KR20020047450A - 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에칭 단계의 직후에 발생한 파티클의 제거 단계를 수행함으로써, 자유 낙하하는 파티클을 최소화하고, ESC 전압에 기인하여 발생하는 정전기력에 의해 파티클이 웨이퍼 표면으로 끌리는 현상을 억제할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을 턴오프 시키고 오토 밸브를 100% 개방한 후에 펌핑 단계를 수행하는 종래 방법과는 달리, RF 파워를 스텝다운 시키면서 가스를 흘려주어 플라즈마를 안정적으로 유지시킨 상태에서 공정 챔버의 압력을 조정하는 오토 밸브를 스텝오픈 시킴으로써 파티클이 플로팅된 상태에서 웨이퍼로 낙하하는 것을 확실하게 방지할 수 있으며, 또한 RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을 턴오프 시키는 종래 방법과는 달리, RF 파워가 턴오프 되기 전에 ESC 전압을 턴오프 시킴으로써 정전기력에 의한 파티클의 끌림 발생 현상을 효과적으로 억제할 수 있는 것이다.

Description

반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AN ETCHING PROCESS OF SEMICONDUCTOR}

본 발명은 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 중에서 플라즈마를 생성시켜 반도체 웨이퍼 상에 형성된 임의의 막의 일부를 목표치만큼 제거하는 데 사용되는 에칭 장치에서의 에칭 공정 제어 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 웨이퍼는 다양한 종류의 박막(예를 들면, 산화막, 질화막, 절연막, 금속막 등)들이 차례로 적층되는 구조를 가지며, 각 박막들은 목표로 하는 임의의 패턴(즉, 큰 종횡비를 갖는 미세 구조)으로 형성되는 데, 에칭 장치는 이러한 패턴을 형성하는 데 이용되는 반도체 제조 장비중의 하나이다.

한편, 반도체가 고집적화 됨에 따라 파티클을 제어하는 문제가 대두되고 있는데, 파티클은 반도체 소자에 치명적이므로 공정 진행 중에 파티클의 발생을 최소화할 필요가 있다. 특히, 드라이 에칭에서는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 상의 박막을 에칭하므로 공정 중에 계속해서 파티클이 발생하게 된다.

잘 알려진 바와 같이, 플라즈마를 사용하는 드라이 에칭 공정 중에 파티클이 발생하면, 플라즈마로 인해 파티클에 전하가 하전되는데, 이 표면 전하에 의한 전위는 공정 중에 전기력을 형성하여 반응기 표면에 흡착되던가 혹은 자신의 중력을 상쇄하여 플라즈마 내에서 플로팅하게 된다.

그러나, 플라즈마가 꺼지고 표면 전하가 사라지면, 균형의 힘이 깨져, 즉 전기력을 상실하여 중력에 따른 파티클의 자유 낙하가 시작된다. 이때, 펌핑 공정을 통해 파티클 입자를 외부로 배출(배기)시켜야 하는데, 펌핑에 의해 파티클을 원활하게 배기하지 못하면, 남은 파티클이 웨이퍼의 표면으로 떨어져 쌓이게 된다.

즉, 종래의 에칭 공정 제어 방법에서는, 일 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세스 단계, 즉 에칭 단계가 끝나면 먼저 백사이드 헬륨의 공급을 차단하고, RF 파워와 가스 공급을 턴오프한 후에 ESC 전압을 턴오프 시키고, 이어서 오토 밸브를 100% 개방한 후 잔류 가스를 배기시키기 위한 펌핑 단계를 수행한다.

그러나, 종래 방법의 경우, RF 파워를 턴오프 시킨 후에 오토 밸브를 100% 개방하므로, 펌핑 단계를 수행하기 전에 하전된 파티클이 전하를 상실하고, 이로 인해 파티클이 자유 낙하하여 웨이퍼 표면에 쌓이게 되는 문제가 있다.

또한, 종래 방법은 RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을 턴오프 시키기 때문에 파티클이 ESC 전원의 정전기력에 의해 끌어 당겨져 웨이퍼 표면에 쌓이게 되는 또 다른 문제가 있다.

즉, 종래 방법에 따라 에칭 공정을 수행하게 되면, 도 3에서 참조 부호 A로서 표시한 시간대에서 파티클의 자유 낙하 및 ESC 전원의 정전기력에 의한 웨이퍼로의 끌림이 발생하게 된다.

상술한 바와 같은 문제들(자유 낙하 및 끌림)은 반도체 소자의 불량률을 증가시킴으로써 생산성을 저하시키는 주요한 하나의 요인으로 작용하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에칭 단계의 직후에 발생한 파티클의 제거 단계를 수행함으로써, 자유 낙하하는 파티클을 최소화할 수 있는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 에칭 단계 이후에 ESC 전압에 기인하여 발생하는 정전기력에 의해 파티클이 웨이퍼 표면으로 끌리는 현상을 억제할 수 있는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압력, 반응 가스, ESC 전압, RF 파워 및 백사이드 헬륨을 포함하는 소정의 공정 조건에서 웨이퍼 상에 형성된 막을 임의의 패턴으로 형성하기 위한 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 방법에 있어서, 웨이퍼의 표면 에칭을 수행한 후에 공정 챔버 내에 가스를 흘려주면서 RF 전압을 스텝다운으로 방식으로 점진적으로 턴오프 시킴과 동시에 오토 밸브를 스텝 오픈으로 방식으로 점진적으로 개방시켜, 상기 공정 챔버 내에 잔류하는 가스 및 파티클을 배기하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따라 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 방법을 적용하는데 적합한 반도체 소자 에칭 장치의 시스템의 개략도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 순서를 도시한 타이밍차트,

도 3은 종래 방법에 따라 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 순서를 도시한 타이밍차트.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 공정 챔버 102 : 상단 전극판

102a : 반응 가스 유입구 104 : RF 발생기

106 : ESC 전극 108 : ESC 유전체

110 : 헬륨 유입구 112 : ESC 전압 발생기

114 : 웨이퍼 116 : 웨이퍼 출입구

118 : 오토 밸브 120 : 가스 배출구

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을턴오프 시키고 오토 밸브를 100% 개방한 후에 펌핑 단계를 수행하는 전술한 종래 방법과는 달리, 프로세스 단계가 끝난 직후에 RF 파워를 스텝다운(step down) 시키면서, 가스를 흘려주어 플라즈마를 안정적으로 유지시킨 상태에서 공정 챔버의 압력을 조정하는 오토 밸브를 스텝오픈(step open)시킴으로써 파티클이 플로팅된 상태에서 웨이퍼로 낙하하지 않고 안정적으로 배기(배출)되도록 하며, RF 파워가 턴오프 되기 전(즉, 스텝다운으로 턴오프 중일 때)에 ESC 전압을 턴오프 시킴으로써 정전기력에 의한 파티클의 끌림(즉, 웨이퍼로의 끌림) 발생을 억제한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 방법을 적용하는데 적합한 반도체 소자 에칭 장치의 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 소자를 에칭하는데 사용되는 장비인 공정 챔버(100)는 상단 전극판(102)의 일측에 RF 파워를 발생하는 RF 발생기(104)가 연결되고, 상단 전극판(102)의 소정 부분에는 반응 가스를 공정 챔버(100) 내측으로 유입시키기 위한 반응 가스 유입구(102a)가 설치되어 있다.

다음에, 공정 챔버(100) 내의 하단 측에는 대략 중심 부분에 백사이드 헬륨(He) 유입구(110)를 갖는 ESC 전극(106)이 설치되어 있고, ESC 전극(106)의 상단 측(즉, 웨이퍼를 척킹하는 측)에는 ESC 전극(106) 및 ESC 유전체(108)가 설치되어 있으며, ESC 유전체(108)에는 웨이퍼를 정전기력으로 흡착하기 위한 DC 전압을 발생하는 전압 발생기(112)가 연결되어 있다.

또한, 공정 챔버(100)의 측면 소정 부분(예를 들어, 도 1의 좌측면 부분)에는 에칭하고자 하는 웨이퍼(114)를 공정 챔버(100) 내로 수송하고, 에칭이 끝난 웨이퍼를 외부로 수송하기 위한 웨이퍼 출입구(116)가 설치되어 있다.

더욱이, 공정 챔버(100) 내의 소정 부분(즉, 도 1의 우측 하단 부분)에는 에칭 공정이 끝난 후에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(120)가 설치되어 있으며, 가스 배출구(120)의 출구 측에는 반응 가스의 출입을 통제하는 오토 밸브(118)가 설치되어 있다.

다음에, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 반도체 소자 에칭 장치를 이용하여 본 발명에 따라 반도체 소자를 에칭하는 과정에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 순서를 도시한 타이밍차트이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에칭 공정 제어 방법은 프로세스 단계와 종료 단계 사이에 파티클 제거 단계를 포함하는데, 파티클 제거 단계에서는 프로세스 단계가 종료되면, 플라즈마를 켜는 RF 파워를 스텝다운 방식으로 점진적으로 턴오프 시킴과 동시에 오토 밸브를 스텝 오픈 방식으로 점진적으로 개방시키며, 이때 가스 공급은 계속된다.

여기에서, RF 파워의 스텝다운 및 오토 밸브의 스텝 오픈에 대한 시간 간격은, 대략 5 - 10초 정도가 바람직하다. 이것은 백사이드 헬륨 없이 플라즈마가 지속될 경우 포토레지스트의 버닝(burning)이 발생하기 때문에 RF 파워의 턴오프를 위한 스텝다운 시간을 5 - 10초로 한정하는 것이다.

또한, 파티클 제거 단계에서 공정 챔버 내로 공급되는 가스는 프로세스에 영향을 미치지 않는 가스, 예를 들면 질소, 아르곤 등과 같은 가스를 공급한다.

즉, 본 발명에서는 프로세스 공정이 완료된 이후에 RF 파워를 스텝다운으로 턴오프 되게 하면서 가스 공급을 유지시켜 플라즈마가 계속 유지되도록 함으로써, 하전된 파티클이 균형을 계속 유지하도록 제어한다.

이때, 공정 챔버 내에 있는 가스나 파티클을 펌핑하는 오토 밸브를 스텝 오픈 되도록 제어함으로써 하전된 파티클이 균형을 유지하는 상태에서 가스 배출구를 통해 배기(배출)되도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 에칭 공정 제어 방법에서는 RF 파워를 스텝다운으로 턴오프 시키면서 가스를 흘려주어 플라즈마를 안정적으로 유지시키는 상태에서 오토 밸브를 스텝오픈으로 개방시키기 때문에 웨이퍼로의 자유 낙하 없이 파티클이 가스와 함께 가스 배출구로 안정적으로 배기된다.

또한, 본 발명의 에칭 공정 제어 방법에서는, 일 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, RF 파워가 스텝 다운으로 오프 되기 전에 ESC 전압을 턴오프 시키는데, 이것은 ESC 전압에 기인하는 정전기력에 의해 파티클이 웨이퍼로 끌리게 되는 것을 방지하기 위해서이다.

즉, 본 발명에서는, RF 파워를 턴오프한 후에 ESC 전압을 턴오프하는 전술한 종래 방법과는 달리, RF 파워가 현재 턴온 상태를 유지하고 있는 동안의 파티클 제거 단계 중에 ESC 전압을 턴오프 시키기 때문에 ESC 전압에 기인하는 정전기력에 의해 파티클이 웨이퍼로 끌리는 현상을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 ESC 전압을 턴오프 하기 전에 백사이드 헬륨의 공급을중단하여 헬륨을 빠르게 펌프함으로써 웨이퍼가 튕겨나가는 것을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을 턴오프 시키고 오토 밸브를 100% 개방한 후에 펌핑 단계를 수행하는 전술한 종래 방법과는 달리, RF 파워를 스텝다운 시키면서 가스를 흘려주어 플라즈마를 안정적으로 유지시킨 상태에서 공정 챔버의 압력을 조정하는 오토 밸브를 스텝오픈 시킴으로써 파티클이 플로팅된 상태에서 웨이퍼로 낙하하는 것을 확실하게 방지할 수 있으며, 또한 RF 파워를 턴오프 시킨 후에 ESC 전압을 턴오프 시키는 종래 방법과는 달리, RF 파워가 턴오프 되기 전에 ESC 전압을 턴오프 시킴으로써 정전기력에 의한 파티클의 끌림 발생 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

Claims (3)

1. 압력, 반응 가스, ESC 전압, RF 파워 및 백사이드 헬륨을 포함하는 소정의 공정 조건에서 웨이퍼 상에 형성된 막을 임의의 패턴으로 형성하기 위한 반도체 소자의 에칭 공정을 제어하는 방법에 있어서,

   웨이퍼의 표면 에칭을 수행한 후에 공정 챔버 내에 가스를 흘려주면서 RF 전압을 스텝다운으로 방식으로 점진적으로 턴오프 시킴과 동시에 오토 밸브를 스텝 오픈으로 방식으로 점진적으로 개방시켜, 상기 공정 챔버 내에 잔류하는 가스 및 파티클을 배기하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 RF 파워가 스텝다운으로 방식으로 턴오프 되기 전에 상기 ESC 전압을 턴오프 시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 ESC 전압을 턴오프 하기 직전에 상기 백사이트 헬륨의 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법.