KR20050121334A - 정전척을 구비한 웨이퍼 지지대와 정전척에서 웨이퍼를디척킹하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조장치 및 사용방법에 관한 것으로서, 자세하게는 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage) 및 이를 이용한 웨이퍼 디척킹 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프로세스 챔버 장치 내의 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage)는 밀폐된 챔버 하부에 형성되며, 웨이퍼를 척킹 및 지지하는 정전척, 상기 정전척을 지지하고 있는 정전척 받침대, 상기 정전척 및 상기 정전척 받침대 내부에 설치되고 상기 웨이퍼를 리프팅하는 리프트 수단을 구비하며, 상기 정전척은 상기 웨이퍼와 정전척 사이에 정전기를 발생시키기 위한 정전 전극과, 상기 정전척의 상부 외주부에 설치되어 상기 웨이퍼에 접촉하도록 형성된 링 형상의 방전전극을 포함하고, 상기 웨이퍼를 상기 정전척으로부터 디척킹할 때, 상기 방전전극에 연결된 그라운드 수단을 상기 방전전극에 전기적으로 연결시켜 상기 웨이퍼를 디척킹하는 것을 특징으로 한다. 그리하여 웨이퍼를 정전척에서 디척킹 할 경우에 웨이퍼에 방전전극을 접촉시킨 후 그라운딩 시킴으로서 웨이퍼에 손상이 발생하지 않게 웨이퍼를 정전척에서 디척킹 할 수 있다.

Description

정전척을 구비한 웨이퍼 지지대와 정전척에서 웨이퍼를 디척킹하는 방법 {The wafer stage having electro-static chuck and the method of dechucking the wafer from electro-static chuck }
본 발명은 반도체 소자 제조장치 및 사용방법에 관한 것으로서, 자세하게는 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage) 및 이를 이용한 웨이퍼 디척킹 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 웨이퍼 상에 물질막을 증착하는 공정, 증착된 물질막을 필요한 형태로 패터닝하는 공정 및 웨이퍼상의 불필요한 잔류물들을 제거하는 세정공정 등 수 많은 공정을 거쳐서 가공이 된다. 이러한 공정들을 진행하기 위해서는 웨이퍼를 챔버 내부의 웨이퍼 지지대로 로딩(loading)시켜서 웨이퍼를 가공한 후 외부로 언로딩(unloading) 시키는 과정을 여러 번 반복하게 된다.
이와 같은 웨이퍼 가공공정을 성공적으로 수행하기 위해서는 챔버 내부에서 웨이퍼를 척킹하여 고정하는 것과, 웨이퍼 가공 공정이 끝난 후에 웨이퍼에 손상이 가지 않도록 웨이퍼를 디척킹하는 것이 상당히 중요하다. 반도체 소자의 고집적화에 따라 디자인 룰이 작아지고, 공정 마진이 좁아지면서 웨이퍼를 척킹하여 고정시키고 디척킹시 웨이퍼의 손상이 없도록 할 필요성이 더욱 증대되고 있다.
웨이퍼 로딩단계에서 웨이퍼를 프로세스 챔버 내부의 웨이퍼 지지대에 고정시키는 방법은 클램프(clamp)와 같은 하드웨어적인 구조물을 이용하여 고정시키는 방법, 진공을 이용하여 웨이퍼 뒷면을 흡착하여 웨이퍼를 고정시키는 방법(진공 척, vacuum chuck), 중력을 이용하여 자연스런 상태로 웨이퍼 지지대에 고정시키는 방법 및 전기적인 압전효과를 이용하여 고정시키는 방법 등이 있다. 가공공정 후 고정된 웨이퍼를 웨이퍼 지지대에서 디척킹(dechucking)하는 방법은 웨이퍼를 고정시킨 방법에 따라 여러가지 방법이 사용될 수 있다.
상술한 방법 중에서 전기적인 압전효과를 이용하여 고정시키는 방법이 최근 널리 사용되고 있다. 이 방법에서는 웨이퍼를 고정시키기 위하여 정전척(electro-static chuck)을 이용한다. 그리고, 고정된 웨이퍼를 디척킹 하는 방법은 정전척 및 리프트 수단등을 사용한다.
