JP2010538488A - 基板処理装置 - Google Patents

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ソン、ビョン−ギュ
リー、ジャエ−ホウ
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Abstract

【課題】本発明は基板処理装置に関するものである。
【解決手段】本発明の基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材と、前記支持部材の上部に提供され、前記内部空間に生成されたプラズマを前記支持部材に向かって集中させる誘導チューブとを含む。前記誘導チューブは前記基板の形状とほぼ一致する形状の断面を有する筒状であり、一端を通じて流入された前記プラズマを他端を通じて前記支持部材に向かって流出させることができる。前記チャンバは、前記支持部材が提供され、前記プラズマにより工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記コイルにより前記プラズマが生成される生成チャンバとを備え、前記誘導チューブの上端は前記工程チャンバの上部壁に連結することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板処理装置に関するものであり、特にプラズマを用いる基板処理装置に関するものである。
半導体装置は、シリコン基板上に多くの層(layers)を有しており、このような層は蒸着工程により基板上に蒸着される。このような蒸着工程は数個の重要なイシューを有しており、このイシューは蒸着された膜を評価し蒸着方法の選択において重要である。
その一番目は、蒸着された膜の'質'(qulity)である。これは組成(composition)、汚染度(contamination levels)、損失度(defect density)、そして機械的・電気的特性(mechanical and electrical properties)を意味する。膜の組成は蒸着条件によって変わり、これは特定の組成(specific composition)を得るために非常に重要である。
二番目は、ウエハの横方向の均一な厚さ(uniform thickness)である。特に、段差(step)が形成された非平面(nonplanar)状のパターンの上部に蒸着された膜の厚さが非常に重要である。蒸着された膜の厚さが均一であるかどうかは、段差部分に蒸着された最小厚さをパターンの上部面に蒸着された厚さで割った値として定義されるステップカバレッジ(step coverage)により判断することができる。
蒸着と関連した他のイシューは空間を詰めること(filling space)である。これは金属ライン間を酸化膜を含む絶縁膜で詰めるギャップ充填(gap filling)を含む。ギャップは金属ラインを物理的および電気的に絶縁させるために提供される。
このようなイシューのうち、均一度は蒸着工程と関連した重要なイシューの一つであり、不均一な膜は金属配線(metal line)上において高い電気抵抗(electrical resistance)を招き、機械的な破損の可能性を増加させる。
本発明の目的は、工程率を高めることができる基板処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、次の詳細な説明と添付の図面からより明確になるであろう。
本発明によると、基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材と、前記支持部材の上部に提供され、前記内部空間に生成されたプラズマを前記支持部材に向かって集中させる誘導チューブとを含む。
前記誘導チューブは、前記基板の形状とほぼ一致する形状の断面を有する筒状であり、一端を通じて流入された前記プラズマを他端を通じて前記支持部材に向かって流出させることができる。
前記チャンバは、前記支持部材が提供され、前記プラズマにより工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記コイルにより前記プラズマが生成される生成チャンバとを備え、前記誘導チューブの上端は前記工程チャンバの上部壁に連結することができる。
前記チャンバは、前記支持部材が提供され、前記プラズマにより工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記コイルにより前記プラズマが生成される生成チャンバとを備え、前記誘導チューブの上端は前記生成チャンバの下端に連結することができる。
前記装置は、前記内部空間にソースガスを供給するガス供給ユニットと、前記内部空間に電界を形成して前記ソースガスからプラズマを生成するコイルとをさらに含むことができる。
本発明によると、誘導チューブによりプラズマを集中させることができる。
