KR20220064147A - Method of processing substrate - Google Patents

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Abstract

In accordance with one aspect of the present invention, a substrate treatment method includes a plurality of cycle reaction steps of etching a target thin film on a substrate placed on a substrate supporter by using a substrate treatment apparatus including a process chamber defining a treatment space therein, a gas injection part supplying process gas into the treatment space, and the substrate supporter installed in the process chamber to be opposed to the gas injection part. Each of the cycle reaction steps includes the following steps of: supplying surface modification gas to modify the surface of the target thin film onto the substrate; purging the surface modification gas; supplying etching gas for etching a surface modification layer of the target thin film onto the substrate; and purging the etching gas. At least the first cycle reaction step of the plurality of cycle reaction steps includes the following steps of: supplying buffer gas onto the substrate to relieve the surface roughness of the target thin film before the supply of the surface modification gas; and purging the buffer gas. Therefore, the present invention is capable of suppressing an increase in the surface roughness of a thin film.

Description

기판 처리 방법{Method of processing substrate}Method of processing substrate

본 발명은 반도체 공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원자층 식각(atomic layer etching; ALE)공정을 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor process, and more particularly, to a substrate processing method using an atomic layer etching (ALE) process.

최근 반도체 소자의 고집적화로 인해서, 반도체 소자의 제조 공정에 있어서 정밀화가 요구되고 있다. 이에 따라서, 기판 상에 형성된 박막의 두께도 얇아지고 이러한 박막의 식각도 매우 얇은 두께 단위로 제어되고 있다.Due to the recent high integration of semiconductor devices, precision in the manufacturing process of semiconductor devices is required. Accordingly, the thickness of the thin film formed on the substrate is also reduced, and the etching of the thin film is also controlled in units of very thin thicknesses.

최근 박막을 원자층 또는 분자층 단위로 식각하는 원자층 식각(ALE) 공정이 적용되고 있다. 이러한 원자층 식각 공정은 사이클 반응을 반복하여 식각 공정을 수행하기 때문에 정밀한 두께 제어가 가능하다. 다만, 박막의 결정성이 높은 경우, 원자층 식각 시 박막의 표면 거칠기가 상승되는 문제가 있다.Recently, an atomic layer etching (ALE) process for etching a thin film in units of atomic or molecular layers has been applied. Since the atomic layer etching process repeats a cycle reaction to perform the etching process, precise thickness control is possible. However, when the crystallinity of the thin film is high, there is a problem in that the surface roughness of the thin film is increased during atomic layer etching.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 원자층 식각 시 박막의 표면 거칠기를 낮출 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of lowering the surface roughness of a thin film during atomic layer etching. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 의한 기판 처리 방법은, 내부에 처리 공간을 한정하는 공정 챔버, 상기 처리 공간 내 공정 가스를 공급하는 가스 분사부 및 상기 공정 챔버에 상기 가스 분사부에 대향되게 설치되는 기판 지지대를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판 지지대 상에 안착된 기판 상의 대상 박막을 식각하는 복수의 사이클 반응 단계들을 포함하되, 각 사이클 반응 단계는, 상기 기판 상에 상기 대상 박막의 표면을 개질 처리하기 위한 표면개질 가스를 공급하는 단계와, 상기 표면개질 가스를 퍼지하는 단계와, 상기 기판 상에 상기 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 식각 가스를 공급하는 단계와, 상기 식각 가스를 퍼지하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 사이클 반응 단계들 중 적어도 첫 회의 사이클 반응 단계는, 상기 표면개질 가스를 공급하기 전에 상기 대상 박막의 표면 거칠기를 완화할 수 있도록 상기 기판 상에 버퍼 가스를 공급하는 단계와 상기 버퍼 가스를 퍼지하는 단계를 포함를 포함한다.In a substrate processing method according to an aspect of the present invention, a process chamber defining a processing space therein, a gas injection unit supplying a process gas in the processing space, and a substrate support installed in the process chamber to face the gas injection unit A plurality of cycle reaction steps of etching the target thin film on the substrate seated on the substrate support using a substrate processing apparatus comprising The step of supplying a surface modification gas for purging the surface modification gas, the step of supplying an etching gas for etching the surface modification layer of the target thin film on the substrate, and purging the etching gas and supplying a buffer gas on the substrate so that the surface roughness of the target thin film can be alleviated before supplying the surface modification gas in at least a first cycle reaction step among the plurality of cycle reaction steps. and purging the buffer gas.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 복수의 사이클 반응 단계들은 상기 버퍼 가스를 공급하는 단계 및 상기 버퍼 가스를 퍼지하는 단계를 각각 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the plurality of cycle reaction steps may include supplying the buffer gas and purging the buffer gas, respectively.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 버퍼 가스는 상기 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 상기 식각 가스 중의 하나의 가스를 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the buffer gas may include one of the etching gases for etching the surface modification layer of the target thin film.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 버퍼 가스는 상기 식각 가스와 동일한 가스일 수 있다.In the substrate processing method, the buffer gas may be the same gas as the etching gas.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 식각 가스 및 상기 버퍼 가스는 트리메틸아민(TMA), 디메틸알루미늄 클로라이드(Dimethylaluminium chloride, DMAC), 사염화실리콘(SiCl4) 및 Sn(acac)2 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the etching gas and the buffer gas are one or more selected from the group consisting of trimethylamine (TMA), dimethylaluminium chloride (DMAC), silicon tetrachloride (SiCl4) and Sn(acac)2 gas. Combinations may be included.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 표면개질 가스는 할로겐족 원소를 포함하고, 상기 표면개질 가스는 상기 기판의 표면 작용기를 할로겐족 원소로 개질시킬 수 있다.In the substrate processing method, the surface modification gas may include a halogen element, and the surface modification gas may modify a surface functional group of the substrate with a halogen element.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 표면개질 가스는 NF3, ClF3, F2, OF2 및 CF4 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the surface modification gas may include one or a combination thereof selected from the group of NF3, ClF3, F2, OF2, and CF4 gases.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 표면개질 가스를 공급하는 단계에서 상기 표면개질 가스는 라디칼 형태로 활성화되어 상기 기판 상에 공급될 수 있다.In the substrate processing method, in the step of supplying the surface modification gas, the surface modification gas may be activated in a radical form and supplied onto the substrate.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 표면개질 가스를 공급하는 단계의 공정 온도는 상기 버퍼 가스를 공급하는 단계 및 상기 식각 가스를 공급하는 단계의 공정 온도보다 낮을 수 있다.In the substrate processing method, the process temperature of the supplying of the surface modification gas may be lower than the process temperature of the supplying of the buffer gas and the supplying of the etching gas.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 표면개질 가스를 공급하는 단계에서, 상기 표면개질 가스는 리모트 플라즈마를 이용하여 라디칼 형태로 활성화될 수 있다.In the substrate processing method, in the supplying of the surface modification gas, the surface modification gas may be activated in a radical form using a remote plasma.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 원자층 식각 시 박막의 표면 거칠기가 상승되는 것을 억제할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the substrate processing method according to the embodiments of the present invention made as described above, it is possible to suppress an increase in the surface roughness of the thin film during atomic layer etching. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 구현하기 위한 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 구현하기 위한 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 개략적인 그래프이다.
도 5는 비교예 및 실험예에 따른 기판 처리 방법에 따라 식각된 박막의 표면 거칠기를 보여주는 사진들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법에서 공정 온도에 따른 식각 전 후 박막의 두께 프로파일을 보여주는 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus for implementing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus for implementing a substrate processing method according to another embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic graph showing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing the surface roughness of a thin film etched according to the substrate processing method according to Comparative Example and Experimental Example.
6 and 7 are graphs showing the thickness profile of the thin film before and after etching according to the process temperature in the substrate processing method according to the embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, several preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 구현하기 위한 기판 처리 장치(100a)를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus 100a for implementing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100a)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120) 및 기판 지지대(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a substrate processing apparatus 100a may include a process chamber 110 , a gas injection unit 120 , and a substrate support 130 .

