KR100521109B1 - 처리 장치 및 클리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

챔버(11)에서, 플라즈마 CVD 방법을 통해 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한다. NF3를 함유한 가스를 이용해서 챔버(11) 내에 남은 막을 클리닝한다. 챔버(11)에는 압력계(28)가 배치되어 있다. 챔버(11) 내 압력을 모니터링하여 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출한다.

Description

처리 장치 및 클리닝 방법{PROCESSING APPARATUS AND CLEANING METHOD}
본 발명은 효율적인 클리닝이 가능한 처리 장치 및 클리닝 방법에 관한 것이다.
각종 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치가 반도체 장치, LCD(Liquid Crystal Display) 장치 등과 같은 전자 장치를 제조하는 데 사용되고 있다. 고품질의 막을 형성하는 데에는 플라즈마 CVD 장치가 광범위하게 사용되고 있다.
플라즈마 CVD 장치는 CVD 방법을 통해 감압된 챔버 내부에 포함된 반도체 웨이퍼 상에 막을 형성한다. CVD 방법은 가스 상태 반응을 이용한다. 따라서, 웨이퍼 표면 상에만 막이 형성되지만, 또한 챔버 부재 표면(내부 벽 등) 상에도 막이 형성된다. 이와 같이 형성된 막으로부터 입자가 생성되고, 이로 인해 제품 수율이 저하된다. 이러한 환경에 있어서는, 챔버의 내부를 정기적으로 클리닝하여 챔버 부재 상에 형성된 막을 제거할 필요가 있다.
챔버 내부를 클리닝하는 공지된 방법으로는 in-situ 플라즈마 클리닝 방법이 있는데, 이 방법의 경우 클리닝 가스가 챔버 내로 도입되고, 챔버 내부의 가스로부터 플라즈마가 생성된다. 그러나, 플라즈마가 챔버 내부에서 생성되므로, 챔버 부재가 손상될 가능성이 있다.
또한, 원격 플라즈마 클리닝 방법이 제안되었다. 이 원격 플라즈마 클리닝 방법의 경우, 클리닝 가스의 플라즈마를 챔버 외부에서 생성한 후 그 생성된 플라즈마를 챔버 내로 도입하여 챔버 내부를 클리닝한다. 이 원격 플라즈마 클리닝 방법에 의하면, 챔버 부재가 손상될 가능성이 없다. 이러한 원격 플라즈마 클리닝 방법은 미심사된 일본 특허 출원 KOKAI 공개 번호 제H9-69504호(미국 특허 출원 번호 제08/278,605호)에 개시되어 있다.
플라즈마를 이용한 챔버 클리닝 방법에 있어서는, 플라즈마의 반응성이 높기 때문에 클리닝 종료 시점을 정확하게 구하는 것이 매우 중요하다. 챔버를 충분히 클리닝하지 않은 경우에는 입자가 생성되고, 반면에 너무 과도하게 클리닝한 경우에는 챔버 부재가 손상된다.
종래에, 원격 플라즈마 클리닝 방법에 있어서는, 미리 어떤 실험을 통해 구한 클리닝 속도에 기초하여 클리닝 종료 시점을 추정하였다. 그러나, 이러한 클리닝 방법으로는 실제적인 챔버 내 청결도를 측정할 수가 없다. 따라서, 상기 클리닝 종료 시점은 정확도가 높지 않다. 부정확한 클리닝 종료 시점을 가지고 플라즈마 클리닝을 할 경우에는 챔버가 불충분하게 클리닝되거나 너무 과도하게 클리닝되어, CVD 장치의 생산성이 저하된다. 따라서, 종래의 원격 플라즈마 클리닝 방법으로는, 정확한 클리닝 종료 시점을 구하기가 곤란하여, CVD 장치의 생산성을 크게 향상시키는 데에 어려움이 있었다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적 및 이점은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 처리 장치에 포함된 챔버를 보여주는 단면도이다.
도 3a는 도 1의 처리 장치를 통해 도 2의 챔버를 클리닝하는 클리닝 공정 중 그 챔버 내 압력의 변화를 보여주는 도면이고, 도 3b는 그 클리닝 공정 중 플라즈마 발광 강도의 변화를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 처리 장치를 통해 수행되는 클리닝 공정 중 그 처리 장치에 포함된 챔버 내 산소 농도의 변화를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 4의 처리 장치를 통해 수행되는 클리닝 공정 중 도 7a의 처리 장치에 포함된 챔버 내에서 측정된 빛 강도의 변화를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 상기 처리 장치를 통해 수행되는 클리닝 공정 중 도 4의 처리 장치에 포함된 챔버 내에서 형성된 막의 두께를 나타내는 데이터를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 처리 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 12는 다른 실시예들의 처리 장치의 구조와 조합하여 도 11의 처리 장치를 통해 수행된 클리닝 결과를 보여주는 도면이다.
본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 효율적인 클리닝이 가능한 처리 장치 및 클리닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 정확한 클리닝 종료 시점을 검출할 수 있는 처리 장치 및 클리닝 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본원의 제1 발명에 따르면, 챔버(11)와; 상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과; 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과; 상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와; 상기 챔버(11) 내 압력을 측정하는 압력 측정기(28)와; 상기 압력 측정기(28)가 측정한 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)를 포함하는 처리 장치(10)를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본원의 제2 발명에 따르면, 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서, 상기 챔버(11)를 클리닝하는 동안, 상기 챔버(11) 내 압력을 측정하는 단계와; 상기 측정 단계에서 얻은 압력 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계를 포함하는 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명을 구현하기 위한 최상의 형태
이제, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 처리 장치를 설명할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 처리 장치들은 모두 챔버를 포함한다. 이 챔버 내에서, SiH4, SiF4 및 O2로 구성된 처리 가스를 사용해서 플라즈마 CVD 기술을 통해 반도체 웨이퍼[이하, 웨이퍼(W)라 약칭한다] 상에 SiOF 막을 형성한다. 막 형성 후 챔버 내에 남은 SiOF 막을 NF3를 포함하는 클리닝 가스를 사용해서 제거한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리 장치 구조의 일례를 보여준다. 도 1에 도시한 바와 같이, 처리 장치(10)는 챔버(11), 클리닝 가스 라인(L1), 처리 가스 라인(L2), 배기 라인(L3) 및 시스템 제어기(100)를 포함한다.
챔버(11)는 기압이 진공 상태로 감압될 수 있는 공정 챔버이다. 후술하는 바와 같이, 플라즈마 CVD 처리는 챔버(11) 내에서 수행된다.
챔버(11)는 클리닝 가스 라인(L1)을 통해 클리닝 가스원인 NF3원(SA)과 운반 가스원인 Ar원(SB)에 접속되어 있다. NF3원(SA)과 Ar원(SB)은 각각 매스 플로우 제어기(MA, MB)와 밸브(VA, VB)를 통해 클리닝 가스 라인(L1)에 접속되어 있다. 이러한 NF3원(SA) 및 Ar원(SB)과 챔버(11)를 접속시키기 위한 라인들은 밸브(VA, VB)의 벤트부(vent part)에 접속되어 단일 라인을 형성한다. 이러한 구조에서는, NF3와 Ar이 매스 플로우 제어기(MA, MB)와 밸브(VA, VB)에 의해 소정의 비율로 혼합되어 챔버(11)로 공급된다.
집중된 클리닝 가스 라인(L1)은 액티베이터(12)에 접속되어 있다. 액티베이터(12)는 그 내부를 통과하는 클리닝 가스를 활성화시켜 플라즈마를 생성한다. NF3를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 함유되어 있는 플루오르기(F)는 선택적으로 액티베이터(12)로부터 방출된다. 그러므로, 주로 플루오르기를 포함하는 클리닝 가스는 액티베이터(12)의 벤트부에 접속된 챔버로 도입된다. 클리닝 가스 라인(L1)은 액티베이터(12)의 벤트부로부터 2개의 라인으로 분기되어 있고, 그 2개의 라인을 통해 클리닝 가스가 챔버(11)로 도입된다.