本発明の第1実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。 図1の第1排気プレートを概略的に示す図である。 図1の第1排気プレートに形成された排気孔を選択的に閉鎖した状態を示す図である。 図1の第1排気プレートに形成された排気孔を選択的に閉鎖した状態を示す図である。 図1の第1排気プレートおよび第2排気プレートを用いて工程の均一度を調節する様子を示す図である。 本発明の第2実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。 本発明の第3実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。 図7のシャワーヘッドを示す図である。 図7のシャワーヘッドを示す図である。 図7のシャワーヘッドを示す図である。 図1の拡散板を示す図である。 図1の拡散板を示す図である。
以下、本発明の望ましい実施例を添付の図1〜図12を参考してより詳しく説明する。但し、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
一方、以下ではプラズマを用いる工程を例に挙げて説明するが、本発明の技術的思想と範囲はこれに限定されず、本発明は真空状態で工程が行われる様々な半導体製造装置に応用することができる。また、以下では ICP(Inductively Coupled Plasma)方式のプラズマ工程を例に挙げて説明するが、本発明はECR(Electron Cyclotron Resonance)方式を含む多様なプラズマ工程に応用することができる。
図1は本発明の第1実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。
基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバ10を含む。チャンバ10は、工程チャンバ12と生成チャンバ14に分かれ、工程チャンバ12内では基板に対する工程が行われ、生成チャンバ14では後述するガス供給ユニット40により供給されたソースガスからプラズマが生成される。
工程チャンバ12内には支持プレート20が設けられ、支持プレート20上には基板が載置される。基板は工程チャンバ12の一側に形成された入口12aを通じて工程チャンバ12の内部に投入され、投入された基板は支持プレート20の上に載置される。また、支持プレート20は例えば静電チャック(electrostatic chuck、E-chuck)であり、支持プレート20上に載置されたウエハの温度を精密に制御するために別途のヘリウム(He)後面冷却システム(未図示)を備えることができる。
生成チャンバ14の外周面には高周波電源(RF generator)に接続されるコイル16が提供される。コイル16に高周波電流が流れるとコイルによって磁場に変化し、これを用いてチャンバ10の内部に供給されたソースガスからプラズマを生成する。
生成チャンバ14の上部壁には供給孔14aが形成され、供給孔14aには供給ライン42が連結される。供給ライン42は供給孔14aを通じてチャンバ10の内部にソースガスを供給する。供給ライン42は供給ライン42に提供されたバルブ42aにより開閉される。生成チャンバ14の上部壁には拡散板44が連結され、拡散板44と生成チャンバ14の上部壁との間にはバッファー空間46が形成される。供給ライン42により供給されたソースガスはバッファー空間46に詰められ、拡散板44に形成された拡散孔を通じて生成チャンバ14の内部に拡散される。
一方、工程チャンバ12の一側には排気ライン36が連結され、排気ライン36上にはポンプ36aが連結される。チャンバ10の内部で生成されたプラズマおよび反応副生成物などは排気ライン36を通じてチャンバ10の外部に排出され、ポンプ36aはこれらを強制排出する。
チャンバ10内部のプラズマおよび反応副生成物などは第1および第2排気プレート32、34を通じて排気ライン36に流入される。第1排気プレート32は支持プレート20の外側に支持プレート20とほぼ平行に配置され、第2排気プレート34は第1排気プレート32の下部に第1排気プレート32とほぼ平行に配置される。チャンバ10内部のプラズマおよび反応副生成物などは、第1排気プレート32に形成された第1排気孔322、324、326を通じて第2排気プレート34に形成された第2排気孔342、344、346を通じて排気ライン36に流入される。
図2は図1の第1排気プレート32を概略的に示す図である。第2排気プレート34および第2カバー352、354は、それぞれ以下で説明する第1排気プレート32および第1カバー332、334、336と同じ構造および機能を有するので、これらについての詳細な説明は省略する。
図2に示すように、第1排気プレート32上には開口321、第1外側排気孔322、第1中間排気孔324、第1内側排気孔326が形成される。開口321の上には支持プレート20が設けられる。第1内側排気孔326は、第1排気プレート32の中央に形成された開口321を取り囲むように配置され、開口321の中心を基準とする同心円上に配置される。第1中間排気孔324は、第1内側排気孔326を取り囲むように配置され、開口321の中心を基準とする同心円上に配置される。第1外側排気孔322は、第1中間排気孔324を取り囲むように配置され、開口321の中心を基準とする同心円上に配置される。
