KR102704743B1 - Etching apparatus and method of etching using the same - Google Patents
Etching apparatus and method of etching using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102704743B1 KR102704743B1 KR1020220127017A KR20220127017A KR102704743B1 KR 102704743 B1 KR102704743 B1 KR 102704743B1 KR 1020220127017 A KR1020220127017 A KR 1020220127017A KR 20220127017 A KR20220127017 A KR 20220127017A KR 102704743 B1 KR102704743 B1 KR 102704743B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- grid
- substrate
- plasma
- chamber
- ultra
- Prior art date
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 106
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 137
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 66
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 11
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 52
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
- H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- 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
- 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
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32458—Vessel
-
- 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
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Weting (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명 개념의 일부 실시예들에 따른 식각 방법은 프로세스 챔버에 기판을 제공하는 것, 상기 프로세스 챔버는 제1 챔버부 및 제2 챔버부를 포함하고, 상기 기판은 제2 챔버부에 제공되고; 상기 제1 챔버부에 고밀도 가스 플라즈마를 공급하는 것; 상기 고밀도 가스 플라즈마의 적어도 일부를 이용하여 상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것; 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 상기 기판의 표면에 흡착시키는 것; 및 상기 기판에 바이어스를 인가하여 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 이온 또는 전자 중 적어도 하나를 가속시켜 상기 기판에 충돌시키는 것을 포함하는 식각 방법을 포함한다.An etching method according to some embodiments of the present invention comprises an etching method comprising: providing a substrate in a process chamber, the process chamber including a first chamber portion and a second chamber portion, the substrate being provided in the second chamber portion; supplying a high-density gas plasma to the first chamber portion; supplying an ultra-low-temperature electron temperature plasma to the second chamber portion using at least a portion of the high-density gas plasma; causing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma to adsorb onto a surface of the substrate; and applying a bias to the substrate to accelerate at least one of ions or electrons of the ultra-low-temperature electron temperature plasma to collide with the substrate.
Description
본 발명은 식각 장치 및 식각 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극저온 전자 온도 플라즈마를 이용한 식각 장치 및 식각 방법에 관한 발명에 관한 것이다.The present invention relates to an etching device and an etching method, and more specifically, to an etching device and an etching method using ultra-low temperature electron temperature plasma.
플라즈마란 이온화된 기체로, 양이온, 음이온, 전자, 여기된 원자, 분자 및 화학적으로 매우 활성이 강한 라디칼(radical) 등으로 구성되며, 전기적 및 열적으로 보통 기체와는 매우 다른 성질을 갖기 때문에 물질의 제4상태라고도 칭한다. 이러한 플라즈마는 이온화된 기체를 포함하고 있어, 전기장 또는 자기장을 이용해 가속시키거나, 화학 반응을 일으켜 웨이퍼 혹은 기판을 세정하거나, 식각하거나 혹은 증착하는 등 반도체의 제조공정에 매우 유용하게 활용되고 있다.Plasma is an ionized gas composed of positive ions, negative ions, electrons, excited atoms, molecules, and chemically highly active radicals. It has electrical and thermal properties that are very different from those of ordinary gases, so it is also called the fourth state of matter. Since this plasma contains ionized gas, it is very useful in the semiconductor manufacturing process, such as accelerating it using electric or magnetic fields, or causing a chemical reaction to clean, etch, or deposit wafers or substrates.
최근에 반도체 제조공정에서는 고밀도 가스 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 사용하고 있으며, 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 모듈은 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitive coupled plasma)와 유도 결합형 플라즈마(ICP, inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.Recently, semiconductor manufacturing processes are using plasma generators that generate high-density gas plasma, and there are various plasma modules for generating plasma. Representative examples include capacitively coupled plasma (CCP) and inductively coupled plasma (ICP) using radio frequency.
플라즈마를 이용한 식각 단계는, 라디칼을 흡착시키는 흡착 공정과, 식각 대상을 탈착시키는 탈착 공정이 순차적으로 이루어지고, 흡착 공정과 탈착 공정에 사용되는 가스의 종류가 상이하므로, 두 공정 사이에 '퍼지 공정'을 수행하기도 한다.
종래 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0633167호(2006.10.11.)에 개시되어 있다.The etching step using plasma is performed sequentially by an adsorption process that adsorbs radicals and a desorption process that desorbs the etching target. Since the types of gases used in the adsorption process and the desorption process are different, a 'purge process' is sometimes performed between the two processes.
The prior art is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0633167 (October 11, 2006).
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식각 공정에서 기판의 특정 물질층에 물리적, 전기적 손상을 발생시키는 문제를 해결하면서 동시에 식각 공정에서 퍼지 단계를 생략하여 공정 시간을 단축시킬 수 있는 식각 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an etching method and device capable of solving the problem of causing physical and electrical damage to a specific material layer of a substrate during an etching process while simultaneously shortening the process time by omitting a purge step in the etching process.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식각 공정이 일어나는 플라즈마 챔버 내에 극저온 전자 온도 플라즈마를 조성하여 흡착 공정을 보다 빠르게 진행하여 공정 시간을 단축시킬 수 있는 식각 방법 및 장치를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an etching method and device capable of shortening the process time by forming an ultra-low temperature electron temperature plasma in a plasma chamber where an etching process takes place and thereby performing the adsorption process more quickly.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 장비는 고밀도 가스 플라즈마가 형성되는 제1 챔버부; 극저온 전자 온도 플라즈마가 형성되는 제2 챔버부; 상기 제2 챔버부 내에 배치되고 전압 조절이 가능한 기판; 및 상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이의 복수의 그리드들을 포함하되, 상기 복수의 그리드들은 상기 복수의 그리드들의 전위가 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 전위보다 낮도록하여, 고 에너지 전자가 상기 그리드들을 통과하고 저 에너지 전자가 상기 그리드들에 의해 차단되도록 구성되고, 상기 기판 위의 플라즈마 포텐셜은 상기 제1 챔버부의 플라즈마 포텐셜보다 작고, 상기 복수의 그리드들에 인가되는 전압을 조절하여 전자 또는 이온이 가속되거나 차단되는 식각 장비이다.According to one embodiment of the present invention, an etching device comprises: a first chamber portion in which high-density gas plasma is formed; a second chamber portion in which ultra-low-temperature electron temperature plasma is formed; a substrate disposed in the second chamber portion and capable of controlling voltage; and a plurality of grids between the first chamber portion and the second chamber portion, wherein the plurality of grids are configured such that a potential of the plurality of grids is lower than a potential of the ultra-low-temperature electron temperature plasma, so that high-energy electrons pass through the grids and low-energy electrons are blocked by the grids, and the plasma potential above the substrate is lower than the plasma potential of the first chamber portion, and the voltage applied to the plurality of grids is controlled so that electrons or ions are accelerated or blocked.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법은, 프로세스 챔버에 기판을 제공하는 것, 상기 프로세스 챔버는 제1 챔버부 및 제2 챔버부를 포함하고, 상기 기판은 제2 챔버부에 제공되고; 상기 제1 챔버부에 고밀도 가스 플라즈마를 공급하는 것; 상기 고밀도 가스 플라즈마의 적어도 일부를 이용하여 상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것; 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 상기 기판의 표면에 흡착시키는 것; 및 상기 기판에 바이어스를 인가하여 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 이온 또는 전자 중 적어도 하나를 가속시켜 상기 기판에 충돌시키는 것을 포함하는 식각 방법이다.An etching method according to one embodiment of the present invention comprises: providing a substrate in a process chamber, the process chamber including a first chamber portion and a second chamber portion, the substrate being provided in the second chamber portion; supplying a high-density gas plasma to the first chamber portion; supplying an ultra-low-temperature electron temperature plasma to the second chamber portion using at least a portion of the high-density gas plasma; allowing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma to be adsorbed onto a surface of the substrate; and applying a bias to the substrate to accelerate at least one of ions or electrons of the ultra-low-temperature electron temperature plasma to collide with the substrate.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법은, 프로세스 챔버에 기판을 제공하는 것, 상기 프로세스 챔버는 제1 챔버부 및 제2 챔버부를 포함하고, 상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이에 제1 그리드, 제2 그리드, 및 제3 그리드가 배치되고; 프로세스 챔버의 상기 제1 챔버부에 고밀도 가스 플라즈마를 공급하는 것; 상기 고밀도 가스 플라즈마의 저 에너지 전자 및 음이온을 상기 제1 그리드로 차단시키는 것; 상기 고밀도 가스 플라즈마의 양이온을 상기 제2 그리드로 차단시키는 것; 상기 제1 그리드의 전위와 상기 제2 그리드의 전위 차이로 전자를 가속시키는 것; 상기 제3 그리드로 상기 제2 챔버부의 플라즈마가 상기 제1 챔버부로 이동하는 것을 차단하고; 상기 제1 그리드, 상기 제2 그리드, 상기 제3 그리드를 통과한 상기 고밀도 가스 플라즈마의 고 에너지 전자가 상기 제2 챔버부의 이온과 충돌하여 극저온 전자 온도 플라즈마를 형성하는 것; 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 기판의 표면에 흡착시키는 것; 및 상기 기판에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마의 이온 또는 전자 중 적어도 하나를 가속시켜 상기 기판에 충돌시키는 것을 포함하는 식각 방법이다.According to one embodiment of the present invention, an etching method comprises: providing a substrate in a process chamber, the process chamber including a first chamber portion and a second chamber portion, and a first grid, a second grid, and a third grid disposed between the first chamber portion and the second chamber portion; supplying a high-density gas plasma to the first chamber portion of the process chamber; blocking low-energy electrons and negative ions of the high-density gas plasma with the first grid; blocking positive ions of the high-density gas plasma with the second grid; accelerating electrons with a potential difference between the first grid and the second grid; blocking plasma of the second chamber portion from moving to the first chamber portion with the third grid; colliding high-energy electrons of the high-density gas plasma passing through the first grid, the second grid, and the third grid with ions of the second chamber portion to form an ultra-low-temperature electron temperature plasma; adsorbing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma onto a surface of the substrate; And an etching method including applying a bias to the substrate to accelerate at least one of ions or electrons of an ultra-low temperature electron temperature plasma and cause them to collide with the substrate.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 개념의 실시예들에 따른 식각 장치 및 식각 방법에 따르면, 복수의 그리드들 및 기판의 전압 조절을 통해 극저온 전자 온도 플라즈마가 공급될 수 있다. According to an etching apparatus and an etching method according to embodiments of the present invention, an ultra-low temperature electron temperature plasma can be supplied by controlling the voltage of a plurality of grids and a substrate.
