WO2021006600A1 - 기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법 - Google Patents

기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법 Download PDF

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deposition
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김용현
김윤정
박창균
이재완
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주성엔지니어링(주)
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    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate

Definitions

  • the present invention relates to a method for cleaning a chamber of a substrate processing apparatus, and more particularly, to a method for cleaning a chamber including a stabilization process for preventing damage to the interior of the chamber.
  • semiconductor devices are manufactured by depositing various materials in the form of thin films on a substrate and patterning them.
  • several different processes such as a deposition process, an etching process, a cleaning process, and a drying process are performed.
  • the deposition process is for forming a thin film having properties required as a semiconductor device on the substrate.
  • a by-product including a deposition product is deposited not only in a desired region on the substrate but also inside a chamber in which the deposition process is performed.
  • chlorine (Cl) gas and hydrogen (H) gas are used. That is, hydrogen chloride (HCl) gas generated by a reaction between chlorine (Cl) gas and hydrogen (H) gas is removed by etching by-products deposited inside the chamber.
  • the inside of the chamber may have a partially different temperature.
  • a low temperature such as 150°C or lower, it is generated by an etching reaction between hydrogen chloride (HCl) and a by-product, and a product containing chlorine (Cl) is deposited and remains. I can.
  • HCl hydrogen chloride
  • the hydrogen chloride (HCl) may damage the chamber by corroding the interior of the chamber, for example, the inner wall of the chamber, the susceptor, and the gas injection part.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration KR 10-1232904
  • the present invention provides a chamber cleaning method capable of improving thin film properties.
  • the chamber cleaning method includes a chamber stabilization process of removing a substrate on which a thin film deposition process has been completed from a chamber and processing the inside of the chamber; Including, the chamber stabilization process, the cleaning process by spraying a cleaning gas into the chamber, etching by-products generated by the thin film deposition to clean; And injecting a gas containing at least one of aluminum (Al), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) into the chamber as a coating gas to form a protective film on the inner wall of the chamber and at least one surface of the components installed inside the chamber.
  • a coating process to create a Includes.
  • the cleaning gas contains at least one of chlorine (Cl) and hydrogen (H).
  • the cleaning process includes a process of generating plasma in the chamber.
  • the protective layer includes at least one of aluminum oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide.
  • the protective layer it is preferable to form the protective layer to a thickness of 100 ⁇ or more.
  • the chamber stabilization process includes a seasoning process performed after the coating process, and the seasoning process includes a process of spraying a deposition gas used in the deposition process.
  • the thickness of the seasoning thin film deposited inside the chamber by the seasoning process be 100 ⁇ or more.
  • the thin film deposited on the substrate by the deposition process may be a metal oxide film.
  • the metal oxide film deposited on the substrate by the deposition process may be an active layer of a thin film transistor.
  • zinc oxide (ZnO) may be formed by doping at least one of indium (In) and gallium (Ga).
  • the protective layer coating process is performed in situ.
  • parts inside the chamber and walls inside the chamber may be damaged during the chamber cleaning process using a corrosive gas or after the cleaning process.
  • the protective film coating process it is possible to suppress the reaction of the parts exposed to corrosion with moisture after the cleaning process. Therefore, it is possible to prevent or suppress the generation of corrosive substances such as hydrogen chloride (HCl), and thus, corrosion or damage to the interior of the chamber may be suppressed.
  • HCl hydrogen chloride
  • the inflow of impurities into the chamber can be effectively blocked, and thus, corrosion in the chamber can be more effectively prevented or suppressed.
  • FIG 3 is a flow chart showing a chamber cleaning method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a thin film transistor.
  • the chamber cleaning method according to the embodiments of the present invention is a process of depositing a thin film on a substrate (hereinafter, a thin film deposition process (S100)), after the deposition is completed, internal by-products are removed, and the inside of the chamber to prevent damage. And a process of cleaning and coating treatment (hereinafter, a chamber stabilization process (S200)).
  • a thin film deposition process (S100) and a chamber stabilization process (S200) are performed in situ in one substrate processing apparatus.
  • the chamber stabilization process (S200) is a chamber cleaning process (S210) of removing by-products inside the chamber after the thin film deposition process (S100) is finished, and a protective film coating process of coating a protective film inside the chamber after the cleaning is finished. It includes (S220).
  • the chamber stabilization process (S200) further includes a seasoning process (S230) of adjusting the interior of the chamber to be similar to the atmosphere of the subsequent deposition process after the passivation coating process (S220) is finished, as shown in FIG. Can include.
  • the thin film deposition may be referred to as a thin film deposition process (S100).
  • the chamber cleaning may be referred to as a chamber cleaning process (S210)
  • the protective layer coating may be referred to as a protective layer coating process (S220)
  • the seasoning may be referred to as a seasoning process (S230).
  • the deposition process (S100) of depositing a thin film on the substrate 10 and the chamber stabilization process (S200) are performed in situ, and the deposition process (S100) is a metal oxide. It may be a process of depositing a film.
  • the deposition process S100 using the substrate processing apparatus may be a process of forming a metal oxide thin film to form an active layer of a thin film transistor.
  • the metal oxide film, that is, the active layer formed in the deposition process S100 may be, for example, a thin film doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga) in zinc oxide (ZnO). That is, IZO thin film doped with indium (In) on zinc oxide (ZnO), GZO thin film doped with gallium (Ga) on zinc oxide (ZnO), and indium (In) and gallium (Ga) in zinc oxide (ZnO). It may be any one of doped IGZO thin films.
  • a substrate processing apparatus includes a chamber 100, first to third gas supply units 200, 300 and 400 for providing different types of gases, and first and third gas supply units.
  • a first path 541 through which the gas provided from the gas supply units 200 and 400 moves, and a second path 542 through which the gas provided from the second gas supply unit 300 moves are provided, and the inside of the chamber 100
  • it may include an RF power supply unit 700 for applying power to generate plasma inside the chamber 100.
  • the chamber 100 may include a process space in which a thin film can be formed on the substrate 10 carried into the interior.
  • the cross-sectional shape may be a square, a pentagon, a hexagon, or the like.
  • the shape of the interior of the chamber 100 can be variously changed, and it is preferable that it is provided to correspond to the shape of the substrate 10.
  • the injection unit 500 is disposed inside the chamber 100 to face the susceptor 600, and is arranged in the extending direction of the susceptor 600 to be spaced apart from each other (hereinafter, referred to as injection holes 511).
  • injection holes 511 One plate 510 and a plurality of nozzles 520 provided to be inserted into each of the plurality of injection holes 511 are included.
  • the injection unit 500 includes a second plate 530 and a first plate 510 and a second plate installed so as to be positioned between the upper wall of the chamber 100 and the first plate 510 within the chamber 100. It includes an insulating part 560 positioned between the plates 530.
  • the first plate 510 may be connected to the RF power supply unit 700, and the second plate 530 may be grounded.
  • the insulating part 560 serves to prevent electrical connection between the first plate 510 and the second plate 530.
  • the first plate 510 may have a plate shape extending in the extending direction of the susceptor 600.
  • a plurality of injection holes 511 are provided in the first plate 510, and each of the plurality of injection holes 511 is provided to penetrate the first plate 510 in the vertical direction.
  • the plurality of injection holes 511 are arranged in an extension direction of the first plate 510 or the susceptor 600.
  • Each of the plurality of nozzles 520 may have a shape extending in the vertical direction, and a passage through which gas can pass is provided, and upper and lower ends thereof are opened.
  • each of the plurality of nozzles 520 is installed so that at least a lower portion thereof is inserted into the injection hole 511 provided in the first plate 510 and the upper portion thereof is connected to the second plate 530. Accordingly, the nozzle 520 may be described as protruding downward from the second plate 530.
  • the outer diameter of the nozzle 520 is provided to be smaller than the inner diameter of the spray hole 511, and in the nozzle 520 is inserted and installed inside the spray hole 511, the outer peripheral surface of the nozzle 520 is the spray hole 511 It is installed to be spaced apart from the peripheral wall (that is, the inner wall of the first plate 510). Accordingly, the interior of the injection hole 511 is divided into an outer space of the nozzle 520 and an inner space of the nozzle 520.
  • the passage in the nozzle 520 within the injection hole 511 is a passage through which gas provided from the first and third gas supply units 200 and 400 is moved and injected.
  • the space outside the nozzle 520 within the injection hole 511 is a passage through which the gas provided from the second gas supply unit 300 is moved and injected.
  • the passage inside the nozzle 520 is referred to as a first path 541 and the outer space of the nozzle 520 in the injection hole 511 is referred to as a second path 542.
  • the second plate 530 is installed so that its upper surface is spaced apart from the upper wall of the chamber 100 and the lower surface is spaced apart from the first plate 510. Accordingly, an empty space is provided between the second plate 530 and the first plate 510 and between the second plate 530 and the upper wall of the chamber 100.
  • the upper space of the second plate 530 is a space in which gas provided from the first and third gas supply units 200 and 400 to be described later is diffused and moved (hereinafter, a gas diffusion space 550), and a plurality of nozzles ( It communicates with the upper opening of 520.
  • the gas diffusion space 550 is a space communicating with the plurality of first paths 541. Accordingly, the gas provided from the first and third gas supply units 200 and 400 and supplied to the gas diffusion space 550 is supplied through the plurality of first paths 541 and injected.
  • a gun drill (not shown), which is a passage through which gas is moved, is provided inside the second plate 530, and the gun drill is connected to the second transfer pipe 320 of the second gas supply unit 300 to be described later, It is provided to communicate with the second path 542. Accordingly, the gas provided from the second gas supply unit 300 may be injected to the substrate 10 through the second path 542 and the gun drill of the second plate 530.
  • the first to third gas supply units 200, 300, and 400 may supply different types of gases to the process space of the chamber.
  • the gas provided from the first gas supply unit 200 is used as the first gas
  • the gas provided from the second gas supply unit 300 is used as the second gas
  • the gas provided from the third gas supply unit 400 Is called the third gas.
  • the chamber cleaning method using the substrate processing apparatus according to the embodiment may be performed, and a deposition process and a chamber stabilization process are performed, and each of the deposition process and the chamber stabilization process is performed through a reactant between the first gas and the second gas.
  • a deposition process and a chamber stabilization process are performed, and each of the deposition process and the chamber stabilization process is performed through a reactant between the first gas and the second gas.
  • each of the first and second gas supply units 200 and 300 is provided to provide gas for a deposition process and a stabilization process for processing the interior of the chamber.
  • the second gas provided from the second gas supply unit 300 is a gas that reacts with the first gas provided from the first gas supply unit 200.
  • the third gas supply unit 400 provides gas for purge during the chamber processing process.
  • each of the first gas provided from the first gas supply unit 200 and the second gas provided from the second gas supply unit 300 includes a gas for deposition and a cleaning gas for processing the chamber. That is, each of the first gas and the second gas may include a gas for deposition, cleaning, and protective film coating.
  • the third gas provided from the third gas supply unit 400 includes a purge gas for purging when the protective film is coated during the chamber processing process.
  • the first gas supply unit 200 has a first storage unit 210 in which a first gas is stored, and one end is connected to the first storage unit 210, the other end is connected to the gas diffusion space 550, and has a first It includes a first transfer pipe 220 provided with a passage through which gas is moved. Accordingly, the first gas provided from the first storage unit 210 may be sprayed by moving to pass through the gas diffusion space 550, a plurality of nozzles 520, that is, a plurality of first paths 541.
  • the first storage unit 210 includes a first deposition gas storage unit 211 in which a gas for deposition (a first deposition gas) is stored, and a first cleaning gas storage unit 212 in which a gas for cleaning (a first cleaning gas) is stored. ) And a first coating gas storage unit 213 in which a gas (first coating gas) for coating a protective layer is stored.
  • the first deposition gas stored in the first deposition gas storage unit 211 is a source material gas for thin film deposition, and the first deposition gas storage unit 211 includes zinc (Zn) in a canister (not shown) of each source gas.
  • a source gas including, a source gas including indium (In), and a source gas including gallium (Ga) may be respectively stored and supplied to the chamber 100. That is, the first deposition gas supplied to the chamber 100 through the first transfer pipe 220 is a source gas including zinc (Zn), a source gas including indium (In), and a source gas including gallium (Ga). It may contain a source gas.
  • a source gas including zinc (Zn), a source gas including indium (In), and a source gas including gallium (Ga) are stored in one first deposition gas storage unit 211, or the first deposition
  • the gas storage unit 211 is divided into three storage units, so that a raw material gas containing zinc (Zn), a raw material gas containing indium (In), and a raw material gas containing gallium (Ga) are stored respectively. I can.
  • a raw material gas containing zinc (Zn) at least one of diethyl zinc (Zn(C 2 H 5 ) 2 ) (DEZ) and dimethyl zinc (Dimethyl Zinc; Zn(CH3)2) (DMZ) And at least one of trimethyl indium (In (CH 3 ) 3 ) (TMIn) and diethylamino propyl dimethyl indium (DADI) as a raw material gas containing indium (In) Can be used, and trimethyl gallium (Trimethyl Gallium; Ga (CH 3 ) 3 ) (TMGa) or the like can be used as a raw material gas containing gallium (Ga).
  • the first cleaning gas stored in the first cleaning gas storage unit 212 is a source raw material gas for removing by-products inside the chamber 100, and the first cleaning gas storage unit 212 contains, for example, chlorine (Cl).
  • the source gas can be stored. That is, the first cleaning gas may include a source gas including chlorine (Cl).
  • the source gas containing chlorine (Cl) at least one of Cl 2 , BCl 3 and ClF 3 may be used.
  • the first coating gas stored in the first coating gas storage unit 213 is a source material gas for coating a protective film inside the chamber 100 in which the cleaning process is completed.
  • a protective film is coated inside the chamber 100 after the cleaning process is completed, and the protective film may be formed of a metal oxide film. More specifically, the protective layer may be formed of any one of aluminum oxide such as Al 2 O 3 , zirconium oxide such as ZrO 2, and hafnium oxide such as HFO 2 .
  • the first coating gas storage unit 213 stores a source source gas for forming any one of aluminum oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide, for example, a source gas including aluminum (Al), zirconium (Zr). At least one of a source gas including a source gas and a source gas including hafnium (Hf) may be stored. That is, the first coating gas may include at least one of a source gas including aluminum (Al), a source gas including zirconium (Zr), and a source gas including hafnium (Hf).
  • TMA trimethylaluminum, A(CH 3 ) 3
  • TEMAZr Tetrakis (ethylmethylamino) Zr
  • Zr zirconium
  • TEMAH tetrakis-ethyl methyl amino hafnium, Hf[NC 2 H 5 CH 3 ] 4
  • TDEAH tetrakis-diethyl amino hafnium, Hf[N(C 2 H 5 ) 2 ) as a raw material gas containing hafnium (Hf) ] 4
  • TDMAH tetrakis-dimethyl amino hafnium, Hf[N(CH 3 ) 2 ] 4
  • Hf[N(C 3 H 7 ) 2 ] 4 Hf[N(C 4 H 9 ) 2 ] 4
  • At least one can be used.
  • the first transfer pipe 220 is a means for moving the first gas provided from the first storage unit 210 to the first path 541. That is, during the deposition process, the first deposition gas provided from the first deposition gas storage unit 211 moves to the plurality of nozzles 520 through the first transfer pipe 220 and the gas diffusion space 550. In addition, during the cleaning process, the first cleaning gas provided from the first cleaning gas storage unit 212 passes through the first transfer pipe 220 and the gas diffusion space 550 and moves to the plurality of nozzles 520. In addition, during the coating process, the first coating gas provided from the first coating gas storage unit 213 passes through the first transfer pipe 220 and the gas diffusion space 550 and moves to the plurality of nozzles 520.
  • the first transfer pipe 220 may have a pipe shape in which a passage through which gas can be moved is provided.
  • the valves 230a, 230b, and 230c may be installed.
  • the second gas supply unit 300 is connected to the second storage unit 310 in which the second gas is stored, and one end is connected to the second storage unit 310, and the other end is connected to a gun drill provided inside the second plate 530, It includes a second transfer pipe 320 in which a passage through which the second gas moves is provided. Accordingly, the second gas provided from the second storage unit 310 passes through the gun drill of the second transfer pipe 320 and the second plate 530, and then the second path 542 provided inside the first plate 510. ) Can be sprayed.
  • the second storage unit 310 includes a second deposition gas storage unit 311 in which a gas for deposition (a second deposition gas) is stored, and a second cleaning gas storage unit 312 in which a gas for cleaning (a second cleaning gas) is stored. ) And a second coating gas storage unit 313 in which a gas (second coating gas) for coating a protective layer is stored.
  • the second cleaning gas stored in the second cleaning gas storage unit 312 may be a reaction raw material gas that reacts with the first cleaning gas to generate a reactant for removing by-products. That is, the second cleaning gas may be a reactive raw material gas capable of reacting with the first cleaning gas while being a different gas from the first cleaning gas.
  • the second cleaning gas may be a raw material gas containing hydrogen (H).
  • H 2 , CH 4, and H 2 O may be used as a source gas containing hydrogen (H), that is, a second cleaning gas.
  • the second coating gas stored in the second coating gas storage unit 313 may be a reaction raw material gas that reacts with the first coating gas to generate a reactant for coating the protective layer. That is, the second coating gas may be a reactant raw material gas capable of reacting with the first coating gas while being a different gas from the first coating gas.
  • the first coating gas is a source gas containing any one of aluminum (Al), zirconium (Zr), and hafnium (Hf)
  • the second coating gas may be a gas containing oxygen (O).
  • a gas containing oxygen (O) that is, a second coating gas, at least one of pure oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), and ozone (O 3 ) may be used.
  • the second transfer pipe 320 may be a means for moving the second gas provided from the second storage unit 310 to the second path 542. That is, during the deposition process, the second deposition gas provided from the second deposition gas storage unit 311 passes through the gun drill provided in the second transfer pipe 320 and the second plate 530 and moves to the second path 542. , During the cleaning process, the second cleaning gas provided from the second cleaning gas storage unit 312 passes through the gun drill provided in the second transfer pipe 320 and the second plate 530 and moves to the second path 542, During the coating process, the second coating gas provided from the second coating gas storage unit 313 passes through the gun drill provided in the second transfer pipe 320 and the second plate 530 and passes through the second path 542. Go to. In addition, each of the second deposition gas, the second cleaning gas, and the second coating gas may be sprayed to the substrate through the second path 542.
  • the second transfer pipe 320 may be in the form of a pipe in which a passage through which gas can be moved is provided, and a straight long hole is formed in the second plate 530 of the chamber 100 to allow gas to flow. It may be in the form of a gun drill (not shown).
  • the valves 330a, 330b, and 330c may be installed.
  • both the second deposition gas and the second coating gas may be gases containing oxygen (O), and the same gas may be used.
  • the second storage unit 310 may store the second deposition gas storage unit 311 and the second coating gas. It may be provided to have any one of the parts 313.
  • the second storage unit 310 may include a second deposition gas storage unit 311 and a second coating gas storage unit 313 respectively storing different gases.
  • the third gas supply unit 400 has a third storage unit 410 in which a third gas is stored, and one end is connected to the third storage unit 410, the other end is connected to the gas diffusion space 550, and has a third It includes a third transfer pipe 420 provided with a passage through which gas is moved. Accordingly, the third gas provided from the third storage unit 410 may be sprayed by moving through the gas diffusion space 550, a plurality of nozzles 520, that is, a plurality of first paths 541.
  • the third transfer pipe 420 is a means for moving a third gas, that is, a purge gas, provided from the third storage unit 410 to the injection unit 500. That is, during the protective layer coating process, the third deposition gas provided from the third storage unit 410 passes through the third transfer pipe 420 and the gas diffusion space 550 and then moves to the plurality of nozzles 520.