図2に示すように、第1外側排気孔322は第1外側カバー332により、第1中間排気孔324は第1中間カバー334により、第1内側排気孔326は第1内側カバー336によりそれぞれ開閉することが可能である。第1外側排気孔322は第1外側カバー332と、第1中間排気孔324は第1中間カバー334と、第1内側排気孔326は第1内側カバー336とそれぞれ対応するサイズおよび形状を有する。
図3および図4は図1の排気プレートに形成された排気孔を選択的に閉鎖した状態を示す図であり、図5は図1の第1排気プレート32および第2排気プレート34を用いて工程均一度を調節する様子を示す図である。以下、図3〜図5を参考して工程の均一度を調節する方法を説明する。
チャンバ10の内部空間で行われる基板に対する工程は、プラズマによって行われ、プラズマの流動を調節することにより工程の均一度を確保することができる。チャンバ10の内部で生成されたプラズマは、第1および第2排気プレート32、34により排気ライン36に流入されるため、第1および第2排気プレート32、34を用いてプラズマの流動を調節することができる。
図3は第1および第2中間カバー334、354を用いて第1および第2中間排気孔324、344を閉鎖した様子を示す図であり、図4は第1および第2中間カバー334、354と第1および第2外側カバー332、352を用いて第1および第2中間排気孔324、344と第1および第2外側排気孔322、342を閉鎖した様子を示す図である。プラズマは、第1および第2排気プレート32、34にそれぞれ形成された排気孔を通じて排気ラインに流入されるため、排気孔を選択的に遮断して流路面積を調節することにより、プラズマの流動を調節することができる。
一方、図3および図4では、第1および第2排気プレート32、34の排気孔を同じ条件で閉鎖しているが、第1および第2排気プレート32、34の条件を異にすることができる。また、例えば、第1外側排気孔322中の一部を選択的に開閉するか、第1内側排気孔326中の一部を選択的に開閉することができる。即ち、図2に示した12個の第1カバーを選択的に使用してプラズマの流動を調節でき、これにより工程結果による工程の均一度を確保することができる。
また、図5に示すように、第1および第2排気プレート32、34中の一つを他の一つに対して回転させることにより、第1排気孔と第2排気孔の相対的な位置を調節することができる。即ち、第1排気孔と第2排気孔を重なり合わないように配置でき、これによりプラズマの流動を調節することができる。
上述したように、第1および第2排気プレートを用いてプラズマの流動を調節でき、これにより工程の均一度を確保することができる。
図6は本発明の第2実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。図6に示すように、基板処理装置は誘導チューブ50をさらに含むことができる。
誘導チューブ50は基板の形状とほぼ一致する縦断面形状を有する。基板が四角形の場合は四角形状の縦断面を有し、円形の場合は円形状の縦断面を有する。誘導チューブ50は、工程チャンバ12の上部壁および生成チャンバ14の下端から支持プレート20に向けて延び、誘導チューブ50の下端は支持プレート20から一定距離離隔されている。これにより、プラズマは、誘導チューブ50の下端と支持プレート20との間の離隔空間を通じて排気ライン36に流入される。
図6に示すように、生成チャンバ14で生成されたプラズマは誘導チューブ50の内壁を通じて支持プレート20上の基板に集中させることができる。誘導チューブ50がない場合、プラズマ中の一部は基板と反応しない状態で基板の外側に流れ出る恐れがある。
図7は本発明の第3実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。基板処理装置はシャワーヘッド60および支持テーブル70をさらに含む。シャワーヘッド60は支持プレート20の上部に配置され、支持プレート20から一定距離離隔される。支持テーブル70の一端にはシャワーヘッド60が載置され、支持テーブル70の下端は第1排気プレート32上に連結される。支持テーブル70は、シャワーヘッド60を支持すると共に、支持プレート20および支持プレート20の内部に提供されたヒーター(未図示)を保護する。
図8〜図10は図7のシャワーヘッド60を示す図である。シャワーヘッド60は、中心板62、境界板66、中心板62と境界板66を連結する連結バー68を含み、生成チャンバ14で生成されたプラズマを支持プレート20上に載置された基板に供給する。連結バー68a、68b、68cは中心板62を中心に互いに120°をなす。
