KR20010095696A - 파티클 오염을 방지하는 침전 고리를 구비한 정전척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에서 웨이퍼를 고정하는 정전척에 관한 것이다. 종래의 정전척과 달리 침전 고리(deposition ring)에 돌출부를 형성하여 웨이퍼 배면에 공급되는 아르곤 가스의 유동이 와류에 의해 파티클이 쌓이게 하여 웨이퍼 오염을 방지하고자 한다. 본 발명의 정전척을 반도체 소자 제조 공정에서 웨이퍼의 고정에 사용하면 웨이퍼의 배면에서 이탈한 파티클이 웨이퍼의 상면에 부착되어 웨이퍼를 오염시키는 것을 방지할 수 있어 반도체 웨이퍼의 수율(fabrication yield)을 향상시킬 수 있고, 공정 챔버(process chamber)의 쉴드(shield)에 쌓이는 파티클의 양이 줄어들어 공정 챔버의 세정 주기를 늘릴 수 있게 되어 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

파티클 오염을 방지하는 침전 고리를 구비한 정전척{ELECTROSTATIC CHUCK HAVING DEPOSITION RING THAT PREVENTS PARTICLES FROM CONTAMINATING WAFER}

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에서 웨이퍼를 고정하는 정전척에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 제조 공정이 진행중 웨이퍼 배면에서 발생하는 파티클이 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 예방하도록 구성된 정전척에 관한 것이다.

반도체 산업에서 공정이 진행하는 동안 웨이퍼를 고정(clamping)하거나 또는 웨이퍼가 다음 공정으로 이동할 때 웨이퍼를 이송하는 설비가 필요하다. 제조 공정이 진행되면서 반도체 웨이퍼의 한쪽 면에 복잡한 패턴(patern)이 형성된다. 그런데 이 패턴은 접촉에 의해 쉽게 손상이 될 수 있다. 그러므로 웨이퍼의 고정 및 이송 설비는 패턴의 보호를 위해 웨이퍼의 배면(背面)을 잡는 것이 보통이다. 이 때 웨이퍼의 배면이 고정 기구의 강체와 접촉하면 웨이퍼의 패턴을 오염시키는 파티클이 발생하고 심한 경우에는 웨이퍼의 강도가 약해져 후속 공정에서 웨이퍼가 파단될 수 있다.

정전척(electrostatic chuck:ESC)은 근래에 개발되어 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 사용되고 있다. 정전척은 웨이퍼를 직접 접촉했던 종래의 기계적 웨이퍼 고정 기구(mechanical wafer clamping mechanisms)를 정전기적 고정 기구(electrostatic clamping mechanism)로 교체해보자는 아이디어로부터 출발하여 개발되었다. 왜냐하면, 종래의 기계적 웨이퍼 고정 기구는 접촉(direct contact)에 의한 파티클의 발생량이 많았으며, 공정 온도의 제어가 어렵고 기계적으로 웨이퍼와 직접 접촉하므로 클램프에 의해 공정에서 제외되는 영역이 필연적으로 생기는 문제점을 갖고 있었다. 이에 비해 정전척은 파티클이 적게 발생하며 공정의 균일성(uniformity)이 우수하여 현장에서 많이 사용되고 있다.

정전척은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:CVD) 공정, 스퍼터링 장비 등에 사용된다. 정전척은 기계적 고정 기구에 비해 직접 웨이퍼의 배면과 접촉하지 않기 때문에 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 그러나 정전척을 사용하여 공정 진행 중 발생하는 파티클 발생을 억제할 수 있다고 해도, 공정간 이동시에는 정전척을 사용하지 못하므로 이 때의 파티클 발생을 피할 순 없다. 특히 스퍼터링 장비에선 웨이퍼의 온도를 제어하기 위해 배면에 아르곤 가스를 공급해 준다. 그러면 아르곤 가스의 유동에 의해 웨이퍼의 배면에서 파티클이 이탈하여 아르곤 가스와 함께 챔버(chamber)내에서 떠돌아 다니게 된다.

도 1은 종래의 정전척을 도시한 단면도이다. 도 1을 참고하여 종래의 파티클의 이동 경로 및 그로 인한 웨이퍼의 오염을 설명하면 다음과 같다.

정전척에 고정된 웨이퍼(3)의 배면에 아르곤 가스가 공급되어 배면을 따라 웨이퍼의 외주면 방향으로 가스가 유동하면 웨이퍼의 배면에 부착되어 있던 파티클이 이탈하게 된다. 이 파티클은 아르곤 가스의 유로를 따라 a 방향으로 챔버 내부쪽으로 이동하거나, b 경로를 따라 침전 고리(depostion ring)(2)에 쌓인다. 또 파티클 중 일부는 c 방향의 가스와 함께 이동하여 웨이퍼의 상면에 부착되기도 한다. 웨이퍼 상면에 형성된 패턴은 이와 같은 파티클에 의해 손상된다. 한편, a 경로로 이동한 파티클도 장래에는 오염원이 될 가능성을 갖고 있다. 그 이유는 챔버 내부로 이동한 파티클이 쉴드(sheild)에 부착되고 공정이 반복되면서 그 부착량이 증가하고 결국 자중에 의해 웨이퍼의 상면에 떨어질 수 있기 때문이다. 이렇게직접 또는 간접적인 원인으로 웨이퍼의 상면에 부착되는 파티클은 웨이퍼를 오염시켜 공정으로 형성된 패턴에 악영향을 준다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 반도체 제조 공정 중에 정전척에 고정된 웨이퍼의 배면에서 이탈한 파티클들의 활동을 억제하여 반도체 웨이퍼의 오염을 방지하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 정전척의 단면도이며;

도 2는 본 발명의 정전척 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 정전척(electrostatic chuck)

2: 침전고리(deposition ring)

3: 반도체 웨이퍼

4: 아르곤 가스 주입구

5: 파티클 수집 장소

6, 6': 침전고리의 돌출부

7: 정전척 몸체(body of electrostatic chuck)

8: 히터(heater)

9: 파티클(particles)

a, b, c, d, e, f: 아르곤 가스의 유동 경로

본 발명은 종래의 정전척과 달리 침전 고리(deposition ring)에 돌출부를 형성하여 웨이퍼 배면에 공급되는 아르곤 가스의 유동이 와류에 의해 파티클이 쌓이게 하여 상기 목적을 달성하고자 한다.

반도체 웨이퍼의 청정도는 반도체 소자 생산의 수율과 밀접한 관련이 있으므로 여러 라인을 거치면서 오염된 웨이퍼는 세정공정에 적용되는 것이 보통이다. 그러나 웨이퍼의 오염에 의한 반도체 소자의 불량을 최소화하는 측면에서 볼 때, 오염이 발생한 후에 그 오염물질을 제거하는 것보다는 오염원의 발생을 억제하는 것이 더 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 정전척을 나타낸 도면이다.

기존의 정전척(electrostatic chuck)과 같이 본 발명은 몸체(7), 가스 주입구(4) 및 침전고리(deposition ring)(2)를 구비하고 있다. 몸체(7)는 정전기력을인가하는 전원 단자와 연결되며 웨이퍼가 놓여지는 곳이며, 가스 주입구(4)는 웨이퍼(3)의 온도를 제어하기 위하여 웨이퍼(3)의 배면에 상온 또는 고온 상태로 아르곤이 공급되는 관로이다. 몸체(7)의 가장자리에 장착되는 침전 고리(2)는 돌출부(6, 6')를 구비하고 있다.

웨이퍼(3)의 배면으로 공급되는 아르곤 가스로 인하여 챔버 내부로 유입되는 파티클(particle)(9)은 도 2의 화살표로 표시한 아르곤 가스의 유동 경로(d, e, f)를 따라 이동한다. 파티클(9)을 웨이퍼(3)의 상면까지 충분히 이동시킬 수 있을 만큼의 에너지를 가지고 있는 유동은 침전고리의 돌출부에 안내되어 침전고리 내부에서 와류로 변환되어 그 에너지가 소진된다. 아르곤 유동은 에너지가 소진된 상태에서 d 방향 또는 e 방향으로 웨이퍼 상면과 멀어지거나, f 방향으로 웨이퍼 상면으로 진행된다. 그러나, 종래에 웨이퍼(3)의 오염을 유발했던 f 방향과 d 방향의 유동은 웨이퍼를 오염시킬 가능성이 현저하게 감소된다. 그 이유는 다음과 같다. 웨이퍼의 상면에 직접적으로 이동하는 f 방향의 유동이나 쉴드에 파티클(9)을 부착하여 장래에 웨이퍼를 오염시키는 d 방향의 유동은 모두 이미 침전 고리(2)에서 와류로 에너지를 잃고 유동과 함께 있던 파티클의 대부분이 누락된 상태이므로 심각한 오염을 유발하지는 않는다. 게다가 입구가 좁고 그 부피가 큰 침전 고리(2)는 Charcoal의 원리에 의해 파티클(9)이 수집 장소(5)에서 쉽게 빠져나가기 힘들다.

상기 본 발명의 정전척을 반도체 소자 제조 공정에서 웨이퍼의 고정에 사용하면 웨이퍼의 배면에서 이탈한 파티클이 웨이퍼의 상면에 부착되어 웨이퍼를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 웨이퍼의 패턴의 오염원을 방지할 수 있게 되면 반도체 웨이퍼의 수율(fabrication yield)을 향상시킬 수 있을 것이다. 그리고 웨이퍼의 배면에서 발생하는 파티클을 침전 고리가 수집하게 되면 공정 챔버(process chamber)의 쉴드(shield)에 쌓이는 파티클의 양이 줄어들게 된다. 그러므로 공정 챔버의 세정 주기를 늘릴 수 있게 되어 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 반도체 소자 제조공정에서 반도체 웨이퍼를 고정하는 정전척에 있어서:

   상기 웨이퍼를 지지하는 몸체와;

   상기 웨이퍼의 배면에 가스를 공급하는 가스 주입구와;

   상기 몸체의 가장자리에 결합되며, 돌출부를 갖는 침전고리를 포함하여,

   상기 돌출부가 상기 웨이퍼의 배면에서 이탈한 파티클을 수집하는 것을 특징으로 하는 정전척.