KR20030050736A - Semiconductor manufacturing equipment for process using plasma - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a semiconductor manufacturing apparatus using plasma.
플라즈마를 이용한 반도체 장치로부터 실행할 수 있는 공정으로는건식식각(Dry etching) 공정이나 화학기상증착(chemical vapor deposition) 공정 등을 들 수 있다. 이러한 공정들은 공정을 진행하기 위해서는 필연적으로 플라즈마를 발생할 수 있는 반응챔버를 사용해야 한다. 그리하여 반도체 기판을 반응챔버 내의 기판 지지대에 올려놓고, 반응챔버 내를 소정의 반응조건으로 조성한 후 플라즈마를 발생시켜 식각공정(Dry Etching) 및 화학기상증착(CVD) 공정을 진행한다.As a process that can be performed from a semiconductor device using plasma, there may be mentioned a dry etching process, a chemical vapor deposition process, and the like. In order to proceed with these processes, a reaction chamber that inevitably generates plasma must be used. Thus, the semiconductor substrate is placed on a substrate support in the reaction chamber, the reaction chamber is formed under predetermined reaction conditions, and plasma is generated to perform an etching process and a chemical vapor deposition (CVD) process.
그런데, 이러한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 커플링 방식의 플라즈마 방전으로부터 공정 진행 중 발생하는 플라즈마들이 일극의 전극으로 사용되는 반도체 기판 부근에서 여기 상태로서 기생 플라즈마가 발생하고 부반응을 필연적으로 동반하여 반응챔버 내부에 부착되곤 한다. 즉, 반응챔버의 상부나 기판 지지대의 인접한 부분에 부반응을 일으켜 불순물이 증착 형성되면 반도체 기판에 파티클(particle)의 원인이 될 수 있다. 특히, 반도체 기판과 인접한 기판 지지대 부분에 이들 기생 플라즈마에 의해서 반복적으로 불순물이 증착되면 소정 두께 이후에는 반도체 기판의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)시 이들이 자체 스트레스 또는 외부의 충격에 의해서 뜯겨나가 비교적 크기가 매우 큰 파티클(Particle) 덩어리가 된다. 그리하여, 공정 중에 이들 파티클이 반도체 기판의 가장자리 부분을 심각하게 오염시켜 정기 예방정비(Preventive maintenance) 주기를 증가시킴으로써, 반도체 장치의 공정 처리 능력을 저하시키고 생산성을 저하시키는 단점이 있다.By the way, in the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma, the parasitic plasma is generated as an excited state near the semiconductor substrate where the plasma generated during the process from the coupling-type plasma discharge is used as the electrode of the first electrode and the reaction is inevitably accompanied It is often attached inside the chamber. That is, when impurities are deposited by forming a side reaction at an upper portion of the reaction chamber or adjacent portions of the substrate support, it may cause particles in the semiconductor substrate. In particular, if impurities are repeatedly deposited by the parasitic plasma on a portion of the substrate support adjacent to the semiconductor substrate, after the predetermined thickness, they are torn off by self-stress or external impact during loading and unloading of the semiconductor substrate. It is a relatively large chunk of particles. As a result, these particles seriously contaminate the edges of the semiconductor substrate during the process, thereby increasing the periodic maintenance cycle, thereby degrading the process capability of the semiconductor device and lowering the productivity.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판의 양측 가장자리 부분에서 기생 플라즈마가 형성되지 않도록 하여, 반도체 기판의 가장자리 부분이 대형의 플라즈마성 파티클(particle)로 오염되는 것을 방지하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.Accordingly, a technical problem of the present invention is to manufacture a semiconductor using plasma which prevents parasitic plasma from being formed at both edge portions of the semiconductor substrate, thereby preventing the edge portion of the semiconductor substrate from being contaminated with large plasma particles. To provide a device.
도 1은 본 발명에 의한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a semiconductor manufacturing apparatus using plasma according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 플라즈마를 이용한 반도체 장치의 기판 지지대 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view of a substrate support part of a semiconductor device using plasma according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 기판 지지대 부분의 평면도이다.3 is a plan view of a substrate support portion of a semiconductor manufacturing apparatus using plasma according to the present invention.
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 5는 도 3의 B-B 선을 따라 절개한 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG. 3.
