KR101423555B1 - 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 세정 방법에 관한 것으로, 세정률이 높은 제 1 반응 가스를 이용하여 1차 세정한 후 세정률이 낮은 제 2 반응 가스를 이용하여 2차 세정하거나, 산소가 포함된 제 1 반응 가스를 이용하여 높은 세정률로 1차 세정한 후 산소가 포함되지 않은 제 2 반응 가스를 이용하여 낮은 세정률로 2차 세정하여 기판을 세정하거나, 질소 또는 비반응 가스를 포함하지 않는 제 1 반응 가스를 이용하여 1차 세정한 후 질소 또는 비반응 가스가 포함된 제 2 반응 가스를 이용하여 낮은 세정률로 2차 세정하여 기판을 세정한다.
따라서, 기판을 높은 세정률로 기판이 노출되기 직전까지 세정한 후 낮은 세정률로 기판에 잔류하는 잔류물을 세정함으로써 기판을 손상시키지 않으면서 공정 속도를 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
기판 후면, 세정, 1차 세정, 2차 세정, 산소, 질소, 불순물

Description

기판 세정 방법{Method of cleaning substrate}
본 발명은 기판 세정 방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 기판에 증착된 원치않는 박막 또는 파티클 등의 불순물을 제거할 수 있는 기판 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 및 평판 표시 장치는 기판의 상면에 복수의 박막을 증착하고 식각하여 소정 패턴의 소자들을 형성하여 제작한다. 즉, 증착 장비를 이용하여 기판의 전면에 박막을 증착하고, 식각 장비를 이용하여 박막의 일부를 식각하여 박막이 소정의 패턴을 갖도록 하여 반도체 장치 또는 평판 표시 장치를 제작하였다.
이때, 기존의 증착 장비와 식각 장비는 그 내부에서 기판을 지지하기 위해 일반척, 정전척, 진공척과 같은 기판 안착 수단을 사용하였다. 그런데, 종래의 기판 안착 수단은 기판과 완전히 밀착되지 못하고, 기판 안착 수단과 기판 사이에 미세한 공간을 갖게 되었다. 이로 인해 박막의 증착시에는 이 미세한 공간으로 공정 가스가 유입되어 기판의 후면에 박막이 증착된다. 또한, 식각 공정시에는 이 미세한 공간으로 식각 잔류물, 즉 파티클이 유입되어 기판의 후면에 흡착되는 문제가 발생한다. 이러한 기판 후면에 원치않는 박막 또는 파티클 등의 불순물을 제거하지 않은 상태에서 계속적인 박막 증착과 식각을 수행하게 되면 기판이 휘어지거나 기판의 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점이 발생된다.
따라서, 종래에는 기판을 용제나 린스에 침적하여 기판 후면의 불순물을 제거하는 습식 세정을 실시하였다. 그러나, 습식 세정은 공정 관리가 어려워 기판 후면만을 선택적으로 세정하기 어려운 문제가 발생하였다. 그리고, 습식 세정은 화공 약품의 사용으로 인해 환경 문제를 유발시키는 원인이 되었다. 따라서, 최근에는 플라즈마를 이용한 건식 세정을 통해 기판 후면의 불순물을 제거하였다. 이러한 플라즈마를 이용한 건식 세정 장비는 챔버 내측에 플라즈마 발생을 위한 상부 전극과 하부 전극을 마련한다. 그리고, 두 전극 사이에 기판을 위치시키고, 기판의 전면과 상부 전극을 인접 배치시킨 후 반응성 가스를 챔버 내에 제공한다. 이후, 상기 전극에 플라즈마 발생을 위한 전원을 인가하면, 인접 배치된 상부 전극과 기판의 전면 영역에는 플라즈마가 발생되지 않고, 하부 전극과 기판의 후면 영역에 플라즈마가 발생되게 된다. 따라서, 기판의 후면에 발생된 플라즈마를 이용하여 기판 후면의 박막 및 파티클을 제거할 수 있게 되었다.
이와 같은 종래의 기판 후면 세정을 위한 건식 세정 장비는 기판의 후면과 하부 전극 사이 공간으로 반응 가스를 제공하여 기판 후면을 세정하였다. 그런데, 기존의 플라즈마를 이용한 건식 세정 방법은 기판 후면에 형성된 불순물을 완전히 제거하기 위해 과도 조건으로 세정 공정을 진행하게 된다. 따라서, 과도 공정으로 세정 공정을 진행하기 때문에 불순물이 제거될 뿐만 아니라 기판이 식각되어 기판이 손상되게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해 낮은 세정률로 세정 속도를 느리게 진행하게 되는데, 이 경우 공정 시간이 길어져 생산성이 낮아지는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 기판을 손상시키지 않으면서 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 높은 세정률로 1차 세정한 후 낮은 세정률로 2차 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 세정률이 높은 제 1 반응 가스로 1차 세정한 후 세정률이 낮은 제 2 반응 가스로 2차 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 산소를 첨가하는 높은 세정률로 1차 세정한 후 산소를 첨가하지 않는 낮은 세정률로 2차 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 비반응 가스를 첨가하지 않는 높은 세정률로 1차 세정한 후 비반응 가스를 첨가하는 낮은 세정률로 2차 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 기판 세정 방법은 챔버 내부에 설치된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 기판 지지대에 기판을 안착시키는 단계; 상기 기판의 일 영역에 비반응 가스를 분사시키고, 상기 기판의 타 영역에 제 1 반응 가스를 분사시키는 단계; 상기 제 2 전극에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시켜 상기 기판의 타 영역을 1차 세정하는 단계; 및 상기 제 1 반응 가스의 유입을 중단시키고, 상기 기판의 타 영역에 제 2 반응 가스를 분사시켜 상기 기판의 타 영역을 2차 세정하는 단계를 포함한다.
상기 기판의 일 영역은 상기 기판의 상면이고, 상기 기판의 타 영역은 상기 기판의 후면이다.
상기 기판과 상기 제 1 전극은 0.1 내지 0.7㎜의 간격을 유지한다.
상기 기판의 타 영역은 상기 기판의 베벨 영역이고, 상기 기판의 일 영역은 상기 베벨 영역을 제외한 기판의 상면 및 하면 영역이다.
상기 비반응 가스 및 제 1 반응 가스 분사 이전에 상기 기판과 상기 제 1 전극 사이의 간격을 조절하고, 상기 기판과 상기 제 2 전극 사이의 간격을 조절하는 단계를 더 포함한다.
상기 1차 세정은 상기 2차 세정보다 높은 세정률로 실시된다.
상기 1차 세정은 상기 기판의 적어도 일부가 노출되도록 실시하고, 2차 세정은 상기 기판상에 잔류하는 잔류물을 제거하도록 실시한다.
상기 제 1 반응 가스는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 산소계 가스가 포함되고, 상기 제 2 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나가 포함되거나 상기 제 2 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 비반응 가스가 포함된다.
상기 제 1 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나가 포함되고, 상기 제 2 반응 가스는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 비반응 가스가 포함된다.
상기 제 1 반응 가스는 세정률이 높은 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어 도 어느 하나를 이용하고, 상기 제 2 반응 가스는 상기 제 1 반응 가스보다 세정률이 낮은 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나를 이용한다.
본 발명에 의하면 세정률이 높은 제 1 반응 가스를 이용하여 1차 세정한 후 제 1 반응 가스보다 세정률이 낮은 제 2 반응 가스를 이용하여 2차 세정하여 기판을 세정한다. 그리고, 산소가 포함된 제 1 반응 가스를 이용하여 높은 세정률로 1차 세정한 후 산소가 포함되지 않은 제 2 반응 가스를 이용하여 낮은 세정률로 2차 세정하여 기판을 세정한다. 또한, 질소나 비반응 가스가 포함되지 않은 제 1 반응 가스를 이용하여 높은 세정률로 1차 세정한 후 질소나 비반응 가스가 포함된 제 2 반응 가스를 이용하여 낮은 세정률로 2차 세정하여 기판을 세정한다.
이렇게 기판을 높은 세정률로 기판이 노출되기 직전까지 세정한 후 낮은 세정률로 기판에 잔류하는 잔류물을 세정함으로써 기판을 손상시키지 않으면서 공정 속도를 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 기판 세정 장치의 개략 단면도로서, 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 기판 후면 세정 장치의 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 기판 후면 세정 장치는 게이트 밸브 등과 같은 개폐 수단(11)을 통하여 개폐 가능하도록 형성된 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치되고 접지 단자와 연결되며 이를 통해 제 1 가스가 분사되는 제 1 전극(30)과, 제 1 전극(30)과 상호 이격되어 조정 가능하며 기판(50)을 지지하는 기판 지지대(20)와, 기판 지지대(20)와 이격 배치되며 전원(70)이 인가되고 이를 통해 제 2 가스가 분사되어 기판 지지대(20)에 의해 지지된 기판(50)과의 사이에 플라즈마를 형성시키는 제 2 전극(40)을 포함한다. 또한, 챔버(10)와 연통된 통상의 진공 배기계(60)를 더 포함한다.
챔버(10)는 적어도 하나 이상의 개폐 수단(11)을 통하여 외부와 연결되며 클러스터 시스템 또는 인라인 시스템과 같은 다수의 챔버로 구성되는 시스템에 적용되는 챔버(10)일 수도 있다. 또한, 챔버(10)는 접지 연결되어 챔버(10)를 통하여 전류가 흐르지 않도록 구성될 수 있다.
챔버(10) 내부의 상부에는 제 1 전극(30)이 배치되며, 제 1 전극(30)은 접지 단자에 연결될 수 있다. 또한, 제 1 전극(30)에는 비반응 가스가 분사되는 분사공(33)이 형성되며, 분사공(33)은 챔버(10) 외부로부터 비반응 가스가 공급되도록 공급공(31)과 연통 구성된다. 바람직하게는, 제 1 전극(30)에는 하나의 공급공(31)을 통하여 챔버(10) 외부로부터 공급된 비반응 가스가 가능한한 제 1 전극(30)의 비반응 가스가 분사되는 면의 전면적에 걸쳐 균일하게 분사되도록 다수의 분사공(33)이 형성되며, 다수의 분사공(33)은 제 1 전극(30)의 내부에서 그와 연통된 공급공(31)으로부터 다수개가 분기된다. 또한, 제 1 전극(30)의 내부에는 챔버(10) 외부에 구성된 냉각수 순환 수단(37)과 연결된 냉각 유로(38)가 구비될 수 있다. 여기서, 제 1 전극(30)의 공급공(31)을 통하여 공급되는 비반응 가스는 수소, 질소 또는 불활성 가스일 수 있으며, 이외의 비반응성 가스, 즉 기판 전면(51)과 반응하지 않는 가스일 수도 있다. 여기서, 기판 전면(51)은 웨이퍼와 같은 기판(50) 상에 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 면일 수 있고, 그 이외에 기판(50)의 식각이 요구되지 않는 면일 수도 있다.
기판(50)은 제 1 전극(30)의 분사공(33)이 형성된 면으로부터 소정 간격 이격되어 전면(51)이 분사공(33)과 대향하도록 배치되며, 기판 지지대(20)에 구성된 암(21)에 의하여 지지된다.
기판 지지대(20)는 챔버(10) 상부로부터 연장된 암(21)이 기판(50)을 지지하도록 구성되며, 암(21)은 챔버(10) 외부의 기판 지지대(20)에 구성된 구동 수단(미도시)에 의하여 신축 가능하도록 구성된다. 구동 수단에 의해 신축 가능한 기판 지지대(20)의 구성으로 인한 진공 기밀을 유지하기 위하여 챔버(10) 외부에 노출된 기판 지지대(20)가 구동 수단과 연결되는 부위는 신축 가능한 벨로우즈형으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 기판 지지대(20)의 암(21)은 기판(50)의 외연부만을 지지하는 것이 바람직하며, 기판 후면(52)의 외연부의 일부만을 하부에서 지지하여 가능한한 기판 후면(52)의 노출 면적을 최대화한다. 암(21)은 구동 수단과 연결되 어 승하강 운동, 즉 제 1 전극(30)에 대하여 근접 또는 원접 이동 가능하여, 이에 지지된 기판(50) 또한 제 1 전극(30)에 대하여 근접 또는 원접 배치되도록 한다. 여기서, 기판 후면(52)은 웨이퍼와 같은 기판(50) 상에 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 면에 대한 타면일 수 있고, 그 이외에 기판(50)의 식각이 요구되는 면일 수도 있다.
암(21)의 승하강 운동에 의하여 기판 전면(51)은 제 1 전극(30)의 비반응 가스가 분사되는 면에 대하여 가변 가능한 소정의 간격을 유지하게 된다. 또한, 기판 지지대(20)는 기판 후면 세정 장치에서 전기적으로 부유(floating)되어 여타의 구성물에 대해서 전기적으로 비간섭되도록 구성되는 것이 바람직하며, 암(21)을 포함하는 기판 지지대(20)는 절연 물질로 구성되어 외부 전격(electric shock)에 의한 기판 지지대(20)의 손상을 방지한다.
기판 지지대(20)의 하부에는 기판 지지대(20)와 소정 간격 이격되어 제 2 전극(40)이 배치된다. 제 2 전극(40)은 전원(70)이 인가되도록 구성되며, 이를 통하여 반응 가스가 분사되도록 분사공(42)을 가진다. 분사공(42)은 제 1 전극(30)에서의 그것과 유사하게 챔버(10) 외부로부터 그와 연통된 공급공(41)을 통하여 제 1 및 제 2 반응 가스 공급 수단(44 및 45)으로부터 제 1 반응 가스 또는 제 2 반응 가스가 공급되어 챔버(10) 내부로 반응 가스를 분사하도록 구성되며, 기판 지지대(20)에 지지된 기판 후면(52)의 전면적에 걸쳐 균일한 반응성 가스가 분사되도록 기판 후면(52) 방향을 향하여 다수 개가 형성된다. 제 2 전극(40)의 분사공(42)에서도 공급공(41)이 형성된 부분에 대하여 원거리에 형성된 분사공(42)의 지름이 근 거리에 형성된 분사공(42)의 지름보다 크게 형성되어 반응성 가스 분사시 가스 이동 경로 증가에 따른 압력 강하를 보상할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 반응 가스는 CF4, CHF4, SF6, NF3, C2F6, C4F8, F2, F2N2 등의 불소계 가스와 BCl3, Cl2 등의 염소계 가스중 적어도 어느 하나의 식각 가스와 산소계 가스가 혼합된 가스이고, 제 2 반응 가스는 상기 가스에서 산소계 가스가 제외된 가스일 수 있다. 또한, 제 1 반응 가스는 불소계 가스와 염소계 가스중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 제 2 가스 가스는 불소계 가스와 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 질소계 가스가 혼합된 가스일 수 있다. 그리고, 제 1 반응 가스는 세정률이 높은 불소계 가스와 염소계 가스중 적어도 어느 하나일 수 있고, 제 2 반응 가스는 제 1 반응 가스보다 세정률이 낮은 불소계 가스와 염소계 가스중 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를들어 제 1 반응 가스는 NF3 또는 SF6일 수 있으며, 제 2 반응 가스는 이들보다 세정률이 낮은 CF4 가스일 수 있다. 제 1 및 제 2 반응 가스는 제 1 및 제 2 반응 가스 공급 수단(44 및 45)을 통해 공급되는, 제 1 반응 가스 공급 수단(44)을 통해 불소계 가스 또는 염소계 가스가 공급되며, 제 2 반응 가스 공급 수단(45)을 통해 산소계 가스 또는 비반응 가스(질소계 가스 또는 아르곤 등)가 공급된다. 이렇게 산소계 가스가 포함된 제 1 반응 가스와 산소계 가스가 포함되지 않은 제 2 반응 가스를 이용하거나, 비반응 가스가 포함되지 않은 제 1 반응 가스와 비반응 가스가 포함된 제 2 반응 가스를 이용하면 제 1 반응 가스에 의한 세정률이 제 2 반응 가스에 의한 세정률보다 높게 된다. 이는 느린 세정률을 갖는 반응 가스를 이 용하면 기판 계면을 보호할 수 있다. 한편, 산소를 첨가하는 경우 산소가 파티클의 탄소 성분과 결합되어 파티클이 기판 후면(52)에 재증착되는 것을 방지하여 세정률을 높일 수 있기 때문이고, 비반응 가스가 반응 가스를 희석시켜 세정률을 낮출 수 있기 때문이다. 이에 따라 제 1 반응 가스에 의한 세정률이 1000Å/min 이상으로 유지되고, 제 2 반응 가스에 의한 세정률이 500Å/min 이하로 유지될 수 있다. 여기서, 불소계, 염소계 가스 이외에 기판 후면(52)에 퇴적된 박막이나 파티클 등을 화학적으로 식각시킬 수 있는 가스를 이용할 수 있다.
이와 같은 구성 이외에도, 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(40)에서의 가스 분사 구조는 필요에 의하여 다양하게 변경 가능하다.
한편, 제 2 전극(40)의 외주에는 제 2 전극(40) 상에 생성되는 플라즈마를 집중시키기 위한 절연링(43)이 구비된다. 절연링(43)은 Al2O3와 같은 절연 물질로 구성될 수 있다.
제 2 전극(40)은 챔버(10) 외부에 별도로 구성된 구동 수단(49)에 의하여 기판 지지대(20)의 그것과 유사하게 승하강 운동 가능하도록 구성되어 기판 지지대(20)에 지지된 기판(50)의 후면(52)으로부터 제 2 전극(40)까지의 간격(D)이 변경 가능하도록 구성된다. 구동 수단(49)에 의해 승하강 운동 가능한 제 2 전극(40)의 구성으로 인한 진공 기밀을 유지하도록 하기 위하여 챔버(10) 외부에 노출된 제 2 전극(40)이 구동 수단(49)과 연결되는 부위는 신축 가능한 벨로우즈형으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 전극(40)의 내부에는 챔버(10) 외부에 구성된 냉각수 순환 수단(47)과 연결된 냉각 유로(48)가 구비될 수 있다. 이때의 냉각수 순환 수단(47)은 제 1 전극(30)에 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 수단(37)과 동일한 부재로서 구성되어도 무방하다. 제 2 전극(40)에 연결된 전원(70)은 13.56㎒의 정수배의 주파수를 가지는 고주파 전력일 수 있으며, 목적하는 공정 또는 장치 등에 따라 여타의 전원이 사용될 수도 있다. 이때, 제 2 전극(40)과 연결된 고주파 전원(70)의 구성은 정합기를 포함한다.
접지된 제 1 전극(30)과 고주파 전원(70)이 연결된 제 2 전극(40)의 구성으로 인하여 제 1 전극(30)은 애노드의 역할을 제 2 전극(40)은 캐소드의 역할을 하게 되며 애노드 및 캐소드 사이의 가스에 13.56㎒ 또는 13.56㎒의 정수배의 교번 진동을 부여하여 플라즈마 발생 효율을 향상시킨다.
이하, 상기 기판 세정 장치를 이용한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 세정 방법을 도 2를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 본 실시 예는 산소가 포함된 제 1 반응 가스와 산소가 포함되지 않은 제 2 반응 가스를 이용한 기판 세정 방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 후면 세정 방법은 기판(50)을 기판 후면 세정 장치 내의 기판 지지대(20) 상에 안착시키는 단계(S110)와, 안착된 기판(50)을 제 1 전극(30)과 제 2 전극(40) 사이에 소정 간격을 유지하도록 고정시키는 단계(S120)와, 고정된 기판(50)의 전면(51)에 비반응 가스를 분사시키고 후면(52)에 제 1 반응 가스를 분사시키는 단계(S130)와, 전원(70)을 인가하 여 분사된 제 1 반응 가스의 플라즈마를 형성시켜 기판 후면(52)을 1차 세정하는 단계(S140)와, 비반응 가스를 분사시키면서 제 1 반응 가스를 변화시킨 제 2 반응 가스를 기판 후면(52)에 분사시키는 단계(S150)와, 인가되는 전원(70)에 의해 분사된 제 2 반응 가스의 플라즈마를 형성시켜 기판 후면(52)을 2차 세정하는 단계(S160)와, 기판(50)을 기판 세정 장치로부터 언로딩시키는 단계(S170)를 포함한다.
S110 : 기판(50)은 챔버(10)에 별도로 구비된 인입구를 통하여 인입되며, 기판 지지대(20) 상에 안착된다. 기판 지지대(20) 상에 지지된 기판(50)은 그 전면(51)이 제 1 전극(30)의 분사공(33)을 향하고, 후면(52)이 제 2 전극의 분사공(42)을 향하도록 배치된다.
S120 : 개폐 수단(11)을 통하여 챔버(10)가 밀폐되고 진공, 예를들어 0.1∼3Torr의 압력이 형성되면 기판 지지대(20)는 구동 수단(미도시)에 의하여 상승 이동하여 기판 전면(51)과 제 1 전극(30)이 소정 간격을 이루도록 한다. 여기서, 기판 전면(51)과 제 1 전극(30)은 0.1∼0.7㎜의 간격을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 기판 전면(51)과 제 1 전극(30)의 간격이 0.1㎜ 미만일 경우에는 기판 전면(51)과 제 1 전극(30)이 접촉할 수 있고, 기판 전면(51)과 제 1 전극(30)의 간격이 0.7㎜를 초과하는 경우에는 상대적으로 비반응 가스의 압력이 저하되어 기판(50)과 제 2 전극(40) 사이에 형성된 라디칼이 기판 전면(51)와 제 1 전극(30) 사이로 유입되어 기판 전면(51)을 식각시킬 수가 있다. 또한, 기판(50)과 제 1 전극(30) 사이의 간격이 0.7㎜를 초과하는 경우에는 비반응 가스가 플라즈마화될 수 있으며, 이로 인하여 기판 전면(51)이 식각될 수도 있으나, 0.7㎜ 이하의 간격에서는 통상의 식각 공정에서의 공정 압력 및 공정 전압에 의하여 플라즈마가 생성되지 않는 영역을 유지할 수 있다. 기판 지지대(20)가 상승하여 제 1 전극(30)과 기판 전면(51)과의 간격이 감소됨에 따라 제 2 전극(40)과 기판 후면(52)과의 간격은 넓어지게 된다. 그리고, 제 2 전극(40)도 구동 수단(49)에 의하여 상승 이동되어 기판 후면(52)과 제 2 전극(40)이 이전보다 좁은 간격을 이루도록 한다. 이때, 제 1 전극(30)과 기판(50) 사이의 간격 또는 기판(50)과 제 2 전극(40) 사이의 간격은 기판 지지대(20) 및 제 2 전극(40)의 승하강 운동만으로 달성되지 않고, 제 1 전극(30), 기판 지지대(20) 및 제 2 전극(40) 중 적어도 2 개의 부재의 구동을 통하여 달성시킬 수도 있으며, 이를 위하여 각 부재에 별도의 구동 수단이 구비될 수 있다. 또한, 제 2 전극(40)과 기판 후면(52)과의 간격은 반드시 가변될 필요는 없고 간격 내에서 플라즈마를 생성시킬 수 있을 정도이면 어느 간격이나 가능할 수 있으며, 이에 따라 제 2 전극(40)을 이동하지 않고 기판 지지대(20)만 이동한 뒤 공정을 진행하는 것도 가능하다.
S130 : 제 1 전극(30)의 분사공(33)을 통하여 비반응 가스를 먼저 유입시킨 후 제 2 전극(40)의 분사공(42)을 통해 제 1 반응 가스를 유입시킨다. 즉, 제 1 전극(30)의 분사공(33)을 통하여 수소, 질소 또는 불활성 가스중 적어도 어느 하나의 비반응 가스가 유입된다. 또한, 제 2 전극(40)의 분사공(42)를 통하여 CF4, CHF4, SF6, NF3, C2F6, C4F8, F2, F2N2 등의 불소계 가스와 BCl3, Cl2 등의 염소계 가스중 적 어도 어느 하나의 식각 가스와 산소계 가스가 포함된 제 1 반응 가스가 유입된다. 즉, 제 1 반응 가스 공급 수단(44)으로부터 불소계 가스 또는 염소계 가스중 어느 하나의 식각 가스가 공급되고, 제 2 반응 가스 공급 수단(45)으로부터 산소계 가스가 공급되어 제 2 전극(40)의 분사공(42)을 통해 유입된다. 여기서, 제 1 반응 가스는 기판 후면(52)에 퇴적된 박막이나 파티클 등의 종류에 따라 이를 식각할 수 있는 다른 원소종이 포함된 기체일 수 있으며, 이에 따라 산소의 사용 유무를 결정할 수 있다. 또한, 산소계 가스는 기판 후면(52)으로부터 탈리되는 불순물에 따라 유입량을 조절할 수 있으며, 예를들어 10∼30sccm 정도 유입시키는 것이 바람직하다. 이는 10sccm 미만으로 산소계 가스를 유입시키면 기판 후면(52)으로부터 탈리된 불순물이 산소계 가스보다 많을 경우 불순물이 기판 후면(52)에 재증착될 수 있고, 30sccm 이상으로 산소계 가스를 유입시키면 산소계 가스와 반응하는 불순물보다 산소계 가스의 양이 과도하게 많아 필요 이상으로 산소계 가스의 소모량이 증가할 수 있기 때문이다.
S140 : 고주파 전원(70)을 인가하여 제 1 반응 가스의 플라즈마를 생성시킨다. 제 1 반응 가스의 플라즈마는 기판(50)과 제 2 전극(40) 사이에 형성되며, 불소계 또는 염소계의 라디칼은 기판 후면(52)에 퇴적된 불순물과 반응하여 이들을 기판 후면(52)으로부터 탈리시키고, 산소계 라디컬은 불순물과 반응하여 기화시킴으로써 불순물이 기판 후면(52)에 재증착되는 것을 방지하면서 1차 세정 공정이 수행된다. 1차 세정 공정은 기판 후면(52)에 증착된 불순물의 두께에 따라 불순물이 제거되고 기판 후면(52)을 노출시키기 직전의 시간으로 실시하며, 1000Å/min 이상 의 세정률로 실시한다. 이때, 제 1 전극(30)과 기판 전면(51) 사이에는 비반응 가스가 유입되기 때문에 비플라즈마 상태의 가스 유동만이 존재하게 된다. 그리고, 플라즈마 영역의 한정을 위하여 별도의 구속 자계를 더 형성할 수 있으며, 이 구속 자계는 영구 자석, 전자석 또는 유도 자계 등으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서, 자력으로 플라즈마 내 이온들의 진동을 야기시켜 플라즈마 발생 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다. 이 경우 형성되는 자계는 챔버(10), 기판(50), 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(40) 등의 형상에 따라서 다르게 형성될 수 있다. 또한, 제 2 전극(40)에 전력을 인가하는 전원(70)은 고주파 전원 이외에 직류, 교류 등이 사용될 수 있으며, 단극 또는 양극 펄스 전원이 사용될 수도 있다. 이 경우 사용되는 전원에 따라서 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(40)의 전기적 연결이 달라질 수 있으며, 전력 인가를 위한 별도의 부재가 더 구비될 수도 있다.
S150 : 제 1 전극(30)을 통하여 비반응 가스가 유입되고 있는 상태에서 제 2 전극(40)을 통하여 제 2 반응 가스가 유입된다. 제 2 반응 가스는 CF4, CHF4, SF6, NF3, C2F6, C4F8, F2, F2N2 등의 불소계 가스와 BCl3, Cl2 등의 염소계 가스중 적어도 어느 하나의 식각 가스일 수 있다. 즉, 제 1 반응 가스 공급 수단(44)으로부터 불소계 또는 염소계 가스의 식각 가스가 공급되는 동안에 제 2 반응 가스 공급 수단(45)으로부터의 산소계 가스의 공급을 중단한다. 물론, 제 2 반응 가스는 기판 후면(52) 상에 퇴적된 박막이나 파티클 등의 종류에 따라 이를 식각할 수 있는 다른 원소종이 포함된 기체일 수 있으나, 산소는 포함되지 않도록 한다.
S160 : 고주파 전원(70)을 인가하여 제 2 반응 가스의 플라즈마를 생성시킨다. 제 2 반응 가스의 플라즈마는 기판 후면(52)과 제 2 전극(40) 사이에 형성되며, 제 2 반응 가스의 라디칼은 기판 후면(52)에 잔류하는 잔류물과 반응하여 이들을 기판 후면(52)으로부터 탈리시킴으로써 2차 세정 공정이 수행된다. 여기서, 제 2 반응 가스에 의한 2차 세정 공정은 제 1 반응 가스에 의한 1차 세정 공정보다 낮은 세정률, 예를들어 500Å/min 이하의 세정률로 실시한다. 이때, 제 1 전극(30)과 기판 전면(51) 사이에는 비반응 가스가 유입되고 플라즈마가 발생되지 않기 때문에 비플라즈마 상태의 가스 유동만이 존재하게 된다.
S170 : 기판 후면(52)의 세정이 종료되면 전력 공급을 중단하고 제 2 반응 가스 및 비반응 가스의 공급을 차단하며, 진공 배기를 통하여 식각 부산물을 챔버(10) 내에서 제거한다. 이때의 식각 부산물은 플라즈마의 라디칼과 반응한 기체형태이므로 진공 배기만으로 충분히 제거 가능하다. 식각 부산물의 제거가 이루어지면 구동 수단(49)을 통하여 제 2 전극(40)이 하강되고, 기판 지지대(20)의 구동수단을 통하여 기판(50)이 제 1 전극(30)으로부터 퇴거된다. 이후 개폐 수단(11)을 개봉하여 기판(50)을 인출함으로써 세정 공정이 완료된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 세정 공정을 진행한 기판 후면의 SEM 사진으로서, 도 3(a) 및 도 3(b)는 기판 후면 중앙부의 평면 및 경사 SEM 사진이고, 도 4(a) 및 도 4(b)는 기판 후면의 중앙부와 가장자리 사이의 평면 및 경사 SEM 사진이다. 상기 사진들은 베어 실리콘 웨이퍼 상부에 3500Å의 두께로 형성된 산화막을 본 발명에 따른 방법으로 1차 및 2차 세정한 후의 사진들이다. 1차 세정은 1.0Torr를 유지하는 챔버내에 비반응 가스로서 He 가스를 90sccm 유입시키고 제 1 반응 가스로서 CF4 가스와 O2 가스를 각각 160sccm 및 20sccm 유입시킨 후 1000W의 전원을 인가하여 140초 동안 실시하였다. 그리고, 2차 세정은 1.0Torr를 유지하는 챔버내에 비반응 가스로서 He 가스를 90sccm 유입시키고 제 2 반응 가스로서 CF4 가스를 120sccm 유입시킨 후 1000W의 전원을 인가하여 240초 동안 실시하였다. 이러한 조건으로 1차 및 2차 세정을 실시한 결과 도시된 바와 같이 기판 후면의 모든 영역에 걸쳐 기판 손상없이 산화막을 완전히 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
예를들어 상기 실시 예에서는 제 1 반응 가스로 불소계 또는 염소계 가스와 산소계 가스의 혼합 가스를 이용하고, 제 2 반응 가스로 산소계 가스를 제외한 불소계 또는 염소계 가스를 이용하였으나, 이에 국한되지 않고 제 1 반응 가스로 불소계 또는 염소계 가스를 이용하고, 제 2 반응 가스로 불소계 또는 염소계 가스와 비반응 가스의 혼합 가스를 이용할 수도 있다. 이 경우 비반응 가스은 불소계 또는 염소계 가스를 희석시켜 세정률을 낮추는 역할을 한다. 또한, 세정률이 높은 제 1 반응 가스를 이용하여 1차 세정한 후 제 1 반응 가스보다 세정률이 낮은 제 2 반응 가스를 이용하여 2차 세정할 수 있다.
또한, 상기 실시 예는 기판 후면을 세정하는 경우에 대해 설명하였으나, 기판 후면 뿐만 아니라 기판의 가장자리 영역인 베벨 영역에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 반응 가스를 베벨 영역에 유입시키고, 비반응 가스를 베벨 영역을 제외한 기판 전면 및 후면에 유입시켜 1차 및 2차 세정하게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 기판 세정 장치의 일 예에 따른 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 세정 방법의 공정 흐름도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 기판 세정 공정을 실시한 기판 후면의 SEM 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 챔버 20 : 기판 지지대
30 : 제 1 전극 40 : 제 2 전극
50 : 기판

Claims (14)

  1. 챔버 내부에 상하 이격 설치된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 기판 지지대에 기판의 가장자리가 지지되도록 하는 단계;
    상기 기판의 상면에 비반응 가스를 분사시키고, 상기 기판의 후면에 제 1 반응 가스를 분사시키는 단계;
    상기 제 2 전극에 전원을 인가하여 상기 제 1 반응 가스의 플라즈마를 형성시켜 상기 기판의 후면을 1차 세정하는 단계; 및
    상기 제 2 전극에 전원이 인가된 상태에서 상기 제 1 반응 가스의 유입을 중단시키고, 상기 기판의 후면에 제 2 반응 가스를 분사시켜 상기 제 2 반응 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 기판의 후면을 2차 세정하는 단계를 포함하는 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비반응 가스는 상기 기판 상면에 대응되는 상기 제 1 전극을 통해 공급되고, 상기 제 1 및 제 2 반응 가스는 상기 기판의 후면에 대응되는 상기 제 2 전극을 통해 공급되는 기판 세정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기판과 상기 제 1 전극은 0.1 내지 0.7㎜의 간격을 유지하는 기판 세정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비반응 가스 및 제 1 반응 가스 분사 이전에 상기 기판과 상기 제 1 전극 사이의 간격을 조절하고, 상기 기판과 상기 제 2 전극 사이의 간격을 조절하는 단계를 더 포함하는 기판 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 세정은 상기 2차 세정보다 높은 세정률로 실시되는 기판 세정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 1차 세정은 상기 기판의 적어도 일부가 노출되도록 실시하고, 2차 세정은 상기 기판상에 잔류하는 잔류물을 제거하도록 실시하는 기판 세정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반응 가스는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 산소계 가스가 포함된 기판 세정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나가 포함된 기판 세정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 비반응 가스가 포함된 기판 세정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반응 가스는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나가 포함된 기판 세정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반응 가스는 상기 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나와 비반응 가스가 포함된 기판 세정 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반응 가스는 제 1 세정률을 갖는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나를 이용하는 기판 세정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 반응 가스는 상기 제 1 세정률보다 낮은 제 2 세정률을 갖는 불소계 가스 또는 염소계 가스중 적어도 어느 하나를 이용하는 기판 세정 방법.
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