KR20210153379A - 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법 - Google Patents

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석병규
이재훈
차명준
배진만
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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 기판을 처리하기 위한 처리공간이 형성된 공정 챔버와 상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하기 위해 상기 처리공간의 상부에 구비되는 샤워헤드와 상기 처리공간의 하부에 구비되며 처리될 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함하는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법이며, 플루오린을 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 클리닝하는 클리닝 단계; 및 상기 공정 챔버의 내부로 시즈닝 가스를 공급하며 RF 파워를 인가하면서 상기 챔버 내부에 시즈닝 박막을 증착하는 시즈닝 단계;를 포함하되, 상기 클리닝 단계의 공정온도는 상기 시즈닝 단계의 온도보다 낮으며, 상기 시즈닝 단계에서의 승온 구간의 램핑속도가 더 낮을수록, 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 더 높게 조절되는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법{Methods of forming seasoning thin film in apparatus for treating substrate}
본 발명은 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 박막은 스퍼터링(sputtering) 방법, 증기 증착(evaporation) 방법, CVD 방법, ALD 방법 등에 의하여 기판 상에 형성된다. 이러한 방법을 수행하기 위한 기판 처리 장치는 통상적으로, 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 각종 가스를 공급하는 가스 라인과, 공정 챔버 내부로 각종 가스를 분사하는 샤워헤드와, 반도체 기판을 안착시키기 위한 서셉터를 포함한다. 그런데 기판 처리 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안에 생성되는 반응 생성물은 박막의 표면 뿐만 아니라, 챔버 내부 표면에도 퇴적(부착)되어 버린다. 양산용 기판 처리 장치는 많은 양의 기판을 처리하기 때문에 공정 챔버 내부에 반응 생성물이 부착된 상태에서 박막 형성 공정을 계속하면, 반응 생성물이 박리되어 파티클(particle)이 발생된다. 이러한 파티클은 증착 공정의 불량을 야기하고 기판에 부착되어 반도체 소자의 수율을 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 일정 시간 또는 일정 매수의 기판 증착 공정이 종료된 후에는 챔버 내부를 클리닝 공정을 수행한다. 근래에는 플루오린(F)을 이용한 인시츄(in-situ) 클리닝 방법이 사용되고 있다. 플루오린에 의해 샤워헤드 및 히터(서셉터)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 저온의 클리닝 공정을 진행할 수 있다. 그러나, 저온 클리닝 진행 후 승온 구간에서 인가되는 급격한 파워는 히터에 손상(damage)을 유발시키며 생산성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히터 손상을 방지하고 생산성을 개선할 수 있는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 기판을 처리하기 위한 처리공간이 형성된 공정 챔버와 상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하기 위해 상기 처리공간의 상부에 구비되는 샤워헤드와 상기 처리공간의 하부에 구비되며 처리될 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함하는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법이며, 플루오린을 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 클리닝하는 클리닝 단계; 및 상기 공정 챔버의 내부로 시즈닝 가스를 공급하며 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 중 적어도 어느 하나에 RF 파워를 인가하면서 상기 챔버 내부에 시즈닝 박막을 증착하는 시즈닝 단계;를 포함하되, 상기 클리닝 단계의 공정온도는 상기 시즈닝 단계의 온도보다 낮으며, 상기 시즈닝 단계에서의 승온 구간의 램핑속도가 더 낮을수록, 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 더 높게 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서, 상기 클리닝 단계의 공정온도는 400 ~ 480℃에서 진행되고, 상기 시즈닝 단계의 승온 구간의 램핑속도는 10 ~ 15 ℃/min에서 조절될 수 있다.
