KR20060079343A - 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼에 특정 공정을 수행하는 동안 웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼척의 구조를 변경하여 웨이퍼의 전영역에 걸쳐 균일하게 공정이 수행되도록 할 수 있는 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 공정챔버 내부에서 웨이퍼를 반입한 후 반응소스와 반응시켜 반도체 공정을 진행할 수 있도록, 웨이퍼를 공정챔버에 설치된 웨이퍼척에 고정하는 척킹방법에 있어서; 반응소스가 웨이퍼의 각 영역에서 반응하는 속도의 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록, 웨이퍼를 웨이퍼척상에서 굴곡지게 고정시키는 것을 특징으로 한다.

반도체, 웨이퍼, 화학기상증착, 식각, 플라즈마, 웨이퍼척

Description

반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치 { Chucking method of semiconductor wafer and chucking device thereof }

도 1은 종래의 정전척이 설치된 플라즈마 공정용 챔버를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는, 본 발명의 작동원리를 설명하는 도면,

도 3은, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 정전척 장치가 설치된 공정챔버의 구성도이다.

♧ 도면의 주요부분에 대한 설명 ♧

10 -- 공정챔버 20 -- 전극

30 -- 페데스탈 40 -- 전원부

50 -- 지지대 60 -- 정전척

100 -- 웨이퍼척 W -- 웨이퍼

본 발명은 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼에 특정 공정을 수행하는 동안 웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼척의 구조를 변경하여 웨이퍼의 전영역에 걸쳐 균일하게 공정이 수행되도록 할 수 있는 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치에 관한 것이다.

현대 사회에는 라디오, 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자가 포함된다. 위와 같이 현대 사회의 필수품인 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하고 금속배선을 통하여 최초 설계된 회로를 구현하며 필요한 소자로 만들기 위한 패키지 공정등이 포함된 일련의 웨이퍼 가공 과정을 통하여 제조된다.

위와 같은 반도체 제조 공정 중, 일부 공정은 필요한 장치가 구비된 공정챔버내에 공정 대상 웨이퍼가 반입되어 진행된다.

가령, 화학 반응을 이용하여 웨이퍼상에 박막을 형성하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정 중 높은 에너지의 전자가 중성 상태의 가스 분 자와 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 공정챔버 내에 웨이퍼가 반입되어 공정이 진행되는 예이다.

위와 같이, 공정챔버에서 특정 공정이 진행되는 경우 공정 중 웨이퍼를 안정적으로 고정시키기 위해 웨이퍼척이 사용되는데, 상기 웨이퍼척이 웨이퍼를 고정시키는 방법으로는 클랭핑 방식, 진공 흡착 방식, 정전인력에 의한 고정 방식 등 다양한 방식이 적용된다. 예로써 플라즈마 증착이나 식각 공정의 경우에는, 클램핑 방식을 사용하다가 이는 클램핑되는 웨이퍼의 에지 부분을 손상시키는 문제가 있어 최근 전극을 이용한 척킹 방식을 사용하여 웨이퍼에 손상을 입히지 않도록 하고 있다.

상기 전극을 이용한 정전인력으로 웨이퍼를 잡아주는 장치로는 정전척(ESC, Electro Static Chuck)이 있는데, 도 1은 종래의 정전척이 설치된 플라즈마 공정용 챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 공정챔버(1)에는 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(6)이 구비되는데, 상기 정전척(6)은 전극(2)이 포함된 페데스탈(3), 전원부(4), 지지대(5) 등의 구성요소로 이루어진다.

각 구성요소를 상세하게 살펴보면, 먼저 전극(2)은 전원부(4)로부터 인가된 전압에 의하여 정전 인력을 발생하고 이를 통하여 웨이퍼(W)를 고정시키는 부분이며, 상기 전극(2) 보호를 위해 전극을 내부에 수용하는 페데스탈(3)이 구비되고, 마지막으로 상기 전극(2)을 포함하는 페데스탈(3)을 지지하기 위한 지지대(5)가 설치된다. 이러한 구성을 통하여, 공정이 개시되고 웨이퍼(W)가 반입되어 정전척(6)에 배치되면 전원부(4)의 작동으로 전극(2)에 전압이 인가되면서 웨이퍼(W)가 안정적으로 안착될 수 있다. 한편 웨이퍼(W)가 정전척(6)에 고정된 후에는, 공정챔버(1)로 공정가스가 공급되고 공정챔버(1)에 고주파 파워가 인가되면서 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 전환하게 되고, 상기 플라즈마 입자가 웨이퍼(W)와 반응하여 웨이퍼(W)상에 막이 증착되거나 필요한 부분이 식각되는 공정이 진행된다.