  • a third gas that is, a purge gas
  • the third transfer pipe 420 may have a pipe shape in which a passage through which gas can be moved is provided.
  • a valve 430 may be installed that controls communication between the third storage unit 410 and the third transfer pipe 420 and adjusts the amount of gas transfer.
  • the susceptor 600 is disposed to face or face the injection unit 500 in the chamber 100.
  • the susceptor 600 may be located, for example, under the injection unit 500 in the chamber 100.
  • the susceptor 600 is provided in a shape corresponding to the shape of the substrate 10, and may be, for example, a square or a circular shape.
  • the area of the susceptor 600 is preferably provided to be larger than that of the substrate 10.
  • the susceptor 600 may have a built-in heater (not shown) and a cooling means (not shown), and target the susceptor 600 and the substrate 10 by operating at least one of the heater and cooling means. Can be adjusted by temperature.
  • the chamber 100, the injection unit 500, and the susceptor 600 described above may be made of a material including a metal, such as aluminum (Al).
  • the RF power supply unit 700 is a means for applying power to generate plasma in the chamber 100. More specifically, the RF power unit 700 is a means for applying RF power for generating plasma, and may be connected to the first plate 510 of the spray unit 500. Further, the RF power supply unit 700 may include an impedance matching circuit for matching the load impedance and the source impedance of the power source for generating plasma.
  • the impedance matching circuit may include two impedance elements composed of at least one of a variable capacitor and a variable inductor.
  • each of the susceptor 600 and the second plate 530 disposed opposite to the injection unit 500 may be configured to be grounded.
  • the RF power supply unit 700 applies RF power to the first plate 510 and connects the susceptor 600 and the second plate 530 to the ground, the second path 542 in the injection unit 500 And plasma may be generated in the space between the first plate 510 and the susceptor 600.
  • plasma when plasma is generated in the space between the first plate 510 and the susceptor 600, the plasma is generated closer to the injection portion than the susceptor 600. More specifically, plasma may be generated directly under the injection unit 500.
  • FIGS. 1 and 2 and FIG. 4 a chamber cleaning method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and FIG. 4.
  • the chamber cleaning method includes a thin film deposition process (S100) of depositing a thin film on a substrate 10, removing particles due to by-products generated during the deposition process after the thin film deposition is completed, and the chamber 100
  • a chamber stabilization process (S200) of processing the interior of the chamber 100 is included.
  • the thin film deposition process (S100) and the chamber stabilization process (S200) are performed in situ.
  • the substrate 10 is carried into the chamber 100 and mounted on the susceptor 600.
  • the thin film to be deposited in the thin film deposition process is the active layer 40 of the thin film transistor, and the active layer 40 is an IGZO film doped with zinc oxide (ZnO) with indium (In) and gallium (Ga).
  • the substrate 10 mounted on the susceptor 600 may be a substrate 10 on which a gate electrode 20 and a gate insulating layer 30 are stacked, as shown in FIG. 4.
  • a first deposition gas which is a source material gas for depositing an active layer through the first path 541 of the injection unit 500, and a reactive material gas for depositing an active layer through the second path 542,
  • the second deposition gas is injected.
  • the first gas supply unit 200 supplies the first and second deposition gases for depositing the active layer 40 through the first path 541 and the second gas supply unit 300 through the second path 542 do. That is, a first deposition gas including a source gas including zinc (Zn), a source gas including indium (In), and a source gas including gallium (Ga) is removed from the first deposition gas storage unit 211. It is provided by 1 conveying pipe 220. Accordingly, after the first deposition gas is moved to the gas diffusion space 550 through the first transfer pipe 220, the first deposition gas is supplied and sprayed through a plurality of first nozzles, that is, a plurality of first paths 541.
  • a first deposition gas including a source gas including zinc (Zn), a source gas including indium (In), and a source gas including gallium (Ga) is removed from the first deposition gas storage unit 211. It is provided by 1 conveying pipe 220. Accordingly, after the first deposition gas is moved to the gas diffusion space 550 through the
  • a second deposition gas containing oxygen is supplied from the second deposition gas storage unit 311 to the second transfer pipe 320. Accordingly, the second deposition gas moves through the second transfer pipe 320 and is supplied to the second path 542 in the first plate 510 through a gun drill flow path (not shown) inside the second plate 530. Then, it may be sprayed from the second path 542 into the process space.
  • the RF power supply 700 may apply RF power to the first plate 510.
  • plasma may be generated in the second path 542 in the injection unit 500 and in the space between the first plate 510 and the susceptor 600. have.
  • a reaction between the first deposition gas and the second deposition gas passing through or spraying the first path 541 and the second path 542 occurs, and the IGZO film, that is, the active layer 40 is formed on the gate insulating film 30. Can be.
  • plasma is formed by operating the RF power supply unit 700 in a deposition process for forming the active layer 40.
  • the present invention is not limited thereto, and the first deposition gas and the second deposition gas are not formed, and the temperature of the chamber 100 is raised to a high temperature to react with the thin film, that is, the active layer 40, the gate insulating film 30. Etc can be formed.
  • the substrate 10 may be carried out of the chamber 100.
  • a chamber stabilization process (S200) of processing the chamber 100 may be performed.
  • by-products may be deposited in the chamber 100. More specifically, by-products may be deposited on the inner wall of the chamber 100, the surface of the first plate 510, the surface of the nozzle 520, and the lower surface of the second plate 530. In addition, since the space between the first plate 510 and the second plate 530 is narrow, and plasma is generated in this space, the surface of the first plate 510 and the surface of the nozzle 520 compared to the inner wall of the chamber 100 , More by-products may be deposited on the lower surface of the second plate 530.
  • chamber cleaning is performed to remove by-products deposited in the chamber 100 during the deposition process of the active layer 40 (S210).
  • gas for chamber cleaning is supplied from each of the first and second gas supply units 200 and 300 to the injection unit 500. That is, the first cleaning gas containing chlorine (Cl) is supplied from the first cleaning gas storage unit 212 to the first transfer pipe 220. Accordingly, the first cleaning gas is supplied to the first path 541 of the injection unit 500 through the first transfer pipe 220 and is then injected from the first path 541.
  • a second cleaning gas containing hydrogen (H) is supplied from the second cleaning gas storage unit 312 to the second transfer pipe 320, the second cleaning gas moves through the second transfer pipe 320. Thus, it is supplied to the second path 542 of the injection unit 500, and then is sprayed from the second path 542.
  • the RF power supply unit 700 may apply RF power to the first plate 510. Accordingly, plasma may be generated in the space between the second path 542 and the first plate 510 and the susceptor 600 in the injection unit 500.
  • HCl hydrogen chloride
  • the generated hydrogen chloride (HCl) gas is deposited inside the chamber during the thin film deposition process, and reacts with by-products including metal oxides such as zinc oxide (refer to Scheme 1). Meanwhile, the by-products are deposited not only on the inner wall of the chamber 100, but also on various components exposed to the inner space of the chamber 100, such as the susceptor 600, the nozzle 520, and the injection unit 500.
  • the generated hydrogen chloride (HCl) gas is a by-product deposited inside the chamber 100, that is, deposited on the inner wall of the chamber 100, the susceptor 600 and the nozzle 520, the surface of the injection unit 500, etc. It reacts with by-products and removes them by etching.
  • products such as 2InCl 3 , ZnCl 2, and the like may be deposited by an etching reaction between hydrogen chloride (HCl) and by-products.
  • HCl hydrogen chloride
  • Al(H 2 O)6Cl 3 Al(OH) 3 + 3HCl + 3H 2 O
  • a protective film is coated inside the chamber 100 after the chamber is cleaned (S220). At this time, the chamber cleaning process and the protective film coating process are performed in situ.
  • the chamber protective film inside the chamber 100 it may be formed by an atomic layer deposition method (ALD) method in which a source gas, a purge gas, a reaction gas, and a purge gas are sequentially sprayed.
  • ALD atomic layer deposition method
  • first gas, purge gas, second gas, purge gas' is sequentially injected, and this injection cycle is repeated a plurality of times to coat the protective film.
  • it may be described as'first coating gas, purge gas, second coating gas, purge gas'.
  • the third gas is purged. That is, when a third gas, for example, nitrogen gas, which is a purge raw material is supplied from the third storage unit 410 to the first transfer pipe 220, the purge gas is transferred to the injection unit 500 through the first transfer pipe 220. After being supplied to the first path 541, it is sprayed and purged.
  • a third gas for example, nitrogen gas, which is a purge raw material
  • a second coating gas that reacts with the first coating gas is supplied to the injection unit 500. That is, when the second coating gas containing oxygen (O) is supplied from the second coating gas storage unit 313 to the second transfer pipe 320, the second coating gas moves through the second transfer pipe 320. Thus, after moving to the gun drill flow path (not shown) of the second plate 530, it is supplied to the second path 542 and sprayed into the process space in the chamber 100.
  • O oxygen
  • the second coating gas including oxygen (O) When the second coating gas including oxygen (O) is injected, the second coating gas reacts with the first coating gas, thereby generating at least one of aluminum oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide.
  • a reactant that is, at least one film of aluminum oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide is deposited or coated on the interior of the chamber 100, for example, on the inner wall of the chamber 100, the susceptor 600, and the surface of the spray unit 500.
  • the film coated by the reaction between the first coating gas and the second coating gas is a protective film.
  • the protective film is formed by an atomic layer deposition method (ALD) that proceeds in a cycle of'source gas, purge gas, reaction gas, purge gas'.
  • ALD atomic layer deposition method
  • the RF power supply unit 700 may be operated to generate plasma.
  • a protective film can be formed by a method of generating.
  • a protective film may be formed by operating the RF power supply unit 700 to generate plasma.
  • the residue including chlorine (Cl) remaining after the chamber cleaning process is coated by the protective film formed thereafter. Therefore, even if the chamber 100 is opened according to changes in the state of the substrate processing apparatus, process conditions, and external environment, and the interior of the chamber 100 is exposed to the atmosphere, residues deposited in the chamber 100 It can prevent or block exposure to the atmosphere.
