KR20220097202A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220097202A
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이성길
노명섭
김동훈
엄영제
오동섭
구준택
박완재
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은, 상기 기판을 처리하는 처리 공간에서, 상기 기판의 온도를 공정 온도로 안정화시키는 온도 안정화 단계; 플라즈마가 발생하는 플라즈마 공간 - 상기 플라즈마 공간은 상기 처리 공간과 유체 연통됨 - , 그리고 상기 처리 공간의 압력을 공정 압력으로 안정화시키는 압력 안정화 단계; 및 상기 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 단계를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판에 사진, 식각, 애싱, 이온 주입, 그리고 박막 증착 등의 다양한 공정들을 통해 원하는 패턴을 웨이퍼 등의 기판 상에 형성한다. 이와 같은 반도체 소자를 제조하기 위한 공정은 기판 상에 형성된 막을 제거하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 식각 공정은, 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 막(예컨대, Si, SiO2, Si3N4, 또는 Poly Si을 포함하는 막)으로 플라즈마 및/또는 에천트를 공급하여 막을 식각한다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 높은 수준의 공정 정밀도가 요구되고 있다. 상술한 식각 공정을 정밀하게 수행하기 위해서는, 미리 정해진 공정 레시피에 맞게 플라즈마 또는 에천트를 생성하는 것이 중요하다. 또한, 기판 처리의 균일성을 확보하기 위해서는, 기판의 온도를 공정 온도로 안정화시키는 것이 필요하다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 막을 효과적으로 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 부산물에 의한 파티클 오염 없이 기판 상에 형성된 막을 식각할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은, 상기 기판을 처리하는 처리 공간에서, 상기 기판의 온도를 공정 온도로 안정화시키는 온도 안정화 단계; 플라즈마가 발생하는 플라즈마 공간 - 상기 플라즈마 공간은 상기 처리 공간과 유체 연통됨 - , 그리고 상기 처리 공간의 압력을 공정 압력으로 안정화시키는 압력 안정화 단계; 및 상기 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 온도 안정화 단계에는, 상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 척이 상기 기판을 가열하되, 상기 처리 공간으로 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 상기 공정 압력으로 승압시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 플라즈마 공간에서 발생된 상기 플라즈마의 이온은, 상기 플라즈마 공간으로부터 상기 처리 공간으로 유입되는 과정에서 상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 배치되는 이온 블로커에 포집될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 압력 안정화 단계에는, 상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급하고, 상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 제공되는 혼합 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제1가스를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 처리 단계 사이에 수행되며, 상기 플라즈마 공간에 플라즈마 분위기를 형성하는 점화 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 점화 단계에는, 상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급하고, 상기 처리 단계에는, 상기 플라즈마 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제2가스를 공급하고, 상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 제공되는 혼합 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제1가스를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1가스는, 수소를 포함하는 가스이고, 상기 제2가스는, 불소를 포함하는 가스일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리 단계 이후에, 상기 처리 공간을 배기하는 제1배기 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1배기 단계 이후에, 상기 처리 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 단계; 및 상기 퍼지 단계 이후에, 상기 처리 공간을 배기하는 제2배기 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 퍼지 단계에서 상기 처리 공간의 압력은, 상기 처리 단계에서 상기 처리 공간의 압력보다 클 수 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치 - 상기 기판 처리 장치는, 처리 공간 및 상기 플라즈마가 생성되는 플라즈마 공간을 가지고, 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간은 서로 유체 연통됨 - 의 상기 처리 공간으로 상기 기판을 반입하는 반입 단계; 상기 처리 공간에 반입된 상기 기판의 온도를 미리 설정된 공정 온도로 안정화시키는 온도 안정화 단계; 상기 플라즈마 공간, 그리고 상기 처리 공간을 공정 압력으로 안정화시키는 압력 안정화 단계; 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 온도 안정화 단계에는, 상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 척이 상기 기판을 가열하되, 상기 처리 공간으로 비활성 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 상기 공정 압력으로 승압시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 플라즈마 공간에서 발생된 이온은, 상기 플라즈마 공간에서 혼합 공간 - 상기 혼합 공간은 상기 기판 처리 장치가 가지며 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 제공됨 - 유입되는 과정에서 상기 혼합 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 배치되는 이온 블로커에 포집되는, 기판 처리 방법.
일 실시 예에 의하면, 상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 처리 단계 사이에 수행되며, 상기 플라즈마 공간에 플라즈마 분위기를 형성하는 점화 단계를 더 포함하되, 상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 점화 단계에는, 상기 혼합 공간으로 제1가스를 공급하고, 상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리 단계에는, 상기 혼합 공간으로 제1가스를 공급하고, 상기 플라즈마 공간으로 상기 제1가스와 상이한 가스인 제2가스를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1가스는, NH3를 포함하는 가스이고, 상기 제2가스는, NF3를 포함하는 가스일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리 단계 이후 수행되며, 상기 처리 공간을 배기하는 제1배기 단계; 상기 제1배기 단계 이후, 상기 처리 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 단계; 및 상기 퍼지 단계 이후, 상기 처리 공간을 배기하는 제2배기 단계를 포함하고, 상기 퍼지 단계에서 상기 처리 공간의 압력은, 상기 처리 단계에서 상기 처리 공간의 압력보다 클 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는, 처리 공간을 정의하는 하우징; 상기 처리 공간에서 기판을 지지 및 가열하는 척; 상기 처리 공간과 유체 연통하는 