KR20060121561A - 반도체 제조 장비의 세라믹 척 - Google Patents

반도체 제조 장비의 세라믹 척 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 장비의 세라믹 척(ceramic chuck)을 제시한다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼를 지지하기 위한 척 몸체, 척 몸체의 상면 상에 도입되어 웨이퍼를 지지하는 세라믹층, 세라믹층과 척 몸체의 계면에 도입된 접착층, 및 접착층이 노출되어 침해되는 것을 차단하게 척 몸체의 외주에 접착층의 측면을 가리게 부착된 차폐링(shielding ring)을 포함하는 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 제시한다.
ESC, 세라믹 척, 척 파손, 접착층, 에폭시 수지

Description

반도체 제조 장비의 세라믹 척{Ceramic chuck of semiconductor manufacturing equipment}
도 1은 종래의 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 반도체 제조 장비의 세라믹 척에서 발생되는 파손을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 세라믹 척(ceramic chuck)에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 장치들은 공정이 수행되는 챔버(chamber)를 포함하여 구성되고, 챔버 내에는 공정이 수행될 웨이퍼(wafer)를 지지하기 위한 세라믹 척이 설치되고 있다.
예컨대, LAM사의 PTX 장비는 상부 및 하부 파워(upper and lower power)를 이용하여 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 상을 식각하는 건식 식각 장비로 구성되고 있는 데, 이때, 웨이퍼를 지지하는 척으로 바이폴라 정전척(bipolar electro static chuck)을 챔버 내에 설치하고 있다. 이때, 웨이퍼를 지지하는 ESC는 ESC의 상면에 세라믹층 또는 세라믹 플레이트(ceramic plate)가 도입된 세라믹 척으로 구성되고 있다.
그런데, 세라믹층 부분이 취급 상의 부주의 또는/ 및 공정 진행에 따른 영향에 의해, 세라믹층의 가장 자리 부분(edge region)에 파손이 발생하고 있다. 이러한 세라믹층의 가장 자리 부분의 파손은 웨이퍼 상에 온도 불균일을 유발하여 웨이퍼 상에 수행되는 공정의 불균일을 유도하는 요인으로 작용할 수 있다.
도 1은 종래의 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 종래의 반도체 제조 장비의 세라믹 척에서 발생되는 파손을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 반도체 제조 장비의 챔버 내에 공간(10)에 ESC로 구성 설치되는 세라믹 척(20)은, 척 몸체(21) 상에 세라믹층(25)이 부착된 형태로 구성될 수 있다. 세라믹층(25)과 척 몸체(21)의 상면과의 계면에는 실리콘 접착층(silicon adhesive layer)과 같은 접착층(23)이 절연층으로서 개재될 수 있다. 이때, 세라믹 척(20)의 주위에는 포커스 링(focus ring: 29)과 같은 부재가 도입될 수 있다.
이때, 접착층(23)의 측면이 챔버 내 공간(10)의 분위기 또는 플라즈마(plasma)에 노출될 경우, 이러한 접착층(23)이 플라즈마나 챔버 내 공간(10)의 분 위기 또는 염소 가스(Cl2)와 같은 식각 가스 등에 의해 침식될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 접착층(23)의 측면에는 에폭시 수지(27)가 부착되어 접착층(23)의 측면 및 세라믹층(25)과 접착층(23) 및 척 몸체(21)의 계면들을 가리고 있다. 에폭시 수지(27)가 부착된 영역 상을 덮게 세라믹층(25)이 연장되고, 그 상에 웨이퍼(30)가 장착되게 된다.
그런데, 도 2에 제시된 바와 같이 챔버 내의 공간(10)에 플라즈마 또는 잔류된 염소 가스가 존재할 경우, 플라즈마 공정 수행에 따라 에폭시 수지(27)가 플라즈마 또는 활성화된 염소 가스에 의해 침해를 받아 침식될 수 있다. 세라믹층(25) 아래에서 접착층(23)의 측부를 가리게 도입된 에폭시 수지(27)가 처리된 부분에 플라즈마가 집중되고 또한 웨이퍼 공정 중에 사용된 염소 가스와 같은 식각 가스가 잔류할 경우, 이러한 에폭시 수지(27)에 플라즈마와 염소 가스가 집중되게 된다. 이에 따라, 이러한 플라즈마 또는/ 및 염소 가스에 의해 에폭시 수지(27)가 침식(etching)되고j, 이에 따라 에폭시 수지(27)에 의해 지지되고 있던 세라믹층(25)의 가장 자리 부분이 들뜨거나 또는/ 및 파손되게 된다.
