Electrostatic chuck, ESC란?

Electrostatic chuck, ESC란?

 

반도체 제조 공정에서 특히 진공을 사용해야 하는 공정(Etching, CVD 공정 등...)의 진행 설비의 경우

ESC 라는 부품은 반드시 장착되어 있고 아마 제일 중요한 부품 중 하나라고 생각할 수 있다.

 

ESC는 무엇이고, 또 왜 사용하는지 간단하게 알아보자.

 

 

 

ESC, 사진출처 - 보부하이테크 사업분야 설명란

 

 

- ESC란? ESC의 구분

 

제목에도 써 있듯이 ESC는 Electrostatic chuck이다. chuck, 말 그대로 wafer를 잡고 있는 부품인데 정전기력을 사용하여 잡고 있는 것이다. ESC는 여러 기준으로 구분할 수 있다.

 

 

1. monopolar / bi-polar

 

ESC 내에 전극막이 하나이면 monopolar, 두 개 이면 bi-polar 이다. 

이런 느낌이다. monopolar와 bipolar는 그냥 눈으로 보면 알 수 있다.

맨 위에 보부테크의 사이트에서 가져온 ESC의 예시로 넣은 사진은 bi-polar ESC이다. 사진이 밝아서 잘 안보일 수 있는데 잘 보면 흰색으로 선이 그려져 있고 그 선으로 결국 면적이 두 개로 나뉘어져 있음을 확인할 수 있다.

 

각각의 장단점이 있어서 진행 공정의 concept에 맞게 사용하는 것으로 알고 있다.

 

 

2. coulomb type / Johnsen-Rahbek type

 

정전기를 발생시키는 원리에 따라 쿨롱과 존슨-라벡 type의 ESC를 구분할 수 있다.

쿨롱 force는 전하와 외부 전기장 사이의 상호작용으로 인하여 생기는 정전기력이다.

존슨-라벡 force는 금속과 유전체의 표면이 접촉되지 않는 gap이 있을 때 이 gap이 하나의 유전체로 작용하게 되면서 발생하는 정전기력이다.

 

 

 

- ESC의 역할

 

1. wafer chucking

 

CVD, Etch 등의 공정은 진공상태에서 gas도 분사되고 power도 인가되면서 진행하는 공정이다. 이 경우 웨이퍼를 붙잡고 있지 않는다면 gas flow에 따라, power 인가에 따라 웨이퍼가 움직이게 될 수 있다.

예전에는 진짜 물리적으로 웨이퍼를 잡고 있었다는데 웨이퍼의 chip에 최대한 손상가지 않게 하기 위해서 정전기력을 사용하여 잡는 방식으로 변한 것 같다.

 

2. temp control

 

ESC의 윗 부분 표면을 보면 균일한 간격으로 구멍이 뚫려 있음을 볼 수 있을 것이다. 그 구멍은 He(헬륨)이 나오는 곳으로 진공상태에서 헬륨을 매질로 하여 온도를 전달하려는 목적으로 사용한다.

진공을 사용한다는 것은 Plasma를 사용한다는 것인데, 공정 진행 중 웨이퍼의 온도가 크게 오를 수 있다.

 

 

예시. he hole은 실제로 작다

 

그 때 온도를 낮춰주지 않는다면 이후 공정에서 웨이퍼가 broken될 수도 있고, 쌓아둔 막질에 변형이 생길 수 도 있다. 그래서 온도를 적당히 낮춰주어야 하고 온도에 민감한 공정특성의 경우 온도를 조절하여 그 특성을 개선할 수도 있을 것이다.

온도를 조절하기 위해서는 당연히 ESC의 온도를 조절할 수 있어야 하는데 ESC로 coolant가 들어가고 나가는 부분이 따로 있다.

 

 

3. 하부 electrode

 

Etching 공정의 경우 하부에 전극이 있고, 그 하부 전극으로 Power를 인가하여 공정을 진행하는 concept이다.

ESC는 그런 공정에서 하부 전극의 역할도 수행하고 있다.

 

 

내가 적은 것 외에도 다른 역할이 있을 수는 있는데 ESC의 주된 역할은 이 정도 라고 생각한다.

 

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