KR20200042330A - 기판 지지 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 온도 조절 가스가 공급되도록 적어도 하나 이상의 제1가스공급홀이 형성된 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 구비되어 기판을 지지하고, 상기 제1가스공급홀과 연통되도록 적어도 하나 이상의 제2가스공급홀이 형성된 세라믹 정전척;을 포함하며, 상기 제2가스공급홀은 상기 정전척의 소결 전에 가공되는 기판 지지 장치를 제공한다.

Description

기판 지지 장치 및 그 제조방법{APPARATUS FOR SURPOTING SUBSTRATE AND MANUFACTURING MATHOD THREROF}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하기 위한 기판 지지 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 제조 공정 중, 반도체 기판에 막을 형성하거나 막을 식각하는 공정에서 플라즈마 처리 장비가 많이 사용되고 있다.
플라즈마 처리 장비는 반도체 기판을 가공하기 위한 공간을 갖는 가공 챔버와, 가공 챔버 내부에 배치되어 반도체 기판을 지지하는 기판 지지 장치를 포함한다.
기판 지지 장치는 알루미늄으로 이루어진 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 상측에 배치된 세라믹 정전척과, 세라믹 정전척의 내부에 구비되는 내부 전극을 포함한다. 내부 전극에는 정전기력을 발생시키기 위한 전원이 연결되며, 반도체 기판은 정전기력에 의해 정전척 상에 흡착 고정된다.
정전척 상에 위치된 반도체 기판은 플라즈마 가스에 의해 가열되며, 반도체 기판의 이면에는 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 냉각 가스가 공급된다. 냉각 가스로는 헬륨(He) 가스가 주로 사용되며, 냉각 가스는 베이스 플레이트 및 정전척에 형성된 냉각가스 공급홀을 통해 반도체 기판의 이면으로 공급된다.
한편, 반도체 미세화에 따라 플라즈마 발생을 위한 RF 파워가 점점 높아지면서 냉각가스 공급홀 내의 방전 발생이 심각한 문제가 되고 있다. 이러한 방전은 기판 지지 장치의 손상을 유발시킬 수 있다.
방전 발생을 억제하기 위해 냉각가스 공급홀의 직경을 줄이거나 다공성 세라믹을 삽입하는 등 방전이 발생할 수 있는 공간을 최소화하는 방향으로 기술 개발이 이루어지고 있으나, 기계 가공의 한계로 인해 홀의 직경을 일정 직경(예를 들어, 0.1mm) 이하로 줄이는 것은 한계가 있다. 또한, 가스 도입로 내에 세라믹 다공체를 설치하는 것만으로는 충분한 절연 내압을 얻을 수는 없다.
한국공개특허 10-2017-0025964
본 발명은 가스공급홀 내의 방전 발생을 최소화할 수 있도록 한 기판 지지 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 기판 지지 장치는, 온도 조절 가스가 공급되도록 적어도 하나 이상의 제1가스공급홀이 형성된 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 구비되어 기판을 지지하고, 상기 제1가스공급홀과 연통되도록 적어도 하나 이상의 제2가스공급홀이 형성된 세라믹 정전척;을 포함하며, 상기 제2가스공급홀은 상기 정전척의 소결 전에 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2가스공급홀은 상기 제1가스공급홀의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2가스공급홀은 상기 하나의 제1가스공급홀의 직경 범위 내에 복수 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2가스공급홀들 간의 간격은 불규칙하게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 베이스 플레이트와 상기 세라믹 정전척은 접착층에 의해 접착될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1가스공급홀에 구비되는 다공체를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 기판 지지 장치의 제조방법은, 베이스 플레이트에 제1가스공급홀을 가공하는 단계; 정전척에 제2가스공급홀을 가공하는 단계; 상기 정전척을 소결하여 제2가스공급홀의 직경이 축소되도록 하는 단계; 상기 제1가스공급홀과 상기 제2가스공급홀이 연통되도록 상기 소결된 정전척을 상기 베이스 플레이트 상에 고정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 정전척에 제2가스공급홀을 가공하는 단계에서, 상기 제2가스공급홀은 상기 하나의 제1가스공급홀의 직경 범위 내에 복수 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 정전척의 소결 후 제2가스공급홀 내에 설정 압력으로 유체를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 정전척의 소결 전에 가스공급홀을 가공하고 세라믹 정전척의 소결 시 가스공급홀이 수축되도록 하여 가스공급홀의 직경을 최대한 감소시킴으로써 가스공급홀 내의 방전을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 지지 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 지지 장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 “A” 부분을 상세히 보인 확대도이다.
