KR100873150B1 - 기판을 처리하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

공정챔버의 내부에는 기판을 지지하는 지지부재가 설치되며, 가스공급부재는 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급한다. 소스가스는 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극과 상부전극에 대향되도록 배치된 하부전극에 의하여 방전되며, 소스가스로부터 플라스마가 생성된다. 승강부재는 하부전극을 승강하며, 상부전극과 하부전극 사이의 거리를 조절한다. 또한, 소스가스는 공정챔버의 내부에 에너지를 인가하는 코일부재에 의하여 방전될 수 있다.
상부전극, 하부전극, 승강부재, 코일

Description

기판을 처리하는 장치 및 방법{apparatus and method for processing substrate}
도 1a 및 1b는 금속라인들 사이에 형성된 갭을 채우는 모습을 나타내는 웨이퍼의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치를 포함하는 반도체 제조설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 지지플레이트가 동작하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 분사하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 3의 기판처리장치가 작동하는 모습을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 반도체 제조설비 10 : 기판처리장치(공정챔버)
100 : 공정챔버 200 : 지지부재
220 : 지지플레이트 240 : 구동축
500 : 플라스마 생성부재 520 : 코일 고정체
540 : 상부전극 600 : 가스공급부재
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판 상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
증착과 관련된 이슈 중 한가지는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다.
도 1a 및 1b는 금속라인들(a) 사이에 형성된 갭을 채우는 모습을 나타내는 웨이퍼의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b는 불완전한(incomplete) 갭 필링 과정을 보여주고 있다. 금속라인들(a) 사이의 갭은 절연막(b)으로 채워진다. 이때, 갭 내에 절연막(b)이 채워짐과 동시에, 갭 내의 상부에는 오버행들(overhang)(h)이 빵덩어리(breadloafing) 형태로 성장하며, 오버행(h)의 성장속도는 갭 내에 채워지는 절연막(b)의 성장속도보다 빠르다. 결국, 오버행(h)들은 서로 만나 갭의 상부를 폐쇄 하여 갭 내에 보이드(void)를 형성하며, 절연막(b)이 갭 내에 증착되는 것을 방해한다. 형성된 보이드는 높은 접촉저항(contact resistance) 및 높은 면저항(sheet resistance)을 가져오며, 파손을 일으키기도 한다. 또한, 보이드는 처리액 또는 수분을 함유하여, 안정성 문제를 일으키기도 한다.
고밀도 플라스마 화학기상증착(High-Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDPCVD) 방법은 플라스마를 이용하여 갭 내에 막을 증착하고, 막의 증착시 성장한 오버행을 에칭하며, 이후 다시 막을 증착하는 증착/에칭/증착 방법을 사용하여 보이드가 형성되는 것을 방지한다. 즉, 부분적으로 채워진 갭을 재형상화하여 갭을 개방시키고, 갭 내에 보이드가 형성되기 이전에 갭 내에 막을 증착시킨다. 이와 같은 방법은 큰 종횡비(Aspect Ratio:AR)를 가지는 갭 내에 보이드 없이 막을 증착시킬 수 있다.
이와 같은 플라스마 화학기상증착장치는 증착공정이 이루어지는 챔버를 구비한다. 챔버의 내부에는 웨이퍼가 로딩되며, 웨이퍼의 상부에는 공정가스가 공급된다. 공정가스가 공급된 상태에서 챔버 내에 전자기장을 형성하면 전자기장에 의하여 공정가스로부터 플라스마가 생성된다. 웨이퍼의 상부에는 고주파 전원이 연결된 상부전극이 제공되며, 웨이퍼의 하부에는 하부전극이 제공된다. 상부전극에 고주파 전원이 인가되면, 상부전극과 하부전극 사이에는 전자기장이 형성된다.
이때, 상부전극과 하부전극 사이에 형성되는 전자기장의 크기는 공정가스로부터 생성되는 플라스마에 큰 영향을 미친다. 전자기장의 크기에 따라 플라스마의 생성여부 또는 플라스마 밀도(plasma density)가 결정될 수 있다. 그러나, 종래의 상부전극 및 하부전극은 일정한 간격으로 이격된 상태에서 고정되어 있으므로, 공정조건의 변화에 능동적으로 대응할 수 없었다. 즉, 공정가스의 조성이 변하거나 높은 수준의 플라스마 밀도가 요구된다 하더라도 상부전극과 하부전극을 이용하여 이와 같은 공정조건을 만족시킬 수 없었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 상부전극과 하부전극 사이의 간격을 조절할 수 있는 기판을 처리하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 주어진 공정조건을 충족시킬 수 있는 기판을 처리하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 처리하는 장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 공정챔버, 상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 기판을 지지하는 지지부재, 상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재, 그리고 상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부재를 포함하되, 상기 플라스마 생성부재는 상기 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극, 상기 상부전극에 대향되도록 배치되며, 상기 상부전극과 함께 상기 소스가스를 방전시키는 하부전극, 그리고 상기 하부전극을 승강하는 승강부재를 포함한다.
상기 지지부재는 상기 기판이 놓여지는 지지플레이트 및 상기 지지플레이트의 하부에 연결되며, 상기 지지플레이트를 승강하는 구동축을 포함하며, 상기 하부전극은 상기 지지플레이트일 수 있다.
상기 가스공급부재는 상기 지지부재의 상부에 위치하며 상기 지지부재를 향하여 상기 소스가스를 공급하는 샤워헤드, 상기 샤워헤드를 지지하는 지지축을 더 포함하되, 상기 상부전극은 상기 샤워헤드에 결합될 수 있다.
상기 플라스마 생성부재는 상기 공정챔버의 내부에 공급된 상기 소스가스에 대하여 에너지를 인가하는 코일부재를 더 포함할 수 있다.
상기 코일부재는 상기 공정챔버의 측벽을 감싸도록 설치된 코일을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기판을 처리하는 장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 공정챔버, 상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 기판을 지지하는 지지부재, 상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재, 그리고 상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부재를 포함하되, 상기 플라스마 생성부재는 상기 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극, 상기 상부전극에 대향되도록 배치되며 상기 상부전극과 함께 상기 소스가스를 방전시키는 하부전극, 상기 공정챔버의 내부에 공급된 상기 소스가스에 대하여 에너지를 인가하는 코일부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법은 상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계, 상기 공 정챔버의 내부에 소스가스를 공급하고 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계, 그리고 상기 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되, 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계, 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 포함한다.
상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는 상기 하부전극을 승강하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는 코일부재를 이용하여 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는 다양한 공정조건에 따라 상기 간격을 달리하여 공정률을 측정하는 단계, 측정된 상기 공정률로부터 주어진 공정조건에 따른 최적의 간격을 결정하는 단계, 그리고 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 상기 최적의 간격으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법은 상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계, 상기 공정챔버의 내부에 제1 소스가스를 공급하고 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 제1 소스가스로부터 제1 플라스마를 생성하는 단계, 상기 제1 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계, 상기 공정챔버의 내부에 제2 소스가스를 공급하고 상기 상부전극 및 상기 하부전극을 이용하여 상기 제2 소스가스로부터 제2 플라스마를 생성하는 단계, 그리고 상기 제2 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되, 상기 제1 및 제2 플라스마를 생성하는 단계는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는 다양한 공정조건에 따라 상기 간격을 달리하여 공정률을 측정하는 단계, 측정된 상기 공정률로부터 주어진 공정조건에 따른 최적의 간격을 결정하는 단계, 그리고 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 상기 최적의 간격으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법은 상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계, 상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하고 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계, 그리고 상기 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되, 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는 제1 플라스마 소스와 상기 제1 플라스마 소스와 다른 제2 플라스마 소스를 동시에 또는 선택적으로 사용하여 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
이하에서는 기판의 일례로 웨이퍼(W)를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하에서는 증착 공정을 수행하는 기판처리장치(또는 공정챔버)(10)를 가지는 반도체 제조설비(1)를 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 애싱 공정, 에칭 공정, 또는 세정 공정에 응용될 수 있다. 또한, 이하에서는 유도 결합 플라스마(Inductively Coupled Plasma:ICP) 타입의 플라스마장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance:ECR) 타입을 포함하는 다양한 플라스마장치에 응용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치(10)를 포함하는 반도체 제조설비(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 살펴보면, 반도체 제조설비(1)는 공정설비(2), 설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module:EFEM)(3), 그리고 경계벽(interface wall)(4)을 포함한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 공정설비(2)의 전방에 장착되어, 웨이퍼들(W)이 수용된 용기(도시안됨)와 공정설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 복수의 로드포트들(loadports)(60)과 프레임(frame)(50)을 가진다. 프레임(50)은 로드포트(60)와 공정 설비(2) 사이에 위치한다. 웨이퍼(W)를 수용하는 용 기는 오버헤드 트랜스퍼(overhead transfer), 오버헤드 컨베이어(overhead conveyor), 또는 자동 안내 차량(automatic guided vehicle)과 같은 이송 수단(도시안됨)에 의해 로드포트(60) 상에 놓여진다. 용기는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 프레임(50) 내에는 로드포트(60)에 놓여진 용기와 공정설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송하는 프레임 로봇(70)이 설치된다. 프레임(50) 내에는 용기의 도어를 자동으로 개폐하는 도어 오프너(도시안됨)가 설치될 수 있다. 또한, 프레임(50)에는 청정 공기가 프레임(50) 내 상부에서 하부로 흐르도록 청정 공기를 프레임(50) 내로 공급하는 팬필터 유닛(Fan Filter Unit:FFU)(도시안됨)이 제공될 수 있다.
웨이퍼(W)는 공정설비(20) 내에서 소정의 공정이 수행된다. 공정설비(2)는 로드록 챔버(loadlock chamber)(20), 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)(30), 그리고 공정챔버(process chamber)(10)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)는 상부에서 바라볼 때 대체로 다각의 형상을 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)의 측면에는 로드록 챔버(20) 또는 공정챔버(10)가 위치된다. 로드록 챔버(20)는 트랜스퍼 챔버(30)의 측부들 중 설비 전방 단부 모듈(3)과 인접한 측부에 위치되고, 공정챔버(10)는 다른 측부에 위치된다. 로드록 챔버(20)는 공정 진행을 위해 공정설비(2)로 유입되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 로딩 챔버(20a)와 공정이 완료되어 공정설비(2)로부터 유출되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 언로딩 챔버(20b)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10) 내부는 진공으로 유지되고, 로드록 챔버(20) 내부는 진공 및 대기압으로 전환된다. 로드록 챔버(20)는 외부 오염물질이 트랜스 퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10)로 유입되는 것을 방지한다. 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이, 그리고 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에는 게이트 밸브(도시안됨)가 설치된다. 설비 전방 단부 모듈(3)과 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)가 이동하는 경우, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이에 제공된 게이트 밸브가 닫히고, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 간에 웨이퍼(W)가 이동되는 경우, 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에 제공되는 게이트 밸브가 닫힌다.
트랜스퍼 챔버(30) 내에는 이송 로봇(40)이 장착된다. 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)로 웨이퍼(W)를 로딩하거나 공정챔버(10)로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한다. 또한, 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다.
공정챔버(10)는 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 공정, 예컨대 증착, 에칭과 같은 공정을 수행하며, 이하에서는 공정챔버(10)를 기판처리장치(10)로 부르기로 한다. 기판처리장치(10)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치(10)를 개략적으로 나타내는 정면도이다. 도 4는 도 3의 지지플레이트(220)가 동작하는 모습을 나타내는 도면이며, 도 5는 도 3의 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 분사하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대한 공정을 수행하기 위한 기판처리장치(10)는 공정챔버(100)를 포함한다.
본 실시예에서 기판처리장치(10)를 이용하여 수행하는 공정은 증착 공정이며, 이하에서는 고밀도 플라스마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDPCVD) 공정을 예로 들어 설명한다. 앞서 본 바와 같이, 고밀도 플라스마 화학 기상 증착 공정은 높은 밀도의 플라스마를 형성하여 금속배선들 사이에 형성된 갭 내에 막을 증착시키는 증착(deposition) 공정과, 갭 상부의 오버행들(overhang)을 에칭하는 에칭(etching) 공정을 포함한다. 갭의 상부에서 성장한 오버행들은 갭의 입구를 폐쇄하여 갭 내에 보이드(void)를 형성한다. 따라서, 에칭 공정을 통하여 오버행들을 제거함으로써, 갭 내에 보이드가 형성되는 것을 방지한다.
공정챔버(100)의 내부공간에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지부재(200)가 설치된다. 지지부재(200)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있는 정전척(ESC)이 사용될 수 있으며, 선택적으로 기계적인 구조를 통하여 클램핑이 가능한 기계척 또는 진공으로 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공척이 사용될 수 있다. 한편, 지지부재(200)에는 플라즈마 상태의 소스가스를 웨이퍼(W)로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가될 수 있다.
지지부재(200)는 지지플레이트(220), 구동축(240), 그리고 구동기(260)를 포함한다. 웨이퍼(W)는 지지플레이트(220)의 상부에 지지플레이트(220)와 나란하게 놓여진다. 지지플레이트(220)는 알루미늄 재질이며, 이로 인하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴은 지지플레이트(220)와 반응할 가능성이 있다. 따라서, 세라믹 재질의 보호층(도시안됨)을 지지플레이트(220)의 상부면에 형성할 수 있으며, 세라믹 재질은 산화알루미늄(aluminium oxide:Al2O3)를 포함한다.
지지플레이트(220)의 하부에는 구동축(240)의 일단이 연결되며, 구동축(240)의 타단은 구동기(260)에 연결된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 구동기(260)는 구동축(240)을 승강하며, 구동축(240)의 승강에 의하여 지지플레이트(220)는 함께 승강한다. 따라서, 지지플레이트(220)와 상부전극(540) 사이의 간격(d1)을 조절할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
구동축(240)과 공정챔버(100)의 바닥벽 사이에는 씰링부재(241)가 제공된다. 씰링부재(241)는 공정챔버(100) 내부의 기밀을 유지함과 동시에 구동축(240)의 승강이 가능하도록 돕는다. 씰링부재(241)는 마그네틱 씰(magnetic seal)을 포함한다.
공정챔버(100)의 측벽에는 웨이퍼(W)가 드나들 수 있는 통로(122)가 형성된다. 웨이퍼(W)는 통로(122)를 통하여 공정챔버(100)의 내부로 진입하거나 공정챔버(100)의 외부로 빠져나간다.
통로(122) 상에는 통로(122)를 개폐하는 도어(130)가 설치된다. 도어(130)는 구동기(132)에 연결되며, 구동기(132)의 작동에 의하여 통로(122)의 길이방향과 대체로 수직한 방향으로 이동하면서 통로(122)를 개폐한다.
공정챔버(100)의 바닥벽에는 복수의 배기홀들(102)이 형성되며, 배기홀 들(102)에는 각각 배기라인들(104)이 연결된다. 배기라인(104) 상에는 펌프(도시안됨)가 설치될 수 있다. 배기라인들(104)은 공정챔버(100) 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로가 된다. 공정챔버(100)의 내부에서 발생된 반응가스 및 미반응가스, 그리고 반응부산물 등은 배기라인들(104)을 통하여 공정챔버(100)의 외부로 배출되며, 공정챔버(100) 내부의 압력을 진공 상태로 유지하기 위하여 배기라인들(104)을 통하여 공정챔버(100) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있다.
공정챔버(100) 내의 상부에는 증착 또는 식각공정을 수행할 수 있도록 공정챔버(100)의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재(600)가 제공된다. 가스공급부재(600)는 샤워헤드 및 샤워헤드를 지지하는 지지축(640), 그리고 가스공급라인(660)을 포함한다.
샤워헤드는 지지플레이트(220)에 놓여진 웨이퍼(W)를 향하여 소스가스를 분사한다. 샤워헤드는 복수의 분사홀들(622a)이 형성된 분사판(622) 및 분사판(622)을 고정하는 고정홀더(620)를 포함한다. 고정홀더(620)는 하부가 개방된 형상이며, 하부에는 분사판(622)이 고정된다. 고정홀더(620)와 분사판(622) 사이에는 버퍼공간(624)이 형성된다. 가스공급라인(660)을 통해 유입된 소스가스는 버퍼공간(624)에 머무르며, 분사판(622)에 형성된 복수의 분사홀들(622a)을 통해 외부로 배출된다. 지지축(640)은 고정홀더(620)의 상부면에 연결된다.
지지축(640)의 일단에는 가스공급라인(660)이 연결되며, 가스공급라인(660)의 내부에는 소스가스가 흐른다. 가스공급라인(660)은 밸브(660a)에 의하여 개폐된 다. 소스가스는 실란(silane)(SiH4)을 포함하는 실리콘-함유 가스 및 산소(O2)를 포함하는 산소-포함(oxygen-containing) 가스이다. 소스가스는 지지축(640)의 내부유로를 통해 버퍼공간(624)에 유입된다.
따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 가스공급라인(660)을 통해 공급된 소스가스는 지지축(640)의 내부유로를 통해 버퍼공간(624)에 유입되며, 이후 분사판(622)에 형성된 복수의 분사홀들(622a)을 통해 하부로 배출된다.
공정챔버(100)의 내부에 공급된 소스가스는 플라스마 생성부재(500)에 의해 방전되며, 방전에 의해 플라스마가 생성된다. 플라스마 생성부재(500)는 코일(522)을 고정하는 코일 고정체(520) 및 상부전극(540)을 포함한다. 코일(522)은 공정챔버(100)의 측벽에 공정챔버(100)를 감싸도록 설치되며, 코일(522)은 코일 고정체(520)의 내부에 실장되어 고정된다. 코일 고정체(520)는 유도 결합 플라스마(Inductively Coupled Plasma:ICP) 소스이며, 공정챔버(100)의 측벽을 통해 공정챔버(100)의 내부에 공급된 소스가스에 에너지를 인가한다. 인가된 에너지에 의하여 소스가스는 고주파 방전(radio frequency discharge)된다.
고정홀더(620)의 내부에는 상부전극(540)이 설치된다. 상부전극(540)은 분사판(622)과 나란하도록 배치되며, 버퍼공간(624)의 상부에 배치된다. 상부전극(540)에는 고주파 전원(RF power)이 연결되며, 상부전극(540)은 축전 결합 플라스마(Capacitively Coupled Plasma:CCP) 소스가 된다. 한편, 도 3에 도시한 바와 같 이, 지지플레이트(220)는 접지되며, 상부전극(540)과 대응되는 하부전극의 역할을 한다. 따라서, 상부전극(540)에 고주파 전원이 인가되면, 상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이에는 전자기장이 형성되며, 전자기장에 의해 공정챔버(100) 내부의 소스가스는 방전된다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 흐름도이며, 도 8은 도 3의 기판처리장치(10)가 작동하는 모습을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6 내지 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 기판처리방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 웨이퍼(W)를 공정챔버(100) 내의 지지부재(200) 상에 로딩한다(S10). 구동기(132)에 의하여 도어(130)가 개방되면, 웨이퍼(W)는 통로(122)를 통하여 공정챔버(100)의 내부로 유입되며, 지지부재(200) 상의 지지돌기(229) 상에 놓여진다. 앞서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)는 정전기력에 의하여 지지플레이트(220) 상에 고정될 수 있다.
다음, 공정챔버(100) 내에 플라스마를 생성한다(S20). 플라스마를 생성하는 구체적인 방법은 다음과 같다. 첫번째로, 가스공급부재(600)를 이용하여 웨이퍼(W)의 상부에 소스가스를 공급한다(S110). 가스공급라인(660) 내부를 흐르는 소스가스는 지지축(640)의 내부 및 버퍼공간(624)을 통해 공정챔버(100)의 내부에 공급된다. 두번째로, 지지플레이트(220)를 승강하여 상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이의 간격(d1)을 조절한다(S120). 상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이의 간격(d1)은 플라스마의 생성여부 또는 생성된 플라스마의 밀도(plasma density)를 결 정한다. 본 실시예에서는 지지플레이트(220)를 승강하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리 상부전극(540), 즉 샤워헤드를 승강할 수 있다. 이와 같은 응용은 동일한 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 세번째로, 공급된 소스가스를 방전시킨다(S130). 상부전극(540)에 고주파 전원을 인가하면 상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이에 전자기장이 형성되며, 공정챔버(100) 내부의 소스가스는 방전되어 플라스마를 생성한다. 이는 축전 결합 플라스마 소스 방식이다.
이와 달리, 유도 결합 플라스마 소스 방식을 사용하여 소스가스를 방전시킬 수 있다. 코일(522)을 이용하여 공정챔버(100)의 내부에 에너지를 인가하면 에너지는 공정챔버(100)의 측벽을 통하여 웨이퍼(W)의 상부로 전달되며, 웨이퍼(W)의 상부에 공급된 소스가스를 방전시켜 소스가스로부터 플라스마를 생성한다.
작업자는 다양한 공정조건을 충족시키기 위하여 유도 결합 플라스마 소스와 축전 결합 플라스마 소스를 선택적으로 사용할 수 있다. 즉, 유도 결합 플라스마 소스만을 사용하거나 축전 결합 플라스마 소스만을 사용할 수 있으며, 두 가지 소스를 함께 사용할 수 있다. 유도 결합 플라스마 소스와 축전 결합 플라스마 소스는 플라스마 생성원리가 서로 다르므로, 각각에 의하여 생성된 플라스마는 서로 다른 특성을 가진다. 따라서, 두 가지 플라스마 소스를 이용하여 다양한 공정조건에 부응하는 플라스마를 생성할 수 있다.
다음, 생성된 플라스마를 이용하여 웨이퍼(W)의 갭 내에 막을 증착한다(S30). 생성된 플라스마는 웨이퍼(W) 상에 공급되며, 웨이퍼(W)의 갭 내에는 막 이 증착된다. 이후, 앞서 설명한 바와 같이, 갭 상부에서 성장한 오버행을 제거하기 위한 에칭이 이루어지며, 에칭이 완료되면 동일한 방법으로 증착과정이 반복된다. 이와 같은 방법을 통하여 웨이퍼(W)의 갭은 채워진다.
상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이의 간격(d1)을 조절하는 방법을 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 첫번째로, 다양한 공정조건(소스가스의 종류 또는 플라스마의 밀도, 막의 종류, 공정률 등)에 따라 간격(d1)을 다양하게 변화시키면서 생성위치에 따른 공정률을 측정한다(S210). 측정값은 별도의 저장장치(데이터베이스)에 저장될 수 있다.
두번째로, 측정된 공정률로부터 최적의 간격(d1)을 결정한다(S220). 즉, 실제 공정조건이 주어졌을 때, 예를 들어 웨이퍼(W)의 갭 내에 증착하고자 하는 특정한 막에 대한 증착률 또는 공정에 사용되는 플라스마의 밀도가 결정되었을 때, 이와 같은 공정조건을 만족하는 최적의 간격을 측정값을 통해 결정한다.
세번째로, 상부전극(540)가 지지플레이트(220) 사이의 간격(d1)을 최적의 간격(d1)으로 조절한다(S230). 조절하는 방법은 앞서 설명한 바와 같다.
상술한 방법에 의하면, 상부전극(540)과 지지플레이트(220) 사이의 간격(d1)을 최적의 간격(d1)으로 설정할 수 있으므로, 더욱 완성도 높은 공정이 이루어질 수 있다. 특히, 하나의 공정챔버(100) 내에서 복수의 공정이 연속적으로 이루어지는 경우, 예를 들어 제1 막을 증착한 후 다시 제2 막을 증착하는 경우, 제1 막에 대한 간격(d1)과 제2 막에 대한 간격(d1)을 다르게 조절하여 더욱 완성도 높은 공정을 수행할 수 있다. 또한, 두 개의 플라스마 소스를 선택적으로 사용할 수 있으므로, 작업자는 다양한 공정조건을 충족시킬 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명에 의하면 상부전극과 하부전극 사이의 간격을 조절할 수 있다. 또한, 복수의 공정이 연속적으로 이루어지는 경우, 각각의 공정에 대한 간격을 다르게 조절할 수 있다. 또한, 공정조건을 충족하는 플라스마를 생성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에 설치되며, 상기 기판을 지지하는 지지부재;
    상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재; 및
    상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부재를 포함하되,
    상기 플라스마 생성부재는,
    상기 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극;
    상기 상부전극에 대향되도록 배치되며, 상기 상부전극과 함께 상기 소스가스를 방전시키는 하부전극; 및
    상기 하부전극을 승강하는 승강부재를 포함하고,
    상기 플라스마 생성부재는 상기 공정챔버의 내부에 공급된 상기 소스가스에 대하여 에너지를 인가하는 코일부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 기판이 놓여지는 지지플레이트; 및
    상기 지지플레이트의 하부에 연결되며, 상기 지지플레이트를 승강하는 구동축을 포함하며,
    상기 하부전극은 상기 지지플레이트 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일부재는 상기 공정챔버의 측벽을 감싸도록 설치된 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에 설치되며, 상기 기판을 지지하는 지지부재;
    상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하는 가스공급부재; 및
    상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부재를 포함하되,
    상기 플라스마 생성부재는,
    상기 소스가스를 방전시키는 제1 플라스마 소스 및 제2 플라스마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 플라스마 소스는,
    상기 지지부재의 상부에 놓여진 상부전극;
    상기 상부전극에 대향되도록 배치되며, 상기 상부전극과 함께 상기 소스가스를 방전시키는 하부전극을 포함하며,
    상기 제2 플라스마 소스는 상기 공정챔버의 내부에 공급된 상기 소스가스에 대하여 에너지를 인가하는 코일부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코일부재는 상기 공정챔버의 외측벽에 상기 공정챔버의 측벽을 감싸도록 설치된 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계;
    상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하고, 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계; 및
    상기 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되,
    상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는,
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계; 및
    상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 포함하고,
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는,
    다양한 공정조건에 따라 상기 간격을 달리하여 공정률을 측정하는 단계;
    측정된 상기 공정률로부터 주어진 공정조건에 따른 최적의 간격을 결정하는 단계; 및
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 상기 최적의 간격으로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 처리하는 방법.
  9. 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계;
    상기 공정챔버의 내부에 소스가스를 공급하고, 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계; 및
    상기 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되,
    상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는,
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계; 및
    상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 포함하고,
    상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는 코일부재를 이용하여 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는 상기 하부전극을 승강하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 소스가스로부터 상기 플라스마를 생성하는 단계는,
    제1 플라스마 소스 및 상기 제1 플라스마 소스와 다른 제2 플라스마 소스 중 어느 하나를 선택적으로 사용하거나 동시에 사용하여 상기 소스가스를 방전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 처리하는 방법.
  13. 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 공정챔버의 내부에 설치된 지지부재 상에 올려 놓는 단계;
    상기 공정챔버의 내부에 제1 소스가스를 공급하고, 상기 지지부재의 상부에 설치된 상부전극 및 상기 상부전극과 대향되는 하부전극을 이용하여 상기 제1 소스가스로부터 제1 플라스마를 생성하는 단계;
    상기 제1 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계;
    상기 공정챔버의 내부에 제2 소스가스를 공급하고, 상기 상부전극 및 상기 하부전극을 이용하여 상기 제2 소스가스로부터 제2 플라스마를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 플라스마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 플라스마를 생성하는 단계는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 조절하는 단계는,
    다양한 공정조건에 따라 상기 간격을 달리하여 공정률을 측정하는 단계;
    측정된 상기 공정률로부터 주어진 공정조건에 따른 최적의 간격을 결정하는 단계; 및
    상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격을 상기 최적의 간격으로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 처리하는 방법.
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