KR20080030713A - Apparatus for processing a substrate - Google Patents

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KR20080030713A KR1020060096879A KR20060096879A KR20080030713A KR 20080030713 A KR20080030713 A KR 20080030713A KR 1020060096879 A KR1020060096879 A KR 1020060096879A KR 20060096879 A KR20060096879 A KR 20060096879A KR 20080030713 A KR20080030713 A KR 20080030713A
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손웅희
최길현
김병희
이병학
박희숙
박재화
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삼성전자주식회사
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Abstract

An apparatus for processing a substrate is provided to control the generation of degradation characteristic by supplementing heat inside process chamber using a lamp unit arranged on an upper portion of the chamber. A process chamber(102) provides a space(116) for processing a substrate(10). The process chamber includes a lower structure(103) defining the space and an upper structure(104) covering the lower structure. A chuck(108) is arranged in the process chamber and supports the substrate. A gas providing unit(109) is connected to the process chamber to provide process gas into the process chamber. A lamp unit(114) is arranged on the upper structure and heats the substrate up to a process temperature. A plasma generating unit(106) forms the gas provided into the process chamber in plasma state. A heater is connected to the chuck and heats the substrate. The lamp unit heats the substrate so that the temperature of the substrate is maintained to the same as the temperature of the heater.

Description

기판 가공 장치{Apparatus for processing a substrate}Apparatus for processing a substrate

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view for describing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 기판 100 : 기판 가공 장치10: substrate 100: substrate processing apparatus

101 : 도어 102 : 공정 챔버 101: door 102: process chamber

103 : 하부 구조물 104 : 상부 구조물103: lower structure 104: superstructure

106 : 플라즈마 발생부 108 : 척106: plasma generating unit 108: chuck

109 : 가스 제공부 110 : 샤워 플레이트109: gas providing unit 110: shower plate

111 : 서셉터 112 : 석영 윈도우111: susceptor 112: quartz window

114 : 램프부 116 : 공간114: lamp unit 116: space

118 : 진공 펌프 120 : 제어 밸브118: vacuum pump 120: control valve

122 : RF 고주파 전원 124 : 링 타입 전극122: RF high frequency power supply 124: ring type electrode

126 : 연결 구조물 128 : 중심선126: connecting structure 128: centerline

130 : 램프 130: lamp

본 발명은 기판 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 공정 플라즈마를 이용하여 고온에서 반도체 기판을 가공하는 공정을 수행하는 기판 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus. More particularly, the present invention relates to a substrate processing apparatus for performing a process of processing a semiconductor substrate at a high temperature using a process plasma.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.In general, a semiconductor device includes a Fab process for forming an electrical circuit on a silicon wafer used as a semiconductor substrate, an electrical die sorting (EDS) process for inspecting electrical characteristics of the semiconductor devices formed in the fab process, Each of the semiconductor devices is manufactured through a package assembly process for encapsulating and individualizing the epoxy resins.

상기 팹 공정은 다양한 단위 공정들을 포함하며, 상기 단위 공정들은 반도체 기판 상에 전기적 소자를 형성하기 위해 반복적으로 수행된다. 상기 단위 공정들은 증착 공정, 화학적 기계적 연마 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 세정 공정 등을 포함한다.The fab process includes various unit processes, and the unit processes are repeatedly performed to form an electrical device on a semiconductor substrate. The unit processes include a deposition process, a chemical mechanical polishing process, an etching process, an ion implantation process, a cleaning process, and the like.

상기 증착 공정은 반도체 기판 상에 다양한 막들을 형성하기 위해 수행되며, 상기 식각 공정은 상기 다양한 막들을 전기적 특성을 갖는 패턴들로 형성하기 위해 수행된다.The deposition process is performed to form various films on a semiconductor substrate, and the etching process is performed to form the various films into patterns having electrical properties.

상기 증착 공정에는 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정, 물리 기상 증착 공정 등이 있으며, 상기 다양한 증착 공정들 중에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정 및 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정은 플라즈마 상태로 여기된 공정 가스를 이용하여 반도체 기판 상에 막을 형성한다.The deposition process includes a chemical vapor deposition process, a plasma enhanced chemical vapor deposition process, a high density plasma chemical vapor deposition process, a physical vapor deposition process, and the like, among the various deposition processes, a plasma enhanced chemical vapor deposition process and a high density plasma chemical vapor deposition process. Forms a film on a semiconductor substrate using a process gas excited in a plasma state.

