KR20090028991A - 챔버세정의 식각종점 검출방법 - Google Patents

챔버세정의 식각종점 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 챔버 세정시에 세정이 완료되는 시점을 정확하게 검출하여, 챔버의 내부에 잔류하는 증착막에 의한 공정불량 및 챔버 세정에 소모되는 가스를 절감하는 챔버세정의 식각종점 검출방법에 관한 것으로, 챔버에 세정가스를 공급하는 단계; 상기 챔버의 내부에 증착된 박막을 식각하는 단계; 상기 챔버에 공급되는 상기 세정가스와 상기 챔버에서 배출되는 가스의 압력이 평형을 이루거나 또는 감소하는 시점을 측정하여, 상기 박막의 식각 종말점을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
챔버 세정, 식각 종말점, 압력 측정

Description

챔버세정의 식각종점 검출방법{Method for detecting etch-ending-point in chamber cleaning}
본 발명은 챔버세정의 식각종점 검출방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 챔버 세정시에 세정이 완료되는 시점을 정확하게 검출하여, 챔버의 내부에 잔류하는 증착박막에 의한 공정불량 및 챔버 세정에 소모되는 가스를 절감하는 챔버세정의 식각종점 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 및 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다. 그리고 기판처리장치의 내부로 가스를 공급하여 박막을 증착하는 공정에서, 챔버 내부, 예를 들면, 챔버의 내부벽 및 노출된 부품에 원하지 않는 박막이 증착된다. 챔버의 내부에 증착된 박막은, 주기적으로, 불소를 포함한 NF3가스를 공급하여 플라즈마 상태로 만들어, 불 소기(F* : fluorine radical)에 의해 박막을 제거한다. 그런데, 챔버 내부에서 박막이 완전히 제거되지 않으면, 기판처리장치에서 기판 상에 증착공정을 진행할 때, 박리된 박막에 의해 이물질이 발생하고, 이물질에 의해 제품의 불량이 발생한다.
도 1은 종래기술의 박막증착을 위한 PECVD 장치에 대한 개략도이다.
도 1은 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정 물질을 증착시키는 PECVD 장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 것이다. 반응공간을 형성하는 챔버(11)의 내부에 기판(S)을 안치하는 기판안치대(12)가 설치되고, 기판안치대(12)의 상부에는 다수의 분사홀(13a)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배부(13)가 설치되며, 챔버(11)의 하부에는 배기구(21)가 형성된다. 챔버(11)의 상부는 알루미늄 재질의 플라즈마 전극(15)에 의해 밀폐되며, 플라즈마 전극(15)은 RF전원(19)에 연결되고, 플라즈마 전극(15)과 RF 전원(19)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(20)가 설치된다.
가스분배부(13)는 버퍼공간(16)을 사이에 두고 플라즈마 전극(15)의 연결지지대(26)에 거치되거나 고정된다. 플라즈마 전극(15)에 RF전원(19)이 인가되면 플라즈마 전극(15)의 연결 지지대(26)에 거치되는 가스분배부(13)가 하부의 기판안치대(12)와 대향하는 전극의 역할을 하게 된다. 플라즈마 전극(15)의 중앙에는 버퍼공간(16)과 연통되는 가스공급관(17)이 연결되며, 버퍼공간(16)은 가스공급관(17)을 통해 유입된 원료물질을 가스분배부(13)의 상부에서 미리 확산시킴으로써 챔버(11) 내부로 원료물질이 균일하게 분사되도록 하는 역할을 한다. 버퍼공간(16)의 내부에는 원료물질의 확산을 보조하기 위하여 가스공급관(17)의 출구 전방에 배플(18)을 설치하기도 한다.
