KR20230103852A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 기판 처리 장치는, 처리 공간을 정의하는 하우징; 처리 공간에서 기판을 지지하며 기판을 가열하는 히터가 제공되는 척; 처리 공간보다 상부에 제공되는 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전극; 전극에 전력을 인가하는 전극 전원 모듈; 처리 공간 또는 플라즈마 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛; 및 제어기를 포함하고, 배기 유닛은, 처리 공간과 연통되는 배기관; 및 배기관 내에 제공되는 글라이딩 아크 플라즈마 장치를 더 포함하고, 제어기는, 기판에 형성된 박막과 가스를 반응시켜 발생되는 공정 부산물을 배기하되, 공정 부산물을 배기하는 동안 배기관이 고온으로 유지되도록 척, 전극 전원 모듈, 가스 공급 유닛 및/또는 배기 유닛을 제어할 수 있다.
Description
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, 기판이 처리되는 처리 공간 내에 발생되는 공정 부산물을 적절하게 제거하는 것이 중요하다.
기판 상에 형성된 SiOx 또는 SixNy의 박막에, NH4F, HF, F* 등의 에천트(Etchant)를 공급하면, 공정 부산물인 (NH4)xSiyFz, (NH4)xHyFz, 등이 발생된다. 기판을 가열 및 기판이 제공되는 처리 공간을 배기하여 공정 부산물을 제거한다. 에천트와 박막을 반응시켜 공정 부산물을 생성하는 공정을 반응 공정이라 하고, 공정 부산물을 제거하는 공정을 제거 공정이라 할 수 있다. 반응 공정과 제거 공정은 하나의 공정 사이클로 정의될 수 있고, 이러한 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행될 수 있다.
다만 제거 공정을 수행하는 동안 공정 부산물이 처리 공간을 배기하는 배관 내에 축적된다. 이를 방지하기 위해, 공정 부산물의 녹는점이 고온인 점을 고려하여 배관을 가열하는 가열 부재를 배관에 설치하여 제거 공정 중에 배관을 가열한다. 그러나, 배관의 가열을 통한 배관의 온도 제어에는 한계가 있는 문제가 있다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 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 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 기판 처리 장치는, 처리 공간을 정의하는 하우징; 처리 공간에서 기판을 지지하며 기판을 가열하는 히터가 제공되는 척; 처리 공간보다 상부에 제공되는 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전극; 전극에 전력을 인가하는 전극 전원 모듈; 처리 공간 또는 플라즈마 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛; 및 제어기를 포함하고, 배기 유닛은, 처리 공간과 연통되는 배기관; 및 배기관 내에 제공되는 글라이딩 아크 플라즈마 장치를 더 포함하고, 제어기는, 기판에 형성된 박막과 가스를 반응시켜 발생되는 공정 부산물을 배기하되, 공정 부산물을 배기하는 동안 배기관이 고온으로 유지되도록 척, 전극 전원 모듈, 가스 공급 유닛 및/또는 배기 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 아크 플라즈마 장치는, 배기관과 연통되는 수용공간; 수용공간으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기; 수용공간에 장착되는 플라즈마 전극; 및 플라즈마 전극으로 전원을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 반응가스는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기판 상에 형성된 박막은, 규소를 포함하는 소재로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 공간과 처리 공간 사이에 배치되는 이온 블로커;를 더 포함하고, 가스 공급 유닛은, 처리 공간으로 이온 블로커에 의해 이온이 제거된 제1가스를 공급하는 제1가스 공급 유닛; 및 플라즈마 공간으로 제2가스를 공급하는 제2가스 공급 유닛;을 포함하며, 제어기는, 플라즈마 공간으로 제2가스를 공급하고, 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키고, 이온 블로커를 통과한 중성기체에 제1가스를 공급하여 에천트를 발생시켜 기판 상에 형성된 박막으로 에천트를 전달하고, 박막이 에천트와 반응하여 발생되는 공정 부산물을 제거하도록 척, 전극 전원 모듈, 가스 공급 유닛 및/또는 배기 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제1가스는 질소 또는 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스이고, 제2가스는 플루오린을 포함하는 가스일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 일 예에서, 기판 처리 방법은, 처리 공간 내에서 기판 상에 형성된 박막을 제거하는 기판 처리 방법에 있어서, 박막으로 에천트(Etchant)를 전달하는 반응 공정; 및 배기관을 통해 처리 공간을 배기하여 박막이 에천트와 반응하여 발생되는 공정 부산물의 제거하는 제거 공정을 포함하고, 제거 공정 수행 중, 배기관을 가열하되 배기관 내에 글라이딩 아크 플라즈마 장치가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 반응 공정은, 플루오린을 포함하는 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마로부터 이온을 제거하고, 이온이 제거된 중성기체에 질소 및 수소를 포함하는 가스를 공급하여 에천트를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 에천트는, 질소, 수소, 그리고 플루오린 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 박막은, 규소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 아크 플라즈마 장치는, 배기관과 연통되는 수용공간; 수용공간으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기; 수용공간에 장착되는 플라즈마 전극; 및 플라즈마 전극으로 전원을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 반응가스는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 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 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트를 보여주는 도면이다.
