KR200160149Y1 - 반도체 소자의 전자빔 소성장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

반도체 장치의 전자빔 소성장치

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

전자빔 소정장치 내에서 웨이퍼의 위쪽과 아래 공간을 분리시키는 수단을 제공하여 웨이퍼 위쪽 공간에만 안정된 플라즈마를 형성하므로써 웨이퍼 표면에 축적된 음전하를 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 반도체 장치의 전자빔 소성장치를 제공하고자 함.

3. 고안의 해결 방법의 요지

밀폐된 챔버; 상기 챔버의 측벽에 형성된 가스 주입구; 챔버의 상부에 배치되며 고전압을 인가 받아 전자를 방출하는 캐소드; 상기 챔버의 하부에 배치되는, 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 지지대; 상기 웨이퍼 지지대의 상면과 소정 간격을 상기 챔버의 양측벽에 위치하며 중앙에 개구부가 형성된 차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 소성장치를 제공함.

4. 고안의 중요한 용도

반도체 장치의 소성 전자빔 큐어링 공정에 적용되어 게이트 산화막 열화 문제를 해결할 수 있으므로, 제품의 수율 증대 및 제품의 신뢰성을 향상하는 효과가 있음.

Description

반도체 소자의 전자빔 소성장치

본 고안은 반도체 제조 공정에서 사용되는 반도체장치의 전자빔 소성장치에 관한 것으로, 특히 장치 내의 안정된 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 수단을 포함하는 전자빔 소성장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 제조 공정에서, 금속층간의 평탄화막을 형성시키기 위해 SOG(spin on glass)막이 널리 사용된다. 상기 SOG막은 용액 상태로 웨이퍼상에 코팅된 후, 소성(또는 큐어링) 공정에서 SOG막 내에 잔존하는 수분 및 용매 성분을 제거되어 금속층간의 평탄화 막으로 형성된다. 상기 SOG막 큐어링 방법에는 여러 가지 방법이 있으나, 그 중 전자빔을 이용한 소성 방법이 SOG막 내에 잔존된 수분 및 솔벤트 성분의 용매를 제거하는 효과가 탁월하고 SOG막의 구조를 치밀하게 형성하므로 널리 사용된다.

상기 전자빔을 이용한 종래의 반도체 장치의 소성장치를 도1을 참조하여 간단히 설명하면, 밀폐된 챔버(1)의 하부에 웨이퍼(4)가 안착되는 다수의 핀(3)이 정렬되며, 그 상부에는 전자빔을 방출하기 위한 캐소드(2)가 배치된다. 상기 캐소드(2)에는 고전압 전원(5)이 접속되어 있으며, 상기 전원(5)에서 고전압이 캐소드(2)에 인가되면, 고에너지로 가속된 전자가 캐소드(2)로부터 발생하여 하방으로 방출하며, 상기 핀(3) 상에 안착되어 있는 웨이퍼(4) 표면에 도달한다. 또한, 챔버(1)내에는, 적합한 챔버 분위기를 형성하기 위하여, 아르곤 가스가 공급된다. 상기 캐소드(2)에서 방출된 전자는 상기 아르곤 가스와 충돌하게 되며, 이에 의해, 아르곤 가스가 이온화되고 챔버(1) 내부는 아르곤 이온과 전자로 구성된 플라즈마가 형성된다. 상기 플라즈마를 통과하여 웨이퍼(4) 표면에 도달한 전자는 웨이퍼 표면에 코팅된 SOG막의 원자와 충돌하게 되며, 충돌로 인한 발생 열과 충돌 에너지 등에 의해 웨이퍼(4) 표면에 존재하는 상기 SOG막 내의 수분이 제거되고 SOG막이 견고하게 되는 큐어링 공정이 이루어지게 된다. 이때, 음전하를 갖는 전자가 웨이퍼(4) 표면에 주사된 관계로 웨이퍼 표면에는 그 하부 층에 존재하는 100Å 정도의 얇은 게이트 산화막에 10V 이상의 고전압을 지속적으로 인가하는 것과 동일한 효과를 발생시킬 만큼의 음전하가 축적되는 바람직하지 못한 현상이 발생된다. 그러나, 상기한 바람직하지 못한 현상은 전술한 플라즈마 분위기 내의 아르곤 양이온이 웨이퍼 표면의 축적된 음전하를 상쇄시키므로써 제거될 수 있다.