이와 같이 세라믹층(25)의 가장 자리 부분이 들뜨거나 파손될 경우, 이러한 세라믹층(25) 가장 자리 부분에서는 냉매인 헬륨 가스의 누설이 발생할 수 있으며, 또한, 이러한 세라믹층(25) 가장 자리 부분에서의 온도가 부분적으로 더 높게 급상승될 수 있다. 헬륨 가스의 누설이 발생될 경우, 헬륨 가스가 누설되는 부분에서의 헬륨 가스에 의한 냉각 작용은 실질적으로 이루어지지 못한다.
따라서, 이러한 파손된 세라믹층(25)의 가장 자리 부분에서는 실질적인 냉각 작용이 이루어지지 못하여, 이 부분 상에 위치하는 웨이퍼(30)의 가장 자리 부분(31)의 온도는 다른 부분에 비해 급격히 상승하게 된다. 이와 같이 웨이퍼(30)의 온도가 영역 별로 불균일해질 경우, 온도가 급상승된 웨이퍼(30)의 가장 자리 부분(31)에서는 과도 식각 등이 발생될 수 있다. 또한, 이러한 부분에서 선택적 식각을 위해 도입되는 포토레지스트 패턴이 상승된 온도에 의해 부분적으로 녹아 내리는 불량이 발생될 수 있다.
이에 따라, 건식 식각에 의해 형성되어야 할 금속 라인 패턴과 금속 라인 패턴이 서로 구분되지 못하고 연결되는 패턴 브리지(pattern bridge) 현상이 원하지 않게 발생될 수 있다. 따라서, 웨이퍼(30)의 공정 불량이 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가장 자리 부분의 파손이나 또는/ 및 이에 따른 웨이퍼 상의 공정 불량을 방지할 수 있는 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼를 지지하기 위한 척 몸체, 상기 척 몸체의 상면 상에 도입되어 상기 웨이퍼를 지지하는 세라믹층, 상기 세라믹층과 상기 척 몸체의 계면에 도입된 접착층, 및 상기 접착층이 노출되어 침해되는 것을 차단하게 상기 척 몸체의 외주에 상기 접착층의 측면을 가리게 부착된 차폐링(shielding ring)을 포함하는 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 제시한다.
여기서, 상기 차폐링은 상기 척 몸체 바깥으로 돌출되지 않고서 상기 척 몸체 측면에 부착되게 상기 척 몸체 상측 외주 부분은 가이드 턱을 가지는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 가장 자리 부분의 파손이나 또는/ 및 이에 따른 웨이퍼 상의 공정 불량을 방지할 수 있는 반도체 제조 장비의 세라믹 척의 구성을 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 세라믹 척의 측면에 접착층을 가려 보호하는 차폐링(shielding ring)을 도입하여, 접착층 또는 세라믹층과 접착층 및 척 몸체 간의 계면이 플라즈마 등에 의해 침해되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 차폐링은 금속 재질 또는 세라믹 재질 등으로 형성될 수 있으며, 세라믹층과 척 몸체 사이의 계면에 도입된 접착층의 측면을 가리게 척 몸체의 측면에 도입된다. 척 몸체의 측면에는 차폐링이 끼워지는 턱 형태의 가이드(guide)가 구성될 수 있다.
이러한 차폐링을 접착층의 측면이 가려지게 척 몸체의 측면에 부착 끼움으로 써, 종래의 경우에서와 같은 에폭시 수지를 척 몸체의 측면에 부착되게 처리하는 과정은 생략될 수 있다. 따라서, 플라즈마 또는 잔류하는 염소 가스와 같은 식각 가스에 의해 에폭시 수지가 침해받아 소실됨에 따라, 세라믹 층의 가장 자리 부분이 파손되거나 들뜨는 불량 발생을 효과적으로 차단할 수 있다.
이에 따라, 세라믹 층의 가장 자리 부분의 파손 또는 들뜨는 현상에 의해, 이러한 가장 자리 부분에서 냉매인 헬륨 가스의 냉각 작용이 효과적으로 이루어지지 않아, 이러한 가장 자리 부분의 온도가 부분적으로 급상승하는 불량 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 온도 불균일에 의해서 웨이퍼 상에 패턴 브리지 등과 같은 공정 불량이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장비의 세라믹 척을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장비의 챔버 내에 공간(100)에 바람직하게 ESC로 구성 설치되는 세라믹 척(200)은, 척 몸체(210) 상에 세라믹층(250)이 부착된 형태로 구성될 수 있다. 또는 세라믹층(250)은 증착될 수도 있다. 세라믹층(250)과 척 몸체(210)의 상면과의 계면에는 실리콘 접착층과 같은 접착층(230)이 절연층으로서 개재될 수 있다. 이때, 세라믹 척(200)의 주위에는 포커스 링(290)과 같은 부재가 도입될 수 있다.
