JP2004072110A

JP2004072110A - 半導体製造設備用プロセスチャンバ

Info

Publication number: JP2004072110A
Application number: JP2003283928A
Authority: JP
Inventors: Soon-Jong Jung; 鄭　淳鐘
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-03-04
Also published as: KR100460143B1; US20040072426A1; KR20040012364A

Abstract

【課題】　チャンバ内部を所定保護層にコーティングすることによって、イオン等によるチャンバ内部の食刻及びこれによる粒子誘発を未然に防止することができる半導体製造設備用プロセスチャンバを提供する。
【解決手段】　この半導体製造設備用プロセスチャンバ１００は、チャンバ本体１２０と、チャンバ本体の上側に設置される上部電極１４０と、上部電極の側部に設置され上部電極を絶縁させるシールドリング１４４と、上部電極の下側に上部電極と所定間隔で離隔されて設置される下部電極１６０と、下部電極の上側に設置されウエハーが安着される静電チャック１６２及び下部電極の側部に設置され下部電極を絶縁させる絶縁リングユニット１７０を含み、前記シールドリングと前記絶縁リングユニットは前記プラズマ状態の反応ガスイオンにより食刻されることが防止される保護層を有する。従って、プラズマ状態の反応ガスイオンがウエハーを食刻する時、シールドリングと絶縁リングユニットは食刻が防止できる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、半導体デバイスを製造する装置に関し、更に詳しくはプラズマエッチング装置のプロセスチャンバ（Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｈａｍｂｅｒ）に関する。

　一般的に半導体デバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）は、純粋シリコンウエハー（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｗａｆｅｒ）上に所定回路パターン（Ｐａｔｔｅｒｎ）薄膜を順次的に積層する過程を繰り返すことによって製造される。これに、半導体デバイスを製造するためには所定回路パターン薄膜の形成及び積層のためフォト（Ｐｈｏｔｏ）工程、薄膜蒸着工程、食刻工程等、多数の単位工程を繰り返し遂行しなければならない。

　そして、この時の単位工程は、最近半導体デバイスの集積度が急速度に高くなることにより発生する高段差と線幅微細化にも精密な工程具現が可能でなければならない。

　これに薄膜蒸着工程と食刻工程等の単位工程では高段差と線幅微細化にも精密な工程具現が可能なプラズマ（Ｐｌａｓｍａ）応用工程が主に使われている。

　以下、プラズマ応用工程の一つの例であるプラズマ乾式食刻工程を遂行するプラズマ乾式食刻設備のプロセスチャンバを具体的に説明すると次のようである。

　従来プラズマ乾式食刻設備のプロセスチャンバには、食刻工程が進行されるように一定圧力が維持される密閉された内部空間が具備されるので、この密閉された内部空間には、プラズマが発生するように所定電力が入力される上部電極と下部電極が所定間隔で離隔されるように設置される。

　この時、上部電極には、反応ガス（Ｇａｓ）が供給されるように反応ガス供給ホール（Ｈｏｌｅ）が形成され、下部電極にはウエハーが安着されるように静電チャック（Ｃｈｕｃｋ）が設置される。そして、上部電極と下部電極の一側面及び外周面には上部電極と下部電極を互いに絶縁させる石英のような絶縁材でできた複数個のリング（Ｒｉｎｇ）が設置される。

　従って、このような従来のプラズマ乾式食刻設備を利用してウエハーを乾式食刻すると次のようである。

　まず、ウエハー移送アーム（Ａｒｍ）等によりプロセスチャンバの静電チャック上に先行工程を遂行するウエハーがローディングされると、プロセスチャンバには反応ガスの供給とともに上部電極と下部電極に高周波電力が入力される。

　これにプロセスチャンバには、上部電極と下部電極の間に所定電気場が形成され、プロセスチャンバに供給される反応ガスはこの電気場により活性化されながらプラズマ状態に変換される。その後、このプラズマ状態の反応ガスイオンは下部電極上の静電チャックにローディング（Ｌｏａｄｉｎｇ）されたウエハーを食刻するようになる。

