KR20030075736A - Apparatus for heating a semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 기판을 가공하는 공정에서 반도체 기판을 지지하고 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판 상에 금속층을 형성하기 위한 막 형성 공정에서 반도체 기판을 지지하고 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for supporting and heating a semiconductor substrate in a process of processing the semiconductor substrate. More particularly, the present invention relates to an apparatus for supporting and heating a semiconductor substrate in a film forming process for forming a metal layer on the semiconductor substrate.
근래에 반도체 장치의 제조 기술은 정보 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 집적도, 신뢰도 및 처리 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 상기 반도체 장치는 실리콘 단결정으로부터 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 상기 반도체 기판 상에 다양한 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.In recent years, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed in the direction of improving integration, reliability, processing speed, etc. with the rapid development of information and communication technology. The semiconductor device is manufactured by fabricating a silicon wafer used as a semiconductor substrate from a silicon single crystal, forming various films on the semiconductor substrate, and forming the film in a pattern having electrical properties.
상기와 같이 반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 반도체 기판 상에 형성되는 패턴의 크기가 작아지고, 패턴들 간의 간격도 점차 좁아지고 있다. 과거에는 폴리실리콘이 게이트 전극 및 비트라인과 같은 배선 재료로 매우 유용한 물질이었으나, 패턴들이 점점 작아짐에 따라 폴리실리콘의 비저항이 너무 커서 RC 시간 지연 및IR 전압 강하 등이 증가하였다. 이에 따라, 폴리실리콘과 유사한 특성을 가지면서 그보다 수 내지 수십배 낮은 비저항을 갖는 폴리사이드(polycide), 즉 폴리실리콘과 고융점 금속 실리사이드(refractory metal silicide)의 복합층이 초고집적(VLSI) 회로의 게이트 전극이나 비트라인 등의 배선 전극으로 사용되고 있다.As the semiconductor device is highly integrated as described above, the size of the pattern formed on the semiconductor substrate is reduced, and the spacing between the patterns is gradually narrowed. In the past, polysilicon has been a very useful material for wiring materials such as gate electrodes and bit lines, but as the patterns become smaller, polysilicon's resistivity becomes so large that the RC time delay and IR voltage drop increase. Accordingly, a polycide, that is, a composite layer of polysilicon and a high melting point metal silicide having a specific resistance similar to that of polysilicon and having a resistivity of several to several tens of times lower than that of the gate of an ultra high integration (VLSI) circuit It is used as wiring electrodes, such as an electrode and a bit line.
텅스텐 실리사이드(WSix) 박막은 모노실란(SiH4) 및 텅스텐 헥사플루오라이드(WF6)를 전조(precursor) 가스로 사용하여 반도체 기판 상에 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 증착되어 왔다. 그러나, 이 공정은 여러 가지 문제를 갖고 있는데, 그 중의 하나는 텅스텐 실리사이드가 단차진 형상 위에서 등각(conformal)으로 증착되지 않는다는 것이다. 또 다른 문제점은 증착된 텅스텐 실리사이드 박막 내의 잔류 불소 함유량이 높아 소자의 성능에 치명적인 영향을 미친다는 것이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼가 어닐링 동안 약 850℃ 이상의 온도에 노출되면, 여분의 불소 이온들이 그 하부의 폴리실리콘막을 통해 하부 실리콘 산화막으로 이동된다. 이에 따라, 실리콘 산화막의 유효 두께가 증가하게 되어 이러한 층을 갖는 반도체 소자의 전기적 특성이 변하게 된다.Tungsten silicide (WSix) thin films have been deposited on a semiconductor substrate by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) using monosilane (SiH 4 ) and tungsten hexafluoride (WF 6 ) as precursor gases. However, this process has a number of problems, one of which is that tungsten silicide is not conformally deposited on stepped shapes. Another problem is that the high residual fluorine content in the deposited tungsten silicide thin film has a fatal effect on the device performance. For example, when a semiconductor wafer is exposed to a temperature of about 850 ° C. or more during annealing, excess fluorine ions are transferred to the underlying silicon oxide film through the underlying polysilicon film. As a result, the effective thickness of the silicon oxide film is increased to change the electrical characteristics of the semiconductor device having such a layer.
이에 따라, 모노실란(SiH4) 대신에 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2)을 사용하여 텅스텐 실리사이드막을 증착하는 개량된 공정이 제안되었다. 디클로로실란을 사용하여 증착된 텅스텐 실리사이드막(이하, DCS 텅스텐 실리사이드막이라 한다)은 모노실란을 사용하여 증착된 텅스텐 실리사이드막(이하, MS 텅스텐 실리사이드막이라한다)보다 낮은 불소 함유량 및 우수한 단차 도포성을 갖는다.Accordingly, an improved process of depositing a tungsten silicide film using dichlorosilane (DCS; SiH 2 Cl 2 ) instead of monosilane (SiH 4 ) has been proposed. The tungsten silicide film deposited using dichlorosilane (hereinafter referred to as DCS tungsten silicide film) has a lower fluorine content and better step coverage than the tungsten silicide film deposited using monosilane (hereinafter referred to as MS tungsten silicide film). Has
이와 같이 DCS 텅스텐 실리사이드막은 MS 텅스텐 실리사이드막에 비해 많은 장점을 갖고 있어 워드라인(즉, 게이트 전극)이나 비트라인 등의 배선 물질로 주목받고 있다.As described above, the DCS tungsten silicide film has many advantages over the MS tungsten silicide film, and thus, the DCS tungsten silicide film is attracting attention as a wiring material such as a word line (ie, a gate electrode) or a bit line.
