KR20130095873A - Large diameter esc for semiconductor equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조설비에 사용되는 정전척에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 에지부분의 온도를 효과적으로 제어할 수 있는 대구경의 정전척에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck for use in semiconductor manufacturing equipment, and more particularly to a large diameter electrostatic chuck capable of effectively controlling the temperature of the wafer edge portion.
일반적으로 정전척(Electrostatic Chuck;ESC)은 반도체 소자나 LCD 등의 제조 공정 중에 식각 공정을 위한 장비로서, 보통 챔버 내에서 웨이퍼를 정위치에 고정시켜주는 역할을 하게 된다. In general, an electrostatic chuck (ESC) is an equipment for an etching process during a manufacturing process such as a semiconductor device or an LCD, and usually serves to fix a wafer in place in a chamber.
정전척에 웨이퍼를 정위치에 고정하는 이유는 웨이퍼에 대한 식각 공정 중 웨이퍼가 이동하지 않게 하기 위함이며, 정전척에 정전 전압을 공급하여 웨이퍼와 정전척 간에 정전력이 발생되도록 하고, 이때 발생된 정전력을 이용하여 웨이퍼를 고정하게 된다. The reason for fixing the wafer in place in the electrostatic chuck is to prevent the wafer from moving during the etching process for the wafer, and by supplying an electrostatic voltage to the electrostatic chuck so that electrostatic power is generated between the wafer and the electrostatic chuck. The wafer is fixed using electrostatic power.
반도체 제조 공정 중 식각 공정은 정전척에 웨이퍼를 고정한 후, 웨이퍼 위에 증착된 금속, poly-Si, 산화막 등의 막을 플라즈마 분위기에서 에칭(Etching)하는 공정을 말한다. The etching process of the semiconductor manufacturing process refers to a process of fixing a wafer to an electrostatic chuck and then etching a film of metal, poly-Si, oxide, etc. deposited on the wafer in a plasma atmosphere.
이러한 식각 공정 중에 웨이퍼의 전체 표면 온도가 불균일해지면 단위 시간당 식각률이 변화하게 되어 반도체 칩의 수율을 크게 저하시키게 된다. If the overall surface temperature of the wafer becomes non-uniform during the etching process, the etching rate per unit time changes, which greatly reduces the yield of the semiconductor chip.
따라서, 식각 공정에서는 웨이퍼의 온도 균일성이 매우 민감한 사항이며, 공정 중 온도감지센서를 통해 정전척의 온도를 항상 관리하고 있다. Therefore, the temperature uniformity of the wafer is very sensitive in the etching process, and the temperature of the electrostatic chuck is always controlled by the temperature sensor during the process.
또한, 식각되는 막의 종류에 따라 웨이퍼의 온도가 각각 달라지므로 여러 온도에 대해 쉽고 빠르게 대응 가능한 정전척의 제작이 필요하다. In addition, since the temperature of the wafer varies according to the type of the film to be etched, it is necessary to fabricate an electrostatic chuck capable of easily and quickly responding to various temperatures.
보통 식각 공정은 웨이퍼를 정전척에 정전력으로 고정한 후에 공정 챔버 내에서 진행하며, 공정 챔버 내에서 플라즈마 분위기를 유지하여 식각을 행하게 된다.In general, the etching process is performed in the process chamber after the wafer is fixed to the electrostatic chuck by electrostatic force, and the etching is performed by maintaining the plasma atmosphere in the process chamber.
이러한 플라즈마 공정시에는 정전척을 플라즈마 발생용 전극으로도 사용하기 때문에 플라즈마 히팅에 의해 정전척의 온도가 상승하게 된다. In the plasma process, since the electrostatic chuck is also used as a plasma generating electrode, the temperature of the electrostatic chuck increases due to plasma heating.
다시 말해, 플라즈마 등을 이용하는 건식 식각 공정 등에서 반도체 기판에는 음(-)의 바이어스 전압이 인가되고, 이에 따라 반도체 기판상에 입사되는 이온 등이 가속되어 물리적인 에칭 반응을 일으키게 된다. In other words, in a dry etching process using a plasma or the like, a negative bias voltage is applied to the semiconductor substrate, thereby accelerating ions or the like incident on the semiconductor substrate to cause a physical etching reaction.
이때, 반도체 기판에 입사되는 이온 등의 운동에너지가 대부분 열에너지로 전환되어 반도체 기판의 온도를 상승시키게 된다. At this time, most of the kinetic energy, such as ions incident on the semiconductor substrate is converted into thermal energy to increase the temperature of the semiconductor substrate.
정전척의 온도가 상승하면 정전척의 상면에 고정된 웨이퍼에 열적 영향을 주게 되고, 이렇게 웨이퍼에 열적 변동이 발생하면 웨이퍼 내에서 한계 치수의 산포를 유발할 뿐만 아니라 웨이퍼들 사이의 한계 치수 변동을 유발시키게 된다. When the temperature of the electrostatic chuck rises, the thermal effect on the wafer fixed on the top surface of the electrostatic chuck will cause thermal fluctuations.This will cause the variation of the marginal dimensions within the wafer as well as the variation of the marginal dimensions between the wafers. .
