KR20220129180A - 샤워 헤드 어셈블리 및 에지링을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리 방법은 챔버 내에 챔버 보호층을 증착하고; 상기 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하고; 상기 챔버 내부로 기판을 반송하고, 상기 기판은 정전 척 상의 에지링의 내측에 배치되며; 상기 기판을 처리하고; 상기 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하고; 상기 기판을 상기 챔버 외부로 반출하고; 상기 챔버 보호층을 제거하고; 및 상기 챔버 내에 제3 퍼지 가스를 공급하는 것을 포함한다. 상기 에지링의 표면 조도의 변화량은 10-3㎛ 이하이다. 상기 기판 처리 시, 상기 기판의 중앙부에 공급되는 중심 가스 유량에 대한 상기 기판의 가장 자리 및 에지링에 공급되는 에지 가스 유량에 대한 비율은 0.05 내지 19이다. 상기 제2 퍼지 가스 공급 시, 중심 가스 유량에 대한 에지 가스 유량에 대한 비율은 1보다 크다.
Description
본 개시의 기술적 사상은 샤워 헤드 어셈블리 및 에지링을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
고집적화 및 소형화된 반도체 소자를 제조하기 위해 공정 가스를 활성화시켜 플라즈마화하는 기판 처리 장치가 이용될 수 있다. 기판은 기판 처리 장치의 정전 척과 에지링 상에 배치될 수 있다. 기판 처리 공정에서 기판의 오염을 방지 및 감소하는 기술이 중요하다.
본 개시의 기술적 사상의 실시 예들에 따른 과제는 기판의 오염을 방지하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 기판 처리 방법은 챔버 내에 챔버 보호층을 증착하고; 상기 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하고; 상기 챔버 내부로 기판을 반송하고, 상기 기판은 정전 척 상의 에지링의 내측에 배치되며; 상기 기판을 처리하고; 상기 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하고; 상기 기판을 상기 챔버 외부로 반출하고; 상기 챔버 보호층을 제거하고; 및 상기 챔버 내에 제3 퍼지 가스를 공급하는 것을 포함할 수 있다. 상기 에지링의 표면 조도의 변화량은 10-3㎛ 이하일 수 있다. 상기 기판 처리 시, 상기 기판의 중앙부에 공급되는 중심 가스 유량에 대한 상기 기판의 가장 자리 및 에지링에 공급되는 에지 가스 유량의 비율은 0.05 내지 19일 수 있다. 상기 제2 퍼지 가스 공급 시, 중심 가스 유량에 대한 에지 가스 유량의 비율은 1보다 클 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며 상부에 기판이 탑재되는 지지 유닛, 상기 지지 유닛은 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상의 정전 척, 상기 정전 척 상에 배치되며 상기 기판을 둘러싸는 에지링을 포함하며; 상기 처리 공간에 가스를 제공하는 샤워 헤드 어셈블리, 상기 샤워 헤드 어셈블리는 샤워 헤드, 상기 샤워 헤드 상의 절연 플레이트, 상기 절연 플레이트 상의 상부 전극을 포함하며, 및 상기 샤워 헤드 어셈블리에 공급되는 가스 유량을 조절하는 유량 조절기를 포함할 수 있다. 상기 에지링의 표면 조도의 변화량은 10-3㎛ 이하일 수 있다. 기판 처리 시, 상기 기판의 중앙부에 공급되는 중심 가스 유량에 대한 상기 기판의 가장 자리 및 에지링에 공급되는 에지 가스 유량의 비율은 0.05 내지 19일 수 있다. 퍼지 가스 공급 시, 중심 가스 유량에 대한 에지 가스 유량의 비율은 1보다 클 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면 기판 처리 장치의 에지링은 오염물질이 부착되기 어려운 물리적 특성을 가지며, 샤워 헤드 어셈블리는 오염물질을 배출될 수 있도록 가스 유량을 조절하여 기판의 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트이다.
도 5 내지 도 7은 기판 처리 방법을 설명하기 위해 공정 순서대로 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도들이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트이다.