이하, 종래 기술에 의한 정전척을 이용한 웨이퍼의 척킹 및 디척킹 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a는 정전척을 이용한 웨이퍼의 척킹 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 1a를 참조하여 정전척(10)의 구조를 먼저 설명하고, 이어서 웨이퍼(20)의 척킹방법을 설명한다. 상기 정전척(10)은 최상단에 상부 절연막(2)이 있고 그 아래에 정전 전극(4), 하부 절연막(6) 및 하부 전극(8)을 구비한다. 상기 하부전극(8)은 챔버(미도시) 내부에서 플라즈마가 발생될 때 플라즈마의 반응속도를 조절하는 역할을 한다. 상기 정전 전극(4)은 DC 제너레이터(미도시)에 연결되어 있고, 상기 DC 제너레이터에 의하여 양전하 또는 음전하가 정전 전극(4)에 대전된다. 상기 정전 전극(4)에 대전된 전하는 정전장(electrostatic field)을 형성시켜 상기 웨이퍼(20)가 척킹 또는 디척킹될 수 있도록 기능을 수행한다. 상기 하부 절연막(6)은 상기 정전 전극(4)과 상기 하부 전극(8)을 절연시키고 상기 상부 절연막(2)은 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전 전극(4)을 절연시킨다.
웨이퍼(20)를 척킹하는 방법을 설명하면, 상기 웨이퍼(20)를 정전척(10) 위에 놓고, 전압을 상기 정전척(10) 상단 면에 위치한 상부 절연막(2) 바로 아래 위치한 정전 전극(4)에 인가하여 정전장(electrostatic field)을 형성한다. 즉, 외부의 DC 제너레이터(미도시)에 연결된 정전 전극(4)에 양전하를 인가하고 상기 웨이퍼(20) 상부 공간에 발생된 플라즈마에 의하여 상기 웨이퍼(20) 하면에는 음전하가 인가됨으로써, 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전 전극(4) 사이에 정전장이 형성된다. 상기 정전장에 의해 클램핑 힘(clamping force)이 형성되고 상기 정전척(10)의 상부 표면과 상기 웨이퍼(20)간에 완전한 접촉을 이루며 척킹을 이루게 된다.
한편, 상기 정전척(10)의 상기 정전 전극(4)에 인가된 전류가 일부는 상기 상부 절연막(2)을 통하여 상기 정전척(10)상부 표면으로 이동하게 되고, 시간이 경과되면서 그 전하량은 누적이 된다. 누적된 전하는 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)간의 클램핑 힘을 증가시키게 된다. 결국, 누적된 전하는 상기 정전척(10)의 상기 정전 전극(4)에 인가한 전압에 비해 상대적으로 큰 클램핑 힘을 형성시키는 원인을 제공한다. 이와 같이 증가된 클램핑 힘은 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)을 디척킹 할때 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)을 떨어지지 않게 한다.
도 1b는 종래 기술에 의한 정전척을 이용하여 웨이퍼(20)를 디척킹하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 1b를 참조하면, 상기 웨이퍼(20)가 척킹된 상태에서 상기 웨이퍼(20) 상부 공간에서 공급하던 플라즈마의 발생을 중단하고, 정전척(10)의 하부 전극(8) 및 정전 전극(4)에도 전원 공급을 중단시킨다. 척킹 상태에서 플라즈마와 상기 하부 전극(8) 및 상기 정전 전극(4)에 전원 공급을 중단하게 되면, 대전된 전하가 빠져나가서 클램핑 힘이 감소한다. 그러나 클램핑 힘이 감소하기까지는 어느 정도의 전하 배출 시간(discharging time)이 필요함으로 상기 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)이 떨어지지 않는 스틱킹(sticking) 현상이 생긴다.
이러한 스틱킹 상태에서 리프트 핀들(12)을 업(up)시켜 상기 웨이퍼(20)를 디척킹한다면, 상기 웨이퍼(20)에 무리한 힘을 가하게 되어 웨이퍼에 손상을 가하기 쉽다.
