KR20220095500A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리의 효율성을 높이기 위한 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공한다. 상기 기판 처리 장치는 내부가 제1 압력을 가지도록 반응 가스가 처리되는 공정 챔버, 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈, 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈, 및 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 제2 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 또는 디스플레이 장치를 제조할 때, 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정이 사용될 수 있다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은, 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식, 이 둘을 혼합한 방식 등이 있다. 또한, 플라즈마를 이용하여 건식 세정(dry cleaning) 또는 건식 식각(dry etching)을 수행할 수 있다.
기판의 건식 세정을 위해서, 처리 공간에 플라즈마 유출물(즉, 라디칼)이 제공된다. 또한, 건식 세정의 효율성을 높이기 위해서, 라디칼과 반응하여 에천트를 생성하기 위한 반응가스가 처리 공간에 제공된다. 반응가스가 처리 공간에 공급되면, 처리 공간 내부에 반응가스의 공급으로 인한 공정 부산물이 발생할 수 있다. 이러한 공정 부산물은 기판 처리 장치의 효율성을 저감시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정 부산물을 최소화함으로써 효율성을 높인 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 내부가 제1 압력을 가지도록 반응 가스가 처리되는 공정 챔버, 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈, 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈, 및 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 제2 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함한다.
제1 자동 압력 제어 모듈은, 공정 챔버와 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함한다.
제1 자동 압력 제어 밸브와 제1 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제1 개폐 밸브를 더 포함한다.
제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 제3 압력의 크기를 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈을 더 포함한다.
제2 자동 압력 제어 모듈은, 공정 챔버와 제2 펌핑 모듈 사이에 배치된 제2 자동 압력 제어 밸브 및 제2 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제2 자동 압력 제어부를 포함한다.
공정 챔버와 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제2 개폐 밸브를 더 포함한다.
제1 펌핑 모듈과 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제3 개폐 밸브를 더 포함한다.
제2 펌핑 모듈 내부의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈을 더 포함한다.
제2 펌핑 모듈 내부의 온도는 100℃ 이상이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 건식 세정 장치의 일 면은, 반응 가스가 처리되는 공정 챔버, 제1 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈, 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈, 및 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 제1 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함한다.
제1 자동 압력 제어 모듈은, 공정 챔버와 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함하고, 제1 자동 압력 제어 밸브와 제1 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제1 개폐 밸브를 더 포함한다.
제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 제2 압력의 크기를 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈을 더 포함한다.
제2 자동 압력 제어 모듈은, 공정 챔버와 제2 펌핑 모듈 사이에 배치된 제2 자동 압력 제어 밸브 및 제2 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제2 자동 압력 제어부를 포함한다.
공정 챔버와 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제2 개폐 밸브를 더 포함한다.
제1 펌핑 모듈과 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제3 개폐 밸브를 더 포함한다.
제2 펌핑 모듈의 내부의 온도는 100℃ 이상이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 일 면은, 제1 압력을 가지도록 공정 챔버를 제1 펌핑 모듈에 의해 펌핑하여 반응 가스를 처리하고, 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 공정 챔버를 제1 펌핑 모듈에 의해 펌핑하는 제1 펌핑 공정을 수행하고, 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 공정 챔버를 제2 펌핑 모듈에 의해 펌핑하는 제2 펌핑 공정을 수행하고, 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈에 의해 제2 압력의 크기를 조절한다.
제1 자동 압력 제어 모듈은, 공정 챔버와 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함한다.
제1 자동 압력 제어 밸브와 제1 펌핑 모듈 사이에 개재된 제1 개폐 밸브가 열린 후 제1 펌핑 공정이 수행되고, 제1 개폐 밸브가 닫힌 후 제2 펌핑 모듈이 공정 챔버의 내부를 펌핑하는 제2 펌핑 공정이 수행된다.