  • the protective film blocks the reaction of moisture with the deposition film deposited in the chamber 100 during the cleaning process
  • the protective film may be referred to as a moisture permeation prevention film.
  • Such a protective film is formed to a thickness of 100 ⁇ or more. This is to prevent exposure of the sediment generated during the cleaning process.
  • the thickness of the protective layer is less than 100 ⁇ , the surface roughness may be poor, and the protective layer may not be partially coated or the thickness may be thin.
  • corrosive gas such as hydrogen chloride (HCl) may be generated and the interior of the chamber 100 may be corroded.
  • a protective layer is formed to a thickness of 100 ⁇ or more.
  • the upper limit of the thickness of the protective film is not particularly limited, but it may be preferably set to 1000 ⁇ or less in order to improve the operation efficiency and productivity of the substrate processing apparatus.
  • the protective film coating process is performed in 10 minutes or less.
  • the present invention is not limited thereto, and the time is not limited as long as the protective film can be formed with a target thickness of 100 ⁇ or more.
  • the substrate 10 which is the next deposition target, is charged into the chamber 100, and the deposition process as described above, for example, IGZO active layer deposition, may be performed.
  • the chamber stabilization process (S200) includes the chamber cleaning process (S210) and the protective film coating process (S220).
  • the chamber stabilization process S200 may further include a seasoning process S230 performed after the protective layer coating process S220 as in the second embodiment illustrated in FIG. 3. .
  • the seasoning process S230 is a process of treating the interior of the chamber 100 similarly to the environment during the next deposition process. That is, in the seasoning, gas used in the deposition process, that is, the first and second deposition gases, is separated from each of the first and second gas supply units 200 and 300 in a state in which there is no substrate 10 in the chamber 100. It may be a process of supplying to the master 500.
  • a reaction between the first deposition gas and the second deposition gas occurs, and accordingly, a seasoning thin film, that is, IGZO, is formed on the inside of the chamber 100, that is, the inner wall of the chamber 100, the susceptor 600, and the surface of the injection unit 500. Can be deposited.
  • seasoning may be performed without forming a plasma.
  • metal raw materials for forming the protective film such as aluminum (Al), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) At least one of them may be prevented or suppressed from acting as an impurity in a deposition film, such as an IGZO thin film deposited during the next deposition process. Accordingly, the performance of the thin film transistor may be improved, and there may be an effect of reducing the occurrence of variations in performance.
  • the thickness of the seasoning thin film is 100 ⁇ or more, because when the thickness is 100 ⁇ or more, the protective film effectively suppresses deterioration of the performance of the thin film deposited in the next deposition process, such as an IGZO thin film for an active layer.
  • the substrate 10 which is the next deposition target, is charged into the chamber 100 to perform the deposition process as described above.
  • the substrate is moved to the next process device to form the protective film 60 and the source and drain electrodes 50a and 50b, thereby fabricating a thin film transistor.
  • the protective layer coating process is performed. That is, a deposition film containing chlorine (Cl) deposited in the chamber 100 during or after the cleaning process is coated with a protective film to prevent a reaction between the deposition film and moisture. Accordingly, generation of hydrogen chloride (HCl), which is a corrosive material, can be prevented, and thus, corrosion, that is, damage to the interior of the chamber 100 can be prevented.
  • HCl hydrogen chloride
  • a seasoning process may be additionally added to the inside of the chamber 100.
  • the interior of the chamber 100 is formed in an atmosphere similar to that of the next deposition process, so that elements acting as impurities during the deposition process can be reduced, thereby improving thin film properties.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법은 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정을 포함하고, 챔버 안정화 공정은, 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정 및 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 챔버 내벽 및 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법
본 발명은 기판 처리 장치의 챔버 클리닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내부의 손상을 방지하기 위한 안정화 공정을 포함하는 챔버 클리닝 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 영역뿐만 아니라, 증착 공정이 수행되는 챔버 내부에도 증착물을 포함하는 부산물이 퇴적된다.
그리고, 챔버 내부에 퇴적되는 부산물들은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클(particle) 발생의 원인이 된다. 또한, 파티클은 기판 상에 형성되는 박막 내에 들어가거나, 박막 표면에 부착되어 결함 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 이러한 부산물들이 박리되기 이전에 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거할 필요가 있다.
챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거하는 세정 공정에서는 염소(Cl) 가스와 수소(H) 가스를 이용한다. 즉, 염소(Cl) 가스와 수소(H) 가스 간의 반응으로 생성된 염화수소(HCl) 가스가 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 식각함으로써, 이들이 제거된다.
한편, 챔버의 내부는 부분적으로 그 온도가 다를 수 있는데, 낮은 온도 예컨대 150℃ 이하인 부분에서는 염화수소(HCl)와 부산물 간의 식각 반응에 의해 생성되며, 염소(Cl)를 포함하는 생성물이 퇴적되어 잔류할 수 있다.
또한, 증착 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버를 오픈(open)해야 하는 일이 발생될 수 있다. 챔버가 오픈되면 챔버 내부가 대기에 노출되는데, 이때 세정 시 또는 세정 이후에 챔버 내부에 퇴적된 염소(Cl)를 포함하는 퇴적물이 대기 중 수분과 반응하며, 이에 염화수소(HCl)가 생성된다. 이 염화수소(HCl)는 챔버 내부 예컨대, 챔버 내벽, 서셉터 및 가스 분사부를 부식시켜 챔버를 손상시킬 수 있다.
(선행문헌)
(특허문헌 1) 한국등록특허 KR 10-1232904
본 발명은 챔버 내부의 손상을 방지할 수 있는 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명은 박막 특성을 향상시킬 수 있는 챔버 클리닝 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법은 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 상기 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정; 을 포함하고, 상기 챔버 안정화 공정은, 상기 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 상기 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정; 및 상기 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 상기 챔버 내벽 및 상기 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정; 을 포함한다.
상기 세정 가스는 염소(Cl), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 세정 공정은 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키는 공정을 포함한다.
상기 코팅 공정에 의해 형성된 보호막은 금속 산화물막을 포함한다.
상기 보호막은 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 챔버 안정화 공정은 상기 코팅 공정 이후에 실시되는 시즈닝 공정을 포함하고, 상기 시즈닝 공정은 증착 공정에서 사용되는 증착 가스를 분사하는 공정을 포함한다.
상기 시즈닝 공정에 의해 챔버 내부에 증착되는 시즈닝 박막의 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 박막은 금속 산화물막일 수 있다.
상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 금속 산화물막은 박막 트랜지스터의 활성층일 수 있다.
상기 증착 공정에서 상기 활성층을 형성하는데 있어서, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나를 도핑시켜 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 안정화 공정은, 챔버 내부의 세정 공정 종료 후 보호막 코팅 공정을 인시츄(in situ)로 실시한다.
보호막 코팅 공정은 부식성의 가스를 이용하는 챔버 세정 공정 시 또는 세정 공정 이후 챔버 내부의 파트 및 챔버 내부 벽면이 손상될 수 있다.
이에 보호막 코팅 공정을 실시함으로써, 세정 공정 이후 부식에 노출된 파트가 수분과 반응하는 것을 억제시킬 수 있다. 따라서, 부식성 물질 예컨대 염화수소(HCl)의 생성을 방지 또는 억제할 수 있어, 챔버 내부가 부식 즉 손상되는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 보호막 코팅 공정 이후에 챔버 내부에 시즈닝 공정을 인시츄(in situ)로 더 실시할 수 있다. 시즈닝 공정을 하는 경우, 챔버 내부가 다음 박막 증착 공정 시와 유사한 분위기로 조성되어, 박막 증착 공정 시에 불순물로 작용하는 요소들을 줄일 수 있어, 보호막 코팅 공정과 시즈닝 공정 완료 후 생성된 박막 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 소자 예컨대 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능 편차 발생이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 증착 공정과 챔버 안정화 공정을 인시츄(In situ)로 진행함에 따라, 챔버 내 불순물 유입을 효과적으로 차단할 수 있으며, 이로 인해 챔버 내 부식을 보다 효과적으로 방지 또는 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 박막 트랜지스터를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4는 박막 트랜지스터를 나타낸 도면으로, 본 발명의 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법에 대해 간략히 설명한다.
본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법은 기판 상에 박막을 증착하는 공정(이하, 박막 증착 공정(S100)), 증착이 종료된 후, 내부의 부산물을 제거하고, 손상 방지를 위해 챔버 내부를 세정 및 코팅 처리하는 공정(이하, 챔버 안정화 공정(S200))을 포함한다. 이때, 실시예들에 따른 챔버 안정화 공정 방법은 하나의 기판 처리 장치에서 박막 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)을 인시츄(in situ)로 진행한다.
여기서, 챔버 안정화 공정(S200)은 제 1 실시예와 같이 박막 증착 공정(S100) 종료 후 챔버 내부의 부산물을 제거하는 챔버 세정 공정(S210) 및 세정 종료 후 챔버 내부에 보호막을 코팅하는 보호막 코팅 공정(S220)을 포함한다.
또한, 챔버 안정화 공정(S200)은 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이 보호막 코팅 공정(S220) 종료 후, 챔버 내부를 이후 진행되는 증착 공정 분위기와 유사하게 조절하는 시즈닝 공정(S230)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 박막 증착은 박막 증착 공정(S100)으로 명명될 수 있다. 그리고, 챔버 세정은 챔버 세정 공정(S210), 보호막 코팅은 보호막 코팅 공정(S220), 시즈닝은 시즈닝 공정(S230)으로 명명될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법을 실시하는 기판 처리 장치를 설명한다.
기판 처리 장치는 상술한 바와 같이 기판(10) 상에 박막을 증착하는 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)을 인시츄(In situ)로 진행하는데, 상기 증착 공정(S100)은 금속 산화물막을 증착하는 공정일 수 있다.
보다 구체적인 예로, 기판 처리 장치를 이용한 증착 공정(S100)은 박막 트랜지스터의 활성층(active layer) 형성을 위해 금속 산화물 박막을 형성하는 공정일 수 있다. 그리고, 증착 공정(S100)에서 형성하는 금속 산화물막 즉, 활성층은 예컨대, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나가 도핑된 박막일 수 있다. 즉, 산화아연(ZnO)에 인듐(In)을 도핑한 IZO 박막, 산화아연(ZnO)에 갈륨(Ga)을 도핑한 GZO 박막, 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 IGZO 박막 중 어느 하나일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100), 각기 다른 종류의 가스를 제공하는 제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400), 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공된 가스가 이동하는 제 1 경로(541)와, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스가 이동하는 제 2 경로(542)를 구비하며, 챔버(100) 내부에 설치되어 가스를 분사하는 분사부(500), 챔버(100) 내부에 설치되어 분사부(500)와 대향 위치되며, 분사부(500)를 향하는 일면에 기판(10)이 안착되는 서셉터(600)를 포함한다.
또한, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전원을 인가하는 RF 전원부(700)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부로 반입된 기판(10) 상에 박막이 형성될 수 있는 공정 공간을 포함할 수 있다. 예컨대 그 단면의 형상이 사각형, 오각형, 육각형 등의 형상일 수 있다. 물론, 챔버(100) 내부의 형상은 다양하게 변경 가능하며, 기판(10)의 형상과 대응하도록 마련되는 것이 바람직하다.
분사부(500)는 챔버(100) 내부에서 서셉터(600)와 마주보도록 배치되며, 서셉터(600)의 연장 방향으로 나열되어 상호 이격 배치된 홀(이하 분사홀(511))이 마련된 제 1 플레이트(510) 및 복수의 분사홀(511) 각각에 삽입되도록 마련된 복수의 노즐(520)을 포함한다.
또한, 분사부(500)는 챔버(100) 내부에서 상기 챔버(100) 내 상부벽과 제 1 플레이트(510) 사이에 위치하도록 설치된 제 2 플레이트(530) 및 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 사이에 위치된 절연부(560)를 포함한다.
여기서, 제 1 플레이트(510)는 RF 전원부(700)와 연결되고, 제 2 플레이트(530)는 접지될 수 있다. 그리고, 절연부(560)는 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 간의 전기적인 연결을 방지해주는 역할을 한다.
제 1 플레이트(510)는 서셉터(600)의 연장 방향으로 연장 형성된 판 형상일 수 있다. 그리고, 제 1 플레이트(510)에는 복수의 분사홀(511)이 마련되는데, 복수의 분사홀(511) 각각은 제 1 플레이트(510)를 상하 방향으로 관통하도록 마련된다. 그리고 복수의 분사홀(511)은 제 1 플레이트(510) 또는 서셉터(600)의 연장 방향으로 나열 배치된다.
복수의 노즐(520) 각각은 상하 방향으로 연장된 형상일 수 있고, 그 내부에는 가스의 통과가 가능한 통로가 마련되어 있으며, 상단 및 하단이 개구되어 있다. 그리고, 복수의 노즐(520) 각각은 적어도 그 하부가 제 1 플레이트(510)에 마련된 분사홀(511)에 삽입되고, 상부는 제 2 플레이트(530)와 연결되도록 설치된다. 이에, 노즐(520)은 제 2 플레이트(530)로부터 하부로 돌출된 형상으로 설명될 수 있다.
노즐(520)의 외경은 분사홀(511)의 내경에 비해 작도록 마련되며, 노즐(520)이 분사홀(511) 내부에 삽입 설치되는데 있어서, 노즐(520)의 외주면이 분사홀(511) 주변벽(즉, 제 1 플레이트(510)의 내측벽)과 이격되도록 설치된다. 이에, 분사홀(511)의 내부는 노즐(520)의 외측 공간과, 노즐(520)의 내측 공간으로 분리되어진다.
분사홀(511) 내에서 노즐(520) 내 통로는 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 그리고, 분사홀(511) 내에서 노즐(520)의 외측 공간은 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다.
따라서, 이하에서는 노즐(520) 내 통로를 제 1 경로(541), 분사홀(511) 내부에서 노즐(520)의 외측 공간을 제 2 경로(542)라 명명한다.
제 2 플레이트(530)는 그 상부면이 챔버(100) 내 상부벽과 이격되고, 하부면이 제 1 플레이트(510)와 이격되도록 설치된다. 이에 제 2 플레이트(530)와 제 1 플레이트(510) 사이 및 제 2 플레이트(530)와 챔버(100) 상부벽 사이 각각에 빈 공간이 마련된다.
여기서, 제 2 플레이트(530)의 상측 공간은 후술되는 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)으로부터 제공된 가스가 확산 이동되는 공간(이하, 가스 확산 공간(550))으로서, 복수의 노즐(520)의 상측 개구와 연통된다. 다른 말로 설명하면, 가스 확산 공간(550)은 복수의 제 1 경로(541)와 연통된 공간이다. 이에, 제 1 및 제 3 가스 공급부(200, 400)로부터 제공되어 가스 확산 공간(550)으로 공급된 가스는 복수의 제 1 경로(541)로 공급되어 분사된다.
또한, 제 2 플레이트(530)의 내부에는 가스가 이동되는 통로인 건드릴(미도시)이 마련되어 있으며, 상기 건드릴은 후술되는 제 2 가스 공급부(300)의 제 2 이송관(320)과 연결되고, 제 2 경로(542)와 연통되도록 마련된다. 따라서, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공된 가스는 제 2 플레이트(530)의 건드릴, 제 2 경로(542)를 거쳐 기판(10)으로 분사될 수 있다.
제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400)는 서로 다른 종류의 가스를 챔버의 공정 공간으로 공급 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공되는 가스를 제 1 가스, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 가스를 제 2 가스, 제 3 가스 공급부(400)로부터 제공되는 가스를 제 3 가스라 명명한다.
그리고, 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 챔버 클리닝 방법을 실시 할 수 있으며, 증착 공정 및 챔버 안정화 공정을 진행하며, 증착 공정 및 챔버 안정화 공정 각각은 제 1 가스와 제 2 가스 간의 반응물을 통해 실시될 수 있다.
이에, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각은 증착 공정 및 챔버 내부를 처리하는 안정화 공정을 위한 가스를 제공하도록 마련된다. 이때, 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 제 2 가스는 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공된 제 1 가스와 반응하는 가스이다. 그리고, 제 3 가스 공급부(400)는 챔버 처리 공정 시에 퍼지를 위한 가스를 제공한다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 가스 공급부(200)로부터 제공되는 제 1 가스 및 제 2 가스 공급부(300)로부터 제공되는 제 2 가스 각각은 증착을 위한 가스 및 챔버 처리를 위한 세정 가스를 포함한다. 즉, 제 1 가스 및 제 2 가스 각각은 증착, 세정 및 보호막 코팅을 위한 가스를 포함할 수 있다. 그리고, 제 3 가스 공급부(400)로부터 제공되는 제 3 가스는 챔버 처리 공정 중 보호막 코팅시 퍼지를 위한 퍼지 가스를 포함한다.
이하, 제 1 내지 제 3 가스 공급부(200, 300, 400)에 대해 설명한다.
제 1 가스 공급부(200)는 제 1 가스가 저장된 제 1 저장부(210) 및 일단이 제 1 저장부(210)에 연결되고, 타단이 가스 확산 공간(550)과 연결되며, 내부에 제 1 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 1 이송관(220)을 포함한다. 이에, 제 1 저장부(210)로부터 제공된 제 1 가스는 가스 확산 공간(550), 복수의 노즐(520) 즉, 복수의 제 1 경로(541)를 통과하도록 이동하여 분사될 수 있다.
제 1 저장부(210)는 증착을 위한 가스(제 1 증착 가스)가 저장된 제 1 증착 가스 저장부(211), 세정을 위한 가스(제 1 세정 가스)가 저장된 제 1 세정 가스 저장부(212) 및 보호막 코팅을 위한 가스(제 1 코팅 가스)가 저장된 제 1 코팅 가스 저장부(213)를 포함할 수 있다.
제 1 증착 가스 저장부(211)에 저장된 제 1 증착 가스는 박막 증착을 위한 소스 원료 가스로서, 제 1 증착 가스 저장부(211)에는 각각의 소스 가스의 캐니스터(미도시)에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 각각 저장되어 챔버(100)로 공급 될 수 있다. 즉, 제 1 이송관(220)을 통해 챔버(100)로 공급되는 제 1 증착 가스는 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스 를 포함할 수 있다.
이때, 하나의 제 1 증착 가스 저장부(211)에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 저장되거나, 제 1 증착 가스 저장부(211)가 3 개의 저장부로 분할 구성되어, 각각에 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스가 각기 저장될 수 있다.
여기서, 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스로 디에틸징크(Diethyl Zinc; Zn(C2H5)2)(DEZ) 및 디메틸징크(Dimethyl Zinc; Zn(CH3)2)(DMZ) 중 적어도 하나를 이용할 수 있고, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스로 트리메틸인듐(Trimethyl Indium; In(CH3)3)(TMIn) 및 디에틸아미노 프로필 디메틸 인듐(Diethylamino Propyl Dimethyl Indium)(DADI) 중 적어도 하나를 이용할 수 있으며, 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스로 트리메틸갈륨(Trimethyl Gallium; Ga(CH3)3)(TMGa) 등을 이용할 수 있다.
제 1 세정 가스 저장부(212)에 저장된 제 1 세정 가스는 챔버(100) 내부의 부산물을 제거하기 위한 소스 원료 가스로서, 제 1 세정 가스 저장부(212)에는 예컨대 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스가 저장될 수 있다. 즉, 제 1 세정 가스는 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스는 Cl2, BCl3 및 ClF3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 1 코팅 가스 저장부(213)에 저장된 제 1 코팅 가스는 세정 공정이 종료된 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅하기 위한 소스 원료 가스이다.
