WO2019156489A1 - 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법 - Google Patents

챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법 Download PDF

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WO2019156489A1
WO2019156489A1 PCT/KR2019/001547 KR2019001547W WO2019156489A1 WO 2019156489 A1 WO2019156489 A1 WO 2019156489A1 KR 2019001547 W KR2019001547 W KR 2019001547W WO 2019156489 A1 WO2019156489 A1 WO 2019156489A1
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gas
chamber
cleaning
electrode
hydrogen
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PCT/KR2019/001547
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English (en)
French (fr)
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이동환
김재호
김현일
윤호진
이재완
임병관
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주성엔지니어링㈜
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere

Definitions

  • the present invention relates to a chamber cleaning apparatus and a chamber cleaning method, and more particularly, to a chamber cleaning apparatus and a chamber cleaning method capable of cleaning a contaminated chamber in the process of depositing a thin film on a substrate.
  • a semiconductor device is manufactured by depositing and patterning various materials on a substrate in a thin film form. To this end, different stages of the process, such as a deposition process, an etching process, a cleaning process, and a drying process, are performed.
  • a vapor deposition process is for forming the thin film which has a characteristic required as a semiconductor element on a board
  • substrate a vapor deposition process
  • by-products including deposits are deposited not only in a desired region on the substrate but also in a chamber in which the deposition process is performed during the deposition process for forming the thin film.
  • MOCVD Metal-Organic Chemical Vapor Deposition
  • the present invention provides a chamber cleaning apparatus and a chamber cleaning method that can effectively clean in-situ by-products generated in a deposition process for forming a thin film.
  • a chamber cleaning method includes a method for cleaning a chamber in which zinc oxide is deposited, the method comprising: supplying a chlorine (Cl) -containing gas and a hydrogen (H) -containing gas into the chamber; Activating the separated supplied gas in the chamber and reacting to generate a reaction gas; And first cleaning the chamber with the reaction gas.
  • the supplying of the chlorine (Cl) -containing gas and the hydrogen (H) -containing gas may separately supply the chlorine (Cl) -containing gas and the hydrogen (H) -containing gas.
  • the reaction gas may include hydrogen chloride (HCl) gas.
  • the chlorine (Cl) -containing gas may be activated outside the gas injector, and the hydrogen (H) -containing gas may be activated from the inside of the gas injector.
  • the chlorine (Cl) -containing gas and the hydrogen (H) -containing gas may be activated in activation regions having different sizes.
  • the chlorine (Cl) -containing gas and the hydrogen (H) -containing gas activated in the chamber may be reacted outside of the gas injection unit.
  • H activated hydrogen
  • O activated oxygen
  • the second cleaning may include removing chlorine (Cl) components remaining in the chamber, and the third cleaning may include removing hydrogen (H) components remaining in the chamber; It may include.
  • Removing the chlorine (Cl) component is performed by activating a hydrogen (H) -containing cleaning gas in the chamber, and removing the hydrogen (H) component, oxygen (O) containing in the chamber This can be done by activating the cleaning gas.
  • the hydrogen (H) -containing cleaning gas may be supplied into the chamber by the same path as that of the hydrogen (H) -containing gas.
  • the first washing step, the second washing step and the third washing step may be performed at a temperature of 150 to 350 ° C.
  • the chamber cleaning apparatus for providing a first gas; A second gas providing unit providing a second gas; A gas injection unit installed inside the chamber, the first gas supply path for supplying the first gas and the second gas supply path for supplying the second gas separated from each other; A power supply unit connected to the gas injector and configured to apply power to the gas injector; And a controller configured to control the gas injector and the power supply to activate the first gas and the second gas and react with each other to generate a reaction gas for etching the by-products in the chamber.
  • the gas injection unit, the upper frame is installed in the chamber; And a lower frame spaced downward from the upper frame, and a heating means may be installed in at least one of the upper frame and the lower frame.
  • the heating means may be divided and installed in at least one of the upper frame and the lower frame.
  • Cooling means may be installed in at least one of the upper frame and the lower frame.
  • the gas injector may include: a first electrode in which a plurality of gas injectors are arranged along a spray surface; And a second electrode formed around the first electrode to be spaced apart from the first electrode.
  • the power supply unit may apply power to at least one of the first electrode and the second electrode.
  • the first gas supply path may be formed to penetrate the first electrode, and the second gas supply path may be formed to be connected to the spaced space between the first electrode and the second electrode.
  • the controller may control a supply amount of the first gas and the second gas according to a type of the first gas, the second gas, and the reactive gas.
  • an oxygen (O) -containing gas providing unit for providing an oxygen (O) -containing gas, wherein the gas injector is in the chamber through at least one of the first gas supply path and the second gas supply path.
  • Oxygen (O) containing gas can be supplied.
  • by-products in the chamber are activated by reacting each other by activating the first gas and the second gas which are separated and supplied in different paths in the chamber and reacting with each other.
  • the gas injection portion is etched and damaged during the cleaning process, and the phenomenon of generating particles can be prevented.
  • the plasma is formed by the first electrode and the second electrode formed along the injection surface of the gas injector to improve the plasma density in the chamber, and the first gas and the second gas separately supplied may be effectively reacted with each other.
  • a heating means may be incorporated in at least one of the upper frame and the lower frame to increase the temperature in the chamber and maintain the optimum temperature for cleaning, thereby more effectively removing the by-products in the chamber.
  • in-situ cleaning is possible without separating the chamber in a chemical vapor deposition process requiring frequent cleaning, thereby improving work efficiency and high Device reproducibility and operation rate can be secured.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a chamber cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a gas injection unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded view illustrating the gas injection unit shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a plasma is formed in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 schematically illustrates a chamber cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a chamber cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a gas injection unit 300 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded view showing the gas injection unit 300 shown in FIG.
  • a chamber cleaning apparatus includes: a first gas providing unit 100 providing a first gas; A second gas providing unit 200 providing a second gas; The gas injection unit is installed in the chamber 10 to separate the first gas supply path 110 for supplying the first gas and the second gas supply path 210 for supplying the second gas. 300; A power supply unit 400 connected to the gas injector 300 to apply power to the gas injector 300; And a controller configured to control the gas injector 300 and the power supply unit 400 to activate the first gas and the second gas and react with each other to generate a reaction gas for etching the by-products in the chamber 10. 500);
  • the chamber cleaning apparatus removes by-products generated during the processing of the substrate, for example, a thin film deposition process and deposited in the chamber 10.
  • the chamber 10 provides a reaction space for performing a substrate processing process.
  • the substrate treatment process may be a process of depositing indium and gallium doped zinc oxide (IGZO) on the substrate, in which case the by-product deposited in the chamber 10 may include indium and gallium doped zinc oxide.
  • the substrate support 20 may be installed in the chamber 10 to support at least one substrate.
  • the substrate support 20 may be installed to be raised or lowered according to the substrate processing process, it may be installed to be rotated. Lifting and rotation of the substrate support 20 is made by a support shaft 22 penetrating the bottom surface of the chamber 10 and a driver 24 connected to the support shaft 22, the chamber 10
  • the support shaft 22 exposed to the bottom surface of the can be closed by the bellows 26.
  • the first gas providing unit 100 and the second gas providing unit 200 may be installed outside the chamber 10, respectively, and provide the first gas and the second gas to the gas injection unit 300.
  • the first gas and the second gas are each activated to react with each other in the reaction space in the chamber 10 to produce a reaction gas for etching and cleaning the by-products in the chamber 10.
  • the reaction gas may include hydrogen chloride (HCl) gas in order to efficiently etch a by-product containing an organometallic oxide such as zinc oxide, so that any one of the first gas and the second gas contains chlorine (Cl).
  • a gas, and the other of the first gas and the second gas may include a hydrogen (H) -containing gas.
  • the chlorine (Cl) containing gas may include at least one of Cl 2 , BCl 3 , ClF 3 and ClF 4
  • the hydrogen (H) containing gas may include at least one of H 2 , CH 4 and H 2 O.
  • the present invention is not limited thereto, and various kinds of gases including chlorine (Cl) or hydrogen (H) as elements may be used.
  • hydrogen chloride (HCl) in the chamber 10 is activated by reacting the first gas and the second gas.
  • Gas, and by-products including an organic metal oxide such as zinc oxide deposited in the chamber 10 may be efficiently etched by the generated hydrogen chloride (HCl) gas.
  • a specific process of generating hydrogen chloride (HCl) gas by reacting the first gas and the second gas will be described later.
  • the gas injector 300 is detachably installed in the chamber 10, for example, a lower surface of the chamber lid 12, and supplies the first gas supply path 110 and the second gas to supply the first gas.
  • a second gas supply path 210 for supplying is formed.
  • the first gas supply path 110 and the second gas supply path 210 may be formed to be separated from each other, so that the first gas and the second gas may be separated and supplied into the chamber 10.
  • hydrogen chloride (HCl) gas When hydrogen chloride (HCl) gas is supplied into the chamber 10 to etch a by-product including an organic metal oxide such as zinc oxide deposited in the chamber 10, the hydrogen chloride (HCl) directly through the gas injection unit 300.
  • the gas may be injected or a mixture of hydrogen (H) containing gas and chlorine (Cl) containing gas may be used.