상기와 같은 증착 공정을 수행하는 장치는 공정 챔버와 반도체 기판이 놓여지는 서셉터와 반도체 기판을 가열하기 위한 히터 및 공정 가스 제공부 등을 구비한다. 상기 서셉터에 놓여지는 반도체 기판에 막을 형성하는 증착 장치에 관한 일 예는 미합중국 특허 제5,510,297호(issued to Telford, et al.)와 미합중국 특허 제5,565,382호(issued to Tseng, et al.)에 개시되어 있다.The apparatus for performing the above deposition process includes a susceptor on which the process chamber and the semiconductor substrate are placed, a heater for heating the semiconductor substrate, and a process gas providing unit. An example of a deposition apparatus for forming a film on a semiconductor substrate placed on the susceptor is disclosed in US Pat. No. 5,510,297 (issued to Telford, et al.) And US Pat. No. 5,565,382 (issued to Tseng, et al.). It is.
상기 증착 장치는 반도체 기판이 놓여지는 서셉터와 서셉터의 하부에 구비되어 반도체 기판을 가열하기 위한 열에너지를 제공하는 히터를 포함하는 기판 가열 장치를 구비한다. 일 예로서, 도 1에는 지누스(Genus)사의 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 기판 가열 장치가 개략적으로 도시되어 있다.The deposition apparatus includes a substrate heating apparatus including a susceptor on which the semiconductor substrate is placed and a heater provided under the susceptor to provide thermal energy for heating the semiconductor substrate. As an example, FIG. 1 schematically shows a substrate heating apparatus of a Genus plasma chemical vapor deposition apparatus.
도 1을 참조하면, 기판 가열 장치(100)는 공정 챔버(미도시) 내부에 구비되어 있는 알루미늄 베이스 플레이트(102) 상에 설치되며, 베이스 플레이트(102)는 공정 챔버 하부에 구비되는 지지부재(104) 상에 설치된다. 베이스 플레이트(102) 상에는 원반 형상을 갖고 석영(quartz)으로 이루어지는 절연 플레이트(106)가 구비되고, 절연 플레이트(106) 상에 히터(108a, 108b)가 구비된다. 히터(108a, 108b)는 서셉터(110)의 가장자리 부위를 가열하기 위한 외측 히터(108a)와 서셉터(110)의 가장자리 내측을 가열하기 위한 내측 히터(108b)로 구성된다. 외측 히터(108a)와내측 히터(108b)는 사이에 일정 공간을 두고 서로 독립적으로 배치되며, 흑연(graphite) 재질로 형성된 얇은 플레이트 형상으로 형성되고, 전원이 인가되면 내부 저항에 의해 열을 발생시킨다.Referring to FIG. 1, the substrate heating apparatus 100 is installed on an aluminum base plate 102 provided in a process chamber (not shown), and the base plate 102 is provided with a support member provided below the process chamber. 104). An insulating plate 106 having a disk shape and made of quartz is provided on the base plate 102, and heaters 108a and 108b are provided on the insulating plate 106. The heaters 108a and 108b are composed of an outer heater 108a for heating the edge portion of the susceptor 110 and an inner heater 108b for heating the inside of the edge of the susceptor 110. The outer heater 108a and the inner heater 108b are disposed independently of each other with a predetermined space therebetween, and are formed in a thin plate shape made of graphite material, and generate heat by internal resistance when power is applied. .
서셉터(110)는 흑연 재질로 형성되며, 원반 형상을 갖는다. 서셉터(110)의 하부면 가장자리를 따라 제1돌출부(110a)가 형성되어 있으며, 서셉터(110)의 제1돌출부(110a)와 절연 플레이트(106)에 의해 한정되는 공간(112)에 히터(108a, 108b)가 설치된다. 서셉터(110)의 상부면 가장자리는 계단 형상의 고정턱이 가장자리를 따라 형성되어 있으며, 석영 재질의 절연링(114)에 의해 베이스 플레이트(102)에 고정된다.The susceptor 110 is formed of graphite and has a disk shape. A first protrusion 110a is formed along an edge of the lower surface of the susceptor 110, and a heater is formed in the space 112 defined by the first protrusion 110a of the susceptor 110 and the insulating plate 106. 108a and 108b are provided. The upper edge of the susceptor 110 is formed with a stepped fixing jaw along the edge and is fixed to the base plate 102 by an insulating ring 114 made of quartz.
절연링(114)은 절연 플레이트(106)의 직경과 동일한 하부 내측 직경을 갖고, 내측면의 상부에는 서셉터(110)의 고정턱에 대응되는 제2돌출부(114a)가 형성되어 있다. 그리고, 절연링(114)의 원주 방향을 따라 다수개의 고정 볼트(116)들이 절연링(114)을 베이스 플레이트(102)에 체결함에 따라 서셉터(110)가 고정된다.The insulating ring 114 has a lower inner diameter that is the same as the diameter of the insulating plate 106, and a second protrusion 114a corresponding to the fixing jaw of the susceptor 110 is formed on the upper side of the inner surface. The susceptor 110 is fixed as the plurality of fixing bolts 116 fasten the insulating ring 114 to the base plate 102 along the circumferential direction of the insulating ring 114.
