KR20030043012A - Electrostatic chuck - Google Patents

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    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge

Abstract

PURPOSE: An electrostatic chuck is provided to form uniformly electromagnetic field by arraying a plurality of RF electrodes on the same plane of the inside of the electrostatic chuck. CONSTITUTION: A cooling portion(138), a plurality of RF electrodes(134a,134b), and an electrostatic chuck electrode(140) are installed in the inside of an electrostatic chuck body(136). A helium panel(132) having groove patterns is located at an upper portion of the electrostatic chuck body. A coolant inflow tube(139a) and a coolant outflow tube(139b) are connected with the cooling portion. A DC voltage bar(141) is used for applying a DC voltage to the electrostatic chuck electrode. A plurality of RF voltage bars(135a,135b) are connected with the RF electrodes. A plurality of impedance matching portions(152a,152b) are connected with the RF voltage bars. An RF power source portion(154) supplies the RF power to the impedance matching portions. A helium inflow tube(133a) and a helium outflow tube(133b) are used for performing the inflow and the outflow of helium from or to the groove patterns.

Description

정전척{electrostatic chuck}Electrostatic chuck

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 반도체 제조장치인 챔버 내에 장착되어, 그 상면에 안착되는 웨이퍼를 파지하고 이의 온도를 제어하는 정전척(electrostatic chuck)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to an electrostatic chuck mounted in a chamber, which is a semiconductor manufacturing apparatus, for holding a wafer seated on an upper surface thereof and controlling a temperature thereof.

근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.In recent years, with the development of science, the field of new materials, which enables the development and processing of new materials, has been rapidly developed, and the development results of these materials are driving the development of the semiconductor industry.

반도체 소자는 웨이퍼의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 전술한 박막의 증착 및 패터닝 등의 공정은 통상 밀폐된 반응 용기인 챔버에서 진행된다.A semiconductor device is a large scale integration (LSI) that is implemented through a process of depositing and patterning a thin film several times on an upper surface of a wafer, and processes such as the deposition and patterning of the thin film described above. Proceeds in a chamber which is typically a closed reaction vessel.

이에 낱장으로 공급되는 웨이퍼를 고정하기 위하여 챔버의 내부에 설치되는 장치가 척(chuck)인데, 이러한 척으로는 현재 그 중심부에서 진공을 웨이퍼에 가해 고정하는 배큠척(vacuum chuck)이나 또는 직류전압을 인가하여 정전장을 형성하고, 이 정전장과 웨이퍼와의 정전상호 작용으로 웨이퍼를 고정하는정전척(electrostatic chuck)등이 활용되고 있다.The chuck is a device installed inside the chamber to fix the wafer to be supplied in a single sheet. In such a chuck, a vacuum chuck or a direct current voltage is applied at the center of the wafer to fix the wafer. Electrostatic chucks and the like which apply to form an electrostatic field and fix the wafer by electrostatic interaction between the electrostatic field and the wafer are utilized.

이 중 특히 정전척은 다른 여타의 척에 비해 우수한 특징을 가지고 있어, 현재 에칭 또는 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition : CVD) 장치 등에 널리 사용되고 있는데, 한편 전술한 챔버 내에서 진행되는 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼의 온도제어는 완성소자의 특성 즉, 반도체 소자의 균일도(Uniformity), 선폭(critical), 프로파일(profile) 및 재현성(repeatability) 등에 중요한 영향을 미치게 된다. 따라서 일반적인 정전척은 그 상면에 안착되는 웨이퍼의 온도제어를 위한 다수의 장치를 포함하고 있는 바, 이를 도면을 통하여 상세히 설명한다.In particular, the electrostatic chuck has excellent characteristics compared to other chucks, and is currently widely used in etching or chemical vapor deposition (CVD) apparatuses, and in the semiconductor manufacturing process performed in the aforementioned chamber, Temperature control of the wafer has an important influence on the characteristics of the finished device, that is, the uniformity, line width, profile, and repeatability of the semiconductor device. Therefore, a general electrostatic chuck includes a plurality of devices for temperature control of a wafer seated on an upper surface thereof, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이때 일반적인 정전척은 목적에 따라 내부 구성요소의 배열 및 구성에 있어서 일정정도의 변형이 있을 수 있으나, 이들의 목적 및 기능 면에 있어서는 공통되므로 이하 플라즈마를 통해 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리 챔버 내에 장착되는 정전척을 일례로 설명한다.In this case, the general electrostatic chuck may have a certain degree of deformation in the arrangement and configuration of the internal components according to the purpose, but since it is common in terms of their purpose and function, the electrostatic chuck is mounted in a plasma processing chamber for processing a wafer through plasma. An electrostatic chuck will be described as an example.

