KR20190101036A - 정전척 및 반도체처리장치의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

정전척은 베이스와, 베이스 상에 배치되고 유전체물질로 이루어지는 지지플레이트와, 지지플레이트 내에 배치되는 적어도 하나의 전극과, 지지플레이트의 상기 제1 영역에 배치되는 다수의 발열소자와, 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 열전소자와, 지지플레이트의 제1 영역에 배치되는 제1 공급라인과, 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 제2 공급라인을 포함한다.
제2 공급라인은 수직 방향으로 배치되는 제1 라인영역과, 제1 라인영역의 일단으로부터 수직 방향과 다른 방향으로 경사지되도록 배치되는 제2 라인영역을 포함할 수 있다.

Description

정전척 및 반도체처리장치의 제어장치{ELECTROSTATIC CHUCK AND DEVICE OF CONTROLLING A SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS}
실시예는 정전척 및 반도체처리장치의 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 다양한 종류의 반도체처리장치를 거쳐 제조될 수 있다. 이러한 반도체처리장치로서, 기판 상에 반도체 물질이 증착되도록 하는 증착 장치, 식각을 위한 식각 장치, 세정을 위한 세정 장치나 기판의 이상 유무를 검사하기 위한 검사 장치 등이 있다.
반도체처리장치는 기판을 고정시키고 기판의 온도를 일정하게 유지하여 주는 정전척을 구비한다.
기판이 사이즈는 점점 더 커지고 더욱 세밀하게 패터닝되고 있다. 이에 따라, 기판의 전체 영역을 균일한 온도로 유지하여 주는 것이 더욱더 중요하게 되었다.
하지만, 대면적 사이즈를 갖는 기판의 전체 영역의 온도를 균일하게 조절할 수 있는 정정척이 개발되지 못하고 있다. 특히, 정전척의 에지영역의 설계 마진의 한계 등으로 인해 정전척의 에지영역에 대한 온도 조절이 어렵다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 기판의 전체 영역이 균일한 온도를 갖도록 조절 가능한 정전척을 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 에지영역의 온도 조절이 정밀하고 용이한 정전척을 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 반도체처리장치의 공정 환경 정보를 실시간으로 취합하여 딥러닝(deep learning) 기반 인공지능을 이용하여 정전척을 제어하여, 스마트 공정을 구현할 수 있는 반도체처리장치의 제어장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 제1 측면에 따르면, 정전척은, 베이스; 상기 베이스 상에 배치되고 유전체물질로 이루어지는 지지플레이트; 상기 지지플레이트 내에 배치되는 적어도 하나의 전극; 상기 지지플레이트의 제1 영역에 배치되는 다수의 발열소자; 상기 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 열전소자; 상기 지지플레이트의 상기 제1 영역에 배치되는 제1 공급라인; 및 상기 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 제2 공급라인;을 포함한다. 상기 제2 공급라인은, 수직 방향으로 배치되는 제1 라인영역; 및 상기 제1 라인영역의 일단으로부터 상기 수직 방향과 다른 방향으로 경사지되도록 배치되는 제2 라인영역을 포함할 수 있다.
실시예의 제2 측면에 따르면, 반도체처리장치의 제어장치는, 챔버에 구비되는 상기 정전척; 및 상기 챔버로부터 수집된 다수의 환경 정보를 바탕으로 딥러닝 기반 인공지능을 이용하여 상기 정전척의 온도를 제어하는 인공지능 제어기;를 포함한다. 상기 환경 정보는 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도, 상기 챔버 내에 주입되는 가스의 유량, 상기 챔버의 진공 압력, 공정 압력, 상기 챔버 내의 온도 및 상기 챔버 내의 오염도를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 정전척 및 반도체처리장치의 제어장치 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트 내에 제1 및 제2 전극과 다수의 발열소자가 배치되며, 발열소자가 지지플레이트의 표면에 근접하도록 제1 및 제2 전극 위에 다수의 발열소자가 배치됨으로써, 발열소자와 기판 사이의 간격을 최소화하여 발열소자에 의해 기판을 원하는 온도로 신속히 가열시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트 내에 제1 및 제2 전극과 다수의 발열소자가 배치되되, 발열소자에 수직으로 중첩되는 제1 전극 또는 제2 전극의 영역에 개구가 형성되어 발열소자와 제1 및 제2 전극 사이의 간격이 보다 멀리 이격됨으로써, 전기적인 쇼트 가능성이 최소화될 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트의 제1 영역뿐만 아니라 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 따라 헬륨가스가 흐를 수 있는 다수의 외곽 공급라인이 서로 이격되어 배치됨으로써, 기판의 중심뿐만 아니라 외곽까지 냉각이 가능하여 기판의 균일한 온도조절이 가능하다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트의 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 배치되는 외곽 공급라인의 상측에 경사부가 배치됨으로써, 수직 방향으로 강하게 방출되는 헬륨가스의 방출 압력을 경감시켜 정전력에 의해 