도 5 내지 도 7은 기판 처리 방법을 설명하기 위해 공정 순서대로 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도들이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 챔버(10), 챔버(10) 내부에 배치된 지지 유닛(110) 및 챔버(10) 상부의 샤워 헤드 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
챔버(10)는 챔버(10) 외벽에 배치된 게이트(12) 및 가스 배기구(14)를 포함할 수 있다. 챔버(10)는 챔버(10)의 하부에 위치하는 평면부 및 평면부로부터 수직 방향으로 연장되는 측벽들을 가질 수 있다. 평면부 및 측벽들은 챔버(10) 내부의 처리 공간(20)을 정의할 수 있다. 게이트(12)는 챔버(10)의 측벽에 배치될 수 있으며, 기판(W)은 반송 장치에 의해 챔버(10) 내부로 반송되거나 챔버(10) 외부로 반출될 수 있다. 가스 배기구(14)는 챔버(10)의 측벽에 배치될 수 있으며, 챔버(10)내의 가스를 흡입할 수 있는 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 가스 배기구(14)는 챔버(10)의 하부에 배치될 수 있다. 챔버(10)는 챔버(10) 내부의 처리 공간(20)을 진공 상태로 만들기 위한 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
지지 유닛(110)은 챔버(10)의 하부에 배치될 수 있으며, 샤워 헤드 어셈블리(200)와 대향할 수 있다. 지지 유닛(110)은 베이스 플레이트(120), 정전 척(130) 및 에지링(140)을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(120)는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W), 혹은 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(120)는 예를 들어 원통 형상을 가질 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 베이스 플레이트(120)에 연결된 하부 전원(150)을 더 포함할 수 있다. 하부 전원(150)은 베이스 플레이트(120)에 RF(radio frequency) 전력을 공급할 수 있으며, 베이스 플레이트(120)는 플라즈마 발생을 위한 하부 전극의 기능을 수행할 수 있다. 하부 전원(150)은 예를 들어 13.56MHz, 27 MHz, 또는 40MHz의 주파수를 갖는 전압을 베이스 플레이트(120)로 공급할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 베이스 플레이트(120)는 웨이퍼 냉각을 위한 냉각 장치 및 온도 센서를 내부에 더 포함할 수 있다.
정전 척(130)은 베이스 플레이트(120) 상에 배치될 수 있다. 정전 척(130)의 상면은 정전 척(130)의 하면보다 좁을 수 있다. 예를 들어, 정전 척(130) 하면의 폭은 베이스 플레이트(120)의 상면의 폭과 동일할 수 있으며, 정전 척(130) 상면의 폭은 하면의 폭 보다 작을 수 있다. 정전 척(130)은 내부에 흡착 전극(135)을 포함할 수 있다. 정전 척(130)은 세라믹 및 레진과 같은 유전체를 포함할 수 있다. 세라믹은 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN) 또는 이트륨 산화층(Y2O3)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 레진은 폴리이미드 등을 포함할 수 있다.
흡착 전극(135)은 직류 전원(미도시)과 연결될 수 있으며, 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전압에 의해, 정전력으로 기판(W)을 정전 척(130) 상에 흡착 및 유지할 수 있다.
흡착 전극(135)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr alloy), 니켈-알루미늄 합금(Ni-Al alloy) 등과 같은 금속 혹은 텅스텐 카바이드(WC), 몰리브덴 카바이드(MoC), 티타늄 질화물(TiN) 등과 같은 전도성 세라믹을 포함할 수 있다.
