KR20080026746A - 증착 챔버 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

증착 챔버 내의 퇴적물 제거를 위한 세정 공정을 증착 공정과 인시튜로 행할 수 있는 증착 챔버 세정 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 증착 챔버 세정 방법에서는 소정의 온도 및 압력을 유지하도록 설정된 분위기하에서 소정의 증착 공정이 행해진 챔버 내부에 상기 챔버 내 분위기의 설정 변화 없이 할로겐족 원소를 포함하는 가스로 이루어지는 세정 가스를 공급한다. 챔버에 세정 가스를 공급하지 전 또는 후에 상기 세정 가스를 여기시킨다. 상기 세정 가스는 Cl 원자를 함유하는 가스로 이루어질 수 있다.
증착, 퇴적물, 상변화 물질, Cl 함유 가스, 인시튜, 저온

Description

증착 챔버 세정 방법{Method of cleaning deposition chamber}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증착 챔버 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 설비의 세정 방법에 관한 것으로, 특히 증착 챔버 내부에 퇴적되어 있는 불필요한 퇴적물을 제거하기 위한 증착 챔버 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼상에 포토리소그래피 (photolithography), 식각, 확산, 화학기상증착 (chemical vapor deposition: CVD), 이온주입, 금속 증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 일련의 과정을 통해 형성된다. 이들 반도체 소자 제조 공정 중 증착 공정은 웨이퍼상에 요구되는 막질을 형성하기 위한 것이다. 그런데, 막질 형성을 위한 증착 공정중에는 웨이퍼상의 원하는 영역뿐 만 아니라 증착이 이루어지는 챔버 내부에도 막질 또는 부산물들이 퇴적된다.
증착 챔버 내부에 퇴적된 퇴적물들은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클 (particle) 발생의 원인이 된다. 이와 같이 발생된 파티클은 웨이퍼상에 형성되어 있는 막 내에 들어가거나 막 표면에 부착되어 다바이스의 결함의 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 퇴적물이 박리되기 이전에 장치 내부에 퇴적된 막을 제거할 필요가 있다. 특히, 상변화 메모리 소자(PRAM) 제조를 위한 상변화 물질 증착 공정시, 통상적인 증착 설비의 증착 챔버 내에서는 각 웨이퍼상에 상변화 물질을 증착하는 동안 챔버 내벽 또는 챔버 내부에 있는 부품들 표면에 퇴적물이 쌓이고, 소정 매 수, 예를 들면 약 150 매의 웨이퍼에 대한 증착 공정이 이루어진 후에는 챔버 내벽 또는 내부 부품들 표면에 있는 퇴적물들의 박리 현상이 나타나기 시작한다. 따라서, 소정 매 수, 예를 들면 약 150 매의 웨이퍼에 대한 증착 공정 시간을 세정 주기로 하여 규칙적으로 챔버 내부에서 퇴적물을 제거하기 위한 세정 공정을 진행하여야 한다.
종래 기술에서는, 증착 챔버 내부를 세정하기 위하여 먼저 챔버 내부 온도를 상온으로 내리고 상압이 될 때까지 배기시키는 데 약 4 시간, 증착 챔버를 열어 챔버 내벽을 닦고, 샤워 헤드 (showerhead) 또는 스테이지 히터 (stage heater)와 같은 부품을 교체하는데 약 1 시간, 다시 챔버 내부 온도를 올리고 퍼지 (purge) 공정을 행하는 데 4 시간, 챔버 내부가 고온을 유지하는 상태에서 리크 (leak) 및 파티클 (Particle) 유무를 확인하는 데 약 20 분이 소요되는 등 증착 설비가 정상화될 때까지 총 9 시간 이상이 소요된다. 또한, 상기와 같은 종래의 세정 과정에서는 교체되는 소모품 구입 및 세정에 추가 비용이 소요된다. 이와 같은 장시간에 걸친 세정 작업을 웨이퍼 150 매 진행을 주기로 매 번 반복하여야 한다는 것은 시간 및 비용 측면에서 큰 손실이 되며 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 증착 챔버 내부에 퇴적되어 있는 불필요한 퇴적물을 비교적 짧은 시간 내에 효과적으로 제거할 수 있는 증착 챔버 세정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 증착 챔버 세정 방법에서는 소정의 온도 및 압력을 유지하도록 설정된 분위기하에서 소정의 증착 공정이 행해진 챔버 내부에 상기 챔버 내 분위기의 설정 변화 없이 할로겐족 원소를 포함하는 가스로 이루어지는 세정 가스를 공급한다. 상기 세정 가스를 여기시킨다.
상기 세정 가스는 Cl 원자를 함유하는 가스로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 세정 가스는 Cl2, BCl3, HCl 및 ClF3 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스로 이루어진다. 또한, 상기 세정 가스는 불활성 가스, HF, HI, HBr, HCl, CO, NO, N2O, NO2, O2, O3, CH4, NH3, H2, C2H2, F2, B2, I2, BrF3, BrF5, IF5, IF7, 및 CF3OOCF3 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스를 더 포함할 수 있다.
상기 세정 가스를 여기시키는 단계는 상기 챔버 내에 상기 세정 가스를 공급하는 단계 후, 상기 챔버 내에 상기 세정 가스를 공급하는 단계 전에 행해질 수 있다.
본 발명에 의하면, 증착 챔버 내부의 세정을 위하여 별도의 조건을 설정할 필요가 없으므로 세정에 소요되는 시간이 단축되어 증착 설비의 가동률을 향상시킬 수 있고, 안정적인 공정 조건을 확보할 수 있다. 또한, 증착 챔버 내부에서 파티클 발생에 따른 불량을 감소시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 설명하는 실시예에 의해 한정되어 해석되어서는 아니된다. 이러한 실시예들은 본 명세서가 충분하고 완전하도록 하고, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 범위를 충분히 해석할 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증착 챔버 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 1을 참조하면, 단계 10에서, 소정의 증착 조건하에서 증착 공정이 행해진 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩한다. 예를 들면, 상기 챔버는 웨이퍼상에 상변화 물질인 Ge-Sb-Te, Ge-Bi-Te, Ge-Te-As, Ge-Te-Sn, Ge-Te, Ge-Te-Sn-O, Ge-Te-Sn-Au, Ge-Te-Sn-Pd, Ge-Te-Se, Ge-Te-Ti, Ge-Sb, (Ge,Sn)-Sb-Te, Ge-Sb-(SeTe), Ge-Sb-In, Ge-Sb-Te-S, 또는 이들 상변화 물질에 N, O, Bi, Sn, B, Si 등과 같은 불순물이 첨가된 물질로 이루어지는 상변화층을 형성하기 위한 증착 공정이 행해진 챔버일 수 있다. 또한, 상기 챔버는 스퍼터링 (sputtering) 공정, 또는 CVD (chemical vapor deposition) 공정, ALD (atomic layer deposition) 공정 등 다양한 증착 공정중 어느 하나의 공정에 의해 웨이퍼상에 소정 막을 증착하는 공정이 행해진 챔버일 수 있다. 상기 챔버는 다양한 온도 범위 및 다양한 압력 범위를 유지하면서 증 착 공정이 행해진 챔버일 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버는 약 150 ∼ 250 ℃의 온도 및 약 1 ∼ 5 torr의 압력이 유지되도록 설정된 조건하에서 소정의 증착 공정이 행해진 챔버일 수 있다. 또한, 상기 챔버 내부에는 그 내벽 및 내부 부품들의 표면에 퇴적물이 쌓여 있는 상태일 수 있다. 상기 퇴적물에는 상변화 물질이 포함되어 있을 수 있다.
단계 20에서, 상기 단계 10에서 증착을 위하여 설정되었던 온도 및 압력 분위기를 동일 또는 유사하게 유지하면서 공정 분위기 설정에 대한 별도의 변화 없이 상기 챔버 내에 세정 가스를 공급한다.
상기 세정 가스는 F2, Cl2, Br2, I2 등의 할로겐족 원소를 포함하는 가스로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 세정 가스는 Cl 원자를 함유하는 가스, 예들 들면 Cl2, BCl3, HCl, 또는 ClF3 가스로 이루어질 수 있다.
상기 세정 가스는 He, N2, Ar 등의 불활성 가스, HF, HI, HBr, HCl, CO, NO, N2O, NO2, O2, O3, CH4, NH3, H2, C2H2, F2, B2, I2, BrF3, BrF5, IF5, IF7, 및 CF3OOCF3 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가 가스를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상변화 물질인 Ge-Sb-Te의 증착 공정을 행한 챔버 내부의 온도를 약 201 ∼ 205 ℃의 범위로 유지시키고, 챔버 내부 압력을 약 2 ∼ 3 Torr로 유지시키면서, 캐리어 가스인 Ar에 희석된 ClF3 가스 (Ar = 1.8 L/min, ClF3 = 0.2 L/min)를 약 20 분 동안 상기 챔버 내에 공급할 수 있다.
단계 30에서, 상기 챔버 내에 공급된 세정 가스를 여기(excitation)시킨다. 이를 위하여 상기 챔버 내에 RF 파워를 인가하거나 열에너지를 공급하여 상기 세정 가스로부터 플라즈마 또는 이온을 발생시킬 수 있다. 상기 세정 가스의 여기는 단계 20에서 행해지는 세정 가스의 공급과 동시에 이루어지도록 할 수 있다.
도 1에는 상기 세정 가스를 챔버 내에 공급한 후 상기 세정 가스를 여기시키는 예를 나타내었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 단계 20에서 상기 세정 가스를 공급하기 전에 리모트 플라즈마 (remote plasma) 방식 등에 의해 상기 세정 가스를 미리 여기시키고, 여기된 세정 가스를 상기 챔버 내에 플라즈마 또는 이온 상태로 공급하는 방법도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
단계 40에서, 상기 여기된 세정 가스와 챔버 내의 퇴적물을 반응시켜 반응 생성물을 배출한다.
단계 20의 설명에서 예시한 바와 같이 상변화 물질인 Ge-Sb-Te의 증착 공정을 행한 챔버 내에 Ar에 희석된 ClF3 가스를 공급한 경우, ClF3 가스는 ClF 및 F로 분해된다. 이와 같이 분해된 ClF 및 F는 는 챔버 내부에 퇴적되어 있는 Ge-Sb-Te와 반응하면서 GeF4, GeCl4, SbF3, SbCl3, TeF4, TeCl4와 같은 휘발성 물질이 생성되고, 이들 휘발성 물질은 기체 상태로 외부로 배기됨으로써 상기 챔버 내부의 세정이 이루어진다.
Ge-Sb-Te를 포함하는 퇴적물과 반응하여 생기는 휘발성 물질들은 상압에서 끓는점이 약 83.1 ∼ 380 ℃의 범위 내에 있기 때문에 압력을 약 2 ∼ 3 torr로 설정하는 경우 약 150 ∼ 250 ℃의 비교적 저온하에서도 모두 원활하게 제거될 수 있다. Ge-Sb-Te의 증착 온도가 약 230 ∼ 300 ℃ 임을 감안할 때, 웨이퍼상에 Ge-Sb-Te를 증착하기 위한 증착 조건과 동일한 조건하에서, 온도 변화 없이 챔버 내부를 세정할 수 있다.
도 1에는 예시되어 있지 않으나, 도 1의 단계 20 내지 단계 40에서의 세정 가스 공급, 여기, 및 반응 생성물 배출이 이루어는 일련의 세정 공정의 전 또는 후에 상기 반응 챔버 내에 단계 20에서 설명한 세정 가스를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 증착 챔버 세정 방법에 따른 효과를 확인할 수 있는 구체적인 실험예들을 설명한다.
예 1
싱글 웨이퍼 (single wafer) 방식의 PECVD (plasma-enhanced) 설비의 증착 챔버 내에서 복수의 웨이퍼에 대하여 Ge-Sb-Te 상변화 물질 증착 공정을 반복적으로 행하여 상기 증착 챔버 내에 수 ㎛ ∼ 수 cm 두께의 퇴적물이 쌓인 상태에서, 상기 증착 공정과 인시튜 (in-situ)로 상기 챔버 내부의 세정 공정을 행하였다. 상기 증착 챔버 내부를 201 ∼ 205 ℃의 온도 및 2 ∼ 3 torr의 압력을 유지하면서 상기 증착 챔버 내에 세정 가스로서 Ar에 희석된 ClF3 가스 (Ar = 1.8 L/min, ClF3 = 0.2 L/min)를 20 분 동안 공급하였다.
상기 증착 챔버 내의 부품 중 세라믹 (ceramic) 재질의 리프트핀 (lift-pin)에 증착된 Ge-Sb-Te 퇴적물에 대하여 상기한 ClF3 가스 처리 전 후의 질량 변화를 관찰하였다. 그 결과, ClF3 가스 처리 전에는 상기 리프트핀의 중량이 1.9326 g이었고, 처리 후에는 1.7690 g으로 되고, 상기 리프트핀 표면으로부터 퇴적물이 제거된 것을 확인하였다.
예 2
증착 챔버 내부를 152 ∼ 156 ℃의 온도로 유지한 것을 제외하고, 예 1에서와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 결과, ClF3 가스 처리 전에는 상기 리프트핀의 중량이 1.6489 g이었고, 처리 후에는 1.2865 g으로 되고, 상기 리프트핀 표면으로부터 퇴적물이 제거된 것을 확인하였다.
예 3
증착 챔버 내부를 202 ∼ 207 ℃의 온도로 유지하고, 세정 가스로서 Ar에 희석된 ClF3 가스 (Ar = 1.9 L/min, ClF3 = 0.1 L/min)를 사용한 것을 제외하고, 예 1에서와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 결과, ClF3 가스 처리 전에는 상기 리프트핀의 중량이 1.8547 g이었고, 처리 후에는 1.5513 g으로 되고, 상기 리프트핀 표면으로부터 퇴적물이 제거된 것을 확인하였다.
상기한 예 1 내지 예 3의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼상에 성막하고자 하는 물질의 증착 조건을 거의 변동시키지 않고 Ar에 희석된 ClF3 가스를 공 급하여 증착 챔버 내부를 세정함으로써 증착 챔버 내부의 세정을 증착 공정과 인시튜로 행할 수 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 증착 챔버 세정 방법에서는 상기 증착 챔버 내에서의 증착 공정이 행해진 후, 상기 증착 챔버 내의 분위기를 변화시키기 않고 상기 증착 공정과 인시튜로 상기 증착 챔버 내부를 세정할 수 있다. 특히, 상변화 물질의 증착 공정을 행한 후 상기 상변화 물질을 포함하는 퇴적물이 쌓인 증착 챔버의 내부에 할로겐족 원소를 포함하는 가스, 바람직하게는 Cl 원자를 함유하는 가스로 이루어지는 세정 가스를 공급하고 이 세정 가스를 여기시켜 퇴적물과 반응시키고, 그 반응 결과물을 배기시키는 인시튜 세정 공정을 적용한다. 이와 같이, 증착 챔버 내부의 세정을 위하여 별도의 조건을 설정할 필요가 없으므로 세정에 소요되는 시간이 단축되어 증착 설비의 가동률을 향상시킬 수 있고, 안정적인 공정 조건을 확보할 수 있다. 또한, 증착 챔버 내부에서 파티클 발생에 따른 불량을 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 소정의 온도 및 압력을 유지하도록 설정된 분위기하에서 소정의 증착 공정이 행해진 챔버 내부에 상기 챔버 내 분위기의 설정 변화 없이 할로겐족 원소를 포함하는 가스로 이루어지는 세정 가스를 공급하는 단계와,
    상기 세정 가스를 여기시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스는 Cl 원자를 함유하는 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세정 가스는 Cl2, BCl3, HCl 및 ClF3 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정 가스는 불활성 가스, HF, HI, HBr, HCl, CO, NO, N2O, NO2, O2, O3, CH4, NH3, H2, C2H2, F2, B2, I2, BrF3, BrF5, IF5, IF7, 및 CF3OOCF3 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스를 여기시키는 단계는 상기 챔버 내에 상기 세정 가스를 공급하는 단계 후에 행해지는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스를 여기시키는 단계는 상기 챔버 내에 상기 세정 가스를 공급하는 단계 전에 행해지는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  7. 상기 세정 가스를 공급하는 단계는 상기 챔버 내부가 150 ∼ 250 ℃의 온도 및 1 ∼ 5 torr의 압력을 유지하는 분위기하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내부에는 상변화 물질을 포함하는 퇴적층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 증착 공정은 Ge를 함유하는 상변화 물질의 증착 공정인 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 증착 공정은 Ge-Sb-Te, Ge-Bi-Te, Ge-Te-As, Ge-Te-Sn, Ge-Te, Ge-Te-Sn-O, Ge-Te-Sn-Au, Ge-Te-Sn-Pd, Ge-Te-Se, Ge-Te-Ti, Ge-Sb, (Ge,Sn)-Sb-Te, Ge-Sb-(SeTe), Ge-Sb-In, Ge-Sb-Te-S, 및 이들 물질에 불순물이 첨가된 물질로 이루어지는 상변화층을 형성하기 위한 증착 공정인 것을 특징으로 하는 증착 챔버 세정 방법.
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