KR20080086017A - 반도체 제조설비 및 그의 제어방법 - Google Patents

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권순태
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Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비를 개시한다. 그의 설비는, 외부로부터의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상단에서 반응 가스를 분사시키는 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 상부에서 고주파 파워를 이용하여 상기 샤워헤드를 통해 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 상부 전극; 상기 상부 전극 및 상기 샤워헤드에 대향되는 상기 반응 챔버의 하단에서 웨이퍼를 지지하고 고정시키는 정전척; 및 상기 정전척의 하부에 형성되고, 상기 반응 챔버의 건식 세정 공정 시 상기 상부 전극에 인가되는 상기 고주파 파워에 비해 주파수가 상대적으로 낮은 고주파 파워를 이용하여 상기 플라즈마 상태로 여기된 상기 반응 가스를 상기 정전척에 집중시켜 상기 정전척의 표면에 유발되는 오염물질을 제거토록 형성된 하부 전극을 포함하여 이루어진다.
식각(etching), 챔버(chamber), 반응 가스, 플라즈마(plasma), 하부 전극

Description

반도체 제조설비 및 그의 제어방법{Equipment for etching semiconductor device and control methode used the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타내는 구성 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비의 제어방법을 나타내는 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 반응 챔버 120 : 샤워헤드
130 : 상부 전극 140 : 정전척
150 : 하부 전극 160 : 진공 펌프
본 발명은 반도체 제조설비 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 반응을 이용하여 웨이퍼 상에 소정의 박막을 증착하거나, 상기 박막 또는 상기 웨이퍼 표면을 세정하는 반도체 제조설비 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 기술은 크게 웨이퍼 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정과, 상기 증착공정으로 형성된 가공막 상에 포토레지스트를 형성하여 패터닝 하는 포토리소그래피(photolithography) 공정과, 상기 포토리소그래피 공정으로 형성된 포토레지스터 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 가공막을 패터닝하는 식각 공정을 포함하여 이루어진다.
상기 증착 공정 및 상기 식각 공정은 웨이퍼 상에서 가공되는 박막의 두께 또는 깊이를 결정짓는 중요한 공정으로서 다양한 종류의 반응 가스가 혼합되어 이루어지는 공정이다. 이때, 상기 증착 공정 및 상기 식각 공정이 이루어지는 반응 챔버 내에서 상기 반응 가스는 균일한 혼합비를 갖고 상기 웨이퍼 상에서 유동되어야만 한다. 예컨대, 상기 반응 챔버 내에 공급되는 상기 반응 가스를 균일하게 혼합시키기 위한 방법으로 플라즈마 반응이 주로 이용되고 있다.
상기 플라즈마 반응은 고온에서 상기 반응 가스의 성질을 그대로 간직한 채로 음의 전하를 갖는 전자와, 양이온으로 분리시키는 반응이다. 상기 플라즈마 반응은 상기 반응 챔버의 상단에 형성된 상부 전극과 같은 플라즈마 전극에서 인가되는 고주파 파워에 의해 상기 반응 가스를 전기적으로 대전시키면서 충분히 혼합토록 하고, 상기 반응 가스의 종류에 따라 특정 색상을 나타내도록 할 수 있다. 이때, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위해 인가되는 고주파 파워가 증가함에 따라 상기 반응 챔버의 하부에서 수평 상태를 갖도록 지지되는 웨이퍼가 수평 이동되거나 진동되면서 증착 공정 또는 식각 공정의 재현성이 떨어질 수 있다.
따라서, 종래의 반도체 제조설비는 상기 웨이퍼 상에 균일한 가공막을 증착하거나 식각하기 위해 상기 웨이퍼를 안정적인 상태로 유지하는 웨이퍼 척을 필수적으로 구비한다. 이때, 상기 웨이퍼 척은 상기 증착 공정 또는 식각 공정 중에 움직이거나 오정렬되는 것을 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 외주면에서 메카니컬 클램프를 사용하여 상기 웨이퍼를 직접 잡는 기계척과, 상기 웨이퍼의 후면에서 진공으로 상기 웨이퍼를 잡는 진공척과, 상기 웨이퍼를 정전기 인력 (electrostatic attraction forces)으로 잡는 정전척등 다양한 종류가 있다.
한편, 상기 증착 공정 또는 상기 식각 공정 시 상기 반응 챔버 내에 공급되는 반응 가스가 반응되면서 발생되는 증착 부산물 또는 식각 부산물은 웨이퍼뿐만 아니라 상기 반응 챔버의 내벽 및 상기 정전척의 상부에서도 다량으로 유발될 수 있다.
따라서, 증착 공정 또는 식각 공정 시 유발되는 증착 부산물 또는 식각 부산물과 같은 오염물질에 의해 오염되는 상기 반응 챔버의 내벽 및 정전척의 상부 표면을 세정하는 공정은 반응 챔버의 내부를 대기중에 노출시키지 않고 이루어지는 건식 세정공정과 상기 반응 챔버의 내부를 노출시켜 이루어지는 습식 세정공정으로 이루어진다. 예컨대, 상기 건식 세정공정은 약 25개의 웨이퍼를 하나의 로트(lot) 단위로 하여 약 3로트 또는 6로트를 주기로 이루어지거나 약 6시간 내지 24시간의 누적 사용시간을 주기로 건식 세정공정이 이루어지도록 설정되어 있다. 반면, 상기 습식 세정공정은 종래의 건식 세정공정을 사용할 경우 최대 약 3개월에 한번씩 이 루어질 수 있다. 여기서, 상기 건식 세정공정은 상기 반응 챔버 내부에 공급되는 반응 가스를 상기 상부 전극으로 인가되는 고주파 파워를 이용하여 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 반응 챔버 내벽에 유발된 오염물질을 제거토록 할 수 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 반도체 제조설비는 반응 챔버의 건식 세정공정 시에 상기 반응 챔버 내부로 공급되는 세정 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 반응 챔버 내벽에 유발된 오염물질을 제거토록 할 수 있으나, 상기 반응 챔버의 하단에 형성된 정전척 상부에서 유발되는 오염물질을 제거시키지 못하여 후속에서 상기 정전척 상에 로딩되는 웨이퍼가 슬라이딩되거나 파손될 수 있기 때문에 생산수율이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반응 챔버의 건식 세정공정 시에 상기 반응 챔버 하단에 형성된 정천척의 표면에서 유발된 오염물질을 제거토록 하고, 상기 정전척 상에 로딩되는 웨이퍼가 슬라이딩되거나 파손되는 것을 방지토록 하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 반도체 제조설비는, 외부로부터의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상단에서 반응 가스를 분사시키는 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 상부에서 고주파 파워를 이용하여 상 기 샤워헤드를 통해 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 상부 전극; 상기 상부 전극 및 상기 샤워헤드에 대향되는 상기 반응 챔버의 하단에서 웨이퍼를 지지하고 고정시키는 정전척; 및 상기 정전척의 하부에 형성되고, 상기 반응 챔버의 건식 세정 공정 시 상기 상부 전극에 인가되는 상기 고주파 파워에 비해 주파수가 상대적으로 낮은 고주파 파워를 이용하여 상기 플라즈마 상태로 여기된 상기 반응 가스를 상기 정전척에 집중시켜 상기 정전척의 표면에 유발되는 오염물질을 제거토록 형성된 하부 전극을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태는, 반응 챔버 내부에 웨이퍼를 로딩하는 단계; 상기 웨이퍼가 로딩된 상기 반응 챔버 내부에 제 1 반응 가스를 공급하고, 상기 제 1 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 웨이퍼의 증착 공정 또는 식각 공정을 수행하는 단계; 상기 웨이퍼의 증착 공정 또는 식각 공정이 완료되면 상기 반응 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 언로딩시키는 단계; 상기 반응 챔버 내에서 상기 증착 공정 또는 식각 공정이 수행되는 웨이퍼가 소정 개수에 도달되거나, 상기 반응 챔버가 상기 증착 공정 또는 식각 공정에 소요되는 누적 공정 시간이 일정 수치에 도달될 경우, 상기 반응 챔버 내부에 상기 웨이퍼를 로딩시키지 않고 상기 반응 챔버 내부의 공기를 펌핑하는 단계; 상기 반응 챔버 내부에 제 2 반응 가스를 공급하고, 상기 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 제 2 반응 가스를 상기 반응 챔버의 하단에서 노출되는 정전척에 집중시켜 상기 정전척의 상부 표면을 세정하는 단계를 포함하는 반도체 제조설비의 제어방법이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 반도체 제조설비 및 그의 제어방법을 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타내는 구성 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조설비는, 외부로부터의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 상기 반응 챔버(110)의 상단에서 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 분사시키는 샤워헤드(120)와, 상기 샤워헤드(120)의 상부에서 고주파 파워를 이용하여 상기 샤워헤드(120)를 통해 분사되는 상기 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 상부 전극(130)과, 상기 상부 전극(130) 및 상기 샤워헤드(120)에 대향되는 상기 반응 챔버(110)의 하단에서 웨이퍼(W)를 지지하고 고정시키는 정전척(140)과, 상기 정전척(140)의 하부에 형성되고, 상기 상부 전극(130)에 인가되는 상기 고주파 파워에 비해 주파수가 상대적으로 낮은 고주파 파워를 이용하여 상기 플라즈마 상태로 여기된 상기 제 2 반응 가스를 상기 정전척(140)에 집중시켜 상기 정전척(140)의 표면에 유발되는 오염물질을 제거토록 형성된 하부 전극(150)을 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 반응 챔버(110) 내에서 증착공정 또는 식각공정이 이루어지는 웨이퍼(W)가 소정개수에 도달되거나 상기 증착공정 또는 상기 식각공정이 이루어지는 누적 사용시간이 일정 수준에 도달될 경우, 상기 반응 챔버(110) 내부의 건식 세정공정이 이루어지도록 제어하고, 상기 건식 세정공정 시에 상기 제 2 반응 가스를 상기 정전척(140)에 집중시키도록 상기 하부 전극(150)에 상기 고주파 파워를 인가토록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 반응 챔버(110)는 웨이퍼(W)의 식각공정과 같은 반도체 제조공정을 외부로부터 독립적으로 수행토록 하기 위해 소정의 내부 공간이 정의되는 독립된 공간을 제공하도록 형성되어 있다. 또한, 상기 상부 챔버(112)는 외부의 반응 가스 공급부(도시되지 않음)로부터 공급되는 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 안정적으로 공급받아 상기 샤워헤드(120)에서 분사되는 일정한 유량의 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스가 상기 웨이퍼(W)의 표면으로 유동되면서 증착 공정 또는 식각 공정이 이루어지도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 반응 챔버(110)는 실란(SiH4)가스, TEOS 가스, 염화 티타늄(TiCl4) 가스, 암모니아 가스, 질소가스, 또는 오존 가스와 같은 공정 가스로 이루어지는 제 1 반응 가스를 상기 반응 가스 공 급부로부터 공급받아 상기 웨이퍼(W) 상에 소정의 박막을 증착하는 증착 공정이 이루어지도록 할 수 있고, 불산(HF), 불화탄산기(CF3)와 같은 식각 가스로 이루어지는 제 1 반응 가스를 공급받아 상기 웨이퍼(W)의 표면 또는 상기 박막을 식각하는 식각 공정이 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 상기 반응 챔버(110)는 상기 제 1 반응 가스가 반응되면서 유발되는 증착 부산물 또는 식각 부산물로부터 오염을 피할 수 없다. 따라서, 반응 챔버(110)는 소정 시간을 주기로 건식 세정공정 또는 습식 세정공정을 통하여 내부의 공간이 세정되도록 할 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(110)는 상기 플라즈마 상태의 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 유동시키는 상부 챔버(112)와, 상기 반응 챔버(110)의 내부로 상기 웨이퍼(W)가 장입되는 하부 챔버(114)로 나누어진다. 또한, 상기 상부 챔버(112)의 측단으로 연결되는 배기 라인의 말단에 형성된 적어도 하나이상의 진공 펌프(160)를 통해 상기 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스가 배출되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 진공 펌프(160)는 상기 반응 챔버(110) 내부의 상기 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스 또는 공기를 고진공으로 펌핑하는 터보 펌프(turbo pump)와 같은 고진공 펌프와, 상기 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 또는 공기를 저진공으로 펌핑하는 드라이 펌프(dry pump)와 같은 저진공 펌프를 포함하여 이루어진다. 상기 하부 챔버(114)는 일측 측벽에 형성된 슬릿 밸브(117)를 통해 트랜스퍼 챔버(도시되지 않음) 또는 로드락 챔버(도시되지 않음)와 서로 연통되면서 상기 트랜스퍼 챔버에 형성된 로봇에 의해 상기 정전척(140)의 상부에 웨이퍼(W)가 로딩/언로딩되도록 형성되어 있다. 이때, 상기 웨이퍼(W)는 리프터 핀(도시되지 않음)에 지지되어 상기 정전척(140)으로 안 착되거나 분리될 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(140)은 리프터 후프(도시되지 않음)에 의해 상기 하부 챔버(114)의 내부에서 승하강되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 하부 챔버(114)의 내부에서 상기 리프터(170)는 주름관에 커버링되어 외부로부터 유입되는 공기를 밀폐시키도록 형성되어 있다.
상기 샤워헤드(120)는 상기 상부 챔버(112)의 상단에에서 상기 정전척(140) 상에 지지되는 상기 웨이퍼(W)의 전면으로 일정 유량의 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 균일하게 분사토록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 샤워헤드(120)는 상기 반응가스 공급부에서 공급되는 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 소정의 유량으로 토출시키는 미세한 크기의 다공이 형성되어 있다.
상기 상부 전극(130)은 상기 고주파 파워를 이용하여 상기 샤워헤드(120)를 통해 분사되는 상기 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 고온에서 전자와 양의 이온으로 분리되는 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 예컨대, 상기 상부 전극(130)은 약 2MHz 주파수를 갖고 약 200W 내지 약 300W정도의 에너지를 갖는 고주파 파워를 이용하여 상기 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 이때, 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스는 복수개의 단위 원소로 이루어질 경우, 상기 플라즈마 반응에 의해 일정한 혼합비를 각고 상기 웨이퍼(W) 또는 정전척(140)의 표면으로 유동될 수 있다.
상기 정전척(140)은 외부 또는 정전압 공급부(도시되지 않음)에서 인가되는 정전압에 의해 유도되는 존슨-라벡 효과를 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 소정 크기의 정전력으로 압착 고정시킨다. 존슨-라벡 효과는 1920년 존슨과 라벡에 의해 마노 (瑪瑙), 점판암(粘板岩)등과 같은 약한 전도성 물질을 연마한 판과 인접한 금속판이 200V의 전압이 가해진 상태로 단단하게 결합하는 현상으로 발견되었다. 전하가 없는 상태에서는 이러한 결합이 쉽게 끊어진다. 이 현상은 몇몇 점에서 약한 전도성 물질과 금속이 접촉하기 때문에 일어나는 것이다. 이는 전이 영역에서의 저항은 크고, 금속판의 횡단면 사이와 금속판 자체 내에서의 저항력은 작기 때문에 발생한다. 따라서 금속과 물체 사이의 전이 공간에 조금이라도 전기장이 존재한다면, 큰 전압이 발생한다. 금속과 물체사이의 거리는 거의 1nm정도로 작기 때문에, 이 공간 사이로 큰 전압이 발생하는 것이다. 도시되지는 않았지만, 상기 정전척(140)은 상기 정전압이 인가되는 척 전극과, 상기 척 전극의 상부에서 상기 웨이퍼(W)와 접촉되는 척 시트를 포함하여 이루어진다. 증착 공정 또는 식각 공정이 이루어지는 과정에서 정전척(140)의 척 시트와 상기 웨이퍼(W)사이에 증착 부산물 또는 식각 부산물로서 폴리머와 같은 오염물질이 다량으로 유발될 수 있다. 상기 오염물질은 후속에서 로딩되는 웨이퍼(W)가 증착 공정 또는 식각 공정 중 상기 정전척(140) 상에서 슬라이딩되어 파손되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비는, 반응 챔버(110) 내에서 증착 공정 또는 식각 공정이 이루어지는 웨이퍼(W)가 소정 개수에 도달되거나 소정 누적 사용시간에 도달될 경우, 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워를 이용하여 상기 반응 챔버(110) 내부에 공급되는 세정 가스와 같은 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 비해 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 고주파 파워가 인가되는 하부 전극(150)에 의해 상기 제 2 반응 가스를 상기 정전척(140) 의 표면으로 집중시켜 상기 정전척(140) 상에 유발되는 오염물질을 제거토록 할 수 있다.
상기 하부 전극(150)은 상기 정전척(140)의 하부에 형성되며, 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 비해 주파수가 낮은 고주파 파워를 인가받아 플라즈마 상태의 상기 제 2 반응 가스를 상기 정전척(140)의 표면으로 집중시킬 수 있다. 이때, 상기 상부 전극(130)과 상기 하부 전극(150)은 상기 고주파 파워를 인가받아 상기 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고 상기 정전척(140)으로 집중시키는 플라즈마 전극(130)으로 칭하여질 수 있다. 이때, 상기 상부 전극(130)과 상기 하부 전극(150)은 짧은 시간동안에 양극(+)과 음극(-)이 무수히 반복되도록 설정되어 있으며, 상기 상부 전극(130)을 애노드 전극이라 칭하면, 상기 하부 전극(150)은 캐소드 전극 또는 음극 전극이라 칭하기도 한다. 여기서, 상기 하부 전극(150)은 외부의 전원 전압을 이용하여 소정 세기의 고주파 파워를 인가하는 고주파 파워 공급부(160)에 전기적으로 연결되어 있다. 이때, 상기 하부 전극(150)은 상기 상부 전극(130)에 의해 양의 전하로 대전된 플라즈마 상태의 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스와 전기적으로 인력으로 작용되는 음의 상태를 갖는 고주파 파워가 인가된다. 도시되지는 않았지만, 상기 고주파 파워 공급부(160)에서 공급되는 고주파 파워와, 상기 하부 전극(150)을 통해 반응 챔버(110) 내에서 출력되어 반사되는 상기 고주파 파워의 임피던스를 매칭시키는 정합 장치(162)가 상기 반응 챔버(110)의 외부에 형성되어 있다.
상기 제어부는 외부로부터 입력되는 값에 따라 상기 반응 챔버(110) 내에서 의 증착 공정 또는 식각 공정의 전반적인 흐름을 제어하며, 상기 건식 세정공정의 주기를 결정토록 제어하는 제어신호를 출력 할 수 있다. 특히, 상기 반응 챔버(110) 내부의 건식 세정공정 시에 상기 정전척(140)의 표면으로 상기 플라즈마 상태의 반응가스가 집중되도록 상기 하부 전극(150)에 상기 고주파 파워가 인가되도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비는, 반응 챔버(110) 내부에 공급되는 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 고주파 파워가 인가되는 상부 전극(130)과, 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 비해 낮은 주파수를 갖는 고주파 파워를 인가받아 상기 제 2 반응 가스를 상기 반응 챔버(110)의 하단에 형성된 정전척(140)으로 집중시키도록 형성된 하부 전극(150)과, 상기 반응 챔버(110)의 건식 세정공정 시에 상기 하부 전극(150)에 상기 고주파 파워가 인가되도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 구비하여 상기 반응 챔버(110)의 건식 세정공정 시에 상기 반응 챔버(110) 하단에 형성된 정천척의 표면에서 유발된 오염물질을 제거토록 하고, 상기 정전척(140) 상에 로딩되는 웨이퍼(W)가 슬라이딩되거나 파손되는 것을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비의 제어방법은, 먼저, 해당 증착 공정 또는 식각 공정이 수행되어야 할 반응 챔버(110) 내부에 웨이퍼(W)를 로딩시킨다(S10). 여기서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 반응 챔버(110)와 연통되는 로드락 챔버 또는 트랜스퍼 챔버에 형성된 로봇암에 의해 상기 반응 챔버(110)의 내부에 낱장으로 인입될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 웨이퍼(W)가 반응 챔버(110)에 로딩되면 상기 반응 챔버(110)는 상기 진공 펌프(160)에 의해 소정의 진공압을 갖도록 내부의 공기가 펌핑된다. 예컨대, 상기 반응 챔버(110)는 상기 웨이퍼(W)의 로딩이 완료되면 상기 슬릿 밸브가 닫혀지고, 밀폐되어 약 1.0×10-6Torr 정도의 고진공으로 펌핑된 후, 약 1.0×10-3Torr 정도의 저진공으로 펌핑된다.
다음, 상기 웨이퍼(W)가 로딩된 상기 반응 챔버(110) 내부에 제 1 반응 가스를 공급하고, 상기 제 1 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 웨이퍼(W)의 증착 공정 또는 식각 공정을 수행한다(S20). 여기서, 상기 증착 공정 또는 식각 공정은 상기 제 1 반응 가스를 이용하여 상기 웨이퍼(W) 상에 소정 두께의 박막을 형성하거나, 마스크 막에 의해 노출되는 상기 박막 또는 상기 웨이퍼(W) 표면을 소정의 깊이로 식각토록 이루어진다. 상기 반응 챔버(110) 내부에 공급되는 제 1 반응 가스는 소정의 분위기에서 반응되면서 증착물로 응집되거나, 상기 마스크막에 의해 노출되는 상기 박막 또는 상기 웨이퍼(W) 표면과 반응되면서 증발되면서 반응 후 가스를 생성시킨다. 이때, 상기 증착 공정 또는 식각 공정은 상기 반응 챔버(110) 의 내벽 및 상기 정전척(140)의 상부 표면에 증착 부산물 또는 식각 부산물과 같은 오염물질을 남기게 된다. 따라서, 후속에서 상기 반응 챔버(110) 내벽 또는 상기 정전척(140) 상부 표면에서 상기 오염물질을 제거하기 위한 건식 세정공정 또는 습식 세정공정을 필수적으로 요한다.
그 다음, 상기 웨이퍼(W)의 증착 공정 또는 식각 공정이 완료되면 상기 반응 챔버(110) 내에서 상기 웨이퍼(W)를 언로딩시킨다(S30). 여기서, 상기 웨이퍼(W)를 언로딩시키기 전에 상기 반응 챔버(110) 내에 공급된 상기 제 1 반응 가스를 제거토록 하기 위해 상기 반응 챔버(110) 내에 퍼지 가스를 공급하여 상기 반응 챔버(110) 내부를 퍼징시킨다. 이때, 상기 반응 챔버(110) 내부에 공급된 제 1 반응 가스는 상기 퍼지 가스와 함께 상기 진공 펌프(160)에 의해 펌핑되어 상기 반응 챔버(110) 내에서 제거될 수 있다.
그리고, 상기 반응 챔버(110) 내에서 상기 증착 공정 또는 식각 공정이 수행되는 웨이퍼(W)가 소정 개수에 도달되거나(S40), 상기 반응 챔버(110)가 상기 증착 공정 또는 식각 공정에 소요되는 누적 사용시간이 일정 수치에 도달될 경우, 상기 반응 챔버(110) 내부에 상기 웨이퍼(W)를 로딩시키지 않고 상기 반응 챔버(110) 내부의 공기를 펌핑한다(S50). 여기서, 상기 반응 챔버(110) 내부에 웨이퍼(W)가 로딩되지 않고 이루어지는 펌핑 공정은 후속의 반응 챔버(110)의 내벽 및 정전척(140) 상부 표면을 건식 세정공정이 이루어지기 위한 예비 공정이다. 또한, 상기 퍼지 가스에 의해 상기 반응 챔버(110) 내부에서 제거되지 않고 잔존하는 상기 제 1 반응 가스를 제거토록 할 수도 있다. 이때, 상기 반응 챔버(110) 내에서 상기 증 착 공정 또는 식각 공정이 수행되는 웨이퍼(W)가 소정 개수에 도달되지 못한 경우, 상기 반응 챔버(110) 내에 또 다른 웨이퍼(W)를 로딩시켜 증착 공정 또는 식각 공정을 수행토록 한다. 상술한 바와 같이, 증착 공정 또는 식각 공정 시 유발되는 증착 부산물 또는 식각 부산물과 같은 오염물질에 의해 오염되는 상기 반응 챔버(110)의 내벽 및 정전척(140)의 상부 표면을 세정하는 공정은 반응 챔버(110)의 내부를 대기중에 노출시키지 않고 이루어지는 건식 세정공정과 상기 반응 챔버(110)의 내부를 노출시켜 이루어지는 습식 세정공정으로 이루어진다.
예컨대, 상기 건식 세정공정은 약 25개의 웨이퍼(W)를 하나의 로트(lot) 단위로 하여 약 3로트 또는 6로트를 주기로 하거나, 약 6시간 내지 24시간의 누적 사용시간을 주기로 건식 세정공정이 이루어지도록 설정되어 있다. 반면, 상기 습식 세정공정은 종래의 건식 세정공정을 사용할 경우 최대 약 3개월에 한번씩 이루어질 수 있으나, 본 발명의 건식 세정공정을 사용할 경우 최대 약 6개월에 한번씩 이루어질 수 있다.
마지막으로, 상기 반응 챔버(110) 내부에 세정 가스로 이루어진 제 2 반응 가스를 공급하고, 상기 상부 전극(130)에서 고주파 파워를 인가하여 상기 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 비해 상대적으로 주파수가 낮은 고주파 파워를 상기 하부 전극(150)에서 인가하여 상기 제 2 반응 가스를 상기 반응 챔버(110)의 하단에서 노출되는 정전척(140)에 집중시키고, 상기 정전척(140)의 상부 표면에서 노출되는 오염물질을 제거토록 하여 상기 정전척(140)의 상부 표면을 세정한다(S60). 예컨대, 상기 반응 챔버(110) 내에 공급되는 세정 가스와 같은 제 2 반응 가스는 상기 반응 챔버(110) 내벽 또는 상기 정전척(140) 상부에 유발된 오염물질과 반응성이 우수한 삼불화 질소(NF3) 및 오존(O3)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 반응 챔버(110) 내에 공급된 상기 삼불화 질소 및 오존은 상기 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 의해 고온의 플라즈마 상태로 여기되고, 상기 하부 전극(150)에서 인가되는 고주파 파워에 의해 상기 정전척(140)으로 집중되면서 상기 정전척(140) 상부 표면에서 유발된 오염물질을 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비의 제어방법은, 반응 챔버(110)의 건식 세정공정 시에 반응 챔버(110) 상단의 상부 전극(130)에서 인가되는 고주파 파워에 의해 플라즈마 상태로 여기되어 공급되는 제 2 반응 가스에 하부 전극(150)에서 고주파 파워를 인가하여 상기 정전척(140)의 표면으로 집속시키고, 상기 정천척의 표면에서 유발된 오염물질을 제거토록 하고, 상기 정전척(140) 상에 로딩되는 웨이퍼(W)가 슬라이딩되거나 파손되는 것을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 정전척(140) 및 상기 반응 챔버(110) 내벽의 건식 세정공정이 완료되면 상기 반응 챔버(110) 내부에 새로운 웨이퍼(W)를 로딩시킨다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어 서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반응 챔버 내부에 공급되는 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 고주파 파워가 인가되는 상부 전극과, 상기 상부 전극에서 인가되는 고주파 파워에 비해 낮은 주파수를 갖는 고주파 파워를 인가받아 상기 제 2 반응 가스를 상기 반응 챔버의 하단에 형성된 정전척으로 집중시키도록 형성된 하부 전극과, 상기 반응 챔버의 건식 세정공정 시에 상기 하부 전극에 상기 고주파 파워가 인가되도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 구비하여 상기 반응 챔버의 건식 세정공정 시에 상기 반응 챔버 하단에 형성된 정천척의 표면에서 유발된 오염물질을 제거토록 하고, 상기 정전척 상에 로딩되는 웨이퍼가 슬라이딩되거나 파손되는 것을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 외부로부터의 밀폐된 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 상단에서 반응 가스를 분사시키는 샤워헤드;
    상기 샤워헤드의 상부에서 고주파 파워를 이용하여 상기 샤워헤드를 통해 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 상부 전극;
    상기 상부 전극 및 상기 샤워헤드에 대향되는 상기 반응 챔버의 하단에서 웨이퍼를 지지하고 고정시키는 정전척; 및
    상기 정전척의 하부에 형성되고, 상기 반응 챔버의 건식 세정 공정 시 상기 상부 전극에 인가되는 상기 고주파 파워에 비해 주파수가 상대적으로 낮은 고주파 파워를 이용하여 상기 플라즈마 상태로 여기된 상기 반응 가스를 상기 정전척에 집중시켜 상기 정전척의 표면에 유발되는 오염물질을 제거토록 형성된 하부 전극을 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내에서 증착공정 또는 식각공정이 이루어지는 웨이퍼가 소정개수에 도달되거나 상기 증착공정 또는 상기 식각공정이 이루어지는 누적 사용시간이 일정 수준에 도달될 경우, 상기 반응 챔버 내부의 건식 세정공정이 이루어지도록 제어하고, 상기 건식 세정공정 시에 상기 반응 가스를 상기 정전척에 집중시키 도록 상기 하부 전극에 상기 고주파 파워를 인가토록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  3. 반응 챔버 내부에 웨이퍼를 로딩하는 단계;
    상기 웨이퍼가 로딩된 상기 반응 챔버 내부에 제 1 반응 가스를 공급하고, 상기 제 1 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 웨이퍼의 증착 공정 또는 식각 공정을 수행하는 단계;
    상기 웨이퍼의 증착 공정 또는 식각 공정이 완료되면 상기 반응 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 언로딩시키는 단계;
    상기 반응 챔버 내에서 상기 증착 공정 또는 식각 공정이 수행되는 웨이퍼가 소정 개수에 도달되거나, 상기 반응 챔버가 상기 증착 공정 또는 식각 공정에 소요되는 누적 공정 시간이 일정 수치에 도달될 경우, 상기 반응 챔버 내부에 상기 웨이퍼를 로딩시키지 않고 상기 반응 챔버 내부의 공기를 펌핑하는 단계;
    상기 반응 챔버 내부에 제 2 반응 가스를 공급하고, 상기 제 2 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 제 2 반응 가스를 상기 반응 챔버의 하단에서 노출되는 정전척에 집중시켜 상기 정전척의 상부 표면을 세정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 제어방법.
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