KR20210006229A - 기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법은 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정을 포함하고, 챔버 안정화 공정은, 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정 및 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 챔버 내벽 및 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법{The chamber cleaning method of the substrate processing apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내부의 손상을 방지하기 위한 안정화 공정을 포함하는 챔버 클리닝 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 영역뿐만 아니라, 증착 공정이 수행되는 챔버 내부에도 증착물을 포함하는 부산물이 퇴적된다.
그리고, 챔버 내부에 퇴적되는 부산물들은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클(particle) 발생의 원인이 된다. 또한, 파티클은 기판 상에 형성되는 박막 내에 들어가거나, 박막 표면에 부착되어 결함 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 이러한 부산물들이 박리되기 이전에 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거할 필요가 있다.
챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거하는 세정 공정에서는 염소(Cl) 가스와 수소(H) 가스를 이용한다. 즉, 염소(Cl) 가스와 수소(H) 가스 간의 반응으로 생성된 염화수소(HCl) 가스가 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 식각함으로써, 이들이 제거된다.
한편, 챔버의 내부는 부분적으로 그 온도가 다를 수 있는데, 낮은 온도 예컨대 150℃ 이하인 부분에서는 염화수소(HCl)와 부산물 간의 식각 반응에 의해 생성되며, 염소(Cl)를 포함하는 생성물이 퇴적되어 잔류할 수 있다.
또한, 증착 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버를 오픈(open)해야 하는 일이 발생될 수 있다. 챔버가 오픈되면 챔버 내부가 대기에 노출되는데, 이때 세정 시 또는 세정 이후에 챔버 내부에 퇴적된 염소(Cl)를 포함하는 퇴적물이 대기 중 수분과 반응하며, 이에 염화수소(HCl)가 생성된다. 이 염화수소(HCl)는 챔버 내부 예컨대, 챔버 내벽, 서셉터 및 가스 분사부를 부식시켜 챔버를 손상시킬 수 있다.
한국등록특허 KR 10-1232904
본 발명은 챔버 내부의 손상을 방지할 수 있는 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명은 박막 특성을 향상시킬 수 있는 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법은 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 상기 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정; 을 포함하고, 상기 챔버 안정화 공정은, 상기 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 상기 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정; 및 상기 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 상기 챔버 내벽 및 상기 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정; 을 포함한다.
상기 세정 가스는 염소(Cl), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 세정 공정은 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키는 공정을 포함한다.
상기 코팅 공정에 의해 형성된 보호막은 금속 산화물막을 포함한다.
상기 보호막은 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 챔버 안정화 공정은 상기 코팅 공정 이후에 실시되는 시즈닝 공정을 포함하고, 상기 시즈닝 공정은 증착 공정에서 사용되는 증착 가스를 분사하는 공정을 포함한다.
상기 시즈닝 공정에 의해 챔버 내부에 증착되는 시즈닝 박막의 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 박막은 금속 산화물막일 수 있다.
상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 금속 산화물막은 박막 트랜지스터의 활성층일 수 있다.
상기 증착 공정에서 상기 활성층을 형성하는데 있어서, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나를 도핑시켜 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 안정화 공정은, 챔버 내부의 세정 공정 종료 후 보호막 코팅 공정을 인시츄(in situ)로 실시한다.
보호막 코팅 공정은 부식성의 가스를 이용하는 챔버 세정 공정 시 또는 세정 공정 이후 챔버 내부의 파트 및 챔버 내부 벽면이 손상될 수 있다.
이에 보호막 코팅 공정을 실시함으로써, 세정 공정 이후 부식에 노출된 파트가 수분과 반응하는 것을 억제시킬 수 있다. 따라서, 부식성 물질 예컨대 염화수소(HCl)의 생성을 방지 또는 억제할 수 있어, 챔버 내부가 부식 즉 손상되는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 보호막 코팅 공정 이후에 챔버 내부에 시즈닝 공정을 인시츄(in situ)로 더 실시할 수 있다. 시즈닝 공정을 하는 경우, 챔버 내부가 다음 박막 증착 공정 시와 유사한 분위기로 조성되어, 박막 증착 공정 시에 불순물로 작용하는 요소들을 줄일 수 있어, 보호막 코팅 공정과 시즈닝 공정 완료 후 생성된 박막 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 소자 예컨대 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능 편차 발생이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 증착 공정과 챔버 안정화 공정을 인시츄(In situ)로 진행함에 따라, 챔버 내 불순물 유입을 효과적으로 차단할 수 있으며, 이로 인해 챔버 내 부식을 보다 효과적으로 방지 또는 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 박막 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4는 박막 트랜지스터를 나타낸 도면으로, 본 발명의 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법에 대해 간략히 설명한다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법은 기판 상에 박막을 증착하는 공정(이하, 박막 증착 공정(S100)), 증착이 종료된 후, 내부의 부산물을 제거하고, 손상 방지를 위해 챔버 내부를 세정 및 코팅 처리하는 공정(이하, 챔버 안정화 공정(S200))을 포함한다. 이때, 실시예들에 따른 챔버 안정화 공정 방법은 하나의 기판 처리 장치에서 박막 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)을 인시츄(in situ)로 진행한다.
여기서, 챔버 안정화 공정(S200)은 제 1 실시예와 같이 박막 증착 공정(S100) 종료 후 챔버 내부의 부산물을 제거하는 챔버 세정 공정(S210) 및 세정 종료 후 챔버 내부에 보호막을 코팅하는 보호막 코팅 공정(S220)을 포함한다.
