KR100829925B1 - Apparatus and method for processing substrate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 1b는 금속라인들 사이에 형성된 갭을 채우는 모습을 나타내는 웨이퍼의 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views of a wafer showing a gap formed between metal lines.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치를 포함하는 반도체 제조설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.2 is a schematic view showing a semiconductor manufacturing apparatus including a substrate processing apparatus according to the present invention.
도 3은 도 2의 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating the substrate processing apparatus of FIG. 2.
도 4 및 도 5는 도 3의 지지부재를 개략적으로 나타내는 도면이다.4 and 5 are views schematically showing the support member of FIG.
도 6은 도 3의 지지부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view schematically illustrating the support member of FIG. 3.
도 7는 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 구성한 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 5.
도 8은 도 3의 분사판 및 분사노즐을 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view illustrating the jet plate and the jet nozzle of FIG. 3.
도 9는 지지플레이트에 놓여진 분사판 및 분사노즐과 웨이퍼 사이의 거리를 각각 나타내는 도면이다.9 is a view showing the distance between the jet plate and the jet nozzle and the wafer placed on the support plate, respectively.
도 10은 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to the present invention.
도 11은 도 3의 기판처리장치가 작동하는 모습을 나타내는 도면이다.11 is a view illustrating a state in which the substrate processing apparatus of FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 반도체 제조설비 10 : 기판처리장치(공정챔버)1: semiconductor manufacturing equipment 10: substrate processing apparatus (process chamber)
100 : 공정챔버 200 : 지지부재100: process chamber 200: support member
220 : 지지플레이트 240 : 구동축220: support plate 240: drive shaft
300 : 상부전극 400 : 샤워헤드300: upper electrode 400: shower head
420 : 분사판 424 : 분사노즐420: jet plate 424: jet nozzle
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for processing a substrate, and more particularly, to an apparatus and method for processing a substrate using plasma.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판 상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.The semiconductor device has many layers on a silicon substrate, and these layers are deposited on the substrate through a deposition process. This deposition process has several important issues, which are important in evaluating the deposited films and selecting the deposition method.
첫번째는 증착된 막의 '질'(qulity)이다. 이는 조성(composition), 오염도(contamination levels), 손실도(defect density), 그리고 기계적·전기적 특성(mechanical and electrical properties)을 의미한다. 막들의 조성은 증착조건에 따라 변할 수 있으며, 이는 특정한 조성(specific composition)을 얻기 위하여 매우 중요하다.The first is the 'qulity' of the deposited film. This means composition, contamination levels, defect density, and mechanical and electrical properties. The composition of the films can vary depending on the deposition conditions, which is very important for obtaining a specific composition.
두번째는, 웨이퍼를 가로지르는 균일한 두께(uniform thickness)이다. 특히, 단차(step)가 형성된 비평면(nonplanar) 형상의 패턴 상부에 증착된 막의 두께가 매우 중요하다. 증착된 막의 두께가 균일한지 여부는 단차진 부분에 증착된 최소 두께를 패턴의 상부면에 증착된 두께로 나눈 값으로 정의되는 스텝 커버리지(step coverage)를 통하여 판단할 수 있다.The second is uniform thickness across the wafer. In particular, the thickness of the film deposited on the nonplanar pattern on which the step is formed is very important. Whether the thickness of the deposited film is uniform may be determined through step coverage defined by dividing the minimum thickness deposited on the stepped portion by the thickness deposited on the upper surface of the pattern.
증착과 관련된 또 다른 이슈는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다.Another issue with deposition is filling space. This includes gap filling between the metal lines with an insulating film including an oxide film. The gap is provided to physically and electrically insulate the metal lines.
