WO2019124736A1 - 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치 - Google Patents

반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2019124736A1
WO2019124736A1 PCT/KR2018/013607 KR2018013607W WO2019124736A1 WO 2019124736 A1 WO2019124736 A1 WO 2019124736A1 KR 2018013607 W KR2018013607 W KR 2018013607W WO 2019124736 A1 WO2019124736 A1 WO 2019124736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
plasma
power source
frequency
chamber
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/013607
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김인준
이길광
임두호
박재양
김진영
Original Assignee
무진전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 무진전자 주식회사 filed Critical 무진전자 주식회사
Priority to CN201880081187.9A priority Critical patent/CN111492460B/zh
Publication of WO2019124736A1 publication Critical patent/WO2019124736A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/67034—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for drying

Definitions

  • the present invention relates to a plasma apparatus for dry cleaning semiconductor substrates. More specifically, the present invention relates to a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate capable of precisely controlling the density and dispersion of the reactive species (Radical) constituting the plasma.
  • a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate capable of precisely controlling the density and dispersion of the reactive species (Radical) constituting the plasma.
  • Silicon oxide and silicon nitride are dielectric compound materials typically used in semiconductor devices. As a method of etching these thin films, wet etching and dry etching have heretofore been used.
  • the dry etching method since the dry etching method generates a damage layer after etching due to ion bombardment incident on a wafer, there is a problem that a subsequent process for removing the damage layer is required.
  • the etching dispersion and the hardware stability are excellent, but the etching speed is low and the productivity is required to be improved.
  • the dry cleaning technique using a radical reaction shows etching rates and selectivity characteristics that are superior to those of the gas method, but it is difficult to control WIW (Wafer Wafer) and WTW (Wafer To Wafer) scattering.
  • FIG. 1 is a view showing an inductively coupled plasma (ICP) type dry cleaning apparatus as a conventional dry cleaning apparatus using plasma.
  • ICP inductively coupled plasma
  • FIG. 2 is a diagram showing a conventional microwave type (Microwave Type) dry cleaning apparatus using plasma as a dry cleaning apparatus.
  • the electron temperature Te characteristic is high in a dielectric window region where a microwave directly flows and gradually decreases in a wafer region But it is vulnerable to particles, and there is a limitation in the power variable like ICP.
  • FIG. 3 is a view showing a capacitive coupled plasma (CCP) type dry cleaning apparatus as a conventional dry cleaning apparatus using plasma.
  • CCP capacitive coupled plasma
  • the electron temperature (Te) characteristic that is low enough to suppress the excessive generation of the fluorine radical is exhibited and the power variable capability at the wide process pressure is excellent It has advantages.
  • this method since the scattering of the radicals is influenced by the RF frequency, there is a problem that dispersion control by RF change is not easy.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0007441 (Published Date: Jan. 20, 2016, titled: Method for High-Precision Plasma Etching of Substrate)
  • the present invention provides a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate capable of precisely controlling the density and scattering of reactive active species (Radical) constituting a plasma.
  • a plasma cleaning apparatus for semiconductor dry cleaning comprising: a chuck disposed at a lower end of a chamber and having a substrate on which at least one of silicon, silicon oxide, A capacitive coupled plasma (CCP) RF electrode unit including an upper RF electrode disposed on an upper portion of the plasma generation region and a lower RF electrode disposed on an upper portion of the plasma generation region, A first RF power source having a first RF frequency and a second RF power source having a second RF frequency lower than the first RF frequency, by the RF power hexahydro at least one of the silicon oxide, the silicon nitride fluorinated silicate ammonium ((NH 4) 2 SiF 6 ) Flags for changing the Lightning is held is generated, the density of the reaction active species (Radical) constituting the plasma by an RF power source with claim 2 wherein the 2 RF frequency is adjusted.
  • CCP capacitive coupled plasma
  • a plasma apparatus for semiconductor dry cleaning comprising: a chuck provided at a lower end of a chamber and having a substrate on which at least one of silicon, silicon oxide, and silicon nitride is disposed; A capacitive coupled plasma (CCP) type RF electrode unit including an upper RF electrode disposed on an upper portion of the plasma generating region and a lower RF electrode disposed on a lower portion of the plasma generating region, A lower RF power source for supplying a lower RF power source having a lower RF frequency equal to the upper RF frequency to the lower RF electrode and a lower RF power source for supplying a lower RF power source having a phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source Wherein the upper RF power source and the lower RF power source control the silicon oxide, At least one of a silicon nitride hexafluorotitanate silicic acid ammonium ((NH 4) 2 SiF 6 ) to
  • the first RF frequency is 13.56 MHz or more and 60 MHz or less
  • the second RF frequency is 1 kHz or more and less than 10 MHz.
  • the first RF power source and the second RF power source are applied to the upper RF electrode, the lower RF electrode is grounded, And a secondary electron generated through a change in sheath potential of the upper RF electrode is controlled by a second RF power source having an RF frequency.
  • the plasma apparatus for semiconductor dry cleaning according to both aspects of the present invention further comprises an ion filter installed at a lower portion of the plasma generation region and passing reactive active species supplied to the substrate and suppressing ions .
  • the upper RF frequency and the lower RF frequency are 100 kHz or more and 60 MHz or less.
  • the phase control unit controls the phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source in a range of 0 to 360 degrees.
  • a plasma device for semiconductor dry cleaning includes a first dielectric interposed between the upper RF electrode and the chamber to electrically insulate the upper RF electrode from the chamber, And a second dielectric interposed between the lower RF electrode and the chamber to electrically insulate the lower RF electrode and the chamber.
  • the plasma device for semiconductor dry cleaning according to the second aspect of the present invention further comprises a dielectric plate provided between the lower RF electrode and the ion filter to electrically shield the lower RF electrode and the ion filter .
  • the temperature of the chuck is controlled at 20 to 120 degrees, and the showerhead into which the gases are injected is heated to 100 to 200 degrees to prevent particle adsorption and generation , And the inner wall surface of the chamber is heated to 80 to 100 degrees.
  • a first gas is supplied to the plasma generation region to generate the reactive active species, and a second gas is supplied to the substrate without going through the plasma generation region .