제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈에 의해 제3 압력의 크기를 조절한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 전극과 이온 블록커 사이에 배치되는 제1 공간, 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간, 및 샤워 헤드의 아래에, 기판을 처리하기 위한 처리 공간을 포함하는 공정 챔버에 있어서, 제1 공간에서 생성된 플라즈마 중 라디칼이 이온 블록커를 통과하여 제2 공간에 제공되고, 내부가 제1 압력을 가지는 처리 공간에서 라디칼, 제1 반응가스 및 제2 반응가스가 처리되고, 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈, 및 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈을 포함하고, 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 기 제2 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따라 반응 가스가 제공되는 시점을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 펌핑 모듈을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 공정 부산물이 발생되는 처리 공정 및 공정 부산물을 제거하는 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따라 반응 가스가 제공되는 시점을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 펌핑 모듈을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 공정 부산물이 발생되는 처리 공정 및 공정 부산물을 제거하는 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 도면이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따라 반응 가스가 제공되는 시점을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(100), 지지 모듈(200), 전극 모듈(300), 가스 공급모듈(500), 제어 모듈(600) 등을 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(101)을 제공한다. 공정 챔버(100)는 원형의 통 형상일 수 있다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)의 일측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반출입 가능한 출입구로 사용된다. 출입구는 도어에 의해 개폐 가능하다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기 포트(미도시)가 설치된다. 배기 포트는 처리 공간(101)에 발생된 부산물이 공정 챔버(100)의 외부로 배출되는 배출구로 기능한다.
지지 모듈(200)은 처리 공간(101) 내에 설치되고, 기판(W)을 지지한다. 지지 모듈(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정전척은, 상면에 기판(W)이 놓여지는 유전판, 유전판 내에 설치되고 기판(W)이 유전판에 흡착되도록 정전기력을 제공하는 전극, 유전판 내에 설치되어 기판(W)의 온도제어를 위해 기판(W)을 가열하는 히터 등을 포함할 수 있다.
전극 모듈(300)은 전극(또는 상부 전극)(330), 이온 블록커(340), 샤워 헤드(350), 히터 링(heater ring)(360) 등을 포함하고, 용량 결합형 플라즈마 소오스 역할을 한다. 가스 공급모듈(500)은 공정가스 공급모듈(510), 제1 반응가스 공급모듈(520), 제2 반응가스 공급모듈(530)을 포함한다. 가스 공급 제어 모듈(600)은 가스 공급모듈(510, 520, 530)의 가스 공급을 제어한다.
전극(330)과 이온 블록커(340) 사이에는 제1 공간(즉, 플라즈마 생성 공간)(301)이 배치되고, 이온 블록커(340)와 샤워 헤드(350) 사이에는 제2 공간(302)이 배치된다. 샤워 헤드(350)의 아래에는 처리 공간(101)이 위치한다.
전극(330)은 고주파 전원(311)이 연결되고, 이온 블록커(340)는 정전압(예를 들어, 접지 전압)과 연결될 수 있다. 전극(330)에는 다수의 공급홀을 포함한다. 공정가스 공급모듈(510)은 전극(330)(즉, 전극(330)의 공급홀)을 통해서 공정가스(G1)를 제1 공간(301)으로 제공한다. 전극(330)과 이온 블록커(340) 사이에서 발생된 전자기장은 공정가스(G1)를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 상태로 여기된 공정가스(즉, 플라즈마 유출물)는 라디칼, 이온 및/또는 전자를 포함한다. 공정가스(G1)는 타겟 물질에 따라 달라질 수 있다. 타겟 물질은 예를 들어, 기판(W) 상에 형성된 실리콘 산화물일 수 있다. 이러한 경우 공정가스(G1)은 삼불화질소(NF3)일 수 있고, 추가적으로 불활성 가스(예를 들어, He)를 더 포함할 수 있다.
이온 블록커(340)는 도전성 물질로 형성되고, 예를 들어, 원판과 같은 판 형상일 수 있다. 이온 블록커(340)는 정전압이 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이온 블록커(340)는 상하 방향으로 형성된 다수의 제1 관통홀(도 2의 3402 참고)을 포함한다. 플라즈마 유출물 중에서 라디칼 또는 대전되지 않은 중성 종(uncharged neutral species)은 이온 블록커(340)의 제1 관통홀(3402)을 통과할 수 있다. 반면, 대전된 종(즉, 이온)은 이온 블록커(340)의 제1 관통홀(3402)을 통과하기 어렵다. 공정가스(G1)이 삼불화질소(NF3)인 경우, 불소 함유 라디칼(F*, NF3 * 등)는 이온 블록커(340)를 통과할 수 있다.
