KR100745966B1 - 플라즈마 처리장치 및 이의 세정 방법 - Google Patents

Abstract

플라즈마 공정을 사용하여 식각 및/또는 증착을 수행하는 플라즈마 처리장치와, 이 장치의 공정 챔버에서 발생되는 파티클을 제거하는 세정 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부; 플라즈마를 이용한 웨이퍼 처리 공정 후에 발생되는 파티클을 리스서펜션(resuspension)시키기 위해 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 상기 공정 챔버의 내부에서 웨이퍼를 안착하며, 파티클을 이온화시키기 위한 교류 전압이 인가되는 웨이퍼 척; 및 상기 이온화된 파티클을 챔버 외부로 배출하는 파티클 배출부를 포함한다.

플라즈마, 식각, 증착, 파티클, 스트레스, 세정, DC 파워, 메쉬

Description

플라즈마 처리장치 및 이의 세정 방법{PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리장치의 세정 방법을 나타내는 공정 블록도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시한 플라즈마 처리장치의 세정 방법을 나타내는 공정 블록도이다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도이다.

본 발명은 플라즈마 공정을 사용하여 식각 및/또는 증착을 수행하는 플라즈마 처리장치와, 이 장치의 공정 챔버에서 발생되는 파티클을 제거하는 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 제품을 생산하기 위해서는 매우 정밀한 반도체 제조 공정은 물론, 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 제조 설비를 필요로 하는 바, 이들 반도체 제조 설비는 크게 선행 반도체 제조 설비와 후속 반도체 제조 설비로 구분할 수 있다.

먼저, 상기한 선행 반도체 제조 설비는 순수 실리콘 웨이퍼에 반도체 박막 패턴을 형성하기 위한 선행 공정인 사진 공정을 수행하고, 후속 반도체 제조 설비는 웨이퍼에 패터닝된 포토레지스트 박막을 매개로 웨이퍼에 소정의 특성을 갖는 불순물을 주입하는 이온 주입 공정, 이미 형성된 반도체 박막을 식각하여 패터닝하는 식각 공정, 웨이퍼에 소정 박막을 부가하는 증착 공정, 미세 박막 회로 패턴을 연결하는 메탈 공정 등을 수행한다.

이 중에서, 식각 공정을 수행하는 반도체 제조 설비는 습식 식각 설비와 건식 식각 설비로 나눌 수 있으며, 건식 식각 설비로는 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마 처리장치가 있다.

통상적으로, 상기한 플라즈마 처리장치는 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 설치되어 플라즈마 가스를 생성하는데 필요한 소스 가스를 공정 챔버 내부로 공급하는 가스 공급 유닛과, 웨이퍼가 안착되는 캐소드 전극 및 이 전극과 마주보도록 설치되는 애노드 전극을 구비하는 전극 유닛과, 가스 공급 유닛으로부터 공급된 소스 가스를 웨이퍼를 향해 균일하게 분사하는 가스 분배 수단을 포함한다.

그리고, 상기한 구성의 플라즈마 처리장치를 이용하여 식각 공정을 진행하는 동안 상기 애노드 전극에는 알에프(RF) 파워가 인가된다.

따라서, 통상의 플라즈마 처리장치의 공정 챔버 내부에는 상기 애노드 전극 에 인가되는 알에프 파워에 의한 스트레스로 인해 많은 양의 파티클(particle)이 발생되고, 이 파티클이 공정 챔버의 내벽 또는 다른 구성요소의 표면에 증착된다.

그리고, 상기한 파티클은 소스 가스를 통해서도 챔버 내부로 유입되며, 또한 플라즈마 처리 공정 중에 웨이퍼로부터도 발생된다.

그런데, 상기한 파티클은 웨이퍼의 오염으로 인한 수율 저하를 방지하기 위해 주기적으로 세정되어야 한다.

이에, 종래에는 대략 100 내지 300개의 웨이퍼를 식각한 후에, 식각 챔버를 대기에 개방한 상태에서 습식 세정 공정으로 챔버를 세정하고 있다.

그리고, 습식 세정 후에는 일관된 챔버 특성을 제공하기 위해 챔버 및 그 내부 표면을 장기간 동안 펌핑 다운(pumping down)한다. 펌핑 다운 공정에서, 챔버는 2 내지 3시간 동안 고진공 환경으로 펌핑 다운되어 습식 세정 공정동안 챔버 내에 가두어진 습기 및 다른 휘발성 종들을 배기시킨다. 그 후, 더미 웨이퍼 상에서 일련의 식각 공정이 수행되어 시즈닝된다(seasoned).

