KR20020014071A - Cooling apparatus with electrostatic chuck improving cooling profile - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전 척에 관한 것으로, 냉각 프로파일을 개선할 수 있는 정전 척에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic chuck and to an electrostatic chuck that can improve a cooling profile.
정전 척은 웨이퍼의 건식각 장치 등의 반도체 제조 장치에서 사용되는 것으로, 웨이퍼를 공정 챔버 내의 정전 척에 적재하고 공정 조건에 적합하게 압력 및 온도를 유지하면서 공정을 진행한다. 여기서 웨이퍼는 전 공정 동안 균일한 온도를 유지하는 것이 바람직하나, 공정 예를 들면 식각 작업이 진행됨에 따라 웨이퍼의 표면 온도가 상승한다. 웨이퍼의 표면 온도 상승은 웨이퍼를 과다 식각 또는 과소 식각시킴으로써 원하는 반도체 소자를 형성하는 것이 곤란해 진다. 따라서 웨이퍼의 표면 온도를 균일하기 조절하기 위해 웨이퍼가 장착된 정전 척에 다수개의 냉각홀을 형성 하여 냉각 가스를 웨이퍼의 표면으로 분사함으로써, 냉각 가스를 매개로 웨이퍼의 표면 온도를 균일하게 유지시킨다.The electrostatic chuck is used in a semiconductor manufacturing apparatus such as a wafer dry etching apparatus, and the wafer is loaded on the electrostatic chuck in the process chamber and the process is performed while maintaining pressure and temperature appropriate to the process conditions. Here, the wafer is preferably maintained at a uniform temperature during the entire process, but the surface temperature of the wafer rises as the process, for example, the etching operation proceeds. Increasing the surface temperature of the wafer makes it difficult to form a desired semiconductor device by over-etching or under-etching the wafer. Therefore, in order to uniformly adjust the surface temperature of the wafer, a plurality of cooling holes are formed in the electrostatic chuck on which the wafer is mounted, and the cooling gas is sprayed onto the surface of the wafer, thereby maintaining the surface temperature of the wafer uniformly through the cooling gas.
한편, 웨이퍼의 에지 부분은 중심 부분과 비교하여 식각이 과다 또는 과소하게 되거나, 이온 주입과 확산이 제대로 이루어지지 않는 등 반도체 제조 공정 중에 이미 많은 문제를 발생시키고 있다.On the other hand, the edge portion of the wafer is already causing a lot of problems during the semiconductor manufacturing process, such as excessive or excessive etching, or poor ion implantation and diffusion compared to the center portion.
그런데, 반도체 제조 공정 중에 사용되는 빔으로부터 정전 척을 보호하고 웨이퍼를 정전 척에 적재할 때의 웨이퍼 핸들링 로봇의 정렬 오차를 보상하기 위해, 통상 정전 척이 웨이퍼의 직경 보다 작게 형성된다. 따라서, 웨이퍼의 에지 부분은 전술한 문제 이외에 냉각 가스와 접촉하지 않게 되어 웨이퍼의 중심 부분에서의 냉각률에 비해 웨이퍼의 에지 부분에서의 냉각률이 작게되는 문제를 내포하고 있어 결과적으로 반도체 소자의 수율을 감소시킨다. 이런 문제들은 웨이퍼의 직경이 증대되면서 점점 심화되고 있다.By the way, in order to protect the electrostatic chuck from the beam used during the semiconductor manufacturing process and to compensate for the alignment error of the wafer handling robot when loading the wafer into the electrostatic chuck, the electrostatic chuck is usually formed smaller than the diameter of the wafer. Therefore, the edge portion of the wafer does not come into contact with the cooling gas in addition to the above-mentioned problems, which implies that the cooling rate at the edge portion of the wafer is smaller than the cooling rate at the center portion of the wafer. Decreases. These problems are getting worse as the diameter of the wafer increases.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼의 표면 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 정전 척을 구비한 냉각 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cooling apparatus having an electrostatic chuck capable of maintaining the surface temperature of the wafer uniformly.
