KR101895931B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상면에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 기판에서 상기 제 2 물질을 식각하는 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 기판을 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 제 1 가스로부터 제 1 플라스마를 형성하여 상기 제 2 물질 상에 반응층을 형성하는 반응층 형성 단계;와
상기 기판을 상기 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 상기 반응층에 대해 물리적 식각을 수행하는 물리적 식각 단계;를 포함한다.
상기 기판을 상기 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 상기 반응층에 대해 물리적 식각을 수행하는 물리적 식각 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 플라스마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 그리고 세정 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.
이 중 플라즈마를 이용하여 식각 처리 공정에는 식각하고자 하는 박막 및 이 박막 상에 식각 패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판 상으로 식각 가스를 공급하여 그 박막을 식각 처리한다. 그러나 식각공정을 수행하는 과정 중에 원치 않은 박막이 식각된다. 특히 실리콘 질화막, 유기막, 하드마스크막, 그리고 식각패턴을 가지는 감광막이 순차적으로 형성되는 기판에 산소가스로부터 플라즈마를 발생시켜 유기막을 식각 처리하는 경우에는 실리콘 질화막과 유기막이 함께 식각 처리될 수 있다.
또한, 최근 반도체가 소형화 되고 있는 추세에서, 원하지 않는 박막에 비해 높은 비율로 원하는 박막을 식각할 수 있는 높은 식각 선택비의 식각 방법이 요구된다.
본 발명은 높은 식각 선택비로 기판을 식각할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상면에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 기판에서 상기 제 2 물질을 식각하는 기판 처리 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 기판을 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 제 1 가스로부터 제 1 플라스마를 형성하여 상기 제 2 물질 상에 반응층을 형성하는 반응층 형성 단계;와 상기 기판을 상기 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 상기 반응층에 대해 물리적 식각을 수행하는 물리적 식각 단계;를 포함한다.
상기 물리적 식각 단계는, 제 2 가스로부터 제 2 플라스마를 형성하는 플라스마 형성 단계와; 상기 지지 유닛 상에 지지된 기판의 하부에 제공된 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기를 상기 반응층 형성 단계에서 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시키는 전기장 인가 단계를 포함한다.
상기 제 2 가스는 불활성 가스를 포함한다.
상기 제 1 물질은 질화규소(Si3N4)를 포함하고, 상기 제 2 물질은 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스이고, 상기 제 1 가스는 불소(F)를 포함할 수 있다.
상기 반응층 형성 단계와 상기 물리적 식각 단계는 복수회 반복될 수 있다.
상기 반응층 형성 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 0W 이상 50W 이하이고, 상기 물리적 식각 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 200W 이상 400W 이하일 수 있다.
상기 반응층 형성 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 0W일 수 있다.
또한, 본 발명은 상면에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 기판을 처리하는 기판 처리 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 기판이 놓이는 지지판, 및 바이어스 전원에 의해 전력이 인가되고 상기 지지판의 하부에 제공된 바이어스 전극을 포함하고, 상기 처리 공간에 제공되는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 처리 공간 내의 공정 가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 소스와; 상기 바이어스 전원, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 플라스마 소스를 제어하는 제어기;를 포함하되, 상기 가스 공급 유닛은, 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와; 상기 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재를 포함하며, 상기 제어기는, 제 1 공정 시간에 상기 제 1 가스를 공급하여 상기 제 1 가스로부터 플라스마가 생성되도록 상기 제 1 가스 공급 부재 및 상기 플라스마 소스를 제어하고, 상기 제 1 공정 시간과 상이한 제 2 공정 시간에 상기 제 2 가스를 공급하여 상기 제 2 가스로부터 플라스마가 생성되도록 상기 제 2 가스 공급 부재 및 상기 플라스마 소스를 제어하며, 상기 제 2 공정 시간에 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기를 상기 제 1 공정 시간에 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시키도록 상기 바이어스 전원을 제어한다.
상기 제 2 공정 시간은 상기 제 1 공정 시간 이후의 시간이다.
