KR100500471B1 - 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류 전하의 방전에 의해 상기 정전 척(10)으로부터 웨이퍼(W)가 분리되도록 하는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치에 있어서, 구동부(20)의 제1스위치(21)와 역구동하면서 상기 정전 척(10)으로부터 잔류 전하의 방출을 단속하는 제2스위치(31)와; 상기 제2스위치(31)를 통해 방출되는 전하를 충전시키는 축전지(32)와; 상기 축전지(32)로부터 접지로의 전하 방전을 단속하는 제3스위치(41)로서 이루어지도록 하는 구성으로서, 공정 수행이 종료되는 시점에서 보다 신속하고 완벽하게 잔류 전하가 방전되도록 하며, 따라서 웨이퍼(W)의 언로딩 시 웨이퍼 위치 틀어짐에 의한 웨이퍼 손상을 미연에 방지할 수가 있게 되어 보다 경제적인 공정 수행이 수행되도록 하는 것이다.

Description

반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치{De-chucking apparatus of electrostatic chuck for semiconductor equipment}

본 발명은 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정이 완료된 상태에서 웨이퍼와 정전 척의 사이에 잔류하게 되는 전하를 강제적으로 축전지에 충전되게 한 후 충분한 시간동안 방전되게 함으로써 웨이퍼의 안정된 이송과 함께 공정 수율이 향상될 수 있도록 하는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치에 관한 것이다.

일반적으로 정전 척(eletrostatic chuck, ESC로 약칭하기도 함)은 통상 반도체 웨이퍼를 올려놓는 스테이지(stage)로서, 전원공급장치로부터 소정의 전압을 걸어 웨이퍼가 움직이지 않도록 홀딩(holding)하는 구성이다. 정전 척은 통상 도 1에서와 같이 내부로 전극(1)을 내장하면서 그 외부를 폴리이미드 또는 세라믹 등의 유전체(2)로 감싸지는 구성으로 이루어지도록 하고 있다.

웨이퍼(W)는 도시된 바와 같이 유전체(2)의 상부에 안치되고, 챔버의 내부로 공정 가스가 주입되어 일정한 온도한 압력 등의 공정 분위기를 형성한 후 RF 바이어스를 인가하게 되면 챔버 내의 웨이퍼 상측에서 플라즈마가 형성된다.

이때 RF 바이어스를 인가하기 전에 정전 척의 전극(1)에는 별도로 구비되는 ESC 컨트롤러(3)에 의해 웨이퍼(W)가 정전기력을 발휘할 수 있도록 하는 DC전원이 인가되도록 한다. 이렇게 정전 척의 전극(1)에 DC전원을 인가한 상태에서 RF 바이어스를 챔버에 인가하게 되면 챔버의 내부에서는 플라즈마가 생성되는 동시에 이 플라즈마의 이온과 전극(1)에 인가한 전원 사이에서 유전체(2)에 정전기력을 발생시켜 웨이퍼(W) 잡아당기는 클램핑력이 생기게 되므로 웨이퍼(W)가 유전층에 척킹될 수가 있는 것이다.

한편 이러한 정전 척에서의 가장 난해한 문제는 척킹된 웨이퍼가 떨어지도록 하는 디척킹 과정을 수행해야 하는 것인 바, 이는 웨이퍼(W) 및 정전 척으로부터 전하를 제거하는 방식으로 이루어진다.

이를 위해 전하를 배출하기 위한 방법으로 현재는 도시한 바와 같이 전극(1)을 접지시키는 방법을 주로 이용하고 있으나 일부에서는 가스를 이용하기도 한다.

하지만 전술한 방법들을 이용하여 디척킹을 하게 되더라도 웨이퍼에는 여전히 미세한 전하가 잔류하면서 기계적 힘 즉 리프트 핀을 상승시키는 힘에 의한 디척킹 시 웨이퍼가 정전 척으로부터 튕기듯이 이격되면서 척킹 해제가 이루어지는 작용이 유발된다.

즉 잔류 전하가 있는 상태에서 웨이퍼를 리프트 핀의 상승에 의해 정전 척으로부터 강제적으로 이격시키게 되면 리프트 핀으로부터의 밀어 올리는 강도가 일정 시점이 될 때까지는 잔류 전하에 의해 척킹된 상태가 유지되다 밀어 올리는 강도가 일정 이상으로 가해지면 갑자기 웨이퍼가 튕겨 올라가는 현상이 발생된다.

다시 말해 리프트 핀의 상승 강도와 잔류 전하로 인한 정전기력간 힘의 균형에서 리프트 핀의 상승 강도가 정전기력보다 커지는 시점에 비로소 웨이퍼가 정전 척으로부터 이격되는 것이다.

이때 웨이퍼는 강한 리프트 핀의 상승력에 의해 정전 척으로부터 튕기듯이 이격되므로 웨이퍼가 리프트 핀들의 상단부에서 심한 유동을 하면서 슬라이딩 이동하게 되어 정확한 언로딩 위치로부터 벗어나게 되는 현상을 유발하게 되는 바, 따라서 이송 로봇의 블레이드를 이용한 웨이퍼의 언로딩 시 블레이드의 정위치에서 벗어난 상태로 이송되므로 웨이퍼 브로큰 또는 스크래치와 같은 웨이퍼 불량을 초래하게 되는 웨이퍼 손상의 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 공정 수행이 끝난 직후 웨이퍼로부터 전압차에 의해 잔류하는 전하를 강제적으로 흡수하여 별도의 축전지에 충전시킨 후 이를 방전시키도록 함으로써 웨이퍼에의 잔류 전하를 최대한 신속하게 제거시킬 수 있도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구동부로부터 인가되는 전원과 챔버 내 생성되는 플라즈마에 의해 발생되는 정전기력에 의해 정전 척에 척킹되도록 한 웨이퍼를 잔류 전하의 방전에 의해 정전 척으로부터 분리되도록 하는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치에 있어서, 상기 구동부의 제1스위치와 역구동하면서 상기 정전 척으로부터 잔류 전하의 방출을 단속하는 제2스위치와; 상기 제2스위치를 통해 방출되는 전하를 충전시키는 축전지와; 상기 제1스위치와 연동하면서 상기 축전지로 충전된 전하를 접지로 방전되도록 단속하는 제3스위치로서 이루어지도록 하는 구성이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 정전 척의 척킹 및 디척킹을 위한 전기적 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

정전 척(10)은 내부에 전극(11)을 수용하면서 외부는 유전체(12)로서 커버되는 구성이며, 웨이퍼(W)는 유전체(12)의 상부면으로 얹혀지게 된다. 웨이퍼 척킹을 위한 정전력을 발생시키기 위하여 구동 회로부(20)가 구비되고, 이 구동 회로부(20)로부터 인가되는 전원에 의해 웨이퍼(W)를 척킹하며, 일정한 시간이 경과된 후 별도의 전원(RF 파워)에 의해서 웨이퍼 직상부에는 플라즈마가 생성된다.

이때 구동부(20)는 ESC 컨트롤러(22)의 신호에 의해 제1스위치(21)의 작동을 제어함으로써 전원 공급부(23)와 정전 척(10)간의 전원 공급이 단속되도록 하는 구성으로 이루어진다.

구동부(20)를 통해 정전 척(10)에 인가되는 전원은 통상 DC전원이며, 전술한 바와 같이 설비의 상태에 따라 ESC 컨트롤러(22)에 의해서 자동으로 전원 공급이 단속된다.

이러한 구동부(20)와는 별도로 정전 척(10)으로부터 충전부(30)와 방전부(40)가 구비되도록 하는 것이 본 발명의 가장 두드러진 특징이다.

충전부(30)는 정전 척(10)에서의 공정 수행이 완료되면서 웨이퍼 척킹이 해제되면 정전 척(10)과 웨이퍼(W) 사이에는 미세 전하가 잔류하게 되는데 이러한 잔류 전하를 신속하게 방전되도록 하는 구성으로, 통상 정전 척(10)을 접지에 간단히 연결하는 구성이 일반적이나 본 발명은 이러한 정전 척(10)과 접지간으로 보다 빠른 방전이 이루어질 수 있도록 하는 충전 수단이 구비되도록 개선한 것이다.