도 6은 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 장치의 기판 지지대의 플라즈마 방지용 가스공급부를 확대하여 도시한 확대도이다.FIG. 6 is an enlarged view illustrating a plasma supply gas supply unit of a substrate support of a semiconductor device using plasma according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 공정 처리할 수 있는 반응챔버와, 반응챔버 내에 반도체 기판을 올려놓을 수 있도록 설치된 기판 지지대와, 반응챔버 내의 반도체 기판 상에 반응가스를 분사 공급하는 가스 분사부와, 기판 지지대 측부로 플라즈마가 형성되지 않도록 플라즈마 방지용 가스를 공급하는 플라즈마 방지용 가스공급부와, 반응챔버의 외부에 마련되어 반응챔버 내에 반응가스와 플라즈마 방지용 가스를 공급하는 가스공급장치를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention, the reaction chamber that can process the semiconductor substrate using the plasma, a substrate support provided to place the semiconductor substrate in the reaction chamber, A gas injector for injecting and supplying a reaction gas onto the semiconductor substrate in the reaction chamber, a plasma prevention gas supply unit for supplying a plasma prevention gas so that plasma is not formed on the side of the substrate support, and a reaction gas provided outside the reaction chamber And a gas supply device for supplying a gas for preventing plasma.
여기서, 기판 지지대는 원형 판 상의 정전척(electro static chuck)을 포함하고 있고, 이 정전척은 반도체 기판보다 직경이 작아서 추후 설명하는 플라즈마 방지용 가스가 기판 지지대로부터 공급되어 반도체 기판의 가장자리를 따라 외측으로 분사된다. 그리고, 기판 지지대의 외곽에는 소정 높이로 상향 돌출 된 환상의 포커스링을 포함하고 있어 반응가스들에 의해서 발생되는 플라즈마를 반도체 기판 쪽으로 모아 집중시키는 역할을 한다.Here, the substrate support includes an electrostatic chuck on a circular plate, and the electrostatic chuck has a smaller diameter than the semiconductor substrate, so that the gas for preventing plasma, which will be described later, is supplied from the substrate support and moved outward along the edge of the semiconductor substrate. Sprayed. The outer surface of the substrate support includes an annular focus ring projecting upward to a predetermined height, thereby concentrating the plasma generated by the reaction gases toward the semiconductor substrate.
기판 지지대의 판 면의 중앙 영역에는 반도체 기판을 냉각시킬 수 있도록 반도체 기판의 하부면을 따라 불활성 기체를 공급할 수 있도록 소정 도형을 따라 판 면으로부터 소정 깊이 함몰 형성된 제1가스공급선과, 제1가스공급선에 불활성 가스를 공급할 수 있는 제1가스인입/인출구를 포함한다. 제1가스공급선은 환형 방사상으로 형성되어 반도체 기판 하부 면을 거의 대부분 냉각시킬 수 있도록 형성되어 있으며, 제1가스인입/인출구는 이러한 환형 방사상의 제1가스공급선의 중앙에 위치하여 반도체 기판에 균일하게 불활성 가스가 전달되도록 한다.A first gas supply line and a first gas supply line which are recessed a predetermined depth from the plate surface along a predetermined shape so as to supply an inert gas along the lower surface of the semiconductor substrate to cool the semiconductor substrate in the central region of the plate surface of the substrate support; And a first gas inlet / outlet port through which an inert gas can be supplied. The first gas supply line is formed in an annular radial shape to cool almost the lower surface of the semiconductor substrate, and the first gas inlet / outlet is located at the center of the annular radial first gas supply line to uniformly cover the semiconductor substrate. Allow inert gas to be delivered.
플라즈마 방지용 가스공급부는, 기판 지지대의 판 면의 외곽 영역에 환상형으로 함몰 형성되어 있는 제2가스공급선과, 제2가스공급선을 따라 공급된 가스가 기판 지지대 상의 반도체 기판 배면을 따라 외측으로 분출되도록 판 면으로부터 소정 함몰 형성된 선형의 가스분출선과, 제2가스공급선을 따라 소정 간격으로 형성된 적어도 하나의 제2가스인입구 및 기판 지지대의 하부로부터 제2가스인입구로 연결되어 가스공급장치로부터 플라즈마 방지용 가스를 공급하는 연결관을 포함한다. 여기서, 플라즈마 방지용 가스는 불활성 가스를 사용하는 것이 반응챔버 내의 플라즈마 상태에서 또 다른 기생 플라즈마 반응이 발생하지 않아 바람직하다.The plasma prevention gas supply unit has a second gas supply line which is formed in an annular shape in the outer region of the plate surface of the substrate support, and the gas supplied along the second gas supply line is ejected outward along the back surface of the semiconductor substrate on the substrate support. A linear gas ejection line formed recessed from the plate surface, at least one second gas inlet formed at a predetermined interval along the second gas supply line, and a lower gas inlet from a lower portion of the substrate support to connect the gas for preventing plasma from the gas supply device. Includes connector supplying. Here, it is preferable to use an inert gas as the plasma preventing gas because another parasitic plasma reaction does not occur in the plasma state in the reaction chamber.
