KR20070056561A - 정전척 - Google Patents

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KR20070056561A
KR20070056561A KR1020050115408A KR20050115408A KR20070056561A KR 20070056561 A KR20070056561 A KR 20070056561A KR 1020050115408 A KR1020050115408 A KR 1020050115408A KR 20050115408 A KR20050115408 A KR 20050115408A KR 20070056561 A KR20070056561 A KR 20070056561A
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Abstract

불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화시킬 수 있는 정전척은, 유전 플레이트; 유전 플레이트 내에 수용되며, 적어도 두개의 요철부들이 형성된 전극 구조물; 및 요철부들 상부에 각각 위치하도록 유전 플레이트 상에 형성되어 반도체 기판을 지지하는 지지 부재들을 포함한다. 정전척에는, 전극 구조물의 상면을 덮되 요철부들은 상방으로 노출시키고 유전 플레이트보다 더 큰 체적 저항을 갖는 고저항체가 더 구비될 수 있다. 전극 구조물은 원반 형상을 갖는 하부 전극 및 하부 전극의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 요철부들을 이루는 상부 전극들을 포함할 수 있다. 상부 전극들은 하부 전극 상에 동심원들 따라 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면 반도체 기판을 효과적으로 척킹할 수 있고, 플라스마의 제어 불량 등과 같은 문제 등도 효과적으로 해소할 수 있다.

Description

정전척{ELECTROSTATIC CHUCK}
도 1은 종래에 개시된 정전척을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절개한 수평 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절개한 수평 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절개한 수평 단면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 정전척을 갖는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200,300：정전척 110：척 플레이트
120：유전 플레이트 130,230,330：전극 구조물
131,231,331：하부 전극 135,235,335：상부 전극
136,236,336：요철부 140,340：지지 부재
150：파워 라인 260,360：고저항체
265,365：홀 401：반도체 제조 장치
470：프로세스 챔버 471：배출구
472：샤워 헤드 475：가스 공급부
480：전원 공급 유닛 490：가스 배출부
491：배출 밸브 495：진공 펌프
본 발명은 정전척에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판을 가공하기 위한 프로세스 챔버 내부에 위치되어 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 정전척에 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 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴 을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 세정된 반도체 기판을 건조시키기 위한 건조 공정과, 상기 막 또는 패턴의 결함을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
최근, 플라스마 가스를 이용하여 막을 형성하거나 막을 식각하는 플라스마 처리 장치가 상기 팹 공정에서 주로 사용되고 있다. 상기 플라스마 처리 장치는 반도체 기판을 가공하기 위한 공간을 갖는 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되며 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 정전척과, 상기 프로세스 챔버에 고전위차의 자계를 형성하여 공정 가스를 플라스마 가스로 변환시키기 위한 전원 공급 장치를 포함한다.
상기 정전척은 정전기력을 이용하여 반도체 기판을 고정하며, 반도체 기판은 상기 플라스마 가스에 의해 처리된다. 이 경우, 정전척에는 상기 플라스마 가스의 거동을 조절하기 위한 바이어스 파워가 인가된다. 이하, 도면을 참조하여 종래에 개시된 정전척에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 종래에 개시된 존슨 라벡(Johnson-Rahbek)형 정전척을 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 정전척(10)은 척 플레이트(20), 유전 플레이트(30), 지지 돌기들(35) 및 전극(40)을 포함한다.
척 플레이트(20)는 전체적으로 원통 형상을 갖는 알루미늄으로 이루어지고, 척 플레이트(20) 상에는 유전 플레이트(30)가 배치된다. 유전 플레이트(30)는 척 플레이트(20)보다는 작은 직경의 원통 형상을 갖는 세라믹으로 이루어진다. 전극(40)은 유전 플레이트(30)보다는 작은 직경의 원반 형상을 가지며, 유전 플레이트(30) 내부에 수용된다. 이 경우, 전극(40)에는 정전기력을 발생시키기 위한 직류 전원(50)이 연결된다. 지지 돌기들(35)은 유전 플레이트(30) 상면에 일정 간격으로 형성된다.
정전척(10)에 있어서, 실질적으로 반도체 기판을 척킹하는 것은 지지 돌기들(35)이다. 이러한, 지지 돌기들(35)을 형성하기 위해서 종래에는, 유전 플레이트(30) 상면에 일정 패턴을 마스킹하고, 상기 패턴에 따라 유전 플레이트(30) 표면을 물리적으로 식각하였다. 이 결과, 유전 플레이트(30)의 상면으로부터 돌출된 지지 돌기들(35)이 형성되지만, 유전 플레이트(30)의 상면은 지지 돌기(35)의 높이(d)만큼 낮아지게 된다. 예를 들어, 20 내지 60㎛ 높이의 지지 돌기들(35)을 형성할 경우, 유전 플레이트(30)의 상면은 20 내지 60㎛ 정도로 낮아지게 된다. 유전 플레이트(30) 상면과 전극(40)의 간격이 대략 300 내지 500㎛일 경우, 유전 플레이트(30)의 높이는 약 1/5 내지 1/10 감소하게 된다.
유전 플레이트(30)를 하나의 저항체로 볼 때, 유전 플레이트의 높이 감소는 저항의 감소로 생각할 수 있으며, 그만큼 동일 전압에서의 전류는 증가한다고 할 수 있다.
상기 증가된 전류는 지지 돌기(35)보다 상대적으로 낮은 유전 플레이트(30) 의 상면으로 더 많이 흐르게 된다. 이는, 전극(40)이 유전 플레이트(30) 내에 넓게 배치되어 있기 때문이다. 유전 플레이트(30)의 상면으로 많은 전류가 누설될 경우, 플라스마 매칭 포인트의 불량 등과 같은 많은 문제점들이 유발된다. 일예로, 플라스마 매칭 포인트가 불량할 경우, 플라스마의 거동을 정확하게 제어되지 않아 반도체 기판이 부정확하게 가공된다. 이러한 문제점들은 반도체 칩 불량 귀결된다. 그러나 이를 해소하기 위하여, 전극(40)과 유전 플레이트(30)의 간격을 단순히 늘리게 되면 지지 돌기들(35)에 발생되는 정전기력(척킹력)이 감소하여 반도체 기판이 견고하게 고정되지 않는 또 다른 문제가 야기된다.
지지 돌기 상면과 전극 상면 간의 거리가 척킹력에 연관이 있기 때문에, 전술한 바와 다른 일반적인 지지 돌기 형성 방법에 있어서도 상기 간격은 비교적 좁게 형성된다. 이 경우에도, 유전체의 상면과 전극 상면 간의 거리가, 지지 돌기 상면과 전극 상면 간의 거리보다 가깝게 형성되어 전술한 바와 같은 문제들이 거의 동일하게 발생되고 있는 실정이다.
현재 반도체 장치에 대한 연구 추세에 비추어볼 때 상술한 문제들은 반도체 산업의 발전에 매우 심각한 제한 요인이 되고 있으며, 이는 반드시 해결해야할 과제로 부각되고 있다.
상술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 본 발명의 일 목적은, 반도체 기판을 효과적으로 척킹할 수 있는 정전척을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 정전척을 이용하여 반도체 장치를 우수하게 가공할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전척은, 유전 플레이트; 유전 플레이트 내에 수용되며, 적어도 두개의 요철부들이 형성된 전극 구조물; 및 요철부들 상부에 각각 위치하도록 유전 플레이트 상에 형성되어 반도체 기판을 지지하는 지지(supporting) 부재들을 포함한다.
정전척에는 요철부들이 상방으로 노출되도록 전극 구조물의 상면을 덮으며 유전 플레이트보다 더 큰 체적 저항을 갖는 고저항체가 더 구비될 수 있다. 전극 구조물은 원반 형상을 갖는 하부 전극 및 하부 전극의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 요철부들을 이루는 상부 전극들을 포함할 수 있다. 상부 전극들은 하부 전극 상에 동심원들 따라 형성될 수 있다.
그리고 상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치는, 플라스마를 이용한 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버; 프로세스 챔버 내부에 배치되며, ⅰ)유전 플레이트, ⅱ)유전 플레이트 내에 수용되며, 적어도 두개의 요철부들이 형성된 전극 구조물 및 ⅲ)요철부들 상부에 각각 위치하도록 유전 플레이트 상에 형성되어 반도체 기판을 지지하는 지지 부재들을 포함하는 정전척; 정전척에 고전압을 인가하기 위한 전원 공급 유닛; 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, 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화시킬 수 있다. 따라서 누설 전류로 야기되는 플라스마 매칭 포인트 불량 등과 같은 문제점들을 효과적으로 해소할 수 있다. 결과적로는 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 정전척 및 이를 포함하는 반도체 제조 장치를 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2에 도시한 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절개한 수평 단면도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 정전척(100)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판을 고정하기 위한 장치로서, 척 플레이트(110), 유전 플레이트(120), 전극 구조물(130), 및 지지 부재들(140)을 포함한다.