또한, 웨이퍼의 온도는 식각 속도, 막의 두께 및 균일도에 영향을 미치는 중요한 공정변수이므로, 반도체 소자의 제조 공정에서는 공정이 진행 중인 챔버 내 웨이퍼의 온도 제어가 중요한 요소가 된다. In addition, since the temperature of the wafer is an important process variable affecting the etching rate, the thickness and the uniformity of the wafer, the temperature control of the wafer in the chamber during the process of manufacturing the semiconductor device becomes an important factor.
따라서, 이러한 웨이퍼의 온도 불균형을 방지하기 위하여 통상적으로 정전척은 냉각시스템을 갖도록 구성되며, 이러한 냉각시스템으로는 웨이퍼의 표면온도를 조절하기 위해 웨이퍼가 올려지는 정전척의 내부에 냉각통로를 마련하여 이 통로를 통해 냉각수나 냉각가스 등을 통과시키는 방법이 적용된다.Therefore, in order to prevent the temperature imbalance of the wafer, the electrostatic chuck is typically configured to have a cooling system. In this cooling system, a cooling passage is provided inside the electrostatic chuck on which the wafer is placed to control the surface temperature of the wafer. A method of passing the cooling water or the cooling gas through the passage is applied.
그러나, 공정 중 웨이퍼 전체 면적에 대하여 온도의 균일성을 확보하는 것이 무엇보다 중요한데, 웨이퍼의 온도에 따라 식각 및 증착되는 속도가 다름에도 불구하고, 특히 종래에는 웨이퍼 에지부분의 온도를 제어할 수 없는 구조이므로 웨이퍼 에지부분 내에 있는 대부분의 반도체 칩 소자에 불량이 발생할 수밖에 없고, 이로 인해 생산 수율이 크게 떨어지는 문제가 있다. However, it is most important to ensure temperature uniformity over the entire wafer area during the process, although the etching and deposition rates vary depending on the wafer temperature, in particular, the temperature of the wafer edge portion cannot be controlled. Due to the structure, defects inevitably occur in most semiconductor chip elements in the wafer edge portion, which causes a problem in that the production yield is greatly reduced.
도 1은 종래의 반도체 제조용 정전척을 나타내는 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional electrostatic chuck for semiconductor manufacturing.
도 1에 도시한 바와 같이, 알루미늄 등의 재질로 제작된 정전척 몸체(100)의 최상부에는 정전절연막(110)이 형성된다. As shown in FIG. 1, an electrostatic
상기 정전절연막(110)은 정전력을 크게 하기 위해 Al2O3 등과 같은 유전율이 높은 재료를 사용하여 형성하며, 구조로 구분할 때 단층막과 3중막 등을 들 수 있다. The electrostatic
여기서, 상기 3중막의 경우, 정전척 몸체(100)의 상면에 절연막(120)이 형성되고, 이 절연막(120) 위에 고전압이 인가되는 전극(D/C electrode) 부분으로 도전막(130)이 형성되며, 이 도전막(130) 위에 웨이퍼(W) 등이 안착되는 부분으로 유전막(140)이 형성된 구조로 되어 있다. Here, in the case of the triple layer, the
또한, 상기 정전척 몸체(100)의 상부 가장자리 전 둘레를 따라서는 에지링(150)이 조립되고, 정전척 몸체(100)의 내부에는 냉각통로(160)를 마련하여, 이 냉각통로(160)를 통해 냉각수를 통과시킴으로써 웨이퍼(W)의 온도를 제어하게 된다. In addition, the
그러나, 상기와 같은 종래의 정전척에서는 웨이퍼 에지(edge)부분에서 냉각 효율이 급격히 감소하는 문제점이 있다. However, in the conventional electrostatic chuck as described above, there is a problem that the cooling efficiency sharply decreases at the wafer edge portion.
즉, 식각 공정에서는 정전척 몸체(100)의 상부면이 식각되어 파이지 않도록 통상 웨이퍼 사이즈보다 작은 사이즈를 갖는 정전척이 사용되는데, 정전척 몸체(100)의 상부면에 웨이퍼(W)가 올려져 고정되면 정전척 몸체(100)의 상부면이 노출되지 않게 되므로 정전척이 파이는 문제가 발생하지 않는다.That is, in the etching process, an electrostatic chuck having a size smaller than the wafer size is generally used so that the upper surface of the
예를 들면, 정전척은 웨이퍼 사이즈보다 약 2∼4mm 정도 작게 제작되기 때문에 정전척에 고정된 웨이퍼는 에지부분이 약 2∼4mm 정도 정전척의 상부면으로부터 반경방향으로 돌출된다. For example, since the electrostatic chuck is made about 2 to 4 mm smaller than the wafer size, the wafer fixed to the electrostatic chuck protrudes radially from the top surface of the electrostatic chuck about 2 to 4 mm.
