KR100826640B1 - High Density Plasma Deposition Apparatus Having Gas Circulation System Under Electrostatic Chuck - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 증착 장치는 상부에 웨이퍼가 놓여지는 정전척과, 웨이퍼 후면에 가스를 공급하고 순환시켜 웨이퍼의 후면 온도를 조절할 수 있는 가스 순환 시스템을 구비한다. 가스 순환 시스템은 정전척 중앙을 관통하는 중앙 관통홀에 연결된 가스 주입관과, 정전척의 에지 둘레에 정전척을 관통하는 복수개의 에지 관통홀에 연결된 가스 배출관과, 가스 주입관과 가스 배출관에 연결된 가스 순환관을 포함한다. 정전척의 하부에는 가스를 실링할 수 있는 실링 배럴이 더 형성되어 있다. The high-density plasma deposition apparatus according to the present invention includes an electrostatic chuck on which a wafer is placed, and a gas circulation system capable of supplying and circulating a gas to the back surface of the wafer to adjust the back temperature of the wafer. The gas circulation system includes a gas injection pipe connected to a central through hole penetrating the center of the electrostatic chuck, a gas discharge pipe connected to a plurality of edge through holes penetrating the electrostatic chuck around the edge of the electrostatic chuck, and a gas connected to the gas injection pipe and the gas discharge pipe. A circulation tube. A lower portion of the electrostatic chuck is further provided with a sealing barrel capable of sealing gas.
고밀도 플라즈마, 가스 순환 시스템, 정전척 High Density Plasma, Gas Circulation System, Electrostatic Chuck
Description
도 1은 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척 및 이에 놓여져 있는 웨이퍼를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an electrostatic chuck of a conventional high density plasma deposition apparatus and a wafer placed thereon.
도 2 및 도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척의 평면도이다. 2 and 3 are plan views of the electrostatic chuck of the high density plasma deposition apparatus of FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척 및 이에 놓여져 있는 웨이퍼를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an electrostatic chuck and a wafer placed thereon of the high density plasma deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다. FIG. 5 is a plan view schematically illustrating the electrostatic chuck of the high density plasma deposition apparatus of FIG. 4.
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전척을 갖는 고밀도 플라즈마 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly to a high density plasma deposition apparatus having an electrostatic chuck.
반도체 소자의 제조할 때 고밀도 플라즈마(High density plasma, HDP) 증착 장치를 이용하여 금속 콘택홀에 금속 배선막을 매립한다. 그런데, 금속 배선의 매 립 공정 시 플라즈마에 의한 게이트 산화막(gate oxide)의 질(quality) 열화를 억제하기 위하여 또는 금속 배선막이 녹는 것을 방지하기 위하여 공정 온도를 350℃의 저온으로 낮게 유지하여야 한다. 이를 위하여 정전척에 놓여 있는 웨이퍼의 후면에 헬륨(He) 가스를 흘려주어 공정 온도를 낮게 유지한다. 여기서, 종래 기술에 의해 정전척 및 이에 놓여지는 웨이퍼의 후면에 헬륨 가스를 주입하는 것에 대하여 보다 자세하게 설명한다. When manufacturing a semiconductor device, a metal wiring film is buried in a metal contact hole by using a high density plasma (HDP) deposition apparatus. However, in order to suppress the deterioration of the quality of the gate oxide film by the plasma during the buried process of the metal wiring or to prevent the metal wiring film from melting, the process temperature should be kept low at a low temperature of 350 ° C. To this end, helium (He) gas is flowed to the back of the wafer placed on the electrostatic chuck to keep the process temperature low. Here, the injection of helium gas into the electrostatic chuck and the backside of the wafer placed by the prior art will be described in more detail.
도 1은 종래 기술에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척 및 이에 놓여져 있는 웨이퍼를 도시한 단면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척의 평면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an electrostatic chuck of a high density plasma deposition apparatus according to the prior art and a wafer placed thereon, and FIGS. 2 and 3 are plan views of the electrostatic chuck of the high density plasma deposition apparatus of FIG.
