KR102095983B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 폴리실리콘에 대한 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하되, 실리콘 질화막을 산화처리 하는 단계와; 기판이 제공된 챔버 내부로 수증기를 공급하여 기판의 주위에 수증기 층을 형성하는 단계와; 상기 수증기 층 형성 단계 이후에 상기 챔버 내부로 불소를 포함하는 공정 가스를 공급하여 상기 산화처리에 의해 형성된 변성막을 선택적으로 식각하는 식각 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
전자 제품은 그 부피가 점점 작아지면서도 고용량의 데이터 처리를 요하고 있다. 이에 따라, 이러한 전자 제품에 사용되는 반도체 메모리 장치의 집적도를 향상시킬 필요가 있다. 반도체 메모리 장치의 집적도를 향상시키기 위해, 반도체 메모리의 패턴의 선폭이 점차 좁아지고 있다.
반도체 메모리 소자의 제조 과정에서, 웨이퍼에는 패턴 형성을 위해 서로 상이한 물성의 층들이 형성된다. 패턴의 선폭이 좁아 짐에 따라, 높은 선택비를 가지면서 상이한 물성의 층들 가운데 일부를 식각 시킬 필요성이 증가하고 있다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 선택적 식각을 효율적으로 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리실리콘에 대한 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하되, 실리콘 질화막을 산화처리 하는 단계와; 기판이 제공된 챔버 내부로 수증기를 공급하여 기판의 주위에 수증기 층을 형성하는 단계와; 상기 수증기 층 형성 단계 이후에 상기 챔버 내부로 불소를 포함하는 공정 가스를 공급하여 상기 산화처리에 의해 형성된 변성막을 선택적으로 식각하는 식각 단계를 포함하는 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 식각 단계에서 상기 공정 가스가 공급될 때, 상기 수증기의 공급이 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 수증기 층 형성단계에서 상기 수증기는 캐리어 가스와 혼합된 상태로 공급될 수 있다.
또한, 상기 수증기 층이 형성되는 단계에서 상기 기판은 설정 온도로 가열될 수 있다.
또한, 상기 식각 단계 이 후, 상기 기판을 설정 온도로 가열하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열처리는 상기 기판을 지지하는 서셉터를 가열하여 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 열처리는 샤워 헤드에 위치된 히터에 의해 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 변성막을 식각하는 단계는 상기 기판이 0°~50°범위의 온도인 상태이고, 1Torr 내지 30Torr의 압력에서 이루어 질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판을 처리하는 방법에 있어서, 폴리 실리콘에 대해 식각 대상막을 선택적으로 식각하되, 기판이 제공된 챔버 내부로 수증기를 분사하여 기판의 주위에 수증기 층을 형성하는 단계와; 상기 챔버 내부로 불소를 포함하는 공정 가스를 공급하여 상기 식각 대상막을 식각하는 단계를 포함하되, 상기 식각 단계에서, 상기 식각 대상막이 실리콘 질화막이면 제1 공정 압력에서 수행되고, 상기 식각 대상막이 실리콘 질화막을 산화 처리 하여 형성된 변성막이면 상기 제1 공정 압력보다 높은 제2 공정 압력에서 수행되는 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버의 내측에 위치되어, 기판을 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 내부로 수증기를 공급하는 수분 공급관; 및 상기 챔버의 내부로, 실리콘 질화막을 산화시켜 변성막을 형성되게 하는 산화 가스와, 폴리 실리콘에 대해 상기 변성막이 선택적으로 식각 되게 하는 공정 가스를 상기 수증기에 의해 수증기 층이 형성된 상태 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 공정 가스가 공급될 때 상기 수증기가 함께 공급되도록 상기 수분 공급관 및 상기 공정 가스 공급부를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분 공급관은 상기 수증기를 캐리어 가스와 혼합된 상태로 공급할 수 있다.
또한, 상기 서셉터는 상기 수증기 층이 형성될 때, 상기 기판을 가열하는 가열 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 선택적 식각을 효율적으로 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 공정 모듈에 제공될 수 있는 식각 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 식각 대상막으로 기판의 질화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 기판의 주위에 수증기 층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 질화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 식각 대상막으로 기판의 산화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 산화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 따라 기판의 질화막이 처리되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 공정 모듈에 제공될 수 있는 식각 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 식각 대상막으로 기판의 질화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 기판의 주위에 수증기 층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 질화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 식각 대상막으로 기판의 산화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 산화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 따라 기판의 질화막이 처리되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM)(20) 및 공정 처리부(30)를 가진다. 설비 전방 단부 모듈(20)과 공정 처리부(30)는 일 방향으로 배치된다. 이하, 설비 전방 단부 모듈(20)과 공정 처리부(30)가 배열된 방향을 제 1 방향(11)이라하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(11)에 수직인 방향을 제 2 방향(12)이라 한다.
