WO2021206351A1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021206351A1
WO2021206351A1 PCT/KR2021/003946 KR2021003946W WO2021206351A1 WO 2021206351 A1 WO2021206351 A1 WO 2021206351A1 KR 2021003946 W KR2021003946 W KR 2021003946W WO 2021206351 A1 WO2021206351 A1 WO 2021206351A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
gas injection
chamber
injection unit
substrate
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/003946
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박창균
김용현
황철주
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to CN202180026038.4A priority Critical patent/CN115362283A/zh
Priority to US17/917,547 priority patent/US20230141281A1/en
Publication of WO2021206351A1 publication Critical patent/WO2021206351A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/407—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/4557—Heated nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • 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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering

Definitions

  • semiconductor devices are manufactured by depositing various materials in the form of thin films on a substrate and patterning them.
  • different processes of various steps such as a deposition process, an etching process, a cleaning process, and a drying process are performed.
  • the deposition process is to form a thin film having properties required as a semiconductor device on a substrate.
  • byproducts including the deposition are deposited not only on the desired area on the substrate but also in the chamber in which the deposition process is performed.
  • the by-products deposited inside the chamber are peeled off when the thickness increases, causing particles to be generated.
  • the particles generated in this way enter into the thin film formed on the substrate or adhere to the surface of the thin film to act as a cause of defects in the semiconductor device, thereby increasing the defect rate of the product. Therefore, it is necessary to remove the by-products deposited in the chamber before these by-products are exfoliated.
  • a chamber cleaning process is periodically performed in order to remove by-products deposited in the chamber during the deposition process.
  • byproducts inside the chamber may be removed by a wet etching method using a cleaning solution or a dry etching method using a cleaning gas.
  • dry etching using a cleaning gas is often not easy, so in the case of a substrate processing apparatus performing organic metal chemical vapor deposition, the inside of the chamber is mainly cleaned by wet etching. .
  • cleaning by wet etching is performed manually by an operator while the chamber is open, and there are problems in that cleaning costs increase and it is difficult to secure device reproducibility and operation rate.
  • the present invention provides a substrate processing apparatus and method capable of efficiently cleaning a chamber having by-products deposited therein after depositing a thin film on a substrate.
  • the present invention provides a substrate processing apparatus and method capable of efficiently cleaning byproducts including metal deposited in a chamber after performing organic metal vapor deposition.
  • a substrate processing apparatus a chamber; a substrate support provided in the chamber and configured to support a substrate provided in the chamber; a gas ejection unit provided in the chamber to face the substrate support and injecting a process gas toward the substrate support; a first temperature control unit installed in a central region of the gas injection unit to increase or decrease a temperature of the central region; and a second temperature control unit installed at an edge region of the gas injection unit to increase a temperature of the edge region.
  • the second temperature control unit may heat the gas injection unit to a higher temperature than the first temperature control unit.
  • the first temperature control unit may include: a flow path formed to flow a temperature control fluid in the central region; an inlet for supplying a temperature control fluid to the flow path; and an outlet for discharging the temperature control fluid from the flow path.
  • the second temperature controller may include a heating wire embedded in the edge region.
  • Increasing the temperature of the central region and increasing the temperature of the edge region may be performed simultaneously.
  • the thin film and by-products in the chamber may include metal oxides.
  • the temperature change rate of the gas injection unit is differently adjusted for each region, so that the inside of the chamber having a non-uniform temperature distribution in the thin film deposition process is quickly cleaned before the cleaning process is performed. It can be adjusted to a uniform temperature.
  • FIG. 2 is a view showing a state of depositing a thin film in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a gas injection unit and a temperature control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the temperature of the gas injection unit is adjusted according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Also, FIG. 2 is a view showing a state in which a thin film is deposited in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a gas injection unit and a temperature control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus is provided in the chamber 100, the chamber 100, the substrate support 200 for supporting the substrate (S) provided in the chamber 100, the It is provided in the chamber 100 so as to be disposed opposite to the substrate support part 200, the gas ejection part 300 for injecting a process gas toward the substrate support part 200, and a central region of the gas ejection part 300 ( GC), the first temperature control unit 410 for increasing or decreasing the temperature of the central region GC, and installed in the edge region GE of the gas injection unit 300, the edge region ( A second temperature controller 420 for increasing the temperature of the GE) may be included.
  • the cleaning cycle of the chamber 100 when the cleaning cycle of the chamber 100 is reached, after completing the thin film deposition process, the cleaning process is continuously performed in a vacuum without opening the chamber 100 .
  • the substrate S is introduced into the chamber 100 to deposit a thin film on the substrate S, and when the thin film deposition process is completed, the substrate S is discharged from the chamber 100 and then the chamber 100 A cleaning process for cleaning the inside is continuously performed.
  • the cleaning process is completed, another substrate S is introduced into the chamber 100 , and a thin film deposition process may be performed again.
  • the chamber 100 is performed without a change from a pressure condition for performing the thin film deposition process to a pressure condition for opening the chamber 100 .
  • the thin film deposition process is a process of depositing a zinc (Zn) oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga), for example, a metal oxide such as IZO, GZO, and IGZO on the substrate S.
  • the by-product deposited in the chamber 100 may include a metal oxide such as zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga).
  • the chamber 100 provides a predetermined reaction space and keeps it airtight.
  • the chamber 100 includes a body 120 having a predetermined reaction space including a substantially rectangular flat portion and a sidewall portion extending upward from the flat portion, and is located on the body 120 in an approximately rectangular shape to seal the chamber 100 . It may include a cover 110 to keep it.
  • the chamber 100 may be manufactured in various shapes corresponding to the shape of the substrate S.
  • An exhaust port may be formed in a predetermined region of the lower surface of the chamber 100 , and an exhaust pipe (not shown) connected to the exhaust port may be provided outside the chamber 100 .
  • the exhaust pipe may be connected to an exhaust device (not shown).
  • a vacuum pump such as a turbo molecular pump may be used. Accordingly, it is possible to vacuum the inside of the chamber 100 to a predetermined reduced pressure, for example, a predetermined pressure of 0.1 mTorr or less by the exhaust device.
  • the exhaust pipe may be installed not only on the lower surface of the chamber 100 , but also on the side of the chamber 100 under the substrate support 200 , which will be described later.
  • a plurality of exhaust pipes and an exhaust device according thereto may be further installed in order to reduce the exhaust time.
  • the substrate support 200 is provided in the chamber 100 and supports the substrate S provided in the chamber 100 .
  • the substrate support unit 200 may be installed at a position opposite to the gas injection unit 300 to be described later.
  • the substrate support unit 200 may be provided at a lower side of the chamber 100
  • the gas injection unit 300 may be provided at an upper side inside the chamber 100 .
  • the substrate S provided into the chambers 100 and 100 for the thin film deposition process may be seated on the substrate support 200 .
  • the substrate support 200 may be provided with an electrostatic chuck or the like so that the substrate S can be seated and supported to adsorb and hold the substrate S by electrostatic force, or by vacuum adsorption or mechanical force. S) may be supported.
  • the substrate support unit 200 is provided in a shape corresponding to the shape of the substrate (S), for example, a quadrangle, and is disposed under the substrate supporter 210 and the substrate supporter 210 on which the substrate S is seated, the substrate supporter 210 . It may include an elevator 220 for moving up and down.
  • the substrate support 210 may be manufactured to be larger than the substrate S, and the elevator 220 is provided to support at least one region of the substrate support 210 , for example, the central portion, and on the substrate support 210 .
  • the substrate support 210 may be moved to be close to the gas injection unit 300 .
  • a heater (not shown) may be installed inside the substrate support 210 . The heater heats the substrate support 210 and the substrate S seated on the substrate support 210 by heating to a predetermined temperature, so that a thin film is uniformly deposited on the substrate S.
  • the gas injection unit 300 is provided with a predetermined space therein, the upper side is connected to the gas supply unit (not shown), the lower side has a plurality of injection holes (not shown) for injecting the process gas to the substrate (S). is formed
  • the gas injection unit 300 may be manufactured in a shape corresponding to the shape of the substrate S, and may be manufactured in a substantially rectangular shape.
  • the gas injection unit 300 may be manufactured using a conductive material such as aluminum, and may be provided to be spaced apart from the sidewall and cover 110 of the chamber 100 by a predetermined distance.