구체적으로, 종래의 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척(14)은 도 1에 도시한 바와 같이 알루미늄 서셉터(susceptor, 10)와, 알루미늄 서셉터(10) 상에 위치하는 리키 유전 물질층(leaky dielectric material layer, 12)을 포함한다. 정전척(14)을 구성하는 리키 유전 물질층(12) 상에는 웨이퍼(16)가 위치하고, 정전척(14)에 척 파워(미도시)를 인가하여 전자기장을 형성함으로써 웨이퍼(16)가 정전척(14)에서 이동되지 않게 한다. Specifically, the
이후에, 정전척(14)에 형성된 가스 출구(18)를 통하여 웨이퍼(16)의 후면에 헬륨 가스를 흘려주게 된다. 특히, 정전척(14)의 표면에는 웨이퍼(16)와의 접촉면을 최소화하여 헬륨 가스의 영향을 최대한 받도록 엠보싱(embossing: 20)이 형성되어 있고, 정전척(14)의 표면 에지 부위에는 헬륨 가스의 누설(leakage)를 방지하도록 실링턱(sealing jaw, 22)이 형성되어 있다. Thereafter, helium gas flows to the rear surface of the
그런데, 종래의 고밀도 플라즈마 증착 장치에서 웨이퍼 후면의 온도를 조절하기 위해서는 헬륨 가스의 압력을 조절해야 한다. 이에 따라, 헬륨 가스의 압력을 올리게 되면 웨이퍼 후면의 온도가 떨어지게 되지만, 정전척에 인가하는 척 파워(chucking power)는 좀더 강하게 걸어주어야 한다. 예를 들어, 보통 350℃ 수준의 웨이퍼 온도 유지를 위한 헬륨 가스의 압력은 3Torr, 척 파워는 500W 정도를 사용한다. 그러나, 웨이퍼 후면 온도를 조절하기 위하여 척 파워를 증가시키게 되면 웨이퍼의 후면 휨(warpage)에 따라서 헬륨 가스의 누설이 발생하여 공정 이상이 발생한다. 이렇게 헬륨 가스가 누설될 경우 웨이퍼 위치가 변경되고 과도한 척 파워에 의한 웨이퍼 깨짐 현상이 발생할 수 있다. However, in the conventional high density plasma deposition apparatus, to control the temperature of the wafer backside, the pressure of the helium gas must be adjusted. Accordingly, when the pressure of the helium gas is increased, the temperature of the back surface of the wafer decreases, but the chucking power applied to the electrostatic chuck should be applied more strongly. For example, a helium gas pressure of 3 Torr and a chuck power of about 500W are used to maintain a wafer temperature of 350 ° C. However, when the chuck power is increased to control the wafer backside temperature, the helium gas leaks according to the backside warpage of the wafer, resulting in a process abnormality. This leakage of helium may change the wafer position and may cause wafer breakage due to excessive chuck power.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 헬륨 가스의 압력 변화 및 웨이퍼 후면 상태에 영향을 받지 않고 웨이퍼 후면의 온도를 조절할 수 있는 고밀도 플라즈마 증착 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a high-density plasma deposition apparatus capable of controlling the temperature of the wafer back surface without being affected by the pressure change of the helium gas and the state of the back surface of the wafer.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 상부에 웨이퍼가 놓여지는 정전척과, 상기 웨이퍼 후면에 가스를 공급하고 순환시켜 상기 웨이퍼의 후면 온도를 조절할 수 있는 가스 순환 시스템을 구비한다. 상기 가스 순환 시스템은 정전척 중앙을 관통하는 중앙 관통홀에 연결된 가스 주입관과, 상기 정전척의 에지 둘레에 상기 정전척을 관통하는 복수개의 에지 관통홀에 연결된 가스 배출관과, 상기 가스 주입관과 가스 배출관에 연결된 가스 순환관을 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem is provided with an electrostatic chuck in which the wafer is placed on the top, and a gas circulation system capable of supplying and circulating a gas to the rear surface of the wafer to adjust the rear temperature of the wafer. The gas circulation system includes a gas injection pipe connected to a central through hole penetrating the center of the electrostatic chuck, a gas discharge pipe connected to a plurality of edge through holes penetrating the electrostatic chuck around an edge of the electrostatic chuck, and the gas injection pipe and the gas. It includes a gas circulation pipe connected to the discharge pipe.
상기 정전척의 하부에는 가스를 실링할 수 있는 실링 배럴이 형성되어 있을 수 있다. 상기 정전척의 표면에는 상기 웨이퍼와의 접촉면을 최소화하여 상기 가스의 영향을 최대한 받도록 엠보싱이 형성되어 있을 수 있다. 상기 정전척의 표면의 상기 에지 관통홀의 바깥쪽에 상기 가스의 누설을 방지하도록 실링홈이 형성되어 있을 수 있다.A lower portion of the electrostatic chuck may be provided with a sealing barrel capable of sealing gas. Embossing may be formed on the surface of the electrostatic chuck to minimize the contact surface with the wafer and to be affected by the gas. A sealing groove may be formed outside the edge through hole of the surface of the electrostatic chuck to prevent leakage of the gas.
본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 증착 장치는 웨이퍼 후면에 유입되는 가스를 순환하게 할 수 있는 가스 순환 시스템을 구비하여 과도하게 척 파워를 증가시키지 않고 가스 압력이나 웨이퍼의 후면의 휨 상태에 영향을 받지 않으면서도 300℃ 이하의 저온에서도 공정을 불량 없이 진행할 수 있다.The high-density plasma deposition apparatus according to the present invention has a gas circulation system capable of circulating the gas flowing into the wafer back surface without excessively increasing the chuck power without being affected by the gas pressure or the warpage of the back surface of the wafer. The process can proceed without failure even at low temperatures below 300 ° C.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척 및 이에 놓여져 있는 웨이퍼를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척의 평면도이다. 4 is a cross-sectional view showing the electrostatic chuck of the high density plasma deposition apparatus according to the present invention and the wafer placed thereon, and FIG. 5 is a plan view of the electrostatic chuck of the high density plasma deposition apparatus of FIG.
구체적으로, 본 발명에 의한 고밀도 플라즈마 증착 장치의 정전척(34)은 도 4에 도시한 바와 같이 알루미늄 서셉터(susceptor, 30)와, 상기 알루미늄 서셉터(30) 상에 위치하는 리키 유전 물질층(leaky dielectric material layer, 32)을 포함한다. 리키 유전 물질층(32)은 알루미나(Al2O3)와 3% 티타늄 산화물(TiO2) 불순물로 이루어진다. 정전척(34)을 구성하는 리키 유전 물질층(32) 상에는 웨이퍼(36)가 위치하고, 정전척(34)에 척 파워(미도시)를 인가하여 전자기장을 형성함으로써 웨 이퍼(36)가 정전척(34)에서 이동되지 않게 한다. Specifically, the
더하여, 본 발명의 고밀도 플라즈마 증착 장치는 웨이퍼(36) 후면에 가스, 예컨대 헬륨 가스를 공급하고 순환시켜 상기 웨이퍼(36)의 후면 온도를 조절할 수 있는 가스 순환 시스템을 구비한다. 본 발명의 가스 순환 시스템은 정전척(34)의 중앙에 관통하는 중앙 관통홀(37)에 연결된 가스 주입관(38)과, 정전척의 에지(edge) 둘레에 정전척을 관통하는 복수개의 에지 관통홀(40)에 연결된 가스 배출관(44)과, 정전척의 하부에는 가스를 실링할 수 있는 실링 배럴(barrel, 42)과, 가스 주입관(38) 및 가스 배출관(44)에 연결된 가스 순환관(50)을 포함한다. 에지 관통홀(40)은 6개 내지 10개 미만으로 구성할 수 있다. In addition, the high-density plasma deposition apparatus of the present invention includes a gas circulation system capable of supplying and circulating a gas, for example, helium gas, on the rear surface of the
그리고, 정전척(34)의 표면에는 웨이퍼(36)와의 접촉면을 최소화하여 가스, 예컨대 헬륨 가스의 영향을 최대한 받도록 엠보싱(46)이 형성되어 있고, 정전척(34)의 표면 에지 부위에는 가스의 누설을 방지하도록 실링턱(sealing jaw, 48)이 형성되어 있다. 실링턱(48)은 에지 관통홀(40)의 바깥쪽에 형성한다. In addition, an
여기서, 본 발명의 고밀도 플라즈마 증착 장치를 이용하여 웨이퍼(36)의 후면의 가스가 흐르는 방법을 설명한다. Here, a method of flowing the gas on the back surface of the
구체적으로, 도 4의 화살표로 표시한 바와 같이 가스 주입관(38)을 통하여 가스, 예컨대 헬륨 가스를 주입해주면 정전척(34)의 중앙부위의 가스 배출구(39)를 통하여 웨이퍼(36)의 후면을 걸쳐 흐르게 되고, 최종적으로는 정전척(34)의 에지에 형성된 에지 관통홀(40) 및 가스 배출관(44)을 통하여 배출된다. Specifically, when the gas, for example, helium gas is injected through the
가스 배출관(44)을 통하여 배출된 가스는 가스 순환관(50)을 거쳐 다시 가스 주입관(38)으로 다시 들어가게 되어 가스는 순환하게 된다. 이렇게 본 발명의 고밀도 플라즈마 증착 장치는 가스를 순환하게 함으로써 과도하게 척 파워를 증가시키지 않고 가스 압력이나 웨이퍼의 후면의 휨 상태에 영향을 받지 않으면서도 300℃ 이하의 저온에서도 공정을 불량 없이 진행할 수 있다. The gas discharged through the
상술한 바와 같이 본 발명의 고밀도 플라즈마 증착 장치는 웨이퍼 후면에 유입되는 가스를 순환하게 할 수 있는 가스 순환 시스템을 구비한다. 이에 따라, 본 발명의 고밀도 플라즈마 증착 장치는 과도하게 척 파워를 증가시키지 않고 가스 압력이나 웨이퍼의 후면의 휨 상태에 영향을 받지 않으면서도 300℃ 이하의 저온에서도 공정을 불량 없이 진행할 수 있다.As described above, the high-density plasma deposition apparatus of the present invention includes a gas circulation system capable of circulating gas flowing into the wafer back surface. Accordingly, the high-density plasma deposition apparatus of the present invention can proceed the process without defects even at low temperatures of 300 ° C or less without being excessively increased the chuck power and without being affected by the gas pressure or the warpage of the back surface of the wafer.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20060316 |
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20061215 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20060316 Comment text: Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20071024 Patent event code: PE09021S01D |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20080331 |
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20080424 Patent event code: PR07011E01D |
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Payment date: 20080425 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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