KR19990052481A - 플라즈마 공정용 방법 및 시스템 - Google Patents

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마사히로 히사다
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고지마 마따오
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Abstract

챔버에 배치된 반도체 기판을 공정 처리하는 방법에서, 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스가 챔버로 공급된다. 그후, 반도체 기판을 공정 처리하기 전에 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열시키기 위해 챔버에 혼합가스로 플라즈마를 생성한다.

Description

플라즈마 공정용 방법 및 시스템
본 발명은 플라즈마를 이용하여 반도체 기판 공정용 방법 및 스시템에 관한 것으로 특히, 정상적인 공정이 실행되기 전에 예열 챔버 행태를 갖는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마 공정 장치에서, 챔버에 위치된 반도체 기판은 공정 가스를 이용하여 생성된 플라즈마로 공정 처리된다. 플라즈마 공정 장치의 공정 특성은 챔버의 내부 표면의 온도변화에 응답하여 변화된다. 특히, 플루오르화 탄소계 공정 가스가 에칭용 공정 가스로서 이용되는 경우, 챔버내의 온도의 변화에 응답하여 현저하게 변화된다. 플루오르화 탄소계 가스는 C2F6, C3F8, C4F8등일 수도 있다.
반도체 기판상에 형성되는 실리콘 산화물층을 에칭하는 있어서, C2F8과 같은 고 탄소비를 포함한 에칭이 실리콘 산화물층과 그 하부층사이의 선택도를 향상시키는데 이용된다. 이런 플루오르화 탄소계 가스가 플라즈마내에서 해리되어 이온 및 래디칼과 같은 플라즈마 활성화 종이 생성된다. 실리콘 산화물은 플라즈마 활성화 종으로 에칭된다. 에칭 공정에서, 에칭에 이용되지 않는 플라즈마 활성화 종은 배출되거나 또는 탄소 비율이 높고 진공압력이 낮은 이유 때문에 챔버의 측벽에 고착되어 중합체를 생성한다. 활성화 종은 챔버의 측벽상에 고착되어 벽의 온도에 기초하여 급속도로 변화된다. 챔버의 측벽이 고온인 경우, 벽에 고착된 중합체는 제거되거나 또는 가스가 되고 플라즈마로 되돌아 간다. 따라서, 플라즈마 활성화 종의 밀도는 측벽의 온도 변화에 응답하여 변화되고, 따라서, 실리콘 산화물층의 선택도 및 에칭율도 현저하게 변화된다.
따라서, 생성물이 낮은 진공 압력에서 반응하는 공정 가스를 이용하여 기판을 처리하도록 챔버 내부를 고온으로 유지할 필요가 있다. 예를들면, 실리콘 산화물이 에칭되는 경우 약 200 도 (℃) 로 챔버 내부를 유지하는 것이 필요하다. 챔버가 충분히 가열되지 않으면, 더 많은 중합체가 챔버의 내부 표면에 고착되고, 실리콘 산화물층의 선택도가 감소된다.
챔버를 가열하기에 앞서, 예를 들면, 플라즈마 공정을 정확하고 안정하게 실행하기 위해서 기판 공정을 개시하기 전에 플라즈마가 챔버내에 생성된다. 이하, 이 공정은 예열 공정이라 한다. 이러한 예열 공정에서, 반도체 기판 공정의 총 스루풋을 향상시키기 위해서 단시간 주기동안 소정의 온도로 챔버를 가열시키는 것이 중요하다.
따라서, 종래 플라즈마 공정 장치는 일본국 특허 공고, 고까이 제 H7-273086 호에 개시되어 있으며, 챔버의 내부 표면을 커버하는 내부 벨자를 이용하고 있다. 장치에 있어서, 내부 벨자 (belljar) 는 챔버 자체를 가열하는 대신에 소정의 온도로 플라즈마와 함께 가열된다. 장치에 따르면, 저 비열을 갖는 알루미늄의 내부 벨자가 이용되는 경우, 챔버의 내부는 챔버 자체를 가열시키는 것에 비해 신속하게 가열된다. 상술한 종래 장치에서, 산소 가스는 통상적으로 예열 공정에 이용된다.