이러한 스틱킹 현상을 방지하고자 상기 정전 전극(4)에 다시 전원을 공급하여 상기 정전 전극(4)에 존재하는 양전하 대신 음전하를 공급한다. 즉, 척킹시에 상기 정전 전극(4)에 공급하던 전하와 반대의 특성을 지닌 전하를 디척킹시에 상기 정전 전극(4)에 공급함으로써, 상기 정전 전극(4)을 중화시키고 상기 웨이퍼(20)를 쉽게 디척킹한다. 이어서 리프트 수단(미도시)의 리프트 핀들(12)을 업(up)시켜 상기 웨이퍼(20)를 디척킹하게 된다. 그러나 상술한 반대극성을 지닌 전하를 공급하는 방법도 상기 웨이퍼(20)에는 여전히 전하를 보유하고 있으므로 디척킹에는 큰 도움을 주지 못하고 웨이퍼가 리프팅 될 때 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)이 잘 떨어지지 않아 결국 웨이퍼에 손상이 생기는 문제점이 발생한다.
또한 상기 상부 전극(미도시)에 웨이퍼(20)에 손상이 생기지 않을 정도의 작은 전원을 인가시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마는 상기 웨이퍼(20) 가공공정시의 플라즈마와는 비교가 안될 정도로 미약한 것으로써, 상기 웨이퍼(20)에 존재하는 음전하들을 중화시킨다. 그러나 웨이퍼의 전하가 완전히 제거되지 못하여 웨이퍼가 리프팅 될 때 웨이퍼(20)와 상기 정전척(10)이 잘 떨어지지 않아 결국 웨이퍼에 손상이 생기는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디척킹이 쉬우며, 웨이퍼에 손상을 주지 않는 정전척을 구비한 웨이퍼 지지대를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 웨이퍼 지지대를 이용한 웨이퍼 디척킹 방법을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 프로세스 챔버 장치 내의 웨이퍼 지지대는, 밀폐된 챔버 하부에 형성되며, 웨이퍼를 척킹 및 지지하는 정전척, 상기 정전척을 지지하고 있는 정전척 받침대, 상기 받침대 내부에 설치되고 상기 웨이퍼를 리프팅하는 리프트수단을 구비한다. 상기 정전척은 상기 정전척 상부 외주부에 링 형상으로 설치되어 상기 웨이퍼와 접촉함으로써 상기 웨이퍼를 그라운드 시키는 방전전극, 상기 방전전극에 연결된 스위치와 콘덴서를 포함하는 그라운드 수단 및 상기 웨이퍼와 정전척 사이에 정전기를 발생시키기 위한 정전 전극을 포함하고, 상기 웨이퍼를 상기 정전척으로부터 디척킹할 때 상기 웨이퍼 뒷면에 접촉되어 있는 상기 방전전극을 상기 그라운드 수단에 전기적으로 연결시킨 후 상기 스위치를 온(on)하여 상기 웨이퍼를 디척킹하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 웨이퍼 지지대는, 상기 정전척의 둘레에 설치되고 상기 웨이퍼 척킹 시 상기 웨이퍼를 가이드 시키는 가이드 링을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 프로세스 챔버 장치는 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공하는 장치일 수 있고, 상기 프로세스 챔버 장치는 플라즈마 에칭장치일 수 있다.
상기 리프트 수단은 상기 정전척을 관통하여 상기 웨이퍼를 리프팅하는 다수개의 리프트 핀과, 상기 정전척 받침대 내부에서 상기 리프트 핀을 받치고 있는 리프트 핀 받침대와, 상기 리프트 핀 받침대와 구동 수단을 연결시키는 연결 축 및 상기 연결 축에 리프팅 동력을 발생하는 구동 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정전척은 상기 챔버 외부의 DC 제너레이터에 연결되어 플라즈마의 반응속도를 조절하는 하부전극과, 상기 하부전극의 상부에 있는 절연 평판 및 상기 절연 평판의 내부에 설치되고 상기 챔버 외부의 RF 제너레이터에 연결되어 정전기를 발생시키는 정전 전극을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정전 전극은 나선의 형상으로 만들어질 수 있다. 그리고, 상기 정전척은 상기 하부전극 아래에 웨이퍼 냉각장치를 더 구비할 수도 있다. 여기서, 상기 웨이퍼 냉각장치는 냉각수가 순환되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 디척킹 방법은, 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공한 후에 상기 플라즈마의 발생을 중단하고 정전 전극 및 하부 전극에 전원 공급을 중단시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼 뒷면에 접촉된 방전전극을 그라운드 수단에 연결시켜 상기 스위치를 온(on)하여 상기 웨이퍼를 그라운딩 시킨다. 계속해서, 상기 정전 전극에 전원을 공급하여 상기 정전척을 중화시키고, 상기 웨이퍼에 플라즈마를 가하여 웨이퍼의 전하를 중화시킨다. 마지막으로 상기 리프트 수단을 업(up)시켜 웨이퍼를 디척킹한다.
