KR100327277B1 - 플라즈마공정용방법및시스템 - Google Patents

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KR100327277B1
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마사히로 히사다
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히가시 데츠로
도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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Abstract

챔버 내에 놓인 반도체 기판을 처리하는 방법으로, 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체가 챔버 내부에 공급된다. 그 후, 챔버 내의 혼합기체로 플라즈마가 발생되어 반도체 기판이 처리되기 전에 챔버의 내부가 소정의 온도까지 가열된다.

Description

플라즈마 공정용 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PLASMA-PROCESSING}
본 발명은 플라즈마를 이용하여 반도체 기판 공정용 방법 및 시tm템에 관한 것으로 특히, 정상 공정이 실행되기 전에 챔버를 예열하는 특징을 갖는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
플라즈마 공정 장치에서, 챔버 내에 위치된 반도체 기판이 공정 기체를 사용하여 발생되는 플라즈마로 공정 처리된다. 이러한 플라즈마 공정 장치의 공정 특성은 챔버의 내부 표면의 온도 변화에 응답하여 변화된다. 특히, 플루오르화 탄소계 공정 기체가 에칭용 공정 기체로서 이용되는 경우, 챔버내의 온도의 변화에 응답하여 공정 특성이 현저하게 변화된다. 플루오르화 탄소계 기체는 C2F6, C3F8, C4F8등일 수도 있다.
반도체 기판 상에 형성된 실리콘 산화물층을 에칭하기 위해, 탄소 비율이 큰C4F8과 같은 에칭 기체가 사용되어 실리콘 산화물층과 그 하부층 사이의 선택도가 향상된다. 이런 플루오르화 탄소계 기체가 플라즈마내에서 해리되어 이온과 래디칼과 같은 플라즈마 활성 입자가 생성된다. 실리콘 산화물층이 플라즈마 활성 입자에 의해 에칭된다. 에칭 공정에서, 에칭에 이용되지 않는 플라즈마 활성입자는 배출되거나 또는 탄소 비율이 높고 진공압력이 낮기 때문에 챔버의 측벽에 부착되어 중합체가 생성된다. 활성입자는 측벽의 온도에 의존하여 변하는 속도로 챔버의 내측벽에 부착된다. 챔버의 내측벽이 고온인 경우, 벽에 부착된중합체가 기화되어 플라즈마로 되돌아간다. 따라서, 플라즈마 활성입자의 밀도가 내측벽의 온도 변화에 응답하여 변화되고, 그러므로, 실리콘 산화물층의 선택비 및 에칭 속도가 현저하게 변화된다.
따라서, 반응 생성물이 낮은 압력을 갖는 공정 기체를 이용하여 기판을 정확하게 처리하기 위해 챔버 내부를 고온으로 유지할 필요가 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물이 에칭되는 경우 약 200 도 (℃) 로 챔버 내부를 유지하는 것이 필요하다. 챔버가 충분히 가열되지 않으면, 더 많은 중합체가 챔버의 내부 표면에 부착되고, 실리콘 산화물층의 선택비가 감소된다.
미리 챔버를 가열하기 위해, 예를 들어, 기판을 정확하고 안정하게 플라즈마 처리하는 공정을 개시하기 전에 챔버내에 플라즈마가 발생된다. 이하, 이러한 공정을 "예열 공정" 이라 한다. 이러한 예열 공정에서는, 반도체 기판 공정의총 처리량을 향상시키기 위해 단시간 동안 챔버를 소정의 온도까지 가열하는 것이 중요하다.
종래의 플라즈마 공정 장치가 일본 특개평 7-273086 호에 개시되어 있으며, 챔버의 내부 표면을 커버하는 내부 벨자(belljar)를 채용하고 있다. 이 장치에서, 내부 벨자는 챔버 자체를 가열하는 대신 소정의 온도까지 플라즈마로 가열된다. 이 장치에 따르면, 비열이 낮은 알루미늄의 내부 벨자가 채용되면, 챔버의 내부는 챔버 자체를 가열하는 것에 비해 신속하게 가열된다. 상술된 종래 장치에서는, 산소 기체가 통상적으로 예열 공정을 수행하는데 사용된다.
