JP2022181197A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板を効率的に処理する基板処理装置及び方法を提供する。【解決手段】基板処理装置１０は、内部空間を提供するチャンバー１００と、電気場を印加するプラズマソース５００と、プラズマソースが第１強さの電気場を印加する領域に第１圧力で第１工程ガスを供給する第１ガス供給ユニット３００と、被処理基板を支持する支持ユニット２００と、プラズマソースから電気場が印加される位置及び発散されたエネルギーが支持ユニットに支持された基板に印加される位置に提供される無電極ランプ６００と、を含む。無電極ランプは、プラズマソースから印加される電気場が透過可能な素材で提供され、内部に充填空間を提供するハウジングと、充填空間に充填された発光物質を含む充填物質と、を含む。充填空間は、第２圧力に充填され、充填物質が、第１強さより大きい第２強さの電気場が印加されると、放電により発光する。【選択図】図１
Description
本発明は基板処理装置及び基板処理方法に係る。
基板の処理工程にはプラズマが利用されることができる。例えば、ドライクリーニング、アッシング、又は蝕刻工程にプラズマが使用されることができる。プラズマは非常に高い温度や、強い電界或いは高周波電磁界（ＲＦ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄｓ）によって生成され、プラズマはイオンや電子、ラジカル等から成されたイオン化されたガス状態を言う。プラズマを利用したドライクリーニング、アッシング、又は蝕刻工程はプラズマに含まれたイオン又はラジカル粒子が基板と衝突することによって遂行される。
また、半導体ウエハ面内で均一性の向上、膜質向上又は基板の表面処理にしたがう副産物の除去のために、熱処理を行う。したがって、半導体製造設備はプラズマ処理のためのチャンバーと熱処理のためのチャンバーの２種類を含む。
しかし、プラズマ処理と熱処理のためのチャンバーを分離する場合、設備のフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）が増加してＷＰＰＳ（Ｗａｆｅｒ Ｐｅｒ Ｐｒｉｃｅ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ）が減少するようになり、またチャンバー間の搬送時間によるＵＰＥＨ（Ｕｎｉｔ Ｐｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈｏｕｒ）減少が発生する。
本発明の一目的は基板を効率的に処理することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
本発明の一目的は１つのチャンバーでプラズマ処理と熱処理を遂行できることによって、設備のフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）が増加してＷＰＰＳ（Ｗａｆｅｒ Ｐｅｒ Ｐｒｉｃｅ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ）が減少及びチャンバー間の搬送時間によるＵＰＥＨ（Ｕｎｉｔ Ｐｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈｏｕｒ）減少させることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
本発明の一目的は単一電力源で工程ガスをプラズマに励起させて処理することと副産物の除去のための熱エネルギーを供給することを選択的に遂行することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
本発明の一目的は無電極ランプを使用して他のランプを使用することと比較して交替周期を増加させることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
本発明の目的はここに制限されなく、言及されないその他の目的は下の記載から当業者に明確に理解されるべきである。
本発明は基板を処理する装置を提供する。一実施形態において、基板処理装置は、内部空間を提供するチャンバーと、電気場を印加するプラズマソースと、前記プラズマソースが電気場を印加する領域に第１工程ガスを供給する第１ガス供給ユニットと、前記第１工程ガスは第１圧力雰囲気で第１強さの電気場が印加されれば、プラズマで励起され、前記内部空間に提供され、被処理基板を支持する支持ユニットと、前記プラズマソースから電気場が印加される位置及び発散されたエネルギーが前記支持ユニットに支持された基板に印加される位置に提供される無電極ランプを含み、前記無電極ランプは、前記プラズマソースから印加される電気場が透過可能な素材で提供され、内部に充填空間を提供するハウジングと、前記充填空間に充填された発光物質を含む充填物質と、前記充填空間は第２圧力に充填され、前記充填物質は第２圧力雰囲気で前記第１強さより大きい第２強さの電気場が印加されれば、放電されて発光し、を含む。
一実施形態において、前記発光物質は、硫黄を含む物質、金属黄化合物、メタルハライド、水銀又は蛍光物質であり得る。
一実施形態において、前記充填物質は非活性気体と前記発光物質の混合ガスであり得る。
一実施形態において、前記第２圧力は前記第１圧力より高いことができる。
一実施形態において、前記充填空間は第１体積で提供され、前記第１体積のサイズは前記プラズマソースによって印加される第２強さの電気場の比例して提供されることができる。
一実施形態において、前記ハウジングは誘電体で提供されることができる。
一実施形態において、前記ハウジングは、クォーツ又はＹ２Ｏ３で提供されることができる。
一実施形態において、前記チャンバーの前記内部空間を上部の第１空間と下部の第２空間に分離区画し、接地され複数の貫通ホールが形成された板状のイオンブロッカーをさらに含み、前記無電極ランプは前記イオンブロッカーに結合されて提供されることができる。
一実施形態において、前記第１ガス供給ユニットは前記第１工程ガスを前記第１空間に供給することができる。
一実施形態において、前記第２空間に第２工程ガス供給する第２ガス供給ユニットをさらに含み、前記プラズマソースは前記第１空間に電気場を印加するように提供されることができる。
一実施形態において、前記第１工程ガスは、弗素含有ガスであり得る。
一実施形態において、第２工程ガスは、水素含有ガスであり得る。
一実施形態において、前記無電極ランプは前記イオンブロッカーの中央に提供されることができる。
一実施形態において、前記無電極ランプは複数が提供されることができる。
一実施形態において、前記無電極ランプの前記ハウジングで前記充填空間を側壁と上部壁は反射コーティングが提供されることができる。
一実施形態において、制御器さらに含み、前記制御器は、前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスを供給しながら、前記第１圧力雰囲気で前記プラズマソースが前記第１強さの電気場を発散するように制御し、前記第１工程ガスから励起されたプラズマのラジカル又はイオンで基板を処理する第１処理、及び前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスの供給を中断し、前記内部空間で前記第１工程ガスを排気し、前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するように制御し、前記無電極ランプを放電させて前記基板を熱処理する第２処理を遂行することができる。
一実施形態において、制御器さらに含み、前記制御器は、前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスを供給し、前記第２ガス供給ユニットから前記第２工程ガスを供給しながら、前記第１圧力雰囲気で前記プラズマソースが第１強さの電気場を発散するように制御し、前記第１工程ガスをプラズマで励起させ、前記プラズマヘのラジカルと前記第２工程ガスの反応物で基板を処理する第１処理、及び前記第１工程ガス及び前記第２工程ガスの供給を中断し、前記反応物を排気し前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するように制御して、前記無電極ランプを放電させて前記基板を熱処理する第２処理を遂行することができる。
一実施形態において、前記プラズマソースはＩＣＰ、ＴＣＰ、ＣＣＰ、ＤＦ－ＣＣＰ及びｍｉｃｒｏｗａｖｅで成される群で選択されることができる。
一実施形態において、前記無電極ランプで放電された光は基板の表面副産物が吸収可能な波長に提供されることができる。
本発明は基板を処理する方法を提供する。一実施形態において、基板処理方法は、工程ガスを供給しながら、第１圧力雰囲気でプラズマソースが第１強さの電気場を発散するようにし、前記工程ガスからプラズマを生成し、前記プラズマのラジカル又はイオンで基板を処理する第１処理と、前記工程ガスの供給を中断し、前記工程ガスを排気し前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するようにして、無電極ランプを放電して基板を熱処理する第２処理と、を遂行し、前記第２強さは前記第１強さより大きく、前記無電極ランプは前記第１強さで作動しないことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、基板を効率的に処理することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、１つのチャンバーでプラズマ処理と熱処理を遂行できることによって、設備のフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）が増加してＷＰＰＳ（Ｗａｆｅｒ Ｐｅｒ Ｐｒｉｃｅ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ）が減少及びチャンバー間の搬送時間によるＵＰＥＨ（Ｕｎｉｔ Ｐｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈｏｕｒ）減少させることができる。
本発明の様々な実施形態によれば、単一電力源で工程ガスをプラズマで励起させて処理することと副産物除去のための熱エネルギーを供給することを選択的に遂行することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、無電極ランプを使用して他のランプを使用することと比較して交替周期を増加させることができる。
本発明の効果が上述した効果によって限定されることではなく、言及されない効果は本明細書及び添付された図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるべきである。
以下、本発明の実施形態を添付された図面を参照してさらに詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されることとして解釈されてはならない。本実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されることである。したがって、図面での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ている。
本実施形態ではチャンバー内でプラズマを利用して基板をドライクリーニング、洗浄又は蝕刻処理する基板処理装置を一例として説明する。しかし、本発明はこれに限定され、プラズマを利用して基板を処理する装置であれば、様々な工程に適用可能である。
図１は本発明の第１実施形態による基板処理装置の断面を概略的に示した図面である。図１を参照すれば、基板処理装置１０は工程チャンバー１００、支持ユニット２００、第１工程ガス供給ユニット３００、第２工程ガス供給ユニット４００、プラズマソース５００、排気バッフル８００、そして排気ユニット７００を含む。
工程チャンバー１００は内部空間を有する。その中で第２空間１０２は内部に基板Ｗが処理される空間を提供する。工程チャンバー１００は円形の筒形状に提供される。工程チャンバー１００は金属材質で提供される。例えば、工程チャンバー１００はアルミニウム材質で提供されることができる。工程チャンバー１００の一側壁には開口１３０が形成される。開口１３０は基板Ｗが搬出入可能な出入口として提供される。開口１３０はドア１４０によって開閉可能である。工程チャンバー１００の底面には排気ポート１５０が設置される。排気ポート１５０は工程チャンバー１００の中心軸と一致するように位置される。排気ポート１５０は第２空間１０２に発生された副産物が工程チャンバー１００の外部に排出される排出口として機能する。
支持ユニット２００は第２空間１０２に提供されて基板Ｗを支持する。支持ユニット２００は静電気力を利用して基板Ｗを支持する静電チャックで提供されることができる。
一実施形態において、支持ユニット２００は誘電板２１０、フォーカスリング２５０、そしてベース２３０を含む。誘電板２１０の上面には基板Ｗが直接置かれる。誘電板２１０は円板形状に提供される。誘電板２１０は基板Ｗより小さい半径を有することができる。誘電板２１０の内部には内部電極２１２が設置される。内部電極２１２には電源（図示せず）が連結され、電源（図示せず）から電力が印加される。内部電極２１２は印加された電力から基板Ｗが誘電板２１０に吸着されるように静電気力を提供する。誘電板２１０の内部には基板Ｗを加熱するヒーター２１４が設置される。ヒーター２１４は内部電極２１２の下に位置されることができる。ヒーター２１４は螺旋形状のコイルで提供されることができる。例えば、誘電板２１０はセラミック材質で提供されることができる。
ベース２３０は誘電板２１０を支持する。ベース２３０は誘電板２１０の下に位置され、誘電板２１０と固定結合される。ベース２３０の上面はその中央領域が縁領域に比べて高くなるように段差付けた形状を有する。ベース２３０はその上面の中央領域が誘電板２１０の底面に対応する面積を有する。ベース２３０の内部には冷却流路２３２が形成される。冷却流路２３２は冷却流体が循環する通路として提供される。冷却流路２３２はベース２３０の内部で螺旋形状に提供されることができる。ベース２３０は電気的に接地されることができる。しかし、図示しない実施例において、ベース２３０には外部に位置された高周波電源（図示せず）と連結されることができる。ベース２３０は金属材質で提供されることができる。
フォーカスリング２５０は誘電板２１０と基板Ｗの外周周辺を囲むように提供される。フォーカスリング２５０はプラズマを基板Ｗに集中させる。一実施形態において、フォーカスリング２５０は内部リング２５２と外部リング２５４を含むことができる。内部リング２５２の内側上部は段差を有するように形成されて、段差付けた部分に基板Ｗの縁が置かれることができる。フォーカスリング２５０はウエハが置かれる静電チャックＥＳＣの周辺のリングとしてエッチングによるパーティクルが発生しない範囲内で製造がされ、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン単結晶又はフッ化シリコン膜（ＳｉＦ）等で成される。また、フォーカスリング２５０は磨耗される場合に交替されることができる。
プラズマソース５００は電気場を印加する。実施形態によれば、プラズマソース５００はマイクロ波（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）で提供されることができる。
マイクロ波透過板５２８はチャンバー１００の上部の開口部を閉じるように提供される。マイクロ波透過板５２８は誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３等のセラミックで成される。
マイクロ波透過板５２８の上方には円板形状の平面アンテナ５３１が設けられている。平面アンテナ５３１はマイクロ波透過板５２８を介して支持ユニット２００と対向するように配置される。平面アンテナ５３１は導体、例えば表面が金鍍金された銅板又はアルミニウム板で成される。平面アンテナ５３１には多数のマイクロ波放射孔（スロット）（図示せず）が所定のパターンに形成されて提供されることができる。例えば、平面アンテナ５３１はＲＬＳＡアンテナを構成することができる。
平面アンテナ５３１の上面には真空より大きい誘電率を有する誘電体で成される遅波板（ｓｌｏｗ－ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）５３３が設けられる。遅波板５３３は真空中においてのマイクロ波の波長と比較して遅波板内においてのマイクロ波の波長を短くする。
チャンバー１００の上面には平面アンテナ５３１及び遅波板５３３を覆うようにシールド蓋５３４が設けられている。シールド蓋５３４は、例えばアルミニウムやステンレス強等の金属材で成される。チャンバー１００の上面とシールド蓋５３４は密封部材（図示せず）によって密封されている。
シールド蓋５３４には冷却水流路５３４ａが形成されている。冷却水流路５３４ａに冷却水を通流させることによって、平面アンテナ５３１、マイクロ波透過板５２８、遅波板５３３及びシールド蓋５３４が冷却されることができる。シールド蓋５３４は接地されている。
シールド蓋５３４には開口部５３６が形成されている。開口部５３６に導波管５３７ａ、５３７ｂが接続されている。この導波管５３７ａ、５３７ｂの端部にはマッチング回路５３８を介してマイクロ波発生装置５３９が接続されている。したがって、マイクロ波発生装置５３９で発生されるマイクロ波が導波管５３７ａ、５３７ｂを経て前記平面アンテナ部材５３１に伝播される。
導波管５３７ａ、５３７ｂはシールド蓋５３４の開口部５３６から上方に延長する断面円形状の同軸導波管５３７ａと、この同軸導波管５３７ａの上端部に接続された水平方向に延長する断面長方形状の長方形導波管５３７ｂを含むことができる。長方形導波管５３７ｂの同軸導波管５３７ａとの接続部側にはモード変換器５４０が設けられることができる。同軸導波管５３７ａの中心には内部導体５４１が連在している。この内部導体５４１の下端部は平面アンテナ５３１の中心部に接続固定されている。
プラズマソース５００は印加する電気場の強さを異なりにすることができる。例えば、プラズマソース５００は第１強さを有する第１電気場と、第２強さを有する第２電気場を印加することができる。電気場の強さは電気場の密度としても表現されることができる。
第１工程ガス供給ユニット３００は第１ガス供給源３１１、第１ガス供給ライン３１２を含み、第１ガス供給ライン３１２には流量調節部材３１３、３１４と加熱部材３１５が提供される。
第１ガス供給源３１１は第１ガスを貯蔵する。第１ガスは弗素成分含有ガスである。一実施形態において、第１ガスはＮＦ３であり得る。
第１ガス供給ライン３１２は第１ガス供給源３１１と工程チャンバー１００との間を連結する流体通路として提供される。第１ガス供給ライン３１２は第１ガス供給源３１１に貯蔵された第１ガスを工程チャンバー１００の内部空間に供給する。具体的に、第１ガス供給ライン３１２は第１空間５３５に第１ガスを供給する。
第１工程ガス供給ユニット３００は第１ガスと混合されるガスをさらに供給するために、第１ガスと異なる第２ガスを供給する第２ガス供給源３２１、又は第１ガス及び第２ガスと異なる第３ガスを供給する第３ガス供給源３３１をさらに含むことができる。第２ガス供給源３２１は第２ガス供給ライン３２２を通じて第１ガス供給ライン３１２に連結される。第３ガス供給源３３１は第３ガス供給ライン３３２を通じて第１ガス供給ライン３１２に連結される。第２ガス供給ライン３２２には流量調節部材３２３が設置されることができる。第３ガス供給ライン３３２には流量調節部材３３３が設置されることができる。第２ガスは不活性ガスであり得る。例えば、第２ガスはアルゴン（Ａｒ）であり得る。第３ガスは第２ガスと異なる種類の不活性ガスであり得る。例えば、第３ガスはヘリウム（Ｈｅ）であり得る。
第２ガス及び第３ガスの中でいずれか１つ以上と第１ガスの組合によって第１工程ガスが定義されることができる。又は第１ガスは単独に第１工程ガスとして定義されることができる。第１工程ガスは提示された実施形態外にも追加のガスが混合された混合ガスであり得る。
平面アンテナ５３１とイオンブロッカー５５１は互いに対向されるように配置され、平面アンテナ５３１はイオンブロッカー５５１の上部に配置される。マイクロ波透過板５２８とイオンブロッカー５５１の間には第１空間５３５が形成される。工程チャンバー１００の内部空間はイオンブロッカー５５１によって第２空間１０２と第１空間５３５に区画される。第１空間５３５は第１工程ガスを供給する第１処理供給ユニット３００と連結される。
第１空間５３５に発生された電磁気場は第１工程ガスをプラズマ状態に励起させる。第１空間５３５に流入された加熱された第１工程ガスはプラズマ状態に遷移される。第１工程ガスはプラズマ状態に転移されることによってイオン、電子、ラジカルに分解される。生成されたラジカル成分はイオンブロッカー５５１を通過して第２空間１０２に移動する。
イオンブロッカー５５１は処理空間である第２空間１０２と第１空間５３５との間に提供され、第２空間１０２と第１空間５３５の境界をなす。イオンブロッカー５５１は導電性物質で提供される。イオンブロッカー５５１は板形状で提供される。例えば、イオンブロッカー５５１は円板形状を有することができる。イオンブロッカー５５１には多数の貫通ホールが形成される。貫通ホールはイオンブロッカー５５１の上下方向を横切って形成される。
イオンブロッカー５５１は接地されるように提供される。イオンブロッカー５５１が接地されることによって、イオンブロッカー５５１を貫通して通過するプラズマ成分の中でイオンと電子が吸収される。即ち、イオンブロッカー５５１はイオンの通過を防ぐ（ｂｌｏｃｋ）イオンブロッカーとして機能する。イオンブロッカー５５１は接地されることによって、プラズマ成分の中でラジカルのみを通過させる。
イオンブロッカー５５１には無電極ランプ６００が結合される。図２は一実施形態による無電極ランプの断面斜視図を示したことである。図１に図２をさらに参照して説明する。無電極ランプ６００はハウジング６１０とハウジング６１０内部の充填空間６１５に充填された充填物質６５０を含む。ハウジング６１０はプラズマソース５００から印加される電気場が透過可能な素材で提供される。例えば、ハウジング６１０は誘電体で提供される。例えば、ハウジング６１０はクォーツ又はＹ２Ｏ３で提供される。充填物質６５０は非活性気体と発光物質の混合ガスで提供される。発光物質は電気場が印加されれば、発光する物質、硫黄を含む物質、金属黄化合物、メタルハライド（例えば、Ｌｉ、Ｃａ、Ｋ等とＦ、Ｃｌ、Ｂｒ等の化合物）、水銀又は蛍光物質であり得る。非活性気体はＡｒ、Ｈｅ等で提供されることができる。充填物質６５０は充電空間６１５が第２圧力になるように充填される。
充填物質６５０は放電される時、基板Ｗに充分な熱エネルギーを伝達することができる波長帯域を放出する。無電極ランプ６００によれば、ランプの寿命が長く、他ランプと比較して長く、金属黄化合物は含む充填物質が充填された無電極ランプの場合、再点灯の時、ランプ６００の充填空間６１５の圧力が残熱によって高くなっても、金属黄化合物をなす金属で放出される熱電子によって瞬時点灯が可能である。
充填空間６１５は第１体積に提供され、第１体積のサイズはプラズマソース５００によって印加される第２強さの電気場の比例して提供される。
ハウジング６１０で充填空間６１５をなす構成の中で基板Ｗに向かう面を除いた壁面には反射コーティング６２０が提供されることができる。例えば、ハウジング６１０で充填空間６１５をなす側壁と上部壁は反射コーティング６２０が提供されることができる。反射コーティング６２０は光損失を抑制して光が基板Ｗに向かうようにする。反射コーティング６２０はＺｒＯ２で提供されることができる。また、反射コーティング６２０は光が均一な強度に基板Ｗに到達するようにレンズ形状に設計することができる。
再び図１を参照すれば、第２空間１０２には第２工程ガスを供給する第２工程ガス供給ユニット４００が連結される。第２工程ガス供給ユニット４００は第４ガス供給源４５１、第４ガス供給ライン４５２を含む。第４ガス供給ライン４５２には流量調節部材４５３、４５４が設置される。
第４ガス供給源４５１は第４ガスを貯蔵する。第４ガスは窒素含有ガス又は水素含有ガスである。一実施形態において、第４ガスはＮＨ３である。
第４ガス供給ライン４５２は第４ガス供給源４５１と工程チャンバー１００との間を連結する流体通路として提供される。第４ガス供給ライン４５２は第４ガス供給源４５１に貯蔵された第４ガスを工程チャンバー１００の内部空間に供給する。具体的に第４ガス供給ライン４５２は第２空間１０２に第４ガスを供給する。
第２工程ガス供給ユニット４００は第４ガスと混合されるガスをさらに供給するために、第４ガスと異なる第５ガスを供給する第５ガス供給源４６１をさらに含むことができる。第５ガス供給源４６１は第５ガス供給ライン４６２を通じて第４ガス供給源４５１に連結される。第５ガス供給ライン４６２には流量調節部材４６３が設置されることができる。第５ガスは窒素含有ガス又は水素含有ガスである。例えば、第５ガスはＨ２であり得る。
第４ガス及び第５ガスの組合によって第２工程ガスが定義されることができる。又は第４ガスは単独に第２工程ガスとして定義されることができる。第２工程ガスは提示された実施形態外にも追加のガスが混合された混合ガスであり得る。
第２空間１０２に流入された第２工程ガスは第２空間１０２に流入された第１工程ガスから発生されたプラズマと反応して反応ガスを生成する。より詳細に第１工程ガスから発生されたプラズマの中でイオンブロッカー５５１を通過したラジカルと第２工程ガスが反応して反応ガスを生成する。一例において、第１工程ガスから発生されたプラズマの中でラジカルは弗素ラジカル（Ｆ＊）であり、第２工程ガスはＮＨ３とＨ２の混合ガスＨＦ（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）及び／又はＮＨ４Ｆ（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）である。
反応ガスは基板と反応して基板の自然酸化膜を除去する。
排気バッフル８００は処理空間でプラズマを領域別に均一に排気させる。排気バッフル８００は処理空間で工程チャンバー１００の内側壁と基板支持ユニット２００の間に位置される。排気バッフル８００は環状のリング形状に提供される。排気バッフル８００には複数の貫通ホール８０２が形成される。貫通ホール８０２は上下方向に向かうように提供される。貫通ホール８０２は排気バッフル８００の円周方向に沿って配列される。貫通ホール８０２はスリット形状を有し、排気バッフル８００の半径方向に向かう長さ方向を有する。
工程チャンバー１００の排気バッフル８００の下流には工程副産物を排気させる排気ポート１５０、排気ポンプ７２０、開閉バルブ７３０、そして排気ライン７１０を含む排気ユニット７００が設置される。
排気ポート１５０には排気ライン７１０が設置され、排気ライン７１０には排気ポンプ７２０が設置される。排気ポンプ７２０は排気ポート１５０に真空圧を提供する。工程進行の際に発生される副産物及びチャンバー１００内に留まる工程ガス又は反応ガスは真空圧によって工程チャンバー１００の外部に排出される。開閉バルブ７３０は排気ポンプ７２０から提供される排気圧を調節する。開閉バルブ７３０は排気ポート１５０を開閉する。開閉バルブ７３０は開放位置と遮断位置に移動可能である。ここで、開放位置は開閉バルブ７３０によって排気ポート１５０が開放される位置であり、遮断位置は開閉バルブ７３０によって排気ポート１５０が遮断される位置である。開閉バルブ７３０には排気ポート１５０の長さ方向と垂直になる平面に対して領域別に多数のバルブが設置され、各々調節可能である。開閉バルブ７３０のバルブは制御器（図示せず）によって開放程度が調節されることができる。一例によれば、工程進行の時、排気ポート１５０の一部領域は開放されるように提供される。排気ポート１５０の開放領域は非対称領域に提供されることができる。上部から見る時、このような非対称的開放領域は分割領域の中で一部のみに対向されるように提供されることができる。
図３は本発明の一実施形態による工程ガスのプラズマ励起と無電極ランプの放電のための圧力別の電気場密度（電界強度）を示したグラフである。図３を参照して本発明の実施形態による基板処理装置の作動方法を説明する。ｇ１は工程ガスをプラズマで励起させるための圧力別電界強度グラフであり、ｇ２は充填物質を放電させるための圧力別電界強度グラフである。
放電されるための各々の最低電界強度Ｅ１、Ｅ２を設定することにおいて、無電極ランプ６００で充填された充填が物質６５０の充填空間６１５で放電される最低電界強度Ｅ２を、第１工程ガスが第１空間５３５で励起される最低電界強度Ｅ１より高く設定する。第１空間５３５の圧力をＰ１付近に位置するようにし、電界強度をＥ１とＥ２との間に提供する時、第１工程ガスはプラズマで励起されるが、充填物質６５０は放電されない。そして、第１工程ガスと第２工程ガスの供給を中断し、第１空間５３５の圧力がＰ３である状態で、電界強度をＥ２以上Ｅ３以下に提供すれば、充填空間６１５に充填された充填物質６５０はＰ２の圧力に固定されていることによって、第１空間５３５の圧力と関わらず、放電される。
図４は本発明の一実施形態による基板処理装置が第１処理を行う状態を示した図面である。図４を参照して、第１処理を行う方法を説明する。一例において、第１処理は基板をドライクリーニングすることである。
基板Ｗがチャンバー１００の第２空間１０２に搬入されて、支持ユニット２００に支持された状態で、第１ガス供給ユニット３００の流量調節部材３１３、３１４、３２３、３３３を開放して第１工程ガスを第１空間５３５に印加する。第１空間５３５は第１工程ガスによって第１圧力雰囲気が形成され、プラズマソース５００が第１強さ（図３でＥ１乃至Ｅ２の間の強さ）を有する電気場を第１空間５３５に印加して第１工程ガスをプラズマＰで励起させる。プラズマＰのラジカル成分はイオンブロッカー５５１を通過して第２空間１０２に移動する。第２ガス供給ユニット４００の流量調節部材４５４、４５３、４６３を開放して第２工程ガスを第２空間１０２に印加する。プラズマＰのラジカル成分と第２工程ガスは反応してエッチャント（ｃｆ．ＨＦ、ＮＨ４Ｆ等）を形成し、基板Ｗの目標膜質と化学反応して副産物（ｃｆ．（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等）が作られる。
図５は本発明の一実施形態による基板処理装置が第２処理を行う状態を示した図面である。図５を参照して、第２処理を行う方法を説明する。一例において、第２処理は基板を熱処理して副産物を除去することである。
基板Ｗの表面温度を高めて表面副産物を昇華されるようにするために無電極ランプ６００の充填ガス６５０を放電させる。放電された充填ガス６５０で生成された光は基板Ｗの表面副産物が吸収可能な波長で設計されて提供され、熱に変換されて副産物を昇華させる。第１工程ガスと第２工程ガスの供給を中断し、排気ユニット７００を動作させて第１空間５３５及び第２空間１０２の内部圧力を第１圧力Ｐ１より低い第３圧力Ｐ３に低くする。そして、プラズマソース５００が第２強さ（図３でＥ２乃至Ｅ３の間の強さ）を有する電気場を無電極ランプ６００の充填空間６１５に印加して充填ガス６５０を放電させる。放電された光は基板Ｗに到達して熱に変換されて副産物を昇華させる。
図６は本発明の第２実施形態による基板処理装置の断面を概略的に示した図面である。第２実施形態による基板処理装置１１００の説明において、第１実施形態による基板処理装置１０の構成と同一なことは第１実施形態に対する説明に代わる。
第２実施形態による基板処理装置１１００はプラズマソース１５００がＩＣＰタイプで提供される。プラズマソース１５００はコイル形状のアンテナ１５１９を含む。アンテナ１５１９の下部には誘電板１５１０が提供される。誘電板１５１０とイオンブロッカー５５１は互いに離隔されるように提供され、誘電板１５１０とイオンブロッカー５５１が離隔された空間は第１空間５３５に提供される。アンテナ１５１９はマッチャー１５３８を通じて高周波電源１５３９と連結される。高周波電源１５３９から電力が印加されたアンテナ１５１９は第１空間５３５に電界を形成する。第１ガス供給ユニット３００の供給ポートは誘電板１５１０の中央を貫通して提供されることができる。
図７は本発明の第２実施形態による基板処理装置が第１処理を行う状態を示した図面である。図７を参照して、第２実施形態による基板処理装置を利用して第１処理を行う方法を説明する。一例において、第１処理は基板をドライクリーニングすることである。
基板Ｗがチャンバー１００の第２空間１０２に搬入されて、支持ユニット２００に支持された状態で、第１ガス供給ユニット３００の流量調節部材３１３、３１４、３２３、３３３を開放して第１工程ガスを第１空間５３５に印加する。第１空間５３５は第１工程ガスによって第１圧力雰囲気が形成され、プラズマソース１５００が第１強さ（図３でＥ１乃至Ｅ２の間の強さ）を有する電気場を第１空間５３５に印加して第１工程ガスをプラズマＰで励起させる。プラズマＰのラジカル成分はイオンブロッカー５５１を通過して第２空間１０２に移動する。第２ガス供給ユニット４００の流量調節部材４５４、４５３、４６３を開放して第２工程ガスを第２空間１０２に印加する。プラズマＰのラジカル成分と第２工程ガスは反応してエッチャント（ｃｆ．ＨＦ、ＮＨ４Ｆ等）を形成し、基板Ｗの目標膜質と化学反応して副産物（ｃｆ．（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等）が作られる。
図８は本発明の第２実施形態による基板処理装置が第２処理を行う状態を示した図面である。図７を参照して、第２実施形態による基板処理装置を利用して第２処理を行う方法を説明する。一例において、第２処理は基板を熱処理して副産物を除去することである。
基板Ｗの表面温度を高めて表面副産物を昇華されるようにするために無電極ランプ６００の充填ガス６５０を放電させる。放電された充填ガス６５０で生成された光は基板Ｗの表面副産物が吸収可能な波長で設計されて提供され、熱に変換されて副産物を昇華させる。第１工程ガスと第２工程ガスの供給を中断し、排気ユニット７００を動作させて第１空間５３５及び第２空間１０２の内部圧力を第１圧力Ｐ１より低い第３圧力Ｐ３に低くする。そして、プラズマソース１５００が第２強さ（図３でＥ２乃至Ｅ３の間の強さ）を有する電気場を無電極ランプ６００の充填空間６１５に印加して充填ガス６５０を放電させる。放電された光は基板Ｗに到達して熱に変換されて副産物を昇華させる。
上述して制御部は基板を設定工程に応じて処理されるように基板処理装置及び設備の構成要素を制御することができる。 また、制御部は基板処理装置及び設備の制御を実行するマイクロプロセッサー（コンピュータ）で成されるプロセスコントローラと、オペレータが基板処理装置及び設備を管理するためにコマンド入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレー等に成されるユーザインターフェイスと、基板処理装置及び設備で実行される処理をプロセスコントローラの制御で実行するための制御プログラムや各種データ及び処理条件に応じて各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち処理レシピが格納された格納部を具備することができる。また、ユーザインターフェイス及び格納部はプロセスコントローラに接続されていることができる。処理レシピは格納部の中で記憶媒体に記憶されていることができ、記憶媒体は、ハードディスクであってもよく、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性ディスクや、フラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよい。
図示せずが、無電極ランプ６００は複数が提供されることができる。無電極ランプ６００はイオンブロッカー５５１に複数に設置され、イオンブロッカー５５１に形成される貫通ホールは無電極ランプ６００の設置位置を避けて形成されることができる。
本発明は前記実施形態に限定されななく、様々に変形可能である。例えば、処理装置の構成は、本発明の構成要件を満足する限り、前記実施形態に限定されることではない。また、対象のプラズマ処理はドライクリーニングに限定されななく、酸化処理、成膜処理、エッチング処理等様々な処理に適用可能である。また、プラズマ処理を行う被処理体としては、半導体ウエハに限定されななく、フラットパネルディスプレー基板等他のものであってもよい。
本発明の様々な実施形態によれば、単一電力源で工程ガスをプラズマで励起させて処理することと副産物除去のための熱エネルギーを供給することを選択的に遂行することができる。また、１つのチャンバーでプラズマ処理と熱処理を行うことができる。また、無電極ランプを使用して他のランプを使用することと比較して交替周期を増加させることができる。
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、前述した内容は本発明の好ましい実施形態を例として説明することであり、本発明は多様な他の組合、変更、及び環境で使用することができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、前述した開示内容と均等な範囲、及び／又は当業界の技術又は知識の範囲内で変更又は修正が可能である。前述した実施形態は本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途で要求される様々な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むことと解析されなければならない。
１０ 基板処理装置
１００ 工程チャンバー
２００ 支持ユニット
２１０ 誘電板
２３０ ベース
２５０ フォーカスリング
３００ 第１工程ガス供給ユニット
４００ 第２工程ガス供給ユニット
５００ プラズマソース
６００ 無電極ランプ
６１０ ハウジング
６１５ 充填空間
６２０ 反射コーティング６２０
６５０ 充填物質
７００ 排気ユニット
８００ 排気バッフル
１００ 工程チャンバー
２００ 支持ユニット
２１０ 誘電板
２３０ ベース
２５０ フォーカスリング
３００ 第１工程ガス供給ユニット
４００ 第２工程ガス供給ユニット
５００ プラズマソース
６００ 無電極ランプ
６１０ ハウジング
６１５ 充填空間
６２０ 反射コーティング６２０
６５０ 充填物質
７００ 排気ユニット
８００ 排気バッフル
Claims (21)
- 内部空間を提供するチャンバーと、
電気場を印加するプラズマソースと、
前記プラズマソースが電気場を印加する領域に第１工程ガスを供給する第１ガス供給ユニットと、
前記第１工程ガスは、第１圧力雰囲気で第１強さの電気場が印加されれば、プラズマで励起され、
前記内部空間に提供され、被処理基板を支持する支持ユニットと、
前記プラズマソースから電気場が印加される位置及び発散されたエネルギーが前記支持ユニットに支持された基板に印加される位置に提供される無電極ランプと、を含み、
前記無電極ランプは、
前記プラズマソースから印加される電気場が透過可能な素材で提供され、内部に充填空間を提供するハウジングと、
前記充填空間に充填された発光物質を含む充填物質と、
前記充填空間は、第２圧力に充填され、前記充填物質は、第２圧力雰囲気で前記第１強さより大きい第２強さの電気場が印加されれば、放電されて発光し、
を含む基板処理装置。 - 前記発光物質は、
硫黄を含む物質、金属黄化合物、メタルハライド、水銀、又は蛍光物質である請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記充填物質は、非活性気体と前記発光物質の混合ガスである請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記第２圧力は、前記第１圧力より高い請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記充填空間は、第１体積で提供され、
前記第１体積のサイズは、前記プラズマソースによって印加される第２強さの電気場の比例して提供される請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記ハウジングは、誘電体で提供される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記ハウジングは、クォーツ又はＹ２Ｏ３で提供される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記チャンバーの前記内部空間を上部の第１空間と下部の第２空間に分離区画し、接地され、複数の貫通ホールが形成された板状のイオンブロッカーをさらに含み、
前記無電極ランプは、前記イオンブロッカーに結合されて提供される請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記第１ガス供給ユニットは、前記第１工程ガスを前記第１空間に供給する請求項８に記載の基板処理装置。
- 前記第２空間に第２工程ガス供給する第２ガス供給ユニットをさらに含み、
前記プラズマソースは、前記第１空間に電気場を印加するように提供される請求項９に記載の基板処理装置。 - 前記第１工程ガスは、弗素含有ガスである請求項１乃至請求項１０中のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 第２工程ガスは、水素含有ガスである請求項１０に記載の基板処理装置。
- 前記無電極ランプは、前記イオンブロッカーの中央に提供される請求項８に記載の基板処理装置。
- 前記無電極ランプは、複数が提供される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記無電極ランプの前記ハウジングで前記充填空間の側壁と上部壁は、反射コーティングが提供される請求項１に記載の基板処理装置。
- 制御器さらに含み、
前記制御器は、
前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスを供給しながら、前記第１圧力雰囲気で前記プラズマソースが前記第１強さの電気場を発散するように制御し、前記第１工程ガスから励起されたプラズマのラジカル又はイオンで基板を処理する第１処理と、
前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスの供給を中断し、前記内部空間で前記第１工程ガスを排気し、前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するように制御し、前記無電極ランプを放電させて前記基板を熱処理する第２処理と、を行う請求項１に記載の基板処理装置。 - 制御器さらに含み、
前記制御器は、
前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスを供給し、前記第２ガス供給ユニットから前記第２工程ガスを供給しながら、前記第１圧力雰囲気で前記プラズマソースが第１強さの電気場を発散するように制御し、前記第１工程ガスをプラズマで励起させ、前記プラズマヘのラジカルと前記第２工程ガスの反応物で基板を処理する第１処理と、
前記第１工程ガス及び前記第２工程ガスの供給を中断し、前記反応物を排気し、前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するように制御して、前記無電極ランプを放電させて前記基板を熱処理する第２処理と、を行う請求項１０に記載の基板処理装置。 - 前記プラズマソースは、ＩＣＰ、ＴＣＰ、ＣＣＰ、ＤＦ－ＣＣＰ、及びｍｉｃｒｏｗａｖｅで成される群から選択される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記無電極ランプで放電された光は、基板の表面副産物が吸収可能な波長に提供される請求項１に記載の基板処理装置。
- 工程ガスを供給しながら、第１圧力雰囲気でプラズマソースが第１強さの電気場を発散するようにし、前記工程ガスからプラズマを生成し、前記プラズマのラジカル、又はイオンで基板を処理する第１処理と、
前記工程ガスの供給を中断し、前記工程ガスを排気し、前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するようにして、無電極ランプを放電して基板を熱処理する第２処理と、を行い、
前記第２強さは、前記第１強さより大きく、
前記無電極ランプは、前記第１強さで作動しない基板処理方法。 - 内部空間を提供するチャンバーと、
前記チャンバーの前記内部空間を上部の第１空間と下部の第２空間に分離区画し、接地され、複数の貫通ホールが形成された板状のイオンブロッカーと、
前記第１空間に電気場を印加するプラズマソースと、
前記第１空間に第１工程ガスを供給する第１ガス供給ユニットと、
前記第１工程ガスは第１圧力雰囲気で第１強さの電気場が印加されれば、プラズマで励起され、
前記第２空間に第２工程ガス供給する第２ガス供給ユニットと、
前記第２空間に提供され被処理基板を支持する支持ユニットと、
前記イオンブロッカーの中央に提供される無電極ランプと、
制御器と、を含み、
前記無電極ランプは、
前記プラズマソースから印加される電気場が透過可能な素材で提供され内部に充填空間を提供するハウジングと、
前記充填空間に充填された発光物質を含む充填物質と、
前記充填空間は、第２圧力に充填され、前記充填物質は、第２圧力雰囲気で前記第１強さより大きい第２強さの電気場が印加されれば、放電されて発光し、を含み、
前記制御器は、
前記第１ガス供給ユニットから前記第１工程ガスを供給し、前記第２ガス供給ユニットから前記第２工程ガスを供給しながら、前記第１圧力雰囲気で前記プラズマソースが第１強さの電気場を発散するように制御し、前記第１工程ガスをプラズマで励起させ、前記プラズマヘのラジカルと前記第２工程ガスの反応物で基板を処理する第１処理と、
前記第１工程ガス及び前記第２工程ガスの供給を中断し、前記反応物を排気し、前記プラズマソースが第２強さの電気場を発散するように制御して、前記無電極ランプを放電させて前記基板を熱処理する第２処理と、を行う基板処理装置。
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023098595A (ja) * | 2021-12-28 | 2023-07-10 | セメス カンパニー，リミテッド | 基板処理装置及び基板処理方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6245122A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-27 | Hitachi Ltd | 処理装置 |
| JPS62106618A (ja) * | 1985-11-05 | 1987-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 光化学気相成長装置 |
| JP2010123739A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Canon Inc | 減圧処理容器 |
| JP2016076452A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 岩崎電気株式会社 | マイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置 |
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| WO2020100227A1 (ja) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置及びそれを用いた被処理試料の処理方法 |
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