본 발명의 목적은 내부 벨자와 같은 부가 구성요소를 이용하지 않고 단시간 주기동안 챔버의 내부가 소정의 온도로 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단시간 주기동안 소정의 온도로 내부 챔버가 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예에 따른, 플라즈마 공정 시스템을 표시한 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예에 따른, 플라즈마 공정 시스템을 표시한 단면도.
도 3 은 제 2 의 바람직한 실시예에 따른, 플라즈마 공정의 단계를 도시한 순서도.
도 4 는 제 2 의 바람직한 실시예에 따라, 챔버 내부의 온도의 변화와 시간과의 관계를 도시한 그래프.
도 5 는 제 2 의 바람직한 실시예에 따라 소정의 온도 (200 ℃) 로 챔버의 내부를 가열시키는 동안의 시간의 변화를 도시한 그래프와 종래 기술을 도시한 도면.
도 6 은 제 2 의 바람직한 실시예에 따라, 소정의 온도 (200 ℃) 로 챔버의 내부를 가열시키는 동안의 시간주기와 혼합가스내의 산소 퍼센티지사이의 관계를 도시한 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 플라즈마 챔버 11a : 마이크로파 유도 개구
11b : 마이크로파 윈도우 12 : 도파관
13 : 자기 코일 14 : 공정 챔버
14a : 흡입구 14b : 배출구
15 : 웨이퍼 홀더 15a : RF 공급부
16a : 게이트 벨브 16b : 로보트
17 : 웨이퍼 저장소 17b : 배출 개구
61a : 더미 웨이퍼 61b 내지 61e : 정상 웨이퍼
본 발명의 이점 및 신규한 형태를 이하 상세한 설명에서 파트별로 설명한다. 파트는 이하 본 발명을 검토하거나 또는 본 발명을 실행함으로서 숙지될 수 있는 것이 당해 분야에 숙련된 기술자에게 명백하다. 본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 청구항에서 특정하게 지시된 결합 및 수단에 의해서 실현되고 성취될 수도 있다.
[본 발명의 제 1 실시예]
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 챔버에 위치된 반도체 기판을 공정 처리하기 위한 방법은,
(1) 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버로 공급하는 단계, 및
(2) 반도체 기판을 공정 처리하기 전에 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열시키기 위해 챔버내에서 상기 혼합 가스를 가지고 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
[본 발명의 제 2 실시예]
본 발명의 2 실시예에 따르면, 챔버내에 위치된 반도체 기판을 처리하기 위한 시스템은,
(1) 예열 모드에서 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버내로 공공급하고, 공정 모드에서 공정 가스를 챔버내로 공급하는 가스 공급부, 및
(2) 예열 모드에서 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열시키고, 공정 모드에서 반도체 기판을 공정 처리하기 하기 위해, 챔버내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 포함한다.
[본 발명의 제 3 실시예]
발명의 제 3 실시예에 따르면, 반도체 기판이 챔버내에서 플라즈마 공정 처리되기 전에 챔버의 내부를 가열시키는 방법은,
(1) 산소 가스 및 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버로 공급하는 단계, 및
(2) 반도체 기판을 처리하기 전에 소정의 온도로 챔버의 내부를 가열시키기 위해 챔버에 플라즈마를 생성시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 각 실시예에서, 불활성 가스는 헬륨 (He) 이 될 수도 있고, 바람직하게는 약 10 내지 50 체적% 의 산소가스가 혼합 가스내에 함유된다. 더욱 바람직하게는, 약 20 내지 40 체적% 의 산소 가스가 함유된다.
도 1 은 ECR (Electron Cyclone Resonance) 를 이용하여 생성된 플라즈마로 반도체 웨이퍼를 공정 처리하도록 설계한 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예에 따라 플라즈마 공정 시스템을 도시한 도면이다. 상기 시스템은 마이크로파가 진행하는 도파관 (12), 플라즈마가 여기되는 플라즈마 챔버 (11), 웨이퍼가 공정 처리되는 공정 챔버 (14), 자기 코일 (13) 및 웨이퍼 저장소 (17) 를 포함한다. 도파관 (12) 은 소정의 주파수의 마이크로파 및 전력을 생성하는 마이크로파 발진기 (도면에 되지 않음) 에 접속되어 있다. 자기 코일 (13) 은 플라즈마 챔버 (11) 주변에 배치되어 챔버내의 플라즈마를 여기시키는데 이용되는 자계를 제공한다.
