KR20060134668A - 반도체 소자의 제조에 사용되는 식각 장비의 세정 방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조에 사용되는 식각 장비의 세정 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 제조에 사용되는 식각 장비의 세정 방법을 제공한다. 식각 장비는 공정 챔버, 공정 챔버내에 배치된 척, 공정 챔버의 외부에 배치되며 플라즈마를 발생시키기는 플라즈마 생성 수단, 및 플라즈마 생성 수단과 척에 각각 연결된 제1 및 제2 전원 공급기들을 포함한다. 이러한 식각 장비의 세정 방법은 다음의 단계를 포함한다. 제1 및 제2 전원 공급기들에 각각 플라즈마 파워 및 제로(zero) 파워를 인가하고, 공정 챔버내로 세정 가스들을 주입한다. 플라즈마화된 세정 가스들로 공정 챔버내에 증착된 식각 부산물을 식각하고, 펌핑(pumping)을 수행하여 공정 챔버내 잔류물들을 제거한다.

Description

반도체 소자의 제조에 사용되는 식각 장비의 세정 방법{METHODS OF CLEANING A ETCHING APPARATUS USED IN FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICES}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식각 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 식각 장비를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식각 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트(flow chart)이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 반도체 장비의 세정 방법에 관한 것으로, 특히, 소정의 물질을 식각하는 반도체 식각 장비의 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 반도체 웨이퍼 상에 다양한 반도체 제조 공정들을 수행하여 제조된다. 대표적인 반도체 제조 공정들로서 증착 공정, 사진 공정, 이온 주입 공정 및 식각 공정등이 있다. 증착 공정은 웨이퍼 상에 소정의 물질막을 증착하는 공정이며, 사진 공정은 웨이퍼 상에 소정의 패턴을 정의하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 공정이다. 이온 주입 공정은 웨이퍼에 소정의 불순물 이온들을 주입하는 공 정이며, 식각 공정은 물질막 또는 웨이퍼를 식각하는 공정이다.
통상적으로, 식각 공정은 물질막또는 웨이퍼의 소정부분을 제거하여 웨이퍼에 소정의 패턴을 실제적으로 형성하는 공정으로서 반도체 제조 공정들 중에서도 매우 중요하게 다루어지고 있다. 식각 공정은 습식 식각 공정 및 건식 식각 공정으로 구분될 수 있다. 습식 식각 공정은 웨이퍼를 식각을 위한 용액에 담구어 식각하는 공정이며, 건식 식각 공정은 식각용 가스들을 사용하여 물질막 또는 웨이퍼를 식각하는 공정이다.
통상적으로, 건식 식각 공정을 수행하는 건식 식각 장비는 플라즈마를 이용한다. 즉, 건식 식각 장비는 플라즈마화된 식각 가스들이 척의 백바이어스에 의해 이동하여 척 상에 로딩된 웨이퍼의 물질을 식각한다. 플라즈마화된 식각 가스들은 화학적 반응 또는/및 물리적 반응등을 일으켜 웨이퍼의 물질을 식각하는데, 식각 공정시, 식각 부산물들이 생성될 수 있다. 이러한 식각 부산물들은 주로 가스 상태로서 배출되나, 일부분은 식각 공정이 진행되는 공정 챔버의 내벽에 증착될 수도 있다. 공정 챔버의 내벽에 증착된 식각 부산물들은 웨이퍼 상에 오염원으로 작용할 수 있다. 이에 따라, 건식 식각 장비는 주기적으로 장비를 분해하여 식각 부산물들을 제거하는 세정 작업을 수행한다.
하지만, 이러한 건식 식각 장비를 분해하여 공정 챔버를 세정하는 경우, 세정 작업이 수시간 이상으로 길어져 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 건식 식각 장비를 분해하여 세정하고, 건식 식각 장비를 재조립한 후에는 공정 조건에 대한 셋업(setup) 시간이 요구된다. 이에 따라, 실제적인 정비시간은 더욱 길어질 수 있다.
본 발명은 상술한 제반적인 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 세정을 위한 정비 시간을 최소화할 수 있는 식각 장비의 세정 방법을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 식각 장비의 세정 방법을 제공한다. 식각 장비는 공정 챔버, 상기 공정 챔버내에 배치된 척, 상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 플라즈마를 발생시키기는 플라즈마 생성 수단, 및 상기 플라즈마 생성 수단과 상기 척에 각각 연결된 제1 및 제2 전원 공급기들을 포함한다. 상기 식각 장비의 세정 방법은 다음의 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 전원 공급기들에 각각 플라즈마 파워 및 제로(zero) 파워를 인가하고, 상기 공정 챔버내로 세정 가스들을 주입한다. 플라즈마화된 상기 세정 가스들로 상기 공정 챔버내에 증착된 식각 부산물을 식각하고, 펌핑(pumping)을 수행하여 상기 공정 챔버내 잔류물들을 제거한다.
구체적으로, 상기 식각 장비는 브롬화수소 가스 및 염소 가스를 사용하여 실리콘을 포함하는 물질을 식각하는 장비일 수 있다. 이 경우에, 상기 세정 가스들은 불화탄소 가스 및 산소 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 세정 가스들과 더불어 헬륨 가스를 상기 공정 챔버내에 더 주입할 수 있다. 상기 척은 상기 척의 상부로 향하는 가스 노즐을 갖을 수 있다. 이 경우에, 상기 헬륨 가스는 상기 가스 노즐을 통하여 주입되는 것이 바람직하다. 상기 공정 챔버내 식각 부산물을 식각하 는 단계와 상기 펌핑하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식각 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 식각 장비를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 식각 장비는 공정 챔버(100)를 포함한다. 상기 공정 챔버(100)는 반도체 건식 식각 공정이 수행되는 내부 공간을 갖는다. 상기 공정 챔버(100)내에 척(110)이 배치된다. 상기 척(110)의 상부면 상에는 웨이퍼가 로딩될 수 있다. 상기 척(110)에는 상기 척(100)의 상부를 향하는 가스 노즐들(112)이 배치된다. 건식 공정 진행시, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 헬륨가스가 상기 가스 노즐(112)을 통하여 웨이퍼의 뒷면에 흘려준다.
상기 공정 챔버(100) 내에 상기 척(110)의 상부 공간을 향하여 식각 가스들을 분사하는 가스 분사구(120)가 배치된다. 상기 척(110)의 상부 공간에 균일하게 식각 가스를 분사하기 위하여, 상기 공정 챔버(100)내에는 복수개의 상기 가스 분사구들(120)이 배치될 수 있다. 상기 공정 챔버(100)에 가스 배출관(125)이 배치된 다. 상기 가스 배출관(125)을 통하여 잔류가스등이 배출된다.
상기 공정 챔버(100)의 외벽에 플라즈마 생성 수단(130)이 배치된다. 상기 플라즈마 생성 수단(130)은 상기 공정 챔버(100)의 외벽을 복수번 둘러싸는 코일형태일 수 있다. 상기 공정 챔버(100)은 돔형태(dome-shaped)일 수 있다. 이 경우에, 상기 플라즈마 생성 수단(130)은 상기 공정 챔버(100)의 외벽에 균일하게 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 생성 수단(130)에 제1 전원 공급기(140)이 연결되고, 상기 척(110)에는 제2 전원 공급기(150)가 연결된다. 반도체 건식 식각 공정이 수행될때, 상기 제1 전원 공급기(140)에는 플라즈마 파워가 인가되고, 상기 제2 전원 공급기(150)에는 백바이어스(back bias) 파워가 인가된다.
상술한 구조의 식각 장비의 세정 방법을 도 2의 플로우 챠트를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식각 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트(flow chart)이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 식각 공정을 통하여 생성된 식각 부산물들이 공정 챔버(100)내에 증착된 식각 장비의 세정 방법을 설명한다. 상기 공정 챔버(100)내에 웨이퍼가 미로딩된 상태에서 상기 세정 방법을 수행하는 것이 바람직하다. 제1 전원 공급기(140)에 플라즈마 파워를 인가한다(S200). 이에 따라, 상기 플라즈마 생성 수단(130)에 상기 플라즈마 파워가 인가된다. 이때, 제2 전원 공급기(150)에는 제로(zero) 파워를 인가하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2 전원 공급기(150) 에는 파워를 인가하지 않아 상기 척(110)에는 백바이어스 파워가 인가되지 않는다.
상기 공정 챔버(100)내로 세정 가스를 주입를 주입하고(S210), 플라즈마화된 세정 가스로 상기 공정 챔버(100)내에 증착된 식각 부산물을 식각한다(S220). 상기 공정 챔버(100)내로 주입된 세정 가스는 상기 플라즈마 파워가 인가된 상기 플라즈마 생성 수단(130)에 의하여 플라즈마화된다. 상기 플라즈마화된 세정 가스는 상기 공정 챔버(100)내의 식각 부산물을 식각한다. 이로써, 상기 식각 부산물은 분해되어 기체 상태 또는/및 매우 미세한 미립자 상태로 변환한다.
상기 식각 장비가 브롬화수소 가스 및 염소 가스를 사용하여 웨이퍼의 실리콘을 포함하는 물질(ex, 실리콘산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘층등)을 식각하는 장비인 경우, 상기 공정 챔버(100)내의 식각 부산물은 실리콘, 브롬 및 염소를 포함하는 폴리머일 수 있다. 이 경우에, 상기 세정 가스는 불화탄소 가스 및 산소 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 불화탄소 및 산소 가스들은 플라즈마화되어 상기 실리콘, 브롬 및 염소를 포함하는 폴리머를 식각한다.
예컨대, 상기 공정 챔버내의 압력은 5 mTorr 내지 10 mTorr일 수 있다. 상기 불화탄소 가스는 50 sccm 내지 110 sccm으로 주입하고, 상기 산소 가스는 5 sccm 내지 15 sccm으로 주입할 수 있다. 이때, 상기 플라즈마 파워는 300 W 내지 900 W로 인가될 수 있다. 세정 시간은 대략 수십초로 수행할 수 있다.
플라즈마화된 세정 가스는 상기 척(110)에 백바이어스가 인가되지 않음으로 상기 공정 챔버(100)의 상하좌우 내측면 뿐만 아니라, 상기 척(110)에 증착된 식각 부산물을 모두 식각할 수 있다.
상기 플라즈마 파워를 인가(S200)한 후에 상기 세정 가스를 주입(S210)할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 세정 가스를 주입(S210)한 후에 상기 플라즈마 파워를 인가(S200)할 수 있다. 이와는 또 다르게, 상기 플라즈마 파워를 인가하는 단계(S200)와 상기 세정 가스를 주입하는 단계(S210)는 동시에 수행될 수도 있다.
상기 세정 가스를 주입(S210)할때, 헬륨 가스를 더 주입하는 것이 바람직하다. 상기 헬륨 가스는 상기 척(110)의 가스 노즐(112)을 통하여 주입하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 플라즈마화된 세정 가스에 의하여 상기 가스 노즐(112)이 손상되는 것을 최소화할 수 있다. 상기 헬륨 가스는 1 Torr 내지 5 Torr의 압력으로 공급될 수 있다.
가스 배출관(125)을 통한 펌핑(pumping)을 수행(S230)하여 상기 공정 챔버(100)내의 잔류물을 제거한다. 상기 펌핑을 수행(S230)함으로써, 상기 공정 챔버(100)내의 잔류된 세정 가스들, 및 가스 상태 또는/및 미립자 상태의 식각 부산물을 외부로 배출한다. 이로써, 상기 식각 장비의 세정을 완료할 수 있다.
상기 플라즈화된 세정 가스로 상기 식각 부산물을 식각하는 단계(S220)와 상기 펌핑을 수행(S230)하는 단계는 동시에 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 부산물은 분해되어 신속하게 배출 될 수 있다. 이 경우에, 상기 세정 가스의 주입도 상기 건식 식각 장비의 내부 압력을 유지한채로 지속적으로 유입될 수 있다.
상술한 세정 방법에 따르면, 소정량의 식각 부산물이 상기 공정 챔버(100)내에 증착된 경우, 상기 공정 챔버(100)내에 웨이퍼를 로딩하지 않은 채로 상기 방법들(S200,S210,S220,S230)을 수행하여 상기 식각 장비를 세정한다. 즉, 상기 방법은 종래의 세정을 위한 식각 장비의 분해 및 재조립이 요구되지 않는다. 이에 따라, 식각 장비의 세정을 위한 정비시간을 대폭 감소시켜 반도체 소자의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세정 방법은 플라즈마화된 세정 가스들을 사용하여 공정 챔버내의 식각 부산물을 제거한다. 이에 따라, 세정 시간을 수십초 내외로 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 세정 방법은 종래의 세정을 위한 식각 장비의 분해 및 재조립이 요구되지 않는다. 그 결과, 세정을 위한 정비 시간을 대폭 감소시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 배치된 척, 상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 플라즈마를 발생시키기는 플라즈마 생성 수단, 및 상기 플라즈마 생성 수단과 상기 척에 각각 연결된 제1 및 제2 전원 공급기들을 포함하는 식각 장비의 세정 방법에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전원 공급기들에 각각 플라즈마 파워 및 제로 파워를 인가하는 단계;
    상기 공정 챔버내로 세정 가스들을 주입하는 단계;
    플라즈마화된 상기 세정 가스로 상기 공정 챔버내에 증착된 식각 부산물을 식각하는 단계; 및
    펌핑(pumping)을 수행하여 상기 공정 챔버내 잔류물들을 제거하는 단계를 포함하는 식각 장비의 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각 장비는 브롬화수소 가스 및 염소 가스를 사용하여 실리콘을 포함하는 물질을 식각하는 장비이되,
    상기 세정 가스들은 불화탄소 가스 및 산소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각 장비의 세정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 세정 가스들과 더불어 헬륨 가스를 상기 공정 챔버내로 더 주입하는 것을 특징으로 하는 식각 장비의 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 척은 상기 척의 상부로 향하는 가스 노즐을 갖되, 상기 헬륨 가스는 상기 가스 노즐을 통하여 주입되는 것을 특징으로 하는 식각 장비의 세정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 식각 부산물을 식각하는 단계와 상기 펌핑하는 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 식각 장비의 세정 방법.
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