KR100316711B1 - A electro-static chuck improved in temperature control performance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼를 정전기를 이용하여 고정시키는 정전 척에 관한 것으로, 특히 그 온도조절 기능의 개선에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정전 척은, 종래의 온도조절 가스 공급관을 가지는 정전 척에, 정전 척의 내부에 내장되며 정전 척의 표면 중앙부에 유출구에서 유출된 온도조절 가스를 흡입하는 흡입구를 가지고 흡입된 온도조절 가스를 처리 챔버 밖으로 배출하는 온도조절 가스 배출관을 더 구비한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 척은, 정전 척의 표면의 가장자리쪽의 거칠기가 표면의 중앙부의 거칠기보다 더 큰 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck for fixing a wafer using static electricity, and more particularly to an improvement in its temperature control function. The electrostatic chuck according to the present invention includes a thermostatic gas sucked into the electrostatic chuck having a conventional temperature regulating gas supply pipe, which has a suction inlet inside the electrostatic chuck and sucks the temperature regulating gas discharged from the outlet at the central portion of the surface of the electrostatic chuck. It is further provided with a thermostatic gas discharge pipe for discharging out of the processing chamber. In addition, the electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention is characterized in that the roughness at the edge of the surface of the electrostatic chuck is larger than the roughness at the central portion of the surface.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 가장자리에서 온도조절 가스가 머무는 시간을 상대적으로 길게 함으로써, 웨이퍼 전체적으로 균일한 온도조절이 가능하다.According to the present invention, by uniformly lengthening the residence time of the temperature control gas at the wafer edge, it is possible to control the temperature uniformly throughout the wafer.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조시 처리 챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 정전기를 이용하여 고정시키는 정전 척(electro-static chuck)에 관한 것으로, 특히 그 온도조절 기능의 개선에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electro-static chuck for fixing a semiconductor wafer with static electricity in a processing chamber in the manufacture of a semiconductor device, and more particularly to an improvement in its temperature control function.
도 1은 종래의 정전 척(10)의 개략적인 구조를 도시한 단면도로서, 특히 그 내부에 온도조절 가스의 공급관(12)이 내장된 정전 척을 도시하였다. 이 온도조절가스 공급관(12)은 웨이퍼(20)가 얹혀지는 척(10) 표면의 가장자리쪽에 유출구(14)를 가진다. 이 온도조절 가스로는 일반 공기나 헬륨(He) 가스 등이 사용되는데, 예컨대 이온 주입 공정과 같이 저온을 유지해야 하는 공정에서는 웨이퍼(20)를 냉각시키는 기능을 하고, 기상 증착 공정과 같이 고온을 유지해야 하는 공정에서는 히터에 의해 과열될 수 있는 웨이퍼의 온도를 적정 수준으로 유지하는 기능을 한다. 유출구(14)를 통해 나온 온도조절 가스는 척(10) 표면과 웨이퍼(20) 사이의 틈(도면에서는 설명의 편의를 위해 이 틈을 상당히 크게 도시하였지만, 실제 이 틈은 수 ㎛ 정도로 아주 작다. 이하 다른 도면에서도 같다)에 의해 형성된 공간을 흐르면서 웨이퍼(20)를 냉각시키고, 처리 챔버 내부의 가스들을 배기하기 위한 배기구(미도시, 통상 챔버의 하부에 마련된다)를 통해 배기된다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional electrostatic chuck 10, and particularly, an electrostatic chuck having a supply pipe 12 of a temperature regulating gas therein. The temperature regulating gas supply pipe 12 has an outlet 14 on the edge of the surface of the chuck 10 on which the wafer 20 is to be placed. As the temperature regulating gas, general air or helium (He) gas is used. For example, in a process that requires a low temperature such as an ion implantation process, the wafer 20 is cooled, and a high temperature is maintained, such as a vapor deposition process. In the process that needs to be performed, it functions to maintain the temperature of the wafer that can be overheated by the heater at an appropriate level. The thermoregulated gas exiting the outlet 14 shows a gap between the surface of the chuck 10 and the wafer 20 (this figure is shown quite large for ease of explanation, but in practice this gap is very small, a few microns). The wafer 20 is cooled while flowing through the space formed by the same), and is exhausted through an exhaust port (not shown in the lower portion of the chamber) to exhaust the gases inside the processing chamber.
