KR102564984B1 - 정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법 - Google Patents

정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직경이 297 mm 내지 298 mm인 더미 웨이퍼를 포함한다. 상기 더미 웨이퍼는 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 엣지 영역을 포함하고, 상기 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.008 μm 내지 0.009 μm이다.

Description

정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법{Electrostatic chuck protection plate and method for manufacturing the same}
본 발명은 정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드라이 클리닝 공정 동안 정전척을 보호할 수 있는 보호 플레이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 반도체 소자의 세정방법인 인시츄 드라이 클리닝(ISD : In-Situ Dry Cleaning)의 경우, 플라즈마가 정전척, 엣지링, 공정챔버 벽 등의 구조물에 선별성이 없이 접촉하게 되고, 특히, 정전척 표면의 직접적인 플라즈마의 접촉은 정전척을 손상시키는 문제점이 있다.
본 발명은 플라즈마 챔버 내부의 세정 공정 동안 미세 입자들의 발생을 최소화할 수 있는 정전척 보호 플레이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 개념에 따른, 정전척 보호 플레이트는, 직경이 297 mm 내지 298 mm인 더미 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상기 더미 웨이퍼는 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 엣지 영역을 포함하고, 상기 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.008 μm 내지 0.009 μm일 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 정전척 보호 플레이트의 제조 방법은, 더미 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 더미 웨이퍼에 래핑 공정을 수행하여, 상기 더미 웨이퍼의 두께를 평탄화하는 단계; 상기 더미 웨이퍼에 엣지 그라인딩을 수행하여, 그의 직경을 297 mm 내지 298 mm로 형성하는 단계; 상기 더미 웨이퍼의 표면 상에 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 단계; 및 상기 더미 웨이퍼의 엣지 영역 상에 엣지 연마 공정을 수행하여, 상기 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)를 0.008 μm 내지 0.009 μm로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 정전척 보호 플레이트는 그의 엣지 영역이 상대적으로 작은 표면 거칠기를 가짐으로써, 세정 공정 동안 미세 입자들의 생성을 억제할 수 있다. 이로써 후속 공정에서 실리콘 웨이퍼 상에 발생할 수 있는 결함을 방지하여, 반도체 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 정전척 보호 플레이트는 로봇 암에 의해 핸들링되는 동안 균열 또는 치핑(chipping)과 같은 기계적 결함의 발생이 효과적으로 방지될 수 있다. 이로써 플라즈마 챔버 내부의 세정 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 장치 내부의 세정 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 정전척 상에 제공된 보호 플레이트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 보호 플레이트의 사시도이다.
도 5는 도 3의 M 영역을 확대한 것으로, 보호 플레이트의 엣지 영역을 나타내는 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예로, 유도결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 방식으로 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 플라즈마 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 용량결합형 플라즈마(CCP: Conductively Coupled Plasma) 방식 또는 리모트 플라즈마 방식 등 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에서는 지지 유닛으로 정전척을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 지지 유닛은 기계적 클램핑에 의해 기판을 지지하거나, 진공에 의해 기판을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 장치(10)는 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마를 이용한 식각 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400) 및 배기 유닛(500)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 웨이퍼(W)를 처리하는 처리 공간을 가질 수 있다. 챔버(100)는 하우징(110) 및 커버(120)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 상면이 개방될 수 있다. 즉, 하우징(110)의 내부 공간은 개방될 수 있다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다.
하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 제공될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징(110)의 내부 공간에 잔류하는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮을 수 있다. 커버(120)는 판 형상을 가지며, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시킬 수 있다. 커버(120)는 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다.
라이너(130)가 하우징(110) 내부에 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 바닥면이 개방된 내부 공간을 가질 수 있다. 다시 말하면, 라이너(130)는 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 아래로 연장될 수 있다.
