KR100915716B1

KR100915716B1 - 클리닝 방법

Info

Publication number: KR100915716B1
Application number: KR1020077022685A
Authority: KR
Inventors: 고지 마에카와
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2009-09-04
Also published as: KR20070116623A; US20090133715A1; JP5084508B2; US7691208B2; US20120048310A1; JPWO2007026762A1; WO2007026762A1; US20100180918A1

Abstract

RTP 장치 등의 기판처리 장치의 처리실 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서 N₂와 O₂를 포함하는 클리닝 가스를 도입하고, 압력 133.3Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행한다. 이 클리닝을 복수의 캐리어를 차례로 바꿔넣고 반복 실시한다.

Description

클리닝 방법{CLEANING METHOD}

본 발명은 클리닝 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 대하여, 어닐링 등의 처리를 행하는 기판 처리 장치의 처리실 내로부터 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조 프로세스의 하나로서, RTP(Rapid Thermal Processing; 고속 열처리)가 알려져 있다. 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 기재하는 경우가 있음)에 이온주입을 한 후에, 불순물을 재배열시키거나, 결정 손상을 회복시키거나 하기 위해서 어닐링이 행해진다. 이 어닐링 공정에서의 서멀 버짓(thermal budget: 열처리량)이 커지면, 예컨대 트랜지스터의 경우, 소스·드레인 영역에서 도펀트(불순물)의 확산이 일어나고, 접합이 깊어져, 도펀트 농도가 낮아지는 경향이 있다. 미세화된 디자인 룰하에서는 얕은 접합이 불가결하기 때문에, 단시간에 급속하게 승온, 강온을 행함으로써, 전체적으로 서멀·버짓을 저감할 수 있는 RTP가 활용되고 있다.

이러한 RTP에서는, 용기 내에 이물질이나 오염물이 없는 깨끗한 분위기에서 웨이퍼에 대하여 제어성 좋게 급속한 승온이나 강온을 행할 필요가 있다. 이 때문에, RTP 장치의 납품 후나 보수 후에, 예컨대 처리실 내에 온도계측 기능을 갖는 TC 웨이퍼(열전대 부착 Si 기판)를 넣은 상태에서 승온·강온을 실시하고, 온도 교정을 행하는 것이 불가결하다. 그러나, 이 온도 교정용의 TC 웨이퍼의 사용에 의해, 처리실 내가 Cu로 오염되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 처리실 내가 Cu로 오염된 경우, 그 후의 어닐링 처리시에 피처리 웨이퍼에 Cu가 부착되고, 오염물로서 소자에 들어갈 우려가 있는 등, 반도체 장치의 신뢰성이 대폭 손상된다는 염려가 있다.

열처리 장치에서의 금속 오염을 제거하기 위한 종래 기술로서는, 열확산로에서, 암모니아 등의 퍼지 가스를 반응실 내로 공급함과 아울러, 이들 가스를 활성화시켜서 반응실의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 반응시켜, 금속 오염 물질을 제거하는 것이 제안되어 있다(예컨대 일본 특허공개 2004-311929호 공보; 그 청구항 2, 도 6 등).

상기 일본 특허공개 2004-311929호 공보의 방법은 구체적으로는 온도 950℃, 압력 15960Pa에서 암모니아 가스를 활성화하고 있고, 이 조건에서는, N₂ 가스를 사용하는 경우에 비해 암모니아 가스를 사용한 쪽이, 클리닝 효과가 큰 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 일본 특허공개 2004-311929호 공보의 방법은 암모니아에 의해 반응실 내의 석영 부재의 표면을 질화함으로써, 석영 부재 중에 금속 등의 불순물을 가두어, 반응실 내에 금속 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 작용에 대해서도 기재되어 있으며, 반응실 내로부터 금속 등의 불순물을 문제가 생기지 않는 레벨까지 저감시키는 것을 목적으로 하는 방법은 아니다. 따라서, 불소를 포함하는 클리닝 가스로 반응실 내를 클리닝할 때마다. 상기의 방법으로 암모니아 가스에 의한 퍼지 처리를 행하지 않으면 안 된다고 하는 문제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 처리실 내를 오염시키고 있는 Cu 등의 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 실정을 감안하여, 본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과, 웨이퍼로의 Cu 오염은 열처리 등의 프로세스 시에 처리실 내의 압력을 낮게 한 쪽이, 압력을 높게 한 경우에 비해 증가하는 경향이 있다는 식견을 얻었다. 이것은, 처리실 내의 벽이나 기구 등에 부착 내지 혼입되어 있던 Cu가 저압력에서의 열처리 중에 처리실 내로 확산하여 웨이퍼에 부착되기 때문이라고 생각된다. 따라서, 처리실 내에 존재하는 Cu를 저감하기 위해서는, 클리닝 시에도 압력을 낮게 하는 편이 좋은 것으로 생각된다.

또한 Cu를 효율적으로 배출하기 위해서는, 금속 Cu를 보다 큰 증기압을 갖는 물질 예컨대 금속 산질화물로 변화시키는 것이 유효한 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또, 상기 일본 특허공개 2004-311929호 공보의 방법과 같이, 단순히 암모니아 가스를 퍼지하는 것보다도, 적절한 캐리어를 처리실 내에 배치하고, 거기에 적극적으로 Cu를 부착시켜 반출하는 편이 클리닝 효율이 높아지는 것도 밝혀졌다.

도 1은 열처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 클리닝의 공정 수순의 일례를 설명하기 위한 흐름도.

도 3은 클리닝의 설명을 위한 도면.

도 4는 온도 교정 전후의 Cu 오염량의 측정 결과를 도시하는 그래프도.

도 5는 압력과 Cu 오염량과의 관계를 도시하는 그래프도.

도 6은 클리닝 전과 클리닝 후의 Cu 오염량을 도시하는 그래프도.

따라서, 본 발명의 제 1 관점은 기판처리 장치의 처리실 내에 존재하는 금속을 포함하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법으로서,

상기 처리실 내에 N₂와 O₂를 포함하는 클리닝 가스를 도입하고, 압력 133.3Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행하여, 상기 오염 물질을 금속 산질화물로 만들어 상기 처리실 내로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법을 제공한다.

상기 제 1 관점에 있어서, 상기 클리닝 가스 중의 N₂와 O₂의 유량 비율은 1:1인 것이 바람직하다. 또, 상기 금속 산질화물이 CuNO_x(여기에서, x는 화학량론적으로 허용될 수 있는 수치를 의미함)인 것이 바람직하다. 또, 상기 온도가 1000 내지 1100℃인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제 2 관점은 기판처리 장치의 처리실 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법으로서,

상기 처리실 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 이 처리실 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법을 제공한다.

상기 제 2 관점에서, 상기 압력은 1.3Pa 내지 133.3Pa인 것이 바람직하다.

또, 상기 클리닝 가스는 N₂와 O₂를 포함하는 가스인 것이 바람직하고, 이 경우, N₂와 O₂의 유량 비율이 1:1인 것이 더욱 바람직하다.

또, 상기 오염 물질은 금속 또는 그 화합물인 것이 바람직하다. 또, 복수의 상기 캐리어를 차례로 바꿔넣고 상기 조건에서 반복하여 클리닝을 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 캐리어가 실리콘을 함유하는 재료에 의해 구성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 기판처리 장치는 RTP 장치인 것이 바람직하다. 또, 상기 처리실은 그 내부에 석영제 부재가 사용된 것일 수도 있다.

본 발명의 제 3 관점은 기판처리 장치의 처리실 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 반입하는 공정,

상기 처리실 내를 승온하는 공정,

상기 처리실 내를 감압 배기하는 공정,

상기 처리실 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 처리하는 공정,

상기 처리실 내를 강온하는 공정,

상기 클리닝 가스를 정지하고, 상기 처리실 내의 압력을 상승시키는 공정, 및

상기 처리실 내로부터 상기 오염 물질이 부착된 상기 캐리어를 반출하는 공정을 포함하는 클리닝 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 온도가 1000 내지 1100℃인 것이 바람직하다.

본 발명의 제 4 관점은 컴퓨터상에서 동작하고, 실행시에, 기판처리 장치의 처리실 내에, 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 이 처리실 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행함으로써, 상기 처리실 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법이 행해지도록 상기 기판처리 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램을 제공한다.

본 발명의 제 5 관점은 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억매체로서, 상기 제어 프로그램은, 실행시에, 기판처리 장치의 처리실 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 이 처리실 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행함으로써, 상기 처리실 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법이 행해지도록 상기 기판처리 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억매체를 제공한다.

본 발명의 제 6 관점은 피처리 기판을 수용하는 처리실,

상기 처리실 내에서 피처리 기판을 가열하는 가열 수단,

상기 처리실 내를 감압하는 감압 수단, 및

상기 처리실 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 이 처리실 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행함으로써, 상기 처리실 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법이 행해지도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 기판처리 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 기판처리 장치의 처리실 내를 효율적으로 클리닝할 수 있으므로, 피처리 기판의 금속 오염을 억제하고, 이것을 이용하여 제조되는 반도체 제품의 수율과 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 클리닝 방법을 적용할 수 있는 열처리 장치의 개략 구성도이다. 이 열처리 장치(100)는 제어성이 좋은 단시간 어닐링(RTA; Rapid Themal Annealing)을 행하기 위한 낱장식 RTP 장치로서 구성되어 있다. 이 열처리 장치(100)는, 예컨대 웨이퍼(W)에 형성한 박막에 불순물을 도핑한 후의 800 내지 1100℃ 정도의 고온 영역에서의 어닐링 처리 등에 사용할 수 있는 것이다.

도 1에서, 부호 1은 원통 모양의 챔버이다. 이 챔버(1)의 하방에는 하부 발열 유닛(2)이 착탈 가능하게 설치되고, 또, 챔버(1)의 상방에는, 하부 발열 유닛(2)과 대향하도록 상부 발열 유닛(4)이 착탈 가능하게 설치되어 있다. 하부 발열 유닛(2)은 수냉 재킷(3)의 상면에 복수 배열된 가열 수단으로서의 텅스텐 램프(6)를 갖고 있다. 마찬가지로, 상부 발열 유닛(4)은 수냉 재킷(5)과, 그 하면에 복수 배열된 가열 수단으로서의 텅스텐 램프(6)를 갖고 있다. 또한, 램프로서는 텅스텐 램프에 한하지 않고, 예컨대 제논 램프 등 일 수도 있다. 이와 같이, 챔버(1) 내에서 서로 대향하여 배치된 각 텅스텐 램프(6)는 도시하지 않은 히터 전원에 접속되어 있고, 그곳으로부터의 전력 공급량을 조절함으로써, 발열량을 제어할 수 있게 되어 있다.

하부 발열 유닛(2)과 상부 발열 유닛(4) 사이에는, 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지부(7)가 설치되어 있다. 이 지지부(7)는 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내의 처리 공간에 유지한 상태에서 유지하기 위한 웨이퍼 지지핀(7a)과, 처리 중에 웨이퍼(W)의 온도를 계측하기 위한 핫 라이너(8)를 지지하는 라이너 설치부(7b)를 갖고 있다. 또, 지지부(7)는 도시하지 않은 회전기구와 연결되어 있고, 지지부(7)를 전체적으로 연직축 주위로 회전시킨다. 이것에 의해, 처리 중에 웨이퍼(W)가 소정의 속도로 회전하여, 열처리의 균일화가 도모된다.

챔버(1)의 하방에는 고온계(pyrometer)(11)가 배치되어 있다. 열처리 중에 핫 라이너(8)로부터의 열선을, 포트(11a) 및 광파이버(11b)를 통하여, 이 고온계(11)로 계측함으로써, 간접적으로 웨이퍼(W)의 온도를 파악할 수 있게 되어 있다. 또한, 직접 웨이퍼(W)의 온도를 계측하도록 할 수도 있다.

또, 핫 라이너(8)의 하방에는 하부 발열 유닛(2)의 텅스텐 램프(6)과의 사이에 석영 부재(9)가 개재하여 배치되어 있다. 도시한 바와 같이 상기 포트(11a)는 이 석영 부재(9)에 설치되어 있다. 또한, 포트(11a)를 복수 배치하는 것도 가능하다.

