KR101098975B1 - Apparatus of processing substrate - Google Patents
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Abstract
기판 처리 장치는 챔버, 챔버와 결합하여 챔버를 밀폐시키는 리드, 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부, 및 플라스마가 이동하는 통로를 제공하는 유체 공급관을 구비한다. 리드에는 리드를 가열하는 제1 가열부재가 설치되며, 이에 따라, 리드의 내부 공간에 유입된 플라스마가 가열된다. 따라서, 제1 가열부재에 의해 플라스마가 가열된 후 기판에 제공되므로, 라디칼의 라이프 타임이 연장되어 기판에 제공되는 라디칼의 개수가 증가한다. 이에 따라, 기판 처리 장치는 기판의 식각속도와 선택 식각비 및 식각 균일도를 향상시킬 수 있으므로, 공정 효율 및 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.The substrate processing apparatus includes a chamber, a lid coupled to the chamber to seal the chamber, a plasma generation unit generating plasma, and a fluid supply pipe providing a passage through which the plasma moves. The lid is provided with a first heating member for heating the lid, whereby the plasma introduced into the inner space of the lid is heated. Thus, since the plasma is heated by the first heating member and then provided to the substrate, the lifetime of the radicals is extended to increase the number of radicals provided to the substrate. Accordingly, the substrate processing apparatus may improve the etching rate, the selective etching ratio, and the etching uniformity of the substrate, thereby improving process efficiency and product yield.
Description
본 발명은 반도체 소자를 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for processing a semiconductor element, and more particularly, to a substrate processing apparatus for processing a semiconductor substrate using plasma.
반도체 메모리 소자 또는 평판 표시 장치와 같은 전자 장치는 기판을 포함한다. 상기 기판상에는 복수의 도전막 패턴들이 형성되며, 또한 서로 다른 복수의 도전막 패턴들 사이를 절연하는 절연막 패턴들이 형성된다. 예컨대, 반도체 메모리 소자에 있어서, 상기 도전막 패턴들은 워드 라인이나 게이트 전극이 될 수 있다.Electronic devices such as semiconductor memory devices or flat panel displays include substrates. A plurality of conductive layer patterns are formed on the substrate, and insulating layer patterns insulating the plurality of different conductive layer patterns are formed. For example, in the semiconductor memory device, the conductive layer patterns may be word lines or gate electrodes.
상기 도전막 패턴들이나 절연막 패턴들을 형성하는 과정은 일련의 복수의 공정들을 포함한다. 예컨대, 도전막 패턴을 형성하기 위해서는 기판상에 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 부분적으로 제거하면서 패터닝하는 공정이 필요하다. The process of forming the conductive film patterns or the insulating film patterns includes a plurality of processes. For example, in order to form a conductive film pattern, a process of forming a conductive film on a substrate and then patterning while partially removing the conductive film is required.
그런데, 소정의 막을 형성하거나 패터닝하는 과정에서 부가적으로 생성되는 부산물, 예컨대, 산화막이 기판에 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 산화막은 기판의 수율을 감소시키므로, 이를 제거하는 공정이 추가된다. 일반적으로, 산화막 제거 공정은, 산화막과 반응하는 반응막을 산화막 상면에 형성한 후, 반응막을 고온에서 휘발시켜 산화막을 제거한다.However, by-products, for example, oxide films, which are additionally generated in the process of forming or patterning a predetermined film, may be formed on the substrate. Therefore, since such an oxide film reduces the yield of the substrate, a process of removing it is added. Generally, in the oxide film removing step, after forming a reaction film that reacts with the oxide film on the oxide film upper surface, the reaction film is volatilized at a high temperature to remove the oxide film.
이러한 반응막은 플라스마를 이용한 건식 식각 장치에 의해 형성될 수 있으며, 건식 식각 장치는 챔버, 리드, 가스 유입관, 및 플라스마 생성부를 구비한다. 챔버는 반응막이 형성되는 공간을 제공하며, 내부에 기판이 인입된다. 리드는 챔버와 결합하여 챔버 내부를 밀폐한다. 가스 유입관은 리드와 결합하고, 반응막을 형성하기 위한 플라스마를 챔버 내부에 제공한다. 플라스마 생성부는 가스 유입관에 결합되며, 가스 유입관에 유입된 가스를 이용하여 플라스마를 생성한다.The reaction membrane may be formed by a dry etching apparatus using plasma, and the dry etching apparatus includes a chamber, a lid, a gas inlet pipe, and a plasma generating unit. The chamber provides a space in which a reaction film is formed, and a substrate is introduced therein. The lid engages with the chamber to seal the interior of the chamber. The gas inlet tube is coupled to the lid and provides a plasma inside the chamber for forming the reaction film. The plasma generation unit is coupled to the gas inlet tube, and generates plasma using the gas introduced into the gas inlet tube.
플라스마를 형성하기 위한 가스는 가스 유입관의 상단부로부터 가스 유입관 내부로 유입된다. 또한, 가스 유입관에는 플라스마의 라디칼 밀도를 낮추기 위한 불소계 가스가 가스 유입관의 중간으로부터 유입되어 챔버 내부로 제공된다.Gas for forming the plasma is introduced into the gas inlet pipe from the upper end of the gas inlet pipe. In addition, the gas inlet pipe is provided with a fluorine-based gas for lowering the radical density of the plasma from the middle of the gas inlet pipe and provided into the chamber.
