KR20010001008A - 화학기상증착설비의 아크 방지용 하부 전극 - Google Patents

Abstract

목적: 고주파 공정을 수행할 수 있는 챔버 구조를 갖는 화학기상증착설비에 관련된 것으로, 특히 막의 증착 공정시, 고주파 플라즈마에 의해 서셉터와 웨이퍼의 뒷면사이의 발생이 우려되는 아크의 발생을 방지할 수 있도록 하는 화학기상증착설비의 아크 방지용 하부 전극에 관한 것이다.

구성: 고주파 플라즈마를 이용하여 화학기상 증착 수단을 갖춘 챔버 내에 설치되며, 상부에 웨이퍼를 안치하기 위한 서셉터를 구비하는 화학기상증착 설비의 하부전극에 있어서, 챔버내 하부전극의 상부에 위치하여 웨이퍼가 올려지는 서셉터를 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드(Alumina nitride) 재질을 사용하고, 그 내부에는 몰리브덴(MO) 또는 기타의 도전체로 구성된 전도체를 삽입하고, 상기 전도체로 부터 접지선을 인출하여 챔버(10)에 접지함으로써 화학기상 증착공정시에 발생되는 가스 프라즈마로 부터 절연시켜 주어 아크의 발생을 방지할 수 있도록 구성된 것이다.

효과: 아크의 발생에 의하여 서셉터 등 하부 전극을 포함한 챔버 내의 각종 부품의 수명이 저하되는 것을 방지하는 동시에 공정 진행중의 웨이퍼의 불량을 막을 수 있도록 함으로써, 설비관리 비용을 절감 및 공정 효율을 증대할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

화학기상증착설비의 아크 방지용 하부 전극 {Lower Electrode for Anti-Arc in CVD}

본 발명은 고주파 프라즈마 공정을 수행할 수 있는 챔버 구조를 갖는 화학기상증착(CVD;Chemical Vapor Deposition) 설비에 관련된 것으로, 특히 막의 증착 공정시, 고주파 플라즈마에 의해 서셉터와 웨이퍼의 배면사이의 발생이 우려되는 아크를 방지할 수 있도록 하는 화학기상증착(CVD) 설비의 아크 방지용 하부 전극에 관한 것이다.

반도체 제조공정 중, 화학기상증착(CVD) 공정은 고진공을 조성한 챔버 내에 화합물 가스 또는 단체가스를 공급한 상태에서 고전압을 인가하여 플라즈마 반응을 일으켜 웨이퍼의 표면에 원하는 화합물을 증착시키는 공정인 것이다.

플라즈마 반응은 상술한 화학기상증착(CVD) 공정에서 공급된 화합물 가스와 고주파 전압에 의하여 이루어지게 되며, 상기한 플라즈마 반응에 의하여 하부전극의 서셉터에는 상부전극에서 발생된 많은 이온이 충격을 가하게 된다.

한편, 하부전극은 전극의 특성상, 알루미늄 재질 등의 도체로 형성하여야 하므로, 플라즈마 반응시 상기 도체로 이루어진 하부 전극의 서셉터와 웨이퍼의 배면 사이에서 플라즈마에 의한 아크가 발생하게 되며, 이에 따라 웨이퍼는 아크 방전에 의한 손상을 입게 된다.

상기와 같은 아크 방전에 의한 웨이퍼의 손상을 줄이기 위하여 알루미늄 재질로 형성된 서셉터를 애노다이징 처리를 하여 절연을 해 줌으로써 고주파 플라즈마에 의하여 발생될 수 있는 서셉터와 웨이퍼간의 아크 방전을 방지토록 하고 있다.

상술한 애노다이징 처리를 한 서셉터를 이용하는 화학기상증착(CVD) 설비로는 미합중국의 반도체설비 제조메이커인 AMT 사의 P5000 모델이 잘 알려져 있다.