본 발명의 개념의 실시예들에 따른 식각 장치 및 식각 방법에 따르면, 극저온 전자 온도 플라즈마 영역의 낮은 쉬스 포텐셜에 의해 기판 손상이 적게 식각을 할 수 있다.According to the etching apparatus and etching method according to embodiments of the present invention, etching can be performed with less substrate damage due to the low sheath potential in the ultra-low temperature electron temperature plasma region.
본 발명의 개념의 실시예들에 따른 식각 장치 및 식각 방법에 따르면, 기판 전압 크기 조절을 통해 기판에 입사하는 입자들의 에너지를 제어할 수 있으며, 기판의 표면 반응에 필요한 에너지만을 공급할 수 있기 때문에 기판 손상 없는 식각 공정이 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.According to the etching apparatus and etching method according to embodiments of the present invention, the energy of particles incident on a substrate can be controlled by adjusting the substrate voltage size, and only the energy necessary for a surface reaction of the substrate can be supplied, thereby enabling an etching process without damaging the substrate.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 일부 실시예들에 따른 식각 장비를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 도 1의 P부분을 확대한 도면이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 식각 장비의 확대도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 식각 장비의 확대도이다.
도 5a는 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5b는 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5c는 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5d는 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6a, 6b는 일부 실시예들에 따른 극저온 전자 온도 플라즈마를 이용한 식각 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an etching device according to some embodiments.
FIG. 2 is an enlarged view of portion P of FIG. 1 according to some embodiments.
FIG. 3 is an enlarged view of an etching device according to some embodiments.
Figure 4 is an enlarged view of an etching device according to some embodiments.
FIG. 5a is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
FIG. 5b is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
FIG. 5c is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
FIG. 5d is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
FIGS. 6a and 6b are diagrams showing examples of an etching method using ultra-low temperature electron temperature plasma according to some embodiments.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 실시예들에 대하여 자세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
반도체 소자들의 제조 동안에 반도체 기판 및 그 상에 형성된 층들을 식각하는 방법 및 장치가 본 발명의 실시예들에서 제시된다. Methods and devices for etching a semiconductor substrate and layers formed thereon during the manufacture of semiconductor devices are presented in embodiments of the present invention.
일 예로, 식각은 식각 대상 물질의 표면에 라디칼을 흡착(흡착 공정)시킨 후, 이온 또는 전자를 라디칼이 흡착된 식각 대상 물질에 충돌시켜 제거(탈착 공정)하는 방식을 반복하여 처리층을 원자 단위로 한 층씩 식각할 수 있다. For example, etching can etch the treatment layer one at a time at atom by repeatedly adsorbing radicals on the surface of the material to be etched (adsorption process) and then colliding ions or electrons with the material to be etched to which the radicals have been adsorbed to remove them (desorption process).
식각에 있어서, 식각 대상에 물리적 충격을 주기 위해 이온 폭격(ion bombardment)을 이용할 수 있다. 이 경우, 전자 온도 1.0 eV 이하의 매우 낮은 전자 온도를 가지는 플라즈마(극저온 전자 온도 플라즈마)를 이용할 수 있다. 이온을 이용한 식각에서, 기판 위에 극저온 전자 온도 플라즈마를 만들게 되면, 기판 위에 매우 낮은 쉬스 포텐셜이 형성될 수 있다. 이 경우, 이온의 기판을 폭격하는 에너지가 낮아져, 이온 폭격이 표면에 불필요한 영향을 주지 않을 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마에서는 전자 온도가 낮아 여러 불필요한 화학 반응이 생기지 않을 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마에서 기판에 펄스 전압을 인가하면 이온 폭격에 의한 기판 손상 없이 빠르게 식각 공정을 진행 할 수 있다.In etching, ion bombardment can be used to give a physical impact to the etching target. In this case, plasma having a very low electron temperature of 1.0 eV or less (cryogenic electron temperature plasma) can be used. In etching using ions, if an ultra-low electron temperature plasma is created on the substrate, a very low sheath potential can be formed on the substrate. In this case, the energy of bombarding the substrate with ions is lowered, so that the ion bombardment may not have an unnecessary effect on the surface. Since the electron temperature is low in the ultra-low electron temperature plasma, various unnecessary chemical reactions may not occur. If a pulse voltage is applied to the substrate in the ultra-low electron temperature plasma, the etching process can proceed quickly without damaging the substrate by ion bombardment.
이하 본 발명의 실시예들에서는, 처리층을 탈착하는 경우 극저온 전자 온도 플라즈마를 이용하므로, 식각 대상 물질의 구조적인 변형이 최소화될 수 있고, 플라즈마 내에서 빠르게 흡착을 진행할 수 있기 때문에 흡착 시간 단축을 통해 공정 시간을 단축 하고, 전기적 특성의 변화를 최소화 할 수 있다. In the embodiments of the present invention below, since ultra-low temperature electron temperature plasma is used when removing the treatment layer, structural deformation of the material to be etched can be minimized, and since adsorption can proceed quickly within the plasma, the process time can be shortened through shortening the adsorption time, and changes in electrical characteristics can be minimized.
도 1은 일부 실시예들에 따른 식각 장비를 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an etching device according to some embodiments.
도 1을 참조하면, 식각 장비(1)가 제공된다. 식각 장비(1)는 다양한 대상을 식각할 수 있다. 예를 들어, 식각 장비(1)는 기판 또는 마스크를 식각할 수 있다. 즉, 식각 장비(1)는 기판 또는 마스크의 일면을 식각하여, 그 위에 패턴을 형성하는 장비일 수 있다.Referring to Fig. 1, an etching device (1) is provided. The etching device (1) can etch various objects. For example, the etching device (1) can etch a substrate or a mask. That is, the etching device (1) can be a device that etches one side of a substrate or a mask to form a pattern thereon.
식각 장비(1)는 프로세스 챔버(CB), 그리드(GR), 제1 전원부(104), 제2 전원부(105), RF 코일(111) 지지대(101), 및 펌프(PM)를 포함할 수 있다.The etching equipment (1) may include a process chamber (CB), a grid (GR), a first power supply (104), a second power supply (105), an RF coil (111) support (101), and a pump (PM).
