KR102132229B1

KR102132229B1 - Atomic layer etching device

Info

Publication number: KR102132229B1
Application number: KR1020180109632A
Authority: KR
Inventors: 염근영; 박진우; 김두산; 이원오
Original assignee: 성균관대학교 산학협력단
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-07-13
Also published as: KR20200031198A

Abstract

본 발명은 피식각기판이 안착되는 스테이지를 구비하는 반응챔버; 상기 반응챔버 내부에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버의 상부측에 배치된 플라즈마 소스; 및 플라즈마 발생시 형성된 플라즈마 라디컬이 흡착된 상기 피식각기판의 원자층에 열을 가하도록, 상기 플라즈마 소스와 동일평면 상에 또는 플라즈마 소스의 상부에 배치된 열원;을 포함하는 원자층 식각장치에 관한 것으로서, 열원의 오염을 방지하고 흡착효율 및 식각효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다.The present invention is a reaction chamber having a stage on which the substrate to be etched is seated; A plasma source disposed on an upper side of the reaction chamber to generate plasma inside the reaction chamber; And a heat source disposed on the same plane as or above the plasma source so as to apply heat to the atomic layer of the etched substrate on which the plasma radicals formed during plasma generation are adsorbed. It is characterized by preventing the contamination of the heat source and improving the adsorption efficiency and etching efficiency.

Description

Atomic Layer Etching Device {ATOMIC LAYER ETCHING DEVICE}

본 발명은 원자층 식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 발생장치와 열원을 이용하여 효율적으로 피식각기판을 식각할 수 있는 원자층 식각장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer etching apparatus, and more particularly, to an atomic layer etching apparatus capable of efficiently etching an etched substrate using a plasma generator and a heat source.

최근 반도체소자의 고집적화에 대한 요구가 계속되어짐에 따라, 최근 반도체 집적회로의 설계에서 디자인룰이 더욱 감소되어 0.25 ㎛ 이하의 임계치수(Critical Dimension)가 요구되기에 이르렀다.Recently, as the demand for high integration of semiconductor devices continues, the design rules have been further reduced in the design of semiconductor integrated circuits to reach a critical dimension of 0.25 µm or less.

현재 이러한 나노미터급 반도체 소자를 구현하기 위한 식각장비로서 고밀도 플라즈마(High Density Plasma) 식각장치, 반응성이온 식각장치(Reactive Ion Etcher) 등의 이온 강화용 식각장비가 주로 사용되고 있다.Currently, as an etching device for realizing such a nanometer-class semiconductor device, ion-enhanced etching devices such as a high-density plasma etching device and a reactive ion etching device are mainly used.

종래의 식각장치에서 식각하는 방법 중 하나는, 플라즈마 이온을 추출하여 가속하는 방법이 있다. 이 경우, 챔버 내에 가스를 주입하여 반도체기판과 같은 피식각기판에 흡착시키고, 플라즈마 발생 후에 이온만을 추출하여 가속시켜 피식각기판에 충돌시킴으로써, 피식각기판에 흡착된 가스의 분자와 기판표면의 원자를 함께 탈착시킨다. 이 경우, 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체기판에 충돌되기 때문에 반도체기판에 물리적, 전기적 손상이 발생하는 문제점이 있다.One of the methods of etching in the conventional etching apparatus is a method of accelerating by extracting plasma ions. In this case, gas is injected into the chamber to adsorb on the substrate to be etched, such as a semiconductor substrate, and after plasma generation, only ions are extracted and accelerated to collide with the substrate to be etched, and molecules of the gas adsorbed on the substrate to be etched and atoms on the substrate surface Desorb together. In this case, there is a problem in that physical and electrical damage occurs to the semiconductor substrate because ions collide with the semiconductor substrate with energy of several hundred eV.

다른 방법으로는, 피식각기판에 흡착된 가스의 분자를 기판표면의 원자를 탈착시키기 위해, 기판자체를 직접 가열하는 방법도 있다. 이 경우, 가스의 효율적인 흡착을 위해서는 기판을 냉각시켜야 하는데, 가열된 기판을 냉각하는 데에는 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 냉각과 가열을 신속히 전환하기가 어렵고 비용도 많이 드는 문제점이 있다.As another method, there is also a method of directly heating the substrate itself in order to desorb atoms of the gas adsorbed on the substrate to be etched off the atoms on the substrate surface. In this case, the substrate must be cooled for efficient adsorption of gas, and it takes a lot of time to cool the heated substrate, and there is a problem in that it is difficult to quickly switch between cooling and heating and has a high cost.