그리하여, 플라즈마 방지용 가스는 주로 불활성 가스 중에 반도체 제조공정에서 많이 사용되는 헬륨 또는 아르곤 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to use helium or argon which is used a lot in a semiconductor manufacturing process mainly in an inert gas for plasma prevention gas.
그리고, 가스 분출선은 환형의 제2가스공급선을 따라 소정 간격으로 이격하여 방사형으로 복수 개 형성되어 있어 용이하게 가스가 분출되어 반도체 기판 주변에서는 기생 플라즈마가 발생하지 않도록 할 수 있다.Further, a plurality of gas ejection lines are radially spaced apart from each other at predetermined intervals along the annular second gas supply line, so that gas is easily ejected to prevent parasitic plasma from being generated around the semiconductor substrate.
이렇게 본 발명은 플라즈마용 반도체 제조장치의 반도체 기판 하부로부터 소정의 불황성 기체가 분사됨으로써, 반도체 기판 측부 및 하부에는 기생 플라즈마가 발생하지 않아 불순물이 증착되지 않는다. 따라서, 반복되는 플라즈마 공정에 의해서 반도체 기판 주변에 증착된 불필요한 불순물층이 발생되지 않으므로, 이들의 뜯김(tearing or blistering) 현상에 의한 파티클 오염(particle contamination)을 방지할 수 있다.Thus, in the present invention, since a predetermined inert gas is injected from the lower portion of the semiconductor substrate of the semiconductor manufacturing apparatus for plasma, parasitic plasma is not generated on the side and the lower portion of the semiconductor substrate, and impurities are not deposited. Therefore, since unnecessary impurity layers deposited around the semiconductor substrate are not generated by the repeated plasma process, particle contamination due to their tearing or blistering phenomenon can be prevented.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 지지대 부분을 확대하여 본 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma according to the present invention, Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of the substrate support portion of FIG.
이들을 참조하면, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 플라즈마 공정을 할 수 있는 밀폐된 통 형상의 반응챔버(10)와, 반응챔버(10) 내에 반도체 기판(100)을 올려놓을 수 있는 기판 지지대(11)와, 반응챔버(10)의 상부에 설치되어 반응챔버(10)내의 반도체 기판(100) 상에 반응가스를 공급하는 가스 분사부(13)와, 기판 지지대(11)의 몸체 상부면에 마련되어 반도체 기판(100) 및 기판 지지대(11)의 측부로 플라즈마가 형성되지 않도록 플라즈마 흐름을 방지하는 플라즈마 방지용 가스공급부(60)를 포함한다. 그리고, 반응챔버(10) 외부에 설치되어 가스분사부(13)와 플라즈마 방지용 가스공급부(60)에 반응가스와 플라즈마 방지용 가스를 공급하는 가스 공급장치(20)를 포함한다. 반응챔버(10)의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 반응챔버 외부에는 고주파 전력 발생기(40)와, 반응챔버(10)내의 분위기를 저압 분위기로 유지하기 위해서 진공 장치(30)를 포함한다.Referring to these, the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention includes a closed cylindrical reaction chamber 10 capable of performing a plasma process, and a substrate on which the semiconductor substrate 100 can be placed in the reaction chamber 10. A gas injector 13 installed on the support 11, an upper portion of the reaction chamber 10, and supplying a reaction gas onto the semiconductor substrate 100 in the reaction chamber 10, and an upper portion of the body of the substrate support 11. And a plasma prevention gas supply unit 60 provided on a surface to prevent plasma flow so that plasma is not formed on the sides of the semiconductor substrate 100 and the substrate support 11. The gas supply device 20 is installed outside the reaction chamber 10 to supply the reaction gas and the plasma prevention gas to the gas injection unit 13 and the plasma prevention gas supply unit 60. In order to generate a plasma inside the reaction chamber 10, the reaction chamber 10 includes a high frequency power generator 40 and a vacuum device 30 to maintain the atmosphere in the reaction chamber 10 in a low pressure atmosphere.