한편, 서셉터(110)의 온도 및 히터(108a, 108b)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(116a, 116b, 116c, 116d)로는 열전대(thermocouple)가 사용되며, 서셉터(110)의 중앙 부위 및 가장자리 온도를 측정하기 위한 제1열전대(116a) 및 제2열전대(116b) 그리고, 히터(108a, 108b)의 중앙 부위 및 가장자리 온도를 측정하기 위한 제3열전대(116c) 및 제4열전대(116d)가 구비된다. 제1, 제2열전대(116a, 116b)는 베이스 플레이트(102), 절연 플레이트(106) 및 히터(108a, 108b)를 관통하여 서셉터(110) 내부로 연장된다. 제3, 제4열전대(116c, 116d)는 베이스플레이트(102) 및 절연 플레이트(106)를 관통하여 히터(108a, 108b)의 내부로 연장된다. 도 2를 참조하면, 절연 플레이트(106) 및 히터(108b)에는 제1열전대(116a)를 설치하기 위한 관통공이 형성되어 있고, 관통공에는 제1열전대(116a)를 보호하기 위한 세라믹 튜브(118, ceramic tube)가 구비된다. 도시되지는 않았으나, 제2열전대(116b)도 제1열전대(116a)와 동일한 방법으로 설치된다.Meanwhile, thermocouples are used as the temperature sensors 116a, 116b, 116c, and 116d for measuring the temperature of the susceptor 110 and the temperatures of the heaters 108a and 108b, and a central portion of the susceptor 110 is used. And a first thermocouple 116a and a second thermocouple 116b for measuring the edge temperature, and a third thermocouple 116c and a fourth thermocouple 116d for measuring the center portion and the edge temperature of the heaters 108a and 108b. ) Is provided. The first and second thermocouples 116a and 116b extend through the base plate 102, the insulating plate 106, and the heaters 108a and 108b and extend into the susceptor 110. The third and fourth thermocouples 116c and 116d pass through the base plate 102 and the insulating plate 106 and extend into the heaters 108a and 108b. Referring to FIG. 2, a through hole for installing the first thermocouple 116a is formed in the insulating plate 106 and the heater 108b, and a ceramic tube 118 for protecting the first thermocouple 116a in the through hole. ceramic tube). Although not shown, the second thermocouple 116b is also installed in the same manner as the first thermocouple 116a.
상기와 같은 구조를 갖는 기판 가열 장치를 사용하여 반도체 기판 상에 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 경우, 공정 진행 도중에 서셉터와 절연링 사이, 절연링과 절연 플레이트 사이 및 서셉터와 절연 플레이트 사이의 틈을 통해 공정 가스가 히터 설치 공간으로 유입되어 히터 표면, 서셉터 후면 및 히터의 전원 연결 부위 등에 텅스텐 실리사이드막을 형성하게 된다. 또한, 상기와 같이 유입된 공정 가스는 세라믹 튜브와 열전대 사이로 유입되어 열전대에 텅스텐 실리사이드막을 형성한다.When a tungsten silicide film is formed on a semiconductor substrate using a substrate heating apparatus having the above structure, a gap is formed between the susceptor and the insulating ring, between the insulating ring and the insulating plate, and between the susceptor and the insulating plate during the process. The process gas flows into the heater installation space to form a tungsten silicide layer on the heater surface, the rear of the susceptor, and the power connection portion of the heater. In addition, the introduced process gas is introduced between the ceramic tube and the thermocouple to form a tungsten silicide film on the thermocouple.
상기와 같이 형성되는 텅스텐 실리사이드막은 히터 설치 공간 내부에서 히터에 연결되는 전원에 의해 아크(arc)를 발생시키게 되며, 이와 같은 전기적인 충격은 히터의 파손 및 열전대의 파손을 유발시킨다. 그리고, 열전대에 형성된 텅스텐 실리사이드막은 열전대의 온도 감지 기능을 비정상적으로 수행하게 하며, 서셉터 온도 감지의 오류 발생은 공정에 필요한 온도를 정상적으로 유지할 수 없게 한다. 이는 히터 및 열전대의 잦은 교체 등과 같은 부품 손실 및 정비에 따른 시간적인 손실을 유발시키며, 반도체 장치의 수율 저하 및 장치의 가동율 저하의 원인이 된다. 또한, 온도 감지 기능의 신뢰도 저하에 따라 반도체 기판 상에 형성되는 막이원하는 특성을 만족시킬 수 없게 된다.The tungsten silicide film formed as described above generates an arc by a power source connected to the heater in the heater installation space, and such electric shock causes breakage of the heater and breakdown of the thermocouple. In addition, the tungsten silicide film formed on the thermocouple performs an abnormal temperature sensing function of the thermocouple, and an error in susceptor temperature sensing makes it impossible to maintain the temperature required for the process. This causes time loss due to parts loss and maintenance such as frequent replacement of heaters and thermocouples, and causes a decrease in yield of semiconductor devices and a decrease in operation rate of devices. In addition, as the reliability of the temperature sensing function decreases, the film formed on the semiconductor substrate cannot satisfy desired characteristics.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공정 가스가 히터 설치 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 밀봉 구조를 갖는 기판 가열 장치를 제공하는데 있다.The present invention for solving the above problems is to provide a substrate heating apparatus having a sealing structure that can prevent the process gas from flowing into the heater installation space.
도 1은 종래의 기판 가열 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a conventional substrate heating apparatus.
도 2는 도 1에 도시한 Ⅱ에 대한 상세도이다.FIG. 2 is a detailed view of II shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가열 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram illustrating a substrate heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에 도시한 절연 플레이트를 나타내는 사시도이다.4 is a perspective view illustrating the insulating plate illustrated in FIG. 3.
도 5는 도 3에 도시한 가열 플레이트를 나타내는 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating the heating plate illustrated in FIG. 3.
