KR20060077667A - 반도체 웨이퍼의 정전척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 정전척에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 식각이나 증착 등의 공정에서 웨이퍼가 안착되는 부분인 반도체 웨이퍼 정전척에서, 상기 정전척을 관통하면서 웨이퍼의 로딩/언로딩을 담당하는 리프트핀의 재질과 구조를 개선하여 상기 리프트핀 근방의 웨이퍼 다이가 손상받거나 또는 웨이퍼언로딩시 웨이퍼가 슬라이딩 되는 현상을 억제할 수 있도록 된 것이다.

이를 위한 본 발명은, 상면에 웨이퍼가 로딩되는 정전척, 상기 정적척을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼를 승하강시키는 리프트핀, 상기 정전척의 하부에 설치되어 상기 리프트핀을 상하로 구동시키는 리프트실린더을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼의 정전척에 있어서; 상기 리프트핀은 알루미늄나이트라이드를 주성분으로 탄소, 수지, 무기물이 첨가된 혼합물을 재질로 하는 것을 특징으로 한다.

반도체, 웨이퍼, 화학기상증착, 플라즈마, 정전척, 알루미늄나이트라이드

Description

반도체 웨이퍼의 정전척 { The semiconductor wafer electrostatic chuck }

도 1은 종래 기술의 정전척이 구비된 공정챔버의 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래의 정전척에서 웨이퍼 슬라이딩이 발생하는 과정을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 정전척이 구비된 공정챔버의 구성도이다.

♧ 도면의 주요부분에 대한 설명 ♧

W -- 웨이퍼 1 -- 공정챔버

10 -- 정전척 11 -- 전원부

20 -- 리프트부 21 -- 리프트핀

22 -- 리프트판 23 -- 리프트실린더

30 -- 탄성부재

본 발명은 반도체 웨이퍼의 정전척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 식각이나 증착 등의 공정에서 웨이퍼가 안착되는 부분인 반도체 웨이퍼 정전척에서, 상기 정전척을 관통하면서 웨이퍼의 로딩/언로딩을 담당하는 리프트핀의 재질과 구조를 개선한 반도체 웨이퍼의 정전척에 관한 것이다.

현대 사회에는 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드, 트랜지스터와 같은 반도체 소자 또는 이러한 소자가 집적된 회로기판이 포함된다. 위와 같은 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출하여 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하여 전기적 활성 영역을 형성하는 과정, 절연막 등 필요한 막을 증착하고 상기 활성영역을 금속배선을 통하여 전기적으로 연결하는 과정, 최종 제품을 위한 패키지 공정등이 포함된 일련의 과정을 거쳐서 제조된다.

위와 같은 반도체 제조 공정 중, 일부 공정은 필요한 장치가 구비된 공정챔버내에서 진행된다.

가령, 화학 반응을 이용하여 웨이퍼상에 박막을 형성하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정 중 높은 에너지의 전자가 중성 상태의 가스 분자와 충돌하여 가스 분자를 분해하고 이 분해된 가스 원자가 웨이퍼에 부착되도록 하는 플라즈마 화학기상증착 공정(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 웨이퍼 상의 특정 영역을 물질의 화학 반응을 통해 제거해 내는 식각 공정 중 플라즈마를 이용한 건식식각 공정은, 모두 공정챔버로 웨이퍼가 반입된 상태에서 공정이 진행되는 예이다.

위와 같이, 공정챔버에서 특정 공정이 진행되는 경우, 대상 웨이퍼는 웨이퍼척상에 안착되어 고정되는데, 종래에는 클램프 방식으로 웨이퍼를 잡아주었으나 클램핑되는 웨이퍼의 에지 부분이 손상되는 문제가 있어 최근에는 전극을 이용한 척킹 방식으로 웨이퍼 다이에 영향을 미치지 않도록 하고 있다. 상기 전극을 이용한 정전인력으로 웨이퍼를 잡아주는 장치가 정전척(ESC, Electro Static Chuck)이며, 본 발명은 상기 정전척에서 웨이퍼의 로딩/언로딩을 담당하는 리프트핀에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 정전척이 구비된 공정챔버의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 공정챔버(1)에는 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(10)이 구비되며 상기 정전척(10)은 전원부(11)에서 인가된 정전인력을 통하여 웨이퍼(W)를 척킹하게 된다.

상기 웨이퍼(W)의 상면으로는 고주파 전력이 인가되어 공정챔버(1)로 공급된 공정가스가 플라즈마 상태로 전환되며, 플라즈마 상태의 공정가스가 웨이퍼(W)와 반응하여 식각 또는 증착 공정등이 진행된다.