이러한 건식 식각 장치는 라디칼의 라이프 타임(life time)이 짧아 단위 시간당 에칭량이 40Å(옹스트롱) 내지 300Å 정도이다. 따라서, 이러한 건식 식각 장치는 자연 산화막과 같이 비교적 얇은 두께를 갖는 산화막을 제거하는 데에 주로 사용되며, 비교적 두꺼운 두께를 갖는 산화막을 선택적으로 식각하는 데는 적용이 어렵다.Such a dry etching device has a short life time of radicals, so the etching amount per unit time is about 40 kPa (Angstrom) to 300 kPa. Therefore, such a dry etching apparatus is mainly used to remove an oxide film having a relatively thin thickness, such as a natural oxide film, and is difficult to apply to selectively etching an oxide film having a relatively thick thickness.
본 발명의 목적은 식각율 및 선택 식각비를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of improving the etching rate and the selective etching ratio.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 제공하는 것이다It is also an object of the present invention to provide a method of treating a substrate using the substrate processing apparatus described above.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부재, 리드, 플라스마 생성부, 유체 공급관 및 제1 가열 부재로 이루어진다.According to one aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus including a chamber, a substrate support member, a lid, a plasma generating unit, a fluid supply pipe, and a first heating member.
챔버는 기판의 처리가 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된다. 기판 지지부재는 상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착된다. 리드는 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 구획한다. 플라스마 생성부는 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성한다. 유체 공급관은 상기 리드의 상면에 결합되고, 내부에 상기 유입홀과 연통된 유체 통로가 형성되며, 상기 플라스마 생성부와 결합하여 상기 플라스마 생성부에 의해 생성된 상기 플라스마를 상기 유체 통로를 통해 상기 공정 공간에 제공한다. 제1 가열 부재는 상기 리드에 설치되어 상기 리드를 가열하는 제1 가열 부재를 포함한다.The chamber provides a process space where the processing of the substrate takes place and the top is open. The substrate support member is accommodated in the process space and the substrate is seated. A lid is disposed on top of the chamber to engage with the chamber, provide an inlet hole, and partition the process space. The plasma generation unit generates a plasma for treating the substrate using the first gas. The fluid supply pipe is coupled to the upper surface of the lid, there is formed a fluid passage communicating with the inlet hole therein, the plasma generated by the plasma generating unit in combination with the plasma generating unit through the process through the fluid passage To provide space. The first heating member includes a first heating member installed on the lead to heat the lead.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부재, 리드, 유체 공급관 및, 플라스마 생성부로 이루어진다.In addition, the substrate processing apparatus according to one feature for realizing the above object of the present invention comprises a chamber, a substrate supporting member, a lid, a fluid supply pipe, and a plasma generating unit.
챔버는 기판의 처리가 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된다. 기판 지지부재는 상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착된다. 리드는 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 밀폐시킨다. 유체 공급관은 상기 리드와 결합하고, 상기 유입홀과 연통되는 유체 통로가 형성된다. 플라스마 생성부는 상기 유체 공급관과 결합하고, 상기 유체 통로에 유입된 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부를 포함한다. 구체적으로, 상기 유체 공급관은, 출력단이 상기 리드에 결합되고 내부에 상기 유체 통로가 형성되며 상기 플라스마 생성부가 결합된 공급관, 및 상기 공급관을 둘러싸고 상기 플라스마 생성부와 상기 리드 사이에 위치하며 상기 공급관에서 플라스마 생성부가 결합된 부분과 상기 리드에 결합된 부분의 사이 영역에 연결되고 상기 공급관을 둘러싸며 상기 공급관을 가열하는 가열부를 포함한다.The chamber provides a process space where the processing of the substrate takes place and the top is open. The substrate support member is accommodated in the process space and the substrate is seated. A lid is disposed above the chamber to engage with the chamber, provide an inlet hole, and seal the process space. The fluid supply pipe is coupled to the lead and a fluid passage is formed in communication with the inlet hole. The plasma generator includes a plasma generator coupled to the fluid supply pipe and generating a plasma for treating the substrate by using the first gas introduced into the fluid passage. Specifically, the fluid supply pipe, the output end is coupled to the lead, the fluid passage is formed therein, the supply pipe is coupled to the plasma generating unit, and the supply pipe surrounding the plasma generating unit and the lead is located in the supply pipe And a heating part connected to a region between the portion where the plasma generation unit is coupled and the portion coupled to the lead and surrounding the supply pipe and heating the supply pipe.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 방법은 다음과 같다. 먼저, 산화막이 형성된 기판을 챔버 내에 설치된 기판 지지부재에 안착시킨다. 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성한다. 생성된 플라스마를 가열하여 제2 가스와 함께 상기 기판에 제공하여 상기 산화막과 반응하는 반응막을 형성한 후 반응막을 제거한다Further, the substrate processing method according to one feature for realizing the above object of the present invention is as follows. First, the substrate on which the oxide film is formed is mounted on the substrate support member provided in the chamber. A plasma for treating the substrate is generated using a first gas. The resulting plasma is heated and provided to the substrate together with a second gas to form a reaction film that reacts with the oxide film and then removes the reaction film.