프로세스 챔버(CB)는 제1 챔버부(CB1) 및 제2 챔버부(CB2)를 포함할 수 있다. 제2 챔버부(CB2) 위에 제1 챔버부(CB1)가 위치할 수 있다. 제1 챔버부(CB1)와 제2 챔버부(CB2) 사이에 그리드(GR)가 위치할 수 있다. The process chamber (CB) may include a first chamber portion (CB1) and a second chamber portion (CB2). The first chamber portion (CB1) may be positioned above the second chamber portion (CB2). A grid (GR) may be positioned between the first chamber portion (CB1) and the second chamber portion (CB2).
프로세스 챔버(CB) 내로 가스가 주입될 수 있다. 제1 챔버부(CB1) 내로 가스가 공급될 수 있다. Gas can be injected into the process chamber (CB). Gas can be supplied into the first chamber section (CB1).
프로세스 챔버(CB)의 제1 챔버부(CB1) 내에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)가 형성될 수 있다. 제1 챔버부(CB1)는 고밀도 가스 플라즈마 영역일 수 있다. 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)는 가스의 라디칼, 전자, 이온을 포함할 수 있다. 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)는 제1 챔버부(CB1) 내에 가스를 주입하고, RF 코일(111)에 제1 전원부(104)를 통해 전원을 인가하여 제1 챔버부(CB1) 내에 전기장을 유도함으로써 발생될 수 있다. A high-density gas plasma (PS_H) can be formed within a first chamber portion (CB1) of a process chamber (CB). The first chamber portion (CB1) can be a high-density gas plasma region. The high-density gas plasma (PS_H) can include radicals, electrons, and ions of a gas. The high-density gas plasma (PS_H) can be generated by injecting gas into the first chamber portion (CB1) and applying power to an RF coil (111) through a first power source (104) to induce an electric field within the first chamber portion (CB1).
제1 챔버부(CB1) 내에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 발생시키는 방법은 위에 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 제1 챔버부(CB1)는 다양한 구성을 가지고 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 발생시킬 수 있다. 예컨대, 제1 챔버부(CB1)는 축전 결합 플라즈마(Capacitively coupled plasma, CCP), 유도 결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP), 전자 빔 소스 (Electron beam source), Microwave 플라즈마 등 여러가지 소스를 가지고 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 유도할 수 있다. 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)는 흡착 가스 플라즈마, 에칭 가스 플라즈마를 포함할 수 있다.The method for generating high-density gas plasma (PS_H) within the first chamber (CB1) is not limited to the embodiment described above, and the first chamber (CB1) can have various configurations to generate high-density gas plasma (PS_H). For example, the first chamber (CB1) can induce high-density gas plasma (PS_H) using various sources such as capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), electron beam source, and microwave plasma. The high-density gas plasma (PS_H) can include adsorption gas plasma and etching gas plasma.
그리드(GR)를 기준으로 제1 챔버부(CB1)와 제2 챔버부(CB2)가 정의될 수 있다. 제1 챔버부(CB1)와 제2 챔버부(CB2) 사이에 그리드(GR)가 위치할 수 있다. 제2 챔버부(CB2)는 극저온 전자 온도 플라즈마 영역일 수 있다.A first chamber portion (CB1) and a second chamber portion (CB2) can be defined based on a grid (GR). A grid (GR) can be positioned between the first chamber portion (CB1) and the second chamber portion (CB2). The second chamber portion (CB2) can be an ultra-low temperature electron temperature plasma region.
일 실시예에서, 그리드(GR)는 금속을 포함할 수 있다. 그리드(GR)는 예를 들어, 그래파이트 또는 몰리브덴을 포함할 수 있다. 그리드(GR)에는 전압이 인가될 수 있고, 인가되지 않을 수도 있다. 그리드(GR)에 전압이 인가되어 고밀도 가스 플라즈마(PS_H) 내의 고 에너지 전자를 가속시킬 수 있다.In one embodiment, the grid (GR) can include a metal. The grid (GR) can include, for example, graphite or molybdenum. The grid (GR) can be voltage-applied or not. The voltage applied to the grid (GR) can accelerate high-energy electrons within the high-density gas plasma (PS_H).
일부 실시예들에 있어서, 하나의 그리드(GR)가 다수의 쓰루홀들을 포함할 수 있다. In some embodiments, a single grid (GR) may include multiple through-holes.
지지대(101)가 제2 챔버부(CB2) 내에 위치할 수 있다. 지지대(101)는 기판(102)을 지지할 수 있다. 지지대(101)는 금속을 포함할 수 있다. 지지대(101)에 임의의 전압이 인가될 수 있다. 지지대(101)에 전압이 인가될 수도 있고, 인가되지 않을 수도 있다.A support (101) may be positioned within the second chamber portion (CB2). The support (101) may support a substrate (102). The support (101) may include a metal. Any voltage may be applied to the support (101). The voltage may or may not be applied to the support (101).
기판(102)이 제2 챔버부(CB2) 내에 배치되고 전압 조절이 가능할 수 있다. 기판(102)이 지지대(101) 상에 배치될 수 있다. 기판(102)은 금속 또는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 기판(102)은 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 또는 기타 다른 금속들, 또는 그 합금들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 실리콘(Si)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 기판(102)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수도 있다.A substrate (102) may be placed within the second chamber (CB2) and may be voltage-controlled. The substrate (102) may be placed on a support (101). The substrate (102) may include a metal or a metal compound. The substrate (102) may include at least one of copper (Cu), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), or other metals, or alloys thereof. In some embodiments, the substrate (102) may include silicon (Si). For example, the substrate (102) may include a silicon wafer.
제2 챔버부(CB2)는 고밀도 가스 플라즈마의 적어도 일부를 이용하여 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급받을 수 있다. 본 개시에서 설명하는 극저온 전자 온도 플라즈마는 낮은 전자 온도를 가지는 플라즈마를 가리키는 것으로서, 이하 극저온 전자 온도 플라즈마는 1.0 eV 이하의 전자 온도를 가지는 플라즈마로 정의하여 설명하도록 한다.The second chamber (CB2) can be supplied with ultra-low-temperature electron temperature plasma using at least a portion of the high-density gas plasma. The ultra-low-temperature electron temperature plasma described in the present disclosure refers to plasma having a low electron temperature, and hereinafter, the ultra-low-temperature electron temperature plasma is defined and described as plasma having an electron temperature of 1.0 eV or less.
제2 전원부(105)는 지지대(101)에 전압을 인가할 수 있다. 제2 전원부 (105)의 전력이 지지대(101)를 통해 기판(102)에 인가될 수 있다. The second power supply (105) can apply voltage to the support (101). Power from the second power supply (105) can be applied to the substrate (102) through the support (101).
기판(102)에 인가되는 바이어스를 조절함으로써, 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L) 에 포함된 라디칼(Radical)을 기판(102)의 표면에 흡착시키고, 기판(102)의 적어도 일부를 통해 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마에 포함된 전자 또는 이온 중 적어도 하나를 가속시켜 기판(102)에 충돌시키도록 하여 식각 대상을 식각하도록 구성될 수 있다.By controlling the bias applied to the substrate (102), radicals included in the ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_L) can be adsorbed onto the surface of the substrate (102), and by applying a bias through at least a part of the substrate (102), at least one of electrons or ions included in the ultra-low temperature electron temperature plasma can be accelerated to collide with the substrate (102), thereby etching the etching target.
예를 들어, 기판(102)에 0V의 바이어스가 인가되어, 기판(102)의 전위가 0V 일 때는 매우 낮은 전자 온도 때문에 기판(102) 위에 쉬스 포텐셜이 형성되지 않고, 설령 형성되더라도 아주 낮은 쉬스 포텐셜을 가진다. 이에 따라 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)에 포함된 이온 또는 전자와 같은 하전 입자들이 기판(102)으로 가속될 수 있는 전기장이 형성되지 않는다. 따라서 전기적으로 중성인 라디칼들만 확산에 의해 기판(102)에 달라붙으면서 흡착 반응이 일어날 수 있다.For example, when a bias of 0 V is applied to the substrate (102), and the potential of the substrate (102) is 0 V, a sheath potential is not formed on the substrate (102) due to the very low electron temperature, and even if it is formed, it has a very low sheath potential. Accordingly, an electric field that can accelerate charged particles such as ions or electrons included in the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to the substrate (102) is not formed. Therefore, only electrically neutral radicals can attach to the substrate (102) by diffusion, and an adsorption reaction can occur.
