KR20210004657A - 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착한 후, 증착 과정에서 내부에 부산물이 퇴적된 챔버 내부를 세정하기 위한 기판 처리 장치의 챔버 세정 방법을 포함한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 제1 온도를 가지는 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 상기 챔버 내의 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계; 및 상기 챔버를 세정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 제1 온도를 가지는 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 상기 챔버 내의 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계; 및 상기 챔버를 세정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착한 후, 증착 과정에서 내부에 부산물이 퇴적된 챔버 내부를 세정하기 위한 기판 처리 장치의 챔버 세정 방법을 포함한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 기판 상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 식각 공정, 세정 공정, 및 건조 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정이 수행된다. 여기서, 증착 공정은 기판 상에 반도체 소자로서 요구되는 성질을 가지는 박막을 형성하기 위한 것이다. 그러나, 박막 형성을 위한 증착 공정 중에는 기판 상의 원하는 영역 뿐만 아니라, 증착 공정이 수행되는 챔버 내부에도 증착물을 포함하는 부산물이 퇴적된다.
챔버 내부에 퇴적되는 부산물들은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클 (particle) 발생의 원인이 된다. 이와 같이 발생된 파티클은 기판 상에 형성되는 박막 내에 들어가거나, 박막 표면에 부착되어 반도체 소자의 결함 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 이러한 부산물들이 박리되기 이전에 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거할 필요가 있다.
유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)의 경우, 증착 과정에서 챔버 내부에 퇴적되는 부산물을 제거하기 위하여 챔버 세정 공정을 주기적으로 진행한다. 유기 금속 화학 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 경우, 챔버 내부의 부산물은 세정액을 이용한 습식 식각 방방식이나 세정가스를 이용한 건식 식각 방식으로 제거될 수 있다. 챔버 내부에 퇴적되는 부산물에 금속이 포함되는 경우, 세정 가스를 이용한 건식 식각이 용이하지 않는 경우가 많아 유기 금속 화학 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 경우, 챔버 내부는 주로 습식 식각에 의하여 세정된다. 습식 식각에 의한 세정은 챔버를 오픈한 상태에서 작업자가 직접 수작업으로 세정을 수행하는 경우가 대부분으로, 세정 비용이 증가하고 장치 재현성 및 가동률의 확보가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 기판 상에 박막을 증착하는 공정과 박막을 증착한 후 내부에 부산물이 퇴적된 챔버를 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 유기 금속 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 챔버 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 장치의 세정방법을 포함한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 제1 온도를 가지는 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 상기 챔버 내의 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계; 및 상기 챔버를 세정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1 온도는 상기 박막을 증착하기 위하여 공급되는 원료 가스의 열분해 온도 미만의 값을 가지며, 상기 제2 온도는 상기 박막을 증착하기 위하여 공급되는 원료 가스의 열분해 온도 이상의 값을 가질 수 있다.
상기 가스 분사부는, 상기 챔버의 챔버 리드에 착탈 가능하게 결합되는 상부 프레임; 및 상기 상부 프레임의 하부에 이격 배치되는 하부 프레임;을 포함하고, 상기 제1 온도 및 제2 온도는 상기 하부 프레임의 온도일 수 있다.
상기 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계는, 상기 가스 분사부를 직접 가열하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 가스 분사부를 직접 가열하는 단계는, 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 가열함과 동시에 상기 가스 분사부를 직접 가열할 수 있다.
상기 챔버를 세정하는 단계 이후에, 상기 가스 분사부를 제1 온도로 조절하는 단계;를 더 포함하고, 상기 가스 분사부를 제1 온도로 조절하는 단계는, 상기 가스 분사부를 직접 냉각시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원료 가스는 서로 다른 복수의 원료 물질을 포함하고, 상기 제1 온도는 상기 복수의 원료 물질 중 가장 낮은 열분해 온도를 가지는 원료 물질의 열분해 온도 미만의 값을 가질 수 있다.
상기 챔버를 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 염소(Cl)를 함유하는 제1 세정 가스와 수소(H)를 함유하는 제2 세정 가스를 분리하여 공급하는 단계; 상기 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 상기 챔버 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및 상기 반응 가스로 상기 챔버 내의 부산물을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 반응 가스를 생성하는 단계는, 상기 제1 세정 가스를 상기 가스 분사부의 외부에서 활성화시키고, 상기 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부의 내부에서 활성화시킬 수 있다.
상기 반응 가스를 생성하는 단계는, 상기 활성화된 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부의 외부에서 반응시킬 수 있다.
