KR100902613B1 - 플라즈마 처리 장치 및 그의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 기판에 대한 식각 공정 후, 공정 챔버 내부를 세정하는 플라즈마 처리 장치 및 그의 세정 방법에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버 내부에 상부 전극 및 하부 전극과 함께 상부 전극의 가장자리에 배치되는 보조 전극을 포함한다. 식각 공정이 완료되면, 플라즈마 처리 장치는 상부 전극에 고주파 전원을 인가하고 동시에 보조 전극에 직류 전원을 인가하여, 공정 챔버 내부에 플라즈마가 균일하게 형성되도록 한다. 따라서 본 발명에 의하면, 상부 전극 및 보조 전극에 의해 공정 챔버 전체에 균일한 플라즈마가 형성됨으로써, 세정 가스를 이용하여 공정 챔버 내부의 세정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

플라즈마 처리 장치, 공정 챔버, 세정 공정, 폴리머, 보조 전극

Description

플라즈마 처리 장치 및 그의 처리 방법{PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 식각 공정을 처리하는 용량 결합형 플라즈마 소스 타입의 플라즈마 처리 장치 및 그의 식각 공정 후 공정 챔버 내부의 폴리머를 제거하기 위한 세정 공정을 처리하는 방법에 관한 것이다.

최근의 반도체 웨이퍼의 대구경화(예를 들어, 300 미리 이상)에 따라 플라즈마를 이용하여 식각, 증착, 애싱 또는 세정 공정을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다.

이러한 플라즈마 처리 장치는 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마 분위기를 생성하여 플라즈마 분위기의 양이온 또는 라디칼(radical)이 반도체 웨이퍼 기판을 식각하는 건식 식각 공정에 이용되고 있다. 이들 플라즈마 소스 중에는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitive Coupled Plasma : CCP), 유도 결합형 플라즈마 소스(Induced Coupled Plasma : ICP), 마이크로파 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소스 등이 있다.

도 1을 참조하면, 식각 공정을 처리하기 위하여, 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스를 이용하는 플라즈마 처리 장치(10)는 웨이퍼 기판(W)에 대한 식각 공정이 이루어지는 공정 챔버(12)를 포함한다. 공정 챔버(12)는 내부 하단부에 웨이퍼 기판(W)이 안착, 지지되고 하부 전극(14)을 포함하는 정전척(16)과, 상단부에 설치되어 고주파 전원(2)을 공급받아서 하부 전극(14)과 반응하여 공정 챔버(12) 내부에 플라즈마(20) 분위기를 형성하는 상부 전극(18)을 구비한다. 이 때, 상부 및 하부 전극(18, 14)은 고주파 및 저주파 전원(2, 4)이 공급된다.

예를 들어, 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 챔버(12) 내부로 CF 계열의 가스를 공급하여 웨이퍼 기판(W)의 산화막을 제거하는 식각 공정을 처리한다. 따라서 식각 공정 후, 공정 챔버(12) 내부에는 CF 계열의 가스에 의해 폴리머(polymer)가 생성된다. 이러한 폴리머는 식각 공정에서 플라즈마 분위기의 밀도가 공정 챔버 내부의 각 부위마다 다르게 형성시키기 때문에, 식각 공정이 동일하게 처리되는 재현성이 저하되는 원인이 된다. 그러므로, 플라즈마 처리 장치(10)는 웨이퍼 기판(W)의 식각 공정 후, 다음의 식각 공정을 위하여 공정 챔버(12) 내부를 세정하는 세정 공정을 처리한다.

즉, 플라즈마 처리 장치(10)는 이러한 폴리머를 제거하기 위하여 산소(O2) 가스를 이용하여 공정 챔버(12) 내부를 세정한다. 이 때, 상부 전극(18)으로 고주파 전원(2)을, 하부 전극(14)으로 저주파 전원(4)을 공급하여 플라즈마를 발생하고, 플라즈마 분위기에서 산소 가스를 일정 시간 동안(예를 들어, 약 30 초 내지 60 초 정도) 가열하여 공정 챔버(12) 내부를 세정한다.

그러나 상부 전극(18)의 가장자리 부분은 상부 전극(18)과 공정 챔버(12)의 내측벽과 일정 거리(D)를 두고 배치되므로, 세정 공정 시, 공정 챔버(12)의 상부 가장자리(chamber upper edge) 부분의 폴리머가 충분히 제거되지 못한다. 즉, 공정 챔버(12)의 가장자리 부분은 중앙 부분보다 플라즈마 밀도가 낮다. 또한, 공정 챔버(12)의 가장자리 부분의 하단에는 펌핑 단(미도시됨)이 배치되어 있으므로, 플라즈마가 충분히 형성되지 못한다. 따라서 플라즈마 처리 장치(10)는 일정 주기(예를 들어, 약 250 시간)가 경과되면, 작업자에 의해 공정 챔버(12)의 상부 가장자리 부분의 폴리머를 긁어내는 등의 유지 보수가 필요하다.

