KR20230100215A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판을 처리하는 방법은 제1가스를 여기시켜 생성된 제1플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제1처리 단계, 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 여기시켜 생성된 제2플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제2처리 단계를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR PROCESSING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 플라즈마 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 라디칼, 그리고 전자 등으로 이루어진 이온화 된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도, 강한 전계, 또는 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 박막이나 이물을 제거하는 에칭 공정(Etching Process)을 포함할 수 있다. 에칭 공정은 플라즈마의 이온 및/또는 라디칼들이 기판 상의 박막과 충돌하거나, 박막과 반응하여 수행된다.
일반적으로 기판에는 자연 산화막을 포함한 다양한 막이 적층되어 형성된다. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 다양한 공정에서는 저마다의 적합한 선택비가 요구된다. 선택비는 기판에 형성된 막들의 식각 정도에 따라 결정된다. 기판에 형성된 막들 중 특정 막은 라디칼(또는 플라즈마)과 처리 가스가 서로 반응하여 형성된 에천트에 의해 식각될 수 있다. 에천트에 의해 특정 막을 식각하기 위해서는 에천트가 특정 막에 원활히 작용하는 것이 전제되어야 한다. 에천트가 특정 막에 원활히 작용하지 못하는 경우 기판에 형성된 특정 막을 식각하는 식각률이 떨어지는 결과로 이어진다. 식각 대상의 식각률이 낮아지는 경우 기판 처리에 요구되는 선택비를 만족시키지 못하므로 공정 처리의 수율이 낮아지는 문제로 귀결된다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정에 따라 요구되는 기판의 선택비를 효율적으로 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판에 형성된 특정 막을 효율적으로 식각할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 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. 기판을 처리하는 방법은 제1가스를 여기시켜 생성된 제1플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제1처리 단계, 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 여기시켜 생성된 제2플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제2처리 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1처리 단계 이후 상기 제2처리 단계가 수행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1처리 단계와 상기 제2처리 단계는 교번적으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1플라즈마로 여기되는 상기 제1가스는 수소를 포함하고, 상기 제2플라즈마로 여기되는 상기 제2가스는 불소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1처리 단계에서는 챔버 내 제1공간에 상기 제1플라즈마를 발생시키고, 상기 제1플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제1공간 아래에 위치하는 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제1플라즈마에 포함되는 이온이 제거되어 암모니아 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고, 상기 암모니아 라디칼은 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1처리 단계에서는 챔버 내 제1공간에 상기 제1플라즈마를 발생시키고, 상기 제1플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제1공간 아래에 위치하는 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제1플라즈마에 포함되는 이온이 제거되어 암모니아 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고, 상기 제2공간에서 상기 암모니아 라디칼과 수소를 포함하는 제3가스가 반응하여 제1에천트를 형성하고, 상기 제1에천트는 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2처리 단계에서는 상기 제1공간에 상기 제2플라즈마를 발생시키고, 상기 제2플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제2플라즈마에 포함되는 이온이 차단되어 불소 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고, 상기 제2공간에서 상기 불소 라디칼과 상기 제3가스가 반응하여 제2에천트를 형성하고, 상기 제2에천트는 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명은 제1공간, 제2공간, 그리고 제3공간으로 구분되는 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판을 처리하는 방법은 상기 제1공간에서는 공정 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 상기 제1공간의 아래에 위치하는 제2공간에서 상기 플라즈마와 처리 가스가 반응하여 에천트를 형성하고, 상기 에천트는 상기 제2공간의 아래에 위치하는 제3공간에서 상기 기판을 처리하되, 상기 공정 가스는 제1가스와 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 포함하고, 상기 제1공간에 상기 제1가스를 공급하여 제1플라즈마를 형성하여 상기 기판에 형성된 막질을 개선하고, 상기 제1공간에 상기 제2가스를 공급하여 제2플라즈마를 형성하여 상기 기판에 형성된 막을 제거할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1가스 및 상기 제2가스는 교번적으로 상기 제1공간으로 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1공간과 상기 제2공간은 접지된 플레이트에 의해 구획되고, 상기 제1공간으로 공급된 상기 제1가스에 의해 발생된 제1플라즈마에 포함되는 이온은 상기 플레이트에 의해 차단되어 상기 제2공간으로 암모니아 라디칼이 공급되고, 상기 제1공간으로 공급된 상기 제2가스에 의해 발생된 제2플라즈마에 포함되는 이온은 상기 플레이트에 의해 차단되어 상기 제2공간으로 불소 라디칼이 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스는 암모니아(NH3)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스는 상기 제1가스 및/또는 상기 제2가스가 상기 제1공간으로 공급되는 동안 상기 제2공간으로 계속적으로 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1가스 및 상기 제2가스는 상기 제1공간으로 동시에 공급될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는 내부 공간을 가지는 챔버, 상기 내부 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 고주파 전력이 인가되는 상부 전극, 상기 상부 전극 아래에 배치되며, 접지되는 이온 블로커, 상기 이온 블로커 아래에, 그리고 상기 지지 유닛 상부에 배치되어 복수의 통공이 형성된 샤워 헤드, 상기 상부 전극과 상기 이온 블로커 사이의 공간으로 제1가스 및 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 포함하는 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급 유닛, 상기 이온 블로커와 상기 샤워 헤드 사이의 공간으로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 유닛 및 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 플라즈마 형성 공간으로 정의되는 상기 상부 전극과 상기 이온 블로커 사이의 영역으로 상기 제1가스를 공급하여 상기 플라즈마 형성 공간에 제1플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 제2가스를 공급하여 상기 플라즈마 형성 공간에 제2플라즈마를 형성하도록 상기 상부 전극과 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어기는 상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스가 공급되고, 설정 시간이 경과한 이후 상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제2가스를 공급하도록 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어기는 상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스와 상기 제2가스가 교번적으로 공급되도록 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어기는 상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스 또는 상기 제2가스가 공급되는 동안 상기 이온 블로커와 상기 샤워 헤드 사이의 영역으로 정의되는 믹싱 공간에 상기 처리 가스가 계속적으로 공급되도록 상기 처리 가스 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1가스와 상기 처리 가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 공정에 따라 요구되는 기판의 선택비를 효율적으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 형성된 특정 막을 효율적으로 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 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 5는 도 4의 제1처리 단계 및 제2처리 단계에서 제1공간과 제2공간에 공급되는 가스의 종류를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4의 제1처리 단계에서 제1공간에 공급된 제1가스를 여기시켜 제1플라즈마가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4의 제1처리 단계에서 제2공간에 공급된 제3가스와 제1라디칼이 반응하여 제1에천트가 형성되는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 도 4의 제2처리 단계에서 제1공간에 공급된 제2가스를 여기시켜 제2플라즈마가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 4의 제2처리 단계에서 제2공간에 공급된 제3가스와 제2라디칼이 반응하여 제2에천트가 형성되는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
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.
