KR20230011032A - Method for substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents

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KR20230011032A
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김태훈
박주성
고병하
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

The present invention relates to a substrate processing device cleaning method and a substrate processing method including the same and, more specifically, to a substrate processing device cleaning method for cleaning thin films accumulated inside a process chamber and a substrate processing method including the same. As a cleaning method of a substrate processing device for removing a thin film formed inside a process chamber during a substrate processing process, the cleaning method of a substrate processing device comprises: a decomposition gas supply step (S10) of supplying decomposition gas that promotes decomposition of chemical bonds in the thin film to processing space; a cleaning gas supply step (S20) of supplying a cleaning gas that combines with the thin film whose chemical bonds have been decomposed through the decomposition gas and removes the thin film from the inside of the process chamber; and a process chamber exhaust step (S40) of exhausting the processing space. Accordingly, the cleaning efficiency of the substrate processing device can be increased.

Description

기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법{Method for substrate processing apparatus and substrate processing method}Substrate processing apparatus cleaning method and substrate processing method including the same {Method for substrate processing apparatus and substrate processing method}

본 발명은 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버 내부에 쌓인 박막을 클리닝하기 위한 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a substrate processing apparatus cleaning method and a substrate processing method including the same, and more particularly, to a substrate processing apparatus cleaning method for cleaning a thin film accumulated inside a process chamber and a substrate processing method including the same.

반도체 메모리 등 각종 전자 소자가 기판 상에서 제조될 때, 다양한 박막이 필요하며, 이를 위해 기판 상에 각종 박막을 형성한다.When various electronic devices such as semiconductor memories are manufactured on a substrate, various thin films are required, and various thin films are formed on the substrate for this purpose.

박막을 제조하는 방법으로는 크게 물리적 방법 및 화학적 방법이 있으며, 최근에는 가스의 화학적 반응에 의해 기판 상에 금속, 유전체 또는 절연체 박막을 형성하는 화학적 기상 증착(CVD: Chemical vapor deposition)과 원자층 증착(ALD: Atomic layer deposition) 방법이 주로 사용되고 있다.Methods for manufacturing thin films include physical and chemical methods, and recently, chemical vapor deposition (CVD: chemical vapor deposition) and atomic layer deposition, which form metal, dielectric, or insulator thin films on a substrate by chemical reaction of gas. (ALD: Atomic layer deposition) method is mainly used.

특히, 원자층 증착방법은, 최근 소자가 점차 미세화되는 추세에 따라 극박막을 증착하기 위하여 점차 활발히 활용되고 있으나, 4단계의 각 공정단계가 엄격히 구분되어 진행되어야 하는 바, 공정시간이 오래걸려 생산성이 낮은 문제점이 있다.In particular, the atomic layer deposition method is gradually being actively used to deposit ultra-thin films according to the trend of miniaturization of devices, but since each of the four process steps must be strictly separated, the process takes a long time to improve productivity. There is this low issue.

한편, 박막의 제조는 기판이 로딩되는 공정챔버에 박막 제조용 가스를 유입시키고, 기판을 온도로 제어하여 가스가 반응함으로써 기판 상에 박막을 형성하는 과정으로 이루어지며, 이때 박막 증착이 수행되는 공정챔버는 증착 공정 회수가 증가함에 따라 공정챔버 내부에 유입된 각종 가스에 의하여 내부 표면에 원하지 않는 피막 또는 박막이 형성된다. On the other hand, thin film production is performed by introducing a gas for thin film production into a process chamber where a substrate is loaded and controlling the temperature of the substrate to react with the gas to form a thin film on the substrate. As the number of deposition processes increases, unwanted films or thin films are formed on the inner surface by various gases introduced into the process chamber.

이때, 형성되는 박막은 파티클 등 불순물로서, 제조되는 기판의 박막에 악영향을 미치게 되는데, 보다 구체적으로는 기판처리 시 공정챔버의 내부로부터 탈락하여 증착되는 기판의 박막을 오염시키는 등의 영향을 주는 문제점이 있다.At this time, the formed thin film is an impurity such as a particle, which adversely affects the thin film of the substrate to be manufactured. More specifically, during substrate processing, it is detached from the inside of the process chamber and contaminates the thin film of the substrate to be deposited. there is

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 종래에는 박막이 증착되는 기판처리장치의 내부를 주기적으로 클리닝하고 있으나, 원자층 증착 방법의 경우 공정단계 자체의 시간에 클리닝 시간까지 더해져 생산성이 매우 저하되는 문제점이 있다.In order to improve this problem, conventionally, the inside of a substrate processing apparatus on which a thin film is deposited is periodically cleaned, but in the case of the atomic layer deposition method, the cleaning time is added to the process step itself, so there is a problem in that productivity is greatly reduced.

보다 구체적으로, 종래에는 공정챔버 내부의 박막 0.6㎛를 완전히 클리닝하기 위해서는 260초 이상의 시간이 필요하여 공정시간이 전체적으로 길어지고 생산성이 저하되는 문제점이 있다. More specifically, in the prior art, it takes 260 seconds or more to completely clean a thin film of 0.6 μm inside the process chamber, which increases the overall process time and lowers productivity.

