KR20110058058A

KR20110058058A - 정전척

Info

Publication number: KR20110058058A
Application number: KR1020090114714A
Authority: KR
Inventors: 양대현
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-01
Also published as: KR101040697B1

Abstract

정전척은 냉각 가스를 기판 이면에 공급하기 위한 제1 관통홀이 형성된 본체, 상기 본체 상에 배치되며, 상기 제1 관통홀과 연통된 제2 관통홀이 형성된 절연체층, 상기 절연체층 상에 배치되며, 상기 기판을 척킹하기 위하여 정전기력을 발생시키기 위한 내부 전극 및 상기 제2 관통홀에 연통되는 제3 관통홀을 구비하는 유전체층 및 상기 제2 관통홀에 삽입되며, 외주면을 따라 나선형으로 연장되도록 리세스된 리세스부가 형성됨 로드 및 상기 로드의 단부에 형성되고 상기 제2 관통홀에 인접하는 상기 절연체층 및 상기 유전체층 사이로 상기 냉각 가스의 누설을 방지하는 플랜지를 구비하고, 상기 리세스부 및 상기 제2 관통홀의 내벽으로 유로가 상기 제3 관통홀과 연통되도록 형성된 유로 블록을 포함한다. 따라서, 아킹 또는 글로우 방전이 억제되면서 냉각 가스의 유량이 효과적이 제어도리 수 있다.

Description

정전척{Electrostatic Chuck}

본 발명은 정전척에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 처리하기 위한 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 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 웨이퍼 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, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 세정된 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조 공정과, 상기 막 또는 패턴의 결함을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

최근, 상기 팹 공정에서 플라즈마 가스를 이용하여 막을 형성하거나 막을 식각하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 상기 플라즈마 처리 장치는 반도체 기판을 가공하기 위한 공간을 가공 챔버와, 상기 가공 챔버 내부에 배치되며 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 정전척과, 상기 가공 챔버로 공급된 반응 가스를 플라즈마 가스로 형성하기 위한 상부 전극을 포함한다.

상기 정전척은 정전기력을 이용하여 반도체 기판을 흡착하며, 반도체 기판은 상기 플라즈마 가스에 의해 처리된다. 상기 플라즈마 가스는 상기 상부 전극에 인가된 RF 파워에 의해 형성되며, 상기 정전척에는 상기 플라즈마 가스의 거동을 조절하기 위한 바이어스 파워가 인가된다. 상기 정전척은 정전기력을 이용하여 상기 기판을 흡착된다.

상기 정전척 상에 위치된 반도체 기판은 플라즈마 가스에 의해 가열되며, 반도체 기판의 이면에는 상기 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 냉각 가스가 공급된다. 상기 냉각 가스로는 헬륨 가스가 주로 사용된다. 상기 정전척의 내부에는 상기 냉각 가스가 흐르는 홀들이 통해 반도체 기판의 이면으로 공급된다.

상기 정전척의 본체에 RF 파워 또는 바이어스 파워가 인가되는 경우, 상기 홀의 내면에 형성된 절연체층이 손상될 수 있다. 이에 따라, 상기 홀의 내부에서 아킹(arcing) 또는 글로우 방전(glow discharge)이 발생될 수 있으며, 상기와 같은 아킹 또는 글로우 방전은 정전척의 손상을 유발시킬 수 있다. 나아가 상기 홀들을 통하여 냉각 가스의 유량을 제어할 필요가 있다.