설비 전방 단부 모듈(20)은 로드 포트(load port, 10) 및 이송프레임(21)을 가진다. 로드 포트(10)는 제1방향(11)으로 설비 전방 단부 모듈(20)의 전방에 배치된다. 로드 포트(10)는 복수 개의 지지부(6)를 가진다. 각각의 지지부(6)는 제 2 방향(12)으로 일렬로 배치되며, 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(4)(예를 틀어, 카세트, FOUP등)가 위치된다. 캐리어(4)에는 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된다. 이송프레임(21)은 로드 포트(10)와 공정 처리실(30) 사이에 배치된다. 이송프레임(21)은 그 내부에 배치되고 로드 포트(10)와 공정 처리부(30)간에 기판(W)을 이송하는 제 1 이송로봇(25)을 포함한다. 제 1 이송로봇(25)은 제 2 방향(12)으로 구비된 이송 레일(27)을 따라 이동하여 캐리어(4)와 공정 처리실(30)간에 기판(W)을 이송한다.
공정 처리실(30)은 로드락 챔버(40), 트랜스퍼 챔버(50), 그리고 공정 모듈(60)를 포함한다.
로드락 챔버(40)는 이송프레임(21)에 인접하게 배치된다. 일 예로, 로드락 챔버(40)는 트랜스퍼 챔버(50)와 설비 전방 단부 모듈(20)사이에 배치될 수 있다. 로드락 챔버(40)는 공정에 제공될 기판(W)이 공정 모듈(60)로 이송되기 전, 또는 공정 처리가 완료된 기판(W)이 설비 전방 단부 모듈(20)로 이송되기 전 대기하는 공간을 제공한다.
트랜스퍼 챔버(50)는 로드락 챔버(40)에 인접하게 배치된다. 트랜스퍼 챔버(50)는 상부에서 바라볼 때, 다각형의 몸체를 갖는다. 일 예로, 트랜스퍼 챔버(50)는 상부에서 바라볼 때, 오각형의 몸체를 가질 수 있다. 몸체의 외측에는 로드락 챔버(40)와 복수개의 공정 모듈(60)들이 몸체의 둘레를 따라 배치된다. 몸체의 각 측벽에는 기판(W)이 출입하는 통로(미도시)가 형성되며, 통로는 트랜스퍼 챔버(50)와 로드락 챔버(40) 또는 공정 모듈(60)들을 연결한다. 각 통로에는 통로를 개폐하여 내부를 밀폐시키는 도어(미도시)가 제공된다. 트랜스퍼 챔버(50)의 내부공간에는 로드락 챔버(40)와 공정 모듈(60)들간에 기판(W)을 이송하는 제 2 이송 로봇(53)이 배치된다. 제 2 이송 로봇(53)은 로드락 챔버(40)에서 대기하는 미처리된 기판(W)을 공정 모듈(60)로 이송하거나, 공정처리가 완료된 기판(W)을 로드락 챔버(40)로 이송한다. 그리고, 복수개의 공정 모듈(60)에 기판(W)을 순차적으로 제공하기 위하여 공정 모듈(60)간에 기판(W)을 이송할 수 있다. 도 1과 같이, 트랜스퍼 챔버(50)가 오각형의 몸체를 가질 때, 설비 전방 단부 모듈(20)과 인접한 측벽에는 로드락 챔버(40)가 각각 배치되며, 나머지 측벽에는 공정 모듈(60)들이 배치된다. 트랜스퍼 챔버(50)는 상기 형상뿐만 아니라, 요구되는 공정모듈에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다.
공정 모듈(60)는 트랜스퍼 챔버(50)의 둘레를 따라 배치된다. 공정 모듈(60)는 복수 개 제공될 수 있다. 각각의 공정 모듈(60)내에서는 기판(W)에 대한 공정처리가 진행된다. 공정 모듈(60)는 제 2 이송 로봇(53)으로부터 기판(W)을 이송 받아 공정처리를 하고, 공정처리가 완료된 기판(W)을 제 2 이송 로봇(53)으로 제공한다. 각각의 공정 모듈(60)에서 진행되는 공정처리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 공정 모듈(60)이 수행하는 공정은 기판(W)을 이용해 반도체 소자 또는 디스플레이 패널을 생산하는 과정 가운데 일 공정일 수 있다. 공정 모듈(60)가운데 하나 이상은 기판(W)을 식각 처리 하는 모듈(도 2의 200a)을 포함한다. 제어기(미도시)는 기판 처리 장치의 구성 요소를 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 공정 모듈에 제공될 수 있는 식각 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 식각 모듈(200a)은 챔버(2100), 서셉터(2200), 샤워 헤드(2300) 및 플라스마 여기부(2400)를 포함한다. 식각 모듈(200a)의 구성은 제어기에 이해 제어될 수 있다.
