KR20070107255A - 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마 증착 공정에서 웨이퍼 내의 열 편차를 줄여, 웨이퍼 상의 박막의 벗겨짐 또는 파티클을 감소시킬 수 있게 하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에 관한 것이다.
상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척은, 정전기에 의해 웨이퍼가 상면에 장착되는 지지판; 상기 지지판 상에 형성되어 상기 웨이퍼의 저면에 헬륨 가스를 공급하는 헬륨 공급구; 상기 지지판의 에지부를 따라 형성되어 있는 실링턱; 및 상기 실링턱에 의해 포괄되는 영역 내의 상기 지지판 상에 형성되어 있는 웨이퍼 리프트 핀을 포함한다.
고밀도 플라즈마 증착 장치, 정전척, 실링턱, 웨이퍼 리프트 핀

Description

고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척{ELECTROSTATIC CHUCK OF HIGH DENSITY PLASMA DEPOSITION APPARATUS}
도 1은 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 간략하게 나타낸 평면도이고,
도 2는 도 1에서 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 확대한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 간략하게 나타낸 평면도이고,
도 4는 도 3에서 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 확대한 도면이다.
본 발명은 고밀도 플라즈마 증착 공정에서 웨이퍼 내의 열 편차를 줄여, 웨이퍼 상의 박막의 벗겨짐 또는 파티클을 감소시킬 수 있게 하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화에 따라 배선과 배선 사이의 간격이 점점 좁아지고 배선의 높이는 점점 높아지고 있다. 또한, 반도체 기판의 소자 분리막을 형성함에 있어서도 점점 공정마진이 줄어들고 있다.
이러한 어려움을 해결하기 위해 고밀도 플라즈마(high density plasma; HDP) 증착 장치를 이용해, 산화막 등의 절연막을 증착하는 공정이 제안된 바 있다. 이러한 고밀도 플라즈마 증착 장치를 이용한 절연막 증착 공정에서는, 절연막의 증착과 식각이 동시에 이루어지기 때문에 계속적으로 증착되는 갭(gap)을 열어줄 수 있어, 종래의 다른 증착 공정에 비해 매립 특성이 매우 우수하다.
한편, 고속화 및 고집적화의 추세에 있는 반도체 소자에서는 보다 얇은 게이트 절연막을 사용하게 된다. 그런데, 이렇게 얇은 게이트 절연막을 형성한 후에, 예를 들어, 500℃ 이상의 고온에서 배선 등을 매립하기 위해 절연막의 고밀도 플라즈마 증착 공정을 진행하게 되면, 절연막으로 둘러싸인 하부막에 대해 고온에서의 절연막의 전류 밀도 상승을 일으키며, 웨이퍼의 저면(back side)을 통해 상기 게이트 절연막에 플라즈마 유발 결함(Plasma Induced Damage; PID)을 발생시킨다. 이러한 플라즈마 유발 결함으로 인해, 상기 게이트 절연막의 항복 전압 특성이 변화되어 소자의 불량이 초래될 수 있다.
현재 이러한 문제점을 해결하기 위해, 약 350℃ 이하의 저온으로 유지한 상태에서 고밀도 플라즈마 증착 공정을 진행하여 절연막의 전류 밀도를 낮추고 플라즈마 유발 결함을 제어하는 방법이 사용되고 있다.
이하, 이러한 저온 고밀도 플라즈마 증착 공정에 사용되는 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척과 이의 문제점에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 간략하게 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1에서 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 확대한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에는, 정전기에 의해 웨이퍼가 상면에 장착, 고정되는 지지판(100)이 형성되어 있다. 또한, 상기 지지판(100) 상에는 헬륨 공급구(102)가 형성되어 있다. 이러한 헬륨 공급구(102)를 통해, 상기 지지판(100) 상에 장착된 웨이퍼의 저면에 헬륨 가스가 공급되어, 고밀도 플라즈마 증착 공정 중에 상기 웨이퍼의 온도가 약 350℃ 이하의 저온으로 유지된다. 그리고, 상기 지지판(100) 상에는 상기 지지판(100)의 에지부를 따라 소정 높이의 실링턱(104)이 형성되어 있다. 이러한 실링턱(104)이 형성됨으로서, 상기 헬륨 공급구(102)에서 공급된 헬륨 가스가 상기 지지판(100) 외부로 누설되는 것이 최소화되면서, 상기 헬륨 가스에 의해 상기 웨이퍼 저면의 온도가 저온으로 유지될 수 있다. 또한, 상기 지지판(100) 상에는 상기 실링턱(104)에 의해 포괄되는 영역 밖에 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성되어 있다. 이러한 웨이퍼 리프트 핀(106)은 상기 지지판(100)과 수직하는 상, 하 방향으로 이동 가능하게 형성되어, 상기 지지판(100) 상에 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩한다.