이 모델의 설비에 사용되는 서셉터는 화학기상증착(CVD) 공정 진행시 웨이퍼가 척킹되는 서셉터로서 기존 6인치 웨이퍼의 경우에는 서셉터의 구조가 알루미늄 재질에 애노다이징 처리하여 사용하고 있다.

도 1 은 상술한 바와 같이 고주파 프라즈마 증착을 위한 종래의 일반적인 화학기상증착(CVD) 설비의 단면도로서, 상부전극(14) 및 하부전극(20)을 구비한 챔버(10)에 가스 증착을 위한 가스주입구(12) 및 가스 배출구(13)를 구비한 구조로 되어있다.

이러한 화학기상증착 설비의 구조에서, 화학기상 증착공정은 상부 전극(14)과 하부 전극(20) 간에 인가한 고주파 전압(RF)에 의해 가스 주입구(12)에 의하여 주입된 가스가 이온화되어 프라즈마에 의해서 행해지게 되는 것이다.

도 2는 종래의 하부전극(20)의 구조를 나타내는 분해 사시도로서, 서셉터(22)는 그 상부에 웨이퍼(WF)를 안착시키기 위하여 핑거(24)가 상승 또는 하강할 수 있도록 구멍(22a)이 형성된 것이다.

상기한 서셉터(22)는 알루미늄 재질에 애노다이징 처리를 하여, 플라즈마 반응시 아크 방전을 방지할 수 있도록 하고 있으며, 파티클에 의해 발생될 수 있는 아크 방지의 효과를 높이기 위하여는 공정 진행 전에 파티클의 세정을 완료하여 공정을 진행함으로써 파티클로 인하여 발생될 수 있는 아크를 방지할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같이 알루미늄 재질에 애노다이징 처리된 서셉터(22)를 장기간 사용하게 될 경우에는 플라즈마에 발생된 이온에 의해 애노다이징 코팅 막이 벗겨져 아크가 발생될 우려가 크다.

또한, 화학기상증착 공정 진행 전에 서셉터의 세정을 완료한 뒤, 공정을 진행하게 되나, 세정 공정에서 서셉터의 외주변에는 파티클이 세정되지 않은 채 남아있는 경우가 있으므로 이에 의하여 아크가 발생되는 경우가 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 가스가 이온화된 프라즈마 영역(A) 내에는 전자, 이온 및 중성 입자들로 채워져 있어, 음의 극성인 전자는 양의 극성인 상부 전극(14)의 방향으로, 양의 극성인 이온은 음의 극성인 하부 전극(20)의 방향으로 이동하게 되는데, 이때 하부 전극(20)의 표면에 돌출된 곳이 있거나 애노다이징 막이 벗겨져 도전성 물질이 노출되면 이온의 충돌은 그 곳에 집중된다.

높은 에너지의 이온 입자들이 집중적으로 충돌된 부분은 온도가 상승하여 2차전자로서 많은 양의 열전자를 방출하게 되는데, 이러한 열전자의 방출이 심할 경우, 폭발이 일어나 그 부분의 물질이 용융되는 아크 현상이 발생하게 된다.

이렇게 발생되는 아크는 하부 전극(20)을 포함하여 전극 내 구성 부품에 손상을 주어 수명을 단축시키며, 또한 상술한 바와 같이 아크의 발생에 따라 서셉터(22)의 수명 단축 및 반도체 공정 상의 웨이퍼에도 치명적인 불량 원인으로 작용하게 된다.

