KR20030060145A - 공정 챔버 세정 방법 - Google Patents

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이진희
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Abstract

반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법이 개시된다. 이 방법에서는 공정 챔버 내부 세정시 공정 챔버에 원격 플라즈마를 인가하는 것을 특징으로 한다. 원격 플라즈마는 공정 가스의 주입이 이루어지는 경로, 가령, 가스 주입구, 공정 가스 샤워 해드 등을 통해 챔버 내에 공급될 수 있고, 챔버 벽체 등에 공정 가스 주입 경로와 별도로 통로를 만들어 물질막 제거가 특히 필요한 부분에 집중적으로 공급되도록 이루어질 수 있다. 이 방법은 특히 PECVD 장비에 적합하며, 공정 가스로는 NF3, NF2, F2같은 불소 계열 가스가 주가 되며 이와 함께 Ar 등의 가스가 사용될 수 있다.

Description

공정 챔버 세정 방법{Method of cleanning process chamber}
본 발명은 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조 공정에서 기판에 박막을 형성하기 위한 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장비나 식각 장비에는 플라즈마의 형성을 위한 고주파(RF:Radio Frequency) 전계가 인가되는 경우가 많다. 이런 장비들에서 챔버 외에서 공급된 가스들은 웨이퍼에 집중적으로 작용하기 위해 서셉터와 고주파 인가용 전극 사이에 상대적으로 높은 밀도의 플라즈마 분포를 형성하게 된다.
그런데, CVD 공정과 식각 공정에 사용되는 장비들에서 공정 챔버 내부에는 공정 과정에서 형성된 막 형성 물질, 폴리머 기타 부산물들이 챔버 내에 노출된 모든 면에 부착되고, 누적되어 파티클 요인으로 작용하는 문제가 있다. 이런 문제를 막기 위해 주기적인 유지 보수 작업의 하나로 챔버 내부를 세정하게 된다. 챔버 내부의 세정 공정은 챔버 내부에 세정을 위한 식각성 물질을 공급하고 이 물질에 고주파 전계를 인가하여 플라즈마화 함으로써 세정의 능률을 높이는 방법을 주로 채택한다. 가령, 종래의 PECVD(Plasma Enhanced Chemcal Vapor Deposition) 공정 챔버의 세정 작업은 헥사플로로에테인(hexafluoroethane:C2F6), 옥타플로로프로페인(octafluoropropane:C3F8) 등의 가스를 챔버에 공급하면서 챔버 내에 고주파 전계를 형성하여 이들 가스의 플라즈마를 형성하고, 플라즈마가 챔버 내부에 적층된 물질들에 작용하여 이들을 제거하도록 한다.
고주파 전계를 인가하여 식각 물질을 플라즈마화 시킬 경우, 이온이나 래디칼 같은 활성 입자들의 존재비가 높아져 챔버에 부착된 물질에 대한 제거 효율이 높아짐과 함께, 플라즈마를 구성하는 입자들의 물리적 충돌 에너지가 증가하여 부착 물질 제거 효율이 높아진다. 그러나, 물리적 충돌 에너지가 너무 높아지면 식각 물질 플라즈마는 챔버 내에 부착된 물질뿐 아니라 챔버 벽체에도 영향을 주어 챔버 표면이 식각되는 문제가 있다.
그런데, 고주파 전계 인가용 출력을 높일 경우, 식각 물질의 플라즈마화가 쉽게 이루어짐과 함께 플라즈마 입자들 가운데 챔버 벽체를 손상시킬 정도로 높은 물리적 충돌 에너지를 가진 입자들의 상대적 비율도 증가한다. 특히, CVD 장비는 주로 물질막의 적층을 위주로 구성되며, 식각 환경에는 적합하지 않게 형성되는 경우가 많으므로 챔버 내부의 손상이 커질 수 있다. 반면, 고주파 전계 인가용 출력을 낮출 경우, 식각 물질이 이온이나 래디칼을 형성하는 비율이 줄어 챔버 내벽에 대한 세정 능력도 떨어지게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 반도체 장치 제조용 공정 챔버 세정 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 챔버 내부 세정을 실시함에 있어서, 세정의 효율을 높임과 동시에 챔버 내벽에 대한 손상을 방지할 수 있는 공정 챔버 세정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 챔버 내부 세정시 내벽 손상으로 인하여 장비 수명, 교체 주기가 줄어들고, 공정시 파티클로 인한 공정 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 공정 챔버의 세정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
도1은 본 발명을 실시하기 위해 원격 플라즈마 공급 장치가 구비되는 CVD 장비 공정 챔버 구성을 나타내는 측단면도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 공정 챔버의 벽체쪽에서 공정 챔버로 원격 플라즈마가 공급되는 경우를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도3은 도2와 같은 실시예에 대한 평단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법은, 공정 챔버 내부 세정시 공정 챔버에 원격 플라즈마를 인가하는 것을 특징으로 한다.
이러한 원격 플라즈마는 공정 가스의 주입이 이루어지는 경로, 가령, 가스 주입구, 공정 가스 샤워 해드 등을 통해 챔버 내에 공급될 수 있고, 챔버 벽체 등에 공정 가스 주입 경로와 별도로 통로를 만들어 물질막 제거가 특히 필요한 부분에 집중적으로 공급되도록 이루어질 수 있다.
본 발명은 CVD 공정 챔버, 특히, PECVD 장비에 적합하며, 공정 가스로는NF3, NF2, F2같은 불소 계열 가스가 주가 되며 이와 함께 Ar 등의 가스가 사용될 수 있다. 본 발명의 공정 챔버 세정 방법에서는 공정 챔버에서 이루어지는 작업의 종류, 형성되는 물질막의 종류에 따라 식각 가스를 바꾸어 사용할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명을 실시하기 위해 원격 플라즈마 공급 장치가 구비되는 CVD 장비 공정 챔버 구성을 나타내는 측단면도이다.
도1을 참조하면, 공정 챔버 벽체(11)가 설치되고, 공정 챔버(1) 상부에는 공정 가스를 웨이퍼 위쪽에 고르게 공급하기 위한 샤워 해드(30)가 있다. 공정 챔버(1)의 하부에는 웨이퍼가 놓이는 서셉터(13)가 위치한다. 챔버의 벽체(11) 하측에는 배기구(40)가 형성되어 진공펌프(미도시)와 연결되어 있다. 본 예에서 샤워 해드(30)는 공정 챔버(1)의 상부 격벽의 역할을 겸하고 있으며, 상부의 세라믹 샤워 해드(31)와 하부의 알미늄 샤워 해드(33)를 구비한다. 세라믹 샤워 해드(31) 위쪽에 형성된 유입구(35)를 통해 공급된 공정 가스들은 세라믹 샤워 해드(31)의 통로와 핀홀(37)을 통해 세라믹 샤워 해드(31)와 알미늄 샤워 해드(33) 사이의 공간으로 공급되고, 혼합되어 알미늄 샤워 해드(33)에 형성된 다수의 분사공(39)을 통해 웨이퍼 표면에 공급된다.
샤워 해드(30)는 고주파 전원 탭(19)과 접속되어 그 하단인 알미늄 샤워 해드(33)가 실질적으로 고주파 전계를 챔버 내에 인가하는 전극의 역할을 한다. 따라서, 공정 중에 공급된 소오스 가스는 전극인 알미늄 샤워 해드(33)에 인가된 고주파 전계에 의해 플라즈마화 되고 소오스 가스 사이에 증착막을 형성하는 반응이 증가된다. 샤워 해드(30) 아래쪽의 서셉터(13)에 놓이는 웨이퍼(미도시)는 서셉터(13)에 내장된 히터(미도시)에 의해 가열된 상태이므로 그 표면에는 소오스 가스 사이의 반응이 쉽게 이루어지고 반응 물질들이 쉽게 증착된다.
공정이 고온이 될 경우 샤워 해드(30)의 하단인 알미늄 샤워 해드(33)는 열에 의해 변형되거나 부분 용융되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해 통상 알미늄 샤워 해드(33)에는 냉매를 순환시키는 통로가 설치되고, 냉매 공급 배관(50)이 연결된다.
도1과 같은 CVD 장비에서 이루어지는 본 발명 세정 방법의 일 실시예를 살펴보면, 세정 공정이 진행될 때에는 먼저 샤워 해드(30)에 소오스 가스 공급 배관(51)과 별도로 형성된 세정용 플라즈마 배관(61)을 통해 세정용 가스의 플라즈마가 공급된다. 세정용 가스로는 NF3가스가 사용되며 8 인치 웨이퍼 2매를 동시에 처리하는 CVD 공정 챔버에 대해 500 내지 2000sccm(standard cubic centimeter per minute) 정도의 가스량이 공급될 수 있다. 동시에 Ar 가스가 500 내지 2000 sccm 정도 함께 투입될 수 있다.
세정용 가스 플라즈마는 원격 플라즈마 모듈이라 불리는 원격 플라즈마 공급 장치의 플라즈마 발생기(63)에 세정용 가스 배관(67)에서 세정용 가스가 공급되면 플라즈마 발생기(63) 내부에 형성된 고주파 전계를 통해 이를 플라즈마화 시킴으로써 형성한다. 플라즈마 발생기(63)에는 따라서 고주파 전원(65)이 접속된다. 이때,고주파 발생기의 고주파 전력은 2000 내지 6000 와트(watt) 정도가 적당하다. 이때, 고주파 전력을 충분히 인가하여 세정 가스의 플라즈마화 비율, 즉, 플라즈마 내의 이온 및 래디칼 같은 활성 입자의 존재비를 높일 수 있다.
플라즈마 발생기(63)에서 형성된 세정용 가스 플라즈마는 플라즈마 배관(61)을 통해 샤워 해드(30)로 공급된다. 이 과정에서는 이미 이온화되거나 래디칼로 존재하는 활성 입자의 비율을 크게 저하시키지 않는 상태에서 이들 입자의 물리적 충돌 에너지를 저하시켜 고에너지 입자가 챔버 내벽을 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 세정용 가스 플라즈마 물질은 샤워 해드(30) 내의 공급 경로를 통해 세라믹 샤워 해드의 핀홀(37), 세라믹 샤워 해드(31) 저면, 알미늄 샤워 해드(33) 상면, 알미늄 샤워 해드(33)의 분사공(39) 그리고 챔버 내벽면에 적층된 물질막들을 제거한다. 공정 챔버의 압력은 저압 조건인 경우 200mTorr 내지 1Torr, 상대적 고압 조건일 경우, 1 내지 5Torr 정도로 할 수 있다.
본 발명에서 공정 챔버 세정시 원격 플라즈마를 공급할 원격 플라즈마 공급 장치는 통상, 챔버 형태로 이루어지며 내부에 플라즈마 형성을 위한 전극이 구비되는 플라즈마 발생기(plasma generator), 플라즈마에 전계를 인가할 전원, 플라즈마 발생기에 가스를 공급하는 가스 소오스, 플라즈마 발생기에서 형성된 플라즈마를 공정 챔버로 공급할 배관을 구비하여 이루어진다.
도2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 공정 챔버(1)의 벽체(11)쪽에서 공정 챔버(1)로 원격 플라즈마가 공급되는 경우를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 이때, 플라즈마 공급 배관(61)은 하나의 라인으로 형성되거나, 도시된바와 같이 세정용 플라즈마의 보다 고른 공급을 위해 챔버 벽체(11) 다수 개소에 원격 플라즈마 공급구(71)를 형성할 수 있다. 이때, 챔버 벽체(11)에 형성되는 원격 플라즈마 공급구(71)는 세정 효율을 높이기 위해 물질막 제거가 특히 필요한 부분에 집중적으로 공급되도록 도3의 평단면도와 같이, 가령, 서셉터(13) 주위에 집중적으로 원격 플라즈마를 공급하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 장비의 공정 챔버 세정 공정에서 챔버 외부에서 세정용 가스의 플라즈마를 형성한다. 따라서, 플라즈마 발생기에서 고주파 전력을 충분히 높여 고주파 플라즈마를 구성하는 이온 및 래디칼의 존재비를 높일 수 있다. 동시에, 플라즈마 발생기에서 공정 챔버에 이르는 경로를 통해 활성 입자의 물리적 충돌 에너지를 낮추어 챔버 내벽에 고에너지 활성 입자가 작용하여 챔버 내벽을 손상시키는 것도 방지할 수 있다. 따라서, 챔버 내벽 손상과 그에 따른 파티클로 인한 공정 불량을 줄일 수 있으며, 챔버 내벽에 증착된 물질막 제거를 용이하게 하므로 유지 보수 시간 비용을 줄이고, 장비의 가동율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 공정 챔버 내부 세정시 공정 챔버에 원격 플라즈마를 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 공정 가스의 주입이 이루어지는 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 상기 공정 챔버의 벽체에 상기 공정 가스 주입 경로와 별도로 형성된 통로를 통해 상기 벽체에 부착된 물질막 제거가 필요한 부분에 집중되도록 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 NF3, NF2, F2,Ar 혹은 이들의 조합 가운데 하나를 고주파 발생기에 세정용 가스로 공급하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마는 NF3가스를 500 내지 2000sccm, Ar가스를 500 내지 2000 sccm 공급하며,
    상기 고주파 발생기의 고주파 전력을 2000 내지 6000 와트로 공급하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 공정 챔버 내부의 압력은 200mTorr 내지 5Torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 공정 챔버 세정 방법.
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KR100819096B1 (ko) * 2006-11-21 2008-04-02 삼성전자주식회사 Ｐｅｏｘ공정을 진행하는 반도체 제조설비의 리모트 플라즈마를 이용한 세정방법

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