KR102178593B1 - 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 반응 챔버에서 플라즈마 처리된 반응가스를 이용하여 단결정의 실리콘 기판에 형성된 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 헥사플루오로규산암모늄을 포함하는 반응물로 변화시키는 반응 단계, 상기 반응물이 형성되어 있는 실리콘 기판을 상기 반응 챔버와는 별도로 구비된 반응물 제거 챔버로 이송하는 이송 단계 및 상기 반응물 제거 챔버의 상면부에 형성된 증기공급포트를 통해 공급되는 고온 증기가 상기 반응물로 분사되어 상기 반응물을 기화시키고, 기화된 반응물을 상기 고온 증기와 함께 상기 반응물 제거 챔버의 하면부에 형성된 배출포트를 통해 배출하는 반응물 제거단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 건식 세정 과정에서 생성된 반응물인 헥사플루오로규산암모늄을 고온의 증기를 이용하여 빠른 시간 내에 기화시켜 제거함으로써 공정 시간을 크게 단축할 수 있고, 반응물을 제거하는 과정에서 반응 부산물이 챔버 내벽에 부착되어 기판의 오염원으로 작용하는 문제를 해결할 수 있고, 챔버 내벽에 부착되어 고착화되는 반응 부산물을 제거하기 위해 수행되는 챔버 자체에 대한 클리닝 주기를 늘려 유지 보수 비용을 저감할 수 있고, 생산성과 하드웨어 안정성을 개선할 수 있다.

Description

플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법{DRY CLEANING METHOD USING PLASMA AND STEAM}
본 발명은 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 건식 세정 과정에서 생성된 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 고온의 증기를 이용하여 빠른 시간 내에 기화시켜 제거함으로써 공정 시간을 크게 단축할 수 있고, 반응물을 제거하는 과정에서 반응 부산물이 챔버 내벽에 부착되어 기판의 오염원으로 작용하는 문제를 해결할 수 있고, 챔버 자체에 대한 클리닝(cleaning) 주기를 늘릴 수 있고, 생산성과 하드웨어 안정성을 개선할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 관한 것이다.
건식 세정 공정 중에서, 플라즈마(plamsa) 건식 세정법은 플라즈마를 이용하여 반응물을 활성화시켜, 반응물과 기판의 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 세정하는 방식이다.
이러한 플라즈마 건식 세정은 고선택비를 가지고 저온 공정이 유리하다는 장점이 있는 반면, 기판에 입사되는 이온 충격(Ion Bombardment)으로 인하여, 기판 표면에 손상층(Damage layer)이 생성되기 때문에, 이를 제거하기 위한 후속 공정들이 필요하다는 문제점이 있다.
최근 들어, 이러한 문제점을 해결하는 대체 기술로, 종래의 건식 세정 공정을 나타낸 도 1에 개시된 바와 같이, 실리콘 산화물 또는 질화물 등과 같은 유전체들을 가스(Gas) 또는 라디칼(Radical)과 반응시켜 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6) 고체층을 생성시킨 후, 이를 가열하여 제거하는 건식 세정(Dry Clean) 기술이 도입되었다.
도 2는 도 1에 개시된 종래의 건식 세정 공정을 구성하는 반응물 제거 공정을 나타낸 도면이다.
도 2를 추가로 참조하면, 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6) 고체층, 즉, 반응물을 생성하는 반응 단계 이후에, 반응물을 기화시키는 어닐링(annealing) 단계가 개시되어 있으며, 100℃ 이상에서 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)이 기화되며 일부는 챔버 내벽에 흡착되는 현상이 도식적으로 표현되어 있다.
반응물인 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)은 100℃ 이상에서는 SiF4, 2NH3, 2HF로 반응하여 기화되며, 기화된 반응물 성분은 진공 펌프로 흡입되나 일부분은 챔버 내벽에 흡착된다.
이러한 반응 단계와 어닐링 단계는 세정 대상인 기판의 수에 대응하여 반복되기 때문에, 챔버 내벽에 흡착된 성분은 공정의 반복에 따라 반응 부산물로 고착화되어 기판을 오염시킨다. 또한 이러한 성분은 챔버의 압력 변경이 일어날 때 파티클(particle)이 되어 기판을 오염시키는 주요 요인으로 작용한다.
한편, 건식 세정시 옥사이드(oxide) 제거 반응에 관여하는 불소 원자는 전기 음성도가 높기 때문에 기판 표면에 대한 흡착력이 높으며, 건식 세정은 습식 세정에 비해 세정 후 불소가 잔류하는 양이 많은 것으로 알려져 있다.
잔류하는 불소 성분은 기판 표면을 친수성으로 만들어 다른 오염물들이 기판 표면에 잘 흡착하게 하여 기판에 형성된 소자의 품질을 저하시키는 요인으로 작용하기 때문에, 필수적으로 제거되어야 하는 요소이지만, 종래 기술인 어닐링 방식에 따르면 이를 완전하게 제거하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 어닐링 단계에서 반응물을 기화시키기 위해서는 기판이 배치되는 척이 100℃ 이상의 온도를 유지하는 일정한 시간이 반드시 필요하다. 반응물 기화에서는 기판에 공급되는 온도와 챔버 내부의 압력, 반응물이 기화되는데 소요되는 시간이 중요하다. 특히, 기판의 온도가 100℃ 이상으로 올라가면 반응물은 빨리 기화되므로, 기판의 온도를 100℃ 이상으로 올려주는 어닐링 시간이 필요하며, 이 어닐링 시간은 세정 공정의 생산성에 큰 영향을 끼치는 요소로 작용하며, 척을 가열하여 기판을 간접적으로 가열하는 종래 기술은 이 어닐링 시간으로 인하여 생산성에 한계가 있다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0071368호(공개일자: 2009년 07월 01일, 명칭: 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기억 매체) 대한민국 등록특허공보 제10-0784661호(등록일자: 2007년 12월 05일, 명칭: 반도체 소자의 제조방법)
본 발명의 기술적 과제는 건식 세정 과정에서 생성된 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 증기를 이용하여 빠른 시간 내에 기화시켜 제거함으로써 공정 시간을 크게 단축할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 제거하는 과정에서 반응 부산물이 챔버 내벽에 부착되어 기판의 오염원으로 작용하는 문제를 해결할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 챔버 내벽에 부착되어 고착화되는 반응 부산물을 제거하기 위해 수행되는 챔버 자체에 대한 클리닝(cleaning) 주기를 늘려 유지 보수 비용을 저감할 수 있고, 생산성과 하드웨어 안정성을 개선할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법은 반응 챔버에서 플라즈마 처리된 반응가스를 이용하여 단결정의 실리콘 기판에 형성된 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 포함하는 반응물로 변화시키는 반응 단계, 상기 반응물이 형성되어 있는 실리콘 기판을 상기 반응 챔버와는 별도로 구비된 반응물 제거 챔버로 이송하는 이송 단계 및 상기 반응물 제거 챔버의 상면부에 형성된 증기공급포트를 통해 공급되는 고온 증기가 상기 반응물로 분사되어 상기 반응물을 기화시키고, 기화된 반응물을 상기 고온 증기와 함께 상기 반응물 제거 챔버의 하면부에 형성된 배출포트를 통해 배출하는 반응물 제거단계를 포함한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 반응물 제거단계는, 상기 증기공급포트와 증기 공급부 사이의 배관에 설치된 제3 밸브가 개방된 상태에서 상기 제3 밸브와 상기 증기 공급부 사이의 배관에 설치된 제4 밸브가 개방됨으로써, 상기 고온 증기가 상기 증기공급포트를 통해 상기 반응물 제거 챔버의 내부로 공급되어 상기 반응물을 기화시키는 반응물 기화단계 및 상기 제3 밸브, 상기 제4 밸브가 개방된 상태에서 상기 배출포트와 배출펌프 사이의 배관에 설치된 제5 밸브가 개방됨으로써, 상기 반응물 제거 챔버의 내부에 존재하는 기화된 반응물과 고온 증기가 상기 배출펌프에 의해 상기 배출포트를 통해 강제 배출되는 제1 배출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 반응물 제거단계는, 상기 제1 배출단계 이후, 상기 제3 밸브, 상기 제4 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제3 밸브와 상기 제4 밸브 사이의 배관의 분기지점과 상기 배출펌프 사이의 배관에 설치된 제6 밸브가 개방됨으로써, 배관에 잔류하는 증기 성분이 상기 배출펌프에 의해 강제 배출되는 제2 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 반응물 기화단계에서는, 상기 반응물 제거 챔버의 상면부에 형성된 증기공급포트를 통해 공급되는 고온 증기가 상기 증기공급포트와 연통되도록 결합된 증기분사 샤워헤드의 증기 분사공을 통해 상기 반응물로 분사되어 상기 반응물을 기화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 고온 증기의 온도는 100℃ 이상 400℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 고온 증기는 탈이온수와 IPA(isopropyl alcohol, 이소프로필 알코올) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 고온 증기는 질소가스 또는 불활성가스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 실리콘 기판이 배치되는 척의 가열온도는 80℃ 이상 200℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 반응물 제거 챔버의 내부 벽면의 가열온도는 80℃ 이상 150℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법에 있어서, 상기 반응가스는 적어도 HF와 NH3를 포함하거나 NF3와 NH3를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 건식 세정 과정에서 생성된 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 증기를 이용하여 빠른 시간 내에 기화시켜 제거함으로써 공정 시간을 크게 단축할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 제거하는 과정에서 반응 부산물이 챔버 내벽에 부착되어 기판의 오염원으로 작용하는 문제를 해결할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 챔버 내벽에 부착되어 고착화되는 반응 부산물을 제거하기 위해 수행되는 챔버 자체에 대한 클리닝(cleaning) 주기를 늘려 유지 보수 비용을 저감할 수 있고, 생산성과 하드웨어 안정성을 개선할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 건식 세정 공정을 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 건식 세정 공정을 구성하는 반응물 제거 공정을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 반응물 제거단계의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 수행되는 예시적인 장치 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 반응 단계를 수행하기 위한 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 반응물 제거 단계를 수행하기 위한 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고,
도 8은 도 6 및 도 7에 예시된 장치를 구성하는 밸브들의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 반응물 제거단계(S30)의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 수행되는 예시적인 장치 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 반응 단계(S10)를 수행하는 반응 챔버(1)를 포함하는 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고, 도 7은 반응물 제거 단계(S30)를 수행하는 반응물 제거 챔버(3)를 포함하는 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 6 및 도 7에 예시된 장치를 구성하는 밸브들의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법은 반응 단계(S10), 이송 단계(S20) 및 반응물 제거단계(S30)를 포함한다.
먼저, 반응 단계(S10)에서는, 반응 챔버(1)에서 플라즈마 처리된 반응가스를 이용하여 단결정의 실리콘 기판(W)에 형성된 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 포함하는 반응물로 변화시키는 과정이 수행된다.
이러한 반응 단계(S10)의 구체적인 구성을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
반응 챔버(1)의 상면부에는 상부공급포트(11)가 형성되어 있고 하면부에는 배출포트(12)가 형성되어 있다.
척(20)은 반응 챔버(1)의 하면부에 결합되어 있으며 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물이 형성된 실리콘 기판(W)이 배치되는 구성요소이다.
RF 전원(30)은 플라즈마 생성을 위한 전원을 후술하는 RF 전극(40)에 공급하는 구성요소이다.
RF 전극(40)은 반응 챔버(1)의 상면부에 결합되어 있으며 RF 전원(30)이 인가되는 구성요소이다.
상부 샤워헤드(50)는 반응 챔버(1)의 상면부에 형성된 상부공급포트(11)와 연통되도록 RF 전극(40)에 결합되어 있으며, 상부 샤워헤드(50)에는 복수의 제1 상부 분사공(51)이 기판(W)이 배치된 하방을 향하도록 형성되어 있다.
하부 샤워헤드(60)는 챔버(10)의 상면부와 하면부 사이의 측면부에 결합되어 있으며 복수의 제1 하부 분사공(61)이 기판(W)이 배치된 하방을 향하도록 형성되어 있다. 또한, 하부 샤워헤드(60)는 RF 전원(30)과 전기적으로 공통 접지되어 있다.
반응가스 공급부(70)는 반응 챔버(1)의 상면부에 형성된 상부공급포트(11)를 통해 반응 챔버(1) 내부로 반응가스를 공급하는 구성요소이다.
예를 들어, 반응가스 공급부(70)에 의해 공급되는 반응가스는 적어도 HF와 NH3를 포함하거나 NF3와 NH3를 포함할 수 있다.
제1 밸브(100)는 반응가스 공급부(70)와 상부공급포트(11) 사이의 배관에 설치되어 있다.
제2 밸브(200)는 배출포트(12)와 배출펌프(1000) 사이의 배관에 설치되어 있다.
이러한 예시적인 장치 구성 하에서, 반응 단계(S10)에서는, 반응 챔버(1)의 상면부에 형성된 상부공급포트(11)를 통해 공급되는 반응가스가 RF 전극(40)과 하부 샤워헤드(60) 사이의 플라즈마 생성영역에서 RF 전원(30)에 의해 플라즈마 처리되어 실리콘 기판(W)으로 공급됨으로써 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물이 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 포함하는 반응물로 변화한다.
이러한 반응 단계(S10)를 보다 구체적이고 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
첫번째 단계인 반응 단계(S10)에서, NF3와 NH3를 포함하는 반응가스가 플라즈마 상태에서 이온화되고, 생성된 이온 중에는 HF2 -의 이온화 상수가 매우 높아 반응성이 뛰어나 옥사이드 제거 반응에 가장 큰 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
HF2 -이온은 NH4F, HF 생성과 관련이 있고, NF3, NH3의 혼합 비율, 압력, 전원 파워(power) 등에 따라 이온의 종류 및 양이 달라진다.
옥사이드와 HF2 - 이온 반응식은 SiO2 + HF2- + H+ → SiF6 2- + 2H2O, SiF6 2- + NH4 + → (NH4)2SiF6이다
반응 단계(S10)에서 생성되는 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)은 SiO2 와 1:1 반응으로 생성되어 3배의 부피로 기판(W) 표면에 고체상으로 존재하다가, 후술하는 반응물 제거단계(S30)에서, 고온 증기에 의해 기화되어 제거된다.
이송 단계(S20)에서는, 이송 챔버(2)를 통해 반응물이 형성되어 있는 실리콘 기판을 상기 반응 챔버(1)와는 별도로 구비된 반응물 제거 챔버(3)로 이송하는 과정이 수행된다.
반응물 제거단계(S30)에서는, 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)를 통해 공급되는 고온 증기가 반응물로 분사되어 반응물을 기화시키고, 기화된 반응물을 고온 증기와 함께 반응물 제거 챔버(3)의 하면부에 형성된 배출포트(32)를 통해 배출하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 반응물 기화단계(S32)는, 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)를 통해 공급되는 고온 증기가 증기공급포트(31)와 연통되도록 결합된 증기분사 샤워헤드(90)의 증기 분사공(91)을 통해 반응물로 분사되어 반응물을 기화시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 4 및 도 7에 예시된 바와 같이, 반응물 제거단계(S30)는 반응물 기화단계(S32), 제1 배출단계(S34) 및 제2 배출단계(S36)를 포함하여 구성될 수 있다.
반응물 기화단계(S32)에서는, 증기공급포트(31)와 증기 공급부(80) 사이의 배관에 설치된 제3 밸브(300)가 개방된 상태에서 제3 밸브(300)와 증기 공급부(80) 사이의 배관에 설치된 제4 밸브(400)가 개방됨으로써, 고온 증기가 증기공급포트(31)를 통해 반응물 제거 챔버(3)의 내부로 공급되어 반응물을 기화시키는 과정이 수행된다.
제1 배출단계(S34)에서는, 제3 밸브(300), 제4 밸브(400)가 개방된 상태에서 배출포트(32)와 배출펌프(2000) 사이의 배관에 설치된 제5 밸브(500)가 개방됨으로써, 반응물 제거 챔버(3)의 내부에 존재하는 기화된 반응물과 고온 증기가 배출펌프(2000)에 의해 배출포트(32)를 통해 강제 배출되는 과정이 수행된다.
제2 배출단계(S36)에서는, 제3 밸브(300), 제4 밸브(400)가 폐쇄된 상태에서 제3 밸브(300)와 제4 밸브(400) 사이의 배관의 분기지점과 배출펌프(2000) 사이의 배관에 설치된 제6 밸브(600)가 개방됨으로써, 배관에 잔류하는 증기 성분이 배출펌프(2000)에 의해 강제 배출되는 과정이 수행된다.
이러한 반응물 제거단계(S30)의 구체적인 구성을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
반응물 제거 챔버(3)의 상면부에는 증기공급포트(31)가 형성되어 있고 하면부에는 배출포트(32)가 형성되어 있다.
척(20)은 반응물 제거 챔버(3)의 하면부에 결합되어 있으며 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물이 형성된 단결정의 실리콘 기판(W)이 배치되는 구성요소이다.
증기분사 샤워헤드(90)는 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)와 연통되도록 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 결합되어 있으며, 증기분사 샤워헤드(90)에는 복수의 증기 분사공(91)이 기판(W)이 배치된 하방을 향하도록 형성되어 있다.
증기 공급부(80)는 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)를 통해 반응물 제거 챔버(3) 내부로 고온 증기를 공급하는 구성요소이다.
제3 밸브(300)는 증기 공급부(80)와 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31) 사이의 배관에 설치되어 있다.
제4 밸브(400)는 제3 밸브(300)와 증기 공급부(80) 사이의 배관에 설치되어 있다.
제5 밸브(500)는 배출포트(32)와 배출펌프(2000) 사이의 배관에 설치되어 있다.
제6 밸브(600)는 제3 밸브(300)와 제4 밸브(400) 사이의 배관의 분기지점과 배출펌프(2000) 사이의 배관에 설치되어 있다.
이러한 예시적인 장치 구성 하에서, 반응물 제거단계(S30)에서, 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)를 통해 공급되는 고온 증기가 증기분사 샤워헤드(90)의 증기 분사공(91)을 통해 반응물로 분사되어 반응물을 기화시키고, 기화된 반응물이 고온 증기와 함께 반응물 제거 챔버(3)의 하면부에 형성된 배출포트(32)를 통해 배출된다.
이러한 반응물 제거단계(S30)를 보다 구체적이고 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 반응 단계(S10)에서 생성되는 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)은 SiO2 와 1:1 반응으로 생성되어 3배의 부피로 기판(W) 표면에 고체상으로 존재하다가, 반응물 제거단계(S30)에서, 고온 증기에 의해 기화되어 제거된다.
반응물 제거에 있어서 종래 기술은 기판을 특정한 온도까지 상승시키기 위해 많은 시간이 필요하다는 문제점이 있다. 가령 반응물 생성을 위해 기판이 배치되는 척의 온도가 30도이면 어닐링을 실행시에는 1분 이상 기다려야 30도의 기판 온도가 100도 이상으로 올라가서 반응물이 제거되기 때문에, 웨이퍼 온도 상승시간이 길어져 공정처리 시간이 길어지고 생산량이 줄어들게 된다는 문제점이 있었다.
그러나 종래 기술과 달리, 본 발명의 일 실시 예는 고온의 증기를 공급하여 반응물을 제거하기 때문에, 기판(W) 상의 반응물이 증기와의 반응으로 즉시 기화된다. 반응 시간은 불과 수초 이내이고, 반응물은 반응물 제거 챔버(3) 외부로 즉시 배출된다.
예를 들어, 증기 공급부(80)에 의해 공급되는 고온 증기의 온도는 100℃ 이상 400℃ 이하인 것이 바람직하다. 고온 증기의 온도를 이와 같이 구성하면, 증기를 이용하여 반응물을 제거하는 과정에서 증기가 액화되는 것을 방지하고 반응물 제거속도를 높이는 동시에 지나친 고온으로 인해 기판(W)에 형성되어 있는 소자들의 특성이 열화(deterioration)되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 증기 공급부(80)에 의해 공급되는 고온 증기는 탈이온수와 IPA(isopropyl alcohol, 이소프로필 알코올) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 추가로 질소가스 또는 불활성가스를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예로, 고온 증기는, 1) 증기화된 탈이온수 단독으로 구성되거나, 2) 증기화된 탈이온수에 질소가스 또는 불활성가스가 혼합되어 구성되거나, 3) 증기화된 IPA 단독으로 구성되거나, 4) 증기화된 IPA에 질소가스 또는 불활성가스가 혼합되어 구성되거나, 5) 증기화된 탈이온수와 IPA의 혼합체로 구성되거나, 6) 증기화된 탈이온수와 IPA의 혼합체에 질소가스 또는 불활성가스가 추가되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 척(20)의 가열온도는 80℃ 이상 200℃ 이하가 되도록 구성될 수 있다. 척(20)의 가열온도를 이와 같이 구성하면, 증기를 이용하여 반응물을 제거하는 과정에서 증기가 액화되는 것을 방지하고 반응물 제거속도를 높일 수 있다.
예를 들어, 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면의 가열온도는 80℃ 이상 150℃ 이하가 되도록 구성될 수 있다. 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면의 가열온도를 이와 같이 구성하면, 기화된 반응 부산물이 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면에 부착되는 것을 줄일 수 있다.
만약, 기화된 반응 부산물이 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면에 부착되는 것을 방치한다면, 동일한 공정 작업을 반복 진행함에 따라 반응물 제거 챔버(3) 내벽에 부착된 반응 부산물은 점차 두꺼운 형태의 파티클이 되어 차후 기판(W) 표면을 오염시키는 요인으로 작용한다.
그러나 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면의 가열온도는 80℃ 이상 150℃ 이하가 되도록 구성하여 기화된 반응 부산물이 반응물 제거 챔버(3)의 내부 벽면에 부착되는 것을 줄이는 동시에, 고온 증기 분사 방식으로 반응물을 기화시킨 후 즉시 외부로 배출시키기 때문에, 반응 부산물이 반응물 제거 챔버(3) 내부 벽면에 고착화된 후 차후 기판(W) 오염원이 되는 문제를 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 6 및 도 7에 예시된 장치를 구성하는 밸브들의 동작 타이밍을 나타낸 도 8을 추가로 참조하여, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법의 구체적인 동작을 장치와 결부시켜 설명한다.
도 8을 추가로 참조하면, 먼저, 제1 밸브(100)가 개방된 상태에서, 반응가스가 챔버의 상면부에 형성된 상부공급포트(11)를 통해 챔버(10)의 내부로 공급되어 반응물이 생성되는 과정이 수행된다. 물론, 이때, 플라즈마 생성을 위한 RF 전원(30)이 RF 전극(40)에 인가되며, 이에 대해서는 앞서 설명하였다.
다음으로, 제1 밸브(100)가 폐쇄되어 반응가스 공급이 차단된 상태에서, 제2 밸브(200)가 개방되어, 반응물 생성 이후에 반응 챔버(1) 내부에 잔류하는 반응가스 등이 배출펌프(1000)에 의해 반응 챔버(1)의 하면부에 형성된 배출포트(12)를 통해 배출된다.
다음으로, 제3 밸브(300)가 개방된 상태에서 제4 밸브(400)가 개방됨으로써, 고온 증기가 반응물 제거 챔버(3)의 상면부에 형성된 증기공급포트(31)를 통해 반응물 제거 챔버(3)의 내부로 공급되어 반응물을 기화시키는 과정이 수행된다.
다음으로, 제3 밸브(300), 제4 밸브(400)가 개방된 상태에서 제5 밸브(500)가 개방됨으로써, 반응물 제거 챔버(3)의 내부에 존재하는 기화된 반응물과 고온 증기가 배출펌프(2000)에 의해 배출포트(32)를 통해 외부로 강제 배출되는 과정이 수행된다.
이와 같이 종래 기술과 달리 반응물 제거를 위하여 고온 증기를 이용하면 기판(W) 상의 반응물은 증기와 반응하여 즉시 기화된다. 기화 반응 시간은 수초 이내이고 기화된 반응물과 증기는 반응물 제거 챔버(3) 내부에서 응고되기 전에 배출펌프(2000)에 의해 배출포트(32)를 통해 외부로 강제 배출된다.
다음으로, 제3 밸브(300), 제4 밸브(400)가 폐쇄된 상태에서 제6 밸브(600)가 개방됨으로써, 배관에 잔류하는 증기 성분이 배출펌프(2000)에 의해 외부로 강제 배출되는 과정이 수행된다. 이 과정을 통해 배관 내부의 증기 성분이 응고하여 배관이 부식되는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 건식 세정 과정에서 생성된 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 증기를 이용하여 빠른 시간 내에 기화시켜 제거함으로써 공정 시간을 크게 단축할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 반응물인 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 제거하는 과정에서 반응 부산물이 챔버 내벽에 부착되어 기판의 오염원으로 작용하는 문제를 해결할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 챔버 내벽에 부착되어 고착화되는 반응 부산물을 제거하기 위해 수행되는 챔버 자체에 대한 클리닝(cleaning) 주기를 늘려 유지 보수 비용을 저감할 수 있고, 생산성과 하드웨어 안정성을 개선할 수 있는 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법이 제공되는 효과가 있다.
1: 반응 챔버
2: 이송 챔버
3: 반응물 제거 챔버
11: 상부공급포트
12, 32: 배출포트
20: 척(chuck)
30: RF 전원
31: 증기공급포트
40: RF 전극
50: 상부 샤워헤드
51: 제1 상부 분사공
60: 하부 샤워헤드
61: 제1 하부 분사공
70: 반응가스 공급부
80: 증기 공급부
90: 증기분사 샤워헤드
91: 증기 분사공
100: 제1 밸브
200: 제2 밸브
300: 제3 밸브
400: 제4 밸브
500: 제5 밸브
600: 제6 밸브
1000, 2000: 배출펌프
S10: 반응 단계
S20: 이송 단계
S30: 반응물 제거단계
S32: 반응물 기화단계
S34: 제1 배출단계
S36: 제2 배출단계
W: 실리콘 기판

Claims (10)

  1. 반응 챔버에서 플라즈마 처리된 반응가스를 이용하여 단결정의 실리콘 기판에 형성된 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6)을 포함하는 반응물로 변화시키는 반응 단계;
    상기 반응물이 형성되어 있는 실리콘 기판을 상기 반응 챔버와는 별도로 구비된 반응물 제거 챔버로 이송하는 이송 단계; 및
    상기 반응물 제거 챔버의 상면부에 형성된 증기공급포트를 통해 공급되는 고온 증기가 상기 반응물로 분사되어 상기 반응물을 기화시키고, 기화된 반응물을 상기 고온 증기와 함께 상기 반응물 제거 챔버의 하면부에 형성된 배출포트를 통해 배출하는 반응물 제거단계를 포함하고,
    상기 반응물 제거단계는,
    상기 증기공급포트와 증기 공급부 사이의 배관에 설치된 제3 밸브가 개방된 상태에서 상기 제3 밸브와 상기 증기 공급부 사이의 배관에 설치된 제4 밸브가 개방됨으로써, 상기 반응물 제거 챔버의 상면부에 형성된 증기공급포트를 통해 공급되는 고온 증기가 상기 증기공급포트와 연통되도록 결합된 증기분사 샤워헤드의 증기 분사공을 통해 상기 반응물로 분사되어 상기 반응물을 기화시키는 반응물 기화단계;
    상기 제3 밸브, 상기 제4 밸브가 개방된 상태에서 상기 배출포트와 배출펌프 사이의 배관에 설치된 제5 밸브가 개방됨으로써, 상기 반응물 제거 챔버의 내부에 존재하는 기화된 반응물과 고온 증기가 상기 배출펌프에 의해 상기 배출포트를 통해 강제 배출되는 제1 배출단계; 및
    상기 제3 밸브, 상기 제4 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제3 밸브와 상기 제4 밸브 사이의 배관의 분기지점과 상기 배출펌프 사이의 배관에 설치된 제6 밸브가 개방됨으로써, 배관에 잔류하는 증기 성분이 상기 배출펌프에 의해 강제 배출되는 제2 배출단계를 포함하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고온 증기의 온도는 100℃ 이상 400℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고온 증기는 탈이온수와 IPA(isopropyl alcohol, 이소프로필 알코올) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고온 증기는 질소가스 또는 불활성가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판이 배치되는 척의 가열온도는 80℃ 이상 200℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응물 제거 챔버의 내부 벽면의 가열온도는 80℃ 이상 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응가스는 적어도 HF와 NH3를 포함하거나 NF3와 NH3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법.
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