이온 블록커(340)에는 제2 공간(302)에 제1 반응가스(G2)를 공급하는 다수의 제1 공급구(3404)가 형성된다. 다수의 제1 공급구(3404)는 이온 블록커(340)의 전면에 형성되지 않고, 일부 영역에만 형성될 수 있다.
샤워 헤드(350)는 도전성 물질로 형성되고, 예를 들어, 원판과 같은 판 형상일 수 있다. 샤워 헤드(350)는 정전압이 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 샤워 헤드(350)는 상하 방향으로 형성된 다수의 제2 관통홀(3502)을 포함한다.
샤워 헤드(350)에는 제2 공간(302)에 제2 반응가스(G3)를 공급하는 다수의 제2 공급구(3504)가 형성된다. 다수의 제2 공급구(3504)는 샤워 헤드(350)의 전면에 형성되지 않고, 일부 영역에만 형성될 수 있다.
제1 반응가스(G2)와 제2 반응가스(G3)는 타겟하는 물질 및 공정가스(G1)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 타겟 물질이 실리콘 산화물이고, 공정가스(G1)가 삼불화질소(NF3)일 경우, 제1 반응가스(G2)와 제2 반응가스(G3)는 암모니아 가스(NH3)일 수 있고, 추가적으로 보조 가스(예를 들어, 질소 가스(N2) 또는 불활성 가스(He))를 더 포함할 수 있다. 제1 반응가스(G2)와 제2 반응가스(G3)는 동일 종류의 가스일 수도 있고, 설계에 따라서는 다른 종류의 가스일 수도 있다. 제1 반응가스(G2)와 제2 반응가스(G3)는 여기되지 않은 상태(즉, 플라즈마되지 않은 상태로)로 처리 공간(101)에 제공된다.
한편, 제2 공간(302)에는, 이온 블록커(340)를 통과한 라디칼(예를 들어, 불소 함유 라디칼(F*, NF3 * 등))(F1)과, 이온 블록커(340)의 제1 공급구(3404)를 통해 제공된 제1 반응가스(G2)(예를 들어, 암모니아 가스) (F2), 샤워 헤드(350)의 제2 공급구(3504)를 통해 제공된 제2 반응가스(G3)(예를 들어, 암모니아 가스)(F3)가 모이고, 혼합될 수도 있다.
제2 공간(302)의 라디칼(F*, NF3 * 등), 제1 반응가스(G2), 제2 반응가스(G3)는, 제1 펌핑 모듈(410)에 의해서, 처리 공간(101)의 제2 관통홀(3502)을 통해서 처리 공간(101)으로 다운 플로우(down flow)된다(F4). 특히, 제2 반응가스(G3)는 제2 공급구(3504)를 통해서 제2 공간(302)으로 업플로우(up flow)된 후에, 제2 관통홀(3052)을 통해서 처리 공간(101)으로 다운 플로우(down flow)된다.
한편, 히터 링(360)은 이온 블록커(340)와 샤워 헤드(350) 사이에 배치되고, 제2 공간(302)을 둘러싸는 형태일 수 있다. 히터 링(360)은 샤워 헤드(350)의 온도를 제어하기 위한 것이고, 샤워 헤드(350)의 내부에 설치되지 않는다. 히터 링(360)을 샤워 헤드(350)의 외부에 설치함으로써, 샤워 헤드(350)를 슬림화할 수 있다.
이하에서, 도 1 및 도 3을 참고하여, 처리 공간(101)에서의 기판 처리 과정을 구체적으로 설명한다.
시간 t0에서 플라즈마를 형성하기 전에, 공정챔버(100)의 처리 공간(101) 내에 제1 반응가스(G2) 및 제2 반응가스(G3)(암모니아 가스)를 제공하여, 공정 분위기를 형성한다.
시간 t1 에서 시간 t2 사이에서, 공정가스(G1)(삼불화질소)를 제1 공간(301)에 제공한다. 그리고 고주파 전원(311)을 전극(330)에 공급하여, 제1 공간(301)에서 공정가스(G1)를 플라즈마 형태로 여기시킨다. 라디칼, 이온 및/또는 전자와 같은 플라즈마 유출물이 형성된다. 이온은 이온 블록커(340)에 의해 필터링되고, 나머지 플라즈마 유출물은 이온 블록커(340)를 통과할 수 있다. 이온 블록커(340)를 통과한 플라즈마 유출물(즉, 불소 함유 라디칼(F*, NF3 * 등))은 제2 공간(302)에 제공된다. 또한, 이온 블록커(340) 및 샤워 헤드(350)는 제1 반응가스(G2)(즉, 암모니아 가스) 및 제2 반응가스(G3)(즉, 암모니아 가스)를 처리 공간(101)에 제공한다. 샤워 헤드(350)의 제2 관통홀(3502)을 통해서, 제2 공간(302)의 불소 함유 라디칼(F*, NF3 * 등), 제1 반응가스(G2) 및 제2 반응가스(G3)가 처리 공간(101)으로 제공된다. 처리 공간(101)에서 불소 함유 라디칼(F*, NF3 * 등)과, 암모니아 가스(NH3)가 반응하여, 실리콘 산화물(SiO2)과 쉽게 반응할 수 있는 에천트(NH4F* 또는 NH4F*.HF*)가 형성된다.
NH3 + NF3 * → NH4F* or NH4F*.HF*
(화학식1)
이어서, 에천트(NH4F* 또는 NH4F*.HF*)는 기판(W)에 형성된 실리콘 산화물의 표면과 반응한다. 반응 결과, (NH4)2SiF6, 및 H2O 등의 생성물을 형성할 수 있다. 여기서, H2O는 증기이고, (NH4)2SiF6는 고체로서 실리콘 산화물 표면에 얇게 남는다. , (NH4)2SiF6에서 실리콘(Si)은 노출된 실리콘 산화물로부터 비롯되고, 나머지를 형성하는 질소, 수소, 불소 등은 플라즈마 유출물, 제1 반응가스(G2) 및/또는 제2 반응가스(G3)로부터 비롯된다. 이러한 반응과정 중에 처리 공간(101)의 온도는 20
내지 100
로 유지될 수 있다.
NH4F* or NH4F*.HF*+ SiO2 → (NH4)2SiF6 (s) + H2O
(화학식2)
지지 모듈(200)의 온도가 100℃이상이면(예를 들어, 110℃) (NH4)2SiF6 는 승화(sublimation)되어 가스 형태가 된다.
시간 t2 내지 시간 t3에서, 제1 및 제2 펌핑 모듈(410, 420)을 동작시켜 부산물을 제거한다. 구체적으로, H2O 등은 증기이므로, 제1 및 제2 펌핑 모듈(410, 420)의 제1 및 제2 펌핑 공정(S21, S22)에 의해서 제거될 수 있다. 지지 모듈(200)의 온도를 100℃이상으로 올려(예를 들어, 110℃) (NH4)2SiF6 를 승화(sublimation)시킨다. 승화된 (NH4)2SiF6는 기체 상태이기 때문에 제1 및 제2 펌핑 모듈(410, 420)의 제1 및 제2 펌핑 공정(S21, S22)에 의해서 제거될 수 있다.
이하에서, 도 4 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 펌핑 모듈(400) 및 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 1의 펌핑 모듈을 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 5는 도 1의 공정 부산물이 발생되는 처리 공정 및 공정 부산물을 제거하는 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 제1 및 제2 펌핑 공정에서의 압력을 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 펌핑 모듈(400)은, 제1 압력(P1)보다 크기가 작은 제2 압력(P21)을 가지도록 공정 챔버(100)를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈(410) 및 제2 압력(P21)보다 크기가 작은 제3 압력(P22)을 가지도록 공정 챔버(100)를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈(420)을 포함한다. 본 실시예에서, 제1 펌핑 모듈(410) 은 저진공 펌프를 의미할 수 있고, 예로서, 드라이 펌프(Dry Pump)를 사용할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 제2 펌핑 모듈(420) 은 고진공 펌프를 의미할 수 있고, 예로서, 터보 분자 펌프(TMP)를 사용할 수 있다.
