KR20030043005A - 웨이퍼 서셉터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 서셉터는, 세라믹 몸체; 상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 서셉터 RF 전극; 상기 서셉터 RF전극의 하부에 위치하도록 상기 서셉터 RF 전극과 소정간격 이격되어 상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 히터; 및 상기 히터 및 상기 서셉터 RF 전극과는 닿지 않으면서 상기 서셉터 RF 전극과 히터 사이에 위치하도록 상기 세라믹 몸체 내에 설치되고 전기적으로는 접지되는 금속재질의 RF 실드(shield); 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 서셉터 RF 전극에 RF를 인가할 경우에 히터가 RF 노이즈에 의하여 영향 받는 것을 최소화시킬 수 있게 된다. 따라서, 서셉터를 고온으로 가열하면서도 서셉터에 RF를 인가시킬 수 있게 되어 고밀도의 박막을 증착시킴과 동시에 스트레스 및 스텝 카바리지(step coverage) 등과 같은 박막 스트레스를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 박막 특성을 조절할 수 있다. 그리고, 장비의 전원시스템의 안정화를 이끌 수 있다.

Description

웨이퍼 서셉터{Wafer susceptor}
본 발명은 웨이퍼 서셉터에 관한 것으로서, 특히 RF 전극과 히터의 역할을함께 하는 웨이퍼 서셉터에 관한 것이다.
반도체소자 제조공정에 많이 사용되는 공정 중의 하나가 PECVD 공정이다. PECVD 공정은 통상의 CVD 공정과 달리 플라즈마를 이용하여 공정기체를 활성화(activation)시킨 상태에서 공정을 진행하기 때문에 통상의 CVD 공정보다 더 낮은 공정온도에서 공정을 진행시킬 수 있다는 등 여러 장점을 가지고 있다.
도 1은 통상의 PECVD 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 반응챔버(10) 내에는 웨이퍼(25)가 안착되어지는 서셉터(70)가 설치되어 있으며, 반응챔버(10)의 상부공간에는 상부 RF 전극(30)이 설치되어 있다.
통상, PECVD 장치는 듀얼(dual) RF 소스를 갖지 않기 때문에 하부전극인 서셉터는 접지되어 있고, 상부전극은 평판형 전극 또는 돔(dome)형 전극으로서 이에 RF 전력을 인가하는 구조로 되어 있다. 때로는 막질의 특성을 개선하기 위해 하부전극인 서셉터에 RF 전력을 인가하기도 한다.
상부 RF 전극(30)에 RF 전력을 인가하면, 반응챔버(10) 내에 플라즈마가 발생하게 되고, 이렇게 플라즈마가 발생하면 셀프 바이어스(self-bias)에 의하여 플라즈마 내의 양이온들이 웨이퍼(25) 쪽으로 끌려들어가 웨이퍼(25)에 박막이 증착되게 된다. 통상 서셉터는 접지시키지만, 때로는 이러한 효과를 더 극대화시키기 위하여 서셉터(70) 내에 서셉터 RF 전극(22)을 설치하여 여기에도 RF 전력을 인가한다. 또한, 서셉터 RF 전극(22)에 RF 전력을 인가함으로써 웨이퍼(25)에 증착되는 박막층의 표면압축력과 표면장력을 제어할 수도 있다. 뿐만 아니라, 웨이퍼 상의 패턴이 플라즈마에 의한 손상을 받지 않도록 제어할 수도 있다. 이는 패턴 사이에쌓이는 전하를 바이어스(bias) RF로 소멸시키기 때문이다.
한편, 웨이퍼(25)에 고밀도의 막을 증착하기 위해서는 웨이퍼(25)를 500℃ 또는 그 이상으로 가열할 필요가 있다. 통상 이러한 가열을 위해 서셉터(70) 내에 히터(미도시)를 설치한다.
