KR20070097875A

KR20070097875A - 챔버 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 챔버 세정 장치

Info

Publication number: KR20070097875A
Application number: KR1020060028708A
Authority: KR
Inventors: 김종국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-05

Abstract

증착 공정이 수행되는 챔버 내를 세정하기 위한 챔버 세정 방법 및 이를 이용한 세정 방법에 있어서, 리모트 플라즈마 발생 유닛을 이용하여 세정 가스를 일차 여기시켜 제1 플라즈마를 형성하고, 상기 제1 플라즈마를 챔버 내로 주입한다. 이어서, 상기 챔버 내부에 배치되는 다이렉트 플라즈마 발생 유닛을 이용하여 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 세정 가스의 이온화율이 증가된 제2 플라즈마를 형성한다. 상기 이온화율이 향상된 제2 플라즈마를 이용하여 세정 공정을 수행한다. 상기와 같이 세정 공정 시, 상기 이온화율이 향상된 제2 플라즈마를 사용함으로써 챔버 내부의 세정 효과를 증대시킬 수 있다.

Description

챔버 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 챔버 세정 장치{Method of cleaning a chamber and apparatus of cleaning a chamber using the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 세정 장치를 이용한 챔버 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 공정 챔버 102 : 세정 가스 공급부

104 : 리모트 플라즈마 발생 튜브 106 : 마이크로파 발생기

108 : 리모트 플라즈마 발생 유닛 110 : 샤워 헤드

112 : 서셉터 114 : RF 파워

116 : 다이렉트 플라즈마 발생 유닛 118 : 램프 모듈

본 발명은 챔버 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 챔버 세정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하는 챔버 세정 방법과 이를 수행하기 위 한 챔버 세정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하기 위한 팹(FAB) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 다양한 단위 공정들을 포함하며, 상기 단위 공정들은 반도체 기판 상에 전기적 소자를 형성하기 위해 반복적으로 수행된다. 상기 단위 공정들은 증착 공정, 화학적 기계적 연마 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 세정 공정 등을 포함한다.

여기서, 상기 증착 공정을 수행하는 동안 증착 물질은 반도체 기판 표면에만 증착이 이루어지는 것이 아니라, 반도체 기판 주위 및 증착 공정이 수행되는 공정 챔버 벽에도 증착된다. 상기 공정 챔버 내측에 형성된 증착층(deposition layer)은 시간이 지남에 따라 두꺼워지고 결국 내측벽으로부터 떨어져 공정 챔버 내 파티클(particle)로써 반도체 기판의 주된 오염 물질로 작용된다. 따라서, 주기적인 공정 챔버의 세정이 필요한데, 이때 매우 강력한 세정 가스 플라즈마를 이용하여 세정할 수 있다.

상기 공정 챔버 내부를 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법으로는 주로 리모트 플라즈마 세정 방법을 사용하는데, 상기 리모트 플라즈마 세정 방법은 세정 가스를 공정 챔버 외부에서 플라즈마로 형성한 후, 공정 챔버 내로 주입하는 방법이 다.

그러나, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛에서 형성된 플라즈마는 상기 공정 챔버 내로 이동하는 동안 원자 또는 분자 상태의 세정 가스로 다시 변환되어 상기 공정 챔버 내로 주입되는 플라즈마 내 이온화율이 저하된다.

상기 챔버 내부로 주입된 플라즈마 내 이온화율이 감소되면 세정 효과도 감소되기 때문에, 근래에 상기 공정 챔버 내의 세정 효율을 증가시키기 위한 발명이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 세정 가스의 이온화율을 향상시켜 보다 효율적인 챔버 세정 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 챔버 세정 방법을 수행하기 위한 챔버 세정 장치를 제공하는데 있다.

상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버 세정 방법에 있어서, 일차 여기된 제1 플라즈마 챔버 내로 주입한다. 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 2차 플라즈마를 형성한다. 상기 2차 플라즈마를 이용하여 상기 챔버 내부를 세정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 플라즈마는 불소를 포함하는 세정 가스를 일차 여기시킨 것일 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버 세정 장 치는, 상기 챔버로 상기 챔버를 세정하기 위한 세정 가스를 공급하기 위한 세정 가스 공급부와, 상기 세정 가스 공급부와 상기 챔버 사이에 배치되어 상기 세정 가스를 제1 플라즈마로 일차 여기시키는 리모트 플라즈마 발생 유닛와, 상기 챔버 내부에 배치되어 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 제2 플라즈마로 형성하기 위한 다이렉트 플라즈마 발생 유닛을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛은, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛은, 상기 세정 가스 공급부로부터 가스를 공급받는 리모트 플라즈마 발생 튜브와, 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브로 상기 세정 가스를 제1 플라즈마로 형성하기 위하여 에너지를 인가하는 마아크로파 발생기(microwave generator)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다이렉트 플라즈마 발생 유닛은, 상기 챔버 내부 상측에 배치되며 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛으로부터 제1 플라즈마를 공급받아 상기 챔버 내부로 제공하기 위한 샤워 헤드와, 상기 챔버 내에서 상기 샤워 헤드와 마주보도록 배치되고 상기 공정을 수행하기 위한 기판을 지지하는 서셉터와, 상기 샤워 헤드 및 서셉터로 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시키기 위하여 에너지를 인가하는 RF 파워 소스를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 리모트 플라즈마 발생 유닛으로 세정 가스를 일차 여기시켜 제1 플라즈마를 형성하고, 다이렉트 플라즈마 발생 유닛으로 상기 제1 플라즈마를 이차 여기 시킴으로써 챔버 내 이온화율이 증대된 제2 플라즈마를 형성하여 챔버 내부 세정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 챔버 세정 방법 및 이를 수행 하기 위한 챔버 세정 장치에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 챔버 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 챔버 세정 장치는, 가공 챔버(100)로 세정 가스를 제공하기 위한 세정 가스 공급부(102)와, 상기 세정 가스를 일차 여기시켜 제1 플라즈마를 형성하기 위한 리모트 플라즈마 발생 유닛(108)과, 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 제2 플라즈마로 형성하기 위한 다이렉트 플라즈마 발생 유닛(116)을 포함한다.

가공 챔버(100)는 반응 가스를 사용하여 반도체 기판 상에 소정의 물질막을 형성하기 위한 공간을 제공한다. 이때, 상기 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 동안 상기 가공 챔버(100) 내벽 또는 상기 반도체 기판이 지지되는 서셉터(112) 등에 상기 물질막이 형성된다. 상기 가공 챔버(100) 내벽 및 서셉터(112)에 형성된 물질막은 공정이 지속적으로 진행됨에 따라 이후에 탈착되어 상기 가공 챔버(100) 내 파티클로 작용할 수 있기 때문에 상기 가공 챔버(100)를 주기적으로 세정해야 한다.

상기 세정 공정은 플라즈마 상태로 여기된 세정 가스를 이용하여 수행된다. 여기서 상기 세정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 본 발명에서는 리모트 플라즈마 발생 유닛(108)과, 다이렉트 플라즈마 발생 유닛(116)을 이용한다.

우선, 세정 가스 공급부(102)는 세정 가스를 저장하는 세정 가스 탱크와, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛(108)을 연결하는 세정 가스 라인을 포함한다. 또한, 상기 세정 가스는 불소를 포함하며, 그 예로써는 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃, SF₆ 등이 있다.

리모트 플라즈마 발생 유닛(108)은 세정 가스를 공급하기 위한 세정 가스 공급부(102)와 가공 챔버(100) 사이에 배치된다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛(108)은 상기 세정 가스 공급부(102)와 가공 챔버(100) 사이를 연결하는 리모트 플라즈마 발생 튜브(104)와, 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브(104) 중에는 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브(104)를 통과하는 세정 가스를 일차 여기시키기 위한 에너지를 인가하는 마이크로파 발생기(microwave generator, 106)를 포함한다.

즉, 상기 세정 가스 공급부(102)의 세정 가스 라인으로부터 리모트 플라즈마 발생 튜브(104)일 측으로 제공된 세정 가스는 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브(104) 중에 장착된 마이크로 발생기(106)를 통과함으로서 일차 여기된 제1 플라즈마가 된다.

이때, 상기 제1 플라즈마에는 여기되지 않은 세정 가스를 포함하며, 상기 제1 플라즈마가 가공 챔버(100) 내로 이동되는 동안 일부가 세정 가스의 형태로 변환될 수 있다.

상기 리모트 플라즈마 발생 튜브(104) 타 측은 가공 챔버(100) 상부와 연결되어 있으며, 상기 가공 챔버(100) 상부에는 제1 플라즈마를 상기 가공 챔버(100) 내로 고르게 공급하기 위한 샤워 헤드(110)가 구비되어 있다. 상기 샤워 헤드(110) 는 다이렉트 플라즈마를 유도하기 위하여 RF 파워 소스(114)와 연결되어 있다.

여기서, 상기 다이렉트 플라즈마를 발생시키기 위한 다이렉트 플라즈마 발생 유닛(116)을 살펴보면, 다이렉트 플라즈마 발생 유닛(116)은, 샤워 헤드(110)와, 상기 가공 챔버(100) 내에서 상기 샤워 헤드(110)와 마주보도록 배치되고 상기 증착 공정을 수행하기 위한 반도체 기판을 지지하기 위한 서셉터(112)와, 상기 샤워 헤드(110) 및 서셉터(112)로 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시키기 위하여 에너지를 인가하는 RF 파워 소스(114)를 포함한다.

샤워 헤드(110)는 전술한 바와 같이 리모트 플라즈마 발생 유닛(108)의 튜브와 연통되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 샤워헤드는 내부에 제1 플라즈마를 일시적으로 수용하기 위한 버퍼 공간과, 상기 버퍼 공간과 리모트 플라즈마 발생 튜브(104)와 연결하기 위한 제1 관통 홀과, 상기 버퍼 공간에 수용된 제1 플라즈마를 가공 챔버(100)로 균일하게 공급하기 위한 다수의 제2 관통 홀들을 갖는다.

여기서, 상기 가공 챔버(100)가 소정의 물질막을 형성하기 위한 증착 공정을 수행하는 동안에, 상기 샤워 헤드(110)는 증착 가스가 제공되는 증착 가스 제공부와 연결되며, 상기 샤워 헤드(110)를 통해 상기 가공 챔버(100)로 증착 가스가 제공된다. 또한, 증착 가스는 상기 가공 챔버(100)의 상부 또는 상부 측벽에 배치되는 다수의 소스 인젝터에 의해 가공 챔버(100)의 내부로 공급될 수 있다.

서셉터(112)는 상기 샤워 헤드(110)와 마주보도록 상기 가공 챔버(100) 하부에 구비된다. 상기한 구조로 인하여, 상기 샤워 헤드(110) 및 서셉터(112) 사이에는 소정의 공정 공간이 생성된다. 따라서, 상기 샤워 헤드(110)를 통해 제1 플라즈 마는 공정 공간으로 제공된다.

이때, 상기 공정 공간으로 제공된 제1 플라즈마는 이온화율이 낮고, 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브(104) 및 샤워 헤드(110)를 이동하는 동안 세정 가스로 변환되어 상기 제1 플라즈마 내 이온화율이 더욱 감소될 수 있다.

또한, 상기 서셉터(112)는 상기 공정 공간으로 제공된 제1 플라즈마를 이차 여기 시키기 위한 에너지를 인가받기 위하여 RF 파워 소스(114)와 연결되어 있다.

전술한 바와 같이 샤워 헤드(110) 및 서셉터(112)는 RF 파워 소스(114)와 각각 연결되어 있다. 상기 샤워 헤드(110) 및 서셉터(112)에 각각 다른 전압을 인가하여 상기 샤워 헤드(110) 및 서셉터(112) 사이의 공정 공간으로 자기장을 형성한다. 이때, 상기 공정 공간에 있는 제1 플라즈마가 제2 플라즈마로 여기된다.

이로써, 상기 제1 플라즈마 내 이온화율이 증대되고, 가공 챔버(100) 내 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 서셉터(112)는 반도체 기판의 가장자리를 선택적으로 지지하기 위하여 상기 서셉터(112)의 주연 부위를 따라 지지부가 구비되어 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 상기 반도체 기판을 상기 서셉터(112)로 로딩 및 언로딩하기 위하여 상기 서셉터(112)는 다수의 리프트 핀들을 구비할 수 있다.

상기 서셉터(112) 하단에는 상기 서셉터(112)를 가열하기 위한 램프 모듈(118)이 설치된다. 상기 램프 모듈(118)은 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시키는 동안 열 에너지를 제공한다. 또한, 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하는 증착 공정 시에도, 상기 증착 공정이 수행되는 동안 열 에너지를 제공한다.

반도체 기판에 대한 가공 공정 예컨대, 증착 공정 등을 수행한 후, 상기 가공 공정이 수행된 가공 챔버로부터 반도체 기판을 제거한다. 이때, 상기 가공 챔버 내부에는 증착 공정에 의해 반도체 기판 상에 형성되는 물질막이 동시에 형성되게 된다.

세정 가스 공급부에서는 리모트 플라즈마 발생 튜브로 세정 가스를 공급한다. 이때, 상기 증착 공정에 의해 형성되는 물질막이 실리콘 산화막인 경우, 세정 가스로는 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃, SF₆ 등을 사용할 수 있다. 이들 세정 가스는 플라즈마 상태로 여기되고, 상기 플라즈마 내의 이온화율이 높을수록 상기 챔버 내부의 세정 효율이 증대된다. 또한, 이후에 챔버 내부의 세정을 종료한 후, N₂, O₂ 및 SiF₄의 휘발성 반응물의 형태로 가공 챔버 외부로 배출된다.

이어서, 상기 세정 가스가 상기 리모트 플라즈마 발생 튜브 중에 설치된 마이크로 발생기를 통과하는 동안 상기 세정 가스는 제1 플라즈마로 여기된다.(S100)

상기 제1 플라즈마는 리모트 플라즈마 발생 튜브를 통해 샤워 헤드로 제공되고, 상기 샤워 헤드로부터 가공 공간으로 주입된다. 이때, 상기 제1 플라즈마가 리모트 플라즈마 발생 튜브 및 샤워 헤드를 이동하는 동안 상기 제1 플라즈마 내 이온화율이 감소하게 된다. 상기 제1 플라즈마 내 이온화율이 감소하게 되면 상기 가공 챔버 내 세정 효율이 저하된다.

따라서, 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 제2 플라즈마로 형성하기 위하여 서셉터와 샤워 헤드에 RF 파워 소스를 인가한다. 이때, 서셉터와 샤워 헤드 사이에 인가되는 파워는 약 150 내지 250W이다. 이로써, 상기 서셉터 및 샤워 헤드 사이 공정 공간에 이차 여기를 위한 자기장이 형성된다.

이와 동시에 상기 가공 챔버의 공정 공간은 2 내지 3 Torr의 진공 상태를 유지하며, 램프 모듈로부터 열 에너지를 제공받아 이차 여기 분위기를 형성한다. 이때, 공정 공간 내의 온도는 약 350 내지 400℃이다.

상기 샤워 헤드로부터 공정 공간으로 제공된 제1 플라즈마는 상기 이차 여기 분위기 하에서 제2 플라즈마로 변환된다.(S110) 이때, 상기 제2 플라즈마는 상기 제1 플라즈마 내의 이온화율보다 높은 이온화율을 갖는다.

이때, 상기 제2 플라즈마 내 세정 가스의 이온화는 제1 플라즈마보다 용이하게 이루어진다. 이는 상기 제1 플라즈마 내 이미 존재하는 이온들이 원자 또는 분자 상태의 가스를 이온화시키기 때문에 제2 플라즈마 내 이온화가 가속화된다.

따라서, 상기 가공 공간 내에는 제2 플라즈마가 형성되며, 상기 제2 플라즈마 내의 이온화율이 높기 때문에 가공 챔버 내의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 제2 플라즈마는 세정 챔버 내에 증착된 물질막과 반응하여 휘발성 반응물 형태로 상기 가공 챔버의 외부로 배출된다.(S120)

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 리모트 플라즈마 발생 유닛을 통해 일차 여기된 제1 플라즈마를 가공 챔버로 공급하고, 다이렉트 플 라즈마 발생 유닛을 통해 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시킴으로써 상기 제1 플라즈마보다 이온화율이 높은 제2 플라즈마로 형성한다. 높은 이온화율을 갖는 플라즈마를 이용하여 가공 챔버 내부를 세정함으로써, 세정 효율을 증대시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

일차 여기된 제1 플라즈마 챔버 내로 주입하는 단계;

상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 2차 플라즈마를 형성하는 단계; 및

상기 2차 플라즈마를 이용하여 상기 챔버 내부를 세정하는 단계를 포함하는 챔버 세정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1 플라즈마는 불소를 포함하는 세정 가스를 일차 여기시킨 것을 특징으로 하는 챔버 세정 방법.
가공 챔버 내부로 세정 가스를 공급하기 위한 세정 가스 공급부;

상기 세정 가스 공급부와 상기 가공 챔버 사이에 배치되어 상기 세정 가스를 제1 플라즈마로 일차 여기시키는 리모트 플라즈마 발생 유닛; 및

상기 가공 챔버 내부에 배치되어 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시켜 제2 플라즈마로 형성하기 위한 다이렉트 플라즈마 발생 유닛을 포함하는 챔버 세정 장치.
제3항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛은,

상기 세정 가스 공급부로부터 가스를 공급받는 리모트 플라즈마 발생 튜브; 및

상기 리모트 플라즈마 발생 튜브로 상기 세정 가스를 제1 플라즈마로 형성하 기 위하여 에너지를 인가하는 마아크로파 발생기(microwave generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 세정 장치.
제3항에 있어서, 상기 다이렉트 플라즈마 발생 유닛은,

상기 챔버 내부 상측에 배치되며 상기 리모트 플라즈마 발생 유닛으로부터 제1 플라즈마를 공급받아 상기 챔버 내부로 제공하기 위한 샤워 헤드;

상기 챔버 내에서 상기 샤워 헤드와 마주보도록 배치되고 상기 공정을 수행하기 위한 기판을 지지하는 서셉터; 및

상기 샤워 헤드 및 서셉터로 상기 제1 플라즈마를 이차 여기시키기 위하여 에너지를 인가하는 RF 파워 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 세정 장치.