경쟁적인 반도체 산업에서, 상기한 습식 세정 및 시즈닝 공정 단계 동안의 식각 챔버의 중단 시간으로부터 초래되는 웨이퍼당 증가된 비용은 바람직하지 않다. 통상, 습식 세정 공정을 완성하는 데에는 2 내지 3시간이 소요된다. 또한, 습식 세정 및 시즈닝 공정은 흔히 일관되지 않고 가변적인 식각 특성을 제공한다. 특히, 습식 세정 공정은 작업자에 의해 수동으로 실행되기 때문에, 흔히 세션마다 변하여 챔버 표면 특성의 변화와 식각 공정의 낮은 재현성을 초래한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 공정 진행 후에 단시간 내에 효과적으로 파티클을 제거할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 이의 세정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

공정 챔버;

상기 공정 챔버의 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부;

플라즈마를 이용한 웨이퍼 처리 공정 후에 발생되는 파티클을 리스서펜션(resuspension)시키기 위해 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부;

상기 공정 챔버의 내부에서 웨이퍼를 안착하며, 파티클을 이온화시키기 위한 교류 전압이 인가되는 웨이퍼 척; 및

상기 이온화된 파티클을 챔버 외부로 배출하는 파티클 배출부

를 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 파티클 배출부는 파티클 배출 라인과, 이 라인상에 설치되는 진공 펌프를 포함한다.

또한, 상기 파티클 배출부는 파티클 집진부를 더욱 포함할 수 있는데, 파티클 집진부는 상기 파티클 배출 라인에 구비되며 상기 이온화된 파티클과 반대 극성으로 도전되는 메쉬를 더욱 포함할 수 있다.

상기 메쉬는 공정 챔버의 내벽면에 설치될 수도 있고, 웨이퍼 척의 주위에 설치될 수도 있다.

그리고, 상기 이온화된 파티클과 반대 극성으로 메쉬를 도전시키기 위해 상기 메쉬에는 직류 전압을 인가하며, 상기 퍼지 가스로는 질소 가스를 사용한다.

이러한 구성의 플라즈마 처리장치는,

챔버의 내부에 퍼지 가스를 공급하여 상기 파티클을 리서스펜션(resuspension)시키는 단계;

상기 웨이퍼를 안착하고 있는 웨이퍼 척에 교류 전압을 인가하여 상기 파티클을 이온화시키는 단계; 및

상기 이온화된 파티클을 챔버 외부로 배출하는 단계

를 포함하는 플라즈마 처리장치의 세정 방법에 의해 세정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 파티클을 이온화시킨 후에는 상기 이온화된 파티클과 반대 극성으로 도전되는 메쉬를 사용하여 파티클을 상기 메쉬에 집진하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

그리고, 상기한 세정 공정은 매 웨이퍼 처리시마다, 또는 일정한 주기로 실시할 수 있다.

이러한 세정 공정을 이용하여 플라즈마 처리장치를 세정하면, 습식 세정 공정을 이용한 세정 주기를 증가시킬 수 있어 생산성 향상이 가능하다.

그리고, 플라즈마를 이용한 식각 공정 후에 발생되는 파티클을 공정 챔버에서 효과적으로 제거할 수 있으며, 이로 인해 챔버 내 오염을 최소화할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리장치를 세정하는 세정 방법을 나타내는 공정 블록도를 도시한 것이다.

이하에서는 플라즈마 식각장치를 예로 들어 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 플라즈마 공정을 이용하여 증착 공정을 실시하는 플라즈마 증착장치에도 사용할 수 있다.

플라즈마 공정을 이용하여 식각을 진행하는 플라즈마 처리장치는 웨이퍼를 처리하기 위한 공정 지역을 한정하는 공정 챔버(10)를 구비한다.

공정 챔버(10)는 금속, 세라믹, 유리, 폴리머 및 복합 재료를 포함하는 다양한 재료중 하나로부터 제조된 측벽 및 바닥벽을 가진다. 여기에서, 상기 공정 챔버(10)는 평평하거나, 직사각형, 아치형, 원뿔형, 돔형 등의 천정을 구비할 수 있다.

