KR101238086B1 - 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 공정 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 (a) 챔버에서, 순환 공정(cyclic process)을 이용하여 기판에 수직인 구조물을 에칭하는 단계로서, 이때 상기 순환 공정은 반응성 에칭 기체를 이용하는 에칭 단계와, 이전의 하나 이상의 에칭 단계에 의해 에칭된 상기 구조물의 부분의 측벽으로 보호 폴리머를 증착시키기 위한 증착 단계를 포함하는 단계와 (b) 어떠한 기판도 없는 상태에서, 단계(a) 중 증착 단계의 수행에 의해 물질이 증착된 챔버를 세정하는 단계로서, 증착 원인 물질의 세정 후에, O2와 에칭제 기체의 원소의 활성 원소의 혼합물을 포함하는 플라스마에 챔버를 노출시킴으로써, 상기 챔버에서, 에칭제(etchant) 기체로부터 추출된 물질이 세정되는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 기판을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 반도체 장치와 다수의 나노-기술 장치의 생산에 있어서, 기판에서 수직 구조물(vertical structure)을 형성하는 것이 필수이다. 이는 화학 에칭법에 의해 가장 쉽게 이뤄지지만, 오랫동안 이러한 방식을 이용하는 것에는 어려움이 있어왔다. 왜냐하면 기판의 노출된 표면에 가장 인접한 기판의 부분이, 노출된 표면으로부터 멀리 떨어진 기판의 부분보다 훨씬 많이 에칭되어, 구조물의 측벽이 수직으로 뻗어 있지 않는 결과를 초래하기 때문이다.
이 문제에 대한 가장 성공적인 해결책이 Bosch에 의해 개발되었고, 이는 국제 특허 출원 No. US-A-5501893의 주제이다. 이 Bosch 공정의 바람직한 실시예에서, 에칭 단계는 SF6 기체를 에칭제(etchant)의 공급원으로서 사용한다. 에칭 공정 동안, 흐르는 라디컬(radical)이 규소 원소와 화합되고, 이들은 더 이상 챔버의 측벽과 챔버 기구 상의 황 및 고체 황 증착물과 재-화합될 수 없다. 이 반응은 일반적으로
2 SF6 + 3 Si(고체) → 3 SiF4(기체) + 2 S(고체)
의 형식으로 나타난다.
증착 공정은 기판 상에 폴리머를 증착시키기 위해 C4F8 공급원 기체를 사용하지만, 이는 챔버 벽 및 임의의 노출된 챔버 기구(설명을 위해, 이는 용어 “챔버”로 통합된다) 상에 증착될 수 있다. 반응은
4 CF2 → 4(CF2)n(고체)
와 같다.
기판 배치(batch) 중 기판들 사이에서 챔버를 세정하기 위해 산소 플라스마가 종래 방식으로 사용되며, 공정
(CF2)n(고체) + O → CF2O(기체)
를 따른다.
이 공정은 또한, 증착된 황을 이산화황으로 변화시킴으로써, 증착된 황을 제거할 수 있지만, 실제로는, 단일 챔버 세정 공정으로 황의 완전한 제거를 보장하도록 산소가 충분히 반응하지 않는다.
결론은, 일련의 기판 공정에서, 증착된 황이 에칭제 기체의 플루오르와 반응하여, 기판 상에서의 에칭 속도(etch rate)가 감소되고, 결과적으로, 공정 시간이 증가되거나, 에칭 구조물이 설계된 바와 같지 않다는 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은 기판 처리 방법을 포함하며, 상기 방법은
반응성 에칭제 기체를 이용하는 에칭 단계와, 앞선 에칭 단계에 의해 에칭된 구조물의 일부분의 측벽에 보호 폴리머를 증착하기 위한 증착 단계를 포함하는 순환 처리(cyclic process)를 이용하여, 챔버에서, 기판에 수직 구조물을 에칭하는 단계(a)와,
상기 챔버 내에 기판이 없는 상태에서, 단계(a) 중 증착 단계의 수행에 의해 상기 챔버에 증착된 물질을 상기 챔버로부터 세정-제거(clean)하고, 증착된 물질을 세정-제거한 후, 챔버를 O2와 에칭제 기체의 활성 원소의 혼합물을 함유하는 플라스마에 노출시킴으로써, 에칭제 기체(etchant gas)로부터 유래된 물질을 챔버로부터 세정-제거하는 단계(b)
를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 단계(b)에서의 혼합물은 O2와 에칭제 기체이고, 특히 바람직하게는, 상기 에칭제 기체는 SF6이다. 대안적으로 상기 활성 원소는 플루오르(fluorine)이다. 세정 공정은 이온 폭격(ion bombardment)을 포함한다.
