KR20240037038A - 기판 접합 설비 및 이를 이용한 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 기판의 접합면에 대한 처리 공정에 의하여 플라즈마 처리 공간 내부에 발생하는 금속 오염물을 효과적으로 제거하는 방법 및 이를 적용하기 위한 기판 접합 설비로서, 플라즈마 처리 공간 내 기판의 존재 유무에 따라 플라즈마 발생 방법을 상이하게 적용하여 효과적이고 효율적으로 처리 공간 내 오염 물질들을 제거함으로써 접합 품질 및 기판 접합 설비의 전체 스루풋을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.

Description

기판 접합 설비 및 이를 이용한 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법{Substrate bonding equipment and method for removing metal contamination in plasma processing space using the same}
본 발명은 기판 접합 설비 및 이를 이용한 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고밀도 집적화를 위해 3차원 적층 기술이 적용되고 있다. 3차원 적층 기술은 2차원적 집적화 기술에 비해 단위면적당 집적도를 비약적으로 향상시키거나 배선의 길이를 줄임으로써 칩의 성능을 향상시킬 수 있다. 아울러 이종 소자 간의 결합을 통해 새로운 특성이 발휘될 수도 있다.
3차원 적층 기술은 개략적으로 C2C(Chip to Chip), C2W(Chip to Wafer), W2W(Wafer to Wafer) 방식이 있다.
W2W 적층 방식은, 웨이퍼와 웨이퍼를 적층한 후 다이싱(Dicing) 과정을 통해 칩을 제조하는 방식이다. 본딩 공정의 수가 C2C 방식이나 C2W 방식에 비해 획기적으로 줄어듦에 따라 대량 생산에 유리한 장점을 갖는다.
종래에는 여러 기술적 제한 등의 이유로 반도체 제조 공정에서 C2C 적층 방식을 적용하여 3차원 적층 반도체를 제작하였으나, 대량 생산성 및 수율을 고려하여 점차적으로 W2W 적층 방식을 적용하는 추세로 변화되고 있다.
특히, 메모리 반도체와 같은 단순 적층을 통해 직접도 향상만을 고려하기 보다는 3차원 적층에 따른 칩 성능의 향상을 꾀하려는 경우, W2W 적층 방식이 보다 효과적인 선택일 수 있다.
일반적으로, W2W 적층 방식에는 기판에 대한 플라즈마 처리를 통해 기판의 표면(접합면)을 활성화시키는 과정을 포함하는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)이 적용된다. 플라즈마 기판 처리를 통한 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)을 적용하는 경우, 기판 표면(접합면)에 대한 플라즈마 처리 공정 중 이온(Ion)의 영향에 의해 기판 표면에 수산기(-OH)의 생성과 파괴가 일어난다. 이 과정에서 기판에 포함된 금속(Metal) 성분에 의하여 처리 챔버 내부의 오염이 유발될 수 있다. 일 예로, 금속 성분을 포함하는 C2C(Copper to Copper) 기판의 표면 개질을 위한 플라즈마 처리 시, 기판의 표면으로부터 방출된 금속 이온(Cu 이온) 에 의하여 처리 공간 내부가 오염될 수 있다. 또한, 플라즈마 처리에 의한 공정 부산물이 처리 공간 내부에 잔류할 수 있다.
플라즈마 처리 공정이 종료된 후에도 플라즈마 처리 공간 내부에 잔존하는 오염물들은 기판에 대한 파티클 이슈를 발생시킨다. 기판에 대한 파티클 이슈는 후속 공정들에 영향을 미쳐 수율 감소 및 신뢰성 감소를 초래하므로 클로린(Chlorine, Cl) 또는 플루오린(Fluorine, F) 계열의 가스를 사용하여 플라즈마 처리 공간을 세정함으로써 플라즈마 처리 공간 내 오염물들을 제거하는 방안이 제시되었다. 그러나, 클로린(Chlorine, Cl) 및 플루오린(Fluorine, F) 계열의 가스는 유독할 뿐만 아니라 챔버 내 또다른 파티클을 유발할 가능성이 존재하므로 챔버 내 오염물을 효과적으로 제거하는 데 한계가 존재한다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 플라즈마 처리 공간 내 존재하는 오염 물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 챔버 클리닝 방안을 제공하고자 한다. 특히, 하이브리드 본딩을 위한 기판 접합 설비에 기판의 접합면을 활성화시키기 위하여 제공되는 플라즈마 처리 공간 내 존재하는 금속 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 플루오린(Fluorine, F) 및 클로린(Chlorine, Cl) 계열의 가스를 사용하지 않고 처리 공간 내 기판이 존재하지 않을 때뿐만 아니라 기판이 존재하는 때에도 수행할 수 있는 챔버 클리닝 방안을 제공함으로써 플라즈마 처리 공간 내 존재하는 오염 물질을 안전하고 효율적으로 제거할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판의 접합면을 활성화시키기 위한 플라즈마 처리 공간을 제공하는 챔버를 클리닝하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 상기 챔버 클리닝 방법은 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법을 포함한다. 