공정 가스는 공정 가스 공급기(20)를 통해 챔버(10) 내부로 도입된다. 상기 공정 가스 공급기(20)는 웨이퍼(W) 주위에 배치된 가스 배출구를 구비하거나, 챔버(10)의 천정에 탑재되며 내부에 배출구를 갖는 샤워 헤드(30)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 샤워 헤드(30)와 공정 가스 공급기(20)는 공정 가스 공급 라인(35)을 통해 연결된다.

그리고, 공정 챔버(10) 내의 플라즈마 이온을 가속시키거나 에너자이징(energizing)하기 위해 하나 이상의 공정 전극을 사용할 수 있다. 이 공정 전극은 챔버(10)의 천정에 설치되는 애노드 전극을 포함한다. 여기에서, 상기 애노드 전극은 상기 샤워 헤드(30)와 동일한 것일 수 있다.

애노드 전극은 웨이퍼(W) 아래의 캐소드 전극(40)과 용량적으로 커플링한다. 예컨대, 상기 캐소드 전극(40)은 정전기 척으로 이루어질 수 있다. 전극 전원은 상기 애노드 및 캐소드 전극을 서로 다른 전위에 유지시키는 RF 전위를 공급한다.

상기한 구성의 식각장치를 사용하여 식각 공정을 진행하는 경우, 위에서 언급한 바와 같이 챔버(10) 내부의 구성 요소, 예컨대 챔버(10)의 측벽 및 바닥벽 등에는 식각 공정시 발생된 파티클(P)이 증착된다.

이에, 상기한 파티클(P)을 효과적으로 제거하기 위해 본 발명은 파티클 리서스펜션(resuspension) 단계와 파티클 이온화 단계 및 파티클 배출 단계를 포함하는 세정 방법을 제공한다.

보다 구체적으로, 플라즈마를 이용한 웨이퍼 처리 공정 후에 발생되는 파티클을 리스서펜션(resuspension) 시키기 위해 상기 플라즈마 처리장치는 공정 챔버(10)에 퍼지 가스, 예컨대 질소(N2) 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 라인(50)을 구비한다. 여기에서, 상기 퍼지 가스 공급 라인(50)은 공정 가스 공급 라인(35)에 연결될 수 있다.

그리고, 파티클(P)을 이온화시키기 위해, 상기 웨이퍼(W)를 안착하는 캐소드 전극(40), 예컨대 정전척에는 교류 전압이 인가된다.

또한, 이온화된 파티클(P)을 배출하기 위해 파티클 배출 라인(60) 및 진공 펌프(65)가 구비된다. 물론, 상기한 파티클 배출 라인()은 배기 라인으로도 작용 하며, 진공 펌프(65)에 의해서는 습식 세정 공정 후에 펌핑 다운이 실시되기도 한다.

이하, 상기한 플라즈마 처리장치의 세정 방법에 대해 설명한다.

매 웨이퍼 처리시마다, 또는 일정 매수의 웨이퍼를 처리한 후에 챔버(10) 내부의 파티클(P)을 제거하는 세정 공정을 실시할 때에는 먼저 상기 퍼지 가스 공급 라인(50)을 통해 챔버(10)의 내부에 질소 가스를 공급한다.

이와 같이, 상기 챔버(10)에 질소 가스가 공급되면 파티클(P)은 리서스펜션(resuspension)된다.

이어서, 상기 웨이퍼(W)를 안착하고 있는 캐소드 전극(40)에 교류 전압을 인가한다.

이와 같이 캐소드 전극(40)에 교류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에 부착되어 있던 파티클(P)이 상기 교류 전압에 의해 차지(charge)되어 이온화된다.

이후, 상기 진공 펌프(65)를 작동시켜 챔버(10) 내부를 진공화 함으로써, 이온화된 파티클(P)을 챔버(10) 외부로 배출한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도이고, 도 4는 도 3의 플라즈마 처리장치를 세정하는 세정 방법을 나타내는 공정 블록도이다. 본 발명을 실시함에 있어서, 전술한 도 1의 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예는 파티클 배출 효율을 증가시키기 위해, 상기 이온화된 파티클을 집진하는 집진부를 더욱 구비한다.

상기 집진부는 금속 재질의 메쉬(70)를 포함하며, 상기 메쉬(70)에는 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전압 공급부(80)가 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 메쉬(70)에는 상기 메쉬(70)에 집진된 이온화된 파티클(P)을 챔버(10) 외부로 배출하기 위한 아크릴계 재질의 배출 튜브(75)가 설치되고, 상기 배출 튜브(75)에는 진공 펌프(미도시함)가 연결된다. 물론, 상기한 배출 튜브(75)가 상기한 진공 펌프(65)에 연결될 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 파티클(P)을 이온화시킨 후, 상기 직류 전압 공급부(80)에서 메쉬(70)에 직류 전압을 공급한다.