도 6은 도 3에 도시한 Ⅵ에 대한 상세도이다.FIG. 6 is a detailed view of VI shown in FIG. 3.
도 7은 도 3에 도시한 Ⅶ에 대한 상세도이다.FIG. 7 is a detailed view of FIG. 3 shown in FIG. 3. FIG.
도 8은 도 6에 도시한 제1밀봉 부재를 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view illustrating the first sealing member illustrated in FIG. 6.
도 9는 도 7에 도시한 제2밀봉 부재를 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view illustrating the second sealing member shown in FIG. 7.
도 10은 도 7에 도시한 고정캡을 나타내는 사시도이다.10 is a perspective view of the fixing cap shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 기판 가열 장치 202 : 지지부재200 substrate heating device 202 support member
204 : 베이스 플레이트 206 : 고정 볼트204: base plate 206: fixing bolt
208 : 절연 플레이트 210 : 가열 플레이트208: insulation plate 210: heating plate
212 : 히터 214 : 히터 설치 공간212: heater 214: heater installation space
216 : 제1밀봉 부재 218 : 절연링216: first sealing member 218: insulating ring
220 : 온도 감지 센서 222 : 고정캡220: temperature sensor 222: fixed cap
224 : 제2밀봉 부재224: second sealing member
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은,The present invention for solving the above problems,
반도체 기판 상에 막을 형성하는 공정이 수행되는 챔버 내부에 설치되며, 가장자리를 따라 상방으로 형성된 제1돌출부에 의해 한정되는 제1오목부가 상부면에 형성되어 있는 절연 플레이트,An insulation plate installed inside the chamber in which a process of forming a film on a semiconductor substrate is performed, the first recess being defined by a first protrusion formed upwardly along an edge thereof, the insulation plate having an upper surface formed thereon;
상기 제1오목부에 대응하는 형상을 갖고 상기 제1오목부에 삽입되며, 가장자리를 따라 하방으로 형성된 제2돌출부에 의해 한정되는 제2오목부가 하부면에 형성되어 있고, 상부 가장자리를 따라 계단 형상을 갖는 고정턱이 형성되어 있으며, 반도체 기판을 지지하고 가열하기 위한 가열 플레이트,The second recess is formed on the bottom surface and has a shape corresponding to the first recess, and is defined by a second protrusion formed downward along the edge, and has a step shape along the upper edge. A fixing jaw having a heating plate for supporting and heating the semiconductor substrate,
상기 제1돌출부의 상부면 및 상기 고정턱의 상부면 상에 구비되고, 상기 가열 플레이트를 고정하기 위한 절연링,An insulating ring provided on an upper surface of the first protrusion and an upper surface of the fixing jaw to fix the heating plate;
상기 제1오목부와 상기 제2오목부에 의해 한정되는 공간에 구비되며, 상기 반도체 기판을 가열하기 위한 열에너지를 제공하는 히터, 및A heater provided in a space defined by the first concave portion and the second concave portion, and providing heat energy for heating the semiconductor substrate;
상기 제1돌출부의 상부면, 상기 고정턱의 상부면 및 상기 절연링의 하부면 사이에 개재되고, 상기 공간으로 상기 막을 형성하기 위한 가스가 유입되는 것을방지하기 위한 제1밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가열하기 위한 장치를 제공한다.A first sealing member interposed between an upper surface of the first protrusion, an upper surface of the fixing jaw and a lower surface of the insulating ring, and including a first sealing member to prevent the gas for forming the film into the space; An apparatus for heating a semiconductor substrate is provided.
이하, 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
상기 챔버 내부에는 절연 플레이트를 지지하는 베이스 플레이트가 구비되고, 상기 가열 플레이트의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서가 상기 베이스 플레이트, 상기 절연 플레이트 및 상기 히터를 관통하여 상기 가열 플레이트 내부로 연장된다. 여기서, 상기 가열 플레이트는 당업계에서 통상적인 명칭으로 사용되는 서셉터를 의미하며, 온도 감지 센서로는 열전대가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 가열 플레이트는 흑연 재질로 이루어지고, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄으로 이루어지며, 절연 플레이트는 석영으로 이루어진다.A base plate for supporting an insulation plate is provided in the chamber, and a temperature sensor for sensing a temperature of the heating plate extends through the base plate, the insulation plate, and the heater into the heating plate. Here, the heating plate means a susceptor used in the conventional name in the art, and a thermocouple may be used as the temperature sensing sensor. Here, the heating plate is made of graphite material, the base plate is made of aluminum, the insulating plate is made of quartz.
상기 가열 플레이트의 하부면에는 상기 히터를 관통하여 상기 절연 플레이트 내부로 연장되는 제3돌출부가 형성되어 있고, 상기 제3돌출부에는 상기 온도 감지 센서가 삽입되는 삽입홈이 형성되어 있다. 여기서, 상기 절연 플레이트에는 상기 제3돌출부가 삽입되고, 상기 온도 감지 센서가 관통되는 관통홀이 형성되어 있다. 상기 관통홀에는 제3돌출부의 하부에서 상기 온도 감지 센서를 감싸도록 구비되어 상기 온도 감지 센서를 상기 관통홀에 고정시키기 위한 고정캡이 설치된다. 그리고, 제3돌출부와 고정캡의 사이에는 상기 가스가 상기 온도 감지 센서가 삽입되는 삽입홈 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 제2밀봉 부재가 개재된다. 여기서, 상기 제1밀봉 부재 및 상기 제2밀봉 부재는 각각 탄소 시트가 사용될 수 있으며, 상기 제1돌출부의 상부면 및 상기 고정턱의 상부면은 동일한 평면상에 위치되도록 형성된다. 즉, 상기 제1돌출부의 상부면 및 상기 고정턱의 상부면의 높이가 동일하게 형성되어, 상기 제1밀봉 부재의 형상이 단순한 원형 링 형상을 갖도록 하였다.The lower surface of the heating plate is formed with a third protrusion extending through the heater to the inside of the insulating plate, the third protrusion is formed with an insertion groove into which the temperature sensor is inserted. Here, the third protrusion is inserted into the insulating plate and a through hole through which the temperature sensor is formed is formed. The through hole is provided to surround the temperature sensor at a lower portion of the third protrusion, and a fixing cap is installed to fix the temperature sensor to the through hole. A second sealing member is interposed between the third protrusion and the fixing cap to prevent the gas from flowing into the insertion groove into which the temperature sensor is inserted. Here, the first sealing member and the second sealing member may be a carbon sheet, respectively, the upper surface of the first projection and the upper surface of the fixing jaw is formed to be located on the same plane. That is, the heights of the upper surface of the first protrusion and the upper surface of the fixing jaw are the same, so that the shape of the first sealing member has a simple circular ring shape.
따라서, 히터 설치 공간으로 유입되는 공정 가스의 경로를 완전히 차단함으로서, 히터 및 가열 플레이트의 후면에 막이 증착되는 것을 방지하고, 가열 플레이트의 온도를 감지하기 위한 센서에 막이 증착되는 것을 차단함으로서, 가열 플레이트의 온도 측정을 정확하게 할 수 있다. 특히, 상기 막이 금속 배선으로 사용되는 텅스텐 실리사이드막인 경우, 상기와 같이 히터 설치 공간으로 유입되는 공정 가스를 차단함으로서, 히터 및 온도 감지 센서의 파손을 미연에 방지할 수 있다.Therefore, by completely blocking the path of the process gas flowing into the heater installation space, to prevent the film from being deposited on the back of the heater and the heating plate, by blocking the film is deposited on the sensor for sensing the temperature of the heating plate, the heating plate It is possible to accurately measure the temperature of. In particular, when the film is a tungsten silicide film used as a metal wiring, by blocking the process gas flowing into the heater installation space as described above, it is possible to prevent damage to the heater and the temperature sensing sensor in advance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가열 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram illustrating a substrate heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 공정 챔버(미도시)에 구비되는 지지부재(202) 상에 베이스 플레이트(204)가 설치되어 있다. 베이스 플레이트(204)는 원반 형상을 갖고, 고정 볼트(206a)들에 의해 지지부재(202)에 체결된다. 도 4를 참조하면, 베이스 플레이트(204) 상에는 베이스 플레이트(204)의 직경과 동일한 직경을 갖고, 석영으로 이루어지는 절연 플레이트(208)가 구비된다. 절연 플레이트(208)의 상부면 가장자리에는 가장자리를 따라 상방으로 돌출된 제1돌출부(208a)가 형성되어 있다. 즉, 절연 플레이트(208)의 상부면에는 제1돌출부(208a)에 의해 한정되는 제1오목부(208b)가 형성되어 일종의 원형캡 형상을 구성한다.Referring to FIG. 3, a base plate 204 is installed on a support member 202 provided in a process chamber (not shown). The base plate 204 has a disk shape and is fastened to the support member 202 by fixing bolts 206a. Referring to FIG. 4, an insulating plate 208 having a diameter equal to the diameter of the base plate 204 and made of quartz is provided on the base plate 204. The first protrusion 208a protruding upward along the edge is formed at the edge of the upper surface of the insulating plate 208. That is, the first concave portion 208b defined by the first protrusion 208a is formed on the upper surface of the insulating plate 208 to form a kind of circular cap shape.
제1오목부(208b)에는 가열 플레이트(210)를 가열하기 위한 히터(212a, 212b)가 삽입된다. 히터(212a)는 가열 플레이트(210)의 가장자리 부위를 가열하기 위한 외측 히터(212a)와 가열 플레이트(210)의 중앙 부위를 전체적으로 가열하기 위한 내측 히터(212b)로 구성된다. 도시되지는 않았으나, 외측 히터(212a)와 내측 히터(212b)에는 각각 독립적인 전원이 연결되고, 온도 제어도 독립적으로 수행된다. 각각의 히터(212a, 212b)는 흑연으로 이루어지며, 내부 저항에 의해 발열된다.Heaters 212a and 212b for heating the heating plate 210 are inserted into the first recesses 208b. The heater 212a includes an outer heater 212a for heating the edge portion of the heating plate 210 and an inner heater 212b for heating the central portion of the heating plate 210 as a whole. Although not shown, independent power supplies are connected to the outer heater 212a and the inner heater 212b, respectively, and temperature control is independently performed. Each heater 212a and 212b is made of graphite and is heated by internal resistance.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 가열 플레이트(210)는 원반 형상을 갖고, 절연 플레이트(208)의 제1오목부(208b)에 삽입된다. 가열 플레이트(210)의 하부면에는 가장자리를 따라 하방으로 돌출된 제2돌출부(210a)가 형성된다. 즉, 가열 플레이트(210)의 하부면은 제2돌출부(210a)에 의해 제2오목부(210b)가 형성되며, 제2오목부(210b)에 히터(212a, 212b)가 삽입된다. 이때, 가열 플레이트(210)의 직경은 절연 플레이트(208)의 제1오목부(208b)에 대응되는 직경을 갖고, 제1오목부(208b)에 삽입되며, 가열 플레이트(210)의 제2오목부(210b)와 절연 플레이트(208)의 상부면으로 한정되는 공간(214)에 히터(212a, 212b)가 배치된다. 히터(212a, 212b)와 가열 플레이트(210)는 소정 간격만큼 이격되어 직접적으로 열이 전달되지 않도록 한다. 한편, 가열 플레이트(210)의 상부 가장자리 모서리는 계단 형상의 고정턱(210c)이 2단으로 형성되어 있다.5, 6, and 7, the heating plate 210 has a disk shape and is inserted into the first recess 208b of the insulating plate 208. The second protrusion 210a protruding downward along the edge is formed on the lower surface of the heating plate 210. That is, the second concave portion 210b is formed on the lower surface of the heating plate 210 by the second protrusion 210a, and the heaters 212a and 212b are inserted into the second concave portion 210b. In this case, the diameter of the heating plate 210 has a diameter corresponding to the first recess 208b of the insulating plate 208, is inserted into the first recess 208b, and the second recess of the heating plate 210. The heaters 212a and 212b are disposed in the space 214 defined by the portion 210b and the upper surface of the insulating plate 208. The heaters 212a and 212b and the heating plate 210 are spaced apart by a predetermined interval so that heat is not directly transferred. On the other hand, the upper edge of the heating plate 210 has a stepped fixing jaw (210c) is formed in two stages.