또한 챔버(11)는 처리 가스 라인(L2)을 통해 SiF4원(SC), SiH4원(SD), O2원(SE)과 Ar원(SF)에 접속되어 있다. SiF4원(SC), SiH4원(SD), O2 원(SE) 및 Ar원(SF)은 각각 매스 플로우 제어기(MC, MD, ME, MF)와 밸브(VC, VD, VE, VF)를 통해 처리 가스 라인(L2)에 접속되어 있다. 이러한 SiF4원(SC), SiH4원(SD), O2원(SE) 및 Ar원(SF)과 챔버(11)를 접속시키기 위한 라인들은 밸브(VC, VD, VE, VF)의 벤트부에 집중되어 단일 라인을 형성한다. 이러한 구조에서는, SiF4, SiH4, O2 및 Ar이 매스 플로우 제어기(MC, MD, ME, MF)와 밸브(VC, VD, VE, VF)에 의해 소정의 비율로 혼합되어 챔버(11)로 공급된다.
배기 라인(L3)에는 터보 분자 펌프(TMP; Turbo Molecular Pump)(13)가 접속되어 있다. TMP(13)의 하류에는 건식 펌프가 배치되며, 이 드라이 펌프에 의해서 챔버(11)를 거의 진공 상태로 감압할 수 있다. 또한 TMP(13)와 챔버(11) 사이에는 자동 압력 제어기(APC; Automatic Pressure Controller)(14)가 배치되며, 이 APC(14)에 의해서 챔버(11)를 소정의 압력 레벨로 제어할 수 있다.
시스템 제어기(100)는 막 형성 공정, 클리닝 공정 등을 포함하는 처리 장치(10)의 전체적인 공정을 제어한다. 시스템 제어기(100)는 타이머, 예컨대 소프트웨어 타이머를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시한 처리 장치(10)에 포함된 챔버(11)의 단면도를 보여준다. 편의상, 도 2에서는 클리닝 가스 라인(L1)에 접속된 액티베이터(12)와 배기 라인(L3)에 접속된 TMP(13)를 도시하지 않았다.
도 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 챔버(11)의 형상은 대략 원통형이며, 그 재료는 알루미늄이고, 또한 접지되어 있다.
챔버(11)의 측벽에는 2개의 클리닝 가스 입구(15)가 서로 대향 배치되어 있다. 그 2개의 클리닝 가스 입구(15)는 클리닝 가스 라인(L1)에 접속되어 있다. 이러한 구조에서는, 클리닝 가스가 클리닝 가스 입구(15)를 통해 챔버(11)로 공급된다. 클리닝 가스 입구(15)는 막 형성 공정 중에 닫혀 있을 수 있다.
챔버(11)의 측벽에는 또한 게이트 밸브를 통해 챔버(11)로/로부터 웨이퍼(W)를 운송하기 위한 게이트가 배치되어 있다.
또한, 챔버(11)의 중앙에는 서셉터(16)가 배치되어 있다. 서셉터(16)는 알루미늄과 같은 전도체로 이루어지고, 그 형상은 대략 원통형이다. 서셉터(16)의 상면에는 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 정전척이 장착되어 있다.
서셉터(16)의 상면에는 또한 집속 링(focus ring)(17)이 배치되어 있다. 이러한 구조에서는, 플라즈마가 서셉터(16) 상에 장착된 웨이퍼(W)와 효과적으로 접촉될 수 있다. 서셉터(16)에는 웨이퍼를 받아 배치하기 위한 리프트 핀이 배치되어 있다.
또한 서셉터(16)에는 냉매실(chiller room)(18)이 배치되어 있으며, 파이프를 통해 각 냉매실(18)로 냉매가 흐른다. 이러한 냉매에 의해서 서셉터(16)와 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)의 온도가 조정된다. 주의할 점은 여기서 냉매는 온도 제어 매체를 의미한다는 점이다.
서셉터(16)는 제1 매칭 박스(19)를 통해 제1 RF 전원(20)에 접속되어 있다. 제1 RF 전원(20)의 일단이 접지됨으로써, RF 전압이 서셉터(16)에 인가될 수 있다.
챔버(11)의 천장에는 전극판(21)이 전극 지지체(22)와 밀착되어 있다. 전극판(21)은 서셉터(16)와 평행하게 대향 배치되어 있다. 전극판(21)은 알루미늄과 같은 전도체에 의해 형성된다. 전극판(21)의 주연부의 바로 아래에는 전극 지지체(22)에 고정되는 전극판(21) 부분을 보호하기 위한 실드 링(23)이 배치되어 있다.
전극판(21)은 제2 매칭 박스(24)를 통해 제2 RF 전원(25)에 접속되어 있다. 제2 RF 전원(25)의 일단이 접지됨으로써, RF 전압이 전극판(21)에 인가될 수 있다. 따라서, 전극판(21)과 서셉터(16)는 각각 평행판형(parallel-plate-type) 플라즈마 CVD 장치의 상측 전극과 하측 전극의 역할을 한다.
또한 챔버(11)의 상면에는 처리 가스 입구 파이프(26)가 배치되어 있다. 처리 가스 입구 파이프(26)는 처리 가스 입구 라인(L2)에 접속됨으로써, 처리 가스가 처리 가스 입구 파이프(26)를 통해 챔버(11)로 도입된다. 챔버(11)의 상면에는 또한 처리 가스를 확산시키기 위한 공동(hollow) 등을 갖는 확산부가 배치되어 있다. 전극판(21)에는 복수의 관통 개구(21a)가 형성되어 있다. 확산부에 의해 확산된 처리 가스는 전극판(21)의 복수의 개구(21a)를 통해 웨이퍼(W)로 공급된다.
챔버(11)의 바닥에는 환형 벤트(27)가 배치되어 있다. 환형 벤트(27)는 배기 라인(L3)에 접속되어 있다. 챔버(11)는 환형 벤트(27)를 통해 배기하여 소정의 압력 레벨을 유지한다.
챔버(11)의 측면에는 압력계(28)가 배치되어 있다. 압력계(28)는 챔버(11) 내에 배치되어 챔버(11) 내 압력을 측정하는 프로브를 포함한다. 압력계(28)는 측정된 압력 데이터를 아날로그 신호 형태로 출력한다. 압력계(28)로부터 출력된 신호는 A/D 변환기(ADC)(29)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 시스템 제어기(100)로 전달된다.
클리닝 동안, 시스템 제어기(100)는 압력계(28)로부터 출력된 데이터를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 압력계(28)로부터 수신된 데이터에 기초하여 챔버(11)의 클리닝이 실질적으로 완료되었는지를 판정한다. 챔버(11)의 클리닝이 실질적으로 완료되었다고 판정한 경우에는, 시스템 제어기(100)는 클리닝 공정을 종료한다.
이제, 챔버(11) 내 압력에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하는 방법을 설명할 것이다.
챔버(11)의 클리닝은 화학식 1에 기술한 방식으로, 막 형성 후 챔버(11) 내에 남은 SiOF, NF3를 포함하는 가스를 이용하여 수행된다. 주의할 점은 클리닝 가스 라인(L1)을 통해 챔버(11)로 공급되는 클리닝 가스에는 액티베이터(12)에 의해 생성된 플루오르기가 주로 함유된다는 점이다.