라이너(130)는, 그의 상부에 지지 링(131)을 포함할 수 있다. 지지 링(131)은 링 형태를 가지며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출될 수 있다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상부에 제공되어, 라이너(130)를 지지할 수 있다.
라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 라이너(130)는 알루미늄을 포함할 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호할 수 있다. 예를 들면, 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킬 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 반응 부산물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이할 수 있다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 손상된 라이너(130)는 새로운 라이너(130)로 교체될 수 있다.
지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부의 처리 공간 내에서 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 예를 들면, 지지 유닛(200)은 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있다. 지지 유닛(200)은 정전기력(electrostatic force)을 이용하여 웨이퍼(W)을 흡착하는 정전척 방식으로 제공될 수 있다. 다른 예로, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 웨이퍼(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전척 방식으로 제공된 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 정전척(220), 유로 형성판(230), 절연 플레이트(250) 및 에지 링(240)을 포함할 수 있다. 정전척(220)은 공정 수행 시 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 정전척(220)은 지지 유닛(200)의 상부에 위치할 수 있다. 정전척(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 정전척(220)은 쿼츠를 포함할 수 있다. 정전척(220)의 상면에는 웨이퍼(W)가 배치될 수 있다. 정전척(220)의 상면은 웨이퍼(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 정전척(220)에는, 웨이퍼(W)의 바닥면으로 열 전달 가스가 공급되는 통로로 이용되는 제1 공급 유로(221)가 제공될 수 있다. 정전척(220) 내에는 정전 전극(223)과 히터(225)가 매립될 수 있다.
정전 전극(223)은 히터(225) 상에 위치할 수 있다. 정전 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 정전 전극(223)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(223)과 웨이퍼(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)는 정전척(220)에 클램핑될 수 있다.
히터(225)는 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 정전척(220)을 통해 웨이퍼(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 웨이퍼(W)은 설정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
정전척(220)의 아래에 유로 형성판(230)이 제공될 수 있다 정전척(220)의 바닥면과 유로 형성판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 서로 접착될 수 있다. 유로 형성판(230) 내에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232), 및 제2 공급 유로(233)가 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 열 전달 가스가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 서로 연결할 수 있다. 예를 들어, 유로 형성판(230)은 쿼츠를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 제1 순환 유로(231)는 유로 형성판(230) 내부에 나선 형상으로 제공될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들을 포함할 수 있다. 상기 링 형상의 유로들은 동일한 중심축을 갖도록 배치될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 웨이퍼(W)의 바닥면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 웨이퍼(W)와 정전척(220) 간에 열 교환을 돕는 매개체 역할을 수행할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W)는 전체적으로 온도가 균일할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수도 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 유로 형성판(230)을 냉각할 수 있다. 유로 형성판(230)은 냉각되면서 정전척(220)과 웨이퍼(W)을 함께 냉각시켜 웨이퍼(W)를 소정 온도로 유지시킬 수 있다. 상술한 바와 같은 이유로, 일반적으로, 에지 링(240)의 하부는 상부에 비해 온도가 낮을 수 있다.
유로 형성판(230)의 아래에 절연 플레이트(250)가 제공될 수 있다. 절연 플레이트(250)는 절연 물질을 포함할 수 있으며, 유로 형성판(230)과 하부 커버(270)를 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다.
지지 유닛(200)의 아래에 하부 커버(270)가 제공될 수 있다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥으로부터 수직적으로 이격되어 배치될 수 있다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 내부 공간을 가질 수 있다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮일 수 있다. 따라서 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 웨이퍼(W)을 외부의 반송 부재로부터 전달받아 정전척(220)으로 안착시키는 리프트 핀이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 포함할 수 있다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 서로 연결할 수 있다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 지지 유닛(200)을 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 접지(grounding)되도록 할 수 있다. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c)은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 저장부(330)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(310)은 커버(120)의 중앙부에 제공될 수 있다. 가스 공급 노즐(310)의 바닥면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구를 통해 챔버(100) 내부로 공정 가스가 공급될 수 있다.
