KR20080017555A - 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법 - Google Patents

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법 Download PDF

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KR20080017555A
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    • H01J37/32862—In situ cleaning of vessels and/or internal parts

Abstract

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 박막 증착 공정을 수행한 후에 발생되는 반응 부산물들을 효과적으로 제거할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법이 개시된다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 프로세스 챔버로 공정 가스를 제공하여 프로세스 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 상에 박막을 형성하고, 프로세스 챔버로부터 웨이퍼를 인출한다. 프로세스 챔버에 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 이용하는 세정 공정을 수행하여 프로세스 챔버 내부의 반응 부산물을 제거한다. 불활성 기체 중 이온화 에너지가 높고 원자량이 작은 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 이용하여 웨이퍼 상에서 다발하는 파티클들을 제거할 수 있다.

Description

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법{METHOD OF CLAENING A HIGH DENSITY PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
도 1은 희석제 첨가에 따른 삼불화탄소(NF3) 가스의 실리콘 산화물에 대한 식각 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정의 수행 후 발생된 파티클의 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법이 수행되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법을 수행하기 전의 웨이퍼 상에 발생된 파티클들을 보여주는 평면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법을 수행한 후 웨이퍼 상의 파티클들이 감소된 것을 보여주는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 프로세스 챔버 20 : 상부 전극
40 : 하부 전극 60 : 척 조립체
80 : 가스 링 90 : 공정 가스 노즐
120 : 세정 가스 노즐 140 : 게이트 밸브
160 : 터보 펌프 180 : 코일
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치를 이용하여 기판 상에 박막을 형성한 후 수행되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법에 관한 것이다.
고밀도 플라즈마(High Density Plasma: HDP) 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 설비를 사용하여 요구되는 박막이나 층을 형성하는 공정을 수행한 후, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 세정하기 위하여 기존의 인시츄 세정(In-situ cleaning) 기술에 따르면, 제거 대상이 되는 물질과의 반응성을 우선적으로 고려하여 세정 가스를 선정하였다. 이와 같은 인시츄 세정 공정에 있어서, 제거 효율을 위주로 세정 가스를 선정하다 보면, 반응성이 지나치게 높은 케미칼(Chemical)을 사용하게 되어, 오히려 반응 부산물성 파티클들이 인시츄 세정 진행 직후 다발하는 현상을 보인다. 이러한 반응 부산물성 파티클들의 다발은 반도체 장치의 수율을 하락시키는 주된 원인이 된다. 종래의 인시츄 세정 방법의 문제점들은 대체적으로 다음과 같다.
대한민국 등록특허 제0452159호에 개시된반도체 장치의 촉매를 이용한 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 있어서, 반응성 가스를 공급하기 위한 이송 가스로써 아르곤 가스를 사용하고 있으나, 이러한 아르곤 가스는 인시츄 세정 과정 중 발생할 수 있는 화학적 부반응의 진행에 따른 파티클들의 생성을 막기 위한 것이 아니다.
미국특허 제6,274,058호에 따르면, 탄탈륨 산화물(Ta2O5)을 제거하기 위하여 삼불화질소(NF3) 가스를 아르곤 가스로 희석하여 제공함으로써 반응 가스를 프로세스 챔버 내로 운반하는 소수 캐리어 가스로 사용하거나, 프로세스 챔버의 플라즈마를 초기화하거나 안정화하는 효과를 얻고 있다.
도 1은 희석제 첨가를 통한 삼불화질소 가스의 실리콘 산화물에 대한 식각 속도의 변화를 나타낸 것이다.
미국 특허 제5,413,670호에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이, 삼불화탄소(NF3) 가스 보다 전기적으로 양성인 가스를 희석제로 사용하여 실리콘 산화물의 에칭 속도를 조절하고 있다. 이 경우에, 전기적 양성 희석제(Electro Positive Diluent)로써 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 등을 사용하여 실리콘 산화물에 대한 에칭 속도를 증가시킨다.
전술한 바와, 삼불화질소 플라즈마를 이용하여 인시츄 세정 공정을 수행하는 경우는 있으나, 이러한 인시츄 세정 공정에서 발생되는 파티클들을 제거하는 문제에 대한 해결책은 마련되지 않고 있다. 이와 같은 파티클들의 제거는 반도체 장치의 수율 관점에서 중요한 이슈가 되고 있다. 일반적으로 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 발생되는 파티클들을 E-SEM 장비로 분석하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 규소, 알루미늄, 산소 및 불소 등을 주성분으로 하고 있다. 특히, 실리콘 산화물 성분의 반응 부산물성 파티클들을 제거하기 위하여 삼불화질소(NF3) 가스를 사용하여 인 시츄 세정 공정을 진행하는 경우, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 대한 인시츄 세정 직후에 투입하는 첫 번째 웨이퍼 상에는 다량의 파티클들이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 공정 동안 발생되는 파티클들과 같은 반응 부산물들을 효과적으로 제거할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 프로세스 챔버를 갖는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법에 있어서, 상기 프로세스 챔버로 공정 가스를 제공하여 상기 프로세스 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 상에 박막을 형성한 후, 상기 프로세스 챔버로부터 상기 웨이퍼를 인출한다. 이어서, 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 이용하는 세정 공정을 수행하여 상기 프로세스 챔버 내의 반응 부산물을 제거한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 공정 가스는 실렌(SiH4) 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 포함한다. 또한, 상기 반응 부산물은 알루미늄 산불화물을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 세정 가스는 삼불화질소(NF3) 가스를 더 포함한다. 또한, 상기 세정 가스는 산소 가스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 세정 공정은 제1 세정 단계, 제2 세정 단계 및 제3 세정 단계를 포함한다. 상기 제1 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 상부가 세정되고, 상기 제2 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 중앙부가 세정되며, 상기 제3 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 하부가 세정된다. 상기 제1 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스, 산소 가스 및 상기 헬륨 가스를 약 1.0: 0.1~0.15: 0.1~0.15 정도의 유량비로 포함한다. 또한, 상기 제2 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스, 산소 가스 및 상기 헬륨 가스를 약 1.0: 0.05~0.2: 0.05~0.2 정도의 유량비로 포함한다. 더욱이. 상기 제3 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스 및 상기 헬륨 가스를 약 1.0: 0.1~0.6 정도의 유량비로 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 세정 단계, 상기 제2 세정 단계 및 상기 제3 세정 단계에서 상기 세정 가스의 유량비는 약 1.0: 0.2~0.4: 0.1~0.2 정도가 된다.
본 발명에 따르면, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 수행한후, 삼불화질소 가스 및 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 세정하기 때문에, 상기 박막 형성 공정 동안 발생된 실리콘 산화물계 물질 및/또는 폴리머 등과 같은 반응 부산물들을 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치로부터 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 각 부분에 따라 상기 세정 가스를 공급하는 세가지 세정 단계들을 통하여 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 전체적으로 균일하게 세정할 수 있다. 이에 따라, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조되는 반도체 장치의 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하지만. 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 본 발명에 있어서, 박막, 각 노즐, 전극, 링, 영역 또는 구조물이 기판, 웨이퍼, 각 층(막), 노즐, 전극, 링, 영역 또는 구조물의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 박막, 각 노즐, 전극, 링, 영역 또는 구조물이 직접 기판, 웨이퍼, 박막, 각 노즐, 전극, 영역, 링 또는 구조물 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 기판, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 노즐 또는 다른 구조물이 추가적으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법이 수행되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 평면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 요구되는 박막이나 박막 구조물을 형성하는 공정에 사용된다.
상기 고밀도 플라즈마 화학기상 증착 장치는, 상부 및 몸체를 구비하며 내부에 밀폐된 프로세싱 공간(I)을 갖는 프로세싱 챔버(10), 프로세싱 챔버(10)의 내측 상부에 배치된 상부 전극(20), 상부 전극(20)의 외주면을 둘러싸며 고주파 파워가 인가되는 코일들(180), 프로세스 챔버(10) 내의 상부 전극(20) 하부에 배치되어 고주파 파워가 인가되는 하부 전극(40), 상부 전극(20)의 단부에 연결되는 가스 링(80), 가스 링(80)으로부터 프로세싱 공간(I)을 향해 연장되어 프로세싱 공간(I)으로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐(90), 상기 프로세스 챔버(10)의 상기 프로세싱 공간(I)에 웨이퍼(W)를 고정시키는 척조립체(60), 프로세스 챔버(10)의 측벽에 형성되어 프로세싱 공간(I)으로 세정 가스를 공급하는 세정 가스 노즐(120), 프로세스 챔버(10)를 덮는 커버(150), 그리고 프로세스 챔버(10)의 일측에 연결되는 게이트 밸브(140)를 통해 프로세스 챔버(10) 내의 압력을 조절하는 터보 펌프(160)를 포함한다.
