KR100783569B1

KR100783569B1 - 캡 형 정전척

Info

Publication number: KR100783569B1
Application number: KR1020050132930A
Authority: KR
Inventors: 이두로; 김동해; 이준호
Original assignee: 코리아세미텍 주식회사
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2007-12-10
Also published as: KR20070070419A

Abstract

본 발명은 에칭공정의 플라즈마 소스 챔버(Plasma Source Chamber)와 같은 반도체소자 제조공정의 챔버 내부 중앙에 설치되어 플라즈마 가스에 의한 접착제의 손상 방지 및 웨이퍼를 효과적으로 척킹 및 디척킹시킬 수 있는 캡 형 정전척에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 챔버(10) 내측 하부에 설치된 몸체(110)와, 그 몸체(110)의 상면에 설치된 플레이트(120)와, 상기 플레이트(120)의 상면에 안착된 웨이퍼(50)를 정전기력에 의해 척킹시키는 정전기가 발생되도록 플레이트(120)의 내부에 내장된 내부전극(130)으로 이루어진 정전척(100)에 있어서, 상기 웨이퍼(50)가 접촉되는 플레이트(120)의 둘레면에는 몸체(110)의 상면에 플레이트(120)를 부착시키는 접착제가 감싸여지도록 하향 절곡된 차단링(121)이 형성되고, 상기 플레이트(120)의 표면에는 가공 완료된 웨이퍼(50)가 원활하게 디척킹되도록 플레이트(120)보다 높은 저항계수를 갖는 분리층(140)이 형성된 것이다.

정전척, 에칭공정, 웨이퍼, 차단링

Description

캡 형 정전척{Cap Type Electrostatic Chuck}

도1은 일반적인 웨이퍼 가공용 챔버를 나타낸 단면도.

도2는 종래의 정전척을 나타낸 단면도.

도3은 본 발명에 따른 정전척을 나타낸 단면도.

도4 및 도5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 정전척을 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 챔버 50 : 웨이퍼

100 : 정전척 110 : 몸체

120 : 플레이트 121 : 차단링

130 : 내부전극 140 : 분리층

141 : 제1분리층 142 : 제2분리층

본 발명은 캡 형 정전척(Electrostatic Chuck Chuck: ESC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에칭공정의 플라즈마 소스 챔버(Plasma Source Chamber)와 같은 반도체소자 제조공정의 챔버 내부 중앙에 설치되어 플라즈마 가스에 의한 접착제의 손상 방지 및 웨이퍼를 효과적으로 척킹 및 디척킹시킬 수 있는 캡 형 정전척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 화학기상증착, 스퍼터링, 포토리소그라피, 에칭, 이온주입 등 수많은 단위 공정들이 순차적으로 또는 반복적으로 수행되며 가공되는데, 이러한 공정을 진행하기 위해서는 도1에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(50)를 챔버(10) 내부의 정전척(100)에 척킹시켜서 웨이퍼(50)를 가공한 후, 다음 단계의 가공을 위해 디척킹하는 과정을 여러번 반복하게 된다.

정전척(ESC)(100)은 젠센-라벡효과(A. Jehnson & K. Rahbek's Force)에 의한 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 지지대로서, 건식가공 공정이 일반화되어가는 최근의 반도체소자 제조기술의 추세에 부응하여 진공척이나 기계식 척을 대체하여 반도체소자 제조공정 전반에 걸쳐 사용되고 있는 장치이며, 특히 플라즈마를 이용하는 드라이 에칭공정에서는, 챔버 상부에 설치되는 RF 상부전극에 대한 하부전극의 역할을 하며, 고온(약 150∼200℃로 추정)가공되는 웨이퍼의 배면측에 헬륨을 공급하거나 별도의 수냉부재가 설치되어 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

도2에는 이러한 종래 정전척의 일례를 나타내었다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 정전척(100)은, 챔버(10) 내에서 하부전극의 역할을 하며 원판형상으로 형성된 알루미늄 재질의 몸체(110)와, 접착제(111)에 의해 몸체(110)의 상면에 부착되며 내부에는 내부전극(130)이 내장된 플레이트(120)로 구성된다.

상기 플레이트(120)는 전기절연성, 내식성, 내플라즈마 부식성이 우수한 세 라믹등의 재질로 이루어져 있으며, 그 플레이트(120)는 높은 저항계수(약 10⁹Ωcm)로 이루어져 있다.

따라서, 챔버(10)의 내부에 웨이퍼(50)를 이동시킨 후 플레이트(120)에 내장된 내부전극(130)에 전원을 인가하면, 상기 플레이트(120)의 표면에 정전기가 발생되어 웨이퍼(50)를 견고히 고정하는 척킹 작업을 수행하게 되는 것이다.

이러한 상태에서 상기 챔버(10)의 내부에서 웨이퍼(50)의 표면을 가공하는 것이며, 가공 완료된 후 내부전극(130)에 공급된 전원을 차단하고 상기 웨이퍼(50)를 플레이트(120)에서 분리하는 디척킹 작업을 수행하게 되는 것이다.