공정 챔버(110)는 내부에 처리 공간(112)을 한정할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 처리 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 처리 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 배기 포트를 통해서 진공 챔버(미도시)에 연결될 수 있다. 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 예컨대 처리 공간(112)을 한정하는 측벽부와 측벽부 상단에 위치하는 덮개부를 포함할 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)는 기판(S)의 이동을 위하여 개폐 가능한 게이트(114)를 포함할 수 있다.The process chamber 110 may define a processing space 112 therein. For example, the process chamber 110 is configured to maintain airtightness, and may be connected to a vacuum chamber (not shown) through an exhaust port to exhaust a process gas in the process space 112 and adjust a degree of vacuum in the process space 112 . can The process chamber 110 may be provided in various shapes, and may include, for example, a side wall portion defining the processing space 112 and a cover portion positioned at an upper end of the side wall portion. Furthermore, the process chamber 110 may include a gate 114 that can be opened and closed for the movement of the substrate S.

가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 처리 공간(112)으로 공급하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(110)의 상부에 기판 지지대(130)에 대항되게 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 가스 유입 라인들(122a, 122b)과 연통된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판(S)을 바라보는 하방으로 형성된 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다. The gas injector 120 may be installed in the process chamber 110 to supply the process gas supplied from the outside of the process chamber 110 to the process space 112 . The gas injector 120 may be installed opposite the substrate support 130 at the upper portion of the process chamber 110 to inject a process gas to the substrate S seated on the substrate support 130 . The gas ejection unit 120 includes at least one inlet hole communicating with the gas inlet lines 122a and 122b and a plurality of downwardly facing the substrate S to inject the process gas onto the substrate S. It may include injection holes.

예를 들어, 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head) 형태, 노즐(nozzle) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 가스 분사부(120)가 샤워 헤드 형태인 경우, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부를 부분적으로 덮는 형태로 공정 챔버(110)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)가 공정 챔버(110)의 덮개 형태로 덮개부 또는 측벽부에 결합될 수 있다.For example, the gas injection unit 120 may have various shapes, such as a shower head shape, a nozzle shape, and the like. When the gas injector 120 is in the form of a shower head, the gas injector 120 may be coupled to the process chamber 110 to partially cover the upper portion of the process chamber 110 . For example, the gas injection unit 120 may be coupled to the cover part or the sidewall part in the form of a cover of the process chamber 110 .

리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator, 152)는 공정 챔버(110)의 외부에 배치되어 공정 챔버(110)와 연결될 수 있다. 리모트 플라즈마 발생기(152)는 공정 챔버(110)의 외부에서 공정 챔버(110)로 공정 가스의 일부를 공급할 수 있다.A remote plasma generator 152 may be disposed outside the process chamber 110 to be connected to the process chamber 110 . The remote plasma generator 152 may supply a portion of the process gas from the outside of the process chamber 110 to the process chamber 110 .

공정 가스 중 일부는 가스 유입 라인(122a)를 통해서 가스 분사부(120)로 제공되고, 공정 가스 중 다른 일부는 가스 유입 라인(122b)를 통해서 리모트 플라즈마 발생기(152)로 공급된 후 리모트 플라즈마 발생기(152) 내에서 활성화 되어 공정 챔버(110)로 공급될 수 있다.A part of the process gas is provided to the gas injection unit 120 through the gas inlet line 122a, and another part of the process gas is supplied to the remote plasma generator 152 through the gas inlet line 122b, and then the remote plasma generator. It may be activated in 152 and supplied to the process chamber 110 .

기판 지지대(130)는 그 상부에 기판(S)이 안착되도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(130)는 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 선택적으로, 기판 지지대(130)는 그 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(미도시)를 포함할 수도 있다The substrate support 130 may be installed in the process chamber 110 so that the substrate S is mounted thereon. For example, the substrate support 130 may be installed in the process chamber 110 to face the gas injection unit 120 . Optionally, the substrate support 130 may include a heater (not shown) for heating the substrate S therein.

