JP2005197672A - 半導体製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アンテナに高圧の電源が印加されて高密度のプラズマが発生される場合にも容易にドームの温度を所定の基準温度範囲に一定に維持することができる。
【解決手段】 基板を受容する受容空間を形成するチャンバ本体及びドームと、前記ドームの上側に設けられて前記受容空間にプラズマを発生させるアンテナと、前記ドームの上側に設けられて前記ドームの温度を調節する温度調節ユニットとを備えた半導体製造装置において、前記温度調節ユニットは、前記ドームの上側に前記ドーム及び前記アンテナと隣接に設けられた熱伝達部材と；前記熱伝達部材の上側に設けられて前記ドームを加熱させるためのヒーターと；前記熱伝達部材と前記ヒーターとの間に設けられて前記ドームを冷却させる冷却部材と；前記冷却部材に対して結合されて前記ドームが所定の基準温度範囲を維持するように前記冷却部材に供給される冷却剤の量を調節する調節弁とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置係り、さらに詳しくは、高密度プラズマ（ＨＤＰ）化学気相蒸着（ＣＶＤ）のチャンバに設けられたドームの温度を一定に維持するように構造を改善した温度調節ユニットを有する半導体製造装置に関する。
一般に、半導体製造装置である半導体製造工程に設けられたチャンバは、主にウェーハを受容できるように受容空間を形成するように設けられたチャンバ本体及びドームと、受容空間であるチャンバ内に蒸着用ガスを供給するためのガス噴射ノズル等を有するガス供給装置と、ウェーハを支持するようにチャンバ内に設けられたウェーハ支持装置を含む。また、ドームは、チャンバ本体の上側に設けられてチャンバ本体と共にウェーハを受容して蒸着できるように密閉された受容空間を形成する。また、ドームの上側にはチャンバ内部に供給される蒸着用ガスをプラズマ状態に励起するためにＲＦ（無線周波数）電源が印加されるアンテナと、このようなプラズマによって加熱されるドームの温度を調節するための温度調節ユニットが設けられる。
また、最近にはこのようなウェーハの高容量化が要求されることによって、さらに稠密なパタンの形成が必要である。また、このようなさらに稠密なパタンを有するウェーハを蒸着するためにはアンテナに高圧の電源を印加しなければならない。また、アンテナに高圧の電源が印加されれば、チャンバ内に高温の高密度プラズマ（ＨＤＰ）が形成されて稠密なパタンを有するウェーハを蒸着することができる。
また、ドームはセラミックスからなるので、このようなセラミックス材質のドームを熱衝撃から保護するためには、ドームの温度を一定に維持することが大切である。
また、半導体製造装置に設けられたドームの温度調節ユニットに関する先行技術が米国特許第ＵＳ６、２８６、４５１号のドーム形状と温度調節面に開示されている。このような半導体調節装置に設けられた温度調節ユニットに対して図１を参照して説明する。即ち、図１にはドーム（図示せず）の上側に設けられてアンテナとして役割を果たすコイル７２とコイル７２の上側に設けられた温度調節アセンブリ６４が示されている。
温度調節アセンブリ６４は、コイル７２の上側に設けられた熱伝達プレート８６と、熱伝達プレート８６の上側に設けられてドームの温度を所定の基準温度に上昇させるヒーティングプレート８０と、ヒーティングプレート８０の上側に設けられてドームを冷却させる冷却プレート８２と、を含む。また、各プレートの間には熱伝達を促進するための熱伝達レイヤ９０、８８、８４が設けられる。
冷却プレート８２には、冷却水を通過させることができるように冷却水チャネルが形成される。
これにより、従来の半導体製造装置に設けられた温度調節ユニットは、チャンバ内にプラズマを形成する間に冷却プレート８０の冷却水チャネルに続いて冷却水を循環させることによってドームを冷却させることができる。
しかし、従来の半導体製造装置の温度調節ユニットは、冷却プレート８２がヒーティングプレート８０の上側にだけ設けられているので、高容量のウェーハを蒸着するためのコイル７２に高圧の電源が印加される場合、チャンバ内に発生される高密度プラズマによって高温に上昇するドームを適切に冷却させない問題がある。
