KR20000073450A - 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버 - Google Patents

기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버 Download PDF

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Abstract

기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버에 관해 개시되어 있다. 웨이퍼가 놓이는 서셉터가 한 구성요소로 포함되어 있는 하부전극부와 가스 분사판 및 가스 확산판이 구성요소 중의 일부로 포함되어 있는 상부전극부를 구비하는 반응챔버에 있어서, 상기 가스 분사판과 상기 가스 확산판 사이에 기생 플라즈마 방지 수단이 구비되어 있다. 상기 기생 플라즈마 방지 수단은 통기성 물질막으로써 Al2O3를 포함하는 세라믹 재질이다.

Description

기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버{Reaction chamber comprising a upper electrode part preventing parasitic plasma}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정에 있어서 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD라 함)공정은 박막 형성공정의 하나로써 박막을 구성하는 1종 또는 수종의 화합물 가스나 단체 가스를 웨이퍼 상에 공급하여 웨이퍼와 화학반응시켜 상기 웨이퍼 상에 원하는 박막을 형성하는 공정이다.
예를 들면, 웨이퍼 상에 텅스텐(W) 박막 또는 텅스텐 실리사이드(WSi) 박막을 형성하는 경우, 챔버내의 압력을 통상 1토르(Torr)이하의 낮은 압력으로 유지한 상태에서 소오스 가스가 되는 WF6, SiH4등의 화합물 가스를 챔버안에 공급하여 상기 웨이퍼와 화학반응시켜 웨이퍼 상에 원하는 텅스텐 박막이나 텅스텐 실리사이드 박막을 형성한다.
도 1은 상기 CVD를 이용한 박막 형성공정에 사용되는 종래 기술에 의한 챔버(이하, CVD 챔버라 함)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, CVD챔버(8)는 안쪽 아래에 웨이퍼가 놓이는 서셉터(susceptor, 10)가 구비되어 있고, 그 아래에 상기 서셉터를 가열시키기 위한 히터(12)가 구비되어 있다. 상기 히터(12)의 양단은 상기 서셉터(10)의 양 가장자리보다 조금 안쪽에 닿아있다. 곧, 상기 서셉터(10) 하부의 가장자리 안쪽 대부분은 상기 히터(12)에 의해 덮혀 있다. 상기 히터(12)아래에 상기 히터(12)보다 조금 바깥쪽에 그 양단이 닿아 있되, 상기 서셉터(10)의 범위를 벗어나지 않는 덮개(14)가 구비되어 있다. 상기 덮개(14)는 상기 히터(12) 아래에서 상기 히터(12) 전체를 덮고 있다. 상기 서셉터(10)의 가장자리에 리프터(16)가 구비되어 있다. 상기 리프터(16)는 상기 서셉터(10)의 바깥쪽에서 수직으로 상기 덮개(14)보다 아래까지 확장되어 있다. 상기 서셉터(10) 및 히터(12)는 하부전극부를 구성한다.
한편, 상기 서셉터(10) 위쪽에 상기 서셉터(10)와 대향하고 있는 가스 확산판(18)이 구비되어 있다. 상기 가스 확산판(18)의 가장자리 면은 그 가운데 있는 면보다 높은 위치에 있다. 또, 상기 가스 확산판(18)의 가장자리는 상기 챔버(8)의 벽과 직접 접촉되어 있지 아니하고 상기 챔버(8) 벽과 접촉되어 있는 거치대(19)에 의해 지지되고 있다. 상기 가스 확산판(18) 위에 상기 가스 확산판(18)의 가장자리와 오링을 통해 접촉되는 가스 분사판(20)이 구비되어 있다. 상기 가스 분사판(20)은 원형 평판이다. 따라서, 상기 가스 분사판(20)은 상기 가스 확산판(18)의 가장자리에 비해 표면이 낮은 안쪽 부분을 덮는 덮개 역할을 한다. 이렇게 하여, 상기 가스 확산판(18)과 상기 가스 분사판(20)의 가장자리 안쪽에는 상기 가스 확산판(18)의 가장자리와 안쪽 사이에 나타나는 단차에 해당하는 두께의 공극부(22)가 형성된다. 도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 상기 가스 확산판(18)과 상기 가스 분사판(20)에 상기 챔버(8)의 위쪽에서 유입되는 반응가스가 통과할 수 있는 홀이 형성되어 있음은 주지의 사실이다. 상기 가스 분사판(20) 위로 가스, 예컨대 반응가스 또는 세정가스 유입되는 가스 유입관(28)이 상기 챔버(8) 바깥에서 안쪽으로 구비되어 있다. 또한, 상기 챔버(8) 위 바깥에 RF전력원(26)이 상기 가스 분사판(20)을 통해 상기 가스 확산판(18)에 연결되어 있다. 상기 가스 확산판(18), 상기 가스 분사판(20)은 상부 전극부를 이루고 있다.