나노미터급 반도체소자에 있어서, 이온에 의한 물리적, 전기적 손상 등은 소자의 신뢰성을 저하시키고 나아가 생산성을 감소시키는 요인이 되고, 기판을 가열하는 것 또한 비용과 시간 면에서 비효율적이다.In a nanometer-class semiconductor device, physical and electrical damage caused by ions decreases the reliability of the device and further decreases productivity, and heating the substrate is also inefficient in terms of cost and time.

본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열원을 이용하여 피식각기판을 등방성으로 식각하는 동시에 열원의 오염을 방지함에 있다.The object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, by using a heat source to etch the substrate to be etched isotropically while preventing contamination of the heat source.

또한, 피식각기판의 높은 흡착률과 균일한 흡착을 통해, 식각효율도 향상시키는 것을 목적으로 한다.In addition, the object of the present invention is to improve etching efficiency through high adsorption rate and uniform adsorption of the substrate to be etched.

또한, 플라즈마 소스를 변경하지 않고 간단히 열원을 추가함으로써, 식각효율을 크게 향상시키는 것도 목적으로 한다.It is also an object to significantly improve the etching efficiency by simply adding a heat source without changing the plasma source.

상기 과제는, 본 발명에 따라, 피식각기판이 안착되는 스테이지를 구비하는 반응챔버; 상기 반응챔버 내부에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버의 상부측에 배치된 플라즈마 소스; 및 플라즈마 발생시 형성된 플라즈마 라디컬이 흡착된 상기 피식각기판의 원자층에 열을 가하도록, 상기 플라즈마 소스와 동일평면 상에 또는 플라즈마 소스의 상부에 배치된 열원;을 포함하는 원자층 식각장치에 의해 달성될 수 있다.The above object is, according to the present invention, a reaction chamber having a stage on which the substrate to be etched is seated; A plasma source disposed on an upper side of the reaction chamber to generate plasma inside the reaction chamber; And a heat source disposed on the same plane as the plasma source or on the top of the plasma source so as to apply heat to the atomic layer of the etched substrate on which the plasma radical formed during plasma generation is adsorbed. Can be achieved.

상기 열원은 IR 램프, UV 램프, 할로겐 램프, LED, 백열등, 형광등 중 하나 이상인 것이 바람직하다.The heat source is preferably one or more of an IR lamp, UV lamp, halogen lamp, LED, incandescent lamp, fluorescent lamp.

상기 플라즈마 소스가 상기 반응챔버의 둘레를 따라 나선형으로 배치된 경우, 상기 열원은 상기 플라즈마 소스보다 높은 위치에 배열되는 것이 바람직하다.When the plasma source is helically arranged along the circumference of the reaction chamber, it is preferable that the heat source is arranged at a higher position than the plasma source.

상기 플라즈마 소스가 상기 반응챔버의 상측에 배치된 경우, 상기 열원은 상기 플라즈마 소스와 동일평면상에 배열되는 것이 바람직하다.When the plasma source is disposed above the reaction chamber, the heat source is preferably arranged on the same plane as the plasma source.

상기 플라즈마 소스는 회오리 또는 지그재그 형태의 코일로 이루어져 있고, 상기 열원은 상기 플라즈마 소스의 코일 사이에 배열된 복수개의 열원으로 이루어진 것이 바람직하다.The plasma source is composed of a coil in a whirlwind or zigzag shape, and the heat source is preferably composed of a plurality of heat sources arranged between the coils of the plasma source.

상기 복수개의 열원은 피식각기판을 균일하게 가열하도록, 상기 플라즈마 소스의 코일 사이에 균일하게 배열된 것이 바람직하다.Preferably, the plurality of heat sources are uniformly arranged between the coils of the plasma source to uniformly heat the substrate to be etched.

한편, 본 발명은, 피식각기판이 안착되는 스테이지를 구비하는 반응챔버; 상기 반응챔버 내부에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버의 상부측에 배치된 플라즈마 소스; 및 플라즈마 발생시 생성된 플라즈마의 라디컬이 흡착된 피식각기판의 원자층에 열을 가하도록, 상기 반응챔버의 측벽에 배치된, 열원;을 포함하는 원자층 식각장치를 제공할 수 있다.On the other hand, the present invention, the reaction chamber having a stage on which the substrate to be etched is seated; A plasma source disposed on an upper side of the reaction chamber to generate plasma inside the reaction chamber; And a heat source disposed on a sidewall of the reaction chamber to apply heat to an atomic layer of an etched substrate on which the radicals of plasma generated when plasma is generated are adsorbed.

플라즈마 발생영역으로부터 피식각기판을 향해 아래로 이동하는 라디컬과 상기 열원이 접촉하지 않도록, 상기 반응챔버의 측벽에는 외측으로 확장되어 열원을 수용하는 공간이 형성되는 것이 바람직하다.In order to prevent the heat source from coming into contact with the radical moving downward from the plasma generating region toward the substrate to be etched, it is preferable that a space for receiving the heat source is formed on the side wall of the reaction chamber by extending outward.

상기 열원이 배치된 반응챔버의 공간에, 플라즈마의 라티컬과의 접촉을 차단하는 셔터가 설치된 것이 바람직하다.In the space of the reaction chamber in which the heat source is disposed, it is preferable that a shutter is installed to block the plasma from contacting with the radical.

상기 열원이 배치된 반응챔버의 측벽은 광투과성 재질로 구성된 것이 바람직하다.The side wall of the reaction chamber in which the heat source is disposed is preferably made of a light-transmitting material.

본 발명의 식각장치에 의하면, 열원을 이용하여 피식각기판을 등방성으로 식각하면서 열원의 오염을 방지할 수 있다.According to the etching apparatus of the present invention, contamination of the heat source can be prevented while the substrate to be etched is isotropically etched using the heat source.

또한, 피식각기판의 흡착률을 높이면서 균일한 흡착을 통해 식각효율도 향상시킬 수 있다.In addition, the etching efficiency can be improved through uniform adsorption while increasing the adsorption rate of the substrate to be etched.

또한, 플라즈마 소스를 변경하지 않고 간단히 열원을 추가함으로써, 식각효율을 크게 향상시킬 수 있다.Further, by simply adding a heat source without changing the plasma source, etching efficiency can be greatly improved.

도 1은 플라즈마 발생장치를 이용한 원자층 식각장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자층 식각장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자층 식각장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 A-A 라인에 따른 단면도로서, 나선형 타입의 플라즈마 소스와 열원의 배열구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 B-B 라인에 따른 단면도로서, 회오리 형태의 평면형 타입의 플라즈마 소스와 열원의 배열구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 B-B 라인에 따른 단면도로서, 지그재그형태의 평면형 타입의 플라즈마 소스와 열원의 배열구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원자층 식각장치를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 원자층 식각장치를 설명하는 도면이다.1 is a view schematically showing an atomic layer etching apparatus using a plasma generator.
2 is a view illustrating an atomic layer etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating an atomic layer etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2 and is a view showing an arrangement structure of a helical type plasma source and a heat source.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3 and is a view showing an arrangement structure of a plasma type plasma source and a heat source in a tornado shape.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3, and is a view showing an arrangement structure of a zigzag planar type plasma source and a heat source.
7 is a view illustrating an atomic layer etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining an atomic layer etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in one embodiment by using the same reference numerals, and in other embodiments, configurations different from the one embodiment will be described.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 식각방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an atomic layer etching method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 플라즈마 발생장치를 이용한 원자층 식각장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 설명의 편의상 열원은 도시하지 않았다. 도 2와 도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 원자층 식각장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing an atomic layer etching apparatus using a plasma generator, and for convenience of description, a heat source is not illustrated. 2 and 3 are views exemplarily showing the atomic layer etching apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.

본 발명에 따른 원자층 식각장치는 반응챔버(10)와 플라즈마 소스(20)로 이루어진 플라즈마 발생장치에서, 열원을 이용하여 원자층을 식각하는 것에서 출발한다.The atomic layer etching apparatus according to the present invention starts from etching an atomic layer using a heat source in a plasma generating device comprising a reaction chamber 10 and a plasma source 20.

피식각기판(50)은 반응챔버(10) 내부의 하측에 설치된 스테이지(40)에 안착되어, 후술하는 식각처리과정을 통해 표면층인 원자층(52)이 식각된다.The substrate to be etched 50 is seated on the stage 40 installed at the lower side of the reaction chamber 10, and the atomic layer 52, which is a surface layer, is etched through an etching process described later.

반응챔버(10) 내부에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스(20)가 설치되어 있고, 반응챔버(10)에는 예를 들어 가스 주입구(12)를 통해 플라즈마 방전용 가스가 주입된다. 플라즈마 소스(20)는 RF 코일과 같은 전극으로 구성되어, 반응챔버(10)에 주입된 가스를 플라즈마로 변형시킨다.A plasma source 20 for generating plasma is installed inside the reaction chamber 10, and gas for plasma discharge is injected into the reaction chamber 10 through a gas injection hole 12, for example. The plasma source 20 is composed of an electrode such as an RF coil, and transforms the gas injected into the reaction chamber 10 into plasma.

플라즈마 발생시 플라즈마 라디컬(R)과 같은 물질이 생성되며, 플라즈마 라디컬은 피식각기판(50)의 외측표면을 이루는 원자층(52)의 물질인 원자(a)와 결합함으로써, 피식각기판(50)의 표면에 흡착된다. 플라즈마의 라디칼(R)은 매우 불안정한 상태로서 반응성이 매우 강하므로, 원자층(52)을 구성하는 원자의 최외각 전자를 뺏으면서, 원자층(52)의 원자와 화합물을 이루어 흡착된다.When a plasma is generated, a material such as plasma radical (R) is generated, and the plasma radical is combined with an atom (a) which is a material of the atomic layer 52 constituting the outer surface of the substrate to be etched 50, thereby causing the substrate to be etched ( 50). Since the radical R of the plasma is very unstable and highly reactive, the atoms and compounds of the atomic layer 52 are adsorbed while taking away the outermost electrons of the atoms constituting the atomic layer 52.

도 2의 (a)에서 볼 수 있듯이, 플라즈마 라디컬은 아래로 이동하여 피식각기판(50)의 표면을 구성하는 원자층(52)에 흡착된다. 예를 들어, 원자층(52)은 단일 층으로서 피식각기판(50)의 노출된 표면, 즉 피식각기판의 상면과 측면일 수 있다.As shown in FIG. 2(a), the plasma radical moves downward and is adsorbed on the atomic layer 52 constituting the surface of the substrate 50 to be etched. For example, the atomic layer 52 may be an exposed surface of the substrate 50 to be etched as a single layer, that is, the top and side surfaces of the substrate to be etched.

도 2의 (b)에서 볼 수 있듯이, 본원발명에서는 열원(30)을 이용하여 피식각기판(50)을 가열하여 전달된 에너지를 통해, 플라즈마 라디컬이 흡착된 원자층(52)이 피식각기판(50)에서 떨어져 나감으로써 식각이 이루어진다. 예를 들어 열에너지를 전달하는 열원으로서 광원을 사용할 수 있는데, 특히 IR 램프, UV 램프, 할로겐 램프, LED, 백열등, 형광등 등등을 사용할 수 있다. 열원의 종류는 이에 제한되는 것은 아니다.As can be seen in Figure 2 (b), in the present invention, the atomic layer 52 adsorbed by plasma radicals is etched through the energy transferred by heating the etched substrate 50 using a heat source 30. Etching is performed by falling off the substrate 50. For example, a light source can be used as a heat source for transferring heat energy, and in particular, an IR lamp, a UV lamp, a halogen lamp, an LED, an incandescent lamp, or a fluorescent lamp can be used. The type of heat source is not limited thereto.

참고로, 광원이 할로겐 램프인 경우에는 파장(wavelength)이 400nm ~ 800nm이고 온도가 100℃ ~ 500℃ 인 것이 바람직하고, 자외선 램프인 경우에는 파장(wavelength)이 10nm ~ 400nm이고 에너지 준위가 3.1eV ~ 124eV인 것이 바람직하다.For reference, when the light source is a halogen lamp, the wavelength is preferably 400 nm to 800 nm, and the temperature is preferably 100°C to 500°C. In the case of an ultraviolet lamp, the wavelength is 10 nm to 400 nm and the energy level is 3.1 eV. It is preferably ~124 eV.

열에너지는 직진성 뿐만 아니라 퍼짐성(전도성)을 가지고 있으므로, 피식각기판의 표면에 에너지를 모든 방향에서 균일하게 전달할 수 있다. 이를 통해, 피식각기판의 모든 표면을, 예를 들어 원자층의 상면과 측면(트렌치의 측면)을 등방성으로 식각할 수 있다. 즉, 피식각기판의 표면을 높이방향 뿐만 아니라 폭방향과 길이방향으로도 크기를 줄일 수 있다.Since thermal energy has spreadability (conductivity) as well as straightness, energy can be uniformly transmitted in all directions to the surface of the substrate to be etched. Through this, all surfaces of the substrate to be etched can be isotropically etched, for example, the top and side surfaces of the atomic layer (the side surface of the trench). That is, the size of the surface of the substrate to be etched can be reduced not only in the height direction but also in the width direction and the length direction.

종래에 플라즈마 이온의 충돌에 의해 식각을 하는 경우에는, 플라즈마 발생 후 추출된 이온을 가속시켜 수직방향으로 기판에 충돌시켰기 때문에, 기판의 한쪽부분만 식각이 이루어지는 이방성 식각만이 가능했었다. 이와 달리, 본 발명의 경우에는, 모든 방향에서 식각이 진행되는 등방성(isotropic) 식각이 가능하게 되었고, 이러한 등방성 식각을 통해 수 나노미터 크기의 패턴을 용이하게 형성할 수 있어서, 나노급 소자를 더 용이하게 제조할 수 있다.Conventionally, in the case of etching by the collision of plasma ions, since the extracted ions were accelerated and collided with the substrate in the vertical direction after plasma generation, only anisotropic etching in which only one part of the substrate was etched was possible. On the other hand, in the case of the present invention, isotropic etching in which etching proceeds in all directions has become possible, and through such isotropic etching, patterns having a size of several nanometers can be easily formed, thereby further forming a nano-class device. It can be easily manufactured.

도 2의 (b)에서는, 열원(30)에 의해 피식각기판(50) 측으로 에너지가 전달됨으로써, 라디컬(R)과 결합된 피식각기판(50)의 원자층(52)의 원자(a)들이 함께 등방성으로 떨어져 나가는 것을 예시적으로 나타내고 있다. 이해를 돕기 위해 도 2의 (b)에서, 피식각기판(50)에서 원자층이 제거된 부분을 점선으로 표시하였다.In (b) of FIG. 2, energy is transferred to the etched substrate 50 by the heat source 30, so that atoms (a) of the atomic layer 52 of the etched substrate 50 combined with the radical R ) Are illustratively showing that they fall off isotropically together. In order to facilitate understanding, (b) of FIG. 2, a portion in which the atomic layer is removed from the etched substrate 50 is indicated by a dotted line.

반응챔버(10) 내에서 플라즈마가 발생될 때, 플라즈마 발생 영역에서 라디컬과 같은 물질이 생성되며, 이 물질은 아래로 이동하게 된다.When plasma is generated in the reaction chamber 10, a material such as radicals is generated in the plasma generation region, and the material moves downward.

라디컬이 발생된 영역과 라디컬이 이동하는 경로 상에 열원이 배치되어 있는 경우에는, 열원의 표면에 플라즈마 라디컬이 부착되어 열원이 오염될 수 있고, 이로써 피식각기판에 열을 전달하는 효율이 떨어지게 되며, 균일하게 열이 전달되지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 열원이 라디컬의 이동경로 상에 배치되어 라디컬의 이동을 방해하면 피식각기판(50)에 라디컬이 균일하게 흡착되지 못할 수 있는데, 이 경우 열이 균일하게 전달되어도, 불균일한 식각이 발생하여 제품의 품질이 떨어질 수 있다.When a heat source is disposed on a region where a radical is generated and a path through which the radical is moved, plasma radicals may be attached to the surface of the heat source to contaminate the heat source, thereby transferring heat to the substrate to be etched. This will fall off, and heat may not be transferred uniformly. In addition, when the heat source is disposed on the movement path of the radical and interferes with the movement of the radical, the radical may not be uniformly adsorbed on the etched substrate 50. In this case, even when the heat is uniformly transferred, it is uneven. Etching may occur and product quality may deteriorate.

따라서, 라디컬이 발생된 영역과 라디컬이 이동하는 경로 상에 열원이 배치되어 있는 경우에는, 오염된 열원을 세척으로 인해 작업이 중단되고 시간과 비용이 증가되고, 뿐만 아니라 균일한 식각도 이루어지지 아니하여 제품 품질에 하자가 생긴다.Therefore, when a heat source is disposed on a region where the radicals are generated and a path through which the radicals move, the operation is interrupted by washing the contaminated heat source, time and cost are increased, and uniform etching is also achieved. Failure to do so leads to defects in product quality.

본원발명의 일 일시예에 따르면, 도 2에 도시된 것처럼 열원(30)은 플라즈마 소스(20) 보다 높은 곳에 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 것처럼 열원(30)은 플라즈마 소스(20)와 동일한 높이에 배치되도록 플라즈마 소스와 동일평면상에 배치될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the heat source 30 may be disposed above the plasma source 20. According to another embodiment, as shown in FIG. 3, the heat source 30 may be disposed on the same plane as the plasma source to be disposed at the same height as the plasma source 20.

도 2의 실시예에 따르면, 플라즈마 소스(20)가 나선형 타입으로 구성되어 있다. 플라즈마 소스(20)는 나선형의 코일형태로 이루어져, 반응챔버(10)의 상단영역에서 반응챔버(10)의 벽면을 하나 이상의 층으로 둘러싸면서 감겨 있는 형태로 배치되어 있다.According to the embodiment of Fig. 2, the plasma source 20 is configured in a spiral type. The plasma source 20 is formed in a helical coil shape, and is arranged in a form wound around the wall surface of the reaction chamber 10 in one or more layers in the upper region of the reaction chamber 10.

도 2의 실시예에서는, 열원(30)이 플라즈마 소스(20) 보다 높은 곳에, 즉 반응챔버(10)의 상부측에 배치되어 있을 수 있다. 플라즈마 라디컬에 의해 오염되지 않는다. In the embodiment of Fig. 2, the heat source 30 may be disposed above the plasma source 20, that is, on the upper side of the reaction chamber 10. It is not contaminated by plasma radicals.

이때, 열원(30)은 하나일 수 있으나, 바람직하게는 도 4에 도시된 것처럼 복수개로 이루어져 균일하게 분포될 수 있다.At this time, the heat source 30 may be one, but preferably, as shown in FIG. 4, a plurality of heat sources may be uniformly distributed.

도 3의 실시예에 따르면, 플라즈마 소스(20)가 평면형으로 구성되어 있다. 예를 들어 플라즈마 소스(20)는 단일 층의 코일 형태로 반응챔버(10)의 상부 측에 배치되어 있다. 평면형 플라즈마 소스(20)는 도 5에 도시되어 있듯이 회오리 형태로 감겨 있는 형태일 수 도 있고, 도 6에 도시된 것처럼 지그재그 형태로 이루어질 수도 있다. 이러한 플라즈마 소스의 형태는 예시적인 것으로서, 위에 설명된 형태에 한정되지 않는다. According to the embodiment of Fig. 3, the plasma source 20 is configured in a planar shape. For example, the plasma source 20 is disposed on the upper side of the reaction chamber 10 in the form of a single layer coil. The planar plasma source 20 may be wound in a tornado shape as shown in FIG. 5, or may be formed in a zigzag shape as shown in FIG. The form of the plasma source is exemplary and is not limited to the form described above.

도 3의 실시예에서는, 예를 들어, 열원(30)이 플라즈마 소스(20)를 구성하는 코일과 동일 평면 상에 배치될 수 있고, 열원이 복수개로 이루어진 경우 플라즈마 소스(20)의 코일 사이에 균일하게 배치되는 것이 바람직하다.In the embodiment of FIG. 3, for example, the heat source 30 may be disposed on the same plane as the coils constituting the plasma source 20, and when the heat source is formed of a plurality of coils between the coils of the plasma source 20, It is desirable to arrange them uniformly.

도 4 내지 도 6에 도시된 복수개의 열원은 균일하게 배열됨으로써, 등방성 식각이 일어나도록 피식각기판의 원자층을 균일하게 가열할 수 있다.The plurality of heat sources shown in FIGS. 4 to 6 are uniformly arranged, so that the atomic layer of the substrate to be etched can be uniformly heated to cause isotropic etching.

플라즈마 발생영역(P)은 플라즈마 소스(20)의 아래쪽 또는 플라즈마 소스와 동일한 높이에 형성된다. 이때, 플라즈마 발생시 생성되는 라디컬(R)은 플라즈마 발생영역(P)으로부터 아래로 이동하는데, 열원(30)은 플라즈마 소스보다 더 높은 곳에 배치되어 있거나 동일한 높이에 있다. 따라서, 열원(30)은 라디컬(R)의 이동경로 상에 놓여 있지 않고, 이로써 열원(30)은 라디컬(R)에 의해 오염되지 않고 라디컬(R)이 피식각기판(50)으로 이동하는 것을 방해하지도 않는다.The plasma generation region P is formed below the plasma source 20 or at the same height as the plasma source. At this time, the radicals R generated during plasma generation move downward from the plasma generation region P, and the heat source 30 is disposed higher than the plasma source or is at the same height. Therefore, the heat source 30 is not placed on the moving path of the radical R, whereby the heat source 30 is not contaminated by the radical R and the radical R is etched to the substrate 50 to be etched. It does not interfere with movement.

또 다른 실시예로서, 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 본원발명의 원자층 식각장치에 사용되는 열원(30)은 반응챔버(10)의 측벽에 배치될 수 있다.As another embodiment, as illustrated in FIGS. 7 and 8, the heat source 30 used in the atomic layer etching apparatus of the present invention may be disposed on the sidewall of the reaction chamber 10.

도 7의 실시예에서는, 열원(30)은 측벽에 배치되되, 아래로 이동하는 플라즈마 라디컬(R)과 접촉하지 않도록, 반응챔버(10)의 측벽부분(16)이 외측으로 확장되어 공간을 형성하고, 이 공간 내에 열원(30)을 설치할 수 있다. 이로써 열원(30)이 라디컬의 이동경로에서 벗어나 있게 되므로, 열원의 오염을 방지할 수 있다.In the embodiment of FIG. 7, the heat source 30 is disposed on the side wall, and the side wall portion 16 of the reaction chamber 10 is expanded to the outside so as not to contact the plasma radical R moving downward. It is possible to form and install the heat source 30 in this space. Accordingly, since the heat source 30 is deviated from the movement path of the radical, contamination of the heat source can be prevented.

한편, 열원(30)이 위치하는 측벽부분(16)에는 셔터(18)가 설치될 수 있다. 셔터(18)는 라디컬(R)이 열원이 위치하는 공간으로 유입되는 것을 추가로 방지할 수 있다.On the other hand, a shutter 18 may be installed on the side wall portion 16 where the heat source 30 is located. The shutter 18 may further prevent the radical R from entering the space where the heat source is located.

열원(30)이 배치된 반응챔버의 측벽부분(16)과 셔터(18)는 빛이 투과할 수 있는 유리, 쿼츠, 사파이어 등등의 광투과성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.The side wall portion 16 and the shutter 18 of the reaction chamber in which the heat source 30 is disposed are preferably made of a light-transmitting material such as glass, quartz, sapphire, etc. through which light can pass.

도 8의 실시예의 경우 열원(30)이 반응챔버(10)의 측벽의 바깥쪽에 배치되어 있다. 열원이 반응챔버의 외부에 배치되면, 원천적으로 라디컬의 오염으로부터 벗어날 수 있다. 또한, 도 8에서 열원이 배치된 반응챔버의 측벽부분(16)도 빛이 투과할 수 있는 광투과성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.In the case of the embodiment of Figure 8, the heat source 30 is disposed outside the side wall of the reaction chamber 10. When the heat source is disposed outside the reaction chamber, it is possible to fundamentally escape the contamination of the radicals. In addition, the side wall portion 16 of the reaction chamber in which the heat source is disposed in FIG. 8 is also preferably made of a light-transmitting material through which light can pass.

스테이지(40)에는 피식각기판(50)을 냉각시키는 냉각수단이 설치될 수 있다. 냉각수단은 라디컬의 흡착시 피식각기판(50)을 냉각하도록 제어될 수 있고, 이를 통해, 원자층(52)의 흡착률은 향상되며, 피식각기판(50)이 라디컬에 노출되는 시간도 단축시킬 수 있다.The stage 40 may be provided with cooling means for cooling the substrate 50 to be etched. The cooling means may be controlled to cool the etched substrate 50 upon adsorption of the radicals, through which the adsorption rate of the atomic layer 52 is improved, and the time during which the etched substrate 50 is exposed to the radicals Can also be shortened.

아래에서는, 본 발명의 식각장치의 작동에 대해서 간단히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the etching apparatus of the present invention will be briefly described.

본 발명은 기본적으로 플라즈마 라디컬을 피식각기판에 흡착시키는 흡착공정과, 열원을 이용하여 피식각기판을 식각하는 식각공정으로 구성되며, 흡착공정과 식각공정 사이와 식각공정이 종료된 후에 반응챔버 내부에 퍼지가스를 주입하여 반응챔버 내부의 물질을 배출하는 퍼지공정이 있을 수 있다. 흡착공정, 퍼지공정, 식각공정, 퍼지공정으로 구성된 한 사이클의 공정이 수행될 때마다, 피식각기판으로부터 원자층을 한층씩 제거할 수 있다. 구체적으로는 아래와 같다.The present invention basically consists of an adsorption process for adsorbing plasma radicals to an etched substrate, and an etching process for etching the etched substrate using a heat source, and a reaction chamber between the adsorption process and the etching process and after the etching process is finished There may be a purge process for discharging substances inside the reaction chamber by injecting a purge gas therein. Whenever a cycle process consisting of an adsorption process, a purge process, an etching process, and a purge process is performed, the atomic layer can be removed one by one from the substrate to be etched. Specifically, it is as follows.

반응챔버(10) 내부의 하부측에 피식각기판(50)을 설치한다. An etched substrate 50 is installed on the lower side inside the reaction chamber 10.

이어서, 반응챔버(10)에 주입구(12)를 통해 플라즈마 방전용 가스를 주입하고, 플라즈마 소스(20)를 통해 반응챔버(10) 내에서 플라즈마를 발생시킨다. 이때 생성된 플라즈마의 라디컬이 아래로 이동하여 피식각기판(50)의 표면에 흡착된다. 피식각기판(50)의 표면에 흡착되지 않고 반응챔버(10) 내부에 남아 있는 플라즈마의 라디컬을 포함한 물질들은, 퍼지(purge) 공정을 통해 외부로 배출시켜 제거할 수 있다.Subsequently, a gas for plasma discharge is injected into the reaction chamber 10 through the injection hole 12, and plasma is generated in the reaction chamber 10 through the plasma source 20. At this time, the radicals of the generated plasma move downward and are adsorbed on the surface of the substrate to be etched 50. Materials containing radicals of plasma remaining inside the reaction chamber 10 without being adsorbed to the surface of the substrate to be etched 50 may be removed by being discharged to the outside through a purge process.

열원(30)을 작동시켜, 플라즈마 라디컬(R)이 결합된 피식각기판(50)의 원자층(52)의 원자(a)들이 피식각기판(50)으로부터 분리되어 떨어져 나감으로써, 피식각기판(50)이 등방성으로 식각된다.By operating the heat source 30, the atoms (a) of the atomic layer 52 of the etched substrate 50 to which the plasma radicals R are combined are separated from the etched substrate 50 and separated, thereby etching The substrate 50 is etched isotropically.

이어서, 라디컬과 함께 분리된 원자층(52)의 물질들을 퍼지(purge) 공정에 의해 배출구(14)를 통해 외부로 배출시킬 수 있다.Subsequently, the materials of the atomic layer 52 separated together with the radical may be discharged to the outside through the outlet 14 by a purge process.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various types of embodiments within the scope of the appended claims. Any person skilled in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims is deemed to be within the scope of the claims of the invention to a wide range that can be modified.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 반응챔버
20: 플라즈마 소스
30: 열원
40: 스테이지
50: 피식각기판
52: 원자층
P: 플라즈마 발생영역
R: 라디컬
a: 원자 ※Explanation of symbols for the main parts of the drawing※
10: reaction chamber
20: plasma source
30: heat source
40: Stage
50: substrate to be etched
52: atomic layer
P: Plasma generation area
R: radical
a: atom

Claims

A reaction chamber having a stage on which the substrate to be etched is seated;
A plasma source disposed above the reaction chamber to generate a plasma inside the reaction chamber; And
When plasma is generated, heat is applied to the atomic layer of the etched substrate to which the plasma radical generated is adsorbed, so that the atomic layer adsorbed by the plasma radical is isotropically etched away from the etched substrate, and is flush with the plasma source. Heat source disposed on; includes,
For the isotropic etching, the plasma source disposed on the upper side of the reaction chamber is composed of a coil in a whirl or zigzag shape, and the heat source is uniformly distributed between the coils of the plasma source to uniformly heat the substrate to be etched. Atomic layer etching apparatus, characterized in that consisting of a plurality of heat sources.

According to claim 1,
The heat source is an atomic layer etching apparatus, characterized in that at least one of an IR lamp, UV lamp, halogen lamp, LED, incandescent lamp, fluorescent lamp.

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