한편, 생산성 향상을 위하여 클리닝 시간을 일정시간 이하로 감소시키는 경우에는, 기판처리장치의 특정위치의 클리닝이 완전히 수행되지 못하며 특히, 기판이 안착되는 영역을 중심으로 할 때, 가장자리 부근의 클리닝이 완전히 수행되지 못하는 문제점이 있다. On the other hand, when the cleaning time is reduced to less than a certain time to improve productivity, the cleaning of a specific position of the substrate processing apparatus cannot be completely performed. There is a problem that cannot be done.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판처리장치 내부에 형성되는 박막을 단시간에 제거할 수 있는 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus cleaning method capable of removing a thin film formed inside the substrate processing apparatus in a short time and a substrate processing method including the same in order to solve the above problems.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 기판처리공정 중 공정챔버 내부에 형성되는 박막을 제거하기 위한 기판처리장치의 클리닝방법으로서, 상기 박막의 화학결합 분해를 촉진하는 분해가스를 상기 처리공간으로 공급하는 분해가스공급단계(S10)와; 상기 분해가스를 통해 화학결합이 분해된 상기 박막과 결합하여, 상기 공정챔버 내부로부터 상기 박막을 제거하는 세정가스를 공급하는 세정가스공급단계(S20)와; 상기 처리공간을 배기하는 공정챔버배기단계(S40)를 포함하는 기판처리장치의 클리닝방법을 개시한다. The present invention was created to achieve the object of the present invention as described above, and the present invention is a cleaning method of a substrate processing apparatus for removing a thin film formed inside a process chamber during a substrate processing process, chemical bonding of the thin film A decomposition gas supply step (S10) of supplying decomposition gas to promote decomposition into the processing space; a cleaning gas supplying step (S20) of supplying a cleaning gas that combines with the thin film whose chemical bonds have been decomposed through the decomposition gas and removes the thin film from the inside of the process chamber; Disclosed is a cleaning method of a substrate processing apparatus including a process chamber exhausting step (S40) of exhausting the processing space.

상기 분해가스공급단계(S10) 및 상기 세정가스공급단계(S20)는, 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다. The decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20) may be performed simultaneously or sequentially.

상기 박막은, SiO2 막이며, 상기 분해가스공급단계(S10)는, 상기 분해가스를 통해 실리콘과 산소 사이의 화학결합 분해를 촉진할 수 있다. The thin film is a SiO 2 film, and in the decomposition gas supply step (S10), chemical bond decomposition between silicon and oxygen may be promoted through the decomposition gas.

상기 분해가스는, NH3를 포함할 수 있다. The cracked gas may include NH 3 .

상기 세정가스는, NF3를 포함할 수 있다. The cleaning gas may include NF 3 .

상기 세정가스는, 플루오린(Fluorine) 라디칼을 포함할 수 있다. The cleaning gas may include a fluorine radical.

상기 세정가스공급단계(S20)는, 상기 세정가스를 플라즈마 처리하는 플라즈마처리단계(S21)와, 플라즈마 처리가 수행된 상기 세정가스를 상기 처리공간으로 공급하는 공급단계(S22)를 포함할 수 있다. The cleaning gas supplying step (S20) may include a plasma processing step (S21) of plasma-processing the cleaning gas and a supplying step (S22) of supplying the plasma-treated cleaning gas to the processing space. .

상기 세정가스에 대한 상기 분해가스의 비율은 1/16 이하일 수 있다. A ratio of the decomposition gas to the cleaning gas may be 1/16 or less.

상기 세정가스에 대한 상기 분해가스의 비율은 1/80 일 수 있다. A ratio of the decomposition gas to the cleaning gas may be 1/80.

상기 분해가스공급단계(S10) 및 상기 세정가스공급단계(S20)는, 상기 공정챔버의 상기 처리공간의 온도가 50℃이상 60℃ 이하일 수 있다. In the decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20), the temperature of the processing space of the process chamber may be 50 °C or more and 60 °C or less.

상기 세정가스공급단계(S20) 이후에 상기 처리공간으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급단계(S30)를 추가로 포함할 수 있다. After the cleaning gas supplying step (S20), a purge gas supplying step (S30) of supplying a purge gas to the processing space may be further included.

또한, 본 발명은, 상기 공정챔버 내부에 대한 클리닝을 수행하는 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따른 기판처리장치의 클리닝방법을 통한 클리닝단계(S100)와; 상기 클리닝단계(S100) 이후에, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 박막증착단계(S300)를 포함하는 기판처리방법을 개시한다. In addition, the present invention, the cleaning step (S100) through the cleaning method of the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 11 for performing cleaning of the inside of the process chamber; After the cleaning step (S100), a substrate processing method including a thin film deposition step (S300) of forming a thin film on the substrate is disclosed.

상기 박막증착단계(S300)는, 원자층 증착방법(ALD)을 통해 상기 기판 상에 박막을 형성할 수 있다. In the thin film deposition step (S300), a thin film may be formed on the substrate through an atomic layer deposition method (ALD).

상기 클리닝단계(S100)와 상기 박막증착단계(S300) 사이에 상기 공정챔버 내부에서 공정가스에 노출되는 부분에 시즈닝박막을 형성하는 시즈닝단계(S200)를 추가로 포함할 수 있다. Between the cleaning step (S100) and the thin film deposition step (S300), a seasoning step (S200) of forming a seasoning thin film on a portion exposed to the process gas inside the process chamber may be further included.

