KR102163252B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 방법이 개시된다. 기판 처리 방법은, 제1 가스 및 제1 가스와 상이한 제2 가스를 공정 챔버 내부의 처리 공간으로 공급하는 단계, 상부 전극 및 하부 전극에 전력을 인가하는 단계, 제1 가스 및 제2 가스에 의해 생성되는 제1 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 1차 세정하는 단계 및 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 처리 공간에 공급하여 처리 공간을 2차 세정하는 단계를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세정 가스를 이용하여 공정 챔버 내부를 세정하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정에서는 플라즈마를 사용하여 다양한 공정을 수행한다. 일 예로 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에서 공정 챔버의 상태를 항상 일정하게 유지하기 위하여, 일정 주기로 세정 파트를 교체한 후 시즈닝(Seasoning)을 진행하는데, 종래에는 양산 조건과 동일하게 CF4, C4F6, NF3, Ar, O2 가 혼합된 처리 가스를 이용하여 에이징(Aging)을 진행하였다.
다만, 이 경우 에이징 진행시 공정 챔버 내부가 원하는 분위기까지 도달하는데 많은 시간이 필요하였으며, 이에 따라 백업 로스(Backup Loss)가 커지는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 공정 챔버 내부의 처리 공간을 2단계로 세정하여, 공정 챔버 내부의 세정 공정 시간을 단축시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 상부 전극 및 하부 전극이 제공되는 공정 챔버 내부의 처리 공간을 세정하는 기판 처리 방법에 있어서, 제1 가스 및 상기 제1 가스와 상이한 제2 가스를 상기 처리 공간으로 공급하는 단계, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전력을 인가하는 단계, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스에 의해 생성되는 제1 세정 가스를 이용하여 상기 처리 공간을 1차 세정하는 단계 및 상기 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 상기 처리 공간에 공급하여 상기 처리 공간을 2차 세정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제1 가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스이고, 상기 제2 가스는 산소(O2)를 포함하는 가스일 수 있다.
여기서, 상기 1차 세정하는 단계는, 상기 상부 전극에 공급되는 전력의 출력을 2000W 내지 3000W로 조절하는 단계 및 상기 하부 전극에 공급되는 전력의 출력을 500W 내지 1000W로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 세정하는 단계는, 상기 처리 공간 내부의 공정 압력을 20mT 내지 50mT로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 세정하는 단계는, 상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 질량비가 4 : 1 내지 5 : 1이 되도록 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스의 공급량을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 세정 가스는, 비활성 가스를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비활성 가스는, 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
또한, 상기 처리 공간에 노출되어 상기 제1 세정 가스와 반응하는 부재는, 이트리아(Y2O3) 재질을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 부재는, 상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너일 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 가스는, 불소(F2)일 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 가스는, 불화수소(HF)일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상부 전극 및 상기 상부 전극과 상기 처리 공간을 사이에 두고 상하로 배치되는 하부 전극을 포함하며, 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛 및 상기 가스 공급 유닛 및 상기 플라즈마 발생 유닛을 제어하여, 제1 가스 및 상기 제1 가스와 상이한 제2 가스를 상기 처리 공간으로 공급하여 제1 세정 가스를 생성하고, 상기 제1 세정 가스를 이용하여 상기 처리 공간을 1차 세정한 후, 상기 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 상기 처리 공간에 공급하여 상기 처리 공간을 2차 세정하는 제어기를 포함한다.
여기서, 상기 제1 가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스이고, 상기 제2 가스는 산소(O2)를 포함하는 가스일 수 있다.
여기서, 상기 제어기는, 상기 상부 전극에 공급되는 전력의 출력을 2000W 내지 3000W로 조절하고, 상기 하부 전극에 공급되는 전력의 출력을 500W 내지 1000W로 조절할 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버의 바닥면에 형성되는 배기홀 및 상기 배기홀과 연결되는 배기 라인을 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 배기 라인을 제어하여, 상기 처리 공간 내부의 공정 압력을 20mT 내지 50mT로 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 질량비가 4 : 1 내지 5 : 1이 되도록 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스의 공급량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제2 세정 가스는, 비활성 가스를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비활성 가스는, 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너를 더 포함하고, 상기 라이너는, 이트리아(Y2O3) 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 가스는, 불소(F2)일 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 가스는, 불화수소(HF)일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 공정 챔버 내부의 세정 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 백업 로스를 줄일 수 있다.
또한, 공정 챔버 내부의 세정 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 수행하는 경우 H기의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미가 있는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(S)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(S)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 어셈블리(200), 플라즈마 발생 유닛(300), 가스 공급 유닛(400) 및 배플 유닛(500)을 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(100)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)는 접지될 수 있다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 공정 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다. 일 예로, 배기 라인(151)은 제어기(700)에 의해 제어되어, 공정 챔버(100)의 처리 공간 내부의 공정 압력을 20mT 내지 50mT로 조절할 수 있다.
일 예에 의하면, 공정 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 라이너(130)는 공정 챔버(100) 내부의 처리 공간에 노출되어 제1 세정 가스와 반응할 수 있으며, 이트리아(Y2O3) 재질을 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(S)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(S)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(S)을 지지할 수 있다.
유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(S)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(S)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(S)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제 1 전극(223), 히터(225) 그리고 제 1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(S)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제 1 전극(223)은 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제 1 전극(223)과 제 1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제 1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제 1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제 1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제 1 전극(223)과 기판(S) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(S)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제 1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(S)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(S)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제 1 순환 유로(231), 제 2 순환 유로(232) 그리고 제 2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제 2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제 2 공급 유로(233)는 제 1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제 2 공급 유로(243)는 제 1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제 1 순환 유로(231)와 제 1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제 1 순환 유로(231)에 공급되며, 제 2 공급 유로(233)와 제 1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(S) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(S)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제 2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제 2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(S)을 함께 냉각시켜 기판(S)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 전극, 즉 하부 전극으로서 기능할 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(S)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(S)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(S)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(S)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(S)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(S)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(100)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(100) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제 1 전원(223a)과 연결되는 제 1 전원라인(223c), 제 2 전원(225a)과 연결되는 제 2 전원라인(225c), 제 3 전원(235a)과 연결되는 제 3 전원라인(235c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(300)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)에 상부 전극(330) 및 하부 전극, 즉 몸체(230)가 포함될 수 있다. 상부 전극(330) 및 하부 전극(230)은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극(230)뿐만 아니라 상부 전극(330)도 RF 전원(310)에 의해 RF 신호를 인가받아 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 공급받을 수 있으며, 각 전극에 인가되는 RF 신호의 수는 도시된 바와 같이 하나로 제한되지는 않는다. 양 전극 간의 공간에는 전기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행된다. 상부 전극(330) 및 하부 전극(230)에 인가되는 RF 신호는 제어기(700)에 의해 제어될 수 있으며, 일 예로, 제어기(700)는 상부 전극에 공급되는 전력의 출력을 2000W 내지 3000W로 조절하고, 하부 전극에 공급되는 전력의 출력을 500W 내지 1000W로 조절할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 공정 챔버 내부로 제1 가스 및 제1 가스와 상이한 제2 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 제1 가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스이고, 제2 가스는 산소(O2)를 포함하는 가스일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가스 공급 유닛(400)에서 제1 가스 및 제2 가스가 공급되고, 상부 전극 및 하부 전극에 전력이 공급되어 제1 세정 가스가 생성되면, 제어기(700)는 제1 세정 가스를 이용하여 공정 챔버(100) 내부의 처리 공간을 1차 세정할 수 있으며, 이후 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 공정 챔버(100) 내부의 처리 공간에 공급하여 처리 공간을 2차 세정할 수 있다. 일 예로, 제1 세정 가스는 불소(F2) 또는 불화수소(HF)일 수 있으며, 제2 세정 가스는 비활성 가스를 포함할 수 있다.
또한, 가스 공급 유닛(400)은 제어기(700)에 의해 제어되어, 제1 가스 대 제2 가스의 질량비가 4 : 1 내지 5 : 1이 되도록 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 조절할 수 있다. 특히, 제1 가스 대 제2 가스의 질량비가 4.4 : 1이 되도록 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 조절할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 비활성 가스를 포함하는 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 비활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 공정 챔버(100) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 상부 전극(330) 위에는 도파관(320)이 배치될 수 있다. 상기 도파관(320)은 RF 전원(310)으로부터 제공된 RF 신호를 상기 상부 전극(330)으로 전달한다. 상기 도파관(320)은 도파관 내부로 인입 가능한 전도체를 가질 수 있다.
제어기(700)는 가스 공급 유닛(400) 및 플라즈마 발생 유닛(300)을 제어하여, 제1 가스 및 제1 가스와 상이한 제2 가스를 공정 챔버(100) 내 처리 공간으로 공급하여 제1 세정 가스를 생성하고, 생성된 제1 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 1차 세정한 후, 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 처리 공간에 공급하여 처리 공간을 2차 세정할 수 있다. 여기서, 제1 가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스이고, 제2 가스는 산소(O2)를 포함하는 가스일 수 있으며, 제1 세정 가스는 불소(F2) 또는 불화수소(HF)일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 제어기(700)가 삼불화질소(NF3)와 산소(O2)를 포함하는 가스를 이용하여 생성되는 제1 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 1차 세정한 후 다시 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 2차 세정함으로써, 챔버 세정 공정에 필요한 시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 백업 로스를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 수행하는 경우 H기의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법이 수행되는 경우(NF3 Aging), 종래의 에이징(Normal Aging)보다 빠르게 H기의 변화량이 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 챔버 세정 공정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선, 제1 가스 및 제1 가스와 상이한 제2 가스를 공정 챔버 내부의 처리 공간으로 공급한다(S310).
이어서, 공정 챔버에 제공되는 상부 전극 및 하부 전극에 전력을 인가한다(S320). 여기서, 상부 전극 및 하부 전극에 인가되는 전력은 기설정된 범위 이내로 조절될 수 있으며, 일 예로, 상부 전극에 공급되는 전력의 출력은 2000W 내지 3000W로 조절되고, 하부 전극에 공급되는 전력의 출력은 500W 내지 1000W로 조절될 수 있다.
이어서, 제1 가스 및 제2 가스에 의해 제1 세정 가스가 생성되면, 제1 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 1차 세정한다(S330). 여기서, 제1 가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스이고, 제2 가스는 산소(O2)를 포함하는 가스일 수 있다. 처리 공간을 1차 세정할 때, 제1 가스 대 제2 가스의 질량비가 4 : 1 내지 5 : 1이 되도록 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 조절될 수 있으며, 특히, 제1 가스 대 제2 가스의 질량비는 4.4 : 1이 될 수 있다. 또한, 제1 가스 및 제2 가스에 의해 생성되는 제1 세정 가스는 불소(F2) 또는 불화수소(HF)일 수 있다.
이어서, 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 처리 공간에 공급하여 처리 공간을 2차 세정한다(S340). 여기서, 제2 세정 가스는, 비활성 가스를 포함할 수 있으며, 비활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제1 가스 및 제2 가스에 의해 생성되는 제1 세정 가스를 이용하여 공정 챔버 내부의 처리 공간을 1차 세정한 후 다시 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 이용하여 처리 공간을 2차 세정함으로써, 공정 챔버 내부의 세정 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 백업 로스를 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 컴퓨터에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10: 기판 처리 장치 100: 공정 챔버
200: 기판 지지 어셈블리 300: 플라즈마 발생 유닛
400: 가스 공급 유닛 500: 배플 유닛
700: 제어기

Claims (21)

  1. 상부 전극 및 하부 전극이 제공되는 공정 챔버 내부의 처리 공간을 세정하는 기판 처리 방법에 있어서,
    삼불화질소(NF3) 및 산소(O2)를 4:1 내지 5:1의 질량비로 혼합한 가스를 상기 처리 공간으로 공급하는 단계;
    상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전력을 인가하는 단계;
    상기 혼합한 가스에 의해 생성되는 제1 세정 가스를 이용하여 상기 처리 공간을 1차 세정하는 단계; 및
    상기 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 상기 처리 공간에 공급하여 상기 처리 공간을 2차 세정하는 단계;를 포함하고,
    상기 1차 세정하는 단계는,
    상기 상부 전극에 공급되는 전력의 출력을 2000W 내지 3000W로 조절하는 단계;
    상기 하부 전극에 공급되는 전력의 출력을 500W 내지 1000W로 조절하는 단계; 및
    상기 처리 공간 내부의 공정 압력을 20mT 내지 50mT로 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 처리 공간에 노출되어 상기 제1 세정 가스와 반응하는 부재는, 이트리아(Y2O3) 재질을 포함하고 상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너이고, 그리고
    상기 제2 세정 가스는 사불화탄소(CF4), 육플루오르화부틴(C4F6), 삼불화질소(NF3), 아르곤(Ar) 및 산소(O2)가 혼합된 처리 가스인 기판 처리 방법.
  2. 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 이트리아(Y2O3) 재질을 포함하는 라이너;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 공정 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상부 전극 및 상기 상부 전극과 상기 처리 공간을 사이에 두고 상하로 배치되는 하부 전극을 포함하며, 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 플라즈마 발생 유닛을 제어하여, 삼불화질소(NF3) 및 산소(O2)를 4:1 내지 5:1의 질량비로 혼합한 가스를 상기 처리 공간으로 공급하여 제1 세정 가스를 생성하고, 상기 제1 세정 가스를 이용하여 상기 처리 공간의 상기 라이너를 1차 세정한 후, 상기 제1 세정 가스와 상이한 제2 세정 가스를 상기 처리 공간에 공급하여 상기 처리 공간을 2차 세정하고,
    상기 1차 세정을 행하는데 있어서, 상기 상부 전극에 공급되는 전력의 출력을 2000W 내지 3000W로 조절하고, 상기 하부 전극에 공급되는 전력의 출력을 500W 내지 1000W로 조절하며, 상기 처리 공간 내부의 공정 압력을 20mT 내지 50mT로 조절하며,
    상기 처리 공간에 노출되어 상기 제1 세정 가스와 반응하는 부재는, 이트리아(Y2O3) 재질으로 제공되며 상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너이고,
    상기 제2 세정 가스는 사불화탄소(CF4), 육플루오르화부틴(C4F6), 삼불화질소(NF3), 아르곤(Ar) 및 산소(O2)가 혼합된 처리 가스인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 바닥면에 형성되는 배기홀; 및
    상기 배기홀과 연결되는 배기 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
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