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KR20060079352A - Device for removing particle in semiconductor process chamber and method therefor - Google Patents

Device for removing particle in semiconductor process chamber and method therefor Download PDF

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KR20060079352A
KR20060079352A KR1020040117123A KR20040117123A KR20060079352A KR 20060079352 A KR20060079352 A KR 20060079352A KR 1020040117123 A KR1020040117123 A KR 1020040117123A KR 20040117123 A KR20040117123 A KR 20040117123A KR 20060079352 A KR20060079352 A KR 20060079352A
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wafer
process chamber
gas
semiconductor
wafer chuck
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KR1020040117123A
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김봉준
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동부일렉트로닉스 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 반도체 소자 제조를 위한 각종 공정이 진행되는 공정챔버에서, 공정 중 발생하는 각종 파티클을 효율적으로 제거하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for removing particles of a semiconductor process chamber, and to a technique for efficiently removing various particles generated during a process in a process chamber in which various processes for manufacturing a semiconductor device are performed.

본 발명은, 내부에서 웨이퍼에 대한 반도체 공정이 진행되는 공정챔버, 상기 공정챔버의 내부 하단에 설치되며 상부면에 공정 대상 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척, 상기 공정챔버의 내부 상단에 설치되며 상기 웨이퍼척으로 고압가스를 분사하는 분사노즐, 상기 분사노즐로 고압가스를 공급하는 가스공급부, 상기 분사노즐과 가스공급부를 연결하는 공급관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention is a process chamber in which a semiconductor process is performed on a wafer therein, a wafer chuck installed at an inner lower end of the process chamber and seating a wafer to be processed on an upper surface thereof, and installed at an inner upper end of the process chamber and the wafer chuck installed therein. It characterized in that it comprises a injection nozzle for injecting a high pressure gas, a gas supply unit for supplying a high pressure gas to the injection nozzle, a supply pipe connecting the injection nozzle and the gas supply unit.

또한 본 발명 반도체 공정챔버의 파티클 제거방법은, 웨이퍼를 반도체 공정챔버로 반입하는 단계, 상기 웨이퍼를 공정챔버 내부에 설치된 웨이퍼척에 로딩하는 단계, 상기 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하여 웨이퍼와 반응시키는 단계, 공정이 완료된 후 웨이퍼를 웨이퍼척에서 언로딩한 후 반출하는 단계, 상기 웨이퍼척으로 고압의 불활성가스를 분사하여 공정 중 발생하는 파티클을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the particle removal method of the semiconductor process chamber of the present invention, the step of loading the wafer into the semiconductor process chamber, loading the wafer into the wafer chuck installed in the process chamber, supplying a process gas into the process chamber and reacts with the wafer And removing the wafer from the wafer chuck after the process is completed and removing the wafer, and spraying a high pressure inert gas onto the wafer chuck to remove particles generated during the process.

반도체, 공정챔버, 식각, 플라즈마, 정전척, 불활성가스 Semiconductor, process chamber, etching, plasma, electrostatic chuck, inert gas

Description

반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법 { Device for removing particle in semiconductor process chamber and method therefor } Particle removal apparatus and method for removing particles in semiconductor process chamber {Device for removing particle in semiconductor process chamber and method therefor}             

도 1은 플라즈마 식각 공정이 진행되는 공정챔버의 개략적인 사시도,1 is a schematic perspective view of a process chamber in which a plasma etching process is performed;

도 2는 본 발명의 파티클 제거장치가 설치된 플라즈마 공정챔버의 내부 구조도, 2 is an internal structure diagram of a plasma process chamber in which a particle removing device of the present invention is installed;

도 3은 본 발명의 절차 과정을 나타내는 흐름도이다.
3 is a flow chart showing the procedure of the present invention.