여기서, 상기 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공하는 공정은 에칭공정일 수 있다.
또한, 상기 플라즈마는 상부전극에 의해 발생될 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다양한 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 구비한 웨이퍼 지지대를 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 프로세스 챔버 장치(160)는, 상벽에 상부 전극(150)을 구비한 밀폐된 챔버(152) 및 챔버(152)내의 하단에 웨이퍼 지지대(180)를 구비한다. 상기 밀폐된 챔버(160) 측벽에는 가스 주입구(162) 및 가스 배기구(164)도 형성되어 있다. 상기 가스 주입구(162)에는 웨이퍼 가공시 필요한 반응가스 및 플라즈마 소스 가스등이 주입되며, 상기 가스 배기구(164)는 웨이퍼(200) 가공 공정이 끝난 후 폐가스가 배기되는 통로이다. 상기 가스 주입구(162)로 주입되는 플라즈마 소스 가스는 상기 상부 전극(150)에 인가된 전원에 의해 반응이 되고 이에 의하여 플라즈마가 상기 챔버(152) 내부에 형성된다. 상기 플라즈마 소소 가스로는 Ar, C4F8 등이 사용될 수 있다. 상기 프로세스 챔버 장치(160)는 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공하는 장치인 것이 바람직하고, 특히 플라즈마 에칭장치인 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 지지대(180)는 상기 프로세스 챔버 장치(160) 내부의 하단에 있는 정전척 받침대(140), 상기 정전척 받침대(140) 위에 있는 정전척(100), 상기 정전척(100) 및 상기 정전척 받침대(140) 내부에 설치된 리프트 수단(110)으로 이루어진다. 상기 정전척(100)은 상기 정전척(100) 상부의 외주부에 링의 형상을 한 방전전극(190) 및 상기 방전전극(190)에 연결된 그라운드 수단(120)을 포함한다. 상기 정전척 받침대(140)는 내부에 상기 리프트 수단(110)이 설치 가능하도록 공간을 마련하고 있고, 위로는 상기 정전척(100) 및 가이드 링(130)을 떠받치고 있다.
상기 정전척(100)은 상기 정전척 받침대(140) 상부에 설치되고, 상기 챔버(152) 외부의 DC 제너레이터(generator)(173)에 연결된 하부 전극(106), 상기 하부 전극(106) 상부에 있는 절연 평판(102), 상기 절연 평판(102)의 내부에 설치되고 상기 챔버(152) 외부의 RF 공급장치(172)에 연결되어 정전기를 발생시키는 정전 전극(104) 및 상기 절연 평판(102) 상부의 외주부에 링의 형상으로 설치되고 콘덴서(194)와 스위치(192)를 포함한 그라운드 수단(120)에 연결되어 웨이퍼 디척킹 시 상기 웨이퍼를 그라운딩 시키는 방전전극(190)을 구비한다. 또한 리프트 핀(112)이 상기 웨이퍼(200)를 리프팅 할 때 상기 리프트 핀(112)이 움직일 수 있도록 상기 정전척(100)의 내부에는 다수개의 홀이 형성되어 있다. 상기 리프트 핀(112)은 상기 정전척(100)에 로딩된 웨이퍼(200)를 척킹하며, 가공 공정이 끝난 후에는 상기 웨이퍼(200)를 쉽게 디척킹 할 수 있도록 해 준다.