본 발명은 냉각 가스의 유량을 제어하면서 아킹 또는 클로우 방전을 억제할 수 있는 정전척을 제공한다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정전척은 냉각 가스를 기판 이면에 공급하기 위한 제1 관통홀이 형성된 본체, 상기 본체 상에 배치되며, 상기 제1 관통홀과 연통된 제2 관통홀이 형성된 절연체층, 상기 절연체층 상에 배치되며, 상기 기판을 척킹하기 위하여 정전기력을 발생시키기 위한 내부 전극 및 상기 제2 관통홀에 연통되는 제3 관통홀을 구비하는 유전체층 및 상기 제2 관통홀에 삽입되며, 외주면을 따라 나선형으로 연장되도록 리세스된 리세스부가 형성됨 로드 및 상기 로드의 단부에 형성되고 상기 제2 관통홀에 인접하는 상기 절연체층 및 상기 유전체층 사이로 상기 냉각 가스의 누설을 방지하는 플랜지를 구비하고, 상기 리세스부 및 상기 제2 관통홀의 내벽으로 유로가 상기 제3 관통홀과 연통되도록 형성된 유로 블록을 포함한다. 여기서, 상기 절연체층에는 상기 제1 관통홀과 연통되며, 상기 제1 관통홀보다 넓은 직경을 갖는 제1 수용홈이 형성되고, 상기 플랜지는 상기 제1 수용홈에 수용될 수 있다. 또한, 상기 플랜지의 하면에 제2 수용홈이 형성되고, 상기 제2 수용홈에 수용되고 상기 플랜지 및 상기 수용홈의 바닥면 사이에 상기 냉각 가스의 누설을 억제하는 실링 부재가 배치될 수 있다. 또한, 상기 플랜지의 상면과 상기 절연체층의 상면은 동일 평면상에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플랜지에는 상기 유로 및 상기 제3 관통홀과 연통되며, 상기 유로를 지난 상기 냉각 가스가 상기 제3 관통홀로 흐를 수 있도록 개구가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 정전척은 관통홀에 삽입되며 나선형 유로를 형성하여 냉각 가스의 유로를 충분히 확보하면서, 상기 냉각 가스의 유출을 억제할 수 있는 유로 블록을 포함함으로써 냉각 가스 공급부 내부에 아킹 또는 글로우 방전이 억제될 수 있다. 또한, 상기 냉각 가스의 유량을 제어함으로써 기판을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 정전척의 수명이 연장되며, 상기 아킹 또는 글로우 방전으로 인해 발생되는 파티클이 감소되므로, 반도체 장치의 생산성 및 수율이 증가될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전척에 대해 상세히 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 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 명세서상에 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 정전척을 설명하기 위한 단면도이다, 도 2는 도 1에 도시된 'A' 부분의 확대 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 유로 블록을 설명하기 위한 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 절연체층 및 유로 블록의 체결 상태를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 정전척(100)은 본체(110), 절연체층(120), 유전체층(130) 및 유도 블록(140)을 포함한다.

상기 본체(110)는 반도체 기판(10)의 이면에 냉각 가스를 공급하기 위한 다수의 제1 관통홀들(112)을 갖는다.

상기 본체(110)는 디스크 형상을 가지며, 상기 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 반응 가스를 플라즈마 가스로 형성하기 위한 RF 파워 공급기(140)와 연결된다. 또한, 도시되지는 않았으나, 제1 관통홀들(112)의 내측면들에는 아노다이징 처리를 통한 절연막이 형성되어 있다.

상기 절연체층(120)은 상기 본체(110)의 상부면 및 본체(110)의 외측면 상에 배치된다. 상기 절연체층(210)은 아노다이징 처리를 통해 형성된 산화 알루미늄 또는 소결된 세라믹 플레이트를 포함한다. 상기 절연체층(120)은 후술하는 유전체층(130) 내부의 내부 전극(135)으로부터 상기 본체(110)를 전기적으로 절연시킨다. 상기 절연체층(120)의 내부에는 상기 제1 관통홀들(112)과 연통된 제2 관통홀들(122)이 형성된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 관통홀들(112, 122)을 통하여 냉각 가스가 흐를 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연체층의 상부에는 상기 제2 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1 수용홈이 형성될 수 있다. 따라서, 제2 관통홀 및 상기 제1 수용홈이 서로 연통된다.

상기 유전체층(130)이 상기 절연체층(120) 상에 배치된다. 상기 유전체층(13)은 상기 기판을 지지한다. 상기 유전체층(130)에는 상기 제1 관통홀들(112) 및 제2 관통홀들(122)과 연통되는 다수의 제3 관통홀들(132)이 형성되어 있다. 상기 유전체층(130)은 소결된 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.

상기 유전체층 내부에는 반도체 기판(10)을 파지하기(holding) 위한 정전기력을 발생시키기 위한 내부 전극(160)이 배치되며, 상기 전극은 직류 파워 공급기(162, DC power supply)와 연결되어 있다.

상기 유로 블록은 상기 제2 관통홀에 삽입된다. 상기 유로 블록은 상기 제2 관통홀의 내측면과 함께 냉각 가스가 흐르는 유로를 제공한다. 상기 유로 블록은 상기 유로를 상대적으로 길게 하기 위하여 나선형 유로를 제공할 수 있다. 상기 냉각 가스로는 헬륨(He) 가스가 사용될 수 있다. 상기 본체(110)의 하부면에는 상기 냉각 가스를 공급하기 위한 냉각 가스 공급관(180)이 연결되어 있으며, 상기 본체(110)의 하부면으로부터 상방으로 메인 홀(114)이 형성되어 있다. 상기 메인 홀(114)의 상측 단부로부터 방사상으로 다수의 내부 채널들(116)이 형성되어 있다. 상기 제1 관통홀들(112)은 상기 본체(110)의 가장자리를 따라 원주 방향으로 배치되며 상기 본체(110)의 상부면으로부터 하방으로 형성되어 상기 내부 채널들(116)과 연결된다.

상기 유로 블록(140)은 상기 제2 관통홀(122)에 억지끼움 방식으로 체결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유로 블록(140)은 로드(141) 및 플랜지(146)를 포함한다.

상기 로드(141)는 상기 제2 관통홀(122)에 삽입될 수 있다. 상기 로드(141)에는 상기 나선형 유로를 형성하기 위하여 외주면을 따라 나선형으로 연장되도록 리세스된 리세스부(143)가 형성된다. 상기 리세스부(143)는 상기 외주면을 따라 나선형으로 연장됨에 따라 상기 리세스부(143)는 상기 제2 관통홀(122)의 내측면과 함께 나선형으로 연장된 유로를 형성된다. 따라서, 상기 유로가 상대적으로 길어짐에 따라 상기 냉각 가스 공급관(180)의 유출구 측에 아킹이 발생하는 것이 억제될 수 있다.

상기 플랜지(146)는 상기 로드(141)의 상단부에 연결된다. 상기 플랜지(146)는 상기 로드(141)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 상기 플랜지(146)는 상기 제2 관통홀(122)에 인접하는 위치에서 상기 절연체층(120) 및 상기 유전체층(130) 사이로 상기 냉각 가스가 유출되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들면, 상기 절연체층(120)이 세라믹 물질로 이루어지고, 상기 유로 블록(140)이 내화학성과 내열성이 우수한 PEEK(상표명)등과 같은 고분자 물질로 이루어질 경우, 상기 제2 관통홀(122)의 직경과 상기 유로 블록(140)의 직경이 차이가 발생하여 상기 유로 블록(140)이 상기 제2 관통홀(122)의 내벽과 이격될 수 있다. 상기 이격된 공간을 통하여 상기 냉각 가스가 흐를 경우 상기 냉각 가스의 유량 제어가 어려울 수 있다. 본 발명과 같이 상기 플랜지(146)는 상기 냉각 가스의 상기 이격된 공간을 통하여 상기 냉각 가스의 유출되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연체층(120)의 상부에는 상기 제2 관통홀(122)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1 수용홈(124)이 형성될 경우, 상기 플랜지(146)는 상기 제1 수용홈(124)에 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지(146)의 상면과 상기 절연체층(120)의 상면은 동일 평면상에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플랜지(146)의 하면에는 제2 수용홈(147)이 형성될 수 있다. 상기 제2 수용홈(147)은 상기 로드(141)의 중심으로부터 일정 간격으로 이격된 폐쇄된 루프를 형성할 수 있다. 상기 제2 수용홈(147)에는 상기 제1 수용홈(124)의 바닥면과 상기 플랜지(146)의 하면 사이와 접촉하는 실링 부재(150)가 배치될 수 있다. 상기 실링 부재(1150)는 상기 제1 수용홈(124)의 바닥면과 상기 플랜지(146)의 하면과 접촉함으로써, 상기 냉각 가스의 누설을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플랜지(146)에는 상기 유로로부터 상기 제1 관통홀(112)로 냉각 가스가 흐를 수 있도록 개구(148)가 형성될 수 있다. 상기 개구(148)는 상기 유로 및 상기 제1 관통홀(112)과 연통된다.

한편, 상기 유전체층(130)의 상부면에는 상기 제3 관통홀들(132)을 연결하는 다수의 그루브들(grooves)이 형성될 수 있다. 상기 그루브들은 상기 반도체 기판(10)과 상기 유전체층(130) 사이에서 냉각 가스의 유동 경로로서 사용될 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 정전척을 갖는 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 처리 장치(20)는 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가공 챔버(22)와, 상기 가공 챔버(22) 내부에 배치되며 상기 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 정전척(100)과, 상기 가공 챔버(22) 내부로 공급된 반응 가스를 플라즈마 가스(24)로 형성하기 위한 상부 전극(26)을 포함한다.