이러한 충전부(30)에는 제2스위치(31)와 축전지(32)가 구비되도록 하되 축전지(32)는 다시 접지에 연결된다.

제2스위치(31)는 정전 척(10)으로부터 충전부(30)로의 전하 유동이 단속되도록 하는 구성으로서, 제2스위치(31)는 구동부(20)의 ESC 컨트롤러(22)에 의해 작동이 단속되는 제1스위치(21)에 역동작으로 연동하도록 한다. 즉 제1스위치(21)가 OFF 시에 제2스위치(31)는 ON이 되도록 하는데, 제2스위치(31)는 특히 일정 시간 동안만 ON상태가 유지되도록 하는 타임 스위치를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 따라서 제2스위치(31)는 비록 제1스위치(21)에 역동작으로 ON상태가 되더라도 일정 시간이 경과되면 자동으로 OFF상태가 되면서 정전 척(10)으로부터의 더 이상의 전하 방전을 차단시키게 된다.

축전지(32)는 제2스위치(31)를 통해 정전 척(10)으로부터 방출되는 잔류 미세 전하가 충전되도록 하는 구성이다.

이러한 충전부(30)와 함께 본 발명에는 방전부(40)가 동시에 구비되도록 한다. 즉 축전지(32)에 충전되어 있는 전하를 방전시키기 위해서 축전지(32)의 +극 단자측으로는 접지로 연결되는 회로를 형성하면서 이 회로를 접속을 단속하도록 제3스위치(41)가 구비되도록 하는 것이다.

이때의 제3스위치(41)는 축전지(32)와 접지간 회로를 단속하는 수단인 동시에 축전지(32)에 전하가 충전되고 있을 때 외부에서 잔류 전원 및 노이즈가 발생되지 않도록 하는 기능도 동시에 수행하도록 하고 있는바 즉 축전지(32)에 정전 척(10)으로부터 방출되는 전하가 충전되어 있으면 이렇게 충전되어 있는 전하를 다시 접지를 통해 방전시켜야만 축전지(32)는 항상 충전이 가능한 상태를 유지하게 된다. 이러한 접지를 통한 방전은 보다 많은 시간이 요구되므로 제1스위치(21)에 연동하여 제3스위치(41)가 작동되도록 하면 웨이퍼를 척킹하고 있는 공정 수행 중에는 지속적으로 축전지(32)로부터 접지로 전하를 방전시키게 되므로 또다시 축전지(32)는 항상 충전 가능한 상태로서 대기할 수가 있다.

도면 중 미설명부호 42는 저항이다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 디척킹 작용에 대해서 더 상세히 살펴보기로 한다.

우선 공정 수행을 위해 공정 챔버의 내부에는 웨이퍼(W)를 로딩시켜 정전 척(10)에 안치되도록 한 다음 공정의 내부를 적정한 온도와 압력으로 형성하면서 공정 가스가 충전되도록 한다. 이러한 공정 분위기가 형성되고 나면 설비측 컨트롤러에서는 ESC 컨트롤러(22)에 웨이퍼 척킹 명령을 내리게 되고, ECS 컨트롤러(22)는 제1스위치(21)를 ON상태가 되도록 함으로써 전원 공급부(23)로부터 일정한 전압의 DC전원이 정전 척(10)에 공급되도록 한다. 이때 RF 바이어스 전압이 인가되면서 정전 척(10)의 직상부에서는 플라즈마가 생성하고, 이들 플라즈마에서의 이온이 제1전원 공급부(22)로부터 공급하는 DC전원과 정전기력을 유발하면서 결국 이때의 정전기력에 의해 웨이퍼(W)를 정전 척(10)에 견고하게 척킹되도록 한다.

이러한 웨이퍼 척킹은 종전과 거의 동일하게 수행되는데 이처럼 웨이퍼를 척킹한 상태에서 챔버에서의 공정이 완료되면 ESC 컨트롤러(22)로부터의 명령에 의해서 제1스위치(21)가 OFF 상태로 되면서 전원 공급이 중단되어 척킹 해제가 이루어지게 된다.

