KR100788355B1 - Method for Controlling Temperature of ElectroStatic Chuck - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ESC 온도 제어 방법에 관한 것으로, 정전척(ElectroStatic Chuck) 온 스텝(On step) 과정에서 고정력(Chucking force)를 단계별로 상승시키는 제1 단계와; 상기 온 스텝 과정의 초기 단계에는 최초 고정력을 웨이퍼의 열충격을 최소화하기 위한 기 설정된 시간 동안 인가하는 제2 단계와; 상기 고정력이 단계별로 상승함에 따라, 각 단계에서 고정력을 인가하는 시간을 상기 기 설정된 시간보다 짧게 인가하는 제3 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to an ESC temperature control method, comprising: a first step of raising a chucking force step by step during an electrostatic chuck on step; The initial step of the on-step process includes a second step of applying an initial fixing force for a predetermined time to minimize the thermal shock of the wafer; As the fixing force rises step by step, a third step of applying a time for applying the fixing force in each step is shorter than the predetermined time.

ESC(ElectroStatic Chuck) Electrostatic Chuck (ESC)

Description

정전척의 온도 제어 방법{Method for Controlling Temperature of ElectroStatic Chuck}Method for Controlling Temperature of ElectroStatic Chuck

도 1은 열판 앞면 패턴(정전척 패턴)을 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows a hotplate front pattern (electrostatic chuck pattern).

도 2는 열판 뒷면 패턴(가열 패턴)을 나타낸 도면.2 is a view showing a hot plate back pattern (heating pattern).

도 3은 기존 ESC 튜닝 테이블.3 is an existing ESC tuning table.

도 4는 기존 웨이퍼가 받는 온도 영향을 나타낸 그래프.4 is a graph showing the temperature effect of the conventional wafer.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 ESC 튜닝 테이블.5 is an ESC tuning table according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명을 적용한 웨이퍼가 받는 온도 영향을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the temperature effect received by the wafer to which the present invention is applied.

본 발명은 ESC 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 ESC에서 온 스텝(On step)을 분산화하여 웨이퍼가 받는 온도를 단계적 상승 제어하는 ESC 온도 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ESC temperature control method. More particularly, the present invention relates to an ESC temperature control method in which an on step is dispersed in an ESC to control a step-up of a temperature received by a wafer.

반도체 웨이퍼에는 다양한 종류의 박막, 예를 들면 산화막, 질화막, 절연막, 금속막 등이 차례로 적층되며, 각 박막들은 증착 및 식각 공정에 의해 목표로 하는 패턴으로 형성된다.Various kinds of thin films, for example, an oxide film, a nitride film, an insulating film, a metal film, and the like, are sequentially stacked on the semiconductor wafer, and each thin film is formed in a target pattern by a deposition and etching process.

그리고, 상기 증착과 에칭 공정을 진행할 때에는 반도체 웨이퍼를 고정밀도로 고정할 필요가 있는데, 통상적인 기계적 고정장치는 조립과 균일성 측면에서 많은 문제들을 수반하기 때문에 최근에는 정전척(electrostatic chuck)이 주로 사용된다. 정전척을 이용한 고정 방법으로는 유니폴라(unipolar) 고정 방법과 바이폴라(bipolar) 고정 방법 및 존-라벡(John-Rahbek) 고정 방법이 있다.In addition, it is necessary to fix the semiconductor wafer with high accuracy during the deposition and etching process. In recent years, the electrostatic chuck is mainly used because the conventional mechanical fixing device involves many problems in terms of assembly and uniformity. do. As the fixing method using the electrostatic chuck, there are a unipolar fixing method, a bipolar fixing method, and a John-Rahbek fixing method.