또한, 기판(102)의 적어도 일부를 통해 RF나 DC 전압과 같은 바이어스를 인가하게 되면, 전압의 극성에 따라 + 전압일 경우 전자, - 전압일 경우 (양)이온이 기판(102)으로 향하게 되며, 이들이 가진 에너지로 흡착된 라디칼과 결합한 기판(102) 표면의 일부를 탈착하는 반응이 일어날 수 있다In addition, when a bias such as RF or DC voltage is applied through at least a part of the substrate (102), depending on the polarity of the voltage, electrons in the case of + voltage and (positive) ions in the case of - voltage are directed to the substrate (102), and a reaction may occur in which a part of the substrate (102) surface that has been combined with the radicals adsorbed by the energy they possess is detached.
극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)는 전자 온도가 매우 낮기 때문에 쉬스 포텐셜 또한 매우 낮아서 쉬스를 통해 가속되는 이온의 에너지가 매우 작다. 이를 이용하여 식각을 진행하면 흡착 단계에서 전자 또는 이온이 기판(102) 표면을 식각하지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 기판(102)에 펄스 전압이 인가되면, 기존의 식각 공정에서 요구하던 퍼지 단계를 생략할 수 있게 된다.Since the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) has a very low electron temperature, the sheath potential is also very low, so the energy of the ions accelerated through the sheath is very small. If etching is performed using this, there is an advantage in that the electrons or ions do not etch the surface of the substrate (102) during the adsorption step. Therefore, when a pulse voltage is applied to the substrate (102), the purge step required in the existing etching process can be omitted.
펌프(PM)는 프로세스 챔버(CB)에 연결되어서 식각 공정 동안 진공 제어를 가능하게 하고, 프로세스 챔버(CB)로부터 가스성 부산물들을 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 공정에서, 프로세스 챔버(CB)의 가스성 부산물들이 펌프를 통해 배출될 수 있다. A pump (PM) is connected to the process chamber (CB) to enable vacuum control during the etching process and to remove gaseous byproducts from the process chamber (CB). In one embodiment, in a purge process, gaseous byproducts in the process chamber (CB) can be exhausted through the pump.
도 2는 일부 실시예들에 따른 도 1의 P부분을 확대한 도면이다.FIG. 2 is an enlarged view of portion P of FIG. 1 according to some embodiments.
도 2를 참조하면, 그리드(GR)를 통해 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 공급할 수 있다. Referring to Fig. 2, an ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_L) can be supplied to the second chamber section (CB2) through a grid (GR).
제1 챔버부(CB1)의 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)는 저 에너지 전자(131) 및 고 에너지 전자(132)를 포함할 수 있다. 그리드(GR)에 전압이 인가될 수 있다. The high-density gas plasma (PS_H) of the first chamber (CB1) may include low-energy electrons (131) and high-energy electrons (132). A voltage may be applied to the grid (GR).
그리드(GR)는 그리드(GR)의 전위가 그리드(GR) 아래의 극저온 전자 온도 플라즈마의 전위보다 낮도록하여, 고 에너지 전자(132)가 그리드(GR)를 통과하고 저 에너지 전자(131)가 그리드(GR)에 의해 차단되도록 구성될 수 있다. 이는 그리드(GR)가 복수의 그리드들(GR)를 포함하는 경우도 마찬가지일 수 있다. The grid (GR) may be configured such that the potential of the grid (GR) is lower than the potential of the ultra-low temperature electron temperature plasma beneath the grid (GR), such that high energy electrons (132) pass through the grid (GR) and low energy electrons (131) are blocked by the grid (GR). This may also be the case when the grid (GR) includes a plurality of grids (GR).
일부 실시예들에 따르면, 그리드(GR)에는 수십 내지 수백 V의 높은 전압을 인가시킬 수 있는 전압 파워서플라이가 연결될 수 있다. 플라즈마와 전극 또는 절연체 사이에 전위차가 만들어 질 수 있는데, 이 전위차가 생기는 영역을 쉬스라고 정의할 수 있고, 쉬스에서 나타나는 전위 차이를 쉬스 포텐셜이라고 정의할 수 있다. 이를 통해 제1 챔버부(CB1)의 고밀도 가스 플라즈마와 접하는 그리드(GR) 위에 제1 챔버부(CB1)의 쉬스(sheath) 포텐셜이 생성될 수 있다. 이러한 제1 챔버부(CB1)의 쉬스 포텐셜 에너지를 넘어서는 고 에너지 전자들(132)만 제2 챔버부(CB2)로 이동할 수 있게 된다.According to some embodiments, a voltage power supply capable of applying a high voltage of tens to hundreds of V may be connected to the grid (GR). A potential difference may be created between the plasma and the electrode or insulator, and a region where this potential difference is created may be defined as a sheath, and a potential difference appearing in the sheath may be defined as a sheath potential. Through this, a sheath potential of the first chamber portion (CB1) may be created on the grid (GR) in contact with the high-density gas plasma of the first chamber portion (CB1). Only high-energy electrons (132) exceeding the sheath potential energy of the first chamber portion (CB1) may move to the second chamber portion (CB2).
고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 고 에너지 전자(132)는 그리드(GR) 위에 생성되는 제1 챔버부(CB1)의 쉬스 포텐셜 에너지를 넘고 제2 챔버부(CB2)로 이동할 수 있다. 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 저 에너지 전자(131)는 그리드(GR) 위에 생성되는 제1 챔버부(CB1)의 쉬스(sheath) 포텐셜 에너지를 넘기지 못하고 제2 챔버부(CB2)로 이동할 수 없다. 그리드(GR) 아래에 제2 챔버부(CB2)의 쉬스 포텐셜이 생성될 수 있다. 제2 챔버부(CB2)의 쉬스 포텐셜은 제1 챔버부(CB1)의 쉬스 포텐셜과 달리 전자를 가속시킬 수 있다. 따라서, 제2 챔버부(CB2)의 플라즈마 포텐셜을 제1 챔버부(CB1)의 플라즈마 포텐셜보다 크게 하여 그리드(GR)를 통과하는 고 에너지 전자(132)의 전자 에너지를 증폭 시키면, 이러한 고 에너지 전자(132)와 충돌한 제2 챔버부(CB2)에 존재하는 중성 기체(135)들이 이온화 되어 매우 낮은 전자온도를 가지는 극저온 전자(133) 및 이온(134)이 생성될 수 있다 기판(102) 위에는 제2 챔버부(CB2)의 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)와 기판(102) 사이의 전위차를 통해 기판(102) 위의 쉬스 포텐셜이 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(102) 위의 쉬스 포텐셜은 제1 챔버부(CB1)의 쉬스 포텐셜보다 작을 수 있다. High energy electrons (132) of the high-density gas plasma (PS_H) can exceed the sheath potential energy of the first chamber portion (CB1) generated on the grid (GR) and move to the second chamber portion (CB2). Low energy electrons (131) of the high-density gas plasma (PS_H) cannot exceed the sheath potential energy of the first chamber portion (CB1) generated on the grid (GR) and move to the second chamber portion (CB2). The sheath potential of the second chamber portion (CB2) can be generated under the grid (GR). Unlike the sheath potential of the first chamber portion (CB1), the sheath potential of the second chamber portion (CB2) can accelerate electrons. Therefore, when the plasma potential of the second chamber part (CB2) is made larger than the plasma potential of the first chamber part (CB1) to amplify the electron energy of the high-energy electrons (132) passing through the grid (GR), the neutral gases (135) existing in the second chamber part (CB2) that collide with these high-energy electrons (132) can be ionized to generate ultra-low-temperature electrons (133) and ions (134) having very low electron temperatures. A sheath potential can be formed on the substrate (102) through the potential difference between the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) of the second chamber part (CB2) and the substrate (102). In this case, the sheath potential on the substrate (102) can be smaller than the sheath potential of the first chamber part (CB1).
제2 챔버부(CB2)에서 이온화를 통해 생성된 극저온 전자(133)와 제1 챔버부(CB1)에서 에너지를 얻으며 그리드 아래로 내려왔지만 이온화 반응에 참여함으로써 에너지를 잃은 전자들이 매우 낮은 전자 온도를 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)가 형성될 수 있다. The ultra-low temperature electrons (133) generated through ionization in the second chamber (CB2) and the electrons that have gained energy in the first chamber (CB1) and come down below the grid but have lost energy by participating in the ionization reaction can form a very low electron temperature. In this case, an ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_L) can be formed in the second chamber (CB2).