에지링(140)은 정전 척(130)상에 배치될 수 있으며, 기판(W)의 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 에지링(140)은 기판(W)을 둘러쌀 수 있으며, 링 또는 도넛 형상을 가질 수 있다. 에지링(140)은 하부가 상부보다 큰 계단 구조를 가질 수 있다. 에지링(140)은 기판 처리시 플라즈마 균일도를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 에지링(140)은 쿼츠, 사파이어, 글라스, 세라믹, 금속, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 에지링(140)은 쿼츠를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
본 개시의 에지링(140)은 기판(W) 및 정전 척(130)으로부터 발생하는 오염물질이 표면에 부착되지 않도록 설계될 수 있다. 도 2를 참조하면, 기판(W)과 에지링(140) 사이의 수평 거리(D)는 플라즈마가 기판(W)의 측면에 침투하지 못하도록 충분히 작을 수 있다. 여기서, 기판(W)과 에지링(140) 사이의 수평 거리(D)는 기판(W)의 측면과 대향하는 에지링(140)의 내측면 간의 수평 거리를 의미할 수 있다. 기판(W)과 에지링(140) 사이의 수평 거리가 쉬스 두께(sheath thickness)보다 작은 경우 플라즈마가 침투하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 기판(W)과 에지링(140) 사이의 수평 거리(D)는 0이상이며 2mm이하일 수 있다. 에지링(140)은 오염물질이 그 표면에 부착되지 못하도록 충분히 작은 표면 조도 및 공극률(porosity)을 가질 수 있다. 에지링(140)의 표면 조도 및 공극률이 작은 경우 에지링(140) 표면에 부착된 오염물질이 기판(W)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 에지링(140)의 표면 조도(Ra)는 0이상 이며 0.05㎛이하일 수 있으며 공극률은 1%이하일 수 있다. 또한, 에지링(140)의 표면 조도는 반복 공정에 의해 거의 변화되지 않을 수 있다. 예를 들어, 100시간 이상 공정이 반복된 경우, 표면 조도(Ra)의 변화량은 0이상이며 10-3㎛이하일 수 있다. 에지링(140)은 표면 조도 변화량을 최소화하기 위한 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 에지링(140)의 표면에 에지링 보호층(142)을 포함할 수 있다. 상기 에지링 보호층(142)은 이트륨 산화물(Y2O3, YxOy) 또는 옥시불화이트륨(YOF, YxOyFz)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 일부 확대도이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(100a)는 에지링(140)을 포함할 수 있으며 벌크 형태의 에지링 보호층(142)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 에지링(140)은 이트륨 산화물(Y2O3, YxOy) 또는 옥시불화이트륨(YOF, YxOyFz)중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 샤워 헤드 어셈블리(200)는 챔버(10)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 어셈블리(200)는 챔버(10)의 측벽상에 배치될 수 있으며, 챔버(10)의 외벽을 이룰 수 있다. 샤워 헤드 어셈블리(200)는 원통 형상을 가질 수 있으며, 챔버(10) 내에 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 어셈블리(200)는 내부에 샤워 헤드 어셈블리(200)를 수직으로 관통하는 중앙 통로들(P1) 및 에지 통로들(P2)을 포함할 수 있다. 중앙 통로들(P1)은 샤워 헤드 어셈블리(200)의 중앙부에 배치될 수 있으며, 기판(W)과 대향할 수 있다. 에지 통로들(P2)은 샤워 헤드 어셈블리(200)의 가장자리에 배치될 수 있으며, 기판(W)의 가장자리 및 에지링(140)과 대향할 수 있다.
샤워 헤드 어셈블리(200)는 상부 전극(210), 상부 플레이트(220), 중간 플레이트(230), 절연 플레이트(240), 하부 플레이트(250) 및 샤워 헤드(260)를 포함할 수 있다. 상부 전극(210), 상부 플레이트(220), 중간 플레이트(230), 하부 플레이트(250) 및 샤워 헤드(260)는 각각 원판 형상을 가질 수 있으며, 절연 플레이트(240)는 링 형상 또는 도넛 형상을 가질 수 있다. 상부 전극(210), 상부 플레이트(220), 중간 플레이트(230), 하부 플레이트(250) 및 샤워 헤드(260)는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W), 혹은 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 절연 플레이트(240)는 절연물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN) 및 이트륨 산화층(Y2O3)과 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
상부 전극(210)은 샤워 헤드 어셈블리(200)의 최상부에 배치될 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 상부 전극(210)에 연결되는 상부 전원(270)을 더 포함할 수 있다. 상부 전원(270)은 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전력을 상부 전극(210)으로 공급할 수 있다. 상부 전원(270)은 예를 들어 13.56MHz, 27 MHz, 또는 40MHz의 주파수를 갖는 전압을 상부 전극(210)으로 공급할 수 있다.
상부 플레이트(220)는 상부 전극(210)의 하면과 접할 수 있다. 상부 전극(210)과 상부 플레이트(220)는 플레넘들을 정의할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(210)은 그 하면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있으며, 상부 플레이트(220)는 그 상면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있다. 상부 전극(210)의 리세스들과 상부 플레이트(220)의 리세스들은 서로 대응하도록 배치될 수 있으며, 상기 리세스들은 제1 상부 중앙 플레넘(212)과 제1 상부 에지 플레넘(214)을 정의할 수 있다. 제1 상부 중앙 플레넘(212)은 상부 전극(210) 및 상부 플레이트(220)의 중앙부에 위치할 수 있으며, 제1 상부 에지 플레넘(214)은 상부 전극(210) 및 상부 플레이트(220)의 가장자리에 위치할 수 있다.