그 결과, 세정 공정을 처리하는데 소요되는 시간 즉, MTBC(Mean Time Between Cleaning)에 약영향을 주어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 기존의 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 챔버(12) 내부의 플라즈마 생성이 상부 전극(18)과 정전척(16) 사이의 중앙 부분에 집중되고, 공정 챔버(12)의 가장자리 부분에는 공정 챔버(12) 하단부의 펌핑 단에 의해 충분히 플라즈마가 형성되지 못한다. 이로 인해 공정 챔버(12)의 상부 가장자리 부분은 세정 효율이 저하되고, 결국 MTBC에 악영향을 끼쳐 생산성이 저하되는 결과를 얻게 된다.

본 발명의 목적은 식각 공정 후, 공정 챔버 내부의 폴리머를 제거하기 위한 세정 공정을 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마 분위기를 균일하게 발생하여 공정 챔버 상부 가장자리 부분의 세정 효율을 향상시키기 위한 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산성을 향상시키기 위한 세정 공정을 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 상부 전극의 가장자리에 배치되어, 공정 챔버 내부의 세정 공정 시, 균일하게 플라즈마를 발생하는 보조 전극을 제공하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 분위기를 균일하게 발생하여 공정 챔버 상부 가장자리 부분의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 세정 가스를 받아들이는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 상부에 배치되고, 고주파 전원을 공급받아서 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생하는 상부 전극과; 상기 상부 전극의 가장자리에 배치되어, 직류 전원을 공급받아서 상기 상부 전극의 가장자리 부분에 플라즈마를 발생하는 보조 전극 및; 상기 보조 전극으로 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부를 포함하되; 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 공정 챔버의 세정 공정 시, 상기 상부 전극 및 상기 보조 전극으로 동시에 전원을 인가하여, 플라즈마 분위기에서 상기 세정 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 세정한다.

한 실시예에 있어서, 상기 보조 전극은; 상기 상부 전극의 가장자리 측면과 상기 공정 챔버 내측벽 사이에 구비된다.

다른 실시예에 있어서, 상기 보조 전극은 구리 재질을 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 보조 전극은 적어도 하나의 플래이트 형상으로 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 보조 전극은 상기 상부 전극의 가장자리 측면과 상기 공정 챔버의 상부 내측벽 사이에 'ㄱ' 자 형상의 플래이트로 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 보조 전극은 적어도 하나의 코일 형상으로 구비된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 식각 공정 후, 공정 챔버 내부를 세정하는 플라즈마 처리 장치의 처리 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 웨이퍼 기판의 식각 공정 완료 후, 상기 웨이퍼 기판을 인출한다. 공정 챔버로 세정 가스를 공급한다. 상기 공정 챔버의 상부에 배치되는 상부 전극 및 상기 상부 전극의 가장자리에 배치되는 보조 전극으로 동시에 전원을 인가한다. 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 균일하게 발생한다. 이어서 균일하게 발생된 플라즈마 분위기에서 상기 세정 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 세정한다.

한 실시예에 있어서, 상기 전원을 인가하는 것은; 상기 상부 전극 및 상기 보조 전극으로 동시에 전원을 인가하여 상기 세정 가스를 일정 시간 동안 가열하는 것을 더 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 전원을 인가하는 것은; 상기 상부 전극으로 고주파 전원을 인가하고, 동시에 상기 보조 전극으로 직류 전원을 인가한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 세정하는 것은; 상기 식각 공정 시, 상기 공정 챔버 내부에 발생된 폴리머를 상기 세정 가스로 제거한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 식각 공정 후, 공정 챔버 내부에 생성된 폴리머를 제거하기 위하여, 상부 전극과 보조 전극으로 동시에 전원을 인가하여 공정 챔버 내부에 균일하게 플라즈마를 발생함으로써, 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

따라서 별도의 폴리머 제거 작업 없이 공정 챔버 내부의 세정 공정을 처리함으로써, 플라즈마 처리 장치의 MTBC(Mean Time Between Cleaning)를 개선하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 예를 들어, 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : CCP) 소스를 이용하는 산화막 식각 설비(oxide etcher)로서, 대구경(예를 들어, 300 미리 이상)의 웨이퍼 기판(W)의 산화막을 제거하는 식각 공정이 이루어지는 공정 챔버(110)와, 공정 챔버(110) 내부 하단부에 웨이퍼 기판(W)이 안착, 지지되고 하부 전극(112)을 포함하는 정전척(116)과, 하부 전극(112)에 대향하여 공정 챔버(110) 상단부에 설치되어 고주파 전원(102)을 공급받아서 하부 전극(112)과 반응하여 공정 챔버(110) 내부에 플라즈마(130) 분위기를 형성하는 상부 전극(114)을 구비한다. 이 때, 상부 및 하부 전극(114, 112)은 고주파 및 저주파 전원(102, 104)이 공급되어 전위차에 의해 공정 챔버(110) 내부에 플라즈마(130) 분위기를 형성한다.

