KR20090130032A - 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법 - Google Patents
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Abstract
본 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법은 유전체 부재를 구비한 진공 용기와, 상기 유전체 부재의 외측에 설치된 평면상 전극 및 고주파 안테나와, 이들 고주파 안테나 및 평면상 전극의 각각에 고주파 전력을 공급함으로써 상기 유전체 부재를 통해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원:을 구비한 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서, 상기 진공 용기 내에 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에, 상기 고주파 전원에 의해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 상기 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 공정: 및 이 유도 결합 플라즈마에 의해 상기 유전체 부재에 부착한 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나를 포함하는 생성물을 제거하는 공정:을 포함한다.
드라이 클리닝, 고주파, 불소, 강유전체, 유도 결합
Description
본 발명은 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 플라즈마 처리 장치를 이용하여 FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)이라고 불리는 강유전체 메모리의 기억 소자, 또는 센서, 액튜에이터, 발진기, 필터 등의 압전소자를 제작하였을 때, 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하는 유전체 부재에 부착한 생성물을 효율적으로 제거하고, 또한 파티클을 대폭 감소시킴과 동시에, 처리량을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 관한 것이다.
본 출원은 특원 2007-145018호를 기초 출원으로 하고 그 내용을 포함한다.
종래로부터, FeRAM이라 불리는 강유전체 메모리가 있다.
이 강유전체 메모리는 하부 전극층, 강유전체층 및 상부 전극층으로 이루어지는 적층 구조의 기억 소자로서, 기판 상에 절연체로 이루어지는 하지층을 성막하고, 이 하지층 상에 Pt 등의 귀금속으로 이루어지는 하부 전극층, PZT(Pb(Zr, Ti)O3)으로 이루어지는 강유전체층, Pt 등의 귀금속으로 이루어지는 상부 전극층을 순차적으로 성막하여 적층막으로 하고, 이 적층막을 에칭함으로써 제작된다(예컨대, 특허 문헌 1 등 참조). 이 적층막을 에칭하는 공정으로는, 예컨대, 유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다.
그런데, 종래의 유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 적층막을 에칭할 때, 고주파 전력을 챔버(진공 용기) 내에 도입하는 유전체 부재에 적층막을 구성하는 귀금속이나 강유전체를 부착하여 고주파 전력을 실링하기 때문에, 플라즈마가 불안정해지는 문제가 있었다. 또한, 이 부착물이 박리되어 적층막의 파티클이 증가되는 문제도 있었다.
따라서, 이 부착물을 제거하기 위해 정전적으로 결합하는 전극에 고주파 전력을 인가하였을 때 발생하는 이온의 충격에 의한 부착물의 제거가 행해지고 있다(특허 문헌 2 참조).
그런데, 종래의 부착물 제거 방법에서는 부착물의 두께가 두껍거나 부착물이 견고하게 부착되어 있는 경우, 이온 충격에 시간이 걸려 제거 효율이 저하되는 문제점 및 처리량을 저하시키는 문제가 있었다.
또한 부착물을 제거한 후에 다시 적층막을 성막하면, 클리닝을 했는데도 불구하고, 파티클수를 대폭 감소시킬 수 없다는 문제도 있었다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2006-344785호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 3429391호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고주파 전력을 진공 용기 내에 도입하는 유전체 부재에 부착한 귀금속이나 강유전체를 효율적으로 제거할 수 있어 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있고, 처리량을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자들은 플라즈마 처리 장치의 유전체 부재에 부착한 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 제거하는 드라이 클리닝 방법에 대해 예의 검토를 하였다. 그 결과, 진공 용기 내에 불소를 포함하는 가스를 도입하고, 이 불소를 포함하는 가스에 고주파 전력을 도입함으로써 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 유전체 부재에 부착한 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 제거하면, 부착물을 효율적으로 제거할 수 있어 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있고, 처리량을 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법은, 유전체 부재를 구비한 진공 용기; 상기 유전체 부재의 외측에 설치된 평면상 전극 및 고주파 안테나; 및 이들 고주파 안테나 및 평면상 전극의 각각에 고주파 전력을 공급함으로써 상기 유전체 부재를 통해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원;을 구비한 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서, 상기 진공 용기 내에 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에, 상기 고주파 전원에 의해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 상기 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 공정; 및 이 유도 결합 플라즈마에 의해 상기 유전체 부재에 부착한 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나를 포함하는 생성물을 제거하는 공정;을 포함한다.
이 드라이 클리닝 방법에서는, 고주파 전원에 의해 고주파 안테나 및 평면상 전극 각각에 고주파 전력을 공급하고, 진공 용기 내에 도입된 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 생긴 불소 이온 및 래디컬이 유전체 부재에 부착한 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 스퍼터링함과 동시에 이들 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 이들 귀금속 및/또는 강유전체를 유전체 부재로부터 분산시킨다.
이에 따라, 유전체 부재로부터 부착물이 효율적으로 제거된다. 따라서 이 부착물에 기인하는 파티클수가 대폭 감소되고 처리량도 향상된다.
상기 불소를 포함하는 가스는 불화황 가스, 불화 질소 가스, 불화 탄소 가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 귀금속은 백금, 이리듐, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 산화 이리듐, 산화 루테늄, 루테늄산 스트론튬의 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 강유전체는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), BTO(Bi4Ti3O12), BLT((Bi, La)4Ti3O12), BTO(BaTiO3)의 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나가 강유전체 메모리의 기억 소자용 구성 재료여도 무방하다.
상기 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나가 액튜에이터 또는 압전소자용 구성 재료여도 무방하다.
[발명의 효과]
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 의하면, 진공 용기 내에 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에, 고주파 전원에 의해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 상기 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 유전체 부재에 부착한 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나를 포함하는 생성물을 제거한다. 따라서 유전체 부재에 부착한 귀금속이나 강유전체를 효율적으로 제거할 수 있고 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있어 처리량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법의 실시에 이용되는 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 동 플라즈마 처리 장치가 구비하는 평면상 전극 형상의 일예를 나타내는 평면도이다.
도 3은 동 평면상 전극 형상의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 클리닝후의 파티클수를 나타내는 그래프이다.
<부호의 간단한 설명>
1 진공 챔버
2 석영판
3 고주파 루프 안테나
4, 11 매칭 박스(MB)
5 고주파 전원
6 영구 자석
7 평면상 전극
8 가변 콘덴서
9 웨이퍼
10 기판 홀더
12 고주파 전원
21, 22 선형 금속 재료
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법을 실시하기 위한 일실시 형태에 대해 이하에 설명하기로 한다.
또한, 본 실시 형태는 본 발명의 취지를 더 잘 이해하기 위해 구체적인 설명을 하는 것으로, 특별한 지정이 없는 한 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법의 실시에 이용된 유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 1에 있어서, 부호 1은, 플라즈마 처리 장치의 처리실을 획정하고 있는 진공 챔버(진공 용기)를 나타낸다. 부호 2는, 진공 챔버(1)의 상부 개구에 밀폐된 상태로 설치되어 창을 구성하는 유전체 부재인 석영판을 나타낸다. 부호 3은 석영 판(2)의 외측에 설치되어 석영판(2)과 평행하게 2권회된 루프상으로 된 고주파 루프 안테나를 나타낸다. 부호 4는, 고주파 루프 안테나(3)에 접속되어 매칭 회로를 구비한 매칭 박스(MB)를 나타낸다. 부호 5는 매칭 박스(4)에 접속되는 고주파 전원을 나타낸다.
부호 6은 고주파 루프 안테나(3)의 하측에 이 고주파 루프 안테나(3)에 흐르는 전류와 직교하고, 또한 석영판(2)과 평행하게 루프상으로 배치된 복수의 판상의 영구 자석을 나타낸다. 부호 7은 석영판(2)과 영구 자석(6) 사이에 설치된 평면상 전극을 나타낸다. 부호 8은 용량을 최적값(10pF∼50OpF)으로 조정할 수 있는 가변 콘덴서를 나타낸다. 부호 9는 플라즈마 처리가 행해지는 웨이퍼을 나타낸다. 부호 10은 웨이퍼(9)를 지지하는 기판 홀더를 나타낸다. 부호 11은 기판 홀더(10)에 접속되어 매칭 회로를 구비한 매칭 박스(MB)를 나타낸다. 부호 12는 매칭 박스(11)에 접속되는 고주파 전원을 나타낸다.
평면상 전극(7)은 평면 형상을 갖는 선형 금속 재료로 구성된 것으로, 석영판(2)에 형성하는 윈도우 형상에 맞추어, 이 석영판(2)으로부터 50mm 이하의 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다.
평면상 전극(7)의 형상은, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 선형 금속 재료(21)가 중심으로부터 방사형으로 퍼지는 별 모양, 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 선단부가 분기된 선형 금속 재료(22)가 복수개, 중심으로부터 방사형으로 퍼지는 별 모양으로 되어 있다.
평면상 전극(7)의 형상은 별 모양 외에 빗살 모양 등으로도 할 수 있다.
이어서, 본 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 대해 설명하기로 한다.
FeRAM이라 불리는 강유전체 메모리의 적층막으로 이루어진 기억 소자의 성막후에는, 적층막의 에칭시에 발생하는 생성물이 석영판(2)의 내측에 부착되어 있다.
이 생성물은 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 것으로, 귀금속으로는 백금, 이리듐, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 산화 이리듐(IrO2), 산화 루테늄(RuO2), 루테늄산 스트론튬(SrRuO3)의 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.
또한 강유전체로는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), BTO(Bi4Ti3O12), BLT((Bi, La)4Ti3O12), BTO(BaTiO3)의 그룹 중 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.
따라서, 이 생성물을 제거하기 위해, 진공 챔버(1) 중 더미 웨이퍼를 도입하고, 클리닝 가스로서 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에, 고주파 전원(5)에 의해 고주파 루프 안테나(3) 및 평면상 전극(7) 각각에 고주파 전력을 공급하고, 진공 챔버(1) 내에 도입된 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시킨다.
이 불소를 포함하는 가스로는, 불화황 가스, 불화 질소 가스, 불화 탄소 가스 중 어느 하나가 바람직하다.
불화황 가스로는 일불화황(S2F2), 2불화황(SF2), 4불화황(SF4), 5불화황(S2F10), 6불화황(SF6)을 들 수 있다. 그 중에서 특히 6불화황(SF6)이 가온, 저압하에서 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 귀금속 및/또는 강유전체의 불화물을 용이하게 생성할 수 있어 바람직하다.
바람직한 불화 질소 가스로는, 일불화 질소(N2F2), 3불화 질소(NF3)를 들 수 있다. 그 중에서 특히 3불화 질소(NF3)가 가온, 저압하에서 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 귀금속 및/또는 강유전체의 불화물을 용이하게 생성할 수 있어 바람직하다.
불화 탄소 가스로는, 퍼플루오로메탄(CF4), 퍼플루오로에탄(C2F6), 퍼플루오로프로판(C3F8), 헥사플루오로부탄(C4F6), 옥타플루오로시클로부탄(C4F8), 퍼플루오러시클로펜텐(C5F8) 등을 들 수 있다. 그 중에서 특히 분자량이 작은 퍼플루오로메탄(CF4), 퍼플루오로에탄(C2F6) 등이 가온, 저압하에서 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 귀금속 및/또는 강유전체의 불화물을 용이하게 생성할 수 있어 바람직하다.
이 불소를 포함하는 가스의 유량은 20sccm 이상 100sccm 이하가 바람직하다. 또한 불소를 포함하는 가스의 압력은 0.3Pa 이상 5Pa 이하가 바람직하다.
이 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시킴으로써 불소 이온 및 래디컬이 발생한다. 이들 불소 이온 및 래디컬이 석영판(2)에 부착한 귀금속 및 /또는 강유전체를 포함하는 생성물을 스퍼터링한다. 그러면, 이들 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 귀금속 및/또는 강유전체를 구성하는 원소의 불화물이 생성된다.
이 불화물로는, 그 비점(bp) 또는 융점(mp)가 귀금속 및/또는 강유전체를 구성하는 원소보다 낮은 것이 바람직하고, 예컨대, 불화 이리듐(VI)(IrF6)(mp=44.4℃, bp=53℃), 불화 백금(II)(PtF2), 불화 백금(IV)(PtF4), 불화지르코늄(IV)(ZrF4), 불화 티탄(III)(TiF3), 불화 티탄(IV)(TiF4) 등을 들 수 있다.
이 불화물은 생성물과의 결합력이 비교적 약해 스퍼터링에 의해 생성물로부터 쉽게 박리되므로, 이 불화물을 석영판(2)으로부터 쉽게 분산시킬 수 있다.
이와 같이 석영판(2)으로부터 부착물이 효율적으로 제거된다. 따라서 부착물에 기인하는 파티클수가 대폭 감소됨으로써 처리량도 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 석영판(2)에 부착된 귀금속이나 강유전체를 효율적으로 제거할 수 있고, 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있어 처리량을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명을 적용한 일실시예를 나타내는 그래프로서, 클리닝후의 파티클수를 나타내고 있다. 상세하게는, 동 그래프는 8인치 웨이퍼를 25장 플라즈마 처리한 후, 더미 웨이퍼를 도입하여, 아르곤(Ar) 가스 또는 6불화황(SF6) 가스를 이용하여 드라이 클리닝을 하고, 그 후, 파티클 측정용 웨이퍼를 도입하여 플라즈마 처리를 실시하였을 때의 웨이퍼 상의 파티클수를 나타낸 것이다.
도 4 중 Ar은, 상기 플라즈마 처리 장치에 Ar 가스(50sccm, 0.5Pa)를 도입하고, 고주파 루프 안테나(3)의 고주파 전력을 1000W, 바이어스를 100W, 30분으로 하여 드라이 클리닝을 하였을 때의 파티클수로서, 약 4000개이다.
한편, SF6는 상기 플라즈마 처리 장치에 SF6 가스(50sccm, 0.5Pa)를 도입하고, 고주파 루프 안테나(3)의 고주파 전력을 1000W, 바이어스를 100W, 30분으로 하여 드라이 클리닝을 하였을 때의 파티클수로서 50개 이하이다.
상기 실시예에 의하면, SF6 가스를 이용한 경우는 Ar 가스를 이용한 경우에 비해 파티클수가 대폭 감소됨을 알 수 있다.
또한 드라이 클리닝 전후의 석영판(2)의 표면 상태를 관찰한 바, 드라이 클리닝 전의 석영판(2)의 표면 상태는 생성물의 부착에 의해 요철이 심했는데, 드라이 클리닝후의 석영판(2)의 표면 상태는 생성물의 부착이 거의 보이지 않아 평탄성에 뛰어났다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 의하면, 진공 챔버(1) 내에 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에 고주파 전원(5)에 의해 고주파 루프 안테나(3) 및 평면상 전극(7)의 각각에 고주파 전력을 공급하고, 진공 챔버(1) 내에 도입된 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시켜 석영판(2) 상의 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 스퍼터링함과 동시에, 이들 귀금속 및/또는 강유전체와 반응하여 귀금속 및/또는 강유전체를 구성하는 원소의 불화물을 생성한다. 그 결과, 석영판(2) 상에 부착된 귀금속이나 강유전체를 효율적으로 제거할 수 있고, 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있어 처리량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에서는, FeRAM이라고 불리는 강유전체 메모리의 적층막으로 이루어진 기억 소자를 성막하였을 때, 석영판(2)의 내측에 부착하는 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 드라이 클리닝으로 제거하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그 밖에, 액튜에이터 또는 압전소자를 구성하는 재료인 귀금속 및/또는 강유전체를 포함하는 생성물을 드라이 클리닝으로 제거하는 경우에도 본 발명은 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 의하면, 고주파 전력을 진공 용기 내에 도입하는 유전체 부재에 부착한 귀금속이나 강유전체를 효율적으로 제거할 수 있고, 파티클수를 대폭 감소시킬 수 있어 처리량을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치의 드라이클리닝 방법을 제공할 수 있다.
Claims (6)
- 유전체 부재를 구비한 진공 용기;상기 유전체 부재의 외측에 설치된 평면상 전극 및 고주파 안테나; 및이들 고주파 안테나 및 평면상 전극의 각각에 고주파 전력을 공급함으로써 상기 유전체 부재를 통해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원;을 구비한 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서,상기 진공 용기 내에 불소를 포함하는 가스를 도입함과 동시에, 상기 고주파 전원에 의해 상기 진공 용기 내에 고주파 전력을 도입하여 상기 불소를 포함하는 가스에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 공정; 및이 유도 결합 플라즈마에 의해 상기 유전체 부재에 부착한 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나를 포함하는 생성물을 제거하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 불소를 포함하는 가스가 불화황 가스, 불화 질소 가스, 불화 탄소 가스 중 어느 하나인 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 귀금속이 백금, 이리듐, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 산화 이리듐, 산화 루테늄, 루테늄산 스트론튬의 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 강유전체가 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), BTO(Bi4Ti3O12), BLT((Bi, La)4Ti3O12), BTO(BaTiO3)의 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나가 강유전체 메모리의 기억 소자용 구성 재료인 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 귀금속 및 강유전체 중 적어도 하나가 액튜에이터 또는 압전소자용 구성 재료인 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법.
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