상기 정전 전극(104)은 상기 절연 평판(102) 내부에서 나선 모양의 형상을 이루는 것이 적합하고, 일단에는 DC 제너레이터(173)에 연결되어 있어 상기 정전 전극(104)에 전원이 공급되면 상기 정전 전극(104)에는 양전하 또는 음전하가 대전된다. 상기 정전 전극(104)에 대전된 전하는 정전장을 형성시켜 상기 웨이퍼(200)를 척킹 또는 디척킹하는 기능을 수행한다. 즉, 척킹할 때는 웨이퍼에 대전된 전하와 반대의 전하를 가지도록 DC 제너레이터(173)가 상기 정전 전극(104)에 전원을 공급하고, 디척킹할 때는 상기 정전 전극(104)에 있는 전하와 반대의 전하를 상기 정전 전극(104)에 공급한다. 상기 정전 전극(104)으로는 알루미늄, 구리등의 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 정전 전극(104)의 형상이 나선모양에 한정되지 않고 다른 형태의 상기 정전 전극(104)으로 변형이 가능하다. DC 제너레이터(173)에서 공급되는 전원은 필터(filter)를 통하여 일정한 전압이 형성되도록 필터링(filtering) 된다. 상기 정전 전극(104)에는 상기 웨이퍼(200)를 척킹하거나 디척킹 할때 필요하도록 직류가 공급된다. 자세한 내용은 아래에서 디척킹 방법을 설명할 때 상세히 설명한다.
상기 절연 평판(102)은 절연물로 이루어진 원형의 평판이고, 상기 절연 평판(102)의 내부에는 상기 정전 전극(104)이 나선 모양으로 형성되어 있으며, 상기 리프트 수단(110)의 리프트 핀들(112)이 관통하여 움직일 수 있도록 다수개의 홀들이 형성되어 있다. 상기 절연 평판(102)은 상기 웨이퍼(200), 상기 정전 전극(104) 및 상기 하부 전극(106)이 서로 접촉되지 않도록 절연하는 기능을 수행한다.
상기 하부 전극은(106)은 상기 챔버(152) 내에 발생된 플라즈마를 가속 또는 감속시키는 역할을 수행한다. 즉, 상기챔버(152) 상벽에 있는 상부 전극(150)에 의해 발생된 플라즈마는 상기 하부 전극(106)에 의해서 가속되어 웨이퍼(200)로 이동된다. 이러한 가속도는 상기 하부 전극(106)에 형성된 전압에 의해 조절이 가능하다. 그리고 상기 챔버(152) 외부의 RF 제너레이터(172)에서 발생되는 교류는 RF 매치필터(radio frequency match filter)를 통과함으로서 일정한 전압 및 전류로 필터링되어 상기 하부 전극(106)에 도달된다. 상기 하부 전극(106)의 재료로는 알루미늄이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 방전전극(190)은 상기 정전척(100)의 절연 평판(102) 상부의 외주부에 링의 형상으로 설치되며, 상기 방전전극(190) 상부에 상기 웨이퍼(200)가 놓여져서 상기 방전전극(190)에 웨이퍼(200) 뒷면이 닿는다. 그리하여 상기 방전전극(190)을 그라운드 수단(120)에 전기적으로 연결시킨다. 상기 그라운드 수단(120)의 스위치(192)는 웨이퍼(200)를 척킹할 때는 오프(off)되지만, 웨이퍼(200)를 디척킹하고자 할 때는 온(on)시켜서 웨이퍼 하부면에 대전된 전하를 그라운딩 시킨다. 상세한 내용은 아래에서 설명될 웨이퍼의 디척킹 방법에 관한 부분을 참조한다.
상기 리프트 수단(110)은 상기 정전척(100)을 관통하여 형성된 다수의 홀에서 상·하 운동을 하는 다수개의 리프트핀(112), 상기 정전척 받침대(140) 내부에서 상기 리프트 핀(112)을 떠받치는 리프트 받침대(114), 상기 리프트 받침대(114)와 구동 수단(118)을 연결시키는 연결 축(116) 및 상기 연결 축(116)에 동력이 전달되도록 리프팅 동력을 발생시키는 구동 수단(118)을 포함한다.
상기 리프트 핀(112)은 상기 웨이퍼(200)를 디척킹 할때 상기 웨이퍼(200)가 쉽게 리프트되고 응력이 웨이퍼의 한곳에 집중되지 않도록 다수개로 이루어져 있다. 상기 리프트 받침대(114)는 상기 리프트 핀(112)을 떠받치고 있으며, 원형의 형상인 것이 적합하다.
상기 웨이퍼(200)를 디척킹하기 위해서는 상기 웨이퍼(200)를 밀어올리는 동력원이 필요하다. 상기 구동 수단(118)은 이러한 동력원으로서의 역할을 수행한다. 상기 구동 수단(118)으로는 스프링, 유압 모터, 공압 모터 등을 사용할 수 있다.
상기 리프트 수단(110)은 본 실시예에서 설명한 것에 한하지 않고 다른 형태의 리프팅 수단도 가능하다.