도 1a 및 1b는 금속라인들(a) 사이에 형성된 갭을 채우는 모습을 나타내는 웨이퍼의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b는 불완전한(incomplete) 갭 필링 과정을 보여주고 있다. 금속라인들(a) 사이의 갭은 절연막(b)으로 채워진다. 이때, 갭 내에 절연막(b)이 채워짐과 동시에, 갭 내의 상부에는 오버행들(overhang)(h)이 빵덩어리(breadloafing) 형태로 성장하며, 오버행(h)의 성장속도는 갭 내에 채워지는 절연막(b)의 성장속도보다 빠르다. 결국, 오버행(h)들은 서로 만나 갭의 상부를 폐쇄하여 갭 내에 보이드(void)를 형성하며, 절연막(b)이 갭 내에 증착되는 것을 방해한다. 형성된 보이드는 높은 접촉저항(contact resistance) 및 높은 면저항(sheet resistance)을 가져오며, 파손을 일으키기도 한다. 또한, 보이드는 처리액 또는 수분을 함유하여, 안정성 문제를 일으키기도 한다.1A and 1B are cross-sectional views of a wafer showing a gap formed between metal lines a. 1A and 1B show an incomplete gap filling process. The gap between the metal lines a is filled with the insulating film b. At this time, while the insulating film b is filled in the gap, an overhang h grows in the form of breadloafing in the upper portion of the gap, and the growth rate of the overhang h is an insulating film filled in the gap. It is faster than the growth rate of b). As a result, the overhangs h meet with each other to close the top of the gap to form voids in the gap, preventing the insulating film b from being deposited in the gap. The formed voids result in high contact resistance and high sheet resistance, and also cause breakage. In addition, the voids may contain a treatment liquid or water, causing stability problems.
고밀도 플라스마 화학기상증착(High-Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDPCVD) 방법은 플라스마를 이용하여 갭 내에 막을 증착하고, 막의 증착시 성장한 오버행을 에칭하며, 이후 다시 막을 증착하는 증착/에칭/증착 방법을 사용하여 보이드가 형성되는 것을 방지한다. 즉, 부분적으로 채워진 갭을 재형상화 하여 갭을 개방시키고, 갭 내에 보이드가 형성되기 이전에 갭 내에 막을 증착시킨다. 이와 같은 방법은 큰 종횡비(Aspect Ratio:AR)를 가지는 갭 내에 보이드 없이 막을 증착시킬 수 있다.The High-Density Plasma Chemical Vapor Deposition (HDPCVD) method uses a deposition / etching / deposition method that deposits a film in a gap using plasma, etches overhang grown during deposition of the film, and then deposits the film again. To prevent the formation of voids. That is, the partially filled gap is reshaped to open the gap, and a film is deposited in the gap before voids are formed in the gap. This method can deposit a film without voids in a gap having a large Aspect Ratio (AR).
그러나, 이와 같은 종래의 기판처리장치는 균일도(uniformity) 문제를 고려하지 않았으므로, 생성된 플라스마는 웨이퍼 상에 불균일하게 공급되었으며, 웨이퍼 상에 증착된 막의 두께는 균일하지 않았다. 특히, 소스가스 및 소스가스로부터 생성된 플라스마가 웨이퍼(W)의 가장자리부에는 충분하게 공급되지 않았으므로, 웨이퍼(W)의 중심부에 비하여 웨이퍼(W)의 가장자리부에 대한 공정은 충분히 이루어지지 않았다.However, such a conventional substrate processing apparatus did not take into account uniformity problems, so that the resulting plasma was unevenly supplied on the wafer, and the thickness of the film deposited on the wafer was not uniform. In particular, since the source gas and the plasma generated from the source gas were not sufficiently supplied to the edge of the wafer W, the process for the edge of the wafer W was not sufficiently performed compared to the center of the wafer W. .
앞서 본 바와 같이, 균일도는 증착공정과 관련된 중요한 이슈 중 하나이며, 불균일한 막은 금속배선(metal line) 상에서 높은 전기저항(electrical resistance)을 가져왔으며, 기계적인 파손의 가능성을 증가시켰다.As previously seen, uniformity is one of the important issues associated with the deposition process, and non-uniform films resulted in high electrical resistance on the metal line and increased the probability of mechanical failure.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 전면에 대하여 공정균일도를 증가시킬 수 있는 기판을 처리하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for processing a substrate that can increase the process uniformity with respect to the entire surface of the wafer.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 상에 균일한 두께의 막을 증착할 수 있는 기판을 처리하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for processing a substrate capable of depositing a film of uniform thickness on a wafer.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 기판을 처리하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for processing a substrate that can improve the performance of a semiconductor device.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Still other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 공정챔버, 상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 기판을 지지하는 지지부재, 상기 지지부재의 상부에 위치하며 상기 지지부재를 향하여 소스가스를 공급하는 샤워헤드, 그리고 상기 샤워헤드로부터 공급된 상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부재를 포함하되, 상기 샤워헤드는 상기 소스가스를 분사하는 복수의 분사구들이 형성된 분사판, 상기 분사판으로부터 상기 기판을 향하여 돌출되도록 상기 분사판의 에지부에 결합되며 상기 소스가스를 분사하는 복수의 분사노즐들을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a process chamber providing an internal space in which a process is performed on a substrate, a support member installed in the process chamber and supporting the substrate, and positioned on an upper portion of the support member, Shower head for supplying a source gas toward the head, and a plasma generating member for generating a plasma from the source gas supplied from the shower head, wherein the shower head is a spray plate formed with a plurality of injection holes for injecting the source gas, the It includes a plurality of injection nozzles coupled to the edge portion of the injection plate to protrude toward the substrate from the injection plate for injecting the source gas.
