반도체 Etch 설비의 가장 고가의 파트이기도 하지만,,,
가장 손상받기 쉬우며,,,,
그리고 가장 어려운 자재를 꼽자면
ESC(Electrostatic Chuck)으로 말할 수 있다.
ESC는 진공 챔버 내부에 주로 가장 중간에 위치하며,
Silicon Wafer를 놓는 곳으로 사용된다.
챔버 내 저압 유지, 플라즈마 유도, 가스 유입 간에
움직일 수 있는 변수를 최소화하기 위해
ESC를 활용하여 Wafer를 잡아주게 된다.
물리적으로 잡아주는 방법에 대해서도 논해지기도 하였지만,
Wafer상부 수율, 및 Wafer 깨지는 현상이라는 치명적인 단점 때문에,
Electrostatic 즉 정전기 힘으로 Wafer를 붙잡아주는 역할을 하게 된다.
즉 정전기의 힘을 사용하여 기판을 하부전극(Cathode)으로 고정시켜
공정진행간에 정위치에 놓이게 하는 핵심 부품이다.
쉽게 설명하는 ESC는 Chamber 내부에 아래와 같은 역할을 진행한다.
1. Wafer에 균일한 온도 조절
2. 하부 전극 역할 (Plasma ignition & Ion Flux 제어)
3. Wafer 정위치 (Chucking 상태 유지)
ESC 분류
ESC의 디자인은 만드는 회사마다 극비로 다루어지게 된다.
그렇지만 큰 맥락으로 ESC는 두 가지 종류로 나뉘게 된다.
사용되는 전극의 개수가 한 개인 경우 Monopolar (uni-polar) 타입
사용되는 전극의 개수가 두 개인 경우 Bi-polar 타입으로 분류된다.
Monopolar ESC의 경우
Wafer자체를 clamping하기 위해서 plasma를 활용하여
마치 capacitor처럼 전압을 걸어 잡아주게 된다.
그래서 정확한 Electrical Field를 걸어주기 위해서는 상부 plasma ignition을
활용하는 게 필수적인 요소로 잡힌다.
Clamping Force는 다음과 같이 계산된다.
F= 인력, e=유전상수, Q= 총전하량 D= 극판의 거리, V= 두 극판에 걸리는 전압 C= Capacitance
위식에서 알수 있는 바와 같이 Clamping force를 증가시키는 방법은 아래와 같다.
(1) 전압 V 증가
(2) insulating Layer thickness 증가
(3) 유전율이 큰 물질 사용
(4) Wafer Size 증가 (A값 증가)
Bipolar ESC type의 경우
Chuck 내부에 두개의 극판이 insulator로 인해 극이 분리된 상태로 제작되어있다.
Bipolar ESC는 Plasma를 활용하여 Clamping이 필요 없으므로
Plasma 없이 Wafer Chucking이 가능하다.