図8および図9に示すように、中心板62はシャワーヘッド60の中央に位置し、連結バー68は中心板62から半径の外側方向に延びる。連結バー68の一端にはリング状の境界板66が提供される。中心板62と境界板66との間には第1〜第6リング64a、64b、64c、64d、64e、64fが提供される。第1〜第6リング64a、64b、64c、64d、64e、64fは連結バー68上に着脱することが可能である。
図9は第4リングおよび第6リング64d、64fを連結バー68から分離した様子を示す図である。第4リングおよび第6リング64d、64fを分離すると、第4リングおよび第6リング64d、64fに対応する第4および第6噴射口65d、65fが提供される。図10は第3リングおよび第4リング、第6リング64c、64d、64fを連結バー68から分離した様子を示す図である。第3リングおよび第4リング、第6リング64c、64d、64fを分離すると、第3リングおよび第4リング、第6リング64c、64d、64fに対応する第3、第4、第6噴射口65c、65d、65fが提供される。即ち、第1〜第6リング64a、64b、64c、64d、64e、64fを選択的に着脱することにより、第1〜第6噴射口65a、65b、65c、65d、65e、65fを選択的に提供でき、支持部材20上に供給されるプラズマの流動を変更することができる。これにより工程の均一度を確保することができる。
一方、例えば、第4リング64dを中心板62を基準に一定の角度(例えば、120°)で分割し、第4リング64d中の一部を選択的に分離することによりプラズマの流動を変更することもできる。これは第1および第2排気プレート32、34で説明した内容とほぼ一致する。
図11および図12は図1の拡散板44を示す図である。
図11に示した拡散板44は最外側に位置する第1拡散孔442と第1拡散孔442の内側に位置する第2拡散孔444を有し、第1および第2拡散孔442、444は一定の幅(d1)上に配置される。図12に示した拡散板44は第1および第2拡散孔442、444の他に第3および第4拡散孔446、448を有し、第1〜第4拡散孔は一定の幅(d2)上に配置される。
供給ライン42により流入されたソースガスは拡散孔を通じて生成チャンバ14の内部に拡散される。この際、拡散孔の配置を変更することにより、ソースガスの供給方式を変更でき、ソースガスの供給方式により工程の均一度を調節することができる。
10 チャンバ
12 工程チャンバ
14 生成チャンバ
16 コイル
20 支持プレート
32 第1排気プレート
34 第2排気プレート
36 排気ライン
40 ガス供給ユニット
44 拡散板
50 誘導チューブ
60 シャワーヘッド
70 支持テーブル
322、324、326 第1排気孔
332、334、336 第1カバー
342、344、346 第2排気孔
352、354 第2カバー

Claims (5)

  1. 基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、
    前記チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材と、
    前記支持部材の上部に提供され、前記内部空間に生成されたプラズマを前記支持部材に向かって集中させる誘導チューブと
    を含むことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記誘導チューブは、前記基板の形状とほぼ一致する形状の断面を有する筒状であり、
    一端を通じて流入された前記プラズマを他端を通じて前記支持部材に向かって流出させることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記チャンバは、
    前記支持部材が提供され、前記プラズマにより工程が行われる工程チャンバと、
    前記工程チャンバの上部に提供され、コイルにより前記プラズマが生成される生成チャンバと
    を備え、
    前記誘導チューブの上端は前記工程チャンバの上部壁に連結されることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  4. 前記チャンバは、
    前記支持部材が提供され、前記プラズマにより工程が行われる工程チャンバと、
    前記工程チャンバの上部に提供され、コイルにより前記プラズマが生成される生成チャンバと
    を備え、
    前記誘導チューブの上端は前記生成チャンバの下端に連結されることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  5. 前記装置は、
    前記内部空間にソースガスを供給するガス供給ユニットと、
    前記内部空間に電界を形成して前記ソースガスからプラズマを生成するコイルと
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
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