상기 웨이퍼 지지대(180)는 상기 정전척(100)의 둘레에 설치되어 상기 웨이퍼(200)가 제자리에 정렬(align)되도록 가이드 시키는 가이드 링(130)을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 지지대(180)는 정전척(100)의 하부 전극(106) 아래에 웨이퍼 냉각장치(108)를 더 구비할 수 있다. 상기 냉각장치(108)에서 순환되는 냉각매체로는 냉각수를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 냉각장치(108)는 상기 웨이퍼(200)에 필요한 가공공정을 거친 후, 상기 웨이퍼(200)를 언로딩(unloading)하기 전에 인시튜(insitu)로 상기 웨이퍼를 냉각시킬 때 필요하다. 이렇게 함으로써 상기 웨이퍼(200)에 가해진 열을 제거할 수 있고, 상기 웨이퍼(200) 언로딩시 상기 웨이퍼(200)가 변형되는 것을 막을 수 있다. 또한 상기 웨이퍼(200) 가공공정 후 별도의 쿨링챔버(미도시)를 마련하지 않을 수 있으므로 처리량(throughput)을 증가 시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디척킹 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 3a는 웨이퍼(200)가 정전척(100)에 척킹되어 있는 상태를 설명하기 위하여 도시한 것으로서, 이 상태에서의 웨이퍼 뒷면 및 정전척(100) 상면에 대전된 전하의 분포가 도시되어 있다. 상기 웨이퍼(200)를 상기 정전척(100)위에 놓고, 챔버 상벽에 설치된 상부 전극에 전원(미도시)을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 그리고 DC 제너레이터(173)에서 발생된 직류의 고전압을 상기 정전척(100)의 정전 전극(104)에 인가하여 상기 정전척(100) 상부에 양전하를 대전시킨다. 그리고, RF 제너레이터(172)를 온(on)시켜서 플라즈마에 의해 발생된 양전하가 상기 웨이퍼로 전달되게 한다. 그러면, 상기 웨이퍼(200)와 상기 정전 전극(104)사이에는 정전장이 형성되어 상기 웨이퍼(200)와 상기 정전척(100)이 클램핑(clamping)된다. 플라즈마 소스가스의 종류에 따라 상기 정전 전극(104)에 인가되는 전하의 종류는 달라진다. 정전장에 의해 형성된 클램핑 힘은 정전척(100)의 상부 표면과 웨이퍼(200)사이에 완전한 접촉을 이루게 하여 웨이퍼를 척킹하게 한다. 상기 웨이퍼(200)와 상기 정전 전극(104)을 커패시터의 양전극으로 생각하면 척킹 힘(chucking force)은 아래와 같다.
식 1
F= 1 over 2 A{e_o}{e_r}{( v over t )}^2
F : 척킹 힘
A : 웨이퍼 면적
e_o : 진공상태에서의 절연 상수
e_r : 특정막질에서의 절연 상수
V : 전압
t 절연막 두께
상기 식 1을 참고하면, 척킹 힘은 웨이퍼 면적, 절연상수 및 전압의 제곱에 비례하고 절연막의 두께의 제곱에 반비례 함을 알 수 있다. 즉 웨이퍼(200)와 정전 전극(100)에 인가된 전압의 차이가 클수록 그리고 절연평판(102)의 두께가 얇을수록 척킹 힘이 커지게 된다.
상기 정전 전극(104)에 인가된 전류는 그 일부가 상기 절연평판(102)을 통하여 상기 정전척(100) 상부 표면으로 이동하게 되고 시간이 경과되면서 그 전하량은 누적된다. 또한, 상기 정전척 상부 표면에 누적된 전하량에 비례하여 상기 웨이퍼 하면에도 전하가 축적된다. 누적된 전하는 상기 웨이퍼와 상기 정전척간의 클램핑 힘을 증가시켜 척킹시간이 경과되면서 클램핑 힘 또한 증가하게 된다. 이렇게 누적된 전하는 디척킹시에 충분히 빠져나가지 못하게 된다.
