KR20160012302A - 기판 제조 방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치 - Google Patents

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김경선
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김태화
박흥식
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Abstract

본 발명은 기판 제조 방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치를 개시한다. 그의 방법은, 마스크 막이 형성된 기판을 챔버 내에 제공하는 단계와, 상기 챔버 내에 플라즈마 반응을 유도하는 단계와, 상기 챔버 내에 제 1 가스와 제 2 가스를 번갈아 제공하여 상기 마스크 막으로부터 노출된 상기 기판을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 각각은 상기 챔버 내에 제공될 때마다 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 교차 공급 압력 펄스의 요동 없이 안정화된 공급 압력으로 공급될 수 있다.

Description

기판 제조 방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치{method for manufacturing substrate and manufacturing apparatus used the same}
본 발명은 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 반도체 기판 제조 방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 증착 공정과 식각 공정의 단위 공정들을 통해 형성될 수 있다. 증착 공정과 식각 공정은 대부분 플라즈마 반응을 주로 사용하고 있다. 그 중에 건식 식각 공정은 플라즈마 반응으로 우수한 프로파일의 반도체 소자의 패턴을 획득할 수 있는 공정이다. V-NAND Flash와 같은 3차원 반도체 소자의 경우, 높은 프로파일 특성이 요구되고 있다. 이를 위해, 가스 펄싱 공정의 식각 공정이 연구 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 플라즈마 반응의 불량을 방지할 수 있는 기판 제조방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 안정화된 공급압력의 플라즈마 반을 유도할 수 있는 기판 제조방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따른 기판 제조 방법은, 마스크 막이 형성된 기판을 챔버 내에 제공하는 단계; 상기 챔버 내에 플라즈마 반응을 유도하는 단계; 및 상기 챔버 내에 제 1 가스와 제 2 가스를 번갈아 제공하여 상기 마스크 막으로부터 노출된 상기 기판을 식각하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 각각은 상기 챔버 내에 제공될 때마다 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 교차 공급 압력 펄스의 요동 없이 안정화된 공급 압력으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 기판을 식각하는 단계는: 상기 제 1 가스를 제 1 압력으로 상기 기판에 제공하여 상기 기판에 폴리머를 증착하는 단계; 및 상기 제 2 가스를 상기 제 1 압력과 다른 제 2 압력으로 상기 기판 상에 제공하여 상기 폴리머 및 상기 기판을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스는 상기 제 1 및 제 2 압력의 차이에 대응되는 사각파 모양의 상기 교차 공급 압력 펄스에 따라 제공될 수 있다. 상기 교차 공급 압력 펄스는 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 초기 공급 압력 값과 말기 공급 압력 값을 포함할 수 있다. 상기 교차 공급 압력 펄스가 상기 사각파 모양을 가질 때, 상기 초기 공급 압력 값은 상기 말기 공급 압력 값과 동일하게 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 제조 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 제 1 및 제 2 가스들을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 가스 공급 부들; 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 부들과 상기 챔버를 각각 연결하는 제 1 및 제 2 공급 배관들; 상기 챔버 내부의 상기 제 1 및 제 2 가스를 펌핑하는 펌프; 상기 펌프와 상기 챔버를 연결하는 배기 배관; 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들에서 분기되고 상기 챔버를 우회하여 상기 배기 배관에 각각 연결된 제 1 및 제 2 우회 배관들; 상기 챔버와 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들 사이의 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들에 배치되고, 상기 제 1 가스 및 제 2 가스의 공급을 단속하는 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들; 및 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 우회 배관 내의 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 배기 압력 감소를 줄이고, 상기 챔버 내에 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 공급 때마다 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 공급 압력을 상기 제 1 및 제 2 가스들의 교차 공급 압력 펄스의 요동을 최소화하는 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들을 포함한다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들과 상기 제 1 및 제 2 릴리프 배관들 사이의 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들에 각각 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들로 배기되는 상기 제 1 및 제 2 가스들을 단속하는 제 1 및 제 2 우회 밸브들을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들은, 상기 제 1 및 제 2 우회 밸브들이 열릴 때마다 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들 내의 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 상기 배기 압력 감소를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 제조 장치는, 가스 우회 배관들에 체결된 릴리프 밸브들을 포함할 수 있다. 릴리프 밸브들은 가스 우회 배관들 내의 가스들의 배기 압력 감소를 줄여 상기 챔버 내에 제공되는 가스들의 공급 압력을 안정화할 수 있다. 안정화된 공급 압력의 가스들은 그들의 교차 공급 압력 펄스에서의 요동을 없앨 수 있기 때문에 플라즈마 반응의 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 고압의 제 1 가스 및 제 2 가스의 공급에 따른 챔버 내부의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 저압의 제 1 가스 및 제 2 가스의 공급에 따른 챔버 내부의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 안정화된 공급 압력의 제 1 가스 및 제 2 가스의 공급에 따른 챔버 내부의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 제 1 및 제 2 릴리프들의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기판 제조 방법을 나타내는 플로우 챠트이다
도 8 내지 도 10은 도 7의 제 1 가스 및 제 2 가스의 교번 제공 단계를 통해 형성되는 트렌치를 나타내는 공정 단면도들이다.
도 11은 제 1 가스와 제 2 가스의 성분들과 유량을 나타내는 그래프들이다.
도 12는 도 11의 제 1 가스와 제 2 가스의 공급 유량을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14는 제 1 가스 및 제 2 가스 각각의 공급 유량에 따른 챔버 내의 교차 공급 압력 펄스를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 응용 예에 따른 기판 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15의 챔버 내의 반응 가스의 공급 압력 펄스를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 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 전문에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서, 밸브 및 온도 센서가 배관에 있다고 언급되는 경우에, 배관상에 직접 형성되거나 또는 배관들 사이에 연결될 수도 있다는 것을 의미한다. 또 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2 등의 용어가 해당 물질의 종류 또는 공정 단계를 기술하기 위해서 사용되었지만, 이는 단지 어느 특정 물질 또는 공정 단계를 다른 물질 또는 다른 공정 단계와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이며, 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 불량 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 제조 장치를 보여준다. 기판 제조 장치(100)는 챔버(10), 제 1 및 제 2 가스 공급 부들(22, 24), 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34), 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38), 펌프들(40), 배기 배관(50), 제 1 및 제 2 우회 배관들(diverted, 62, 64), 및 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)을 포함할 수 있다.
챔버(10)는 외부로부터 독립된 내부 공간을 제공할 수 있다. 기판(110)은 챔버(10)내에 제공될 수 있다. 챔버(10)는 기판(110)에 진공 상태를 제공할 수 있다. 예를 들어, 챔버(10)는 정전 척(12), 샤워헤드(14), 제 1 및 제 2 전극들(16, 18), 챔버 압력 센서(19)를 가질 수 있다. 정전 척(12)은 챔버(10) 내의 하부에 배치될 수 있다. 정전 척(12)은 기판(110)을 고정할 수 있다. 샤워헤드(14)는 챔버(10) 내의 상부에 배치될 수 있다. 샤워헤드(14)는 기판(110) 상에 제 1 가스(26)및 제 2 가스(28)를 토출할 수 있다. 제 1 전극(16)은 정전 척(12) 내에 배치될 수 있다. 제 2 전극(18)은 샤워헤드(14) 내에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(16, 18)에는 고주파 파워가 각각 인가될 수 있다. 고주파 파워는 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 플라즈마 반응을 유도할 수 있다. 챔버 압력 센서(19)는 챔버(10)의 내부 압력을 감지할 수 있다.
제 1 및 제 2 가스 공급 부들(22, 24)은 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)를 챔버(10) 내에 각각 공급할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 기판(110)의 식각 가스들일 수 있다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 기판(110)에 대해 서로 다른 식각 특성을 가질 수 있다.
제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)은 챔버(10)와 제 1 및 제 2 가스 공급 부들(22, 24)을 각각 연결할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)은 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)에 내식성이 높은 플라스틱, 테프론, 또는 서스를 포함할 수 있다. 제 1 공급 배관(32)은 제 2 공급 배관(34)과 동일한 직경을 가질 수 있다. 이와 달리, 제 1 공급 배관(32)와 제 2 공급 배관(34)은 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급 유량 및/또는 압력에 따라 서로 다른 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 가스(26)의 공급 유량이 제 2 가스(28)의 공급 유량보다 클 경우, 제 1 공급 배관(32)의 직경은 제 2 공급 배관(34)의 직경 보다 클 수 있다.
제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급을 각각 단속(switching)할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)은 서로 반대로 개폐될 수 있다. 제 1 메인 공급 밸브(36)가 열리면, 제 2 메인 공급 밸브(38)는 닫혀질 수 있다. 제 1 가스(26)는 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 반대로, 제 1 메인 공급 밸브(36)가 닫히면, 제 2 메인 공급 밸브(38)는 열릴 수 있다. 제 2 가스(28)는 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 번갈아 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 이는 가스 펄싱 공정으로 정의될 수 있다.
펌프들(40)은 챔버(10) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)를 펌핑할 수 있다. 일 예에 따르면, 펌프들(40)은 고진공 펌프(42)와 저진공 펌프(44)를 포함할 수 있다. 고진공 펌프(42)는 챔버(10)에 연결될 수 있다. 고진공 펌프(42)는 터보 펌프를 포함할 수 있다. 저진공 펌프(44)는 드라이 펌프를 포함할 수 있다. 저진공 펌프(44)는 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)를 정제하는 스크러버(미도시)에 제공할 수 있다.
배기 배관(50)은 펌프들(40)에서의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)를 배기할 수 있다. 일 예에 따르면, 배기 배관(50)은 메인 배기 배관(52)과 러핑 배관(54)을 포함할 수 있다. 메인 배기 배관(52)은 고진공 펌프(42)와 저진공 펌프(44)를 직렬로 연결할 수 있다. 러핑 배관(54)은 챔버(10)와 메인 배기 배관(52)를 직접 연결할 수 있다. 메인 배기 밸브(56)는 러핑 배관(54)과 고진공 펌프(42) 사이의 메인 배기 배관(52)에 배치될 수 있다. 메인 배기 밸브(56)는 메인 배기 배관(52) 내의 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)의 배기를 단속할 수 있다. 러핑 배기 밸브(58)는 러핑 배관(54)에 배치될 수 있다. 러핑 배기 밸브(58)는 러핑 배관(54)내의 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)의 배기를 단속할 수 있다. 러핑 배기 밸브(58)와 메인 배기 밸브(56)는 서로 반대로 개폐될 수 있다. 그리고, 배기 압력 조절 밸브(미도시)는 고진공 펌프(42)와 메인 배기 밸브(56) 사이의 메인 배기 배관(52)에 배치될 수 있다. 배기 압력 조절 밸브는 배기 배관(50) 내의 배기 압력을 제어하여 챔버(10) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)과 배기 배관(50)을 각각 연결할 수 있다. 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)는 챔버(10) 내에 제공되지 않고, 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)에서 배기 배관(50)으로 직접 배기될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 우회 배관(62)은 제 1 공급 배관(32)에서 분기되어 메인 배기 배관(52)에 연결될 수 있다. 제 2 우회 배관(64)은 제 2 공급 배관(34)에서 분기되어 메인 배기 배관(52)에 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64)는 저진공 펌프(44)와 러핑 배관 사이의 배기 배관(50)에 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)은 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64)에 각각 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)은 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 배기를 단속할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)은 서로 반대로 개폐될 수 있다. 나아가, 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)과 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브(36, 38)은 서로 연동하여 개폐될 수 있다. 제 1 메인 공급 밸브(36)와 제 1 우회 밸브(66)는 동시에 서로 반대로 개폐될 수 있다. 제 2 메인 공급 밸브(38)와 제 2 우회 밸브(68)은 동시에 반대로 개폐 동작될 수 있다. 제 1 메인 공급 밸브(36)와 제 2 우회 밸브(68)은 동시에 동일하게 개폐될 수 있다. 제 2 메인 공급 밸브(38) 및 제 1 우회 밸브(66)는 동시에 동일하게 개폐될 수 있다.
제 1 및 제 2 배관 압력 센서들(72, 74)은 제 1 및 제 2 가스 공급 부들(22, 24)과 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64) 사이의 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)에 각각 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 배관 압력 센서들(72, 74)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 압력을 각각 측정할 수 있다.
제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28) 각각의 압력은 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브(36, 38)의 개폐 동작에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)이 닫히면, 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)의 제 1 배관 압력은 챔버(10) 내의 압력보다 높은 고압일 수 있다. 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)이 열릴 때마다, 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 고압으로 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 챔버(10) 내부의 압력은 고압의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)에 의해 크게 변화될 수 있다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 챔버(10) 내에 번갈아 제공될 수 있다.
도 2는 고압의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급에 따른 챔버(10) 내부의 압력 변화를 보여 준다. 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)이 열릴 때마다, 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 위 아래로 요동치는(up and down fluctuating) 교차 공급 압력 펄스 (cross-feed pressure pulse, 102)로 제공될 수 있다. 즉, 챔버(10) 내부의 얍력 변화는 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)가 각각 공급될 때마다 큰 폭으로 요동치게 나타날 수 있다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급 펄스는 위 아래 방향의 피크들을 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 압력차이가 크게 발생됨을 알 수 있다.
제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)과 챔버(10)의 압력차이는 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)의 개폐에 따라 일부 줄어들 수 있다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)은 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 24)를 통해 배기 되기 때문이다.
그럼에도 불구하고, 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 압력차이는 제거되지 않을 수 있다. 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)이 열리면, 저진공 펌프(44)의 펌핑 압력 때문에 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)의 제 2 배관 압력은 일시적으로 챔버(10) 내부의 압력보다 낮은 저압으로 내려갈 수 있다. 저진공 펌프(44)의 펌핑 압력은 챔버(10)의 내부 압력보다 낮을 수 있다. 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)이 열릴 때마다, 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 저압으로 챔버(10) 내에 제공될 수 있다.
도 3은 저압의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급에 따른 챔버(10) 내부의 압력 변화를 보여 준다. 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들(36, 38)과, 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)이 개폐될 때마다, 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 아래로 요동치는 교차 공급 압력 펄스(104)로 제공될 수 있다. 아래로 요동치는 교차 공급 압력 펄스(104)는 아래 방향의 피크들을 가질 수 있다. 저압의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)가 공급될 때마다 챔버(10) 내부의 압력은 줄어들 수 있다. 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28) 각각의 초기 공급 압력은 챔버(10) 내부의 압력보다 낮아질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)과 배기 배관(50) 사이의 제 1 및 제 2 우회 배관들(62, 64)에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 우회 밸브들(66, 68)이 열릴 때마다, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28) 배기 압력 감소를 제거 및/또는 줄일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)과 챔버(10)의 압력차이를 최소화 또는 제거할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78) 각각은 압력 조절 밸브(pressure regulating valve)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급 압력을 챔버(10) 내부의 압력과 유사하게 안정화할 수 있다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28) 각각의 초기 공급 압력은 챔버(10) 내부의 압력과 유사할 수 있다. 안정화된 초기 공급 압력의 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 플라즈마 반응의 불량을 방지할 수 있다.
도 4는 안정화된 공급 압력의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 공급에 따른 챔버(10) 내부의 압력 변화를 보여 준다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)는 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)로 제공될 수 있다. 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 피크 없이 일정하게 나타날 수 있다. 일 예에 따르면, 교차 공급 압력 펄스(200)는 사각파 모양을 가질 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)는 제 1 및 제 2 배관 압력 센서들(72, 74)과 연동하여 제어될 수 있다.
도 5는 도 1의 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)의 일 예를 보여 준다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 솔레노이드 밸브(76a)일 수 있다. 솔레노이드 밸브(76a)는 제 1 및 제 2 배관 압력 센서들(72, 74)의 압력 감지 신호에 따라 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 우회 배출 유량을 조절할 수 있다. 솔레노이드 밸브(76a)의 제 1 가스 유입구(81)와 제 1 가스 배출구(82)는 제 1 밸브 바디(80)와 제 1 커버(83) 사이에서 연결될 수 있다. 디스크(84)는 제 1 가스 유입구(81)와 제 1 가스 배출구(82) 사이에 배치될 수 있다. 디스크(84) 및 제 1 코어 샤프트(86)는 코일(85)에 제공되는 전류에 따라 이동될 수 있다. 제어부(미도시)는 전류를 제어할 수 있다. 제 1 가스(26) 또는 제 2 가스(28)의 배출량은 디스크(84)와 제 1 밸브 바디(80) 사이의 거리에 비례하여 제어될 수 있다.
이와 달리, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브(76, 78)은 미리 설정된 압력으로 제어할 수 있다.
도 6은 도 1의 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)의 다른 예를 보여 준다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들(76, 78)은 스프링 밸브(76b)일 수 있다. 스프링 밸브(76b)는 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34)의 배관 압력이 설정된 압력 이상일 때에 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)를 우회 배출할 수 있다. 스프링 밸브(76b)의 배기 압력은 챔버(10)의 내부 압력과 동일하게 설정될 수 있다. 스프링 밸브(76b)의 밸브 씰(92)은 제 1 가스(26) 또는 제 2 가스(28)의 흐름을 단속할 수 있다. 밸브 씰(92)은 제 2 밸브 바디(90) 내의 유입 노즐(91) 상에 배치될 수 있다. 밸브 씰(92)은 씰 홀더(93) 및 제 2 코어 샤프트(94)를 통해 유입 노즐(91)을 개폐할 수 있다. 제 2 코어 샤프트(94)의 이동은 스프링(95)의 탄성력에 의해 제어될 수 있다. 탄성력은 스프링(95)의 길이에 비례하고, 제 2 밸브 바디(90) 상의 제 2 커버(97) 내부 공간에 의해 조절될 수 있다. 제 2 커버(97)와 제 2 밸브 바디(90)의 내부 공간은 씰 부재(96)에 의해 분리될 수 있다. 제 1 및 제 2 공급 배관들(32, 34) 내의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 압력이 스프링(95)의 탄성력보다 크면, 상기 제 1 가스(26) 및 상기 제 2 가스(28)는 유입 노즐(91)과 밸브 씰(92)을 통해 배출될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 기판 제조 장치의 기판 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 기판 제조 방법을 나타내는 플로우 챠트이다. 기판 제조 방법은, 기판(110)의 제공 단계(S10), 플라즈마 반응 유도 단계(S20), 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 교번 제공 단계(S30), 기판 제조 공정 완료 확인 단계(S40), 및 플라즈마 반응 정지 단계(S50)를 포함할 수 있다.
기판(110)의 제공 단계(S10)는 기판(110)을 챔버(10) 내에 장입(loading)하는 단계이다. 기판(110)이 챔버(10) 내에 장입되면, 챔버(10)는 고진공의 펌핑 후에 저진공 상태를 가질 수 있다. 플라즈마 반응 유도 단계(S20)는 챔버(10) 내에 플라즈마 반응이 유도되는 단계이다. 플라즈마 반응은 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)의 고주파 파워에 의해 유도될 수 있다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 교번 제공 단계(S30)는 플라즈마 반응의 정지 없이 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)가 챔버(10) 내에 주기적으로 번갈아 제공되는 단계이다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 교번 제공 단계(S30)는 제 1 가스(26)의 제공 단계(S32)와 제 2 가스(28)의 제공 단계(S34)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28) 각각은 약 1초 내지 약 20초를 주기로 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)은 약 3분 내지 15분 동안에 약 30회 내지 약 100회 정도 반복적으로 제공되면, 기판 제조 공정은 완료되고(S40), 플라즈마 반응은 정지될 수 있다(S50).
도 8 내지 도 10은 도 7의 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 교번 제공 단계(S30)를 통해 형성되는 트렌치(140)를 보여준다.
도 8을 참조하면, 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)는 기판(110) 상의 마스크 막(130)으로부터 노출되는 제 1 내지 제 10 박막 층(111-120)을 순차적으로 제거하여 트렌치(140)를 형성할 수 있다. 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)의 교번 제공 단계(S30)는 트렌치(140)의 형성 단계일 수 있다. 기판(110)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 10 박막 층들(111-120)은 기판(110) 상에 적층된 도전 층들과 유전체 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 박막 층(111), 제 3 박막 층(113), 제 5 박막 층(115), 제 7 박막 층(117), 제 9 박막 층(119)은 도전 층들일 수 있다. 제 2 박막 층(112), 제 4 박막 층(114), 제 6 박막 층(116), 제 8 박막 층(118), 제 10 박막 층(120)은 유전 층들일 수 있다. 마스크 막(130)은 제 10 박막 층(120) 상에 형성될 수 있다. 마스크 막(130)은 하드 마스크 막일 수 있다. 트렌치(140)의 깊이가 점진적으로 증가함에 따라, 제 1 내지 제 10 박막 층(111-120)은 상기 트렌치(140)의 측벽 및 바닥에서 순차적으로 노출될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(140)는 제 5 박막 층(115)을 노출할 수 있다. 이와 달리, 트렌치(140)는 기판(110) 내에 형성되거나, 기판(110) 상의 유전체의 단일 박막 층(미도시) 내에 형성될 수도 있다. 일 예에 따르면, 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28)는 불화 탄소(CF) 가스를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 1 가스(26)는 트렌치(140)의 측벽에 폴리머(150)를 형성할 수 있다. 제 1 가스(26)는 제 1 압력으로 제공될 수 있다. 제 1 가스(26)의 제공 단계(S32)는 폴리머(150)의 형성 단계일 수 있다. 제 1 가스(26)는 트렌치(140) 바닥의 제 4 및 제 5 박막 층들(114, 115)을 식각함과 동시에 폴리머(150)를 생성할 수 있다. 이와 달리, 제 1 가스(26)는 제 1 내지 제 10 박막 층들(111-120)를 식각하지 않고, 폴리머(150)를 증착하는 증착 가스 일 수도 있다. 일 예에 따르면, 제 1 가스(26)는 폴리머 리치(polymer rich) 가스를 포함할 수 있다. 폴리머(150)는 제 1 내지 제 10 박막 층들(111-120)의 식각 부산물로서 트렌치(140)의 측벽에 주로 증착될 수 있다. 폴리머(150)는 트렌치(140) 측벽의 오버 식각을 방지할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제 2 가스(28)는 트렌치(140) 측벽 상의 폴리머(150)와, 상기 트렌치(140) 바닥의 제 2 및 제 3 박막들(112, 113)이 제거될 수 있다. 트렌치(140)의 측벽의 식각 없이, 트렌치(140)의 깊이는 증가될 수 있다. 제 2 가스(28)의 제공 단계(S34)는 트렌치(140)의 바닥과 폴리머(150)의 식각 단계일 수 있다. 제 2 가스(28)는 제 1 가스(26)의 제 1 압력과 다른 제 2 압력으로 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 가스(28)는 제 1 가스(26)보다 많은 불소 성분을 가질 수 있다. 제 2 가스(28)는 폴리머 부족(polymer lean) 가스일 수 있다.
도 11은 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)의 성분들과 유량을 보여 준다. 여기서, 가로 축은 시간을 나타내고, 세로축은 일반화된 유량 비를 나타낸다. 제 1 가스(26)는 제 1 식각 가스(27)와 불활성 가스(21)를 포함할 수 있다. 불활성 가스(21)는 아르곤 가스를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따르면, 불활성 가스(21)는 제 1 식각 가스(27)보다 많을 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스(21)는 제 1 가스(26)보다 3.5배 많을 수 있다.
제 2 가스(28)는 제 2 식각 가스(29)와 불활성 가스(21)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따르면, 제 1 식각 가스(27)와 제 2 식각 가스(29)는 동일한 유량으로 제공될 수 있다. 불활성 가스(28)는 제 2 식각 가스(29)보다 많을 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스(28)는 제 2 식각 가스(29)보다 7배 많을 수 있다.
불활성 가스(21)는 제 1 식각 가스(27)와 제 2 식각 가스(29)를 희석할 수 있다. 제 1 가스(26)의 불활성 가스(21)는 제 2 가스(28)의 불활성 가스(21)보다 많을 수 있다. 이는 제 1 식각 가스(27)는 불활성 가스(21)에 의해 제 2 식각 가스(29) 보다 많이 희석되고, 제 1 식각 가스(27)는 제 2 식각 가스(29)보다 많은 양의 탄소 성분의 폴리머(150)를 형성하기 위함이다.
도 12는 도 11의 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)의 공급 유량을 보여 준다. 제 1 가스(26)와 제 2 가스(28)의 공급 유량은 사각파형 펄스로 표시될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따르면, 제 1 가스(26)는 제 2 가스(28)보다 1.5배 많이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가스(26)는 제 2 가스(28)보다 20% 내지 50% 많은 유량으로 제공될 수 있다.
도 13 및 도 14는 제 1 가스(26) 및 제 2 가스(28) 각각의 공급 유량에 따른 챔버(10) 내의 교차 공급 압력 펄스(200)를 보여 준다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 제 1 가스(26)가 챔버(10) 내에 공급되면, 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 요동 없이, 동일한 제 1 가스(26)의 제 1 초기 공급 압력 값들(210)과 제 1 말기 공급 압력 값들(220)을 가질 수 있다. 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 사각파 모양을 가질 수 있다. 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 제 1 가스 공급 펄스(23)에 정렬될 수 있다.
도 1 및 도 14를 참조하면, 제 2 가스(28)가 챔버(10) 내에 공급되면, 사각파 모양의 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 요동 없이, 동일한 제 2 가스(28)의 제 2 초기 공급 압력 값들(230)과 제 2 말기 공급 압력 값들(240)을 가질 수 있다. 안정화된 교차 공급 압력 펄스(200)는 제 2 가스 공급 펄스(25)에 정렬될 수 있다.
도 15는 본 발명의 응용 예에 따른 기판 제조 장치(300)를 보여준다. 기판 제조 장치(300)는 챔버(310)에 단일한 반응 가스(326)를 제공하기 위한 반응 가스 공급 부(320), 반응 가스 공급 배관(330), 반응 가스 공급 밸브(336), 반응 가스 우회 배관(360), 반응 가스 우회 밸브(364) 및 반응 가스 릴리프 밸브(376)를 포함할 수 있다. 기판 제조 장치(300)의 챔버(310), 펌프들(340) 및 배기 배관(350)과, 기판(301)은 실시 예에서와 동일하기 때문에 이들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
반응 가스 공급 부(320)는 반응 가스(326)를 챔버(310)에 공급할 수 있다. 반응 가스(326)는 식각 가스 또는 증착 가스를 포함할 수 있다. 반응 가스 공급 배관(330)은 반응 가스 공급 부(320)를 챔버(310)에 연결할 수 있다. 반응 가스 공급 밸브(336)는 반응 가스(326)의 공급을 단속할 수 있다. 반응 가스 우회 배관(360)은 반응 가스 공급 배관(330)에서 분기되어 배기 배관(350)에 연결될 수 있다. 반응 가스 우회 밸브(364)는 반응 가스 위해 반응 가스 우회 배관(360) 내의 반응 가스(326)의 배기를 단속할 수 있다. 반응 가스(326)는 챔버(310) 내에 주기적으로 공급될 수 있다. 반응 가스 공급 밸브(336)와 반응 가스 우회 밸브(364)는 서로 반대로 개폐될 수 있다. 반응 가스 릴리프 밸브(376)는 반응 가스 우회 밸브(364)가 열릴 때마다 반응 가스 우회 배관(360) 내의 반응 가스(326)의 배기 압력 감소를 줄이고, 반응 가스 공급 배관(330) 내의 반응 가스(326)의 공급 압력을 안정화할 수 있다.
도 16은 도 15의 챔버(310) 내의 반응 가스(326)의 공급 압력 펄스(feed pressure pulse, 380)를 보여준다. 반응 가스(326)는 사각파 모양의 공급 압력 펄스(380)를 따라 챔버(310) 내에 공급될 수 있다. 반응 가스(326)는 공급 압력 펄스(380)의 요동(fluctuation) 없이 안정화된 공급 압력으로 제공될 수 있다. 안정화된 공급 압력의 반응 가스(326)는 플라즈마 공정 불량을 방지할 수 있다.
공급 압력 펄스(380)는 초기 공급 압력 값들(382)과 말기 공급 압력 값들(384)을 가질 수 있다. 사각파 모양의 공급 압력 펄스(380)의 초기 공급 압력 값들(382)과 말기 공급 압력 값들(384)은 동일할 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 마스크 막이 형성된 기판을 챔버 내에 제공하는 단계;
    상기 챔버 내에 플라즈마 반응을 유도하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 제 1 가스와 제 2 가스를 번갈아 제공하여 상기 마스크 막으로부터 노출된 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 각각은 상기 챔버 내에 제공될 때마다 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 교차 공급 압력 펄스의 요동 없이 안정화된 공급 압력으로 공급되는 기판 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판을 식각하는 단계는:
    상기 제 1 가스를 제 1 압력으로 상기 기판에 제공하여 상기 기판에 폴리머를 증착하는 단계; 및
    상기 제 2 가스를 상기 제 1 압력과 다른 제 2 압력으로 상기 기판 상에 제공하여 상기 폴리머 및 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스는 상기 제 1 및 제 2 압력의 차이에 대응되는 사각파 모양의 상기 교차 공급 압력 펄스에 따라 제공되는 기판 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교차 공급 압력 펄스는 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 초기 공급 압력 값과 말기 공급 압력 값을 포함하되,
    상기 교차 공급 압력 펄스가 상기 사각파 모양을 가질 때, 상기 초기 공급 압력 값은 상기 말기 공급 압력 값과 동일하게 설정되는 기판 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 가스는 상기 제 2 가스보다 20% 내지 50% 많은 유량으로 상기 챔버 내에 제공되는 기판 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스 각각은 불화 탄소를 포함하는 기판 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스 각각은 상기 불화 탄소를 희석하는 불활성 가스를 더 포함하는 기판 제조 방법.
  7. 챔버;
    상기 챔버 내에 제 1 및 제 2 가스들을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 가스 공급 부들;
    상기 제 1 및 제 2 가스 공급 부들과 상기 챔버를 각각 연결하는 제 1 및 제 2 공급 배관들;
    상기 챔버 내부의 상기 제 1 및 제 2 가스를 펌핑하는 펌프;
    상기 펌프와 상기 챔버를 연결하는 배기 배관;
    상기 제 1 및 제 2 공급 배관들에서 분기되고 상기 챔버를 우회하여 상기 배기 배관에 각각 연결된 제 1 및 제 2 우회 배관들;
    상기 챔버와 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들 사이의 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들에 배치되고, 상기 제 1 가스 및 제 2 가스의 공급을 단속하는 제 1 및 제 2 메인 공급 밸브들; 및
    상기 제 1 및 제 2 우회 배관들에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 우회 배관 내의 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 배기 압력 감소를 줄이고, 상기 챔버 내에 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스의 공급 때마다 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 공급 압력을 상기 제 1 및 제 2 가스들의 교차 공급 압력 펄스의 요동을 최소화하는 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들을 포함하는 기판 제조 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공급 배관들과 상기 제 1 및 제 2 릴리프 배관들 사이의 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들에 각각 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 우회 배관들로 배기되는 상기 제 1 및 제 2 가스들을 단속하는 제 1 및 제 2 우회 밸브들을 더 포함하는 기판 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들은, 상기 제 1 및 제 2 우회 밸브들이 열릴 때마다 상기 제 1 및 제 2 공급 배관들 내의 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 각각의 상기 배기 압력 감소를 줄이는 기판 제조 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 릴리프 밸브들은 압력 조절 밸브를 포함하는 기판 제조 장치.
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