중간 플레이트(230)는 상부 플레이트(220)의 하면과 접할 수 있다. 상부 플레이트(220)는 그 하면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있으며, 중간 플레이트(230)는 그 상면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있다. 상부 플레이트(220)의 리세스들과 중간 플레이트(230)의 리세스들은 제2 상부 중앙 플레넘(222)과 제2 상부 에지 플레넘(224)을 정의할 수 있다. 제2 상부 중앙 플레넘(222)은 중앙 통로들(P1)에 의해 제1 상부 중앙 플레넘(212)과 연통할 수 있으며, 제1 상부 중앙 플레넘(212)과 수직 방향으로 중첩할 수 있다. 제2 상부 에지 플레넘(224)은 에지 통로들(P2)에 의해 제1 상부 에지 플레넘(214)과 연통할 수 있으며, 제1 상부 에지 플레넘(214)과 수직 방향으로 중첩할 수 있다.
절연 플레이트(240)는 중간 플레이트(230)와 하부 플레이트(250) 사이에 배치될 수 있으며, 중간 플레이트(230)와 하부 플레이트(250)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연 플레이트(240)는 상술한 바와 같이 링 형상 또는 도넛 형상을 가질 수 있으며 그 안쪽의 캐비티(242)를 정의할 수 있다. 캐비티(242)는 중앙 통로들(P1) 및 에지 통로들(P2)에 의해 플레넘들(212, 214, 222, 224)과 연통할 수 있다. 캐비티(242)는 샤워 헤드 어셈블리(200)의 내부에서 플라즈마를 형성하기 위한 공간으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상부 전원(270)에 의해 상부 전극(210)에 공급된 RF 전력은 캐비티(242)에서 플라즈마를 형성할 수 있다. 캐비티(242)의 압력은 처리 공간(20)의 압력보다 높을 수 있으며, 라디칼이 우세한 플라즈마가 형성될 수 있다.
캐비티(242) 및 플레넘들(212, 214, 222, 224)은 원통 형상을 갖는 빈 공간일 수 있다. 플레넘들(212, 214, 222, 224)은 캐비티(242)에 가스를 공급하기 위한 예비 공간일 수 있으며, 캐비티(242)에 제공되는 가스의 유량을 용이하게 조절하기 위해 제공될 수 있다. 도 1에는 2개의 상부 중앙 플레넘들(212, 222) 및 4개의 상부 에지 플레넘들(214, 224)이 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 일 실시 예에서, 상부 전극(210)과 절연 플레이트(240) 사이에는 하나의 상부 중앙 플레넘 및 2개의 상부 에지 플레넘이 형성될 수 있다. 또는, 상부 전극(210)과 절연 플레이트(240) 사이에는 각각 3개 이상의 상부 중앙 플레넘 및 상부 에지 플레넘이 형성될 수 있다. 동일한 레벨에 있는 상부 에지 플레넘들(214, 224)은 공간적으로 연결되어 있거나, 또는 공간적으로 서로 분리될 수 있다. 상부 중앙 플레넘들(212, 222)과 동일한 레벨에 있는 각 상부 에지 플레넘들(214, 224)은 상부 중앙 플레넘들(212, 222)과 공간적으로 분리될 수 있다.
샤워 헤드(260)와 챔버(10)는 접지될 수 있다. 샤워 헤드(260)는 하부 플레이트(250)의 하면과 접할 수 있다. 하부 플레이트(250)는 그 하면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있으며, 샤워 헤드(260)는 그 상면의 중앙부와 가장자리에 리세스들을 포함할 수 있다. 하부 플레이트(250)의 리세스들과 샤워 헤드(260)의 리세스들은 하부 중앙 플레넘(252)과 하부 에지 플레넘(254)을 정의할 수 있다. 하부 중앙 플레넘(252)은 중앙 통로들(P1)에 의해 캐비티(242) 및 처리 공간(20)과 연통할 수 있으며, 하부 에지 플레넘(254)은 에지 통로들(P2)에 의해 캐비티(242) 및 처리 공간(20)과 연통할 수 있다. 하부 중앙 플레넘(252) 및 하부 에지 플레넘(254)은 처리 공간(20)에 가스를 공급하기 위한 예비 공간일 수 있으며, 처리 공간(20)에 제공되는 가스의 유량을 용이하게 조절하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 하부 전원(150)에 의해 베이스 플레이트(120)에 공급된 RF 전력은 처리 공간(20)에서 플라즈마를 형성할 수 있다. 처리 공간(20)에서는 이온 및 전자가 우세한 플라즈마가 형성될 수 있다. 하부 에지 플레넘들(254)은 공간적으로 연결되어 있거나, 또는 공간적으로 서로 분리될 수 있다. 하부 중앙 플레넘(252)과 하부 에지 플레넘(254)은 공간적으로 분리될 수 있다.