그런데 위와 같은 공정에 있어서의 문제는, 웨이퍼의 전 영역에서 공정가스와 웨이퍼와의 반응속도가 달라지며 가장가리가 중심부에 비해 빠르게 진행되거나 혹은 반대의 경향을 나타낸다. 가령 도 1의 플라즈마 식각 공정의 경우에는 중심보다는 가장자리에서의 식각 속도가 빠른 경향을 나타내는데, 이와 같이 웨이퍼의 각 영역에서 식각 속도가 상이한 상태로 동일한 시간 동안 공정이 진행된다면, 웨이퍼의 중심과 가장자리에서 식각의 진행 정도가 차이날 수 밖에 없어 웨이퍼에 균일한 막이 형성될 수 없게 된다. 이는 반도체 소자의 고집적화 경향에 따라 각 소자의 크기가 초미세화되는 사정하에서 이러한 막 두께의 차이는 심각한 오동작을 유발할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이를 해소하고자 발명된 것으로, 웨이퍼의 각 영역에서의 차이나는 공정속도에 따라 이를 보정할 수 있도록 공정가스가 웨이퍼상에 도달하는 거리가 차이나도록 웨이퍼를 척킹함으로써, 웨이퍼의 전영역에 걸쳐서 균일하게 공정가스가 도달할 수 있고 이로 인하여 반도체 공정 수율을 크게 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼의 척킹방법은, 공정챔버 내부에서 웨이퍼를 반입한 후 반응소스와 반응시켜 반도체 공정을 진행할 수 있도록, 웨이퍼를 공정챔버에 설치된 웨이퍼척에 고정하는 척킹방법에 있어서; 반응소스가 웨이퍼의 각 영역에서 반응하는 속도의 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록, 웨이퍼를 웨이퍼척상에서 굴곡지게 고정시키는 것을 특징으로 한다.

한편 상기한 방법을 구체적으로 실현하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼의 정전척 장치는, 웨이퍼와 반응소스의 반응으로 공정이 진행되는 공정챔버의 내부 하단에 설치되며, 전압이 인가되는 전극과 상기 전극을 포함하며 상부면으로 웨이퍼 가 안착되는 페데스탈과 상기 전극으로 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 반도체 웨이퍼의 정전척 장치에 있어서; 상기 페데스탈은, 반응소스가 웨이퍼의 각 영역에서 반응하는 속도의 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록, 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 장치에 있어서, 상기 페데스탈의 골곡진 형상은 중심부분이 가장자리에 비해 상측으로 볼록하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는, 본 발명의 작동원리를 설명하는 도면이다.

종래 기술의 문제는, 웨이퍼에 공정가스를 공급하여 해당 공정을 진행하는 경우, 웨이퍼의 각 영역 - 특히, 중심부와 가장자리 - 에서 반응속도가 차이남에 기인하는 것으로, 본 발명의 주요한 기술 사상은 이러한 속도 차이를 보정할 수 있도록 하되 이를 웨이퍼를 척킹하는 방법에서 착안한 것이다.

즉, 일반적으로 웨이퍼를 웨이퍼척에 척킹하는 경우 웨이퍼가 평평한 상태가 되도록 고정하는 것이 일반적이지만, 웨이퍼를 굴곡지게 척킹한다면, 가령 웨이퍼의 가장자리에서의 반응속도가 웨이퍼의 중심부에서의 반응속도 보다 빠른 경우 도 2(a)와 같이 웨이퍼척(100)에서 웨이퍼(W)가 상측으로 볼록한 상태로 척킹함으로써, 웨이퍼(W)상에서 반응하는 공정가스가 웨이퍼(W)에 도달할 때까지의 평균이동 거리가 웨이퍼(W)의 가장자리에 비해 웨이퍼(W)의 중심부에서 가까워지므로, 공정가스와 웨이퍼(W)와의 반응속도의 차이를 극복하고 실질적인 공정 진행 속도는 동일하게 된다.

도 2(b)는 웨이퍼(W)의 중심부에서의 반응속도가 가장자리 보다 빠른 경우에, 웨이퍼척(100)에서 웨이퍼(W)의 중심부를 상측에 대해 오목한 상태로 척킹하는 방법을 도시한 것이며, 기타 도 2에 도시된 도면을 제외하더라도 웨이퍼(W)의 각 영역에서의 반응속도 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼(W)의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼(W)의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록 웨이퍼(W)를 웨이퍼척(100)상에서 굴곡지게 척킹할 수 있다.

