KR20020089592A - 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 상에 증착되는 금속막을 보다 안정화시키도록 재증착시키도록 하는 반도체장치 제조설비의 리플로우장치에 관한 것으로서, 이에 대한 본 발명의 구성은, 웨이퍼의 투입 및 인출 가능하도록 밀폐된 공간을 형성하는 공정챔버와; 상기 공정챔버 내부에 웨이퍼를 지지하도록 설치되는 척 조립체와; 상기 척 조립체로부터 이격된 상부에 웨이퍼에 대향하여 선택적으로 열을 제공하도록 설치되는 가열수단과; 상기 척 조립체 내부와 상기 척 조립체 외부의 공정챔버 내부의 온도를 각각 감지하도록 하는 온도감지수단; 및 상기 온도감지수단으로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 이를 통해 상기 가열수단의 구동을 제어하도록 설치되는 콘트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 웨이퍼 상부에 설치되는 가열수단과 척 조립체 상에 설치되는 보조 가열수단이 증착되는 박막층을 직접적으로 가열하게 되고, 또 콘트롤러는 설치되는 온도감지수단을 통해 웨이퍼의 온도 상태가 적정한 상태를 유지하도록 가열수단 및 보조 가열수단의 구동을 제어하게 됨으로써 금속 박막의 안정적인 리플로우가 이루어져 그에 따른 불량률 감소 및 제조수율이 향상되며, 제품의 품질 특성이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체장치 제조설비의 리플로우장치{reflow equipment of semiconductor device manufacturing equipment}

본 발명은 반도체장치 제조설비의 리플로우장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 증착되는 금속 박막을 형성된 콘택에 보다 안정되게 매입하도록 하는 반도체장치 제조설비의 리플로우장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 이온주입, 화학기상증착, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 기판 상에 도전층, 반도체층, 부도체층이 적층되어 다수의 전자소자를 이루게 된다. 이러한 반도체장치에서 전극과 배선은 금속박막을 적층하여 형성되며, 이러한 금속박막의 재질로는 통상 알루미늄이 주로 이용된다. 이렇게 사용되는 알루미늄은 전기전도성, 연성, 전성을 고르게 갖추고 스퍼터링 등을 통해 박막으로 형성되기에 적합한 특성을 갖고 있으며, 또한 에칭을 통해 패턴 가공이 비교적 용이한 관계에 있다. 여기서, 상술한 반도체장치는 고집적화 고밀도화 추세에 따라 한정된 면적에 대하여 보다 많은 소자를 형성하기 위하여 다층화 구조를 이루게 되며, 이러한 다층화 관계는 하나의 반도체칩 내에서도 단차 정도가 심화되고, 이에 대하여 전극과 배선의 형성에 따른 콘택을 형성함에 있어서도 좁은 공간에 많은 구조를 형성해야 하는 관계로 콘택홀을 형성함에 있어서 그 단차 정도가 더욱 심화되는 관계에 있게 된다. 이에 대하여 알루미늄을 이용한 금속박막을 형성하게되는 과정은, 기판에 트랜지스터와 캐패시터 구조를 형성하고, 여기에 층간 절연막을 덮고 콘택홀을 형성한다, 이러한 상태에서 콘택과 배선을 위한 금속박막 즉 알루미늄층을 스퍼터링으로 형성하게 되며, 이때 상술한 단차 정도가 심화된 경우에는 콘택홀에서의 스퍼터링에 의한 콘택을 균일하게 채우기 어렵게 된다. 일반적으로 알루미늄 스퍼터링은 고진공 속에 투입된 아르곤 등의 원자가 인가되는 고주파파워에 영향을 받아 플라즈마 상태로 변환되고, 이렇게 변환된 아르곤 이온은 인가되는 전장에 의해 상대 전극을 띠는 알루미늄 디스크에 가속되어 충돌하게 됨으로써 알루미늄 원자 또는 원자단을 떼어내게 되고, 이렇게 떼어진 알루미늄 원자 또는 원자단이 웨이퍼의 노출된 부위에서 증착되게 함으로써 이루어진다. 이러한 알루미늄 스퍼터링 공정에 있어서, 웨이퍼의 노출된 표면에 대한 알루미늄 원자는 lsrhd도에 따른 평균 자유경로(mean free path)에 의존하게 되지만 모든 방향에서 접근한다고 볼 수 있다. 따라서 노출된 입체각이 커질수록 스퍼터링에 의한 알루미늄의 적층 두께는 크게 되므로 콘택의 입구에는 다른 부위보다 많이 적층되어 쌓이는 오버 행(over hang) 현상을 나타내고, 이러한 현상이 계속될 경우 콘택 입구를 막아 콘택 바닥으로의 알루미늄 적층을 차단하여 빈 공간 상태를 이루는 보이드(void)를 형성하게 된다. 이것은 콘택의 저항을 현저하게 높이게 되어 다른 공정을 거치는 과정에서 알루미늄층의 연결이 끊어지는 단선을 초래하게 되며, 또 이것은 제조되는 반도체장치의 불량률을 높이게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위한 것이 리플로우 공정이다. 리플로우의 공정은 먼저 알루미늄층이 형성된 상태에서 패터닝 전에 증착된 알루미늄에 열을 가하여 녹아 유동할 수 있을 정도의 온도 상태를 조성하는 것으로서, 콘택 입구 주변의 알루미늄이 열에 의해 콘택의 빈 공간으로 이동되어 콘택의 빈 공간을 채우도록 하고, 이를 통해 단차의 정도를 해소하도록 하는데 있는 것이다. 이러한 리플로우 공정은 공정의 편의를 위해 스퍼터링 장비에서 스퍼터링 공정 이후에 진행되는 경우가 많으며, 조다 안정적인 공정을 위해서는 온도 조건에 각별한 주위가 요구된다. 즉, 온도가 정도 이하의 경우에는 알루미늄의 유동성이 확보되지 않아 콘택을 충분히 채울 수 없고, 또 정도 이상으로 높으면 베리어 메탈 등에 손상을 끼쳐 부작용을 드러내고 또 다른 반도체장치의 불량이 유발되는 문제에 있게 된다.

이하, 상술한 리플로우 공정을 수행하기 위한 종래 기술에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

종래의 리플로우장치 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 설비에 함께 구비되며, 스퍼터링이 이루어지는 공정챔버(10)에서 웨이퍼(W)가 놓이는 척 조립체(12) 내부에 히터(14)가 설치된 구성으로 이루어진다. 이렇게 설치되는 히터(14)는 인가되는 전원에 의해 척 조립체(12) 상면에 안착되는 웨이퍼(W)의 저면에 대하여 열을 제공하도록 구성되며, 이에 더하여 상술한 척 조립체(12) 상에는 히터(14)에 의한 척 조립체(12) 상면에 대한 온도를 측정하기 위한 열전대(도면의 단순화를 위하여 생략함) 등의 수단이 더 구비된 구성을 이룬다.

이러한 구성에 의하면, 웨이퍼(W) 상에 스퍼터링에 의한 알루미늄 박막이 증착 이후에 상술한 히터(14)에 전원을 인가하여 가열토록 하고, 이와 동시에 열전대를 통해 그 온도 상태를 감지하여 히터(12)에 의한 열의 전달 정도를 제어하는 과정에서 증착된 알루미늄의 리플로우가 이루어지게 된다.

그러나, 상술한 바와 같이, 리플로우 공정을 수행하기 위한 히터(14)의 구성은 제한된 척 조립체(12) 내부에 설치되는 구성으로서, 웨이퍼(W) 저면 전체에 대하여 균일한 열을 제공하기 어려우며, 이에 따라 증착되는 알루미늄 막질은 웨이퍼(W) 전역의 콘택에 대하여 충분히 채워지지 못하는 부위가 있게 된다. 또한, 알루미늄 막직은 웨이퍼(W) 상면에 형성되지만 히터(14)에 의해 제공되는 열은 척 조립체(12)의 상부와 웨이퍼(W)의 기판 부위 및 단차를 이루는 각 층에 의해 그 전달 정도가 차별화되고, 특히 콘택이 깊은 경우 그 하부에서 콘택 입구를 막는 알루미늄 막질까지 사이에 공간을 통한 열의 전달율은 보다 저하되어 균일한 리플로우가 어려운 관계에 있게 된다. 이에 대응하여 히터(14)에 의한 열을 과다 공급하게 될 경우 상대적으로 히터(14)와 근접하는 부위의 콘택(도면의 단순화를 위하여 생략함) 부위에는 베이어 메탈이 손상되는 등의 문제가 있게 된다. 이러한 문제는 제조되는 반도체장치의 불량을 초래할 뿐 아니라 제조수율에 지대한 영향을 미치게 된다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼 상에 증착되는 알루미늄 막질에 대하여 보다 균일하고 직접적인 열전달을 통해 안정적인 리플로우가 이루어지도록 함으로써 이를 통해 제조되는 반도체장치의 제조수율과 제품의 품질을 향상시키도록 하는 반도체장치 제조설비의 리플로우장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성 및 이들 구성의 결합 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성 및 이들 구성의 결합 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 구성 및 이들 구성의 결합 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 20a, 20b: 공정챔버12: 척 조립체