그러나, 종래의 전자빔 소성장치는, 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 가는 핀(3)위에 안착되는 관계로 웨이퍼(4)의 바로 아래쪽의 공간에서는 매우 불안정한 플라즈마가 형성된다. 즉, 캐소드(2)에서 방출된 전자는 웨이퍼(4)에 의해 그 아래로의 진행이 차단되고 웨이퍼(4)의 측면 공간으로만 전자가 진행하므로, 웨이퍼(4)의 아래 공간에서 플라즈마 상태는 불충분한 전자의 양으로 인해 플라즈마 생성 소멸이 반복되는 매우 불안정한 상태가 된다. 이와 같은, 불안정한 플라즈마 상태는 웨이퍼(4)의 상부의 플라즈마 상태에도 영향을 미치게 되어, 플라즈마 내의 아르곤양이온에 의한 웨이퍼 표면의 음전그 결과, 웨이퍼 표면에는 주사된 전자로 인한 음전하가 축적되게 되고, 이는 게이트 산화막의 특성을 열화 시킬 수 있으며, 심한 경우는 절연 파괴를 일으켜 소자 장치의 실패를 유발할 수 있는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은, 전자빔 큐어링 장치 내에서 웨이퍼의 위쪽 공간과 웨이퍼 아래 공간을 분리시키는 수단을 제공하므로써, 웨이퍼 위쪽 공간에만 안정된 플라즈마를 형성하여 웨이퍼 표면에 축적된 바람직하지 못한 음전하를 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 SOG 전자빔 큐어링 장치를 제공하는데 목적이 있다.

제1도는 종래 기술에 따른 전자빔 소성장치를 나타낸 개략도이며;

제2도는 본 고안에 따른 SOG 전자빔 소성장치를 나타낸 개략도이며;

제3도는 제2도에서의 차단 부재를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 21 : 챔버 2, 22 : 캐소드

3, 23 : 핀 4, 24 : 웨이퍼

5, 25 : 전원 26 : 차단 부재

27 : 접지부 28 : 절연부재

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 밀폐된 챔버; 상기 챔버의 측벽에 형성된 가스 주입구; 챔버의 상부에 배치되며 고전압을 인가 받아 전자를 방출하는 캐소드; 상기 챔버의 하부에 배치되는, 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 지지대; 상기 웨이퍼 지지대의 상면과 소정 간격을 상기 챔버의 양측벽에 위치하며 중앙에 개구부가 형성된 차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 소성장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 전자빔 소성장치를 상세하게 설명한다.

도2는 본 고안에 따른 전자빔 소성 장치의 전체를 개략적으로 도시하며, 도3은 도2에서의 차단 부재를 도시하고 있다. 도2를 참조하면, 도면 부호 "21"은 챔버, "22"는 캐소드, "23"은 핀, "24"는 웨이퍼, "25"는 전원, "26"은 차단 부재, "27"은 접지부, "28"은 절연부재를 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 고안은 밀폐된 챔버(21); 상기 챔버(21)의 상측에 배치되며, 전원(25)의 고전압을 인가 받아 고속으로 가속된 전자를 방출하는 캐소드(22); 상기 챔버(21)의 하부에 배치되어 그 상면에 웨이퍼(24)를 안착시키는 다수의 핀(23); 및 중앙 부분이 웨이퍼 크기만큼 제거된 원판 형상으로서, 상기 챔버(21)내에서 상기 핀(23)의 상면 보다 약간 높게 배치되어 챔버(21)의 공간을 웨이퍼 상부 공간과 하부 공간으로 분리하는 차단 부재(26)를 포함하여 구성된다. 전술한 바와 같이, 도2의 큐어링 장치는 챔버(21)를 웨이퍼(24) 상부 및 하부 공간으로 구획하는 상기 차단부재(26)(도3 참조)가 부가된 것을 제외하고 동일하므로, 이하, 상기 차단 부재(26)를 주로 하여 설명하고 나머지 각 구성의 작용에 대한 설명은 생략한다.

본 고안에서 상기 차단 부재(26)는, 도3에 도시된 바와 같이, 중앙부가 소정반경의 크기로 제거된 환상의 원판 형상으로 그 외주가 챔버(21) 벽에 지지되어 챔버 내에서 핀(23)의 위쪽에 소정 간격을 갖도록 배치된다. 즉, 상기 차단 부재의 중앙의 개구부(26a)는 큐어링을 요구하는 웨이퍼 크기로 형성되며, 상기 개구부(26a)가 웨이퍼(24)의 바로 위쪽에 정렬되도록 배치한다. 이때, 배치 높이는, 핀(23)의 상부에 웨이퍼(24)가 안착되었을 때, 웨이퍼(24) 상면과 차단 부재(26)와의 간격이 1~10mm가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 차단 부재(26)는 도체 물질로 제작되며, 외부 접지부(27)에 접지된다. 또한, 상기 차단 부재(26)의 외주부는 절연부재(28)를 통해 챔버(21) 벽에 지지된다.

따라서, 전원(25)으로부터 고전압을 인가 받는 캐소드(22)는 고에너지로 가속된 전자를 하방으로 방출하게 되며, 방출된 전자는, 챔버(21) 내에 공급된 아르곤 가스를 이온화하여 플라즈마 상태로 만들며, 차단 부재(26)의 상면에 도달하게 된다. 이때, 상기 차단 부재(26)에 형성된 개구부(26a)를 통과한 전자는 웨이퍼(24) 표면에 코팅된 SOG 용액에 작용하여 SOG막을 견고하게 하며, 웨이퍼(24) 표면에 주사 전자로 인해 웨이퍼의 표면에 축적된 음전하는 플라즈마 내의 아르곤 양이온에 의해 상쇄되게 된다. 반면에, 상기 차단 부재(26)가 접지부(27)에 접지되어 있으므로, 차단 부재(26)에 의해 진행이 차단되어 충돌한 전자는 용이하게 접지부(27)로 흘러 나가게 된다. 따라서, 웨이퍼(24) 측면으로 내려가는 전자를 원천적으로 봉쇄하여 웨이퍼(24) 아래의 챔버(21) 공간에는 플라즈마가 형성되지 못하게 하며, 웨이퍼(24) 위쪽의 챔버(21) 공간에서만 안정된 플라즈마 상태를 만들게 된다. 그 결과, 상기 안정된 플라즈마 내의 아르곤 양이온에 의한 웨이퍼(24) 표면에 축적된 음전하의 상쇄 효과는 보다 확실하게 보장된다.

본 고안에 따른 SOG 전자빔 큐어링 장치를 사용한 다수의 실험을 통해 확인된 결과에 의하면, 상기 차단 부재가 적용되지 않은 장치에서 큐어링 공정이 수행된 소자의 게이트 산화막 실패율은 최대 50%인 반면에, 상기 차단 부재가 적용된 장치에서 큐어링 공정이 수행된 소자의 게이트 산화막의 실패율은 거의 없었다. 이 점은, 본 고안이 소자의 게이트 산화막 특성을 탁월하게 개선하는 효과가 있음을 알려준다.

이상에 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 고안은 반도체 제조 공정에서 SOG 전자빔 큐어링 공정에 적용되어 게이트 산화막 열화 문제를 해결할 수 있으므로, 제품의 수율 증대 및 제품의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 밀폐된 챔버; 상기 챔버의 측벽에 형성된 가스 주입구; 챔버의 상부에 배치되며 고전압을 인가 받아 전자를 방출하는 캐소드; 상기 챔버의 하부에 배치되는, 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 지지대; 상기 웨이퍼 지지대의 상면과 소정 간격을 상기 챔버의 양측벽에 위치하며 중앙에 개구부가 형성된 차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 소성장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차단 부재는 도체 부재이며, 외부 접지 전원과 접속되는 것을 특징으로 하는 전자빔 소성장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차단 부재는 상기 핀에 안착된 웨이퍼와의 간격이 1mm~10mm가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자빔 소성장치.