그러나 이러한 종래의 플레이트(120)는 전체면이 동일한 저항계수로 이루어져 있으므로, 가공 완료된 웨이퍼(50)를 분리시키는 디척킹 작업시 웨이퍼(50)와 플레이트(120)의 접촉면에 잔존하는 정전기에 의해서 웨이퍼(50)가 손상되거나 심할 경우에는 파손되는 등의 문제점이 있었다.

한편, 종래의 정전척(100)은 상기 몸체(110)의 상면에 플레이트(120)를 견고히 고정시키는 접착제(111)가 외부로 노출되어 있으므로 웨이퍼(50)를 가공시 챔버(10)의 내부로 공급되는 고온의 가스에 의해서 상기 접착제(111)의 접착력이 저하되었으며, 심할 경우에는 접착제(111)가 연소되어 챔버(10) 내부를 오염시키게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 챔버 내부의 몸체와 그 몸체 상면의 플레이트를 고정시키는 접착제가 외부로 노출되지 않도록 상기 플레이트의 둘레면을 하부로 연장하여 웨이퍼를 가공할 때 챔버 내부에 공급되는 고온의 가스에 의해서 접착제가 손상되는 것을 방지할 수 있는 캡 형 정전척을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 플레이트의 상면에 저항계수가 높은 분리층을 형성하여 챔버 내부에서 가공이 완료된 웨이퍼를 분리할 때 그 웨이퍼의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 캡 형 정전척을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 형 정전척은 챔버 내측 하부에 설치된 몸체와, 그 몸체의 상면에 설치된 플레이트와, 상기 플레이트의 상면에 안착된 웨이퍼를 정전기력에 의해 척킹시키는 정전기가 발생되도록 플레이트의 내부에 내장된 내부전극으로 이루어진 정전척에 있어서, 상기 웨이퍼가 접촉되는 플레이트의 둘레면에는 몸체의 상면에 플레이트를 부착시키는 접착제가 감싸여지도록 하향 절곡된 차단링이 형성되고, 상기 플레이트의 표면에는 가공 완료된 웨이퍼가 원활하게 디척킹되도록 플레이트보다 높은 저항계수를 갖는 분리층이 형성된 것이다.

이하 본 발명을 나타낸 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 따른 정전척을 나타낸 단면도이고, 도4 및 도5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 정전척을 나타낸 단면도이다.

여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 챔버(10)의 내부에서 웨이퍼(50)를 고정시키도록 상기 챔버(10)의 내측 하부에 설치되는 몸체(110)가 마련되어 있고, 그 몸체(110)의 상면에는 플레이트(120)가 접착제(111)를 매개로 부착되어 있으며, 상기 플레이트(120)의 둘레면에는 몸체(110)의 상면에 플레이트(120)를 부착시키는 접착제(111)가 감싸여지도록 하향 절곡된 차단링(121)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 플레이트(120)와 차단링(121)은 내전기성 및 내화학성이 동일하도록 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 플레이트(120)의 내부에는 플레이트(120)의 상면에 안착된 웨이퍼(50)를 정전기력에 의해 척킹시키는 정전기가 발생되도록 내부전극(130)이 내장되어 있다.

한편, 상기 플레이트(120)의 상면에는 가공 완료된 웨이퍼(50)를 원활하게 디척킹시킬 수 있도록 분리층(140)이 형성되어 있되, 그 분리층(140)의 저항계수는 플레이트(120) 및 차단링(121) 보다 높게 형성하는 것이 바람직하며, 상기 플레이트(120), 차단링(121) 및 분리층(140)의 재질은 세라믹 또는 사파이어중 어느 하나로 형성하거나, 상기 차단링(121)을 포함하는 플레이트(120) 및 분리층(140)중 어느 하나는 세라믹으로 형성하고, 다른 하나는 사파이어로 형성하는 것도 가능하다.

일예로 도3에 나타낸 바와 같이 플레이트(120) 및 차단링(121)의 저항계수가 10⁹Ωcm일 때, 분리층(140)의 저항계수는 10¹⁴Ωcm으로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 분리층(140)을 도4에 나타낸 바와 같이 제1분리층(141) 및 제2분리층(142)으로 형성할 수도 있으며, 이때 상기 플레이트(120) 및 차단링(121)의 저항계수는 10⁹Ωcm이면, 상기 제1분리층(141)은 내전기성을 갖으며 저항계수는 10¹⁰Ωcm이고, 제2분리층(142)은 내전기성 및 내화학성을 갖으며 저항계수는 10¹⁴Ωcm으로 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 분리층(140)을 도5에 나타낸 바와 같이 2개 이상 복수층으로 형성할 수도 있으며, 이때에는 플레이트(120)에 접촉된 최 하부에 형성되는 분리층(140)의 저항계수는 낮게 형성하고 상부에 형성되는 분리층(140)의 저항계수는 점차 높게 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 챔버(10)에서 웨이퍼(50)를 가공하기 위하여 상기 챔버(10)의 내부에 웨이퍼(50)를 삽입한 후 내부전극(130)에 전원을 인가하면, 상기 내부전극(130)에서 발생된 정전기에 의해서 웨이퍼(50)는 분리층(140)의 표면에 긴밀히 고정되는 척킹작업이 완료되는 것이다.

