KR20100046792A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 방법은 서로 다른 공정 가스를 공급하여 복수의 공정을 연속적으로 실시하는데 있어서, 반응 공간을 갖는 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계와, 기판이 안치된 반응 공간에 서로 다른 공정 가스를 주입하되, 진행 중인 제 1 공정이 종료되기 전에 후속되는 제 2 공정을 위한 공정 가스를 공급하기 시작하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면 진행중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공정 가스 공급부로부터 공급하기 시작하여, 후속 공정이 시작되면 시간 지연 없이 해당 공정 가스가 반응 공간에 분사되도록 한다. 이로 인해, 후속 공정 진행시에 해당 가스의 부재 현상이 발생되지 않음에 따라, 공정 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다.
웨이퍼 식각, 식각, 증착, 플라즈마, 식각율, 증착율

Description

기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로, 공정 가스의 부재에 의해 발생할 수 있는 공정 시간 지연 및 공정 손실을 방지할 수 있는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 감소하고 패턴이 미세화됨에 따라 이방성 식각의 필요성이 증대되고, 이로 인해 반도체 제조 공정에서 플라즈마 공정이 차지하는 비중이 갈수록 높아지고 있다. 특히 좁은 홀을 깊게 파는 딥 실리콘(Deep silicon) 식각 공정이나 3차원적인 식각이 가능한 공정이 지속적으로 개발되고 있다. 여기서, 딥 실리콘(Deep silicon) 식각 공정은 증착 공정 및 식각 공정을 순차적으로 반복하여 진행함으로써 상부와 하부의 직경이 동일한 홀을 형성하는 기술이다.
하지만, 종래에는 증착 공정과 식각 공정을 순차적으로 반복하여 진행할 때, 증착 공정이 종료되고 식각 공정이 시작됨과 동시에 식각 가스 공급부로부터 식각 가스를 공급하기 시작하였다. 그리고, 식각 공정이 종료되고 다시 증착 공정이 시작됨과 동시에 증착 가스 공급부로부터 증착 가스를 공급하기 시작하였다. 이때, 유량 조절기의 스위칭 시간(Switching time) 및 상기 유량 조절기와 챔버 사이에 위치하는 가스 유로의 길이 등으로 인해, 증착 가스 공급부의 증착 가스 또는 식각 가스 공급부의 식각 가스가 챔버 내로 유입되어 반응 공간에 분사되기 까지는 소정의 시간이 소요된다. 이로 인해, 증착 공정 또는 식각 공정 진행시에 해당 가스의 부재 현상이 발생된다. 따라서, 이와같은 증착 공정 및 식각 공정을 복수번 반복함으로써 가스 부재 시점이 증가되고, 이로 인해 식각 공정 시간이 지연되는 문제가 발생한다. 또한, 상기와 같은 공정 가스의 부재에 의해 챔버 내부의 압력이 변화되고, 상기 압력 변화에 의해 안정적인 플라즈마의 점화가 이루어지지 않고 아킹이 발생하여 기판에 손상을 줄 수도 있다. 또한 플라즈마가 안정화되는 시간 동안에 공정에 기여하지 못하게 된다. 결과적으로 상기 시간이 누적되면 공정 수율에 있어 큰 손실이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 서로 다른 공정 가스를 이용하여 복수의 공정을 연속적으로 실시하는데 있어서, 진행중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공정 가스 공급부로부터 공급하기 시작하여 공정 초기에 발생하는 해당 공정의 가스 부재 현상을 방지하는 기판 처리 방법을 제공 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은 서로 다른 공정 가스를 공급하여 복수의 공정을 연속적으로 실시하는데 있어서, 반응 공간을 갖는 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계와, 상기 기판이 안치된 반응 공간에 서로 다른 공정 가스를 주입하되, 진행 중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공급하기 시작하는 단계를 포함한다.
상기 후속 공정을 위한 공정 가스를 가스 공급부로부터 공급하기 시작하는 시점은 상기 챔버 내에 배치되어 공정 가스를 분사하는 가스 분사 수단과, 공정 가스를 공급하는 가스 공급부 사이에 배치되어 공정 가스가 이동하는 유로의 길이 및 상기 유로를 통해 이동하는 공정 가스의 유속에 의해 제어된다.
상기 서로 다른 공정 가스를 공급하여 실시하는 복수의 공정은 적어도 증착 공정 및 식각 공정을 포함한다.
상기 식각 공정 초기에 펄스성 전원을 인가하는 것이 효과적이다.
상기 펄스성 전원은 상기 가스 분사 수단과 대향 배치되어 기판이 안치되는 하부 전극에 인가된다.
상기 펄스성 전원을 인가하는 시간은 상기 식각 공정이 시작되는 시점으로부터 상기 식각 공정이 20% 이내로 진행될 동안 인가되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 진행중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공정 가스 공급부로부터 공급하기 시작하여, 후속 공정이 시작되면 시간 지연 없이 해당 공정 가스가 반응 공간에 분사되도록 한다. 이로 인해, 후속 공정 진행시에 해당 가스의 부재 현상이 발생되지 않음에 따라, 공정 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 후속 공정이 시작되기 전에 상기 후속 공정에 필요한 공정 가스를 공급하기 시작함으로써, 후속 공정 진행시에 해당 공정 가스를 반응 공간에 안정적으로 분사할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 실시예에 따라 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 반복하여 공급하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 증착 공정과 식각 공정을 순차적으로 반복하여 실시한다. 이러한, 기판 처리 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 반응 공간 내측에 마련되어 기판(10)이 안치되는 기판 지지부(200)와, 기판 지지부(200)와 대향 배치되어 기판(10) 상에 증착 가스와 식각 가스를 분사하는 가스 분사 수단(300)과, 챔버(100) 외부에 위치하여 가스 분사 수단(300)에 증착 가스와 식각 가스를 제공하는 가스 공급 수단(400)과, 챔버(100)의 측부에 설치된 복수의 안테나(110)를 포함한다.
챔버(100)는 내부가 비어있는 사각형 통 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원통 및 다각형 통 형상들이 가능할 수 있다. 그리고, 챔버(100)의 일측에는 상기 챔버(100) 내부의 가스를 배기하는 배기 수단(500)이 설치된다. 또한, 도시되지는 않았지만 챔버(100)의 타측에는 기판(10)이 출입하는 출입구(600)가 마련된다.
기판 지지부(200)는 챔버(100) 하부에서 가스 분사 수단(300)과 대향 배치된다. 이러한, 기판 지지부(200)는 챔버(100)의 바닥부에 위치하는 기판 승강기(210)와, 기판 승강기(210)의 상부에 위치하는 하부 전극(220)과, 하부 전극(220) 상부에 위치하여 기판(10)을 안치하는 기판 안치 수단(230)을 포함한다. 기판 승강기(210)는 기판 안치 수단(230)에 기판(10)이 안치되면 기판 지지부(200)를 가스 분사 수단(300)과 근접하도록 이동시키는 역할을 한다. 또한, 하부 전극(220)에는 제 1 고주파 전원 공급부(710) 및 제 1 정합기(720)가 연결되며, 이는 하부 전극(220)에 전원을 인가하는 역할을 한다. 그리고, 본 실시예에 따른 기판 안치 수 단(230)은 정전력에 의해 기판(10)을 흡착 유지하는 정전척일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 기판(10)을 흡착 유지시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다. 그리고, 하부 전극(220) 및 기판 안치 수단(230)의 외주면을 둘러싸도록 고리 형태의 포커스 링(240)이 설치된다. 포커스 링(240)은 실리콘 등의 도전성 재료로 이루어져 있고, 플라즈마가 기판(10)을 향하도록 유도하는 역할을 한다.
가스 분사 수단(300)은 기판(10) 상에 증착 가스 및 식각 가스를 분사하는 역할을 한다. 이러한 가스 분사 수단(300)은 챔버(100) 내의 상부에 기판 지지부(200)와 대향 배치된다. 가스 분사 수단(300)은 복수의 분사홀(320)이 형성된 상부 전극(310)과, 상부 전극(310)을 지지하는 전극 지지체(330)를 포함한다. 본 실시예에 따른 전극 지지체(330)는 챔버(100) 내에 설치되어 있으나 이에 한정되지 않고, 챔버(100)의 외부에 설치될 수도 있다.
안테나(110)는 적어도 하나가 챔버(100)의 측부를 감싸도록 설치될 수 있다. 이러한, 안테나(110)는 일 단자가 제 2 정합기(810)를 통해 제 2 고주파 전원 공급부(820)와 연결되고, 타 단자가 접지된다. 제 2 고주파 전원 공급부(820)로부터 고주파가 출력되면, 안테나(110)로부터 발생된 고주파 자계는 챔버(100) 내의 플라즈마 영역에 인가된다.
챔버(100) 외부에 위치하는 가스 공급 수단(400)은 가스 분사 수단(300)에 증착 가스 및 식각 가스를 공급하는 역할을 한다. 이러한 가스 공급 수단(400)은 가스 분사 수단(300)에 증착 가스를 제공하는 제 1 가스 공급부(410)와, 식각 가스를 제공하는 제 2 가스 공급부(420)를 포함한다. 여기서, 제 1 가스 공급부(410)는 증착 가스가 저장된 제 1 가스 공급원(411)과, 가스 분사 수단(300)과 제 1 가스 공급원(411) 사이에 설치된 제 1 밸브(413) 및 제 1 가스 유량 조절기(412)를 포함한다. 또한, 제 2 가스 공급부(420)는 식각 가스가 저장된 제 2 가스 공급원(421)과, 가스 분사 수단(300)과 제 2 가스 공급원(421) 사이에 설치된 제 2 밸브(423) 및 제 2 가스 유량 조절기(422)를 포함한다. 이러한 가스 공급 수단(400)은 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 공급하여 증착 공정과 식각 공정이 순차적으로 진행되도록 한다.
하기에서는 도 2를 참조하여 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 반복하여 공급하는 방법을 설명한다.
증착 공정과 식각 공정을 순차적으로 반복하여 실시하기 위해 본 실시예에서는 먼저, 제 1 기간(T1) 동안 제 1 증착 공정을 실시한 후, 상기 제 1 증착 공정이 종료된 후에 제 2 기간(T2) 동안 제 1 식각 공정을 실시한다. 이어서, 제 1 식각 공정이 종료된 후에 제 3 기간(T3) 동안 제 2 증착 공정을 실시한 후, 상기 제 2 증착 공정이 종료된 후에 제 4 기간(T4) 동안 제 2 식각 공정을 실시한다. 물론 이에 한정되지 않고 이보다 더 많은 수의 증착 공정과 식각 공정을 순차적으로 반복하여 실시할 수도 있다. 하기에서는 제 1 증착 공정이 시작되는 시점을 A, 제 1 증착 공정이 종료되고 제 1 식각 공정이 시작되는 시점을 B, 제 1 식각 공정이 종료되고 제 2 증착 공정이 시작되는 시점을 C, 제 2 증착 공정이 종료되고 제 2 식각 공정이 시작되는 시점을 D라 정의 한다. 또한, 제 2 식각 공정이 종료되는 시점을 E라 정의한다.
상기에서 전술했던 바와 같이 먼저, 제 1 기간(T1) 동안 제 1 증착 공정을 실시한다. 이를 위해, 제 1 가스 공급부(410)를 이용하여 가스 분사 수단(300)에 증착 가스를 공급한다. 가스 분사 수단(300)에 공급된 증착 가스는 상부 전극(310)에 형성된 복수의 분사홀(320)을 통해 분사된다. 또한, 제 2 고주파 전원 공급부(810) 및 제 2 정합기(820)를 이용하여 안테나(110)에 전원을 인가하면, 고주파에 의해 유도된 전기장이 발생되고, 전기장에 의해 챔버(100) 내부의 전자를 가속시켜 플라즈마를 발생시킨다. 제 1 증착 공정을 위한 전원은 제 1 기간(T1) 동안 안테나(110)에 인가된다. 이에, 제 1 기간(T1) 동안 기판 지지부(200)와 가스 분사 수단(300) 사이에 플라즈마가 발생되며, 상기 제 1 기간(T1) 동안 제 1 증착 공정이 수행된다. 즉, 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 증착 가스는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 증착 가스에 의해 기판(10) 상에 증착막이 형성된다.
이어서, 제 2 기간(T2) 동안 제 1 식각 공정을 실시하여 기판(10)의 일부 또는 상기 기판(10) 상에 형성된 증착막을 제거한다. 이를 위해, 제 2 가스 공급부(420)를 이용하여 가스 분사 수단(300)에 식각 가스를 공급한다. 이때, 제 1 식각 공정을 위한 식각 가스는 제 1 증착 공정이 종료되는 시점(B)으로부터 일정 시간 전에(즉, 제 1 증착 공정이 종료되기 전에) 제 2 가스 공급부(420)로부터 공급되기 시작한다. 즉, 제 1 식각 공정을 위한 식각 가스가 상기 제 1 식각 공정이 시작되는 시점(B)으로부터 일정 시간 전에 공급되기 시작한다. 하기에서는 제 1 증착 공정이 종료되는 시점(B)으로부터 일정 시간 전에 식각 가스가 공급되기 시작하는 시점을 X1이라 정의한다. 여기서, 식각 가스가 공급되기 시작하는 시점 X1은 식각 가스가 저장된 제 2 가스 공급원(421)과 가스 분사 수단(300) 사이에 배치되어 식각 가스가 이동하는 가스 유로의 길이 및 식각 가스의 유속 등에 의해 조절된다. 본 실시예에서는 제 1 증착 공정 설정 시간이 90% 진행되었을 때, 제 2 가스 공급부(420)로부터 식각 가스를 공급하기 시작한다. 이로 인해, 제 1 식각 공정 진행시에 식각 가스의 부재 현상이 발생되지 않는다. 제 1 식각 공정을 위해 안테나(110)에 공급되는 고주파 전원은 상기 제 1 증착 공정을 위해 인가되는 고주파 전력의 크기와 다를 수 있다. 본 실시예에서는 제 1 증착 공정을 위해 안테나(110)에 공급했던 전력에 비해 큰 전력을 제 1 식각 공정 진행 시에 안테나(110)에 공급한다. 또한, 이때 제 1 고주파 전원 공급부(710) 및 제 1 정합기(720)를 이용하여 하부 전극(220)에 전원을 인가한다. 즉, 제 1 식각 공정을 위한 고주파 전원은 제 2 기간(T2) 동안 안테나(110) 및 하부 전극(220) 각각에 인가된다. 이에, 제 2 기간(T2) 동안 기판 지지부(200)와 가스 분사 수단(300) 사이에 플라즈마가 발생되며, 상기 제 2 기간(T2) 동안 제 1 식각 공정이 수행된다. 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 식각 가스는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 식각 가스는 기판(10)의 일부 또는 기판(10) 상에 형성된 증착막을 제거한다.
그리고 상기에서 전술한 제 1 식각 공정과 동일한 방법으로 제 3 기간(T3) 동안 제 2 증착 공정을 실시한다. 이를 위해, 제 1 가스 공급부(410)를 이용하여 가스 분사 수단(300)에 증착 가스를 공급한다. 이때, 제 2 증착 공정을 위한 증착 가스는 제 1 식각 공정이 종료되는 시점(C)으로부터 일정 시간 전에(즉, 제 1 식각 공정이 종료되기 전에) 제 1 가스 공급부(410)로부터 공급되기 시작한다. 즉, 제 2 증착 공정을 위한 증착 가스가 상기 제 2 증착 공정이 시작되는 시점(C)으로부터 일정 시간 전에 공급되기 시작한다. 하기에서는 제 1 식각 공정이 종료되는 시점(C)으로부터 일정 시간 전에 증착 가스가 공급되기 시작하는 시점을 X2라 정의한다. 여기서, 증착 가스가 공급되기 시작하는 시점 X2는 식각 가스가 저장된 제 1 가스 공급원(411)과 가스 분사 수단(300) 사이에 배치되어 증착 가스가 이동하는 가스 유로의 길이 및 증착 가스의 유속 등에 의해 조절된다. 본 실시예에서는 제 1 식각 공정 설정 시간이 90% 진행되었을때, 제 1 가스 공급부(410)로부터 증착 가스를 공급하기 시작한다. 이로 인해, 제 2 증착 공정 진행 시에 증착 가스의 부재 현상이 발생되지 않는다. 또한, 제 2 고주파 전원 공급부(810) 및 제 2 정합기(820)를 이용하여 안테나(110)에 전원을 공급 한다. 이에, 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 증착 가스는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 증착 가스에 의해 기판(10) 상에 증착막이 형성된다.
이어서, 상기에서 전술한 제 1 식각 공정과 동일한 방법으로 제 2 식각 공정을 실시한다. 본 실시예에서는 이와 같이 2번의 증착 공정과 2번의 식각 공정을 수행하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 이보다 더 많은 수로 증착 공정과 식각 공정을 순차적으로 반복하여 실시할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 진행 중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공정 가스 공급부로부터 공급하기 시작한다. 이로 인해, 후속 공정 진행시에 발생하는 공정 가스 부재와 플라즈마 불안정화로 인해 공정 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 후속 공정 진행시에 공정 가스를 반응 공간에 안 정적으로 분사할 수 있게 됨에 따라 식각율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 실시예의 변형예에 따라 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 반복하여 공급하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다. 하기에서는 변형예와 중복되는 내용은 생략한다.
도 3을 참조하면, 상기의 실시예와 동일한 방법으로 증착 가스 및 식각 가스를 공급한다. 이때, 본 변형예에서는 제 1 식각 공정 또는 제 2 식각 공정 초기에 일정 시간 동안 하부 전극(220)에 펄스성 전원을 인가한다. 하기에서는 제 1 식각 공정 또는 제 2 식각 공정 초기에 펄스성 전원이 인가되는 시간을 X3이라 정의한다. 즉, 제 1 식각 공정이 시작되는 시점(B) 또는 제 2 식각 공정이 시작되는 시점(D)로부터 X3 시간동안 펄스성 전원을 인가한다. 여기서, 상기 펄스성 전원이 인가되는 시간은 제 1 또는 제 2 식각 공정이 시작되는 시점으로부터 상기 제 1 또는 제 2 식각 공정이 20% 이내로 진행되는 동안 인가되는 것이 바람직하다. 이를 통해 제 1 식각 또는 제 2 식각 공정 초기에 하부 전극(220)에 가해지는 펄스 전원에 의해 순간적으로 기판(10)을 향한 하전 입자들의 에너지가 증가한다. 따라서, 상기 하전 입자들의 순간적인 충격에 의해 증착막이 빠른 속도로 제거됨으로써, 식각률이 향상된다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예에 따른 공정 가스 주입 방법을 이용하여 기판 상에 소정 깊이의 홀을 형성하는 방법을 순서적으로 도시한 도면이다. 하기에서는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 기판에 소정 깊이의 홀을 형성하는 방법을 설명한다.
도 4a를 참조하면, 기판(10) 상부에 상기 기판(10)의 소정 영역을 노출시키 는 마스크 패턴(110)을 형성한다. 여기서, 본 실시예에 따른 기판(100)은 실리콘 기판을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 사파이어 기판 및 플라스틱 기판 등 다양한 기판(100)을 사용할 수 있다. 마스크 패턴(110)은 기판(10)과 다른 식각율을 갖는 물질을 이용하여 형성하는데, 감광막 패턴, 산화막 패턴, 질화막 패턴 또는 금속막 패턴 등을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 감광막 패턴을 이용하여 마스크 패턴(110)을 형성한다. 즉, 도시되지는 않았지만 기판(10) 상부에 감광막을 형성한 후 포토리소그라피 공정을 이용하여 감광막을 패터닝함으로써 형성한다. 그리고, 마스크 패턴(110)이 형성된 기판(10)을 기판 처리 장치의 챔버(100) 내에 배치된 기판 안치 수단(230)에 안착시킨다. 그리고 제 1 기간(T1) 동안 제 1 증착 공정을 실시하여 마스크 패턴(110)이 형성된 기판(10) 상에 제 1 증착막(121)을 형성한다. 이를 위해, 제 1 가스 공급원(411)에 연결된 제 1 질량 유량 제어기(421)를 통해 그 유량을 조절하고, 제 1 밸브(413)를 개방하여 상기 제 1 가스 공급원(411)의 증착 가스를 가스 분사 수단(300)에 공급한다. 가스 공급 수단(400)에 제공된 증착 가스는 복수의 분사홀(320)을 통해 챔버(100) 내에 분사된다. 이때, 제 2 고주파 전원 공급부(810) 및 정합기(820)를 이용하여 기판 지지부(200)의 상부 전극(310)에 고주파 전원을 인가하여, 기판 지지부(200)와 가스 분사 수단(300) 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 증착 가스는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 증착 가스는 마스크 패턴(110)이 형성된 기판(10) 상에 증착되어 제 1 증착막(121)을 형성한다. 본 실시예에서는 제 1 가스 공급부(410)를 통해 반응 공간에 제공되는 증착 가스로 C4F8를 사용한다. 상기 C4F8 가스는 플라즈마에 의해 활성화되어 CFx 계열로 분해되면서 기판(10) 및 마스크 패턴(200)의 상부에 증착되어 제 1 증착막(121)을 형성한다. 그리고, 제 1 증착 공정이 종료되는 시점(B)에 상부 전극(310)에 인가되는 고주파 전원의 공급을 중단한다.
도 4b를 참조하면, 제 2 기간(T2) 동안 제 1 식각 공정을 실시하여 기판(10)의 일부 또는 기판(10) 상에 형성된 제 1 증착막(121)을 제거한다. 이를 위해, 제 2 가스 공급원(421)에 연결된 제 2 가스 유량 제어기(422)를 이용하여 그 유량을 조절하고, 제 2 밸브(423)를 개방하여 상기 제 2 가스 공급원(421)의 식각 가스를 가스 분사 수단(300)에 공급한다. 이때, 제 1 식각 공정을 위한 식각 가스는 제 1 증착 공정이 종료되는 시점으로부터 일정 시간 전에 제 2 가스 공급부(420)로부터 공급하기 시작한다. 본 실시예에서는 제 1 증착 공정 설정 시간이 90% 진행되었을 때 제 2 가스 공급부(420)로부터 공급하기 시작한다. 물론 이에 한정되지 않고 식각 가스를 공급되기 시작하는 시점은 상기 유로의 길이 및 식각 가스의 유속에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 이로 인해, 제 1 식각 공정 진행시에 식각 가스의 부재 현상이 발생되지 않는다. 또한, 제 2 고주파 전원 공급부(710) 및 제 2 정합기(720)를 이용하여 안테나(110)에 전원을 인가하고, 동시에 제 1 고주파 전원 공급부(710) 및 제 1 정합기(720)를 이용하여 하부 전극(220)에 전원을 인가한다. 이때, 제 1 식각 공정을 위해 안테나(110)에 인가되는 전력은 상기 제 1 증착 공정을 위한 전력에 비해 크다. 이로 인해, 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 증착 가스는 플라즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 증착 가스는 기판(10)의 일부 및 상기 기판(10) 상에 형성된 제 1 증착막(121)을 제거한다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이 기판(10)에 소정 깊이를 가지는 홀(130)이 형성된다. 제 2 가스 공급부(420)를 통해 반응 공간에 제공되는 식각 가스는 SF6 가스와 O2 가스를 사용한다. 여기서, O2 가스는 SF6 가스와의 반응으로 불소(F)의 추출 비율을 높이고, SxFy 형태의 폴리머가 증착되는 것을 방지하기 위해 소량을 첨가하는데, 이에 의해 식각 속도를 높일 수 있게 된다. 또한, SF6 가스는 플라즈마와 반응하여 SFx(X=3, 4, 5)와 Fy 등으로 분해되고 Fy는 기판(10)의 일부 또는 제 1 증착막(211)을 제거한다.
도 4c를 참조하면, 상기에서 전술한 제 1 증착 공정과 동일한 방법으로 제 3 기간(T3) 동안 제 2 증착 공정을 실시한다. 이때, 제 2 증착 공정을 위한 식각 가스는 제 1 식각 공정이 종료되는 시점으로부터 일정 시간 전에 제 1 가스 공급부(410)로부터 공급하기 시작한다. 본 실시예에서는 제 1 식각 공정 설정 시간이 90% 진행되었을 때, 제 1 가스 공급부(410)로부터 공급하기 시작한다. 물론 이에 한정되지 않고 증착 가스를 공급하기 시작하는 시점은 상기 유로의 길이 및 증착 가스의 유속에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 이로 인해, 제 2 증착 공정 진행시에 증착 가스의 부재 현상이 발생되지 않는다. 또한, 제 2 고주파 전원 공급부(810) 및 제 2 정합기(820)를 이용하여 안테나(110)에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이로 인해, 가스 분사 수단(300)으로부터 분사된 증착 가스는 플라 즈마에 의해 활성화되고, 활성화된 증착 가스는 마스크 패턴(110)이 형성된 기판(10) 상에 증착되어 제 2 증착막(122)을 형성한다. 이때, 제 2 증착 공정에 사용되는 증착 가스는 제 1 증착 공정에서 사용한 증착 가스와 동일하다. 물론 이에 한정되지 않고 제 1 증착 공정에서와 다른 증착 가스를 이용하여 형성할 수도 있다.
도 4d를 참조하면, 상기에서 전술한 제 1 식각 공정과 동일한 방법으로 제 4 기간(T4) 동안 제 2 식각 공정을 실시하여 기판(10)의 일부 및 기판(10) 상에 형성된 제 2 증착막(122)을 제거한다. 이때, 제 2 식각 공정을 위한 식각 가스는 제 2 증착 공정이 종료되는 시점으로부터 일정 시간 전에 제 2 가스 공급부(420)로부터 공급하기 시작한다. 본 실시예에서는 제 2 증착 공정 설정 시간이 90% 진행되었을 때 제 2 가스 공급부(420)로부터 공급하기 시작한다. 물론 이에 한정되지 않고 증착 가스를 공급되기 시작하는 시점은 상기 유로의 길이 및 식각 가스의 유속에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 이로 인해, 제 2 식각 공정 진행시에 식각 가스의 부재 현상이 발생되지 않는다. 그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이 제 1 식각 공정에 의해 형성된 홀(130)에 비해 더 깊은 홀(130)이 형성된다.
이어서, 도 4(e)에 도시된 바와 같이 원하는 깊이의 홀(130)이 형성될 때까지 증착 공정 및 식각 공정을 반복하여 실시한다.
또한, 이에 한정되지 않고 도 3에 도시된 실시예의 변형예와 같이 제 1 식각 공정 또는 제 2 식각 공정 초기에 X3 시간 동안 하부 전극(220)에 펄스성 전원을 인가할 수도 있다. 이와 같은 경우, 제 1 또는 제 2 식각 공정 초기에 하부 전극(220)에 가해지는 펄스 전원에 의해 순간적으로 기판(10)을 향한 하전 입자들의 에너지가 증가한다. 따라서, 마스크 패턴(110)이 형성되지 않는 기판(10) 영역 상부에 형성된 제 1 증착막(121) 또는 제 2 증착막(122)이 급격히 제거됨으로써 식각률이 향상된다.
본 실시예에서는 증착 공정 및 식각 공정을 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 서로 다른 공정 가스를 순차적으로 반복하여 주입함으로써, 복수의 공정을 연속적으로 진행하는 어떠한 공정에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2는 실시예에 따라 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 반복하여 공급하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램.
도 3은 실시예의 변형예에 따라 증착 가스와 식각 가스를 순차적으로 반복하여 공급하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예에 따른 공정 가스 주입 방법을 이용하여 기판 상에 소정 깊이의 홀을 형성하는 방법을 순서적으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100 : 챔버 T1 : 제 1 증착 공정 시간
T2 : 제 1 식각 공정 시간 T3 : 제 2 증착 공정 시간
T2a : 제 1 증착 공정 시작 시점 T3a : 제 2 증착 공정 시작 시점
X1 : 식각 가스 주입 시점 X2 : 증착 가스 주입 시점

Claims (6)

  1. 서로 다른 공정 가스를 공급하여 복수의 공정을 연속적으로 실시하는데 있어서,
    반응 공간을 갖는 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계;
    상기 기판이 안치된 반응 공간에 서로 다른 공정 가스를 주입하되, 진행 중인 공정이 종료되기 전에 후속 공정을 위한 공정 가스를 공급하기 시작하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 후속 공정을 위한 공정 가스를 가스 공급부로부터 공급하기 시작하는 시점은 상기 챔버 내에 배치되어 공정 가스를 분사하는 가스 분사 수단과 공정 가스를 공급하는 가스 공급부 사이에 배치되어 공정 가스가 이동하는 유로의 길이 및 상기 유로를 통해 이동하는 공정 가스의 유속에 의해 제어되는 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 다른 공정 가스를 공급하여 실시하는 복수의 공정은 적어도 증착 공정 및 식각 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 식각 공정 초기에 펄스성 전원을 인가하는 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 펄스성 전원은 상기 가스 분사 수단과 대향 배치되어 기판이 안치되는 하부 전극에 인가되는 기판 처리 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 펄스성 전원이 인가되는 시간은 상기 식각 공정이 시작되는 시점으로부터 상기 식각 공정이 20% 이내로 진행될 동안 인가되는 기판 처리 방법.
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