ESC 장치를 이용한 증착 공정은 대기 단계(idle step), 전이 단계(transfer step), 고정 단계(chucking step), 안정화 단계(stable step), 프로세스 단계(process step) 및 펌핑 단계(pumping step)를 포함하는데, 고정 단계에서 백사이드 아르곤과 ESC 파워를 턴온하고, 안정화 단계에서 백사이드 아르곤과 ESC 파워의 턴온을 유지하면서 압력과 가스를 턴온하며, 프로세스 단계에서 DC 파워를 턴온하여 챔버 내에 플라즈마를 생성하여 증착 공정을 수행하고, 프로세스 단계가 끝난 후에 먼저 DC 파워, 압력 및 가스를 턴오프 하고, 바로 이어서 백사이드 아르곤과 ESC 파워를 턴오프하여 공정을 종료한다.The deposition process using an ESC device includes an idle step, a transfer step, a chucking step, a stabilization step, a process step and a pumping step. In the fixing step, the backside argon and the ESC power are turned on, and in the stabilization step, the backside argon and the ESC power are turned on, while the pressure and the gas are turned on. After the process step is completed, first turn off the DC power, pressure and gas, then immediately turn off the backside argon and ESC power to terminate the process.

도 1 및 도 2는 ESC 장치에 사용되는 열판의 앞면과 뒷면을 나타낸 도면이다.1 and 2 are views showing the front and back of the hot plate used in the ESC device.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 열판은 금속전극(Ti,Co,Al) 증착시에 고진공의 챔버(Chamber)와, 아르곤 가스(Ar Gas) 그리고 DC 파워와 함께 어셈블리(Assembly)로 구성되어 있다. 이 열판은 웨이퍼(Wafer)가 놓이는 곳이며, 그 전면에 ESC(Electro Static Chuck)(1), 뒷면에 히팅소자(Heating element)(2)가 있어 웨이퍼 고정(Chucking)과 히팅(Heating)을 동시에 실행할 수 있는 구조로 되어 있 다.As shown in FIGS. 1 and 2, the hot plate is composed of an assembly together with a chamber of high vacuum, ar gas, and DC power during deposition of the metal electrodes Ti, Co, and Al. It is. This hot plate is where wafers are placed, and there is an electrostatic chuck (ESC) on the front and a heating element (2) on the back, so that both wafer fixing and heating can be performed simultaneously. It is a structure that can be executed.

이와 같이 구성되어, 열판의 웨이퍼 고정 파워(Wafer chucking power)는 ESC 공급전력(Power supply) 1.1kw에 의해 구동되며, 최대전력(Max. power)의 약 56.4%인 0.6keV를 이용하여 고정을 실시한다. 예를 들어 ULVAC社 스퍼터링(Sputtering) 장비인 Ceraus Z-1000 및 Entron W-200 Model들이 그 대표적인 것이다.In this manner, the wafer chucking power of the hot plate is driven by 1.1 kW of the ESC power supply and fixed using 0.6 keV, which is about 56.4% of the maximum power. do. For example, ULVAC's sputtering equipment, the Ceraus Z-1000 and Entron W-200 Models, are examples.

그런데, 기존 웨이퍼 고정의 운영 규칙(Rule)은 레서피 스텝(Recipe step ; 즉, 프로그램 단계)별로 도 3과 같은 ESC 테이블이 있어, 레서피 단계별로 고정을 세밀하게 컨트롤한다. 예를 들어 ULVAC社 시스템의 ESC 테이블은 진공챔버(Degas chamber)가 없음으로 인해 상온의 웨이퍼가 직접 프로세스챔버(Process chamber) 고온(350℃)과 고정을 수행하므로 일시에 온도 스트레스(Thermal stress)를 높게 받음으로써 열충격(Thermal shock)으로 인한 웨이퍼 손상 비율(Wafer broken rate)이 증가된다.By the way, the operation rule (Rule) of the conventional wafer fixation has an ESC table as shown in FIG. 3 for each recipe step (that is, a program step), and finely controls the fixation in the recipe step. For example, the ULSC system's ESC table has no vacuum chamber (Degas chamber), so the wafer at room temperature directly fixes the process chamber high temperature (350 ℃). Receiving high increases the wafer broken rate due to thermal shock.

도 3에 도시된 ESC 테이블에서와 같이 온 스텝(On step)에서 상온의 웨이퍼를 급격하게 강한 0.6keV라는 힘으로 일시에 고정함으로써 웨이퍼에 열충격이 유발되는 것이다.As in the ESC table shown in FIG. 3, thermal shock is induced on the wafer by temporarily fixing the wafer at room temperature with a sudden strong force of 0.6 keV in the on step.