한편 상기 정전척(10)의 하측에는 리프트부(20)가 구비되는데, 여기서 리프트부(20)는 리프트핀(21), 리프트판(22), 리프트실린더(23)로 이루어진다. 상기 리프트핀(21)은 상기 정전척(10)을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼(W)를 승하강시키는 역할을 수행하며, 상기 리프트판(22)은 일종의 동력 전달용 연결부재로서 리프트핀(21)과 결합되어 있고, 상기 리프트실린더(23)는 상기 리프트판(22)을 매개로 리프트핀(21)을 상하로 구동시킨다.

상기 정전척의 재질은 점차 세라믹으로 대체되는 추세이며, 세라믹 정전척은 그 코팅 두께에 따라 웨이퍼를 잡아주는 척킹 능력이 증가되는 특징이 있다. 하지만 세라믹 재질의 정전척이 그 코팅 두께가 두꺼워짐에 따라, 전원부에서 인가된 전하들이 두꺼운 정전척의 내부에 축적되어 공정이 완료된 후에도 잔존하고, 이러한 정전척의 잔존 전하가 웨이퍼에 반대 극성을 갖는 전하가 집중되도록 유도하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 리프트핀(21)의 리프트시(도 2(a)) 잔류 전하에 의해 웨이퍼(W)가 척킹력을 못이겨 휘어졌다가(도 2(b)) 슬라이딩(도 2(c))되는 현상이 발생하여 웨이퍼(W)에 스크래치가 생기거나 웨이퍼(W)가 파손되는 문제가 있다.

따라서 공정이 완료된 후에는, 웨이퍼에 축적된 전하를 제거하는 것이 필요하며, 이를 위해 리프트핀의 재질을 알루미늄과 같이 전도성이 우수한 전도체로 한다면, 웨이퍼의 언로딩을 위해 리프트핀이 웨이퍼와 접촉하는 경우 웨이퍼의 전하를 신속하게 방전시킬 수 있다. 그러나 전도체로 된 리프트핀은, 플라즈마 공정시 플라즈마 형성을 위한 고주파 파워가 인가되면, 전도체인 리프트핀의 뾰족한 부분으로 전하가 집중되어 번개와 같은 아킹(arcing)이 발생하여 리프트핀이 위치한 부분의 웨이퍼의 다이가 손상되는 문제가 있다.

만약 리프트핀을 세라믹 계열의 부도체로 사용한다면, 리프트핀 근방의 웨이퍼 다이들이 손상받는 문제는 해소되지만, 전도성이 떨어져서 웨이퍼의 언로딩시 웨이퍼 잔류 전하를 신속하게 방전시킬 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이를 해소하고자 발명된 것으로, 리프트핀의 재질과 구조를 개선하여, 리프트핀으로 전하가 집중되는 것을 방지하고 또한 웨이퍼와 리프트핀의 접촉시간을 증가시켜 웨이퍼의 잔류 전하가 충분히 방전될 수 있는 반도체 웨이퍼의 정전척을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼의 정전척은, 상면에 웨이퍼가 로딩되는 정전척, 상기 정적척을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼를 승하강시키는 리프트핀, 상기 정전척의 하부에 설치되어 상기 리프트핀을 상하로 구동시키는 리프트실린더을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼의 정전척에 있어서; 상기 리프트핀은 알루미늄나이트라이드를 주성분으로 탄소, 수지, 무기물이 첨가된 혼합물을 재질로 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 구현예로서의 반도체 웨이퍼의 정전척은, 상면에 웨이퍼가 로딩되는 정전척, 상기 정적척을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼를 승하강시키는 리프트핀, 상기 정전척의 하부에 설치되어 상기 리프트핀을 상하로 구동시키는 리프트실린더을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼의 정전척에 있어서; 상기 리프트핀은 첨단부에 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

종래 기술의 문제는, 리프트핀의 재질이 전도체이든 부도체이든 각각 장점과 단점이 공존한다는 것인데, 본 발명에서는 각각의 경우에 있어서 장점만을 살린 것이다.

