KR20080029425A - 정전척 - Google Patents

Abstract

반도체 기판을 균일하게 냉각시키기 위한 정전척은, 대상체가 안착되는 플레이트와, 상기 플레이트의 내부에서 상기 플레이트의 직경방향을 따라 형성된 제 1 냉각 라인 및 상기 플레이트의 내부에 동심원 형태로 형성되고, 상기 제 1 냉각 라인과 연통된 다수의 제 2 냉각 라인을 포함한다. 따라서, 냉각 라인의 길이를 최소화하여 냉각 라인 상에서 냉매의 온도 차를 최소화하고, 반도체 기판 전면을 균일하게 냉각시킬 수 있다.

Description

정전척{electrostatic chuck}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척을 포함하는 반도체 제조 장치의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 정전척을 도시한 평면도이다.

도 3은 종래의 정전척에 의한 반도체 기판 상의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척에 의한 반도체 기판 상의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 챔버 2 : 하부전극

3 : 반도체 기판 4 : 가스 공급부

5 : 고주파 인가부 6 : 진공 형성부

7 : 진공펌프 10 : 정전척

11 : 제 1 냉각 라인 12 : 제 2 냉각 라인

15 : 플레이트 16 : 유입부

17 : 회수부

본 발명은 반도체 제조 장치에서 반도체 기판을 고정시키는 정전척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판을 냉각시키기 위한 냉각 라인을 구비하는 정전척(electrostatic chuck)에 관한 것이다.

최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 공정 기술이 발전되고 있다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 기판 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 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 패턴을 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 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 반도체 기판을 이동시키거나, 공정 챔버 내부에서 제조 공정이 진행되는 동안 상기 반도체 기판을 고정하기 위한 장치가 제공된다. 일반적으로 상기 기판 지지 장치로는 기계식 척과 정전척 및 진공척이 사용된다.

상기 기계식 척은 암(arm) 또는 클램프를 통해 반도체 기판을 물리적으로 가압하여 고정시키는 장치이다. 상기 정전척은 반도체 기판과 척 표면 사이에 전압차를 발생시킴으로써 전기적으로 상기 반도체 기판을 고정시키는 장치이다. 상기 진공척은 척 표면과 반도체 기판 사이에 진공을 제공함으로써 상기 반도체 기판을 흡착 고정시키는 장치이다.

상기 정전척은 상기 반도체 기판에 정전기력을 가하여 고정시키는 고정부와, 냉매를 공급하여 상기 정전척 및 상기 정전척에 고정된 반도체 기판을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.

상기 냉각부는 헬륨(He) 등의 냉매를 상기 정전척으로 공급하고 순환시키는 냉각 라인을 포함하고, 상기 냉매가 상기 냉각 라인을 따라 유동함에 따라 상기 정전척의 표면을 냉각시키고, 더불어, 상기 정전척과 접촉되어 있는 반도체 기판을 냉각 시킨다.

그런데, 상기 냉각 라인 상에서 냉매가 배출되는 회수부에서의 냉매 온도가 상기 냉매가 유입되는 유입부의 냉매 온도에 비해 상승하게 되므로, 상기 정전척 상에서 상기 냉각 라인의 유입부와 회수부 부분의 온도 차이가 커지는 문제점이 있 다. 또한, 상기 냉각 라인의 길이가 길어질수록 상기 유입부와 회수부의 냉매 온도차가 커지고 불균일도 더 심해진다.

한편, 상기와 같은 정전척 및 상기 반도체 기판의 국부적인 온도 불균일은 해당 반도체 제조 공정이 제대로 수행되지 않고 불량이 발생하는 원인이 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판 전면을 균일하게 냉각시키는 냉각 라인을 포함하는 정전척을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 정전척은, 대상체가 안착되는 플레이트와, 상기 플레이트의 내부에서 상기 플레이트의 직경방향을 따라 형성된 제 1 냉각 라인 및 상기 플레이트의 내부에 동심원 형태로 형성되고, 상기 제 1 냉각 라인과 연통된 다수의 제 2 냉각 라인을 포함한다.