  • the second gas is supplied to the lower portion of the ion filter provided below the plasma generation region.
  • the first gas is a fluorine-containing gas
  • the second gas is a hydrogen-containing gas
  • a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate capable of precisely controlling the density and scattering of reactive reactive species (Radical) constituting the plasma.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional dry plasma cleaning apparatus, which is an inductively coupled plasma (ICP) type dry cleaning apparatus,
  • ICP inductively coupled plasma
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional microwave type (microwave type) dry cleaning apparatus using a plasma
  • FIG. 3 is a view showing a capacitive coupled plasma type (CCP Type) dry cleaning apparatus as a conventional dry cleaning apparatus using plasma,
  • CCP Type capacitive coupled plasma type
  • FIG. 4 is a view showing a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate which precisely controls the density and dispersion of reactive active species according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view illustrating a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate that precisely controls the density and dispersion of reactive active species according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 6 shows the scattering and density of reactive active species when the phase difference is 0 degrees in the second embodiment of the present invention
  • FIG 8 shows an embodiment to which the pulse synchronization technique is applied in the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms.
  • the terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element may be referred to as a second element,
  • the component may also be referred to as a first component.
  • the present invention is an apparatus and method for precisely controlling the scattering and density of radicals generated in a remote manner in a dry cleaning process using radicals.
  • the RF frequency of the remote plasma source of the CCP type applied to the conventional dry cleaning apparatus used only the single frequency as described in FIG. 3, where the frequency range is from 13.56 MHz to 60 MHz, use.
  • the density of the reactive radical (Radical) can be controlled through the change of the RF power.
  • the dispersion of the reactive radical (Radical) can be changed at the same time, It is difficult to precisely control the scattering individually.
  • FIG. 4 is a view illustrating a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention.
  • a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate includes a chamber 10, a chuck 20, a chuck heating unit 30, an RF electrode unit 50, an RF A power supply unit 60 and an ion filter 80. It should be noted that other components other than the components disclosed in FIG. 4 may be included in the first embodiment, but those components that are less relevant to the features of the present invention are omitted from FIG.
  • the first gas and the second gas are defined before describing a specific configuration of the plasma apparatus for dry cleaning of the semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • the first gas may include, but is not limited to, a fluorine containing gas such as NF 3 and an inert gas such as N 2 , Ar, or He.
  • the second gas may be, but is not limited to, hydrogen containing gas such as H 2 or NH 3 or H 2 O.
  • the substrate 40 may have a silicon material, and the substrate 40 is essentially formed with heterogeneous patterns including silicon oxide and silicon nitride.
  • the chamber 10 provides a space in which the substrate 40 is disposed and through which the entire process of selectively removing at least one of the silicon oxide, silicon nitride through a plasma treatment for dry cleaning is performed.
  • the chuck 20 is a component disposed at the lower end of the chamber 10 and on which the substrate 40 on which at least one of silicon, silicon oxide, and silicon nitride is formed is disposed.
  • the chuck heating section 30 is a component that heats the chuck 20.
  • a capacitive coupled plasma (CCP) RF electrode unit 50 is provided at the upper end of the chamber 10 and may include an upper RF electrode 51 and a lower RF electrode 52.
  • the upper RF electrode 51 is disposed on the upper portion of the plasma generating region and the lower RF electrode 52 is disposed on the lower portion of the plasma generating region.
  • the RF power supply unit 60 supplies a first RF power supply 61 having a first RF frequency and a second RF power supply 62 having a second RF frequency lower than the first RF frequency to the RF electrode unit 50 .
  • the first embodiment of the present invention to at least a change in either a hexafluorosilicate silicate ammonium ((NH 4) 2 SiF 6 ) from silicon oxide, silicon nitride by a first RF power source (61) having a first RF frequency
  • a first RF power source (61) having a first RF frequency
  • the density of the reactive species (Radical) constituting the plasma is precisely controlled by the second RF power source 62 having the second RF frequency.
  • the first RF power supply 61 and the second RF power supply 62 may be connected to the upper RF electrode 51 and the second RF power supply 61.
  • the lower RF electrode 52 is grounded and the second RF power source 62 having the second RF frequency generates a secondary electron which is generated through a change in sheath potential of the upper RF electrode 51.
  • (Secondary Electron) can be controlled.
  • the first RF frequency f1 has a frequency range of 13.56 MHz or more so as to serve as plasma generation and maintenance
  • the second RF frequency f2 is a frequency within a range of 1 kHz or more to 10 MHz or less so as to finely control the density of reactive radicals by controlling the sheath potential Limit.
  • the density of the reactive species (Radical) necessary for the dry cleaning process can be finely adjusted. Therefore, since the density of the reactive active species (Radical) can be controlled only by the size change of the second RF power source 62 without changing the size of the first RF power source 61, the reactive active species (Radical) Can be adjusted.
  • the first RF power supply 61 and the second RF power supply 62 applied to the RF electrode unit 50 may be sinusoidal signals or pulse-modulated signals as described in FIG. That is, as shown in FIG. 8, the RF power supply signals applied to the respective electrodes are modulated by a pulse waveform (not a sinusoidal wave form)
  • the electron temperature of the plasma can be controlled by synchronizing the plasma, and the plasma can be utilized as a parameter for controlling the density of reactive species (Radical) required for the dry cleaning process.
  • the ion filter 80 is disposed under the plasma generation region, for example, below the lower RF electrode 52 to allow the reactive species supplied to the substrate 40 to pass therethrough and to suppress the ions Ion.
  • the temperature of the chuck 20 is controlled to 20 to 120 degrees, and the showerhead into which the gases are injected is heated to 100 to 200 degrees to prevent particle adsorption and generation, and the inner wall surface of the chamber 10 is heated to 80 Lt; / RTI > to 100 degrees.
  • a first gas is supplied to the plasma generation region to generate reactive species by the first RF power supply 61 and the second RF power supply 62, and the second gas is supplied to the substrate (not shown) 40, and the second gas may be supplied to the lower portion of the ion filter 80 provided below the plasma generation region.