　しかし、このように構成されたプロセスチャンバを利用してプラズマ乾式食刻工程を進行する場合、プロセスチャンバ内に形成されたプラズマ状態の反応ガスイオンは静電チャックにローディングされたウエハーのみではなく、上部電極と下部電極の一側面及び外周面に設置された石英材のリングまで食刻して粉体粒子を誘発するようになり、この誘発された粉体粒子は、半導体設備の可動率低下及びウエハー損失を連続的に誘発する問題点を発生させる。

　また、このように構成されたプロセスチャンバを利用してプラズマ乾式食刻工程を進行する場合、乾式食刻されながら発生される反応副産物は上部電極と下部電極の一側面及び外周面に設置された石英材のリングに付着されて後続工程を続けて進行する際にウエハー損失を誘発させる粒子源（Ｓｏｕｒｃｅ）として作用する問題点が発生する。

　従って、本発明は、このような問題点を勘案したもので、本発明の目的はチャンバ内部を所定保護層にコーティングすることによって、イオン等によるチャンバ内部の食刻及びこれによる粒子誘発を未然に防止することができる半導体製造設備用プロセスチャンバを提供することである。

　このような目的を具現するための本発明の半導体製造設備用プロセスチャンバは、反応ガスが供給されるチャンバ本体と、チャンバ本体の上側に設置され所定電力が入力される上部電極と、上部電極の側部に設置され上部電極を絶縁させるシールドリング（Ｓｈｉｅｌｄ　ｒｉｎｇ）と、上部電極の下側に上部電極と所定間隔で離隔されて設置されるが、反応ガスがプラズマ状態に変換されるように所定電力が入力される下部電極と、下部電極の上側に設置されウエハーが安着される静電チャック及び前記下部電極の側部に設置され下部電極を絶縁させる絶縁リングユニット（Ｕｎｉｔ）とを含み，前記シールドリングと前記絶縁リングユニットはそれぞれ基板と、前記基板にコーティングされるが、前記プラズマ状態の反応ガスイオンにより食刻されることが防止される保護層とを含むことを特徴とする。

　この時、前記保護層はＡｌＮ、ＴｉＮ、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃｏａｔｉｎｇ）、及びＡｌ₂Ｏ₃層で形成されるのが望ましい。そして、この時の保護層は、一例としてスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方式でコーティングされるのが望ましい。

　前記で説明したように，本発明による半導体製造設備用のプロセスチャンバには、上部電極と下部電極をそれぞれ絶縁させるシールドリングと絶縁リングユニットが具備され、このシールドリングと絶縁リングユニットは所定保護層でコーティングされるためにプラズマ状態の反応ガスイオンがウエハーを食刻する際、シールドリングと絶縁リングユニットは食刻されないようになり、従来の石英材の食刻による粉体粒子誘発及び半導体製造設備の稼動率の低下とウエハーロスを未然に防ぐ効果がある。

　また、本発明による半導体製造設備用のプロセスチャンバのシールドリングと絶縁リングユニットは、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、ＴｉＮ及びＤＬＣなどのような所定保護層でコーティングされて前記で説明したイオンによる食刻防止のみでなく、反応副産物の蒸着も防止できる。これに、従来の反応副産物の蒸着により発生されるウエハーロスを未然に防ぐことができ、チャンバークリーニング費用を大幅に縮小させる効果がある。

　以下に、図面を参照して本発明による半導体製造設備用プロセスチャンバの一つの実施例を具体的に説明する。

　図１に示すように本発明の一つの実施例である半導体製造設備用プロセスチャンバ（１００）は、一定圧力が維持され内部に所定の大きさの密閉空間が具現される円筒形状のチャンバ本体（１２０）を具備する。

　この時、チャンバ本体（１２０）の上側には、プラズマが発生するように所定電力が入力されるが、チャンバー本体（１２０）内部に反応ガスが供給されるように反応ガス供給ホール（図示せず）が形成された上部電極（１４０）が設置され、この上部電極（１４０）の上面には上部電極（１４０）の温度を調節するためのクーリングプレート（Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｐｌａｔｅ、１４２）が設置される。そして、上部電極（１４０）の側部、つまり上部電極（１４０）の外周部分には、上部電極（１４０）を、後述する下部電極から絶縁させるためのシールドリング（１４４）が設置される。