플라즈마 챔버 (11) 는 측벽에 가스 흡입구 (14a) 가 제공된다. 공정 챔버 (14) 는 바닥에 가스 배출구 (14b) 가 제공된다. 예열용 혼합 가스와 에칭용 플루오르화 탄소는 가스 흡입구 (14a) 로부터 반응 챔버로 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 는 석영으로 이루어진 마이크로 윈도우 (11b) 로 밀봉된 마이크로파 유도 개구 (11a) 가 상부에 제공된다.
공정 챔버 (14) 에서, 공정 처리될 웨이퍼는 웨이퍼 홀더 (15) 상에 배치된다. 웨이퍼 홀더 (15) 는 RF 공급부 (15a) 로부터 RF 가 공급되는 RF 전극 (도면에 도시되지 않음) 및 냉각 메카니즘 (도면에 도시되지 않음) 이 제공된다. RF 는 동작동안 웨이퍼 홀더 (15) 에 공급되어 웨이퍼에 침투하는 이온의 에너지를 조절한다.
웨이퍼 저장소 (17) 는 공정 처리될 다수의 웨이퍼 (61b 내지 61e) 를 저장하는 웨이퍼 카세트 (60) 를 포함한다. 웨이퍼 저장소 (17) 는 바닥에 배출 개구 (17b) 가 제공되고 반응 챔버 측면에는 게이트 벨브 (16a) 가 제공된다. 게이트 벨브 (16a) 는 웨이퍼 (61b 내지 61e) 가 공정 챔버 (14) 로 이송되는 경우 열리고, 다른 경우에는 닫혀있다. 공정 처리되는 경우에 웨이퍼 (61b 내지 61e) 는 로보트 (16b) 에 의해서 웨이퍼 홀더 (15) 로 이송되고, 공정이 완료된 경우 웨이퍼 카세트 (60) 로 되돌려진다. 웨이퍼 (61b 내지 61e) 가 공정 챔버 (14) 로 이송되기 전에, 웨이퍼 저장소 (17) 의 압력이 공정 챔버 (14) 의 압력과 동일하도록 웨이퍼 저장소의 압력을 조절하기 위해서 웨이퍼 저장소 (17) 의 공기가 배출 개구 (17b) 로 배출된다.
다음에, 상술한 플라즈마 공정 시스템의 동작을 설명한다. 시스템의 동작은 예열 및 정상 에칭의 2 가지 모드로 분할될 수 있다. 예열 모드에서, 플라즈마 챔버 및 공정 챔버의 내부 압력은 진공 시스템 (도면에 도시되지 않음) 에 의해서 소정의 압력으로 감소된다. 그후, 더미 기판 (실리콘 웨이퍼) (61a) 이 로보트 (16b) 에 의해서 공정 챔버로 로딩된다. 더미 기판 (61a) 은 미리 소정의 온도로 냉각된 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
다음에, 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스가 가스 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 로 유입된다. 상기 혼합 가스에서의 산소와 불활성 가스의 비율을 후술한다. 플라즈마 챔버 (11) 가 소정의 압력의 혼합 가스로 채워지는 경우, 자기 코일 (13) 은 플라즈마 챔버 (11) 내의 ECR 여기를 위한 자장을 생성하기 위해 직류 전류가 공급된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 경우, ECR 은 마이크로파와 자장의 상호 반응으로 여기되고, 혼합 가스는 플로즈마 상태로 여기된다. 결과적으로, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 는 소정의 온도, 예를들면, 200 ℃ 로 가열된다. 플라즈마 챔버 (11) 가 200 ℃ 에 도달된 경우, 플라즈마의 여기를 정지시켜 예열 동작을 종료시키도록 마이크로파 발진기 및 자기 코일 (13) 이 턴오프된다.
