KR20080072261A - 반도체 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼 처리 공정에서 웨이퍼에 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있는 반도체 웨이퍼 처리 장치가 제공된다. 반도체 웨이퍼 처리 장치는 챔버, 챔버 내부에 설치되며, 상면에 웨이퍼를 장착시키는 정전척, 및 정전척의 둘레를 감싸며, 접지전압이 인가되는 사이드 링을 포함한다.

정전척, 사이드 링

Description

반도체 웨이퍼 처리 장치{Apparatus for processing semiconductor wafer}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 링의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 챔버 110: 정전척

120: 사이드 링 130: 소오스 가스 공급부

133: 가스 공급관 135: 샤워헤드

150: 배기펌프

본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전척의 둘레에 접지전압이 인가되는 사이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 반도체 웨이퍼 상에 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정, 세정 공정과 같은 다양한 공정을 수차례 반복함으로써 형성될 수 있다.

이와 같은 공정 중에 증착 공정은 예컨대, 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등과 같은 방법으로 웨이퍼 상에 막을 형성하는 공정이다.

상기한 바와 같은 증착 방법 중, 화학 기상 증착(CVD) 방법은 다른 증착 방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 막의 균일성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 이러한 화학 기상 증착(CVD) 방법에는 예컨대, 상압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD; APCVD), 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD; LPCVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced CVD; PECVD) 등의 방법이 있다.

이러한 화학 기상 증착(CVD) 공정을 수행하기 위한 공정챔버는 소오스 가스를 공급하며 상부전극의 역할을 하는 소오스 가스 공급부와 웨이퍼를 안착시키며 하부전극의 역할을 하는 정전척(Electro-Static Chuck; ESC)을 포함하여 구성될 수 있다.

공정챔버의 내부로 제공된 소오스 가스는 고주파 전력(RF Power)에 의해 플라즈마(plasma)화 되고, 플라즈마 상태가 된 소오스 가스의 이온들은 정전척으로 이동되며 정전척 상에 있는 웨이퍼 표면에 증착될 수 있다.

하지만, 이온들이 웨이퍼 상에 증착될 때, 웨이퍼의 중앙부와 에지부 사이에는 증착되는 막이 불균일하게 형성되는 경우가 발생될 수 있다. 즉, 웨이퍼의 중앙부에는 막이 두껍게 형성되고, 웨이퍼의 에지부에는 상대적으로 막이 얇게 형성될 수 있다. 이에 따라, 챔버의 상부를 돔의 형상으로 제작하여 공정챔버의 상부 중앙에는 메인 가스 공급 노즐을, 공정챔버의 측벽에는 다수의 사이드 노즐을 설치하여 동시에 소오스 가스를 주입함으로써 웨이퍼 에지부의 증착 불균일성을 보완하고 있다. 그런데, 이처럼 메인 가스 공급 노즐 외에도 다수의 사이드 노즐을 사용함으로써 소모되는 가스 플로우(gas flow)의 양이 증가하고, 그에 따른 진공 압력을 유지하기 위하여 진공펌프의 펌핑 용량도 증가하게 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소모되는 소오스 가스의 양을 줄이면서도 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 막을 형성할 수 있는 반도체 웨이퍼 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되며, 상면에 웨이퍼를 장착시키는 정전척, 및 상기 정전척의 둘레를 감싸며, 접지전압이 인가되는 사이드 링을 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 장치를 구성하는 각 구성요소들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 다소 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서는 반도체 웨이퍼 처리 장치로서 화학 기상 증착(CVD) 공정을 수행하는 장치에 사이드 링이 적용된 경우가 예시될 것이다. 그러나, 본 발명이 이하의 예시에 제한되지 않음은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 링의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼 처리 장치는 챔버(100), 소오스 가스 공급부(130), 정전척(110) 및 사이드 링(120)을 포함한다.

챔버(100)는 반도체 웨이퍼의 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 소오 스 가스 공급부(130)는 챔버(100) 내의 상부에 설치되어 소오스 가스 물질을 공급한다. 이러한 소오스 가스 공급부(130)는 크게 소오스 가스 공급관(133)과 샤워헤드(135)로 구분될 수 있다. 도 1에서는 예를 들어 샤워헤드(135) 형태의 가스 분사구를 도시하였지만, 장치에 따라서는 노즐의 형태일 수도 있으며, 다양한 형태로 변형 적용이 가능할 것이다. 이하의 실시예에서는, 소오스 가스 분사구로서, 샤워헤드(135)를 적용한 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 이와 같은 샤워헤드(135)는 챔버(100) 내에 소오스 가스를 분사하는 동시에, 상부전극으로서의 역할을 할 수 있다.