  • the gas injection unit 300 may act as an upper electrode receiving power from a plasma generator (not shown).
  • the substrate S is seated on the substrate support unit 200 , and the process gas is injected from the gas injection unit 300 . At this time, the process gas is thermally decomposed on the substrate S and deposited as a thin film.
  • a heater is installed on the substrate support 200 .
  • the heater heats the substrate support 210 and the substrate S seated on the substrate support 210 by heating to a predetermined temperature, and the substrate S is uniformly heated by the heater on the substrate S.
  • a thin film can be uniformly deposited.
  • a cleaning process for cleaning the inside of the chamber 100 is continuously performed.
  • a cleaning gas is supplied into the chamber 100 to etch and remove byproducts deposited in the chamber 100 in a dry manner.
  • the edge region CE of the lid 110 is heated to a relatively low temperature
  • the center region CC of the lid 110 is heated to a relatively high temperature, so that the chamber 100 is heated to a relatively high temperature.
  • edge region CE of the cover 110 is heated to a relatively low temperature to have a low etch rate
  • center region CC of the cover 110 is heated to a relatively high temperature to have a high etch rate
  • the cleaning process performed after the thin film deposition process is performed by heating the gas injection unit 300 to maintain the temperature inside the chamber 100 at a temperature higher than that of the thin film deposition process.
  • a temperature control unit 400 may be installed in the gas injection unit 300 , and the temperature control unit 400 heats the gas injection unit 300 to increase the temperature inside the chamber 100 .
  • the substrate processing apparatus is installed in the central region GC of the gas injection unit 300 to uniformly etch the by-products deposited in the chamber 100 , and the central region GC ) is installed in the edge region GE of the first temperature control unit 410 and the gas injection unit 300 to increase the temperature of the gas injection unit 300 to adjust the temperature of the edge region GE to the temperature of the center region GC.
  • a second temperature control unit is included to increase the temperature more rapidly.
  • the gas injection unit 300 is divided into an edge region GE of the gas injection unit 300 adjacent to the sidewall of the chamber 100 and a central region GC of the gas injection unit 300 .
  • the edge region GE of the gas injection unit 300 is the entire edge region along the outer periphery of the gas injection unit 300 as shown in FIG. 3( a ), or as shown in FIG. 3( b ).
  • it may be a partial edge area along the outer periphery of the gas injection unit 300 .
  • the central region GC of the gas ejection unit 300 may be the remaining region except for the edge region GE of the gas ejection unit 300 .
  • the edge area CE of the cover 110 is heated to a relatively low temperature, and the center area CC of the cover 110 is heated to a relatively high temperature.
  • the first temperature control unit 410 increases the temperature of the central region GC of the gas injection unit 300
  • the second temperature control unit 420 causes the edge region GE of the gas injection unit 300 .
  • the edge region of the cover 110 (CE) and the central region (CC) of the cover 110 can have a uniform temperature more quickly.
  • the second temperature control unit 420 may include the first temperature control unit ( 410), the gas injection unit 300 may be heated to a higher temperature.
  • the first temperature control unit 410 may include a heat exchanger
  • the second temperature control unit 420 may include a sheath heater.
  • the first temperature controller 410 may reduce the temperature of the central region GC of the gas injector 300 . That is, the first temperature control unit 410 may supply and discharge the cooling fluid through the inlet 412 and the outlet 416 to cool the central region GC of the gas injection unit 300 . The process of cooling the central region GC of the gas injection unit 300 is performed to perform a thin film deposition process after the cleaning process is finished, which will be described later with reference to FIG. 4 .
  • the second temperature control unit 420 may include a heating wire embedded in the edge region GE of the gas injection unit 300 .
  • the number of second temperature control units 420 and the extension direction of the heating wires are also variously formed. Of course it could be.
  • a thin film deposition process is performed.
  • the thin film deposition process may be performed without heating the gas ejection unit 300 or by heating the central region GC of the gas ejection unit 300 and the edge region GE of the gas ejection unit 300 to the same temperature. That is, in the thin film deposition process, the gas injection unit 300 may maintain the same temperature in the center region GC of the gas injection unit 300 and the edge region GE of the gas injection unit 300, and the gas injection unit 300 300) may have a first temperature T1 that is less than the pyrolysis temperature of the process gas, for example, a temperature of about 80° C. or less.
  • a thin film is deposited by thermally decomposing a process gas on the substrate S.
  • the temperature inside the chamber 100 may be adjusted by heating the substrate support 200 or heating the substrate support 200 and the gas injection part 300 , whereby the process gas is thermally decomposed on the substrate S. and deposited as a thin film.
  • the thin film deposition process may be a process of depositing zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga), for example, IZO, GZO, IGZO, and the like on the substrate S.
  • the temperature of the gas injection unit 300 located inside the chamber 100 may be increased by heating the substrate support unit 200 or heating the substrate support unit 200 and the gas injection unit 300 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 should be maintained at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the process gas.
  • the process gas may be pyrolyzed inside the gas injection unit 300 before reaching the substrate S, and as such, thermal decomposition
  • the used process gas may be deposited as a large amount of by-product in the gas injection unit 300 .
  • the process gas pyrolyzed inside the gas injection unit 300 is altered, and when the raw material gas that has been pyrolyzed and altered in this way is supplied from the gas injection unit 300 , a desired thin film is deposited on the substrate S. it won't be possible Accordingly, the heating of the substrate support part 200 is limited so that the temperature of the gas injection part 300 is maintained at the first temperature T1 which is less than the pyrolysis temperature of the source gas.
  • the temperature of the gas injection unit 300 in the chamber 100 is adjusted to a second temperature T2 that is higher than the first temperature T1 that is the temperature of the gas injection unit 300 in the thin film deposition process. do. That is, after the thin film deposition process for depositing the thin film on the substrate S, the chamber 100 is not opened, and the cleaning process for continuously cleaning the chamber 100 in-situ while maintaining a vacuum is performed. , a process of increasing the temperature of the gas injection unit 300 is performed between the thin film deposition process and the cleaning process. The process of increasing the temperature of the gas injection unit 300 as described above is performed because cleaning efficiency can be maximized when the temperature of the gas injection unit 300 is high.
  • the temperature increase rate of the edge region GE of the gas injection unit 300 is faster than the temperature increase rate of the central region GC of the gas injection unit 300 . That is, the first temperature control unit 410 increases the temperature GCT of the central region GC of the gas injection unit 300 , and the second temperature control unit 420 increases the edge region of the gas injection unit 300 .
  • the temperature GET of GE is increased, and the second temperature control unit 420 adjusts the temperature GET of the edge region GE of the gas injection unit 300 to the central region ( GET) of the gas injection unit 300 .
  • GC is increased faster than the temperature (GCT).
  • the chamber 100 is heated by the heating of the heater.
  • the amount of heat generated from the substrate support 210 transferred to the chamber 100 is different for each region. That is, a relatively small amount of heat is transferred from the substrate support 210 to the edge region CE of the lid 110 adjacent to the sidewall of the chamber 100 from among the bottom surfaces of the lid 110 , resulting in a relatively low temperature. is heated
  • a relatively large amount of heat is transferred from the substrate support 210 to the center area CC of the cover 110 except for the edge area CE of the cover 110 among the bottom surfaces of the cover 110 , heated to a high temperature.
  • the second temperature control unit 420 installed in the edge region GE of the gas injection unit 300 is the first temperature control unit installed in the center region GC of the gas injection unit 300 .
  • the inside of the chamber 100 is uniformly heated. That is, the second temperature control unit 420 heats the gas injection unit 300 faster than the first temperature control unit 410 , and the edge area CE of the cover 110 and the center area of the cover 110 ( CC) increases rapidly to a uniform temperature.
  • the temperature of the gas injection unit 300 is increased to the same temperature for each region, or the temperature of the edge region GE of the gas injection unit 300 is increased to that of the central region GC of the gas injection unit 300 .
  • temperature can be increased. This is because the temperature of the edge region CE of the lid 110 adjacent to the sidewall of the chamber 100 among the bottom surface of the lid 110 is easily reduced compared to the central region CC of the lid 110 .
  • the edge region CE of the cover 110 and the cover The central region CC of 110 is preferably controlled to have an approximately uniform temperature.