본 발명의 목적은 내부 벨자와 같은 부가 구성요소를 이용하지 않고 단시간 동안 챔버의 내부가 소정 온도로 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단시간 동안 소정의 온도로 내부 챔버가 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정 시스템을 표시한 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정 시스템을 표시한 단면도.
도 3 은 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정의 단계를 도시한 순서도.
도 4 는 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 챔버 내부의 온도의 변화와 시간과의 관계를 도시한 그래프.
도 5 는 제 2 의 바람직한 실시예에 따라 소정의 온도 (200 ℃) 로 챔버의 내부를 가열시키는 동안의 시간의 변화를 도시한 그래프와 종래 기술을 도시한 도면.
도 6 은 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 소정의 온도 (200 ℃) 로 챔버의 내부를 가열시키는 동안의 시간주기와 혼합기체내의 산소 비율 사이의 관계를 도시한 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 플라즈마 챔버 11a : 마이크로파 도입 개구
11b : 마이크로파 윈도우 12 : 도파관
13 : 자기 코일 14 : 공정 챔버
14a : 흡입구 14b : 배출구
15 : 웨이퍼 홀더 15a : RF 공급부
16a : 게이트 밸브 16b : 로보트
17 : 웨이퍼 저장소 17b : 배출 개구
61a : 더미 웨이퍼 61b 내지 61e : 정상 웨이퍼
본 발명의 이점 및 특징을 이하 상세한 설명에 설명한다. 본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 청구항에서 특정하게 지적된 결합 및 수단에 의해서 실현되고 성취될 수 있다.
[본 발명의 제 1 실시예]
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 챔버에 위치된 반도체 기판을 공정 처리하기 위한 방법은,
(1) 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체를 챔버로 공급하는 단계; 및
(2) 반도체 기판을 공정 처리하기 전에 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열시키기 위해 챔버내의 상기 혼합 기체로 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
[본 발명의 제 2 실시예]
본 발명의 2 실시예에 따르면, 챔버내에 위치된 반도체 기판을 처리하기 위한 시스템은,
(1) 예열 모드에서 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체를 챔버내로 공급하고, 공정 모드에서 공정 기체를 챔버내로 공급하는 기체 공급부; 및
(2) 예열 모드에서 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열하고, 공정 모드에서 반도체 기판을 공정 처리하기 위해, 챔버내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 포함한다.
[본 발명의 제 3 실시예]
발명의 제 3 실시예에 따르면, 반도체 기판이 챔버내에서 플라즈마 공정 처리되기 전에 챔버의 내부를 가열하는 방법은,
(1) 산소 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체를 챔버로 공급하는 단계; 및
(2) 반도체 기판을 처리하기 전에 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열하기 위해 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 각 실시예에서, 불활성 기체는 헬륨 (He) 이 될 수도 있고, 바람직하게는 약 10 내지 50 체적% 의 산소기체가 혼합 기체내에 함유된다. 더욱바람직하게는, 약 20 내지 40 체적% 의 산소 기체가 함유된다.
도 1 은 ECR (Electron Cyclone Resonance) 를 이용하여 생성된 플라즈마로 반도체 웨이퍼를 공정 처리하도록 설계한 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정 시스템을 도시한 도면이다. 상기 시스템은 마이크로파가 진행하는 도파관 (12), 플라즈마가 여기되는 플라즈마 챔버 (11), 웨이퍼가 공정 처리되는 공정 챔버 (14), 자기 코일 (13) 및 웨이퍼 저장소 (17) 를 포함한다. 도파관 (12) 은 소정 주파수의 마이크로파 및 전력을 생성하는 마이크로파 발진기 (도면에 되지 않음) 에 접속되어 있다. 자기 코일 (13) 이 동축으로 플라즈마 챔버 (11) 를 둘러싸도록 배열되어 플라즈마를 여기시키는데 사용되는 자계를 공급한다.