상부 전극(20)은 프로세스 챔버(10)의 내측 상부에 배치되며, 상부 전극(20)에는 고주파(RF) 파워가 인가된다. 예를 들면, 상부 전극(20)은 돔(dome) 형상을 가진다.
상부 전극(20) 하부에는 프로세스 챔버(10) 내부로 투입되는 웨이퍼(W)를 상부 전극(20)에 대향하도록 흡착 고정시키는 척 조립체(60)가 배치된다. 척 조립체(60) 상에는 상부 전극(20)에 대응하는 고주파(RF) 파워가 인가되는 하부 전극(40)이 배치된다.
가스 링(80)은 상부 전극(20)의 단부에 연결되며, 가스 링(80)으로부터 상부 전극(20) 및 하부 전극(40) 사이의 프로세싱 공간(I)으로 요구되는 공정 가스를 공급하기 위한 복수 개의 공정 가스 노즐(90)이 균일한 간격으로 연장된다.
공정 가스 노즐(90)의 하부, 즉 프로세스 챔버(10)의 하측 벽(100)에는 상기 프로세싱 공간(I)을 향하여 상측으로 세정 가스를 분사하는 세정 가스 노즐(120)이 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 링(80)을 상부 전극(20)의 단부에 연결함으로써, 가스 링(80)이 하부 전극(40) 상에 안착된 웨이퍼(W)의 높이보다 높은 지점에 위치한다. 가스 링(80)에 연결되는 공정 가스 노즐(90)로부터 공급되는 공정 가스가 웨이퍼(W)의 높이보다 높은 지점에 분사되며, 이러한 지점에서 분사된 상기 공정 가스는 웨이퍼(W) 상에 균일하게 분포된다. 이와 같이 균일한 분포를 갖는 공정 가스에 고주파 파워가 인가됨으로써, 상기 공정 가스가 플라즈마 상태로 여기되어 웨이퍼(W) 상에 균일한 두께의 박막을 형성하게 된다. 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 동안, 상기 공정 가스의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물들인, 각종 형태의 산화물이나 폴리머들은 프로세스 챔버(10)의 내벽에 상술한 박막을 형성하기 위한 공정이 진행됨에 따라 지속적으로 증착하게 된다. 프로세스 챔버(10)의 내벽에 증착된 반응 부산물들이 상기 박막 형성 공정 동안 웨이퍼(W) 상으로 낙하할 경우, 반도체 장치의 불량을 유발시키는 파티클(particle)로 작용하여 반도체 장치의 수율을 저하시킨다. 따라서, 세정 가스 노즐(120)로부터 세정 가스를 공급하여 프로세스 챔버(10)의 내벽에 증착된 산화물이나 폴리머들과 같은 상기 반응 부산물들을 세정한다. 이 때, 가스 링(80)에 연결된 공정 가스 노 즐(90)은 세정 가스 노즐(120)로부터 분사되는 세정 가스가 도달하기 용이한 위치 즉, 상기 세정 가스가 프로세싱 공간(I)으로 분사되는 경로에 위치하고 있기 때문에, 공정 가스 노즐(90)에도 상기 세정 가스가 공급되어 파티클들의 잔류를 방지하여 반도체 장치의 불량을 방지할 수 있게 된다.
상기 세정 가스가 세정 가스 노즐(120)을 통해 프로세스 챔버(10)의 내부에 균일하게 공급되면, 상기 세정 가스는 프로세스 챔버(10)의 상부 전극(20) 및 하부 전극(40)으로부터의 고주파 파워의 영향으로 플라즈마 상태로 여기된다. 이와 같이 플라즈마 상태로 여기된 세정 가스에 있어서 전자와 이온간의 유동 속도의 차이에 의해 프로세스 챔버(10) 전체 내벽 상으로 양이온(+)이 모이면서 프로세스 챔버(10) 내면에 직류 전압을 형성하게 된다. 이렇게 직류 전압을 형성하는 세정 가스는 프로세스 챔버(10)의 내벽에 증착된 폴리머들과 같은 반응 부산물들과 반응함으로써, 프로세스 챔버(10) 전체에 걸쳐 균일하게 세정 공정이 수행된다.
프로세스 챔버(10)의 외측에는 게이트 밸브(140)를 통해 터보 펌프(160)가 연결된다. 프로세스 챔버(10)는 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 공정이 수행되는 외부와 차단된 공간이기 때문에, 이러한 프로세스 챔버(10) 내부를 진공 상태로 만들기 위한 진공 장치로서 터보 펌프(160)가 사용된다. 즉, 프로세스 챔버(10) 내부로 상기 박막을 형성하기 위한 공정 가스가 투입되면, 프로세스 챔버(10)의 내부의 압력은 일시적으로 상승된다. 따라서, 터보 펌프(160)를 이용하여 프로세스 챔버(10) 내부의 상승된 압력을 요구되는 적절한 공정 압력으로 유지시킨다. 또한, 터보 펌프(160)에 의한 펌핑 작용으로 인하여 프로세스 챔버(10)의 내부가 요구되 는 공정 압력으로 유지됨과 아울러 프로세스 챔버(10) 내부의 잔류하는 미반응 가스 및 공정이 진행되는 동안 발생된 반응 부산물들도 프로세스 챔버(10)로부터 외부로 배출된다.
전술한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 웨이퍼(W) 상에 원하는 박막을 증착하는 공정에 있어서, 예컨대 실렌(SiH4) 가스, 수소 가스, 산소 가스 등의 공정 가스가 사용될 수 있다. 그러나, 이와 같은 실렌(SiH4) 가스, 수소 가스, 산소 가스 등의 공정 가스를 이용하여 박막을 형성하는 동안, 상기 공정 가스가 주입되는 공정 가스 노즐(90)을 포함하는 프로세스 챔버(10)의 내부 구성 요소들이가 오염된다. 이에 따라, 상기 박막 증착 공정이 완료된 후, 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(10) 외부로 인출한 다음 세정 가스 노즐(120)을 통해 분해된 불소(F) 가스를 주입함으로써, 프로세스 챔버(10) 내부의 반응 부산물과 같은 오염 물질을 제거한다.
상술한 바와 같은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안 발생하는 실리콘 산화물(Silicon Oxide) 계열의 파티클들 및 폴리머들을 제거하기 위하여 다양한 세정 가스를 사용하여 발생된 파티클들을 인시츄 세정 공정으로 프로세스 챔버(10)로부터 제거한다. 이러한 인시츄 세정 공정의 경우, 고주파 파워 인가와 함께 삼불화질소(NF3) 가스와 같은 반응성 가스를 사용하여 세정 공정을 진행한다. 상기 세정 공정 동안 생성된 실리콘 산화물 계열의 물질은 고주파 파워로 활성화된(Activated) 불소 성분에 의하여 사불화 실리콘(SiF4) 등과 같은 휘발성 물질의 형태로 제거된다. 그러나, 상기 인시츄 세정 공 정 중에 발생하는 반응 부산물성 파티클들은 다시 박막 형성 공정을 진행할 때에 문제를 일으킨다. 특히, 상기 인시츄 세정 공정 직후, 첫 번째 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 공정 동안 많은 반응 부산물성 파티클들이 발생한다. 이는, 프로세스 챔버(10)의 내부 돔 및 노즐들(90, 120)의 주된 성분인 알루미늄 산화물(Al2O3)이 삼불화질소(NF3) 가스 내의 불소 성분과 반응하여 알루미늄 산물화물(Aluminum oxyfluoride; ALFO)를 형성하기 때문이다. 또한, 고주파 파워 인가를 통하여 얻는 반응 에너지는 화학 반응을 거치면서 다시 열에너지 형태로 방출되게 되는데, 삼불화질소(NF3) 가스만을 사용하는 경우에 발생할 수 있는 세정 공정의 반응 온도 상승 역시 반응 부산물 생성에 영향을 미친다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 이러한 반응 부산물의 생성을 억제하기 위하여 헬륨 가스, 아르곤 가스, 네온 가스 등과 같은 불활성 가스를 사용함으로써, 반응 부산물성 파티클들의 생성을 제어할 수 있다. 상기 불활성 가스 가운데, 아르곤과 헬륨의 이온화 에너지는 각기 약 15.7eV 및 24.6eV 정도이고, 아르곤 및 헬륨의 원자량은 각기 39.9 및 4.0 정도이기 때문에, 이온화 에너지가 높고 원자량이 작은 헬륨 가스를 사용하는 것이 아르곤 가스를 사용하는 경우에 비하여 보다 유리하다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 알루미늄, 불소 및 산소 성분의 반응 부산물성 파티클들의 원인이 되는 알루미늄 산불화물(Aluminum oxyfluoride)의 생성을 억제할 수 있다.
이하, 상술한 원리를 적용한 본 발명의 실시예들에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 세정하는 방법을 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 세정 가스 노즐(120)은 세정 가스가 프로세스 챔버(10)의 내측 상부로 분사될 수 있도록 프로세스 챔버(10)의 측벽으로부터 프로세스 챔버(10)의 상측 중앙부에 위치하는 프로세싱 공간(I)을 향하여 배치된다. 이에 따라, 세정 가스 노즐(120)로부터 분사되는 세정 가스들이 프로세스 챔버(10)의 내측 상부로 부상하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 세정 가스가 프로세스 챔버(10)의 내부에 균일한 상태로 분포되면, 상기 세정 가스는 프로세스 챔버(10)의 상부 전극(20) 및 하부 전극(40)으로부터의 고주파 파워의 영향을 받아 플라즈마 상태로 여기된다. 플라즈마 상태로 여기된 세정 가스에 있어서, 전자와 이온간의 유동 속도의 차이에 의해 프로세스 챔버(10) 전체 벽면에 양이온(Positive Ion)이 모이면서 프로세스 챔버(10) 벽면에 직류 전압을 형성하게 된다. 이와 같이 직류 전압을 형성하는 세정 가스는 프로세스 챔버(10)의 벽면에 증착된 폴리머들과 같은 반응 부산물과 반응함으로써, 프로세스 챔버(10) 전체에 걸쳐 균일한 세정이 수행된다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의세정 방법은 하이 플로우 세정(high flow clean)이 수행되는 제1 세정 단계, 미들 플로우 세정(middle flow clean)이 이루어지는 제2 세정 단계 및 로우 플로우 세정(low flow clean)이 수행되는 제3 세정 단계로 구성된다. 이러한 제1 내지 제3 세정단계에 따라 프로세스 챔버(10) 전체 내부를 균일하게 세정할 수 있다.
상기 하이 플로우 세정(high flow clean)이 수행되는 제1 세정 단계에 있어서, 상기 세정 가스는 세정 가스 노즐(120)로부터 프로세스 챔버(10) 내부의 상부 돔까지 도달된다. 이 경우, 상기 세정 가스는 약 1,100~1,200sccm 정도의 유량으로 공급된다. 상기 세정 가스가 프로세스 챔버(10)의 상부 돔까지 분사되기 때문에 상 기 제1 세정 단계 동안 주로 프로세스 챔버(10)의 상부 돔 상에 존재하는 의 파티클들이 제거된다. 상기 하이플 로우 세정에 있어서, 상기 세정 가스는 삼불화질소(NF3) 가스, 산소(O2) 가스 및 헬륨(He) 가스를 포함한다. 예를 들면, 상기 삼불화질소 가스는 약 900~1000sccm 정도의 유량으로 제공되고, 상기 산소 가스는 약 90~110sccm 정도의 유량으로 공급되며, 상기 헬륨 가스는 약 90~110sccm 정도의 유량으로 공급된다. 즉, 상기 세정 가스 내의 상기 삼불화질소 가스, 상기 산소 가스 및 상기 헬륨 가스의 유량비는 약 1.0: 0.1~0.15: 0.1~0.15 정도가 된다.
상기 미들 플로우 세정(middle flow clean)인 제2 세정 단계에 있어서, 상기 세정 가스가 프로세스 챔버(10)의 돔 중간부까지 도달되어 주로 프로세스 챔버(10)의 돔 중간부의 파티클들이 제거된다. 여기서, 상기 세정 가스는 약 300~400sccm 정도의 유량으로 제공된다. 상기 미들 플로우 세정에 있어서, 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스, 산소 가스 및 헬륨 가스를 포함하며, 상기 삼불화질소 가스는 약 200~400sccm 정도의 유량으로 제공되고, 상기 산소 가스는 약 20~40sccm 정도의 유량으로 제공되며, 상기 헬륨 가스는 약 20~40sccm의 유량으로 공급된다.이 경우, 상기 세정 가스 내의 상기 삼불화질소 가스, 상기 산소 가스 및 상기 헬륨 가스의 유량비는 약 1.0: 0.05~0.2: 0.05~0.2 정도가 된다.
상기 로우 플로우 세정(low flow clean)이 이루어지는 제3 세정 단계에 있어서, 상기 세정 가스는 세정 가스 노즐(120)로부터 프로세스 챔버(10)의 돔 하부까지 도달되어 주로 프로세스 챔버(10)의 돔 하부의 파티클들을 제거한다. 이 경우, 상기 세정 가스는 약 80~160sccm 정도의 유량으로 공급된다. 상기 로우 플로우 세 정에 있어서, 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스 및 헬륨 가스를 포함하며, 상기 삼불화질소 가스는 약 50~150sccm 정도의 유량으로 공급되고, 상기 헬륨 가스는 약 10~30sccm 정도의 유량으로 제공된다. 이 때, 상기 세정 가스 내의 상기 삼불화질소 가스 및 상기 헬륨 가스의 유량비는 약 1.0: 0.1~0.6 정도가 된다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 제1 세정 단계, 상기 제2 세정 단계 및 상기 제3 세정 단계 동안 공급되는 상기 세정 가스의 유량비는 약 1.0: 0.2~0.4: 0.1~0.2 정도가 된다.
도 4a는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법을 수행하기 전의 웨이퍼 상에 발생된 파티클들을 보여주는 평면도이며, 도 4b는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법을 수행한 후 웨이퍼 상의 파티클들이 감소된 것을 보여주는 평면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 사용하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 공정을 수행한 다음, 종래의 삼불화질소 가스만을 사용하는 세정 방법으로 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 세정할 경우, 후속하여 다시 박막을 형성하기 위해 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 투입된 웨이퍼 상에는 다수의 파티클들이 발생하게 된다.
이에 비하여, 도 4b에 도시한 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 대하여 불활성 가스인 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 사용하는 본 발명에 따른 세정 공정을 수행할 경우에는 웨이퍼 상에 발생되는 파티클들의 수가 현저하게 감소됨을 확인할 수 있다. 상기 헬륨 가스는 이온화 에너지가 높고 원자량이 작기 때문에, 다른 불활성 가스인 아르곤 가스에 비해 부 반응 억제 효과가 있다. 이에 따라, 상기 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 사용하여 상기 제1 내지 제3 세정 단계를 구비하는 세정 공정을 진행한 다음, AIT 분석을 통하여 웨이퍼 상의 파티클들의 개수를 측정한 결과 삼불화질소(NF3) 가스만을 사용하였을 때 보다 현저하게 파티클들이 감소함을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 수행한 후, 삼불화질소 가스 및 헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 세정하기 때문에, 상기 박막 형성 공정 동안 발생된 실리콘 산화물계 물질 및/또는 폴리머 등과 같은 반응 부산물들을 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치로부터 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 각 부분에 따라 상기 세정 가스를 공급하는 세가지 세정 단계들을 통하여 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 전체적으로 균일하게 세정할 수 있다. 이에 따라, 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조되는 반도체 장치의 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 프로세스 챔버를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법에 있어서,
    상기 프로세스 챔버로 공정 가스를 제공하여 상기 프로세스 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 단계;
    상기 프로세스 챔버로부터 상기 웨이퍼를 인출하는 단계; 및
    헬륨 가스를 포함하는 세정 가스를 이용하는 세정 공정을 수행하여 상기 프로세스 챔버 내의 반응 부산물을 제거하는 단계를 포함하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 장치의 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스는 실렌(SiH4) 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응 부산물은 알루미늄 산불화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세정 가스는 삼불화질소(NF3) 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세정 가스는 산소 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 세정 공정은 제1 세정 단계, 제2 세정 단계 및 제3 세정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 상부가 세정되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 중앙부가 세정되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제3 세정 단계 동안 상기 프로세스 챔버의 내측 하부가 세정되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제1 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스, 산소 가스 및 상기 헬륨 가스를 1.0: 0.1~0.15: 0.1~0.15의 유량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제2 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스, 산소 가스 및 상기 헬륨 가스를 1.0: 0.05~0.2: 0.05~0.2의 유량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 제3 세정 단계에서 상기 세정 가스는 삼불화질소 가스 및 상기 헬륨 가스를 1.0: 0.1~0.6의 유량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제1, 세정 단계, 상기 제2 세정 단계 및 상기 제3 세정 단계에서 상기 세정 가스의 유량비는 1.0: 0.2~0.4: 0.1~0.2인 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 세정 방법.
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