이하에서는, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(1)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(1)는 플라즈마를 이용하여 기판(W) 상의 박막을 제거하는 에칭(Etching) 공정, 포토레지스트 막을 제거하는 애싱(Ashing) 공정, 기판(W) 상에 박막을 형성하는 증착 공정, 또는 드라이 클리닝 공정을 수행할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 기판 처리 장치(1)에서 수행하는 플라즈마 처리 공정은 공지된 플라즈마 처리 공정으로 다양하게 변형될 수 있다. 기판 처리 장치(1)에 반입되는 기판(W)은 처리 공정이 일부 수행된 기판(W)이 반입될 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(1)에 반입되는 기판(W)은 식각 공정 또는 사진 공정 등이 수행된 기판(W)일 수 있다.
기판 처리 장치(1)는 제어기(20), 하우징(100), 지지 유닛(200), 샤워 헤드(300), 이온 블로커(400), 상부 전극(500), 그리고 가스 공급 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(10)는 내부 공간을 가질 수 있다. 챔버(10)의 내부 공간은 제1공간(A1), 제2공간(A2), 그리고 제3공간(A3)으로 구획될 수 있다. 챔버(10)는 제1공간(A1), 제2공간(A2), 그리고 제3공간(A3)을 정의하는데 관여하는 구성들을 통칭하여 규정될 수 있다.
제1공간(A1)과 제2공간(A2)은 후술하는 이온 블로커(400)에 의해 구획될 수 있다. 제1공간(A1)은 이온 블로커(400)의 상부에 제공되고, 제2공간(A2)은 이온 블로커(400)의 하부에 제공된다. 제2공간(A2)과 제3공간(A3)은 후술하는 샤워 헤드(300)에 의해 구획될 수 있다. 제2공간(A2)은 샤워 헤드(300)의 상부에 제공되고, 제3공간(A3)은 샤워 헤드(300)의 하부에 제공된다. 제3공간(A3), 제2공간(A2), 그리고 제1공간(A1)은 순차적으로 챔버(10) 내부 공간의 아래에서 위를 향하는 방향에 제공될 수 있다.
제1공간(A1)은 후술하는 상부 전극(500)과 이온 블로커(400)가 서로 조합된 공간으로 정의될 수 있다. 제1공간(A1)은 플라즈마(P)가 발생되는 공간으로 제공될 수 있다. 이에, 제1공간(A1)은 플라즈마 형성 공간으로 기능할 수 있다.
제2공간(A2)은 이온 블로커(400)와 샤워 헤드(300)가 서로 조합되어 형성된 공간으로 정의될 수 있다. 제2공간(A2)은 제1공간(A1)에서 발생된 플라즈마(P)에 포함되는 라디칼(R)과 후술하는 제3가스(G3)가 서로 반응하여 에천트(Etchant, E)를 형성하는 공간으로 제공될 수 있다. 이에, 제2공간(A2)은 믹싱 공간으로 기능할 수 있다.
제3공간(A3)은 샤워 헤드(300)와 후술하는 하우징(100)이 서로 조합되어 형성된 공간으로 정의될 수 있다. 제3공간(A3)에는 후술하는 지지 유닛(200)이 배치된다. 제3공간(A3)은 지지 유닛(200)에 지지된 기판(W)이 처리되는 처리 공간으로 기능할 수 있다. 제3공간(A3)에서는 라디칼(R) 및/또는 에천트(E)에 의해 기판(W)이 처리될 수 있다.
제어기(20)는 기판 처리 장치(1)를 제어할 수 있다. 제어기(20)는 기판 처리 장치(1)의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 기판 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치(1)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.
제어기(20)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 수행할 수 있도록 기판 처리 장치(1)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(20)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 수행할 수 있도록 기판 처리 장치(1)에 제공되는 구성들을 제어할 수 있다.
하우징(100)은 제3공간(A3)을 정의할 수 있다. 예컨대, 하우징(100)은 후술하는 샤워 헤드(300)와 서로 조합되어 제3공간(A3)을 정의할 수 있다. 하우징(100)이 정의하는 제3공간(A3)에는 후술하는 지지 유닛(200)이 배치된다. 하우징(100)은 대체로 원통 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 하우징(100)은 상부가 개방된 통 형상을 가질 수 있다.
하우징(100)의 내측벽은 플라즈마(P)에 의해 식각되는 것을 방지할 수 있는 소재로 코팅될 수 있다. 예컨대, 하우징(100)의 내측벽은 세라믹과 같은 유전체 막으로 코팅될 수 있다. 하우징(100)은 접지될 수 있다. 하우징(100)에는 기판(W)이 제3공간(A3)으로부터 반출되거나, 제3공간(A3)으로 기판(W)이 반입되는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 개구(미도시)는 도어(미도시)에 의해 선택적으로 차폐될 수 있다.
하우징(100)의 바닥면에는 배기 홀(110)이 형성된다. 배기 홀(110)은 배기 유닛(120)과 연결될 수 있다. 배기 유닛(120)은 제3공간(A3)을 유동하는 파티클, 공정 부산물 등을 배출한다. 배기 유닛(120)은 제3공간(A3)의 압력을 조절할 수 있다. 배기 유닛(120)은 배기 라인(122)과 감압 부재(124)를 포함할 수 있다. 배기 라인(122)의 일단은 배기 홀(110)과 연결되고, 배기 라인(122)의 타단은 감압 부재(124)와 연결될 수 있다. 감압 부재(124)는 펌프일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제3공간(A3)에 음압을 제공하는 공지된 장치로 다양하게 변형되어 제공될 수 있다.
지지 유닛(200)은 제3공간(A3) 내부에 위치한다. 지지 유닛(200)은 제3공간(A3)에서 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력(Electrostatic force)을 이용하여 기판(W)을 척킹(Chucking)할 수 있는 ESC일 수 있다. 지지 유닛(200)은 지지된 기판(W)을 가열할 수 있다.
