박막증착장비의 세정 주기 연장 방법 document_id A220623029749

본 발명은 반도체 제조 장치의 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 증착 장치의 챔버의 세정 주기 연장 방법에 관한 것이다. 일반적으로 반도체 소자는 이온주입 공정, 박막 공정, 확산 공정, 사진 공정, 식각 공정 등과 같은 다수의 단위 공정들을 거쳐서 제조된다. 이러한 단위 공정들 중에서 박막 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정이다. 반도체 소자의 박막은 스퍼터링(sputtering) 방법, 증기 증착(evaporation) 방법, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 방법, 원자층 증착(atomic layer deposition) 방법 등에 의하여 반도체 기판 상에 형성된다. 이러한 방법을 수행하기 위한 박막 증착 장치는 통상적으로, 챔버와, 챔버 내부에 각종 가스를 공급하는 가스 라인과, 반도체 기판을 안착시키기 위한 기판 홀더부를 포함한다. 그런데 박막 증착 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안에, 박막 형성 처리시에 생성되는 반응 생성물은 반도체 박막의 표면뿐만 아니라, 챔버 내부 표면에도 퇴적(부착)되어 버린다. 반도체 양산용 박막 증착 장치는 많은 양의 반도체 기판을 처리하기 때문에 챔버 내부에 반응 생성물이 부착된 상태에서 박막 형성 처리를 계속하면, 반응 생성물이 박리되어 파티클(particle)을 발생시켜 버린다. 이 파티클은 증착 공정의 불량을 야기하고 반도체 기판에 부착되어 반도체 소자의 수율을 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 일정 시간 또는 일정 매수의 반도체 기판 증착 공정이 종료된 후에는 챔버 내부를 세정하여야 한다. 종래 기술에 따른 박막 증착 챔버의 세정방법 중 MO(Metal Organic) 소스를 이용한 TaN 박막 증착 챔버의 세정 방법은 챔버를 대기 중에 노출시켜 챔버와 그 내부의 구성요소 각각을 분리하고, 알코올과 같은 휘발성 물질을 사용하여 챔버 및 각 구성요소에 증착된 이물질을 세정한 후, 분리된 챔버를 다시 체결하는 습식세정(wet cleaning) 방법을 사용하였다. 그러나 이와 같은 세정방법은 아직 체계적으로 정립되어 있지 않아 챔버의 세정에 따른 소요시간이 길어지기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 박막 증착 챔버의 세정방법 중의 다른 것은 부식성 기체를 이용하여 챔버 내부의 증착물을 제거하는 건식 세정(dry cleaning) 방법이다. 예를 들어, 실리콘(Si), 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx)을 증착하는 박막 증착 장치의 세정을 위한 세정 가스로 CF4, C2F6, C3F8, C4F8 및 SF6와 같은 과불화화합물(Perfluorizedcompound) 가스 또는 NF3를 챔버에 주입하여 이들 막을 제거한다. 그리고 TiN을 증착하는 박막 증착 장치의 경우 ClF3를 사용하여 챔버를 세정하거나, 혹은 NF3를 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식으로 플라즈마화시킨 것을 사용하여 세정한다. 이러한 건식 세정 방법을 사용함으로써 인-시튜(in-situ) 세정 공정이 가능하게 되었다. 근래에는 불소를 이용한 인-시튜 세정방법이 일반적으로 사용되고 있는데, 불소를 이용한 세정공정 후 웨이퍼를 로딩하여 박막을 증착하기 위해서는 챔버내 분위기 조성이 필요하다. 이때 챔버내 분위기 조성방법으로 아르곤(Ar) 등 불화성 기체를 사용하여 싸이클 퍼지(cycle purge)를 진행하거나, TaN 박막을 증착하는 시즈닝(seasoning) 공정을 사용한다. 하지만, 싸이클 퍼지 방법은 잔류 불소를 제거하는 데 많은 시간이 필요하여 생산성이 떨어지는 문제가 발생하여, TaN 시즈닝 공정으로 챔버의 분위기를 조성하여 사용하고 있다. 도 1은 종래의 탄탈륨나이트라이드(이하, TaN이라 한다) 박막증착장비의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 박막증착장비는 챔버(40), 웨이퍼(20)를 안착하고 열을 가해주는 히터(10) 및 각종 가스를 챔버 내부로 공급해주는 샤워 헤드(50)를 구비한다. 종래의 인-시튜 세정 후 TaN으로 시즈닝을 진행하는 공정은 시즈닝 과정에서 형성된 TaN 박막이 높은 인장 응력을 가짐으로써 많은 수의 웨이퍼(20)를 증착하는 과정을 반복하는 동안, 웨이퍼(20)가 놓이지 않는 히터 에지(heater edge)(60)에 리프팅(lifting)이 발생한다. 이는 파티클(particle)(30)을 발생시켜 증착 공정의 불량을 야기하고 웨이퍼(20)에 부착되어 수율에 좋지 않은 영향을 미치게 되어 결과적으로 세정 주기가 짧아지는 문제가 발생한다. 도 2는 종래 기술에 따른 TaN 박막증착장비의 세정방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 박막증착장비의 챔버(도 1의 40) 내부를 세정하기 위한 인-시튜 세정 공정(S1)을 수행한다. 그리고 TaN 박막을 이용한 시즈닝 공정(S2)을 수행하여 챔버(40) 내부에 웨이퍼를 증착할 수 있는 분위기를 조성한 후 웨이퍼(20)를 로딩(S3)한다. 로딩된 웨이퍼(20)에 TaN 박막 증착 공정(S4)을 수행한 후에 웨이퍼를 꺼내고(S5), 공정이 완료된 웨이퍼의 총 매수를 테스트(S6)한다. 테스트 결과 웨이퍼의 총 매수가 일정한 허용치 이하라면 다시 새로운 웨이퍼(20)를 로딩(S3)하고 증착하는 공정(S4)을 반복하지만, 만약 일정한 기준치 이상이라면 챔버(40)의 내부를 세정하여야 한다. 이때는 다시 인-시튜 세정 공정(S1)을 거친 후에 TaN을 사용하여 시즈닝 공정(S2)을 수행한 후 상기와 같은 공정을 다시 반복하게 된다.