이러한 상태에서 상기 웨이퍼(50)를 가공할 때 챔버(10) 내부에 공급되는 고온의 가스는 웨이퍼(50)는 물론, 플레이트(120)의 표면에 접촉하게 되는 것이며, 상기 플레이트(120)를 몸체(110)에 고정시키는 접착제(111)는 차단링(121)에 의해서 가스와 접촉되지 않게 되므로 접착제(111)의 손상 및 연소를 방지하게 되는 것이다.

즉, 고온의 가스에 의한 접착제(111)의 손상을 방지하여 플레이트(120)의 접착력을 일정하게 유지하는 한편, 파티클의 발생을 미연에 방지하게 되는 것이다.

그리고 상술한 바와 같이 웨이퍼(50)를 가공하는 공정을 완료한 후 그 웨이퍼(50)를 정전척(100)에서 분리시킬 때에는 내부전극(130)에 공급되는 전원을 차단한 후 상기 웨이퍼(50)를 분리시키는 디척킹 작업을 수행하는 것으로서, 이때 웨이퍼(50)에 접촉된 분리층(140)의 저항계수는 플레이트(120)의 저항계수보다 높게 형성되어 있으므로, 상기 웨이퍼(50)와 접촉되는 분리층(140) 표면에 잔존하는 정전기는 플레이트(120) 측으로 이동하게 되므로 웨이퍼(50)의 디척킹 작업이 원활하게 이루어지는 것이다.

한편, 상기 분리층(140)은 플레이트(120) 및 차단링(121)에 비하여 내전기성은 물론 내화학성이 높게 형성되어 있으므로, 웨이퍼(50)를 가공할 때 가스 및 전기저인 충격에 의해서 파손되는것이 최소화 되는 것이다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 플레이트를 부착하는 접착제가 외부로 노출되지 않게 되므로 웨이퍼를 가공할 때 챔버의 내부에 공급되는 고온의 가스에 의한 접착제의 손상을 미연에 방지할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

또한, 본 발명은 웨이퍼를 고정시키는 정전척의 표면에 내전기성 및 내화학성이 우수한 재질의 분리층이 형성되어 있으므로 정전척의 사용수명을 연장함과 동시에 파티클로 인한 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

또한 본 발명은 웨이퍼에 접촉되는 분리층의 저항계수가 그 분리층의 하부에 형성된 플레이트보다 높게 형성되어 있으므로, 가공 완료된 웨이퍼의 분리작업을 원활하게 수행하여 웨이퍼의 파손을 방지할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

Claims

챔버(10) 내측 하부에 설치된 몸체(110)와, 그 몸체(110)의 상면에 설치된 플레이트(120)와, 상기 플레이트(120)의 상면에 안착된 웨이퍼(50)를 정전기력에 의해 척킹시키는 정전기가 발생되도록 플레이트(120)의 내부에 내장된 내부전극(130)으로 이루어진 정전척(100)에 있어서,

상기 웨이퍼(50)가 접촉되는 플레이트(120)의 둘레면에는 몸체(110)의 상면에 플레이트(120)를 부착시키는 접착제가 감싸여지도록 하향 절곡된 차단링(121)이 형성되고, 상기 플레이트(120)의 표면에는 가공 완료된 웨이퍼(50)가 원활하게 디척킹되도록 플레이트(120)보다 높은 저항계수를 갖는 분리층(140)이 형성됨을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제1항에 있어서, 상기 플레이트(120), 차단링(121) 및 분리층(140)은 세라믹 또는 사파이어중 어느 하나임을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제1항에 있어서, 상기 플레이트(120), 차단링(121) 및 분리층(140)은 세라믹 또는 사파이어로 이루어짐을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트(120) 및 차단링 (121)의 저항계수는 10⁹Ωcm이고, 분리층(140)의 저항계수는 10¹⁴Ωcm임을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층(140)은 제1분리층(141) 및 제2분리층(142)으로 형성됨을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제5항에 있어서, 상기 플레이트(120) 및 차단링(121)의 저항계수는 10⁹Ωcm이고, 상기 제1분리층(141)은 내전기성을 갖으며 저항계수는 10¹⁰Ωcm이며, 제2분리층(142)은 내전기성 및 내화학성을 갖으며 저항계수는 10¹⁴Ωcm임을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리층(140)을 적어도 2개 이상 복수층으로 형성됨을 특징으로 하는 캡 형 정전척.
제7에 있어서, 상기 분리층(140)을 적어도 2개 이상 복수층으로 형성할 때에는 플레이트(120)에 근접한 분리층(140)의 저항계수는 낮고 상부에 형성된 분리층(140)의 저항계수가 점차 높아지게 형성됨을 특징으로 하는 캡 형 정전척.