KR100736126B1 - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법은 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 공정 챔버에서 반도체 소자의 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱(ashing) 공정, 공정 챔버에 설치되어 압력을 조절하는 게이트 밸브를 개방하여 애싱 공정으로부터 생성된 파티클을 배기시키는 펌핑(pumping) 공정 및 게이트 밸브를 닫고 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하여 파티클을 배기시키는 배출(venting) 공정을 포함한다.
반도체 제조, 애싱, 파티클

Description

반도체 소자 제조 방법{Method for manufacturing semiconductor device}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 공정을 수행하는 애싱 장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 장치에서 파티클을 감소시키는 방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 애싱 장치에서 파티클을 감소시키는 방법을 나타낸 흐름도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 장치에서 확인된 파티클을 소프트웨어를 통해 나타낸 화면 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100…애싱 장치 110…로드락 챔버
120…공정 챔버 130…이송 챔버
본 발명은 반도체 소장 제조 방법에 관한 장치이다.
통상적으로 반도체 소자는 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등의 공정들을 수행하여 이루어진다. 다시 말해, 반도체 소자는 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼(Wafer)상에 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 여러 층의 박막이 증착된 후, 사진 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정을 통해 일정한 패턴을 형성시켜 완성되는 것이다.
이러한 각 공정이 수행되는 반도체 소자는 상기 사진 공정 및 식각 공정에서 일반적으로 감광막(Photo resist) 패턴을 형성시키고, 이를 마스크로 하여 하층에 형성된 산화막 등을 식각하여 원하는 패턴을 형성시킨다.
최근 들어 이러한 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 상기 공정들에서 수 μm 단위의 파티클(Particle)에도 공정 불량이 유발되기 때문에, 상기 식각 공정 및 상기 이온 주입 공정을 실시하는 공정 챔버(Process Chamber)는 진공 상태에서 공정이 수행되고 있다.
여기서 상기 공정 챔버는 공정이 진행될 웨이퍼가 대기하는 로드락 챔버(Loadlock Chamber)와 연결되어 있다. 상기 로드락 챔버는 저진공 상태를 유지하여 고진공 상태의 상기 공정 챔버에서 공정을 수행한 웨이퍼가 언로딩(Unloading)되어, 후속 웨이퍼를 대기시키는 역할을 한다.
이러한 상기 공정 챔버와 상기 로드락 챔버는 펌핑(Pumping) 작업에 의해 형성되는 챔버 내부의 진공 상태가 다르다. 즉, 공정 챔버가 조금 더 진공 상태가 높 게 형성된다. 그러므로 상기 로드락 챔버에서 대기하던 웨이퍼가 상기 고정 챔버로 이동하기 위해 상기 공정 챔버에는 게이트가 오픈(open)되는 순간, 상기 공정 챔버와 상기 로드락 챔버 사이의 압력차에 의해 기류가 형성되고, 상기 로드락 챔버에서 생성된 파티클들이 상기 공정 챔버로 빨려 들어갈 수 있다. 여기서 상기 공정 챔버로 빨려 들어간 파티클은 반도체 제조 공정상에서 웨이퍼상의 불량을 유발하는 결정적인 요인이 된다.
한편, 상기 반도체 소자를 만드는 반도체 공정은 라인 및 홀(Hole)을 형성하기 위해 감광막 코팅, 사진 및 식각 공정을 거치된 후, 사진 및 식각 공정에 사용된 감광막을 제거하는 공정을 수행하는데, 상기 공정을 애싱(Ashing) 공정이라 한다.
상기 애싱 공정의 경우, 고온에서 진행되고, 후속 공정에서 습식(Wet) 공정을 거치게 되어 애싱 공정에서 발생하는 파티클의 영향은 미미할 수 있다. 그러나 상기 반도체 소자를 만드는 반도체 공정에서 저유전율(Low-k) 물질이 사용되면서 저온 애싱 및 습식 공정 적용에 제한이 있기 때문에, 애싱 공정에서 발생할 수 있는 파티클을 최소화시켜야 한다. 특히 비아(VIA) 애싱 혹은 레세스(Recess) 애싱에서 발생되는 파티클은 트랜치 형성을 위한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching: RIE) 시 패턴 오픈(Pattern Open)을 유발시킬 수 있다.
따라서 제조 공정 중 반도체 소자는 공정 장비의 안정화를 추구함과 함께 반도체 공정의 안정화가 요구되고 있다. 특히, 웨이퍼상의 불량을 유발하는 파티클에 의한 문제는 매우 심각하여 이를 개선하기 위한 방법이 계속적으로 모색되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정 중 발생 가능한 파티클을 최소화시킬 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 공정 챔버에서 상기 반도체 소자의 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱(ashing) 공정, 상기 공정 챔버에 설치되어 압력을 조절하는 게이트 밸브를 개방하여 상기 애싱 공정으로부터 생성된 파티클을 배기시키는 펌핑(pumping) 공정 및 상기 게이트 밸브를 닫고 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하여 상기 파티클을 배기시키는 배출(venting) 공정을 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 캐리어 가스는 질소인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자 제조 방법은 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 상기 공정 챔버로 공급하여 상기 파티클의 배기를 유도시키는 퍼징(purging) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 퍼징 공정은 500~3000sccm의 캐리어 가스를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 공정을 수행하는 애싱 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 애싱 장치(100)는 로드락 챔버(loadlock chamber)(110), 공정 챔버(Process chamber)(120) 및 이송 챔버(Transfer chamber)(130)를 포함하여 구성된다.