반응챔버(10)는 주로 건식식각용(dry Etching)이나 플라즈마 화학기상증착용(PE CVD) 반응 챔버이고, 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해서 고주파의 전력발생기(40)를 사용한다. 즉, 마이크로파(microwave)나 라디오파(radio frequency)를 발생하는 전력발생기를 이용하여 반응챔버(10) 내에 고주파 전력을 걸어준다.The reaction chamber 10 is mainly a dry etching or plasma chemical vapor deposition (PE CVD) reaction chamber, and uses a high frequency power generator 40 to generate plasma therein. That is, high frequency power is applied to the reaction chamber 10 by using a power generator that generates microwave or radio frequency.
기판 지지대(11)는 상부면이 반도체 기판(100)을 올려놓을 수 있도록 원형 판 상으로 형성되어 있으며, 커플링 방식의 방전에 의한 플라즈마 발생이 용이하도록 정전척(electro static chuck)으로 형성되어 있다. 그리고, 정전척 외측을 환상으로 둘러싸고 정전척 판면보다 소정 높이 상향 돌출된 포커스링(15,focus ring)이 장착되어 있다. 그리하여 상부로부터 하향 이동하는 플라즈마의 흐름이 기판 지지대(11)의 외측으로 흘러나가지 않게 하여 반도체 기판(100) 쪽으로 집중시키는 역할을 한다.The substrate support 11 is formed in a circular plate shape so that the upper surface thereof can put the semiconductor substrate 100 thereon, and is formed as an electrostatic chuck to facilitate plasma generation by a coupling type discharge. . Then, a focus ring 15, which annularly surrounds the outer side of the electrostatic chuck and protrudes a predetermined height upward from the surface of the electrostatic chuck, is mounted. Thus, the flow of plasma moving downward from the top does not flow to the outside of the substrate support 11, thereby concentrating toward the semiconductor substrate 100.
가스 분사부(13)는 반응챔버(10)의 상단부에 반도체 기판(100)과 평행하게 대면하도록 배치되고, 반도체 기판(100) 면의 전면을 덮을 수 있도록 반도체 기판(100)과 대응하는 하단면이 원형 판 면으로 형성되어 있다. 그리고, 이러한 가스 분사부(13)의 판 면에는 수많은 분사공(미도시)이 형성되어 있어 반도체 기판(100) 상에 반응가스를 균일하게 분사할 수 있다.The gas injection unit 13 is disposed to face the upper surface of the reaction chamber 10 in parallel with the semiconductor substrate 100, and the lower surface corresponding to the semiconductor substrate 100 so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 100. This circular plate surface is formed. In addition, a large number of injection holes (not shown) are formed in the plate surface of the gas injection unit 13 so that the reaction gas may be uniformly injected onto the semiconductor substrate 100.
도 3은 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 기판 지지대를 상부에서 본 평면도이다. 그리고, 도 4와 도 5는 기생 플라즈마 방지용 가스공급부(60)와 기판 냉각 기체 공급부(50)를 상세히 설명하기 위해 도 3의 A-A선을 따라 절개한 단면도와 도 3의 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.3 is a plan view of the substrate support of the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention as seen from above. 4 and 5 are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 3 and cut along line BB of FIG. 3 to describe the parasitic plasma prevention gas supply unit 60 and the substrate cooling gas supply unit 50 in detail. to be.
이를 참조하면, 기판 지지대(11)의 상부면에는 반도체 기판(100)을 냉각시킬 수 있도록 기판 냉각 기체 공급부(50)가 마련되어 있다. 냉각 기체 공급부(50)는 판 면의 표면에 소정의 방사형 선을 따라 소정의 홈이 형성되어 반도체 기판(100)이 올려지면, 도시된 바와 같이, 가스가 유입될 수 있는 통로가 생겨 가스공급라인이 형성되는 제1가스공급선(51)과, 기판 지지대(11) 판면으로부터 연결되어 제1가스공급선(51) 상에 형성된 제1가스인입/인출구(53)를 포함한다. 그리하여 반도체 기판(100)이 기판 지지대(11)에 올려진 후 제1가스인입/인츨구(53)를 따라 인입된 냉각용 가스가 방사형의 제1가스공급선(51)을 따라 통과하면서 반도체 기판(100)을 냉각시킨다. 이때, 냉각가스로서 사용되는 가스는 헬륨 또는 아르곤등의 불활성 기체이다.Referring to this, the substrate cooling gas supply unit 50 is provided on the upper surface of the substrate support 11 to cool the semiconductor substrate 100. When the cooling gas supply unit 50 has a predetermined groove formed along a predetermined radial line on the surface of the plate surface and the semiconductor substrate 100 is raised, a passage through which gas can be introduced is formed, as shown, so that a gas supply line is provided. The first gas supply line 51 is formed, and the first gas inlet / outlet port 53 connected to the substrate support 11 plate surface is formed on the first gas supply line 51. Thus, after the semiconductor substrate 100 is mounted on the substrate support 11, the cooling gas introduced along the first gas inlet / inlet port 53 passes along the radial first gas supply line 51 and the semiconductor substrate ( Cool 100). At this time, the gas used as the cooling gas is an inert gas such as helium or argon.
