KR20150124392A - 드라이 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 처리실 내의 금속 오염을 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 크롬(Cr)을 함유하는 부재를 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서, 산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 제 1 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후, 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 제 2 공정을 포함하는 드라이 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명은, 크롬(Cr)을 함유하는 부재를 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서, 산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 제 1 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후, 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 제 2 공정을 포함하는 드라이 클리닝 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 드라이 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
처리실 내에서 플라즈마 에칭 등을 행하는 경우, 처리실 내의 부재가 플라즈마에 노출되어 부식됨으로써, 처리실 내의 콘태미네이션(contamination)의 발생원으로 되어, 기판이 오염되는 것이 염려된다. 그래서, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리실 내의 가스를 도입하는 밸브와 가스를 배기하는 밸브의 사이에서 정기적으로 퍼지와 진공 흡인을 반복하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조). 이것에 의하면, 처리실 내의 압력을 크게 변동시킴으로써 처리실 내에 가스의 대류를 일으켜, 처리실 내에 부유 또는 부착된 더스트를 배기한다.
그러나, 처리실 내의 금속 부재로부터 발생되는 금속의 콘태미네이션은 플라즈마 처리의 성능을 저하시킨다. 특히, 반도체 제조 공정에서 트랜지스터를 형성하는 FEOL(front-end-of-line) 공정에서는, 금속의 콘태미네이션이 트랜지스터의 특성에 영향을 준다. 이 때문에, 처리실 내의 금속의 콘태미네이션은 극력 저감시키는 것이 바람직하다.
상기 과제에 대해, 일 측면에서는, 처리실 내의 금속 오염을 저감하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 형태에 따르면, 크롬(Cr)을 함유하는 부재를 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서, 산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 제 1 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후, 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 제 2 공정을 포함하는 드라이 클리닝 방법이 제공된다.
일 형태에 의하면, 처리실 내의 금속 오염을 저감할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성도.
도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 실행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 프로세스 조건을 바꾸어 실행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 고주파 전력을 바꾸어 실행한 결과의 일례를 나타낸다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 실행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 프로세스 조건을 바꾸어 실행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 일 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 고주파 전력을 바꾸어 실행한 결과의 일례를 나타낸다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 단면도이다. 여기서는 챔버(처리 용기) 내에 하부 전극(20)(탑재대)과 상부 전극(25)(샤워 헤드)을 대향 배치하고, 상부 전극(25)으로부터 처리 가스를 챔버 내에 공급하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예를 들면 스테인레스 등의 도전성 재료로 이루어지는 챔버(10) 및 챔버(10) 내에 가스를 공급하는 가스 공급원(15)을 가진다. 챔버(10)는 접지되어 있다. 가스 공급원(15)은 웨이퍼리스 드라이 클리닝(이하, 「WLDC」라고도 함(WLDC: Wafer Less Dry Cleaning)) 및 플라즈마 처리 공정에서 각각 특정의 가스를 공급한다.
챔버(10)는 전기적으로 접지되어 있고, 챔버(10) 내에는 하부 전극(20)과, 이것에 대향하여 평행하게 배치된 상부 전극(25)이 마련되어 있다. 하부 전극(20)은 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함)를 탑재하는 탑재대로서도 기능한다. 웨이퍼는 플라즈마 처리 대상인 기판의 일례이다.
탑재대(하부 전극(20))의 상면에는, 웨이퍼를 정전 흡착하기 위한 정전 척(106)이 마련되어 있다. 정전 척(106)은 절연체(106b)의 사이에 척 전극(106a)을 끼운 구조로 되어 있다. 척 전극(106a)에는 직류 전압원(112)이 접속되고, 직류 전압원(112)으로부터 척 전극(106a)으로 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 쿨롱력에 의해서 웨이퍼가 정전 척(106)에 흡착된다.