지지 유닛(200)은 몸체(210), 정전 전극(220), 그리고 히터(230)를 포함할 수 있다. 몸체(210)는 기판(W)을 지지한다. 몸체(210)는 상면에 기판(W)을 지지하는 지지면을 가진다. 몸체(210)의 상면에는 기판(W)이 안착된다. 몸체(210)는 유전체(Dielectric substance)로 제공될 수 있다. 몸체(210)는 원판 형상의 유전판으로 제공될 수 있다. 일 예로, 몸체(210)는 세라믹 소재로 제공될 수 있다. 몸체(210)의 내부에는 후술하는 정전 전극(220)과 히터(230)가 매설될 수 있다.
정전 전극(220)은 상부에서 바라볼 때, 기판(W)과 중첩되는 위치에 제공될 수 있다. 정전 전극(220)은 히터(230)보다 상부에 배치될 수 있다. 정전 전극(220)은 제1전원(220a)과 전기적으로 연결된다. 제1전원(220a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 정전 전극(220)과 제1전원(220a) 사이에는 제1스위치(220b)가 설치된다. 정전 전극(220)은 제1스위치(220b)의 온/오프에 의해 제1전원(220a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1스위치(220b)가 온(ON) 되면, 정전 전극(220)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(220)에 전류가 인가되면, 정전 전극(220)에는 기판(W)을 척킹시킬 수 있는 정전기력에 의한 전계가 형성될 수 있다. 전계는 기판(W)에 몸체(210)를 향하는 방향으로 척킹되는 인력을 전달할 수 있다. 이에, 기판(W)은 몸체(210)에 흡착된다.
히터(230)는 기판(W)을 가열한다. 히터(230)는 몸체(210)의 상면에 지지된 기판(W)을 가열할 수 있다. 히터(230)는 몸체(210)의 온도를 상승시켜 기판(W)을 가열한다. 히터(230)는 제2전원(230a)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)와 제2전원(230a) 사이에는 제2스위치(230b)가 설치된다. 히터(230)는 제2스위치(230b)의 온/오프에 의해 제2전원(230a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(230)는 제2전원(230a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 발열한다.
발생된 열은 몸체(210)를 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 공정에 요구되는 온도로 유지될 수 있다. 또한, 히터(230)는 기판(W)이 처리되는 동안 기판(W)으로부터 분리되는 불순물(예컨대, 산화막)이 기판(W)에 재부착되는 것을 방지할 수 있도록, 몸체(210)의 온도를 높일 수 있다. 히터(230)는 텅스텐과 같은 발열체일 수 있다. 다만, 히터(230)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니고, 공지된 발열체로 다양하게 변형되어 제공될 수 있다.
비록 도시되지 않았으나, 일 실시예에 따르면 히터(230)는 나선 형상의 코일로 복수 개가 제공될 수 있다. 히터(230)는 몸체(210)의 서로 다른 영역에 각각 제공될 수 있다. 예컨대, 몸체(210)의 중앙 영역을 가열하는 히터(230)와 몸체(210)의 가장자리 영역을 가열하는 히터(230)가 각각 제공될 수 있고, 이들 히터(230)들은 서로 간에 독립적으로 발열 정도를 조절할 수 있다.
상술한 예에서는 몸체(210) 내에 히터(230)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 몸체(210) 내에는 히터(230)가 제공되지 않을 수도 있다.
샤워 헤드(300)는 하우징(100)의 상부에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(300)는 후술하는 이온 블로커(400)와 제3공간(A3) 사이에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(300)와 하우징(100)이 서로 조합되어 형성된 공간은 제3공간(A3)으로 규정될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(300)와 후술하는 이온 블로커(400)가 서로 조합되어 형성된 공간은 제2공간(A2)으로 규정될 수 있다.
샤워 헤드(300)는 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 형성될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(300)는 원판 형상으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 샤워 헤드(300)는 스테인리스 스틸의 재질로 제공될 수 있다.
샤워 헤드(300)에는 통공(302)이 형성될 수 있다. 통공(302)은 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)의 상면으로부터 하면까지 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)를 관통하여 형성될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 제2공간(A2)과 제3공간(A3)간에 유체를 연통시키는 통로로 기능할 수 있다. 예컨대, 복수의 통공(302)들은 상부의 제2공간(A2) 내에서 유동하는 유체를 하부의 제3공간(A3)으로 유동시킬 수 있다.
샤워 헤드(300)에는 하부 가스 주입구(310)가 형성될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 후술하는 처리 가스 라인(642)과 연결될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 제2공간(A2)과 연통할 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 제2공간(A2)을 향해 후술하는 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 제2공간(A2)과 연통될 수 있으나, 제3공간(A3)과는 연통되지 않도록 구성될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 복수의 통공(302)들 사이에 배치될 수 있다. 즉, 하부 가스 주입구(310)는 복수의 통공(302)과 중첩되지 않는 위치에 형성될 수 있다.
가열 부재(HE)는 샤워 헤드(300)의 상부에 배치될 수 있다. 가열 부재(HE)는 상부에서 바라볼 때, 링 형상을 가지는 히터일 수 있다. 가열 부재(HE)는 제2공간(A2)의 온도를 상승시킬 수 있다. 가열 부재(HE)는 열을 발생시켜 제2공간(A2)의 온도를 높여 이온이 제거된 플라즈마(P)와 제3가스(G3)의 믹싱 효율을 높일 수 있다.
이온 블로커(400)는 샤워 헤드(300)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 이온 블로커(400)는 가열 부재(HE)의 상부에 배치될 수 있다. 이온 블로커(400)는 샤워 헤드(300)와 후술하는 상부 전극(500)의 사이에 배치될 수 있다. 이온 블로커(400)는 상부의 제1공간(A1)과 하부의 제2공간(A2)으로 구획할 수 있다. 예컨대, 이온 블로커(400), 상부 전극(500), 그리고 후술하는 절연 부재(DR)가 서로 조합되어 형성된 공간은 제1공간(A1)으로 규정될 수 있다. 또한, 이온 블로커(400), 샤워 헤드(300), 그리고 가열 부재(HE)가 서로 조합되어 형성된 공간은 제2공간(A2)으로 규정될 수 있다.
이온 블로커(400)는 접지될 수 있다. 이온 블로커(400)는 후술하는 상부 전극(500)과 서로 대향 전극으로 기능할 수 있다. 이에, 이온 블로커(400)는 상부 전극(500)과 함께 제1공간(A1)에 플라즈마(P)를 형성하는 플라즈마 소스로 기능할 수 있다.
이온 블로커(400)에는 홀(402)이 형성될 수 있다. 홀(402)은 이온 블로커(400)의 상단과 하단을 관통할 수 있다. 제1공간(A1)에 형성된 플라즈마(P)는 홀(402)을 통해 제1공간(A1)으로부터 제2공간(A2)으로 유동할 수 있다. 이온 블로커(400)는 홀(402)을 통과하는 플라즈마(P)에 포함된 이온(또는 전자) 그리고 라디칼(R) 중 이온과 전자를 흡수할 수 있다. 이에, 플라즈마(P)에 포함되는 성분 중 라디칼(R)만이 이온 블로커(400)를 통과할 수 있다. 이온 블로커(400)는 이온의 통과를 막는(Block) 기능을 할 수 있다.
상부 전극(500)은 판 형상을 가질 수 있다. 상부 전극(500)은 챔버(10)의 내부 공간의 상부에 위치할 수 있다. 상부 전극(500)은 이온 블로커(400)의 위에 배치될 수 있다. 상부 전극(500)은 이온 블로커(400)와 마주보게 배치될 수 있다. 상부 전극(500)과 이온 블로커(400) 사이에는 절연 소재로 제공되는 절연 부재(DR)가 배치될 수 있다. 절연 부재(DR)는 상부에서 바라볼 때, 링 형상을 가질 수 있다. 절연 부재(DR)는 이온 블로커(400)와 상부 전극(500)을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다.
상부 전극(500)에는 전원 모듈(510)이 제공될 수 있다. 전원 모듈(510)은 상부 전극(500)에 전력을 인가할 수 있다. 전원 모듈(510)은 상부 전원(512)과 상부 전원 스위치(514)를 포함할 수 있다. 상부 전원(512)은 RF 소스로 제공될 수 있다. 상부 전원(512)은 상부 전극(500)에 고주파 전류를 인가할 수 있다. 상부 전극(500)과 상부 전원(512) 사이에는 임피던스 매쳐(미도시)가 제공될 수 있다. 상부 전원 스위치(514)의 온/오프에 따라 상부 전극(500)에는 고주파 전류가 인가된다. 상부 전극(500)에 고주파 전류가 인가되면, 대향 전극으로서 기능하는 이온 블로커(400)와 상부 전극(500) 사이에는 전계가 형성된다. 이에, 제1공간(A1)에 공급되는 공정 가스(예컨대, 제1가스(G1) 및/또는 제2가스(G2))를 여기시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
상부 전극(500)에는 상부 가스 주입구(520)가 형성될 수 있다. 상부 가스 주입구(520)는 적어도 하나 이상 제공될 수 있다. 상부 가스 주입구(520)는 후술하는 제1가스 라인(622)과 연결될 수 있다. 상부 가스 주입구(520)는 제1공간(A1)을 향해 공정 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급 유닛(600)은 챔버(10)의 내부 공간으로 가스를 공급한다. 예컨대, 가스 공급 유닛(600)은 제1공간(A1)으로 공정 가스를 공급하고, 제2공간(A2)으로 처리 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(600)은 공정 가스 공급 유닛(620)과 처리 가스 공급 유닛(640)을 포함할 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(620)은 제1공간(A1)으로 공정 가스를 공급한다. 제1공간(A1)으로 공급되는 공정 가스는 제1가스(G1) 및/또는 제2가스(G2)를 포함할 수 있다. 제1공간(A1)으로 공급되는 제1가스(G1)와 제2가스(G2)는 교번적으로 공급될 수 있다. 선택적으로, 제1가스(G1)가 제1공간(A1)으로 먼저 공급되고, 이후에 제2가스(G2)가 제1공간(A1)으로 공급될 수 있다. 또한, 제1가스(G1)와 제2가스(G2)는 동시에 제1공간(A1)으로 공급될 수도 있다. 이에 대한 상세한 메커니즘은 후술한다.
공정 가스 공급 유닛(620)은 제1가스 공급 소스(621)와 제2가스 공급 소스(625)를 포함할 수 있다. 제1가스 공급 소스(621)는 제1공간(A1)으로 제1가스(G1)를 공급한다. 제1가스 공급 소스(621)는 상부 전극(500)과 이온 블로커(400)의 사이 공간인 제1공간(A1)으로 제1가스(G1)를 공급할 수 있다. 제1가스 공급 소스(621)는 제1가스 라인(622)과 제1가스 공급원(624)을 포함할 수 있다.
제1가스 라인(622)은 제1가스 공급원(624)과 상부 가스 주입구(520)를 서로 연결한다. 제1가스 라인(622)의 일단은 복수 개의 상부 가스 주입구(520)와 각각 연결되고, 제1가스 라인(622)의 타단은 제1가스 공급원(624)과 연결될 수 있다.
제1가스 공급원(624)은 제1가스 라인(622)을 통해 제1공간(A1)으로 제1가스(G1)를 공급한다. 제1가스(G1)는 수소 계열의 원소를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1가스(G1)는 암모니아(NH3) 가스일 수 있다. 선택적으로, 제1가스(G1)는 H2, 또는 He 등의 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 제1가스(G1)에 포함되는 불활성 가스는 캐리어 가스로 기능할 수 있다. 제1공간(A1)에 공급된 제1가스(G1)는 제1플라즈마(P1)로 여기될 수 있다.
제2가스 공급 소스(625)는 제1공간(A1)으로 제2가스(G2)를 공급한다. 제2가스 공급 소스(625)는 상부 전극(500)과 이온 블로커(400)의 사이 공간인 제1공간(A1)으로 제2가스(G2)를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 소스(625)는 제2가스 라인(626)과 제2가스 공급원(628)을 포함할 수 있다.
제2가스 라인(626)은 제2가스 공급원(628)과 상부 가스 주입구(520)를 서로 연결한다. 제2가스 라인(626)의 일단은 복수 개의 상부 가스 주입구(520)와 각각 연결되고, 제2가스 라인(626)의 타단은 제2가스 공급원(628)과 연결될 수 있다.
제2가스 공급원(628)은 제2가스 라인(626)을 통해 제1공간(A1)으로 제2가스(G2)를 공급한다. 제2가스(G2)는 수소 계열의 원소를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2가스(G2)는 불소(플루오린) 계열의 원소를 포함할 수 있다. 일 예로, 제2가스(G2)는 삼불화질소(NF3) 또는 불소(F2) 가스일 수 있다. 선택적으로, 제2가스(G2)는 Ar, H2, 또는 He 중 어느 하나, 또는 복수를 더 포함할 수 있다. 제1공간(A1)으로 공급된 제2가스(G2)는 상부 전극(500)과 이온 블로커(400)에 의해 여기되어 제2플라즈마(P2)를 발생시킬 수 있다.
처리 가스 공급 유닛(640)은 제2공간(A2)으로 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 제2공간(A2)으로 공급되는 제3가스(G3)는 라디칼과 반응하는 처리 가스일 수 있다. 처리 가스 공급 유닛(640)은 이온 블로커(400)와 샤워 헤드(300)의 사이 공간인 제2공간(A2)으로 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 처리 가스 공급 유닛(640)은 처리 가스 라인(642)과 처리 가스 공급원(644)을 포함할 수 있다.
처리 가스 라인(642)은 처리 가스 공급원(644)과 하부 가스 주입구(310)를 서로 연결한다. 처리 가스 라인(642)의 일단은 복수 개의 하부 가스 주입구(310)와 각각 연결되고, 처리 가스 라인(642)의 타단은 처리 가스 공급원(644)과 연결될 수 있다.
처리 가스 공급원(644)은 처리 가스 라인(642)을 통해 제2공간(A2)으로 처리 가스인 제3가스(G3)를 공급한다. 제3가스(G3)는 수소 계열의 원소를 포함할 수 있다. 예컨대, 제3가스(G3)는 암모니아(NH3) 가스일 수 있다. 선택적으로, 제3가스(G3)는 H2, 또는 He 등의 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 제3가스(G3)에 포함되는 불활성 가스는 캐리어 가스로 기능할 수 있다. 제2공간(A2)으로 공급된 제3가스(G3)는 라디칼(R)과 반응하여 에천트(E)를 형성할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하에서 설명하는 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 도 1을 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성과 대부분 유사하게 제공된다. 이에, 중복되는 구성에 대해서는 내용의 중복을 방지하기 위해 그 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 샤워 헤드(300)에는 통공(302)이 형성될 수 있다. 통공(302)은 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)의 상면으로부터 하면까지 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)를 관통하여 형성될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 상부의 제2공간(A2)에서 하부의 제3공간(A3)으로 유체를 연통시킬 수 있다.
이온 블로커(400)에는 홀(402)과 중부 가스 주입구(410)가 형성될 수 있다. 홀(402)은 이온 블로커(400)의 상단과 하단을 관통할 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 중구 가스 주입구(410)는 복수 개 제공될 수 있다. 복수 개의 중부 가스 주입구(410)들은 각각 처리 가스 라인(642)과 연결될 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 제2공간(A2)을 향해 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 제2공간(A2)과 연통할 수 있으나, 상부의 제1공간(A1)과는 연통되지 않도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 샤워 헤드(300)에는 통공(302)이 형성될 수 있다. 통공(302)은 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)의 상면으로부터 하면까지 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 복수의 통공(302)들은 샤워 헤드(300)를 관통하여 형성될 수 있다. 복수의 통공(302)들은 상부의 제2공간(A2)에서 하부의 제3공간(A3)으로 유체를 연통시킬 수 있다.
샤워 헤드(300)에는 하부 가스 주입구(310)가 형성될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 하부 가스 주입구(310)들은 후술하는 제1분기 라인(646)과 각각 연결될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 제2공간(A2)을 향해 제3가스(G3)를 공급할 수 있다.
하부 가스 주입구(310)는 제2공간(A2)과 연통될 수 있으나, 제3공간(A3)과는 연통되지 않도록 구성될 수 있다. 하부 가스 주입구(310)는 복수의 통공(302)들 사이에 배치될 수 있다. 즉, 하부 가스 주입구(310)는 복수의 통공(302)과 중첩되지 않는 위치에 형성될 수 있다.
이온 블로커(400)에는 홀(402)과 중부 가스 주입구(410)가 형성될 수 있다. 홀(402)은 이온 블로커(400)의 상단과 하단을 관통할 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 적어도 하나 이상으로 제공될 수 있다. 중구 가스 주입구(410)는 복수 개 제공될 수 있다. 복수 개의 중부 가스 주입구(410)들은 후술하는 제2분기 라인(647)과 각각 연결될 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 제2공간(A2)을 향해 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 중부 가스 주입구(410)는 제2공간(A2)과 연통할 수 있으나, 상부의 제1공간(A1)과는 연통되지 않도록 구성될 수 있다.
처리 가스 공급 유닛(640)은 처리 가스 라인(642)과 처리 가스 공급원(644)을 포함할 수 있다. 처리 가스 라인(642)은 메인 라인(645), 제1분기 라인(646), 그리고 제2분기 라인(647)으로 구성될 수 있다. 메인 라인(645)의 일단은 제3가스(G3)를 공급하는 처리 가스 공급원(644)과 연결된다. 메인 라인(645)의 타단은 제1분기 라인(646)과 제2분기 라인(647)으로 분기될 수 있다. 제1분기 라인(646)은 하부 가스 주입구(310)와 연결될 수 있다. 메인 라인(645)과 제1분기 라인(646)을 거쳐 하부 가스 주입구(310)로 공급된 제3가스(G3)는 제2공간(A2)으로 공급될 수 있다. 제2분기 라인(647)은 중부 가스 주입구(410)와 연결될 수 있다. 메인 라인(645)과 제2분기 라인(647)을 거쳐 중부 가스 주입구(410)로 공급된 제3가스(G3)는 제2공간(A2)으로 공급될 수 있다.
상술한 실시예와 달리, 하부 가스 주입구(310)는 샤워 헤드(300)의 가장자리 영역에만 형성될 수 있다. 또한, 중부 가스 주입구(410)는 이온 블로커(400)의 중앙 영역에만 형성될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하에서 설명하는 기판 처리 방법은 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)에서 수행될 수 있다. 또한, 제어기(20)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치(1)가 수행할 수 있도록, 기판 처리 장치(1)가 가지는 구성들을 제어할 수 있다. 이하에서 설명하는 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 도 1에서 설명한 기판 처리 장치(1)를 이용하여 수행하는 것을 예로 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 도 2 및 도 3의 기판 처리 장치(1)를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 준비 단계(S10), 처리 단계(S20), 그리고 배기 단계(S30)를 포함할 수 있다.
준비 단계(S10)는 챔버(10)의 내부 공간의 분위기를 기판(W)을 처리하기 적합한 환경으로 준비시키는 단계일 수 있다. 예컨대, 준비 단계(S10)에서는 도시되지 않은 반송 로봇을 이용하여 챔버(10)의 내부 공간으로 기판(W)을 반입한 이후, 챔버(10) 내부 공간의 압력을 안정화시킬 수 있다. 준비 단계(S10)에서는 배기 유닛(120)을 이용하여 기판(W)의 처리에 적합한 챔버(10)의 내부 공간 분위기를 형성할 수 있다. 예컨대, 배기 유닛(120)은 챔버(10)의 내부 공간의 분위기를 일정 부분 배기하여 챔버(10)의 내부 공간의 압력을 설정 압력으로 유지시킬 수 있다.
선택적으로, 준비 단계(S10)에서 제1가스 공급 소스(621)와 제2가스 공급 소스(625)는 제1공간(A1)으로 H2, 또는 He 등의 불활성 가스를 공급할 수 있다. 또한, 준비 단계(S10)에서 처리 가스 공급 유닛(640)은 제2공간(A2)으로 H2, 또는 He 등의 불활성 가스를 공급할 수 있다. 또한, 준비 단계(S10)에서는 제어기(20)에 의해 기판 처리 장치(1)에 포함되는 구성들의 점검을 수행할 수 있다.
상술한 예에서는 기판(W)을 챔버(10)의 내부 공간으로 반입한 이후, 준비 단계(S10)를 수행하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 준비 단계(S10)는 챔버(10)의 내부 공간에 기판(W)이 반입되지 않은 상태에서 수행될 수 있다. 준비 단계(S10)를 완료한 이후 챔버(10)의 내부 공간으로 기판(W)을 반입시킬 수 있다.
도 5는 도 4의 제1처리 단계 및 제2처리 단계에서 제1공간과 제2공간에 공급되는 가스의 종류를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 6은 도 4의 제1처리 단계에서 제1공간에 공급된 제1가스를 여기시켜 제1플라즈마가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다. 도 7은 도 4의 제1처리 단계에서 제2공간에 공급된 제3가스와 제1라디칼이 반응하여 제1에천트가 형성되는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 8은 도 4의 제2처리 단계에서 제1공간에 공급된 제2가스를 여기시켜 제2플라즈마가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다. 도 9는 도 4의 제2처리 단계에서 제2공간에 공급된 제3가스와 제2라디칼이 반응하여 제2에천트가 형성되는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하에서는, 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 단계(S20)에 대해 상세히 설명한다. 처리 단계(S20)는 기판(W) 상에 에천트(E)를 공급하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 처리 단계(S20)는 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)를 포함할 수 있다.
제1처리 단계(S22)는 기판(W) 상에 제1에천트(E1)를 공급하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 예컨대, 제1처리 단계(S22)는 기판(W) 상에 제1에천트(E1)를 공급하여 기판(W) 상에 형성된 막의 개질을 개선할 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이, 제1처리 단계(S22)에서 제1가스 공급 소스(621)는 제1공간(A1)으로 제1가스(G1)를 공급할 수 있다. 일 예로, 제1처리 단계(S22)에서 제1공간(A1)으로 공급되는 제1가스(G1)는 암모니아(NH3)를 포함하는 가스일 수 있다. 제1공간(A1)에 공급된 암모니아 가스(NH3)는 고주파 전력이 인가된 상부 전극(500)과 접지된 이온 블로커(400)에 의해 제1플라즈마(P1)로 여기된다. 즉, 제1가스(G1)는 제1플라즈마(P1) 상태로 전이됨에 따라 이온, 전자, 그리고 라디칼로 분해된다. 예컨대, 암모니아 가스(NH3)가 제1플라즈마(P1) 상태로 전이됨에 따라, 제1공간(A1)에는 제1라디칼(R1)이 형성될 수 있다. 예컨대, 제1공간(A1)에 형성된 제1라디칼(R1)은 암모니아 라디칼(NH3*)일 수 있다.
제1공간(A1)에 형성된 제1플라즈마(P1)는 접지된 이온 블로커(400)에 형성된 홀(402)을 통해 제2공간(A2)으로 유동한다. 제1플라즈마(P1)는 홀(402)을 통과하는 과정에서 제1플라즈마(P1)의 성분 중 이온과 전자가 흡수된다. 제1플라즈마(P1)는 이온 블로커(400)를 통과하면서 제1플라즈마(P1)에 포함되는 이온, 전자, 그리고 라디칼 중 라디칼만이 제2공간(A2)으로 공급될 수 있다. 이에, 도 7과 같이 제2공간(A2)에는 암모니아 라디칼(NH3*)만이 공급될 수 있다.
또한, 제1처리 단계(S22)에서 처리 가스 공급 유닛(640)은 제2공간(A2)으로 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 일 예로, 제1처리 단계(S22)에서 제2공간(A2)으로 공급되는 제3가스(G3)는 암모니아(NH3)를 포함하는 가스일 수 있다.
제2공간(A2)에 공급된 암모니아 라디칼(NH3*) 중 일부 성분은 제2공간(A2)에 공급된 제3가스(G3)와 반응할 수 있다. 예컨대, 제2공간(A2)에 공급된 암모니아 가스(NH3)와 제2공간(A2)을 유동하는 암모니아 라디칼(NH3*)이 반응하여 제1에천트(E1)를 형성할 수 있다. 제2공간(A2)에 생성된 제1에천트(E1)는 제2공간(A2)으로부터 제3공간(A3)으로 유동한다. 또한, 제2공간(A2)에 공급된 암모니아 라디칼(NH3*) 중 다른 일부 성분은 제2공간(A2)으로부터 제3공간(A3)으로 유동한다.
제3공간(A3)으로 공급된 암모니아 라디칼(NH3*) 및/또는 제1에천트(E1)는 제3공간(A3)에 위치하는 기판(W) 상에 작용할 수 있다. 암모니아 라디칼(NH3*) 및/또는 제1에천트(E1)는 기판(W) 상에 형성된 막에 부착될 수 있다. 예컨대, 암모니아 라디칼(NH3*)은 기판(W)의 표면에 용이하게 부착할 수 있다. 기판(W)의 표면에 부착된 암모니아 라디칼(NH3*)은 후술하는 제2에천트(E2)를 끌어당길 수 있다. 예컨대, 기판(W)의 표면에 부착된 암모니아 라디칼(NH3*)은 기판(W)의 표면 중 산화막(예컨대, SiO2) 형성된 위치에서 제2에천트(E2)를 끌어당길 수 있다. 제1에천트(E1)에 의해 끌린 제2에천트(E2)는 산화막을 식각할 수 있다. 이에, 제1처리 단계(S22)는 제2에천트(E2)가 기판(W) 상에 형성된 산화막과 수월하게 반응할 수 있도록 기여한다. 이에, 제1처리 단계(S22)는 기판(W)의 표면 막질 개선에 기여하여 기판(W)에 형성된 막들의 식각 정도를 조절할 수 있다. 즉, 제1처리 단계(S22)는 기판(W)을 처리하는 다양한 공정에서 요구되는 선택비를 조절할 수 있다.
