KR100862842B1 - Ｍｉｌｏ 공정 챔버 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정가스를 분사하는 샤워헤드와 공정챔버내에 RF를 형성하는 RF 어셈블리의 위치 및 구조를 개선하여 웨이퍼상에 공정가스가 집중적으로 분사되도록 함과 아울러 공정챔버 내부에 파티클의 발생을 최소화할 수 있도록 하는 MILO 공정 챔버 시스템에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 공정챔버내에 고주파를 발생시키는 RF 어셈블리; 가스공급라인이 고정되는 챔버리드; 웨이퍼상에 공정가스를 분사하는 샤워헤드; 상기 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;및 상기 웨이퍼로 전달되는 열을 발생시키는 램프모듈;을 포함하여 이루어지는 MILO 공정 챔버 시스템에 있어서, 상기 RF 어셈블리는 상기 샤워헤드와 상기 웨이퍼 사이에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구비되고, 상기 샤워헤드는 중앙부위에 형성되어 수직하 방향으로 공정가스를 분사하는 공정가스 분사구;와 상기 샤워헤드 가장자리 부분의 원주둘레를 따라 He 가스를 상기 웨이퍼의 가장자리 외측 방향으로 상기 RF 어셈블리 전체에 분사하는 He 분사구;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, MILO 공정중 웨이퍼상에 집중적으로 공정가스를 분사하여 파티클의 발생을 최소화하고, 공정의 집중과 클리닝 모두를 효과적으로 이룰 수 있는 장점이 있다.

CVD, MILO, RF 플라즈마, 샤워헤드, RF 어셈블리, He, NF3.

Description

ＭＩＬＯ 공정 챔버 시스템{Metal Inter Level Oxide Process Chamber System}

본 발명은 반도체 금속배선층간을 절연시키는 산화막을 증착하는 MILO 공정 챔버 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정가스를 분사하는 샤워헤드의 구조와 공정챔버내에 RF를 형성하는 RF 어셈블리의 위치 및 구조를 개선하여 웨이퍼상에 공정가스가 집중적으로 분사되도록 함과 아울러 공정챔버 내부에 파티클의 발생을 최소화할 수 있도록 하는 MILO 공정 챔버 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 제조하는 설비중 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 함)설비는 고온 상태에서 챔버의 내부로 공정가스를 공급하여 웨이퍼에 이러한 공정가스가 증착되도록 하는 설비이다. 즉, CVD 공정은 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판위에 박막이나 에피택셜층을 형성하는 공정으로서, 기판 위에 박막을 형성하는 과정은 화합물 가스를 챔버 내로 공급하여 이루어진다.

이러한 CVD 공정중 플라즈마에 의한 CVD(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 MILO(Metal Inter Level Oxide)막 등을 형성하는 공 정을 수행한다. 상기 PECVD 공정은 강한 전압으로 야기된 플라즈마를 이용하여 반응물질을 활성화시켜서 기상으로 증착시키는 방법이다.

막의 형성에 필요한 플라즈마에 의한 CVD 반응은 진공상태에서 RF 에너지가 가스분자를 해체하는 데 사용될 때 일어난다. RF의 주파수는 응용분야에 따라 결정되는데, 일반적으로 이용되는 주파수는 40 kHz, 400 kHz, 13.56 MHz, 2.45 GHz이다.

도 1은 종래 MILO 공정 챔버 시스템의 내부 구성도이고, 도 2는 종래 샤워헤드의 구조를 나타내는 평면도이다.

MILO 공정진행은 웨이퍼(12)를 수납한 카세트의 로딩후 로드락에서 트랜스퍼 챔버내의 로봇이 상기 카세트내의 웨이퍼(12)를 들어 올리고, 공정챔버내의 밸브가 열리면 로봇이 웨이퍼(12)를 공정챔버로 이동시킨다. 그 후 공정챔버내의 웨이퍼(12)가 서셉터(13) 위에 안착되고, 상기 서셉터(13)가 공정위치로 가면 공정이 진행된다.

우선 챔버리드(Chamber Lid, 11)에 RF 파워(17)가 연결되어 공정챔버(10) 내부에 RF가 형성되고, 공정가스 유량조절기(16)의 공급라인(16a)을 따라 공급되는 공정가스는 샤워헤드(20)에서 분사되어 RF 플라즈마를 형성하게 된다.

공정중 웨이퍼(12)는 진공흡착력에 의해 서셉터(13)에 흡착된 상태로 회전한다. 또한, 공정챔버(10)의 하측으로는 램프모듈(15)에 의해 발생된 열이 석영윈도우(14)를 경유하여 서셉터(13)로 전달되어 웨이퍼(12)를 공정온도에 맞도록 가열하게 된다. 상기 석영윈도우(15)는 램프모듈(15)에서 발생하는 램프의 빔(beam)을 공 정챔버(10)내로 전달하기 위해 구비된 것이다.

상기한 종래의 MILO 공정 챔버 시스템의 경우에는 샤워헤드(20)가 도 2에 도시된 바와 같이 단순히 그 내부에 홀(25)이 균일하게 방사형으로 형성된 구조이기 때문에 공정가스를 웨이퍼(12)에 집중시키지 못하고, 또한 공정의 진행중에는 공정 챔버(10) 내에 공정가스(TEOS, O₂, He, N₂ 등)가 남아 있게 되며, 이러한 잔류 공정가스로 인한 파우더 및 부산물이 파티클 발생의 원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 공정진행후에는 상기 파티클로 인하여 공정챔버(10) 내부의 RF 형성이 원활하지 못하게 되어 웨이퍼(12)의 중앙부분과 가장자리부분의 두께 및 균일성이 불안정해지고, 파티클 제거를 위한 과도하고 불필요한 세정작업을 필요로 하게 되며, 웨이퍼(12)의 결함(defect) 발생 및 스크랩(scrap)의 원인으로 반도체 수율 저하, 공정 데이터의 불안정 및 샤워헤드(20)의 잦은 교체로 인한 장비의 다운 타임(down time)을 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼상에 공정가스가 집중적으로 분사되도록 하여 공정후 웨이퍼의 두께 및 균일성을 향상시키고, 공정챔버내에서의 부산물로 인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있는 MILO 공정 챔버 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 MILO 공정 챔버 시스템은, 공정챔버내에 고주파를 발생시키는 RF 어셈블리; 가스공급라인이 고정되는 챔버리드; 상기 챔버리드의 가스공급라인과 연결되어 웨이퍼상에 공정가스를 분사하는 샤워헤드; 상기 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;및 상기 서셉터 하측에 위치하여 상기 웨이퍼로 전달되는 열을 발생시키는 램프모듈;을 포함하여 이루어지는 MILO 공정 챔버 시스템에 있어서, 상기 RF 어셈블리는 상기 샤워헤드와 상기 웨이퍼 사이의 공간상에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구비되고, 상기 샤워헤드는 중앙부위에 형성되어 수직하 방향으로 공정가스를 분사하는 공정가스 분사구;와 상기 샤워헤드 가장자리 부분의 원주둘레를 따라 He 가스를 상기 웨이퍼의 가장자리 외측 방향으로 상기 RF 어셈블리 전체에 분사하는 He 분사구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 샤워헤드는 모터파워에 연결되어 공정중 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 RF 어셈블리의 내벽에는, 공정진행중에는 웨이퍼 방향으로 He 가스를 분사하는 He 분사구;와 공정후 클리닝시에는 NF₃ 가스를 웨이퍼 방향으로 분사하는 NF₃ 분사구;가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 He 분사구와 상기 NF₃ 분사구는 공통으로 사용하는 동일한 분사구인 것을 특징으로 한다.

상기 공정가스 분사구는 중앙에서 외측방향으로 나선형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MILO 공정 챔버 시스템에 의하면, 공정가스를 분사하는 샤워헤드가 회전하면서 중앙부위에 형성된 나선형의 공정가스 분사구를 통해 집중적으로 웨이퍼상에 분사되도록 하고, 상기 샤워헤드의 원주 둘레에는 웨이퍼 가장자리 외측방향으로 He 가스가 분사되도록 하여 웨이퍼로의 부산물 이동을 차단함과 아울러 RF 어셈블리를 클리닝할 수 있는 장점이 있다.

또한, RF 어셈블리를 샤워헤드와 웨이퍼 사이의 공간에 위치시켜 RF 형성이 원활히 이루어지도록 하고, 공정중에는 RF 어셈블리에서 He 가스가 웨이퍼 방향으로 분사되도록 하고, 공정후 클리닝시에는 RF 어셈블리에서 NF₃ 가스가 분사되어 클리닝 되도록 하여 웨이퍼상에 공정가스를 집중시킬 수 있고, 부산물로 인한 웨이퍼의 오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작 용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 MILO 공정 챔버 시스템의 내부 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 샤워헤드의 구조를 나타내는 평면도이다.

본 발명의 MILO 공정 챔버 시스템의 공정챔버(30)는 종래 기술과 비교하여, 샤워헤드(40)의 구조 변경과 RF 어셈블리(50)의 위치 및 구조 변경에 그 특징이 있는 것이다.

샤워헤드(40)는 모터파워(32)에 연결되어 전체가 회전 가능한 구조로 되어 있어, 공정가스의 분사를 고르게 할 수 있도록 해준다.

도 4를 참조하면, 샤워헤드(40)의 중앙부위에는 중앙에서 외곽방향으로 나선형으로 다수 형성된 공정가스 분사구(41)가 구비되어 있으며, 상기 공정가스 분사구(41)의 라인을 따라 촘촘한 홀이 형성되어 있어, 공정중 상기한 샤워헤드(40)의 회전과 더불어 공정가스를 수직하방향으로 웨이퍼(12) 상측에 분사하게 된다.

또한, 상기 샤워헤드(40) 가장자리 부분의 원주둘레를 따라 형성된 He 분사구(42)를 통해 He 가스를 분사함으로써 웨이퍼(12)이 외측으로부터 웨이퍼(12) 방향으로 유입되는 부산물을 차단시키고, 또한 후술할 RF 어셈블리(50) 전체에 분사되어 공정챔버(30) 내부와 RF 어셈블리(50) 전체를 클리닝하는 역할을 한다.

샤워헤드(40)의 상측에 구비되는 챔버리드(31)는 공정가스 유량조절기(33)와 연결되는 공급라인(33a)과 He 유량조절기(34)와 연결되는 공급라인(34a)을 고정시키는 역할을 한다.

RF 어셈블리(50)는 종래 도 1에 도시된 챔버리드(11)에 RF가 형성되는 것과 는 달리, 상기 샤워헤드(40)와 웨이퍼(12) 사이의 공간상에 상기 웨이퍼(12)를 둘러싸도록 구비된다. 이렇게 RF 어셈블리(50)를 실제적으로 RF 플라즈마가 형성되어야 하는 부분인 샤워헤드(40)와 웨이퍼(12) 사이의 공간상에 위치시킴으로써 RF 형성 효율을 증대시킬 수 있다.

상기 RF 어셈블리(50)는 RF 파워(55)와 연결되어 공정챔버(30) 내부에 RF를 형성함과 아울러, 추가적으로 RF 어셈블리(50)의 내벽에는 He 분사구(35a)와 NF₃ 분사구(36a)가 형성되어 있다.

공정진행중에는 He 유량조절기(35)로부터 공급된 He 가스가 상기 He 분사구(35a)를 통하여 웨이퍼(12)를 향하는 방향으로 분사되고, 공정후 클리닝시에는 NF₃ 유량조절기(36)로부터 공급된 NF₃ 가스가 NF₃ 분사구(36a)를 통하여 웨이퍼(12)를 향하는 방향으로 분사된다.

이때, 상기 He 분사구(35a)와 NF₃ 분사구(36a)는 공통으로 사용하는 동일한 분사구로 형성할 수 있으며, 이는 He 가스가 무반응 가스이기 때문에 문제를 일으키지 않는다.

따라서 상기 He 분사구(35a)를 통하여 웨이퍼(12)를 향하는 방향으로 He 가스를 분사시킴으로써 공정진행중에는 상기 샤워헤드(40)의 공정가스 분사구(41)에서 분사되는 공정가스를 웨이퍼(12) 방향으로 집중시킬 수 있게 되어 파티클의 발생을 감소시킬 수 있고, 공정후 클리닝시에는 NF₃ 분사구(36a)를 통하여 웨이퍼(12) 를 향하는 방향으로 NF₃ 가스를 분사시킴으로써 상기한 샤워헤드(40) 둘레의 He 가스 분사구(42)에서의 He 가스 분사와 더불어 RF 어셈블리(50) 전체를 클리닝할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 MILO 공정 챔버 시스템에 의하면, 웨이퍼(12)의 바로 상측의 둘레로 RF 어셈블리(50)를 위치시켜 실질적인 공정과 공정후의 클리닝을 모두 효과적으로 달성할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래 MILO 공정 챔버 시스템의 내부 구성도,

도 2는 종래 샤워헤드의 구조를 나타내는 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 MILO 공정 챔버 시스템의 내부 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 샤워헤드의 구조를 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,30 : 공정챔버 11,31 : 챔버리드

12 : 웨이퍼 13 : 서셉터

14 : 석영윈도우 15 : 램프모듈

16,33 : 공정가스 유량조절기 17,55 : RF 파워

20,40 : 샤워헤드 25 : 홀

32 : 모터파워 34,35 : He 유량조절기

35a,42 : He 분사구 36 : NF₃ 유량조절기

36a : NF₃ 분사구 41 : 공정가스 분사구

50 : RF 어셈블리

Claims (5)

1. 공정챔버내에 고주파를 발생시키는 RF 어셈블리;

   가스공급라인이 고정되는 챔버리드;

   상기 챔버리드의 가스공급라인과 연결되어 웨이퍼상에 공정가스를 분사하는 샤워헤드;

   상기 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;및

   상기 서셉터 하측에 위치하여 상기 웨이퍼로 전달되는 열을 발생시키는 램프모듈;을 포함하여 이루어지는 MILO 공정 챔버 시스템에 있어서,

   상기 RF 어셈블리는 상기 샤워헤드와 상기 웨이퍼 사이의 공간상에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구비되고, 상기 샤워헤드는 중앙부위에 형성되어 수직하 방향으로 공정가스를 분사하는 공정가스 분사구;와 상기 샤워헤드 가장자리 부분의 원주둘레를 따라 He 가스를 상기 웨이퍼의 가장자리 외측 방향으로 상기 RF 어셈블리 전체에 분사하는 He 분사구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MILO 공정 챔버 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤워헤드는 모터파워에 연결되어 공정중 회전되는 것을 특징으로 하는 MILO 공정 챔버 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 어셈블리의 내벽에는, 공정진행중에는 웨이퍼 방향으로 He 가스를 분사하는 He 분사구;와 공정후 클리닝시에는 NF₃ 가스를 웨이퍼 방향으로 분사하는 NF₃ 분사구;가 형성된 것을 특징으로 하는 MILO 공정 챔버 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 He 분사구와 상기 NF₃ 분사구는 공통으로 사용하는 동일한 분사구인 것을 특징으로 하는 MILO 공정 챔버 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 공정가스 분사구는 중앙에서 외측방향으로 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 MILO 공정 챔버 시스템.

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