또한, 챔버 안정화 공정(S200)은 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이 보호막 코팅 공정(S220) 종료 후, 챔버 내부를 이후 진행되는 증착 공정 분위기와 유사하게 조절하는 시즈닝 공정(S230)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 박막 증착은 박막 증착 공정(S100)으로 명명될 수 있다. 그리고, 챔버 세정은 챔버 세정 공정(S210), 보호막 코팅은 보호막 코팅 공정(S220), 시즈닝은 시즈닝 공정(S230)으로 명명될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 설명한다.
기판 처리 장치는 상술한 바와 같이 기판(10) 상에 박막을 증착하는 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)을 인시츄(In situ)로 진행하는데, 상기 증착 공정(S100)은 금속 산화물막을 증착하는 공정일 수 있다.
보다 구체적인 예로, 기판 처리 장치를 이용한 증착 공정(S100)은 박막 트랜지스터의 활성층(active layer) 형성을 위해 금속 산화물 박막을 형성하는 공정일 수 있다. 그리고, 증착 공정(S100)에서 형성하는 금속 산화물막 즉, 활성층은 예컨대, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나가 도핑된 박막일 수 있다. 즉, 산화아연(ZnO)에 인듐(In)을 도핑한 IZO 박막, 산화아연(ZnO)에 갈륨(Ga)을 도핑한 GZO 박막, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 IGZO 박막 중 어느 하나일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100), 각기 다른 종류의 가스를 제공하는 제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400), 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공된 가스가 이동하는 제 1 경로(541)와, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스가 이동하는 제 2 경로(542)를 구비하며, 챔버(100) 내부에 설치되어 가스를 분사하는 분사부(500), 챔버(100) 내부에 설치되어 분사부(500)와 대향 위치되며, 분사부(500)를 향하는 일면에 기판(10)이 안착되는 서셉터(600)를 포함한다.
또한, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전원을 인가하는 RF 전원부(700)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부로 반입된 기판(10) 상에 박막이 형성될 수 있는 공정 공간을 포함할 수 있다. 예컨대 그 단면의 형상이 사각형, 오각형, 육각형 등의 형상일 수 있다. 물론, 챔버(100) 내부의 형상은 다양하게 변경 가능하며, 기판(10)의 형상과 대응하도록 마련되는 것이 바람직하다.
분사부(500)는 챔버(100) 내부에서 서셉터(600)와 마주보도록 배치되며, 서셉터(600)의 연장 방향으로 나열되어 상호 이격 배치된 홀(이하 분사홀(511))이 마련된 제 1 플레이트(510) 및 복수의 분사홀(511) 각각에 삽입되도록 마련된 복수의 노즐(520)을 포함한다.
또한, 분사부(500)는 챔버(100) 내부에서 상기 챔버(100) 내 상부벽과 제 1 플레이트(510) 사이에 위치하도록 설치된 제 2 플레이트(530) 및 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 사이에 위치된 절연부(560)를 포함한다.
여기서, 제 1 플레이트(510)는 RF 전원부(700)와 연결되고, 제 2 플레이트(530)는 접지될 수 있다. 그리고, 절연부(560)는 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 간의 전기적인 연결을 방지해주는 역할을 한다.
제 1 플레이트(510)는 서셉터(600)의 연장 방향으로 연장 형성된 판 형상일 수 있다. 그리고, 제 1 플레이트(510)에는 복수의 분사홀(511)이 마련되는데, 복수의 분사홀(511) 각각은 제 1 플레이트(510)를 상하 방향으로 관통하도록 마련된다. 그리고 복수의 분사홀(511)은 제 1 플레이트(510) 또는 서셉터(600)의 연장 방향으로 나열 배치된다.
복수의 노즐(520) 각각은 상하 방향으로 연장된 형상일 수 있고, 그 내부에는 가스의 통과가 가능한 통로가 마련되어 있으며, 상단 및 하단이 개구되어 있다. 그리고, 복수의 노즐(520) 각각은 적어도 그 하부가 제 1 플레이트(510)에 마련된 분사홀(511)에 삽입되고, 상부는 제 2 플레이트(530)와 연결되도록 설치된다. 이에, 노즐(520)은 제 2 플레이트(530)로부터 하부로 돌출된 형상으로 설명될 수 있다.
노즐(520)의 외경은 분사홀(511)의 내경에 비해 작도록 마련되며, 노즐(520)이 분사홀(511) 내부에 삽입 설치되는데 있어서, 노즐(520)의 외주면이 분사홀(511) 주변벽(즉, 제 1 플레이트(510)의 내측벽)과 이격되도록 설치된다. 이에, 분사홀(511)의 내부는 노즐(520)의 외측 공간과, 노즐(520)의 내측 공간으로 분리되어진다.
분사홀(511) 내에서 노즐(520) 내 통로는 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 그리고, 분사홀(511) 내에서 노즐(520)의 외측 공간은 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다.
따라서, 이하에서는 노즐(520) 내 통로를 제 1 경로(541), 분사홀(511) 내부에서 노즐(520)의 외측 공간을 제 2 경로(542)라 명명한다.
제 2 플레이트(530)는 그 상부면이 챔버(100) 내 상부벽과 이격되고, 하부면이 제 1 플레이트(510)와 이격되도록 설치된다. 이에 제 2 플레이트(530)와 제 1 플레이트(510) 사이 및 제 2 플레이트(530)와 챔버(100) 상부벽 사이 각각에 빈 공간이 마련된다.