제2처리 단계(S24)는 기판(W) 상에 제2에천트(E2)를 공급하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 예컨대, 제2처리 단계(S24)는 기판(W) 상에 제2에천트(E2)를 공급하여 기판(W) 상에 형성된 막을 식각할 수 있다. 제2처리 단계(S24)는 제1처리 단계(S22)가 완료된 이후에 수행될 수 있다.
도 5와 도 8과 같이, 제2처리 단계(S24)에서 제2가스 공급 소스(625)는 제1공간(A1)으로 제2가스(G2)를 공급할 수 있다. 일 예로, 제2처리 단계(S24)에서 제1공간(A1)으로 공급되는 제2가스(G2)는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스일 수 잇다. 제1공간(A1)에 공급된 삼불화질소 가스(NF3)는 고주파 전력이 인가된 상부 전극(500)과 접지된 이온 블로커(400)에 의해 제2플라즈마(P2)로 여기된다. 즉, 제2가스(G2)는 제2플라즈마(P2) 상태로 전이됨에 따라 이온, 전자, 그리고 라디칼로 분해된다. 예컨대, 삼불화질소 가스(NF3)가 제2플라즈마(P2) 상태로 전이됨에 따라, 제1공간(A1)에는 제2라디칼(R2)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제1공간(A1)에 형성된 제2라디칼(R2)은 불소 라디칼(F*)일 수 있다.
제1공간(A1)에 형성된 제2플라즈마(P2)는 접지된 이온 블로커(400)에 형성된 홀(402)을 통해 제2공간(A2)으로 유동한다. 제2플라즈마(P2)는 홀(402)을 통과하는 과정에서 제2플라즈마(P2)의 성분 중 이온과 전자가 흡수된다. 제2플라즈마(P2)는 이온 블로커(400)를 통과하면서 제2플라즈마(P2)에 포함되는 이온, 전자, 그리고 라디칼 중 라디칼만이 제2공간(A2)으로 공급될 수 있다. 이에, 도 9와 같이, 제2공간(A2)에는 불소 라디칼(F*)만이 공급될 수 있다.
또한, 제2처리 단계(S24)에서 처리 가스 공급 유닛(640)은 제2공간(A2)으로 제3가스(G3)를 공급할 수 있다. 일 예로, 제2처리 단계(S24)에서 제2공간(A2)으로 공급되는 제3가스(G3)는 암모니아(NH3)를 포함하는 가스일 수 있다.
제2공간(A2)에 공급된 불소 라디칼(F*) 중 일부 성분은 제2공간(A2)에 공급된 제3가스(G3)와 반응할 수 있다. 일 예로, 제2공간(A2)에 공급된 암모니아 가스(NH3)와 제2공간(A2)을 유동하는 불소 라디칼(F*)이 반응하여 제2에천트(E2)를 형성할 수 있다. 제2에천트(E2)는 NH4F(ammonium fluoride)일 수 있다. 선택적으로, 제2에천트(E2)는 NH4F.HF(ammonium hydrogen fluoride)일 수 있다. 제2공간(A2)에 생성된 제2에천트(E2)는 제2공간(A2)으로부터 제3공간(A3)으로 유동한다. 또한, 제2공간(A2)에 공급된 불소 라디칼(F*) 중 다른 일부 성분은 제2공간(A2)으로부터 제3공간(A3)으로 유동한다.
제3공간(A3)으로 공급된 불소 라디칼(F*) 및/또는 제2에천트(E2)는 제3공간(A3)에 위치하는 기판(W) 상에 작용할 수 있다. 예컨대, 제3공간(A3)으로 공급된 제2애천트(E2, 예컨대 NH4F)는 기판(W)에 형성된 실리콘 산화막(예컨대, SiO2)와 반응하여 (NH4)2SiF6의 반응물을 생성할 수 있다. 생성된 반응물은 기판(W)으로부터 제거될 수 있다. 이에, 제3공간(A3)으로 공급된 제2에천트(E2)는 기판(W)에 형성된 특정 막에 작용하여 특정 막을 기판(W)으로부터 제거할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 배기 단계(S30)는 챔버(10) 내부의 분위기를 배기할 수 있다. 예컨대, 배기 단계(S30)에서는 챔버(10)의 내부 공간의 분위기를 배기 유닛(120)을 이용하여 챔버(10)의 외부로 배출할 수 있다. 또한, 배기 단계(S30)에서는 처리 단계(S20)를 거치면서 제3공간(A3)에 발생한 공정 부산물(예컨대, (NH4)2SiF6)을 챔버(10)의 외부로 배출할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 제2처리 단계(S24)에서 제2에천트(E2)를 기판(W) 상에 작용하여 기판(W) 상에 형성된 특정 막(예컨대, 산화막)을 식각하기 이전에, 제1처리 단계(S22)에서 기판(W)의 표면 막질을 개선하여 기판(W) 상에 형성된 특정 막에 제2에천트(E2)가 효율적으로 작용할 수 있다. 구체적으로, 제1처리 단계(S22)에서 기판(W)의 표면에 부착된 암모니아 라디칼(NH3*)은 제2처리 단계(S24)에서 생성된 제2에천트(E2)를 끌어당길 수 있다. 제1처리 단계(S22)에서 생성된 암모니아 라디칼(NH3*)에 의해 끌어당겨진 제2에천트(E2)는 기판(W) 상의 산화막과 반응하여 기판(W) 상에 형성된 산화막을 수월하게 제거할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(W)에 형성된 특정 막을 제거(또는 식각)하기 이전에 기판(W)의 표면 막질을 개선하여 기판(W) 상에 형성된 특정 막(예컨대, 산화막)을 보다 수월하게 제거할 수 있다. 이에, 기판(W)을 처리하는 다양한 공정에서 요구되는 선택비를 효율적으로 조절할 수 있다.
상술한 예에서는 제2처리 단계(S24)가 제1처리 단계(S22)가 완료된 이후에 수행되는 것을 예로 들어 설명하였다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)는 동시에 수행될 수 있다. 예컨대, 제1공간(A1)으로 제1가스(G1) 및 제2가스(G2)를 동시에 공급하여 제1공간(A1)에 제1플라즈마(P1) 및 제2플라즈마(P2)를 동시에 발생시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)가 순차적으로 수행되되, 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)가 서로 교번적으로 반복 수행될 수 있다. 일 예에 의하면, 준비 단계(S10)가 완료된 이후에 제1처리 단계(S22), 그리고 제2처리 단계(S24)를 순차적으로 수행하고, 이어서 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)가 반복적으로 수행될 수 있다. 본 발명에서 설명하는 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)의 반복 수행 횟수는 복수 회로 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1처리 단계(S22)와 제2처리 단계(S24)를 반복적으로, 그리고 교번적으로 수행함으로써 기판(W)에 형성된 특정 막(예컨대, 산화막(SiO2))을 보다 효율적으로 제거할 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.
10 : 챔버
100 : 하우징
200 : 지지 유닛
300 : 샤워 헤드
400 : 이온 블로커
500 : 상부 전극
600 : 가스 공급 유닛
620 : 공정 가스 공급 유닛
621 : 제1가스 공급 소스
625 : 제2가스 공급 소스
640 : 처리 가스 공급 유닛
P1 : 제1플라즈마
P2 : 제2플라즈마
R1 : 제1라디칼
R2 : 제2라디칼
E1 : 제1에천트
E2 : 제2에천트
G1 : 제1가스
G2 : 제2가스
G3 : 제3가스
A1 : 제1공간
A2 : 제2공간
A3 : 제3공간

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    제1가스를 여기시켜 생성된 제1플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제1처리 단계;
    상기 제1가스와 상이한 제2가스를 여기시켜 생성된 제2플라즈마를 이용하여 상기 기판을 처리하는 제2처리 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1처리 단계 이후 상기 제2처리 단계가 수행되는 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1처리 단계와 상기 제2처리 단계는 교번적으로 수행되는 기판 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1플라즈마로 여기되는 상기 제1가스는 수소를 포함하고,
    상기 제2플라즈마로 여기되는 상기 제2가스는 불소를 포함하는 기판 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1가스는 암모니아(NH3)를 포함하고,
    상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1처리 단계에서는,
    챔버 내 제1공간에 상기 제1플라즈마를 발생시키고,
    상기 제1플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제1공간 아래에 위치하는 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제1플라즈마에 포함되는 이온이 제거되어 암모니아 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고,
    상기 암모니아 라디칼은 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1처리 단계에서는,
    챔버 내 제1공간에 상기 제1플라즈마를 발생시키고,
    상기 제1플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제1공간 아래에 위치하는 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제1플라즈마에 포함되는 이온이 제거되어 암모니아 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고,
    상기 제2공간에서 상기 암모니아 라디칼과 수소를 포함하는 제3가스가 반응하여 제1에천트를 형성하고,
    상기 제1에천트는 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2처리 단계에서는,
    상기 제1공간에 상기 제2플라즈마를 발생시키고,
    상기 제2플라즈마가 상기 제1공간으로부터 상기 제2공간으로 유동하는 동안 상기 제2플라즈마에 포함되는 이온이 차단되어 불소 라디칼이 상기 제2공간으로 공급되고,
    상기 제2공간에서 상기 불소 라디칼과 수소를 포함하는 제3가스가 반응하여 제2에천트를 형성하고,
    상기 제2에천트는 상기 기판이 놓이는 제3공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  9. 제1공간, 제2공간, 그리고 제3공간으로 구분되는 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 제1공간에서는 공정 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 상기 제1공간의 아래에 위치하는 제2공간에서 상기 플라즈마와 처리 가스가 반응하여 에천트를 형성하고, 상기 에천트는 상기 제2공간의 아래에 위치하는 제3공간에서 상기 기판을 처리하되,
    상기 공정 가스는 제1가스와 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 포함하고,
    상기 제1공간에 상기 제1가스를 공급하여 제1플라즈마를 형성하여 상기 기판에 형성된 막질을 개선하고,
    상기 제1공간에 상기 제2가스를 공급하여 제2플라즈마를 형성하여 상기 기판에 형성된 막을 제거하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1가스 및 상기 제2가스는 교번적으로 상기 제1공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1가스는 암모니아(NH3)를 포함하고,
    상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1공간과 상기 제2공간은 접지된 플레이트에 의해 구획되고,
    상기 제1공간으로 공급된 상기 제1가스에 의해 발생된 제1플라즈마에 포함되는 이온은 상기 플레이트에 의해 차단되어 상기 제2공간으로 암모니아 라디칼이 공급되고,
    상기 제1공간으로 공급된 상기 제2가스에 의해 발생된 제2플라즈마에 포함되는 이온은 상기 플레이트에 의해 차단되어 상기 제2공간으로 불소 라디칼이 공급되는 기판 처리 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 암모니아(NH3)를 포함하는 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처리 가스는,
    상기 제1가스 및/또는 상기 제2가스가 상기 제1공간으로 공급되는 동안 상기 제2공간으로 계속적으로 공급되는 기판 처리 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1가스 및 상기 제2가스는 상기 제1공간으로 동시에 공급되는 기판 처리 방법.
  16. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부 공간을 가지는 챔버;
    상기 내부 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    고주파 전력이 인가되는 상부 전극;
    상기 상부 전극 아래에 배치되며, 접지되는 이온 블로커;
    상기 이온 블로커 아래에, 그리고 상기 지지 유닛 상부에 배치되어 복수의 통공이 형성된 샤워 헤드;
    상기 상부 전극과 상기 이온 블로커 사이의 공간으로 제1가스 및 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 포함하는 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급 유닛;
    상기 이온 블로커와 상기 샤워 헤드 사이의 공간으로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 유닛; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    플라즈마 형성 공간으로 정의되는 상기 상부 전극과 상기 이온 블로커 사이의 영역으로 상기 제1가스를 공급하여 상기 플라즈마 형성 공간에 제1플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 제2가스를 공급하여 상기 플라즈마 형성 공간에 제2플라즈마를 형성하도록 상기 상부 전극과 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스가 공급되고, 설정 시간이 경과한 이후 상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제2가스를 공급하도록 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스와 상기 제2가스가 교번적으로 공급되도록 상기 공정 가스 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 플라즈마 형성 공간에 상기 제1가스 또는 상기 제2가스가 공급되는 동안 상기 이온 블로커와 상기 샤워 헤드 사이의 영역으로 정의되는 믹싱 공간에 상기 처리 가스가 계속적으로 공급되도록 상기 처리 가스 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1가스와 상기 처리 가스는 암모니아(NH3)를 포함하고,
    상기 제2가스는 삼불화질소(NF3)를 포함하는 기판 처리 장치.
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