도 1은 일반적인 정전척(30)의 구조를 도시한 단면도로서, 이는 그 내부에 각각 냉각부(38)와, 알에프(Radio Frequency : RF)전극(34)과, 정전척전극(40)이 실장되고, 상단에 위치하는 헬륨유로 판넬(32)을 더욱 포함하는 바, 이러한 정전척(30)은 비록 도시되지는 않았지만, 챔버의 저면을 관통하여 승강 가능하도록 설치되는 벨로우즈(bellows)에 결합되어, 이의 상면, 즉 헬륨유로 판넬(32)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 것이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a general electrostatic chuck 30, in which a cooling unit 38, an RF electrode 34, and an electrostatic chuck electrode 40 are mounted therein, respectively. In addition, the electrostatic chuck 30, which is not shown, is further coupled to the bellows (bellows) that is installed to be able to move through the bottom of the chamber, although not shown, The wafer 1 is seated on an upper surface thereof, that is, an upper surface of the helium channel panel 32.

이때 상기 정전척전극(40)에는 외부로부터 직류전압을 인가하는 직류전압봉(41)이 연결되어 전기장을 형성함으로써 웨이퍼(1)를 보다 긴밀하게 파지하며, 정전척 몸체(36)의 내부에 설치된 냉각부(38)는 후술하는 헬륨 유로판넬(132)의 상면에 안착되는 웨이퍼(1)와 대응되는 정도의 직경을 가지는 냉각용매 패스(path)로서, 각각 외부에서부터 냉각용매를 유입하는 냉각용매 유입관(39a)과, 상기 냉각부(38)에서 순환된 냉각용매를 유출하는 냉각용매 유출관(39b)이 연결되어, 그 내부에 냉각용매를 저장 및 순환함으로써 웨이퍼(1)의 온도를 제어하게 된다.At this time, the electrostatic chuck electrode 40 is connected to a DC voltage rod 41 for applying a DC voltage from the outside to form an electric field to hold the wafer 1 more closely, and is installed inside the electrostatic chuck body 36. The cooling unit 38 is a cooling solvent path having a diameter corresponding to that of the wafer 1 seated on the upper surface of the helium flow channel panel 132, which will be described later. The pipe 39a and the cooling solvent outlet pipe 39b for flowing out the cooling solvent circulated by the cooling unit 38 are connected to control the temperature of the wafer 1 by storing and circulating the cooling solvent therein. do.

또한 상기 알에프전극(34)에는 알에프전압봉(35)의 일단이 연결되고, 이의 타단에는 접지된 알에프전원(54)과, 상기 알에프전원(54)으로부터 발생된 고주파 전력을 부하인 알에프전극(34)에 최대로 전달하기 위한 임피던스 정합장치(52)를 포함하는 바이어스 소스(50)가 구비되어, 상기 알에프전극(34)에 전압을 공급함으로써 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 정도를 조절하게 된다.In addition, one end of the RF voltage rod 35 is connected to the RF electrode 34, and the other end thereof is a grounded RF power source 54 and an RF electrode 34 serving as a load for the high frequency power generated from the RF power source 54. The bias source 50 including the impedance matching device 52 for maximum transmission to the) is provided, thereby controlling the impact of plasma ions by supplying a voltage to the RF electrode 34.

이러한 정전척 몸체(36)의 상단에 결합된 헬륨 유로판넬(32)은, 그 상면에 안착되는 웨이퍼(1)와의 경계면에 헬륨가스를 순환시킴으로써 웨이퍼(1)의 온도제어를 보조하게 되는데, 이를 위하여 상기 헬륨 유로판넬(32)의 상면에는 헬륨가스가 순환할 수 있는 하는 헬륨 유로, 즉 그루브(groove) 패턴(미도시)이 형성되어 있고, 이러한 그루브 패턴에는 각각 외부로부터 헬륨가스를 인입하는 헬륨 유입관(33a)과, 이를 유출하는 헬륨 유출관(33b)이 연결되어 있다.The helium flow channel panel 32 coupled to the upper end of the electrostatic chuck body 36 assists the temperature control of the wafer 1 by circulating helium gas at the interface with the wafer 1 seated on its upper surface. The helium flow path panel 32 has a helium flow path through which helium gas can be circulated, that is, a groove pattern (not shown) is formed, and helium flows in each of the groove patterns to introduce helium gas from the outside. The inflow pipe 33a and the helium outflow pipe 33b which flow out it are connected.

이에 상기 헬륨 유입관(33a)을 통하여 유입된 헬륨 가스는 상기 그루브 패턴을 순환한 후 헬륨 유출관(33b)을 통하여 외부로 배출되는 과정을 거치면서 웨이퍼(1)와의 열 전도 형상을 통해 온도 제어를 보조하게 된다.Accordingly, the helium gas introduced through the helium inlet tube 33a is circulated through the groove pattern and then discharged to the outside through the helium outlet tube 33b while controlling the temperature through the heat conduction shape with the wafer 1. Will assist.