상기 복수의 분사구들은 상기 분사판의 센터부에 형성된 센터분사구들 및 상기 분사판의 에지부에 형성된 에지분사구들을 포함하며, 상기 에지분사구들은 상기 분사노즐들과 각각 연통될 수 있다.The plurality of injection holes may include center injection holes formed in the center portion of the injection plate and edge injection holes formed in the edge portion of the injection plate, and the edge injection holes may be in communication with the injection nozzles, respectively.
상기 샤워헤드는 상기 분사판을 홀딩하는 고정홀더 및 상기 고정홀더의 상부에 연결된 지지축을 더 포함할 수 있다.The shower head may further include a fixing holder holding the jet plate and a support shaft connected to an upper portion of the fixing holder.
상기 플라스마 생성부재는 상기 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극 및 상기 상부전극에 대향되도록 배치되는 하부전극을 포함하되, 상기 상부전극은 상기 분사판과 나란하도록 상기 고정홀더에 결합될 수 있다.The plasma generating member may include an upper electrode disposed on an upper portion of the support member and a lower electrode disposed to face the upper electrode, wherein the upper electrode may be coupled to the fixed holder to be parallel to the jet plate.
본 발명에 의하면, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법은 상기 기판 을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계, 상기 공정챔버의 내부에 상기 기판을 향하여 소스가스를 공급하고 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계, 상기 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되, 상기 기판을 향하여 소스가스를 공급하는 단계는 상기 기판의 상부에 상기 기판과 나란하게 배치된 분사판의 복수의 분사구들 및 상기 분사판의 에지부에 결합된 복수의 분사노즐들을 이용하여 상기 소스가스를 공급하는 단계를 포함한다.According to the present invention, a method of treating a substrate using plasma includes placing the substrate on a supporting member installed in the process chamber, supplying a source gas toward the substrate in the process chamber, and supplying the source gas. Generating the plasma from the substrate; and treating the substrate using the plasma, wherein supplying source gas toward the substrate comprises: a plurality of jet plates disposed side by side with the substrate on top of the substrate; And supplying the source gas by using injection holes of the plurality of injection nozzles and a plurality of injection nozzles coupled to the edge portion of the injection plate.
상기 분사노즐들은 상기 분사판으로부터 상기 기판을 향하여 돌출되며, 상기 분사노즐들의 하단은 상기 분사구들의 하단보다 상기 기판에 근접할 수 있다.The injection nozzles may protrude from the injection plate toward the substrate, and lower ends of the injection nozzles may be closer to the substrate than lower ends of the injection holes.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 11을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 11. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. This embodiment is provided to explain in detail the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
이하에서는 기판의 일례로 웨이퍼(W)를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하에서는 증착 공정을 수행하는 기판처리장치(또는 공정챔버)(10)를 가지는 반도체 제조설비(1)를 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 애싱 공정, 에칭 공정, 또는 세정 공정에 응용될 수 있다. 또한, 이하에서는 축전 결합 플라스 마(Capacitively Coupled Plasma:CCP) 타입의 플라스마장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 유도 결합 플라스마(Inductively Coupled Plasma:ICP) 타입 또는 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance:ECR) 타입을 포함하는 다양한 플라스마 장치에 응용될 수 있다.Hereinafter, the wafer W will be described as an example of the substrate, but the present invention is not limited thereto. In addition, hereinafter, a