플라즈마 방지용 가스 공급부(60)는, 기판 지지대의 판 면상에 외측영역에 환형으로 형성된 제2가스공급선(61)과, 이 제2가스공급선(61)으로부터 외측을 향해 방사형으로 연결된 직선형의 가스분출선(63)을 포함한다. 제2가스공급선(61)에는 적어도 하나의 제2가스 인입구(65)가 형성되어 있고, 외부로부터 공급되는 플라즈마 방지용 가스를 플라즈마 방지용 가스공급부(60)로 공급할 수 있도록 기판 지지대(11)의 하부로부터 연결된 연결관(67)이 제2가스 인입구(65)와 연결되어 있다. 여기서 플라즈마 방지용 가스로서는 불활성 기체로서 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등을 사용한다. 이는 플라즈마 방지용 가스는 반응챔버(10) 내로 유입되어 혼합되는가스로서, 플라즈마화 에너지가 높아서 플라즈마 발생이 용이하지 않은 가스를 사용해야하고, 플라즈마화 한다 할지라도 그 자체로서 주변의 반응가스들과 반응을 하지 않는 가스들을 사용해야하기 때문이다. 그 중에서도 헬륨 가스는 전술한 반도체 기판 냉각용 가스나 반응가스 운반가스(carrier gas)로서 사용되므로, 헬륨가스를 사용하는 것이 가스공급장치(20)의 구성이 단순해지고 경비가 적게 소요된다.The plasma prevention gas supply unit 60 includes a second gas supply line 61 formed annularly in an outer region on the plate surface of the substrate support, and a straight gas ejection line radially connected outwardly from the second gas supply line 61. (63). At least one second gas inlet 65 is formed in the second gas supply line 61, and from the lower portion of the substrate support 11 to supply the plasma preventing gas supplied from the outside to the plasma preventing gas supply unit 60. The connecting pipe 67 is connected to the second gas inlet 65. As the gas for preventing plasma, helium (He), argon (Ar), or the like is used as an inert gas. This is a gas for preventing plasma is introduced into the reaction chamber 10 and mixed with the gas, the gas is not easy to generate plasma due to the high plasma energy, and even if the plasma is formed to react with the surrounding reaction gases as it is Because you have to use gases that do not. Among them, helium gas is used as the above-described semiconductor substrate cooling gas or reactive gas carrier gas, so that the use of helium gas simplifies the configuration of the gas supply device 20 and reduces the cost.
한편, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 가스공급장치(20)로부터 공급되는 헬륨(He) 가스가 기판 냉각 기체 공급부(50)와 플라즈마 방지용 가스공급부(60)로 분기되면서 각각 별도의 유량조절기(50a,60a)를 포함함으로써, 상호 독립적으로 유량을 조절할 수 있다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 방지용으로 공급되는 헬륨은 반응챔버(10) 내의 압력 및 분위기 가스 조건을 변화시킴으로써, 플라즈마 발생을 위한 공정조건을 크게 방해할 수 있다. 따라서, 플라즈마 방지용 가스는 기판 냉각용 헬륨 가스보다는 그 유량을 민감하게 조절해야 하기 때문에, 독립적으로 유량을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 유리하다.On the other hand, in the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention, helium (He) gas supplied from the gas supply device 20 is branched to the substrate cooling gas supply unit 50 and the plasma prevention gas supply unit 60, respectively, separate flow rate By including the regulators 50a and 60a, the flow rates can be adjusted independently of each other. As described above, helium supplied for plasma prevention may significantly interfere with the process conditions for plasma generation by changing the pressure and atmospheric gas conditions in the reaction chamber 10. Therefore, since the plasma prevention gas must adjust the flow rate more sensitively than the helium gas for cooling the substrate, it is advantageously configured to be able to adjust the flow rate independently.