척 플레이트(110)는 유전 플레이트(120), 전극 구조물(130) 및 지지 부재들 (140)을 지지하기 위한 장치로서, 전체적으로 반도체 기판보다 큰 직경의 원기둥 형상을 갖는다. 척 플레이트(110) 내에는 전극 구조물(130)에 직류 전압을 인가하기 위한 파워 라인(150)이 배치된다. 척 플레이트(110)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
유전 플레이트(120)는 척 플레이트(110)보다는 작은 직경의 원기둥 형상을 가지며, 척 플레이트(110) 상에 배치된다. 유전 플레이트(120)는 유전 특성을 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들어, 유전 플레이트(120)는 비교적 체적 저항이 1E8 내지 1E14 Ω.㎝ 정도로 낮은 유전 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 유전 플레이트(120)는 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유전 플레이트(120)는 알루미늄 나이트라이드(Aluminum nitride, AIN), 알루미나(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3) 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 유전 플레이트(120)에는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 아연(Zn) 등의 불순물이 더 포함될 수도 있다. 유전 플레이트(120) 내에는 전극 구조물(130)이 배치된다.
전극 구조물(130)은 정전장(electrostatic field)을 생성하기 위한 장치로서, 도전성 금속으로 이루어진다. 예를 들어, 전극 구조물(130)은 비저항이 비교적 적은 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 전극 구조물(130)에는 적어도 두개 이상의 요철부들(136)이 형성된다. 전극 구조물(130)은 요철부들(136)이 상부를 향하도록 유전 플레이트(120) 내에 수평 배치된다. 이 경우, 유전 플레이트(120) 내에서의 전극 구조물(130)의 위치는 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극보다 낮게 배치한다. 전극 구조물(130)은 하부 전극(131)과 상부 전극들(135)로 나눌 수 있다.
하부 전극(131)은 전체적으로 유전 플레이트(120) 보다는 작은 직경의 원반 형상을 갖는다. 상부 전극(135)은 하부 전극(131)의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 요철부(136)를 이루게 된다. 상부 전극(135)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(135)은 원기둥, 사각 기둥과 같은 형상을 가질 수 있으며, 다층으로도 형성될 수 있다.
상부 전극(135)은 하부 전극(131) 상에 복수개 형성된다. 이 경우, 상부 전극(135)은 다수의 동심원들을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상부 전극(135)의 개수 즉, 요철부(136)의 개수는 이하 설명될 지지 부재들(140)의 개수와 동일한 것이 바람직하다. 그리고 상부 전극(135)의 수평 단면적은 지지 부재(140)의 수평 단면적과 유사한 단면적을 갖는 것이 바람직하다.
하부 전극(131)과 상부 전극(135)은 실질적으로 동일한 재질로 이루어진다. 이를 위하여, 하부 전극(131)과 상부 전극(135)은 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 초음파, 레이저, 드릴링 등과 같은 방법으로 원통형 도전체를 패터닝하여 하부 전극(131)과 상부 전극(135)을 일체로 형성할 수 있다. 또는, 도전 물질을 소결 가공하여 하부 전극(131)과 상부 전극(135)을 일체로 형성할 수도 있다. 이와 다르게, 하부 전극(131)과 상부 전극(135)은 개별적으로 형성되어 접합될 수 있음을 밝혀둔다. 당업자라면 도 2 및 도 3에 도시된 전극 구조물(130)의 형상을 참조하여, 다양한 방법으로 전극 구조물(130)을 제조할 수 있을 것이다.