이렇게 정전척 바깥쪽으로 돌출된 웨이퍼 에지부분은 온도가 조절될 수 없는 부분이 되며, 더욱이 정전척 몸체의 내부에서 가장자리 부분이 아닌 안쪽의 센터측에 냉각통로가 형성되어 이를 통해 냉각수가 통과하므로 웨이퍼 에지부분에 대해서는 냉각수에 의한 냉각이 거의 작용하지 못하게 된다.The wafer edge portion protruding to the outside of the electrostatic chuck becomes an uncontrollable temperature portion, and furthermore, a cooling passage is formed on the inner side of the electrostatic chuck body instead of the edge portion, and the cooling water passes through the wafer edge. For the part, the cooling by the cooling water hardly works.
웨이퍼의 온도에 따라 식각 및 증착되는 속도가 다르므로 가능한 한 웨이퍼 전체 면적에 대해 균일한 온도 제어가 필요함을 고려할 때, 웨이퍼 에지부분에서 냉각수의 영향을 받지 못하고 플라즈마에 노출되어 온도 제어가 제대로 이루어지지 못하고 다른 부분에 비해 냉각 효율이 떨어지게 되면, 공정 중 플라즈마에 의한 국부적인 온도 상승이 발생하게 된다.Since the etching and deposition rates vary depending on the wafer temperature, it is necessary to control the temperature of the entire wafer as much as possible, so that the temperature is not properly controlled by being exposed to plasma without being affected by the coolant at the wafer edge. If the cooling efficiency is lower than that of other parts, a local temperature rise by the plasma during the process occurs.
이로 인해, 온도 제어가 불가능한 웨이퍼 에지부분의 약 2∼4mm 정도를 포함하여 그로 부터 영향을 받게 되는 안쪽으로의 약 8mm 내에 있는 대부분의 소자에서 불량이 발생하게 되는 문제점이 있다.
As a result, there is a problem that defects occur in most devices within about 8 mm inward from which the affected edge is affected, including about 2-4 mm of the wafer edge portion which is not temperature controlled.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 기본적으로 정전척의 직경을 웨이퍼보다 크게 하여 웨이퍼 에지부분을 정전척 상부면에 접촉되도록 하는 한편, 웨이퍼로부터 확장되는 정전척 상부면 가장자리부분은 적절하게 커버링하여 공정 중 노출되는 부분을 최소화시킨 새로운 형태의 정전척을 구현함으로써, 공정 중 웨이퍼 전반에 걸쳐 균일한 온도 분포를 유지할 수 있고, 웨이퍼의 온도 편차를 최소화하여 생산 수율을 증대시킬 수 있는 대구경 정전척을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made in view of such a problem, and basically the diameter of the electrostatic chuck is larger than the wafer so that the wafer edge portion is in contact with the upper surface of the electrostatic chuck, while the upper edge portion of the electrostatic chuck extending from the wafer is By properly covering and implementing a new type of electrostatic chuck that minimizes the exposed part of the process, it is possible to maintain a uniform temperature distribution throughout the wafer during the process and to increase the production yield by minimizing the temperature variation of the wafer. The purpose is to provide a large diameter electrostatic chuck.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 대구경 정전척은 다음과 같은 특징이 있다. In order to achieve the above object, the large-diameter electrostatic chuck provided by the present invention has the following features.
상기 대구경 정전척은 공정 대상물인 웨이퍼(W)의 직경에 비해 웨이퍼가 올려지는 정전척 몸체의 상부면 직경이 크게 형성되어 있고, 상기 정전척 몸체의 가장자리 둘레를 따라 설치되는 에지링의 내주부분이 전 둘레에 걸쳐 내측으로 연장되게 형성되는 동시에 이때의 내측으로 연장된 에지링의 내주부분이 정전척 몸체의 상부면 가장자리 부분을 덮을 수 있도록 되어 있으며, 상기 에지링과 웨이퍼 간의 경계부위에 해당하는 정전척 몸체의 상부면 위치에는 특수한 소재, 예를 들면 이트리아(Y2O3), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 및 알루미나(Al2O3) 및 이트리아(Y2O3) 등과 같은 소재의 세라믹 코팅층이 형성되는 구조로 이루어진다. The large-diameter electrostatic chuck has a larger diameter of the upper surface of the electrostatic chuck body on which the wafer is placed than the diameter of the wafer W, which is a process target, The inner circumferential portion of the edge ring extending inwardly over the entire circumference may cover the upper edge portion of the electrostatic chuck body, and an electrostatic force corresponding to the boundary between the edge ring and the wafer. The upper surface of the chuck body has special materials such as yttria (Y 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN) and alumina (Al 2 O 3 ) and yttria (Y 2 O 3 ) The coating layer is formed.