이와 같이, 기존 ESC 테이블은 웨이퍼를 고정할 때, 상온의 웨이퍼가 350℃ 프로세스 온도에서 급격한 온도로 상승되어 웨이퍼에 열에 의한 손상을 주는 문제점을 해결하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 단계별로 고정력(Chucking Force)를 나누어 웨이퍼에 인가함으로써 웨이퍼가 열에 의한 손상을 최소화하고자 하였다. 그런데, 이 경우에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 1초(sec) 이내에 웨이퍼가 400℃까지 오버슈팅(Overshooting)되어 웨이퍼 스트레스가 증가하는 문제점이 있었다. 도 4는 NTM(Non Contact Monitoring) 시스템을 이용한 실험 데이터이다.As described above, in order to solve the problem that the conventional ESC table is fixed to the wafer, the wafer at room temperature rises to a rapid temperature at 350 ° C. process temperature and damages the wafer to heat. By dividing the clamping force applied to the wafer to minimize the damage caused by the heat. However, even in this case, as illustrated in FIG. 4, the wafer is overshooted up to 400 ° C. within 1 second to increase the wafer stress. 4 is experimental data using a Non Contact Monitoring (NTM) system.

본 발명의 목적은 ESC에서 온 스텝(On step)을 분산화하여 웨이퍼가 받는 온도를 단계적 상승 제어함과 아울러 초기 오버슈팅의 문제를 해결하기 위해 온 스텝의 초기 전압을 일반적으로 인가하는 고정 파워보다 낮추어 인가하는 ESC 온도 제어 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to control the temperature received by the wafer by distributing the on step in the ESC stepwise, and to lower the initial power of the on step than the fixed power which is generally applied to solve the problem of initial overshooting It is to provide an ESC temperature control method applied.

본 발명에 따른 ESC 온도 제어 방법은, 정전척(ElectroStatic Chuck) 온 스텝(On step) 과정에서 고정력(Chucking force)를 단계별로 상승시키는 제1 단계와; 상기 온 스텝 과정의 초기 단계에는 최초 고정력을 웨이퍼의 열충격을 최소화하기 위한 기 설정된 시간 동안 인가하는 제2 단계와; 상기 고정력이 단계별로 상승함에 따라, 각 단계에서 고정력을 인가하는 시간을 상기 기 설정된 시간보다 짧게 인가하는 제3 단계를 포함하여 이루어진다. 이때, 최초 고정력 0.2keV를 4초 동안 인가하는 것을 특징으로 한다.An ESC temperature control method according to the present invention includes: a first step of raising a clamping force step by step during an electrostatic chuck on step; The initial step of the on-step process includes a second step of applying an initial fixing force for a predetermined time to minimize the thermal shock of the wafer; As the fixing force rises step by step, a third step of applying a time for applying the fixing force in each step is shorter than the predetermined time. At this time, the first fixing force of 0.2keV is characterized in that for 4 seconds.

바람직하게, 상기 각 단계의 고정력 0.3keV를 3초 동안 인가하고, 0.4keV를 3초 동안 인가하고, 0.5keV를 3초 동안 인가하고, 0.6keV를 1초 동안 인가하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the fixing force of each step of 0.3keV is applied for 3 seconds, 0.4keV is applied for 3 seconds, 0.5keV is applied for 3 seconds, 0.6keV is applied for 1 second.

구현예Embodiment

이하 도면을 참조로 본 발명의 구현예에 대해 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 ESC 튜닝 테이블이고, 도 6은 본 발명을 적용한 웨이퍼가 받는 온도 영향을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is an ESC tuning table according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph showing a temperature effect of a wafer to which the present invention is applied.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기본적으로 ESC 온 스텝(On step)에서 고정력(Chucking force)를 로우(Low)에서 하이(High)로 변환시켜서 웨이퍼가 받는 열충격을 최소화하고 있다. 즉, 기존 제어 방법에 비하여 온도 제어가 안정화되어 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, basically, the fixing force is changed from low to high in the ESC on step to minimize thermal shock to the wafer. That is, it can be seen that the temperature control is stabilized as compared to the existing control method.