상기한 바와 같은 다수의 구성요소들로 이루어지는 종래 기술에 의한 박막 형성 반응챔버는 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
즉, 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 과정에서 챔버내 여러 곳, 예컨대 챔버 내벽이나 전극부 등에 챔버내에 공급된 반응가스와 챔버 각 부의 반응에 의해 불필요한 박막이 적층된다. 상기 불필요한 박막 제거를 위해, 챔버 내부를 대기 상태로 개방하여 습식세정하는 방법 또는 RF전력을 인가하여 챔버 내에 반응 플라즈마를 형성한 다음, 이를 이용하여 박막을 제거하는 건식 세정방법(이하, 'RF 플라즈마 세정'이라 함)이 혼용되고 있다. 그런데, RF플라즈마 세정의 경우, 세정과정에서 기생 플라즈마가 발생되고, 그 결과 RF전력이 하부전극에 까지 충분히 전달되지 않고 주입되는 세정가스의 반응도 활성화되지 않아 세정효율이 저하되는 문제가 있다. 뿐만 아니라 기생 플라즈마의 방전은 전극 부품을 손상시켜 사용연한을 단축시키는 문제도 발생된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, RF플라즈마 세정과정에서 기생 플라즈마 방전을 방지하여 RF플라즈마 세정효율을 저하시키지 않고 챔버내 부품들을 손상시키지도 않는 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 박막 증착용 반응챔버의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
38:반응챔버. 40:하부전극부.
42:상부전극부. 44:RF전력원.
40a:서셉터. 40b:히터.
42a:가스 확산판. 42b:기생 플라즈마 방지 수단.
42c:가스 분사판. 41:덮개.
45:리프터. 46:가스 유입관.
48:거치대.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구성을 갖는 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버를 제공한다.
즉, 웨이퍼가 놓이는 서셉터가 한 구성요소로 포함되어 있는 하부전극부, 가스 분사판 및 가스 확산판이 구성요소 중의 일부로 포함되어 있는 상부전극부를 구비하는 반응챔버에 있어서,
상기 가스분사판과 상기 가스 확산판 사이에 기생 플라즈마 방지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상부전극부를 구비하는 반응챔버를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 기생 플라즈마 방지 수단은 상기 가스 분사판과 상기 가스 확산판 사이의 공극부를 꽉 채운 물질막이다. 여기서, 상기 공극부를 꽉 채운 물질막은 상기 가스 분사판을 통해서 유입되는 가스의 흐름에 방해를 주지 않는 통기성 물질막으로써 세라믹, 예컨대 Al2O3이다.
이와 같이, 본 발명에 의한 반응챔버는 상부전극부의 가스 분사판과 가스 확산판 사이의 공극부가 통기성 물질막으로 채워져 있다. 이로써, 상기 상부 전극부에서 기생 플라즈마가 형성되지 않으므로 RF 플라즈마 세정시, RF 전력을 하부전극에 까지 충분히 전달시킬 수 있고 주입되는 세정가스의 반응도 충분히 활성화 시킬 수 있어 RF 플라즈마 세정 효율을 높일 수 있고 챔버내 각 부품의 손상을 방지하여 부품의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
첨부된 도면들 중, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 기생 플라즈마 방지용 상부전극부를 구비하는 반응챔버의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반응챔버(38)의 하부에 하부전극부(40)가 구비되어 있고, 그 위로 소정의 간격을 두고 상부 전극부(42)가 구비되어 있다. 그리고 상기 상부 전극부(42)의 가스 확산판(42a)은 상기 반응챔버(38) 밖에 구비되어 있는 RF전력원(44)과 연결되어 있다. 상기 하부전극부(40)는 웨이퍼가 놓여지는 서셉터(susceptor, 40a)와 상기 서셉터(40a) 아래에서 서셉터(40a)를 가열시켜 그 위에 로딩되는 웨이퍼를 공정에 적합한 온도로 가열시키고 유지시키는 히터(40b)로 구성되어 있다. 상기 서셉터(40a)의 가장자리 부분은 아래쪽으로 수직하게 꺽여져 있다. 상기 히터(40b)의 양단은 상기 서셉터(40a)의 꺽여진 가장자리 안쪽에 닿아 있다. 상기 히터(40b) 아래에 상기 히터의 뒷면을 완전히 덮고 그 양단이 상기 서셉터(40a) 가장자리의 아래쪽으로 수직으로 꺽여진 부분과 상기 히터의 가장자리 사이에 닿아 있는 덮개(41)가 구비되어 있다. 참조번호 45는 상기 서셉터(40a) 상에 웨이퍼를 로딩 및 언 로딩시키는 리프터(lifter)이다.
상기 상부 전극부(42)는 상기 서셉터(40a) 바로 위쪽에서 상기 서셉터(40a)와 평행하게 대향하는 가스 확산판(42a), 상기 가스 확산판(42a) 위에 상기 가스 확산판(42a)의 가장자리와 오링(43)을 통해 접촉되는 가스 분사판(42c) 및 상기 가스 확산판(42a)과 상기 가스 분사판(42c) 사이에 구비된 기생 플라즈마 방지 수단(42b)으로 이루어져 있다. 상기 가스 확산판(42a)의 가장자리 면은 가운데 면보다 높은 위치에 있다. 또, 상기 가스 확산판(42a)의 가장자리는 상기 챔버(38)의 벽과 직접 접촉되어 있지 아니하고 상기 챔버(38) 벽과 접촉되어 있는 거치대(48)에 의해 지지되어 있다. 상기 기생 플라즈마 방지 수단(42b), 예컨대, RF 기생 플라즈마 방지 수단은 상기 가스 분사판(42c)과 상기 가스 확산판(42a) 사이의 상기 오링(43) 안쪽 영역을 꽉 채우는 물질막이다. 상기 기생 플라즈마 방지 수단(42b)은 세라믹 재질, 예컨대 Al2O3이 바람직하다. 하지만, 상기 Al2O3외에 세라믹의 다른 물질일 수도 있다. 또한, 상기 기생 플라즈마 방지 수단(42b)는 상기 가스 분사판(42c)과 상기 가스 확산판(42a) 사이에 구비되어 있고, 상기 챔버(38)에 유입되는 가스, 예컨대 반응가스 또는 세정가스는 상기 가스 분사판(42c) 위에 있는 가스 공급관(46)을 통해 공급되므로, 상기 가스가 상기 가스 확산판(42a)까지 도달되어 상기 서셉터 위로 확산되기 위해서는 상기 기생 플라즈마 방지 수단(42b)은 상기 가스가 상기 가스 분사판(42c)에서 상기 가스 확산판(42a)으로 이동하는데 장애가 되지 않는 통기성 있는 물질막인 것이 바람직하다. 상기 가스 공급관(46)는 상기 반응챔버(38)의 바깥에서 안쪽으로 설치되어 있다.
한편, 상기 챔버(38) 위 바깥에 RF전력원(44)이 구비되어 있고 상기 상부전극부(42)의 한 요소인 상기 가스 확산판(42a)의 오링(43) 바깥쪽 가장자리는 상기 RF전력원(44)과 연결되어 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 RF전력부(44)는 상기 하부전극부(40)의 바디하고 연결되어 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기생 플라즈마 방지 수단(42b)의 재질을 세라믹외에 다른 재질을 사용하거나, 상기 가스 분사판(42c) 및(또는) 상기 가스 확산판(42a)의 재질을 동등하거나 유사한 재질을 사용하는 변형을 강구할 수도 있으며, 상기 가스 분사판(42c)과 상기 가스 확산판(42a)사이를 부분적으로 채우거나 전체를 채우되, 일부영역은 다른 물질로 채우는 등의 변형된 형태로 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 상부 전극부에 기생 플라즈마 방지 수단을 구비하는 반응챔버는 상부 전극부의 가스 분사판과 가스 확산판 사이의 공극부에 통기성이 있는 물질막이 가득 채워져 있다. 이로써, 상기 반응챔버에 유입되는 가스는 상기 가스 분사판에서 상기 가스 확산판까지 이동되는 과정에서 통기성 물질막을 거치게 됨으로써 반응챔버에 인가되는 RF 전력에 의해 플라즈마화되지 않는다. 따라서, 상부 전극부에서 기생 플라즈마가 형성되지 않으므로 RF 플라즈마 세정시, RF 전력을 하부전극에 까지 충분히 전달시킬 수 있고 주입되는 세정가스의 반응도 충분히 활성화 시킬 수 있어 반응챔버내에서 RF 플라즈마 세정 효율을 높일 수 있고 챔버내 각 부품의 손상을 방지하여 부품의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼가 놓이는 서셉터가 한 구성요소로 포함되어 있는 하부전극부와 가스 분사판 및 가스 확산판이 구성요소 중의 일부로 포함되어 있는 상부전극부를 구비하는 반응챔버에 있어서,
    상기 가스 분사판과 상기 가스 확산판 사이에 기생 플라즈마 방지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반응챔버.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기생 플라즈마 방지 수단은 상기 가스 분사판과 상기 가스 확산판 사이를 채우는 물질막인 것을 특징으로 하는 반응챔버.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분사판과 상기 가스 확산판 사이를 채우는 물질막은 상기 가스 분사판을 통해서 유입되는 가스의 흐름에 장애를 주지 않는 통기성 물질막으로써 Al2O3로 구성된 것을 특징으로 하는 반응챔버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100857807B1 (ko) * 2007-06-21 2008-09-09 주식회사 에스에프에이 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치
KR101118997B1 (ko) * 2009-12-02 2012-03-13 주식회사 원익아이피에스 플라즈마 처리 장치 및 방법

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