가스 공급 라인(320)은 가스 공급 노즐(310)과 가스 저장부(330)를 서로 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(320)에는 밸브(321)가 제공될 수 있다. 밸브(321)는 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 가스 공급 라인(320)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
플라즈마 소스(400)는, 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 챔버(100)의 처리 공간의 외부에 제공될 수 있다. 일 실시예로, 플라즈마 소스(400)로 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나 실(410), 안테나(420), 그리고 플라즈마 전원(430)을 포함할 수 있다.
안테나 실(410)은 하부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 안테나 실(410)은 챔버(100)와 대응되는 직경을 가질 수 있다. 안테나 실(410)의 하단은 커버(120)에 탈착 가능하도록 제공될 수 있다.
안테나(420)는 안테나 실(410)의 내부에 배치될 수 있다. 안테나(420)는 나선 형상의 코일 형태를 가질 수 있다. 안테나(420)는 플라즈마 전원(430)과 연결될 수 있다. 안테나(420)는 플라즈마 전원(430)으로부터 전력을 인가 받을 수 있다. 플라즈마 전원(430)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나(420)는 챔버(100)의 처리 공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정 가스는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
배기 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 제공될 수 있다. 배기 유닛(500)은 관통홀(511)이 형성된 배기판(510)을 포함할 수 있다. 배기판(510)은 환형의 링 형태를 가질 수 있다. 배기판(510)에는 복수의 관통홀들(511)이 제공될 수 있다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배기판(510)의 관통홀들(511)을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배기판(510)의 형상 및 관통홀들(511)의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
도 1의 플라즈마 장치(10)를 이용하여 웨이퍼(W) 상에 플라즈마를 이용한 공정이 수행될 수 있다. 구체적으로, 웨이퍼(W)를 챔버(100) 내의 정전척(220)에 흡착시킨 후, 공정 조건에 적합하게 압력 및 온도를 유지한 상태에서 가스 공급 노즐(310)을 통해 공정 가스를 챔버(100) 내로 공급할 수 있다. 이후, 플라즈마 소스(400)를 이용하여 챔버(100)의 처리 공간 내에 플라즈마를 생성할 수 있다. 생성된 플라즈마를 이용하여 특정 공정이 웨이퍼(W) 상에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정일 수 있다.
플라즈마를 이용한 건식 식각 공정에서는 반응 부산물이 다량으로 발생할 수 있다. 상기 반응 부산물은 대부분 배기홀(102)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 반응 부산물 중 일부는 챔버(100) 내부의 구조물, 예를 들어 정전척(220)의 표면 및 라이너(130)의 측벽 등에 부착될 수 있다.
이와 같은 반응 부산물의 부착은 후속 식각 공정의 특성을 변화시킬 수 있다. 대표적으로, 챔버(100) 내부에 부착된 반응 부산물이 아웃 가싱(Out Gasing)되는 반응 라디칼(Radical)의 식각률을 변화시키거나 식각 선택비를 변화시킬 수 있다. 또한 챔버(100) 내부에 불안정하게 부착된 반응 부산물이 웨이퍼(W)로 떨어져 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴에 결함을 방생시키는 문제점이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 장치 내부의 세정 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상술한 챔버(100) 내부에 부착된 반응 부산물을 제거하기 위해, 플라즈마(PLM)를 이용한 세정 방법인 인시츄 드라이 클리닝(ISD : In-Situ Dry Cleaning) 공정이 이용될 수 있다.
구체적으로, 정전척(220) 상의 웨이퍼(W)에 대한 식각 공정이 완료된 후 (도 1 참조), 정전척(220) 내의 정전 전극(223)에 0V의 직류 전압을 공급하여 정전척(220)에서 웨이퍼(W)를 분리할 수 있다. 분리된 웨이퍼(W)가 챔버(100) 외부로 언로딩될 수 있다. 일 실시예로, 웨이퍼(W)와 함께 에지 링(240)이 챔버(100) 외부로 언로딩될 수 있다. 이로써 정전척(220)의 표면(예를 들어, 상면 및 측면)이 노출될 수 있다.