도 1a는 본 발병에 따른 래치 어셈블리가 장착된 정전 척의 측면도이다.1A is a side view of an electrostatic chuck with a latch assembly according to the present invention.
도 1b는 도 1a의 평면도이다.FIG. 1B is a top view of FIG. 1A. FIG.
도 2a는 냉각 가스 홀이 도시된 종래 기술에 따른 정전 척의 평면도이다.2A is a plan view of an electrostatic chuck according to the prior art in which cooling gas holes are shown.
도 2b는 냉각 가스 홀이 도시된 본 발명에 따른 정전 척의 평면도이다.2b is a plan view of an electrostatic chuck in accordance with the present invention with cooling gas holes shown.
이에 본 출원인은 정전 척의 크기를 증가시켜 웨이퍼의 에지 부분도 정전 척과 접촉하게 하면서, 웨이퍼 핸들러 로봇의 정렬 오차 문제를 해결하기 위해 웨이퍼의 중심을 확인하여 웨이퍼를 정렬시키는 장치를 고안하였다. 즉, 반도체 제조공정이 수행되는 웨이퍼의 표면 온도를 냉각시키기 위한 장치는 웨이퍼가 로딩되되 웨이퍼의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 정전 척을 구비하고, 웨이퍼의 중심과 정전 척의 중심을 정렬시키기 위해 웨이퍼의 측면과 경사지면서 접촉하는 접촉면을 포함하는 다수의 고정 장치로 이루어지고, 각각의 고정 장치가 등간격으로 웨이퍼의 측면에 배치되는 정렬 수단을 포함한다.Accordingly, the present applicant has devised an apparatus for aligning wafers by checking the center of the wafer to solve the alignment error problem of the wafer handler robot while increasing the size of the electrostatic chuck so that the edge portion of the wafer also comes into contact with the electrostatic chuck. That is, the apparatus for cooling the surface temperature of the wafer on which the semiconductor manufacturing process is performed includes an electrostatic chuck having a wafer loaded thereon and having a diameter substantially the same as the diameter of the wafer, and for aligning the center of the wafer with the center of the electrostatic chuck. It consists of a plurality of fastening devices including a contact surface in contact with the side of the inclined, each of the fastening device comprises an alignment means disposed on the side of the wafer at equal intervals.
또한 정전 척의 냉각 가스홀을 웨이퍼의 에지 부분 근처와 웨이퍼의 중심 근처에 각각 배치하였다. 즉, 정전 척은, 정전 척의 에지 부분에서 배치되어 웨이퍼의 에지 부분에 냉각 가스를 공급하기 위한 제 1 냉각 가스홀과 정전 척의 중심 근처에서 배치되어 웨이퍼의 중심 부분을 포함하여 웨이퍼에 냉각 가스를 공급하기 위한 제 2 냉각 가스홀을 구비하도록 형성된다.In addition, cooling gas holes of the electrostatic chuck were disposed near the edge portion of the wafer and near the center of the wafer, respectively. That is, the electrostatic chuck is disposed near the center of the electrostatic chuck and the first cooling gas hole disposed at the edge portion of the electrostatic chuck to supply cooling gas to the edge portion of the wafer to supply the cooling gas to the wafer, including the central portion of the wafer. It is formed to have a second cooling gas hole for.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 웨이퍼(20)가 본 발명의 사상에 따라 제작된 정전 척(10)의 상부에 적재된 상태의 단면도이고 도 1b는 도 1a의 평면도이다.FIG. 1A is a cross-sectional view of the wafer 20 loaded on top of an electrostatic chuck 10 manufactured according to the spirit of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A.
웨이퍼 전면의 온도를 균일하게 유지시키기 위해 정전척의 크기를 웨이퍼의 크기와 실질적으로 동일하게 형성하였다. "실질적으로 동일"한 것은 웨이퍼의 크기와 정전척의 크기가 정확히 동일한 것과 정전 척의 직경이 웨이퍼의 패턴이 형성되는 부분의 직경과 동일한 것을 포함한다.The size of the electrostatic chuck was formed to be substantially the same as the size of the wafer in order to maintain a uniform temperature on the front surface of the wafer. “Substantially the same” includes that the size of the wafer and the size of the electrostatic chuck are exactly the same and that the diameter of the electrostatic chuck is the same as the diameter of the portion where the pattern of the wafer is formed.
한편, 웨이퍼의 크기를 증가시키면서 발생되는 웨이퍼 중심 정렬 오차를 억제하기 위해, 웨이퍼의 정렬 장치가 고안되었다. 웨이퍼의 정렬 장치는 다수개의 래치(30)로 구성되며, 바람직하게는 도 1b에 도시된 것과 같이 3개의 래치(30)를이용하여 웨이퍼 원주 주위에 등간격으로 배치될 수 있다. 래치는(30)는 정전 척(10)의 측면에 장착된 몸체(32)와 웨이퍼(20)의 측면과 경사지면서 접촉하는 아암(34)으로 이루어졌다. 웨이퍼의 측면과 경사지면서 접촉하는 아암(34)의 단부(36)에는 테플론으로 이루어져있어, 웨이퍼를 정렬시킬때 웨이퍼에 가해질 수 있는 손상을 방지한다. 아암(34)은 힌지(도시되지 않음)에 의해 몸체(32)에 연결되어 웨이퍼의 측면과 접촉하여 웨이퍼를 정렬 시킨 후, 웨이퍼에 이온을 주입하거나 식각 공정을 진행할 경우에 웨이퍼의 측면에서 정전 척(10) 방향(아래 방향)으로 이동된다. 따라서, 이온 주입 공정 또는 식각 공정이 진행되더라도 래치(30)는 손상되지 않는다. 한편, 래치(30)는 진공 속에서 작동하기 때문에 진공 실린더로 동작하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to suppress the wafer center alignment error generated while increasing the size of the wafer, a wafer alignment device has been devised. The wafer alignment device is composed of a plurality of latches 30, and may preferably be arranged at equal intervals around the wafer circumference using the three latches 30 as shown in FIG. The latch 30 consists of a body 32 mounted on the side of the electrostatic chuck 10 and an arm 34 in inclined contact with the side of the wafer 20. The end 36 of the arm 34, which is inclined and in contact with the side of the wafer, is made of Teflon to prevent damage to the wafer when the wafer is aligned. The arm 34 is connected to the body 32 by a hinge (not shown) to align the wafer in contact with the side of the wafer, and then to the electrostatic chuck at the side of the wafer when implanting ions or performing an etching process. It is moved in the (10) direction (downward direction). Therefore, the latch 30 is not damaged even if the ion implantation process or the etching process is performed. On the other hand, since the latch 30 operates in a vacuum, it is preferable to operate as a vacuum cylinder.
한편, 도 1a에서는 웨이퍼의 정렬 장치(34)가 정전 척(10)의 측면에 장착되어 있으나, 웨이퍼의 중심을 확인하여 정렬시키기는 다른 수단으로 웨이퍼의 상부에서 웨이퍼로 하강하는 정렬 수단을 이용할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 1A, the alignment device 34 of the wafer is mounted on the side of the electrostatic chuck 10, but an alignment means that descends from the top of the wafer to the wafer may be used as another means of identifying and aligning the center of the wafer. have.