일 실시 예에서, 샤워 헤드 어셈블리(200)의 중앙부의 유량 컨덕턴스와 가장자리의 유량 컨덕턴스의 차이는 3%이내일 수 있다. 예를 들어, 중앙 플레넘들(212, 222, 252)의 컨덕턴스의 합과 에지 플레넘들(214, 224, 254)의 유량 컨덕턴스의 합의 차이는 3%이내일 수 있다. 또는, 각 중앙 플레넘들(212, 222, 252)과 이에 대응하는 각 에지 플레넘들(214, 224, 254)의 유량 컨덕턴스 차이는 3%이내일 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 유량 조절기(280) 및 가스 공급부(290)를 더 포함할 수 있다. 유량 조절기(280)는 샤워 헤드 어셈블리(200)에 제공되는 가스의 유량을 조절할 수 있으며, 샤워 헤드 어셈블리(200)의 중앙부와 가장자리에 각각 독립적으로 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 유량 조절기(280)에 의해 중앙 통로들(P1)과 에지 통로들(P2)에 공급되는 가스 유량은 서로 다를 수 있다. 일 실시 예에서, 중앙 통로들(P1)에 제공되는 가스 유량에 대한 에지 통로들(P2)에 제공되는 가스 유량의 비율은 0.05 내지 19일 수 있다. 가스 공급부(290)는 유량 조절기(280)에 증착, 기판 처리 및 퍼지를 위한 가스를 공급할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트이다. 도 5 내지 도 7은 기판 처리 방법을 설명하기 위해 공정 순서대로 도시된 기판 처리 장치의 일부 확대도들이다. 일 실시예에서, 기판 처리 방법은 챔버 시즈닝(seasoning) 공정 및 건식 세정 공정을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판 처리 방법은 챔버 보호층(300)을 증착하고(S100), 퍼지 가스를 공급하고(S110), 챔버(10) 내부로 기판(W)을 반송하고(S120), 기판(W)을 처리하고(S130), 퍼지 가스를 공급하고(S140), 챔버(10) 외부로 기판(W)을 반출하고(S150), 챔버 보호층(300)을 제거하고(S160), 및 퍼지 가스를 공급하는 것(S170)을 포함할 수 있다. 상기 S100 내지 S170의 단계는 반복하여 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 챔버 보호층(300)을 증착하는 것(S100)이 수행될 수 있다. 챔버 보호층(300)을 증착하는 것(S100)은 챔버(10) 내에 플라즈마를 형성하고 증착 가스를 공급하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 플라즈마를 형성하기 위해 하부 전원(150)이 사용될 수 있으며, 플라즈마는 처리 공간(20)에서 형성될 수 있다. 증착 공정은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정 및 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 공정을 포함할 있다. 일 실시 예에서, 증착 공정은 플라즈마 강화 CVD(plasma-enhanced CVD; PECVD)일 수 있다. 플라즈마를 형성하기 위해 챔버(10) 내에 플라즈마 형성 가스가 공급될 수 있으며, 상기 플라즈마 형성 가스는 NF3를 포함할 수 있다. 플라즈마 형성 시 플라즈마 균일성을 위해 중앙 통로들(P1) 및 에지 통로들(P2)로부터 공급되는 플라즈마 형성 가스의 유량이 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 중심 가스 유량(Qc)에 대한 에지 가스 유량(Qe)의 비율(Qe/Qc)은 0.05 내지 19일 수 있다. 여기서, 중심 가스 유량(Qc)는 중앙 통로들(P1)로부터 기판(W)의 중앙부에 제공되는 가스 유량을 의미할 수 있으며, 에지 가스 유량(Qe)은 에지 통로들(P2)로부터 기판(W)의 가장자리 및 에지링(140)에 제공되는 가스 유량을 의미할 수 있다.
플라즈마가 형성된 후, 챔버 보호층(300)을 형성하기 위한 증착 가스가 공급될 수 있다. 상기 증착 가스는 SiH4, N2O 및 NH3를 포함할 수 있다. 또한, 증착 가스와 함께 He, Ar 및 N2와 같은 캐리어 가스가 함께 공급될 수 있다. 챔버 보호층(300)을 증착하는 것(S100)은 100mT 내지 1000mT의 압력하에서 100W 내지 500W의 RF 전력을 베이스 플레이트(120)에 공급하여 수행될 수 있다. 챔버 보호층(300)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
챔버 보호층(300)은 처리 공간(20) 내에서 균일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 보호층(300)은 챔버(10)의 내벽, 샤워 헤드(260)의 하면, 지지 유닛(110)의 측면과 상면을 따라 형성될 수 있다. 챔버 보호층(300)의 두께는 500Å이상일 수 있다. 게이트(12), 가스 배기구(14), 중앙 통로들(P1) 및 에지 통로들(P2)에 대응하는 부분에는 챔버 보호층(300)이 증착되지 않을 수 있다.
챔버 보호층(300)이 증착되고 기판(W)이 챔버(10)내에 반송되기 전에, 챔버(10) 내에 퍼지 가스를 공급하는 것(S110)이 수행될 수 있다. 퍼지 가스는 챔버 보호층(300) 증착 공정의 부산물 및 증착 가스 등을 가스 배기구(14)를 통해 챔버(10) 외부로 배출할 수 있다. 챔버(10)내의 가스를 배출하기 위해 중앙 통로들(P1) 및 에지 통로들(P2)로부터 배출되는 퍼지 가스의 유량이 적절하게 조절될 수 있다. 일 실시 예에서, 중심 가스 유량(Qc)에 대한 에지 가스 유량(Qe)의 비율(Qe/Qc)은 1보다 클 수 있다. 또는, 중심 가스 유량(Qc)에 대한 에지 가스 유량(Qe)의 비율(Qe/Qc)은 1보다 작을 수 있다.
챔버(10) 내부를 퍼지한 후, 챔버(10) 내부로 기판(W)이 반송될 수 있다(S120). 기판(W)은 반송 장치에 의해 게이트(12)를 통해 챔버(10) 내부로 반송될 수 있다. 반송된 기판(W)은 정전 척(130) 상에 위치할 수 있으며 에지링(140)의 내측에 위치할 수 있다.
도 6을 참조하면, 기판 처리 공정(S130)이 수행될 수 있다. 기판 처리 공정은 플라즈마(P)를 형성하고 기판(W) 상에 절연 물질 및 도전 물질 등을 증착하거나 식각하는 것을 포함할 수 있다. 기판 처리를 위한 플라즈마(P)는 처리 공간(20) 및 캐비티(242)에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 우선 플라즈마(P)는 처리 공간(20)에서 형성될 수 있다. 상기 플라즈마(P)는 전자 및 이온이 우세한 플라즈마일 수 있으며, 기판(W)의 표면 처리에 사용될 수 있다. 표면 처리 후에 플라즈마(P)는 캐비티(242)에서 형성되어 처리 공간(20)으로 전달될 수 있다. 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 상부 플레넘들(212, 214, 222, 224)로부터 캐비티(242)로 플라즈마 형성 가스가 전달될 수 있으며, 캐비티(242)에서 형성된 플라즈마(P)는 하부 플레넘들(252, 254)을 통해 가스 통로들(P1, P2)을 따라 처리 공간(20)으로 전달될 수 있다. 캐비티(242)에서 플라즈마(P)를 형성하기 위해 상부 전원(270)이 사용될 수 있다. 캐비티(242)에서 형성된 플라즈마(P)는 라디칼이 우세한 플라즈마일 수 있으며, 증착 및 식각 등의 기판 처리에 사용될 수 있다.
기판 처리 공정이 수행된 후, 챔버(10) 내에 퍼지 가스를 공급하는 것(S140)이 수행될 수 있다. 퍼지 가스를 공급하는 것(S140)은 S110에서 설명된 것과 동일하거나 유사한 방법으로 진행될 수 있다.