  • a cleaning gas is supplied into the chamber 100 from the gas injection unit 300 to clean the inside of the chamber 100 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 is maintained at the second temperature T2 higher than the first temperature T1 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 may be maintained at about 200° C. or higher.
  • a cleaning gas is supplied from the gas injection unit 300 , and the cleaning gas is activated by plasma or the like to remove byproducts inside the chamber 100 .
  • the thin film deposition process may be a process of depositing zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga) on the substrate S, for example, IZO, GZO, IGZO, etc.
  • the by-product deposited in the chamber 100 may include a metal oxide such as zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga).
  • cleaning efficiency may be maximized when the temperature of the gas injection unit 300 is high.
  • the cleaning step after adjusting the temperature of the gas spraying unit 300 to a second temperature T2 that is higher than the first temperature T1, which is the temperature of the gas spraying unit 300 when depositing a thin film, the The chamber 100 is cleaned while the gas injection unit 300 maintains the second temperature T2.
  • the temperature of the gas injection unit 300 increased for cleaning the chamber 100 is reduced again for the thin film deposition process. That is, in the temperature reduction section, a process of reducing the temperature of the gas injection unit 300 is performed.
  • the first temperature control unit 410 selectively flows a heating fluid or a cooling fluid to the central region GC of the gas injection unit 300
  • the second temperature control unit 420 is a gas injection unit
  • the heating wire is heated in the edge region GE of 300 . Therefore, in the process of reducing the temperature of the gas injection unit 300 , the first temperature control unit 410 cools the gas injection unit 300 by flowing a cooling fluid in the central region GC of the gas injection unit 300 .
  • the first temperature control unit 410 may decrease the temperature of the gas injection unit 300 faster than the second temperature control unit 420 .
  • the thin film deposition process is performed again in the thin film deposition section.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate processing method includes depositing a thin film on a substrate S in a chamber 100 having a gas ejection unit 300 provided therein (S100), a first The step of increasing the temperature of the central region GC of the gas injection unit 300 at one temperature increase rate (S200), the gas injection unit 300 at a second temperature increase rate faster than the first temperature increase rate. and increasing the temperature of the edge region GE ( S300 ) and cleaning the chamber 100 by supplying a cleaning gas into the chamber 100 ( S400 ).
  • the step (S100) of depositing a thin film on the substrate (S) is performed by supplying a process gas onto the substrate (S) through the gas injection unit (300) in the chamber (100) provided with the gas injection unit (300) therein. A thin film is deposited on the substrate (S).
  • the gas injection unit 300 is not heated, or the center region GC of the gas injection unit 300 and the edge region GE of the gas injection unit 300 are not heated. ) can be heated to the same temperature. That is, in the thin film deposition section, the gas injection unit 300 may maintain the same temperature in the central region GC of the gas injection unit 300 and the edge region GE of the gas injection unit 300, and the gas injection unit 300
  • the temperature of 300 may have a first temperature T1 that is less than the pyrolysis temperature of the process gas, for example, a temperature of about 80° C. or less.
  • a thin film is deposited by thermally decomposing a process gas on the substrate S.
  • the temperature inside the chamber 100 may be adjusted by heating the substrate support 200 or heating the substrate support 200 and the gas injection part 300 , whereby the process gas is thermally decomposed on the substrate S. and deposited as a thin film.
  • the thin film deposition process may be a process of depositing zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga), for example, IZO, GZO, IGZO, and the like on the substrate S.
  • the temperature of the gas injection unit 300 located inside the chamber 100 may be increased by heating the substrate support unit 200 or heating the substrate support unit 200 and the gas injection unit 300 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 should be maintained at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the process gas.
  • the process gas may be pyrolyzed inside the gas injection unit 300 before reaching the substrate S, and as such, thermal decomposition
  • the used process gas may be deposited as a large amount of by-product in the gas injection unit 300 .
  • the process gas pyrolyzed inside the gas injection unit 300 is altered, and when the raw material gas that has been pyrolyzed and altered in this way is supplied from the gas injection unit 300 , a desired thin film is deposited on the substrate S. it won't be possible Accordingly, the heating of the substrate support unit 200 is limited so that the temperature of the gas injection unit 300 is maintained below the thermal decomposition temperature of the source gas.
  • the temperature of the gas injection unit 300 is increased. That is, after the step (S100) of depositing the thin film on the substrate S, the temperature of the gas injection unit 300 is increased by varying the temperature increase rate of the gas injection unit 300 for each region, which is the first Increasing the temperature of the central region of the gas injection unit at a temperature increase rate (S200) and increasing the temperature of the edge region of the gas injection unit at a second temperature increase rate faster than the first temperature increase rate (S300) can be done In this case, the step of increasing the temperature of the central region ( S200 ) and the step of increasing the temperature of the edge region ( S300 ) may be simultaneously performed.
  • the temperature of the gas injection unit 300 is set to a temperature higher than the first temperature (T1), which is the temperature of the gas injection unit 300 in the thin film deposition process. 2 Adjust the temperature (T2). That is, after the thin film deposition process for depositing the thin film on the substrate S, the chamber 100 is not opened, and the cleaning process for continuously cleaning the chamber 100 in-situ while maintaining a vacuum is performed. , a process of increasing the temperature of the gas injection unit 300 is performed between the thin film deposition process and the cleaning process. The process of increasing the temperature of the gas injection unit 300 as described above is performed because cleaning efficiency can be maximized when the temperature of the gas injection unit 300 is high.
  • the temperature increase rate of the edge region GE of the gas injection unit 300 is higher than the temperature increase rate of the central region GC of the gas injection unit 300 .
  • the first temperature control unit 410 increases the temperature of the central region GC of the gas injection unit 300
  • the second temperature control unit 420 increases the edge region GE of the gas injection unit 300 .
  • the second temperature control unit 420 increases the temperature of the edge region GE of the gas injection unit 300 faster than the temperature of the center region GC of the gas injection unit 300 .
  • the chamber 100 is heated by the heating of the heater.
  • the amount of heat generated from the substrate support 210 transferred to the chamber 100 is different for each region. That is, a relatively small amount of heat is transferred from the substrate support 210 to the edge region CE of the lid 110 adjacent to the sidewall of the chamber 100 from among the bottom surfaces of the lid 110 , resulting in a relatively low temperature. is heated
  • a relatively large amount of heat is transferred from the substrate support 210 to the central region CC of the lid 110 except for the edge region CE of the lid 110 among the bottom surfaces of the lid 110 , heated to a high temperature.
  • the second temperature control unit 420 installed in the edge region GE of the gas injection unit 300 is disposed in the central region GC of the gas injection unit 300 . ) to uniformly heat the inside of the chamber 100 by increasing the temperature faster than the first temperature control unit 410 installed in the . That is, the second temperature control unit 420 heats the gas injection unit 300 faster than the first temperature control unit 410 , and the edge area CE of the cover 110 and the center area of the cover 110 ( CC) increases rapidly to a uniform temperature.
  • the chamber 100 is cleaned by supplying a cleaning gas into the chamber 100 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 is maintained at a second temperature T2 that is higher than the first temperature T1 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 may be maintained at about 200° C. or higher.
  • a cleaning gas is supplied from the gas injection unit 300 , and the cleaning gas is activated by plasma or the like to remove byproducts inside the chamber 100 .
  • the thin film deposition process may be a process of depositing zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga) on the substrate S, for example, IZO, GZO, IGZO, etc.
  • the by-product deposited in the chamber 100 may include a metal oxide such as zinc oxide doped with at least one of indium (In) and gallium (Ga).
  • cleaning efficiency may be maximized when the temperature of the gas injection unit 300 is high.
  • the cleaning step after adjusting the temperature of the gas spraying unit 300 to a second temperature T2 that is higher than the first temperature T1, which is the temperature of the gas spraying unit 300 when depositing a thin film, the The chamber 100 is cleaned while the gas injection unit 300 maintains the second temperature T2.