정전척(220) 상에 보호 플레이트(EPP)가 제공될 수 있다. 보호 플레이트(EPP)는 더미 웨이퍼로서, 도 1의 웨이퍼(W)와 유사하지만 웨이퍼(W)보다 질이 떨어져 실제 반도체 소자의 웨이퍼로는 사용되기 어려운 낮은 퀄리티의 웨이퍼일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 보호 플레이트(EPP)에 대한 보다 구체적인 설명은 후술한다. 보호 플레이트(EPP)는 정전척(220)의 상면 상에 제공되어, 챔버(100) 내부의 세정 공정 동안 정전척(220)의 상면을 보호할 수 있다.
챔버(100)의 처리 공간으로 세정 가스가 공급될 수 있다. 가스 공급 라인(320)을 통해 가스 저장부(330)에 저장된 세정 가스가 가스 공급 노즐(310)에 공급될 수 있다. 가스 공급 노즐(310)을 통해 세정 가스가 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 상기 세정가스는 BClx, SiClx, SF6, NF3, Cl2, SiBr4, C4F6, C4F8, CF5, 및 CHF3로 구성되는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 세정가스로부터 플라즈마(PLM)가 생성될 수 있다. 플라즈마 전원(430)을 통해 안테나(420)로 고주파 전압(radio frequency power)이 인가될 수 있다. 즉, 안테나(420)에 플라즈마(PLM) 생성을 위한 전압이 인가될 수 있다.
안테나(420)로 고주파 전압이 인가됨으로써 챔버(100)의 처리 공간 내에 플라즈마(PLM)가 생성될 수 있다. 플라즈마(PLM) 내에 생성된 전자 및 이온이 전기장 및 쉬스(sheath)에 의해 운동할 수 있다. 플라즈마(PLM)를 이용하여 챔버(100)의 처리 공간을 세정할 수 있다.
플라즈마(PLM)를 이용한 세정 공정, 즉 인시츄 드라이 클리닝 공정을 통해 챔버(100) 내부에 부착된 반응 부산물이 제거될 수 있다. 한편 정전척(220) 상에 보호 플레이트(EPP)가 생략될 경우, 정전척(220)의 표면에 플라즈마(PLM)가 접촉함으로써 정전척(220)의 표면이 손상될 수 있다. 따라서 정전척(220)의 표면(예를 들어, 상면) 상에 본 발명의 보호 플레이트(EPP)를 제공함으로써, 정전척(220)이 플라즈마(PLM)로부터 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 정전척 상에 제공된 보호 플레이트를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 보호 플레이트의 사시도이다. 도 5는 도 3의 M 영역을 확대한 것으로, 보호 플레이트의 엣지 영역을 나타내는 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상술한 인시츄 드라이 클리닝 공정을 수행하기 위해, 정전척(220)의 상면 상에 보호 플레이트(EPP)가 제공될 수 있다. 보호 플레이트(EPP)는 제1 면(SU1)과 제1 면(SU1)에 대향하는 제2 면(SU2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 면(SU1)은 상면이고 제2 면(SU2)은 바닥면일 수 있다. 보호 플레이트(EPP)의 제2 면(SU2)은 정전척(220)의 상면을 마주볼 수 있다.