♧ 도면의 주요부분에 대한 설명 ♧♧ Description of the main parts of the drawing ♧

1 -- 공정챔버 10 -- 웨이퍼척1-process chamber 10-wafer chuck

11 -- 전원 12 -- 전극11-Power 12-Electrode

20 -- 유입구 30 -- 상단전극20-Inlet 30-Top electrode

40 -- 분사노즐 50 -- 공급관40-Injection nozzle 50-Supply line

60 -- 가스공급부
60-gas supply

본 발명은 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자 제조를 위한 각종 공정이 진행되는 공정챔버에서, 공정이 진행되면서 웨이퍼와 공정가스의 화학반응으로 발생되는 각종 파티클을 효율적으로 제거하는 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for removing particles of a semiconductor process chamber, and more particularly, in a process chamber in which various processes for manufacturing a semiconductor device are performed, various processes generated by chemical reaction between a wafer and a process gas as the process proceeds. The present invention relates to a particle removing device and a removing method of a semiconductor process chamber for efficiently removing particles.

라디오나 텔레비전과 같은 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드나 트랜지스터와 같은 반도체 소자가 포함되는데, 이러한 반도체 소자는, 고순도의 실리콘을 단결정으로 성장시킨 후 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 공정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 공정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 주입하는 공정, 불순물 이온으로 형성된 전기적 활성영역을 배선하는 공정 등을 거쳐서 제조된다.
Electronic products such as radios and televisions essentially include semiconductor devices such as diodes and transistors, which are grown on a single crystal of high-purity silicon and cut into disks to form a wafer, the entire surface of the wafer. It is manufactured through a process of forming a film and removing a necessary portion to form a predetermined pattern, a process of implanting impurity ions according to the formed pattern, and a process of wiring an electrically active region formed of impurity ions.

위와 같은 반도체 제조 공정 중, 일부 공정은 필요한 장치가 구비된 공정챔버내에 공정 대상 웨이퍼가 반입되어 진행된다. In the semiconductor manufacturing process as described above, some of the processes are carried out by bringing the wafer to be processed into the process chamber provided with the necessary apparatus.

가령, 화학 반응을 이용하여 웨이퍼상에 박막을 형성하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정 중 높은 에너지의 전자가 중성 상태의 가스 분자와 충돌하여 가스 분자를 분해하고 이 분해된 가스 원자가 웨이퍼에 부착되도록 하는 플라즈마 화학기상증착 공정(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 웨이퍼 상의 특정 영역을 물질의 화학 반응을 통해 제거해 내는 식각 공정 중 플라즈마를 이용한 건식식각 공정은, 모두 공정챔버 내에 웨이퍼가 반입되어 공정이 진행되는 예이다.
For example, during a chemical vapor deposition process in which a thin film is formed on a wafer using a chemical reaction, high energy electrons collide with gas molecules in a neutral state to decompose gas molecules and attach the decomposed gas atoms to the wafer. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, or dry etching using plasma during the etching process to remove specific regions on the wafer through chemical reaction of the material, the wafer is brought into the process chamber and the process is performed. This is an example.

상기 플라즈마 식각 공정은, 공정가스를 진공상태의 공정챔버 내부에 주입한 후 상기 공정가스에 고주파 파워(radio frequency power)을 인가하여 이를 플라즈마 상태로 만들고 플라즈마 상태의 라디칼(radical)이나 이온이 웨이퍼의 표면에서 반응하도록 하여 진행된다. In the plasma etching process, a process gas is injected into a process chamber in a vacuum state, and then radio frequency power is applied to the process gas to make it into a plasma state, and radicals or ions in the plasma state of the wafer Proceed to react on the surface.

도 1은 위와 같은 플라즈마 식각 공정이 진행되는 공정챔버의 개략적인 사시도이다. 도 1을 참조하면, 공정챔버(1)는 상부챔버(2)와 하부챔버(3) 및 온도조절유닛(4)으로 이루어지는데, 상기 하부챔버(3)는 도어가 구비되어 공정 대상 웨이퍼가 반입·반출되고, 상부챔버(2)는 웨이퍼가 웨이퍼척에 안착된 상태에서 플라즈마 상태의 공정가스와 식각공정이 진행되며, 상기 상부챔버(2) 상단의 온도조절유닛(4)은 공정 중 공정챔버(1) 내부의 온도를 조절한다.
1 is a schematic perspective view of a process chamber in which the plasma etching process is performed. Referring to FIG. 1, the process chamber 1 includes an upper chamber 2, a lower chamber 3, and a temperature control unit 4. The lower chamber 3 is provided with a door so that a wafer to be processed is loaded. The upper chamber (2) is carried out and the etching process is performed with the process gas in the plasma state while the wafer is seated on the wafer chuck, and the temperature control unit (4) on the upper chamber (2) is the process chamber during the process. (1) Adjust the temperature inside.