상기 식각 공정에는 습식 식각 공정과 건식 식각 공정으로 나눌 수 있으며, 습식 식각 공정은 반도체 기판 상에 형성된 막을 식각액을 이용하여 제거하는 등방성 식각 공정이며, 건식 식각 공정은 반도체 기판 상에 형성된 막을 플라즈마 상태로 여기된 공정 가스를 이용하여 제거하는 이방성 식각 공정이다.The etching process may be divided into a wet etching process and a dry etching process. The wet etching process is an isotropic etching process for removing a film formed on a semiconductor substrate by using an etching solution. It is an anisotropic etching process which removes using the excited process gas.

상기와 같이 플라즈마 상태의 공정 가스를 이용하여 반도체 기판을 가공하기 위한 장치는 공정 챔버, 척, 가스 제공부 및 플라즈마 발생부와 같은 다양한 구성 요소들을 갖는다. 공정 챔버는 기판에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하며, 척은 반도체 기판이 안착되며 상기 공정 플라즈마를 반도체 기판의 표면으로 유도시켜 상기 공정 플라즈마의 거동을 조절하며, 가스 제공부는 상기 공정 챔버 내부로 공정 가스를 제공한다. 그리고, 플라즈마 발생부는 상기 공정 챔버와 연결되어 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성시킨다. 상기 플라즈마 발생부에는 소스 전원이 인가되며, 상기 척에는 바이어스 전원이 인가된다. 소스 전원으로는 주로 13.56MHz의 교류 전원이 사용되며, 바이어스 전원으로는 직류전원 또는 2MHz의 교류 전원이 사용될 수 있다. 이와 대조적으로, 척에 소스 전원이 인가되며, 플라즈마 발생부가 접지될 수도 있다. As described above, an apparatus for processing a semiconductor substrate using a process gas in a plasma state has various components such as a process chamber, a chuck, a gas providing unit, and a plasma generating unit. The process chamber provides a space for performing a processing process on the substrate, the chuck controls the behavior of the process plasma by seating the semiconductor substrate and inducing the process plasma to the surface of the semiconductor substrate, gas supply unit the process chamber Provide the process gas inside. The plasma generator is connected to the process chamber to form the process gas in a plasma state. Source power is applied to the plasma generator, and bias power is applied to the chuck. An AC power source of 13.56 MHz is mainly used as a source power source, and a DC power source or a 2 MHz AC power source may be used as a bias power source. In contrast, the source power is applied to the chuck, and the plasma generator may be grounded.

이때, 상기 공정 챔버는 상부 측벽에 샤워 플레이트가 연결되어 있으며, 상기 공정 가스를 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 균일하게 공급한다. 상기 공정 챔버의 상부에는 상기 샤워 플레이트를 덮는 덮개(lid)가 구비되어 있으며, 상기 덮개의 중앙 부위에 상기 공정 가스를 가스 소스로부터 상기 공간으로 공급하기 위한 관통홀이 형성되어 있다. 따라서, 상기 관통홀을 통해 공급되는 공정 가스는 샤워 플레이트를 거쳐 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 균일하게 공급한다. In this case, a shower plate is connected to an upper sidewall of the process chamber, and the process gas is uniformly supplied to an internal space of the process chamber. A lid for covering the shower plate is provided at an upper portion of the process chamber, and a through hole for supplying the process gas from a gas source to the space is formed at a central portion of the cover. Therefore, the process gas supplied through the through hole is uniformly supplied to the interior space of the process chamber via the shower plate.

상기 척은 공정 챔버의 바닥 상에 지지되며, 기판을 상기 척의 상부면 상에 안착시키면서 진공 또는 정전기력에 의해 척의 상부면에 고정된다. 상기 척에는 공정 수행동안 상기 기판을 가열하기 위한 히터가 연결되어 있다. The chuck is supported on the bottom of the process chamber and is secured to the top surface of the chuck by vacuum or electrostatic force while seating the substrate on the top surface of the chuck. The chuck is connected to a heater for heating the substrate during process operation.

상기 기판 가공 장치를 이용하여 기판에 대한 가공 공정의 수행시 공정 챔버의 내부는 진공 펌프에 의해 기 설정된 압력으로 유지된다. 상기 진공 펌프는 하부 공간을 한정하는 공정 챔버의 일측에 연결된다. 이때, 상기 기판 가공 공정은 산화처리 또는 질화처리 등의 가공 공정을 포함한다. The inside of the process chamber is maintained at a predetermined pressure by a vacuum pump when performing the machining process on the substrate using the substrate processing apparatus. The vacuum pump is connected to one side of the process chamber that defines the lower space. At this time, the substrate processing step includes a processing step such as oxidation treatment or nitriding treatment.