일 실시예들에 따른, 식각 장치 및 방법을 위해서 전자들은 1.0eV 이하의 매우 낮은 전자 온도를 가질 수 있다. 이러한 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)에서는 기판(102) 위의 쉬스 포텐셜이 낮게 형성되며, 낮은 쉬스 포텐셜 때문에 가속되는 이온(134)의 에너지가 낮아 이온 에너지에 의한 기판(102)의 손상이 적을 수 있다. According to one embodiment, for the etching device and method, electrons may have a very low electron temperature of 1.0 eV or less. In such an ultra-low electron temperature plasma (PS_L), a low sheath potential is formed above the substrate (102), and because of the low sheath potential, the energy of the accelerated ions (134) is low, so that damage to the substrate (102) due to the ion energy may be reduced.
일 실시예에 따른, 제2 챔버부(CH2)는 전자들이 전기장에 의해 에너지를 획득하지 않고, 매우 낮은 전자 온도를 유지할 수 있도록 외부 전기장이 존재 하지 않거나 매우 작게 발생하는 구조로 형성될 수 있다.According to one embodiment, the second chamber portion (CH2) can be formed in a structure in which no external electric field exists or is very small so that electrons can maintain a very low electron temperature without acquiring energy by the electric field.
도 3은 일부 실시예들에 따른 식각 장비의 확대도이다. 도 3은 도 2에 대응될 수 있다.Fig. 3 is an enlarged view of an etching device according to some embodiments. Fig. 3 may correspond to Fig. 2.
도 3을 참조하면, 그리드(GRa)는 복수의 그리드들(GRa)을 포함할 수 있다. 그리드(GRa)는 제1 그리드(GR1a) 및 제2 그리드(GR2a)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(GR1a)는 제1 챔버부(CB1)에 인접한 그리드일 수 있다. 제2 그리드(GR2a)는 제2 챔버부(CB2)에 인접한 그리드일 수 있다. 제1 그리드(GR1a) 및 제2 그리드(GR2a)를 통해 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_La)를 공급할 수 있다. Referring to FIG. 3, the grid (GRa) may include a plurality of grids (GRa). The grid (GRa) may include a first grid (GR1a) and a second grid (GR2a). The first grid (GR1a) may be a grid adjacent to the first chamber portion (CB1). The second grid (GR2a) may be a grid adjacent to the second chamber portion (CB2). An ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_La) may be supplied to the second chamber portion (CB2) through the first grid (GR1a) and the second grid (GR2a).
제1 챔버부(CB1)의 고밀도 가스 플라즈마(PS_Ha)는 저 에너지 전자(131) 및 고 에너지 전자(132)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(GR1a) 및 제2 그리드(GR2a)에 전압이 인가될 수 있다. The high-density gas plasma (PS_Ha) of the first chamber (CB1) may include low-energy electrons (131) and high-energy electrons (132). Voltage may be applied to the first grid (GR1a) and the second grid (GR2a).
일부 실시예들에 따르면, 제1 그리드(GR1a)에는 수십 내지 수백 V의 높은 전압을 인가시킬 수 있는 전압 파워서플라이가 연결될 수 있다. 제2 그리드(GR2a)에는 제1 그리드(GR1a)보다 낮은 전압을 인가시킬 수 있는 전압 파워서플라이 또는 그라운드가 연결될 수 있다. According to some embodiments, a voltage power supply capable of applying a high voltage of several tens to several hundreds of V may be connected to the first grid (GR1a). A voltage power supply capable of applying a lower voltage than the first grid (GR1a) or a ground may be connected to the second grid (GR2a).
제1 챔버부(CB1) 내의 고밀도 가스 플라즈마(PS_Ha)의 고 에너지 전자(132)는 제1 그리드(GR1a) 및 제2 그리드(GR2a) 사이의 전위 차이만큼 가속이 되기 때문에 원하는 만큼의 에너지만 전자를 가속시킬 수 있다. High-energy electrons (132) of the high-density gas plasma (PS_Ha) within the first chamber (CB1) are accelerated by the amount of potential difference between the first grid (GR1a) and the second grid (GR2a), so that only the desired amount of energy can be accelerated.
그리드들(GR)을 통과한 고 에너지 전자(132)는 제2 챔버부(CB2)의 중성 기체(135)와 충돌하고, 중성 기체(135)들이 이온화 되어 매우 낮은 전자 온도를 가지는 극저온 전자(133) 및 이온(134)이 생성될 수 있다.High energy electrons (132) passing through the grids (GR) collide with neutral gases (135) in the second chamber (CB2), and the neutral gases (135) are ionized, so that ultra-low temperature electrons (133) and ions (134) having very low electron temperatures can be generated.
제2 챔버부(CB2)에서 이온화를 통해 생성된 극저온 전자(133)와 제1 챔버부(CB1)에서 에너지를 얻으며 그리드 아래로 내려왔지만 이온화 반응에 참여함으로써 에너지를 잃은 전자들이 매우 낮은 전자 온도를 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_La)가 형성될 수 있다. The ultra-low temperature electrons (133) generated through ionization in the second chamber (CB2) and the electrons that have gained energy in the first chamber (CB1) and come down below the grid but have lost energy by participating in the ionization reaction can form a very low electron temperature. In this case, an ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_La) can be formed in the second chamber (CB2).
가속되는 전자의 에너지를 정밀하게 제어할 경우 제2 챔버부(CB2)에서 선택적으로 라디칼 생성 등을 제어할 수 있게 된다. 또한, 공정 사용 가스를 주입하는 영역을 가스에 따라 다른 위치 별로 주입하여 식각/증착 공정 제어에 활용할 수 있게 된다.By precisely controlling the energy of the accelerated electrons, it becomes possible to selectively control radical generation, etc. in the second chamber (CB2). In addition, the area where the process-used gas is injected can be used to control the etching/deposition process by injecting it at different locations depending on the gas.
도 4는 일부 실시예들에 따른 식각 장비의 확대도이다. 도 4는 도 2에 대응될 수 있다. Fig. 4 is an enlarged view of an etching device according to some embodiments. Fig. 4 may correspond to Fig. 2.
도 4을 참조하면, 그리드(GRb)는 복수의 그리드들(GRb)을 포함할 수 있다. 그리드(GRb)는 제1 그리드(GR1b), 제2 그리드(GR2b) 및 제3 그리드(GR3b)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(GR1)는 제1 챔버부(CB1)에 인접한 그리드일 수 있다. 제3 그리드(GR3)는 제2 챔버부(CB2)에 인접한 그리드일 수 있다. 제2 그리드(GR2)는 제1 그리드(GR1) 및 제3 그리드(GR3) 사이에 위치할 수 있다. 제1 그리드(GR1b), 제2 그리드(GR2b) 및 제3 그리드(GR3b)를 통해 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_Lb)를 공급할 수 있다. Referring to FIG. 4, the grid (GRb) may include a plurality of grids (GRb). The grid (GRb) may include a first grid (GR1b), a second grid (GR2b), and a third grid (GR3b). The first grid (GR1) may be a grid adjacent to the first chamber portion (CB1). The third grid (GR3) may be a grid adjacent to the second chamber portion (CB2). The second grid (GR2) may be located between the first grid (GR1) and the third grid (GR3). An ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_Lb) may be supplied to the second chamber portion (CB2) through the first grid (GR1b), the second grid (GR2b), and the third grid (GR3b).
제1 챔버부(CB1)의 고밀도 가스 플라즈마(PS_Hb)는 저 에너지 전자(131) 및 고 에너지 전자(132)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(GR1b), 제2 그리드(GR2b) 및 제3 그리드(GR3b)에 수십 내지 수백 V의 전압이 인가될 수 있다. The high-density gas plasma (PS_Hb) of the first chamber (CB1) may include low-energy electrons (131) and high-energy electrons (132). A voltage of tens to hundreds of V may be applied to the first grid (GR1b), the second grid (GR2b), and the third grid (GR3b).