도 4는 내지 도 7은 각각 본 발명의 기판 처리 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트를 보여주는 도면이다.
도 4는 내지 도 7은 각각 본 발명의 기판 처리 방법을 순차적으로 나타내는 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.
이하에서는, 도 3 내지 도 11을 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 박막(L)의 두께를 조절할 수 있다.
기판 처리 장치(10)는, 하우징(100), 척(200), 샤워 헤드(300), 가열 부재(400), 이온 블로커(500), 절연 부재(DR), 상부 전극(600, 제2전극의 일 예), 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 이온(I)이 제거된 중성기체(라디칼)와 제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 제1공정 가스(G1)를 서로 믹싱하는 공간인 믹싱 공간(A3, 제3공간의 일 예)을 정의할 수 있다. 또한, 이온 블로커(500), 절연 부재(DR), 상부 전극(600)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 믹싱 공간(A3)을 정의하는데 관여하는 구성들을 통칭하여 챔버라 부를 수도 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 플라즈마(P)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.
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), 히터(230), 그리고 하부 전극(240, 제1전극의 일 예)을 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 척킹되도록 하는 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.
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 85 ℃ 내지 130 ℃로 제어할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10), 예컨대 척(200)은 히터(230)에 전력을 인가하는 제2전원 모듈(232, 234, 히터 전원 모듈의 일 예)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.
하부 전극(240)은 처리 공간(A1)에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 하부 전극(240)은 판 형상을 가질 수 있다. 하부 전극(240)은 후술하는 샤워 헤드(300)와 서로 대향되는 전극일 수 있다. 하부 전극(240)에 전력이 인가되면, 하부 전극(240)은 처리 공간(A1)에 전계를 형성하며, 형성된 전계는 처리 공간(A1)으로 유입(공급)되는 공정 가스(G1, G2)를 여기시켜 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(10), 예컨대 척(200)은 하부 전극(240)에 전력을 인가하는 하부 전원 모듈(242, 244)을 포함할 수 있다. 하부 전원 모듈(242, 244)은 RF 소스인 하부 전원(242) 및 하부 전원 스위치(244)를 포함할 수 있다. 하부 전원 스위치(244)의 온/오프에 따라 하부 전극(240)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 접지될 수 있다. 샤워 헤드(300)는 접지되어 상술한 하부 전극(240)과 서로 대향 전극으로 기능할 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 서로 유체 연통시킬 수 있다. 또한, 홀(302)은 처리 공간(A1)과 후술하는 믹싱 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 믹싱 공간(A3)을 향해 제1공정 가스(G1)를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 주입구(304)는 믹싱 공간(A3)의 가장자리 영역에 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 주입구(304)는 믹싱 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 믹싱 공간(A3)의 온도를 높여 이온(I)이 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 믹싱 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(600)과 처리 공간(A1) 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 믹싱 공간(A3), 더 나아가 처리 공간(A1)으로 유입시, 플라즈마(P)가 포함하는 이온을 제거할 수 있다. 요컨대, 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)는, 이온 블로커(500)를 거치면서 이온(I)이 제거되므로, 실질적으로 라디칼(R)만을 포함하게 될 수 있다.