상기 기판 가공 공정 동안 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 공급된 공정 가스는 플라즈마 발생부에 의해 공정 플라즈마로 형성되며, 반도체 기판은 공정 플라즈마에 의해 가공된다. 한편, 상기 가공 공정이 수행되는 동안에 기판은 고온으로 가열시키는데, 이는 상기 기판의 온도가 고온 상태에서 형성된 막이 균일도나 치밀화 측면에서 우수하기 때문이다. The process gas supplied to the internal space of the process chamber during the substrate processing process is formed into a process plasma by a plasma generator, and the semiconductor substrate is processed by the process plasma. On the other hand, the substrate is heated to a high temperature while the processing process is performed, because the film formed in the high temperature state of the substrate is excellent in terms of uniformity and densification.

한편, 종래의 기판 가공 장치에서는 상기 기판을 가열하기 위해서 상기 기판을 지지하는 척과 연결된 히터를 이용하였으나, 상기 히터에서 가한 열은 상기 공정 챔버 내부로 일부가 소실되어 상기 기판의 온도를 기 설정된 온도보다 낮게 예를 들면, 100 내지 200℃ 정도 낮게 형성시키고 있다. 이와 같이 기 설정된 가공 온도보다 낮은 온도에서 플라즈마를 이용하는 기판 가공 공정을 수행할 경우 형성되는 막질이 불균일해지거나 덜 치밀화되는 등의 열화되는 문제점이 발생되고 있 다. Meanwhile, in the conventional substrate processing apparatus, a heater connected to a chuck supporting the substrate is used to heat the substrate, but heat applied by the heater is partially lost to the inside of the process chamber, so that the temperature of the substrate is higher than the preset temperature. For example, it is formed as low as about 100-200 degreeC. As described above, when the substrate processing process using the plasma is performed at a temperature lower than the predetermined processing temperature, deterioration such as unevenness or less densification of the film formed is occurring.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공정 챔버 내부로부터 열 손실을 억제하면서 가공 공정시 기판의 온도를 높일 수 있는 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a substrate processing apparatus that can increase the temperature of the substrate during the processing process while suppressing heat loss from within the process chamber.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판을 가공하기 위한 공간을 제공하며, 상기 공간을 한정하는 하부 구조물 및 광 투과성 물질로 이루어지며 상기 하부 구조물을 덮는 돔 형태의 상부 구조물을 포함하는 공정 챔버를 포함한다. 상기 공정 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하기 위한 척을 포함한다. 상기 공정 챔버와 연결되어 상기 공정 챔버 내부로 공정 가스를 제공하기 위한 가스 제공부를 포함한다. 상기 상부 구조물 상에 배치되어 상기 기판을 공정 온도로 가열하기 위한 램프부를 포함한다.The present invention for achieving the above object, provides a process chamber for processing a substrate, comprising a lower structure defining the space and a light transmitting material and the upper structure of the dome-shaped structure covering the lower structure; Include. A chuck disposed within the process chamber for supporting the substrate. And a gas providing unit connected to the process chamber to provide a process gas into the process chamber. A lamp unit disposed on the upper structure to heat the substrate to a process temperature.

바람직하게는, 상기 공정 챔버 내부로 제공된 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함할 수 있다. Preferably, the method may further include a plasma generator for forming a gas provided into the process chamber in a plasma state.

또한, 상기 척과 연결되며 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a heater connected to the chuck and configured to heat the substrate.

이때, 상기 램프부는 상기 기판의 온도가 상기 히터의 온도와 동일하게 유지되도록 상기 기판을 가열한다. 일 예로서, 상기 램프부는 서로 다른 직경을 각각 가지며 동심원 상으로 배치된 다수의 램프들을 포함할 수 있다.In this case, the lamp unit heats the substrate so that the temperature of the substrate is kept the same as the temperature of the heater. As an example, the lamp unit may include a plurality of lamps each having a different diameter and arranged concentrically.

일 예로서, 상기 공정 챔버의 상부 구조물은 석영으로 이루어지며, 상기 가스 제공부는 공간의 상부에 배치되어 상기 기판 상으로 상기 공정 가스를 균일하게 제공하기 위한 샤워 플레이트를 포함할 수 있다. As an example, the upper structure of the process chamber may be made of quartz, and the gas providing unit may include a shower plate disposed at an upper portion of the space to uniformly supply the process gas onto the substrate.

일 예로서, 상기 상부 구조물과 상기 램프부 사이에는 상기 램프부로부터 제공되는 광을 투과시키기 위한 석영 윈도우가 구비될 수 있다. For example, a quartz window may be provided between the upper structure and the lamp unit to transmit light provided from the lamp unit.