또 다른 양태로부터, 본 발명은 기판 공정 방법을 포함하며, 상기 방법은
반응성 에칭 기체를 이용하는 에칭 단계와, 앞선 에칭 단계에 의해 에칭된 구조물의 일부분의 측벽으로 보호 폴리머를 증착하기 위한 증착 단계를 포함하는 순환 처리(cyclic process)를 이용하여, 챔버에서, 기판에 수직 구조물을 에칭하는 단계(a)와,
에칭 단계 및 증착 단계 중 하나의 단계에 의해 증착된 제 1 물질과, 상기 에칭 단계 및 증착 단계의 나머지 하나의 단계에 의해 증착되는, 상기 제 1 물질과 상이한 화학물의 제 2 물질을, 연속적인 개별 단계로 세정-제거하는 단계(b)
를 포함하며, 각각의 세정-제거 단계는, 각각의 기체 혼합물을 함유하는 각각의 플라스마를 이용하는 세정 공정에 의해 수행되며, 상기 각각의 기체 혼합물은 서로 다른 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 1에서 도면부호(10)로 나타내어지는 챔버가 개략적으로 도시된다. 상기 챔버는 기판 지지부(11)와, 종형 용기(bell jar, 12)를 가지며, 설명을 위해, 챔버(10)는 이들 아이템 모두와, 증착이 발생될 수 있는 그 밖의 다른 임의의 챔버 기구 아이템을 포함한다고 이해될 것이다. 기판(13), 가령 실리콘 웨이퍼는, 종래의 웨이퍼 핸들링 장치(14)에 의해, 지지부(11) 위에 위치하고, 이로부터 이동될 수 있다. 밸브 수단(15)이 제어부(16)에 의해 확립된 공정 매개변수에 따라서 C4F8, O2 및 SF6가 상기 종형 용기(12)로 공급되도록 한다. 이 제어부(16)는 또한 기체 흐름과 챔버(10)에서 실행될 공정의 그 밖의 다른 동작 매개변수를 결정한다. 과도한 공정 기체 및 기체 부산물의 제거를 위해 펌프 배출구(17)가 제공된다.
출원인의 포괄적인 제안으로, 앞서 언급된 “Bosch”공정이 챔버에서 실행되어 기판(13)에서 원하는 수직 구조물을 형성할 수 있다. 이 공정 동안, 앞서 언급된 폴리머(18)와 황(19)이 챔버 벽 상에 증착되고, 챔버 기구 상에 증착된다. 핸들링 장치(14)에 의해 공정 기판(13)이 제거된 후, 우선, 챔버는, 앞서 언급된 공정에 의한 유기 증착물(18)을 세정하는 산소 세정 플라스마에 의해 영향을 받게 되고, 최종 산물 CF2O 기체 및 그 밖의 다른 임의의 기체 부산물이 펌프 배출구(17)를 통해 제거된다.
그 후, 두 번째 플라스마가 O2와 임의의 적합한 촉매의 혼합물의 형태로 흐르며, 이때 상기 임의의 적합한 촉매는 S-S 결합을 끊음으로써 산소 기체에 의해 황이 벗겨질 수 있도록 할 것이다. 출원인은 일련의 에칭/증착 공정에서의 복잡함을 피하기 위해, 촉매는 에칭제 기체의 하나 이상의 활성 원소로 구성되어야 함을 알았다. 따라서 언급된 “Bosch”공정에서, 촉매는 플루오르일 것이고, 특히 에칭제 기체 자체를 사용하는 것이 바람직한데, 왜냐하면, 그 후 아직 나타나지 않은 것은 아무것도 챔버로 유입되지 않기 때문이다.
따라서 출원인의 바람직한 공정에서, 혼합물은 O2와 SF6이고, 이들은 다음의 반응을 야기한다:
S(고체) + 2O + SF4 + 2F → SO2F2(기체) + SF4 ↔ SO2(기체) + SF6(기체)
에칭제 기체를 촉매로서 이용한다는 생각에 도달할지라도, 직관적으로는 O2와 SF6의 단일 단계가 실행되어야 한다고 예상할 것이기 때문에, 이러한 이중 공정은 놀랍다. 실제로 이러한 이중 공정이 유기 물질(18)이 제거되기 전에 실행된 경우, SF6는, 에칭 공정과 동일한 방식으로, 폴리머 물질과 반응하여, 추가적인 황 증착물을 도출할 것이다. 즉, 탄소 증착물이 황 증착물로 대체될 것이다.
출원인은 상표 OMEGA DSi로 판매된 자신들의 공정 챔버에 대하여, 다음의 공정 조건이 효과적임을 발견했다. 또 다른 챔버 형태 및 공정 조건이 앞서 언급된 원리를 바탕으로 추가적인 조정을 요구할 수 있다. 공정 조건은 다음과 같다:
| 폴리머 제거 단계 | 황 제거 단계 | |
| O2 유량(sccm) | 700 | 400 |
| SF6 유량(sccm) | 0 | 200 |
| 압력(mtorr) | 30 | 30 |
| 공급원 전력(W) | 3200 | 3000 |
| 플라텐 전력(W) | 20 | 20 |
| 지속 시간(분) | 2(종료점에 도달) | 웨이퍼 간 3, 배치 간 30 |
출원인은 황 제거를 위해 400sccm의 SF6와 20sccm의 O2를 이용하여 공정을 실행하였고, 이는 효과적이었다.
플라스마에서의 탄소 방출 라인을 모니터링함으로써, 폴리머 제거 단계의 종료점(endpoint)을 결정할 수 있다. 탄소 방출 라인이 사라질 때, 종료점에 도달된다. 폴리머 제거 단계와 황 제거 단계 모두의 종료점을 결정하기 위해, 광학 소실 스펙트럼분석법(optical omissions spectroscopy method)이 사용될 수 있다.
매 웨이퍼마다, 또는 웨이퍼 배치(batch)마다, 증착되는 물질의 양에 따라서, 세정 공정이 수행될 수 있다.
둘 중 어느 한 단계를 보조하기 위해, 이온 폭격(ion bombardment)이 사용될 수 있고, 특히, 황 제거와 관련하여 유용할 수 있다. 이 경우, 지지부(11), 또는 챔버의 또 다른 부분에 RF 전압이 인가될 수 있다. 이러한 예가 도면에서 도면부호(20)로 도시된다. 또한, 해당업계 종사자에게 잘 알려진 방식으로 플라스마를 점화하고 유지하도록, RF 공급원(21)이 제공되어, 샤워헤드(12)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 방법은 세정 공정에서 사용되는 화학물이 종래 공정에서 사용되는 화학물과 동일하다는 점에서 상당히 바람직하다. 따라서 상기 방법은 "Bosch" 공정이 현재 겪는 단점을, 사용자가 자신의 장치, 또는 에칭 절차에 임의의 변형을 수행하지 않고 극복할 수 있다. 또한 어떠한 최종 산물도 재-확인이나 승인을 요구하지 않을 것이다.
많은 종래의 방법과 달리, 본 발명의 세정 공정은 공정 기체로부터 얻어진 성분에 따라 작용하지, 기판으로부터의 물질, 또는 상기 기판에 의해 방출된 기체로부터의 물질에 따라 작용하지 않는다.
Claims (6)
- 기판 처리 방법이 있어서, 상기 방법은SF6인 반응성 에칭제 기체를 이용하는 에칭 단계와, 앞선 에칭 단계에 의해 에칭된 구조물의 부분의 측벽으로 보호 폴리머를 증착시키기 위한 증착 단계를 포함하는 순환 처리(cyclic process)를 이용하여, 챔버에서, 기판에 수직 구조물을 에칭하는 단계(a)와,상기 챔버 내에 기판이 없는 상태에서, 단계(a) 중 증착 단계의 수행에 의해 상기 챔버에 증착된 물질을 O2 플라스마를 이용해 상기 챔버로부터 세정-제거(clean)하고, 증착된 물질을 세정-제거한 후, 챔버를 O2와 에칭제 기체의 활성 원소의 혼합물을 함유하는 플라스마에 노출시킴으로써, 에칭제 기체로부터 유래된 물질을 챔버로부터 세정-제거하는 단계(b)를 포함하고,상기 에칭제 기체의 활성 원소가 S-S 결합을 끊는 촉매로서 기능하여, 혼합물 내 O2에 의해 황이 벗겨지게 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 활성 원소는 플루오르(fluorine)임을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 세정-제거 공정은 이온 폭격(ion bombardment)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 기판 처리 방법에 있어서, 상기 방법은,반응성 에칭 기체를 이용하는 에칭 단계와, 앞선 에칭 단계에 의해 에칭된 구조물의 부분의 측벽으로 보호 폴리머를 증착시키기 위한 증착 단계를 포함하는 순환 처리(cyclic process)를 이용하여, 챔버에서, 기판에 수직 구조물을 에칭하는 단계(a)와,에칭 단계 및 증착 단계 중 하나의 단계에 의해 증착된 제 1 물질과, 상기 에칭 단계 및 증착 단계의 나머지 하나의 단계에 의해 증착되는, 상기 제 1 물질과 상이한 화학물의 제 2 물질을, 연속적인 개별 단계로 세정-제거하는 단계(b)를 포함하며, 각각의 세정-제거 단계는, 각각의 기체 혼합물을 함유하는 각각의 플라스마를 이용하는 세정 공정에 의해 수행되며, 상기 각각의 기체 혼합물은 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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