KR20090044868A

KR20090044868A - 플라즈마 처리 방법

Info

Publication number: KR20090044868A
Application number: KR1020070111144A
Authority: KR
Inventors: 신기수
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-07

Abstract

본 발명은 기판 디척킹(dechucking) 작업시 기판 표면의 플라즈마 전하를 최소화시켜 플라즈마 데미지(plasma damage)를 방지하기 위한 플라즈마 처리 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 플라즈마 처리 장치의 챔버 내부의 정전척상에 정전기력으로 안착된 기판에 대하여 가공 공정을 수행하는 단계와, 기판 표면의 플라즈마 전하가 최소화되도록 챔버 압력 및 RF 소오스 전력을 공급하여 플라즈마에 의한 데미지 없이 기판을 정전척상에서 디척킹시키는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

디척킹, 플라즈마 전하, 데미지, 챔버 압력, RF 소오스 전력

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 공정을 수반하는 반도체 제조 기술에 관한 것이다.

반도체 소자는 기판상에 물질막을 증착하는 공정, 증착된 물질막을 필요한 형태로 패터닝하는 공정 및 기판상의 불필요한 잔류물들을 제거하는 세정공정 등 수많은 공정을 거쳐서 가공이 된다.

이러한 공정들을 진행하기 위해서는 기판을 챔버 내부의 기판 지지대로 로딩(loading)하여 기판을 가공한 후 외부로 언로딩(unloading) 시키는 과정을 여러 번 반복하게 된다.

이와 같은 기판 가공 공정을 성공적으로 수행하기 위해서는 챔버 내부에서 기판을 척킹(chucking)하여 고정하는 것과, 기판 가공 공정이 끝난 후에 기판에 데미지(damage)가 가지 않도록 기판을 디척킹(dechucking)하는 것이 상당히 중요하다.

한편, 기판의 온도를 일정한 온도를 유지시키기 위하여, 챔버에 로딩된 기판 뒷면에 연속적으로 헬륨 가스를 흘려주게 된다. 그리고, 챔버에 로딩된 기판이 헬륨 가스의 흐름에 의해 움직이지 않도록 기판를 고정시켜 주는데, 고정 방법으로는 기계적인 힘으로 고정시키는 것과 정전력으로 고정시키는 두 가지 방법이 있다.

현재, 향상된 공정 특성을 위해 정전력을 이용하는 방법을 채택하고 있다. 즉, 정전척(electro-static chuck)을 구비하는 장비를 주로 사용하고 있다. 그리고, 기판 가공 공정이 완료된 후에는 정전척에 축적된 정전기를 방전시키는 디척킹 작업이 필요하다.

종래의 디척킹 작업은, 정전기력을 제공하는 전압을 차단하고, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 26mTorr의 압력, 100W의 RF 소오스 전력(source power)을 공급하여 기판을 정전척으로부터 디척킹시키는 순으로 진행된다.

그러나, 종래의 디척킹 작업시 기판 표면 전압을 측정해 보면 5V 이상으로 높게 나오며, 이러한 높은 표면 전압으로 인해 기판에 데미지가 가해져 제품 특성 중 게이트 절연막 브레이크다운(breakdown) 및 문턱전압 쉬프트(threshold voltage shift) 등의 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 기판 디척킹 작업시 기판 표면의 플라즈마 전하를 최소화시키어 기판에 가해지는 데미지를 억제시킬 수 있는 플라즈마 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내부의 정전척상에 정전기력으로 안착된 기판에 대하여 가공 공정을 수행하는 단계와, 상기 기판 표면의 플라즈마 전하가 최소화되도록 챔버 압력 및 RF 소오스 전력을 공급하여 플라즈마에 의한 데미지 없이 상기 기판을 상기 정전척상에서 디척킹시키는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 기판 디척킹 작업시 기판 표면의 플라즈마 전하를 최소화시키어 플라즈마 데미지를 억제시킬 수 있으므로, 플라즈마 데미지에 의한 소자 불량을 방지하여 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 기판 디척킹 작업시 챔버 압력 변화에 따른 기판 표면 전압(V_S) 변화를 측정하여 기록한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술과 같이 26mTorr의 챔버 압력에서 디척킹을 수행할 경우에는 기판 표면 전압(V_S)이 13.733V로 높게 측정되었다. 그러나, 챔버 압력이 50mTorr, 70mTorr, 100mTorr로 증가됨에 따라 기판 표면 전압(V_S)은 12.870V, 9.084V, 5.380V로 점차 낮아짐을 확인할 수 있다.

도 2는 기판 디척킹 작업시 RF 소오스 전력 변화에 따른 기판 표면 전압(V_S) 변화를 측정하여 기록한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 종래 기술 같이 100W의 RF 소오스 전력을 공급하여 디척킹을 수행할 경우에는 기판 표면 전압(V_S)이 10.892V로 높게 측정되었다. 그러나, RF 소오스 전력이 50W로 낮아짐에 따라 기판 표면 전압(V_S)이 6.921V로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

도 1 및 도 2의 실험 결과는, 기판 디척킹시 챔버 압력을 높이고 RF 소오스 전력을 낮추면 기판 표면 전하를 감소시킬 수 있음을 나타내며, 이는 플라즈마 데미지를 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명은, 앞서 살펴본 실험 내용을 근거으로 디척킹 작업시 압력 및 RF 소오스 전력값을 최적화하여 기판 표면의 플라즈마 전하를 최소화시킴으로써 디척킹 작업시 플라즈마 데미지(plasma damage)를 억제시키고자 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법을, 도 3에 도시된 반도체 제조장치 중의 하나인 플라즈마 건식 식각 장치를 한 예로 하여 설명하기로 한다. 본 발명의 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 건식 식각 장치뿐만 아니라 정전척이 사용되는 다른 종류의 반도체 제조 장치에도 적용 가능하다. 한편, 후술하는 실시예에서 언급되는 기판(S)은 웨이퍼(wafer)뿐만 아니라 평판 표시 장치일 수도 있고, 기타의 다른 것일 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 식각 장치는 챔버(10)와, 챔버(10) 상부에 설치되며 세라믹 재질의 돔(dome) 형태로 된 커버(20)를 구비한다. 커버(20) 외측에는 다수의 유도코일(21)이 권취되어 있고, 유도코일(21)에는 RF 소오스 전력(22)이 연결되어 있다. 챔버(10)는 방전스위치(11)와 연결되어 있다. 챔버(10) 내부에는 진공펌프(70)와 연결되어 있고, 챔버(10)의 일측으로는 반응가스가 공급되는 반응가스 공급부(80)가 연결되어 있다.

챔버(10) 내부의 하측에는 정전척(30)이 설치되어 있다. 정전척(30)은 공정 수행을 위하여 기판(S)이 안착되는 부분으로, 기판(S)을 정전기력으로 지지하고 있다. 정전척(30)의 하부로는 헬륨 공급부(60)가 연결되어 공정 수행 중에 기판(S) 아랫면으로 헬륨 가스가 공급되게 되어 있다. 또한, 정전척(30) 하부에는 기판(S)이 정전척(30)에 로딩 또는 언로딩되도록 하는 리프트가 설치되어 있다. 리프트의 리프트 핀(40)은 통상적으로 정전척(30)을 관통하여 기판(S)의 아랫면과 접하도록 되어 있다.

정전척(30)에는 플라즈마 식각 공정 수행을 위하여 제공되는 바이어스 전력(31)이 연결되어 있고, 공정 수행시에 기판(S)이 정전척(30)상에 안정적으로 안착되도록 하기 위하여 고전압을 제공하는 고압모듈(50)이 연결되어 있다.

이와 같은 플라즈마 식각 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 기판(S)을 정전척상에 로딩하는 단계(S401)를 수행한다.

기판(S) 로딩 단계(S401)에서는, 이송 로봇(미도시)에 의해 이미 정전척(30)의 상부로 돌출되어 있는 리프트 핀(40)상에 기판(S)이 안착되고 이후 리프트 핀(40)이 하강함으로써 기판(S)이 정전척(30)상에 안착된다.

이러한 상태에서 기판(S)을 척킹하는 단계(S402)를 수행한다.

척킹 단계(S402)에서는 고압모듈(50)을 통하여 400V의 고전압이 정전척(30)에 인가된다. 따라서, 정전척(30)에는 고전압에 의하여 정전기력이 발생되고, 정전척(30)의 정전기력에 의하여 기판(S)은 정전척(30)상에 척킹된다. 한편, 정전척(30) 하부로는 헬륨 가스가 공급되어 기판(S) 냉각이 함께 수행된다.

이어서, 식각 단계(S403)를 수행한다.

이후, 식각 단계(S403)가 완료되면 기판 디척킹 단계(S404)를 수행한다.

디척킹 단계(S404)에서는 고압모듈(50)로부터 정전척(30)으로 제공되는 고전압을 차단하고, 챔버(10) 내부에 디척킹용 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 진공펌 프(70)를 이용한 펌핑 작업이 함께 수행된다.

디척킹 단계(S404)에서 기판(S) 표면의 플라즈마 전하가 최소화되도록 챔버(10)에 공급되는 압력 및 RF 소오스 전력을 적절히 조절하여, 플라즈마에 의한 데미지 없이 기판(S)이 정전척(30)상에서 디척킹되도록 한다.

앞서 살펴본 실험 결과를 토대로, 챔버(10) 압력은 26mTorr보다 높게, RF 소오스 전력은 100W보다 낮게 되도록 한다. 바람직하게, 챔버(10) 압력은 100 내지 150mTorr의 범위로 사용하고, RF 소오스 전력은 50 내지 75W의 범위로 사용한다.

마지막으로, 기판(S)에 대한 언로딩 단계(S405)를 수행한다.

언로딩 단계(S405)에서는 디척킹 단계를 거친 기판(S)을 정전척(30)에 설치된 리프트 핀(40)을 사용하여 부양시킨 후 챔버(10) 내부로 진입한 이송로봇에 의해 외부로 이송시켜 다음 공정을 위한 다른 설비로 이동시킨다.

본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 기판 디척킹 작업시 챔버 압력 변화에 따른 기판 표면 전압(V_S) 변화를 측정하여 기록한 그래프.

도 2는 기판 디척킹 작업시 RF 소오스 전력 변화에 따른 기판 표면 전압(V_S) 변화를 측정하여 기록한 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법이 진행되는 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리방법을 나타낸 순서도.

Claims

플라즈마 처리 장치의 챔버 내부의 정전척상에 정전기력으로 안착된 기판에 대하여 가공 공정을 수행하는 단계;

상기 기판 표면의 플라즈마 전하가 최소화되도록 챔버 압력 및 RF 소오스 전력을 공급하여 플라즈마에 의한 데미지 없이 상기 기판을 상기 정전척상에서 디척킹시키는 단계

를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
제 1항에 있어서,

상기 챔버 압력을 100 내지 150mTorr의 범위로 사용하고 상기 RF 소오스 전력을 50 내지 75W의 범위로 사용하는 플라즈마 처리 방법.