보호 플레이트(EPP)는 더미 웨이퍼로서, 도 1의 웨이퍼(W)와 동일한 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호 플레이트(EPP)는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 보호 플레이트(EPP)는 반도체 소자가 형성되는 도 1의 웨이퍼(W)에 비해 낮은 퀄리티를 가질 수 있다. 예를 들어, 보호 플레이트(EPP)는 단결정 실리콘 웨이퍼와 비교하여 결정 결함이나 불순물 함유와 같은 결함을 가질 수 있다. 즉, 보호 플레이트(EPP)는 반도체 소자를 제조하기 위한 용도로 사용되기 어려운 결함을 갖고 있는 더미 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
정전척(220)은 원형의 디스크 형태를 가질 수 있다. 정전척(220)은 제1 직경(DI1)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 직경(DI1)은 297 mm일 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 보호 플레이트(EPP)는 원형의 디스크 형태를 가질 수 있다. 보호 플레이트(EPP)는 제2 직경(DI2)을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 직경(DI2)은 제1 직경(DI1)과 같거나 더 클 수 있다. 예를 들어, 제2 직경(DI2)은 297 mm 내지 298.5 mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 직경(DI2)은 297 mm 내지 298 mm일 수 있다. 더 구체적으로, 제2 직경(DI2)은 297.5 mm 내지 298 mm일 수 있다. 제1 직경(DI1)에 대한 제2 직경(DI2)의 비(DI2/DI1)는 1.001 내지 1.005일 수 있다. 즉, 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)의 최외곽은 정전척(220)과 수직적으로 중첩되지 않고 정전척(220)의 측벽보다 외부로 더 돌출될 수 있다. 보호 플레이트(EPP)는 정전척(220)의 상면보다 더 큰 직경을 가짐으로써, 보호 플레이트(EPP)가 정전척(220)의 상면을 완전히 커버할 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 보호 플레이트(EPP)는 중심 영역(CTR)과 중심 영역(CTR)을 둘러싸는 엣지 영역(EDR)을 포함할 수 있다. 엣지 영역(EDR)은 보호 플레이트(EPP)의 가장자리 영역일 수 있다. 엣지 영역(EDR)은, 후술할 보호 플레이트(EPP)의 제조 시 엣지 가공이 수행되는 영역일 수 있다.
예를 들어, 중심 영역(CTR)은 제1 방향(D1)으로 제1 길이(LI1)를 가질 수 있고, 엣지 영역(EDR)은 제1 방향(D1)으로 제2 길이(LI2)를 가질 수 있다. 보호 플레이트(EPP)의 제2 직경(DI2)은, 제2 길이(LI2)의 두 배와 제1 길이(LI1)와의 합과 같을 수 있다 (즉, DI2 = LI1 + 2?LI2). 예를 들어, 제2 직경(DI2)에 대한 제2 길이(LI2)의 비(LI2/DI2)는 0.03 내지 0.15일 수 있다. 제2 직경(DI2)에 대한 제1 길이(LI1)의 비(LI1/DI2)는 0.70 내지 0.94일 수 있다.
도 5를 참조하면, 엣지 영역(EDR)의 제1 면(SU1)은 상대적으로 작은 평균 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있다. 엣지 영역(EDR)의 제1 면(SU1)은 복수개의 마루들(PK) 및 마루들(PK) 사이의 골들(VA)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 면(SU1)은 엠보싱 형태를 가질 수 있다. 제1 면(SU1)의 중심선(CTL)을 기준으로, 마루들(PK)과 골들(VA)은 평균 높이(AHE)를 가질 수 있다. 평균 표면 거칠기(Ra)는 평균 높이(AHE)와 중심선(CTL)간의 차이일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.005 μm 내지 0.010 μm일 수 있다. 보다 구체적으로, 엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.008 μm 내지 0.009 μm일 수 있다.
엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)는 중심 영역(CTR)의 평균 표면 거칠기보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 중심 영역(CTR)의 평균 표면 거칠기는 0.8 μm 내지 1 μm일 수 있다. 즉, 중심 영역(CTR)의 평균 표면 거칠기는 엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)보다 약 100배 정도 더 클 수 있다. 본 발명에 따른 보호 플레이트(EPP)는, 그의 엣지 영역(EDR)에 엣지 가공이 추가로 수행되기 때문에 엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)가 상대적으로 작을 수 있다.