본 발명에 따른 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법은, 기판처리장치에 대한 클리닝 효율이 증대되는 이점이 있다.A substrate processing apparatus cleaning method and a substrate processing method including the same according to the present invention have an advantage in that the cleaning efficiency of the substrate processing apparatus is increased.

특히, 본 발명에 따른 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법은, SiO2 박막에 대한 클리닝 진행 시, NH3를 통해 Si와 O의 분해 반응을 촉진함으로써, 기판처리장치에 대한 보다 완전한 박막제거 및 클리닝이 가능한 이점이 있다.In particular, the substrate processing apparatus cleaning method and the substrate processing method including the substrate processing method according to the present invention promote a decomposition reaction of Si and O through NH 3 when the SiO 2 thin film is cleaned, thereby providing a more complete substrate processing apparatus. There is an advantage that thin film removal and cleaning are possible.

또한, 본 발명에 따른 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법은, 동일한 박막 두께에 대하여 단시간에 박막을 제거함으로써 클리닝 시간을 감소할 수 있으며, 이를 통해 공정시간을 감소하고 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, the substrate processing apparatus cleaning method and the substrate processing method including the same according to the present invention can reduce the cleaning time by removing the thin film in a short time for the same thin film thickness, thereby reducing the process time and improving productivity There are advantages that can be

도 1은, 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는, 도 1에 따른 기판처리방법 중 기판처리장치의 클리닝방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은, 종래의 기판처리장치의 클리닝방법에 따른 효과를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 도 2에 따른 기판처리장치의 클리닝방법에 따른 효과를 나타내는 그래프로서, NH3와 NF3의 비율을 달리하면서 120초 동안 클리닝을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 도 2에 따른 기판처리장치의 클리닝방법의 클리닝시간 감소효과를 보여주는 그래프이다.
1 is a flowchart showing a substrate processing method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a cleaning method of the substrate processing apparatus among the substrate processing methods according to FIG. 1 .
3 is a graph showing the effect of the cleaning method of the conventional substrate processing apparatus.
FIG. 4 is a graph showing the effect of the cleaning method of the substrate processing apparatus according to FIG. 2 , and a graph showing results of performing cleaning for 120 seconds while varying the ratio of NH 3 to NF 3 .
FIG. 5 is a graph showing the cleaning time reduction effect of the cleaning method of the substrate processing apparatus according to FIG. 2 .

이하, 본 발명에 따른 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a substrate processing apparatus cleaning method and a substrate processing method including the substrate processing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 기판처리방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버 내부에 대한 클리닝을 수행하는 클리닝단계(S100)와; 상기 클리닝단계(S100) 이후에, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 박막증착단계(S300)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the substrate processing method according to the present invention includes a cleaning step (S100) of cleaning the inside of the process chamber; After the cleaning step (S100), a thin film deposition step (S300) of forming a thin film on the substrate is included.

또한, 본 발명에 따른 기판처리방법은, 클리닝단계(S100)와 박막증착단계(S300) 사이에 공정챔버 내부에서 공정가스에 노출되는 부분에 시즈닝박막을 형성하는 시즈닝단계(S200)를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the substrate processing method according to the present invention, between the cleaning step (S100) and the thin film deposition step (S300), a seasoning step (S200) of forming a seasoning thin film on a portion exposed to the process gas inside the process chamber It further includes can do.

이때, 본 발명에 따른 처리대상인 기판은, LED, LCD, OLED 등의 표시장치에 사용되는 기판, 반도체 기판, 태양전지 기판, 글라스 기판 등의 모든 기판을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.At this time, the substrate to be treated according to the present invention may be understood as including all substrates such as substrates used in display devices such as LED, LCD, and OLED, semiconductor substrates, solar cell substrates, and glass substrates.

또한, 여기서 공정챔버는, 내부에 처리공간이 형성되어 기판에 박막을 증착하는 등 기판처리가 수행되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.In addition, here, the process chamber is a configuration in which a processing space is formed therein to perform substrate processing, such as depositing a thin film on a substrate, and various configurations are possible.

이때, 공정챔버의 내부란, 처리공간에 대한 클리닝, 시즈닝의 대상으로서, 공정챔버 내부면에 한정되지 않으며, 기판처리공정 중 공정가스가 노출되는 상부리드, 챔버본체의 내벽면, 기판지지부, 샤워헤드조립체의 표면 등을 포함하는 용어로 이해될 수 있다.At this time, the inside of the process chamber is an object of cleaning and seasoning for the processing space, and is not limited to the inner surface of the process chamber, and includes the upper lid exposed to process gas during the substrate processing process, the inner wall surface of the chamber body, the substrate support, and the shower. It can be understood as a term including the surface of the head assembly and the like.

이때, 상기 공정챔버는, 처리공간을 형성하는 챔버본체와 상부리드를 포함할 수 있으며, 내부 처리공간에 처리대상의 기판을 지지하는 기판지지부와, 공정가스를 포함하는 각종 가스를 공급하는 샤워헤드조립체가 설치될 수 있다.At this time, the process chamber may include a chamber body and an upper lid forming a processing space, a substrate support unit for supporting a substrate to be processed in the internal processing space, and a shower head for supplying various gases including process gas. assembly can be installed.

또한, 상기 공정챔버의 상측에 구비되어 후술하는 세정가스에 대한 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마발생기(RPG: Remote Plasma Generator)가 추가로 구비될 수 있다.In addition, a plasma generator (RPG: Remote Plasma Generator) provided on the upper side of the process chamber to perform a plasma treatment on the cleaning gas described below may be additionally provided.

상기 클리닝단계(S100)는, 공정챔버 내부에 대한 클리닝을 수행하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.The cleaning step (S100) is a step of cleaning the inside of the process chamber, and may be performed by various methods.

즉, 상기 클리닝단계(S100)는, 박막증착단계(S300)를 통해 기판 상에 박막을 증착하는 과정에서 공정챔버의 내부에 박막이 증착될 수 있고, 이에 대한 박막을 제거하여 클리닝하는 단계일 수 있다.That is, in the cleaning step (S100), a thin film may be deposited inside the process chamber in the process of depositing a thin film on the substrate through the thin film deposition step (S300), and the thin film may be removed and cleaned. there is.

이때, 공정챔버의 내부에 퇴적된 박막은, 처리되는 기판에 오염물질로 작용하여 증착공정의 불량을 야기하므로, 클리닝단계(S100)의 수행이 필수적이나, 종래에는 완전한 클리닝 수행에 걸리는 시간이 260초 이상으로 길어 공정효율이 저하되고 생산성이 낮은 문제점이 있다.At this time, since the thin film deposited inside the process chamber acts as a contaminant on the substrate to be processed and causes defects in the deposition process, it is essential to perform the cleaning step (S100), but conventionally, the time required to perform complete cleaning is 260 It is longer than a second, so there is a problem in that process efficiency is lowered and productivity is low.

한편, 이러한 문제점을 개선하기 위한 기판처리장치의 클리닝방법에 대한 상세한 설명은 후술한다.Meanwhile, a detailed description of a cleaning method of the substrate processing apparatus for improving these problems will be described later.

상기 시즈닝단계(S200)는, 클리닝단계(S100) 이후에 공정챔버 내부 분위기를 박막증착단계(S300)에 맞도록 조성하기 위한 단계로서, 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The seasoning step (S200) is a step for creating an atmosphere in the process chamber suitable for the thin film deposition step (S300) after the cleaning step (S100), and can be performed by various methods.

예를 들면, 상기 시즈닝단계(S200)는, 박막증착단계(S300)에서 기판 상에 형성되는 박막의 성장속도를 정상상태로 끌어올리고, 클리닝 및 퍼지 이후에도 공정챔버 내부에 잔존하는 파티클을 공정챔버 내부로부터 쉽게 떨어지지 않는 상태로 고착시킬 수 있다.For example, the seasoning step (S200) raises the growth rate of the thin film formed on the substrate in the thin film deposition step (S300) to a steady state, and removes particles remaining inside the process chamber even after cleaning and purging. It can be fixed in a state that does not easily come off from.

특히, 상기 시즈닝단계(S200)는, 박막증착단계(S300)의 수행 전 공정챔버 내부에 시즈닝박막을 형성함으로써, 박막증착단계(S300) 동안 공정챔버 내부의 이물질 등의 탈락을 미연에 방지하고 공정챔버 내부에 대한 박막의 증착을 억제할 수 있다.In particular, in the seasoning step (S200), by forming a seasoning thin film inside the process chamber before performing the thin film deposition step (S300), dropping of foreign substances inside the process chamber during the thin film deposition step (S300) is prevented in advance and the process Deposition of a thin film inside the chamber can be suppressed.

이를 위해, 상기 시즈닝단계(S200)는, 박막증착단계(S300)에서 파티클이 발생된다 할지라도 기판 상에 증착되는 박막에 영향을 미치지 않는 물질로서, 박막증착단계(S300)에서 증착되는 박막과 동일한 물질로 구성될 수 있다.To this end, the seasoning step (S200) is a material that does not affect the thin film deposited on the substrate even if particles are generated in the thin film deposition step (S300), and is the same as the thin film deposited in the thin film deposition step (S300). may be made of matter.

상기 박막증착단계(S300)는, 클리닝단계(S100) 및 시즈닝단계(S200) 이후에, 기판 상에 박막을 형성하는 단계로서, 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The thin film deposition step (S300) is a step of forming a thin film on the substrate after the cleaning step (S100) and the seasoning step (S200), and may be performed by various methods.

이때, 증착되는 박막은 oxide 기반의 thin film에 적용될 수 있으며, 일예로, SiO2, TiO2 박막이 증착될 수 있다. In this case, the thin film to be deposited may be applied to an oxide-based thin film, and for example, SiO 2 and TiO 2 thin films may be deposited.

한편, 상기 박막증착단계(S300)는, CVD, PECVD, ALD 및 PEALD 등 다양한 증착공정을 통해 수행될 수 있으며, 일예로서 ALD가 적용될 수 있다.Meanwhile, the thin film deposition step (S300) may be performed through various deposition processes such as CVD, PECVD, ALD, and PEALD, and ALD may be applied as an example.

보다 구체적으로, 상기 박막증착단계(S300)는, 소스가스를 공급하는 소스가스공급단계, 퍼지단계, 반응가스공급단계, 퍼지단계의 사이클을 반복하여 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착할 수 있다.More specifically, in the thin film deposition step (S300), a source gas supply step for supplying a source gas, a purge step, a reaction gas supply step, and a purge step are repeatedly performed to deposit a thin film on the substrate.

이 경우, 4단계를 구분하여 반복 수행하여야 하는 ALD공정의 특성 상 낮은 생산성이 문제되며, 이에 더해져 클리닝단계(S100)가 비교적 오랜 시간동안 수행되어야 하는 경우, 전체 공정시간이 매우 길어지고 생산성이 낮은 문제점이 있다.In this case, low productivity is a problem due to the nature of the ALD process in which four steps must be repeatedly performed, and in addition to this, when the cleaning step (S100) has to be performed for a relatively long time, the entire process time is very long and the productivity is low. There is a problem.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 클리닝단계(S100)에 적용되는 기판처리장치의 클리닝방법을 설명한다.In order to improve this problem, a cleaning method of the substrate processing apparatus applied to the cleaning step (S100) will be described.

본 발명에 따른 기판처리장치의 클리닝방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 박막의 화학결합 분해를 촉진하는 분해가스를 상기 처리공간으로 공급하는 분해가스공급단계(S10)와; 상기 분해가스를 통해 화학결합이 분해된 상기 박막과 결합하여, 상기 공정챔버 내부로부터 상기 박막을 제거하는 세정가스를 공급하는 세정가스공급단계(S20)와; 상기 처리공간을 배기하는 공정챔버배기단계(S40)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the cleaning method of the substrate processing apparatus according to the present invention includes a decomposition gas supply step (S10) of supplying a decomposition gas that promotes decomposition of the chemical bond of the thin film into the processing space; a cleaning gas supplying step (S20) of supplying a cleaning gas that combines with the thin film whose chemical bonds have been decomposed through the decomposition gas and removes the thin film from the inside of the process chamber; and a process chamber exhausting step (S40) of exhausting the processing space.

또한, 본 발명에 따른 기판처리장치의 클리닝방법은, 상기 세정가스공급단계(S20) 이후에 상기 처리공간으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급단계(S30)를 추가로 포함할 수 있다. In addition, the cleaning method of the substrate processing apparatus according to the present invention may further include a purge gas supplying step (S30) of supplying a purge gas to the processing space after the cleaning gas supplying step (S20).

한편, 본 발명에 따른 기판처리장치의 클리닝방법은, 공정챔버의 내부에 퇴적되는 박막을 제거하기 위한 것으로서, 건식세정으로 인-시튜(in-situ) 세정방법일 수 있다.Meanwhile, the cleaning method of the substrate processing apparatus according to the present invention is for removing a thin film deposited inside a process chamber, and may be an in-situ cleaning method as a dry cleaning method.

상기 분해가스공급단계(S10)는, 박막의 화학결합 분해를 촉진하는 분해가스를 처리공간으로 공급하는 단계로서, 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The decomposition gas supply step (S10) is a step of supplying a decomposition gas that promotes decomposition of the chemical bond of the thin film into the processing space, and may be performed by various methods.

예를 들면, 상기 분해가스공급단계(S10)는, 공정챔버의 내부에 퇴적되는 SiO2 박막의 실리콘(Si)과 산소(O) 사이의 화학결합의 분해를 촉진하기 위하여, NH3를 포함하는 분해가스를 공급할 수 있다.For example, in the decomposition gas supply step (S10), in order to promote the decomposition of the chemical bond between silicon (Si) and oxygen (O) of the SiO 2 thin film deposited inside the process chamber, NH 3 containing Decomposition gas can be supplied.

이를 통해, 상기 분해가스공급단계(S10)는, 분해가스가 불안정한 비공유 전자쌍을 가진 가스로서, 반응성이 높아 퇴적된 SiO2의 실리콘(Si)과 산소(O) 각각과 결합하여 이들 사이의 결합을 분해할 수 있다.Through this, in the decomposition gas supply step (S10), the decomposition gas is a gas having an unstable unshared electron pair, and is highly reactive, and bonds to each of silicon (Si) and oxygen (O) of the deposited SiO 2 to decompose the bond between them. can do.

이로써, 상기 분해가스공급단계(S10)는, 후술하는 세정가스와 함께 중간물질을 생성하고, 곧이어 이어지는 반응에 따라 박막을 제거할 수 있다. Thus, in the decomposition gas supply step (S10), an intermediate material may be generated together with a cleaning gas to be described later, and the thin film may be removed according to a reaction immediately following.

한편, 전술한 바와 같이 이때의 분해가스는 NH3 가스일 수 있다. Meanwhile, as described above, the decomposition gas at this time may be NH3 gas.

상기 세정가스공급단계(S20)는, 분해가스를 통해 화학결합이 분해된 박막과 결합하여, 공정챔버 내부로부터 박막을 제거하는 세정가스를 공급하는 단계로서, 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The cleaning gas supply step (S20) is a step of supplying a cleaning gas for removing the thin film from the inside of the process chamber by combining with the thin film having chemical bonds decomposed through decomposition gas, and may be performed by various methods.

예를 들면, 상기 세정가스공급단계(S20)는, 세정가스를 플라즈마 처리하는 플라즈마처리단계(S21)와, 플라즈마 처리가 수행된 세정가스를 처리공간으로 공급하는 공급단계(S22)를 포함할 수 있다.For example, the cleaning gas supplying step (S20) may include a plasma processing step (S21) of plasma-processing the cleaning gas and a supplying step (S22) of supplying the plasma-treated cleaning gas to the processing space. there is.

이 과정에서, 상기 플라즈마처리단계(S21)는, 세정가스를 플라즈마 발생기를 통해 미리 설정된 주파수 및 RF전원을 인가하여 활성화될 수 있다. In this process, the plasma processing step (S21) may be activated by applying a preset frequency and RF power to the cleaning gas through a plasma generator.

이때, 상기 RF전원은, 다양한 방식, 주파수 및 파워 등으로 공급될 수 있으며, 예로서, 20MHz 내지 60MHz 대역의 VHF(Very High Frequency), 10MHz 내지 20MHz 대역의 HF(High Frequency), 250KHz 내지 400KHz 대역의 LF(Low Frequency) 중 어느 하나 또는 이들의 조합 및 변화로 인가될 수 있다. At this time, the RF power may be supplied in various ways, frequencies, powers, etc., for example, VHF (Very High Frequency) of 20 MHz to 60 MHz band, HF (High Frequency) of 10 MHz to 20 MHz band, 250 KHz to 400 KHz band It may be applied with any one of LF (Low Frequency) or a combination and change thereof.

보다 구체적으로, 상기 세정가스는, 할로겐원소를 포함하는 가스일 수 있으며, 종래 개시된 SiO2 박막을 제거, 식각 및 에칭하기 위한 가스면 어떠한 세정가스도 적용 가능하다.More specifically, the cleaning gas may be a gas containing a halogen element, and any cleaning gas may be applied as long as it is a conventionally disclosed gas for removing, etching, and etching the SiO 2 thin film.

예를 들면, SiO2 박막을 제거하기 위하여 플루오린(F) 원소를 포함하는 세정가스가 적용될 수 있으며, 일예로 NF3 가스를 포함할 수 있다.For example, a cleaning gas containing a fluorine (F) element may be applied to remove the SiO 2 thin film, and for example, NF 3 gas may be included.

한편, 플라즈마 처리를 통해 플루오린 라디칼을 포함하여 반응성을 향상시킬 수 있으며, 이로써 실리콘(Si)과의 결합으로 공정챔버 내부에 퇴적된 SiO2 박막을 제거할 수 있다. Meanwhile, reactivity can be improved by including fluorine radicals through plasma treatment, whereby the SiO 2 thin film deposited inside the process chamber can be removed by bonding with silicon (Si).

전술한 상기 분해가스공급단계(S10) 및 세정가스공급단계(S20)는, 분해가스공급단계(S10)와 세정가스공급단계(S20) 순으로 순차적으로 수행될 수 있으며, 다른 예로서, 분해가스공급단계(S10)와 세정가스공급단계(S20)가 동시에 수행될 수 있다. The decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20) described above may be performed sequentially in the order of the decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20). As another example, the decomposition gas supply step (S10) The supplying step (S10) and the cleaning gas supplying step (S20) may be performed simultaneously.

즉, 분해가스 및 세정가스는 처리공간 내에 동시에 공급될 수 있으며, 보다 상세하게는 플라즈마처리단계(S21)가 먼저 수행되고, 세정가스가 처리공간으로 공급되는 공급단계(S22)와 분해가스가 처리공간으로 공급되는 분해가스공급단계(S10)가 동시에 수행될 수 있다. That is, the decomposition gas and the cleaning gas may be simultaneously supplied into the processing space, and more specifically, the plasma treatment step (S21) is performed first, and the supply step (S22) in which the cleaning gas is supplied to the processing space and the decomposition gas are processed The decomposition gas supply step (S10) supplied to the space may be performed at the same time.

또한, 상기 분해가스공급단계(S10) 및 세정가스공급단계(S20)는, 세정가스와 분해가스의 미리 설정된 비율을 유지하거나, 미리 설정된 범위 내의 비율을 유지하여 공급될 수 있다.Also, in the decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20), the cleaning gas and the decomposition gas may be supplied while maintaining a preset ratio or maintaining a ratio within a preset range.

예를 들면, 상기 세정가스에 대한 분해가스의 비율은, 1/16 이하의 값을 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 1/80의 비율을 유지할 수 있다.For example, the ratio of the decomposition gas to the cleaning gas may have a value of 1/16 or less, and more specifically, the ratio of 1/80 may be maintained.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 세정가스 단독공급을 통해 클리닝을 수행하는 경우, 완전한 클리닝 수행을 위해서는 260초의 클리닝시간이 소요되며 이때의 DER(Dry Etch Rate)는, 5555Å일 수 있고, 120초의 클리닝시간으로 클리닝을 진행할 때는 이에 못미치는 3291Å 수준을 유지하였다. That is, as shown in FIG. 2 , when cleaning is performed by supplying the cleaning gas alone, a cleaning time of 260 seconds is required for complete cleaning, and the dry etch rate (DER) at this time may be 5555 Å and 120 When cleaning was performed with a cleaning time of seconds, the level of 3291Å was maintained, which was less than this.

이에 반해, 세정가스와 분해가스를 함께 공급하여 120초 동안 클리닝을 수행하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 세정가스에 대한 분해가스의 비율이 1/160일때 5981Å, 1/80일때 6342Å, 1/40일때 6082Å, 1/16일때 5513Å, 3/40일때 5346Å 수준임을 확인할 수 있다.On the other hand, when cleaning is performed for 120 seconds by supplying the cleaning gas and the decomposition gas together, as shown in FIG. It can be confirmed that it is 6082Å at 1/40, 5513Å at 1/16, and 5346Å at 3/40.

결과적으로, NF3 세정가스 단독공급을 통해 클리닝을 완전히 수행하기위해 걸리는 260초의 시간을 절반 이하인 120초로 단축할 수 있으며, 이를 위해서는 세정가스에 대한 분해가스 NH3의 비율이 1/16 이하를 유지할 필요가 있다.As a result, the time of 260 seconds required to completely perform cleaning can be reduced to less than half, 120 seconds, through the supply of NF 3 cleaning gas alone . There is a need.

그러나, 260초의 기존 종래 시간을 120초까지는 아닐지라도, 200초 등 단순 시간단축의 효과를 위하여 NF3 세정가스에 대하여 적어도 일부의 NH3라도 투입됨으로써 그 효과를 달성할 수 있음은 또한 물론이다. However, even if the existing conventional time of 260 seconds is not up to 120 seconds, for the effect of simple time reduction such as 200 seconds, the effect can be achieved by introducing at least a portion of NH 3 to the NF 3 cleaning gas.

한편, 1/16을 초과하는 경우에는 DER값이 저하되는 것을 확인하였으며, 이는 NH3의 유량이 증가할 수록 반응성이 큰 NH3의 분해가스가 플루오린(F) 라디칼과의 반응에 따라 HF를 형성하므로, 플루오린(F) 라디칼의 감소를 유도하여 세정가스가 크게 감소하는 결과를 야기한다. On the other hand, it was confirmed that the DER value decreased when the ratio exceeded 1/16, and this is because the decomposition gas of NH3, which is highly reactive as the flow rate of NH3 increases, reacts with fluorine (F) radicals to form HF. , leading to a decrease in fluorine (F) radicals, resulting in a significant reduction in cleaning gas.

상기 퍼지가스공급단계(S30)는, 세정가스공급단계(S20) 이후에 처리공간으로 퍼지가스를 공급하는 단계로서, 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The purge gas supply step (S30) is a step of supplying a purge gas to the processing space after the cleaning gas supply step (S20), and may be performed by various methods.

예를 들면, 상기 퍼지가스공급단계(S30)는, 불활성가스를 공정챔버의 내부에 공급하여 물리적 퍼지가스의 압력으로 공정챔버 내부의 파티클을 표면으로부터 제거하고 처리공간에 대한 퍼지를 수행할 수 있다. For example, in the purge gas supply step (S30), an inert gas may be supplied to the inside of the process chamber to remove particles inside the process chamber from the surface with the pressure of the physical purge gas, and the process space may be purged. .

상기 공정챔버배기단계(S40)는, 처리공간을 배기하는 단계로서, 외부와 연결되는 펌프 등을 통해 처리공간 내의 가스를 배기할 수 있다.The process chamber exhausting step (S40) is a step of exhausting the processing space, and gas in the processing space can be exhausted through a pump connected to the outside.

이로써, 상기 공정챔버배기단계(S40)는, 처리공간 내부에 잔존하는 세정가스, 분해가스, 퍼지가스 및 기타 반응물, 파티클 등을 외부로 배기할 수 있으며 이를 통해 처리공간에 대한 클리닝을 완료할 수 있다. Thus, in the process chamber exhausting step (S40), the cleaning gas, decomposition gas, purge gas and other reactants, particles, etc. remaining inside the processing space can be exhausted to the outside, through which cleaning of the processing space can be completed. there is.

한편, 본 발명의 주된 실시예에 따른 반응 메커니즘에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a detailed description of the reaction mechanism according to the main embodiment of the present invention is as follows.

본 발명에 따른 분해가스는 일예로서, NH3가 사용되고, 세정가스는 NF3가 사용될 수 있다.As an example, NH 3 is used as the decomposition gas according to the present invention, and NF 3 may be used as the cleaning gas.

이때, 투입되는 NH3는 H와 O 사이의 결합을 통해 Si-O의 결합을 해리하고 남은 Si와 NF3를 통해 투입되는 F 라디칼과의 결합을 통해 SiF의 반응을 촉진할 수 있다.At this time, the introduced NH 3 dissociates the bond of Si-O through the bond between H and O, and promotes the reaction of SiF through the bond between the remaining Si and the F radical introduced through NF 3 .

즉, 본 발명에 따른 반응 메커니즘은 다음과 같은 반응식에 따라 반응을 수행할 수 있다.That is, the reaction mechanism according to the present invention may carry out the reaction according to the following reaction formula.

3SiO2(S) + 4NH3(g) + 4NF3(g) → 3SiF4(g) + 6H2O(g) + 4N2(g)3SiO 2 (S) + 4NH 3 (g) + 4NF 3 (g) → 3SiF 4 (g) + 6H 2 O (g) + 4N 2 (g)

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has only been described with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, as noted, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and the scope of the present invention described above It will be said that the technical idea and the technical idea together with the root are all included in the scope of the present invention.

S10: 분해가스공급단계 S20: 세정가스공급단계
S30: 퍼지가스공급단계 S40: 공정챔버배기단계
S10: decomposition gas supply step S20: cleaning gas supply step
S30: purge gas supply step S40: process chamber exhaust step

Claims (14)

기판처리공정 중 공정챔버 내부에 형성되는 박막을 제거하기 위한 기판처리장치의 클리닝방법으로서,
상기 박막의 화학결합 분해를 촉진하는 분해가스를 상기 처리공간으로 공급하는 분해가스공급단계(S10)와;
상기 분해가스를 통해 화학결합이 분해된 상기 박막과 결합하여, 상기 공정챔버 내부로부터 상기 박막을 제거하는 세정가스를 공급하는 세정가스공급단계(S20)와;
상기 처리공간을 배기하는 공정챔버배기단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
As a cleaning method of a substrate processing apparatus for removing a thin film formed inside a process chamber during a substrate processing process,
a decomposition gas supply step (S10) of supplying a decomposition gas that promotes decomposition of the chemical bond of the thin film into the processing space;
a cleaning gas supplying step (S20) of supplying a cleaning gas that combines with the thin film whose chemical bond is decomposed through the decomposition gas and removes the thin film from the inside of the process chamber;
A cleaning method of a substrate processing apparatus comprising a process chamber exhausting step (S40) of exhausting the processing space.
청구항 1에 있어서,
상기 분해가스공급단계(S10) 및 상기 세정가스공급단계(S20)는,
동시 또는 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20),
A cleaning method of a substrate processing apparatus, characterized in that performed simultaneously or sequentially.
청구항 1에 있어서,
상기 박막은, SiO2 막이며,
상기 분해가스공급단계(S10)는,
상기 분해가스를 통해 실리콘과 산소 사이의 화학결합 분해를 촉진하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The thin film is a SiO 2 film,
In the decomposition gas supply step (S10),
A cleaning method of a substrate processing apparatus, characterized in that promoting the decomposition of the chemical bond between silicon and oxygen through the decomposition gas.
청구항 3에 있어서,
상기 분해가스는,
NH3를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 3,
The decomposition gas,
A cleaning method for a substrate processing apparatus comprising NH 3 .
청구항 3에 있어서,
상기 세정가스는,
NF3를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 3,
The cleaning gas is
A cleaning method for a substrate processing apparatus comprising NF 3 .
청구항 3에 있어서,
상기 세정가스는,
플루오린(Fluorine) 라디칼을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 3,
The cleaning gas is
A cleaning method for a substrate processing apparatus comprising a fluorine radical.
청구항 1에 있어서,
상기 세정가스공급단계(S20)는,
상기 세정가스를 플라즈마 처리하는 플라즈마처리단계(S21)와, 플라즈마 처리가 수행된 상기 세정가스를 상기 처리공간으로 공급하는 공급단계(S22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
In the cleaning gas supply step (S20),
A cleaning method for a substrate processing apparatus comprising a plasma treatment step (S21) of plasma-processing the cleaning gas and a supply step (S22) of supplying the plasma-treated cleaning gas to the processing space.
청구항 1에 있어서,
상기 세정가스에 대한 상기 분해가스의 비율은 1/16 이하인 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The cleaning method of the substrate processing apparatus, characterized in that the ratio of the decomposition gas to the cleaning gas is 1/16 or less.
청구항 1에 있어서,
상기 세정가스에 대한 상기 분해가스의 비율은 1/80 인 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The cleaning method of the substrate processing apparatus, characterized in that the ratio of the decomposition gas to the cleaning gas is 1/80.
청구항 1에 있어서,
상기 분해가스공급단계(S10) 및 상기 세정가스공급단계(S20)는,
상기 공정챔버의 상기 처리공간의 온도가 50℃이상 60℃ 이하인 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The decomposition gas supply step (S10) and the cleaning gas supply step (S20),
The cleaning method of the substrate processing apparatus, characterized in that the temperature of the processing space of the process chamber is 50 ℃ or more and 60 ℃ or less.
청구항 1에 있어서,
상기 세정가스공급단계(S20) 이후에 상기 처리공간으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급단계(S30)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 클리닝방법.
The method of claim 1,
The cleaning method of the substrate processing apparatus, characterized in that it further comprises a purge gas supply step (S30) of supplying a purge gas to the processing space after the cleaning gas supply step (S20).
상기 공정챔버 내부에 대한 클리닝을 수행하는 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따른 기판처리장치의 클리닝방법을 통한 클리닝단계(S100)와;
상기 클리닝단계(S100) 이후에, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 박막증착단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
a cleaning step (S100) of cleaning the inside of the process chamber through the cleaning method of the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 11;
After the cleaning step (S100), a substrate processing method comprising a thin film deposition step (S300) of forming a thin film on the substrate.
청구항 12에 있어서,
상기 박막증착단계(S300)는,
원자층 증착방법(ALD)을 통해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
The method of claim 12,
In the thin film deposition step (S300),
A substrate processing method characterized by forming a thin film on the substrate through an atomic layer deposition method (ALD).
청구항 12에 있어서,
상기 클리닝단계(S100)와 상기 박막증착단계(S300) 사이에 상기 공정챔버 내부에서 공정가스에 노출되는 부분에 시즈닝박막을 형성하는 시즈닝단계(S200)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
The method of claim 12,
A substrate processing method further comprising a seasoning step (S200) of forming a seasoning thin film on a portion exposed to process gas inside the process chamber between the cleaning step (S100) and the thin film deposition step (S300). .
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