KR20070048357A - Electrostatic chuck for making uniform plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 정전척에 관한 것으로서, 구체적으로는, 상면에는 기판이 안착되고, 내부에는 DC전극이 설치되며, 중심부와 가장자리의 두께가 다른 절연플레이트; 상기 절연플레이트의 하부에 결합하고, RF 전력이 인가되는 금속재질의 정전척몸체를 포함하는 정전척을 제공한다.The present invention relates to an electrostatic chuck capable of generating a uniform plasma, specifically, the substrate is mounted on the upper surface, the DC electrode is installed inside, the insulation plate is different in thickness of the center and the edge; It is coupled to the lower portion of the insulating plate, and provides an electrostatic chuck including an electrostatic chuck body of a metallic material to which RF power is applied.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치에서 RF전극에 의해 발생하는 RF전기장의 세기를 위치에 따라 조절할 수 있으므로 챔버 내부의 플라즈마 균일도를 조절할 수 있으며, 이를 통해 공정균일도를 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the intensity of the RF electric field generated by the RF electrode in the plasma generator can be adjusted according to the position, the plasma uniformity within the chamber can be controlled, thereby greatly improving the process uniformity.
정전척, 절연플레이트, 곡면 Electrostatic Chuck, Insulation Plate, Surface
Description
도 1은 일반적인 RIE장치의 개략 구성도 1 is a schematic configuration diagram of a general RIE apparatus
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 포함하는 RIE장치의 개략 구성도 2 is a schematic structural diagram of an RIE apparatus including an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention;
도 3은 정전척몸체가 위로 볼록한 정전척을 나타낸 도면3 is a view showing an electrostatic chuck in which the electrostatic chuck body is convex upward;
도 4는 도 2의 RIE장치에 플라즈마 안테나를 설치한 모습을 나타낸 도면4 is a view showing a state in which a plasma antenna is installed in the RIE apparatus of FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 포함하는 용량결합형 플라즈마 발생장치의 개략 구성도5 is a schematic configuration diagram of a capacitively coupled plasma generator including an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.
도 6a 및 도 6b는 정전척몸체의 상면이 곡면이 아닌 경우를 나타낸 도면6a and 6b is a view showing a case where the upper surface of the electrostatic chuck body is not a curved surface
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for main parts of drawings *
10 : RIE장치 11 : 챔버 10: RIE apparatus 11: chamber
20, 100 : 정전척 21, 110 : 정전척몸체20, 100:
22, 120 : 절연플레이트 23, 130 : DC전극22, 120:
30 : 가스분배판 40 : 가스공급관30: gas distribution plate 40: gas supply pipe
50 : 포커스링 60 : 절연부재50: focus ring 60: insulation member
70 : 배기구 80 : RF전원70: exhaust port 80: RF power
82 : 매처 90 : DC전원82: matcher 90: DC power
본 발명은 반도체소자 또는 액정표시장치 등의 평면표시장치를 제조하기 위해 플라즈마를 이용하여 글래스 또는 웨이퍼(이하 '기판'이라 함)를 처리하는 플라즈마 발생장치에 사용되는 정전척에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck used in a plasma generating apparatus for processing a glass or a wafer (hereinafter referred to as a substrate) using plasma to manufacture a flat panel display such as a semiconductor device or a liquid crystal display.
일반적으로 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 에칭(etching)공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 챔버 내부에서 진행된다. In general, to manufacture a semiconductor device or a flat panel display device, a thin film deposition process for depositing a thin film of a specific material on a substrate, a photolithography process for exposing or hiding a selected area of the thin film using a photosensitive material, and removing the thin film of the selected area By going through the etching (patterning) process, such as patterning as desired, each of these processes is carried out in the chamber designed to the optimum environment for the process.