하부 전극(131)의 상면과 상부 전극(135)의 상면은 유전 플레이트(120)의 상 면에 대하여 서로 다른 높이를 갖는다. 하부 전극(131) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제1 간격(d11)은 상부 전극(135) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제2 간격(d12)보다 더 넓다. 이하 설명하겠지만, 제1 간격(d11)이 제2 간격(d12)보다 더 넓게 형성함으로써, 유전 플레이트(120)의 상면으로 누설되는 전류를 줄이거나 조절할 수 있다. 전극 구조물(130)이 삽입된 유전 플레이트(120) 상에는, 지지 부재들(140)이 형성된다.
지지 부재들(140)은 반도체 기판의 하면에 접촉하여 상기 반도체 기판을 접촉하는 장치로서, 유전 플레이트(120)의 상면으로부터 돌출되게 형성된다. 지지 부재들(140)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 부재들(140)은 원기둥, 사각 기둥 등과 같은 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 지지 부재들(140)과 상부 전극들(135)은 유사한 형상을 갖는다.
지지 부재들(140)은 유전 플레이트(120) 상에 복수개 형성된다. 이 경우, 지지 부재들(140)은 다수의 동심원들을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 지지 부재(140)의 개수는 상부 전극(135)의 개수 즉, 요철부(136)의 개수와 동일한 것이 바람직하다. 또한, 지지 부재들(140)은 상부 전극들(135) 상부에 각각 위치하도록 유전 플레이트(120) 상에 형성된다. 즉, 지지 부재들(140)의 하부에는 전극 구조물(130)의 상부 전극들(135)이 위치하게 된다. 이 경우, 지지 부재(140)와 동일 수직 축선 상에 배치되는 상부 전극(135)은 지지 부재(140)와 유사한 수평 단면적을 갖는다.
지지 부재들(140)은 유전 플레이트(120)와 실질적으로 동일한 재질로 이루어진다. 이를 위하여, 지지 부재들(140)과 유전 플레이트(120)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 샌드 블래스터(sand blaster)를 이용하여 유전 플레이트(120)를 패터닝하여 지지 부재들(140)을 유전 플레이트(120)에 일체로 형성할 수 있다. 이 경우, 유전 플레이트(120) 상면은 지지 부재들(140)을 형성하기 전보다 낮아지게 되고, 유전 플레이트(120) 상면과 전극 구조물(130)의 간격이 줄어들게 된다. 이로써, 종래의 정전척에서는 유전 플레이트(120) 상면으로 불필요한 누설 전류가 발생되었으나, 본 실시예에 따른 정전척(100)에서는 전극 구조물(130)이 유전 플레이트(120) 내에 충분히 낮게 배치되어 있으며, 제1 간격(d11)이 제2 간격(d12)보다 더 넓게 형성되어 유전 플레이트(120) 상면으로 불필요한 누설 전류가 발생되지 않는다.
지지 부재들(140)의 높이는 반도체 기판과 유전 플레이트(120) 상면의 간격을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다. 바람직하게, 지지 부재들(140)은 제1 간격(d11)이 상부 전극(135) 상면과 지지 부재(140) 상면과의 제3 간격(d13)과 실질적으로 동일하게 맞추는 높이로 형성된다. 그러나 제1 간격(d11)이 제3 간격(d13) 보다 클 수 있음을 밝혀둔다.
전극 구조물(130)에 공급된 전류는, 상부 전극들(135) 상부에 위치하는 지지 부재들(140)로 유도되어 지지 부재들(140)에 적절한 척킹력이 발생하게 된다.
이외에도, 지지 부재들(140)은 유전 플레이트(120)와 상이한 재질로 이루어질 수 있으며, 유전 플레이트(120)와 개별적으로 형성하여 유전 플레이트(120) 상 에 접합시킬 수도 있음을 밝혀둔다.