그런데, 상기 식각을 비롯하여 공정챔버에서 진행되는 공정에서는, 웨이퍼가 별도로 공급되는 공정가스와 화학반응을 하므로, 이와 같은 과정 중에는 불필요한 화학반응으로 폴리머가 발생하거나 각종 이물질이 유입될 수 있고, 이러한 파티클은 특히 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척 부분에 집중된다. 따라서 공정이 반복될수록 파티클이 증가하여 웨이퍼에 악영향을 미칠 수 있으므로 적절한 시기에 이를 제거해야 하는데, 종래에는 공정챔버에서 발생되는 파티클을 제거할 수 있는 구체적 수 단이 전무하였다. 따라서 장비 PM(Preventive Maintenance)시 공정챔버를 분해하는 경우에만 필요에 따라 세척을 실시하여 파티클을 제거하였는데, 공정챔버에서 웨이퍼에 대한 공정이 진행될 때 마다 계속적으로 각종 파티클이 생성되어 축적될 수 있으므로, 종래 기술은 크게 실효성이 없었으며 이에 대한 개선이 시급한 상황이다.
However, in the process performed in the process chamber including the etching, since the wafer is chemically reacted with the process gas supplied separately, polymers may be generated or various foreign substances may be introduced during such a process as unnecessary chemical reactions. In particular, it concentrates on the portion of the wafer chuck on which the wafer is seated. Therefore, as the process is repeated, the particles may increase and adversely affect the wafer. Therefore, the particles should be removed at an appropriate time. In the related art, there is no specific means for removing the particles generated in the process chamber. Therefore, when the process chamber is dismantled only when the process chamber is decomposed during PM (Preventive Maintenance), particles are removed by washing as needed.Because various particles can be continuously generated and accumulated every time a process is performed on the wafer in the process chamber, The prior art has not been very effective and there is an urgent need for improvement.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이를 해소하고자 발명된 것으로, 공정챔버에 고압가스를 분사하여 파티클을 제거하는 수단이 구비되어, 공정이 진행될 때 마다 즉각적으로 파티클을 제거할 수 있는 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
The present invention has been invented to solve this problem in view of the above circumstances, and is provided with a means for removing particles by injecting a high pressure gas into the process chamber, a semiconductor process chamber that can immediately remove the particles each time the process proceeds An object of the present invention is to provide a particle removal device and a method of removal.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치는, 내부에서 웨이퍼에 대한 반도체 공정이 진행되는 공정챔버, 상기 공정챔버의 내부 하단에 설치되며 상부면에 공정 대상 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척, 상기 공정챔버의 내부 상단에 설치되며 상기 웨이퍼척으로 고압가스를 분사하는 분사노즐, 상기 분사노즐로 고압가스를 공급하는 가스공급부, 상기 분사노즐과 가스공급부를 연결하는 공급관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Particle removal apparatus of the semiconductor process chamber of the present invention for achieving the above object, the process chamber in which the semiconductor process for the wafer is carried out therein, is installed in the inner lower end of the process chamber and the target wafer is seated on the upper surface A wafer chuck, an injection nozzle installed at the upper end of the process chamber and injecting a high pressure gas into the wafer chuck, a gas supply unit supplying a high pressure gas to the injection nozzle, and a supply pipe connecting the injection nozzle and the gas supply unit. It is characterized by.

또한 본 발명 반도체 공정챔버의 파티클 제거방법은, 웨이퍼를 반도체 공정 챔버로 반입하는 단계, 상기 웨이퍼를 공정챔버 내부에 설치된 웨이퍼척에 로딩하는 단계, 상기 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하여 웨이퍼와 반응시키는 단계, 공정이 완료된 후 웨이퍼를 웨이퍼척에서 언로딩한 후 반출하는 단계, 상기 웨이퍼척으로 고압의 불활성가스를 분사하여 공정 중 발생하는 파티클을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the particle removal method of the semiconductor process chamber of the present invention, the step of loading the wafer into the semiconductor process chamber, loading the wafer into the wafer chuck installed in the process chamber, supplying a process gas into the process chamber and reacts with the wafer And removing the wafer from the wafer chuck after the process is completed and removing the wafer, and spraying a high pressure inert gas onto the wafer chuck to remove particles generated during the process.

이하 예시도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 파티클 제거장치가 설치된 플라즈마 공정챔버의 내부 구조도이다. 2 is an internal structural diagram of a plasma process chamber in which a particle removing device of the present invention is installed.

상기 공정챔버(1)는, 웨이퍼(W)에 대한 식각 또는 증착이 진행되는 곳으로, 하측에는 웨이퍼(W)가 안착되어 고정되는 웨이퍼척(10)이 구비되고, 일측면에는 공정가스가 유입되는 유입구(20)가 형성되며 또한 유입된 공정가스를 플라즈마 상태로 전환하기 위해 고주파 파워를 인가하는 상단전극(30)이 설치된다. 플라즈마 공정에서의 웨이퍼척(10)은 정전인력으로 웨이퍼(W)를 고정시키는 정전척(ESC, electrostatic chuck)(10)이 사용되고 이러한 정전척(10)의 내부에는 전원(11)을 인가받아 정전인력을 발생하는 전극(12)이 포함되어 있다. 상기 정전척(10)에는 공정 중 웨이퍼(W)의 과열을 방지할 수 있도록 하는 냉각가스의 순환라인으로 된 냉각수단이 구비된다. The process chamber 1 is a place where etching or deposition is performed on the wafer W, and a wafer chuck 10 on which a wafer W is seated and fixed is provided at a lower side thereof, and a process gas flows into one side thereof. An inlet 20 is formed and an upper electrode 30 for applying high frequency power to convert the introduced process gas into a plasma state is installed. In the plasma process, an electrostatic chuck (ESC) 10 that fixes the wafer W by an electrostatic force is used, and a power supply 11 is applied to the inside of the electrostatic chuck 10 to receive an electrostatic force. An electrode 12 for generating an attractive force is included. The electrostatic chuck 10 is provided with a cooling means that is a circulation line of the cooling gas to prevent overheating of the wafer W during the process.

상기 웨이퍼척(10)의 상측으로 이격된 위치에는 분사노즐(40)이 설치되고, 상기 분사노즐(40)은 공급관(50)을 통하여 고압가스를 공급하는 가스공급부(60)와 연결된다. 상기 분사노즐(40)을 통하여는 웨이퍼척(10)의 상부를 비롯한 공정챔버(1)의 내부 곳곳에 고압가스를 분사하고, 이러한 고압가스에 의해 공정 중 축적되는 파티클이 제거될 수 있다. 이 때 분사노즐(40)로 공급되는 고압가스로는 질소를 사용함이 좋다. 왜냐하면 고압가스를 분사하는 경우 고압가스의 입자가 공정챔버(1)에 잔류하여 불필요한 화학반응을 유발하는 새로운 파티클 소스로 작용할 수도 있는데, 불활성가스인 질소를 사용한다면 다른 물질과 반응할 염려가 없기 때문이다. 아울러 불활성가스라는 특성상 질소는 반도체 공정에서 자주 사용되므로, 반도체 제조 장비에는 중앙 공급식으로 질소를 공급하기 위한 라인이 설치되며, 이러한 라인에서 보조라인을 분기하여 가스공급부(60)로 활용하기가 용이하다.
Injection nozzles 40 are installed at positions spaced above the wafer chuck 10, and the injection nozzles 40 are connected to a gas supply unit 60 for supplying a high pressure gas through a supply pipe 50. The high pressure gas is injected into various parts of the process chamber 1 including the upper portion of the wafer chuck 10 through the injection nozzle 40, and particles accumulated in the process may be removed by the high pressure gas. At this time, it is preferable to use nitrogen as the high-pressure gas supplied to the injection nozzle (40). Because high-pressure gas injection may cause particles of the high-pressure gas to remain in the process chamber (1) to act as a new particle source that causes unnecessary chemical reactions, because if you use inert gas nitrogen there is no fear of reacting with other substances to be. In addition, since nitrogen is frequently used in the semiconductor process due to the inert gas, a line for supplying nitrogen is installed in the semiconductor manufacturing equipment, and the auxiliary line is easily branched from such a line to be used as the gas supply unit 60. Do.

이상으로 본 발명 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치에 대하여 바람직한 실시예에 따라 예시 도면에 의거하여 살펴보았지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. Although the particle removal apparatus of the semiconductor process chamber of the present invention has been described with reference to exemplary drawings according to a preferred embodiment, the present invention has been described by way of example only, and the scope of the claims of the present invention is limited. no.

즉, 도 3을 참조하면, 본 발명은 『반도체 공정챔버로 웨이퍼의 반입(S10) → 상기 웨이퍼를 공정챔버 내부에 설치된 웨이퍼척에 로딩(S20) → 상기 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하여 웨이퍼와 반응(S30) → 공정이 완료된 후 웨이퍼를 웨이퍼척에서 언로딩하여 반출(S40) → 상기 웨이퍼척으로 고압의 불활성가스를 분사하여 공정 중 발생하는 파티클을 제거(S50)』하는 일련의 단계로 이루어진 발명으로서, 플라즈마 공정챔버외에도 밀폐된 공간에서 진행되는 어떠한 공정에라도 적용 될 수 있는 일반적인 방법으로 응용될 수 있다.
That is, referring to FIG. 3, the present invention provides a method of “loading a wafer into a semiconductor process chamber (S10) → loading the wafer onto a wafer chuck installed in the process chamber (S20) → supplying a process gas into the process chamber, and supplying a wafer. And reaction (S30) → after the process is completed, the wafer is unloaded from the wafer chuck and taken out (S40) → a high-pressure inert gas is injected into the wafer chuck to remove particles generated during the process (S50). As an invention made, it can be applied in a general manner that can be applied to any process that proceeds in a closed space in addition to the plasma process chamber.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치 및 제거방법에 의하면, 공정챔버 내부의 불필요한 파티클을 신속하게 제거하여 공정의 효율을 높이고 반도체 제조의 수율을 크게 향상시키는 효과가 있다.As described above, according to the particle removing device and the method of removing the semiconductor process chamber of the present invention, it is possible to quickly remove unnecessary particles inside the process chamber to increase the efficiency of the process and greatly improve the yield of semiconductor manufacturing.

Claims (3)

내부에서 웨이퍼에 대한 반도체 공정이 진행되는 공정챔버, 상기 공정챔버의 내부 하단에 설치되며 상부면에 공정 대상 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척, 상기 공정챔버의 내부 상단에 설치되며 상기 웨이퍼척으로 고압가스를 분사하는 분사노즐, 상기 분사노즐로 고압가스를 공급하는 가스공급부, 상기 분사노즐과 가스공급부를 연결하는 공급관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치.A process chamber in which a semiconductor process is performed on a wafer inside, a wafer chuck installed at an inner lower end of the process chamber, and a wafer chuck seated on an upper surface thereof, and a wafer chuck installed at an inner upper end of the process chamber. And a gas supply unit for supplying a high pressure gas to the injection nozzle, and a supply pipe for connecting the injection nozzle and the gas supply unit. 제 1항에 있어서, 상기 분사노즐에서 분사되는 고압가스는 불활성가스인 질소가스인 것을 특징으로 하는 반도체 공정챔버의 파티클 제거장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the high pressure gas injected from the injection nozzle is nitrogen gas which is an inert gas. 웨이퍼를 반도체 공정챔버로 반입하는 단계, 상기 웨이퍼를 공정챔버 내부에 설치된 웨이퍼척에 로딩하는 단계, 상기 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하여 웨이퍼와 반응시키는 단계, 공정이 완료된 후 웨이퍼를 웨이퍼척에서 언로딩한 후 반출하는 단계, 상기 웨이퍼척으로 고압의 불활성가스를 분사하여 공정 중 발생하는 파티클을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정챔버의 파티클 제거방법.Importing the wafer into the semiconductor process chamber, loading the wafer into a wafer chuck installed in the process chamber, supplying a process gas into the process chamber and reacting with the wafer, and then completing the process in the wafer chuck. And unloading and removing the particles, and spraying a high pressure inert gas onto the wafer chuck to remove particles generated during the process.
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