KR100639849B1

KR100639849B1 - Ｃｖｄ 프로세싱 챔버에 대한 가스 분배 시스템

Info

Publication number: KR100639849B1
Application number: KR1020017006031A
Authority: KR
Inventors: 테수야 이시가와; 패드매나한 기리쉬나라; 팽 가오; 알랜 더블유. 콜린스; 릴리 팽
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2006-10-27
Also published as: US6143078A; KR20010080441A; JP4467191B2; WO2000030158A1; JP2002530860A

Abstract

본 발명은 기판 상에 막을 증착하기 위한 장치로서 프로세싱 챔버, 상기 챔버 내에 배치된 기판 지지부재, 제 1 가스 흡입구, 제 2 가스 흡입구, 플라즈마 발생기 및 가스 배기관을 포함하는 장치를 제공한다. 상기 제 1 가스 흡입구는 상기 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에 제 1 가스를 제공하고, 상기 제 2 가스 흡입구는 상기 챔버의 내면으로부터 상기 제 1 거리보다 가까운 제 2 거리에 제 2 가스를 제공한다. 그리하여, 상기 제 2 가스는 상기 챔버의 인접한 내면에 보다 높은 분압을 생성하여 상기 내면에 상기 제 1 가스가 증착되는 것을 현저하게 감소시킨다. 또한 본 발명은 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법으로서 화학 기상 증착 챔버를 제공하는 단계, 상기 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에 제 1 가스 흡입구를 통해 제 1 가스를 유입하는 단계, 상기 챔버의 내면으로부터 제 2 거리에 제 2 가스 흡입구를 통해 제 2 가스를 유입하는 단계로서 상기 제 2 가스가 상기 챔버의 인접한 내면에 보다 높은 분압을 생성하는 단계 그리고 프로세싱 가스의 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 또는, 기판 표면에 대해 상기 제 1 가스는 상기 제 2 가스와 다른 각도를 유입된다.

Description

ＣＶＤ 프로세싱 챔버에 대한 가스 분배 시스템{GAS DISTRIBUTION SYSTEM FOR A CVD PROCESSING CHAMBER}

본 발명은 반도체 기판을 처리하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 상에 막을 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착시키기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

화학 기상 증착(CVD), 에칭, 반응성 이온에칭 등과 같은 반도체 처리용 플라즈마 툴(tool)은, 통상적으로 플라즈마 발생기의 용량 커플링(capacitive coupling) 또는 유도 커플링(inductive coupling) 중 어느 하나를 프로세싱 챔버에 사용하여 플라즈마를 발생시키고 유지한다. 용량 커플링된 플라즈마보다 유도 커플링된 플라즈마가 가지는 하나의 장점은, 기판 상에서 유도 커플링된 플라즈마가보다 적은 바이어스 전압으로 발생되고 기판에 손상을 입힐 가능성이 적다는 것이다. 게다가, 유도 커플링된 플라즈마는 높은 이온 밀도를 가지고 있어, 보다 높은 증착율 및 평균자유거리(mean free path)를 제공하며, 동시에 용량 커플링된 플라즈마보다 낮은 압력에서 작동된다는 것이다. 이런 장점들은 프로세싱되는 동안 현장형(in situ) 스퍼터링 및/또는 증착을 가능하게 한다.

최근에, 고밀도 플라즈마(HDP) CVD 프로세싱은 화학 반응 및 물리 스퍼터링의 조합을 제공하기 위해 사용되었다. HDP-CVD 프로세싱은 기판 표면과 가까운 반응 영역에 고주파(RF) 에너지를 인가하여 반응 가스의 분리를 촉진함으로써, 높은 반응성 이온종의 플라즈마를 생성시킨다. 이렇게 방출된 이온종의 높은 반응성은 화학 반응에 필요한 에너지를 감소시켜, 결과적으로 이런 프로세싱에 요구되는 온도를 낮춘다.

HDP-CVD 프로세싱의 목적은 기판 표면에 걸쳐 균일한 두께의 막을 증착시킴과 동시에, 또한 기판 상에 형성된 라인(line)과 다른 피쳐(feature)들 사이에 양호한 갭-충진(gap-fill)을 제공하는 것이다. 두께의 균일한 증착과 갭 충진은, 노즐 배치의 대칭성, 노즐의 개수, 프로세싱되는 동안 기판 위에 배열된 노즐의 높이 그리고 기판 증착 표면에 대한 노즐의 측면 위치를 포함, 플라즈마 발생기 구조, 소오스 고주파 발생기 전원, 바이어스 고주파 발생기 전원, 프로세싱 가스 흐름의 변화 그리고 프로세싱 가스 노즐의 설계에 매우 민감하다. 이런 변수들은, 툴 내에서 실행되는 프로세싱이 변화할 때 그리고 프로세싱 가스가 변화할 때 변화한다.

도 1은 기판 상에 다양한 막을 증착하기 위해 이용 가능한 HDP-CVD 챔버의 단면도이다. HDP-CVD 챔버의 예는 캘리포니아 산타클라라(California, Santa Clara)에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 구입 가능한 Ultima HDP-CVD 시스템이다. 일반적으로, 이 HDP-CVD 챔버(100)는 챔버 외장(chamber enclosure; 102), 기판 지지부재(104), 가스 흡입구(106), 가스 배기관(108) 및 이중 코일 플라즈마 발생기(dual coil plasma generator; 110)를 포함하고 있다. 챔버 외장(102)은 통상적으로 시스템 플랫폼 또는 모놀리스(monolith) 상에 장착되고, 상부 덮개(112)는 챔버 외장(102)의 상부를 밀봉한다. 통상적으로 산화알루미늄(Al₂O₃)과 같은 세라믹으로 제조되는 돔(dome; 114)은 덮개(112)상에 배치된다. 이중 코일 플라즈마 발생기(110)는 통상적으로 제 1 및 제 2 코일(116, 118) 그리고 각각의 제 1 및 2 코일(116, 118)에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 RF 전원(120, 122)을 포함한다. 고밀도 플라즈마를 제공하기 위해, 제 1 코일(116)은 돔(114) 둘레에 배열되고 제 2 코일(118)은 돔(114) 위에 배열된다. 통상적으로, 가스 흡입구(106)는 기판 지지부재 위의 영역에 있는 챔버의 내부 둘레 주위에 배열된 다수의 가스 노즐(124)을 포함한다. 통상적으로, 가스 노즐(124)은 챔버의 내면으로부터 기판 지지부재(104) 상에 위치한 기판 위쪽까지 소정 거리 만큼 연장되어, 프로세싱되는 동안 기판에 프로세싱 가스의 균일한 분배를 제공한다. 가스 배기관(108)은, 프로세싱되는 동안 챔버 내 압력을 제어하고 챔버를 진공화하기 위한 가스 배기구(126) 및 펌프(128)를 포함하고 있다. 증착 프로세싱되는 동안, 프로세싱 가스는 가스 흡입구(106)를 통해 유입되고 프로세싱 가스의 플라즈마는 챔버 내에서 발생되어 기판 상에 화학 기상 증착을 달성한다. 이런 증착은 통상적으로 돔(114)과 같은 챔버의 내면을 포함하여 프로세싱 가스에 노출된 모든 표면에서 일어나게 되는데, 그 이유는 프로세싱 가스가 동일한 길이를 가진 가스 노즐(124)을 통해 동일한 유동율로 유입되어 챔버 내 균일한 가스 분배를 제공하기 때문이다.