이러한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 사용하면, 상기 헬륨 공급구(102)를 통해 헬륨 가스를 상기 웨이퍼의 저면에 공급하여 약 350℃ 이하의 저온으로 유지한 상태에서, 고밀도 플라즈마 증착 공정을 진행할 수 있다.
그러나, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에서는, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 상기 실링턱(104)에 의해 포괄되는 영역 밖에 형성되어 있기 때문에, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성된 영역에는 상기 헬륨 가스가 상기 실링턱(104)에 의해 차단되어 이르지 못한다.
이 때문에, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성된 영역에 대응하는 웨이퍼의 일부 영역에서는 국부적으로 500℃ 이상의 고온 조건이 초래되는 한편, 웨이퍼의 나머지 영역에서는 상기 헬륨 가스에 의해 약 350℃ 이하의 저온 조건이 유지되는 상태에서, 상기 고밀도 플라즈마 증착 공정이 진행된다. 이와 같이 고밀도 플라즈마 증착 공정 중에 상기 웨이퍼 내에 열적 편차가 발생함으로서, 박막에 큰 열적 스트레스가 가해져 웨이퍼 상의 박막이 벗겨지거나 상기 웨이퍼 상에 파티클이 유발될 수 있으며, 이는 반도체 소자의 각종 불량을 초래할 수 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여, 고밀도 플라즈마 증착 공정에서 웨이퍼 내의 열 편차를 줄임으로서 웨이퍼 상의 박막의 벗겨짐 또는 파티클을 감소시킬 수 있게 하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 정전기에 의해 웨이퍼가 상면에 장 착되는 지지판; 상기 지지판 상에 형성되어 상기 웨이퍼의 저면에 헬륨 가스를 공급하는 헬륨 공급구; 상기 지지판의 에지부를 따라 형성되어 있는 실링턱; 및 상기 실링턱에 의해 포괄되는 영역 내의 상기 지지판 상에 형성되어 있는 웨이퍼 리프트 핀을 포함하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 제공한다.
상기 본 발명에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척은, 상기 웨이퍼의 저면과 상기 지지판의 접촉 면적을 최소화하기 위해, 상기 지지판 상에 형성되어 있는 엠보싱을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척은, 상기 실링턱에 의해 포괄되는 영역 중에서 상기 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 둘러싸는 실링 가드를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에서, 상기 실링턱은 0.5mm 이하의 폭으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에서, 상기 실링턱은 상기 지지판의 에지부에서 2mm 이하의 거리만큼 이격된 지점에서 상기 웨이퍼와 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에서, 상기 웨이퍼 리프트 핀은 상기 지지판 상에 형성된 리프트 핀 홀을 관통하게 형성될 수 있고, 상기 리프트 핀 홀은 2mm 이하의 직경을 가질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 이 실시예들을 벗어나 다양한 형태로 구현 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 간략하게 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3에서 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 확대한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에는, 정전기에 의해 웨이퍼가 상면에 장착, 고정되는 지지판(100)이 형성되어 있다. 이러한 지지판(100)에는 소정의 전력이 인가되고 이러한 전력에 의해 상기 지지판(100) 상에 전자기장이 형성된다. 이러한 전자기장에 의해 웨이퍼가 상기 지지판 상에 장착되어 이동되지 않게 고정된다.
또한, 상기 지지판(100) 상에는 상기 지지판(100) 상에 장착된 웨이퍼의 저면에 냉각을 위한 헬륨 가스를 공급하는 헬륨 공급구(102)가 형성되어 있다. 이러한 헬륨 공급구(102)를 통해 상기 지지판(100) 상에 장착된 웨이퍼의 저면에 헬륨 가스가 공급됨에 따라, 고밀도 플라즈마 증착 공정 중에 상기 웨이퍼의 온도가 약 350℃ 이하의 저온으로 유지된다. 이로서, 절연막의 전류 밀도를 낮추고, 게이트 절연막에 플라즈마 유발 결함이 발생하는 것을 제어할 수 있다.
이러한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척에서는 또한, 상기 지지판(100) 상에 상기 지지판(100)의 에지부를 따라 소정 높이의 실링턱(104)이 형성되어 있다. 이러한 실링턱(104)이 상기 지지판(100)의 에지부를 따라 형성됨으로서, 상기 헬륨 공급구(102)에서 공급된 헬륨 가스가 상기 지지판(100) 외부로 누설되는 것이 최소화되면서, 상기 헬륨 가스에 의해 상기 웨이퍼 저면의 온도가 저온으로 유지될 수 있다.
여기서, 상기 실링턱(104)은 상기 헬륨 가스가 상기 지지판(100) 외부로 누설되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 범위 하에서, 가능한 작은 폭, 예를 들어, 0.5mm 이하의 폭으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로서, 상기 웨이퍼와 실링턱(104)이 접촉하는 부분에 헬륨 가스가 제대로 가해지지 못하여 상기 웨이퍼 내에 열 편차가 생기는 것을 줄일 수 있다.
또한, 상기 실링턱(104)은 상기 지지판(100)의 에지부로부터 가능한 작은 거리, 예를 들어, 2mm 이하의 거리만큼 이격된 지점에서 상기 웨이퍼와 접촉하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 상기 실링턱(104) 밖의 영역을 가능한 줄여, 상기 웨이퍼 내에 열 편차가 생기는 것을 보다 줄일 수 있다.
한편, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장치에서, 상기 지지판(100) 상에는 또한 상기 실링턱(104)에 의해 포괄되는 영역 내에 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성되어 있다. 이러한 웨이퍼 리프트 핀(106)은, 예를 들어, 상기 지지판(100) 상의 리프트 핀 홀을 관통하여 상기 지지판(100)과 수직하는 상, 하 방향으로 이동 가능하게 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 지지판(100) 상에 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩한 다. 이 때, 상기 리프트 핀 홀은 이를 통해 헬륨 가스가 누설되는 것을 되도록 줄이기 위해, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 이동 가능한 범위 내에서 가능한 작은 직경, 예를 들어, 2mm 이하의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 상술한 본 실시예의 고밀도 플라즈마 증착 장치에서는, 종래 기술과는 달리, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 상기 실링턱(104)에 의해 포괄되는 영역 내에 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성된 영역에 대응하는 웨이퍼의 일부 영역에도 헬륨 가스가 효과적으로 공급되어 이러한 영역에서도 약 350℃ 이하의 저온 조건이 유지되는 상태에서, 상기 고밀도 플라즈마 증착 공정이 진행될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 고밀도 플라즈마 증착 공정 중에 웨이퍼 내의 열 편차가 줄어들게 되어, 소자의 각종 불량을 초래하는 웨이퍼 상의 박막의 벗겨짐 또는 파티클을 감소시킬 수 있다.
한편, 상술한 고밀도 플라즈마 증착 장치는, 상술한 각 구성 요소 외에, 상기 지지판(100) 상에 형성된 엠보싱(108)을 더 포함할 수 있다. 이러한 엠보싱(108)에 의해 상기 웨이퍼의 저면과 상기 지지판(100) 표면의 접촉 면적이 최소화되며, 이에 따라, 상기 웨이퍼의 저면이 헬륨 가스의 영향을 최대한 받을 수 있다.
그리고, 상기 고밀도 플라즈마 증착 장`치는 또한, 상기 실링턱(104)에 의해 포괄되는 영역 내에서 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성된 영역을 둘러싸는 실링 가드(110)를 더 포함할 수 있다. 이러한 실링 가드(110)에 의해 상기 웨이퍼 리프트 핀(106)이 형성된 리프트 핀 홀을 통해 상기 헬륨 가스가 누설되는 것을 되도록 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고밀도 플라즈마 증착 공정 중에 웨이퍼 내의 열 편차를 줄여 웨이퍼 상의 박막이 벗겨지거나 파티클이 발생하는 것을 감소시킬 수 있게 하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척이 제공된다.
이에 따라, 상기 박막의 벗겨짐 또는 파티클 등에 의해 소자의 각종 불량이 발생하는 것을 줄여, 소자의 공정 수율 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 정전기에 의해 웨이퍼가 상면에 장착되는 지지판;
    상기 지지판 상에 형성되어 상기 웨이퍼의 저면에 헬륨 가스를 공급하는 헬륨 공급구;
    상기 지지판의 에지부를 따라 형성되어 있는 실링턱; 및
    상기 실링턱에 의해 포괄되는 영역 내의 상기 지지판 상에 형성되어 있는 웨이퍼 리프트 핀을 포함하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 저면과 상기 지지판의 접촉 면적을 최소화하기 위해, 상기 지지판 상에 형성되어 있는 엠보싱을 더 포함하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실링턱에 의해 포괄되는 영역 중에서 상기 웨이퍼 리프트 핀이 형성된 영역을 둘러싸는 실링 가드를 더 포함하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실링턱은 0.5mm 이하의 폭으로 형성되어 있는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 실링턱은 상기 지지판의 에지부에서 2mm 이하의 거리만큼 이격된 지점에서 상기 웨이퍼와 접촉하는 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 리프트 핀은 상기 지지판 상에 형성된 리프트 핀 홀을 관통하게 형성되어 있고, 상기 리프트 핀 홀은 2mm 이하의 직경을 가진 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척.
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