KR20070048539A - 플라즈마 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법을 개시한다. 상세하게 상기 플라즈마 세정 장치는 기판이 수용될 수 있는 공간을 갖는 챔버와 상기 챔버 내부에 장착되어 기판이 안착되는 척과 상기 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급부와 상기 가스 공급부에 의해 주입되는 가스에 소정의 전원을 인가하여 챔버 벽에 플라즈마를 발생시키도록 하는 전원부를 포함한다. 따라서 기판 세정시 챔버 벽에 형성된 불순물을 효과적으로 세정할 수 있다.

플라즈마 세정 장치. 자연 산화막, 아르곤, 챔버 세정, 고주파 전원

Description

플라즈마 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법{Cleaning apparatus using plasma and method of cleaning using the apparatus}

도 1은 본 발명의 플라즈마 세정장치를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 플라즈마 세정장치를 나타낸 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 제1 전원 20: 제2 전원

22: 전극 30: 제3 전원

32: 고주파 코일 34: 챔버

40: 챔버 덮개 42: 가스 공급관

44: 펌프 46: 기판 척

본 발명은 반도체 제조 공정에 있어서, 플라즈마를 이용하여 기판 및 챔버를 세정하는 장치 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정에서는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 다양한 공정을 이용하여 기판 상에 다양한 막질, 예를 들면 도전층, 반도체층, 절연층 등을 형성하는 일련의 과정이 행해진다. 그리고 각 단위 공정들 사이에는 웨이퍼 상에 잔류하는 불필요한 물질, 반응 부산물, 및 이물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 세정 공정이 행해진다.

특히, 금속막과 같은 도전막을 형성하기 전에 자연산화막과 같은 원하지 않는 막을 제거하는 예비 세정 단계는 반드시 필요하다. 이는 상기 자연산화막 상에 금속막을 형성하는 경우, 그 접촉 계면의 저항을 증가시키거나 보이드 등을 발생할 위험이 있기 때문이다.

일반적으로 예비 세정은 플라즈마를 이용하여 진행된다. 예비 세정 후 기판으로부터 제거된 불순물은 챔버 벽에 흡착되어 있다. 상기와 같이 챔버 벽에 불순물이 흡착되어 있는 상태로 다른 기판의 세정 공정을 행한다면, 상기 불순물이 기판으로 떨어질 수 있다. 따라서 기판에 이미 형성된 막질에 손상을 가할 수 있으며 반도체 생산성 및 신뢰성에도 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 종래 챔버 벽에 형성된 불순물을 제거하기 위해 할로겐 계열의 강력한 반응 가스 플라즈마를 사용한다. 보통 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃, SF₆ 등과 같은 F(fluorin) 계열의 가스를 사용하는데, 불화탄소(fluorocarbone) 계열은 지구 온난화와 오존층 파괴의 주범으로 여겨 최근에는 거의 사용이 제한적이다. 또한, 상기 F 계열의 가스는 금속막을 오염시키거나 부식시키는 문제가 있다.

따라서 상기와 같은 종래 플라즈마 장치의 문제를 해결하고자 기판 세정시 발생되는 챔버 내 불순물을 효과적으로 제거하면서 기판 및 기판상의 금속막과 같 은 막질의 손상을 방지하는 새로운 플라즈마 세정 장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 기판 세정 후 챔버 내에 잔류하는 불순물로 인하여 후속 기판의 손상을 방지하는 플라즈마 세정 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기판 세정시 발생되는 챔버 내 불순물을 효과적으로 세정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 플라즈마 세정 장치를 포함한다. 상세하게 상기 플라즈마 세정 장치는 기판이 수용될 수 있는 공간을 갖는 챔버와 상기 챔버 내부에 장착되어 기판이 안착되는 척과 상기 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급부와 상기 가스 공급부에 의해 주입되는 가스에 소정의 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키도록 하는 전원부를 포함한다.