本発明の目的は、アンテナに高圧の電源が印加される場合にもドームの温度を一定に維持することができる温度調節ユニットを有する半導体製造装置を提供することである。
前記目的を達成するために本発明による半導体製造装置は、基板を受容する受容空間を形成するチャンバ本体及びドームと、前記ドームの上側に設けられて前記受容空間にプラズマを発生させるアンテナと、前記ドームの上側に設けられて前記ドームの温度を調節する温度調節ユニットと、を備えた半導体製造装置において、前記温度調節ユニットは、前記ドームの上側に前記ドーム及び前記アンテナと隣接に設けられた熱伝達部材と；前記熱伝達部材の上側に設けられて前記ドームを加熱させるためのヒーターと；前記熱伝達部材と前記ヒーターとの間に設けられて前記ドームを冷却させる冷却部材と；前記冷却部材に対して結合されて前記ドームが所定の基準温度範囲を維持するように前記冷却部材に供給される冷却剤の量を調節する調節弁とを含むことを特徴とする。
ここで、前記冷却部材には、冷却剤が通過できるように形成された冷却剤チャネルと、前記冷却剤チャネルの入口領域に設けられた供給管と、前記冷却剤チャネルの出口領域に設けられた排出管とを含み、前記調節弁は、前記供給管及び前記排出管の中で少なくともいずれか一つに設けられることが好ましい。
前記温度調節ユニットは、前記ドームの温度を測定することができるように設けられた温度センサーをさらに含み、前記調節弁は、前記温度センサーによって測定された前記ドームの温度が前記所定の基準温度範囲より以下である時には閉鎖され、前記ドームの温度が前記所定の基準温度より高い時には開放されるように調節されることが好ましい。
前記ドームの所定の基準温度範囲は、前記ドームの設定された基準温度で−２０℃乃至＋２０℃程度の範囲であることが好ましい。
前記調節弁は、前記アンテナに印加される電源の電力に従って調節されることが好ましい。
前記温度調節ユニットは、前記ヒーターの上側に設けられて前記ドームを冷却させるための補助冷却部材をさらに含むことが好ましい。
前記補助冷却部材には、冷却剤が通過できるように形成された補助冷却剤チャネルと、前記補助冷却剤チャネルの入口領域に設けられた補助供給管と、前記補助冷却剤チャネルの出口領域に設けられた補助排出管とを含むことが好ましい。
前記温度調節ユニットは、前記補助供給管及び補助排出管の中で少なくともいずれか一つに設けられて前記補助冷却剤チャネルに供給される冷却剤の量を調節する補助調節弁をさらに含むことが好ましい。
前記補助調節弁は、前記ドームの温度を基準として調節されることが好ましい。
前記補助調節弁は、前記アンテナに印加される電源の電力に従って調節されることが好ましい。
前記温度調節ユニットは、前記補助冷却部材の上側に設けられて前記補助冷却剤チャネルを気密に維持するカバー部材をさらに含むことが好ましい。
上述したように、本発明によれば、アンテナに高圧の電源が印加されて高密度のプラズマが発生される場合にも容易にドームの温度を所定の基準温度範囲に一定に維持することができる。
説明に前もって、いろいろな実施形態において、同一の構成を有する構成要所に対しては同一の符号を付して代表的に第１実施形態で説明し、その他の実施形態に対しては第１実施形態と異なる構成にだけ説明する。
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図２乃至図４に示すように、本発明の第１実施形態による半導体製造装置は、半導体製造工程に設けられたウェーハのような基板（図示せず）を蒸着するためのチャンバ１である。
チャンバ１は、基板を受容することができるように受容空間を形成するように設けられたチャンバ本体７及びドーム３と、受容空間であるチャンバ１内に蒸着用ガスを供給するためのガス噴射ノズル８等を有するガス供給装置（図示せず）と、基板を支持するようにチャンバ１内に設けられた基板支持装置（図示せず）と、ドーム３の上側にチャンバ１内部に供給される蒸着用ガスをプラズマ状態に励起するためにＲＦ系電源が印加されるアンテナ５と、プラズマによって加熱されるドーム３の温度を調節するための温度調節ユニット１０と、を含む。
