KR200214410Y1 - Electrostatic chuck for clamping wafer - Google Patents
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Abstract
실리콘 재질로 폴을 형성하고, 열산화 방식으로 절연층을 형성하여서 웨이퍼를 고정하는 힘을 향상시키며, 공정을 안정적으로 진행할 수 있도록 하는 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것으로서, 원형 음극 폴, 도너츠형 양극 폴, 도너츠형 음극 폴이 이격된 간극과 상부 및 상기 도너츠형 양극 폴의 하부에 열산화에 의하여 성장되어 제 1 산화막이 형성되고, 이들은 애노다이징에 의하여 제 2 산화막이 형성된 상면에 홈이 평성된 베이스에 삽입되어 접착되며, 전압 공급부에 의하여 도너츠형 양극 폴과 베이스에 정전압이 공급되어 정전력을 발생시키도록 구성된다.It relates to a wafer holding electrostatic chuck that forms a pole made of silicon, and forms an insulating layer by thermal oxidation to improve the holding force of the wafer and enables the process to be stably performed. The first oxide film is formed by thermal oxidation in the gap and the upper portion of the pole and the donut-type cathode pole and the lower portion of the donut-type anode pole, and the grooves are flat on the upper surface where the second oxide film is formed by anodization. It is inserted into and bonded to the base, and a constant voltage is supplied to the donut-type anode pole and the base by the voltage supply unit, and is configured to generate constant power.
따라서, 산화실리콘이 유전체로 형성되어서 고유전율을 가지면서 얇은 두께로 유전체의 제조가 가능하여 정전척의 고정력을 향상시키고, 낮은 전압 상태에서 고효율의 웨이퍼 고정력이 확보되며, 부수적으로 절연파괴 현상이 억제되는 효과가 있다.Therefore, since silicon oxide is formed of a dielectric material and has a high dielectric constant, it is possible to manufacture a dielectric with a thin thickness, thereby improving the fixing force of the electrostatic chuck, securing a high-efficiency wafer holding force at a low voltage state, and consequently suppressing dielectric breakdown. It works.
Description
본 고안은 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 재질로 폴을 형성하고, 열산화 방식으로 절연층을 형성하여서 웨이퍼를 고정하는 힘을 향상시키며, 공정을 안정적으로 진행할 수 있도록 하는 웨이퍼 고정용 정전척에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic chuck for wafer fixing, and more particularly, to form a pole made of silicon, and to form an insulating layer by thermal oxidation to improve the force to fix the wafer and to stably process the process. An electrostatic chuck for wafer holding.
통상, 웨이퍼를 가공하여 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 공정은 특성에 따라서 복수 매의 웨이퍼를 하나의 단위로 프로세스가 진행되거나 낱매의 웨이퍼를 하나의 단위로 프로세스가 진행되는 것으로 구분될 수 있다.In general, a semiconductor process for manufacturing a semiconductor device by processing a wafer may be classified into a process in which a plurality of wafers are processed in one unit or a process in which a single wafer is processed in one unit according to characteristics.
낱매의 웨이퍼를 하나의 공정 단위로 진행하는 경우 공정 설비에 투입되는 웨이퍼를 고정하기 위한 장치가 구성되어야 하며, 종래에는 기계적으로 동작되는 클램프가 웨이퍼를 고정하기 위하여 이용되었다.When the individual wafers are processed in one process unit, an apparatus for fixing the wafers to be put into the process equipment has to be configured. In the related art, mechanically operated clamps have been used to fix the wafers.
그러나, 종래의 클램프는 웨이퍼 변부를 기계적으로 고정하므로 전극과 웨이퍼 간의 불균일한 접착으로 인한 가열 및 냉각의 불균일성이 발생되고 냉각시 사용되는 가스 압력에 의하여 웨이퍼가 휘어서 웨이퍼의 열전도 차이를 발생시켜서 불량이 유발되는 문제점이 있었다. 또한 기계적인 부품의 사용에 따른 파티클 발생 문제가 수반되고, 심한 경우 부분의 손상으로 인한 수율저하가 발생된다.However, the conventional clamp mechanically fixes the edge of the wafer so that nonuniformity of heating and cooling due to non-uniform adhesion between the electrode and the wafer is generated, and the wafer is bent due to the gas pressure used for cooling, resulting in a difference in thermal conductivity of the wafer. There was a problem caused. In addition, there is a problem of particle generation due to the use of mechanical parts, and in severe cases, yield degradation due to damage to the parts occurs.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 정전기를 이용한 정전척이 개발된 바 있다.In order to improve this problem, an electrostatic chuck using static electricity has been developed.