  • H hydrogen
  • Cl chlorine
  • the gas injector 300 is etched and damaged by the hydrogen chloride (HCl) gas, so particles are generated, thereby causing the gas injector ( The gas supply path of 300 is blocked.
  • the gas injection unit 300 may include an upper frame 310 and a lower frame 320.
  • the upper frame 310 is detachably defective on the lower surface of the chamber lid 12 and a part of the upper surface, for example, a central portion of the upper surface is spaced apart from the lower surface of the chamber lid 12 by a predetermined distance.
  • the first gas provided from the first gas provider 100 may be diffused and temporarily stored in a space between the upper surface of the upper frame 310 and the lower surface of the chamber lid 12.
  • the lower frame 320 is installed on the lower surface of the upper frame 310 spaced apart from each other.
  • the second gas provided from the second gas providing unit 200 may be diffused and temporarily stored in a space between the upper surface of the lower frame 320 and the lower surface of the upper frame 310.
  • the upper frame 310 and the lower frame 320 may be connected along the outer circumferential surface to form a spaced space therein, which may be integrally formed, and may have a structure for sealing the outer circumferential surface by a separate sealing member 350.
  • the first gas provided from the first gas supply unit 100 is diffused and temporarily stored in the space between the lower surface of the chamber lid 12 and the upper frame 310, so that It is formed to pass through the frame 310 and the lower frame 320 to be supplied into the chamber 10.
  • the second gas supply path 210 may be diffused and temporarily stored in a space between the lower surface of the upper frame 310 and the upper surface of the lower frame 320 by the second gas provided from the second gas providing unit 200. It is formed to pass through the lower frame 320 to be supplied into the chamber 10.
  • the first gas supply path 110 and the second gas supply path 210 are not in communication with each other, whereby the first gas and the second gas are supplied separately from the gas injector 300 into the chamber 10. .
  • heating means 312 and 322 may be installed in at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320.
  • by-products may be attached inside the apparatus due to the low cleaning temperature. This phenomenon occurs more seriously in the lower surface of the lower frame 320 and the first electrode 342 and the second electrode 344 to be described later.
  • the first heating means 312 is installed inside the upper frame 310
  • the second heating means 322 is installed inside the lower frame, thereby forming the upper frame 310, the lower frame 320, and the first heating means 312.
  • By-products may be prevented from adhering to the first electrode 342 and the second electrode 344, and may be easily separated even when the by-products are attached.
  • the heating means 312 and 322 may be formed as a heating line.
  • the heating means 312, 322 may be divided into at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320 is installed in plurality.
  • the heating means 312 and 322 divided into a plurality of parts may heat at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320 for each region.
  • the heating means 312, 322 may be installed in two, three, or four areas of at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320, respectively, and the center of the interior of the chamber 10. More heating means can be arranged closer to the chamber wall to raise the temperature of the chamber wall side having a lower temperature relative to the side.
  • the heating unit 312 and 322 may be embedded in at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320 to increase the temperature in the chamber 10 and maintain the optimum temperature for cleaning. By-products in the inside can be removed more effectively.
  • the second heating means 322 directly heats the lower frame 320.
  • heat generated from the lower frame 320 needs to be effectively transferred to the end of the first electrode 342 facing the substrate support 20.
  • the lower frame 320 and the first electrode 342 may be metal contacted to improve thermal conductivity.
  • the temperature in the chamber 10 may be maintained at a temperature of 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
  • the cleaning temperature at which the cleaning process is performed may be maintained at a temperature of 150 to 350 ° C. If the cleaning temperature is less than 150 °C cleaning efficiency is drastically reduced, if the cleaning temperature is more than 350 °C O-ring (O-ring) and the related structure is a problem that the deformation occurs, the heating means (312, 322) As a result, the temperature in the chamber 10 is heated to a temperature of 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, thereby maintaining the byproduct, thereby effectively removing the by-products generated in the chamber.
  • cooling means 314 and 324 may be installed in at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320. Such cooling means 314, 324 prevent the upper frame 310 or the lower frame 320 from being deformed, for example, due to high deposition temperatures during the deposition process.
  • the cooling means 314 and 324 may be formed as a cooling line, and divided into at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320 in the same manner as described in the heating means 312 and 322. Can be installed.
  • FIG. 1 illustrates a structure in which the heating means 312 and 322 and the cooling means 314 and 324 are stacked and installed over the entire area inside the upper frame 310 and the lower frame 320 as an example.
  • the positions and installation areas of the 312 and 322 and the cooling means 314 and 324 may be variously modified and applied.
  • the gas injector 300 may include an insulation plate 330 installed on the lower surface of the lower frame 320.
  • the insulating plate 330 serves to electrically insulate the second electrode 344 and the lower frame 320 to be described later, and the region where the first electrode 342 is formed on the lower surface of the lower frame 320.
  • the lower frame may cover the remaining region except the region where the first electrode 342 is formed and the region where the first electrode 342 and the second electrode 344 are spaced apart from the remaining region or the lower surface of the lower frame 320.
  • the lower surface of the 320 may be detachably installed.
  • the gas injection unit 300 includes a plurality of first electrodes 342 formed along the injection surface; And a second electrode 344 formed around the first electrode 342 to be spaced apart from the first electrode 342.
  • the first electrode 342 is formed to protrude downward on the lower surface of the lower frame 320, and a plurality of first electrodes 342 are formed along the injection surface of the gas injected from the gas injection unit 300.
  • the first electrode 342 may be integrally formed with the lower frame 320.
  • the first electrode 342 may protrude to have a circular or polygonal cross section, and each of the first electrodes 342 may have a predetermined corner portion to prevent or minimize arcing generated at the corner portion. It can be rounded convex or concave rounded to have curvature.
  • the second electrode 344 is formed on the bottom surface of the insulating plate 330 along the circumference of the first electrode 342 so as to be spaced apart from the first electrode 342.
  • the second electrode 344 penetrates in a circular or polygonal shape according to the shape of the first electrode 342 and surrounds each side surface of the first electrode 342 to be spaced apart from the first electrode 342.
  • the first gas supply path 110 is formed through the first electrode 342, and the second gas supply path 210 is a spaced space between the first electrode 342 and the second electrode 344. It can be formed to be connected. That is, the first gas injection hole 112 for supplying the first gas is formed through the first electrode 342, and the second gas injection hole 212 for supplying the second gas is formed of the first electrode ( It may be formed through the lower frame 320 or the insulating plate 330 in the separation space between the 342 and the second electrode 344. Here, a plurality of second gas injection holes 212 may be formed along the spaced space between the first electrode 342 and the second electrode 344. In addition, an insulator 360 may be provided on each side of the lower frame 320 and an edge portion of the second electrode 344 to electrically insulate the chamber lead 12 and the second electrode 344.
  • the power supply unit 400 is connected to the gas injector 300 to apply power to the gas injector 300.
  • the power supply unit 400 may apply power to at least one of the first electrode 342 and the second electrode 344. That is, the power supply unit 400 may be configured to apply power to the first electrode 342, the second electrode 344 is grounded, on the contrary, to apply power to the second electrode 344, the first electrode
  • the electrode 342 may be configured to be grounded.
  • different power supplies may be applied to the first electrode 342 and the second electrode 344.
  • the substrate support 20 may be grounded, a power different from at least one of the first electrode 342 and the second root can be applied by the power supply 400.
  • the power applied by the power supply unit 400 may be high frequency power or radio frequency (RF) power, for example, low frequency (LF) power, middle frequency (MF), high frequency (HF) power, or very high frequency (VHF). ) Can be power.
  • RF radio frequency
  • the LF power has a frequency in the range of 3 kHz to 300 kHz
  • the MF power has a frequency in the range of 300 kHz to 3 MHz
  • the HF power has a frequency in the range of 3 MHz to 30 MHz
  • the VHF power has a frequency in the range of 30 MHz to It may have a frequency in the 300MHz range.
  • the power supply unit 400 may include an impedance matching circuit for matching the load impedance and the source impedance of the plasma power applied to the first electrode 342 or the second electrode 344.
  • the impedance matching circuit may include at least two impedance elements configured by at least one of a variable capacitor and a variable inductor.
  • the controller 500 controls the gas injector 300 and the power supply 400 to activate the first gas and the second gas and react with each other to generate a reaction gas for etching the by-products in the chamber 10. can do.
  • the controller 500 controls the supply amount, supply flow rate, and the like of each gas supplied from the gas injector 300, and controls the type, frequency range, and the like of the electric power applied from the power supply unit 400 to the gas injector 300.
  • the control may be performed to generate a reaction gas, for example, hydrogen chloride (HCl) gas, for etching the by-products in the chamber 10 from the activated first gas and the second gas.
  • the controller 500 may control the supply amount of the first gas and the second gas according to the type of the first gas, the second gas, and the reactive gas.
  • the controller 500 controls the supply amounts of the first gas and the second gas to be the same. can do.
  • the supply amount of the second gas may be controlled to be greater than the supply amount of the first gas.
  • the controller 500 may control the supply amounts of the first gas and the second gas according to the type of the first gas, the second gas, and the reaction gas, thereby generating the reaction gas with the maximum efficiency in the chamber 10. Will be.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a plasma is formed according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode 342 and the substrate support 20 are grounded, and power is applied to the second electrode 344 as an example.
  • the power supply structure is not limited thereto.
  • the first gas may be supplied into the chamber 10 along an arrow shown by a solid line
  • the second gas may be supplied into the chamber 10 along an arrow shown by a dotted line.
  • the first gas penetrates the inside of the first electrode 342 and is supplied into the chamber 10, and the second gas is provided through the spaced space between the first electrode 342 and the second electrode 344. ) Is supplied internally.
  • the first activation region that is, between the gas injector 300 and the substrate support 20
  • the first plasma region P1 is formed
  • a second activation region that is, a second plasma region P2 is formed between the first electrode 342 and the second electrode 344. That is, different powers are applied to the second electrode 344 and the substrate support 20, so that the first plasma region P1 is formed between the second electrode 344 and the substrate support 20, and the first electrode. Since different power is applied to the 342 and the second electrode 344, the second plasma region P2 is formed between the first electrode 342 and the second electrode 344.
  • the chamber cleaning apparatus may activate the first gas and the second gas in plasma regions having different sizes.
  • the plasma density in the chamber 10 may be improved by extending the region where the plasma is formed to the region between the first electrode 342 and the second electrode 344. Can be.
  • the first gas and the second gas are activated in the plasma region of different sizes, it is possible to distribute each gas in an optimal supply path for generating the reaction gas.
  • the first gas and the second gas activated as described above react with each other outside the gas injector 300, for example, the first plasma region P1, and react gas for etching and cleaning the by-products in the chamber 10. Will generate
  • the chamber cleaning method according to an embodiment of the present invention may include supplying a first gas and a second gas into the chamber 10 through different paths (S100); Activating and reacting the first gas and the second gas to generate a reaction gas (S200); Etching the byproduct in the chamber (10) with the reaction gas (S300); And removing a residue remaining in the chamber 10 (S400).
  • supplying the first gas and the second gas may include the first gas provided from the first gas providing part 100 and the second gas provided from the second gas providing part 200. And into the chamber 10 through. That is, the first gas and the second gas may be simultaneously supplied from a single gas injector 300 installed in the chamber 10, where the first gas and the second gas are mutually in the gas injector 300. The gas may be supplied into the chamber 10 along the first gas supply path 110 and the second gas supply path 210 formed by other paths.
  • the first gas and the second gas are for reacting with each other in the reaction space in the chamber 10 to generate a reaction gas
  • one of the first gas and the second gas includes a chlorine (Cl) containing gas
  • the other of the first gas and the second gas may include a hydrogen (H) -containing gas
  • the chlorine (Cl) containing gas may include at least one of Cl 2 , BCl 3 , ClF 3 and ClF 4
  • the hydrogen (H) containing gas may include at least one of H 2 , CH 4 and H 2 O.
  • the present invention is not limited thereto, and various kinds of gases including chlorine (Cl) or hydrogen (H) as elements may be used as described above.
  • the first gas may include a chlorine (Cl) -containing gas
  • the second gas may include a hydrogen (H) -containing gas
  • each gas may include a chlorine (Cl) -containing gas and a hydrogen (H) -containing gas
  • each may further include at least one non-reactive gas such as argon (Ar), xenon (Ze), helium (He), and the like.
  • the non-reactive gas may serve as a carrier gas or prevent backflow of chlorine (Cl) -containing gas and hydrogen (H) -containing gas, and may improve discharge efficiency for plasma formation when power is applied. have.
  • the first gas and the second gas are separately supplied into the chamber 10 along separate paths in the gas injector 300. That is, the first gas is supplied into the chamber 10 along the first gas supply path 110 formed in the gas injector 300, and the second gas is formed in the gas injector 300 so as to form the first gas supply path. It is supplied into the chamber 10 along a second gas supply path 210 that is not in communication with 110. As such, by supplying the first gas and the second gas into the chamber 10 along separate paths in the gas injector 300, the first gas and the second gas react in the gas injector 300. It is possible to prevent the damage, thereby preventing damage to the gas injection unit 300, it is possible to more effectively clean the inside of the chamber (10).
  • the supply amount of the first gas and the second gas may be controlled and supplied according to the type of the first gas, the second gas, and the reactive gas. That is, the controller 500 controls the supply amount of the first gas and the second gas to be the same according to the type of the first gas, the second gas, and the reactive gas as described above, or the first gas or the second gas is different. It can be controlled to be supplied in a larger amount than the gas.
  • Activating and reacting the first gas and the second gas to generate a reaction gas may activate the first gas and the second gas in a plasma region formed inside the chamber 10, and may be activated in the plasma region.
  • the first gas is reacted with the second gas to generate a reactive gas.
  • the power supply unit 400 may apply power to at least one of the first electrode 342 and the second electrode 344, and apply power only to the first electrode 342 or the second electrode 344.
  • power sources different from each other may be applied to the first electrode 342 and the second electrode 344 as described above.
  • the first electrode 342 is formed to protrude downward on the lower surface of the lower frame 320, and a plurality of first electrodes 342 are formed along the injection surface of the gas injected from the gas injector 300.
  • the second electrode 344 may be formed on the bottom surface of the insulating plate 330 along the periphery of the first electrode 342 to be spaced apart from the first electrode 342. That is, the first electrode 342 and the second electrode 344 may be formed along the injection surface of the gas injector 300, in which case a separate remote plasma source (RPS) is unnecessary.
  • RPS remote plasma source
  • the temperature is not limited and the plasma density can be improved.
  • the detailed description of the gas injection unit 300 and the structure of the first electrode 342 and the second electrode 344 is the same as described above with reference to the chamber cleaning apparatus according to the embodiment of the present invention. Will be omitted.
  • the generating of the reaction gas (S200) may activate the first gas from the outside of the gas injector 300 and activate the second gas from the inside of the gas injector 300. That is, when the first gas is supplied through the first electrode 342 as described above in FIG. 4, the first gas is activated in the first plasma region P1 formed outside the gas injector 300. do.
  • the second gas when the second gas is supplied through the spaced space between the first electrode 342 and the second electrode 344, the second gas is the first electrode 342 corresponding to the inside of the gas injector 300. And is activated between the second electrode 344, that is, from the second plasma region P2, and is activated over the first plasma region P1.
  • the first gas and the second gas may be activated in plasma regions having different sizes, and the region where the plasma is formed may be formed in the first electrode 342 and the second electrode 344.
  • the activated first gas and the second gas for example, chlorine (Cl) containing gas and hydrogen (H) containing gas are supplied into the chamber 10 in separate paths to directly clean the chamber 10.
  • the chlorine (Cl) -containing gas and the activated hydrogen (H) -containing gas are highly reactive with each other, but may be used as a cleaning gas.
  • Reaction in P1) produces a reaction gas, such as hydrogen chloride (HCl) gas, for etching the by-products in the chamber 10.
  • the generated hydrogen chloride (HCl) gas becomes a main cleaning gas for efficiently etching by-products containing an organic metal oxide such as zinc oxide deposited in the chamber 10.
  • the generated reaction gas is etched by physically reacting with the byproduct in the chamber 10.
  • hydrogen chloride (HCl) gas may be reacted physicochemically with by-products deposited in the chamber 10, and organic, such as zinc oxide, generated from a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) process.
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • the step of removing the residue (S400) may include the step of second cleaning the chamber with a cleaning gas containing activated hydrogen (H); And tertiary cleaning the chamber with an activated oxygen (O) -containing cleaning gas.
  • the second cleaning may include removing chlorine (Cl) component remaining in the chamber
  • the third cleaning may include removing hydrogen (H) component remaining in the chamber; It may include.
  • the activated chlorine (Cl) containing gas and the hydrogen (H) containing gas are reacted to generate hydrogen chloride (HCl) gas, and by-products in the chamber 10 are etched by the generated hydrogen chloride (HCl) gas, the activated chlorine is activated.
  • Residues of chlorine (Cl) components including chlorine (Cl) atoms, chlorine (Cl) radicals, chlorine (Cl) ions and electrons generated by the (Cl) containing gas and hydrogen chloride (HCl) gas, are chambers 10 Will remain within. Therefore, in order to remove such residues of chlorine (Cl) component, the chamber 10 is secondarily cleaned by hydrogen plasma treatment with an activated hydrogen (H) -containing cleaning gas.
  • the hydrogen plasma may be supplied into the chamber 10 using a remote plasma for the hydrogen plasma treatment, but may be directly performed in the chamber 10 by activating a hydrogen (H) -containing cleaning gas supplied into the chamber 10.
  • hydrogen gas (H 2 ) when hydrogen gas (H 2 ) is used as the second gas, hydrogen plasma treatment may be performed using the second gas as it is.
  • the hydrogen (H) radicals formed by the hydrogen plasma treatment react with the chlorine (Cl) component, thereby removing residues of the chlorine (Cl) component remaining in the chamber 10.
  • the activated hydrogen (H) containing gas and the hydrogen (H) component including hydrogen (H) atoms, hydrogen (H) radicals, hydrogen (H) ions, and electrons generated after the hydrogen plasma treatment.
  • the residue of is left in the chamber 10. Therefore, in order to remove the residue of the hydrogen (H) component, the chamber 10 is subjected to an oxygen plasma treatment with an activated oxygen (O) -containing cleaning gas to perform third cleaning.
  • the oxygen plasma may be supplied to the chamber 10 using a remote plasma as in the case of hydrogen plasma, but is directly performed in the chamber 10 by activating the oxygen (O) -containing cleaning gas supplied to the chamber 10.
  • an oxygen (O) -containing gas providing unit (not shown) for providing an oxygen (O) -containing cleaning gas may be further included, and the oxygen (O) -containing gas, for example, the oxygen gas (O 2 ) may be a gas. It may be supplied into the chamber 10 through the injection unit 300.
  • the hydrogen-containing cleaning gas for the hydrogen plasma treatment and the oxygen-containing cleaning gas for the oxygen plasma treatment may be supplied into the chamber 10 by the same path as at least one of the first gas and the second gas.
  • the second gas supply path 210 since the second gas supply path 210 is formed to be connected to a space between the first electrode 342 and the second electrode 344 to which power is applied, the second gas supply path 210 may have a high density of hydrogen plasma or oxygen plasma.
  • the hydrogen-containing cleaning gas or the oxygen-containing cleaning gas supplied during the hydrogen plasma treatment or the oxygen plasma treatment may be supplied into the chamber 10 through the second gas supply path 210.
  • the first washing step, the second washing step and the third washing step may be performed at a temperature of 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
  • heating means 312 and 322 may be installed inside at least one of the upper frame 310 and the lower frame 320, and each cleaning may be performed by heating by the heating means 312 and 322.
  • the interior of the chamber can be controlled to a temperature of 150 to 350 °C. In this case it is the same as described above having the optimum temperature range for removing the by-products while preventing deformation of the O-rings and associated structures.
  • Chamber cleaning method may be made of a substrate processing process and In-Situ (In-Situ). That is, the substrate is seated on the substrate support 20, for example, an organic metal chemical vapor deposition process is performed to deposit zinc oxide (IGZO) doped with zinc oxide, that is, indium and gallium, on the substrate, and the deposition is completed. The substrate is then taken out to the outside. Thereafter, the first gas and the second gas including the chlorine (Cl) -containing gas and the hydrogen (H) -containing gas are supplied without supplying a process gas into the chamber 10 to clean the inside of the chamber 10. .
  • IGZO zinc oxide
  • H hydrogen
  • the by-products are etched and removed by physicochemical reaction with by-products inside the chamber 10. Meanwhile, after the cleaning is completed, the supply of the first gas and the second gas may be stopped, and the substrate may be brought into the chamber 10 to perform an organometallic chemical vapor deposition process.
  • HCl hydrogen chloride
  • the reaction gas generated by activating the first gas and the second gas which are separated and supplied in different paths in the chamber 10 and reacting with each other By etching the by-products in the furnace chamber 10, the gas injection unit 300 may be etched and damaged during the cleaning process and particles may be prevented from occurring.
  • the plasma is formed by the first electrode 342 and the second electrode 344 formed along the injection surface of the gas injector 300 to improve the plasma density in the chamber 10, and the first supplied separately.
  • the gas and the second gas can be effectively reacted with each other.
  • a heating means may be incorporated in at least one of the upper frame and the lower frame to increase the temperature in the chamber and maintain the optimum temperature for cleaning, thereby more effectively removing the by-products in the chamber.
  • in-situ cleaning is possible without separating the chamber 10 in a chemical vapor deposition process requiring frequent cleaning, thereby improving work efficiency. Improved and high device reproducibility and operation rate can be achieved.

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Abstract

본 발명은 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하는 과정에서 오염되는 챔버를 세정할 수 있는 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법은, 아연 산화물을 증착하는 챔버를 세정하는 방법으로서, 상기 챔버 내에 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 공급하는 단계; 상기 분리 공급된 가스를 상기 챔버 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및 상기 챔버를 상기 반응 가스로 1차 세정하는 단계;를 포함한다.

Description

챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법
본 발명은 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하는 과정에서 오염되는 챔버를 세정할 수 있는 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 기판 상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 식각 공정, 세정 공정, 및 건조 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정이 수행된다. 여기서, 증착 공정은 기판 상에 반도체 소자로서 요구되는 성질을 가지는 박막을 형성하기 위한 것이다. 그러나, 박막 형성을 위한 증착 공정 중에는 기판 상의 원하는 영역 뿐만 아니라, 증착 공정이 수행되는 챔버 내부에도 증착물을 포함하는 부산물이 퇴적된다.
챔버 내부에 퇴적되는 부산물들은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클 (particle) 발생의 원인이 된다. 이와 같이 발생된 파티클은 기판 상에 형성되는 박막 내에 들어가거나, 박막 표면에 부착되어 반도체 소자의 결함 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 이러한 부산물들이 박리되기 이전에 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거할 필요가 있다.
특히, 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)의 경우, 이를 수행하는 증착 장치는 증착 과정에서 다량의 다량의 파티클을 발생시키기 때문에 매우 빈번한 세정이 요구된다. 그러나, 이 경우 챔버 내의 부산물은 주로 습식 식각에 의하여 세정되며, 이는 챔버를 오픈한 상태에서 작업자가 직접 수작업으로 세정을 수행하는 경우가 대부분으로, 세정 비용이 증가하고 장치 재현성 및 가동률의 확보가 어려운 문제점이 있었다.
(선행기술문헌)
한국 공개특허 제10-2011-7011433호
본 발명은 박막 형성을 위한 증착 과정에서 발생하는 부산물을 효과적으로 인-시튜(In-Situ) 세정할 수 있는 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법은, 아연 산화물을 증착하는 챔버를 세정하는 방법으로서, 상기 챔버 내에 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 공급하는 단계; 상기 분리 공급된 가스를 상기 챔버 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및 상기 챔버를 상기 반응 가스로 1차 세정하는 단계;를 포함한다.
상기 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 공급하는 단계는, 상기 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 분리하여 공급할 수 있다.
상기 반응 가스는 염화수소(HCl) 가스를 포함할 수 있다.
상기 반응 가스를 생성하는 단계는, 상기 염소(Cl) 함유 가스를 가스 분사부의 외부에서 활성화시키고, 상기 수소(H) 함유 가스를 가스 분사부의 내부로부터 활성화시킬 수 있다.
상기 반응 가스를 생성하는 단계는, 상기 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 서로 다른 크기의 활성화 영역에서 활성화시킬 수 있다.
상기 반응 가스를 생성하는 단계는, 상기 챔버 내에서 활성화된 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 가스 분사부의 외부에서 반응시킬 수 있다.
상기 챔버를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 2차 세정하는 단계; 및 상기 챔버를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 3차 세정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 2차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 3차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 수소(H) 성분을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 염소(Cl) 성분을 제거하는 단계는, 상기 챔버 내에서 수소(H) 함유 세정 가스를 활성화시켜 수행되고, 상기 수소(H) 성분을 제거하는 단계는, 상기 챔버 내에서 산소(O) 함유 세정 가스를 활성화시켜 수행될 수 있다.
상기 수소(H) 함유 세정 가스는, 상기 수소(H) 함유 가스와 동일한 경로로 상기 챔버 내에 공급될 수 있다.
상기 1차 세정하는 단계, 2차 세정하는 단계 및 3차 세정하는 단계는 150 내지 350℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치는, 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부; 제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부; 챔버 내부에 설치되어, 상기 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로 및 상기 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 분리되어 형성되는 가스 분사부; 상기 가스 분사부와 연결되어, 상기 가스 분사부에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부; 및 상기 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고 서로 반응시켜 상기 챔버 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스를 생성하도록, 상기 가스 분사부 및 전원 공급부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 가스 분사부는, 상기 챔버 내부에 설치되는 상부 프레임; 및 상기 상부 프레임으로부터 하부로 이격되어 설치되는 하부 프레임;을 포함하고, 상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나의 내부에는 히팅 수단이 설치될 수 있다.
상기 히팅 수단은 상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나에 복수 개로 분할되어 설치될 수 있다.
상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나의 내부에는 쿨링 수단이 설치될 수 있다.
상기 가스 분사부는, 분사 면을 따라 복수 개가 배열되어 형성되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극과 이격되도록 상기 제1 전극의 주위에 형성되는 제2 전극;을 포함하고, 상기 전원 공급부는, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나에 전원을 인가할 수 있다.
상기 제1 가스 공급 경로는 상기 제1 전극을 관통하여 형성되고, 상기 제2 가스 공급 경로는 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 공간으로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 상기 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 제어할 수 있다.
산소(O) 함유 가스를 제공하는 산소(O) 함유 가스 제공부;를 더 포함하고, 상기 가스 분사부는, 상기 제1 가스 공급 경로 및 제2 가스 공급 경로 중 적어도 하나의 경로를 통하여 상기 챔버 내에 산소(O) 함유 가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 의하면, 챔버 내에 서로 다른 경로로 분리되어 공급되는 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고, 서로 반응시켜 생성되는 반응 가스로 챔버 내의 부산물을 식각함으로써, 세정 과정에서 가스 분사부가 식각 및 손상되고, 파티클이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 가스 분사부의 분사 면을 따라 형성되는 제1 전극 및 제2 전극에 의하여 플라즈마를 형성하여 챔버 내의 플라즈마 밀도를 향상시키고, 분리 공급되는 제1 가스 및 제2 가스를 서로 효과적으로 반응시킬 수 있다.