또한, 이온 블로커(500)는 접지되어 후술하는 상부 전극(600)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 믹싱 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 믹싱 공간(A3)으로 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급구(504)는 믹싱 공간(A3)의 중앙 영역에 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급구(504)는 믹싱 공간(A3)으로는 통하지만(또한, 간접적으로 처리 공간(A1)과 통하지만), 플라즈마 공간(A2)으로는 통하지 않도록 구성될 수 있다.
상부 전극(600)은 판 형상을 가질 수 있다. 상부 전극(600)은 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상부 전극(600)에는, 기판 처리 장치(10)가 가지는 상부 전원 모듈(602, 604, 전극 전원 모듈의 일 예)이 전력을 인가할 수 있다. 상부 전원 모듈(602, 604)은 RF 소스인 상부 전원(602) 및 하부 전원 스위치(604)를 포함할 수 있다. 상부 전원 스위치(604)의 온/오프에 따라 상부 전극(600)에는 전력이 인가될 수 있다. 상부 전극(600)에 전력이 인가되면, 대향 전극으로서 기능하는 이온 블로커(500)와 상부 전극(600) 사이에 전계가 형성되고, 이에 플라즈마 공간(A2)에서 후술하는 제2공정 가스(G2)를 여기하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 상부 전극(600)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 플라즈마(P) 상태로 여기되는 공정 가스(G1, G2)를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(700, 800)는 제1가스 공급 유닛(700), 그리고 제2가스 공급 유닛(800)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 제1가스 공급 유닛(700)이 공급하는 공정 가스를, 제1공정 가스(G1)라 하고, 제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 공정 가스를, 제2공정 가스(G2)라 한다.
제1가스 공급 유닛(700)은 이온 블로커(500)에 의해 이온이 제거된 중성기체(라디칼)로 질소 및 수소를 포함하는 제1공정 가스(G1)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1가스 공급 유닛(700)은 믹싱 공간(A3)으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 제1가스 공급 유닛(700)은 믹싱 공간(A3)으로 공정 가스를 주입하여, 처리 공간(A1)으로 공정 가스를 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. 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 공정 가스를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 유닛(800)은 플라즈마 공간(A2)으로 공정 가스를 주입하여, 믹싱 공간(A2), 그리고 처리 공간(A1)으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 제2가스 공급 유닛(800)은 제2가스 공급원(801), 그리고 가스 채널(803)을 포함할 수 있다. 가스 채널(803)의 일 단은 제2가스 공급원(801)과 연결되고, 타 단은 플라즈마 공간(A2)과 연통될 수 있다.
제2가스 공급 유닛(800)이 공급하는 제2공정 가스(G2)는 NF3, F2, He, Ar, Xe, H2, N2 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 예컨대, 제2공정 가스(G2)는, He 및 NF3를 포함할 수 있다. 또한, 제2공정 가스(G2)는, H2-를 더 포함할 수도 있다.
배기 유닛(900)은 처리 공간(A1)에 공급된 공정 가스(G1, G2), 공정 부산물 등을 배출할 수 있다. 배기 유닛(900)은 처리 공간(A1)의 압력을 조절할 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.
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(A1)(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.
일 예에서, 배기 유닛(900)은 감압 부재(902), 감압 라인(904) 배기관(901) 그리고 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)를 포함할 수 있다. 감압 부재(902)는 감압 라인(904) 상에 제공된다. 일 예에서, 감압 부재(902)는 펌프일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 감압을 제공하는 공지된 장치로 다양하게 변형될 수 있다.
배기관(901)은 처리 공간(A1)과 연통된다. 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는 배기관(901) 내에 제공된다. 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는 감압 라인(904) 상에 감압 부재(902)의 전단에 제공된다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 2를 참조하면, 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는, 수용공간(911), 반응가스 공급기(912), 플라즈마 전극(916) 그리고 전원부(914)를 포함한다. 수용공간(911)은 배기관(901)과 연통된다. 일 예에서, 수용공간(911)은 배기관(901) 보다 직경이 넓은 관 형상으로 제공될 수 있다. 반응가스 공급기(912)는 수용공간(911)으로 반응가스를 공급한다. 일 예에서, 반응가스는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 플라즈마 전극(916)은 수용공간(911)에 장착된다. 일 예에서, 플라즈마 전극(916)은 수용공간(911)의 상부에 장착된다. 전원부(914)는 플라즈마 전극(916)으로 전원을 공급한다. 일 예에서, 전원부(914)는 RF 전원이다.