플라즈마 챔버 (11) 는 측벽에 기체 흡입구 (14a) 를 갖는다. 공정 챔버 (14) 는 바닥에 기체 배출구 (14b)를 갖는다. 예열용 혼합 기체와 에칭용 플루오르화 탄소가 기체 흡입구 (14a) 로부터 반응 챔버로 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 는 석영으로 이루어진 마이크로 윈도우 (11b) 로 밀봉된 마이크로파 유도 개구 (11a) 를 상부에 갖는다.
공정 챔버 (14) 에서, 공정 처리될 웨이퍼는 웨이퍼 홀더 (15) 상에 배치된다. 웨이퍼 홀더 (15) 는 RF 공급부 (15a) 로부터 RF 가 공급되는 RF 전극 (도면에 도시되지 않음) 및 냉각 메카니즘 (도면에 도시되지 않음) 을 갖는다. RF 가 동작시 웨이퍼 홀더 (15) 에 공급되어 웨이퍼에 침투하는 이온의 에너지를 조절한다.
웨이퍼 저장소 (17) 는 공정 처리될 다수의 웨이퍼 (61b 내지 61e) 를 저장하는 웨이퍼 카세트 (60) 를 포함한다. 웨이퍼 저장소 (17) 는 바닥에 배출 개구 (17b) 를 가지며 반응 챔버 측면에는 게이트 밸브 (16a) 를 갖는다. 게이트 밸브 (16a) 는 웨이퍼 (61b 내지 61e) 가 공정 챔버 (14) 로 이송되는 경우 열리고, 그 외에는 닫혀있다. 공정 처리되는 경우에 웨이퍼 (61b 내지 61e) 는 로보트 (16b) 에 의해서 웨이퍼 홀더 (15) 로 이송되고, 공정이 완료되면 웨이퍼 카세트 (60) 로 되돌려진다. 웨이퍼 (61b 내지 61e) 가 공정 챔버 (14) 로 이송되기 전에, 웨이퍼 저장소 (17) 의 압력이 공정 챔버 (14) 의 압력과 동일하도록 웨이퍼 저장소의 압력을 조절하기 위해 웨이퍼 저장소 (17) 의 공기가 배출 개구 (17b) 로 배출된다.
다음에, 상술한 플라즈마 공정 시스템의 동작을 설명한다. 시스템의 동작은 예열 및 정상 에칭의 2 가지 모드로 분할될 수 있다. 예열 모드에서, 플라즈마 챔버 및 공정 챔버의 내부 압력은 진공 시스템 (도면에 도시되지 않음) 에 의해서 소정의 압력으로 감소된다. 그 후, 더미 기판 (실리콘 웨이퍼) (61a) 이 로보트 (16b) 에 의해 공정 챔버로 로딩된다. 더미 기판 (61a) 은 미리 소정의 온도로 냉각된 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
다음에, 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체가 기체 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 로 유입된다. 상기 혼합 기체내의 산소기체와 불활성 기체의 비율은 후술한다. 플라즈마 챔버 (11) 가 소정 압력의 혼합 기체로 채워지면, 자기 코일 (13) 에 직류 전류가 공급되어 플라즈마 챔버 (11) 내의 ECR 여기를위한 자장이 생성된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 에 공급되면, ECR 은 마이크로파와 자장의 상호 반응으로 여기되고, 혼합 기체가 플로즈마 상태로 에너지화된다. 결과적으로, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 가 소정 온도, 예를 들면, 200 ℃ 로 가열된다. 플라즈마 챔버 (11) 가 200 ℃ 에 도달하면, 플라즈마의 여기를 정지시켜 예열 동작을 종료시키도록 마이크로파 발진기 및 자기 코일 (13) 이 턴오프된다.
다음으로, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 내의 잔류 기체는 기체 배출구 (14b) 로부터 취출되고, 더미 기판 (61a) 은 공정 챔버 (14) 로부터 탈착되어 제거된다. 그 대신, 정상 기판 (61b) 이 공정 챔버 (14) 내부로 로딩되어 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
정상 기판 (61b) 이 로딩되면, C4F8와 같은 불화탄소를 포함하는 공정 기체가 기체 배출구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 로 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 가 소정 압력의 공정 기체로 채워지면, 자기 코일 (13) 에 직류 전류가 공급되어 플라즈마 챔버 (11) 내에서의 ECR 여기를 위한 자장이 생성된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되면, ECR 이 마이크로파와 자장의 상호 반응으로 여기되고, 공정 기체가 플라즈마 상태로 에너지화된다.