도 4는 도 3에 대한 비교예를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 지지 장치의 제조 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 기판 지지 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 기판 지지 장치의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여할 수 있다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 지지 장치를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일 실시예에 의한 기판 지지 장치는 베이스 플레이트(110), 세라믹 정전척(120)을 포함한다.
베이스 플레이트(110)는 세라믹 정전척(120)을 지지한다. 즉, 베이스 플레이트(110)는 상면과 하면을 가지며, 베이스 플레이트(110)의 상면에는 세라믹 정전척(120)이 배치된다. 베이스 플레이트(110)는 금속 재질 예컨대, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
베이스 플레이트(110)에는 적어도 하나 이상의 제1가스공급홀(111)이 마련된다. 제1가스공급홀(111)은 베이스 플레이트(110)의 상면과 하면을 관통하도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 베이스 플레이트(110)는 정전척(120)의 온도 조정 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 정전척(120)을 냉각할 경우에는 제1가스공급홀(111)로부터 냉각 매체를 유입하고, 베이스 플레이트(110) 상에 부착된 정전척(120)을 냉각할 수 있다. 반대로, 정전척(120)을 보온할 경우에는 제1가스공급홀(111) 내에 보온 매체를 넣는 것도 가능하다. 또는, 정전척(120)이나 베이스 플레이트(110)에 발열체를 내장시키는 것도 가능하다. 이와 같이, 베이스 플레이트(110)를 통해서 정전척(120)의 온도가 조정되면, 정전척(120)에 의해 흡착 유지되는 대상물 즉, 기판의 온도를 조정할 수 있다.
정전척(120)은 베이스 플레이트(110)의 상면에 구비된다. 정전척(120)은 접착층(140)에 의해 베이스 플레이트(110)에 고정될 수 있다. 접착층(140)으로서는 예를 들면, 실리콘 접착제가 적용될 수 있다.
정전척(120)의 내부에는 전극(130)이 설치된다. 전극(130)에 흡착 유지용 전압이 인가되면, 정전척(120)은 정전기력에 의해 기판을 흡착 유지할 수 있다.
정전척(120)에는 적어도 하나 이상의 제2가스공급홀(121)이 형성된다. 제2가스공급홀(121)은 정전척(120)의 소결 전에 가공된다. 이후 정전척(120)의 소결 시 제2가스공급홀(121)의 직경은 축소될 수 있다. 따라서, 정전척(120)의 소결 시 제2가스공급홀(121)의 직경이 축소되는 정도를 파악하고, 전극(130)에는 제2가스공급홀(121)과의 간섭이 발생하지 않도록 제2가스공급홀(121)의 직경보다 큰 직경의 홀을 형성하는 것이 바람직하다.
제2가스공급홀(121)은 제1가스공급홀(111)과 연통된다. 제2가스공급홀(121)은 정전척(120)의 소결 시 축소됨으로써 제1가스공급홀(111)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 또한, 제2가스공급홀(121)들은 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 정전척의 소결 후 제2가스공급홀(121)들은 서로 간에 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다. 예컨대, 어느 하나의 제2가스공급홀과 인접한 제2가스공급홀 간의 간격이 d1이고, 또 다른 제2가스공급홀과 인접한 제2가스공급홀 간의 간격이 d2일 경우, d1과 d2는 서로 상이할 수 있다.
이와 같이, 내부에 전극(130)이 구비되고, 소결에 의해 제조되는 세라믹 정전척(120)은 내부에 구비된 전극(130)에 정전 흡착용 전력을 인가하여 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 정전기력에 의해 흡착하게 된다.
