KR20090024522A - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지부재; 그리고 상기 지지부재의 상부에 제공되며, 상기 내부공간에 생성된 플라스마를 상기 지지부재를 향하여 집중시키는 유도튜브를 포함한다. 상기 유도튜브는 상기 기판의 형상과 대체로 일치하는 형상의 단면을 가지는 통 형상이며, 일단을 통하여 유입된 상기 플라스마를 타단을 통하여 상기 지지부재를 향하여 유출시킬 수 있다. 상기 챔버는 상기 지지부재가 제공되며, 상기 플라스마에 의해 공정이 이루어지는 공정챔버; 그리고 상기 공정챔버의 상부에 제공되며, 상기 코일에 의해 상기 플라스마가 생성되는 생성챔버를 구비하며, 상기 유도튜브의 상단은 상기 공정챔버의 상부벽에 연결될 수 있다.
유도튜브, 챔버, 생성챔버, 공정챔버

Description

기판처리장치{substrate processing unit}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스마를 이용하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판 상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
첫번째는 증착된 막의 '질'(qulity)이다. 이는 조성(composition), 오염도(contamination levels), 손실도(defect density), 그리고 기계적·전기적 특성(mechanical and electrical properties)을 의미한다. 막들의 조성은 증착조건에 따라 변할 수 있으며, 이는 특정한 조성(specific composition)을 얻기 위하여 매우 중요하다.
두번째는, 웨이퍼를 가로지르는 균일한 두께(uniform thickness)이다. 특히, 단차(step)가 형성된 비평면(nonplanar) 형상의 패턴 상부에 증착된 막의 두께가 매우 중요하다. 증착된 막의 두께가 균일한지 여부는 단차진 부분에 증착된 최소 두께를 패턴의 상부면에 증착된 두께로 나눈 값으로 정의되는 스텝 커버리지(step coverage)를 통하여 판단할 수 있다.
증착과 관련된 또 다른 이슈는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다.
이와 같은 이슈들 중 균일도는 증착공정과 관련된 중요한 이슈 중 하나이며, 불균일한 막은 금속배선(metal line) 상에서 높은 전기저항(electrical resistance)을 가져오며, 기계적인 파손의 가능성을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 공정률을 높일 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 의하면, 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지부재; 그리고 상기 지지부재의 상부에 제공되며, 상기 내부공간에 생성된 플라스마를 상기 지지부재를 향하여 집중시키는 유도튜브를 포함한다.
상기 유도튜브는 상기 기판의 형상과 대체로 일치하는 형상의 단면을 가지는 통 형상이며, 일단을 통하여 유입된 상기 플라스마를 타단을 통하여 상기 지지부재를 향하여 유출시킬 수 있다.
상기 챔버는 상기 지지부재가 제공되며, 상기 플라스마에 의해 공정이 이루어지는 공정챔버; 그리고 상기 공정챔버의 상부에 제공되며, 상기 코일에 의해 상기 플라스마가 생성되는 생성챔버를 구비하며, 상기 유도튜브의 상단은 상기 공정챔버의 상부벽에 연결될 수 있다.
상기 챔버는 상기 지지부재가 제공되며, 상기 플라스마에 의해 공정이 이루어지는 공정챔버; 그리고 상기 공정챔버의 상부에 제공되며, 상기 코일에 의해 상 기 플라스마가 생성되는 생성챔버를 구비하며, 상기 유도튜브의 상단은 상기 생성챔버의 하단에 연결될 수 있다.
상기 장치는 상기 내부공간에 소스가스를 공급하는 가스공급유닛; 그리고 상기 내부공간에 전계를 형성하여 상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 코일을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 유도튜브를 통하여 플라스마를 집중시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
한편, 이하에서는 플라스마를 이용하는 공정을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 진공상태에서 공정이 이루어지는 다양한 반도체 제조장치에 응용될 수 있다. 또한, 이하에서는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 플라스마 공정을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 방식을 포함하는 다양한 플라스마 공정에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버(10)를 포함한다. 챔버(10)는 공정챔버(12)와 생성챔버(14)로 구분되며, 공정챔버(12) 내에서는 기판에 대한 공정이 이루어지며, 생성챔버(14)에서는 후술하는 가스공급유닛(40)을 통해 공급된 소스가스로부터 플라스마가 생성된다.
