KR20040065154A - 반도체 제조장치용 클리닝가스 및 이 가스를 사용한클리닝방법 - Google Patents

반도체 제조장치용 클리닝가스 및 이 가스를 사용한클리닝방법 Download PDF

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KR20040065154A
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cleaning gas
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오노히로모토
오히도시오
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체 또는 액정 제조장치 중의 부착물을 제거하기 위한 클리닝가스로서, 산소 및/또는 산소함유 화합물을 1부피% 이하 함유하는 불소가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스를 제공한다.
본 발명의 클리닝가스는 에칭속도가 높은 효과적인 반도체 소자의 제조공정을 가능케 하여, 클리닝효율이 개선되어 비용성이 우수하다.

Description

반도체 제조장치용 클리닝가스 및 이 가스를 사용한 클리닝방법{CLEANING GAS FOR SEMICONDUCTOR PRODUCTION EQUIPMENT AND CLEANING METHOD USING THE GAS}
반도체 또는 TFT 액정소자 제조용 막형성장치 또는 에칭장치에 있어서, 막형성시 또는 규소, 질화규소, 산화규소, 텅스텐 등의 에칭시 축적된 부착물에 의해 입자가 발생하여 양호한 막제조에 지장을 주므로, 수시로 이들 부착물을 제거해야 한다.
지금까지, 반도체 제조장치 중의 부착물은 NF3, CF4및 C2F6등의 불소계 에칭가스로부터 여기된 플라즈마를 사용한 부착물 에칭방법에 의해 제거되었다. 그러나, NF3를 사용하는 방법은 NF3가 고가라는 문제가 있었고, CF4및 C2F6등의 퍼플루오로탄소를 사용하는 방법은 에칭속도가 낮아 클리닝효율이 낮다는 문제가 있었다. 더욱이, 퍼플루오로탄소 등의 에칭가스를 사용한 에칭방법은 공해배출물을 제거하는 후공정의 부담이 있고, 또한 온실가스 방출에 의한 환경에 대한 높은 부담의 문제를 발생시키는 다량의 미반응 가스의 방출을 포함한다.
한편, 클리닝효율을 증대시키기 위한 기술로서, CF4및 C2F6등의 퍼플루오로탄소에 O2를 가하는 방법이 채용되고 있지만, 과잉의 O2첨가는 역으로 클리닝효율을 불리하게 저감시킨다고 알려져 있다. O2의 첨가는 (1) 여기시 해리된 탄소 또는 황과 반응하여 COx또는 SOx를 발생시키고, 또 (2) C-C결합 또는 S-S결합의 형성 및 재형성을 억제시킴으로써, 불소를 빠르게 방출시키는 효과가 있다고 생각된다. F와 O의 상호작용은 C와O 또는 S와 O의 것에 비해서 약하지만, 과잉량의 산소(O)는 F 라디칼의 비활성화를 가속시킨다.
F2가스를 클리닝가스로서 사용하는 것의 이점은 공해배출물을 제거하는 공정이 용이하다는 것이다. 필요에너지의 관점에서, 종래의 퍼플루오로탄소 및 NF3등의 가스를 사용하는 클리닝방법은 다량 배출된 미반응 가스를 제거하는 데에 많은 비용이 드는 반면, F2를 사용한 클리닝방법은 반응성이 높아서 일반적으로 채용되는 종래의 공정에 의해 공해배출물을 쉽게 제거할 수 있기 때문에 비용면에서 효율적이다.
부착물을 제거하는 공정은 불소와 상기 부착물 사이의 반응에 기초하므로, 도입될 가스가 순수 불소이면, 이론적으로는 클리닝효율은 최고치이어야 한다.
그러나, 현재 시판되고 있는 불소가스의 순도가 낮고, HF, O2, N2, CO2, H2O, CF4및 SF6등의 불순물이 함유되어 있다. HF는 흡수조작에 의해 상대적으로 쉽게 제거될 수 있고, 희석가스 또는 에칭가스로서 사용할 수 있는 N2, CF4및 SF6는 F2가스를 사용하는 클리닝공정에 불리한 영향을 거의 미치지 않지만, O2, CO2및 H2O는 F2가스를 사용하는 클리닝공정에 불리한 영향을 미치기 쉽다.
(관련출원의 상호참조)
본 출원은 35 U.S.C. §111(b)의 규정 하에 2002년 6월 27일에 출원한 미국 가출원번호 제60/391,622호의 이익을 35 U.S.C. §119(e)(1)에 따라 주장하여 35 U.S.C. §111(a)에 따라 출원한 것이다.
본 발명은 반도체 또는 TFT(Thin Film Transistor) 액정소자 제조용 장치의 클리닝가스, 이 가스를 사용한 클리닝방법에 관한 것으로, 막형성시 또는 규소, 질화규소, 산화규소, 텅스텐 등의 에칭시, 막형성장치 또는 에칭장치 내부에 축적된불필요한 부착물을 제거하는 클리닝방법과, 또한 상기 클리닝 가스를 사용한 클리닝단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 클리닝가스를 사용하는 에칭장치의 계략도이다.
본 발명은 이러한 상황 하에서 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 에칭속도가 높고, 클리닝효율이 높으며, 비용성이 우수한 클리닝가스 및 이 가스를 사용한 클리닝방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적 중 다른 하나는 반도체소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 문제들을 해결하기 위해 예의검토한 결과, 본 발명자들은 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량이 현저히 저감된 불소함유 클리닝가스는 에칭속도를 현저히 향상시키고, 클리닝효율을 개선시킨다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 (1)~(16)에 기재한 바와 같이, 클리닝가스 및 클리닝방법에 관한 것이고, 또한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
(1) 반도체 또는 액정 제조장치 중의 부착물을 제거하기 위한 클리닝가스로서, 산소 및/또는 산소함유 화합물을 1부피% 이하 함유하는 불소가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(2) (1)에 있어서, 상기 불소가스에 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량이 0.5부피% 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(3) (2)에 있어서, 상기 불소가스에 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량이 0.1부피% 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(4) (1)~(3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 불소가스의 순도는 99부피% 이상인 것을 특징으로 하는 클리닝가스
(5) (4)에 있어서, 상기 불소가스의 순도는 99.5부피% 이상인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(6) (1)~(3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소함유 화합물은 NO, N2O, NO2, CO, CO2, H2O, OF2, O2F2및 O3F2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(7) (6)에 있어서, 상기 산소함유 화합물은 CO, CO2및 H2O로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(8) (1)~(7) 중 어느 하나에 있어서, He, Ar, N2, Ne, Kr 및 Xe로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(9) (8)에 있어서, He, Ar 및 N2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
(10) (1)~(9) 중 어느 하나에 기재된 클리닝가스를 사용하여, 반도체 또는 액정소자의 제조장치를 클리닝하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
(11) (10)에 있어서, (1)~(9) 중 어느 하나에 기재된 클리닝가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마 중에서 상기 반도체 제조장치 중의 부착물을 제거하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
(12) (11)에 있어서, 상기 플라즈마의 여기원은 마이크로파인 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
(13) (10)에 있어서, 상기 클리닝가스는 50~500℃의 온도범위에서 사용되는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
(14) (10)에 있어서, 상기 클리닝가스는 무플라즈마계에서 200~500℃의 온도범위에서 사용되는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
(15) (1)~(9) 중 어느 하나에 기재된 클리닝가스를 사용하는 클리닝단계 및 이 클리닝단계로부터 배출된 불소화합물 함유 가스를 분해하는 분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
(16) (15)에 있어서, 상기 불소화합물은 SiF4, HF, CF4, NF3및 WF6로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 반도체 또는 액정소자 제조장치용 클리닝가스는 1부피% 이하의 산소 및/또는 산소함유 화합물을 함유하는 불소가스를 함유한다.
반도체 제조장치용 클리닝가스에 있어서, 불소가스에 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량은 0.5부피% 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1부피% 이하이다. 불소가스 중의 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량이 1부피%를 초과하면, 클리닝효율이 저하되어 바람직하지 않다.
산소함유 화합물은, 예컨대 NO, N2O, NO2, CO, CO2, H2O, OF2, O2F2및 O3F2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물이고, 본 발명의 클리닝가스는 1부피% 이하의 산소 및/또는 산소함유 화합물을 함유하는 불소가스를 함유하는 것을 특징으로 한다. 산소함유 화합물은 CO, CO2및 H2O로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물이어도 좋다.
불소가스의 순도는 그 중에 불순물로서 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물을 제거함으로써 결정되고, 99부피% 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 99.5부피% 이상이다. 또한, 본 발명의 클리닝가스는 바람직하게는 희석하지 않은, 1부피% 미만의 산소 및/또는 산소함유 화합물을 함유하는 불소가스를 함유하지만, 필요에 따라서 일부 클리닝 조건 하에서는 불소가스를 희석해도 좋다. 불소가스 희석가스로는 He, Ar, N2, Ne, Kr 및 Xe로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스가 바람직하고, He, Ar 및 N2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스가 더욱 바람직하다.
본 발명의 클리닝가스를 사용하여 반도체 제조장치를 클리닝하는 경우에는, 상기 가스는 플라즈마 조건 하에서 사용해도 좋고, 또는 무플라즈마 조건 하에서 사용해도 좋다.
상기 가스를 플라즈마 조건 하에서 사용하는 경우, 여기원은 본 발명의 클리닝가스로부터 플라즈마를 여기시킬 수 있으면 특별히 한정하지 않지만, 마이크로파 여기원이 우수한 클리닝효율을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 본 발명의 클리닝가스 사용시 온도 및 압력은 플라즈마가 발생할 수 있으면 특별히 한정하지 않지만, 온도범위는 50~500℃가 바람직하고, 압력범위는 1~500Pa가 바람직하다.
무플라즈마 조건의 경우에는, 클리닝가스를 챔버에 도입하고, 이 챔버의 내부압력을 챔버내측의 적어도 일부 또는 어느 한 측에 대해 바람직하게는 1~500Pa로 설정하고, 그 클리닝가스를 200~500℃로 가열하여, 클리닝가스를 활성화시킨다. 그 다음, 부착물이 축적되어 있는 챔버 및 그외 부분으로부터 부착물을 에칭제거함으로써, 반도체 제조장치를 클리닝할 수 있다.
본 발명의 반도체 제조장치용 클리닝가스에 있어서,
(1) 상기 가스에는 저 에너지레벨에서 해리되어 활성종을 발생할 수 있는 F2가스가 함유되어 있고,
(2) 그 중에 함유되어 불소 프리라디칼의 생성 및 유지에 악영향을 미치는 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량은 최소량으로 저감되어 있다. 이들 특징에 의해서, 본 발명은 종래에 사용된 NF3가스 보다 더욱 유리한 효과를 나타낸다. F2는 NF3에 비해서 저 에너지레벨에서 해리되고, 해리종료시 F 라디칼만을 생성한다. 그러므로, 클리닝 시 그 계내에는 활성종만이 존재하므로, 축적된 부착물과의 반응효율이 매우 높다.
도 1은 본 발명의 클리닝가스를 사용하는 에칭장치의 일례를 나타내는 도면이다. 클리닝가스를 일정 온도로 클리닝가스 주입구(6)로부터 챔버(1)세트에 도입하고, 동시에 상기 가스를 마이크로파 플라즈마 여기원(4)으로 여기시켜서 플라즈마를 발생시킨다. 시료대(3) 상에서 실리콘웨이퍼(2)를 에칭한 후 얻어진 가스를 드라이펌프(5)에 의해 배출시키고, 함유되어 있는 가스의 종류에 따른 분해제를 사용하여 무해하게 한다. 또한, 에칭후 축적된 부착물을 에칭과 동일한 조작을 반복하여 효율적으로 제거함으로써 챔버를 효율적으로 클리닝할 수 있다.
그 다음, 본 발명의 반도체소자의 제조공정에 대해서 설명한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반도체 제조장치를 효율적으로 클리닝할 수 있다. 그러나, 본 발명의 클리닝가스를 사용한 클리닝 공정 시 배출되는 가스에는 클리닝에 사용된 F2가스이외에 HF, CF4, SiF4, NF3및 WF6등의 불소화합물이 함유되어 있다. F2를 포함한 이들 화합물은 그대로 대기로 방출되는 경우에는 지구온난화에 크게 영향을 미치고, 또는 분해되는 경우에는 산성 가스를 발생하므로,완전히 무해하게 해야 한다. 본 발명은, 반도체 소자의 제조공정에 있어서 반도체 제조장치의 클리닝 단계 및 이 클리닝 단계로부터 배출된 불소화합물 함유 가스를 분해하는 분해단계를 포함하는 반도체 소자의 제조공정을 제공하는 것이다.
반도체 제조장치의 클리닝 단계는 상기 방법을 사용하여 행할 수 있다. 더욱이, 상기 클리닝 단계로부터 배출된 불소화합물 함유 가스의 분해단계에 사용할 수 있는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 분해제는 배출된 가스에 함유된 화합물의 종류에 따라 선택해도 좋다. 바람직하게는, 불소화수소는 불소화금속으로서 안정화된 후 방출되고, 탄소는 분해되어 이산화탄소로 된 후, 방출된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~2
도 1에 나타낸 테스트장치의 장치내부압력을 300Pa으로 조정하였다. 표 1에 나타낸 조성물을 함유하는 클리닝가스를 2.45GHz, 500W의 마이크로파 플라즈마 여기원으로 여기시킨 후 테스트장치에 도입하고, 그 테스트장치에 배치한 실리콘웨이퍼를 에칭하였다. 에칭속도는 에칭후 실리콘웨이퍼의 부피손실로부터 결정하였고, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 사용된 가스 및 혼합비율(부피%) 에칭속도(nm/min)
F2 O2
1 100 0 2000
2 99 1 1800
이것으로부터, 1부피% 미만의 산소를 함유하는 F2가스의 에칭속도가 현저히 높다는 것을 알 수 있다.
비교예 1
클리닝가스를 표 2에 나타낸 조성물을 함유하는 가스로 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 각각의 에칭가스의 에칭속도를 결정하였다.
비교예 사용된 가스 및 혼합비율(부피%) 에칭속도(nm/min)
F2 O2
1 95 5 1200
이것으로부터, F2가스가 5부피% 이상의 산소를 함유하는 경우, 에칭속도는 크게 저하된다는 것을 알 수 있다.
실시예 3
실리콘웨이퍼 대신에, 비결정질 규소, 질화규소 등의 부착물이 축적되어 있는 석영조각을 클리닝하였다. 실시예 1에서 사용한 것과 같은 클리닝가스를 2.45GHz, 500W의 마이크로파 플라즈마 여기원으로 여기시킨 후, 내부압력을 300Pa로 조정한 테스트장치의 챔버에 도입한 후, 상기 석영조각을 크리닝한 다음 꺼내었다. 그 결과, 부착물이 완전히 제거된 것이 확인되었다.
본 발명의 반도체 제조장치용 클리닝가스는 에칭속도가 높으므로, 클리닝이 효과적이고, 우수한 비용성을 나타낸다. 본 발명의 반도체 제조장치의 클리닝방법에 의하면, 막형성시 또는 규소, 질화규소, 산화규소, 텅스텐 등의 에칭시, 반도체 또는 TFT 액정원소 제조용 막형성 장치 또는 에칭장치에 축적된 불필요한 부착물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 클리닝가스를 사용하는 클리닝 단계 및 분해단계를 포함하는 방법을 사용하여, 상기 클리닝 단계에서 배출된 불소화합물 함유 배기가스를 무해하게 함으로써, 반도체 소자를 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (16)

  1. 반도체 또는 액정 제조장치 중의 부착물을 제거하기 위한 클리닝가스로서, 산소 및/또는 산소함유 화합물을 1부피% 이하 함유하는 불소가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불소가스에 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량은 0.5부피% 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 불소가스에 함유된 산소 및/또는 산소함유 화합물의 함유량은 0.1부피% 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소가스의 순도는 99부피% 이상인 것을 특징으로 하는 클리닝가스
  5. 제4항에 있어서, 상기 불소가스의 순도는 99.5부피% 이상인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소함유 화합물은 NO,N2O, NO2, CO, CO2, H2O, OF2, O2F2및 O3F2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산소함유 화합물은 CO, CO2및 H2O로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, He, Ar, N2, Ne, Kr 및 Xe로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  9. 제8항에 있어서, He, Ar 및 N2로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 희석가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 클리닝가스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 클리닝가스를 사용하여 반도체 또는 액정소자의 제조장치를 클리닝하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  11. 제10항에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 클리닝가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마 중에서 반도체 제조장치 중의 부착물을 제거하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마의 여기원은 마이크로파인 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 클리닝가스는 50~500℃의 온도범위에서 사용되는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 클리닝가스는 무플라즈마계에서 200~500℃의 온도범위에서 사용되는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 클리닝가스를 사용하는 클리닝단계 및 이 클리닝단계로부터 배출된 불소화합물 함유 가스를 분해하는 분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불소화합물은 SiF4, HF, CF4, NF3및 WF6로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
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