기판을 흡착 유지한 상태에서 제1가스공급홀(111)로 헬륨(He) 등의 냉각가스를 제공하면, 냉각가스는 제1가스공급홀(111)과 연통된 제2가스공급홀(121)을 통해 정전척(120) 상에 배치된 기판의 저면으로 전달되고, 기판은 전달된 냉각가스에 의해 직접 냉각될 수 있다.
한편, 일 실시예서와 같이 정전척(120)의 소결 전에 제2가스공급홀(121)을 가공한 후 정전척(120)의 소결을 진행하면, 도 3과 같이 제2가스공급홀(121)의 내벽은 결정립(121a)의 손상 없이 안정적인 홀의 구조를 얻을 수 있다. 그러나 도 4와 같이 정전척(120')의 소결 후 타공 등의 방법으로 제2가스공급홀(121')을 형성할 경우 제2가스공급홀(121')의 내벽에는 결정립(121a')의 손상이 발생할 수 있고, 이에 따라 공정 진행 중 손상된 결정립(121a')으로부터 파티클이 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 지지 장치를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 기판 지지 장치는 금속 재질의 베이스 플레이트 상에 소결 완료된 세라믹 재질의 정전척이 접착 고정되어 제조된다.
이러한 정전척에 있어서는, 정전척의 표면과 흡착 대상물인 기판의 이면 사이에 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 흐르게 하여 흡착 대상물인 기판의 온도를 제어할 수 있다.
예를 들면, 화학기상 증착장치(CVD; Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 장치, 이온주입 장치, 에칭 장치 등 기판에 대한 처리를 행하는 장치에 있어서, 처리 중에 기판의 온도 상승을 수반하는 경우가 있다. 이러한 기판 처리 장치에서는 정전척과 흡착 대상물인 기판 사이에 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 흐르게 하여 기판에 불활성 가스를 접촉시킴으로써 기판의 온도 상승을 억제하고 있다.
헬륨(He) 등의 불활성 가스에 의한 기판의 온도를 제어하는 기판 처리 장치에 있어서는, 정전척 및 정전척을 지지하는 베이스 플레이트에 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 도입하기 위한 가스공급홀이 형성된다.
즉, 베이스 플레이트에는 제1가스공급홀이 형성되고(S10), 이와 대응되도록 정전척에는 제2가스공급홀이 형성된다(S20). 제1가스공급홀 내에는 세라믹 다공체를 설치하여 가스공급홀 내에서의 절연성을 증가시킬 수도 있다.
제2가스공급홀은 정전척의 소결 전에 가공된다. 그리고 제2가스공급홀은 정전척의 소결 시 그 직경이 감소된다(S30). 이에 따라, 정전척의 소결 완료 후에는 제2가스공급홀의 직경이 충분히 감소될 수 있다. 즉, 기존에는 정전척의 소결 후 타공이나 레이저 등을 이용하여 제2가스공급홀을 형성함으로써 그 직경을 일정 직경 예컨대, 0.1mm 이하로 감소시키는 것은 한계가 있었으며, 이로 인해 제2가스공급홀 내의 방전 발생을 감소시키는 것에 한계가 있었다. 그러나 본 발명의 실시예에 따르면 제2가스공급홀의 가공 후 정전척을 소결함으로써 제2가스공급홀의 직경을 충분히 감소시킬 수 있다.
이와 같이 미세홀의 가공이 가능하므로, 상기한 방법으로 제조된 정전척을 이용하여 공정을 진행할 경우 제2가스공급홀 내의 방전 발생을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 정전척의 소결 전에 제2가스공급홀을 가공하고, 정전척의 소결을 진행할 경우 그 수축률에 따라 제2가스공급홀들 간의 간격은 불규칙해질 수 있다. 따라서, 정전척의 소결 전에 제2가스공급홀을 가공할 때 그 수축률을 감안하여 설정 위치에 대응되도록 정확하게 가스공급홀을 가공할 필요가 있다.
예컨대, 소결 전 제2가스공급홀을 가공하게 되면, 소결 시 수축에 의해 가스공급홀의 막힘 현상이 발생할 수 있다. 특히, 0.1mm 이하의 미세홀 가공의 경우 가스공급홀의 막힘이 문제가 될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서는 정전척의 소결 후 소정 유압을 가진 유체(액체 또는 기체)를 제2가스공급홀 내에 공급함으로써 홀의 막힘을 해소하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
이후, 소결 완료된 정전척은 실리콘 접착제 등을 이용하여 베이스 플레이트 상에 접착 고정된다(S50).