따라서, 본 발명의 대구경 정전척은 기존의 정전척으로는 냉각이 불가능했던 웨이퍼 에지부분의 온도를 효율적으로 제어할 수 있는 등 공정 불량률을 거의 제로에 가깝게 줄일 수 있는 특징이 있다. Therefore, the large-diameter electrostatic chuck of the present invention is capable of efficiently controlling the temperature of the wafer edge portion, which has not been cooled by the conventional electrostatic chuck, and has a feature of reducing the process failure rate to near zero.
본 발명에서는 다양한 구조로 이루어진 대구경 정전척을 적용할 수 있는데, 예를 들면 플라즈마 용사 방법으로 형성되는 절연층, 전극층 및 유전층을 포함하는 대구경 정전척, 플라즈마 용사 방법으로 형성되는 절연층, 히터층, 전극층 및 유전층을 포함하는 대구경 정전척, 소결 방법에 의해 유전층 및 전극층으로 형성된 플레이트를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태로 이루어지는 대구경 정전척, 소결 방법에 의해 유전층, 전극층 및 절연층으로 형성된 플레이트를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태로 이루어지는 대구경 정전척, 소결 방법에 의해 유전층, 전극층 및 절연층으로 형성된 플레이트의 저면에 히터를 형성하고, 이러한 플레이트를 포함하는 히터를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태로 이루어지는 대구경 정전척 등을 적용할 수 있다. In the present invention, a large diameter electrostatic chuck having various structures can be applied, for example, a large diameter electrostatic chuck including an insulating layer, an electrode layer, and a dielectric layer formed by a plasma spray method, an insulating layer formed by a plasma spray method, a heater layer, Large diameter electrostatic chuck comprising an electrode layer and a dielectric layer, a plate formed of a dielectric layer and an electrode layer by a sintering method attached to the upper surface of the electrostatic chuck body, a plate formed of a dielectric layer, an electrode layer and an insulating layer by a sintering method A heater is formed on the bottom surface of the plate formed of the dielectric layer, the electrode layer, and the insulating layer by a large diameter electrostatic chuck and a sintering method formed by attaching the upper surface of the electrostatic chuck body. Large diameter electrostatic chuck made of surface attached Can.
그리고, 본 발명의 대구경 정전척은 정전척 몸체에 있는 세라믹 코팅층이 플라즈마에 노출되어 손상을 입는 경우 손상받은 세라믹 코팅층을 가공하여 제거한 후에 재차 세라믹 코팅을 형성하여 재사용할 수 있는 특징을 갖는다.
In addition, the large-diameter electrostatic chuck of the present invention has a feature that the ceramic coating layer in the electrostatic chuck body may be reused by forming a ceramic coating again after processing and removing the damaged ceramic coating layer when exposed to plasma damage.
본 발명에서 제공하는 대구경 정전척은 다음과 같은 장점을 제공한다. The large diameter electrostatic chuck provided by the present invention provides the following advantages.
첫째, 정전척의 사이즈를 웨이퍼보다 크게 하여 웨이퍼 전체가 정전척 상부면에 올려져 고정될 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 에지부분을 포함하여 웨이퍼 전체 부분에 대한 균일한 온도 제어가 가능해지게 되고, 이를 통해 웨이퍼 에지부분의 소자 불량 감소 및 수율 향상을 도모할 수 있게 된다.First, the size of the electrostatic chuck is larger than the wafer so that the entire wafer can be mounted and fixed on the upper surface of the electrostatic chuck, thereby enabling uniform temperature control of the entire wafer including the wafer edge, thereby allowing the wafer edge. It is possible to reduce the element defects of the parts and to improve the yield.
둘째, 웨이퍼 전체가 정전척 상부면에 올려지도록 하면서도 정전척 표면이 노출되지 않도록 에지링의 일부를 안쪽의 정전척 상부면 위로 연장시키는 동시에 웨이퍼와 에지링 사이의 갭에 의해 노출되는 부분에는 특수 코팅층을 형성하여, 정전척의 식각 손상을 최소화할 수 있고, 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
Second, a special coating layer is applied to the part exposed by the gap between the wafer and the edge ring while extending a portion of the edge ring over the inner surface of the electrostatic chuck so that the entire wafer is placed on the top surface of the electrostatic chuck but not exposed. In this way, the etching damage of the electrostatic chuck can be minimized and the life can be extended.
도 1은 종래의 정전척 구조를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 정전척 구조를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 대구경 정전척 구조를 나타내는 단면도1 is a cross-sectional view showing a conventional electrostatic chuck structure
Figure 2 is a perspective view showing a large diameter electrostatic chuck structure according to an embodiment of the present invention
3 is a cross-sectional view showing a large diameter electrostatic chuck structure according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 정전척 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 대구경 정전척 구조를 나타내는 단면도이다. 2 is a perspective view showing a large diameter electrostatic chuck structure according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing a large diameter electrostatic chuck structure according to an embodiment of the present invention.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 대구경 정전척은 반도체 소자의 제조에 이용되는 웨이퍼 고정용 정전척으로서, 공정 중 웨이퍼 전반에 걸쳐 균일한 온도 분포를 유지할 수 있고, 웨이퍼의 온도 편차를 최소화하여 반도체 생산 수율을 증대시킬 수 있는 대구경 정전척으로 이루어져 있다. As shown in Figs. 2 and 3, the large-diameter electrostatic chuck is a wafer holding electrostatic chuck that is used in the manufacture of semiconductor devices, and can maintain a uniform temperature distribution throughout the wafer during the process and reduce the temperature variation of the wafer. It is composed of large diameter electrostatic chuck which can minimize semiconductor production yield.
