KR100520502B1 - 공정 챔버의 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 챔버의 세정시 반응 부산물의 제거 뿐만 아니라 상기 공정 챔버 표면의 균일한 비표면적을 담보할 수 있는 공정 챔버의 세정 방법에 관한 것에 따른 공정 챔버의 세정 방법은 박막 증착공정 챔버의 내측 표면을 세정함에 있어서, 상기 챔버 표면에 고강도의 미세 입자들을 충돌시켜 상기 챔버 표면 상에 부착되어 있는 반응 부산물들을 제거하는 단계;와, 상기 챔버 표면을 소정 두께만큼 절삭하여 균일한 비표면적을 갖도록 가공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

공정 챔버의 세정 방법{Cleaning method of process chamber}

본 발명은 공정 챔버의 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 챔버의 세정시 반응 부산물의 제거 뿐만 아니라 상기 공정 챔버 표면의 균일한 비표면적을 담보할 수 있는 공정 챔버의 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 박막의 증착 및 패터닝, 이온주입 공정 등을 수차례 반복함으로써 형성되는데, 이 중에서 상기 박막을 증착하기 위해서는 화학기상증착법 또는 물리기상증착법을 이용하는 것이 일반적이다. 박막을 증착하는 공정은 소정의 챔버 내에서 수행되며 이 때 챔버 내의 압력, 온도 등을 다양하게 변형시킬 수 있음은 물론이다.

한편, 상기의 박막 증착 공정에 있어서, 챔버 내에는 기체 상태의 박막 원료가 주입되어 화학적 또는 물리적 증착이 반도체 기판 상에 이루어지게 되는데, 이러한 화학적 또는 물리적 증착 공정에는 필연적으로 반응 부산물이 발생하게 된다. 상기 반응 부산물은 챔버 표면에 부착되고 이러한 반응 부산물들이 챔버 표면에 과도하게 부착되면 반응 부산물들이 공정 진행중인 반도체 기판 상에 떨어지게 되어 반도체 기판을 오염시키는 문제를 야기한다. 따라서, 상기 증착 공정을 수행하는 소정의 공정 챔버는 주기적인 세정이 반드시 요구된다.

종래의 챔버 세정 방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 플라즈마를 이용하여 증착 공정을 수행하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 플라즈마를 이용하는 공정 챔버는 실질적인 반응 공간을 정의하는 반응 돔(102)이 구비되며 상기 반응 돔의 일측에는 플라즈마를 발생시키기 위한 유도 코일(101)이 구비되며, 상기 챔버 내의 중앙에는 반도체 기판을 장착하는 정전척(Electrostatic Chuck)(103)이 소정의 절연체(104) 내측에 구비되어 있다. 또한, 상기 챔버의 일측에는 상기 챔버 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 가스 공급관(105) 및 이를 분사하는 가스 노즐(106)이 구비되어 있다. 상기 반응 돔(102)은 절연성을 갖는 세라믹으로 이루어지는 것이 일반적이며, 상기와 같은 돔 형태 이외에도 다양한 형상을 가질 수 있다.

전술한 바와 같이, 소정의 증착 공정이 수행되고 나면 상기 챔버 표면 정확히는, 상기 반응 돔(102)의 내측 표면에는 미세한 반응 부산물들이 부착하게 된다. 종래에는 상기 반응 돔(102)의 표면에 부착된 반응 부산물들을 제거하기 위해 비드 블라스팅(Bead blasting) 및 초순수를 이용한 세정 방법을 이용하였다.

구체적으로, 상기 비드 블라스팅이란 고강도의 알갱이 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 알루미나(Al₂O₃) 입자들을 소정의 압력으로 상기 반응 부산물들이 부착되어 있는 반응 돔 표면(102a) 상에 충돌시켜 반응 부산물들을 제거하는 방법을 말하며, 상기 비드 블라스팅의 수행 후에 상기 초순수를 이용하여 상기 반응 돔을 세척함으로써 공정 챔버의 세정을 수행한다. 상기 비드 블라스팅으로 얻어지는 챔버 표면의 거칠기(Roughness, Ra)는 0.5∼1.5㎛이다.

상기와 같은 공정 챔버의 세정 방법에 있어서, 반응 돔 표면에 부착되어 있는 반응 부산물을 제거하는 것은 세정의 기본적인 목적이나 이에 더불어 상기 세정 공정시 고려되어야 할 것은 상기 반응 돔 표면의 비표면적을 균일한 형태로 확보해야 한다는 것이다. 만약, 상기 반응 돔의 표면이 매끄러운 표면을 갖는다면 증착 공정시 발생하는 반응 부산물들이 상기 반응 돔 표면에 부착되지 않고 곧바로 반도체 기판 상에 떨어지게 될 것이다. 이러한 이유 때문에 상기 반응 돔 표면은 일정 정도의 거칠기(roughness) 즉, 비표면적을 갖아야 한다.

종래의 세정 방법에 있어, 실리콘 카바이드 또는 알루미나 입자들을 이용한 비드 블라스팅의 수행시 반응 돔 표면의 균일한 거칠기 즉, 균일한 비표면적을 확보하기에 어려움이 있었다. 왜냐하면 실리콘 카바이드 또는 알루미나 입자들을 상기 반응 돔의 전 표면 상에 동일한 시간과 조건 하에 충돌시킨다하더라도 상기 반응 돔 즉, 세라믹 돔의 표면 강도 등의 상태에 따라 가공되는 형상이 틀려지기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 공정 챔버의 세정시 반응 부산물의 제거 뿐만 아니라 상기 공정 챔버 표면의 균일한 비표면적을 담보할 수 있는 공정 챔버의 세정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공정 챔버의 세정 방법은 박막 증착공정 챔버의 내측 표면을 세정함에 있어서, 상기 챔버 표면에 고강도의 미세 입자들을 충돌시켜 상기 챔버 표면 상에 부착되어 있는 반응 부산물들을 제거하는 단계;와, 상기 챔버 표면을 소정 두께만큼 절삭하여 균일한 비표면적을 갖도록 가공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 챔버 표면의 절삭 가공 전후에 소정의 세정액을 사용하여 상기 챔버 표면을 세척하는 단계를 더 포함하며, 상기 세정액은 초순수(Deionized water)일 수 있다.

바람직하게는, 상기 챔버 표면의 절삭 가공 후에 상기 챔버를 열처리하는 단계를 더 포함하며, 상기 열처리는 100∼150℃의 온도 하에서 3∼5시간 정도 진행하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 챔버 표면의 절삭시 절삭되는 챔버 표면의 두께는 1∼100Å이며, 상기 고강도의 미세 입자는 실리콘 카바이드 또는 알루미나 입자일 수 있다.

바람직하게는, 상기 절삭 가공 후의 챔버 표면의 거칠기는 1.5∼2.5㎛ 정도이다.

본 발명의 특징에 따르면, 챔버 표면에 부착되어 있는 반응 부산물들을 제거하기 위해 소정의 입자를 상기 챔버 표면에 충돌시키는 이른바, 비드 블라스팅의 수행 후, 상기 챔버 표면의 소정 두께를 제거하는 절삭 가공을 수행함으로써 상기 챔버 표면 전체에 있어서 균일한 비표면적을 갖도록 할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공정 챔버의 세정 방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 공정 챔버의 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 참고로 본 발명의 설명에 있어 공정 챔버의 구성은 도 1을 참조한다.

일련의 증착 공정이 수행된 상태에서 본격적인 공정 챔버의 세정 공정을 수행한다. 상기 공정 챔버의 세정 공정은 챔버 표면 외에 챔버 내의 여러 구성요소에 대해서도 마찬가지로 실시되나 본 발명은 상기 챔버 표면의 세정에 그 특징이 있으므로 공정 챔버 내의 기타 구성요소의 세정에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 상기 증착 공정은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)을 의미하며, 본 발명의 세정 방법의 바람직한 적용 분야는 플라즈마를 이용하는 공정 챔버이다.

먼저, 상기 공정 챔버의 표면에 대해서 비드 블라스팅(Bead blasting)을 수행한다(S201). 여기서, 도 1의 공정 챔버는 돔 형태를 갖고 있지만 상기의 돔 형태 이외에도 공정 챔버의 형상은 다양하게 변형 실시할 수 있음은 물론이다. 따라서, 상기 종래 기술의 설명에 있어서 사용한 <반응 돔 표면>이라는 용어는 보다 포괄적인 용어인 <챔버 표면>이라는 용어로 대체하기로 한다. 여기서, 상기 공정 챔버의 표면(102a)은 일반적으로 세라믹 재질이다.

한편, 상기 비드 블라스팅은 고강도 및 고경도의 미세 입자들을 소정의 강도로 상기 공정 챔버의 표면(102a)을 충돌시켜 상기 공정 챔버 표면 상에 부착되어있는 반응 부산물을 제거하는 방법이다. 이 때, 상기 미세 입자들이 상기 챔버 표면에 충돌되는 힘은 100∼150psi 정도이다.

이와 같은 비드 블라스팅을 통해, 상기 챔버 표면(102a) 상에 부착되어 있는 반응 부산물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 챔버 표면의 거칠기(roughness) 즉, 비표면적을 어느 정도 확보할 수 있게 된다. 비드 블라스팅을 수행한 상태에서, 상기 챔버 표면을 소정의 세정액 예를 들어, 초순수(Deionized water)를 이용하여 세척한다(S202).

이와 같은 상태에서, 상기 챔버 표면에 대해 절삭 가공 공정을 진행한다(S203). 구체적으로, 상기 챔버 표면을 소정 두께만큼 절삭하게 제거한다. 절삭되는 두께는 1∼100㎛ 정도가 바람직하며, 절삭 방법은 통상의 수치제어(Numerical Control)를 통한 선반 절삭 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 비드 블라스팅에 이은 절삭 가공으로 얻어지는 챔버 표면의 거칠기는 1.5∼2.5㎛ 정도이다.

상기와 같이 챔버 표면을 절삭 가공하는 이유는 상기 챔버 표면의 거칠기를 일정하게 하기 위함이다. 즉, 챔버 표면의 비표면적을 균일하도록 하는 것이다. 챔버 표면의 거칠기 즉, 비표면적이 챔버의 위치에 따라 달라지게 된다면 반응 부산물의 챔버 표면에의 부착 정도가 챔버 위치에 따라 달라지게 되고 주기적인 세정 시기를 정하는데 있어 어려움이 발생하게 된다. 다시 말해서, 챔버 표면의 일정 정도의 거칠기의 확보뿐만 아니라 챔버 표면에 전체에 있어서 균일한 거칠기를 확보해야 한다.

챔버 표면의 절삭 가공을 수행한 상태에서, 상기의 초순수를 이용한 세척 공정을 진행할 수 있다.

이후, 상기 비드 블라스팅 및 절삭 가공이 완료된 상태에서 상기 공정 챔버에 대해 소정의 열처리를 가하여 상기 공정 챔버 표면을 안정화시킨다(S204). 이 때의 열처리 조건은 100∼150℃의 온도 하에서 3∼5시간 정도가 바람직하다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 세정 방법을 적용하여 챔버 표면을 세정한 결과, 종래의 비드 블라스팅만을 적용한 세정 방법에 비해 챔버 표면의 균일한 비표면적을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 공정 챔버의 세정 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

챔버 표면에 부착되어 있는 반응 부산물들을 제거하기 위해 소정의 입자를 상기 챔버 표면에 충돌시키는 이른바, 비드 블라스팅의 수행 후, 상기 챔버 표면의 소정 두께를 제거하는 절삭 가공을 수행함으로써 상기 챔버 표면 전체에 있어서 균일한 비표면적을 갖도록 할 수 있게 된다.

도 1은 플라즈마를 이용하는 공정 챔버의 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 공정 챔버의 세정 방법을 설명하기 위한 순서도.

도 3은 종래 기술에 따른 공정 챔버의 세정 방법을 적용한 챔버 표면의 SEM 사진.

도 4는 본 발명에 따른 공정 챔버의 세정 방법을 적용한 챔버 표면의 SEM 사진.

Claims (8)

1. 박막 증착공정 챔버의 내측 표면을 세정함에 있어서,

   상기 챔버 표면에 고강도의 미세 입자들을 충돌시켜 상기 챔버 표면 상에 부착되어 있는 반응 부산물들을 제거하는 단계;

   상기 챔버 표면을 소정 두께만큼 절삭하여 균일한 비표면적을 갖도록 가공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 표면의 절삭 가공 전후에 소정의 세정액을 사용하여 상기 챔버 표면을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 표면의 절삭 가공 후에 상기 챔버를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도의 미세 입자는 실리콘 카바이드 또는 알루미나 입자인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 표면의 절삭시 절삭되는 챔버 표면의 두께는 1∼100㎛ 인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 열처리는 100∼150℃의 온도 하에서 3∼5시간 정도 진행하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 세정액은 초순수(Deionized water)인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 가공 후의 챔버 표면의 거칠기는 1.5∼2.5㎛ 정도 인 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.