또한, 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나에 히팅 수단을 내장하여 챔버 내의 온도를 높이고, 세정을 위한 최적의 온도를 유지함으로써 챔버 내의 부산물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 챔버를 분리하지 않고 인-시투 세정이 가능하게 되어, 작업 능률의 향상 및 높은 장치 재현성과 가동률을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 가스 분사부를 분해하여 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마가 형성되는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부(300)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스 분사부(300)를 분해하여 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치는, 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부(100); 제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부(200); 챔버(10) 내부에 설치되어, 상기 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로(110) 및 상기 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로(210)가 분리되어 형성되는 가스 분사부(300); 상기 가스 분사부(300)와 연결되어, 상기 가스 분사부(300)에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부(400); 및 상기 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고 서로 반응시켜 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스를 생성하도록, 상기 가스 분사부(300) 및 전원 공급부(400)를 제어하는 제어부(500);를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치는 기판의 처리, 예를 들어 박막 증착 공정 중에 발생하여 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물을 제거한다. 따라서, 챔버(10)는 기판 처리 공정을 수행하는 반응 공간을 제공한다. 여기서, 기판 처리 공정은 기판 상에 인듐과 갈륨이 도핑된 아연 산화물(IGZO)을 증착하는 공정일 수 있으며, 이 경우 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐과 갈륨이 도핑된 아연 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 이 경우 챔버(10) 내에는 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부(20)가 설치될 수 있다. 여기서, 기판 지지부(20)는 기판 처리 공정에 따라 상승 또는 하강하도록 설치될 수 있으며, 회전되도록 설치될 수도 있다. 이와 같은 기판 지지부(20)의 승강 및 회전은 챔버(10)의 바닥 면을 관통하는 지지 축(22) 및 상기 지지 축(22)에 연결되는 구동부(24)에 의하여 이루어지며, 챔버(10)의 바닥 면으로 노출되는 지지 축(22)은 벨로우즈(26)에 의하여 밀폐될 수 있다.
제1 가스 제공부(100) 및 제2 가스 제공부(200)는 각각 챔버(10)의 외부에 설치될 수 있으며, 제1 가스 및 제2 가스를 가스 분사부(300)에 제공한다. 제1 가스 및 제2 가스는 각각 활성화되어 챔버(10) 내의 반응 공간에서 서로 반응하여 챔버(10) 내의 부산물을 식각하여 세정하기 위한 반응 가스를 생성한다. 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 식각하기 위하여 상기 반응 가스는 염화수소(HCl) 가스를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제1 가스 및 제2 가스 중 어느 하나는 염소(Cl) 함유 가스를 포함하고, 상기 제1 가스 및 제2 가스 중 다른 하나는 수소(H) 함유 가스를 포함할 수 있다. 또한, 염소(Cl) 함유 가스는 Cl2, BCl3, ClF3 및 ClF4 중 적어도 하나를 포함하고, 수소(H) 함유 가스는 H2, CH4 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 염소(Cl) 또는 수소(H)를 원소로써 포함하는 다양한 종류의 가스를 사용할 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 제1 가스 및 제2 가스로 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 사용하는 경우, 제1 가스와 제2 가스를 활성화시키고 반응시켜 챔버(10) 내에서 염화수소(HCl) 가스를 생성할 수 있으며, 생성된 염화수소(HCl) 가스에 의하여 챔버(10) 내에 퇴적되는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 식각할 수 있게 된다. 제1 가스와 제2 가스를 반응시켜 염화수소(HCl) 가스를 생성하는 구체적인 과정에 대하여는 후술하기로 한다.
가스 분사부(300)는 챔버(10) 내부, 예를 들어 챔버 리드(12)의 하면에 착탈 가능하게 설치되어, 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로(210)가 형성된다. 여기서, 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스 공급 경로(210)는 서로 분리되도록 형성되어, 제1 가스 및 제2 가스를 챔버(10) 내부로 분리하여 공급할 수 있다.
챔버(10) 내에 퇴적되는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 식각하기 위하여 염화수소(HCl) 가스를 챔버(10) 내로 공급하는 경우, 가스 분사부(300)를 통하여 직접 염화수소(HCl) 가스를 분사하거나 수소(H) 함유 가스와 염소(Cl) 함유 가스를 혼합하여 분사할 수도 있다. 그러나, 가스 분사부(300)를 통하여 직접 염화수소(HCl) 가스를 분사하는 경우 염화수소(HCl) 가스에 의하여 가스 분사부(300)가 식각 및 손상되어 오히려 파티클이 발생하고, 이에 의하여 가스 분사부(300)의 가스 공급 경로가 막히게 된다. 또한, 가스 분사부(300)를 통하여 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 혼합하여 분사하는 경우 가스 분사부(300) 내에서 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스가 격렬하게 반응하게 되어 상기의 문제점이 보다 심각해지는 문제점이 있었다. 반면, 본 발명의 실시 예에 따라 염소(Cl) 함유 가스를 공급하기 위한 가스 공급 경로와 수소(H) 함유 가스를 공급하기 위한 가스 공급 경로를 가스 분사부(300) 내에서 분리하게 되면, 가스 분사부(300)가 손상되는 문제점을 방지할 수 있으며, 챔버(10) 내부를 보다 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
이를 위하여, 가스 분사부(300)는 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 프레임(310)은 챔버 리드(12)의 하면에 착탈 가능하게 결함됨과 동시에 상면의 일부, 예를 들어 상면의 중심부가 상기 챔버 리드(12)의 하면으로부터 소정 거리로 이격된다. 이에 따라 상부 프레임(310)의 상면과 챔버 리드(12)의 하면 사이의 공간에서 제1 가스 제공부(100)로부터 제공되는 제1 가스가 확산 및 임시 저장될 수 있다. 또한, 하부 프레임(320)은 상부 프레임(310)의 하면에 일정 간격 이격되어 설치된다. 이에 따라 하부 프레임(320)의 상면과 상부 프레임(310)의 하면 사이의 공간에서 제2 가스 제공부(200)로부터 제공되는 제2 가스가 확산 및 임시 저장될 수 있다. 여기서, 상부 프레임(310)과 하부 프레임(320)은 외주면을 따라 연결되어 내부에 이격 공간을 형성하여 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 밀봉 부재(350)에 의하여 외주면을 밀폐하는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
즉, 제1 가스 공급 경로(110)는 제1 가스 제공부(100)로부터 제공되는 제1 가스가 챔버 리드(12)의 하면과 상부 프레임(310) 사이의 공간에서 확산 및 임시 저장되어, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성된다. 또한, 제2 가스 공급 경로(210)는 제2 가스 제공부(200)로부터 제공되는 제2 가스가 상부 프레임(310)의 하면과 하부 프레임(320)의 상면 사이의 공간에서 확산 및 임시 저장되어 하부 프레임(320)을 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되도록 형성된다. 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스 공급 경로(210)는 상호 연통되지 않으며, 이에 의하여 제1 가스 및 제2 가스는 가스 분사부(300)로부터 챔버(10) 내부에 분리하여 공급된다.
여기서, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 히팅(heating) 수단(312, 322)이 설치될 수 있다. 세정 공정 중에는 낮은 세정 온도로 인하여 장치 내부에 부산물이 부착될 수 있다. 이러한 현상은 하부 프레임(320)의 하면과 후술할 제1 전극(342) 및 제2 전극(344)에서 보다 심각하게 발생한다. 따라서, 상부 프레임(310)의 내부에는 제1 히팅 수단(312)을 설치하고, 하부 프레임의 내부에는 제2 히팅 수단(322)을 설치하여, 상부 프레임(310), 하부 프레임(320), 제1 전극(342) 및 제2 전극(344)에 부산물이 부착되는 것을 방지하고, 부산물이 부착되는 경우에도 용이하게 떨어져 나가도록 할 수 있다. 이때, 히팅 수단(312, 322)은 히팅 라인(heating line)으로 형성될 수 있다.
또한, 히팅 수단(312, 322)은 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에 복수 개로 분할되어 설치될 수 있다. 이때, 복수 개로 분할되어 설치되는 히팅 수단(312, 322)은 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나를 영역별로 가열할 수 있다. 예를 들어, 히팅 수단(312, 322)은 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에서 2개, 3개 또는 4개의 영역에 각각 설치될 수 있으며, 챔버(10) 내부의 중심측에 비하여 보다 낮은 온도를 가지는 챔버 벽 측의 온도를 더 높이기 위하여 챔버 벽에 인접할 수록 보다 많은 히팅 수단이 배치될 수 있다. 이와 같이, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에 히팅 수단(312, 322)을 내장하여 챔버(10) 내의 온도를 높이고, 세정을 위한 최적의 온도를 유지함으로써 챔버(10) 내의 부산물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 제2 히팅 수단(322)은 하부 프레임(320)을 직접적으로 가열한다. 이때, 하부 프레임(320)으로부터 발생되는 열은 기판 지지부(20)를 향하는 제1 전극(342)의 단부까지 효과적으로 전달될 필요가 있다. 따라서, 하부 프레임(320)과 제1 전극(342)은 금속 접촉(metal contact)되어 열 전도율이 향상될 수 있다.
히팅 수단(312, 322)에 의하여 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나를 가열하는 경우 챔버(10) 내의 온도는 150℃ 이상, 350℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다. 이에 의하여, 세정 공정이 이루어지는 세정 온도는 150 내지 350℃의 온도로 유지될 수 있다. 세정 온도가 150℃ 미만인 경우 세정 효율이 급격하게 감소하며, 세정 온도가 350℃를 초과하는 경우 오링(O-ring) 및 관련 구조에 변형이 발생하는 문제점이 있는 바, 히팅 수단(312, 322)에 의하여 챔버(10) 내의 온도는 150℃ 이상, 350℃ 이하의 온도로 가열하고, 이를 유지함으로써 챔버 내부에 발생되는 부산물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
한편, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 쿨링(cooling) 수단(314, 324)이 설치될 수 있다. 이와 같은 쿨링 수단(314, 324)은 예를 들어 증착 공정 중에 높은 증착 온도로 인하여 상부 프레임(310) 또는 하부 프레임(320)이 변형되는 것을 방지한다. 쿨링 수단(314, 324)은 쿨링 라인(cooling line)으로 형성될 수 있으며, 히팅 수단(312, 322)에서 설명한 것과 동일하게 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나에 복수 개로 분할되어 설치될 수 있다.
도 1에서는 히팅 수단(312, 322) 및 쿨링 수단(314, 324)이 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 내부의 전 영역에 걸쳐 적층되어 설치되는 구조를 예로 들어 도시하였으나, 히팅 수단(312, 322) 및 쿨링 수단(314, 324)의 위치 및 설치 영역은 다양하게 변형하여 적용할 수 있음은 물론이다.
가스 분사부(300)는 하부 프레임(320)의 하면에 설치되는 절연 플레이트(330)를 포함할 수 있다. 여기서, 절연 플레이트(330)는 후술할 제2 전극(344)과 하부 프레임(320)을 전기적으로 절연시키는 역할을 하며, 하부 프레임(320)의 하면 중 제1 전극(342)이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역 또는 하부 프레임(320)의 하면 중 제1 전극(342)이 형성되는 영역과 제1 전극(342)과 제2 전극(344)이 이격되는 영역을 제외한 나머지 영역을 덮도록 하부 프레임(320)의 하면에 착탈 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 가스 분사부(300)는 분사 면을 따라 복수 개가 배열되어 형성되는 제1 전극(342); 및 상기 제1 전극(342)과 이격되도록 상기 제1 전극(342)의 주위에 형성되는 제2 전극(344);을 포함할 수 있다.
제1 전극(342)은 하부 프레임(320)의 하면에 하부로 돌출되도록 형성되어 가스 분사부(300)로부터 분사되는 가스의 분사 면을 따라 복수 개가 배열되어 형성된다. 또한, 제1 전극(342)은 하부 프레임(320)과 일체로 형성될 수도 있다. 여기서, 제1 전극(342)은 원형 또는 다각형의 단면을 가지도록 돌출될 수 있으며, 제1 전극(342) 각각은 모서리 부분에서 발생되는 아킹(arcing)을 방지 내지 최소화하기 위하여 각 모서리 부분이 소정 곡률을 가지도록 볼록하게 라운딩되거나 오목하게 라운딩될 수 있다.
제2 전극(344)은 제1 전극(342)과 이격되도록 상기 제1 전극(342)의 주위를 따라 절연 플레이트(330)의 하면에 형성된다. 여기서, 제2 전극(344)은 제1 전극(342)의 형상에 따라 원형 또는 다각형의 형상으로 관통되어 제1 전극(342)과 이격되도록 제1 전극(342)의 각 측면을 둘러싼다.
여기서, 제1 가스 공급 경로(110)는 제1 전극(342)을 관통하여 형성되고, 제2 가스 공급 경로(210)는 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간으로 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 분사 홀(112)은 제1 전극(342)을 관통하여 형성되고, 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 분사 홀(212)은 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간에서 하부 프레임(320) 또는 절연 플레이트(330)를 관통하여 형성될 수 있다. 여기서, 제2 가스 분사 홀(212)은 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간을 따라 복수 개로 형성될 수도 있다. 또한, 하부 프레임(320)의 각 측면과 제2 전극(344)의 가장자리 부분에는 절연체(360)가 구비되어 챔버 리드(12)와 제2 전극(344)을 전기적으로 절연시킬 수 있다.
전원 공급부(400)는 가스 분사부(300)와 연결되어, 가스 분사부(300)에 전원을 인가한다. 여기서, 전원 공급부(400)는 제1 전극(342) 및 제2 전극(344) 중 적어도 하나에 전원을 인가할 수 있다. 즉, 전원 공급부(400)는 제1 전극(342)에 전원을 인가하고, 제2 전극(344)은 접지되는 것으로 구성할 수 있으며, 반대로 제2 전극(344)에 전원을 인가하고, 제1 전극(342)은 접지되는 것으로 구성할 수도 있다. 또한, 제1 전극(342)과 제2 전극(344)에 서로 상이한 전원을 인가할 수도 있음은 물론이다. 또한, 기판 지지부(20)는 접지될 수 있으나, 전원 공급부(400)에 의하여 제1 전극(342) 및 제2 적근 중 적어도 하나와 상이한 전원이 인가될 수 있음은 물론이다.
전원 공급부(400)가 인가하는 전원은 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력, 예를 들어, LF(Low Frequency) 전력, MF(Middle Frequency), HF(High Frequency) 전력, 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 될 수 있다. 이때, LF 전력은 3㎑ 내지 300㎑ 범위의 주파수를 가지고, MF 전력은 300㎑ 내지 3㎒ 범위의 주파수를 가지고, HF 전력은 3㎒ 내지 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ 내지 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.
또한, 전원 공급부(400)는 제1 전극(342) 또는 제2 전극(344)에 인가되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 매칭 회로를 포함할 수도 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 2개의 임피던스 소자를 포함하여 이루어질 수 있다.
제어부(500)는 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고 서로 반응시켜 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스를 생성하도록, 상기 가스 분사부(300) 및 전원 공급부(400)를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 가스 분사부(300)로부터 공급되는 각 가스의 공급량, 공급 유량 등을 제어하고, 전원 공급부(400)로부터 가스 분사부(300)에 인가되는 전력의 종류, 주파수 범위 등을 전반적으로 제어하여 활성화된 제1 가스와 제2 가스로부터 챔버(10) 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스, 예를 들어 염화수소(HCl) 가스가 생성되도록 할 수 있다. 여기서, 제어부(500)는 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 가스로 염소 가스(Cl2)가 사용되고, 제2 가스로 수소 가스(H2)가 사용되는 경우, 제어부(500)는 제1 가스와 제2 가스의 공급량을 동일하게 제어할 수 있다. 반면, 제1 가스로 삼염화붕소 가스(BCl3)가 사용되고, 제2 가스로 수소 가스(H2)가 사용되는 경우, 제2 가스의 공급량이 제1 가스의 공급량보다 많도록 제어할 수 있다. 이와 같이, 제어부(500)는 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 제어함으로써, 챔버(10) 내에 최대한의 효율로 반응 가스를 생성할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 플라즈마가 형성되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 4에서는 제1 전극(342) 및 기판 지지부(20)가 접지되고, 제2 전극(344)에 전원이 인가되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 전원의 인가 구조는 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 가스는 실선으로 도시된 화살표를 따라 챔버(10) 내에 공급되며, 제2 가스는 점선으로 도시된 화살표를 따라 챔버(10) 내에 공급될 수 있다. 제1 가스는 제1 전극(342)의 내부를 관통하여 챔버(10) 내부로 공급되며, 제2 가스는 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간을 통하여 챔버(10) 내부로 공급된다.
여기서, 제1 전극(342) 및 기판 지지부(20)가 접지되고, 제2 전극(344)에 전원이 인가되는 경우 가스 분사부(300)와 기판 지지부(20) 사이에는 제1 활성화 영역, 즉 제1 플라즈마 영역(P1)이 형성되고, 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이에는 제2 활성화 영역, 즉 제2 플라즈마 영역(P2)이 형성된다. 즉, 제2 전극(344)과 기판 지지부(20)에는 서로 다른 전원이 인가되어, 제2 전극(344)과 기판 지지부(20) 사이에서 제1 플라즈마 영역(P1)이 형성되고, 제1 전극(342)과 제2 전극(344)에도 서로 다른 전원이 인가되므로, 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이에서 제2 플라즈마 영역(P2)이 형성된다.
따라서, 제1 가스가 제1 전극(342)을 관통하여 공급되는 경우, 제1 가스는 가스 분사부(300)의 외부에 형성되는 제1 플라즈마 영역(P1)에서 활성화된다. 또한, 제2 가스가 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간을 통하여 공급되는 경우, 제2 가스는 가스 분사부(300)의 내부에 해당하는 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이, 즉 제2 플라즈마 영역(P2)에서부터 제1 플라즈마 영역(P1)까지의 영역에 걸쳐 활성화된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치는 제1 가스와 제2 가스를 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치의 경우 플라즈마가 형성되는 영역을 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 영역까지 확장시켜 챔버(10) 내의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 가스와 제2 가스가 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화됨으로 인하여, 반응 가스를 생성하기 위한 최적의 공급 경로로 각 가스를 분배시킬 수 있다. 이와 같이 활성화된 제1 가스와 제2 가스는 가스 분사부(300)의 외부, 예를 들어 제1 플라즈마 영역(P1)에서 반응하게 되어, 챔버(10) 내의 부산물을 식각하여 세정하기 위한 반응 가스를 생성하게 된다.
이하에서, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법의 설명에 있어 전술한 챔버 세정 장치에 관한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법은 서로 다른 경로로 챔버(10) 내에 제1 가스 및 제2 가스를 공급하는 단계(S100); 상기 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계(S200); 상기 반응 가스로 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하는 단계(S300); 및 상기 챔버(10) 내에 잔류하는 잔류물을 제거하는 단계(S400);를 포함한다.
제1 가스 및 제2 가스를 공급하는 단계(S100)는 제1 가스 제공부(100)로부터 제공되는 제1 가스와 제2 가스 제공부(200)로부터 제공되는 제2 가스를 가스 분사부(300)를 통하여 챔버(10) 내로 공급한다. 즉, 제1 가스 및 제2 가스는 챔버(10) 내에 설치되는 단일의 가스 분사부(300)로부터 동시에 공급될 수 있으며, 여기서, 제1 가스 및 제2 가스는 가스 분사부(300) 내에 서로 다른 경로로 형성되는 제1 가스 공급 경로(110) 및 제2 가스 공급 경로(210)를 따라 챔버(10) 내로 공급될 수 있다.
여기서, 제1 가스 및 제2 가스는 상기 챔버(10) 내의 반응 공간에서 서로 반응하여 반응 가스를 생성하기 위한 것으로, 상기 제1 가스 및 제2 가스 중 어느 하나는 염소(Cl) 함유 가스를 포함하고, 상기 제1 가스 및 제2 가스 중 다른 하나는 수소(H) 함유 가스를 포함할 수 있다. 또한, 염소(Cl) 함유 가스는 Cl2, BCl3, ClF3 및 ClF4 중 적어도 하나를 포함하고, 수소(H) 함유 가스는 H2, CH4 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 각각 염소(Cl) 또는 수소(H)를 원소로써 포함하는 다양한 종류의 가스를 사용할 수 있음은 전술한 바와 같다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 가스로 염소(Cl) 함유 가스를 사용하고, 제2 가스로 수소(H) 함유 가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하나, 반대의 경우에도 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
또한, 제1 가스는 염소(Cl) 함유 가스를 포함할 수 있고, 제2 가스는 수소(H) 함유 가스를 포함할 수 있으나, 각 가스는 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스 외에도 각각 아르곤(Ar), 제논(Ze) 및 헬륨(He) 등 중 적어도 하나의 비반응성 가스를 더 포함할 수 있다. 이 경우 비반응성 가스는 캐리어 가스의 역할을 하거나, 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있으며, 전원이 인가되는 경우 플라즈마 형성을 위한 방전 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 가스 및 제2 가스는 가스 분사부(300) 내에서 각각 별개의 경로를 따라 챔버(10) 내로 분리 공급된다. 즉, 제1 가스는 가스 분사부(300) 내에 형성된 제1 가스 공급 경로(110)를 따라 챔버(10) 내로 공급되며, 제2 가스는 가스 분사부(300) 내에 형성되어 제1 가스 공급 경로(110)와 연통되지 않는 제2 가스 공급 경로(210)를 따라 챔버(10) 내로 공급된다. 이와 같이 제1 가스 및 제2 가스를 가스 분사부(300) 내에서 각각 별개의 경로를 따라 챔버(10) 내로 공급함으로써, 가스 분사부(300) 내에서 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 가스 분사부(300)의 손상을 방지하고, 챔버(10) 내부를 보다 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
또한, 제1 가스 및 제2 가스를 공급하는 단계(S100)은 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 제1 가스와 제2 가스의 공급량을 제어하여 공급할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 전술한 바와 같이 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 제1 가스와 제2 가스의 공급량을 동일하게 제어하거나, 제1 가스 또는 제2 가스가 보다 다른 가스보다 많은 공급량으로 공급되도록 제어할 수 있다.
제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계(S200)는 제1 가스와 제2 가스를 챔버(10) 내부에 형성되는 플라즈마 영역에서 활성화시키고, 플라즈마 영역에서 활성화된 제1 가스와 제2 가스를 반응시켜 반응 가스를 생성한다. 이를 위하여, 전원 공급부(400)는 제1 전극(342) 및 제2 전극(344) 중 적어도 하나에 전원을 인가할 수 있으며, 제1 전극(342) 또는 제2 전극(344)에만 전원을 인가하거나, 제1 전극(342)과 제2 전극(344)에 서로 상이한 전원을 인가할 수도 있음은 전술한 바와 같다.
또한, 가스 분사부(300)에서 제1 전극(342)은 하부 프레임(320)의 하면에 하부로 돌출되도록 형성되어 가스 분사부(300)로부터 분사되는 가스의 분사 면을 따라 복수 개가 배열되어 형성될 수 있으며, 제2 전극(344)은 제1 전극(342)과 이격되도록 상기 제1 전극(342)의 주위를 따라 절연 플레이트(330)의 하면에 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극(342) 및 제2 전극(344)은 가스 분사부(300)의 분사 면을 따라 형성될 수 있으며, 이 경우 별도의 원격 플라즈마 소스(RPS: Remote Plasma Source)가 불필요하게 되고, 온도의 제약이 적을 뿐만 아니라, 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다. 가스 분사부(300) 및 제1 전극(342)과 제2 전극(344)의 상세 구조와 관련하여는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치와 관련하여 전술한 바와 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 반응 가스를 생성하는 단계(S200)는, 제1 가스를 가스 분사부(300)의 외부에서 활성화시키고, 제2 가스를 가스 분사부(300)의 내부로부터 활성화시킬 수 있다. 즉, 도 4에서 전술한 바와 같이 제1 가스가 제1 전극(342)을 관통하여 공급되는 경우, 제1 가스는 가스 분사부(300)의 외부에 형성되는 제1 플라즈마 영역(P1)에서 활성화된다. 또한, 제2 가스가 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간을 통하여 공급되는 경우, 제2 가스는 가스 분사부(300)의 내부에 해당하는 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이, 즉 제2 플라즈마 영역(P2)에서부터 활성화되어, 제1 플라즈마 영역(P1)에 걸쳐 활성화된다. 이에 의하여 반응 가스를 생성하는 단계(S200)는 제1 가스와 제2 가스를 서로 다른 크기의 플라즈마 영역에서 활성화시킬 수 있으며, 플라즈마가 형성되는 영역을 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 영역까지 확장시켜 챔버(10) 내의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 가스를 생성하기 위한 최적의 공급 경로로 제1 가스와 제2 가스를 분배시킬 수 있다.
또한, 활성화된 제1 가스와 제2 가스, 예를 들어 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스는 별개의 경로로 챔버(10) 내에 공급되어, 직접적으로 챔버(10)의 세정을 위한 세정 가스로도 일부 사용될 수 있지만, 활성화된 염소(Cl) 함유 가스와 활성화된 수소(H) 함유 가스는 상호 반응성이 높기 때문에, 가스 분사부(300)의 외부, 예를 들어 제1 플라즈마 영역(P1)에서 반응하게 되어, 챔버(10) 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스, 예를 들어 염화수소(HCl) 가스를 생성하게 된다. 생성된 염화수소(HCl) 가스는 챔버(10) 내에 퇴적되는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 식각하기 위한 주된 세정 가스가 된다.
반응 가스로 상기 챔버(10) 내의 부산물을 식각하는 단계(S300)는 생성된 반응 가스를 챔버(10) 내의 부산물과 물리 화학적으로 반응시켜 식각한다. 예를 들어, 염화수소(HCl) 가스는 챔버(10) 내에 퇴적되는 부산물과 물리 화학적으로 반응하여, 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 등으로부터 발생하는 아연 산화물 등의 유기 금속 산화물을 포함하는 부산물을 효율적으로 식각하여 1차 세정할 수 있다.
잔류물을 제거하는 단계(S400)는 전술한 부산물을 식각하는 단계(S300)에서 발생하는 챔버(10) 내의 잔류물을 챔버(10) 외부로 배출하여 제거한다. 여기서, 잔류물을 제거하는 단계(S400)는 상기 챔버를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 2차 세정하는 단계; 및 상기 챔버를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 3차 세정하는 단계;를 포함할 수 있다. 또한, 2차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분을 제거하는 단계;를 포함하고, 3차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 수소(H) 성분을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
활성화된 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 반응시켜 염화수소(HCl) 가스를 생성하고, 생성된 염화수소(HCl) 가스에 의하여 챔버(10) 내의 부산물을 식각하게 되면, 활성화된 염소(Cl) 함유 가스 및 염화수소(HCl) 가스에 의하여 발생하는 염소(Cl) 원자, 염소(Cl) 라디칼, 염소(Cl) 이온 및 전자를 포함하는 염소(Cl) 성분의 잔류물이 챔버(10) 내에 잔류하게 된다. 따라서, 이와 같은 염소(Cl) 성분의 잔류물을 제거하기 위하여 챔버(10) 내를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 수소 플라즈마 처리하여 2차 세정한다. 수소 플라즈마 처리를 위하여 수소 플라즈마는 원격 플라즈마를 이용하여 챔버(10) 내에 공급될 수도 있으나, 챔버(10) 내에 공급되는 수소(H) 함유 세정 가스를 활성화시켜 챔버(10) 내에서 직접 수행될 수 있으며, 제2 가스로 수소 가스(H2)를 사용하는 경우에는 제2 가스를 그대로 이용하여 수소 플라즈마 처리를 수행할 수도 있다. 이와 같은 수소 플라즈마 처리에 의하여 형성되는 수소(H) 라디칼은 염소(Cl) 성분과 반응하고, 이에 따라 챔버(10) 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분의 잔류물이 제거된다.
또한, 수소 플라즈마 처리 이후에는 활성화된 수소(H) 함유 가스 및 수소 플라즈마 처리 이후에 발생하는 수소(H) 원자, 수소(H) 라디칼, 수소(H) 이온 및 전자를 포함하는 수소(H) 성분의 잔류물이 챔버(10) 내에 잔류하게 된다. 따라서, 이와 같은 수소(H) 성분의 잔류물을 제거하기 위하여 챔버(10) 내를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 산소 플라즈마 처리하여 3차 세정한다. 산소 플라즈마는 수소 플라즈마의 경우와 동일하게 원격 플라즈마를 이용하여 챔버(10) 내에 공급될 수도 있으나, 챔버(10) 내에 공급되는 산소(O) 함유 세정 가스를 활성화시켜 챔버(10) 내에서 직접 수행될 수도 있다. 이 경우, 산소(O) 함유 세정 가스를 제공하는 산소(O) 함유 가스 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 산소(O) 함유 가스, 예를 들어 산소 가스(O2)는 가스 분사부(300)를 통하여 챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
여기서, 수소 플라즈마 처리를 위한 수소 함유 세정 가스와 산소 플라즈마 처리를 위한 산소 함유 세정 가스는 제1 가스 및 제2 가스 중 적어도 하나와 동일한 경로로 챔버(10) 내에 공급될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 가스 공급 경로(210)는 전원이 인가되는 제1 전극(342)과 제2 전극(344) 사이의 이격 공간으로 연결되도록 형성되므로, 수소 플라즈마 또는 산소 플라즈마를 고밀도로 보다 효율적으로 발생시키기 위하여 수소 플라즈마 처리 또는 산소 플라즈마 처리시에 공급되는 수소 함유 세정 가스 또는 산소 함유 세정 가스는 제2 가스 공급 경로(210)를 통하여 챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
이와 같은 1차 세정 단계, 2차 세정 단계 및 3차 세정 단계는 150℃ 이상, 350℃ 이하의 온도에서 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320) 중 적어도 하나의 내부에는 히팅 수단(312, 322)이 설치될 수 있는 바, 히팅 수단(312, 322)에 의한 가열에 의하여 각 세정 단계에서 챔버 내부는 150 내지 350℃의 온도로 제어될 수 있다. 이 경우 오링 및 관련 구조의 변형을 방지함과 동시에 부산물을 제거하기 위한 최적의 온도 범위를 가짐은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 방법은 기판 처리 과정과 인-시투(In-Situ)로 이루어질 수 있다. 즉, 기판 지지부(20)에 기판이 안착되어 예를 들어, 유기 금속 화학 기상 증착 공정이 수행되어 기판 상에 아연 산화물, 즉 인듐과 갈륨이 도핑된 아연 산화물(IGZO)이 증착되고, 증착이 완료되면 기판은 외부로 반출된다. 이후, 챔버(10) 내부를 세정하기 위하여 챔버(10) 내부로 공정 가스를 공급하지 않고, 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 포함하는 제1 가스 및 제2 가스를 공급한다. 전원이 인가되어 활성화된 제1 가스 및 제2 가스가 반응하여 염화수소(HCl) 가스가 생성되면, 챔버(10) 내부에서 부산물과 물리 화학적으로 반응하여 부산물이 식각되어 제거된다. 한편, 세정이 완료되고 나면, 제1 가스 및 제2 가스의 공급을 중단하고, 다시 기판을 챔버(10) 내부로 반입하여 유기 금속 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 의하면, 챔버(10) 내에 서로 다른 경로로 분리되어 공급되는 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고, 서로 반응시켜 생성되는 반응 가스로 챔버(10) 내의 부산물을 식각함으로써, 세정 과정에서 가스 분사부(300)가 식각 및 손상되고, 파티클이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 가스 분사부(300)의 분사 면을 따라 형성되는 제1 전극(342) 및 제2 전극(344)에 의하여 플라즈마를 형성하여 챔버(10) 내의 플라즈마 밀도를 향상시키고, 분리 공급되는 제1 가스 및 제2 가스를 서로 효과적으로 반응시킬 수 있다.
또한, 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나에 히팅 수단을 내장하여 챔버 내의 온도를 높이고, 세정을 위한 최적의 온도를 유지함으로써 챔버 내의 부산물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 챔버(10)를 분리하지 않고 인-시투 세정이 가능하게 되어, 작업 능률의 향상 및 높은 장치 재현성과 가동률을 확보할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 아연 산화물을 증착하는 챔버를 세정하는 방법으로서,
    상기 챔버 내에 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 공급하는 단계;
    상기 분리 공급된 가스를 상기 챔버 내에서 활성화시키고, 반응시켜 반응 가스를 생성하는 단계; 및
    상기 챔버를 상기 반응 가스로 1차 세정하는 단계;를 포함하는 챔버 세정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 공급하는 단계는,
    상기 염소(Cl) 함유 가스와 수소(H) 함유 가스를 분리하여 공급하는 챔버 세정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 가스는 염화수소(HCl) 가스를 포함하는 챔버 세정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 가스를 생성하는 단계는,
    상기 염소(Cl) 함유 가스를 가스 분사부의 외부에서 활성화시키고,
    상기 수소(H) 함유 가스를 가스 분사부의 내부로부터 활성화시키는 챔버 세정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 가스를 생성하는 단계는,
    상기 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 서로 다른 크기의 활성화 영역에서 활성화시키는 챔버 세정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 가스를 생성하는 단계는,
    상기 챔버 내에서 활성화된 염소(Cl) 함유 가스 및 수소(H) 함유 가스를 가스 분사부의 외부에서 반응시키는 챔버 세정 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버를 활성화된 수소(H) 함유 세정 가스로 2차 세정하는 단계; 및
    상기 챔버를 활성화된 산소(O) 함유 세정 가스로 3차 세정하는 단계;를 더 포함하는 챔버 세정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 2차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 염소(Cl) 성분을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 3차 세정하는 단계는, 상기 챔버 내에 잔류하는 수소(H) 성분을 제거하는 단계;를 포함하는 챔버 세정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 염소(Cl) 성분을 제거하는 단계는, 상기 챔버 내에서 수소(H) 함유 세정 가스를 활성화시켜 수행되고,
    상기 수소(H) 성분을 제거하는 단계는, 상기 챔버 내에서 산소(O) 함유 세정 가스를 활성화시켜 수행되는 챔버 세정 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 수소(H) 함유 세정 가스는, 상기 수소(H) 함유 가스와 동일한 경로로 상기 챔버 내에 공급되는 챔버 세정 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 1차 세정하는 단계, 2차 세정하는 단계 및 3차 세정하는 단계는 150 내지 350℃의 온도에서 이루어지는 챔버 세정 방법.
  12. 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부;
    제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부;
    챔버 내부에 설치되어, 상기 제1 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급 경로 및 상기 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급 경로가 분리되어 형성되는 가스 분사부;
    상기 가스 분사부와 연결되어, 상기 가스 분사부에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부; 및
    상기 제1 가스 및 제2 가스를 활성화시키고 서로 반응시켜 상기 챔버 내의 부산물을 식각하기 위한 반응 가스를 생성하도록, 상기 가스 분사부 및 전원 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하는 챔버 세정 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 가스 분사부는,
    상기 챔버 내부에 설치되는 상부 프레임; 및
    상기 상부 프레임으로부터 하부로 이격되어 설치되는 하부 프레임;을 포함하고,
    상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나의 내부에는 히팅 수단이 설치되는 챔버 세정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 히팅 수단은 상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나에 복수 개로 분할되어 설치되는 챔버 세정 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 상부 프레임 및 하부 프레임 중 적어도 하나의 내부에는 쿨링 수단이 설치되는 챔버 세정 장치.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 가스 분사부는,
    분사 면을 따라 복수 개가 배열되어 형성되는 제1 전극; 및
    상기 제1 전극과 이격되도록 상기 제1 전극의 주위에 형성되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 전원 공급부는,
    상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나에 전원을 인가하는 챔버 세정 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 가스 공급 경로는 상기 제1 전극을 관통하여 형성되고,
    상기 제2 가스 공급 경로는 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 공간으로 연결되도록 형성되는 챔버 세정 장치.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 가스, 제2 가스 및 반응 가스의 종류에 따라 상기 제1 가스 및 제2 가스의 공급량을 제어하는 챔버 세정 장치.
  19. 청구항 12에 있어서,
    산소(O) 함유 가스를 제공하는 산소(O) 함유 가스 제공부;를 더 포함하고,
    상기 가스 분사부는,
    상기 제1 가스 공급 경로 및 제2 가스 공급 경로 중 적어도 하나의 경로를 통하여 상기 챔버 내에 산소(O) 함유 가스를 공급하는 챔버 세정 장치.
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