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 기판 지지 장치를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 제2실시예에 의한 기판 지지 장치는 베이스 플레이트(110), 정전척(120)을 포함한다.
베이스 플레이트(110)에는 적어도 하나 이상의 제1가스공급홀(111)이 형성된다. 제1가스공급홀(111)은 베이스 플레이트(110)의 상면과 하면을 관통하여 형성될 수 있다.
정전척(120)은 베이스 플레이트(110)의 상측에 배치된다. 정전척(120)은 접착층(140)에 의해 베이스 플레이트(110)와 접착 고정될 수 있다. 정전척(120)에는 적어도 하나 이상의 제2가스공급홀(122)이 형성된다. 제2가스공급홀(122)은 정전척(120)의 상면과 하면을 관통하여 형성될 수 있다.
제2가스공급홀(122)은 제1가스공급홀(111)의 직경 범위 내에 복수가 대응 형성될 수 있다. 즉, 하나의 제1가스공급홀(111)의 상측에 복수로 이루어진 1그룹(Group)의 제2가스공급홀(122)이 연통되도록 배치될 수 있다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 정전척의 소결 후 각 그룹에 포함된 제2가스공급홀(122)들은 서로 간에 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다. 예컨대, 어느 한 그룹 내에서 어느 하나의 제2가스공급홀과 인접한 제2가스공급홀 간의 간격이 d3이고, 또 다른 제2가스공급홀과 인접한 제2가스공급홀 간의 간격이 d4일 경우, d3와 d4는 서로 상이할 수 있다.
정전척(120) 내부에는 정전기력에 의해 기판을 흡착 유지할 수 있도록 전극(130)이 구비된다. 제2가스공급홀(122)은 전극(130)과 간섭되지 않도록 형성될 필요가 있다. 즉, 전극(130)에는 제2가스공급홀(122)과 대응되는 위치에 제2가스공급홀(122)의 직경보다 큰 직경으로 홀이 형성되어야 한다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 기판 지지 장치
110; 베이스 플레이트
111; 제1가스공급홀
120; 정전척
121, 122; 제2가스공급홀
130; 전극
140; 접착층
150; 다공체

Claims (10)

  1. 온도 조절 가스가 공급되도록 적어도 하나 이상의 제1가스공급홀이 형성된 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트 상에 구비되어 기판을 지지하고, 상기 제1가스공급홀과 연통되도록 적어도 하나 이상의 제2가스공급홀이 형성된 정전척;을 포함하며,
    상기 제2가스공급홀은 상기 정전척의 소결 전에 가공되는 기판 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2가스공급홀은 상기 제1가스공급홀의 직경보다 작은 직경을 갖는 기판 지지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2가스공급홀들은 서로 다른 직경을 갖는 기판 지지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2가스공급홀은 상기 하나의 제1가스공급홀의 직경 범위 내에 복수 형성되는 기판 지지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2가스공급홀들 간의 간격은 불규칙하게 배치되는 기판 지지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와 상기 정전척은 접착층에 의해 접착되는 기판 지지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1가스공급홀에 구비되는 다공체를 더 포함하는 기판 지지 장치.
  8. 베이스 플레이트에 제1가스공급홀을 가공하는 단계;
    정전척에 제2가스공급홀을 가공하는 단계;
    상기 정전척을 소결하여 제2가스공급홀의 직경이 축소되도록 하는 단계;
    상기 제1가스공급홀과 상기 제2가스공급홀이 연통되도록 상기 소결된 정전척을 상기 베이스 플레이트 상에 고정하는 단계;
    를 포함하는 기판 지지 장치의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정전척에 제2가스공급홀을 가공하는 단계에서, 상기 제2가스공급홀은 상기 하나의 제1가스공급홀의 직경 범위 내에 복수 형성되는 기판 지지 장치의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 정전척의 소결 후 제2가스공급홀 내에 설정 압력으로 유체를 공급하는 단계를 더 포함하는 기판 지지 장치의 제조방법.
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