KR19980065674A - 플라즈마 장비의 가스 안전화 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 장치에 응용되는 플라즈마 장비의 챔버 내에서의 가스 안정화 방법에 관하여 개시한다. 이를 위하여 본 발명은, 플라즈마 챔버로 반응가스를 하나씩 순차적으로 일정시간 동안 공급하는 제1 단계와, 상기 가스공급이 끝난 플라즈마 챔버의 압력을 순차적으로 올리는 제2 단계와, 상기 순차적으로 압력이 올라간 플라즈마 챔버로 RF 전력을 인가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법을 제공한다. 따라서, 플라즈마 장비의 챔버로 반응가스를 공급하는 방법을 개선하여 축전전류에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있다.

Description

플라즈마 장비의 가스 안전화 방법

본 발명은 반도체 장치의 플라즈마 장비에 관한 것으로, 특히 플라즈마 장비의 챔버 내에서의 가스 안정화 방법에 관한 것이다.

플라즈마는 물질의 제4 상태로서 고체, 액체, 기체중 그 어느 것도 아니고 태양과 같이 극히 높은 에너지를 갖고 밀도 높은 가스가 이온화되어 있는 상태를 말한다. 반도체 소자의 제조공정이 점차 미세화되고 고도화됨에 따라. 이러한 플라즈마를 응용하는 장비가 반도체 제조공정 중에서 식각공정, 스퍼터링 공정 및 화학기상증착 공정 등에서 널리 응용되고 있다. 이러한 플라즈마 장비들은 플라즈마를 발생하여 반도체 소자를 가공하기 위한 챔버를 보유하고 있는데, 이러한 챔버로 반도체 소자의 가공에 필요한 반응가스들이 MFC(Mass Flow controller)라는 가스 공급장치를 통하여 공급되게 된다.

종래의 반도체 제조공정 중에서 플라즈마를 이용하는 공정의 경우, 플라즈마를 인가하기 위하여 RF(Radio Frequency) 전원을 인가하기 전에 반응가스를 동시에 공급하여 플라즈마 장비의 챔버에 압력을 만족해 주는 안전화 단계를 거친후에 RF 전원을 인가하여 플라즈마를 형성하도록 되어 있다. 이 경우, RF 전원이 인가되면 반사전력(reflect power)이 발생되어 약 13 내지 20초 동안, 안정된 상태로 도달하기 위한 탐색, 즉 헌팅(hunting)을 하게 된다. 이때에 플라즈마 내에서 축전전류(charging current)에 의하여 발생된 불균일한 플라즈마에 의하여 반도체 소자에 손상을 입히는 것으로 알려져 있다.

도 1은 종래 기술에 의하여 플라즈마 장비의 가스 안정화를 달성하였을 때의 시간에 따른 비트 신호의 변화를 표시한 그래프이다. 여기서 비트신호(Bit Signal)는 플라즈마의 의하여 발생되는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하였을 때, 전기적 신호가 최대점에 도달한 후에 떨어지는 한 주기를 말한다. 상세히 설명하면, 플라즈마 장비의 챔버 내로 반응가스들을 MFC 장치를 통하여 동시에 공급되고 약 13 내지 20초 동안, 안정된 상태로 도달하기 위한 헌팅(hunting) 시간이 경과함에 따라 비트 신호의 변화를 도시한 그래프이다. 그래프에서 알 수 있듯이 플라즈마 챔버 내로 가공에 필요한 반응가스를 동시에 공급함으로 인하여, 14초에서 18초 사이에 축전전류에 의하여 정상값이 20000인데 비하여 비트신호가 25000까지 상승되어 가공되는 반도체 소자, 예컨대 웨이퍼에 손상을 준 것을 알수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플라즈마 장비의 챔버로 반응가스를 공급하는 방법을 개선하여 축전전류에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 장비의 가스 안정화를 달성하였을 때의 시간이 경과함에 따라 비트 신호의 변화를 표시한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따라 플라즈마 장비의 가스 안정화를 달성하였을 때의 시간이 경과함에 따라 비트 신호의 변화를 표시한 그래프이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마 챔버로 반응가스를 하나씩 순차적으로 일정시간 동안 공급하는 제1 단계와, 상기 가스공급이 끝난 플라즈마 챔버의 압력을 순차적으로 올리는 제2 단계와, 상기 순차적으로 압력이 올라간 플라즈마 챔버로 RF 전력을 인가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버로 반응가스를 공급하는 방법은 사용압력이 낮은 가스부터 순차적으로 공급하거나, 사용압력이 높은 가스부터 순차적으로 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 장비의 챔버로 반응가스를 공급하는 방법을 개선하여 축전전류에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따라 플라즈마 장비의 가스 안정화를 달성하였을 때의 시간이 경과함에 따라 비트 신호의 변화를 표시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 챔버로 인가되는 반응가스가 4개가 있다고 가정하면 먼저 반응가스를 사용압력이 낮은 가스부터 순차적으로 하나씩 챔버로 흘려준다. 이때, 압력도 일정한 시간에 따라 동시에 일정 간격씩 상승되도록 조절한다. 이어서 반응가스가 모두 공급되고 압력이 요구되는 수준에 도달한 후에 RF 전원을 인가하여 시간이 경과함에 따른 비트신호를 표시한 그래프이다. 아래의 표1은 이러한 조건을 표로 상세히 도시한 하나의 예이다.

플라즈마 챔버의 가스공급 방법

가스명	제1 단계	제2 단계	제3 단계	제4 단계	제5 단계
제1 가스	공급	공급	공급	공급	공급
제2 가스	차단	공급	공급	공급	공급
제3 가스	차단	차단	공급	공급	공급
제4 가스	차단	차단	차단	공급	공급
RF 전원	OFF	OFF	OFF	OFF	ON
챔버 압력	100 mTorr	200 mTorr	300 mTorr	400 mTorr	400 mTorr

상술한 조건에 의하여 플라즈마 챔버 내로 반응가스를 공급하여 플라즈마를 발생시키면, 종래기술에서 처럼 13∼20초가 소요되는 플라즈마의 안정화 시간을 11∼12초의 범위로 단축할 수 있으며, 동시에 플라즈마의 안정화를 위한 헌팅시간(hunting time)에 발생하는 축전전류(charging current)에 의한 플라즈마의 불균일문제를 해결할 수 있다. 따라서, 상술한 플라즈마의 불균일함에 기인하여 유발되는 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다. 여기서, 플라즈마 챔버로 공급되는 반응가스는 사용압력이 높은 것부터 차례로 공급하여도 본 발명이 추구하는 효과를 동일하게 얻을 수 있으며, 종래기술과 비교할 때, 가장 특징적인 요소는 반응가스를 동시에 공급하지 않고, 하나씩 순차적으로 공급하면서 압력과 시간을 일정간격으로 순차적으로 조절하는 것이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 플라즈마를 사용하는 반도체 장비의 챔버로 반응가스를 공급하는 방법을 일괄 공급식에서 순차적으로 하나씩 공급하는 방식으로 개선하여 헌팅시간(hunting time)에 유발되는 플라즈마의 불균일 문제를 해결함으로써, 헌팅시간에 발생하는 축전전류에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법을 실현할 수 있다.

Claims (2)

1. 플라즈마 챔버로 반응가스를 하나씩 순차적으로 일정시간 동안 공급하는 제1 단계; 상기 가스공급이 끝난 플라즈마 챔버의 압력을 순차적으로 올리는 제2 단계; 상기 순차적으로 압력이 올라간 플라즈마 챔버로 RF 전력을 인가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버로 반응가스를 공급하는 방법은 사용압력이 낮은 가스부터 순차적으로 공급하거나, 사용압력이 높은 가스부터 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 가스 안정화 방법.