KR100575856B1 - 식각챔버내 이물질발생 방지방법 - Google Patents

식각챔버내 이물질발생 방지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체장치 제조시 이물질발생 방지방법에 관한 것으로서, 특히, 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 후 소정의 기체를 이용하는 플라즈마를 사용하여 다량의 유기물을 식각챔버의 내벽에 증착시켜 반도체소자제조 수율을 감소시키는 이물질의 발생을 억제하도록 한 식각챔버내의 이물질발생 방지방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 식각챔버내 이물질발생 방지방법은 챔버벽, 웨이퍼척, 상부전극 및 하부전극을 포함하여 이루어진 반도체장치의 플라즈마 식각챔버에 있어서, 식각챔버의 내부 표면에 식각보호막을 플라즈마를 이용하여 형성하는 것을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 식각보호막을 형성하는 단계는, 포토레지스트가 도포된 베어 웨이퍼를 웨이퍼척에 안착시키는 단계와, 포토레지스트와 반응하여 유기화합물을 형성하는 플라즈마를 식각챔버내에 발생시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
식각챔버내 이물질발생 방지방법

Description

식각챔버내 이물질발생 방지방법{Method of preventing particles in an etching chamber}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체장치 제조시 식각챔버에서의 이물질 발생과정을 도시한 단면 모식도
도 2는 본 발명에 따른 반도체장치 제조시 사용되는 식각챔버의 이물질발생을 억제하는 방법을 도시한 단면 모식도
본 발명은 반도체장치 제조시 이물질발생 방지방법에 관한 것으로서, 특히, 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 후 소정의 기체를 이용하는 플라즈마를 사용하여 다량의 유기물을 식각챔버의 내벽에 증착시켜 반도체소자제조 수율을 감소시키는 이물질의 발생을 억제하도록 한 식각챔버내의 이물질발생 방지방법에 관한 것이다.
반도체소자의 웨이퍼당 집적도의 증가 및 소자의 버젼상승 추세에 따라 높은 식각률 및 식각대상과 주위막과의 고식각선택비를 위하여 식각공정을 고밀도 플라즈마 챔버를 이용한다. 따라서, 현재의 고밀도 플라즈마 챔버에 비하여 상대적으로 작은 밀도의 종래 플라즈마 챔버에서, 배선간의 연결을 위한 비어홀 형성용 층간절연막 식각공정시 발생하는 이물질을 식각공정 후 다른 챔버(after treatment chamber)에서 제거하게 된다. 이때 반응기체로는 CF4, O2 등을 사용한다. 식각공정시 사용하는 불화탄소 계열의 식각제(etchant)와 절연막 또는 배리어 금속이 반응하여 발생하는 부산물은 폴리머성 이물질로서 SixCy, CxFy, SixF y 등과 같으며 이들은 CO 형태로 챔버 외부로 배출되어 제거된다.
즉, 이물질을 제거하기 위하여 비어홀 등을 형성하기 위한 층간절연막 식각용 챔버와 폴리머성 이물질을 제거하는 별도의 챔버가 필요하게 되며, 소자의 고집적화 및 버젼엎(version up)된 반도체소자 제조시 사용되는 고밀도 플라즈마를 사용하는 챔버에서 발생한 이물질 제거에는 그 효과가 미약하다. 따라서, 고밀도 플라즈마를 사용하는 챔버에서 발생하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 요구된다.
일반적으로 산화막 식각챔버의 주요 부분은 주로 실리콘(silicon), 석영(quartz), 카본(carbon), 산화알루미나(Al2O3) 등으로 이루어져 있다.
그러나, 산화막 식각공정의 주요 식각제로 CF4, CHF3, C4F8, C2F6 등과 Ar, O2 등의 기체를 혼합하여 사용한다. 따라서, 이러한 식각제들은 포토레지스트인 폴리머(polymer)와 더불어 식각챔버의 주요부분들을 함께 식각하여 이들의 부산물들인 이물질(particles)들을 생성한다.
즉, 석영 또는 알루미나 등으로 이루어진 식각챔버의 주요 부분이 전기한 식각제로 식각되는 동시에, 주로 유기폴리머들이 식각챔버 내부 표면에 증착되어 챔버 벽 등 을 손상시킨다. 이와 같이, 식각챔버의 손상 부위에 불완전하게 증착된 폴리머들이 성장힌 다음, 그 부위로부터 떨어져 나와 웨이퍼 표면에 도착하여 웨이퍼의 이물질이 된다.
구체적으로, 식각챔버를 습식세정(wet cleaning)한 후, 초기에 적용된 공정에 따라 식각챔버의 부품에 식각과정과 폴리머들의 증착과정이 반복적으로 일어나게되는데, 세정초기에 이물질의 발생이 가장 활발하고, 제품을 조금 더 적용하여 웨이퍼의 누적개수가 증가하면 이물질의 발생이 약간 감소한다. 그 원인은, 다수개의 웨이퍼들이 처리되는 동한 식각챔버 내부의 부품 표면에 유기폴리머들이 증착되기 때문에 이물질량이 감소하다가 어느 한계를 초과하게 되면, 불규칙하게 식각된 부품 표면에 증착되는 폴리머량이 증가하여 증착된 부위로부터 이탈되기 때문이다. 이탈된 폴리머는 웨이퍼 표면에 착륙하여 여러 불량의 원인을 제공한다. 따라서, 적절한 주기를 갖는 식각챔버의 습식세정이 필수적이다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체장치 제조시 식각챔버에서의 이물질 발생과정을 도시한 단면 모식도이다.
도 1을 참조하면, 식각챔버의 프레임(frame) 부위인 알루미나 또는 카본 등으로 이루어진 챔버벽(chamber wall, 11)이 이루는 공간의 저면부에 웨이퍼 안착부인 웨이퍼척(wafer chuck, 12)이 설치되고, 웨이퍼척(12) 중앙상부에 플라즈마 형성을 위한 하부전극(16)이 위치하고 있다. 그리고, 웨이퍼척(12)의 가장자리 상부에는 실리콘과 석영으로 이루어진 플라즈마 집결부(13)가 위치하고 있다.
웨이퍼척(16)상에는 웨이퍼(17)가 안착된다.
챔버벽(11)의 상부를 덮는 루프부(14,15)는 석영으로 이루어진 상부전극절연부(15)와 상부전극(14)으로 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 산화막식각챔버에 웨이퍼(17)를 넣은 다음, 상부전극(14)과 하부전극(16)에 고주파전력(RF power)을 인가하여 CF4, CHF3, C4F8, C2F6 등과 Ar, O2 등의 식각기체를 넣어 플라즈마(18)를 형성하면, 산화막식각챔버내에서는 플라즈마(18)가 웨이퍼(17)를 식각하는 동시에 플라즈마의 일부 이온과 라디칼(radical)은 각각 다른 여러 성분으로 구성된 챔버 부품들을 식각한다.
또한, 웨이퍼(17)에 형성된 포토레지스트 및 산화막 성분은 식각되면서 반응부산물을 생성하게 된다. 반응부산물은 배기구(도시안함)를 통하여 대부분 식각챔버 외부로 배출되지만, 일부 반응부산물은 챔버 부품 표면에 증착되어 고형화된다. 고형화된 반응부산물은 소정 크기까지 성장하다가 식각되는 웨이퍼상에 떨어져서 수유저하를 초래한다.
따라서, 종래 기술에 따른 산화막 등의 식각챔버에서는 습식세정 후 웨이퍼 식각시 식각챔버 부품들의 표면이 불규칙하게 식각되어 이물질이 다량 발생하고, 시간이 경과할수록 이물질의 발생이 증가하게 된다.
이러한 이물질들은 웨이퍼상에 떨어져서 그 부위의 웨이퍼가 식각되는 것을 방해하고 이후 공정에 영향을 미쳐서 수유저하를 초래하며, 또한, 이물질 발생을 감소시키기 위한 식각챔버의 빈번한 습식세정 및 부품 교체를 하여야하므로 장치유지비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 후 소정의 기체를 이용하는 플라즈마를 사용하여 다량의 유기물을 식각챔버의 내벽에 증착시켜 반도체소자제조 수율을 감소시키는 이물질의 발생을 억제하도록 한 식각챔버내의 이물질발생 방지방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식각챔버내 이물질발생 방지방법은 챔버벽, 웨이퍼척, 상부전극 및 하부전극을 포함하여 이루어진 반도체장치의 플라즈마 식각챔버에 있어서, 상기 식각챔버 내부의 상기 웨이퍼척에 포토레지스트가 도포된 베어 웨이퍼를 안착시키는 단계와, 상기 식각챔버 내부에 산소를 배제한 C4F8과 Ar을 소스 가스로 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계와, 상기 플라즈마를 상기 베어 웨이퍼에 도포된 포토레지스트와 반응시켜 발생하는 유기화합물을 상기 식각 챔버의 내부 표면에 부착시켜 식각보호막을 형성하는 단계를 포함한다.
실리콘, 석영, 카본, 알루미나 등의 성분으로 제조된 부품으로 구성된 식각챔버는 산화막 식각시 CF4, CHF3, C4F8, C2F6 등과 Ar, O2 등의 기체를 식각제로 사용한다. 이러한 기체들은 폴리머를 식각시키는 동시에 챔버의 주요부품들의 표면을 함께 식각시키므로, 본 발명에서는 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포한 다음 C4F8과 Ar을 조합하여 형성한 플라즈마로 다량의 유기화합물을 부품 표면에 안정적으로 증착시켜 부품의 식각을 방지하고 이물질의 발생을 억제한다.
본 발명에 의한 실시예에서, 식각챔버에 대한 습식세정 후 제품제조공정 진행 전에, O2를 배제시키고 C4F8과 Ar을 조합하여 발생시킨 플라즈마로 웨이퍼상에 코팅된 포토레지스터를 식각하여 다량의 유기화합물을 발생시켜 이를 식각챔버 부품들의 표면에 증착시킨다. 산소를 배제시키는 이유는 석영 등으로 이루어진 부품에 산소 플라즈마가 식각제로 작용하기 때문이다.
이하 첨부한 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체장치 제조시 사용되는 식각챔버의 이물질발생을 억제하는 방법을 도시한 단면 모식도이다.
도 2를 참조하면, 식각챔버의 프레임(frame) 부위인 알루미나(Al2O3) 또는 카본(carbon) 등으로 이루어진 챔버벽(chamber wall, 21)이 이루는 공간의 저면부에 웨이퍼 안착부인 웨이퍼척(wafer chuck, 22)이 설치되고, 웨이퍼척(22) 중앙상부에 플라즈마 형성을 위한 하부전극(26)이 위치하고 있다.
그리고, 웨이퍼척(22)의 가장자리 상부에는 실리콘과 석영으로 이루어진 플라즈마 집결부(23)가 위치하고 있다.
본 발명의 실시예에서는 식각공정을 개시하기 전에 웨이퍼척(26)상에 포토레지스트가 코팅된 베어 웨이퍼(bare wafer, 27)가 안착된다.
챔버벽(21)의 상부를 덮는 루프부(24,25)는 석영으로 이루어진 상부전극절연부(25)와 상부전극(24)으로 구성된다. 상부전극(24)은 상부전극절연부(25)에 의하여 절연되고 일측만이 하부전극(26)과 대응되도록 개방되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 산화막식각챔버에 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼(27)를 웨 이퍼척(22)상의 하부전극(26)에 안착시킨 다음, 상부전극(24)과 하부전극(26)에 고주파전력(RF power)을 인가하여 C4F8와 Ar을 조합시킨 플라즈마 소스기체를 넣어 플라즈마(28)를 형성하면, 산화막식각챔버내에서는 플라즈마(28)가 웨이퍼(27)표면의 포토레지스트(도시안함)를 식각하여 다량의 유기화합물을 발생시킨다.
구체적으로 설명하면, 포토레지스트를 식각하기 위하여, 인입구(inlet,도시안함)를 통하여 식각챔버내로 C4F8을 20-30 sccm의 유량으로 공급하고 동시에 Ar을 500-1000 sccm의 유량으로 유입시키며, 이때의 압력은 가능한 한 고압을 유지하게 위하여 70-100 mT로 하고, 고주파전력을 상부전극과 하부전극에 인가하면서 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 발생하는 플라즈마는 불소(F)성분과 탄소(C)이 대부분을 차지하므로 포토레지스트의 탄소성분과 결합하여 다량의 유기화합물을 발생시킨다.
이와 같이 생성된 유기화합물은 배기관(도시안함)을 통하여 챔버 외부로 배출되지만 고압이고 그 양이 많기 때문에 다량의 유기 폴리머들이 식각챔버 부품의 내부 표면에 균일하게 증착되어 고형화된다. 또한, 증착되는 부품들의 표면은 프라즈마에 산소송분이 배제되어 있으므로 거의 식각되지 않고 증착되는 유기폴리머들에 의하여 보호된다.
부품들의 표면에 균일하게 증착된 폴리머들은 이후 제품 제조공정중에 식각과정에서 부품이 식각되는 것을 방지하고 이물질의 발생을 방지한다.
따라서, 식각챔버에 대한 습식세정 초기단계에서 부품의 식각을 방지하면, 이후에 안정적으로 부품 표면에 유기 폴리머의 증착을 유도하여 이물질 발생을 억제한다.
따라서, 본 발명은 식각챔버의 습식세정후 초기 이물질발생을 억제하고, 전반적으로 이물질발생 수준을 감소시키며, 또한, 습식세정 주기를 증가시켜 이물질에 기인한 제품의 수율 감소를 방지하고 식각챔버 부품들의 교체주기를 늘릴 수 있으므로 장치유지비용을 절감하는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 챔버벽, 웨이퍼척, 상부전극 및 하부전극을 포함하여 이루어진 반도체장치의 플라즈마 식각챔버에 있어서,
    상기 식각챔버 내부의 상기 웨이퍼척에 포토레지스트가 도포된 베어 웨이퍼를 안착시키는 단계와,
    상기 식각챔버 내부에 산소를 배제한 C4F8과 Ar을 소스 가스로 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계와,
    상기 플라즈마를 상기 베어 웨이퍼에 도포된 포토레지스트와 반응시켜 발생하는 유기화합물을 상기 식각 챔버의 내부 표면에 부착시켜 식각보호막을 형성하는 단계를 포함하는 식각챔버내 이물질발생 방지방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마는 압력을 70-100mT로 하고 상기 C4F8의 유량을 20-30 sccm으로 하며 상기 Ar의 유량을 500-1000sccm으로 하여 형성하는 것이 특징인 식각챔버내 이물질발생 방지방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 식각챔버는 산화막 식각용 식각장비인 것이 특징인 식각챔버내 이물질발생 방지방법.
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