KR20060078267A

KR20060078267A - 건식 식각 장비의 자체 세척 방법

Info

Publication number: KR20060078267A
Application number: KR1020040117852A
Authority: KR
Inventors: 김재승
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR100655588B1

Abstract

본 발명은 건식 식각 장비의 자체 세척(self cleaning) 방법에 관한 것으로서 플라즈마 식각 공정이 실시되는 챔버(chamber) 내부에 베어 웨이퍼(bare wafer)를 배치하는 단계와, 플라즈마를 이용하여 챔버 내부를 1차 세척하는 단계와, 1차 세척한 챔버를 플라즈마를 이용하여 2차 세척하는 단계와, 플라즈마를 이용하여 베어 웨이퍼를 1차 식각하는 단계와, 1차 식각한 베어 웨이퍼를 플라즈마를 이용하여 2차 식각하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해 세정 공정의 주기를 연장할 수 있고, 효과적으로 공정을 관리하여 반도체 제조 공정의 효율을 높이고 공정을 단순화 할 수 있다.

건식 식각 장비, 자체 세척, 베어 웨이퍼, 플라즈마 식각, 시즈닝 효과

Description

건식 식각 장비의 자체 세척 방법{Method for Self Cleaning of Dry Etch System}

도 1은 본 발명에 따른 건식 식각 장비의 자체 세척 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1: 진공 챔버 3: 척

5: 베어 웨이퍼 7: 펌프

9: 소스 파워 11: 하부 파워

13: 애노드 15: 캐소드

17: 가스 공급관

본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로 좀 더 구체적으로는 건식 식각 장비의 자체 세척(self cleaning) 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 과정에서 건식 식각 과정은 반응성 이온 시각(RIE: Reactive Ion Etch)과 플라즈마 식각 등이 있으며, 모두 진공 챔버 내에서 진행된다. 용액 속에 담궈 식각하는 습식 식각과 달리 건식 식각의 경우 식각된 입자들을 챔버 밖으로 펌핑(pumping)하여 뽑아내는 데에 한계가 있어서 챔버 내벽과 내부 기기에 입자들이 누적되어 적층되는 현상이 생긴다.

이런 누적막의 종류와 성질은 해당 공정의 식각 조건이나 웨이퍼 상의 막 구조에 의해 달라지며, 이 때문에 세척을 해야 하는 주기를 조절하기 어려워지고, 챔버 내에서 여러 종류의 공정이 함께 진행되어 누적막이 변형되거나 누적막이 공정 중에 떨어져 나오는 경우에는 소자의 불량을 초래하게 된다.

특히 플라즈마 식각의 경우 플라즈마의 가스들과 식각된 입자들이 반응하여 챔버 내에 증착되는 현상이 두드러지며, 식각 공정을 원활하고 효과적으로 진행하기 위해서는 일정한 주기로 진공 챔버를 비롯한 식각 장비들을 세척해서 누적막을 제거해 주어야 한다.

종래에는 일정 주기가 지나면 챔버를 열고 각 부분을 용액으로 습식 세척하였으나, 이 경우 각 부분별로 세척 용액 등을 달리하고, 일일이 챔버를 개방하여 내부를 세척해야 하는 등의 어려움이 있어 이를 자주 실시하기 곤란하였으며, 세척을 위해 공정을 중단하고 세척 후에 다시 공정을 진행하기까지 시간이 많이 소모되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 건식 식각 장비 내에서 건식 식각하는 방식으로 자체 세척하여 좀 더 간편하고 효과적인 세척 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 건식 식각 과정 중에 자체 세척하는 방법을 제공하여 습식 세정 공정의 주기를 연장하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 제조 공정의 효율을 높이고 공정을 단순화하는 것이다.

본 발명은 플라즈마 식각 공정이 실시되는 챔버(chamber) 내부에 베어 웨이퍼(bare wafer)를 배치하는 단계와, 플라즈마를 이용하여 챔버 내부를 1차 세척하는 단계와, 1차 세척한 챔버를 플라즈마를 이용하여 2차 세척하는 단계와, 플라즈마를 이용하여 베어 웨이퍼를 1차 식각하는 단계와, 1차 식각한 베어 웨이퍼를 플라즈마를 이용하여 2차 식각하는 단계를 포함한다.

본 발명은 종래 기술처럼 챔버를 개방해서 각 부분 별로 습식 세척하는 것이 아니라, 건식 식각 공정 진행 중에 일정 주기마다 베어 웨이퍼를 쳄버 내에 배치하고 건식 식각의 조건을 조정하여 챔버 내의 누적막을 제거하고 다시 건식 식각 조건으로 챔버 내부를 조절하는 방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 세척 방법은 건식 식각 과정을 완전히 중단하고 실시하는 것이 아니라, 식각 과정의 한 일부로써 진행되므로, 전체 공정을 단순화하면서 소자 제조 과정의 소요 시간을 경감할 수 있고, 완전한 세척을 위한 습식 세척 주기를 연장할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

우선 도 1과 같이 유도 결합 플라즈마(ICP: Induced Coupled Plasma) 장비의 진공 챔버(1, vaccum chamber) 내에 있는 척(3, chuck) 위에 베어 웨이퍼(5, bare wafer)를 위치시킨다. 베어 웨이퍼를 통해 세척 공정을 진행하는 것은 일정한 주기를 통해 진행하며, 유도 결합 플라즈마 장비의 경우 누적막이 공정에 미치는 영향을 고려하여 24장의 웨이퍼를 식각한 뒤에 한번 씩 본 발명에 따른 세척을 진행하는 것이 바람직하다.

펌프(7)로 펌핑되어 챔버 내부 압력이 5 mT ~ 20 mT 인 상태에서 소스 파워(9, source power)를 400 W ~ 1000 W 로 걸어주고, 하부 파워(11, bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 공급해서 애노드(13, anode)와 캐소드(15, cathod)에 바이어스를 걸어준다. 다음으로 플라즈마 가스 공급관(17)을 통해서 70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하고, 약 5초 ~ 20초 정도 플라즈마 식각을 실시한다.

이 1차 세척 단계는 처음 가동되어 불안정한 플라즈마 장치를 안정시키는 단계로 바이어스 파워도 작고 압력도 비교적 높으며 시간도 짧게 진행된다.

이어서 2차 세척 단계로 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 10 mT 로 하고, 소스 파워(9)를 1000 W ~ 2000 W 로 높이고, 하부 파워(11)를 10 W ~ 70 W 로 해서 바이어스 파워를 늘여준다. 2차 세척 단계에서 본격적인 장비의 세척이 진행된다. 이때 소스 파워가 작으면 세척의 효율이 떨어지고 소스 파워가 지나치게 크면 장비의 손상을 초래하므로 약 1000 W ~ 2000 W 사이에서 조절하는 것이 바람직하다.

다음으로 1차 세척 단계와 같이 70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여 플라즈마 식각을 실시하며 식각 시간은 200초 ~ 300초 정도로 1차 세척 단계보다 크게 늘인다.

2차 세척 단계에서 식각은 전방위로 일어나며, 바이어스 파워를 걸어주는 것은 척(3) 부근에 형성된 두꺼운 누적막을 식각하기 위한 것이다. 이때 베어 웨이퍼(5)는 척(3)과 애노드(13)에 직접적인 손상이 생기는 것을 막아주는 역할을 한다. 또한 세척 단계에서 사용되는 가스들은 휘발성이 좋아서 식각 후 증착되지 않으므로 펌핑하여 쉽게 제거 할 수 있다.

한편 2차 식각 과정의 실시 시간은, 식각되어 나오는 물질들의 파장을 검출해서 해당 물질의 식각 정도와 잔존 정도를 파악하고, 그에 맞춰 조절이 가능하다.

2차 세척이 끝난 다음 누적막이 제거됨에 따라 공정에 변화가 생기는 시즈닝 효과(seasoning effect)를 없애기 위해 1차 식각 단계와 2차 식각 단계를 진행한다.

1차 식각 단계와 2차 식각 단계는 베어 웨이퍼(5)를 식각하여 챔버(1) 내벽과 챔버 내부의 장치에 어느 정도의 누적막을 증착하고 챔버(1) 내 분위기를 식각 공정에 다시 맞춰 놓으려는 것으로, 이 때 누적막은 장치를 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서 이전의 세척 단계와 달리 사용되는 가스들은 증착성이 강한 가스를 사용하게 된다.

1차 식각은 예비적인 식각으로 챔버(1) 내부의 압력을 2 mT ~ 8 mT 로 하고, 소스 파워(9)를 200 W ~ 800 W 로 하고, 하부 파워(11)를 10 W ~ 60 W 로 하고, 증착성이 좋은 CF₄ 가스를 10 sccm ~ 80 sccm 주입하여 20초 ~ 60초 정도 플라즈마 식 각을 실시한다.

이어서 2차 식각으로 챔버(1) 내부의 압력을 2 mT ~ 8 mT 로 하고, 소스 파워(9)를 300 W ~ 600 W 로 하고, 하부 파워(11)를 50 W ~ 100 W 로 한다. 본격적으로 베어 웨이퍼(5)를 식각하기 위해 바이어스 파워를 증가시키며, 식각 시간도 50초 ~ 100초 정도로 늘인다. 일정 정도의 누적막을 형성해야 하므로 증착력이 강한 HBr 가스 등을 사용하며 50 sccm ~ 100 sccm 의 Cl₂ 가스 및 100 sccm ~ 200 sccm 의 HBr 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 HeO2 가스를 주입하는 것이 바람직하다.

지금까지 도면을 참조로 본 발명의 구체적인 구현 방법을 설명하였지만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 한 설명은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 충분히 변형되거나 수정될 수 있다. 예를 들어 유도 결합 플라즈마 장치에 대해 본 발명을 적용하는 것으로 설명하였으나, 유사한 플라즈마 식각 장비에도 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명에 따라서 건식 식각 과정에서 자체 세척을 진행하면 습식 세정 공정의 주기를 연장할 수 있고, 그 결과 효과적으로 공정을 관리하여 반도체 제조 공정의 효율을 높이고 공정을 단순화 할 수 있다.

Claims

플라즈마 식각 공정이 실시되는 챔버(chamber) 내부에 베어 웨이퍼(bare wafer)를 배치하는 단계와,

플라즈마를 이용하여 상기 챔버 내부를 1차 세척하는 단계와,

상기 1차 세척한 챔버를 플라즈마를 이용하여 2차 세척하는 단계와,

플라즈마를 이용하여 상기 베어 웨이퍼를 1차 식각하는 단계와,

상기 1차 식각한 베어 웨이퍼를 플라즈마를 이용하여 2차 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 1차 세척 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 5 mT ~ 20 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 400 W ~ 1000 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 하고,

70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여,

5초 ~ 20초 정도 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 2차 세척 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 10 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 1000 W ~ 2000 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 하고,

70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여,

200초 ~ 300초 정도 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제3항에 있어서,

상기 플라즈마 식각 과정에서 검출되는 각각의 파장(wavelength)을 분석하여 상기 플라즈마 식각의 진행 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 1차 식각 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 8 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 200 W ~ 800 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 60 W 로 하고,

10 sccm ~ 80 sccm 의 CF₄ 가스를 주입하여,

20초 ~ 60초 정도 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 2차 식각 단계는

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 8 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 300 W ~ 600 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 50 W ~ 100 W 로 하고,

50 sccm ~ 100 sccm 의 Cl₂ 가스 및 100 sccm ~ 200 sccm 의 HBr 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 HeO2 가스를 주입하여,

50초 ~ 100초 정도 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 1차 세척 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 5 mT ~ 20 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 400 W ~ 1000 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 하고,

70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여,

5초 ~ 20초 정도 플라즈마 식각을 실시하며,

상기 2차 세척 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 10 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 1000 W ~ 2000 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 하고,

70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여,

200초 ~ 300초 정도 플라즈마 식각을 실시하며,

상기 2차 세척 단계는,

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 10 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 1000 W ~ 2000 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 10 W ~ 70 W 로 하고,

70 sccm ~ 130 sccm 의 CF₄ 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 O₂ 가스를 주입하여,

200초 ~ 300초 정도 플라즈마 식각을 실시하며,

상기 2차 식각 단계는

상기 챔버 내부의 압력을 2 mT ~ 8 mT 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 소스 파워(source power)를 300 W ~ 600 W 로 하고,

상기 챔버 내부로 공급되는 하부 파워(bottom power)를 50 W ~ 100 W 로 하 고,

50 sccm ~ 100 sccm 의 Cl₂ 가스 및 100 sccm ~ 200 sccm 의 HBr 가스 및 5 sccm ~ 20 sccm 의 HeO2 가스를 주입하여,

50초 ~ 100초 정도 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장비의 세척 방법.