KR100763681B1 - 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치 및 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명의 장치는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 웨이퍼 후면에 He 가스를 공급하는 밸브 어셈블리 및 펌프와, 장치의 증착 공정시 미리 구한 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 밸브 어셈블리 및 펌프를 제어하여 He 가스 공급량을 기설정된 공급량에서 조정하여 공급하는 제어부를 포함한다. 그러므로, 본 발명은 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 He 가스 공급량을 자동으로 조정하여 공급함으로써 웨이퍼 온도를 기설정된 온도로 일정하게 유지할 수 있다.

고밀도 플라즈마 화학기상증착, He 가스, 웨이퍼 온도

Description

고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE HIGH DENSITY PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}

도 1은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 상부 챔버 110 : 하부 챔버

130 : 정전척 140 : 웨이퍼

150 : 흡배기부 160 : 밸브 어셈블리

170 : 펌프 180 : 제어부

본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 기술에 관한 것으로서, 특히 He 가스 공급 조절을 통해 일정하게 웨이퍼 기판 온도를 제어할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조장치중 고밀도 플라즈마(HDP : High Density Plasma) 화학기상증착장치는 금속 배선 사이의 갭을 채우는데 가장 많이 이용되고 있는 증착장치이다.

이러한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는, 화학기상증착장치가 원하는 공정 온도에 도달시키기 위해 히터를 사용하는 것과 달리 플라즈마를 주요 열원으로 하고 있다.

게다가 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는, 웨이퍼 후면(backside)에 He 가스를 이용하여 금속 패턴 유지 온도 이상으로 공정 챔버 온도가 올라가지 않도록 냉각시킨다. 예를 들면, 알루미늄의 경우 400℃ 이하가 되도록 한다.

하지만, 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에서 웨이퍼 기판 온도 유지를 위해 He 가스를 공급하는 방식은 정확하게 웨이퍼의 온도를 파악할 수 없고, 원하는 대로의 온도 조절이 어렵다는 것이다.

이러한 웨이퍼 온도 유지 문제를 해결하기 위해 일정하게 He를 공급하며 광학적으로 온도를 측정하고 He의 연속 조절을 통해 웨이퍼 온도를 일정하게 유지하는 기술이 제안되고 있으나, 광학적 온도 측정자체가 부정확하며, 기판의 상태(예컨대 베어(bare wafer), 여러 종류의 패턴 웨이퍼)에 따라 온도가 다르게 읽혀지므로 온도 오차에 의한 위험이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 He 가스 공급량을 자동으로 조정하여 공급함으로써 실제 웨이퍼 온도를 일정하게 유지할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 웨이퍼 후면에 가스를 공급하는 장치에 있어서, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 웨이퍼 후면에 He 가스를 공급하는 밸브 어셈블리 및 펌프와, 장치의 증착 공정시 미리 구한 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 밸브 어셈블리 및 펌프를 제어하여 He 가스 공급량을 기설정된 공급량에서 조정하여 공급하는 제어부를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 웨이퍼 후면에 가스를 공급하는 방법에 있어서, 장치의 증착 공정시 미리 구한 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 He 가스 공급량을 기설정된 공급량에서 조정하여 공급하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는 다음과 같다.

상부 챔버(100)와 하부 챔버(110)가 결합되어 전체적인 외관 형상이 이루어지며, 챔버(100)(110) 내부에는 증착 공정이 수행되는 웨이퍼(140)가 안착되는 정전척(electrostatic chuck)(130)이 설치된다.

정전척(130)의 하부에는 정전척(130)의 배면에 웨이퍼 기판 온도를 기설정된 온도로 유지시키기 위한 He 가스의 흡배기가 수행되는 흡배기부(150)가 설치되며, 흡배기부(150)의 하부에는 밸브 어셈블리(160)와 펌프(170)가 차례로 설치된다.

그리고 상부 챔버(100)의 상단과 측단에는 RF 전원이 인가되는 고주파 코일(120)이 설치되고, 상단 중심부분에는 상부 챔버(100) 내부로 증착 공정 수행을 위한 반응 가스가 공급되는 분사 노즐(200)이 장착된다.

또한 하부 챔버(110) 내부의 측면에는 전술한 분사노즐(200)과 별도로 다수의 반응 가스가 공급되는 다른 분사노즐(200)이 설치되며, 하부 챔버(110)에는 RF 바이어스가 인가되도록 되어 있다.

본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는 밸브 어셈블리(160)와 펌프(170)의 제어를 통해 흡배기부(150)에 공급되는 He 가스를 실제 웨이퍼 온도와 측정된 온도와의 차이에 따라 미리 프로그램된 He 가스 공급 조건에 따라 자동으로 조정하는 제어부(180)를 포함한다.

그러므로, 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는, 제어부(180)에서 실제 웨이퍼 온도와 측정된 온도와의 차이에 따라 변경되는 He 가스 공 급 조건에 따라 웨이퍼 후면에 He 가스를 자동으로 조정하면서 공급함으로써 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정이 진행되는 동안 웨이퍼 온도를 기설정된 온도 이하(예컨대 알루미늄 증착시 350℃)로 일정하게 유지하여 냉각시킬 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 장치에서 산화막 증착시 목표 기판 온도를 350℃라 할 때 (ㄱ)과 같이 웨이퍼 후면에 공급되는 He 가스를 약 7Torr로 유지시키면 종래에는 (ㄴ)과 같이 미리 실험을 통하여 측정해서 구한 웨이퍼 기판의 실제 온도(●)와 측정된 웨이퍼 기판의 온도를 나타내는 온도 측정치(◆)가 거의 일치해서 250℃～350℃에서 변화됨을 알 수 있다.

이에 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는 도 2b에 도시된 바와 같이, 미리 실험에서 구한 조건, 즉 실제 온도(●)와 온도 측정치(◆)가 동일하게 변화되는 조건((ㄷ)과 같이)을 토대로 웨이퍼 후면에 공급되는 He 가스를 시간에 따라 6Torr, 5Torr, 7Torr로 조정하여 공급한다. 그러면, (ㄹ)과 같이 웨이퍼 기판 온도가 350℃로 일정하게 유지된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 종래 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 장치에서 산화막 증착시 목표 기판 온도를 350℃라 할 때 (ㄱ)과 같이 웨이퍼 후면에 공급되는 He 가스를 약 7Torr로 유지시키더라도 (ㄴ)과 같이 웨이퍼 기판의 실제 온도(●)와 온도 측정치(◆)가 실제로 약 50℃ 정도 차이가 남을 알 수 있다.

이에, 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는 도 3b에 도시된 바와 같이, 미리 실험에서 구한 조건, 즉 실제 온도(●)와 온도 측정치(◆)가 약 50℃ 정도 차이나는 조건((ㄷ)과 같이) 웨이퍼 후면에 공급되는 He 가스를 시간에 따라 4Torr, 6Torr로 조정하여 공급한다. 그러면, (ㄹ)과 같이 웨이퍼 실제 기판 온도(●)가 350℃로 일정하게 유지된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정시 미리 측정해서 구한 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 He 가스 공급량을 자동으로 조정하여 웨이퍼 후면에 공급함으로써 웨이퍼 온도를 기설정된 온도로 일정하게 유지할 수 있다.

그러므로, 본 발명은 예비 실험을 통하여 웨이퍼 기판의 종류에 따라 변화되는 He 공급량을 미리 프로그램함으로써 웨이퍼 기판의 종류(생산하는 제품군)에 따른 실제 유지하고자 하는 웨이퍼 온도를 일정하게 유지할 수 있어 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (6)

1. 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치에 있어서,

   상기 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 웨이퍼 후면에 He 가스를 공급하는 밸브 어셈블리 및 펌프와,

   상기 장치의 증착 공정시 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 상기 밸브 어셈블리 및 펌프의 제어를 통해 He 가스 공급량을 시간에 따라 기설정된 공급량으로 조정하여 공급하는 제어부

   를 포함하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 실제 웨이퍼 온도와 측정된 웨이퍼 온도가 동일할 경우, 상기 동일한 두 온도의 변화값에 따라 상기 He 가스 공급량을 상기 기설정된 공급량으로 조정하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 실제 웨이퍼 온도와 측정된 웨이퍼 온도가 서로 동일하지 않을 경우, 상기 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도가 되도록 상기 He 가스 공급량을 상기 기설정된 공급량으로 조정하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 장치.
4. 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법에 있어서,

   상기 장치의 증착 공정시 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도로 유지되도록 상기 장치의 웨이퍼 후면에 He 가스를 공급하는 밸브 어셈블리 및 펌프의 제어를 통해 He 가스 공급량을 시간에 따라 기설정된 공급량으로 조정하여 공급하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 He 가스 공급량은,

   상기 실제 웨이퍼 온도와 측정된 웨이퍼 온도가 동일할 경우, 상기 동일한 두 온도의 변화값에 따라 상기 He 가스 공급량을 상기 기설정된 공급량에서 조정하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 He 가스 공급량은,

   상기 미리 구한 실제 웨이퍼 온도와 측정된 웨이퍼 온도가 서로 동일하지 않을 경우, 상기 실제 웨이퍼 온도가 기설정된 온도가 되도록 상기 He 가스 공급량을 상기 기설정된 공급량에서 조정하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치의 제어 방법.

Images