이후, 챔버(10) 외부로 기판(W)이 반출될 수 있다(S150). 기판(W)은 반송 장치에 의해 게이트(12)를 통해 챔버(10) 외부로 반출될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(W)이 반출된 후, 챔버 보호층(300)을 제거하는 것(S160)이 수행될 수 있다.
챔버 보호층(300)을 제거하는 것(S160)은 챔버(10) 내에 플라즈마를 형성하고 상기 플라즈마를 이용하여 건식 세정을 수행하여 이루어질 수 있다. 일 실시 예에서, 플라즈마를 형성하기 위해 하부 전원(150)이 사용될 수 있으며, 플라즈마는 처리 공간(20)에서 형성될 수 있다. 플라즈마를 형성하기 위해 챔버(10) 내에 플라즈마 형성 가스가 공급될 수 있으며, 상기 플라즈마 형성 가스는 NF3를 포함할 수 있다. 챔버 보호층(300)을 제거하는 것(S160)은 500mT 내지 2000mT의 압력하에서 100W 내지 500W의 RF 전력을 베이스 플레이트(120)에 공급하여 수행될 수 있다. S160 및 S130의 단계에서 처리 공간(20)으로 제공되는 가스 유량(Qc, Qe)의 비율은 S100의 단계에서 설명한 바와 같다.
기판 처리 공정이 수행된 후, 챔버(10) 내에 퍼지 가스를 공급하는 것(S170)이 수행될 수 있다. S170 및 S140의 단계에서 처리 공간(20)으로 제공되는 가스 유량(Qc, Qe)의 비율은 S110의 단계에서 설명한 바와 같다.
퍼지 가스를 공급하는 것(S170)이 수행된 이후에, 상기 S100 내지 S170의 단계는 반복하여 수행되어 기판 처리 공정이 계속될 수 있다. 챔버 보호층(300)을 제거하는 공정(S160)에서, 플라즈마에 노출된 베이스 플레이트(120) 및 정전 척(130)으로부터 불화알루미늄(AlxFy), 옥시불화알루미늄(AlxOyFz), 불화니켈(NixFy) 및 옥시불화이트륨(YxOyFz) 등의 파티클 및 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y) 등의 금속 이온이 발생할 수 있다. 상기 파티클 및 금속 이온은 비휘발성 물질이므로 퍼지 가스 공급 공정(S170) 시 챔버(10) 외부로 배출되지 않을 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 본 개시의 에지링(140)은 표면 조도, 공극률과 관련된 물리적 특성을 가지며 기판(W)과 가깝게 배치되므로, 파티클 및 금속 이온과 같은 오염 물질들이 에지링(140)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 에지링(140)에 부착된 오염 물질들이 기판(W)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
100 : 기판 처리 장치
10 : 챔버
12: 게이트 14 : 가스 배기구
20 : 처리 공간 110 : 지지 유닛
120 : 베이스 플레이트 130 : 정전 척
135 : 흡착 전극 140 : 에지링
150 : 하부 전원 200 : 샤워 헤드 어셈블리
210 : 상부 전극 220 : 상부 플레이트 230 : 중간 플레이트 240 : 절연 플레이트
250 : 하부 플레이트 260 : 샤워 헤드
242 : 캐비티 270 : 상부 전원
280 : 유량 조절기 290 : 가스 공급부
300 : 챔버 보호층 W : 기판
P1 : 중앙 가스 통로 P2 : 에지 가스 통로
12: 게이트 14 : 가스 배기구
20 : 처리 공간 110 : 지지 유닛
120 : 베이스 플레이트 130 : 정전 척
135 : 흡착 전극 140 : 에지링
150 : 하부 전원 200 : 샤워 헤드 어셈블리
210 : 상부 전극 220 : 상부 플레이트 230 : 중간 플레이트 240 : 절연 플레이트
250 : 하부 플레이트 260 : 샤워 헤드
242 : 캐비티 270 : 상부 전원
280 : 유량 조절기 290 : 가스 공급부
300 : 챔버 보호층 W : 기판
P1 : 중앙 가스 통로 P2 : 에지 가스 통로
Claims (10)
- 챔버 내에 챔버 보호층을 증착하고;
상기 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하고;
상기 챔버 내부로 기판을 반송하고, 상기 기판은 정전 척 상의 에지링의 내측에 배치되며;
상기 기판을 처리하고;
상기 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하고;
상기 기판을 상기 챔버 외부로 반출하고;
상기 챔버 보호층을 제거하고; 및
상기 챔버 내에 제3 퍼지 가스를 공급하는 것을 포함하며,
상기 에지링의 표면 조도의 변화량은 10-3㎛ 이하이며,
상기 기판 처리 시, 상기 기판의 중앙부에 공급되는 중심 가스 유량에 대한 상기 기판의 가장 자리 및 에지링에 공급되는 에지 가스 유량의 비율은 0.05 내지 19이며,
상기 제2 퍼지 가스 공급 시, 중심 가스 유량에 대한 에지 가스 유량의 비율은 1보다 큰 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 챔버는 상기 기판에 가스를 공급하는 샤워 헤드 어셈블리 및 상기 챔버의 내벽과 상기 샤워 헤드 어셈블리에 의해 정의되는 처리 공간을 포함하며,
상기 기판 처리하는 것은, 상기 처리 공간에서 제1 플라즈마를 형성하고; 및
상기 샤워 헤드 어셈블리 내부의 캐비티에서 제2 플라즈마를 형성하는 것을 포함하는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 챔버 보호층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 중 적어도 하나를 포함하는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에지링의 표면 조도는 0.05㎛ 이하이고 공극률은 1%이하인 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에지링과 상기 기판 사이의 수평 거리는 2mm 이하인 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에지링은 그 표면에 에지링 보호층을 포함하며,
상기 에지링 보호층은 이트륨 산화물 또는 옥시불화이트륨 중 적어도 하나를 포함하는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에지링은 이트륨 산화물 또는 옥시불화이트륨 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 정전 척은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 또는 이트륨 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 기판 처리 방법. - 내부에 처리 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내에 배치되며 상부에 기판이 탑재되는 지지 유닛, 상기 지지 유닛은 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상의 정전 척, 상기 정전 척 상에 배치되며 상기 기판을 둘러싸는 에지링을 포함하며;
상기 처리 공간에 가스를 제공하는 샤워 헤드 어셈블리, 상기 샤워 헤드 어셈블리는 샤워 헤드, 상기 샤워 헤드 상의 절연 플레이트, 상기 절연 플레이트 상의 상부 전극을 포함하며, 및
상기 샤워 헤드 어셈블리에 공급되는 가스 유량을 조절하는 유량 조절기를 포함하며,
상기 에지링의 표면 조도의 변화량은 10-3㎛ 이하이며,
기판 처리 시, 상기 기판의 중앙부에 공급되는 중심 가스 유량에 대한 상기 기판의 가장 자리 및 에지링에 공급되는 에지 가스 유량의 비율은 0.05 내지 19이며,
퍼지 가스 공급 시, 중심 가스 유량에 대한 에지 가스 유량의 비율은 1보다 큰 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 샤워 헤드 어셈블리는 적어도 하나의 상부 중앙 플레넘;
상기 적어도 하나의 상부 중앙 플레넘과 공간적으로 분리되는 적어도 하나의 상부 에지 플레넘;
적어도 하나의 하부 중앙 플레넘; 및
상기 적어도 하나의 하부 중앙 플레넘과 공간적으로 분리되는 적어도 하나의 하부 에지 플레넘을 포함하며,
상기 적어도 하나의 상부 중앙 플레넘 및 상기 적어도 하나의 상부 에지 플레넘은 상기 절연 플레이트 내부의 캐비티와 연통하며, 상기 상부 전극과 상기 절연 플레이트 사이에 위치하고,
상기 적어도 하나의 하부 중앙 플레넘 및 상기 적어도 하나의 하부 에지 플레넘은 상기 처리 공간과 연통하며, 상기 절연 플레이트와 상기 샤워 헤드 사이에 위치하는 기판 처리 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210033719A KR20220129180A (ko) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 샤워 헤드 어셈블리 및 에지링을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
| US17/685,097 US20220301827A1 (en) | 2021-03-16 | 2022-03-02 | Substrate processing apparatus including shower head and edge ring and related methods of manufacturing semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210033719A KR20220129180A (ko) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 샤워 헤드 어셈블리 및 에지링을 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Publications (1)
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| KR20220129180A true KR20220129180A (ko) | 2022-09-23 |
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Family Applications (1)
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2021
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2022
- 2022-03-02 US US17/685,097 patent/US20220301827A1/en active Pending
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|---|---|
| US20220301827A1 (en) | 2022-09-22 |
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