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特開2022-45355基板処理装置及び基板処理装置の運用方法
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  • 特開-基板処理装置及び基板処理装置の運用方法 図1
  • 特開-基板処理装置及び基板処理装置の運用方法 図2
  • 特開-基板処理装置及び基板処理装置の運用方法 図3
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022045355
(43)【公開日】2022-03-18
(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理装置の運用方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/31 20060101AFI20220311BHJP
   C23C 16/44 20060101ALI20220311BHJP
【FI】
H01L21/31 C
C23C16/44 J
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021145793
(22)【出願日】2021-09-07
(31)【優先権主張番号】10-2020-0114927
(32)【優先日】2020-09-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】509123895
【氏名又は名称】ユ-ジーン テクノロジー カンパニー.リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002398
【氏名又は名称】特許業務法人小倉特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヤン,スン グク
(72)【発明者】
【氏名】チョン,ボン ジュ
(72)【発明者】
【氏名】カン,キュ ワン
【テーマコード(参考)】
4K030
5F045
【Fターム(参考)】
4K030DA06
4K030FA04
4K030JA10
4K030JA11
4K030KA41
5F045AA08
5F045AB32
5F045AC00
5F045AC12
5F045AC14
5F045AC16
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EB02
5F045EB06
5F045EE04
5F045EH02
5F045EH18
5F045EH20
5F045EK25
5F045HA16
(57)【要約】
【課題】チャンバの内壁に蒸着されたフッ素/シリコン含有物質を除去することができる基板処理装置及び基板処理装置の運用方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施例によると,内部に置かれた基板の酸化膜除去工程により,内壁にフッ素/シリコン含有物質が蒸着されたチャンバと,前記チャンバの外側に設置されてRFパワーが供給されているアンテナを含む基板処理装置を運用する方法であって,前記チャンバの内壁を75℃以上になるように前記チャンバの内部に不活性ガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記フッ素/シリコン含有物質を熱分解する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に置かれた基板の酸化膜除去工程により,内壁にフッ素/シリコン含有物質が蒸着されたチャンバと,前記チャンバの外側に設置されてRFパワーが供給されているアンテナを含む基板処理装置を運用する方法であって,
前記チャンバの内壁を75℃以上になるように前記チャンバの内部に不活性ガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記フッ素/シリコン含有物質を熱分解すると,基板処理装置の運用方法。
【請求項2】
前記不活性ガスは,アルゴンである請求項1記載の基板処理装置の運用方法。
【請求項3】
前記アンテナにRF電力を供給するための段階は,
RF電力を供給する供給時間とRF電力の供給が中断される中断時間が定期的に繰り返される請求項1記載の基板処理装置の運用方法。
【請求項4】
前記供給時間は前記の停止時間よりも長い請求項1記載の基板処理装置の運用方法。
【請求項5】
前記方法は,前記不活性ガスの供給と前記アンテナのRFパワーの供給前に,
前記チャンバの内部に設置された基板支持台に基板が置かれた状態では,前記チャンバの内部にソースガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記ソースガスから反応性ガスを生成し,前記反応性ガスを前記基板の表面に提供して前記基板の表面に形成された酸化膜と反応させる段階;と
前記基板を前記チャンバの外部に引き出してアニーリングチャンバに移送し,前記アニーリングチャンバ内で前記基板を80℃以上に加熱するステップを含む請求項1記載の基板処理装置の運用方法。
【請求項6】
内部空間を有するチャンバ;
前記内部空間に設置されて上部に基板が置かれる基板支持台;
前記チャンバの外側に設置されてRFパワーが供給されるアンテナ;と
前記チャンバの内部に不活性ガスとソースガスを供給可能なガス供給ユニット,と
前記ガス供給ユニットと前記アンテナに電気的に接続されて前記アンテナにRFパワーを供給可能なコントローラを含み,
前記コントローラは,
前記チャンバの内壁を75℃以上になるように前記チャンバの内部に不活性ガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記フッ素/シリコン含有物質を熱分解する洗浄モードで動作可能な,基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は,基板処理装置及び基板処理装置の運用方法に関するもので,より詳細には,チャンバの内壁に蒸着されたフッ素/シリコン含有物質を除去することができる基板処理装置及び基板処理装置の運用方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体,ディスプレイ,太陽電池,及び他の電子製品の製造では,基板表面が酸素と大気中の水にさらされると,自然酸化物が一般的に形成される。酸素露出は,基板が大気や周辺条件により処理チャンバ間で移動されるとき,又は少量の酸素が処理チャンバ内に残っている場合に発生する。自然酸化物は,エッチングプロセス中に汚染から生じることができる。自然酸化膜は,5-20Åであり,一般的に非常に薄いが,後続の製造プロセスでの困難を発生させるのに十分厚い。したがって,自然酸化物は,通常,望ましくなく,後続の製造プロセスの前に除去される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は,基板表面に形成された酸化物を除去する過程でチャンバの内壁に蒸着されたフッ素/シリコン含有物質を除去することができる基板処理装置及び基板処理装置の運用方法を提供することにある。
【0004】
本発明の他の目的は,以下の詳細な説明と添付した図面からより明確になるだろう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施例によると,内部に置かれた基板の酸化膜除去工程により,内壁にフッ素/シリコン含有物質が蒸着されたチャンバと,前記チャンバの外側に設置されてRFパワーが供給されているアンテナを含む基板処理装置を運用する方法であって,前記チャンバの内壁を75℃以上になるように前記チャンバの内部に不活性ガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記フッ素/シリコン含有物質を熱分解する。
【0006】
前記不活性ガスは,アルゴンであることができる。
【0007】
前記アンテナにRF電力を供給するための段階は,RF電力を供給する供給時間とRF電力の供給が中断される中断時間が定期的に繰り返されることができる。
【0008】
前記供給時間は前記の停止時間よりも長いことができる。
【0009】
前記の方法は,前記不活性ガスの供給と前記アンテナのRFパワーの供給前に,前記チャンバの内部に設置された基板支持台に基板が置かれた状態では,前記チャンバの内部にソースガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記ソースガスから反応性ガスを生成し,前記反応性ガスを前記基板の表面に提供して前記基板の表面に形成された酸化膜と反応させる段階;前記基板を前記チャンバの外部に引き出してアニーリングチャンバに移送し,前記アニーリングチャンバ内で前記基板を80℃以上に加熱する段階を含むことができる。
【0010】
内部空間を有するチャンバ; 前記内部空間に設置されて上部に基板が置かれる基板支持台; 前記チャンバの外側に設置されてRFパワーが供給されるアンテナ; 前記チャンバの内部に不活性ガスとソースガスを供給可能なガス供給ユニットと,前記ガス供給ユニットと前記アンテナに電気的に接続されて前記アンテナにRFパワーを供給可能なコントローラを含み,前記コントローラは,前記チャンバの内壁を75℃以上になるように前記チャンバの内部に不活性ガスを供給して前記アンテナRF電力を供給して前記フッ素/シリコン含有物質を熱分解する洗浄モードで動作可能である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一実施例によると,チャンバの外側に設置されたアンテナを介して不活性ガスからプラズマを生成することにより,チャンバ内壁の温度を高めることができ,チャンバ内壁に蒸着されたフッ素/シリコン含有物質を除去することができる。
【0012】
特に,アンテナは酸化物を除去する過程で,ソースガスから反応性ガスを生成するために提供されており,追加の加熱装置なしでアンテナを介してチャンバ内壁の温度を高めることができるので,チャンバ内壁に蒸着されたフッ素/シリコン含有物質をチャンバ内から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。
図2】ソースガスと不活性ガスの供給時期とRF電力の供給時期を示す図である。
図3】RF電力を供給することにより,チャンバ内壁の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下,本発明の好ましい実施例を添付した図1乃至図3を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形に変形されてもよく,本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本実施例は,該当発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって,図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張される可能性がある。
【0015】
まず,基板表面の酸素化(oxygenation)は,例えば基板が移送される際に大気に露出される場合に発生する。よって,基板Sの上に形成された自然酸化膜(native oxide)(又は表面酸化物)を除去する洗浄工程が必要である。
【0016】
洗浄工程とは,ラジカル状態の水素(H)とNF3ガスを使用する乾式エッチング工程である。例えば,基板の表面に形成されたシリコーン酸化膜をエッチングする場合,チャンバ内に基板を配置してチャンバ内に真空雰囲気を形成した後,チャンバ内でシリコーン酸化膜と反応する中間生成物を発生させる。
【0017】
例えば,チャンバ内に水素ガスのラジカル(H)とフッ化物ガス(例えば,フッ化窒素(NF3))のような反応性ガスを供給すると,下記反応式1のように反応性ガスが還元されてNHxy(x,yは任意の整数)のような中間生成物が生成される。
【数1】
【0018】
中間生成物はシリコーン酸化膜(SiO2)と反応性が高いため,中間生成物がシリコン基板の表面に到達するとシリコーン酸化膜と選択的に反応して下記反応式2のように反応生成物((NH42SiF6)が生成される。
【数2】
【0019】
次に,シリコン基板を100℃以上に加熱すると下記反応式3のように反応生成物が熱分解されて熱分解ガスになって蒸発されるため,結果的に基板の表面からシリコーン酸化膜が除去される。下記反応式3のように,熱分解ガスはHFガスやSiF4ガスのようにフッ素を含有するガスが含まれる。
【数3】
【0020】
前記のように,洗浄工程は反応生成物を生成する反応工程及び反応生成物を熱分解するアニーリング(加熱)工程を含み,反応工程は反応チャンバ内で行われて以来,基板がアニーリングチャンバに移送された後,前記アニーリング(加熱)工程が行われることができる。
【0021】
図1は,本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。基板処理装置は,反応チャンバを含み,反応チャンバは,下部チャンバ10と上部チャンバ20を備える。前述の中間生成物と反応生成物は,反応チャンバ内で生成され,後に別のアニーリングチャンバ内に移送され,アニール工程が行われる。
【0022】
上部チャンバ20は,下部チャンバ10の上部に設置され,下部チャンバ10は,内部に形成された反応空間Aを持って,上部チャンバ20は,内部に形成された生成空間Bを有する。反応空間Aは下部チャンバ10の上部と上部チャンバ20の下部にそれぞれ形成された開口を介して生成空間Bと連通している。
【0023】
基板支持台12は,下部チャンバ10の内部に設置され,基板は下部チャンバ10の側壁に設置された通路を介して基板支持台12の上部に配置することができる。バッフル14は,リング状であり,基板支持台12の周囲に沿って設置される。バッフル14は,バッフル支持を介して支持されて基板支持台12の上部面より低く位置し,反応空間A内の反応副産物などは,バッフル穴14aを介して排気ポート16に移動する。真空ポンプ18は,排気ポート16に接続されて反応副産物などを反応チャンバの外部に強制的に排出する。
【0024】
拡散板22は,反応空間Aと生成空間Bの間に設置され,生成空間B内で生成された物質(例えば,中間生成物など)は,拡散板22に形成された拡散ホール22aを通過して反応空間Aに移動することができている。
【0025】
噴射板24は,生成空間Bの上部に設置されて上部チャンバ20の天井面から離隔され,ソースガスと不活性ガスは,供給ホール20aを通過して離間された空間に供給される。噴射板24は,複数の噴射ホール24aを有し,ソースガスと不活性ガスは,噴射ホール24aを通過して噴射板24の下部に移動することができる。
【0026】
複数のガス供給源32,34,36は,それぞれの流量制御32a,34a,36aを通過して供給ホール20aに移動し,流量制御32a,34a,36aは,供給されるガスの流量を調整し,あるいは,遮断することができる。ガス供給源32,34,36は,水素供給源32とフッ化窒素源34,アルゴンガス供給源36を含むことができる。
【0027】
アンテナ40は,シリンダ形状であり,上部チャンバ20の周囲に上下方向に沿って設置される。アンテナ40は,コントローラ50を介してRFパワー供給源に電気的に接続され,コントローラ50は,アンテナ40に供給されるRFパワーを調節することができる。また,コントローラ50は,流量制御32a,34a,36aに電気的に接続されて供給ホール20aに移動するガスの流量を調節することができる。
【0028】
図2は,ソースガスと不活性ガスの供給時期とRFパワーの供給時期を示す図である。以下,図1及び図2を参照して,基板処理装置の運用方法を説明する。
【0029】
基板は下部チャンバ10の内部に移動して,基板支持台12の上部に配置され,基板は,基板支持台12の上面と並んで配置される。
【0030】
以後,コントローラ50を介して,水素供給源32(例えば,アンモニア(NH3),H2Oなど)とフッ化窒素源34からソースガス,すなわち水素とフッ化窒素を生成空間Bに供給する(図2の'X'区間)。このとき,不活性ガスであるアルゴンがアルゴンガス供給源36から生成空間Bに供給され,水素と三フッ化窒素に添加することができ,アルゴンは他の不活性ガスで置換することができる。
【0031】
また,コントローラ50を介して,アンテナ40にRFパワーを供給することができ,(図2の「X」区間),RF電力は約500Wであることができる。このような過程を経て,ソースガスは生成空間B内で解離されて,中間生成物である反応性ガス(例えば,フッ化アンモニウム(NH4F)又はフッ化水素アンモニウム(NH4F(HF)))を形成し,シリコン酸化物を含む基板表面と反応するように拡散ホール22aを通過して反応空間Aに移動する。
【0032】
以後,中間生成物である反応性ガス(例えば,フッ化アンモニウム(NH4F)は反応空間A内で基板表面のシリコン酸化物と反応して反応生成物であるアンモニウムヘキサフルオロシリケート(ammonium hexafluorosilicate)((NH4)2SiF6),アンモニア,水などを形成し,アンモニアと水は真空ポンプ(18)によって反応チャンバから除去することができる。
【0033】
以後,基板は反応チャンバからアニーリングチャンバ(annealing chamber)へ移送され,アニーリングチャンバ内で基板が80℃以上に加熱されると,アンモニウムヘキサフルオロシリケートは,揮発性成分,例えば,アンモニア,フッ化水素などに分解され,昇華することができる。アニーリングチャンバはパージ処理されて,真空処理される。
【0034】
一方,前述したように,中間生成物である反応性ガスは,反応空間A内で基板表面のシリコン酸化物と反応して反応生成物であるアンモニウムヘキサフルオロシリケート((NH4)2SiF6)を生成し,この過程で反応生成物は,基板表面だけでなく,反応チャンバの内壁にも生成される。特に,このような反応生成物は,脱落し,浮遊して,今後の反応工程での汚染物質として作用するので,これを除去するチャンバ洗浄過程が周期的(約20,000回を基準とする)に要求される。
【0035】
従来のチャンバ洗浄方式は,フッ素(F)を含む洗浄ガスをチャンバの内部に供給したが,上記の反応生成物は,フッ素/シリコン含有物質であるため,上記のような洗浄ガスを使用して削除されない。
【0036】
図3は,RFパワーを供給することにより,チャンバ内壁の温度変化を示すグラフである。コントローラ50は,先に説明した反応モード(図2の「X」区間)が終了して,基板が反応チャンバから除去された後,洗浄モード(図2の「T1,T2,.. '区間)として機能することができ,以下,図3を参照して,洗浄モードを説明する。
【0037】
まず,コントローラ50を介して,ソースガスの流量制御32a,34aを閉鎖して,ソースガスの供給を遮断し,アルゴンガスの流量制御36aを開放してアルゴンガスを生成空間Bに供給する(図2の「T1」区間)。アルゴンガスの供給量は,1,500ないし2,500sccmとすることができ,好ましくは2,000sccmとすることができる。
【0038】
また,コントローラ50を介して,アンテナ40にRFパワーを供給することができ,(図2の「T1」区間),RFパワーは約2,000Wであることができる(反応チャンバ内の圧力=1Torr)。RFパワーは150秒ほど供給することができ,後にRFパワーは100秒ほど遮断することができる。
【0039】
図3に示すように,このような過程を経てアルゴンガスが生成空間B内でプラズマを生成し,これにより,生成空間Bの温度は増加する。つまり,アルゴンガスを使用してプラズマを生成する方法で生成空間Bを加熱することができ,特に,アンテナ40が配置され部分から生成空間Bの温度上昇は大きく表示される。このとき,RFパワーを供給する時間後,RFパワーを遮断する停止時間が必要であり,ダウンタイムは,プラズマ生成のために生成空間Bの温度が上昇するのに必要な反応時間の性格を持つ。
【0040】
図2及び図3に示すように,洗浄モードでは,生成空間Bの温度(Temp#1/Temp#2)が所望の温度に達するまで数回繰り返され(図2の「T1,T2,.. '区間),1回にかかる時間は約250秒である。コントローラ50は,生成空間Bの温度(Temp#1/Temp#2)が所望の温度に達すると,RFパワーを最終的に遮断し,生成空間Bの温度(Temp#1/Temp#2)は,上部チャンバ20の内壁に設置された温度感知装置(図示なし)などを介して測定することができる。
【0041】
このような過程を経て,生成空間Bの温度(Temp#1/Temp#2)は,徐々に増加して150度以上に達することができる(10回繰り返した場合201度まで上昇),生成空間Bの内壁に形成された反応生成物は,揮発性成分に分解され,また,昇華された後,排気ポート(16)を介して反応室の外部に強制的に排出されることができる。
【0042】
上述したところによると,アルゴンガスを使用してプラズマを生成する方法で生成空間Bを加熱することができ,これにより,生成空間Bなどの内壁に形成された反応生成物を除去することができる。特に,このような方式は,基板支持台12の温度に大きな影響を与えないので,反応チャンバを洗浄した後,後続の工程のために基板支持台12を冷却しなくても問題ない。
【0043】
一方,本実施例では,アルゴンが,キャリア/パージガスとして採用され,アルゴンを介して反応チャンバを洗浄したが,アルゴンは他の不活性ガスで置換することができる。
【0044】
本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが,これとは異なる形態の実施例も可能である。よって,以下に記載する請求項の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限定されない。
図1
図2
図3