JP5196385B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気ユニットおよびこれを用いる排気方法、並びに前記排気ユニットを含む基板処理装置に関するものであり、特に排気プレートを含む排気ユニットおよびこれを用いる排気方法、並びに前記排気ユニットを含む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応じて変わり、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、工程の均一度を確保できる排気ユニットおよびこれを用いる排気方法、並びに前記排気ユニットを含む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、半導体製造装置は、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、内部空間の内部物質を外部に排気する排気ユニットと、チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材とを含み、排気ユニットは、物質の排気経路上の上部に位置し、複数の第１排気孔が形成される第１排気プレートと、排気経路上の下部に位置し、複数の第２排気孔が形成される第２排気プレートと、工程で複数の第１排気孔上に選択的にそれぞれ配置されて複数の第１排気孔を選択的に開閉し、内部物質が通過する複数の第１排気孔の流路面積を調節して工程の均一度を調節することができる複数の第１カバーと、工程で複数の第２排気孔上に選択的にそれぞれ配置されて複数の第２排気孔を選択的に開閉し、内部物質が通過する複数の第２排気孔の流路面積を調節して工程の均一度を調節することができる複数の第２カバーとを含み、第１排気プレートは支持部材の外側に配置され、第２排気プレートは第１排気プレートとほぼ平行に第１排気プレートの下部に配置され、複数の第１排気孔は、第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１内側排気孔と、第１内側排気孔の外側に配置され、第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１外側排気孔とを含み、複数の第２排気孔は、第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２内側排気孔と、第２内側排気孔の外側に配置され、第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２外側排気孔とを含むことを特徴とする。
前記排気ユニットは、前記第１排気孔を選択的に開閉できる複数の第１カバーと、前記第２排気孔を選択的に開閉できる複数の第２カバーとをさらに含むことができる。
前記装置は、前記チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材をさらに含み、前記第１排気プレートは前記支持部材の外側に配置され、前記第２排気プレートは前記第１排気プレートとほぼ平行に前記第１排気プレートの下部に配置することができる。
前記第１排気孔は、前記第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１内側排気孔と、前記第１内側排気孔の外側に配置され、前記第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１外側排気孔とを含み、前記第２排気孔は、前記第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２内側排気孔と、前記第２内側排気孔の外側に配置され、前記第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２外側排気孔とを含むことができる。
前記装置は、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。
前記装置は、前記支持部材の上部に提供されて前記内部空間に生成された前記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をさらに含むことができる。
前記誘導チューブは例えば前記基板の形状とほぼ一致する形状の断面を有する。
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、前記誘導チューブは、例えば前記工程チャンバの上部壁から前記工程チャンバの下部壁に向けて延びる。
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壁から上部に向けて延び、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、前記誘導チューブは、例えば前記生成チャンバの側壁から前記工程チャンバの下部壁に向けて延びる。
前記装置は、チャンバ内に配置されて基板を支持する支持部材と、内部空間にソースガスを供給するガス供給ユニットと、内部空間に電界を形成してソースガスからプラズマを生成するコイルと、支持部材の上部に支持部材と平行に提供され、プラズマを支持部材上に載置された基板に提供するシャワーヘッドと、シャワーヘッドを支持部材の上部に固定する支持テーブルとを含み、支持テーブルは第１排気プレート上に設けられることを特徴とする。
前記第１排気プレートは前記支持部材の外側に配置され、前記支持テーブルは前記第１排気プレート上に設置される。
本発明によると、半導体製造工程において生成された物質を排出するための排気ユニットは、排気経路上の上部に位置し、複数の第１排気孔が形成される第１排気プレートと、排気経路上の下部に位置し、複数の第２排気孔が形成される第２排気プレートとを含み、複数の第１排気孔を選択的に開閉できる複数の第１カバーと、複数の第２排気孔を選択的に開閉できる複数の第２カバーとをさらに含むことを特徴とする。
本発明によると、チャンバ内の物質を排気する半導体製造装置の排気方法は、物質の排気経路上の上部に複数の第１排気孔が形成された第１排気プレートを設け、排気経路上の下部に複数の第２排気孔が形成された第２排気プレートを設け、複数の第１カバーを用いて複数の第１排気孔を選択的に開閉し、複数の第２カバーを用いて複数の第２排気孔を選択的に開閉することを特徴とする。

前記方法は、第１カバーを用いて前記第１排気孔を選択的に開閉し、第２カバーを用いて前記第２排気孔を選択的に開閉する段階をさらに含むことができる。
前記方法は、前記第１排気プレートおよび前記第２排気プレート中の一つを他の一つに対し既に設定された角度分回転させる段階をさらに含むことができる。
本発明によると、排気状態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。
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)方式を含む様々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の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り磁場に変化し、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の上にはポンプ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を用いて工程の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を通じて排気ライン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の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の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により流入し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 (3)

  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、
    前記内部空間の内部物質を外部に排気する排気ユニットと、
    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
    を含み、
    前記排気ユニットは、
    前記物質の排気経路上の上部に位置し、複数の第１排気孔が形成される第１排気プレートと、
    前記排気経路上の下部に位置し、複数の第２排気孔が形成される第２排気プレートと、
    前記工程で前記複数の第１排気孔上に選択的にそれぞれ配置されて前記複数の第１排気孔を選択的に開閉し、前記内部物質が通過する前記複数の第１排気孔の流路面積を調節して前記工程の均一度を調節することができる複数の第１カバーと、
    前記工程で前記複数の第２排気孔上に選択的にそれぞれ配置されて前記複数の第２排気孔を選択的に開閉し、前記内部物質が通過する前記複数の第２排気孔の流路面積を調節して前記工程の均一度を調節することができる複数の第２カバーと
    を含み、
    前記第１排気プレートは前記支持部材の外側に配置され、
    前記第２排気プレートは前記第１排気プレートとほぼ平行に前記第１排気プレートの下部に配置され、
    前記複数の第１排気孔は、
    前記第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１内側排気孔と、
    前記第１内側排気孔の外側に配置され、前記第１排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第１外側排気孔と
    を含み、
    前記複数の第２排気孔は、
    前記第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２内側排気孔と、
    前記第２内側排気孔の外側に配置され、前記第２排気プレートの中心を基準に同心円上に配置される第２外側排気孔と
    を含む
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 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に記載の半導体製造装置。
  3. 前記装置は、
    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、
    前記支持部材の上部に前記支持部材と平行に提供され、前記プラズマを前記支持部材上に載置された前記基板に提供するシャワーヘッドと、
    前記シャワーヘッドを前記支持部材の上部に固定する支持テーブルと
    を含み、
    前記支持テーブルは前記第１排気プレート上に設けられる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
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