KR20010039168A - 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법에 관한 것이다. 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 본 발명의 크리닝 방법은 다음과 같은 단계를 구비한다. 상기 플라즈마 공정 챔버 내부로 반응 가스 혼합물이 도입되는 단계, 상기 반응 가스 혼합물을 플라즈마로 변환시켜 제 1 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 1 압력 범위보다 낮은 제 2 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 압력 범위보다 낮은 제 3 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계 그리고 상기 공정 챔버 내부를 펌핑하는 단계를 구비한다. 이와 같은 본 발명의 크리닝 방법에 의하면, 플라즈마 공정 챔버 내부가 골고루 크리닝될 수 있기 때문에, 공정상에서 파티클로 인한 오염을 줄일 수 있고 이로 인해 반도체 웨이퍼의 수율이 향상된다.

Description

플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법{CLEANING METHOD FOR PLASMA PROCESS CHAMBER}

본 발명은 반도체 디바이스를 크리닝하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 챔버에 부착된 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 크리닝 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 표면에 원하는 막질을 증착하기 위해서는 고온에서 가스를 반응시키거나 플라즈마를 이용하여, 반응 가스들을 반응시켜 원하는 부산물을 생성하게 된다. 이때 반도체 웨이퍼 표면에만 원하는 막질을 증착하는 것이 이상적이나, 공정이 진행되는 챔버 내에 다른 부분에도 증착이 된다. 이런 막질들은 상기 공정 챔버 내부의 부분들 특히, 알루미늄 샤워 헤드, 세라믹 커버, 챔버의 측벽등에 증착되어 붙어 있다가 일정 이상의 두께가 되면 막질 자체가 증가되거나 혹은 열응력에 의해 공정 챔버 내부 표면에서 떨어져서 공정 진행 상의 반도체 웨이퍼를 오염시키는 문제점이 발생한다.

이를 방지하기 위해 일반적으로 플라즈마를 이용한 크리닝(cleaning)을 주기적으로 일정 두께마다 실시해줌으로써, 상기 플라즈마 공정 챔버 내부의 상태를 양호하게 유지시킨다. 하지만, 최근 반도체 제조 원가를 낮추기 위한 방향으로 반도체 웨이퍼의 직경이 200mm에서 300mm로 증대되었고, 이에 따라 설비도 300mm용으로 개발되어 사용 또는 연구중에 있다. 300mm의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼용 설비에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 상부로 반응 가스를 분사하는 알루미늄 샤워 헤드(Al shower head)의 크기가 기존에 비해서 많이 증대되었으며 상기 플라즈마 공정 챔버의 용적도 자연이 늘어나게 되었다. 이에 따라 플라즈마를 이용하여 증착 및 크리닝을 수행하는 설비는 종래의 크리닝 방법을 사용하여서는 상기 알루미늄 샤워 헤드 주위는 크리닝이 되지 않는 문제점이 발생한다. 이에 따라 계속해서 오염물들이 계속해서 증착되어 일정 크기가 되면 상기 공정 챔버 내부로 떨어져서 상기 반도체 웨이퍼에 파티클로 작용하게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 챔버의 내부 표면을 골고루 크리닝할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 크리닝 방법이 적용될 플라즈마 공정 챔버를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 크리닝 방법을 설명하기 위한 순서도; 그리고

도 3은 본 발명에 의한 크리닝 방법을 적용한 크리닝 단계를 도시한 표이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 상세한 설명

10 : 플라즈마 공정 챔버 12 : 상부 전극부

14 : 하부 전극부 16 : 반도체 웨이퍼

18 : 고주파 파워 소스 20 : 배출구

22 : 플라즈마화된 기체 24 : 반응 가스 유입부

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 플라즈마 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 본 발명에 의한 크리닝 방법은 다음과 같은 단계를 구비한다. 상기 플라즈마 챔버 내부로 반응 가스 혼합물이 도입되는 단계, 상기 반응 가스 혼합물을 플라즈마로 변환시켜 제 1 압력 범위에서 상기 플라즈마 챔버 내부를 크리닝하는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 1 압력 범위보다 낮은 제 2 압력 범위에서 상기 플라즈마 챔버 내부를 크리닝하는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 압력 범위보다 낮은 제 3 압력 범위에서 상기 플라즈마 챔버 내부를 크리닝하는 단계 그리고 상기 챔버 내부를 펌핑하는 단계를 구비한다.

이와 같은 본 발명의 크리닝 방법에서, 상기 제 1 압력 범위는 약 2.3에서 2.7 토르(Torr)이고, 상기 제 2 압력 범위는 1.1 에서 2.2 토르이고, 상기 제 3 압력 범위는 약 0.7에서 0.9 토르이다.

이와 같은 본 발명의 크리닝 방법에 의하면, 플라즈마 챔버 내부가 골고루 크리닝될 수 있기 때문에, 공정상에서 파티클로 인한 오염을 줄일 수 있고 이로 인해 반도체 웨이퍼의 수율이 향상된다.

이하 본 발명을 첨부도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 크리닝 방법이 적용될 플라즈마 공정 챔버를 도시한 도면, 도 2는 본 발명에 따른 크리닝 방법을 설명하기 위한 순서도 그리고 도 3은 본 발명에 의한 크리닝 방법을 적용한 크리닝 단계를 도시한 표이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 플라즈마 공정 챔버(10)는 반도체 웨이퍼(16)가 놓여지는 하부 전극부(14)와 상기 하부 전극부(14)에 대응되게 상부에 위치되는 상부 전극부(12)를 구비한다. 상기 상부 전극부(12)에는 상기 플라즈마 공정 챔버(10) 내에서 필요한 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 유입부(24)가 연결되어 있다. 상기 반응 가스 유입부(24)를 통해 상기 상부 전극부(12)로 유입된 반응 가스들은 상기 상부 전극부(12)에 설치된 가스 분배 플레이트(gas distribution plate; GDP)를 통해서 상기 플라즈마 공정 챔버(10)의 내부로 점선의 화살표로 도시된 것처럼 유입된다. 또한, 상기 플라즈마 공정 챔버(10)에는 상기 가스 분배 플레이트 및 상기 상부 전극부(12)를 공정 챔버의 내부와 절연시키기 위한 인슐레이터(insulator)(11)가 설치되어 있다. 상기 플라즈마 공정 챔버(10)에 도입된 반응 가스를 플라즈마화시키기 위해서 고주파 파워 소스(18)로부터 상기 상부 전극부(12)와 상기 하부 전극부(14)는 전원을 인가받아 플라즈마 형성 분위기를 조성한다. 이와 같은 조성된 플라즈마된 기체(22)는 일정한 압력 범위를 유지하면서 상기 플라즈마 공정 챔버(10)의 내부를 크린하게 된다. 상기 크린 공정이 끝나면 생성된 부산물들과 반응 가스들은 배출구(20)을 통해서 상기 플라즈마 공정 챔버(10)의 외부로 유출되게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 플라즈마 공정 챔버에서 특히 크린 공정이 진행될 때 압력의 범위를 종래의 고압과 저압의 2단계가 아니라 중간 단계를 더 삽입하고, 중간 단계를 또한 여러 단계롤 조정할 수 있는 것이 본 발명의 크리닝 방법이다.

본 발명의 크리닝 방법을 도 2 및 도 3을 이용하면 설명하면 다음과 같다. 먼저 플라즈마 공정 챔버의 내부로 반응 가스 혼합물이 도입되는 단계(S200)가 실행된다. 도 3에 도시된 것처럼, O₂와 C₂F₆를 함유한 가스가 5초동안 1100 sccm정도 유입된다. 다음에 반응 가스 혼합물을 이용하여 플라즈마를 생성하는 단계(S210)가 실행된다. 이어서 제 1 압력 범위, 본 발명의 실시예에서는 2.5 Torr에서 생성되는 플라즈마를 이용하여 상기 플라즈마 공정 챔버의 내부를 크리닝하는 단계(S220)가 실행되고 계속해서 제 2 압력 범위, 본 발명의 실시예에서는 2.0 Torr와 1.8 Torr에서 생성되는 플라즈마를 이용하여 상기 플라즈마 공정 챔버의 내부를 크리닝하는 단계(S230)가 실행된다. 도 3에 도시된 것처럼 2.0 Torr와 1.8 Torr의 두 단계(step 4, step 5)의 압력 범위에서 고주파(HFR.F)를 이용해서 플라즈마를 형성하고 상술한 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부면을 크리닝하게 된다. 이어서 제 3 압력 범위, 본 발명의 실시예에서는 0.75 Torr에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부면을 크리닝하게 된다(S240). 그리고 상기 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 N₂가스를 이용하여 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 퍼징(purging)하게 된다(S250). 이와 같은 펌핑 작업을 통해서 상술한 압력 범위에서 크리닝된 상기 플라즈마 공정 챔버에서의 부산물과 반응 가스들이 상기 플라즈마 공정 챔버의 외부로 배출되게 된다.

이와 같은 본 발명의 크리닝 방법에 의하면, 특히나 최근의 300 mm 직경을 갖는 반도체 웨이퍼를 생산하기 위한 플라즈마 공정 챔버의 경우에 적절한 효과를 얻을 수 있으며, 특히나 종래에서 거의 크리닝이 불가능하던 도 1의 A 부분(특히나 알루미늄 샤워 헤드부분)에서 뛰어난 크리닝 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명의 크리닝 방법에 의하면, 플라즈마 공정 챔버 내부가 골고루 크리닝될 수 있기 때문에, 공정상에서 파티클로 인한 오염을 줄일 수 있고 이로 인해 반도체 웨이퍼의 수율이 향상된다.

Claims (3)

1. 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법에 있어서:

   상기 플라즈마 공정 챔버 내부로 반응 가스 혼합물이 도입되는 단계;

   상기 반응 가스 혼합물을 플라즈마로 변환시켜 제 1 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계;

   상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 1 압력 범위보다 낮은 제 2 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계;

   상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 압력 범위보다 낮은 제 3 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계; 및

   상기 챔버 내부를 펌핑하는 단계를 포함하여, 여러 압력 범위를 거치면서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부가 골고루 크리닝되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 압력 범위는 약 2.3에서 2.7 토르이고, 상기 제 2 압력 범위는 1.1 에서 2.2 토르이고, 상기 제 3 압력 범위는 약 0.7에서 0.9 토르인 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법,
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 플라즈마를 이용하여 상기 제 1 압력 범위보다 낮은 제 2 압력 범위에서 상기 플라즈마 공정 챔버 내부를 크리닝하는 단계는, 상기 제 2 압력 범위 내에서 여러 단계로 실행될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 챔버의 내부면을 크리닝하기 위한 방법.