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치(10)를 포함하는 반도체 제조설비(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.2 is a diagram schematically showing a
도 2를 살펴보면, 반도체 제조설비(1)는 공정설비(2), 설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module:EFEM)(3), 그리고 경계벽(interface wall)(4)을 포함한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 공정설비(2)의 전방에 장착되어, 웨이퍼들(W)이 수용된 용기(도시안됨)와 공정설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 복수의 로드포트들(loadports)(60)과 프레임(frame)(50)을 가진다. 프레임(50)은 로드포트(60)와 공정 설비(2) 사이에 위치한다. 웨이퍼(W)를 수용하는 용기는 오버헤드 트랜스퍼(overhead transfer), 오버헤드 컨베이어(overhead conveyor), 또는 자동 안내 차량(automatic guided vehicle)과 같은 이송 수단(도시안됨)에 의해 로드포트(60) 상에 놓여진다. 용기는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 프레임(50) 내에는 로드포트(60)에 놓여진 용기와 공정설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송하는 프레임 로봇(70)이 설치된다. 프레임(50) 내에는 용기의 도어를 자동으로 개폐하는 도어 오프너(도시안됨)가 설치될 수 있다. 또한, 프레임(50)에는 청정 공기가 프레임(50) 내 상부에서 하부로 흐르도록 청정 공기를 프레임(50) 내로 공급하는 팬필터 유닛(Fan Filter Unit:FFU)(도시안됨)이 제공될 수 있다.Referring to FIG. 2, the
웨이퍼(W)는 공정설비(20) 내에서 소정의 공정이 수행된다. 공정설비(2)는 로드록 챔버(loadlock chamber)(20), 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)(30), 그리고 공정챔버(process chamber)(10)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)는 상부에서 바라볼 때 대체로 다각의 형상을 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)의 측면에는 로드록 챔버(20) 또는 공정챔버(10)가 위치된다. 로드록 챔버(20)는 트랜스퍼 챔버(30)의 측부들 중 설비 전방 단부 모듈(3)과 인접한 측부에 위치되고, 공정챔버(10)는 다른 측부에 위치된다. 로드록 챔버(20)는 공정 진행을 위해 공정설비(2)로 유입되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 로딩 챔버(20a)와 공정이 완료되어 공정설비(2)로부터 유출되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 언로딩 챔버(20b)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10) 내부는 진공으로 유지되고, 로드록 챔버(20) 내부는 진공 및 대기압으로 전환된다. 로드록 챔버(20)는 외부 오염물질이 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10)로 유입되는 것을 방지한다. 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이, 그리고 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에는 게이트 밸브(도시안됨)가 설치된다. 설비 전방 단부 모듈(3)과 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)가 이동하는 경우, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이에 제공된 게이트 밸브가 닫히고, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 간에 웨이퍼(W)가 이동되는 경우, 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에 제공되는 게이트 밸브가 닫힌다.The wafer W is subjected to a predetermined process in the
트랜스퍼 챔버(30) 내에는 이송 로봇(40)이 장착된다. 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)로 웨이퍼(W)를 로딩하거나 공정챔버(10)로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한다. 또한, 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다.The