그런데, 특히 고진공을 유지하기 위해 배기 수단으로서 진공펌프를 사용하는 경우, 척(10) 상부의 중앙부에는 온도조절 가스대(16)가 머물기 때문에 온도조절 효율이 뛰어나지만, 가장자리에서는 온도조절 가스가 통상 챔버 하부에 마련된 진공 배기구를 향하여 급속하게 빨려들어가게 되어(18), 온도조절 가스가 열전달 매체로서의 역할을 하지 못하고 따라서 웨이퍼(20)의 가장자리에서는 온도조절 효율이 떨어지게 된다. 더구나, 웨이퍼(20)를 척(10) 위에 올려놓을 때 약간 오정렬되더라도 이온 빔이나 증착가스들이 척(10) 표면에 영향을 주지않도록, 통상 척(10)의 크기는 웨이퍼(20)의 크기보다 약간 작게 되어 있으므로, 웨이퍼 가장자리에서의 온도조절 효율 저하는 더욱 크게되고, 결과적으로 웨이퍼의 가장자리에 위치한 칩들의 수율을 떨어뜨리는 요인이 된다.By the way, in particular, when a vacuum pump is used as the exhaust means to maintain high vacuum, the temperature control gas stand 16 stays in the center of the upper portion of the chuck 10, so the temperature control efficiency is excellent. It is rapidly sucked toward the vacuum exhaust port provided in the lower chamber (18), the temperature control gas does not serve as a heat transfer medium, and thus the temperature regulation efficiency is reduced at the edge of the wafer 20. Moreover, the size of the chuck 10 is generally larger than the size of the wafer 20 so that even if the wafer 20 is slightly misaligned when placed on the chuck 10, the ion beam or deposition gases do not affect the surface of the chuck 10. Since it is slightly smaller, the decrease in temperature regulation efficiency at the wafer edge becomes even larger, resulting in a lower yield of chips located at the edge of the wafer.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 전체적으로 균일한 온도조절이 가능한 정전 척을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an electrostatic chuck capable of uniform temperature control throughout the wafer.
도 1은 종래의 온도조절 기능을 가지는 정전 척의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional electrostatic chuck having a temperature control function.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 A부분의 상세도이다.FIG. 3 is a detailed view of portion A of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 척의 개략적인 구조를 도시한 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of an electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척은, 정전 척의 내부에 내장되며 웨이퍼가 얹혀지는 정전 척의 표면 가장자리쪽에 유출구를 가지는 온도조절 가스 공급관, 및 정전 척의 내부에 내장되며 정전 척의 표면 중앙부에 상기 유출구에서 유출된 온도조절 가스를 흡입하는 흡입구를 가지고 흡입된 온도조절 가스를 처리 챔버 밖으로 배출하는 온도조절 가스 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.Electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the temperature control gas supply pipe having an outlet on the surface edge side of the electrostatic chuck on which the wafer is mounted, and is embedded in the electrostatic chuck It characterized in that it comprises a temperature control gas discharge pipe having a suction port for sucking the temperature control gas discharged from the outlet in the central portion of the surface of the electrostatic chuck discharged out of the processing chamber.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 척은, 정전 척의 내부에 내장되며 웨이퍼가 얹혀지는 정전 척의 표면 가장자리쪽에 유출구를 가지는 온도조절 가스 공급관을 가지고, 정전 척의 표면의 가장자리쪽의 거칠기가 표면의 중앙부의 거칠기보다 더 큰 것을 특징으로 한다.In addition, the electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention has a temperature-controlled gas supply pipe which is embedded in the electrostatic chuck and has an outlet on the surface edge of the electrostatic chuck on which the wafer is placed, and the roughness of the surface of the surface of the electrostatic chuck is rough. It is characterized by greater than the roughness of the center portion.
이상과 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 정전 척에 의하면 웨이퍼 가장자리에서의 온도조절 효율이 향상되는데, 이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.According to the electrostatic chuck according to the present invention having the structure as described above, the temperature control efficiency at the edge of the wafer is improved, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 A부분의 상세도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a detailed view of the portion A of FIG.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 정전 척(100)은, 그 내부에 온도조절 가스를공급하는 온도조절 가스 공급관(120) 및 온도조절 가스를 흡입 배출하는 온도조절 가스 배출관(150)을 가진다. 온도조절 가스 공급관(120)은 종래와 마찬가지로 정전 척(100)의 표면 가장자리쪽에 온도조절 가스가 유출되는 유출구(140)를 가진다. 본 실시예에서 추가된 온도조절 가스 배출관(150)은 정전 척(100)의 표면 중앙부에 온도조절 가스의 흡입구를 가지고, 처리 챔버의 배기라인으로 연결되어 온도조절 가스를 흡입 배출한다.2, the electrostatic chuck 100 of the present embodiment has a temperature control gas supply pipe 120 for supplying a temperature control gas therein and a temperature control gas discharge pipe 150 for suctioning and discharging the temperature control gas. The temperature control gas supply pipe 120 has an outlet 140 through which the temperature control gas flows out toward the surface edge of the electrostatic chuck 100 as in the related art. The temperature control gas discharge pipe 150 added in this embodiment has a suction port of the temperature control gas in the center portion of the surface of the electrostatic chuck 100, and is connected to the exhaust line of the processing chamber to suction and discharge the temperature control gas.
