KR20230023426A - Method of processing substrate - Google Patents

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KR20230023426A
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이소영
김태학
이인재
이다희
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

A substrate processing method according to one aspect of the present invention is a substrate processing method using a substrate processing apparatus including a process chamber having an accommodation space, a substrate support unit having a first heater, and a gas injection unit having a second heater, which comprises the steps of: mounting a substrate, on which a first natural oxide film and a second natural oxide film are formed in different areas, on the substrate support unit; supplying a reforming gas to the substrate through the gas injection unit while maintaining the substrate support unit at a first temperature using the first heater to change the first natural oxide film into a first salt; lifting the substrate on the substrate support unit in the direction toward the gas injection unit; heating the substrate by maintaining the gas injection unit at a second temperature higher than the first temperature by using the second heater to sublimate the first salt on the substrate and remove the first natural oxide film from the substrate; and supplying an etching gas to the substrate through the gas injection unit to etch the second natural oxide film from the substrate. According to the present invention, insulating films with different etching characteristics can be processed with one recipe.

Description

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

본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막의 식각을 위한 기판 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor manufacturing, and more particularly to a substrate processing method for etching thin films.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 기판 처리 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 공정 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다. 여기서, 기판은 공정 챔버 내에 설치된 기판 지지부에 지지되며, 기판 지지부의 상부에 설치되는 가스 분사부를 통해 공정 가스를 기판으로 분사할 수 있다.In order to manufacture a semiconductor device, various processes are performed in a substrate processing apparatus in a vacuum atmosphere. For example, a process such as loading a substrate into a process chamber, depositing a thin film on the substrate, or etching the thin film may be performed. Here, the substrate is supported by a substrate support unit installed in the process chamber, and process gas may be injected to the substrate through a gas dispensing unit installed above the substrate support unit.

한편, 기판 상에 하나 또는 복수의 박막 패턴들이 형성될 때, 기판 상에는 다수의 박막들이 노출될 수 있다. 이 경우, 상온에서도 박막들이 산화되어 박막들 상에 자연 산화막 등의 절연막들이 형성될 수 있다. 기판의 후속 처리를 위하여, 이러한 절연막들이 제거될 필요가 있다. 하지만, 서로 다른 식각 특성을 갖는 절연막들이 하나의 공정 조건에서 식각되기 어렵다. 따라서, 이러한 절연막들 중 일부만 제거하거나 또는 복수의 에칭 공정을 수행해야하는 어려움이 있다.Meanwhile, when one or a plurality of thin film patterns are formed on a substrate, a plurality of thin films may be exposed on the substrate. In this case, the thin films are oxidized even at room temperature, and insulating films such as natural oxide films may be formed on the thin films. For subsequent processing of the substrate, these insulating films need to be removed. However, it is difficult to etch insulating films having different etching characteristics under one process condition. Therefore, there is a difficulty in removing only some of these insulating films or performing a plurality of etching processes.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 식각 특성을 갖는 절연막들을 하나의 레시피로 처리할 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 to provide a substrate processing method capable of processing insulating films having different etching characteristics with one recipe. However, these tasks are illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 방법은, 반응 공간이 형성된 공정 챔버, 제 1 히터가 구비된 기판 지지부 및 제 2 히터가 구비된 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서, 상기 기판 지지부 상으로, 제 1 자연산화막 및 제 2 자연산화막이 서로 다른 영역에 형성된 기판을 안착시키는 단계와, 상기 제 1 히터를 이용하여 상기 기판 지지부를 제 1 온도로 유지한 상태에서, 상기 가스 분사부를 통해서 상기 기판 상에 개질 가스를 공급하여 상기 제 1 자연산화막을 제 1 염(first salt)으로 변화시키는 단계와, 상기 기판을 상기 기판 지지부 상에서 상기 가스 분사부 방향으로 승강시키는 단계와, 상기 제 2 히터를 이용하여 상기 가스 분사부를 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도로 유지하여 상기 기판을 가열함으로써, 상기 기판 상의 상기 제 1 염을 승화시켜 상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계와, 상기 가스 분사부를 통해서 상기 기판 상에 에칭 가스를 공급하여 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계를 포함를 포함한다. A substrate processing method according to one aspect of the present invention for solving the above problems is using a substrate processing apparatus including a process chamber having a reaction space, a substrate support unit equipped with a first heater, and a gas injection unit equipped with a second heater. A substrate processing method comprising: placing a substrate having a first natural oxide film and a second natural oxide film formed in different regions on the substrate support part; and maintaining the substrate support part at a first temperature using the first heater. supplying a reforming gas on the substrate through the gas distributing unit to change the first natural oxide layer into a first salt, and moving the substrate up and down in the direction of the gas distributing unit on the substrate support and heating the substrate by maintaining the gas spraying unit at a second temperature higher than the first temperature using the second heater to sublimate the first salt on the substrate to form the first natural oxide film. and removing the substrate from the substrate, and etching the second natural oxide layer from the substrate by supplying an etching gas onto the substrate through the gas spraying unit.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 가스 분사부에는 리모트 플라즈마 반응기(remote plasma generator)가 연결되고, 상기 개질 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기를 통해서 활성화되어 상기 가스 분사부에 공급될 수 있다.In the substrate processing method, a remote plasma generator may be connected to the gas dispensing unit, and the reforming gas may be activated through the remote plasma reactor and supplied to the gas distributing unit.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 1 자연산화막은 실리콘 기판 또는 실리콘 박막의 표면에 형성된 실리콘 산화막이고, 상기 개질 가스는 활성화 된 불화 암모늄 가스를 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the first natural oxide layer may be a silicon oxide layer formed on a surface of a silicon substrate or a silicon thin film, and the reforming gas may include activated ammonium fluoride gas.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 불화 암모늄 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기에 NH3 가스와 NF3 가스를 공급한 후 반응시켜 형성될 수 있다.In the substrate processing method, the ammonium fluoride gas may be formed by reacting after supplying NH3 gas and NF3 gas to the remote plasma reactor.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 에칭 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기를 통해서 활성화되어 상기 가스 분사부에 공급될 수 있다.In the substrate processing method, the etching gas may be activated through the remote plasma reactor and supplied to the gas ejection unit.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 2 자연산화막은 금속 박막의 표면에 형성된 금속 산화막이고, 상기 에칭 가스는 불소 함유 가스를 포함할 수 있다.In the substrate processing method, the second natural oxide layer may be a metal oxide layer formed on a surface of a metal thin film, and the etching gas may include a fluorine-containing gas.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판 지지부에는 상기 기판을 승하강 시키기 위한 리프트 핀이 결합되고, 상기 승강시키는 단계는 상기 리프트 핀을 이용하여 상기 기판을 상기 기판 지지부로부터 승강시켜 수행할 수 있다.In the substrate processing method, a lift pin for lifting and lowering the substrate may be coupled to the substrate support unit, and the lifting may be performed by lifting the substrate from the substrate support unit using the lift pin.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 및 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계는 상기 기판이 상기 가스 분사부 방향으로 승강된 상태에서 상기 가스 분사부를 상기 제 2 온도로 유지한 상태에서 상기 기판의 이동 없이 순차로 수행될 수 있다.In the substrate processing method, the removing of the first natural oxide film from the substrate and the etching of the second natural oxide film from the substrate may include the removal of the first natural oxide film from the substrate and the etching of the gas ejection part in a state in which the substrate is elevated in the direction of the gas ejection part. It may be performed sequentially without moving the substrate while maintaining the second temperature.

상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 및 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계에서, 상기 기판 지지부는 상기 제 1 온도로 유지될 수 있다.In the substrate processing method, in the steps of removing the first natural oxide layer from the substrate and etching the second natural oxide layer from the substrate, the substrate support portion may be maintained at the first temperature.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 기판 처리 공정에 있어서 경제성과 신뢰성을 높일 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention made as described above, it is possible to increase economy and reliability in a substrate processing process. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 보여주기 위한 기판 처리 장치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에서 기판의 승강 동작을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 기판의 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 기판 처리 장치의 가스 분사부의 온도에 따른 박막들의 식각 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a substrate processing apparatus for illustrating a substrate processing method according to some embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a lifting operation of a substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 1 .
3 is a flow chart showing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are cross-sectional views of a substrate showing a substrate processing method according to some embodiments of the present invention.
6 and 7 are graphs showing etching characteristics of thin films according to the temperature of the gas spraying unit of the substrate processing apparatus of FIG. 3 .

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.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings is exaggerated for convenience and clarity of explanation.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 보여주기 위한 기판 처리 장치(100)를 보여주는 개략도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치(100)에서 기판의 승강 동작을 보여주는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a substrate processing apparatus 100 for illustrating a substrate processing method according to some embodiments of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a lifting operation of a substrate in the substrate processing apparatus 100 of FIG. 1 am.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120) 및 기판 지지부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the substrate processing apparatus 100 may include a process chamber 110 , a gas injection unit 120 and a substrate support unit 130 .

보다 구체적으로 보면, 공정 챔버(110)에는 기판(50)이 처리될 수 있는 반응 공간(112)이 형성될 수 있다. 공정 챔버(110)는 진공 분위기를 형성할 수 있도록 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)는 기판(50)을 반응 공간(112)으로 로딩하거나 또는 반응 공간(112)으로부터 언로딩하기 위한 출입구와 이를 개폐시키기 위한 게이트 밸브 구조(미도시)를 포함할 수 있다.More specifically, a reaction space 112 in which the substrate 50 can be processed may be formed in the process chamber 110 . The process chamber 110 may be connected to a vacuum pump (not shown) to form a vacuum atmosphere. Furthermore, the process chamber 110 may include an entrance for loading or unloading the substrate 50 into or from the reaction space 112 and a gate valve structure (not shown) for opening and closing the gate. .

공정 챔버(110)에는 기판(50)을 안착할 수 있는 기판 지지부(130)가 결합될 수 있다. 기판 지지부(130)는 공정 챔버(110) 내의 진공 분위기를 깨드리지 않으면서 상하로 이동될 수 있도록 벨로우즈 구조를 갖고 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다. 기판 지지부(130)는 기판(50)을 가열할 수 있도록 내부에 제 1 히터(136)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 히터(136)는 열선 구조, 카트리지 구조 등 다양한 구조로 형성될 수 있고, 온도 균일성을 위하여 다수의 존으로 구분될 수도 있다.A substrate support 130 capable of seating the substrate 50 may be coupled to the process chamber 110 . The substrate support 130 may have a bellows structure and be coupled to the process chamber 110 so as to move up and down without breaking the vacuum atmosphere in the process chamber 110 . The substrate support 130 may include a first heater 136 inside to heat the substrate 50 . For example, the first heater 136 may be formed in various structures such as a heating wire structure and a cartridge structure, and may be divided into a plurality of zones for temperature uniformity.

기판 지지부(130)에는 기판(50)을 승하강시키기 위한 적어도 하나의 리프트 핀(132)이 결합될 수 있다. 예를 들어, 리프트 핀(132)은 기판(50)을 지지하고, 기판 지지부(130)를 관통하여 기판 지지부(130) 상으로 승하강할 수 있다. 나아가, 리프트 핀(132)에는 구동부(134)가 연결될 수 있고, 구동부(134)에 의해서 리프트 핀(132)이 기판 지지부(130)를 관통하여 승하강 할 수 있다. At least one lift pin 132 for moving the substrate 50 up and down may be coupled to the substrate support 130 . For example, the lift pins 132 may support the substrate 50 and pass through the substrate support 130 to move up and down on the substrate support 130 . Furthermore, a driving unit 134 may be connected to the lift pin 132 , and the lift pin 132 may pass through the substrate support unit 130 and move up and down by the driving unit 134 .

일부 실시예에서, 기판(50)은 기판 지지부(120) 상의 에지링(미도시)에 의해서 지지되고, 리프트 핀(132)은 에지링을 승하강시켜 기판(50)을 간접적으로 승하강시킬 수도 있다.In some embodiments, the substrate 50 is supported by an edge ring (not shown) on the substrate support 120, and the lift pins 132 may indirectly raise and lower the substrate 50 by raising and lowering the edge ring. there is.

일부 실시예에서, 기판 지지부(130)에는 기판(50)의 로딩/언로딩을 위하여 부가적인 리프트 핀(미도시)이 더 결합될 수 있다. 부가적인 리프트 핀은 공정 챔버(110) 내에 안착되어 있고, 기판 지지부(130)의 상하 이동에 의해서 리프트 핀이 기판 지지부(130)에 결합되어 이동될 수 있다. 한편, 부가적인 리프트 핀 없이 리프트 핀(132)을 이용하여 기판(50)의 로딩/언로딩 동작을 수행할 수도 있다.In some embodiments, additional lift pins (not shown) may be further coupled to the substrate support 130 to load/unload the substrate 50 . Additional lift pins are seated in the process chamber 110 , and the lift pins may be coupled to and moved to the substrate support 130 by vertical movement of the substrate support 130 . Meanwhile, the loading/unloading operation of the substrate 50 may be performed using the lift pins 132 without additional lift pins.

기판 지지부(130) 상에는 기판(50)으로 공정 가스를 분사할 수 있도록 가스 분사부(120)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부의 개방부에 결합되어 공정 챔버(110)의 일부분으로 구성될 수도 있다. 보다 구체적으로 보면, 가스 분사부(120)는 공정 가스를 분배하기 위한 디퓨져 구조 및 공정 가스를 분사하기 위한 분사판 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head)로 불릴 수도 있다.A gas dispensing unit 120 may be disposed on the substrate support 130 to inject process gas to the substrate 50 . For example, the gas ejection unit 120 may be coupled to an open portion of the upper portion of the process chamber 110 and configured as a part of the process chamber 110 . More specifically, the gas dispensing unit 120 may include a diffuser structure for distributing process gas and a dispensing plate for injecting process gas. In some embodiments, the gas jet 120 may be referred to as a shower head.

가스 분사부(120)에는 공정 가스를 공정 챔버(110) 내부로 전달하기 위한 가스 전달 라인(124)이 결합될 수 있다. 가스 분사부(120)는 기판(50) 상에 공정 가스를 균일하게 분사할 수 있도록 내부에 확산 구조를 가질 수 있고 나아가 바닥면에 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다. 나아가, 가스 분사부(120)에는 제 2 히터(122)가 구비될 수 있다. 제 2 히터(122)에 의해서 가스 분사부(120)가 가열될 수 있고, 이 열에 의해서 가스 분사부(120)에 인접하게 승강된 기판(50)이 가열될 수 있다.A gas delivery line 124 for delivering process gas into the process chamber 110 may be coupled to the gas injection unit 120 . The gas dispensing unit 120 may have a diffusion structure inside to uniformly inject the process gas onto the substrate 50 and may further include a plurality of dispensing holes on the bottom surface. Furthermore, a second heater 122 may be provided in the gas spraying unit 120 . The gas dispensing unit 120 may be heated by the second heater 122 , and the substrate 50 lifted adjacent to the gas dispensing unit 120 may be heated by this heat.