공정챔버(10)는 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 공정, 예컨대 증착, 에칭과 같은 공정을 수행하며, 이하에서는 공정챔버(10)를 기판처리장치(10)로 부르기로 한다. 기판처리장치(10)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.The
도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치(10)를 개략적으로 나타내는 정면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대한 공정을 수행하기 위한 기판처리장치(10)는 공정챔버(100)를 포함한다.3 is a front view schematically showing a
본 실시예에서 기판처리장치(10)를 이용하여 수행하는 공정은 증착 공정이며, 이하에서는 고밀도 플라스마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDPCVD) 공정을 예로 들어 설명한다. 앞서 본 바와 같이, 고밀도 플라스마 화학 기상 증착 공정은 높은 밀도의 플라스마를 형성하여 금속배선들 사이에 형성된 갭 내에 막을 증착시키는 증착(deposition) 공정과, 갭 상부의 오버행들(overhang)을 에칭하는 에칭(etching) 공정을 포함한다. 갭의 상부에서 성장한 오버행들은 갭의 입구를 폐쇄하여 갭 내에 보이드(void)를 형성한다. 따라서, 에칭 공정을 통하여 오버행들을 제거함으로써, 갭 내에 보이드가 형성되는 것을 방지한다.In the present embodiment, the process performed using the
공정챔버(100)의 내부공간에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지부재(200)가 설치된다. 지지부재(200)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있는 정전척(ESC)이 사용될 수 있으며, 선택적으로 기계적인 구조를 통하여 클램핑이 가능한 기계척 또는 진공으로 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공척이 사용될 수 있다. 한편, 지지부재(200)에는 플라즈마 상태의 소스가스를 웨이퍼(W)로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가될 수 있다.The
공정챔버(100)의 내부공간에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지부재(200)가 설치된다. 지지부재(200)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있는 정전척(ESC)이 사용될 수 있으며, 선택적으로 기계적인 구조를 통하여 클램핑이 가능한 기계척 또는 진공으로 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공척이 사용될 수 있다. 한편, 지지부재(200)에는 플라즈마 상태의 소스가스를 웨이퍼(W)로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가될 수 있다.The
도 4 및 도 5는 도 3의 지지부재(200)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 도 3의 지지부재를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 7은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 구성한 단면도이다.4 and 5 are views schematically showing the
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 지지부재(200)는 지지플레이트(220), 구동축(240), 구동기(260), 그리고 제어기(280)를 포함한다.As shown in FIGS. 4 and 5, the
웨이퍼(W)는 지지플레이트(220)의 상부에 지지플레이트(220)와 나란하게 놓여진다. 지지플레이트(220)는 알루미늄 재질이며, 이로 인하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴은 지지플레이트(220)와 반응할 가능성이 있다. 따라서, 세라믹 재질의 보호층(221)을 지지플레이트(220)의 상부면에 형성할 수 있으며, 세라믹 재질은 산화알루미늄(aluminium oxide:Al2O3)를 포함한다.The wafer W is placed side by side with the
지지플레이트(220)의 하부에는 구동축(240)의 일단이 연결되며, 구동축(240)의 타단은 구동기(260)에 연결된다. 구동기(260)는 모터를 포함하는 회전장치이며, 외부로부터 인가된 전류에 의하여 회전력을 발생시킨다. 발생된 회전력은 구동축(240)에 전달되며, 구동축(240)은 지지플레이트(220)와 함께 회전한다.One end of the
구동축(240)과 공정챔버(100)의 바닥벽 사이에는 씰링부재(241)가 제공된다. 씰링부재(241)는 공정챔버(100) 내부의 기밀을 유지함과 동시에 구동축(240)의 회전이 가능하도록 돕는다. 씰링부재(241)는 마그네틱 씰(magnetic seal)을 포함한다.A sealing
구동기(260)는 제어기(280)에 연결되며, 제어기(280)는 구동기(260)의 동작을 제어한다. 제어기(280)는 구동기(260)의 회전속도, 회전량, 회전방향을 포함한 구동기(260)의 동작을 모두 제어할 수 있다.The
도 5에 도시한 바와 같이, 지지플레이트(220)의 내부에는 냉각가스가 흐르는 제1 냉각라인 및 냉각유체가 흐르는 제2 냉각라인(232)이 형성된다.As shown in FIG. 5, the first cooling line through which the cooling gas flows and the second cooling line through which the cooling fluid flows are formed in the
