KR20140001023A

KR20140001023A - 반도체 제조장비용 ａｉｎ 히터의 클리닝 장치 및 클리닝 방법

Info

Publication number: KR20140001023A
Application number: KR1020120069285A
Authority: KR
Inventors: 이도형
Original assignee: 이도형
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-06

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 진행 후 챔버 클리닝을 위해 사용하는 NF3 가스에 의해 AlN 히터에 생성되는 알루미늄 플로라이드(fluoride)를 N2 플라즈마를 이용하여 제거하도록 한 기술이다. 본 발명은 챔버내에 N2 가스를 유입한 후 온도를 올리지 않고 저온에서 N2, NH3 및 N2O, O2, Ar 중 어느 하나의 가스로 Al fluoride 제거 처리가 가능하게 하는 것으로, 펄스타입의 플라즈마소스 또는 플라즈마 밀도를 높이기 위해 ICP(Inductively Coupled Plasma) source, 대면적을 위해 CCP(Capacitively Coupled Plasma) source 또는 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마를 사용하는 플라즈마소스 및 플라즈마소스에 의해 플라즈마를 형성시킴과 동시에, 클리닝 효과 향상을 위해 챔버내에 재치된 모재에 1KeV~100KeV의 전압을 DC전압부를 통해 인가하게 된다. DC 전압부는 이온주입이 용이하도록 하는 펄스전압부일 수 있다.

Description

반도체 제조장비용 ＡＩＮ 히터의 클리닝 장치 및 클리닝 방법{AlN heater cleaning device for semiconductor manufacturing apparatus and cleaning method thereof}

본 발명은 반도체 제조장비용 AlN 히터의 클리닝 장치 및 클리닝방법에 관한 것으로써, 특히 공정 진행 후 챔버 클리닝을 위해 사용하는 NF3 가스에 의해 AlN 히터에 생성되는 알루미늄 플로라이드(fluoride)를 N2 플라즈마를 이용하여 제거하도록 한 기술이다.

최근, 반도체 장치의 저가격화, 고성능화의 요구에 따라 성막 공정에 있어서 높은 생산성과 함께 고품질화가 요구되고 있다.

위로부터 프로세스 가스를 공급하고, 웨이퍼 이면측을 가열하면서 회전시켜 에피택셜 성장을 행하는 반도체 제조 장치에 있어서, 잉여의 프로세스 가스 및 반응 부산물은 웨이퍼 단부로부터 아래쪽으로 배출된다.

그러나 반응 부산물이 반응실 내 및 펌프 등의 배기계에서 퇴적되어 더스트를 발생시키거나 배기계의 막힘을 일으키는 등에 의해 수율이 저하되는 등의 문제를 야기한다.

따라서 반응실 내의 퇴적물을 정기적으로 클리닝 가스를 이용하여 제거할 필요가 있으나 장치를 정지시킨 상태에서 클리닝을 행함으로써 생산성이 크게 저하된다. 특히 SiC막의 성막 공정에 있어서, 클리닝 가스로서 ClF3 가스 등의 반응성이 높은 가스를 이용할 필요가 있고, 이것과 폭발적으로 반응하는 H2 가스를 완전히 배출하는 등 안전에 대한 배려가 필요하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술로 특허공개 10-2011-0139097호(2011. 12. 28 공개)가 있다.

또한 챔버 클리닝을 위해 NF3 가스를 사용함에 따라 AlN 히터에 알루미늄 플로라이드(fluoride)가 생성되는 문제를 해결하기 위한 기술이 필요하다.

이에 대해 좀 더 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 제조장치는, 반응챔버(10)내에 웨이퍼가 놓이도록 구성되는 AlN 히터(20)와, 공정가스를 반응챔버(10)에 공급하는 샤워헤드(40)가 구성된다.

반도체 제조를 위해 웨이퍼(30)가 AlN 히터(20) 상에 재치되면, 배관(50)을 통해 반응가스가 유입되어 샤워헤드(40)를 통해 웨이퍼(30)에 공급된다. 이와 동시에 AlN 히터(20)로부터 웨이퍼(30)에 대해 일정온도의 가열에너지가 공급되면서 반도체가 제조되는 공정을 거치도록 되어 있다.

이와 같이 반도체용 박막 증착을 위해서는 대부분 진공챔버를 사용하는바, 박막 증착을 진행하면 진공챔버 내에 반응 부산물들이 쌓이게 되고 이에 따라 파티클이 발생하므로 박막 증착 진행 후 주기적으로 챔버를 클리닝해야 한다.

챔버 클리닝은 플로라인(fluorine) 계열의 NF3 가스를 RPG를 사용하여 래디컬(radical) 형태로 챔버내에 유입시키는 방식으로 행하고 있다.

그러나 챔버 클리닝을 위해 공급되는 fluorine 래디컬들이 챔버내에 잔류하는 반응 부산물들만 제거하는 것이 아니라, 일정온도(예를 들어, 460℃) 이상에서는 히터 재질인 AlN과 반응하여 Al fluoride가 히터(20)의 상부에 석출하게 된다. 이러한 예가 도 2에 도시되어 있다.

이와 같이 히터(20)의 상부에 석출된 AlF를 그대로 둔 상태에서 박막 증착 공정을 진행하면 AlF가 웨이퍼(30)로 유입되어 파티클이 되면서 반도체 디바이스 품질 저하의 주요한 원인 중의 하나로 지목되고 있다. 뿐만 아니라, 이로 인해 AlN 히터의 유전 특성이 변하면서 박막 두께 변화 등의 문제로 심각성이 더해지고 있다.

최근 이러한 문제들을 개선하기 위해 wet 세정 방식 등의 여러 가지 기술들이 시도되고 있으나 여전히 이 문제를 해결하지 못하고 있어, 2 개월 사용 후 신제품으로 교환해야 하는 등 제조 원가 상승 및 PM 주기 저하에 의한 가동율 저하 등의 심각한 문제를 초래하고 있을 뿐만 아니라, AlN 히터 제품은 전량 수입에 의존하는 고가의 제품으로 외화 낭비를 초래하고 있는 부수적인 문제도 안고 있다.

따라서 챔버 클리닝을 진행하면서 발생되는 AlN 히터의 Al fluoride를 제거하는 기술 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 종래 반도체장비의 반도체 제조공정용 챔버 클리닝시 NF3 가스를 사용함으로써 AlN 히터에 AlF를 야기함에 따라 발생되는 문제를 개선하기 위해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 AlN 히터에 생성되는 Al fluoride를 제거하기 위해서 오염된 AlN 히터를 반응챔버 내에 위치시키고 N2 가스를 유입하여 플라즈마를 형성시킨 후, 플라즈마에 의해 여기된 N 이온들을 오염된 AlN 히터의 Al fluoride 쪽으로 스퍼터링되게 함으로써 Al fluoride를 제거하도록 한 반도체 제조장비의 AlN 히터 클리닝 장치 및 클리닝 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비의 AlN 히터의 클리닝장치는, 챔버내에 N2 가스를 유입한 후 온도를 올리지 않고 저온에서 N2, NH3및 N2O, O2, Ar 중 어느 하나의 가스로 Al fluoride 제거 처리가 가능하게 하는 것으로, 펄스타입의 플라즈마소스 또는 플라즈마 밀도를 높이기 위해 ICP(Inductively Coupled Plasma) source, 대면적을 위해 CCP(Capacitively Coupled Plasma) source 또는 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마를 사용하는 플라즈마소스 및 플라즈마소스에 의해 플라즈마를 형성시킴과 동시에, 클리닝 효과 향상을 위해 챔버내에 재치된 모재에 1KeV~100KeV의 전압을 DC전압부를 통해 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 DC 전압부는 이온주입이 용이하도록 하는 펄스전압부로 대체될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비의 AlN 히터 클리닝방법은,플라즈마에 의해 여기된 N⁺ 이온들이 모재 즉, AlN히터쪽으로 끌려오면서 AlN 히터의 상부에 석출된 Al fluoride를 잘게 깨어 부순 후 N⁺이온들이 모재의 AlF와 반응하여 AlN, NF 형태의 휘발성 물질로 제거되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 제조장비의 AlN 히터에 석출되는 Al fluoride를 제거하는 장치 및 방법에 따르면, 플라즈마에 의해 발생된 N 이온이 모재에 충돌하게 하여 AlN 히터의 상부에 존재하는 Al fluoride를 제거함으로써 파티클 제거가 가능함과 동시에, 증착되는 박막 두께를 일정하게 유지할 수 있으므로 반도체 디바이스 품질 특성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 신품 AlN 히터로 교체하면서 발생되는 비용절감 및 제조 가동율을 향상시킬 수 있으므로 그로 인해 발생되는 외화의 낭비를 획기적으로 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, AlN 히터의 모재와 동일한 N2 가스를 사용함으로써 추가적으로 발생될 수 있는 AlN 히터의 특성 변화를 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 반도체 제조장비의 진공챔버를 포함한 구성도.
도 2는 AlN 히터의 Al fluoride 석출 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 AlN 히터의 클리닝 장치 구성도.
도4는 AlN 히터 위에 생성된 Al fluoride의 제거 개념도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 AlN 히터의 클리닝 장치 구성도이고, 도 4는 AlN 히터 위에 생성된 AlF 제거 개념도이다.

본 발명의 AlN 히터의 클리닝 기술은 기존의 wet 세정 방법과는 달리, Al fluoride로 오염된 AlN 히터를 챔버 내에 재치시키고 플라즈마를 공급하여 N2 가스를 이온화한 후, 하부에 바이어스 전압을 걸어주어 N⁺ 이온들이 AlN 히터가 있는 모재 내로 충돌하게 됨으로써, 모재 내에서 Al fluoride가 원자 형태로 잘게 부서지고 이렇게 잘게 부서진 Al, F가 N과 반응하여 휘발성 AlN, NF 형태로 변형됨으로써 AlN 히터로부터 제거되도록 하는 기술이다.

도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 반응챔버(10) 내에 AlN 히터(20)가 재치된 상태에서 박막이 증착되고, 클리닝을 위해 NF3 가스가 래디컬 형태로 가스라인(50)과 샤워헤드(40)를 통해 반응챔버(10)내로 유입되면 여기된 fluorine 래디컬들이 반응챔버(10) 뿐만 아니라 AlN 히터(20)에 직접 접촉하게 된다.

상기 여기된 fluorine 래디컬들은 도 2에 도시된 바와 같이 AlN 히터(20)의 AlN 화합물과 F+이 반응하여 Al fluoride로 석출하게 된다.

따라서 상기 Al fluoride를 제거하기 위해 창안된 본 발명의 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 반응챔버(10)내의 서셉터(60)상에 모재지지대(100)가 형성되고, 그 위에 AlN 히터(70)가 재치된 상태에서, 온도를 올리지 않고 저온에서 N2 가스를 유입하여 플라즈마를 형성하도록 반응챔버(10)의 상부에 구성된 펄스타입의 플라즈마소스(80)와, 상기 서셉터(60)에 대해 1KeV~100KeV 바이어스 전압인 DC전압을 인가하도록 반응챔버(10)의 하부에 구성된 전압인가부(90)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 AlN히터의 Al fluoride 제거 동작을 설명하면 다음과 같다.

플라즈마소스(80)가 동작되면 N2가스가 반응챔버(10)내로 유입되고, 전압인가부(90)로부터 서셉터(6)에 대해 DC전압이 인가되면 상기 플라즈마에 의해 여기된 N⁺ 이온들이 AlN 히터(70)쪽으로 끌려오면서 AlN 히터(70)에 석출된 AlF와 충돌하게 된다.

따라서 AlF 석출물이 깨어지고 잘게 부수어질 뿐만 아니라, N+ 이온들과 반응하여 휘발성 AlN 및 NF 형태로 빠져 나감으로써 AlN 히터(70)의 클리닝이 이루어지게 된다.

한편, 본 발명에서는 플라즈마 밀도를 높이기 위해 펄스 RF외에 ICP source를 사용하거나 대면적을 위해 CCP source를 사용하거나 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마를 사용할 수도 있다.

또한 이온 충돌 효과 향상을 위해 DC 전압 대신 펄스전압을 걸어주어도 된다.

또한 클리닝 가스는 N2 또는 효율 향상을 위해 NH3를 사용하며 그 외에 부산물 제거를 위해 N2O, O2, Ar 가스를 사용할 수도 있다.

10 : 챔버 60 : 서셉터
70 : AlN히터 80 : 플라즈마소스
90 : 전압인가부 100 : 모재를 지지하기 위한 지지대

Claims

반응챔버(10)와 서셉터(60)를 포함하여 구성되는 반도체 제조장비에 있어서,
AlN 히터(70)의 클리닝을 위하여 N2 가스를 유입하여 플라즈마를 형성하도록 상기 반응챔버(10)의 상부에 구성된 펄스타입의 플라즈마소스(80); 및
상기 서셉터(60)에 대해 1KeV~100KeV 바이어스 전압인 DC전압을 인가하도록 상기 반응챔버(10)의 하부에 구성된 전압인가부(90)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 AlN 히터의 클리닝 장치.
제1항에 있어서, 상기 클리닝가스는 NH3, N2O, O2, Ar 가스 중 어느 하나의 가스 또는 복합적인 가스이고, 상기 플라즈마 소스는 플라즈마 밀도 향상을 위해 펄스 타입 또는 ICP source, 대면적을 위해 CCP source 또는 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마 중 어느 하나의 소스인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 AlN 히터의 클리닝 장치.
제1항에 있어서, 상기 전압인가부(90)는 펄스전압부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 AlN 히터의 클리닝 장치.
챔버 내에 Al fluoride로 오염된 AlN 히터를 재치시키고,
플라즈마를 공급하여 N2 가스를 이온화하고,
하부에 바이어스 전압을 걸어주어 N⁺이온들이 AlN 히터가 있는 모재 내로 충돌하게 하고,
모재 내에서 Al fluoride의 Al 및 F가 N과 반응하여 휘발성 AlN 및 NF 형태로 변형되면서 AlN 히터로부터 제거되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 AlN 히터의 클리닝 방법.