KR20070099964A - 정전척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전척(Electrostatic Chuck: ESC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체소자 제조공정의 챔버 내부 중앙에 설치되어 웨이퍼를 효과적으로 척킹(Chucking)하기 위하여 사용되는 정전척에 관한 것이다.

본 발명의 정전척은 웨이퍼를 지지하가 위한 웨이퍼 지지판과, 상기 웨이퍼 지지판의 열방출을 위한 베이스판과, 상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판을 결합시키기 위한 접착막을 포함하는 정전척에 있어서, 상기 웨이퍼 지지판은 Al₂O₃와 Tio₂를 포함하는 세라믹 재질로 형성된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 정전척에서 상기 접착막은 실리콘 재질이고, 상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판의 접착부위를 감싸서 밀봉하기 위해 설치된 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

정전척, 웨이퍼

Description

정전척{ELECTRONIC STATIC CHUCK}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 분해 절개 사시도

도 3의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 단면도이고, (b)는 베이스판에 형성된 냉각유로를 설명하기 위한 베이스판의 단면도

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 평면도

도 5는 종래의 정전척을 설명하기 위한 도면

도 6은 종래 정전척의 문제점을 설명하기 위한 도면

<부호의 간단한 설명>

10 웨이퍼 지지판 20 링부재

30 베이스 판 40 웨이퍼

50 접착막

본 발명은 정전척(Electrostatic Chuck: ESC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체소자 제조공정의 챔버 내부 중앙에 설치되어 웨이퍼를 효과적으로 척 킹(Chucking)하기 위하여 사용되는 정전척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 화학기상증착, 스퍼터링, 포토리소그라피, 에칭, 이온주입 등 수많은 단위 공정들이 순차적으로 또는 반복적으로 수행되며 가공되는데, 이러한 공정을 진행하기 위해서는 웨이퍼를 챔버 내부의 웨이퍼 지지대에 고정 또는 척킹시켜서 웨이퍼를 가공한 후, 다음 단계의 가공을 위해 디척킹하는 과정을 여러번 반복하게 된다.

정전척(ESC)은 젠센-라벡효과(A. Jehnson amp; K. Rahbek's Force)에 의한 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 지지대로서, 건식가공 공정이 일반화되어가는 최근의 반도체소자 제조기술의 추세에 부응하여 진공척이나 기계식 척을 대체하여 반도체소자 제조공정 전반에 걸쳐 사용되고 있는 장치이며, 특히 플라즈마를 이용하는 드라이 에칭공정에서는, 챔버 상부에 설치되는 RF 상부전극에 대한 하부전극의 역할을 하며, 고온(약 150～200℃로 추정)가공되는 웨이퍼의 배면측에 헬륨을 공급하거나 별도의 수냉부재가 설치되어 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

도 5에는 이러한 종래 정전척의 일례를 나타내었다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 정전척은, 챔버(미도시) 내에서 하부전극의 역할을 하며 원판형으로서 계단식으로 형성된 몸체(4)와, 접착제(5)에 의해 몸체 상면에 고정되며 내부에는 내부전극(2)이 형성된 원판형의 플레이트(1)로 구성된다. 플레이트는 전기절연성, 내식성, 내플라즈마 부식성이 우수한 재질로 이루어져 있다.

부호 3은 헬륨공(미도시)을 통해 공급되는 헬륨이 웨이퍼(WF)의 배면 전체에 고루 분산될 수 있도록 플레이트(1) 상면에 소정의 패턴으로 형성되는 헬륨유로인 그루브를 나타낸 것으로, 플레이트(1)의 최외곽 가장자리에 형성되는 그루브를 도시한 것이다.

한편, 플레이트 상에 웨이퍼(WF)를 올려 놓고서, 내부전극(2)에 직류전원을 인가하면 플레이트(1)를 사이에 두고 웨이퍼와 몸체 사이에 정전기력이 발생되어 웨이퍼가 플레이트 상에 척킹되며, 이때 플라즈마 챔버(미도시) 안에 공정가스(예: 불소가스)를 투입함과 아울러 플라즈마 상부전극(미도시)에 RF 전력을 인가하면 챔버 내부에는 플라즈마가 발생되는데, 이러한 플라즈마 가스가 웨이퍼(WF)에 수직하게 충돌하여 웨이퍼 상의 포토레지스트가 에칭된다.