상기 제 1 냉각 라인의 일 단부에는 냉매가 공급되는 유입부가 형성되고, 상기 제 1 냉각 라인의 타단부에는 상기 냉매가 상기 정전척 외부로 배출되는 회수부가 형성됨이 바람직하다.

상기 제 2 냉각 라인은 양쪽 단부가 상기 제 1 냉각 라인과 연통하는 반원형으로 형성됨이 바람직하며, 특히, 상기 제 2 냉각 라인은 상기 제 1 냉각 라인의 양쪽 방향에서 대칭적으로 분지됨이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전척에 대해 상세 히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)을 설명하기 위한 반도체 제조 장치의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 정전척(10)을 도시한 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 제조 장치는, 반도체 기판(3)에 대한 가공 공정이 수행되는 챔버(1)와, 상기 챔버(1) 내부에 구비되고 상기 반도체 기판(3)을 고정시키는 정전척(10)을 포함한다.

이하, 상기 반도체 제조 장치는, 상기 챔버(1) 내부에 플라즈마를 발생시켜 상기 반도체 기판(3)을 건식 식각하는 건식 식각 장치를 예로 들어 설명한다.

상기 챔버(1)의 일측에는 상기 챔버(1)의 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원을 인가하는 고주파 인가부(5)와 가스 공급부(4)가 구비된다. 또한, 상기 챔버(1) 내부에 진공을 형성하기 위한 진공 펌프(7)를 포함하는 진공 형성부(6)가 구비된다.

상기 정전척(10)은 정전기력에 의해 상기 반도체 기판(3)을 고정시키는 장치 로서, 상기 반도체 기판(3)이 안착되는 플레이트(15)와, 상기 플레이트(15) 내부에 형성되고, 상기 정전척(10) 및 반도체 기판(3)을 냉각시키기 위한 냉각 라인(11,12)을 포함한다.

또한, 상기 정전척(10)의 일측에는 상기 정전척(10)에 상기 반도체 기판(3)을 고정시키기 위한 정전기력을 선택적으로 발생시키기 위한 전원 인가부(미도시)가 연결된다. 상기 정전척(10)의 하부에는 상기 챔버(1) 내부에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 고주파 인가부와 연결되는 하부전극(2)이 구비된다.

상기 냉각 라인(11,12)은 상기 정전척(10)의 직경방향을 따라 직선 형태로 형성된 제 1 냉각 라인(11)과, 상기 정전척(10)의 원주방향을 따라 동심원 형태로 형성된 다수의 제 2 냉각 라인(12)으로 이루어진다.

상기 제 1 냉각 라인(11)은 일 단부에 냉매가 유입되는 유입부(16)가 연결되고, 상기 제 1 냉각 라인(11)의 타단부에는 상기 냉매가 상기 정전척(10)의 외부로 배출되는 회수부(17)가 연결된다. 즉, 상기 제 1 냉각 라인(11)은 상기 유입부(16)에서 회수부(17)를 따르는 냉매 유동을 형성하여 상기 정전척(10)의 중심부를 냉각 시킨다.

상기 제 2 냉각 라인(12)은 상기 제 1 냉각 라인(11)에서 양쪽으로 대칭되게 분지되고, 상기 정전척(10)의 원주 방향을 따라 다수가 동심원 상에 형성된다. 또한, 상기 제 2 냉각 라인(12)은 상기 제 2 냉각 라인(12)의 양 단부가 상기 제 1 냉각 라인(11)에 연결되는 반원 형태를 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제 2 냉각 라인(12)은 상기 정전척(10)의 전면을 고르게 냉각 시킬 수 있도록, 다수의 제 2 냉각 라인(12)을 고르게 배치하는 것이 바람직하며, 특히, 상기 정전척(10) 및 반도체 기판(3) 상의 온도분포를 토대로 하여 상기 제 2 냉각 라인(12)들 사이의 간격을 최적화함이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 냉각 라인(12)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 냉각 라인(11)을 기준으로 같은 위치에서 양쪽으로 분지될 수 있으나, 상기 양쪽의 제 2 냉각 라인(12)의 시작 위치가 일치하지 않고 엇갈리게 분지되도록 형성하는 실시예도 쉽게 이해 가능하다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척(10)의 냉매 유동에 대해 설명한다.

