KR19990047422A - 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 탈거시 상부 전극에 RF를 인가하여 정전척에 작용하는 직류전압과 상호 상쇄되어 전위차를 0으로 유지하므로써 전위차에 의한 플라즈마 이온의 웨이퍼 부착을 사전에 방지하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법에 관한 것으로 종래의 웨이퍼 식각시 수행되는 제전단계에서 정전척에 직류전압이 공급되는 동안 정전척과 공정 챔버내의 전위차에 의하여 공정 챔버내에 잔류하는 플라즈마 이온이 정전척으로 유도되어 웨이퍼상에 부착되므로써 이물화되는 문제점이 있었던바 본 발명은 웨이퍼 식각작업이 진행된 후 웨이퍼를 정전척에서 탈거하기위한 제전 단계전에 아르곤(Ar)가스를 유입시켜 공정 챔버내를 안정화한 후 상부전극에 RF전압을 인가하여 직류전압이 인가되는 정전척과의 전위차가 상쇄되도록 하여 웨이퍼상의 이물질 부착을 미연에 방지하므로써 웨이퍼의 성능을 향상시키는 잇점이 있는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법이다.

Description

웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법

본 발명은 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 웨이퍼 탈거시 상부 전극에 RF를 인가하여 정전척(ESC : electro static chuck)에 작용하는 직류전압과 상호 상쇄되어 전위차를 0으로 유지하므로써 전위차에 의한 플라즈마 이온의 웨이퍼 부착을 사전에 방지하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법이다.

일반적으로 반도체 제조공정 중 웨이퍼 건식각장치는 웨이퍼를 공정 챔버내의 정전척에 적재하고 공정 조건에 적합하게 압력 및 온도를 유지한 상태에서 공정가스를 유입하고 RF(Ratio frequency)를 인가하므로써 공정가스와 상호 반응하여 공정 챔버내를 플라즈마 상태로 조성하여 웨이퍼를 식각하는 장치이다.

종래의 건식각장치는 도 1에서 도시된 바와같이 일측에는 공정가스가 유입되는 인입관(3)이 형성되고 타측에는 플라즈마 가스를 배출하는 배출관(5)이 형성되는 공정 챔버(1)와, 상기 공정 챔버(1)의 내측 상단에 형성되어 RF가 인가되는 상부 전극(7)과, 폴리이미드(Polyimide)재질로 이루어져 상기 상부전극(7)에 인가된 RF가 유도되고 직류전압이 인가되어 상부면에 웨이퍼(11)를 장착하는 정전척(9)으로 구성된다.

이러한 종래의 건식각장치에서의 식각작업은 공정 챔버(1)내의 정전척(9)에 웨이퍼(11)가 안착된 상태에서 공정 챔버(1)의 상단에 형성된 상부 전극(7)과 정전척(9) 사이에 RF전압을 인가하고 공정 챔버(1)의 일측에 형성된 인입관(3)을 통하여 공정가스를 유입하여 플라즈마 이온을 생성하고 이러한 플라즈마 이온이 웨이퍼(11)측으로 방사되어 웨이퍼(11)의 표면이 식각된다.

한편, 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼(11)가 안착된 정전척(9)에서는 웨이퍼(11)를 냉각하기 위한 헬륨(He)가스가 웨이퍼(11)의 배면측으로 분사된다. 이때, 상기 헬륨가스의 분사압(약 8 ~ 35torr)에 의한 정전척(9)에서의 웨이퍼(11) 이탈을 방지하기 위하여 정전척(9)에는 약 1 ~ 2 kv의 직류전압이 인가되어 정전척(9)을 극성화(Polarization)시키므로써 웨이퍼(11)를 정전척(9) 방향으로 유도하여 고정한다.

이렇게 웨이퍼(11)의 표면을 식각하는 공정을 종료하기 위해서는 싱부 전극(7)에 인가되는 RF전압과 공정 가스의 유입을 중단하고 웨이퍼(11)에 작용하는 직류전압도 차단하여야 한다.

이때, 상기 웨이퍼(11)의 배면에 공급된 헬륨가스는 일부가 웨이퍼(11) 배면에 잔존하여 일정한 압력으로 웨이퍼(11) 배면과 정전척(9) 사이에서 작용하며 따라서 웨이퍼(11)를 고정하던 직류전압이 중단되면 힘의 불균형에 의하여 순간적으로 웨이퍼(11)가 슬라이딩되며 정전척(9)에서 이탈된다.