일 예에서, 반응가스 공급기(912)에 의해 반응 가스가 수용공간(911)으로 공급되고 전원부(914)가 플라즈마 전극(916)으로 전원을 공급하면, 플라즈마 전극(916)에 의해 수용공간(911)에는 플라즈마가 형성되며 수용공간(911)의 온도가 상승된다. 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는, 감압 부재(902)의 감압력에 의해 처리 공간(A1)으로부터 배기관(901)으로 이동된 공정 부산물을 분해한다. 일 예에서, 공정 부산물이 불화암모늄(NH4HF2)이라고 가정한다. 불화암모늄(NH4HF2)은 상온에서 고체로 존재하며, 약 섭씨 126도 이상의 고온에서 HF, H2, N2로 분해된다. 불화암모늄(NH4HF2)을 상온으로 배기할 경우, 배기관(901) 내에 불화암모늄(NH4HF2)이 고체 상태로 축적될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는 처리 공간(A1)을 배기할 시에 배기관을 가열할 수 있도록 제공된다.
아크 플라즈마의 경우, 초고온을 쉽게 형성할 수 있다. 이에, 기존의 열선을 이용한 히터를 활용하는 가열 방법에 비해 짧은 시간 안에 배기관(901) 내부의 온도를 상승시킬 수 있다. 아크 플라즈마는, 단 시간 안에 불화 암모늄(NH4HF2)을 분해할 수 있을 정도로 수용공간(911)의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한 플라즈마에 의해 발생되는 화학종들은 공정 부산물 불화암모늄(NH4HF2)과 고체 상태로 반응하지 않는다. 이에, 고체 상태의 반응물이 배기관(901) 내에 축적되는 것을 방지할 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), 하부 전원 모듈(242, 244), 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 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 플로우 차트를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 반응 공정(S10), 그리고 제거 공정(S20)을 포함할 수 있다.
도 4는 내지 도 7은 각각 본 발명의 기판 처리 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 반응 공정(S10)이 수행되는 동안의 기판 처리 장치의 모습을 나타내고, 도 5는 반응 공정(S10)이 수행되는 동안 기판의 박막(L)의 모습을 나타낸다.
반응 공정(S10)은 기판(W) 상의 박막(L)에 에천트(Etchant)를 전달하는 공정일 수 있다. 기판(W) 상에 형성되는 박막(L)은 규소(Si)를 포함하는 소재로 제공될 수 있다. 예컨대, 기판(W) 상에 형성되는 박막(L)은, SixOy, 그리고 SixNy 중 적어도 어느 하나(x, y는 양의 정수)를 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(W) 상에 형성되는 박막(L)은 SiO2, 그리고 Si3N4- 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 반응 공정(S10)에서는, 플라즈마 공간(A2)으로 플루오린을 포함하는 제2공정 가스(G2)를 공급할 수 있다. 예컨대, 제2공정 가스는 NF3-를 포함하는 가스일 수 있다. 상부 전원 모듈(602, 604)이 상부 전극(600)으로 전력을 인가하여, 플라즈마 공간(A2)에서 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 공간(A2)에서 발생된 플라즈마(P)의 이온은 이온 블로커(500)에 의해 제거될 수 있다. 즉, 이온 블로커(500)에 의해 실질적으로 라디칼만을 포함하는 중성기체가 믹싱 공간(A3)으로 유입될 수 있다. 믹싱 공간(A3)으로 유입된 이온이 제거된 중성기체(라디칼)에 제1가스 공급 유닛(700)은 NxHy를 포함하는 제1공정 가스(G1)를 공급할 수 있다. 예컨대, 제1공정 가스(G1)는 NH3를 포함하는 가스일 수 있다.