탑재대는 지지체(104)에 의해 지지되고 있다. 지지체(104)의 내부에는, 냉매 유로(104a)가 형성되어 있다. 냉매 유로(104a)에는, 냉매 입구 배관(104b) 및 냉매 출구 배관(104c)이 접속되어 있다. 냉매 유로(104a)에는, 적당 냉매로서 예를 들면 냉각수 등이 순환된다.
전열 가스 공급원(85)은 헬륨 가스(He)나 아르곤 가스(Ar) 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(130)을 통해 정전 척(106) 상의 웨이퍼 W의 이면에 공급한다. 이러한 구성에 의해, 정전 척(106)은 냉매 유로(104a)에 순환시키는 냉각수와, 웨이퍼 W의 이면에 공급하는 전열 가스에 의해서 온도 제어된다. 이 결과, 웨이퍼를 소정의 온도로 제어할 수 있다.
하부 전극(20)에는, 2주파 중첩 전력을 공급하는 전력 공급 장치(30)가 접속되어 있다. 전력 공급 장치(30)는 제 1 주파수의 제 1 고주파 전력(플라즈마 여기용 고주파 전력)을 공급하는 제 1 고주파 전원(32)과, 제 1 주파수보다 낮은 제 2 주파수의 제 2 고주파 전력(바이어스 전압 발생용 고주파 전력)을 공급하는 제 2 고주파 전원(34)을 구비한다. 제 1 고주파 전원(32)은 제 1 정합기(33)를 거쳐서 하부 전극(20)에 접속된다. 제 2 고주파 전원(34)은 제 2 정합기(35)를 거쳐서 하부 전극(20)에 접속된다. 제 1 고주파 전원(32)은, 예를 들면 40㎒의 제 1 고주파 전력을 공급한다. 제 2 고주파 전원(34)은, 예를 들면 3.2㎒의 제 2 고주파 전력을 공급한다.
제 1 및 제 2 정합기(33, 35)는 각각 제 1 및 제 2 고주파 전원(32, 34)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이며, 챔버(10) 내에 플라즈마가 생성되고 있을 때에 제 1, 제 2 고주파 전원(32, 34)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
상부 전극(25)은 그 주연부를 피복하는 쉴드 링(40)을 거쳐서 챔버(10)의 천정부에 부착되어 있다. 상부 전극(25)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 전기적으로 접지되어도 좋고, 또한 도시하지 않은 가변 직류 전원을 접속하여 상부 전극(25)에 소정의 직류(DC) 전압이 인가되도록 구성되어도 좋다.
상부 전극(25)에는, 가스 공급원(15)으로부터 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(45)가 형성되어 있다. 또한, 상부 전극(25)의 내부에는 가스 도입구(45)로부터 분기하여 도입된 가스를 확산하는 센터측의 확산실(50a) 및 에지측의 확산실(50b)이 마련되어 있다.
상부 전극(25)에는, 이 확산실(50a, 50b)로부터의 가스를 챔버(10) 내에 공급하는 다수의 가스 공급 구멍(55)이 형성되고 있다. 각 가스 공급 구멍(55)은 하부 전극(20)에 탑재된 웨이퍼 W와 상부 전극(25)의 사이에 가스를 공급할 수 있도록 배치되어 있다.
가스 공급원(15)으로부터의 가스는 가스 도입구(45)를 거쳐서 확산실(50a, 50b)에 공급되고, 여기서 확산하여 각 가스 공급 구멍(55)에 분배되고, 가스 공급 구멍(55)으로부터 하부 전극(20)을 향해 토출된다. 이상으로부터, 이러한 구성의 상부 전극(25)은 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드로서 기능한다.