다음으로, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 내의 잔류 가스는 가스 배출구 (14b) 로부터 취출되고, 더미 기판 (61a) 은 공정 챔버 (14) 로부터 탈착되어 제거된다. 그대신에, 정상 기판 (61b) 이 공정 챔버 (14) 으로 로딩되고 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
정상 기판 (61b) 가 로딩된 경우, C4F8와 같은 플로라이드화 탄소를 포함한 공정 가스가 가스 배출구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 로 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 가 소정의 압력의 공정 가스로 채워진 경우, 자기 코일 (13) 은 플라즈마 챔버 (11) 내에서의 ECR 여기를 위한 자장을 생성하기 위해 직류 전류가 공급된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 경우, ECR 은 마이크로파와 자장의 상호 반응으로 여기되고, 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된다.
플라즈마의 생성후에, RF 공급부 (15a) 는 웨이퍼 홀더 (15) 에 RF 전력을 인가한다. 이온 및 래디칼과 같은 플라즈마에서 활성화된 종들이 기판의 표면 (61b) 으로 이끌려 기판 (61b) 상의 실리콘 산화물층이 에칭되도록 한다. 에칭 공정이 끝난 경우, 마이크로파 발진기 및 다른 장치는 턴오프된다. 그후에, 다른 기판 (실리콘 웨이퍼) (61c 내지 61e) 은 기판 (61b) 과 동일한 방법으로 순착적으로 처리된다.
제 1 의 바람직한 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버 (11) 는 산소 가수 및 불활성 가스의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마와 함께 예열되어, 플라즈마 챔버 (11) 가 산소와 같은 단일 가스만을 이용하는 경우와 비교하여 단축된 단시간의 주기동안 소정의 온도 (200 ℃) 로 가열될 수 있다.
본 발명에서, 상술한 불활성 가스는 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne), 크세논 (Xe) 등이 될 수도 있다. 바람직하게는, 헬륨이 플라즈마내의 산소를 효과적으로 활성화시키 때문에, 헬륨 (He) 이 이용된다. 산소와 혼합될 불활성 가스로서 헬륨 (He) 이 선택된 경우, 산소는 혼합가스내에 바람직하게는 10 내지 50 체적% 가 함유되고 더욱 바람직하게는 20 내지 40 체적% 가 함유되어, 예열 공정의 효율이 현저하게 향상된다. 이 현상은 후술할 도 5 에 도시되어 있다.
도 2 는 ECR 로 여기된 플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼를 처리하도록 설계된, 발명의 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 공정 시스템을 도시한 도면이다. 제 2 의 바람직한 실시예에서는, 도 1 에 도시된 제 1 의 바람직한 실시예와 동일하거나 또는 대응하는 구성요소를 동일한 기호로 표시한다. 장황한 설명을 피하기 위해서 제 2 의 바람직한 실시예에서는 상술한 것과 동일한 것에 대해서는 반복 실행하지 않는다. 기본적으로, 제 1 과 제 2 의 바람직한 실시예의 차이점은 플라즈마 챔버 (11) 내의 내부 벨자 (belljar) (21) 가 제 2 의 바람직한 실시예의 시스템에 제공된다는 것이다. 내부 벨자 (21) 가 제공되기 때문에 제 1 의 바람직한 실시예와 비교하여 플라즈마 공정의 수루풋이 향상된다. 즉, 제 2 의 바람직한 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 의 내부는 더욱 신속하게 예열될 수 있다.
플라즈마 챔버 (11) 는 원통 모양의 상술한 내부 벨자 (21) 가 제공된다. 내부 벨자 (21) 는 플라즈마 챔버 (11) 의 측벽을 커버하고 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면에 "dp" 의 공간이 확보되도록 배치된다. 내부 벨자 (21) 는 브래킷 (21a) 에 의해서 플라즈마 챔버 (11) 에 고정된다. 내부 벨자 (21) 는 예를 들면 저 비열을 갖는 고순도 (99% 이상) 알루미늄으로 이루어진다. 알루미늄은 석영과 비교하여 플루오르화 탄소의 활성화 종과 잘 반응하지 않기 때문에, 이 시스템에서의 에칭율이 높게 유지된다.
