KR20080062112A - 박막 증착 장비의 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

박막 증착 장비의 세정 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 박막 증착 장비의 세정 방법은, 박막 증착 장비의 챔버 내부에 장착된 샤워헤드에 세정 가스를 공급하는 단계, 상기 샤워헤드 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키는 단계 및 상기 플라즈마화된 세정 가스를 상기 챔버 내부로 분사하여 상기 챔버 내부를 세정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다이렉트 플라즈마 발생기 사용에 따른 챔버 내부의 손상을 줄일 수 있으며, 리모트 플라즈마 발생기 사용시 요구되는 높은 파워와 복잡한 설계 등을 피할 수 있어 효율성을 극대화하며 세정 비용을 절감할 수 있다.
샤워헤드(shower head), 플라즈마(plasma)

Description

박막 증착 장비의 세정 방법{Cleaning method for thin film deposition apparatus}
도 1은 종래의 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)에 의한 세정 방법을 설명하기 위한 박막 증착 장비의 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 박막 증착 장비의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 세정 방법 적용 전과 적용 후의 챔버 내 부품을 보여주는 사진이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
100, 210: 가스 소스부 140, 270: 웨이퍼 로딩부
110: 리모트 플라즈마 발생기 150, 280: 챔버
115: 도관 230: 상부 전극
120, 220: 가스 주입부 240: 하부 전극
130, 260: 샤워헤드 250: RF 발생기
본 발명은 박막 증착 장비의 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 박막이 형성되도록 그 웨이퍼를 향해 소스가스를 분사하는 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장비의 세정 방법에 관한 것이다.
박막 증착 공정에 있어 기판 위에 원하는 성분의 박막을 증착하는 과정에서 챔버 내부에 생성된 생성물은 챔버의 내벽에 축적된다. 박막 형성이 반복됨에 따라, 증착물(deposits)이 점차 축적된다. 그런 다음, 증착물은 내벽으로부터 박리되어 챔버 내부에서 부유한다. 그리하여, 증착물은 이물질로서 기판에 부착되고, 불순물 오염을 유발시켜 결함(defect)을 발생시킨다.
이때, 챔버 내벽에 부착된 원하지 않는 증착물을 제거하기 위하여, 챔버가 운전하는 동안에 챔버 내부의 세정을 수행하는 인-시튜(In-situ) 세정이 효과적이다. 챔버세정(챔버 내벽에 존재하는 증착물의 제거)은 제거하려는 물질의 타입에 따라 선택된 세정 가스를 챔버로 유입시키고, 플라즈마 분해반응에 의해 활성종을 생성시켜, 증착물을 가스화시킴으로써 증착물을 제거하는 것이다. 예를 들어, 산화 규소나 질화 규소, 또는 텅스텐이나 그 질화물 또는 그 규화물이 부착될 경우, CF4, C2F6, C3F8 또는 NF3 같은 불소 함유가스가 세정 가스로 이용된다. 이 경우에, 불소 원자(불소기)의 활성종 또는 불소 함유 활성종은 챔버의 내벽에 부착된 물질과 반응하고, 그들의 반응 생성물은 가스상 물질의 형태로 챔버 외부로 방출된다.
기존의 챔버 세정 방법은 전통적으로 세정 가스를 챔버 내부에 유입시킴과 동시에 고주파 전력(RF power)을 챔버 내부에 인가하여 (direct RF 방식) 플라즈마 상태의 세정 가스가 챔버 내부를 세정하도록 고안되었다. 이 경우의 챔버 세정은 세정 가스를 챔버로 유입시키고 챔버 내부에 설치된 상부전극(보통, 샤워헤드) 및 하부전극(보통, 웨이퍼 로딩부) 사이의 영역에 고주파 전력을 가하여, 세정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킴으로써 불소 원자의 활성종 또는 불소 함유 활성종을 생성시켜 챔버 내부의 증착물을 제거시키는 인-시튜 플라즈마 세정 방법이다.
하지만, 다이렉트 플라즈마 방식에서는 세정 가스에 인가된 고주파 전력에 의해 전극들 간에 대형의 이온 충격이 야기된다. 그 결과 전극 표면이 손상되고 표면층이 떨어져 나가는 등 플라즈마 데미지(plasma damage)에 의한 챔버 내부 부품(part)의 손상이 발생한다. 이것은 결국 부품의 수명(life time)을 감소시키고 파티클(particle)을 증가시키는 문제를 발생시킨다.
이온 충격에 의한 이러한 결점을 해결하기 위해서 근래에는 세정 가스를 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)에서 활성화시켜 챔버 내부로 유입시키는 방식을 대부분 사용하고 있다.
도 1은 종래의 리모트 플라즈마 발생기에 의한 세정 방법을 설명하기 위한 박막 증착 장비의 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 리모트 플라즈마 발생기에 의한 세정 방법을 적용한 박막 증착 장비(10)는 가스 소스부(100), 리모트 플라즈마 발생기(110), 가스 주입부(120), 샤워헤드(130), 웨이퍼를 안착하는 웨이퍼 로딩부(140) 및 챔버(150)를 구비한다.
가스 소스부(100)는 박막 증착 공정시에는 소스가스를, 세정시에는 세정 가 스를 샤워헤드(130)로 공급한다. 도면에 도시하지는 않았지만 세정 가스의 유량을 조절하는 밸브의 조정에 의해 상기 가스 소스부(100)에서 나온 세정 가스가 리모트 플라즈마 발생기(110)로 유입된다. 상기 리모트 플라즈마 발생기(110)를 거친 세정 가스는 플라즈마화되고 상기 플라즈마화된 세정 가스는 가스 주입부(120)를 통하여 샤워헤드(130)에서 챔버(150) 내부로 분사된다.
이러한 리모트 플라즈마 발생기(110)를 이용한 세정 방식은 이상적인 챔버(150) 내부 세정 효과를 제공하고 있다. 하지만, 리모트 플라즈마 발생기(110)에서 발생된 활성화된 세정 가스가 챔버(150)로 도관(115)을 통해 들어오는 동안, 상기 활성화된 세정 가스는 도관(115)의 금속 표면이나 상기 활성화된 세정 가스의 유입을 조절하는 도관(115)의 밸브(미도시)와 충돌하여 분자로 되돌아가거나 아니면 밸브 표면과 반응하여 불활성화되는 문제가 있다. 그 결과 챔버(150)까지 도달하는 상기 활성화된 세정 가스가 감소하여 챔버(150) 내의 세정 속도를 낮추어 세정이 비효율적이 된다. 따라서, 현재는 리모트 프라즈마 발생기(110)에서 높은 파워를 사용하거나, 많은 세정 가스를 유입, 동시에 리모트 프라즈마 발생기(110)에서 챔버(150)간의 거리를 최단으로 설계하여 사용 중에 있다.
하지만, 이러한 해결방법은 챔버의 디자인, 즉 사용자의 편의성 및 효율성을 떨어뜨리며, 공정시 발생하는 비용을 증가시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 챔버 내부의 손상을 줄이며 세정 방법의 효율성을 극대화하며 세정 비용을 절감하는 박막 증착 장비의 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 박막 증착 장비의 챔버 내부에 장착된 샤워헤드에 세정 가스를 공급하는 단계; 상기 샤워헤드 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키는 단계; 및 상기 플라즈마화된 세정 가스를 상기 챔버 내부로 분사하여 상기 챔버 내부를 세정하는 단계를 포함하는 박막 증착 장비의 세정 방법을 제공한다.
여기서, 상기 샤워헤드 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키기 위하여 상기 샤워헤드에 RF 전력을 직접 인가하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 세정 가스는 불소 및 염소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 사용할 수 있으며, 상기 세정 가스는 NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중의 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 세정 가스에 추가하여 불활성 가스를 상기 세정 가스와 동시에 상기 샤워헤드로 공급할 수 있다.
또한, 상기 세정 가스에 추가하여 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 샤워헤드로 공급할 수 있다.
이때, 상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 세정 가스와 동시에 공급할 수도 있으며 상기 세정 가스와 상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 순차적으로 공급할 수도 있다.
여기서, 상기 산소 및 수소 중 어느 하나를 포함하는 가스는 O2, N2O, O3, NH3 및 H2 로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착 장비의 세정 방법을 설명하기 위한 박막 증착 장비의 도면이다.
도 2를 참조하면, 박막 증착 장비(20)는 가스 소스부(210), 가스 주입부(220), 샤워헤드(260), 그리고 웨이퍼를 안착하는 웨이퍼 로딩부(270)와 챔버(280)를 구비한다. 샤워헤드(260)는 서로 평행으로 위치한 상부전극(230), 하부전극(240)을 포함하고, 상부전극(230)에 고주파 전력을 공급하는 RF 발생기(250)가 연결되어 있다.
본 발명에 따른 박막 증착 장비의 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 박막 증착 장비의 챔버(280) 내부에 장착된 샤워헤드(260)에 세정 가스를 공급하는 단계를 거친다. 더 상세히는 가스 소스부(210)에 저장된 세정 가스 를 가스의 유량을 조절하는 밸브(미도시)를 거쳐 가스 주입부(220)를 통하여 상기 챔버(280) 내부에 장착된 상기 샤워헤드(260)로 유입시킨다.
그 다음은 상기 샤워헤드(260) 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키는 단계를 거친다. 더 상세히는, 상부전극(230)과 하부전극(240) 사이로 유입된 상기 세정 가스를 상기 상부전극(230)에 직접 고주파 전력을 공급하는 상기 RF 발생기(250)에 의하여 플라즈마시킨다.
이후 상기 플라즈마화된 세정 가스를 상기 챔버(280) 내부로 분사하여 상기 챔버(280) 내부를 세정하는 단계를 거친다.
이때, 상기 세정 가스는 불소 및 염소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 사용하며, 예를 들면 NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중의 적어도 어느 하나를 선택하여 사용한다.
본 발명에서 사용된 불소 및 염소 중 어느 하나를 포함하는 가스는 플라즈마 발생에 의하여 활성종으로 활성화되고 챔버(280) 내에 잔류하는 물질과 반응하여 챔버(280)에서 배출됨으로써 세정 공정을 수행한다. 특히 불소를 포함하는 세정 가스를 사용하는 경우에는 실리콘, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 실리콘과 반응하여 사불화 실리콘(SiF4) 부산물을 형성한다.
여기서, 상기 세정 가스에 추가하여 불활성 가스, 예컨대 Ar을 상기 세정 가스와 동시에 상기 샤워헤드(260)로 공급할 수도 있다. 세정 가스를 상기 RF 발생기(250)에 의하여 직접 플라즈마화시킬 수도 있지만, 세정 가스와 반응하지 않는 불활성 가스를 동시에 상기 샤워헤드(260) 내부로 유입시킴으로써 간접적으로 세정 가스의 플라즈마화를 촉진시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 세정 가스에 추가하여 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 샤워헤드(260)로 공급할 수 있으며, 이때 상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 세정 가스와 동시에 공급할 수 있다. 또한, 상기 세정 가스와 상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 순차적으로 공급할 수 있다. 이때, 상기 산소 및 수소 중 어느 하나를 포함하는 가스는 O2, N2O, O3, NH3 및 H2 로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 산소 및 수소 중 어느 하나를 포함하는 가스는 상기 불소 및 염소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 챔버(280) 내로 넓게 확산시키는 기능뿐 아니라, 세정시 플라즈마에 의한 부산물(residue)(예를 들면, C2F6, CF4, CHF3 등의 세정 가스가 (CF2)n과 같은 중합물로 변화되는 것)을 방지하고, 챔버(280)내의 막 잔류물을 산화시켜 간접적으로 세정속도를 증가시킨다.
샤워헤드(260) 내부에서 직접 플라즈마를 발생시키기 때문에 발생할 수 있는 문제, 예를 들면 플라즈마화되어 강한 활성을 가진 활성종이 가속이 빨라 샤워헤드(260)를 손상시킬 가능성 등에 관한 문제는 상기 RF 발생기(250)의 파워를 조절하거나 샤워헤드(260) 내부를 코팅함으로써 방지할 수 있다.
이러한 방법을 사용하면 종래의 기술의 문제점을 모두 보완할 수 있다. 먼저, 본 발명은 RF 발생기(250)를 샤워헤드(260)에 연결하여 샤워헤드(260)에 RF 전 력을 인가함으로써 다이렉트 플라즈마 발생기를 사용할 때와 같은 이온 충돌에 의한 챔버(280) 내부의 부품에 데미지가 없다. 또한, 본 발명은 활성화된 세정 가스가 샤워헤드(260)에서 발생되어 바로 챔버(280) 내부로 유입되어 활성종의 손실이 없다. 따라서, 종래 리모트 플라즈마 발생기 사용시에 세정 가스가 챔버로 도관을 통해 들어오는 동안, 도관의 금속 표면과 충돌하여 다시 분자 상태로 돌아가거나 비활성화되는 문제를 해결할 수 있다. 이로 인한 효과로 기존의 세정 성능을 보다 적은 세정 가스 소모 및 낮은 파워 소모로 구현이 가능해진다.
(실험예)
본 발명을 적용하여, 반도체 소자 제조 공정의 대표적 절연막인 실리콘 이산화막(SiO2)을 증착하는 박막 증착 장비의 챔버를 인-시튜 세정하였다.
챔버 내부에 장착된 샤워헤드에 세정 가스로서 NF3를 500sccm 공급하였다. 세정 가스의 플라즈마화를 촉진하기 위하여, 세정 가스에 추가하여 동시에 Ar을 2500sccm 공급하였다. 챔버 압력을 1.5Torr로 유지시킨 뒤, 13.56 MHz인 RF 전력을 직접 샤워헤드에 200W 인가하여 샤워헤드 내부에서 세정 가스를 플라즈마화시켰다. 플라즈마화된 세정 가스를 챔버 내부로 분사하여 챔버 내부를 세정하였다. 이러한 과정 동안 챔버 내부의 온도는 400℃ 정도로 유지하였다.
EPD(End Point Detector)로 파악한 세정 종점에서 RF 전력 및 NF3 공급을 중지시킨 후, 일정 시간 퍼지를 진행하고 나서 챔버를 육안으로 확인하여 도 3의 결과 사진을 얻었다.
도 3은 본 발명에 따른 세정 방법 적용 전과 적용 후의 챔버 내 부품을 보여주는 사진이다.
세정 방법 적용 전의 샤워헤드(a)와 웨이퍼 전달 통로(b)에는 뿌연 이물질이 부착되어 있는 것을 볼 수 있으나, 세정 방법 적용 후의 샤워헤드(c)와 웨이퍼 전달 통로(d)에는 이러한 이물질이 제거되어 부품 본연의 표면이 드러난 것을 확인할 수 있다. 또한, 챔버 내 부품 손상없이 세정이 됨을 확인할 수 있다.
비교실험 결과, 종래에 리모트 플라즈마에 의한 세정 방법을 이용해 본 발명에 따른 세정 방법 정도의 이물질 제거 효과를 보려면 NF3를 2000sccm 정도 공급하여야 함을 알았다. 결과적으로 본 발명을 이용하게 되면 통상적인 다이렉트 플라즈마나 리모트 플라즈마를 이용한 세정 방법의 약 10~50%의 세정 가스 사용량으로 세정 시간의 증가없이 효율적인 세정을 진행할 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
본 발명에 따르면, 다이렉트 플라즈마 발생기 사용에 따른 챔버 내부의 손상을 줄일 수 있으며, 리모트 플라즈마 발생기 사용시 요구되는 높은 파워와 복잡한 설계 등을 피할 수 있어 효율성을 극대화하며 세정 비용을 절감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 박막 증착 장비의 챔버 내부에 장착된 샤워헤드에 세정 가스를 공급하는 단계;
    상기 샤워헤드 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키는 단계; 및
    상기 플라즈마화된 세정 가스를 상기 챔버 내부로 분사하여 상기 챔버 내부를 세정하는 단계를 포함하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워헤드 내부에서 상기 세정 가스를 플라즈마화시키기 위하여 상기 샤워헤드에 RF 전력을 직접 인가하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스는 불소 및 염소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정 가스는 NF3, C2F6, CF4, F2, CHF3, SF6 및 Cl2 중의 적어도 어느 하 나인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스에 추가하여 불활성 가스를 상기 세정 가스와 동시에 상기 샤워헤드로 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세정 가스에 추가하여 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 샤워헤드로 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 상기 세정 가스와 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 세정 가스와 상기 산소 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 산소 및 수소 중 어느 하나를 포함하는 가스는 O2, N2O, O3, NH3 및 H2 로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비의 세정 방법.
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KR20110080458A (ko) * 2010-01-06 2011-07-13 주식회사 아토 박막 증착장치 및 오존 플라즈마를 이용한 박막 증착방법
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