KR101630234B1 - 공정챔버의 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 및 전이금속을 포함하는 질화물의 박막이 부착되어 있는 공정챔버를 세정하는 공정챔버의 세정방법에 관한 것으로, 공정챔버의 세정방법은 내벽에 부착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 제거하는 공정챔버의 세정방법에 있어서, 붕소를 함유하는 제 1 가스 및 불소를 함유하는 제 2 가스를 포함하는 세정가스를 상기 공정챔버에 공급하여 상기 박막을 제거하는 것을 특징으로 한다.
공정챔버, 세정, 염소기반 가스, 붕소기간 가스, 불소기반 가스
Description
본 발명은 알루미늄 및 전이금속을 포함하는 질화물의 박막이 부착되어 있는 공정챔버를 세정하는 공정챔버의 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다.
박막증착공정에서 금속화합물으로 이루어진 박막을 기판 상에 증착하는 경우, 기판 상의 박막증착과 동시에 공정챔버의 내벽에 금속화합물의 박막이 증착된다. 공정챔버의 내벽에 증착된 박막이 축적되면, 박리현상 등에 의해 미립자 형태로 기판 상에 적하되어 기판 상에 증착되는 박막의 특성을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 적정주기로 공정챔버의 내벽에 증착된 박막을 세정하여야 한다.
공정챔버의 내부에 식각가스를 공급하여 박막을 식각하는 경우, 식각되는 박막의 부산물과 식각가스의 분해물질이 반응하여, 식각되기 어려운 화합물이 생성될 수 있다. 특히, 박막이 알루미늄을 포함한 화합물이고 식각가스가 불소를 함유한 경우에, 식각되기 어려운 알루미늄과 불소의 화합물이 생성되어 공정챔버의 내벽에 잔류하여 이후에 진행되는 기판 상에 박막을 증착공정에 이물질로 작용하여, 박막의 특성을 저하시키는 문제를 유발시킨다.
본 발명은 공정챔버의 내벽에 증착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 제거하기 위하여, 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막과 반응하여 부산물을 생성시키는 붕소를 함유하는 제 1 가스와 부산물을 분해하는 불소를 함유하는 제 2 가스를 사용함으로써, 내벽에 부착되어 있는 알루미늄 및 전이금속을 포함한 박막을 제거하는 공정챔버의 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공정챔버의 세정방법은,
본 발명은 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막과 반응하여 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 생성시키는 제 1 가스와 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 분해하는 불소를 함유하는 제 2 가스를 사용함으로써, 공정챔버 내벽에 부착되어 있는 알루미늄 및 전이금속을 포함한 박막을 효과적으로 제거할 수 있다.
염소를 함유하는 제 3 가스와 알루미늄 및 전이금속을 포함함 질화물의 박막과 반응시켜 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 용이하게 생성시켜, 공정챔버 내벽에 부착되어 있는 알루미늄 및 전이금속을 포함한 박막을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정공정의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ClF3을 사용하여 세정한 경우의 공정챔버 내부의 사진이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 Cl2을 사용하여 세정한 경우의 웨이퍼의 단면 사진이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 완전하게 세정된 공정챔버 내부의 사진이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CF3 및 Cl2을 이용하여 세정한 공정챔버 내부의 사진이다. 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 식각의 공정 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정가스 공급장치의 개략도이고, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 Cl2, BCl3, 및 ClF3를 이용하여 세정한 경우의 공정챔버 내부의 사진이다.
도 1과 같이 박막증착을 위한 기판처리장치(10)는, 밀폐된 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 공정챔버(12)의 내부에 설치되고, 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 분사하기 위한 가스분사장치(14), 가스분사장치(14)의 하부에 설치되고 기판(16)이 안치되는 기판 안치수단(18), 가스분사장치(14)에 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급관(20) 및 반응공간의 가스를 배기시키는 배기구(22)를 포함한다.
기판안치수단(18)은 공정챔버(12) 저면의 중심을 관통하여 공정챔버(12) 외부의 구동장치(도시하지 않음)와 연결되어 승강 또는 하강이 가능한 샤프트(32), 샤프트(32)와 연결되는 메인 서셉터(34) 및 메인 서셉터(34)에 설치되어 다수의 기판(16) 각각이 안치되는 다수의 서브 서셉터(36)로 구성된다. 도 1과 같은 기판처 리장치(10)는 가스분사장치(14) 및 기판안치수단(18) 중에 하나가 회전하거나, 또는 가스분사장치(14) 및 기판안치수단(18)이 서로 반대방향 또는 동일방향으로 모두 회전할 수 있다.