정전 척의 크기를 증가하는 방법과 별도로 또는 병행하여 웨이퍼 전 표면의 온도를 균일하게 하는 방법으로, 정전 척의 중심 부분과 에지 부분에 각각 냉각 가스홀을 형성한다. 상세히 살펴보면, 정전 척(10)에는 웨이퍼를 부착할때 정전 척(10) 방향으로 하강하는 리프트 핀이 삽입되어 있는 리프트 핀 홀(12), 소정의 공정을 진행 한 후 웨이퍼를 정전 척(10)으로부터 분리할 때 잔존하는 정전기를 방전시키기 위한 그라운드 핀이 삽입되어 있는 그라운드 핀 홀(14) 및 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각 가스를 공급하기 위한 냉각 가스 홀(16 및 18)이 다수개 형성되어 있다. 냉각 가스 홀은 주로 웨이퍼의 중심 부분으로 냉각 가스를 공급하기 위해 정전 척의 중심쪽으로 배치된 다수개의 제 1 냉각 가스홀(16)과 웨이퍼의 에지 부분으로 냉각 가스를 공급하기 위해 웨이퍼의 에지 부분에 대응하는 정전 척(10)의 에지 부분에 배치된 다수개의 제 2 냉각 가스홀(18)을 포함한다.Cooling gas holes are formed in the center portion and the edge portion of the electrostatic chuck, respectively, in a manner of uniformly or in parallel with the method of increasing the size of the electrostatic chuck, in order to make the temperature of the entire surface of the wafer uniform. Looking in detail, the electrostatic chuck 10 has a lift pin hole 12 is inserted into the electrostatic chuck 10 in the direction of the electrostatic chuck 10 when the wafer is attached, the wafer is subjected to a predetermined process after the electrostatic chuck 10 The ground pin hole 14 into which the ground pin for discharging remaining static electricity is inserted and the cooling gas holes 16 and 18 for supplying a cooling gas for cooling the wafer are formed. The cooling gas holes correspond mainly to a plurality of first cooling gas holes 16 arranged toward the center of the electrostatic chuck for supplying the cooling gas to the center portion of the wafer and to the edge portion of the wafer for supplying the cooling gas to the edge portion of the wafer. And a plurality of second cooling gas holes 18 disposed at an edge portion of the electrostatic chuck 10.
냉각 가스 홀의 위치 및 개수의 변화에 따른 본 발명의 효과를 도 1a 및 도 2a 및 도 2b를 참고로, 300㎜ (11.9인치)직경을 갖는 웨이퍼를 예를 들어 설명한다.An effect of the present invention according to a change in the position and number of cooling gas holes will be described with reference to FIGS. 1A, 2A, and 2B with a 300 mm (11.9 inch) diameter as an example.
종래 사용된 정전 척(40)은 도 2a에 도시되어있다. 정전 척(40)의 최외 원주로부터 1.27인치 정전 척(40)의 중심으로 이동한 원주 상에는 다수개의 냉각 가스 홀(42)이 형성되어 있다. 냉각 가스 홀(42)의 수는 24개이다. 3개의 그라운드 핀 홀(44)은 정전 척(40)의 최외 원주에서 정전 척의 중심쪽으로 약 2.2 인치 이동한 원주 상에 형성되어 있다. 그리고 3개의 리프트 핀 홀(46)은 정전 척(40)의 최외 원주에서 정전 척의 중심쪽으로 약 3.8 인치 이동한 원주 상에 형성되어 있다.A conventionally used electrostatic chuck 40 is shown in FIG. 2A. A plurality of cooling gas holes 42 are formed on the circumference moved from the outermost circumference of the electrostatic chuck 40 to the center of the 1.27 inch electrostatic chuck 40. The number of cooling gas holes 42 is 24. Three ground pin holes 44 are formed on the circumference which moved about 2.2 inches from the outermost circumference of the electrostatic chuck 40 toward the center of the electrostatic chuck. And three lift pin holes 46 are formed on the circumference which moved about 3.8 inches from the outermost circumference of the electrostatic chuck 40 toward the center of the electrostatic chuck.
웨이퍼의 직경에 비해 정전 척(40)의 직경이 0.4인치 크므로, 웨이퍼의 최외 원주에서 중심쪽으로 0.2인치 내의 웨이퍼는 냉각 가스가 거의 접촉되지 않는다. 따라서 웨이퍼의 에지(전술한 0.2인치 부분 포함)의 냉각률이 웨이퍼의 중간 부분에 비해 작게된다.Since the diameter of the electrostatic chuck 40 is 0.4 inches larger than the diameter of the wafer, the wafer within 0.2 inches toward the center of the outermost circumference of the wafer has little contact with the cooling gas. Thus, the cooling rate of the edge of the wafer (including the 0.2 inch portion described above) is smaller than the middle portion of the wafer.