상기 챔버를 세정하는 단계는, 상기 부산물을 제거하는 단계 이후에, 상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분 및 수소(H) 성분을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 및 상기 챔버 내의 부산물은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 박막 증착 공정과 세정 공정에서의 가스 분사부의 온도를 서로 다르게 조절하여 박막 증착시 원료 가스가 가스 분사부 내부에서 부산물로 퇴적되는 것을 방지하고, 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거하기 위한 세정 공정의 세정 효율을 극대화시킬 수 있다. 특히, 유기 금속 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 챔버 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 박막 증착 공정과 세정 공정에서의 가스 분사부의 온도를 서로 다르게 조절함에 있어서, 가스 분사부를 직접 가열 또는 냉각하여 온도를 조절함으로써, 박막 증착을 위한 환경과 세정을 위한 환경을 상호 간에 신속하게 전환할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 기판 처리 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 챔버를 오픈하지 않고 인-시투 세정이 가능하게 되어, 작업 능률의 향상 및 높은 장치 재현성과 가동률을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 가스 분사부를 분해하여 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마가 형성되는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 가스 분사부를 분해하여 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마가 형성되는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스 분사부를 분해하여 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 챔버(10) 및 상기 챔버(10) 내부에 설치되어 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로(110)와 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로(210)가 분리되어 형성되는 가스 분사부(300)를 포함한다. 또한, 상기 기판 처리 장치는 상기 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부(미도시) 및 상기 제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이외에도 상기 가스 분사부(300)와 연결되어 상기 가스 분사부(300)에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부 및 상기 전원 공급부를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 챔버(10) 내에는 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부(20)가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(10)의 세정주기가 도달하면, 박막 증착 공정을 완료 한 뒤, 상기 챔버(10)를 오픈하지 않고 진공 중에서 세정 공정을 연속적으로 수행한다. 상기 챔버(10) 내에 기판(S)을 인입시켜 상기 기판(S) 상에 박막을 증착시키고, 박막 증착 공정이 완료되면 상기 챔버(10)로부터 상기 기판(S)을 배출시킨 후 상기 챔버(10) 내부를 세정하기 위한 세정 공정을 연속적으로 수행한다. 이와 같은 세정 공정이 완료되면 상기 챔버(10) 내에 또 다른 기판(S)을 인입시키고, 다시 박막 증착 공정을 수행할 수 있다. 이 과정에서 상기 챔버(10)는 박막 증착 공정을 수행하기 위한 압력조건에서 상기 챔버(10)를 오픈하기 위한 조건인 압력 조건으로의 변화가 없이 수행된다.
여기서, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나가 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등의 금속 산화물을 증착하는 공정일 수 있으며, 이 경우 상기 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
제1 가스 제공부 및 제2 가스 제공부는 각각 상기 챔버(10)의 외부에 설치될 수 있으며, 제1 가스 및 제2 가스를 상기 가스 분사부(300)에 제공한다. 박막 증착 공정에서 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 원료 가스를 포함할 수 있으며, 세정 공정에서 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 세정 가스를 포함할 수 있다. 제1 가스 제공부 및 제2 가스 제공부는 각각 반드시 하나의 가스를 제공하는 것은 아니며, 제1 가스 제공부 및 제2 가스 제공부는 각각 복수의 가스를 동시에 공급하거나, 복수의 가스 중 선택된 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 가스 제공부는 제1 원료 가스 또는 제1 세정 가스를 선택적으로 공급하도록 구성될 수 있으며, 제2 가스 제공부는 제2 원료 가스 또는 제2 세정 가스를 선택적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 가스 제공부는 복수의 제1 원료 가스를 동시에 공급하거나, 복수의 제1 원료 가스 중 선택된 제1 원료 가스를 공급하도록 구성될 수 있으며, 이는 제2 가스 제공부의 경우에도 동일하다.
여기서, 제1 원료 가스는 금속 원소를 포함하는 유기 소스 일 수 있다. 예를 들어, 제1 원료 가스는 인듐(In)을 원료 물질로 함유하는 가스, 갈륨(Ga)을 원료 물질로 함유하는 가스 및 아연(Zn)을 원료 물질로 함유하는 가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스일 수 있으며, 제2 원료 가스는 상기 제1 원료 가스와 반응하는 가스를 포함할 수 있다.
또한, 제1 세정 가스는 염소(Cl)를 함유하는 가스를 포함할 수 있으며, 제2 세정 가스는 수소(H)를 함유하는 가스를 포함할 수 있다. 그러나, 이와 같은 제1 원료 가스, 제2 원료 가스, 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스는 필요에 따라 다양한 종류의 가스를 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 가스 분사부(300)는 상기 챔버(10) 내부, 예를 들어 챔버 리드(12)의 하면에 설치되어, 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로(210)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가스 공급 경로(110) 및 상기 제2 가스 공급 경로(210)는 서로 독립적이고 분리되도록 형성되어, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 혼합되지 않도록 상기 챔버(10) 내부로 분리하여 공급할 수 있다.
상기 가스 분사부(300)는 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상부 프레임(310)은 상기 챔버 리드(12)의 하면에 착탈 가능하게 결함됨과 동시에 상면의 일부, 예를 들어 상면의 중심부가 상기 챔버 리드(12)의 하면으로부터 소정 거리로 이격된다. 이에 따라 상기 상부 프레임(310)의 상면과 상기 챔버 리드(12)의 하면 사이의 공간에서 제1 가스 제공부로부터 제공되는 제1 가스가 확산될 수 있다. 또한, 상기 하부 프레임(320)은 상기 상부 프레임(310)의 하면에 일정 간격 이격되어 설치된다. 이에 따라 상기 하부 프레임(320)의 상면과 상기 상부 프레임(310)의 하면 사이의 공간에서 제2 가스 제공부로부터 제공되는 제2 가스가 확산될 수 있다. 상기 상부 프레임(310)과 상기 하부 프레임(320)은 외주면을 따라 연결되어 내부에 이격 공간을 형성하여 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 밀봉 부재(350)에 의하여 외주면을 밀폐하는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
상기 제1 가스 공급 경로(110)는 제1 가스 제공부로부터 제공되는 제1 가스가 상기 챔버 리드(12)의 하면과 상기 상부 프레임(310) 사이의 공간에서 확산되어, 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 가스 공급 경로(210)는 제2 가스 제공부로부터 제공되는 제2 가스가 상기 상부 프레임(310)의 하면과 상기 하부 프레임(320)의 상면 사이의 공간에서 확산되어 상기 하부 프레임(320)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성될 수 있다. 상기 제1 가스 공급 경로(110) 및 상기 제2 가스 공급 경로(210)는 상호 연통되지 않을 수 있으며, 이에 의하여 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 상기 가스 분사부(300)로부터 상기 챔버(10) 내부에 분리하여 공급될 수 있다.