도 6은 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 장치의 플라즈마 방지용 가스가 공급될 때, 반도체 기판(100)이 놓인 기판 지지대(11)의 가장자리 부분을 확대하여 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 플라즈마를 이용한 공정이 진행되면, 가스공급장치(20)로부터 플라즈마 방지용 가스인 헬륨이 플라즈마 방지용 가스공급부(60)에 공급된다. 그러면, 헬륨가스는 기판 지지대(11)의 가장자리부분에 형성된 제2가스공급관(도 3의 60)에 의해 반도체 기판(100)의 하부면을 따라 확산되고, 다시 가스 분출구(63)를 통해 소정의 유속으로 반도체 기판(100) 하부면을 따라 기판지지대(11)의 측부로 분출된다. 그리하여, 기판 지지대(11)의 측부에는 외향류가 발생하고 이 흐름이 기판 지지대(11)와 포커스링(15) 사이의 영역에 적체된 기생 플라즈마(플라즈마성 원소들)를 반도체 기판(100)으로부터 멀리 밀어내어 반도체 기판(100)과 기판 지지대(11)가 인접한 부분에는 기생 플라즈마에 의한 불순물 증착이 발생하지 않도록 한다. 특히, 기판 지지대(11)나 포커스링(15) 등은 고열이나 고밀도 플라즈마와 같은 열악한 상황에서도 잘 견디는 금속합금 및 금속산화물로 형성되는 경우가 많은데, 이들은 플라즈마 공정 중에 플라즈마 및 이온의 충돌(ion bombardment)로 인하여 금속이온이 튀어나오는 스퍼터링 현상이 발생한다. 그리하여, 이들 금속성분들이 기생 플라즈마로서 금속성의 증착성이 좋은 플라즈마를 형성하기 쉽다. 따라서, 이러한 기생 플라즈마가 플라즈마 방지용 가스에 의해서 증착이 용이한 반도체 기판(100)과 기판 지지대(11) 부분으로부터 멀리 격리시키는 것은 파티클 감소에 지대한 영향을 미친다.6 is an enlarged cross-sectional view of an edge portion of the substrate support 11 on which the semiconductor substrate 100 is placed when the plasma preventing gas of the semiconductor device using the plasma of the present invention is supplied. Referring to this, when a process using plasma is in progress, helium, which is a plasma prevention gas, is supplied from the gas supply device 20 to the plasma prevention gas supply unit 60. Then, the helium gas is diffused along the lower surface of the semiconductor substrate 100 by the second gas supply pipe (60 in FIG. 3) formed at the edge of the substrate support 11, and again through the gas outlet 63. It is ejected to the side of the substrate support 11 along the lower surface of the semiconductor substrate 100 at a flow rate. Thus, an outward flow occurs on the side of the substrate support 11, and the flow of parasitic plasma (plasma elements) accumulated in the region between the substrate support 11 and the focus ring 15 is removed from the semiconductor substrate 100. It is pushed away so that impurity deposition by parasitic plasma does not occur in a portion where the semiconductor substrate 100 and the substrate support 11 are adjacent to each other. In particular, the substrate support 11 and the focus ring 15 are often formed of metal alloys and metal oxides that are resistant to harsh conditions such as high temperature or high density plasma, and they are bombarded by plasma and ions during the plasma process. ) Sputtering phenomenon that metal ions pop out. Thus, these metal components are likely to form a plasma having good metallic deposition property as a parasitic plasma. Therefore, the isolation of such parasitic plasma from the portion of the semiconductor substrate 100 and the substrate support 11 which is easy to deposit by the plasma preventing gas has a great effect on the particle reduction.
