KR19980084542A - 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법 - Google Patents

반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식각공정 후, 식각챔버에 형성되는 공정 부산물을 제거할 수 있는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 관한 것이다.
본 발명은, 진공상태의 식각챔버 내부로 공급된 식각가스를 플라즈마상태로 변환시켜 반도체 기판 상에 형성된 특정막을 식각하는 플라즈마 식각공정이 진행되는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 있어서, 고주파가 인가된 상태의 상기 식각챔버 내부로 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 상기 플라즈마 식각공정 진행과정에 상기 식각챔버 내부에 발생된 공정 부산물을 제거하는 세정공정을 수행함을 특징으로 한다.
따라서, 식각공정 진행에 의해서 식각챔버 내부에 형성된 폴리머 등의 공정 부산물을 용이하게 제거함으로서 공정불량요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법
본 발명은 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각공정 후, 식각챔버에 형성되는 공정 부산물을 제거할 수 있는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 관한 것이다.
통상, 반도체 소자 형성을 위한 식각방법은 습식식각방법과 건식식각방법으로 나눌 수 있으며, 상기 건식식각방법으로 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각방법이 많이 사용되고 있다.
상기 플라즈마를 이용한 식각은 도1에 도시된 바와 같은 식각설비에서 진행된다.
상기 식각설비에는 브롬화수소(HBr), 사염화탄소(CCl4), 사플루오르화탄소(CF4) 등의 식각가스를 사용하여 식각공정이 진행되는 식각챔버(10)가 설치되어 있다.
상기 식각챔버(10) 상부에는 상기 식각가스가 저장된 가스공급원(도시되지 않음)과 연결된 가스공급 플레이트(16)가 설치되어 있으며, 상기 가스공급 플레이트(16)는 애노드(Anode)전극으로 사용되며, 하부에는 다수의 가스공급구(18)가 형성되어 있다.
또한, 상기 식각챔버(10) 하부에는 전원(11)과 연결된 캐소드전극(12)이 형성되어 있다. 상기 캐소드전극(12) 상부에는 클램프(Clamp) 등의 프로세스 키트(Process kits : 20)에 의해서 고정되어 식각공정이 진행되는 웨이퍼(14)가 위치되어 있다.
그리고, 상기 식각챔버(10)와 펌핑동작을 수행하는 진공펌프(22)가 연결되어 있다.
따라서, 전원(11)에서 캐소드전극(12)에 특정전력이 인가됨에 따라 가스공급 플레이트(16) 하부에 형성된 다수의 가스공급구(18)를 통해서 식각챔버(10) 내부로 방출되는 브롬화수소, 사염화탄소, 사플루오르화탄소 등의 식각가스 분자에는 에너지가 전달된다.
이에 따라, 식각가스는 양전하, 음전하, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태로 변환되고, 플라즈마 상태의 양전하는 프로세스 키트(20)에 의해서 고정된 웨이퍼(14) 상의 특정영역을 식각한다.
그런데, 상기 식각공정이 진행되는 웨이퍼(14) 상에는 폴리실리콘(Polysilicon), 텅스텐실리사이드(WSi) 등으로 이루어지는 다수의 막질이 적층되어 있으며, 상기 막질이 형성된 웨이퍼(14)는 포토레지스트 패턴에 의해서 마스킹되어 있다.
이에 따라, 식각가스와 포토레지스트의 탄소(C)성분이 화학반응하여 폴리머(Polymer) 등의 공정 부산물을 형성하며, 상기 폴리머 등의 공정 부산물은 프로세스 키트(20)의 표면, 식각챔버(10)의 내벽 등에 흡착되어 후속되는 식각공정 진행시 식각될 웨이퍼(14)를 오염시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 식각공정 진행에 의해서 형성된 폴리머 등의 공정 부산물을 용이하게 제거할 수 있는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법을 제공하는 데 있다.
도1은 일반적인 플라즈마를 이용한 식각공정이 진행되는 식각설비의 개략적인 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 식각챔버 11 : 전원
12 : 캐소드전극 14 : 웨이퍼
16 : 가스공급 플레이트 18 : 가스공급구
20 : 프로세스 키트 22 : 진공펌프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법은, 진공상태의 식각챔버 내부로 공급된 식각가스를 플라즈마상태로 변환시켜 반도체 기판 상에 형성된 특정막을 식각하는 플라즈마 식각공정이 진행되는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 있어서, 고주파가 인가된 상태의 상기 식각챔버 내부로 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 상기 플라즈마 식각공정 진행과정에 상기 식각챔버 내부에 발생된 공정 부산물을 제거하는 세정공정을 수행함을 특징으로 한다.
상기 산화성가스는 52.2 내지 68.2 중량％의 불활성가스와 34.8 내지 44.8 중량％의 산소가스로 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 상기 불활성가스로 헬륨가스가 사용될 수 있으며, 상기 세정공정은 안정화단계, 세정단계 및 펌핑단계로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 안정화단계의 식각챔버 내부의 압력은 35 내지 45 mTorr 정도로 유지되고, 상기 안정화단계의 식각챔버 내부로 10 내지 20 SCCM 정도의 산화성가스가 공급됨이 바람직하다.
또한, 상기 세정단계의 식각챔버 내부의 압력은 35 내지 45 mTorr 정도로 유지되고, 상기 세정단계의 식각챔버 내부에는 110 내지 190 W 정도의 전력이 인가되고, 상기 세정단계의 식각챔버 내부에는 145 내지 165 SCCM 정도의 산화성가스가 공급됨이 바람직하다.
그리고, 상기 세정공정은 상기 안정화단계, 세정단계 및 펌핑단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법은, 진공상태의 식각챔버 내부로 공급된 식각가스를 플라즈마상태로 변환시켜 반도체 기판 상에 형성된 특정막을 식각하는 플라즈마 식각공정이 진행되는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 있어서, 고주파가 인가된 상태의 상기 플라즈마 식각공정 진행과정에 상기 식각챔버 내부에 발생된 공정 부산물의 입자의 갯수가 일정수준 이상으로 유지될 때, 상기 식각챔버 내부에 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 상기 공정 부산물을 제거하는 세정공정을 수행함을 특징으로 한다.
상기 식각챔버 내부에 0.1 내지 0.4 ㎛ 정도의 크기를 가지는 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가 단위 입방미터 당 90 내지 150 개 정도로 존재할 때, 상기 세정공정을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 공정 부산물의 입자의 갯수는 파티클카운터에 의해서 측정될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법은, 플라즈마 식각공정이 진행된 식각챔버 내부로 질소가스 등의 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 식각공정 진행에 의해서 프로세스 키트의 표면, 식각챔버의 내벽 등에 흡착된 폴리머 등의 공정 부산물을 제거함에 특징이있다.
상기 산화성가스는 52.2 내지 68.2 중량％의 불활성가스와 34.8 내지 44.8 중량％의 산소가스로 이루어지며, 바람직하게는 60.2 중량％의 불활성가스와 39.8 중량％의 산소가스로 이루어진다.
하기 표1을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법의 실시예 1을 설명한다.
[표1]
공정조건 제 1 안정화단계 제 1 세정단계 제 1 펌핑단계 제 2 안정화단계 제 2 세정단계 제 2 펌핑단계
압력(mTorr) 40 40 대기압상태 40 40 대기압상태
전력(W) 0 150 0 0 125 0
산화성가스의 양(SCCM) 15 15 0 15 15 0
상기 표1을 참조하면, 제 1 안정화단계에서는, 세정공정이 진행될 식각챔버의 압력을 35 내지 45 mTorr, 바람직하게는 40 mTorr 정도로 형성한 후, 10 내지 20 SCCM, 바람직하게는 15 SCCM 정도의 산화성가스를 상기 식각챔버로 공급한다.
그리고, 제 1 세정단계에서는, 상기 제 1 안정화단계가 진행된 식각챔버의 캐소드전극에 110 내지 190 W, 바람직하게는 150 W 정도의 전력을 인가한다. 이에 따라 상기 산화성가스 분자에 에너지가 전달되어 상기 산화성가스는 플라즈마 상태로 변환되며, 플라즈마 상태의 상기 산화성가스는 프로세스 키트의 표면, 식각챔버의 내벽 등에 존재하는 폴리머 등의 공정 부산물을 산화시켜 제거한다.
이어서, 제 1 펌핑단계에서는 식각챔버 내부의 가스를 외부로 방출함으로서 식각챔버 내부의 기압상태를 대기압상태로 전환시킨다.
다음으로, 제 2 안정화단계에서는, 세정공정이 진행될 식각챔버의 압력을 다시 35 내지 45 mTorr, 바람직하게는 40 mTorr 정도로 형성한 후, 10 내지 20 SCCM, 바람직하게는 15 SCCM 정도의 산화성가스를 상기 식각챔버로 공급한다.
그리고, 제 2 세정단계에서는, 상기 제 1 안정화단계가 진행된 식각챔버의 캐소드전극에 110 내지 190 W, 바람직하게는 125 W 정도의 전력을 인가한다. 이에 따라 상기 산화성가스 분자에는 에너지가 전달되어 플라즈마 상태로 변환되며, 플라즈마 상태의 상기 산화성가스는 상기 제 1 세정단계에 의해서 제거되지 않고 프로세스 키트, 식각챔버의 내벽 등에 존재하는 폴리머 등의 공정 부산물을 다시 산화시킴으로서 제거한다.
이어서, 제 2 펌핑단계에서는 상기 제 2 세정단계 진행과정에서 발생된 식각챔버 내부의 가스 등을 외부로 방출함으로서 식각챔버 내부의 기압상태를 대기압상태로 전환시킨다.
이어서, 표2를 참조하여 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법의 다른 실시예를 설명한다.
[표2]
측정입자크기 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
실시예 2 0.3㎛ 75 35 42 16 22 17 23 47 18 29 13 24 46 142 9
0.2㎛ 96 80 75 26 40 31 39 51 41 45 23 51 98 330 50
실시예 3 0.3㎛ 40 10 95 16 40 21 18 9 20 23 26 16 21 20 29
0.2㎛ 70 32 133 35 59 32 29 20 26 92 41 20 33 25 43
측정입자크기 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
실시예 2 0.3㎛ 37 45 134 PM 15 58 25 350 12 23 36 22 3
0.2㎛ 74 128 404 PM 29 80 505 452 38 40 68 30 34
실시예 3 0.3㎛ 6 30 27 8 4 17 13 55 15 9 16 16 10
0.2㎛ 11 62 35 27 15 24 25 86 257 32 54 50 20
먼저, 통상의 파티클카운터(Particle counter)를 사용하여 도1에 도시된 식각챔버 내부에 존재하는 0.1 내지 0.4 ㎛ 정도, 바람직하게는 0.2 ㎛ 및 0.3 ㎛ 정도의 크기를 가지는 폴리머 등의 공정부산물의 입자의 갯수를 각각 측정한다.
이에 따라, 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가 단위 입방미터 당 90 내지 150 개 이상, 바람직하게는 단위 입방미터 당 120개 이상 존재할 경우, 전술한 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법을 적용한다.
표2를 참조하여 설명하면, 실시예 2의 경우, 14번째 측정, 18번째 측정, 23번째 측정에서 식각챔버 내부에 0.3 ㎛ 정도의 크기를 가지는 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가 단위 입방미터 당 120개 이상으로 나타나므로 전술한 본 발명에 따른 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법을 적용한다.
그리고, 실시예 2의 경우, 14번째 측정, 17번째 측정, 18번째 측정, 22번째 측정, 23번째 측정에서 식각챔버 내부에 0.2 ㎛ 정도의 크기를 가지는 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가 단위 입방미터 당 120개 이상으로 나타나므로 전술한 본 발명에 따른 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법을 실시한다.
또한, 실시예 3의 경우도 상기 실시예 2의 경우와 동일하게 0.2 ㎛ 및 0.3 ㎛ 정도의 크기를 가지는 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가, 단위 입방미터 당 90 내지 150 개 이상, 바람직하게는 단위 입방미터 당 120개 이상 존재할 경우, 전술한 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법을 실시한다.
따라서, 본 발명에 의하면 식각공정 진행에 의해서 식각챔버 내부에 형성된 폴리머 등의 공정 부산물을 용이하게 제거함으로서 공정불량요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (13)

  1. 진공상태의 식각챔버 내부로 공급된 식각가스를 플라즈마상태로 변환시켜 반도체 기판 상에 형성된 특정막을 식각하는 플라즈마 식각공정이 진행되는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 있어서,
    고주파가 인가된 상태의 상기 식각챔버 내부로 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 상기 플라즈마 식각공정 진행과정에 상기 식각챔버 내부에 발생된 공정 부산물을 제거하는 세정공정을 수행함을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화성가스는 52.2 내지 68.2 중량％의 불활성가스와 44.8 내지 34.8 중량％의 산소가스로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성가스로 헬륨가스가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세정공정은 안정화단계, 세정단계, 펌핑단계로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 안정화단계의 식각챔버 내부의 압력은 35 내지 45 mTorr 정도로 유지됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안정화단계의 식각챔버 내부로 10 내지 20 SCCM 정도의 산화성가스를 공급함을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 세정단계의 식각챔버 내부의 압력은 35 내지 45 mTorr 정도로 유지됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 세정단계의 식각챔버 내부에는 110 내지 190 W 정도의 전력이 인가됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 세정단계의 식각챔버 내부에는 145 내지 165 SCCM 정도의 산화성가스가 공급됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 세정공정은 상기 안정화단계, 세정단계 및 펌핑단계가 반복적으로 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  11. 진공상태의 식각챔버 내부로 공급된 식각가스를 플라즈마상태로 변환시켜 반도체 기판 상에 형성된 특정막을 식각하는 플라즈마 식각공정이 진행되는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법에 있어서,
    고주파가 인가된 상태의 상기 플라즈마 식각공정 진행과정에 상기 식각챔버 내부에 발생된 공정 부산물의 입자의 갯수가 일정수준 이상으로 유지될 때, 상기 식각챔버 내부에 불활성가스와 산소가스로 이루어지는 산화성가스를 공급하여 상기 공정 부산물을 제거하는 세정공정을 수행함을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 식각챔버 내부에 0.1 내지 0.4 ㎛ 정도의 크기를 가지는 상기 공정 부산물의 입자의 갯수가 단위 입방미터 당 90 내지 150 개 정도로 존재할 때, 상기 세정공정을 수행함을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 부산물의 입자의 갯수는 파티클카운터에 의해서 측정됨을 특징으로 하는 상기 반도체 플라즈마 식각챔버의 공정 부산물 제거방법.
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