정전척의 기본 개념은 콘덴서의 원리이며, 대전력을 유발시켜서 웨이퍼를 고정시키는 방식을 채택하고 있고, 정전척은 유니폴라 구조와 바이폴라 구조가 일반적으로 이용되고 있다.The basic concept of an electrostatic chuck is the principle of a capacitor, and adopts a method of fixing a wafer by inducing high power, and a unipolar structure and a bipolar structure are generally used.
유니폴라 구조에서 정전척의 전극 부위는 대전된 캐패시터의 한 극판을 이루도록 구성되고, 정전척의 표면의 절연 코팅물은 유전체로 그리고 웨이퍼 자체는 캐패시터의 다른 극판으로 이용된다. 이러한 유니폴라 구조의 정전척의 웨이퍼 고정력은 웨이퍼와 정전척의 표면간 거리의 제곱에 반비례하고, 유전체로 형성되는 절연 코팅물의 유전 상수와 웨이퍼 면적에 비례하며, 웨이퍼와 정전척 간에 인가된 전압의 제곱에 비례한다.In the unipolar structure, the electrode portion of the electrostatic chuck is configured to form one pole plate of the charged capacitor, the insulating coating on the surface of the electrostatic chuck is used as the dielectric and the wafer itself as the other pole plate of the capacitor. The wafer holding force of the electrostatic chuck of such unipolar structure is inversely proportional to the square of the distance between the wafer and the surface of the electrostatic chuck, is proportional to the dielectric constant of the insulating coating formed from the dielectric and the wafer area, and the square of the voltage applied between the wafer and the electrostatic chuck. Proportional.
상술한 유니폴라 고정력을 증가시키기 위해서 정전척은 여러가지 문제점을 가지며, 전압의 상승은 절연파괴에 의한 반도체 장치의 손상을 유발하고, 웨이퍼 클램핑을 위해서 플라즈마 활성화에 따른 웨이퍼 상에 전하 축적까지 지연 시간이 발생되며, 웨이퍼를 척으로부터 분리할 때도 지연 시간이 발생되어 양산성에 문제점이 있다.In order to increase the unipolar fixation force described above, the electrostatic chuck has various problems, and the increase in voltage causes damage to the semiconductor device due to dielectric breakdown, and delay time until charge accumulation on the wafer due to plasma activation for wafer clamping. There is a problem in mass productivity because a delay time occurs even when the wafer is separated from the chuck.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 바이폴라 구조의 정전척이 이용되고 있으며, 바이폴라 구조의 정전척은 정전척 내부에 양극판이 분리된 상태로 제작되며, 이러한 형태에 의하여 플라즈마 접속의 필요없어서 고주파가 발생되지 않더라도 웨이퍼를 고정할 수 있다.In order to solve this problem, a bipolar electrostatic chuck is used, and a bipolar electrostatic chuck is manufactured in a state where a bipolar plate is separated inside the electrostatic chuck. Can be fixed.
그러나, 바이폴라 구조의 정전척은 유니폴라 구조에 비하여 고정력이 1/4 수준에 불과하므로 웨이퍼 고정력을 강화해야하는 문제점을 가지며, 이를 해결하기 위해서는 절연물질의 유전율을 크게하고 두께를 얇게하여야 한다.However, the electrostatic chuck of the bipolar structure has a problem of strengthening the wafer holding force since the holding force is only about 1/4 of the unipolar structure. To solve this problem, the dielectric constant of the insulating material must be increased and the thickness must be made thin.