고정되는 기판이 고정 해제되는 것을 차단할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트의 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 외곽 공급라인과 발열소자가 배치됨으로써, 지지플레이트의 제2 영역에서 외곽 공급라인으로 방출되는 헬륨가스에 의한 냉각 및 발열소자에 의한 가열이 모두 가능하므로, 지지플레이트 상에 안착되는 기판의 제2 영역이 원하는 온도로 신속하게 정밀하게 조절될 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 지지플레이트의 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 해당하는 베이스와 지지플레이트 사이에 다수의 열전소자가 배치됨으로써, 지지플레이트의 제2 영역이 다수의 외곽 공급라인으로 방출되는 헬륨가스에 의한 냉각뿐만 아니라 열전소자에 의한 냉각 또는 가열이 모두 가능하므로, 지지플레이트 상에 안착되는 기판의 제2 영역이 원하는 온도로 신속하게 정밀하게 조절될 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 H-H’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 지지플레이트를 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 I-I’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6의 J-J’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 반도체처리장치의 제어장치를 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예는 에칭, 증착, 주입 및 열 처리 또는 기판의 온도제어가 요구될 수 있는 애플리케이션을 포함하는 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 H-H’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 정전척(100)은 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 포함할 수 있다.
베이스(101)는 지지플레이트(105)에 체결될 수 있다. 베이스(101)는 제1 실시예의 정전척(100)의 전체적인 지지를 담당하는 지지부재일 수 있다. 또는 베이스(101)는 지지플레이트(105)의 열을 외부로 신속히 방출시킬 수 있는 방출부재일 수 있다. 베이스(101)는 방출 특성이 우수한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 베이스(101)는 알루미늄(Al)일 수 있다. 베이스(101)는 챔버의 내벽에 고정될 수 있다.
베이스(101)는 냉각부재(103)를 포함할 수 있다. 냉각부재(103)는 베이스(101) 내부에 설치되는 튜브와 그 튜브에 흐르는 냉매를 포함할 수 있다. 이러한 냉매가 튜브 내에 흐름으로써, 베이스(101)가 냉각될 수 있다. 즉, 지지플레이트(105)로부터 베이스(101)로 전달된 열이 베이스(101)의 튜브 내에 흐르는 냉매를 이용한 열교환에 의해 용이하게 방출될 수 있다.
냉매란 넓은 의미에서 냉각작용을 일으키는 모든 물질을 가리키며, 주로 냉동장치, 열펌프, 공기조화장치 및 소온도차 열에너지 이용기관 등의 사이클 내부를 순환하면서 저온부(증발기)에서 증발함으로써 주위로부터 열을 흡수하여 고온부(응축기)에서 열을 방출시키는 작동유체를 가리킨다. 대표적인 냉매로는 암모니아, 프레온(염화플루오린화탄소(ClFC, chloro-fluoro-carbon)), 수소염화플루오린화탄소(HCFC, hydro-chloro-fluoro-carbon), 수소플루오린화탄소(HFC, hydro-fluoro-carbon), 수소플루오린화올레핀(HFO, hydro-fluoro-olefin), 메틸클로라이드 등이 있으며 초저온으로 내리기 위해서는 액체헬륨, 액체 수소를 사용한다.
지지플레이트(105)는 베이스(101) 상에 배치될 수 있다. 지지플레이트(105)는 클램프(clamp)나 스크류(screw)와 같은 체결부재를 이용하여 베이스(101)에 체결될 수 있다.
지지플레이트(105) 상에 기판(W)이 안착되어 반도체 공정이 수행되고, 반도체 공정이 완료된 후 기판(W)이 지지플레이트(105)로부터 탈착될 수 있다.
지지플레이트(105)는 정전척 기능을 가질 수 있다. 정정척 기능이란 정전기, 즉 전하에 의해 기판과 같은 객체를 고정 또는 고정해제시키는 기능일 수 있다.
이를 위해, 지지플레이트(105)는 유전체물질로 이루어질 수 있다. 지지플레이트(105)는 절연성이 우수한 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 지지플레이트(105)는 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어질 수 있다. 지지플레이트(105)는 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 예컨대, 지지플레이트(105)는 서로 이격된 제1 전극(107)과 제2 전극(109)을 포함할 수 있다. 제1 전극(107)과 제2 전극(109)은 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있고, 지지플레이트(105) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 전극(107)은 아노드전극이고 제2 전극(109)은 캐소드전극일 수 있다. 이와 같이 지지플레이트(105)에 제1 전극(107) 및 제2 전극(109)을 포함하는 2개의 전극이 구비되는 경우, 제1 실시예의 정전척(100)은 바이폴라형(bipolar type) 정전척으로 지칭될 수 있지만, 실시예는 이에 한정하지 않는다.