본 실시예에 따른 정전척(100)은 쿨롱형 정전척에 비하여 반도체 기판과의 접촉 면적이 상대적으로 적어 스티킹(sticking)과 같은 문제는 발생되지 않는다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 정전척(100)에 반도체 기판을 가열하기 위한 히팅 부재와 반도체 기판을 로딩 및 언로딩하기 위한 리프트 핀이 더 배치될 수도 있음을 밝혀둔다. 또한, 본 실시예에 따른 정전척(100)을 히터로 사용할 경우, 척 플레이트(110)가 이용되지 않을 수 있음을 밝혀둔다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에 도시한 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절개한 수평 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 정전척(200)은 도 2 및 도 3에 도시한 정전척(100)에 비하여 전극 구조물(230) 및 고저항체(260)를 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서 도 2 및 도 3과 동일한 참조 부호에 대한 설명은 생략하지만 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
유전 플레이트(120) 내에는 전극 구조물(230)과 고저항체(260)가 배치된다. 전극 구조물(230)에는 적어도 두개 이상의 요철부들(236)이 형성된다. 전극 구조물(230)은 요철부들(236)이 상부를 향하도록 유전 플레이트(120) 내에 수평 배치된다. 이 경우, 유전 플레이트(120) 내에서의 전극 구조물(230)의 위치는 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극과 유사하게 배치할 수 있다. 그러나 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화하기 위하여, 전극 구조물(230)은 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극 보다 낮게 배치하는 것이 바람직하다. 전극 구조물(230)은 하부 전극(231)과 상부 전극들(235)로 나눌 수 있다.
하부 전극(231)은 전체적으로 유전 플레이트(120) 보다는 작은 직경의 원반 형상을 갖는다. 상부 전극(235)은 하부 전극(231)의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 요철부(236)를 이루게 된다. 하부 전극(231) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제1 간격(d21)은 상부 전극(235) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제2 간격(d22)보다 더 넓다.
고저항체(260)는 상부 전극(235)을 제외한 전극 구조물(230)이 차폐되도록 하부 전극(231) 상에 배치된다. 이를 위하여, 고저항체(260)는 도 5에 도시된 바와 같이 상부 전극들(235)과 동일한 개수 및 형상의 홀들(265)이 형성된 원판으로 제조될 수 있다. 따라서 고저항체(260)가 하부 전극(231) 상에 배치되어도 상부 전극들(235)의 상부는 노출된다.
고저항체(260)는 상부 전극(235)과 유사한 높이를 가질 수 있다. 그러나 고저항체(260)가 상부 전극(235)보다 낮게 형성될 수도 있음을 밝혀둔다. 전술한바 외에도 고저항체(260)는 다양한 높이 및 다양한 형상을 가질 수 있음을 밝혀둔다.
고저항체(260)는 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화시키기 위하여 하부 전극(231)의 상부를 차폐하는 부재로서, 유전 플레이트(120)보다 더 큰 체적 저항을 갖는 재질로 이루어진다. 예를 들어, 유전 플레이트(120)의 체적 저항이 1E8 내지 1E14 Ω.㎝ 정도일 경우, 고저항체(260)는 1E14 내지 1E17 Ω.㎝ 정도의 체적 저항을 갖는 유전 물질로 이루어질 수 있다. 유전 플레이트(120) 내에 고저항체(260)를 형성하는 방법은 다양하다. 이하, 유전 플레이트(120) 내에 고저항체(260) 및 전극 구조물(230)을 형성하는 일 방법을 설명한다.
우선, 소정의 두께로 1차 유전 플레이트를 형성한 다음, 상기 1차 유전 플레이트와 동일한 직경으로 형성된 고저항체(260)를 상기 1차 유전 플레이트 하면에 접합시킨다. 이 경우, 고온 고압을 이용한 소결 방법을 이용하여 상기 1차 유전 플레이트와 고저항체(260)를 접합시킬 수 있다.
다음으로, 고저항체(260) 중 상부 전극들(235)이 위치할 곳에 홀들(265)을 가공한다. 홀들(265)의 직경 및 위치는 상기 1차 유전 플레이트의 상면에 형성된 지지 부재들(140)에 대응하게 형성한다. 이 경우, 초음파, 레이저, 드릴링 가공 등을 이용할 수 있다. 또한, 상부 전극(235)의 높이가 고저항체(260)의 두께를 초과할 경우, 고저항체(260)를 관통하여 상기 1차 유전 플레이트까지도 식각하도록 홀들(265)을 형성할 수 있다.
이어서, 고저항체(260)의 하부에 전극 구조물(230)을 형성한다. 전극 구조물(230)은 홀들(265)을 충분히 매립할 수 있으며, 고저항체(260)의 하면으로부터 소정의 두께를 갖도록 형성한다.
마지막으로 전극 구조물(230)을 커버하도록 고저항체(260) 및 전극 구조물(230) 하면에 2차 유전 플레이트를 형성한다. 이 경우에도 고온 고압을 이용할 수 있다. 이 결과, 고저항체(260) 및 전극 구조물(230)이 수용된 유전 플레이트(120)가 제작된다. 전술한 바와 같이, 유전 플레이트(120)는 1차 및 2차 유전 플레이트 들로 구성될 수 있으며, 전술한 방법 외에 다른 방법을 이용하여 유전 플레이트(120) 내에 고저항체(260) 및 전극 구조물(230)을 형성할 수도 있음을 밝혀둔다.
고저항체(260) 및 전극 구조물(230)이 삽입된 유전 플레이트(120) 상에는, 지지 부재들(140)이 형성된다.
지지 부재들(140)의 하부에는 전극 구조물(230)의 상부 전극들(235)이 위치하게 된다. 이 경우, 지지 부재(140)와 동일 수직 축선 상에 배치되는 상부 전극(235)은 지지 부재(140)와 유사한 단면적을 갖는다. 지지 부재들(140)은 반도체 기판과 유전 플레이트(120) 상면의 간격을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다. 바람직하게, 지지 부재들(140)은 제1 간격(d21)이 상부 전극(235) 상면과 지지 부재(140) 상면과의 제3 간격(d23)과 실질적으로 동일하게 맞추는 높이로 형성된다. 그러나 제1 간격(d21)이 제3 간격(d23) 보다 클 수 있음을 밝혀둔다.
본 실시예에 따른 정전척(200)에서는 전극 구조물(230)이 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극보다 낮게 배치하지 않아도, 고저항체(260)에 의하여 하부 전극(231)의 상부가 차폐됨으로써 불필요한 누설 전류가 발생되지 않는다. 이는, 하부 전극(231)의 상면으로부터 유전 플레이트(120)의 상면으로 누출되던 누설 전류가 고저항체(260)에 차폐되기 때문이다. 전극 구조물(230)에 공급된 전류는, 상부 전극(235)과 상부에 위치한 지지 부재들(140)로 유도되어, 지지 부재들(140)에 충분한 척킹력이 발생하게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 개략적인 수직 단면도를 도시한 것이고, 도 7은 도 6에 도시한 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절개한 수평 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전척(300)은 도 2 및 도 3에 도시한 정전척(100)에 비하여 전극 플레이트(330), 지지 부재(340), 및 고저항체(360)를 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서 도 2 및 도 3과 동일한 참조 부호에 대한 설명은 생략하지만 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
유전 플레이트(120) 내에는 전극 구조물(330)과 고저항체(360)가 배치된다. 전극 구조물(330)에는 적어도 두개 이상의 요철부들(336)이 형성된다. 전극 구조물(330)은 요철부들(336)이 상부를 향하도록 유전 플레이트(120) 내에 수평 배치된다. 이 경우, 유전 플레이트(120) 내에서의 전극 구조물(330)의 위치는 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극과 유사하게 배치할 수 있다. 그러나 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화하기 위하여, 전극 구조물(330)은 도 1에 도시된 종래의 정전척의 전극 보다 낮게 배치하는 것이 바람직하다. 전극 구조물(330)은 하부 전극(331)과 상부 전극들(335)로 나눌 수 있다.
하부 전극(331)은 전체적으로 유전 플레이트(120) 보다는 작은 직경의 원반 형상을 갖는다. 상부 전극(335)은 하부 전극(331)의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 요철부(336)를 이루게 된다.
상부 전극(335)은 유전 플레이트(120) 상에는 일정길이 이상 연속적되게 형성된다. 상부 전극(335)은 유전 플레이트(120) 상에 복수개 형성될 수 있다. 이 경우, 상부 전극들(335)의 간격은 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극 (335)은 도시된 바와 같이 전체적으로 링 형상을 가지며, 하부 전극(331) 상에 동심원을 따라 복수개 배치될 수 있다. 그러나 상부 전극(335)은 바(bar) 형상으로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
상부 전극(335)은 다양한 수직 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(335)은 원형 또는 다각형의 수직 단면을 가질 수 있다. 또한, 상부 전극들(335)의 간격 및 각 상부 전극들(335)의 높이는 다양하게 조절될 수 있다. 상부 전극(335)은 반도체 기판과 유전 플레이트(120) 상면의 간격을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다.