또한, 웨이퍼(W)의 상방에도 상부 발열 유닛(4)의 텅스텐 램프(6)와의 사이에 석영 부재(10a)가 개재되어 배치되어 있다. 또, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 챔버(1)의 내주면에도 석영 부재(10b)가 배열 설치되어 있다.

또한, 웨이퍼(W)를 지지하고 승강시키기 위한 리프터 핀(도시 생략)이 핫 라이너(8)를 관통하여 설치되어 있고, 웨이퍼(W)의 반출입에 사용된다.

하부 발열 유닛(2)과 챔버(1) 사이, 및 상부 발열 유닛(4)과 챔버(1) 사이에는 각각 밀봉 부재(도시 생략)가 개재되어 있고, 챔버(1) 내는 기밀상태로 된다.

또, 챔버(1)의 측부에는 가스도입관(12)에 접속된 가스공급원(13)이 배치되어 있다. 이 가스도입관(12)을 통하여, 챔버(1)의 처리공간 내에, N₂ 가스, O₂ 가스 등의 클리닝 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 등을 도입할 수 있게 되어 있다. 또, 챔버(1)의 하부에는 배기관(14)이 설치되어 있고, 도시하지 않은 배기 장치에 의해 챔버(1) 내를 감압할 수 있게 구성되어 있다.

열처리 장치(100)의 각 구성부는 CPU를 구비한 프로세스 콘트롤러(21)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 프로세스 콘트롤러(21)에는 공정 관리자가 열처리 장치(100)을 관리하기 위해서 명령의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 열처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(22)가 접속되어 있다.

또, 프로세스 콘트롤러(21)에는, 열처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 콘트롤러(21)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피가 저장된 기억부(23)가 접속되어 있다.

그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(22)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(23)로부터 호출하여 프로세스 콘트롤러(21)에 실행시킴으로써 프로세스 콘트롤러(21)의 제어하에서, 열처리 장치(100)에서의 원하는 처리가 행해진다. 예컨대 프로세스 콘트롤러(21)에 의해 하부 발열 유닛(2)과 상부 발열 유닛(4)에 설치된 각 텅스텐 램프(6)로의 전력공급량을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 가열속도나 가열온도를 조절할 수 있다. 또, 예컨대 프로세스 콘트롤러(21)에 의해 도시하지 않은 배기 장치의 구동이나 가스공급원(13)으로부터의 가스도입량을 제어함으로써, 챔버(1) 내의 압력을 조절할 수 있다.

또, 상기 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터 판독 가능한 기억매체, 예컨대 CD-R0M, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 또는, 다른 장치로부터, 예컨대 전용회선을 통하여 수시로 전송시켜 온라인으로 이용하거나 하는 것도 가능하다.

이상과 같이 구성되는 열처리 장치(100)에서, 웨이퍼(W)의 처리는 이하와 같이 행해진다. 우선, 도시하지 않은 반입출구를 통하여 챔버(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입하고, 웨이퍼 지지부(7)에 세팅한 후, 기밀 공간을 형성한다. 프로세스 콘트롤러(21)의 제어하에, 도시하지 않은 히터 전원으로부터 소정의 전력을 하부 발열 유닛(2) 및 상부 발열 유닛(4)의 각 텅스텐 램프(6)에 공급하여 점등시키면, 각 텅스텐 램프(6)가 발열한다. 이것에 의해 발생한 열이 석영 부재(9) 및 석영 부재(10a)를 통과하여 웨이퍼(W)에 도달하고, 레시피에 기초하는 조건(승온속도, 가열온도 등)으로 웨이퍼(W)가 상하로부터 급속하게 가열된다. 웨이퍼(W)를 가열하면서, 도시하지 않은 배기 장치를 작동시켜 배기관(14)으로부터 배기를 행함으로써, 챔버(1) 내를 감압상태로 한다.

열처리 동안은 도시하지 않은 회전기구에 의해 지지부(7)를 전체적으로 연직축 주위, 즉 수평방향으로 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그 결과, 웨이퍼(W)로의 공급 열량의 균일성이 확보된다.

또, 열처리 중에는, 핫 라이너(8)의 온도를 고온계(11)에 의해 계측하고, 간접적으로 웨이퍼(W)의 온도를 제어한다. 고온계(11)에 의해 계측된 온도 데이터는 프로세스 콘트롤러(21)에 피드백되어, 레시피에서의 설정 온도와의 사이에 차가 있는 경우에는, 텅스텐 램프(6)로의 전력공급이 조절된다.

열처리가 종료된 후는 하부 발열 유닛(2) 및 상부 발열 유닛(4)의 텅스텐 램프(6)를 소등함과 아울러, 챔버(1) 내를 승압한다. 또, 도시하지 않은 퍼지 포트로부터 질소 등의 퍼지 가스를 흘려넣으면서 배기관(14)으로부터 배기하여 웨이퍼(W)를 냉각한 후, 도시하지 않은 웨이퍼 반입출구를 통하여 챔버(1)로부터 반출한다.

다음에 열처리 장치(100)에서의 클리닝에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다. 클리닝은 Cu 등의 오염 물질을 챔버(1)의 밖으로 실어내는 캐리어로서의 클리닝용 웨이퍼(CW)를 사용하여, 소정의 압력에서 행한다. 클리닝용 웨이퍼(CW)는 오염 물질의 종류에 따라 그 재질 등을 선택할 수 있다. 예컨대 제거하고 싶은 오염 물질이 Cu인 경우에는, 클리닝용 웨이퍼(CW)로서 실리콘을 함유하는 재료에 의해 구성되는 부재, 예컨대 Si 기판 이외에, 폴리 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘 등을 구성 요소로 포함하는 기판을 사용하는 것이 가능하다. 클리닝용 웨이퍼(CW)의 재질은 오염 물질의 종류에 따라 구별하여 사용할 수 있다.

우선, 스텝S1에서는, 챔버(1) 내에 클리닝용 웨이퍼(CW)를 반입하여 웨이퍼 지지부(7)에 세팅하고, 그 후에 챔버(1) 내에 기밀 공간을 형성한다. 다음에 스텝S2에서는, 프로세스 콘트롤러(21)의 제어하에, 도시하지 않은 히터 전원을 온으로 하여 소정의 전력을 하부 발열 유닛(2) 및 상부 발열 유닛(4)의 각 텅스텐 램프(6)에 공급하고, 각 텅스텐 램프(6)를 점등시킨다. 이것에 의해 발생한 열선(근적외선 영역의 파장 800 내지 3000nm)이 챔버(1) 내의 핫 라이너(8)를 가열하여 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열한다.

다음에, 클리닝용 웨이퍼(CW)를 가열하면서, 가스공급원(13)으로부터 챔버(1) 내에 클리닝 가스를 도입한다(스텝S3). 클리닝 가스로서는 특별히 제한은 없지만, N₂ 가스만으로 가열을 하면, 챔버(1) 내의 석영제 부재에 손상을 주어, 파티클을 발생시킬 염려가 있기 때문에, N₂ 및 O₂를 사용하는 것이 바람직하다.

또, N₂와 O₂는 예컨대 900℃ 이상 특히 1000℃ 이상의 고온에서 반응하여 NO를 생성하고, 이 NO가 예컨대 오염 물질인 Cu와 반응하면 CuNO_x(여기에서, x는 화학량론적으로 허용될 수 있는 수치를 의미함) 등의 금속 산질화물을 생성한다. 이 금속 산질화물은 금속 단체보다도 큰 증기압을 가지고 있어, 진공조건에서는 분위기 중으로 방출되기 쉬워지므로, 챔버(1) 내의 오염 물질인 Cu를 금속 산질화물의 형태로 분위기 중으로 방출시키고, 배기가스와 함께 효율적으로 챔버 밖으로 배출할 수 있다. 이 경우, 예컨대 N₂와 O₂의 유량비는 N₂:O₂=1:0.1 내지 3으로 할 수 있고, 효율적으로 NO를 생성시키는 관점에서 1:1로 하는 것이 바람직하다.

다음에 스텝S4에서는, 도시하지 않은 배기 장치를 작동시켜 배기관(14)으로부터 배기를 행함으로써, 챔버(1) 내를 소정의 감압상태로 만들어 클리닝 가스의 유량을 안정화시킨다.

스텝S5에서는 설정 온도, 설정 압력에서 소정 시간 클리닝을 실시한다. 스텝S5는 666.6Pa 이하의 클리닝 압력에서 행해진다. 클리닝 압력이 666.6Pa을 초과하는 경우에는, 충분한 클리닝 효과가 얻어지지 않는다. 클리닝 효과를 높이는 관점에서는, 클리닝 압력을 예컨대 1.3Pa 내지 133.3Pa로 하는 것이 바람직하고, 6.7Pa 내지 106.7Pa로 하는 것이 더욱 바람직하다. 예컨대 Cu의 증기압은 133.3Pa/1628℃로 대단히 작지만, 챔버 내에서 Cu와 NO가 반응하여 생성하는 금속 산질화물은 Cu 단체보다도 증기압이 커, 진공 중에서는 방출되기 쉬워지므로, 저압조건에서 클리닝을 행하는 것이 효과적이기 때문이다.

또, 클리닝 온도는 예컨대 700℃ 내지 1100℃로 하는 것이 바람직하고, 900℃ 내지 1100℃가 보다 바람직하고, 1000℃ 내지 1100℃가 더욱 바람직하다.

클리닝 동안은 도시하지 않은 회전기구에 의해 지지부(7)를 전체적으로 연직축 주위(즉 수평방향)로, 예컨대 20rpm의 회전속도로 회전시킴으로써, 클리닝용 웨이퍼(CW)를 회전시킨다. 그 결과, 클리닝용 웨이퍼(CW)로의 공급열량의 균일성이 확보된다.

또, 클리닝 처리 중에는, 고온계(11)에 의해, 핫 라이너(8)를 통하여 클리닝용 웨이퍼(CW)의 온도를 간접적으로 계측한다. 고온계(11)에 의해 계측된 온도 데이터는 프로세스 콘트롤러(21)에 피드백되고, 레시피에서 설정된 클리닝 온도와의 사이에 차가 있는 경우에는, 텅스텐 램프(6)로의 전력공급이 조절된다.

클리닝 처리가 종료된 후는, 도시하지 않은 히터 전원을 오프로 하여 하부 발열 유닛(2) 및 상부 발열 유닛(4)의 텅스텐 램프(6)를 소등하고, 온도를 강하시킨다(스텝S6). 다음에 스텝S7에서는, 클리닝 가스를 정지하고, 챔버(1) 내를 승압한다. 그리고, 스텝S8에서, 클리닝용 웨이퍼(CW)를 챔버(1)로부터 반출한다. 이상의 스텝S1 내지 스텝S8까지의 처리에 의해, 1장의 클리닝용 웨이퍼(CW)에 의한 클리닝이 종료된다.

그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 예컨대 1장째부터 n장째까지의 클리닝용 웨이퍼(CW)를 사용하여, 상기 스텝S1 내지 스텝S8을 반복하여 실시함으로써, 챔버(1)의 클리닝이 종료된다. 클리닝의 종점은 사용한 각 클리닝용 웨이퍼(CW) 상의 Cu 오염량을 예컨대 ICP-MS(유도 결합 플라스마 이온원 질량 분석 장치) 등의 장치로 계측하여, Cu 오염량이 소정의 값 이하로 된 시점으로 할 수 있다. 오염의 정도나 요구값에 따라서도 다르지만, 통상 25장 내지 50장 정도의 클리닝용 웨이퍼(CW)를 사용하여 상기 스텝S1 내지 스텝S8을 반복함으로써, Cu 등의 오염 물질을 문제가 없는 레벨까지 저감시켜, 챔버(1) 내를 청정화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 스텝S1 내지 스텝S8을 단위로 하는 1회의 클리닝마다, 사용하는 클리닝용 웨이퍼(CW)의 종류를 바꾸어 복수의 오염 물질을 제거할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는, 클리닝 가스에 의해 챔버(1) 내의 퍼지를 행함과 동시에, 복수장의 클리닝용 웨이퍼(CW)를 오염 물질의 캐리어로서 사용한다. 이 결과, 배기에 의해 챔버 밖으로 배출되는 Cu와, 클리닝용 웨이퍼를 캐리어로 하여 챔버 밖으로 실어내지는 Cu와의 합계량이 챔버(1)로부터 제거된다. 따라서, 단지 클리닝 가스를 사용하여 배기만의 클리닝을 행하는 경우에 비해, Cu의 제거 효율 즉 클리닝 효율을 높게 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 기초가 된 실험 결과에 대하여, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다.

도 4는 열처리 장치(100)에서, 온도계측 기능을 갖는 TC 웨이퍼를 사용하여 온도교정을 행하기 전과 행한 후에, 각각 웨이퍼(W)에 대하여 열처리를 실시하고, 각 웨이퍼(W) 표면의 단위면적당의 Cu량을 ICP-MS에 의해 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 도 4로부터, 온도교정 전에 처리한 웨이퍼(W) 표면의 Cu량은 0.9×10¹⁰[atoms/cm²]이었던 것에 반해, 온도교정 후에 처리한 웨이퍼(W) 표면의 Cu량은 7.0×10¹⁰[atoms/cm²]으로, Cu량이 대폭 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

다음에 도 5는 열처리 장치(100)에 있어서, 온도계측 기능을 갖는 TC 웨이퍼를 사용하여 온도교정을 행한 후에, 압력을 바꾸어 웨이퍼(W)에 대하여 열처리를 실시하고, 각 웨이퍼(W) 표면의 단위면적당의 Cu량을 ICP-MS에 의해 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 열처리에서의 처리 압력으로서는, 6.7Pa(50mTorr), 106.7Pa(800mTorr), 10666Pa(80Torr), 79992Pa(6O0Torr) 4가지로 했다. 챔버(1) 내에는, O₂ 가스를 2L/min(slm)의 유량으로 도입하고, 온도 1100℃에서 처리했다[단, 처리 압력이 6.7Pa인 경우에는 O₂ 가스를 20mL/min(sccm)으로 도입함].

도 5로부터, 열처리의 압력이 고압측(79992Pa)으로부터 저압측(6.7Pa)으로 됨에 따라, Cu 오염량이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 처리 압력이 6.7Pa에서는 Cu 오염량의 현저한 증가가 확인되었다. 이것으로부터, 온도교정에 의해 Cu로 오염된 챔버(1) 내에서는, 클리닝 시에도 저압조건을 채용함으로써, 챔버(1)의 내벽이나 챔버 내 부품에 부착 또는 혼입되어 있던 Cu 등의 오염 물질을 처리공간 중으로 효율적으로 방출시킬 수 있는 것이 추측되었다.

또, 방출한 Cu의 일정량이 웨이퍼(W)에 부착되어 있으므로, 클리닝 시에 오염 물질의 캐리어가 되는 부재, 예컨대 클리닝용 웨이퍼(CW)를 배치하여 클리닝을 행하고, 이 캐리어에 의해 오염 물질을 챔버 밖으로 실어냄으로써, 효율이 좋은 클리닝을 실현할 수 있을 가능성이 추측되었다.

다음에, 본 발명의 효과를 확인한 시험 결과에 대하여 설명한다.

도 1과 마찬가지로 열처리 장치(100)를 사용하여, 온도계측 기능을 갖는 TC 웨이퍼를 사용하여 온도교정을 행한 후에, 클리닝을 실시했다. 클리닝 전과 클리닝 후에, 각각 열처리를 실시하고, 처리 후의 웨이퍼(W)에서의 Cu 오염량을 ICP-MS에 의해 측정했다. 그 결과를 도 6에 나타냈다. 또한, 클리닝 조건 및 열처리 조건은 하기와 같다.

<클리닝 조건>

처리 가스: N₂와 O₂를 유량비 N₂:O₂=1000:1000mL/min(sccm)으로 사용했다.

처리 압력: 133.3Pa(1Torr)

처리 온도(최대 온도): 1100℃

처리 시간: 클리닝용 웨이퍼 1장당 50초

클리닝 회수: 25회

<열처리 조건>

처리 가스: N₂:O₂를 유량비 1:1로 사용했다.

처리 압력: 133.3Pa(1Torr)

처리 온도(최대 온도): 1100℃

최대 온도의 계속 시간: 50초

도 6으로부터, 클리닝 전(온도교정 직후)에 처리한 웨이퍼(W) 표면의 Cu량은 7.0×10¹⁰[atoms/cm²]이었던 것에 반해, 클리닝 후에는 0.9×10¹⁰[atoms/cm²]으로 저감되어, Cu 오염량을 온도교정 전(도 4 참조)의 수준까지 저하시킬 수 있었다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 클리닝 방법을 실시함으로써, 웨이퍼(W)의 금속 오염을 억제하고, 이것을 이용하여 제조되는 반도체 제품의 수율과 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이 제시되었다.

이상, 본 발명의 실시형태를 기술했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제약되는 것은 아니고, 여러 변형이 가능하다.

예컨대 도 1에서는 RTP의 열처리 장치(100)를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 클리닝 방법은 기판에 대하여 성막 등을 행하는 기판처리 장치나, 플라즈마를 이용하여 CVD 성막 등을 행하는 처리 장치에도 적용할 수 있다.

또, 피처리 기판이 예컨대 액정 표시 디스플레이(LED)로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판인 경우나, 화합물 반도체 기판 등인 경우에도 본 발명의 기술 사상을 적용할 수 있다.

본 발명은 각종 반도체 장치의 제조 과정에서 사용되는 기판처리 장치의 처리실 내의 클리닝에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

기판처리 장치의 내주면이 석영 부재로 구성되는 챔버 내로부터 금속을 포함하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법으로서,

상기 챔버 내에 N₂와 O₂를 포함하고 N₂와 O₂의 유량 비율이 1:0.1 내지 3인 클리닝 가스를 도입하고, 압력 133.3Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행하고, 상기 오염 물질을 금속 산질화물로 만들어 상기 챔버 내로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 금속 산질화물이 CuNO_x(여기에서, x는 화학량론적으로 허용되는 수치를 의미함)인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온도가 1000 내지 1100℃인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
기판처리 장치의 챔버 내로부터 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법으로서,

상기 챔버 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 이 챔버 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 압력이 1.3Pa 내지 133.3Pa인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 클리닝 가스가 N₂와 O₂를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 7 항에 있어서,

N₂와 O₂의 유량 비율이 1:0.1 내지 3인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 오염 물질이 금속 또는 그 화합물인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

복수의 상기 캐리어를 차례로 바꿔넣고 상기 조건에서 반복하여 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 캐리어가 실리콘을 함유하는 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 기판처리 장치는 RTP 장치인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 챔버는 그 내부에 석영제 부재가 사용되어 있는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
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피처리 기판을 수용하는 챔버,

상기 챔버 내에 클리닝 가스를 공급하는 가스공급원,

상기 챔버 내에서 피처리 기판을 가열하는 발열 유닛,

상기 챔버 내를 감압하는 배기 장치, 및

상기 챔버 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 상기 챔버 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행함으로써, 상기 챔버 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법이 행해지도록 상기 가스공급원, 발열 유닛 및 배기 장치를 제어하는 제어부

를 구비한 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
피처리 기판을 수용하는 챔버,

상기 챔버 내에 클리닝 가스를 공급하는 가스도입관,

상기 챔버 내에서 피처리 기판을 가열하는 발열 유닛,

상기 챔버 내를 감압하는 배기관, 및

상기 챔버 내에 오염 물질을 부착시키고 이것을 실어내는 캐리어를 배치한 상태에서, 상기 챔버 내에 클리닝 가스를 도입하고, 압력 666.6Pa 이하, 온도 700℃ 내지 1100℃의 조건에서 클리닝을 행함으로써, 상기 챔버 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 방법이 행해지도록 상기 가스도입관, 발열 유닛 및 배기관을 제어하는 제어부

를 구비한 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.