그러나 본 발명에서는 도 2b에 도시된 것과 같이 첫째 정전 척(50)의 직경을 0.3인치 증가시켜 11.8인치로 형성하였다. 둘째, 냉각 가스홀을 웨이퍼의 에지 부분에 냉각 가스를 공급하는 부분과 웨이퍼의 중심 부분으로 냉각 가스를 공급하기위한 부분으로 나누어 배치하였다.However, in the present invention, as shown in FIG. 2B, the diameter of the first electrostatic chuck 50 was increased by 0.3 inches to form 11.8 inches. Secondly, the cooling gas holes were divided into portions for supplying cooling gas to the edge portion of the wafer and portions for supplying cooling gas to the center portion of the wafer.
냉각 가스 홀은 정전 척(50)의 최외 원주로부터 0.5 인치 정전 척(50)의 중심쪽으로 이동한 원주 상에 14개의 에지용 냉각 가스 홀(52)과 정전 척의 최외 원주로부터 중심쪽으로 2인치 이동한 원주 상에 10개의 중간 부분용 냉각 가스 홀(54)을 포함한다. 또한 정전 척(50)에는 3개의 리프트 핀 홀(58) 및 3개의 그라운드 핀 홀(56)이 형성되어 있다.The cooling gas holes moved from the outermost circumference of the electrostatic chuck 50 toward the center of the 0.5 inch electrostatic chuck 50 and moved 14 inches toward the center from the outermost circumference of the 14 edge cooling gas holes 52 and the electrostatic chuck 50. On the circumference there are ten intermediate gas cooling gas holes 54. In addition, three lift pin holes 58 and three ground pin holes 56 are formed in the electrostatic chuck 50.
여기서 냉각 가스 홀의 수 및 그의 위치는 냉각 가스의 압력, 분사량, 웨이퍼의 크기 등에 따라 변경될 수 있다.Here, the number and location of the cooling gas holes may be changed depending on the pressure of the cooling gas, the injection amount, the size of the wafer, and the like.
도 2b와 같은 정전 척의 냉각 가스홀을 통한 냉각 가스의 흐름이 도 1a에 도시되었다. 참조 번호 25은 종래 기술에 따른 정전 척을 사용할 경우에 냉각율이 떨어지는 취약 부분을 나타낸다.The flow of the cooling gas through the cooling gas hole of the electrostatic chuck as shown in Figure 2b is shown in Figure 1a. Reference numeral 25 denotes a weak point where the cooling rate is lowered when using the electrostatic chuck according to the prior art.
웨이퍼가 정전척에 로딩되면 리프트 핀이 하강하여 리프트 핀 홀(12)로 삽입되면, 정전 척(10)과 웨이퍼(20)는 접촉하게 된다. 도 1a 에서는 정전 척(10)과 웨이퍼(20)가 널게 그려져 접촉하지 않는 것처럼 도시되었으나. 실제 이들 사이의 간격은 수㎛ 이므로, 실질적으로 접촉하고 있는 상태가 된다. 냉각 가스가 냉각 가스홀(16 및 18)을 통해 웨이퍼와 정전 척 사이로 공급된다. 다수의 에지 전용 냉각 가스 홀(16)은 상호 연결되어 있어, 하나의 홀을 통과한 냉각 가스가 나머지 가스 홀에도 공급된다. 다수의 중심 부분용 냉각 가스 홀(16)을 통한 냉각 가스의 공급은 에지 전용 냉각 가스 홀(16)의 경우와 동일한 방법으로 수행된다. 한편, 에지 전용 냉각 가스 홀(16)과 중심 부분용 냉각 가스 홀(18)이 연결될 수도 있다.When the wafer is loaded on the electrostatic chuck, the lift pin is lowered and inserted into the lift pin hole 12, and the electrostatic chuck 10 and the wafer 20 come into contact with each other. In FIG. 1A, although the electrostatic chuck 10 and the wafer 20 are drawn to be wide and do not contact each other. In fact, since the space | interval between these is several micrometers, it will be in the state which it contacted substantially. Cooling gas is supplied between the wafer and the electrostatic chuck through the cooling gas holes 16 and 18. The plurality of edge only cooling gas holes 16 are interconnected so that the cooling gas passing through one hole is also supplied to the remaining gas holes. The supply of cooling gas through the plurality of central gas cooling gas holes 16 is carried out in the same manner as in the case of the edge-only cooling gas holes 16. On the other hand, the edge-only cooling gas hole 16 and the central portion cooling gas hole 18 may be connected.