그러나, 서셉터 RF 전극(22)에 RF 전력을 인가하면 RF 노이즈에 의하여 히터가 영향을 받아 신뢰성 있는 박막형성이 되지 못하며, 플라즈마 효율도 저하되고, 히터의 온도제어시스템도 영향을 받게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, RF 전극과 히터의 역할을 겸용하는 웨이퍼 서셉터에 있어서 히터에 미치는 RF 전극의 RF 노이즈 영향을 최소화시킴으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 웨이퍼 서셉터를 제공하는 데 있다.
도 1은 통상의 PECVD 장치를 설명하기 위한 개략도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 개략도;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 특징부인 서셉터의 여러 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10: 반응챔버 20: 세라믹 몸체
22: 서셉터 RF 전극 23: RF 실드
24: 히터 25: 웨이퍼
30: 상부 RF 전극 70: 서셉터
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 서셉터는, 세라믹 몸체; 상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 서셉터 RF 전극; 상기 서셉터 RF전극의 하부에 위치하도록 상기 서셉터 RF 전극과 소정간격 이격되어 상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 히터; 및 상기 히터 및 상기 서셉터 RF 전극과는 닿지 않으면서 상기 서셉터 RF 전극과 히터 사이에 위치하도록 상기 세라믹 몸체 내에 설치되고 전기적으로는 접지되는 금속재질의 RF 실드(shield); 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 RF 실드는 판, 그물망 또는 상기 세라믹 몸체에 코팅되어 형성되는 박막에 의해 형성된 것일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 반복적인 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 서셉터(70)는 세라믹 몸체(20), 서셉터 RF 전극(22), 히터(24) 및 RF 실드(shield, 23)로 구성된다.
세라믹 몸체(20)는 AlN 또는 Al2O3으로 이루어진다. 서셉터 RF 전극(22), 히터(24) 및 RF 실드(23)는 모두 세라믹 몸체(20) 내에 설치된다. 히터(24)는 RF 서셉터 전극(22)과 소정간격 이격되어 서셉터 RF 전극(22)의 하부에 위치한다. 히터(24)는 세라믹 몸체(20)와 긴밀하게 접하는 것이 아니므로 히터(24) 주위에는 약간의 공간(H)이 형성된다. 본 실시예에서는, 히터(24) 주위에는 약간의 공간(H)이 형성된 것을 예로 들었지만, 히터(24)가 세라믹 몸체(20)와 긴밀하게 접하여 히터(24) 주위에 공간이 없는 구조를 가져도 무방하다.
RF 실드(23)는 서셉터 RF 전극(22)과 히터(24) 사이의 RF 전계를 약화시키는 그리드(grid) 전극의 역할을 하며, 히터(24) 및 서셉터 RF 전극(22)과 닿지 않으면서 서셉터 RF 전극(22)과 히터(24) 사이에 위치하도록 설치된다. RF 실드(23)는 고온에 견딜 수 있는 SUS, Mo 또는 W 등의 금속으로 이루어지며 접지된다. 또는 RF 실드가 히터 주변을 감아 쌓는 구조로 설치될 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 특징부인 서셉터(70)의 여러 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a는 RF 실드(23)가 히터(24)를 덮도록 세라믹 몸체(20) 내부에 설치되는 경우이다. RF 실드(23)는 세라믹 몸체(20)에 금속박막을 코팅함으로써 얻어진다. 물론, RF 실드(23)는 금속판 또는 그물망을 가지고도 이와 같은 형태로 만들 수 있다. 그물망을 이용할 경우에는 구멍크기가 인치당 5 내지 100메시(mesh)인 것이 적당하다.
RF 실드(23)가 금속박막에 의해서 형성된 것일 경우에는 서셉터(70)의 가열과 냉각과정에서 금속박막과 세라믹 몸체(20)의 열팽창계수의 차이에 의하여 금속박막이 떨어져 나갈 수 있으므로 열팽창계수의 차이에 의한 영향을 최소화시키기 위하여 금속박막을 가능한 얇게 예컨대 0.1nm 내지 0.5mm의 두께로 형성하는 것이 좋다.