　また、シールドリング（１４４）の側部には、石英材のアウターリング（Ｏｕｔｅｒｒｉｎｇ、１２５）が設置され、このアウターリング（１２５）の外側には合金材のセンターリング（Ｃｅｎｔｅｒ　ｒｉｎｇ、１２４）が設置される。

　一方、上部電極（１４０）の下側には、上部電極（１４０）と所定間隔で離隔されるように設置される下部電極（１６０）が設けられる。

　更に具体的に説明すると、下部電極（１６０）には所定高周波電源が連結され、図示しない駆動源によって上下駆動可能に設置される。従って、下部電極（１６０）に所定高周波電源が供給される場合、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）の間には所定電場が形成される。これに上部電極（１４０）を通じてチャンバ本体（１２０）内部に供給される反応ガスはプラズマ状態に変換される。

　この時、下部電極（１６０）の下側部には、下部電極（１６０）が駆動源によって上下に移動される時、下部電極（１６０）を通じて収縮及び膨張するベローズ（Ｂｅｌｌｏｗｓ、１２６）が設置され、下部電極（１６０）の上面には食刻されるウエハー（９０）が安着されるように静電チャック（１６２）が設置される。

　そして、下部電極（１６０）の側部には、上部電極（１４０）等より下部電極（１６０）を絶縁させる絶縁リングユニット（１７０）が設置される。ここで、絶縁リングユニット（１７０）は下部電極（１６０）の側部の中でも、側部の下段部分を絶縁させるベースリング（Ｂａｓｅ　ｒｉｎｇ、１６９）と、下部電極（１６０）の側部の中でも、側部の上段部分を絶縁させるカバーリング（Ｃｏｖｅｒ　ｒｉｎｇ、１６６）及びベースリング（１６９）とカバーリング（１６６）の間に設置され下部電極（１６０）を絶縁させるエキゾーストリング（Ｅｘｈａｕｓｔ　ｒｉｎｇ、１６８）とで構成される。

　また、ウエハー（９０）が安着されるようにする静電チャック（１６２）の側部、つまりカバーリング（１６６）の上面には、プラズマ状態である反応ガスイオンをウエハー（９０）側に集めるためのフォーカスリング（Ｆｏｃｕｓ、１６４）が設置され、このときの、フォーカスリング（１６４）はイオン等にも食刻されないアルミニウム（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）材等で形成される。

　一方、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）をそれぞれ絶縁させるシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は絶縁材である石英で形成される。そして、このようなシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）はプラズマ状態の反応ガスイオンにより食刻されないように所定保護層でコーティングされる。特に、上部電極（１４０）を絶縁させるシールドリング（１４４）の底面と一側面及び下部電極（１６０）を絶縁させるカバーリング（１６６）の上面と一側面等はプラズマ状態の反応ガスイオンが一番多く接触する部分なので、食刻が防止されるように必ずコーティングするのが望ましい。

　つまり、シールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は反応ガスイオンに対して食刻が防止されるＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ及びＴｉＮ層でコーティングされる。また、シールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃｏａｔｉｎｇ）でコーティングすることができる。この時、ＤＬＣコーティングは基板を真空コーティングチャンバ内部に位置づけた後、フッ素、水素、酸素、珪素、及び炭素等のイオンとか原子またはラジカルのような微粒子ビームを利用してこの基板上にフリュオリネ、水素、酸素、珪素、または炭素を内包するダイアモンドのような組織を蒸着するコーティングを言うものである。

　ここで、前記のようなコーティングは、公知された技術である多様な方法ですべてコーティング可能である。望ましい実施例では、衝突による運動量転移を利用して保護層をコーティングするスパッタリング方式によりコーティングされるのが望ましい。この時、前記のようにコーティングする場合、反応ガスイオンにより食刻が防げるたけではなく食刻されながら発生される反応副産物の蒸着も未然に防げる。

　以上で、説明していない参照符号１２２と１２３は、チャンバ本体（１２０）の内側をカバーする上部遮蔽シールド（１２２）と下部遮蔽シールド（１２３）をそれぞれ図示したものであり、同じく説明していない参照符号１８０はプラズマが形成される領域を図示したものである。