제1 및 제2 전극(107, 109) 각각은 반원 형상을 가질 수 있다. 이는 제1 실시예의 정전척(100)이 원 형상을 가진데 기인할 수 있다. 하지만, 제1 실시예의 정전척(100)이 다른 형상을 갖는 경우, 제1 및 제2 전극(107, 109) 또한 반원 형상이 아닌 다른 형상을 가질 수 있다.
제1 및 제2 전극(107, 109)에 전원이 인가되는 경우, 이러한 전원에 의해 제1 지지플레이트(105)의 표면(상면)에 전하가 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판(W)과 지지플레이트(105) 사이에 정전력(electrostatic force)이 발생되고, 이러한 정전력에 의해 기판(W)이 지지플레이트(105)의 표면에 고정될 수 있다. 제1 및 제2 전극(107, 109)에 인가되는 전원이 차단되는 경우, 기판(W)과 지지플레이트(105) 사이에 더 이상 정전력이 발생되지 않아 기판(W)이 지지플레이트(105)의 표면으로부터 고정해제될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 지지플레이트(105) 내에 다수의 발열소자(111)가 구비될 수 있다. 다수의 발열소자(111)는 서로 간에 이격될 수 있다. 발열소자(111)는 저항가열체일 수 있다.
발열소자(111)와 제1 및 제2 전극(107, 109) 모두 지지플레이트(105) 내에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 발열소자(111)는 제1 및 제2 전극(107, 109) 위에 배치될 수 있다. 발열소자(111)는 제1 및 제2 전극(107, 109)과 수직으로 중첩될 수 있다. 발열소자(111)는 제1 전극(107)과 제2 전극(107, 109) 사이에 해당하는 지지플레이트(105)의 영역 상에 배치될 수 있다. 발열소자(111)는 전원에 의해 가열될 수 있다. 즉, 발열소자(111)은 전원의 공급시 가열되고 전원의 공급 차단시 가열해제될 수 있다. 따라서, 발열소자에 인가되는 전원이 스위칭제어됨으로써, 기판(W)이 원하는 온도로 신속히 가열될 수 있다.
도 1에서 발열소자(111)가 사각 형상으로 도시되고 있지만, 이는 설명의 편의를 위해 도시되는 것일 뿐, 실제 발열소자는 다른 형상을 가질 수도 있다.
발열소자(111)는 지지플레이트(105) 내에 서로 일정한 간격으로 배치되거나 랜덤하게 배치될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 발열소자(111)가 지지플레이트(105)의 표면에 근접하도록 다수의 발열소자(111)가 제1 및 제2 전극(107, 109) 위에 배치됨으로써, 발열소자(111)와 기판(W) 사이의 간격을 최소화하여 발열소자(111)에 의해 기판(W)을 원하는 온도로 신속히 가열시킬 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 수직으로 관통하는 다수의 공급라인(113, 115)을 포함할 수 있다. 공급라인(113, 115)으로 흐르는 냉각가스에 의해 기판(W)이 냉각될 수 있으므로, 공급라인(113, 115)은 냉각부재로 지칭될 수 있다.
공급라인(113, 115)은 베이스(101)의 저면으로부터 베이스(101) 및 지지플레이트(105)를 관통하여 지지플레이트(105)의 상면으로 이어질 수 있다. 베이스(101)의 저면에 공급라인(113, 115)의 일단이 개구로서 위치되고, 지지플레이트(105)의 상면에 공급라인(113, 115)의 타단이 출구로서 위치될 수 있다. 공급라인(113, 115)에는 냉각가스가 흐를 수 있다. 냉각가스로 예컨대, 헬륨(He)가스가 사용될 수 있다. 헬륨가스가 베이스(101)의 저면에 위치된 공급라인(113, 115)의 일단으로 입력되어, 베이스(101) 및 지지플레이트(105)를 지나, 지지플레이트(105)의 상면에 위치된 공급라인(113, 115)의 타단으로 방출될 수 있다. 지지플레이트(105)의 상면으로부터 방출된 헬륨가스에 의해 지지플레이트(105) 상에 안착된 기판(W)이 냉각될 수 있다.