상기 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법은 상기 플라즈마 처리 공간에 기판이 로딩되지 않은 상태에서 상기 챔버에 소스 전력만을 인가하여 상기 챔버 내부의 금속 오염물을 제거하는 제1 단계; 및 상기 플라즈마 처리 공간에 기판이 로딩된 상태에서 상기 챔버에 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 인가하여 상기 챔버 내부의 금속 오염물을 제거하는 제2 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 단계는, 일정 시간 동안 소스 전원만 이용하여 산소-아르곤 혼합 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 단계는, 일정 시간 동안 소스 전원 및 바이어스 전원을 모두 이용하여 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 단계에서 상기 소스 전원을 이용하여 상기 챔버에 인가하는 전력 값은 1500W 이상의 고전력일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 단계에서 상기 소스 전원 및 상기 바이어스 전원을 이용하여 상기 챔버에 인가하는 전력 값은 1000W 이상의 고전력일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 단계의 수행 시간은 상기 제1 단계의 수행 시간보다 짧을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속부가 노출되어 있는 제1 기판 및 제2 기판을 상기 금속부가 서로 연결되도록 접합시키는 기판 접합 설비가 제공될 수 있다. 상기 기판 접합 설비는, 제1 기판 및 제2 기판을 각각 반송하기 위한 반송 장치; 챔버 내에서 상기 제1 기판 및 제2 기판의 접합면을 플라즈마 처리하여 활성화시키기 위한 플라즈마 처리 장치; 상기 플라즈마 처리된 제1 기판 및 제2 기판의 접합면을 접합시키기 위한 기판 접합 장치; 상기 반송 장치, 플라즈마 처리 장치 및 접합 장치를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 챔버 내 기판의 유무에 따라 산소, 질소, 아르곤 중 적어도 하나 이상의 기체를 포함하는 플라즈마를 생성하여 챔버 내부에 존재하는 금속 오염물이 제거되도록 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 챔버 내부의 기판 존재 유무에 따라 상기 챔버 내부로 공급되는 가스 및 인가되는 전력의 위치를 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 챔버 내에 기판이 로딩되지 않은 때 상기 챔버에 소스 전력만을 인가하여 상기 챔버 내에 산소-아르곤 플라즈마와 질소 플라즈마를 일정 시간 동안 교차 반복 생성하여 챔버 내벽에 부착된 금속 오염물이 제거되도록 동작하고, 상기 챔버 내에 기판이 로딩된 때 상기 챔버에 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 인가하여 상기 챔버 내에 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 일정 시간 동안 교차 반복 생성하여 챔버 내벽에 부착된 금속 오염물이 제거되도록 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 챔버 내에 기판이 로딩되지 않은 상태에서 인가되는 전력 값은 2000W 이상의 고전력이고, 상기 챔버 내에 기판이 로딩된 상태에서 인가되는 전력 값은 1000W 이상의 고전력일 수 있다.
본 발명에 의하면, 금속부(금속 라인 또는 금속 패드)를 포함하는 기판의 접합면을 활성화시키기 위하여 수행되는 플라즈마 처리 공정에서 발생하는 금속 오염물을 플라즈마 처리 공간으로부터 효과적으로 제거함으로써 기판의 접합 품질 및 접합 공정의 수율을 향상시켜 전체 접합 공정의 스루풋(Throughput)을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 유해 가스를 사용하지 않으므로 추가적인 오염 물질 발생을 방지함과 동시에 안전하게 플라즈마 처리 공간 내 오염 물질을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기판이 존재하는 상태에서도 플라즈마 처리 공간 내 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있으므로 오염 유발 기판의 처리 공정마다 추가적으로 수행되던 챔버 세정 과정을 생략할 수 있어 택트 타임을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)의 개념을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 접합 설비의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 기판 처리 장치 내부에서 상황에 따른 금속 이온의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 챔버 클리닝 방법의 일 실시예를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예를 설명하는 데 있어서, 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적 설명을 생략하고, 유사 기능 및 작용을 하는 부분은 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용하기로 한다.
명세서에서 사용되는 용어들 중 적어도 일부는 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이기에 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어에 대해서는 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서, 어떤 구성 요소를 포함한다고 하는 때, 이것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 그리고, 어떤 부분이 다른 부분과 연결(또는, 결합)된다고 하는 때, 이것은, 직접적으로 연결(또는, 결합)되는 경우뿐만 아니라, 다른 부분을 사이에 두고 간접적으로 연결(또는, 결합)되는 경우도 포함한다.
한편, 도면에서 구성 요소의 크기나 형상, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
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 발명은 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)을 통한 기판 접합 공정에서 플라즈마 처리로 기판 표면 상에 수산기(-OH) 생성함으로써 기판의 접합면을 활성화시키는 때 플라즈마 처리에 의하여 유발되는 플라즈마 챔버 내 오염을 효과적으로 제거하기 위한 플라즈마 챔버 클리닝 기술을 제시한다.