먼저 리프트핀의 재질은, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 주성분으로 하되 일정한 저항값을 갖도록 탄소와 수지 기타 무기물이 첨가된 혼합물로 한다. 상기 알루미늄나이트라이드는, 할로겐 가스에 대한 내식성이 있기 때문에 반도체 공정용 장치에서 다양하게 이용되며, 특히 절연성과 높은 열전도성을 가지고 있으므로 웨이퍼를 가열하는 세라믹 히터의 기재로서 사용되고 있다. 이러한 알루미늄나이트라이드의 특성과 기타 첨가물을 추가한 혼합물로서 이들을 적절한 배합비로 조절하면, 본 발명의 리프트핀에 필요한 저항값을 가질 수 있도록 할 수 있다. 즉, 플라즈마 공정 진행시 리프트핀으로 아킹 현상이 발생하여 리프트핀 근방의 다이가 손상되는 것을 방지하려면 리프트핀은 약 1㏀ ~ 10㏀ 정도의 저항값을 가져야 하며, 알루미늄나이트라이드에 탄소 등을 첨가한 분말을 적정 배합비로 혼합하여 소성하 면 본 발명의 리프트핀을 제작할 수 있다.

위와 같이 리프트핀의 재질을 변경한 경우, 종래 리프트핀이 전도체 재질로 된 경우에 비해서는 웨이퍼에 잔류하는 전하를 방전하는 성능이 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명에서는 리프트핀의 구조를 변경하였고, 이는 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 정전척이 구비된 공정챔버의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 해당 공정이 진행되는 공정챔버(1)의 내부에는 웨이퍼(W)가 로딩되어 안착되는 정전척(10)과 여기에 전원을 인가하는 전원부(11)가 구비되고, 상기 정전척(10)의 하측에는 리프트핀(21), 리프트판(22), 리프트실린더(23)로 이루어진 리프트부(20)가 설치된다. 상기 리프트부(20)의 구성 부분을 살펴보면, 상기 리프트핀(21)은 상기 정전척(10)을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼(W)를 승하강시키며, 상기 리프트판(22)은 연결부재로서 리프트핀(21)과 결합되고, 상기 리프트실린더(23)는 상기 리프트판(22)을 매개로 리프트핀(21)을 상하로 구동시킨다.

본 발명의 정전척(10)에는 종래의 기술과 달리 상기 리프트핀(21)의 끝단에 스프링과 같은 탄성부재(30)가 설치된다. 상기 리프트핀(21)의 탄성부재(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 언로딩을 위해 리프트핀(21)이 상측으로 이동할 때 웨이퍼(W)와 가장 먼저 접촉하게 되며, 탄성부재(30)의 탄성력에 의해 알루미늄나이트라이드 등의 재질로 된 리프트핀(21)의 끝단이 웨이퍼(W)의 밑면과 접하 게 될 때까지 일정 시간이 소요되도록 하는 역할을 한다. 이러한 시간 동안 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 방전될 수 있는 시간을 확보할 수 있게 되므로, 리프트핀(21)에 의한 웨이퍼(W) 언로딩시 잔류 전하의 인력에 의한 웨이퍼(W) 슬라이딩을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 반도체 웨이퍼의 정전척에 의하면 플라즈마를 이용한 반도체 공정에서 다음과 같은 효과를 볼 수 있다.

첫째, 웨이퍼를 정전척에서 승하강하는 역할을 수행하는 리프트핀에 있어서, 플라즈마 공정 중 리프트핀에서의 아킹 현상으로 상기 리프트핀의 근방에 위치하는 웨이퍼 다이가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 플라즈마 공정 후 웨이퍼를 언로딩하는 경우에 웨이퍼의 잔류 전하를 충분히 방전할 수 있어, 잔류 전하에 의한 웨이퍼 슬라이딩을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 상면에 웨이퍼가 로딩되는 정전척, 상기 정적척을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼를 승하강시키는 리프트핀, 상기 정전척의 하부에 설치되어 상기 리프트핀을 상하로 구동시키는 리프트실린더을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼의 정전척에 있어서; 상기 리프트핀은 알루미늄나이트라이드를 주성분으로 탄소, 수지, 무기물이 첨가된 혼합물을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척.
2. 상면에 웨이퍼가 로딩되는 정전척, 상기 정적척을 관통하여 상하 이동하면서 상기 웨이퍼를 승하강시키는 리프트핀, 상기 정전척의 하부에 설치되어 상기 리프트핀을 상하로 구동시키는 리프트실린더을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼의 정전척에 있어서; 상기 리프트핀은 첨단부에 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척.
3. 제 2항에 있어서, 상기 리프트핀은 알루미늄나이트라이드를 주성분으로 탄소, 수지, 무기물이 첨가된 혼합물을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척.
4. 제 3항에 있어서, 상기 리프트핀의 저항값은 1㏀ ~ 10㏀ 인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척.

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