지지플레이트(105)의 상면으로부터 방출된 헬륨가스는 기판(W)의 저면이 균일하게 냉각되도록 순환될 필요가 있다. 이를 위해, 지지플레이트(105)의 상면은 다수의 돌기(117)와 다수의 홈(119)을 포함할 수 있다. 다수의 돌기(117)는 서로 간에 연결될 수 있다. 다수의 홈(119)은 서로 간에 연결될 수 있다. 돌기(117)는 지지플레이트(105)와 동일 재질로 이루어지는 것으로서, 지지플레이트(105)로부터 상부 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 홈(119)은 이와 같이 돌출 형성된 돌기(117)에 의해 둘러싸일 수 있다. 기판(W)이 지지플레이트(105) 상에 안착되는 경우, 기판(W)의 저면은 지지플레이트(105)의 돌기(117)에 접촉될 수 있다. 이러한 경우, 지지플레이트(105)의 상면, 즉 홈(119)으로부터 방출된 헬륨가스는 홈(119)을 통해 기판(W)의 저면을 따라 순환될 수 있다. 지지플레이트(105)의 홈(119)과 기판(W)에 의해 헬륨가스가 흐를 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 통로를 통해 헬륨가스가 흐름으로써, 기판(W)의 전체 영역이 균일하게 냉각될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 헬륨가스가 흐르는 공급라인(113, 115)은 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에 배치된 중심 공급라인(113)과 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 배치된 다수의 외곽 공급라인(115)을 포함할 수 있다. 다수의 외곽 공급라인(115)은 서로 간에 이격되어 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)을 따라 배치될 수 있다. 다수의 외곽 공급라인(115)은 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 영역(141)은 제1 및 제2 전극(107, 109)에 대응되는 영역으로 정의되고, 제2 영역(143)은 제1 실시예의 정전척(100)에서 제1 영역(141)을 제외한 나머지 영역으로 정의될 수 있다. 제2 영역(143)은 제1 영역(141)을 둘러쌀 수 있다.
예컨대, 제1 및 제2 전극(107, 109)의 전체 면적이 제1 실시예의 정전척(100)의 면적의 80% 내지 90%을 차지하므로, 제1 영역(141)의 면적은 제1 실시예의 정전척(100)의 면적의 80% 내지 90%을 차지하고 제2 영역(143)의 면적은 제1 실시예의 정전척(100)의 면적의 10% 내지 20%을 차지할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같이, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에도 다수의 외곽 공급라인(115)이 배치됨으로써, 다수의 외곽 공급라인(115)을 통해 방출되는 헬륨가스에 의해 기판(W)의 외곽에 대한 신속한 냉각이나 정밀한 온도조절이 가능하다.
종래에 있어서, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에는 설계마진 등으로 인해 공급라인(115)과 같은 냉각부재가 설치될 수 없었다. 하지만, 실시예에서는 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)뿐만 아니라 제1 영역(141)을 둘러싸는 제2 영역(143)을 따라 헬륨가스가 흐를 수 있는 다수의 외곽 공급라인(115)이 서로 이격되어 배치됨으로써, 기판(W)의 중심뿐만 아니라 외곽까지 냉각이 가능하여 기판(W)의 균일한 온도조절이 가능하다.
일 예로서, 중심 공급라인(113)의 직경(D1)과 외곽 공급라인(115)의 직경(D2)은 상이할 수 있다. 중심 공급라인(113)의 직경과 외곽 공급라인(115)의 직경은 챔버 내의 플라즈마의 온도 구배에 의해 결정될 수 있다. 에컨대, 챔버 내의 플라즈마의 온도 구배에서 중심 온도가 외곽 온도보다 높은 경우, 중심 공급라인(113)의 직경이 외곽 공급라인(115)의 직경보다 클 수 있다. 이러한 경우, 기판(W)의 온도 또한 외곽보다 중심에 더 높다. 따라서, 중심 공급라인(113)으로 헬륨가스가 보다 많이 방출되어 기판(W)의 중심이 급속히 냉각되고, 외곽 공급라인(115)으로 헬륨가스가 비교적 적게 방출되어 기판(W)의 외곽이 서서히 냉각될 수 있다. 이와 같이, 중심 공급라인(113)의 직경(D1)과 외곽 공급라인(115)의 직경(D2)이 상이함으로써, 기판(W)의 중심과 외곽 각각의 냉각속도가 서로 상이하게 조절되어 기판(W)의 전체 영역이 균일한 온도로 유지될 수 있다.
다른 예로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 외곽 공급라인(115)의 상측의 일부에 경사부(122)가 형성될 수 있다. 경사부(122)는 수직 방향을 따라 배치되는 외곽 공급라인(115)에 대해 경사진 방향을 따라 배치될 수 있다. 수직 방향은 제1 방향으로 지칭되고, 경사진 방향은 제2 방향으로 지칭될 수 있다. 예컨대, 경사부(122)는 수직 방향으로 배치되는 외곽 공급라인(115)의 일단에서 지지플레이트(105)의 내측을 향하는 방향으로 경사질 수 있다.