상기 가공 챔버(22)의 측벽에는 상기 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급관(28)이 연결되어 있으며, 상기 가공 챔버(22)의 바닥에는 상기 반도체 기판(10)을 가공하는 도중에 발생된 반응 부산물과 상기 플라즈마 가스를 배출하기 위한 진공 펌프(30)와 배출 밸브(32)가 연결되어 있다. 그러나, 상기와 같은 구성은 본 발명의 범위를 한정하지 않으며, 본 기술 분야의 당업자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.

상기 반응 가스 공급관(28)을 통해 가공 챔버(22)로 공급된 반응 가스는 상기 반도체 기판(10) 상에 막을 형성하거나 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 막을 식각하기 위해 상기 상부 전극(26) 또는 정전척(100)의 본체(110)에 인가된 RF 파워에 의해 플라즈마 가스(24)로 형성된다.

상기 상부 전극(26)에 RF 파워가 인가되는 경우, 상기 정전척(100)의 본체(110)에는 바이어스 RF 파워가 인가되며, 이와 반대로 상기 정전척(100)의 본체(110)에 RF 파워가 인가되는 경우 상기 상부 전극(26)은 그라운드로 사용될 수 있다.

상기 정전척(100)의 제1 관통홀들(112)에 삽입된 유로 블록(120)은 상기 제1 관통홀들(112)에서 아킹 또는 글로우 방전이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 나아 가, 상기 냉각 가스의 유로를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 정전척은 정전척은 관통홀에 삽입되며 나선형 유로를 형성하여 냉각 가스의 유로를 충분히 확보하면서, 상기 냉각 가스의 유출을 억제할 수 있는 유로 블록을 포함함으로써 냉각 가스 공급부 내부에 아킹 또는 글로우 방전이 억제될 수 있다. 또한, 상기 냉각 가스의 유량을 제어함으로써 기판을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 나아가, 상기 정전척을 포함하는 플라즈마 처리 장치의 예로는, 식각 장치, 박막 증착 장치 등을 들 수 있다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 설명하기 위한 단면도이다,

도 2는 도 1에 도시된 'A' 부분의 확대 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 유로 블록을 설명하기 위한 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시된 절연체층 및 유로 블록의 체결 상태를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5는 도1에 도시된 정전척을 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 정전척 110 : 본체

112 : 제1 관통홀 120 : 절연체층

122 : 제2 관통홀 124 : 제1 수용홈

130 : 유전체층 132 : 제2 관통홀

135 : 내부 전극 140 : 유로 블록

141 : 로드 143 : 리세스부

146 : 플랜지 147 : 제2 수용홈

148 : 개구 150 : 실링 부재

Claims

냉각 가스를 기판 이면에 공급하기 위한 제1 관통홀이 형성된 본체;

상기 본체 상에 배치되며, 상기 제1 관통홀과 연통된 제2 관통홀이 형성된 절연체층;

상기 절연체층 상에 배치되며, 상기 기판을 척킹하기 위하여 정전기력을 발생시키기 위한 내부 전극 및 상기 제2 관통홀에 연통되는 제3 관통홀을 구비하는 유전체층; 및

상기 제2 관통홀에 삽입되며, 외주면을 따라 나선형으로 연장되도록 리세스된 리세스부가 형성됨 로드 및 상기 로드의 단부에 형성되고 상기 제2 관통홀에 인접하는 상기 절연체층 및 상기 유전체층 사이로 상기 냉각 가스의 누설을 방지하는 플랜지를 구비하고, 상기 리세스부 및 상기 제2 관통홀의 내벽으로 유로가 상기 제3 관통홀과 연통되도록 형성된 유로 블록을 포함하는 정전척.
제1항에 있어서, 상기 절연체층에는 상기 제1 관통홀과 연통되며, 상기 제1 관통홀보다 넓은 직경을 갖는 제1 수용홈이 형성되고, 상기 플랜지는 상기 수용홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 정전척.
제2항에 있어서, 상기 플랜지의 하면에 제2 수용홈이 형성되고, 상기 제2 수용홈에 수용되고 상기 플랜지 및 상기 수용홈의 바닥면 사이에 상기 냉각 가스의 누설을 억제하는 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
제2항에 있어서, 상기 플랜지의 상면과 상기 절연체층의 상면은 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 정전척.
제1항에 있어서, 상기 플랜지에는 상기 유로 및 상기 제3 관통홀과 연통되며, 상기 유로를 지난 상기 냉각 가스가 상기 제3 관통홀로 흐를 수 있도록 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.