KR20010092914A - 섀도우 링을 구비하는 정전척 - Google Patents

Abstract

섀도우 링을 구비하는 정전척에 관해 개시되어 있다. 상부에 웨이퍼 로딩면을 갖는 척과 상기 웨이퍼 로딩면 상에 웨이퍼를 로딩하는데 가이드 역할을 하는 가이드 링을 상기 웨이퍼 로딩면 둘레에 구비하는 정전척에서, 상기 가이드 링 위로 상기 웨이퍼와 상기 가이드 링 사이를 덮는 섀도우 링이 구비되어 있다. 따라서, 웨이퍼 가공 공정에서 발생되는 공정 부산물이 웨이퍼와 가이드 링 사이에 증착되는 것을 최소화 할 수 있다.

Description

섀도우 링을 구비하는 정전척{Electrical static chuck comprising a shadow ring}

본 발명은 웨이퍼 가공 공정에서 웨이퍼를 고정하는데 사용하는 척(chuck)에 관한 것으로, 자세하게는 섀도우 링을 구비하는 정전척(Eelectrical Static Chuck)에 관한 것이다.

정전척은 설비유지가 간단하고 아킹(arcing) 등에 의한 파티클 발생을 억제할 수 있으며 정전력을 이용하므로 웨이퍼에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있는 특징이 있고, 기존의 기계적 척에 비해 웨이퍼 냉각 효율이 우수하여 웨이퍼 가공 동안에 웨이퍼의 온도 변화를 최소화 할 수 있는 특징이 있다. 따라서, 정전척을 이용하는 경우, 저온에서 형성되고 온도에 증착률이 민감하게 반응하는 물질막을 균일하게 증착할 수 있고, 식각의 균일도도 높일 수 있다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 정전척(10)은 정전력이 발생되고 위로 웨이퍼 로딩면(12a)이 돌출되어 있는 척(12)과 웨이퍼 로딩면(12a) 둘레에 구비되어 있으면서 로딩되는 웨이퍼가 상기 로딩면에 정확하게 로딩될 수 있도록 가이드 역할을 하는 웨이퍼 가이드 링(14)으로 구성되어 있다. 상기 웨이퍼 로딩면(12a)은 웨이퍼(16) 뒷면 가장 자리 안쪽 영역과 접촉된다. 이것은 웨이퍼 가공 공정에서 공정 부산물이 상기 웨이퍼 로딩면(12a) 상에 증착되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 웨이퍼 가이드 링(14)은 상기 척(12)의 웨이퍼 로딩면(12a) 둘레를 감싸는 수평 부분(14a)과 웨이퍼(16)가 웨이퍼 로딩면(12a) 상에 정확하게 로딩될 수 있도록 가이드 역할을 하는 수직 부분(14b)으로 구성되어 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 가이드 링(14)의 수평 부분(14a)은 상기 웨이퍼 로딩면(12a) 상에 웨이퍼(16)가 로딩되면서 그 가장자리아래에 놓이게 된다.

한편, 상기 웨이퍼(16) 상에 물질막, 예컨대 폴리머막이 증착되면서 웨이퍼(16)와 상기 웨이퍼 가이드 링(14), 특히 웨이퍼 가이드 링(14)의 수직 부분(14b) 사이에 증착물(18)이 형성된다. 이와 같은 증착물(18)은 공정 부산물이므로, 후속 공정에서 비등방성으로 식각되지만 완전히 제거되지 않고 일부가 스페이서 형태로 남게 된다. 공정이 반복되면서 웨이퍼(16)와 웨이퍼 가이드 링(14)의 수직 부분(14b) 사이에 누적되는 증착물(18)의 양은 증가된다. 이렇게 증가된 증착물이 폴리머막 증착 과정에서 증착된 것이면, 상기 증착물(18)은 후속 식각 공정에서 카본성 파티클 소오스가 된다. 또한, 상기 누적되어 증가된 증착물(18)이 어느 순간에 이탈되어 상기 척(12)의 웨이퍼 로딩면(12a) 상에 떨어지는 경우, 척(12)의 웨이퍼 냉각 효율이 저하되므로 물질막의 균일한 증착이나 균일한 식각이 어려워진다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 웨이퍼 둘레에 공정 부산물이 증착되는 것을 방지할 수 있는 정전척을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 정전척의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 섀도우 링을 구비하는 정전척의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 정전척에 구비된 섀도우 링의 위치에 따른 웨이퍼 둘레에 증착되는 공정 부산물의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

38:정전척. 40:척(chuck).

42:가이드 링(guide ring). 44:섀도우 링(shadow ring).

42a, 44a:제1 및 제2 수평 부분.

42b, 44b:제1 및 제2 수직 부분.