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전극; 상기 전극으로 전력을 인가하는 전원 모듈; 상기 플라즈마 공간, 그리고 상기 처리 공간 사이에 배치되며, 상기 플라즈마 공간에서 발생된 상기 플라즈마로부터 이온을 포집하는 이온 블로커; 상기 이온 블로커, 그리고 상기 처리 공간 사이에 배치되는 샤워 헤드 - 상기 샤워 헤드와 상기 이온 블로커는 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 제공되는 혼합 공간을 정의함 - ; 상기 플라즈마 공간 또는 상기 혼합 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛; 및 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 척이 상기 기판을 가열하여 상기 기판의 온도가 공정 온도로 안정화되도록 상기 척을 제어하고, 상기 처리 공간의 압력이 미리 설정된 공정 압력으로 안정화되도록 가스 공급 유닛, 그리고 상기 배기 유닛을 제어하고, 상기 처리 공간의 압력이 상기 공정 압력으로 안정화되고, 상기 척에 놓인 상기 기판의 온도가 상기 공정 온도로 안정화된 이후, 상기 플라즈마 공간에서 상기 플라즈마를 발생시키도록 상기 전원 모듈을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 기판의 온도가 상기 공정 온도로 안정화되는 동안, 상기 처리 공간에 상기 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 높이도록 상기 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 기판의 온도 및 상기 처리 공간의 압력이 안정화된 이후, 상기 플라즈마 공간에 비활성 가스를 공급하되 상기 전극이 상기 플라즈마 공간에 전계를 형성하고, 상기 전계가 형성되고 설정 시간이 경과한 이후 상기 플라즈마 공간으로 불소를 포함하는 가스를 공급하여 상기 플라즈마를 생성하도록 상기 전원 모듈, 그리고 상기 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판 상에 형성된 막을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 공정 부산물에 의한 파티클 오염 없이 기판 상에 형성된 막을 식각할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 3은 도 2의 기판 처리 방법을 수행하는 동안, 각 단계에 따른 기판의 온도 변화, 각 단계에 따른 처리 공간의 압력 변화, 각 단계에 따른 비활성 가스의 공급 여부, 각 단계에 따른 제1가스의 공급 여부, 그리고 각 단계에 따른 제2가스의 공급 여부를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 온도 안정화 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 압력 안정화 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2의 점화 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2의 처리 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다
도 8은 도 2의 제1배기 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 2의 퍼지 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 2의 제2배기 단계를 수행하는 기판 처리 장치의 모습을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 기판(W)을 처리할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W) 상에 형성된 박막을 제거할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(10)는 에천트(Etchant)를 기판(W)으로 전달하여, 기판(W) 상에 형성된 박막을 제거할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(10)는 기판(W) 상에 형성된 규소(Si)를 포함하는 박말을 제거할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(10)는 Si, SiO2, Si3N4, 그리고 Poly Si 막을 갖는 기판(W)을 파티클 오염 없이 식각(Etching)할 수 있다. 기판(W)은 웨이퍼일 수 있다.
기판 처리 장치(10)는, 하우징(100), 척(200), 샤워 헤드(300), 가열 부재(400), 이온 블로커(500), 절연 부재(DR), 전극 유닛(600), 가스 공급 유닛(700, 800), 배기 유닛(900), 그리고 제어기(1000)를 포함할 수 있다.
하우징(100)과 샤워 헤드(300)는 서로 조합되어, 기판(W)이 처리되는 공간인 처리 공간(A1, 제1공간의 일 예)을 정의할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(300), 가열 부재(400), 그리고 이온 블로커(500)는 서로 조합되어 플라즈마(P)로부터 이온이 제거된 중성 기체(라디칼)와 제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 제1공정 가스(G1)가 서로 믹싱되는 공간인 혼합 공간(A3, 제3공간의 일 예)을 정의할 수 있다. 또한, 이온 블로커(500), 절연 부재(DR), 상부 전극(601)은 서로 조합되어, 플라즈마(P)가 발생되는 공간인 플라즈마 공간(A2, 제2공간의 일 예)을 정의할 수 있다. 또한, 처리 공간(A1), 플라즈마 공간(A2), 그리고 혼합 공간(A3)을 정의하는데 관여하는 구성들을 통칭하여 챔버라 부를 수도 있다. 또한, 처리 공간(A1), 그리고 혼합 공간(A3)은 서로 유체 연통할 수 있다. 또한, 혼합 공간(A3)과 플라즈마 공간(A2)은 서로 유체 연통할 수 있다. 또한, 플라즈마 공간(A2)과 처리 공간(A1)은 혼합 공간(A3)을 매개로 서로 유체 연통할 수 있다.
하우징(100)은 처리 공간(A1)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 하우징(100)은 후술하는 샤워 헤드(300)와 서로 조합되어 처리 공간(A1)을 정의할 수 있다. 하우징(100)은 상부가 개방된 통 형상을 가질 수 있다. 하우징(100)의 내측 벽은, 후술하는 중성 기체(라디칼), 플라즈마(P), 또는 에천트(E)에 의해 식각되는 것을 방지할 수 있는 소재로 코팅될 수 있다. 예컨대, 하우징(100)의 내측 벽은 세라믹과 같은 유전체 막으로 코팅될 수 있다. 또한, 하우징(100)은 접지될 수 있다. 또한, 하우징(100)에는 기판(W)이 처리 공간(A1)에 반입되거나, 처리 공간(A1)으로부터 반출될 수 있도록 개구(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. 개구는 도어(미도시)에 의해 선택적으로 차폐될 수 있다. 또한 하우징(100)의 내벽에는 하우징(100)의 온도를 조절하는 온도 조절 부재(미도시)가 제공될 수 있다. 하우징(100)의 온도는 온도 조절 부재(미도시)에 의해 0 ℃ 내지 200 ℃ 정도로 조절될 수 있다.
척(200)은 처리 공간(A1)에서 기판(W)을 지지할 수 있다. 척(200)은 기판(W)을 가열할 수 있다. 또한, 척(200)은 기판(W)을 정전기력을 이용하여 척킹(Chucking)할 수 있는 ESC일 수 있다. 척(200)은 지지 판(210), 정전 전극(220), 그리고 히터(230)를 포함할 수 있다.
지지 판(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 지지 판(210)은 기판(W)을 지지하는 지지 면을 가질 수 있다. 지지 판(210)은 유전체로 제공될 수 있다. 예컨대, 지지 판(210)은 세라믹 소재로 제공될 수 있다. 지지 판(210) 내에는 정전 전극(220)이 제공될 수 있다. 정전 전극(220)은 상부에서 바라볼 때, 기판(W)과 중첩되는 위치에 제공될 수 있다. 정전 전극(220)에 전력이 인가되면, 정전 전극(220)은 기판(W)을 척킹 시킬 수 있는 정전기력에 의한 전계를 형성할 수 있다. 전계는 기판(W)이 지지 판(210)을 향하는 방향으로 척킹되도록하는 인력을 기판(W)에 전달할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10), 예컨대 척(200)은 정전 전극(220)에 전력을 인가하는 제1전원 모듈(222, 224)을 포함할 수 있다. 제1전원 모듈(222, 224)은 정전 전극 전원(222) 및 정전 전극 스위치(224)를 포함할 수 있다. 정전 전극 스위치(224)의 온/오프에 따라 정전 전극(220)에는 전력이 인가될 수 있다. 정전 전극(220)에 전력이 인가되면, 기판(W)은 정전기력에 의해 척(200)에 척킹될 수 있다.
