KR20180069172A - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 식각 방법에 관한 기술이다. 본 실시예의 기판 처리 장치는 기판 처리 챔버; 상기 기판 처리 챔버 내부에 플라즈마에 의해 라디칼화된 클리닝 가스를 생성 및 제공하는 리모트 플라즈마 발생부; 상기 리모트 플라즈마 발생부에 파워를 제공하는 RF 파워 제공부; 및 상기 리모트 플라즈마 발생부 및 상기 RF 파워 제공부 사이에 위치되어 상기 RF 파워 제공부로부터 입력되는 파워를 조절하여 상기 리모트 플라즈마 발생부로 제공하는 임피던스 매칭 블록을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법{Wafer Processing Apparatus and Method for Cleaning Using the Same}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리모트 플라즈마 클리닝 챔버를 구비한 기판 처리 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 매 공정마다 그 공정에 필요한 각종 박막을 형성하고 패터닝한다.
현재 박막 형성 공정은 CVD(chemical vapor deposition) 방식보다 저온에서 낮은 불순물을 포함하도록 박막을 형성할 수 있는 ALD(atomic layer deposition) 방식이 주로 이용되고 있다. 상기 ALD 방식은 박막 증착 대상인 웨이퍼를 진공 챔버에 로딩하고, 제 1 반응 가스와 제 2 반응 가스를 교번적으로 공급하여 박막을 형성한다.
그러나, 상기 박막 증착 공정 시, 근본적으로 반응 챔버내에 잔류물이 발생될 수 있고, 웨이퍼를 지지하는 히터 및 반응 챔버벽등에 흡착될 수 있다. 이와 같은 의도치 않은 잔류물들을 제거하기 위하여 클리닝 공정이 진행되고 있다.
최근 제안된 클리닝 방법으로는 리모트 플라즈마 방식을 이용한 클리닝 방식이 제안되고 있다. 상기 리모트 플라즈마 클리닝 방식은 반응 가스들이 공급되는 동안 플라즈마화된 클리닝 가스를 제공하여, 잔류물 또는 상기 잔류물을 생성하기 위한 반응기를 제거할 수 있다. 또한, 이러한 리모트 플라즈마 방식에 의한 클리닝은 식각 장비에서도 동일하게 적용될 수 있다.
그런데, 플라즈마를 이용하여 클리닝 가스를 라디칼 상태로 만들어 주기 위해, 리모트 플라즈마 챔버로 RF 전력을 공급하게 된다. 현재, 리모트 플라즈마 챔버로 공급하는 RF 파워는 최대 가용 파워를 그대로 제공받도록 설계되어 있다.
이에 따라, 리모트 플라즈마 챔버와 매칭되지 않는 파워가 외부로 반사되어 파워 효율이 저하되는 문제가 있으며, 계속적으로 최대 가용 파워를 제공받기 때문에, 리모트 플라즈마 챔버의 내부 손상이 발생될 수 있다.
본 발명은 파워 효율을 개선하고, 막질 특성을 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 챔버, 상기 기판 처리 챔버 내부에 플라즈마화된 클리닝 가스를 생성 및 제공하는 리모트 플라즈마 발생부, 상기 리모트 플라즈마 발생부에 파워를 제공하는 RF 파워 제공부, 및 상기 리모트 플라즈마 발생부 및 상기 RF 파워 제공부 사이에 위치되어 상기 RF 파워 제공부로부터 입력되는 파워를 조절하여 상기 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스에 매칭되는 파워 이하로 조절하여 제공하는 임피던스 매칭 블록을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버 내부의 잔류물을 클리닝하기 위한 방법으로, 리모트 플ㄹ즈마 발생부로 RF 파워를 공급하되, 임피던스 매칭 블록으로부터 조절된 RF 파워를 제공받아, 리모트 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키고 상기 플라즈마에 의해 라디칼화된 클리닝 가스를 반응 챔버에 제공하게 된다. 그런데, 상기 기판상에 증착되는 박막의 종류 및 두께에 따라 상기 반응 챔버상의 상기 리모트 플라즈마 발생부로 공급되는 RF 파워를 임의로 조절하여, 챔버 내부가 과도하게 클리닝되는 것을 방지함과 더불어 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 리모트 플라즈마 발생부와 RF 파워 발생부 사이에 임피던스 매칭 블록을 설치하여, 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스에 해당하는 파워를 제공할 수 있다.
나아가, 임피던스 매칭 블록의 임피던스 조절에 의해 상기 리모트 플라즈마 발생부로 공급되는 RF 전력을 조절하여 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 블록을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭에 따른 식각률 조절 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 반응 챔버(110), 리모트 플라즈마 발생부(RPG:200), RF 파워 제공부(300) 및 임피던스 매칭 블록(400)을 포함할 수 있다.
반응 챔버(110)는 기판 지지대(111) 및 샤워 해드(120)를 포함할 수 있다.
기판 지지대(111)는 웨이퍼가 안착되는 스테이지 및 처리 공간(100a)의 바닥부에 위치되어 상기 스테이지를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다. 상기 지지부는 처리 공간(110a)의 저부를 관통하도록 구성될 수 있으며, 처리 공간(110a) 외부에 구비될 수 있는 승강부(도시되지 않음)에 의해 구동력을 제공받을 수 있다. 샤워 해드(120)는 반응 챔버(110)의 상부에 위치되어, 공정 가스를 상기 처리 공간(110a)에 제공할 수 있다.
또한, 샤워 해드(120) 상부에 가스 공급 블록이 더 구비될 수 있다. 상기 가스 공급 블록은 원료 가스들로서 제공되는 가스들을 적절히 혼합시켜 상기 샤워 해드(120)로 공급할 수 있다. 또한, 상기 가스 공급 블록은 적어도 하나의 공정 가스 공급부와 연결될 수 있다.
상기 가스 공급 블록 상부에 리모트 플라즈마 발생부(200)가 연결될 수 있다. 리모트 플라즈마 발생부(200)는 클리닝 가스 공급부(도시되지 않음)와 연결되어, 클리닝 가스를 제공받을 수 있다.
상기 RF 파워 제공부(300)는 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)에 파워를 제공하도록 연결될 수 있다.
여기서, 미설명 도면 부호 125는 공정 챔버의 탑 리드를 지시하고, 도면 부호 127은 상기 탑리드(125)와 샤워 해드(120) 사이에 개재되는 분사 플레이트를 지시할 수 있다. 또한, 미설명 도면 부호 130은 반응 챔버(110)의 저부에 위치되는 배기 포트를 지시하고, 135는 배기 포트에 삽입되는 배기관을 지시한다.
이와 같은 리모트 플라즈마 발생부(200)는 상기 클리닝 가스 공급부로부터 클리닝 가스를 공급받고, RF 파워 발생부(300)로부터 소정의 파워를 제공받아, 상기 클리닝 가스를 여기시킨다. 여기된 클리닝 가스는 처리 공간(110a)으로 유입되어, 기판 처리 과정중에 발생될 수 있는 잔류물 및 잔류 반응기를 인 시튜(in-situ)로 클리닝시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 임피던스 매칭 블록(400)은 리모트 플라즈마 발생부(200) 및 RF 파워 제공부(300) 사이에 연결될 수 있다. 임피던스 매칭 블록(400)은 RF 파워 제공부(300)에서 출력되는 출력 임피던스와 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스를 매칭시키도록 구성될 수 있다.
임피던스 매칭 블록(400)은 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 센서(410), 제어부(420) 및 임피던스 조절부(430)를 포함할 수 있다.
입력 센서(410)는 상기 RF 파워 제공부(300)의 전기적 특성 정보 및 리모트 플라즈마 발생부(200)의 전기적 특성 정보를 각각 검출하도록 구성될할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 센서(410)는 적어도 하나로 구성될 수 있으며, RF 파워 발생부(300)의 출력 측면에서 바라본 전압, 전류, 파워 및 주파수를 측정할 수 있고, 나아가, 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 측면에서 바라본 전압, 전류, 파워 및 주파수를 측정할 수 있다.
제어부(420)는 상기 입력 센서(410)로부터 검출된 정보들을 입력받아, RF 파워 발생부(300)의 출력 임피던스 및 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스를 산출한다. 또한, 제어부(420)는 상기 파워 발생부(300)의 출력 임피던스 및 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스가 매칭되도록 상기 임피던스 조절부(430)를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 임피던스 조절부(430)는 용량성 리액턴스부(C) 및 유도성 리액턴스부(L)로 구성된 복수의 리액턴스부(RS) 및 상기 복수의 리액턴스부(RS) 각각과 직렬 연결된 복수의 스위치(SW0~SWn)를 포함할 수 있다. 상기 하나의 리액턴스부(RS)와 하나의 스위치(SW)가 하나의 탭(tap)을 이루도록 연결되며, 상기 탭은 복수 개가 병렬 형태로 연결될 수 있다. 이때, 상기 탭은 파워 전달 패스의 역할을 하며, 상기 제어 신호에 의해 상기 스위치(SW0~SWn)들이 선택적으로 동작되어, 파워 전달 패스의 수를 변경시킬 수 있다. 이에 따라, RF 파워 발생부(300)로부터 전달되는 파워 전달량이 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 복수의 스위치(SW0~SWn)들은 상기 제어부(420)로부터 제공되는 제어 신호에 응답하여 구동될 수 있다. 상기 제어 신호는 상기 RF 파워 발생부(300)의 출력 임피던스 및 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스의 차이에 의해 생성될 수 있다.
즉, 제어부(420)는 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스 및 상기 RF 파워 발생부(300)의 출력 임피던스의 차에 해당하는 값으로부터 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 따라 임피던스 조절부(430)의 파워 전달 패스에 해당하는 탭의 개수를 선택하여 구동시킬 수 있다.
이에 따라, RF 파워 발생부(300)로부터 최대 가용 파워가 입력되더라도, 상기 임피던스 매칭 블록(400)에 의해 RF 파워량이 조절되어, 리모트 플라즈마 발생부(200)는 해당 입력 임피던스에 대응되는 파워를 입력받게 된다.
따라서, 필요 이상 유입되는 파워량으로 인해 리모트 플라즈마 발생부(200)가 손상됨을 방지할 수 있으며, 외부로 반사되는 파워를 줄일 수 있다.
또한, 상기한 임피던스 매칭 블록(400)에 의해 클리닝 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(500) 상에 기판 처리 공정 중, 클리닝 대상인 공정 부산물층(510)이 발생될 수 있다.
이와 같은 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스 매칭 블록(400)의 제어부(420)는 공정 부산물층(510)의 클리닝 속도를 사전 검출할 수 있다(S1).
이때, 공정 부산물층(510)이 제 1 두께(d1)만큼 형성되었다는 전제하에, 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께(d2)까지 클리닝되는 동안, 상기 임피던스 매칭 블록(400)은 제 1 공정 조건을 조성하도록 동작될 수 있다(S2). 상기 공정 부산물층(510)의 제 2 두께(d2)만큼 클리닝된 지점은 실질적으로 클리닝 종말점과 근접한 임의의 지점일 수 있다. 또한, 상기 제 1 공정 조건은 상기 공정 부산물층(510)을 제 2 두께(d2)만큼 클리닝하는 제 1 시간(t1) 동안, 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스에 매치되는 파워를 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)에 제공하는 것이다.
즉, 임피던스 매칭 블록(400)은 공정 부산물층(510)의 제 2 두께(d2)만큼 식각되는 동안, 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스에 매칭되는 파워를 제공할 수 있다.
한편, 공정 부산물층(510)의 제 2 두께(d2)만큼 클리닝된 지점으로부터 클리닝 종말점까지의 제 3 두께(d3)에 해당하는 공정 부산물층(510)을 식각하는 동안, 상기 임피던스 매칭 블록(400)은 제 2 공정 조건으로 동작될 수 있다(S3). 상기 제 2 공정 조건은 상기 제 3 두께(d3)에 해당하는 공정 부산물층(510)을 식각하는 제 2 식각 시간(t2) 동안, 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스에 비매칭되는 파워를 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)에 제공하는 것이다. 즉, 제 2 공정 조건은 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스에 매칭되는 파워보다 더 낮은 파워를 리모트 플라즈마 발생부(200)에 인가되도록, 상기 임피던스 매칭 블록(400)의 임피던스 조절부(430)를 제어하는 것이다.
다시 말해, 상기 제 2 식각 시간(t2) 동안, 상기 제 1 공정 조건에서 리모트 플라즈마 발생부(200)에 제공되었던 파워보다는 낮은 파워를 상기 리모트 플라즈마 발생부(200)에 제공하여, 플라즈마 발생 효율을 저하시킨다.
이와 같이, 플라즈마 발생 효율이 저하됨에 따라, 클리닝을 위한 반응기의 생성이 현저히 감소되어, 클리닝 효율을 더디게 한다. 이에 따라, 클리닝 종말점 부근에서의 클리닝 효율을 조절하므로써, 과도 클리닝과 같은 현상을 줄일 수 있다.
본 실시예의 임피던스 매칭 블록(400)은 공정 부산물층(510)의 상부 영역에 해당하는 제 2 두께(d2)만큼을 클리닝하는 동안, 리모트 플라즈마 발생부(200)의 입력 임피던스에 대응되는 파워를 공급하여, 플라즈마 발생률을 최대화시킨다. 이에 따라, 공정 부산물층(510)의 제 2 두께(d2)만큼을 클리닝하는 동안은 최적의 클리닝 효율로 클리닝이 진행된다. 이때, 리모트 플라즈마 발생부(200)는 그것의 입력 임피던스에 대응되는 파워를 공급받기 때문에, 내부 손상 및 파워 반사 없이 클리닝이 진행될 수 있다.
그후, 잔류하는 공정 부산물층(510) 표면으로부터 클리닝 종말점(EOP)까지 클리닝하는 동안은 리모트 플라즈마 발생부(200)의 임력 임피던스에 매칭되는 파워보다 낮은 파워가 제공되도록 임피던스 매칭 블록(400)을 구동시킨다. 이에 따라, 클리닝 종말점(EOP) 부근의 클리닝시, 플라즈마 발생률이 감소되므로써, 상대적으로 천천히 공정 부산물층(510)을 클리닝할 수 있다. 따라서, 과도한 클리닝 처리로 인한 결과물 표면 손상을 줄일 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 리모트 플라즈마 발생부와 RF 파워 발생부 사이에 임피던스 매칭 블록을 설치하여, 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스에 해당하는 파워를 제공할 수 있다.
나아가, 임피던스 매칭 블록의 임피던스 조절에 의해 상기 리모트 플라즈마 발생부로 공급되는 RF 전력을 조절하여 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 챔버 120: 샤워 해드
130: 가스 공급 블록 200: 리모트 플라즈마 발생부
300: RF 파워 제공부 400: 임피던스 매칭 블록

Claims (6)

  1. 기판 처리 챔버;
    상기 기판 처리 챔버 내부에 플라즈마에 의해 라디칼화된 클리닝 가스를 생성 및 제공하는 리모트 플라즈마 발생부;
    상기 리모트 플라즈마 발생부에 파워를 제공하는 RF 파워 제공부; 및
    상기 리모트 플라즈마 발생부 및 상기 RF 파워 제공부 사이에 위치되어, 상기 RF 파워 제공부로부터 입력되는 파워를 조절하여 상기 리모트 플라즈마 발생부로 제공하는 임피던스 매칭 블록을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 블록은 상기 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스 이하 값에 매칭되는 파워를 제공하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 블록은,
    상기 리모트 플라즈마 발생부의 전기적 특성 정보 및 상기 RF 플라즈마 발생부의 전기적 특성 정보를 검출하는 입력 센서;
    상기 입력 센서로부터 검출된 정보로부터 상기 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스 및 상기 RF 플라즈마 발생부의 출력 임피던스를 산출하고, 상기 임피던스들로부터 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 신호에 응답하여 파워 전달량을 조절하는 복수의 파워 전달 패스들을 포함하는 임피던스 조절부를 포함하는 임피던스 조절부를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임피던스 조절부는 병렬로 연결되는 복수의 탭을 포함하고,
    상기 탭은,
    용량성 리액턴스부 및 상기 용량성 리액턴스부와 직렬로 연결된 유도성 리앤턴스부로 구성되는 리액턴스부, 및 상기 리액턴스 직렬로 연결되는 스위치로 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위치 각각은 상기 제어 신호에 응답하여 구동되고,
    각각의 상기 탭들은 상기 파워 전달 패스로 구동되는 기판 처리 장치.
  6. 입력 파워를 조절하는 임피던스 매칭 블록으로부터 파워를 제공받아, 플라즈마에 의해 라디칼화된 클리닝 가스를 반응 챔버에 제공하는 리모트 플라즈마 발생부를 구비한 기판 처리 장치에서 공정 부산물층을 클리닝 방법으로서,
    상기 공정 부산물층의 상부에 해당하는 영역의 클리닝시, 상기 임피던스 매칭 블록은 상기 리모트 플라즈마 발생부에 상기 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스에 매칭되는 파워를 제공하는 단계; 및
    상기 공정 부산물층의 하부에 해당하는 영역의 클리닝시, 상기 임피던스 매칭 블록은 상기 리모트 플라즈마 발생부에 상기 리모트 플라즈마 발생부의 입력 임피던스에 매칭되는 파워보다 낮은 파워를 제공하는 단계를 포함하는 박막 식각 방법.
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KR20220089502A (ko) * 2020-12-21 2022-06-28 주식회사 테스 기판처리장치

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