14: 히터 22a, 22b: 가열수단

24a, 24b: 온도감지수단26: 금속막 소스

28: 개폐부 30: 보조 가열수단

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성은, 웨이퍼의 투입 및 인출 가능하도록 밀폐된 공간을 형성하는 공정챔버와; 상기 공정챔버 내부에 웨이퍼를 지지하도록 설치되는 척 조립체와; 상기 척 조립체로부터 이격된 상부에 웨이퍼에 대향하여 선택적으로 열을 제공하도록 설치되는 가열수단과; 상기 척 조립체 내부와 상기 척 조립체 외부의 공정챔버 내부의 온도를 각각 감지하도록 하는 온도감지수단; 및 상기 온도감지수단으로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 이를 통해 상기 가열수단의 구동을 제어하도록 설치되는 콘트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 또한, 상기 가열수단은 상기 척 조립체 상에 안착되는 웨이퍼 상면에 대향하여 소정 파장의 광을 제공하는 램프로 구성함이 바람직하다. 그리고, 상기 공정챔버와 가열수단을 포함한 각 구성을 스퍼터링 공정 수행에 병행하여 사용할 수 있도록 상기 가열수단을 스퍼터링 공정에 따른 금속막 소스의 일측으로 이격 위치된 공정챔버 측벽에 설치함이 바람직하다. 그리고, 상기 램프의 전단부에는 상기 공정챔버 내부의 스퍼터링에 의한 오염을 방지하도록 개폐부를 더 구비하여 구성함이 바람직하다. 이에 더하여 상기 척 조립체 상에 웨이퍼에 대하여 열을 제공하는 보조 가열수단을 더 구비하여 구성함이 효과적이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성 및 이들 구성의 결합 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성 및 이들 구성의 결합 관계를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체장치 제조설비의 리플로우장치 구성은, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 투입 및 인출 가능하도록 밀폐된 공간을 형성하는 공정챔버(20a, 20b)가 있고, 이 공정챔버(20a, 20b) 내부에는 웨이퍼(W)를 안착 위치시키기 위한 척 조립체(12)가 구비된다. 또한 척 조립체(12)로부터 이격된 상부에는 위치될 웨이퍼(W)에 대향하여 선택적으로 열을 제공하는 가열수단(22a, 22b)이 구비되고, 상술한 척 조립체(12) 또는 공정챔버 내부의 소정 위치에는 가열수단(22a, 22b)에 의해 웨이퍼(W)에 제공되는 온도를 감지하도록 하는 온도감지수단(24a, 24b)이 설치된다. 그리고 공정챔버(20a, 20b)의 소정 위치에는 웨이퍼(W)에 작용하는 온도 상태에 대한 온도감지수단(24a, 24b)의 감지 신호를 수신하여 설정된 온도 범위에 있느지 여부를 판단하고, 이를 기준하여 상술한 가열수단(22a, 22b)의 구동을 제어하도록 하는 콘트롤러(도면의 단순화를 위하여 생략함)가 구비된 구성을 이룬다.

