KR20030008411A - 반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조 - Google Patents

반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 가공공정중 건식 식각공정에서 생성되는 파티클 발생 및 쿼르츠 인슐레이터의 훼손을 방지하기 위한 개선된 인슐레이터 구조가 개시된다. 반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조는, 반도체 웨이퍼의 후면을 정전력에 의해 흡착하는 정전척의 상부에 설치된 실리콘 인슐레이터와; 상기 정전척 및 상기 실리콘 인슐레이터를 보호하기 위해 상기 정전척의 상부에서 상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하는 세라믹 재질의 인슐레이터를 구비함을 특징으로 한다.

Description

반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조{insulator structure of support chuck in semiconductor fabricating apparatus}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등과 같은 평판 형상의 작업대상물을 흡착적으로 지지하는 지지척 장치에 관한 것으로, 특히 지지척에 설치되는 인슐레이터의 구조에 관한 것이다.
최근 반도체 제품들의 경우, 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용, 고품질을 위해 필수적으로 제품의 고집적화가 요구된다. 고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조 프로세스(공정) 및 프로세싱 시스템도 다양한 형태로 발전되어 지고 있는 추세이다.
일반적으로, 반도체 제조 프로세스중 데포지션(deposition) 프로세스는 제조대상물인 반도체 웨이퍼의 표면에 가스 또는 일단의 재료를 직접 또는 간접적으로 입히는 작업을 말한다. 그러한 데포지션 프로세스에서 도포되는 막질(layer quality)의 상태는 프로세스 챔버의 온도와 압력 등의 분위기, 촉매 가스, 그리고 반응 가스 등의 파라메타들에 의해 주로 결정된다. 또한, 식각(에칭)프로세스에서도 식각되는 막질의 상태는 상기 파라메타들에 주로 의존하는 것으로 알려져 있다.
상기 데포지션 프로세싱 시스템이나 식각 프로세싱 시스템에서 웨이퍼 등과 같은 서브스트레이트는 균일한 막 의 제조를 위해 반응 챔버내에서 고정적으로 지지되는 것이 필요하다. 따라서, 서브스트레이트 지지 척들이 반도체 프로세싱 시스템들내에서 서브스트레이트들을 지지하기 위해 폭넓게 사용되어진다. 고온 물리적 기상 증착(PVD)등과 같은 고온 반도체 프로세싱 장치내에서 사용되는 특별한 타입의 척은 세라믹 정전척이다. 그러한 척들은 반도체 웨이퍼 등과 같은 제조대상물을 프로세싱동안 고정적인 위치로 보전(retain)하기 위해 사용된다. 그러한 정전 척들은 세라믹 척 바디속에 내장된 하나이상의 전극들을 포함한다. 세라믹 재질은 알루미늄 나이트라이드 또는 티타늄 옥사이드와 같은 메탈 옥사이드로 도프된(doped)알루미나이다. 이 형태의 세라믹은 고온에서 부분적으로 도전성이 있다.
상기 전극들에 척킹 전압이 인가되면, 세라믹 재질의 고온에서의 도전성질에 기인하여 웨이퍼는 요한슨 라백 효과(Johnsen-Rahbek effect)에 의해 지지 척의 표면 상부에 흡착된다. 그러한 척은 1992년 5월 26일자로 특허허여된 미합중국 특허번호 U.S.Pat. No.5,111,121 호에 개시되어 있다.
그러한 종래의 정전척으로 웨이퍼를 흡착 고정시 상기 정전척의 상부에는 웨이퍼를 감싸는 실리콘 인슐레이터와 상기 실리콘 인슐레이터를 감싸는 쿼르츠 인슐레이터가 놓여진다. 여기서, 상기 쿼르츠 인슐레이터는 웨이퍼 가공공정 특히 건식 식각공정에서 재질의 특성상 훼손이 심하며, 그로 인한 파티클이 생성되어 식각공정의 공정불량을 초래할 확률이 높은 문제점이 있어왔다.
상기한 바와 같이, 종래의 정전척 구조에서는 건식 식각공정시 훼손이 심한 쿼르츠 인슐레이터에 기인하여 공정의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결할 수 있는 지지척에 결합되는 개선된 인슐레이터 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 식각공정시의 훼손 및 파티클 발생을 최소화 할 수 있는 정전척 인슐레이터 구조를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 양상에 따라, 반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조는, 반도체 웨이퍼의 후면을 흡착하는 지지척의 상부에 설치된 실리콘 인슐레이터와; 상기 지지척 및 상기 실리콘 인슐레이터를 보호하기 위해 상기 지지척의 상부에서 상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하는 세라믹 재질의 인슐레이터를 구비함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지지척은 정전력에 의해 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하는 정전척일 수 있으며, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터는, 상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하기 위해 계단형의 내부 결합부를 가지며 수평방향에 대하여 하부로 경사진 외부를 가질 수 있다. 바람직하기로는, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터 상부에 또 다른 클램프 링을 더 구비할 수 있고, 이 경우 상기 클램프 링은 세라믹 재질로 이루어진다.
상기한 지지척의 구조에 따르면, 웨이퍼 가공시의 공정결함을 방지하여 공정불량을 최소화할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 인슐레이터의 수명을 종래에 비해 길게 할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지지척의 단면구조도
도 2는 도 1중 세라믹 인슐레이터의 구조를 보인 상세도
이하에서는 본 발명에 따른 개선된 지지척의 인슐레이터 구조에 대한 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 비록 다른 도면에 표시되어 있더라도 동일내지 유사한 기능을 수행하는 구성요소들은 동일한 참조부호로서 나타나 있다.
먼저, 본 발명에 대한 이해를 더욱 철저히 하기 위해, 도면을 참조하여 종래의 문제 요인을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1에서 보여지는 바와 같이 정전척(40)의 상부에는 막질이 도포된 웨이퍼(30)가 흡착되어 있다. 종래에는 상기의 정전척(40)으로 웨이퍼(30)를 흡착 고정시키고 막질에 대한 식각공정을 진행할 경우에 파티클의 유입이 심하다. 왜냐하면, 플라즈마 식각공정 진행시 실리콘 인슐레이터(20)를 감싸는 쿼르츠 인슐레이터(10)가 재질특성에 기인하여 쉽게 훼손되기 때문이다. 따라서, 여기에서 발생된 파티클이 웨이퍼(30)의 상부내로 흘러들면 결함요인으로 작용하게 되는 것이다.
본 발명에서는 그러한 문제를 해결하기 위해 도 2에서와 같은 인슐레이터 구조를 세라믹 재질로 형성한다. 여기서, 상기 세라믹 재질은 전형적인 알루미늄 나이트라이드 또는 티타늄 옥사이드와 같은 메탈 옥사이드로 도프된(doped)알루미나, 유사한 저항특성을 가지는 약간 다른 세라믹 재질이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조는, 반도체 웨이퍼(30)의 후면을 흡착하는 지지척(40)의 상부에 설치된 실리콘 인슐레이터(20)와, 상기 지지척(40) 및 상기 실리콘 인슐레이터(20)를 보호하기 위해 상기 지지척의 상부에서 상기 실리콘 인슐레이터(20)의 가장자리를 커버하는 세라믹 재질의 인슐레이터(10)로 구성되며, 여기서, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터는, 상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하기 위해 도 2에서 보여지는 바와 같이 계단형의 내부 결합부를 가지며 수평방향에 대하여 하부로 경사진 외부를 가질 수 있다. 바람직하기로는, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터 상부에 또 다른 클램프 링을 더 구비할 수 있고, 이 경우 상기 클램프 링은 동일한 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 도 2의 평면도를 절단선 A-A'으로 취한 단면은 도면의 우측에 나타나 있으며, 구경 부호 a,b,c,d는 각기 서로 대응된다.
상기한 지지척의 인슐레이터 구조에 따르면, 웨이퍼 가공시의 공정결함을 방지하여 공정불량을 최소화할 수 있다. 또한, 인슐레이터의 수명을 종래에 비해 길게 할 수 있게 된다.
상기 세라믹 인슐레이터(10)의 사용방법은 다음과 같다. 먼저, 식각 챔버의내부에 설치된 지지척으로서의 정전척(40)의 상부에 링형태의 실리콘 인슐레이터(20)를 장착한다. 그리고 상기 세라믹 인슐레이터(10)를 상기 실리콘 인슐레이터(20)의 가장자리에 결합한다. 그런 다음에 건식식각을 진행하면 플라즈마에 강한 세라믹 재질의 인슐레이터는 쉽게 훼손되지 않아 파티클의 발생확률이 줄어든다.
상기한 바와 같이, 불량의 요인, 예를 들어 파티클의 웨이퍼 내 유입을 방지하기 위해 정전척위에 실리콘 인슐레이터를 감싸도록 세라믹 재질의 인슐레이터를 부착하고, 건식식각 공정을 진행하면, 인슐레이터의 훼손이 최소화되어 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기한 설명에서 본 발명의 실시 예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 인슐레이터 형태를 변경시킬 수 있음은 물론이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 인슐레이터 훼손을 방지하여 파티클이 웨이퍼내로 유입되는 것을 막으므로 공정 신뢰성을 개선하는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 반도체 제조장치의 지지척에 결합되는 인슐레이터 구조에 있어서,
    반도체 웨이퍼의 후면을 흡착하는 지지척의 상부에 설치된 실리콘 인슐레이터와;
    상기 지지척 및 상기 실리콘 인슐레이터를 보호하기 위해 상기 지지척의 상부에서 상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하는 세라믹 재질의 인슐레이터를 구비함을 특징으로 하는 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지척은 정전력에 의해 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하는 정전척임을 특징으로 하는 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터는,
    상기 실리콘 인슐레이터의 가장자리를 커버하기 위해 계단형의 내부 결합부를 가지며 수평방향에 대하여 하부로 경사진 외부를 가짐을 특징으로 하는 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 재질의 인슐레이터 상부에 또 다른클램프 링을 더 구비함을 특징으로 하는 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 클램프 링은 세라믹 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100854210B1 (ko) * 2006-12-21 2008-08-26 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체제조장치용 웨이퍼의 온도 조절형 인슐레이터 구조

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KR100854210B1 (ko) * 2006-12-21 2008-08-26 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체제조장치용 웨이퍼의 온도 조절형 인슐레이터 구조

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