KR20070029455A

KR20070029455A - 반도체 플라즈마 처리설비용 건식세정장치

Info

Publication number: KR20070029455A
Application number: KR1020050084248A
Authority: KR
Inventors: 김정남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-14

Abstract

플라즈마 처리설비용 건식세정장치를 제공한다. 내벽 및 상기 내벽을 감싸는 외벽을 구비하는 공정챔버와, 상기 내벽 및 상기 외벽의 사이에 가스가 채워지는 가스충전층 및 상기 내벽을 통해 누설되는 상기 가스를 감지하는 가스누설감지부를 포함하되, 상기 가스누설감지부는 상기 공정챔버의 내부공간과 연통되는 가스배기관과, 상기 가스배기관에 마련되는 펌프와, 상기 가스배기관에 마련되는 가스검출기를 구비한다.

Description

반도체 플라즈마 처리설비용 건식세정장치{DRY CLEANING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR PLASMA EQUIPMENT}

도 1은 본 발명의 플라즈마 처리설비용 건식세정장치를 보여주는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 선 Ⅰ-Ⅰ’를 따르는 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 선 Ⅱ-Ⅱ’를 따르는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 가스누설감지부의 작동을 보여주는 블록도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **

100 : 공정챔버

111 : 내벽

112 : 외벽

120 : 가스충전층

170 : 세정가스공급부

200 : 가스누설감지부

220 : 가스검출기

300 : 제어부

350 : 경보기

400 : 공정구동부

500 : 가스공급부

본 발명은 반도체 플라즈마 처리설비용 건식세정장치에 관한 것으로써, 공정챔버의 내부를 세정하는 경우에, 내벽이 식각되는 공정챔버의 벽두께를 감지하여 과도한 식각으로 인한 공정챔버의 파손을 방지하는 반도체 플라즈마 처리설비용 건식세정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조는 웨이퍼 상에 산화, 확산, 노광, 식각, 이온주입, 세정과 같은 공정들을 순차적으로 또는 선택적으로 수행함을 통해 제조된다.

예를 들어, 반도체 구조에서 캐패시터는 크게 하부전극과 유전막과 상부전극으로 이루어진다. 여기서, 상기 하부전극은 통상 도핑된 실리콘막, 전도성 있는 금속막, 금속산화막, 금속질화막 또는 금속산화질화막 및 폴리 실리콘을 사용한다.

그리고, 상기 하부전극의 표면에 반구형 입자층을 형성시켜, 유효 표면적을 증가시키고, 이에 따라 전체 커패시턴스를 증가시킨다. 여기서, 반구형 입자층은 HSG 실리콘막을 형성시키는 방법을 사용한다.

상기 반구형 입자층이 형성된 하부전극, 예를 들어, 폴리 실리콘 전면에 불순물 이온, 예컨대, 포스포러스(phosphorus)를 주입하여 상기 하부전극에서의 불순 물 농도를 증가시킨다. 현재 상기 포스포러스를 하부전극에 주입하는 방법은 열적 PFA(phosphorus anneal)와 플라즈마 PFA를 사용하고 있다. 여기서, 상기 플라즈마 PFA는 기상의 PF₃ 가스에 플라즈마를 인가하여 PF₃ 가스를 분해시키고, 상기 PF₃ 가스로부터 분해된 이온들에게 방향성을 부여하여 하부전극의 내부로 포스포러스 이온들이 확산되도록 하는 방법으로써, 현재에는 상기 플라즈마 PFA에 의해 포스포러스를 주입하는 방식이 주로 적용되고 있다.

그리고, 상기 캐페시터는 상기 하부전극에 포스포러스가 주입된 후에, 상기 하부전극에 산화막을 형성시키고, 상기 산화막이 형성되면 유전체막을 형성시키며, 다시 그 위에 상부전극을 형성하여 제조된다.

상기와 같이 포스포러스 주입에서부터 질화막 형성에 이르는 공정을 수행하는 공정챔버는 플라즈마 이온주입 챔버이고, 포스포러스 주입을 위해 제공되는 소스는 PF₃ 플라즈마이며, 질화막 형성을 위해 제공되는 소스는 NF₃ 플라즈마인 바 이를 연속해서 이루어지게 하는 공정을 PN(phosphorus nitridation)공정이라고도 한다.

한편, 상기와 같이 캐패시터를 형성하는 경우에, 특히 포스포러스를 주입하는 과정에서 웨이퍼에 주입되는 포스포러스 이온 이외에 미처 상기 웨이퍼에 주입되지 못한 포스포러스가 발생하게 되고, 상기 포스포러스는 공정챔버의 내벽에 증착되어 파티클의 원인이 된다. 즉, 상기 공정챔버에 주입되는 포스포러스는 PF₃ 가스로서 주입되어 상기 공정챔버의 내벽 또는 보트, 보트 캡, 배기관등에 증착되고, 공정회수가 증가할수록 증착된 포스포러스의 두께가 두꺼워지면서 소정 시간이 흐른 뒤에 일부가 떨어져 나와 공정수행중인 웨이퍼에 치명적인 공정 오류를 유발시키게 하는 원인이 된다.

따라서, 이를 해소하기 위하여 종래에는 소정 회수 이상의 공정을 수행하고 난 후에, 상기 공정챔버의 내부에 NF₃ 가스와 같은 세정가스를 주입하여 상기 공정챔버의 내부를 세정하는 건식세정방식을 채택하고 있다.

그러나, 상기와 같이 주입된 NF₃ 가스는 상기 공정챔버의 내벽에 증착된 포스포러스 뿐만아니라 상기 공정챔버의 내벽을 식각시키고, 식각된 상기 공정챔버의 내벽두께는 점차적으로 얇아지게 되어 종국에는 파손되는 문제점이 있다.

이에 따라 상기와 같이 공정챔버가 파손됨으로써 새로운 공정챔버의 교체에 따른 공수비용이 상승되고, 공정 사고가 유발되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 NF₃가스를 사용하여 공정챔버의 내부를 세정하는 경우에, 공정챔버의 내벽두께가 소정의 두께 이상으로 얇아지면 공정을 즉시 중지할 수 있도록 한 반도체 플라즈마 처리설비용 건식세정장치를 제공함에 있다.

본 발명은 플라즈마 처리설비용 건식세정장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 건식세정장치는 내벽 및 상기 내벽을 감싸는 외벽을 구비하는 공정챔버와, 상기 내벽 및 상기 외벽의 사이에 가스가 채워지는 가스충전층 및 상기 내벽을 통해 누설되는 상기 가스를 감지하는 가스누설감지부를 포함한다.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 가스충전층은 가스공급부와 연결되되, 상기 가스공급부는 상기 가스충전층과 연결되는 가스충전관과, 상기 가스충전관과 연결된 가스공급원을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 상기 가스누설감지부는 상기 공정챔버의 내부공간과 연통되는 가스배기관과, 상기 가스배기관에 마련되는 펌프와, 상기 가스배기관에 마련되는 가스검출기를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 가스누설감지부는 상기 가스검출기와 전기적으로 연결되는 제어부를 구비하되, 상기 제어부는 상기 가스검출기에서의 상기 가스의 감지 여부에 따른 전기적 신호를 전송받아 상기 가스공급부의 작동 및 공정을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 가스검출기에서 상기 가스가 감지되는 경우에 경보를 알리는 경보기를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 가스는 헬륨가스, 네온가스, 크세논가스 중 적어도 어느 하나인 불활성가스일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 플라즈마 처리설비용 건식세정장치의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 처리설비용 건식세정장치를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 선 Ⅰ-Ⅰ’를 따르는 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 선 Ⅱ-Ⅱ’를 따르는 단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 가스누설감지부의 작동을 보여주는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조로 하면, 본 발명의 플라즈마 처리설비용 건식세정장치는 웨이퍼들(미도시)에 대한 플라즈마 처리 공정을 수행하며, 내벽(111) 및 상기 내벽(111)을 감싸는 외벽(112)을 구비한 공정챔버(100)와, 상기 공정챔버(100)에 연통되며, NF₃ 가스와 같은 세정가스를 공급하는 세정가스공급부(170)와, 상기 공정챔버(100)에 연통되며 PF₃가스와 같은 포스포러스를 공급하는 PF₃ 가스공급부(150)와, 상기 공정챔버(100)의 내부에 미련되되, 상기 내벽(111)과 상기 외벽(112)의 사이에 불활성가스가 채워지는 가스충전층(120)과, 상기 내벽(111)을 통해 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)으로 누설되는 상기 불활성가스를 감지하는 가스누설감지부(200)를 구비한다.

상기 세정가스공급부(170)는 상기 공정챔버(100)에 연통되는 가스배관(171)과, 상기 가스배관(171)에 연결되며, 상기 공정챔버(100)의 내부로 NF₃ 가스를 공급하는 세정가스공급원(172)을 구비할 수 있다.

상기 공정챔버(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 공정이 진행되는 내부공간(101)이 형성되고, 상부가 밀폐되고, 하부가 개방된 돔 형상의 챔버몸체(110)와, 상기 챔버몸체(110)의 내부에 형성되어 불활성가스가 채워지는 가스충전 층(120)을 구비한다.

도 1을 참조하면, 상기 가스충전층(120)은 헬륨(He)과 같은 불활성가스를 공급하는 가스공급부(500)와 연결되되, 상기 가스공급부(500)는 상기 가스충전층(120)과 연통되는 가스공급관(510)과, 상기 가스공급관(510)에 마련되며, 불활성가스를 상기 가스충전층(120)으로 공급하는 가스공급원(540)과, 상기 가스공급관(510)에 마련되는 제 1전자밸브(520)와, 공급펌프(530)를 구비할 수 있다.

다음, 상기 가스누설감지부(200)는 상기 챔버몸체(110)의 내부공간(101)과 연결되도록 상기 챔버몸체(110)에 연통된 가스배기관(210)과, 상기 가스배기관(210)에 마련되며, 상기 불활성가스를 감지하는 가스검출기(220)와, 상기 가스검출기(220)의 전/후단에 배치되도록 상기 가스배기관(210)에 마련된 제 2,3전자밸브(231, 232)와, 상기 가스배기관(210)의 말단에 마련된 배기펌프(240)를 구비할 수 있다.

그리고, 상기 가스누설감지부(200)는 상기 가스검출기(220)와 전기적으로 연결된 제어부(300)를 구비할 수 있다.

상기 제어부(300)는 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)이 식각되어 상기 내벽(111)을 통해 상기 불활성가스가 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)으로 누설되는 경우에, 상기 가스검출기(220)로부터 전기적 신호를 전송받아 상기 가스공급부(500)로 전기적 신호를 전송하여 가스공급을 중단하고, 상기 제 2,3밸브(231, 232) 및 배기펌프(240)로 전기적 신호를 전송하여 배기동작을 중단시키며, 전기적으로 연결된 공정구동부(400)로 전기적 신호를 전송하여 모든 공정을 중단시킬 수 있다.

그리고, 상기 제어부(300)는 전기적으로 연결된 경보기(350)를 더 구비하되, 상기 경보기(350)는 상기 가스검출기(220)에서 상기와 같이 불활성가스가 감지되는 경우에 상기 제어부(300)로부터 전기적 신호를 전송받아 경보를 발생시킬 수 있다.

한편, 상기 가스충전층(220)에 채워지는 불활성가스는 헬륨가스, 네온가스, 크세논가스 중 적어도 어느 하나인 불활성가스일 수 있으며, 상기 가스검출기(220)는 상기 불활성 가스의 종류에 따라 상기 불활성가스를 감지할 수 있도록 선택적으로 상기 가스배기관(210)에 마련되는 것이 바람직하다.

다음, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 건식세정장치의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도시되지 않은 웨이퍼들은 공정챔버(100)의 내부에 배치된다. 이어, 포스포러스(phosphorus)를 상기 웨이퍼들에 주입할 수 있도록 PF₃가스공급부(150)는 PF₃가스를 상기 공정챔버(100)의 내부에 공급한다. 상기 웨이퍼들에는 상기 PF₃가스의 주입으로 인해 포스포러스가 주입된다.

이때, 상기 웨이퍼들에 주입되지 못한 포스포러스는 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)에 소정의 두께를 형성하며 증착된다.

다음, 이와 같이 증착된 포스포러스를 제거하기 위하여 소정 회수 이상의 공정을 수행하고 난 후에, 세정가스공급부(170)는 상기 공정챔버(100)의 내부에 NF₃ 가스를 주입하여 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)에 증착된 포스포러스를 식각하여 제거한다.

여기서, 상기 공정챔버(100)의 내부에 주입된 NF₃ 가스는 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)에 증착된 포스포러스와 하기의 (식 1)과 같은 화학적 반응을 일으키게 된다.

2NH₃ + 2P → N₂ + 2PF₃...................(식 1)

상기 (식 1)을 통해 상기 공정챔버(100)의 내부로 주입된 NF₃ 가스는 포스포러스와 화학적 반응을 일으켜 가스상태의 N₂와 PF₃의 생성물을 발생시킨다. 이어, 상기 발생된 N₂와 PF₃가스들을 상기 공정챔버(100)의 외부로 배기함으로써 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)에 증착된 포스포러스는 제거될 수 있다.

이때, 상기 공정챔버(100)의 내부에 주입된 NF₃ 가스는 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)에 증착된 포스포러스를 식각하며 제거할 뿐만아니라 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)의 면을 식각시킨다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기와 같이, 상기 NF₃ 가스를 주입하여 세정하는 세정작업을 수회 반복하는 경우에, 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)은 점차적으로 공정챔버(100)의 외벽(112)을 향하여 식각된다. 이와 같이 연속적으로 식각되면, 상기 공정챔버(100)의 내벽(111)과 외벽(112)의 사이에 불활성가스로 채워진 가스충전층(120)은 상기 내벽(111)이 식각됨에 따라서 상기 내벽(111)을 통해 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)에 노출될 수 있다.

이어, 상기 가스충전층(120)에 채워진 헬륨(He)과 같은 불활성가스는 공정챔 버(100)의 내부공간(101)으로 누설된다.

그리고, 가스누설감지부(200)는 상기와 같이 누설된 불활성가스를 감지할 수 있다.

다음은 상기 가스누설감지부(200)의 작동을 도 1 내지 도 4를 참조로 하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 제어부(300)는 배기펌프(240)를 작동시키고, 제 2,3전자밸브(231, 232)를 개방시키고, 가스검출기(220)를 작동시킨 상태일 수 있다.

따라서, 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)에 누설된 불활성가스는 가스배기관(210)으로 유입되어 외부로 배기될 수 있다. 이때, 상기 불활성가스는 상기 가스배기관(210)을 통해 배기되는 도중에 상기 가스검출기(220)에 의해 감지될 수 있다.

이어, 상기 가스검출기(220)는 상기 불활성가스가 감지되었음을 알리는 신호를 전기적신호의 형태로 상기 제어부(300)로 전송할 수 있다. 상기 전기적 신호를 받은 제어부(300)는 가스공급부(500) 및 가스누설감지부(200)의 작동을 중지시킬 수 있다.

즉, 상기 제어부(300)는 가스공급원(540)의 가스공급을 중지하고, 공급펌프(530)의 작동을 중지시키며, 제 1전자밸브(520)를 닫음으로써 가스공급관(510)의 유로를 폐쇄시킨다.

또한, 상기 제어부(300)는 배기펌프(240)의 작동에 의해 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)에 누설된 불활성가스가 모두 배기되면, 상기 배기펌프(240)의 동 작을 중지시키고, 제 2,3전자밸브(231, 232)를 닫음으로써 가스배기관(210)의 유로를 폐쇄시킨다.

또한, 상기 제어부(300)는 공정구동부(400)로 전기적 신호를 전송하여, 공정챔버(100)의 내부에서 일어날 수 있는 공정을 포함한 모든 공정을 중지시킬 수 있다.

한편, 상기 제어부는 경보기(350)로 전기적 신호를 전송하여, 상기 공정챔버(100)의 내부공간(101)에서 불활성가스가 누설되었음을 알리는 경보를 발생시켜, 작업자에게 인지를 시키고, 작업자에 의해 상기 공정챔버(100)를 새로운 것으로 교체하는 작업과 같은 공수작업을 즉시 수행할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 공정챔버의 내부에 헬륨과 같은 불활성가스가 충전될 수 있는 가스충전층을 형성하고, 공정챔버의 내벽이 소정 두께만큼 식각되는 경우에 불활성가스가 누설되도록 함으로써, NF₃와 같은 세정가스에 의해 공정챔버의 내벽이 과도하게 식각되는 것을 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라, 공정 진행 중 공정 진행 후에 공정챔버의 두께가 얇아져 파손되는 것을 방지하여, 미리 새로운 공정챔버로 교체함으로써, 공정에러 및 설비파손을 방지하여 제품의 불량룰을 낮추며, 공수비용을 절감시키는 효과가 있다.

Claims

내벽 및 상기 내벽을 감싸는 외벽을 구비하는 공정챔버;

상기 내벽 및 상기 외벽의 사이에 가스가 채워지는 가스충전층; 및

상기 내벽을 통해 누설되는 상기 가스를 감지하는 가스누설감지부를 포함하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.
제 1항에 있어서,

상기 가스충전층은 가스공급부와 연결되되, 상기 가스공급부는 상기 가스충전층과 연결되는 가스충전관과, 상기 가스충전관과 연결된 가스공급원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.
제 2항에 있어서,

상기 가스누설감지부는 상기 공정챔버의 내부공간과 연통되는 가스배기관과, 상기 가스배기관에 마련되는 펌프와, 상기 가스배기관에 마련되는 가스검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.
제 3항에 있어서,

상기 가스누설감지부는 상기 가스검출기와 전기적으로 연결되는 제어부를 구비하되, 상기 제어부는 상기 가스검출기에서의 상기 가스의 감지 여부에 따른 전기 적 신호를 전송받아 상기 가스공급부의 작동 및 공정을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.
제 4항에 있어서,

상기 제어부는 상기 가스검출기에서 상기 가스가 감지되는 경우에 경보를 알리는 경보기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.
제 1항에 있어서,

상기 가스는 불활성가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비용 건식세정장치.