이에 따라, 상기한 바와 같이 고주파 플라즈마에 의하여 애노다이징 코팅 막이 벗겨질 경우에는 알루미늄 재질에 애노다이징 처리된 서셉터를 사용할 수 없게 되어, 새로운 서셉터로 교환하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 챔버 내 하부전극의 상부에 위치하여 웨이퍼가 척킹되는 서셉터를 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드(Alumina nitride) 재질을 사용하고, 그 내부에는 몰리브덴(MO) 또는 기타의 전도체를 삽입함으로써 화학기상 증착(CVD) 공정시에 발생되는 고주파 플라즈마로 부터 서셉터를 절연시켜 줌으로써 아크의 발생을 방지할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 고주파 플라즈마를 이용하여 화학기상 증착 수단을 갖춘 챔버 내에 설치되며, 챔버내 하부전극의 상부에 위치하여 상부로 웨이퍼를 안치하기 위한 서셉터를 구비하는 화학기상증착 설비의 하부전극에 있어서, 상기 서셉터를 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드(Alumina nitride) 재질을 사용하고, 그 내부에는 몰리브덴(MO) 또는 기타의 도전체로 구성된 전도체를 삽입하고, 상기 전도체로 부터 접지선을 인출하여 챔버로 연결하여 접지함으로써, 화학기상 증착공정시에 발생되는 가스 프라즈마로 부터 절연되게 하여 아크의 발생을 방지할 수 있도록 하는 구조로 된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 설비의 아크 방지용 하부 전극이 제공된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 서셉터 표면의 애노다이징 코팅 막의 벗겨짐에 의하여 상기 보호용 웨이퍼와 에지 캡에 의한 커버링으로 서셉터가 가스 플라즈마에 노출되지 않게 하므로 서셉터로 집중되는 이온으로 인한 아크 발생을 방지하여 서셉터를 보호할 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 일반적인 화학기상증착(CVD) 설비의 단면도

도 2 는 종래의 서셉터의 구조를 보인 하부전극의 분해 사시도

도 3 는 본 발명의 서셉터의 구조를 보인 하부전극의 분해 사시도

도 4 은 본 발명의 실시 예에 의한 서셉터의 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

70 - 서셉터 72 - 전도체

72a - 접지탭 74 - 접지선

WF - 웨이퍼 24 - 핑거

26 - 벨로우즈 28 - 엑츄에이터

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 종래 기술과 동일 및 유사한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.

도 3 는 본 발명에 따른 하부 전극의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 서셉터의 단면도이다.

웨이퍼(WF)를 상승 또는 하강시키기 위한 핑거(24) 및 상기 핑거(24)를 구동하기 위한 엑츄에이터(28), 벨로우즈(26)의 구성은 도2에 도시된 일반적인 화학기상증착설비의 하부전극 구조와 동일한 것이며, 챔버 내 하부전극(20)의 상부에 위치하여 웨이퍼(WF)가 올려지는 서셉터(70)를 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드(Alumina nitride) 재질을 사용하여 형성하되, 그 내부에는 몰리브덴(MO) 또는 기타의 도전체로 구성된 전도체(72)를 삽입하여 구성한다. 또, 상기 전도체(72)로 부터 접지선을 인출하여 챔버(10)에 접지함으로써 화학기상 증착공정시에 발생되는 가스 프라즈마로 부터 절연시켜 주어 아크의 발생을 방지할 수 있도록 하는 구조로 되어 있다.

이를 참조하면, 본 발명이 적용되는 화학기상증착(CVD) 설비는 도 1을 참조한 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 챔버(10)에 고주파 프라즈마를 이용하는 화학기상증착 수단을 갖춘 설비로서, 고주파 프라즈마에 의한 화학기상증착 수단은 가스주입구(12)를 통해 공급된 증착 가스를 상부전극(14)의 샤워헤드를 통해 웨이퍼(WF)가 놓인 챔버(10) 내부로 분사하도록 된 구조와, 이 상부 전극(14)이 고주파 파워소스에 연결되는 한편 챔버(10)와 하부 전극(20)이 접지로 연결되는 회로 구성에 의해 구현되고 있다.