화학식 1에 기술한 바와 같이, SiOF 막의 분해시 SiF4, O2 및 N2와 같은 가스가 생성됨으로써, 챔버(11) 내 압력이 증가된다. 챔버(11)의 클리닝이 진행될수록, 챔버(11) 내 SiOF가 감소된다. 그러므로, 생성되는 가스가 감소되어 챔버(11) 내 압력이 낮아지게 된다. 챔버(11) 내에서 증착된 SiOF가 완전히 제거된다면, 챔버 내 압력은 일정하게 될 것이다. 따라서, 챔버(11) 내 압력을 모니터링함으로써, 클리닝 종료 시점을 검출할 수 있다.
구체적으로, 클리닝 동안, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)가 동작하자마자 타이머(예컨대, 소프트웨어 타이머)를 동작시킨다. 그 후, 시스템 제어기(100)는 소정의 타이밍들간의 압력값의 차를 구한다. 소정의 기간 내에서 소정의 횟수로 구한 차가 마이너스 값을 나타내는 경우에는, 시스템 제어기(100)는 챔버(11) 내 압력이 감소되고 있다고 판정한다. 챔버(11) 내 압력 모니터링의 시작 시각을 액티베이터(12)의 동작 시각으로 한정하는 것은 아니다. 임의의 타이밍, 예컨대 밸브(VA)가 열린 시각 등에서 모니터링을 시작할 수도 있다.
시스템 제어기(100)는 챔버(11) 내 압력이 감소되고 있다고 판정한 경우에는, 타이머를 참조하여 그 시각을 판독한다. 시스템 제어기(100)는 그 판독한 시각에 소정의 계수를 곱하여 얻은 시각을 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 타이머가 지시하는 시각이 상기 설정한 시각에 도달하면, 시스템 제어기(100)는 챔버(11)의 클리닝을 종료한다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조해서 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리 장치(10)의 클리닝 동작을 설명할 것이다. 그 처리 장치(10)의 클리닝 동작에 대해 이하 설명하는 다음의 단계들은 단지 예시용이며, 이것으로 한정되지 않는다.
웨이퍼(W)를 챔버(11) 내로 운송하여 서셉터(16) 상에 얹어 놓는다. 웨이퍼(W)는 정전척에 의해 고정된다. 시스템 제어기(100)는 밸브(VE)를 열어 챔버(11) 내로 O2 공급을 시작하고 상측 전극[전극판(21)]에 RF 전원을 인가한다. 시스템 제어기(100)는 밸브(VC, VD, VF)를 열어 챔버(11) 내로 SiF4, SiH4, Ar을 공급하고 하측 전극[서셉터(16)]에 전원을 인가한다. 이와 같이, 혼합한 가스로부터 플라즈마가 생성되고, 웨이퍼(W) 표면 위에서 SiOF 막 형성 반응이 일어난다.
웨이퍼(W) 상에 SiOF 막이 소정의 두께로 형성된 후 또는 소정의 기간이 경과한 후, 시스템 제어기(100)는 하측 전극에 RF 전원을 인가하는 것을 중단시키고 밸브(VC, VD, VF)를 닫아 SiF4, SiH4, Ar의 공급을 중단시킨다. 다음에, 정전척을 해제시킨다. 시스템 제어기(100)는 밸브(VE)를 닫아 O2의 공급을 중단시키고 상측 전극에 RF 전원을 인가하는 것을 중단시킨다. 다음에, 웨이퍼(W)를 챔버(11) 밖으로 운송하면, 막 형성 공정이 완료된다.
소정의 수의 웨이퍼(W)에 대해 막 형성 공정을 수행한 후에, 시스템 제어기(100)는 챔버(11)의 클리닝을 시작한다.
클리닝용 더미 웨이퍼(W)를 챔버(11) 내로 운송하여 서셉터(16) 상에 얹어 놓는다. 서셉터(16) 상에 얹어 놓은 더미 웨이퍼(W)는 정전척에 의해 고정된다. 다음에, 시스템 제어기(100)는 밸브(VA, VB)를 열어 챔버(11) 내로 NF3, Ar을 공급한다.
챔버(11) 내로 NF3, Ar을 공급한 후, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)를 동작시킨다. 엑티베이터(12)에서 NF3 가스의 플라즈마가 생성되어, 그 플라즈마에 포함된 플루오르기가 선택적으로 챔버(11) 내로 공급된다. 플루오르기를 주로 함유하는 클리닝 가스에 의해서, 챔버(11) 내에서 증착된 SiOF 막이 SiF4 등으로 분해되어 챔버(11) 밖으로 배기된다. 따라서, 챔버(11)의 클리닝을 수행함으로써, 챔버(11) 내 SiOF가 챔버(11)로부터 제거된다.
시스템 제어기(100)는 압력계(28)로부터 수신한 압력 데이터에 기초하여 클리닝이 거의 종료되었다고 판정한 경우에, 액티베이터(12)의 동작을 중단시킨다. 또한, 시스템 제어기(100)는 밸브(VA, VB)를 닫아 챔버(11) 내로 클리닝 가스를 공급하는 것을 중단시킨다. 그 후, 시스템 제어기(100)는 밸브(VE, VF)를 열어 챔버(11) 내로 O2, Ar을 공급한다. 이어서, 시스템 제어기(100)는 정전척을 해제시키고, O2, Ar의 공급을 중단시킨다. 다음에, 시스템 제어기(100)는 더미 웨이퍼(W)를 챔버(11) 밖으로 운송함으로써, 클리닝 공정을 완료한다.
예 1
챔버(11) 내 압력은 이 실시예의 처리 장치(10)를 통해 클리닝 동안 모니터링된다. 챔버(11)를 클리닝하는 실험은 다음과 같이 행해진다.
챔버(11) 내에서, 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 4 ㎛의 두께로 형성한다. 막 형성 공정 후, 챔버(11) 내로 Ar(500 sccm)을 공급한다. 챔버(11) 내 압력을 APC(14)에 의해 200 Pa로 설정한다.
시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)를 동작시켜, 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급한다. 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급한 시각에서 챔버(11) 내 압력 모니터링을 시작한다.
도 3a는 이 실시예의 처리 장치(10)를 통한 클리닝 공정 중 챔버(11) 내 압력의 변화를 보여준다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 챔버(11) 내 압력은 NF3 가스가 도입된 후 대략 11분만에 최고값에 도달하고, 도입된 후 대략 14분만에 감소하기 시작한다.
시스템 제어기(100)는 도 3a에 도시한 바와 같이, 그러한 챔버(11) 내 압력의 변화를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 챔버(11) 내 압력 감소를 검출하자마자, 타이머의 값(14분)을 참조하고, 그 참조한 값에 소정의 값(예컨대, 1.3)을 곱하여 얻은 시각(18분)을 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 타이머가 지시하는 시각이 상기 설정한 종료 시점에 도달하면, 시스템 제어기(100)는 클리닝 공정을 종료한다.
도 3b는 챔버(11) 내에서 클리닝 가스로부터 플라즈마를 생성한 후, 상기 동일한 클리닝 공정 중 플라즈마 발광 강도의 변화를 보여준다. 더 구체적으로, 도 3b는 SiOF가 분해되어 생성된 대략 777 nm 파장의 산소(O) 플라즈마 발광 강도 레벨을 보여준다. 클리닝이 진행될수록, 챔버(11) 내 SiOF가 감소된다. 그 결과, 생성되는 산소가 감소되어, 발광 강도가 감소되게 된다. 산소 발광 강도가 일정하게 되면, 챔버(11)의 클리닝이 완료되었음을 추정할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 플라즈마 발광 강도는 NF3 가스가 챔버(11) 내로 도입된 후 18분 이래로 일정하다. 이러한 정황을 통해, 시스템 제어기(100)는 챔버(11) 내 압력의 변화를 모니터링함으로써, 클리닝의 완료를 추정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 있어서는, 클리닝 종료 시점은 클리닝 시점부터 압력 레벨의 감소 시점까지의 기간에 소정의 값(예컨대, 이 실시예에서는 1.3)을 곱함으로써 계산된다. 그러나, 모니터링한 압력 데이터에 기초하여 종료 시점을 계산함에 있어서, 정확한 종료 시점을 구할 수만 있다면, 다른 방법을 채용할 수도 있다. 예컨대, 상기 기간을 곱하는 대신에, 압력 레벨이 감소하기 시작하는 시각에 소정의 기간을 더하여 종료 시점을 구할 수도 있다.
