KR20060116433A - 다운스트림 방식의 플라즈마 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마(plasma)를 이용한 다운 스트림(down stream)방식으로 기판의 포토레지스터(Protoresistor)를 제거하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치는 척에 접지라인을 연결하여 척을 전기적으로 그라운드시키는데 그 특징이 있다. 이러한 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치는 공정중에 척과 플라즈마 간의 전위차로 인한 플라즈마내의 이온 충격에 의한 기판 데미지를 최소화할 수 있다.

Description

다운스트림 방식의 플라즈마 처리를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING PLASMA WITH DOWN STREAM TYPE}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법에 대한 플로우챠트이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 공정챔버
120 : 히터척
130 : 접지라인
140 : 상부챔버
170 : 리모트 플라즈마소스
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마(plasma)를 이용한 다운 스트림(down stream)방식으로 기판의 포토레지스터 (Protoresistor)를 제거하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정 중 하나인 포토리소그래피(Photo Lithography) 공정은 기판에 포토레지스터를 코팅하는 단계, 포토 레지스트층을 선택적으로 노광(exposure)하는 단계와, 포토 레지스트 패턴을 발생시키기 위하여 노광된 포토레지스트층을 현상(develope)하는 단계와, 포토 레지스트에 의하여 가려지지 않은 반도체 기판의 영역을 에칭(etching)하는 단계와, 에칭단계에서 마스크로 사용된 포토 레지스트 패턴을 제거하는 에싱 단계로 이루어진다.
여기서, 에싱(ASHING) 공정은 기판위에 패터닝된 포토레지스터 (Protoresistor)와 에칭 단계에서의 에칭 가스와의 반응에 의해 경화된 포토레지스터를 효과적으로 제거하기 위한 공정이다. 이러한 에싱공정에는 주로 매엽식 CCP(capacitive coupled plasma) 장치, ICP(inductively coupled plasma) 장치, 배치(batch)식 원형 터널 전극을 이용하는 플라즈마 장치 등이 사용된다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치에서는, 공정챔버에 RF(Radio Frequency) 전극을 부착하고 대략 13.56㎒의 주파수를 갖는 RF 파워를 RF 전극에 가하고 이에 의한 플라즈마를 통해 발생하는 O2 또는 CF4 등의 공정가스의 라디칼을 이용한다. 즉, 공정챔버 내부에 직접 공정가스의 라디칼을 형성하여 반도체 기판 상의 포토 레지스트 및 폴리머 잔류물(polymer residue)을 제거하게 된다. 그러나, 이렇게 공정챔버 내부에서 직접 플라즈마를 발생시킬 경우, 비교적 강한 플라즈마로 인해 기판 및 공정챔버 내부에 이온충돌로 인한 손상(damage)이 발생하게 된다. 이러한 손상의 대표적인 예는, 도 전층으로서 구리를 사용하고 층간절연막으로 저유전 절연층을 채용한 반도체 소자의 제조공정에서, 저유전 절연층의 유전상수 증가라는 형태로 나타난다. 이와 같이 플라즈마 손상으로 인해 저유전 절연층의 유전상수가 증가하면 결국 소자의 RC 지연(RC delay)이 심해져서 반도체 소자의 성능에 악영향을 주게 된다.
최근에는 원격 플라즈마 (remote plasma)를 이용하는 공정이 개발되었다. 이 방법은, 공정챔버 내부에서의 플라즈마 직접 발생에 따른 반도체 기판 손상을 방지하기 위해, 공정챔버에서 소정 거리 이격된 위치에 마련된 라디칼 발생장치, 즉 원격 플라즈마 소스에서 공정가스의 라디칼을 미리 생성시킨 후, 이를 공정챔버 내부로 도입하여 공정을 행하는 것이다. 그러나, 이러한 원격 플라즈마 장비는 다운스트림에 의하여 챔버 내부가 플라즈마 상태로 되면 전기적으로 절연된 척이 플라즈마 내에서 부동전위(floating potential;Vf)를 발생시키게 되고, Vf<Vp(plasma potential)인 부동전위는 척 근방의 플라즈마내에 있는 전자(electron)에는 반발력을 주지만, 기판에 입사되는 이온(ion)들에는 척으로 끌어당기는 힘을 주게 되고, 결국 이온 에너지가 증가되어 상대적으로 기판에 대한 데미지가 커지게 된다. 결국, 척과 플라즈마 간의 전위차(Vp-Vf)로 인해 기판에는 이온 충격(ion bombardment)에 의한 데미지가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 이온 충격(ion bombardment)으로 인한 웨이퍼의 손상을 억제할 수 있는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 척을 전기적으로 그라운드시켜 척과 플라즈마 간의 전위차로 인한 플라즈마내의 이온 충격에 의한 기판 데미지를 최소화할 수 있는 다운스트림(downstream) 방식의 플라즈마 처리장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리장치는 기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 리모트 플라즈마 소스와, 상기 리모트 플라즈마 소스로부터 플라즈마를 제공받는 공정챔버 및 공정챔버에 설치된 척에 연결되는 접지라인을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 척은 상기 기판을 고온으로 가열하기 위한 히터척이며, 상기 척의 재질은 열전도가 좋은 도체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 척에 놓여진 기판으로 입사되는 플라즈마내의 이온 에너지를 감소시키기 위해 척의 전하를 제거하는 단계를 갖는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 방법은 기판을 공정챔버내의 척에 로딩하는 단계; 리모트 플라즈마 소스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 상기 플라즈마를 상기 공정챔버로 제공하여 상기 기판을 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 척에 놓여진 기판으로 입사되는 플라즈마내의 이온 에너지를 감소시키기 위해 상기 척의 전하를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 척의 전하를 제거하는 단계는 상기 척에 연결된 접지라인을 통해 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 척은 기판을 고온으로 가열하기 위한 히터척일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법에 대한 플로우챠트이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 장치(100)는 리모트 플라즈마 소스(170)에서 생성되는 플라즈마(라디칼)을 이용하여 반도체 소자 제조용 기판(이하 기판이라고 함)의 표면을 에싱하기 위한 반도체 처리 장치이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는, 소정의 밀폐된 분위기를 제공하는 공 정챔버(process chamber, 110)를 갖는다. 이 공정챔버(110) 내부에는 게이트도어의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 기판(w)의 저면을 받쳐 지지하는 히터척(120)이 구비된다. 히터척은 공정챔버와 전기적으로 절연된다. 히터척(120) 내부에는 기판상의 포토레지스터가 제거될 수 있는 적정온도로 유지시켜 주기 위하여 가열수단의 일부인 히팅코일(124)이 설치된다. 도시하지는 않았지만, 히터척(120)에는 기판을 로드(load) 시키거나 언로드(Unload) 시키기 위한 수직 상하 구동을 하는 리프팅 핀, 리프팅 핀에 수직 구동하는 리프터, 리프터의 수직동력을 발생시키는 실린더를 포함하는 통상의 리프트 어셈블리가 구비될 수 있다. 참고적으로, 히터척의 몸체(122)는 열전도성이 좋은 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 히터척(120)에는 접지라인(130)이 연결된다. 히터척(120)은 기판에 대한 에싱 공정이 진행되는 과정에서 플라즈마에 대한 전위차가 발생되는데, 히터척(120)에 있는 전하가 접지라인(130)을 통해 방전됨으로써, 그 전위차를 감소시킬 수 있다. 이렇게 히터척(120)이 전기적으로 그라운드됨으로써 기판에 입사되는 플라즈마내의 이온의 에너지에 의한 기판 데미지를 최소화할 수 있는 것이다.
공정챔버(110)의 바닥에는 진공펌프(미도시됨)에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 형성되어 있으며, 이를 통해 공정챔버(110) 내부를 진공상태로 만들게 된다.
공정챔버(110)의 상부에는 리모트 플라즈마 소스(170)와 연결되는 상부챔버(140)를 갖는다. 이 상부챔버(140)는 좁은 상단과 넓은 하단을 갖는 방사형으로, 상부에는 리모트 플라즈마 소스(170)로부터 플라즈마(활성화된 반응가스)가 유입되 는 유입포트(142)를 갖으며, 하단에는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP;144)가 설치된다. 가스 분배 플레이트(144)는 알루미늄 재질에 표면을 산화시켜 형성하며, 균일한 플라즈마 공급을 위해 동심원주에 일정 간격으로 형성되는 다수의 분사공(146)들을 갖는다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 플라즈마 처리 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 우선, 기판이 공정챔버내의 척에 로딩된다(s12). 리모트 플라즈마 소스(170)에서 생성된 플라즈마는 상부챔버의 연결포트(142)를 통해 유입되고, 이 가스는 가스 분배 플레이트의 분사공(146)들을 통해 균일하게 기판 상부로 다운스트림되고(s14,16), 기판에 대한 에싱 공정이 진행된다(s20).
다운스트림에 의하여 공정챔버 내부가 플라즈마 상태로 되면 기판이 놓여진 히터척은 플라즈마 내에서 부동전위(floating potential;Vf)가 발생된다. 이러한 부동전위는 히터척 근방의 플라즈마 내에 있는 전자(electron)에는 반발력을 주지만, 이온(ion)에는 히터척으로 끌어당기는 힘을 주게 되어, 기판으로 입사되는 이온의 에너지를 증가시키는 주요 원인이 된다. 하지만, 본 발명에서와 같이, 접지라인을 통해 히터척을 전기적으로 그라운드함으로써 전위차(Vf-Vp;plasma potential)를 감소시킬 수 있다(s18). 이러한, 그라운드로 인한 전위치 감소는 기판에 입사되는 이온들의 에너지를 감소시키고 상대적으로 기판에 대한 데미지를 줄일 수 있는 것이다.
이처럼, 본 발명의 반도체 에싱 설비는 히터척을 전기적으로 그라운드시킴으로써, 기판의 데미지를 감소시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 접지라인을 통해 히터척을 전기적으로 그라운드시킴으로써, 기판에 입사되는 이온들의 에너지를 감소시켜 상대적으로 기판에 대한 데미지를 줄일 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

Claims (6)

  1. 다운스트림(downstream) 방식의 플라즈마 처리장치에 있어서:
    기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 리모트 플라즈마 소스;
    기판이 놓여지는 척을 갖으며, 상기 리모트 플라즈마 소스로부터 플라즈마를 제공받는 공정챔버; 및
    상기 척에 연결되어 상기 척의 잔류 전하를 제거하기 위한 접지라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 척은 상기 기판을 고온으로 가열하기 위한 히터척인 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 척의 재질은 열전도가 좋은 도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리장치.
  4. 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법에 있어서:
    기판을 공정챔버내의 척에 로딩하는 단계;
    리모트 플라즈마 소스로부터 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 플라즈마를 상기 공정챔버로 제공하여 상기 기판을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하되;
    플라즈마 처리 단계는 상기 척에 놓여진 기판으로 입사되는 플라즈마내의 이온 에너지를 감소시키기 위해 상기 척의 전하를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 척의 전하를 제거하는 단계는
    상기 척에 연결된 접지라인을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 척은 기판을 고온으로 가열하기 위한 히터척인 것을 특징으로 하는 다운스트림 방식의 플라즈마 처리 방법.
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