상기, 상부 전극(14)과 대면 설치된 하부 전극(20)은 본 발명이 실시된 서셉터(70)를 상부에 구비하고 있다. 이 서셉터(70)의 하방에는 미도시된 핸들러에 의해 챔버(10) 내로 공정투입된 웨이퍼(WF)를 서셉터(70)에 얹거나 다시 핸들러로 반송할 수 있도록 승하강 동작되는 핑거(24)들이 설치된다.

이러한 설비 구조에서, 증착 가스가 고주파 전압(RF)에 이온화되어 발생되는 프라즈마 영역(A)은 상부 전극(14)과 챔버(10) 측벽 사이와, 상부 전극(14)과 하부 전극(20) 사이에 분포된다.

본 발명은 이러한 프라즈마의 영향이 서셉터(70)에 미치지 않도록 서셉터(70)의 표면을 절연하는 구조로 되어 있다.

좀더 구체적으로, 서셉터(70) 몸체를 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드 재질로 형성하고, 그 내부에 몰리브덴(MO) 또는 기타 도전체로 이루어진 전도체(72) 및 상기 전도체(72)를 접지탭(72a)으로 인출하여, 접지선(74)를 통하여 챔버(10)에 연결하며, 웨이퍼(WF)의 상승 또는 하강을 위한 핑거(24)가 움직일 수 있도록 구멍(70a)을 형성하여서 된 구조로 되어 있다.

상기 서셉터(70)는 전도체(72)를 가운데 두고 열 또는 압력을 가하여 압착하여 제작할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 세섭터(70)는 절연물질인 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드를 사용함으로써, 서셉터(70)의 표면을 절연시켜 줌으로써 서셉터(70)의 표면이 가스 프라즈마에 직접 노출되지 않도록 하여 가스 프라즈마로 부터 서셉터(70)를 보호할 수 있게 된다.

서셉터(70)를 절연하는 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드 재질은 플라즈마 영역(A) 내에 분포된 이온과의 충돌에 의한 열전자의 방출량이 미소하므로 쉽게 아크를 발생하지 않는다. 또한, 도전성을 띤 다른 오염입자 등에 의해서 아크가 발생되는 경우에도, 서셉터(70)에서의 물질 용출량이 적어서 파티클도 적게 발생하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 서셉터의 전도체가 프라즈마에 노출되지 않게 함으로써 이로인하여 발생될 수 있는 아크의 발생을 억제하여 화학기상증착(CVD) 공정의 수율을 높일 수 있고, 아크에 의하여 발생될 수 있는 서셉터 등 하부 전극을 포함한 챔버 내의 각종 부품의 수명이 저하되는 것을 방지하는 동시에 공정 진행중의 웨이퍼의 불량을 막을 수 있도록 함으로써, 설비관리 비용을 절감 및 공정 효율을 증대할 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당 업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

1. 고주파 플라즈마를 이용하여 화학기상 증착 수단을 갖춘 챔버 내에 설치되며, 챔버내 하부전극의 상부에 위치하여 상부로 웨이퍼를 척킹하는 서셉터를 구비하는 화학기상증착 설비의 하부전극에 있어서,

   상기 서셉터는 세라믹 또는 세라믹 계열의 알루미나 나이트라이드(Alumina nitride) 재질로 사용하고, 그 내부에 몰리브덴(MO) 또는 기타의 도전체로 구성된 전도체를 삽입하고, 상기 전도체로 부터 접지선을 인출하여 챔버로 연결하여 접지함으로써, 플라즈마 반응시에 서셉터에서의 아크의 발생을 방지할 수 있도록 하는 구조로 된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 설비의 아크 방지용 하부 전극.
2. 제 1 항에 있어서, 서셉터는 그 내부에 전도체를 삽입하고, 열 또는 압력을 가하여 전도체를 일체화 시킨 것을 특징으로 하는 화학기상증착 설비의 아크 방지용 하부 전극.
3. 제 1 항에 있어서, 서셉터의 형성시 내부의 전도체와 연결되는 접지탭을 인출형성하여 외부에서 접지선을 연결할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 아크방지용 하부전극.