먼저, 상기 유입부(16)에서 냉매가 유입되어 상기 제 1 냉각 라인(11)을 따라 상기 회수부(17)로 유동한다. 동시에, 상기 제 1 냉각 라인(11)과 상기 제 2 냉각 라인(12)이 연결되는 부분에서는 상기 제 2 냉각 라인(12)으로 소정량의 냉매가 분지된다.

상기 제 1 냉각 라인(11)은 상기 정전척(10)의 중심부를 냉각시키고, 상기 제 2 냉각 라인(12)은 다수의 제 2 냉각 라인(12)이 상기 정전척(10)의 상기 정전척(10)의 전면을 냉각시킨다.

그리고, 상기 제 2 냉각 라인(12)과 상기 제 1 냉각 라인(11)이 연결되는 부분에서는 상기 제 2 냉각 라인(12)의 냉매가 상기 제 1 냉각 라인(11)으로 수렴되고, 상기 회수부(17)를 통해 상기 정전척(10)의 외부로 배출된다.

따라서, 상기 냉각 라인(11,12)의 각각의 길이는 최소화하면서도 상기 정전 척(10)의 전면을 고르게 냉각하는 것이 가능하다.

정전척의 온도 균일도 평가

도 3은 기존의 정전척 상에서의 반도체 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다. 도 3에서 왼쪽 상단의 온도가 가장 낮은 영역은 냉각 라인의 유입부가 배치되어 있다.

도 3에서 보이는 바와 같이, 종래의 정전척에서는, 상기 반도체 기판에서 유입부가 배치되어 있는 영역과 중심부의 온도차가 크게 나타난다. 특히, 반도체 기판의 중심부에서의 온도가 가장 높은 것으로 나타난다. 이는 냉각 라인의 길이가 길어서 상기 냉매가 상기 반도체 기판의 중심부에 도달했을 때는 주변과의 열교환으로 인해 온도가 상승되기 때문이다. 또한, 도 3에서 보이는 바와 같이, 종래의 경우 상기 반도체 기판의 중심부를 제외한 나머지 영역에서도 온도 분포가 균일하지 않은 것을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 정전척 상에서의 반도체 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.

도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 상에서의 반도체 기판은 전체적으로 균일한 온도 분포를 보인다. 또한, 종래와 달리 반도체 기판의 중심부의 온도가 주변부와 동일한 분포를 보이는 것을 알 수 있다. 특히, 반도체 기판의 전체적인 온도를 살펴보았을 때, 본 발명에 의한 반도체 기판의 온도가 종래의 반도체 기판에 비해 온도가 낮은 것으로 나타나므로, 본 발명에 의한 정전척의 냉각 효율이 더 높은 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척은 반도체 기판의 온도를 균일하게 냉각시키는 데 효과적이며, 반도체 기판의 냉각 효율이 높다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척은, 반도체 기판 전면에 고르게 냉각 라인을 배치하되, 상기 냉각 라인의 길이는 최소화하여 상기 냉각 라인 상에서 상기 냉매의 온도차를 최소화한다. 따라서, 상기 반도체 기판 전면을 균일하게 냉각시킬 수 있고, 냉각 효율이 높다. 또한, 상기 반도체 기판 상의 온도 불균일로 인한 불량을 감소시키고, 공정 효율을 향상시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 대상체가 안착되는 플레이트;

   상기 플레이트의 내부에서 상기 플레이트의 직경 방향을 따라 형성된 제 1 냉각 라인; 및,

   상기 플레이트의 내부에 동심원 형태로 형성되고, 상기 제 1 냉각 라인과 연통된 다수의 제 2 냉각 라인을 포함하는 정전척.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 라인의 일 단부에는 냉매가 공급되는 유입부가 형성되고, 상기 제 1 냉각 라인의 타단부에는 상기 냉매가 상기 정전척 외부로 배출되는 회수부가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 냉각 라인은 양쪽 단부가 상기 제 1 냉각 라인과 연통하는 반원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 냉각 라인은 상기 제 1 냉각 라인의 양쪽 방향에서 대칭적으로 분지되는 것을 특징으로 하는 정전척.

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