  • FIG. 5 is a view illustrating a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate according to a second embodiment of the present invention.
  • a plasma apparatus for dry cleaning of a semiconductor substrate includes a chamber 10, a chuck 20, a chuck heating unit 30, an RF electrode unit 50, An RF power unit 63, a lower RF power supply unit 64, a phase control unit 70, an ion filter 80, a first dielectric 91, a second dielectric 92 and a dielectric plate 93. 5, other components may be included in the second embodiment, but those components that are less relevant to the features of the present invention are omitted from FIG.
  • the first gas and the second gas are defined before describing the specific configuration of the plasma apparatus for dry cleaning of the semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention.
  • the first gas may include, but is not limited to, a fluorine containing gas such as NF 3 and an inert gas such as N 2 , Ar, or He.
  • the second gas may be, but is not limited to, hydrogen containing gas such as H 2 or NH 3 or H 2 O.
  • the substrate 40 may have a silicon material, and the substrate 40 is essentially formed with heterogeneous patterns including silicon oxide and silicon nitride.
  • the chamber 10 provides a space in which the substrate 40 is disposed and through which the entire process of selectively removing at least one of the silicon oxide, silicon nitride through a plasma treatment for dry cleaning is performed.
  • the chuck 20 is a component disposed at the lower end of the chamber 10 and on which the substrate 40 on which at least one of silicon, silicon oxide, and silicon nitride is formed is disposed.
  • the chuck heating section 30 is a component that heats the chuck 20.
  • a capacitive coupled plasma (CCP) RF electrode unit 50 is provided at the upper end of the chamber 10 and may include an upper RF electrode 51 and a lower RF electrode 52.
  • the upper RF electrode 51 is disposed on the upper portion of the plasma generating region and the lower RF electrode 52 is disposed on the lower portion of the plasma generating region.
  • the upper RF power supply unit 63 supplies an upper RF power supply having an upper RF frequency to the upper RF electrode 51.
  • the lower RF power supply 64 supplies a lower RF power to the lower RF electrode 52, which has the same lower RF frequency as the upper RF frequency.
  • the phase control unit 70 controls the phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source.
  • a plasma is generated to change at least one of silicon oxide and silicon nitride to ammonium hexafluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ) by an upper RF power source and a lower RF power source,
  • the density and scattering of the reactive active species constituting the plasma are controlled by the phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source controlled by the phase control unit 70.
  • the upper RF frequency and the lower RF frequency may be equal to or more than 100 kHz and less than or equal to 60 MHz, and the phase controller 70 may control the phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source in a range of 0 degrees to 360 degrees .
  • the second embodiment of the present invention includes an upper RF power source applied to the upper RF electrode 51 and a lower RF power source 52 .
  • FIG. 6 and FIG. 7 are graphs showing the plasma density and scattering according to the phase difference between the upper RF power source and the lower RF power source.
  • a dielectric ring for electrically insulating the upper and lower RF electrodes 51 and 52 and the wall surface of the chamber 10 is inserted between the upper and lower RF electrodes 51 and 52, And grounded.
  • Plasma generated in the plasma generation region between the upper and lower RF electrodes 51 and 52 passes through the ion filter 80 mounted below the lower RF electrode 52 while ions are suppressed and only the reactive species Radical pass therethrough And reacts with the substrate 40.
  • the reactive active species (Radical) density and dispersion are controlled by using the phase difference of the RF power sources applied to the upper and lower RF electrodes 51 and 52.
  • the upper RF power applied to the upper RF electrode 51 and the lower RF power applied to the lower RF electrode 52 may be sinusoidal signals or pulsed modulated signals as described in FIG. That is, as shown in FIG. 8, the RF power supply signals applied to the respective electrodes are modulated by a pulse waveform (not a sinusoidal wave form)
  • the electron temperature of the plasma can be controlled by synchronizing the plasma, and the plasma can be utilized as a parameter for controlling the density of reactive species (Radical) required for the dry cleaning process.
  • the ion filter 80 is disposed under the plasma generation region, for example, below the lower RF electrode 52 to allow the reactive species supplied to the substrate 40 to pass therethrough and to suppress the ions Ion.
  • the first dielectric 91 is inserted between the upper RF electrode 51 and the chamber 10 to electrically isolate the upper RF electrode 51 and the chamber 10.
  • the second dielectric 92 is inserted between the lower RF electrode 52 and the chamber 10 to electrically isolate the lower RF electrode 52 and the chamber 10.
  • a dielectric plate 93 is provided between the lower RF electrode 52 and the ion filter 80 to electrically shield the lower RF electrode 52 and the ion filter 80.
  • the temperature of the chuck 20 is controlled to 20 to 120 degrees, and the showerhead into which the gases are injected is heated to 100 to 200 degrees to prevent particle adsorption and generation, and the inner wall surface of the chamber 10 is heated to 80 Lt; / RTI > to 100 degrees.
  • the first gas may be supplied to the plasma generation region to generate reactive species by the upper 1 RF power source and the lower RF power source, and the second gas may be supplied to the substrate 40 without passing through the plasma generation region , And the second gas may be supplied to the lower portion of the ion filter 80 provided below the plasma generation region.
  • a plasma apparatus for dry cleaning semiconductor substrates capable of precisely controlling the density and scattering of the reactive species (Radical) constituting the plasma is provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명은 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어할 수 있는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 관한 것이다. 본 발명은 챔버의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판이 배치되는 척, 플라즈마 생성영역의 상부에 배치된 상부 RF 전극과 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 배치된 하부 RF 전극을 포함하는 CCP 방식의 RF 전극부 및 상기 RF 전극부에 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원과 상기 제1 RF 주파수보다 낮은 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원을 공급하는 RF 전원부를 포함하고, 상기 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원에 의해 상기 실리콘 산화물, 상기 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고, 상기 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종의 밀도가 조절된다.

Description

반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치
본 발명은 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어할 수 있는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 관한 것이다.
실리콘 산화물과 실리콘 질화물은 반도체 소자에서 대표적으로 사용되고 있는 유전체 화합 물질로서, 이들 박막을 식각하는 방법으로 종래에는 습식(wet) 식각과 건식(Dry) 식각 방식이 사용되어 왔다.