믹싱 공간(A3)에 공급된 NH3를 포함하는 제1공정 가스(G1)와, 이온이 제거된 중성기체(라디칼)는 반응하여 반응물을 생성할 수 있다. 이러한 반응물은 NxHyFz, 그리고 HxFy 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다(x, y는 양의 정수). 예컨대, 반응물은 NH4F, HF 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 반응물은 처리 공간(A1)으로 유입되어 기판(W) 상의 박막(L)으로 전달될 수 있다. 또한, 믹싱 공간(A3)에서 반응하지 못한 F*도 기판(W) 상의 박막(L)으로 전달될 수 있다. 이러한 반응물 및 F*을 통칭하여 에천트(Etchant)라 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 반응 공정(S10)에서 기판(W) 상에 형성된 박막(L)으로 에천트를 전달하면, 박막(L)과 에천트는 서로 반응하여 제1공정 부산물(BP1)을 형성할 수 있다. 제1공정 부산물(BP1)은 (NH4)2SiF6를 포함할 수 있다. 일 예에서, 반응 공정(S10)이 수행되는 동안 히터(230)는 지지 판(210)을 가열하고, 가열된 지지 판(210)이 기판(W)을 가열할 수 있다. 기판(W)을 가열하면, 제1공정 부산물(BP1)은 1차 분해되어 에천트와 반응하지 않은 박막(L)으로부터 제거될 수 있다. 이때, 제1공정 부산물(BP1)이 분해되면 제2 공정 부산물(이하에서는 BP2라 함)인 NH4HF2이 형성될 수 있다.
도 6은 제거 공정(S20)이 수행되는 동안의 기판 처리 장치의 모습을 나타내고, 도 7은 제거 공정(S20)이 수행되는 동안 기판의 박막(L)의 모습을 나타낸다.
제거 공정(S20)은, 박막(L)과 에천트가 반응하여 발생되는 공정 부산물(BP2)을 제거하는 공정일 수 있다. 도 6을 참조하면, 제거 공정(S20)은 처리 공간(A1)의 분위기를 배기 유닛(900)이 배기함으로써 수행될 수 있다. 일 예에서, 제거 공정(S20)이 수행되는 동안 히터(230)는 지지 판(210)을 가열하고, 가열된 지지 판(210)이 기판(W)을 가열할 수 있다.
배기 유닛(900)에 의해 제2 공정 부산물이 처리 공간(A1) 외부로 배출된다. 제거 공정(S20)이 수행되는 동안, 도 2에 도시된 바와 같이 반응가스 공급기(912)에 의해 반응 가스가 수용공간(911)으로 공급되고 전원부(914)가 플라즈마 전극(916)으로 전원을 공급된다. 이에 따라, 수용공간(911)에는 플라즈마가 형성되며 수용공간(911)의 온도가 상승되고, 제2 공정 부산물이 HF, H2, N2로 분해된다. 일 예에서, 글라이딩 아크 플라즈마 장치(910)는 수용공간(911)의 온도가 제2 공정 부산물의 녹는점의 온도 이상이 될 수 있도록 제공된다.
상술한 예에서는, 반응 공정(S10)과 제거 공정(S20)이 순차적으로 수행되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 반응 공정(S10)과 제거 공정(S20)은 적어도 2 회 이상 반복하여 수행될 수 있다.
또는 이와 달리, 하나의 공정 사이클이 포함하는 반응 공정(S10)과 제거 공정(S20)은 동시에 수행될 수도 있고, 순차적으로 수행될 수도 있고, 또는 반응 공정(S10)이 종료되기 이전에 제거 공정(S20)이 시작되어 그 시기가 일부만 중첩될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 부산물을 배기하는 과정에서 고온으로 공정 부산물을 고체가 아닌 형태로 분해하여 처리함에 따라, 공정 부산물이 배기관 또는 기판에 미치는 영향을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 부산물을 배기하는 과정에서 아크 플라즈마를 이용하여 공정 부산물을 분해함에 따라, 기존의 열선을 이용한 히터에 비해 분해 시간이 단축되며 높은 온도를 형성할 수 있는 이점이 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.