상술한 인시츄 드라이 클리닝 공정은 플라즈마(PLM)를 이용하며, 플라즈마(PLM)가 보호 플레이트(EPP)에 직접 접촉함으로써 미세 입자들이 생성될 수 있다. 특히 보호 플레이트(EPP)의 표면에는 마이크로 크랙과 같은 미세 결함들이 존재할 수 있고, 이들이 플라즈마(PLM)와 접촉할 경우 분해되어 미세 입자들이 생성될 수 있다. 미세 입자들은 상술한 반응 부산물과 유사하게 챔버(100) 내부에 잔류하여 후속 공정에서 웨이퍼(W) 상에 결함을 발생시킬 수 있다. 상기 미세 입자들은 특히 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)에서 주로 발생할 수 있으므로, 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)의 퀄리티가 중요할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)은 정전척(220)의 측벽보다 더 돌출됨과 동시에 상대적으로 작은 평균 표면 거칠기(Ra)를 가짐으로써, 드라이 클리닝 공정 동안 정전척(220)을 효과적으로 보호함과 동시에 미세 입자들의 생성을 억제할 수 있다. 본 발명에 따른 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)은 추가적인 엣지 연마 공정을 거치면서 상술한 마이크로 크랙과 같은 미세 결함들이 제거될 수 있다.
로봇 암에 의해 보호 플레이트(EPP)가 정전척(220) 상에 로딩될 수 있다. 이때 보호 플레이트(EPP)의 핸들링 시 균열 또는 치핑(chipping)과 같은 기계적 결함이 발생할 수 있다. 한편 본 발명 보호 플레이트(EPP)의 엣지 영역(EDR)은 상대적으로 작은 평균 표면 거칠기(Ra)를 가지므로, 위와 같은 기계적 결함의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
실험예
직경이 297 mm인 더미 실리콘 웨이퍼들을 준비하여, 이들을 보호 플레이트로 사용하였다. 더미 실리콘 웨이퍼들 중 일부의 엣지를 연마하여, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.008 μm인 보호 플레이트(제1 실시예) 및 0.009 μm인 보호 플레이트(제2 실시예)를 준비하였다. 나머지 더미 실리콘 웨이퍼들은 별도의 엣지 연마를 생략하였다. 이에 따라 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.85 μm인 보호 플레이트(제1 비교예) 및 0.91 μm인 보호 플레이트(제2 비교예)를 준비하였다.
제1 실시예, 제2 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예에 따른 보호 플레이트들 각각을 도 2와 같이 정전척(220) 상에 제공하여, 인시츄 드라이 클리닝을 이용한 챔버(100) 내부의 세정 공정을 수행하였다. 세정 공정 이후, 보호 플레이트의 엣지 영역의 평균 표면 거칠기를 측졍하였고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
직경: 297 mm 제1 실시예 제2 실시예 제1 비교예 제2 비교예
세정 전 Ra (μm) 0.008 0.009 0.85 0.91
세정 후 Ra (μm) 0.013 0.012 0.97 1.13
Ra 변화량 (μm) 0.005 0.003 0.12 0.22
표 1을 참조하면, 보호 플레이트의 엣지 영역의 평균 표면 거칠기는 세전 공전 전과 세정 공정 후를 비교하면 더 증가함을 확인할 수 있다. 한편, 세정 공정 전/후로 평균 표면 거칠기의 증가된 정도는 세정 공정 동안 보호 플레이트에 의해 발생된 미세 입자들의 양에 비례할 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 비교예들에 따른 보호 플레이트는, 세정 공전 전/후로 표면 거칠기의 증가량(변화량)이 +0.12μm 및 +0.22μm로서, 상대적으로 매우 크게 변화함을 확인할 수 있다. 즉, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기가 상대적으로 높은 제1 및 제2 비교예들은, 세정 공정 동안 미세 입자들을 많이 발생시킴을 확인할 수 있다.