　以下、前記のように構成された半導体製造設備用プロセスチャンバ（１００）の作用及び効果を具体的に説明すると次のようである。

　まず、ウエハー移送アーム（図示せず）等によりプロセスチャンバ（１００）の静電チャック（１６２）上に食刻されるウエハー（９０）がローディングされると、プロセスチャンバ（１００）には反応ガスの供給と同時に上部電極（１４０）と下部電極（１６０）に高周波電力が入力される。

　これに、プロセスチャンバ（１００）には、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）の間に所定電場が生成され、プロセスチャンバー（１００）に供給される反応ガス(図示せず)は、この電場により活性化されながらプラズマ状態に変換される。その後、このプラズマ状態の反応ガスイオンは下部電極（１６０）上の静電チャック（１６２）にローディングされたウエハー（９０）に食刻することになる。この時、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）の側部に設置され、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）をそれぞれ絶縁させるシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、ＴｉＮ及びＤＬＣなどの所定保護層でコーティングされるために、シールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は反応ガスイオンにより食刻されるのを避けられる.

　以上のように、本発明による半導体製造設備用のプロセスチャンバ（１００）には、上部電極（１４０）と下部電極（１６０）をそれぞれ絶縁させるシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）が具備され、このシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は所定保護層でコーティングされるため、プラズマ状態の反応ガスイオンがウエハーを食刻する際、シールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は食刻されないようになり、従来の石英材の食刻による粉体粒子誘発及び半導体製造設備の稼動率の低下とウエハーロスを未然に防ぐことができる。

　また、本発明による半導体製造設備用のプロセスチャンバ（１００）のシールドリング（１４４）と絶縁リングユニット（１７０）は、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、ＴｉＮ及びＤＬＣなどのような所定保護層でコーティングされて前記で説明したイオンによる食刻防止のみでなく、反応副産物の蒸着も防止できる。これに、従来の反応副産物の蒸着により発生されるウエハーロスを未然に防ぐことができ、チャンバクリーニング費用を大幅に縮小させることができる。

　以上で、本発明は、プラズマ乾式食刻設備のプロセスチャンバを一つの実施例として説明したが、前記のような本発明は、プラズマ乾式食刻設備にのみ限定されるのではなく、プラズマを応用した諸般設備にすべて適用される。また、前記のような本発明は、本発明の技術的思想内に、その修正及び変形が可能であり、前記のような修正及び変形は、添付された特許請求範囲内に入るものとして見るべきである。

本発明の半導体製造設備用プロセスチャンバの一つの実施例を示した断面図である。

符号の説明

　１００；プロセスチャンバ
　１２０；チャンバ本体
　１２５；アウターリング
　１２６；ベローズ
　１４０；上部電極
　１６０；下部電極
　１４２；クーリングプレート
　１４４；シールドリング
　１６４；フォーカスリング
　１６６；カバーリング
　１６８；エキゾーストリング
　１６９；ベースリング

Claims

　反応ガスが供給されるチャンバ本体；
　前記チャンバ本体の上側に設置され，所定電力が入力される上部電極；
　前記上部電極の側部に設置され、前記上部電極を絶縁させるシールドリング；
　前記上部電極の下側に、前記上部電極と所定間隔を持ち離隔されて設置されるが、前記反応ガスがプラズマ状態に変換されるように所定電力が入力される下部電極；
　前記下部電極の上部に設置され、ウエハーが安着される電静チャック；
　前記下部電極の側部に設置され、前記下部電極を絶縁させる絶縁リングユニットを含み、
　前記シールドリングと絶縁リングユニットは、それぞれ基板と、前記基板にコーティングされるが、前記プラズマ状態の反応ガスイオンにより食刻されることを防ぐ保護層を含むことを特徴とする半導体製造設備用プロセスチャンバ。
　前記保護層は、ＡｌＮ層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造設備用プロセスチャンバ。
　前記保護層は、ＴｉＮ層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造設備用プロセスチャンバ。
　前記保護層は、ＤＬＣコーティングされたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造設備用プロセスチャンバ。
　前記保護層は、Ａｌ₂Ｏ₃層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造設備用プロセスチャンバ。