KR101702869B1 - Atomic layer etching apparatus - Google Patents

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이근우
박성현
김경모
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

An atomic layer etching apparatus for etching a thin film by using an atomic layer etching method is disclosed. The atomic layer etching apparatus includes a process chamber, a substrate support part provided within the process chamber and having a plurality of substrates placed along a circumferential direction, and a gas injection part provided on the substrate support part and having a plurality of injection parts for individually and continuously supplying a plurality of etching gases to the substrate. So, an etching process can be performed without causing electrical and physical damage.

Description

원자층 식각장치{ATOMIC LAYER ETCHING APPARATUS}[0001] ATOMIC LAYER ETCHING APPARATUS [0002]

본 발명은 전기적 물리적 손상 없이 박막의 원자층 두께의 식각이 가능한 원자층 식각장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer etch apparatus capable of etching an atomic layer thickness of a thin film without electrical and physical damage.

나노미터급 반도체 소자를 구현하기 위한 식각장비로서 고밀도 플라즈마(High Density Plasma) 식각장치, 반응성이온 식각장치(Reactive Ion Etcher) 등의 이온 강화용 식각장비가 주로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 식각장비에서는 식각 공정을 수행하기 위한 다량의 이온들이 존재하고, 이들 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체 기판 또는 반도체 기판 상의 특정 물질층에 충돌하기 때문에 반도체 기판이나 특정 물질층에 물리적, 전기적 손상을 야기시킨다. 예를 들어, 물리적 손상으로서, 이러한 이온들과 충돌되는 결정성의 기판 또는 특정 물질층의 표면이 비정질층으로 전환되기도 하며, 입사되는 이온들의 일부가 흡착되거나 충돌되는 물질층의 일부 성분만이 선택적으로 탈착되어 식각되는 표면층의 화학적 조성이 변화되기도 하며, 표면층의 원자 결합이 충돌에 의해 파손되어 댕글링 결합(dangling bond)으로 되기도 한다. 이러한 댕글링 결합은 재료의 물리적 손상뿐만 아니라 전기적 손상의 발생원인이 되기도 하며, 그 밖에 게이트 절연막의 차지업(chargeup) 손상이나 포토레지스트의 차징(charging)에 기인한 폴리실리콘의 노칭(notching) 등에 의한 전기적 손상을 야기시킨다. 또한, 이러한 물리적, 전기적 손상 이외에도 챔버 물질에 의한 오염이나 CF계 프로세스 가스를 사용하는 경우 C-F 폴리머의 발생 등 프로세스 가스에 의한 표면의 오염이 발생되기도 한다.As an etching apparatus for implementing a nanometer class semiconductor device, a high density plasma etching apparatus and a reactive ion etching apparatus are mainly used. However, in such an etching apparatus, a large amount of ions exist for performing the etching process, and these ions impinge on the semiconductor substrate or a specific material layer on the semiconductor substrate with energy of several hundreds of eV, Causing damage. For example, as a physical impairment, the surface of a crystalline substrate or a specific material layer that is impinging upon such ions may be converted to an amorphous layer, and only a portion of the material layer in which some of the incident ions are adsorbed or impinged may be selectively The chemical composition of the surface layer to be desorbed and etched may be changed, and the atomic bonds of the surface layer may be broken by the collision, resulting in a dangling bond. Such dangling bonds may cause electrical damage as well as physical damage to the material. In addition, the dangling bonds may cause charge damage of the gate insulating film or notching of the polysilicon due to charging of the photoresist Causing electrical damage. In addition to such physical and electrical damage, surface contamination by process gas such as contamination by chamber materials or generation of C-F polymer when CF-based process gas is used may occur.

나노미터급 반도체 소자에서 이러한 이온에 의한 물리적, 전기적 손상 등은 소자의 신뢰성을 저하시키고 나아가 생산성을 감소시키는 요인이 되기 때문에, 향후 반도체 소자의 고집적화와 그에 따른 디자인룰의 감소 추세에 대응하여 적용될 수 있는 새로운 개념의 반도체 식각장비 및 식각방법에 대한 개발이 요구되고 있다.The physical and electrical damage caused by such ions in a nanometer class semiconductor device lowers the reliability of the device and further lowers the productivity. Therefore, it can be applied in response to the trend of high integration of the semiconductor device and the decrease of the design rule. The development of a new concept of semiconductor etching equipment and etching method is required.

본 발명의 실시예들에 따르면, 간단한 장치의 구성을 통하여 발생된 중성빔을 사용함으로써 전기적 물리적 손상이 없이 식각공정을 수행할 수 있는 반도체 소자의 식각방법 및 대면적의 중성빔 식각장치를 제공하는데 있다.According to embodiments of the present invention, there is provided a method of etching a semiconductor device and a large-area neutral beam etching apparatus capable of performing an etching process without using electrical and physical damage by using a neutral beam generated through the construction of a simple apparatus have.

또한, 간단한 장치의 구성을 통하여 이방성식각을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 무손상 식각방법 및 스루풋을 향상시킬 수 있는 기판지지부를 회전시키는 식각방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an intrinsic etching method of a semiconductor device capable of improving anisotropic etching through a simple device structure and an etching method for rotating a substrate supporting part capable of improving throughput.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 식각장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 원주 방향을 따라 안착되는 기판지지부 및 상기 기판지지부 상부에 구비되고, 상기 기판에 복수의 식각 가스를 제공하를 각각 제공하며 지속적으로 제공하는 복수의 분사부가 형성된 가스분사부를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an atomic layer etching apparatus comprising: a process chamber; a substrate support disposed inside the process chamber and having a plurality of substrates placed along a circumferential direction; And a gas injection unit provided on the substrate support unit and provided with a plurality of injection units for continuously providing and continuously supplying a plurality of etching gases to the substrate.

일 측에 따르면, 상기 가스분사부는, 상기 기판에 형성된 박막에 흡착되는 프로세스 가스를 제공하는 제1 분사부, 상기 프로세스 가스가 흡착된 박막을 분리시켜서 단원자층 두께로 식각하는 이온을 제공하는 제2 분사부 및 미반응 프로세스 가스와 식각 부산물을 제거하는 퍼지가스를 제공하는 제3 분사부를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 분사부가 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 분사부는 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 분사부 사이에는 상기 기판에서 배기가스를 배출시키는 탑 배기부가 구비될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the gas jetting unit includes a first jetting section for supplying a process gas adsorbed to a thin film formed on the substrate, a second jetting section for separating the thin film on which the process gas is adsorbed, And a third injection unit for providing a purge gas for removing the sprayed and unreacted process gas and etching byproducts. In addition, at least one of the first to third injection units may be provided. For example, the first to third injectors may have a fan shape. In addition, a top exhaust unit for exhausting exhaust gas from the substrate may be provided between the first to third injection units.

일 측에 따르면, 상기 제2 분사부에는 비활성 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위해서, 유도 결합형 플라즈마(Inductive Coupled Plasma, ICP), 전자이온가속기공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma, ECRP), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 중 어느 하나의 플라즈마 발생부가 구비될 수 있다.According to one aspect of the present invention, in order to convert an inert gas into a plasma state, an inductively coupled plasma (ICP), an electron cyclotron resonance plasma (ECRP), a helicon plasma Helicon Plasma) may be provided.

본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.Various embodiments of the present invention may have one or more of the following effects.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 반응성 라디칼이 식각 대상 박막에 흡착되고, 중성빔을 이용하여 식각 대상 박막 표면 물질과 반응성 라디칼을 동시에 제거함으로써 원자층 식각을 수행할 수 있다. 이에 따라, 기존의 원자층 식각방법으로는 수행할 수 없었던 다양한 박막의 원자층 식각이 가능하다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the reactive radicals are adsorbed on the thin film to be etched, and atomic layer etching can be performed by simultaneously removing the thin film surface material and the reactive radicals to be etched using the neutral beam . Thus, it is possible to etch various thin films which can not be performed by the conventional atomic layer etching method.

더불어, 식각 대상 박막의 식각 후의 표면이 식각 전의 표면과 유사한 RMS 거칠기를 얻을 수 있다.In addition, the RMS roughness of the surface of the thin film to be etched similar to that of the surface before the etching can be obtained.