최근에는 원료물질에 RF전원을 인가하여 발생하는 플라즈마 이온 및 활성종을 이용하여 기판에 대한 식각 또는 박막증착을 수행하는 플라즈마 발생장치가 널리 사용되고 있다.Recently, a plasma generator that performs etching or thin film deposition on a substrate using plasma ions and active species generated by applying RF power to a raw material has been widely used.
도 1은 반도체 제조장치 중에서 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 RIE(Reactive Ion Etching) 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 schematically illustrates a configuration of a reactive ion etching (RIE) device for etching a substrate using plasma in a semiconductor manufacturing apparatus.
이를 살펴보면, 상기 RIE장치(10)는 일정한 반응영역을 정의하는 챔버(11), 상기 챔버(11)의 내부에 위치하며 상면에 기판(s)을 안치하는 정전척(20), 상기 정전척(20)의 상부로 원료물질을 분사하는 가스분배판(30), 상기 가스분배판(30)의 내부로 원료물질을 공급하는 가스공급관(40), 챔버(11)의 하부에 형성되어 잔류가스를 배기하는 배기구(70)를 포함한다. Referring to this, the
정전척(20)은 알루미늄 재질의 정전척 몸체(21)와 정전척 몸체(21)의 상면에 결합되는 세라믹 재질의 절연플레이트(22)로 이루어지며, 절연플레이트(22)의 내부에는 DC전극(23)이 설치된다.The
절연플레이트의 상면에는 기판이 안착되며, 절연플레이트는 평판형 디스크 형태를 가진다The substrate is seated on the upper surface of the insulating plate, and the insulating plate has a flat disk shape.
DC전극(23)은 텅스텐 등 금속재질로 이루어지며, DC전원(90)에 연결되어 정전기력을 발생시킴으로써 절연플레이트(22)의 상부에 안치되는 기판(s)을 안정적으로 유지한다.The
정전척(20)의 주변부에는 포커스링(50)이 결합하는데, 이것은 통상 세라믹 재질로 제조되며 플라즈마의 영역을 기판(s)의 외측부위까지 확장함으로써 기판(s)의 표면전체가 균일한 플라즈마 영역에 포함될 수 있도록 하는 역할을 한다.The
상기 정전척 몸체(21)에는 RF전원(80)이 연결되고, 챔버(11)는 통상 접지되므로, 금속재질의 정전척몸체(21)와 챔버(11)는 절연부재(60)를 이용하여 절연시킨다.Since the
RF전원(80)과 정전척 몸체(21) 사이에는 최대 전력을 공급하기 위해 소스임피던스와 부하임피던스를 정합시키는 매처(82)가 설치된다.A
한편 정전척 몸체(21)의 내부에는 기판(s)을 가열시키는 히터와 기판(s)의 배면을 냉각시키기 위해 헬륨가스를 공급하는 헬륨유로(미도시)가 형성되기도 한다.Meanwhile, inside the
이러한 구성을 가지는 RIE장치(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the
먼저 미도시된 도어를 통해 반입된 기판(s)이 정전척(20)의 절연플레이트(22) 상면에 안치되면, 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한 후에 가스분배판(30)을 통해 기판(s)의 상부로 원료물질을 분사함과 동시에 RF전원(80)을 통해 정전척 몸체(21)에 RF전력을 인가한다.First, when the substrate s loaded through the door (not shown) is placed on the upper surface of the
정전척 몸체(21)에 인가된 RF전력은 정전척(20)과 챔버(11) 사이에서 RF전기장을 발생시키고, 이 RF 전기장에서 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 발생시키며, 이렇게 생성된 이온이 입사하여 기판(s)의 표면을 식각한다. The RF power applied to the
그런데 이러한 RIE장치(10)는 정전척(20)과 챔버(11) 사이에 발생하는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키므로, 챔버(11)와 정전척(20)의 형상이나 양자의 간격에 의해 플라즈마의 균일도가 영향을 받게 된다.However, since the
일반적으로 평행 전극사이에서는 RF 전기장의 정상파(standing wave) 현상에 의해서 전극의 중심부에서는RF 전기장이 강하고 가장자리로 갈수록 약해지는 현상이 발생한다. RF 전기장의 변화는 챔버의 반응영역에 형성되는 플라즈마의 균일도에 영향을 미친다.In general, the RF field is strong at the center of the electrode due to the standing wave of the RF field between the parallel electrodes and weakens toward the edge. Changes in the RF electric field affect the uniformity of the plasma formed in the reaction zone of the chamber.