챔버(2100)는 공정 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(2100)는 바디(2110)와 밀폐 커버(2120)를 가진다. 바디(2110)는 상면이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 바디(2110)의 측벽에는 기판이 출입하는 개구(미도시)가 형성되며, 개구는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 개폐 부재는 챔버(2100) 내에서 기판(W) 처리가 수행되는 동안 개구를 폐쇄하고, 기판(W)이 챔버(2100) 내부로 반입될 때와 챔버(2100) 외부로 반출될 때 개구를 개방한다.
바디(2110)의 일측에는 배기홀(2111)이 형성된다. 일 예로, 배기홀(2111)은 바디(2110)의 하부벽 또는 측벽에 형성될 수 있다.
배기홀(2111)은 배기 라인(2112)과 연결된다. 배기 라인(2112)을 통해 챔버(2100)의 내부 압력이 조절되고, 공정에서 발생된 반응 부산물이 챔버(2100) 외부로 배출된다.
밀폐 커버(2120)는 바디(2110)의 상부벽과 결합하며, 바디(2110)의 개방된 상면을 덮어 바디(2110) 내부를 밀폐시킨다. 밀폐 커버(2120)의 상단은 플라스마 여기부(2400)와 연결된다. 밀폐 커버(2120)에는 확산공간(2121)이 형성된다. 확산공간(2121)은 샤워 헤드(2300)에 가까워질수록 너비가 점차 넓어진다. 예를 들어, 확산공간(2121)은 역 깔때기 형상을 가질 수 있다.
서셉터(2200)는 챔버(2100) 내부에 위치된다. 서셉터(2200)의 상면에는 기판이 놓여진다. 서셉터(2200)의 내부에는 냉각 유체가 순환하는 냉각 유로(미도시)가 형성될 수 있다. 냉각 유체는 냉각 유로를 따라 순환하며 서셉터(2200)를 냉각한다. 서셉터(2200)에는 플라즈마에 의한 기판(W) 처리 정도를 조절하기 위해 바이어스 전원(2210)으로부터 전력이 인가될 수 있다. 바이어스 전원(2210)이 인가하는 전력은 라디오 주파수(radio frequency, RF) 전원일 수 있다. 서셉터(2200)는 바이어스 전원(2210)이 공급하는 전력에 의해 쉬즈를 형성하고, 그 영역에서 고밀도의 플라즈마를 형성하여 공정 능력을 향상시킬 수 있다.
서셉터(2200)의 내부에는 가열 부재(2220)가 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 가열 부재(222)는 열선으로 제공되거나, 가열된 유체가 유동하는 배관으로 형성될 수 있다. 가열 부재(222)는 기판(W)을 기 설정된 온도 또는 기 설정도니 온도 범위로 가열한다.
서셉터(2200)의 내부에는 냉각 부재(2230)가 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 냉각 부재(2230)는 냉매가 유동하는 배관일 수 있다.
샤워 헤드(2300)는 바디(2110)의 상부벽에 결합된다. 샤워 헤드(2300)는 플레이트 형상으로, 서셉터(2200)의 상면과 나란하게 배치될 수 있다. 샤워 헤드(2300)는 표면이 산화 처리된 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(2300)에는 분배홀(2310)들이 형성된다. 분배홀(2310)들은 균일한 라디칼 공급을 위해 동심의 원주상에 일정 간격으로 형성될 수 있다. 확산공간(2121)에서 확산된 플라스마는 분배홀(2310)들에 유입된다. 이때 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자는 샤워 헤드(2300)에 갇히고, 산소 라디칼 등과 같이 전하를 띄지 않는 중성 입자들은 분배홀(2310)들을 통과하여 기판(W)으로 공급된다. 또한, 샤워 헤드는 접지되어 전자 또는 이온이 이동되는 통로를 형성할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(2300)에는 가열을 위한 히터(미도시)가 위치될 수 있다.
플라스마 여기부(2400)는 플라스마를 생성하여, 챔버(2100)로 공급한다. 플라스마 여기부(2400)는 챔버(2100)의 상부에 제공될 수 있다. 플라스마 여기부(2400)는 발진기(2410), 도파관(2420), 유전체 관(2430) 및 공정 가스 공급부(2440)를 포함한다.
발진기(2410)는 전자기파를 발생시킨다. 도파관(2420)은 발진기(2410)와 유전체 관(2430)을 연결하며, 발진기(2410)에서 발생된 전자기파가 유전체 관(2430) 내부로 전달되는 통로를 제공한다. 공정 가스 공급부(2440)는 챔버(2100)의 상부로 공정 가스, 산화 가스를 공급한다. 유전체 관(2430) 내부로 공급된 공정 가스는 전자기파에 의해 플라스마 상태로 여기 된다. 플라스마는 유전체 관(2430)을 거쳐 확산공간(2121)으로 유입된다.
상술한 플라즈마 여기부(2400)는 전자기파를 이용하는 경우를 예로 들었으나, 또 다른 실시 예로, 플라즈마 여기부(2400)는 유도결합 플라즈마 여기부, 용량 결합 플라즈마 여기부 등으로 제공될 수 도 있다.
챔버(2100)의 일측에는 수분 공급관(2130)이 연결된다. 일 예로, 수분 공급관(2130)은 샤워 헤드(2300)의 위쪽에서 밀폐 커버(2120)에 연결되는 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 수분 공급관(2130)을 통해 공급된 수분을 샤웨 헤드(2300)를 거쳐 기판으로 균일하게 공급될 수 있다. 또 다른 예로, 수분 공급관(2130)은 샤웨 헤드(2300)의 아래쪽에 위치되도록 바디의 측벽에 연결될 수 도 있다. 수분 공급관(2130)은 챔버(2100)의 내측 공간으로 수분을 공급한다. 수분 공급관(2130)은 수분을 설정 온도로 가열되어 기화된 증기 형태로 공급할 수 있다. 또한, 수분 공급관(2130)은 수분의 공급 효율 또는 공급 상태의 조절을 용이하게 하기 위해, 수분을 캐리어 가스와 혼합한 상태로 공급할 수 있다. 캐리어 가스는 질소, 헬륨 등과 같은 불활성 가스일 수 있다.
도 3은 식각 대상막으로 기판의 질화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 기판의 주위에 수증기 층이 형성된 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 질화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
공정 처리를 위해 기판이 챔버(2100)로 반입되어, 서셉터(2200)에 위치되면, 챔버(2100)의 내부공간으로 수증기가 공급된다.
기판(W)에는 폴리실리콘 층(3100)과 식각 대상막(3120)이 형성된 상태로 제공된다. 일 예로, 기판(W)은 폴리실리콘 층(3100)의 상부에 식각 대상막(3120)인 질화막 층(3120)이 패턴을 가지고 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 질화막 층(3120)의 상면은 외부로 노출된다. 그리고 폴리실리콘 층(3100)의 일부는 질화막 층(3120)의 패턴을 통해 외부로 노출된다.
내부 공간으로 공급된 수증기는 기판의 외면에 맺혀 물 방울을 형성하지 않은 상태 수증기 층을 형성하여, 기판이 습식 처리 방식으로 처리되는 상태와 유사한 환경에 놓이도록 한다. 구체적으로, 수증기가 공급될 때, 챔버(2100)의 내부 공간은 대기압 보다 낮은 예비 압력(F1)으로 조절된 상태일 수 있다.
예비 압력(F1)은 진공에 근접하거나, 수 내지 수십 Torr 인 상태일 수 있다. 또한, 수증기가 공급될 때, 기판은 가열 부재(2220), 냉각 부재(2230), 또는 가열 부재(2220)와 냉각 부재(2230)에 의해 설정 온도 또는 설정 범위의 온도로 조절된 상태일 수 있다. 이와 같이 챔버(2100)의 내부 공간, 또는 챔버(2100)의 내부 공간과 챔버(2100)의 온도가 조절된 상태로 수증기가 공급되면, 수증기는 기판에 물방울 형태로 맺히지 않고, 기판 주위에 수증기 층을 수 있다.
수증기의 공급이 개시되고 설정 시간이 경과되면, 챔버(2100)의 내부 공간으로 공정 가스가 공급되어, 실리콘 질화막을 식각하는 공정이 수행된다. 공정 가스 공급부(2440)가 공정 가스를 공급하면, 공정 가스는 주로 실리콘 질화막층과 반응하여, 실리콘 질화막층을 선택적으로 식각한다. 기판의 주위에 위치된 수증기는 기판 주위를 습식 식각 공정과 유사한 환경으로 한다. 구체적으로 수증기는 공정 가스와 반응하여, 실리콘 질화막층과 반응하는 작용기를 효과적으로 형성되게 할 수 있다. 또한, 수증기는 실리콘 질화막층과 공정 가스가 반응하는 것을 보조할 수 있다.
공정 가스는 불소 원자를 포함하는 화합물로 제공된다. 예를 들어, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 또는 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 등으로 제공될 수 있다. 또한, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 및 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 가운데 2개 이상의 혼합 가스로 제공될 수 도 있다. 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된 상태로 공급되어, 기판과의 반응성이 증가될 수 있다. 공정 가스는 플라즈마로 여기되는 과정에서 불소 라디칼을 제공한다.
공정 가스가 공급되어 식각 공정이 수행될 때, 챔버(2100)의 내부는 제1 공정 압력(F2)으로 설정될 수 있다. 공정 가스가 공급될 때 기판의 온도는 0°~50°범위로 조절되고, 제1공정 압력(F2)은 0.1Torr 내지 3Torr 범위로 조절된다. 제1공정 압력(F2)은 예비 압력(F1)과 설정 관계를 갖도록 설정될 수 있다. 제1공정 압력(F2)은 예비 압력(F1)보다 설정 압력만큼 크게 형성될 수 있다. 또한, 제1공정 압력(F2)은 예비 압력(F1)보다 설정 압력만큼 작게 설정되거나, 예비 압력(F1)과 동일할 수 있다. 공정 가스는 챔버(2100)의 내부가 예비 압력(F1)에서 제1 공정 압력(F2)으로 조절된 직 후 공급이 개시되거나, 챔버(2100)의 내부가 제1 공정 압력(F2)으로 조절되고 설정 시간이 경과된 후 개시될 수 있다. 공정 가스가 공급될 때, 수증기는 계속 공급되는 상태일 수 있다. 이후, 설정 시간 동안 식각 공정이 수행되면, 공정 가스와 수증기의 공급은 종료될 수 있다. 이때, 공정 가스의 공급이 먼저 중단될 수 있다. 또한, 공정 가스와 수증기의 공급은 함께 중단될 수 있다.
이 후, 기판은 설정 온도로 가열되어 열처리 된다. 기판이 식각 처리 된 후, 기판에는 반응 부산물이 잔류하는 상태일 수 있다. 이 와 같은 반응 부산물은 기판의 가열의 통해 기판에서 제거될 수 있다. 기판(W)의 가열은 플라즈마 모듈(200a)에서 가열 부재(2220)에 의해 수행될 수 있다. 기판(W)의 가열은 샤워 헤드(2300)에 위치된 히터에 의해 이루어 질 수도 있다. 또한, 기판의 가열은 플라즈마 모듈(200a)에서 반출된 후 다른 공정 모듈에서 수행될 수 도 있다.
도 6은 식각 대상막으로 기판의 산화막이 처리되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 산화막 처리 시 챔버의 내부 압력 변화를 나타내는 도면이다.
공정 처리를 위해 기판이 챔버(2100)로 반입되어, 서셉터(2200)에 위치되면, 챔버(2100)의 내부공간으로 수증기가 공급된다(S100). 공정 처리를 위해 제공되는 기판의 상면은 폴리 실리콘층과 식각 대상막인 실리콘 산화막층을 포함한다. 내부 공간으로 공급된 수증기는 기판의 외면에 맺혀 물 방울을 형성하지 않은 상태로, 기판이 습식 처리 방식으로 처리되는 상태와 유사한 환경이 되도록 한다. 구체적으로, 수증기가 공급될 때, 챔버(2100)의 내부 공간은 대기압 보다 낮은 예비 압력(Fa)으로 조절된 상태일 수 있다. 예비 압력(Fa)은 진공에 근접하거나, 수 내지 수십 Torr 인 상태일 수 있다. 또한, 수증기가 공급될 때, 기판은 가열 부재(2220), 냉각 부재(2230), 또는 가열 부재(2220)와 냉각 부재(2230)에 의해 설정 온도 또는 설정 범위의 온도로 조절된 상태일 수 있다. 이와 같이 챔버(2100)의 내부 공간, 또는 챔버(2100)의 내부 공간과 챔버(2100)의 온도가 조절된 상태로 수증기가 공급되면, 수증기는 기판에 물방울 형태로 맺히지 않을 수 있다. 이때, 기판 주위의 수증기는 기판과 반응하여, 주로 실리콘 산화막층의 산소에 수소가 결합되는 형태의 반응이 발생한다.
수증기의 공급이 개시되고 설정 시간이 경과되면, 챔버(2100)의 내부 공간으로 공정 가스가 공급되어, 실리콘 산화막을 선택적으로 식각하는 공정이 수행된다(S200). 공정 가스 공급부(2440)가 공정 가스를 공급하면, 공정 가스는 주로 실리콘 산화막층과 반응하여, 실리콘 산화막층을 선택적으로 식각한다. 기판의 주위에 위치된 수증기는 기판 주위를 습식 식각 공정과 유사한 환경으로 한다. 또한, 실리콘 산화막층의 산소에 결합된 수소는, 공정 가스와 실리콘 산화막층의 반응성을 증가 시킨다.