여기서, 제 2 플레이트(530)의 상측 공간은 후술되는 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)으로부터 제공된 가스가 확산 이동되는 공간(이하, 가스 확산 공간(550))으로서, 복수의 노즐(520)의 상측 개구와 연통된다. 다른 말로 설명하면, 가스 확산 공간(550)은 복수의 제 1 경로(541)와 연통된 공간이다. 이에, 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공되어 가스 확산 공간(550)으로 공급된 가스는 복수의 제 1 경로(541)로 공급되어 분사된다.
또한, 제 2 플레이트(530)의 내부에는 가스가 이동되는 통로인 건드릴(미도시)이 마련되어 있으며, 상기 건드릴은 후술되는 제 2 가스 공급부(300)의 제 2 이송관(320)과 연결되고, 제 2 경로(542)와 연통되도록 마련된다. 따라서, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스는 제 2 플레이트(530)의 건드릴, 제 2 경로(542)를 거쳐 기판(10)으로 분사될 수 있다.
제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400)는 서로 다른 종류의 가스를 챔버의 공정 공간으로 공급 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공되는 가스를 제 1 가스, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 가스를 제 2 가스, 제 3 가스 공급부(400)로부터 제공되는 가스를 제 3 가스라 명명한다.
그리고, 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 챔버 클리닝 방법을 실시 할 수 있으며, 증착 공정 및 챔버 안정화 공정을 진행하며, 증착 공정 및 챔버 안정화 공정 각각은 제 1 가스와 제 2 가스 간의 반응물을 통해 실시될 수 있다.
이에, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각은 증착 공정 및 챔버 내부를 처리하는 안정화 공정을 위한 가스를 제공하도록 마련된다. 이때, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 제 2 가스는 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공된 제 1 가스와 반응하는 가스이다. 그리고, 제 3 가스 공급부(400)는 챔버 처리 공정 시에 퍼지를 위한 가스를 제공한다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공되는 제 1 가스 및 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 제 2 가스 각각은 증착을 위한 가스 및 챔버 처리를 위한 세정 가스를 포함한다. 즉, 제 1 가스 및 제 2 가스 각각은 증착, 세정 및 보호막 코팅을 위한 가스를 포함할 수 있다. 그리고, 제 3 가스 공급부(400)로부터 제공되는 제 3 가스는 챔버 처리 공정 중 보호막 코팅시 퍼지를 위한 퍼지 가스를 포함한다.
이하, 제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400)에 대해 설명한다.
제 1 가스 공급부(200)는 제 1 가스가 저장된 제 1 저장부(210) 및 일단이 제 1 저장부(210)에 연결되고, 타단이 가스 확산 공간(550)과 연결되며, 내부에 제 1 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 1 이송관(220)을 포함한다. 이에, 제 1 저장부(210)로부터 제공된 제 1 가스는 가스 확산 공간(550), 복수의 노즐(520) 즉, 복수의 제 1 경로(541)를 통과하도록 이동하여 분사될 수 있다.
제 1 저장부(210)는 증착을 위한 가스(제 1 증착 가스)가 저장된 제 1 증착 가스 저장부(211), 세정을 위한 가스(제 1 세정 가스)가 저장된 제 1 세정 가스 저장부(212) 및 보호막 코팅을 위한 가스(제 1 코팅 가스)가 저장된 제 1 코팅 가스 저장부(213)를 포함할 수 있다.
제 1 증착 가스 저장부(211)에 저장된 제 1 증착 가스는 박막 증착을 위한 소스 원료 가스로서, 제 1 증착 가스 저장부(211)에는 각각의 소스 가스의 캐니스터(미도시)에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 각각 저장되어 챔버(100)로 공급 될 수 있다. 즉, 제 1 이송관(220)을 통해 챔버(100)로 공급되는 제 1 증착 가스는 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스 를 포함할 수 있다.
이때, 하나의 제 1 증착 가스 저장부(211)에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 저장되거나, 제 1 증착 가스 저장부(211)가 3 개의 저장부로 분할 구성되어, 각각에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 각기 저장될 수 있다.
여기서, 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스로 디에틸징크(Diethyl Zinc; Zn(C2H5)2)(DEZ) 및 디메틸징크(Dimethyl Zinc; Zn(CH3)2)(DMZ) 중 적어도 하나를 이용할 수 있고, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스로 트리메틸인듐(Trimethyl Indium; In(CH3)3)(TMIn) 및 디에틸아미노 프로필 디메틸 인듐(Diethylamino Propyl Dimethyl Indium)(DADI) 중 적어도 하나를 이용할 수 있으며, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스로 트리메틸갈륨(Trimethyl Gallium; Ga(CH3)3)(TMGa) 등을 이용할 수 있다.
제 1 세정 가스 저장부(212)에 저장된 제 1 세정 가스는 챔버(100) 내부의 부산물을 제거하기 위한 소스 원료 가스로서, 제 1 세정 가스 저장부(212)에는 예컨대 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스가 저장될 수 있다. 즉, 제 1 세정 가스는 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스는 Cl2, BCl3 및 ClF3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 1 코팅 가스 저장부(213)에 저장된 제 1 코팅 가스는 세정 공정이 종료된 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅하기 위한 소스 원료 가스이다.
실시예에서는 세정 공정이 종료된 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅하는데, 보호막은 금속 산화물막으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 보호막은 Al2O3와 같은 알루미늄 산화물, ZrO2와 같은 지르코늄 산화물 및 HFO2와 같은 하프늄 산화물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이에, 제 1 코팅 가스 저장부(213)에는 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 어느 하나를 형성하기 위한 소스 원료 가스가 저장되며, 예컨대, 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스 및 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스 중 적어도 하나가 저장될 수 있다. 즉, 제 1 코팅 가스는 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스 및 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스로 TMA(trimethylaluminum, A(CH3)3)를 사용할 수 있고, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스는 TEMAZr(Tetrakis(ethylmethylamino)Zr)를 사용할 수 있으며, 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스로 TEMAH(tetrakis - ethyl methyl amino hafnium, Hf[NC2H5CH3]4), TDEAH(tetrakis - diethyl amino hafnium, Hf[N(C2H5)2]4), TDMAH(tetrakis - dimethyl amino hafnium, Hf[N(CH3)2]4), Hf[N(C3H7)2]4 , Hf[N(C4H9)2]4 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 1 이송관(220)은 제 1 저장부(210)로부터 제공된 제 1 가스를 제 1 경로(541)로 이동시키는 수단이다. 즉, 증착 공정시 제 1 증착 가스 저장부(211)로부터 제공된 제 1 증착 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 거쳐 복수의 노즐(520)로 이동한다. 또한, 세정 공정 시 제 1 세정 가스 저장부(212)로부터 제공된 제 1 세정 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 통과하여 복수의 노즐(520)로 이동한다. 또한, 코팅 공정 시 제 1 코팅 가스 저장부(213)로부터 제공된 제 1 코팅 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 통과하여 복수의 노즐(520)로 이동한다.
이러한 제 1 이송관(220)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 그리고, 제 1 증착 가스 저장부(211), 제 1 세정 가스 저장부(212) 및 제 1 코팅 가스 저장부(213) 각각과 제 1 이송관(220) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(230a, 230b, 230c)가 설치될 수 있다.
제 2 가스 공급부(300)는 제 2 가스가 저장된 제 2 저장부(310) 및 일단이 제 2 저장부(310)에 연결되고, 타단이 제 2 플레이트(530) 내부에 마련된 건드릴과 연결되며, 내부에 제 2 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 2 이송관(320)을 포함한다. 이에, 제 2 저장부(310)로부터 제공된 제 2 가스는 제 2 이송관(320), 제 2 플레이트(530)의 건드릴을 통과한 후, 제 1 플레이트(510) 내부에 마련된 제 2 경로(542)를 통해 분사될 수 있다.
제 2 저장부(310)는 증착을 위한 가스(제 2 증착 가스)가 저장된 제 2 증착 가스 저장부(311), 세정을 위한 가스(제 2 세정 가스)가 저장된 제 2 세정 가스 저장부(312) 및 보호막 코팅을 위한 가스(제 2 코팅 가스)가 저장된 제 2 코팅 가스 저장부(313)를 포함한다.
제 2 증착 가스 저장부(311)에 저장된 제 2 증착 가스는 제 1 증착 가스와 반응하여 박막 증착을 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 증착 가스는 제 1 증착 가스와 다른 가스이면서, 상기 제 1 증착 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있고, 예컨대 제 2 증착 가스는 산소(O)를 포함하는 원료 가스일 수 있다. 여기서, 산소(O)를 포함하는 원료 가스 즉, 제 2 증착 가스로, 순수 산소(O2), 아산화질소(N2O) 및 오존(O3) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 세정 가스 저장부(312)에 저장된 제 2 세정 가스는 제 1 세정 가스와 반응하여 부산물 제거를 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 세정 가스는 제 1 세정 가스와 다른 가스이면서, 제 1 세정 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있고, 예컨대, 제 2 세정 가스는 수소(H)를 포함하는 원료 가스일 수 있다. 여기서, 수소(H)를 포함하는 원료 가스 즉 제 2 세정 가스로 H2, CH4 및 H2O 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 코팅 가스 저장부(313)에 저장된 제 2 코팅 가스는 제 1 코팅 가스와 반응하여 보호막 코팅을 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 코팅 가스는 제 1 코팅 가스와 다른 가스이면서, 제 1 코팅 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있다. 상술한 바와 같이 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 어느 하나를 보호막을 형성하고, 제 1 코팅 가스가 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 어느 하나를 포함하는 원료 가스일 때, 제 2 코팅 가스는 산소(O)를 포함하는 가스일 수 있다. 여기서, 산소(O)를 포함하는 가스 즉, 제 2 코팅 가스로, 순수 산소(O2), 아산화질소(N2O) 및 오존(O3) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 이송관(320)은 제 2 저장부(310)로부터 제공된 제 2 가스를 제 2 경로(542)로 이동시키는 수단 일 수 있다. 즉, 증착 공정시 제 2 증착 가스 저장부(311)로부터 제공된 제 2 증착 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동하고, 세정 공정 시 제 2 세정 가스 저장부(312)로부터 제공된 제 2 세정 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동하며, 코팅 공정 시 제 2 코팅 가스가 제 2 코팅 가스 저장부(313)로부터 제공된 제 2 코팅 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동한다. 그리고, 제 2 증착 가스, 제 2 세정 가스 및 제 2 코팅 가스 각각은 제 2 경로(542)를 통해 기판으로 분사될 수 있다.
이러한 제 2 이송관(320)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있으며, 챔버(100)의 제 2 플레이트(530)에 일직선의 긴 홀을 내어 가스를 유동 시키는 건드릴(미도시) 형태 일 수 있다.
그리고, 제 2 증착 가스 저장부(311), 제 2 세정 가스 저장부(312) 및 제 2 코팅 가스 저장부(313) 각각과 제 2 이송관(320) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(330a, 330b, 330c)가 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 증착 가스 및 제 2 코팅 가스는 모두 산소(O)를 포함하는 가스일 수 있고, 동일한 가스를 사용할 수 있다. 이렇게, 박막 증착을 위한 제 2 증착 가스와 보호막 코팅을 위한 제 2 코팅 가스로 동일한 가스를 사용하는 경우, 제 2 저장부(310)는 제 2 증착 가스 저장부(311) 및 제 2 코팅 가스 저장부(313) 중 어느 하나를 구비하도록 마련될 수 있다.
물론, 제 2 증착 가스와 제 2 코팅 가스로 서로 다른 가스를 사용할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 2 저장부(310)는 서로 다른 가스를 각기 저장하는 제 2 증착 가스 저장부(311)와 제 2 코팅 가스 저장부(313)가 별도로 마련될 수 있다.
제 3 가스 공급부(400)는 제 3 가스가 저장된 제 3 저장부(410) 및 일단이 제 3 저장부(410)에 연결되고, 타단이 가스 확산 공간(550)과 연결되며, 내부에 제 3 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 3 이송관(420)을 포함한다. 이에, 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 가스는 가스 확산 공간(550), 복수의 노즐(520) 즉, 복수의 제 1 경로(541)를 통과하도록 이동하여 분사될수 있다.
제 3 저장부(410)는 보호막 형성 시 퍼지를 위한 가스(이하, 퍼지 가스)가 저장된다. 제 3 저장부(410)에 저장된 퍼지 가스는 불활성 가스 예컨대 질소 가스일 수 있다.
제 3 이송관(420)은 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 가스 즉, 퍼지 가스를 분사부(500)로 이동시키는 수단이다. 즉, 보호막 코팅 공정시 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 증착 가스가 제 3 이송관(420) 및 가스 확산 공간(550)을 통과한 후, 복수의 노즐(520)로 이동한다.
이러한 제 3 이송관(420)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 그리고, 제 3 저장부(410)와 제 3 이송관(420) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(430)가 설치될 수 있다.
서셉터(600)는 챔버(100) 내부에서 분사부(500)와 마주보도록 또는 대향 배치된다. 이때 서셉터(600)는 예컨대 챔버(100) 내부에서 분사부(500)의 하측에 위치될 수 있다. 이러한 서셉터(600)는 기판(10)의 형상과 대응하는 형상으로 마련되며, 예컨대 사각형, 원형일 수 있다. 그리고 서셉터(600)의 면적은 기판(10)에 비해 크도록 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 서셉터(600)는 히터(미도시) 및 냉각 수단(미도시)이 내장된 구성일 수 있으며, 히터 및 냉각 수단 중 적어도 하나를 동작시켜 서셉터(600) 및 기판(10)을 목표 온도로 조절할 수 있다.
상술한 챔버(100), 분사부(500), 서셉터(600)는 금속 예컨대 알루미늄(Al)을 포함하는 재료로 마련될 수 있다.
RF 전원부(700)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성시키는 전원을 인가하는 수단이다. 보다 구체적으로 RF 전원부(700)는 플라즈마 발생을 위한 RF 전원을 인가하는 수단으로, 분사부(500)의 제 1 플레이트(510)에 연결될 수 있다. 또한, RF 전원부(700)는 플라즈마 발생을 위한 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 매칭 회로를 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 2개의 임피던스 소자를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 분사부(500)와 대향 배치된 서셉터(600) 및 제 2 플레이트(530) 각각은 접지되는 것으로 구성될 수 있다.
따라서, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)에 RF 전원을 인가하고, 서셉터(600) 및 제 2 플레이트(530)를 접지 연결하면, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다.
여기서, 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성되는데 있어서, 서셉터(600)에 비해 분사부와 가깝게 플라즈마가 생성된다. 보다 구체적으로 분사부(500)의 바로 하측에 플라즈마가 생성될 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2와, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 챔버 클리닝 방법은 기판(10) 상에 박막을 증착하는 박막 증착 공정(S100), 박막 증착이 종료된 후 증착 공정시 발생된 부산물에 의한 파티클을 제거하고, 챔버(100) 내부의 손상을 방지하기 위해 챔버(100) 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정(S200)을 포함한다. 여기서, 박막 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)은 인시츄(In situ)로 진행된다.
먼저, 박막 증착 공정(S100)을 위해, 기판(10)을 챔버(100) 내부로 반입시켜 서셉터(600) 상에 안착시킨다.
여기서, 박막 증착 공정(S100)에서 증착하고자 하는 박막은 박막 트랜지스터의 활성층(40)이고, 활성층(40)은 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 IGZO 막 인 것으로 예를들어 설명한다. 이에, 서셉터(600) 상에 안착되는 기판(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 그 상부에 게이트 전극(20)과 게이트 절연막(30)이 적층된 기판(10)일 수 있다.
활성층(40) 박막 증착을 위해, 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 활성층 증착을 위한 소스 원료 가스인 제 1 증착 가스, 제 2 경로(542)로 활성층 증착을 위한 반응 원료 가스인 제 2 증착 가스를 분사시킨다.
이를 위해, 제 1 가스 공급부(200)는 제 1 경로(541)로, 제 2 가스 공급부(300)는 제 2 경로(542)로 활성층(40) 증착을 위한 제 1 및 제 2 증착 가스를 공급한다. 즉, 제 1 증착 가스 저장부(211)로부터 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스 및 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스를 포함하는 제 1 증착 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 증착 가스는 제 1 이송관(220)을 통해 가스 확산 공간(550)으로 이동한 후, 복수의 제 1 노즐 즉, 복수의 제 1 경로(541)로 공급되어 분사된다. 또한, 제 2 증착 가스 저장부(311)로부터 산소를 포함하는 제 2 증착 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급한다. 이에, 제 2 증착 가스는 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 제 2 플레이트(530) 내부의 건드릴 유로(미도시)를 통해 제 1 플레이트(510) 내의 제 2 경로(542)로 공급되고, 이후 제 2 경로(542)로부터 공정 공간으로 분사 될 수 있다.
제 1 및 제 2 증착 가스가 분사될 때, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)로 RF 전원을 인가할 수 있다. 제 1 플레이트(510)로 RF 전원이 인가되면, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다. 이때, 제 1 경로(541) 및 제 2 경로(542)를 통과 또는 분사되는 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스 간의 반응이 일어나, 게이트 절연막(30) 상에 IGZO 막 즉 활성층(40)이 형성될 수 있다.
상술한 예에서는 활성층(40) 형성을 위한 증착 공정에서 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 형성하는 것을 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 형성시키지 않고, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사하고 챔버(100)의 온도를 고온으로 올려 반응시켜 박막 즉, 활성층(40), 게이트 절연막(30) 등이 형성 될 수 있다. 활성층(40) 증착 공정이 종료되면, 기판(10)을 챔버(100) 외부로 반출 할 수 있다.
이후, 챔버(100)를 처리하는 챔버 안정화 공정(S200)이 수행 될 수 있다.
한편, 활성층(40) 증착 공정시에 챔버(100) 내부에 부산물이 퇴적될 수 있다. 보다 구체적으로, 챔버(100) 내벽, 제 1 플레이트(510) 표면 및 노즐(520)의 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 부산물이 퇴적될 수 있다. 그리고, 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 사이의 공간이 좁고, 이 공간에서 플라즈마가 생성되므로, 챔버(100) 내벽에 비해 제 1 플레이트(510) 표면 및 노즐(520)의 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 더 많은 부산물이 퇴적될 수 있다.
챔버 안정화 공정(S200)을 실시하는데 있어서, 먼저 활성층(40) 증착 공정시에 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 제거하는 챔버 세정을 실시한다(S210)
이를 위해, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각으로부터 챔버 세정을 위한 가스가 분사부(500)로 공급한다. 즉, 제 1 세정 가스 저장부(212)로부터 염소(Cl)를 포함하는 제 1 세정 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 세정 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급되고, 이후 제 1 경로(541)로부터 분사된다. 또한, 제 2 세정 가스 저장부(312)로부터 수소(H)를 포함하는 제 2 세정 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급하면, 제 2 세정 가스가 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 분사부(500)의 제 2 경로(542)로 공급되고, 이후 제 2 경로(542)로부터 분사된다.
분사부(500)를 통해 제 1 및 제 2 세정 가스가 분사되는 동안, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)로 RF 전원을 인가 할 수 있다. 이에, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다.
따라서, 제 1 세정 가스와 제 2 세정 가스 간의 반응이 일어나, 염화수소(HCl) 가스가 생성된다. 생성된 염화수소(HCl) 가스는 박막 증착 공정시 챔버 내부에 퇴적되며, 아연 산화물 등의 금속 산화물을 포함하는 부산물과 식각 반응한다(반응식 1 참조). 한편, 부산물은 챔버(100)의 내벽뿐만 아니라, 챔버(100)의 내부 공간으로 노출되는 다양한 구성품 예컨대 서셉터(600), 노즐(520), 분사부(500) 등에 퇴적된다.
이에, 생성된 염화수소(HCl) 가스는 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물 즉, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 노즐(520), 분사부(500) 등의 표면에 퇴적되어 있는 부산물과 반응하여 이들을 식각하여 제거한다.
반응식 1)
In2Ga2Zn1O7 + 7H2 + 4Cl2 = 2InCl3 + ZnCl2 + 7H2O
한편, 챔버(100) 내부에서 온도가 낮은 보다 구체적으로 150℃ 이하인 부분에서는 염화수소(HCl)와 부산물 간의 식각 반응에 의한 생성물 예컨대 2InCl3, ZnCl2 등이 퇴적되어 잔류할 수 있다.
그리고, 챔버(100) 세정이 종료된 후, 증착 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버(100)를 오픈(open)해야 하는 일이 발생될 수 있다. 챔버(100)가 오픈되면 챔버(100) 내부가 대기에 노출되는데, 이때 챔버(100) 내부에 염소(Cl)를 포함하는 잔류물 즉, 2InCl3, ZnCl2 등이 대기 중 수분과 반응하며, 이에 염화수소(HCl)가 생성된다(반응식 2 내지 4 참조). 이 염화수소(HCl)는 챔버(100) 내부 예컨대, 챔버(100) 내벽, 분사부(500) 및 서셉터(600)를 부식시켜 손상시킬 수 있다.
반응식 2)
InCl3 + H2O = InOCl + HCl + H2O
반응식 3)
ZnCl2 + 2H2O = ZnCl(OH) + HCl + H2O
반응식 4)
Al(H2O)6Cl3 = Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O
따라서, 본원발명의 실시예들에서는 챔버 세정 공정의 잔류물에 의한 챔버(100) 내부의 부식을 방지 또는 억제하기 위하여, 챔버 세정 종료 후 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅한다(S220). 이때, 챔버 세정 공정과 보호막 코팅 공정을 인시츄(In situ)로 진행한다.
챔버(100) 내부에 챔버 보호막 코팅하는데 있어서, '소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스' 순으로 분사하여 진행하는 원자층 증착 방법(ALD) 방법으로 형성할 수 있다. 다른 말로 설명하면, '제 1 가스, 퍼지 가스, 제 2 가스, 퍼지 가스' 순으로 분사하며, 이 분사 사이클을 복수회 반복하여 보호막을 코팅한다. 또한, '제 1 코팅 가스, 퍼지 가스, 제 2 코팅 가스, 퍼지 가스'로 설명 될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 제 1 코팅 가스 저장부(213)로부터 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 원료 가스를 포함하는 제 1 코팅 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 코팅 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급되어 챔버(100) 내 공정 공간으로 분사 될 수 있다.
다음으로, 제 3 가스를 퍼지한다. 즉, 제 3 저장부(410)로부터 퍼지 원료인 제 3 가스 예컨대, 질소 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공하면, 퍼지 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급된 후, 분사되어 퍼지된다.
이후, 분사부(500)로 제 1 코팅 가스와 반응하는 제 2 코팅 가스를 공급한다. 즉, 제 2 코팅 가스 저장부(313)로부터 산소(O)를 포함하는 제 2 코팅 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급하면, 제 2 코팅 가스가 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 제 2 플레이트(530)의 건드릴 유로(미도시)로 이동한 후, 제 2 경로(542)로 공급되어 챔버(100)내 공정 공간으로 분사된다.
산소(O)를 포함하는 제 2 코팅 가스가 분사되면, 상기 제 2 코팅 가스가 제 1 코팅 가스와 반응하며, 이에 알루미늄 산화물, 지르코늄산화물 및 하프늄산화물 중 적어도 하나의 반응물이 생성된다. 그리고, 반응물 즉, 알루미늄 산화물, 지르코늄산화물 및 하프늄산화물 중 적어도 하나의 막이 챔버(100) 내부 예컨대, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 분사부(500)의 표면에 증착 또는 코팅된다. 그리고 분사부(500) 중에서도, 노즐(520)의 외주면, 제 1 경로(541)를 구획하는 제 1 플레이트(510)의 내측 표면, 제 1 플레이트(510)의 외측 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 증착 될 수 있다. 이와 같이 제 1 코팅 가스와 제 2 코팅 가스와의 반응에 의해 코팅되는 막이 보호막이다.
다음으로, 제 3 가스 공급부(400)를 통해 퍼지 가스를 분사하면, 제 1 코팅 가스와 제 2 코팅 가스 간의 반응 부산물이 퍼지 될 수 있다.
상기에서는 '소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스' 사이클로 진행되는 원자층 증착 방법(ALD)으로 보호막을 형성하는 것을 설명하였다.
하지만 이에 한정되지 않고, 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스를 순차적으로 분사한 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 형성할 수 있다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 코팅 가스, 제 3 가스인 퍼지 가스, 제 2 코팅 가스를 순차적으로 분사한 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 형성할 수 있다.
또 다른 방법으로, 소스 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 분사한 후, 퍼지 가스의 분사가 종료되기 전에 반응 가스를 분사하기 시작하고, 반응 가스의 분사가 종료된 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 보호막을 형성할 수 있다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 코팅 가스 및 제 3 가스인 퍼지 가스를 순차적으로 분사한 후, 퍼지 가스의 분사가 종료되기 전에 제 2 코팅 가스를 분사하기 시작하고, 제 2 코팅 가스의 분사가 종료된 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 보호막을 형성할 수 있다.
이러한 보호막 코팅 공정에 의해, 챔버 세정 공정 이후에 잔류된 염소(Cl)를 포함하는 잔류물이 그 이후에 형성되는 보호막에 의해 코팅된다. 따라서, 기판 처리 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버(100)를 오픈(open)하여 챔버(100) 내부가 대기에 노출되더라도, 챔버(100) 내부에 퇴적되어 있는 잔류물이 대기 중으로 노출되는 것을 방지 또는 차단할 수 있다.
따라서, 세정 공정 중 발생된 퇴적물 중 염소(Cl)와 수분 간의 반응이 방지 된다. 이에 따라 염소(Cl)와 수분 간의 반응으로 인한 염화수소(HCl)와 같은 부식성 가스의 발생이 방지되어, 챔버(100) 내부가 부식 즉 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 보호막은 세정 공정 중 챔버(100) 내에 퇴적된 퇴적막과 수분이 반응하는 것을 차단하므로, 보호막은 수분 투습 방지막으로 명명될 수 있다.
이러한 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 세정 공정 중 발생된 퇴적물이 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 보호막의 두께가 100Å미만인 경우, 표면 조도가 좋지 않고, 이에 부분적으로 보호막이 코팅되지 않거나, 그 두께가 얇을 수 있다. 이러한 경우, 챔버 오픈 시에 세정 공정 중 발생된 퇴적물이 대기 중 수분과 반응할 수 있고, 이로 인해 염화수소(HCl)와 같은 부식성 가스가 발생되어 챔버(100) 내부가 부식될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서는 100Å이상의 두께로 보호막을 형성한다.
그리고, 보호막의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 기판 처리 장치의 가동 효율, 생산성 향상을 위해 1000Å이하로 하는 것이 바람직 할 수 있다.
또한, 실시예에서는 보호막 코팅 공정을 10분 이하로 실시한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 보호막을 100Å이상의 목표 두께로 형성할 수 있다면, 그 시간은 한정되지 않는다.
보호막 코팅이 종료되면, 다음 증착 피처리물인 기판(10)을 챔버(100) 내로 장입시켜, 상술한 바와 같은 증착 공정 예컨대 IGZO 활성층 증착을 실시 할 수 있다.
상술한 제 1 실시예에서는 챔버 안정화 공정(S200)이 챔버 세정 공정(S210) 및 보호막 코팅 공정(S220)을 포함하는 것으로 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이, 챔버 안정화 공정(S200)이 보호막 코팅 공정(S220) 이후에 실시되는 시즈닝(seasoning) 공정(S230)을 더 포함할 수 있다.
시즈닝 공정(S230)은 챔버(100) 내부를 다음 증착 공정 시 환경과 유사하게 처리하는 공정이다. 즉, 시즈닝은 챔버(100) 내부에 기판(10)이 없는 상태에서, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각으로부터 증착 공정시 사용되는 가스 즉, 제 1 및 제 2 증착 가스를 분사부(500)로 공급하는 공정 일 수 있다.
예컨대, 제 1 가스 공급부(200)로부터 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스 및 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스를 포함하는 제 1 증착 가스를 분사부로 공급하고, 제 2 가스 공급부(300)로부터 산소를 포함하는 제 2 증착 가스를 분사부로 공급하면, 제 1 및 제 2 증착 가스가 분사부(500)를 통해 분사된다.
이때, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스 간의 반응이 일어나며, 이에 따라 챔버(100) 내부 즉, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 분사부(500) 표면에 시즈닝 박막 즉, IGZO가 증착될 수 있다.
또한, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사할 때, RF 전원부(700)를 동작시켜 분사부(500)로 RF 전원을 인가하여, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 형성할 수 있다.
물론, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사할 때, 플라즈마를 형성하지 않고 시즈닝을 실시할 수도 있다.
이렇게, 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅 한 후, 다음 증착 공전 전에 상기 챔버(100) 내부에 시즈닝을 하면, 보호막을 형성하는 금속 원료 예컨대 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나가 다음 증착 공정시 증착되는 증착막 예컨대 IGZO 박막에 불순물로 작용하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 이에 따라 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능이 편차 발생이 줄어드는 효과가 있을 수 있다.
시즈닝 박막의 두께는 100Å이상인 것이 바람직하며, 이는 100Å이상일 때, 보호막이 다음 증착 공정에서 증착되는 박막 예컨대 활성층용 IGZO 박막의 성능 저하를 효과적으로 억제하기 때문이다.
그리고, 시즈닝 박막의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 기판 처리 장치의 가동 효율, 생산성 향상을 위해 1000Å이하로 하는 것이 바람직하다.
시즈닝 공정이 종료되면, 다음 증착 피처리물인 기판(10)을 챔버(100) 내로 장입시켜, 상술한 바와 같은 증착 공정을 실시 할 수 있다.
활성층(40) 형성 공정이 종료되면, 그 기판을 다음 공정 장치로 이동시켜, 보호막(60)과, 소스 및 드레인 전극(50a, 50b)을 형성하며, 이를 통해 박막 트랜지스터가 제조된다.
이와 같이, 본 발명이 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법에 의하면, 챔버(100) 내부의 세정 공정 종료 후 보호막 코팅 공정을 실시한다. 즉, 세정 공정 시 또는 세정 공정 후 챔버(100) 내부에 퇴적된 염소(Cl)를 포함하는 퇴적막을 보호막으로 코팅하여, 퇴적막과 수분 간의 반응을 방지시킨다. 이에, 부식성 물질인 염화수소(HCl)의 생성을 방지할 수 있어, 챔버(100) 내부가 부식 즉 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 보호막 코팅 이후에 챔버(100) 내부에 시즈닝 공정을 추가로 더 할 수 있다. 시즈닝 공정을 하는 경우, 챔버(100) 내부가 다음 증착 공정 시와 유사한 분위기로 조성되어, 증착 공정 시에 불순물로 작용하는 요소들을 줄일 수 있어, 박막 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 소자 예컨대 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능의 편차 발생이 줄어드는 효과가 있다.
100: 챔버 200: 제 1 가스 공급부
300: 제 2 가스 공급부 400: 제 3 가스 공급부
500: 분사부 600: 서셉터

Claims (11)

  1. 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 상기 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정; 을 포함하고,
    상기 챔버 안정화 공정은,
    상기 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 상기 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정; 및
    상기 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 상기 챔버 내벽 및 상기 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정;
    을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 가스는 염소(Cl), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 공정은 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키는 공정을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅 공정에 의해 형성된 보호막은 금속 산화물막을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호막은 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성하는 챔버 클리닝 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 안정화 공정은 상기 코팅 공정 이후에 실시되는 시즈닝 공정을 포함하고,
    상기 시즈닝 공정은 증착 공정에서 사용되는 증착 가스를 분사하는 공정을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 시즈닝 공정에 의해 챔버 내부에 증착되는 시즈닝 박막의 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 챔버 클리닝 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 박막은 금속 산화물막인 챔버 클리닝 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 금속 산화물막은 박막 트랜지스터의 활성층인 챔버 클리닝 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 증착 공정에서 상기 활성층을 형성하는데 있어서,
    산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나를 도핑시켜 형성하는 챔버 클리닝 방법.
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