접착층(230)의 측면이 챔버 내 공간(100)의 분위기 또는 플라즈마(plasma)에 노출될 경우, 이러한 접착층(230)이 플라즈마나 챔버 내 공간(100)의 분위기 또는 염소 가스(Cl2)와 같은 식각 가스 등에 의해 침식되는 것을 방지하기 위해서, 접착층(230)의 측면을 가려 보호하는 차폐링(270)을 척 몸체(210)의 측면을 감싸게 설치할 수 있다. 차폐링(270)은 척 몸체(210)의 둘레에 끼워지는 링 형태로 도입될 수 있으며, 차폐링(270)은 금속 재질로 형성될 수 있다. 차폐링(270)은 경우에 따라 세라믹으로 도입될 수도 있다. 차폐링(270)이 척 몸체(210)를 둘러싸되 척 몸체(210)의 측면 보다 더 돌출되지 않게 척 몸체(210)에 끼워지게 척 몸체(210)에는 상측 외주 부분에 턱 형태의 가이드가 도 3에 제시된 바와 같이 형성될 수 있다.
차폐링(270)은 접착층(230)의 측면 및 세라믹층(250)과 접착층(230) 및 척 몸체(210)의 상면과의 계면들을 가리게 설치될 수 있다. 이에 따라, 차폐링(270)이 부착된 영역 상을 덮게 세라믹층(250)이 연장되고, 그 상에 웨이퍼(300)가 장착되게 된다.
챔버 내의 공간(100)에 플라즈마 또는 잔류된 염소 가스가 존재할 경우, 플라즈마 공정 수행에 따라 척 몸체(210)의 측면에 플라즈마 집중될 수 있다. 이러한 플라즈마의 집중이 발생되더라도, 차폐링(270)은 금속 재질 등으로 형성되어 있으므로, 종래의 에폭시 수지(도 1 및 2의 27)에 비해 플라즈마 또는 활성화된 염소 가스에 의한 침해에 저항하는 능력이 매우 우수하다.
이와 같이, 차폐링(270)은 플라즈마나 염소 가스 등에 효과적으로 저항할 수 있어, 실질적으로 플라즈마나 염소 가스 등에 의한 침식은 발생되지 않게 된다. 따라서, 차폐링(270)에 의해 지지되고 있는 세라믹층(250)의 가장 자리 부분이 들뜨 거나 또는/ 및 파손되는 현상을 효과적으로 방지하게 된다.
이와 같이 세라믹층(250)의 가장 자리 부분이 들뜨거나 파손되는 것이 방지되므로, 이러한 세라믹층(250) 가장 자리 부분 파손에 따른 냉매인 헬륨 가스의 누설이 발생되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서, 이러한 세라믹층(250) 가장 자리 부분에서의 온도가 부분적으로 더 높게 급상승되는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 이 부분 상에 위치하는 웨이퍼(300)의 가장 자리 부분 또한 지속적으로 효과적으로 냉각되는 것이 가능하여, 웨이퍼(300) 전체의 온도가 공정 중에 균일하게 유지될 수 있다.
따라서, 웨이퍼(300)의 가장 자리 부분에서는 부분적인 과도 식각 등의 발생이 효과적으로 방지되며, 이러한 부분에서 선택적 식각을 위해 도입되는 포토레지스트 패턴이 상승된 온도에 의해 부분적으로 녹아 내리는 불량의 발생이 효과적으로 방지될 수 있다. 이에 따라, 건식 식각에 의해 형성되어야 할 금속 라인 패턴과 금속 라인 패턴이 서로 구분되지 못하고 연결되는 패턴 브리지 현상이 발생되는 것이 방지되며, 또한, 웨이퍼(300) 상에 공정 불량이 발생되는 것이 방지되게 된다. 또한, 세라믹층(250)의 파손이 효과적으로 방지되므로, 이에 따른 공정 챔버 내 공간(100)에서의 파티클(particle) 불량을 방지할 수 있다. 이에 따라, 세라믹 척(200)의 수명을 크게 연장할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 세라믹 척의 파손을 방지하여 세라믹 척의 수명 연장을 구현할 수 있다. 또한, 세라믹 척의 부분적 온도 상승에 따른 웨이퍼 온도 불균일 현상을 방지할 수 있어, 웨이퍼 상에 공정 불량이 부분적으로 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 공정 안정화에 따른 파티클의 감소를 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼를 지지하기 위한 척 몸체;
    상기 척 몸체의 상면 상에 도입되어 상기 웨이퍼를 지지하는 세라믹층;
    상기 세라믹층과 상기 척 몸체의 계면에 도입된 접착층; 및
    상기 접착층이 노출되어 침해되는 것을 차단하게 상기 척 몸체의 외주에 상기 접착층의 측면을 가리게 부착된 차폐링(shielding ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비의 세라믹 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차폐링은 상기 척 몸체 바깥으로 돌출되지 않고서 상기 척 몸체 측면에 부착되게 상기 척 몸체 상측 외주 부분은 가이드 턱을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비의 세라믹 척.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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