외곽 공급라인(115)은 수직 방향으로 배치되는 제1 라인영역(121)과 제1 라인영역(121)의 일단으로부터 경사진 방향으로 배치되는 제2 라인영역(122)을 포함할 수 있다. 제2 라인영역(122)은 앞서 설명한 경사부(122)일 수 있다. 경사부(122)의 경사 각도는 예컨대, 수직 방향을 기준으로 5° 내지 30°일 수 있다. 구체적으로, 경사부(122)의 경사 각도는 예컨대, 수직 방향을 기준으로 10° 내지 20°일 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 배치되는 외곽 공급라인(115)의 상측에 경사부(122)가 배치됨으로써, 수직 방향으로 강하게 방출되는 헬륨가스의 방출 압력을 경감시켜 정전력에 의해 고정되는 기판(W)이 지지플레이트(105)로부터 고정 해제되는 것을 차단할 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 배치되는 외곽 공급라인(115)의 상측에 경사부(122)가 배치됨으로써, 헬륨가스가 보다 많이 지지플레이트(105)의 내측으로 확산되도록 하여, 중심 공급라인(113)으로부터 수직으로 방출된 헬륨가스와 외곽 공급라인(115)으로부터 내측으로 확산된 헬륨가스에 의해 기판(W)의 중심이 보다 신속히 냉각되어 기판(W)의 균일하고 정밀한 온조조절이 가능하다.
중심 공급라인(113)은 제1 공급라인으로 지칭되고, 외곽 공급라인(115)은 제2 공급라인으로 지칭되거나 이와 반대로 지칭될 수 있다.
상술한 베이스(101)에 배치된 튜브 또한 공급유로 또는 순환유로로 지칭될 수 있다. 예컨대, 공급라인(113, 115)은 제1 공급유로로 지칭되고 베이스(101)에 배치된 튜브는 제2 공급유로로 지칭되거나 이와 반대로 지칭될 수도 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 I-I’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
제2 실시예는 발열소자(123, 123a)의 배치 위치를 제외하고는 제1 실시예(도 1 내지 도 3)와 동일하다. 즉, 제1 실시예에 따른 발열소자(111)는 지지플레이트(105) 내에 배치되는데 반해, 제2 실시예에 따른 발열소자(123, 123a)는 지지플레이트(105)의 외부에 배치될 수 있다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 기능, 구조 또는 형상을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하의 제2 실시예의 설명에서 누락된 기술적 사상은 제1 실시예(도 1 내지 도 3)의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 정전척(100A)은 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 포함할 수 있다.
베이스(101) 내에 냉매가 흐르는 냉각부재(103)가 배치될 수 있다. 지지플레이트(105) 내에 제1 및 제2 전극(107, 109)이 배치될 수 있다.
중심 공급라인(113)이 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에서 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 수직으로 관통하여 배치될 수 있다. 다수의 외곽 공급라인(115)이 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에서 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 수직으로 관통하여 배치될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 다수의 발열소자(123, 123a)가 제2 실시예의 정전척(100A)의 전체 영역에 배치될 수 있다. 즉, 발열소자(123)가 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에 대응하여 배치될 수 있다. 또한 발열소자(123a)가 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 대응하여 배치될 수 있다. 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 대응하여 배치되는 외곽 공급라인(115) 사이에 적어도 2개 이상의 발열소자(123a)가 배치될 수 있다. 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에 대응하여 배치되는 발열소자(123)는 제1 발열소자로 지칭되고 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 대응하여 배치되는 발열소자(123a)는 제2 발열소자로 지칭되거나, 이와 반대로 지칭될 수 있다.
발열소자(123, 123a)는 베이스(101)와 지지플레이트(105) 사이에 배치될 수 있다. 발열소자(123, 123a)의 저면은 베이스(101)의 상면과 인접하여 배치되고, 발열소자(123, 123a)의 상면은 지지플레이트(105)의 저면과 인접하여 배치될 수 있다. 구체적으로, 발열소자(123, 123a)의 저면은 단열필름(125)을 매개로 하여 베이스(101)의 상면과 접하고, 발열소자(123, 123a)의 상면은 지지플레이트(105)의 저면과 접할 수 있다.
단열필름(125)은 발열소자(123, 123a)에서 발생된 열이 하부 방향, 즉 베이스(101)의 방향으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 단열필름(125)은 유기물질 또는 무기물질로 이루어질 수 있다. 유기물질에는 코르크, 면(綿), 펠트, 탄화코르크, 거품고무 등이 있다. 무기물질에는 석면(石綿), 유리솜, 석영솜, 규조토(硅藻土), 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 규산칼슘, 펄라이트 등이 있다.