상기 제 2 가스는 불활성 가스를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치 및 방법은 높은 식각 선택비로 기판을 식각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 각 단계별 기판의 상태를 나타낸 도면들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 각 단계별 기판의 상태를 나타낸 도면들이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 실시 예에서는 플라스마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내부에 플라스마를 발생시켜 기판을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 지지 유닛으로 정전 척을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 지지 유닛은 기계적 클램핑에 의해 기판을 지지하거나, 진공에 의해 기판을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라스마를 이용하여 기판(20)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(20)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판(20)은 상면에 제 1 물질(21) 및 제 2 물질(22)이 제공된 기판일 수 있다. 제 1 물질(21) 및 제 2 물질(22)은 서로 상이한 물질이다. 예를 들면, 제 1 물질(21)은 질화규소(Si3N4)를 포함하는 물질로 제공될 수 있고, 제 2 물질(22)은 이산화규소(SiO2)를 포함하는 물질로 제공될 수 있다.
기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라스마 소스(400), 배기 유닛(500) 그리고 제어기(900)를 포함한다.
챔버(100)는 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가진다. 챔버(100)는 하우징(110), 커버(120), 그리고 라이너(130)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 상면이 개방된 공간을 가진다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부공간을 밀폐시킨다. 커버(120)는 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다.
라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 내부 공간을 가진다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 반응 부산물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.
지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부의 처리 공간 내에서 기판을 지지한다. 예를 들면, 지지 유닛(200)은 챔버 하우징(110)의 내부에 배치된다. 지지 유닛(200)은 기판(20)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력(electrostatic force)을 이용하여 기판(20)을 흡착하는 정전 척으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(20)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척이 제공된 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 지지판(220), 바이어스 전극(230), 포커스 링(240), 절연 플레이트(250), 하부 커버(270) 및 정전 전극(280)을 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 챔버 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 제공될 수 있다.
지지판(220)에는 기판이 놓인다. 지지판(220)은 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 지지판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 지지판(220)의 상면에는 기판(20)이 놓인다. 지지판(220)의 상면은 기판(20)보다 작은 반경을 가질 수 있다.
지지판(220)에는 기판(20)의 저면으로 열 전달 가스가 공급되는 통로가 형성될 수 있다. 지지판(220) 내에는 정전 전극(280)과 히터(미도시)가 매설된다.
히터는 기판(20)을 소정 온도로 유지시킨다. 히터는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
지지판(220)의 하부에는 바이어스 전극(230)이 위치한다. 지지판(220)의 저면과 바이어스 전극(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 바이어스 전극(230)은 챔버(100)의 처리 공간 내의 플라스마의 이온의 운동을 제어할 수 있도록 처리 공간 내에 전기장을 발생시킨다. 바이어스 전극(230)은 바이어스 전원(231)에 의해 전력이 인가된다. 바이어스 전원(231)은 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원일 수 있다. 고주파 전력은 주파수 또는 전력의 크기가 공정 진행에 따라 바이어스 전극(230)에 상이하게 인가될 수 있다. 이 외, 바이어스 전원(231)은 직류 전원 등 챔버(100)의 처리 공간 내에 전기장을 발생시킬 수 있는 다양한 종류의 전원으로 제공될 수 있다.
바이어스 전극(230)에는 기판(20)의 저면으로 공급될 열 전달 가스가 순환하는 통로 및 냉각 유체가 순환하는 통로가 형성될 수 있다. 열 전달 가스는 기판(20)과 지지판(220) 간에 열 교환을 돕는 매개체 역할을 한다. 따라서 기판(20)은 전체적으로 온도가 균일하게 된다. 냉각 유체는 바이어스 전극(230)을 냉각한다. 바이어스 전극(230)은 냉각되면서 지지판(220)과 기판(20)을 함께 냉각시켜 기판(20)을 소정 온도로 유지시킨다.
정전 전극(280)은 지지판(220)의 내부에 매설된다. 정전 전극(280)에는 직류 전원이 연결된다. 정전 전극(280)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(280)과 기판(20) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(20)은 지지판(220)에 흡착된다.
포커스 링(240)은 지지 유닛(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 지지판(220)을 둘러싸도록 제공된다. 예를 들면, 포커스 링(240)은 지지판(220)의 둘레를 따라 배치되어 기판(20)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)은 상부 가장자리 영역이 링 형상으로 돌출되게 제공됨으로써, 플라스마가 기판(20)상으로 집중되도록 유도한다.
바이어스 전극(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 바이어스 전극(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.
하부 커버(270)는 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(20)을 외부의 반송 부재로부터 전달받아 지지판(220)으로 안착시키는 리프트 핀 등이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지(grounding)되도록 한다. 지지판(220) 내부의 전극, 유로, 바이어스 전극(230) 및 하부 전극 내부의 유로 등과 외부의 전원, 유체 저장장치 등을 연결하는 라인 등은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장된다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 제 1 가스 공급 부재(320) 그리고 제 2 가스 공급 부재(330)를 포함한다. 가스 공급 노즐(310)은 커버(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 커버(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다.
제 1 가스 공급 부재(320)는 챔버(100) 내부의 처리 공간으로 제 1 가스를 공급한다. 제 1 가스는 플라스마 상태에서 기판(20) 상의 제 2 물질(22)과 반응하여 반응층을 형성한다. 제 1 가스는 플라스마 상태에서 제 2 물질에 비해 제 1 물질(21)과의 반응성이 약한 성분으로 제공된다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 가스는 불소(F)를 포함하는 가스로 제공된다. 따라서, 제 1 물질(21)이 질화규소(Si3N4)로 제공되고, 제 2 물질(22)이 이산화규소(SiO2)로 제공되는 경우, 플라스마화된 제 1 가스(31)에 의해 제 2 물질(22)의 상면에는 규소(Si), 산소(O) 및 불소(O) 성분을 포함하는 반응층(23)이 형성된다. 반응층(23)은 제 1 물질(21) 및 제 2 물질(22)에 비해 플라스마 이온 충돌에 의한 물리적 식각이 용이하게 이루어질 수 있다.
제 2 가스 공급 부재(330)는 챔버(100) 내부의 처리 공간으로 제 2 가스를 공급한다. 제 2 가스는 제 1 가스와 상이한 가스이다. 일 실시 예에 따르면, 제 2 가스는 불활성 가스를 포함하는 가스로 제공된다. 예를 들면, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다. 플라스마로 여기된 제 2 가스의 양이온(32)은 반응층(23)과 충돌하여 반응층(23)을 물리적으로 식각시키는데 이용된다.
제 1 가스 공급 부재(320) 및 제 2 가스 공급 부재(330)는 가스 공급 라인(340)에 의해 가스 공급 노즐(310)과 연결된다. 제 1 가스 공급 부재(320) 및 제 2 가스 공급 부재(330)로 각각 분기된 가스 공급 라인(340)에는 분기된 가스 공급 라인(340)을 개폐하는 제 1 밸브(321) 및 제 2 밸브(331)가 제공된다. 제 1 밸브(321)는 가스 공급 라인(340)을 개폐하며, 제 1 가스의 공급량을 조절한다. 제 2 밸브(331)는 가스 공급 라인(340)을 개폐하며, 제 2 가스의 공급량을 조절한다.
플라스마 소스(400)는 챔버(100) 내부의 처리 공간 내에 공급된 공정 가스로부터 플라스마를 생성한다. 일 실시 예에 따르면, 플라스마 소스(400)는 챔버(100)의 처리 공간의 외부에 제공된다. 플라스마 소스(400)로는 유도결합형 플라스마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라스마 소스(400)는 안테나 실(410), 안테나(420), 그리고 플라스마 전원(430)을 포함한다. 안테나 실(410)은 하부가 개방된 원통 형상으로 제공된다. 안테나 실(410)은 내부에 공간이 제공된다. 안테나 실(410)은 챔버(100)와 대응되는 직경을 가지도록 제공된다. 안테나 실(410)의 하단은 커버(120)에 탈착 가능하도록 제공된다. 안테나(420)는 안테나 실(410)의 내부에 배치된다. 안테나(420)는 복수 회 감기는 나선 형상의 코일로 제공되고, 플라스마 전원(430)과 연결된다. 안테나(420)는 플라스마 전원(430)으로부터 전력을 인가 받는다. 플라스마 전원(430)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나(420)는 챔버(100)의 처리 공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라스마 상태로 여기 된다. 이와 달리, 플라스마 소스로는 용량결합형 플라스마(CCP: Conductively coupled plasma) 소스 등 다양한 종류의 플라스마 소스가 제공될 수 있다.