정전척(110)은 소오스 가스 공급부(130)의 하부에 설치될 수 있다. 이와 같은 정전척(110) 상에 웨이퍼(w)가 제공되면, 정전척(110)에는 클램핑 전압이 인가될 수 있고, 이에 의해 웨이퍼(w)를 고정시킬 수 있다. 이러한 정전척(110)은 웨이퍼(w)의 안착부가 되며, 동시에 하부전극으로서 작용하고, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력(RF Power)을 제공할 수 있다. 한편, 정전척(110)은 웨이퍼(w)와 같은 원형 형태가 많이 사용되지만, 편의상 원형을 사용할 뿐, 필요에 따라 원형이 아닌 사각형 등의 정전척도 사용할 수 있고, 정전척(110)의 형태에 관해서는 어떠한 제한도 두지 않는다. 본 실시예에서는 예를 들어, 원형의 정전척(110)을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 정전척(110)의 둘레에는 사이드 링(120)이 장착되어 있다. 이러한 사이드 링(120)은 정전척(110)과 접하는 부분은 정전척(110)의 상면과 높이가 같으며, 사이드 링(120)의 외곽으로 갈수록 챔버(100)의 바닥면을 향 해 기울어진 경사각을 갖도록 형성할 수 있다. 이때, 사이드 링(120)에는 접지전압이 인가될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 소오스 가스 공급부(130)를 통하여 공급된 소오스 가스는 챔버(100) 내에 제공되는 고주파 전력에 의해 플라즈마 이온(140)이 될 수 있다. 이러한 플라즈마 이온(140)은 물리적 또는 화학적으로 정전척(110) 상의 웨이퍼(w) 표면에 증착될 수 있다. 이때, 웨이퍼(w)의 중앙부와 에지부 사이에는 플라즈마 이온(140)이 불균일하게 증착될 수 있는데, 예컨대 웨이퍼(w) 중앙부에 증착되는 막의 두께가 더 두껍게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 사이드 링(120)은 증착 공정 진행 시 웨이퍼(w) 중앙부에 밀집될 수 있는 플라즈마 이온(140)을 웨이퍼(w) 에지부 쪽으로 끌어당김으로써 웨이퍼(W) 상에 균일한 증착을 이룰 수 있게 한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 정전척(110)의 둘레를 감싸는 사이드 링(120)은 금속 물질로 형성되고, 사이드 링(120)에는 접지전압이 인가된다. 따라서, 사이드 링(120)은 플라즈마 이온(140)에 대하여 상대적 전위가 애노드(anode)를 띠게 되고, 웨이퍼(w) 중앙부에 집중될 수 있는 플라즈마 이온(140)의 적어도 일부는 사이드 링(120)을 향하여 이동될 수 있다. 이처럼, 사이드 링(120)을 향해 이동되는 플라즈마 이온(140)들은 웨이퍼(w)의 에지부에 증착될 수 있고, 이에 따라 웨이퍼(w) 표면 상에는 전체적으로 균일한 막이 형성될 수 있다.

한편, 플라즈마 발생 시 플라즈마에 노출되는 사이드 링(120)은 스퍼터링(sputtering)과 같은 현상으로 어택받을 수 있으나, 사이드 링(120)의 재료 물질 로서 몰리브덴(Molybdenum; Mo) 또는 몰리브덴 합금을 사용함으로써 이와 같은 현상을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 정전척(110)의 둘레를 감싸는 사이드 링(120)은 그 단면의 형상이 예컨대, 직사각형이거나 원형 또는 타원형일 수도 있다. 그러나, 이러한 형상을 갖는 사이드 링(120)의 경우에는 챔버(100) 내부로 공급되는 소오스 가스의 흐름에 의한 와류 현상은 물론, 플라즈마화 되지 않은 소오스 가스를 배기 펌프(150)로 배기 시 사이드 링(120)의 표면을 따라 와류 현상이 발생될 수 있다. 또한, 정전척(110)과 사이드 링(120)의 상면의 높이가 다를 경우에도, 그 접촉부에서 와류 현상이 발생될 수 있다. 그럴 경우, 웨이퍼(w) 표면의 에지부에 증착되는 막이 불균일하게 형성될 수 있다. 따라서, 이와 같은 와류 현상을 방지하기 위하여 사이드 링(120)의 단면의 형상은 예컨대, 정전척(110)과 접하는 부분은 정전척(110)의 상면과 높이가 같으며, 사이드 링(120)의 외곽으로 갈수록 챔버(100)의 바닥면을 향해 기울어진 경사각을 갖는 삼각형 또는 바깥 방향으로 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 그러면, 정전척(110)과 사이드 링(120)의 접촉부 및 사이드 링(120)의 표면을 따라 발생될 수 있는 소오스 가스의 흐름에 의한 와류 현상을 방지할 수 있고, 웨이퍼(w)의 중앙부로부터 에지부에 이르기까지 균일한 막이 형성될 수 있다.

한편, 이상에서는 화학 기상 증착(CVD) 공정을 수행하는 챔버(100)에서 정전척(110)의 둘레에 접지전압이 인가되는 사이드 링(120)을 구비하는 반도체 웨이퍼 처리 장치에 관하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 정전척(110)의 둘레에 접지전압 이 인가되는 사이드 링(120)을 구비하는 반도체 웨이퍼 처리 장치는 물리 기상 증착(PVD) 공정을 수행하는 챔버에도 적용되어 상술한 바와 같은 방법에 의해, 웨이퍼(w) 표면 상에 균일한 막을 형성할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 처리 장치에 의하면, 반도체 웨이퍼 처리 장치는 정전척 둘레를 감싸며 접지전압이 인가되는 사이드 링을 사용함으로써 다수의 사이드 노즐을 사용하지 않으면서도 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 에지부 사이의 불균일한 막을 보완할 수 있다.

따라서, 진공펌프의 펌핑 용량을 감소시키면서도 웨이퍼 전면에 균일한 막을 형성할 수 있으므로 공정 효율이 증가할 수 있다.

Claims (4)

1. 챔버;

   상기 챔버 내부에 설치되며, 상면에 웨이퍼를 장착시키는 정전척; 및

   상기 정전척의 둘레를 감싸며, 접지전압이 인가되는 사이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 챔버는 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착의 공정을 수행하는 반도체 웨이퍼 처리 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 사이드 링은 상기 정전척과 접하는 부분은 상기 정전척의 상면과 높이가 같으며, 상기 챔버의 측벽방향으로 갈수록 상기 챔버의 바닥면을 향해 기울어진 경사각을 갖는 반도체 웨이퍼 처리 장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 사이드 링은 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금을 포함하여 이루어지는 반도체 웨이퍼 처리 장치.

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