KR102281826B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 안정성 및 공정 재현성이 높은, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법이 제공된다. 상기 기판 처리 방법은 플라즈마 생성 영역과, 상기 플라즈마 생성 영역과 분리된 프로세스 영역을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고, 상기 프로세스 영역 내에, 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판이 배치되고, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하여 상기 프로세스 영역을 수소 분위기로 형성하고, 상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성하고, 상기 생성된 플라즈마를 상기 프로세스 영역에 제공하여, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 것을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 또는 디스플레이 장치를 제조할 때에는, 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정이 사용될 수 있다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은, 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식, 이 둘을 혼합한 방식 등이 있다.
한국공개특허 제10-2016-0129769호 (공개일: 2016.11.09.)
그런데, 산화물(예를 들어, SiO2) 대비 실리콘(예를 들어, 폴리 실리콘)을 선택적으로 제거하기 위해서, 불소계 가스와 수소계 가스를 이용하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 그런데, 선택비에 영향을 주는 가스(예를 들어, 수소계 가스)의 유량을 변경할 경우, 플라즈마의 안정성이 떨어질 수 있고, 공정 재현성에 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해서 공정 마진의 확장이 어려워진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플라즈마 안정성 및 공정 재현성이 높은, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 플라즈마 안정성 및 공정 재현성이 높은, 플라즈마를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 일 면(aspect)은, 플라즈마 생성 영역과, 상기 플라즈마 생성 영역과 분리된 프로세스 영역을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고, 상기 프로세스 영역 내에, 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판이 배치되고, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하여 상기 프로세스 영역을 수소 분위기로 형성하고, 상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성하고, 상기 생성된 플라즈마를 상기 프로세스 영역에 제공하여, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 것을 포함한다.
또한, 상기 플라즈마를 생성하는 기간과, 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과, 상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안에, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 수소 분위기를 형성하는 기간과, 상기 플라즈마를 생성하는 기간과, 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과, 상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안, 제공되는 상기 수소계 가스의 유량은 일정할 수 있다.
또한, 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 것은, 제1 처리기간 동안 상기 수소계 가스를 제1 유량으로 제공하고, 상기 제1 처리기간 후 제2 처리기간 동안 상기 수소계 가스를 상기 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 제공할 수 있다.
또한, 상기 수소 분위기를 형성하는 기간과, 상기 플라즈마를 생성하는 기간에, 상기 수소계 가스를 상기 제1 유량으로 제공할 수 있다.
또한, 상기 수소계 가스는 수소 또는 암모니아를 포함하고, 상기 불소계 가스는 삼불화질소 또는 사불화탄소를 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면은, 플라즈마 생성 영역과, 상기 플라즈마 생성 영역에 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부를 포함하며, 상기 제1 가스를 이용하여 상기 플라즈마 생성 영역 내에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 모듈; 상기 플라즈마 생성 영역과 분리되고, 기판이 처리되는 프로세스 영역; 상기 프로세스 영역 내에 배치되어, 상기 기판을 지지하는 지지 모듈; 및 상기 플라즈마 생성 모듈에 의해서 상기 플라즈마가 생성되기 전의 제1 기간 동안과, 상기 플라즈마 생성 모듈에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안과, 상기 기판의 처리가 종료된 후의 제2 기간 동안에, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부를 포함한다.
상기 제1 가스는 불소계 가스이고, 상기 제2 가스는 수소계 가스이다.
상기 기판은 실리콘층과 산화물층을 포함하고, 상기 생성된 플라즈마에 의해서, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층이 선택적으로 제거될 수 있다.
상기 플라즈마가 생성되기 전의 제1 기간 동안과, 상기 플라즈마 생성 모듈에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안과, 상기 기판의 처리가 종료된 후의 제2 기간 동안에, 상기 제2 가스 제공부가 제공하는 제2 가스의 유량은 일정할 수 있다.
상기 플라즈마 생성 모듈은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식으로 플라즈마를 생성할 수 있다.
상기 제2 가스 제공부는 상기 프로세스 영역에 상기 제2 가스를 제공하는 가스 분사 부재를 포함하고, 상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안, 상기 가스 분사 부재의 온도와, 상기 지지 모듈의 온도는 서로 동일할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안, 상기 지지 모듈의 온도는 100℃ 이상일 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 플라즈마 생성 영역; 상기 플라즈마 생성 영역과 분리된 프로세스 영역; 상기 프로세스 영역 내에 배치되어, 상기 기판을 지지하는 지지 모듈; 상기 플라즈마 생성 영역 내에, 플라즈마 생성을 위한 불소계 가스를 제공하는 제1 가스 제공부; 및 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 제2 가스 제공부를 포함하고, 상기 지지 모듈 상에 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판이 배치되고, 상기 제2 가스 제공부는 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하여 상기 프로세스 영역을 수소 분위기로 형성하고, 상기 제1 가스 제공부는 상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성하고, 상기 생성된 플라즈마가 상기 프로세스 영역에 제공되어, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층이 선택적으로 제거된다.
여기서, 상기 플라즈마를 생성하는 기간과, 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과, 상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안에, 상기 제2 가스 제공부는, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 수소계 가스의 제공 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 산화물층과 실리콘층이 형성된 기판을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 5는 수소계 가스의 제공 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치는 플라즈마 생성 모듈(110)을 포함하고, 플라즈마 생성 모듈(110)은 플라즈마 생성 영역(101), 제1 가스 제공부(130) 등을 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치는 프로세스 영역(102), 지지 모듈(90), 제2 가스 제공부(120)를 더 포함할 수 있다.
제1 가스 제공부(130)는 플라즈마 생성을 위한 제1 가스를 플라즈마 생성 영역(101)에 제공한다. 예를 들어, 제1 가스는 불소계 가스(예를 들어, 삼불화질소 또는 사불화탄소를 포함)일 수 있다. 후술하는 것과 같이, 불소계 가스는 실리콘층을 제거(식각, 세정 등)하기 위해 사용될 수 있다. 제1 가스는 공정 종류(예를 들어, 피식각 물질, 식각 프로파일의 형태 등)에 따라 변경될 수 있다.
또한, 추가적으로, 불활성 가스(inert gas)가 제1 가스와 함께 플라즈마 생성 영역(101)에 같이 제공될 수 있다. 불활성 가스는 예를 들어, Ar, He를 포함할 수 있다.
도 1에서는 명확하게 도시하지 않았으나, 플라즈마 생성 모듈(110)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식으로 플라즈마를 생성할 수 있다.
CCP 방식으로 플라즈마를 생성할 때에는, 예를 들어, 고주파(RF) 전원이 연결된 상부 전극과, 접지와 연결된 하부 전극 사이의 영역이 플라즈마 생성 영역(101)이 될 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 제1 가스를 플라즈마로 이온화시킬 수 있다.
ICP 방식으로 플라즈마를 생성할 때에는, 예를 들어, 고주파 전원이 연결된 안테나(또는 코일)에 의해서 플라즈마 생성 영역(101)에 유도 전기장이 형성되고, 이를 이용해서 제1 가스를 플라즈마로 이온화시킬 수 있다.
특히, 플라즈마 생성 영역(101)은 프로세스 영역(102)과 서로 분리되어 있다. 즉, 플라즈마 생성 모듈(110)은 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식일 수 있다. 별도로 도시하지 않았으나, 예를 들어, 플라즈마 생성 영역(101)과 프로세스 영역(102) 사이에는 가스 분사 부재(즉, 샤워 헤드)(122)가 배치될 수 있다. 가스 분사 부재(122)에는 제1홀(관통홀)이 설치되어, 플라즈마 중 일부(구체적으로, 라디칼 종 또는 대전되지 않은 중성 종(radical species or uncharged neutral species)가 플라즈마 생성 영역(101)에서 프로세스 영역(102)으로 이동할 수 있다.
지지 모듈(90)은 프로세스 영역(102) 내에 배치되어, 기판(W)을 지지한다. 지지 모듈(90)은 정전척(ESC; Electro-Static Chuck), 기계식 척, 진공 척 등 다양하게 구현될 수 있다. 기판(W)은 실리콘층과 산화물층을 포함할 수 있다(도 4 참조).
프로세스 영역(102)에서는 식각 공정 또는 세정 공정이 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 프로세스 영역(102)에서는 플라즈마를 이용한 공정이라면 어떤 것이든 가능하다.
제2 가스 제공부(120)는 플라즈마 생성 영역(101)을 거치지 않고, 프로세스 영역(102)에 제2 가스를 제공한다. 예를 들어, 가스 분사 부재(122)에는 제2 가스를 제공하기 위한 제2홀이 설치되어 있다. 제2 가스 제공부(120)는 가스 분사 부재(122)의 제2홀을 통해서, 프로세스 영역(102)으로 직접 제공된다. 예를 들어, 제2 가스는 수소계 가스(예를 들어, 수소 또는 암모니아를 포함)일 수 있다.
수소계 가스의 양을 조절함으로써, 실리콘층과 산화물층 사이의 식각 선택비 또는 식각속도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 수소계 가스는 불소 라디칼의 레벨을 제어하는 데 사용된다. 수소계 가스의 수소 성분은 불소 라디칼과 화학적으로 결합하여 불화수소(HF)를 생성하고 불화가스는 챔버 밖으로 배기된다. 수소계 가스의 유량이 증가할수록 산화물층 대비 실리콘층을 선택적으로 더 많이 제거할 수 있다. 수소계 가스의 유량이 일정 유량(예를 들어, 1000sccm) 이상이 되면, 실리콘층은 계속 식각되지만 산화물층은 더 이상 식각되지 않을 수 있다.
또한, 수소계 가스는 산화물층을 패시베이션(passivation)하는 역할도 한다. 즉, 수소계 가스가 산화물층과 일부 결합함으로써, 불소 라디칼이 산화물층과 접촉하는 것을 어렵게 한다. 따라서 수소계 가스의 유량이 커지면, 산화물층은 잘 식각되지 않는다.
이와 같이 수소계 가스의 유량을 조절함으로써, 실리콘층과 산화물층 사이의 식각 선택비를 안정적으로 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3은 수소계 가스의 제공 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 산화물층과 실리콘층이 형성된 기판을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 산화물층과 실리콘층의 배치는 예시적인 것에 불과하고, 권리범위가 이에 한정되지 않는다.
우선, 플라즈마 생성 영역(도 1의 101 참조)과, 플라즈마 생성 영역(101)과 분리된 프로세스 영역(도 1의 102 참조)을 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선, 프로세스 영역(102) 내에, 지지 모듈(90) 상에 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판(W)이 배치된다(S5). 예를 들어, 기판(W)에는 도 4에 도시된 것과 같이, 하부층(201) 상에 실리콘층(220)과 산화물층(210)이 노출되어 배치된 형태일 수 있다. 하부층(201)은 Si, SiGe, SiO2, SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 특정한 물질층으로 한정되지 않는다. 실리콘층(220)은 예를 들어, 폴리실리콘 또는 아몰포스실리콘을 포함할 수 있고, 산화물층(210)은 예를 들어, SiO2을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이어서, 플라즈마 생성 영역(101)을 거치지 않고 프로세스 영역(102)에 수소계 가스를 제공하여 프로세스 영역(102)을 수소 분위기로 형성한다(S10).
구체적으로, 수소계 가스(예를 들어, 수소 가스)가 가스 분사 부재(122)의 제2홀을 통해서 프로세스 영역(102)에 제공될 수 있다. 가스 분사 부재(122)에는 히터가 설치되어 있고, 가스 분사 부재(122)는 히터에 의해 기설정된 온도(예를 들어, 100℃ 이상, 바람직하게는 100℃~200℃)로 유지될 수 있다. 또한, 지지 모듈(90)의 온도는 기설정된 온도(예를 들어, 100℃ 이상, 바람직하게는 100℃~200℃)일 수 있다.
가스 분사 부재(122)의 온도와, 지지 모듈(90)의 온도는 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 프로세스 영역(102)의 하측에는 지지 모듈(90)이 위치되고, 프로세스 영역(102)의 상측에는 가스 분사 부재(122)가 위치하고 있으므로, 지지 모듈(90)과 가스 분사 부재(122)의 온도를 실질적으로 동일하게 유지함으로써, 프로세스 영역(102)의 온도를 원하는 범위 내에서 제어할 수 있다.
이와 같이, 프로세스 영역(102)이 수소 분위기가 됨으로써, 기판(W)의 노출된 산화물층(210)은 수소계 가스에 의해 패시베이션되기 시작한다.
이어서, 플라즈마 생성 영역(101)에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성한다(S20). 전술한 것과 같이, 불소계 가스(예를 들어, 삼불화질소)가 플라즈마 생성 영역(101)에 제공되어, CCP 방식 또는 ICP 방식에 의해서 플라즈마가 생성된다.
플라즈마를 생성하는 기간 동안에도, 수소계 가스는 프로세스 영역(102)에 계속적으로 제공되어, 기판(W)의 노출된 산화물층(210)은 수소계 가스에 의해 패시베이션된다.
이어서, 생성된 플라즈마를 프로세스 영역에 제공하여, 산화물층(210) 대비 실리콘층(220)을 선택적으로 제거한다(S30).
구체적으로, 가스 분사 부재(122)에는 제1홀(관통홀)이 설치되어, 플라즈마 중 일부(구체적으로, 라디칼 종 또는 대전되지 않은 중성 종(radical species or uncharged neutral species)가 플라즈마 생성 영역(101)에서 프로세스 영역(102)으로 이동된다. 이동된 불소 라디칼에 의해서 산화물층 대비 실리콘층을 선택적으로 제거할 수 있다.
실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간(S30) 동안에도, 수소계 가스는 프로세스 영역(102)에 계속적으로 제공되어, 기판(W)의 노출된 산화물층(210)은 수소계 가스에 의해 패시베이션될 수 있다.
실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간(S30) 동안에도, 가스 분사 부재(122)의 온도와, 지지 모듈(90)의 온도는 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 지지 모듈(90)과 가스 분사 부재(122)의 온도를 실질적으로 동일하게 유지함으로써, 프로세스 영역(102)의 온도를 원하는 범위 내에서 제어할 수 있다. 여기서, 지지 모듈(90) 및 가스 분사 부재(122)의 온도는 기설정된 온도(예를 들어, 100℃ 이상, 바람직하게는 100℃~200℃)일 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 플라즈마가 생성되기 전에 프로세스 영역(102)을 수소 분위기로 형성하는 기간(S10, 제1 기간) 동안과, 플라즈마 생성 모듈(110)에 의해 플라즈마를 생성하는 기간(S20), 생성된 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 처리 기간(즉, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간)(S30) 동안에, 수소계 가스는 플라즈마 생성 영역(101)을 거치지 않고 프로세스 영역(102)에 제공된다.
특히, 도 3에 도시된 것과 같이, 수소 분위기를 형성하는 기간(S10), 플라즈마를 생성하는 기간(S20), 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간(S30) 동안에 제공되는 수소계 가스의 유량은 일정할 수 있다. 예를 들어, 수소계 가스의 유량은 약 1000 sccm 일 수 있다.
위 기간(S10, S20, S30) 동안, 지지 모듈(90)의 온도 및 가스 분사 부재(122)의 온도도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기간(즉, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간)(S30) 이후에, 프로세스 영역(102) 내에는 불소 라디칼이 남아 있을 수 있다. 남아있는 불소 라디칼을 제거하기 위해서, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간(S30) 후 기설정된 기간 동안(즉, 제2 기간 동안) 수소계 가스는 더 제공될 수 있다. 공정의 안정화를 위해서, 수소계 가스의 유량은 이전 단계(S10, S20, S30)에서 제공되던 유량(예를 들어, 약 1000sccm)과 실질적으로 동일할 수 있다. 수소계 가스가 남아있는 불소 라디칼과 결합하여 불화수소(HF)가 생성되고, 생성된 불화수소는 배기될 수 있다. 공정의 안정화를 위해서, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간(S30) 후 기설정된 기간 동안(즉, 제2 기간 동안), 지지 모듈(90) 및 가스 분사 부재(122)도 기설정된 온도(예를 들어, 100℃ 이상, 바람직하게는 100℃~200℃)로, 일정하게 유지될 수 있다.
도 5는 수소계 가스의 제공 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위해서 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한 것은 생략하기로 한다.
도 5를 설명하면, 수소 분위기를 형성하는 기간(S10)과, 플라즈마를 생성하는 기간(S20)에 수소계 가스를 제1 유량으로 제공한다.
이어서, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다(S30). 그런데, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기간(즉, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간)(S30)은 제1 처리기간(S31)과 제2 처리기간(S32)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 처리기간(S31) 동안 수소계 가스를 제1 유량(예를 들면, 약 1000 sccm)으로 제공하고, 제1 처리기간(S31) 후 제2 처리기간(S32) 동안 수소계 가스를 제1 유량보다 많은 제2 유량(예를 들어, 약 1200~1300sccm)으로 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 하부층(201)이 산화물층이라고 하자. 제1 처리기간(S31) 동안 실리콘층(220)이 제거되면서, 하부층(201)이 노출되기 시작할 수 있다. 즉, 실리콘층(220)이 완전히 제거되지 않았지만(예를 들어, 하부층(201)과 산화물층(210) 사이의 경계 부분, 산화물층(210)의 측벽 부분 등에는 실리콘층(220)이 남아 있음), 하부층(201)이 일부 노출된다. 따라서, 노출된 하부층(201)이 식각되는 것을 방지하기 위해 수소계 가스의 유량을 추가적으로 늘린다. 늘어난 수소계 가스는 노출된 하부층(201)을 빠르게 패시베이션할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 남아 있는 실리콘층(220)을 완전히 제거하는 동안 하부층(201)을 보호할 수 있다.
제2 처리기간(S32)이 종료된 후에도, 남아 있는 불소 라디칼을 제거하기 위해서 수소계 가스를 기설정된 시간(제2 시간)동안 제2 유량으로 계속 제공할 수 있다.
이하에서는, 플라즈마 생성 모듈이 CCP(용량 결합형 플라즈마) 방식으로 구현된 경우로 구현된 경우를 예로서 설명한다. ICP(유도 결합형 플라즈마) 방식, 마이크로파 플라즈마(MWP; Micro-Wave Plasma) 방식, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 방식, SWP(Surface Wave Plasma) 방식, 헬리콘파 플라즈마(Helicon Wave Plasma) 방식, 전자 빔 플라즈마(e-beam Plasma) 방식 등 다른 형태로 구현되는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 CCP(용량 결합형 플라즈마) 방식으로 구현된 경우이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는 CCP 유닛(1102), 프로세싱 챔버(1100), 가스 유입구(1116), 플라즈마 생성 영역(1112), 프로세스 영역(1130), 지지 모듈(1150) 등을 포함한다. 제어 모듈은 플라즈마 생성, 공정 제어를 위해서 CCP 유닛(1102), 프로세싱 챔버(1100), 가스 공급 모듈(1114), 지지 모듈(1150) 등을 제어한다. 여기서, 플라즈마 생성 영역(1112)은 도 1의 플라즈마 생성 영역(101)에 대응되고, 프로세스 영역(1130)은 도 1의 프로세스 영역(102)에 대응된다.
여기서, CCP 유닛(1102)는 리드(lid)(1106), 스페이서(1108), 그리드 전극(grid electrode)(1110)을 포함한다. 리드(1106)와 그리드 전극(1110) 사이의 플라즈마 생성 영역(1112)에서 플라즈마가 형성된다. 리드(1106)는 제1 전원(예를 들어, 고주파 전원)이 전기적으로 연결된다. 그리드 전극(1110)은 제2 전원(예를 들어, 접지 전원)과 전기적으로 연결된다. 리드(1106)와 그리드 전극(1110)는 리드(1106)와 그리드 전극(1110) 사이에 인입되는 가스를 플라즈마로 이온화시킬 수 있도록 충분히 강한 자기장을 발생시키기 위해서, 서로에 대해서 전기적으로 바이어스될 수 있는 전기 전도성 전극들이다.
리드(1106)는 가스 박스(gas box), 블록커 플레이트(blocker plate), 페이스 플레이트(face plate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 다수의 컴포넌트는 단일 전극(상부 전극)으로서 기능을 하기 위해 직접적 또는 간접적으로 기계적/전기적으로 연결될 수 있다. 또는 일체화되어 있을 수 있다.
그리드 전극(1110)은 이온 블록커 플레이트(ion blocker plate)를 포함하여, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종(uncharged neutral species or radical species)을 통과시키고 대전된 종(ionically-charged species)의 통과를 억제할 수 있다. 또한, 그리드 전극(1110)은 샤워 헤드(가스 분사 부재(122))를 포함하여, 제2 가스 제공부(120)에서 제공되는 제2 가스(즉, 수소계 가스)를 프로세스 영역(1130)으로 제공한다. 이온 블록커 플레이트와 샤워 헤드는 단일 전극(하부 전극)으로서 기능을 하기 위해서 직접적 또는 간접적으로 기계적/전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 일체화되어 있을 수 있다.
스페이서(1108)는 리드(1106)와 그리드 전극(1110) 사이에 설치되고, 유전체로 이루어진다.
제1 가스 제공부(130)에서 공급하는 제1 가스(즉, 불소계 가스)는 플라즈마 생성 영역(1112)으로 이동된다. 여기에서 가스는 플라즈마를 타격하는데 이용될 수 있거나, 또는 이미 형성된 플라즈마를 유지할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 발생 가스들은, 가스 유입구(1116)를 통해서 CCP 유닛(1102)으로 하향 이동하기에 앞서서, 프로세싱 챔버(1100) 외부에 위치되는 원격 플라즈마 시스템(미도시) 내에서 플라즈마 여기된 종으로 적어도 부분적으로 이미 변환되어 있을 수 있다. 플라즈마 여기된 종이 플라즈마 생성 영역(1112) 내에 도달할 때, 그 종이 CCP 유닛(1102) 내에서 추가적으로 여기될 수 있거나, 또는 추가적인 여기 없이 플라즈마 여기 영역을 통과할 수 있다. 일부 동작들에서, CCP 유닛(1102)에 의해서 제공되는 부가적인 여기의 정도가 기판 프로세싱 시퀀스 및/또는 조건들에 따라서 시간에 걸쳐서 변화될 수 있다.
플라즈마 생성 영역(1112) 내로 가스가 균일하게 전달되기 위해서, 리드(1106)에는 다수의 홀들이 설치된다. 리드(1106)와 그리드 전극(1110)은 각각 플라즈마를 형성하기 위해 상부 전극과 하부 전극 역할을 한다. 리드(1106)에 인가되는 전원으로 인해서, 전기적으로 대전된 리드(1106)가 플라즈마 생성 영역(1112) 내의 플라즈마의 균일한 분배를 촉진할 수 있다. 플라즈마 생성 영역(1112) 내에 플라즈마를 형성하기 위해서, 스페이서(1108)는 리드(1106)와 그리드 전극(1110)을 전기적으로 절연한다.
프로세싱 챔버(1100)는 CCP 유닛(1102) 하부에 연결될 수 있다. 프로세싱 챔버(1100) 내에는 프로세스 영역(1130)이 위치한다. 즉, 프로세스 영역(1130)은 CCP 유닛(1102)의 그리드 전극(1110) 하부에 배치된다. 프로세스 영역(1130) 내에서, CCP 유닛(1102)에 의해서 생성된 플라즈마 중에서 그리드 전극(즉, 이온 블록커 플레이트)을 통과한 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종이 공정에 사용된다. 프로세싱 챔버(1100) 내의 프로세스 영역(1130)은 주위 압력과 상이한 내부 압력을 가질 수 있다.
프로세스 영역(1130) 내에는, 공정에 사용되는 기판을 지지하는 지지 모듈(1150)이 배치된다.
도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한 것과 같이, 플라즈마 생성 영역(1112)에는 제1 가스(불소계 가스)가 제공되어 플라즈마가 생성되고, 제2 가스(수소계 가스)는 플라즈마 생성 영역(1112)을 거치지 않고 프로세스 영역(1130)에 제공된다. 제2 가스는 플라즈마 생성 전에 수소 분위기를 형성하는 기간과, 플라즈마를 생성하는 기간과, 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과, 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안 프로세스 영역(1130)에 제공될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
90: 지지 모듈 101: 플라즈마 생성 영역
102: 프로세스 영역 110: 플라즈마 생성 모듈
130: 제1 가스 제공부 120: 제2 가스 제공부

Claims (15)

  1. 플라즈마 생성 영역과, 상기 플라즈마 생성 영역과 분리된 프로세스 영역을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고,
    상기 프로세스 영역 내에, 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판이 배치되고,
    상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하여 상기 프로세스 영역을 수소 분위기로 형성하고,
    상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성하고,
    상기 생성된 플라즈마를 상기 프로세스 영역에 제공하여, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 것을 포함하며,
    상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 것은 상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하는 것보다 먼저 수행되기 시작하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마를 생성하는 기간과,
    상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과,
    상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안에,
    상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 것을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수소 분위기를 형성하는 기간과,
    상기 플라즈마를 생성하는 기간과,
    상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과,
    상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안,
    제공되는 상기 수소계 가스의 유량은 일정한, 기판 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 것은,
    제1 처리기간 동안 상기 수소계 가스를 제1 유량으로 제공하고,
    상기 제1 처리기간 후 제2 처리기간 동안 상기 수소계 가스를 상기 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 제공하는, 기판 처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수소 분위기를 형성하는 기간과, 상기 플라즈마를 생성하는 기간에,
    상기 수소계 가스를 상기 제1 유량으로 제공하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수소계 가스는 수소 또는 암모니아를 포함하고,
    상기 불소계 가스는 삼불화질소 또는 사불화탄소를 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 플라즈마 생성 영역과, 상기 플라즈마 생성 영역에 제1 가스를 제공하는 제1 가스 제공부를 포함하며, 상기 제1 가스를 이용하여 상기 플라즈마 생성 영역 내에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 모듈;
    상기 플라즈마 생성 영역과 분리되고, 기판이 처리되는 프로세스 영역;
    상기 프로세스 영역 내에 배치되어, 상기 기판을 지지하는 지지 모듈; 및
    상기 플라즈마 생성 모듈에 의해서 상기 플라즈마가 생성되기 전의 제1 기간 동안과, 상기 플라즈마 생성 모듈에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안과, 상기 기판의 처리가 종료된 후의 제2 기간 동안에, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 제2 가스를 제공하는 제2 가스 제공부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 가스는 불소계 가스이고, 상기 제2 가스는 수소계 가스인, 기판 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘층과 산화물층을 포함하고,
    상기 생성된 플라즈마에 의해서, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층이 선택적으로 제거되는, 기판 처리 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 플라즈마가 생성되기 전의 제1 기간 동안과, 상기 플라즈마 생성 모듈에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안과, 상기 기판의 처리가 종료된 후의 제2 기간 동안에,
    상기 제2 가스 제공부가 제공하는 제2 가스의 유량은 일정한, 기판 처리 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 모듈은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식으로 플라즈마를 생성하는, 기판 처리 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 가스 제공부는 상기 프로세스 영역에 상기 제2 가스를 제공하는 가스 분사 부재를 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안, 상기 가스 분사 부재의 온도와, 상기 지지 모듈의 온도는 서로 동일한, 기판 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 처리 기간 동안, 상기 지지 모듈의 온도는 100℃ 이상인, 기판 처리 장치.
  14. 플라즈마 생성 영역;
    상기 플라즈마 생성 영역과 분리된 프로세스 영역;
    상기 프로세스 영역 내에 배치되어, 기판을 지지하는 지지 모듈;
    상기 플라즈마 생성 영역 내에, 플라즈마 생성을 위한 불소계 가스를 제공하는 제1 가스 제공부; 및
    상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 제2 가스 제공부를 포함하고,
    상기 지지 모듈 상에 실리콘층과 산화물층을 포함하는 기판이 배치되고,
    상기 제2 가스 제공부는 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하여 상기 프로세스 영역을 수소 분위기로 형성하고,
    상기 제1 가스 제공부는 상기 플라즈마 생성 영역에 불소계 가스를 제공하여 플라즈마를 생성하고,
    상기 생성된 플라즈마가 상기 프로세스 영역에 제공되어, 상기 산화물층 대비 상기 실리콘층이 선택적으로 제거되며,
    상기 제2 가스 제공부는 상기 기판의 처리가 종료된 후 기설정된 기간동안 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 기판 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 플라즈마를 생성하는 기간과,
    상기 실리콘층을 선택적으로 제거하는 기간과,
    상기 실리콘층을 제거한 후에 기설정된 기간 동안에,
    상기 제2 가스 제공부는, 상기 플라즈마 생성 영역을 거치지 않고 상기 프로세스 영역에 수소계 가스를 제공하는 것을 더 포함하는, 기판 처리 장치.


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