한편 상기한 방법을 구체적으로 실현하기 위한 구체적 수단은, 해당 공정과 웨이퍼척에 따라 달라질 수 있으며, 이하에서는 플라즈마 식각 공정이 진행되는 공정챔버의 경우에 정전척을 이용하여 웨이퍼를 굴곡지게 척킹하는 기술을 살펴본다.

도 3은, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 정전척 장치가 설치된 공정챔버의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 플라즈마 공정이 진행되는 공정챔버(10) 하단에는 웨이퍼(W)를 정전인력으로 고정시키는 정전척(60)이 구비되는데, 이는 전압이 인가되는 전극(20)과 상기 전극(20)을 포함하며 상부면으로 웨이퍼(W)가 안착되는 페데스탈(30)과 상기 전극으로 전압을 인가하는 전원부(40) 및 상기 페데스탈(40)를 지지하는 지지대(50)를 포함하여, 전극(20)에서 발생되는 정전인력으로 웨이퍼(W)를 고정 시킨다. 따라서 페데스탈(30)의 형상에 따라 웨이퍼(W)가 고정되는 형상이 달라지게 되고, 만약 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 반응속도가 웨이퍼(W)의 중심부에서의 반응속도 보다 빠른 경우라면 도 3과 같이 페데스탈(30)의 형상을 상측으로 볼록하게 형성한다면, 상기 페데스탈(30)에 접하게되는 웨이퍼(W)도 페데스탈(30)과 동일한 형상으로 상측으로 볼록하게 고정되는 것이다.

따라서 웨이퍼(W)가 상측으로 볼록하게 고정된 상태에서 공정챔버(10)의 내부로 공정가스가 공급되고 이를 플라즈마 상태로 전환하면, 이 때 플라즈마 입자는 웨이퍼(W)의 표면에 도달하여 반응이 진행되는데, 플라즈마 입자가 웨이퍼(W)에 도달하는데 필요한 거리는 웨이퍼(W)의 중심부가 가깝게 된다. 만약 웨이퍼(W)가 평평한 상태에서 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 공정속도가 빨랐다면, 본 발명의 정전척(60)을 사용하는 경우 위와 같은 공정속도의 차이를 보정할 수 있고, 웨이퍼(W)의 전 영역에 걸쳐 균일하게 공정이 진행되어 고품질의 균일막을 증착하거나 식각할 수 있다.

이상으로 본 발명 반도체 웨이퍼의 정전척 장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 살펴보았지만, 본 발명은 도 3에 예시된 특정 장치에 한정되지 않고 웨이퍼를 굴곡지게 척킹한다는 원리를 응용하여, 가령 진공 방식의 웨이퍼척이라면 진공을 형성하는 진공홀의 분포와 갯수를 조절하여 웨이퍼를 굴곡지게 고정시킬 수 있듯이, 해당 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변형하거나 모방하여 사용할 수 있음은 자명하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 반도체 웨이퍼의 척킹방법 및 이를 이용한 정전척 장치에 의하면, 반도체 웨이퍼의 전 영역에 걸쳐 균일하게 공정가스가 도달할 수 있어 웨이퍼상에 균등한 화학반응이 발생하도록 유도하여 불량품을 줄이고 반도체 공정 수율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 공정챔버 내부에서 웨이퍼를 반입한 후 반응소스와 반응시켜 반도체 공정을 진행할 수 있도록, 웨이퍼를 공정챔버에 설치된 웨이퍼척에 고정하는 척킹방법에 있어서;

   반응소스가 웨이퍼의 각 영역에서 반응하는 속도의 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록, 웨이퍼를 웨이퍼척상에서 굴곡지게 고정시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 척킹방법.
2. 웨이퍼와 반응소스의 반응으로 공정이 진행되는 공정챔버의 내부 하단에 설치되며, 전압이 인가되는 전극과 상기 전극을 포함하며 상부면으로 웨이퍼가 안착되는 페데스탈과 상기 전극으로 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 반도체 웨이퍼의 정전척 장치에 있어서;

   상기 페데스탈은, 반응소스가 웨이퍼의 각 영역에서 반응하는 속도의 차이에 따라 반응속도가 느린 웨이퍼의 영역은 반응속도가 빠른 웨이퍼의 영역에 비하여 반응소스에 가깝게 위치하도록, 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 페데스탈의 골곡진 형상은 중심부분이 가장자리에 비해 상측으로 볼록하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 정전척 장치.

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