チャンバ本体７は、基板支持装置（図示せず）を受容することができるように、下端部が密閉された円筒形状に設けられることが好ましい。また、チャンバ本体７には基板が出入することができるように開閉可能に設けられた基板出入部（図示せず）と、チャンバ１内部を真空状態にするように設けられた真空ポンプ（図示せず）と、蒸着が完了された後に蒸着用ガスを排出するように開閉可能に設けられたガス排出部（図示せず）等が設けられる。
ガス噴射ノズル８は、チャンバ本体７の内側面に多く装着されてチャンバ１内に蒸着用ガスを噴射することになる。
ドーム３は、チャンバ本体７の上側に設けられてチャンバ本体７とスクリュー等によって結合され、チャンバ本体７と共に基板を受容して蒸着できるように密閉された受容空間を形成する。また、ドーム３は、セラミックス材質からなることが好ましく、このようなセラミックス材質のドーム３を熱衝撃から保護するためにドーム３の温度を一定に維持することが好ましい。また、ドーム３は、チャンバ本体７に対応して円板形状に設けられることが好ましい。また、ドーム３は、Ａｌ２Ｏ３であるセラミックス材質からなることが好ましいが、ＡＬＮやＳｉＯ２のようなセラミックス材質からなることもできる。
アンテナ５は、ドーム３の上部面にコイル形状に設けられることが好ましい。また、アンテナ５は高容量化されて稠密なパタンを有する基板を蒸着することができるように高圧の電源を印加することになる。また、アンテナ５に高圧の電源が印加されると、チャンバ１内に高温の高密度プラズマ（ＨＤＰ）が形成されて稠密なパタンを有する基板を蒸着することができる。また、アンテナ５に印加される電源の電力は、５０００Ｗ程度であることが好ましい。しかし、アンテナ５に印加される高圧電源は５,０００Ｗを除いた１,０００Ｗ乃至２,０００Ｗ程度であることも分かる。
温度調節ユニット１０は、ドーム３の上側にドーム３及びアンテナ５と隣接に設けられた熱伝達部材１１と、熱伝達部材１１の上側に設けられてドーム３を加熱させるためのヒーター１４と、熱伝達部材１１とヒーター１４との間に設けられてドーム３を冷却させるための冷却部材２０と、冷却部材２０に対して結合されてドーム３が所定の基準温度範囲を維持するように冷却部材２０に供給される冷却剤の量を調節する調節弁２７と、を含む。また、温度調節ユニット１０は、ヒーター１４の上側に設けられてドーム３を冷却させるための補助冷却部材３０をさらに含むことができる。また、温度調節ユニット１０は、ドーム３の温度を測定することができるようにドーム３の外側または内側に設けられた温度センサー（図示せず）をさらに含むことができる。
熱伝達部材１１は、冷却部材２０とドーム３との間に熱伝達がよく行われるように熱伝導性のよい材質からなる。また、熱伝達部材１１は、ドーム３の形状に対応して円板形状に設けられることが好ましい。また、熱伝達部材１１の下部面にはアンテナ５を受容することができるようにアンテナ受容部１２が設けられる。
ヒーター１４は、冷却部材２０の形状に対応して円板形状に設けられることが好ましい。また、ヒーター１４は、ドーム３の温度を所定の基準温度範囲に上昇させるために設けられる。即ち、チャンバ１が作動し始まる初期にはドーム３は常温を維持しているので、ヒーター１４は、常温状態のドーム３を加熱して所定の基準温度範囲に上昇させることになる。これによって、ヒーター１４によってドーム３が所定の基準温度範囲に加熱されることによって、チャンバ１内にプラズマがよく発生されることができ、高密度のプラズマによってドーム３の温度が急激に増加してドーム３に熱衝撃が発生されることを防止することができる。また、このようなドーム３の基準温度は、アンテナ５に印加される電源や蒸着用ガスの種類及び蒸着する基板の種類等に従ってさまざまに設定されることができる。また、ドーム３の所定の基準温度範囲は、ドーム３に設定された基準温度で−２０℃乃至＋２０℃程度の範囲であることが好ましい。即ち、例えば、ドーム３の基準温度を１００℃に設定すると、所定の基準温度範囲は８０℃乃至１２０℃程度であることが好ましい。しかし、ドーム３の所定の基準温度範囲はドーム３に設定された基準温度で−１０℃乃至＋１０℃程度の範囲であることがさらに好ましい。また、ドーム３の所定の基準温度範囲は、ドーム３に設定された基準温度が高ければ高いほど多少広まることもできる。即ち、ドーム３の所定の基準温度範囲は、基準温度が１００℃より高い場合には、略基準温度の８０％乃至は１２０％程度の範囲であることが好ましい。