압력이 감소하기 시작하는 시각을 참조 시각으로 설정하는 대신에, 압력 레벨이 최고 레벨(예컨대, 도 3a에 도시한 바와 같이 11분)을 지시하는 시각을 참조 시각으로 하여 상기와 같이 곱하거나 더하여 종료 시점을 구할 수도 있다. 따라서, 클리닝 공정 중에 참조 시각을 임의로 설정할 수 있는데, 단 그 타이밍에서 눈에 띄는 압력 변화를 관찰할 수 있어야 한다.
또한, 제1 실시예에 있어서는, 초기 압력이 APC(14)에 의해 고정되고, 챔버(11) 내 압력이 모니터링된다. 그러나, 챔버(11) 내 압력이 고정된 동안에는, APC(14)에 의해 제어되는 배기 유량을 모니터링하여, 클리닝 종료 시점을 검출한다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리 장치(10)의 구조를 보여준다. 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 제1 실시예에서와 같이, 제2 실시예에 따른 처리 장치(10)는 먼저 챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3를 이용해서 챔버(11) 내부를 클리닝한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 처리 장치(10)의 구조는 실질적으로 제1 실시예의 처리 장치의 구조와 동일하다. 그러나, 제2 실시예의 처리 장치(10)는 압력계(28)를 포함하지 않으며, 따라서 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하지 않는다. 그 대신에, 제2 실시예의 처리 장치(10)는 산소 농도를 측정하는 산소 농도계를 포함하며, 따라서 클리닝 중 산소 농도에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 처리 장치(10)는 배기 라인(L3)에 배치되는 루프부(L4)를 포함한다. 루프부(L4)는 TMP(13) 배기부의 밸브(VG) 뒤에 형성된다. 루프부(L4)는 배기 라인(L3)으로부터 분기된 후, 다시 배기 라인(L3)에 집중된다.
루프부(L4)는 2개의 밸브(VH, VI)와 그 2개의 밸브 사이에 배치되는 산소 농도계(30)를 포함한다. 주의할 점은 루프부(L4)의 파이프 직경이 배기 라인(L3)의 파이프 직경보다 작다는 점이다. 따라서, 이러한 구조에서는, 밸브(VH, VI)가 열린 상태라 할지라도, 배기 가스는 주로 배기 라인(L3)으로 흐르게 된다.
산소 농도계(30)는 배기 가스에 포함된 산소 농도를 측정한다. 산소 농도계(30)는 산화지르코늄을 이용하는 지르코니아형 산소 농도계이다. 산소 농도계(30)는 배기 가스에 포함된 산소 농도를 아날로그 데이터 형태로 출력한다.
산소 농도계(30)는 A/D 변환기(29)를 통해 시스템 제어기(100)에 접속되어 있다. 산소 농도계(30)로부터 출력된 데이터는 A/D 변환기(29)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 시스템 제어기(100)로 전달된다.
시스템 제어기(100)는 산소 농도계(30)로부터 출력된 산소 농도 데이터를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 소정의 조건에 따라 클리닝 종료 시점을 판정한다. 종료 시점에 도달했다고 판정한 경우에는, 시스템 제어기(100)는 챔버(11)의 클리닝 공정을 종료한다.
이제, 도 5를 참조해서 산소 농도 데이터에 기초하여 클리닝의 완료를 추정하는 방법을 설명할 것이다. 도 5는 막 형성 공정 후 NF3를 포함하는 클리닝 가스를 이용해서 챔버(11)를 클리닝하는 경우에, 배기 가스에 포함된 산소 농도의 변화를 보여준다.
화학식 1에 기술한 바와 같이, 클리닝 공정이 진행되는 동안, SiOF 막이 분해되어 산소가 생성된다. 배기 가스에 포함된 산소 농도는 클리닝 초기 단계에서 증가된다. 그러나, 클리닝 공정이 진행될수록, SiOF가 감소되고, 산소 농도도 감소되어 결국 일정하게 된다. 시스템 제어기(100)는 배기 가스에 포함된 산소 농도가 일정하게 되는 시각을 클리닝 종료 시점으로 설정한다.
더 구체적으로, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)가 동작하자마자 타이머를 동작시켜, 소정의 타이밍들간의 산소 농도값의 차를 구한다. 소정의 기간 내에서 소정의 횟수로 구한 차가 소정의 범위 내의 값을 나타내는 경우에는, 시스템 제어기(100)는 배기 가스에 포함된 산소 농도가 일정하다고 판정한다. 산소 농도의 모니터링은 액티베이터(12)의 동작 시각과 다른 시각, 예컨대 NF3의 밸브(VA)가 열린 시각 등 아무 때나 수행되어도 좋다.
시스템 제어기(100)는 배기 가스에 포함된 산소 농도가 일정하다고 판정한 경우에는, 타이머를 참조하여 그 시각을 시각 t1으로 판독한다. 다음에, 시스템 제어기(100)는 그 판독한 시각 t1에 소정의 계수를 곱하여 얻은 시각 t2를 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 타이머가 지시하는 시각이 시각 t2에 도달하면, 시스템 제어기(100)는 챔버(11)의 클리닝을 종료한다.
이제, 도 2 및 도 4를 참조해서 본 발명의 제2 실시예에 따라, 클리닝 공정 중 처리 장치(10)의 동작을 설명할 것이다.
제1 실시예에서와 같이, 시스템 제어기(100)는 SiOF 막 형성 공정 후, 챔버(11) 클리닝 공정을 시작한다.
클리닝 공정 중, 시스템 제어기(100)는 배기 가스가 챔버(11)로부터 루프부(L4)로 흐를 수 있도록 밸브(VG, VH, VI)를 연다. 시스템 제어기(100)는 루프부(L4)에 배치된 산소 농도계(30)를 제어하여 배기 가스에 포함된 산소 농도를 모니터링한다.
시스템 제어기(100)는 배기 가스에 포함된 산소 농도가 일정한지를 판정한다. 산소 농도가 일정하다고 판정한 경우에는, 시스템 제어기(100)는 전술한 바와 같이, 클리닝 종료 시점을 판정한다. 그것이 종료 시점인 경우에, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)의 동작을 중단시키고, 밸브(VA)를 닫아 챔버(11) 내로 NF3를 공급하는 것을 중단시킨다. 시스템 제어기(100)는 또한 밸브(VB)를 닫아 챔버(11) 내로 Ar을 공급하는 것을 중단시킨다. 다음에, 시스템 제어기(100)는 챔버(11) 밖으로 더미 웨이퍼(W)를 운송함으로써, 클리닝 공정을 완료한다.
주의할 점은 시스템 제어기(100)가 종료 시점을 판정한 후라면 밸브(VH, VI)를 아무때나 닫아도 좋다는 점이다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서는, 배기 가스에 포함된 산소 농도가 일정하게 되는 시각에 소정의 계수를 곱하여 클리닝 종료 시점을 구한다. 이 계수는 보통 클리닝될 챔버(11)의 상당 부분이 충분히 클리닝될 수 있는 몇번의 실험 결과에 기초하여 판정된다. 상기 시각에 소정의 계수를 곱하는 대신에, 예컨대 산소 농도가 일정하게 되는 시각에 소정의 기간을 더하여 종료 시점을 추정할 수도 있다.
