KR100272143B1 - 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, ECR현상에 의해 플라즈마 생성을 행하는 반도체 제조장치에 있어서, 챔버내벽 전역에 퇴적된 반응생성물을 드라이클리닝에 의해 제거해서 발진(發塵)을 억제하고, 드라이클리닝의 소요 시간을 단축한다.

ECR현상에 의한 플라즈마 생성용의 플라즈마실(10: 이온원)과, 플라즈마실로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도파관(12), 플라즈마실의 외측에 설치된 자기코일(13) 처리대상인 반도체 웨이퍼(1)를 수용하고 플라즈마실의 플라즈마 인출창에 이어진 반응실(14), 반응실 내에 설치되어 반도체 웨이퍼를 탑재하기 위한 시료대(17) 및, 반응실의 챔버측벽에 RF바이어스를 인가하기 위한 고주파전원(23)을 구비하여 이루어진다.

Description

반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 챔버내벽의 부착물을 제거하는 드라이클리닝 기능을 갖춘 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법에 관한 것이다.

전자사이클로트론 공조(ECR)형의 이온원으로 생성된 플라즈마로부터 발산 자계에 의해 인출된 이온을 사용하는 반도체 제조장치의 일예로서, 반응실 내의 반도체 웨이퍼를 반응성 이온에칭(RIE)하기 위한 ECR에칭장치(ECR-RIE장치)가 있다.

제4도는 종래의 ECR에칭장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.

이 ECR에칭장치는 이온원과 반응실의 장소가 다르고, 이온원에서 생성된 이온을 자계에 따라 반응실까지 인출하여 반도체 웨이퍼를 에칭하도록 구성되어 있다.

즉, 플라즈마실(10) 내에 가스도입 구(11)로부터 에칭가스를 도입함과 더불어 마이크로파 도파관(12)으로부터 마이크로파 도파창(10a)을 통하여 마이크로 파를 도입하고, 상기 마이크로파와 자기코일(13)로 구성되는 자장과의 상호작용에 의해 ECR현상을 일으킴으로써 플라즈마실(10) 내에 고밀도의 플라즈마를 생성시킨다. 그리고, 발산자계에 의한 자장기울기로 일어나는 전계를 이용하여 플라즈마실(10; 이온원)의 플라즈마 인출창(15)으로부터 방향성이 있는 이온을 반응실(14)측으로 인출하여 반도체 웨이퍼(1)를 에칭하는 것이다.

이 경우, 반도체 웨이퍼(1)를 탑재하고 있는 시료대(17)에 고주파(RF) 전원(19)으로부터 RF바이어스를 인가함으로써 이온의 에너지를 비교적 자유롭게 제어할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 플라즈마 인출창(15)으로부터 반응실(14)측으로 인출된 이온은 스트림형상으로 되고, 플라즈마 인출창(15)의 이측(이측)이나 반응실(14)의 챔버측벽 등에는 이온이 직접 조사된 플라즈마 비조사부(30)가 존재한다.

더욱이, 제4도중 16은 반응실의 배기구, 18a 및 18b는 냉수관, 20은 메칭박스, 21은 직류전원, 22는 쵸크코일이다.

그런데, 상기 ECR에칭장치를 이용하여 Si, Mo, W등을 에칭하면, 반응실(14)의 챔버내벽에 증기압이 낮은 반응생성물이 퇴적되기 때문에, 상기 반응생성물을 제거하기 위하여 에칭가스 보다도 반웅성이 높은 가스를 사용하여 드라이클리닝을 행하고 있다.

그러나, 종래의 드라이클리닝에서는 상기 플라즈마 비조사부(30)에 퇴적된 반응생성물이 완전하게는 제거되지 않고, 상기 플라즈마 비조사부(30)의 잔존 퇴적물이 그 후의 처리공정에서 박리되어 반응실 내의 발진원(發塵源)으로 되고 있다.

또한, 종래의 드라이클리닝은 상기 자장기울기로 일어나는 전계에 좌우되지 않는 플라즈마중의 중성활성종(라디칼)에 의한 케미칼반응주체의 에칭에 의해 행해지기 때문에, 이온에 의한 물리적 스퍼터링에 비해 에칭속도가 늦어져 클리닝시간이 길어진다.