반면 본 발명의 제1 및 제2 실시예들에 따른 보호 플레이트는, 세정 공전 전/후로 표면 거칠기의 증가량(변화량)이 +0.005μm 및 +0.003μm로서, 매우 미세하게 변화함을 확인할 수 있다. 즉, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기가 상대적으로 낮은 제1 및 제2 실시예들은, 세정 공정 동안 미세 입자들의 발생이 억제됨을 확인할 수 있다.
직경이 298 mm인 더미 실리콘 웨이퍼들을 준비하여, 이들을 보호 플레이트로 사용하였다. 더미 실리콘 웨이퍼들 중 일부의 엣지를 연마하여, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.008 μm인 보호 플레이트(제3 실시예) 및 0.009 μm인 보호 플레이트(제4 실시예)를 준비하였다. 나머지 더미 실리콘 웨이퍼들은 별도의 엣지 연마를 생략하였다. 이에 따라 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.85 μm인 보호 플레이트(제3 비교예) 및 0.91 μm인 보호 플레이트(제4 비교예)를 준비하였다.
제3 실시예, 제4 실시예, 제3 비교예 및 제4 비교예에 따른 보호 플레이트들 각각을 도 2와 같이 정전척(220) 상에 제공하여, 인시츄 드라이 클리닝을 이용한 챔버(100) 내부의 세정 공정을 수행하였다. 세정 공정 이후, 보호 플레이트의 엣지 영역의 평균 표면 거칠기를 측졍하였고, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
직경: 298 mm 제3 실시예 제4 실시예 제3 비교예 제4 비교예
세정 전 Ra (μm) 0.008 0.009 0.85 0.91
세정 후 Ra (μm) 0.011 0.012 0.98 1.12
Ra 변화량 (μm) 0.003 0.003 0.13 0.21
표 2를 참조하면, 본 발명의 제3 및 제4 비교예들에 따른 보호 플레이트는, 세정 공전 전/후로 표면 거칠기의 증가량(변화량)이 +0.13μm 및 +0.21μm로서, 상대적으로 매우 크게 변화함을 확인할 수 있다. 즉, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기가 상대적으로 높은 제3 및 제4 비교예들은, 세정 공정 동안 미세 입자들을 많이 발생시킴을 확인할 수 있다.
반면 본 발명의 제3 및 제4 실시예들에 따른 보호 플레이트는, 세정 공전 전/후로 표면 거칠기의 증가량(변화량)이 +0.003μm로서, 매우 미세하게 변화함을 확인할 수 있다. 즉, 엣지 영역의 평균 표면 거칠기가 상대적으로 낮은 제3 및 제4 실시예들은, 세정 공정 동안 미세 입자들의 발생이 억제됨을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 보호 플레이트의 제조 방법에 대해 설명한다. 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 웨이퍼들이 형성될 수 있다. 실리콘 웨이퍼들 중 결함이 존재하는 웨이퍼를 더미 웨이퍼로 분리할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 낮은 퀄리티의 실리콘 웨이퍼(즉, 더미 웨이퍼)를 정전척을 보호하기 위한 보호 플레이트(EPP)로 활용할 수 있다. 상기 절단 단계는 웨이퍼의 두께가 150 μm 내지 900 μm이 되도록 할 수 있고, 200 μm 내지 600 μm 이 되도록 할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
분리된 더미 웨이퍼 상에 가공 단계가 수행될 수 있다. 상기 가공 단계는 더미 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 웨이퍼의 표면을 연마할 수 있다. 웨이퍼의 두께를 평탄화하기 위한 상기 가공 단계는 래핑 공정을 포함할 수 있다. 상기 래핑 공정 동안, 휠 연삭(wheel grinding)이 웨이퍼의 양 면에 순차적으로 수행될 수 있다. 상기 래핑 공정 동안, 상기 절단 단계에서 웨이퍼에 가해진 손상이 제거될 수 있다.