제1 냉각라인은 지지플레이트(220)의 상부에 놓여진 웨이퍼(W)의 배면에 냉각가스를 공급하며, 웨이퍼(W)는 냉각가스에 의하여 기설정된 온도로 냉각된다. 공정 중에는 고온의 열이 발생하며, 특히, 고밀도 플라스마 화학 기상 증착공정 중의 스퍼터링에 의한 에칭 공정에서 고온의 열이 발생한다. 이로 인하여 웨이퍼(W)의 온도가 상승할 수 있으며, 제1 냉각라인은 냉각가스를 이용하여 웨이퍼(W)를 냉각시킨다.The first cooling line supplies a cooling gas to the rear surface of the wafer W placed on the
제1 냉각라인은 냉각가스유로(222), 분배라인(224), 그리고 복수의 분기라인들(226)을 포함한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 냉각가스유로(222)는 지지플레이트(220)의 중심에 형성되며, 냉각가스유로(222)의 하단은 구동축(240)의 중심에 형성된 냉각가스유로(242)의 상단과 연결된다. 분배라인(224)은 냉각가스유로(222)로부터 지지플레이트(220)의 반경방향으로 연장된다. 분기라인들(226)은 분배라인(224)으로부터 분기되어 지지플레이트(220)의 상부를 향하여 연장되며, 보호층(221) 상에 형성된 복수의 분출구들(228)에 각각 연결된다.The first cooling line includes a cooling
구동축(240)의 중심에 형성된 냉각가스유로(242)의 하단은 냉각가스라인(244)에 연결되며, 냉각가스라인(244) 내에는 웨이퍼(W)의 배면에 공급되는 냉각가스가 흐른다. 냉각가스는 불활성기체(inert gas)를 포함하며, 불활성기체는 헬륨(He)을 포함한다.A lower end of the cooling
냉각가스라인(244)을 통하여 냉각가스유로(242)에 공급된 냉각가스는 냉각가스유로(222) 및 분배라인(224)을 통하여 각각의 분기라인(226)으로 공급되며, 공급된 냉각가스는 분출구들(228)을 통하여 웨이퍼(W)의 배면에 공급된다.The cooling gas supplied to the cooling
도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 지지돌기들(229)은 보호층(221)의 상부에 설치된다. 복수의 지지돌기들(229)은 지지플레이트(220)의 중심 및 중심을 기준으로 네방향에 등간격으로 배치되며, 지지플레이트(220)의 상부에 놓여진 웨이퍼(W)의 배면을 지지한다.As shown in FIG. 6, the plurality of
따라서, 웨이퍼(W)는 복수의 지지돌기들(229)에 의하여 지지되어 보호층(221)의 상부면으로부터 일정거리 이격된 상태를 유지하며, 웨이퍼(W)는 배면에 공급된 냉각가스에 의하여 일정한 온도로 조절된다.Accordingly, the wafer W is supported by the plurality of
제2 냉각라인(232)은 분배라인(224)의 하부에 위치하며, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 냉각라인(232)은 냉각가스유로(222)를 감싸도록 배치된 나선 형상이다. 제2 냉각라인(232)은 지지플레이트(220)의 온도를 기설정된 온도로 냉각한다. 앞서 말한 바와 같이, 증착공정, 특히 고밀도 플라스마 화학기상증착공정에서 발생한 고온의 열로 인하여 지지플레이트(220)의 온도가 상승할 수 있다. 따라서, 제2 냉각라인(232)을 이용하여 지지플레이트(220)를 냉각시킨다.The
도 5에 도시한 바와 같이, 제2 냉각라인(232)의 일단은 냉각유체공급라인(234)에 연결되며, 제2 냉각라인(232)의 타단은 냉각유체회수라인(236)에 연결된다. 냉각유체공급라인(234)은 냉각유체공급라인(234) 상에 설치된 밸브(234a)에 의하여 개폐된다. 냉각유체공급라인(234) 내에는 냉각유체가 흐르며, 제2 냉각라인(232)에 냉각유체를 공급한다. 냉각유체공급라인(234)을 통하여 공급된 냉각유체는 제2 냉각라인(232)을 따라 냉각유체회수라인(236)이 연결된 끝단까지 이동하면 서 지지플레이트(220)를 기설정된 온도로 냉각한다. 이후, 냉각유체는 냉각유체회수라인(236)을 통해 회수되며, 회수된 냉각유체는 칠러(chiller)(도시안됨)를 통하여 일정 온도로 냉각된 이후에 냉각유체공급라인(234)으로 재공급될 수 있다.As shown in FIG. 5, one end of the
공정챔버(100)의 측벽에는 웨이퍼(W)가 드나들 수 있는 통로(122)가 형성된다. 웨이퍼(W)는 통로(122)를 통하여 공정챔버(100)의 내부로 진입하거나 공정챔버(100)의 외부로 빠져나간다.The sidewall of the
통로(122) 상에는 통로(122)를 개폐하는 도어(130)가 설치된다. 도어(130)는 구동기(132)에 연결되며, 구동기(132)의 작동에 의하여 통로(122)의 길이방향과 대체로 수직한 방향으로 이동하면서 통로(122)를 개폐한다.On the
공정챔버(100)의 바닥벽에는 복수의 배기홀들(102)이 형성되며, 배기홀들(102)에는 각각 배기라인들(104)이 연결된다. 배기라인(104) 상에는 펌프(도시안됨)가 설치될 수 있다. 배기라인들(104)은 공정챔버(100) 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로가 된다. 공정챔버(100)의 내부에서 발생된 반응가스 및 미반응가스, 그리고 반응부산물 등은 배기라인들(104)을 통하여 공정챔버(100)의 외부로 배출되며, 공정챔버(100) 내부의 압력을 진공 상태로 유지하기 위하여 배기라인들(104)을 통하여 공정챔버(100) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있다.A plurality of
공정챔버(100) 내의 상부에는 증착 또는 식각공정을 수행할 수 있도록 공정챔버(100)의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재(400)가 제공된다. 가스공급 부재(400)는 샤워헤드 및 샤워헤드를 지지하는 지지축(460), 그리고 가스공급라인(460)을 포함한다.In the upper portion of the