이 경우, 상기 시즈닝 박막을 형성하는 증착온도는 480 ~ 520℃일 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서, 상기 시즈닝 박막은 상기 시즈닝 단계에서 승온 구간에 걸쳐 증착온도가 상승하는 동안 형성될 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서, 상기 시즈닝 박막 내 수소 함유량을 감소시킬 수 있도록 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 260 ~ 300W로 조절될 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 상기 클리닝 단계와 상기 시즈닝 단계 사이의 승온 구간에서 퍼지하는 퍼지 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 퍼지 단계의 승온 램핑 속도는 상기 시즈닝 단계의 승온 램핑 속도보다 더 빠를 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 히터 손상을 방지하고 생산성을 개선할 수 있는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 단계 승온 구간의 램핑속도가 20 ℃/min인 경우 시간에 따른 온도 프로파일과 시즈닝 박막 형성 구간을 도해한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 단계 승온 구간의 램핑속도가 20 ℃/min 보다 낮은 경우 시간에 따른 온도 프로파일과 시즈닝 박막 형성 구간을 도해한 것이다
도 4 및 도 5는 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 수소 본딩 강도를 각각 나타낸 막대그래프 및 실험분석 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 수소 본딩 강도를 각각 나타낸 막대그래프 및 실험분석 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 증착속도를 나타낸 막대그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 기판을 처리하기 위한 처리공간이 형성된 공정 챔버와 상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하기 위해 상기 처리공간의 상부에 구비되는 샤워헤드와 상기 처리공간의 하부에 구비되며 처리될 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함하는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법을 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 플루오린을 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 클리닝하는 클리닝 단계(S100); 및 상기 공정 챔버의 내부로 시즈닝 가스를 공급하며 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 중 적어도 어느 하나에 RF 파워를 인가하면서 상기 챔버 내부에 시즈닝 박막을 증착하는 시즈닝 단계(S200);를 포함한다.
상기 챔버 내부를 클리닝하는 단계(S100)는 기판 처리 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안에 공정 챔버 내부 표면에 부착된 반응 생성물을 제거하기 위하여 수행된다. 기판 처리 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안에 생성되는 반응 생성물은 박막의 표면 뿐만 아니라, 챔버 내부 표면에도 퇴적(부착)되어 버린다. 양산용 기판 처리 장치는 많은 양의 기판을 처리하기 때문에 공정 챔버 내부에 반응 생성물이 부착된 상태에서 박막 형성 공정을 계속하면, 반응 생성물이 박리되어 파티클(particle)이 발생된다. 이러한 파티클은 증착 공정의 불량을 야기하고 기판에 부착되어 반도체 소자의 수율을 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 일정 시간 또는 일정 매수의 기판 증착 공정이 종료된 후에는 챔버 내부를 클리닝해야 한다. 클리닝 단계(S100)는 플루오린(F)을 이용한 인시츄(in-situ) 세정 방법을 포함할 수 있다. 즉, 공정 챔버 내에 플루오린을 함유하는 세정가스를 주입하여 챔버 내벽, 서셉터 등을 세정할 수 있다. 상기 플루오린을 함유하는 세정가스는 NF3, C3F8, CF4, C2F6, C3F8, SiF4및 F2중 어느 하나의 세정가스를 포함할 수 있다. 그러나, 일정 시간 또는 일정 매수의 기판 증착 공정을 수행함에 따라 클리닝 공정 이후에 잔류하는 플루오린이 서셉터(척 히터)에 계속 누적되어 서셉터에 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
공정 챔버 내부를 클리닝(S100)한 이후에, 후속 단계(S300)에서 증착될 물질과 동일한 물질, 또는 후속 공정 진행 시에도 떨어지지 않는 접착성이 강한 물질 또는 파티클이 발생된다 하더라도 후속의 증착될 박막에 영향을 크게 미치치 않는 물질로 챔버 내부를 시즈닝 처리(S200)함으로써, 챔버 클리닝 이후 챔버의 분위기를 최적의 조건으로 조성하여 안정적인 반도체 장치의 생산을 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 상기 클리닝 단계(S100)의 공정온도는 상기 시즈닝 단계(S200)의 온도보다 낮으며, 상기 시즈닝 단계(S200)의 승온 구간의 램핑속도를 상대적으로 더 낮게 진행할 경우, 상기 시즈닝 단계(S200)에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 상대적으로 더 높게 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 시즈닝 단계(S200)에서 승온 구간은, 메인 증착 단계(S300)의 온도가 클리닝 단계(S100)의 온도보다 더 높기 때문에, 클리닝 단계(S100)의 온도에서 메인 증착 단계(S300)의 온도까지 온도가 상승하는 구간의 적어도 일부의 구간으로 이해될 수 있다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서, 상기 클리닝 단계의 공정온도는 상기 시즈닝 단계의 온도보다 낮으며, 상기 시즈닝 단계에서 승온 구간의 램핑속도가 더 낮을수록, 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 더 높게 조절되는 것을 특징으로 한다.예를 들어, 상술한 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 제 1 공정 조건과 제 2 공정을 상정해본다.
제 1 공정 조건은, 상기 클리닝 단계(S100)는 공정온도가 제 1 온도에서 진행하고, 상기 시즈닝 단계(S200)는 승온 구간의 램핑속도가 제 1 속도이며 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 제 1 파워에서 진행하는 조건이다. 한편, 제 2 공정 조건은, 상기 클리닝 단계(S100)는 공정온도가 상기 제 1 온도 보다 낮은 제 2 온도에서 진행하고, 상기 시즈닝 단계(S200)는 승온 구간의 램핑속도가 상기 제 1 속도 보다 낮은 제 2 속도이며 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 상기 제 1 파워 보다 높은 제 2 파워에서 진행하는 조건이다.
이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 기판 처리 장치의 설비당 시간당 생산량(UPEH; Unit Per Equipment Hour)을 증대시키며, 서셉터에 크랙이 발생하여 기판과 서셉터 간의 ESC 척킹력(chucking force)이 감소되는 것을 방지하기 위하여 시즈닝 박막 내 수소 함유량을 상대적으로 감소시키도록, 상기 제 1 공정 조건을 수행하지 않고 상기 제 2 공정 조건을 수행할 수 있다. 상기 제 1 공정 조건이 개선 전의 공정 조건이라면, 상기 제 2 공정 조건은 개선 후의 공정 조건일 수 있다.
더욱 구체적인 예를 들면, 상기 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서, 플루오린이 서셉터에 누적됨에 따라 서셉터에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 클리닝 단계(S100)의 공정온도는 480 ~ 550℃ 보다 상대적으로 낮은 400 ~ 480℃에서 진행되고, 서셉터에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 시즈닝 단계(S200)의 승온 구간의 램핑속도는 20 ℃/min 보다 상대적으로 낮은 10 ~ 15 ℃/min에서 조절될 때, 기판과 서셉터 간의 ESC 척킹력이 감소되는 것을 방지하기 위하여 상기 시즈닝 박막 내 수소 함유량을 상대적으로 감소시킬 수 있도록 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 220W 보다 높은 260 ~ 300W로 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 시즈닝 박막을 형성하는 증착온도는 480 ~ 520℃일 수 있다. 상기 시즈닝 박막은 상기 시즈닝 단계에서 승온 구간에 걸쳐 증착온도가 상승하는 동안 형성될 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 상기 시즈닝 단계(S200) 후에 상기 서셉터 상에 기판을 안착한 후 상기 기판 상에 대상 박막을 증착하는 메인 증착 단계(S300);를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 대상 박막은 TEOS막이며, 상기 시즈닝 박막은 PEOX(Plasma Enhanced Oxide)막을 포함할 수 있다. 상기 시즈닝 박막은 PEOX막과 실리콘질화막의 적층 구조체일 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법의 배경과 개선 평가 결과를 설명한다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 단계 승온 구간의 램핑속도가 20 ℃/min인 경우 시간에 따른 온도 프로파일과 시즈닝 박막 형성 구간을 도해한 것이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 단계 승온 구간의 램핑속도가 20 ℃/min 보다 낮은 경우 시간에 따른 온도 프로파일과 시즈닝 박막 형성 구간을 도해한 것이다. 도 2 및 도 3에서 PE-OX Undercoat는 PEOX막을 포함하는 시즈닝 박막을 의미한다.
도 3을 참조하면, 증착 공정 진행 후 챔버월(Chamber wall) 및 샤워헤드(Showerhead)에 증착되어진 박막 제거를 위하여 클리닝 공정을 진행한다. 클리닝 공정은 플루오린을 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 샤워헤드 및 히터에 대하여 플루오린에 의한 손상(Fluorine damage)을 줄이기 위하여 클리닝 공정은 저온 클리닝 공정을 적용할 수 있다. 그러나, 클리닝 공정을 저온에서 수행할 경우, 클리닝 공정과 메인 증착 공정 사이에 수행되는 시즈닝 공정은 급격한 램핑속도를 가지는 승온 구간을 가질 수 있다. 만약, 시즈닝 공정에서 승온 구간의 램핑속도가 완만한 경우 기판 처리 장치의 설비당 시간당 생산량(UPEH; Unit Per Equipment Hour)이 감소될 수 있다. 그러나, 저온 클리닝 공정 후 승온 구간에서 인가되는 급격한 파워(Power)는 히터(Heater)에 손상(damage)을 주게 되어 히터 크랙(Heater Crack)을 유발시킬 수 있다. 여기에서 히터에 관한 내용은 기판 처리 장치의 서셉터의 구성으로 이해되고 적용될 수 있다.
따라서, 저온 클리닝 공정 후 승온 구간에서 인가되는 급격한 파워에 의하여 히터가 손상되는 것을 감소시키기 위하여, 램핑속도를 20 ℃/min에서 10 ℃/min로 변경하였다. 이에 따라, 시즈닝 박막인 PEOX막의 증착 온도 영역대가 기존 대비 저온에서 증착되어 PEOX막질이 변화된다. 예를 들어, 저온에서 증착된 PEOX막은 높은 수소 함량을 가질 수 있으며, 변화된 PEOX 막질에 의하여 누설전류(Leakage Current)가 증가하는 문제점이 발생한다. 이는 ESC 척킹력(Chucking Force)을 감소시켜 기판 슬라이딩(Wafer Sliding)을 유발시킨다.
상술한 문제점을 극복하기 위하여 SiH4, NH3 또는 N2O 공정가스의 주입 조건, 압력 조건, 맵 프로파일 조건, Heater Ratio 조건 등을 변경할 수 있으나, 본 발명자는 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워를 조절하여 상술한 문제점을 가장 효과적으로 극복할 수 있음을 확인하였다. 즉, 기존 대비 저온에서 증착되어진 PEOX 막질은 높은 수소 함량(Hydrogen Composition)으로 인해 적절한 ESC 척킹력을 가지는 저유전 막질을 형성하기 어렵다. 때문에 누설전류가 높아 기판 슬라이딩을 유발시키지만 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워를 보상함으로써 이러한 현상을 저감 내지 방지할 수 있다. 저온에서 PEOX 막질을 증착하여도 기존과 동일한 막질을 가지며 기판 슬라이딩을 방지할 수 있는 ESC 척킹력 구현이 가능하다.
요컨대, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법은 플루오린에 의하여 상기 서셉터가 오염되는 것을 방지하기 위하여 상기 클리닝 단계의 공정온도를 상대적으로 낮게 진행하고, 상기 RF 파워의 인가에 의하여 상기 서셉터가 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 시즈닝 단계의 공정온도가 상승되는 구간의 램핑속도를 낮게 진행할 경우, 상기 시즈닝 박막 내 함유하는 수소의 함량을 낮게 제어하기 위하여 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워를 상대적으로 높게 조절하는 것을 특징으로 한다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 클리닝 단계와 상기 시즈닝 단계 사이의 승온 구간에서 퍼지하는 퍼지 단계(R_Purge);를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 퍼지 단계의 승온 램핑 속도는 상기 시즈닝 단계의 승온 램핑 속도보다 더 빠를 수 있다. 예를 들어, 상기 퍼지 단계의 승온 램핑 속도는 15 ℃/min 보다 빠를 수 있다.
본 발명의 실험예에서 시즈닝 막질은 산화막/질화막의 적층 구조체이며, 산화막의 두께는 18.5kÅ이며, 시즈닝 막질의 증착은 온도 상승 구간에서 증착되며, 시즈닝 막질을 증착하여 ESC 척킹을 사용하였다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 공정 온도에 따른 PEOX막의 수소 본딩 강도를 각각 나타낸 막대그래프 및 실험분석 그래프이다. 도 4 및 도 5의 실험예에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 220W로 고정한 상태에서 공정 온도를 스플릿하였다. 세로축의 'Si-O/Si-H Intensity' 항목은 시즈닝 박막인 PEOX막 내에서 성분 분석 결과 실리콘과 산소 간의 결합 강도와 실리콘과 수소 간의 결합 강도의 비를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 220W인 경우, 수소 분해(Hydrogen Decomposition)의 정도는 공정 온도가 480℃와 510℃인 경우와 공정 온도가 520℃와 540℃인 경우 각각 유사한 수준을 나타내지만, 공정 온도가 520℃와 540℃인 경우 수소 분해(Hydrogen Decomposition)의 정도는 480℃와 510℃인 경우 보다 더 높다는 것을 이해할 수 있다. 나아가, 공정 온도가 480℃와 510℃인 경우에서는 음의 전류(Negative Current)가 낮아 ESC 척킹력이 낮은 반면에, 공정 온도가 520℃와 540℃인 경우에서는 음의 전류(Negative Current)가 높아 ESC 척킹력이 높음을 확인하였다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 수소 본딩 강도를 각각 나타낸 막대그래프 및 실험분석 그래프이다. 도 6 및 도 7의 실험예에서 시즈닝 박막을 형성하는 공정 온도는 480℃로 고정한 상태에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워를 스플릿하였다. 도 7에서 추가적인 비교예로서 시즈닝 박막을 형성하는 공정 온도가 540℃인 경우도 추가하였다. 세로축의 'Si-O/Si-H Intensity' 항목은 시즈닝 박막인 PEOX막 내에서 성분 분석 결과 실리콘과 산소 간의 결합 강도와 실리콘과 수소 간의 결합 강도의 비를 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 공정온도 380℃, RF 파워 260W 이상에서 공정온도 440℃(=520℃)와 수소 본딩(Hydrogen Bonding) 정도가 유사함을 확인할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 함께 참조하면, RF 파워가 220W인 조건에서 온도가 520℃ 이상이면 수소 분해(Hydrogen Decomposition) 정도가 높아 ESC 척킹에 적합한 유전 막질을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 시즈닝 증착 온도 380℃에서 RF 파워가 260W 이상일 때, ESC 척킹에 적합한 유전 막질을 구현할 수 있음을 이해할 수 있다. 나아가, PEOX를 이용한 실리콘산화막 시즈닝 박막을 증착하며 ESC를 사용하고자 할 때, 증착되는 시즈닝 막질의 온도가 480 ~ 520℃ 구간에서는 RF 파워가 260W 이상을 사용하여야 함을 이해할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 증착속도를 나타낸 막대그래프이다.
도 8을 참조하면, 시즈닝 박막인 PEOX막의 두께를 18.5kÅ로 증착하기 위해서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 220W인 경우 증착시간이 220초임에 반하여, RF 파워가 300W인 경우 증착시간이 183초임을 확인할 수 있다. 즉, 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워를 300W으로 상향할 경우 증착속도(D/R; Deposition Rate)는 약 20% 증가함을 확인할 수 있으며, 이러한 결과는 기판 처리 장치의 설비당 시간당 생산량(UPEH; Unit Per Equipment Hour)이 증대될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법에서 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워에 따른 PEOX막의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
도 9에서 상단의 그래프는 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 상대적으로 낮은 경우(220W)에서 PEOX막의 누설전류를 나타낸 그래프이고, 하단의 그래프는 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 상대적으로 높은 경우(300W)에서 PEOX막의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 상대적으로 낮은 경우(220W)를 살펴보면, 시즈닝 박막의 증착 공정의 온도가 기준(Ref) 보다 상대적으로 낮은 경우 PEOX막의 누설전류가 상대적으로 높게 나타나며, 이로부터 ESC 척킹력이 부족하여 기판 슬라이딩이 발생함을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워가 상대적으로 높은 경우(300W)를 살펴보면, 시즈닝 박막의 증착 공정의 온도가 기준(Ref) 보다 상대적으로 낮은 경우 PEOX막의 누설전류가 상대적으로 높지 않게 나타나며, 이로부터 ESC 척킹력 최적화를 통해 기판 슬라이딩이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 실험예의 결과에 따르면, 히터에 가해지는 파워 데미지(Power damage)를 줄이기 위하여 변경된 램핑(Ramping)으로 인해 감소되어진 UPEH를 보상하면서 이전과 동일한 PEOX 막질을 구현할 수 있었다. 이는, 증가된 누설전류를 감소시켜 램핑 변경 후 발생하던 기판 슬라이딩을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 저온에서 증착된 PEOX 막질의 수소 함량(Hydrogen Composition)을 낮추기 위해 RF 파워를 보상하였고, RF 파워 상향시, 증착률이 증가하여 PEOX 증착 시간이 감소되어 램핑속도를 10 ℃/min으로 변경한 것으로 인한 UPEH 감소분을 보상하였다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기판을 처리하기 위한 처리공간이 형성된 공정 챔버와 상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하기 위해 상기 처리공간의 상부에 구비되는 샤워헤드와 상기 처리공간의 하부에 구비되며 처리될 기판을 안착하기 위한 서셉터를 포함하는 기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법이며,
    플루오린을 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 상기 공정 챔버 내부를 클리닝하는 클리닝 단계; 및 상기 공정 챔버의 내부로 시즈닝 가스를 공급하며 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 중 적어도 어느 하나에 RF 파워를 인가하면서 상기 챔버 내부에 시즈닝 박막을 증착하는 시즈닝 단계;를 포함하되,
    상기 클리닝 단계의 공정온도는 상기 시즈닝 단계의 온도보다 낮으며, 상기 시즈닝 단계에서의 승온 구간의 램핑속도가 더 낮을수록, 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 더 높게 조절되는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 단계의 공정온도는 400 ~ 480℃에서 진행되고, 상기 시즈닝 단계의 승온 구간의 램핑속도는 10 ~ 15 ℃/min에서 조절되는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시즈닝 박막을 형성하는 증착온도는 480 ~ 520℃인 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시즈닝 박막은 상기 시즈닝 단계에서 승온 구간에 걸쳐 증착온도가 상승하는 동안 형성되는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시즈닝 박막 내 수소 함유량을 감소시킬 수 있도록 상기 시즈닝 박막을 형성하기 위하여 인가되는 RF 파워는 260 ~ 300W로 조절되는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 단계와 상기 시즈닝 단계 사이의 승온 구간에서 퍼지하는 퍼지 단계;를 더 포함하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퍼지 단계의 승온 램핑 속도는 상기 시즈닝 단계의 승온 램핑 속도보다 더 빠른 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치의 시즈닝 박막 형성 방법.
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