본 발명에 따르면, 가공 공정을 수행하기 위해 기판을 기 설정된 온도로 가열시킬 때 상기 기판으로부터 공정 챔버의 내부 또는 외부로 손실되는 열을 상기 챔버의 상부에 배치한 램프부를 이용하여 보충시킬 수 있어 상기 기판의 온도를 가공 공정이 진행되는 동안 고온으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 상기 기판 상에 상기 가공 공정에 의해 산화물 또는 질화물의 막질이 형성될 경우 상기 막질이 불균일하게 되거나 덜 치밀화되는 열화 특성의 발생을 억제할 수 있다.According to the present invention, the heat lost from the substrate to the inside or outside of the process chamber when the substrate is heated to a predetermined temperature in order to perform the machining process can be supplemented by using a lamp unit disposed above the chamber. The temperature of the substrate can be maintained at a high temperature during the processing process. Therefore, when the film quality of the oxide or nitride is formed on the substrate by the processing process, it is possible to suppress the occurrence of deterioration characteristics in which the film quality becomes uneven or less compact.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마를 이용하는 기판 가공 장치에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면들에 있어서, 구성 요소들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각각의 구성 요소들이 다른 요소들의 "상에", "상부"에 또는 "하부"에 위치하는 것으로 언급되는 경우에는 각 구성 요소들이 직접 다른 요 소들 위에 위치하거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 또 다른 구성 요소들이 상기 구성 요소들 사이에 추가적으로 형성될 수 있다.Hereinafter, a substrate processing apparatus using a plasma according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the accompanying drawings, the dimensions of the components are shown in larger scale than actual for clarity of the invention. In the present invention, when each component is referred to as being located "on", "top" or "bottom" of the other elements, it is recommended that each component is directly above or below the other elements. Alternatively, other components may be additionally formed between the components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용하는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view for describing a substrate processing apparatus using a plasma according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 도시된 상기 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용하는 기판 가공 장치(100)는 플라즈마 상태로 형성된 공정 가스를 이용하여 반도체 기판(10) 상에 소정의 가공 공정을 수행한다. 이때, 상기 소정의 가공 공정은 기판(10) 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정일 수 있고, 기판(10) 상에 형성된 막의 소정 부분을 식각하여 특정 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정이거나 상기 막을 전체적으로 식각하는 에치백 공정일 수 있다. 예를 들면, 상기 가공 공정은 기판(10) 상에 플라즈마 산화처리 또는 질화처리하여 산화막 또는 질화막을 형성하는 공정일 수 있다. Referring to FIG. 1, the substrate processing apparatus 100 using the plasma according to the above-described embodiment performs a predetermined processing process on the semiconductor substrate 10 using a process gas formed in a plasma state. In this case, the predetermined machining process may be a deposition process for forming a film on the substrate 10, and may be a pattern forming process for forming a specific pattern by etching a predetermined portion of the film formed on the substrate 10 or etching the film as a whole. May be an etch back process. For example, the processing process may be a process of forming an oxide film or a nitride film by plasma oxidation or nitriding on the substrate 10.

상기 일 실시예에 따른 기판 가공 장치(100)는 일측에 기판(10)의 유출입을 위한 도어(101)가 설치된 공정 챔버(102), 공정 챔버(102) 내에서 기판(10)을 지지하기 위한 척(108), 공정 챔버(102) 내부로 가공 공정을 위한 공정 가스를 제공하는 가스 제공부(109), 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 공정 챔버(102)의 상부 측벽에 배치된 플라즈마 발생부(106), 공정 챔버(102)의 상부 중앙 부위에 배치된 샤워 플레이트(110), 석영 윈도우(112) 및 기판(10)을 공정 온도로 가열하기 위하여 석영 윈도우(112) 상에 배치된 램프부(114)를 포함한다. The substrate processing apparatus 100 according to the exemplary embodiment may include a process chamber 102 in which a door 101 is installed at one side of the substrate 10, and for supporting the substrate 10 in the process chamber 102. A chuck 108, a gas providing unit 109 providing a process gas for a processing process into the process chamber 102, and plasma generation disposed on the upper sidewall of the process chamber 102 to excite the process gas into a plasma state A lamp disposed on the quartz window 112 to heat the part 106, the shower plate 110 disposed in the upper central portion of the process chamber 102, the quartz window 112, and the substrate 10 to a process temperature. Part 114 is included.