기판 지지대(130)의 형상은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 기판(S)보다 크게 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일 예에서, 기판 지지대(130)는 승하강이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 이 경우 기밀 유지를 위하여 벨로우즈관(미도시)이 연결될 수도 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.The shape of the substrate support 130 generally corresponds to the shape of the substrate S, but is not limited thereto, and may be provided in various shapes larger than that of the substrate S so that the substrate S can be stably seated. In one example, the substrate support 130 may be connected to an external motor (not shown) to enable elevating, in this case, a bellows pipe (not shown) may be connected to maintain airtightness. Furthermore, since the substrate support 130 is configured to place the substrate S thereon, it may be referred to as a substrate mounting unit, a susceptor, or the like.

선택적으로, 기판 지지대(130)는 기판(S)에 정전기력을 인가하여 그 상부에 고정하기 위해서 정전 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 나아가, 정전력 전원 공급부(미도시)가 기판(S)을 기판 지지대(130) 상에 척킹하기 위하여 정전 전극에 DC 전력을 공급하도록 정전 전극에 연결될 수 있다.Optionally, the substrate support 130 may include an electrostatic electrode (not shown) to apply an electrostatic force to the substrate S to fix it thereon. Furthermore, an electrostatic power supply unit (not shown) may be connected to the electrostatic electrode to supply DC power to the electrostatic electrode in order to chuck the substrate S on the substrate support 130 .

리모트 플라즈마 발생기(152)는 내부에 플라즈마 분위기를 형성할 수 있도록 플라즈마 전원 공급부(140)의 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 리모트 플라즈마 발생기(152) 내에서 활성화 된 공정 가스는 라디칼(radical) 형태로 가스 분사부(120)로 공급될 수 있다.The remote plasma generator 152 may receive power from the plasma power supply 140 to form a plasma atmosphere therein. For example, the process gas activated in the remote plasma generator 152 may be supplied to the gas injection unit 120 in a radical form.

플라즈마 전원 공급부(140)는 리모트 플라즈마 발생기(152) 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위해서 리모트 플라즈마 발생기(152)에 적어도 하나의 RF(radio frequency) 전력을 인가하도록 적어도 하나의 RF 전원을 포함할 수 있다. The plasma power supply 140 may include at least one RF power source to apply at least one radio frequency (RF) power to the remote plasma generator 152 to form a plasma atmosphere inside the remote plasma generator 152 . .

플라즈마 전원 공급부(140) 내 RF 전원은 하나 또는 복수개일 수 있다. 예를 들어, RF 전원은 공정 조건에 따른 플라즈마 환경 제어를 위하여 제 1 주파수 대역의 제 1 RF 전원(142) 및 제 1 주파수 대역보다 큰 제 2 주파수 대역의 제 2 RF 전원(144)을 포함할 수 있다. 제 1 RF 전원(142) 및 제 2 RF 전원(144)으로 구성되는 듀얼 주파수 전원은 공정 조건에 따라서 또는 공정 스텝에 따라서 주파수 대역을 달리할 수 있어서 공정을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. One or a plurality of RF power sources in the plasma power supply unit 140 may be used. For example, the RF power source may include a first RF power source 142 of a first frequency band and a second RF power source 144 of a second frequency band greater than the first frequency band for plasma environment control according to process conditions. can The dual frequency power supply composed of the first RF power supply 142 and the second RF power supply 144 has an advantage in that the process can be precisely controlled because the frequency band can be varied according to process conditions or process steps.

도 1은 플라즈마 전원 공급부(140)의 전원이 두 개의 RF 전원들(142, 144)인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되지는 않는다.1 shows that the power of the plasma power supply 140 is two RF power sources 142 and 144, this is illustrative and the scope of the present invention is not limited thereto.

이러한 플라즈마 전원 공급부(140)의 일 예에서, 제 1 RF 전원(142)은 제 1 주파수 대역이 적어도 370 kHz를 포함하는 저주파(low frequency, LF) 전원이고, 제 2 RF 전원(144)은 제 2 주파수 대역이 적어도 27.12 MHz를 포함하는 고주파(high frequency, HF) 전원일 수 있다. 고주파(HF) 전원은 5 MHz 내지 60 MHz 범위, 선택적으로 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 저주파(LF) 전원은 100 kHz 내지 5 MHz, 선택적으로 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 주파수 대역은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz 의 주파수 범위를 가지며, 제 1 주파수 대역은 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위를 가질 수 있다.In one example of this plasma power supply 140, the first RF power source 142 is a low frequency (LF) power source including at least 370 kHz in the first frequency band, and the second RF power source 144 is the second 2 may be a high frequency (HF) power source including at least 27.12 MHz in the frequency band. The high frequency (HF) power supply may be an RF power source in the frequency range of 5 MHz to 60 MHz, optionally 13.56 MHz to 27.12 MHz. The low frequency (LF) power supply may be an RF power supply in the frequency range of 100 kHz to 5 MHz, optionally 300 kHz to 600 kHz. In an embodiment, the second frequency band may have a frequency range of 13.56 MHz to 27.12 MHz, and the first frequency band may have a frequency range of 300 kHz to 600 kHz.

선택적으로, 공진 회로부(146)가 RF 전력 전달 효율을 높이기 위해서 RF 전원과 리모트 플라즈마 발생기(152) 사이에 부가될 수 있다. 공진 회로부(146)는 저항, 인덕터 및 커패시터의 군에서 선택된 둘 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬 조합으로 구성될 수 있다. 나아가, 공진 회로부(146)는 RF 전력의 주파수와 공정 조건에 따라서 그 임피던스 값이 가변될 수 있도록 적어도 하나의 가변 커패시터 또는 커패시터 어레이 스위칭 구조를 채택할 수도 있다.Optionally, a resonant circuit unit 146 may be added between the RF power source and the remote plasma generator 152 in order to increase the RF power transfer efficiency. The resonant circuit unit 146 may be configured as a series or parallel combination of two or more selected from the group consisting of a resistor, an inductor, and a capacitor. Furthermore, the resonance circuit unit 146 may adopt at least one variable capacitor or capacitor array switching structure so that the impedance value thereof can be varied according to the frequency of RF power and process conditions.

제어부(170)는 전술한 기판 처리 장치(100)의 여러 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 공진 회로부(146)의 임피던스값을 제어하거나, 기판 지지대(130)의 높이를 제어하거나, 플라즈마 전원 공급부(140)의 온/오프를 제어하거나, 또는 가스 분사부(120)로의 공정 가스의 공급을 제어할 수 있다.The controller 170 may control various operations of the above-described substrate processing apparatus 100 . For example, the control unit 170 controls the impedance value of the resonance circuit unit 146 , controls the height of the substrate support 130 , controls on/off of the plasma power supply unit 140 , or a gas injection unit The supply of process gas to 120 may be controlled.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법들을 보여주는 개략적인 그래프이다. 2 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic graphs illustrating substrate processing methods according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 1의 기판 처리 장치들(100a)을 이용하여 기판 처리 방법을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a substrate processing method using the substrate processing apparatuses 100a of FIG. 1 will be described in more detail.

도 1 내지 도 4를 같이 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S) 상의 대상 박막을 식각하는 복수의 사이클 반응(cycle reaction) 단계들을 포함할 수 있다.1 to 4 , in the substrate processing method according to an embodiment of the present invention, a plurality of cycle reactions for etching the target thin film on the substrate S seated on the substrate support 130 are performed. It may include steps.

각 사이클 반응 단계는, 기판(S) 상에 대상 박막의 표면을 개질 처리하기 위한 표면개질 가스(MG)를 공급하는 단계(S13)와, 표면개질 가스(MG)를 퍼지하는 단계(S14)와 기판(S) 상에 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 식각 가스(EG)를 공급하는 단계(S15)와 식각 가스(EG)를 퍼지하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.Each cycle reaction step includes a step (S13) of supplying a surface modification gas (MG) for modifying the surface of the target thin film on the substrate (S), a step of purging the surface modification gas (MG) (S14), The method may include supplying an etching gas EG for etching the surface modification layer of the target thin film on the substrate S ( S15 ) and purging the etching gas EG ( S16 ).

일부 실시예에서, 사이클 반응 단계들 중 적어도 첫 회의 사이클 반응 단계는, 표면개질 가스(MG)를 공급하기 전에 대상 박막의 표면 거칠기를 완화할 수 있도록 기판(S) 상에 버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11)와 버퍼 가스(BG)를 퍼지하는 단계(S12)를 포함할 수 있다. 이 경우, 도 2는 첫 회의 사이클 반응 단계를 나타낼 수 있고, 나머지 사이클 반응 단계들 중 일부에서는 도 2와 동일하거나 또는 도 2에서 단계들(S11, S12)이 생략될 수도 있다.In some embodiments, in at least the first cycle reaction step of the cycle reaction steps, the buffer gas BG is applied on the substrate S to relieve the surface roughness of the target thin film before supplying the surface modification gas MG. It may include a step of supplying (S11) and a step of purging the buffer gas (BG) (S12). In this case, FIG. 2 may show the first cycle reaction step, and some of the remaining cycle reaction steps may be the same as FIG. 2 or steps S11 and S12 may be omitted in FIG. 2 .

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이클 반응 단계들 중 첫 회의 사이클 반응 단계만 표면개질 가스(MG)를 공급하기 전에 대상 박막의 표면 거칠기를 완화할 수 있도록 기판(S) 상에 버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11)와 버퍼 가스(BG)를 퍼지하는 단계(S12)를 포함하고, 나머지 사이클 반응 단계들은 이러한 단계들(S11, S12)을 포함하지 않을 수 있다. 1회의 버퍼 가스(BG)의 공급으로도 표면 거칠기가 완화되는 경우에는 도 3과 같이 첫 회의 사이클 반응 단계에만 버퍼 가스(BG)를 공급할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3 , a buffer on the substrate S so that only the first cycle reaction step among the cycle reaction steps can relieve the surface roughness of the target thin film before supplying the surface modification gas MG. The step S11 of supplying the gas BG and the step S12 of purging the buffer gas BG are included, and the remaining cycle reaction steps may not include the steps S11 and S12. When the surface roughness is relieved even by one time supply of the buffer gas BG, the buffer gas BG may be supplied only in the first cycle reaction step as shown in FIG. 3 .

일부 실시예들에서, 복수의 사이클 반응 단계들은 버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11)와 버퍼 가스(BG)를 퍼지하는 단계(S12)를 각각 포함할 수 있다. 이 경우, 도 2는 각 사이클 반응 단계를 나타낼 수 있고, 도 4는 각 사이클 반응 단계가 도 3의 단계들(S11, S12, S13, S14, S15, S16)을 모두 포함하는 경우를 도시하고 있다. 1회의 버퍼 가스(BG)의 공급만으로는 대상 박막의 표면 거칠기가 충분히 완화되지 않는 경우, 도 4와 같이 매 사이클 반응 단계에 버퍼 가스(BG)를 공급할 수 있다.In some embodiments, the plurality of cycle reaction steps may include supplying the buffer gas BG ( S11 ) and purging the buffer gas BG ( S12 ), respectively. In this case, FIG. 2 may represent each cycle reaction step, and FIG. 4 shows a case in which each cycle reaction step includes all of the steps S11, S12, S13, S14, S15, and S16 of FIG. . When the surface roughness of the target thin film is not sufficiently alleviated by only supplying the buffer gas BG once, the buffer gas BG may be supplied to each cycle reaction step as shown in FIG. 4 .

각 사이클 반응 단계는 원자층 식각(atomic layer etching, ALE) 공정의 단위 사이클이 될 수 있다. 원자층 식각 공정이란, 기판(S) 상에 표면개질 가스(MG)를 공급하여 기판(S) 상의 박막의 표면을 처리하고 잔류한 표면개질 가스(MG)를 퍼지한 후, 기판(S) 상에 식각 가스(EG)를 공급하여 박막의 표면처리된 부분을 식각 가스(EG)와 반응시켜 제거하고 잔류한 식각 가스(EG)를 퍼지하여 단위 박막을 제거하는 사이클 반응 단계를 반복하여 박막을 식각하는 방법을 지칭할 수 있다.Each cycle reaction step may be a unit cycle of an atomic layer etching (ALE) process. In the atomic layer etching process, the surface modification gas MG is supplied on the substrate S to treat the surface of the thin film on the substrate S, the remaining surface modification gas MG is purged, and then the surface modification gas MG is disposed on the substrate S. The thin film is etched by supplying an etching gas (EG) to the etchant to remove the surface-treated portion of the thin film by reacting it with the etching gas (EG), and repeating the cycle reaction step of removing the unit thin film by purging the remaining etching gas (EG). can refer to how to do it.

예를 들어, 이러한 원자층 식각(ALE) 공정에서, 표면개질 가스(MG)는 기판(S)의 표면에 흡착되어 기판(S)의 표면 물질, 예컨대 박막의 표면을 개질시킬 수 있다. 이러한 표면 개질은 기판(S) 표면에서 원자층 또는 분자층 단위에서 이루어질 수 있다. 이러한 개질된 표면 물질은 식각 가스(EG)와 반응하여 휘발성 화합물을 생성할 수 있다. 따라서, 원자층 식각(ALE) 공정에서, 기판(S) 또는 기판(S) 상의 박막은 단위 사이클 반응 동안 원자층 또는 분자층 단위에서 식각될 수 있다.For example, in such an atomic layer etching (ALE) process, the surface modification gas MG may be adsorbed on the surface of the substrate S to modify the surface material of the substrate S, for example, the surface of the thin film. Such surface modification may be performed in an atomic layer or molecular layer unit on the surface of the substrate S. The modified surface material may react with an etching gas (EG) to generate a volatile compound. Accordingly, in the atomic layer etching (ALE) process, the substrate S or the thin film on the substrate S may be etched in units of atomic layers or molecular layers during a unit cycle reaction.

도 3 및 도 4는 이러한 단위 사이클이 2회 반복되는 것을 도시하고 있으나, 기판 처리 방법에 있어서 단위 사이클은 기판(S)의 처리 량에 따라서 적절한 회수가 반복될 수 있다. 기판(S)이 식각하고자 하는 박막을 포함하는 경우, 기판 처리 방법은 이러한 박막이 타겟 두께까지 식각될 때가지 단위 사이클을 반복할 수 있다.3 and 4 illustrate that this unit cycle is repeated twice, in the substrate processing method, the unit cycle may be repeated an appropriate number of times depending on the amount of processing of the substrate S. When the substrate S includes a thin film to be etched, the substrate processing method may repeat a unit cycle until the thin film is etched to a target thickness.

보다 구체적으로 보면, 표면개질 가스(MG)는 할로겐족 원소를 포함하고, 기판(S)의 표면 작용기를 할로겐족 원소로 개질시킬 수 있다. 예를 들어, 표면개질 가스(MG)는 NF3, ClF3, F2, OF2 및 CF4 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면개질 가스(MG)는 대상 박막의 표면 거칠기가 나빠지는 것을 억제하기 위해서 HF 가스를 제외한 할로겐족 가스를 이용할 수 있다.More specifically, the surface modification gas MG may include a halogen element, and the surface functional group of the substrate S may be modified with a halogen element. For example, the surface modification gas MG may include one or a combination thereof selected from the group of NF3, ClF3, F2, OF2, and CF4 gases. In some embodiments, the surface modification gas MG may use a halogen gas other than the HF gas in order to suppress deterioration of the surface roughness of the target thin film.

나아가, 표면개질 가스(MG)를 공급하는 단계(S13)에서, 표면개질 가스(MG)는 라디칼 형태로 활성화되어 기판(S) 상에 공급될 수 있다. 표면개질 가스(MG)의 활성화를 위해서 플라즈마 환경이 필요할 수 있다.Further, in the step of supplying the surface modification gas MG ( S13 ), the surface modification gas MG may be activated in a radical form to be supplied onto the substrate S. A plasma environment may be required for activation of the surface modification gas MG.

예를 들어, 표면개질 가스(MG)를 공급하는 단계(S13)에서 표면개질 가스(MG)를 활성화시키기 위해서 플라즈마 전력을 공급하는 단계가 부가될 수 있다. 플라즈마 전력의 공급은 도 1에 도시된 바와 같이 공정 챔버(110) 외부의 리모트 플라즈마 발생기(152) 내에 플라즈마 분위기를 형성하도록 리모트 플라즈마 발생기(152)로 공급될 수 있다. 이 경우, 표면개질 가스(MG)는 리모트 플라즈마 발생기(152)를 통해서 공정 챔버(110) 내 기판(S) 상으로 공급될 수 있다. 이에 따라, 표면개질 가스(MG)는 리모트 플라즈마를 이용하여 라디칼 형태로 활성화되어 공정 챔버(110)로 공급될 수 있다.For example, in the step of supplying the surface modification gas MG ( S13 ), a step of supplying plasma power to activate the surface modification gas MG may be added. The supply of plasma power may be supplied to the remote plasma generator 152 to form a plasma atmosphere in the remote plasma generator 152 outside the process chamber 110 as shown in FIG. 1 . In this case, the surface modification gas MG may be supplied onto the substrate S in the process chamber 110 through the remote plasma generator 152 . Accordingly, the surface modification gas MG may be activated in a radical form using remote plasma and supplied to the process chamber 110 .

보다 구체적으로 보면, 표면개질 가스(MG)는 가스 유입 라인(122b)을 통해서 리모트 반응기(152)로 공급되고 리모트 플라즈마 발생기(152) 내의 플라즈마 분위기 하에서 활성화 된 후 공정 챔버(110) 내 기판(S) 상으로 공급될 수 있다. 이와 같이 공정 챔버(110) 외부에서 플라즈마가 생성되는 것을 리모트 플라즈마(remote plasma)라고 부를 수 있다. 예를 들어, 리모트 플라즈마 발생기(152)는 유도 결합 플라즈마(ICP), 용량 결합 플라즈마(CCP) 및 마이크로웨이브(microwave) 플라즈마 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있다.More specifically, the surface modification gas MG is supplied to the remote reactor 152 through the gas inlet line 122b and is activated under a plasma atmosphere in the remote plasma generator 152, and then the substrate S in the process chamber 110 ) can be supplied. In this way, the plasma generated outside the process chamber 110 may be referred to as a remote plasma. For example, the remote plasma generator 152 may use any one of an inductively coupled plasma (ICP), a capacitively coupled plasma (CCP), and a microwave plasma method.