A1, A2:제1 및 제2 평면. S:측면.

W:웨이퍼.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상부에 웨이퍼 로딩면을 갖는 척과 상기 웨이퍼 로딩면 상에 웨이퍼를 로딩하는데 가이드 역할을 하는 가이드 링을 상기 웨이퍼 로딩면 둘레에 구비하는 정전척에 있어서, 상기 가이드 링 위로 상기 웨이퍼와 상기 가이드 링 사이를 덮는 섀도우 링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척을 제공한다.

상기 섀도우 링은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 세라믹 재질이며 상기 가이드 링의 상부면에 평행한 수평 부분과 이에 수직하고 상기 웨이퍼의 가장자리와 접촉되는 수직 부분으로 이루어져 있다.

이와 같이, 정전척의 가이드 링 위로 웨이퍼와 상기 가이드 링 사이를 덮을 수 있는 수단을 구비함으로서 웨이퍼 가공 공정에서 웨이퍼 둘레에 공정 부산물이 증착되는 것을 최소화 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 정전척을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 2를 참조하면, 정전척(38)은 크게 세 부분으로 이루어져 있다. 즉, 웨이퍼가 로딩되는 척(40)과 척(40) 상부를 둘러싸는 가이드 링(42)과 상기 가이드 링(42) 위에서 웨이퍼(W)의 가장자리를 포함해서 웨이퍼(W)와 가이드 링(42) 사이를 덮는 섀도우 링(shadow ring, 44)으로 이루어져 있다. 상기 척(40)은 웨이퍼를 고정시키는 정전력이 발생되는 부분으로 그 표면은 두 부분으로 나누어져 있다. 그 중 한 부분은 웨이퍼가 로딩되는 제1 평면(A1)이고, 나머지 한 부분은 상기 제1 평면(A1)을 둘러싸는 제2 평면(A2)이다. 상기 제2 평면(A2)은 상기 제1 평면(A1)보다 낮게 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 평면(A1, A2)은 측면(S)을 통해 연결되어 있다. 상기 제2 평면(A2) 상에 상기 측면(S)을 따라 상기 제1 평면(A1)을 둘러싸는가이드 링(42)이 구비되어 있다. 상기 가이드 링(42)은 웨이퍼(W)가 상기 제1 평면(A1) 상에 정확히 안착되게 하는 역할을 한다. 상기 가이드 링(42)은 제1 수평 부분(42a)과 제1 수직 부분(42b)으로 구성되어 있다. 상기 제1 수평 부분(42a)의 두께(T)는 상기 측면(S)의 두께와 비슷하다. 또한, 상기 제1 평면(A1)의 면적이 상기 웨이퍼(W)의 면적보다 작으므로 상기 제1 수평 부분(42a)은 웨이퍼(W)의 가장자리 아래에서 상기 제1 평면(A1)과 함께 웨이퍼(W) 로딩면의 일부를 구성한다. 상기 가이드 링(42)의 제1 수직 부분(42b)은 상기 제1 수평 부분(42a)에 수직하며 상기 제1 평면(A1) 상에 웨이퍼(W)를 로딩할 때 실질적인 가이드 역할을 한다. 상기 제1 수직 부분(42b)의 폭(D)은 상기 제1 수평 부분(42a)의 두께(T)보다 두껍다.

계속해서, 상기 가이드 링(42)의 제1 수직 부분(42b) 위로 구비된 상기 섀도우 링(44)은 상기 제1 평면(A1) 상에 웨이퍼(W)를 로딩한 다음 실시하는 본 공정에서 상기 웨이퍼(W)의 측면과 가이드 링(42) 사이에 공정 부산물이 증착되는 것을 방지하기 위한 수단의 하나를 예시한 것이다. 상기 섀도우 링(44)의 재질은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 세라믹이다. 상기 섀도우 링(44)은 상기 제1 수직 부분(42b)의 상부면을 덮는 제2 수평 부분(44a)과 이에 수직하고 상기 웨이퍼(W)의 가장자리에 접촉되는 제2 수직 부분(44b)으로 구성된다. 이와 같이, 상기 섀도우 링(44)에 의해, 상기 웨이퍼(W)의 가장자리, 상기 가이드 링(42)의 제1 수직 부분(42b) 및 양자 사이의 영역이 덮여지므로 상기 웨이퍼(W)에 대한 본 공정, 예컨대 폴리머 증착 공정에서 상기 웨이퍼(W) 둘레에, 특히 상기 웨이퍼(W)와 가이드 링(42)사이에 폴리머 찌꺼기와 같은 공정 부산물이 증착되는 것을 방지할수 있으며, 상기 공정 부산물이 증착되더라도 그 증착량을 종래에 비해 크게 줄일 수 있다.