히터(230)는 기판(W)을 가열할 수 있다. 히터(230)는 지지 판(210)의 온도를 상승시켜 기판(W)을 가열할 수 있다. 또한, 히터(230)에 전력이 인가되면 히터(230)는 열을 발생시킬 수 있다. 히터(230)는 텅스텐과 같은 발열체 일 수 있다. 그러나, 히터(230)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니고 공지된 히터(230)로 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 히터(230)는 지지 판(210)의 온도를 0 ℃ 내지 110 ℃로 제어할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10), 예컨대 척(200)은 히터(230)에 전력을 인가하는 제2전원 모듈(232, 234)을 포함할 수 있다. 제2전원 모듈(232, 234)은 히터 전원(232) 및 히터 전원 스위치(234)를 포함할 수 있다. 히터 전원 스위치(234)의 온/오프에 따라 히터(230)에는 전력이 인가될 수 있다.
샤워 헤드(300)는 하우징(100)의 상부에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(300)는 후술하는 이온 블로커(500)와 처리 공간(A1) 사이에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(300)는 혼합 공간(A3)과 처리 공간(A1) 사이에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(300)는 접지될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(300)에는 복수의 홀(302)이 형성될 수 있다. 홀(302)은 샤워 헤드(300)의 상면으로부터 하면까지 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 홀(302)은 샤워 헤드(300)를 관통하여 형성될 수 있다. 홀(302)은 처리 공간(A1) 후술하는 플라즈마 공간(A2)을 간접적으로 유체 연통시킬 수 있다. 또한, 홀(302)은 처리 공간(A1)과 후술하는 혼합 공간(A3)을 서로 유체 연통시킬 수 있다.
또한, 샤워 헤드(300)에는 가스 주입구(304)가 형성될 수 있다. 가스 주입구(304)는 후술하는 제2가스 라인(706)과 연결될 수 있다. 가스 주입구(304)는 혼합 공간(A3)을 향해 제1공정 가스(G1)를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 주입구(304)는 혼합 공간(A3)의 가장자리 영역에 제1공정 가스(G1)를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 주입구(304)는 혼합 공간(A3)으로는 통하지만(또한, 간접적으로 플라즈마 공간(A2)과 통하지만), 처리 공간(A1)으로는 통하지 않도록 구성될 수 있다.
가열 부재(400)는 샤워 헤드(300)의 상부에 배치될 수 있다. 가열 부재 (400)는 상부에서 바라볼 때 링 형상을 가지는 링 히터일 수 있다. 가열 부재(400)는 열을 발생시켜 혼합 공간(A3)의 온도를 높여 이온이 제거된 플라즈마(P)와 제1공정 가스(G1)가 믹싱되는 것이 보다 효과적으로 이루어 질 수 있게 도울 수 있다.
이온 블로커(500)는 플라즈마 공간(A2)과 혼합 공간(A3)을 구획(더 나아가서는 플라즈마 공간(A2)과 처리 공간(A1)을 간접적으로 구획)할 수 있다. 이온 블로커(500)는 상부 전극(601)과 처리 공간(A1) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 이온 블로커(500)는 처리 공간(A1)과 플라즈마 공간(A2) 사이에 배치될 수 있다.
이온 블로커(500)는 가열 부재(400)의 상부에 배치될 수 있다. 이온 블로커(500)는 접지될 수 있다. 이온 블로커(500)는 접지되어, 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)가 혼합 공간(A3), 더 나아가 처리 공간(A1)으로 유입시, 플라즈마(P)가 포함하는 이온을 제거(또는 포집)할 수 있다. 이온 블로커(500)는 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)가 처리 공간(A1)을 향해 흐르는, 플라즈마(P)의 유동 경로 상에 배치될 수 있다. 요컨대, 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)는, 이온 블로커(500)를 거치면서 이온이 제거되므로, 실질적으로 중성 기체(라디칼)만을 포함하게 될 수 있다.
또한, 이온 블로커(500)는 접지되어 후술하는 상부 전극(601)과 서로 대향 전극으로서 기능할 수 있다. 이온 블로커(500)에는 복수의 통공(502)들이 형성될 수 있다. 통공(502)들은 이온 블로커(500)를 관통하여 형성될 수 있다. 통공(502)들은 플라즈마 공간(A2)과 혼합 공간(A3)을 유체 연통시킬 수 있다. 통공(502)들은 플라즈마 공간(A2)과 처리 공간(A1)을 유체 연통시킬 수 있다.
또한, 이온 블로커(500)에는 가스 공급구(504)가 형성되어 있을 수 있다. 가스 공급구(504)는 후술하는 제1가스 라인(704)과 연결될 수 있다. 가스 공급구(504)는 혼합 공간(A3)으로 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급구(504)는 혼합 공간(A3)의 중앙 영역에 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급구(504)는 혼합 공간(A3)으로는 통하지만(또한, 간접적으로 처리 공간(A1)과 통하지만), 플라즈마 공간(A2)으로는 통하지 않도록 구성될 수 있다.
전극 유닛(600)은 플라즈마 공간(A2)에서 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 전극 유닛(600)은 상부 전극(601), 그리고 상부 전원 모듈(602, 604)을 포함할 수 있다.