도 3b는 상기 웨이퍼(200)의 가공 공정이 끝난 후 상기 웨이퍼(200)를 디척킹하기 위한 첫 단계로써, 플라즈마의 발생을 중단시키고 상기 정전 전극(104) 및 상기 하부 전극(106)에 전원 공급을 중단하는 단계를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 3b를 참조하여 상세히 설명하면, 플라즈마에 의한 반응을 마친 상기 웨이퍼(200)는 디척킹을 하기 위해 상기 상부 전극(150)에 전원 공급을 중단하고 플라즈마 소스 가스를 챔버(152) 내부로 주입하지 않음으로써, 플라즈마 공급을 중단시킨다. 이어서, 상기 정전척(100)의 상기 하부 전극(106) 및 상기 정전 전극(104)에 전원 공급을 중단시킨다.
도 3c는 상기 웨이퍼(200)에 상기 방전전극(190)에 연결된 그라운드 수단(120)을 온(on)시키는 단계를 도시한 단면도이다.
도 3c를 참조하면, 상기 정전척(100)의 상기 하부 전극(106) 및 상기 정전 전극(104)에 전원 공급을 중단하고 상기 챔버(152) 내부에 플라즈마의 발생을 중단시켰더라도 도 3c에서와 같이 상기 웨이퍼(200)와 상기 정전척(100) 상부에는 전하들이 남아 있다. 상기 웨이퍼(200)에 남아 있는 음전하들을 없애기 위해서 상기 방전전즉(190)에 그라운드 수단(120)을 연결시키기 위하여 스위치(192)를 온(on) 시킨다.
도 3d는 상기 웨이퍼(200)에 남아있는 음전하들을 없애기 위해 상기 그라운드 수단을 온(on)하여 상기 웨이퍼(200)를 그라운딩시키는 단계를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 3d를 참조하면, 상기 웨이퍼(200)에 상기 방전전극(190)이 접촉되어 있는데, 상기 방전전극(190)에 연결된 상기 그라운드 수단의 스위치(192)를 온(on) 시킨다. 상기 스위치(192)를 온(on)하는 순간 상기 웨이퍼에 있는 음전하들이 모두 그라운드로 이동하게 된다. 그러나 실질적으로는 상기 웨이퍼(200)에 대전된 음전하들이 일부는 남아 있게 되고, 이러한 전하들이 문제를 일으키게 된다. 따라서 상기 웨이퍼에 남아 있는 잔류 전하들을 중화시키는 것이 필요하다.
도 3e는 상기 웨이퍼(200) 및 상기 정전척(100)을 중화시키는 단계를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 3e를 참조하면, 상기 DC 제너레이터(173)는 상기 정전 전극(104)에 전원을 공급하여 상기 정전 전극(104)에 대전되어 있는 양전하와 반대의 음전하를 공급하여 상기 정전척(100) 상부 표면을 중화시킨다. 또한 상기 상부 전극(150)에는 웨이퍼(200)에 손상이 생기지 않을 정도의 작은 전원을 인가시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마는 상기 웨이퍼(200) 가공공정시의 플라즈마와는 비교가 안될 정도로 미약한 것으로써, 상기 웨이퍼(200)에 존재하는 음전하들을 중화시킨다. 이렇게 함으로써 상기 웨이퍼(200) 및 상기 정전척(100) 상부에 존재하는 전하들은 중화된다. 이어서, 상기 리프트 수단(110)을 이용하여 상기 웨이퍼(200)를 디척킹한다.
따라서 상기 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage)를 이용하면 웨이퍼 디척킹 시 웨이퍼에 손상이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage) 및 이를 이용한 웨이퍼 디척킹 방법은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 웨이퍼를 디척킹 할 경우에 웨이퍼에 방전전극을 접촉시킨 후 웨이퍼를 그라운딩 시킴으로서 웨이퍼에 손상이 발생하지 않게 웨이퍼를 정전척에서 디척킹 할 수 있다.
