WO2023048455A1 - 기판 처리 장치의 세정 방법 - Google Patents

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WO2023048455A1
WO2023048455A1 PCT/KR2022/014051 KR2022014051W WO2023048455A1 WO 2023048455 A1 WO2023048455 A1 WO 2023048455A1 KR 2022014051 W KR2022014051 W KR 2022014051W WO 2023048455 A1 WO2023048455 A1 WO 2023048455A1
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WO
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gas
cleaning
chamber
substrate
thin film
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PCT/KR2022/014051
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English (en)
French (fr)
Inventor
허정
박일흥
오원주
이동환
이준석
임병관
조승현
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a cleaning method of a substrate processing apparatus, and relates to a cleaning method of a substrate processing apparatus capable of reducing the amount of impurities remaining in the substrate processing apparatus.
  • a process of manufacturing a semiconductor device or display device includes a process of depositing a thin film on a substrate. And, the thin film deposition process is performed inside the chamber of the substrate processing apparatus.
  • deposits are deposited not only on the substrate but also inside the chamber in which the deposition process is performed.
  • a thin film is deposited on the surface of an inner wall of a chamber, a support for supporting a substrate, or the like.
  • the thin film deposited inside the chamber is peeled off when its thickness increases, causing particle generation.
  • the particles enter the thin film formed on the substrate or adhere to the surface of the thin film to act as a cause of defects, thereby increasing the defect rate of the product. Therefore, it is necessary to remove these deposits before they are exfoliated.
  • a gas containing Cl or a gas containing F is generally used. At this time, in order for the gas containing Cl or the gas containing F to react with the sediment, the inside of the chamber must be maintained at a high temperature.
  • the temperature inside the chamber is high and the surface of the part or structure on which the deposit is deposited may be exfoliated along with the deposit.
  • contaminants acting as impurities are additionally generated in addition to the deposits. Therefore, since the amount of impurities including deposits and additional contaminants inside the chamber is large, there is a problem in that a large amount of impurities remain inside the chamber even after the cleaning process is finished.
  • Patent Document 1 Korea Patent Registration 10-1232904
  • the present invention provides a cleaning method for a substrate processing apparatus capable of cleaning at a low temperature.
  • the present invention provides a cleaning method for a substrate processing apparatus capable of cleaning at a lower temperature than a thin film deposition temperature.
  • a cleaning method of a substrate processing apparatus includes the steps of carrying a substrate into a chamber; depositing a thin film on the substrate by injecting a gas containing at least one of Zn, Ga, In, and Sn into the chamber; carrying the substrate out of the chamber; injecting a cleaning gas containing Br into the chamber; and evacuating by-products generated by the reaction of the cleaning gas with impurities deposited inside the chamber other than the substrate in the thin film deposition step.
  • a cleaning method of a substrate processing apparatus includes the steps of carrying a substrate into a chamber; depositing a thin film on the substrate by injecting a gas into the chamber; carrying the substrate out of the chamber; injecting a cleaning gas containing Br into the chamber; and exhausting by-products generated by the reaction of the cleaning gas with impurities deposited inside the chamber other than the substrate in the thin film deposition step, wherein in the step of spraying the cleaning gas, the cleaning gas Pulsed injection may be performed, or the step of injecting the cleaning gas and the step of exhausting the by-product may be alternately repeated.
  • At least one of H 2 gas and O 2 gas may be used as the first auxiliary gas.
  • a step of generating plasma inside the chamber may be included.
  • the generating of the plasma may include spraying a second auxiliary gas of Ar gas.
  • the method may include injecting a gas containing nitrogen into the chamber, and the step of injecting the gas containing nitrogen may be performed between the step of injecting the cleaning gas and the step of exhausting the by-product.
  • a gas containing at least one of HBr, KBr, Br 2 , HBrO 3 and CBrF 3 may be used.
  • a temperature inside the chamber may be lower than a temperature during the deposition process.
  • the inside of the substrate processing apparatus can be cleaned at a temperature lower than that of the prior art and lower than the deposition process temperature. That is, impurities in the form of a thin film deposited on the surface of a component or structure installed inside the substrate processing apparatus may be separated from the surface at a low temperature to be cleaned.
  • FIG. 1 is a process chart showing that cleaning is performed in situ after a deposition process according to a method according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a process chart showing that cleaning is performed in situ after a deposition process according to a method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus performing cleaning by a method according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a process chart showing that cleaning is performed in situ after a deposition process according to a method according to a first embodiment of the present invention.
  • the cleaning process may be a process of removing a thin film deposited or deposited on a surface of a component or structure other than the substrate when a thin film is deposited on the substrate inside the substrate processing apparatus.
  • a thin film deposited or deposited on a surface of a component or structure other than a substrate inside a substrate processing apparatus, and a thin film remaining inside the substrate processing apparatus is referred to as an impurity.
  • the deposition process (S100) and the cleaning process (S200) are performed in situ in one substrate processing apparatus. That is, after the process of depositing a thin film on the substrate inside the substrate processing apparatus (S100) is finished, the process of cleaning the inside of the substrate processing apparatus (S200) is performed.
  • the cleaning process may be performed immediately after one deposition process is performed, or the cleaning process may be performed after a plurality of deposition processes are performed.
  • a cleaning process may be selectively performed between deposition processes.
  • the deposition process (S100) includes a process of bringing a substrate into a chamber of a substrate processing apparatus (S110), a process of depositing a thin film on one surface of the substrate (S120), and a process of depositing a thin film on one surface of the substrate (S120) and moving the substrate outside the chamber. It includes a process of exporting to (S120).
  • the thin film deposited in the deposition process (S120) may be a ZnO (Zinc Oxide) thin film or a thin film in which ZnO is doped with at least one of In (indium), Ga (gallium), and Sn (tin, tin). More specifically, the deposition process is a ZnO (Zinc Oxide) thin film on a substrate, an IZO (Indium Zinc Oxide) thin film in which ZnO (Zinc Oxide) is doped with In (Indium), and ZnO (Zinc Oxide) is doped with Ga (Gallium).
  • GZO (Gallium Zinc Oxide) thin film, ZnO (Zinc Oxide) doped with In (Indium) and Ga (Gallium) IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) thin film, ZnO (Zinc Oxide) with In (Indium) and Sn (Tin) , tin) may be a process of depositing any one of ITZO (Indium Tin Zinc Oxide) thin films doped.
  • the thin film formed by the deposition process ( S100 ) may be, for example, a process for forming an active layer of a thin film transistor.
  • the deposition process performed before or after the cleaning process according to the embodiment may be a process of depositing a thin film on a substrate using an atomic layer deposition (ALD) method.
  • ALD atomic layer deposition
  • the process temperature for depositing a ZnO (Zinc Oxide) thin film, IZO (Indium Zinc Oxide) thin film, GZO (Gallium Zinc Oxide) thin film, and IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) thin film is 300 ° C to 350 ° C (300 ° C or more 350 ° C). °C or less) may be.
  • the process temperature for depositing the ITZO (Indium Tin Zinc Oxide) thin film may be 250 °C to 400 °C (250 °C or more, 400 °C or less).
  • the cleaning process (S200) is a process of spraying a cleaning gas that is a gas containing Br (bromine) (S210) and a process of spraying a first auxiliary gas that is a gas that decomposes or activates the cleaning gas (S220) and exhausting (S250).
  • the cleaning process (S200) may include a process (S230) of generating plasma in a space where the cleaning gas and the first auxiliary gas are sprayed.
  • the cleaning process (S200) may further include a process (S240) of spraying a cleaning gas and a second auxiliary gas that is a different type of gas from the first auxiliary gas.
  • the second auxiliary gas may be a gas injected to improve plasma generation efficiency.
  • the cleaning is performed at a lower temperature than the process temperature for the deposition process. That is, washing is performed at a temperature of less than 300°C (above room temperature) or less than 250°C (above room temperature).
  • a gas that can be decomposed or activated at a lower temperature than the process temperature for depositing a thin film on a substrate is used as a cleaning gas.
  • a gas that can be decomposed or activated at a temperature of less than 300° C. (above room temperature) is used as the cleaning gas.
  • a gas containing Br (bromine) is used as the cleaning gas.
  • a gas containing at least one of HBr, KBr, Br 2 , HBrO 3 , and CBrF 3 is used as the cleaning gas.
  • Gases containing Br (bromine) such as HBr, KBr, Br 2 , HBrO 3 , and CBrF 3 may be decomposed or activated at temperatures below 300°C (above room temperature). That is, the cleaning gas containing Br (bromine) can be decomposed at a temperature lower than a temperature required for a reaction between a source gas, which is a gas for thin film deposition, and a reactant gas.
  • the first auxiliary gas is a gas that reacts with the cleaning gas to decompose the cleaning gas, and at least one of H 2 gas and O 2 gas may be used as the first auxiliary gas. At this time, the first auxiliary gas may be injected through a path different from that of the cleaning gas.
  • impurities may be deposited or deposited in the form of thin films on surfaces of various parts or structures inside the substrate processing apparatus. Impurities in the form of thin films are not easily peeled off or separated from the surfaces of various components or structures.
  • the cleaning gas containing Br reacts with impurities or deposits in the form of a thin film, causing the impurities (deposits) to be exfoliated from the surface.
  • impurities may be removed from the surface by reacting with impurities at a temperature lower than the deposition process temperature.
  • a cleaning process using the cleaning gas and the first auxiliary gas will be described.
  • the case of using HBr gas as the cleaning gas and H 2 gas as the first auxiliary gas will be described as an example.
  • a case in which a cleaning process is performed after performing a process of depositing a ZnO thin film on a substrate inside a substrate processing apparatus will be described as an example.
  • the ZnO thin film may be deposited on the surface of various parts or structures as well as the substrate.
  • the ZnO thin film deposited on a surface other than the substrate inside the substrate processing apparatus, that is, the ZnO deposit may act as an impurity contaminating the substrate or thin film during the next deposition process.
  • a cleaning process is performed (S200).
  • the cleaning gas and the first auxiliary gas are sprayed into the substrate processing apparatus. That is, the HBr gas as the cleaning gas and the H 2 gas are injected as the first auxiliary gas. Further, the temperature inside the substrate processing apparatus is adjusted to a temperature of less than 300°C.
  • ZnO which is a deposit remaining in the substrate processing apparatus
  • ZnBr 2 ⁇ H 2 O is generated.
  • impurities in the form of ZnO thin films deposited on the surface of the substrate processing apparatus may be decomposed into fine particles (or particles).
  • impurities in the form of ZnO thin films are decomposed into fine particles, they are exfoliated from the surface on which they were deposited.
  • impurities in the form of particulates are discharged to the outside of the substrate processing apparatus by an exhaust process ( S250 ), and thus the inside of the substrate processing apparatus is cleaned. That is, it is discharged to the outside by the suction force of the exhaust unit provided in the substrate processing apparatus, and thus the inside of the substrate processing apparatus is cleaned.
  • the cleaning process is performed using a cleaning gas that can be decomposed at a lower temperature than the process temperature. That is, according to the embodiment, cleaning can be performed at a temperature of less than 300°C.
  • the internal temperature of the substrate processing apparatus increases during the cleaning process, when impurities are separated from the surface, for example, the wall of the chamber, a part of the wall of the chamber may come off. That is, a problem of damage to the inner surface of the substrate processing apparatus may occur. This becomes a factor of generating additional impurities in addition to deposits generated during the deposition process. As a result, a large amount of impurities remain in the substrate processing apparatus after the cleaning process is finished. In addition, corrosion may occur inside the substrate processing apparatus due to the high temperature.
  • impurities may be peeled off and cleaned from the surface of the substrate processing apparatus at a temperature lower than that of the prior art and lower than the deposition process temperature. Therefore, when impurities are peeled off from the surface, it is possible to prevent or reduce the surface inside the substrate processing apparatus from coming off together. Thus, the amount of impurities remaining in the substrate processing apparatus after the cleaning process is completed may be reduced. In addition, as the cleaning is performed at a low temperature, occurrence of corrosion due to high-temperature heat may be suppressed or prevented.
  • plasma When cleaning is performed by spraying the cleaning gas and the first auxiliary gas (S210 and S220), plasma may be generated inside the substrate processing apparatus (S230). That is, when the cleaning gas and the first auxiliary gas are sprayed into the substrate processing apparatus, RF power may be applied. At this time, at least one first auxiliary gas of N 2 gas, O 2 gas, and H 2 gas may be discharged to generate plasma.
  • the cleaning gas may be decomposed or activated at a relatively low temperature when plasma is generated inside the substrate processing apparatus as compared to heating the inside by operating only the heater installed inside the apparatus.
  • the cleaning gas can be decomposed at a lower temperature, and thus cleaning can be performed at a lower temperature.
  • the second auxiliary gas may be additionally sprayed (S240).
  • the second auxiliary gas is a gas for improving plasma generation efficiency
  • the second auxiliary gas may be Ar gas. That is, when the cleaning gas and the first auxiliary gas are injected into the substrate processing apparatus and RF power is applied to generate plasma, if the second auxiliary gas, which is Ar gas, is additionally injected, the plasma generation efficiency is improved by the Ar gas. has the effect of
  • the cleaning gas can be decomposed at a relatively low temperature, and accordingly, at a lower temperature. cleaning can be performed.
  • FIG. 2 is a process chart showing that cleaning is performed in situ after a deposition process according to a method according to a second embodiment of the present invention.
  • the cleaning process (S200) is a process of spraying a cleaning gas, which is a gas containing Br (bromine) (S210), after stopping the spraying of the cleaning gas, a gas containing nitrogen It includes a process of injecting (S260) and a process of exhausting (S270).
  • a cleaning gas which is a gas containing Br (bromine) (S210)
  • S260 a gas containing nitrogen
  • S270 a process of exhausting
  • the cleaning gas is pulsed and sprayed. That is, a cycle of alternately injecting (on) and stopping (off) the cleaning gas is repeated a plurality of times. Further, in the course of alternately injecting (on) and stopping (off) the cleaning gas, nitrogen gas or a gas containing nitrogen is injected when the injection of the cleaning gas is stopped. After the nitrogen gas is injected, exhaust is performed. Then, 'cleaning gas injection (S210), nitrogen gas injection (S260), exhaust process (S270)' is repeated a plurality of times as one cycle.
  • the impurities are discharged out of the substrate processing apparatus by the operation of the exhaust unit. That is, the impurities reacted while the cleaning gas is sprayed (on), when the sprayed nitrogen gas is discharged by the operation of the exhaust unit after the spray of the cleaning gas is stopped (off), together with the nitrogen gas outside the substrate processing apparatus. is exhausted with Accordingly, it can be explained that the injection (on) of the cleaning gas and the exhausting of the impurities are alternately performed. In this way, the nitrogen gas injected when the injection of the cleaning gas is stopped serves to increase the efficiency of exhausting impurities. That is, as impurities are exhausted together by the flow of nitrogen gas exhausted to the exhaust unit, there is an effect of improving the exhaust efficiency of the impurities.
  • exhaust is performed after spraying nitrogen gas, but it is not limited thereto and exhaust may be performed while spraying nitrogen gas.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus performing cleaning by a method according to embodiments of the present invention.
  • the substrate processing apparatus includes a chamber 100, a support 200 installed in the chamber 100 to support a substrate S, and disposed to face the support 200 to enter the chamber 100.
  • the substrate processing apparatus may further include a driving unit 700 for operating the support 200 by at least one of elevating and descending and rotating operations, and an exhaust unit 800 installed to be connected to the chamber 100 .
  • the chamber 100 may include an inner space for a reaction or process of depositing a thin film on the substrate S carried into the inside.
  • the inner space of the chamber 100 may have a cross-sectional shape such as a square, pentagon, or hexagon.
  • the shape of the inner space of the chamber 100 can be changed in various ways, and it is preferable to be prepared to correspond to the shape of the substrate (S).
  • the support 200 is installed inside the chamber 100 to face the ejection unit 300 and supports the substrate S carried into the chamber 100 .
  • a heater 210 may be provided inside the support 200 . Accordingly, when the heater 210 is operated, the substrate S seated on the support 200 and the inside of the chamber 100 may be heated.
  • the injection unit 300 has a plurality of holes (hereinafter referred to as holes 311 ) arranged in the extension direction of the support 200 and spaced apart from each other, and a first disposed facing the support 200 inside the chamber 100 .
  • the spraying unit 300 may further include an insulating unit 340 positioned between the first plate 310 and the second plate 330 .
  • the first plate 310 may have a plate shape extending in the extension direction of the support 200 .
  • a plurality of holes 311 are provided in the first plate 310 , and each of the plurality of holes 311 may be provided to pass through the first plate 310 in a vertical direction.
  • the plurality of holes 311 may be arranged in an extending direction of the first plate 310 or the support 200 .
  • Each of the plurality of nozzles 320 may have a shape extending in the vertical direction, a passage through which gas may pass is provided therein, and may have a shape with upper and lower ends open. Further, each of the plurality of nozzles 320 may be installed such that at least a lower portion thereof is inserted into a hole 311 provided in the first plate 310 and an upper portion thereof is connected to the second plate 330 . Accordingly, the nozzle 320 may be described as a shape protruding downward from the second plate 330 .
  • An outer diameter of the nozzle 320 may be smaller than an inner diameter of the hole 311 .
  • the outer circumferential surface of the nozzle 320 is installed to be spaced apart from the peripheral wall of the hole 311 (ie, the inner wall of the first plate 310). It can be. Accordingly, the inside of the hole 311 may be separated into an outer space of the nozzle 320 and an inner space of the nozzle 320 .
  • the passage in the nozzle 320 is a passage through which the gas supplied from the first gas supply pipe 500a is moved and sprayed.
  • the outer space of the nozzle 320 in the inner space of the hole 311 is a passage through which the gas supplied from the second gas supply pipe 500b is moved and sprayed. Therefore, hereinafter, the passage within the nozzle 320 is referred to as a first passage 360a, and the outer space of the nozzle 320 inside the hole 311 is referred to as a second passage 360b.
  • the second plate 330 may be installed such that an upper surface thereof is spaced apart from an upper wall in the chamber 100 and a lower surface thereof is spaced apart from the first plate 310 . Accordingly, empty spaces may be provided between the second plate 330 and the first plate 310 and between the second plate 330 and the upper wall of the chamber 100 , respectively.
  • the upper space of the second plate 330 is a space in which the gas provided from the first gas supply pipe 500a diffuses and moves (hereinafter referred to as a diffusion space 350), and communicates with the upper openings of the plurality of nozzles 320.
  • the diffusion space 350 is a space communicating with the plurality of first paths 360a. Accordingly, the gas passing through the first gas supply pipe 500a can be diffused in the diffusion space 350 in the extension direction of the second plate 330 and then injected downward through the plurality of first paths 360a. there is.
  • a gundrill (not shown) is provided inside the second plate 330, which is a passage through which gas moves, and the gundrill is connected to the second gas supply pipe 500b and communicated with the second passage 360b. It can be. Accordingly, the gas provided from the second gas supply pipe 500b may be injected toward the base B via the gun drill of the second plate 330 and the second path 360b.
  • the RF power supply unit 600 is a means for applying power to generate plasma in the chamber 100 . More specifically, the RF power supply unit 600 is a means for applying RF power for plasma generation, and may be connected to the first plate 510 of the injection unit 300 . At this time, the second plate 330 and the support 200 may be grounded. Also, the RF power supply unit 700 may include an impedance matching circuit for matching the load impedance and source impedance of the power supply for plasma generation.
  • the impedance matching circuit may include two impedance elements composed of at least one of a variable capacitor and a variable inductor.
  • the gas supply unit 400 supplies a gas required for depositing a thin film and a gas required for cleaning to the ejection unit 300 .
  • the gas supply unit 400 includes a source gas storage unit 410 storing a source gas for thin film deposition, a reactive gas storage unit 420 storing a reactive gas, which is a gas that reacts with the source gas, and a purge gas storing a purge gas.
  • a storage unit 430, a cleaning gas storage unit 440 in which a cleaning gas containing Br (bromine) is stored, and first and second auxiliary gases sprayed together with the cleaning gas during a cleaning process are respectively stored. It may include auxiliary gas storage units 450a and 450b.
  • the gas supply unit may include a nitrogen gas storage unit 450c in which gas containing nitrogen is stored.
  • the gas supply unit 400 includes a first transfer pipe 470a connecting the source gas storage unit 410, the purge gas storage unit 430, and the cleaning gas storage unit 440 to the first gas supply pipe 500a;
  • the second transfer connecting the reactive gas storage unit 420, the first auxiliary gas storage unit 450a, the second auxiliary gas storage unit 450b, and the nitrogen gas storage unit 450c to the second gas supply pipe 500b. It may include a tube (470b).
  • the gas supply unit 400 includes a plurality of first connection pipes (connecting each of the source gas storage unit 410, the purge gas storage unit 430, and the cleaning gas storage unit 440 and the first transfer pipe 470a). 480a), the first valve 490a installed in each of the plurality of first connection pipes 480a, the reactive gas storage unit 420, the first auxiliary gas storage unit 450a, and the second auxiliary gas storage unit 450b. and a plurality of second connection pipes 480b connecting each of the nitrogen gas storage units 450c and the second transfer pipe 470b and a second valve 490b installed on each of the plurality of second connection pipes 480b. can do.
  • the gas stored in the source gas storage unit 410 is a gas for thin film deposition. That is, the source gas storage unit 410 stores at least one of a gas containing zinc (Zn), a gas containing indium (In), a gas containing gallium (Ga), and a gas containing tin (Sn). It can be. At this time, the source gas storage unit 410 may be provided in plurality. That is, a source gas storage unit storing zinc (Zn)-containing gas, a source gas storage unit storing indium (In)-containing gas, a source gas storage unit storing gallium (Ga)-containing gas, and a source storing tin (Sn)-containing gas. All gas storage units may be provided.
  • a source gas storage unit storing zinc (Zn)-containing gas, a source gas storage unit storing indium (In)-containing gas, a source gas storage unit storing gallium (Ga)-containing gas, and tin may be provided.
  • At least one of diethyl zinc (Zn(C 2 H 5 ) 2 ) (DEZ) and dimethyl zinc (Zn (CH 3 ) 2 ) (DMZ) may be used as a gas containing zinc (Zn).
  • At least one of trimethyl indium (In(CH 3 ) 3 ) (TMIn) and diethylamino propyl dimethyl indium (DADI) may be used as a gas containing indium (In)
  • DADI diethylamino propyl dimethyl indium
  • Trimethyl Gallium (Ga(CH 3 ) 3 ) (TMGa) may be used as a raw material gas containing gallium (Ga).
  • tin (Sn) tetramethyltin [tetramehtyltin; Sn(Me)4] can be used.
  • the reactive gas storage unit 420 stores a gas for thin film deposition and a gas that reacts with the source gas.
  • the reactive gas may be a gas containing oxygen (O). More specifically, at least one of pure oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), and ozone (O 3 ) may be used as the reactive gas.
  • the purge gas stored in the purge gas storage unit 430 may be, for example, N 2 gas or Ar gas.
  • the cleaning gas stored in the cleaning gas storage unit 440 contains Br (bromine).
  • a gas containing at least one of HBr, KBr, Br 2 , HBrO 3 , and CBrF 3 may be stored in the cleaning gas storage unit 440 .
  • the gas stored in the first auxiliary gas storage unit 450a reacts with the cleaning gas, and the first auxiliary gas serving to decompose the cleaning gas is stored. At this time, at least one of N 2 gas, O 2 gas, and H 2 gas may be used as the first auxiliary gas.
  • the second auxiliary gas storage unit 450b stores a second auxiliary gas, which is a gas for improving plasma formation efficiency.
  • the second auxiliary gas may be Ar gas.
  • the reactive gas storage unit and the first auxiliary gas storage unit are separately provided.
  • only one of the reactive gas storage unit and the first auxiliary gas storage unit may be provided.
  • O 2 is used as a reactive gas during thin film deposition
  • O 2 is used as a first auxiliary gas during a cleaning process
  • only one of the reactive gas storage unit and the first auxiliary gas storage unit is provided. It can be.
  • the purge gas storage unit and the second auxiliary gas storage unit are separately provided.
  • the same gas is used as the purge gas and the second auxiliary gas
  • only one of the purge gas storage unit and the second auxiliary gas storage unit may be provided.
  • Ar is used as a purge gas during thin film deposition and Ar is used as a second auxiliary gas during a cleaning process
  • only one of the purge gas storage unit and the second auxiliary gas storage unit may be provided.
  • the substrate 10 is brought into the chamber 100 and placed on the support 200 . Then, the heater 210 is operated to heat the substrate S seated on the support 200 to 300° C. to 350° C. Of course, after heating the support 200 to 300° C. to 350° C., the substrate S may be seated on the support 200 .
  • a ZnO thin film is deposited on the substrate (S). That is, a ZnO thin film is formed on the substrate S by an atomic layer deposition method performed in the order of source gas injection, purge gas injection (first purge), reactive gas injection, and purge gas injection (second purge).
  • a brief description of a method of forming a ZnO thin film by injecting gas into the chamber 100 using the injection unit 300 and the gas supply unit 400 is as follows.
  • the source gas that is, the Zn-containing gas stored in the source gas storage unit 410 is supplied to the first transfer pipe 470a.
  • the source gas supplied through the first transfer pipe 470a is introduced into the diffusion space 350 in the injection unit 300 via the first gas supply pipe 500a. After the source gas is diffused in the diffusion space 350, it is injected toward the substrate S through the plurality of nozzles 320, that is, the plurality of first paths 360a.
  • the purge gas is supplied through the purge gas storage unit 430 and the purge gas is injected into the chamber 100 (first purge).
  • the purge gas discharged from the purge gas storage unit 430 may pass through the first transfer pipe 470a and the first gas supply pipe 500a and then be injected downward through the first path 360a.
  • the purge gas injected into the chamber 100 through the first path 360a is exhausted toward the exhaust unit 800, at least some of the by-products or impurities such as the source gas that are not adsorbed on the substrate S are together. can be exhausted.
  • a reactive gas for example, O 2 gas is supplied from the reactive gas storage unit 420 and injected into the chamber 100 .
  • the reactive gas may be injected into the chamber 100 through a path different from that of the source gas. That is, the reactive gas may be injected downward through the second path 360b after passing through the second transport pipe 470b and the second gas supply pipe 500b.
  • plasma may be generated in the chamber 100 by operating the RF power supply unit 600 .
  • the reactant gas is injected, a reaction between the source gas adsorbed on the substrate S and the reactant gas may occur to generate a reactant, that is, ZnO. And this reactant is deposited or deposited on the substrate (S), whereby a ZnO thin film is deposited on the substrate (S).
  • the purge gas is supplied through the purge gas storage unit 430 and the purge gas is injected into the chamber 100 (secondary purge). At this time, by-products caused by the reaction between the source gas and the reactant gas may be discharged to the outside of the chamber 100 by the second purge.
  • the process cycle performed in the order of 'source gas injection, purge gas injection (first purge), reactive gas injection, and purge gas injection (second purge)' may be repeatedly performed a plurality of times. And, the number of execution cycles can be determined according to the target thickness.
  • the substrate 10 is taken out of the chamber 100.
  • the inside of the chamber 100 is cleaned (S200). That is, during the process of depositing the ZnO thin film on the substrate (S), cleaning is performed to remove impurities, which are thin films deposited on the inner wall of the chamber installed inside the chamber 100 and the surface of the support, in addition to the substrate (S).
  • the cleaning gas and the first auxiliary gas are discharged from the cleaning gas storage unit 440 and the first auxiliary gas storage unit 450a, respectively.
  • the cleaning gas is injected into the chamber 100 through the first path 360a of the injection unit 300 via the first transfer pipe 470a and the first gas supply pipe 500a (S210).
  • the first auxiliary gas is injected into the chamber 100 through the second path 360b of the injection unit 300 via the second transfer pipe 470b and the second gas supply pipe 500b (S220).
  • the cleaning gas may be, for example, HBr gas
  • the first auxiliary gas may be H 2 gas.
  • the inside of the chamber 100 is adjusted to a temperature of less than 300° C. using the heater 210 .
  • the cleaning gas HBr gas
  • the first auxiliary gas H 2
  • the cleaning gas is decomposed by the first auxiliary gas. That is, H and Br of the HBr gas are decomposed.
  • a reaction occurs between Br decomposed from the cleaning gas and impurities remaining in the chamber 100, that is, the ZnO thin film (see Scheme 1). That is, ZnO impurities in the form of thin films deposited on the surface of various components or structures inside the chamber 100 react with Br of the cleaning gas, and ZnBr 2 ⁇ H 2 O may be generated by this reaction.
  • the ZnO impurities in the form of a thin film may be micronized.
  • impurities in the form of a thin film become fine particles, the bonding force or adhesion between the impurities and the surface is weakened, and thus the impurities in the form of fine particles may be separated from the deposition surface.
  • suction power is generated inside the chamber 100 by the operation of the exhaust unit 800 at this time. Accordingly, the micronized impurities or exfoliated impurities may be discharged to the outside of the chamber 100 through the exhaust unit 800 by the suction force, and thus the inside of the chamber 100 is cleaned.
  • plasma may be generated in the chamber 100 by operating the RF power supply unit 600 (S230). That is, when the RF power supply unit 600 is operated, the first auxiliary gas, for example, O 2 gas may be discharged to generate plasma.
  • the first auxiliary gas for example, O 2 gas
  • plasma is generated in this way, cleaning can be performed at a lower temperature than in the case where it is not. That is, compared to when the inside of the chamber 100 is heated by operating only the heater 210, when plasma is generated inside the chamber 100, the cleaning gas can be decomposed at a relatively low temperature, and the chamber at a lower temperature. (100) The interior can be cleaned.
  • the second auxiliary gas that is, Ar gas may be additionally injected (S240).
  • the second auxiliary gas when the second auxiliary gas is injected, plasma generation efficiency may be improved. Therefore, compared to when plasma is generated by injecting only the cleaning gas and the first auxiliary gas into the chamber 100, the cleaning gas can be decomposed at a relatively lower temperature when the second auxiliary gas, Ar gas, is injected together. , it is possible to clean the inside of the chamber at a low temperature.
  • the inside of the substrate processing apparatus can be cleaned at a temperature lower than that of the prior art and lower than the deposition process temperature. That is, impurities in the form of a thin film deposited on the surface of a component or structure installed inside the chamber 100 can be decomposed and pulverized at a low temperature of less than 300° C., thereby exfoliating the impurities from the surface. As a result, the inside of the chamber 100 can be cleaned at a lower temperature than the deposition temperature.
  • cleaning at such a low temperature can prevent or reduce the surface of the substrate processing apparatus from coming off together when impurities are separated from the surface.
  • the amount of impurities remaining in the substrate processing apparatus after the cleaning process is completed may be reduced.
  • occurrence of corrosion due to high-temperature heat may be suppressed or prevented.
  • the inside of the substrate processing apparatus can be cleaned at a temperature lower than that of the prior art and lower than the deposition process temperature. That is, impurities in the form of a thin film deposited on the surface of a component or structure installed inside the substrate processing apparatus may be separated from the surface at a low temperature to be cleaned. Accordingly, it is possible to prevent or suppress the separation of the inner surface of the substrate processing apparatus when impurities are exfoliated. As a result, the generation of additional contaminants inside the chamber may be reduced, and the amount of impurities remaining inside the substrate processing apparatus after the cleaning process is finished may be reduced.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 세정 방법은 챔버 내부로 기판을 반입시키는 단계, 챔버 내부로 Zn, Ga, In 및 Sn 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 분사하여 기판 상에 박막을 증착하는 단계, 챔버 외부로 기판을 반출하는 단계, 챔버 내부로 Br을 함유하는 세정가스를 분사하는 단계 및 박막 증착 단계에서 기판 외에 챔버의 내부에 증착된 불순물과 세정가스가 반응하여 생성된 부산물을 배기하는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래에 비해 낮은 온도이며 증착 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 기판 처리 장치의 내부를 세정할 수 있다. 즉, 기판 처리 장치 내부에 설치된 부품 또는 구조물 표면에 증착된 박막 형태의 불순물을 낮은 온도에서 표면으로부터 박리시켜 세정할 수 있다.

Description

기판 처리 장치의 세정 방법
본 발명은 기판 처리 장치의 세정 방법에 관한 것으로, 기판 처리 장치의 내부에 잔류하는 불순물의 양을 감소시킬 수 있는 기판 처리 장치의 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 디스플레이 장치를 제조하는 공정은 기판 상에 박막을 증착하는 공정을 포함한다. 그리고 박막 증착 공정은 기판 처리 장치의 챔버 내부에서 실시된다.
한편, 기판 상에 박막을 증착하는 증착 공정을 실시할 때, 기판뿐만 아니라 증착 공정이 수행되는 챔버 내부에도 증착물이 퇴적된다. 예를 들어, 챔버의 내벽, 기판을 지지하는 지지대 등의 표면에 박막이 퇴적된다.
이와 같이 챔버 내부에 퇴적된 박막은 그 두께가 증가하면 박리되어 파티클(particle) 발생의 원인이 된다. 또한, 파티클은 기판 상에 형성되는 박막 내에 들어가거나, 박막 표면에 부착되어 결함의 원인으로 작용하여 제품의 불량률을 높인다. 따라서, 이러한 퇴적물이 박리되기 이전에 제거할 필요가 있다.
챔버 내부의 퇴적물을 제거하는 세정 공정을 실시할 때, 일반적으로 Cl을 포함하는 가스 또는 F를 포함하는 가스를 사용하였다. 이때, Cl을 포함하는 가스 또는 F를 포함하는 가스가 퇴적물과 반응하기 위해서는 챔버 내부가 고온으로 유지되어야 한다.
그런데, 퇴적물이 챔버 내부의 표면으로부터 박리될 때, 챔버 내부의 온도가 높아 퇴적물 외에 상기 퇴적물이 퇴적되어 있는 부품 또는 구조물의 표면이 함께 박리될 수 있다. 이에, 퇴적물 외에 불순물로 작용하는 오염물이 추가로 발생된다. 따라서, 챔버 내부에 퇴적물 및 추가 발생 오염물을 포함하는 불순물의 양이 많아, 세정 공정이 종료된 후에도 챔버 내부에 불순물이 많이 잔류하게 되는 문제가 있다.
또한, 챔버 내부가 고온으로 유지됨에 따라 세정 공정 시에 챔버 내부에서 부식이 일어나는 문제가 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국등록특허 10-1232904
본 발명은 낮은 온도에서 세정할 수 있는 기판 처리 장치의 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 박막 증착 온도에 비해 낮은 온도에서 세정할 수 있는 기판 처리 장치의 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 다른 기판 처리 장치의 세정 방법은, 챔버 내부로 기판을 반입시키는 단계; 상기 챔버 내부로 Zn, Ga, In 및 Sn 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 분사하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 상기 챔버 외부로 기판을 반출하는 단계; 상기 챔버 내부로 Br을 함유하는 세정가스를 분사하는 단계; 및 상기 박막 증착 단계에서 상기 기판 외에 상기 챔버의 내부에 증착된 불순물과 상기 세정가스가 반응하여 생성된 부산물을 배기하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 다른 기판 처리 장치의 세정 방법은, 챔버 내부로 기판을 반입시키는 단계; 상기 챔버 내부로 가스를 분사하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계; 상기 챔버 외부로 기판을 반출하는 단계; 상기 챔버 내부로 Br을 함유하는 세정가스를 분사하는 단계; 및 상기 박막 증착 단계에서 상기 기판 외에 상기 챔버의 내부에 증착된 불순물과 상기 세정가스가 반응하여 생성된 부산물을 배기하는 단계;를 포함하고, 상기 세정가스를 분사하는 단계에 있어서, 상기 세정가스를 펄스(pulse)화하여 분사하거나, 상기 세정가스를 분사하는 단계와 상기 부산물을 배기하는 단계를 교대로 반복할 수 있다.
상기 챔버 내부로 상기 세정가스를 분해하는 제1보조가스를 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 제1보조가스는 H2 가스 및 O2 가스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, Ar 가스인 제2보조가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 챔버 내부로 질소를 함유하는 가스를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 질소를 함유하는 가스를 분사하는 단계는, 상기 세정가스를 분사하는 단계와 상기 부산물을 배기하는 단계 사이에 실시될 수 있다.
상기 세정가스는 HBr, KBr, Br2, HBrO3 및 CBrF3 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 사용할 수 있다.
상기 챔버 내부의 온도가 증착 공정시의 온도에 비해 낮을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래에 비해 낮은 온도이며 증착 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 기판 처리 장치의 내부를 세정할 수 있다. 즉, 기판 처리 장치 내부에 설치된 부품 또는 구조물 표면에 증착된 박막 형태의 불순물을 낮은 온도에서 상기 표면으로부터 박리시켜 세정할 수 있다.
이에 따라, 불순물이 박리될 때 기판 처리 장치 내부의 표면이 함께 떨어져 나가는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 이로 인해, 챔버 내부에 추가 오염물 발생을 줄일 수 있고, 세정 공정이 종료된 후 기판 처리 장치의 내부에 잔류하는 불순물의 양을 줄일 수 있다.
또한, 고온의 열에 의해 기판 처리 장치가 부식되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.
도 1은 증착 공정 후에 인시츄(in situ)로 본 발명의 제1실시예에 따른 방법으로 세정을 실시하는 것을 나타낸 공정도이다.
도 2는 증착 공정 후에 인시츄(in situ)로 본 발명의 제2실시예에 따른 방법으로 세정을 실시하는 것을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 세정을 실시하는 기판 처리 장치를 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 증착 공정 후에 인시츄(in situ)로 본 발명의 제1실시예에 따른 방법으로 세정을 실시하는 것을 나타낸 공정도이다.
세정 공정은 기판 처리 장치 내부에서 기판 상에 박막을 증착할 때, 기판 외에 다른 부품 또는 구조물의 표면에 증착 또는 퇴적된 박막을 제거하는 공정일 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 기판 처리 장치의 내부에서 기판 외에 다른 부품 또는 구조물의 표면에 증착 또는 퇴적된 박막이며, 기판 처리 장치의 내부에 잔류하는 박막을 불순물이라 명명한다.
본 발명의 실시예에서는 도 1과 같이 하나의 기판 처리 장치에서 증착 공정(S100)과 세정 공정(S200)을 인시츄(in situ)로 진행한다. 즉, 기판 처리 장치의 내부에서 기판 상에 박막을 증착하는 공정(S100)이 종료된 후, 기판 처리 장치의 내부를 세정하는 공정(S200)을 실시한다. 이때, 1회의 증착 공정이 실시된 후에 바로 세정 공정을 실시하거나, 복수회의 증착 공정이 실시된 후에 세정 공정을 실시할 수 있다. 또한, 증착 공정 사이에 선택적으로 세정 공정을 실시할 수 있다.
도 1을 참조하면, 증착 공정(S100)은 기판 처리 장치의 챔버 내부로 기판을 반입시키는 과정(S110), 기판의 일면에 박막을 증착하는 과정(S120) 및 박막 증착이 종료된 기판을 챔버 외부로 반출하는 과정(S120)을 포함한다.
증착 과정(S120)에서 증착되는 박막은, 기판 상에 ZnO(Zinc Oxide) 박막 또는 ZnO에 In(인듐), Ga(갈륨) 및 Sn(주석, tin) 중 적어도 하나가 도핑된 박막일 수 있다. 보다 구체적으로, 증착 공정은 기판 상에 ZnO(Zinc Oxide) 박막, ZnO(Zinc Oxide)에 In(인듐)을 도핑한 IZO(Indium Zinc Oxide) 박막, ZnO(Zinc Oxide)에 Ga(갈륨)을 도핑한 GZO(Gallium Zinc Oxide) 박막, ZnO(Zinc Oxide)에 In(인듐) 및 Ga(갈륨)을 도핑한 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 박막, ZnO(Zinc Oxide)에 In(인듐) 및 Sn(주석, tin)을 도핑한 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 박막 중 어느 하나를 증착하는 공정일 수 있다. 또한, 증착 공정(S100)에 의해 형성되는 박막은 예를 들어 박막 트랜지스터의 활성층(active layer) 형성을 위한 공정일 수 있다.
그리고, 실시예에 따른 세정 공정 전 또는 후에 실시되는 증착 공정은 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 방법으로 기판 상에 박막을 증착하는 공정일 수 있다.
또한, ZnO(Zinc Oxide) 박막, IZO(Indium Zinc Oxide) 박막, GZO(Gallium Zinc Oxide) 박막, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 박막을 증착하기 위한 공정 온도는 300℃ 내지 350℃(300℃ 이상 350℃ 이하)일 수 있다. 그리고, ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 박막을 증착하기 위한 공정 온도는 250℃ 내지 400℃(250℃ 이상, 400℃ 이하)일 수 있다.
세정 공정(S200)은 도 1에 도시된 바와 같이, Br(브롬)을 함유하는 가스인 세정가스를 분사하는 과정(S210) 및 세정가스를 분해 또는 활성화시키는 가스인 제1보조가스를 분사하는 과정(S220) 및 배기하는 과정(S250)을 포함한다.
그리고, 세정 공정(S200)은 세정가스와 제1보조가스가 분사되는 공간에 플라즈마를 발생시키는 과정(S230)을 포함할 수 있다. 또한, 세정 공정(S200)은 세정가스 및 제1보조가스와 다른 종류의 가스인 제2보조가스를 분사하는 과정(S240)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제2보조가스는 플라즈마의 생성 효율을 향상시키기 위해 분사되는 가스일 수 있다.
증착 공정 종료 후에 세정 공정을 실시하는데 있어서, 증착 공정을 위한 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 세정을 실시한다. 즉, 300℃ 미만(상온 이상)의 온도 또는 250℃ 미만(상온 이상)의 온도에서 세정을 실시한다. 이를 위해 기판 상에 박막을 증착하기 위한 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 분해 또는 활성화될 수 있는 가스를 세정가스로 사용한다. 다른 말로 설명하면, 300℃ 미만(상온 이상)의 온도에서 분해 또는 활성화될 수 있는 가스를 세정 가스로 사용한다.
실시예에서는 세정가스로 Br(브롬)을 함유하는 가스를 사용한다. 보다 구체적인 예로 HBr, KBr, Br2, HBrO3, CBrF3 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 세정가스로 사용한다. HBr, KBr, Br2, HBrO3, CBrF3와 같이 Br(브롬)을 함유하는 하는 가스는 300℃ 미만(상온 이상)의 온도에서 분해 또는 활성화될 수 있다. 즉, Br(브롬)을 함유하는 세정가스는 박막 증착을 위한 가스인 소스가스와 리액턴트 가스가 반응하는데 필요한 온도에 비해 낮은 온도에서 분해될 수 있다.
제1보조가스는 세정가스와 반응하여 상기 세정가스를 분해하는 가스로서, 제1보조가스로 H2 가스 및 O2 가스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 이때 제1보조가스는 세정가스와 다른 경로로 분사될 수 있다.
한편, 불순물은 기판 처리 장치 내부에서 각종 부품 또는 구조물의 표면에 박막 형태로 증착 또는 퇴적되어 있을 수 있다. 이렇게 박막 형태의 불순물은 각종 부품 또는 구조물의 표면으로부터 쉽게 박리 또는 분리되지 않는다.
그러나 Br을 함유하는 세정가스는 박막 형태의 불순물 또는 퇴적물과 반응하여, 상기 불순물(퇴적물)이 표면으로부터 박리되도록 한다. 또한, 증착시 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 불순물과 반응하여 표면으로부터 불순물을 박리시킬 수 있다.
이하, 세정가스와 제1보조가스를 이용한 세정 과정에 대해 설명한다. 이때 세정가스로 HBr 가스, 제1보조가스로 H2 가스를 사용하는 경우를 예를 들어 설명한다. 또한, 기판 처리 장치 내부에서 기판 상에 ZnO 박막을 증착하는 공정을 수행한 후, 세정 공정을 실시하는 경우를 예를 들어 설명한다.
기판 처리 장치의 내부에서 기판 상에 ZnO 박막을 증착하는 공정이 수행되고 나면, 기판뿐만 아니라 각종 부품 또는 구조물의 표면에 ZnO 박막이 증착될 수 있다. 이렇게 기판 처리 장치 내부에서 기판이 아닌 다른 표면에 증착된 ZnO 박막 즉, ZnO 퇴적물은 다음 증착 공정 시에 기판 또는 박막을 오염시키는 불순물로 작용할 수 있다.
이에, 증착 공정(S100)이 종료되면 세정 공정을 실시한다(S200). 이를 위해 기판 처리 장치 내부로 세정가스 및 제1보조가스를 분사한다. 즉, 세정가스인 HBr 가스, 제1보조가스로 H2 가스를 분사한다. 또한, 기판 처리 장치의 내부의 온도를 300℃ 미만의 온도로 조절한다.
세정가스(HBr 가스)와 제1보조가스(H2)가 분사되면, 제1보조가스인 H2에 의해 세정가스인 HBr가 분해되고, 세정가스로부터 분해된 Br과 불순물인 ZnO 박막 간의 반응이 일어난다(반응식 1 참조).
반응식 1) ZnO + 2HBr + H2 --> ZnBr2·H2O
즉, 기판 처리 장치에 잔류하고 있는 퇴적물인 ZnO가 분해되며, ZnBr2·H2O가 생성된다. 다른 말로 설명하면, 기판 처리 장치의 표면에 퇴적되어 있는 ZnO 박막 형태의 불순물이 분해되어 미립자(또는 파티클) 형태가 될 수 있다. 그리고 ZnO 박막 형태의 불순물이 분해되어 미립자 형태가 됨에 따라 퇴적되어 있던 표면으부터 박리된다. 또한, 미립자 형태의 불순물은 배기 과정(S250)에 의해 기판 처리 장치 외부로 배출되며, 이에 기판 처리 장치의 내부가 세정된다. 즉, 기판 처리 장치에 마련된 배기부의 흡입력에 의해 외부로 배출되며, 이에 기판 처리 장치의 내부가 세정된다.
이와 같이, 실시예에서는 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 분해될 수 있는 세정가스를 이용하여 세정 공정을 실시한다. 즉, 실시예에 의하면 300℃ 미만의 온도에서 세정을 실시할 수 있다.
한편, 세정 공정 시에 기판 처리 장치의 내부의 온도가 높을 수록, 불순물이 표면 예컨대 챔버벽으로부터 박리될 때 상기 챔버의 벽면 중 일부가 떨어져 나가는 일이 발생될 수 있다. 즉, 기판 처리 장치 내부의 표면이 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 이는 증착 공정시에 발생된 퇴적물 외에 추가 불순물을 발생시키는 요인이 된다. 이에, 세정 공정이 종료된 후에 기판 처리 장치 내부에 많은 양의 불순물이 잔류하게 된다. 또한 높은 온도로 인해 기판 처리 장치 내부에 부식이 발생될 수 있다.
그러나, 실시예에서는 종래에 비해 낮은 온도이며 증착 공정 온도에 비해 낮은 온도에서, 기판 처리 장치의 표면으로부터 불순물을 박리시켜 세정할 수 있다. 따라서, 표면으로부터 불순물이 박리될 때, 기판 처리 장치 내부의 표면이 함께 떨어져 나가는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 이에, 세정 공정이 종료된 후에 기판 처리 장치 내부에 잔류하는 불순물의 양을 줄일 수 있다. 또한 낮은 온도에서 세정을 실시함에 따라 고온의 열에 의한 부식 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.
세정가스 및 제1보조가스를 분사하여(S210, S220) 세정을 실시할 때, 기판 처리 장치 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다(S230). 즉, 기판 처리 장치 내부로 세정가스 및 제1보조가스를 분사할 때, RF 전원을 인가할 수 있다. 이때, N2 가스, O2 가스, H2 가스 중 적어도 하나의 제1보조가스가 방전되어 플라즈마가 발생될 수 있다.
플라즈마가 발생되면 세정가스의 분해 또는 활성화가 보다 쉽게 일어날 수 있다. 즉, 기판 처리 장치의 내부에 설치된 히터만을 동작시켜 내부를 가열할 때에 비해, 내부에 플라즈마를 함께 발생시키는 경우 상대적으로 낮은 온도에서 세정가스가 분해 또는 활성화될 수 있다. 다시 말해, 세정가스와 제1보조가스 만을 분사할 때에 비해 플라즈마를 함께 발생시키는 경우, 보다 낮은 온도에서 세정가스를 분해할 수 있으며, 이에 따라 낮은 온도에서 세정을 실시할 수 있다.
세정가스 및 제1보조가스를 분사하면서(S210, S220) 플라즈마를 발생(S230)를 발생시켜 세정을 실시하는데 있어서, 제2보조가스를 추가로 분사할 수 있다(S240). 제2보조가스는 플라즈마 생성 효율을 향상시키기 위한 가스로서, 제2보조가스는 Ar 가스일 수 있다. 즉, 기판 처리 장치 내부로 세정가스 및 제1보조가스를 분사하고 RF 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킬 때, Ar 가스인 제2보조가스를 추가로 분사하면, Ar 가스에 의해 플라즈마 발생 효율이 향상되는 효과가 있다.
따라서, 세정가스와 제1보조가스 만을 분사하여 플라즈마를 발생시킬 때에 비해, 제2보조가스인 Ar 가스를 함께 분사하는 경우 상대적으로 낮은 온도에서 세정가스가 분해될 수 있고, 이에 따라 보다 낮은 온도에서 세정을 실시할 수 있다.
도 2는 증착 공정 후에 인시츄(in situ)로 본 발명의 제2실시예에 따른 방법으로 세정을 실시하는 것을 나타낸 공정도이다.
상술한 제1실시예에서는 세정 공정(S200)에서 Br을 포함하는 세정가스와 제1보조가스를 분사하는 것을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고 제1세정가스 만을 분사할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 세정 방법을 설명한다. 이때, 제1실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2를 참조하면, 제2실시예에 따른 세정 공정(S200)은 Br(브롬)을 함유하는 가스인 세정가스를 분사하는 과정(S210), 세정가스의 분사가 중지된 후 질소를 포함하는 가스를 분사하는 과정(S260) 및 배기하는 과정(S270)을 포함한다.
세정가스를 분사(210)하는데 있어서, 상기 세정가스를 펄스(pulse)화하여 분사한다. 즉, 세정가스의 분사(on) 및 분사 중지(off)를 교대로 실시하는 사이클(cycle)을 복수회 반복한다. 그리고, 세정가스의 분사(on) 및 분사 중지(off)를 교대로 실시하는 과정에서, 세정가스의 분사가 중지되었을 때 질소 가스 또는 질소를 포함하는 가스를 분사한다. 그리고, 질소 가스가 분사된 후 배기를 실시한다. 그리고 '세정가스 분사(S210), 질소가스 분사(S260), 배기과정(S270)'을 하나의 사이클로 하여 복수번 반복한다.
이와 같이 세정가스의 분사가 중지된 후에 질소 가스가 분사되고, 질소 가스가 분사될 때 세정가스를 분사하지 않으므로, 세정가스 및 질소가스 각각을 펄스화하여 분사하는 것으로 설명될 수 있다.
이렇게 세정가스의 분사가 중지(off)되고 질소 가스를 분사할 때, 배기부 동작에 의해 불순물이 기판 처리 장치 밖으로 배출된다. 즉, 세정가스가 분사(on)되는 동안 반응된 불순물은, 세정가스의 분사가 중지(off)된 후 분사된 질소 가스가 배기부의 동작에 이해 배출될 때, 상기 질소 가스와 함께 기판 처리 장치 외부로 배기된다. 이에, 세정 가스의 분사(on)와 불순물의 배기가 교대로 실시되는 것으로 설명될 수 있다. 이와 같이 세정가스의 분사가 중지되었을 때 분사되는 질소 가스는 불순물의 배기 효율을 증가시키는 역할을 한다. 즉, 질소 가스가 배기부로 배기되는 흐름에 의해 불순물이 함께 배기됨에 따라, 불순물의 배기 효율이 향상되는 효과가 있다.
상기에서는 질소 가스를 분사한 후배기를 실시하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 질소 가스를 분사하면서 배기를 실시할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 세정을 실시하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세정 공정이 실시되는 기판 처리 장치에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치는 챔버(100), 챔버(100) 내에 설치되어 기판(S)를 지지하기 위한 지지대(200), 지지대(200)와 마주보도록 배치되어 챔버(100) 내부로 가스를 분사하는 분사부(300), 분사부(300)로 증착 및 세정을 위한 가스를 제공하는 가스 공급부(400), 서로 다른 경로를 가지도록 분사부(300)에 연결되며 가스 공급부(400)로부터 제공된 가스를 분사부(300)로 공급하는 제1 및 제2가스 공급관(500a, 500b), 챔버(100) 내에 플라즈마를 발생시키도록 전원을 인가하는 RF 전원부(600)를 포함할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 지지대(200)를 승하강 및 회전 동작 중 적어도 하나로 동작시키는 구동부(700), 챔버(100)에 연결되게 설치된 배기부(800)를 더 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부로 반입된 기판(S) 상에 박막을 증착시킬 수 있는 반응 또는 공정을 위한 내부공간을 포함할 수 있다. 이때 챔버(100)의 내부공간은 예컨대 그 단면의 형상이 사각형, 오각형, 육각형 등의 형상일 수 있다. 물론, 챔버(100) 내부공간의 형상은 다양하게 변경 가능하며, 기판(S)의 형상과 대응하도록 마련되는 것이 바람직하다.
지지대(200)는 분사부(300)와 마주보도록 챔버(100) 내부에 설치되어, 챔버(100) 내부로 반입된 기판(S)을 지지한다. 이러한 지지대(200)의 내부에는 히터(210)가 마련될 수 있다. 이에 히터(210)를 동작시키면 지지대(200) 상에 안착된 기판(S) 및 챔버(100)의 내부가 가열될 수 있다.
분사부(300)는 지지대(200)의 연장 방향으로 나열되어 상호 이격 배치된 복수의 홀(이하 홀(311))을 가지며, 챔버(100) 내부에서 지지대(200)와 마주보도록 배치된 제1플레이트(310), 적어도 일부가 복수의 홀(311) 각각에 삽입되도록 마련된 복수의 노즐(320), 챔버(100) 내부에서 상기 챔버(100) 내 상부벽과 제1플레이트(310) 사이에 위치하도록 설치된 제2플레이트(330)를 포함할 수 있다.
또한, 분사부(300)는 제1플레이트(310)와 제2플레이트(330) 사이에 위치된 절연부(340)를 더 포함할 수 있다.
제1플레이트(310)는 지지대(200)의 연장 방향으로 연장 형성된 판 형상일 수 있다. 그리고, 제1플레이트(310)에는 복수의 홀(311)이 마련되는데, 복수의 홀(311) 각각은 제1플레이트(310)를 상하 방향으로 관통하도록 마련될 수 있다. 복수의 홀(311)은 제1플레이트(310) 또는 지지대(200)의 연장 방향으로 나열될 수 있다.
복수의 노즐(320) 각각은 상하 방향으로 연장된 형상일 수 있고, 그 내부에는 가스의 통과가 가능한 통로가 마련되어 있으며, 상단 및 하단이 개구된 형상일 수 있다. 그리고, 복수의 노즐(320) 각각은 적어도 그 하부가 제1플레이트(310)에 마련된 홀(311)에 삽입되고, 상부는 제2플레이트(330)와 연결되도록 설치될 수 있다. 이에, 노즐(320)은 제2플레이트(330)로부터 하부로 돌출된 형상으로 설명될 수 있다.
노즐(320)의 외경은 홀(311)의 내경에 비해 작도록 마련될 수 있다. 그리고, 노즐(320)이 홀(311)의 내부에 삽입되게 설치되는데 있어서, 노즐(320)의 외주면이 홀(311) 주변벽(즉, 제1플레이트(310)의 내측벽)과 이격되게 설치될 수 있다. 이에, 홀(311)의 내부는 노즐(320)의 외측 공간과, 노즐(320)의 내측 공간으로 분리될 수 있다.
홀(311)의 내부공간에 있어서, 노즐(320) 내 통로는 제1가스 공급관(500a)으로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 그리고, 홀(311) 내부공간에 있어서 노즐(320)의 외측 공간은 제2가스 공급관(500b)으로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 따라서, 이하에서는 노즐(320) 내 통로를 제1경로(360a), 홀(311) 내부에서 노즐(320)의 외측 공간을 제2경로(360b)라 명명한다.
제2플레이트(330)는 그 상부면이 챔버(100) 내 상부벽과 이격되고, 하부면이 제1플레이트(310)와 이격되도록 설치될 수 있다. 이에 제2플레이트(330)와 제1플레이트(310) 사이 및 제2플레이트(330)와 챔버(100) 상부벽 사이 각각에 빈 공간이 마련될 수 있다.
여기서, 제2플레이트(330)의 상측 공간은 제1가스 공급관(500a)으로부터 제공된 가스가 확산 이동되는 공간(이하, 확산공간(350))으로서, 복수의 노즐(320)의 상측 개구와 연통될 수 있다. 다른 말로 설명하면, 확산공간(350)은 복수의 제1경로(360a)와 연통된 공간이다. 이에, 제1가스 공급관(500a)을 통과한 가스는 확산공간(350)에서 제2플레이트(330)의 연장방향으로 확산된 후, 복수의 제1경로(360a)를 통과하여 하측으로 분사될 수 있다.
또한, 제2플레이트(330)의 내부에는 가스가 이동되는 통로인 건드릴(미도시)이 마련되어 있으며, 상기 건드릴은 제2가스 공급관(500b)과 연결되고, 제2경로(360b)와 연통되도록 마련될 수 있다. 따라서, 제2가스 공급관(500b)으로부터 제공된 가스는 제2플레이트(330)의 건드릴, 제2경로(360b)를 거쳐 베이스(B)를 향해 분사될 수 있다.
RF 전원부(600)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성시키는 전원을 인가하는 수단이다. 보다 구체적으로 RF 전원부(600)는 플라즈마 발생을 위한 RF 전원을 인가하는 수단으로, 분사부(300)의 제 1 플레이트(510)에 연결될 수 있다. 이때 제2플레이트(330) 및 지지대(200)는 접지될 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.
가스 공급부(400)는 박막을 증착하는데 필요한 가스 및 세정에 필요한 가스를 분사부(300)로 제공한다.
이러한 가스 공급부(400)는 박막 증착을 위한 소스가스가 저장된 소스가스 저장부(410), 소스가스와 반응하는 가스인 리액턴트 가스가 저장된 리액턴트 가스 저장부(420), 퍼지가스가 저장된 퍼지가스 저장부(430), Br(브롬)을 함유하는 세정가스가 저장된 세정가스 저장부(440), 세정 공정시에 세정가스와 함께 분사되는 제1 및 제2보조가스가 각기 저장된 제1 및 제2보조가스 저장부(450a, 450b)를 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급부는 질소를 포함하는 가스가 저장된 질소 가스 저장부(450c)를 포함할 수 있다.
그리고, 가스 공급부(400)는 소스가스 저장부(410), 퍼지가스 저장부(430) 및 세정가스 저장부(440)와 제1가스 공급관(500a)을 연결하는 제1이송관(470a), 리액턴트 가스 저장부(420), 제1보조가스 저장부(450a), 제2보조가스 저장부(450b) 및 질소 가스 저장부(450c)와 제2가스 공급관(500b)을 연결하는 제2이송관(470b)을 포함할 수 있다.
그리고, 가스 공급부(400)는 소스가스 저장부(410), 퍼지가스 저장부(430) 및 세정가스 저장부(440) 각각과 제1이송관(470a)을 연결하는 복수의 제1연결관(480a), 복수의 제1연결관(480a) 각각에 설치된 제1밸브(490a), 리액턴트 가스 저장부(420), 제1보조가스 저장부(450a), 제2보조가스 저장부(450b) 및 질소 가스 저장부(450c) 각각과 제2이송관(470b)을 연결하는 복수의 제2연결관(480b) 및 복수의 제2연결관(480b) 각각에 설치된 제2밸브(490b)를 포함할 수 있다.
소스가스 저장부(410)에 저장된 가스는 박막 증착을 위한 가스가 저장된다. 즉, 소스가스 저장부(410)에는 아연(Zn)을 함유하는 가스, 인듐(In)을 함유하는 가스, 갈륨(Ga)을 함유하는 가스, 주석(Sn)을 함유하는 가스 중 적어도 하나가 저장될 수 있다. 이때, 소스가스 저장부(410)는 복수개로 마련될 수 있다. 즉, 아연(Zn) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부, 인듐(In) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부, 갈륨(Ga) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부 및 주석(Sn) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부가 모두 구비될 수 있다. 물론, 증착하고자 박막의 종류에 따라서 아연(Zn) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부, 인듐(In) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부, 갈륨(Ga) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부 및 주석(Sn) 함유 가스가 저장된 소스가스 저장부 중 일부가 구비될 수도 있다.
아연(Zn)을 함유하는 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 함유하는 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 함유하는 원료 가스로 트리메틸갈륨(Trimethyl Gallium; Ga(CH3)3)(TMGa)을 이용할 수 있다. 또한, 주석(Sn)을 함유하는 가스로 테트라메틸틴 [tetramehtyltin; Sn(Me)4]을 사용할 수 있다.
리액턴트 가스 저장부(420)에는 박막 증착을 위한 가스이면서 소스가스와 반응하는 가스가 저장된다. 리액턴트 가스는 산소(O)를 포함하는 가스일 수 있다. 보다 구체적으로 리액턴트 가스로 순수 산소(O2), 아산화질소(N2O) 및 오존(O3) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
퍼지가스 저장부(430)에 저장된 퍼지가스는 예컨대 N2 가스 또는 Ar 가스일 수 있다.
세정가스 저장부(440)에 저장된 세정가스는 Br(브롬)을 함유한다. 보다 구체적인 예로 세정가스 저장부(440)에는 HBr, KBr, Br2, HBrO3, CBrF3 중 적어도 하나를 함유하는 가스가 저장될 수 있다.
제1보조가스 저장부(450a)에 저장된 가스는 세정가스와 반응하여 상기 세정가스를 분해하는 역할을 하는 제1보조가스가 저장된다. 이때, 제1보조가스로 N2 가스, O2 가스, H2 가스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제2보조가스 저장부(450b)는 플라즈마 형성 효율을 향상시키기 위한 가스인 제2보조가스가 저장된다. 이때, 제2보조가스는 Ar 가스일 수 있다.
상기에서는 리액턴트 가스 저장부와 제1보조가스 저장부가 별도로 마련되는 것을 설명하였다. 그러나 리액턴트 가스와 제1보조가스로 동일한 가스를 사용하는 경우, 리액턴트 가스 저장부 및 제1보조가스 저장부 중 어느 하나만이 마련될 수도 있다. 예를 들어 박막 증착시에 리액턴트 가스로 O2를 사용하고, 세정 공정시에 제1보조가스로 O2를 사용하는 경우, 리액턴트 가스 저장부와 제1보조가스 저장부 중 어느 하나만이 마련될 수 있다.
또한, 상기에서는 퍼지가스 저장부와 제2보조가스 저장부가 별도로 마련되는 것을 설명하였다. 그러나 퍼지가스와 제2보조가스로 동일한 가스를 사용하는 경우, 퍼지가스 저장부 및 제2보조가스 저장부 중 어느 하나만이 마련될 수도 있다. 예를 들어 박막 증착시에 퍼지가스로 Ar을 사용하고, 세정 공정시에 제2보조가스로 Ar을 사용하는 경우, 퍼지가스 저장부와 제2보조가스 저장부 중 어느 하나만이 마련될 수 있다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 기판 처리 장치를 이용한 증착 공정 및 제1실시예에 따른 세정 공정에 대해 설명한다.
먼저, 증착 공정(S100)에 대해 설명한다. 이때 기판 상에 ZnO 박막을 형성하는 것을 예를 들어 설명한다.
기판(10)을 챔버(100) 내부로 반입시켜 지지대(200) 상에 안착시킨다. 그리고 히터(210)를 동작시켜 지지대(200)에 안착된 기판(S)을 300℃ 내지 350℃로 가열한다. 물론, 지지대(200)를 300℃ 내지 350℃로 가열한 후, 지지대(200) 상에 기판(S)을 안착시킬 수도 있다.
다음으로 기판(S) 상에 ZnO 박막을 증착한다. 즉, 소스가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지) 순으로 실시되는 원자층 증착 방법으로 기판(S) 상에 ZnO 박막을 형성한다.
분사부(300) 및 가스 공급부(400)를 이용하여 챔버(100) 내부로 가스를 분사하여 ZnO 박막을 형성하는 방법에 대해 간략히 설명하면 아래와 같다.
먼저, 소스가스 저장부(410)에 저장되어 있는 소스가스 즉 Zn 함유 가스를 제1이송관(470a)으로 공급한다. 제1이송관(470a)으로 공급된 소스가스는 제1가스 공급관(500a)을 거쳐 분사부(300) 내 확산공간(350)으로 유입된다. 그리고 소스가스는 확산공간(350) 내에서 확산된 후, 복수의 노즐(320) 즉, 복수의 제1경로(360a)를 통과하여 기판(S)을 향해 분사된다.
소스가스의 분사가 중단 또는 종료되면, 퍼지가스 저장부(430)를 통해 퍼지가스를 제공하여 챔버(100) 내부에 퍼지가스를 분사한다(1차 퍼지). 이때 퍼지가스 저장부(430)로부터 배출된 퍼지가스는 제1이송관(470a) 및 제1가스 공급관(500a)을 거친 후, 제1경로(360a)를 통해 하측으로 분사될 수 있다. 그리고 제1경로(360a)를 통해 챔버(100) 내부로 분사된 퍼지가스가 배기부(800)쪽으로 배기될 때, 기판(S)에 흡착되지 못한 소스가스와 같은 부산물 또는 불순물의 적어도 일부가 함께 배기될 수 있다.
다음으로, 리액턴트 가스 저장부(420)로부터 리액턴트 가스 예컨대 O2 가스를 제공받아 챔버(100) 내부로 분사한다. 이때 리액턴트 가스는 소스가스와 다른 경로를 통해 챔버(100) 내부로 분사될 수 있다. 즉, 리액턴트 가스는 제2이송관(470b) 및 제2가스 공급관(500b)을 거친 후, 제2경로(360b)를 통해 하측으로 분사될 수 있다. 그리고 리액턴트 가스가 분사될 때 RF 전원부(600)를 동작시켜 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 리액턴트 가스가 분사되면, 기판(S) 상에 흡착되어 있는 소스가스와 상기 리액턴트 가스 간의 반응이 일어나 반응물 즉, ZnO가 생성될 수 있다. 그리고 이 반응물이 기판(S) 상에 퇴적 또는 증착되며, 이에 기판(S) 상에 ZnO 박막이 증착된다.
리액턴트 가스 분사가 중단되면, 퍼지가스 저장부(430)를 통해 퍼지가스를 제공하여 챔버(100) 내부에 퍼지가스를 분사한다(2차 퍼지). 이때 2차 퍼지에 의해 소스가스와 리액턴트 가스 간의 반응에 의한 부산물 등이 챔버(100) 외부로 배출될 수 있다.
상술한 바와 같은 '소스가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지)' 순서로 실시되는 공정 사이클은 복수 번 반복하여 실시될 수 있다. 그리고, 목표로 하는 두께에 따라 공정 사이클의 실시 회수를 결정할 수 있다.
기판(S) 상에 목표하는 두께의 ZnO 박막이 형성되면, 기판(10)을 챔버(100) 외부로 반출한다.
이후, 챔버(100) 내부를 세정한다(S200). 즉, 기판(S) 상에 ZnO 박막을 증착하는 공정시에, 기판(S) 외에 챔버(100) 내부에 설치된 챔버 내벽, 지지대 표면 등에 증착된 박막인 불순물을 제거하는 세정을 실시한다.
이를 위해 세정가스 저장부(440) 및 제1보조가스 저장부(450a) 각각으로부터 세정가스 및 제1보조가스를 배출한다. 세정가스는 제1이송관(470a) 및 제1가스 공급관(500a)을 거쳐 분사부(300)의 제1경로(360a)를 통해 챔버(100) 내부로 분사된다(S210). 그리고 제1보조가스는 제2이송관(470b) 및 제2가스 공급관(500b)을 거쳐 분사부(300)의 제2경로(360b)를 통해 챔버(100) 내부로 분사된다(S220). 이때 세정가스는 예컨대 HBr 가스일 수 있고, 제1보조가스는 H2 가스일 수 있다. 또한 이때 히터(210)를 이용하여 챔버(100) 내부를 300℃ 미만의 온도로 조절한다.
세정가스(HBr 가스) 및 제1보조가스(H2)가 분사되면, 세정가스가 제1보조가스에 의해 분해된다. 즉, HBr 가스의 H와 Br이 분해된다. 그리고, 세정가스로부터 분해된 Br과 챔버(100) 내부에 잔류하고 있는 불순물 즉, ZnO 박막 간의 반응이 일어난다(반응식 1 참조). 즉, 챔버(100) 내부에서 각종 부품 또는 구조물의 표면에 증착되어 있는 박막 형태의 ZnO 불순물이 세정가스의 Br과 반응하며, 이 반응에 의해 ZnBr2·H2O가 생성될 수 있다. 이렇게 박막 형태의 ZnO 불순물과 세정가스의 Br과의 반응에 의해 ZnBr2·H2O가 생성될 때, 박막 형태의 ZnO 불순물이 미립자화 될 수 있다. 또한, 박막 형태의 불순물이 미립자화됨에 따라, 상기 불순물과 표면간의 결합력 또는 부착력이 약해지고, 이에 미립자 상태의 불순물이 증착 표면으로부터 박리될 수 있다.
또한, 이때 챔버(100) 내부에는 배기부(800)의 동작에 의해 흡입력이 발생되고 있다. 이에, 미랍자화된 불순물 또는 박리된 불순물이 흡입력에 의해 배기부(800)를 통해 챔버(100) 외부로 배출될 수 있으며, 이에 따라 챔버(100) 내부가 세정된다.
그리고 이와 같이 챔버(100) 내부로 세정가스 및 제1보조가스를 분사할 때, RF 전원부(600)를 동작시켜 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다(S230). 즉, RF 전원부(600)를 동작시키면 제1보조가스 예컨대 O2 가스가 방전되어 플라즈마가 발생될 수 있다. 이렇게 플라즈마를 발생시키는 경우, 그렇지 않을 경우에 비해 저온에서 세정을 실시할 수 있다. 즉, 히터(210)만을 동작시켜 챔버(100) 내부를 가열할 때에 비해, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 함께 발생시키는 경우 상대적으로 낮은 온도에서 세정가스를 분해할 수 있어, 보다 낮은 온도에서 챔버(100) 내부를 세정할 수 있다.
또한, 챔버(100) 내부로 세정가스 및 제1보조가스를 분사하고, RF 전원부(600)를 동작시킬 때, 제2보조가스 즉, Ar 가스를 추가로 더 분사할 수 있다(S240). 그리고 제2보조가스를 분사하는 경우, 플라즈마 발생 효율이 향상될 수 있다. 이에, 챔버(100) 내부로 세정가스와 제1보조가스 만을 분사하여 플라즈마를 발생시킬 때에 비해, 제2보조가스인 Ar 가스를 함께 분사하는 경우 상대적으로 더 낮은 온도에서 세정가스를 분해할 수 있어, 낮은 온도에서 챔버 내부를 세정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래에 비해 낮은 온도이며 증착 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 기판 처리 장치의 내부를 세정할 수 있다. 즉, 챔버(100) 내부에 설치된 부품 또는 구조물 표면에 퇴적된 박막 형태의 불순물을 300℃ 미만의 낮은 온도에서 분해하여 미립자화시킬 수 있고, 이에 상기 표면으로부터 불순물을 박리시킬 수 있다. 이로 인해 증착 온도에 비해 낮은 온도에서 챔버(100) 내부를 세정할 수 있다.
그리고 이렇게 낮은 온도에서 세정됨에 따라, 표면으로부터 불순물이 박리될 때, 기판 처리 장치 내부의 표면이 함께 떨어져 나가는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 이에, 세정 공정이 종료된 후에 기판 처리 장치 내부에 잔류하는 불순물의 양을 줄일 수 있다. 또한 낮은 온도에서 세정을 실시함에 따라 고온의 열에 의한 부식 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래에 비해 낮은 온도이며 증착 공정 온도에 비해 낮은 온도에서 기판 처리 장치의 내부를 세정할 수 있다. 즉, 기판 처리 장치 내부에 설치된 부품 또는 구조물 표면에 증착된 박막 형태의 불순물을 낮은 온도에서 상기 표면으로부터 박리시켜 세정할 수 있다. 이에 따라, 불순물이 박리될 때 기판 처리 장치 내부의 표면이 함께 떨어져 나가는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 이로 인해, 챔버 내부에 추가 오염물 발생을 줄일 수 있고, 세정 공정이 종료된 후 기판 처리 장치의 내부에 잔류하는 불순물의 양을 줄일 수 있다.

Claims (9)

  1. 챔버 내부로 기판을 반입시키는 단계;
    상기 챔버 내부로 Zn, Ga, In 및 Sn 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 분사하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계;
    상기 챔버 외부로 기판을 반출하는 단계;
    상기 챔버 내부로 Br을 함유하는 세정가스를 분사하는 단계; 및
    상기 박막 증착 단계에서 상기 기판 외에 상기 챔버의 내부에 증착된 불순물과 상기 세정가스가 반응하여 생성된 부산물을 배기하는 단계;를 포함하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  2. 챔버 내부로 기판을 반입시키는 단계;
    상기 챔버 내부로 가스를 분사하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계;
    상기 챔버 외부로 기판을 반출하는 단계;
    상기 챔버 내부로 Br을 함유하는 세정가스를 분사하는 단계; 및
    상기 박막 증착 단계에서 상기 기판 외에 상기 챔버의 내부에 증착된 불순물과 상기 세정가스가 반응하여 생성된 부산물을 배기하는 단계;를 포함하고,
    상기 세정가스를 분사하는 단계에 있어서, 상기 세정가스를 펄스(pulse)화하여 분사하거나,
    상기 세정가스를 분사하는 단계와 상기 부산물을 배기하는 단계를 교대로 반복하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 내부로 상기 세정가스를 분해하는 제1보조가스를 분사하는 과정;을 포함하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1보조가스는 H2 가스 및 O2 가스 중 적어도 하나를 사용하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, Ar 가스인 제2보조가스를 분사하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버 내부로 질소를 함유하는 가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 질소를 함유하는 가스를 분사하는 단계는, 상기 세정가스를 분사하는 단계와 상기 부산물을 배기하는 단계 사이에 실시되는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정가스는 HBr, KBr, Br2, HBrO3 및 CBrF3 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 사용하는 기판 처리 장치의 세정 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 온도가 증착 공정시의 온도에 비해 낮은 기판 처리 장치의 세정 방법.
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