상술한 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치 플라스마를 가열하여 기판에 제공하므로, 라디칼의 라이프 타임을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 기판에 제공되는 라디칼의 수가 증가하므로, 식각율 및 식각 선택비를 증가시키고, 기판의 식각 효율 및 식각 균일도를 향상시키며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention described above, since the substrate processing apparatus plasma is heated and provided to the substrate, the lifetime of radicals can be increased. Accordingly, since the number of radicals provided to the substrate is increased, the etching rate and the etching selectivity may be increased, the etching efficiency and the etching uniformity of the substrate may be improved, and the yield of the product may be improved.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하 게 설명한다. 이하에서는 플라스마를 이용하여 박막을 식각하는 기판 처리 장치를 일례로 하여 설명하나, 본 발명은 증착 장치를 비롯한 다양한 반도체 처리장치에 응용될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, a substrate processing apparatus for etching a thin film using plasma will be described as an example, but the present invention can be applied to various semiconductor processing apparatuses including a deposition apparatus.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부재를 나타낸 횡단면도이다.1 is a view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a substrate support member shown in FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치는 처리 유닛(100), 및 플라스마 생성유닛(200)을 포함할 수 있다. 상기 처리 유닛(100)은 플라스마를 이용한 웨이퍼의 처리 공정을 수행하고, 상기 플라스마 생성유닛(200)은 상기 웨이퍼의 처리 공정에 필요한 플라스마를 생성하여 상기 처리 유닛(100)에 제공한다.1 and 2, the substrate processing apparatus of the present invention may include a
구체적으로, 상기 처리 유닛(100)은 챔버(110), 기판 지지부재(120), 제1 및 제2 배기관(131, 132), 배플(140), 및 리드(150)를 포함할 수 있다.In detail, the
상기 챔버(110)는 상기 웨이퍼의 처리 공정이 이루어지는 공정 공간(PS)을 제공하고, 바닥면(111)에는 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)과 각각 연통되는 제1 및 제2 배기홀(111a, 111b)이 형성된다. 상기 웨이퍼의 처리 과정에서 상기 공정 공간(PS)에 생성된 반응 부산물 및 상기 공정 공간(PS)에 유입된 가스는 상기 제1 및 제2 배기홀(111a, 111b)과 연통된 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)을 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)은 외부의 압력 조절 장치(미도시)와 연결되어 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)을 통해 상기 챔버(110) 내부의 압력이 조절될 수도 있다.The
상기 챔버(110) 내부에는 상기 기판 지지부재(120)가 설치된다. 상기 기판 지지부재(120)는 상기 웨이퍼 처리시 상기 웨이퍼를 지지하는 척(121), 및 상기 척(121)의 아래에 설치되어 상기 척(121)을 지지하는 지지축(122)을 구비한다.The
이 실시예에 있어서, 상기 척(121)은 상기 웨이퍼를 냉각시킬 수 있는 냉각척(cold chuck)일 수 있다.In this embodiment, the
상기 기판 지지부재(120)는 상기 척(121)의 온도를 조절하는 온도 조절부(123)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 조절부(123)는 상기 척(121)에 내장되고, 다수의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)을 포함할 수 있다. 상기 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)은 서로 이격되어 배치되며, 상기 척(121)의 온도를 조절한다. 예컨대, 상기 척(121)이 냉각척일 경우, 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 상기 척(121)을 냉각시키는 냉각 블록으로 이루어질 수 있다. 반면, 상기 척(121)이 웨이퍼를 가열하는 가열척(heating chuck)일 경우, 상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 상기 척(121)을 가열하는 가열 블록으로 이루어질 수 있다.The
이 실시예에 있어서, 상기 온도 조절부(123)는 세 개의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)으로 이루어지나, 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)의 개수는 척(121)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.In this embodiment, the
상기 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)은 제1 내지 제3 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)으로 이루어진다. 상기 제1 온도 조절블럭(123a)은 원 형상을 갖고, 상기 척(121)의 중앙부에 구비된다. 상기 제2 온도 조절블럭(123b)은 상기 제1 온도 조절블럭(123a)을 둘러싸고, 링 형상을 갖는다. 상기 제3 온도 조절블럭(123c)은 제2 온도 조절블럭(123c)을 둘러싸고, 링 형상을 갖는다. 본 발명의 일례로, 상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c) 내에는 상기 척(121)을 냉각시키기 위한 냉매가 흐를 수도 있다.The temperature control blocks 123a, 123b, and 123c may include first to third
상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 개별 구동이 가능하며, 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)의 온도가 서로 다를 수 있다. 그 결과, 상기 척(121)의 온도를 국부적으로 조절할 수 있다. 즉, 상기 기판 지지부재(120)는 상기 제1 내지 제3 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)에 의해 상기 척(121)의 중앙부의 온도와 상기 척(121)의 에지 영역의 온도를 공정 조건에 따라 서로 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 처리 장치는 산화막 에칭 시 식각 균일도를 국부적으로 제어할 수 있다.Each of the
이 실시예에 있어서, 상기 온도 조절부(123)는 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c) 별로 온도 조절이 가능하나, 하나의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)이 다수의 조각으로 분리 구획되어 각 조각 별로 온도 조절이 가능할 수도 있다.In this embodiment, the
한편, 상기 기판 지지부재(120)의 상부에는 상기 배플(140) 및 상기 리드(150)가 구비된다. 상기 배플(140)은 상기 챔버(110)의 상단부에 결합되고, 상기 척(121)과 마주하게 배치된다. 상기 배플(140)은 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공된 가스 및 플라스마를 균일하게 확산시켜 상기 공정 공간(PS) 측으로 통과시키기 위한 다수의 홀이 형성되며, 접지된다. 상기 배플(140)은 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공된 플라스마를 여과시키며, 주로 상기 플라스마의 라디 칼을 상기 공정 공간(PS) 측으로 통과시킨다.On the other hand, the
상기 베플(140)의 상부에는 상기 리드(150)가 구비되고, 상기 리드(150)는 상기 챔버(110)의 상단부에 결합되어 상기 공정 공간(PS)을 밀폐시킨다.The
도 3은 도 1에 도시된 리드를 나타낸 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the lid shown in FIG.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 리드(150)는 베이스 리드(151) 및 제1 가열 부재(152)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 리드(151)는 상기 플라스마 생성유닛(200)과 결합하고, 중앙부에 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공되는 유체, 즉, 플라스마와 가스가 유입되는 유입구(151a)가 형성된다. 상기 베이스 리드(151)의 내부에는 상기 유입구(151a)를 통해 유입된 플라스마 및 가스를 확산시키기 위한 확산 공간(DS)이 형성된다. 상기 베플(140)은 상기 확산 공간(DS)과 상기 공정 공간(PS)의 경계부에 위치하여 상기 공정 공간(PS)과 상기 확산 공간(DS)을 서로 분리 구획한다. 본 발명의 일례로, 상기 확산 공간(DS)은 역 깔때기 형상으로 형성된다.1 and 3, the
상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되고, 상기 베이스 리드(151)를 가열한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되나, 상기 베이스 리드(151)와 별개로 설치될 수도 있다. 즉, 상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151)의 내면에 설치될 수도 있고, 외면에 설치될 수도 있다.The first heating member 152 is embedded in the
상기 제1 가열부재(152)는 제1 내지 제3 히팅 케이블(heating cable)(152a, 152b, 152c)을 포함할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 세 개의 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)을 구비하나, 상기 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)의 개수는 상기 리드(150)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.The first heating member 152 may include first to
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 라인 형태의 히팅 케이블들(152a, 152b, 152c)을 구비하나, 상기 제1 가열부재(152)는 플레이트 형상을 갖는 다수의 히팅 플레이트(heating plate) 또는 다수의 히팅 코일(heating coil)로 이루어질 수도 있다.Also, in this embodiment, the first heating member 152 includes
상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 각각 링 형상을 갖고, 서로 이격되어 배치된다. 상기 제1 히팅 케이블(152a)은 상기 유입구(151a)를 둘러싸고, 상기 제2 히팅 케이블(152b)은 상기 제1 히팅 케이블(152a)로부터 이격되어 상기 제1 히팅 케이블(152a)을 둘러싼다. 상기 제3 히팅 케이블(152c)은 상기 제2 히팅 케이블(152b)로부터 이격되어 상기 제2 히팅 케이블(152b)을 둘러싼다.The first to
상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 열을 발생시켜 상기 베이스 리드(151)를 가열한다. 이에 따라, 상기 확산 공간(DS)의 온도가 상승하므로, 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입된 라디칼(radical)의 라이프 타임(life time)이 연장된다. 따라서, 상기 웨이퍼 상의 산화막을 식각하기 위해 상기 웨이퍼까지 도달하는 라이칼의 수가 증가하므로, 상기 기판 처리 장치는 단위시간당 상기 산화막의 식각율을 향상시킬 수 있다.The first to
또한, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 각각 개별 구동이 가능하며, 따라서, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 서로 다른 온도로 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 리드(150)는 각 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)에 의해 온도가 조절되는 영역별로 온도 설정이 가능하다. 즉, 상기 리드(150)는 상기 히팅 케이블(152a, 152b, 152c) 별로 온도 조절이 가능하므로, 공정 요구 조건 및 효율에 따라 국부적으로 온도를 다르게 설정할 수 있다.In addition, the first to
예컨대, 상기 베이스 리드(151)의 중앙부측에 위치하는 제1 히팅 케이블(152a)의 온도가 상기 베이스 리드(151)의 에지측에 위치하는 제3 히팅 케이블(152c)의 온도 보다 높을 경우, 상기 리드(150)의 중앙부의 온도가 상기 리드(150)의 에지측 온도 보다 높다.For example, when the temperature of the
이와 같이, 리드(150)는 국부적으로 온도 조절이 가능하므로, 이전에 진행된 공정에 따른 상기 웨이퍼의 영역별 특성 및 현재 진행할 공정 요구 조건에 따라 영역별로 온도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 처리 장치는 산화막의 식각 균일도를 국부적으로 제어할 수 있으며, 공정 효율 및 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, since the temperature of the
한편, 상기 리드(150)는 상기 베이스 리드(151)를 단열 처리하는 단열부재(153)를 더 포함할 수 있다. 상기 단열부재(153)는 상기 베이스 리드(151)의 외면 전체를 커버하여 상기 제1 가열 부재(152)에 의한 상기 베이스 리드(151)의 가열이 효율적으로 이루어지도록 한다.On the other hand, the
도 4는 도 3에 도시된 리드의 다른 일례를 나타낸 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating another example of the lead illustrated in FIG. 3.
도 4를 참조하면, 리드(170)는 제1 가열부재를 제외하고는 도 3에 도시된 리드(150)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 이하, 상기 리드(170)의 구성에 대한 구체적인 설명에 있어서, 도 3에 도시된 리드(150)와 동일한 구성 요소에 대해서는 참조 번호를 병기하고, 그 구체적인 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4, the
상기 리드(170)는 베이스 리드(151), 및 상기 베이스 리드(151)에 내장된 상기 제1 가열부재를 포함한다. 상기 제1 가열부재는 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)를 구비하며, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)은 서로 이격되어 구비된다.The
이 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)은 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되나, 상기 베이스 리드(151)의 외면 또는 내면에 설치될 수도 있다. 또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재는 세 개의 히팅 케이블(171, 172, 173)을 구비하나, 상기 히팅 케이블(171, 172, 173)의 개수는 상기 리드(170)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.In this embodiment, the first to
상기 제1 히팅 케이블(171)은 링 형상을 갖고, 상기 베이스 리드(151)의 유입구(151a)를 둘러싼다. 상기 제1 히팅 케이블(171)은 다수의 히팅 조각(171a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(171a)은 개별 구동이 가능하다. 상기 제2 히팅 케이블(172)은 링 형상을 갖고, 상기 제1 히팅 케이블(171)을 둘러싼다. 상기 제2 히팅 케이블(172)은 다수의 히팅 조각(172a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(172a)은 개별 구동이 가능하다. 상기 제3 히팅 케이블(173)은 링 형상을 갖고, 상기 제2 히팅 케이블(172)을 둘러싼다. 상기 제3 히팅 케이블(173)은 다수의 히팅 조각(173a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(173a)은 개별 구동이 가능하다.The
이와 같이, 상기 제1 가열부재는 각 히팅 케이블(171, 172, 173)별로 구동 이 가능할 뿐만 아니라, 각 히팅 케이블(171, 172, 173)은 각 히팅 조각(171a, 172a, 173a) 별로 개별 구동이 가능하다. 따라서, 각 히팅 조각(171a, 172a, 173a) 별로 온도 조절이 가능하므로, 하나의 히팅 케이블(171, 172, 173)은 히팅 조각들에 의해 정의되는 영역들의 온도가 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 리드(170)는 상기 웨이퍼의 영역별 특성 및 공정 요구 조건에 따라 상기 리드(170)의 온도를 보다 세밀하게 국부적으로 조절할 수 있다.As such, the first heating member may be driven for each
도 4에는 도시하지 않았으나, 상기 리드(170)는 상기 베이스 리드(151)를 단열 처리하는 단열부재를 더 포함할 수 있다. 상기 단열부재는 상기 베이스 리드(151)의 외면 전체를 커버하여 상기 제1 가열 부재에 의한 상기 베이스 리드(151)의 가열이 효율적으로 이루어지도록 한다.Although not shown in FIG. 4, the
다시, 도 상기 리드(150)의 상부에는 상기 플라스마 생성유닛(200)이 설치된다. 상기 플라스마 생성유닛(200)은 유체 공급관(210), 플라스마 생성부(220) 및 제1 및 제2 가스 공급관(230, 240)을 포함할 수 있다.Again, the
구체적으로, 상기 유체 공급관(210)은 상기 리드(150)의 상부에 설치되고, 상기 웨이퍼의 처리에 필요한 플라스마 및 가스를 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입시킨다. 상기 유체 공급관(210)은 상기 베이스 리드(151)에 결합된 공급관(211)을 구비하고, 상기 공급관(211)은 관 형상을 갖는다. 상기 공급관(211)의 하단부는 상기 리드(150)에 고정 결합되고, 상기 공급관(211)의 내부에는 상기 베이스 리드(151)의 유입구(151a)와 연통된 유체 통로(211a)가 형성된다. 상기 유체 통로(211a)는 상기 웨이퍼를 처리하기 위한 가스 및 플라스마가 이동하는 이동 통로 로 제공된다. 상기 유체 통로(211a) 안의 가스 및 플라스마는 상기 유입구(151a)를 통해 상기 확산 공간(DS)으로 유입된 후, 상기 베플(140)을 관통하여 상기 공정 공간(PS) 안으로 유입된다.Specifically, the
상기 공급관(211)에는 상기 플라스마 생성부(220)가 설치된다. 상기 플라스마 생성부(220)는 상기 리드(150)의 상부에 설치되고, 상기 공급관(211)의 상단부와 인접한 부분에 결합된다. 상기 플라스마 생성부(220)는 상기 공급관(211) 안으로 유입된 제1 가스를 이용하여 상기 웨이퍼를 처리하기 위한 플라스마를 생성한다.The
상기 공급관(211)의 상단부에는 상기 제1 가스 공급관(230)이 연결되며, 상기 제1 가스 공급관(230)은 상기 제1 가스를 상기 공급관(211)에 제공한다. 상기 제2 가스 공급관(230)은 상기 공급관(211)의 중간 부분에 연결되고, 제2 가스를 상기 공급관(211)에 제공한다. 상기 공급관(211)에서 상기 제2 가스 공급관(230)이 연결된 지점은 상기 플라스마 생성부(220)가 결합된 부분 보다 아래에 위치한다. 따라서, 상기 제2 가스 공급관(230)을 통해 상기 공급관(211) 안으로 유입되는 가스는 플라스마를 생성하는 데 이용되지 않고, 유입구(151a)를 통해 상기 확산 공간(DS)으로 유입된 후 공정 공간(PS)에 유입된다.The first
한편, 상기 유체 공급관(210)은 상기 공급관(211)을 가열하는 제2 가열 부재(212)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 가열 부재(212)는 상기 공급관(211)을 둘러싸고, 상기 공급관(211)의 외면을 커버한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제2 가스 공급관(240)은 상기 제2 가열 부재(212)가 위치하는 부분에 연결되고, 상기 공급 관(211)은 상기 플라스마 생성부(220)가 결합된 부분의 아래 부분 전체가 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 커버된다.Meanwhile, the