상부 전극(601)은 판 형상을 가질 수 있다. 상부 전극(601)은 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상부 전극(601)에는, 상부 전원 모듈(602, 604)이 전력을 인가할 수 있다. 상부 전원 모듈(603, 604)은 RF 소스인 상부 전원(603) 및 하부 전원 스위치(604)를 포함할 수 있다. 상부 전원 스위치(604)의 온/오프에 따라 상부 전극(601)에는 전력이 인가될 수 있다. 상부 전극(601)에 전력이 인가되면, 대향 전극으로서 기능하는 이온 블로커(500)와 상부 전극(601) 사이에 전계가 형성되고, 이에 플라즈마 공간(A2)에서 후술하는 제2공정 가스(G2) 및/또는 비활성 가스(IG)가 여기될 수 있다. 이에, 플라즈마(P)가 발생될 수 있다. 또한, 상부 전극(601)에는 가스 분사구(602)가 형성되어 있을 수 있다. 후술하는 제2가스 공급 유닛(800)은 가스 분사구(602)를 통해 플라즈마 공간(A2)으로 제2공정 가스(G2) 또는 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 또한, 상부 전극(601)과 이온 블로커(500) 사이에는 절연 소재로 제공되는 절연 부재(DR)가 배치될 수 있다. 절연 부재(DR)는 상부에서 바라볼 때, 링 형상을 가질 수 있다.
가스 공급 유닛(700, 800)은 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(700, 800)는 제1가스 공급 유닛(700), 그리고 제2가스 공급 유닛(800)을 포함할 수 있다.
제1가스 공급 유닛(700)은 혼합 공간(A3)으로 제1공정 가스(G1)를 공급할 수 있다. 제1가스 공급 유닛(700)은 이온 블로커(500)에 의해 이온이 제거된 플라즈마(P), 즉 중성 기체(라디칼)이 혼합 공간(A3)으로 유입되면, 혼합 공간(A3)으로 제1공정 가스를 공급할 수 있다. 제1가스 공급 유닛(700)은 질소 및 수소를 포함하는 제1공정 가스(G1)를 공급할 수 있다. 제1가스 공급 유닛(700)은 제1가스 공급원(701), 메인 가스 라인(703), 제1가스 라인(704) 및 제2가스 라인(706)을 포함할 수 있다. 제1가스 공급원(701)은 제1공정 가스(G1)를 저장 및/또는 공급할 수 있다. 메인 가스 라인(703)의 일 단은 제1가스 공급원(701)과 연결될 수 있고, 메인 가스 라인(703)의 타 단은 제1가스 라인(704) 및 제2가스 라인(706)으로 분기될 수 있다. 제1가스 라인(704)은 상술한 가스 공급구(504)와 연결될 수 있다. 또한, 제2가스 라인(706)은 상술한 가스 주입구(304)와 연결될 수 있다.
제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 제1공정 가스(G1)는 He, Ar, Xe, NH3, H2, N2, O, NF3, F2 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1공정 가스(G1)는 NH3를 포함하는 가스일 수 있다.
제2가스 공급 유닛(800)은 플라즈마 공간(A2)으로 제2공정 가스(G2)를 공급할 수 있다. 또한, 제2가스 공급 유닛(800)은 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 유닛(800)은 플라즈마 공간(A2)으로 제2공정 가스(G2) 또는 비활성 가스(IG)를 주입하여, 혼합 공간(A2), 그리고 처리 공간(A1)으로 제2공정 가스(G2) 또는 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 유닛(800)은 제2-1가스 공급원(801), 제1가스 채널(803), 제2-2가스 공급원(805), 그리고 제2가스 채널(807)을 포함할 수 있다.
제2-1가스 공급원(801)은 제2공정 가스(G2)를 저장 및/또는 공급할 수 있다. 제1가스 채널(803)은 제2-1가스 공급원(801)과 연결되어, 제2-1가스 공급원(801)이 공급하는 제2공정 가스(G2)를 플라즈마 공간(A2)으로 공급할 수 있다. 제2-1가스 공급원(801)은 불소, 또는 수소를 포함하는 제2공정 가스(G2)를 플라즈마 공간(A2)으로 공급할 수 있다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는 NF3, H2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는 NF3를 포함하는 가스일 수 있다.
제2-2가스 공급원(805)은 비활성 가스(IG)를 저장 및/또는 공급할 수 있다. 제2가스 채널(807)은 제2-2가스 공급원(805)과 연결되어, 제2-2가스 공급원(805)이 공급하는 비활성 가스(IG)를 플라즈마 공간(A2)으로 공급할 수 있다. 제2-2가스 공급원(805)은 플라즈마 공간(A2)으로 He, Ar, Xe, N2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 비활성 가스(IG)는 He를 포함하는 가스일 수 있다.
배기 유닛(900)은 처리 공간(A1)에 공급된 가스, 공정 부산물 등을 배출할 수 있다. 배기 유닛(900)은 처리 공간(A1)의 압력을 조절할 수 있다. 배기 유닛(900)은 처리 공간(A1)의 압력을 조절하여, 간접적으로 혼합 공간(A3), 그리고 플라즈마 공간(A2)의 압력도 조절할 수 있다. 배기 유닛(900)은 처리 공간(A2)의 분위기를 배기하여 처리 공간(A1)의 압력을 조절하고, 처리 공간(A1)으로 공급된 가스, 그리고 기판(W)을 처리하는 과정에서 발생하는 공정 부산물 등을 기판 처리 장치(10)의 외부로 배기할 수 있다. 배기 유닛(900)은 감압 부재(902), 그리고 감압 라인(904)을 포함할 수 있다. 감압 부재(902)는 펌프일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 감압을 제공하는 공지된 장치로 다양하게 변형될 수 있다.
제어기(1000)는 기판 처리 장치(10), 구체적으로 기판 처리 장치(10)가 가지는 구성들을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(1000)는 가스 공급 유닛(700, 800), 제1전원 모듈(222, 224), 제2전원 모듈(232, 234), 감압 부재(902), 그리고, 상부 전원 모듈(602, 604) 등을 제어할 수 있다.
제어기(1000)는 기판 처리 장치(10)의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 기판 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치(10)에서 실행되는 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 각종 데이터 및 처리 조건에 따라 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 구비할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 및 기억부는 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있을 수 있다. 처리 레시피는 기억 부 중 기억 매체에 기억되어 있을 수 있고, 기억 매체는, 하드 디스크이어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 디스크나, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 일 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 이하에서 설명하는 기판 처리 방법은, 상술한 기판 처리 장치(10)에 의해 수행될 수 잇다. 또한, 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 수행하기 위하여 제어기(1000)는 기판 처리 장치(10)가 가지는 구성들을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이고, 도 3은 도 2의 기판 처리 방법을 수행하는 동안, 각 단계에 따른 기판의 온도 변화, 각 단계에 따른 처리 공간의 압력 변화, 각 단계에 따른 비활성 가스의 공급 여부, 각 단계에 따른 제1가스의 공급 여부, 그리고 각 단계에 따른 제2가스의 공급 여부를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 T는 기판(W)의 온도를 의미하고, P는 처리 공간(A1)의 압력을 의미하고, IG는 플라즈마 공간(A2)을 통해 처리 공간(A1)으로 공급되는 비활성 가스를 의미하고, G1은 제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 제1공정 가스(G1)를 의미하고, G2는 제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 제2공정 가스(G2)를 의미할 수 있다.
도 2, 그리고 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 반입 단계(S10), 온도 안정화 단계(S20), 압력 안정화 단계(S30), 점화 단계(S40), 처리 단계(S50), 제1배기 단계(S60), 퍼지 단계(S70), 제2배기 단계(S80), 그리고 반출 단계(S90)를 포함할 수 있다.
온도 안정화 단계(S20), 압력 안정화 단계(S30), 점화 단계(S40), 처리 단계(S50) 및 퍼지 단계(S70)가 수행되는 동안, 처리 공간(A1)의 압력은 1 ~ 10 Torr 정도로 조절될 수 있다.
또한, 반입 단계(S10), 온도 안정화 단계(S20), 압력 안정화 단계(S30), 점화 단계(S40), 처리 단계(S50), 제1배기 단계(S60), 퍼지 단계(S70), 제2배기 단계(S80), 그리고 반출 단계(S90)가 수행되는 동안, 지지 판(210)의 온도는 0 ~ 110 ℃ 정도로 조절될 수 있다.
또한, 반입 단계(S10), 온도 안정화 단계(S20), 압력 안정화 단계(S30), 점화 단계(S40), 처리 단계(S50), 제1배기 단계(S60), 퍼지 단계(S70), 제2배기 단계(S80), 그리고 반출 단계(S90)가 수행되는 동안, 하우징(100) 및 기타 기판 처리 장치(10)가 가지는 구성들의 온도는 0 ~ 200 ℃ 정도로 조절될 수 있다.
반입 단계(S10, ~ t0)는 처리 공간(A1)으로 기판(W)을 반입하는 단계일 수 있다. 반입 단계(S10)에는 하우징(100)에 형성되며, 반출입구로 기능하는 개구를 도어가 개방하고, 개방된 개구를 통해 반송 로봇(미도시)이 기판(W)을 처리 공간(A1)으로 반입할 수 있다. 반송 로봇은 척(200)의 지지 판(210)에 기판(W)을 로딩시킬 수 있다. 반입 단계(S10)는 t0 이전에 수행될 수 있다.
온도 안정화 단계(S20, t0 ~ t1)에는 기판(W)을 가열할 수 있다(도 4 참조). 온도 안정화 단계(S20)에는 기판(W)의 온도를 미리 설정된 공정 온도로 가열하고, 기판(W)의 온도가 공정 온도로 일정하게 유지되도록 기판(W)의 온도를 안정화시킬 수 있다. 예컨대, 온도 안정화 단계(S20)에는 기판(W)의 온도가 초기 온도(TE0)에서 공정 온도(TE1)로 변화할 수 있다. 공정 온도(TE1)는 초기 온도(TE0)보다 높은 온도일 수 있다. 공정 온도(TE1)는 100℃ 이상의 온도일 수 있다.
온도 안정화 단계(S20)에는 정전 전극 스위치(224)가 온(On)되어 정전 전극(220)이 기판(W)을 척킹할 수 있다. 또한, 히터 전원 스위치(234)가 온(On)되어 히터(230)가 지지 판(210)을 가열하고, 가열된 지지 판(210)이 기판(W)을 가열할 수 있다. 이때, 제2가스 공급 유닛(800)은 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 비활성 가스(IG)는 플라즈마 공간(A2)과 혼합 공간(A3)을 거쳐 처리 공간(A1)으로 유입될 수 있다. 이에, 처리 공간(A1)의 압력은 초기 압력(P0)에서, 초기 압력(P0)보다 큰 공정 압력인 제1압력(P1)으로 가압될 수 있다. 또한, 처리 공간(A1)의 압력이 제1압력(P1)으로 유지되도록, 제어기(1000)는 제2가스 공급 유닛(800)과 배기 유닛(900)을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(1000)는 제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 단위 시간당 비활성 가스(IG)의 공급 유량과, 배기 유닛(900)이 배기하는 단위 시간당 비활성 가스(IG)의 배기 유량이 서로 동일하도록 제2가스 공급 유닛(800)과 배기 유닛(900)을 제어할 수 있다.
온도 안정화 단계(S20)에서 기판(W)의 온도를 공정 온도로 안정화시키기 위해 히터(230)가 기판(W)을 가열하고, 이와 동시에 처리 공간(A1)의 압력을 공정 압력인 제1압력(P1)으로 승압시키는 것은, 처리 공간(A1)의 압력이 기판(W)의 온도 변화, 그리고 온도 안정화에도 영향을 미치기 때문이다. 이에, 본 발명의 온도 안정화 단계(S20)에서는, 제2가스 공급 유닛(800) 및/또는 배기 유닛(900)이 처리 공간(A1)의 압력을 후술하는 처리 단계(S50)가 수행될 때의 처리 공간(A1)의 압력인 제1압력(P1)으로 승압 및 유지시킨다. 이에, 기판(W)의 온도는 처리 단계(S50)와 동일 또는 유사한 환경에서 공정 온도로 안정화될 수 있다. 다시 말해, 기판(W)의 온도에 따라 기판(W) 상의 막에 대한 식각 레이트(Etch Rate)는 달라질 수 있으나, 본 발명은 온도 안정화 단계(S20)에서 처리 공간(A1)의 압력을 제1압력(P1, 공정 압력)으로 승압시킴으로써 식각 레이트에 대한 신뢰도를 개선할 수 있다.
압력 안정화 단계(S30, t1 ~ t2)에는 플라즈마 공간(A2), 그리고 처리 공간(A1)의 압력을 공정 압력으로 안정화시킬 수 있다(도 5 참조). 예컨대, 처리 공간(A1)의 압력은 제1압력(P1)으로 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 플라즈마 공간(A2)과 처리 공간(A1)의 공정 압력은 서로 같을 수 있다. 다만, 플라즈마 공간(A2)과 처리 공간(A1)은 샤워 헤드(300), 그리고 이온 블로커(500)에 의해 서로 구획되고 있기 때문에, 플라즈마 공간(A2)의 공정 압력과, 처리 공간(A1)의 공정 압력은 다소 상이할 수도 있다.
압력 안정화 단계(S30)에는 제1가스 공급 유닛(700)이 혼합 공간(A3)으로 제1공정 가스(G1)를 공급할 수 있다. 또한, 압력 안정화 단계(S30)에는 제2가스 공급 유닛(800)이 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 압력 안정화 단계(S30)에는 온도 안정화 단계(S20)보다 더 많은 종류의 가스가 공급될 수 있다.
압력 안정화 단계(S30)에 처리 공간(A1)의 압력을 제1압력(P1)으로 일정하게 유지하기 위해, 압력 안정화 단계(S30)부터 계속하여 공급되던 비활성 가스(IG)의 단위 시간당 공급 유량을 줄이거나, 또는 배기 유닛(900)의 단위 시간당 가스 배기 유량을 더 높여 처리 공간(A1)의 압력을 제1압력(P1)으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 압력 안정화 단계(S30)에는 처리 공간(A1), 플라즈마 공간(A2), 그리고 혼합 공간(A3)의 압력이, 처리 단계(S50)에서의 처리 공간(A1), 플라즈마 공간(A2), 그리고 혼합 공간(A3)의 압력과 동일 또는 유사해질 수 있다. 압력 안정화 단계(S30)에는 처리 공간(A1), 플라즈마 공간(A2), 그리고 혼합 공간(A3)의 압력을 공정 압력으로 일정하게 유지(즉, 안정화)되도록 하여, 식각 레이트에 대한 신뢰도를 개선할 수 있다.
점화 단계(S40, t2 ~ t3)는 압력 안정화 단계(S30), 그리고 처리 단계(S50) 사이에 수행될 수 있다(도 6 참조). 점화 단계(S40)에는 제1가스 공급 유닛(700)이 혼합 공간(A3)으로 제1공정 가스(G1)를 공급하고, 제2가스 공급 유닛(800)이 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스(IG)를 공급할 수 있다. 점화 단계(S40)에는 상부 전극(601)이 플라즈마 공간(A2)에 전계를 형성하여, 비활성 가스(IG)를 일부 여기시켜, 플라즈마 공간(A2)에 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 점화 단계(S40)에는 플라즈마 공간(A2)으로 제2공정 가스(G2)를 공급하지 않고 플라즈마 공간(A2)에 플라즈마 분위기를 형성한다. 처리 단계(S50)에서 기판(W)에 대한 식각을 수행하기 이전에, 플라즈마 공간(A2)에 플라즈마 분위기를 형성하여 처리 단계(S50)에서의 제2공정 가스(G2)의 여기를 보다 안정되게 수행되게 할 수 있다.
처리 단계(S50, t3 ~ t4)에는 기판(W)에 대한 식각을 수행할 수 있다(도 7 참조). 처리 단계(S50)에는 제2가스 공급 유닛(800)이 플라즈마 공간(A2)으로 제2공정 가스(G2)를 공급할 수 있다. 선택적으로, 생성하고자하는 에천트(Etchant)의 종류, 양에 따라 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스(IG)를 더 공급할 수 있다. 또한, 처리 단계(S50)에는 제1가스 공급 유닛(700)이 제1공정 가스(G1)를 혼합 공간(A3)으로 공급할 수 있다. 제1공정 가스(G1)는 반응 가스인 NH3-와 같은 수소를 포함하는 가스일 수 있다. 또한, 비활성 가스(IG)는, He, Ar, Xe, N2- - 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스일 수 있다. 또한, 제2공정 가스(G2)는 수소 라디칼(H*)을 생성할 수 있는 H2를 포함하는 가스이거나, 불소 라디칼(F*)을 생성할 수 있는 NF3-를 포함하는 가스일 수 있다. 이하에서는, 비활성 가스(IG)가 He를 포함하는 가스이고, 제1공정 가스(G1)가 NH3를 포함하는 가스이고, 제2공정 가스(G2)가 NF3를 포함하는 가스인 것을 예로 들어 설명한다. 또한, 제거 대상인 기판(W) 상에 형성된 막은, SiO2를 포함하는 막인 것을 예로 들어 설명한다.
본 발명의 처리 단계(S50)에서 식각 공정 메커니즘은 아래와 같다.
F Radical + NH3(g) + SiO2 → NH4F.HF → (NH4)2SiF6(s) → H2O
고체 부산물인 (NH4)2SiF6은 100℃에서 분해되어 기화될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 플라즈마 공간(A2)으로 공급된 NF3를 포함하는 제2공정 가스(G2)는 플라즈마(P) 상태로 여기될 수 있다. 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)의 이온은 혼합 공간(A3)으로 유입되는 과정에서, 혼합 공간(A3)과 플라즈마 공간(A2) 사이에 배치되는 이온 블로커(500)에 포집(Trap)될 수 있다. 이에, 혼합 공간(A3)에는 실질적으로 불소 라디칼(F*) 만이 유입될 수 있다.
이때, 혼합 공간(A3)에 유입된 불소 라디칼(F*)과, NH3-를 포함하는 가스인 제1공정 가스(G1)는 서로 반응하여, 반응물인 에천트(E, NH4F.HF)를 생성할 수 있다. 그리고, 에천트(E)는 기판(W)으로 전달될 수 있다. 에천트(E)는 기판(W) 상에 형성된 막, 예컨대, SiO2를 포함하는 막과 서로 반응하여 고체 부산물인 (NH4)2SiF6를 생성할 수 있다. 이때, 기판(W)의 온도는 100℃보다 높은 온도로 가열되어 있기 때문에, 고체 부산물인 (NH4)2SiF6는 기판(W)으로부터 제거될 수 있다. 기화된 (NH4)2SiF6는 배기 유닛(900)에 의해 기판 처리 장치(10)로부터 배출될 수 있다.
