KR20060118265A - 반도체 웨이퍼의 증착 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 증착 장치 Download PDF

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KR20060118265A KR1020050040873A KR20050040873A KR20060118265A KR 20060118265 A KR20060118265 A KR 20060118265A KR 1020050040873 A KR1020050040873 A KR 1020050040873A KR 20050040873 A KR20050040873 A KR 20050040873A KR 20060118265 A KR20060118265 A KR 20060118265A
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Abstract

반도체 웨이퍼의 증착장치를 제공한다. 상기 증착장치는 반도체 웨이퍼의 가장 자리에 증착가스의 유입을 방지하기 위한 증착가스 유입 방지 유니트를 구비한다. 상기 증착가스 유입 방지 유니트는 상기 웨이퍼의 하부에 위치하여 상기 웨이퍼를 지지하는 페데스탈을 구비한다. 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에 백사이드 가스를 공급하는 백사이드 가스 공급 채널들이 상기 페데스탈 내에 위치한다. 상기 페데스탈의 가장 자리 영역의 상면부로부터 돌출되어 상기 웨이퍼의 가장자리 영역의 상면부를 지지하는 웨이퍼 지지부가 배치된다. 상기 웨이퍼 지지부 내에 제공되고 상기 백사이드 가스가 배출되는 백사이드 가스 배출 채널들이 위치한다. 상기 백사이드 가스 배출 채널들은 그 단면적이 상기 백사이드 가스가 배출되는 방향을 따라 테이퍼되게 형성되도록 위치한다.
반도체 웨이퍼 증착장치, 웨이퍼, 페데스탈, 웨이퍼 지지부, 백사이드 가스

Description

반도체 웨이퍼의 증착 장치{A deposition machine of semiconductor wafer}
도 1은 일반적인 화학 기상 증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래의 증착장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트의 설치 상태를 나타내기 위한 단면도이다.
도 3은 종래의 증착장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트를 설명하기 위하여 도 2의 "A"가 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 증착 장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 증착장치에 있어 웨이퍼 지지부를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼의 가장자리에 증착가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 증착가스 유입방지 유니트를 구비한 반도체 웨이퍼의 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼 상에는 다양한 막들이 다층으로 형성된다. 상기 막들은 반도체 웨이퍼 상에 전기적 소자들을 구성하는 패턴들로 형성된다. 상기 패턴들은 금속 배선들이나 콘택 플러그들에 의해 연결된다.
상기 패턴들, 상기 금속배선들 또는 상기 금속 플러그들 등을 화학 기상 증착방법, 저압 화학 기상 증착방법, 플라즈마 강화 화학 기상 증착방법 또는 물리 기상 증착방법 등을 이용하여 형성된다.
일반적으로, 상기 콘택 플러그 또는 상기 금속 배선들을 형성하기 위하여 텅스텐막, 텅스텐 실리사이드막, 티타늄막, 알루미늄막 등이 주로 금속 전구체를 이용하는 화학 기상 증착장치를 이용하여 형성된다.
도 1은 일반적인 화학 기상 증착장치의 개략적인 단면도이다. 도 2는 종래의 증착장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트의 설치 상태를 나타내기 위한 단면도이다. 도 3은 종래의 증착장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트를 설명하기 위하여 도 2의 "A"가 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화학 기상 증착장치(10)는 반도체 웨이퍼(20) 상에 증착막을 형성하기 위한 증착공정 챔버(30)와, 상기 반도체 웨이퍼(20)를 지지하기 위한 페데스탈(pedestal;40)과, 상기 증착막을 형성하기 위해 공정가스를 제공하는 샤워 헤드(50)를 구비한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 화학 기상 증착장치를 이용하여 증착막을 형성한 이후의 후속 공정이 화학 기계적 연마공정인 경우에, 상기 반도체 웨이퍼의 상면의 가장자리 부위에 증착막을 형성하지 아니한다. 이에 따라, 상기 반도체 웨 이퍼의 가장자리에 인접하여 웨이퍼 지지부(60)가 설치된다. 상기 웨이퍼 지지부(60)는 일 단부가 상기 페데스탈(40)의 상면부에 접속되고, 타 단부는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리를 지지한다. 이에 더하여, 상기 페데스탈(40) 내에 형성된 백사이드 가스 공급 채널(45)을 통해 백사이드 가스가 공급된다. 즉, 상기 백사이드 가스는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장 자리 영역으로 공급된다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리에 증착막이 형성되는 것을 방지한다. 상기와 같이 공급된 백사이드 가스는 상기 웨이퍼 지지부(60) 내에 형성된 백사이드 가스 배출 채널(65)을 통해 배출된다.