Claims (12)
- 기판을 처리하는 장치에 있어서,
처리 공간을 정의하는 하우징;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하며 상기 기판을 가열하는 히터가 제공되는 척;
상기 처리 공간보다 상부에 제공되는 플라즈마 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전극;
상기 전극에 전력을 인가하는 전극 전원 모듈;
상기 처리 공간 또는 상기 플라즈마 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛; 및
제어기를 포함하고,
상기 배기 유닛은,
상기 처리 공간과 연통되는 배기관; 및
상기 배기관 내에 제공되는 글라이딩 아크 플라즈마 장치를 더 포함하고,
상기 제어기는,
상기 기판에 형성된 박막과 상기 가스를 반응시켜 발생되는 공정 부산물을 배기하되, 상기 공정 부산물을 배기하는 동안 상기 배기관이 고온으로 유지되도록 상기 척, 상기 전극 전원 모듈, 상기 가스 공급 유닛 및/또는 상기 배기 유닛을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 아크 플라즈마 장치는,
상기 배기관과 연통되는 수용공간;
상기 수용공간으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기;
상기 수용공간에 장착되는 플라즈마 전극; 및
상기 플라즈마 전극으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 기판 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 반응가스는,
헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 상기 박막은,
규소를 포함하는 소재로 제공되는 기판 처리 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 공간과 상기 처리 공간 사이에 배치되는 이온 블로커;를 더 포함하고,
상기 가스 공급 유닛은,
상기 처리 공간으로 상기 이온 블로커에 의해 이온이 제거된 제1가스를 공급하는 제1가스 공급 유닛; 및
상기 플라즈마 공간으로 제2가스를 공급하는 제2가스 공급 유닛;을 포함하며,
상기 제어기는,
상기 플라즈마 공간으로 상기 제2가스를 공급하고, 상기 플라즈마 공간에서 상기 플라즈마를 발생시키고, 상기 이온 블로커를 통과한 중성기체에 상기 제1가스를 공급하여 에천트를 발생시켜 상기 기판 상에 형성된 박막으로 상기 에천트를 전달하고, 상기 박막이 상기 에천트와 반응하여 발생되는 공정 부산물을 제거하도록 상기 척, 상기 전극 전원 모듈, 상기 가스 공급 유닛 및/또는 상기 배기 유닛을 제어하는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1가스는 질소 또는 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스이고,
상기 제2가스는 플루오린을 포함하는 가스인 기판 처리 장치. - 처리 공간 내에서 기판 상에 형성된 박막을 제거하는 기판 처리 방법에 있어서,
상기 박막으로 에천트(Etchant)를 전달하는 반응 공정; 및
배기관을 통해 상기 처리 공간을 배기하여 상기 박막이 상기 에천트와 반응하여 발생되는 공정 부산물의 제거하는 제거 공정을 포함하고,
상기 제거 공정 수행 중,
상기 배기관을 가열하되 상기 배기관 내에 글라이딩 아크 플라즈마 장치가 제공되는 기판 처리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 반응 공정은,
플루오린을 포함하는 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마로부터 이온을 제거하고, 상기 이온이 제거된 중성기체에 질소 및 수소를 포함하는 가스를 공급하여 상기 에천트를 생성하는 기판 처리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 에천트는,
질소, 수소, 그리고 플루오린 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기판 처리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 박막은,
규소를 포함하는 기판 처리 방법. - 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아크 플라즈마 장치는,
상기 배기관과 연통되는 수용공간;
상기 수용공간으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기;
상기 수용공간에 장착되는 플라즈마 전극; 및
상기 플라즈마 전극으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 기판 처리 방법. - 제11항에 있어서,
상기 반응가스는,
헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210192310 | 2021-12-30 | ||
| KR1020210192310 | 2021-12-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230103852A true KR20230103852A (ko) | 2023-07-07 |
Family
ID=87154559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220050636A KR20230103852A (ko) | 2021-12-30 | 2022-04-25 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230103852A (ko) |
-
2022
- 2022-04-25 KR KR1020220050636A patent/KR20230103852A/ko unknown
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