상기 대구경 정전척의 정전척 몸체(10)는 알루미늄 등의 재질로 제작되고, 이러한 정전척 몸체(10)의 최상부에 정전절연막(11)이 형성된다. The
상기 정전절연막(11)은 정전력을 크게 하기 위해 유전율이 높은 재료, 예를 들명 Al2O3 등을 사용하여 형성하며, 본 발명의 대구경 정전척에서 정전절연막(11)은 단층막 또는 3중막 등이 될 수 있다. The electrostatic
여기서, 단층막으로는 세라믹 막 및 폴리이미드 막 등이 될 수 있고, 3중막으로는 세라믹-금속-세라믹으로 구성된 막이 될 수 있다.Here, the single layer film may be a ceramic film, a polyimide film, or the like, and the triple film may be a film composed of ceramic-metal-ceramic.
본 발명의 일 실시예에서는 3중막 구조의 정전절연막(11)이 형성된 정전척 몸체(11)를 보여주고 있다. In an embodiment of the present invention, the
예를 들면, 상기 정전절연막(11)은 정전척 몸체(10) 위에 절연층(12)이 형성되고, 이 절연층(12) 위에 고전압이 인가되는 전극(D/C electrode) 부분으로 도전층(13)이 형성되며, 이 도전층(13) 위에 웨이퍼(W) 등이 안착되는 부분으로 유전층(14)이 형성된 구조로 되어 있다.For example, the electrostatic
또한, 정전척 몸체(10)의 상부 가장자리 전 둘레를 따라서는 에지링(edge ring)(15)이 조립되고, 정전척 몸체(10)의 내부에는 냉각통로(16)를 마련하여, 이 냉각통로(16)를 통해 냉각수 등의 냉각매체를 통과시킴으로써 웨이퍼(W)의 온도를 제어하게 된다. In addition, an
이러한 구조에서, 본 발명에 따른 대구경 정전척은 웨이퍼 에지부분이 정전척 몸체(10)의 상부면에서 반경방향으로 돌출되지 않도록 하는 큰 직경을 갖는다.In this structure, the large diameter electrostatic chuck according to the present invention has a large diameter such that the wafer edge portion does not protrude radially from the upper surface of the
즉, 본 발명의 대구경 정전척은 웨이퍼(W)가 올려지는 상부면, 보다 명확히는 정전척 몸체(10)의 상부면이 웨이퍼(W)의 직경에 비해 큰 직경을 가지는 대직경의 정전척 몸체 구조로 구성된다.That is, the large diameter electrostatic chuck of the present invention has a large diameter electrostatic chuck body having an upper surface on which the wafer W is placed, more specifically, an upper surface of the
예를 들면, 웨이퍼(W)의 직경이 300mm라면 정전척 몸체(10)의 상부면 직경은 301∼350mm로 하는 것이다.For example, if the diameter of the wafer W is 300 mm, the diameter of the upper surface of the
이 경우, 정전척에 고정된 웨이퍼(W)의 전체 면적이 정전척 상부면 위에 올려질 수 있게 되고, 따라서 종래와 같이 온도 제어가 어려운 부분(기존의 웨이퍼 에지부분)이 없어지게 된다.In this case, the entire area of the wafer W fixed to the electrostatic chuck can be mounted on the upper surface of the electrostatic chuck, thus eliminating the portion of the conventionally difficult temperature control (existing wafer edge portion).
특히, 웨이퍼(W) 전체가 정전척 외부로 돌출되는 부분 없이 정전척 상부면 위에 접하여 올려지므로, 종래와 같이 온도가 상대적으로 높은 부분(기존의 웨이퍼 에지부분)이 없어지게 되고, 정전척 내 냉각시스템만을 이용하더라도 웨이퍼(W) 전체 면적의 온도 분포를 최대한 균일하게 유지시킬 수 있게 된다. In particular, since the entire wafer W is brought up in contact with the top surface of the electrostatic chuck without protruding outward from the electrostatic chuck, a portion having a relatively high temperature (a conventional wafer edge portion) is removed as in the prior art, and cooling in the electrostatic chuck is performed. Even if only the system is used, the temperature distribution of the entire area of the wafer W can be maintained as uniform as possible.