상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 온도 조절 수단(312)이 설치될 수 있다. 도 1에서는 온도 조절 수단(312)이 상부 프레임(310)에 설치되는 구조를 도시하였으나, 상기 온도 조절 수단(312)은 상기 하부 프레임에(320)에 설치될 수도 있으며, 상기 상부 프레임(310)과 상기 하부 프레임(320)에 각각 설치될 수도 있다.
여기서, 상기 온도 조절 수단(312)은 상기 가스 분사부(300)를 직접 가열하기 위한 히팅(heating) 수단을 포함할 수 있다. 이때, 상기 히팅 수단은 저항 가열선을 포함한 가열 수단일 수도있고, 그외 가열 방식을 채택한 가열 수단일 수도 있다. 또한, 상기 히팅 수단은 히팅 라인(heating line)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 히팅 수단은 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에 설치될 수 있으며, 복수 개의 영역을 가열하도록 분할되어 설치될 수 있다. 이때, 복수 개로 분할되어 설치되는 히팅 수단은 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나를 영역별로 가열할 수 있다. 예를 들어, 상기 히팅 수단은 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에서 2개, 3개 또는 4개의 영역에 각각 설치될 수 있으며, 상기 챔버(10) 내부의 중심측에 비하여 보다 낮은 온도를 가지는 챔버 벽 측의 온도를 더 높이기 위하여 챔버 벽에 인접할 수록 보다 많은 히팅 수단이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 히팅 수단은 상기 상부 프레임(310)과 상기 하부 프레임(320)에 각각 설치될 수 있으며, 이때 상기 상부 프레임(310)의 내부에 설치되는 히팅 수단을 제1 히팅 수단, 상기 하부 프레임(320)의 내부에 설치되는 히팅 수단을 제2 히팅 수단이라 할 수 있다.
한편, 상기 온도 조절 수단(312)은 상기 가스 분사부(300)를 직접 냉각시키기 위한 쿨링(cooling) 수단을 포함할 수 있다. 상기 쿨링 수단은 냉각 유체를 순환시키는 쿨링 라인(cooling line)으로 형성될 수 있으며, 상기 히팅 수단에서 설명한 것과 동일하게 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에 설치될 수 있으며 복수 개의 영역을 냉각하도록 분할되어 설치될 수 있다.
상기 상부 프레임(310)과 상기 하부 프레임(320) 중 어느 하나에는 전원 공급부로부터 RF 전력이 인가될 수 있다. 상기 상부 프레임(310)과 상기 하부 프레임(320)은 서로 마주보는 전극으로서, 상기 상부 프레임(310)은 제1 전극(310)이고, 상기 하부 프레임(320)은 상기 제1 전극(310)에 대해서 제2 전극(320)일 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(320)은 복수 개의 관통부를 가질 수 있고, 상기 제1 전극(310)에는 상기 제2 전극(320)의 복수의 관통부를 향해 연장되어 돌출되는 복수 개의 돌출부(342)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마가 형성되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 4에서는 제1 전극(310) 및 기판 지지부(20)가 접지되고, 제2 전극(320)에 전원이 인가되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 전원의 인가 구조는 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 가스는 실선으로 도시된 화살표를 따라 챔버(10) 내에 공급되며, 제2 가스는 점선으로 도시된 화살표를 따라 챔버(10) 내에 공급될 수 있다. 제1 가스는 제1 전극(310)의 내부를 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되며, 제2 가스는 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이의 이격 공간을 통하여 챔버(10) 내부로 공급될 수 있다. 상기 제1 가스는 상기 제1 전극(310)의 복수 개의 돌출부(342)를 통하여 상기 챔버(10) 내부로 공급될 수 있다.
상기 제1 전극(310) 및 기판 지지부(20)가 접지되고, 상기 제2 전극(320)에 전원이 인가되는 경우 상기 가스 분사부(300)와 상기 기판 지지부(20) 사이에는 제1 활성화 영역, 즉 제1 플라즈마 영역(P1)이 형성되고, 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이에는 제2 활성화 영역, 즉 제2 플라즈마 영역(P2)이 형성된다.
