KR200211876Y1 - 웨이퍼 고정용 일렉트로스태틱 척 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼 고정용 ESC에 관한 것으로, 특히 두개의 폴을 갖는 바이폴러형 ESC를 제작할 시, 한개의 폴 크기를 일정크기 이하로 작게하고 ESC 내에 상기 크기가 작은 폴을 다수개 균일하게 분포시키되, 상기 작은 폴의 면적의 합이 다른 한개의 폴 전체면적과 같도록 제작하여 하나의 폴 구성을 ESC 내에서 미세하게 분산시킴으로써 플라즈마에 의하여 유도된 셀프-바이어스에 의한 척킹압력의 불균일성 문제를 해결할 수 있는 ESC이다.

Description

웨이퍼 고정용 일렉트로스태틱 척

제1(a)도와 제1(b)도는 종래의 기술에 따른 바이폴러 ESC 척의 구조를 도시한 도면.

제2도는 웨이퍼에 RF 파워 인가시 유도되는 DC 셀프 바이어스에 의하여 발생하는 척킹 전압의 불균형을 도시하기 위한 도면.

제3도는 본 고안의 기술에 따른 ESC 척의 일예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,5,13 : + 극(Pole) 3,7,15 : - 극

9 : 웨이퍼 11 : 절연체

30,50,70 : 일렉트로스태틱 척(ESC ; Electrostatic Chuck)

본 고안은 웨이퍼 고정용 일렉트로스태틱 척(Electrostatic Chuck; 이하 ESC 라 칭함.)에 관한 것으로, 특히 바이폴러(Bipolar)형의 ESC를 제작할 시, 하나의 폴(Pole) 구성을 미세하게 분산시켜 플라즈마에 의하여 유도된 셀프-바이어스(self-bias)에 의한 척킹 압력(chucking pressure)의 불균일성 문제를 해결할 수 있는 웨이퍼 고정용 ESC 에 관한 것이다.

일반적으로 ESC는 플라즈마 식각 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD 라 칭함.) 장비의 반응 챔버(chamber) 내에서 웨이퍼를 고정하기 위하여 사용된다.

종래의 바이폴러 타입 ESC는 플라즈마의 발생없이 웨이퍼를 고정시키기 위하여 모노폴러 타입(monopolar type)의 ESC로부터 발전된 형태인데, 플라즈마를 사용하는 대부분의 반도체 공정에서는 웨이퍼에 교류파워(RF power)를 인가하여 공정 특성을 조절하기 때문에 인가된 바이어스 포텐셜의 부조화가 발생하게 된다.

따라서 각 폴에 해당되는 웨이퍼 부분에는 척킹력의 불균형이 발생되며, 이러한 척킹되는 힘의 불균형에 의하여 웨이퍼의 냉각(주로 etch 공정에서) 또는 가열(주로 CVD, PVD 공정에서)의 불균형이 발생되어 웨이퍼 온도의 균일성이 현저히 저하되며, 결국 공정 결과에 대한 균일성을 기대할 수 없는 결과를 초래하게 된다.

제1(a)도와 제1(b)도는 종래의 바이폴러 ESC의 구조를 도시한 도면으로서, 제1(a)도는 두개의 폴이 동심원의 형태를 이루고 있는 경우이며, 제1(b)도는 두개의 폴이 반달 모양의 형태로 구성된 경우를 도시하고 있다.

제2도는 상기 제1(a)도와 제1(b)도에 도시된 바와같은 종래의 바이폴러 ESC(30,50)를 사용할 경우, 웨이퍼에 RF 파워 인가시 유도되는 DC 셀프 바이어스에 의하여 발생하는 척킹 전압의 불균형을 설명하기 위한 도면이다.

상기 제2도를 참조하면, 웨이퍼(9)에 RF 파워를 인가하면 척킹 포텐셜이 처음에 인가한 -V, +V에서 각각 (-V-V_DC), (+V-V_DC)로 변화하게 되어 각 부분에서 다음과 같은 식에 의하여 얻어지는 척킹 파워 P가 불균형을 이루게 된다.

