KR20070069868A - Wafer cooling system of electrostatic chuck - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 종래의 쿨링방법으로 쿨링워터 홀 및 플래튼 내부의 워터 흐름도,1 is a water flow diagram of a cooling water hole and a platen in a conventional cooling method;
도 2 는 도 1 에서 플래튼 표면의 정착상태도,Figure 2 is a fixing state of the platen surface in Figure 1,
도 3 은 본 발명의 실시예에 관한 정전기척의 웨이퍼 쿨링시스템을 설명하기 위한 구성도,3 is a block diagram for explaining a wafer cooling system of the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention;
도 4 는 본 발명의 정전기척의 웨이퍼 쿨링시스템을 설명하기 위한 접합된 열전소자를 나타낸 작동도이다.4 is an operation diagram showing a bonded thermoelectric element for explaining the wafer cooling system of the electrostatic chuck of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 금속 2 : 냉각부1
3 : 발열부 4 : 열전소자3: heat generating portion 4: thermoelectric element
5 : 보온재5: insulation
10 : 웨이퍼 20 : 써머커플러(TC)10: wafer 20: thermocouple (TC)
30 : 핀샤프트 40 : 리프트 핀30: pin shaft 40: lift pin
50 : 정전기 척 60 : 열전소자 부재50: electrostatic chuck 60: thermoelectric element
본 발명은 열전효과(펠티에효과)를 이용한 정전척(ESC : ELECTROSTATIC CHUCK)의 클램프 쿨링시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a clamp cooling system of an electrostatic chuck (ESC: ELECTROSTATIC CHUCK) using a thermoelectric effect (Peltier effect).
전자 및 컴퓨터 관련제품들의 라디오, 텔레비젼 및 컴퓨터등에 사용되어지는 다이오드, 트랜지스터및 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다.Semiconductor devices, such as diodes, transistors, and thyristors, used in radio, television, and computers of electronic and computer related products, are made from wafers made of discs by thinly cutting columnar rods on which single crystals such as silicon are grown.
즉, 실리콘 웨이퍼가 사진공정, 식각공정및 박막 형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다.That is, a silicon wafer is manufactured through a series of unit processes such as a photo process, an etching process, and a thin film forming process.
그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다.However, with the recent rapid spread of information media such as computers, the semiconductor field is also rapidly developed, and devices using the semiconductor devices are required to operate at high speed and have a large storage capacity. In order to meet these requirements, high integration is essential.
도 1 은 종래의 쿨링방법으로 쿨링워터 홀(HOLE)및 플래튼(PLATEN)내부의 워터 흐름도이고, 도 2 는 도 1 에서 플래튼 표면의 정착상태도이다.1 is a water flow diagram of a cooling water hole (HOLE) and a platen (PLATEN) in a conventional cooling method, and FIG.
즉, 종래의 쿨링 방법은 냉각수를 플래튼 내부에 흘려 냉각하는 방식으로, 상기 플래튼의 온도를 측정하지 않고 쿨링 펌프단에서 온도를 측정하고, 다른 어셈블리를 거친 냉각수가 모이는 곳에서 온도를 측정함으로 상기 플래튼의 온도를 반영한다고 볼 수 없다.That is, the conventional cooling method is to cool the cooling water by flowing the inside of the platen, by measuring the temperature at the cooling pump stage without measuring the temperature of the platen, and by measuring the temperature at the place where the coolant passed through the other assembly It is not considered to reflect the temperature of the platen.
한편, 정전척(ESC)은 반도체 장비 내에서 정전력을 이용해 웨이퍼와 접촉하지 않고도 웨이퍼를 착탈할 수 있는 소모성 부분품을 일컫는다. 반도체 웨이퍼를 흡착하고 유지하는 방법으로는 존슨 라벡력(Johnson-Rahbek force)을 이용한 정전 척을 사용하는 방식이 유용하다. 그러나, 존슨 라벡력 효과와 관련된 힘은 전위차가 가해지는 시간에 따라 증가한다. 전위차가 전극으로부터 제거될 때에, 잔류하는 힘은 시간에 따라 점차 감소할 것이다. On the other hand, an electrostatic chuck (ESC) refers to a consumable part that can be attached to and detached from a wafer without using a constant power in contact with the wafer in semiconductor equipment. As a method of absorbing and retaining a semiconductor wafer, an electrostatic chuck using Johnson-Rahbek force is useful. However, the force associated with the Johnson Lavecque force effect increases with time when the potential difference is applied. When the potential difference is removed from the electrode, the remaining force will gradually decrease with time.
