KR20040063444A - 화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법 - Google Patents

화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법 Download PDF

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Abstract

화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법이 개시되어 있다. 상기 반응 챔버 내부, 기판 지지대 및 샤워 헤드에 형성된 내열성 및 내산성을 갖는 코팅막 및 상기 코팅막에 세정 기체를 제공하기 위한 내부세정용 기체 도입 노즐을 포함한다. 상기 화학 기상 증착 장치의 내부 벽면에 금속 산화막이 형성된 챔버 내부를 승온시킨다. 상기 승온된 챔버 내부로 불소 계열의 세정 기체를 도입한다. 상기 금속 산화막이 상기 세정 기체와 반응에 의해 상기 챔버 벽면으로부터 제거된다. 상기 제거된 금속 산화막을 외부로 배출한다. 이와 같이 세정기체를 도입하여 챔버 내부를 세정함으로써, 챔버를 분리하지 않고 인시츄로 세정할 수 있다.

Description

화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM AND METHOD OF CLEANING THE SAME}
본 발명은 화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건식 세정할 수 있는 화학 기상 증착 장치 및 상기 장치의 세정방법에 관한 것이다.
고집적의 반도체 소자를 제조하기 위해서는 단위면적 당 존재하는 반도체 소자의 구성요소를 증가시켜야 한다. 따라서, 반도체 소자는 다층으로 형성되며, 상기 층간에 각종 배선 및 패턴들을 형성하고 전기적으로 도통시킴으로서 이루어진다. 반도체 소자의 막들을 형성하는 방법은 다양하며 계속적으로 연구가 진행되고 있다. 상기 방법 중 보편적인 방법 중의 하나로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition;CVD, 이하, 'CVD'라고 한다.) 방식을 들 수 있다.
상기 CVD 방식은 일정 온도 및 압력 상태에서 반응 기체를 도입하여 기판 상에서 반응시킴으로서 막을 형성하는 방식으로 막질이 깨끗하고 형성하기가 용이하여 반도체 소자의 제조방법으로 널리 사용되는 방식이다. 상기 CVD 방식으로는 다양한 막을 형성할 수 있다.
예컨대, 유전막으로서 널리 사용되는 Al2O3및 HfO2를 형성하기 위해서는 장치의 반응 챔버(Chamber) 내부로 반응 기체의 흐름을 형성한다. 이때, 챔버 내부에는 상기 유전막이 형성된다. 그러나, 상기 챔버를 이용하여 막을 형성하는 공정을 반복하게 되면, 공정 횟수를 반복할수록 챔버 내부에 잔류하는 입자의 수가 증가하고, 챔버 내부에 장착된 부속품의 수명이 단축되어 설비의 성능이 저하될 뿐만 아니라, 공정에서도 이상이 발생한다. 따라서, 주기적으로 상기 챔버 및 챔버 내부의 부속품을 세정하여야 한다.
일반적으로 챔버의 세정방법은 챔버를 분해하고, 상기 분해된 챔버를 세정액에 장시간 침지하는 습식 세정방법으로 WET P.M(Wet Preventive Maintenance)을 실시한다. 상기 습식 세정은 HF로 세정하고 과량의 탈이온수(deionized water)를 이용하여 반복적으로 린스(rinse)함으로서 세정 시간이 매우 길고, 형성된 막에 따라서는 세정이 완벽하게 이루어지지 않는다. 또한, 챔버를 분리하고 세정 후에 다시 재조립하여야 하므로 공정 조건이 바뀔 수 있다. 따라서, 막질을 평가하면서 새로 공정 조건을 보정하는 번거로운 작업을 반복하여야 하므로 상당한 시간이 소요된다. 즉, 상기 공정 조건을 설정하기 위해 인건비 및 기타 부대 비용이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 제1목적은 세정 기체 노즐을 구비하여 인시츄로 세정할 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 인시츄로 세정할 수 있는 화학 기상 증착 장치의 세정방법을 제공하는데 있다.
도 1을 본 발명의 실시예에 의한 인-시츄 세정이 가능한 화학 기상 증착 장치의 구조이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 화학 기상 증착 장치 내에 형성된 금속 산화막을 인시츄로 세정하는 방법에 대한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 본체 110 : 기판 지지대
120 : 반응 기체 노즐 130 : 세정용 기체 도입 노즐
140 : 샤워 헤드 150 : 기체 도입 블록
160 : 진공부
상기 제1목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반응 챔버 내부, 기판 지지대 및 샤워 헤드에 형성된 내열성 및 내산성을 갖는 코팅막 및 상기 코팅막에 세정 기체를 제공하기 위한 내부세정용 기체 도입 노즐을 포함하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 화학 기상 증착 장치를 이용하여 세정하는 방법은 내부 벽면에 금속 산화막이 형성된 챔버 내부를 승온시키는 단계, 상기 승온된 챔버 내부로 불소계열의 세정 기체를 도입하는 단계, 상기금속 산화막이 상기 세정 기체와 반응에 의해 상기 챔버 벽면으로부터 제거되는 단계 및 상기 제거된 금속 산화막을 외부로 배출하는 단계로 이루어진다.
이와 같이 세정기체를 도입하여 챔버 내부를 세정함으로써, 챔버를 분리하지 않고 인시츄로 세정할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 반응 챔버, 가열부가 장착된 기판 지지대, 반응 기체 노즐 및 샤워 헤드를 포함하는 화학 기상 증착 장치는 상기 반응 챔버 내부, 기판 지지대 및 샤워 헤드에 형성된 내열성 및 내산성을 갖는 코팅막 및 상기 코팅막에 세정 기체를 제공하기 위한 내부세정용 기체 도입 노즐을 포함한다. 상기 세정용 기체 도입 노즐은 필요에 따라 복수개로 구비할 수 있다.
상기 화학 기상 증착 장치를 이용하여 상기 장치 내부를 세정하기 위해서는 우선, 금속 산화막이 형성된 챔버 내부를 약 300 내지 600℃로 승온시킨다. 또한, 상기 챔버 내부의 압력은 약 0.1 내지 500 torr로 유지된다. 이때, 상기 금속 산화막은 Al2O3또는 HfO2이다.
상기 승온된 챔버 내부로 HF 또는 F2의 세정 기체를 도입한다. 상기 세정 기체는 질소와 같은 불활성 기체에 의해 도입되는 압력이 조절된다. 상기 금속 산화막이 상기 세정 기체와 반응에 의해 상기 챔버로부터 제거된다. 상기 제거된 금속 산화막을 외부로 배출시킨다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1을 본 발명의 실시예에 의한 인-시츄 세정이 가능한 화학 기상 증착 장치의 구조이다.
도 1을 참조하면, 챔버 본체(100)를 중심으로 상기 챔버 본체(100) 상부에는 기체를 챔버 내부로 분사하는 샤워 헤드(140)가 위치하며, 상기 챔버 본채(100) 하부에는 성막하고자 하는 기판이 위치하는 기판 지지대(110)가 위치한다. 상기 기판 지지대(110)는 상기 기판에 온도를 제공하기 위한 가열부(미도시)를 구비한다.
상기 챔버 본체(100)를 포함하여 상기 장비 내부에 구비된 부속품은 퀄츠 또는 인코넬로 이루어지거나, 상기 퀄츠 또는 인코넬로 코팅되어 있다.
상기 퀄츠(quartz;석영)는 SiO2를 화학성분으로 하는 물질로서, 다른 성분이 거의 없어, 화학적으로 매우 순수하다. 쪼개짐은 없고, 굳기가 7로 매우 단단하며, 비중은 약 2.5 내지 2.8이다. 또한, 플루오르화수소산을 제외한 산 및 알칼리에 침해되지 않는다.
상기 인코넬(inconel)은 니켈을 주체로 하여 크롬, 철, 티탄, 알루미늄, 망간 및 규소를 첨가한 내열합금이다. 상기 인코넬은 내열성이 좋고, 약 900℃ 이상의 산화기류 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는다. 또한, 신장, 인장강도 및 항복점 등과 같은 여러 성질도 약 600℃ 정도까지는 대부분 변화하지 않아 기계적으로도 우수하다. 뿐만 아니라, 유기물 및 염류용액에 대해서도 부식하지 않는다.
이와 같이, 상기 퀄츠 또는 인코넬과 같이 내열성 및 내산성이 강한 물리화학적으로 안정한 물질로 챔버 내부를 이루도록 하는 것이 바람직하다.
상기 샤워 헤드(140)의 상면은 기체 도입 블록(150)과 연결되며, 상기 기체 도입 블록(150)을 통해 상기 챔버 본체(100) 내부로 기체를 도입하기 위한 노즐들이 연결된다. 상기 기체 도입 블록(150)에는 성막하기 위한 반응 기체 노즐(120)이 구비되고, 챔버 내부에 불필요하게 형성된 막을 제거하기 위한 세정용 기체 도입 노즐(130)이 구비된다. 상기 노즐은 반응 기체 및 세정 기체에 반응하거나, 부식하지 않는 재질로 이루어진다.
상기 챔버 본체(100)의 하부면에는 진공부(160)가 구비된다. 상기 진공부(160)를 통해 상기 노즐들로부터 도입된 기체들은 챔버 내에서 반응을 마치고 외부로 유출된다.
상기 챔버는 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition;LPCVD) 장치의 챔버로써, Al2O3또는 HfO2와 같은 금속 산화막을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 반도체 소자의 제조라인과 같이 반복적인 공정을 거듭하게 되면, 장비 내부에 불필요하게 반응물이 잔류하게 되어, 공정을 거듭할수록 제조된 반도체 소자의 성능이 저하될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 화학 기상 증착 장치 내에 형성된 금속 산화막을 인시츄로 세정하는 방법에 대한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 상기 챔버 내부에 축적된 반응물을 제거하기 위해, 우선, 기판 지지대에 구비된 가열부에 의해 챔버 내부를 승온시킨다.(S200) 챔버 내부가 약 300℃ 미만이면, 챔버 내부의 축적물을 제대로 세정할 수 없고, 약 600℃를 초과하면, 챔버 내부의 표면을 이루고 있는 재질이 손상될 수 있다. 따라서, 상기 챔버 내부의 온도는 약 300 내지 600℃가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 약 400℃로 유지한다.
또한, 상기 챔버 내부를 약 0.1 내지 500 torr로 유지한다.
상기 조건으로 유지된 챔버 내부로 세정용 기체 도입 노즐을 통해 HF를 도입한다.(S210) 상기 HF는 질소와 같은 불활성 기체를 사용하여 도입되는 압력을 조절할 수 있다. 상기 HF 외에 F2를 세정 기체로 사용할 수 있다.
상기 온도와 압력 조건 하에서 상기 도입된 세정 기체는 Al2O3또는 HfO2와 반응하여 상기 챔버 벽면을 포함한 챔버 내부에 위치한 부속품으로부터 분리된다.(S220)
상기 부속품에 형성된 금속 산화막은 분리되어 금속 산화물로 챔버 내부에 존재하다가 상기 챔버 바닥면에 위치한 진공부를 통해 외부로 유출된다.(S230) 따라서, 상기 금속 산화막이 세정된다.
따라서, 상기 챔버를 분리하지 않고, 인시츄(in-situ) 상태로 챔버 내부를 세정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저압 화학 기상 증착 장치에 세정용 기체 도입 노즐을 구비하고, 일정 압력 및 온도를 유지하면서 상기 노즐을 통해 세정 기체를 도입하여 장치 내부에 불필요하게 잔류하는 반응물을 제거한다.
이와 같이 세정기체를 도입하여 챔버내부를 세정함으로써, 챔버를 분리하지 않고 인시츄로 세정할 수 있다. 따라서, 일반적인 습식 세정을 진행하기 위해 챔버를 분리하거나, 세정액을 사용하는 번거로운 작업을 줄일 수 있으므로, 세정 과정에 소요되는 인력, 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 챔버를 분리하지 않으므로, 설치된 장비로부터 균일한 특성을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 반응 챔버, 가열부가 장착된 기판 지지대, 반응 기체 노즐 및 샤워 헤드를 포함하는 화학 기상 증착 장치에 있어서,
    상기 반응 챔버 내부, 기판 지지대 및 샤워 헤드에 형성된 내열성 및 내산성을 갖는 코팅막; 및
    상기 코팅막에 세정 기체를 제공하기 위한 내부 세정용 기체 도입 노즐을 구비하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 퀄츠 또는 인코넬로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 내부 벽면에 금속 산화막이 코팅되어 있는 챔버 내부를 승온시키는 단계;
    상기 승온된 챔버 내부로 불소계열의 세정 기체를 도입하는 단계;
    상기 금속 산화막이 상기 세정 기체와 반응에 의해 상기 챔버 벽면으로부터 제거되는 단계; 및
    상기 제거된 금속 산화막을 외부로 배출하는 단계로 이루어지는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 산화막은 Al2O3또는 HfO2인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 승온은 300 내지 600℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 챔버는 0.1 내지 500 torr로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 세정 기체는 HF 또는 F2인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 세정 기체는 불활성 기체에 의해 상기 챔버로 도입되는 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
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