샤워헤드는 지지플레이트(220)에 놓여진 웨이퍼(W)를 향하여 소스가스를 분사한다. 샤워헤드는 복수의 분사구들(422)이 형성된 분사판(420) 및 분사판(420)의 가장자리부에 결합된 복수의 분사노즐들(424), 그리고 분사판(420)을 고정하는 고정홀더(440)를 포함한다. 고정홀더(440)는 하부가 개방된 형상이며, 하부에는 분사판(420)이 고정된다. 고정홀더(440)와 분사판(420) 사이에는 버퍼공간(426)이 형성된다. 지지축(460)은 고정홀더(440)의 상부면에 연결된다.The shower head sprays the source gas toward the wafer W placed on the
지지축(460)의 일단에는 가스공급라인(460)이 연결되며, 가스공급라인(460)의 내부에는 소스가스가 흐른다. 가스공급라인(460)은 밸브(660a)에 의하여 개폐된다. 소스가스는 실란(silane)(SiH4)을 포함하는 실리콘-함유 가스 및 산소(O2)를 포함하는 산소-포함(oxygen-containing) 가스이다.A
도 8은 도 3의 분사판(420) 및 분사노즐(424)을 나타내는 사시도이며, 도 9는 지지플레이트(220)에 놓여진 분사판(420) 및 분사노즐(424)과 웨이퍼(W)와 사이의 거리를 각각 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a perspective view illustrating the
도 8에 도시한 바와 같이, 분사판(420)은 대체로 웨이퍼(W)와 대응되는 원판 형상이며, 분사판(420)에는 복수의 분사구들(422)이 형성된다.As shown in FIG. 8, the
분사판(420)의 가장자리부에는 복수의 분사노즐들(424)이 연결된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 분사노즐(424)은 분사판(420)의 바닥면에 연결되며, 분사판(420)의 하부에 위치하는 지지플레이트(220)를 향하여 돌출된다. 분사노즐의 내부에는 내부유로(424a)가 형성되며, 내부유로(424a)는 분사노즐(424)이 연결된 분사구(422)와 연통한다. 따라서, 가스공급라인(460)을 통해 유입된 소스가스는 지지축(460)의 내부유로를 통해 버퍼공간(426)에 유입되며, 분사판(420)에 형성된 분사구들(422) 및 분사노즐들(424)을 통해 외부로 배출된다.A plurality of jetting
앞서 살펴본 바와 같이, 분사판(420)의 가장자리부에 연결된 분사노즐(424)은 지지플레이트(220)를 향하여 돌출된다. 따라서, 분사노즐(424)의 하단은 분사구(422)의 하단에 비하여 지지플레이트(220)에 근접해 있다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 분사노즐(424)의 하단으로부터 웨이퍼(W)의 상부면에 이르는 거리(de)는 분사구(422)의 하단으로부터 웨이퍼(W)의 상부면에 이르는 거리(dc)보다 작다.As described above, the
도 9에 도시한 바와 같이, 가스공급라인(460)을 통해 공급된 소스가스는 지지축(460)의 내부유로를 통해 버퍼공간(426)에 유입된다. 이후 소스가스는 분사판(420)에 형성된 분사구들(422)을 통해 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 분사되며, 분사노즐(424)을 통해 웨이퍼(W)의 가장자리부를 향해 분사된다. 이때, 앞서 살펴본 바와 같이, 분사노즐(424)의 하단은 분사구(422)의 하단에 비하여 지지플레이트(220)에 근접해 있으므로, 분사노즐(424)로부터 분사된 소스가스는 웨이퍼(W)의 가장자리부에 집중될 수 있다. 따라서, 분사노즐(424)은 충분한 양의 소스가스를 웨이퍼(W)의 가장자리부에 공급할 수 있으며, 이로 인하여 충분한 양의 플라스마를 웨이퍼(W)의 가장자리부에 공급할 수 있다.As shown in FIG. 9, the source gas supplied through the
한편, 공정챔버(100)의 내부에 공급된 소스가스는 상부전극(300)에 의해 방전되며, 방전에 의해 플라스마가 생성된다. 상부전극(300)은 고정홀더(440)의 내부에 설치된다. 상부전극(300)은 분사판(420)과 나란하도록 배치되며, 버퍼공간(426)의 상부에 배치된다. 상부전극(300)에는 고주파 전원(RF power)이 연결되며, 상부전극(300)은 축전 결합 플라스마(Capacitively Coupled Plasma:CCP) 소스가 된다. 한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 지지플레이트(220)는 접지되며, 상부전극(300)과 대응되는 하부전극의 역할을 한다. 따라서, 상부전극(300)에 고주파 전원이 인가되면, 상부전극(300)과 지지플레이트(220) 사이에는 전자기장이 형성되며, 전자기장에 의해 공정챔버(100) 내부의 소스가스는 방전된다.On the other hand, the source gas supplied into the
도 10은 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 흐름도이며, 도 11은 도 3의 기판처리장치(10)가 작동하는 모습을 나타내는 도면이다. 이하, 도 10 및 도 11을 참고하여 본 발명에 따른 기판처리방법을 설명하기로 한다.10 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to the present invention, and FIG. 11 is a view illustrating a state in which the