먼저, 도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)의 개념을 도시한다.
기판 표면에 대한 플라즈마 처리를 통해 실리콘 기판의 접합면에 대한 표면 에너지를 증가시키고 계면 간의 공유 결합을 유도할 수 있다. 플라즈마 처리를 통해 기판 표면을 활성화시키고 실리콘 기판 표면의 소수성(Hydropjobic) 특성을 플라즈마 처리를 통해 친수성(Hydrophilie)로 바꾸어 줌으로써 기판 표면에 수산기(-OH) 생성을 유도할 수 있다.
플라즈마 처리 후 기판 표면에 대한 린스 공정을 진행하여 수산기(-OH) 생성을 활성화시키고 불순물을 세정할 수 있다.
이러한 공정을 진행한 두 기판의 면을 대향시켜 접합하는데, 접합 공정은 가접합 공정과 본접합 공정을 포함할 수 있다. 가접합 공정은, 수산기(-OH)가 형성된 두 기판(W)을 접촉시켜 수소 결합에 의하여 두 기판을 임시적으로 결합하는 공정이고, 본접합 공정은, 가접합 된 두 기판을 열처리함으로써 발생되는 탈수 반응에 의하여 두 기판과 산소(O) 원자 사이에 형성되는 공유 결합을 통해 두 기판 면을 접합하는 공정일 수 있다.
이러한 플라즈마 처리를 통한 기판 표면의 수산기(-OH)의 생성(표면 활성화/표면 개질)에 있어서, 기판 표면 전체적으로 수산기(-OH)의 고른 분포와 충분한 수산기(-OH)의 생성량은 이후 공유 결합을 통한 결합력 확보에 상당히 중요한 요인이 된다.
한편, 금속(metal) 성분을 포함하는 기판 표면에 대한 플라즈마 처리 시 기판 표면으로부터 방출되는 금속 이온에 의하여 챔버 내부의 오염이 유발되고, 이는 접합 공정의 품질 및 수율을 저하시켜 전체 접합(본딩) 공정의 스루풋을 저하시킨다. 따라서 본 발명에서는 처리 공간 내부에 발생되는 오염 물질을 효과적으로 제거함으로써 접합 공정의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 접합 시스템의 일 실시예를 도시한다. 본 발명에 따른 기판 접합 시스템(1)은 금속부가 노출되어 있는 제1 기판 및 제2 기판을 금속부가 서로 연결되도록 접합시키는 기판 접합 설비를 포함할 수 있다. 금속부는 소자와 소자 또는 소자와 외부를 연결시키기 위한 금속 패드 또는 금속 라인일 수 있다. 예를 들어, 금속부는 구리, 탄탈륨 등과 같은 반도체 배선 물질을 포함할 수 있다.
기판 접합 시스템(1)은 클린 룸(20) 내에 배치되는 기판 처리 장치(100), 제어부(10), 반송 장치(40), 세정 장치(50), 정렬 장치(60) 및 기판 접합 장치(70)를 포함할 수 있다. 또한, 기판 접합 시스템(1)은 클린 룸(20)의 일측에 구비되는 카세트 스테이지(30)를 더 포함할 수 잇다.
예시적인 실시예에 있어서, 클린 룸(20)은 내부 공간을 갖는 직육면체 형태의 룸으로 이루어지며, 미세 먼지 및 이물질이 차단된 공간을 형성하여 기 설정된 범위의 청정도를 유지할 수 있다.
카세트 스테이지(30)는 기판(W)들이 저장되는 공간을 제공할 수 있다. 복수 개의 기판(W)들을 수납할 수 있는 캐리어(C, FOUP)는 카세트 스테이지(30)의 지지 플레이트(32) 상에 지지될 수 있다. 이때 기판(W)은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 카세트 스테이지(30) 상에는 제1 기판이 수납된 캐리어와 제2 기판이 수납된 캐리어가 각각 로딩될 수 있다.
반송 장치(40)는 클린 룸(20) 내부에서 기판을 반송할 수 있다. 반송 장치(40)는 기판 처리 장치(100), 세정 장치(50), 기판 접합 장치(70)와 연통되는 반송 공간 및 기판(W)을 반송하기 위해 반송 공간에 제공되는 이송 로봇(42)을 포함할 수 있다. 캐리어(C) 내에 수납된 기판(W)들은 이송 로봇(42)에 의해 클린 룸(20) 내부로 이송될 수 있다. 일 예로, 이송 로봇(42)은 복수 개 구비되고, 복수 개의 이송 로봇(42)은 제1 기판 및 제2 기판을 각각 반송할 수 있다.