이와 대조적으로, 절연 플레이트(208)의 제1돌출부(208a) 상에는 제1밀봉 부재(216)를 설치하기 위한 설치부(208c)가 제1돌출부(208a)의 내측으로 형성되어 있다. 설치부(208c)는 계단 형상으로 형성되고, 설치부(208c)의 높이는 가열 플레이트(210)의 고정턱(210c)의 제1단 부위와 동일하게 형성된다. 즉, 가열 플레이트(210)가 절연 플레이트(208)의 제1오목부(208b)에 삽입되었을 때 설치부(208c)와 가열 플레이트(210)의 고정턱(210c) 1단 부위는 동일한 평면상에 위치된다. 그리고, 절연링(218)은 가열 플레이트(210)의 고정턱(210c) 2단 부위와 절연 플레이트(208)의 제1돌출부(208a) 상에 위치된다. 따라서, 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 공정 가스가 히터(212a, 212b)가 구비되는 공간(214)으로 유입되는 것이 제1밀봉 부재(216)에 의해 방지된다.In contrast, on the first protrusion 208a of the insulating plate 208, an installation portion 208c for installing the first sealing member 216 is formed inside the first protrusion 208a. The mounting portion 208c is formed in a step shape, and the height of the mounting portion 208c is formed in the same manner as the first end portion of the fixing jaw 210c of the heating plate 210. That is, when the heating plate 210 is inserted into the first recess 208b of the insulating plate 208, the mounting portion 208c and the first end of the fixing jaw 210c of the heating plate 210 are on the same plane. Is located. The insulating ring 218 is positioned on the second end of the fixing jaw 210c of the heating plate 210 and the first protrusion 208a of the insulating plate 208. Therefore, the first sealing member 216 prevents the process gas for forming the film on the semiconductor substrate from entering the space 214 provided with the heaters 212a and 212b.
절연 플레이트(208)의 설치부(208c)에는 원주 방향으로 다수개의 제1관통공(208d)이 형성되어 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1밀봉 부재(216)에는 절연 플레이트(208)의 제1관통공(208d)에 대응하는 제2관통공(216a)이 형성되어 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만. 절연링(218)에는 제1관통공(208d) 및 제2관통공(216a)에 대응하는 제3관통공이 형성되어 있으며, 베이스 플레이트(204)에는 제1, 제2관통공(208d, 216a) 및 제3관통공에 대응하는 나사공이 형성되어 있다. 고정 나사(206b)가 제1, 제2관통공(208d, 216a) 및 제3관통공을 통해 상기 나사공에 체결됨으로서, 가열 플레이트(210), 절연링(218), 제1밀봉 부재(216) 및 절연 플레이트(208)가 베이스 플레이트(204)에 고정된다.A plurality of first through holes 208d are formed in the mounting portion 208c of the insulating plate 208 in the circumferential direction, and as shown in FIG. 8, the insulating plate 208 is formed in the first sealing member 216. The second through hole 216a corresponding to the first through hole 208d is formed. And not shown. The insulating ring 218 has a third through hole corresponding to the first through hole 208d and the second through hole 216a, and the first and second through holes 208d and 216a in the base plate 204. And a screw hole corresponding to the third through hole. As the fixing screw 206b is fastened to the screw hole through the first and second through holes 208d and 216a and the third through hole, the heating plate 210, the insulating ring 218, and the first sealing member 216 are fixed. ) And an insulating plate 208 are fixed to the base plate 204.
한편, 가열 플레이트(210)의 제2오목부(210b)에는 가장자리 부위 및 중심과 인접한 부위에 각각 제3돌출부(210d)가 하방으로 형성되어 있다. 제3돌출부(210d)는 각각 외측 히터(212a) 및 내측 히터(212b)를 관통하여 절연 플레이트(208) 내부로 연장된다. 엄밀하게 도시되지는 않았으나, 외측 히터(212a) 및 내측 히터(212b)에는 제3돌출부(210d)와 대응하는 제4관통공이 형성되어 있고, 절연 플레이트(208)에는 제4관통공과 대응하는 제5관통공(208e)이 형성되어 있으며, 베이스 플레이트(204)에는 제4관통공 및 제5관통공(208e)과 대응하는 제6관통공이 형성되어 있다. 이때, 베이스 플레이트(204)의 제6관통공은 제4관통공 및 제5관통공(208e)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 그리고, 제3돌출부(210d)에는 온도 감지 센서(220)가 삽입되는 삽입홈(210e)이 제3돌출부(210d)를 경유하여 가열 플레이트(210) 내부로 연장되어 있다. 즉, 온도 감지 센서(220)는 베이스 플레이트(204)를 관통하여 제3돌출부(210d)의 삽입홈(210e)을 경유하여 가열 플레이트(210)의 내부까지 연장된다.On the other hand, in the second recess 210b of the heating plate 210, the third protrusion 210d is formed downward at the edge portion and the portion adjacent to the center, respectively. The third protrusion 210d extends into the insulating plate 208 through the outer heater 212a and the inner heater 212b, respectively. Although not strictly illustrated, a fourth through hole corresponding to the third protrusion 210d is formed in the outer heater 212a and the inner heater 212b, and the fifth plate corresponding to the fourth through hole is formed in the insulating plate 208. The through hole 208e is formed, and the base plate 204 is formed with a sixth through hole corresponding to the fourth through fifth hole 208e. At this time, the sixth through hole of the base plate 204 has a diameter smaller than the diameters of the fourth through fifth hole 208e. In addition, an insertion groove 210e into which the temperature sensor 220 is inserted extends into the heating plate 210 through the third protrusion 210d in the third protrusion 210d. That is, the temperature sensor 220 penetrates through the base plate 204 and extends to the inside of the heating plate 210 via the insertion groove 210e of the third protrusion 210d.
도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 베이스 플레이트(204)의 상부면 제6관통공의 주변 부위에는 온도 감지 센서(220)를 둘러싸도록 구비되는 고정캡(222)이 설치된다. 고정캡(222)의 크기는 제4관통공 및 제5관통공(208e)에 대응하는 크기를 갖고, 제5관통공(208e) 내부에서, 가열 플레이트(210)의 제3돌출부(210d)의 하부에 설치된다. 그리고, 고정캡(222)과 제3돌출부(210d) 사이에는 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 가스가 온도 감지 센서(220)가 삽입되는 제3돌출부(210d)의 삽입홈(210e)으로 유입되는 것을 방지하기 위한 제2밀봉 부재(224)가 구비된다. 따라서, 제1밀봉 부재(216)에 의해 일차적으로 가스 유입이 방지되며, 제2밀봉 부재(224)에 의해 이차적으로 가스 유입이 방지됨으로서, 온도 측정에 대한 신뢰성이 보장된다. 여기서, 제1밀봉 부재(216) 및 제2밀봉 부재(224)는 각각 탄소 시트가 사용된다.6, 9, and 10, a fixing cap 222 is provided at a peripheral portion of the sixth through-hole of the upper surface of the base plate 204 to surround the temperature sensing sensor 220. The fixed cap 222 has a size corresponding to the fourth through fifth and fifth through holes 208e, and inside the fifth through hole 208e, the third protrusion 210d of the heating plate 210 is formed. It is installed at the bottom. Further, a gas for forming a film on the semiconductor substrate is introduced into the insertion groove 210e of the third protrusion 210d into which the temperature sensor 220 is inserted between the fixed cap 222 and the third protrusion 210d. The second sealing member 224 is provided to prevent the thing. Therefore, the gas inlet is prevented primarily by the first sealing member 216 and the gas inlet is prevented secondarily by the second sealing member 224, thereby ensuring the reliability of the temperature measurement. Here, a carbon sheet is used for each of the first sealing member 216 and the second sealing member 224.
상기와 같은 기판 가열 장치를 갖는 저압 화학 기상 증착 장치를 사용하여 반도체 기판 상에 텅스텐 실리사이트 막을 형성하는 공정을 간단하게 살펴보면 다음과 같다.A process of forming a tungsten silicide film on a semiconductor substrate using a low pressure chemical vapor deposition apparatus having the substrate heating apparatus as described above will be briefly described as follows.
상기 증착 장치는, 공정이 수행되는 공정 챔버, 상기 챔버의 상부에 구비되어 공정 가스를 제공하는 가스 제공부, 상기 챔버 내부에 구비되는 기판 가열 장치, 챔버 내부에 진공을 제공하고 공정 진행 도중에 발생되는 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출하기 위한 진공 시스템, 및 공정 진행 상태를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다.The deposition apparatus may include a process chamber in which a process is performed, a gas providing unit provided at an upper portion of the chamber to provide a process gas, a substrate heating apparatus provided in the chamber, and a vacuum provided in the chamber and generated during a process A vacuum system for evacuating reaction byproducts and unreacted gas, and a control system for controlling process progress.
먼저, 폴리실리콘막이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼, 즉 반도체 기판을 상기 증착 장치의 공정 챔버 내부로 이송시키고, 기판 가열 장치의 가열 플레이트 상에 안착시킨다.First, a silicon wafer on which a polysilicon film is formed, that is, a semiconductor substrate, is transferred into the process chamber of the deposition apparatus and placed on a heating plate of the substrate heating apparatus.
이어서, 진공 시스템을 이용하여 공정 챔버 내부의 압력을 약 1.2 torr로 형성하고, 가스 제공부를 통해 텅스텐 헥사플루오라이드(WF6) 가스와 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 공정 챔버 내부로 제공하여 상기 폴리실리콘막의 표면에 텅스텐 실리사이드 핵을 형성한다.Subsequently, the pressure inside the process chamber was formed to about 1.2 torr using a vacuum system, and a tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas and a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas were provided into the process chamber through a gas supply unit. A tungsten silicide nucleus is formed on the surface of the polysilicon film.
계속해서, 기판 가열 장치를 이용하여 반도체 기판의 온도를 620℃로 가열시키고, 텅스텐 헥사플루오라이드 가스 13sccm 및 디클로로실란 가스 180sccm를 소정 시간 동안 반응 챔버에 유입하면, 상기 텅스텐 실리사이드 핵을 중심으로 상기 폴리실리콘막의 표면에 텅스텐 실리사이드막(WSix)이 증착된다.Subsequently, when the temperature of the semiconductor substrate is heated to 620 ° C using a substrate heating apparatus, and tungsten hexafluoride gas 13sccm and dichlorosilane gas 180sccm are introduced into the reaction chamber for a predetermined time, the polysilicon nucleus centers on the polysilicon core. A tungsten silicide film WSix is deposited on the surface of the silicon film.
그 후, 스트레스 완화를 위해 모노실란(SiH4) 가스 300sccm을 반응 챔버에 유입하여 약 10초간 포스트-플러싱(post-flushing)을 실시한다.Thereafter, 300 sccm of monosilane (SiH 4 ) gas is introduced into the reaction chamber and post-flushing is performed for about 10 seconds to alleviate stress.
상기와 같이 텅스텐 실리사이드막이 형성된 반도체 기판은 공정 챔버로부터 냉각 챔버로 이송되어 냉각된 후 로드락 챔버를 통해 반출된다. 상기에서는 텅스텐 실리사이드막 형성 과정을 간략하게 설명하였으나, 실제 공정은 보다 세부적인 단계들을 거쳐야하며, 보다 정밀한 공정 변수들에 대한 제어가 요구된다는 것은 당업자라면 충분히 인지할 수 있을 것이다.As described above, the semiconductor substrate on which the tungsten silicide layer is formed is transferred from the process chamber to the cooling chamber, cooled, and then carried out through the load lock chamber. Although the tungsten silicide film formation process has been briefly described above, it will be appreciated by those skilled in the art that the actual process requires more detailed steps and that more precise control of the process parameters is required.
상기와 같은 증착 공정에서 반도체 기판의 온도는 텅스텐 실리사이드막의 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 가열 플레이트의 온도가 일정하기 않은 경우 텅스텐 실리사이드막의 두께 및 특성이 일정하지 않게 되며, 이는 후속 공정에서 불량 요인으로 작용하게 된다. 따라서, 반도체 기판의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도 감지는 공정의 중요한 변수이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가열 장치는 상기와 같은 온도 감지의 신뢰성을 보장한다. 또한, 공정 가스가 히터 설치 공간으로 유입되지 않으므로, 기판 가열 장치의 수명이 증가된다.In the deposition process as described above, the temperature of the semiconductor substrate has a great influence on the properties of the tungsten silicide layer. That is, when the temperature of the heating plate is not constant, the thickness and characteristics of the tungsten silicide film are not constant, which causes a defect in the subsequent process. Therefore, temperature sensing for maintaining a constant temperature of the semiconductor substrate is an important parameter of the process, and the substrate heating apparatus according to an embodiment of the present invention ensures the reliability of the temperature sensing as described above. In addition, since the process gas does not flow into the heater installation space, the life of the substrate heating apparatus is increased.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기판 가열 장치의 히터 설치 공간을 유입되는 공정 가스는 일차적으로 제1밀봉 부재에 의해 차단되고, 미량의 공정 가스가 히터 설치 공간으로 유입되더라도 제2밀봉 부재에 의해 온도 감지 센서가 설치되는공간을 유입되지 않는다.According to the present invention as described above, the process gas flowing into the heater installation space of the substrate heating apparatus is first blocked by the first sealing member, even if a small amount of process gas flows into the heater installation space by the second sealing member temperature It does not flow into the space where the sensor is installed.
따라서, 공정 가스의 유입으로 인해 히터, 가열 플레이트의 후면 및 온도 감지 센서에 원하지 않는 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 막으로 인한 전기적 충격에 따른 히터 및 온도 감지 센서의 파손이 방지되며, 가열 플레이트의 온도 감지에 대한 신뢰성이 확보된다.Therefore, it is possible to prevent the formation of unwanted films on the heater, the back of the heating plate and the temperature sensing sensor due to the inflow of the process gas. In addition, damage to the heater and the temperature sensing sensor due to the electric shock due to the film is prevented, and reliability for temperature sensing of the heating plate is secured.
더 나아가서, 히터 및 온도 감지 센서의 파손에 따른 정비 비용이 절감되며, 이에 따른 시간적인 손실이 방지되고, 장치의 수명 및 장치의 가동율이 증가되는 효과가 있다.Furthermore, maintenance costs due to breakage of the heater and the temperature sensor are reduced, thereby preventing time loss and increasing the service life of the device and the operation rate of the device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (7)
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|---|---|---|---|---|
| KR20040000104A (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-03 | 삼성전자주식회사 | Align apparatus of wafer sensor |
| KR20140072661A (en) * | 2012-12-05 | 2014-06-13 | 세메스 주식회사 | Heating unit |
-
2002
- 2002-03-20 KR KR1020020015095A patent/KR20030075736A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040000104A (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-03 | 삼성전자주식회사 | Align apparatus of wafer sensor |
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