이상에서 설명한 일반적인 정전척(30)은 그 종류에 따라 전술한 헬륨 유입관(33a) 및 헬륨 유출관(33b)과, 냉각용매 유입관(39a) 및 유출관(39b)과, 알에프전압봉(35) 및 직류전압봉(41)과, 알에프전극(134) 및 정전척전극(40)의 위치나 배열순서에 일정정도의 차이가 있을 수 있으나 통상 유사한 구조를 가지고 있다.The general electrostatic chuck 30 described above includes the helium inlet tube 33a and the helium outlet tube 33b, the cooling solvent inlet tube 39a and the outlet tube 39b, and the RF voltage rod according to the type thereof. 35) and the DC voltage bar 41, the RF electrode 134 and the electrostatic chuck electrode 40 may have a certain degree of difference in position or arrangement order, but generally has a similar structure.

그러나 이러한 구성을 가지는 일반적인 정전척(30)은 사용상에 있어서 몇 가지 치명적인 문제점을 나타내고 있는데, 이는 특히 처리대상물인 웨이퍼(1)의 직경이 300mm 이상의 대형 웨이퍼일 경우에 더욱 심각하게 나타난다.However, the general electrostatic chuck 30 having such a configuration exhibits some fatal problems in use, which is particularly serious when the wafer 1 to be processed is a large wafer having a diameter of 300 mm or more.

즉, 최근에 들어 보다 높은 생산성을 위하여, 웨이퍼의 사이즈를 종래의 직경이 200mm 보다 큰 300mm 이상으로 대형화하는 방법이 개발되어 널리 활용되고 있는데, 이러한 300mm 이상의 직경을 가지는 대형 웨이퍼를 통해 반도체 소자를 제조함에 있어서, 전술한 일반적인 정전척(30)을 사용할 경우에 위치에 따라 웨이퍼에 불균일한 전기장이 부여되는 현상이 관찰되고 있다.That is, in recent years, for higher productivity, a method of increasing the size of the wafer to 300 mm or more, which is larger than the conventional diameter of 200 mm, has been developed and widely used. The semiconductor device is manufactured through a large wafer having a diameter of 300 mm or more. In the case of using the above-described general electrostatic chuck 30, a phenomenon in which a non-uniform electric field is applied to a wafer depending on the position is observed.

다시 말해 일반적인 정전척(30)의 내부에 실장되는 알에프전극(34)은 정전척(30) 중심에서부터 가장자리로 확장되는 구조를 가지고 있는 바, 그 특성상 알에프파워(RF power)는 표면으로 흐르는 성질을 가지고 있으므로, 알에프전극(34)을 구성하는 전도성 물질의 자체 표면저항(임피던스)에 의해서, 바이어스 소스(50)로부터 전달된 전압 파장이 균일하게 확산되지 못함에 따라 불 균일한 전기장을 형성하게 되는데, 이러한 불 균일한 전기장은 정전척(30)의 면적 확대에 따라 더욱 심화되고 있는 실정이다.In other words, the RF electrode 34 mounted inside the general electrostatic chuck 30 has a structure that extends from the center of the electrostatic chuck 30 to the edge, so that RF power flows to the surface. Since it has the surface resistance (impedance) of the conductive material constituting the RF electrode 34, the voltage wavelength transmitted from the bias source 50 is not uniformly diffused, thereby forming an uneven electric field. Such a non-uniform electric field is intensifying as the area of the electrostatic chuck 30 is enlarged.

또한 전술한 바와 같이 이러한 정전척(30)을 플라즈마 처리 챔버에 장착할 경우에 있어서, 알에프전극(34)에서 발생된 전기장은 플라즈마 이온 임팩트를 조절하는 역할을 하게 되는데, 이러한 불균일한 전기장의 형성은 결국 웨이퍼(1)의 불 균일한 가공, 처리로 나타나게 된다.In addition, in the case of mounting the electrostatic chuck 30 in the plasma processing chamber as described above, the electric field generated from the RF electrode 34 serves to control the plasma ion impact, the formation of such a non-uniform electric field As a result, the wafer 1 appears to be uneven and processed.

그리고 웨이퍼(1)의 면적이 확대됨에 따라, 상기 알에프전극(34)이 발생하는 전기장도 이에 비례해서 증가해야만 하는데, 이를 위하여 무리하게 높은 전압을 인가할 경우 정전척의 수명을 단축시키게 되는 문제점을 가지고 있다. 이에 결국 웨이퍼에 부여되는 균일하지 못한 전기장은 완성소자의 균일도나 선폭, 프로파일 또는 재현성 등을 저하시켜 신뢰성을 저하시키는 원인이 되고 있다.In addition, as the area of the wafer 1 is enlarged, the electric field generated by the RF electrode 34 should also increase in proportion to it. For this purpose, when an excessively high voltage is applied, the life of the electrostatic chuck is shortened. have. As a result, a non-uniform electric field applied to the wafer lowers the uniformity, line width, profile, or reproducibility, etc. of the finished device, causing a decrease in reliability.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 웨이퍼의 면적 확대에도 보다 균일한 전기장의 발생이 가능한, 보다 개선된 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an improved electrostatic chuck, which is capable of generating a more uniform electric field even when the area of the wafer is enlarged.