도 1과 같은 PECVD 장치를 세정은 일반적으로 2 가지의 방법으로 실행한다. 첫번째 방법은, 챔버(11) 내부에서 세정의 시작시점과 종료시점을 육안으로 관찰하여, 세정시간을 측정한 후에, 측정된 세정시간을 공정조건으로 설정하여, 챔버(11)의 내부를 세정하는 방법이다. 그러나, 세정시간을 공정조건으로 설정하는 챔버 세정방법은, 챔버(11) 내부의 다른 변수로 인해 챔버 세정에 필요한 시간이 증가되는 경우가 발생했을 때, 챔버(11) 내부의 세정의 완료되지 않아, 박막이 완전히 제거되지 않고, 일부가 잔존하는 불완전 세정이 될 수 있다. 불완전 세정으로 인해 잔존하는 박막은, 챔버(11) 내에 반도체 또는 유리 기판을 인입하여 공정을 진행하였을 때, 챔버의 내부에서 박막이 이탈하여, 이물질을 생성하고, 이물질에 의해 제품의 불량을 발생시키는 문제가 있다.
두번째 방법은, 챔버세정의 시작 시점 및 종료시점을 정확하게 설정할 수 없고, 또한 챔버세정에 소요되는 시간이 모든 챔버세정에 있어 동일하지 않으므로, 예상하지 못한 변수를 고려하여, 챔버세정에 필요한 시간 외에, 수십 초에서 100초 정도의 여분이 시간을 더하여 세정시간을 설정하여 챔버세정 공정을 진행한다. 그런데, 여분의 시간을 더 설정하는 방법은, 세정이 완료되었음에도 챔버(11)의 내부에서, 세정이 계속 진행되어 과도식각이 발생할 수 있다. 과도식각에 의해 챔 버(11)의 구성부분, 예를 들면 챔버(11)의 내부벽 등에 손상을 주어 수명을 단축시키고, 또한 세정가스를 과도하게 소모하여 생산원가를 증가시키는 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 챔버 세정시에 세정이 완료되는 시점을 정확하게 검출하여, 챔버의 내부에 잔류하는 증착막에 의한 공정불량 및 챔버 세정에 소모되는 가스를 절감하는 챔버세정의 식각종점 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 챔버세정의 식각종점 검출방법은, 챔버에 세정가스를 공급하는 단계; 상기 챔버의 내부에 증착된 박막을 식각하는 단계; 상기 챔버에 공급되는 상기 세정가스와 상기 챔버에서 배출되는 가스의 압력이 평형을 이루거나 또는 감소하는 시점을 측정하여, 상기 박막의 식각 종말점을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 챔버세정의 식각종점 검출방법에 있어서, 상기 박막을 식각하는 단계에서 상기 챔버 내부의 압력 변화는, 상기 챔버의 내부에 공급되는 상기 세정가스에 의해 상기 챔버 내부의 압력이 급격하게 증가하는 제 1 구간; 상기 챔버의 내부로 공급되는 상기 세정가스와 상기 증착박막이 반응하여 생성되는 반응가스에 의해, 상기 제 1 구간에 비하여, 상기 챔버내부의 압력이 제 2 구간; 상기 챔버에 유입되는 가스와 상기 챔버에서 배출되는 가스가 평형을 이루거나 또는 점진적으로 감소하며, 상기 세정가스와 상기 증착박막과 반응한 반응가스가 검출되는 않는 제 3 구간;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 챔버세정의 식각종점 검출방법에 있어서, 상기 챔버의 압력측정은 상기 챔버와 상기 챔버의 내부를 배기하는 진공펌프 사이의 배관에 설치된 압력 측정기에 의해 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 챔버세정의 식각종점 검출방법에 있어서, 상기 압력 측정기는 상기 배관에 설치되는 트로틀 밸브와 상기 진공펌프 사이의 배관에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 챔버세정의 식각종점 검출방법은, 챔버의 내부에 공급되는 세정가스 및 상기 세정가스와 증착박막의 반응가스의 압력증가를 측정하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계 후에, 시간 진행에 따라 상기 세정가스와 상기 반응가스의 압력변화에 대한 기울기를 연산하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계 후에, 상기 챔버 내부의 압력이 감소하여, 상기 기울기가 변화하는 시점에서 세정공정을 종료하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 챔버세정의 식각종점 검출방법은, 챔버의 내부에 공급되는 세정가스 및 상기 세정가스와 증착박막의 반응가스의 압력증가를 측정하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계 후에, 시간 진행에 따라 다수의 단위 구간의 압력 변화량을 측정하여 연산하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계 후에, 상기 다수의 단위 구간에서 선행 단위 구간과 후행 단위 구간의 차이의 합이 0보다 작으면 세정공정을 종료하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 챔버세정의 식각종점 검출방법에 있어서, 상기 다수의 단위 구간은 각각 1 초 단위인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 챔버 내부의 식각종말점을 검출하는 방법에 있어서, 상기 다수의 단위 구간은 시간의 진행에 따라 P1 내지 P10으로 구성되고, (P10-P1) + (P9-P2) + (P8-P3) + (P7-P4) + (P6-P5)를 연산하여 합이 0보다 작으면 세정공정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 챔버세정의 식각종점 검출방법은 다음과 같은 효과가 있다.
세정이 완료되는 시점을 정확하게 검출하여, 챔버의 내부에 잔류하는 증착막에 의한 공정불량 및 챔버 세정에 소모되는 가스를 절감할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 모식도이다.
챔버(100)의 하부에 배관(foreline)(102)이 연결되고, 배관(102)에는 진공펌프(104)가 설치된다. 배관(102)은 챔버(100)에서 배출되는 가스를 진공펌프로 유동시키는 기능을 한다. 배관(102)에는 챔버(100) 내부의 압력을 제어하기 위한 트로틀 밸브(throttle value)(106)를 설치한다. 트로틀 밸브(106)를 완전히 오픈(open)하면 챔버(100)의 내부는 진공상태가 되고, 오픈정도를 조정하여 챔버(100)의 압력을 조절한다.
배관(102)에는 압력측정부(108)가 설치된다. 압력 측정부(108)은 챔버 세정이 시작되고, 챔버(100)로부터 가스 종들이 배관(102)에 유입되기 시작하면, 압력을 측정한다. 압력 측정부(108)는 바라트론 게이지(baratron gauge)를 사용하며, 측정범위는 0.01 ~ 10 torr 이다.
챔버(100) 내부에서 기판(도시하지 않음) 상에 증착공정을 수행하게 되면, 챔버 내부벽 또는 노출된 부품 상에 박막이 증착된다. 일정한 회수의 공정을 진행한 후에, 기판이 인입되지 않은 상태에서, 챔버(100)의 내부를 세정하게 된다. 증착박막이 실리콘을 포함한 실리콘막 또는 실리콘 질화막인 경우에는 불소기(F radical)를 포함한 가스를 인입하여 세정한다. 물론 실리콘을 포함하지 않은 박막이 증착된 경우에는 세정이 가능한 적당한 가스를 공급하여 세정할 수 있다.
그리고 압력 측정부(108)는 트로틀 밸브(106)와 진공펌프(104) 사이의 배관(102)에 설치한다. 압력 측정부(108)를 트로틀 밸브(106)와 챔버(100) 사이에 설치하는 경우, 압력 측정부(108)은 공정 및 세정공정에 의해 발생된 반응 부산물 또는 미반응 물질들에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 정확한 압력의 측정을 위하여, 트로틀 밸브(106)의 하부에 설치한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 챔버세정의 압력변화에 대한 그래프이다.
제 1 구간(A) 내지 제 4 구간(D)에서, 동일한 유속 및 유량으로 불소를 포함 한 가스가 챔버(100)의 내부로 유입되고, 동일한 파워로 진공펌프(104)가 동작한다.
제 1 구간(A)은 챔버세정을 위한 세정가스가 공급되고, 세정가스와 증착박막이 반응하기 전 상태이다. 불소를 포함한 가스, 예를 들면, NF3가 챔버의 내부로 유입되면, 압력 측정기(108)는 압력이 급격히 증가하는 것으로 측정한다. 다시 말하면, 챔버(100) 내부에 유입되는 세정가스로 인해 압력 측정기(108)에는 압력이 급격히 증가하는 것으로 측정된다. 따라서 챔버(100) 내부의 압력은 급격하게 증가한다. 챔버(100)의 내부에 증착된 박막은 불소기와 반응할 수 있는 실리콘 질화막 또는 실리콘막이다.
제 2 구간(B)은 챔버세정을 위한 세정가스가 계속 공급되고, 세정이 활성화되는 구간이다. 챔버(100)의 내부에서, 세정가스와 증착박막이 반응하면서 반응가스가 생성되어, 압력 측정기(108)에는 압력이 완만하게 증가하는 것으로 측정된다. 챔버내부의 증착박막과 반응하여 생성된 가스가, 배출되는 가스보다 같거나 많음으로 인해 챔버내부의 압력은 제 1 구간과 비교하여 완만하게 증가한다.
제 3 구간(C)은 챔버세정의 종료시점에 근접한 구간이며, 세정가스와 증착박막과 반응하여 생성되는 반응가스가 다량으로 발생하는 구간이며. 생성되기 시작하는 반응가스보다 생성된 반응가스가 많음으로 인해 압력 측정기(108)에서 측정되는 압력은 급격히 증가한다. 따라서 챔버내부의 압력은 제 2 구간보다 급격하게 증가한다.
제 4 구간(D)은 챔버세정이 완료되는 구간으로, 더 이상 세정가스와 증착박막과의 반응가스가 생성되지 않는다. 따라서, 챔버(100)의 내부에 공급되는 세정가스와 챔버(100)의 외부로 배출되는 가스의 압력이 압력 측정기(108)에 의해, 평형을 이루거나, 점진적으로 감소하는 것으로 측정된다. 따라서, 챔버 세정이 완료되는 시점에서 일정한 압력의 유지 또는 감소를 측정하여, 챔버세정에 있어서, 식각종말점을 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 식각종말점을 검출하기 위한 제 1 방법의 순서도이다. 도 2와 같은 본 발명의 기판 처리 시스템을 이용하여, 식각종말점의 검출하기 위한 제 1 방법은, 압력 측정기(108)를 이용하여 챔버(100) 내부에 공급되는 불소를 포함한 세정가스와, 세정가스와 증착박막이 반응하면서 생성되는 반응가스의 압력이 증가되는 시점을 측정하는 제 1 단계(S1-01)와, 챔버(100) 내부에서 세정가스와 반응가스의 압력이 증가되는 시점 이후에, 시간의 증가에 따라 세정가스와 반응가스에 의한 압력 변화량을 측정하고, 압력이 변화하는 압력 기울기를 연산하는 제 2 단계(S1-02)와, 챔버(100) 내부의 세정가스와 반응가스의 압력이 감소하여, 압력 기울기가 변화되는 지점에서 세정공정을 종료하는 제 3 단계(S1-03)로 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 식각종말점을 검출하기 위한 제 2 방법의 순서도이다. 제 2 방법은 압력 측정기(108)를 이용하여 챔버(100) 내부에 공급되는 불소를 포함한 세정가스와, 세정가스와 증착박막이 반응하면서 생성되는 반응가스의 압력이 증가되는 시점을 측정하는 제 1 단계(S2-01)와, 챔버(100) 내부에서 세정가스와 반응가스의 압력이 증가되는 시점 이후에, 다수의 단위 구간별로 선행 단위 구간과 후행 단위 구간의 측정된 압력을 통해 압력 변화량을 측정하여 연산하며, 각각의 단위 구간은 1초 단위이고, 시간의 진행에 따라 P1 ~ P10까지 10초간 압력을 측정하는 제 2 단계(S2-02)와, (P10-P1) + (P9-P2) + (P8-P3) + (P7-P4) + (P6-P5)를 연산하여 합이 0보다 작으면 세정공정을 종료하는 제 3 단계(S2-03)로 구성된다.
제 1 방법의 과정은 정확한 검출이 가능하지만, 순간적으로 압력이 감소하는 경우, 세정이 조기에 종료될 수 있다. 제 2 방법은 제 1 방법보다 정확도는 떨어질 수 있으나, 압력의 변화를 구간별로 체크하여 보다 정확하게 식각종말점을 찾아 세정공정을 종료할 수 있다. 그리고 추가적으로 공정적인 변수 등을 감안하여 일정시간 이후에도 압력의 감소가 일어나지 않을 경우, 강제적으로 세정공정이 종료되도록 인터락(interlock) 기능을 설정할 수 있다.
도 1은 종래기술의 박막증착을 위한 PECVD 장치에 대한 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 모식도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 챔버세정의 압력변화에 대한 그래프
도 4는 본 발명에 따른 식각종말점을 검출하기 위한 제 1 방법의 순서도
도 5는 본 발명에 따른 식각종말점을 검출하기 위한 제 2 방법의 순서도

Claims (8)

  1. 챔버에 세정가스를 공급하는 단계;
    상기 챔버의 내부에 증착된 박막을 식각하는 단계;
    상기 챔버에 공급되는 상기 세정가스와 상기 챔버에서 배출되는 가스의 압력이 평형을 이루거나 또는 감소하는 시점을 측정하여, 상기 박막의 식각 종말점을 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막을 식각하는 단계에서 상기 챔버 내부의 압력 변화는,
    상기 챔버의 내부에 공급되는 상기 세정가스에 의해 상기 챔버 내부의 압력이 급격하게 증가하는 제 1 구간;
    상기 챔버의 내부로 공급되는 상기 세정가스와 상기 증착박막이 반응하여 생성되는 반응가스에 의해, 상기 제 1 구간에 비하여, 상기 챔버내부의 압력이 증가하는 제 2 구간;
    상기 챔버에 유입되는 가스와 상기 챔버에서 배출되는 가스가 평형을 이루거나 또는 점진적으로 감소하며, 상기 세정가스와 상기 증착박막과 반응한 반응가스가 검출되는 않는 제 3 구간;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버의 압력측정은 상기 챔버와 상기 챔버의 내부를 배기하는 진공펌프 사이의 배관에 설치된 압력 측정기에 의해 측정하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 측정기는 상기 배관에 설치되는 트로틀 밸브와 상기 진공펌프 사이의 배관에 설치되는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  5. 챔버의 내부에 공급되는 세정가스 및 상기 세정가스와 증착박막의 반응가스의 압력증가를 측정하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 후에, 시간 진행에 따라 상기 세정가스와 상기 반응가스의 압력변화에 대한 기울기를 연산하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계 후에, 상기 챔버 내부의 압력이 감소하여, 상기 기울기가 변화하는 시점에서 세정공정을 종료하는 제 3 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  6. 챔버의 내부에 공급되는 세정가스 및 상기 세정가스와 증착박막의 반응가스의 압력증가를 측정하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 후에, 시간 진행에 따라 다수의 단위 구간의 압력 변화량을 측정하여 연산하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계 후에, 상기 다수의 단위 구간에서 선행 단위 구간과 후행 단위 구간의 차이의 합이 0보다 작으면 세정공정을 종료하는 제 3 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 단위 구간은 각각 1 초 단위인 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 단위 구간은 시간의 진행에 따라 P1 내지 P10으로 구성되고, (P10-P1) + (P9-P2) + (P8-P3) + (P7-P4) + (P6-P5)를 연산하여 합이 0보다 작으면 세정공정을 종료하는 것을 특징으로 하는 챔버세정의 식각종점 검출방법.
KR1020070094182A 2007-09-17 2007-09-17 챔버세정의 식각종점 검출방법 KR101456110B1 (ko)

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