한편, 도 2에 도시되어 있지는 않지만, 상기 척(40)에 상기 제1 평면(A1)과 바닥을 잇는 웨이퍼 냉각 가스 유입관(미도시)이 형성되어 있다. 상기 유입관을 통해 유입된 냉각가스, 예컨대 헬륨 가스(He)는 상기 제1 표면(A1)과 이 위에 로딩된 웨이퍼(W) 사이를 흐르면서 웨이퍼(W)를 냉각하게 된다. 상기 냉각가스는 상기 웨이퍼(W) 뒷면의 전 영역과 접촉되고 그 플로우 속도 및 양을 조절하는 방법으로 웨이퍼 냉각 효율을 높일 수 있다.

<실험예>

본 발명자는 상기한 바와 같은 특징 부위를 갖는 정전척을 구비하는 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 챔버에 웨이퍼를 로딩한 다음, 상기 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 실험을 하였다. 상기 웨이퍼 상에 형성한 물질막은 콘택홀 형성공정에서 식각 마스크로도 사용되는 증착 특성이 온도 변화에 민감한 폴리머막으로써 200℃이하에서 형성하였다. 이 실험에서 섀도우 링의 이동에 의한 웨이퍼 둘레, 즉 가이드 링의 제1 수직 부분과 웨이퍼 사이에 증착되는 물질막 두께 변화를 알아보기 위해, 상기 섀도우 링에 의해 상기 웨이퍼 가장자리가 덮이는 정도를 변화시켰다. 예컨대, 처음에는 상기 섀도우 링을 상기 웨이퍼 밖으로 이동시켜(X=0) 웨이퍼 가장자리가 전부 노출되게 하였다. 이어서 상기 섀도우 링을 상기 웨이퍼 상으로 조금씩 이동시켜(X>0) 웨이퍼 가장자리가 섀도우 링에 의해 덮이게 하였다.

도 3은 이와 같은 실험에서 웨이퍼 둘레에 증착되는 물질막 두께 변화를 섀도우 링의 이동 거리(X)에 따라 나타낸 그래프이다. 여기서 가로 축은 섀도우 링의 이동 거리를 나타내고, 세로 축은 섀도우 링의 이동 거리에 따른 웨이퍼 둘레에 증착되는 물질막의 두께 변화를 나타낸다. 상기 웨이퍼 둘레에 증착되는 물질막의 두께는 섀도우 링이 없는 정전척을 사용했을 때 웨이퍼 둘레에 증착되는 물질막 두께(이하, '기준 두께'라 함)를 100으로 하여 나타낸 상대적인 두께이다.

도 3의 그래프(G)를 참조하면, 섀도우 링이 웨이퍼 밖으로 이동되어 상기 웨이퍼의 가장자리가 완전히 노출되었을 때(X=0)는 상기 웨이퍼 둘레에 상기 기준 두께의 80%를 상회하는 물질막이 증착되었으나, 상기 섀도우 링이 상기 웨이퍼 상으로 이동되어(X>0) 그 가장자리가 섀도우 링에 덮이면서 상기 웨이퍼 둘레에 최저 두께가 상기 기준 두께의 20%에도 미치지 못하는 물질막이 증착되었다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 냉각 계통 또는 냉각제를 달리하는 정전척에 상기 섀도우 링을 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 상기 정전척의 웨이퍼 로딩면, 즉 제1 평면의 면적을 더 넓게 하거나 더 좁게 하는 등 상기 정전척에서 섀도우 링을 제외한 다른 요소들을 변형할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 정전척은 가이드 링 위로 웨이퍼와 가이드 링 사이를 덮는 섀도우 링을 구비한다. 따라서, 웨이퍼 가공 공정, 예컨대 딥콘택(deep contact) 형성에 마스크로 사용하기 위한 폴리머막을 형성하는 공정에서 폴리머막을 균일한 두께로 형성하고, 상기 딥 콘택 형성을 위한 식각을 균일하게 실시하면서도 각 공정에서 발생되는 공정 부산물이 웨이퍼와 가이드 링 사이에 증착되는 것을 최소화 할 수 있다.

Claims (3)

1. 상부에 웨이퍼 로딩면을 갖는 척과 상기 웨이퍼 로딩면 상에 웨이퍼를 로딩하는데 가이드 역할을 하는 가이드 링을 상기 웨이퍼 로딩면 둘레에 구비하는 정전척에 있어서,

   상기 가이드 링 위로 상기 웨이퍼와 상기 가이드 링 사이를 덮는 섀도우 링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 링은 상기 가이드 링의 상부면에 평행한 수평 부분과 이에 수직하고 상기 웨이퍼의 가장자리와 접촉되는 수직 부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전척.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 링의 재질은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 정전척.