로드락 챔버(110)는 상기 공정 챔버(120)로 웨이퍼를 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)시키도록 구성된다. 또한, 상기 로드락 챔버(110)는 상기 공정 챔버(120)의 압력 상태가 변화되는 것을 방지시키기 위해 그 자체적으로 진공 상태와 대기 상태를 교차시키면서 압력을 그대로 유지시키는 기능을 수행한다. 즉, 상기 로드락 챔버(110)는 대기압 상태인 외부로부터 고진공 상태인 상기 공정 챔버(120)로 웨이퍼를 직접 유입시키는 경우에 외부의 파티클이 상기 공정 챔버(120)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이때 상기 로드락 챔버(110)에서의 진공 형성은 통상 별도의 펌핑(Pumping) 수단에 의해 이루어지게 된다. 또한, 상기 로드락 챔버(110)의 진공 상태 혹은 대기압 상태 여부는 상기 로드락 챔버(110)와 공정 챔버(120)가 연결되도록 형성된 게이트 밸브(미도시) 및 외부로 연결되도록 형성된 게이트 밸브(미도시)의 개폐를 기준으로 형성된다.
공정 챔버(120)는 반도체 소자로 사용되는 웨이퍼를 가공하기 위한 여러 가 지 공정이 수행되도록 구성된다. 또한, 상기 공정 챔버(120)는 반도체 소자 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱 공정을 진행시키고, 상기 웨이퍼가 압력 변동에 의해 대기압 상태로 바로 반송되는 기능을 수행한다. 여기서 상기 공정 챔버(120)는 일측은 상기 로드락 챔버(110)와 연결되고, 타측 혹은 바닥면은 내부에서 발생 가능한 파티클을 배기시키기 위한 배기 포트(미도시)가 형성된다.
또한, 상기 공정 챔버(120)는 애싱 공정이 완료된 후, 파티클과 같은 부산물을 원활히 배기시키기 위한 펌핑(Pumping) 공정, 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급함으로써 원활할 배기를 돕기 위한 퍼징(Purging) 공정 및 상기 캐리어 가스를 공급하여 저압력 상태인 공정 챔버(120)에서 공정 챔버(120) 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시키기 위한 배출 공정이 실시된다. 상기 공정 챔버(120)는 상기와 같은 공정들을 통해 발생 가능한 부산물인 폴리머(Polymer)성 파티클(Particle)을 최대한 배출시킴으로써 애싱 장치(100)를 더욱 안정적으로 관리시킬 수 있다.
이송 챔버(130)는 상기 공정 챔버(120)에서 반도체 소자로 사용되는 웨이퍼를 웨이퍼 카셋트(Cassette)에 적재하여 이송시키는 기능을 수행한다.
이와 같이 본 발명에 따른 애싱 장치(100)는 상기 공정 챔버(120) 자체에서 상기와 같은 애싱 공정이 완료된 후, 펌핑 공정, 퍼징 공정 및 배출 공정을 수행시켜 상기 공정 챔버(120) 내에서 발생 가능한 부산물인 파티클을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 애싱 장치(100)는 후속 공정을 습식 공정 없이 바로 진행시킴으로써 공정을 단순화시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 애싱 장치(100)는 상기 공정들을 통 해 상기 공정 챔버(120)를 안정적으로 유지 및 관리할 수 있어 공정의 안정화 및 세정 주기를 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 장치에서 파티클을 감소시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 먼저 본 발명에 따른 애싱 장치의 공정 챔버에서 반도체 소자의 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱 공정을 수행한다(S201). 이때 상기 공정 챔버에서 상기 애싱 공정은 20~50℃ 범위에서 0.5~2T, 1000~2000W_source, 100~500W_bias, 3000~5000 sccm의 산소(O2), 100~500sccm의 질소(N₂)에 범위로 진행시킬 수 있다.
상기 공정 챔버는 애싱 공정이 완료된 후, 상기 애싱 공정으로부터 생성된 파티클과 같은 부산물을 원활한 배기시키는 펌핑 공정을 수행한다(S203). 이때 상기 공정 챔버는 압력을 조절하는 게이트 밸브를 완전히 개방한 상태로 유지시켜 상기 애싱 공정이 종료되면 파티클을 원활히 배기시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 공정 챔버에서 애싱이 종료된 후, 상기 펌핑 공정을 10~50초간 진행시킨다.
이후, 상기 공정 챔버는 저압력 상태인 공정 챔버에서 상기 부산물과 같은 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시키는 배출(venting) 공정을 실시한다(S205). 이때 상기 공정 챔버는 게이트 밸브를 닫고 캐리어 가스인 질소를 공급시킴으로써 저압력 상태인 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시킬 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 애싱 장치의 공정 챔버에서는 애싱 공정이 종료된 후, 반도체 소자로 사용되는 웨이퍼가 상기와 같은 배출(venting) 공정을 통해 대기압 상태로 반송되기 때문에, 상기 공정 챔버를 반송에 적합한 상태로 유지시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 애싱 장치에서 파티클을 감소시키는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일한 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참고하면, 먼저 본 발명에 따른 애싱 장치의 공정 챔버에서 반도체 소자의 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱 공정을 수행한다(S301).
상기 공정 챔버는 애싱 공정이 완료된 후, 상기 애싱 공정으로부터 생성된 파티클과 같은 부산물을 원활한 배기시키는 펌핑 공정을 수행한다(S303). 상술한 바와 같이, 이때 상기 공정 챔버는 압력을 조절하는 게이트 밸브를 완전히 개방한 상태로 유지시켜 상기 애싱 공정이 종료되면 파티클을 원활히 배기시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 공정 챔버에서 애싱이 종료된 후, 상기 펌핑 공정을 10~50초간 진행시킨다.
이후, 상기 공정 챔버는 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스(Carrier Gas)를 공급시킴으로써 상기 파티클의 원활할 배기를 유도하는 퍼징(Purging) 공정을 수행한다(S305). 이때 상기 공정 챔버는 상기 펌핑 공정에서 충분히 배기되지 못한 부산물을 이동시키기 위한 캐리어 가스인 질소(N₂)를 공급시 킴으로써 원활한 배기를 유도할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 펌핑 공정을 수행시킨 후, 상기 퍼징 공정에서 상기 질소를 500~3000sccm로 10~50초간 공급시킬 수 있다.
이후, 상기 공정 챔버는 저압력 상태인 공정 챔버에서 캐리어 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시키는 배출(venting) 공정을 실시한다(S207). 상술한 바와 같이, 이때 상기 공정 챔버는 게이트 밸브를 닫고 캐리어 가스인 질소를 공급시킴으로써 저압력 상태인 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시킬 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 애싱 장치에서 확인된 파티클을 소프트웨어를 통해 나타낸 화면 예시도이다.
도 4 내지 도 5는 참고하면, 도 4에 도시된 화면 예시도(400)는 애싱 장치의 공정 챔버에서 단순히 애싱(venting) 공정이 완료된 후, 별도의 추가 공정 없이 바로 배출(venting) 공정을 수행시킨 다음 소정의 소프트웨어를 통해 반도체 소자로 사용되는 웨이퍼 상의 파티클(401) 수를 확인한 화면이다.
그에 반해, 도 5에 도시된 화면 예시도(500)는 애싱 공정의 공정 챔버에서 애싱이 완료된 후, 발생 가능한 파티클을 배기시키기 위한 펌핑(Pumping) 공정, 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급함으로써 원활할 배기를 유도시키기 위한 퍼징(Purging) 공정 및 상기 캐리어 가스를 공급하여 저압력 상태인 공정 챔버에서 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼를 대기압 상태로 반송시키기 위한 배출 공정 을 수행시킨 다음 소정의 소프트웨어를 통해 웨이퍼상의 파티클(501) 수를 확인한 화면이다.
상술한 바와 같이, 바람직하게는 상기 공정 챔버에서 애싱 공정이 종료된 후, 상기 펌핑 공정을 10~50초간 진행시킬 수 있다. 또한, 상기 공정 챔버에서 상기 펌핑 공정이 수행된 후, 상기 퍼징 공정에서 질소를 500~3000sccm로 10~50초간 공급시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명에 의하면 반도체 제조 공정 중 발생 가능한 파티클을 최소화시킬 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 소자 제조 방법에 있어서,
    공정 챔버에서 상기 반도체 소자의 제조를 위해 사용된 감광막을 제거하는 애싱(ashing) 공정;
    상기 공정 챔버에 설치되어 압력을 조절하는 게이트 밸브를 개방하여 상기 애싱 공정으로부터 생성된 파티클을 배기시키는 펌핑(pumping) 공정; 및
    상기 게이트 밸브를 닫고 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 공급하여 상기 파티클을 배기시키는 배출(venting) 공정
    을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 질소(N₂)인 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자 제조 방법은 상기 파티클을 이동시키기 위한 캐리어 가스를 상기 공정 챔버로 공급하여 상기 파티클의 배기를 유도시키는 퍼징(purging) 공 정을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 퍼징 공정은 500~3000sccm의 캐리어 가스를 공급하는 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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