또한 원자층 식각은 무손상 식각과 식각 깊이(etching depth)의 정밀한 조절이 가능한 자가한정 구조(self-limited mechanism)을 만족하고 있어서, 정밀한 제어 없이도 식각 속도가 정확하게 원자규모로 제어될 수 있다. 또한, 종래의 펄스(pulse) 방식이 아닌 기판지지부(susceptor) 회전 방식을 사용함으로써, 생산성을 향상 시킬 수 있다.In addition, the atomic layer etch satisfies a self-limited mechanism that allows precise control of intrinsic etch depth and etch depth, so that the etch rate can be precisely controlled at the atomic scale without precise control. In addition, productivity can be improved by using a substrate susceptor rotation method other than the conventional pulse method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 식각장치의 모식도이다.
도 2는 도 1의 원자층 식각장치에서 가스분사부의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 식각방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a schematic view of an atomic layer etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of the gas injection part in the atomic layer etching apparatus of FIG.
3 is a view for explaining an atomic layer etching method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 식각장치(10)와 이를 이용한 원자층 식각방법에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 식각장치(10)의 모식도이고, 도 2는 도 1의 원자층 식각장치(10)에서 가스분사부의 평면도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 식각방법을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, an atomic layer etching apparatus 10 according to embodiments of the present invention and an atomic layer etching method using the same will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a schematic diagram of an atomic layer etching apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a gas injection unit in the atomic layer etching apparatus 10 of FIG. And FIG. 3 is a view for explaining an atomic layer etching method according to an embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 원자층 식각장치(10)는, 프로세스 챔버(11)와, 복수의 기판(1)이 안착되는 기판지지부(12)와, 기판(1)에 식각 공정을 위한 복수의 가스를 제공하는 가스분사부(13)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, an atomic layer etching apparatus 10 includes a process chamber 11, a substrate support 12 on which a plurality of substrates 1 are mounted, a plurality of gases for etching the substrates 1 And a gas jetting unit 13 for providing the gas.

참고적으로, 본 실시예들에서 식각 대상이 되는 기판(1)은 반도체 장치용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(1)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있으며, 대면적 기판일 수 있다.For reference, the substrate 1 to be etched in the present embodiments may be a silicon wafer for a semiconductor device. However, the present invention is not limited thereto. The substrate 1 may be a transparent substrate including a glass used for a flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD) or a plasma display panel (PDP) Lt; / RTI >

프로세스 챔버(11)는 복수의 기판(1)을 수용하여 원자층 식각공정이 수행되는 공간을 제공한다.The process chamber 11 accommodates the plurality of substrates 1 and provides a space in which the atomic layer etching process is performed.

기판지지부(12)는 복수의 기판(1)이 안착되어서 회전하도록 구성된다. 상세하게는, 기판지지부(12)는 그 상면이 평편하게 형성되고, 원주 방향을 따라 등간격으로 복수의 기판(1)이 배치된다. 예를 들어, 기판지지부(12)에는 6장의 기판(1)이 등간격으로 안착될 수 있다. 여기서, 기판지지부(12)가 회전함에 따라 각 기판(1)이 프로세스 가스, 퍼지 가스(P), 이온(I) 및 퍼지 가스(P)가 제공되는 영역을 순차적으로 통과하면서 원자층 식각 공정이 수행된다. 여기서, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 기판지지부(12)에 안착되는 기판(1)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.The substrate supporter 12 is configured so that a plurality of substrates 1 are seated and rotated. Specifically, the upper surface of the substrate supporting portion 12 is flatly formed, and a plurality of substrates 1 are arranged at regular intervals along the circumferential direction. For example, six substrates 1 can be seated on the substrate support 12 at even intervals. As the substrate support 12 rotates, the substrate 1 sequentially passes through the regions where the process gas, the purge gas P, the ions I and the purge gas P are provided, . Here, the present invention is not limited to the drawings, and the number of the substrates 1 to be mounted on the substrate supporting portion 12 can be substantially varied.

가스분사부(13)는 기판지지부(12) 상부 또는 프로세스 챔버(11)의 상측에 구비되어서 프로세스 챔버(11)의 상면을 형성한다. 또한, 가스분사부(13)는 기판(1)에 식각을 위한 복수의 가스를 제공한다.The gas jetting section 13 is provided on the substrate supporting section 12 or on the upper side of the process chamber 11 to form the upper surface of the process chamber 11. Further, the gas jetting section 13 provides the substrate 1 with a plurality of gases for etching.

여기서, 식각 공정을 위한 가스로는 프로세스 가스(E), 퍼지 가스(P) 및 이온(I)이 사용된다. 상세하게는, 식각 공정을 위한 가스로는, 제거하고자 하는 식각 대상 박막에 흡착되는 프로세스 가스(E), 프로세스 챔버(11) 내부의 잔여 프로세스 가스(E) 및 식각 부산물 등을 제거하기 위한 퍼지 가스(P)가 사용된다. 그리고 식각 대상 박막에 흡착된 식각 부산물을 분리시키기 위해서 이온(I)이 조사되는데, 비활성 가스를 플라즈마에 의해서 활성화시켰을 때 발생하는 이온(I)이 사용된다. 그리고 프로세스 가스(E)로는 표 1에 기재한 바와 같이, 식각 대상 박막의 종류에 따라 다양하게 선택가능하고, 퍼지 가스(P)는 Ar, N2, He 등의 비활성 가스가 사용되고, 이온(I)은 플라즈마에 의해 활성화된 비활성 가스가 사용된다.Here, the process gas (E), the purge gas (P), and the ions (I) are used as the gas for the etching process. Specifically, the gas for the etching process includes a process gas E adsorbed to the thin film to be etched to be removed, a residual process gas E inside the process chamber 11, and a purge gas P) is used. In order to separate the etch by-products adsorbed on the thin film to be etched, the ions (I) are irradiated. The ions (I) generated when the inert gas is activated by the plasma are used. As shown in Table 1, the process gas E can be variously selected depending on the kind of the thin film to be etched. As the purge gas P, an inert gas such as Ar, N2, or He is used, An inert gas activated by a plasma is used.

식각 대상 박막Thin film to be etched 프로세스 가스Process gas 혼합비Mixing ratio 포토레지스트(photoresist)Photoresist O2
O2+CF4
O2
O2 + CF4
100%
80%+20%
100%
80% + 20%
폴리이미드
(polyimide)
Polyimide
(polyimide)
O2
O2+CF4
O2
O2 + CF4
100%
80%+20%
100%
80% + 20%
폴리우레탄
(polyurethane)
Polyurethane
(polyurethane)
O2
O2+CF4
O2
O2 + CF4
100%
80%+20%
100%
80% + 20%
단결정 실리콘
(single crystal silicon)
Single crystal silicon
(single crystal silicon)
CF4
CF4+O2
SF6
SF6+O2
CF4
CF4 + O2
SF6
SF6 + O2
100%
(80~92%)+(20~8%)
100%
(80~90%)+(20~10%)
100%
(80 to 92%) + (20 to 8%)
100%
(80 to 90%) + (20 to 10%)
산화규소
(silicon oxide, SiO2)
Silicon oxide
(SiO2)
CF4
CF4+O2
C2F6
CF3H
C3F8
CF4
CF4 + O2
C2F6
CF3H
C3F8
100%
(80~92%)+(20~8%)
100%
100%
100%
100%
(80 to 92%) + (20 to 8%)
100%
100%
100%
질화규소
(silicon nitride, Si3N4)
Silicon nitride
(silicon nitride, Si3N4)
CF4
CF4+O2
SF6
CF3H
NF3
CF4
CF4 + O2
SF6
CF3H
NF3
100%
(80~92%)+(20~8%)
100%
100%
100%
100%
(80 to 92%) + (20 to 8%)
100%
100%
100%
에폭시
(epoxy bleedout)
Epoxy
(epoxy bleedout)
Ar
Ar+O2
Ar+H2
Ar
Ar + O2
Ar + H2
100%
(90~70%)+(10~30%)
(90~70%)+(10~30%)
100%
(90 to 70%) + (10 to 30%)
(90 to 70%) + (10 to 30%)
텅스텐(tungsten, W)Tungsten (W) CF4+O2CF4 + O2 (70~92%)+(30~8%)(70 to 92%) + (30 to 8%) 갈륨비소(GaAs)Gallium arsenide (GaAs) CH4CH4 100%100%