플라즈마의 생성후에, RF 공급부 (15a) 가 웨이퍼 홀더 (15) 에 RF 전력을인가한다. 이온 및 래디칼과 같은 플라즈마 내의 활성화된 입자들이 기판의 표면 (61b) 으로 유도되어 기판 (61b) 상의 실리콘 산화층이 에칭된다. 에칭 공정이 종료되면, 마이크로파 발진기 및 다른 장치들이 턴오프된다. 그 후, 다른 기판 (실리콘 웨이퍼) (61c 내지 61e) 이 상기 기판 (61b) 과 동일한 방법으로 순차적으로 처리된다.
바람직한 제 1 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버 (11) 는 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체를 사용하여 플라즈마로 예열되므로, 플라즈마 챔버 (11) 는 산소와 같은 단일 기체만을 사용하는 경우에 비해 단시간 동안 소정 온도 (200 ℃) 로 가열될 수 있다.
본 발명에서, 상술한 불활성 기체는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne), 크세논 (Xe) 등이 될 수도 있다. 바람직하게는, 헬륨이 플라즈마내의 산소를 효과적으로 활성화시키기 때문에, 헬륨 (He) 이 사용된다. 산소와 혼합될 불활성 기체로서 헬륨 (He) 이 선택되고, 산소가 혼합기체내에 바람직하게는 10 내지 50 체적% 가 함유되고 더욱 바람직하게는 20 내지 40 체적% 가 함유되면, 예열 공정의 효율이 현저하게 향상된다. 이 현상은 후술할 도 5 에 도시되어 있다.
도 2 는 ECR 로 여기된 플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼를 처리하도록 설계된, 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 플라즈마 공정 시스템을 도시한 도면이다. 바람직한 제 2 실시예에서는, 도 1 에 도시된 바람직한 제 1 실시예와 동일하거나 또는 대응하는 구성요소를 동일한 기호로 표시한다. 장황한 설명을 피하기 위해서, 바람직한 제 2 실시예에서는 상술한 것과 동일한 것에 대해서는 중복 설명하지 않는다. 기본적으로, 바람직한 제 1 및 2 실시예의 차이점은 플라즈마 챔버 (11) 내의 내부 벨자 (21) 가 바람직한 제 2 실시예의 시스템에 설치된다는 것이다. 내부 벨자 (21) 가 설치되므로 바람직한 제 1 실시예에 비해 플라즈마 공정의 처리량이 향상된다. 즉, 바람직한 제 2 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 의 내부가 더욱 신속하게 예열될 수 있다.
플라즈마 챔버 (11) 에는 원통 모양의 상술된 내부 벨자 (21) 가 설치된다. 내부 벨자 (21) 는 플라즈마 챔버 (11) 의 측벽을 커버하고 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면에 "dp" 의 공간을 갖도록 배치된다. 내부 벨자 (21) 는 브래킷 (21a) 에 의해 플라즈마 챔버 (11) 에 고정되어 있다. 내부 벨자 (21) 는 예를 들면 비열이 낮은 고순도 (99% 이상) 알루미늄으로 만들어진다. 알루미늄은 석영에 비해 불화탄소의 활성화된 입자와 잘 반응하지 않기 때문에, 이 시스템에서 에칭 속도가 높게 유지될 수 있다.
내부 벨자 (21) 는 마이크로파 전달판 (22) 을 상면에 가지므로 마이크로파가 플라즈마 챔버 (11) 에 공급될 수 있다. 마이크로파 전달판 (22) 은 석영에 비해 불화탄소의 활성화된 입자와 잘 반응하지 않는, 실리콘 질화물 (Si3N4) 등으로 이루어진다. 따라서, 이 시스템에서 처리되는 웨이퍼의 에칭 속도가 높게 유지될 수 있다. 마이크로파 전달판 (22) 은 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면에 "dj" 의 공간을 갖도록 배치되며 원형이다. 마이크로파 전달판 (22) 은 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면이 플라즈마에 노출되는 것을 방지하도록 설계된다.
다음으로, 상술한 플라즈마 공정 시스템의 동작을 도 3 의 도시한 순서도를 참조하여 설명한다. 이 시스템의 동작은 예열과 정상 에칭인 두 개의 모드로 분할될 수 있다. 예열 모드에서, 우선, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 의 내부 압력이 진공 시스템 (도면에 도시하지 않음) 에 의해 소정 레벨로 감소된다. 그 후, 단계 1 에서, 더미 기판 (실리콘 웨이퍼) (61a) 이 로보트 (16b) 에 의해 공정 챔버 (12) 내부로 로딩된다. 더미 기판 (61a) 은 미리 소정의 온도로 냉각된 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
단계 2 에서, 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체가 기체 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자 (21)) 내부에 공급된다. 혼합 기체에서의 산소 기체와 불활성 기체의 비율은 후술한다.
단계 3 에서, 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자 (21)) 가 소정의 압력의 혼합 기체로 채워지면, 자기 코일 (13) 에 직류 전류가 공급되어 플라즈마 챔버 (11) 에서의 ECR 여기를 위한 자장이 생성된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해서 플라즈마 챔버 (11) 내부에 공급되면, ECR 은 마이크로파 및 자장의 상호 반응으로 여기되고 혼합 기체가 플라즈마 상태로 에너지화된다. 그 결과, 내부 벨자 (21) 가 소정 온도, 예를 들어, 200 ℃ 로 가열된다.
단계 4 에서, 내부 벨자 (21) 의 온도가 200 ℃ 에 도달하지 않으면, 내부 벨자 (21) 는 계속 가열된다. 내부 벨자 (21) 의 온도가 200 ℃ 에 도달하면,마이크로파 발진기 및 자기 코일이 턴오프되어 플라즈마의 여기가 중단되고 예열이 종료된다.
단계 5 에서, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 내의 잔류 기체가 기체 배출구 (14B) 로 배출된다.
단계 6 에서, 더미 기판 (61a) 이 공정 챔버 (14) 로부터 탈착되고, 대신 정상 기판 (61b) 이 공정 챔버 (14) 내부에 로딩되고 기판 홀더 (15) 상에 장착된다.
단계 7 에서, C4F8와 같은 불화탄소계 기체를 포함한 공정 기체가 기체 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 내부로 공급되어 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자) 가 소정 압력의 공정 기체로 채워진다.
단계 8 에서, 자기 코일 (13) 에 직류 전류가 공급되어 플라즈마 챔버 (11) 에서의 ECR 여기를 위한 자장이 생성된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되면, ECR 이 마이크로파 및 자장의 상호 반응으로 여기되고, 공정 기체가 플라즈마 상태로 에너지화된다. 플라즈마의 생성후, RF 공급부 (15a) 가 웨이퍼 홀더 (15) 로 RF 전력을 인가한다. 이온 및 래디칼과 같은 플라즈마내의 활성화된 입자가 기판의 표면으로 유도되어 기판 (61b) 상의 실리콘 산화물층이 에칭된다. 에칭 공정이 완료되면, 마이크로파 및 다른 장치가 턴오프되어 에칭 공정이 종료된다. 그 후, 다른 기판 (실리콘 웨이퍼) (61c 내지 61e) 이 상기 기판 (61b) 과 동일한 방법으로 순차적으로 처리된다.
바람직한 제 2 실시예에 따르면, 내부 벨자 (21) 가 산소 기체와 불활성 기체의 혼합 기체를 사용하여 플라즈마로 예열되기 때문에, 내부 벨자 (21) 는 바람직한 제 1 실시예보다 더 단시간에 소정 온도 (200 ℃) 로 가열될 수 있다.
도 4 는 바람직한 제 2 실시예에 따른 내부 벨자 (21) 의 온도의 변화를 도시한 도면이다. 예열 모드의 시작시, 내부 벨자 (21) 의 온도는 200 ℃ 보다 다소 높게 신속하게 증가된다. 그 후, 더미 기판 (61a) 이 바뀌면, 내부 벨자(21) 의 온도가 저하된다. 본 발명에서는, 에칭 공정 사이의 시간 간격 및 예열 공정의 시간을 제어하여 200 ±10 ℃ 와 같은 최적의 레벨 및 범위로 내부 벨자 (21) 의 온도를 유지한다.
[실행 테스트]
다음에, 바람직한 제 2 실시예의 실행을 도 5 및 도 6 에 도시한 그래프를 참조하여 설명한다. 테스트에서는, 도 2 에 도시한 ECR 플라즈마 공정 시스템이 사용된다. 플라즈마 챔버 (11) 는 270 mm 의 내측 직경을 갖도록 설계된 것으로 가정한다. 내부 벨자 (21) 는 고순도 (99% 이상) 알루미늄으로 만들어지며, 약 8 mm 의 두께를 갖는 원형이다. 내부 벨자 (21) 와 플라즈마 챔버 (11) 사이의 "dp" 공간은 약 1 mm 이다. 마이크로파 전달판 (22) 은 실리콘 질화물로 이루어지며 약 1 mm 의 두께를 갖는다. 마이크로 전달판 (22) 과 플라즈마 챔버 (11) 상의 "dj" 공간은 약 3 mm 이다. 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 마이크로파는 2.45 GHz 의 주파수를 갖는다. 웨이퍼 홀더 (15) 에는 400kHz 의 RF 가 공급된다.
예열 모드에서, 산소 기체와 헬륨 기체의 혼합 기체가 이용되고, 내부 벨자 (21) 의 온도는 열전대(thermocouple) (도면에 도시되지 않음) 로 측정된다. 산화 기체 및 헬륨 기체는 10 sccm 및 40 sccm 의 흐름속도로 각각 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 는 1 mTorr 의 압력에서 제어되고 1.5 kW 의 마이크로파가 공급된다.
도 5 는 종래의 기술과 본 발명에 따라 내부 벨자 (21) 를 200 ℃ 로 가열시키는데 요구되는 시간을 도시한 도면이다. 도 5 의 그래프에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 약 7 분이 요구되지만 종래 기술은 약 30 분이 요구된다.
도 6 은 혼합 기체에서의 산소의 비율 (체적 %) 과 관련해서 내부 벨자를 200 ℃ 로 가열하는 시간의 변화를 도시한 도면이다. 헬륨의 단일 기체 (산소 함유 퍼센티지가 제로) 가 내부 벨자 (21) 를 예열시키는데 사용되는 경우, 200 ℃ 로 가열하기 위해 약 25 분이 걸리며 100% 의 산소 기체가 이용되는 경우보다 다소 긴 시간이다. 산소 비율이 증가되면 시간이 단축되고, 산소 비율이 10 % 인 경우 10 분 미만이 되며 이는 종래 기술의 절반보다 작다. 그러나, 산소 비율이 50 % 를 넘으면 시간은 다시 길어진다. 도 6 의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 혼합 기체내의 산소의 비율은 바람직하게는 10 % 내지 50 % 의 범위로 결정되고 더욱 바람직하게는 20 % 내지 40 % 의 범위로 결정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 예열 공정을 위한 시간 (시간 주기) 이 종래 기술에 비하여 현저하게 단축되고, 따라서 플라즈마 공정의 총 처리량 (throughput)이 향상될 수 있다 (단축될 수 있다).
본 발명은 불화탄소 기체를 이용하여 실리콘층을 에칭하는 공정에 한정되지 않으며, 다른 형태의 플라즈마 공정에도 적용 가능하다. 그러나, 본 발명은 실리콘 산화물층이 불화탄소 기체로 여기된 플라즈마로 에칭되는 상술한 실시예에 유용하다. 불화탄소 기체는 CF4,C2F6,C3F8,C4F8등이 있다. 더욱이, 발명은 상술된 ECR 플라즈마형에 추가하여 다른 형태의 플라즈마 공정 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 상술한 설명은 다양한 수정, 변경 및 개조가 가능한 것을 이해해야 하며 첨부된 청구항과 동일한 의미 및 동일한 범위내에 있는 것으로 이해될 것을 의도한다.
이상의 설명에 따르면, 본 발명은 내부 벨자와 같은 부가 구성요소를 이용하지 않고 단시간에 챔버의 내부가 소정 온도로 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 시스템 및 방법을 제공할 수 있고, 단시간 동안 소정의 온도로 내부 챔버가 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (26)

  1. 챔버내에 배치된 반도체 기판을 처리하는 방법으로서,
    상기 챔버 내부에 산소기체와 불활성기체의 혼합기체를 공급하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 전에 상기 챔버 내의 상기 혼합기체로 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버의 내부를 소정의 온도까지 가열하는 단계를 구비하며,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 선택되는 불활성기체이고,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 챔버내에 배치된 반도체 기판을 처리하는 방법으로서,
    상기 챔버 내부에 산소기체와 불활성기체의 혼합기체를 공급하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 전에 상기 챔버 내의 상기 혼합기체로 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버의 내부를 소정의 온도까지 가열하는 단계;
    상기 챔버의 내부가 상기 소정의 온도까지 가열되면 상기 혼합기체를 상기 챔버 외부로 배출하는 단계;
    상기 챔버 내부에 공정기체를 대신 공급하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 상기 반도체 기판을 처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정기체는 플루오르화 탄소계 기체를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 예열 모드에서 산소기체와 불활성기체의 혼합기체를 챔버 내부로 공급하고 공정 모드에서 공정기체를 상기 챔버 내부로 공급하는 기체 공급부; 및
    상기 예열 모드에서 상기 챔버의 내부를 소정 온도까지 가열시키고 상기 공정 모드에서 반도체 기판을 처리하기 위해 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버 내에 배치된 반도체 기판을 처리하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 선택되는 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He) 이고,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 공정기체는 플루오르화 탄소계 기체를 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 표면을 커버하도록 설치되는 내부챔버를 더 구비하며,
    상기 예열 모드에서 상기 혼합기체가 상기 내부챔버 내부에 공급되어 상기 내부챔버를 가열하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 선택되는 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He) 이고,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 공정기체는 플루오르화 탄소계 기체를 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 내부챔버는 고순도 알루미늄으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 고순도 알루미늄으로 만들어지고 챔버의 내부 표면을 커버하도록 설치되는 내부챔버;
    예열 모드에서, 산소와 헬륨의 혼합기체로서, 약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소기체가 함유되어 있는 상기 혼합기체를 상기 내부챔버로 공급하고, 공정 모드에서, 플루오르화 탄소계 기체를 함유하는 공정기체를 상기 내부챔버로 공급하는 기체 공급부;
    상기 예열 모드에서, 더미 기판을 상기 챔버 내부로 운반하고, 상기 공정 모드에서, 처리될 정상 기판을 상기 챔버 내부로 운반하는 기판 공급부; 및
    상기 예열 모드에서, 상기 내부챔버를 소정의 온도로 가열하고, 상기 공정 모드에서, 상기 정상 기판을 처리하기 위해 상기 내부챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 구비하는 챔버에 배치된 반도체 기판을 처리하는 장치.
  16. 반도체 기판이 플라즈마 처리되기 전에 챔버의 내부를 예열하는 방법으로서,
    산소기체와 불활성기체의 혼합기체를 챔버 내부에 공급하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 전에 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버의 내부를 소정의 온도로 가열하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 선택되는 기체인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 불활성기체는 헬륨 (He) 이고,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소기체가 상기 혼합 기체 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부가 상기 소정의 온도로 가열되면 상기 혼합기체를 상기 챔버 외부로 배출하는 단계;
    상기 챔버 내부에 공정기체를 대신 공급하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 위해 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 공정 기체는 플루오르화 탄소계 기체를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 공정 기체로 발생된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 공정 기체로 발생된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 4 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 공정 기체로 발생된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭 처리되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 공정 기체로 발생된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭 처리되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 공정 기체로 발생된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
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