이를 위해, 웨이퍼 척 온 스텝에서는 1초 이내에 웨이퍼로 열 전달이 일어나며, 300℃ 이내에서 오버슈팅이 이루어지고 있음을 알 수 있다. 즉, 초기의 상온에서 최초 0.2keV에서 4초(sec)동안, 0.3keV에서 3초동안, 0.4keV에서 3초동안, 0.5keV에서 3초동안, 0.6keV에서 1초동안 고정력(Chucking force)를 단계별로 인가함으로써 웨이퍼가 받는 열적 손상을 최소화하고 있다. 이는 웨이퍼에 대한 열적 에이징(Aging) 효과라 볼 수 있으며, 이후의 단계는 단계별 온도 상승효과를 창출한다. 이는 초기에 작은 고정력을 비교적 긴시간 인가하고, 고정력이 상승함에 따라 시간을 짧게 분배하여 인가함으로써 얻을 수 있다. 한편, 연속 온 스텝에 해당하는 0.6keV 고정력이 온 스텝 과정에서 이루어지게함으써 공정처리의 신속성을 기할 수 있을 것이다.To this end, in the wafer chuck on step, heat transfer occurs to the wafer within 1 second, and it can be seen that overshooting is performed within 300 ° C. In other words, the initial clamping force is applied for 4 seconds (sec) at 0.2 keV, 3 seconds at 0.3 keV, 3 seconds at 0.4 keV, 3 seconds at 0.5 keV, and 1 second at 0.6 keV at initial room temperature. Applying in stages minimizes thermal damage to the wafer. This can be seen as a thermal aging effect on the wafer, and subsequent steps create stepwise temperature rise. This can be obtained by initially applying a small fixing force for a relatively long time and applying a short distribution of time as the fixing force rises. On the other hand, the 0.6keV holding force corresponding to the continuous on step is made in the on step process will be able to ensure the speed of the process.

이와 같이, 초기의 고정력(Chucking force)가 전체적인 웨이퍼의 안정성을 유도하는데 중요한 요인으로 작용하고 있다.As such, the initial chucking force acts as an important factor in inducing overall wafer stability.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, this is intended to be easily understood by those skilled in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified as much as possible within the technical spirit and scope of the present invention.

본 발명에 따르면 초기의 고정력(Chucking force)를 단계별로 상승시키면서 인가함으로써 웨이퍼가 초기에 받을 수 있는 열적 스트레스를 최소화할 수 있다. 또한, 단계별로 고정력을 상승시킴으로써 온도 에이징(Aging)도 기대할 수 있다. 결국, 열판 패턴 유형으로 발생하는 웨이퍼 열충격(Wafer thermal shock)을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to minimize the thermal stress that the wafer can initially receive by applying an initial chucking force while raising the stage step by step. In addition, temperature aging may also be expected by increasing the holding force in stages. As a result, it is possible to prevent wafer thermal shock that occurs in the hot plate pattern type.

Claims (3)

정전척(ElectroStatic Chuck) 온 스텝(On step) 과정에서 고정력(Chucking force)를 단계별로 상승시키는 제1 단계;A first step of raising a clamping force step by step during an electrostatic chuck on step; 상기 온 스텝 과정의 초기 단계에는 최초 고정력을 웨이퍼의 열충격을 최소화하기 위한 기 설정된 시간 동안 인가하는 제2 단계; 및The initial step of the on-step process may include a second step of applying an initial fixation force for a predetermined time to minimize thermal shock of the wafer; And 상기 고정력이 단계별로 상승함에 따라, 각 단계에서 고정력을 인가하는 시간을 상기 기 설정된 시간보다 짧게 인가하는 제3 단계를 포함하여 이루어지는 정전척의 온도 제어 방법.And a third step of applying the time for applying the fixing force in each step to be shorter than the predetermined time as the fixing force rises step by step. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 단계는, 최초 고정력 0.2keV를 4초 동안 인가하는 것을 특징으로 하는 정전척의 온도 제어 방법.The second step is the temperature control method of the electrostatic chuck, characterized in that for applying the initial fixing force of 0.2keV for 4 seconds. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 단계는, 각 단계의 고정력 0.3keV를 3초 동안 인가하고, 0.4keV를 3초 동안 인가하고, 0.5keV를 3초 동안 인가하고, 0.6keV를 1초 동안 인가하는 것을 특징으로 하는 정전척 온도 제어 방법.In the third step, the static power of each step is applied 0.3keV for 3 seconds, 0.4keV for 3 seconds, 0.5keV for 3 seconds, 0.6keV for 1 second Chuck temperature control method.
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