이때, 상기 직류 전압으로는 이온화된 파티클(P)과 반대 극성의 전압을 인가한다.

이와 같이 하면, 상기 이온화된 파티클(P)은 인력(引力)에 의해 반대 극성의 메쉬(70)쪽으로 끌려오게 되며, 이후 진공 펌프에 의해 진공화된 배출 튜브(75)를 통해 챔버(10) 외부로 배출된다.

이러한 구성의 플라즈마 처리장치는 이온화된 파티클(P)을 메쉬(70)에서 집진한 후 배출 튜브(75)를 통해 챔버 외부로 배출하므로, 파티클 배출 효율을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도를 도시한 것으로, 본 발명의 실시예가 전술한 도 3의 실시예와 다른 점은 메쉬(70)를 원형의 링상으로 형성하여 웨이퍼(W)의 주위에 배치하였다는 점이다.

그리고, 상기 메쉬(70)는 웨이퍼 척과 지면 경사도가 60°를 유지하도록 설 치하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 플라즈마 처리장치는 메쉬(70)가 웨이퍼(W)의 주위에 배치되어 있으므로, 도 3의 실시예에 비해 파티클 배출 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만 본 발명은 상기한 실시예로 제한되지 않으며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예는 공정 챔버의 내부에서 발생되는 파티클을 공정 후에 효과적으로 제거할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 바운딩(bounding)된 파티클을 효과적으로 제거할 수 있으므로, 챔버 내부의 오염을 최소화할 수 있어 습식 세정 공정 주기를 증가시킬 수 있다.

따라서, 습식 세정 공정을 진행함으로 인해 발생되는 생산성 저하의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 복잡한 추가 장비 없이 기존의 플라즈마 처리장치에 직류 전원 공급기와 메쉬 및 배출 튜브만 설치하면 되므로, 설치비가 저렴하며 설치가 간단하다.

Claims (11)

1. 공정 챔버;

   상기 공정 챔버의 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부;

   플라즈마를 이용한 웨이퍼 처리 공정 후에 발생되는 파티클을 리스서펜션(resuspension)시키기 위해 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부;

   상기 공정 챔버의 내부에서 웨이퍼를 안착하며, 상기 파티클을 이온화시키기 위한 교류 전압이 인가되는 웨이퍼 척; 및

   상기 이온화된 파티클을 배출하는 파티클 배출부;를 포함하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 파티클 배출부는 파티클 배출 라인 및 이 라인에 설치되는 진공 펌프를 포함하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 파티클 배출부는 이온화된 파티클을 집진하는 집진부를 더욱 포함하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 집진부는 상기 이온화된 파티클과 반대 극성으로 도전되는 메쉬와, 상기 메쉬를 도전시키기 위한 직류 전압을 인가하는 직류 전압 공급부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 메쉬가 상기 공정 챔버의 측벽에 설치되는 플라즈마 처리장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 메쉬가 상기 웨이퍼 척의 주변에 설치되는 플라즈마 처리장치.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 퍼지 가스로는 질소 가스가 사용되는 플라즈마 처리장치.
8. 공정챔버에서 플라즈마 공정을 실시하여 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리장치의 세정방법에 있어서,

   상기 공정챔버의 내부에 퍼지 가스를 공급하여 상기 파티클을 리서스펜션(resuspension)시키는 단계;

   상기 웨이퍼를 안착하고 있는 웨이퍼 척에 교류 전압을 인가하여 상기 파티클을 이온화시키는 단계; 및

   상기 이온화된 파티클을 상기 공정챔버 외부로 배출하는 단계;를 포함하는 플라즈마 처리장치의 세정 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 파티클을 이온화 시킨 후, 상기 파티클과 반대 극성으로 도전되는 메쉬를 사용하여 파티클을 상기 메쉬에 집진하는 단계를 더욱 포함하는 플라즈마 처리장치의 세정 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 메쉬에 직류 전압을 인가하는 플라즈마 처리장치의 세정 방법.
11. 제 8항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 퍼지 가스로 질소 가스를 사용하는 플라즈마 처리장치의 세정 방법.

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