  • the temperature of the gas injection unit 300 is maintained the same for each region, or the temperature of the edge region GE of the gas injection unit 300 is adjusted to the gas injection unit. This may be performed by maintaining it higher than the central region GC of 300 . This is because the temperature of the edge region CE of the lid 110 adjacent to the sidewall of the chamber 100 among the bottom surface of the lid 110 is easily reduced compared to the central region CC of the lid 110 . However, even when the temperature of the edge region GE of the gas injection unit 300 is increased to be higher than the temperature of the central region GC of the gas injection unit 300 , the edge region CE of the cover 110 and the cover The central region CC of 110 is preferably controlled to have an approximately uniform temperature.
  • the substrate processing method may further include a step (S500) of reducing the temperature of the gas injection unit 300 after the step (S400) of cleaning the chamber 100.
  • a step (S500) of reducing the temperature of the gas injection unit 300 S500
  • the cooling fluid flows in the central region GC of the gas injection unit 300 to reduce the temperature of the central region GC of the gas injection unit 300 .
  • the temperature of the edge region GE of the gas injection unit 300 may be reduced by reducing the temperature and stopping the heating of the heating wire embedded in the edge region GE of the gas injection unit 300 .
  • the temperature of the gas injection unit 300 increased for cleaning the chamber 100 is reduced again for the thin film deposition process. That is, in the temperature reduction section, a process of reducing the temperature of the gas injection unit 300 is performed.
  • the first temperature control unit 410 selectively flows a heating fluid or a cooling fluid to the central region GC of the gas injection unit 300
  • the second temperature control unit 420 is a gas injection unit
  • the heating wire is heated in the edge region GE of 300 . Therefore, in the process of reducing the temperature of the gas injection unit 300 , the first temperature control unit 410 cools the gas injection unit 300 by flowing a cooling fluid in the central region GC of the gas injection unit 300 .
  • the temperature change rate of the gas injection unit 300 is differently adjusted for each region, and the chamber 100 has a non-uniform temperature distribution in the thin film deposition process.
  • the interior can be quickly brought to a uniform temperature before performing the cleaning process.
  • in-situ cleaning is possible without opening the chamber 100 in a chemical vapor deposition process requiring frequent cleaning, thereby improving work efficiency and high device Reproducibility and operation rate can be secured.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 기판 상에 박막을 증착한 후 내부에 부산물이 퇴적된 챔버를 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 유기 금속 기상 증착을 수행한 후 챔버 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

Description

기판 처리 장치 및 방법
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하고, 증착 과정에서 퇴적된 부산물을 제거하기 위한 기판 처리 장치 및 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.
유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)의 경우, 증착 과정에서 챔버 내부에 퇴적되는 부산물을 제거하기 위하여 챔버 세정 공정을 주기적으로 진행한다. 유기 금속 화학 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 경우, 챔버 내부의 부산물은 세정액을 이용한 습식 식각 방방식이나 세정가스를 이용한 건식 식각 방식으로 제거될 수 있다. 챔버 내부에 퇴적되는 부산물에 금속이 포함되는 경우, 세정 가스를 이용한 건식 식각이 용이하지 않는 경우가 많아 유기 금속 화학 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 경우, 챔버 내부는 주로 습식 식각에 의하여 세정된다. 습식 식각에 의한 세정은 챔버를 오픈한 상태에서 작업자가 직접 수작업으로 세정을 수행하는 경우가 대부분으로, 세정 비용이 증가하고 장치 재현성 및 가동률의 확보가 어려운 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
한국공개특허 제10-2011-0074912호
본 발명은 기판 상에 박막을 증착한 후 내부에 부산물이 퇴적된 챔버를 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 유기 금속 기상 증착을 수행한 후 챔버 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 챔버 내에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향 배치되도록 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 기판 지지부를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부; 상기 가스 분사부의 중심 영역에 설치되어, 상기 중심 영역의 온도를 증가시키기 위한 제1 온도 조절부; 및 상기 가스 분사부의 가장자리 영역에 설치되어, 상기 가장자리 영역의 온도를 상기 중심 영역의 온도보다 빠르게 증가시키기 위한 제2 온도 조절부;를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 챔버 내에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향 배치되도록 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 기판 지지부를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부; 상기 가스 분사부의 중심 영역에 설치되어, 상기 중심 영역의 온도를 증가 또는 감소시키기 위한 제1 온도 조절부; 및 상기 가스 분사부의 가장자리 영역에 설치되어, 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키기 위한 제2 온도 조절부;를 포함할 수 있다.
상기 제2 온도 조절부는 상기 제1 온도 조절부보다 높은 온도로 상기 가스 분사부를 가열할 수 있다.
상기 제1 온도 조절부는, 상기 중심 영역의 내부에서 온도 조절 유체를 유동시키도록 형성되는 유로; 상기 유로에 온도 조절 유체를 공급하기 위한 유입구; 및 상기 유로로부터 온도 조절 유체를 배출하기 위한 배출구;를 포함할 수 있다.
상기 제2 온도 조절부는, 상기 가장자리 영역의 내부에 매립된 전열선;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 제1 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계; 상기 제1 온도 증가 속도보다 빠른 제2 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계; 및 상기 챔버 내부에 세정 가스를 공급하여 상기 챔버를 세정하는 단계;를 포함한다.
상기 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계 및 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
상기 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계는, 상기 중심 영역에 가열 유체를 유동시켜 상기 중심 영역의 온도를 증가시키고, 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계는, 상기 가장자리 영역에 매립되는 전열선을 가열하여 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시킬 수 있다.
상기 챔버를 세정하는 단계는, 상기 가스 분사부의 온도를 영역별로 동일하게 유지하거나, 상기 가장자리 영역의 온도를 상기 중심 영역보다 높게 유지하여 수행될 수 있다.
상기 박막 및 상기 챔버 내의 부산물은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법에 의하면, 가스 분사부의 온도 변화 속도를 영역별로 서로 다르게 조절하여, 박막 증착 공정에서 불균일한 온도 분포를 가지는 챔버 내부를 세정 공정을 수행하기 전에 신속하게 균일한 온도로 조절할 수 있다.
이에 의하여, 챔버 내부에 퇴적된 부산물을 제거하기 위한 세정 공정의 세정 효율을 극대화시킬 수 있으며, 특히 유기 금속 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 챔버 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 기판 처리 장치 및 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 챔버를 오픈하지 않고 인-시투 세정이 가능하게 되어, 작업 능률의 향상 및 높은 장치 재현성과 가동률을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 박막을 증착하는 모습을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부 및 온도 조절부를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 가스 분사부의 온도가 조절되는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 박막을 증착하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사부 및 온도 조절부를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100), 상기 챔버(100) 내에 마련되며, 상기 챔버(100) 내에 제공되는 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지부(200), 상기 기판 지지부(200)에 대향 배치되도록 상기 챔버(100) 내에 마련되며, 상기 기판 지지부(200)를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부(300), 상기 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 설치되어, 상기 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키기 위한 제1 온도 조절부(410) 및 상기 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 설치되어, 상기 가장자리 영역(GE)의 온도를 상기 중심 영역(GC)의 온도보다 빠르게 증가시키기 위한 제2 온도 조절부(420)를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100), 상기 챔버(100) 내에 마련되며, 상기 챔버(100) 내에 제공되는 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지부(200), 상기 기판 지지부(200)에 대향 배치되도록 상기 챔버(100) 내에 마련되며, 상기 기판 지지부(200)를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부(300), 상기 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 설치되어, 상기 중심 영역(GC)의 온도를 증가 또는 감소시키기 위한 제1 온도 조절부(410) 및 상기 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 설치되어, 상기 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시키기 위한 제2 온도 조절부(420)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100)의 세정 주기가 도달하면, 박막 증착 공정을 완료한 뒤, 상기 챔버(100)를 오픈하지 않고 진공 중에서 세정 공정을 연속적으로 수행할 수 있다. 즉, 챔버(100) 내에 기판(S)을 인입시켜 기판(S) 상에 박막을 증착시키고, 박막 증착 공정이 완료되면 상기 챔버(100)로부터 기판(S)을 배출시킨 후 상기 챔버(100) 내부를 세정하기 위한 세정 공정을 연속적으로 수행한다. 이와 같은 세정 공정이 완료되면 상기 챔버(100) 내에 또 다른 기판(S)을 인입시키고, 다시 박막 증착 공정을 수행할 수 있다. 이 과정에서 상기 챔버(100)는 박막 증착 공정을 수행하기 위한 압력 조건에서 상기 챔버(100)를 오픈하기 위한 조건인 압력 조건으로의 변화가 없이 수행된다.
여기서, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나가 도핑된 아연(Zn) 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등의 금속 산화물을 증착하는 공정일 수 있으며, 이 경우 상기 챔버(100) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 소정의 반응 공간을 마련하고, 이를 기밀하게 유지시킨다. 챔버(100)는 대략 사각형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 반응 공간을 가지는 몸체(120)와, 대략 사각형으로 몸체(120) 상에 위치하여 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(110)를 포함할 수 있다. 그러나, 챔버(100)는 기판(S)의 형상에 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
챔버(100)의 하면의 소정 영역에는 배기구(미도시)가 형성되고, 챔버(100)의 외측에는 배기구와 연결되는 배기관(미도시)이 마련될 수 있다. 또한, 배기관은 배기 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 배기 장치로는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 이용될 수 있다. 따라서, 배기 장치에 의해 챔버(100) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있다. 배기관은 챔버(100)의 하면 뿐만 아니라 후술하는 기판 지지부(200) 하측의 챔버(100) 측면에 설치될 수도 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수개의 배기관 및 그에 따른 배기 장치가 더 설치될 수도 있음은 물론이다.
기판 지지부(200)는 챔버(100) 내부에 마련되며, 챔버(100) 내에 제공되는 기판(S)을 지지한다. 기판 지지부(200)는 후술하는 가스 분사부(300)와 대향하는 위치에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(200)는 챔버(100) 내부의 하측에 마련되고, 가스 분사부(300)는 챔버(100) 내부의 상측에 마련될 수 있다.
한편, 기판 지지부(200)에는 박막 증착 공정을 위하여 챔버(100)(100) 내로 제공된 기판(S)이 안착될 수 있다. 또한, 기판 지지부(200)는 기판(S)이 안착되어 지지될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판(S)을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판(S)을 지지할 수도 있다.
기판 지지부(200)는 기판(S) 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 사각형으로 마련되어 기판(S)이 안착되는 기판 지지대(210) 및 상기 기판 지지대(210) 하부에 배치되어 기판 지지대(210)를 승하강 이동시키는 승강기(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판 지지대(210)는 기판(S)보다 크게 제작될 수 있으며, 승강기(220)는 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중심부를 지지하도록 마련되고, 기판 지지대(210) 상에 기판(S)이 안착되면 기판 지지대(210)를 가스 분사부(300)에 근접하도록 이동시킬 수 있다. 또한, 기판 지지대(210) 내부에는 히터(미도시)가 설치될 수 있다. 히터는 소정 온도로 발열하여 기판 지지대(210) 및 상기 기판 지지대(210)에 안착된 기판(S)을 가열하여, 기판(S)에 균일하게 박막이 증착되도록 한다.
가스 분사부(300)는 챔버(100) 내부의 상측에 마련되어 기판(S)을 향해 공정 가스를 분사한다. 또한, 가스 분사부(300)는 챔버(100) 내에 세정 가스를 분사할 수도 있다. 즉, 가스 분사부(300)는 박막 증착 공정에서는 기판(S)을 향해 공정 가스를 분사하고, 세정 공정에서는 챔버(100) 내에 세정 가스를 분사할 수 있다. 이와 같은, 가스 분사부(300)는 샤워 헤드 타입으로 마련될 수 있다.
가스 분사부(300)는 내부에 소정의 공간이 마련되며, 상측은 가스 공급부(미도시)와 연결되고, 하측에는 기판(S)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(미도시)이 형성된다. 가스 분사부(300)는 기판(S) 형상에 대응되는 형상으로 제작될 수 있는데, 대략 사각형으로 제작될 수 있다. 여기서, 가스 분사부(300)는 알루미늄 등의 도전 물질을 이용하여 제작될 수 있고, 챔버(100)의 측벽부 및 덮개(110)와 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 가스 분사부(300)가 도전 물질로 제작되는 경우, 상기 가스 분사부(300)는 플라즈마 발생부(미도시)로부터 전원을 공급받는 상부 전극으로 작용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 박막 증착 공정에서는 기판 지지부(200) 상에 기판(S)을 안착시키고, 가스 분사부(300)로부터 공정 가스를 분사하게 된다. 이때, 공정 가스는 기판(S) 상에서 열분해되어 박막으로 증착된다. 전술한 바와 같이, 기판 지지부(200)에는 히터가 설치된다. 여기서, 히터는 소정 온도로 발열하여 기판 지지대(210) 및 상기 기판 지지대(210)에 안착된 기판(S)을 가열하게 되고, 히터에 의하여 기판(S)은 균일하게 가열되어 기판(S) 상에서 박막이 균일하게 증착될 수 있다.
이때, 박막 증착 공정에서 챔버(100) 또한 히터의 발열에 의하여 가열된다. 즉, 히터에 의하여 기판 지지대(210)가 가열되면, 대류 등에 의하여 기판 지지대(210)로부터 발생하는 열이 챔버(100)에 전달되고, 챔버(100)는 이에 따라 가열되게 된다. 그러나, 전술한 바와 같이 기판 지지대(210)는 챔버(100) 내부의 하측 중심부에 마련되므로, 기판 지지대(210)로부터 발생하는 열이 챔버(100)에 전달되는 양은 영역별로 상이하게 된다. 예를 들어, 덮개(110)의 저면 중에서 챔버(100)의 측벽부와 인접한 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 적은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 낮은 온도로 가열된다. 반면, 덮개(110)의 저면 중에서 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)을 제외한 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 많은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 높은 온도로 가열된다.
박막 증착 공정이 완료되면, 챔버(100) 내부를 세정하기 위한 세정 공정이 연속적으로 수행된다. 여기서, 세정 공정은 챔버(100) 내에 세정 가스를 공급하여 건식으로 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 식각하여 제거한다. 그러나, 전술한 바와 같이 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 상대적으로 낮은 온도로 가열되고, 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 상대적으로 높은 온도로 가열되어, 챔버(100)가 영역별로 서로 상이한 온도를 가지게 되면 식각률에는 차이가 발생하게 된다. 즉, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 상대적으로 낮은 온도로 가열되어 낮은 식각률을 가지게 되고, 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 상대적으로 높은 온도로 가열되어 높은 식각률을 가지게 되어, 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 균일하게 식각할 수 없는 문제점이 발생한다.
박막 증착 공정 뒤에 수행되는 세정 공정은, 가스 분사부(300)를 가열하여 챔버(100) 내부의 온도를 박막 증착 공정의 온도보다 높은 온도로 유지하여 수행된다. 가스 분사부(300)에는 온도 조절부(400)가 설치될 수 있으며, 온도 조절부(400)는 가스 분사부(300)를 가열하여 챔버(100) 내부의 온도를 증가시키게 된다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 균일하게 식각하기 위하여, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 설치되어, 상기 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키기 위한 제1 온도 조절부(410) 및 상기 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 설치되어, 상기 가장자리 영역(GE)의 온도를 상기 중심 영역(GC)의 온도보다 빠르게 증가시키기 위한 제2 온도 조절부를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(300)는 챔버(100)의 측벽부에 인접한 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)과 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)로 구획될 수 있다. 여기서, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 가스 분사부(300)의 외주변을 따른 전체 가장자리 영역이거나, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 가스 분사부(300)의 외주변을 따른 일부 가장자리 영역일 수 있다. 이때, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)은 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)을 제외한 나머지 영역일 수 있다.
여기서, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에는 제1 온도 조절부(410)가 설치되고, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에는 제2 온도 조절부(420)가 설치된다. 이때, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키고, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시키게 되는데, 제2 온도 조절부(420)는 제1 온도 조절부(410)보다 빠르게 온도를 증가시키는 온도 조절 부재를 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 상대적으로 낮은 온도로 가열되고, 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 상대적으로 높은 온도로 가열된다. 그러나, 제1 온도 조절부(410)가 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키고, 제2 온도 조절부(420)가 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시킴에 있어서, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GE)의 온도보다 빠르게 증가시키게 되면, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 보다 신속하게 균일한 온도를 가질 수 있게 된다.
가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GE)의 온도보다 빠르게 증가시키기 위하여, 제2 온도 조절부(420)는 제1 온도 조절부(410)보다 높은 온도로 상기 가스 분사부(300)를 가열할 수 있다. 이를 위하여, 제1 온도 조절부(410)는 열 교환기(Heat Exchanger)를 포함하고, 제2 온도 조절부(420)는 시스 히터(Sheath Heater)를 포함할 수 있다.
즉, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GE)에 가열 유체를 유동시켜 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키고, 제2 온도 조절부(420)는, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 매립되는 전열선을 가열하여 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시킬 수 있다.
여기서, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC) 내부에서 가열 유체를 유동시키도록 형성되는 유로(414), 상기 유로(414)에 가열 유체를 공급하기 위한 유입구(412) 및 상기 유로(414)로부터 가열 유체를 배출하기 위한 배출구(416)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 제1 온도 조절부(410)가 2개로 마련되어, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에서 각각 일 방향으로 연장되는 모습을 도시하였으나, 제1 온도 조절부(410)의 개수 및 유로(414)의 연장 방향은 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 감소시킬 수도 있다. 즉, 제1 온도 조절부(410)는 유입구(412) 및 배출구(416)를 통하여 냉각 유체를 공급 및 배출하여 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)을 냉각시킬 수도 있다. 이와 같은 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)을 냉각시키는 과정은 세정 공정이 종료된 후, 박막 증착 공정을 수행하기 위하여 이루어지며, 이에 대하여는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE) 내부에 매립된 전열선을 포함할 수 있다. 도 3에서는 1개 또는 2개의 전열선이 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)을 따라 연장되는 모습을 도시하였으나, 제2 온도 조절부(420)의 개수 및 전열선의 연장 방향 또한 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 가스 분사부(300)의 온도를 조절하는 내용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
박막 증착 구간에서는 박막 증착 공정이 수행된다. 박막 증착 공정은 가스 분사부(300)를 가열하지 않거나, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)과 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)을 동일한 온도로 가열하여 이루어질 수 있다. 즉, 박막 증착 공정에서 가스 분사부(300)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)과 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에서 동일한 온도를 유지할 수 있으며, 가스 분사부(300)의 온도는 공정 가스의 열분해 온도 미만의 제1 온도(T1), 예를 들어 약 80℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 박막 증착 공정에서는 공정 가스를 기판(S) 상에서 열분해시켜 박막을 증착한다. 이때, 챔버(100) 내부의 온도는 기판 지지부(200)의 가열 또는 기판 지지부(200) 및 가스 분사부(300)의 가열에 의하여 조절될 수 있으며, 이에 의하여 공정 가스는 기판(S) 상에서 열분해되어 박막으로 증착된다. 여기서, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등을 증착하는 공정일 수 있다.
이때, 기판 지지부(200)의 가열 또는 기판 지지부(200) 및 가스 분사부(300)의 가열에 의하여 상기 챔버(100) 내부에 위치하는 가스 분사부(300)의 온도를 상승시킬 수 있다. 그러나, 이 경우 가스 분사부(300)의 온도는 공정 가스의 열분해 온도 미만의 온도로 유지되어야 한다. 가스 분사부(300)의 온도가 공정 가스의 열분해 온도 이상으로 증가하는 경우, 상기 공정 가스는 기판(S) 상에 도달하기 전에 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해될 수 있으며, 이와 같이 열분해된 공정 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에서 다량의 부산물로 퇴적될 수 있다. 또한, 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해된 공정 가스는 변질되며, 이와 같이 열분해되어 변질된 원료 가스가 상기 가스 분사부(300)로부터 공급되는 경우 기판(S) 상에 원하는 박막을 증착할 수 없게 된다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(200)의 가열은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 원료 가스의 열분해 온도 미만인 제1 온도(T1)으로 유지되도록 제한된다.
온도 증가 구간에서는 챔버(100) 내의 가스 분사부(300)의 온도를 박막 증착 공정에서의 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도(T1)보다 높은 온도인 제2 온도(T2)로 조절한다. 즉, 기판(S) 상에 박막을 증착하기 위한 박막 증착 공정 이후에는 챔버(100)를 오픈하지 않고, 진공을 유지하면서 연속적으로 인-시튜로 챔버(100)를 세정하기 위한 세정 공정이 진행되는데, 박막 증착 공정과 세정 공정 사이에는 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정이 수행된다. 이와 같이 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정을 수행하는 것은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있기 때문이다.
가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정은 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도 증가 속도가 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도 증가 속도보다 빠르게 이루어진다. 즉, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도(GCT)를 증가시키고, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도(GET)를 증가시키게 되는데, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도(GET)를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도(GCT)보다 빠르게 증가시킨다.
전술한 바와 같이, 박막 증착 구간에서는 히터의 발열에 의하여 챔버(100)가 가열된다. 그러나, 기판 지지대(210)는 챔버(100) 내부의 하측 중심부에 마련되므로, 기판 지지대(210)로부터 발생하는 열이 챔버(100)에 전달되는 양은 영역별로 상이하게 된다. 즉, 덮개(110)의 저면 중에서 챔버(100)의 측벽부와 인접한 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 적은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 낮은 온도로 가열된다. 반면, 덮개(110)의 저면 중에서 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)을 제외한 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 많은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 높은 온도로 가열된다.
이에, 온도 증가 구간에서는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 설치되는 제2 온도 조절부(420)가 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 설치되는 제1 온도 조절부(410)보다 온도를 빠르게 증가시킴으로써 챔버(100) 내부를 균일하게 가열시킨다. 즉, 제2 온도 조절부(420)는 제1 온도 조절부(410)보다 빠르게 가스 분사부(300)를 가열시켜, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 신속하게 균일한 온도로 증가하게 된다.
온도 증가 구간에서 가스 분사부(300)의 온도는 영역별로 동일한 온도까지 증가시키거나, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도보다 높게 증가시킬 수 있다. 이는, 덮개(110)의 저면 중에서 챔버(100)의 측벽부와 인접한 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 덮개(110)의 중심 영역(CC)에 비하여 온도가 쉽게 감소되기 때문이다. 그러나, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도보다 높게 증가시키는 경우에도, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 대략 균일한 온도를 가지도록 제어함이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 제2 온도 조절부(420)는 제1 온도 조절부(410)보다 빠르게 가스 분사부(300)를 가열시키는 바, 제1 온도 조절부(410)가 제2 온도(T2)에 도달하면 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 대략 균일한 온도를 가질 수 있다. 이에, 제1 온도 조절부(410)가 목표 온도에 도달하면 챔버(100) 내부를 세정하는 세정 공정이 수행된다.
세정 구간에서는 가스 분사부(300)로부터 챔버(100) 내부로 세정 가스를 공급하여 챔버(100) 내부를 세정한다. 세정 공정에서는 가스 분사부(300)의 온도가 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 유지된다. 이때, 세정 구간에서는 가스 분사부(300)의 온도를 약 200℃ 이상으로 유지할 수 있다. 세정 구간에서는 가스 분사부(300)로부터 세정 가스를 공급하게 되고, 세정 가스는 플라즈마 등에 의하여 활성화되어 챔버(100) 내부의 부산물을 제거한다. 전술한 바와 같이, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등을 증착하는 공정일 수 있으며, 이에 따라 상기 챔버(100) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물을 포함하는 부산물의 경우 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 세정 단계에서는 가스 분사부(300)의 온도를 박막을 증착할 때의 상기 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 조절한 후, 상기 가스 분사부(300)가 상기 제2 온도(T2)를 유지하는 상태에서 챔버(100)를 세정하게 된다.
온도 감소 구간에서는 챔버(100)의 세정을 위하여 증가시킨 가스 분사부(300)의 온도를 박막 증착 공정을 위하여 다시 감소시킨다. 즉, 온도 감소 구간에서는 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 공정이 수행된다. 전술한 바와 같이, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 가열 유체 또는 냉각 유체를 선택적으로 유동시키고, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에서 전열선을 가열한다. 따라서, 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 공정에서 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에서 냉각 유체를 유동시켜 가스 분사부(300)를 냉각시키고, 제2 온도 조절부(420)는 별도의 냉각 기능을 가지지 않으므로, 전열선의 가열이 중지된 상태로 유지될 수 있다. 이에, 제1 온도 조절부(410)는 제2 온도 조절부(420)보다 빠르게 가스 분사부(300)의 온도를 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 온도 감소 구간에서 가스 분사부(300)의 온도가 제2 온도(T2)에서 제1 온도(T1)로 조절되면, 박막 증착 구간에서 다시 박막 증착 공정이 수행된다.
이하에서, 도 5를 참조하여 본 발명의 기판 처리 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 기판 처리 방법의 설명에 있어서 전술한 기판 처리 장치에 관한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 가스 분사부(300)가 내부에 마련된 챔버(100) 내에서, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100), 제1 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키는 단계(S200), 상기 제1 온도 증가 속도보다 빠른 제2 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시키는 단계(S300) 및 상기 챔버(100) 내부에 세정 가스를 공급하여 상기 챔버(100)를 세정하는 단계(S400)를 포함한다.
기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)는 가스 분사부(300)가 내부에 마련된 챔버(100) 내에서 가스 분사부(300)를 통하여 기판(S) 상에 공정 가스를 공급하여 기판(S) 상에 박막을 증착한다.
기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100)에서는 가스 분사부(300)를 가열하지 않거나, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)과 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)을 동일한 온도로 가열하여 이루어질 수 있다. 즉, 박막 증착 구간에서 가스 분사부(300)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)과 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에서 동일한 온도를 유지할 수 있으며, 가스 분사부(300)의 온도는 공정 가스의 열분해 온도 미만의 온도인 제1 온도(T1), 예를 들어 약 80℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 박막 증착 공정에서는 공정 가스를 기판(S) 상에서 열분해시켜 박막을 증착한다. 이때, 챔버(100) 내부의 온도는 기판 지지부(200)의 가열 또는 기판 지지부(200) 및 가스 분사부(300)의 가열에 의하여 조절될 수 있으며, 이에 의하여 공정 가스는 기판(S) 상에서 열분해되어 박막으로 증착된다. 여기서, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등을 증착하는 공정일 수 있다.
이때, 기판 지지부(200)의 가열 또는 기판 지지부(200) 및 가스 분사부(300)의 가열에 의하여 상기 챔버(100) 내부에 위치하는 가스 분사부(300)의 온도를 상승시킬 수 있다. 그러나, 이 경우 가스 분사부(300)의 온도는 공정 가스의 열분해 온도 미만의 온도로 유지되어야 한다. 가스 분사부(300)의 온도가 공정 가스의 열분해 온도 이상으로 증가하는 경우, 상기 공정 가스는 기판(S) 상에 도달하기 전에 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해될 수 있으며, 이와 같이 열분해된 공정 가스는 상기 가스 분사부(300) 내에서 다량의 부산물로 퇴적될 수 있다. 또한, 상기 가스 분사부(300) 내부에서 열분해된 공정 가스는 변질되며, 이와 같이 열분해되어 변질된 원료 가스가 상기 가스 분사부(300)로부터 공급되는 경우 기판(S) 상에 원하는 박막을 증착할 수 없게 된다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(200)의 가열은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 원료 가스의 열분해 온도 미만으로 유지되도록 제한된다.
기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100) 이후에는 가스 분사부(300)의 온도를 증가시킨다. 즉, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100) 이후에는 가스 분사부(300)의 온도 증가 속도를 영역별로 서로 다르게 하여 상기 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키며, 이는 제1 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계(S200) 및 상기 제1 온도 증가 속도보다 빠른 제2 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계(S300)로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계(S200) 및 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계(S300)는 동시에 수행될 수 있다.
기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S100) 이후에는 가스 분사부(300)의 온도를 박막 증착 공정에서의 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도(T1)보다 높은 온도인 제2 온도(T2)로 조절한다. 즉, 기판(S) 상에 박막을 증착하기 위한 박막 증착 공정 이후에는 챔버(100)를 오픈하지 않고, 진공을 유지하면서 연속적으로 인-시튜로 챔버(100)를 세정하기 위한 세정 공정이 진행되는데, 박막 증착 공정과 세정 공정 사이에는 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정이 수행된다. 이와 같이 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정을 수행하는 것은 상기 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있기 때문이다.
이와 같이, 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정에서는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도 증가 속도가 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도 증가 속도보다 빠르게 이루어진다. 즉, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 증가시키고, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 증가시키게 되는데, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도보다 빠르게 증가시킨다.
박막을 증착하는 단계(S100)에서는 히터의 발열에 의하여 챔버(100)가 가열된다. 그러나, 기판 지지대(210)는 챔버(100) 내부의 하측 중심부에 마련되므로, 기판 지지대(210)로부터 발생하는 열이 챔버(100)에 전달되는 양은 영역별로 상이하게 된다. 즉, 덮개(110)의 저면 중에서 챔버(100)의 측벽부와 인접한 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 적은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 낮은 온도로 가열된다. 반면, 덮개(110)의 저면 중에서 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)을 제외한 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 기판 지지대(210)로부터 상대적으로 많은 양의 열이 전달되어, 상대적으로 높은 온도로 가열된다.
이에, 가스 분사부(300)의 온도를 증가시키는 공정에서는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 설치되는 제2 온도 조절부(420)가 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 설치되는 제1 온도 조절부(410)보다 온도를 빠르게 증가시킴으로써 챔버(100) 내부를 균일하게 가열시킨다. 즉, 제2 온도 조절부(420)는 제1 온도 조절부(410)보다 빠르게 가스 분사부(300)를 가열시켜, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 신속하게 균일한 온도로 증가하게 된다.
챔버(100)를 세정하는 단계(S400)는 챔버(100) 내부에 세정 가스를 공급하여 챔버(100)를 세정한다. 챔버(100)를 세정하는 단계(S300)에서는 가스 분사부(300)의 온도가 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 유지된다. 이때, 세정 구간에서는 가스 분사부(300)의 온도를 약 200℃ 이상으로 유지할 수 있다. 세정 구간에서는 가스 분사부(300)로부터 세정 가스를 공급하게 되고, 세정 가스는 플라즈마 등에 의하여 활성화되어 챔버(100) 내부의 부산물을 제거한다. 전술한 바와 같이, 박막 증착 공정은 기판(S) 상에 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물, 예를 들어 IZO, GZO, IGZO 등을 증착하는 공정일 수 있으며, 이에 따라 상기 챔버(100) 내에 퇴적되는 부산물은 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 도핑된 아연 산화물과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물을 포함하는 부산물의 경우 가스 분사부(300)의 온도가 높을 때 세정 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 세정 단계에서는 가스 분사부(300)의 온도를 박막을 증착할 때의 상기 가스 분사부(300)의 온도인 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)로 조절한 후, 상기 가스 분사부(300)가 상기 제2 온도(T2)를 유지하는 상태에서 챔버(100)를 세정하게 된다.
이때, 챔버(100)를 세정하는 단계(S400)는, 상기 가스 분사부(300)의 온도를 영역별로 동일하게 유지하거나, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)보다 높게 유지하여 수행될 수 있다. 이는, 덮개(110)의 저면 중에서 챔버(100)의 측벽부와 인접한 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)은 덮개(110)의 중심 영역(CC)에 비하여 온도가 쉽게 감소되기 때문이다. 그러나, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도보다 높게 증가시키는 경우에도, 덮개(110)의 가장자리 영역(CE)과 덮개(110)의 중심 영역(CC)은 대략 균일한 온도를 가지도록 제어함이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 챔버(100)를 세정하는 단계(S400) 이후에 상기 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 단계(S500)는, 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 냉각 유체를 유동시켜 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)의 온도를 감소시키고, 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에 매립되는 전열선의 가열을 중지하여 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)의 온도를 감소시킬 수 있다.
가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 단계(S500)에서는 챔버(100)의 세정을 위하여 증가시킨 가스 분사부(300)의 온도를 박막 증착 공정을 위하여 다시 감소시킨다. 즉, 온도 감소 구간에서는 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 공정이 수행된다. 전술한 바와 같이, 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에 가열 유체 또는 냉각 유체를 선택적으로 유동시키고, 제2 온도 조절부(420)는 가스 분사부(300)의 가장자리 영역(GE)에서 전열선을 가열한다. 따라서, 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 공정에서 제1 온도 조절부(410)는 가스 분사부(300)의 중심 영역(GC)에서 냉각 유체를 유동시켜 가스 분사부(300)를 냉각시키고, 제2 온도 조절부(420)는 별도의 냉각 기능을 가지지 않으므로, 전열선의 가열이 중지된 상태로 유지될 수 있다. 이에, 제1 온도 조절부(410)는 제2 온도 조절부(420)보다 빠르게 가스 분사부(300)의 온도를 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 가스 분사부(300)의 온도를 감소시키는 단계(S500)에서 가스 분사부(300)의 온도가 제2 온도(T2)에서 제1 온도(T1)로 조절되면, 다시 박막을 증착하는 단계(S100)가 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법에 의하면, 가스 분사부(300)의 온도 변화 속도를 영역별로 서로 다르게 조절하여, 박막 증착 공정에서 불균일한 온도 분포를 가지는 챔버(100) 내부를 세정 공정을 수행하기 전에 신속하게 균일한 온도로 조절할 수 있다.
이에 의하여, 챔버(100) 내부에 퇴적된 부산물을 제거하기 위한 세정 공정의 세정 효율을 극대화시킬 수 있으며, 특히 유기 금속 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 챔버(100) 내부에 퇴적된 금속을 포함한 부산물을 효율적으로 세정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 기판 처리 장치 및 방법에 의하면, 빈번한 세정이 요구되는 화학 기상 증착 공정에서 챔버(100)를 오픈하지 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 (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 마련되며, 상기 챔버 내에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 대향 배치되도록 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 기판 지지부를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부;
    상기 가스 분사부의 중심 영역에 설치되어, 상기 중심 영역의 온도를 증가시키기 위한 제1 온도 조절부; 및
    상기 가스 분사부의 가장자리 영역에 설치되어, 상기 가장자리 영역의 온도를 상기 중심 영역의 온도보다 빠르게 증가시키기 위한 제2 온도 조절부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 챔버;
    상기 챔버 내에 마련되며, 상기 챔버 내에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 대향 배치되도록 상기 챔버 내에 마련되며, 상기 기판 지지부를 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부;
    상기 가스 분사부의 중심 영역에 설치되어, 상기 중심 영역의 온도를 증가 또는 감소시키기 위한 제1 온도 조절부; 및
    상기 가스 분사부의 가장자리 영역에 설치되어, 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키기 위한 제2 온도 조절부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 온도 조절부는 상기 제1 온도 조절부보다 높은 온도로 상기 가스 분사부를 가열하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 온도 조절부는,
    상기 중심 영역의 내부에서 온도 조절 유체를 유동시키도록 형성되는 유로;
    상기 유로에 온도 조절 유체를 공급하기 위한 유입구; 및
    상기 유로로부터 온도 조절 유체를 배출하기 위한 배출구;를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 온도 조절부는,
    상기 가장자리 영역의 내부에 매립된 전열선;을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 가스 분사부가 내부에 마련된 챔버 내에서, 기판 상에 박막을 증착하는 단계;
    제1 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계;
    상기 제1 온도 증가 속도보다 빠른 제2 온도 증가 속도로 상기 가스 분사부의 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계; 및
    상기 챔버 내부에 세정 가스를 공급하여 상기 챔버를 세정하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계 및 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계는 동시에 수행되는 기판 처리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 중심 영역의 온도를 증가시키는 단계는,
    상기 중심 영역에 가열 유체를 유동시켜 상기 중심 영역의 온도를 증가시키고,
    상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 단계는,
    상기 가장자리 영역에 매립되는 전열선을 가열하여 상기 가장자리 영역의 온도를 증가시키는 기판 처리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 챔버를 세정하는 단계는,
    상기 가스 분사부의 온도를 영역별로 동일하게 유지하거나, 상기 가장자리 영역의 온도를 상기 중심 영역보다 높게 유지하여 수행되는 기판 처리 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 박막 및 상기 챔버 내의 부산물은 금속 산화물을 포함하는 기판 처리 방법.
PCT/KR2021/003946 2020-04-10 2021-03-30 기판 처리 장치 및 방법 WO2021206351A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180026038.4A CN115362283A (zh) 2020-04-10 2021-03-30 基板处理设备及方法
US17/917,547 US20230141281A1 (en) 2020-04-10 2021-03-30 Substrate processing device and method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0044156 2020-04-10
KR1020200044156A KR20210126387A (ko) 2020-04-10 2020-04-10 기판 처리 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021206351A1 true WO2021206351A1 (ko) 2021-10-14

Family

ID=78023396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/003946 WO2021206351A1 (ko) 2020-04-10 2021-03-30 기판 처리 장치 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230141281A1 (ko)
KR (1) KR20210126387A (ko)
CN (1) CN115362283A (ko)
TW (1) TW202207285A (ko)
WO (1) WO2021206351A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040222188A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-11 Woo-Seok Kim Method of cleaning a deposition chamber and apparatus for depositing a metal on a substrate
KR101024891B1 (ko) * 2001-11-27 2011-03-31 에이에스엠 저펜 가부시기가이샤 자기 세정을 수행하는 플라즈마 ｃｖｄ 장치 및 자기 세정 방법
KR101150722B1 (ko) * 2010-01-07 2012-06-08 주식회사 테스 기판 처리 장치
KR20130020802A (ko) * 2010-05-27 2013-02-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 냉각제 유동 제어 및 히터 듀티 사이클 제어에 의한 부품 온도 제어
CN109136883A (zh) * 2017-06-28 2019-01-04 Asm Ip控股有限公司 用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法和相关沉积设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101024891B1 (ko) * 2001-11-27 2011-03-31 에이에스엠 저펜 가부시기가이샤 자기 세정을 수행하는 플라즈마 ｃｖｄ 장치 및 자기 세정 방법
US20040222188A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-11 Woo-Seok Kim Method of cleaning a deposition chamber and apparatus for depositing a metal on a substrate
KR101150722B1 (ko) * 2010-01-07 2012-06-08 주식회사 테스 기판 처리 장치
KR20130020802A (ko) * 2010-05-27 2013-02-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 냉각제 유동 제어 및 히터 듀티 사이클 제어에 의한 부품 온도 제어
CN109136883A (zh) * 2017-06-28 2019-01-04 Asm Ip控股有限公司 用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法和相关沉积设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20230141281A1 (en) 2023-05-11
TW202207285A (zh) 2022-02-16
KR20210126387A (ko) 2021-10-20
CN115362283A (zh) 2022-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013147481A1 (ko) 선택적 에피택셜 성장을 위한 장치 및 클러스터 설비
US5582866A (en) Single substrate vacuum processing apparatus having improved exhaust system
WO2014168331A1 (ko) 기판처리장치
WO2015057023A1 (ko) 기판 처리장치
KR100272146B1 (ko) 반도체장치의 제조방법과 반도체제조장치 및 그 세정방법
WO2013154297A1 (ko) 히터 승강형 기판 처리 장치
WO2011052817A1 (ko) 금속 유기물 화학 기상 증착장치 및 이를 위한 온도제어방법
WO2015072691A1 (ko) 원자층증착 장치 및 방법
WO2014157834A1 (ko) 기판처리장치
WO2014157835A1 (ko) 기판처리장치
WO2021206351A1 (ko) 기판 처리 장치 및 방법
WO2016006740A1 (ko) 복수의 도가니를 갖는 박막 증착장치
WO2013122311A1 (ko) 기판 처리 모듈 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
WO2016171452A1 (ko) 기판처리장치 및 챔버 세정방법
WO2013191414A1 (ko) 기판처리장치
WO2019156489A1 (ko) 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법
WO2014046448A1 (ko) 웨이퍼 상에 잔존하는 공정가스를 제거하는 웨이퍼 퍼징 카세트를 갖춘 웨이퍼 처리장치
WO2015072661A1 (ko) 반응 유도 유닛 및 기판 처리 장치 그리고 박막 증착 방법
WO2021141438A1 (ko) 챔버 세정 방법
KR20230159579A (ko) 균일한 인-시튜 세정 및 증착
WO2020235823A1 (ko) 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법
JP2003273020A (ja) 基板処理方法
TW201707110A (zh) 基片處理系統
WO2017034213A1 (en) Plasma cleaning ring for in-situ cleaning, plasma processing apparatus including a plasma ring, plasma processing system including the plasma cleaning ring and plasma processing method using the plasma cleaning ring
WO2023048455A1 (ko) 기판 처리 장치의 세정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21784589

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21784589

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1