제2 실시예에 있어서는, 산소 농도계(30)가 TMP(13)의 하류에 배치되어 있다. 루프부(L4)는 예컨대 산소 농도계(30)가 손상되는 것을 방지하기 위해서 플루오르 필터를 포함할 수도 있다. 산소 농도계(30)는 배기 가스에 포함된 산소 농도를 정확하게 측정할 수만 있다면 아무 위치에나 배치하여도 좋다.
제2 실시예에 있어서는, 산소 농도를 모니터링하여 클리닝 종료 시점을 검출한다. 그러나, 모니터링할 성분을 산소로 한정하는 것은 아니며, 클리닝 공정 중에 농도 모니터링이 가능한 다른 성분을 채택할 수도 있다.
제3 실시예
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 처리 장치(10)의 구조를 보여준다. 도 6에 있어서, 도 2의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 제1 실시예에서와 같이, 제3 실시예에 따른 처리 장치(10)는 먼저 챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3를 이용해서 챔버(11) 내부를 클리닝한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제3 실시예의 처리 장치(10)의 구조는 실질적으로 제1 실시예의 처리 장치의 구조와 동일하다. 그러나, 제3 실시예의 처리 장치(10)에 있어서는, 챔버(11)에 압력계(28)가 포함되지 않으며, 따라서 시스템 제어기(100)는 압력계(28)로 구한 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하지 않는다. 그 대신에, 제3 실시예의 처리 장치(10)에서는, 챔버(11) 내에서 생성되는 플라즈마 방출 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 계산한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 챔버(11)의 하부에 형성된 벤트(27) 근처에 실린더부(31)가 형성되어 있다. 실린더부(31)는 플루오르 플라즈마에 대한 저항력을 갖는 질화알루미늄(AlN)과 같은 세라믹 재료에 의해 형성된다. 실린더부(31)의 상부는 전달된 빛이 통과할 수 있는 석영 등에 의해 형성된다.
제3 RF 전원(32)에 양단이 접속되어 있는 코일(33)이 실린더부(31) 둘레를 감싸고 있다. RF 전원이 코일(33)에 인가되면, 실린더부(31) 내에 유도 결합성 플라즈마가 생성된다. 클리닝 공정 중에 챔버(11) 내에는 SiOF가 분해되어 생성된 O2가 존재하고, RF 전원이 인가되면 O2로부터 플라즈마가 생성된다.
실린더부(31)의 상부에는 광센서(34)가 배치되어 있다. 광센서(34)는 A/D 변환기(29)를 통해 시스템 제어기(100)에 접속되어 있다. 광센서(34)는 산소 플라즈마에 의해 생성된 빛(파장이 대략 777 nm)을 검출한다. 광센서(34)가 검출한 발광 데이터는 아날로그 신호 형태로 출력되고, A/D 변환기(29)에 의해 디지털 데이터로 변환된 후에, 시스템 제어기(100)로 전달된다.
시스템 제어기(100)는 클리닝 공정 중에 광센서(34)로부터 출력된 발광 강도 데이터를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 소정의 조건에 따라 클리닝 종료 시점을 검출한 후, 클리닝 공정을 종료한다. 클리닝 공정 중에 광센서(34)로부터 얻은 플라즈마 발광 강도의 변화를 도 3b에 도시하였다.
구체적으로, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)가 동작하자마자 타이머를 동작시켜, 소정의 기간 내에서 광센서(34)가 검출한 강도 레벨들간의 차를 구한다. 소정의 기간 내에서 소정의 횟수로 구한 차가 소정의 범위 내의 값을 나타내는 경우에는, 시스템 제어기(100)는 플라즈마 발광 강도 레벨이 일정하다고 판정하고, 그 강도 레벨에 대응하는 시각을 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 다음에, 시스템 제어기(100)는 그 시각에 클리닝 공정을 종료한다. 플라즈마 발광 강도 레벨 모니터링의 시작 시각을 액티베이터(12)의 동작 시각으로 한정하는 것은 아니며, 예컨대 밸브(VA)가 열린 시각에서 모니터링을 시작할 수도 있다.
본 발명의 제3 실시예에 있어서는, 챔버(11) 하부의 벤트(27) 근처에 형성되는 실린더부(31) 내에서 국부적으로 어떤 곳에 플라즈마가 생성된다. 따라서, 챔버 부재의 손상없이 클리닝 종료 시점을 검출할 수 있다.
제3 실시예에 있어서는, 플라즈마 발광 강도가 일정해지는 시각을 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 그러나, 종료 시점 추정 방법을 전술한 방법으로 한정하는 것은 아니며, 따라서 그렇게 구한 종료 시점에 소정의 계수를 곱하거나, 그 종료 시점에 소정의 기간을 더하여 종료 시점으로 설정할 수도 있다.
제3 실시예에 있어서는, 석영으로 실린더부(31)의 상부를 형성하고, 그 상부를 통과하는 빛을 측정한다. 그러나, 실린더부(31)의 다른 부분도 석영으로 형성하여도 좋다. 또한, 실린더부(31)의 석영 부분을 산소 플라즈마 빛이 통과할 만큼 투명한 재료(사파이어)로 코팅하여도 좋다.
제3 실시예에 있어서는, 챔버(11) 아래의 실린더부(31) 내에 유도 결합성 플라즈마가 생성된다. 그러나, 그러한 플라즈마는 실린더부(31)의 내부가 아닌 다른 곳에 생성되어도 좋은데, 단 그러한 플라즈마 생성으로 인해 챔버 부재가 손상되는 일이 없어야 한다. 플라즈마 생성 방법을 유도 결합성 플라즈마 생성 방법으로 한정하는 것은 아니며, 다른 방법, 예컨대 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 방법 등을 채용할 수도 있다.
제4 실시예
도 7a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 처리 장치(10)의 구조를 보여준다. 도 7a에 있어서, 도 2의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 제1 실시예에서와 같이, 제4 실시예에 따른 처리 장치(10)는 먼저 챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3를 이용해서 챔버(11) 내부를 클리닝한다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 제4 실시예의 처리 장치(10)의 구조는 실질적으로 제1 실시예의 처리 장치의 구조와 동일하다. 그러나, 제4 실시예의 처리 장치(10)는 압력계(28) 등을 포함하지 않으며, 따라서 시스템 제어기(100)는 압력계(28)로 측정한 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하지 않는다. 그 대신에, 제4 실시예의 처리 장치(10)에서는, 시스템 제어기(100)는 챔버(11)에 마련된 윈도우 상에 증착되는 SiOF 막의 두께 레벨에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출한다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 챔버(11)의 측벽에는 제1 윈도우(35)와 제2 윈도우(36)가 서로 대향 배치되어 있다. 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 내부면[챔버(11)의 내부를 향한 면]에는 사파이어, 산화알루미늄 등이 코팅되어 있다. 제1 윈도우(35)의 외부면[챔버(11)의 외부를 향한 면] 근처에는 단파장 레이저와 같은 광원(37)이 배치되어 있고, 제2 윈도우(36)의 외부면 근처에는 포토다이오드와 같은 광센서(38)가 배치되어 있다.
도 7b는 챔버(11)의 평면도이다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)는 대략 원형 챔버(11)의 직경선 상에 배치되어 있다. 이러한 구조에서는, 광원(37)으로부터 조사된 빛은 챔버(11)를 통해 직선으로 광센서(38)로 진입한다.
광원(37)으로부터 조사된 빛은 제1 윈도우(35)를 통해 챔버(11)로 진입한다. 챔버(11)로 진입한 빛은 제2 윈도우(36)를 통해 광센서(38)에 수신된다. 광센서(38)의 출력은 제1 및 제2 윈도우(35, 36)를 통과하는 빛의 강도를 나타내는 아날로그 신호이다.