래핑 공정이 완료된 더미 웨이퍼에 엣지 가공이 수행될 수 있다. 엣지 가공은 엣지 그라인딩을 포함할 수 있다. 이로써 더미 웨이퍼가 도 4를 참조하여 설명한 제2 직경(DI2)을 갖는 원형의 디스크가 되도록 가공될 수 있다. 이후 더미 웨이퍼 상에 습식 식각 공정 및 중간 세정 공정 중 적어도 하나가 수행될 수 있다.
더미 웨이퍼 상에 연마 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 더미 웨이퍼 상에 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정이 수행될 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마는 회전하는 정반 상에 연마입자 슬러리를 가하면서, 회전하는 연마 헤드에 고정된 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 더미 웨이퍼의 엣지 영역(EDR, 도 4 참조) 상에 엣지 연마 공정이 추가로 수행될 수 있다. 엣지 영역(EDR)에 추가로 엣지 연마 공정이 수행됨으로써, 엣지 영역(EDR)의 평균 표면 거칠기(Ra)는 중심 영역(CTR)의 평균 표면 거칠기보다 더 작아질 수 있다. 엣지 영역(EDR)의 낮은 평균 표면 거칠기(Ra)는, 상술한 바와 같이 드라이 클리닝 공정 동안 보호 플레이트(EPP)로부터 미세 입자들의 생성을 억제할 수 있다.
이후 더미 웨이퍼 상에 통상의 RCA 화학 세정 용액을 통한 세정 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 직경이 297 mm 내지 298 mm인 더미 웨이퍼를 포함하되,
    상기 더미 웨이퍼는 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 엣지 영역을 포함하고,
    상기 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)는 0.008 μm 내지 0.009 μm이며,
    상기 엣지 영역의 상기 평균 표면 거칠기(Ra)는, 상기 중심 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)보다 작은 정전척 보호 플레이트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 더미 웨이퍼의 상기 직경에 대한 상기 엣지 영역의 길이의 비는 0.03 내지 0.15인 정전척 보호 플레이트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 더미 웨이퍼의 상기 직경은, 상기 더미 웨이퍼가 배치되는 정전척의 직경보다 큰 정전척 보호 플레이트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전척의 상기 직경에 대한 상기 더미 웨이퍼의 상기 직경의 비는 1.001 내지 1.005인 정전척 보호 플레이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 더미 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼인 정전척 보호 플레이트.
  7. 제1항에 있어서,
    챔버 내부의 세정 공정의 전/후로, 상기 엣지 영역의 상기 평균 표면 거칠기(Ra)의 변화량은 +0.003 μm 내지 +0.005 μm인 정전척 보호 플레이트.
  8. 더미 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 더미 웨이퍼에 래핑 공정을 수행하여, 상기 더미 웨이퍼의 두께를 평탄화하는 단계;
    상기 더미 웨이퍼에 엣지 그라인딩을 수행하여, 그의 직경을 297 mm 내지 298 mm로 형성하는 단계;
    상기 더미 웨이퍼의 표면 상에 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 더미 웨이퍼의 엣지 영역 상에 엣지 연마 공정을 수행하여, 상기 엣지 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)를 0.008 μm 내지 0.009 μm로 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 엣지 영역의 상기 평균 표면 거칠기(Ra)는, 상기 더미 웨이퍼의 중심 영역의 평균 표면 거칠기(Ra)보다 작은 정전척 보호 플레이트의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 더미 웨이퍼의 상기 직경은, 상기 더미 웨이퍼가 배치되는 정전척의 직경보다 큰 정전척 보호 플레이트의 제조방법.
KR1020210131786A 2021-10-05 2021-10-05 정전척 보호 플레이트 및 그의 제조 방법 KR102564984B1 (ko)

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