이는 존스 라벡 효과의 힘이 너무 큰 경우, 기판을 유지하거나 그것이 제거되게 하기 위해서 정전기 클램프가 즉각적으로 켜지거나 꺼질 수 없기 때문에, 리소그래피 투영장치에서 다루기 힘들 수 있다. 상기 존슨 라벡 힘이 유전부재를 통해 매우 높은 전류 누설을 허용하거나 오랜 시간 동안 전극 사이에 전위차를 인가하여 너무 커지게 된 경우, 이는 리소그래피 투영장치의 생산성에 역효과를 줄 수 있다. 기판테이블로부터 기판을 제거할 때에는, 존슨 라벡 힘이 기판이 정전기 척으로부터 제거될 수 있는 레벨까지 감소하도록 기다릴 필요가 있다.This can be difficult to handle in a lithographic projection apparatus when the force of the Jones Lavec effect is too large, since the electrostatic clamp cannot be turned on or off immediately to hold the substrate or allow it to be removed. If the Johnson Lavec force is made too large by allowing very high current leakage through the dielectric member or by applying a potential difference between the electrodes for a long time, this may adversely affect the productivity of the lithographic projection apparatus. When removing a substrate from the substrate table, it is necessary to wait for the Johnson Lavec force to decrease to a level at which the substrate can be removed from the electrostatic chuck.
그런데, 종래의 정전기 척(ESC)은 전기적으로 웨이퍼를 척킹(chucking)하는 부분으로, 워터 리크(water leak) 발생의 경우에는 웨이퍼에 손상은 물론 ESC 파워공급에 상당한 손상을 주게 된다However, the conventional electrostatic chuck (ESC) electrically chucks the wafer, and in the case of a water leak, the wafer is damaged as well as the ESC power supply.
또한, 이온 임프랜트(Ion implant)에서 웨이퍼의 쿨링은 매우 중요하다. 디바이스가 고밀도 고집적화되면서 비임 커런트(beam current)를 매우 많이 높여 쓰기 때문에 많은 열이 발생하게 되고, 열에 의한 깊이에 변화가 생기게 된다.In addition, the cooling of the wafer in ion implants is very important. The high density and high integration of the device increases the beam current so much that it generates a lot of heat and changes in depth due to heat.
본 발명은 종래의 쿨링방법이 가지고 있는 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 상기와 같은 도스(dose) 변화에 따른 안정적인 정전척(ESC)의 온도 콘트롤을 위해 열전효과로써 펠리티효과를 이용한 정전척(ESC)의 웨이퍼 쿨링시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the problems of the conventional cooling method, the electrostatic chuck using the pelt effect as a thermoelectric effect for the temperature control of the stable electrostatic chuck (ESC) according to the dose change as described above The purpose is to provide an (ESC) wafer cooling system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 핀샤프트(30)에 의해 구동되는 리피트 핀(40)상에 웨이퍼(10)가 놓여지고, 직류전류가 공급되어지는 열전소자 부재(60)가 정전기 척(50)의 하단에 설치되어 있으며, 상기 정전기 척(50)과 열전소자 부재(60)의 한 부분을 통과하는 써머 커플러(20)가 설치되도록 구비하여; 상기 열전소자 부재(60)의 열전소자(4)를 이용하여 냉각을 할 때 직류 전류를 통해 온도를 콘트롤할 수 있어 정확한 온도 조절을 한 것을 그 특징으로 한다. According to the present invention for achieving the above object, the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명의 실시예에 관한 정전기척의 웨이퍼 쿨링시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 4 는 본 발명의 정전기척의 웨이퍼 쿨링시스템을 설명하기 위한 접합된 열전소자를 나타낸 작동도이다. 디바이스가 고밀도 고집적화되면서 비임 커런트를 매우 많이 높여 쓰기 때문에 많은 열이 발생하게 되고, 열에 의한 깊이(depth)에 변화가 생기게 된다. 본 발명은 이러한 도스(dose) 변화에 따른 안정적 인 정전기 척(ESC : 50)의 온도 콘트롤을 위해 열전효과로써 펠리티효과를 이용한 정전척(ESC)의 웨이퍼 쿨링시스템인 것이다.3 is a configuration diagram for explaining the wafer cooling system of the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention, Figure 4 is an operation diagram showing a bonded thermoelectric element for explaining the wafer cooling system of the electrostatic chuck of the present invention. As devices become dense and highly integrated, the beam current is very high, resulting in a lot of heat and a change in thermal depth. The present invention is a wafer cooling system of an electrostatic chuck (ESC) using a pelicity effect as a thermoelectric effect for temperature control of a stable electrostatic chuck (ESC: 50) according to the dose change.