도 1a는 정전척을 이용한 웨이퍼의 척킹 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도
도 1b는 종래 기술에 의한 정전척을 이용하여 웨이퍼를 디척킹하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 구비한 웨이퍼 지지대를 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 디척킹 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 정전척 102 : 절연평판
104 : 정전 전극 106: 하부 전극
108 : 냉각장치 110: 리프트 수단(lift means)
112 : 리프트 핀(lift pins) 114: 리프트 핀 받침대
116 : 연결 축 118: 구동 수단
120 : 그라운드 수단 130: 가이드 링(guide ring)
140 : 정전척 받침대 150: 상부 전극
152 : 챔버 160: 프로세스 챔버 장치
162 : 가스 주입구 164: 가스 배기구
172 : RF 제너레이터(radio frequency generator)
173 : DC 제너레이터 180: 웨이퍼 지지대(wafer stage)
190 : 방전전극 192 : 스위치
194 : 콘덴서

Claims (12)

  1. 프로세스 챔버 장치 내의 정전척(electro-static chuck)을 구비한 웨이퍼 지지대(stage)에 있어서:
    밀폐된 챔버 하부에 형성되며, 웨이퍼를 척킹 및 지지하는 정전척;
    상기 정전척을 지지하고 있는 정전척 받침대;
    상기 정전척 및 상기 정전척 받침대 내부에 설치되고, 상기 웨이퍼를 리프팅하는 리프트 수단을 구비하며,
    상기 정전척은 상기 웨이퍼와 정전척 사이에 정전기를 발생시키기 위한 정전 전극과, 상기 정전척의 상부 외주부에 설치되어 상기 웨이퍼에 접촉하도록 형성된 링 형상의 방전전극을 포함하고,
    상기 웨이퍼를 상기 정전척으로부터 디척킹할 때, 상기 방전전극에 연결된 그라운드 수단을 상기 방전전극에 전기적으로 연결시켜 상기 웨이퍼를 디척킹하는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버 장치 내의 웨이퍼 지지대
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리프트 수단은 상기 정전척을 관통하여 상기 웨이퍼를 리프팅하는 다수개의 리프트 핀과, 상기 정전척 받침대 내부에서 상기 리프트 핀을 받치고 있는 리프트 핀 받침대와, 상기 리프트 핀 받침대와 구동 수단을 연결시키는 연결 축 및 상기 연결 축에 리프팅 동력을 발생하는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정전척은 상기 챔버 외부의 DC 제너레이터에 연결되어 플라즈마의 반응속도를 조절하는 하부전극과, 상기 하부전극의 상부에 있는 절연 평판을 더 포함하며, 상기 정전척내의 정전 전극은 상기 챔버 외부의 RF 제너레이터에 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 정전 전극은 나선 형상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 정전척의 둘레에 설치되고 상기 웨이퍼 척킹시 상기 웨이퍼를 가이드시키는 가이드 링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 정전척은 상기 하부전극 아래에 웨이퍼 냉각장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 웨이퍼 냉각장치는 냉각수에 의해 순환되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 챔버의 상단에는 하부 전극과 함께 플라즈마를 생성하는 상부 전극을 포함하며, 상기 챔버는 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공하는 장치인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 장치는 플라즈마 에칭장치인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지대.
  10. 플라즈마를 생성하는 하부 전극 및 웨이퍼를 척킹시키기 위한 정전 전극과 상기 웨이퍼를 선택적으로 그라운딩 시키기위한 그라운드 수단과 연결되어 상기 웨이퍼에 접촉하도록 설치된 링 형상의 방전전극을 포함하고 있는 정전척과, 상기 정전척 내부에 설치되고 상기 웨이퍼를 리프팅시키는 리프트 수단을 포함하는 웨이퍼 디척킹 방법에 있어서 :
    (a) 플라즈마를 사용하여 밀폐된 챔버의 정전척 위에 놓인 웨이퍼를 가공하는 단계;
    (b) 상기 플라즈마의 발생을 중단하고 상기 정전척의 정전 전극 및 하부 전극에 전원 공급을 중단하는 단계;
    (c) 상기 방전전극을 그라운드 수단에 전기적으로 연결하여 상기 웨이퍼를 그라운드시키는 단계;
    (d) 상기 정전 전극에 전원을 다시 공급하여 상기 정전척을 중화시키고, 상기 웨이퍼에 플라즈마를 가하여 웨이퍼의 전하를 중화시키는 단계; 및
    (e) 상기 리프트 수단을 업시켜 웨이퍼를 디척킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 디척킹 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 (a)단계는 에칭공정인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 디척킹 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 챔버 내부에서 상기 하부 전극과 함께 플라즈마를 생성하는 상부 전극을 더 포함하며,
    상기 (d)단계시, 상기 (a)단계 보다는 미약한 플라즈마를 생성하여, 상기 웨이퍼 를 중성화시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 디척킹 방법.
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