공정 챔버(102)는 상기와 같은 반도체 기판(10)의 가공 공정을 수행하기 위한 공간(116)을 제공하며, 상부에 개구가 형성되어 있다. 구체적으로, 공정 챔 버(102)의 상부에는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 공간(116)을 한정하는 하부 구조물(103) 및 상기 하부 구조물(103)을 덮는 돔(dome) 형태의 상부 구조물(104)을 포함한다. 상부 구조물(104)은 공정 챔버(102)의 개구를 통해 공정이 수행되는 공간(116)과 연통된다. 이때, 상기 상부 구조물(104)은 광 투과성 물질로 이루어지며, 예를 들면 석영으로 이루어진다. The process chamber 102 provides a space 116 for performing the above-described process of processing the semiconductor substrate 10, and has an opening formed thereon. In detail, the upper portion of the process chamber 102 has a lower structure 103 defining a space 116 for forming a process gas in a plasma state, and a dome-shaped upper structure covering the lower structure 103. 104. The upper structure 104 communicates with the space 116 through which the process is performed through an opening in the process chamber 102. In this case, the upper structure 104 is made of a light transmitting material, for example, made of quartz.

공정 챔버(102)의 일측에는 상기 공간(116)에 진공을 제공하며, 상기 공정을 수행하는 동안 발생하는 반응 부산물 및 상기 가공 공정에 사용된 공정 플라즈마를 배출하기 위한 진공 펌프(118)와 압력 제어 밸브(120)가 연결되어 있다. 상기와 같은 진공 시스템은 다양하게 공지되어 있으며, 도시된 바와 다른 다양한 구성이 상기 일 실시예에 적용될 수 있다.One side of the process chamber 102 provides a vacuum in the space 116, and a vacuum pump 118 and pressure control for discharging the reaction by-products generated during the process and the process plasma used in the processing process The valve 120 is connected. Such a vacuum system is variously known, and various configurations other than those shown may be applied to the above embodiment.

척(108) 공정 챔버(102)의 내부에서 기판(10)을 지지한다. 상기 척(108)은 기판(10)이 안착되는 플레이트, 플레이트의 단부에 설치되어 기판(10)을 이송하기 위한 리프트 핑거(미도시) 및 기판 주변부에 인접하게 배치되어 기판 주변부에 박막이 증착되는 것을 방지하는 에지 링(edge ring, 미도시)을 포함한다. 이때, 상기 척(108)은 정전기력을 이용하여 기판(10)을 흡착하기 위한 정전척인 것이 바람직하다. 상기 척의 하부에는 플라즈마 상태의 공정 가스를 기판(10)으로 유도하기 위한 바이어스 전원이 인가되는 전극이 배치될 수 있다.The chuck 108 supports the substrate 10 inside the process chamber 102. The chuck 108 is disposed on a plate on which the substrate 10 is seated, a lift finger (not shown) for transferring the substrate 10, and disposed adjacent to the substrate periphery to deposit a thin film on the substrate periphery. Edge rings (not shown) to prevent them. In this case, the chuck 108 is preferably an electrostatic chuck for adsorbing the substrate 10 using electrostatic force. An electrode to which a bias power for applying a process gas in a plasma state to the substrate 10 may be disposed below the chuck.

일 예로서, 상기 척(108)에는 기판(10)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 연결되도록 배치될 수 있다. As an example, a heater (not shown) for heating the substrate 10 may be connected to the chuck 108.

가스 제공부(109)는 상부 구조물(104)의 상부에 배치되어 공정 챔버(102) 내 부로 상기 공정 가스를 제공한다. 가스 제공부(109)는 공정 챔버(102)의 공간(116)의 상부에 배치되어 기판(10) 상으로 상기 공정 가스를 균일하게 제공하기 위한 원형의 샤워 플레이트(110)를 포함한다. 샤워 플레이트(110)도 광 투과성 물질로 이루어진다. 샤워 플레이트(110)의 상부에는 상기 샤워 플레이트(110)와 상부의 램프부(114) 사이를 연결하는 연결 구조물(126)이 배치되어 있으며, 상기 연결 구조물(126)의 일측에는 상기 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(미도시)가 연결되어 있는 가스 공급홀(미도시)이 형성되어 있다. The gas providing unit 109 is disposed above the upper structure 104 to provide the process gas into the process chamber 102. The gas providing unit 109 includes a circular shower plate 110 disposed above the space 116 of the process chamber 102 to uniformly supply the process gas onto the substrate 10. The shower plate 110 is also made of a light transmissive material. A connection structure 126 is disposed on the shower plate 110 to connect between the shower plate 110 and the lamp unit 114 at the upper portion. The process gas is supplied to one side of the connection structure 126. A gas supply hole (not shown) to which a gas supply unit (not shown) is connected is formed.