도 3 에 도시된 웨이퍼(10)는 리프트핀(40)상에 놓여지게 되고, 이 리프트 핀(40)은 핀샤프트(30)에 의해 구동하도록 되어 있다. 그리고, 도 4 와 같이 접합된 열전소자 부재(60)가 정전기 척(50)의 하단에 설치되어 있다. 상기 열전소자 부재(60)로는 직류전류가 공급되고 있고, 상기 웨이퍼(10)가 놓여진 정전기 척(50)과 열전소자 부재(60)의 한 부분을 통과하는 써머 커플러(20)가 설치되어 외부로부터 이 써머 커플러를 콘트롤하게 한다. The
상기 정전기 척(50)의 전극은 열전소자(4)에 연결되는 바, 이는 좌측으로 보온재(5)가 설치되면서 우측 상단의 냉각부(2)와 하단의 발열부(3)가 형성되며 금속(1)이 설치되어 있다. 화살표와 같이 직류전류가 흐르고, 접합배열은 npnpnp 순으로 되어 있다. 상기 열전소자(4)는 펠티에 효과를 사용하고 있다.The electrode of the
따라서, 도 4 에 도시된 바와 같이 접합된 열전소자(4)를 정전기 척(50) 전극 하단에 설치하여, 상기 열전소자(4)에 직류전류를 흘리면 정전기 척(50) 쪽은 냉각이 되며(냉각부(2)), 반대쪽에는 발열이 되게 된다(발열부(3)). 여기서 냉각 날개 또는 수냉으로 되어 있다.Therefore, as shown in FIG. 4, the bonded thermoelectric element 4 is installed at the lower end of the electrode of the
상기 열전소자 부재(60)의 열전소자(4)를 이용하여 냉각을 할 때, 직류 전류를 통해 온도를 콘트롤 할 수 있어 정확한 온도 조절을 할 수 있다. 이것은 냉각부(2)에 써머 커플러(TC : 20)를 설치하여 온도를 검출하고, 이 써머 커플러(TC)의 온도에 의해 직류 전류를 조절할 수 있다.When cooling using the thermoelectric element 4 of the
이상과 같이 구성되는 본 발명은 열전소자를 통한 냉각 방식으로, 정전기 척(ESC)의 전극사이에서 발생하는 워터 리크에 의한 문제를 해결할 수 있으며, 직류 전류를 통한 온도 콘트롤을 통하여 정밀한 온도제어를 할 수 있다.The present invention configured as described above can solve the problem caused by the water leakage generated between the electrodes of the electrostatic chuck (ESC) by the cooling method through the thermoelectric element, and precise temperature control through the temperature control through the direct current Can be.
또한, 본 발명은 쿨링 라인의 부식에 따른 온도차이에 의한 웨이퍼 버닝(wafer burning) 현상을 방지할 수 있다. 이것은 웨이퍼의 정확한 온도 조절을 통한 균일화를 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can prevent the wafer burning (wafer burning) phenomenon due to the temperature difference due to the corrosion of the cooling line. This can improve uniformity through accurate temperature control of the wafer.
본 발명의 정전기척의 웨이퍼 쿨링시스템에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 이 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the wafer cooling system of the electrostatic chuck of the present invention has been described based on the exemplary drawings, this is illustrative of the best embodiments of the present invention and is not intended to limit the claims of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and imitations can be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 펠티에 효과의 열전소자를 통한 냉각 방식을 이용하여 정전기 척(ESC)의 전극사이에서 발생하는 워터 리크에 의한 문제를 해결할 수 있으며, 직류 전류를 통한 온도 콘트롤을 통하여 정밀한 온도제어를 할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, a problem caused by water leakage occurring between the electrodes of the electrostatic chuck (ESC) can be solved by using a cooling method through a Peltier effect thermoelectric element. There is an advantage to precise temperature control.
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KR1020050132453A KR20070069868A (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Wafer cooling system of electrostatic chuck |
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KR1020050132453A KR20070069868A (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Wafer cooling system of electrostatic chuck |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101242451B1 (en) * | 2010-05-18 | 2013-03-12 | 가부시키가이샤 케르쿠 | Temperature adjustment apparatus |
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2005
- 2005-12-28 KR KR1020050132453A patent/KR20070069868A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101242451B1 (en) * | 2010-05-18 | 2013-03-12 | 가부시키가이샤 케르쿠 | Temperature adjustment apparatus |
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