이러한 종래의 정전척을 사용하여 에칭공정을 진행하는 경우에 발생하는 문제점을 도 6을 참조하여 살펴본다.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 플레이트(1)는 평평한 원판 형상일 뿐만 아니라 그 두께가 얇고, 플레이트(1)의 재질이 Al₂O₃, Cr₂O₃를 포함한 세라믹 재질이어서 두께가 얇은 플레이트의 강도가 약한 단점이 있었다.

또한, 플레이트(1)는 평평한 원판 형상일 뿐만 아니라 그 두께가 얇기 때문에, 플레이트와 몸체 상면 간의 접착면을 마감한 접착제(5)는 플라즈마에 쉽게 노출될 수 있는 구조가 된다. 즉, 에칭시 플라즈마 가스는 플레이트와 몸체 사이의 틈새로 들어가 접착제(5)를 침식시킴으로써 플레이트(1)가 몸체(4) 상면으로부터 들뜨게 만든다. 이러한 들뜸현상은 결국 웨이퍼 에치부가 정밀하게 제어되지 못하 여 웨이퍼의 균등 에칭이 되지 못하게 할 뿐만 아니라, 헬륨가스의 누출 및 아크를 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 본체부는 알루미늄과 황동을 이용한 합금으로 제조되기 때문에 원가가 비싼 단점이 있으며, 상기 황동성분이 온도 및 바이어스 전압의 균일전도에 악영향을 미치는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼를 지지하는 지지판의 강도를 높이고, 발생하는 플라즈마 가스에 의해 접착제의 침식이 방지되며, 냉각제에 의한 냉각효율이 증대된 정전척을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전척은 웨이퍼를 지지하가 위한 웨이퍼 지지판과, 상기 웨이퍼 지지판의 열방출을 위한 베이스판과, 상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판을 결합시키기 위한 접착막을 포함하는 정전척에 있어서, 상기 웨이퍼 지지판은 Al₂O₃와 Tio₂를 포함하는 세라믹 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정전척에서 상기 접착막은 실리콘 재질이고, 상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판의 접착부위를 감싸서 밀봉하기 위해 설치된 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정전척에서 상기 베이스판은 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정전척에서 상기 웨이퍼 지지판과, 베이스판의 내부에는 웨이퍼 지지판에 지지된 웨이퍼의 발생열을 냉각하기 위한 냉각제 유로가 형성되어 있으며, 상기 웨이퍼 지지판의 냉각제 유로는 베이스판의 냉각제 유로에서 분기되어 복수개로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 분해 절개 사시도이며, 도 3의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 단면도이고, (b)는 베이스판에 형성된 냉각유로를 설명하기 위한 베이스판의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 평면도 이다.

먼저, 첨부된 도면 1 내지 4를 참조하여 본 실시예의 정전척의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예의 정전척(100)은 웨이퍼 지지판(10), 접착막(50), 그리고 베이스판(30)을 포함한다.

상기 베이스판(30)은 챔버(미도시) 내에서 하부전극의 역할을 하며 원판형으로서 계단식으로 형성되고, 상기 웨이퍼 지지판(10)은 접착막(50)에 의해 베이스판(30) 상면에 고정되며 내부에는 전극(도면에 표시하지 않음)이 형성된다. 웨이 퍼(40)는 상기 웨이퍼 지지판(10)에 고정되는 것으로서, 상기 웨이퍼를 고정하기 위한 웨이퍼 지지판(10)은 전기절연성, 내식성, 내플라즈마 부식성이 우수한 Al₂O₃와 Tio₂를 포함하는 세라믹 재질로 이루어져 있다. 따라서, 종래 Al₂O₃와 Cr₂O₃를 포함한 세라믹 재질을 이용하여 제조된 웨이퍼 지지판 보다 강도가 강해진 장점이 있다.