이로 인해 챔버의 중심부와 주변부간에 플라즈마의 밀도 차이가 발생하게 되며, 이는 기판(s)에 대한 공정균일도를 저하시키는 요인이 되고 있다.As a result, a difference in the density of plasma is generated between the center and the periphery of the chamber, which causes a decrease in the process uniformity of the substrate s.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마를 이용하는 장치에서 중심부와 주변부간에 균일한 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 정전척을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and to provide an electrostatic chuck capable of generating a plasma of uniform density between a central portion and a peripheral portion in an apparatus using a plasma.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 상면에는 기판이 안착되고, 내부에는 DC전극이 설치되며, 중심부와 가장자리의 두께가 다른 절연플레이트; 상기 절연플레이트의 하부에 결합하고, RF 전력이 인가되는 금속재질의 정전척몸체를 포함하는 정전척을 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object, the substrate is mounted on the upper surface, the DC electrode is installed inside, the thickness of the center and the edge of the insulating plate; It is coupled to the lower portion of the insulating plate, and provides an electrostatic chuck including an electrostatic chuck body of a metallic material to which RF power is applied.
상기 절연플레이트는 가장자리에서 중심부로 갈수록 두께가 점점 두꺼워질 수 있으며, 이때 상기 절연플레이트의 하부에 결합하는 상기 정전척몸체는, 가장자리에서 중심부로 갈수록 두께가 점점 얇아진다.The insulation plate may become thicker from the edge to the center, and the electrostatic chuck body coupled to the lower portion of the insulation plate becomes thinner from the edge to the center.
또한 상기 절연플레이트는 가장자리에서 중심부로 갈수록 두께가 점점 얇아질 수 있으며, 이때 상기 절연플레이트의 하부에 결합하는 상기 정전척몸체는, 가장자리에서 중심부로 갈수록 두께가 점점 두꺼워진다.In addition, the insulating plate may become thinner and thinner from the edge to the center, and the electrostatic chuck body coupled to the lower portion of the insulating plate becomes thicker and thicker from the edge to the center.
상기 절연플레이트는 중심부의 두께가 가장 두꺼우며, 이때 상기 정전척몸체 는 상기 절연플레이트의 하면과 대응하는 상면을 가지고, 상기 절연플레이트의 하부에 결합한다.The insulating plate has the thickest thickness of the central portion, wherein the electrostatic chuck body has an upper surface corresponding to the lower surface of the insulating plate, and is coupled to the lower portion of the insulating plate.
상기 절연플레이트는 중심부의 두께가 가장 얇으며, 이때 상기 정전척몸체는 상기 절연플레이트의 하면과 대응하는 상면을 가지고, 상기 절연플레이트의 하부에 결합한다.The insulating plate has the thinnest thickness of the central portion, wherein the electrostatic chuck body has an upper surface corresponding to the lower surface of the insulating plate and is coupled to the lower portion of the insulating plate.