따라서 상기 헬륨가스에 의한 웨이퍼(11) 이탈을 방지하기 위하여 정전척(9)에 직류전압이 공급되는 상태에서 웨이퍼(11)의 배면에 잔존하는 헬륨가스를 제거하여 헬륨가스의 압력을 저하시키는 작업(이하에서 제전단계라 칭함)을 약 3 ~ 5초동안 수행한 후 직류전압을 차단하고 나머지 잔류 헬륨가스를 제거하여 헬륨가스의 압력을 0 torr로 유지시키므로써 웨이퍼(11)를 정전척(9)에서부터 분리한다.

이때 상기 제전단계에서의 전위차는 도 2에서 도시된 바와같이 정전척에 작용하는 직류전압에 의하여 정전척과 웨이퍼 사이에서 양의값을 형성함은 물론 공정 챔버 내측벽에서 웨이퍼 사이에도 상기 정전척에 인가된 직류전압의 영향으로 양의값을 유지함을 알 수 있다. 따라서 상기 전위차에 의하여 웨이퍼는 정전척에 유도되는 것은 물론 공정 챔버의 내측에 분포하는 플라즈마 이온도 웨이퍼측으로 유도된다.

따라서, 종래의 제전단계에서 정전척에 직류전압이 공급되는 동안 정전척과 공정 챔버내의 전위차에 의하여 공정 챔버내에 잔류하는 플라즈마 이온이 정전척으로 유도되어 웨이퍼상에 부착되므로써 이물화되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 웨이퍼 식각작업이 진행된 후 웨이퍼를 정전척에서 탈거하기위한 제전 단계전에 아르곤(Ar)가스를 유입시켜 공정 챔버내를 안정화한 후 상부전극에 RF전압을 인가하여 직류전압이 인가되는 정전척과의 전위차가 상쇄되도록 하여 웨이퍼에의 이물질 부착을 방지하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법을 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 목적을 달성하고자, 일측에는 공정가스가 유입되는 인입관이 형성되고 타측에는 플라즈마 가스를 배출하는 배출관이 형성되는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버의 내측 상단에 형성되어 RF가 인가되는 상부 전극과, 직류전압이 인가되어 상부면에 웨이퍼를 장착하고 장착된 웨이퍼에 냉각가스를 공급하여 냉각하는 정전척으로 이루어진 식각장치에 있어서, 상기 정전척에 직류전압이 가해져 웨이퍼가 안착되고 웨이퍼의 저부면에 냉각가스를 공급하는 웨이퍼 안착단계와, 상기 상부 전극과 정전척에 인가된 RF와 상기 인입관을 통하여 유입된 공정가스가 상호 작용하여 생성된 플라즈마 이온으로 웨이퍼의 표면을 식각하는 단계와, 식각작업 종료 후 정전척에 직류전압이 가해지고 RF는 차단된 상태에서 공정가스 중 아르곤 가스를 지속적으로 주입하는 안정화 단계와, 상기 정전척에 직류전압이 공급되고 상부전극에 RF를 인가하여 공정 챔버내의 전위차를 0으로 유지한 상태에서 웨이퍼의 냉각가스 압력을 저하시키는 제전단계와, 상기 제전단계후 직류전압을 차단하고 RF가 인가된 상태에서 냉각가스를 제거하는 웨이퍼 탈거단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 건식각장치를 도시한 구성도이고,

도 2는 종래의 제전단계시의 공정 챔버내의 전위차를 도시한 전위선도이고,

도 3은 본 발명의 식각단계시의 공정 챔버내의 전위차를 도시한 전위선도이고,

도 4는 본 발명의 제전단계시의 공정 챔버내의 전위차를 도시한 전위선도이고,

도 5는 본 발명의 웨이퍼 탈거단계시의 공정 챔버내의 전위차를 도시한 전위선도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 공정 챔버, 3 : 인입관,

5 : 배출관, 7 : 상부 전극,

9 : 정전척, 11 : 웨이퍼.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 도시된 일반적인 건식각장치내에서 웨이퍼의 건식각 공정이 진행된다.

웨이퍼(11)를 식각하기 위해서는 먼저, 밀폐된 공정 챔버(1)의 내측 하단에 형성된 정전척(9)에 웨이퍼(11)를 안착하고 직류전압을 정전척(9)에 인가하여 웨이퍼(11)를 고정하는웨이퍼 안착단계가 실시된다.

이러한 상태에서 공정 챔버(1)의 일측에 형성된 인입관(3)을 통하여 공정챔버(1)의 내부에 공정 가스를 주입하고 공정 챔버(1)의 상단에 형성된 상부 전극(7)에 RF를 인가하여 공정 가스와 상호 반응시키므로써 플라즈마 이온을 형성한다. 이때 상기 플라즈마 이온은 RF에 의하여 상부 전극(7)에서 웨이퍼(11)가 안착된 정전척(9) 방향으로 유도되어 웨이퍼(11)를 식각하므로써 식각단계가 수행된다.