공정챔버(12) 내에는 지지 플레이트(20)가 설치되며, 지지 플레이트(20) 상에는 기판이 놓여진다. 기판은 공정챔버(12) 일측에 형성된 입구(12a)를 통해 공정챔버(12) 내부로 투입되며, 투입된 기판은 지지 플레이트(20) 상에 놓여진다. 또한, 지지 플레이트(20)는 정전기 척(electrostatic chuck, E-chuck)일 수 있으며, 지지 플레이트(20) 상에 놓여진 웨이퍼의 온도를 정밀하게 제어하기 위하여 별도의 헬륨(He) 후면 냉각 시스템(도시안됨)을 구비할 수 있다.
생성챔버(14)의 외주면에는 고주파 전원(RF generator)에 연결되는 코일(16)이 제공된다. 코일(16)에 고주파 전류가 흐르면 코일에 의해 자기장으로 변화되며, 이를 이용하여 챔버(10) 내부에 공급된 소스가스로부터 플라스마를 생성한다.
생성챔버(14)의 상부벽에는 공급홀(14a)이 형성되며, 공급홀(14a)에는 공급라인(42)이 연결된다. 공급라인(42)은 공급홀(14a)을 통해 챔버(10)의 내부에 소스가스를 공급한다. 공급라인(42)은 공급라인(42)에 제공된 밸브(42a)를 통해 개폐된다. 생성챔버(14)의 상부벽에는 확산판(44)이 연결되며, 확산판(44)과 생성챔 버(14)의 상부벽 사이에는 버퍼공간(46)이 형성된다. 공급라인(42)을 통해 공급된 소스가스는 버퍼공간(46)에 채워지며, 확산판(44)에 형성된 확산홀들을 통해 생성챔버(14)의 내부로 확산된다.
한편, 공정챔버(12)의 일측에는 배기라인(36)이 연결되며, 배기라인(36) 상에는 펌프(36a)가 연결된다. 챔버(10) 내부에서 생성된 플라스마 및 반응부산물 등은 배기라인(36)을 통해 챔버(10)의 외부로 배출되며, 펌프(36a)는 이들을 강제배출한다.
챔버(10) 내부의 플라스마 및 반응부산물 등은 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)를 통해 배기라인(36)으로 유입된다. 제1 배기플레이트(32)는 지지 플레이트(20)의 외측에 지지 플레이트(20)와 대체로 나란하게 배치되며, 제2 배기플레이트(34)는 제1 배기플레이트(32)의 하부에 제1 배기플레이트(32)와 대체로 나란하게 배치된다. 챔버(10) 내부의 플라스마 및 반응부산물 등은 제1 배기플레이트(32)에 형성된 제1 배기홀들(322, 324, 326)을 통해 제2 배기플레이트(34)에 형성된 제2 배기홀들(342, 344, 346)을 통해 배기라인(36)으로 유입된다.
도 2는 도 1의 제1 배기플레이트(32)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 제2 배기플레이트(34) 및 제2 커버(352, 354)는 각각 이하에서 설명하는 제1 배기플레이트(32) 및 제1 커버(332, 334, 336)와 동일한 구조 및 기능을 가지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 배기플레이트(32) 상에는 개구(321), 제1 외측배기홀들(322), 제1 중간배기홀들(324), 제1 내측배기홀들(326)이 형성된다. 개구(321) 상에는 지지 플레이트(20)가 설치된다. 제1 내측배기홀들(326)은 제1 배기플레이트(32)의 중앙에 형성된 개구(321)를 감싸도록 배치되며, 개구(321)의 중심을 기준으로 하는 동심원 상에 배치된다. 제1 중간배기홀들(324)은 제1 내측배기홀들(326)을 감싸도록 배치되며, 개구(321)의 중심을 기준으로 하는 동심원 상에 배치된다. 제1 외측배기홀들(322)은 제1 중간배기홀들(324)을 감싸도록 배치되며, 개구(321)의 중심을 기준으로 하는 동심원 상에 배치된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 외측배기홀들(322)은 제1 외측커버(332)에 의해, 제1 중간배기홀들(324)은 제1 중간커버(334)에 의해, 제1 내측배기홀들(326)은 제1 내측커버(336)에 의해 각각 개폐될 수 있다. 제1 외측배기홀들(322)은 제1 외측커버(332)와, 제1 중간배기홀들(324)은 제1 중간커버(334)와, 제1 내측배기홀들(326)은 제1 내측커버(336)와 각각 대응되는 크기 및 형상을 가진다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 배기플레이트에 형성된 배기홀들을 선택적으로 폐쇄한 상태를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 1의 제1 배기플레이트(32) 및 제2 배기플레이트(34)를 이용하여 공정균일도를 조절하는 모습을 나타내는 도면이다. 이하, 도 3a 내지 도 4를 참고하여 공정균일도를 조절하는 방법을 설명하기로 한다.