상기 절연플레이트의 내부에 설치되는 DC전극은, 상기 기판과 평행을 유지하는 것이 바람직하다.The DC electrode provided inside the insulating plate is preferably kept parallel to the substrate.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전척(100)을 포함하는 RIE장치(10)의 구성을 개략적으로 도시한 단면도로서, 이하에서는 도 1과 공통되는 부분에 대한 설명은 생략하고 주로 정전척(100)에 대해서만 설명하기로 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
본 발명의 실시예에 따른 정전척(100)도 알루미늄 등 금속재질의 정전척몸체(110)와 정전척몸체(110)의 상면에 결합하는 세라믹 재질의 절연플레이트(120)와 상기 절연플레이트(120)의 내부에 삽입되는 텅스텐 등 금속재질의 DC전극(130)을 포함하는 점에서는 종래와 동일하다. The
특히, 본 발명의 실시예에 따른 정전척(100)은 정전척몸체(110)의 두께가 중심부와 가장자리에서 서로 다른 점에 특징이 있다. In particular, the
정전척몸체(110)의 상면과 그 상부에 안착되는 절연플레이트(120)의 하면은 실리콘 접착 또는 금속용접 등의 방법으로 서로 접합되므로, 절연플레이트(120)도 중심부와 가장자리가 서로 다른 두께를 가진다.Since the upper surface of the
기판(s)을 안정적으로 유지하기 위해서는 절연플레이트(120)의 상면은 평탄하여야 하며, 이에 내장되는 DC전극(130)도 절연플레이트(120)의 상면과 평행하게 설치되어야 한다. 따라서 DC전극(130)과 하부의 정전척몸체(110) 사이의 거리는 중심부와 가장자리에서 서로 달라지게 된다.In order to stably maintain the substrate s, the top surface of the
도 2에서는 정전척몸체(110)의 상면이 오목한 형상을 가지고, 절연플레이트(120)의 하면은 이에 대응하여 아래로 볼록한 형상을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 반대로 도 3에 도시된 바와 같이 정전척몸체(110)의 상면이 위로 볼록하고, 절연플레이트(120)의 하면이 이에 대응하여 위로 오목한 형상을 가질 수도 있다.In FIG. 2, the top surface of the
정전척몸체(110)의 곡면은 상기 정전척(120)이 설치되는 챔버(11)의 구조나 플라즈마의 발생형태에 따라 결정될 수 있다. The curved surface of the
예를 들어, 챔버(11)의 중심부에 플라즈마 밀도가 높게 나타나는 경우에는 상면 중심부가 아래로 오목한 정전척몸체(110)를 이용함으로써 중심부의 플라즈마 밀도를 낮출 수 있고, 챔버(11)의 중심부에 플라즈마 밀도가 낮게 나타나는 경우에는 상면 중심부가 위로 볼록한 정전척몸체(110)를 이용함으로써 중심부의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.For example, when the plasma density is high in the center of the
이와 같이 챔버 내부에 발생하는 플라즈마의 상태에 따라 정전척몸체(110)의 곡면 방향을 적절히 조절함으로써 챔버 전체의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있 다.As such, the plasma uniformity of the entire chamber can be improved by appropriately adjusting the curved direction of the
도 4는 정전척몸체(110)에 제1 RF전원(80)을 인가하는 동시에 챔버(11)의 상부에서 유도결합형 플라즈마를 발생시키는 제2 RF전원(140)을 인가하는 방식을 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates a method of applying a first
이를 위해 챔버(11)의 상부에는 코일형태의 RF안테나(144)가 설치되며, RF안테나(144)에서 발생한 유도자기장이 챔버 내부로 전달될 수 있도록 챔버(11)의 상면을 절연판(146)으로 구성한다. 제2 RF전원(140)과 RF안테나(144)의 사이에는 제2 매처(142)가 설치되어 임피던스를 정합시킨다.To this end, a coil-shaped
이와 같이 RF안테나(144)를 이용하여 발생하는 유도결합형 플라즈마는 정전척이나 전극을 이용하는 용량결합형 플라즈마에 비하여 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 장점이 있다. As described above, the inductively coupled plasma generated using the
이상에서는 기판(s)을 식각하는데 주로 사용되는 RIE장치(10)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 플라즈마를 발생시키는 장치에서 챔버 중심부와 주변부 사이의 플라즈마 밀도차이를 해소하여 플라즈마 균일도를 향상시키기 위한 것이므로 PECVD 장비나 용량결합형 플라즈마 발생장치 등과 같이 플라즈마를 이용하는 다른 모든 장비에도 적용될 수 있다.In the above description, the