이때 제1스위치(21)가 OFF 상태로 되는 동시에 충전부(30)의 제2스위치(31)가 ON 상태로 되면서 충전부(30)로는 웨이퍼와 정전 척(10) 사이에 잔류하고 있던 전하가 축전지(32)로 보다 빠르고 원활하게 충전된다.

즉 제2스위치(31)를 ON 시키게 되면 축전지(32)는 비어있는 상태이므로 전위차가 발생되므로 웨이퍼와 정전 척(10) 사이의 전하가 제2스위치(31)를 통해 방출되어 축전지(32)에 충전될 수가 있는 것이다.

한편 제2스위치(31)는 일정 시간이 경과하면 자동으로 OFF 상태가 되도록 하되 이때의 충전 시간은 종래의 디척킹 시간보다는 짧게 수행되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이렇게 해서 축전지(32)에 잔류 전하를 충전시키고 있다 구동부(20)의 제1스위치(21)가 ON 상태가 될 때 방전부(40)에서는 제3스위치(41)를 ON 상태가 되도록 하여 축전지(32)에 충전되어 있던 전하를 접지로 방전시키도록 하는 것이다.

특히 제3스위치(41)를 제1스위치(21)와 연동하여 작동하도록 하면 결국 제1스위치(21)에 의해 웨이퍼(W)를 척킹하고 있는 시간 동안 지속적으로 축전지(32)로부터 접지로 전하를 방전시킬 수가 있게 되므로 축전지(32)는 항상 충전 가능한 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

이상과 같이 공정 수행이 완료되면서 척킹 해제되는 순간 웨이퍼(W)와 정전 척(10)에 잔류하는 전하를 축전지(32)로 신속하게 방전시키도록 하면 리프트의 상승작용에 의한 정전 척(10)으로부터의 웨이퍼(W) 분리를 손쉽게 할 수가 있으므로 웨이퍼 디척킹에 따른 웨이퍼의 언로딩 작용을 안정적으로 수행하면서 웨이퍼 손상을 미연에 방지할 수가 있게 된다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 정전 척(10)에 웨이퍼(W)를 척킹하는 구동부(20)와 함께 정전 척(10)으로부터 디척킹 시 정전 척(10)과 웨이퍼(W) 사이에 잔류하는 미세 전하들을 충전 및 방전하는 충전부(30)와 방전부(40)를 동시에 구비되게 함으로써 공정 수행이 종료되는 시점에서 보다 신속하고 완벽하게 잔류 전하가 방전되도록 하고, 따라서 웨이퍼(W)의 언로딩 시 웨이퍼 위치 틀어짐에 의한 웨이퍼 손상을 미연에 방지할 수 있도록 하여 보다 경제적인 공정 수행을 제공하도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 척킹 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 척킹 및 디척킹 회로 구조도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 정전 척 11 : 전극

12 : 유전체 20 : 구동부

21 : 제1스위치 22 : ESC 컨트롤러

23 : 전원 공급부 30 : 충전부

31 : 제2스위치 32 : 축전지

40 : 방전부 41 : 제3스위치

W : 웨이퍼

Claims (2)

1. 구동부로부터 인가되는 전원과 챔버 내 생성되는 플라즈마에 의해 발생되는 정전기력에 의해 정전 척에 척킹되도록 한 웨이퍼를 잔류 전하의 방전에 의해 정전 척으로부터 분리되도록 하는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치에 있어서,

   상기 구동부의 제1스위치와 역구동하면서 상기 정전 척으로부터 잔류 전하의 방출을 단속하는 제2스위치와; 상기 제2스위치를 통해 방출되는 전하를 충전시키는 축전지와; 상기 제1스위치와 연동하면서 상기 축전지에 충전되어 있는 전하를 방전시키도록 상기 축전지와 접지간 회로를 단속하는 제3스위치로서 이루어지는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2스위치는 상기 제1스위치의 OFF 작동 시 ON 상태가 되어 일정 시간이 경과하면 자동으로 OFF 상태가 되는 타임 스위치로 이루어지는 반도체 설비용 정전 척의 디척킹 장치.