KR100601034B1

KR100601034B1 - 박막 증착 방법

Info

Publication number: KR100601034B1
Application number: KR1020040027382A
Authority: KR
Inventors: 서태욱; 박영훈; 장호승
Original assignee: 주식회사 아이피에스
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2006-07-14
Also published as: KR20050102215A

Abstract

본 발명은 챔버 내부표면을 각종 부식성 가스의 침식작용으로부터 보호하고 주기적인 챔버의 드라이 클리닝 반복에도 불구하고, 항시 일정한 공정경향을 보다 오랫동안 지속시킬 수 있는 박막 증착 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 박막 증착 방법은 챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓이는 기판 표면에 박막을 증착하는 방법에 있어서, (a)드라이 클리닝 또는 습성 클리닝을 통하여 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 챔버 내부에 증착하는 단계; (b)상기 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 챔버 시즈닝 단계; (c)상기 챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓인 기판 표면에 막(A)를 증착하는 단계; (d)상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 단계; 및 (e)상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버표면으로부터 제거하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 소스자체, 박막 증착 부산물 생성가스, 클리닝 가스로부터 챔버 내부 표면을 효과적으로 보호하면서 항시 일정하고도 좋은 박막의 품질을 오랫동안 지속시킬 수 있다.

Description

박막 증착 방법{A thin-film manufacturing method of semiconductor substrate}

도 1은 본 발명에 의한 박막 증착 방법의 일실시예로서, 박막 증착의 한 주기를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 박막 증착 방법의 다른 일실시예로서, 박막 증착의 한 주기를 도시한 것이다.

도 3은 챔버 내부에 이종막을 증착하는 과정을 도시한 것이다.

도 4는 드라이 클리닝 과정을 세분화하여 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 사용되는 박막 증착 장치를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 의한 박막 증착 방법의 구현과정을 순서도로 도시한 것이다.

본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 특히 화학 반응에 기초한 박막 증착 장치를 이용하여 박막을 증착하는 방법에 관한 것이다.

통상 박막 증착 장치에 있어 CoO(Cost of Ownership)을 위하여 드라이 클리 닝이 필수이며 증착된 박막 내지는 부산물을 제거하기 위하여 챔버 내부 표면 온도를 적정온도로 유지한 후 부식성 가스만을 흘리거나, 부식성 가스를 리모트 플라즈마를 통과시킨 후 챔버로 유입시키거나 부식성 가스를 챔버로 흘리면서 바로 챔버에 플라즈마를 형성시키게 된다.

어느 경우에 있어서나 상기 드라이 클리닝은 비용절감을 가져오지만 한편으론 챔버 내부 표면의 노후화를 가속시키며 정도의 차이가 있을 뿐 챔버 내부 표면의 점진적인 부식문제는 필히 수반된다고 볼 수 있다.

따라서 챔버 내부에 들어가는 툴 키트 들 예를 들면 샤워헤드, 펌핑 배플, 라이너 등은 적절한 파트 교체주기를 설정해 주고 관리하게 된다. Ti, TiN, Ta, TaN, W, WN, TiSiN, TaSiN 과 같은 금속원소를 포함한 박막 증착 공정에 있어서, 소자 선폭의 초 미세화 추세에 더불어 계속적으로 증착 공정온도의 저하가 요구되고 있음과 동시에, 보다 높은 장치 가동률 및 보다 긴 습성 클리닝(wet cleaning) 및 드라이 클리닝 주기 또한 장비개발업체에 요구되고 있다. 한편, 드라이 클리닝용 부식성 가스는 F, Cl과 같은 할로겐족 원소를 포함한 가스로써 F₂, ClF₃, BCl₃, Cl₂ 등을 들 수 있으며, 열적인 에너지와 플라즈마 에너지를 같이 이용하거나 열적인 에너지만을 이용하여 드라이 클리닝을 행한다.

특히, F₂나 NF₃ 클리닝의 경우 챔버 내 구성요소의 부식성 문제에 기인하여 공정온도보다 대폭 낮추어 드라이 클리닝을 해야 바람직하기에 온도 조정 등에 따른 설비 가동률 저하와 내부 구성요소의 부식문제로 이러한 기존의 방법에 개선이 요구되어지고 있는 상태이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 챔버 내부표면을 각종 부식성 가스의 침식작용으로부터 보호하고 주기적인 챔버의 드라이 클리닝 반복에도 불구하고, 항시 일정한 공정경향을 보다 오랫동안 지속시킬 수 있는 박막 증착 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 드라이 클리닝 온도를 많이 낮추지 않도록 하여 설비 가동률 저하 이슈를 경감시키고, 챔버 내부의 내부식성을 향상시키는 박막 증착 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 박막 증착 방법은 챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓이는 기판 표면에 박막을 증착하는 방법에 있어서, (a)드라이 클리닝 또는 습성 클리닝을 통하여 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 챔버 내부에 증착하는 단계; (b)상기 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 챔버 시즈닝 단계; (c)상기 챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓인 기판 표면에 막(A)를 증착하는 단계; (d)상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 단계; 및 (e)상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버표면으로부터 제거하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 박막 증착 방법은 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼 블록 상에 놓이는 기판 표면에 박막을 증착하는 방법에 있어서, (a)드라이 클리닝 또는 습성 클리닝을 통하여 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 제1 온도보다 같거나 낮은 제2 온도 상태로 웨이퍼 블록을 유지하면서 챔버 내부에 증착하는 단계; (b)상기 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 챔버 시즈닝단계; (c)상기 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼 블록 상에 놓인 기판 표면에 막(A)를 증착하는 단계; (d)상기 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼블록이 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 유지한 후 상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 단계; 및 (e)상기 웨이퍼블록이 제2 온도보다 크거나 같고, 제1 온도보다 작거나 같은 온도를 유지한 후 상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버 표면으로부터 제거하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

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이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 드라이 클리닝 내지는 습성 클리닝을 통하여 깨끗이 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 챔버 내부에 매우 얇지만 적당한 두께로 증착한다.

상기 챔버 내부의 이종막(B) 증착은 이 후 진행될 박막 증착 과정 중에서 발생하는 각종 부식성 가스 또는 드라이 클리닝 시 챔버 내부로 유입되는 부식성가스로부터 챔버 내부 표면의 손상을 방지하고자 하는 것이다.

박막 증착 공정에 이용되는 Ti원소를 포함한 금속계열은 Ti, TiN, TiSiN 등이 있는데, 금속유기체 전구체를 사용하기도 하지만 많은 경우 해리드(Halide) 소스인 TiCl₄를 사용한다. TiCl₄는 매우 부식성이 강한 증기로써 다른 부위보다 온도가 낮은 부위나 퍼지가 잘되지 않는 부위엔 챔버 내부에서 TiCl₂나 TiCl₃ 형태로 남아 있다가 이후 진행되는 공정에 불안정 요소로 작용하거나 클리닝 시 깨끗한 클리닝이 되지 못 하도록 방해하는 막이 될 수 있다. 또한, 이러한 성분이 챔버 내부표 면에 남아 있으면 매우 내부식성이 강한 재질이라 하더라도 챔버 오픈시 대기와 노출되어 조해성을 가져 대기중 수분을 흡수하면서 챔버 내부 표면이나 샤워헤드 표면을 순식하게 부식시키는 작용을 가져올 수도 있다. 한편, 이러한 TiCl₄를 사용하여 Ti 나 TiN 막을 증착시 수반되는 대표적인 부산물 가스는 잘 알려진 HCl가스로써 드라이 클리닝에 이용하는 가스 못지 않게 챔버 내부를 부식시킬 수 있다.

한편, TiCl₄를 이용한 Ti 또는 TiN 공정챔버 내에서 발생하는 파우더 성분으로써 대표적인 것은 흰색 파우더인 NH₄Cl, 노란색 파우더인 TiCl₄.nNH(n=2∼8)등이 있으며 상기 파우더 막들의 성장은 그 부위의 온도가 150℃이하일 때 발생한다. 일단 파우더가 발생하게 되고, 퇴적 파우더 막의 두께가 다소 두껍게 되어 버리면 드라이 클리닝이 잘 되지 않는다. 따라서, 어떠한 공정이든지 파우더 형태로 챔버 내부 표면에 퇴적되는 것은 막아야 한다.

도 2는 본 발명에 의한 박막 증착 방법의 다른 일실시예를 도시한 것이다.

도 2는 도 1과 비교할 때 다음과 같은 차이점으로 박막 증착을 실시하는 예로서, 첫째, 드라이 클리닝 시 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼블록이 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 유지되도록 한 후 상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 것이고, 둘째, 잔존 배기/퍼지는 웨이퍼블록이 제2 온도보다 크거나 같고, 제1 온도보다 작거나 같은 온도를 유지하도록 상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버 표면으로부터 제 거하는 것이다.

도 1과 도 2에서 이종막 증착은 챔버 내부표면을 각종 부식성가스로부터 보호하고자 함은 위에서 설명하였으며, 그 대표적인 막으로 SiN을 제시한다. 이것을 도 3에 도시한다.

도 3은 챔버 내부에 이종막(SiN)이 증착된 것을 도시한 것이다.

이종막(SiN)막 증착은 웨이퍼블록의 온도를 150∼600℃로 유지하고, 0.5∼6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiHCl₄, SiH₄로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 NH3가스를 이용하여 ALD방법으로 증착할 수 도 있고, 상기 웨이퍼블록의 온도를 150∼600℃로 유지하고, 5∼6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiHCl₄, SiH₄ 등으로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 N₂ 및 NH₃ 가스를 이용하여 PECVD방법으로 증착할 수도 있다.

그리고, 챔버 내부에 이종막(B)을 증착한 다음 챔버 시즈닝 단계를 실시한다. 상기 챔버 시즈닝 단계는 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 단계로서 그 첫 번째 목적은 박막(A)의 성장속도를 정상상태로 끌어올리기 위한 것이고, 두 번째 목적은 드라이 클리닝 및 퍼지 후에도 챔버 내부표면에 잔존하는 파티클을 쉽게 떨어지지 않는 상태로 고착시키기 위함이다.

특히 매우 깨끗한 상태로 클리닝된 샤워헤드와 함께 동일 레시피(recipe)로서 공정 누적매수 증가에 따른 두께를 평가해보면 점진적으로 올라가다가 포화상태가 되어 일정한 증착속도를 보이게 되는 데 그것은 초기에 깨끗한 샤워헤드나 챔 버 월에 박막이 증착이 되면서 공정가스가 기판으로 내려오기 전에 일정량이 소진되기 때문이다.

이 추세는 점차 샤워헤드나 여타 챔버부분에 증착이 진행되어 포화되면서 감소되기 시작하며 이러한 과정을 효과적으로 빠른 속도로 진행시켜주는 것이 챔버 시즈닝 단계로 볼 수 있는 것이다.

상기 챔버 시즈닝 단계가 충분히 진행되고 나면 공정 모니터 후 실제 런 진행에 돌입하면 된다. 다음 번 드라이 클리닝에 돌입하기까지 공정종류와 챔버 구조의 특이성을 고려하여 적정한 매수가 설정되어야 한다. 그것은 너무 많은 런 진행은 그에 상응하는 두꺼운 챔버내 박막 퇴적을 야기하여 드라이 클리닝의 효율성을 떨어뜨리기 때문이다. 그 외에도 웨이퍼블록을 관통하는 웨이퍼 리프트핀 주위에 박막이 많이 쌓여 기판 이송관련 트러블이 야기 시킬 수 도 있고, 히터표면에도 박막증착이 일정한 정도이상으로 되면 실질적으로 기판이 받는 온도가 약간씩 달라지면서 막의 비저항에도 변동 또한 가져오게 된다.

도 4는 드라이 클리닝 단계의 세분화를 도시한 것이다.

드라이 클리닝단계는 Cl₂, ClF₃, F₂, NF₃, BCl₃ 등이 역시 사용되며, 챔버 시즈닝 및 런 진행 단계를 통하여 챔버 내부에 증착된 막은 Cl₂나 ClF₃를 사용하여 열분해 에너지만을 이용한 써멀 드라이 클리닝으로 충분히 제거 가능하나, 챔버 내부표면 보호용으로 증착된 내부식성 막인 SiN은 그 챔버가 런 진행하는 막의 종류, 드라이 클리닝 주기에 따라 각기 다른 두께로 증착된 것이어서, 써멀 드라이 클리닝 만으로 제거가 힘들 수 도 있는 것이며, 이를 보완하고자 추가로 플라즈마 드라이 클리닝을 추가할 수 있으며 F₂, NF₃, BCl₃ 가스 플라즈마 드라이 클리닝이 가능하다. 가스를 플라즈마 상태로 활성화시키는 방법은 리모트 플라즈마를 이용할 수 도 있겠고 챔버에 직접 다이렉트 플라즈마를 걸어 드라이 클리닝 가스를 활성화시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 드라이 클리닝은 상황에 따라서 추가로 진행할 수 있는 옵션이 된다.

드라이 클리닝의 다음 단계로서 잔존가스 배기 및 퍼지(purge) 단계를 수행한다. 상기 단계의 핵심 역할은 챔버내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버표면으로부터 제거하는 데는 불활성가스나 퍼지 가스의 흐름을 온/오프 하는 펄스퍼지가 더욱 효과적이다.

도 5는 본 발명에 사용되는 박막 증착 장치를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 의한 박막 증착 방법을 구현하는 과정을 순서도로 도시한 것이다.

도 5와 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 박막 증착 방법을 설명하기로 한다.

챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 챔버 내부표면을 클리닝하는 단계(S601)로써, 이때, 제1 반응가스 홀(501)들로 분사되는 드라이 클리닝 가스와 제2 반응가스 홀(502)들로 분사되는 드라이 클리닝 가스의 흐름량 비는 a/b로 정의된다. 샤워헤드(500) 내부에서 제1 반응가스 홀(501)들과 제2 반응가스 홀(502)들이 서로 연통되지는 않지만 박막 증착 과정을 통하여 샤워헤드(500) 내부의 가스유 로(path)에 소정 량의 박막이 증착 된다.

통상 제1 반응가스인 증기 소스를 기판 상에 보다 고르게 퍼트리기 위하여 샤워헤드(500)에서 보다 충분한 확산이 이뤄지도록 샤워헤드가 설계되어야 하며, 제2 반응가스인 NH₃, N₂H₄, H₂ 등은 상대적으로 증기 소스보다는 균일 확산에 대한 부담이 덜 하다. 즉, 이에 기인하여 제1 유로와 제2 유로의 디자인은 통상 같지 않으며 결과적으로 샤워헤드(500) 내부의 제1 가스 유로 내부표면과 제2 가스유로 내부표면에 증착되는 양이 같을 수 없으며 박막 증착이 더 많이 이루어지는 유로에 더 많은 클리닝 가스의 흐름이 필요한 것은 당연하다. 이를 위하여 본 발명에서 설명하는 박막 증착 방법에 있어선 증기 소스가 흐르는 제1 유로에 보다 많은 클리닝 가스를 흘리는 것이 바람직하다.

상기 드라이 클리닝시 이전에 증착된 내부식성 SiN막의 두께가 얇다면 써멀 드라이 클리닝만으로 충분하지만 그렇지 않다면 써멀 드라이 클리닝을 실시하여 챔버 내부표면에 증착된 박막(A)를 충분히 제거하고, 이후 드러나게 되는 SiN 막은 전기적 에너지를 동원하여 가스 플라즈마를 이용하여 클리닝한다. 반대로 아예 처음부터 플라즈마 드라이 클리닝을 실시하여 상당부분 SiN 막까지 드라이 클리닝하고 남은 막을 써멀 드라이 클리닝으로 클리닝 할 수 도 있다.

도 5에선 챔버에 다이렉트 플라즈마를 인가하는 형태로 묘사되어 있지만 실상 리모트 플라즈마의 활용도 가능하다. 상기 리모트 플라즈마 클리닝 기술에 NF₃ 나 F₂가스를 활용하는 것은 가능하다.

상기 클리닝 단계(S601)이후, 챔버 내부의 잔존 가스를 배기 또는 퍼지, 혹은 배기 및 퍼지하는 단계(S602)를 실시하며 도 5에서 제1 반응가스 이송라인(505) 및 제2 반응이송라인(506)으로 불활성 가스인 Ar 내지는 N₂를 분사한다. 이 방법은 지속적으로 퍼지가스를 흘리는 방법이 될 수도 있고, 퍼지의 온/오프를 주기적으로 반복하는 방법이 될 수 도 있다. 퍼지의 오프는 배기가 된다. 상기 배기 및 퍼지를 통하여 챔버 내에 잔존하고 있는 파티클들이 챔버 밖으로 배출되고 각종 클리닝 후의 잔여가스를 충분히 배출시킬 수 있다.

SiN 막 증착은 웨이퍼블록의 온도를 150∼600℃로 유지하고, 0.5∼6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiHCl₄, SiH ₄로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 NH₃가스를 이용하여 ALD방법으로 증착할 수 도 있고, 상기 웨이퍼블록의 온도를 150∼600℃로 유지하고, 5∼6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiH₄등으로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 N₂ 및 NH₃ 가스를 이용하여 PECVD방법으로 증착할 수도 있는데, 제1 반응가스 이송라인(505)으로는 Si원소를 포함한 반응가스를 흘리고 제2 반응가스 이송라인(506)으로 N원소를 포함한 반응가스를 흘린다.

상기 챔버 내부의 잔존 가스를 배기 또는 퍼지, 혹은 배기 및 퍼지하는 단계(S602)이후, 챔버 시즈닝 단계(S603)를 수행한다. 이때 제1 반응가스 홀(501)로는 증착하고자 하는 금속원소가 포함된 증기나 반응가스를 분사하면서, 제2 반응가스 홀(502)들로는 H2와 같은 환원가스 또는 NH3나 N2와 같은 질화가스를 분사하여 단일 금속박막이나 금속 질화막을 증착한다. 대표적인 Ti증착 공정을 예를 들면 TiCl₄와 H₂ 및 Ar을 흘리면서 다이렉트 플라즈마를 증착 공간상에 인가하여 Ti막을 증착시키고 TiN은 TiCl₄ 내지는 MO-Ti 소스를 흘리면서 질화가스를 ALD방식 또는 CVD 방식으로 분사함으로써 TiN박막을 증착한다.

상기 챔버 시즈닝 단계(S603)는 웨이퍼 블록 상에 더미 기판을 얹고 실시하는 단계와 더미 기판을 얹지 않고 실시하는 두 가지 방법이 있는데, 두 가지 방법을 적절히 섞어야 바람직하다. 얹지 않고 실시하는 방법은 웨이퍼 블록 상면에 매우 얇은 두께로 박막 증착을 실시해 주는 것이 더 바람직한데 그것은 웨이퍼 블록으로부터 보다 균일한 온도를 전달받는데 유리하다. 그러나 이 단계를 과도하게 진행하면 웨이퍼블록으로부터 기판으로의 열 전달을 차단하게 되므로 바람직하지 않다. 따라서, 특히 샤워헤드에 충분한 증착을 시키기 위하여선 더미 기판을 웨이퍼 블록상에 얹고 진행해야 한다.

상기 챔버 시즈닝 단계(S603)이후, 실제 런 진행용 기판을 챔버에 로딩하고 공정 진행을 실시(S606)하기 이전에 테스트 기판을 챔버에 먼저 로딩하여 두께 및 Rs 재현성, 박막의 균일도 등을 평가하고 이상 없을 경우 최종적으로 공정진행을 실제 런 기판에 적용하게 된다.

도 5를 참조하여 실제 런 진행 시 상황을 더 설명하면 다음과 같다. 챔버에 장착된 히터들 및 가스 플로우 등 박막 증착 장치 내부에서 공정진행 중에 일어나는 모든 변화들이 일정한 시간간격으로 기록으로 남고 증착 장치에 연결된 컴퓨터 에 저장될 수 있다. 그리하여 공정 이상이 발생하면 모든 데이터를 토대로 그 이상 발생포인트를 찾게 된다. 개략적으로 가스 플로우, 온도, 플라즈마의 안정성, 그리고 웨이퍼 블록 상에 기판의 안착 안정성 등이 공정 재현성에 중요한 요소들이며 이 중 가스 플로우, 온도, 플라즈마의 안정성요소는 매초마다 내지는 그 이하의 시간간격으로 수집되어 그 값들이 박막 증착 장치를 제어하는 메인 컴퓨터 내에 실시간으로 저장될 수 있다.

기판이 챔버로 잠입되면(S605), 웨이퍼블록 최하단에 연결된 Z-모션 어셈블리가 웨이퍼블록을 내려 웨이퍼 핀(511)이 들어올려지게 되며, 이것은 하부에 고정된 웨이퍼 핀 서포터에 웨이퍼 핀(511)이 닿으면서 이루어진다. 기판은 들어올려진 웨이퍼 핀 위에 놓이며 로보트 암이 빠져나가고 나면 웨이퍼블록이 상승한다. 상기 웨이퍼 핀들은 하나의 원형 웨이퍼 핀 링에 묶여지는데 이러한 이유는 누적매수증가에 따라 웨이퍼 블록의 웨이퍼 핀 홀 내부에도 박막 증착이 이루어지고 상기 두께가 증가하면 나중에 웨이퍼 핀(511)이 제대로 내려오지 않는 시기가 도래하게 된다.

따라서, 상기 웨이퍼 핀의 업/다운 측면에서도 박막 증착 장치의 주기가 제한 받을 수 도 있다. 기판이 완전히 웨이퍼 블록 상에 안착되고 난 후 실제 프로세스 가스는 소정시간 이후에 턴 온 된다. 즉 어느 정도의 예열 시간이 필요하다. 충분히 웨이퍼 온도가 안정화되고 난 후에 프로세스 가스가 기판위로 내려와 증착이 되는 것이 바람직한데 그것은 두 가지 측면을 고려한 것이다.

하나는 이 시간이 너무 짧은 경우 기판이 다소 휘어진 상태에서 공정이 시작 될 수 있으며, 소정시간이 지난 다음에 완전히 기판이 평평하게 웨이퍼블록 표면과 수평을 이루며 밀착하게 되는데 기인한다.

두 번째로는 웨이퍼 투 웨이퍼 재현성에 불리하다. 즉, 어느 정도 기판의 온도가 안정화 될 수 있는 예열 시간이 아니라면 웨이퍼 투 웨이퍼 기판의 온도가 약간씩 모두 틀릴 수 있어 공정재현성에 불리한 것이다.

이러한 예열 시간을 거친 후 ALD나 CVD 방법으로 박막을 증착하고 필요하다면 기판상에 공정가스 플라즈마를 형성시켜 박막 증착 작업을 활성화시킬 수 있다(S606).

원하는 박막 증착이 모두 끝나고 나면 충분한 펌핑을 시행한 후 기판을 챔버로부터 빼내고 다음 기판을 챔버로 잠입시킨다. 충분한 펌핑은 다음 기판이 공정 시작할 때 보다 깨끗한 챔버 분위기에서 공정을 시작하도록 하기 위함이며 그렇지 않을 경우 전술한 바와 같이 막내에 보다 높은 불순물 함유량이 생성될 수 있거나 파티클에 취약해진다.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 소스자체, 박막 증착 부산물 생성가스, 클리닝 가스로부 터 챔버 내부 표면을 효과적으로 보호하면서 항시 일정하고도 좋은 박막의 품질을 생성시킬 수 있고, 박막 증착 장비의 메인터넌스 주기를 획기적으로 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 드라이 클리닝시 설비 다운(down) 시간을 줄일 수 있다.

Claims

챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓이는 기판 표면에 박막을 증착하는 방법에 있어서,

(a)드라이 클리닝 또는 습성 클리닝을 통하여 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 챔버 내부에 증착하는 단계;

(b)상기 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 챔버 시즈닝단계;

(c)상기 챔버 내부의 웨이퍼 블록 상에 놓인 기판 표면에 막(A)를 증착하는 단계;

(d)상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 단계; 및

(e)상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버표면으로부터 제거하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼 블록 상에 놓이는 기판 표면에 박막을 증착하는 방법에 있어서,

(a)드라이 클리닝 또는 습성 클리닝을 통하여 클리닝된 샤워헤드나 챔버 내부 표면에 정규 런 진행 시 증착되는 막(A)이 아닌 이종막(B)을 제1 온도보다 같거나 낮은 제2 온도 상태로 웨이퍼 블록을 유지하면서 챔버 내부에 증착하는 단계;

(b)상기 샤워헤드나 챔버 월에 충분히 막(A)을 코팅하는 챔버 시즈닝단계;

(c)상기 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼 블록 상에 놓인 기판 표면에 막(A)를 증착하는 단계;

(d)상기 챔버 내부의 제1 온도로 유지되는 웨이퍼블록이 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 유지한 후 상기 챔버 내부로 드라이 클리닝 가스를 흘려 상기 챔버 내부 표면을 클리닝하는 단계; 및

(e)상기 웨이퍼블록이 제2 온도보다 크거나 같고, 제1 온도보다 작거나 같은 온도를 유지한 후 상기 챔버 내 잔류하고 있는 드라이 클리닝 가스나 드라이 클리닝을 통해 생산된 부산물가스 및 챔버 내부표면에 잔류하고 있는 파티클을 챔버 표면으로부터 제거하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 표면에 증착되는 막(A)은

Ti원소를 포함한 박막군(Ti, TiN, TiSiN,...)과 Ta원소를 포함한 박막군(Ta, TaN, TaSiN)과 W원소를 포함한 박막군(W, WN,...) 중에서 택일되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제3항에 있어서, 상기 기판 표면에 증착되는 막(A)은

ALD 또는 CVD 방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종막(B)은

SiN막인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제5항에 있어서, 상기 SiN막은

상기 웨이퍼블록의 온도가 150-600℃, 0.5-6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiH₄로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 NH₃ 가스를 이용하여 ALD방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제5항에 있어서, 상기 SiN막은

상기 웨이퍼블록의 온도가 150-600℃, 0.5-6Torr 사이의 공정압력을 유지하면서 SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiH₄로 이루어진 군에서 택일된 Si가스와 NH₃ 가스를 이용하여 PECVD방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 시즈닝 단계는

웨이퍼 블록상에 더미 기판을 얹고 진행하는 단계와 더미 기판을 얹지 않고 진행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 단계는

써멀(thermal) 드라이 클리닝 실시 후 플라즈마 드라이 클리닝을 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 단계는

플라즈마 드라이 클리닝을 실시 후 써멀(thermal) 드라이 클리닝 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제10항에 있어서, 상기 써멀 드라이 클리닝은

Cl₂, ClF₃로 이루어진 군에서 선택한 한 가스를 흘리며 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제10항에 있어서, 상기 플라즈마 드라이 클리닝은

F₂, NF₃, BCI₃로 이루어진 군에서 선택한 한 가스를 흘리며 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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