그러나, 상기 웨이퍼 지지부(60) 내에 형성된 상기 백사이드 가스 배출 채널(65)은 그 입구부로부터 출구부로 통하는 채널의 단면적이 그 길이 방향을 따라 동일하기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역에 상대적으로 저압이 형성된다. 즉, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역과 상기 웨이퍼 지지부(60) 사이에 위치하는 공간영역(S)의 압력은 상기 반도체 웨이퍼(20) 상에 제공되는 증착가스의 압력에 비해 상대적으로 낮다. 이에 따라, 상기 웨이퍼 지지부(60)의 단부와 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부 사이의 틈을 통해 증착 가스 등이 상기 공간영역(S) 내로 유입된다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리 영역의 상면부 또는 하면부 상에 증착막이 형성되는 경향이 있다. 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리 영역에 형성된 불필요한 증착막은 후속 공정에서 오염원(particle source)으로 작용한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 웨이퍼의 가장 자리에 증착가스의 유입을 방지하기 위한 증착가스 유입방지 유니트를 구비한 반도체 웨이퍼의 증착장치들을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 웨이퍼 증착장치를 제공한다. 상기 증착장치는 반도체 웨이퍼의 가장 자리에 증착가스의 유입을 방지하기 위한 증착가스 유입 방지 유니트를 포함한다. 상기 증착가스 유입 방지 유니트는 상기 웨이퍼의 하부에 위치하여 상기 웨이퍼를 지지하는 페데스탈(pedestal)을 포함한다. 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에 백사이드 가스를 공급하는 백사이드 가스 공급 채널들이 상기 페데스탈 내에 위치한다. 상기 페데스탈의 가장 자리 영역의 상면부로부터 돌출되어 상기 웨이퍼의 가장자리 영역의 상면부를 지지하는 웨이퍼 지지부가 배치된다. 상기 웨이퍼 지지부 내에 제공되고 상기 백사이드 가스가 배출되는 백사이드 가스 배출 채널들이 위치한다. 상기 백사이드 가스 배출 채널들은 그 단면적이 상기 백사이드 가스가 배출되는 방향을 따라 테이퍼(tapered)되게 형성되도록 위치한다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어, 상기 백사이드 가스 배출 채널들의 내주면부 상에 상기 백사이드 가스 배출 채널의 길이 방향으로 와류형 홈들이 위치하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 있어, 상기 백사이드 가스 공급 채널들은 백사이드 가스 공급 라인의 일 단부에 연결되고, 상기 백사이드 가스 공급 라인의 타단부 는 백사이드 가스 공급부에 연결되되, 상기 백사이드 가스 공급 라인 상에 가스 압력 검출부가 장착되는 것을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되어지는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 설명의 편의를 위해 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 증착 장치에 구비되는 증착가스 유입방지 유니트의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 증착장치에 있어 웨이퍼 지지부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 증착장치는 반도체 웨이퍼의 가장 자리에 증착가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 증착가스 유입방지 유니트를 구비한다. 상기 반도체 웨이퍼의 증착장치는 공정챔버(30)를 구비한다. 상기 반도체 웨이퍼의 증착장치는 화학 기상 증착(CVD) 장치에 적용될 수 있다. 도 1에 도시된 바에 따르면, 상기 공정 챔버(30) 내부에 한 쌍의 페데스탈(pedestal;40)과 샤워 헤드(50)가 나타나 있으나, 다수의 페데스탈들과 샤워 헤드들이 구비될 수 있다. 상기 샤워 헤드(50)를 통해 제공되는 증착 가스가 반도체 웨이퍼 상에 공급되어 증착막이 형성된다.
상기 페데스탈(40)의 상면 중앙 부위에는 상기 반도체 웨이퍼(20)를 흡착하 여 고정하기 위한 웨이퍼 흡착부(71)가 동심원 상으로 형성되어 위치한다. 즉, 상기 웨이퍼 흡착부(71)는 상기 페데스탈(40)의 상면부에 트렌치형(trenched type)으로 위치할 수 있다. 이에 더하여, 상기 페데스탈(40) 내에 진공 채널(73)이 형성되어 위치한다. 상기 진공 채널(73)의 일 단부는 상기 웨이퍼 흡착부(71)에 연결된다. 또한, 상기 진공 채널(73)의 타 단부는 진공 라인(75)을 통해 진공 펌프(77)에 연결된다. 상기 진공 채널(73)과 상기 진공 펌프(77)를 연결하는 상기 진공 라인(75) 상에 진공도를 조절하는 압력 제어밸브(79)가 장착될 수 있다. 그 결과, 상기 진공 펌프(77)로부터 상기 웨이퍼 흡착부(71)로 제공되는 진공은 상기 압력 제어밸브(79)에 의해 조절될 수 있다.