상기 웨이퍼 지지판(10)과 베이스판(30)의 접착부위에는 그 외주면을 감싸고, 접착막(50)이 형성된 부분을 밀봉하기 위한 링부재(20)가 더 설치된다. 따라서, 에칭시 플라즈마 가스가 웨이퍼 지지판(10)과 베이스판(30)의 틈새 사이도 들어가 접착막(50)을 침식시키는 현상을 방지하게 되어, 웨이퍼(40)의 에칭이 균등하게 이루어지고 내부 냉각제인 헬륨가스의 누출 및 아크발생을 방지한다.

또한, 본 실시예의 접착막(50)은 실리콘 재질로 구비하여, 종래 인듐(Indium)을 이용하여 접착하였던 방식과는 달리, 접착강도가 강화되고, 내열성 및 프라즈마 가스에 의한 부식이 용이하지 않은 장점이 있다.

또한, 본 실시예의 정전척(100)의 베이스판(30)은 알루미늄으로 형성된다. 종래 알루미늄과 황동의 합금으로 제조된 것과 비교하여 볼 때, 그 제조비용이 저렴하고 온도의 균일전도가 용이해지며, 내부 전극에 의한 바이어스 전압이 균일하게 상기 웨이퍼 지지판(10)에 인가되어 웨이퍼 지지판(10)에 웨이퍼(40)가 지지될 때 전체적으로 균일한 정전력이 발생할 수 있도록 한다. 따라서, 웨이퍼 지지판(10)에 웨이퍼(40)가 균일한 정전력으로 고정되므로 에칭 공정시 균일한 에칭이 가능해져 품질 높은 웨이퍼를 제공할 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 에칭공정시 발생하는 웨이퍼의 열을 냉각하기 위한 냉각제의 유로(32,11)가 베이스판(30) 및 웨이퍼 지지판(10)을 관통하여 형성된다. 즉, 웨이퍼 지지판(10)에는 관통구멍(11)이 형성되어 상기 베이스판(30)의 냉각제 유로(32)와 연통되도록 상기 웨이퍼 지지판(10)이 배치된다. 상기 냉각제는 웨이퍼(40)의 전면에 걸쳐 골고루 분포되어야 냉각효율이 높아지므로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 베이스판(30)의 냉각제 유로(32)와 웨이퍼 지지판(10)의 관통구멍(11)은 연통되고, 상기 베이스판(30)의 냉각제 유로(32)는 분기되어 베이스판(30)의 복수개의 구멍(11)으로 냉각제가 상기 웨이퍼측으로 접촉하도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 정전척은 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지판을 Al₂O₃와 Tio₂를 포함하는 세라믹 재질로 형성하여 강도를 강화하여 내구성이 향상된 장점이 있다.

또한, 웨이퍼 지지판과 베이스판을 접착하는 접착제를 실리콘으로 이용함으로서 접착 강도가 강화되고, 플라즈마 가스에 의한 내부식성이 향상되는 장점이 있다.

또한, 웨이퍼 지지판과 베이스판의 접합부위를 밀봉하기 위한 링부재를 더 설치하여 플라즈마 가스의 유입을 방지하여 헬륨가스의 누출 및 아크 발생을 미연 에 방지한다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (4)

1. 웨이퍼를 지지하가 위한 웨이퍼 지지판과, 상기 웨이퍼 지지판의 열방출을 위한 베이스판과, 상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판을 결합시키기 위한 접착막을 포함하는 정전척에 있어서,

   상기 웨이퍼 지지판은 Al₂O₃와 Tio₂를 포함하는 세라믹 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 정전척.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접착막은 실리콘 재질이고,

   상기 웨이퍼 지지판과 베이스 판의 접착부위를 감싸서 밀봉하기 위해 설치된 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
3. 제2항에 있어서,

   상기 베이스판은 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 정전척.
4. 제3항에 있어서,

   상기 웨이퍼 지지판과, 베이스판에는 웨이퍼 지지판에 지지된 웨이퍼의 발생열을 냉각하기 위한 냉각제가 흐르도록 냉각제 유로가 형성되어 있으며,

   상기 웨이퍼 지지판의 냉각제 유로와 베이스 판의 냉각제 유로는 상호 연통되도록 되어 있으며,

   상기 각각의 웨이퍼 지지판의 냉각제 유로 및 베이스판의 냉각제 유로는 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 정전척.

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