실시예에서는 세정 공정이 종료된 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅하는데, 보호막은 금속 산화물막으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 보호막은 Al2O3와 같은 알루미늄 산화물, ZrO2와 같은 지르코늄 산화물 및 HFO2와 같은 하프늄 산화물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이에, 제 1 코팅 가스 저장부(213)에는 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 어느 하나를 형성하기 위한 소스 원료 가스가 저장되며, 예컨대, 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스 및 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스 중 적어도 하나가 저장될 수 있다. 즉, 제 1 코팅 가스는 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스 및 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 알루미늄(Al)을 포함하는 원료 가스로 TMA(trimethylaluminum, A(CH3)3)를 사용할 수 있고, 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스는 TEMAZr(Tetrakis(ethylmethylamino)Zr)를 사용할 수 있으며, 하프늄(Hf)을 포함하는 원료 가스로 TEMAH(tetrakis - ethyl methyl amino hafnium, Hf[NC2H5CH3]4), TDEAH(tetrakis - diethyl amino hafnium, Hf[N(C2H5)2]4), TDMAH(tetrakis - dimethyl amino hafnium, Hf[N(CH3)2]4), Hf[N(C3H7)2]4 , Hf[N(C4H9)2]4 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 1 이송관(220)은 제 1 저장부(210)로부터 제공된 제 1 가스를 제 1 경로(541)로 이동시키는 수단이다. 즉, 증착 공정시 제 1 증착 가스 저장부(211)로부터 제공된 제 1 증착 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 거쳐 복수의 노즐(520)로 이동한다. 또한, 세정 공정 시 제 1 세정 가스 저장부(212)로부터 제공된 제 1 세정 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 통과하여 복수의 노즐(520)로 이동한다. 또한, 코팅 공정 시 제 1 코팅 가스 저장부(213)로부터 제공된 제 1 코팅 가스가 제 1 이송관(220) 및 가스 확산 공간(550)을 통과하여 복수의 노즐(520)로 이동한다.
이러한 제 1 이송관(220)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 그리고, 제 1 증착 가스 저장부(211), 제 1 세정 가스 저장부(212) 및 제 1 코팅 가스 저장부(213) 각각과 제 1 이송관(220) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(230a, 230b, 230c)가 설치될 수 있다.
제 2 가스 공급부(300)는 제 2 가스가 저장된 제 2 저장부(310) 및 일단이 제 2 저장부(310)에 연결되고, 타단이 제 2 플레이트(530) 내부에 마련된 건드릴과 연결되며, 내부에 제 2 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 2 이송관(320)을 포함한다. 이에, 제 2 저장부(310)로부터 제공된 제 2 가스는 제 2 이송관(320), 제 2 플레이트(530)의 건드릴을 통과한 후, 제 1 플레이트(510) 내부에 마련된 제 2 경로(542)를 통해 분사될 수 있다.
제 2 저장부(310)는 증착을 위한 가스(제 2 증착 가스)가 저장된 제 2 증착 가스 저장부(311), 세정을 위한 가스(제 2 세정 가스)가 저장된 제 2 세정 가스 저장부(312) 및 보호막 코팅을 위한 가스(제 2 코팅 가스)가 저장된 제 2 코팅 가스 저장부(313)를 포함한다.
제 2 증착 가스 저장부(311)에 저장된 제 2 증착 가스는 제 1 증착 가스와 반응하여 박막 증착을 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 증착 가스는 제 1 증착 가스와 다른 가스이면서, 상기 제 1 증착 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있고, 예컨대 제 2 증착 가스는 산소(O)를 포함하는 원료 가스일 수 있다. 여기서, 산소(O)를 포함하는 원료 가스 즉, 제 2 증착 가스로, 순수 산소(O2), 아산화질소(N2O) 및 오존(O3) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 세정 가스 저장부(312)에 저장된 제 2 세정 가스는 제 1 세정 가스와 반응하여 부산물 제거를 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 세정 가스는 제 1 세정 가스와 다른 가스이면서, 제 1 세정 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있고, 예컨대, 제 2 세정 가스는 수소(H)를 포함하는 원료 가스일 수 있다. 여기서, 수소(H)를 포함하는 원료 가스 즉 제 2 세정 가스로 H2, CH4 및 H2O 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 코팅 가스 저장부(313)에 저장된 제 2 코팅 가스는 제 1 코팅 가스와 반응하여 보호막 코팅을 위한 반응물을 생성하는 반응 원료 가스일 수 있다. 즉, 제 2 코팅 가스는 제 1 코팅 가스와 다른 가스이면서, 제 1 코팅 가스와 반응 가능한 반응 원료 가스일 수 있다. 상술한 바와 같이 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 어느 하나를 보호막을 형성하고, 제 1 코팅 가스가 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 어느 하나를 포함하는 원료 가스일 때, 제 2 코팅 가스는 산소(O)를 포함하는 가스일 수 있다. 여기서, 산소(O)를 포함하는 가스 즉, 제 2 코팅 가스로, 순수 산소(O2), 아산화질소(N2O) 및 오존(O3) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제 2 이송관(320)은 제 2 저장부(310)로부터 제공된 제 2 가스를 제 2 경로(542)로 이동시키는 수단 일 수 있다. 즉, 증착 공정시 제 2 증착 가스 저장부(311)로부터 제공된 제 2 증착 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동하고, 세정 공정 시 제 2 세정 가스 저장부(312)로부터 제공된 제 2 세정 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동하며, 코팅 공정 시 제 2 코팅 가스가 제 2 코팅 가스 저장부(313)로부터 제공된 제 2 코팅 가스가 제 2 이송관(320) 및 제 2 플레이트(530)에 마련된 건드릴을 통과하여 제 2 경로(542)로 이동한다. 그리고, 제 2 증착 가스, 제 2 세정 가스 및 제 2 코팅 가스 각각은 제 2 경로(542)를 통해 기판으로 분사될 수 있다.
이러한 제 2 이송관(320)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있으며, 챔버(100)의 제 2 플레이트(530)에 일직선의 긴 홀을 내어 가스를 유동 시키는 건드릴(미도시) 형태 일 수 있다.
그리고, 제 2 증착 가스 저장부(311), 제 2 세정 가스 저장부(312) 및 제 2 코팅 가스 저장부(313) 각각과 제 2 이송관(320) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(330a, 330b, 330c)가 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 증착 가스 및 제 2 코팅 가스는 모두 산소(O)를 포함하는 가스일 수 있고, 동일한 가스를 사용할 수 있다. 이렇게, 박막 증착을 위한 제 2 증착 가스와 보호막 코팅을 위한 제 2 코팅 가스로 동일한 가스를 사용하는 경우, 제 2 저장부(310)는 제 2 증착 가스 저장부(311) 및 제 2 코팅 가스 저장부(313) 중 어느 하나를 구비하도록 마련될 수 있다.
물론, 제 2 증착 가스와 제 2 코팅 가스로 서로 다른 가스를 사용할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 2 저장부(310)는 서로 다른 가스를 각기 저장하는 제 2 증착 가스 저장부(311)와 제 2 코팅 가스 저장부(313)가 별도로 마련될 수 있다.
제 3 가스 공급부(400)는 제 3 가스가 저장된 제 3 저장부(410) 및 일단이 제 3 저장부(410)에 연결되고, 타단이 가스 확산 공간(550)과 연결되며, 내부에 제 3 가스가 이동되는 통로가 마련된 제 3 이송관(420)을 포함한다. 이에, 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 가스는 가스 확산 공간(550), 복수의 노즐(520) 즉, 복수의 제 1 경로(541)를 통과하도록 이동하여 분사될수 있다.
제 3 저장부(410)는 보호막 형성 시 퍼지를 위한 가스(이하, 퍼지 가스)가 저장된다. 제 3 저장부(410)에 저장된 퍼지 가스는 불활성 가스 예컨대 질소 가스일 수 있다.
제 3 이송관(420)은 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 가스 즉, 퍼지 가스를 분사부(500)로 이동시키는 수단이다. 즉, 보호막 코팅 공정시 제 3 저장부(410)로부터 제공된 제 3 증착 가스가 제 3 이송관(420) 및 가스 확산 공간(550)을 통과한 후, 복수의 노즐(520)로 이동한다.
이러한 제 3 이송관(420)은 내부에 가스의 이동이 가능한 통로가 마련된 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 그리고, 제 3 저장부(410)와 제 3 이송관(420) 간의 연통을 제어하고, 가스 이송량을 조절하는 밸브(430)가 설치될 수 있다.
서셉터(600)는 챔버(100) 내부에서 분사부(500)와 마주보도록 또는 대향 배치된다. 이때 서셉터(600)는 예컨대 챔버(100) 내부에서 분사부(500)의 하측에 위치될 수 있다. 이러한 서셉터(600)는 기판(10)의 형상과 대응하는 형상으로 마련되며, 예컨대 사각형, 원형일 수 있다. 그리고 서셉터(600)의 면적은 기판(10)에 비해 크도록 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 서셉터(600)는 히터(미도시) 및 냉각 수단(미도시)이 내장된 구성일 수 있으며, 히터 및 냉각 수단 중 적어도 하나를 동작시켜 서셉터(600) 및 기판(10)을 목표 온도로 조절할 수 있다.
상술한 챔버(100), 분사부(500), 서셉터(600)는 금속 예컨대 알루미늄(Al)을 포함하는 재료로 마련될 수 있다.
RF 전원부(700)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성시키는 전원을 인가하는 수단이다. 보다 구체적으로 RF 전원부(700)는 플라즈마 발생을 위한 RF 전원을 인가하는 수단으로, 분사부(500)의 제 1 플레이트(510)에 연결될 수 있다. 또한, RF 전원부(700)는 플라즈마 발생을 위한 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 매칭 회로를 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 2개의 임피던스 소자를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 분사부(500)와 대향 배치된 서셉터(600) 및 제 2 플레이트(530) 각각은 접지되는 것으로 구성될 수 있다.
따라서, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)에 RF 전원을 인가하고, 서셉터(600) 및 제 2 플레이트(530)를 접지 연결하면, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다.
여기서, 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성되는데 있어서, 서셉터(600)에 비해 분사부와 가깝게 플라즈마가 생성된다. 보다 구체적으로 분사부(500)의 바로 하측에 플라즈마가 생성될 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2와, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버 클리닝 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 챔버 클리닝 방법은 기판(10) 상에 박막을 증착하는 박막 증착 공정(S100), 박막 증착이 종료된 후 증착 공정시 발생된 부산물에 의한 파티클을 제거하고, 챔버(100) 내부의 손상을 방지하기 위해 챔버(100) 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정(S200)을 포함한다. 여기서, 박막 증착 공정(S100)과 챔버 안정화 공정(S200)은 인시츄(In situ)로 진행된다.
먼저, 박막 증착 공정(S100)을 위해, 기판(10)을 챔버(100) 내부로 반입시켜 서셉터(600) 상에 안착시킨다.
여기서, 박막 증착 공정(S100)에서 증착하고자 하는 박막은 박막 트랜지스터의 활성층(40)이고, 활성층(40)은 산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga)이 도핑된 IGZO 막 인 것으로 예를들어 설명한다. 이에, 서셉터(600) 상에 안착되는 기판(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 그 상부에 게이트 전극(20)과 게이트 절연막(30)이 적층된 기판(10)일 수 있다.
활성층(40) 박막 증착을 위해, 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 활성층 증착을 위한 소스 원료 가스인 제 1 증착 가스, 제 2 경로(542)로 활성층 증착을 위한 반응 원료 가스인 제 2 증착 가스를 분사시킨다.
이를 위해, 제 1 가스 공급부(200)는 제 1 경로(541)로, 제 2 가스 공급부(300)는 제 2 경로(542)로 활성층(40) 증착을 위한 제 1 및 제 2 증착 가스를 공급한다. 즉, 제 1 증착 가스 저장부(211)로부터 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스 및 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스를 포함하는 제 1 증착 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 증착 가스는 제 1 이송관(220)을 통해 가스 확산 공간(550)으로 이동한 후, 복수의 제 1 노즐 즉, 복수의 제 1 경로(541)로 공급되어 분사된다. 또한, 제 2 증착 가스 저장부(311)로부터 산소를 포함하는 제 2 증착 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급한다. 이에, 제 2 증착 가스는 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 제 2 플레이트(530) 내부의 건드릴 유로(미도시)를 통해 제 1 플레이트(510) 내의 제 2 경로(542)로 공급되고, 이후 제 2 경로(542)로부터 공정 공간으로 분사 될 수 있다.
제 1 및 제 2 증착 가스가 분사될 때, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)로 RF 전원을 인가할 수 있다. 제 1 플레이트(510)로 RF 전원이 인가되면, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다. 이때, 제 1 경로(541) 및 제 2 경로(542)를 통과 또는 분사되는 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스 간의 반응이 일어나, 게이트 절연막(30) 상에 IGZO 막 즉 활성층(40)이 형성될 수 있다.
상술한 예에서는 활성층(40) 형성을 위한 증착 공정에서 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 형성하는 것을 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 형성시키지 않고, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사하고 챔버(100)의 온도를 고온으로 올려 반응시켜 박막 즉, 활성층(40), 게이트 절연막(30) 등이 형성 될 수 있다. 활성층(40) 증착 공정이 종료되면, 기판(10)을 챔버(100) 외부로 반출 할 수 있다.
이후, 챔버(100)를 처리하는 챔버 안정화 공정(S200)이 수행 될 수 있다.
한편, 활성층(40) 증착 공정시에 챔버(100) 내부에 부산물이 퇴적될 수 있다. 보다 구체적으로, 챔버(100) 내벽, 제 1 플레이트(510) 표면 및 노즐(520)의 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 부산물이 퇴적될 수 있다. 그리고, 제 1 플레이트(510)와 제 2 플레이트(530) 사이의 공간이 좁고, 이 공간에서 플라즈마가 생성되므로, 챔버(100) 내벽에 비해 제 1 플레이트(510) 표면 및 노즐(520)의 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 더 많은 부산물이 퇴적될 수 있다.
챔버 안정화 공정(S200)을 실시하는데 있어서, 먼저 활성층(40) 증착 공정시에 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 제거하는 챔버 세정을 실시한다(S210)
이를 위해, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각으로부터 챔버 세정을 위한 가스가 분사부(500)로 공급한다. 즉, 제 1 세정 가스 저장부(212)로부터 염소(Cl)를 포함하는 제 1 세정 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 세정 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급되고, 이후 제 1 경로(541)로부터 분사된다. 또한, 제 2 세정 가스 저장부(312)로부터 수소(H)를 포함하는 제 2 세정 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급하면, 제 2 세정 가스가 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 분사부(500)의 제 2 경로(542)로 공급되고, 이후 제 2 경로(542)로부터 분사된다.
분사부(500)를 통해 제 1 및 제 2 세정 가스가 분사되는 동안, RF 전원부(700)는 제 1 플레이트(510)로 RF 전원을 인가 할 수 있다. 이에, 분사부(500) 내 제 2 경로(542) 및 제 1 플레이트(510)와 서셉터(600) 사이의 공간에 플라즈마(plasma)가 생성 될 수 있다.
따라서, 제 1 세정 가스와 제 2 세정 가스 간의 반응이 일어나, 염화수소(HCl) 가스가 생성된다. 생성된 염화수소(HCl) 가스는 박막 증착 공정시 챔버 내부에 퇴적되며, 아연 산화물 등의 금속 산화물을 포함하는 부산물과 식각 반응한다(반응식 1 참조). 한편, 부산물은 챔버(100)의 내벽뿐만 아니라, 챔버(100)의 내부 공간으로 노출되는 다양한 구성품 예컨대 서셉터(600), 노즐(520), 분사부(500) 등에 퇴적된다.
이에, 생성된 염화수소(HCl) 가스는 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물 즉, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 노즐(520), 분사부(500) 등의 표면에 퇴적되어 있는 부산물과 반응하여 이들을 식각하여 제거한다.
반응식 1)
In2Ga2Zn1O7 + 7H2 + 4Cl2 = 2InCl3 + ZnCl2 + 7H2O
한편, 챔버(100) 내부에서 온도가 낮은 보다 구체적으로 150℃ 이하인 부분에서는 염화수소(HCl)와 부산물 간의 식각 반응에 의한 생성물 예컨대 2InCl3, ZnCl2 등이 퇴적되어 잔류할 수 있다.
그리고, 챔버(100) 세정이 종료된 후, 증착 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버(100)를 오픈(open)해야 하는 일이 발생될 수 있다. 챔버(100)가 오픈되면 챔버(100) 내부가 대기에 노출되는데, 이때 챔버(100) 내부에 염소(Cl)를 포함하는 잔류물 즉, 2InCl3, ZnCl2 등이 대기 중 수분과 반응하며, 이에 염화수소(HCl)가 생성된다(반응식 2 내지 4 참조). 이 염화수소(HCl)는 챔버(100) 내부 예컨대, 챔버(100) 내벽, 분사부(500) 및 서셉터(600)를 부식시켜 손상시킬 수 있다.
반응식 2)
InCl3 + H2O = InOCl + HCl + H2O
반응식 3)
ZnCl2 + 2H2O = ZnCl(OH) + HCl + H2O
반응식 4)
Al(H2O)6Cl3 = Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O
따라서, 본원발명의 실시예들에서는 챔버 세정 공정의 잔류물에 의한 챔버(100) 내부의 부식을 방지 또는 억제하기 위하여, 챔버 세정 종료 후 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅한다(S220). 이때, 챔버 세정 공정과 보호막 코팅 공정을 인시츄(In situ)로 진행한다.
챔버(100) 내부에 챔버 보호막 코팅하는데 있어서, '소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스' 순으로 분사하여 진행하는 원자층 증착 방법(ALD) 방법으로 형성할 수 있다. 다른 말로 설명하면, '제 1 가스, 퍼지 가스, 제 2 가스, 퍼지 가스' 순으로 분사하며, 이 분사 사이클을 복수회 반복하여 보호막을 코팅한다. 또한, '제 1 코팅 가스, 퍼지 가스, 제 2 코팅 가스, 퍼지 가스'로 설명 될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 제 1 코팅 가스 저장부(213)로부터 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 원료 가스를 포함하는 제 1 코팅 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공한다. 이에, 제 1 코팅 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급되어 챔버(100) 내 공정 공간으로 분사 될 수 있다.
다음으로, 제 3 가스를 퍼지한다. 즉, 제 3 저장부(410)로부터 퍼지 원료인 제 3 가스 예컨대, 질소 가스를 제 1 이송관(220)으로 제공하면, 퍼지 가스는 제 1 이송관(220)을 거쳐 분사부(500)의 제 1 경로(541)로 공급된 후, 분사되어 퍼지된다.
이후, 분사부(500)로 제 1 코팅 가스와 반응하는 제 2 코팅 가스를 공급한다. 즉, 제 2 코팅 가스 저장부(313)로부터 산소(O)를 포함하는 제 2 코팅 가스를 제 2 이송관(320)으로 공급하면, 제 2 코팅 가스가 제 2 이송관(320)을 통해 이동하여 제 2 플레이트(530)의 건드릴 유로(미도시)로 이동한 후, 제 2 경로(542)로 공급되어 챔버(100)내 공정 공간으로 분사된다.
산소(O)를 포함하는 제 2 코팅 가스가 분사되면, 상기 제 2 코팅 가스가 제 1 코팅 가스와 반응하며, 이에 알루미늄 산화물, 지르코늄산화물 및 하프늄산화물 중 적어도 하나의 반응물이 생성된다. 그리고, 반응물 즉, 알루미늄 산화물, 지르코늄산화물 및 하프늄산화물 중 적어도 하나의 막이 챔버(100) 내부 예컨대, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 분사부(500)의 표면에 증착 또는 코팅된다. 그리고 분사부(500) 중에서도, 노즐(520)의 외주면, 제 1 경로(541)를 구획하는 제 1 플레이트(510)의 내측 표면, 제 1 플레이트(510)의 외측 표면, 제 2 플레이트(530)의 하부면에 증착 될 수 있다. 이와 같이 제 1 코팅 가스와 제 2 코팅 가스와의 반응에 의해 코팅되는 막이 보호막이다.
다음으로, 제 3 가스 공급부(400)를 통해 퍼지 가스를 분사하면, 제 1 코팅 가스와 제 2 코팅 가스 간의 반응 부산물이 퍼지 될 수 있다.
상기에서는 '소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스' 사이클로 진행되는 원자층 증착 방법(ALD)으로 보호막을 형성하는 것을 설명하였다.
하지만 이에 한정되지 않고, 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스를 순차적으로 분사한 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 형성할 수 있다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 코팅 가스, 제 3 가스인 퍼지 가스, 제 2 코팅 가스를 순차적으로 분사한 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 형성할 수 있다.
또 다른 방법으로, 소스 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 분사한 후, 퍼지 가스의 분사가 종료되기 전에 반응 가스를 분사하기 시작하고, 반응 가스의 분사가 종료된 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 보호막을 형성할 수 있다.
이를 다른 말로 설명하면, 제 1 코팅 가스 및 제 3 가스인 퍼지 가스를 순차적으로 분사한 후, 퍼지 가스의 분사가 종료되기 전에 제 2 코팅 가스를 분사하기 시작하고, 제 2 코팅 가스의 분사가 종료된 후에 RF 전원부(700)를 동작시켜 플라즈마를 생성시키는 방법으로 보호막을 형성할 수 있다.
이러한 보호막 코팅 공정에 의해, 챔버 세정 공정 이후에 잔류된 염소(Cl)를 포함하는 잔류물이 그 이후에 형성되는 보호막에 의해 코팅된다. 따라서, 기판 처리 장치의 상태, 공정 조건 및 외부 환경 등의 변화에 따라 챔버(100)를 오픈(open)하여 챔버(100) 내부가 대기에 노출되더라도, 챔버(100) 내부에 퇴적되어 있는 잔류물이 대기 중으로 노출되는 것을 방지 또는 차단할 수 있다.
따라서, 세정 공정 중 발생된 퇴적물 중 염소(Cl)와 수분 간의 반응이 방지 된다. 이에 따라 염소(Cl)와 수분 간의 반응으로 인한 염화수소(HCl)와 같은 부식성 가스의 발생이 방지되어, 챔버(100) 내부가 부식 즉 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 보호막은 세정 공정 중 챔버(100) 내에 퇴적된 퇴적막과 수분이 반응하는 것을 차단하므로, 보호막은 수분 투습 방지막으로 명명될 수 있다.
이러한 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 세정 공정 중 발생된 퇴적물이 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 보호막의 두께가 100Å미만인 경우, 표면 조도가 좋지 않고, 이에 부분적으로 보호막이 코팅되지 않거나, 그 두께가 얇을 수 있다. 이러한 경우, 챔버 오픈 시에 세정 공정 중 발생된 퇴적물이 대기 중 수분과 반응할 수 있고, 이로 인해 염화수소(HCl)와 같은 부식성 가스가 발생되어 챔버(100) 내부가 부식될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서는 100Å이상의 두께로 보호막을 형성한다.
그리고, 보호막의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 기판 처리 장치의 가동 효율, 생산성 향상을 위해 1000Å이하로 하는 것이 바람직 할 수 있다.
또한, 실시예에서는 보호막 코팅 공정을 10분 이하로 실시한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 보호막을 100Å이상의 목표 두께로 형성할 수 있다면, 그 시간은 한정되지 않는다.
보호막 코팅이 종료되면, 다음 증착 피처리물인 기판(10)을 챔버(100) 내로 장입시켜, 상술한 바와 같은 증착 공정 예컨대 IGZO 활성층 증착을 실시 할 수 있다.
상술한 제 1 실시예에서는 챔버 안정화 공정(S200)이 챔버 세정 공정(S210) 및 보호막 코팅 공정(S220)을 포함하는 것으로 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이, 챔버 안정화 공정(S200)이 보호막 코팅 공정(S220) 이후에 실시되는 시즈닝(seasoning) 공정(S230)을 더 포함할 수 있다.
시즈닝 공정(S230)은 챔버(100) 내부를 다음 증착 공정 시 환경과 유사하게 처리하는 공정이다. 즉, 시즈닝은 챔버(100) 내부에 기판(10)이 없는 상태에서, 제 1 및 제 2 가스 공급부(200, 300) 각각으로부터 증착 공정시 사용되는 가스 즉, 제 1 및 제 2 증착 가스를 분사부(500)로 공급하는 공정 일 수 있다.
예컨대, 제 1 가스 공급부(200)로부터 아연(Zn)을 포함하는 원료 가스, 인듐(In)을 포함하는 원료 가스 및 갈륨(Ga)을 포함하는 원료 가스를 포함하는 제 1 증착 가스를 분사부로 공급하고, 제 2 가스 공급부(300)로부터 산소를 포함하는 제 2 증착 가스를 분사부로 공급하면, 제 1 및 제 2 증착 가스가 분사부(500)를 통해 분사된다.
이때, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스 간의 반응이 일어나며, 이에 따라 챔버(100) 내부 즉, 챔버(100) 내벽, 서셉터(600) 및 분사부(500) 표면에 시즈닝 박막 즉, IGZO가 증착될 수 있다.
또한, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사할 때, RF 전원부(700)를 동작시켜 분사부(500)로 RF 전원을 인가하여, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 형성할 수 있다.
물론, 제 1 증착 가스와 제 2 증착 가스를 분사할 때, 플라즈마를 형성하지 않고 시즈닝을 실시할 수도 있다.
이렇게, 챔버(100) 내부에 보호막을 코팅 한 후, 다음 증착 공전 전에 상기 챔버(100) 내부에 시즈닝을 하면, 보호막을 형성하는 금속 원료 예컨대 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나가 다음 증착 공정시 증착되는 증착막 예컨대 IGZO 박막에 불순물로 작용하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 이에 따라 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능이 편차 발생이 줄어드는 효과가 있을 수 있다.
시즈닝 박막의 두께는 100Å이상인 것이 바람직하며, 이는 100Å이상일 때, 보호막이 다음 증착 공정에서 증착되는 박막 예컨대 활성층용 IGZO 박막의 성능 저하를 효과적으로 억제하기 때문이다.
그리고, 시즈닝 박막의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 기판 처리 장치의 가동 효율, 생산성 향상을 위해 1000Å이하로 하는 것이 바람직하다.
시즈닝 공정이 종료되면, 다음 증착 피처리물인 기판(10)을 챔버(100) 내로 장입시켜, 상술한 바와 같은 증착 공정을 실시 할 수 있다.
활성층(40) 형성 공정이 종료되면, 그 기판을 다음 공정 장치로 이동시켜, 보호막(60)과, 소스 및 드레인 전극(50a, 50b)을 형성하며, 이를 통해 박막 트랜지스터가 제조된다.
이와 같이, 본 발명이 실시예들에 따른 챔버 클리닝 방법에 의하면, 챔버(100) 내부의 세정 공정 종료 후 보호막 코팅 공정을 실시한다. 즉, 세정 공정 시 또는 세정 공정 후 챔버(100) 내부에 퇴적된 염소(Cl)를 포함하는 퇴적막을 보호막으로 코팅하여, 퇴적막과 수분 간의 반응을 방지시킨다. 이에, 부식성 물질인 염화수소(HCl)의 생성을 방지할 수 있어, 챔버(100) 내부가 부식 즉 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 보호막 코팅 이후에 챔버(100) 내부에 시즈닝 공정을 추가로 더 할 수 있다. 시즈닝 공정을 하는 경우, 챔버(100) 내부가 다음 증착 공정 시와 유사한 분위기로 조성되어, 증착 공정 시에 불순물로 작용하는 요소들을 줄일 수 있어, 박막 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 소자 예컨대 박막 트랜지스터의 성능이 향상되며, 성능의 편차 발생이 줄어드는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 세정 공정 이후 부식에 노출된 파트가 수분과 반응하는 것을 억제시킬 수 있다. 따라서, 부식성 물질 예컨대 염화수소(HCl)의 생성을 방지 또는 억제할 수 있어, 챔버 내부가 부식 즉 손상되는 것을 억제할 수 있다.

Claims (11)

  1. 박막 증착 공정이 완료된 기판을 챔버로부터 반출하고, 상기 챔버 내부를 처리하는 챔버 안정화 공정; 을 포함하고,
    상기 챔버 안정화 공정은,
    상기 챔버 내부로 세정 가스를 분사하여, 상기 박막 증착으로 생성된 부산물을 식각시켜 세정하는 세정 공정; 및
    상기 챔버 내부로 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 가스를 코팅 가스로 분사하여, 상기 챔버 내벽 및 상기 챔버 내부에 설치된 구성품 중 적어도 하나의 표면에 보호막을 생성하는 코팅 공정;
    을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 가스는 염소(Cl), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 공정은 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키는 공정을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅 공정에 의해 형성된 보호막은 금속 산화물막을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호막은 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호막은 100Å 이상의 두께로 형성하는 챔버 클리닝 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 안정화 공정은 상기 코팅 공정 이후에 실시되는 시즈닝 공정을 포함하고,
    상기 시즈닝 공정은 증착 공정에서 사용되는 증착 가스를 분사하는 공정을 포함하는 챔버 클리닝 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 시즈닝 공정에 의해 챔버 내부에 증착되는 시즈닝 박막의 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 챔버 클리닝 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 박막은 금속 산화물막인 챔버 클리닝 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 증착 공정에 의해 상기 기판 상에 증착되는 금속 산화물막은 박막 트랜지스터의 활성층인 챔버 클리닝 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 증착 공정에서 상기 활성층을 형성하는데 있어서,
    산화아연(ZnO)에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나를 도핑시켜 형성하는 챔버 클리닝 방법.
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