상기 전원부는 척에 전기적으로 연결된 제1 전원부와 챔버 벽에 전기적으로 연결된 제2 전원부를 포함한다. 상기 제1 전원부는 기판을 세정하기 위한 플라즈마를 발생시킨다. 또한, 제2 전원부는 상기 기판 세정시 발생되어 챔버 벽에 부착된 불순물을 세정하기 위해 플라즈마를 발생시킨다. 상기 제2 전원부가 돔 형태의 챔버 벽에 전원을 인가하기 위해, 상기 제2 전원부는 상기 돔 형태의 외부 벽면을 둘러싸는 코일과 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가스는 기판상에 형성된 또는 이후 형성될 금속막의 부식을 방지하기 위해 아르곤 가스와 같은 무독성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 플라즈마 세정 장치를 이용하여 기판 및 챔버를 세정하는 방법을 포함한다. 상기 플라즈마 세정 장치를 이용하여 기판 상의 불순물을 세정하고 세정된 기판을 챔버 외부로 이동시킨 후, 상기 기판 세정시 상기 챔버 벽면에 잔류하는 불순물을 상기 플라즈마 세정 장치를 이용하여 세정할 수 있다.

바람직하게 상기 기판은 자연산화막 등의 불순물이 형성된 것으로, 상기 자연산화막을 플라즈마를 이용하여 세정한다. 상기 기판 세정 공정으로 인해 상기 기판으로부터 제거된 불순물은 챔버 벽면에 흡착된다. 세정된 기판을 챔버 외부로 이송한 후, 챔버 벽에 흡착된 불순물을 플라즈마로 세정한다. 이때, 상기 플라즈마는 아르곤 가스와 같은 무독성의 가스를 주입하고 챔버 외부 벽면에 교류 전원을 인가하여 발생된 것이다. 따라서 챔버 벽면에 흡착된 불순물이 이후 삽입되는 기판에 손상을 가하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 챔버 세정 시 무독성 가스를 사용함으로써 이후 삽입되는 기판을 세정하고 다른 챔버에서 금속막을 형성할 때 상기 금속막의 부식 등을 방지할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 동일참조부호는 동일부재를 나타낸다. 본 실시예에서는 챔버 외벽에 전원을 인가하는 것으로 고주파 코일을 이용한 플라즈마 세정 장치 및 이를 이용한 세 정 방법을 예시한다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 세정장치를 나타낸 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 플라즈마 세정장치를 나타낸 사시도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 세정 장치는 돔 형의 챔버(34)와 상기 챔버(34) 외부를 둘러싸는 챔버 덮개(40)를 포함한다. 상기 챔버(34)는 플라즈마를 이용하여 기판을 세정하는 공간을 확보한다. 상기 챔버(34)는 세정 가스를 챔버(34)내로 주입하는 가스 공급관(42), 기판이 안착되는 기판 척(46), 및 세정 후 불순물들을 외부로 배출하는 펌프(44)를 포함한다. 상기 가스 공급관(42)은 무독성의 가스, 예를 들어 아르곤 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 상기 가스 공급관(42)은 기판 세정 및 챔버 세정을 위해 아르곤과 같은 무독성 가스를 주입할 수 있다.

챔버(34) 외벽에는 고주파 코일(32)이 형성될 수 있다. 상기 챔버(34)가 돔 형태이므로 이를 둘러싸도록 고주파 코일(32)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 고주파 코일(32)은 제2 전원(20)에 의해 전원이 인가되어 챔버(34) 벽을 향하는 플라즈마를 발생시킨다. 따라서 상기 플라즈마에 의해 챔버(34) 벽에 흡착된 불순물을 제거할 수 있다.

제1 전원(10)은 기판 척(46)에 전기적으로 연결되어 기판 세정을 위한 플라즈마를 발생시킨다. 제3 전원(30)은 챔버 양측에 형성되어 기판의 에지 부분 세정을 위한 플라즈마를 발생시킨다. 따라서 상기 제3 전원(30)은 상기 제1 전원(10)을 보조하여 기판 세정을 위한 플라즈마를 발생시키며, 상기 플라즈마를 이용하여 기 판 전면에 균일하게 세정 공정이 이루어지도록 한다.

상기 플라즈마 세정 장치를 이용하여 다음과 같은 방법으로 세정 공정이 진행된다. 본 실시예에서는 자연산화막이 형성된 기판을 세정한 후, 금속막을 형성하여야 하는 기판을 세정하는 공정을 예시한다.

상기 플라즈마 세정 장치의 챔버(34) 내로 기판을 삽입하여, 기판 척(46)에 기판을 안착시킨다. 가스 공급관(42)으로부터 챔버(34)내로 아르곤 가스를 주입한다. 제1 전원(10) 및 제3 전원(30)에서 각각 기판 척(46) 및 챔버(34) 양측으로 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 상기 플라즈마는 기판상에 형성된 자연 산화막을 균일하게 제거한다. 상기 제1 전원(10) 및 제3 전원(30)은 모두 교류 전원을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 각각 13.56 MHz, 400KHz 주파수 전원을 인가할 수 있다. 기판의 자연 산화막을 세정 한 후 금속막을 형성하기 위한 챔버(34)로 상기 기판을 이송한다.

상기 기판 세정 시 발생된 부산물들은 펌프(44)를 이용하여 외부로 유출한다. 그러나 일부 챔버(34) 벽에 흡착된 불순물들을 흡착력에 의해 챔버(34) 벽에 그대론 잔류한다. 따라서 상기 불순물을 세정하기 위해 가스 공급관(42)에서 챔버(34) 내로 아르곤 가스를 주입한다. 제2 전원(20)에서 상기 고주파 코일(32)로 13.56MHz 주파수 전원을 인가하면, 상기 아르곤 가스가 플라즈마 상태로 전이되면서 정전기적 인력에 의해 챔버(34) 벽으로 향한다. 따라서 챔버(34) 벽에 흡착된 산화물과 같은 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 챔버 세정 시 아르곤과 같은 무독성 가스를 사용하므로, 세정 후 기판 상에 금속막 형성시 상기 금속막의 부식 등을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판상에 형성된 자연산화막과 같은 불순물뿐 아니라 상기 기판 세정 후 챔버 벽에 흡착된 불순물까지도 세정하는 플라즈마 세정 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 플라즈마 세정 장치를 이용하여 기판을 세정한 후, 챔버 벽에 흡착된 불순물을 플라즈마를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 세정 방법을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 챔버 벽에 흡착된 불순물로 인해 기판 또는 기판상의 집적회로의 손상을 방지할 수 있다, 또한, 상기 챔버 세정시 아르곤과 같은 무독성 가스에 의한 플라즈마를 사용함으로써 후속의 금속막 형성에 있어 상기 금속막이 부식되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

1. 기판이 수용되는 소정 공간을 갖는 챔버,

   상기 챔버내에 장착되고 상기 기판이 놓여지는 척,

   상기 챔버에 장착되어 상기 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급부,

   상기 척에 전기적으로 연결되어 전원을 인가하는 제1 전원부, 및

   상기 챔버의 벽면에 전기적으로 연결되어 전원을 인가하는 제2 전원부를 포함하는 플라즈마 세정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤 가스임을 특징으로 하는 플라즈마 세정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 제1 전원부는 교류 전원임을 특징으로 하는 플라즈마 세정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 벽면을 둘러싸는 고주파 코일을 더 포함하고

   제2 전원부는 상기 고주파 코일에 인가하는 교류 전원인 것을 특징으로 하는 플라즈마 세정 장치.
5. (a) 상기 제1항의 플라즈마 세정 장치를 이용하여 기판 상의 제1 불순물을 세정하는 단계,

   (b) 세정된 기판을 소정의 후속 공정 챔버로 이동시키는 단계,

   (c) 상기 기판 세정 공정시 상기 플라즈마 세정 장치의 챔버 벽면에 형성된 제2 불순물을 상기 제1항의 플라즈마 세정 장치를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 플라즈마 세정 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 (a) 단계는

   상기 가스 공급부에서 가스가 공급되는 단계,

   상기 척에 전원이 인가되어 플라즈마를 발생시키는 단계,

   상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판 상의 제1 불순물을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 세정 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 (b) 단계는

   상기 세정된 기판을 금속막 형성을 위한 공정 챔버로 이동시키는 단계임을 특징으로 하는 플라즈마 세정 방법.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 (c) 단계는

   상기 가스 공급부에서 가스가 공급되는 단계,

   상기 챔버 벽면에 전원이 인가되어 플라즈마를 발생시키는 단계,

   상기 플라즈마를 이용하여 상기 챔버 벽면에 형성된 제2 불순물을 세정하는 단계를 포함하는 플라즈마 세정 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤 가스임을 특징으로 하는 플라즈마 세정 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 불순물은 산화물임을 특징으로 하는 플라즈마 세정 방법.

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