상기한 바와 같이, 종래의 ECR에칭장치는 에칭에 의해 플라즈마 비조사부에 퇴적된 반응생성물이 드라이클리닝에 의해 완전히 제거되지 않고, 잔존퇴적물이 발진 원으로 된다는 문제가 있었다.

또한, 플라즈마중의 라티칼에 의한 케미칼반응 주체의 에칭에 의해 드라이클리닝이 행해지기 때문에, 에칭속도가 늦어져 드라이클리닝의 소요 시간이 길어진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 반응실의 챔버내벽 전역에 퇴적된 반응생성물을 드라이클리닝에 의해 제거하여 발진을 억제할 수 있으면서 드라이클리닝의 소요 시간을 단축한 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 레이저광 도입을 창을 갖춘 챔버의 창 내측의 부착물을 제거한 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 ECR에칭장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸 도면,

제2도는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 제조장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면.

제3도는 제2도의 반도체 제조장치의 변형예를 개략적으로 나타낸 도면.

제4도는 종래의 ECR에칭장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반도체 웨이퍼 10 : 플라즈마실(이온원)

10a : 마이크로파 도파창 11 : 가스도입관

12 : 마이크로파 도파관 13 : 자기코일

14 : 반응실 15 : 플라즈마 인출창

16 : 반응실의 배기구 17 : 시료대

18a, 18b : 냉수관 19 : 제1고주파 전원

23 : 제2고주파 전원

상기 목적을 달성하기 위한 제1발명의 반도체 제조장치는, ECR현상에 의해 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마실과 상기 플라즈마실로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도파관, 상기 플라즈마실의 외측에 설치된 자기코일, 처리대상인 반도체 웨이퍼를 수용하고 상기 플라즈마실의 플라즈마 인출창에 이어진 반응실, 상기 반응실 내에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 재치하기 위한 시료대 및 상기 반응실의 챔버측벽에 고주파 바이어스를 인가하기 위한 고주파 전원을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 제2발명의 반도체 제조장치는 ECR현상에 의해 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마실과, 상기 플라즈마실로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도입관, 상기 플라즈마실의 외측에 설치된 자기코일, 에칭처리의 대상인 반도체 웨이퍼를 수용하고 상기 플라즈마실의 플라즈마 인출창에 이어진 반응실, 상기 반응실 내에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 탑재하기 위한 시료대, 상기 시료대의 고주파 바이어스를 제1소정 기간 인가하기 위한 제1고주파 전원 및, 상기 반응실의 챔버측벽에 고주파 바이어스를 제2소정 기간 인가하여 챔버 측벽을 클리닝하는 제2고주파 전원을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 제3발명의 반도체 제조장치의 드라이클리닝 방법은 마이크로파 도파관에 의해 도입되는 마이크로파와 자기코일로 구성되는 자장의 상호작용에 의해 ECR현상을 일으킴으로써 플라즈마실 중에 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마를 이용하여 반응실 내벽에 퇴적부착하고 있는 반응생성물을 제거하기 위하여 드라이클리닝을 행하는 경우에, 상기 플라즈마실로부터 발산자계에 의한 자장기울기로 일어나는 전계를 이용하여 이온을 상기 반응실측으로 인출하면서 상기 반응실의 챔버측벽에 고주파 바이어스를 인가한 상태로 클리닝을 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제4발명의 반도체 제조장치는 내부에 반도체 웨이퍼가 수용가능한 챔버와, 상기 챔버에 설치되어 챔버외부로부터 입사되는 레이저광을 통과시켜 상기 반도체 웨이퍼에 레이저광을 조사할 수 있는 레이저광 도입창, 상기 레이저도입창 외측의 둘레부에 걸쳐 설치된 링형상의 전극, 상기 전극에 고주파 바이어스를 인가하기 위하여 설치된 고주파 공급원 및, 상기 챔버에 설치되어 챔버외부로부터 소정의 가스를 챔버내부로 도입하기 위한 가스도입 구를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 제5발명의 반도체 제조장치는 내부에 반도체 웨이퍼가 수용가능한 챔버와, 상기 챔버에 설치되어 챔버외부로부터 입사되는 레이저광을 통과시켜 상기 반도체 웨이퍼에 레이저광을 조사할 수 있는 레이저광 도입창, 상기 레이저광 도입창의 외면측에 장착·이탈 자유자재로 설치된 전극, 상기 전극에 고주파 바이어스를 인가하기 위하여 설치된 고주파 공급원 및, 상기 챔버에 설치되어 챔버외부로부터 소정의 가스를 챔버내부로 도입하기 위한 가스도입구를 구비한 것을 특징으로 한다.

[실시예]

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 ECR에칭장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸다.

이 ECR에칭장치에 있어서, 10은 ECR현상에 의한 플라즈마 생성용의 플라즈마실 11은 상기 플라즈마실로 에칭가스를 도입하기 위한 가스도입구, 12는 마이크로파 전원(도시되지 않았음)에 이어진 마이크로파 도입관, 10a는 상기 마이크로파 도파관으로부터 상기 플라즈마실로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도파창, 13은 상기 플라즈마실 및 마이크로파 도파관 일부의 외측에 설치된 자기코일, 14는 처리대상인 반도체 웨이퍼(1)를 수용하기 위한 반응실, 15는 상기 플라즈마실로부터 상기 반응실측으로 이온을 인출하기 위한 플라즈마 인출창, 16은 상기 반응실의 배기구이고, 외부의 진공펌프에 연결된다.

17은 상기 반응실 내에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 탑재하기 위한 시료대, 18a 및 18b는 상기 플라즈마실 및 상기 시료대를 냉각하기 위한 냉수를 도입하기 위한 냉수관, 19는 상기 시료대에, 예컨대 13.56MHz의 RF바이어스를 인가하기 위한 제1고주파 전원, 20은 상기 제1고주파 전원과 상기 시료대의 임피던스 정합을 위한 매칭박스, 21은 상기 시료대에 직류바이어스를 인가하기 위한 직류전원, 22는 상기 직류전원의 출력측에 삽입된 쵸크코일, 23은 상기 반응실의 챔버측벽에 , 예컨대 13.56Hz의 RF바이어스를 인가하기 위한 제2고주파 전원이다.

상기 구성의 ECR에칭장치에 있어서, 통상의 웨이퍼 에칭(ECR에칭)을 행하는 경우에는 제1고주파 전원(19)을 동작시켜 시료대(17)에 RF바이어스를 인가하지만 반응실(14)의 챔버내벽에는 RF바이어스를 인가시키지 않도록 제어한다. (예컨대, 제2고주파 전원(23)을 동작시키지 않는다).

그리고, 마이크로파 도파관(12)으로부터 도입되는, 예컨대 2.45GHz의 마이크로파와 자기코일(13)로 구성되는, 예컨대 875가우스의 자장의 상호작용에 의해 ECR현상을 일으킴으로써, 플라즈마실(10) 내에 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 발산자계에 의한 자장기울기로 일어나는 전계를 이응하여 상기 플라즈마실(10; 이온원)의 플라즈마 인출창(15)으로부터 이온을 반응실(14)측으로 인출하여 반도체 웨이퍼(1)를 에칭할 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(1)를 탑재하고 있는 시료대(17)에 RF바이어스를 인가하기 때문에 이온의 에너지를 비교적 자유자재로 제어할 수 있다.

이에 대하여, 드라이클리닝을 행하는 경우에는 제2고주파 전원(23)을 동작시켜 반응실(14)의 챔버측벽에 RF바이어스를 인가하지만, 시료대(17)에는 RF바이어스를 인가시키지 않도록 제어한다(예컨대, 제1고주파 전원(19)을 동작시키지 않는다).

이에 의해, 챔버내벽 전역에 플라즈마의 에칭종(특히 이온)을 행하도록 플라즈마 조사하는 것이 가능하게 되고, 상기 ECR에칭에 의해 챔버내벽 전역에 퇴적된 반응생성물(플라즈마 비조사부의 잔존반응생성물도 포함)을 드라이클리닝에 의해 제거할 수 있기 때문에, 발진을 억제할 수 있다.

상기 드라이클리닝 하는 경우에 챔버내벽 전역에 이온조사에 의한 물리적 스퍼터링을 행하기 때문에, 종래의 라디칼에 의한 화학적 반응이 주체인 클리닝에 비해 반응생성물의 에칭속도가 향상되기 때문에, 드라이클리닝의 소요 시간을 단축할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 상기 실시예의 ECR에칭장치에 한정되지 않고, 그 외의 반도체 제조장치에 있어서 챔버내벽에 반응생성물이 퇴적하는 것, 예컨대 반응실 내의 반도체 웨이퍼 상에 CVD막(기상성장막)을 퇴적하기 위한 ECR-CVD장치가 반응실 내의 반도체 웨이퍼 상에 금속막을 퇴적하기 위한 ECR스퍼터장치 등에 대해 적용할 수 있다.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 제조장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸다.

제2도에 나타낸 반도체 제조장치에 있어서, 내부에 반도체 웨이퍼(1)가 수용가능한 챔버(40)는 그 한측면(예컨대, 상면부)에 예컨대, 석영을 이용한 레이저광 도입용 창(41)이 설치되고, 챔버 상방부로부터 입사되는 레이저광을 상기 창(41)을 통하여 챔버내부로 도입하여 챔버내부의 웨이퍼(1) 상에 레이저광을 조사하는 것이 가능한 구조를 갖춘다.

더욱이, 상기 챔버(40)는 가스도입 구(44)를 갖추고, 상기 창(41)의 외면측의 둘레부에 걸쳐 링형상의 전극(42)이 설치되어 있어 챔버외부의 RF원(43)으로부터 상기 전극(42)에 예컨대, 13.56MHz의 RF전력을 인가할 수 있도록 구성되어 있으며, 챔버(40)는 접지전위가 인가되어 있다.

더욱이, 석영을 이용한 레이저광 도입용 창(41)은 상기 챔버(40)에 대하여 기밀성을 유지하는 구조로 설치되어 있으며, 이 레이저광 도입용 창(41)의 존재에 의해 상기 전극(42)과 챔버(40)는 전기적으로 절연되어 있다.

상기 구성에 의해, 챔버외부로부터 상기 가스도입 구(44)를 통하여 챔버내부로 소정의 가스(예컨대, Ar가스, 염소계가스)를 도입하고, 상기 전극(42)에 RF전력을 인가함으로써 도입가스를 플라즈마 방사시켜 상기 창(41)의 내측을 스퍼터링 하는 것이 가능한 스퍼터링 기능(드라이클리닝 기능)을 갖는다.

제2도의 반도체 제조장치에 의하면, 반도체장치의 제조공정에 있어서 반도체 웨이퍼(1) 상의 절연막에 형성된 콘택홀등의 홀 또는 배선용홈등의 홈 내부에 금속재료를 레이저멜트법에 의해 매립하는 경우, 상기 창(41)의 내측에 금속재료가 부착한 것으로 하여도 상기한 바와 같은 스퍼터링 기능을 일으켜 상기 부착물을 제거할 수 있다. 이 경우, RF전력 인가용의 전극(42)은 창(41)의 바깥둘레부에 걸쳐 링형상으로 설치되어 있기 때문에, 레이저광의 조사중에서도 지장없이 스퍼터링 기능을 일으킬 수 있다.

제3도는 상기 제2실시예에 관한 반도체 제조장치의 변형예를 개략적으로 나타낸다. 제3도에 나타낸 반도체 제조장치는 제2도에 나타낸 반도체 제조장치와 비교하여 상기 링형상의 전극(42)에 대해, 챔버(40)의 레이저광 도입용 창(41)의 전면(상면)을 거의 전면적으로 덮는 형상의 전극(42a)을 장착·이탈 자유자재로 설치한 점이 다르고, 그 외는 동일하기 때문에, 제2도과 동일한 부호를 부여 하고 있다.

상기 전극(42a)은 상기 반도체 웨이퍼(1)에 레이저광을 조사하는 기간중에는 레이저광 도입창(41)의 외면측으로부터 이탈한 상태로 설치되고, 반도체 웨이퍼(1)에 레이저 광을 조사하지 않는 기간내의 임의의 기간에는 레이저광 도입창(41)의 외면측에 장착된다.

제3도에 나타낸 반도체 제조장치에 의하면, 전극(42a)을 창(41) 위로부터 이탈한 상태로 레이저광의 조사를 행하는 것이 가능하고, 레이저광의 비조사시 예컨대, 챔버(40)와 외부의 웨이퍼 반송기구(도시하지 않았음)의 사이에서 웨이퍼(1)를 반출·반입하고 있는 경우에 상기 전극(42a)을 창(41) 상에 장착한 상태로 스퍼터기능을 일으킴으로써 상기 창(41) 내측의 부착물을 제거할 수 있다.

한편, 본원 청구범위의 각 구성요소에 병기한 도면 참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 챔버내벽 전역에 퇴적된 반응생성물을 드라이클리닝에 의해 제거하여 발진을 억제할 수 있으면서 드라이클리닝의 소요 시간을 단축한 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 레이저광 도입창을 갖춘 챔버 창의 내측에 금속재료등이 부착한 것에도 그를 제거할 수 있는 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법을 실현할 수 있다.

Claims (6)

1. 전자사이클로트론 공조현상에 의해 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마실(10)과, 이 플라즈마실(10)로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도파관(12), 상기 플라즈마실(10)의 외측에 설치된 자기코일(13), 에칭처리의 대상인 반도체 웨이퍼를 수용하고 상기 플라즈마실(10)의 플라즈마 인출창에 이어진 반응실(14), 이 반응실(14) 내에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 탑재 하기 위한 시료대(17), 이 시료대(17)에 고주파바이어스를 제1소정 기간 인가 하기 위한 제1고주파 전원(19) 및, 상기 반응실(14)의 챔버측벽에 고주파바이어스를 제2소정 기간 인가하여 챔버 측벽을 클리닝하는 제2고주파 전원(23)을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
2. 마이크로파 도파관(12)에 의해 도입되는 마이크로파와 자기코일(13)로 구성되는 자장의 상호작용에 의해 전자사이클로트론 공조현상을 일으킴으로써 플라즈마실(10)중에 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마를 이용하여 반응실(14)의 챔버내벽에 퇴적부착하고 있는 반응생성물을 제거하기 위한 드라이클리닝을 행하는 경우에, 상기 플라즈마실(10)로부터 발산자계에 의한 자장기울기로 일어나는 전계를 이용하여 이온을 상기 반응실(10)측으로 인출하면서 상기 반응실(10)의 측벽에 고주파바이어스를 인가한 상태로 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 드라이클리닝 방법.
3. 내부에 반도체 웨이퍼가 수용가능한 챔버(40)와, 이 챔버(40)에 설치되어 챔버외부로부터 입사되는 레이저광을 통과시켜 상기 반도체 웨이퍼에 레이저광을 조사하는 것이 가능한 레이저광 도입창(41), 이 레이저광 도입창(41) 외측의 둘레부에 걸쳐 설치된 링형상의 전원, 상기 전극에 고주파바이어스를 인가하기 위하여 설치된 고주파 공급원(43) 상기 챔버(40)에 설치되어 챔버(40)외부로부터 소정의 가스를 챔버내부로 도입하기 위한 가스도입구(44)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
4. 내부에 반도체 웨이퍼가 수용가능한 챔버(40)와 상기 챔버(40)에 설치되어 챔버(40)외부로부터 입사되는 레이저광을 통과시켜 상기 반도체 웨이퍼에 레이저광을 조사하는 것이 가능한 레이저광 도입창(41), 상기 레이저광 도입창(41)의 외면측에 장착·이탈 자유자재로 설치된 전극(42a), 상기 전극에 고주파바이어스를 인가하기 위하여 설치된 고주파 공급원(43), 상기 챔버(40)에 설치되어 챔버(40)외부로부터 소정의 가스를 챔버(40)내부로 도입하기 위한 가스도입구(44)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
5. 제4항에 있어서, 반도체 제조장치에 있어서 상기 전극(42a)은 상기 반도체웨이퍼에 레이저광을 조사하는 기간중에는 상기 레이저광 도입창(41)의 외면측으로부터 이탈한 상태로 설정되고, 상기 반도체 웨이퍼에 레이저광을 조사하지 않는 기간내 임의의 기간에는 상기 레이저광 도입창(41)의 외면측에 장착된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
6. 레이저광 도입창(41)을 갖춘 챔버(40)내에 반도체 웨이퍼를 수용하고, 상기 챔버의 외부로부터 입사되는 레이저광을 상기 레이저광 도입창(41)을 통하여 상기 반도체 웨이퍼 상에 조사하는 경우, 상기 챔버(40) 내에 가스를 도입함과 더불어 상기 레이저광 도입창(41)의 외면측 바깥둘레부에 걸쳐 링형상의 전극에 고주파전력을 인가함으로써 플라즈마 방전에 의해 상기 레이저광 도입창(41)의 내측을 스팩터링시켜 상기 레이저광 도입창(41) 내측의 부착물을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 드라이클리닝 방법.