무엇보다 공정 중 플라즈마에 의한 온도 상승이 일어나는 웨이퍼 부분(기존의 웨이퍼 에지부분)이 없어지고, 웨이퍼 전체 면적에 대한 균일한 온도 제어가 가능하게 되면서, 반도체 칩의 수율을 크게 높일 수 있게 된다(웨이퍼 에지부분의 소자 불량이 없어짐).Above all, the wafer portion (formerly the wafer edge portion) where the temperature rise due to the plasma during the process is eliminated, and the uniform temperature control over the entire wafer area is possible, thereby greatly increasing the yield of the semiconductor chip (wafer Device defects at the edges are eliminated).
한편, 상기와 같이 정전척 상부면의 직경을 단순히 웨이퍼(W)의 직경에 비해 크게 할 경우, 정전척 상부면의 가장자리 부분이 웨이퍼(W)에 의해 덮여지지 않게 되면서 노출되어, 노출된 부분이 공정 중 식각될 수 있고, 이로 인해 정전척의 수명이 단축될 수 있다.On the other hand, when the diameter of the upper surface of the electrostatic chuck is simply larger than the diameter of the wafer W as described above, the edge portion of the upper surface of the electrostatic chuck is not covered by the wafer W and is exposed, thereby exposing the exposed portion. It may be etched in the process, which may shorten the life of the electrostatic chuck.
이를 막기 위해, 본 발명에서는 에지링(15)의 내주(內週)부분(17)을 내측으로 돌출 연장되게 형성시켜, 내측으로 연장된 에지링(15)의 내주부분(17)이 전 둘레에 걸쳐 정전척 몸체(10) 상부면의 가장자리부분을 덮을 수 있도록 한다.In order to prevent this, in the present invention, the inner
이때, 에지링(15)의 내주부분(17)과 웨이퍼(W) 간의 간극을 최소화하여 정전척 몸체(10)의 상부면 표면 식각을 최소화하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable to minimize the surface etching of the upper surface of the
여기서, 에지링 내주부분(17)과 웨이퍼(W) 가장자리 부분을 접하게 설계하면 웨이퍼(W) 세팅시의 어려움 등의 우려가 있으므로 이때의 간극은 0.5mm 정도로 유지하는 것이 바람직하다. If the edge ring inner
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서 에지링(15)과 웨이퍼(W) 간의 경계부위, 좀더 정확하게는 에지링 내주부분(17)과 웨이퍼(W) 간의 경계부위에 해당하는 정전척 몸체(10)의 상부면 위치에 식각에 강한 특수한 코팅층, 예를 들면 세라믹 코팅층(18)이 형성된다. Further, in the preferred embodiment of the present invention, the
상기 세라믹 코팅층(18)을 형성함에 있어서, 갭 부분에 해당하는 정전척 몸체(10)의 상부면에 원주방향을 따라 원형의 코팅층 안착홈(19)을 길게 형성한 뒤 상기 코팅층 안착홈(19) 내에 채워지도록 세라믹 재질을 코팅한다. In forming the
이와 같이 세라믹 코팅층(18)이 형성되는 경우, 정전척 몸체(10)의 상부면에 형성된 세라믹 코팅층(18)이 에지링 내주부분(17)과 웨이퍼(W) 가장자리 간의 간극 아래에 노출될 수 있게 된다. As such, when the
이때, 상기 세라믹 코팅층(18)의 단면 폭은 간극에 비해 넓은 폭을 갖도록 하여, 정전척 몸체(10)의 상부면이 플라즈마에 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the cross-sectional width of the
즉, 에지링 내주부분(17)의 끝부분과 웨이퍼(W)의 끝부분이 적어도 세라믹 코팅층(18) 위에 올려질 수 있는 정도의 단면 폭을 갖도록 하는 것이 좋다. That is, it is preferable that the end portion of the edge ring inner
또한, 세라믹 코팅층(18)을 형성함에 있어서, 세라믹 코팅층(18)을 정전척 몸체(10)의 상부면보다 높게 코팅한 뒤 정전척 몸체(10)의 상부면과 같은 높이가 되도록 연마, 랩핑(wrapping) 또는 폴리싱(polishing)하여 웨이퍼(W)가 정전척 몸체(10)의 표면에 안정적으로 밀착될 수 있도록 한다.In addition, in forming the
상기와 같이 코팅되는 세라믹 코팅층(18)은 공정의 반복 후에 그 표면이 일정 수준 이상으로 식각되면 제거하여 새로운 세라믹 코팅층으로 교체할 수 있으며, 이에 따라 정전척 전체를 교체할 필요가 없게 되고, 표면 손상이 없는 상태로 정전척을 장기간 사용하는 것이 가능해진다. The
상기 세라믹 코팅층(18)은 공정 중 식각에 강하면서, 즉 식각이 잘 발생하지 않으면서 열전도율이 우수하고 치밀한 밀도를 갖는 세라믹 재질을 사용할 수 있는데, 예를 들면 알루미늄 나이트라이드(AlN)를 사용하거나, 밀도가 좋은 알루미나(Al2O3)를 사용하거나, 에칭에 강한 이트리아(Y2O3) 등을 사용할 수 있다.The
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 정전척 몸체(10)의 내부에 냉각매체가 통과하도록 형성된 냉각통로(16)가 형성되며, 이때의 냉각통로(16)를 통해 흐르는 냉각매체에 의한 냉각작용은 정전척 몸체(10)의 상부면 가장자리 부분까지 영향을 미치게 되고, 결국 이러한 냉각작용에 의해 웨이퍼 에지부분에 대한 냉각 효율을 좋게 할 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the
즉, 웨이퍼가 올려지는 상부면의 직경이 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 대구경 정전척을 채용하여 웨이퍼 에지부분까지 모두 정전척 위에 올려지도록 하면서, 냉각통로(16)의 냉각수에 의한 웨이퍼 안쪽 부분의 냉각과 더불어, 웨이퍼 에지부분의 냉각이 이루어지도록 구성됨으로써, 특히 웨이퍼 에지부분까지도 온도 제어가 가능해지고, 따라서 웨이퍼 전체 면적에 걸쳐 균형있게 냉각이 이루어질 수 있게 된다.That is, the diameter of the upper surface on which the wafer is placed is adopted by the large diameter electrostatic chuck larger than the diameter of the wafer W so that all the edges of the wafer are mounted on the electrostatic chuck, In addition to cooling, the wafer edge portion is configured to be cooled, so that temperature control is possible, especially at the wafer edge portion, and thus, cooling can be performed in a balanced manner over the entire wafer area.
한편, 위와 같은 세라믹 코팅층은 다양한 형태의 대구경 정전척에 적용하여 사용할 수 있게 된다. On the other hand, the ceramic coating layer as described above can be used by applying to a large diameter electrostatic chuck of various forms.
일 예로서, 상기 세라믹 코팅층을 가지는 대구경 정전척은 플라즈마 용사 방법으로 형성되는 절연층, 전극층 및 유전층을 포함하는 형태의 대구경 정전척으로 이루어질 수 있다. As an example, the large-diameter electrostatic chuck having the ceramic coating layer may be formed of a large-diameter electrostatic chuck including an insulating layer, an electrode layer, and a dielectric layer formed by a plasma spray method.
다른 예로서, 상기 세라믹 코팅층을 가지는 대구경 정전척은 플라즈마 용사 방법으로 형성되는 절연층, 히터층, 전극층 및 유전층을 포함하는 형태의 대구경 정전척으로 이루어질 수 있다. As another example, the large-diameter electrostatic chuck having the ceramic coating layer may be formed of a large-diameter electrostatic chuck including an insulating layer, a heater layer, an electrode layer, and a dielectric layer formed by a plasma spray method.
또 다른 예로서, 상기 세라믹 코팅층을 가지는 대구경 정전척은 소결 방법에 의해 유전층 및 전극층으로 형성된 플레이트를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태의 대구경 정전척으로 이루어질 수 있다. As another example, the large-diameter electrostatic chuck having the ceramic coating layer may be formed of a large-diameter electrostatic chuck having a plate formed of a dielectric layer and an electrode layer attached to the upper surface of the electrostatic chuck body by a sintering method.
즉, 유전층의 저면에 전극층이 형성되어 있는 플레이트를 구비하고, 상기 플레이트의 저면, 다시 말해 전극층의 저면을 정전척 몸체의 상부면에 접착제로 부착시킨 형태의 대구경 정전척을 사용할 수 있다. That is, a large diameter electrostatic chuck having a plate having an electrode layer formed on the bottom surface of the dielectric layer and having the bottom surface of the plate, that is, the bottom surface of the electrode layer adhered to the top surface of the electrostatic chuck body by an adhesive may be used.
이 외에도, 상기 세라믹 코팅층을 가지는 대구경 정전척은 소결 방법에 의해 유전층, 전극층 및 절연층으로 형성된 플레이트를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태의 대구경 정전척으로 이루어질 수 있다. In addition, the large-diameter electrostatic chuck having the ceramic coating layer may be formed by a large-diameter electrostatic chuck having a plate formed of a dielectric layer, an electrode layer, and an insulating layer attached to an upper surface of the electrostatic chuck body by a sintering method.
즉, 위아래 유전층과 절연층 사이에 전극층이 삽입되어 있는 형태의 플레이트를 구비하고, 상기 플레이트의 저면을 정전척 몸체의 상부면에 접착제로 부착시킨 형태의 대구경 정전척을 사용할 수 있다. That is, a large diameter electrostatic chuck having a plate in which an electrode layer is inserted between the upper and lower dielectric layers and the insulating layer, and the bottom surface of the plate is attached to the upper surface of the electrostatic chuck body may be used.
그 밖에, 상기 세라믹 코팅층을 가지는 대구경 정전척은 소결 방법에 의해 유전층, 전극층 및 절연층으로 형성되고 저면에 히터가 있는 플레이트를 정전척 몸체의 상부면에 부착시킨 형태의 대구경 정전척으로 이루어질 수 있다. In addition, the large-diameter electrostatic chuck having the ceramic coating layer may be formed of a dielectric layer, an electrode layer, and an insulating layer by a sintering method, and may be formed of a large-diameter electrostatic chuck having a plate having a heater attached to the upper surface of the electrostatic chuck body. .
즉, 위아래 유전층과 절연층 사이에 전극층이 삽입되어 있는 형태의 플레이트를 구비하고, 상기 플레이트의 저면에는 히터를 부착하며, 이렇게 만든 플레이트의 저면, 다시 말해 히터의 저면을 정전척 몸체의 상부면에 접착제로 부착시킨 형태의 대구경 정전척을 사용할 수 있다. That is, a plate having an electrode layer is inserted between the upper and lower dielectric layers and the insulating layer, and a heater is attached to the bottom of the plate, and the bottom of the plate, that is, the bottom of the heater, is placed on the upper surface of the electrostatic chuck body. Large diameter electrostatic chucks in the form of adhesives can be used.
이와 같이, 본 발명에서는 정전척 상부면의 사이즈를 웨이퍼보다 크게 하여 기존에 온도 제어가 불가하였던 웨이퍼 에지부분에서 온도 제어가 가능하도록 하는 수단과 방법을 제공하며, 이를 통해 소자의 불량 감소 및 수율 향상을 도모할 수 있게 된다. As described above, the present invention provides a means and a method for enabling temperature control at a wafer edge portion, in which the size of the top surface of the electrostatic chuck is larger than that of the wafer, thereby reducing device defects and improving yield. It becomes possible to plan.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.
10 : 정전척 몸체 11 : 정전 절연막층
12 : 절연층 13 : 도전층
14 : 유전층 15 : 에지링
16 : 냉각통로 17 : 내주부분
18 : 세라믹 코팅층 19 : 코팅층 안착홈10 electrostatic chuck body 11: electrostatic insulating layer
12: insulating layer 13: conductive layer
14
16: cooling passage 17: inner peripheral portion
18: ceramic coating layer 19: coating layer seating groove
Claims (9)
The edge diameter of the upper surface of the electrostatic chuck body 10 on which the wafer W is raised is larger than the diameter of the wafer W, which is a process object, and is installed along the edge of the electrostatic chuck body 10. The inner circumferential portion 17 of the (15) is formed to extend inward over the entire circumference and the inner circumferential portion 17 of the edge ring 15 extending inwardly at this time is the upper edge portion of the electrostatic chuck body 10. The upper surface of the electrostatic chuck body 10 corresponding to the boundary between the edge ring 15 and the wafer (W) is formed to have a ceramic coating layer 18 is formed to cover the Large diameter electrostatic chuck of semiconductor manufacturing equipment.
The semiconductor manufacturing apparatus of claim 1, wherein the ceramic coating layer 18 formed on the electrostatic chuck body 10 is formed in a form filled in the coating layer seating groove 19 provided on the electrostatic chuck body 10. Large diameter electrostatic chuck.
The ceramic coating layer 18 of claim 1 or 2, wherein the ceramic coating layer 18 is one selected from yttria (Y 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN) and alumina (Al 2 O 3 ) and yttria (Y 2 O 3 ). Large diameter electrostatic chuck of a semiconductor manufacturing equipment, characterized in that the coating is made of a material.
The large-diameter electrostatic chuck of a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the electrostatic chuck body (10) includes an insulating layer, an electrode layer, and a dielectric layer formed by a plasma spray method.
The method of claim 1, wherein the electrostatic chuck body 10 is a large diameter electrostatic chuck of the semiconductor manufacturing equipment, characterized in that it comprises an insulating layer, a heater layer, an electrode layer and a dielectric layer formed by a plasma spray method.
The large-diameter electrostatic chuck of a semiconductor manufacturing facility according to claim 1, wherein the plate formed of the dielectric layer and the electrode layer is attached to the upper surface of the electrostatic chuck body (10) by a sintering method.
The large-diameter electrostatic chuck of a semiconductor manufacturing facility according to claim 1, wherein the plate formed of the dielectric layer, the electrode layer, and the insulating layer is attached to the upper surface of the electrostatic chuck body 10 by a sintering method.
The method of claim 1, wherein the heater is formed on the bottom surface of the plate formed of the dielectric layer, the electrode layer, and the insulating layer by the sintering method, and the heater including the plate is attached to the top surface of the electrostatic chuck body 10. Large diameter electrostatic chuck of semiconductor manufacturing equipment.
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| KR1020120017207A KR20130095873A (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Large diameter esc for semiconductor equipment |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20170028248A (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-13 | 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤 | Electrostatic chuck device and method for manufacturing electrostatic chuck device |
| KR20180107244A (en) | 2016-02-12 | 2018-10-01 | 도요보 가부시키가이샤 | Adhesive composition for low energy surface substrate |
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