도 5는 챔버의 상부에 평판형 RF전극(200)이 설치되는 박막증착용 용량결합형 플라즈마 발생장치에 본 발명이 적용된 경우를 도시하고 있다.FIG. 5 illustrates a case in which the present invention is applied to a thin film deposition capacitively coupled plasma generating apparatus in which a flat
상기 RF전극(200)은 RF전원(210)에 연결되며, RF전극(200)과 RF전원(210)의 사이에는 임피던스를 정합시키는 매처(220)가 설치된다. 정전척(100)은 도시된 것처럼 접지될 수도 있고 제2 RF전원에 연결될 수도 있다. 가스공급수단은 편의상 도시를 생략하였다.The
정전척(100)은 정전척몸체(110)와 그 상면에 결합하는 절연플레이트(120)로 구성되고, 정전척몸체(110)의 상면은 곡면으로 형성되고, 절연플레이트(120)의 하면도 이에 대응하는 곡면으로 형성된다.The
따라서 만일 챔버 중앙부에 플라즈마 밀도가 높게 나타나면 상면이 아래로 오목한 정전척몸체(110)를 이용하여 RF전극(200)과의 간격을 넓힘으로써 중앙부의 RF전기장을 약화시켜 플라즈마 밀도를 낮출 수 있으며, 반대의 경우에는 상면이 위로 볼록한 정전척몸체(110)를 이용하여 중앙부의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. Therefore, if the plasma density is high in the center of the chamber, the upper surface is concave down by using the
절연플레이트(120)는 평탄한 상면을 가지며, 내부에는 상기 절연플레이트(120)의 상면과 평행하게 DC전극(130)이 설치된다.The insulating
한편 이상에서는 절연플레이트(120)의 하면 및 정전척몸체(110)의 상면이 곡면인 경우를 설명하였으나, 본 발명은 정전척몸체(110)의 중심부와 주변부의 두께를 서로 다르게 하여 반응영역의 플라즈마 균일도를 조절하기 위한 것이므로, 반드시 곡면으로 처리되어야 하는 것은 아니다.Meanwhile, the case where the lower surface of the insulating
따라서 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 정전척몸체(110)의 중앙부는 수평면으로 형성하고 주변부는 경사면으로 형성하는 방식으로 중앙부와 가장자리의 두께를 다르게 조절할 수도 있다.Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, the center portion of the
절연플레이트(120)의 하면은 정전척몸체(110)에 상면 윤곽에 대응하므로, 절연플레이트(120)도 중앙부와 가장자리에서 서로 다른 두께를 가진다.Since the lower surface of the insulating
이상에서는 반도체 제조장치를 중심으로 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니므로 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시소자(Field Emission Display, FED), 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode Device, OLED) 등의 평면표시소자를 제조하는 장치에도 적용될 수 있다.In the above, the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention has been described with reference to a semiconductor manufacturing apparatus. However, the present invention is not limited thereto, and therefore, a liquid crystal display (LCD), a field emission display device, FED), an organic light emitting diode device (OLED), and the like can also be applied to a device for manufacturing a flat display device.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치에서 RF전극에 의해 발생하는 RF전기장의 세기를 위치에 따라 조절할 수 있으므로 챔버 내부의 플라즈마 균일도를 조절할 수 있으며, 이를 통해 공정균일도를 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the intensity of the RF electric field generated by the RF electrode in the plasma generator can be adjusted according to the position, the plasma uniformity within the chamber can be controlled, thereby greatly improving the process uniformity.
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- 2005-11-04 KR KR1020050105351A patent/KR20070048357A/en not_active Application Discontinuation
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