정렬 장치(60)는 기판(W)의 플랫부(P)(또는 노치)를 감지하여 기판(W)을 정렬시킬 수 있다. 정렬 장치(60)에 의해 정렬된 기판(W)은 이송 로봇(42)에 의해 기판 처리 장치(100), 세정 장치(50), 기판 접합 장치(70)로 이송될 수 있다.
세정 장치(50)는 기판 처리 장치(100)에 의해 플라즈마 처리된 기판 표면을 세정할 수 있다. 세정 장치(50)는 스핀 코터를 이용하여 상기 기판의 표면에 DI 워터를 코팅할 수 있다. DI 워터는 기판의 표면을 세정할 뿐만 아니라 기판의 표면에 수산기(-OH)기가 잘 결합되도록 하여 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)을 더욱 용이하게 형성할 수 있다.
기판 접합 장치(70)는 하부 척 구조물 및 상부 척 구조물을 포함할 수 있다. 상부 척 구조물은 제1 기판을 고정하고 하부 척 구조물을 제2 기판을 고정할 수 있다.
상부 척 구조물과 하부 척 구조물 중 어느 하나 또는 이들 모두는 승하강 가능하여 제1 기판과 제2 기판을 가압하면서 접합시킬 수 있다. 일 예로서, 상부 척 구조물과 하부 척 구조물에는 푸시 로드가 배치되어 푸시 로드의 승강을 통해 기판의 중심부로부터 외곽으로 제1 기판과 제2 기판 간에 접합이 이루어질 수 있다. 또는 상부 척 구조물과 하부 척 구조물에는 공기 또는 가스 주입을 통해 부풀려지는 가압 수단이 배치되어 가압 수단의 부풀림 동작을 통해 기판의 중심부로부터 외곽으로 제1 기판과 제2 기판 간에 접합이 이루어질 수도 있다.
나아가서 기판 접합 시스템(1)은 접합된 기판을 열처리하기 위한 어닐링 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한 기판 접합 시스템(1)은 접합된 기판 중 어느 하나의 기판 표면을 그라인딩하기 위한 그라인딩 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부(10)는 기판 접합 시스템(1)을 전반적으로 제어하기 위하여 구비될 수 있다. 예를 들어, 제어부(10)는 반송 장치(40), 세정 장치(50), 정렬 장치(60), 기판 접합 장치(70), 그리고 기판 처리 장치(100)를 제어할 수 있다. 제어부(10)는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하여 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 기판 처리 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이하 제어부(10)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 기판 접합 시스템(1)은 도 2에 도시된 바와 같은 클러스터 시스템이 아닌 인라인 시스템으로 제공될 수도 있다. 또한, 제어부(10)는 도 2에 도시된 바와 달리 클린 룸(20) 외부에 제공될 수도 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 챔버(110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 발생 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(shower head unit; 140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 월 라이너(wall liner unit; 170), 배플 유닛(baffle unit; 180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 식각 공정(예를 들어, 건식 식각 공정(dry etching process))을 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(wafer))을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 플라즈마 공정(plasma process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
챔버(110)는 플라즈마 공정이 수행되는 플라즈마 처리 공간을 제공하는 것이다. 이러한 챔버(110)는 내부가 밀폐될 수 있고 그 하부에 배기 유닛을 구비할 수 있다.
배기 유닛은 배기 홀(111), 펌프(112), 배기 라인(113), 배기 밸브(114)를 포함할 수 있다. 배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 이러한 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 발생된 반응 부산물과 챔버(110)의 내부에 잔여하는 가스를 챔버(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 챔버(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다. 배기 라인(113) 상에는 배기 밸브(114)가 설치될 수 있다.
챔버(110)는 그 측벽에 개구부(115)가 형성될 수 있다. 개구부(115)는 챔버(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 개구부(115)는 도어 어셈블리(116)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(116)는 외측 도어(116a) 및 도어 구동기(116b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(116a)는 챔버(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(116a)는 도어 구동기(116b)를 통해 상하 방향(즉, 제 3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(116b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 챔버(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(mechanical clamping), 진공(vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스 부재(base component; 121)와 척킹 부재(chucking component; 122)를 포함하는 정전 척(ESC; Electro-Static Chuck)을 포함할 수 있다.
베이스 부재(121)는 척킹 부재를 지지하는 것이다. 베이스 부재(121)는 예를 들어, 알루미늄 성분을 소재로 하여 제작되어 알루미늄 베이스 플레이트(Al base plate)로 제공될 수 있다.
척킹 부재(122)는 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 척킹 부재(122)는 세라믹 성분을 소재로 하여 제작되어 세라믹 플레이트(ceramic plate) 또는 세라믹 퍽(ceramic puck)으로 제공될 수 있으며, 베이스 부재(121) 상에 고정되도록 베이스 부재(121)와 결합될 수 있다.
베이스 부재(121)와 그 위에 형성되는 척킹 부재(122) 사이에는 접합층(bonding layer)이 형성될 수 있다.
링 어셈블리(128)는 기판 지지 유닛(120)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 링 어셈블리(128)는 링 형상을 가지며, 정전 척의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 링 어셈블리(128)의 상면은 외측부가 내측부보다 높게 위치할 수 있다. 예를 들어, 링 어셈블리(128)의 상면 내측부는 척킹 부재(122)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 링 어셈블리(128)의 상면 내측부는 척킹 부재(122)에 지지된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 링 어셈블리(128)는 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 기판(W)의 저면으로 열전달 가스를 공급할 수 있다. 열전달 가스는 기판(W)과 정전 척 간에 열 교환을 돕는 매개체 역할을 한다. 열전달 가스에 의하여 기판(W)의 전체 온도가 균일해질 수 있다. 열전달 가스는 불활성 가스를 포함한다. 일 예로, 열전달 가스는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 공급원(151) 및 제1 가스 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 공급원(151)은 제1 가스로 헬륨 가스(He gas)를 공급할 수 있다. 제1 공급원(151)으로부터의 제1 가스는 제1 가스 라인(152)을 통해 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 챔버(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 정전 척의 내부에 설치될 수 있다. 일 예로, 가열 부재(124)는 척킹 부재(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 베이스 부재(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 챔버(110)의 외부에 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 챔버(110)의 내부 공간 중에서 정전 척(120)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 모듈(미도시)에 설치되는 안테나 유닛(antenna unit; 미도시)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극, 즉 샤워 헤드 유닛(140)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 소스 전력을 인가하기 위한 소스 전원으로서 플라즈마의 특성을 제어하도록 제공될 수 있다. 상부 전원(131)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)를 조절하도록 제공될 수 있다.
상부 전원(131)은 도 3에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 기판 처리 장치(100)는 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 샤워 헤드 유닛(140)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 샤워 헤드 유닛(140)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극, 즉 정전 척에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 바이어스 전력을 인가하기 위한 바이어스 전원으로서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 상부 전원(131)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 3에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제 2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(140)은 정전 척과 챔버(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 챔버(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(gas feeding hole; 141)을 구비할 수 있으며, 정전 척보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 성분을 소재로 하여 제작될 수 있으며, 금속 성분을 소재로 하여 제작되는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 챔버(110)의 내부로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 제2 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.
제2 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 공정 가스를 공급할 수 있다. 일 예로, 제2 공급원(161)은 공정 가스로 산소(oxygen) 성분을 포함하는 가스 및 불활성 가스(예를 들어, O2, O2 + Ar, N2 등의 가스)를 공급할 수 있다.
제2 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 가스 라인(162)은 제2 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 라인(162)은 제2 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 공정 가스가 챔버(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone), 에지 영역(edge zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 라인(161)을 통해 제2 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 챔버(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 챔버(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로, 월 라이너 유닛(170)은 제공되지 않을 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 챔버(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 월 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 챔버(110)의 상단에 놓여 월 라이너 유닛(170)을 지지할 수 있다.
배플 유닛(180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 챔버(110)의 내측벽과 정전 척 사이에 설치될 수 있다. 배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
제어부(10)는 플라즈마 생성 유닛(130)에 연결되어 플라즈마 생성 유닛(130)을 제어할 수 있다. 제어부(10)는 챔버(110) 내부의 기판 존재 유무에 따라 상부 전원(131)과 하부 전원(133), 즉 소스 전원(131)과 바이어스 전원을(133) 선택적으로 동작시킴으로써 챔버(110) 내에 산소 플라즈마 또는 질소 플라즈마를 생성하여 챔버(110) 내부에 존재하는 금속 오염물이 제거되도록 동작할 수 있다. 또한, 제어부(10)는 챔버(110) 내부의 기판 존재 유무에 따라 챔버(110) 내부로 공급되는 가스를 선택할 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 제어부(10)의 제어 동작을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 플라즈마가 발생하지 않을 때의 챔버(110) 내 금속 이온(Metal Ion)의 이동을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(W) 표면으로부터 방출(extract)된 금속 이온은 챔버(110) 내벽에 부착된 상태로 트래핑(trapping)됨으로써 챔버(110) 내부, 즉 플라즈마 처리 공간을 오염(contamination)시킨다. 플라즈마 처리 공정이 완료된 후에도 플라즈마 처리 공간 내부에 잔존하는 금속 오염물은 기판에 대한 파티클 이슈를 발생시키고 이는 설비의 수율 감소 및 신뢰성 감소를 초래하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 일정 시간 동안 챔버(110) 내에 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 교차로 반복 발생시킴으로써 금속 오염물을 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 기판 접합 설비(1)는 플라즈마 처리 공간 내부의 기판 존재 유무에 따라 두 가지 방법으로 챔버(110) 내부를 클리닝하여 플라즈마 처리 공간 내부의 오염 물질들을 제거할 수 있다.
도 5는 챔버(110) 내부에 기판(W)이 로딩되지 않은 상태(존재하지 않는 때)에서 챔버(110) 내부를 클리닝하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 챔버(110) 내부에 기판(W)이 로딩된 상태(존재하는 때)에서 챔버(110) 내부를 클리닝 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110) 내에 기판(W)이 로딩되지 않은 상태에서 챔버(110) 내부 클리닝을 진행하는 경우, 제어부(10)는 소스 전원(131)만을 ON 시키고 바이어스 전원(133)을 OFF 상태로 유지시킨다. 이에 따라 챔버(110) 내부에는 소스 전력만이 공급되고 바이어스 전력은 공급되지 않는다. 이때, 챔버(110) 내부로 공급되는 바이어스 전력의 전력 값은 1500W 이상의 고전력인 것이 바람직하다.
또한, 제어부(10)는 기판(W)이 로딩되지 않은 상태의 챔버(110) 내부로 산소-아르곤 혼합 가스와 질소 가스가 반복적으로 교차 공급되도록 제2 가스 공급 유닛(160)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 기판이 존재하지 않는 플라즈마 처리 공간에는 산소-아르곤 혼합 플라즈마와 질소 플라즈마가 반복적으로 교차 형성될 수 있다. 제어부(10)는 제2 가스 공급 유닛(160)이 플라즈마 처리 공간으로 산소-아르곤 혼합 가스와 질소 가스를 교차 공급하는 과정을 일정 시간동안 반복하도록 제어함으로써 플라즈마 처리 공간에 일정 시간 동안 산소-아르곤 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 형성시킬 수 있다.
일 예로, 소스 전원(131)에 의하여 챔버(110)에 인가되는 소스 전력은 2000W이고, 챔버(110) 내부의 압력 조건은 100mT로 유지되며 제2 가스 공급 유닛(160)에 의하여 챔버(110) 내부로 산소-아르곤 가스와 질소 가스가 반복적으로 교차 공급되는 과정이 3시간 동안 수행될 수 있다. 따라서 플라즈마 처리 공간에는 3시간 동안 산소-아르곤 플라즈마와 질소 플라즈마가 반복적으로 교차 발생되고, 플라즈마(P) 발생에 따라 챔버(110) 내부에 존재하는 금속 이온의 흐름 방향이 배기 유닛을 향하는 방향으로 유도되어 챔버(110) 외부로 배출될 수 있다. 상술한 과정을 통해 챔버(110) 내부에 잔존하던 금속 오염 물질이 챔버(110)로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 여기서 챔버(110) 내부에 잔존하는 금속 오염 물질은 챔버(110) 내벽에 부착된 상태로 트랩되었던 금속 오염 물질을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 챔버(110) 내에 기판(W)이 로딩된 상태에서 챔버(110) 내부 클리닝을 진행하는 경우, 제어부(10)는 소스 전원(131)과 바이어스 전원(133)을 모두 ON 상태로 유지시킨다. 이에 따라 챔버(110) 내부에는 소스 전력과 바이어스 전력이 모두 공급된다. 이때, 챔버(110) 내부로 공급되는 소스 전력과 바이어스 전력의 전력 값은 1000W 이상의 고전력인 것이 바람직하다.
또한, 제어부(10)는 기판(W)이 로딩된 상태의 챔버(110) 내부로 산소 가스와 질소 가스가 반복적으로 교차 공급되도록 제2 가스 공급 유닛(160)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 기판이 존재하는 플라즈마 처리 공간에는 산소 플라즈마와 질소 플라즈마가 반복적으로 교차 형성될 수 있다. 제어부(10)는 제2 가스 공급 유닛(160)이 플라즈마 처리 공간으로 산소 가스와 질소 가스를 교차 공급하는 과정을 일정 시간 동안 반복하도록 제어함으로써 플라즈마 처리 공간에 일정 시간 동안 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 형성시킬 수 있다.
일 예로, 소스 전원(131)에 의하여 챔버(110)에 인가되는 소스 전력이 1000W, 바이어스 전원(133)에 의하여 챔버(110)에 인가되는 바이어스 전력이 1000W이고, 챔버(110) 내부의 압력 조건은 150mT로 유지되며 제2 가스 공급 유닛(160)에 의하여 챔버(110) 내부로 산소-아르곤 가스와 질소 가스가 반복적으로 교차 공급되는 과정이 약 30분 동안 수행될 수 있다. 따라서 플라즈마 처리 공간에는 30분 동안 산소 플라즈마와 질소 플라즈마가 반복적으로 교차 발생되고, 플라즈마(P) 발생에 따라 챔버(110) 내부에 존재하는 금속 이온의 흐름 방향이 배기 유닛을 향하는 방향으로 유도되어 챔버(110) 외부로 배출될 수 있다. 상술한 과정을 통해 챔버(110) 내부에 잔존하던 금속 오염 물질이 짧은 시간에 챔버(110)로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 즉, 플라즈마 처리 공간에 기판(W)이 존재하는 상태에서 수행되는 챔버 클리닝 소요 시간이 플라즈마 처리 공간에 기판(W)이 존재하지 않는 상태에서 수행되는 챔버 클리닝 소요 시간보다 짧을 수 있다. 여기서 챔버(110) 내부에 잔존하는 금속 오염 물질은 챔버(110) 내벽에 부착된 상태로 트랩되었던 금속 오염 물질을 포함한다.
도 7은 본 발명에 의한 챔버 클리닝 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다. 본 발명에 의한 챔버 클리닝 방법은 앞서 설명한 기판 접합 설비에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명에 의한 챔버 클리닝 방법은 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법을 포함하고, 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법은 챔버(110) 내부에 기판(W)이 로딩되지 않은 상태, 즉 챔버(110) 내부에 기판(W)이 존재하지 않은 상태에서 수행되는 제1 단계와 챔버(110) 내부에 기판(W)이 로딩되어 챔버(110) 내부에 기판(W)이 존재하는 상태에서 수행되는 제2 단계를 포함할 수 있다.
이때, 제1 단계는 챔버(110)에 소스 전력만을 이용하여 플라즈마를 발생시키고, 제2 단계는 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 이용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
챔버(110) 내부에 기판(W)이 존재하지 않은 상태에서 수행되는 제1 단계는 일정 시간 동안 소스 전원(131)을 이용하여 플라즈마 처리 공간에 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 단계에서는 산소-아르곤 혼합 플라즈마와 질소 플라즈마를 순차적으로 교차 발생 시키는 과정이 반복 수행될 수 있다. 즉, 제1 단계는 챔버(110)에 소스 전력이 인가되는 일정 시간 동안 산소-아르곤 혼합 가스와 질소 가스가 반복적으로 챔버(110) 내부로 교차 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 소스 전원(131)을 이용하여 챔버(110)에 인가하는 전력 값은 1500W 이상의 고전력인 것이 바람직하다.
챔버(110) 내부에 기판(W)이 존재하는 상태에서 수행되는 제2 단계는 일정 시간 동안 소스 전원(131)과 바이어스 전원(133)을 모두 이용하여 플라즈마 처리 공간에 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 제2 단계에서는 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 순차적으로 교차 발생시키는 과정이 반복 수행될 수 있다. 즉, 제2 단계는 챔버(110)에 소스 전력과 바이어스 전력이 모두 인가되는 일정 시간 동안 산소 가스와 질소 가스가 반복적으로 챔버(110) 내부로 교차 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 소스 전원(131) 및 바이어스 전원(133)을 이용하여 챔버(110)에 인가하는 전력 값은 1000W 이상의 고전력인 것이 바람직하다. 제2 단계는 소스 전원(131)과 바이어스 전원(133)을 모두 이용하여 수행되므로 챔버(110) 내 금속 오염물을 제거하는 데 소요되는 시간이 제1 단계보다 짧을 수 있다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물을 제거하기 위한 챔버 클리닝 공정이 시작되면 챔버(110) 내부에 선택적으로 기판이 로딩될 수 있다. 이후 챔버(110) 내부의 기판 존재 유무를 파악하기 위한 기판 감지 단계가 수행될 수 있다. 챔버(110) 내부의 기판 존재 유무에 따라 제1 단계 또는 제2 단계가 선택적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 챔버(110) 내부의 플라즈마 처리 공간에 기판이 존재하지 않는 경우 소스 전력만 사용하는 제1 단계가 수행되고, 챔버(110) 내부의 플라즈마 처리 공간에 기판이 존재하는 경우 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 사용하는 제2 단계가 수행될 수 있다.
제1 단계는 바이어스 전원을 OFF 상태로 유지하고 소스 전원 만을 ON 상태로 유지시키는 단계와 산소(O2) 가스와 질소(N2) 가스를 교차 주입하는 단계를 포함한다. 산소(O2) 가스와 질소(N2) 가스를 교차 주입하는 과정은 1회 이상 반복될 수 있다.
제2 단계는 소스 전원과 바이어스 전원을 모두 ON 상태로 유지시키는 단계와 산소(O2) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 혼합 가스와 질소 가스를 교차 주입하는 단계를 포함한다. 산소(O2) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 혼합 가스와 질소(N2) 가스를 교차 주입하는 과정은 1회 이상 반복될 수 있다.
제1 단계 및 제2 단계는 기 설정된 시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 제1 단계에 대하여 설정된 시간과 제2 단계에 대하여 설정된 시간은 상이할 수 있다. 설비의 효율성을 위하여 제2 단계에 대하여 설정된 시간이 제1 단계에 대하여 설정된 시간보다 짧은 것이 바람직하다.
