KR101108443B1 - 원격 플라즈마를 이용한 챔버 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원격챔버에 RF전력을 인가하여 SF₆를 활성종으로 여기시키는 단계; 상기 SF₆ 활성종을 공정챔버 내부로 유입하는 단계; 상기 SF₆ 활성종을 이용하여 공정챔버 내부를 세정하는 단계를 포함하는 챔버 세정방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 고가의 NF₃ 대신에 저렴한 SF₆를 사용함으로써 액정표시장치의 제조장비가 대형화되더라도 챔버 내부를 효과적으로 세정할 수 있게 된다.

세정, 원격 플라즈마, SF6, 채널

Description

원격 플라즈마를 이용한 챔버 세정방법{Method of cleaning chamber using remote plasma}

도 1은 서셉터가 상승한 상태에서 챔버 내부를 세정하는 종래 방식을 나타내는 도면

도 2는 SF₆ 활성종을 이용하는 경우의 유량과 전력의 관계를 나타내는 그래프

도 3은 SF₆ 활성종을 이용하는 경우의 유량과 세정효율의 관계를 나타내는 그래프

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 서셉터가 하강한 상태에서 챔버 내부를 세정하는 모습을 나타내는 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 공정챔버 11 : 기판

12 : 서셉터 13 : 샤워헤드

14 : 가스유입관 15 : 에지프레임

16 : 거치대 17 : 채널

18 : 게이트밸브 19 : 배기구

20 : 원격챔버 30 : RF전원

40 : 세정가스공급부

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)를 제조하는 공정챔버의 내부를 원격 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법에 관한 것으로서, 특히 통상의 방법보다 높은 RF전력을 이용하여 원격 플라즈마를 발생시키는 세정방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치를 제조하기 위해서는, 기판에 유전체 물질 등을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 공정챔버에서 진행된다.

그런데 이와 같은 박막증착 또는 식각공정을 반복 수행하다보면, 공정챔버의 내벽이나 서셉터의 가장자리 등 원하지 않는 장소에 화합물이 증착된다.

이와 같이 증착된 화합물은 일정 두께 이상이 되면 박리가 일어나 파티클이 발생하므로 챔버 내부의 오염원으로 작용한다.

또한 챔버 내부의 임피던스 등 전기적 성질을 변화시키므로, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에서는 플라즈마 밀도 및 박막균일도에 악영향을 미치게 된다.

따라서 이러한 현상을 피하기 위하여 공정챔버 내부를 주기적으로 세정하여 증착된 오염원을 제거하여야 한다.

통상 사용되는 세정방법으로는 플라즈마를 이용하는 건식세정과 세정액을 이용하는 습식세정으로 나눌 수 있는데, 건식세정은 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 다음 이를 챔버 내부에 증착된 화합물과 반응시키는 방법이다.

이와 같은 건식세정으로도 챔버 내부를 완벽히 세정하는 데는 한계가 있으므로, 장치를 분해하여 사람이 직접 HF계열의 세정액을 이용하여 세정하는 방법이 습식세정이다.

습식세정은 세정효과가 뛰어나긴 하지만, 세정 후 장치를 재가동하기 위해서는 불순물 제거를 위해 장시간의 펌핑과정을 거쳐야 하고, 공정 정상화를 위해 수회의 더미(dummy) 공정을 거쳐야 하므로, 장비의 스루풋(throughput)을 크게 저하시키게 된다.

따라서 통상적으로는 건식세정만을 수행하고, 건식세정을 수회 내지 수십 회 실시한 이후에 습식세정을 실시하고 있다.

플라즈마를 이용하는 건식세정은 인시튜(in-situ)세정과, 원격 플라즈마 세 정으로 나눌 수 있는데, 전자는 박막증착 또는 식각공정을 수행하는 공정챔버 내부에서 세정용 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자의 원격 플라즈마 세정은 공정챔버 외부에 별도로 설치된 원격 챔버에서 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 다음에 여기된 세정가스를 공정챔버로 유입시켜 세정하는 방식이다.

추가설비가 필요 없기 때문에 인시튜 세정이 간편하기는 하지만, 인시튜 세정의 경우 세정가스에 인가되는 고주파전력에 의해 플라즈마 전극에 이온충격이 야기되어 전극표면이 열화되거나 박리가 발생하는 문제점이 있다.

또한 잦은 플라즈마 방전으로 인해 챔버의 내부 부재가 손상되어 유지보수 사이클이 단축될 수밖에 없는 문제점이 있다.

따라서 별도의 원격챔버와 별도의 RF전원이 필요하다는 단점에도 불구하고 원격 플라즈마 세정이 꾸준히 이용되고 있다.

도 1은 PECVD 장비의 공정챔버(10)에 원격 플라즈마 발생을 위한 원격챔버(20)가 연결되어 있는 모습을 도시한 것으로서, 공정챔버(10)는 내부에 기판(11)을 안치하는 서셉터(12), 서셉터(12)의 상부에서 가스를 분사하는 샤워헤드(13), 상기 샤워헤드(13)에 일단이 연결되어 공정가스 또는 세정가스를 챔버 내부로 분사하는 가스유입관(14), 기판(11)의 출입을 위해 챔버 측벽에 연결되는 채널(17) 및 채널(17)의 중간에 설치되는 게이트밸브(18), 잔류가스를 배출하기 위해 챔버 저면에 형성되는 배기구(19)를 포함한다.

서셉터(12)는 미도시된 구동수단에 의하여 상면에 기판을 안치한 채로 공정 위치와 기준위치(점선) 사이를 승강하는데 하부의 기준위치(점선)에서 기판(11)이 반입/반출되며, 이때 기판(11)은 로봇암(미도시)에 안치된 채로 챔버 측벽의 채널(17)을 통해 이송된다.

챔버의 내부에는 에지프레임(15)이 위치하는데, 에지프레임(15)은 얇은 판형의 사각링 형상으로서 상승하는 서셉터(12)에 의해 들어올려지며, 서셉터에 안치된 기판(11)의 가장자리를 가려서 가스가 누설되지 않도록 한다.

서셉터(12)가 하강하면 에지프레임(15)은 챔버 측벽에 고정된 거치대(16) 위에 놓여진다.

상기 가스유입관(14)의 타단은 세정용 원격 플라즈마를 발생하는 원격챔버(20)에 연결되며, 원격챔버(20)에는 세정가스를 제공하는 세정가스공급부(40)와 RF전력을 인가하는 RF전원(30)이 연결된다.

이와 같은 구성을 가지는 원격챔버(20)를 통해 공정챔버(10)의 내부를 세정하는 종래의 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 상면에 기판(11)을 안치한 서셉터(12)가 공정위치까지 상승하면, 세정가스공급부(40)를 통해 세정가스가 원격챔버(20)로 공급되고, 인가되는 RF전원(30)에 의해 세정가스가 플라즈마 활성종으로 여기된다. 세정가스는 주로 NF₃가 사용된다.

원격챔버(20) 내부에서 발생된 NF₃ 활성종은 가스유입관(14)과 샤워헤드(13) 를 통해 공정챔버(10) 내부로 분사되어, 서셉터(12) 또는 샤워헤드(13)의 가장자리, 챔버 측벽 등에 불필요하게 증착된 화합물과 반응하여 이들을 표면으로부터 분리한다. NF₃ 활성종을 공정챔버(10)로 유입하는 과정에서 N₂, He, Ar 등과 같은 운반가스를 이용하기도 한다.

세정을 마친 후에 서셉터(12)를 하강시켜 세정가스 및 불순물 등의 혼합가스를 서셉터(12)의 가장자리를 거쳐 배기구(13)를 통해 배출한다.

그런데 이와 같은 종래의 원격 플라즈마 세정방식은 다음과 같은 몇 가지 문제점을 가지고 있다.

첫째, 서셉터(12)를 공정위치까지 상승시켜 극히 제한된 범위의 공정챔버만을 세정하기 때문에 챔버 내부의 나머지 부분에 증착되어 있는 불순물을 제거할 수 없다.

이는 서셉터(12)가 상승된 상태에서 공정이 진행되므로 챔버의 상부에만 증착이 집중된다는 점과, 세정가스가 상당히 고가라는 점에 기인한다.

그러나 공정영역이 아니라도 배기되는 잔류가스에 노출되는 부분에도 증착이 일어날 수 있으며, 특히 기판(11)이 출입하는 채널(17)의 내부에 증착되는 불순물(P)은 기판에 대한 직접적인 오염원이 되기 때문에 이에 대한 대비책이 요구된다.

둘째, 세정가스로 사용되는 NF₃는 상당히 고가이어서 대면적 LCD 제조장치에 사용할 경우 비용부담이 엄청나게 증가한다는 점이다.

셋째, NF₃는 산화력이 강해 세정과정에서 챔버 내부에 불필요하게 증착된 박막뿐만 아니라, 챔버 부재 자체를 손상시킬 위험이 높다는 점이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대면적 LCD 제조장치의 공정챔버도 효과적으로 세정할 수 있는 원격세정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해서, 원격챔버에 RF전력을 인가하여 SF₆를 활성종으로 여기시키는 단계; 상기 SF₆ 활성종을 공정챔버 내부로 유입하는 단계; 상기 SF₆ 활성종을 이용하여 공정챔버 내부를 세정하는 단계를 포함하는 챔버 세정방법을 제공한다.

상기 SF₆ 활성종은 공정챔버의 체적 10 내지 12 dm³ 에 대하여 1 SLM의 유량으로 유입되는 것을 특징으로 한다.

상기 RF전력은 상기 공정챔버의 체적 6 내지 7 dm³ 에 대하여 1kW의 비율로 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 SF₆ 활성종을 공정챔버 내부로 유입하는 단계는, 상기 SF₆ 활성종을 운 반가스와 함께 유입할 수 있으며, 이때 상기 SF₆ 활성종은 He, N₂, Ar 중 적어도 하나 이상의 운반가스와 함께 유입된다.

또한 본 발명은, 내부에 승강할 수 있게 설치되는 기판안치대를 구비하고, 측벽에 기판이 출입하는 채널이 연결되는 공정챔버의 내부를 원격 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법에 있어서, 상기 기판안치대의 상부공간과 상기 채널의 내부공간이 서로 연통되도록 상기 기판안치대가 위치한 상태에서, 상기 공정챔버의 내부로 원격 플라즈마가 유입되는 챔버 세정방법을 제공한다.

이때 상기 기판안치대의 상면이 상기 채널의 상단보다 낮은 위치에 있는 상태에서 상기 공정챔버의 내부로 원격 플라즈마가 유입될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

제1 실시예

본 발명의 제1 실시예는 고가의 NF₃ 대신에 저렴한 SF₆의 활성종을 이용하여 공정챔버의 내부를 세정하는 방법을 제공한다.

즉, SF₆를 공정챔버 외부의 원격챔버에서 SF₆ 활성종으로 여기시키고, 여기된 SF₆ 활성종을 공정챔버 내부로 유입시켜 챔버 내부를 세정한다.

SF₆ 활성종은 O₂ 와 결합하여 휘발성화합물 SOx 를 생성하고, Si와 결합하여 휘발성 화합물 SiFx를 생성함으로써, 챔버 내부에 증착된 불순물을 제거하게 된다.

다만 SF₆는 이온화 에너지가 NF₃보다 크기 때문에 SF₆를 활성종으로 여기시키기 위해서는 NF₃보다는 큰 세기의 RF전력을 공급하여야 한다.

SF₆ 활성종을 공정챔버 내부로 유입시키는 유량은 공정챔버의 크기에 따라 달라지는데, 아래의 [표]는 기판의 크기에 따른 SF₆ 활성종의 유량과 그러한 유량을 발생시키기 위해서 원격챔버에 인가되어야 할 RF전력의 관계를 나타낸 것이다.

[표]

구 분	5세대	6세대	7세대
기판 크기	1100mm*1300mm	1500mm*1850mm	1950mm*2250mm
SF6 유량	5-7 SLM	11-13 SLM	18-20 SLM
RF 전력	13-16 kW	21-24 kW	33-36 kW

6세대 기판(1500mm*1850mm)을 처리하는 공정챔버를 예를 들면, 챔버 내부로 유입되는 SF₆ 활성종의 유량은 11 내지 13 SLM(Standard Liter per Minute)으로서, 이 정도의 유량을 발생시키기 위해서는 원격챔버에 21 내지 24 kW 정도의 RF전력이 인가되어야 한다.

도 2는 실험결과를 바탕으로 SF₆ 활성종의 유량과 RF전력의 관계를 도시한 것으로서, 6 SLM의 유량을 발생시키기 위해서는 약 15kW의 RF전력을 공급하여야 하고, 12 SLM의 유량을 발생시키기 위해서는 약 22kW의 RF전력을 공급하여야 하고, 약 20 SLM의 유량을 발생시키기 위해서는 약 35kW의 RF전력을 공급하여야 함을 알 수 있다.

한편, 상기 데이터를 기판의 크기 대신에 공정챔버의 용적을 기준으로 환산하여 보면, SF₆ 활성종은 공정챔버 용적 6-7 dm³ 에 대하여 1 SLM의 유량으로 유입시켜야 하고, RF전력은 공정챔버 용적 10-12 dm³ 에 대하여 1kW의 전력을 인가하여야 한다.

또한 공정챔버의 용적이 동일한 조건이라면, SF₆ 활성종의 유량을 증가시킴으로써 세정효율을 높일 수 있는데, 상기 [표]는 세정효율이 4500Å/min인 것을 기준으로 한 것이다.

실험에 따르면, 5세대 기판을 사용한 공정챔버에서 SF₆ 활성종의 유량과 세정효율의 관계는 도 3에 도시된 바와 같이 나타난다.

즉, SF₆ 활성종의 유량이 3 SLM일 때는 3000Å/min, 6 SLM일 때는 4500Å/min, 7 SLM일 때는 5000Å/min으로 나타나, 유량이 증가할수록 세정효율이 높아짐을 알 수 있다.

한편 SF₆ 활성종을 공정챔버로 유입하는 경우에, He, N₂, Ar 등의 운반가스 를 이용하여 유입할 수 있음은 종래의 경우와 마찬가지이다.

이와 같이 세정가스를 SF₆로 대체하면 기판의 대형화에 따라 공정챔버의 체적이 증가하더라도 세정가스로 인한 비용부담을 줄일 수 있다.

제2 실시예

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 챔버 세정방법을 나타낸 것으로서, 기판이 출입하는 채널의 내부까지 세정가스가 미칠 수 있도록 서셉터(12)의 상부공간과 채널(17)의 내부가 서로 연통된 상태에서 세정가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.

즉, 공정위치까지 서셉터(12)를 상승시킨 후에 세정가스를 분사하여 공정영역만을 세정하는 종래 방식과는 달리, 서셉터(12)를 공정위치보다 아래로 하강시켜 세정가스가 챔버 전체에 미치도록 하였다.

따라서 서셉터(12)는 기판이 교환되는 기준위치부터 서셉터(12)의 상면이 에지프레임(15)에 닿기 직전위치의 사이에서는 임의의 높이에 위치할 수 있다.

그러나 세정가스가 충분히 채널(17) 내부로 공급되어 파티클을 제거하기 위해서는 서셉터(12)의 상부공간과 채널(17)의 내부가 충분히 연통되어야 하므로, 서셉터(12)의 상면이 채널(17)의 상단보다는 낮은 위치에 있는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 제2 실시예는 서셉터(12)를 하강시켜 챔버 전체를 세정함으 로써 종래보다 세정면적이 크게 증가하게 되므로, 고가의 NF₃로 인한 가격부담을 줄이기 위하여 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 SF₆를 세정가스로 이용하는 것이 바람직하다.

SF₆ 활성종의 유량은 전술한 유량과 전력의 관계, 유량과 세정효율의 관계, 공정챔버의 용적과 유량 또는 RF전력의 관계를 참조하여 결정한다.

본 발명에 따르면, 고가의 NF₃ 대신에 저렴한 SF₆를 사용함으로써 액정표시장치의 제조장비가 대형화되더라도 챔버 내부를 효과적으로 세정할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 공정챔버;

   상기 공정챔버와 연결되고 원격챔버에 RF전력을 인가하여 SF₆를 활성종으로 여기시키는 단계;

   상기 원격챔버에서 상기 SF₆ 활성종을 운반가스와 결합하여 상기 공정챔버 내부로 유입하는 단계; 및

   상기 SF₆ 활성종은 O₂와 결합한 SOx 및 Si와 결합한 SiFx를 생성하여 공정챔버의 내부를 세정하는 단계;

   를 포함하는 챔버 세정방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 SF₆ 활성종은 공정챔버의 체적 10 내지 12 dm³ 에 대하여 1 SLM의 유량으로 유입되는 것을 특징으로 하는 챔버 세정방법
3. 제1항에 있어서,

   상기 RF전력은 상기 공정챔버의 체적 6 내지 7 dm³ 에 대하여 1kW의 비율로 인가되는 것을 특징으로 하는 챔버 세정방법
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 SF₆ 활성종은 He, N₂, Ar 중 적어도 하나 이상의 운반가스와 함께 유입되는 챔버 세정 방법
6. 내부에 승강할 수 있게 설치되는 기판안치대를 구비하고, 측벽에 기판이 출입하는 채널이 연결되는 공정챔버의 내부를 원격 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법에 있어서,

   상기 기판안치대의 상부공간과 상기 채널의 내부공간이 서로 연통되도록 상기 기판안치대가 위치한 상태에서, 원격챔버로부터 SF₆ 활성종을 운반가스와 결합하여 상기 공정챔버 내부로 유입하는 단계; 및

   상기 SF₆ 활성종은 O₂와 결합한 SOx 및 Si와 결합한 SiFx를 생성하여 공정챔버의 내부를 세정하는 단계;

   를 포함하는 챔버 세정방법
7. 제6항에 있어서,

   상기 기판안치대의 상면이 상기 채널의 상단보다 낮은 위치에 있는 상태에서 상기 공정챔버의 내부로 원격 플라즈마가 유입되는 챔버 세정방법

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