표면개질 가스(MG)를 퍼지하는 단계(S14)는 공정 챔버(110) 내로 퍼지 가스(PG2)를 공급하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)를 통해서 퍼지 가스(PG2)를 기판 지지대(130) 상으로 공급할 수 있다. 퍼지 가스(PG2)는 불활성 가스, 예컨대 아르곤 가스를 포함할 수 있다.The step of purging the surface modification gas MG ( S14 ) may be performed by supplying the purge gas PG2 into the process chamber 110 . For example, the purge gas PG2 may be supplied onto the substrate support 130 through the gas injection unit 120 . The purge gas PG2 may include an inert gas, for example, argon gas.

식각 가스(EG)를 공급하는 단계(S15)는 기판(S)의 표면이 개질 처리된 후에 수행되도록 단속적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 표면개질 가스(MG)가 할로겐족 원소를 포함하는 경우, 식각 가스(EG)는 표면개질 가스(MG)에 의해서 개질 처리된 기판(S)의 표면과 반응하여 휘발성 화합물을 생성하도록 유기 반응 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 식각 가스(EG)는 메틸(methyl), 클로라이드(chloride) 또는 acac 리간드(ligand)를 포함하며 안정한 상태에서 휘발되면서 리간드(ligand)간 교환 반응이 가능한 가스, 예컨대 트리메틸아민(TMA), 디메틸알루미늄 클로라이드(Dimethylaluminium chloride, DMAC), 사염화실리콘(SiCl4) 및 Sn(acac)2 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다.The supplying of the etching gas EG ( S15 ) may be provided intermittently to be performed after the surface of the substrate S is modified. For example, when the surface modification gas MG includes a halogen element, the etching gas EG reacts with the surface of the substrate S modified by the surface modification gas MG to generate a volatile compound. It may contain a reactive gas. For example, the etching gas (EG) includes methyl, chloride, or an acac ligand and is volatilized in a stable state and is a gas capable of an exchange reaction between ligands, such as trimethylamine (TMA) , dimethylaluminium chloride (DMAC), silicon tetrachloride (SiCl4) and Sn(acac)2 gas may include one or a combination thereof.

예를 들어, 식각 가스(EG)는 도 1의 기판 처리 장치(100)의 경우 가스 유입 라인(122)을 통해서 가스 분사부(120)로 공급되고, 도 2의 기판 처리 장치(100a)의 경우 가스 유입 라인(122a)을 통해서 가스 분사부(120)로 공급될 수 있다.For example, the etching gas EG is supplied to the gas injection unit 120 through the gas inlet line 122 in the case of the substrate processing apparatus 100 of FIG. 1 , and in the case of the substrate processing apparatus 100a of FIG. 2 . The gas may be supplied to the gas injection unit 120 through the gas inlet line 122a.

식각 가스(EG)를 퍼지하는 단계(S16)는 공정 챔버(110) 내로 퍼지 가스(PG3)를 공급하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)를 통해서 퍼지 가스(PG3)를 기판 지지대(130) 상으로 공급할 수 있다. 퍼지 가스(PG3)는 불활성 가스, 예컨대 아르곤 가스를 포함할 수 있다.The step of purging the etching gas EG ( S16 ) may be performed by supplying the purge gas PG3 into the process chamber 110 . For example, the purge gas PG3 may be supplied onto the substrate support 130 through the gas injection unit 120 . The purge gas PG3 may include an inert gas, for example, argon gas.

버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11)는 기판(S)의 표면 거칠기를 완화시키도록 대상 박막의 표면을 사전 처리하거나 또는 대상 박막의 표면 상에 완충층을 형성하도록 수행될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 가스(BG)는 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 전술한 식각 가스(EG) 중의 하나의 가스를 포함할 수 있다. The supplying of the buffer gas BG ( S11 ) may be performed to pre-treat the surface of the target thin film to alleviate the surface roughness of the substrate S or to form a buffer layer on the surface of the target thin film. For example, the buffer gas BG may include one of the above-described etching gases EG for etching the surface modification layer of the target thin film.

버퍼 가스(BG)는 공정 가스의 단순화와 경제성을 위해서 식각 가스(EG)와 동일한 가스일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 식각 가스(EG) 및 버퍼 가스(BG)는 트리메틸아민(TMA), 디메틸알루미늄 클로라이드(Dimethylaluminium chloride, DMAC), 사염화실리콘(SiCl4) 및 Sn(acac)2 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 버퍼 가스(BG)는 식각 가스(EG)와 동일하지만, 표면 개질 처리 전이기 때문에 대상 박막을 식각하지 못하고 표면 처리하거나 또는 완충층을 형성하는 용도로 이용될 수 있다.The buffer gas BG may be the same gas as the etching gas EG for simplification of the process gas and economical efficiency. More specifically, the etching gas (EG) and the buffer gas (BG) are one selected from the group consisting of trimethylamine (TMA), dimethylaluminium chloride (DMAC), silicon tetrachloride (SiCl4) and Sn(acac)2 gas. or a combination thereof. The buffer gas BG is the same as the etching gas EG, but since it is before the surface modification treatment, the target thin film cannot be etched, but the surface treatment or the buffer layer may be formed.

버퍼 가스(BG)를 퍼지하는 단계(S12)는 공정 챔버(110) 내로 퍼지 가스(PG1)를 공급하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)를 통해서 퍼지 가스(PG1)를 기판 지지대(130) 상으로 공급할 수 있다. 퍼지 가스(PG1)는 불활성 가스, 예컨대 아르곤 가스를 포함할 수 있다.The step of purging the buffer gas BG ( S12 ) may be performed by supplying the purge gas PG1 into the process chamber 110 . For example, the purge gas PG1 may be supplied onto the substrate support 130 through the gas injection unit 120 . The purge gas PG1 may include an inert gas, for example, argon gas.

표면개질 가스(MG)를 공급하기 전에, 버퍼 가스(BG)로 대상 박막의 표면을 사전 처리함으로써, 대상 박막의 표면 거칠기를 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 이후 원자층 식각에 의한 표면층의 식각이 보다 균일하게 이루어짐으로써, 대상 박막의 표면 거칠기를 개선시킬 수 있다.By pre-treating the surface of the target thin film with the buffer gas BG before supplying the surface modification gas MG, the surface roughness of the target thin film may be alleviated. Accordingly, since the surface layer is etched more uniformly by the atomic layer etching thereafter, the surface roughness of the target thin film may be improved.

일부 실시예들에서, 버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11), 표면개질 가스(MG)를 공급하는 단계(S13) 및 식각 가스(EG)를 공급하는 단계(S15)에서 공정 조건, 예컨대 공정 온도, 공정 압력 등은 서로 동일하거나 일부가 다를 수 있다. 예를 들어, 표면개질 가스(MG)를 라디칼 형태로 활성화시키는 경우, 표면개질 가스(MG)를 공급하는 단계(S13)에서 공정 온도는 버퍼 가스(BG)를 공급하는 단계(S11) 및 식각 가스(EG)를 공급하는 단계(S15)에서 공정 온도보다 낮을 수 있다.In some embodiments, the process conditions, for example, in the step S11 of supplying the buffer gas BG, the supplying of the surface modification gas MG ( S13 ), and the supplying of the etching gas EG ( S15 ). The process temperature, the process pressure, etc. may be the same or some may be different from each other. For example, when activating the surface modification gas (MG) in a radical form, the process temperature in the step (S13) of supplying the surface modification gas (MG) is the step of supplying the buffer gas (BG) (S11) and the etching gas It may be lower than the process temperature in the step (S15) of supplying (EG).

일부 실시예들에서, 기판(S) 상의 대상 박막은 반도체 소자에서 고유전율 유전막으로 사용되거나 또는 블로킹 절연막으로 사용되는 절연막을 포함할 수 있다.In some embodiments, the target thin film on the substrate S may include an insulating film used as a high-k dielectric film or a blocking insulating film in a semiconductor device.

예를 들어, 기판(S)이 대상 박막으로 지르코늄 산화물을 포함하는 경우, 표면개질 가스(MG)는 지르코늄 산화물을 지르코늄 불화물로 표면처리하기 위한 불소를 포함하는 불소계 표면개질 가스를 포함할 수 있다. 식각 가스(EG)는 지르코늄 불화물을 휘발성 지르코늄 화합물로 반응시키기 위한 유기 반응 가스를 포함할 수 있다.For example, when the substrate S includes zirconium oxide as the target thin film, the surface modification gas MG may include a fluorine-based surface modification gas including fluorine for surface treatment of the zirconium oxide with zirconium fluoride. The etching gas EG may include an organic reaction gas for reacting zirconium fluoride with a volatile zirconium compound.

다른 예로, 기판(S)이 대상 박막으로 알루미늄 산화물을 포함하는 경우, 표면개질 가스(MG)는 표면개질 가스로 알루미늄 산화물을 알루미늄 불화물로 표면처리하기 위한 불소계 표면개질 가스를 포함하고, 식각 가스(EG)는 알루미늄 불화물을 휘발성 알루미늄 화합물로 반응시키기 위한 유기 반응 가스를 포함할 수 있다.As another example, when the substrate S includes aluminum oxide as a target thin film, the surface modification gas MG includes a fluorine-based surface modification gas for surface treatment of aluminum oxide with aluminum fluoride as a surface modification gas, and an etching gas ( EG) may include an organic reaction gas for reacting aluminum fluoride into a volatile aluminum compound.

도 5는 비교예 및 실험예에 따른 기판 처리 방법에 따라 식각된 박막의 표면 거칠기를 보여주는 사진들이다. 도 5에서, (a)는 대상 박막의 식각 전 표면 거칠기를 보여주는 사진이고, (b)는 비교예로 버퍼 가스(BG) 공급 없이 통상적인 원자층 식각법을 이용하여 대상 박막을 식각 후 표면 거칠기를 보여주는 사진이고, (c)는 실험예로 본 발명에 따른 기판 처리 방법으로 대상 박막을 식각한 후 표면 거칠기를 보여주는 사진이다.5 is a photograph showing the surface roughness of a thin film etched according to a substrate processing method according to Comparative Example and Experimental Example. In FIG. 5 , (a) is a photograph showing the surface roughness of the target thin film before etching, and (b) is a comparative example after etching the target thin film using a conventional atomic layer etching method without supplying a buffer gas (BG). is a photograph showing, (c) is a photograph showing the surface roughness after etching the target thin film by the substrate processing method according to the present invention as an experimental example.

도 5를 참조하면, 비교예의 경우(b)의 식각 후 표면 거칠기가 0.91에서 1.03으로 증가하였으나, 실험예(c)의 경우 식각 전보다 표면 거칠기가 0.91에서 0.87로 감소된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 따르면 표면 개질 처리 전에 버퍼 가스(BG)를 통해서 사전 처리를 수행함으로써, 식각 시 표면 거칠기의 나빠지는 것을 억제할 뿐만 아니라 오히려 개선할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the surface roughness after etching in Comparative Example (b) increased from 0.91 to 1.03, but in the case of Experimental Example (c), the surface roughness decreased from 0.91 to 0.87 compared to before etching. Therefore, it can be seen that, according to the substrate processing method according to the present invention, deterioration of surface roughness during etching can be suppressed and rather improved by performing a pre-treatment through a buffer gas (BG) before the surface modification treatment.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법에서 공정 온도에 따른 식각 전 후 박막의 두께 프로파일을 보여주는 그래프이다. 도 6은 공정 온도가 300oC인 경우를 나타내고, 도 7은 200oC인 경우를 나타낸다.6 and 7 are graphs showing the thickness profile of the thin film before and after etching according to the process temperature in the substrate processing method according to the embodiments of the present invention. Figure 6 shows the case where the process temperature is 300 o C, Figure 7 shows the case of 200 o C.

도 6의 공정 온도가 300oC인 경우에 비해서 도 7의 200oC인 경우에 식각 후 대상 박막의 균일도가 더 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 적용하면 공정 온도를 낮출 수 있고, 낮은 온도에서도 높은 균일도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.It can be seen that the uniformity of the target thin film after etching is higher when the process temperature of FIG. 6 is 200 o C than when the process temperature of FIG. 6 is 300 o C. Therefore, it can be seen that by applying the substrate processing method according to the present invention, the process temperature can be lowered and high uniformity can be obtained even at a low temperature.

본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 표면 개질 처리 전에 버퍼 가스(BG)를 주입하여, 플라즈마 환경의 식각 중에도 대상 박막의 거칠기가 나빠지는 것을 억제하거나 또는 개선시킬 수 있다.According to the substrate processing method according to the embodiments of the present invention, by injecting a buffer gas (BG) before the surface modification process, it is possible to suppress or improve the deterioration of the roughness of the target thin film even during the etching in a plasma environment.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100a: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
120: 가스 분사부
130: 기판 지지대
140: 플라즈마 전원 공급부
152: 리모트 플라즈마 발생기100a: substrate processing apparatus
110: process chamber
120: gas injection unit
130: substrate support
140: plasma power supply
152: remote plasma generator

Claims (10)

내부에 처리 공간을 한정하는 공정 챔버, 상기 처리 공간 내 공정 가스를 공급하는 가스 분사부 및 상기 공정 챔버에 상기 가스 분사부에 대향되게 설치되는 기판 지지대를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판 지지대 상에 안착된 기판 상의 대상 박막을 식각하는 복수의 사이클 반응 단계들을 포함하되,
각 사이클 반응 단계는,
상기 기판 상에 상기 대상 박막의 표면을 개질 처리하기 위한 표면개질 가스를 공급하는 단계;
상기 표면개질 가스를 퍼지하는 단계;
상기 기판 상에 상기 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 식각 가스를 공급하는 단계; 및
상기 식각 가스를 퍼지하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 사이클 반응 단계들 중 적어도 첫 회의 사이클 반응 단계는,
상기 표면개질 가스를 공급하기 전에 상기 대상 박막의 표면 거칠기를 완화할 수 있도록 상기 기판 상에 버퍼 가스를 공급하는 단계; 및
상기 버퍼 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는,
기판 처리 방법.The substrate support using a substrate processing apparatus including a process chamber defining a processing space therein, a gas injection unit supplying a process gas in the processing space, and a substrate support installed in the process chamber to face the gas injection unit A plurality of cycle reaction steps of etching the target thin film on the substrate seated thereon,
Each cycle reaction step is
supplying a surface modification gas for modifying the surface of the target thin film on the substrate;
purging the surface modification gas;
supplying an etching gas for etching the surface modification layer of the target thin film on the substrate; and
purging the etching gas;
At least the first cycle reaction step of the plurality of cycle reaction steps,
supplying a buffer gas on the substrate to alleviate the surface roughness of the target thin film before supplying the surface modification gas; and
purging the buffer gas;
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 사이클 반응 단계들은 상기 버퍼 가스를 공급하는 단계 및 상기 버퍼 가스를 퍼지하는 단계를 각각 포함하는,
기판 처리 방법.The method of claim 1,
wherein the plurality of cycle reaction steps each include supplying the buffer gas and purging the buffer gas,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼 가스는 상기 대상 박막의 표면 개질층을 식각하기 위한 상기 식각 가스 중의 하나의 가스를 포함하는,
기판 처리 방법.The method of claim 1,
The buffer gas comprises one of the etching gases for etching the surface modification layer of the target thin film,
Substrate processing method. 제 3 항에 있어서,
상기 버퍼 가스는 상기 식각 가스와 동일한 가스인,
기판 처리 방법.4. The method of claim 3,
The buffer gas is the same gas as the etching gas,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 식각 가스 및 상기 버퍼 가스는 트리메틸아민(TMA), 디메틸알루미늄 클로라이드(Dimethylaluminium chloride, DMAC), 사염화실리콘(SiCl4) 및 Sn(acac)2 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함하는,
기판 처리 방법.The method of claim 1,
The etching gas and the buffer gas are trimethylamine (TMA), dimethyl aluminum chloride (dimethylaluminium chloride, DMAC), silicon tetrachloride (SiCl4) and Sn(acac)2 One or a combination of gases selected from the group consisting of,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 표면개질 가스는 할로겐족 원소를 포함하고,
상기 표면개질 가스는 상기 기판의 표면 작용기를 할로겐족 원소로 개질시키는,
기판 처리 방법.The method of claim 1,
The surface modification gas includes a halogen element,
The surface modification gas modifies the surface functional group of the substrate with a halogen element,
Substrate processing method. 제 6 항에 있어서,
상기 표면개질 가스는 NF3, ClF3, F2, OF2 및 CF4 가스의 군에서 선택된 하나 또는 그 조합을 포함하는,
기판 처리 방법.7. The method of claim 6,
The surface modification gas comprises one or a combination thereof selected from the group of NF3, ClF3, F2, OF2 and CF4 gases,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 표면개질 가스를 공급하는 단계에서 상기 표면개질 가스는 라디칼 형태로 활성화되어 상기 기판 상에 공급되는,
기판 처리 방법.The method of claim 1,
In the step of supplying the surface modification gas, the surface modification gas is activated in a radical form and supplied on the substrate,
Substrate processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 표면개질 가스를 공급하는 단계의 공정 온도는 상기 버퍼 가스를 공급하는 단계 및 상기 식각 가스를 공급하는 단계의 공정 온도보다 낮은,
기판 처리 방법.9. The method of claim 8,
The process temperature of supplying the surface modification gas is lower than the process temperature of supplying the buffer gas and the etching gas,
Substrate processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 표면개질 가스를 공급하는 단계에서, 상기 표면개질 가스는 리모트 플라즈마를 이용하여 라디칼 형태로 활성화되는,
기판 처리 방법.
9. The method of claim 8,
In the step of supplying the surface modification gas, the surface modification gas is activated in a radical form using a remote plasma,
Substrate processing method.
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