배기 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배기 유닛(500)은 관통홀(511)이 형성된 배기판(510)을 포함한다. 배기판(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배기판(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배기판(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배기판(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
제어기(900)는 기판(20)에 대해 식각 공정을 수행하도록 바이어스 전원(231), 가스 공급 유닛(300) 및 플라스마 소스(400)를 제어한다.
다음은 상술한 기판 처리 장치(10)를 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참고하면, 기판 처리 방법은 상면에 제 1 물질(21)과 제 2 물질(22)을 포함하는 기판(20)에서 제 2 물질(22)을 식각하는 방법이다. 기판 처리 방법은 반응층 형성 단계(S10) 및 물리적 식각 단계(S20)를 포함한다. 반응층 형성 단계(S10) 및 물리적 식각 단계(S20)는 복수회 반복될 수 있다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 각 단계별 기판(20)의 상태를 나타낸 도면들이다.
반응층 형성 단계(S10)에서는 기판(20)을 지지 유닛(200)에 지지한 상태에서 제 1 가스로부터 제 1 플라스마(31)를 형성하여 제 2 물질(22) 상에 반응층(23)을 형성한다. 도 1 및 도 3을 참고하면, 예를 들면, 반응층 형성 단계(S10)가 수행되는 시간을 제 1 공정 시간이라 할 경우, 제어기(900)는 제 1 공정 시간에, 제 1 가스를 공급하도록 제 1 가스 공급 부재(320)의 제 1 밸브(321)를 열고, 챔버(100)의 처리 공간 내에 제공된 제 1 가스로부터 제 1 플라스마(31)가 발생되도록 플라스마 소스(400)에 전력을 인가하도록 플라스마 전원(430)을 제어한다. 도 4를 참고하면, 따라서, 제 1 공정 시간 동안 제 2 물질(22) 상에는 반응층(23)이 형성된다.
물리적 식각 단계(S20)에서는 반응층 형성 단계(S10) 이후, 반응층 형성 단계(S10)가 완료된 기판(20)을 반응층 형성 단계가 수행된 지지 유닛(200) 상에 그대로 지지한 상태에서 반응층(23)에 대해 물리적 식각이 수행된다. 다시 도 2를 참고하면, 물리적 식각 단계(S20)는 플라스마 형성 단계(S21) 및 전기장 인가 단계(S22)를 포함한다. 전기장 인가 단계(S22)는 플라스마 형성 단계(S21) 이 후, 순차적으로 수행될 수 있다. 이와 달리, 플라스마 형성 단계(S21) 및 전기장 인가 단계(S22)는 동시에 수행될 수 있다.
플라스마 형성 단계(S21)에서는 제 2 가스로부터 제 2 플라스마를 형성하고, 전기장 인가 단계(S22)에서는 지지 유닛(200) 상에 지지된 기판(20)의 하부에 제공된 바이어스 전극(230)에 인가되는 전력의 크기를 반응층 형성 단계(S10)에서 바이어스 전극(230)에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시킨다. 도 1 및 도 4을 참고하면, 예를 들면, 물리적 식각 단계(S20)가 수행되는 시간을 제 2 공정 시간이라 할 경우, 제어기(900)는 제 2 가스가 챔버(100)의 처리 공간에 공급되도록 제 2 가스 공급 부재(330)의 제 2 밸브(331)를 열고, 처리 공간에 공급된 제 2 가스로부터 제 2 플라스마가 형성되도록 플라스마 소스(400)에 전력이 인가되도록 플라스마 전원(430)을 제어한다. 또한, 제어기(900)는 제 2 공정 시간에 바이어스 전극(230)에 인가되는 전력의 크기를 제 1 공정 시간에 바이어스 전극(230)에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시키도록 바이어스 전원을 제어한다. 예를 들면, 제어기(900)는 제 1 공정 시간에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기가 0W 이상 50W 이하이고, 제 2 공정 시간에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 200W 이상 400W 이하가 되도록 바이어스 전원(231)을 제어할 수 있다. 제 1 공정 시간에는 제 1 플라스마(31) 이온과 기판(20)의 충돌에 의해 제 2 물질 뿐만 아니라 제 1 물질 또한 식각 되는 것을 최대한 방지하기 위해, 제어기(900)는 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기가 0W가 되도록 바이어스 전원(231)을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치 및 방법은 제 1 물질에 비해 제 2 물질과 강한 반응성을 가지는 제 1 가스가 여기된 제 1 플라스마에 바이어스 전력을 적게 인가함으로써, 제 1 물질이 식각되는 것을 방지하면서 제 2 물질의 상면에 제 1 물질에 비해 플라스마 이온의 충돌에 의한 물리적 시각이 용이한 반응층을 형성한 후, 반응성이 약한 불활성 기체의 플라스마에 바이어스 전력을 인가하여 기판과 충돌 시킴으로서, 반응층을 식각한다. 따라서, 제 1 물질의 식각은 최소화 하고, 제 2 물질의 식각은 최대화함으로써, 높은 식각 선택비로 기판을 식각할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 20: 기판
100: 챔버 200: 지지 유닛
220: 지지판 230: 바이어스 전극
280: 정전 전극 300: 가스 공급 유닛
400: 플라스마 소스 500: 배기 유닛
900: 제어기
100: 챔버 200: 지지 유닛
220: 지지판 230: 바이어스 전극
280: 정전 전극 300: 가스 공급 유닛
400: 플라스마 소스 500: 배기 유닛
900: 제어기
Claims (16)
- 상면에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 기판에서 상기 제 2 물질을 식각하는 방법에 있어서,
기판을 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 제 1 가스로부터 제 1 플라스마를 형성하여 상기 제 2 물질 상에 반응층을 형성하는 반응층 형성 단계;와
상기 기판을 상기 지지 유닛 상에 지지한 상태에서 상기 반응층에 대해 물리적 식각을 수행하는 물리적 식각 단계;를 포함하며,
상기 제 1 물질은 질화규소(Si3N4)를 포함하고,
상기 제 2 물질은 이산화규소(SiO2)를 포함하며,
상기 물리적 식각 단계는,
제 2 가스로부터 제 2 플라스마를 형성하는 플라스마 형성 단계와;
상기 지지 유닛 상에 지지된 기판의 하부에 제공된 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기를 상기 반응층 형성 단계에서 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시키는 전기장 인가 단계를 포함하는 기판 처리 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 가스는 불활성 가스를 포함하는 기판 처리 방법. - 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스인 기판 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스는 불소(F)를 포함하는 기판 처리 방법. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응층 형성 단계와 상기 물리적 식각 단계는 복수회 반복되는 기판 처리 방법. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응층 형성 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 0W 이상 50W 이하이고,
상기 물리적 식각 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 200W 이상 400W 이하인 기판 처리 방법. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응층 형성 단계에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 0W인 기판 처리 방법. - 상면에 제 1 물질과 제 2 물질을 포함하는 기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 챔버와;
상기 기판이 놓이는 지지판, 및 바이어스 전원에 의해 전력이 인가되고 상기 지지판의 하부에 제공된 바이어스 전극을 포함하고, 상기 처리 공간에 제공되는 지지 유닛과;
상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
상기 처리 공간 내의 공정 가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 소스와;
상기 바이어스 전원, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 플라스마 소스를 제어하는 제어기;를 포함하되,
상기 가스 공급 유닛은,
제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와;
상기 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재를 포함하며,
상기 제어기는,
제 1 공정 시간에 상기 제 1 가스를 공급하여 상기 제 1 가스로부터 플라스마가 생성되도록 상기 제 1 가스 공급 부재 및 상기 플라스마 소스를 제어하고,
상기 제 1 공정 시간과 상이한 제 2 공정 시간에 상기 제 2 가스를 공급하여 상기 제 2 가스로부터 플라스마가 생성되도록 상기 제 2 가스 공급 부재 및 상기 플라스마 소스를 제어하며,
상기 제 2 공정 시간에 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기를 상기 제 1 공정 시간에 상기 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기보다 크게 인가시키도록 상기 바이어스 전원을 제어하며,
상기 제 1 물질은 질화규소(Si3N4)를 포함하고,
상기 제 2 물질은 이산화규소(SiO2)를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 공정 시간은 상기 제 1 공정 시간 이후의 시간인 기판 처리 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 가스는 불활성 가스를 포함하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 12 항에 있어서,
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스인 기판 처리 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 가스는 불소(F)를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 10 항 내지 제 12 항 및 제 14 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공정 시간에서 바이어스 전극에 인가되는 전력의 크기는 0W인 기판 처리 장치.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |