에 비하여 척 플레이트(210) 및 발열체(230)를 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서 도 4와 동일한 참조 부호에 대한 설명은 생략하지만 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
척 플레이트(210) 상에는 전극(120) 및 발열체(230)가 상하로 서로 중첩되지 않도록 수평방향으로 나란하게 배치된다. 이 경우, 발열체(230)는 상면(231)이 전극(120)의 하면(122)보다 낮게 배치된다. 발열체(230)와 전극(120)의 높이차(H)는 1000㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 열전달 효율의 급격한 감소를 억제하기 위하여 상기 높이차(H)가 500㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
발열체(230)를 전극(120)보다 낮게 배치하기 위해서, 발열체(230)가 척 플레이트(210)에 매립될 수 있다. 이를 위하여, 척 플레이트(210)에는 발열체(230)의 형상과 대응되는 구조를 가지며, 발열체(230)의 두께(T2)보다 긴 깊이(D2)를 갖는 수용홈(215)이 형성된다. 수용홈(215)에 배치된 발열체(230)는 자연적으로 전극(220)보다 낮은 높이를 갖는다.
전극(120)과 발열체(230)는 절연을 위하여 소정 간격 이상 이격되는 것이 바람직하다. 발열체(230)를 전극(120)보다 더 낮은 위치에 배치할 경우, 전극(120)과 발열체(230)의 간격은 증대되어 보다 적절한 절연 효과를 얻을 수 있다. 전극(120)과 발열체(230)이 서로 다른 높이에 배치된다 하더라도 전극(120)과 발열체(230)는 상하로 서로 중첩되지는 않는다. 이하, 도 8에 도시된 정전척형 히터(200)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
정전척형 히터(200)의 제조 방법은 척 플레이트(210) 및 발열체(230)의 제조 방법을 제외하고는 도 4에 도시된 정전척형 히터(100)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서 척 플레이트(210) 및 발열체(230)의 제조 방법에 대해서만 설명하지만 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
척 플레이트(210)에 발열체(230)를 매립하기 위한 수용홈(215)을 가공한다. 수용홈(215)은 발열체(230)의 형상과 대응되는 구조를 가지며, 발열체(230)의 두께(T2)보다는 큰 깊이(D2)로 형성한다. 수용홈(215)을 가공하기 위해서는, 기계 가공, 샌드블러스트 가공 등을 이용할 수 있다.
수용홈(215)을 형성한 후에는, 수용홈(215)에 발열체(230)를 매설한다. 분말 형태의 발열 물질을 수용홈(215)에 고열, 고압으로 분사하거나, 스크린 프린팅하여 발열체(230)를 매립하거나, 마스크 이용하여 패터닝 방식으로 형성할 수도 있다. 이 경우, 수용홈(215)이 이후 수용홈(215)에 배치 또는 형성된 발열체(230)가 척 플레이트(210)보다 500 내지 1000㎛ 내의 높이차(H)를 가질 수 있는 깊이로 형성한다.
발열체(230)가 배치된 수용홈(215)에는 세라믹 분말과 같은 매설제(217)를 충진하여 발열체(230)를 매설하고, 척 플레이트(210)의 평탄화를 위하여 매설제(217)를 포함한 척 플레이트(210)를 연마한다. 따라서 척 플레이트(210)와 발열체(230)의 높이차(W)는 이후 척 플레이트(210) 상에 형성될 전극(120)의 하면(122)과 발열체(230) 상면(231)의 높이차와 실질적으로 동일하게 된다.