단열필름(125)은 발열소자(123, 123a) 각각에 대응되어 구비될 수 있다. 또는 단일 단열필름(125)이 구비되어 단일 단열필름(125) 상에 모든 발열소자(123, 123a)가 배치될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)뿐만 아니라 제1 영역(141)을 둘러싸는 제2 영역(143)에 외곽 공급라인(115)과 발열소자(123, 123a)가 배치됨으로써, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에서 외곽 공급라인(115)으로 방출되는 헬륨가스에 의한 냉각 및 발열소자(123, 123a)에 의한 가열이 모두 가능하므로, 지지플레이트(105) 상에 안착되는 기판(W)의 제2 영역(143)이 원하는 온도로 신속하게 정밀하게 조절될 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 정전척을 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6의 J-J’ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
제3 실시예는 열전소자(130)가 더 추가되는 것을 제외하고는 제1 실시예 및/또는 제2 실시예와 동일하다. 제3 실시예에서 제2 실시예와 동일한 기능, 구조 또는 형상을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하의 제3 실시예의 설명에서 누락된 기술적 사상은 제1 실시예(도 1 내지 도 3) 및/또는 제2 실시예(도 4 및 도 5)의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 정전척(100B)은 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 포함할 수 있다.
베이스(101) 내에 냉매가 흐르는 냉각부재(103)가 배치될 수 있다. 지지플레이트(105) 내에 제1 및 제2 전극(107, 109)이 배치될 수 있다.
중심 공급라인(113)이 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에서 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 수직으로 관통하여 배치될 수 있다. 다수의 외곽 공급라인(115)이 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에서 베이스(101)와 지지플레이트(105)를 수직으로 관통하여 배치될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 다수의 발열소자(123)가 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)에 대응되어 배치될 수 있다. 제3 실시예에 따르면, 다수의 열전소자(130)가 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 대응되어 배치될 수 있다. 즉, 다수의 발열소자(123)가 지지플레이트(105)의 제1 영역(141) 아래에 배치되고 다수의 열전소자(130)가 지지플레이트(105)의 제2 영역(143) 아래에 배치될 수 있다.
지지플레이트(105)의 제1 영역(141) 아래에 다수의 발열소자(123)가 배치되고, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)을 관통하여 다수의 공급라인(115)이 배치되며 지지플레이트(105)의 제2 영역(143) 아래에 다수의 열전소자(130)가 배치될 수 있다. 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에서 외곽 공급라인(115) 사이에 적어도 2개 이상의 열전소자(130)가 배치될 수 있다.
열전소자(130)는 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)에 대응하여 베이스(101)와 지지플레이트(105) 사이에 배치될 수 있다. 열전소자(130)의 저면은 베이스(101)의 상면과 인접하여 배치되고, 열전소자(130)의 상면은 지지플레이트(105)의 저면과 인접하여 배치될 수 있다. 구체적으로, 열전소자(130)의 저면은 베이스(101)의 상면과 접하고, 열전소자(130)의 상면은 지지플레이트(105) 저면과 접할 수 있다.
열전소자(130)는 제1 절연기판(131), n형 반도체소자(133), p형 반도체소자(135) 및 제2 절연기판(137)을 포함할 수 있다.
제1 절연기판(131) 및 제2 절연기판(137)은 열전도율이 우수한 열전달층일 수 있다. 제1 절연기판(131) 및 제2 절연기판(137)은 예컨대, 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어질 수 있다.
제1 절연기판(131)은 다수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 제2 절연기판(137)은 다수의 전극을 포함할 수 있다. 전극은 전기 전도도가 우수한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 전극은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
n형 반도체소자(133)는 n형 도펀트를 포함하는 반도체물질로 이루어지고, p형 반도체소자(135)는 p형 도펀트를 포함하는 반도체물질로 이루어질 수 있다. n형 반도체소자(133)는 제1 절연기판(131)의 전극과 제2 절연기판(137)의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. p형 반도체소자(135)는 제1 절연기판(131)의 전극과 제2 절연기판(137)의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 절연기판(131)의 전극 및 제2 절연기판(137)의 전극에 전원이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 제1 절연기판(131)과 제2 절연기판(137) 사이에 배치되는 n형 반도체소자(133)와 p형 반도체소자(135)에 의한 펠티에 효과로 인해, 제1 절연기판(131) 및 제2 절연기판(137) 중 하나의 절연기판은 흡열되고 다른 절연기판은 발열될 수 있다. 이에 따라, 열전소자(130)는 펠티에소자 또는 반도체소자로 지칭될 수 있다.