도 3에서 도시된 바와같이 상기 식각단계에서 정전척과 웨이퍼 사이에는 상호 전위차가 형성되어 정전척에 웨이퍼가 고정되고 웨이퍼와 공정 챔버 내측벽에는 그 근방에서만 전위차가 형성되어 플라즈마 이온이 웨이퍼측으로 유도됨을 알 수 있다.

한편 상기 식각작업이 종료된 후 웨이퍼(11)를 정전척(9)에서 탈거하기 위해서는 정전척(9)에 직류전압이 가해지고 RF가 차단된 상태에서 공정 가스중 아르곤 가스만을 2초동안 지속적으로 공급하여 공정 챔버(1)내를 안정화하는 단계를 수행한다.

이렇게 공정 챔버(1) 내부가 안정화된 후 상부 전극(7)에 200W를 인가하여 RF를 발생시키므로써 정전척(9)상에 직류자기 바이어스(bias)가 약 100 ~ 200V정도 형성되어 정전척(9)에 작용하는 직류전압과 상호 상쇄되므로써 전위차를 0으로 유지하고 웨이퍼(11)와 정전척(9) 사이에 잔류하는 헬륨 가스를 펌핑하여 압력을 저하시키는 제전단계가 3초간 실시된다.

이때, 도 4에서 도시된 바와같이 정전척과 웨이퍼 사이에는 전위차가 작용하여 웨이퍼가 정전척에 고정되지만 웨이퍼 근처에서는 전위차가 0을 유지하므로 공정 챔버내에 잔류하는 플라즈마 이온이 상기 웨이퍼측으로 유도되어 부착되는 것이 방지된다.

이렇게 제전단계에서 웨이퍼(11)에 잔류하는 헬륨 가스의 압력이 저하된 상태에서 정전척(9)에 인가되던 직류전압을 차단하고 나머지 헬륨 가스를 제거하므로써 정전척(9)에서 웨이퍼(11)를 분리하는 웨이퍼 탈거단계가 수행된다.

이러한 웨이퍼 탈거단계에서의 공정 챔버내의 전위선도는 도 5에서 도시된 바와같이 웨이퍼와 정전척사이의 전위차는 0을 유지하여 웨이퍼의 탈거를 가능케하며 공정 챔버 내측벽과 웨이퍼 근방에서의 전위차도 0을 유지하므로써 플라즈마 이온에 의한 웨이퍼의 오염이 방지된다.

상기에서 상술된 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 식각작업이 진행된 후 웨이퍼를 정전척에서 탈거하기위한 제전 단계전에 아르곤(Ar)가스를 유입시켜 공정 챔버내를 안정화한 후 상부전극에 RF전압을 인가하여 직류전압이 인가되는 정전척과의 전위차가 상쇄되도록 하여 웨이퍼상의 이물질 부착을 미연에 방지하므로써 웨이퍼의 성능을 향상시키는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 일측에는 공정가스가 유입되는 인입관이 형성되고 타측에는 플라즈마 가스를 배출하는 배출관이 형성되는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버의 내측 상단에 형성되어 RF가 인가되는 상부 전극과, 직류전압이 인가되어 상부면에 웨이퍼를 장착하고 웨이퍼에 냉각가스를 공급하여 냉각하는 정전척으로 이루어진 식각장치에 있어서,

   상기 정전척에 직류전압이 가해져 웨이퍼가 안착되고 웨이퍼의 저부면에 냉각가스를 공급하는 웨이퍼 안착단계와;

   상기 상부 전극과 정전척에 인가된 RF와 상기 인입관을 통하여 유입된 공정가스가 상호 작용하여 생성된 플라즈마 이온으로 웨이퍼의 표면을 식각하는 단계와;

   식각작업 종료 후 정전척에 직류전압이 가해지고 RF는 차단된 상태에서 공정가스 중 아르곤 가스를 지속적으로 주입하는 안정화 단계와;

   상기 정전척에 직류전압이 공급되고 상부전극에 RF를 인가하여 공정 챔버내의 전위차를 0으로 유지한 상태에서 웨이퍼의 냉각가스 압력을 저하시키는 제전단계와;

   상기 제전단계 후 직류전압을 차단하고 RF가 인가된 상태에서 냉각가스를 제거하는 웨이퍼 탈거단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 안정화 단계에서 아르곤 가스의 주입시간은 2초를 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제전단계는 상부전극에 200W의 RF가 인가된 상태에서 3초간 진행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건식각장치에서의 이물질 제어방법.