상부 전극(335)은 전극 구조물(330)이 유전 플레이트(120) 내에 비교적 낮게 배치되므로, 이후 설명할 고저항체(360)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 상부 전극(335)이 고저항체(360)와 유사한 높이로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
고저항체(360)는 상부 전극(335)을 제외한 전극 구조물(330)이 차폐되도록 하부 전극(331) 상에 배치된다. 이를 위하여, 고저항체(360)는 도 7에 도시된 바와 같이 상부 전극들(335)과 동일한 개수 및 형상의 홀들(365)이 형성된 원판 형상으로 제조될 수 있다. 따라서 고저항체(360)가 하부 전극(331) 상에 배치되어도 상부 전극들(335)의 상부는 노출된다.
고저항체(360)는 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 최소화시키기 위하여 하부 전극(331)의 상부를 차폐하는 부재로서, 유전 플레이트(120)보다 더 큰 체적 저항을 갖는 재질로 이루어진다. 예를 들어, 고저항체(360)는 1E14 내지 1E17 Ω. ㎝ 정도의 체적 저항을 갖는 유전 물질로 이루어질 수 있다. 유전 플레이트(120) 내에 고저항체(360)를 형성하는 방법은 다양하여 이를 설명하지는 않지만, 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
고저항체(360) 및 전극 구조물(330)이 삽입된 유전 플레이트(120) 상에는 지지 부재들(340)이 연속적으로 형성된다. 예를 들어, 지지 부재들(340)은 링 또는 바(bar) 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 지지 부재들(340)은 상부 전극들(335)과 유사하게 형성된다. 즉, 상부 전극들(335)이 링 형상을 가질 경우, 지지 부재들(340)도 링 형상을 가질 수 있다.
각 지지 부재들(340)은 다양한 수직 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 원형 또는 다각형의 수직 단면을 가질 수 있다. 상부 전극(335)과 동일 원주선 상에 배치되는 지지 부재(340)는 유사한 단면적을 갖는다. 바람직하게는, 상부 전극들(335)과 동일 원주선 상에 배치되는 지지 부재들(340)은 상부 전극들(335)보다 큰 수평 단면적을 갖는다.
하부 전극(331)의 상면과 상부 전극(335)의 상면은 유전 플레이트(120)의 상면에 대하여 서로 다른 높이를 갖는다. 하부 전극(331) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제1 간격(d131)은 상부 전극(335) 상면과 유전 플레이트(120) 상면과의 제2 간격(d32)보다 더 넓다. 또한, 상부 전극(335) 상면과 지지 부재(340) 상면과의 제3 간격(d33)은 제1 간격(d31)보다 좁다. 그러나 제3 간격(d33)과 제1 간격(d31)은 유사하게 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
본 실시예에 따른 정전척(300)에서는 지지 부재들(340)이 일정 길이로 연속적으로 형성되어 반도체 기판을 보다 견고하게 고정할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 정전척(300)에서는 고저항체(360)가 상부 전극들(335)들을 제외한 하부 전극(331)을 효과적으로 차폐함으로써, 불필요한 누설 전류가 누출되는 것 최소화 시킬 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 정전척을 갖는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 반도체 제조 장치(401)는 정전척(100), 프로세스 챔버(470), 가스 공급부(475), 전원 공급 유닛(480) 및 가스 배출부(490)를 포함한다.
프로세스 챔버(470)는 플라스마(plasma)를 이용한 반도체 기판 가공 공정을 수행하기 위한 장치로서, 내부에 가공 공정을 수행하기 위한 공간이 마련된다. 프로세스 챔버(470) 내부에는, 척 플레이트(110), 유전 플레이트(120), 전극 구조물(130) 및 지지 부재들(140)을 포함하는 정전척(100)이 설치된다.
정전척(100)은 정전기력을 이용하여 가공 공정이 수행되는 동안 반도체 기판(W)을 지지 및 고정한다. 정전척(100)에는 고전압의 바이어스 파워를 인가하기 위한 전원 공급 유닛(480)이 연결된다.
반도체 기판(W)이 배치된 정전척(100)의 상부에는 샤워 헤드(472)가 구비된다. 샤워 헤드(472)는 전체적으로 실린더 형상을 가지며, 프로세스 챔버(470)의 내측 상부에 배치된다. 샤워 헤드(472)에는 가스 공급 유닛(475)이 연결되어 프로세 스 챔버(460) 내부로 공정 가스들이 공급된다. 이 경우, 샤워 헤드(472)는 접지되거나 고주파 발생기(도시되지 않음)가 연결될 수도 있다.
가스 공급 유닛(475)은 샤워 헤드(472)를 통하여 프로세스 챔버(470) 내부로 적어도 하나 이상의 공정 가스를 공급한다. 이 경우, 공정 가스들은 독립된 라인을 통하여 공급될 수 있다. 반도체 기판(W)을 가공하기 위한 공정 가스의 종류는 매우 다양하여 이를 다 언급하는 것을 어려우나 당업자라하면 용이하게 이를 이해할 수 있을 것이다.
프로세스 챔버(470)의 일측에는 반도체 기판(W)을 가공하는 도중에 발생된 미반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 배출구(471)가 형성되고, 배출구(471)에는 가스 배출부(490)가 설치된다. 가스 배출부(490)는 배출 밸브(491), 진공 펌프(495) 등으로 이루어질 수 있다.
파워 라인(150)을 통하여 전극 구조물(130)에 파워가 공급되면, 유전체 플레이트(120) 상에는 지지 부재들(140)에 정전기장이 생성되고, 상기 정전기장에 의하여 반도체 기판(W)이 정전척(100)에 고정된다.
전원 공급 유닛(480)을 통하여 정전척(100)에 고전압의 바이어스 파워를 인가되면, 프로세스 챔버(470) 내에는 고 전위차의 자계가 조성된다. 샤워 헤드(472)를 통하여 프로세스 챔버(470) 내부로 공급된 공정 가스들은 상기 자계에 노출되어 플라스마 상태로 여기 되고, 플라스마 내의 이온들이 정전척(100)으로 유도되어 반도체 기판(W)이 가공된다. 이 경우, 정전척(100)에는 불필요한 누설 전류가 발생하지 않아 프로세스 챔버(470) 내에 목표하는 에너지 준위의 플라스마가 여기될 수 있다. 또한, 플라스마의 거동도 정확하게 조절할 수 있다. 따라서 반도체 기판(W)이 정확한 공정 조건 하에서 가공될 수 있고, 결과적으로는 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 유전 플레이트 상면과 전극의 간격을 지지 부재와 전극의 간격보다 더 크게 형성하거나, 고저항체를 전극 상에 부분적으로 배치하여 불필요한 누설 전류가 발생되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서 반도체 기판을 효과적으로 척킹할 수 있으며, 된다. 불필요한 누설 전류로 인한 플라스마의 제어 불량 등과 같은 문제 등을 효과적으로 해소할 수 있다. 나아가 반도체 기판을 정확하게 가공할 수 있어, 우수한 반도체 장치를 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 (7)

  1. 유전 플레이트;
    상기 유전 플레이트 내에 수용되며, 적어도 두개의 요철부들이 형성된 전극 구조물; 및
    상기 요철부들 상부에 각각 위치하도록 상기 유전 플레이트 상에 형성되어 기판을 지지하는 지지 부재들을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부들은 상방으로 노출되도록 상기 전극 구조물의 상면을 덮으며 상기 유전 플레이트보다 더 큰 체적 저항을 갖는 고저항체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 구조물은,
    원반 형상을 갖는 하부 전극; 및
    상기 하부 전극의 상면으로부터 돌출되게 형성되어 상기 요철부들을 이루는 상부 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 전극들은 상기 하부 전극 상에 동심원들을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 지지 부재와 동일 수직 축선 상에 배치되는 상기 각 요철부는 상기 각 지지 부재와 같거나 작은 수평 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유전 플레이트 하부에 배치되어 상기 유전 플레이트를 지지하는 척 플레이트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  7. 플라스마를 이용한 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내부에 배치되며, ⅰ)유전 플레이트, ⅱ)상기 유전 플레이트 내에 수용되며, 적어도 두개의 요철부들이 형성된 전극 구조물 및 ⅲ)상기 요철부들 상부에 각각 위치하도록 상기 유전 플레이트 상에 형성되어 반도체 기판을 지지하는 지지 부재들을 포함하는 정전척;
    상기 정전척에 고전압을 인가하기 위한 전원 공급 유닛;
    상기 프로세스 챔버 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 그리고
    상기 프로세스 챔버 내부의 미 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위한 가스 배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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