광센서(38)는 A/D 변환기(29)를 통해 시스템 제어기(100)에 접속되어 있다. 광센서(38)로부터 출력된 신호는 A/D 변환기(29)에 의해 디지털 신호로 변환된 후에, 시스템 제어기(100)로 전달된다.
시스템 제어기(100)는 클리닝 공정 중에 광센서(34)로부터 전달되는 빛의 강도를 나타내는 데이터를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 소정의 조건에 따라 클리닝 종료 시점을 검출한 후에, 클리닝 공정을 종료한다.
이제 클리닝 종료 시점을 검출하는 방법을 설명한다.
시스템 제어기(100)는 빛을 제1 및 제2 윈도우(35, 36)를 통해 광센서(38)로 조사한다. 막 형성 공정 후, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 각각의 내부면에 SiOF가 증착된다. 클리닝 공정이 진행될수록, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 각각의 내부면에 증착된 SiOF 막의 두께는 감소된다. 따라서, 그 증착된 SiOF 막 두께의 감소로 인해서 제1 및 제2 윈도우(35, 36)를 통해 투과되는 빛의 광학적 특성이 변화된다. 즉, 증착된 SiOF 막의 영향에 의해서 측정되는 빛의 위상이 변화되어, SiOF 막의 두께에 따라 빛 간섭 현상이 일어난다.
도 8은 클리닝 공정 중 측정된 빛 강도의 변화를 개략적으로 보여준다. 도 8에 도시한 바와 같이, 클리닝의 초기 단계와 중간 단계에서는, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 각각의 내부면에 SiOF막이 두껍게 남아 있어, 빛 간섭이 크게 일어난다. 챔버(11)의 클리닝이 진행될수록 SiOF 막의 두께가 감소하므로, 빛의 강도 레벨 및 방향이 변화된다. 클리닝의 최종 단계에서는, SiOF 막이 매우 얇게 남게 되고, 따라서 측정된 빛 간섭이 더 이상 일어나지 않으면, (도 8에서 시각 t3에서) 빛의 강도가 일정하게 된다.
시스템 제어기(100)는 시각 t3에 소정의 계수를 곱하여 구한 시각 t4를 클리닝 종료 시점으로 결정한다. 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 각각의 내부면은 비교적 쉽게 클리닝될 수 있지만, 쉽게 클리닝될 수 없는 챔버(11)의 다른 부분도 시각 t4까지는 충분히 클리닝될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 있어서는, 챔버(11)의 직경선에 제1 및 제2 윈도우(35, 36)가 배치되어 있다. 그러나, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)의 위치를 전술한 위치로 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 도 7b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 윈도우(35, 36)를 빛이 챔버(11)를 통과할 수 있도록 하는 방식으로 배치할 수도 있다.
이와 달리, 2개의 윈도우가 아닌 단 1개의 윈도우를 배치하고, 챔버(11) 내에 반사판 등을 배치할 수도 있다. 이러한 경우에는, 윈도우로부터 진입한 빛은 반사판에 의해 반사되어, 챔버(11)에서 동일한 윈도우에 이르게 된다. 그 반사각을 조절할 수도 있고, 광원(37)과 광센서(38)를 상기 단 1개의 윈도우 근처에 배치하여, 빛에 관한 데이터를 모니터링할 수 있다.
제4 실시예에 있어서는, 광원(37)은 단파장 레이저를 방출한다. 그러나, 그 빛을 단파장 레이저로 한정하는 것은 아니며, 복수 파장 또는 소정의 범위의 파장을 갖는 빛이 광원(37)으로부터 방출되어도 좋다.
제4 실시예에 있어서는, 빛 간섭이 일정하게 되는 시각 t3에 소정의 계수를 곱하여 클리닝 종료 시점(t4)을 구한다. 그러나, 시각 t3에 소정의 기간을 더하여 클리닝 종료 시점(t4)을 구할 수도 있다.
제5 실시예
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 처리 장치(10)의 구조를 보여준다. 도 9에 있어서, 도 2의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 편의상, 도 9에는 클리닝 가스 라인(L1)과 클리닝 가스 입구(15)를 도시하지 않았다. 제1 실시예에서와 같이, 제5 실시예에 따른 처리 장치(10)는 먼저 챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3를 이용해서 챔버(11) 내부를 클리닝한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제5 실시예의 처리 장치(10)의 구조는 실질적으로 제1 실시예의 처리 장치의 구조와 동일하다. 그러나, 제5 실시예의 처리 장치(10)는 압력계(28)를 포함하지 않으며, 따라서 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하지 않는다. 그 대신에, 제5 실시예의 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)에 마련된 두께 센서(39)를 이용하여 클리닝 종료 시점을 검출한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 챔버(11)의 내부면에 위치한 지점 A, B, C에 각각 SiOF 막 두께를 검출하기 위한 3개의 두께 센서(39A, 39B, 39C)가 배치되어 있다. 지점 A는 서셉터(16)와 전극판(21) 사이의 내부면에 위치하고, 지점 B는 서셉터(16) 아래의 내부면에 위치하며, 지점 C는 지점 B보다 낮은 내부면에 위치한다.
두께 센서(39A, 39B, 39C)의 각각은 수정 발진기를 포함하며, 수정 발진기에 증착되는 막의 두께에 따라 주파수가 달라진다는 가정 하에, 목표 막의 두께를 측정한다. 두께 센서(39A, 39B, 39C)의 각각은 증착된 막 두께를 나타내는 데이터를 아날로그 신호 형태로 출력한다.
두께 센서(39A, 39B, 39C)는 A/D 변환기(29)를 통해 시스템 제어기(100)에 접속되어 있다. 두께 센서(39A, 39B, 39C)의 각각으로부터 출력되는, 증착된 막 두께를 나타내는 데이터는 A/D 변환기(29)에 의해 디지털 신호로 변환된 후에, 시스템 제어기(100)로 전달된다.
시스템 제어기(100)는 클리닝 공정 중에 두께 센서(39A, 39B, 39C)로부터 전달되는 막 두께 데이터의 아날로그 신호를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 소정의 조건에 따라 클리닝 종료 시점을 검출한 후에, 클리닝 공정을 종료한다.
더 구체적으로, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)가 동작하자마자 타이머를 동작시킨 후, 3개의 두께 센서(39A, 39B, 39C)로부터 증착된 막 두께가 0(영)임을 나타내는 출력 데이터를 수신할 때 타이머를 판독한다. 시스템 제어기(100)는 그 판독한 시각에 소정의 계수를 곱하여 그 결과치를 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 그 후에, 타이머가 판독한 시각이 설정한 종료 시점에 도달하면, 시스템 제어기(100)는 클리닝 공정을 종료한다. 아날로그 신호의 모니터링은 액티베이터(12)의 동작 시각과 다른 임의의 시각, 예컨대 밸브(VA)가 열린 시각 등에서 시작될 수도 있다.
예 2
도 10은 제5 실시예에 따른 처리 장치에서 수행되는 클리닝 공정 중에 모니터링된 막 두께를 보여준다. 챔버(11)를 클리닝하는 실험은 다음과 같이 행해진다.
챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 4 ㎛의 두께로 형성한다. 막 형성 공정 후, 챔버(11) 내로 Ar(500 sccm)을 공급하고, 챔버(11) 내 압력을 APC(14)에 의해 200 Pa로 설정한다.
다음에, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)를 동작시켜, 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급한다. 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급하자마자 모니터링을 시작한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 클리닝 공정이 진행될수록, 각각의 지점 A, B, C에서의 막 두께가 감소된다. 두께 센서(39A, 39B, 39C)에 증착된 막 두께는 지점 A, B, C 순서로 연속적으로 0이 된다. 주의할 점은 두께 센서(39C)(막 두께가 0이 된 마지막 지점)에 증착된 막 두께가 대략 14분에 0이 된다는 점이다. 이것에 의해서, 그 시각(이 경우, 14분)에 소정의 계수(예컨대, 1.3)를 곱하여 구한 시각(18분)을 클리닝 종료 시점으로 설정한다.
제5 실시예에 있어서는, 각각 수정 발진기를 포함하는 3개의 두께 센서(39A, 39B, 39C)가 챔버(11)에 배치되어 있다. 그러나, 각각의 두께 센서(39A, 39B, 39C)가 모두 수정 발진기를 반드시 포함할 필요는 없으며, 증착된 막의 두께를 in-situ로 측정할 수 있는 다른 어떤 센서를 채용할 수도 있다. 두께 센서(39A, 39B, 39C)의 수를 3개로 한정하는 것은 아니며, 4개 이상의 두께 센서를 챔버(11)의 천장 등을 포함하는 임의의 위치에 배치하여도 좋다.
제6 실시예
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 처리 장치(10)의 구조를 보여준다. 도 11에 있어서, 도 1 및 도 2의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 편의상, 도 11에는 클리닝 가스 라인(L1)과 클리닝 가스 입구(15)를 도시하지 않았다. 제1 실시예에서와 같이, 제6 실시예에 따른 처리 장치(10)는 먼저 챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3를 이용해서 챔버(11) 내부를 클리닝한다.
제6 실시예의 처리 장치(10)의 구조는 제1, 제4 및 제5 실시예에 따른 각각의 처리 장치(10)의 구조를 조합한 구조이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 제6 실시예의 처리 장치(10)는 제1 내지 제5 실시예에서 설명한 압력계(28), 광센서(38) 및 두께 센서(39)를 포함한다. 압력계(28), 광센서(38) 및 두께 센서(39)는 A/D 변환기(29)를 통해 시스템 제어기(100)에 접속되어 있다.
시스템 제어기(100)는 압력계(28), 광센서(38) 및 두께 센서(39)로부터 각각 출력되는 압력 데이터, 빛 간섭 데이터 및 증착된 막 두께 데이터를 모니터링한다. 시스템 제어기(100)는 압력이 감소되기 시작하는 시각, 빛 강도가 일정해지기 시작하는 시각 및 증착된 막 두께가 일정한 두께에 도달하는 시각 중에서 최후 시각에 소정의 계수(예컨대, 1.3)를 곱하여 그 결과치를 클리닝 종료 시점으로 설정한다. 이 때, 시스템 제어기(100)는 압력 데이터, 빛 간섭 데이터 및 두께 데이터 중에서 2개 이상의 데이터를 참조한다.
예 3
도 12는 제6 실시예에 따른 처리 장치(10)에 의해서 클리닝 종료 후 소정의 시간 후에 측정한 다수의 클리닝 결과를 보여준다. 챔버(11)를 클리닝하는 실험은 다음과 같이 행해진다.
챔버(11) 내 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 4 ㎛의 두께로 형성한다. 막 형성 공정 후, 챔버(11) 내로 Ar(500 sccm)을 공급하고, 챔버(11) 내 압력을 APC(14)에 의해 200 Pa로 유지한다.
다음에, 시스템 제어기(100)는 액티베이터(12)를 동작시켜, 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급한다. 챔버(11) 내로 NF3(500 sccm)를 공급하자마자 압력 모니터링을 시작한다.
도 12에서, y축은 평균 입자수를 나타낸다. 평균 입자수는 2,000개의 웨이퍼를 상기 조건 하에서 연속적으로 처리한 경우에 생성된 입자들의 평균값이다. 입자 측정은 25개의 웨이퍼를 포함하는 카셋 당 1 웨이퍼(W)에 대해 수행된다. 도 12에서는, 평균 입자수를 그 표준 편차값과 함께 도시하였다. 평균 입자수가 높아질수록 챔버(11)의 청결도는 낮아지고, 표준 편차값이 높아질수록 클리닝 종료 시점의 변동폭은 커진다. 즉 종료 시점을 정확하게 검출하는 것이 어려워진다.
도 12에서, 기호 "I"은 소정의 기간, 예컨대 20분 동안 수행된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "II"는 압력 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "III"은 빛 간섭 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "IV"는 막 두께 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "V"는 압력 데이터와 빛 간섭 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "VI"은 압력 데이터와 막 두께 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "VII"은 막 두께 데이터와 빛 간섭 데이터에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다. 기호 "VIII"은 압력 데이터, 빛 간섭 데이터, 막 두께 데이터 모두에 기초해서 얻은 종료 시점에서 완료된 클리닝 결과를 나타낸다.
도 12에 도시한 바와 같이, 압력 데이터, 빛 간섭 데이터, 막 두께 데이터 중에서 적어도 하나를 채용한 경우(II 내지 VIII)가, 고정된 종료 시점(20분)을 채용한 경우(I)보다, 청결도가 높고 종료 시점을 정확하게 검출하는 것이 가능하다.
다음에, 압력 데이터, 빛 간섭 데이터, 막 두께 데이터 중에서 두가지 데이터를 채용한 경우(V 내지 VII)가, 상기 세가지 데이터 중에서 적어도 하나를 채용한 경우(II 내지 IV)보다, 청결도가 높고 종료 시점을 정확하게 검출하는 것이 가능하다. 또한, 세가지 데이터를 모두 채용한 경우(VIII)가, 청결도가 가장 높고 종료 시점을 가장 정확하게 검출하는 것이 가능하다.
제6 실시예에 있어서는, 클리닝 종료 시점을 구함에 있어서 압력 데이터, 빛 간섭 데이터 및 막 두께 데이터를 이용한다. 그러나, 클리닝 종료 시점을 구하는 데 이용하는 데이터를 상기 세가지 데이터로 한정하는 것은 아니며, 클리닝 종료 시점을 바람직하게 구할 수만 있다면 다른 종류의 데이터를 이용하여도 좋다. 예컨대, 제2 실시예에서 설명한 산소 농도 데이터 및/또는 제3 실시예에서 설명한 플라즈마 발광 강도 레벨 데이터 등이 있다.
전술한 제1 내지 제5 실시예에 있어서는, 클리닝 공정 중에 챔버(11) 내 서셉터(18)와 전극판(21)에 RF 전원을 인가하지 않았다. 그러나, 챔버(11) 내에서 플라즈마를 생성하기 위해서, 클리닝 공정 중에 서셉터(18)와 전극판(21)에 RF 전원을 인가할 수도 있다. 그러므로, 액티베이터(12)에 의해 활성화된 클리닝 가스가 더 활성화됨으로써, 클리닝 레벨이 더 향상된다.
상기 실시예들에 있어서는, 클리닝 가스를 활성화시켜 플라즈마, 특히 그 플라즈마에 포함된 기를 생성한다. 그러나, 기와 다른 활성종이 클리닝 공정을 수행하도록 클리닝 가스를 활성화시킬 때 생성될 수도 있다.
전술한 제1 내지 제5 실시예에 있어서는, 평행판형 플라즈마 처리 장치(10)를 사용하여, 웨이퍼(W) 상에 SiOF 막을 형성한 다음에, NF3 가스를 이용해서 클리닝을 수행한다. 그러나, 형성하는 막을 SiOF 막으로 한정하는 것은 아니며, SiO2, SiC, SiN, SiCN, SiCH, SiOCH 등과 같은 기타의 실리콘 함유 막을 형성하여도 좋다. 또한, 챔버(11)를 클리닝하는 데 이용하는 클리닝 가스를 NF3로 한정하는 것은 아니며, CF4, C2F6, SF6 등과 같은 다른 플루오르 함유 가스나, Cl2, BCl4 등과 같은 염소 함유 가스를 이용하여도 좋다. 본 발명은 반도체 웨이퍼(W)뿐만 아니라, 액정 표시 장치 등을 위한 처리 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 평행판형 플라즈마 처리 장치뿐만 아니라, ECR형, ICP형, 헬리콘형 처리 장치 등과 같은 다른 종류의 처리 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 CVD 장치뿐만 아니라, 에칭 장치, 스퍼터링 장치, 열처리 장치 등과 같은 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다.