冷却部材２０は、熱伝達部材１１の形状に対応して円板形状に設けられることが好ましい。また、冷却部材２０には、冷却剤が通過できるように形成された冷却剤チャネル２１と、冷却剤チャネル２１の入口領域に設けられた供給管２３と、冷却剤チャネル２１の出口領域に設けられた排出管２５とを含む。
冷却剤チャネル２１は、冷却部材２０の上部面に相互に連結された多くの円弧形状に陥没されることが好ましい。また、冷却剤チャネル２１は、冷却剤が漏れないように冷却部材２０の上側に設けられたヒーター１４と密着されて気密されることが好ましい。しかし、冷却部材２０とヒーター１４との間に別途の冷却部材カバーが設けられて冷却部材２０と密着されるように結合されることによって、冷却剤チャネル２１を気密に維持することもできる。また、冷却剤は、冷却剤チャネル２１に容易に供給することができるように冷却水のような液状に設けられる。
供給管２３は、一側が冷却剤貯蔵所（図示せず）と連結され、他側が冷却剤チャネル２１と連結される。また、冷却剤貯蔵所は、ドーム３の基準温度に従って冷却剤の温度を適切に調節することができるように設けられることが好ましい。即ち、例えば、冷却剤貯蔵所は、冷却剤の温度がドーム３の基準温度に従って略−３０℃から１６０℃の間の中でいずれか一領域になるように調節可能に冷却装置（図示せず）及び加熱装置（図示せず）を含むことが好ましい。また、排出管２３は、一側が冷却剤チャネル２１と連結され、他側が冷却剤貯蔵所（図示せず）と連結される。これにより、冷却剤は、冷却剤貯蔵所から供給管２３を通じて冷却剤チャネル２１に供給され、冷却剤チャネル２１を通過した冷却剤は、排出管２５を通じてさらに冷却剤貯蔵所に排出されることができる。
調節弁２７は、供給管２３及び排出管２５の中で少なくともいずれか一つに設けられることが好ましい。また、本発明の実施形態で調節弁２７は、供給管２３に設けられる。また、調節弁２７は、供給管２３を通過する冷却剤の量を調節することができるように流量調節弁であることが好ましい。しかし、調節弁２７は、単に供給管２３をオンオフすることができる開閉用弁であることもできる。また、調節弁２７は、温度センサーによって測定されたドーム３の温度が所定の基準温度範囲より以下である時閉鎖され、ドーム３の温度が所定の基準温度範囲より以上である時開放されるように調節されることが好ましい。
また、調節弁２７は、アンテナ５に印加される電源の電力に従って調節されることもできる。即ち、アンテナ５に印加される電源の電力に従ってチャンバ１内のプラズマの密度が変わり、このようなプラズマの密度に従ってドーム３の温度が変わることになる。例えば、アンテナ５に印加される電源の電力が増加するほどチャンバ１内にさらに高密度のプラズマが発生され、このような高密度のプラズマによってドーム３の温度がさらに増加するので、このような場合に冷却部材２０に冷却剤がさらに多く供給されるように調節弁２７を調節することになる。
補助冷却部材３０は、冷却剤が通過できるように形成された補助冷却剤チャネル３１と、補助冷却剤チャネル３１の入口領域に設けられた補助供給管３３と、補助冷却剤チャネル３１の出口領域に設けられた補助排出管３５と、を含むことができる。また、補助供給管３３及び補助排出管３５の中で少なくともいずれか一つに設けられて補助冷却剤チャネル３１に供給される冷却剤の量を調節する補助調節弁３７がさらに設けられることが好ましい。また、補助冷却部材３０の上側には補助冷却剤チャネル３１を気密に維持するようにカバー部材３９がさらに設けられることが好ましい。
補助冷却剤チャネル３１、補助供給管３３及び補助排出管３５は、前述した冷却剤チャネル２１、供給管２３及び排出管２５と類似なので詳細な説明は省略する。
補助調節弁３７は、前述した調節弁２７と類似に設けられることが好ましい。即ち、補助調節弁３７は、ドーム３の所定の基準温度範囲に従って開閉されるように調節されることが好ましい。また、補助調節弁３７は、アンテナ５に印加される電源の電力に従って調節されることもできる。しかし、補助調節弁３７は、調節弁２７の作動との関わらずチャンバ１内で蒸着過程が進行される間に続いて冷却剤が補助冷却部材３０に供給されるように開放されることもできる。