또 플라즈마 처리 장치(100)는 상부 전극(114)의 가장자리에 배치되어 공정 챔버(110)의 상부 가장자리 부분에 플라즈마가 형성되도록 보조 전극(120)을 구비한다. 보조 전극(120)은 예를 들어, 구리 재질 또는 은으로 도금된 구리 재질로 구비되고, DC 전원(106)을 공급받아서 공정 챔버(110)의 상부 가장자리 부분에 플라즈마 분위기를 형성한다.

따라서 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 식각 공정 후, 공정 챔버(110)의 세정 공정 시, 상부 전극(114) 및 보조 전극(120)에 의해 공정 챔버(110) 전체 에서 균일하게 플라즈마가 발생된다.

구체적으로, 보조 전극(120)은 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 평면을 갖는 플래이트 형태로 구비된다. 다른 예로서, 보조 전극(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 플래이트(120a ~ 120d)로 구비된다. 또 다른 예로서, 보조 전극(120)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 코일(120e ~ 120f, 120g)로 구비될 수 있다.

따라서 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 공정 챔버(110) 내부로 CF 계열의 가스를 공급하여 웨이퍼 기판(W)의 산화막을 제거하는 식각 공정을 처리한다. 따라서 식각 공정 후, 공정 챔버(110) 내부에는 CF 계열의 가스에 의해 폴리머(polymer)가 생성된다. 이러한 폴리머는 식각 공정에서 플라즈마 분위기의 밀도가 공정 챔버(110) 내부의 중앙, 가장자리 등 각 부위마다 다르기 때문에, 식각 공정이 동일하게 처리되는 재현성이 저하되는 원인이 된다. 그러므로, 플라즈마 처리 장치(100)는 웨이퍼 기판(W)의 식각 공정 후, 공정 챔버(110) 내부를 세정하는 세정 공정을 처리한다.

이를 위해, 플라즈마 처리 장치(100)는 공정 챔버(110) 내부 예를 들어, 공정 챔버(110) 내측벽, 정전척(116) 표면 등에 잔존하는 폴리머를 제거하기 위하여, 공정 챔버(110)로 세정 가스 예를 들어, 산소(O2), CF 계열 또는 NF3 계열 가스를 공급하고, 상부 전극(114)에 고주파 전원(102)(예를 들어, 60 MHz 내지100 MHz 등)을, 하부 전극(112)에 저주파 전원(104)을 인가하여 공정 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 동시에 보조 전극(120)에 DC 전원(106)을 인가하고 세정 가스를 일정 시간 동안(예를 들어, 약 30 초 내지 60 초 정도) 가열하여, 공정 챔버(110)의 가장자리 부분의 플라즈마 밀도가 저하되지 않도록 플라즈마를 발생한다.

따라서 플라즈마 처리 장치(100)는 공정 챔버(110) 전체에 플라즈마를 균일하게 발생하고, 균일한 플라즈마 분위기에서 세정 가스를 이용하여 공정 챔버(110) 내부를 세정한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 보조 전극을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면들이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100, 100a)는 상부 전극(114)의 가장자리 부분과 공정 챔버(110)의 상부 내측벽 사이에 적어도 하나의 플래이트(120, 120a) 형태로 구비되는 보조 전극(120)을 포함한다. 즉, 도 3의 보조 전극(120)은 상부 전극(114)의 상부 가장자리 측면 및 공정 챔버(110)의 상부 내측면에 대응하여 'ㄱ' 자 형태의 플래이트로 구비된다. 이 보조 전극(120)은 하나의 플래이트로 구비된다. 또 도 4의 보조 전극(120)은 복수 개의 플래이트(120a ~ 120d)들로 구비되고, 각각의 플래이트(120a ~ 120d)에 DC 전원(106)을 연결한다. 이 경우, 두 개의 플래이트(120a, 120b 또는 120c, 120d)에 각각의 DC 전원 공급부(106a 또는 106b)가 연결된다.