고밀도 플라즈마(HDP) 프로세싱은 집적회로 제조에 사용되는 중요한 프로세싱이다. HDP 프로세싱은 집적회로를 형성하기 위해 기판 상에 박막 또는 에칭막을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 다른 증착 또는 에칭 프로세싱에서처럼, 중요하게 고려되어야 할 사항은 프로세싱 환경에 존재하는 오염물질 정도이다. HDP 프로세싱에 있어서, 이것은 중요하다. 왜냐하면, 고밀도 플라즈마는 프로세싱 챔버 내에서 통상적으로 고온을 생성하기 때문이다. 프로세싱 챔버 내 온도가 증가하면, 바람직하지 못한 이동성 이온 및 금속 오염물질이 챔버 구성요소로부터 배출될 가능성이 증가하게 된다. 따라서, HDP 프로세싱 환경 내에서 입자로 인한 문제점이 증가될 수 있다.

챔버 내 입자 오염은 클리닝 가스, 통상적으로 플루오르 화합물의 플라즈마를 이용하여 챔버를 주기적으로 클리닝함으로써 제어된다. 클리닝 가스는, 챔버로부터 배기될 수 있는 안정된 물질을 형성하여 프로세싱 환경을 클리닝할 수 있도록, 챔버 구성요소상에 형성된 증착 물질과 전구체(precursor) 가스 사이의 결합 능력여부에 따라 선택된다. 고밀도 플라즈마 반응기에서, 플루오르(즉, NF₃, CF₄ 및 C₂F₆)를 포함한 대부분의 클리닝 가스는 용이하게 분리되고 증착재료와 쉽게 결합되어 챔버로부터 배기될 수 있는 안정된 물질을 형성할 수 있다.

통상적으로, 증착 프로세싱이 실행되기 전, 챔버의 내면은 클리닝되고 시즈닝 코트(seasoning coat)로 코팅되어 프로세싱 가스로부터 보호된다. 프로세싱을 위해 기판이 챔버 내로 삽입되기 전, 시즈닝 코트는 챔버 내 표면에 증착물질을 증착시킴으로써 통상적으로 형성된다. 이러한 단계는 통상적으로 증착 프로세싱 방법에 따라 프로세싱 영역을 형성하는 내측 표면을 코팅하기 위한 막을 증착시킴으로써 실행된다.

프로세싱의 하나의 예로서, 실란가스(silane gas)가 챔버 내로 유입되고 산화되어 아래의 식에 따라 이산화규소(silicon dioxide) 층을 증착시킬 수 있다.
SiH₄ + O₂ → SiO₂ + 2H₂

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200mm 기판을 사용할 경우, 증착 프로세싱은 약 4500W의 소오스 RF 전원과 약 2500W의 바이어스 RF 전원을 이용하여 통상적으로 실행된다. 증착되기 전 시즈닝 단계는 약 4500W의 소오스 RF와 약 1600W의 바이어스 RF를 이용하여 실행된다. 300mm 기판을 사용할 경우, 증착 프로세싱은 약 10125W의 소오스 RF와 약 5625W의 바이어스 RF를 이용하여 통상적으로 실행된다. 증착되기 전 시즈닝 단계는 약 10,125W의 소오스 RF 전원과 약 3600W의 바이어스 RF 전원을 이용하여 실행된다.

다수의 기판이 프로세싱된 후, 시즈닝 코트는 시즈닝 코트 상에 증착된 재료와 함께 챔버의 내면으로부터 제거되거나 클리닝되고, 새로운 시즈닝 코트가 챔버의 내면에 사용되어 다음 기판의 배치(batch)를 프로세싱하기 위한 청결하고 완전한 환경을 제공한다.

HDP-CVD 챔버를 이용하여 증착할 경우에 생기는 하나의 문제점은, 플루오르 이산화규소 유리(fluorosilica glass; FSG)와 같은 플루오르계 막을 증착시키기 위해 챔버가 사용될 때, 플라즈마 내의 플루오르는 시즈닝 코트를 통해 확산되어 세라믹(Al₂O₃) 돔을 공격한다는 것이다. 세라믹 돔에 도달한 플루오르 원자는 세라믹과 반응하여 돔의 표면상에 Al₂O_xF_y(여기서 x 및 y는 정수임)를 형성한다. 2 차 이온 질량분석법(Secondary Ion Mass Spectroscopy; SIMS)을 이용하여, 돔 상에 Al₂O_xF_y 가 형성되는 것에 의해 돔 흑화(dome blackening) 및 프로세싱 편차(precess drifts)가 야기되는 가를 측정한다. 돔 상에 형성된 Al₂O_xF_y는 돔 재료의 전기적 성질을 변형시키고 챔버내의 증착 균일성, 증착율, 플루오르 농도 및 스퍼티링 균일성과 관련한 프로세싱 편차를 야기한다. 프로세싱 편차로 인하여, 기판의 표면에 걸쳐 그리고 기판과 다른 기판 간에 비균일성이 발생된다.

프로세싱 편차 문제를 해결하고 시즈닝 코트를 통해 플루오르가 확산되는 것을 억제하기 위한 시도로서, 각 기판을 프로세싱하기 전 두꺼운 시즈닝 코트(>1000Å)로 증착시킨다. 두꺼운 시즈닝 코트는, 플루오르 원자가 시즈닝 코트를 통해 확산되고 돔에 도달하기에 필요한 시간을 연장시킨다. 하지만, 프로세싱 시간이 지나치게 길면, 플루오르 원자는 결국 시즈닝 코트를 통해 확산되어 돔 상에 Al₂O_xF_y를 형성하고 프로세싱 편차를 야기할 수 있다. 게다가, 두꺼운 시즈닝 코트를 증착시키고 제거하기 위해서는 상당히 긴 시간이 필요하게 된다. 시즈닝 코트는 다수의 기판이 처리된 후 플루오르 원자가 시즈닝 코트를 통해 확산되고 돔 상에 Al₂O_xF_y를 형성하지 못하도록 제거되어야 하고, 다음의 기판 배치가 프로세싱되기 전 새로운 시즈닝 코트가 증착되어야 한다. 두꺼운 시즈닝 코트를 증착시키고 제거하기 위해 지나친 시간을 소비하는 것은, 시스템의 수율을 감소시키는 또 다른 중대한 단점을 가지고 있다.

HDP-CVD 챔버를 이용하여 도핑된 실리콘 유리를 증착하는 것과 관련된 다른 문제점은, 현존하는 가스 분배 시스템이 기판 표면 전체에 도펀트(dopant)를 균일하게 제공하지 못하여 기판 표면에 걸쳐 다른 성질을 가지는 실리콘 유리막이 증착되는 것이다. 일반적으로, 프로세싱에 있어 균일성은 생산물의 품질을 유지하기 위해 요구된다.

따라서, 기판 상에 막을 증착함에 있어, 플루오르 및 다른 가스로 인한 돔의 오염과 프로세싱 편차의 문제점을 제거시키는 방법 및 그 장치의 존재가 필요하다. 돔의 내면 상에 시즈닝 코트를 형성하고 제거하는데 필요한 시간을 단축시킴으로써 수율의 증가를 제공하는 장치 및 방법이 바람직하다. 균일하게 도핑된 실리콘 유리막을 달성하기 위해 기판 표면 전체에 도펀트를 균일하게 배분하는 방법 및 장치가 추가로 요구된다.

본 발명은 기판 상에 막을 증착시킴에 있어서 증착 균일성, 증착율, 프로세싱되는 동안 챔버 내의 플루오르 함유량 및 스퍼터링 균일성과 관련하여, 플루오르 및 그 결과로서의 프로세싱 편차로 인한 돔의 오염을 감소시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이런 장치 및 방법은 돔의 내면 상에 시즈닝 코트를 형성하고 제거하기에 필요한 시간을 단축시킴으로써 수율을 증가시킨다.