에지 전용 냉각 가스홀(18)을 통과한 냉각 가스는 웨이퍼의 에지와 웨이퍼의 중심 부분으로 이동하고 중심 부분용 냉각 가스홀(16)을 통과한 냉각 가스도 웨이퍼의 에지와 웨이퍼의 중심 부분으로 이동한다. 즉, 웨이퍼의 에지 부분으로 공급되는 가스의 양은, 냉각가스가 에지 전용 냉각 가스홀(18)과 중심 부분용 냉각 가스홀(16) 양 홀을 통과하므로, 종래 기술의 정전 척에 형성된 냉각 가스 홀을 통과한 냉각 가스의 양 보다 많게 된다. 또한, 종래에는 최외 원주로부터 1.27인치 떨어진 부분에 형성된 냉각 가스 홀을 통해 공급된 냉각 가스가 웨이퍼의 에지 부분에 도달되는 것이나 본 발명에서는 최외 원주로부터 겨우 0.5인치 떨어진 부분에 형성된 냉각 가스 홀을 통해 냉각 가스가 웨이퍼의 에지로 공급되므로, 웨이퍼의 에지 부분과 접촉하는 냉각 가스의 공급량이 증가한다. 따라서 웨이퍼의 에지 부분의 냉각율이 감소되지 않아 웨이퍼 전면에 걸쳐 온도의 균일성이 유지될 수 있다.The cooling gas passing through the edge-only cooling gas hole 18 moves to the edge of the wafer and the center portion of the wafer, and the cooling gas passing through the cooling gas hole 16 for the center portion also moves to the edge of the wafer and the center portion of the wafer. do. That is, since the amount of gas supplied to the edge portion of the wafer passes through both the edge-only cooling gas holes 18 and the central portion cooling gas holes 16, the cooling gas holes formed in the electrostatic chuck of the prior art. It is more than the amount of cooling gas passed through. Further, in the related art, the cooling gas supplied through the cooling gas hole formed at a portion 1.27 inches away from the outermost circumference reaches the edge portion of the wafer. Since gas is supplied to the edge of the wafer, the supply amount of cooling gas in contact with the edge portion of the wafer is increased. Therefore, the cooling rate of the edge portion of the wafer is not reduced, so that temperature uniformity can be maintained over the entire wafer surface.
이상에서 설명한 바와 같이, 정전 척의 직경을 웨이퍼의 직경과 실질적으로 동일한 크기를 갖도록 형성하는 방법, 및/또는 정전 척내에 동일 원주상에 모두 구비된 냉각 가스 홀을 정전 척의 에지 부분에 가까운 원주 상에 일부 배치하여 웨이퍼 에지 전용 냉각 가스 홀로 사용하고 정전 척의 중심 근처에 나머지 냉각 가스 홀 배치하야 웨이퍼 중심 부분용 냉각 가스 홀로 사용하는 방법을 통해, 반도체 제조 공정 중에 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다.As described above, a method of forming the diameter of the electrostatic chuck to have a size substantially the same as the diameter of the wafer, and / or cooling gas holes provided on the same circumference in the electrostatic chuck on a circumference close to the edge portion of the electrostatic chuck It is possible to maintain the temperature of the wafer uniformly during the semiconductor manufacturing process through a method of partially arranging the wafer edge dedicated cooling gas hole and placing the remaining cooling gas hole near the center of the electrostatic chuck as the cooling gas hole for the wafer center portion.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |