KR100705421B1 - 건식 식각 장치의 에이징 방법 - Google Patents

Abstract

건식 식각 장치에서 에이징을 수행하는 시간을 단축하기 위한 에이징 방법 이 개시되어 있다. 건식 식각 장치의 챔버 내에 피가공막이 형성되어 있는 테스트 웨이퍼를 로딩하고, 상기 챔버 내의 압력을 30 내지 40mTorr로 유지하고, 포화 상태의 염소 가스를 주입한다. 상기 챔버 내에 R.F 파워는 소스 파워만을 인가한다. 상기 소스 파워는 800 내지 1000 와트를 인가한다. 상기 조건에 따라 하나의 테스트 웨이퍼에 대해 250 내지 350초 동안 수행한다. 그리고 상기 테스트 웨이퍼를 3매 내지 5매에 대해 반복적으로 에이징을 수행한다. 따라서 상기 챔버의 측벽에 단시간 내에 염소 성분이 부착되어 상기 에이징의 수행 시간이 감소되고 이에 따라 반도체 장치의 생산성이 향상된다.

Description

건식 식각 장치의 에이징 방법{Method of aging in dry etching apparatus}

도 1은 종래의 건식 식각 장치의 에이징 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 2는 건식 식각 장치의 백업을 설명하기 위한 공정도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 에이징 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명은 건식 식각 장치의 에이징 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에이징(aging)을 수행하는 시간을 단축할 수 있는 에이징 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조를 위한 공정 장치들은 일반적으로 정기적으로 수행되는 장비의 점검이나 부품 교체 또는 이상 발생 등에 따라 상기 장치를 다운(down)시킨 다음 다시 상기 장치를 가동할 경우에는 상기 장치가 정상적으로 동작하기 위한 백업(back up) 단계를 거쳐야 한다. 상기 공정 장치들 중에서 건식 식각 장치의 백업은 여러 단계를 거쳐 수행되는데, 그 중에서 상기 식각 장치에서 식각을 수행하였을 때 정상적인 식각율이 구현될 수 있도록 식각 챔버 내의 분위기를 형성하기 위한 에이징 단계가 수반된다. 상기 에이징 단계는 정상적인 식각율이 조성되도록 식 각 챔버 내에 일정 수준 만큼의 폴리머나 식각 가스를 부착하여 실시한다.

도 1은 건식 식각 장치에서 에이징 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

테스트 웨이퍼를 상기 건식 식각 장치의 챔버의 내부에 로딩한다.(S10) 상기 테스트 웨이퍼에 증착되어 있는 피가공막의 식각을 수행하여 에이징을 수행한다.(S12) 상기 에이징을 수행하는 조건은, 상기 식각 장치의 백업이 종료된 후 실재로 공정이 수행되는 웨이퍼 상의 막을 식각하기 위한 식각 조건과 시간 조건 만을 제외하고는 모두 동일하다. 상기 에이징은 상기 R.F 파워가 80 내지 120분 동안 인가되도록 다수매의 테스트 웨이퍼를 사용하여 상기 조건으로 반복하여 수행한다. 즉 상기 R.F 파워가 80 내지 120분 동안 인가될 때까지(S14) 상기 테스트 웨이퍼를 언로딩하고 새로운 테스트 웨이퍼를 로딩하여(S16) 계속적으로 에이징을 수행한다.

실제로 식각이 수행되어야 할 막이 폴리 실리콘막 또는 금속막일 경우에는, 상기 에이징을 수행할 때 상기 챔버의 측벽에 염소 성분을 부착함으로서 정상적인 식각율을 구현한다. 상기 조건에 의한 에이징을 수행하여 상기 챔버의 측벽에 염소 성분이 충분히 부착되어 정상적인 식각률이 되기 위해서는, 상기 R.F 파워가 80 내지 120분 동안 인가되어야 한다. 상기 R.F 파워를 80 내지 120분간 인가하기 위해서는 상기 테스트 웨이퍼를 75 내지 125 매 사용하여 상기 에이징을 수행하여야 한다. 구체적으로 설명하면, 상기 테스트 웨이퍼에 형성되어 있는 막질을 R.F 파워를 인가하여 일정 시간 이상으로 식각하면 상기 테스트 웨이퍼에 형성된 막질이 과도 식각이 될 뿐 아니라 상기 테스트 웨이퍼가 버닝(burnning)될 위험이 있으므로 하 나의 웨이퍼에 대해 일반적으로 상기 에이징이 50 내지 70초 동안 수행할 수 있다. 그러므로 상기 R.F 파워를 80 내지 120분간 인가하기 위해서는 상기 테스트 웨이퍼를 75 내지 125매를 사용하여야 한다. 그러나 상기 테스트 웨이퍼를 75 내지 125매를 사용하여 에이징을 수행하기 위해서는 빈번하게 웨이퍼의 로딩과 언로딩을 반복하여 수행하여야 하므로 상기 R.F 파워를 인가하는 시간 이외에도 더 많은 시간이 소비되므로 실재적으로 상기 에이징이 수행되는 시간은 3시간 내지 4시간이 소요된다.

따라서 상기 에이징을 수행하는 시간이 길어짐에 따라 상기 식각 장치의 전체적인 백업 시간이 길어지고 이에 따라 상기 건식 식각 장치의 가동 시간이 줄어들게 되어 반도체 장치의 생산성에 지장을 초래하게 된다. 또한 테스트 웨이퍼를 다량으로 사용하게 되어 반도체 제조 원가의 상승의 원인이 된다.

따라서 본 발명의 목적은, 건식 식각 장치의 백업을 위한 에이징에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 에이징 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 식각 장치의 에이징 방법은, 건식 식각 장치의 챔버 내에 피가공막이 형성되어 있는 테스트 웨이퍼를 로딩하는 단계와 상기 챔버 내의 압력을 30 내지 40m Torr로 유지하면서 챔버 내에 염소가스가 포화 상태가 되도록 상기 염소 가스를 200 내지 250sccm으로 주입하는 단계를 수행한다.

이 때 상기 챔버 내에 800 내지 1000 와트의 R.F 소스 파워만을 15 내지 20분 동안 인가하고, 상기 조건에 따라 250 내지 350초 동안 건식 식각 장치의 에이징을 수행한다.

그리고 상기 건식 식각 장치의 에이징을 테스트 웨이퍼 3매 내지 5매에 대하여 반복적으로 수행한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 건식 식각 장치에서 백업 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

상기 건식 식각 장치의 식각 챔버 내에 진공을 형성하고, 상기 챔버 내에 부유하는 수분이나 파티클 등을 배기하기 위한 펌핑을 수행한다.(S20) 상기 펌핑은 1시간 40분 내지 2시간 20분 정도 수행한다.

상기 펌핑을 수행한 이후에 상기 챔버 내의 리크(leak)를 확인한다.(S22) 상기 챔버 내의 리크가 설정된 값 이하일 경우(S24)에 에이징을 수행한다.(S26)

상기 에이징은 정상적인 식각률을 구현하기 위하여 챔버내의 분위기를 형성하기 위한 단계이다. 상기 에이징은 정상적인 식각율이 조성되도록 식각 챔버의 측벽에 일정 수준 만큼의 폴리머나 식각 가스를 부착하여 실시한다.

상기 에이징이 종료되면, 상기 챔버 내에 파티클의 발생을 확인하기 위한 웨이퍼를 도입하고, 상기 웨이퍼 상에 발생된 파티클의 개수를 측정하여(S28) 상기 파티클의 개수가 설정된 범위 내에 있는지 확인한다.(S30)

그리고 피가공막의 상부에 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼를 상기 식각 장치를 사용하여 식각하고, 상기 패턴의 선폭을 측정하여 상기 선폭이 설정된 범위내에 들어오는지 여부를 확인한다.(S32) 상기 패턴의 선폭이 정상적일 경 우 상기 장치의 백업이 종료되고, 실재로 단위 공정이 진행될 반도체 웨이퍼를 식각한다.

상기 식각 장치의 백업은 상기 설명된 바와 같이 여러 단계를 거쳐야 하므로 상기 백업에 소요되는 시간이 상당히 길다. 따라서 상기 각각의 백업 단계의 수행시간을 단축하는 것이 요구된다. 따라서 정상적인 식각율을 구현하기 위한 에이징을 수행할 때에도 상기 에이징의 수행 시간을 단축할 수 있는 방법이 요구된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치에서 에이징 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

상기 실시예에 의한 에이징 방법은, 금속막 또는 폴리 실리콘막을 식각하기 위한 건식 식각 장치의 백업을 실시할 때 단시간 내에 에이징을 수행할 수 있는 방법이다. 상기 금속막 또는 폴리 실리콘막을 식각하기 위한 주 식각 가스중의 하나가 염소 가스이므로 염소 성분을 식각 챔버의 측벽에 부착함으로서 식각율을 정상적으로 구현할 수 있다. 따라서 상기 에이징을 수행할 때 상기 챔버의 측벽에 단시간 동안 상기 정상적인 식각율이 구현될 수 있는 정도의 충분한 염소 성분을 부착할 수 있는 방법을 제시한다.

도 3을 참조하면, 테스트 웨이퍼를 상기 챔버 내에 로딩한다.(S40) 상기 테스트 웨이퍼는 실리콘 기판상에 피가공막이 증착되어 형성되며, 상기 피가공막은 일반적으로 상기 식각 장치를 사용하여 실재로 식각이 수행될 막질이 증착되어 있다.

챔버의 측벽에 단시간 내에 상기 염소 성분이 많이 부착될 수 있도록 하기 위한 새로운 조건에 의해 에이징을 수행한다.(S42) 구체적으로, 상기 챔버의 내부에 염소 가스가 포화 상태가 되도록 공급한다. 상기 챔버의 내부가 포화 상태가 되도록 하기 위해 공급되는 염소 가스는 200 내지 250sccm 정도이다. 그리고 상기 챔버 내를 고압으로 유지한다. 상기 챔버 내의 압력이 높아서 상기 염소 가스에서 이온화된 염소 성분이 펌핑에 의해 배기되지 않고 챔버의 측벽에 부착된다. 상기 챔버 내의 압력은 30 내지 40mTorr를 유지한다. 또한 R.F 파워도 높게 인가하여 상기 염소 가스의 이온화를 촉진한다. 상기 R.F 파워가 소스 파워와 바이어스 파워로 나누어져 있는 식각 장치를 사용할 경우에는 상기 소스 파워만을 인가한다. 상기 바이어스 파워는 상기 웨이퍼가 놓이는 쪽에서 인가되어 이온을 상기 웨이퍼 쪽으로 가속하는 역할을 하므로, 상기 소스 파워만을 인가하여 상기 이온화된 염소 성분이 챔버의 측벽에 많이 부착하도록 한다. 이 때 소스 파워는 800 내지 1000 와트를 인가한다. 그리고 상기 챔버의 분위기를 형성하기 위한 불활성 가스도 함께 공급한다. 상기 불활성 가스는 질소, 헬륨, 아르곤 등에서 선택할 수 있으며, 바람직하게는 질소 가스를 8 내지 12sccm을 공급한다. 또한 상기 파워의 인가에 의한 웨이퍼의 열화를 방지하기 위해 챔버에 로딩되어 있는 웨이퍼의 하면에는 헬륨 가스가 6 내지 8Torr의 압력으로 공급된다. 상기 조건에 따라 에이징을 수행하면 종래에 비해 테스트 웨이퍼 상의 피가공막의 식각이 느리게 이루어지므로 하나의 테스트 웨이퍼에 대해 약 250 내지 350초 동안 에이징을 수행할 수 있다.

상기의 조건에 의해 하나의 웨이퍼가 에이징되고 난 이후에 상기 조건에서 소스 파워를 150 내지 250 와트로 하강한 상태로 수 초 정도 유지하여 상기 챔버 내의 급격한 파워의 하강을 방지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 R.F 파워가 15분 내지 25분 동안 인가되도록 다수매의 테스트 웨이퍼를 사용하여 반복적으로 상기 에이징을 수행한다. (S44) 즉 상기 R.F 파워가 15분 내지 20분 동안 인가될 때까지 상기 테스트 웨이퍼를 언로딩하고 새로운 테스트 웨이퍼를 로딩하여(S46) 계속적으로 에이징을 수행한다.

상기의 방법을 사용하여 에이징을 수행하면, 종래에 비해 염소 성분이 챔버의 측벽에 많이 부착하게 되므로 R.F 파워가 15분 내지 20분 동안 인가하면 정상적인 식각율을 구현할 수 있다. 하나의 테스트 웨이퍼에 대해 약 250 내지 350초 동안 상기 에이징이 수행되므로 테스트 웨이퍼를 3매 내지 5매만을 사용하면 상기 에이징의 수행을 완료할 수 있다. 상기 테스트 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 작업이 감소하여 에이징을 수행하는 시간은 R.F 파워가 인가되는 시간과 거의 동일하게 15분 내지 25분이 소요된다.

양산 라인에서 종래의 에이징 방법을 적용하여 상기 건식 식각 장치를 백업할 경우 상기 백업이 24 시간내에 완료되는 확률이 47.3% 였으나, 본 발명에 의한 에이징 방법을 적용하면 상기 백업이 24 시간내에 완료되는 확률이 92.3%로 상승하였다. 따라서 상기 에이징의 수행 시간이 단축됨에 따라 상기 식각 장치의 백업 시간이 단축하게 되고, 이에 따라 상기 식각 장치의 가동 시간이 증가하게 되어 반도체 장치의 생산성을 향상시킨다.

따라서 본 발명에 의하면, 상기 건식 식각 장치의 에이징을 수행할 때 염소 성분을 상기 챔버의 측벽에 단시간 내에 많이 부착될 수 있는 조건을 사용하여 단시간 내에 정상적인 식각율을 구현하여 상기 에이징 수행 시간을 단축할 수 있다. 상기 에이징 수행 시간의 단축에 의해 상기 건식 식각 장치의 백업 시간이 감소된다. 때문에 상기 식각 장치의 가동 시간이 증가하게 되어 반도체 장치의 생산성을 향상시킨다. 또한 상기 에이징을 수행할 때 사용되는 테스트 웨이퍼의 수가 감소되므로 반도체 장치의 제조 원가가 감소된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. i) 건식 식각 장치의 챔버 내에 피가공막이 형성되어 있는 테스트 웨이퍼를 로딩하는 단계;

   ii) 상기 챔버 내의 압력을 30 내지 40mTorr로 유지하면서 챔버 내에 염소 가스가 포화 상태를 갖도록 상기 염소 가스를 200 내지 250sccm으로 주입하는 단계; 및

   iii) 상기 챔버 내에 800 내지 1000 와트의 R.F 소스 파워만을 15 내지 20분 동안 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에이징 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 ii) 내지 iii) 단계는 하나의 테스트 웨이퍼에 대해 250 내지 350초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에이징 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 ii) 내지 iii) 단계는 상기 테스트 웨이퍼 3매 내지 5매에 대해 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에이징 방법.

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