따라서, 종래 웨이퍼(20)의 밑면 중앙부에서 비교적 장시간 머물던 온도조절 가스대(도 1의 16)의 머무는 시간을 줄이고, 웨이퍼(20) 밑면 가장자리에서 급속하게 배기되던 온도조절 가스(도 1의 18)의 머무는 시간을 늘림으로써, 웨이퍼 전체적으로 온도조절 효율을 균일하게 할 수 있다. 특히, 웨이퍼(20) 가장자리(A)에서의 온도조절 가스의 머무는 시간이 증가하는 것을 설명하면 다음과 같다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도조절 가스 분자(M)에 작용하는 힘이 종래에는 배기펌프에 의해 정전 척(100)의 바깥쪽으로 당기는 힘(Fo)밖에 없었지만, 본 실시예에서는 정전 척(100)의 표면 중앙부에 형성된 흡입구에 의해 정전 척(100)의 중앙쪽으로 당기는 힘(Fi)이 더하여져, 종래에 비해 온도조절 가스의 가장자리에서의 배출되는 속도가 현저하게 느려지고 그만큼 더 오래 머물게 되어 가장자리에서의 온도조절 효율이 증가한다. 또한, 처리 챔버의 배기압력과 정전 척(100) 중앙의 온도조절 가스 배출관(150)의 흡입압력을 적절히 조절함으로써 중앙부와 가장자리에서의 온도조절 가스의 머무는 시간을 조절하여 균형을 이루도록 하면, 웨이퍼 전체에서의 온도조절 효율이 더욱 균일해진다.Therefore, the temperature of the temperature control gas zone (16 in FIG. 1), which has been relatively long stayed at the bottom center of the wafer 20, is reduced, and the temperature control gas (18 in FIG. 1) is rapidly exhausted from the bottom edge of the wafer 20. By increasing the retention time of, the temperature control efficiency of the entire wafer can be made uniform. In particular, the increase in the residence time of the temperature control gas at the edge A of the wafer 20 is explained as follows. That is, as shown in Figure 3, the force acting on the temperature control gas molecules (M) conventionally had only a force (F o ) pulling outward of the electrostatic chuck 100 by the exhaust pump, in the present embodiment The pulling force F i toward the center of the electrostatic chuck 100 is added by the suction port formed at the center of the surface of the chuck 100, so that the discharge speed at the edge of the thermostatic gas is significantly slowed and lasts longer than conventionally. Staying increases the temperature control efficiency at the edge. In addition, by adjusting the exhaust pressure of the processing chamber and the suction pressure of the temperature control gas discharge pipe 150 in the center of the electrostatic chuck 100 to be balanced by adjusting the residence time of the temperature control gas at the center and the edge, the entire wafer is balanced. The temperature control efficiency at becomes more uniform.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 정전 척(100)의 표면 거칠기를 조절함으로써 온도조절 가스의 머무는 시간을 조절하고 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 척의 개략적인 구조를 확대하여 도시한 도 4를 보면, 정전 척(100)의 표면 가장자리의 거칠기는 가장자리를 제외한 나머지 부분에서의 거칠기보다 더 크게 되어 있다. 도면에서 정전 척(100)의 표면 거칠기는 상당한 크기를 가지는 돌기(170 및 175)로 표현하였지만, 이는 본 실시예의 원리를 설명하기 위해 과장된 것으로서 실제 그 크기는 웨이퍼의 뒷면에 긁힘 등과 같은 흠집을 내지 않을 정도로 충분히 작다. 또한 도면에서 정전 척(100)의 표면 가장자리 이외의 부분에도 돌기(175)가 형성되어 있지만, 이 중앙부의 표면 거칠기는 거의 0에 가깝게 즉, 돌기(175)가 거의 형성되지 않도록 할 수도 있다. 이하, 본 실시예의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.On the other hand, in another embodiment of the present invention by adjusting the surface roughness of the electrostatic chuck 100 to adjust the residence time of the temperature control gas. That is, in FIG. 4, which shows an enlarged schematic structure of an electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention, the roughness of the surface edge of the electrostatic chuck 100 is larger than the roughness of the remaining portions except the edge. In the drawings, the surface roughness of the electrostatic chuck 100 is represented by the projections 170 and 175 having a considerable size. Small enough not to. In addition, although the processus | protrusion 175 is formed also in parts other than the surface edge of the electrostatic chuck 100 in the figure, the surface roughness of this center part may be nearly zero, ie, the procession 175 may be hardly formed. Hereinafter, the operation principle of the present embodiment will be described.