챔버(10)의 내부공간에서 이루어지는 기판에 대한 공정은 플라스마에 의하여 이루어지며, 플라스마의 유동을 조절함으로써 공정균일도를 확보할 수 있다. 챔 버(10) 내부에서 생성된 플라스마는 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)를 통해 배기라인(36)으로 유입되므로, 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)를 이용하여 플라스마의 유동을 조절할 수 있다.
도 3a는 제1 및 제2 중간커버(334, 354)를 이용하여 제1 및 제2 중간배기홀(324, 344)을 폐쇄한 모습을 나타내는 도면이며, 도 3b는 제1 및 제2 중간커버(334, 354)와 제1 및 제2 외측커버(332, 352)를 이용하여 제1 및 제2 중간배기홀(324, 344)과 제1 및 제2 외측배기홀(322, 342)을 폐쇄한 모습을 나타내는 도면이다. 플라스마는 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)에 각각 형성된 배기홀들을 통해 배기라인으로 유입되므로, 배기홀들을 선택적으로 차단하여 유로면적을 조절함으로써 플라스마의 유동을 조절할 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b에서는 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)의 배기홀들을 동일한 조건으로 폐쇄하고 있으나, 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)의 조건을 달리할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 외측배기홀들(322) 중 일부를 선택적으로 개폐하거나, 제1 내측배기홀들(326) 중 일부를 선택적으로 개폐할 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 12개의 제1 커버들을 선택적으로 사용하여 플라스마의 유동을 조절할 수 있으며, 이를 통해 공정결과에 따른 공정균일도를 확보할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34) 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 회전시킴으로써, 제1 배기홀들과 제2 배기홀들의 상대적인 위치를 조절할 수 있다. 즉, 제1 배기홀들과 제2 배기홀들을 서로 어긋나게 배 치할 수 있으며, 이를 통해 플라스마의 유동을 조절할 수 있다.
상술한 바에 의하면, 제1 및 제2 배기플레이트를 이용하여 플라스마의 유동을 조절할 수 있으며, 이를 통해 공정균일도를 확보할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 유도튜브(50)를 더 포함할 수 있다.
유도튜브(50)는 기판의 형상과 대체로 일치하는 종단면 형상을 가진다. 기판이 사각인 경우 사각형상의 종단면을 가지며, 원형인 경우 원형의 종단면을 가진다. 유도튜브(50)는 공정챔버(12)의 상부벽 및 생성챔버(14)의 하단으로부터 지지 플레이트(20)를 향하여 연장되며, 유도튜브(50)의 하단은 지지 플레이트(20)로부터 일정거리 이격되어 있다. 따라서, 플라스마는 유도튜브(50)의 하단과 지지 플레이트(20) 사이의 이격공간을 통해 배기라인(36)으로 유입될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 생성챔버(14)에서 생성된 플라스마는 유도튜브(50)의 내벽을 통해 지지 플레이트(20) 상의 기판에 집중될 수 있다. 유도튜브(50)가 없는 경우, 플라스마 중 일부는 기판과 반응하지 않은 상태에서 기판의 외측으로 흘러 나갈 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기판처리장치는 샤워헤드(60) 및 지지대(70)를 더 포함한다. 샤워헤 드(60)는 지지 플레이트(20)의 상부에 배치되며 지지 플레이트(20)로부터 일정거리 이격된다. 지지대(70)의 일단에는 샤워헤드(60)가 놓여지며, 지지대(70)의 하단은 제1 배기플레이트(32) 상에 연결된다. 지지대(70)는 샤워헤드(60)를 지지함과 동시에, 지지 플레이트(20) 및 지지 플레이트(20)의 내부에 제공된 히터(도시안됨)를 보호한다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 샤워헤드(60)를 나타내는 도면이다. 샤워헤드(60)는 중심판(62), 경계판(66), 중심판(62)과 경계판(66)을 연결하는 연결바(68)를 포함하며, 생성챔버(14)에서 생성된 플라스마를 지지 플레이트(20) 상에 놓여진 기판에 공급한다. 연결바(68a, 68b, 68c)는 중심판(62)을 중심으로 서로 120°를 이룬다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 중심판(62)은 샤워헤드(60)의 중앙에 위치하며, 연결바(68)는 중심판(62)으로부터 반경외측방향으로 연장된다. 연결바(68)의 일단에는 링 형상의 경계판(66)이 제공된다. 중심판(62)과 경계판(66) 사이에는 제1 내지 제6 링(64a, 64b, 64c, 64d, 64e, 64f)가 제공된다. 제1 내지 제6 링(64a, 64b, 64c, 64d, 64e, 64f)은 연결바(68) 상에 탈착가능하다.
