KR20040064743A - 반도체 소자 제조를 위한 애싱장치 및 애싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 애싱방법에 관한 것으로, 애싱방법은 반도체 기판을 스테이지 상에 로딩하는 단계, 공정챔버 내를 일정압력으로 유지하는 단계, 제 1전력공급부는 플라즈마 발생부로 마이크로파 전력을 제공하고 제 2전력공급부는 상기 스테이지로 RF 전력을 제공하는 단계, 상기 제 1전력공급부는 동일한 크기의 전력 제공을 유지하고, 상기 제 2전력공급부는 전력의 크기를 변화한 후 변화된 전력을 제공하는 단계, 그리고 상기 스테이지로부터 상기 반도체 기판을 언로딩하는 단계를 포함한다.
본 발명인 애싱방법에 의하면 반도체 기판 놓여지는 스테이지로 RF전력을 두단계로 나누어 제공함으로써, 애싱율을 크게 향상시키며 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 소자 제조를 위한 애싱장치 및 애싱 방법{ASHING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사진 공정 후 포토레지스트를 웨이퍼로부터 제거하는 애싱 장치 및 애싱 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 반도체 집적회로 소자를 제조하기 위해서는 각 단계마다 반도체 웨이퍼 상에 일정패턴을 형성하기 위한 사진 공정이 필수적으로 쓰여지며, 이 사진공정은 일정패턴을 새긴 마스크에 단파장의 빛을 투과시켜 그 패턴을 웨이퍼 상의 포토 레지스트에 복사하는 작업을 말한다.
애싱 공정은 사진 공정 후 사용된 포토 레지스트를 피처리 기판인 웨이퍼로부터 제거하는 공정으로 플라즈마를 이용하는 방법과 오존을 이용하는 방법이 있다.
이 중 플라즈마를 이용하는 방법은 산소(O2)를 함유하는 반응가스에 고출력의 마이크로파 전력을 가하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 산소 플라즈마의 부산물인 산소 라디컬과 포토 레지스트가 반응되어 만들어진 이산화탄소(CO2)를 진공펌프를 통해 배출시켜 포토 레지스트를 제거하는 방법이다.
상술한 방식에서 애싱율(분당 포토레지스트가 제거되는 두께)을 향상시키기 위해서는 플라즈마 발생부로 제공되는 마이크로파 전력의 크기, 산소·질소와 같은 반응가스 사용량 또는 공정챔버 온도를 증가시키는 방법이 있다. 그러나 전력의 크기, 반응가스 사용량, 및 온도를 증가시키는 데에도 한계가 있으며, 애싱율 또한 크게 향상되지는 않는다.
본 발명은 애싱공정에서 애싱율을 크게 향상시킬 수 있는 애싱장치 및 애싱방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애싱장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애싱방법을 순차적으로 보여주는 플로차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 공정챔버 160 : 배플
180 : 스테이지 200 : 플라즈마 발생부
320 : 제 1전력공급부 340 : 제 2전력공급부
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 애싱 장치는 공정챔버, 반응가스를 플라즈마 상태로 형성시키는 플라즈마 발생부, 상기 플라즈마 발생부에 전력을 제공하는 제 1전력공급부, 상기 공정챔버 내에 위치되며 반도체 기판이 놓여지는 스테이지, 상기 공정챔버 내에 위치되며 상기 플라즈마를 분사하는 배플, 그리고 상기 스테이지에 놓여진 상기 반도체 기판을 소정온도로 가열하기 위한 전력을 제공하는 제 2전력공급부를 구비한다. 상기 제 2전력공급부에서 가해지는 전력의 크기는 소정시간이 경과되면 변화된다.
또한, 본 발명인 애싱 방법은 반도체 기판이 공정챔버 내의 스테이지 상에 놓여지는 단계, 공정챔버 내를 일정압력으로 유지하는 단계, 제 1전력공급부에서 일정크기의 전력을 제공하는 단계, 반응가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위해 제 1전력공급부에서 일정크기의 전력을 플라즈마 발생부로 제공하고 상기 반도체 기판을 소정온도로 가열하기 위해 제 2전력공급부로부터 일정크기의 전력을 상기 스테이지로 제공하는 단계, 상기 제 1전력공급부는 동일한 크기의 전력 제공을 유지하고 상기 제 2전력공급부는 전력 크기를 변화한 후 전력을 제공하는 단계, 상기 제 2전력공급부는 전력의 제공을 중지하고 상기 제 1전력공급부는 동일 크기의 전력을 계속 제공하는 단계, 그리고 상기 스테이지로부터 상기 반도체 기판을 언로딩하는 단계를 포함한다.
본 발명인 애싱장치 및 애싱방법에 의하면 웨이퍼가 놓여지는 스테이지로 RF전력을 두단계로 나누어 제공함으로써, 애싱율을 크게 향상시켜 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명인 애싱 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면 애싱 장치(10)는 공정챔버(process chamber)(100), 플라즈마 발생부(plasma generation part)(200), 배플(baffle)(160), 웨이퍼 스테이지(wafer stage)(180), 제 1전력공급부(first power supply part)(320), 그리고 제 2전력공급부(second power supply part)(340)를 포함한다.
공정챔버(100)는 애싱공정이 진행되는 챔버로 저면에 배기라인(122)이 형성된 하우징(housing)(120)과 하우징(120)의 개방된 상부를 개폐하는 덮개(lid)(140)를 가진다. 하우징(120)과 덮개(140)사이에는 실링을 위한 오링(144)이 삽입된다. 배기라인(122)에는 펌프(도시되지 않음)가 연결되며, 공정진행 중 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트와 플라즈마의 반응에 의해 발생된 부산물들은 배기라인(122)을 통해 외부로 배기된다. 덮개(140)는 내부에 플라즈마 유입공간(142)을 가지며, 바닥면에는 다수의 홀들(162)이 형성된 판 형상의 배플(160)이 장착된다. 배플(160)은 플라즈마에 포함된 이온에 의해 웨이퍼(W)가 손상되는 것을 최소화하기 위해 금속재료로 형성된다. 따라서 플라즈마 중의 양이온과 전자를 제외한 라디칼만이 홀들(162)을 통해 웨이퍼(W) 상으로 방출된다.
하우징(120) 내부 아래에는 배플(160)과 마주되며, 웨이퍼(W)가 놓여지는 스테이지(180)가 위치된다. 스테이지(180)에는 애싱공정이 진행되는 동안 웨이퍼(W)를 일정온도로 가열하기 위해 RF 전력을 인가하는 제 2전력공급부(340)가 연결된다. 제 2전력공급부(340)는 공정진행 중 일정시간이 경과되면 스테이지(180)로 제공되는 RF전력의 크기를 변화한다.
공정챔버(100)의 상부에는 플라즈마 발생부(200)가 설치된다. 플라즈마 발생부(200)의 일측에는 산소와 질소를 포함한 반응가스를 내부로 유입하기 위한 도입구(220)가 형성되고, 타측에는 반응가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위해 마이크로파 전력을 인가하는 제 1전력공급부(320)가 연결된다. 플라즈마 발생부(200)는 덮개(140)와 연결되며, 플라즈마 발생부(200)에서 형성된 플라즈마는 덮개(140) 내의 플라즈마 유입공간(142)으로 유입된 후 배플(160)에 형성된 다수의 홀들(162)을 통해 웨이퍼(W) 상으로 분사된다.
다음에는 본 발명의 애싱방법을 순차적으로 보여주는 플로차트인 도 2를 참조하여 애싱방법을 설명한다.
처음에 웨이퍼(W)가 공정챔버(100) 내의 스테이지(180) 상에 놓여진다(스텝 S11). 공정챔버(100) 내의 압력을 조절하고, 공정진행 중 반응부산물들을 배기하기 위해 상기 펌프가 작동된다(스텝 S12). 다음에 플라즈마 형성을 위해 플라즈마 발생부(200)로 산소와 질소를 포함한 반응가스를 공급하고, 제 1전력공급부(320)는 플라즈마 발생부(200)로 마이크로파를 인가한다.(스텝 S13). 제 1전력공급부(320)는 마이크로파를 플라즈마 발생부(200)로 동일한 크기로 계속 제공하고, 웨이퍼(W)를 가열하여 애싱율을 향상시키기 위해 제 2전력공급부(340)는 RF 전력을 스테이지(180)로 제공한다(스텝 S14). 일정시간이 경과되면 제 2전력공급부(340)는 마이크로파 전력의 크기를 변화한 후, 변환된 크기의 RF 전력을 스테이지(180)로 제공한다. 이 때 제 1전력공급부(320)는 전력 크기의 변화없이 동일한 크기의 마이크로파 전력을 플라즈마 발생부(200)로 계속 제공한다(스텝 S15). 일정시간이 경과되면 제 2전력공급부(340)는 RF 전력의 제공을 중지한다(스텝 S16). 공정이 완료되면 제 1전력공급부(320)는 마이크로파 전력의 제공을 중지하고, 웨이퍼(W)는 스테이지(180)로부터 언로딩된다.
다음의 표 1 및 표 2는 각각 공정챔버 내를 동일한 온도와 압력으로 유지하고, 동일한 종류와 동일한 양의 반응가스를 공급한 상태에서 일반적인 애싱방법에 의한 애싱율과 본발명의 애싱방법에 의한 애싱율을 각각 보여준다. 공정진행동안 공정챔버(100) 내의 압력과 온도는 각각 1000mTorr와 230℃를 유지하였고, 반응가스는 산소(O2) 2500sccm과 질소(N2) 250sccm을 사용하였다.
단계 압력(mTorr) O2/N2(sccm) 온도(℃) 마이크로파 전력(W) RF 전력(W) 공정시간(sec) 애싱율(Å/min)
1 1000 2500/250 230 1800 0 15 66,074
단계 압력(mTorr) O2/N2(sccm) 온도(℃) 마이크로파 전력(W) RF 전력(W) 공정시간(sec) 애싱율(Å/min)
1 1000 2500/500 230 1800 0 2 85897
2 100 5
3 200 5
4 0 3
표 1과 표 2에서 보는 바와 같이 웨이퍼 스테이지(180)로 두 단계로 나누어 서로 상이한 크기의 RF전력을 제공했을 때, RF전력을 제공하지 않는 일반적인 경우에 비해 애싱율이 대략 30% 정도 더 증가하였다. 실험에 의하면 RF전력을 동일크기로 유지하여 공정을 진행할 때보다 본 실시예에서 설명한 바와 같이 RF전력의 크기를 변화했을 때 애싱율이 더 향상되었다.
본 실시예에서는 RF 전력을 두 단계로 나누어 처음에는 100와트(W)로, 그리고 이후에는 200와트(W)로 제공하였다. 그러나 이와는 달리 RF 전력이 제공되는 단계를 그 이상으로 나누어 제공할 수 있으며, 또한 이후에 제공되는 전력의 크기를 처음보다 낮게 변경할 수 있다.
본 발명인 애싱장치 및 애싱방법에 의하면 웨이퍼가 놓여지는 스테이지로 RF전력을 두단계로 나누어 제공함으로써, 애싱율을 크게 향상시켜 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 소자를 제조하기 위한 애싱 장치에 있어서,
    공정챔버와;
    반응가스를 플라즈마상태로 형성시키는 플라즈마 발생부와;
    상기 플라즈마 발생부에 전력을 제공하는 제 1전력공급부와;
    상기 공정챔버내에 위치되며 반도체 기판이 놓여지는 스테이지와;
    상기 공정챔버내에 위치되며 상기 플라즈마를 분사하는 배플과;그리고
    상기 스테이지에 놓여진 상기 반도체 기판을 소정온도로 가열하기 위한 전력을 제공하는 제 2전력공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 애싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전력공급부는 일정시간이 경과되면 제공하는 전력의 크기를 변화하는 것을 특징으로 하는 애싱 장치.
  3. 반도체 기판이 공정챔버 내의 스테이지 상에 놓여지는 단계;
    공정챔버 내를 일정압력으로 유지하는 단계;
    제 1전력공급부는 반응가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위해 플라즈마 발생부로 전력을 제공하고, 제 2전력공급부는 상기 반도체 기판을 소정온도로 가열하기 위해 상기 스테이지로 전력을 제공하는 단계;
    상기 제 1전력공급부는 동일한 크기의 전력 제공을 유지하고, 상기 제 2전력공급부는 전력 크기를 변화한 후 변화된 전력을 제공하는 단계;그리고
    상기 스테이지로부터 상기 반도체 기판을 언로딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애싱 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 애싱방법은,
    상기 제 1전력 제공 단계 이전에 상기 제 1전력공급부는 상기 플라즈마 발생부로 전력을 제공하는 단계와;
    상기 제 2전력 제공 단계 이후에 상기 제 2전력공급부는 상기 스테이지로의 전력 제공을 중지하고, 제 1전력공급부는 상기 플라즈마 발생부로의 전력 제공을 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애싱방법.
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