먼저, 웨이퍼(W)를 공정챔버(100) 내의 지지부재(200) 상에 로딩한다(S10). 구동기(132)에 의하여 도어(130)가 개방되면, 웨이퍼(W)는 통로(122)를 통하여 공정챔버(100)의 내부로 유입되며, 지지부재(200) 상의 지지돌기(229) 상에 놓여진다. 앞서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)는 정전기력에 의하여 지지플레이트(220) 상 에 고정될 수 있다.First, the wafer W is loaded on the
다음, 공정챔버(100) 내에 플라스마를 생성한다(S20). 플라스마를 생성하는 구체적인 방법은 다음과 같다. 첫번째로, 가스공급부재(400)를 이용하여 웨이퍼(W)의 상부에 소스가스를 공급한다. 가스공급라인(460) 내부를 흐르는 소스가스는 지지축(460)의 내부 및 버퍼공간(426)을 통해 웨이퍼(W)의 상부에 공급된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 센터분사구들(422)을 통해 분사된 소스가스는 웨이퍼(W)의 중심부를 향하며, 에지분사구들(424)을 통해 분사된 소스가스는 웨이퍼(W)의 가장자리부를 향한다. 두번째로, 공급된 소스가스를 방전시킨다. 상부전극(300)에 고주파 전원을 인가하면 상부전극(300)과 지지플레이트(220) 사이에 전자기장이 형성되며, 공정챔버(100) 내부의 소스가스는 방전되어 플라스마를 생성한다. 이는 축전 결합 플라스마 소스 방식이다. 이때, 앞서 살펴본 바와 같이, 분사노즐(424)의 하단은 분사구(422)의 하단에 비하여 지지플레이트(220)에 근접해 있으므로, 분사노즐(424)로부터 분사된 소스가스는 웨이퍼(W)의 가장자리부에 집중될 수 있다. 또한, 분사노즐(424)은 충분한 양의 소스가스를 웨이퍼(W)의 가장자리부에 공급할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 가장자리부에는 충분한 양의 플라스마가 공급될 수 있다.Next, plasma is generated in the process chamber 100 (S20). Specific methods for generating plasma are as follows. First, the source gas is supplied to the upper portion of the wafer W by using the
다음, 생성된 플라스마를 이용하여 웨이퍼(W)의 갭 내에 막을 증착한다(S30). 생성된 플라스마는 웨이퍼(W) 상에 공급되며, 웨이퍼(W)의 갭 내에는 막이 증착된다. 이후, 앞서 설명한 바와 같이, 갭 상부에서 성장한 오버행을 제거하기 위한 에칭이 이루어지며, 에칭이 완료되면 동일한 방법으로 증착과정이 반복된다. 이와 같은 방법을 통하여 웨이퍼(W)의 갭은 채워진다.Next, a film is deposited in the gap of the wafer W using the generated plasma (S30). The resulting plasma is supplied onto the wafer W, and a film is deposited in the gap of the wafer W. Thereafter, as described above, etching is performed to remove the overhang grown on the gap, and when the etching is completed, the deposition process is repeated in the same manner. Through this method, the gap of the wafer W is filled.
상술한 방법에 의하면, 웨이퍼(W)의 가장자리부에 충분한 소스가스 및 플라스마를 공급할 수 있다. 웨이퍼의 전면에 대하여 공정균일도를 증가시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 상에 균일한 두께의 막을 증착할 수 있다.According to the method mentioned above, sufficient source gas and plasma can be supplied to the edge part of the wafer W. As shown in FIG. Process uniformity can be increased for the entire surface of the wafer. It is also possible to deposit a film of uniform thickness on the wafer.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, other forms of embodiments are possible. Therefore, the spirit and scope of the claims set forth below are not limited to the preferred embodiments.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 가장자리부에 충분한 소스가스 및 플라스마를 공급할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 대하여 공정균일도를 증가시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 상에 균일한 두께의 막을 증착할 수 있다.According to the present invention, sufficient source gas and plasma can be supplied to the edge portion of the wafer. In addition, process uniformity can be increased with respect to the entire surface of the wafer. It is also possible to deposit a film of uniform thickness on the wafer.
Claims (9)
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |