KR102513230B1 - 성막 장치의 운용 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압력계의 교환 빈도를 저감할 수 있는 성막 장치의 클리닝 방법을 제공하는 것이다. 일 실시 형태의 성막 장치의 클리닝 방법은, 기판을 수용하고, 감압 분위기를 형성해서 성막 처리를 행하기 위한 처리 용기와, 처리 용기 내의 압력을 감시하는 압력계를 갖는 성막 장치의 클리닝 방법이며, 상기 성막 처리가 실시된 상기 처리 용기 내 및 상기 압력계에 상기 성막 처리에서 형성된 막을 제거하는 클리닝 가스를 공급한다.

Description

성막 장치의 운용 방법 및 성막 장치{OPERATING METHOD OF FILM-FORMING APPARATUS AND FILM-FORMING APPARATUS}
본 발명은 성막 장치의 클리닝 방법, 운용 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
감압 분위기로 유지된 처리 용기 내에 기판을 수용해서 성막 처리를 행하는 성막 장치에서는, 성막 처리에 의해 처리 용기의 내벽 등에도 막이 퇴적된다. 처리 용기의 내벽 등에 퇴적된 막의 양이 많아지면, 막이 박리되어 파티클의 원인이 된다. 그 때문에, 성막 처리를 행한 후의 소정의 타이밍에, 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급해서 처리 용기의 내벽 등에 퇴적된 막을 제거하는 클리닝 처리가 행하여진다(예를 들어, 특허문헌 1-4 참조).
일본 특허 공개 평4-157161호 공보 일본 특허 공개 제2002-8991호 공보 일본 특허 공개 제2006-66540호 공보 일본 특허 공개 제2015-192063호 공보
그런데, 성막 처리 시에는 처리 용기 내의 압력을 감시하는 압력계에도 막이 퇴적되기 때문에, 압력계의 검출값에 어긋남이 발생하여, 처리 용기 내의 압력을 정상적으로 감시할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 경우, 압력계를 교환하는 등의 대응을 생각할 수 있다. 그러나, 프로세스 조건에 따라서는 압력계를 교환하는 빈도가 종래보다도 증가하는 경우가 있어, 압력계의 교환 빈도를 저감할 것이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명의 일 형태에서는, 압력계의 교환 빈도를 저감할 수 있는 성막 장치의 클리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법은, 기판을 수용하고, 감압 분위기를 형성해서 성막 처리를 행하기 위한 처리 용기와, 처리 용기 내의 압력을 감시하는 압력계를 갖는 성막 장치의 클리닝 방법이며, 상기 성막 처리가 실시된 상기 처리 용기 내 및 상기 압력계에 상기 성막 처리에서 형성된 막을 제거하는 클리닝 가스를 공급한다.
개시하는 성막 장치의 클리닝 방법에 의하면, 압력계의 교환 빈도를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 운용 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 프로세스 횟수와 압력계에 의해 검출된 압력의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
[성막 장치의 전체 구성]
본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법이 적용 가능한 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
성막 장치(1)는, 처리 용기(10)와, 가스 공급부(20)와, 가스 배기부(30)와, 제어부(100)를 갖는다. 성막 장치(1)에서는, 가스 공급부(20)로부터 유량이 제어된 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하고, 가스 배기부(30)로부터 가스를 배기함으로써, 처리 용기(10) 내에 소정의 감압 분위기를 형성하고, 처리 용기(10) 내에 수용된 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함)에 성막 처리가 행하여진다.
처리 용기(10)는, 감압 분위기를 형성해서 성막 처리를 행하기 위한 진공 용기이다. 처리 용기(10)는, 내부에 1매 또는 복수매의 웨이퍼를 수용한다. 처리 용기(10)는, 예를 들어 내부에 적재대를 갖고, 적재대 상에 1매의 웨이퍼를 적재 가능하게 구성되어 있어도 된다. 또한, 처리 용기(10)는, 예를 들어 내부에 회전 테이블이 마련되고, 그 둘레 방향을 따라 복수매의 웨이퍼를 적재 가능하게 구성되어 있어도 된다. 또한, 처리 용기(10)는, 예를 들어 내부에 복수매의 웨이퍼를 선반 형상으로 보유 지지하는 웨이퍼 보트를 수용 가능하게 구성되어 있어도 된다.
가스 공급부(20)는, 처리 용기(10) 내에 각종 가스를 공급한다. 가스 공급부(20)는, 예를 들어 가스의 종류별로 마련된 공급원, 배관, 유량 제어기, 밸브 등을 갖는다. 각종 가스는, 공급원으로부터 배관을 통해서 유량 제어기로 유량이 제어되어 처리 용기(10) 내에 공급된다. 각종 가스는, 예를 들어 성막 가스, 클리닝 가스, 퍼지 가스이면 된다. 성막 가스는, 웨이퍼에 막을 형성하기 위해서 사용되는 가스이며, 예를 들어 실리콘 함유 가스이면 된다. 실리콘 함유 가스는, 예를 들어 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 디이소프로필아미노실란(DIPAS)이면 된다. 클리닝 가스는, 처리 용기(10) 내 및 후술하는 압력계에 성막 처리에서 형성된 막을 제거하기 위해 사용되는 가스이며, 성막된 막의 종류에 따라 선택된다. 성막된 막이 실리콘계 막인 경우, 클리닝 가스는, 실리콘막을 제거 가능한 가스이면 되며, 예를 들어 불소(F2), 염소(Cl2), 삼불화염소(ClF3)가 사용된다. 또한, 실리콘 산화계 막이나 실리콘 질화계 막인 경우, 클리닝 가스로서, 불화수소(HF), 불소(F2)와 불화수소(HF)의 혼합 가스, 불소(F2)와 수소(H2)의 혼합 가스가 사용된다. 퍼지 가스는, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 성막 가스나 클리닝 가스를 치환하기 위해서 사용되는 가스이며, 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이면 된다.
가스 배기부(30)는, 처리 용기(10)의 가스를 배기한다. 가스 배기부(30)는, 진공 펌프(31)와, 배기 배관(32)과, 메인 밸브(33)와, 제1 압력계(34)와, 아이솔레이션 밸브(35)와, 제2 압력계(36)를 갖는다. 메인 밸브(33)를 개방함으로써, 처리 용기(10) 내의 가스가 배기 배관(32)을 통해서 진공 펌프(31)에 의해 배출된다. 제1 압력계(34)는, 아이솔레이션 밸브(35)를 통해서 배기 배관(32)과 연통하고 있으며, 아이솔레이션 밸브(35)가 개방되어 있는 상태에서, 처리 용기(10)(배기 배관(32)) 내의 압력을 감시한다. 제1 압력계(34)는, 클리닝 가스에 대한 에칭 내성을 갖는 압력계이며, 예를 들어 다이어프램으로서 인코넬, 사파이어 등을 사용한 격막 진공계이면 된다. 제1 압력계(34)의 측정 압력 범위는, 예를 들어 0 내지 1.3kPa이면 된다. 제2 압력계(36)는, 배기 배관(32)과 연통하고 있으며, 처리 용기(10)(배기 배관(32)) 내의 압력을 감시한다. 제2 압력계(36)는, 클리닝 가스에 대한 에칭 내성을 갖고, 제1 압력계보다도 높은 압력을 측정하기 위해서 사용되는 압력계이며, 예를 들어 다이어프램으로서 인코넬, 사파이어 등을 사용한 격막 진공계이면 된다. 제2 압력계(36)의 측정 압력 범위는, 예를 들어 0 내지 133kPa이면 된다.
제어부(100)는, 성막 장치(1)의 각 부, 예를 들어 가스 공급부(20), 가스 배기부(30)의 동작을 제어한다. 제어부(100)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 갖는다. CPU는, RAM 등의 기억 영역에 저장된 레시피에 따라, 원하는 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보가 설정되어 있다. 제어 정보는, 예를 들어 가스 유량, 압력, 온도, 프로세스 시간이면 된다. 또한, 레시피 및 제어부(100)가 사용하는 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 반도체 메모리에 기억되어도 된다. 또한, 레시피 등은, CD-ROM, DVD 등의 가반성 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태에서 소정 위치에 세트되어, 판독되도록 해도 된다. 또한, 제어부(100)는, 성막 장치(1)와는 별도로 마련되어 있어도 된다.
[성막 장치의 운용 방법]
본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 운용 방법에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 운용 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 성막 장치의 운용 방법에서는, 반입 공정 S1, 성막 공정 S2, 반출 공정 S3 및 클리닝 공정 S4를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 반복해서 행한다. 또한, 성막 공정 S2 후나 클리닝 공정 S4 후에 퍼지 스텝을 행해도 된다.
반입 공정 S1은, 처리 용기(10) 내에 웨이퍼를 반입하는 공정이다.
성막 공정 S2는, 반입 공정 S1에서 처리 용기(10) 내에 반입된 웨이퍼에 원하는 막을 형성하는 성막 처리를 행하는 공정이다. 성막 공정 S2에서는, 막 두께 균일성을 확보할 목적 등으로 1.3kPa 이하의 압력에서 막의 형성을 행하는 경우가 많고, 그 경우, 아이솔레이션 밸브(35)를 개방해서 제1 압력계(34)에 의해 측정되는 압력에 기초하여 처리 용기(10) 내의 압력이 원하는 압력으로 제어된다. 이 때문에, 성막 공정 S2에서는, 웨이퍼의 표면에 막이 형성됨과 함께, 웨이퍼의 표면 이외의 부위, 예를 들어 처리 용기(10)의 내벽, 배기 배관(32), 제1 압력계(34), 제2 압력계(36)에도 막이 형성되는 경우가 있다. 이렇게 웨이퍼의 표면 이외의 부위에 막이 형성되어, 제거되지 않고 막이 두꺼워지면, 막이 박리되어 파티클을 발생시키는 원인이 된다.
반출 공정 S3은, 성막 공정 S2에서 원하는 막이 형성된 웨이퍼를 처리 용기(10) 내로부터 반출하는 공정이다.
클리닝 공정 S4는, 웨이퍼가 수용되어 있지 않은 상태이면서 또한 아이솔레이션 밸브(35)를 개방한 상태에서, 가스 공급부(20)로부터 처리 용기(10) 내에 클리닝 가스를 공급하는 공정이다. 클리닝 공정 S4에서는, 아이솔레이션 밸브(35)가 개방된 상태이므로, 처리 용기(10) 내에 퇴적된 막과 반응하지 않은 클리닝 가스의 일부가, 배기 배관(32)을 통해서 제1 압력계(34)에 도달한다. 이 때문에, 처리 용기(10) 내 외에도, 제1 압력계(34)에 퇴적된 막을 제거할 수 있다. 또한, 처리 용기(10) 내에 공급된 클리닝 가스의 일부는, 배기 배관(32)을 통해서 제2 압력계(36)에 도달하기 때문에, 제2 압력계(36)에 퇴적된 막을 제거할 수 있다.
이상으로 설명한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 처리 용기(10) 내에 성막 가스를 공급하여, 웨이퍼에 막을 형성한 후, 처리 용기(10) 내 및 압력계(제1 압력계(34), 제2 압력계(36))에 성막 공정 S2에서 퇴적된 막을 제거하는 클리닝 가스를 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내에 퇴적된 막을 제거하는 챔버 클리닝과 동시에, 압력계에 퇴적된 막을 제거할 수 있다. 그 때문에, 압력계의 검출값에 어긋남이 발생하는 것을 억제하여, 압력계의 교환 빈도를 저감할 수 있다.
한편, 종래의 클리닝 공정에서는, 클리닝 시간의 단축을 목적으로, 처리 용기 내를 1.3kPa 이상의 높은 압력으로 제어해서 클리닝이 행하여지는 경우가 많다. 또한, 측정 압력 범위가 예를 들어 0 내지 1.3kPa인 압력계를 사용하는 경우, 일반적으로 측정 압력 범위의 상한값인 1.3kPa에서 아이솔레이션 밸브를 폐쇄하도록 운용하고 있다. 따라서, 아이솔레이션 밸브를 폐쇄한 상태에서 클리닝이 행하여진다. 이 때문에, 클리닝을 행해도 압력계에 퇴적된 막이 제거되지 않는다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 반입 공정 S1, 성막 공정 S2, 반출 공정 S3 및 클리닝 공정 S4을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 반복해서 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반입 공정 S1, 성막 공정 S2 및 반출 공정 S3을 이 순서로 복수회 반복해서 행한 후, 클리닝 공정 S4를 행해도 된다.
[실시예]
본 발명의 실시 형태에 의해 발휘되는 효과를 확인하기 위한 실시예에 대해서 설명한다.
실시예에서는, 반입 공정 S1, 성막 공정 S2, 반출 공정 S3 및 클리닝 공정 S4를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 반복해서 행하였다. 그리고, 1 사이클마다 처리 용기(10) 내를 진공 펌프(31)로 진공 상태로 제어하고, 제1 압력계(34)에 의해 측정되는 압력을 확인함으로써, 제1 압력계(34)의 검출값에 발생하는 어긋남을 평가하였다.
먼저, 1 사이클째부터 25 사이클째까지의 사이클에서는, 아이솔레이션 밸브(35)를 폐쇄한 상태에서 클리닝 공정 S4를 행하였다. 계속해서, 25 사이클째가 종료된 후, 아이솔레이션 밸브(35)를 개방해서 클리닝 공정 S4를 행하여, 제1 압력계(34)에 퇴적된 막을 제거하였다. 계속해서, 26 사이클째부터 70 사이클째까지의 사이클에서는, 아이솔레이션 밸브(35)를 개방한 상태에서 클리닝 공정 S4를 행하였다.
실시예에서의 성막 공정 S2 및 클리닝 공정 S4의 조건은 이하와 같다. 또한, 성막 공정 S2는, 제1 성막 처리(스텝 S21 내지 스텝 S23)와, 에칭 처리(스텝 S24)와, 제2 성막 처리(스텝 S25)를 포함하는 공정이다.
<성막 공정 S2>
1. 스텝 S21
·가스의 종류: DIPAS
·가스의 유량: 50 내지 500sccm
·웨이퍼 온도: 350 내지 400℃
·처리 용기 내의 압력: 1.0Torr(133Pa)
2. 스텝 S22
·가스의 종류: Si2H6
·가스의 유량: 50 내지 1000sccm
·웨이퍼 온도: 350 내지 400℃
·처리 용기 내의 압력: 0.5 내지 3.0Torr(67 내지 400Pa)
3. 스텝 S23
·가스의 종류: SiH4
·가스의 유량: 100 내지 2000sccm
·웨이퍼 온도: 470 내지 530℃
·처리 용기 내의 압력: 0.2 내지 3.0Torr(27 내지 400Pa)
4. 스텝 S24
·가스의 종류: Cl2
·가스의 유량: 100 내지 5000sccm
·웨이퍼 온도: 300 내지 400℃
·처리 용기 내의 압력: 0.1 내지 3.0Torr(13 내지 400Pa)
5. 스텝 S25
·가스의 종류: SiH4
·가스의 유량: 100 내지 2000sccm
·웨이퍼 온도: 470 내지 530℃
·처리 용기 내의 압력: 0.2 내지 3.0Torr(27 내지 400Pa)
<클리닝 공정 S4>
·가스의 종류: 20％의 F2를 포함하는 N2
·가스의 유량: 5 내지 20slm
·웨이퍼 온도: 300 내지 350℃
·처리 용기 내의 압력: 30Torr(4kPa)
도 3은, 프로세스 횟수와 압력계에 의해 검출된 압력의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3에서, 횡축은 프로세스 횟수를 나타내고, 종축은 처리 용기(10) 내를 진공 펌프(31)로 진공 상태로 했을 때의 제1 압력계(34)에 의해 측정되는 압력(Pa)을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 아이솔레이션 밸브(35)를 폐쇄한 상태로 해서 클리닝 공정 S4를 행한 경우, 23 내지 25 사이클째에서 압력 시프트가 발생하였다. 이에 반해, 아이솔레이션 밸브(35)를 개방한 상태로 해서 클리닝 공정 S4를 행한 경우, 반입 공정 S1, 성막 공정 S2, 반출 공정 S3 및 클리닝 공정 S4의 사이클을 45회 반복해도 압력 시프트는 보이지 않았다.
따라서, 클리닝 공정 S4에서 아이솔레이션 밸브(35)를 개방한 상태로 함으로써, 성막 공정 S2에서 제1 압력계(34)에 막이 퇴적된 경우에도 제1 압력계(34)에 퇴적된 막을 제거할 수 있다고 생각된다. 이에 의해, 압력계의 교환 빈도를 저감할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명했지만, 상기 내용은, 발명의 내용을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.
1 : 성막 장치 10 : 처리 용기
20 : 가스 공급부 30 : 가스 배기부
34 : 제1 압력계 35 : 아이솔레이션 밸브
36 : 제2 압력계 100 : 제어부
W : 웨이퍼

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기판을 수용하고, 감압 분위기를 형성해서 성막 처리를 행하기 위한 처리 용기와, 처리 용기 내의 압력을 감시하는 압력계를 갖는 성막 장치의 운용 방법이며,
    상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하여, 상기 기판에 막을 형성하는 성막 공정과,
    상기 처리 용기 내 및 상기 압력계에 상기 막을 제거하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 공정
    을 포함하고,
    상기 성막 공정과 상기 클리닝 공정은 교대로 반복해서 행하여지는, 성막 장치의 운용 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 압력계는, 밸브를 통해서 상기 처리 용기 내와 연통하고 있고,
    상기 클리닝 공정은, 상기 밸브를 개방한 상태로 해서 행하여지는, 성막 장치의 운용 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 압력계는, 상기 클리닝 가스에 대하여 에칭 내성을 갖는, 성막 장치의 운용 방법.
  8. 기판을 수용하고, 감압 분위기를 형성해서 성막 처리를 행하기 위한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내와 밸브를 통해서 연통하여, 상기 처리 용기 내의 압력을 감시하는 압력계와, 상기 밸브의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하고, 상기 기판에 막을 형성하는 성막 공정과, 상기 처리 용기 내 및 상기 압력계에 상기 막을 제거하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 공정을 교대로 반복해서 행하고, 상기 클리닝 공정에 있어서 상기 밸브를 개방한 상태로 제어하는,
    성막 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력계는, 상기 클리닝 가스에 대하여 에칭 내성을 갖는, 성막 장치.
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