내부 벨자 (21) 는 마이크로파 전달판 (22) 이 상면에 제공되어 마이크로파가 플라즈마 챔버 (11) 로 공급될 수 있다. 마이크로파 전달판 (22) 은 석영과 비교하여 플루오르화 탄소의 활성화된 종과 잘 반응하지 않는, 실리콘 질화물 (Si3N4) 등으로 이루어진다. 따라서, 이 시스템에서 공정 처리된 웨이퍼의 에칭율은 높게 유지될 수 있다. 마이크로파 전달판 (22) 은 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면에 "dj" 의 공간이 확보되도록 배치되며 원형이다. 마이크로파 전달판 (22) 은 플라즈마 챔버 (11) 의 내부 표면이 프라즈마에 노출되는 것을 방지하도록 설계된다.
다음으로, 상술한 플라즈마 공정 시스템의 동작을 도 3 의 도시한 순서도를 참조하여 설명한다. 이 시스템의 동작은 예열과 정상 에칭인 두 개의 모드로 분할될 수 있다. 예열 모드에서, 우선, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 의 내부 압력은 진공 시스템 (도면에 도시하지 않음) 에 의해서 소정의 레벨로 감소된다. 그후, 단계 1 에서, 더미 기판 (실리콘 웨이퍼) (61a) 이 로보트 (16b) 에 의해서 공정 챔버 (12) 로 로딩된다. 더미 기판 (61a) 은 미리 소정의 온도록 냉각된 웨이퍼 홀더 (15) 상에 장착된다.
단계 2 에서, 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스가 가스 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자 (21)) 로 공급된다. 혼합 가스에서의 산소 가스와 불활성 가스의 비율은 후술한다.
단계 3 에서, 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자 (21)) 가 소정의 압력의 혼합 가스로 채워진 경우, 자기 코일 (13) 은 플라즈마 챔버 (11) 에서의 ECR 여기를 위한 자장을 생성하도록 직류 전류가 공급된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해서 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 경우, ECR 은 마이크로파 및 자장의 상호 반응으로 여기되고 혼합 가스는 플라즈마 상태로 여기된다. 결과적으로, 내부 벨자 (21) 는 소정의 온도, 예를들면, 200 ℃ 로 가열된다.
단계 4 에서, 내부 벨자 (21) 의 온도가 200 ℃ 에 도달하지 않으면, 내부 벨자 (21) 는 가열 상태가 유지된다. 내부 벨자 (21) 의 온도가 200 ℃ 에 도달하면, 마이크로파 발진기 및 자기 코일은 플라즈마의 여기를 종료시켜 예열이 종료되도록 턴오프된다.
단계 5 에서, 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 내의 잔류 가스는 가스 배출구 (14B) 로 취출된다.
단계 6 에서, 더미 기판 (61a) 은 공정 챔버 (14) 로부터 탈착되고, 대신에 정상 기판 (61b) 이 공정 챔버 (14) 에 로딩되고 기판 홀더 (15) 상에 장착된다.
단계 7 에서, C4F8와 같은 플루오르화 탄소계 가스를 포함한 공정 가스는 가스 흡입구 (14a) 로부터 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되어 플라즈마 챔버 (11) (내부 벨자) 는 소정의 압력의 공정 가스로 채워진다.
단계 8 에서, 자기 코일 (13) 은 플라즈마 챔버 (11) 에서의 ECR 여기를 위한 자장을 생성하기 위해 직류 전류가 공급된다. 마이크로파가 마이크로파 발진기 (도면에 도시되지 않음) 로부터 도파관 (12) 을 통해 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 경우, ECR 은 마이크로파 및 자장의 상호 반응으로 여기되고, 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된다. 플라즈마의 생성후에, RF 공급부 (15a) 는 웨이퍼 홀더 (15) 로 RF 전력을 인가한다. 이온 및 래디칼과 같은 플라즈마에서의 활성화된 종이 기판의 표면으로 끌려 기판 (61b) 상의 실리콘 산화물층이 에칭된다. 에칭 공정이 완료된 경우, 마이크로파 및 다른 장치가 턴오프되어 에칭 공정을 종료한다. 그후에, 다른 기판 (실리콘 웨이퍼) (61c 내지 61e) 은 기판 (61b) 과 동일한 방법으로 순차적으로 처리된다.
제 2 의 바람직한 실시예에 따르면, 내부 벨자 (21) 는 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마와 함께 예열되기 때문에, 내부 벨자 (21) 는 제 1 의 바람직한 실시예보다 더 단축된 시간 주기동안 소정의 온도 (200 ℃) 로 가열될 수 있다.