따라서, 상기 제1 가스가 상기 제1 전극(310)을 관통하여 공급되는 경우, 상기 제1 가스는 상기 가스 분사부(300)의 외부에 형성되는 제1 플라즈마 영역(P1)에서 활성화된다. 또한, 상기 제2 가스가 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이의 이격 공간을 통하여 공급되는 경우, 상기 제2 가스는 상기 가스 분사부(300)의 내부에 해당하는 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이, 즉 제2 플라즈마 영역(P2)에서부터 제1 플라즈마 영역(P1)까지의 영역에 걸쳐 활성화된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 상기 제1 가스와 상기 제2 가스를 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 가스와 상기 제2 가스가 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화됨으로 인하여, 박막을 증착하거나 챔버(10)를 세정하기 위한 최적의 공급 경로로 각 가스를 분배시킬 수 있다.
도 1 및 도 4에서는 기판 지지부(20) 상에 기판(S)이 안착되는 모습이 도시되었으나, 이는 기판(S) 상에 박막을 증착하는 경우에 적용되며, 챔버(10)의 세정시에 기판(S)은 반출되어 기판 지지부(20) 상에 배치되지 않을 수 있음은 물론이다.
이하에서, 도 5를 참조하여 본 발명의 기판 처리 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 기판 처리 방법의 설명에 있어서 전술한 기판 처리 장치에 관한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 제1 온도를 가지는 가스 분사부(300)가 내부에 마련된 챔버(10) 내에서, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100), 상기 챔버(10) 내의 상기 가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200) 및 상기 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)를 포함하고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
설명의 편의를 위하여, 이하에서는 상기 가스 분사부(300)가 전술한 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320)을 포함하는 구조를 가지는 것을 예로 들어 설명하나, 상기 가스 분사부(300)는 가스 분사판, 샤워 헤드, 플라즈마를 형성하기 위한 전극을 가지는 가스 분사판 또는 리드 자체일 수 있음은 물론이다.
기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)는 제1 온도를 가지는 상기 가스 분사부(300)가 내부에 마련된 상기 챔버(10) 내에서 기판(S) 상에 박막을 증착한다. 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)는 제1 온도를 가지는 상기 가스 분사부(300)로부터 원료 가스를 공급하여 이루어진다. 이때, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)에서 상기 가스 분사부(300)는 원료 가스의 열분해 온도 미만의 온도, 예를 들어 약 80℃ 이하의 제1 온도를 가질 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 박막 증착 공정에서는 원료 가스를 기판(S) 상에서 열분해시켜 박막을 증착한다. 이때, 챔버(10) 내부의 온도는 기판 지지부(20)의 가열에 의하여 조절될 수 있으며, 상기 기판 지지부(20)의 가열에 의하여 상기 원료 가스는 기판(S) 상에서 열분해되어 박막으로 증착된다.
이때, 상기 기판 지지부(20)의 가열에 따라 상기 챔버(10) 내부에 위치하는 상기 가스 분사부(300)의 온도를 상승시킬 수 있다. 그러나, 이 경우 상기 가스 분사부(300)의 온도는 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만의 온도로 유지되어야 한다. 상기 가스 분사부(300)의 온도가 상기 원료 가스의 열분해 온도 이상으로 증가하는 경우, 상기 원료 가스는 기판(S) 상에 도달하기 전에 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해될 수 있으며, 이와 같이 열분해된 원료 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에서 다량의 부산물로 퇴적될 수 있다. 또한, 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해된 원료 가스는 변질되며, 이와 같이 열분해되어 변질된 원료 가스가 상기 가스 분사부(300)로부터 공급되는 경우 기판(S) 상에 원하는 박막을 증착할 수 없게 된다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(20)의 가열은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 원료 가스의 열분해 온도 미만으로 유지되도록 제한된다.
한편, 기판(S)에 박막을 증착하기 위하여 공급되는 원료 가스는 서로 다른 복수의 원료 물질을 포함할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 제1 가스 제공부로부터 공급되는 제1 원료 가스는 금속 원소를 표함하는 유기 소스일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 원료 가스는 인듐(In)을 원료 물질로 함유하는 가스, 갈륨(Ga)을 원료 물질로 함유하는 가스 및 아연(Zn)을 원료 물질로 함유하는 가스 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 가스일 수 있으며, 이 경우 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(100)에서는 가스 분사부(300)를 복수의 원료 물질 중 가장 낮은 열분해 온도를 가지는 원료 물질의 열분해 온도 미만의 온도 값을 가질 수 있다. 이와 같이, 가스 분사부(300)의 온도를 복수의 원료 물질 중 가장 낮은 열분해 온도를 가지는 원료 물질의 열분해 온도 미만의 값으로 유지함으로써 상기 가스 분사부(300) 내에서 어떠한 원료 가스도 열분해되지 않을 수 있게 된다.