본 실시예에 따르면 발열체(230)를 전극(120)보다 더 낮은 위치에 배치하여 보다 적절한 절연 효과를 얻을 수 있다. 따라서 종래보다 열전달 효율을 향상시킬 수 있고, 발열체(230)를 포함한 정전척형 히터(200)의 수명 증대의 효과를 얻을 수 있다. 당연히, 종래보다 소요 비용 및 제조 단가를 낮출 수 있으며, 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전척형 히터를 설명하기 위한 개략적인 부분 확대 단면도를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 정전척형 히터(300)는도 4에 도시한 정전척형 히터(100)에 비하여 척 플레이트(310), 전극(120), 및 발열체(330)를 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서 도 4와 동일한 참조 부호에 대한 설명은 생략하지만 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
척 플레이트(310) 상에는 전극(120) 및 발열체(330)가 상하로 서로 중첩되지 않도록 수평방향으로 나란하게 배치된다. 전극(120)과 발열체(330)는 실질적으로 동일한 두께를 가져, 전극(120)의 상면(311)과 발열체(330)는 상면(331)은 실질적으로 동일한 수평면 상에 배치된다. 전극(120)과 발열체(330)가 실질적으로 동일한 두께를 가지므로, 척 플레이트(310)에 발열체(330)를 매설하기 위한 수용홈을 형성할 필요가 없다.
전극(120)과 발열체(330)를 동일한 두께를 갖도록 형성하기 위해서는, 전극(120)과 발열체(330)를 각각 동일한 두께를 갖는 박판으로 제조할 수 있다. 이외에도 페이스트(paste) 상태의 도전성 물질과 발열 물질을 척 플레이트(310) 상에 각 각 도포하여 전극(120)과 발열체(330)를 형성할 수도 있다. 또는, 스크린 프린팅 방법, 마스크 이용한 패터닝 방법, 또는 박판 페이스트 방법 등으로 전극(120)과 발열체(330)를 형성할 수 있다.
도 10은 도 4에 도시된 정전척형 히터를 갖는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 10을 참조하면, 반도체 제조 장치(401)는, 프로세스 챔버(460), 정전척형 히터(100), 가스 공급부(470) 및 가스 배출부(480)를 포함한다.
프로세스 챔버(460)는 반도체 기판(W)에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 장치로서, 내부에 가공 공정을 수행하기 위한 공간이 마련된다.
프로세스 챔버(460) 내부에는, 척 플레이트(110), 척 플레이트(110) 상에 형성된 전극(120), 전극(120)과 중첩되지 않도록 척 플레이트(110) 상에 형성된 발열체(130) 및 전극(120) 및 발열체(130)를 커버하도록 척 플레이트(110) 상에 배치된 유전체(140)를 포함하는 정전척형 히터(100)가 설치된다. 정전척형 히터(100)에는 전극(120) 및 발열체(130)에 파워를 공급하기 위한 전원 공급 유닛(150)이 연결된다.
정전척형 히터(100)는 가공 공정이 수행되는 동안 반도체 기판(W)을 지지함과 동시에 반도체 기판(W)을 고정한다. 반도체 기판(W)이 배치된 정전척형 히터(100)의 상부에는 샤워 헤드(490)가 구비된다.
샤워 헤드(490)는 전체적으로 실린더 형상을 가지며, 프로세스 챔버(460)의 내측 상부에 배치된다. 샤워 헤드(490)에는 가스 공급 유닛(470)이 연결되어 프로 세스 챔버(460) 내부로 공정 가스들이 공급된다. 샤워 헤드(490)에는 고주파 발생기(도시되지 않음)가 연결될 수도 있다.
가스 공급 유닛(470)은 샤워 헤드(490)를 통하여 프로세스 챔버(460) 내부로 적어도 하나 이상의 공정 가스를 공급한다. 이 경우, 공정 가스들은 독립된 라인을 통하여 공급될 수 있다. 반도체 기판을 가공하기 위한 공정 가스의 종류는 매우 다양하여 이를 다 언급하는 것을 어려우나 당업자라하면 용이하게 이를 이해할 수 있을 것이다.
프로세스 챔버(460)의 바닥에는 상기 반도체 기판(W)을 가공하는 도중에 발생된 미반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 가스 배출부(480)가 설치된다. 가스 배출부(480)는 배출 밸브(482), 진공 펌프(484) 등으로 이루어질 수 있다.
정전척형 히터(100)에 파워가 공급되면, 유전체(140) 상에는 정전기장이 생성되고 상기 정전기장에 의하여 반도체 기판(W)이 유전체(140)에 고정된다. 이와 실질적으로 동시에, 발열체(130)에 파워가 공급되면 반도체 기판(W)은 소정의 온도로 가열된다. 이 경우, 반도체 기판(W)은 종래보다 신속하게 가열된다.
이어서, 샤워 헤드(490)를 통하여 프로세스 챔버(401) 내부로 공급된 공정 가스들에 의하여 소정의 온도로 가열된 반도체 기판(W)이 가공된다. 프로세스 챔버(460) 내부에서 수행될 수 있는 가공 공정의 종류는 매우 다양하다. 예를 들어, 반도체 기판(W)에 상에 소정의 박막을 증착하거나 식각하거나 어닐링 할 수 있다.
본 실시예에서는, 반도체 기판(W)을 가열하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 제조 장치를 도시하였지만, 이와 유사하게 엘씨디 패널(LCD panel), 피디피 패 널(PDP panel) 등을 가열하기 위한 목적으로 본 발명을 용이하게 변형시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전극과 발열체를 중첩되지 않도록 배치함으로써 정전척형 히터의 구조를 간단화 시킬 수 있다. 또한, 열전달 효율을 극대화 시킬 수 있으며, 종래보다 적은 전력으로도 발열체로부터 높은 출력을 얻어낼 수 있다. 이결과, 발열체를 포함한 정전척형 히터의 수명을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발열체의 발열량 제어를 신속 및 용이하게 수행할 수 있다. 최종적으로는 우수한 반도체 장치 및 패널 등을 제조할 수 있다.
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 (14)
- 척 플레이트;상기 척 플레이트 상에 형성된 전극;상기 전극과 중첩되지 않도록 상기 척 플레이트 상에 형성된 발열체; 및상기 전극 및 발열체를 커버하도록 상기 척 플레이트 상에 형성된 유전체를 구비하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극의 상면과 상기 발열체의 상면은 실질적으로 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열체의 상면은 상기 전극의 하면으로부터 최대 500㎛ 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열체는 사행 구조(serpentine)를 갖는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극에는 상기 발열체의 형상과 대응되는 개방부가 형성되고,상기 전극은 상기 개방부를 통하여 상기 발열체가 노출되도록 상기 척 플레 이트 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 척 플레이트의 상에는 상기 발열체의 형상과 대응되는 수용홈이 형성되고,상기 발열체는 상기 수용홈에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 척 플레이트 및 상기 유전체는 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척형 히터.
- 척 플레이트를 준비하는 단계;척 플레이트 상에 발열체를 형성하는 단계;상기 척 플레이트 상에 상기 발열체와 중첩되지 않도록 전극을 형성하는 단계; 및상기 척 플레이트 상에 유전체를 형성하여 상기 전극 및 발열체를 커버하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 척 플레이트 상에 상기 발열체의 형상과 대응되게 수용홈을 형성하는 단계;상기 수용홈에 상기 발열체를 배치하는 단계; 및상기 수용홈에 매설제를 형성하여 상기 발열체를 매립하는 단계를 더 포함하 는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 척 플레이트 상면으로부터 상기 발열체가 노출되도록 상기 매설제를 포함한 상기 척 플레이트 상부를 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 매설제는,상기 수용홈에 세라믹 분말을 충진하고, 상기 충진된 세라믹 분말을 소결시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 전극을 형성하는 단계는,금속 박판 또는 메쉬에 상기 발열체의 형상과 대응되게 개방부를 형성하는 단계; 및상기 개방부를 통하여 상기 발열체가 노출되도록 상기 척 플레이트 상에 상기 금속 박판 또는 메쉬를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 전극 및 발열체는 각각 스크린 프린팅 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척형 히터의 제조 방법.
- 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 프로세스 챔버;상기 프로세스 챔버 내부에 배치되며, ⅰ)척 플레이트, ⅱ)상기 척 플레이트 상에 형성된 전극, ⅲ)상기 전극과 중첩되지 않도록 상기 척 플레이트 상에 형성된 발열체 및 ⅳ)상기 전극 및 발열체를 커버하도록 상기 척 플레이트 상에 배치된 유전체를 포함하는 정전척형 히터;상기 프로세스 챔버 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 그리고상기 프로세스 챔버 내부의 미 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 가스 배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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