예컨대, 제1 절연기판(131)의 전극에 정극성(+) 전압이 인가되고 제2 절연기판(137)의 전극에 부극성(-) 전압이 인가되는 경우, 제1 절연기판(131)이 흡열되고 제2 절연기판(137)이 발열될 수 있다. 예컨대, 제1 절연기판(131)의 전극에 부극성(-) 전압이 인가되고 제2 절연기판(137)의 전극에 정극성(+) 전압이 인가되는 경우, 제1 절연기판(131)이 발열되고 제2 절연기판(137)이 흡열될 수 있다. 열전소자(130)가 이와 반대로 동작될 수도 있다.
따라서, 열전소자(130)는 지지플레이트(105)의 제2 영역에 대응하여 베이스(101)와 지지플레이트(105) 사이에 배치되고 열전소자(130)에 정극성(+) 전압 또는 부극성(-) 전압이 인가됨으로써, 제1 절연기판(131)에 접하는 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)이 냉각되거나 가열될 수 있다. 예컨대, 정극성(+) 전압이 인가되는 경우, 열전소자(130)의 제1 절연기판(131)이 흡열되어 제1 절연기판(131)에 접하는 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)이 냉각될 수 있다. 예컨대, 부극성(-) 전압이 인가되는 경우, 열전소자(130)의 제1 절연기판(131)이 발열되어 제1 절연기판(131)에 접하는 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)이 가열될 수 있다.예컨대, 정극성(+) 전압이 인가되어 열전소자(130)의 제1 절연기판(131)이 흡열되는 경우, 열전소자(130)의 제2 절연소자(137)은 발열될 수 있다. 따라서, 열전소자(130)의 제1 절연기판(131)의 흡열에 의해 1 절연기판(131)에 접하는 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)이 냉각되는 한편, 열전소자(130)의 제2 절연기판(137)의 발열이 제2 절연기판(137)에 접하는 베이스(101)에 의해 방열될 수 있다. 따라서, 열전소자(130)에 의해 지지플레이트(105)의 특정 영역, 즉 제2 영역(143)이 신속히 냉각될 뿐만 아니라 열전소자(130)의 발열이 베이스(101)를 통해 신속히 외부로 방출될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 지지플레이트(105)의 제1 영역(141)을 둘러싸는 제2 영역(143)에 해당하는 베이스(101)와 지지플레이트(105) 사이에 다수의 열전소자(130)가 배치됨으로써, 지지플레이트(105)의 제2 영역(143)이 다수의 외곽 공급라인(115)으로 방출되는 헬륨가스에 의한 냉각뿐만 아니라 열전소자(130)에 의한 냉각 또는 가열이 모두 가능하므로, 지지플레이트(105) 상에 안착되는 기판(W)의 제2 영역(143)이 원하는 온도로 신속하게 정밀하게 조절될 수 있다.
제2 실시예(도 4 및 도 5)와 제3 실시예(도 6 및 도 7)에서, 제1 실시예(도 1 내지 도 3)와 마찬가지로, 외곽 공급라인(115)은 수직 방향으로 배치되는 제1 라인영역(121)과 제1 라인영역(121)의 일단으로부터 경사진 방향으로 배치되는 제2 라인영역(122)을 포함할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 실시예의 정전척(100, 100A, 100B)은 다수의 구역을 구획되어, 각 구역이 서로 상이한 온도로 개별 제어될 수 있다. 예컨대, 다수의 구역은 방사상 형태로 구획될 수 있지만, 다른 다양한 형태로 구획될 수도 있다.
아울러, 제1 내지 제3 실시예에 포함되는 구성 요소들은 서로 간에 추가되거나 생략될 수 있다. 예컨대, 제1 실시예의 경사부(122), 제1 실시예나 제2 실시예의 발열소자(111, 123, 123a) 및 제3 실시예의 열전소자(130) 모두가 구비된 정전척이 구현될 수도 있다.
이상에서 상술된 전원은 전기적신호로 지칭될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 반도체처리장치의 제어장치를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 반도체처리장치의 제어장치는 다수의 영역을 개별적으로 온도조절이 가능한 온도조절부재를 포함하는 정전척(100B)과 정전척(100B)이 구비된 챔버로부터 수집된 다양한 환경 정보를 바탕으로 딥러닝 기반 인공지능을 이용하여 정전척(100B)의 온도를 제어하는 인공지능 제어기(200)를 포함할 수 있다. 온도조절부재는 상술한 공급라인(113, 115), 발열소자(123) 및 열전소자(130)를 포함할 수 있다.
도 8에 제3 실시예에서 설명된 정전척(100B)이 도시되고 있지만, 제1 실시예에 따른 정전척(100)이나 제2 실시예에 따른 정전척(100A) 또한 채택될 수 있다.
환경 정보로는 예컨대, 챔버 내의 플라즈마 밀도, 챔버 내에 주입되는 가스의 유량, 챔버의 진공 압력, 공정 압력, 챔버 내의 온도, 챔버 내의 오염도 등이 있다.