이때, 상기 가스 공급부는 공정 가스 저장 용기 또는 공정 가스를 발생시키기 위한 가스 발생기와, 상기 공정 가스를 운송하기 위한 배관들 및 공정 가스의 유량 및 공급 시간을 조절하기 위한 다수의 밸브 시스템 등을 포함할 수 있다. 상기 가스 공급홀을 통해 상기 연결 구조물(126)의 내부로 공급된 공정 가스는 상기 원형의 샤워 플레이트(110)와 상부 구조물(104)이 연결되는 가장자리 부위에 형성되는 다수개의 관통홀(미도시)들을 통해 공정 챔버(102) 내부로 제공될 수 있다. 상기 다수의 홀들을 통해 상기 공정 챔버(102)의 기판을 가공하기 위한 공간(116)으로 유입된 상기 공정 가스는 플라즈마 상태로 형성되어 반도체 기판(10) 상에 산화막 또는 질화막 증착 공정 등을 수행한다.In this case, the gas supply unit may include a process gas storage container or a gas generator for generating the process gas, pipes for transporting the process gas, and a plurality of valve systems for adjusting the flow rate and supply time of the process gas. Can be. Process gas supplied into the connection structure 126 through the gas supply hole is formed in a plurality of through holes (not shown) formed at the edge portion where the circular shower plate 110 and the upper structure 104 are connected. May be provided into the process chamber 102. The process gas introduced into the space 116 for processing the substrate of the process chamber 102 through the plurality of holes is formed in a plasma state to perform an oxide film or a nitride film deposition process on the semiconductor substrate 10. .

플라즈마 발생부(106)는 상부 구조물(104)의 상부 측벽에 배치되며, 링 타입의 전극(124) 및 상기 전극 상부 또는 하부에 배치되는 영구자석 링을 포함하여 MMT(Modified Magnetron Type) 플라즈마를 생성한다. 상기 MMT 플라즈마를 사용하면 저압에서 고밀도의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. The plasma generating unit 106 is disposed on the upper sidewall of the upper structure 104, and generates a modified magnetron type (MMT) plasma including a ring-type electrode 124 and a permanent magnet ring disposed above or below the electrode. do. The MMT plasma can be used to generate a high density and uniform plasma at low pressure.

구체적으로 설명하면, 돔 형태의 상부 구조물(104)의 외측 부위를 둘러싸도록 마그넷(magnet)을 배치하고, 상기 링 타입의 전극(124)에 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 고주파 전원(122)을 인가하여 상기 마그넷과 주변의 접지와의 사이에서 플라즈마가 발생된다. 상기 플라즈마는 자계(magnet field)에 의해 구속되어 고밀도의 플라즈마가 형성된다. Specifically, an RF high-frequency power source for disposing a magnet to surround the outer portion of the dome-shaped upper structure 104 and forming the process gas in the plasma state on the ring-type electrode 124 ( 122) to generate a plasma between the magnet and the surrounding ground. The plasma is constrained by a magnetic field to form a high density plasma.

상기와 같은 MMT 플라즈마 방식은 저 에너지의 플라즈마를 반도체 기판 주변으로 확산시키는 것이 가능하며, 또한 상기 히터 내에 내장되어 있는 금속판이 RF(Radio Frequency)를 경유하여 접지가 되어 있어, 상기 RF 회로를 조절하여 기판을 상하로 구동하는 서셉터(susceptor, 111)로 향하는 플라즈마를 조정할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 MMT 플라즈마 방식에 의하면, 플라즈마 데미지를 최소화하고, 스텝 커버리지를 좋게 하며, 기판(10) 상에 박막의 산화 또는 질화를 용이하게 획득할 수 있다.In the MMT plasma method as described above, the plasma of low energy can be diffused around the semiconductor substrate, and the metal plate embedded in the heater is grounded via RF (Radio Frequency), thereby adjusting the RF circuit. The plasma directed to the susceptor 111 driving the substrate up and down can be adjusted. Therefore, according to the MMT plasma method as described above, it is possible to minimize the plasma damage, improve the step coverage, and easily obtain the oxidation or nitriding of the thin film on the substrate 10.

석영 윈도우(112)는 돔 형상의 상부 구조물(104)의 중앙 부위의 샤워 플레이트(110)와 램프부(114)의 사이에 배치되어 있다. 이때, 석영 윈도우(112)는 램프부(114)로부터 발생되는 광을 상기 공정 챔버(102)의 내부로 투과시키기 위하여 광 투과성 재질인 석영(quartz)으로 형성되어 있다. 또한, 석영 윈도우(112)는 상부의 램프부(114)가 평탄하게 배치될 수 있도록 평탄한 플레이트 형상을 가지고 있다. 석영 윈도우(112) 뿐만 아니라 램프부(114)의 하부에 배치되는 샤워 플레이트(110) 및 상부 구조물(104)도 광 투과성 재질로 이루어져 있어 상기 광을 공정 챔버(102)의 내부로 완전하게 투과시킬 수 있다. 이에 따라, 석영 윈도우(112)의 상부에 배 치되어 있는 램프부(114)가 공정 챔버(102)의 기판(10)을 가공하는 공간(116) 및 기판(10)을 가열시킴으로써 상기 기판(10)의 온도가 상기 히터의 온도와 동일하도록 유지시킬 뿐 아니라, 공정 챔버(102) 내부에서 손실되는 열을 보충해 줄 수 있다.The quartz window 112 is disposed between the shower plate 110 and the lamp unit 114 at the central portion of the dome-shaped upper structure 104. In this case, the quartz window 112 is formed of quartz, which is a light transmissive material, in order to transmit the light generated from the lamp unit 114 into the process chamber 102. In addition, the quartz window 112 has a flat plate shape so that the upper lamp portion 114 can be arranged flat. In addition to the quartz window 112, the shower plate 110 and the upper structure 104 disposed under the lamp unit 114 are made of a light transmitting material to completely transmit the light into the process chamber 102. Can be. Accordingly, the lamp unit 114 disposed above the quartz window 112 heats the substrate 10 and the space 116 in which the substrate 10 of the process chamber 102 is processed, thereby heating the substrate 10. In addition to maintaining the temperature of the same as the temperature of the heater, it can compensate for the heat lost in the process chamber (102).

램프부(114)는 공정 챔버(102)의 최상단에 배치되어 공정 챔버(102)의 중심선(128)을 기준으로 서로 다른 직경을 각각 가지며, 동심원 상으로 배치된 다수의 램프들(130)을 포함한다. 다수의 램프들(130)에는 전원 라인들(미도시)이 각각 연결되어 있으며, 상기 전원 라인들은 다수의 램프들(130)에 전원을 공급하는 전원 공급기(미도시)가 연결되어 있다. The lamp unit 114 is disposed at the top of the process chamber 102, each having a different diameter with respect to the centerline 128 of the process chamber 102, and includes a plurality of lamps 130 arranged concentrically. do. Power lines (not shown) are respectively connected to the plurality of lamps 130, and the power lines are connected to a power supply (not shown) for supplying power to the plurality of lamps 130.

이때, 램프부(114)의 다수의 램프들(130) 중 가장 외곽에 위치한 램프의 직경이 기판(110)의 직경보다 크도록 배치시킨다. 이는 상기 다수의 램프(130)들로부터 발생되는 열의 복사 영역이 램프부(114)에 대향하는 기판(10)이 안착된 척(108)의 상부면을 완전히 커버하도록 함으로써 기판(10)에 열을 고르게 제공할 수 있기 때문이다. 상기와 같은 이유에 따라 다수의 램프들(130)의 램프 개수는 기판 가공 장치(100)의 척(108)의 크기 등과 같은 설계 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다. At this time, the diameter of the lamp located at the outermost of the plurality of lamps 130 of the lamp unit 114 is disposed to be larger than the diameter of the substrate 110. This allows heat radiation from the plurality of lamps 130 to completely cover the top surface of the chuck 108 on which the substrate 10 opposite the lamp portion 114 rests. This can be provided evenly. For the above reason, the number of lamps of the plurality of lamps 130 may be variously changed according to design conditions such as the size of the chuck 108 of the substrate processing apparatus 100.

상기와 같이 다수의 램프들(130)이 배치된 램프부(114)를 구비함으로써, 공정 챔버(102)의 내부에서 기판(10)상에 박막을 산화처리 또는 질화처리 등의 가공 공정 수행시 기판(10)의 온도를 상기 히터의 온도와 동일하게 고온으로 유지되도록 상기 기판(10)을 가열시킬 수 있어 형성되는 막질의 치밀화도 및 균일성을 향상시 킬 수 있다.By providing a lamp unit 114 in which a plurality of lamps 130 are disposed as described above, the substrate during the processing process such as oxidizing or nitriding the thin film on the substrate 10 in the process chamber 102 The substrate 10 may be heated to maintain the temperature of 10 at the same temperature as the temperature of the heater, thereby improving the density and uniformity of the formed film.

상기와 같은 기판 가공 장치(100)를 사용하는 반도체 기판(10)의 가공 공정의 예를 간단하게 살펴보면 다음과 같다.An example of the processing of the semiconductor substrate 10 using the substrate processing apparatus 100 as described above will be briefly described as follows.

기판(10) 상에 형성된 박막을 산화처리 또는 질화처리하는 공정을 살펴보면, 상기 기판 가공 장치(100)의 상부 구조물(104) 내부로 수소 가스 및 산소 가스, 암모니아 가스(NH3) 및 산소 가스 또는 수소 가스 및 이산화질소 가스(NO)를 제공하고, 상기 히터 및 램프부(114)를 이용하여 기판(10)을 고온으로 가열하면서, RF 고주파 전원(122)을 링 타입의 전극(124)에 인가하여 상기 실란 가스 및 산소 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에는 산화막이 형성된다. 이때, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 증착하고자 하는 산화막의 두께 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.Referring to a process of oxidizing or nitriding a thin film formed on the substrate 10, hydrogen gas and oxygen gas, ammonia gas (NH 3 ) and oxygen gas or the like are formed inside the upper structure 104 of the substrate processing apparatus 100. By supplying hydrogen gas and nitrogen dioxide gas (NO), and heating the substrate 10 to a high temperature using the heater and lamp unit 114, an RF high frequency power source 122 is applied to the ring type electrode 124 When the process conditions for forming the silane gas and the oxygen gas in the plasma state are formed, an oxide film is formed on the semiconductor substrate 10. At this time, the process conditions such as pressure, temperature and time among the process conditions may be variously changed according to the thickness of the oxide film to be deposited.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 가공 공정을 수행하기 위해 기판을 기 설정된 온도로 가열시킬 때 상기 기판으로부터 공정 챔버의 내부 또는 외부로 손실되는 열을 상기 챔버의 상부에 배치한 램프부를 이용하여 보충시킬 수 있어 상기 기판의 온도를 가공 공정이 진행되는 동안 고온으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 상기 기판 상에 상기 가공 공정에 의해 산화물 또는 질화물의 막질이 형성될 경우 상기 막질이 불균일하게 되거나 덜 치밀화되는 열화 특성이 발생되는 것을 억제할 수 있다.According to the present invention as described above, when the substrate is heated to a predetermined temperature in order to perform the processing process, the heat lost from the substrate to the inside or outside of the process chamber is supplemented by using a lamp unit disposed on the upper portion of the chamber. The temperature of the substrate can be maintained at a high temperature during the processing process. Therefore, when the film quality of the oxide or nitride is formed on the substrate by the processing process, it is possible to suppress the occurrence of deterioration characteristics in which the film quality becomes uneven or less compact.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (7)

기판을 가공하기 위한 공간을 제공하며, 상기 공간을 한정하는 하부 구조물 및 광 투과성 물질로 이루어지며 상기 하부 구조물을 덮는 돔 형태의 상부 구조물을 포함하는 공정 챔버;A process chamber providing a space for processing a substrate, the process chamber comprising a lower structure defining the space and a light-transmitting material, the upper structure having a dome shape covering the lower structure; 상기 공정 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하기 위한 척;A chuck disposed in the process chamber to support the substrate; 상기 공정 챔버와 연결되어 상기 공정 챔버 내부로 공정 가스를 제공하기 위한 가스 제공부; 및A gas providing unit connected to the process chamber to provide a process gas into the process chamber; And 상기 상부 구조물 상에 배치되어 상기 기판을 공정 온도로 가열하기 위한 램프부를 포함하는 기판 가공 장치. And a lamp unit disposed on the upper structure to heat the substrate to a process temperature. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버 내부로 제공된 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The substrate processing apparatus of claim 1, further comprising a plasma generator for forming a gas provided into the process chamber in a plasma state. 제1항에 있어서, 상기 척과 연결되며 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The substrate processing apparatus of claim 1, further comprising a heater connected to the chuck and configured to heat the substrate. 제3항에 있어서, 상기 램프부는 상기 기판의 온도가 상기 히터의 온도와 동일하게 유지되도록 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치. The substrate processing apparatus of claim 3, wherein the lamp unit heats the substrate such that the temperature of the substrate is maintained at the same temperature as the heater. 제1항에 있어서, 상기 램프부는 서로 다른 직경을 각각 가지며, 동심원 상으로 배치된 다수의 램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.The substrate processing apparatus of claim 1, wherein the lamp units include a plurality of lamps each having a different diameter and arranged concentrically. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버의 상부 구조물은 석영으로 이루어지며, 상기 가스 제공부는 공간의 상부에 배치되어 상기 기판 상으로 상기 공정 가스를 균일하게 제공하기 위한 샤워 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치. The method of claim 1, wherein the upper structure of the process chamber is made of quartz, the gas providing unit is disposed in the upper portion of the space comprises a shower plate for uniformly providing the process gas on the substrate Substrate processing equipment. 제6항에 있어서, 상기 상부 구조물과 상기 램프부 사이에는 상기 램프부로부터 제공되는 광을 투과시키기 위한 석영 윈도우가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치. The substrate processing apparatus of claim 6, wherein a quartz window is provided between the upper structure and the lamp unit to transmit light provided from the lamp unit.
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