KR20060116482A - 반도체 제조 장치의 세정방법 - Google Patents

반도체 제조 장치의 세정방법 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 장치의 제조 공정에서 발생되어 공정챔버 내부에 축적되어 있는 불화알루미늄성(AlFx 계열) 폴리머를 제거하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 반도체 제조 공정의 식각공정 전후에 웨이퍼를 배출한 공정챔버 내부에 플라즈마를 형성하고, 플라즈마 상태 하에서 Cl기(Chlorine species)를 함유하는 반응가스를 유입하여 활성화된 상기 반응가스와 공정챔버 내부에 축적되어 있는 불화알루미늄성 폴리머를 반응시켜 공정챔버 내부로부터 불화알루미늄성 폴리머를 제거하는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
따라서 이 발명은 반도체 제조 공정 전후에 공정챔버 내부에 축적되어 있는 반응 부산물을 효과적으로 제거함으로써 이물질에 의해 웨이퍼가 오염되는 것을 방지하여 수율 저하를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
불화알루미늄성, 폴리머, 반응 부산물, 공정챔버, 세정

Description

반도체 제조 장치의 세정방법{METHOD OF CLEANING SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}
도 1은 일반적인 반도체 제조 장치의 공정챔버 개략도이다.
도 2는 종래의 반도체 제조 공정에 따라 반응 부산물이 축적된 석영 고리 표면을 에너지 분산형 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray spectroscopy, EDX)로 분석한 원소 분석그래프이다.
도 3은 웨이퍼 표면에 부착된 이물질을 에너지 분산형 X-선 분광기로 분석한 원소 분석그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 세정방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반응 부산물이 제거된 석영 고리 표면을 에너지 분산형 X-선 분광기로 분석한 원소 분석그래프이다.
본 발명은 반도체 제조 장치의 세정방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로 반도체 제조 공정에서 발생되어 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 축적된 불화알 루미늄성 폴리머를 제거하는 반도체 제조 장치의 세정방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는 웨이퍼 상에 금속층을 만들기 위해 주로 금속 물질인 W(텅스텐), WSi(텅스텐실리사이드), TiSi(티타늄 실리사이드), Al(알루미늄) 등을 사용한다. 웨이퍼 상에 형성된 상기 금속층을 식각하기 위해서 주로 Cl2, BCl3, SF6, NF3, CF4 등의 반응가스를 사용한다. 반도체 소자에서 요구되는 여러 가지 특성과 구조를 얻기 위해서는 상기 반도체 제조 공정의 해당 식각공정에서 전후에 적층되는 층과의 선택적 식각 특성을 감안하여 상기 반응가스를 특정 비율로 사용하고 있다.
특히 얇은 층의 경우에는 식각 속도 조절 및 선택적 식각 조정에 유리한 SF6, NF3, CF4 등과 같은 불소(F)가 포함된 반응가스를 많이 이용하고 있다. 이 경우 식각 반응이 이루어지는 상기 반도체 제조 장치의 공정챔버를 구성하는 덮개와 측벽의 주재질이 대부분 양극 처리된 Al이나 세라믹 재질이므로 상기 반응가스와의 반응이 일어나게 된다. 이때 상기 반응에 의해서 불화알루미늄성 반응 부산물이 발생한다. 상기 반응 부산물은 대표적인 비휘발성 물질로서 상기 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 축적된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 반도체 제조 공정에 사용되고 있는 일반적인 반도체 제조 장치의 공정챔버 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상기 반도체 제조 장치의 공정챔버(100)는 덮개(110), 측벽(120), 내부에 위치한 정전척(200)과 상기 정전척(200) 위에 놓여 웨이퍼(300)의 움직임을 방지하는 석영 고리(400)로 구성되어 있는 것을 보여준다.
도 2는 종래의 반도체 제조 공정을 실시한 후 반도체 제조 장치의 공정챔버(100) 내부에 있는 석영 고리(400) 표면에 축적되어 있는 반응 부산물을 에너지 분산형 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray spectroscopy, EDX)로 분석한 원소 분석그래프이다.
도 2를 참조하면, 원소 분석그래프에 보이는 것과 같이 축적된 반응 부산물의 주된 원소는 불소와 알루미늄 원소이다. 이 분석결과로 보아 공정챔버(100) 내부에 있는 석영 고리(400) 표면에 축적된 반응 부산물이 불화알루미늄성 폴리머임을 알 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 제조 공정을 실시한 후 웨이퍼(300)의 표면에 부착된 이물질을 에너지 분산형 X-선 분광기로 분석한 원소 분석그래프이다.
도 3을 참조하면, 원소 분석그래프에 보이는 것과 같이 상기 웨이퍼(300)의 표면에 부착된 이물질의 주된 원소는 불소와 알루미늄 원소이다. 이 분석결과로 보아 상기 반도체 제조 공정에서 공정챔버(100) 내부에 축적된 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머가 상기 반도체 제조 공정 중에 발생할 수 있는 작은 충격이나 압력변화로 인해 제조 공정 중인 웨이퍼(300) 표면 위로 떨어짐을 알 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 축적된 상기 반응 부산물이 상기 반도체 제조 공정 중에 발생할 수 있는 작은 충격이나 압력변화로 인해 제조 공정 중인 웨이퍼 표면 위로 떨어지게 된다. 상기 웨이퍼 표면에 떨어진 상기 반응 부산물은 제조 공정에 불필요한 이물질이다. 상기 이물질로 인해 상기 웨이퍼 수율의 저하를 초래한다.
소자 고집적화 추세에 따른 패턴 크기(Pattern size)는 점점 줄어드는 반면 최대 수율 확보는 점점 취약해지는 제약요인이 있다. 반도체 제조 공정에서 발생되는 반응 부산물이 공정챔버에서 효과적으로 제거되지 않으면 다음 순서의 반도체 제조 공정에서 이물질로 작용하여 웨이퍼 수율을 떨어뜨리게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 반도체 제조 공정에서 발생되어 반도체 제조 장치의 공정챔버에 축적된 불화알루미늄성 폴리머를 상기 반도체 제조 공정 전후에 효과적으로 제거하여 웨이퍼의 수율 저하를 최소화하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 제조 공정에서 발생되어 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 축적된 불화알루미늄성 폴리머를 제거하는 방법을 제공한다.
이 방법은 불소 함유 식각가스를 이용한 금속 식각공정 전후에 Cl기가 함유된 반응가스를 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부로 유입하여 축적된 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머를 화학적, 물리적 반응으로 제거하는 것이 특징이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형 태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 반응 부산물 제거 방법을 포함하는 반도체 제조 공정을 나타내는 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(300)를 상기 반도체 제조 장치의 공정챔버(100) 내부에 장착(loading)하는 1 단계(10), 상기 웨이퍼(300)가 장착된 상기 공정챔버(100) 내부로 식각가스를 주입하여 금속층을 식각하는 2 단계(20), 상기 식각공정이 완료된 상기 웨이퍼(300)를 상기 공정챔버(100)에서 배출(unloading)하는 3 단계(30), 상기 웨이퍼(300) 배출로 비어 있는 상기 공정챔버(100) 내부를 Cl기를 함유하는 반응가스를 유입하여 플라즈마 상태로 만들어 반응 부산물을 제거하는 4 단계(40)와 상기 반응 부산물을 제거한 후 금속층 식각이 요구되는 다음 순서의 웨이퍼(300)를 공정챔버(100) 내부에 장착하는 5 단계(50)를 1 주기로 하는 과정을 보여준다.
상기 1 단계(10)에서는 반도체 제조 공정을 위해 반도체 제조 장치의 공정챔버(100) 내부의 정전척(200)에 웨이퍼(300)를 장착한다. 일반적으로 반도체 제조 공정은 여러 개의 웨이퍼로 구성된 로트(lot) 단위로 제조 공정이 진행된다. 매엽식 제조 장치에서는 로트를 구성하는 웨이퍼들이 순차적으로 공정챔버에 장착되어 식각공정이 진행된다.
상기 2 단계(20)에서는 금속배선 형성을 위해 상기 공정챔버(100) 내부로 식 각가스(SF6, NF3, CF4 등과 같은 불소가 함유된)를 주입하여 상기 웨이퍼(300) 상의 금속층을 식각한다. 이때, 식각 부산물로서 금속 또는 공정챔버(100) 덮개(110)와 측벽(120)의 주재질인 Al과 식각가스에 함유된 불소가 결합된 불화알루미늄성 폴리머가 발생하고, 식각공정 후 퍼지에 의해 공정챔버(100)로부터 배출되지 않은 폴리머들이 덮개(110) 및 측벽(120) 등 공정챔버의 내부에 축적된다.
상기 3 단계(30)에서는 식각공정이 완료된 상기 웨이퍼(300)를 상기 공정챔버(100)에서 배출한다.
상기 4 단계(40)에서는 식각공정이 진행되는 동안 공정챔버(100) 내부에 축적된 불화알루미늄성 폴리머가 제거된다. 구체적으로, 상기 공정챔버(100) 내부를 10mT의 압력으로 유지하면서 1200W 소오스와 20W 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 상태로 만든 후 Cl2는 50~500sccm, O2는 50~500sccm, Ar(아르곤)은 100~200sccm과 He(헬륨)은 100~200sccm 정도의 유속으로 반응가스로 유입하여 상기 식각공정에서 발생되어 상기 공정챔버(100) 내부에 축적된 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머를 제거할 수 있다. 상기 반응 부산물의 제거는 플라즈마 상태 하에서 등방성 특성을 가진 Cl기와 O2에 의한 화학적인 반응과 Ar과 He에 의한 이온 충격(Ion bombardment)의 물리적인 반응에 기인한다. 상기 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머를 효과적으로 제거하는 동시에 상기 공정챔버(100) 내부를 구성하는 부품인 석영 고리(400)와 정전척(200) 코팅 물질(210)의 추가적인 손상을 최소화하기 위해 20W 정도의 낮은 바이어스 전력을 인가하는 것이 바람직하다.
상기 5 단계(50)에서는 상기 공정챔버(100) 내부를 퍼지 한 다음 식각공정을 위한 다음 순서의 웨이퍼(300)을 장착하고, 상기 2 단계(20)부터 4 단계(40)까지 실시하여 금속 식각공정 및 공정챔버(100) 내부의 불화알루미늄성 폴리머를 제거한다.
본 발명은 상기 1 내지 5 단계(10 내지 50)를 1 주기로 여러 개의 웨이퍼(300)를 식각하고, 상기 웨이퍼(300)의 식각공정 전후에 공정챔버(100) 내부의 불화알루미늄성 폴리머를 제거하여 불화알루미늄성 폴리머가 상기 공정챔버(100) 내부에 축적되는 것을 막을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따라 반응 부산물을 제거한 후 공정챔버(100) 내부의 석영 고리(400) 표면을 에너지 분산형 X-선 분광기로 분석한 원소 분석그래프이다. 이 그래프는 상기 공정챔버(100)에서 내부압력은 10mT, 소오스 전력은 1200W, 바이어스 전력은 20W, Cl2는 400sccm, O2는 400sccm, Ar은 200sccm과 He은 200sccm의 유속으로 실시한 후의 석영 고리(400) 표면을 에너지 분산형 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray spectroscopy, EDX)로 분석한 원소 분석그래프이다.
도 5를 참조하면, 원소 분석그래프에 보이는 것과 같이 본 발명을 적용한 후에는 상기 석영 고리(400) 표면에 축적되어 있던 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머가 제거되었음을 알 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면 반도체 제조 공정 중 금속층 식각공정 에서 발생되어 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 축적된 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머를 제거할 수 있다.
상기 금속층 식각공정 후에 웨이퍼를 배출한 다음 Cl기를 함유하는 반응가스를 공정챔버 내부로 유입하여 플라즈마 상태 하에서 축적되어 있는 불화알루미늄성 폴리머를 미리 화학적, 물리적 반응으로 제거함으로써 후속 반도체 제조 공정에서 이물질에 의한 웨이퍼의 수율 저하를 최소화할 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 제조 장치의 공정챔버 내부에 웨이퍼를 장착하는 단계;
    상기 공정챔버 내부에 불소 함유 식각가스를 공급하여 반응 부산물인 불화알루미늄성 폴리머를 발생하며 웨이퍼 상의 금속층을 식각하는 단계;
    상기 웨이퍼를 배출하는 단계; 및
    상기 공정챔버 내부에 염소(Cl기) 함유 반응가스를 공급하여 플라즈마 상태 하에서 상기 공정챔버 내부에 축적된 불화알루미늄성 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 반도체 제조 장치의 세정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 불화알루미늄성 폴리머를 제거하는 단계 이후,
    다음 순서의 웨이퍼를 공정챔버 내부에 장착하여 식각공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 세정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 불화알루미늄성 폴리머를 제거하는 단계에서,
    반도체 제조 장치의 공정챔버 내부를 10mT의 압력으로 유지하면서 1200W 소오스와 20W 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 상태로 만든 후 Cl2는 50~500sccm, O2는 50~500sccm, Ar은 100~200sccm과 He은 100~200sccm 정도의 유속으로 반응가스를 유입하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 세정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 식각가스는 SF6, NF3 및 CF3 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 세정 방법.
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