그러나 반도체 장치의 회로가 점차 고 집적화 및 고 미세화됨에 따라, 종래의 습식 식각 방식으로는 고 선택비 콘택(High Aspect Ratio Contact)에 존재하는 자연산화막을 제거하기가 어렵고, 원자 레벨(Atomic level)의 미세 식각을 위한 선택비 제어가 어려운 문제가 있다.
또한, 건식 식각 방식은 웨이퍼(Wafer)에 입사되는 이온 충돌(Ion Bombardment)로 인하여, 식각 후에 손상층(Damage layer)이 생성되기 때문에, 이를 제거하기 위한 후속 공정들이 필요한 문제가 있다.
최근 들어, 이러한 문제점을 해결하는 대체 기술로, 유전체들을 가스(Gas) 또는 라디칼(Radical)과 반응시켜 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)을 생성시킨 후, 이를 가열하여 제거하는 건식 세정(Dry Clean) 기술이 확산되고 있다.
그러나 HF와 NH3 등의 가스 반응을 이용한 건식 세정 기술의 경우, 식각 산포 및 하드웨어 안정성은 우수하나 식각 속도가 낮아 생산성 개선이 필요한 문제를 안고 있다.
반면에, 라디칼 반응을 이용한 건식 세정 기술은 가스 방식보다 우수한 식각 속도와 선택비 특성을 보이나, WIW(Within Wafer) 및 WTW(Wafer To Wafer) 산포 제어가 어려운 문제를 안고 있다.
도 1은 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 유도결합플라즈마 타입(ICP Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, ICP 방식의 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)를 사용하는 방식에 따르면, 높은 플라즈마 밀도(N)와 전자온도(Te)로 인해 불소 라디칼이 과다하게 발생하여 이종 패턴 간의 선택비 저하를 가져올 수 있으며, RF 파워 값의 가변 범위가 공정 압력에 의해 제한을 받는다는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 마이크로웨이브 타입( Microwave Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 마이크로웨이브 방식의 원격 플라즈마 소스를 사용하는 방식에 따르면, 전자 온도(Te) 특성이 마이크로웨이브가 직접적으로 흐르는 유전체 윈도우(dielectric window) 영역에서는 높고 웨이퍼 영역으로 갈수록 점차 낮아지는 특성을 보이나, 파티클(Particle)에 취약하고 ICP와 같이 파워 가변에 대한 제한이 있다는 문제점이 있다.
도 3은 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 용량결합플라즈마 타입(CCP Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, CCP 방식의 원격 플라즈마 소스를 사용하는 방식에 따르면, 불소 라디칼의 과다 생성을 억제할 수 있을 정도의 낮은 전자 온도(Te) 특성을 보이고 넓은 공정 압력에서의 파워 가변 능력이 우수한 장점을 가지고 있다. 그러나, 이 방식에 따르면, 라디칼 산포가 RF 주파수에 의해 영향을 받기 때문에, RF 변화에 의한 산포 제어가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0007441호(공개일자: 2016년 01월 20일, 명칭: 기판의 고정밀 플라즈마 에칭을 위한 방법)
본 발명은 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어할 수 있는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 챔버의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판이 배치되는 척(chuck), 상기 챔버의 상단부에 구비되며, 플라즈마 생성영역의 상부에 배치된 상부 RF 전극과 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 배치된 하부 RF 전극을 포함하는 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부 및 상기 RF 전극부에 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원과 상기 제1 RF 주파수보다 낮은 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원을 공급하는 RF 전원부를 포함하고, 상기 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원에 의해 상기 실리콘 산화물, 상기 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고, 상기 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도가 조절된다.
본 발명의 제2 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 챔버의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판이 배치되는 척(chuck), 상기 챔버의 상단부에 구비되며, 플라즈마 생성영역의 상부에 배치된 상부 RF 전극과 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 배치된 하부 RF 전극을 포함하는 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부, 상기 상부 RF 전극에 상부 RF 주파수를 갖는 상부 RF 전원을 공급하는 상부 RF 전원부, 상기 하부 RF 전극에 상기 상부 RF 주파수와 동일한 하부 RF 주파수를 갖는 하부 RF 전원을 공급하는 하부 RF 전원부 및 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차를 제어하는 위상 제어부를 포함하고, 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원에 의해 상기 실리콘 산화물, 상기 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고, 상기 위상 제어부에 의해 제어되는 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종의 밀도와 산포가 제어된다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 RF 전극부에 인가되는 제1 RF 전원과 제2 RF 전원 또는 상기 상부 RF 전극에 인가되는 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전극에 인가되는 하부 RF 전원은 사인파 신호 또는 펄스 변조된 신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 제1 RF 주파수는 13.56MHz 이상 60MHz 이하이고, 상기 제2 RF 주파수는 1kHz 이상 10MHz 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 제1 RF 전원과 상기 제2 RF 전원은 상기 상부 RF 전극에 인가되고, 상기 하부 RF 전극은 접지되어 있고, 상기 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원에 의해 상기 상부 RF 전극의 시스 전위(Sheath Potential) 변화를 통해 발생하는 이차 전자(Secondary Electron)가 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 설치되어 상기 기판으로 공급되는 반응 활성종은 통과시키고 이온(Ion)은 억제하는 이온 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 상부 RF 주파수와 상기 하부 RF 주파수는 100kHz 이상 60MHz 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 위상 제어부는 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차를 0도 이상 360도 이하의 범위에서 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 상기 상부 RF 전극과 상기 챔버 사이에 삽입되어 상기 상부 RF 전극과 상기 챔버를 전기적으로 절연시키는 제1 유전체 및 상기 하부 RF 전극과 상기 챔버 사이에 삽입되어 상기 하부 RF 전극과 상기 챔버를 전기적으로 절연시키는 제2 유전체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 상기 하부 RF 전극과 상기 이온 필터 사이에 설치되어 상기 하부 RF 전극과 상기 이온 필터 사이를 전기적으로 차폐하는 유전체 