도 3b는 RF 실드(23)가 히터(24)와 세라믹 몸체(20) 사이에 형성된 공간(H)에 설치되는 경우이다. 세라믹 몸체(20)는 하부몸체에 홈을 파서 거기에 히터(24)를 설치한 후 상부몸체를 덮어서 만들므로, 히터(24)와 세라믹 몸체(20) 사이에 공간(H)이 형성된다.
세라믹 몸체(20)의 하부몸체와 상부몸체를 결합하기 전에 공간(H)의 상면 및 측면에 금속판 또는 그물망을 부착시키든지, 아니면 금속을 코팅하여 금속박막을형성시키는 과정을 먼저 거친 다음에 하부몸체와 상부몸체를 결합시키면 손쉽게 RF 실드(23)를 형성시킬 수 있다. 물론, RF 실드(23)와 히터(24)가 서로 접촉되지 않도록 주의하여야 한다. 주변의 홈은 상부세라믹과 하부세라믹을 정렬하여 조립할 수 있으며, 외부에서 형성된 플라즈마가 내부 히터 등에 영향을 주지 않도록 하는 역할을 한다.
한편, 도 3c와 같이 공간(H)의 측면에 세라믹 기둥(26)을 설치한 다음에 그 기둥상에 금속판이나 그물망을 걸치게 하여 RF 실드(23)를 형성할 수도 있다.
도 3d는 RF 실드(23)가 히터(24)를 감싸도록 설치되는 경우이다. 이러한 구조의 경우에는 통상적으로 RF 실드(23)는 실린더형(cylinder type)을 하게 된다. 여기서의 RF 실드(23)는 금속판이나 그물망을 이용하여 만들 수 있으며, 경우에 따라서는 세라믹 몸체(20)에 금속박막을 코팅하여 형성시킬 수도 있다. 도 3d(나)는 그물망을 이용한 실린더형을 도시한 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 서셉터 RF 전극(22)과 히터(24) 사이에 그리드 전극으로서 금속재질의 RF 실드(23)를 설치하여 접지시킴으로써 서셉터 RF 전극(22)에 RF를 인가할 경우에 히터(24)가 RF 노이즈에 의하여 영향 받는 것을 최소화시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 서셉터(70)를 고온으로 가열하면서도 서셉터(70)에 RF를 인가시킬 수 있게 되어 고밀도의 박막을 증착시킴과 동시에 스트레스 및스텝 카바리지 등과 같은 박막 스트레스를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 박막 특성을 조절할 수 있다. 그리고, 장비의 전원시스템의 안정화를 이끌 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

  1. 세라믹 몸체;
    상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 서셉터 RF 전극;
    상기 서셉터 RF전극의 하부에 위치하도록 상기 서셉터 RF 전극과 소정간격 이격되어 상기 세라믹 몸체 내에 설치되는 히터; 및
    상기 히터 및 상기 서셉터 RF 전극과는 닿지 않으면서 상기 서셉터 RF 전극과 히터 사이에 위치하도록 상기 세라믹 몸체 내에 설치되고 전기적으로는 접지되는 금속재질의 RF 실드(shield); 을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 몸체가 AlN 또는 Al2O3으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 RF 실드가 고온에 견디는 금속인 SUS, Mo 또는 W인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 RF 실드가 판, 그물망 또는 상기 세라믹 몸체에 코팅되어 형성되는 박막에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 RF 실드가 박막에 의해 형성된 것일 경우에 상기 박막의 두께가 0.1nm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  6. 제4항에 있어서, 상기 RF 실드가 그물망에 의해 형성된 것일 경우에 그 구멍크기가 인치당 5 내지 100 메시(mesh)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 RF 실드가 상기 히터를 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 RF 실드가 실린더형(cylinder type)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
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