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KR100741916B1 - 플라즈마 처리장치 및 그 세정방법 - Google Patents

플라즈마 처리장치 및 그 세정방법 Download PDF

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KR100741916B1
KR100741916B1 KR1020040115770A KR20040115770A KR100741916B1 KR 100741916 B1 KR100741916 B1 KR 100741916B1 KR 1020040115770 A KR1020040115770 A KR 1020040115770A KR 20040115770 A KR20040115770 A KR 20040115770A KR 100741916 B1 KR100741916 B1 KR 100741916B1
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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응 챔버와, 반응 챔버 내에 웨이퍼가 높여지고 고주파가 인가되는 제 1 전극과, 제 1 전극에 대향하여 접지된 제 2 전극과, 제 1 전극에 고주파를 인가하는 제 1 고주파 발생장치와, 반응 챔버의 내벽에 고주파를 인가하는 제 2 고주파 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 챔버 내벽에 고주파를 인가할 수 있는 고주파 발생장치를 구비하여 챔버 내벽에 침적된 폴리머를 제거할 수 있다. 따라서, 챔버 내벽을 세정하기 위한 세정 주기가 길어질 수 있고, 결과적으로 장비 운영 비용을 절감하고 수율을 증가시킬 수 있다.
반응챔버, 플라즈마, 폴리머, 고주파

Description

플라즈마 처리장치 및 그 세정방법{Plasma Processing Apparatus and Method of Cleaning the Same}
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 세정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 반도체 제조장치 및 그 세정방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치 및 그 세정방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정에서 플라즈마 처리장치는 화학기상증착 및 식각공정에서 폭넓게 적용되고 있다. 일반적으로 식각공정에서는 고주파를 인가하여 반응 챔버 내에 유입된 반응 가스를 플라즈마 상태로 변환하고, 고주파 전극에 놓여진 웨이퍼 부근에 쉬드(sheath)를 형성되어 전위에 의한 이온을 가속시켜 식각 대상물질을 식 각한다. 플라즈마를 이용한 처리공정 중에는 반응 부산물인 폴리머가 챔버의 벽면에 침적되어 처리장치의 가동효율이 낮아지거나, 후속 공정에서 챔버 벽면의 폴리머가 떨어져 오염원이 될 수 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리장치는 플라즈마 형성공간을 제공하는 반응 챔버(10)와 반응 챔버(10) 내에 웨이퍼가 놓여지고 고주파가 인가되는 제 1 전극(20)과, 제 1 전극(20)에 대향하여 접지된 제 2 전극(30)과, 제 1 전극(20)에 고주파를 인가하는 고주파 발생장치를 포함할 수 있다. 상기 고주파 발생장치는 고주파 전원(22)과 이 고주파 전원(22)과 제 1 전극(20) 사이에 연결되어 고주파를 제 1 전극(20)에 인가하는 매칭 네트워크(24)를 포함한다.
반응 챔버(10) 내의 제 1 전극(20) 상에 웨이퍼가 놓여지고 반응챔버(10) 내에 반응 가스를 공급한다. 고주파 전원(22)을 매칭 네트워크(24)를 통해 제 1 전극(20)에 연결하여 고주파를 인가하면 반응 챔버 내의 반응 가스는 플라즈마 상태로 변환된다. 고주파에 의해 여기된 플라즈마는 전자와 이온의 질량차이에 의해 제 1 전극(20) 부근에 쉬드(sheath)가 형성되어 강한 전계에 의해 가속된 이온이 웨이퍼에 충돌하여 식각 대상물질을 식각한다. 이온 또는 라디칼이 식각 대상물질과 재결합된 식각부산물이 발생하는데, 이 때 발생한 식각 부산물인 폴리머는 주변의 반응 챔버 벽면에 침적되어 플라즈마 형성 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 후속 공정에서 챔버의 벽면으로부터 웨이퍼 상에 떨어지거나 챔버를 오염시키는 오염원이 될 수 있다.
종래에는 반응 챔버의 벽면을 가열하여 챔버 벽면에 폴리머의 침적을 방지하거나, 일정 주기로 장비의 가동을 중단하고 챔버의 내벽을 세정하는 방법을 사용하였다. 그러나, 챔버의 내벽을 가열하더라도 폴리머의 침적을 효과적으로 방지할 수 없기 때문에 챔버 내벽의 세정 주기를 짧게 설정하여 자주 세정하여야 하였다. 반응 챔버의 세정은 장비의 가동을 중단한 상태에서 실시하기 때문에 세정 이후에 안정된 공정을 진행하기 위한 최적화 시간이 요구되어 설비의 가동율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 반응 챔버 벽면의 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 그 세정방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 처리 완료 이후에 실시간으로 챔버 벽면의 폴리머를 제거할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 그 세정방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응 챔버와, 반응 챔버 내에 웨이퍼가 높여지고 고주파가 인가되는 제 1 전극과, 제 1 전극에 대향하여 접지된 제 2 전극과, 제 1 전극에 고주파를 인가하는 제 1 고주파 발생장치와, 반응 챔버의 내벽에 고주파를 인가하는 제 2 고주파 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 처리장치는 반응챔버에 상기 제 2 고주파 발생장치 또는 접지를 선택적으 로 연결하는 스위칭 수단을 더 포함하여 필요에 따라서 반응 챔버를 접지하거나 고주파를 인가할 수 있다. 본 발명에서 고주파 발생장치는 접지된 고주파 전원과 반응 챔버와 고주파 전원 사이에 연결되어 반응 챔버에 연결되어 고주파를 인가하는 매칭 수단으로구성될 수 있다. 스위칭 수단은 매칭 수단과 접지를 반응 챔버에 선택적으로 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 세정방법은 플라즈마 형성공간을 제공하는 반응 챔버 내의 제 1 전극에 웨이퍼가 놓여지는 단계와, 제 1 전극에 고주파를 인가하여 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성함으로써 플라즈마 처리공정을 진행하는 단계와, 플라즈마 처리공정을 완료하고 웨이퍼를 반응 챔버로부터 방출하는 단계와, 반응 챔버에 고주파를 인가하여 플라즈마를 형성함으로써 반응 챔버의 내벽에 침적된 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리공정이 진행될 때에는 반응 챔버는 접지되어 고주파가인가되지 않을 수 있고, 반응 챔버에 고주파가 인가될 때에는 가속된 이온을 이용하여 반응 챔버에 침적된 폴리머를 제거할 수 있다.
구현예
이하 도면을 참조로 본 발명의 구현예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 처리장치는 플라즈마 형성공간을 제공하는 반응 챔버의 내벽(100)과 반응 챔버의 내벽(100) 내에 웨이퍼가 놓여지고 고주파가 인가되는 제 1 전극(120)과, 제 1 전극(120)에 대향하여 접지된 제 2 전극(130)과, 제 1 전극(120)에 고주파를 인가하는 제 1 고주파 발생장치(122)를 포함할 수 있다. 제 1 고주파 발생장치는 고주파 전원(122)과 이 고주파 전원(124)과 제 1 전극(120) 사이에 연결되어 고주파를 제 1 전극(120)에 인가하는 매칭 네트워크(126)를 포함한다.
본발명에 따른 처리장치는 반응 챔버의 내벽(100)에 고주파를 인가하기 위한 제 2 고주파 발생장치(102)가 연결된다. 제 2 고주파 발생장치(102)도 제 1 고주파 발생장치(122)와 마찬가지로 고주파 전원(104)와 매칭 네트워크(106)를 포함한다. 제 2 고주파 발생장치(102)와 반응 챔버의 내벽(100)은 스위칭 수단(108)에 의해 선택적으로 연결된다. 이 스위칭 수단(108)은 제 2 고주파 발생장치(102)를 반응 챔버의 내벽(100)에 연결하거나, 접지를 반응 챔버의 내벽(100)에 연결한다.
플라즈마 처리공정이 진행되는 동안에는 스위칭 수단(106)에 의해 반응 챔버의 내벽(100)은 접지될 수 있다. 플라즈마 처리공정이 완료되고 웨이퍼가 반응챔버에서 웨이퍼를 제거한 이후에 제 2 고주파 발생장치(102)는 반응 챔버의 내벽(100)에 연결되어 고주파를 인가되어 플라즈마를 형성하고, 가속된 이온이 반응 챔버의 내벽(100)에 침적된 폴리머에 충돌하여 폴리머가 제거된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 세정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리 공정이 적용될 웨이퍼를 반응챔버 내의 제 1 전극 상에 놓는다(S1 단계). 반응 챔버 내에 반응 가스를 공급하고 제 1 고주파 발생장치를 가동하여 제 1 전극에 고주파를 인가한다(S2 단계). 제 1 전극에 인가 된 고주파에 의해 반응 챔버 내의 반응 가스가 플라즈마 상태로 변환되어 유지된다. 이 때, 제 1 전극에 대향하는 제 2 전극과 반응 챔버의 벽면은 접지할 수 있다. 플라즈마 상태로 변환된 반응 가스는 제 1 전극 부근에 쉬드를 형성하고 전계에 의해 가속된 이온이 웨이퍼에 충돌하여 반응 대상막(식각인 경우 ‘식각대상막’)의 플라즈마 처리가 수행된다(S3 단계). 이 과정에서 반응대상막과 이온이 재결합하여 반응 부산물을 생성하고, 이때 생성된 반응 부산물은 폴리머 형태로 반응 챔버의 측벽에 부착된다. 소정의 시간동안 플라즈마 처리가 완료되면, 제 1 고주파 발생장치의 가동을 중단하거나, 제 1 전극에 인가되는 고주파를 차단한다(S4 단계). 이 때, 소정의 시간동안 반응 가스의 공급이 지속되거나, 고주파가 차단되기 이전에 반응 가스의 공급을 중단할 수도 있다. 플라즈마 처리가 완료된 웨이퍼를 반응 챔버 외부로 방출한다(S5 단계).
계속해서, 본 발명의 특징인 반응 챔버 측벽에 침적된 폴리머 제거 공정이 실시된다. 웨이퍼가 반응 챔버에서 제거되면 제 2 고주파 발생장치를 반응 챔버의 벽면에 연결하여 반응 챔버 내벽에 고주파를 인가한다(S6 단계). 이 때, 폴리머 제거에 효과적인 반응 가스를 챔버 내에 소정량 유입할 수도 있다. 그 결과, 챔버 내벽에 인가된 고주파에 의해 플라즈마가 형성되어 폴리머와 충돌하거나, 플라즈마에 포함된 라디칼과 폴리머의 반응으로 반응챔버 내벽의 폴리머가 제거된다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 챔버 내벽에 고주파를 인가할 수 있는 고주파 발생장치를 구비하여 챔버 내벽에 침적된 폴리머를 제거할 수 있다. 따라서, 챔버 내벽을 세정하기 위한 세정 주기가 길어질 수 있고, 결과적으로 장비 운영 비용을 절감하고 수율을 증가시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응 챔버와,
    상기 반응 챔버 내에 웨이퍼가 놓여지고 고주파가 인가되는 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극에 대향하여 접지된 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극에 고주파를 인가하는 제 1 고주파 발생장치와,
    상기 반응 챔버의 내벽에 고주파를 인가하는 제 2 고주파 발생장치와,
    상기 반응챔버에 상기 제 2 고주파 발생장치 또는 접지를 선택적으로 연결하는 스위칭 수단
    을 포함하는 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제 2 고주파 발생장치는,
    접지된 고주파 전원과 상기 고주파 전원과 상기 반응 챔버에 연결되어 고주파를 인가하는 매칭 수단을 포함하되, 상기 스위칭 수단은 상기 매칭 수단 또는 접지를 상기 반응챔버에 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 플라즈마 형성공간을 제공하는 반응 챔버 내의 제 1 전극에 웨이퍼가 놓여지는 단계와,
    상기 제 1 전극에 고주파를 인가하여 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성함으로써 플라즈마 처리공정을 진행하는 단계와,
    상기 플라즈마 처리공정을 완료하고 웨이퍼를 상기 반응 챔버로부터 방출하는 단계와,
    상기 반응 챔버에 고주파를 인가하여 플라즈마를 형성함으로써 반응 챔버의 내벽에 침적된 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리장치의 세정방법.
  5. 제4항에서,
    상기 플라즈마 처리공정이 진행될 때,
    상기 반응 챔버는 접지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 세정방법.
  6. 제4항에서,
    상기 반응 챔버에 고주파를 인가하여 가속된 이온을 이용하여 반응 챔버에 침적된 폴리머를 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 세정방법.
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