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 척의 온도는 20도 - 120도로 제어되고, 가스들이 주입되는 샤워 헤드는 파티클 흡착 및 발생 방지를 위해 100도 - 200도로 가열되고, 상기 챔버의 내부 벽면은 80도 - 100도로 가열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 제1 가스가 상기 플라즈마 생성영역으로 공급되어 상기 반응 활성종을 생성시키고, 제2 가스가 플라즈마 생성영역을 거치지 않고 상기 기판으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 설치된 이온 필터의 하부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치에 있어서, 상기 제1 가스는 불소함유가스이고, 상기 제2 가스는 수소함유가스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어할 수 있는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 유도결합플라즈마 타입(ICP Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 마이크로웨이브 타입( Microwave Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 종래의 플라즈마를 이용한 건식 세정 장치로서, 용량결합플라즈마 타입(CCP Type) 건식 세정 장치를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응 활성종의 밀도와 산포를 정밀하게 제어하는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반응 활성종의 밀도와 산포를 정밀하게 제어하는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 있어서, 위상차가 0도인 경우의 반응 활성종의 산포와 밀도를 나타내고,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 있어서, 위상차가 180도인 경우의 반응 활성종의 산포와 밀도를 나타내고,
도 8은 본 발명에 있어서, 펄스 동기화(Pulse Synchronization) 기술이 적용된 실시 예를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 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 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 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 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 라디칼을 이용한 건식 세정 공정에 있어, 원격(Remote)으로 생성되는 라디칼의 산포와 밀도를 정밀하게 제어할 수 있는 장치 및 방법이다. 종래의 건식 세정 장치를 위해 적용된 CCP 타입의 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)의 RF 주파수는 도 3을 통해 설명한 바와 같이 단독 주파수만을 사용하였는데, 이때 주파수 범위는 13.56MHz부터 60MHz까지 HF이상의 영역대를 사용한다. 이렇게 단독 주파수를 사용하는 경우에는 RF 파워 변화를 통해 반응 활성종(Radical)의 밀도를 조절할 수는 있으나 반응 활성종(Radical)의 산포도 동시에 변화할 수 있기 때문에, 종래 기술은 반응 활성종의 밀도와 산포를 개별적으로 정밀하게 제어 하기 어려운 방법이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 챔버(10), 척(20), 척 가열부(30), RF 전극부(50), RF 전원부(60) 및 이온 필터(80)를 포함한다. 도 4에 개시된 구성요소 이외에도 다른 구성요소들이 제1 실시 예에 포함될 수 있으나, 본 발명의 특징과 관련성이 낮은 구성요소들은 도 4에서 생략하였음을 밝혀둔다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치의 구체적인 구성을 설명하기에 앞서 제1 가스, 제2 가스를 정의한다. 예를 들어, 제1 가스는 NF3와 같은 불소함유가스 및 N2, Ar, He와 같은 비활성가스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제2 가스는 H2 또는 NH3 또는 H2O와 같은 수소함유가스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 기판(40)은 실리콘 재질을 가질 수 있으며, 이 기판(40)에는 실리콘 산화물과 실리콘 질화물을 포함하는 이종 패턴들이 필수적으로 형성되어 있다.
챔버(10)는 기판(40)이 배치되어 건식 세정을 위한 플라즈마 처리를 통해 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 고 선택적으로 제거하는 전체 공정이 수행되는 공간을 제공한다.
척(20)은 챔버(10)의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판(40)이 배치되는 구성요소이다.
척 가열부(30)는 척(20)을 가열하는 구성요소이다.
CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부(50)는 챔버(10)의 상단부에 구비되며, 상부 RF 전극(51)과 하부 RF 전극(52)을 포함할 수 있다.
상부 RF 전극(51)은 플라즈마 생성영역의 상부에 배치되어 있고, 하부 RF 전극(52)은 플라즈마 생성영역의 하부에 배치되어 있다.
RF 전원부(60)는 RF 전극부(50)에 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원(61)과 상기 제1 RF 주파수보다 낮은 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원(62)을 공급한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원(61)에 의해 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고, 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원(62)에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도가 정밀하게 조절된다.
예를 들어, 제1 RF 주파수는 13.56MHz 이상 60MHz 이하이고, 제2 RF 주파수는 1kHz 이상 10MHz 미만일 수 있으며, 제1 RF 전원(61)과 제2 RF 전원(62)은 상부 RF 전극(51)에 인가되고, 하부 RF 전극(52)은 접지되어 있고, 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원(62)에 의해 상부 RF 전극(51)의 시스 전위(Sheath Potential) 변화를 통해 발생하는 이차 전자(Secondary Electron)가 제어될 수 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
CCP 타입의 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)에 듀얼(Dual) RF를 인가하도록 구성된 제1 실시 예에 따르면, 제1 RF 주파수(f1)는 플라즈마 생성과 유지의 역할을 하도록 주파수 범위를 13.56MHz 이상 60MHz 이하 범위 내의 주파수를 적용하며, 제2 RF 주파수(f2)는 상부 시스 전위(Sheath Potential) 제어에 의해 반응 활성종(Radical)의 밀도를 미세 조절할 수 있도록 주파수 범위를 1kHz 이상에서부터 10MHz 이하 범위 내로 제한한다. 먼저, 상부 RF 전극(51)에 제1 RF 주파수가 인가되면 상부 RF 전극(51)으로부터 방출된 전자가 가스와의 반응을 통해 플라즈마를 생성하고 유지하게 된다. 여기서 플라즈마 내의 반응 활성종(Radical)의 밀도를 미세 조절하기 위해 제2 RF 주파수(f2)를 상부 RF 전극(51)에 동시 또는 시간 차이를 두고 인가한다. 이는 상부의 시스 전위(Sheath Potential)를 증가시켜서 이온 충돌(Ion bombardment)에 의한 이차 전자(Secondary Electron) 수의 증가를 유도하고, 결과적으로 이차 전자에 의해 가스의 해리도(Dissociation Rate)를 조절함에 따라, 건식 세정 공정에 필요한 반응 활성종(Radical)의 밀도를 미세 조절할 수 있다. 따라서, 반응 활성종(Radical)의 밀도를 제1 RF 전원(61)의 크기 변화없이 제2 RF 전원(62)의 크기 변화만으로 제어할 수 있기 때문에, 산포 변화없이 반응 활성종(Radical)을 미세 조절할 수 있다.
예를 들어, RF 전극부(50)에 인가되는 제1 RF 전원(61)과 제2 RF 전원(62)은 사인파 신호 또는 도 8에 개시된 바와 같이 펄스 변조된 신호일 수 있다. 즉, 도 8에 개시된 바와 같이, 각 전극에 인가되는 RF 전원신호들을 사인파(Sinusoidal Waveform)가 아닌 펄스 파형(Pulse Waveform)으로 변조하여 인가함으로써, 각 펄스 신호의 온/오프(On/Off) 주기를 동기화함에 따라 플라즈마의 전자 온도를 조절하고, 이를 통해 건식 세정 공정에 필요한 반응 활성종(Radical)의 밀도를 제어하는 하나의 파라미터(Parameter)로 활용할 수 있다.
이온 필터(80)는 플라즈마 생성영역의 하부, 예를 들어, 하부 RF 전극(52)의 하부에 설치되어 기판(40)으로 공급되는 반응 활성종은 통과시키고 이온(Ion)은 억제한다.
예를 들어, 척(20)의 온도는 20도 - 120도로 제어되고, 가스들이 주입되는 샤워 헤드는 파티클 흡착 및 발생 방지를 위해 100도 - 200도로 가열되고, 챔버(10)의 내부 벽면은 80도 - 100도로 가열될 수 있다.
예를 들어, 제1 가스가 플라즈마 생성영역으로 공급되어 제1 RF 전원(61), 제2 RF 전원(62)에 의해 반응 활성종을 생성시키고, 제2 가스가 플라즈마 생성영역을 거치지 않고 기판(40)으로 공급될 수 있으며, 제2 가스는 플라즈마 생성영역의 하부에 설치된 이온 필터(80)의 하부로 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치는 챔버(10), 척(20), 척 가열부(30), RF 전극부(50), 상부 RF 전원부(63), 하부 RF 전원부(64), 위상 제어부(70), 이온 필터(80), 제1 유전체(91), 제2 유전체(92) 및 유전체 플레이트(93)를 포함한다. 도 5에 개시된 구성요소 이외에도 다른 구성요소들이 제2 실시 예에 포함될 수 있으나, 본 발명의 특징과 관련성이 낮은 구성요소들은 도 5에서 생략하였음을 밝혀둔다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치의 구체적인 구성을 설명하기에 앞서 제1 가스, 제2 가스를 정의한다. 예를 들어, 제1 가스는 NF3와 같은 불소함유가스 및 N2, Ar, He와 같은 비활성가스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제2 가스는 H2 또는 NH3 또는 H2O와 같은 수소함유가스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 기판(40)은 실리콘 재질을 가질 수 있으며, 이 기판(40)에는 실리콘 산화물과 실리콘 질화물을 포함하는 이종 패턴들이 필수적으로 형성되어 있다.
챔버(10)는 기판(40)이 배치되어 건식 세정을 위한 플라즈마 처리를 통해 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 고 선택적으로 제거하는 전체 공정이 수행되는 공간을 제공한다.
척(20)은 챔버(10)의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판(40)이 배치되는 구성요소이다.
척 가열부(30)는 척(20)을 가열하는 구성요소이다.
CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부(50)는 챔버(10)의 상단부에 구비되며, 상부 RF 전극(51)과 하부 RF 전극(52)을 포함할 수 있다.
상부 RF 전극(51)은 플라즈마 생성영역의 상부에 배치되어 있고, 하부 RF 전극(52)은 플라즈마 생성영역의 하부에 배치되어 있다.
상부 RF 전원부(63)는 상부 RF 전극(51)에 상부 RF 주파수를 갖는 상부 RF 전원을 공급한다.
하부 RF 전원부(64)는 하부 RF 전극(52)에 상부 RF 주파수와 동일한 하부 RF 주파수를 갖는 하부 RF 전원을 공급한다.
위상 제어부(70)는 상부 RF 전원과 하부 RF 전원 간의 위상차를 제어한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 상부 RF 전원과 하부 RF 전원에 의해 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고, 위상 제어부(70)에 의해 제어되는 상부 RF 전원과 하부 RF 전원 간의 위상차에 의해 플라즈마를 구성하는 반응 활성종의 밀도와 산포가 제어된다.
예를 들어, 상부 RF 주파수와 하부 RF 주파수는 동일하게 100kHz 이상 60MHz 이하일 수 있으며, 위상 제어부(70)는 상부 RF 전원과 하부 RF 전원 간의 위상차를 0도 이상 360도 이하의 범위에서 제어할 수 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제2 실시 예는 건식 세정 공정에 필요한 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어하기 위한 수단으로서, 상부 RF 전극(51)에 인가되는 상부 RF 전원과 하부 RF 전극(52)에 인가되는 하부 RF 전원의 위상을 제어하도록 구성되며, 도 6과 도 7에 상부 RF 전원과 하부 RF 전원의 위상 차이에 따른 플라즈마 밀도와 산포 변화가 그래프로 도시되어 있다.
상부 RF 전극(51)과 하부 RF 전극(52)에 100kHz에서 60MHz까지 범위 내의 동일한 주파수(f=fTop=fBottom)를 갖는 RF 전원들을 인가하고, 이 RF 전원들 간의 위상차는 위상 제어부(70)를 통해 제어한다. 이후 다시 설명하겠지만, 상/하부 RF 전극(51, 52)과 챔버(10)의 벽면(Wall) 사이는 이들을 전기적으로 절연시키기 위한 유전체(Dielectric) 링이 삽입되어 있으며, 챔버(10)의 벽면은 접지된다. 상/하부 RF 전극(51, 52) 사이의 플라즈마 생성영역에서 생성된 플라즈마는 하부 RF 전극(52) 밑에 장착된 이온 필터(80)를 통과하면서 이온은 억제되고 반응 활성종(Radical)만 통과하여 기판(40)과 반응하게 된다. 이때 반응 활성종(Radical) 밀도와 산포는 상/하부 RF 전극(51, 52)에 인가되는 RF 전원들의 위상 차이를 이용하여 제어한다.
도 6에 개시된 바와 같이, 상/하부 RF 전극(51, 52)에 인가되는 RF 전원들이 동위상(In phase)인 경우, φTop - φBottom = 0이 되며 전체 플라즈마 밀도는 감소하고 산포는 기판(40)의 중앙 부분이 높은 볼록(Convex) 형태를 보인다.
이와 반대로, 도 7에 개시된 바와 같이, 상/하부 RF 전극(51, 52)에 인가되는 RF 전원들이 역위상(Reverse phase)인 경우, φTop - φBottom = 180이 되며 전체 플라즈마 밀도는 증가하고 산포는 기판(40)의 중앙 부분이 낮은 오목(Concave) 형태를 보인다.
예를 들어, 상부 RF 전극(51)에 인가되는 상부 RF 전원과 하부 RF 전극(52)에 인가되는 하부 RF 전원은 사인파 신호 또는 도 8에 개시된 바와 같이 펄스 변조된 신호일 수 있다. 즉, 도 8에 개시된 바와 같이, 각 전극에 인가되는 RF 전원신호들을 사인파(Sinusoidal Waveform)가 아닌 펄스 파형(Pulse Waveform)으로 변조하여 인가함으로써, 각 펄스 신호의 온/오프(On/Off) 주기를 동기화함에 따라 플라즈마의 전자 온도를 조절하고, 이를 통해 건식 세정 공정에 필요한 반응 활성종(Radical)의 밀도를 제어하는 하나의 파라미터(Parameter)로 활용할 수 있다.
이온 필터(80)는 플라즈마 생성영역의 하부, 예를 들어, 하부 RF 전극(52)의 하부에 설치되어 기판(40)으로 공급되는 반응 활성종은 통과시키고 이온(Ion)은 억제한다.
제1 유전체(91)는 상부 RF 전극(51)과 챔버(10) 사이에 삽입되어 상부 RF 전극(51)과 챔버(10)를 전기적으로 절연시킨다.
제2 유전체(92)는 하부 RF 전극(52)과 챔버(10) 사이에 삽입되어 하부 RF 전극(52)과 챔버(10)를 전기적으로 절연시킨다.
유전체 플레이트(93)는 하부 RF 전극(52)과 이온 필터(80) 사이에 설치되어 하부 RF 전극(52)과 이온 필터(80) 사이를 전기적으로 차폐한다.
예를 들어, 척(20)의 온도는 20도 - 120도로 제어되고, 가스들이 주입되는 샤워 헤드는 파티클 흡착 및 발생 방지를 위해 100도 - 200도로 가열되고, 챔버(10)의 내부 벽면은 80도 - 100도로 가열될 수 있다.
예를 들어, 제1 가스가 플라즈마 생성영역으로 공급되어 상부1 RF 전원, 하부 RF 전원에 의해 반응 활성종을 생성시키고, 제2 가스가 플라즈마 생성영역을 거치지 않고 기판(40)으로 공급될 수 있으며, 제2 가스는 플라즈마 생성영역의 하부에 설치된 이온 필터(80)의 하부로 공급될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도와 산포를 정밀하게 제어할 수 있는 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치가 제공되는 효과가 있다.
[도면 부호의 설명]
10: 챔버
20: 척(chuck)
30: 척 가열부
40: 기판
50: RF 전극부
51: 상부 RF 전극
52: 하부 RF 전극
60: RF 전원부
61: 제1 RF 전원
62: 제2 RF 전원
63: 상부 RF 전원부
64: 하부 RF 전원부
70: 위상 제어부
80: 이온 필터
91: 제1 유전체
92: 제2 유전체
93: 유전체 플레이트

Claims (14)

  1. 챔버의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판이 배치되는 척(chuck);
    상기 챔버의 상단부에 구비되며, 플라즈마 생성영역의 상부에 배치된 상부 RF 전극과 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 배치된 하부 RF 전극을 포함하는 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부; 및
    상기 RF 전극부에 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원과 상기 제1 RF 주파수보다 낮은 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원을 공급하는 RF 전원부를 포함하고,
    상기 제1 RF 주파수를 갖는 제1 RF 전원에 의해 상기 실리콘 산화물, 상기 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고,
    상기 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종(Radical)의 밀도가 조절되는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  2. 챔버의 하단부에 구비되며 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 하나 이상이 형성되어 있는 기판이 배치되는 척(chuck);
    상기 챔버의 상단부에 구비되며, 플라즈마 생성영역의 상부에 배치된 상부 RF 전극과 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 배치된 하부 RF 전극을 포함하는 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식의 RF 전극부;
    상기 상부 RF 전극에 상부 RF 주파수를 갖는 상부 RF 전원을 공급하는 상부 RF 전원부;
    상기 하부 RF 전극에 상기 상부 RF 주파수와 동일한 하부 RF 주파수를 갖는 하부 RF 전원을 공급하는 하부 RF 전원부; 및
    상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차를 제어하는 위상 제어부를 포함하고,
    상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원에 의해 상기 실리콘 산화물, 상기 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나를 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 변화시키기 위한 플라즈마가 생성되어 유지되고,
    상기 위상 제어부에 의해 제어되는 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차에 의해 상기 플라즈마를 구성하는 반응 활성종의 밀도와 산포가 제어되는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 RF 전극부에 인가되는 제1 RF 전원과 제2 RF 전원 또는 상기 상부 RF 전극에 인가되는 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전극에 인가되는 하부 RF 전원은 사인파 신호 또는 펄스 변조된 신호인 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 RF 주파수는 13.56MHz 이상 60MHz 이하이고, 상기 제2 RF 주파수는 1kHz 이상 10MHz 미만인 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 RF 전원과 상기 제2 RF 전원은 상기 상부 RF 전극에 인가되고, 상기 하부 RF 전극은 접지되어 있고,
    상기 제2 RF 주파수를 갖는 제2 RF 전원에 의해 상기 상부 RF 전극의 시스 전위(Sheath Potential) 변화를 통해 발생하는 이차 전자(Secondary Electron)가 제어되는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성영역의 하부에 설치되어 상기 기판으로 공급되는 반응 활성종은 통과시키고 이온(Ion)은 억제하는 이온 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 상부 RF 주파수와 상기 하부 RF 주파수는 100kHz 이상 60MHz 이하인 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 위상 제어부는 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원 간의 위상차를 0도 이상 360도 이하의 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 상부 RF 전극과 상기 챔버 사이에 삽입되어 상기 상부 RF 전극과 상기 챔버를 전기적으로 절연시키는 제1 유전체; 및
    상기 하부 RF 전극과 상기 챔버 사이에 삽입되어 상기 하부 RF 전극과 상기 챔버를 전기적으로 절연시키는 제2 유전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 하부 RF 전극과 상기 이온 필터 사이에 설치되어 상기 하부 RF 전극과 상기 이온 필터 사이를 전기적으로 차폐하는 유전체 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 척의 온도는 20도 - 120도로 제어되고, 가스들이 주입되는 샤워 헤드는 파티클 흡착 및 발생 방지를 위해 100도 - 200도로 가열되고, 상기 챔버의 내부 벽면은 80도 - 100도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 가스가 상기 플라즈마 생성영역으로 공급되어 상기 반응 활성종을 생성시키고, 제2 가스가 플라즈마 생성영역을 거치지 않고 상기 기판으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 플라즈마 생성영역의 하부에 설치된 이온 필터의 하부로 공급되는 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 가스는 불소함유가스이고, 상기 제2 가스는 수소함유가스인 것을 특징으로 하는, 반도체 건식 세정을 위한 플라즈마 장치.
PCT/KR2018/013607 2017-12-21 2018-11-09 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치 WO2019124736A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880081187.9A CN111492460B (zh) 2017-12-21 2018-11-09 用于干洗半导体基板的等离子体装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177266A KR101931742B1 (ko) 2017-12-21 2017-12-21 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치
KR10-2017-0177266 2017-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019124736A1 true WO2019124736A1 (ko) 2019-06-27

Family

ID=65010059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/013607 WO2019124736A1 (ko) 2017-12-21 2018-11-09 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101931742B1 (ko)
CN (1) CN111492460B (ko)
WO (1) WO2019124736A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020150100A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 Tokyo Electron Limited Selective plasma etching of silicon oxide relative to silicon nitride by gas pulsing
KR20210062299A (ko) 2019-11-21 2021-05-31 세메스 주식회사 샤워 헤드 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040219737A1 (en) * 2001-12-20 2004-11-04 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for processing a workpiece with a plasma
KR20130058802A (ko) * 2011-11-28 2013-06-05 (주) 엔피홀딩스 다중 플라즈마 방전 레이어를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버
KR20130095119A (ko) * 2012-02-17 2013-08-27 김일욱 대기압 플라스마 발생 장치
KR101590566B1 (ko) * 2014-08-22 2016-02-02 (주)젠 기상식각 및 세정을 위한 플라즈마 장치
KR20160134908A (ko) * 2015-05-13 2016-11-24 참엔지니어링(주) 기판 처리 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8956980B1 (en) * 2013-09-16 2015-02-17 Applied Materials, Inc. Selective etch of silicon nitride

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040219737A1 (en) * 2001-12-20 2004-11-04 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for processing a workpiece with a plasma
KR20130058802A (ko) * 2011-11-28 2013-06-05 (주) 엔피홀딩스 다중 플라즈마 방전 레이어를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버
KR20130095119A (ko) * 2012-02-17 2013-08-27 김일욱 대기압 플라스마 발생 장치
KR101590566B1 (ko) * 2014-08-22 2016-02-02 (주)젠 기상식각 및 세정을 위한 플라즈마 장치
KR20160134908A (ko) * 2015-05-13 2016-11-24 참엔지니어링(주) 기판 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN111492460B (zh) 2023-03-31
CN111492460A (zh) 2020-08-04
KR101931742B1 (ko) 2018-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100293034B1 (ko) 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
KR100374993B1 (ko) 이씨알플라즈마발생기및이씨알플라즈마발생기를구비하는이씨알에칭시스템
WO2016010267A1 (ko) 고종횡비를 가지는 오목부 상에 절연막을 증착하는 방법
WO2019059620A1 (ko) 기판 처리 방법 및 장치
US20090098736A1 (en) Dry-etching method
WO2019124736A1 (ko) 반도체 기판의 건식 세정을 위한 플라즈마 장치
WO2019059621A1 (ko) 인시튜 건식 세정 방법 및 장치
WO2019107729A1 (ko) 폴리 실리콘을 선택적으로 제거하는 건식 세정 장치 및 방법
WO2017131404A1 (ko) 기판처리장치
WO2002058125A1 (fr) Dispositif et procede de traitement au plasma
WO2020235822A1 (ko) 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 장치
WO2020040464A1 (ko) 대기압 플라즈마와 스팀을 이용한 건식 세정 장치 및 방법
WO2019156489A1 (ko) 챔버 세정 장치 및 챔버 세정 방법
WO2019107728A1 (ko) 고 선택적 실리콘 산화물 제거를 위한 건식 세정 장치 및 방법
WO2020235823A1 (ko) 플라즈마와 증기를 이용한 건식 세정 방법
WO2022177102A2 (ko) 식각 처리 장치 및 식각 처리 방법
WO2018128339A1 (ko) 플라즈마 발생 장치
WO2023182827A1 (ko) 소모성 금속부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치
WO2023128325A1 (ko) 기판 처리 장치
TW202145290A (zh) 隔離環組件、等離子體處理裝置及處理方法
WO2023068692A1 (ko) 플라즈마 기판 처리 장치
WO2023068698A1 (ko) 축전 결합 플라즈마 기판 처리 장치
WO2020149463A1 (ko) 대기압 플라즈마를 이용한 결정질 태양전지 알칼리 ｓｄｒ 표면용 드라이 텍스처링 장치
WO2013032232A2 (ko) 기판 처리 장치, 이를 이용한 비정질 탄소막 형성 방법 및 반도체 소자의 갭필 방법
WO2021002605A1 (ko) 기판처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18890150

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18890150

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1