공정 가스는 불소 원자를 포함하는 화합물로 제공된다. 예를 들어, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 또는 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 등으로 제공될 수 있다. 또한, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 및 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 가운데 2개 이상의 혼합 가스로 제공될 수 도 있다. 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된 상태로 공급되어, 기판과의 반응성이 증가될 수 있다. 공정 가스는 플라즈마로 여기되는 과정에서 불소 라디칼을 제공한다.
공정 가스가 공급되어 식각 공정이 수행될 때, 챔버(2100)의 내부는 제2 공정 압력(Fb)으로 설정될 수 있다.
공정 가스가 공급될 때 기판의 온도는 0°~50°범위로 조절되고, 제2공정 압력(Fb)은 3Torr 내지 30Torr 범위로 조절된다. 제2공정 압력(Fb)은 예비 압력(Fa)과 설정 관계를 갖도록 설정될 수 있다. 제2공정 압력(Fb)은 예비 압력(Fa)보다 설정 압력만큼 크게 형성될 수 있다. 또한, 제2공정 압력(Fb)은 예비 압력(Fa)보다 설정 압력만큼 작게 설정되거나, 예비 압력(Fa)과 동일할 수 있다. 제2 공정 압력(Fb)은 예비 압력(Fa)보다 설정 압력만큼 크게 형성된다. 공정 가스는 챔버(2100)의 내부가 예비 압력(Fa)에서 제2 공정 압력(Fb)으로 조절된 직 후 공급이 개시되거나, 챔버(2100)의 내부가 제2 공정 압력(Fb)으로 조절되고 설정 시간이 경과된 후 개시될 수 있다. 공정 가스가 공급될 때, 수증기는 계속 공급되는 상태일 수 있다. 이후, 설정 시간 동안 식각 공정이 수행되면, 공정 가스와 수증기의 공급은 종료될 수 있다. 이때, 공정 가스의 공급이 먼저 중단될 수 있다. 또한, 공정 가스와 수증기의 공급은 함께 중단될 수 있다.
도 8은 다른 실시 예에 따라 기판의 질화막이 처리되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4의 기판과 동일하게 폴리실리콘 층과 식각 대상막으로 실리콘 질화막 층을 갖는 기판이 처리될 수 있다.
도 8을 참조하면, 기판은 질화막이 산화 처리된다(S410). 일 예로, 기판이 반입되어 서셉터(2200)에 위치되면, 질화막의 산화 처리를 위해 공정 가스 공급부(2440)에 의해 산화 가스가 공급된다. 산화 가스는 산소일 수 있다. 질화막과의 반응성 증가를 위해 산화 가스는 플라즈마 여기부(2400)를 통해 플라즈마 상태로 여기되어 공급될 수 있다. 또한, 산화 가스가 공급될 때, 기판은 가열 부재(2220)에 의해 가열되어 산화 가스와의 반응성이 증가될 수 있다. 실리콘 질화막 층은 산화되어 SiOXNY의 화학식을 갖는 변성막을 형성 하게 된다.
변성막이 형성되면, 챔버(2100)의 내부공간으로 수증기가 공급된다(S420). 내부 공간으로 공급된 수증기는 기판의 외면에 맺혀 물 방울을 형성하지 않은 상태로, 기판이 습식 처리 방식으로 처리되는 상태와 유사한 환경이 되도록 한다. 구체적으로, 수증기가 공급될 때, 챔버(2100)의 내부 공간은 대기압 보다 낮은 예비 압력으로 조절된 상태일 수 있다. 예비 압력은 진공에 근접하거나, 수 내지 수십 Torr 인 상태일 수 있다. 또한, 수증기가 공급될 때, 기판은 가열 부재(2220), 냉각 부재(2230), 또는 가열 부재(2220)와 냉각 부재(2230)에 의해 설정 온도 또는 설정 범위의 온도로 조절된 상태일 수 있다. 이와 같이 챔버(2100)의 내부 공간, 또는 챔버(2100)의 내부 공간과 챔버(2100)의 온도가 조절된 상태로 수증기가 공급되면, 수증기는 기판에 물방울 형태로 맺히지 않을 수 있다. 이때, 기판 주위의 수증기는 기판과 반응하여, 주로 변성막에 포함된 산소로 인해 변성막의 산소에 수소가 결합되는 형태의 반응이 발생한다.
수증기의 공급이 개시되고 설정 시간이 경과되면, 챔버(2100)의 내부 공간으로 공정 가스가 공급되어, 변성막을 선택적으로 식각하는 공정이 수행된다(S200). 공정 가스 공급부(2440)가 공정 가스를 공급하면, 공정 가스는 주로 변성막과 반응하여, 변성막을 선택적으로 식각한다(S430). 기판의 주위에 위치된 수증기는 기판 주위를 습식 식각 공정과 유사한 환경으로 한다. 또한, 변성막의 산소에 결합된 수소는, 공정 가스와 변성막의 반응성을 증가 시킨다.
공정 가스는 불소 원자를 포함하는 화합물로 제공된다. 예를 들어, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 또는 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 등으로 제공될 수 있다. 또한, 공정 가스는 삼불화 질소, 사불화탄소, 2플루오르화 메테인(difluoro methane) 및 3플루오르화 메테인(trifluoro methane) 가운데 2개 이상의 혼합 가스로 제공될 수 도 있다. 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된 상태로 공급되어, 기판과의 반응성이 증가될 수 있다. 공정 가스는 플라즈마로 여기되는 과정에서 불소 라디칼을 제공한다.
공정 가스가 공급되어 식각 공정이 수행될 때, 챔버(2100)의 내부는 제3 공정 압력으로 설정될 수 있다. 공정 가스가 공급될 때 기판의 온도는 0°~50°범위로 조절되고, 제3공정 압력은 1Torr 내지 30Torr 범위로 조절된다. 제3공정 압력은 예비 압력과 설정 관계를 갖도록 설정될 수 있다. 제3공정 압력은 예비 압력보다 설정 압력만큼 크게 형성될 수 있다. 또한, 제3공정 압력은 예비 압력보다 설정 압력만큼 작게 설정되거나, 예비 압력과 동일할 수 있다. 공정 가스는 챔버(2100)의 내부가 예비 압력에서 제3공정 압력으로 조절된 직 후 공급이 개시되거나, 챔버(2100)의 내부가 제3공정 압력으로 조절되고 설정 시간이 경과된 후 개시될 수 있다. 공정 가스가 공급될 때, 수증기는 계속 공급되는 상태일 수 있다. 이후, 설정 시간 동안 식각 공정이 수행되면, 공정 가스와 수증기의 공급은 종료될 수 있다. 이때, 공정 가스의 공급이 먼저 중단될 수 있다. 또한, 공정 가스와 수증기의 공급은 함께 중단될 수 있다.
이 후, 기판은 설정 온도로 가열되어 열처리 된다(S440). 기판이 식각 처리 된 후, 기판에는 반응 부산물이 잔류하는 상태일 수 있다. 이 와 같은 반응 부산물은 기판의 가열의 통해 기판에서 제거될 수 있다. 기판(W)의 가열은 플라즈마 모듈(200a)에서 가열 부재(2220)에 의해 수행될 수 있다. 기판(W)의 가열은 샤워 헤드(2300)에 위치된 히터에 의해 이루어 질 수도 있다. 또한, 기판의 가열은 플라즈마 모듈(200a)에서 반출된 후 다른 공정 모듈에서 수행될 수 도 있다.
또한, 열처리에 앞서, 질화막을 설정 두께만큼 식각하기 위해, 질화막 산화 처리(S410), 수증기 공급(S420) 및 변성막 식각(S430)은 2회 이상 반복될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 질화막은 변성막으로 막질이 변화된 상태에서 식각되어, 질화막을 바로 식각할 때에 비해 빠른 속도로 식각 될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 로드 포트 20: 설비 전방 단부 모듈
21: 이송프레임 25: 제 1 이송로봇
30: 공정 처리실 40: 로드락 챔버
50: 트랜스퍼 챔버 60: 공정 모듈
200a: 플라즈마 모듈 2100: 챔버
2110: 바디 2200: 서셉터
21: 이송프레임 25: 제 1 이송로봇
30: 공정 처리실 40: 로드락 챔버
50: 트랜스퍼 챔버 60: 공정 모듈
200a: 플라즈마 모듈 2100: 챔버
2110: 바디 2200: 서셉터
Claims (13)
- 폴리실리콘에 대한 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하되,
실리콘 질화막을 산화처리하여 변성막을 형성하는 단계와;
기판이 제공된 챔버 내부로 수증기를 공급하여 기판의 주위에 수증기 층을 형성하는 단계와;
상기 수증기 층을 형성하는 단계 이후에 상기 챔버 내부로 불소를 포함하는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기된 상태로 공급하여 상기 산화처리에 의해 형성된 상기 변성막을 선택적으로 식각하는 식각 단계를 포함하되,
상기 수증기 층을 형성하는 단계에서 상기 기판은 설정 온도로 가열되며, 상기 챔버 내부 공간은 대기압보다 낮은 예비 압력으로 제공되고,
상기 식각 단계는 상기 예비 압력보다 더 낮은 공정 압력에서 수행되고,
상기 공정 가스가 공급될 때, 상기 수증기는 계속 공급되는 상태이고,
상기 수증기는 기판의 상부에 위치되는 샤워 헤드를 거쳐 상기 기판에 분배되는 것인 기판 처리 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 수증기 층을 형성하는 단계에서 상기 수증기는 캐리어 가스와 혼합된 상태로 공급되는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수증기 층을 형성하는 단계에서 상기 기판은 설정 온도로 가열되는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 식각 단계 이 후, 상기 기판을 설정 온도로 가열하는 열처리 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 제5항에 있어서,
상기 열처리는 상기 기판을 지지하는 서셉터를 가열하여 이루어 지는 기판 처리 방법. - 제5항에 있어서,
상기 열처리는 샤워 헤드에 위치된 히터에 의해 이루어 지는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 변성막을 식각하는 단계는 상기 기판이 0°~50°범위의 온도인 상태이고, 1Torr 내지 30Torr의 압력에서 이루어 지는 기판 처리 방법. - 기판을 처리하는 방법에 있어서,
폴리 실리콘에 대해 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하되,
상기 실리콘 질화막을 산화처리하여 변성막을 형성하는 단계와;
기판이 제공된 챔버 내부로 수증기를 분사하여 기판의 주위에 수증기 층을 형성하는 단계와;
상기 챔버 내부로 불소를 포함하는 공정 가스를 공급하여 상기 변성막을 식각하는 단계를 포함하되,
상기 수증기 층을 형성하는 단계에서 상기 기판은 설정 온도로 가열되며, 상기 챔버 내부 공간은 대기압보다 낮은 예비 압력으로 제공되고,
상기 식각 단계에서, 상기 챔버 내부 공간은 상기 예비 압력보다 낮은 공정 압력에서 수행되고, 상기 공정 압력은 상기 식각 대상막이 실리콘 질화막이면 제1 공정 압력이고, 상기 식각 대상막이 실리콘 질화막을 산화처리하여 형성된 변성막이면 상기 제1 공정 압력보다 높은 제2 공정 압력이고,
상기 공정 가스가 공급될 때, 상기 수증기는 계속 공급되는 상태이고,
상기 수증기는 기판의 상부에 위치되는 샤워 헤드를 거쳐 상기 기판에 분배되는 것인 기판 처리 방법. - 상면이 개방되며 내부에 공간이 형성된 바디와 상기 바디의 상부에 제공되어 상기 바디의 내부를 밀폐하는 밀폐 커버를 포함하며, 내부의 압력이 조절될 수 있는 챔버;
상기 바디의 내측에 위치되어, 기판을 지지하며, 상기 기판을 가열하는 가열 부재를 포함하는 서셉터;
상기 바디의 상부에 결합되고, 플레이트 형상이며, 상기 서셉터의 상면과 나란하게 배치되며 분배홀이 형성된 샤워 헤드;
상기 챔버의 내부로 수증기를 공급하는 수분 공급관; 및
상기 챔버의 내부로, 실리콘 질화막을 산화시켜 변성막을 형성되게 하는 산화 가스와, 폴리 실리콘에 대해 상기 변성막이 선택적으로 식각 되게 하는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기된 상태로 상기 수증기에 의해 수증기 층이 형성된 상태 공급하는 공정 가스 공급부; 및
제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 수증기 층이 형성될 때, 상기 기판을 설정 온도로 가열하도록 가열 부재를 제어하고,
상기 수증기 층이 형성될 때, 상기 챔버 내부 공간은 대기압보다 낮은 예비 압력으로 제공되도록 제어하고,
상기 변성막이 식각될 때, 상기 챔버 내부 공간은 상기 예비 압력보다 더 낮은 공정 압력으로 제공되도록 제어하며,
상기 공정 가스가 공급될 때 상기 수증기가 함께 공급되도록 상기 수분 공급관 및 상기 공정 가스 공급부를 제어하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 수분 공급관은 상기 수증기를 캐리어 가스와 혼합된 상태로 공급하는 기판 처리 장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170107074A KR102095983B1 (ko) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170107074A KR102095983B1 (ko) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190021813A KR20190021813A (ko) | 2019-03-06 |
| KR102095983B1 true KR102095983B1 (ko) | 2020-04-02 |
Family
ID=65761165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170107074A KR102095983B1 (ko) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102095983B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302897A (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Sony Corp | ハードエッチングマスクの除去方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2008010661A (ja) * | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法及び基板処理装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0626206B2 (ja) * | 1985-08-28 | 1994-04-06 | エフエスアイ コ−ポレイシヨン | 基板より気相法で膜除去する方法及び装置 |
-
2017
- 2017-08-24 KR KR1020170107074A patent/KR102095983B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302897A (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Sony Corp | ハードエッチングマスクの除去方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2008010661A (ja) * | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法及び基板処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190021813A (ko) | 2019-03-06 |
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