이에 따라, 상기 유체 통로(211a) 내의 플라스마 및 상기 제2 가스는 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입되기 전에 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열되므로, 상기 라디칼의 라이프 타임이 연장된다. 그 결과, 웨이퍼에 도달하는 라디칼의 개수가 증가되므로, 상기 기판 처리 장치는 단위시간당 상기 산화막의 식각율을 상승시킬 수 있다.Accordingly, the plasma and the second gas in the
또한, 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 플라스마 및 제2 가스는 상기 제1 가열 부재(152)에 의해 가열된 확산 공간(DS)에 유입되므로, 상기 플라스마 및 제2 가스는 상기 공정 공간(PS)에 제공되기 전까지 적정 온도로 가열 및 상기 적정 온도로 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 처리 장치는 라디칼의 라이프 타임을 연장시키고, 상기 웨이퍼에 도달하는 라디칼의 개수를 증가시키므로, 단위시간당 식각률을 향상시킬 수 있다.In addition, since the plasma and the second gas heated by the
이하, 도면을 참조하여서 상기 기판 처리 장치에서 산화막을 제거하기 위한 반응막을 형성하는 과정을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process of forming a reaction film for removing an oxide film in the substrate processing apparatus will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상의 산화막을 식각하는 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치에서 웨이퍼 상의 산화막을 식각하하는 공정 과정을 나타낸 도면이다.5 is a flowchart illustrating a process of etching an oxide film on a wafer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view illustrating a process of etching an oxide film on a wafer in the substrate processing apparatus of FIG. 1.
도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, 폴리 실리콘으로 이루어진 박막과 산화막 이 형성된 웨이퍼(10)를 기판 지지부재(120)의 척(121)에 안착시킨다(단계 S110). 이때, 상기 척(121)에 내장된 온도 조절부(123)는 상기 척(121)의 온도를 기 설정된 온도로 조절, 예컨대, 상기 척(121)을 냉각시켜 상기 웨이퍼(10)의 온도를 적정 온도로 유지시킨다. 상기 온도 조절부(123)는 국부적으로 온도 변경이 가능하므로, 공정 조건 및 상기 웨이퍼(10) 에 형성된 산화막의 조건, 예컨대, 산화막의 두께, 균일도, 성질 등에 따라 상기 척(121)의 온도를 국부적으로 조절한다.5 and 6, first, the
이 실시예에 있어서, 상기 척(121)의 온도는 약 -50℃ 내지 400℃이고, 챔버(110) 내부의 압력은 약 5mTorr 내지 약 100000mTorr 이다.In this embodiment, the temperature of the
한편, 제1 및 제2 가열부재(151, 212)를 구동시켜 리드(150) 및 유체 공급관(210)을 가열한다(단계 S120). 이에 따라, 상기 리드(150)에 의해 정의되는 확산 공간(DS)이 적정 온도로 가열되어 상기 확산 공간(DS)의 온도가 기 설정된 공정 온도로 안정화되고, 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a) 중 상기 제2 가열부재(212)가 위치하는 영역이 적정 온도로 가열되어 기 설정된 공정 온도로 안정화 된다.Meanwhile, the
이 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 리드(150)와 유체 공급부(210) 모두 가열되나, 상기 제1 및 제2 가열 부재(151, 212) 중 어느 하나만을 구동시켜 상기 리드(150)와 상기 유체 공급부(210) 중 어느 하나만 가열할 수도 있다.In this embodiment, the substrate processing apparatus heats both the
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열 부재(151)에 의해 가열된 상기 리드(150)의 온도는 약 30℃도 내지 약 200℃이며, 상기 유체 공급부(210)에서 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 부분의 온도는 약 50℃내지 약 150℃이다.In addition, in this embodiment, the temperature of the
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 챔버(110) 내벽 또한 별도의 가열 부재(미도시)에 의해 가열될 수 있으며, 이에 따라, 공정 공간(PS)의 온도가 적정 온도로 유지될 수 있다. Although not shown in the drawing, the inner wall of the
이어, 상기 제1 가스 공급관(230)으로부터 제1 가스가 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a)로 유입되고, 상기 제2 가스 공급관(240)으로부터 상기 제2 가스가 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a)에 유입된다(단계 S130). Subsequently, a first gas is introduced from the first
이 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 질소, 수소 및 삼불화 질소를 포함하며, 상기 웨이퍼(10)에 형성된 산화막을 식각하는 실질적인 에칭 소스로 작용한다.In this embodiment, the first gas comprises nitrogen, hydrogen, and nitrogen trifluoride, and serves as a substantial etching source for etching the oxide film formed on the
본 발명의 일례로, 상기 제1 가스로 제공되는 질소 가스와, 수소 가스 및 삼불화 질소가스는 각각 약 1000sccm, 약 1800sccm, 약 10sccm으로 주입된다.In one embodiment of the present invention, the nitrogen gas provided as the first gas, the hydrogen gas and the nitrogen trifluoride gas are injected at about 1000 sccm, about 1800 sccm, and about 10 sccm, respectively.
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제2 가스는 삼불화 질소를 포함하며, 상기 제2 가스는 상기 산화막의 식각량 및 선택비 조절을 위해 제공된다. 여기서, 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스는 식각 선택비 유지를 위해 극히 적은 양이 주입되는 반면, 제2 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스는 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스보다 많은 양이 주입된다. 본 발명의 일례로, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화 질소가스는 약 300sccm으로 주입된다.Further, in this embodiment, the second gas includes nitrogen trifluoride, and the second gas is provided for controlling the etching amount and selectivity of the oxide film. Here, the nitrogen trifluoride gas provided as the first gas is injected in a very small amount to maintain the etching selectivity, while the nitrogen trifluoride gas provided as the second gas is the nitrogen trifluoride gas provided as the first gas. Larger amounts are injected. In one example of the present invention, the nitrogen trifluoride gas provided as the second gas is injected at about 300 sccm.
플라스마 생성부(220)는 상기 유체 통로(211a)에 유입된 상기 제1 가스를 이용하여 플라스마를 생성한다(단계 S140). 이때, 상기 플라스마는 상기 유체 통로(211a) 내에 형성된다.The
이 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 플라스마로 여기되나, 상기 제2 가스 는 상기 플라스마 생성부(220)에 의해 플라스마가 형성되는 경로를 통해 유입되지 않으므로, 상기 제1 가스와 달리 여기되지 않는다.In this embodiment, the first gas is excited by the plasma, but the second gas is not excited through the path in which the plasma is formed by the
상기 플라스마 생성부(220)에 의해 생성된 라디칼과 상기 제2 가스는 상기 유체 통로(211a) 내에서 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 후 상기 유입관(151a)을 통해 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입된다. 상기 확산 공간(DS) 안의 라디칼과 제2 가스는 상기 제1 가열 부재(151)에 의해 가열된 후 베플(140)을 관통하여 공정 공간(PS) 안으로 유입되고, 상기 공정 공간(PS)에 유입된 라디칼과 제2 가스는 상기 웨이퍼(10)에 제공된다(단계 S150). The radical generated by the
상기 웨이퍼(10)에 제공된 라디칼과 제2 가스는 상기 웨이퍼(10) 상에 형성된 산화막과 반응하여 반응막을 형성한다(단계 S160). 본 발명의 일례로, 상기 반응막은 (NH4)2SiF6으로 이루어질 수 있다.The radicals and the second gas provided on the
상기 라디칼은 상기 웨이퍼(10)에 제공되기 전 상기 제1 및 제2 가열 부재(151, 212)에 의해 가열되므로, 라이프 타임이 증가된다. 따라서, 상기 웨이퍼(10)에까지 도달하는 라디칼의 수가 증가하므로, 상기 반응막의 형성이 보다 활성화된다. 이에 따라, 단위시간당 상기 산화막의 식각율이 향상되므로, 산화막의 두께에 상관없이 식각이 가능하고, 선택 식각이 가능하며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.Since the radicals are heated by the first and
도 6에서 도면 부호 GF는 제2 가스의 흐름을 나타내며, 도면 부호 RF는 라디칼의 흐름을 나타낸다.In FIG. 6, GF denotes the flow of the second gas and RF denotes the flow of the radical.
이어, 상기 반응막이 형성된 웨이퍼(10)를 상기 챔버(110)로부터 인출한 후 어닐링 챔버(미도시)로 반송하고, 진공 상태의 상기 어닐링 챔버에 산소 가스를 주입하면서 상기 웨이퍼(10)를 약 100℃ 이상으로 가열하여 상기 반응막을 제거한다(단계 S150). 이로써, 상기 웨이퍼(10)에 형성된 산화막이 식각된다. Subsequently, the
이 실시예에 있어서, 상기 어닐링 챔버에 산소 가스를 제공하여 상기 반응막을 제거하나, 약 100℃ 이상의 고온 진공 상태의 어닐링 챔버에 질소 가스를 주입하여 상기 반응막을 제거할 수 도 있다.In this embodiment, the reaction film is removed by providing oxygen gas to the annealing chamber, but the reaction film may be removed by injecting nitrogen gas into the annealing chamber at a high temperature vacuum of about 100 ° C. or more.
도 7a는 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이고, 도 7b는 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다.FIG. 7A illustrates an etching amount and a selection ratio according to an injection amount of nitrogen trifluoride gas provided as a first gas, and FIG. 7B illustrates an etching amount and a selection ratio according to an injection amount of nitrogen trifluoride gas provided as a second gas. The figure shown.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량이 60sccm 이상으로 증가할수록, 산화막과 폴리 실리콘의 식각량은 조절되나, 폴리 실리콘의 선택 식각비는 거의 변화가 없다. 즉, 상기 제1 가스의 삼불화질소 가스에 의해 형성된 불소 라디칼은 식각량을 조절하는 주요 성분으로서, 상기 리드(150)와 상기 유체 공급관(210)에 의해 가열되어 그 라이프 타임이 길어지므로, 상기 웨이퍼에 도달하는 불소 라디칼의 수가 증가된다. 따라서, 상기 기판 처리 장치는 제1 가스에 포함된 삼불화질소가스의 양을 조절하여 산화막과 폴리실리콘의 식각량을 조절할 수 있다. 7A and 7B, as the injection amount of nitrogen trifluoride gas provided as the first gas increases to 60 sccm or more, the etching amount of the oxide film and the polysilicon is controlled, but the selective etching ratio of the polysilicon is almost changed. none. That is, the fluorine radicals formed by the nitrogen trifluoride gas of the first gas is a main component for controlling the etching amount, and is heated by the
반면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 폴리 실리콘의 식각 선택비는 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따라 그 변화가 확연히 드러나며, 폴리 실리콘의 식각량에는 거의 변화가 없다. 즉, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불 화질소가스는 활성되지 않은 상태로 상기 웨이퍼에 제공되므로, 산화막 및 폴리 실리콘의 식각량에는 거의 영향을 주지 않는다.On the other hand, as shown in Figure 7b, the etching selectivity of the polysilicon is clearly changed according to the injection amount of the nitrogen trifluoride gas provided to the second gas, there is little change in the etching amount of the polysilicon. That is, since the trifluoric acid gas provided as the second gas is provided to the wafer in an inactive state, it hardly affects the etching amount of the oxide film and the polysilicon.
따라서, 상기 기판 처리 장치는 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 양을 조절하여 폴리 실리콘과 산화막의 식각량을 조절할 수 있으며, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 양을 조절하여 폴리 실리콘의 선택 식각비를 조절할 수 있다.Accordingly, the substrate processing apparatus may adjust the amount of nitrogen trifluoride gas provided by the first gas to adjust the etching amount of the polysilicon and the oxide film, and adjust the amount of nitrogen trifluoride gas provided by the second gas. By selecting the etch ratio of the polysilicon can be adjusted.
도 8은 도 1에 도시된 리드 및 챔버 측벽의 온도에 따라 식각량과 식각 불균일도를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating an etching amount and an etching nonuniformity according to temperatures of the lid and chamber sidewalls of FIG. 1.
도 1 및 도 8을 참조하면, 식각 불균일도(G1)는 리드(150) 및 챔버(110)의 측벽의 온도가 증가할수록 감소하는 반면, 식각량(G2)은 증가한다. 이와 같이, 상기 리드(150)의 온도가 증가할수록 식각량과 식각 균일도가 증가하므로, 상기 기판 처리 장치는 제품의 수율 및 식각 효율을 향상시킬 수 있다.1 and 8, the etching non-uniformity G1 decreases as the temperature of the sidewalls of the
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.1 illustrates a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부재를 나타낸 횡단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the substrate support member shown in FIG. 1.
도 3은 도 1에 도시된 리드를 나타낸 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the lid shown in FIG.
도 4는 도 3에 도시된 리드의 다른 일례를 나타낸 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating another example of the lead illustrated in FIG. 3.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상의 산화막을 식각하는 과정을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a process of etching an oxide film on a wafer according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치에서 웨이퍼 상의 산화막을 식각하하는 공정 과정을 나타낸 도면이다.6 is a view illustrating a process of etching an oxide film on a wafer in the substrate processing apparatus of FIG. 1.
도 7a는 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다. FIG. 7A illustrates an etching amount and a selection ratio according to an injection amount of nitrogen trifluoride gas provided as a first gas.
도 7b는 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다.FIG. 7B is a view illustrating an etching amount and a selection ratio according to an injection amount of nitrogen trifluoride gas provided as a second gas.
도 8은 도 1에 도시된 리드 및 챔버 측벽의 온도에 따라 식각량과 식각 불균일도를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating an etching amount and an etching nonuniformity according to temperatures of the lid and chamber sidewalls of FIG. 1.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Description of the Related Art [0002]
100 : 처리 유닛 200 : 플라스마 생성유닛100: processing unit 200: plasma generating unit
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