KR20240037738A - Apparatus And Method for Treating Substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층 및 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 제1 공간; 제1 공간에 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛; 제1 공간과 연결되어 공정 가스가 유입되는 처리 공간을 포함하는 챔버; 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 처리 공간에서 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 소스; 및 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 제2 물질층의 식각 속도에 대한 제1 물질층의 식각 속도의 비율인 식각 선택비를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.The technical idea of the present invention is to provide a substrate processing apparatus for processing a substrate on which a first material layer including silicon nitride and a second material layer including silicon oxide are formed, comprising: a first space; a first gas supply unit supplying process gas to the first space; A chamber connected to the first space and including a processing space into which process gas flows; a substrate support unit supporting a substrate in the processing space; A plasma source that excites the process gas into a plasma state in the processing space; and a control unit that controls the process pressure of the process gas to adjust the etching selectivity, which is the ratio of the etching rate of the first material layer to the etching rate of the second material layer.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus And Method for Treating Substrate}Substrate processing apparatus and method for treating substrate {Apparatus And Method for Treating Substrate}

본 발명의 기술적 사상은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a substrate processing device and a substrate processing method. More specifically, it relates to an apparatus and method for processing a substrate using plasma.

기판의 처리 공정에는 플라즈마가 이용될 수 있다. 예를 들어, 식각, 증착 또는 드라이 클리닝 공정에 플라즈마가 사용될 수 있다. 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 플라즈마를 이용한 드라이 크리닝(dry cleaning), 애싱(ashing) 또는 식각(etching) 공정은 플라즈마에 포함된 이온 또는 라디칼 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.Plasma may be used in the substrate processing process. For example, plasma can be used in etching, deposition, or dry cleaning processes. Plasma refers to an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, etc., and is generated by very high temperatures, strong electric fields, or high-frequency electromagnetic fields (RF Electromagnetic Fields). Dry cleaning, ashing, or etching processes using plasma are performed when ions or radical particles contained in plasma collide with the substrate.

플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은, 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식 및 이 둘을 혼합한 방식 등이 있다. 플라즈마를 이용한 드라이 크리닝(dry cleaning), 애싱(ashing) 또는 식각(etching) 공정은 플라즈마에 포함된 이온 또는 라디칼 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행될 수 있다. The substrate processing process using plasma includes a capacitively coupled plasma (CCP) method, an inductively coupled plasma (ICP) method, and a mixture of the two depending on the method of generating plasma. Dry cleaning, ashing, or etching processes using plasma may be performed when ions or radical particles contained in plasma collide with the substrate.

기판의 표면에는 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물이 형성될 수 있다. 플라즈마를 이용한 식각 공정에서는 기판 상으로 플라즈마를 공급하여 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화물을 식각할 수 있다. Silicon nitride and silicon oxide may be formed on the surface of the substrate. In an etching process using plasma, silicon nitride and/or silicon oxide can be etched by supplying plasma onto a substrate.

다만, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물이 형성된 기판을 식각하는 식각 공정에서, 웨이퍼가 받는 플라즈마 데미지로 인하여 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 사이의 식각 선택비 조절이 어려운 문제가 있다. 따라서 종래에는 웨이퍼에 가해지는 플라즈마 데미지를 제거하기 위하여, 플라즈마가 발생하는 공간과 웨이퍼가 공정되는 공간을 분리하여 공정을 진행한다.However, in the etching process of etching a substrate on which silicon nitride and silicon oxide are formed, there is a problem in that it is difficult to control the etching selectivity between silicon nitride and silicon oxide due to plasma damage to the wafer. Therefore, conventionally, in order to eliminate plasma damage to the wafer, the process is performed by separating the space where plasma is generated and the space where the wafer is processed.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 기판이 존재하는 처리 공간 내에서 플라즈마를 발생시키고, 실리콘 질화물을 식각하는 데 있다.The problem to be solved by the technical idea of the present invention is to generate plasma within a processing space where a substrate is present and to etch silicon nitride.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층 및 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 제1 공간; 제1 공간에 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛; 제1 공간과 연결되어 공정 가스가 유입되는 처리 공간을 포함하는 챔버; 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 처리 공간에서 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 소스; 및 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 제2 물질층의 식각 속도에 대한 제1 물질층의 식각 속도의 비율인 식각 선택비를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.In order to solve the above-described problem, the technical idea of the present invention is to provide a substrate processing apparatus for processing a substrate on which a first material layer containing silicon nitride and a second material layer containing silicon oxide are formed, comprising: a first space; a first gas supply unit supplying process gas to the first space; A chamber connected to the first space and including a processing space into which process gas flows; a substrate support unit supporting a substrate in the processing space; A plasma source that excites the process gas into a plasma state in the processing space; and a control unit that controls the process pressure of the process gas to adjust the etching selectivity, which is the ratio of the etching rate of the first material layer to the etching rate of the second material layer.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 처리 공간 내에 기판을 제공하되, 기판 상에 실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층과 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성된, 기판을 제공하는 단계; 제1 공간 내에 공정 가스를 토출하는 단계; 제1 공간에서 처리 공간으로 공정 가스가 유입되는 단계; 처리 공간 내에서 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 플라즈마를 이용하여 제1 물질층 및 제2 물질층을 식각하는 단계를 포함하고, 식각하는 단계는, 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 제2 물질층의 식각 속도에 대한 제1 물질층의 식각 속도의 비율인 식각 선택비를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법을 제공한다.In order to solve the above-described problem, the technical idea of the present invention is to provide a substrate in a processing space, wherein a first material layer containing silicon nitride and a second material layer containing silicon oxide are formed on the substrate. step; Discharging process gas into the first space; Inflow of process gas from the first space into the processing space; Generating plasma using a process gas within a processing space; and etching the first material layer and the second material layer using plasma, wherein the etching step includes controlling the process pressure of the process gas to etch the first material layer relative to the etching rate of the second material layer. Provided is a substrate processing method characterized by controlling the etch selectivity, which is the ratio of speed.