このような構成によって本発明の第１実施形態による半導体製造装置の温度調節ユニット１０が作動する過程について以下で説明する。
まず、ヒーター１４を作動させて、初期の常温状態のドーム３を加熱する。また、チャンバ１内に基板を受容した後、ガス噴射ノズル８を通じて蒸着用ガスをチャンバ１内に噴射する。また、アンテナ５に高圧の電源を印加してチャンバ１内に高密度のプラズマを発生させて基板を蒸着する。この時、ドーム３の温度が所定の基準温度範囲以下である場合には、ヒーター１４を続いて作動してドーム３の温度を上昇させる。また、ドーム３の温度が所定の基準温度範囲より高い場合には調節弁２７及び補助調節弁３７を開放して冷却部材２０及び補助冷却部材３０に冷却剤を循環させる。これによって、ドーム３の温度を下降させてドーム３の温度を所定の基準温度範囲に維持することができる。しかし、補助調節弁３７は、チャンバ１内に蒸着過程が行われる間にドーム３の温度に関わらず続いて開放されることもできる。また、調節弁２７及び補助調節弁３７は、アンテナ５に印加される電源の電力に従って調節されることもできる。
これによって、本発明による半導体製造装置は、アンテナ５に高圧の電源が印加されてチャンバ１内に高密度のプラズマが発生される場合にも容易にドーム３の温度を所定の基準温度範囲に一定に維持させることができる。
図５は、本発明の第２実施形態による半導体製造装置の概略図である。この図面に示すように、第２実施形態には第１実施形態の補助冷却部材３０及び補助調節弁３７が設けられていない。
即ち、第２実施形態による半導体製造装置に設けられた温度調節ユニット１０ａは、ドーム３の上側にドーム３及びアンテナ５と隣接に設けられた熱伝達部材１１と、熱伝達部材１１の上側に設けられてドーム３を加熱させるためのヒーター１４と、熱伝達部材１１とヒーター１４との間に設けられてドーム３を冷却させるための冷却部材２０と、冷却部材２０に対して結合されてドーム３が所定の基準温度範囲に維持するように冷却部材２０に供給される冷却剤の量を調節する調節弁２７と、を含む。また、第２実施形態による温度調節ユニット１０ａは、ヒーター１４の上側にヒーター１４の破損等を防止するために設けられた上部カバー４５をさらに含むことが好ましい。
このような構成によって、本発明の第２実施形態による半導体製造装置に設けられた温度調節ユニット１０ａの作動過程は、前述した第１実施形態で補助冷却部材３０を除いた残りの部分と類似なので詳しい説明は省略する。
これによって、本発明の第２実施形態による半導体製造装置は、アンテナ５に高圧の電源が印加されてチャンバ１内に高密度のプラズマが発生される場合にも容易にドーム３の温度を所定の基準温度範囲に一定に維持させることができる。
前述した実施形態で冷却部材２０及び補助冷却部材３０は、熱伝導性のよい材質から設けられることが好ましい。また、熱伝達部材１１、冷却部材２０、ヒーター１４及び補助冷却部材３０の間には各部材を密着させて熱伝導性を向上させることができるように別度の熱伝導性のよい熱伝導性部材が設けられることもできる。また、熱伝達部材１１、冷却部材２０、ヒーター１４及び補助冷却部材３０は、チャンバ本体７やドーム３に対してスクリューによって結合されることが好ましいが、他の結合手段によって結合されることもできる。
従来の半導体製造装置の部分斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体製造装置の部分概略図である。 本発明の第１実施形態による半導体製造装置の温度調節ユニットの断面図である。 図３の半導体製造装置の温度調節ユニットの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による半導体製造装備の部分概略図である。
符号の説明
１ チャンバ
３ ドーム
５ アンテナ
７ チャンバ本体
１０ 温度調節ユニット
１１ 熱伝達部材
１２ アンテナ受容部
１４ ヒーター
２０ 冷却部材
２１ 冷却剤チャネル
２３ 供給管
２５ 排出管
２７ 調節弁
３０ 補助冷却部材
３１ 補助冷却剤チャネル