제1 단계 및 제2 단계 각각에 대하여 기 설정된 시간이 경과되면 챔버(110)에 인가되는 전원을 OFF시킬 수 있다. 이후 기판에 대한 부가적인 공정을 수행할 것인지 여부를 결정할 수 있다. 부가 공정을 수행하지 않을 것으로 결정한 경우 기판에 대한 챔버 클리닝 공정이 종료될 수 있다. 반면, 부가 공정을 수행할 것으로 결정한 경우 기판은 선택적으로 기판을 로딩하는 단계로 돌아갈 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 처리 공간 내 기판의 유무에 따라 상이한 공정 레시피를 적용함으로써 단일 공정만으로 처리 공간 내 금속 오염물 등과 같은 파티클 소스(Particle Source)를 효과적이고 효율적으로 제거할 수 있다. 이에 따라 기판의 접합면에 대한 표면 처리 품질을 보다 향상시킴으로써 접합 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 공간 내 기판(W)의 존재 여부와 관계없이 플라즈마 처리 공간 내 오염 물질을 제거하기 위한 챔버 클리닝 과정이 수행될 수 있으므로 오염 유발 기판 처리 공정마다 필연적으로 수행되던 챔버 클리닝 공정을 생략함으로써 택트 타임을 단축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 접합 공정 및 처리 공정 전체의 수율을 향상시킴과 동시에 공정 시간을 단축할 수 있으므로 기판 접합 설비의 전체적인 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래에 사용되던 플루오린 계, 클로린 계 등과 같은 유해 가스를 사용하지 않고 산소, 질소, 아르곤 가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스를 사용하여 플라즈마를 생성함으로써 추가적인 파티클 소스를 발생시키지 않고 안전하게 플라즈마 처리 공간을 세정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 기판 접합 시스템
10: 제어부
40: 반송 장치
50: 세정 장치
60: 정렬 장치
70: 기판 접합 장치
100: 기판 처리 장치
131: 상부 전원(소스 전원)
133: 하부 전원(바이어스 전원)

Claims (10)

  1. 기판의 접합면을 활성화시키기 위한 플라즈마 처리 공간을 제공하는 챔버를 클리닝하기 위한 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 공간에 기판이 로딩되지 않은 상태에서 상기 챔버에 소스 전력만을 인가하여 상기 챔버 내부의 금속 오염물을 제거하는 제1 단계; 및
    상기 플라즈마 처리 공간에 기판이 로딩된 상태에서 상기 챔버에 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 인가하여 상기 챔버 내부의 금속 오염물을 제거하는 제2 단계를 포함하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    일정 시간 동안 소스 전원만 이용하여 산소-아르곤 혼합 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    일정 시간 동안 소스 전원 및 바이어스 전원을 모두 이용하여 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 반복적으로 교차 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 상기 소스 전원을 이용하여 상기 챔버에 인가하는 전력 값은 1500W 이상의 고전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 상기 소스 전원 및 상기 바이어스 전원을 이용하여 상기 챔버에 인가하는 전력 값은 1000W 이상의 고전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 단계의 수행 시간이 상기 제1 단계의 수행 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 공간 내 금속 오염물 제거 방법.
  7. 금속부가 노출되어 있는 제1 기판 및 제2 기판을 상기 금속부가 서로 연결되도록 접합시키는 기판 접합 설비로서,
    제1 기판 및 제2 기판을 각각 반송하기 위한 반송 장치;
    챔버 내에서 상기 제1 기판 및 제2 기판의 접합면을 플라즈마 처리하여 활성화시키기 위한 플라즈마 처리 장치;
    상기 플라즈마 처리된 제1 기판 및 제2 기판의 접합면을 접합시키기 위한 기판 접합 장치;
    상기 반송 장치, 플라즈마 처리 장치 및 접합 장치를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 챔버 내 기판의 유무에 따라 산소, 질소, 아르곤 중 적어도 하나 이상의 기체를 포함하는 플라즈마를 생성하여 상기 챔버 내부에 존재하는 금속 오염물이 제거되도록 동작하는 기판 접합 설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 챔버 내부의 기판 존재 유무에 따라 상기 챔버 내부로 공급되는 가스 및 인가되는 전력의 위치를 선택하는 것을 특징으로 하는 기판 접합 설비.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 챔버 내에 기판이 로딩되지 않은 때 상기 챔버에 소스 전력만을 인가하여 상기 챔버 내에 산소-아르곤 플라즈마와 질소 플라즈마를 일정 시간 동안 교차 반복 생성하여 챔버 내벽에 부착된 금속 오염물이 제거되도록 동작하고,
    상기 챔버 내에 기판이 로딩된 때 상기 챔버에 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 인가하여 상기 챔버 내에 산소 플라즈마와 질소 플라즈마를 일정 시간 동안 교차 반복 생성하여 챔버 내벽에 부착된 금속 오염물이 제거되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 기판 접합 설비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 챔버 내에 기판이 로딩되지 않은 상태에서 인가되는 전력 값은 2000W 이상의 고전력이고,
    상기 챔버 내에 기판이 로딩된 상태에서 인가되는 전력 값은 1000W 이상의 고전력인 것을 특징으로 하는 기판 접합 설비.
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