이러한 구성에 있어서, 도 2에 도시된 공정챔버(20a)에 대한 구성은, 웨이퍼(W) 상에 알루미늄 박막을 증착시키기 위한 스퍼터링 공정이 수행되는 구성으로 형성될 수 있고, 이에 대한 가열수단(22a)은 스퍼터링 공정에 영향을 주지 않도록 척 조립체(12)의 상부 일측 즉 금속막 소스(26)의 일측의 공정챔버(20a) 측벽에 적어도 하나 이상 설치되어 웨이퍼(W)에 대하여 소정 파장의 광을 제공하는 램프로 구성될 수 있다. 또한, 램프의 전단부에는 제공되는 광의 효율을 높이도록 하고 스퍼터링에 의한 오염 및 손상을 방지하도록 하기 위하여 콘트롤러에 의해 선택적으로 개폐되는 개폐부(28)를 더 구비한 구성으로 형성될 수 있는 것이다. 그리고 이러한 구성에 더하여 상술한 척 조립체 상에는 상술한 가열수단(22a)과 함께 웨이퍼(W)에 대하여 열을 제공하는 보조 가열수단(30)을 더 구비하여 구성될 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 공정챔버(20b)의 구성에 의하면, 스퍼터링 공정을 마친 웨이퍼(W)가 이송 위치됨에 대응하여 리플로우 고정을 수행하는 공간을 형성하고, 상술한 가열수단(22b)은 척 조립체(12) 상에 안착 위치되는 웨이퍼(W) 상면에 대향하여 소정 파장의 광을 제공하는 램프로 구성되어 이루어질 수 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 알루미늄 박막이 증착된 웨이퍼(W)에 대하여 리플로우 공정을 수행함에 있어서, 웨이퍼(W)는 상부에 위치된 가열수단(22a, 22b)과 척 조립체(12) 상에 설치되는 보조 가열수단(30)에 의해 웨이퍼(W)의 상·하부에서 가열하게 되고, 이때 가열되는 웨이퍼(W)은 온도는 온도감지수단(24a, 24b)에 의해 감지되어 콘트롤러에 인가되게 된다. 이에 따라 콘트롤러는 웨이퍼(W)가 설정된 온도 범위 하에 있도록 하기 위하여 상술한 가열수단(22a, 22b)과 보조 가열수단(30)의 구동을 제어하게 됨으로써 증착된 알루미늄 박막의 리플로우가 안정적으로 이루어질 수 있게 된다. 이에 대하여 보다 상세히 설명하면, 보조 가열수단(30)은 웨이퍼(W)에 대하여 설정 범위 이하의 온도 상태를 제공하게 되고, 또웨이퍼(W) 상부에 위치된 가열수단(22a, 22b) 즉 램프는 콘트롤러의 제어에 따라 복사열로 증착된 알루미늄 박막에 직접적으로 열을 제공하게 됨으로써 베이어 케탈의 손상이 없게 알루미늄 원자의 유동이 용이하게 이루어져 콘택에 알루미늄이 충분히 매입되게 되며, 이것은 웨이퍼(W) 상의 단차 정도를 와화시킬 뿐 아니라 전극 또는 배선에 대한 전류의 흐름이 안정적으로 이루어지게 되어 제조수율 및 제품의 품질이 향상되게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 위치되는 웨이퍼 상부에 설치되는 가열수단이 웨이퍼 상면에 증착되는 박막층을 직접적으로 가열하게 되고, 또 웨이퍼의 위치됨을 지지하는 척 조립체 상에 보조 가열수단이 상술한 가열수단의 열 제공을 보조하게 됨으로써 웨이퍼 상의 알루미늄 박막을 포함한 각 층간 구성이 균일한 온도 범위에 있게 됨으로써 베이어 메탈의 손상 방지와 콘택에 대한 금속 박막의 안정적인 리플로우가 이루어져 그에 따른 불량률 감소와 제조수율이 향상되며, 또 제품의 품질 특성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (5)

1. 웨이퍼의 투입 및 인출 가능하도록 밀폐된 공간을 형성하는 공정챔버와;

   상기 공정챔버 내부에 웨이퍼를 지지하도록 설치되는 척 조립체와;

   상기 척 조립체로부터 이격된 상부에 웨이퍼에 대향하여 선택적으로 열을 제공하도록 설치되는 가열수단과;

   상기 척 조립체 내부와 상기 척 조립체 외부의 공정챔버 내부의 온도를 각각 감지하도록 하는 온도감지수단; 및

   상기 온도감지수단으로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 이를 통해 상기 가열수단의 구동을 제어하도록 설치되는 콘트롤러;

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반도체장치 제조설비의 리플로우장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열수단은 상기 척 조립체 상에 안착되는 웨이퍼 상면에 대향하여 소정 파장의 광을 제공하는 램프임을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 리플로우장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 공정챔버는 스퍼터링 공정이 수행되고, 상기 가열수단은 스퍼터링 공정에 따른 금속막 소스의 일측으로 이격 위치된 공정챔버 측벽에 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 리플로우장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 램프의 전단부에는 상기 공정챔버 내부의 스퍼터링에 의한 오염을 방지하도록 개폐부가 더 구비되어 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 리플로우장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 척 조립체 상에 웨이퍼에 대하여 열을 제공하는 보조 가열수단이 더 구비되어 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조설비의 리플로우장치.