척킹 파워 P = 1/2 ε (V_ch/L)²

ε: 절연체의 허용도(permittivity)

V_ch: 총합 척킹 포텐셜(resultant chucking potential)

L : 웨이퍼와 ESC 표면간의 절연체의 두께

따라서 상기 제1(a)도의 경우는 웨이퍼(9) 중심부와 바깥 부분의 척킹 파워가 차이가 나게 되며, 제1(b)도의 경우는 웨이퍼(9)의 좌측과 우측이 차이가 나게 되고, 이는 통상적으로 ESC(30,50) 하부에 설치되는 냉각 또는 가열 장치(미도시됨)로 부터의 열전달이 웨이퍼 전체에 균일하게 유지되지 못하게 되어 웨이퍼 온도의 균일성이 저하되는 결과를 초래하는 문제점이 있다.

따라서 본 고안에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 바이폴러 타입의 ESC 제작시, 두개의 극(bi-pole)을 구성할 때 한 폴의 구성을 미세한 다수의 전극으로 구성하여 균일하게 분산시킴으로써, 플라즈마의 DC 셀프-바이어스에 의한 척킹전압의 변화가 발생하더라도 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일하게 일어나도록 하여 결국 웨이퍼 전체의 온도 균일성을 유지하는 일렉트로스태틱 척을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일렉트로스태틱 척에 의하면, 두개의 폴을 갖는 바이폴러형 ESC에 있어서, 한개의 폴 크기를 일정크기 이하로 작게하고 ESC 내에 상기 크기가 작은 폴을 다수개 균일하게 분포시키되, 상기 작은 폴의 면적의 합이 다른 한개의 폴 전체 면적과 같도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

제3도는 본 고안의 기술에 따라 바이폴러 ESC(70)의 구성의 한 형태를 도시한 도면이다.

상기 제3도를 참조하면, 한 폴(15)의 크기를 작게하고 ESC(70) 내에 균일하게 분포시킨다.

이때 상기 작은 폴(15)의 면적의 합이 다른 폴(13)의 면적과 같도록 제작한다.

즉, 한개의 작은 폴(15) 면적이 Sa이고, 갯 수가 n 이라 하고, ESC 전체 면적이 A라고 할 때, 작은 폴(15)들의 면적의 합은 n x Sa, 다른 폴(13)의 면적은 [A-(n x Sa) - 절연된 층이 차지하는 면적]이 된다.

상기와 같은 조건으로 하는 이유는 플라즈마가 오프(off)시에 균일한 척킹 파워를 얻기 위함이다.

또한 작은 폴(15)의 크기는 국부적인 척킹 파워의 변화와 이에 의하여 유발되는 웨이퍼 온도의 차이를 고려하여 정한다.

또한 작은 폴(15)의 형태는 제작의 편의를 위하여 원형(circle), 사각형(rectangular), 삼각형(triangluar) 등의 형태를 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

이상 상기와 같은 본 고안의 방법을 사용할 경우, 웨이퍼에 RF 파워 인가에 의한 DC 셀프-바이어스가 발생하여 국부적으로는 척킹 파워의 불균형이 발생하더라도 웨이퍼 전체적으로 볼 때는 균일한 척킹 파워를 얻게 된다.

따라서 웨이퍼가 ESC 표면에 붙어 있는 힘이 전체적으로 균일하므로 통상적으로 ESC 하부에 설치되는 냉각 또는 가열 장치로 부터의 열전달이 웨이퍼 전체에 균일하게 유지되므로 웨이퍼 온도의 균일성이 향상되는 결과를 얻게 되고, 특히 웨이퍼의 온도는 식각, CVD 또는 PVD등의 반도체 공정에서 가장 큰 영향을 미치는 변수중의 하나이기 때문에 웨이퍼 온도의 균일성 향상은 결국 각 단위 공정의 공정 능력이 향상됨을 의미하며, 이에 기인한 수율의 향상등을 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 두개의 폴을 갖는 바이폴러형 ESC 에 있어서, 한개의 폴 크기를 일정크기 이하로 작게하고 ESC 내에 상기 크기가 작은 폴을 다수개 균일하게 분포시키되, 상기 작은 폴의 면적의 합이 다른 한개의 폴 전체 면적과 같도록 구성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 고정용 ESC.
2. 제1항에 있어서, 상기 작은 폴의 크기는 국부적인 척킹파워의 변화와 이에 의하여 유발되는 웨이퍼 온도의 차이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 ESC.
3. 제1항에 있어서, 상기 작은 폴의 형상은 원형, 사각형, 삼각형중 어느 하나로 되는 것을 특징으로 하는 ESC.