표 1에는 다양한 식각 대상 박막에 대한 사용 가능한 프로세스 가스(E) 및 해당 프로세스 가스(E)의 혼합비를 나타내었다. 표 1을 참조하면, 원자층 식각을 이용하여, 단결정 실리콘이나 실리콘 산화막(산화규소)뿐만 아니라, 포토레지스트, 폴리이미드 등의 다양한 박막의 원자층 식각이 가능하다.Table 1 shows the usable process gas (E) and the process gas (E) mixture ratio for various etch target films. Referring to Table 1, atomic layer etching of various thin films such as photoresist and polyimide as well as single crystal silicon or silicon oxide (silicon oxide) is possible using atomic layer etching.

여기서, 가스분사부(13)는 프로세스 가스(E)와 퍼지 가스(P1, P2) 및 이온(I)이 각각 분사되는 복수의 분사부(131, 132, 133, 134)로 분할 형성된다. 복수의 분사부(131, 132, 133, 134)에서는 각각의 가스가 지속적으로 분사되고, 기판지지부(12)가 회전함에 따라 각 분사부(131, 132, 133, 134)에서 가스가 분사되는 영역을 통과함에 따라 기판(1)이 원자층 식각된다. 또한, 가스분사부(13)는 기판(1)의 회전 방향을 따라 프로세스 가스(E), 퍼지 가스(P1, P2), 이온(I) 및 퍼지 가스(P1, P2)의 순서대로 가스가 제공될 수 있도록 분사부(131, 132, 133, 134)가 배치된다.Here, the gas jetting section 13 is divided into a plurality of jetting sections 131, 132, 133 and 134 into which the process gas E, the purge gases P1 and P2 and the ions I are injected, respectively. In each of the plurality of jetting sections 131, 132, 133 and 134, the respective gases are continuously injected, and as the substrate supporting section 12 rotates, the gas is injected from the jetting sections 131, 132, 133, The substrate 1 is etched in an atomic layer. The gas injecting section 13 supplies gas in the order of the process gas E, the purge gases P1 and P2, the ions I and the purge gases P1 and P2 along the rotation direction of the substrate 1 The sprayers 131, 132, 133, and 134 are disposed.

예를 들어, 가스분사부(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 8개의 분사부(131, 132, 133, 134)가 형성되며, 프로세스 가스(E) 분사부(131), 퍼지 가스(P1) 분사부(132), 이온(I) 분사부(133), 퍼지 가스(P2) 분사부(134)의 원주 방향을 따라 배치되며, 각각 2개씩 형성된다. 따라서, 기판지지부(12)가 1회전하면, 기판(1)에는 식각 공정을 위한 가스가 2번씩 제공되어서 2회의 식각 사이클이 수행된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 가스분사부(13)는 4개의 영역으로 구성하거나, 16개 이상의 영역으로 구성하는 것도 가능하다.For example, as shown in Fig. 2, the gas jetting section 13 is provided with eight jetting sections 131, 132, 133 and 134, and includes a process gas (E) jetting section 131, (I) splitter 133 and a purge gas P2 splitter 134 along the circumferential direction of the sprayer 132, the ion (I) splitter 133, and the purge gas P2 splitter 134, respectively. Thus, when the substrate support 12 rotates once, the substrate 1 is provided with gas twice for the etching process, and two etching cycles are performed. However, the present invention is not limited to this, and the gas jetting section 13 may be constituted by four regions, or may be constituted by more than sixteen regions.

여기서, 각 분사부(131, 132, 133, 134)는 부채꼴 형상을 갖고 복수의 홀이 형성된 샤워헤드일 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 분사부(131, 132, 133, 134)는 샤워헤드 형태 이 외에도 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 가스분사부(13)는 8개의 분사부(131, 132, 133, 134)가 동일한 크기를 갖는 것으로 예시하였으나, 분사부(131, 132, 133, 134)의 크기를 서로 다르게 형성하는 것도 가능하다.Here, each of the jetting sections 131, 132, 133, and 134 may be a shower head having a fan shape and formed with a plurality of holes. However, the present invention is not limited to the drawings, and the jetting portions 131, 132, 133, and 134 may have various forms other than the shape of the shower head. Although the gas jetting unit 13 has eight jetting units 131, 132, 133, and 134 of the same size, the jetting units 131, 132, 133, and 134 may have different sizes It is possible.

그리고 각 분사부(131, 132, 133, 134) 사이에는 잔류 가스와 반응 부산물 등을 포함하는 배기가스를 배출시키기 위한 탑 배기부(135)가 구비된다.Between the injection portions 131, 132, 133, and 134, a top exhaust portion 135 for exhausting exhaust gas including residual gas, reaction byproducts, and the like is provided.

탑 배기부(135)는 각 분사부(131, 132, 133, 134) 사이 사이에 구비되며, 복수의 홀이 가스분사부(13)의 직경 방향을 따라 배치된 형태를 가질 수 있다. 또한, 탑 배기부(135)는 프로세스 가스(E)의 분사부(131)와 이온(I)의 분사부(133) 둘레를 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 탑 배기부(135)의 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.The top exhaust portion 135 is provided between the jetting portions 131, 132, 133, and 134, and a plurality of holes may be arranged along the diametrical direction of the gas jetting portion 13. [ The top exhaust 135 may have a shape surrounding the jetting portion 131 of the process gas E and the jetting portion 133 of the ion I. However, the present invention is not limited to the drawings, and the shape of the top exhaust portion 135 may be substantially varied.

한편, 이온(I) 조사를 위해서는 비활성 가스를 플라즈마 상태로 만들어야 하는데, 이를 위해서 유도 결합형 플라즈마(Inductive Coupled Plasma, ICP), 전자이온가속기공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma, ECRP), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 등의 다양한 방식이 사용될 수 있다.In order to conduct ion (I) irradiation, an inactive gas must be converted into a plasma state. For this purpose, an inductively coupled plasma (ICP), an electron cyclotron resonance plasma (ECRP) Helicon Plasma) may be used.

원자층 식각을 위해서는 기판지지부(12)와 가스분사부(13)에 전원이 인가된다. 전원부(14)는 가스분사부(13)에 고주파 전원을 인가하는 제1 전원부(141)와 기판지지부(12)에 고주파 전원을 인가하는 제2 전원부(142)를 포함할 수 있다. For atomic layer etching, power is applied to the substrate support portion 12 and the gas injection portion 13. The power supply unit 14 may include a first power supply unit 141 that applies a high frequency power to the gas injection unit 13 and a second power supply unit 142 that applies a high frequency power to the substrate support unit 12.

이하에서는, 원자층 식각 장치에 대해서 설명한다.Hereinafter, the atomic layer etching apparatus will be described.

도 3을 참조하면, 원자층 식각 공정은 프로세스 가스(E)를 제공하고 퍼지시켜서 식각 부산물을 배출시키는 4개의 단계가 하나의 사이클을 이룬다.Referring to FIG. 3, the atomic layer etch process comprises four stages of providing and purifying the process gas (E) to expel etch byproducts in one cycle.

우선, 프로세스 가스(E)를 제공하여 식각 대상 박막에 프로세스 가스(E)의 물질이 흡착된다. 프로세스 가스(E)의 가스 분자들이 식각 대상 박막 표면에 단원자층(monolayer, ML) 두께로 균일하게 흡착된다. 여기서, 프로세스 가스(E)는 식각하고자 하는 박막의 종류에 따라 결정된다.First, the substance of the process gas (E) is adsorbed on the thin film to be etched by providing the process gas (E). The gas molecules of the process gas (E) are uniformly adsorbed on the surface of the thin film to be etched to a monolayer (ML) thickness. Here, the process gas E is determined depending on the kind of the thin film to be etched.

다음으로 퍼지 가스(P1, P2)를 제공하여서 잔류 프로세스 가스(E)를 배출시킨다. 퍼지 가스(P1, P2)로는 비활성 가스인 Ar, N2, He 등의 가스를 사용한다. 퍼지 가스(P1, P2)를 주입하면 박막과 반응하지 않고 잔류하는 프로세스 가스(E)를 프로세스 챔버(11) 외부로 배출시키고, 박막에 흡착된 단원자층 두께의 프로세스 가스(E)의 분자만 남게 된다.Next, the purge gas (P1, P2) is provided to discharge the residual process gas (E). As the purge gases P1 and P2, inert gas such as Ar, N2, or He is used. When the purge gases P1 and P2 are injected, the remaining process gas E does not react with the thin film and discharges the process gas E to the outside of the process chamber 11. Only the molecules of the process gas (E) do.

다음으로 이온(I)을 제공하면 프로세스 가스(E)가 흡착된 식각 대상 박막의 일부가 분리되어서 실질적인 식각 공정이 수행된다. 이와 같이 분리된 것을 '식각 부산물'이라 한다. 여기서, 특정 에너지를 갖는 이온(I) 입자를 프로세스 챔버(11) 내부로 제공함으로써, 프로세스 가스(E)가 흡착된 박막의 분자들만이 박막 표면에서 분리된다. 즉, 이온(I)을 제공하는 공정에서는 단원자층 두께만큼 식각이 이루어진다.Next, by providing the ions (I), a part of the thin film to be etched on which the process gas (E) is adsorbed is separated, and a substantial etching process is performed. These separated parts are called 'etching by-products'. Here, by providing the ion (I) particles having specific energy into the process chamber 11, only the molecules of the thin film adsorbed by the process gas E are separated from the thin film surface. That is, in the process of providing the ions (I), etching is performed by the thickness of the monolayer.

그리고, 퍼지 가스(P1, P2)를 제공하여서 식각 부산물을 배출시키면 원자층 식각 공정의 1사이클이 완료된다. 이온(I)을 조사하여 식각된 식각 부산물들과 미반응 이온(I) 입자들을 퍼지 가스(P1, P2)가 프로세스 챔버(11)의 외부로 배출시키게 되고, 박막은 단원자층만큼 식각된 상태가 된다.Then, one cycle of the atomic layer etching process is completed by supplying the purge gas (P1, P2) and discharging the etching byproduct. The etched etching by-products and unreacted ion (I) particles are discharged to the outside of the process chamber 11 by the purge gases P1 and P2 by irradiating the ions I, and the thin film is etched as much as the single- do.

원자층 식각 공정에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 1 사이클을 수행 시 단원자층에 해당하는 만큼만 식각이 수행되기 때문에, 복수 사이클을 반복적으로 수행함으로써 원하는 두께로 식각이 가능하다. 또한, 1사이클마다 단원자층 두께로 식각이 이루어지기 때문에 사이클의 반복 횟수를 조정하는 것으로 식각 깊이를 정밀하게 조절이 가능하고, 식각 속도 및 깊이의 조절을 원자 규모로 정확하고 신속하게 제어 가능하다. 또한, 식각이 완료된 후의 박막의 표면이 식각 전과 유사한 RMS 거칠기를 갖게 된다.In the atomic layer etching process, as shown in FIG. 3, since etching is performed only to a monolayer when one cycle is performed, etching can be performed to a desired thickness by repeatedly performing a plurality of cycles. In addition, the etch depth can be precisely controlled by adjusting the number of repetitions of the cycle because the etch is performed at the thickness of the monolayer every cycle, and the control of the etching speed and depth can be accurately and quickly controlled at the atomic scale. In addition, the surface of the thin film after etching is completed has an RMS roughness similar to that before etching.

본 실시예들에 따르면, 반응성 라디칼이 식각 대상 박막에 흡착되고, 이온의 중성빔을 이용하여 식각 대상 박막 표면 물질과 반응성 라디칼을 동시에 제거함으로써 원자층 식각을 수행할 수 있다. 이에 따라, 기존의 원자층 식각방법으로는 수행할 수 없었던 다양한 박막의 원자층 식각이 가능하다. 더불어, 식각 대상 박막의 식각 후의 표면이 식각 전의 표면과 유사한 RMS 거칠기를 얻을 수 있다.According to these embodiments, the reactive radicals are adsorbed to the target thin film, and atomic layer etching can be performed by simultaneously removing the thin film surface material and reactive radicals to be etched using the neutral beam of ions. Thus, it is possible to etch various thin films which can not be performed by the conventional atomic layer etching method. In addition, the RMS roughness of the surface of the thin film to be etched similar to that of the surface before the etching can be obtained.

또한, 원자층 식각은 무손상 식각과 식각 깊이(etching depth)의 정밀한 조절이 가능한 자가한정 구조(self-limited mechanism)을 만족하고 있어서, 정밀한 제어 없이도 식각 속도가 정확하게 원자규모로 제어될 수 있다. 또한, 종래의 펄스(pulse) 방식이 아닌 기판지지부(12)가 회전하고 가스분사부(13)에서는 지속적으로 가스가 제공되는 방식을 사용하기 때문에, 생산성을 향상 시킬 수 있다.In addition, the atomic layer etching satisfies a self-limiting mechanism that allows precise control of intact etching depth and etch depth, so that the etching rate can be precisely controlled at the atomic scale without precise control. In addition, since the conventional substrate supporting part 12 is rotated, not the pulse method, and gas is continuously supplied to the gas jetting part 13, the productivity can be improved.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

1: 기판
10: 원자층 식각장치
11: 프로세스 챔버
12: 기판지지부
13: 가스분사부
131, 132, 133, 134: 분사부
135: 탑 배기부
14, 141, 142: 전원부
1: substrate
10: atomic layer etching apparatus
11: Process chamber
12:
13:
131, 132, 133, 134:
135:
14, 141, 142:

Claims (6)

프로세스 챔버;
상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 원주 방향을 따라 안착되는 기판지지부; 및
상기 기판지지부 상부에 구비되고, 상기 기판에 복수의 식각 가스를 제공하를 각각 제공하며 지속적으로 제공하는 복수의 분사부가 형성된 가스분사부;
를 포함하고,
상기 가스분사부는,
상기 기판에 형성된 박막에 흡착되는 프로세스 가스를 제공하는 제1 분사부;
상기 프로세스 가스가 흡착된 박막을 분리시켜서 단원자층 두께로 식각하는 이온을 제공하는 제2 분사부; 및
미반응 프로세스 가스와 식각 부산물을 제거하는 퍼지가스를 제공하는 제3 분사부;
를 포함하는 원자층 식각장치.
A process chamber;
A substrate support disposed within the process chamber and having a plurality of substrates mounted along a circumferential direction; And
A gas spraying unit provided on the substrate supporting unit and provided with a plurality of spraying units for continuously providing and continuously supplying a plurality of etching gases to the substrate;
Lt; / RTI >
The gas-
A first jet part for providing a process gas adsorbed on a thin film formed on the substrate;
A second jetting section for separating the thin film adsorbed by the process gas to provide ions for etching the monatomic layer thickness; And
A third jetting section for providing a purge gas for removing unreacted process gas and etching by-products;
And an atomic layer etch device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 분사부가 적어도 하나 이상이 구비되는 원자층 식각장치.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first to third injection portions is provided.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 분사부는 부채꼴 형상을 갖는 원자층 식각장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first to third injectors have a fan shape.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 분사부 사이에는 상기 기판에서 배기가스를 배출시키는 탑 배기부가 구비되는 원자층 식각장치.
The method according to claim 1,
And a top exhaust part for exhausting exhaust gas from the substrate is provided between the first to third injection parts.
제1항에 있어서,
상기 제2 분사부에는 비활성 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위해서, 유도 결합형 플라즈마(Inductive Coupled Plasma, ICP), 전자이온가속기공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma, ECRP), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 중 어느 하나의 플라즈마 발생부가 구비되는 원자층 식각장치.
The method according to claim 1,
In order to make the inert gas into a plasma state, the second spray part may be formed of an inductively coupled plasma (ICP), an electron cyclotron resonance plasma (ECRP), or a helicon plasma An atomic layer etch device comprising a plasma generator.
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