도 7b는 제4 링 및 제6 링(64d, 64f)을 연결바(68)로부터 분리한 모습을 나타내는 도면이다. 제4 링 및 제6 링(64d, 64f)을 분리하면, 제4 링 및 제6 링(64d, 64f)에 대응되는 제4 및 제6 분사구(65d, 65f)가 제공된다. 도 7c는 제3 링 및 제4 링, 제6 링(64c, 64d, 64f)을 연결바(68)로부터 분리한 모습을 나타내는 도면이다. 제3 링 및 제4 링, 제6 링(64c, 64d, 64f)을 분리하면, 제3 링 및 제4 링, 제6 링(64c, 64d, 64f)에 대응되는 제3,4,6 분사구(65c,65d, 65f)가 제공된다. 즉, 제1 내지 제6 링(64a, 64b, 64c, 64d, 64e, 64f)을 선택적으로 탈착함으로써, 제1 내지 제6 분사구(65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f)를 선택적으로 제공할 수 있으며, 지지부재(20) 상에 공급되는 플라스마의 유동을 변경할 수 있다. 이를 통해 공정균일도를 확보할 수 있다.
한편, 예를 들어, 제4 링(64d)을 중심판(62)을 기준으로 일정 각도(예를 들어, 120°)로 분할하고, 제4 링(64d) 중 일부를 선택적으로 분리하여 플라스마의 유동을 변경할 수도 있다. 이는 제1 및 제2 배기플레이트(32, 34)에서 설명한 내용과 대체로 일치한다.
도 8a 및 도 8b는 도 1의 확산판(44)을 나타내는 도면이다.
도 8a에 도시한 확산판(44)은 최외곽에 위치하는 제1 확산홀(442)과 제1 확산홀(442)의 내측에 위치하는 제2 확산홀(444)을 가지며, 제1 및 제2 확산홀(442, 444)은 일정한 폭(d1) 상에 배치된다. 도 8b에 도시한 확산판(44)은 제1 및 제2 확산홀(442, 444) 외에 제3 및 제4 확산홀(446, 448)을 가지며, 제1 내지 제4 확산홀은 일정한 폭(d2) 상에 배치된다.
공급라인(42)을 통해 유입된 소스가스는 확산홀을 통해 생성챔버(14)의 내부에 확산된다. 이때, 확산홀의 배치를 변경함으로써 소스가스의 공급방식을 변경할 수 있으며, 소스가스의 공급방식에 따라 공정균일도를 조절할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 제1 배기플레이트를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 제1 배기플레이트에 형성된 배기홀들을 선택적으로 폐쇄한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 제1 배기플레이트 및 제2 배기플레이트를 이용하여 공정균일도를 조절하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시에에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 샤워헤드를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 1의 확산판을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 챔버 12 : 공정챔버
14 : 생성챔버 16 : 코일
20 ; 지지플레이트 30 : 배기유닛
32 : 제1 배기플레이트 34 : 제2 배기플레이트
36 : 배기라인 40 : 가스공급유닛
44 : 확산판 50 : 유도튜브
60 : 샤워헤드 70 : 지지대
322, 324, 326 : 제1 배기홀 332, 334, 336 : 제1 커버
342, 344, 346 : 제2 배기홀 352, 354, 356 : 제2 커버

Claims (5)

  1. 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지부재; 및
    상기 지지부재의 상부에 제공되며, 상기 내부공간에 생성된 플라스마를 상기 지지부재를 향하여 집중시키는 유도튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도튜브는 상기 기판의 형상과 대체로 일치하는 형상의 단면을 가지는 통 형상이며,
    일단을 통하여 유입된 상기 플라스마를 타단을 통하여 상기 지지부재를 향하여 유출시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 지지부재가 제공되며, 상기 플라스마에 의해 공정이 이루어지는 공정챔버; 및
    상기 공정챔버의 상부에 제공되며, 상기 코일에 의해 상기 플라스마가 생성되는 생성챔버를 구비하며,
    상기 유도튜브의 상단은 상기 공정챔버의 상부벽에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 지지부재가 제공되며, 상기 플라스마에 의해 공정이 이루어지는 공정챔버; 및
    상기 공정챔버의 상부에 제공되며, 상기 코일에 의해 상기 플라스마가 생성되는 생성챔버를 구비하며,
    상기 유도튜브의 상단은 상기 생성챔버의 하단에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 내부공간에 소스가스를 공급하는 가스공급유닛; 및
    상기 내부공간에 전계를 형성하여 상기 소스가스로부터 플라스마를 생성하는 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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