상기 페데스탈(40)의 상면부 상에 반도체 웨이퍼(20)가 안착된다. 이 경우에, 상기 반도체 웨이퍼(20)는 상기 웨이퍼 흡착부(71)의 전면에 걸쳐 안착된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼 흡착부(71)에 제공된 진공이 상기 반도체 웨이퍼(20)의 저면부를 흡착함으로써 상기 반도체 웨이퍼(20)를 지지하게 된다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(20)는 상기 페데스탈(40)의 상면부에 고정되어 안착된다.
한편, 상기 페데스탈(40) 내에 백사이드 가스 공급채널(81)이 형성되어 위치한다. 상기 백사이드 가스 공급채널(81)은 그 일 단부가 상기 페데스탈(40) 내에서 분기되어 복수의 제1 및 제2 가스 공급채널들(83,85)로 형성되어 위치할 수 있다. 상기 제1 가스 공급채널(83)의 일 단부는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 일측 가장 자리 영역을 향해 위치한다. 그 결과, 상기 제1 가스 공급채널(83)을 통해 상기 반도체 웨이퍼(20)의 일측 가장 자리 영역에 백사이드 가스를 공급할 수 있다. 이와 마 찬가지로, 상기 제2 가스 공급채널(85)의 일 단부는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 일측 가장 자리 영역에 대응하는 타측 가장 자리 영역을 향해 위치한다. 그 결과, 상기 제2 가스 공급채널(83)을 통해 상기 반도체 웨이퍼(20)의 타측 가장 자리 영역에 백사이드 가스를 공급할 수 있다.
상기 백사이드 가스 공급채널(81)의 타 단부는 가스 공급라인(87)을 통해 백사이드 가스 공급부(89)에 연결된다. 상기 가스 공급라인(87) 상에 가스 공급 제어밸브(91)가 장착될 수 있다. 상기 가스 공급 제어밸브(91)는 상기 백사이드 가스 공급부(89)에 의해 상기 백사이드 가스 공급 채널(81)로 제공되는 백사이드 가스의 공급을 제어할 수 있다. 이에 더하여, 상기 가스 공급라인(87) 상에 가스 압력 검출부(93)가 설치될 수 있다. 상기 가스 압력 검출부(93)는 상기 가스 공급라인(87)을 통해 유동되는 백사이드 가스의 압력을 검출할 수 있다. 상기 가스 압력 검출부(93)는 컨트롤러(95)에 접속된다. 상기 컨트롤러(95)는 마이크로 컨트롤러 일 수 있다. 상기 컨트롤러(95) 내에는 기준압력값과 측정압력값을 비교 판단하는 비교기가 내장될 수 있다. 상기 컨트롤러(95)는 증착 장치의 전원부(미도시)에 연결된다. 이에 따라, 상기 가스 압력 검출부(93)를 통해 검출된 압력값이 소정의 기준 압력값을 벗어난 경우에 상기 컨트롤러(95)는 상기 전원부의 전원 공급을 중단시킬 수 있다. 상기 전원부의 전원 공급이 중단된 경우에 증착 장치의 작동이 정지된다.
상기 페데스탈(40)의 상면부의 가장 자리 영역에 인접하여 웨이퍼 지지부(100)가 설치된다. 즉, 상기 웨이퍼 지지부(100)는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 측부를 감싸면서 배치될 수 있다. 상기 웨이퍼 지지부(100)는 모어(minimum overlapped exclusion ring; MOER)일 수 있다. 상기 웨이퍼 지지부(100)의 일 단부는 상기 페데스탈(40)의 상면부에 설치되고, 상기 웨이퍼 지지부(100)의 타 단부는 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부의 가장자리 영역을 중첩(overlapped)되게 압착하여 지지한다. 그 결과, 상기 웨이퍼 지지부(100)에 의해 중첩된 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역은 증착막이 형성되지 아니한다. 즉, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부에 제공되는 증착가스는 상기 웨이퍼 지지부(100)의 타 단부에 의해 차단되기 때문에 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역에 유입될 수 없다.