그러나, 기존의 절연물 코팅 방식으로는 웨이퍼 고정력을 충분히 강화할 방법이 적절하게 제시되지 않고 있으며, 특히, 낮은 전압을 인가해도 고효율의 고정력(Attraction force)을 발생시킬 수 있으며, 공정 수율을 향상시킬 수 있는 정전척의 개량된 구조의 제시가 요망되고 있다.However, the method of sufficiently strengthening the wafer holding force has not been adequately suggested by the existing insulation coating method, and in particular, even when a low voltage is applied, it can generate a high-efficiency Attraction force and improve the process yield. It is desired to present an improved structure of the electrostatic chuck.
본 고안의 목적은 불순물이 도핑된 실리콘을 전극으로 구성하고, 열산화 방법으로 형성된 실리콘 산화막을 유전체로 형성시켜서, 반도체공정을 진행하는 웨이퍼를 고정시킴에 있어서 고유전율을 확보하고 낮은 전압에서 고효율의 고정력을 확보하여 안전된 공정 환경을 제공함에 있다.An object of the present invention is to fabricate silicon doped with an impurity as an electrode, and to form a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method as a dielectric to secure a high dielectric constant in fixing a wafer in a semiconductor process and to achieve high efficiency at a low voltage. It is to provide a safe process environment by securing a fixed force.
도 1은 본 고안에 따른 웨이퍼 고정용 정전척의 바람직한 실시예를 나타내는 단면도1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the wafer holding electrostatic chuck according to the present invention
도 2는 본 고안에 따른 실시예의 구성을 위하여 가공된 베이스 전극을 나타내는 단면도2 is a cross-sectional view showing a base electrode processed for the configuration of the embodiment according to the present invention
도 3은 베이스 전극이 애노다이징 처리된 상태를 나타내는 단면도3 is a cross-sectional view showing a state in which the base electrode is anodized
도 4는 실시예로 조립되기 전 폴들이 산화된 상태를 나타내는 단면도4 is a cross-sectional view showing the oxidized state of the poles before assembling in an embodiment
도 5는 네가티브 전극으로 사용될 폴들의 일부 면의 산화막이 제거된 상태를 나타내는 단면도5 is a cross-sectional view showing a state in which an oxide film on some surfaces of poles to be used as a negative electrode is removed;
도 6은 도 3의 베이스 전극와 도 5의 폴들이 접합된 상태를 나타내는 단면도6 is a cross-sectional view illustrating a state in which the base electrode of FIG. 3 and the poles of FIG. 5 are bonded to each other.
본 고안에 따른 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 웨이퍼를 정전력으로 고정하는 웨이퍼 고정용 정전척은, 원형 음극 폴, 도너츠형 양극 폴, 도너츠형 음극 폴이 이격된 간극과 상부 및 상기 도너츠형 양극 폴의 하부에 열산화에 의하여 성장되어 제 1 산화막이 형성되고, 이들은 애노다이징에 의하여 제 2 산화막이 형성된 상면에 홈이 평성된 베이스에 삽입되어 접착되며, 전압 공급부에 의하여 도너츠형 양극 폴과 베이스에 정전압이 공급되어 정전력을 발생시키도록 구성된다.Electrostatic chuck for wafer fixing to fix the wafer with a constant power for performing the semiconductor manufacturing process according to the present invention, the gap between the circular cathode pole, the donut-type anode pole, the donut-type cathode pole and the upper and the donut-type anode pole The first oxide film is formed by thermal oxidation at the lower part of the substrate, and the first oxide film is formed on the upper surface where the second oxide film is formed by anodization, and is inserted into and adhered to the base where the groove is flattened. And a constant voltage is supplied to generate a constant power.
여기에서, 원형 음극 폴과 도너츠형 양극 폴 및 도너츠형 음극 폴은 P형 불순물이 도핑된 실리콘 재질임이 바람직하다.Here, it is preferable that the circular cathode pole, the donut-type anode pole, and the donut-type cathode pole are made of silicon doped with P-type impurities.
