特許 7288702 基板処理装置及び基板処理装置の運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-31

(45)【発行日】2023-06-08

(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 20060101AFI20230601BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

C23C16/44 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021145793

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2022045355

(43)【公開日】2022-03-18

【審査請求日】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

(73)【特許権者】

【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】弁理士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

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５２５９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０８２７２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－００４１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９６１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１７２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０６６３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【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電力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に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し，
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，前記供給時間は前記中断時間よりも長い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】

前記方法は，前記不活性ガスの供給と前記アンテナのＲＦ電力の供給前に，
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に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4】

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電力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電力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にＲＦ電力を供給してフッ素／シリコン含有物質を熱分解し，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，前記供給時間は前記中断時間よりも長い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ＮＨ_xＦ_y（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（（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆）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】