공정 챔버(110) 외부에는 공정 가스를 활성화시키기 위한 리모트 플라즈마 반응기(remote plasma generator, 140)가 제공될 수 있고, 리모트 플라즈마 반응기(140)는 가스 전달 라인(124)을 통해서 가스 분사부(120)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 별도이 가스 전달 라인이 리모트 플라즈마 반응기(140)를 거치지 않고 별도로 가스 분사부드(120)에 연결될 수도 있다. 나아가, 리모트 플라즈마 반응기(140)에는 RF 전력을 인가하기 위한 RF 전원(미도시)이 연결될 수 있다. A remote plasma generator 140 may be provided outside the process chamber 110 to activate a process gas, and the remote plasma generator 140 is a gas dispensing unit 120 through a gas delivery line 124. can be connected to In some embodiments, a separate gas delivery line may be separately connected to the gas dispensing bud 120 without passing through the remote plasma reactor 140 . Furthermore, an RF power source (not shown) for applying RF power may be connected to the remote plasma reactor 140 .

이 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 기판(50) 상의 박막을 식각하기 위한 에칭 장치 또는 전처리 장치 등으로 이용될 수 있다. The substrate processing apparatus 100 according to this embodiment may be used as an etching apparatus or a pretreatment apparatus for etching a thin film on the substrate 50 .

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(50) 상에는 적어도 두 가지의 절연막, 예컨대 제 1 자연산화막(63) 및 제 2 자연산화막(65)이 서로 다른 영역에 형성될 수 있다. 기판(50)은 반도체 물질, 예컨대 실리콘 또는 게르마늄을 포함하고, 웨이퍼 형태로 제공될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4 , at least two insulating layers, for example, a first natural oxide layer 63 and a second natural oxide layer 65, may be formed in different regions on the substrate 50 . The substrate 50 includes a semiconductor material, for example silicon or germanium, and may be provided in a wafer form.

일부 실시예에서, 제 1 자연산화막(63)은 실리콘으로 형성된 기판(50) 또는 기판(50) 상의 실리콘 박막(62)의 표면에 형성된 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막(62)은 폴리실리콘층 또는 실리콘 에피택셜층을 포함할 수 있다. 이러한 실리콘 산화막은 기판(50) 또는 실리콘 박막(62)의 표면이 산화되어 형성될 수 있고, 상온에서도 형성될 수 있고 이 경우 자연 산화막으로 불릴 수 있다.In some embodiments, the first natural oxide layer 63 may include a silicon oxide layer formed on the surface of the substrate 50 formed of silicon or the silicon thin film 62 on the substrate 50 . For example, the silicon thin film 62 may include a polysilicon layer or a silicon epitaxial layer. Such a silicon oxide film may be formed by oxidizing the surface of the substrate 50 or the silicon thin film 62, and may be formed even at room temperature, and in this case may be referred to as a natural oxide film.

일부 실시예에서, 제 2 자연산화막(65)은 금속 박막(64)의 표면에 형성된 금속 산화막일 수 있다. 예를 들어, 금속 박막(64)은 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 이러한 금속 산화막은 금속 박막(65)의 표면이 산화되어 형성될 수 있고, 상온에서도 형성될 수 있고 이 경우 자연 산화막으로 불릴 수 있다.In some embodiments, the second natural oxide layer 65 may be a metal oxide layer formed on the surface of the metal thin film 64 . For example, the metal thin film 64 may include titanium (Ti) or tungsten (W). Such a metal oxide film may be formed by oxidizing the surface of the metal thin film 65, and may be formed even at room temperature, and in this case may be referred to as a natural oxide film.

이러한 제 1 자연산화막(63) 및 제 2 자연산화막(65)은 기판(50)에 대한 후속 공정 전에 제거될 필요가 있다. 이 실시예에 따른 기판 처리 방법은 제 1 자연산화막(63) 및 제 2 자연산화막(65)을 제거하기 위해서 제공될 수 있다.The first natural oxide film 63 and the second natural oxide film 65 need to be removed prior to subsequent processing of the substrate 50 . The substrate processing method according to this embodiment may be provided to remove the first natural oxide film 63 and the second natural oxide film 65 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다. 이하에서는 기판 처리 장치(100)를 예시적으로 참조하여 기판 처리 방법을 설명한다.3 is a flow chart showing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a substrate processing method will be described with reference to the substrate processing apparatus 100 as an example.

도 1 내지 도 6을 같이 참조하면, 기판 처리 방법은, 기판 지지부(130) 상으로 기판(50)을 안착시키는 단계(S10), 제 1 자연산화막(63)을 제 1 염으로 변화시키는 단계(S20), 기판(50)을 승강시키는 단계(S30), 제 1 자연산화막(63)을 기판(50)으로부터 제거하는 단계(S40) 및 제 2 자연산화막(65)을 기판(50)으로부터 에칭하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 6 together, the substrate processing method includes a step of seating the substrate 50 on the substrate support 130 (S10), and a step of changing the first natural oxide film 63 to a primary salt ( (S20), elevating the substrate 50 (S30), removing the first natural oxide film 63 from the substrate 50 (S40), and etching the second natural oxide film 65 from the substrate 50. Step (S50) may be included.

보다 구체적으로 보면, 기판 지지부(130) 상으로 제 1 자연산화막(63) 및 제 2 자연산화막(65)이 서로 다른 영역에 형성된 기판(50)을 안착시킬 수 있다(S10). 예를 들어, 이 단계(S10)에서 기판(50)은 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다.More specifically, the substrate 50 having the first natural oxide film 63 and the second natural oxide film 65 formed in different regions may be placed on the substrate support 130 (S10). For example, in this step (S10), the substrate 50 may be as shown in FIG. 4 .

이어서, 제 1 히터(136)를 이용하여 기판 지지부(130)를 제 1 온도로 유지한 상태에서, 가스 분사부(120)를 통해서 기판(50) 상에 개질 가스를 공급하여 제 1 자연산화막(63)을 제 1 염으로 변화시킬 수 있다(S20). 예를 들어, 개질 가스는 리모트 플라즈마 반응기(140)를 통해서 활성화되어 가스 분사부(120)에 공급될 수 있다.Then, in a state where the substrate support 130 is maintained at the first temperature using the first heater 136, a modifying gas is supplied onto the substrate 50 through the gas dispensing unit 120 to form a first natural oxide film ( 63) to a primary salt (S20). For example, the reforming gas may be activated through the remote plasma reactor 140 and supplied to the gas dispensing unit 120 .

보다 구체적으로 보면, 제 1 자연산화막(63)이 기판(50) 또는 실리콘 박막(62) 상이 실리콘 산화막이고, 개질 가스는 활성화 된 불화 암모늄(NH4F) 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 리모트 플라즈마 반응기(140)에 NH3 가스 및 NF3 가스를 공급하고, 플라즈마 반응을 통해서 활성화 된 불화 암모늄(NH4F) 가스를 생성하여 가스 분사부(120)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 제 1 자연산화막(63)이 실리콘 산화막인 경우, NH4F와 SiO2가 반응하여 SiF6(NH4)2 염과 H2O 가스를 생성할 수 있다.More specifically, the first natural oxide layer 63 may be a silicon oxide layer on the substrate 50 or the silicon thin film 62, and the reforming gas may include activated ammonium fluoride (NH4F) gas. For example, NH3 gas and NF3 gas may be supplied to the remote plasma reactor 140, and ammonium fluoride (NH4F) gas activated through a plasma reaction may be generated and supplied to the gas dispensing unit 120. For example, when the first natural oxide layer 63 is a silicon oxide layer, NH4F and SiO2 react to generate SiF6(NH4)2 salt and H2O gas.

이 단계(S10)에서, 기판 지지부(130)는 통상적인 공정 위치에 배치되고, 제 1 온도, 예컨대 25oC에 유지될 수 있다.At this step S10, the substrate support 130 may be placed in a conventional processing position and maintained at a first temperature, for example 25 ° C.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(50)을 기판 지지부(130) 상에서 가스 분사부(120) 방향으로 승강시킬 수 있다(S30). 예를 들어, 리프트 핀(132)을 이용하여 기판(50)을 기판 지지부(130)로부터 승강시킬 수 있고, 보다 구체적으로 보면, 기판 지지부(130)를 고정시킨 상태에서, 리프트 핀(132)을 승강시켜 기판(50)을 가스 분사부(120) 아래로 승강시킬 수 있다. 이 단계(S30)에서, 기판(50)은 기판 지지부(130)보다 가스 분사부(120)에 가깝게 유지될 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2 , the substrate 50 may be moved up and down from the substrate support 130 in the direction of the gas ejection unit 120 ( S30 ). For example, the substrate 50 can be moved up and down from the substrate supporter 130 using the lift pins 132. More specifically, the lift pins 132 can be moved while the substrate supporter 130 is fixed. The substrate 50 may be moved up and down under the gas spraying unit 120 by moving the substrate 50 up and down. In this step ( S30 ), the substrate 50 may be held closer to the gas ejection part 120 than to the substrate support part 130 .

기판(50) 승강됨에 따라서, 가스 분사부(20)와 기판(50) 사이의 갭(gap)이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 이 단계(S30)에서 갭은 기판(50)의 승강 전의 전술한 단계(S20)에서 갭보다 1/3 이하, 일부 실시예에서 1/6 이하로 감소할 수도 있다.As the substrate 50 is elevated, a gap between the gas ejection unit 20 and the substrate 50 may be reduced. For example, the gap in this step (S30) may be reduced to 1/3 or less, in some embodiments, to 1/6 or less than the gap in the aforementioned step (S20) before the substrate 50 is lifted.

이어서, 제 2 히터(122)를 이용하여 가스 분사부(130)를 제 1 온도보다 높은 제 2 온도로 유지하여 기판(50)을 가열함으로써, 기판(50) 상의 제 1 염을 승화시켜 제 1 자연산화막(63)을 기판(50)으로부터 제거할 수 있다(S40). 예를 들어, 이 단계(S40)에서 기판(50)은 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.Subsequently, the substrate 50 is heated by maintaining the gas spraying unit 130 at a second temperature higher than the first temperature using the second heater 122 to sublimate the first salt on the substrate 50 to obtain a first salt. The natural oxide film 63 may be removed from the substrate 50 (S40). For example, in this step (S40), the substrate 50 may be as shown in FIG. 5 .

이 단계(S40)에서 기판(50)은 제 2 히터(122)에 의해서 가열되거나 또는 제 2 히터(122)에 의해서 가열된 가스 분사부(130)에 의해서 간접적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 히터(122)의 온도, 즉 제 2 온도가 140oC 내지 200oC의 범위에서, 실리콘 산화막은 에칭되지만, 텅스텐(W)과 같은 금속 및 티타늄 산화막(TiO2)과 같은 금속 산화막은 거의 식각되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 단계(S40)에서 제 2 온도는 위 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.In this step ( S40 ), the substrate 50 may be heated by the second heater 122 or indirectly by the gas spraying unit 130 heated by the second heater 122 . For example, as shown in FIG. 6 , when the temperature of the second heater 122, that is, the second temperature is in the range of 140 ° C to 200 ° C, the silicon oxide film is etched, but the metal such as tungsten (W) And it can be seen that a metal oxide film such as a titanium oxide film (TiO2) is hardly etched. Therefore, in this step (S40), the second temperature may be appropriately selected within the above range.

예를 들어, 제 1 자연산화막(63)이 실리콘 산화막인 경우, SiF6(NH4)2 염이 승화되어 SiF4 가스, NH3 가스 및 HF 가스로 분해되어 공정 챔버(110)로부터 배기될 수 있다.For example, when the first natural oxide layer 63 is a silicon oxide layer, SiF6(NH4)2 salt is sublimated and decomposed into SiF4 gas, NH3 gas, and HF gas, and then exhausted from the process chamber 110 .

이어서, 가스 분사부(120)를 통해서 기판(50) 상에 에칭 가스를 공급하여 제 2 자연산화막(65)을 기판(50)으로부터 에칭할 수 있다(S50). 예를 들어, 이 단계(S50)에서 기판(50)은 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.Subsequently, the second natural oxide film 65 may be etched from the substrate 50 by supplying an etching gas onto the substrate 50 through the gas spraying unit 120 (S50). For example, in this step (S50), the substrate 50 may be as shown in FIG. 5 .

보다 구체적으로 예를 들면, 기판(50)이 승강된 상태에서 제 2 히터(122) 또는 가스 분사부(120)를 제 2 온도로 유지한 채, 가스 분사부(120)를 통해서 기판(50) 상에 에칭 가스를 공급할 수 있다. 나아가, 에칭 가스는 리모트 플라즈마 반응기(140)를 통해서 활성화되어 가스 분사부(120)에 공급될 수 있다. 기판(50)이 승강된 상태라는 점에서, 공정 챔버(110) 내에서 직접 플라즈마를 형성하는 것보다는 리모트 플라즈마 반응기(140)를 통해서 활성화 된 에칭 가스를 가스 분사부(120)에 공급하는 것이 유리할 수 있다.More specifically, for example, while maintaining the second heater 122 or the gas dispensing unit 120 at the second temperature in a state in which the substrate 50 is elevated, the substrate 50 passes through the gas distributing unit 120. An etching gas may be supplied on the top. Furthermore, the etching gas may be activated through the remote plasma reactor 140 and supplied to the gas dispensing unit 120 . Since the substrate 50 is in an elevated state, it is advantageous to supply the activated etching gas to the gas dispensing unit 120 through the remote plasma reactor 140 rather than directly forming plasma in the process chamber 110. can

일부 실시예에서, 제 1 자연산화막(63)을 기판(50)으로부터 제거하는 단계(S40) 및 제 2 자연산화막(65)을 기판(50)으로부터 에칭하는 단계(S50)는 기판(50)이 가스 분사부(120) 방향으로 승강된 상태에서 가스 분사부(120)를 제 2 온도로 유지한 상태에서 기판(50)의 이동 없이 순차로 수행될 수 있다. 나아가, 제 1 자연산화막(63)을 기판(50)으로부터 제거하는 단계(S40) 및 제 2 자연산화막(65)을 기판(50)으로부터 에칭하는 단계(S50)에서, 기판 지지부(130)는 제 1 온도로 유지될 수 있다.In some embodiments, removing the first natural oxide film 63 from the substrate 50 (S40) and etching the second natural oxide film 65 from the substrate 50 (S50) In a state in which the gas ejection part 120 is elevated in the direction of the gas ejection part 120 and maintained at the second temperature, the substrate 50 may be sequentially performed without movement. Furthermore, in the step of removing the first natural oxide film 63 from the substrate 50 (S40) and the step of etching the second natural oxide film 65 from the substrate 50 (S50), the substrate support 130 1 temperature can be maintained.

일부 실시예에서, 제 2 자연산화막(65)은 금속 박막(64) 표면 상의 금속 산화막이고, 에칭 가스는 이러한 금속 산화막을 식각하기 위한 불소 함유 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 불소 함유 가스는 NF3 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 자연산화막(65)이 텅스텐막이 자연 산화되어 형성된 텅스텐 산화막인 경우, WOx와 NF3 가스가 반응하여 WOxFy 가스와 NFx(Nx,Fx,NFx) 가스를 생성할 수 있다.In some embodiments, the second natural oxide layer 65 is a metal oxide layer on the surface of the metal thin film 64, and the etching gas may include a fluorine-containing gas for etching the metal oxide layer. For example, the fluorine-containing gas may include NF3 gas. For example, when the second natural oxide layer 65 is a tungsten oxide layer formed by natural oxidation of a tungsten layer, WOxFy gas and NFx (Nx,Fx,NFx) gas may be generated by reacting WOx and NF3 gas.

도 7에 도시된 바와 같이, 활성화된 NF3 가스를 공급하는 경우, 제 2 히터(122) 또는 가스 공급부(120)의 제 2 온도가 180oC 이상이 되면 텅스텐(W)과 같은 금속 박막(64)과 텅스텐 산화막과 같은 제 2 자연산화막(65) 외에 제 1 자연산화막(63)으로 사용되는 실리콘 산화막(SiO2)이 일정량 이상 식각될 수 있다. As shown in FIG. 7, when the activated NF3 gas is supplied, when the second temperature of the second heater 122 or the gas supply unit 120 is 180 ° C or higher, a metal thin film 64 such as tungsten (W) In addition to the second natural oxide film 65 such as ) and tungsten oxide film, a silicon oxide film (SiO2) used as the first natural oxide film 63 may be etched by a certain amount or more.

따라서, 이 단계(S50)에서, 제 2 온도는 180oC 보다 낮을 필요가 있고, 텅스텐(W)과 같은 금속 박막(64)과 텅스텐 산화막과 같은 제 2 자연산화막(65)의 식각량을 어느 정도 확보하기 위해서 140oC 이상의 온도로 선택될 필요가 있다. 예를 들어, 이 실험 조건에서 제 2 온도는 160oC 부근으로 선택될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 제 2 온도는 제 1 온도보다 적어도 2배 이상 높을 수 있고, 나아가 5배 이상 높을 수 있다.Therefore, in this step (S50), the second temperature needs to be lower than 180 ° C, and the etching amount of the metal thin film 64 such as tungsten (W) and the second natural oxide film 65 such as tungsten oxide film It is necessary to select a temperature of 140 ° C or higher to ensure accuracy. For example, in this experimental condition, the second temperature may be selected to be around 160 ° C. Thus, in some embodiments, the second temperature may be at least two times higher than the first temperature, and even five times higher.

따라서, 전술한 기판 처리 방법에 따르면, 기판(50)을 공정 챔버(110) 내에 로딩한 상태에서, 하나의 레시피 내에서 기판(50) 상의 제 1 자연산화막(63) 및 제 2 자연산화막(65)을 연속적으로 제거할 수 있어서 경제적이다. 나아가, 기판(50)을 한번 승강한 상태에서 제 1 자연산화막(63)의 제거를 위한 승화 공정과 제 2 자연산화막(65)의 에칭 공정이 연속적으로 기판(50)의 이동 없이 수행될 수 있어서 더욱 경제적이라 할 수 있다. 이에 따라, 전술한 기판 처리 방법 후 후속 공정, 예컨대 박막 증착 공정을 수행하게 되면, 기판(50) 상에 박막이 안정적으로 성장할 수 있게 되어, 전체 제조 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.Therefore, according to the substrate processing method described above, in a state in which the substrate 50 is loaded into the process chamber 110, the first natural oxide film 63 and the second natural oxide film 65 on the substrate 50 are formed within one recipe. ) is economical because it can be removed continuously. Furthermore, the sublimation process for removing the first natural oxide film 63 and the etching process for the second natural oxide film 65 can be continuously performed without moving the substrate 50 while the substrate 50 is lifted once. may be more economical. Accordingly, when a subsequent process, for example, a thin film deposition process is performed after the above-described substrate processing method, a thin film can be stably grown on the substrate 50, and reliability of the entire manufacturing process can be improved.

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, this is merely exemplary, and 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.

100: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
120: 가스 분사부
130: 기판 지지부100: substrate processing device
110: process chamber
120: gas injection unit
130: substrate support

Claims (9)

반응 공간이 형성된 공정 챔버, 제 1 히터가 구비된 기판 지지부 및 제 2 히터가 구비된 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
상기 기판 지지부 상으로, 제 1 자연산화막 및 제 2 자연산화막이 서로 다른 영역에 형성된 기판을 안착시키는 단계;
상기 제 1 히터를 이용하여 상기 기판 지지부를 제 1 온도로 유지한 상태에서, 상기 가스 분사부를 통해서 상기 기판 상에 개질 가스를 공급하여 상기 제 1 자연산화막을 제 1 염으로 변화시키는 단계;
상기 기판을 상기 기판 지지부 상에서 상기 가스 분사부 방향으로 승강시키는 단계;
상기 제 2 히터를 이용하여 상기 가스 분사부를 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도로 유지하여 상기 기판을 가열함으로써, 상기 기판 상의 상기 제 1 염을 승화시켜 상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계; 및
상기 가스 분사부를 통해서 상기 기판 상에 에칭 가스를 공급하여 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계를 포함하는,
기판 처리 방법.A substrate processing method using a substrate processing apparatus including a process chamber having a reaction space, a substrate support unit provided with a first heater, and a gas spray unit equipped with a second heater, the method comprising:
placing a substrate having a first natural oxide film and a second natural oxide film formed on different regions on the substrate supporting part;
changing the first natural oxide layer into a first salt by supplying a reforming gas on the substrate through the gas spraying unit while maintaining the substrate support unit at a first temperature using the first heater;
elevating the substrate on the substrate support in the direction of the gas spraying unit;
Heating the substrate by maintaining the gas spraying part at a second temperature higher than the first temperature using the second heater to sublimate the first salt on the substrate and removing the first natural oxide film from the substrate. step; and
Etching the second natural oxide film from the substrate by supplying an etching gas on the substrate through the gas spraying unit.
Substrate treatment method. 제 1 항에 있어서,
상기 가스 분사부에는 리모트 플라즈마 반응기가 연결되고,
상기 개질 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기를 통해서 활성화되어 상기 가스 분사부에 공급되는,
기판 처리 방법.According to claim 1,
A remote plasma reactor is connected to the gas injection unit,
The reforming gas is activated through the remote plasma reactor and supplied to the gas dispensing unit.
Substrate processing method. 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 자연산화막은 실리콘 기판 또는 실리콘 박막의 표면에 형성된 실리콘 산화막이고,
상기 개질 가스는 활성화 된 불화 암모늄 가스를 포함하는,
기판 처리 방법.According to claim 2,
The first natural oxide film is a silicon oxide film formed on a surface of a silicon substrate or a silicon thin film,
The reforming gas includes activated ammonium fluoride gas,
Substrate processing method. 제 3 항에 있어서,
상기 불화 암모늄 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기에 NH3 가스와 NF3 가스를 공급한 후 반응시켜 형성하는,
기판 처리 방법.According to claim 3,
The ammonium fluoride gas is formed by reacting after supplying NH3 gas and NF3 gas to the remote plasma reactor,
Substrate treatment method. 제 2 항에 있어서,
상기 에칭 가스는 상기 리모트 플라즈마 반응기를 통해서 활성화되어 상기 가스 분사부에 공급되는,
기판 처리 방법.According to claim 2,
The etching gas is activated through the remote plasma reactor and supplied to the gas dispensing unit.
Substrate processing method. 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 자연산화막은 금속 박막의 표면에 형성된 금속 산화막이고,
상기 에칭 가스는 불소 함유 가스를 포함하는,
기판 처리 방법.According to claim 5,
The second natural oxide film is a metal oxide film formed on the surface of the metal thin film,
The etching gas includes a fluorine-containing gas,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지부에는 상기 기판을 승하강 시키기 위한 리프트 핀이 결합되고,
상기 승강시키는 단계는 상기 리프트 핀을 이용하여 상기 기판을 상기 기판 지지부로부터 승강시켜 수행하는,
기판 처리 방법.According to claim 1,
A lift pin for raising and lowering the substrate is coupled to the substrate support,
The lifting step is performed by lifting the substrate from the substrate support using the lift pin.
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 및 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계는 상기 기판이 상기 가스 분사부 방향으로 승강된 상태에서 상기 가스 분사부를 상기 제 2 온도로 유지한 상태에서 상기 기판의 이동 없이 순차로 수행되는,
기판 처리 방법.According to claim 1,
The removing of the first natural oxide film from the substrate and the etching of the second natural oxide film from the substrate may be performed by maintaining the gas ejection part at the second temperature while the substrate is elevated in the direction of the gas ejection part. performed sequentially without moving the substrate in the state,
Substrate processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 자연산화막을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 및 상기 제 2 자연산화막을 상기 기판으로부터 에칭하는 단계에서, 상기 기판 지지부는 상기 제 1 온도로 유지되는,
기판 처리 방법.
According to claim 8,
In the step of removing the first natural oxide film from the substrate and the step of etching the second natural oxide film from the substrate, the substrate support is maintained at the first temperature.
Substrate processing method.
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