이상과 같은 구성을 가진 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 반도체 기판(100)을 기판 지지대(11)에 올려놓고 공정을 진행하면, 기판 지지대(11)와 반도체 기판(100) 사이에는 냉각용 가스와 플라즈마 방지용 가스로서 헬륨이 공급된다. 그리하여, 반도체 기판(100)의 중앙영역은 냉각용 가스에 의해서 반도체 기판(100)이 냉각되고, 도 6에 도시된 바와 같이, 가장자리 영역은 플라즈마 방지용으로 공급되는 헬륨에 의해서 냉각됨과 동시에 반도체 기판(100)의 외측을 향해 분출되면서 외향류(out-stream)를 형성하여 반도체 기판의 측면에 있는 기체류를 밖으로 밀어내다. 그러면, 기체류에 혼합된 플라즈마성 가스들이 반도체 기판(100)의 가장자리의 하부면과 측부에 적층되지 않아 기생 플라즈마에 의한 증착반응이 발생하지 않는다. 따라서, 공정이 진행되는 동안 반도체 기판(100) 및 반도체 기판(100)과 접촉하는 기판 지지대(11)의 판면 부분에서 기생 플라즈마에 의해서 증착되는 폴리머성 증착물의 뜯김 현상으로 발생되는 대형 파티클(particle)을 방지할 수 있고, 반도체 기판(100) 가장자리가 이들 파티클에 의해서 오염되는 것을 막을 수 있다.In the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention having the above-described configuration, when the semiconductor substrate 100 is placed on the substrate support 11 and the process proceeds, cooling is performed between the substrate support 11 and the semiconductor substrate 100. Helium is supplied as the gas for gas and the gas for preventing plasma. Thus, in the central region of the semiconductor substrate 100, the semiconductor substrate 100 is cooled by a gas for cooling, and as shown in FIG. 6, the edge region is cooled by helium supplied for plasma prevention and at the same time the semiconductor substrate ( It blows out to 100 and forms an out-stream to push out the gas flow on the side of the semiconductor substrate. Then, the plasma gases mixed in the gas stream are not stacked on the lower surface and the side of the edge of the semiconductor substrate 100 so that the deposition reaction by the parasitic plasma does not occur. Therefore, large particles generated by the tearing of the polymeric deposit deposited by the parasitic plasma on the surface of the semiconductor substrate 100 and the substrate support 11 in contact with the semiconductor substrate 100 during the process. Can be prevented and the edges of the semiconductor substrate 100 can be prevented from being contaminated by these particles.
한편, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 플라즈마 방지용 거스공급부(50)가 기판 지지대(11)의 외측으로 돌출된 반도체 기판(100)의 가장자리 하부 부분에만 분사할 수 있도록 분사부를 형성할 수도 있다. 그러면, 기판 냉각 기체 공급부(50)가 보다 넓은 면적을 대면하면서 반도체 기판(100)을 냉각시킬 수 있다.On the other hand, the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention may form an injection portion so that the plasma preventing gauze supply portion 50 can be injected only to the lower portion of the edge of the semiconductor substrate 100 protruding outward of the substrate support 11. have. As a result, the substrate cooling gas supply unit 50 may cool the semiconductor substrate 100 while facing a larger area.
상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는, 기판 지지대의 상부면에 플라즈마 방지용 가스공급부가 형성되어 있어, 기판 지지대와 반도체 기판의 접촉면과 모서리 부분에서 발생하는 기생 플라즈마를 제거할 수 있다. 그리하여, 반도체 기판의 모서리 부분에 발생하는 파티클 오염(particle contamination)을 방지할 수 있다.As described above, in the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention, the plasma preventing gas supply part is formed on the upper surface of the substrate support, and thus parasitic plasma generated at the contact surface and the corner portion of the substrate support and the semiconductor substrate can be removed. . Thus, particle contamination occurring at the corner portions of the semiconductor substrate can be prevented.
그리고, 기생 플라즈마에 의해서 발생되는 불순물 폴리머의 증착을 방지함으로써, 반도체 장치 내부가 파티클로 인하여 오염되는 것을 방지할 수 있고, 장치의 정비주기가 길어지고 장치 가동율을 향상시킬 수 있다.By preventing the deposition of the impurity polymer generated by the parasitic plasma, the inside of the semiconductor device can be prevented from being contaminated by particles, and the maintenance period of the device can be lengthened and the device operation rate can be improved.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100908987B1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-07-22 | 주식회사 케이씨텍 | Substrate Support of Thin Film Deposition Equipment |
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| KR101272023B1 (en) * | 2008-07-30 | 2013-06-07 | 참엔지니어링(주) | Apparatus for treating substrate |
| KR101517720B1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-05-04 | (주)아이씨디 | Electrostatic chuck and plasma generation apparatus using the same |
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2001
- 2001-12-19 KR KR1020010081251A patent/KR20030050736A/en not_active Application Discontinuation
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