３３ 補助供給管
３５ 補助排出管
３７ 補助調節弁
３９ カバー部材

Claims (12)

  1. 基板を受容する受容空間を形成するチャンバ本体及びドームと、前記ドームの上側に設けられて前記受容空間にプラズマを発生させるアンテナと、前記ドームの上側に設けられて前記ドームの温度を調節する温度調節ユニットとを備えた半導体製造装置において、
    前記温度調節ユニットは、
    前記ドームの上側に前記ドーム及び前記アンテナと隣接に設けられた熱伝達部材と；
    前記熱伝達部材の上側に設けられて前記ドームを加熱させるためのヒーターと；
    前記熱伝達部材と前記ヒーターとの間に設けられて前記ドームを冷却させる冷却部材と；
    前記冷却部材に対して結合されて前記ドームが所定の基準温度範囲を維持するように前記冷却部材に供給される冷却剤の量を調節する調節弁とを含むことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記冷却部材には、冷却剤が通過できるように形成された冷却剤チャネルと、前記冷却剤チャネルの入口領域に設けられた供給管と、前記冷却剤チャネルの出口領域に設けられた排出管とを含み、
    前記調節弁は、前記供給管及び前記排出管の中で少なくともいずれか一つに設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記温度調節ユニットは、前記ドームの温度を測定することができるように設けられた温度センサーをさらに含み、
    前記調節弁は、前記温度センサーによって測定された前記ドームの温度が前記所定の基準温度範囲より以下である時には閉鎖され、前記ドームの温度が前記所定の基準温度より高い時には開放されるように調節されることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記ドームの所定の基準温度範囲は、前記ドームの設定された基準温度で−２０℃乃至＋２０℃程度の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
  5. 前記調節弁は、前記アンテナに印加される電源の電力に従って調節されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  6. 前記ヒーターの上側には、上部カバーが設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  7. 前記温度調節ユニットは、前記ヒーターの上側に設けられて前記ドームを冷却させるための補助冷却部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  8. 前記補助冷却部材には、冷却剤が通過できるように形成された補助冷却剤チャネルと、前記補助冷却剤チャネルの入口領域に設けられた補助供給管と、前記補助冷却剤チャネルの出口領域に設けられた補助排出管とを含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
  9. 前記温度調節ユニットは、前記補助供給管及び補助排出管の中で少なくともいずれか一つに設けられて前記補助冷却剤チャネルに供給される冷却剤の量を調節する補助調節弁をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
  10. 前記補助調節弁は、前記ドームの温度を基準として調節されることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
  11. 前記補助調節弁は、前記アンテナに印加される電源の電力に従って調節されることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
  12. 前記温度調節ユニットは、前記補助冷却部材の上側に設けられて前記補助冷却剤チャネルを気密に維持するカバー部材をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
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