상기 제1 및 제2 가스 공급채널들(83,85)을 통해 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역, 보다 구체적으로는 상기 반도체 웨이퍼(20)와 상기 웨이퍼 지지부(100) 사이에 위치하는 공간 영역(S)에 백사이드 가스가 공급된다. 상기 백사이드 가스가 상기 공간 영역(S)에 고속 및 고압으로 제공됨으로써 상기 공간 영역(S)으로 유입되는 증착가스를 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역에 증착막이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼 지지부(100) 내에는 백사이드 가스가 배출되는 가스 배출 채널(110)이 위치한다. 상기 가스 배출 채널(110)은 그 단면적이 상기 가스 배출 채널(110)의 입구부로부터 출구부로 향하는 길이방향을 따라 테리퍼(tapered)되게 형성된다. 즉, 상기 가스 배출 채널(110)은 그 입구부의 단면적(W1)이 그 출구부의 단면적(W2) 보다 상기 가스 배출 채널(110)의 길이 방향을 따라 점진적으로 넓게 형성된다. 따라서, 상기 가스 배출 채널(110)의 출구부를 통하는 백사이드 가스의 유출 속도가 상기 입구부를 통하는 백사이드 가스의 유출 속도 보다 높다. 이와 마 찬가지로, 상기 가스 배출 채널(110)의 출구부를 통하는 백사이드 가스의 유동 압력은 상기 입구부를 통하는 백사이드 가스의 유동 압력 보다 낮다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역과 상기 웨이퍼 지지부(100) 사이에 위치하는 공간 영역(S)은 상대적으로 압력이 높게 나타난다. 즉, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부 상의 증착가스의 압력 보다 상기 공간영역(S)의 압력이 높게 나타난다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부와 상기 웨이퍼 지지부(100)의 단부 사이에 발생되는 틈을 통해 증착가스가 상기 공간 영역(S)으로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 공간 영역(S) 내에 노출된 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역에 증착막이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 공간 영역(S)에 증착가스가 유입되는 경우에 상기 백사이드 가스 공급채널(81) 내의 백사이드 가스의 유압이 변동될 수 있다. 이 경우에, 상기 가스 압력 검출부(93)가 상기 백사이드 가스의 변동 압력을 검출하게 된다. 상기 백사이드 가스의 압력이 변동되는 경우에, 상기 가스 압력 검출부(93)는 상기 컨트롤러(95)에 전기적인 신호를 전송하게 된다. 전송된 전기적 신호, 즉 백사이드 가스의 압력이 기준압력을 벗어나는 경우에, 상기 컨트롤러(95)는 증착장치의 전원을 차단시켜 증착공정 작업을 중단시킬 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 가스 배출 채널(110)의 내주면부에 가스 배출 채널의 길이 방향으로 와류형 홈들(120)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 와류형 홈들(120)은 다수의 산과 골들이 서로 연결되어 형성된다. 그 결과, 상기 와류형 홈들(120)에 의해 백사이드 가스가 가이드(guided)되어 유동될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 배출 채널(110)을 통해 유출되는 백사이드 가스의 유동 속도를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 공간 영역(S)의 압력을 상대적으로 높일 수 있다. 상기 공간 영역(S)의 압력을 상대적으로 높이는 경우에, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 상면부와 상기 웨이퍼 지지부(100)의 단부 사이에 발생되는 틈을 통해 증착가스가 상기 공간 영역(S)으로 유입되는 것을 그 만큼 더 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 공간 영역(S) 내에 노출된 상기 반도체 웨이퍼(20)의 가장자리 영역에 증착막이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 가장자리 영역에 상대적으로 높은 압력을 제공함으로써 웨이퍼 지지부와 웨이퍼의 상면부 사이에 발생되는 틈을 통해 증착가스가 유입되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 가장 자리 영역에 증착막이 형성되는 것을 그 만큼 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 웨이퍼에 제공되는 증착 가스가 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리에 유입되는 것을 방지하기 위한 증착가스 유입 방지 유니트를 구비한 반도체 웨이퍼의 증착장치에 있어서, 상기 증착가스 유입 방지 유니트는
    상기 웨이퍼의 하부에 위치하여 상기 웨이퍼를 지지하는 페데스탈;
    상기 페데스탈 내에 위치하여 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에 백사이드 가스를 공급하는 백사이드 가스 공급 채널;
    상기 페데스탈의 가장 자리 영역의 상면부로부터 돌출되어 상기 웨이퍼의 가장자리 영역의 상면부를 지지하는 웨이퍼 지지부; 및
    상기 백사이드 가스가 배출되는 백사이드 가스 배출 채널들이 상기 웨이퍼 지지부 내에 위치하되, 상기 백사이드 가스 배출 채널들은 그 단면적이 상기 백사이드 가스가 배출되는 방향을 따라 테이퍼되게 형성되도록 위치하는 것을 포함하는 반도체 웨이퍼의 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스 배출 채널들의 내주면부 상에 상기 백사이드 가스 배출 채널의 길이 방향으로 와류형 홈들이 위치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 증착장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스 공급 채널들은 백사이드 가스 공급 라인의 일 단부에 연결되고, 상기 백사이드 가스 공급 라인의 타단부는 백사이드 가스 공급부에 연결되되, 상기 백사이드 가스 공급 라인 상에 가스 압력 검출부가 장착되는 것을 포함하는 반도체 웨이퍼의 증착장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200453911Y1 (ko) * 2009-12-29 2011-06-02 주식회사 케이씨텍 서셉터 및 이를 구비하는 원자층 증착장치

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