구체적으로, 전술한 라디칼(F*, NF3 * 등), 제1 반응가스(G2) 및 제2 반응가스(G3)는, 제1 압력(P1)을 가지도록 공정 챔버(100)를 제1 펌핑 모듈(410)에 의해 펌핑함으로써 처리 공간(101) 내에서 처리될 수 있다. 이후, 제1 압력(P1)보다 크기가 작은 제2 압력(P21)을 가지도록 공정 챔버(100)를 제1 펌핑 모듈(410)에 의해 펌핑하는 제1 펌핑 공정(S21)을 수행한다. 이후, 제2 압력(P21)보다 크기가 작은 제3 압력(P22)을 가지도록 공정 챔버(100)를 제2 펌핑 모듈(420)에 의해 펌핑하는 제2 펌핑 공정(S22)을 수행한다. 즉, 처리 공정(S1) 및 제1 펌핑 공정(S21)이 끝난 후, 최종 펌핑 단계 또는 기판(W)이 지지 모듈(200)에서 해제된 단계에서 제2 펌핑 공정을 수행(S22)할 수 있다.
종래의 기판 처리 장치에서는 공정 부산물을 흡착하기 위한 수단으로 저진공 펌프만이 사용됨이 일반적이었다. 이 경우, 공정 부산물이 충분히 흡착될 만큼의 저압이 제공되기 어려워, 공정 부산물이 완전히 제거되기 어려운 문제점이 존재하였다. 본 실시예에서는, 저진공 펌프인 제1 펌핑 모듈(410)에 의한 제1 펌핑 공정(S21)이 수행된 이후, 고진공 펌프인 제2 펌핑 모듈(420)에 의한 제2 펌핑 공정(S22)이 수행된다. 결과, 공정 부산물이 기판 또는 공정 챔버 내부에 흡착되는 것을 최소화할 수 있다. 또한 공정 부산물을 제거하기 위한 별도의 어닐링(annealing) 장치를 사용할 필요가 없으므로, 기판 처리 장치 및 방법을 보다 효율화할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 처리 공정이 건식 세정 공정인 것으로 설시하였으나, 처리 공정은 에칭 공정 또는 증착 공정일 수도 있다. 이와 같이, 처리 공정(S1), 제1 및 제2 펌핑 공정(S12, S22)이 하나의 주기로 반복 실시됨으로써, 공정 부산물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제1 펌핑 모듈(410)의 펌핑 압력을 조절함으로써 제2 압력(P21)의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어(APC, Auto Pressure Controller) 모듈(710)을 포함한다. 제1 자동 압력 제어 모듈(710)은, 공정 챔버(100)와 제1 펌핑 모듈(410) 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브(711) 및 제1 자동 압력 제어 밸브(711)를 제어하는 제1 자동 압력 제어부(712)를 포함한다. 즉, 공정 챔버(100) 내부가 제3 압력(P22)보다 상대적으로 고압인 제2 압력(P21)을 가지는 영역에서, 제1 펌핑 모듈(410)의 펌핑 압력을 제1 자동 압력 제어 모듈(710)에 의해 제어할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 펌핑 모듈(410)을 사용한 펌핑 시 자동 압력 제어 밸브(711)를 통해 압력을 제어하면서 공정을 수행할 수 있다. 결과, 제1 펌핑 모듈(410)의 펌핑 압력을 보다 정교하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제1 자동 압력 제어 밸브(711)와 제1 펌핑 모듈(410) 사이에 개재되는 제1 개폐 밸브(810)를 더 포함한다.
도 4를 참고하면, 제2 펌핑 모듈(420)의 펌핑 압력을 조절함으로써 제3 압력(P22)의 크기를 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈(720)을 더 포함한다. 제2 자동 압력 제어 모듈(720)은, 공정 챔버(100)와 제2 펌핑 모듈(410) 사이에 배치된 제2 자동 압력 제어 밸브(721) 및 제2 자동 압력 제어 밸브(721)를 제어하는 제2 자동 압력 제어부(미도시)를 포함한다. 공정 챔버(100) 내부가 저압인 제3 압력(P22)을 가지도록, 제2 펌핑 모듈(420)의 펌핑 압력을 제2 자동 압력 제어 모듈(720)에 의해 제어할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 공정 챔버(100)와 제2 펌핑 모듈(420) 사이에 개재되는 제2 개폐 밸브(820)를 더 포함한다. 본 실시예에서는, 제2 펌핑 모듈(420)을 사용한 펌핑 시 자동 압력 제어 밸브(721)를 통해 압력을 제어하면서 공정을 수행할 수 있다. 결과, 제2 펌핑 모듈(420)의 펌핑 압력을 보다 정교하게 제어할 수 있다.
한편, 본 실시예의 기판 처리 장치는, 제2 자동 압력 제어 밸브(721)와 제2 개폐 밸브(820)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제1 펌핑 모듈(410)과 제2 펌핑 모듈(420) 사이에 개재되는 제3 개폐 밸브(830)를 더 포함한다.
구체적으로, 제1 자동 압력 제어 밸브(711)와 제1 펌핑 모듈(410) 사이에 개재된 제1 개폐 밸브(810)가 열린 후 제1 펌핑 공정(S21)이 수행된다. 이후, 제1 개폐 밸브(810)가 닫히고 제2 펌핑 모듈(420)이 공정 챔버(100)의 내부를 펌핑하는 제2 펌핑 공정(S22)이 수행된다. 제1 펌핑 공정(S21)은 제2 펌핑 공정(S22)과 동시에 수행되지 않을 수 있다. 제1 펌핑 공정(S21)은 제3 개폐 밸브(830)가 열린 상태에서는 수행되지 않는다. 즉, 제1 개폐 밸브(810)는 제3 개폐 밸브(830)와 동시에 열리지 않을 수 있다.
제2 펌핑 모듈(420)의 내부의 온도는 100℃ 이상일 수 있다. 제2 펌핑 모듈(420)은 100℃ 이상의 고온에 대응가능하도록 설계될 수 있다. 전술한 바와 같이, 지지 모듈(200)의 온도가 100℃ 이상이면 공정 부산물은 승화되어 가스 형태가 된다. 도 3을 참고하면, t2~t3에서 제1 및 제2 펌핑 모듈(410, 420)을 동작시켜 공정 부산물을 제거할 수 있다. 승화된 공정 부산물은 기체상태이기 때문에 제1 및 제2 펌핑 공정(S21, S22)에 의해서 제거될 수 있다.
본 실시예에서는, 제2 펌핑 모듈(420) 내부의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈(900)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 도시되지는 않았으나, 온도 제어 모듈(900)은 제2 펌핑 모듈(420) 내부를 가열하는 가열 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 온도 제어 모듈은, 가열 부재(미도시)가 제2 펌핑 모듈(420) 내부의 온도가 100℃ 이상이 되게 가열할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 공정 챔버
101: 처리 공간
200: 지지 모듈 300: 전극 모듈
301: 제1 공간 302: 제2 공간
340: 이온 블록커 350: 샤워헤드
360: 히터 링 410: 제1 펌핑 모듈
420: 제2 펌핑 모듈 500: 가스 공급 모듈
600: 가스 공급 제어 모듈 710: 제1 자동 압력 제어 모듈
711: 제1 자동 압력 제어 밸브 712: 제1 자동 압력 제어부
720: 제2 자동 압력 제어 모듈 721: 제2 자동 압력 제어 밸브
810: 제1 개폐 밸브 820: 제2 개폐 밸브
830: 제3 개폐 밸브 900: 온도 제어 모듈
200: 지지 모듈 300: 전극 모듈
301: 제1 공간 302: 제2 공간
340: 이온 블록커 350: 샤워헤드
360: 히터 링 410: 제1 펌핑 모듈
420: 제2 펌핑 모듈 500: 가스 공급 모듈
600: 가스 공급 제어 모듈 710: 제1 자동 압력 제어 모듈
711: 제1 자동 압력 제어 밸브 712: 제1 자동 압력 제어부
720: 제2 자동 압력 제어 모듈 721: 제2 자동 압력 제어 밸브
810: 제1 개폐 밸브 820: 제2 개폐 밸브
830: 제3 개폐 밸브 900: 온도 제어 모듈
Claims (21)
- 내부가 제1 압력을 가지도록 반응 가스가 처리되는 공정 챔버;
상기 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈;
상기 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈; 및
상기 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 상기 제2 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 자동 압력 제어 모듈은,
상기 공정 챔버와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 상기 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 자동 압력 제어 밸브와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제1 개폐 밸브를 더 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 상기 제3 압력의 크기를 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈을 더 포함하는, 기판 처리 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 제2 자동 압력 제어 모듈은,
상기 공정 챔버와 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 배치된 제2 자동 압력 제어 밸브 및 상기 제2 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제2 자동 압력 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 공정 챔버와 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제2 개폐 밸브를 더 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 펌핑 모듈과 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제3 개폐 밸브를 더 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈 내부의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈을 더 포함하는, 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈 내부의 온도는 100℃ 이상인, 기판 처리 장치. - 반응 가스가 처리되는 공정 챔버;
제1 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈;
상기 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈; 및
상기 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 상기 제1 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함하는, 건식 세정 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 자동 압력 제어 모듈은,
상기 공정 챔버와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 상기 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함하고,
상기 제1 자동 압력 제어 밸브와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제1 개폐 밸브를 더 포함하는, 건식 세정 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 상기 제2 압력의 크기를 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈을 더 포함하는, 건식 세정 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 자동 압력 제어 모듈은,
상기 공정 챔버와 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 배치된 제2 자동 압력 제어 밸브 및 상기 제2 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제2 자동 압력 제어부를 포함하는, 건식 세정 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 공정 챔버와 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제2 개폐 밸브를 더 포함하는, 건식 세정 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 펌핑 모듈과 상기 제2 펌핑 모듈 사이에 개재되는 제3 개폐 밸브를 더 포함하는, 건식 세정 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈의 내부의 온도는 100℃ 이상인, 건식 세정 장치. - 제1 압력을 가지도록 공정 챔버를 제1 펌핑 모듈에 의해 펌핑하여 반응 가스를 처리하고,
상기 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 상기 제1 펌핑 모듈에 의해 펌핑하는 제1 펌핑 공정을 수행하고,
상기 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 제2 펌핑 모듈에 의해 펌핑하는 제2 펌핑 공정을 수행하고,
상기 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈에 의해 상기 제2 압력의 크기를 조절하는, 기판 처리 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 제1 자동 압력 제어 모듈은,
상기 공정 챔버와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 배치된 제1 자동 압력 제어 밸브 및 상기 제1 자동 압력 제어 밸브를 제어하는 제1 자동 압력 제어부를 포함하는, 기판 처리 방법. - 제18 항에 있어서,
상기 제1 자동 압력 제어 밸브와 상기 제1 펌핑 모듈 사이에 개재된 제1 개폐 밸브가 열린 후 상기 제1 펌핑 공정이 수행되고,
상기 제1 개폐 밸브가 닫힌 후 상기 제2 펌핑 모듈이 상기 공정 챔버의 내부를 펌핑하는 제2 펌핑 공정이 수행되는, 기판 처리 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 제2 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절하는 제2 자동 압력 제어 모듈에 의해 상기 제3 압력의 크기를 조절하는, 기판 처리 방법. - 전극과 이온 블록커 사이에 배치되는 제1 공간, 상기 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간, 및 상기 샤워 헤드의 아래에, 기판을 처리하기 위한 처리 공간을 포함하는 공정 챔버에 있어서,
상기 제1 공간에서 생성된 플라즈마 중 라디칼이 상기 이온 블록커를 통과하여 제2 공간에 제공되고,
내부가 제1 압력을 가지는 상기 처리 공간에서 상기 라디칼, 제1 반응가스 및 제2 반응가스가 처리되고,
상기 제1 압력보다 크기가 작은 제2 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제1 펌핑 모듈;
상기 제2 압력보다 크기가 작은 제3 압력을 가지도록 상기 공정 챔버를 펌핑하는 제2 펌핑 모듈; 및
상기 제1 펌핑 모듈의 펌핑 압력을 조절함으로써 상기 제2 압력의 크기를 조절하는 제1 자동 압력 제어 모듈을 포함하는, 기판 처리 장치.
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| KR1020200187072A KR102600580B1 (ko) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 기판 처리 장치 및 방법 |
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