도 1의 기판안치수단(18)은 샤프트(32), 메인 서셉터(34) 및 다수의 서브 서셉터(36)로 구성되어 있으나, 도면으로 도시하지 않았지만, 필요에 따라, 메인 서셉터(34) 상에 기판(16)이 안치되는 기판안치영역을 정의하고, 기판안치영역에 메인 서셉터(34)를 관통하고 수직으로 승하강 가능한 다수의 핀을 설치하여, 다수의 핀의 승하강에 의해 기판(16)을 안치 또는 반출할 수 있는 기판안치수단(18)을 설치할 수 있다.
도 2와 같이, 가스분사장치(14)는 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하기 위한 다수의 공급관을 포함하는 가스공급관(20), 가스공급관(20)과 연결되는 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)로 구성된다. 제 1 내지 제 4 가스 분사기(22, 24, 26, 28)의 하면에는 가스를 분사하기 위한 다수의 가스분사홀(30)이 설치된다. 도 2에서는 4 개의 가스분사기를 도시하였지만, 필요에 따라 8 개의 가스분사기를 설치할 수 있다. 제 1 및 제 3 가스 분사기(22, 26)는 서로 180°를 이루고, 제 2 및 제 4 가스 분사기(24, 28)는 각각 제 1 및 제 3 가스 분사기(22, 26)의 사이에 설치되고, 제 1 및 제 3 가스 분사기(22, 26)와 90°를 이룬다. 제 1 내지 제 4 가스 분사기(22, 24, 26, 28)는 파이프 형태이다.
도 1의 기판안치수단(18) 상에 다수의 기판(16)을 안치시키고, 도 2의 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)를 통하여, 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 분사하면, 가스분사장치(14) 또는 기판안치수단(18)의 회전에 의해, 기판(16) 상에 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스가 순차적으로 공급되면서 원하는 박막이 형성된다. 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)의 각각은 퍼지가스 공급관과 연결된다.
그리고, 소스가스 및 반응가스를 다수의 가스분사기를 가진 가스분사장치(14) 대신 샤워헤드와 별도의 가스관을 통하여 공급할 수 있다. 기판(16) 상에 형성되는 박막은 알루미늄과 전이금속을 포함한 질화물이다. 본 발명에서는 알루미늄과 전이금속을 포함한 질화물로서 TiAlN의 박막을 형성하지만, Ti는 다른 전이금속으로 대체가 가능하다.
도 1의 기판처리장치(10)를 사용하여 알루미늄과 전이금속을 포함한 질화물로서 TiAlN 박막을 증착하는 경우, 제 1 및 제 2 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 각각 Ti 전구체인 TiCl4, Al 전구체인 TMA( tirmethylaluminum), 질소를 포함한 NH3, 및 Ar과 같은 불활성 가스 또는 질소와 같은 비반응가스를 사용한다.
제 1 소스가스인 TiCl4은 제 1 가스분사기(22)를 통하여 분사되고, 제 2 소스가스인 TMA는 제 2 가스분사기(24)을 통하여 분사되고, 반응가스인 NH3는 제 3 및 제 4 가스분사기(26, 28)를 통하여 분사된다. Al 전구체는 TMA 대신에 DMAH(dimethylaluminum hydride), TMEDA (tetramethylethylenediamine), DMEAA(dimethylehtylamine alane), TEA(triethylaluminum) 및 TBA(triisobutylaluminum) 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
TiAlN의 박막은 원자층 증착방법으로 형성된다. TiAlN의 박막은 제 1 단계로, 제 1 가스분사기(22)를 통하여 제 1 소스가스인 TiCl4이 기판(16) 상에 분사되고, 제 2 단계로, 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)를 통하여 퍼지가스를 분사하고, 제 3 단계로, 제 3 및 제 4 가스분사기(26, 28)를 통하여 반응가스인 NH3가 분사되고, 제 4 단계로, 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)를 통하여 퍼지가스를 분사한다.
그리고, 제 5 단계로, 제 2 가스분사기(24)를 통하여 제 2 소스가스인 TMA가 분사되고, 제 6 단계로, 제 1 내지 제 4 가스분사기(22, 24, 26, 28)를 통하여 퍼지가스를 분사하고, 제 7단계로, 제 3 및 제 4 가스분사기(26, 29)를 통하여 반응가스인 NH3가 분사되고, 제 8 단계로, 제 1 내지 제 4 가스분사기 (22, 24, 26, 28) 를 통하여 퍼지가스를 분사하여 형성한다.
제 2, 제 4, 제 6 및 제 8 단계에서 분사되는 퍼지가스에 의해 반응에 참여하지 않은 제 1 및 제 2 소스가스, 반응가스 및 반응 부산물은 퍼지된다. 원자층 증착방법은 제 1 내지 제 8 단계를 일주기로 할 때, 일주기에 의해 원자층 단위의 박막이 증착되므로 원하는 두께의 박막을 얻기 위해서 제 1 내지 제 8 단계를 수행하는 일회의 증착주기를 수 회 내지 수 백 회 반복한다. 따라서, 제 1 내지 제 8 단계의 연속적인 반복에 의해서 원하는 두께의 TiAlN의 박막이 얻어진다.
원자층 증착방법의 생산성을 높이기 위해 도 1 및 도 2와 같이, 다수의 기판(16)을 기판안치대(34) 상에 안치하여 동시에 원자층 증착공정을 진행한다. 물론 기판안치대(34) 상에 하나의 기판(16)을 안치하고 원자층 증착공정을 진행할 수 있다. 기판안치대(34) 상에 하나의 기판(16)을 안치하고 공정을 진행하는 것을 매엽식(single type)이라고 하고, 다수의 기판(16)을 기판안치대(34) 상에 안치하여 공정을 진행하는 방법을 배치방식(batch type)이라 한다.
박막증착방법으로 도 1의 기판처리장치(10)에서는 TiAlN을 원자층 증착방법으로 형성하는 방법을 설명하였지만, 필요에 따라 스퍼터링법(Sputtering)법과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과 화학반응을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법을 사용할 수 있다.
스퍼터링법, CVD방법 및 원자층 증착방법을 사용하여, 공정챔버(12)의 내벽에 기판(16) 상에 증착되는 박막과 동일한 알루미늄을 포함한 전이금속물질의 박막이 증착되면, 박리현상 등에 의해 미립자 형태로 기판(16) 상에 적하되어 기판(16) 상에 증착되는 박막의 특성을 저하시키는 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 적정주기로 공정챔버(12)의 내벽에 증착된 박막을 제거하여야 한다. 공정챔버(12)의 내벽에 증착된 박막이 8㎛ 정도일 때, 공정챔버(12)를 세정한다.
공정챔버(12) 내벽의 증착된 박막은 공정챔버(12)로부터 기판(16)을 반출시킨 후에, 세정가스로 염소와 불소를 포함한 ClF3를 공급하여 식각할 수 있다. ClF3에 의해 TiAlN의 박막을 세정하면, TiAlN으로부터 석출되는 알루미늄과, ClF3의 분해에 의해 발생되는 불소가 결합하여, AlF3와 같은 알루미늄-불소(Al-F) 화합물을 생성한다. AlF3는 완전한 결합 또는 불완전 반응에 의한 조성물 형태로 존재한다. 세정가스로 ClF3를 사용하여 공정챔버(12)의 내벽에 증차된 TiAlN을 세정할 때 발생한 알루미늄-불소 화합물인 AlF3는 제거되지 않고, 도 4와 같이, 다공질의 백색 미립자(porous white powder)의 형태로 공정챔버(12)의 내에 잔류하게 된다.
공정챔버(12)의 내벽에 알루미늄-불소 화합물에 잔류로 인해, 이후 진행되는 증착공정에서, 박리현상 등에 의한 이물질이 기판(16) 상에 적하되어 기판(16) 상에 증착되는 박막의 특성을 저하시킨다. 알루미늄-불소 화합물은 일반적인 세정가스에 의해 분해되기 어렵기 때문에, 공정챔버(12) 내부를 1400도 이상으로 승온시키고, 알루미늄과 불소의 결합력을 약화에 의해 휘발성을 증가시켜 식각 혹은 제거할 수 있다. 그러나, 도 1의 기판처리장치(10)과 같은 원자층 증착장치에서 공정챔버(12)를 1400도 이상으로 승온시키기 어렵기 때문에, 실질적으로 알루미늄-불소 화합물을 제거하기 어렵다.
공정챔버(12)의 내벽에 증착된 TiAlN 박막을 세정하였을 때, 알루미늄-불소 화합물이 생성되지 않게 하기 위하여, ClF3 대신 Cl2을 세정가스로 사용할 수 있다. 그러나, Cl2을 사용하는 경우에도, 공정챔버(12) 내부의 온도가 430도 이하일 경우, AlCl3와 같은 알루미늄-염소(Al-Cl) 화합물을 생성한다. AlCl3는 완전 또는 불완전 결합상태로 존재한다. 그런데, 공정챔버(12) 내부의 모든 영역을 430도 이상으로 유지하기 어렵기 때문에, 도 5와 같이, 국부적으로 알루미늄-염소 화합물이 존재하게 된다.
도 5는, 공정챔버(12)를 절단한 단면 사진과 유사한 결과를 얻기 위해, 실리콘 산화막을 형성한 웨이퍼를 공정챔버(12) 내부에 인입하고, 기판(16) 상에 TiAlN 박막을 증착한 후에, 웨이퍼의 단면을 촬영한 사진이다. 도 5를 참조하면, 공정챔 버(12)의 내부에 알루미늄-질소 성분의 화합물이 잔류하는 것으로 추론할 수 있다.
또한, 세정가스로서 ClF3 및 Cl2을 사용하는 경우, TiAlN의 박막에서 티타늄-질소(Ti-N) 성분의 식각율이 알루미늄-질소(Al-N) 성분의 식각율보다 높아 세정공정 이후에 알루미늄-질소 성분의 화합물이 공정챔버(12)의 내벽에 잔류하게 된다. 세정이 완료되어도 알루미늄-질소 성분의 화합물이 공정챔버(12)의 내벽에 잔류될 수 있다.
도 6은 완전하게 세정된 공정챔버(12) 내부의 기판안치수단(122)의 사진이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CF3 및 Cl2을 이용하여 세정한 공정챔버 내부의 사진이다. 도 6과 비교했을 때, 도 7은 공정챔버(12) 내부의 기판안치수단(122)에는 알루미늄-질소 성분의 화합물이 잔류되어 있음을 볼 수 있다.
본 발명은 공정챔버(12)의 내벽에 부착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 효과적으로 세정하기 위하여, 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막과 반응하여 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 생성하는 붕소를 함유하는 제 1 세정가스와, 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 분해하여 가스상태로 배기시킬 수 있는 불소를 함유하는 제 2 세정가스를 사용하여 공정챔버(12)를 세정하는 공정챔버의 세정방법을 제안한다.
도 3, 도 8a 내지 도 8d, 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정챔버를 세정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3과 같이, 공정챔버를 세정하는 방법은, 도 1의 공정챔버(12) 내부를 승온시키는 제 1 단계(S01), 제 1 퍼지가스를 공급하여 도 1의 공정챔버(12) 내부를 퍼지시키는 제 2 단계(S02), 공정챔버(12)의 내부에 세정가스를 공급하여 도 8a의 TiAlN 박막(50)을 제거하는 제 3 단계(S03), 및 제 2 퍼지가스를 공급하여 도 1의 공정챔버(12) 내부를 퍼지시키는 제 4 단계(S04)를 포함한다.
도 1의 공정챔버(12)에서 기판(16) 상에 TiAlN 박막의 증착 공정를 수행한 후, 기판(16)을 공정챔버(12)의 외부로 반출시킨 후에, 공정챔버(12)의 내부를 세정에 적정한 온도로 승온시키는 제 1 단계(S01)를 진행한다. 도 8a와 같이 공정챔버(12)의 내벽에 TiAlN 박막(50)이 대략적으로 8㎛ 두께로 부착되어 있을 때, 세정공정을 실시한다. 세정시기는 적절하게 조절할 수 있다. 제 1 단계(S01)에서, 세정공정에 적절한 온도인 400 내지 650도로 공정챔버(12)의 내부를 승온시킨다. 승온온도는 세정가스에 따라 다르게 설정될 수 있다. 그리고, 공정챔버(12) 내부를 세정에 적정한 압력인 0.1 torr 내지 10 torr로 설정한다.
제 2 단계(S02)에서, 기판(16) 상에 TiAlN 박막의 증착에 기여했던 공정가 스가 가스공급관(20) 및 공정챔버(12)의 내부에 잔류할 수 있으므로, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스인 제 1 퍼지가스를 공급하여, 가스공급관(20)과 공정챔버(12)의 내부에서 공정가스를 제거한다. 퍼지공정에 의해 공정가스가 잔류하지 않아 세정공정에 영향을 주지 않는다.
제 3 단계(S03)에서, 도 8a와 같이 공정챔버(12)의 내벽에 증착되어 있는 TiAlN 박막(50)을 제거하기 위해, 세정가스로 붕소에 기반한 제 1 세정가스 및 불소에 기반한 제 2 세정가스를 공급한다.
제 1 세정가스로 사용되는 BCl3와 도 9a의 TiAlN 박막(50)과 다음과 같이 반응한다.
BCl3 + TiAlN -> TiCl4(가스) + AlCl3(가스) + N2(가스) + BxNy(고체)
제 1 세정가스가 TiAlN 박막(50)이 부착된 도 1의 공정챔버(12)의 내부에 공급되면, 티타늄(Ti) 및 염소(Cl)가 반응한 TiCl4, 알루미늄(Al)과 염소(Cl)가 반응한 AlCl3, 및 TiAlN 박막(50)에서 분해된 질소가 가스상태로 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기되고, 붕소-질소(B-N) 성분의 물질이 생성된다. 따라서, TiAlN 박막(52)의 상층부는 제 1 세정가스에 의해 분해됨과 동시에, 도 8b와 같이, 붕소-질소(B-N) 성분을 가진 부산물(52)이 생성된다. 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)은 화합물 또는 조성물일 수 있다.
제 2 세정가스로 사용되는 ClF3와 도 8b의 붕소-질소(B-N) 성분을 가진 부산물(52)과 다음과 같이 반응한다.
ClF3 + BxNy -> BCl3(가스) + NF3(가스)
제 2 세정가스가 TiAlN 박막(50)이 부착된 도 1의 공정챔버(12)의 내부에 공급되면, 붕소(B)과 염소(Cl)이 반응한 BCl3와 질소(N)와 불소(F)가 반응한 NF3가 생성되어 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기된다.
제 1 및 제 2 세정가스가 동시에 공급되어, 도 8a의 TiAlN 박막(52)의 일부가 제 1 세정가스와 반응하여 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)을 생성하고, 제 2 세정가스가 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)을 분해하는 과정을 반복하여 도 8d와 같이, 공정챔버(12)의 내부에 부착된 TiAlN 박막(50)을 제거할 수 있다.
제 1 및 제 2 세정가스와 더불어, 도 8a의 TiAlN 박막(50)과 반응하여 붕소-질소 성분의 부산물(52)의 생성이 용이하도록 도 8c와 같이, 과잉 알루미늄을 함유한 TiAlN 박막(54)을 생성하는 제 3 세정가스를 공급할 수 있다.
제 3 세정가스로 Cl2를 사용할 수 있고, Cl2와 도 8a의 TiAlN 박막(50)은 다음과 같이 반응한다.
Cl2 + TiAlN -> TiCl4(가스) + AlCl3(가스) + N2(가스)
티타늄(Ti) 및 염소(Cl)가 반응한 TiCl4, 알루미늄과 염소가 반응한 AlCl3, 및 TiAlN 박막(50)에서 분해된 질소는 가스상태로 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기된다. 이때, 티타늄-질소(Ti-N) 성분의 식각율보다 알루미늄-질소(Al-N) 성분의 식각율보다 빠르게 때문에, 도 8c와 같이, TiAlN 박막(50)의 상부에 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(Al rich TiAlN layer)(54)이 생성된다. 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(54)는 제 2 세정가스와 반응하여 보다 용이하게 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)을 생성할 수 있다.
제 3 세정가스와 도 8a의 TiAlN 박막(50)이 반응하여, TiAlN 박막(50)의 상부에 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(54)이 생성되고, 제 2 세정가스와 도 8a의 TiAlN 박막(50)과 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(54)과 반응하여, 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)이 생성되고, 제 3 세정가스에서 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)을 분해하는 과정을 반복하여, TiAlN 박막(50)을 제거한다. 제 1 내지 제 3 세정가스의 연속적인 상호반응에 의하여, 도 8d와 같이, 공정챔버(12)의 내벽에 부착되어 있는 TiAlN 박막(50)을 완전히 제거할 수 있다.
세정가스로 Cl2, BCl3, 및 ClF3를 이용하여 공정챔버(12)를 세정한 경우, 도 10a 및 도 10b와 같이 공정챔버(12)의 내부에 부산물이 완전하게 제거되는 것을 볼 수 있다. 도 10a는 공정챔버(12)의 내벽 및 배기구가 위치한 부분의 사진이고, 도 10b는 공정챔버(12) 내부의 기판안치수단(122)의 사진이다.
제 1 내지 제 3 세정가스는 도 9와 같은 제 1 세정가스 공급장치(70)를 사용하여, 동시에 공급할 수 있다. 도 9의 제 1 세정가스 공급장치(70)는 제 1 세정가스을 공급하는 제 1 공급원(60), 제 2 세정가스를 공급하는 제 2 공급원(62), 제 3 세정가스를 공급하는 제 3 공급원(64) 및 제 1 내지 제 3 공급원(60, 62, 64)와 공정챔버(12) 사이에서 제 1 내지 제 3 세정가스의 유량을 제어하는 유량제어기(66)를 포함하여 구성된다.
도 9와 같은 제 1 세정가스 공급장치(70)를 사용하여, 제 1 내지 제 3 세정가스를 공정챔버(12)에 동시에 공급하는 경우, 제 1 내지 제 3 세정가스인 BCl3, ClF3 및 Cl2는 1 : 0.6 : 2의 유량비율로 공급할 수 있다.
제 2 실시예
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세정공정의 순서도이고, 도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세정가스 공급장치의 개략도이고, 도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 식각의 공정 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시예를 설명함에 있어, 본 발명의 제 1 실시예와 동일 구성요소에 대해서는 동일 한 부호를 사용한다.
본 발명의 제 2 실시예는 공정챔버의 내벽에 부착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 효과적으로 세정하기 위하여, 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막과 반응하여 과잉 알루미늄을 함유한 TiAlN 박막을 생성하는 제 1 세정가스, TiAlN 박막 및 과잉 알루미늄을 함유한 TiAlN 박막과 반응하여 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 생성하는 붕소를 함유하는 제 2 세정가스, 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 분해하는 제 가스상태로 배기시킬 수 있는 불소를 함유하는 제 3 세정가스를 순차 반복적으로 공급하여 공정챔버를 세정하는 공정챔버의 세정방법을 제안한다.
도 11, 도 12 및 도 13a 내지 도 13d를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정챔버를 세정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
공정챔버(12)의 내벽에 부착되어 있는 TiAlN 박막을 제거하는 세정방법은, 도 11과 같이, 도 1의 공정챔버(12) 내부를 승온시키는 제 1 단계(S01), 제 1 퍼지가스를 공급하여 도 1의 제 1 퍼지가스를 공급하여 공정챔버(12) 내부를 퍼지시키는 제 2 단계(S02), 공정챔버(12)의 내부에 제 1 세정가스를 공급하는 제 3 단계(S03), 제 2 퍼지가스를 공급하여 공정챔버(12)의 내부를 퍼지시키는 제 4 단계(S04), 공정챔버(12)의 내부에 제 2 세정가스를 공급하는 제 5 단계(S05), 제 3 퍼지가스를 공급하여 공정챔버(12)의 내부를 퍼지시키는 제 6 단계(S06), 공정챔버(12)의 내부에 제 3 세정가스를 공급하는 제 7 단계(S07), 제 4 퍼지가스를 공급하여 공정챔버(12)의 내부를 퍼지시키는 제 8 단계(S08)를 포함하여 진행된다. 제 1 단계에서 제 8 단계까지 세정공정은 진공의 단절없이 공정챔버(12)의 내부가 계속 진공을 유지한 상태에서 진행된다.
도 1의 공정챔버(12)에서 기판(16) 상에 TiAlN 박막의 증착 공정를 수행한 후, 기판(16)을 공정챔버(12)의 외부로 반출시킨 후에, 공정챔버(12)의 내부를 세정에 적정한 온도로 승온시키는 제 1 단계(S01)를 진행한다. 도 13a와 같이 공정챔버(12)의 내벽에 TiAlN 박막(50)이 대략적으로 8㎛ 두께로 부착되어 있을 때, 세정공정을 실시한다. 제 1 단계(S01)에서, 세정공정에 적절한 온도인 400 내지 650도로 공정챔버(12)의 내부를 승온시킨다. 승온온도는 세정가스에 따라 다르게 설정될 수 있다.
제 2 단계(S02)에서, 기판(16) 상에 TiAlN 박막의 증착에 기여했던 공정가스가 가스공급관(20) 및 공정챔버(12)의 내부에 잔류할 수 있으므로, 불활성 가스인 제 1 퍼지가스를 공급하여, 가스공급관(20)과 공정챔버(12)의 내부에서 공정가스를 제거한다. 퍼지공정에 의해 공정가스가 잔류하지 않아 세정공정에 영향을 주지 않는다.
제 3 단계(S03)에서, 제 3 세정가스로 Cl2를 사용할 수 있고, Cl2와 도 13a의 TiAlN 박막(50)은 다음과 같이 반응한다.
Cl2 + TiAlN -> TiCl4(가스) + AlCl3(가스) + N2(가스)
티타늄(Ti) 및 염소(Cl)가 반응한 TiCl4, 알루미늄과 염소가 반응한 AlCl3, 및 TiAlN 박막(50)에서 분해된 질소는 가스상태로 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기된다. 이때, 티타늄-질소(Ti-N) 성분의 식각율보다 알루미늄-질소(Al-N) 성분의 식각율보다 빠르게 때문에, 도 13b와 같이, TiAlN 박막(50)의 일부는 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(Al rich TiAlN layer)(54)이 생성된다.
제 4 단계(S04)에서, 가스공급관(22) 및 공정챔버(12)의 내부에 잔류되어 있는 제 1 세정가스가 제 2 세정가스와 혼합되어, 세정공정에 영향을 주지않도록 제 2 퍼지가스인 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 공급하여 공정챔버(12) 및 가스공급관(22)의 내부에서 제 1 세정가스를 완전히 배기시킨다.
제 5 단계(S05)에서, 제 2 세정가스로 사용되는 BCl3와 도 13b의 TiAlN 박막(50)과 다음과 같이 반응한다.
BCl3 + TiAlN -> TiCl4(가스) + AlCl3(가스) + N2(가스) + BxNy(고체)
제 2 세정가스가 TiAlN 박막(50)이 부착된 도 1의 공정챔버(12)의 내부에 공 급되면, 티타늄(Ti) 및 염소(Cl)가 반응한 TiCl4, 알루미늄(Al)과 염소(Cl)가 반응한 AlCl3, 및 TiAlN 박막(50)에서 분해된 질소는 가스상태로 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기되고, 붕소-질소(B-N) 성분의 물질이 생성된다. 따라서, TiAlN 박막(52)의 상층부는 제 1 세정가스에 의해 분해됨과 동시에, 도 8b와 같이, 붕소-질소(B-N) 성분을 가진 부산물(52)이 생성된다. 붕소-질소 성분을 가진 부산물(54)은 화합물 또는 조성물일 수 있다. 과잉 알루미늄을 가진 TiAlN 박막(54)는 제 2 세정가스와 반응하여 보다 용이하게 붕소-질소 성분을 가진 부산물(52)을 생성할 수 있다.
제 6 단계(S06)에서, 가스공급관(22) 및 공정챔버(12)의 내부에 잔류되어 있는 제 2 세정가스가 제 3 세정가스와 혼합되어, 세정공정에 영향을 주지않도록 제 3 퍼지가스로서 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 공급하여 공정챔버(12) 및 가스공급관(22)의 내부에서 제 2 세정가스를 완전히 배기시킨다.
제 7 단계(S07)에서, 제 3 세정가스로 사용되는 ClF3와 도 13b의 붕소-질소(B-N) 성분을 가진 부산물(52)과 다음과 같이 반응한다.
ClF3 + BxNy -> BCl3(가스) + NF3(가스)
제 3 세정가스가 TiAlN 박막(50)이 부착된 도 1의 공정챔버(12)의 내부에 공 급되면, 붕소(B)과 염소(Cl)가 반응한 BCl3와 질소(N)와 불소(F)가 반응한 NF3가 생성되어 공정챔버(12)의 배기구(22)를 통하여 외부로 배기된다.
제 8 단계(S08)에서, 가스공급관(22) 및 공정챔버(12)의 내부에 잔류되어 있는 제 3 세정가스를 제거하기 위하여 제 4 퍼지가스로서 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 공급하여 공정챔버(12) 및 가스공급관(22)의 내부에서 제 3 세정가스를 완전히 배기시킨다.
제 3 내지 제 8 단계를 다수 반복하여 공정챔버(12)의 내부에 부착된 TiAlN 박막(50)을 제거할 수 있다. 제 3 단계(S03), 제 5 단계(S05) 및 제 7 단계(S07)에서 공정챔버(12)에 공급되는 제 1, 제 2 및 제 3 세정가스가 단위시간당 동일한 유량으로 공급되는 경우, 시간을 조절하여 공급량을 결정한다. 단위시간당 동일한 유량이 공급되는 경우, 제 1, 제 2 및 제 3 세정가스의 공급시간의 비율은, 2 : 1 : 0.6이다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 제 1 내지 제 3 세정가스를 순착 반복적으로 공급하기 위하여, 도 12와 같이, 가스공급장치(74)는, 제 1 세정가스을 공급하는 제 1 공급원(60), 제 2 세정가스를 공급하는 제 2 공급원(62), 제 3 세정가스를 공급하는 제 3 공급원(64) 및 제 1 내지 제 3 공급원(60, 62, 64)와 공정챔버(12) 사이 에서 제 1 내지 제 3 세정가스 각각의 유량을 제어하는 제 1 내지 제 3 유량제어기(66a, 66b, 66c)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 구성도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정공정의 순서도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ClF3을 사용하여 세정한 경우의 공정챔버 내부의 사진
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 Cl2을 사용하여 세정한 경우의 웨이퍼의 단면 사진
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 완전하게 세정된 공정챔버 내부의 사진
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CF3 및 Cl2을 이용하여 세정한 공정챔버 내부의 사진
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 식각의 공정 단면도
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정가스 공급장치의 개략도
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 Cl2, BCl3, 및 ClF3를 이용하여 세정한 경우의 공정챔버 내부의 사진
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세정공정의 순서도
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세정가스 공급장치의 개략도
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 식각의 공정 단면 도
Claims (24)
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- 내벽에 부착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 제거하는 공정챔버의 세정방법에 있어서,상기 공정챔버를 세정온도로 승온시키는 단계;상기 공정챔버 내부에 염소를 함유하는 제 1 가스, 붕소를 함유하는 제 2 가스 및 불소를 함유하는 제 3 가스를 순차 반복적으로 공급하여 공정챔버의 상기 내벽에 부착된 상기 박막을 제거하는 단계;상기 공정챔버 내부를 퍼지하는 단계;를 포함하고,상기 공정챔버 내부를 퍼지하는 단계는,상기 제 1 가스를 공급한 후 상기 제 2 가스를 공급하기 전에 제 1 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 1 퍼지단계;상기 제 2 가스를 공급한 후 상기 제 3 가스를 공급하기 전에 제 2 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 2 퍼지단계;상기 제 3 가스를 공급한 후에 제 3 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 3 퍼지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 박막은 TiAlN 박막이고, 상기 제 1 내지 상기 제 3 가스는 각각 Cl2, BCl3, 및 ClF3인 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 가스인 상기 Cl2와 상기 TiAlN 박막이 반응하여 과잉 알루미늄 TiAlN 박막을 생성하고, 상기 제 2 가스인 상기 BCl3와 상기 과잉 알루미늄 TiAlN 박막과 반응하여 붕소-질소 성분을 가지는 부산물을 생성하고, 상기 제 3 가스인 상기 ClF3에 의해 붕소-질소 성분을 가진 부산물을 분해하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 가스는 진공의 단절없이 공급되는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1, 제 2 및 제 3 가스가 단위시간당 동일 유량으로 공급되는 경우, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 가스의 공급시간 비율은 2 : 1 : 0.6인 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 내벽에 부착된 알루미늄 및 전이금속을 포함한 질화물의 박막을 제거하는 공정챔버의 세정방법에 있어서,붕소를 함유하는 제 1 가스를 공급하는 단계;상기 제 1 가스와 상기 박막이 반응하여 붕소-질소 성분을 가진 부산물을 생성하는 단계;불소를 함유하는 제 2 가스를 공급하는 단계;상기 제 2 가스를 이용하여 상기 부산물을 분해하는 단계를 포함하고,상기 제 1 가스를 공급하는 단계 이전에,염소를 포함하는 제 3 가스를 공급하는 단계와;상기 제 3 가스를 이용하여 상기 박막의 일부로부터 알루미늄과 상기 전이금속을 포함하는 과잉 알루미늄을 함유하는 질화물 박막을 생성하는 단계를 더 포함하며,상기 제 1 가스를 공급하는 단계와, 상기 부산물을 생성하는 단계, 상기 제 2 가스를 공급하는 단계, 상기 부산물을 분해하는 단계는 상기 박막이 완전히 제거될 때까지 순차 반복되는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 박막은 TiAlN 박막이고, 상기 제 1 및 제 2 가스는 각각 BCl3 및 ClF3인 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 부산물을 생성하는 단계는 상기 BCl3와 상기 TiAlN 박막이 반응하여 가스상태의 TiCl4, AlCl3 및 N2와 고체상태의 BxNy를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 부산물을 분해하는 단계는 상기 ClF3와 상기 고체상태의 BxNy가 반응하여 가스상태의 BCl3와 NF3를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 삭제
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 가스를 공급하는 단계와 상기 제 2 가스를 공급하는 단계 사이에,상기 제 1 가스와 상기 과잉 알루미늄을 함유하는 질화물 박막이 반응하여 붕소-질소 성분을 가진 부산물을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 3 가스는 Cl2인 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 과잉 알루미늄을 함유하는 질화물 박막을 생성하는 단계는 상기 Cl2와 상기 TiAlN 박막이 반응하여 가스상태의 TiCl4, AlCl3 및 N2를 형성하는 단계와 과잉 알루미늄을 함유하는 TiAlN 박막을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1, 제 2 및 제 3 가스가 단위시간당 동일 유량으로 공급되고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 가스의 공급시간 비율은 1 : 0.6 : 2인 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 가스를 공급하는 단계 이전에, 상기 공정챔버를 세정온도로 승온시키는 단계와, 제 1 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 1 퍼지단계;상기 부산물을 생성하는 단계와 상기 제 2 가스를 공급하는 단계 사이에, 제 2 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 2 퍼지단계;상기 부산물을 분해하는 단계 이후에, 제 3 퍼지가스를 공급하여 상기 공정챔버의 내부를 퍼지시키는 제 3 퍼지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정챔버의 세정방법.
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