본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 본 기술은 기판이 존재하는 처리 공간 내에서 플라즈마를 발생시키고 공정 압력을 조절함으로써, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 사이의 식각 선택비를 조절할 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, the present technology can control the etch selectivity between silicon nitride and silicon oxide by generating plasma and controlling process pressure in a processing space where a substrate is present.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 압력에 따른 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 사이의 시각 선택비를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view briefly showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart of a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the visual selectivity between silicon nitride and silicon oxide according to process pressure according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view briefly showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 상부 전극 유닛(300), 제어부(400), 배기 배플(500) 및 배기 어셈블리(600)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the substrate processing apparatus 10 includes a chamber 100, a substrate support unit 200, an upper electrode unit 300, a control unit 400, an exhaust baffle 500, and an exhaust assembly 600. Or it may include part of it.

챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(102)을 제공할 수 있다. 챔버(100)는 원형의 통 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 하우징은 금속 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 챔버(100)의 하우징은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판 출입구(130)가 형성될 수 있다. 기판은 기판 출입구(130)을 통해 처리 공간(102) 내로 반입될 수 있다. 기판 출입구(130)는 도어(140)에 의해 개폐 가능하다.The chamber 100 may provide a processing space 102 within which the substrate W is processed. The chamber 100 may be provided in a circular cylindrical shape. The housing of the chamber 100 may be made of metal. For example, the housing of the chamber 100 may be made of aluminum. A substrate entrance 130 may be formed on one side wall of the chamber 100. The substrate may be brought into the processing space 102 through the substrate entrance 130. The substrate entrance 130 can be opened and closed by the door 140.

챔버(100)의 바닥면에는 배기 포트(150)가 설치될 수 있다. 배기 포트(150)는 챔버(100)의 중심축과 일치되게 위치될 수 있다. 배기 포트(150)는 처리 공간(102)에 발생된 부산물이 챔버(100)의 외부로 배출되는 배출구로 기능할 수 있다. 배기 포트(150)는 배기 어셈블리(600)에 연결될 수 있다. 처리 공간은 배기 어셈블리(600)에 의해 배기되며, 진공 분위기가 형성될 수 있다.An exhaust port 150 may be installed on the bottom of the chamber 100. The exhaust port 150 may be positioned to coincide with the central axis of the chamber 100. The exhaust port 150 may function as an outlet through which by-products generated in the processing space 102 are discharged to the outside of the chamber 100. Exhaust port 150 may be connected to exhaust assembly 600. The processing space is exhausted by the exhaust assembly 600, and a vacuum atmosphere may be formed.

기판 지지 유닛(200)은 처리 공간(102)에서 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.The substrate support unit 200 may support the substrate W in the processing space 102 . The substrate support unit 200 may be provided as an electrostatic chuck that supports the substrate W using electrostatic force. Optionally, the substrate support unit 200 may support the substrate W in various ways, such as mechanical clamping.

기판 지지 유닛(200)은 지지판(210), 하부 전극(230) 및 포커스링 유닛(250)을 포함할 수 있다. 지지판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓일 수 있다. 지지판(210)은 원판 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 지지판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 지지판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다.The substrate support unit 200 may include a support plate 210, a lower electrode 230, and a focus ring unit 250. The substrate W may be placed directly on the upper surface of the support plate 210. The support plate 210 may be provided in a disk shape. For example, the support plate 210 may be made of ceramic material. The support plate 210 may have a smaller radius than the substrate W.

지지판(210)의 내부에는 척킹 전극(212)이 설치될 수 있다. 척킹 전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원으로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 척킹 전극(212)은 인가된 전압으로부터 기판(W)이 지지판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공할 수 있다. A chucking electrode 212 may be installed inside the support plate 210. A power source (not shown) is connected to the chucking electrode 212, and voltage can be applied from the power source. The chucking electrode 212 may provide electrostatic force so that the substrate W is adsorbed to the support plate 210 from the applied voltage.

지지판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치될 수 있다. 히터(214)는 척킹 전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.A heater 214 that heats the substrate W may be installed inside the support plate 210. The heater 214 may be located below the chucking electrode 212. The heater 214 may be provided as a spiral-shaped coil.

하부 전극(230)은 지지판(210)을 지지할 수 있다. 하부 전극(230)은 지지판(210)의 아래에 위치되며, 지지판(210)과 고정 결합될 수 있다. 하부 전극(230)의 상면은 단차를 가질 수 있다. 예를 들어 하부 전극(230)의 상면은 중앙 영역이 가장자리 영역에 비해 높게 형성될 수 있다. 하부 전극(230)의 상면의 중앙 영역은 지지판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가질 수 있다. The lower electrode 230 may support the support plate 210. The lower electrode 230 is located below the support plate 210 and may be fixedly coupled to the support plate 210. The upper surface of the lower electrode 230 may have a step. For example, the central area of the upper surface of the lower electrode 230 may be formed to be higher than the edge area. The central area of the upper surface of the lower electrode 230 may have an area corresponding to the bottom surface of the support plate 210.

하부 전극(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성될 수 있다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 냉각유로(232)는 하부 전극(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 하부 전극(230)에는 외부에 위치된 고주파 전원이 연결되거나, 접지될 수 있다. 고주파 전원은 하부 전극(230)에 전력을 인가하고, 기판에 입사하는 이온 에너지를 제어할 수 있다. 하부 전극(230)은 금속 재질로 제공될 수 있다.A cooling passage 232 may be formed inside the lower electrode 230. The cooling passage 232 may serve as a passage through which cooling fluid circulates. The cooling passage 232 may be provided in a spiral shape inside the lower electrode 230. An external high-frequency power source may be connected to the lower electrode 230 or may be grounded. The high-frequency power supply can apply power to the lower electrode 230 and control ion energy incident on the substrate. The lower electrode 230 may be made of a metal material.

포커스링 유닛(250)은 포커스링(252) 및 에지링(254)을 포함할 수 있다. 포커스링(252)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킬 수 있다. 포커스링(252)은 지지판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 포커스링(252)은 지지판(210)의 가장자리영역에 위치될 수 있다. 포커스링(252)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면은 단차지게 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면 내측부는 지지판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공되어, 기판(W)의 가장자리 영역의 저면을 지지할 수 있다.The focus ring unit 250 may include a focus ring 252 and an edge ring 254. The focus ring 252 can focus the plasma onto the substrate (W). The focus ring 252 may be provided in an annular ring shape surrounding the support plate 210. The focus ring 252 may be located at an edge area of the support plate 210. The focus ring 252 may be made of a conductive material. The upper surface of the focus ring 252 may be stepped. The inner upper surface of the focus ring 252 is provided to have the same height as the upper surface of the support plate 210, and can support the bottom surface of the edge area of the substrate W.

에지링(254)은 포커스링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 에지링(254)은 하부 전극(230)의 가장자리 영역에서 포커스링(252)과 인접하게 위치될 수 있다. 에지링(254)의 상면은 포커스링(252)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공될 수 있다. 에지링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.The edge ring 254 may be provided in an annular ring shape surrounding the focus ring 252. The edge ring 254 may be positioned adjacent to the focus ring 252 in the edge area of the lower electrode 230. The upper surface of the edge ring 254 may be provided with a higher height than the upper surface of the focus ring 252. Edge ring 254 may be provided with an insulating material.

전극 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 소스로 제공될 수 있다. 전극 유닛은 상부 전극(310), 상부 샤워헤드(330) 및 하부 샤워헤드(350)를 포함할 수 있다.The electrode unit 300 may be provided as a capacitively coupled plasma source. The electrode unit may include an upper electrode 310, an upper showerhead 330, and a lower showerhead 350.

상부 샤워헤드(330) 및 하부 샤워헤드(350) 사이에는 제1 공간(340)이 형성될 수 있다. 제1 공간(340)은 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛(370)과 연결될 수 있다. 제1 가스 공급 유닛(370)은 제1 가스 공급관(371), 압력 측정 부재(미도시) 및 유량 조절 부재(373)를 포함할 수 있다. A first space 340 may be formed between the upper showerhead 330 and the lower showerhead 350. The first space 340 may be connected to a first gas supply unit 370 that supplies process gas. The first gas supply unit 370 may include a first gas supply pipe 371, a pressure measurement member (not shown), and a flow rate adjustment member 373.

제1 가스 공급 유닛(370)의 제1 가스 공급관(371)은 상부 샤워헤드(330)를 관통하여 다수개의 가지관으로 분기되고, 제1 공간(340)의 상면에 균일하게 제공될 수 있다. 다른 예로, 제1 가스 공급 유닛(370)은 제1 공간(340)의 일벽에 구비될 수 있다. The first gas supply pipe 371 of the first gas supply unit 370 passes through the upper showerhead 330 and branches into a plurality of branch pipes, and may be uniformly provided on the upper surface of the first space 340. As another example, the first gas supply unit 370 may be provided on one wall of the first space 340.

제1 가스 공급 유닛(370)은 제1 공간(340)에 공정 가스를 토출할 수 있다. 제1 가스 공급 유닛(370)이 공급하는 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나 두가지 성분 이상의 혼합 가스로 제공될 수 있다. 공정 가스는 가스, 라디칼, 이온 또는 전자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 산소(O2), 삼불화질소(NF3) 및 헬륨(He) 기체를 포함할 수 있다.The first gas supply unit 370 may discharge process gas into the first space 340 . The process gas supplied by the first gas supply unit 370 may be a single component gas or a mixed gas of two or more components. Process gases may contain gases, radicals, ions, or electrons. For example, the process gas may include oxygen (O 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), and helium (He) gas.

상부 전극(310) 및 상부 샤워헤드(330) 사이에는 제2 공간(320)이 형성될 수 있다. 제2 공간(320)은 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급 유닛(360)과 연결될 수 있다. 제2 가스 공급 유닛(360)은 제2 가스 공급관(361), 압력 측정 부재(미도시) 및 유량 조절 부재(363)를 포함할 수 있다. A second space 320 may be formed between the upper electrode 310 and the upper showerhead 330. The second space 320 may be connected to a second gas supply unit 360 that supplies process gas. The second gas supply unit 360 may include a second gas supply pipe 361, a pressure measurement member (not shown), and a flow rate adjustment member 363.

상부 샤워헤드(330)는 제1 공간(340) 및 제2 공간(320)의 사이에 제공되고, 제1 공간(340) 및 제2 공간(320)의 경계를 이룰 수 있다. 상부 샤워헤드(330)는 도전성 물질로 제공될 수 있다. 상부 샤워헤드(330)는 판 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상부 샤워헤드(330)는 원판 형상을 가질 수 있다. 상부 샤워헤드(330)에는 다수의 관통홀(331)들이 형성될 수 있다. 관통홀(331)들은 상부 샤워헤드(330)의 상하 방향을 가로질러 형성될 수 있다.The upper showerhead 330 is provided between the first space 340 and the second space 320 and may form a boundary between the first space 340 and the second space 320. The upper showerhead 330 may be made of a conductive material. The upper showerhead 330 may be provided in a plate shape. For example, the upper showerhead 330 may have a disk shape. A plurality of through holes 331 may be formed in the upper showerhead 330. Through holes 331 may be formed across the upper and lower directions of the upper showerhead 330.

하부 샤워헤드(350)는 판 형상을 가질 수 있다. 하부 샤워헤드(350)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 하부 샤워헤드(350)는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)는 그 저면이 처리 공간(102)에 노출될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)에는 다수의 분배홀(351)들이 형성될 수 있다. 각각의 분배홀(351)들은 상하 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)는 지지 유닛(200)의 상부에 위치될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)는 지지판(210)과 마주보도록 위치될 수 있다.The lower showerhead 350 may have a plate shape. The lower showerhead 350 may be made of a conductive material. According to one embodiment, the lower showerhead 350 may be made of a material containing silicon. The bottom of the lower showerhead 350 may be exposed to the processing space 102. A plurality of distribution holes 351 may be formed in the lower showerhead 350. Each distribution hole 351 may be formed to face upward and downward. The lower showerhead 350 may be located on top of the support unit 200. The lower showerhead 350 may be positioned to face the support plate 210.

제1 공간(340)에 토출된 공정 가스는 처리 공간(102)으로 유입될 수 있다. 제1 공간(340)에 토출된 공정 가스는 분배홀(351)들을 통과해 처리 공간(102)으로 분배될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)를 통과한 공정 가스는 챔버(100) 내부의 처리 공간(102)에 균일하게 공급될 수 있다.Process gas discharged to the first space 340 may flow into the processing space 102. The process gas discharged to the first space 340 may pass through the distribution holes 351 and be distributed to the processing space 102. The process gas that has passed through the lower showerhead 350 may be uniformly supplied to the processing space 102 inside the chamber 100.

하부 전극(230)에는 고주파 전원(240)이 연결될 수 있다. 고주파 전원(240)은 하부 전극(230)에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 하부 전극(230)과 하부 샤워헤드(350) 사이에 발생된 전자기장은 처리 공간(102)의 내부로 유입된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킬 수 있다. A high-frequency power source 240 may be connected to the lower electrode 230. The high-frequency power source 240 may apply high-frequency power to the lower electrode 230. The electromagnetic field generated between the lower electrode 230 and the lower showerhead 350 may excite the process gas introduced into the processing space 102 into a plasma state.

종래의 기판 처리 장치는 기판에 가해지는 플라즈마 데미지를 제거하기 위하여, 플라즈마가 발생하는 공간과 기판이 공정되는 공간을 분리하여 식각 공정을 진행하였다. In order to remove plasma damage to the substrate, a conventional substrate processing apparatus performs an etching process by separating the space where plasma is generated and the space where the substrate is processed.

반면, 본 개시의 기판 처리 장치(10)는 플라즈마가 발생하는 공간과 기판이 공정되는 공간이 동일할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 처리 공간(102) 내에서 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키고, 처리 공간(102) 내에서 플라즈마를 이용하여 식각 공정을 진행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 공정 압력을 조절함으로써, 기판(W)에 가해지는 플라즈마 데미지를 회피하고, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 사이의 식각 선택비를 조절할 수 있다.On the other hand, in the substrate processing apparatus 10 of the present disclosure, the space where plasma is generated and the space where the substrate is processed may be the same. The substrate processing apparatus 10 may generate plasma using a process gas within the processing space 102 and perform an etching process using the plasma within the processing space 102 . By adjusting the process pressure, the substrate processing apparatus 10 can avoid plasma damage to the substrate W and adjust the etch selectivity between silicon nitride and silicon oxide.

기판 상에는 실리콘 질화물(SiNx, x는 1 내지 2)을 포함하는 제1 물질층 및/또는 실리콘 산화물(SiOy, y는 1.5 내지 2.5)을 포함하는 제2 물질층이 형성될 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 제1 물질층 및 제2 물질층을 식각할 수 있다. A first material layer including silicon nitride (SiN x , x is 1 to 2) and/or a second material layer including silicon oxide (SiO y , y is 1.5 to 2.5) may be formed on the substrate. The substrate processing apparatus 10 may etch the first material layer and the second material layer using plasma.

제어부(400)는 제1 가스 공급 유닛(360)을 제어함으로써, 공정 가스의 공정 압력을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 공정 가스의 공정 압력을 제어함으로써, 식각 선택비를 조절할 수 있다. 이때, 식각 선택비는 제2 물질층의 식각 속도에 대한 상기 제1 물질층의 식각 속도의 비율일 수 있다.The control unit 400 may control the process pressure of the process gas by controlling the first gas supply unit 360. The controller 400 may adjust the etch selectivity by controlling the process pressure of the process gas. At this time, the etch selectivity may be a ratio of the etch rate of the first material layer to the etch rate of the second material layer.

배기 배플(500)은 처리 공간(102)에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킬 수 있다. 배기 배플(500)은 처리 공간(102)에서 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배기 배플(500)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. The exhaust baffle 500 can uniformly exhaust plasma from the processing space 102 by region. The exhaust baffle 500 may be positioned between the substrate support unit 200 and an inner wall of the chamber 100 in the processing space 102 . The exhaust baffle 500 may be provided in an annular ring shape.

배기 배플(500)에는 다수의 관통홀(502)들이 형성될 수 있다. 관통홀(502)은 배기 배플(500)의 상하방향을 가로지르도록 제공될 수 있다. 관통홀(502)은 배기 배플(500)의 원주방향을 따라 배열될 수 있다. 관통홀(502)은 홀형상 또는 배기 배플(500)의 반경 방향으로 향하는 길이 방향의 슬릿 형상을 가질 수 있다.A plurality of through holes 502 may be formed in the exhaust baffle 500. The through hole 502 may be provided to cross the exhaust baffle 500 in a vertical direction. The through holes 502 may be arranged along the circumferential direction of the exhaust baffle 500. The through hole 502 may have a hole shape or a longitudinal slit shape facing in the radial direction of the exhaust baffle 500.

배기 어셈블리(600)은 처리 공간(102)의 분위기를 배기할 수 있다. 배기 어셈블리(600)은 처리 공간(102)을 진공 분위기로 형성할 수 있다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 플라즈마는 배기 어셈블리(600)을 통해 외부로 배출될 수 있다.The exhaust assembly 600 may exhaust the atmosphere of the processing space 102 . The exhaust assembly 600 may form the processing space 102 into a vacuum atmosphere. By-products generated during the process and plasma remaining in the chamber 100 may be discharged to the outside through the exhaust assembly 600.

배기 어셈블리(600)은 밸브 유닛(610), 배기 라인(630) 및 감압 펌프(650)를 포함할 수 있다. 밸브 유닛(610)은 배기 포트(150) 및 감압 펌프(650) 사이의 배기 라인(630)에 설치될 수 있다. 밸브 유닛(610)은 처리 공간(102)으로부터 배기되는 배기압을 조절할 수 있다. 밸브 제어기(미도시)는 밸브 유닛(610)의 개폐를 제어할 수 있다.The exhaust assembly 600 may include a valve unit 610, an exhaust line 630, and a pressure reduction pump 650. The valve unit 610 may be installed in the exhaust line 630 between the exhaust port 150 and the pressure reduction pump 650. The valve unit 610 may adjust the exhaust pressure discharged from the processing space 102. A valve controller (not shown) may control the opening and closing of the valve unit 610.

배기 라인(630)은 챔버(100)의 바닥벽에 형성된 배기 포트(150)에 연결될 수 있다. 감압 펌프(650)는 배기 라인(630)에 설치되며, 배기 라인(630)을 감압할 수 있다.The exhaust line 630 may be connected to the exhaust port 150 formed on the bottom wall of the chamber 100. The pressure reducing pump 650 is installed in the exhaust line 630 and can reduce the pressure of the exhaust line 630.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서도이다.Figure 2 is a flowchart of a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 기판 처리 방법은 처리 공간(102)에 기판(W)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다(S201). 이때, 기판(W) 상에는 실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층 및 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 together, the substrate processing method may include providing a substrate W to the processing space 102 (S201). At this time, a first material layer including silicon nitride and a second material layer including silicon oxide may be formed on the substrate W.

기판 처리 방법은 공정 가스가 토출되는 단계를 포함할 수 있다(S203). 공정 가스는 제1 공간(340)에 토출될 수 있다. 제1 가스 공급 유닛(370)이 공급하는 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나 두가지 성분 이상의 혼합 가스로 제공될 수 있다. 이때 공정 가스는 산소(O2), 삼불화질소(NF3) 및 헬륨(He) 기체를 포함할 수 있다. The substrate processing method may include discharging process gas (S203). Process gas may be discharged into the first space 340. The process gas supplied by the first gas supply unit 370 may be a single component gas or a mixed gas of two or more components. At this time, the process gas may include oxygen (O 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), and helium (He) gas.

기판 처리 방법은 제1 공간(340)에서 처리 공간(102)으로 공정 가스가 유입되는 단계를 포함할 수 있다(S205). 제1 공간(340)에 토출된 공정 가스는 처리 공간(102)으로 유입될 수 있다. 제1 공간(340)에 토출된 공정 가스는 분배홀(351)들을 통과해 처리 공간(102)으로 분배될 수 있다. 하부 샤워헤드(350)를 통과한 공정 가스는 챔버(100) 내부의 처리 공간(102)에 균일하게 공급될 수 있다.The substrate processing method may include flowing a process gas from the first space 340 into the processing space 102 (S205). Process gas discharged to the first space 340 may flow into the processing space 102. The process gas discharged to the first space 340 may pass through the distribution holes 351 and be distributed to the processing space 102. Process gas passing through the lower showerhead 350 may be uniformly supplied to the processing space 102 inside the chamber 100.

기판 처리 방법은 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다(S207). 플라즈마는 처리 공간(102)에서 발생될 수 있다. 하부 전극(230)과 하부 샤워헤드(350) 사이에 발생된 전자기장은 처리 공간(102)의 내부로 유입된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킬 수 있다. 이때, 기판 처리 장치(10)의 제어부(400)는 공정 압력을 조절함으로써, 기판(W)에 가해지는 플라즈마 데미지를 회피하고, 제1 물질층 및 제2 물질층 사이의 식각 선택비를 조절할 수 있다.The substrate processing method may include generating plasma using a process gas (S207). Plasma may be generated in processing space 102. The electromagnetic field generated between the lower electrode 230 and the lower showerhead 350 may excite the process gas introduced into the processing space 102 into a plasma state. At this time, the control unit 400 of the substrate processing apparatus 10 can avoid plasma damage applied to the substrate W and adjust the etch selectivity between the first material layer and the second material layer by adjusting the process pressure. there is.

기판 처리방법은 플라즈마를 이용하여 제1 물질층 및 제2 물질층을 식각하는 단계를 포함하되, 공정 압력에 따라 식각 선택비를 조절하는 단계를 포함할 수 있다(S209). 구체적으로 공정 가스의 공정 압력이 600 mT 이상으로 제어되는 경우, 제2 물질층의 식각이 정지될 수 있다(S311). 제1 물질층의 단위 시간당 식각 두께가 비슷하더라도, 제2 물질층의 식각이 정지됨에 따라, 상대적으로 식각 선택비가 증가할 수 있다. 반면, 공정 가스의 공정 압력이 600 mT 미만으로 제어되는 경우, 제2 물질층의 식각이 발생할 수 있다(S313). 공정 압력 변화에 따른 제1 물질층 식각 두께 변화, 제2 물질층의 식각 두께 변화 및 식각 선택비의 변화에 대해서는 이하 자세히 설명한다.The substrate processing method includes etching the first material layer and the second material layer using plasma, and may include adjusting the etching selectivity according to the process pressure (S209). Specifically, when the process pressure of the process gas is controlled to 600 mT or more, etching of the second material layer may be stopped (S311). Even if the etching thickness per unit time of the first material layer is similar, as the etching of the second material layer is stopped, the etch selectivity may relatively increase. On the other hand, when the process pressure of the process gas is controlled to less than 600 mT, etching of the second material layer may occur (S313). Changes in the etch thickness of the first material layer, changes in the etch thickness of the second material layer, and changes in the etch selectivity according to changes in process pressure will be described in detail below.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 압력에 따른 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 사이의 시각 선택비를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the visual selectivity between silicon nitride and silicon oxide according to process pressure according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 공정 압력 변화에 따른 제1 물질층 식각 두께 변화, 제2 물질층의 식각 두께 변화 및 식각 선택비의 변화를 알 수 있다. 제어부(400)에 의하여 공정 가스의 공정 압력이 600 mT 미만(A 영역)으로 제어되는 경우, 제2 물질층에 식각이 발생할 수 있다. 상대적으로 저압 구간(A 영역)에서는 실리콘 산화물(제2 물질층)의 표면에 이온 충격(Ion Bombardment)효과가 발생하고, 막질에 데미지가 쌓이게 되어 식각이 발생할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3 together, the change in etch thickness of the first material layer, the change in etch thickness of the second material layer, and the change in etch selectivity according to the change in process pressure can be seen. When the process pressure of the process gas is controlled by the control unit 400 to be less than 600 mT (area A), etching may occur in the second material layer. In a relatively low pressure section (area A), an ion bombardment effect occurs on the surface of the silicon oxide (second material layer), and damage accumulates in the film, which may cause etching.

제어부(400)에 의하여 공정 가스의 공정 압력이 600 mT 이상(B 영역)으로 제어되는 경우, 제2 물질층에 발생하는 식각이 정지할 수 있다. 상대적으로 고압압 구간(B 영역)에서는 실리콘 산화물(제2 물질층)의 표면에 이온 충격(Ion Bombardment)효과가 약해져, 식각이 발생하지 않을 수 있다. 반면 실리콘 질화물(제1 물질층)의 표면은 고압 구간(B 영역)에서 화학적 식각이 발생할 수 있다. 따라서 고압 구간(B 영역)에서 실리콘 산화물(제2 물질층)의 식각 속도에 대한 실리콘 질화물(제1 물질층)의 식각 속도의 비율인 식각 선택비가 높게 조절될 수 있다.When the process pressure of the process gas is controlled by the control unit 400 to be 600 mT or more (region B), etching occurring in the second material layer may be stopped. In the relatively high pressure section (area B), the ion bombardment effect on the surface of the silicon oxide (second material layer) is weakened, so etching may not occur. On the other hand, chemical etching may occur on the surface of silicon nitride (first material layer) in the high pressure section (area B). Therefore, in the high pressure section (region B), the etch selectivity, which is the ratio of the etch rate of silicon nitride (first material layer) to the etch rate of silicon oxide (second material layer), can be adjusted to be high.

제어부(400)는 공정 가스의 공정 압력을 100 mT 내지 1500 mT 로 제어하여 식각 선택비를 조절할 수 있다. 제어부(400)는 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 식각 선택비가 1 내지 280이 되도록 조절할 수 있다. 특히 도 3의 그래프를 참조하면 공정 압력을 600 mT 이상으로 제어할 경우, 식각 선택비가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 공정 압력이 약 1000 mT 일 때, 식각 선택비는 약 280으로 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 본 개시의 기판 처리 장치(10)는 식각 선택비가 증가하도록 공정 압력을 제어함으로써, 기판 처리 장치(10)의 공정 효율을 높일 수 있다.The controller 400 may control the etching selectivity by controlling the process pressure of the process gas to 100 mT to 1500 mT. The control unit 400 may control the process pressure of the process gas to adjust the etch selectivity to be 1 to 280. In particular, referring to the graph of FIG. 3, it can be seen that the etch selectivity increases when the process pressure is controlled to 600 mT or more. It can be seen that when the process pressure is about 1000 mT, the etch selectivity is the highest at about 280. The substrate processing apparatus 10 of the present disclosure can increase the process efficiency of the substrate processing apparatus 10 by controlling the process pressure to increase the etch selectivity.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As above, exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification. In this specification, embodiments have been described using specific terms, but this is only used for the purpose of explaining the technical idea of the present disclosure and is not used to limit the meaning or scope of the present disclosure described in the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present disclosure should be determined by the technical spirit of the attached claims.

10: 기판 처리 장치 100: 챔버
200: 기판 지지 유닛 300: 상부 전극 유닛
400: 제어부 500: 배기 배플
600: 배기 어셈블리10: substrate processing device 100: chamber
200: substrate support unit 300: upper electrode unit
400: Control unit 500: Exhaust baffle
600: exhaust assembly

Claims (10)

실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층 및 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서,
제1 공간;
상기 제1 공간에 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛;
상기 제1 공간과 연결되어 상기 공정 가스가 유입되는 처리 공간을 포함하는 챔버;
상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
상기 처리 공간에서 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기하는 플라즈마 소스; 및
상기 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 상기 제2 물질층의 식각 속도에 대한 상기 제1 물질층의 식각 속도의 비율인 식각 선택비를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.In a substrate processing apparatus for processing a substrate on which a first material layer containing silicon nitride and a second material layer containing silicon oxide are formed,
first space;
a first gas supply unit supplying process gas to the first space;
a chamber connected to the first space and including a processing space into which the process gas flows;
a substrate support unit supporting the substrate in the processing space;
a plasma source that excites the process gas into a plasma state in the processing space; and
A substrate processing apparatus comprising a control unit configured to control an etching selectivity, which is a ratio of the etching rate of the first material layer to the etching rate of the second material layer, by controlling the process pressure of the process gas. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 식각 선택비가 1 내지 280이 되도록 상기 공정 가스의 공정 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to paragraph 1,
The control unit,
A substrate processing device characterized in that the process pressure of the process gas is controlled so that the etch selectivity is 1 to 280. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 공정 가스의 공정 압력을 100 mT 내지 1500 mT 로 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to paragraph 1,
The control unit,
A substrate processing device, characterized in that the process pressure of the process gas is controlled from 100 mT to 1500 mT. 제1항에 있어서,
상기 제어부가 상기 공정 가스의 공정 압력을 600 mT 이상으로 제어하는 경우, 상기 제2 물질층의 식각이 중지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to paragraph 1,
When the control unit controls the process pressure of the process gas to 600 mT or higher, etching of the second material layer is stopped. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 식각 선택비가 증가하도록 상기 공정 가스의 공정 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to paragraph 1,
The control unit,
A substrate processing device characterized in that the process pressure of the process gas is controlled to increase the etch selectivity. 제1항에 있어서,
상기 공정 가스는,
산소(O2), 삼불화질소(NF3) 및 헬륨(He) 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to paragraph 1,
The process gas is,
A substrate processing device comprising oxygen (O 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), and helium (He) gas. 처리 공간 내에 기판을 제공하되, 상기 기판 상에 실리콘 질화물을 포함하는 제1 물질층과 실리콘 산화물을 포함하는 제2 물질층이 형성된, 상기 기판을 제공하는 단계;
제1 공간 내에 공정 가스를 토출하는 단계;
상기 제1 공간에서 상기 처리 공간으로 상기 공정 가스가 유입되는 단계;
상기 처리 공간 내에서 상기 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 플라즈마를 이용하여 상기 제1 물질층 및 상기 제2 물질층을 식각하는 단계를 포함하고,
상기 식각하는 단계는, 상기 공정 가스의 공정 압력을 제어하여 상기 제2 물질층의 식각 속도에 대한 상기 제1 물질층의 식각 속도의 비율인 식각 선택비를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.Providing a substrate in a processing space, wherein a first material layer including silicon nitride and a second material layer including silicon oxide are formed on the substrate;
Discharging process gas into the first space;
flowing the process gas from the first space into the processing space;
Generating plasma using the process gas within the processing space; and
Etching the first material layer and the second material layer using the plasma,
The etching step is a substrate processing method characterized in that the etching selectivity, which is the ratio of the etching rate of the first material layer to the etching rate of the second material layer, is adjusted by controlling the process pressure of the process gas. 제7항에 있어서,
상기 식각하는 단계는,
상기 공정 가스의 공정 압력이 600 mT 이상으로 제어되는 경우, 상기 제2 물질층의 식각이 중지되는 것을 특징으로 기판 처리 방법.In clause 7,
The etching step is,
When the process pressure of the process gas is controlled to 600 mT or more, etching of the second material layer is stopped. 제7항에 있어서,
상기 식각하는 단계는,
상기 식각 선택비가 증가하도록 상기 공정 가스의 공정 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.In clause 7,
The etching step is,
A substrate processing method characterized by controlling the process pressure of the process gas to increase the etch selectivity. 제7항에 있어서,
상기 공정 가스는,
산소(O2), 삼불화질소(NF3) 및 헬륨(He) 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.



In clause 7,
The process gas is,
A substrate processing method comprising oxygen (O 2 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), and helium (He) gas.
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