온도조절 가스 공급관(도 4에서는 미도시, 도 2의 120)의 유출구(140)를 통해 나온 온도조절 가스 분자는, 특히 진공에 가까울수록 불규칙한 충돌운동을 하게 되는데, 온도조절 가스 분자의 자유행정 즉 다른 가스 분자나 웨이퍼(20), 정전 척(100)의 표면에 충돌하지 않고 직선운동할 수 있는 길이는 결국 정전 척(100)의 표면 거칠기에 의존한다. 즉, 도 4에서 정전 척(100)의 표면에 형성된 돌기(170 및 175)와 웨이퍼(20) 사이에 직선 및 화살표로 도시된 온도조절 가스 분자의 운동을 보면, 가스 분자는 표면 거칠기가 작은 즉 표면에 형성된 돌기(175)의 크기가 작은 중앙부에서는 정전 척(100)이나 웨이퍼(20)의 표면에 잘 충돌하지 않고 상대적으로자유행정이 긴 직선운동을 하게 되지만, 표면 거칠기가 큰 즉 표면에 형성된 돌기(170)가 큰 가장자리에서는 정전 척(100)이나 웨이퍼(20)의 표면에 자주 충돌하게 된다. 따라서 가장자리에서는 그 자유행정이 짧아지고 그 결과 가스 분자가 머무는 시간이 길어진다. 따라서, 가장자리에서의 배기펌프에 의한 급속한 배기에 따른, 온도조절 가스의 머무는 시간의 급감현상을 상쇄할 수 있고 웨이퍼 전체적으로 균일한 온도조절 효율을 보장할 수 있다.The temperature-controlled gas molecules exiting through the outlet 140 of the temperature-controlled gas supply pipe (not shown in FIG. 4, 120 in FIG. 2), in particular, are subjected to irregular collision movements nearer to the vacuum. The length that can linearly move without colliding with other gas molecules, the wafer 20, or the surface of the electrostatic chuck 100 ultimately depends on the surface roughness of the electrostatic chuck 100. That is, in FIG. 4, when the temperature control gas molecules shown by the straight lines and the arrows between the protrusions 170 and 175 formed on the surface of the electrostatic chuck 100 and the wafer 20 are shown, the gas molecules have a small surface roughness. The central portion of the small protrusion 175 formed on the surface does not collide well with the surface of the electrostatic chuck 100 or the wafer 20 and has a relatively free linear stroke, but has a large surface roughness, that is, formed on the surface. At the large edge of the protrusion 170, the protrusion 170 frequently collides with the surface of the electrostatic chuck 100 or the wafer 20. Thus the free stroke at the edges is shorter, resulting in longer gas molecules staying. Therefore, it is possible to offset the sharp drop in the residence time of the temperature control gas due to the rapid exhaust by the exhaust pump at the edge and to ensure uniform temperature control efficiency throughout the wafer.
또한, 상술한 일실시예와 다른 실시예의 구성을 결합할 수도 있는데, 이런 경우에는 더욱더 균일한 온도조절 효율을 얻을 수 있다.In addition, it is also possible to combine the configuration of one embodiment and the other embodiment described above, in this case it is possible to obtain a more uniform temperature control efficiency.
한편, 상술한 실시예들에서는 정전기를 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 정전 척에 대하여 설명했지만, 정전기를 이용하지 않고 웨이퍼를 고정시키는, 온도조절 기능을 가지는 웨이퍼 척에도 그대로 적용가능하다.Meanwhile, in the above-described embodiments, the electrostatic chuck that fixes the wafer using static electricity has been described. However, the present invention is also applicable to a wafer chuck having a temperature control function that fixes the wafer without using static electricity.
이상 상술한 바와 같이, 그 온도조절 효율을 개선한 본 발명의 정전 척에 따르면, 웨이퍼 가장자리에서 온도조절 가스가 머무는 시간을 상대적으로 길게함으로써, 웨이퍼 중앙부와 가장자리에서의 온도조절 가스의 머무는 시간의 균형을 맞추고 결과적으로 웨이퍼 전체적으로 균일한 온도조절이 가능하다.As described above, according to the electrostatic chuck of the present invention having improved temperature control efficiency, the residence time of the temperature control gas at the center and the edge of the wafer is relatively long by relatively lengthening the time of the temperature control gas at the wafer edge. This results in uniform temperature control across the wafer.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20061030 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |