KR19980039347A - 반도체 제조용 화학기상증착장치 - Google Patents

Abstract

고밀도 플라즈마원을 사용하여 웨이퍼를 가열하는 방식을 채용한 반도체 제조용 화학기상증착장치에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 공정챔버(20)내에 웨이퍼(W)가 놓여지는 정전척(21)이 설치되고, 플라즈마를 이용하는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서, 상기 정전척(21)에 웨이퍼(W)를 냉각시키는 쿨링라인(22)을 설치하고, 공정챔버내(20)내에 Ar 플라즈마를 발생시킴과 동시에 정전척(21)에 높은 파워의 RF를 인가하여 Ar 이온이 정전척(21)에 걸린 바이어스에 의하여 강한 운동에너지를 가지고 웨이퍼(W) 충돌할 때 발생하는 열에너지로 웨이퍼를 가열하도록 구성된 것이다.

따라서 정전척에 가열장치를 구성하지 않음으로써 정전척의 구성이 매우 간단하고 제작비용도 절감된다. 또한 냉매의 온도와 정전척과 웨이퍼 사이의 가스 압력에 의해 온도상승속도 및 온도 조절이 가능하여 짧은 시간에 원하는 온도로 상승시킬 수 있고, 공정을 안정화시켜 생산성이 향상되며, 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.

Description

반도체 제조용 화학기상증착장치

본 발명은 반도체 제조용 화학기상증착장치(이하, CVD라 약칭함)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고밀도 플라즈마원을 사용하여 웨이퍼를 가열하는 방식을 채용한 반도체 제조용 화학기상증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 CVD를 위한 웨이퍼의 적정 공정온도는 대략 350∼450℃ 정도가 된다. 초기에 상온상태의 웨이퍼 온도를 이 온도까지 올리는 경우 히팅블록에 전류를 흘려 저항 발열에 의한 가열을 하거나, 램프에 의한 복사열전달을 이용하기도 한다. 그러나 고밀도 플라즈마원을 사용한 HDP-CVD의 경우 Ar 스퍼터링에 의하여 다량의 열이 발생하므로 웨이퍼의 냉각이 필요하다.

HDP-CVD 설비의 웨이퍼가 놓여지는 부분을 정전척으로 사용하는 경우 냉매에 의한 쿨링장치가 포함되므로 쿨링장치와 초기 히팅장치를 모두 정전척에 포함시키게 되면 장치가 너무 복잡하게 구성될 우려가 있다. 또한 정전척 파괴의 원인이 되며, 정전력에도 변화가 생기게 된다.

이를 도 1에 도시된 종래의 화학기상증착장치로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 종래에는 플라즈마 CVD의 적정 공정온도인 400℃까지 웨이퍼의 온도를 상승시키기 위하여 웨이퍼 서브스트레이트를 공정챔버(10)내에 설치된 전기히터(11)의 전기저항을 이용한 히팅블록(12)으로 가열하거나, 램프(도시안됨)에 의한 복사열전달을 이용하여 가열하는 방법을 적용하였다.

전기히터(11)의 전기저항에 의한 히팅블록(12)을 이용하는 방법은, 크기가 큰 히팅블록(12)을 사용하여 일정한 온도를 균일하게 유지시킬 수 있고, 히팅블록(12)이 히트싱크(Heat Sink)로서의 역할을 하여 매우 안정된 웨이퍼 가열이 가능하다는 장점이 있다. 램프의 복사열전달에 의한 가열 또한 매우 빠른 속도의 온도상승을 얻을 수 있고 웨이퍼내 온도 균일성이 양호한 장점이 있다. 다만 시간이 지남에 따라 성막된 막에 의하여 빛의 강도가 약해지는 단점이 있다.

그러나 이러한 종래의 방식은, Ar 스퍼터링에 의한 이온 충격에 의하여 다량의 열이 웨이퍼로 전달되는 HDP-CVD 시스템에 있어서 웨이퍼의 가열보다는 냉각이 훨씬 중요해진다. 또한 대개의 경우 효과적인 냉각을 위해 정전척을 사용하는데 반복되는 히팅 사이클에 견디는 정전척을 제작하기는 매우 어려운 일이다.

또한 하나의 정전척에 가열 시스템과 냉각 시스템을 모두 설치하는 것은 정전척을 매우 복잡하게 만들며, 제작비용도 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 정전척의 구조를 간단하게 하여 제작이 용이하고, 짧은 시간동안에 목적하는 온도까지 상승시킬 수 있도록 하여 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 웨이퍼의 가열온도를 균일하게 유지하여 안정된 공정이 이루어질 수 있도록 한 반도체 제조용 화학기상증착장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 화학기상증착장치를 나타낸 단면구조도이다.

도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 단면구조도이다.

도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 플라즈마에 의한 온도상승경향을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 공정챔버 11 : 전기히터

12 : 히팅블록 21 : 정전척

22 : 쿨링라인 23 : 열교환기

24 : 쿨링워터라인

상기의 목적은 공정챔버내에 웨이퍼가 놓여지는 정전척이 설치되고, 플라즈마를 이용하는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서, 상기 정전척에 웨이퍼를 냉각시키는 쿨링라인을 설치하고, 공정챔버내에 Ar 플라즈마를 발생시킴과 동시에 정전척에 높은 파워의 RF를 인가하여 Ar 이온이 정전척에 걸린 바이어스에 의하여 강한 운동에너지를 가지고 웨이퍼 충돌할 때 발생하는 열에너지로 웨이퍼를 가열하도록 구성됨을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 의해 달성될 수 있다.

이때 상기 플라즈마에 의한 웨이퍼의 가열후 공정챔버내에 He가스를 넣어주어 일정한 온도가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조용 화학기상증착장치를 나타낸 것으로, 공정챔버(20)내에 웨이퍼(W)가 놓여지는 정전척(21)이 설치되고, 이 정전척(21)에는 쿨링액이 흐르는 쿨링라인(22)을 설치하며, 쿨링라인(22)의 일측에는 열교환기(23)가 설치되어 있다. 또한 이 열교환기(23)에는 쿨링워터라인(24)이 설치된 구성이다.

이러한 구성의 본 발명은 공정중 강력한 냉각이 필요함에 따라 정전척(21)에는 쿨링라인(22)만을 설치하여 웨이퍼(W)를 냉각시키고 정전척(21)의 히팅 사이클을 감소시켜 정전척(21)을 보호하도록 하며, 초기에 공정에 필요한 온도를 얻기위해서는 Ar 플라즈마에 의한 가열을 하도록 한다.

초기 상온상태의 웨이퍼(W)를 공정챔버(20)내에 구비된 정전척(21)에 올려 놓은 다음 Ar 플라즈마를 발생시키고, 정전척(21)에 높은 파워의 RF를 인가하여 바이어스 볼테이지(Bias Voltage)가 500Vpp정도 생기도록 한다. 플라즈마 상태에서 발생한 Ar 이온이 정전척(21)에 걸린 바이어스에 의하여 강한 운동에너지를 가지고 웨이퍼(W)에 충돌하며 이때 운동에너지의 대부분이 다량의 열에너지로 변환된다.

따라서 웨이퍼(W)의 온도가 일정온도로 상승되면 웨이퍼(W) 뒷면에 He가스를 넣어주어 열전달량을 높여 시간에 따라 일정한 온도가 유지되도록 한다. 이와 같이하여 웨이퍼(W)의 온도가 안정이 되면 공정가스를 주입하여 공정을 진행한다. 도 3에 도시한 그래프는 Ar 플라즈마에 의한 온도 상승 경향을 나타낸 것으로, 짧은 시간에 원하는 공정온도로 상승하게 되고, 그 후 균일한 공정온도가 유지됨을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 제조용 화학기상증착장치에 의하면, 정전척에 가열장치를 구성하지 않음으로써 정전척의 구성이 매우 간단하고 제작비용도 절감된다. 또한 냉매의 온도와 정전척과 웨이퍼 사이의 가스 압력에 의해 온도상승속도 및 온도 조절이 가능하여 짧은 시간에 원하는 온도로 상승시킬 수 있고, 공정을 안정화시켜 생산성이 향상되며, 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 공정챔버내에 웨이퍼가 놓여지는 정전척이 설치되고, 플라즈마를 이용하는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서, 상기 정전척에 웨이퍼를 냉각시키는 쿨링라인을 설치하고, 공정챔버내에 Ar 플라즈마를 발생시킴과 동시에 정전척(21)에 높은 파워의 RF를 인가하여 Ar 이온이 정전척(21)에 걸린 바이어스에 의하여 강한 운동에너지를 가지고 웨이퍼(W) 충돌할 때 발생하는 열에너지로 웨이퍼를 가열하도록 구성됨을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마에 의한 웨이퍼의 가열후 공정챔버내에 He가스를 넣어주어 일정한 온도가 유지되도록 함을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.