도 1은 일반적인 정전척의 구조를 도시한 단면도1 is a cross-sectional view showing the structure of a typical electrostatic chuck

도 2는 본 발명에 따른 정전척의 구조를 도시한 단면도2 is a cross-sectional view showing the structure of an electrostatic chuck according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 정전척에 내장되는 알에프전극의 평면도3 is a plan view of an RF electrode embedded in an electrostatic chuck according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 웨이퍼130 : 정전척1: wafer 130: electrostatic chuck

132 : 헬륨 유로판넬132 helium euro panel

133a, 133b : 헬륨 유입관 및 헬륨 유출관133a, 133b: helium inlet and helium outlet

134a, 134b : 제 1 및 제 2 알에프전극134a and 134b: first and second RF electrodes

135 : 알에프전압봉135a : 제 1 서브 전압봉135: RF voltage rod 135a: first sub-voltage rod

135b : 제 2 서브 전압봉136 : 정전척 몸체135b: second sub-voltage rod 136: electrostatic chuck body

138 : 냉각부138: cooling unit

139a, 139b : 냉각용매 유입관 및 냉각용매 유출관139a, 139b: cooling solvent inlet and cooling solvent outlet

140 : 정전척전극141 : 직류전압봉140: electrostatic chuck electrode 141: DC voltage rod

150 : 바이어스 소스150: bias source

152a, 152b : 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치152a, 152b: first and second impedance matching device

154 : 알에프 전원154: RF Power

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 챔버(chamber)의 내부에 장착되어 웨이퍼(wafer)의 파지 및 온도를 제어하는 정전척에 관한 것으로, 냉각부와, 동일 평면상에 배열되는 다수의 알에프전극과, 정전척전극이 각각 내장된 정전척 몸체와; 상기 정전척 몸체의 상부에 위치하여, 웨이퍼가 안착되는 상면에 소정의 그루브(groove) 패턴을 가지는 헬륨 유로판넬과; 상기 냉각부에 각각 냉각용매를 유입 및 유출하는 냉각용매 유입관 및 냉각용매 유출관과; 상기 정전척전극에 직류전압을 인가하는 직류 전압봉과; 상기 다수의 알에프전극에 각각 일단이 연결되는 다수의 알에프전압봉과; 상기 다수의 알에프전압봉의 타단에 각각 연결되는 다수의 임피던스 정합장치와; 상기 다수의 임피던스 정합장치에 알에프 전원을 인가하는 알에프 전원과; 상기 그루브 패턴에 각각 헬륨을 유입 및 유출하는 헬륨 유입관 및 헬륨 유출관을 포함하는 정전척을 제공한다.The present invention relates to an electrostatic chuck mounted inside the chamber to control the gripping and temperature of the wafer in order to achieve the above object. An electrostatic chuck body having an RF electrode and an electrostatic chuck electrode built therein; A helium channel panel positioned above the electrostatic chuck body and having a predetermined groove pattern on an upper surface on which the wafer is seated; A cooling solvent inlet tube and a cooling solvent outlet tube for introducing and cooling the cooling solvent into the cooling unit, respectively; A DC voltage rod for applying a DC voltage to the electrostatic chuck electrode; A plurality of RF voltage rods each having one end connected to the plurality of RF electrodes; A plurality of impedance matching devices respectively connected to the other ends of the plurality of RF voltage rods; An RF power supply for applying an RF power supply to the plurality of impedance matching devices; It provides an electrostatic chuck including a helium inlet tube and a helium outlet tube for introducing and exiting helium, respectively, in the groove pattern.

이때 상기 알에프전극은 두 개이고, 그 내부에 개구부를 가지는 제 1 알에프전극과; 상기 제 1 알에프전극의 개구부에 삽입되는 제 2 알에프전극을 포함하며, 상기 제 1 또는 제 2 알에프전극의 재질은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.In this case, there are two RF electrodes, and a first RF electrode having an opening therein; And a second RF electrode inserted into the opening of the first RF electrode, wherein the material of the first or second RF electrode is one selected from copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au). do.

또한 상기 정전척의 상면에 안착되는 웨이퍼는 그 직경이 300mm 이상인 대형 웨이퍼인 것을 특징으로 한다.In addition, the wafer seated on the upper surface of the electrostatic chuck is characterized in that the large wafer having a diameter of 300mm or more.

이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 정전척의 내부에 실장되는 알에프전극은, 전도성 물질로 구성되는 다수의 알에프전극을 동일 평면상에 배열하고, 여기에 각각 알에프 전력이 인가되는 구성을 가짐을 특징으로 하는데, 이러한 본 발명에 따른 정전척의 단면을 도 2에 도시하였다.The RF electrode mounted inside the electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that a plurality of RF electrodes made of a conductive material are arranged on the same plane, and the RF power is applied thereto, respectively. 2 is a cross-sectional view of the electrostatic chuck.