이하, 본 고안에 따른 웨이퍼 고정용 정전척의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a wafer fixing electrostatic chuck according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면 실시예는 반도체 제조공정을 수행하기 위하여 건식식각설비와 같은 공정설비에 투입되는 웨이퍼(10)를 정전력으로 고정하는 것이며, 정전력을 형성시키기 위한 정전압이 전압공급원(30)으로부터 제공되도록 구성된다.Referring to FIG. 1, an embodiment of the present invention is to fix a wafer 10 input to a process equipment such as a dry etching apparatus with a constant power in order to perform a semiconductor manufacturing process, and a constant voltage for forming a constant power voltage supply source 30. It is configured to provide from.
고정부(20)는 원판 형상의 알루미늄 재질의 베이스(40)를 모체로 하여 구성되고, 베이스(40)의 상부 면 즉 웨이퍼가 놓이는 면에는 양극 전극과 음극 전극으로 작용되는 실리콘 재질의 폴들과 산화막이 구성된다.The fixing part 20 is composed of a base aluminum base 40 having a disc shape, and the upper surface of the base 40, that is, the surface on which the wafer is placed, is formed of silicon poles and oxide films serving as anode and cathode electrodes. This is made up.
먼저, 도 2 내지 도 도 6을 참조하여, 본 고안에 따른 실시예의 제작 방법을 설명한 후 실시예의 구조에 따른 작용 효과를 설명한다.First, referring to Figures 2 to 6, after explaining the manufacturing method of the embodiment according to the present invention will be described the operation and effect according to the structure of the embodiment.
실시예는 도 2와 같이 베이스(40)의 웨이퍼가 놓이는 면에 기계적인 연마 공정을 통하여 홈(42)을 형성한다. 홈(42)은 후술될 양극과 음극을 이루는 원형 또는 도우넛 형상의 폴들이 이루는 형상과 크기에 대응되도록 형성된다. 그에 따라서 홈(42)에는 음극을 이루는 폴들이 접착될 제 1 기저면(44)과 이들 보다 약간 낮은 높이를 가지면서 양극을 이루는 폴들이 접착될 제 2 기저면(46)이 형성된다.In the embodiment, as shown in FIG. 2, the groove 42 is formed through a mechanical polishing process on the surface of the base 40. The groove 42 is formed to correspond to the shape and size of the circular or donut-shaped poles forming the positive electrode and the negative electrode to be described later. As a result, the groove 42 is formed with a first base surface 44 to which poles constituting the cathode are bonded, and a second base surface 46 to which poles constituting the anode are bonded to each other with a height slightly lower than these.
그리고, 도 2의 베이스(40)는 애노다이징 처리되어서 도 3과 같이 산화막(48)을 가지며, 산화막(48)은 공정 중에 형성되는 플라즈마 가스에 의하여 알루미늄 재질의 베이스(40)가 손상되지 않도록 마스킹하는 역할을 한다. 그리고, 상술한 제 1 기저면(44)이 형성된 홈(42)의 측면과 저면에 형성된 산화막(48)은 제거된다.In addition, the base 40 of FIG. 2 is anodized to have an oxide film 48 as shown in FIG. 3, so that the oxide film 48 is not damaged by the plasma gas formed during the process. Masking role. And the oxide film 48 formed in the side surface and bottom surface of the groove | channel 42 in which the 1st base surface 44 mentioned above is removed is removed.
한편, 음극과 양극을 형성하기 위한 폴들은 P형 불순물이 도핑된 실리콘 재질이며, 폴들은 도 4와 같이 중앙에 원형 음극 폴(50)이 구성되고 그 외곽에 도너츠형 양극 폴(52)이 구성되며, 그 외곽에 도너츠형 음극 폴(54)이 구성된다. 원형 음극 폴(50)과 도너츠형 양극 폴(52) 및 도너츠형 음극 폴(54)은 각각 수십 내지 수백 마이크로 미터 정도의 간극을 갖도록 배치되고, 이들 간극과 상하 및 좌우에 실리콘 산화막(58)이 형성된다.On the other hand, the poles for forming the cathode and the anode is a silicon material doped with P-type impurities, the poles are composed of a circular cathode pole 50 in the center and a donut-type anode pole 52 in the outer as shown in FIG. The donut-type cathode pole 54 is formed on the outer side thereof. The circular cathode pole 50, the donut-type anode pole 52, and the donut-type cathode pole 54 are arranged to have a gap of about several tens to several hundreds of micrometers, respectively, and the silicon oxide film 58 is disposed on the gap and on the upper and lower sides and the left and right sides. Is formed.
실리콘 산화막(58)은 이들 폴들(50, 52, 54)을 퍼니스에서 열산화 방식으로 성장시킴으로써 형성된 것이다.The silicon oxide film 58 is formed by growing these poles 50, 52, 54 in a thermal oxidation manner in the furnace.
도 5와 같이 폴들(50, 52, 54)에 형성된 산화막(58) 중 원형 음극 폴(50)과 도너츠형 음극 폴(54)의 저면과 도너츠형 음극 폴(54)의 외측면의 산화막(58)은 제거된다. 이는 베이스(40)에 형성된 홈(42)의 제 1 기저면(44)에 전기적인 접촉을 이루기 위해서이다.Of the oxide films 58 formed on the poles 50, 52, and 54 as shown in FIG. 5, the bottom surface of the circular cathode pole 50 and the donut type cathode pole 54 and the oxide film 58 on the outer surface of the donut type cathode pole 54. ) Is removed. This is for making electrical contact with the first base surface 44 of the groove 42 formed in the base 40.
도 3 및 도 5와 같이 가공된 후 베이스(40)의 홈(42)에 폴들(50, 52, 54)이 삽입되고, 삽입되기 전 제 1 기저면(44)에는 도전성 접착제(60)가 도포되고 제 2 기저면(46)에는 비도전성 접착제(62)가 도포된다.After processing as shown in FIGS. 3 and 5, the pawls 50, 52, and 54 are inserted into the grooves 42 of the base 40, and the conductive adhesive 60 is applied to the first base surface 44 before the insertion. The non-conductive adhesive 62 is applied to the second base surface 46.
제 1 기저면(44)에 도전성 접착제(60)를 도포하는 것은 폴들(50, 54)과 제 1 기저면(44)을 접착시키면서 전기적인 도통성을 확보하기 위함이고, 제 2 기저면(46)에 비도전성 접착제(62)를 도포하는 것은 폴(52)과 제 2 기저면(46)을 접착시키면서 서로 전기적으로 분리시키기 위함이다.The application of the conductive adhesive 60 to the first base surface 44 is to secure electrical conductivity while adhering the pawls 50 and 54 to the first base surface 44 and to the second base surface 46. The application of the malleable adhesive 62 is to electrically separate the poles 52 and the second base surface 46 while adhering to each other.
그리고, 도너츠형 양극 폴(52)이 베이스(40)를 관통하는 배선과 전기적으로 연결될 수 있도록 베이스(40)와 도너츠형 양극 폴(52)에 홀(60)이 형성된다.In addition, a hole 60 is formed in the base 40 and the donut-shaped anode pole 52 so that the donut-type anode pole 52 may be electrically connected to the wiring passing through the base 40.
그리고, 전압 공급원(30)은 홀(60)에 삽입되는 배선을 통하여 도너츠형 양극 폴(52)에 전기적으로 연결되고, 다른 일단은 베이스(40)의 임의 위치에 배선을 통하여 전기적으로 연결된다.In addition, the voltage source 30 is electrically connected to the donut-shaped anode pole 52 through a wire inserted into the hole 60, and the other end is electrically connected to an arbitrary position of the base 40 through a wire.
그리고, 고정부(20)에는 웨이퍼의 쿨링과 안착 및 탈착에 이용될 가스를 공급하기 위한 홀이 제작자의 의도에 따라서 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 베이스(40)의 변부 상면을 관통하도록 형성될 수 있다.In addition, the fixing part 20 may have a hole for supplying gas to be used for cooling and mounting and detaching the wafer in various forms according to the intention of the manufacturer, and preferably penetrates the upper surface of the edge of the base 40. It can be formed to.