본 발명의 한 양상에 따라, 기판 상에 막을 증착하기 위한 장치로서 프로세싱 챔버, 이 챔버 내에 배치된 기판 지지부재, 제 1 가스 흡입구, 제 2 가스 흡입구, 플라즈마 발생기 및 가스 배기관을 포함하는 장치를 제공한다. 제 1 가스 흡입구는 챔버 내면으로부터 제 1 거리에 제 1 가스를 전달하고, 제 2 가스 흡입구는 챔버 내면으로부터의 거리가 제 1 거리보다 가까운 제 2 거리에 제 2 가스를 전달한다. 이리하여, 제 2 가스는 챔버의 인접한 내면에서 보다 높은 분압을 생성하여 그 내면 상에의 제 1 가스 증착을 현저하게 감소시킨다. 예로서, 플루오르로 도핑된 이산화규소 유리의 증착을 위해, 제 1 가스는 SiF₄ 및 산소를 포함하고 제 2 가스는 SiH₄ 및 아르곤을 포함한다. SiH₄에 의해 보다 높은 분압이 생성되기 때문에, 제 1 가스로부터의 플루오르 이온은, 시즈닝 코트를 통해 세라믹 돔과 같은 챔버의 내면에 확산되고 증착되는 것이 억제되어, 돔의 플루오르 오염에 의한 프로세싱 편차의 문제점을 배제시킨다. 또한, 기판 표면에 대해 제 1 가스 흡입구는 제 2 가스 흡입구와 다른 각도로 배열된다. 게다가, 본 발명은 돔의 내면 상에 시즈닝 코트를 형성하고 제거하기에 필요한 시간을 단축시킴으로써 수율을 증가시킨다.

또한, 본 발명은 프로세싱 챔버에 가스를 분배하기 위한 장치로서, 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에 제 1 가스를 전달하는 제 1 가스 흡입구와 챔버의 내면으로부터의 제 1 거리보다 가까운 제 2 거리에 제 2 가스를 전달하는 제 2 가스 흡입구를 포함하는 장치를 제공한다. 제 2 가스가 제 1 가스보다 가까운 곳의 내면으로 유입되기 때문에, 제 2 가스는 챔버의 인접한 내면에서 보다 높은 분압을 생성하여 제 1 가스가 그 내면에 증착되는 것을 감소시킨다. 또한, 기판 표면에 대해 제 1 가스 흡입구는 제 2 가스 흡입구와 다른 각도로 배열되어 동일한 목적을 달성하며, 특히 노즐의 길이가 내면의 치수에 따라 조절될 때 목적을 달성한다.

본 발명의 다른 양상은 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법으로서, 화학 기상 증착 챔버를 제공하는 단계, 제 1 가스 및 제 2 가스를 챔버 내에 유입하는 단계, 그리고 프로세싱 가스의 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 제 1 가스는 제 1 흡입구를 통해 챔버 내면으로부터 제 1 거리에 유입되고, 제 2 가스는 제 2 흡입구를 통해 챔버 내면으로부터의 제 1 거리보다 가까운 제 2 거리에 유입된다. 이리하여, 제 2 가스는 챔버의 인접한 내면에서 보다 높은 분압을 생성하여 그 내면 상에서의 제 1 가스의 증착을 감소시킨다. 또한, 기판 표면에 대해 제 1 가스는 제 2 가스와 다른 각도로 유입되어 동일한 목적을 달성한다. 제 1 가스는 기판을 향하고 그리고 제 2 가스는 돔을 향해서 각도를 이루는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양상은 프로세싱 챔버내에서 가스를 분배하는 방법으로서, 제 1 가스를 제 1 흡입구를 통해 챔버 내면으로부터 제 1 거리에 유입시키는 단계, 제 2 가스를 제 2 흡입구를 통해 챔버 내면으로부터의 제 1 거리보다 가까운 제 2 거리에 유입시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 여기서 제 2 가스는 챔버의 인접한 내면에서 보다 높은 분압을 생성하여 그 내면 상에 제 1 가스의 증착을 감소시킨다. 또한, 기판 표면에 대해 제 1 가스는 제 2 가스와 다른 각도로 유입된다.

상기에서 인용된 본 발명의 특징, 장점 그리고 목적들이 달성되고 상세히 이해되도록 하기 위해, 본 발명에 대한 보다 구체적인 설명이 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조로 하여 설명될 것이다.

그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 통상적인 실시예들을 도시하고 있을 뿐, 본 발명의 사상에 제한을 두지 않으며 이와 동일한 효과를 지닌 실시예들을 수용할 수 있다.

도 1은 기판 상에 다양한 막을 증착하기 위해 이용가능한 HDP-CVD 챔버의 단면도;

도 2는 본 발명의 프로세싱 툴(10)의 단면도;

도 3은 기판 지지부재 및 이 기판 지지부재를 위한 프로세싱 키트의 부분 단면도;

도 4는 가스 분배 조립체(300)를 도시하고 있는 본 발명의 챔버 단면도;

도 5는 노즐(302)이 배열된 한 포트(314)에 연결되어 있는 제 1 가스 채널(316)을 도시하는 단면도;

도 6은 제 2 가스 채널(318)을 도시하는 단면도;

도 7은 돔(32)을 관통하여 배열된 중앙 가스 공급기(312)를 도시하는 단면도;

도 8은 덮개 조립체의 기저판(base plate; 33)과 가스 분배 링(gas distribution ring; 310)을 도시하는 분해도;

도 9는 본 발명에 따른 가스 분배 링(410)의 다른 실시예에 대한 사시도;

도 10은 고리형인 제 2 가스 채널(416) 및 경사진 노즐(402)을 도시하는 멀티 가스 분배 링(410)의 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명의 프로세싱 툴(10)을 도시하는 단면도이다. 프로세싱 툴은 고밀도 화학 기상 증착 챔버가 바람직하다. 일반적으로, 프로세싱 툴(10)은 챔버 몸체(12), 덮개 조립체(14) 및 기판 지지부재(16)를 포함하는데, 이 챔버 몸체는 기판 처리를 실행하기 위한 진공 처리된 인클로저(enclosure)를 형성한다. 챔버 몸체(12)는 측벽(18)을 가진 기계 가공된 일체식 구조가 바람직하며, 이 측벽은 고리형의 프로세싱 내부영역(20)을 형성하고 하단부 쪽으로 갈수록 그 영역이 작아져서 동심적인 배기 통로(22)를 형성한다. 챔버 몸체(12)는, 슬릿 밸브(44)와 기판 지지부재(16)에 장착된 외팔보(cantilever)가 배열되어 있는 측면 포트(26)에 의해 선택적으로 밀봉되는 적어도 기판 입구 포트(24)를 포함한 다수의 포트를 형성한다. 기판 입구 포트(24)와 지지부재 포트(26)는 챔버 몸체(12) 양쪽에 배열되는 것이 바람직하다.

두개의 추가된 측면 포트(도시 안됨)는 기판 지지부재(16)의 상부면에서 챔버 측벽(18)의 양쪽에 배열되고 챔버 측벽(18)에 형성된 가스 채널(28)에 연결된다. 분리된 플루오르를 포함한 가스와 같은 클리닝 가스는, 원격 플라즈마원(remote plasma source; 30)으로부터 채널(28) 내로 유입되고 측면 포트를 통해 챔버 내로 유입된다. 챔버내로의 포트 입구의 위치는, 가스의 대량 축적이 발생되는 반응기 구역을 향하도록 제공된다.

챔버 측벽(18)의 상부면은, 덮개 조립체(14)의 기저판(33)이 지지되는 전체적으로 평평한 랜딩구역(landing area)을 형성한다. 하나 이상의 오-링 홈(O-ring groove)이 측벽(18)의 상부면에 형성되어 하나 이상의 오-링을 수용하고, 챔버 몸체(12)와 기저판(33) 사이에 공기가 통하지 않도록 밀봉을 형성한다.

챔버 덮개 조립체(14)는 기저판(33)에 장착된 힌지(hinge)에 지지된 온도 제어 조립체(64), 에너지 전달 조립체(62) 및 에너지 전달 돔(energy transmitting dome; 32)을 일반적으로 포함하고 있다. 이 기저판(33)은, 고리형 내부 채널을 규정하며, 채널에는 가스 분배 링이 배열되어 있다. 오-링 홈은 가스 분배 링의 상부에 형성되고 오-링을 수용하여 가스 분배 링의 상부와 돔(32)을 밀봉한다. 덮개 조립체(14)는 프로세싱을 실행하기 위한 에너지 전달 시스템 뿐만아니라 플라즈마 프로세싱 영역의 물리적 인클로저를 제공한다. 커버는 다양한 구성요소를 수용할 수 있도록 덮개 조립체 전체에 걸쳐 제공되는 것이 바람직하다.

돔(32)은 일반적으로 원통형 측벽(66)을 포함하며, 그 측벽의 일단부는 평평한 상단부(68)에 의해 폐쇄되어 있다. 원통형 측벽(66)은 기판 지지부재(16)의 상부면에 대해 전체적으로 수직이고, 평평한 상단부(68)는 기판 지지부재(16)의 상부면에 대해 전체적으로 평행하다. 이런 측벽과 상단부 사이의 접합부(70)는 만곡되어 돔(32)의 곡선형 내벽을 제공한다. 돔(32)은 RF 에너지가 전달되는 절연체 재료, 바람직하게는 산화 알루미늄(Al₂O₃)과 같은 세라믹으로 만들어진다.

분리된 두 개의 RF 코일, 즉 상부코일(72)과 측면 코일(74)은 절연체 돔(32)의 외부에 감겨져 있다. 측면 코일(74)은 접지차폐(ground shield)에 의해 덮여지는 것이 바람직하며, 이는 코일(72, 74) 사이에서의 전기누화(electric crosstalk) 를 감소시킨다. 두 개의 가변 주파수의 RF 소오스(76, 78)는 RF 코일(72, 74)에 전원을 인가한다.

각 전원은 제어회로를 포함하며, 이 제어회로는 반향된 전력을 측정하고 RF 발생기 내 디지털 방식으로 제어되는 신시사이저(synthesizer)를 조절하여 주파수, 통상적으로 1.8Mhz로 시작되는 주파수를 스윕(sweep)하여 반향되는 전력을 최소화시킨다. 플라즈마가 생성될 때, 제어 환경은 변형된다. 왜냐하면, 플라즈마가 코일과 병렬인 저항기로서 작용하기 때문이다. 이 단계에서, 전원이 최소의 반향 전력점으로 다시 도달할 때까지 RF 발생기는 지속적으로 주파수를 스윕한다. 전원회로는, 각 와인딩(winding) 세트가 최소의 반향 전력점에 도달하거나 근접하였을 때 공진되어 와인딩의 전압이 플라즈마를 유지하기에 충분한 전류가 흐르도록 설계된다. 즉, 주파수 튜닝은, 프로세싱되는 동안 회로의 공진점이 변화할지라도 시스템이 공진에 가깝게 남아있도록 하는 것을 보장한다. 이런 방식으로, 주파수 튜닝은 구성요소(예를 들면, 축전기 또는 인덕터)와 일치하는 임피던스(impedance)의 값이 변화됨에 따라 임피던스를 일치시키고 회로를 튜닝해야 하는 필요성을 배제시킨다.

각 전원은, 어떤 임피던스 부정합(impedance mismatches)에도 원하는 전력이 부하에 공급되도록 한다. 심지어 플라즈마 임피던스 내 변화로 인하여 임피던스 부정합이 지속적으로 변할지라도 원하는 전력이 부하에 공급되도록 한다. 적절한 전력을 부하에 공급하기 위해, 각 RF 전원은 반향되는 전력을 분산시키고 출력을 증가시켜 공급되는 전력이 원하는 레벨에서 유지되도록 한다. 통상적으로, RF 정합회로망(RF matching network)은 전력을 플라즈마로 전송하기 위해 사용된다. 이중 코일 배열은, 반응 챔버 내 방사방향 이온 밀도 분포(radial ion density profile)를 제어할 수 있고 기판 표면에 걸쳐 균일한 이온 밀도를 발생시킬 수 있다. 기판 표면에 걸쳐 이온이 균일하면, 웨이퍼 상의 균일한 증착과 갭 충진에 기여하고 비균일 플라즈마 밀도로 인한 소자 게이트 산화물(device gate oxides)의 플라즈마 대전(charging)을 완화한다. 코일의 작용이 중첩되었을 때, 플라즈마 밀도가 균일하게 형성되고 증착의 특성이 현저히 개선될 수 있다.

돔(32)은 다양한 프로세싱 주기, 즉 증착 주기 및 클리닝 주기 동안 돔의 온도를 제어하는 온도 제어 조립체(64)를 포함한다. 일반적으로, 이 온도 제어 조립체는 서로에 대해 인접하여 배열된 가열판(80)과 냉각판(82)을 포함하며, 이 두 판 사이에는 열전도성 재료층, 가령 그라포일(grafoil)과 같은 재료층이 배열되는 것이 바람직하다. 약 4 밀(mil) 내지 약 8 밀의 그라포일 층이 그 사이에 배열되는 것이 바람직하다. AlN 플레이트와 같은 열 전도성 플레이트(86)에는 코일(72)을 내재하기 위해 자신의 하부면에 형성된 홈이 제공된다. 약 1 밀 내지 약 4밀의 두께가 바람직한 제 2 그라포일 층은, 열 전도성 플레이트(86)와 가열판(80) 사이에 배열된다. 제 3 열전도성 층은 코일(72)과 돔(32) 사이에 배열된다. 제 3 층은 약 4 밀 내지 약 8 밀의 두께를 가진 크롬층이 바람직하다. 이런 열 전도성 층들은 돔(32)으로부터 그리고 돔(32)으로의 열 전달을 용이하게 한다. 클리닝되는 동안에는 돔을 가열하고 프로세싱되는 동안에는 돔을 냉각하는 것이 바람직하다.

냉각판(82)은 물과 같은 냉각 유체가 흐르도록 하는 하나 이상의 유체 통로를 포함한다. 냉각판의 물 채널은 챔버 몸체에 형성된 냉각채널에 직렬로 연결되는 것이 바람직하다. 신속분리기구(quick disconnect fittings)를 구비한 푸시록(pushlock) 형태의 호스는 물을 덮개의 냉각 채널과 챔버 몸체에 공급한다. 리턴 라인(return line)은 인터록 플로우 스위치(interlocked flow switch)를 가진 유시계 유량계(visual flowmeter)를 가지고 있다. 이 유량계는 약 60 psi의 압력에서 0.8 gpm 유동율에 맞춰 교정되어 있다. 온도센서는 돔의 온도를 측정하기 위해 돔 상에 설치되어 있다.

가열판(80)은, 클리닝 단계 동안 돔에 열을 공급하기 위해, 가열판 자체에 배치된 하나 이상의 저항 가열 요소를 가지는 것이 바람직하다. 가열판은 주조 알루미늄으로 제작되는 것이 바람직하지만, 이 기술 분야에 알려진 다른 재료가 사용될 수도 있다. 제어기는 온도제어 조립체에 연결되어 돔의 온도를 제어한다.

가열판(80)과 냉각판(82)은 직접 전도에 의해 돔의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 돔의 온도를

10K 내로 제어하는 것이, 여러 웨이퍼에 대한 반복성과 증착을 개선시키고 챔버 내 입자수 및 플레이크(flake)를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 돔의 온도는 프로세싱 필요조건에 따라 약 100℃ 내지 약 200℃의 온도 범위 내에서 유지된다. 또한, 보다 높은 챔버의 클린율(에칭율) 및 보다 양호한 기판에 대한 막 증착은, 보다 높은 돔 온도에서 달성될 수 있다.

도 3은 기판 지지부재 및 기판 지지부재의 프로세싱 키트의 부분 단면도이다. 바람직하게는, 기판 지지부재(16)는 정전기 척(electrostatic chuck; 230)을 포함한다. 정전기 척(230)은 높은 열질량(thermal mass) 및 열 전도성을 가지는 전기적 전도성 재료로부터 형성된 일체형 블록으로 제조된 지지몸체(232)를 포함하는 것이 바람직하며, 이는 자신의 상부면 위에 놓인 웨이퍼로부터 열을 흡수하여 이를 냉각시키기에 용이하다. 알루미늄 또는 양극처리된(anodized) 알루미늄은 지지몸체(232)를 위한 이상적인 재료이다. 왜냐하면, 이는 대략 2.37 watts/cm-℃의 높은 열전도성을 가지며 일반적으로 반도체 웨이퍼의 처리에 적합하기 때문이다. 지지몸체(232)는 스테인레스 스틸 또는 니켈과 같은 다른 재료를 포함할 수 있으며, 부가적으로 비전도성 재료를 포함하거나 지지몸체(232) 전체가 비전도성 재료 또는 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 지지몸체(232)는 모놀리식(monolithic) 세라믹 플레이트를 포함한다. 이런 구조에서, 세라믹 플레이트는 자체에 내재된 전도성 요소와 결합되어 있다. 전도성 요소는 금속요소, 그린(green)이 프린팅된 금속, 메시형 스크린 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 평탄한 절연 재료층(236)은 지지몸체(232)의 상부면(238)을 덮고 있어, 프로세싱되는 동안 기판 또는 웨이퍼(W)를 지지한다. 전압, 바람직하게는 약 700볼트 전압이 DC 전력원에 의해 기판 지지 조립체(230)에 인가되어, 지지몸체(232)의 상부면에 인접하여 웨이퍼(W)를 유지하는 정전기 인력을 발생시킨다.

기판 지지몸체(232)는 리프트 핀(lift pin)이 지지몸체를 통과하여 연장되는 것을 가능하게 하고 기판 지지부재 위로 기판을 상승시켜 기판 이송을 달성하도록 하는 리프트 핀 홀(lift pin holes; 240)을 포함한다. 고리형 장착 플랜지(annular mounting flange; 234)는 지지몸체(232)의 외측면으로부터 바깥쪽으로 연장되어 세라믹 칼라(collar; 246)를 지지하며, 이 세라믹 칼라는 프로세싱 챔버 내의 플라즈마가 정전기 척의 일부와 접촉하여 이를 부식시키는 것을 억제하거나 방지한다. 세라믹 커버(248)는 프로세싱되는 동안 플라즈마로부터 지지몸체(232)의 측면을 덮고 보호하기 위한 외측 재킷(jacket)으로서 사용된다.

도 2를 다시 참조하면, 기판 지지부재(16)는 챔버 측벽(18)에 형성된 측면 접근 포트(26)를 통해 부분적으로 연장되고 플랜지(46) 상의 챔버 측벽(18)에 고정되어 챔버의 중앙에 기판을 수용하는 전체적으로 고리형인 표면(200)을 제공한다. 또한, 기판 지지부재(16)는 프로세싱되는 동안 기판의 온도를 유지하는 온도 제어 시스템을 포함한다. 이 온도 제어 시스템은 기판 지지부재 내에 열유체원(thermal fluid source; 도시 안됨) 및 마이크로프로세서와 같은 제어기(도시 안됨)와 연결된 유체 통로(49)를 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 마이크로프로세서는 기판의 온도를 감지하고 그에 따라 열 유체의 온도를 변화시킨다. 또는, 저항가열과 같은 가열 및 냉각법은 프로세싱되는 동안 기판의 온도를 제어하기 위해 이용될 수 있다.

지지부재(16)가 챔버 내에 위치할 때, 고리(annular)형 지지부재(16)의 외벽(50)과 챔버의 내벽(52)은 지지부재(16)의 전체 둘레 주위에 실질적으로 균일한 고리형 유체 통로(22)를 형성한다. 통로(22) 및 배기관 포트(54)는 기판을 수용하는 지지부재의 표면에 실질적으로 동심을 이루는 것이 바람직하다. 배기관 포트(54)는 기판을 수용하는 지지부재(16) 일부의 중앙 하단에 실질적으로 배열되어, 통로(22)를 통해 가스를 챔버 밖으로 배기시킨다. 이것은 챔버의 기저부 중앙의 배기관 포트(54)를 통해 챔버로부터 방사방향 아래쪽 및 바깥쪽으로 그리고 기판 표면 전체에 걸쳐 보다 균일한 가스 유동이 가능하게 한다. 이 통로(22)는 펌핑 포트로부터의 거리가 상이한 기판의 여러 위치들에서 균일한 체류시간 및 압력을 유지함으로써 막의 균일한 증착을 촉진한다. 이러한 균일한 증착은 종래의 프로세싱 챔버에서는 잘 이루어지지 않았다.

한 쌍의 블레이드 스로틀 조립체(twin blade throttle assembly; 56), 게이트 밸브(58) 및 터보분자 펌프(turbomolecular pump; 60)를 포함하는 펌핑 스택(pumping stack)은, 아래쪽 일부가 점점 가늘어진 챔버 몸체의 하부에 장착되어 챔버 내 압력 제어를 제공한다. 한 쌍의 블레이드 스로틀 조립체(56)의 셋팅(setting)에 의해 결정되는 약 0 내지 100 milliTorr 압력으로의 압력제어 및/또는 게이트 밸브(58)를 통한 격리가 가능하도록, 한 쌍의 블레이드 스로틀 조립체(56) 및 게이트 밸브(58)가 챔버몸체(12)와 터보분자 펌프(60) 사이에 설치된다. 1600 L/sec 터보 펌프가 이상적인 펌프이기는 하지만, 챔버 내 원하는 압력을 달성할 수 있는 어떠한 펌프도 사용가능하다. 포어라인(foreline; 도시 안 됨)은 터보펌프의 상류 및 하류의 위치에서 배기관 포트(54)와 연결된다. 이것은 역류 펌핑 능력(backing pump capability)을 제공한다. 이 포어라인은 원격 메인프레임 펌프(remote mainframe pump), 통상적으로 러핑 펌프(roughing pump)에 연결된다. 포트(도시 안 됨)는 펌핑 스택에서 포어라인의 플랜지(도시 안 됨)에 설치된다. 챔버가 클리닝되는 동안, 클리닝 가스는 빠른 속도로 챔버 내로 흘러 챔버의 압력을 증가시킨다. 본 발명의 한 양상에서, 터보 펌프는 게이트 밸브(58)에 의해 격리되고 메인프레임 펌프는 클리닝 과정동안 챔버 내 압력을 유지하기 위해 사용된다.

챔버 내에서 기판이 프로세싱되는 동안, 진공 펌프는 약 4 내지 6 milliTorr의 압력 범위 내로 챔버를 진공시키고, 흐름이 측정된 프로세스 가스 또는 가스는 가스 분배 조립체를 통해 챔버 내에 공급된다. 챔버 압력은, 챔버 압력을 측정하고 이 정보를 제어기에 제공하여 제어기가 펌핑 속도를 조절하기 위해 밸브를 개방하고 폐쇄함으로써 제어된다. 가스의 흐름 및 농도는 프로세싱 방법에 제공된 소프트웨어를 이용한 질량 흐름 제어기에 의해 제어된다. 배기관 포트(54)를 통해 챔버 외부로 펌핑되는 가스의 유동율을 측정함으로써, 흡입 가스 공급부 상에 있는 질량 흐름 제어기(도시 안됨)는 원하는 챔버내 압력 및 가스 농도를 유지할 수 있다.

가스 분배 조립체(300)는 도 4 내지 8을 참조로 하여 설명될 것이다. 도 4는 가스 분배 조립체(300)의 단면을 도시하고 있다. 일반적으로, 가스 분배 시스템은 돔의 하부면 일부와 챔버몸체의 상부면 사이에 배열된 고리형인 가스 분배 링(310)을 포함하며, 중앙 가스 공급기(312)는 돔의 상부면을 관통하여 그 중앙에 배치된다. 가스는 돔(32)의 하부 근처에 그 원주를 따라 설치된 가스 노즐(302, 304)과 돔의 상부면 중앙에 위치한 가스 노즐(306)을 통해 챔버 내로 공급된다. 이런 구조가 가지는 하나의 장점은, 다수의 상이한 가스가 이런 노즐(302, 304, 306)을 통해 챔버 내의 선택된 위치로 유입될 수 있다는 것이다. 게다가, 산소와 같은 다른 가스 또는 산소 및 SiF₄와 같은 혼합 가스가 노즐(306) 주위에 배열된 가스 통로(308)를 통해 노즐(306)을 따라 유입되어 챔버 내에 유입된 다른 가스와 혼합될 수 있다는 것이다.

일반적으로, 가스 분배 링(310)은 알루미늄 또는 다른 적절한 재료로 제조된 고리형인 링(314)을 포함하며, 이 고리형 링(314)은 노즐을 수용하기 위한 다수의 포트(311)를 구비하고 있으며, 이 포트들은 하나 이상의 가스 채널(316, 318)과 연통되어 있다. 바람직하게는, 가스링에 형성된 적어도 두개의 격리된 채널은 적어도 두개의 분리된 가스를 챔버 내에 공급한다. 링에 형성된 각각의 포트(311)는 가스 분배 채널(316 또는 318) 중 어느 하나와 연결된다. 본 발명의 한 실시예에서, 하나의 포트는 채널 중 어느 하나에 연결되고 다른 포트는 다른 채널에 연결된다. 이런 구조는 SiH₄ 및 O₂와 같은 가스를 개별적으로 유입시킬 수 있다.

도 5는 노즐(302)을 구비한 하나의 포트(314)가 연결된 제 1 가스 채널(316)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 가스 채널(316)은 챔버 몸체 벽의 상부면에 형성되고 챔버 벽의 전체 둘레 주위를 따라 고리형상을 띠며 형성되는 것이 바람직하다. 고리형인 가스 링은, 각각의 포트(314)가 연결되고 링 내에서 길이방향으로 배열된 제 1 채널 세트(320)를 가지고 있으며, 제 1 채널 세트는 채널에 가스를 분배하기 위해 제공된 각각의 포트에 연결된다. 가스 링이 가스 채널 위에 위치하면, 통로는 이런 채널과 연통된다. 가스 분배 링은, 분리되어 위치하며 채널로부터 바깥쪽으로 배열된 두개의 오-링(322, 324)을 이용하여 챔버벽의 상부면에서 밀봉되고, 이는 가스가 챔버 내부로부터 누출되는 것을 방지한다. Teflon 또는 이와 유사한 제품들과 같은 폴리테트라 플루오르에틸렌 (Polytetrafluoroethylene; PTFE) 시일(326)이 채널의 내측에 배치되어 리세스(328)에 배열되어 가스가 챔버로부터 누출되는 것을 방지한다.

포트(314)에 배열된 노즐(302, 304)은 나사식구조로 이루어져 포트 내 나사식 구조와 일치하는 것이 바람직하며, 이는 포트와 노즐 사이에 시일을 제공하고, 동시에 신속하고 용이한 교체를 가능하게 한다. 제한 오리피스(restricting orifice; 330)는 각 노즐의 단부에 위치하며 챔버 내로 원하는 가스의 분배를 제공하기 위해 선택될 수 있다.

도 6은 제 2 가스 채널(318)의 단면도이다. 제 2 가스 채널(318)은 고리형 가스 분배 링의 상부면에 형성되고 가스 분배 링의 둘레 주위를 따라 고리형 구조로 배열된다. 수평으로 배열된 통로(332)는 제 2 가스 채널과 가스 링에 형성된 하나 이상의 포트를 연결하며 추가의 가스 노즐이 이에 배열되어 있다. 제 2 가스 채널의 상부면은 돔(32)을 지지하는 덮개의 일부로 이루어져 있으며 기저판(33)에 의해 상부면이 밀봉되어 있다. 가스 링(310)은 챔버 몸체에 힌지식으로 장착된 기저판(33)에 볼트에 의해 고정된다.

본 발명의 하나의 장점은, 노즐의 팁을 다양한 각도로 위치시키고 수용하도록 하기위해 가스 분배 링이 쉽게 분리되고 포트를 가진 링으로 교체되어 가스의 분배 양식이 조절될 수 있다는 것이다. 다시 말해서, 여러 경우에 따라, 챔버 내에서 가스 노즐의 일부를 상방향으로 또는 하방향으로 각도를 조절할 수 있다. 가스 분배 링에 형성된 포트들은 원하는 각도로 밀링가공되어 이상적인 프로세싱 결과를 제공할 수 있다. 또한, 적어도 두개의 가스를 챔버 내에 개별적으로 전달할 수 있는 적어도 두개의 가스 채널을 가짐으로써, 다양한 가스 사이에서 일어나는 반응을 제어할 수 있다. 게다가, 가스 분배 조립체 내에서의 가스 반응은 가스들을 챔버 내로 개별적으로 전달함으로써 방지할 수 있다.

도 7은 돔을 관통하여 배열된 중앙 가스 공급기(312)의 단면을 도시하고 있다. 상부 가스 공급기(312)는 돔의 상부에 배치된 베이스(334) 및 돔내에 형성된 리세스내에 배치된 경사진 몸체(336)를 구비한 경사 구조가 바람직하다. 경사진 몸체(336)의 하부면에 하나 그리고 하단부로 향하는 경사진 몸체(338)의 측면에 하나, 이렇게 두개의 격리된 오-링(336, 338)은 가스 공급기(312)와 챔버 돔 사이의 접촉면에서 시일을 제공한다. 포트(340)는 노즐(306)을 수용하기 위해 가스 공급기 몸체의 하단부에 형성되어 가스를 챔버 내에 전달한다. 적어도 하나의 가스 통로(342)는 포트에 연결된 가스 공급기(310)를 관통하여 가스를 노즐의 후방으로 전달한다. 또한, 노즐(306)은 경사져 있고 포트(340)는 노즐(306)의 측면을 따라 챔버 내로 가스를 전달하는 제 2 가스 통로(308)를 규정한다. 제 2 가스 채널(304)은 가스 공급기(312)를 통해 배열되어 가스를 통로(308) 내로 전달한다. 산소와 같은 가스는 SiH₄와 같은 가스와 나란히 전달될 수 있다.

도 8은 덮개 조립체의 기저판(33)과 가스 분배 링(310)을 도시하는 분해도이다. 채널(350)은 기저판(33)의 하단 일부에 형성되어 가스 분배 링(310)을 수용한다. 가스 링(310)은 볼트로 조여지거나 다른 방법으로 기저판(33)에 장착된다. 이런 기저판은 챔버 몸체에 힌지식으로 설치된다.

도 4를 다시 참조하면, 제 1 가스원(352) 및 제 1 가스 제어기(354)는 챔버 벽에 형성된 제 1 가스 채널(316)로 라인(356)을 통해 유입되는 제 1 가스를 제어한다. 이와 유사하게, 제 2 가스원(358) 및 제 2 가스 제어기(360)는 가스 분배 링에 형성된 제 2 가스 채널(318)내로 라인(362)을 통해 원하는 제 2 가스를 공급한다.

제 3 가스원(364) 및 제 3 가스 제어기(366)는 챔버의 상부에 배치된 제 2 노즐(306)로 라인(368)을 통해 제 3 가스를 공급한다. 제 4 가스원(370) 및 제 2 가스 제어기(372)는 라인(374)을 통해 가스 통로(308)에 제 4 가스를 공급한다. 제 3 가스 노즐과 제 4 가스 노즐을 통해 유입된 두 가스는 이들이 챔버로 유입될 때 챔버의 상부에서 혼합된다.

본 발명에 따라, 플루오르 이산화규소 유리(FSG)를 증착하기 위해, SiF₄ 및 산소는 노즐(304)을 통해 챔버 내로 유입되고, 동시에 SiH₄ 및 아르곤은 노즐(302)을 통해 챔버 내로 유입된다. 노즐(302)은 노즐(304)보다 짧기 때문에, 노즐(302)은 돔 내면에 인접하여 있고, 노즐(302)을 통해 유입된 가스는 돔의 내부에서 보다 높은 분압을 형성하여 보다 긴 노즐(304)을 통해 유입된 가스가 돔의 내부면 상에 증착되는 것을 억제한다. FSG 프로세싱 가스가 적용되면, 돔의 내부면에서 SiH₄의 높은 분압은 내부면 상에 플루오르가 증착 결합하는 것을 감소시킨다. 돔의 인접한 내부면에 보다 높은 분압을 제공하기 위해 요구되는 노즐(302)의 길이는 노즐(304)의 길이와 각 노즐(302, 304)로부터 흐르는 프로세싱 가스의 유동율에 따라 결정된다. 프로세싱 가스의 유동율은 약 50sccm과 80sccm 사이가 바람직하며, 프로세싱 가스가 챔버 내에 공급되어 각각의 노즐(302)과 노즐(304)로부터 가스를 1:1의 비율로 제공하는 것이 보다 바람직하다. 노즐(302, 304)로부터의 가스 유동율이 동일하면, 노즐(302)의 길이는 노즐(304)의 길이에 대해 약 0.24 내지 0.85 사이의 비율이 통상적이다. 통상적인 200mm 기판 프로세싱 챔버에 있어서, 노즐(304)의 길이는 약 2.55inches와 약 3.05inches 사이가 일반적이며 노즐(302)의 길이는 약 1.75inches와 2.55inches 사이가 일반적이다.

노즐(302)의 길이를 결정하기 위해 고려되는 다른 사항은, 노즐(302)이 처리될 기판의 표면에 충분한 가스흐름을 제공하여 프로세싱의 균일성을 제공해야 한다는 것이다. 따라서, 기판까지의 노즐(304) 팁의 거리에 대한 기판까지의 노즐(302) 팁의 거리는 노즐(302)의 길이를 결정하는 요소가 된다. 통상적으로, 200mm 기판 프로세싱 챔버에 있어, 노즐(304)의 팁은 기판 지지부재 상에 배열된 기판으로부터 수직으로 약 1inches와 약 2.5inches 사이의 거리(즉, 노즐(302, 304)의 팁을 포함한 면과 기판 표면을 포함한 면 사이의 거리)에 배열된다. 동일한 200mm 기판 프로세싱 챔버에 있어, 노즐(302, 304)의 팁과 기판의 가장자리 사이에서 수평 오프셋 거리는 통상적으로 약 0.5inches와 3inches 사이의 거리이다. 예를 들면, 200mm 기판 프로세싱 챔버에 있어, 기판은 노즐(304, 302)의 팁을 포함한 면으로부터 1.78inches의 거리에 배치되고 노즐(302)의 거리는 약 2.55inches이며 동시에 노즐(304)의 거리는 약 3.05inches이고, 기판의 가장자리로부터 노즐(302)이 수평 오프셋 거리는 약 1.45inches이며 동시에 기판의 가장자리로부터 노즐(304)이 수평 오프셋 거리는 약 0.9inches이다. 다른 실례에서, 노즐(302)의 길이는 약 1.75inches이며 동시에 노즐(304)의 길이는 약 2.55inches이고, 노즐(302)의 수평 오프셋 거리는 기판의 가장자리로부터 약 2.55inches이며 동시에 노즐(304)의 수평 오프셋 거리는 기판의 가장자리로부터 1.45inches이다. 노즐(302, 304)로부터의 프로세싱 가스의 유동율은 약 50sccm과 80sccm 사이로 동일하다.

한 예로서, 기판 상에 실질적으로 균일한 증착이 이루어지게하고 그리고 돔에의 플루오르 확산에 의해 야기되는 프로세스 편차가 없도록 하는 매개변수를 이용하여, 전술한 프로세싱 챔버내에서 FSG 를 기판에 증착시켰다. 노즐(302)의 길이는 1.75inches이며 동시에 노즐(304)의 길이는 3.05inches 였다. 기판은 노즐(302, 304) 팁의 면 아래에 약 1.78inches 거리에 배열되었다. SiF₄와 산소는 약 56sccm의 유동율로 노즐(304)을 통해 챔버 내에 유입되었고, 동시에 SiH₄와 아르곤은 약 66sccm의 유동율로 노즐(302)을 통해 챔버 내에 유입되었다. 제 1 코일에 인가된 플라즈마 전력은 약 1500W이고 제 2 코일에 인가된 플라즈마 전력은 약 2900W였다. 증착 프로세싱이 진행되는 동안, 기판의 온도는 약 400℃로 유지되었고 동시에 돔의 온도는 120℃로 유지되었다. 기판 지지부재는 1800W로 바이어스되었다. 챔버 압력은 8mT로 유지되었다. 상기의 매개변수에 의해 증착 프로세싱은 3.4보다 낮은 k 값으로 균일하고 견고한 FSG 증착을 달성하였다. 증착된 FSG 막은 안정되고 요구되는 모든 막 성질에 부합되었다. 플루오르 원자는 하드웨어(즉, 세라믹 돔)에 충돌하지 않았고 어떠한 플루오르 원자도 약 1000Å 두께의 시즈닝 코트를 통해 완전히 확산되지 않았다. 그 결과로서, 어떠한 플루오르도 돔 상에 Al₂O_xF_y가 형성되도록 확산되지 않았고, 그로 인해 프로세싱되는 동안 어떠한 프로세스 편차도 일어나지 않았다.

도 9는 본 발명에 따른 가스 분배 링(410)의 다른 실시예의 사시도이다. 멀티-레벨(multi-level) 가스 분배 링(410)은 가스 노즐(402, 404)의 구조를 제외하고는 전체적으로 가스 분배 링(410)과 유사한다. 도 9에 도시된 가스 분배 링(410)은 긴 노즐(304)과 유사한 제 1 노즐 세트(404)와 챔버 돔을 향해 각을 이루며 기울어진 제 2 노즐 세트(402)를 포함한다. 노즐(402, 404)은 교대(alternating)로 배열되는데, 세 개의 노즐(404)이 기울어진 노즐(402)들 사이에 인접하여 배열된다. 제 1 노즐 세트(404)는 가스 분배 링(410) 내에 형성된 고리형 제 1 채널(도시 안됨)에 연결되며 동시에 제 2 노즐 세트(402)는 가스 분배 링 내에 형성된 고리형 제 2 채널(도 10에 도시됨)에 연결된다. 비록 도 9에 노즐(402, 404)의 바람직한 배열이 도시되어 있지만, 원하는 멀티-레벨 가스 분배를 제공하기 위한 노즐의 다른 배열이 본 발명에 따라 생각될 수 있다.

도 10은 고리형 제 2 가스 채널(416) 및 기울어진 노즐(402)을 도시하고 있는 가스 분배 링(410)의 부분 단면도이다. 가스 분배 링(410)을 포함한 면으로부터 측정된 경사각(α)은 챔버 돔을 향한 약 15도와 약 60도 사이의 각이 바람직하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각(α)은 약 45도를 이루고 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 기울어진 제 2 노즐(402)로부터 서로 반대방향으로(즉, 기판을 향해) 기울어진 제 1 노즐 세트(404)를 제공한다. 제 1 노즐 세트(404)의 경사각은 가스 분배 링(410)을 포함한 면으로부터 약 0도 내지 약 25도 사이의 각이다(즉, 기판을 향해 약 0도 내지 25도 사이의 경사각).

멀티-레벨 가스 분배 링(410)은, 경사진 노즐(402)을 통해 유입된 프로세싱 가스를 중앙이 두터운 확산 양식(center thick diffusion pattern)으로 프로세싱 챔버 내에 유입시킨다. 이 실시예에 따라, 플루오르 이산화규소 유리(FSG)의 증착에 있어, SiF₄ 및 산소는 노즐(404)을 통해 챔버 내에 유입되고 동시에 SiH₄ 및 아르곤은 노즐(402)을 통해 챔버 내에 유입된다. 중앙이 두터운 확산 양식으로 인하여, 플루오르 및 인과 같은 이산화규소 도펀트는 기판 표면에 걸쳐 균일하게 분배되어 증착 균일성이 개선된다.

가스 분배 링(310)이 플루오르가 세라믹 돔에 충돌하는 것을 방지하듯이 멀티-레벨 가스 분배 링(410) 또한 이와 동일한 목적을 달성한다. 왜냐하면, 경사진 노즐(402)을 통해 유입된 프로세싱 가스는 노즐(404)을 통해 유입된 프로세싱 가스 보다 세라믹 돔의 인접한 표면에서 보다 높은 분압을 제공하기 때문이다. 예를 들면, FSG 프로세싱 가스가 상기의 경우에 적용되면, 돔 내면에서의 보다 높은 SiH₄ 분압은 내면 상에서의 증착을 위한 플루오르 결합을 감소시켜 플루오르 종에 의해 돔이 검게 되는 것을 방지하며, 이는 다시 균일한 증착, 증착율, 프로세싱되는 동안의 챔버내의 플루오르 함량 및 균일한 스퍼터링과 관련한 프로세싱 편차를 방지한다. 멀티-레벨 가스 분배 링(410)의 다른 장점은, 세라믹 돔의 내면과 시즈닝 가스를 유입하기 위한 노즐 사이의 거리가 단축됨으로써 시즈닝 코트가 빠른 속도로 증착된다는 것이다.

지금까지 설명된 것이 본 발명의 바람직한 실시예이기는 하지만, 본 발명의 다른 추가적인 실시예가 본 발명의 기본적인 사상에 벗어남없이 안출될 수 있으며, 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해 결정된다.

Claims

기판 상에 막을 증착하기 위한 장치로서,

a) 프로세싱 챔버;

b) 상기 프로세싱 챔버내의 가스 분배 링상에서 동일 평면에 배열된 다수의 포트;

c) 상기 포트에 각각 배치되고, 상기 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에서 제 1 가스를 공급하는 하나 이상의 제 1 가스 노즐; 및

d) 상기 포트에 각각 배치되고, 상기 제 1 거리와 상이한 상기 챔버의 내면으로부터의 제 2 거리에서 제 2 가스를 공급하는 하나 이상의 제 2 가스 노즐을 포함하는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 챔버의 상기 내면 상에 상기 제 1 가스가 증착되는 것을 방지하기 위해, 상기 제 2 가스가 상기 챔버의 내면에 인접하여 보다 높은 분압을 생성하는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 프로세싱 챔버는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 챔버를 포함하는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 가스는 SiF₄를 포함하고 상기 제 2 가스는 SiH₄를 포함하는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비율이 0.24내지 0.85인 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 거리는 2.55 인치 내지 3.05 인치이고 상기 제 2 거리는 1.75 인치 내지 2.55 인치인 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 기판 지지부재 상에 배치된 기판을 포함하는 평면으로부터 1.0 인치 내지 2.5 인치의 거리에 배치되는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 기판 지지부재 상에 배치된 기판의 가장자리로부터 0.5 인치 내지 3.0 인치의 거리에 배치되는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 기판 지지부재 위쪽에서 원주를 따라 배치되고, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 기판 지지부재 위쪽에서 원주를 따라 배치되는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐이 서로 교대로 배치되는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 기판 지지부재 위쪽의 중앙에 배열된 하나 이상의 제 3 가스 노즐을 추가로 포함하는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐과 다른 각도로 배치되는 막 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 프로세싱되는 기판의 표면으로부터 경사진 각도로 배치되고, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 기판의 표면에 평행한 평면내에 배치되는 막 증착 장치.
기판 프로세싱 챔버내의 가스 분배 장치로서,

a) 상기 프로세싱 챔버내의 가스 분배 링상에서 동일 평면에 배열된 다수의 포트;

b) 상기 포트에 각각 배치되고, 상기 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에서 제 1 가스를 공급하는 하나 이상의 제 1 가스 노즐; 및

d) 상기 포트에 각각 배치되고, 상기 제 1 거리와 상이한 상기 챔버의 내면으로부터의 제 2 거리에서 제 2 가스를 공급하는 하나 이상의 제 2 가스 노즐을 포함하며,

상기 내면에 상기 제 1 가스가 증착되는 것을 방지하기 위해, 상기 제 2 가스가 상기 챔버의 내면에 인접하여 보다 높은 분압을 생성하는 가스 분배 장치.
제 14항에 있어서, 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비율이 0.24 내지 0.85인 가스 분배 장치.
제 14항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 기판 지지부재 위쪽에서 원주를 따라 배치되고, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 기판 지지부재 위쪽에서 원주를 따라 배치되는 가스 분배 장치.
제 14항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐과 다른 각도로 배치되는 가스 분배 장치.
제 14항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 프로세싱되는 상기 기판의 표면으로부터 0°보다 큰 각도로 배치되고 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 기판의 표면에 평행한 평면내에 배치되는 가스 분배 장치.
제 14항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 프로세싱 챔버의 돔을 향해 경사진 가스 분배 장치.
제 17항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 프로세싱 챔버의 돔을 향해 경사진 가스 분배 장치.
기판 프로세싱 챔버내의 가스 분배 장치로서,

가스 링;

상기 가스 링에 형성된 2 이상의 분리된 통로;

상기 가스 링내에서 서로 동일 평면에 배열되어 노즐을 수용하는 다수의 포트; 및

상기 포트내에 배치된 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 하나 이상의 제 2 가스 노즐을 포함하며,

상기 각각의 포트는 상기 2 이상의 분리된 통로 중 어느 하나에 연결되고, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐보다 짧은 가스 분배 장치.
제 21항에 있어서, 상기 2 이상의 통로는 제 1 통로와 제 2 통로를 포함하는 가스 분배 장치.
제 22항에 있어서,

상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 기판 프로세싱 챔버의 내면으로부터 제 1 거리에서 제 1 가스를 공급하며, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐 각각은 상기 제 1 통로와 연결된 포트내에 배열되고; 그리고

상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 기판 프로세싱 챔버의 내면으로부터 제 2 거리에서 제 2 가스를 공급하며, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐 각각은 상기 제 2 통로와 연결된 포트에 배열되며,

상기 기판 프로세싱 챔버의 내면 상에 상기 제 1 가스가 증착되는 것을 방지하기 위해, 상기 제 2 가스가 상기 기판 프로세싱 챔버의 내면에 인접하여 보다 높은 분압을 생성하는 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 서로 동일한 평면 내에서 수평으로 연장되는 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐은 상기 가스 링의 평면으로부터 제 1 각을 이루며 배열되고, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 가스 링의 평면으로부터 제 2 각을 이루며 배열되는 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 기판 프로세싱 챔버의 돔을 향해 경사진 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 가스 링은 상기 기판 프로세싱 챔버로부터 분리될 수 있는 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 1 가스 노즐과 상기 하나 이상의 제 2 가스 노즐은 상기 가스 링으로부터 분리될 수 있는 가스 분배 장치.
제 23항에 있어서, 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비율이 0.24 내지 0.85인 가스 분배 장치.
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