KR101855657B1 - 기판처리장치 및 그 세정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치 및 그 세정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치의 세정방법은 챔버, RF 전원이 인가되는 상부전극과, 가스공급부와, 기판지지부와, 상기 기판지지부에 구비되는 하부전극을 포함하는 기판처리장치의 세정방법에 있어서, 상기 가스공급부를 통해 상기 챔버 내에 세정가스를 공급하는 단계, 상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극을 접지시키는 단계 및 상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극의 접지상태를 해제시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리장치 및 그 세정방법 {Substrate processing apparatus and cleaning method thereof}
본 발명은 기판처리장치 및 그 세정방법에 대한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, '기판'이라 한다)을 처리하는 기판처리장치는 박막증착공정, 식각처리공정 등을 통해 기판에 대한 처리공정을 수행하게 된다. 그런데, 기판처리장치의 챔버 내부에서 기판에 대한 박막을 증착하는 공정을 수행하는 경우 기판을 제외한 챔버의 나머지 영역에 파티클 등과 같은 이물질이 형성될 수 있다. 특히, 챔버 내부의 상부영역 또는 측벽에 파티클 등이 주로 형성될 수 있다.
이 경우, 전술한 파티클을 제거하기 위하여 세정 공정을 수행하는데, 종래 기판처리장치에서는 박막증착공정 중에 사용되는 플라즈마 발생부를 이용하여 세정 공정을 수행하였다. 종래 기판처리장치에서는 챔버에 RF 전극이 인가되는 상부전극을 구비하고 기판지지부에 접지된 하부전극을 구비하여 상부전극과 하부전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 챔버 내부를 세정하였다.
그런데, 종래 기판처리장치에 따른 세정 공정은 상부전극과 기판지지부의 하부전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 세정 공정을 수행하므로, 챔버 내부의 상부 영역에 대한 파티클 제거는 효과적으로 이루어지나, 챔버의 측벽에 위치한 파티클의 제거는 쉽지 않았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판처리장치의 챔버의 측벽 등에 형성되는 파티클 등과 같은 이물질을 용이하게 제거하여 세정할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 접지된 챔버, RF 전원이 인가되는 상부전극과, 가스공급부와, 기판지지부와, 상기 기판지지부에 구비되는 하부전극을 포함하는 기판처리장치의 세정방법에 있어서, 상기 가스공급부를 통해 상기 챔버 내에 세정가스를 공급하는 단계, 상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극을 접지시키는 단계 및 상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극의 접지상태를 해제시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 하부전극의 접지상태를 해제시키는 단계에 앞서서 상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 미리 결정된 거리만큼 이동하는 단계를 더 포함한다.
이때, 상기 기판지지부가 미리 결정된 거리만큼 상기 챔버의 베이스를 항해 이동한 경우에 상기 하부전극의 접지가 해제된다.
나아가, 상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 이동하는 중에 상기 상부전극에 RF 전원이 인가되지 않는다. 또한, 상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 이동하는 중에 상기 가스공급부를 통해 상기 세정가스는 계속적으로 공급된다.
한편, 상기 하부전극을 접지시키는 단계에서 상기 가스공급부와 상기 기판지지부 사이의 간격은 상기 접지전극의 접지상태를 해제시키는 단계에서 상기 가스공급부와 상기 기판지지부 사이의 간격에 비해 상대적으로 더 작은 간격으로 유지된다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 기판이 처리되는 처리공간을 제공하며 접지된 챔버, 상기 챔버의 일측에 연결되어 상기 처리공간 내에 가스를 공급하는 가스공급부, 상기 처리공간의 상부에 구비되어 RF 전원이 인가되는 상부전극, 상기 상부전극의 하부에 상기 상부전극과 마주보게 배치되며, 상기 기판을 지지하는 기판지지부, 상기 기판지지부에 구비되며 선택적으로 접지되는 하부전극 및 상기 하부전극과 연결되어 상기 하부전극을 선택적으로 접지시키는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 기판지지부의 하부전극을 선택적으로 접지함으로써, 챔버의 측벽의 파티클 등을 용이하고 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 구조를 도시한 단면도,
도 2는 도 1에서 기판지지부가 챔버의 베이스를 향해 이동한 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 기판처리장치 및 그 제어방법에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)의 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 기판(미도시)이 처리되는 처리공간(120)을 제공하는 챔버(110), 상기 처리공간(120)의 상부에 구비되어 공정가스 또는 세정가스를 공급하는 가스공급부(210), 상기 가스공급부(210)에서 공급되는 공정가스 또는 세정가스를 상기 기판을 향해 분배하여 공급하는 샤워헤드(200), 상기 챔버(110)의 상부에 구비되어 RF 전원이 인가되는 상부전극(112), 상기 기판을 지지하는 기판지지부(300), 상기 기판지지부(300)에 구비되어 상기 상부전극(112)과의 사이에 플라즈마를 발생시키며 선택적으로 접지되는 하부전극(310)을 구비할 수 있다.
상기 챔버(110)는 그 내부에 상기 기판이 처리되는 처리공간(120)을 제공한다. 구체적으로, 상기 챔버(110)는 챔버리드, 측벽(114) 및 베이스(116)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 측벽(114) 및 베이스(116)는 도면에서 별개의 부재로 도시되나, 이에 한정되지 않으며 하나의 부재로 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 챔버리드는 RF 전원이 인가되는 상부전극(112)으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 챔버리드는 상기 챔버(110)의 개방된 상부를 밀폐하며, 나아가 상기 챔버리드에 RF 전원을 인가하는 경우 상기 챔버리드는 상부전극(112)의 역할을 수행하게 된다. 상기 챔버리드에 RF 전원이 인가되는 경우에 상기 챔버리드의 하부에 연결된 상기 샤워헤드(200)로 RF 전원이 전달되어 후술하는 바와 같이 플라즈마를 발생시키게 된다. 도면에서는 상기 챔버리드에 RF 전원이 직접 인가되는 경우를 도시하나, 이에 한정되지 않으며 상기 샤워헤드(200)에 직접 RF 전원이 인가되거나, 또는 상기 챔버리드와 샤워헤드에 모두 RF 전원이 인가되는 구성도 물론 가능하다.
상기 상부전극(112)과 상기 측벽(114) 사이에는 절연부(140)가 구비되어, 상기 상부전극(112)을 절연시킨다. RF 매칭부(430)에 의해 상기 상부전극(112)으로 RF 전원이 공급되는 경우에 상기 절연부(140)에 의해 상기 상부전극(112)과 상기 챔버(110)의 측벽(114)을 절연시키게 된다. 이 경우, 상기 챔버(110)는 접지상태를 유지하게 되며, 도면과 같은 구성에서는 상기 측벽(114)과 베이스(116)는 접지상태를 유지하게 된다.
상기 챔버(110)의 내부에는 가스공급부(210)가 구비된다. 상기 가스공급부(210)는 상기 챔버(110)의 내부, 즉 처리공간(120)의 상부에 구비된다. 상기 가스공급부(210)는 상기 기판에 대한 증착공정과 같은 처리공정을 수행하기에 적합한 공정가스와 상기 챔버(110)의 내부를 세정할 수 있는 세정가스를 공급할 수 있다.
상기 챔버(110)의 내부의 처리공간(120)에는 기판지지부(300)가 구비된다. 상기 기판지지부(300)의 상면에 상기 기판이 안착되어 지지되며, 전술한 가스공급부(210)에서 공급되는 공정가스가 상기 기판을 향해 공급된다. 상기 기판지지부(300)는 상하로 소정거리 이동이 가능하게 구비되며, 하부전극(310)을 구비한다. 한편, 상기 기판지지부(300)에는 히터(320)가 구비될 수 있으며, 상기 기판에 대한 증착공정 등을 수행하는 경우에 상기 기판을 소정온도로 가열하여 공정의 효율을 높일 수 있다.
이 경우, 상기 하부전극(310)은 도면에 도시된 바와 같이 상기 기판지지부(300)에 매립된 형태로 구비될 수 있다. 이때, 상기 하부전극(310)은 선택적으로 접지되도록 구성될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 상기 하부전극(310)은 스위칭부(312)에 의해 그라운드(ground)에 연결되어 상기 스위칭부(312)의 조작에 의해 선택적으로 접지된다. 상기 하부전극(310)이 선택적으로 접지되는 경우에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
상기 챔버(110)의 내부로 공정가스가 공급된 상태에서 전술한 상부전극(112)에 RF 전원이 인가되는 경우에 상기 하부전극(310)과의 사이에서 플라즈마를 발생시키게 된다. 상기 상부전극(112)와 하부전극(310) 사이에서 발생하는 플라즈마는 상기 기판지지부(300)의 상부영역, 또는 상기 처리공간(120)의 상부영역에 주로 발생하게 된다.
그런데, 기판처리장치의 챔버 내부에서 기판에 대한 박막을 증착하는 공정을 수행하는 경우 기판을 제외한 챔버의 나머지 영역에 파티클 등과 같은 이물질이 형성될 수 있다. 특히, 챔버의 상부 영역 또는 측벽에 파티클 등이 주로 형성될 수 있다.
이 경우, 전술한 파티클을 제거하기 위하여 세정 공정을 수행하는데, 종래 기판처리장치에서는 박막증착공정 중에 사용되는 플라즈마 발생부를 이용하여 세정 공정을 수행하였다. 종래 기판처리장치에 따른 세정 공정은 상부전극과 기판지지부의 접지전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 세정 공정을 수행하므로, 챔버의 측벽 등에 위치한 파티클의 제거는 쉽지 않았다.
본 실시예에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 기판지지부(300)에 구비되는 상기 하부전극(310)을 선택적으로 접지시킬 수 있다. 즉, 상기 챔버(110)의 접지된 상태를 유지하면서 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하고 상기 하부전극(310)의 접지상태를 해제시키면, 상기 상부전극(112)을 통해 공급된 RF 전원은 상기 챔버(110)를 통해 접지로 빠지게 된다. 따라서, 상기 기판지지부(300)의 주변 부위보다 상기 챔버(110)의 측벽(114) 부위에 플라즈마가 상대적으로 많이 발생하게 되며, 이에 따라 상기 측벽(114) 부위의 파티클 등을 제거할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 기판처리장치(1000)의 세정방법을 순차적으로 살펴본다.
먼저, 상기 세정방법은 상기 가스공급부(210)를 통해 상기 챔버(110) 내에 세정가스를 공급하는 단계, 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극(310)을 접지시키는 단계 및 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극(310)의 접지상태를 해제시키는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따른 세정방법은 두 단계에 걸쳐 진행될 수 있다. 먼저, 첫번째 단계에서는 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극(310)을 접지시키게 된다. 또한, 상기 가스공급부(210)를 통해 Ar, O2와 같은 세정가스를 공급하게 된다. 따라서, 상기 가스공급부(210)와 상기 하부전극(310) 사이에 플라즈마가 발생하며, 주로 상기 챔버(110) 내부의 상부 영역에 형성된 파티클 등의 이물질이 제거된다.
두번째 단계에서는 상기 하부전극(310)의 접지상태를 상기 스위칭부(312)의 조작에 의해 해제하고, 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하게 된다. 이 경우, 상기 하부전극(310)의 접지상태가 해제된 상태이므로, 상기 상부전극(112)과 접지된 챔버(110) 사이에 플라즈마가 발생하게 된다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 가스공급부(210)와 상기 챔버(110)의 측벽(114) 사이의 영역에 플라즈마가 유도되어, 상기 측벽(114)에 형성된 파티클 등의 이물질이 제거된다.
이때, 상기 첫번째 단계와 상기 두번째 단계를 수행하는 중에 상기 상부전극(112)에는 계속적으로 RF 전원이 인가될 수 있으며, 또한 상기 가스공급부(210)를 통한 세정가스의 공급도 계속적으로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 상부전극(112)에 RF 전원을 인가하지 않은 상태에서 상기 가스공급부(210)를 통해 퍼지가스를 공급하여 세정 중에 발생한 부산물이나 파티클 등과 같은 이물질을 퍼지하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 두 단계에 걸쳐 세정공정을 진행하는 중에 상기 기판지지부(300)의 높이, 즉 상기 가스공급부(210)와 상기 기판지지부(300) 사이의 간격은 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 하부전극(310)을 접지시키는 첫번째 단계에서 상기 가스공급부(210)와 상기 기판지지부(300) 사이의 간격은 상기 상기 하부전극(310)의 접지상태를 해제시키는 두번째 단계에서 상기 가스공급부(210)와 상기 기판지지부(300) 사이의 간격에 비해 상대적으로 더 작을 수 있다.
도 2는 상기 기판지지부(300)가 챔버의 베이스(116)를 향해 미리 결정된 거리만큼 이동한 상태를 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 세정방법에서 상기 하부전극(310)의 접지상태를 해제시키는 두번째 단계에서 상기 기판지지부(300)를 챔버의 베이스(116)를 향해 미리 결정된 거리만큼 이동시키게 된다. 예를 들어, 상기 기판지지부(300)가 상하로 이동 가능한 범위에서 최대한 아래로 이동시킬 수 있다.
상기 기판지지부(300)를 챔버의 베이스(116)를 향해 이동시킴으로써, 상기 기판지지부(300)가 챔버(110)의 측벽(114)을 가리는 영역을 최소화함으로써 상기 챔버(110)의 측벽(114)에 대한 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 기판지지부(300)를 챔버의 베이스(116)를 향해 이동시키는 중에 상기 상부전극(112)에는 RF 전원이 인가되지 않는다. 이는 상기 기판지지부(300)의 이동 중에 상기 상부전극(112)에 계속적으로 RF 전원이 인가된다면 플라즈마가 불안정해져 소멸하거나, 또는 아킹(arcing)이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 기판지지부(300)가 챔버의 베이스(116)를 향해 향해 이동하는 중에 세정가스는 계속적으로 공급될 수 있다. 이는 세정가스의 공급이 중단되는 경우에 세정공정의 연속성이 끊기게 되며, 상기 챔버(110) 내부의 분위기를 안정화시키는 시간이 필요하게 되어 생산효율(throughput)이 저하될 수 있기 때문이다. 한편, 상기 기판지지부(300)가 미리 결정된 거리만큼 챔버의 베이스(116)를 향해 항해 이동한 경우에 상기 하부전극(310)의 접지가 해제될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판지지부(300)가 챔버의 베이스(116)를 향해 향해 미리 결정된 거리만큼 이동되었을 때 상기 챔버(110)의 외부에 배치되어 상기 기판지지부(300)를 상하로 이동시키는 리프트 모듈(미도시)에 장착된 센서가 상기 기판지지부(300)의 이동된 위치 또는 이동한 거리를 감지한다. 이와 같이 감지된 신호를 기판처리장치(1000)의 제어부(미도시)로 보내게 되면 상기 기판처리장치(1000)의 제어부에 의해 상기 하부전극(310)의 접지를 해제하게 된다.
본 발명자는 전술한 세정방법에서 첫번째 단계와 두번째 단계의 세정효율을 측정하기 위하여 실험을 수행하였다. 아래 [표 1]은 상기 실험방법에 따른 에칭 레이트 비율(etch rate ratio(%))을 도시한다.
기준 기판지지부 측벽 상부 측벽 중간 개구부
첫번째 단계 100 7841 701 856 196
두번째 단계 100 4919 1279 1660 4047
상기 실험은 기판지지부의 하부에 위치한 배기플레이트 상의 에칭 레이트를 100(%)로 하여 기준으로 하는 경우에 각 영역별 에칭 레이트를 백분율로 도시한다. 상기 [표 1]에서 개구부는 상기 챔버(110)의 측벽(114)에 구비되어 상기 기판이 인출 또는 인입되는 통로를 의미한다.
상기 실험결과의 첫번째 단계와 두번째 단계를 비교해보면 상기 기판지지부에 대한 에칭 레이트는 두번째 단계에 비해 첫번째 단계에서 대략 1.6배 정도 높다. 하지만, 상기 기판지지부를 제외한 측벽상부, 측벽중간 및 개구부에 대한 에칭 레이트는 두번째 단계에서 그 에칭 레이트가 높음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 측벽상부에 대한 에칭 레이트는 대략 1.8배, 상기 측벽중간에 대한 에칭 레이트는 대략 2.0배, 상기 개구부에 대한 에칭 레이트는 대략 20배 정도 더 높음을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따라 전술한 첫번째 단계와 두번째 단계를 포함하는 세정방법을 수행하는 경우에 상기 챔버의 내부의 기판지지부, 측벽의 상부, 측벽의 중간영역에 대한 세정이 효과적으로 수행됨을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
110..챔버
112..상부 전극
200..가스공급부
300..기판지지부
310..하부전극

Claims (7)

  1. 챔버, RF 전원이 인가되는 상부전극과, 가스공급부와, 기판지지부와, 상기 기판지지부에 구비되는 하부전극을 포함하는 기판처리장치의 세정방법에 있어서,
    상기 가스공급부를 통해 상기 챔버 내에 세정가스를 공급하는 단계;
    상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극을 접지시키는 단계; 및
    상기 상부전극에 RF 전원을 인가하고, 상기 하부전극의 접지상태를 해제시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극의 접지상태를 해제시키는 단계에 앞서서
    상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 미리 결정된 거리만큼 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판지지부가 미리 결정된 거리만큼 상기 챔버의 베이스를 항해 이동한 경우에 상기 하부전극의 접지가 해제되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 이동하는 중에 상기 상부전극에 RF 전원이 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판지지부가 상기 챔버의 베이스를 향해 이동하는 중에 상기 가스공급부를 통해 상기 세정가스는 계속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극을 접지시키는 단계에서 상기 가스공급부와 상기 기판지지부 사이의 간격은 상기 접지전극의 접지상태를 해제시키는 단계에서 상기 가스공급부와 상기 기판지지부 사이의 간격에 비해 상대적으로 더 작은 간격으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 세정방법.
  7. 기판이 처리되는 처리공간을 제공하며 접지된 챔버;
    상기 챔버의 일측에 연결되어 상기 처리공간 내에 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 처리공간의 상부에 구비되어 RF 전원이 인가되는 상부전극;
    상기 상부전극의 하부에 상기 상부전극과 마주보게 배치되며, 상기 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 기판지지부에 구비되며 선택적으로 접지되는 하부전극; 및
    상기 하부전극과 연결되어 상기 기판지지부를 선택적으로 접지시키는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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