KR20100018134A - 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착공정 진행시 웨이퍼의 중심부분과 에지부분간의 증착률을 균일하게 가지도록 함으로써 반도체 소자의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있도록 한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 내부에 밀폐되는 공간이 형성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척에 전원을 인가하게 되는 전원부를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 있어서, 상기 정전척에 안착된 웨이퍼 측으로 반응가스를 분사시킬 수 있도록 상기 공정챔버의 일측에 설치되되 모터의 동력 전달받아 정/역회전 가능하게 설치되는 가스분사부; 상기 가스분사부에 반응가스를 공급하게 되는 가스공급부; 상기 정전척의 양측에 대향되게 설치되되 서로 반대방향으로 회전가능하게 설치되어 지속적으로 RF를 형성시키는 RF실드; 상기 RF실드에 전원을 인가하게 되는 RF전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
반도체, 화학기상증착공정, RF실드, 플라즈마

Description

고밀도 플라즈마 화학기상증착장치{Plasma chemical vapor deposition apparatus}
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고밀도 플라즈마 화학기상증착공정 진행시 웨이퍼의 중심부분과 에지부분간의 증착률을 균일하게 가지도록 함으로써 반도체 소자의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있도록 한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 노광공정, 확산공정, 식각공정, 화학기상증착공정 등 다양한 단위공정을 통하여 제조된다.
반도체 소자를 제조하는 단위공정 중에서 화학기상증착공정(Chemical Vapour Depositon)은 여러 가지 재질의 막을 웨이퍼에 형성시키기 위해 사용되며, 이들 막을 형성시키기 위해 막 성분을 포함하는 반응가스를 공정챔버 내에 공급하여 공정챔버 내의 일정온도와 압력하에서 화학반응을 통해 막을 형성하게 된다.
근래에는 화학기상증착공정의 효율을 높이기 위해 웨이퍼 상면에 고밀도 플라즈마를 형성시켜 반응을 촉진하는 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, HDP)가 많이 사용된다.
도 1은 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는 공정챔버(110) 내부의 정전척(120) 상에 웨이퍼(W)가 안착되면 정전척(120)에 1200V DC 전압이 가해져서 웨이퍼(W)를 척킹하게 되며, 공정챔버(110) 내측의 정전척(120) 상측에 설치되는 내부 돔(130)에 RF전원공급부(140)로부터 RF가 인가됨과 아울러 인젝터노즐(131)을 통해 SiH4, Ar, O2 등의 반응가스가 공급되어 웨이퍼(W) 상에 증착 및 에칭을 실시하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는 인젝터노즐(131)이 공정챔버(110) 내측의 내주면을 따라 8개 정도 설치되어 있으나, 공정을 마친 웨이퍼(W)의 중심부분과 에지부분에 대한 증착 및 에칭의 균일성이 좋지 못하여 프로세스 데이터가 나빠지게 됨으로써 반도체 소자의 수율을 감소시키는 원인이 된다.
또한, 상기 공정 후 내부 돔(130)의 내벽에 고착된 파우더 등과 같은 반응부산물이 다음 공정 시 웨이퍼(W)에 파티클로 인한 결함이나 스크래치를 유발시킴으로써 웨이퍼의 수율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 고밀도 플라즈마 화학기상증착공정 진행시 웨이퍼의 중심부분과 에지부분간의 증착률을 균일하게 가지도록 함으로써 반도체 소자의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있도록 한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는, 내부에 밀폐되는 공간이 형성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척에 전원을 인가하게 되는 전원부를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 있어서, 상기 정전척에 안착된 웨이퍼 측으로 반응가스를 분사시킬 수 있도록 상기 공정챔버의 일측에 설치되되 모터의 동력 전달받아 정/역회전 가능하게 설치되는 가스분사부; 상기 가스분사부에 반응가스를 공급하게 되는 가스공급부; 상기 정전척의 양측에 대향되게 설치되되 서로 반대방향으로 회전가능하게 설치되어 지속적으로 RF를 형성시키는 RF실드; 상기 RF실드에 전원을 인가하게 되는 RF전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 정전척은 상기 가스분사부에서 분사되는 반응가스의 유속을 증가시킬 수 있도록 상기 가스분사부와 서로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스분사부의 바깥둘레에는 상기 정전척 측으로 불활성가스를 분사하여 상기 가스분사부의 내측에서 분사되는 반응가스가 외측으로 분산되는 것을 차단하는 커튼가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RF실드는, 상기 웨이퍼의 에지부분에 원활한 RF가 형성되도록 하는 제1실드와, 상기 웨이퍼의 중심부분에 원활한 RF가 형성되도록 하는 제2실드로 이루어져 상기 웨이퍼 상에 균일한 증착막이 형성될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1실드와 상기 제2실드는 상기 웨이퍼로부터의 이격거리를 조절할 수 있도록 개별적으로 왕복이송가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스분사부와 상기 RF실드에는 상기 공정챔버 내에 잔류하는 반응가스를 최소화시킬 수 있도록 히팅라인이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는, 반응가스 및 플라즈마를 웨이퍼의 중심부분과 에지부분에 균일하게 집중되도록 함으로써 웨이퍼 상에 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있고, 증착 공정이 완료되고난 후에 공정챔버 내에 잔류하는 반응가스 및 파우더를 원활하게 제거할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치의 개략적인 내부구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가스분사부의 저면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 내부에 밀폐되는 공간이 형성되는 공정챔버(10)와, 상기 공정챔버(10) 내에 구비되어 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(11)과, 상기 정전척(11)에 전원을 인가하게 되는 전원부(미도시)를 구비하는 구성은 종래와 동일하다. 이 경우 웨이퍼(W)의 중심부분과 에지부분간의 증착률을 균일하게 할 수 있도록 한 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치는 가스분사부(20), RF실드(30)를 포함하여 구성된다.
상기 가스분사부(20)는 정전척(11)에 안착된 웨이퍼(W) 측으로 반응가스를 분사시킬 수 있도록 공정챔버(10)의 일측에 설치된다. 상기 가스분사부(20)의 일측면에는 반응가스를 균일하게 분사할 수 있도록 복수의 분사공(21)이 형성되며, 가스분사부(20)의 바깥둘레에는 정전척(11) 측으로 불활성가스(일례로 질소)를 분사하여 분사공(21)에서 분사되는 반응가스가 웨이퍼(W)에 집중되지 못하고 외측으로 분산되는 것을 최대한 차단할 수 있도록 복수의 커튼가스분사노즐(23)이 형성된다.
이 경우 상기 가스분사부(20)에는 공급라인(미도시)를 통해 연결된 가스공급부(25)에서 SiH4, Ar, O2 등의 반응가스를 공급해주게 되고, 상기 커튼가스분사노즐(23)에는 질소공급부(26)에서 질소를 공급해주게 된다.
이러한 가스분사부(20)는 모터(M)의 동력을 전달받아 정/역회전 가능하게 설치되어 일측으로 회전하게 되면서 반응가스를 분사하게 된다. 이 경우 상기 정전척(11)은 가스분사부(20)와 서로 반대방향으로 회전됨으로써 가스분사부(20)에서 분사되는 반응가스의 유속을 증가시킬 수 있게 된다.
상기 RF실드(30)는 정전척(11)의 양측에 대향되게 설치되며, RF전원공급부(35)를 통해 전원이 인가됨에 따라 정전척(11)에 안착된 웨이퍼(W) 상에 플라즈마가 형성된다. 이 경우 상기 RF실드(30)는 모터(미도시)의 동력을 전달받아 서로 반대방향으로 회전가능하게 설치됨으로써 지속적인 RF 유속을 발생시키게 됨으로써 웨이퍼(W) 상에 균일한 증착막이 형성될 수 있게 된다.
일례로, 상기 RF실드(30)는 웨이퍼(W)의 에지(edge)부분에 원활한 RF 형성이 이루어지도록 하는 제1실드(31)와, 상기 웨이퍼(W)의 중심부분에 원활한 RF 형성이 이루어지도록 하는 제2실드(32)로 이루어진다. 이 경우 상기 제1실드(31)와 제2실드(32)는 정전척(11)에 안착된 웨이퍼(W)로부터의 이격거리를 조절할 수 있도록 실린더와 같은 이송수단(미도시)을 이용하여 개별적으로 왕복이송가능하게 설치된다.
한편, 상기 가스분사부(20)와 RF실드(30)에는 공정챔버(10)에서의 해당공정이 완료된 후 내부에 잔류하는 반응가스를 최소화시킬 수 있도록 히팅라인(27)(37)이 각각 구비된다.
그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치의 작용에 대하여 다시 도 2를 참조하여 설명해보기로 한다.
먼저, 정전척(11) 상에 웨이퍼(W)가 로딩되면 가스분사부(20)에서 웨이퍼(W) 상에 반응가스를 집중적으로 분사하게 되고, 웨이퍼(W)의 양측에 위치하는 RF실드(30)에 의해 웨이퍼(W) 부분에만 플라즈마가 집중되게 형성된다. 즉, 상기 RF실드(30)를 구성하고 있는 제1실드(31)와 제2실드(32)가 웨이퍼(W)로부터의 이격거리를 조절돼가면서 반응가스 및 플라즈마가 웨이퍼(W)의 중심부분과 에지부분에 균일하게 집중됨으로써 웨이퍼(W) 상에 균일한 두께의 증착막이 형성될 수 있게 된다.
상기와 같은 증착 공정이 완료되고난 후에는 가스분사부(20)와 커튼가스분사노즐(23)를 통해 질소가 분사됨과 아울러 히팅라인(27)(37)에서 열을 가하게 되면서, 상기 공정챔버(10) 내에 잔류하는 반응가스 및 파우더는 제거되거나 일측에 마련된 배기구(13)를 통해 외부로 배출된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치를 도시한 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치의 개략적인 내부구성도,
도 3은 본 발명에 따른 가스분사부의 저면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공정챔버 11 : 정전척
13 : 배기구 20 : 가스분사부
21 : 분사공 23 : 커튼가스분사노즐
25 : 가스공급부 26 : 질소공급부
27, 37 : 히팅라인 30 : RF실드
31 : 제1실드 32 : 제2실드
35 : RF전원공급부

Claims (6)

  1. 내부에 밀폐되는 공간이 형성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척에 전원을 인가하게 되는 전원부를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치에 있어서,
    상기 정전척에 안착된 웨이퍼 측으로 반응가스를 분사시킬 수 있도록 상기 공정챔버의 일측에 설치되되 모터의 동력 전달받아 정/역회전 가능하게 설치되는 가스분사부;
    상기 가스분사부에 반응가스를 공급하게 되는 가스공급부;
    상기 정전척의 양측에 대향되게 설치되되 서로 반대방향으로 회전가능하게 설치되어 지속적으로 RF를 형성시키는 RF실드;
    상기 RF실드에 전원을 인가하게 되는 RF전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정전척은 상기 가스분사부에서 분사되는 반응가스의 유속을 증가시킬 수 있도록 상기 가스분사부와 서로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가스분사부의 바깥둘레에는 상기 정전척 측으로 불활성가스를 분사하여 상기 가스분사부의 내측에서 분사되는 반응가스가 외측으로 분산되는 것을 차단하는 커튼가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 RF실드는, 상기 웨이퍼의 에지부분에 원활한 RF가 형성되도록 하는 제1실드와, 상기 웨이퍼의 중심부분에 원활한 RF가 형성되도록 하는 제2실드로 이루어져 상기 웨이퍼 상에 균일한 증착막이 형성될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1실드와 상기 제2실드는 상기 웨이퍼로부터의 이격거리를 조절할 수 있도록 개별적으로 왕복이송가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가스분사부와 상기 RF실드에는 상기 공정챔버 내에 잔류하는 반응가스를 최소화시킬 수 있도록 히팅라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치.
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