제1배기 단계(S60, t4 ~ t5)에는 기판(W)을 처리하는 과정에서 발생되는 공정 부산물, 처리 공간(A1)으로 공급되는 가스들을 기판 처리 장치(10)의 외부로 배기할 수 있다(도 8 참조). 제1배기 단계(S60)에는 제1공정 가스(G1), 제2공정 가스(G2), 그리고 비활성 가스(IG)의 공급을 중단하고, 제1압력(P1)으로 유지되던 처리 공간(A1)의 분위기를 배기할 수 있다. 이때, 처리 공간(A1)의 압력은 100m Torr 이하의 압력으로 제어될 수 있다.
퍼지 단계(S70, t5 ~ t6)에는 처리 공간(A1)의 압력을 높일 수 있다. 퍼지 단계(S70)에는 처리 공간(A1), 혼합 공간(A3), 그리고 플라즈마 공간(A2)으로 퍼지 가스를 공급할 수 있다(도 9 참조). 퍼지 단계(S70)에서 처리 공간(A1)의 압력은 제1압력(P1)보다 높은 압력인 제2압력(P2)으로 승압될 수 있다. 퍼지 가스는 제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 제1공정 가스(G1), 제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 제2공정 가스(G2) 및 비활성 가스(IG)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 퍼지 가스는 비활성 가스 만을 포함할 수 있다. 구체적으로, 퍼지 단계(S70)에서 제1가스 공급 유닛(700)은 비활성 가스를 혼합 공간으로 공급하는 비활성 가스 공급부(미도시)를 더 구비하고, 비활성 가스 공급부는 메인 가스 라인(703)을 통해 혼합 공간(A3)에 비활성 가스를 공급하고, 제2가스 공급 유닛(800)도 플라즈마 공간(A2)으로 비활성 가스를 공급할 수 있다.
퍼지 단계(S70)에는 처리 공간(A2)의 압력이 상대적으로 높은 압력인 제2압력(P2)으로 가압될 수 있다. 예컨대, 퍼지 단계(S70)에서 처리 공간(A1)의 압력은 처리 단계(S50)에서 처리 공간(A1)의 압력보다 클 수 있다. 퍼지 단계(S70)에는 처리 공간(A1)을 가압하여 하우징(100)의 내벽 및 기판(W) 상에 부착되어 있을 수 있는 잔여 고체 부산물, 공정 부산물을 하우징(100) 및/또는 기판(W)으로부터 분리시킬 수 있다.
제2배기 단계(S80, t6 ~ t7)에는 퍼지 단계(S70)에서 분리된 잔여 고체 부산물, 공정 부산물을 기판 처리 장치(10)의 외부로 배기할 수 있다(도 10 참조). 제2배기 단계(S80)에는 제1공정 가스(G1), 제2공정 가스(G2), 그리고 비활성 가스(IG)의 공급을 중단하고, 제2압력(P2)으로 유지되던 처리 공간(A1)의 분위기를 배기할 수 있다. 이때, 처리 공간(A1)의 압력은 100m Torr 이하의 압력으로 제어될 수 있다.
반출 단계(S90, t7 ~)는 처리 공간(A1)으로 부터 기판(W)을 반출하는 단계일 수 있다. 반입 단계(S10)에는 하우징(100)에 형성되며, 반출입구로 기능하는 개구를 도어가 개방하고, 개방된 개구를 통해 반송 로봇(미도시)이 기판(W)을 처리 공간(A1)으로부터 반출할 수 있다. 반송 로봇은 척(200)의 지지 판(210)에 기판(W)을 언로딩시킬 수 있다. 반입 단계(S10)는 t7 이후에 수행될 수 있다.
상술한 예에서는 상부 전극(601)이 플라즈마 공간(A2)에서 플라즈마(P)를 발생시키는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 척(200) 내부에 하부 전극(미도시)이 제공되고, 하부 전극에 RF 전력을 인가하는 하부 전원이 연결될 수 있다. 즉, 처리 공간(A1)에서 플라즈마(P)를 발생시키고, 처리 공간(A1)으로 제1공정 가스(G1)를 공급하고, 제1공정 가스(G1)와 불소, 또는 수소 라디칼을 포함하는 플라즈마(P)를 반응시켜 상술한 에천트(E)를 생성할 수도 있다.
상술한 예에서는 제2공정 가스(G2)가 NF3인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는 불소를 포함하는 다양한 가스로 변형될 수 있다.
상술한 예에서는 제2공정 가스(G2)가 불소를 포함하는 가스인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는 수소를 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는 H2를 포함하는 가스일 수 있다. 제2공정 가스(G2)는 수소 라디칼(H*)을 발생시킬 수 있는 다양한 가스로 변형될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
기판 처리 장치 : 10
하우징 : 100
처리 공간 : 102
배기 홀 : 104
척 : 200
지지 판 : 210
정전 전극 : 220
정전 전극 전원 : 222
정전 전극 스위치 : 224
히터 : 230
히터 전원 : 232
히터 전원 스위치 : 234
샤워 헤드 : 300
홀 : 302
가스 주입구 : 304
가열 부재 : 400
이온 블로커 : 500
통공 : 502
가스 공급구 : 504
절연 부재 : DR
상부 전극 : 600
상부 전원 : 602
상부 전원 스위치 : 604
제1가스 공급 유닛 : 700
제1가스 공급원 : 701
메인 가스 라인 : 703
제1가스 라인 : 704
제2가스 라인 : 706
제2가스 공급 유닛 : 800
제2-1가스 공급원 : 801
제1가스 채널 : 803
제2-2가스 공급원 : 805
제2가스 채널 : 807
배기 유닛 : 900
감압 부재 : 902
감압 라인 : 904
반입 단계 : S10
온도 안정화 단계 : S20
압력 안정화 단계 : S30
점화 단계 : S40
처리 단계 : S50
제1배기 단계 : S60
퍼지 단계 : S70
제2배기 단계 : S80
반출 단계 : S90

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 처리 공간에서, 상기 기판의 온도를 공정 온도로 안정화시키는 온도 안정화 단계;
    플라즈마가 발생하는 플라즈마 공간 - 상기 플라즈마 공간은 상기 처리 공간과 유체 연통됨 - , 그리고 상기 처리 공간의 압력을 공정 압력으로 안정화시키는 압력 안정화 단계; 및
    상기 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 안정화 단계에는,
    상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 척이 상기 기판을 가열하되, 상기 처리 공간으로 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 상기 공정 압력으로 승압시키는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 공간에서 발생된 상기 플라즈마의 이온은,
    상기 플라즈마 공간으로부터 상기 처리 공간으로 유입되는 과정에서 상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 배치되는 이온 블로커에 포집되는, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 안정화 단계에는,
    상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급하고,
    상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 제공되는 혼합 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제1가스를 공급하는, 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 처리 단계 사이에 수행되며, 상기 플라즈마 공간에 플라즈마 분위기를 형성하는 점화 단계를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 점화 단계에는,
    상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급하고,
    상기 처리 단계에는,
    상기 플라즈마 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제2가스를 공급하고,
    상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 제공되는 혼합 공간으로 상기 비활성 가스와 상이한 제1가스를 공급하는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1가스는, 수소를 포함하는 가스이고,
    상기 제2가스는, 불소를 포함하는 가스인, 기판 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 단계 이후에, 상기 처리 공간을 배기하는 제1배기 단계를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1배기 단계 이후에, 상기 처리 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 단계; 및
    상기 퍼지 단계 이후에, 상기 처리 공간을 배기하는 제2배기 단계를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 퍼지 단계에서 상기 처리 공간의 압력은,
    상기 처리 단계에서 상기 처리 공간의 압력보다 큰, 기판 처리 방법.
  11. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    기판 처리 장치 - 상기 기판 처리 장치는, 처리 공간 및 상기 플라즈마가 생성되는 플라즈마 공간을 가지고, 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간은 서로 유체 연통됨 - 의 상기 처리 공간으로 상기 기판을 반입하는 반입 단계;
    상기 처리 공간에 반입된 상기 기판의 온도를 미리 설정된 공정 온도로 안정화시키는 온도 안정화 단계;
    상기 플라즈마 공간, 그리고 상기 처리 공간을 공정 압력으로 안정화시키는 압력 안정화 단계;
    상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 처리 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 안정화 단계에는,
    상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 척이 상기 기판을 가열하되, 상기 처리 공간으로 비활성 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 상기 공정 압력으로 승압시키는, 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플라즈마 공간에서 발생된 이온은,
    상기 플라즈마 공간에서 혼합 공간 - 상기 혼합 공간은 상기 기판 처리 장치가 가지며 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 제공됨 - 유입되는 과정에서 상기 혼합 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 배치되는 이온 블로커에 포집되는, 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 처리 단계 사이에 수행되며, 상기 플라즈마 공간에 플라즈마 분위기를 형성하는 점화 단계를 더 포함하되,
    상기 압력 안정화 단계, 그리고 상기 점화 단계에는,
    상기 혼합 공간으로 제1가스를 공급하고,
    상기 플라즈마 공간으로 비활성 가스를 공급하는, 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리 단계에는,
    상기 혼합 공간으로 제1가스를 공급하고,
    상기 플라즈마 공간으로 상기 제1가스와 상이한 가스인 제2가스를 공급하는, 기판 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1가스는, NH3를 포함하는 가스이고,
    상기 제2가스는, NF3를 포함하는 가스인, 기판 처리 방법.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 단계 이후 수행되며, 상기 처리 공간을 배기하는 제1배기 단계;
    상기 제1배기 단계 이후, 상기 처리 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 단계; 및
    상기 퍼지 단계 이후, 상기 처리 공간을 배기하는 제2배기 단계를 포함하고,
    상기 퍼지 단계에서 상기 처리 공간의 압력은,
    상기 처리 단계에서 상기 처리 공간의 압력보다 큰, 기판 처리 방법.
  18. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    처리 공간을 정의하는 하우징;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지 및 가열하는 척;
    상기 처리 공간과 유체 연통하는 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전극;
    상기 전극으로 전력을 인가하는 전원 모듈;
    상기 플라즈마 공간, 그리고 상기 처리 공간 사이에 배치되며, 상기 플라즈마 공간에서 발생된 상기 플라즈마로부터 이온을 포집하는 이온 블로커;
    상기 이온 블로커, 그리고 상기 처리 공간 사이에 배치되는 샤워 헤드 - 상기 샤워 헤드와 상기 이온 블로커는 상기 처리 공간과 상기 플라즈마 공간 사이에 제공되는 혼합 공간을 정의함 - ;
    상기 플라즈마 공간 또는 상기 혼합 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 척이 상기 기판을 가열하여 상기 기판의 온도가 공정 온도로 안정화되도록 상기 척을 제어하고,
    상기 처리 공간의 압력이 미리 설정된 공정 압력으로 안정화되도록 가스 공급 유닛, 그리고 상기 배기 유닛을 제어하고,
    상기 처리 공간의 압력이 상기 공정 압력으로 안정화되고, 상기 척에 놓인 상기 기판의 온도가 상기 공정 온도로 안정화된 이후, 상기 플라즈마 공간에서 상기 플라즈마를 발생시키도록 상기 전원 모듈을 제어하는, 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 기판의 온도가 상기 공정 온도로 안정화되는 동안, 상기 처리 공간에 상기 가스를 공급하여 상기 처리 공간의 압력을 높이도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하는, 기판 처리 장치.
  20. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 기판의 온도 및 상기 처리 공간의 압력이 안정화된 이후, 상기 플라즈마 공간에 비활성 가스를 공급하되 상기 전극이 상기 플라즈마 공간에 전계를 형성하고, 상기 전계가 형성되고 설정 시간이 경과한 이후 상기 플라즈마 공간으로 불소를 포함하는 가스를 공급하여 상기 플라즈마를 생성하도록 상기 전원 모듈, 그리고 상기 가스 공급 유닛을 제어하는, 기판 처리 장치.
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