이때 이하에 있어서, 통상 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 처리하는 플라즈마처리 챔버에 적용되는 정전척을 일례로 설명하나, 본 발명은 비단 이에 한정되지는 않으며, 다양한 변형이 가능함은 이하의 설명을 통해 당업자에게 자명한 사실이 될 것이다.At this time, in the following, the electrostatic chuck applied to the plasma processing chamber for processing a wafer using a conventional plasma as an example, but the present invention is not limited to this, various modifications are possible to those skilled in the art through the following description It will be self-evident.

본 발명에 따른 정전척(130)은 각각 정전척 몸체(136)와, 상기 정전척 몸체(136)의 상단에 결합되는 헬륨 유로판넬(132)로 구분 가능하고, 이는 비록 도시되지는 않았지만, 챔버의 저면을 관통하여 승상 가능하도록 설치되는 벨로우즈 상에 설치되어, 이의 상면 특히 헬륨 유로판넬(132)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착된다.The electrostatic chuck 130 according to the present invention may be divided into an electrostatic chuck body 136 and a helium flow channel panel 132 coupled to an upper end of the electrostatic chuck body 136, which is a chamber although not shown. It is installed on a bellows which is installed to penetrate the bottom surface of the wafer, and the wafer 1 is seated on an upper surface thereof, particularly an upper surface of the helium channel panel 132.

이때 이러한 정전척 몸체(136)의 내부에는 냉각부(138)와, 다수의 알에프전극(134a, 134b) 및 정전척전극이 설치되는데, 먼저 상기 냉각부(138)에는 각각 외부에서부터 냉각용매를 유입하는 냉각용매 유입관(139a)과, 상기 냉각부에서 순환된 냉각용매를 유출하는 냉각용매 유출관(139b)이 연결되어, 그 내부에 냉각용매를 저장 및 순환함으로써 웨이퍼(1)의 온도를 제어하는 방식을 사용하게 된다.In this case, a cooling unit 138, a plurality of RF electrodes 134a and 134b, and an electrostatic chuck electrode are installed in the electrostatic chuck body 136. First, a cooling solvent is introduced into the cooling unit 138 from the outside. The cooling solvent inlet pipe 139a and the cooling solvent outlet pipe 139b for outflowing the cooling solvent circulated by the cooling unit are connected, and the temperature of the wafer 1 is controlled by storing and circulating the cooling solvent therein. Will be used.

또한 정전척전극(134a, 134b)은 외부 직류전원(미도시)으로부터 인가되는 직류전압을 전달하는 직류전압봉(141)에 의해 정전장을 형성함으로써, 웨이퍼(1)를 긴밀하게 파지함은 일반적인 경우와 동양(同樣)이라 할 것이다.In addition, since the electrostatic chuck electrodes 134a and 134b form an electrostatic field by a DC voltage rod 141 that transmits a DC voltage applied from an external DC power supply (not shown), it is common to hold the wafer 1 closely. It will be called the case and the Orient.

이때 특히 본 발명은 이러한 냉각부(138) 및 정전척전극(140)과 함께 정전척(130) 내부에 실장되는 알에프전극이 다수인 것을 특징으로 하는데 이는 바람직하게는 도시된 바와 같이 제 1 알에프전극(134a)과, 제 2 알에프전극(134b)으로 구분된다.In this case, in particular, the present invention is characterized in that there are a plurality of RF electrodes mounted inside the electrostatic chuck 130 together with the cooling unit 138 and the electrostatic chuck electrode 140, which is preferably the first RF electrode as shown. 134a and the second RF electrode 134b.

즉, 제 1 알에프전극(134a)과, 이러한 제 1 알에프전극(134a)의 가장자리를 따라 둘러싸는 제 2 알에프전극(134b)이 동일 평면상에 배열되는 구성을 가지게 되는데, 다시 말해 본 발명에 따른 알에프전극의 평면도를 도시한 도 3과 같이, 그 내부 중앙에 제 1 알에프전극(134a)이 삽입될 수 있는 개구부가 형성되어 도우넛 형상을 가지는 제 2 알에프전극(134b)과, 상기 제 2 알에프전극(134b)의 개구부에 삽입되는 제 1 알에프전극(134a)으로 이루어진다.That is, the first RF electrode 134a and the second RF electrode 134b surrounding the edge of the first RF electrode 134a are arranged on the same plane, that is, according to the present invention. As shown in FIG. 3, which shows a plan view of the RF electrode, an opening in which a first RF electrode 134a is inserted is formed at an inner center thereof to form a donut-shaped second RF electrode 134b and the second RF electrode. It consists of the 1st RF electrode 134a inserted into the opening part of 134b.

이때 이러한 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)의 재질로는, 통상의 정전척몸체(136)를 구성하는 알루미늄(Al)보다 전기 전도도가 뛰어난 구리(Cu), 금(Au), 또는 은(Ag) 중 선택된 하나가 사용될 수 있으며, 목적에 따라 전술한 금속 중 서로 상이한 재질로 각각 제 1 알에프전극(134a)과 제 2 알에프전극(134b)을 형성할 수 있다.At this time, the materials of the first and second RF electrodes 134a and 134b may include copper (Cu), gold (Au), or the like, which are superior in electrical conductivity to aluminum (Al) constituting the normal electrostatic chuck body 136. One selected from silver (Ag) may be used, and the first RF electrode 134a and the second RF electrode 134b may be formed of different materials among the above-described metals, depending on the purpose.

또한 이러한 제 1 알에프전극(134a)과 제 2 알에프전극(134b)에는 각각 제 1 및 제 2 서브 전압봉(135a, 135b)의 일단이 연결되는데, 이러한 제 1 및 제 2 서브 전압봉(135a, 135b)의 타단은 각각 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(152a, 152b) 및 알에프 전원(154)을 포함하는 바이어스 소스(150)에 전기적으로 연결되어 있다.In addition, one end of the first and second sub-voltage bars 135a and 135b is connected to the first R-electrode 134a and the second R-electrode 134b, respectively. The other end of 135b is electrically connected to a bias source 150 including first and second impedance matching devices 152a and 152b and an RF power source 154, respectively.

즉, 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)에 각각 전력을 인가하는 바이어스 소스(150)는, 하나의 고주파 알에프 전원(154)과, 상기 고주파 전류를 인출하는 제 1 전압봉(135)과, 상기 제 1 전압봉(135)으로부터 각각 분지된 제 1 및 제 2 서브 전압봉(135a, 135b)과, 상기 제 1 및 제 2 서브 전압봉(135a, 135b)의 중간에 각각 설치되어 전술한 알에프 전원(154)으로부터 발생된 전력을 각각 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)에 적절히 제어하여 인가할 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(152a, 152b)를 포함하고 있다.That is, the bias source 150 for applying power to each of the first and second RF electrodes 134a and 134b according to the present invention includes one high frequency RF power supply 154 and a first voltage for drawing the high frequency current. Between the rod 135, the first and second sub-voltage bars 135a and 135b branched from the first voltage rod 135, and the first and second sub-voltage bars 135a and 135b, respectively. First and second impedance matching devices 152a and 152b which are respectively installed so that the power generated from the above-described RF power source 154 can be properly controlled and applied to the first and second RF electrodes 134a and 134b, respectively. It includes.

따라서 상기 알에프전원(154)으로부터 발생된 고주파 전력은 각각 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(142a, 142b)를 통하여 적절히 제어된 상태로 각각 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)으로 인가됨으로써, 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)은 서로 독립되어 정전장을 형성하게 되는 것이다.Therefore, the high frequency power generated from the RF power supply 154 is applied to the first and second RF electrodes 134a and 134b in a properly controlled state through the first and second impedance matching devices 142a and 142b, respectively. The first and second RF electrodes 134a and 134b are independent of each other to form an electrostatic field.

이에 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)이 각각 유도한 전기장은 플라즈마 이온의 웨이퍼(1)로의 임팩트 정도를 각각 제어하게 되는데, 이러한 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)를 통해, 특히 300mm 이상의 직경을 가지는 웨이퍼에도 동일한 전기장을 부여할 수 있는 것이다.Accordingly, the electric fields induced by the first and second Rf electrodes 134a and 134b respectively control the degree of impact of plasma ions onto the wafer 1, through the first and second Rf electrodes 134a and 134b. In particular, the same electric field can be given to a wafer having a diameter of 300 mm or more.

또한 이와 같이 그 내부에 냉각부(138) 및 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)이 각각 설치된 정전척 몸체(136)의 상단에는 헬륨유로 판넬(132)이 결합되는데, 이는 그 상면에 안착되는 웨이퍼(1)와의 경계면에 헬륨가스를 순환시킴으로써 웨이퍼(1)의 온도제어를 보조하게 된다.In addition, the upper portion of the electrostatic chuck body 136, in which the cooling unit 138 and the first and second RF electrodes 134a and 134b are installed, is coupled with a helium channel panel 132, which is connected to an upper surface thereof. By circulating helium gas at the interface with the wafer 1 to be seated, temperature control of the wafer 1 is assisted.

이를 위하여 상기 헬륨 유로판넬(132)의 상면에는 헬륨가스가 순환할 수 있는 하는 헬륨 유로, 즉 그루브 패턴(미도시)이 형성되어 있고, 이러한 그루브 패턴에는 각각 외부로부터 헬륨가스를 인입하는 헬륨 공급관(133a)과, 이를 유출하는 헬륨 유출관(133b)이 연결되어 있어, 상기 헬륨 공급관(133a)을 통하여 유입된 헬륨 가스는 그루브 패턴을 순환한 후 헬륨 유출관(133b)을 통하여 외부로 배출되는 과정을 통해서 웨이퍼(1)의 온도를 제어하게 된다.To this end, a helium channel, that is, a groove pattern (not shown), through which helium gas is circulated, is formed on an upper surface of the helium channel panel 132, and each of the groove patterns has a helium supply pipe for introducing helium gas from the outside ( 133a and the helium outlet pipe 133b for discharging it are connected, and the helium gas introduced through the helium supply pipe 133a is circulated through a groove pattern and then discharged to the outside through the helium outlet pipe 133b. Through the temperature of the wafer 1 is controlled.

이상에서 설명한 구조를 가지는 본 발명에 따른 정전척(130)의 동작을 도 2와 도 3을 통하여 설명하면, 먼저 챔버 내에 설치된 정전척(130)의 상면에 웨이퍼(1)를 안착하고, 정전척 몸체(136) 내부의 정전척전극(140)에 직류전압을 인가하여 형성된 정전장으로 웨이퍼를 정전척에 긴밀하게 파지시킨다.The operation of the electrostatic chuck 130 according to the present invention having the structure described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3. First, the wafer 1 is seated on the upper surface of the electrostatic chuck 130 installed in the chamber, and the electrostatic chuck The wafer is held in close contact with the electrostatic chuck by an electrostatic field formed by applying a DC voltage to the electrostatic chuck electrode 140 inside the body 136.

이후 챔버의 내부로 공정가스가 공급되어 반응이 진행되는데, 이러한 공정 진행 중에 웨이퍼(1)의 온도가 지나치게 고온 과열되어 손상되는 것을 방지하기 위하여, 공정의 진행과 동시에 정전척 몸체(136)에 내장된 냉각부(138)를 구동하게 되고, 이는 냉각용매 유입관(139a)을 통하여 냉각부(138)에 냉각용매를 공급한 후, 냉각용매 유출관(139b)을 통하여 냉각용매를 유출시키는 과정을 연속적으로 반복함으로써 냉각부(138)에 냉각용매를 순환시키게 된다.After the process gas is supplied to the inside of the chamber and the reaction proceeds, in order to prevent the temperature of the wafer 1 from being excessively overheated and damaged during the process, it is embedded in the electrostatic chuck body 136 as the process proceeds. The cooling unit 138 is driven, which supplies a cooling solvent to the cooling unit 138 through the cooling solvent inlet pipe 139a, and then flows out the cooling solvent through the cooling solvent outlet pipe 139b. By repeating continuously, the cooling solvent is circulated in the cooling unit 138.

이때 웨이퍼(1)의 냉각을 보조하기 위하여 헬륨 유입관(133a)을 통하여 헬륨을 유입시켜 헬륨 유로 판넬(132)의 상면과 웨이퍼(1)의 배면사이에 형성된 그루브 패턴을 따라 헬륨을 순환시키고, 순환된 헬륨은 헬륨 유출관(133b)을 유출함과 동시에, 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b) 구동하여 웨이퍼에 균일한 전기장을 부여함으로써 플라즈마의 이온 임팩트를 제어하게 된다.At this time, helium is introduced through the helium inlet tube 133a to assist cooling of the wafer 1 and circulates helium along the groove pattern formed between the top surface of the helium flow channel panel 132 and the back surface of the wafer 1, The circulated helium flows out of the helium outlet tube 133b, and drives the first and second RF electrodes 134a and 134b to control the ion impact of the plasma by providing a uniform electric field to the wafer.

이는 알에프 전원(144)을 온(on) 하여 제 1 전압봉(135)에 전력을 전달하면, 이는 각각 제 1 및 제 2 서브 전압봉(135a, 135b)으로 분배되어 인가되는 바, 이와 같이 분배된 전압은 각각 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(142a, 142b)를 통해 적절히 제어된 상태로 각각 제 1 및 제 2 알에프전극(134a, 134b)에 인가된다.When the RF power source 144 is turned on to transfer power to the first voltage rod 135, it is distributed to and applied to the first and second sub-voltage bars 135a and 135b, respectively. The applied voltages are applied to the first and second RF electrodes 134a and 134b in a properly controlled state through the first and second impedance matching devices 142a and 142b, respectively.

이때 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(142a, 142b)는 목적에 따라 선택적으로 제 1 알에프전극(134a) 또는 제 2 알에프전극(134b) 중 어느 하나에만 전력을 인가하거나 또는 둘 모두에 인가되는 전력을 각각 적절히 조절하여 인가할 수 있으므로, 일반적인 경우와 비교하여 알에프전극의 가장자리로 갈수록 정전장이 약해지거나 또는 불균일한 정전장이 형성되는 현상을 충분히 해소 할 수 있다.In this case, the first and second impedance matching devices 142a and 142b selectively apply power to only one of the first RF electrode 134a or the second RF electrode 134b or both according to the purpose. Since it can be appropriately adjusted and applied to each, it is possible to sufficiently eliminate the phenomenon that the electrostatic field is weakened or a non-uniform electrostatic field is formed toward the edge of the RF electrode as compared to the general case.

본 발명은 알에프전극을 다수 개 구비하여, 이를 정전척의 몸체의 내부에 동일 평면상에 배열함으로써 보다 균일하면서도 충분한 양의 전기장을 형성할 수 있는 장점을 가지고 있다.The present invention has a number of RF electrodes, and by arranging them on the same plane inside the body of the electrostatic chuck has the advantage of forming a more uniform and sufficient electric field.

특히 이러한 다수의 알에프전극의 배열에 있어서, 바람직하게는 그 갯수를 두 개로 하고, 이 중 하나의 중앙에 개구부를 형성하여 여기에 다른 하나를 끼워 넣음으로써, 일반적인 정전척에서 흔히 발생할 수 있는 불균일한 전기장을 충분히 해소 할 수 있다.In particular, in the arrangement of the plurality of RF electrodes, the number thereof is preferably two, and an opening is formed in the center of one of them, and the other is inserted therein, whereby unevenness that may occur in general electrostatic chucks is common. The electric field can be sufficiently eliminated.

또한 이러한 두 개의 알에프전극에 인가되는 전력을 각각 조절할 수 있는 두 개의 임피던스 정합장치를 구비하여, 목적에 따라 각각의 알에프전극이 형성하는 전기장의 분포를 용이하게 제어할 수 있는 장점을 아울러 가지게 된다.In addition, it is provided with two impedance matching devices that can adjust the power applied to the two RF electrodes, respectively, it has the advantage that it is easy to control the distribution of the electric field formed by each of the RF electrodes according to the purpose.

이러한 본 발명의 효과는 그 직경이 300mm 이상의 대형 웨이퍼에 적용될 경우 보다 큰데, 즉 각각의 임피던스 정합장치를 통해 알에프전극이 형성하는 균일한 전기장을 웨이퍼에 부여하여, 플라즈마 이온 임팩트를 웨이퍼 전면적에 걸쳐 균일하게 조절할 수 있으므로, 플라즈마 식각에서 흔히 웨이퍼의 가장자리 부분에서 발생되는 포토레지스트의 산화(burning) 현상 및 불균일한 식각 현상을 쉽게 해결할 수 있는 장점을 가지고 있다.This effect of the present invention is larger when the diameter is applied to a large wafer of 300mm or more, that is, through each impedance matching device to give a uniform electric field formed by the RF electrode to the wafer, the plasma ion impact is uniform over the entire wafer surface Since it can be easily adjusted, the plasma etching may easily solve the burning phenomenon and the uneven etching phenomenon of the photoresist, which are often generated at the edge of the wafer.

Claims (4)

챔버(chamber)의 내부에 장착되어 웨이퍼(wafer)의 파지 및 온도를 제어하는 정전척으로서,An electrostatic chuck mounted inside a chamber to control the holding and temperature of a wafer, 냉각부와, 동일 평면상에 배열되는 다수의 알에프전극과, 정전척전극이 각각 내장된 정전척 몸체와;An electrostatic chuck body each having a cooling unit, a plurality of RF electrodes arranged on the same plane, and an electrostatic chuck electrode; 상기 정전척 몸체의 상부에 위치하여, 웨이퍼가 안착되는 상면에 소정의 그루브(groove) 패턴을 가지는 헬륨 유로판넬과;A helium channel panel positioned above the electrostatic chuck body and having a predetermined groove pattern on an upper surface on which the wafer is seated; 상기 냉각부에 각각 냉각용매를 유입 및 유출하는 냉각용매 유입관 및 냉각용매 유출관과;A cooling solvent inlet tube and a cooling solvent outlet tube for introducing and cooling the cooling solvent into the cooling unit, respectively; 상기 정전척전극에 직류전압을 인가하는 직류 전압봉과;A DC voltage rod for applying a DC voltage to the electrostatic chuck electrode; 상기 다수의 알에프전극에 각각 일단이 연결되는 다수의 알에프전압봉과;A plurality of RF voltage rods each having one end connected to the plurality of RF electrodes; 상기 다수의 알에프전압봉의 타단에 각각 연결되는 다수의 임피던스 정합장치와;A plurality of impedance matching devices respectively connected to the other ends of the plurality of RF voltage rods; 상기 다수의 임피던스 정합장치에 알에프 전원을 인가하는 알에프 전원과;An RF power supply for applying an RF power supply to the plurality of impedance matching devices; 상기 그루브 패턴에 각각 헬륨을 유입 및 유출하는 헬륨 유입관 및 헬륨 유출관A helium inlet tube and a helium outlet tube for introducing helium into and out of the groove pattern, respectively 을 포함하는 정전척Electrostatic chuck including 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 알에프전극은 두 개이고, 그 내부에 개구부를 가지는 제 1 알에프전극과;The first and second RF electrodes having an opening therein; 상기 제 1 알에프전극의 개구부에 삽입되는 제 2 알에프전극A second RF electrode inserted into the opening of the first RF electrode 을 포함하는 정전척Electrostatic chuck including 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 제 1 또는 제 2 알에프전극의 재질은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 중 선택된 하나인 정전척The first or second RF electrode is made of copper (Cu), silver (Ag), or gold (Au). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 정전척의 상면에 안착되는 웨이퍼는 그 직경이 300mm 이상인 대형 웨이퍼인 정전척The wafer seated on the top surface of the electrostatic chuck is a large wafer whose diameter is 300 mm or more.
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