다른 예로서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100b, 100c)는 상부 전극(114)의 가장자리 부분과 공정 챔버(110)의 상부 내측벽 사이에 적어도 하나의 코일 형태로 구비되는 보조 전극(120)을 포함한다. 즉, 도 5의 보조 전극(120)은 복수 개의 코일(120e, 120f)들을 구비하고, 각 코일(120e, 120f)들에 DC 전원(106)을 연결한다. 또 도 6의 보조 전극(120)은 하나의 코일(120g)을 상부 전극(114)의 가장자리 공간에 대응하여 복수 회로 감아서 DC 전원(106)을 연결한다.

그러므로 이러한 보조 전극(120)은 상부 전극(114)의 가장자리 부분에 배치되어, DC 전원(106)을 공급받아서 공정 챔버(110)의 상부 가장자리 부분의 플라즈마 밀도가 저하되지 않도록 플라즈마를 발생한다.

그리고 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 식각 공정 후, 공정 챔버 내부를 세정하는 세정 공정 수순을 도시한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 단계 S150에서 웨이퍼 기판(W)에 대한 식각 공정이 완료되면, 단계 S152에서 공정 챔버(110)로부터 웨이퍼 기판(W)을 인출한다.

단계 S154에서 공정 챔버(110) 내부를 세정하기 위하여 세정 가스 예를 들어, 산소(O2), CF 또는 NF3 계열의 가스를 공급한다. 단계 S156에서 상부 전극(114) 및 보조 전극(120)에 전원을 인가한다. 즉, 상부 전극(114)은 고주파 전원(102)을 인가하고, 동시에 보조 전극(120)은 DC 전원(106)을 동시에 인가한다. 이 때, 상부 전극(114) 및 보조 전극(120)으로 동시에 전원을 인가하여 세정 가스를 일정 시간(예를 들어, 약 30 ~ 60 초 정도) 동안 가열한다.

단계 S158에서 공정 챔버 내부에 플라즈마가 균일하게 발생한다. 즉, 하부 전극(112)으로 저주파 전원(104)을 인가하여 상부 전극(114) 및 보조 전극(120)과 반응하여 공정 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생한다.

이어서 단계 S160에서 균일하게 발생된 플라즈마 분위기에서 세정 가스를 이 용하여 공정 챔버(110) 내부 예를 들어, 공정 챔버(110) 내측벽, 정전척(116) 표면 등을 세정하여 폴리머를 제거한다.

이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;

도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 처리 장치의 상부 도면;

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면들; 그리고

도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 세정 공정을 처리하는 수순을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 플라즈마 처리 장치 102 : 고주파 전원

104 : 저주파 전원 106 : 직류 전원

110 : 공정 챔버 112 : 하부 전극

114 : 상부 전극 116 : 정전척

120, 120a ~ 120g : 보조 전극

Claims (10)

1. 플라즈마 처리 장치에 있어서:

   하부에 기판이 안착되고 하부 전극이 제공되는 정전척이 배치되며, 상부가 상기 하부보다 큰 내부 공간을 가지고, 세정 가스를 받아들이는 공정 챔버와;

   상기 공정 챔버의 상기 상부에 배치되고, 고주파 전원을 공급받아서 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생하는 상부 전극과;

   상기 상부 전극의 가장자리 측면과 상기 공정 챔버의 상기 상부 가장자리 사이에 배치되어, 직류 전원을 공급받아서 상기 공정 챔버의 상기 상부 가장자리 부분에 플라즈마를 발생하는 보조 전극 및;

   상기 보조 전극으로 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부를 포함하되;

   상기 플라즈마 처리 장치는 상기 공정 챔버의 세정 공정 시, 상기 상부 전극 및 상기 보조 전극으로 전원을 동시에 인가하여, 플라즈마 분위기에서 상기 세정 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 세정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조 전극은;

   상기 상부 전극의 가장자리 측면과 상기 공정 챔버 내측벽 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 보조 전극은 구리 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 보조 전극은 적어도 하나의 플래이트 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보조 전극은 상기 상부 전극의 가장자리 측면과 상기 공정 챔버의 상부 내측벽 사이에 'ㄱ' 자 형상의 플래이트로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 보조 전극은 적어도 하나의 코일 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항의 상기 플라즈마 처리 장치의 처리 방법에 있어서:

   상기 공정 챔버의 세정 공정 시, 상기 상부 전극 및 상기 보조 전극으로 전원을 동시에 인가하여, 플라즈마 분위기에서 상기 세정 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 세정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 처리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 방법은;

   상기 공정 챔버에서 기판에 대한 식각 공정을 처리할 때에는 상기 상부 전극에 전원을 인가하되,

   상기 세정하는 것은 상기 식각 공정에서 발생된 폴리머를 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 처리 방법.
9. 삭제
10. 삭제

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