가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200)는 상기 챔버(10) 내의 상기 가스 분사부(300)를 전술한 제1 온도보다 높은 제2 온도로 조절한다. 즉, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(100) 이후에는 상기 챔버(10)를 오픈하지 않고, 진공을 유지하면서 연속적으로 인-시튜로 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)가 수행될 수 있는데, 박막을 증착하는 단계(100)와 챔버(10)를 세정하는 단계(S300) 사이에는 상기 가스 분사부(300)를 전술한 제2 온도로 조절하는 단계(S200)가 수행된다. 이와 같이 가스 분사부(300)를 제1 온도보다 높은 제2 온도로 조절하는 것은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 상기 가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200)에서 상기 기판 지지부(20)를 원료 가스의 열분해 온도 이상의 온도, 예를 들어 약 350℃ 이상의 온도로 가열한다. 이에 의하여, 상기 가스 분사부(300)의 온도는 제2 온도로 조절될 수 있으며, 특히 상기 가스 분사부(300)의 온도는 약 200℃ 이상으로 증가하게 된다. 이후, 상기 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)에서 상기 가스 분사부(300)에 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 공급하게 되고, 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스는 서로 다른 영역에서 챔버(10) 내부의 부산물을 제거할 수 있거나, 플라즈마 등에 의하여 활성화되어 챔버(10) 내부의 부산물을 제거할 수 있게 된다. 가스 분사부(300)에 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 공급하여 챔버(10) 내부의 부산물을 제거하는 구체적인 과정에 대하여는 후술하기로 한다.
여기서, 상기 가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200)는 상기 가스 분사부(300)를 직접 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200)에서는 상기 챔버(10) 내의 상기 가스 분사부(300)를 기판(S) 상에 박막을 장착하는 단계(S100)에서의 제1 온도보다 높은 제2 온도로 조절한다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 가스 분사부(300)에 포함되는 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 히팅 수단이 설치될 수 있는 바, 상기 가스 분사부(300)를 제2 온도로 조절하는 단계(S200)는 상기 히팅 수단에 의하여 상기 상부 프레임(310) 및 상기 하부 프레임(320) 중 적어도 하나를 직접적으로 가열하여 상기 가스 분사부(300)를 상기 제1 온도보다 높은 상기 제2 온도로 조절할 수 있다. 이때, 상기 가스 분사부(300)를 직접 가열하는 단계는 기판(S)을 지지하기 위한 상기 기판 지지부(20)를 가열함과 동시에 이루어질 수도 있음은 물론이다. 이와 같이, 상기 히팅 수단이 상기 기판 지지부(20)의 가열과 함께 상기 가스 분사부(300)를 직접적으로 가열하는 경우, 상기 가스 분사부(300)의 온도를 원료 가스의 열분해 온도 이상으로 신속하게 조절할 수 있게 된다.
챔버(10)를 세정하는 단계(S300)는 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)에서 내부에 부산물이 퇴적된 상기 챔버(10)를 세정한다. 여기서, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 박막 증착 공정 및 세정 공정을 상기 챔버(10)를 오픈하지 않고, 진공을 유지하면서 연속적으로 인-시튜(In-Situ)로 수행한다. 이때, 박막 증착 공정은 기판 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등을 증착하는 공정일 수 있으며, 이에 따라 상기 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 금속 산화물을 포함하는 부산물이 내부에 퇴적된 챔버(10)를 세정하기 위하여 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 서로 다른 영역에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성한 후, 이와 같은 반응 가스를 이용하여 상기 챔버(10) 내부의 부산물을 제거한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스를 서로 다른 영역에서 활성화시킴으로써 금속 산화물을 포함하는 부산물이 내부에 퇴적된 상기 챔버(10)를 건식 세정할 수 있게 된다.
이와 같이 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 서로 다른 영역에서 활성화시켜 챔버(10) 내부의 부산물을 제거함에 있어서도, 박막을 증착할 때의 가스 분사부(300)의 온도보다 부산물을 제거할 때의 상기 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 상기 챔버(10) 내의 상기 가스 분사부(300)의 온도가 박막을 증착할 때의 상기 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도보다 높은 제2 온도로 조절한 후, 상기 가스 분사부(300)가 상기 제2 온도를 유지하는 상태에서 상기 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)가 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 상기 챔버(10)를 세정하는 단계(S300) 이후에, 상기 가스 분사부(300)를 제1 온도로 조절하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 온도는 원료 가스의 열분해 온도 미만의 온도, 예를 들어 약 80℃ 이하의 온도 값을 가질 수 있으며, 상기 가스 분사부(300)를 제1 온도로 조절하는 단계는 상기 가스 분사부(300)를 직접 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)는 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)에서의 상기 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 이루어진다. 이와 같이, 상기 가스 분사부(300)의 온도를 증가시켜 세정 공정이 수행된 후 기판(S) 상에 다시 박막을 증착할 때, 상기 가스 분사부(300)의 온도를 낮추는 것은 매우 어렵다. 즉, 세정 공정을 위하여 상기 제2 온도로 조절된 상기 가스 분사부(300)의 온도를 단순히 가열만을 중지하여 상기 제2 온도로부터 상기 제1 온도로 낮추기 위하여는 수십 시간이라는 많은 시간이 소요된다.
이에, 상기 가스 분사부(300)를 제1 온도로 조절하는 단계(S400)는 기판 상에 가스를 공급하기 위한 상기 가스 분사부(300)를 직접 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 박막 증착을 위한 환경과 세정을 위한 환경을 상호 간에 신속하게 전환할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가스 분사부(300)에 포함되는 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 쿨링 수단이 설치될 수 있다. 이와 같은 쿨링 수단은 상기 기판 지지부(20)가 가열되는 중에도 상기 가스 분사부(300)의 온도가 원료 가스의 열분해 온도 미만으로 유지되도록 상기 가스 분사부(300)의 온도를 직접적으로 낮추어주는 역할을 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 가스 분사부(300)의 온도를 제1 온도로 조절하여 챔버(10)를 내의 기판(S)에 박막을 증착하고, 상기 가스 분사부(300)의 온도를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 조절하여 상기 챔버(10)를 세정한다. 이때, 상기 가스 분사부(300)는 전술한 바와 같이 상기 챔버(10)의 챔버 리드(12)에 착탈 가능하게 결합되는 상부 프레임(310) 및 상기 상부 프레임(310)의 하부에 이격 배치되는 하부 프레임(320)을 포함하는 이중 구조로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 상기 하부 프레임(320)의 온도일 수 있다. 상기 하부 프레임(320)은 가스의 이동 경로의 후단에 배치되며, 상기 기판 지지부(20)에 가장 인접하게 배치되는 바, 이와 같이 상기 하부 프레임(320)의 온도를 조절함으로써 원료 가스의 열분해 여부를 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
이하에서는, 금속 산화물을 포함하는 부산물이 내부에 퇴적된 챔버(10)를 세정하기 위하여 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 서로 다른 영역에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성한 후, 이와 같은 반응 가스를 이용하여 상기 챔버(10) 내부의 부산물을 제거하는 과정에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)는, 상기 챔버(10) 내에 염소(Cl)를 함유하는 제1 세정 가스와 수소(H)를 함유하는 제2 세정 가스를 분리하여 공급하는 단계, 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스를 상기 챔버(10) 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및 상기 반응 가스로 상기 챔버(10) 내의 부산물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 세정 가스와 제2 세정 가스를 분리하여 공급하는 단계는 제1 가스 제공부로부터 제공되는 제1 세정 가스와 제2 가스 제공부로부터 제공되는 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부(300)를 통하여 상기 챔버(10) 내로 공급한다. 즉, 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스는 가스 분사부(300) 내에 서로 다른 경로로 형성되는 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스 공급 경로(210)를 따라 상기 챔버(10) 내로 공급될 수 있다.
상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스는 상기 챔버(10) 내의 반응 공간에서 서로 반응하여 반응 가스를 생성하기 위한 것으로, 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스 중 어느 하나는 염소(Cl) 함유 가스를 포함하고, 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스 중 다른 하나는 수소(H) 함유 가스를 포함할 수 있다. 염소(Cl) 함유 가스는 Cl2, BCl3 및 ClF3 중 적어도 하나를 포함하고, 수소(H) 함유 가스는 H2, CH4 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 각각 염소(Cl) 또는 수소(H)를 원소로써 포함하는 다양한 종류의 가스를 사용할 수 있음은 전술한 바와 같다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 세정 가스로 염소(Cl) 함유 가스를 사용하고, 제2 세정 가스로 수소(H) 함유 가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하나, 반대의 경우에도 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 제1 세정 가스는 염소(Cl) 함유 가스를 포함할 수 있고, 상기 제2 세정 가스는 수소(H) 함유 가스를 포함할 수 있으나, 각 가스는 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스 외에도 각각 아르곤(Ar), 제논(Ze) 및 헬륨(He) 등 중 적어도 하나의 비반응성 가스를 더 포함할 수 있다. 이 경우 비반응성 가스는 캐리어 가스의 역할을 하거나, 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있으며, 전원이 인가되는 경우 플라즈마 형성을 위한 방전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에서 각각 별개의 경로를 따라 상기 챔버(10) 내로 분리 공급된다. 즉, 상기 제1 세정 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에 형성된 상기 제1 가스 공급 경로(110)를 따라 상기 챔버(10) 내로 공급되며, 상기 제2 세정 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에 형성되어 상기 제1 가스 공급 경로(110)와 연통되지 않는 상기 제2 가스 공급 경로(210)를 따라 챔버(10) 내로 공급된다. 이와 같이 상기 제1 세정 가스 및 상기 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부(300) 내에서 각각 별개의 경로를 따라 챔버(10) 내로 공급함으로써, 상기 가스 분사부(300) 내에서 상기 제1 세정 가스와 상기 제2 세정 가스가 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 가스 분사부(300)의 손상을 방지하고, 상기 챔버(10) 내부를 보다 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
반응 가스를 생성하는 단계는 상기 제1 세정 가스와 상기 제2 세정 가스를 챔버(10) 내부에 형성되는 플라즈마 영역에서 활성화시키고, 플라즈마 영역에서 활성화된 상기 제1 세정 가스와 상기 제2 세정 가스를 상기 챔버(10) 내부의 반응 공간에서 반응시켜 반응 가스를 생성한다.
여기서, 반응 가스를 생성하는 단계는, 도 4에서 전술한 바와 같이 상기 제1 세정 가스가 상기 제1 전극(310)을 관통하여 공급되는 경우, 상기 제1 세정 가스는 제1 플라즈마 영역(P1)에서 활성화된다. 또한, 상기 제2 세정 가스가 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이의 이격 공간을 통하여 공급되는 경우, 제2 플라즈마 영역(P2)에서부터 활성화되어, 상기 제1 플라즈마 영역(P1)에 걸쳐 활성화된다. 이에 의하여 반응 가스를 생성하는 단계는 상기 제1 세정 가스와 상기 제2 세정 가스를 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화시킬 수 있으며, 플라즈마가 형성되는 영역을 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이의 영역까지 확장시켜 상기 챔버(10) 내의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 가스를 생성하기 위한 최적의 공급 경로로 상기 제1 가스와 상기 제2 가스를 분배시킬 수 있다.
또한, 활성화된 상기 제1 세정 가스와 상기 제2 세정 가스, 예를 들어 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스는 별개의 경로로 상기 챔버(10) 내에 공급되어, 직접적으로 상기 챔버(10)의 세정을 위한 세정 가스로도 일부 사용될 수 있지만, 활성화된 염소(Cl) 함유 가스와 활성화된 수소(H) 함유 가스는 상호 반응성이 높기 때문에, 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스, 예를 들어 염화수소(HCl) 가스를 생성하게 된다. 생성된 염화수소(HCl) 가스는 상기 챔버(10) 내에 퇴적되는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 제거하기 위한 주된 반응 가스가 된다.
반응 가스로 상기 챔버(10) 내의 부산물을 제거하는 단계는 생성된 반응 가스를 상기 챔버(10) 내의 부산물과 물리 화학적으로 반응시켜 식각하여 제거한다. 예를 들어, 염화수소(HCl) 가스는 상기 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물과 물리 화학적으로 반응하여, 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 등으로부터 발생하는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 식각하여 제거할 수 있다.
또한, 챔버(10)를 세정하는 단계(S300)는 부산물을 제거하는 단계 이후에, 상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분 및 수소(H) 성분 등의 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 잔류물을 제거하는 단계는 전술한 부산물을 제거하는 단계에서 발생하는 상기 챔버(10) 내의 잔류물을 상기 챔버(10) 외부로 배출하여 제거한다. 상기 잔류물을 제거하는 단계는 상기 챔버(10)를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 세정하는 단계 및 상기 챔버(10)를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 반응 가스로 부산물을 제거하는 것을 1차 세정이라하고, 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분을 제거하는 것을 2차 세정이라 하고, 챔버 내에 잔류하는 수소(H) 성분을 제거하는 것을 3차 세정이라 하기로 정의한다.
활성화된 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 반응시켜 염화수소(HCl) 가스를 생성하고, 생성된 염화수소(HCl) 가스에 의하여 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하게 되면, 활성화된 염소(Cl) 함유 가스 및 염화수소(HCl) 가스에 의하여 발생하는 염소(Cl) 원자, 염소(Cl) 라디칼, 염소(Cl) 이온 및 전자를 포함하는 염소(Cl) 성분의 잔류물이 상기 챔버(10) 내에 잔류하게 된다. 따라서, 이와 같은 염소(Cl) 성분의 잔류물을 제거하기 위하여 상기 챔버(10) 내를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 수소 플라즈마 처리하여 2차 세정한다. 수소 플라즈마 처리를 위하여 수소 플라즈마는 원격 플라즈마를 이용하여 상기 챔버(10) 내에 공급될 수도 있으나, 상기 챔버(10) 내에 공급되는 수소(H) 함유 세정 가스를 활성화시켜 상기 챔버(10) 내에서 직접 수행될 수 있으며, 제2 가스로 수소 가스(H2)를 사용하는 경우에는 제2 가스를 그대로 이용하여 수소 플라즈마 처리를 수행할 수도 있다. 이와 같은 수소 플라즈마 처리에 의하여 형성되는 수소(H) 라디칼은 염소(Cl) 성분과 반응하고, 이에 따라 상기 챔버(10) 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분의 잔류물이 제거된다.
또한, 수소 플라즈마 처리 이후에는 활성화된 수소(H) 함유 가스 및 수소 플라즈마 처리 이후에 발생하는 수소(H) 원자, 수소(H) 라디칼, 수소(H) 이온 및 전자를 포함하는 수소(H) 성분의 잔류물이 상기 챔버(10) 내에 잔류하게 된다. 따라서, 이와 같은 수소(H) 성분의 잔류물을 제거하기 위하여 상기 챔버(10) 내를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 산소 플라즈마 처리하여 3차 세정한다. 산소 플라즈마는 수소 플라즈마의 경우와 동일하게 원격 플라즈마를 이용하여 상기 챔버(10) 내에 공급될 수도 있으나, 상기 챔버(10) 내에 공급되는 산소(O) 함유 세정 가스를 활성화시켜 상기 챔버(10) 내에서 직접 수행될 수도 있다. 이 경우, 산소(O) 함유 세정 가스를 제공하는 산소(O) 함유 가스 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 산소(O) 함유 가스, 예를 들어 산소 가스(O2)는 상기 가스 분사부(300)를 통하여 상기 챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
여기서, 수소 플라즈마 처리를 위한 수소 함유 세정 가스와 산소 플라즈마 처리를 위한 산소 함유 세정 가스는 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스 중 적어도 하나와 동일한 경로로 상기 챔버(10) 내에 공급될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 가스 공급 경로(210)는 전원이 인가되는 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이의 이격 공간으로 연결되도록 형성되므로, 수소 플라즈마 또는 산소 플라즈마를 고밀도로 보다 효율적으로 발생시키기 위하여 수소 플라즈마 처리 또는 산소 플라즈마 처리시에 공급되는 수소 함유 세정 가스 또는 산소 함유 세정 가스는 제2 가스 공급 경로(210)를 통하여 상기 챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버의 세정은 박막 증착 공정 다음에 진공을 유지하면서 연속적으로 인-시투(In-Situ)로 이루어질 수 있다. 즉, 기판 지지부(20)에 기판이 안착되어 예를 들어, 유기 금속 화학 기상 증착 공정이 수행되어 기판 상에 아연 산화물, 즉 인듐과 갈륨이 도핑된 아연 산화물(IGZO)이 증착되고, 증착이 완료되면 기판은 외부로 반출된다. 이후, 챔버(10) 내부를 세정하기 위하여 상기 챔버(10) 내부로 공정 가스를 공급하지 않고, 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 포함하는 제1 가스 및 제2 가스를 공급한다. 전원이 인가되어 활성화된 제1 가스 및 제2 가스가 상기 챔버(10) 내부의 반응 공간에서 반응하여 염화수소(HCl) 가스가 생성되면, 상기 챔버(10) 내부에서 부산물과 물리 화학적으로 반응하여 부산물이 식각되어 제거된다. 한편, 세정이 완료되고 나면, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스의 공급을 중단하고, 다시 기판을 상기 챔버(10) 내부로 반입하여 유기 금속 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 박막 증착 공정과 세정 공정에서의 가스 분사부(300)의 온도를 서로 다르게 조절하여 박막 증착시 원료 가스가 상기 가스 분사부(300) 내부에서 부산물로 퇴적되는 것을 방지하고, 세정 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 가스 분사부(300)를 직접 가열 또는 냉각하여 온도를 조절함으로써, 박막 증착을 위한 환경과 세정을 위한 환경을 상호 간에 신속하게 전환할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 기판 처리 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 상기 챔버(10)를 분리하지 않고 인-시투 세정이 가능하게 되어, 작업 능률의 향상 및 높은 장치 재현성과 가동률을 확보할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
110: 제1 가스 공급 경로
210: 제2 가스 공급 경로
300: 가스 분사부 310: 상부 프레임, 제1 전극
312: 온도 조절 수단 320: 하부 프레임, 제2 전극
342: 돌출부 350: 밀봉 부재
300: 가스 분사부 310: 상부 프레임, 제1 전극
312: 온도 조절 수단 320: 하부 프레임, 제2 전극
342: 돌출부 350: 밀봉 부재
Claims (12)
- 제1 온도를 가지는 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계;
상기 챔버 내의 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계; 및
상기 챔버를 세정하는 단계를 포함하고,
상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 박막을 증착하기 위하여 공급되는 원료 가스의 열분해 온도 미만의 값을 가지며,
상기 제2 온도는 상기 박막을 증착하기 위하여 공급되는 원료 가스의 열분해 온도 이상의 값을 가지는 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가스 분사부는,
상기 챔버의 챔버 리드에 착탈 가능하게 결합되는 상부 프레임; 및
상기 상부 프레임의 하부에 이격 배치되는 하부 프레임;을 포함하고,
상기 제1 온도 및 제2 온도는 상기 하부 프레임의 온도인 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 가스 분사부를 제2 온도로 조절하는 단계는,
상기 가스 분사부를 직접 가열하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 가스 분사부를 직접 가열하는 단계는,
상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부를 가열함과 동시에 상기 가스 분사부를 직접 가열하는 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 챔버를 세정하는 단계 이후에,
상기 가스 분사부를 제1 온도로 조절하는 단계;를 더 포함하고,
상기 가스 분사부를 제1 온도로 조절하는 단계는,
상기 가스 분사부를 직접 냉각시키는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 원료 가스는 서로 다른 복수의 원료 물질을 포함하고,
상기 제1 온도는 상기 복수의 원료 물질 중 가장 낮은 열분해 온도를 가지는 원료 물질의 열분해 온도 미만의 값을 가지는 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 챔버를 세정하는 단계는,
상기 챔버 내에 염소(Cl)를 함유하는 제1 세정 가스와 수소(H)를 함유하는 제2 세정 가스를 분리하여 공급하는 단계;
상기 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 상기 챔버 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및
상기 반응 가스로 상기 챔버 내의 부산물을 제거하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 반응 가스를 생성하는 단계는,
상기 제1 세정 가스를 상기 가스 분사부의 외부에서 활성화시키고, 상기 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부의 내부에서 활성화시키는 기판 처리 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 반응 가스를 생성하는 단계는,
상기 활성화된 제1 세정 가스 및 제2 세정 가스를 상기 가스 분사부의 외부에서 반응시키는 기판 처리 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 챔버를 세정하는 단계는,
상기 부산물을 제거하는 단계 이후에,
상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분 및 수소(H) 성분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 박막 및 상기 챔버 내의 부산물은 금속 산화물을 포함하는 기판 처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190081422A KR20210004657A (ko) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 기판 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190081422A KR20210004657A (ko) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 기판 처리 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210004657A true KR20210004657A (ko) | 2021-01-13 |
Family
ID=74142378
Family Applications (1)
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| KR1020190081422A KR20210004657A (ko) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 기판 처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210004657A (ko) |
-
2019
- 2019-07-05 KR KR1020190081422A patent/KR20210004657A/ko active IP Right Grant
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