전술한 본 발명은 반도체 제품을 제조하는 데 있어서 매우 유용하다.
본 출원은 2000년 8월 8일에 제출된 일본 특허 출원 제2000-240292호를 기초로 한다. 상기 일본 특허 출원의 공개 내용은 참조로서 완전히 본 발명의 일부를 이룬다.

Claims (42)

  1. 챔버(11)와;
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과;
    상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과;
    상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와;
    상기 챔버(11) 내 압력을 측정하는 압력 측정기(28)와;
    상기 압력 측정기(28)가 측정한 압력 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)
    를 포함하는 처리 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 챔버(11) 내 목표 대상을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 생성 매커니즘을 더 포함하는 처리 장치(10).
  3. 제1항에 있어서, 상기 액티베이터(12)는 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 것인 처리 장치(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스는 플루오르를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  5. 챔버(11)와;
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과;
    상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과;
    상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와;
    상기 챔버(11) 내 소정의 성분의 농도를 측정하는 농도 측정기(30)와;
    상기 농도 측정기(30)가 측정한 성분 농도 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)
    를 포함하는 처리 장치(10).
  6. 제5항에 있어서, 상기 성분은 산소인 것인 처리 장치(10).
  7. 제5항에 있어서, 상기 챔버(11) 내 목표 대상을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 생성 매커니즘을 더 포함하는 처리 장치(10).
  8. 제5항에 있어서, 상기 액티베이터(12)는 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 것인 처리 장치(10).
  9. 제5항에 있어서, 상기 가스는 플루오르를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  10. 챔버(11)와;
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과;
    상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과;
    상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와;
    상기 챔버(11)에서 플라즈마를 국부적으로 생성하는 국부 플라즈마 생성 매커니즘(32)과;
    상기 국부 플라즈마 생성 매커니즘(32)에 의해 생성된 플라즈마에 포함된 소정의 성분의 발광을 검출하는 광센서(34)와;
    상기 광센서(34)가 검출한 빛 특성 데이터에 기초하여 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)
    를 포함하는 처리 장치(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 챔버(11) 내 목표 대상을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 생성 매커니즘을 더 포함하는 처리 장치(10).
  12. 제10항에 있어서, 상기 액티베이터(12)는 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 것인 처리 장치(10).
  13. 제10항에 있어서, 상기 가스는 플루오르를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  14. 제1 및 제2 윈도우(35, 36)를 포함하는 챔버(11)와;
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과;
    상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과;
    상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와;
    상기 제1 윈도우(35)를 통해 상기 챔버(11) 내로 빛을 조사하는 광원(37)과;
    상기 광원(37)으로부터 조사되어 상기 상기 제1 윈도우(35), 상기 챔버(11), 상기 제2 윈도우(36)를 연속적으로 통과하는 빛을 수신하는 광센서(38)와;
    상기 광센서(38)가 수신한 빛 특성 데이터에 기초하여 상기 챔버(11) 내부의 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)
    를 포함하는 처리 장치(10).
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 윈도우(35, 36)는 서로 대향 배치되는 것인 처리 장치(10).
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 윈도우(35, 36)는 플라즈마에 대한 저항력을 갖는 재료로 코팅되는 것인 처리 장치(10).
  17. 제14항에 있어서, 상기 광센서(38)는 포토다이오드인 것인 처리 장치(10).
  18. 제14항에 있어서, 상기 빛은 단파장 레이저 빔인 것인 처리 장치(10).
  19. 제14항에 있어서, 상기 챔버(11) 내 목표 대상을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 생성 매커니즘을 더 포함하는 처리 장치(10).
  20. 제14항에 있어서, 상기 액티베이터(12)는 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 것인 처리 장치(10).
  21. 제14항에 있어서, 상기 가스는 플루오르를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  22. 챔버(11)와;
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하기 위한 가스를 공급하는 가스원(SA)과;
    상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 상기 챔버(11) 내로 도입하는 가스 라인(L1)과;
    상기 가스 라인(L1)에 배치되어 상기 가스원(SA)으로부터 공급된 가스를 활성화시키는 액티베이터(12)와;
    상기 챔버(11) 내에 배치되어 상기 챔버(11)를 클리닝함으로써 제거되는 막 두께를 측정하는 두께 센서(39)와;
    상기 두께 센서(39)가 측정한 막 두께 데이터에 기초하여 상기 챔버(11) 내 클리닝 종료 시점을 검출하는 제어기(100)
    를 포함하는 처리 장치(10).
  23. 제22항에 있어서, 상기 두께 센서(39)는 수정 발진기를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  24. 제22항에 있어서, 상기 챔버(11)에는 상기 두께 센서(39)가 복수개 배치되는 것인 처리 장치(10).
  25. 제22항에 있어서, 상기 챔버(11) 내 목표 대상을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 생성 매커니즘을 더 포함하는 처리 장치(10).
  26. 제22항에 있어서, 상기 액티베이터(12)는 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 것인 처리 장치(10).
  27. 제22항에 있어서, 상기 가스는 플루오르를 포함하는 것인 처리 장치(10).
  28. 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서,
    상기 챔버(11)를 클리닝하는 동안, 상기 챔버(11) 내 압력을 측정하는 단계와;
    상기 측정 단계에서 얻은 압력 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 소정의 처리는 플라즈마 처리인 것인 챔버 클리닝 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 가스는 플라즈마가 되도록 활성화되는 것인 챔버 클리닝 방법.
  31. 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서,
    상기 챔버(11)를 클리닝하는 동안, 상기 챔버(11) 내 소정의 성분의 농도를 측정하는 단계와;
    상기 측정 단계에서 측정한 성분 농도 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 소정의 처리는 플라즈마 처리인 것인 챔버 클리닝 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 가스는 플라즈마가 되도록 활성화되는 것인 챔버 클리닝 방법.
  34. 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서,
    상기 챔버(11)에서 국부적으로 플라즈마를 생성하는 단계와;
    상기 챔버(11)에서 국부적으로 생성된 플라즈마에 포함된 소정의 성분의 발광을 검출하는 단계와;
    상기 검출 단계에서 검출한 빛 특성 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 소정의 처리는 플라즈마 처리인 것인 챔버 클리닝 방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 가스는 플라즈마가 되도록 활성화되는 것인 챔버 클리닝 방법.
  37. 윈도우를 포함하는 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서,
    상기 윈도우를 통해 상기 챔버(11)를 통과하는 빛을 방출하는 단계와;
    상기 챔버(11)를 통과한 빛을 측정하는 단계와;
    상기 측정 단계에서 측정한 빛 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 소정의 처리는 플라즈마 처리인 것인 챔버 클리닝 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 가스는 플라즈마가 되도록 활성화되는 것인 챔버 클리닝 방법.
  40. 챔버(11) 내부를 클리닝하는 방법으로서, 상기 챔버(11) 외부에서 활성화된 가스를 상기 챔버(11) 내로 공급함으로써 상기 챔버 내 목표 대상에 대해 소정의 처리를 수행하는 챔버 클리닝 방법에 있어서,
    상기 챔버(11) 내부를 클리닝하는 동안, 상기 챔버(11)에서 증착되는 막 두께를 측정하는 단계와;
    상기 측정 단계에서 얻은 막 두께 데이터에 기초하여 상기 챔버(11)의 클리닝 종료 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 소정의 처리는 플라즈마 처리인 것인 챔버 클리닝 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 가스는 플라즈마가 되도록 활성화되는 것인 챔버 클리닝 방법.
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