챔버(10)의 바닥면에는 배기구(60)가 형성되어 있다. 배기구(60)에 접속된 배기 장치(65)에 의해서 챔버(10)의 내부가 배기되고, 이것에 의해, 챔버(10) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다. 챔버(10)의 측벽에는 게이트 밸브 G가 마련되어 있다. 게이트 밸브 G는 챔버(10)로부터 웨이퍼 W의 반입 및 반출을 행할 때에 반출입구를 개폐한다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는 CPU(Central Processing Unit)(105), ROM(Read Only Memory)(110) 및 RAM(Random Access Memory)(115)를 가지고 있다. CPU(105)는 이들의 기억 영역에 저장된 각종 레시피에 따라, 후술하는 클리닝 처리나 에칭 등의 플라즈마 처리를 실행한다. 각종 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 프로세스 가스 유량, 챔버내 온도(상부 전극 온도, 챔버의 측벽 온도, ESC 온도 등) 등이 기재되어 있다. 또, 이들의 프로그램이나 처리 조건을 나타내는 레시피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어도 좋고, 또한 CD-ROM, DVD 등의 가반성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억 영역에 기입되도록 하여도 좋다.
이상, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해 설명하였다. 이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 이하에 설명하는 본 실시 형태의 드라이 클리닝 방법이 실행되고, 챔버(10) 내가 클리닝된 후, 제품 웨이퍼가 에칭 등이 된다.
제품 웨이퍼에 실시되는 에칭 등의 플라즈마 처리에서는, 게이트 밸브 G의 개폐가 제어되고, 웨이퍼 W가 챔버(10)에 반입되어, 하부 전극(20)에 탑재된다. 다음으로, 에칭 가스 등의 처리 가스가 공급되고, 고주파 전력이 하부 전극(20)에 인가되고, 처리 가스로부터 플라즈마가 생성된다. 웨이퍼 W는 플라즈마의 작용에 의해 에칭 등이 된다. 처리 후, 게이트 밸브 G의 개폐가 제어되고, 웨이퍼 W가 챔버(10)로부터 반출된다.
[드라이 클리닝 방법]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법은 주로 제어부(100)에 의해 제어된다.
(클리닝(스탠다드): 제 1 공정)
본 실시 형태에서는, 처음에, 산소(O2) 함유 가스가 가스 공급원(15)으로부터 챔버(10) 내로 공급된다. 또한, 제 1 고주파 전력(플라즈마 여기용 고주파 전력)이 제 1 고주파 전원(32)으로부터 하부 전극(20)으로 인가된다. 산소 함유 가스는 고주파 전력의 에너지에 의해 전리 및 해리된다. 이것에 의해, 챔버(10)의 내부는 주로 O2 플라즈마의 작용에 의해 클리닝된다(스텝 S10: 제 1 공정). 예를 들면, O2 플라즈마로 정전 척 상의 유기막을 제거할 수 있다.
제 1 공정에서는, 가스 공급관의 도출구 등이나 챔버(10) 내의 부재는 플라즈마에 노출된다. 이 때, 가스 공급관 등을 형성하는 스테인레스 재료에 포함되는 크롬(Cr)이 석출되어, O2 플라즈마와 반응하여 산화크롬(CrO)이 생성된다.
또, 제 1 공정에서 공급되는 산소 함유 가스는 산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스의 일례이다. 산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스로서는, SF6 가스 및 O2 가스를 포함하는 가스를 들 수 있다.
(클리닝: 제 2 공정)
제 1 공정 후, 브롬화수소 가스(HBr)를 챔버(10) 내에 공급하여, 브롬화수소 가스에 의해 챔버(10) 내를 클리닝한다(스텝 S12: 제 2 공정). 제 2 공정에서는, 산화크롬과 브롬화수소 가스가 반응하여, 산화크롬이 환원되어, 2브롬화크롬(Br2Cr)이 생성된다.
CrO＋2HBr→H2O＋Br2Cr
생성된 2브롬화크롬의 증발 온도는 대기압 하에서 79℃이다. 이와 같이, 브롬화수소 가스에 의해 산화크롬으로부터 증발 온도가 80℃ 정도의 2브롬화크롬을 생성함으로써, 2브롬화크롬을 용이하게 기화하여, 챔버(10) 밖으로 배출할 수 있다. 특히, 본 클리닝 공정에서 챔버(10) 내의 온도는 80℃ 정도가 된다. 또한, 챔버(10) 내는 소정의 감압 하에서 유지되기 때문에, 2브롬화크롬의 증발 온도는 낮아진다. 따라서, 스텝 S10의 제 1 공정(클리닝 공정: O2 플라즈마)을 이용한 클리닝 공정 후에 스텝 S12의 제 2 공정(클리닝 공정)을 실행함으로써, 2브롬화크롬을 챔버(10) 밖으로 배출하고, 이것에 의해, 챔버(10) 내의 금속 오염을 저감할 수 있다. 또, 제 2 공정에서 공급되는 브롬화수소 가스는 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스의 일례이다. 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스로서는, 브롬화수소 가스의 단일 가스이어도 좋고, 브롬화수소 가스 및 불활성 가스를 포함하는 혼합 가스이어도 좋다. 예를 들면, 제 2 클리닝 가스로서는, 브롬화수소 가스 및 아르곤 가스(Ar)이어도 좋고, 브롬화수소 가스 및 질소 가스(N2)이어도 좋다.
또, 제 1 공정 및 제 2 공정은 모두, 웨이퍼를 탑재대에 탑재하지 않은 상태에서 행하는 클리닝(WLDC)이더라도, 웨이퍼를 탑재대에 탑재한 상태에서 행하는 클리닝이더라도 좋다.
(플라즈마 처리 공정)
제 2 공정에 의해 챔버(10) 내로부터 크롬의 콘태미네이션이 제거된 후, 제품 웨이퍼가 플라즈마 처리된다. 제품 웨이퍼는 챔버(10) 내에 반입되고, 소망하는 처리 가스가 공급되고, 제 1 고주파 전력이 하부 전극(20)에 인가된다. 처리 가스는 고주파 전력의 에너지에 의해 전리 및 해리되고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해 제품 웨이퍼에 에칭 등의 플라즈마 처리가 실시된다(스텝 S14: 플라즈마 처리 공정).
플라즈마 처리 후, 제품 웨이퍼가 챔버(10)로부터 반출되면, 제어부(100)는 미처리의 제품 웨이퍼가 존재하는지를 판정한다(스텝 S16). 제어부(100)는, 미처리의 제품 웨이퍼가 존재한다고 판정한 경우, 스텝 S10으로 되돌아가서, 재차 클리닝 공정(스텝 S10, S12)을 실행한 후, 미처리의 제품 웨이퍼의 플라즈마 처리를 실행한다(스텝 S14). 스텝 S16에 있어서, 미처리의 제품 웨이퍼가 존재하지 않는다고 판정될 때까지 스텝 S10~S14의 처리를 반복하고, 스텝 S16에서, 미처리의 제품 웨이퍼가 존재하지 않는다고 판정되었을 때 본 처리를 종료한다.
[콘태미네이션수의 저감]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법에 따른 콘태미네이션수의 저감에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법을 실시한 결과의 일례를 나타낸다.
드라이 클리닝 방법 1(스탠다드)은 챔버(10) 내의 플라즈마에 노출되는 부분이 스테인레스의 부재이며, O2 플라즈마에 의해 WLDC(제 1 공정만)를 행하는 경우이다.
드라이 클리닝 방법 2(이트리아 코팅)는 챔버(10) 내의 플라즈마에 노출되는 부분이 스테인레스에 이트리아(Y2O3)를 코팅한 부재이고, O2 플라즈마에 의해 WLDC(제 1 공정만)를 행하는 경우이다. 여기서는, 크롬이 많이 포함되는 가스 공급관의 출입구 등이 이트리아로 코팅된다.
드라이 클리닝 방법 3(이트리아 코팅)은 드라이 클리닝 방법 2와 동일한 스테인레스에 이트리아를 코팅한 부재이며, O2 플라즈마에 의해 WLDC(제 1 공정)를 행한 후, 브롬화수소 가스에 의한 WLDC(제 2 공정)를 행하는 경우이다.
드라이 클리닝 방법 1~3의 각각을 실행한 후, 다음의 웨이퍼를 챔버(10)에 반입하여 처리 가스를 공급해서 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 계측한 결과가 도 3에 나타내어져 있다. 여기서, O2 플라즈마에 의한 WLDC(제 1 공정)의 프로세스 조건은 드라이 클리닝 방법 1~3에서 이하의 동일 조건(스텝 1~3)이다.
<제 1 공정의 프로세스 조건>
· 스텝 1
압력
5mTorr(약 0.67㎩)
제 1 고주파 전력
3000W
가스종
O2
클리닝 시간
30초
· 스텝 2
압력
15mTorr(약 2.00㎩)
제 1 고주파 전력
3000W
가스종
O2 및 SF6
클리닝 시간
40초
· 스텝 3
압력
20mTorr(약 2.67㎩)
제 1 고주파 전력
3000W
가스종
O2
클리닝 시간
30초
드라이 클리닝 방법 3은 상기 프로세스 조건에 의한 제 1 공정 후, 브롬화수소 가스에 의한 WLDC(제 2 공정)를 행한다. 그 프로세스 조건은 이하이다.
<제 2 공정의 프로세스 조건>
압력
90mTorr(약 12.0㎩)
제 1 고주파 전력
0W(플라즈마 오프)
가스종
HBr
클리닝 시간
60초
상기 프로세스 조건 하에서 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법 1~3에 의한 WLDC를 실행한 후, 다음의 웨이퍼를 챔버(10)에 반입하여 처리 가스를 공급해서 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 계측한 결과는 이하와 같다.
드라이 클리닝 방법 1~3에서 「초기 상태」에 나타내는 수치는 클리닝 전의 콘태미네이션수를 나타낸다. 드라이 클리닝 방법 1~3에서 「가스 공급(플라즈마 온)」에 나타내는 수치는 클리닝 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 플라즈마의 작용에 의해 클리닝한 후의 다음 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 나타낸다.
드라이 클리닝 방법 1, 2에서의 「가스 공급(플라즈마 온)」에 나타내는 수치는 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후의 다음 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수이다. 이에 반해, 드라이 클리닝 방법 3에서의 「가스 공급(플라즈마 오프)」에 나타내는 수치는 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후에 브롬화수소 가스에 의한 클리닝을 실행한 후의 다음 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 나타낸다. 드라이 클리닝 방법 3에서의 「가스 공급(플라즈마 온)」에 나타내는 수치는 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후에 브롬화수소 가스의 플라즈마에 의한 클리닝을 실행한 후의 다음 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 나타낸다. 즉, 「가스 공급(플라즈마 오프)」에서는 브롬화수소 가스로부터 플라즈마는 생성되지 않고, 「가스 공급(플라즈마 온)」에서는 브롬화수소 가스로부터 플라즈마가 생성된다.
또한, 세로축에 있는 제 1 고주파 전력(RF)은 제 1 고주파 전력을 인가한 누적 시간(제품 웨이퍼의 프로세스 처리 중의 RF 인가 시간, 플라즈마의 방전 시간)이다. 「0」h의 경우, 고주파 전력은 인가되고 있지 않는 것을 나타낸다. 「40」h의 경우는 고주파 전력을 40시간 인가한 것을 나타낸다.
도 3의 콘태미네이션수는 「콘태미네이션수」×e10[atoms/㎠](면적 밀도)를 나타내고, 단위 면적당에 얼마만큼의 오염 원자가 웨이퍼 표면 상에 존재하고 있는지(부착되어 있는지)를 나타낸다. 예를 들면, 도 3의 콘태미네이션수가 「33.66」인 경우, 단위 면적당 33.66×e10atoms/㎠의 크롬의 오염 원자가 웨이퍼 표면 상에 존재하고 있는 것을 나타낸다.
이 결과, 드라이 클리닝 방법 1에서는, 초기 상태의 콘태미네이션수가 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우에 「0」, 고주파 전력을 40시간 인가한 경우에 「0.03」이었다. 이에 반해, 드라이 클리닝 방법 1의 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후의 콘태미네이션수는, 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우에 「33.66」, 고주파 전력을 40시간 인가한 경우에 「49.54」로 증가하였다. O2 플라즈마에 의한 클리닝에 의해, O2 플라즈마에 노출된 부재로부터 크롬이 석출되어, 크롬 원자에 의한 콘태미네이션이 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
드라이 클리닝 방법 2에서는, 초기 상태의 콘태미네이션수가 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우에 「0.04」, 고주파 전력을 40시간 인가한 경우에 「0.01」, 고주파 전력을 100시간 인가한 경우에 「0.35」이었다. 이에 반해, 드라이 클리닝 방법 2의 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후의 콘태미네이션수는 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우에 「39.16」, 40시간 인가한 경우에 「9.6」, 100시간 인가한 경우에 「5.91」로 증가하였다.
드라이 클리닝 방법 3에서는, 클리닝 후의 콘태미네이션수가 경감되어 있다. 즉, 초기 상태의 콘태미네이션수는 드라이 클리닝 방법 2에서 설명한 바와 같다. 이에 반해, 브롬화수소 가스에 의한 클리닝 후의 콘태미네이션수는 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우(플라즈마 오프의 경우)에 「2.22」, 고주파 전력을 40시간 인가한 경우(플라즈마 오프의 경우)에 「0.41」이었다. 이에 의하면, 드라이 클리닝 방법 3에서는, 드라이 클리닝 방법 1, 2와 비교하여, 클리닝 후의 콘태미네이션수가 1자리수 이상 줄어들어 있는 것을 알 수 있다. 또, 고주파 전력을 인가하고 있지 않는 경우의 콘태미네이션수 「2.22」는 직전에 챔버 내를 개방하는 등의 외부 요인으로 수치가 약간 커져 있을 가능성이 있다.
또한, 플라즈마 온의 경우의 드라이 클리닝 방법 3의 브롬화수소 가스에 의한 클리닝 후의 콘태미네이션수는 고주파 전력을 100시간 인가한 경우(플라즈마 온의 경우)에 「0.54」이었다. 이에 의하면, 드라이 클리닝 방법 1, 2와 비교하여, 클리닝 후의 콘태미네이션수가 1자리수 이상 줄어들어 있는 것을 알 수 있다. 이에 의하면, 드라이 클리닝 방법 3에서는, 제품 웨이퍼의 프로세스를 100시간 실행한 경우이더라도, 드라이 클리닝 방법 1, 2와 비교해서 클리닝 후의 콘태미네이션수를 1자리수 저하시킬 수 있다.
제품 웨이퍼의 플라즈마 처리시, 플라즈마에 노출되는 가스의 배관 등의 부재로부터 크롬이 석출된다. 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법에 의하면, 제품 웨이퍼의 플라즈마 처리 전의 클리닝 공정에서, O2 플라즈마에 의한 클리닝 공정 후에 브롬화수소 가스를 공급하는 공정을 마련한다. 이것에 의해, O2 플라즈마에 의한 클리닝시에 생성된 산화크롬을 브롬화수소 가스에 의해 환원하여, 챔버(10) 밖으로 제거할 수 있다. 이것에 의해, 챔버(10) 내의 크롬에 의한 오염을 저감할 수 있다.
[프로세스의 최적화 1]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 프로세스 조건의 최적화 1에 대해 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법에서 프로세스 조건에 대한 콘태미네이션수의 일례를 나타낸다.
도 4의 각 그래프의 가로축은 O2 플라즈마에 의한 클리닝 후에 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정에서 설정되는 조건을 나타내고, 세로축은 웨이퍼 표면 상의 크롬의 콘태미네이션수를 나타낸다. 이것에 의하면, O2 플라즈마에 의한 클리닝 후에 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정을 실행하면, 크롬의 콘태미네이션수를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 그 때, 브롬화수소 가스를 800sccm 정도 공급하면, 콘태미네이션수를 충분히 저감할 수 있다.
이에 반해, 제 2 공정에서 브롬화수소 가스 대신에 아르곤 가스(Ar), 염소 가스(Cl2), 산소 가스(O2)를 공급하여도, 콘태미네이션수는 저감되지 않는 것을 알 수 있다. 그 이유의 하나로서는, 브롬화수소 가스를 공급했을 때에 생성되는 2브롬화크롬의 증발 온도는 대기압 하에서 79℃인데 반해, 염화 크롬(CrCl3)의 증발 온도는 대기압 하에서 1300℃이다. 따라서, 염화 크롬은 용이하게 기화되지 않기 때문에, 크롬의 콘태미네이션수를 저감시킬 수 없다고 고찰된다.
또한, 크롬의 콘태미네이션수는 압력 및 클리닝 시간을 변화시켜도 거의 저감되지 않는 것을 알 수 있다. 이상으로부터, 크롬의 콘태미네이션수를 저감시키기 위해서 브롬화수소 가스를 공급하는 것이 효과적인 것이 증명되었다.
[프로세스의 최적화 2]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 프로세스의 최적화 2에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법에서 제 1 고주파 전력을 바꾸었을 때의 결과를 나타낸다. 즉, 도 5의 가로축에는, 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정에서 제 1 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성한 경우의 크롬의 콘태미네이션수와, 플라즈마를 생성하지 않는 경우의 크롬의 콘태미네이션수가 나타내어져 있다. 제 1 고주파 전력이 「0W(플라즈마 오프)」일 때 플라즈마는 생성되지 않는다. 한편, 제 1 고주파 전력이 「1500W(플라즈마 온)」 및 「2000W(플라즈마 온)」일 때 플라즈마는 생성된다. 또한, 도 5의 세로축에는, 브롬화수소 가스의 유량이 나타내어져 있다. 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정의 프로세스 조건은 이하와 같다.
<프로세스 조건>
압력
200mTorr(약 26.7㎩)
제 1 고주파 전력
0W, 1500W, 2000W
가스종
HBr
클리닝 시간
30초(제 1 고주파 전력이 1500W 또는 2000W일 때), 60초(제 1 고주파 전력이 0W일 때)
이 결과에 의하면, O2 플라즈마에 의한 클리닝 후에 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정을 실시하지 않을 때(브롬화수소 가스의 유량이 「0sccm」, 제 1 고주파 전력이 「0W」일 때), 크롬의 콘태미네이션수는 44.31×e10[atoms/㎠]이었다.
이에 반해, 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정이 행해지는 경우이더라도, 브롬화수소 가스의 유량이 「400sccm」, 제 1 고주파 전력이 「1500W」일 때, 크롬의 콘태미네이션수는 0.96×e10[atoms/㎠]이다. 브롬화수소 가스의 유량이 「600sccm」, 제 1 고주파 전력이 「1500W」일 때, 크롬의 콘태미네이션수는 0.75×e10[atoms/㎠]이다.
또한, 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정을 행할 때로서, 브롬화수소 가스의 유량이 「1100sccm」일 때에 플라즈마를 생성하지 않는 경우와 플라즈마를 생성한 경우를 비교하면, 플라즈마를 생성하는 쪽이 크롬의 콘태미네이션수는 저감되었다.
이상의 결과로부터, 브롬화수소 가스를 공급하는 제 2 공정에서는, 브롬화수소 가스를 공급하면 크롬의 콘태미네이션수는 저감하지만, 또 제 2 공정에서 브롬화수소 가스의 플라즈마를 생성하면, 크롬의 콘태미네이션수는 더 저감되기 때문에, 보다 바람직하다.
또한, 도 5에서는, 플라즈마를 생성한 경우의 클리닝 시간은 플라즈마를 생성하지 않는 경우의 클리닝 시간보다 약 절반 가까이 단축할 수 있다. 따라서, 플라즈마를 생성한 경우에는, 콘태미네이션수를 저감 가능할 뿐만 아니라, 클리닝 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.
단, 제 1 고주파 전력이 「1500W」일 때와 「2000W」일 때는 크롬의 콘태미네이션수의 저감 효율에 거의 차이는 없다. 따라서, 제 1 고주파 전력을 높게 할수록 비용이 높아지는 것을 고려하여, 챔버(10) 내에 인가하는 제 1 고주파 전력은 「1500W」인 것이 바람직하다.
이상으로부터, 산화크롬을 제거하는 공정에서 가장 바람직한 프로세스 조건의 하나는 압력이 200mT(약 26.7㎩), 제 1 고주파 전력이 1500W, 가스종(가스 유량)이 브롬화수소(1100sccm)인 것을 알 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따른 드라이 클리닝 방법에 의하면, O2 플라즈마에 의한 클리닝 후, 브롬화수소 가스를 흘림으로써, 챔버(10) 내의 불안정한 스테인레스 재료 표면의 산화크롬의 표층을 제거하여, 크롬에 의한 웨이퍼의 오염을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 디바이스의 양품률을 향상시킬 수 있다.
이상, 드라이 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 또한, 상기 실시 형태 및 변형예를 모순하지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 드라이 클리닝 방법은 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치뿐만 아니라, 그 외의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다. 그 외의 플라즈마 처리 장치로서는, 유도 결합형 플라즈마 (ICP: Inductively Coupled Plasma) 장치, 래디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) 장치 등이어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 처리되는 기판은, 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면 플랫 패널 디스플레이(Flat ㎩nel Display)용의 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용의 기판이어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 드라이 클리닝 방법은 탑재대 상에 기판이 탑재되어 있지 않은 상태로 행하여도 좋고, 탑재대 상에 기판이 탑재되어 있는 상태로 행하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 드라이 클리닝 방법은, 제품 웨이퍼를 1매 플라즈마 처리할 때마다 실행하여도 좋고, 제품 웨이퍼를 복수매 플라즈마 처리한 타이밍에 실행하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 드라이 클리닝 방법에 있어서, 챔버 내에 인가되는 에너지는 고주파 전력에 한정되지 않고, 마이크로파 전력이어도 좋다. 마이크로파의 주파수는 300㎒~300㎓, 고주파는 1㎒~300㎒이다.
1: 플라즈마 처리 장치
10: 챔버
15: 가스 공급원
20: 하부 전극
25: 상부 전극
32: 제 1 고주파 전원
100: 제어부
106: 정전 척
10: 챔버
15: 가스 공급원
20: 하부 전극
25: 상부 전극
32: 제 1 고주파 전원
100: 제어부
106: 정전 척
Claims (4)
- 크롬(Cr)을 함유하는 부재를 가지는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 탑재대와,
상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 드라이 클리닝 방법으로서,
산소를 포함하는 제 1 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 제 1 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 공정과,
상기 제 1 공정 후, 브롬을 포함하는 제 2 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 제 2 공정
을 포함하는 드라이 클리닝 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 공정에서, 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 제 2 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는
드라이 클리닝 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공정에 있어, 상기 제 1 공정에서 형성되는 산화크롬(CrO)을 환원하여 제거하는
드라이 클리닝 방법.
- 상기 청구항 1~3 중 어느 한 항에 기재된 드라이 클리닝 방법을 실행함으로써 상기 처리 용기 내를 클리닝한 후, 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해 기판을 플라즈마 처리하는
플라즈마 처리 장치.
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