도 4 는 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 내부 벨자 (21) 의 온도의 변화를 도시한 도면이다. 예열 모드의 시작시에, 내부 벨자 (21) 의 온도는 200 ℃ 보다 다소 높게 신속하게 증가된다. 그후, 더미 기판 (61a) 이 변경된 경우, 내부 벨자 (21) 의 온도는 저하된다. 본 발명에서는, 에칭 공정 사이의 시간 간격 및 예열 공정의 시간 주기를 제어하여 200 ± 10 ℃ 와 같은 최적의 레벨 및 범위로 내부 벨자 (21) 의 온도를 유지한다.
[실행 테스트]
다음에, 제 2 의 바람직한 실시예의 실행을 도 5 및 도 6 에 도시한 그래프를 참조하여 설명한다. 테스트에서는, 도 2 에 도시한 ECR 플라즈마 공정 시스템이 이용된다. 플라즈마 챔버 (11) 는 270 mm 의 내측 직경을 갖도록 설계된 것으로 가정한다. 내부 벨자 (21) 는 고순도 (99% 이상) 알루미늄으로 이루어지며, 약 8 mm 의 두께를 갖는 원형이다. 내부 벨자 (21) 와 플라즈마 챔버 (11) 사이의 "dp" 공간은 약 1 mm 이다. 마이크로파 전달판 (22) 은 실리콘 질화물로 이루어지며 약 1 mm 의 두께를 갖는다. 마이크로 전달판 (22) 과 플라즈마 챔버 (11) 상의 "dj" 공간은 약 3 mm 이다. 플라즈마 챔버 (11) 로 공급되는 마이크로파는 2.45 GHz 의 주파수를 갖는다. 웨이퍼 홀더 (15) 는 400kHz 의 RF 가 공급된다.
예열 모드에서, 산소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스가 이용되고, 내부 벨자 (21) 의 온도는 열전대 (도면에 도시되지 않음) 로 측정된다. 산화 가스 및 헬륨 가스는 10 sccm 및 40 sccm 의 흐름속도로 각각 공급된다. 플라즈마 챔버 (11) 및 공정 챔버 (14) 는 1 mTorr 의 압력에서 제어되고 1.5 kW 의 마이크로파가 공급된다.
도 5 는 종래의 기술과 본 발명에 따라 내부 벨자 (21) 를 200 ℃ 로 가열시키는데 얼마만큼의 시간이 요구되는지를 도시한 도면이다. 도 5 의 그래프에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 약 7 분이 요구되지만 종래 기술은 약 30 분이 요구된다.
도 6 은 혼합 가스에서의 산소의 비율 (체적 %) 과 관련해서 내부 벨자를 200 ℃ 로 가열시키는 시간의 변화를 도시한 도면이다. 헬륨의 단일 가스 (산소 함유 퍼센티지가 제로) 가 내부 벨자 (21) 를 예열시키는데 이용되는 경우, 200 ℃ 로 가열시키기 위해 약 25 분이 걸리며 100% 의 산소 가스가 이용되는 경우보다 다소 긴 시간이다. 산소 퍼센티지가 증가되는 경우 시간이 단축되고, 산소 퍼센티지가 10 % 인 경우 10 분 미만이 되며 이는 종래 기술에 비하면 종래 기술의 반 미만이된다. 그러나, 산소 퍼센티지가 50 % 를 넘는 경우 이 시간은 다시 길어진다. 도 6 의 그래프로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 혼합 가스에서의 산소의 비율은 바람직하게는 10 % 내지 50 % 사이의 범위내에서 결정되고 더욱 바람직하게는 20 % 내지 40 % 사이의 범위내에서 결정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 예열 공정을 위한 시간 (시간 주기) 은 종래 기술에 비하여 현저하게 단축되고, 따라서 플라즈마 공정의 총 스루풋이 향상될 수 있다 (단축될 수 있다).
본 발명은 플루오르화 탄소 가스를 이용하여 실리콘층을 에칭하는 공정에 한정되지 않고, 즉, 본 발명은 다른 형태의 플라즈마 공정에 적용 가능하다. 그러나, 본 발명은 실리콘 산화물층이 플루오르화 탄소 가스로 여기된 플라즈마로 에칭되는 상술한 실시예에 유용하다. 플루오르화 탄소 가스는 CF4,C2F6,C3F8,C4F8등이 될 수 있다. 더욱이, 발명은 상술된 ECR 플라즈마형에 추가하여 다른 형태의 플라즈마 공정 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 상술한 설명은 다양한 수정, 변경 및 개조가 가능한 것을 이해되어져야 하며 첨부된 청구항과 동일한 의미 및 동일한 범위내에 있는 것으로 이해되는 것을 의도로한다.
이상의 설명에 따르면, 본 발명은 내부 벨자와 같은 부가 구성요소를 이용하지 않고 단시간 주기동안 챔버의 내부가 소정의 온도로 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 시스템 및 방법을 제공하는 것이 가능하고, 단시간 주기동안 소정의 온도로 내부 챔버가 가열될 수 있는 반도체 기판 공정용 방법 및 시스템을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (24)

  1. 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버로 공급하는 단계, 및
    반도체 기판을 처리하기 전에 소정의 온도로 상기 챔버의 내부를 가열시키기 위해 상기 챔버에 상기 혼합 가스를 가지고 플라즈마를 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버에 배치된 반도체 기판 공정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스가 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 헬륨 (He) 이며,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스내에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부가 상기 소정의 온도로 가열되는 경우 상기 챔버 밖으로 상기 혼합 가스를 배출하는 단계,
    대신에 상기 챔버로 공정 가스를 공급하는 단계, 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 위해 상기 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정 가스가 플루오르화 탄소계 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 방법.
  7. 예열 모드에서 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버로 공급하고 공정 모드에서 공정 가스를 상기 챔버로 공급하는 가스 공급부, 및
    상기 예열 모드에서 상기 챔버의 내부를 소정의 온도로 가열시키고 상기 공정 모드에서 상기 반도체 기판을 처리하도록 상기 챔버에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불활성 가스가 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 헬륨 (He) 이며,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스내에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 공정 가스가 플루오르화 탄소계 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 챔버의 상기 내부 표면을 커버하도록 제공된 내부 챔버를 더 구비하고,
    상기 내부 챔버를 가열시키기 위해서 상기 예열 모드에서 상기 혼합 가스가 상기 내부 챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 불활성 가스가 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 헬륨 (He) 이며,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스내에 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 공정 가스가 플루오르화 탄소계 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 챔버가 고순도 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 공정 시스템.
  18. 고순도 알루미늄으로 이루어지며 챔버의 내부 표면을 커버하도록 제공된 내부 챔버,
    예열 모드에서 산소와 헬륨의 혼합 가스를 상기 내부 챔버로 공급하고, 공정 모드에서 플루오르화 탄소계 가스를 함유하는 공정 가스를 상기 내부 챔버로 공급하는 가스 공급부로서, 약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 공정 가스에 함유되어 있는 가스 공급부,
    상기 예열 모드에서 더미 기판을 상기 챔버로 로딩시키고 상기 공정 모드에서 처리될 정상 기판을 상기 챔버로 로딩시키는 기판 공급부, 및
    상기 예열 모드에서 소정의 온도로 상기 내부 챔버를 가열시키고, 상기 공정 모드에서 상기 정상 기판을 처리하기 위해 상기 내부 챔버에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버에 배치된 반도체 기판을 처리하는 반도체 기판 공정 시스템.
  19. 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 챔버로 공급하는 단계, 및
    반도체 기판을 처리 하기 전에 소정의 온도로 상기 챔버의 내부를 가열시키기 위해 상기 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 불활성 가스가 헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로부터 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 헬륨 (He) 이며,
    약 10 내지 50 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스에 함유되는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    약 20 내지 40 체적 % 의 상기 산소 가스가 상기 혼합 가스내에 함유되는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부가 상기 소정의 온도로 가열되는 경우 상기 챔버 밖으로 상기 혼합 가스를 배출하는 단계,
    대신에 상기 챔버로 공정 가스를 공급하는 단계, 및
    상기 반도체 기판을 처리하기 위해 상기 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 공정 가스가 플루오르화 탄소계 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판을 플라즈마 공정 처리하기 전에 챔버의 내부를 예열시키는 방법.
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