상술한 바와 같이 정전척이 구성됨으로써, 고정부(20) 상부에 웨이퍼(10)가 안착되면 전압 공급원(30)에 의하여 정전압이 공급되고, 고정부(20)의 웨이퍼(10)와 원형 및 도너츠형 음극 폴(50, 54) 그리고 웨이퍼(10)와 도너츠형 양극 폴(52) 사이에 콘덴서 원리에 의하여 축전이 발생되고 이러한 축전에 의하여 형성되는 정전력에 의하여 웨이퍼(10)는 고정부(20)의 상면에 밀착된다. 이때 폴들(50, 52, 54)에 형성된 산화막(58)은 유전체 역할을 한다.As the electrostatic chuck is configured as described above, when the wafer 10 is seated on the fixed part 20, a constant voltage is supplied by the voltage supply source 30, and the wafer 10 of the fixed part 20, circular and donuts are provided. Electric charge is generated by the capacitor principle between the type cathode poles 50 and 54 and the wafer 10 and the donut type anode pole 52, and the wafer 10 is fixed by the electrostatic force formed by the capacitor. It is in close contact with the upper surface of). In this case, the oxide layer 58 formed on the poles 50, 52, and 54 serves as a dielectric.
그러므로, 본 고안의 실시예에 따른 유전체인 산화막(58)의 두께가 열산화 공정에서 종래의 구조에 따른 유전체 역할을 하는 산화막과 비교하여 얇게 조절되어 가공될 수 있고, 산화막(58)을 이루는 산화실리콘은 고 유전율을 갖는 것이다.Therefore, the thickness of the oxide film 58, which is a dielectric, according to an embodiment of the present invention can be processed to be thinly controlled compared to the oxide film that serves as a dielectric according to the conventional structure in the thermal oxidation process, the oxidation forming the oxide film 58 Silicon has a high dielectric constant.
결국 바이폴라 구조의 정전척에서 유전율이 큰 물질로 얇은 유전체가 형성됨으로써 안정된 고정력을 갖는 정전척의 구현이 가능하다.As a result, a thin dielectric is formed of a material having a high dielectric constant in an electrostatic chuck of a bipolar structure, thereby enabling the implementation of an electrostatic chuck having a stable fixing force.
그리고, P형 불순물이 도핑된 실리콘 재질의 폴로써 전극을 형성함으로써 낮은 전압에서 고효율의 고정력이 생성되고, 절연파괴 현상이 억제될 수 있다.In addition, by forming an electrode with a silicon material doped with P-type impurities, a high-efficiency fixing force can be generated at a low voltage, and insulation breakdown can be suppressed.
따라서, 정전척에 의하여 웨이퍼를 견고히 고정한 상태에서 건식 식각과 같은 반도체 제조 공정이 안정되게 이루어질 수 있으며, 그에 따라서 수율이 향상될 수 있다.Therefore, a semiconductor manufacturing process such as dry etching can be made stable while the wafer is firmly fixed by the electrostatic chuck, so that a yield can be improved.
그리고, 제 1 기저면과 제 2 기저면은 제작자의 의도에 따라서 동일한 높이를 갖도록 변형될 수 있으며, 이러한 높이의 차는 산화막의 두께 및 접착제의 두께 조절로 완충될 수 있다.In addition, the first base surface and the second base surface may be deformed to have the same height according to the intention of the manufacturer, and the difference in height may be buffered by adjusting the thickness of the oxide film and the thickness of the adhesive.
본 고안에 의하면 산화실리콘이 유전체로 형성되어서 고유전율을 가지면서 얇은 두께로 유전체의 제조가 가능하여 정전척의 고정력을 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, since the silicon oxide is formed of a dielectric material and has a high dielectric constant, the dielectric material can be manufactured in a thin thickness, thereby improving the fixing force of the electrostatic chuck.
또한, 낮은 전압 상태에서 고효율의 웨이퍼 고정력이 확보되고, 부수적으로 절연파괴 현상이 억제되는 효과가 있다.In addition, the wafer holding force of high efficiency is ensured in a low voltage state, and there is an effect that the incident breakdown phenomenon is suppressed.
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