딥러닝 기반 인공지능이 이용됨으로써, 처음에는 작업자가 입력하여 준 다양한 환경 정보를 토대로 정전척(100B)의 각 영역에 대한 개별적인 온도조절이 수행되지만, 이후 수 많은 반도체처리공정에서 취득된 방대한 환경 정보를 토대로 스스로 학습하여 최고의 의사 결정이 가능하다.
반도체 공정의 반복횟수가 증가될수록, 더욱 더 고차원적인 최고의 의사 결정이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 정전척(100B)의 각 영역에 대한 보다 정교한 온도 조절이 가능하여 최상 품질의 반도체 처리가 가능하다.
종래에는 작업자가 반도체처리장치에서의 다양한 공정 상황을 일일이 모니터링하고 모니터링된 정보를 바탕으로 의사 결정을 내리고, 그에 따른 명령에 대응되는 제어가 수행되었다.
이와 달리, 실시예에 따른 반도체처리장치의 제어장치는 반도체처리장치에서 그 동안 반도체공정에서 취득되어 누적된 다양한 환경 정보에 현재 공정 중인 반도체공정에서 실시간으로 취득된 다양한 환경 정보를 더해, 최적의 의사를 스스로 결정하여 그 결정에 상응하는 제어 하에 정전척(100B)을 제어하여 기판(W)의 전체 영역에서 균일한 온도가 유지되도록 한다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
100, 100A, 100B: 정전척
101: 베이스
103: 냉각부재
105: 지지플레이트
107, 109: 전극
111, 123, 123a: 발열소자
113, 115: 공급라인
117: 돌기
119: 홈
121, 122: 라인영역
125: 단열필름
130: 열전소자
131: 제1 절연기판
133: n형 반도체소자
135: p형 반도체소자
137: 제2 절연기판
141, 143: 영역
W: 기판

Claims (16)

  1. 베이스;
    상기 베이스 상에 배치되고 유전체물질로 이루어지는 지지플레이트;
    상기 지지플레이트 내에 배치되는 적어도 하나의 전극;
    상기 지지플레이트의 제1 영역에 배치되는 다수의 발열소자;
    상기 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 열전소자;
    상기 지지플레이트의 상기 제1 영역에 배치되는 제1 공급라인; 및
    상기 지지플레이트의 제2 영역에 배치되는 다수의 제2 공급라인;을 포함하고,
    상기 제2 공급라인은,
    수직 방향으로 배치되는 제1 라인영역; 및
    상기 제1 라인영역의 일단으로부터 상기 수직 방향과 다른 방향으로 경사지 되도록 배치되는 제2 라인영역을 포함하는 정전척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 적어도 하나의 전극에 대응되는 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸는 영역이고,
    상기 제1 및 제2 공급라인으로 냉각가스가 흐르고,
    상기 제1 공급라인의 직경은 상기 제2 공급라인의 직경과 상이한 정전척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열소자는 상기 지지플레이트 내에서 상기 적어도 하나의 전극 상에 배치되는 정전척.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열소자는,
    상기 지지플레이트의 상기 제1 영역에 대응되어 배치되는 다수의 제1 발열소자; 및
    상기 지지플레이트의 상기 제2 영역에 대응되어 배치되는 다수의 제2 발열소자를 포함하는 정전척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 발열소자는 상기 제2 공급라인 사이에 적어도 2개 이상 배치되는 정전척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 제2 공급라인 사이에 적어도 2개 이상 배치되는 정전척.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는 펠티에소자인 정전척.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자의 일측은 상기 지지플레이트의 저면과 접하고,
    상기 열전소자의 일측은 전기적신호에 의해 흡열 또는 발열되는 정전척.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 발열소자 사이에 단열필름을 더 포함하는 정전척.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 공급라인은 상기 베이스와 상기 지지플레이트를 수직으로 관통하여 상기 지지플레이트의 상면으로 이어지는 정전척.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발열소자는 저항가열체인 정전척.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 냉각부재를 포함하는 정전척.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급라인의 직경은 상기 제2 공급라인의 직경보다 큰 정전척.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 지지플레이트의 내측을 향하는 방향인 정전척.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 라인영역의 경사 각도는 5° 내지 30°인 정전척.
  16. 챔버에 구비되는 제1항에 의한 정전척; 및
    상기 챔버로부터 수집된 다수의 환경 정보를 바탕으로 딥러닝 기반 인공지능을 이용하여 상기 정전척의 온도를 제어하는 인공지능 제어기;를 포함하고,
    상기 환경 정보는 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도, 상기 챔버 내에 주입되는 가스의 유량, 상기 챔버의 진공 압력, 공정 압력, 상기 챔버 내의 온도 및 상기 챔버 내의 오염도를 포함하는 반도체처리장치의 제어장치.
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