복수의 그리드들(GRb)에 인가되는 전압을 조절하여 전자 또는 이온을 가속하거나 차단할 수 있다. 제1 그리드(GR1b), 제2 그리드(GR2b), 및 제3 그리드(GR3b)의 전압은 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 그리드(GR1b)에 음의 전압이 인가되어 저 에너지 전자(131) 및 음이온이 차단될 수 있다. 제2 그리드(GR2b)에 양의 전압이 인가되어 양이온이 차단되고, 전자가 가속될 수 있다. 제3 그리드(GR3b)는 제2 챔버부(CB2)의 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_Lb)의 제1 챔버부(CB1)로의 유입을 차단하고, 전자의 선속을 확보할 수 있다. The voltage applied to the plurality of grids (GRb) can be adjusted to accelerate or block electrons or ions. The voltages of the first grid (GR1b), the second grid (GR2b), and the third grid (GR3b) can be adjusted. For example, when a negative voltage is applied to the first grid (GR1b), low energy electrons (131) and negative ions can be blocked. When a positive voltage is applied to the second grid (GR2b), positive ions can be blocked and electrons can be accelerated. The third grid (GR3b) can block the inflow of the ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_Lb) of the second chamber (CB2) into the first chamber (CB1) and secure the flux of electrons.
제1 그리드(GR1b), 제2 그리드(GR2b), 및 제3 그리드(GR3b)를 포함하는 그리드(GRb)는 비교적 정확하게 전자 에너지를 제어할 수 있으며, 전자의 밀집도 또한 증가시켜서 효율적으로 제2 챔버부(CB2) 내에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 발생시킬 수 있게 한다.The grid (GRb) including the first grid (GR1b), the second grid (GR2b), and the third grid (GR3b) can control electron energy relatively precisely and also increase the density of electrons, thereby efficiently generating an ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) within the second chamber section (CB2).
일 실시예에서, 아르곤 플라즈마가 사용되는 경우, 기판 전위와 제2 챔버부의 플라즈마 전위 차는 전자 온도의 5배 정도일 수 있다. 예를 들어, 일반적인 전자 온도인 3eV인 경우, 전위차는 15V 일 수 있다. 전자 온도가 1eV 이하인 극저온 전자 온도 플라즈마의 경우 전위차는 5V 이하일 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마와 기판의 전위차는 5.0V 이하일 수 있다. 전자 온도가 0.5eV 이하인 극저온 전자 온도 플라즈마의 경우 극저온 전자 온도 플라즈마와 기판의 전위차는 2.5V 이하일 수 있다.In one embodiment, when argon plasma is used, the difference in the substrate potential and the plasma potential of the second chamber portion can be about 5 times the electron temperature. For example, when the electron temperature is 3 eV, which is a typical electron temperature, the potential difference can be 15 V. For an ultra-low electron temperature plasma having an electron temperature of 1 eV or less, the potential difference can be 5 V or less. The potential difference between the ultra-low electron temperature plasma and the substrate can be 5.0 V or less. For an ultra-low electron temperature plasma having an electron temperature of 0.5 eV or less, the potential difference between the ultra-low electron temperature plasma and the substrate can be 2.5 V or less.
도 5a는 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 5a is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
식각 방법은 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한 식각 장비를 이용해 식각 대상의 일면을 식각하는 방법을 의미할 수 있다.The etching method may mean a method of etching one side of an etching target using the etching equipment described with reference to FIGS. 1 to 4.
도 1, 2 및 5a를 참조하면, 식각 방법은 제1 챔버부(CB1)에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 공급하는 것(210), 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 적어도 일부를 이용하여 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 공급하는 것(220), 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 라디칼을 기판의 표면에 흡착시키는 것(230), 및 기판(102)에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 이온(134) 또는 전자(133) 중 적어도 하나를 가속시켜 기판에 충돌시키는 것(240)을 포함할 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 이온(134) 또는 전자(133) 중 적어도 하나가 가속되어 기판에 충돌되는 경우, 식각 대상이 탈착될 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)에서 식각 대상이 탈착 되므로, 이온(134) 또는 전자(133)로 인한 기판(102)의 부수적인 손상이 방지될 수 있다. Referring to FIGS. 1, 2, and 5a, the etching method may include supplying a high-density gas plasma (PS_H) to a first chamber portion (CB1) (210), supplying an ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to a second chamber portion (CB2) using at least a portion of the high-density gas plasma (PS_H) (220), adsorbing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to a surface of a substrate (230), and applying a bias to the substrate (102) to accelerate at least one of an ion (134) or an electron (133) of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to collide with the substrate (240). When at least one of the ions (134) or the electrons (133) of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) is accelerated and collides with the substrate, the etching target may be detached. Since the etching target is desorbed in a cryogenic electron temperature plasma (PS_L), incidental damage to the substrate (102) due to ions (134) or electrons (133) can be prevented.
도 5b는 일부 실시예들에 따른 식각 방법의 순서도이다.FIG. 5b is a flowchart of an etching method according to some embodiments.
도 1, 2 및 도 5b를 참조하면, 식각 방법은 제1 챔버부(CB1)에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 공급하는 것(310), 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 고 에너지 전자(132)가 그리드(GR)를 통과하는 것(320), 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 공급하는 것(330), 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 라디칼을 기판(102)의 표면에 흡착시키는 것(340), 및 기판(102)에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 이온(134) 또는 전자(133) 중 적어도 하나를 가속시켜 기판(102)에 충돌시키는 것(350)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2 and 5b, the etching method may include supplying high-density gas plasma (PS_H) to a first chamber portion (CB1) (310), allowing high-energy electrons (132) of the high-density gas plasma (PS_H) to pass through a grid (GR) (320), supplying ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to a second chamber portion (CB2) (330), allowing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to be adsorbed onto a surface of a substrate (102) (340), and applying a bias to the substrate (102) to accelerate at least one of ions (134) or electrons (133) of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to collide with the substrate (102) (350).
도 5c는 일부 실시예들에 따른 식각 방법의 순서도이다.FIG. 5c is a flowchart of an etching method according to some embodiments.
도 1, 3 및 도 5c를 참조하면, 식각 방법은 제1 챔버부(CB1)에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 공급하는 것(410), 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 고 에너지 전자(132)가 복수의 그리드들(GRa)을 통과하고, 복수의 그리드들(GRa)의 전압 차이만큼 전자가 가속되는 것(420), 제2 챔버부(CB2)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 공급하는 것(430), 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 라디칼을 기판(102)의 표면에 흡착시키는 것(440), 및 기판(102)에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 이온(134) 또는 전자(133) 중 적어도 하나를 가속시켜 기판에 충돌시키는 것(450)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 3 and 5c, the etching method may include supplying a high-density gas plasma (PS_H) to a first chamber portion (CB1) (410), allowing high-energy electrons (132) of the high-density gas plasma (PS_H) to pass through a plurality of grids (GRa) and accelerating the electrons by a voltage difference between the plurality of grids (GRa) (420), supplying an ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to a second chamber portion (CB2) (430), adsorbing radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) onto a surface of a substrate (102) (440), and applying a bias to the substrate (102) to accelerate at least one of ions (134) or electrons (133) of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to collide with the substrate (450).
도 5d는 일부 실시예들에 따른 식각 방법의 순서도이다.FIG. 5d is a flowchart of an etching method according to some embodiments.
도 1, 4 및 도 5d를 참조하면, 제1 챔버부(CB1)에 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)를 공급하는 것(510), 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 저 에너지 전자(131) 및 음이온을 제1 그리드(GR1b)로 차단시키는 것(520), 고밀도 가스 플라즈마(PS_H)의 양이온을 제2 그리드(GR2b)로 차단시키는 것(530), 제1 그리드(GR1b)와 제2 그리드(GR2b) 전압 차이로 전자(132)를 가속시키는 것(540), 제3 그리드(GR3b)로 제2 챔버부(CB2)의 플라즈마가 제1 챔버부(CB1)로 이동하는 것을 차단하는 것(550), 제2 챔버부(560)에 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)를 공급하는 것(560), 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 라디칼을 기판(102)의 표면에 흡착시키는 것(570), 및 기판(102)에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마(PS_L)의 이온(134) 또는 전자(133) 중 적어도 하나를 가속시켜 기판(102)에 충돌시키는 것(580)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1, 4 and 5d, supplying high-density gas plasma (PS_H) to the first chamber (CB1) (510), blocking low-energy electrons (131) and negative ions of the high-density gas plasma (PS_H) with the first grid (GR1b) (520), blocking positive ions of the high-density gas plasma (PS_H) with the second grid (GR2b) (530), accelerating electrons (132) with the voltage difference between the first grid (GR1b) and the second grid (GR2b) (540), blocking plasma of the second chamber (CB2) from moving to the first chamber (CB1) with the third grid (GR3b) (550), supplying ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to the second chamber (560), and applying radicals of the ultra-low-temperature electron temperature plasma (PS_L) to the surface of the substrate (102). It may include adsorbing (570), and applying a bias to the substrate (102) to accelerate at least one of the ions (134) or electrons (133) of the ultra-low temperature electron temperature plasma (PS_L) to collide with the substrate (102) (580).
도 6a 및 도 6b는, 일부 실시예들에 따른 극저온 전자 온도 플라즈마를 이용한 식각 방법의 예를 나타내는 도면이다. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing examples of an etching method using ultra-low temperature electron temperature plasma according to some embodiments.
도 6a 및 도 6b의 ①은 기판(604)에 인가되는 RF 펄스 바이어스를 나타내고, ②는 기판(604)에 인가되는 DC 펄스 바이어스를 나타내고, ③은 기판(604)에 인가되는 RF 펄스 바이어스를 나타낸다. ① of FIG. 6A and FIG. 6B represents an RF pulse bias applied to the substrate (604), ② represents a DC pulse bias applied to the substrate (604), and ③ represents an RF pulse bias applied to the substrate (604).
도 6a를 참조하면, 이온(602) 빔을 이용한 식각 방법이 제공된다. 기판(604)에 바이어스가 인가되지 않아 기판의 전위가 0V면, 매우 낮은 전자 온도 때문에 기판(604) 위의 쉬스 포텐셜이 매우 낮거나 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 기판(604)의 표면에 전기적으로 중성인 라디칼(601)이 흡착될 수 있다. Referring to Fig. 6a, an etching method using an ion (602) beam is provided. When no bias is applied to the substrate (604) and the potential of the substrate is 0 V, the sheath potential on the substrate (604) may be very low or not formed due to the very low electron temperature. In this case, electrically neutral radicals (601) may be adsorbed on the surface of the substrate (604).
이 후, 기판(604)의 적어도 일부를 통해 음의 성질을 갖는 바이어스를 인가하게 되면, 전기적으로 양극인 이온(602)들이 기판(604)에 끌려오게 된다. 전기적으로 양극인 이온(602)들은 끌려오면서 얻은 에너지를 라디칼(601)이 흡착된 기판(604)의 표면층에 전달하여 라디칼(601)이 흡착된 표면이 식각되게 할 수 있다. 극저온 전자 온도 플라즈마 하에서는, 이러한 방식을 반복하더라도, 기판(604)의 손상이 없거나 적기 때문에, 퍼지단계 없이도 식각 대상의 식각을 구현할 수 있게 된다.Thereafter, when a negative bias is applied through at least a part of the substrate (604), electrically positive ions (602) are attracted to the substrate (604). The electrically positive ions (602) can transfer the energy obtained while being attracted to the surface layer of the substrate (604) where the radicals (601) are adsorbed, so that the surface where the radicals (601) are adsorbed is etched. Under an ultra-low temperature electron temperature plasma, even if this method is repeated, since there is no or little damage to the substrate (604), the etching of the etching target can be implemented without a purge step.
또한, 기판(604)에 인가하는 음의 바이어스의 크기를 조절하면 기판으로 향하는 이온의 에너지를 조절할 수 있으며, 공정에 적합한 이온 에너지를 선택하여 플라즈마 공정을 진행할 수 있다는 장점을 가진다.In addition, by controlling the size of the negative bias applied to the substrate (604), the energy of ions directed to the substrate can be controlled, and the plasma process can be performed by selecting an ion energy suitable for the process, which has the advantage of allowing the process to proceed.
도 6b를 참조하면, 전자(603)를 이용한 식각 방법이 제공된다. 기판(604)의 적어도 일부를 통해 양의 성질을 갖는 바이어스를 인가하게 되면, 전기적으로 음극을 가진 전자(603)가 가속되어 에너지를 받으며 기판을 폭격할 수 있다. 이 경우에는 에너지를 얻은 전자(603)가 기판(604)에 에너지를 전달하는 매개체가 된다. Referring to Fig. 6b, an etching method using electrons (603) is provided. When a positive bias is applied through at least a part of the substrate (604), electrons (603) with an electrically negative polarity are accelerated and receive energy to bombard the substrate. In this case, the electrons (603) that have gained energy become a medium for transferring energy to the substrate (604).
기판(604)에 인가하는 양의 바이어스의 크기를 조절하면 기판으로 향하는 전자(603)의 에너지를 조절할 수 있으며, 공정에 적합한 전자(603)의 에너지를 선택하여 공정을 진행할 수 있다는 장점을 가진다.By controlling the size of the positive bias applied to the substrate (604), the energy of the electrons (603) heading to the substrate can be controlled, and the process can be performed by selecting the energy of the electrons (603) suitable for the process, which has the advantage of allowing the process to proceed.
특히, 전자는 이온보다 질량이 훨씬 작기 때문에 상대적으로 높은 크기의 전압을 기판에 인가해도 기판에 손상 없이 탈착 반응에 필요한 에너지만 전달할 수 있다는 장점을 가진다.In particular, since electrons have a much smaller mass than ions, they have the advantage of being able to transfer only the energy required for the desorption reaction without damaging the substrate even when a relatively high voltage is applied to the substrate.
도 7은 일부 실시예들에 따른 식각 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating an etching method according to some embodiments.
도 7을 참조하면, 프로세서 챔버 내부에 기판을 로딩할 수 있다(510). 예를 들어, 피식각층이 노출된 기판을 프로세스 챔버 내부의 지지대에 안착시킬 수 있다. 이때, 상기 기판은 상부에 식각을 위한 식각 마스크가 형성되어, 일부면이 노출되어 있을 수 있다.Referring to Fig. 7, a substrate can be loaded into the processor chamber (510). For example, a substrate with an exposed etching layer can be placed on a support inside the process chamber. At this time, the substrate may have an etching mask formed on the upper portion for etching, so that a portion of the surface may be exposed.
피식각층은 실리콘 단결정 또는 폴리실리콘이나 적어도 실리콘을 함유한 반도체 기판 자체이거나, 반도체 기판의 표면상에 피식각층이 일정한 두께로 형성된 것일 수 있다. 식각 마스크는 포토레지스트로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다.The etching layer may be a silicon single crystal or polysilicon, or a semiconductor substrate containing at least silicon, or an etching layer formed with a certain thickness on the surface of the semiconductor substrate. The etching mask may be made of photoresist, but the present invention is not limited thereto.
프로세스 챔버 내부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급할 수 있다(520). Cryogenic electron temperature plasma can be supplied inside the process chamber (520).
프로세스 챔버 내부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하기 위해서, 고밀도 가스 플라즈마를 이용할 수 있다. 예를 들어, 고밀도 가스 플라즈마에 포함된 고 에너지 전자들을 프로세스 챔버 내부로 이동시키고 전자 에너지를 증폭 시키면, 프로세스 챔버 내부에 존재하는 중성 기체들은 이온화되어 플라즈마를 방전시킬 수 있다.In order to supply ultra-low temperature electron temperature plasma inside the process chamber, high-density gas plasma can be used. For example, if high energy electrons contained in the high-density gas plasma are moved inside the process chamber and the electron energy is amplified, neutral gases existing inside the process chamber can be ionized to discharge plasma.
이러한 과정을 통해, 프로세스 챔버에서 이온화를 통해 생성된 낮은 에너지의 전자와, 이온화 반응에 참여함으로써 에너지를 잃은 전자들은 매우 낮은 전자 온도를 형성하게 되며, 이러한 전자들은 극저온 전자 온도 플라즈마를 형성할 수 있다. Through this process, low-energy electrons generated through ionization in the process chamber and electrons that lose energy by participating in the ionization reaction form very low electron temperatures, and these electrons can form ultra-low-temperature electron temperature plasma.
극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 기판의 표면에 흡착시킬 수 있다(530).Radicals of ultra-low temperature electron temperature plasma can be adsorbed on the surface of the substrate (530).
예를 들어, 기판의 전위가 0 V 일 때는 매우 낮은 전자 온도 때문에 기판 위에 쉬스 포텐셜이 형성되지 않게 되며, 설령 쉬스 포텐셜이 형성되더라도 아주 낮은 쉬스 포텐셜을 가진다. 이에 따라 극저온 전자 온도 플라즈마에 포함된 이온 또는 전자와 같은 하전 입자들이 기판으로 가속될 수 있는 전기장이 형성되지 않아서 전기적으로 중성인 라디칼들만 확산에 의해 기판에 달라붙으면서 흡착 반응이 일어날 수 있다.For example, when the potential of the substrate is 0 V, the sheath potential is not formed on the substrate due to the very low electron temperature, and even if the sheath potential is formed, it has a very low sheath potential. Accordingly, no electric field is formed that can accelerate charged particles such as ions or electrons contained in the ultra-low electron temperature plasma to the substrate, so only electrically neutral radicals can attach to the substrate by diffusion and cause an adsorption reaction.
기판의 적어도 일부를 통해 바이어스를 인가하여 극저온 전자온도 플라즈마에 포함된 전자 또는 이온 중 적어도 하나를 가속시켜 기판에 충돌시킬 수 있다(540).A bias can be applied through at least a portion of the substrate to accelerate at least one of the electrons or ions contained in the ultra-low temperature electron temperature plasma to collide with the substrate (540).
예를 들어, 기판의 적어도 일부를 통해 RF나 DC 전압과 같은 바이어스를 인가하게 되면, 전압의 극성에 따라 + 전압일 경우 전자, - 전압일 경우 (양)이온이 기판으로 향하게 되며, 이들이 가진 에너지로 흡착된 라디칼과 결합한 기판 표면의 일부를 탈착하는 반응이 일어날 수 있다.For example, when a bias such as RF or DC voltage is applied across at least a part of the substrate, depending on the polarity of the voltage, electrons (+) and ions (-) will be directed toward the substrate, and a reaction can occur in which the energy of these electrons causes the portion of the substrate surface that has been adsorbed to combine with the radicals to be detached.
지금까지 도면을 통해 일 실시예에 따른 식각 장치 및 방법에 대한 구성 요소 및 작동 방법에 대해 자세히 알아보았다.So far, we have looked in detail at the components and operating method of an etching device and method according to one embodiment through drawings.
일 실시예에 따른 식각 장치 및 방법은 기판 전압 크기 조절을 통해 기판에 입사하는 입자들의 에너지를 제어할 수 있으며, 기판의 표면 반응에 필요한 에너지만을 공급할 수 있기 때문에 기판 손상 없는 식각 공정이 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.An etching device and method according to one embodiment can control the energy of particles incident on a substrate by controlling the substrate voltage size, and can supply only the energy necessary for a surface reaction of the substrate, thereby enabling an etching process without damaging the substrate.
또한, 일 실시예에 따른, 식각 장치 및 방법은 종래의 식각방법 또는 중성빔을 이용한 식각 방법과 다르게 탈착 공정시 시간을 단축시키거나 퍼지 단계를 생략하여 공정 시간을 대폭 단축할 수 있으며, 생산성을 높일 수 있다. In addition, according to one embodiment, the etching device and method can significantly shorten the process time and increase productivity by shortening the time during the desorption process or omitting the purge step, unlike the conventional etching method or the etching method using a neutral beam.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, while the embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
Claims (20)
극저온 전자 온도 플라즈마가 형성되는 제2 챔버부;
상기 제2 챔버부 내에 배치되고 전압 조절이 가능한 기판; 및
상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이의 복수의 그리드들을 포함하되,
상기 복수의 그리드들은 상기 복수의 그리드들의 전위가 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 전위보다 낮도록하여, 고 에너지 전자가 상기 그리드들을 통과하고 저 에너지 전자가 상기 그리드들에 의해 차단되도록 구성되고,
상기 기판 위의 플라즈마 포텐셜은 상기 제1 챔버부의 플라즈마 포텐셜보다 작고,
상기 복수의 그리드들에 인가되는 전압을 조절하여 전자 또는 이온이 가속되거나 차단되는, 식각 장비.
A first chamber section in which a high-density gas plasma is formed;
A second chamber section in which an ultra-low temperature electron temperature plasma is formed;
A substrate positioned within the second chamber and capable of controlling voltage; and
Including a plurality of grids between the first chamber portion and the second chamber portion,
The above plurality of grids are configured such that the potential of the plurality of grids is lower than the potential of the ultra-low temperature electron temperature plasma, so that high energy electrons pass through the grids and low energy electrons are blocked by the grids.
The plasma potential on the above substrate is smaller than the plasma potential of the first chamber portion,
An etching device in which electrons or ions are accelerated or blocked by controlling the voltage applied to the plurality of grids.
상기 기판에 인가되는 전압이 조절되어 상기 기판에 입사되는 이온 또는 전자의 에너지가 조절되는, 식각 장비.
In paragraph 1,
An etching device in which the energy of ions or electrons incident on the substrate is controlled by controlling the voltage applied to the substrate.
상기 기판에 펄스 전압이 인가되어 퍼지 단계가 생략되는, 식각 장비.
In paragraph 1,
An etching device in which a pulse voltage is applied to the substrate, thereby omitting a purge step.
상기 극저온 전자 온도 플라즈마는 1.0eV 이하의 전자 온도를 가지는 전자들을 포함하는, 식각 장비.
In paragraph 1,
The above ultra-low temperature electron temperature plasma is an etching device containing electrons having an electron temperature of 1.0 eV or less.
상기 기판은 라디칼이 기판에 흡착하도록 0V 바이어스가 인가되도록 구성되는, 식각 장비.
In paragraph 1,
An etching device, wherein the substrate is configured to be subjected to a 0 V bias so that radicals are adsorbed onto the substrate.
상기 복수의 그리드들은 저 에너지 전자를 차단하는 제1 그리드; 및
전자를 가속시키는 제2 그리드를 포함하고,
상기 제1 그리드의 전위 및 상기 제2 그리드의 전위 차이만큼 전자가 가속되는, 식각 장비.
In paragraph 1,
The above plurality of grids include a first grid for blocking low energy electrons; and
Including a second grid for accelerating electrons,
An etching device in which electrons are accelerated by the difference in potential between the first grid and the second grid.
상기 복수의 그리드들은 저 에너지 전자 및 음이온을 차단하는 제1 그리드;
양이온을 차단하고 전자를 가속시키는 제2 그리드; 및
상기 제2 챔버부의 상기 극저온 전자 온도 플라즈마가 상기 제1 챔버부로 유입하는 것을 차단하는 제3 그리드를 포함하는, 식각 장비.
In paragraph 1,
The above plurality of grids include a first grid for blocking low energy electrons and negative ions;
A second grid that blocks positive ions and accelerates electrons; and
An etching device comprising a third grid for blocking the ultra-low temperature electron temperature plasma of the second chamber section from flowing into the first chamber section.
상기 기판은 상기 기판의 적어도 일부를 통해 0V 바이어스를 인가하여 라디칼을 상기 기판의 표면에 흡착시키도록 구성되는, 식각 장비.
In paragraph 1,
An etching device, wherein the substrate is configured to adsorb radicals onto a surface of the substrate by applying a 0 V bias through at least a portion of the substrate.
상기 제1 챔버부에 고밀도 가스 플라즈마를 공급하는 것;
상기 고밀도 가스 플라즈마의 적어도 일부를 이용하여 상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것;
상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 상기 기판의 표면에 흡착시키는 것; 및
상기 기판에 바이어스를 인가하여 상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 이온 또는 전자 중 적어도 하나를 가속시켜 상기 기판에 충돌시키는 것을 포함하는, 식각 방법.
Providing a substrate to a process chamber, the process chamber including a first chamber portion and a second chamber portion, and the substrate is provided to the second chamber portion;
Supplying high-density gas plasma to the first chamber section;
Supplying an ultra-low temperature electron temperature plasma to the second chamber section using at least a portion of the high-density gas plasma;
Adsorbing radicals of the above ultra-low temperature electron temperature plasma onto the surface of the substrate; and
An etching method comprising applying a bias to the substrate to accelerate at least one of ions or electrons of the ultra-low temperature electron temperature plasma and cause them to collide with the substrate.
상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것은,
상기 고밀도 가스 플라즈마의 고 에너지 전자가 상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이의 그리드를 통과하는 것;
상기 그리드에 전압이 인가되는 것;
상기 그리드를 통과한 상기 고 에너지 전자가 상기 제2 챔버부의 이온과 충돌하여 극저온 전자 온도 플라즈마를 형성하는 것을 포함하는, 식각 방법.
In Article 11,
Supplying ultra-low temperature electron temperature plasma to the second chamber section is:
High energy electrons of the high-density gas plasma pass through the grid between the first chamber section and the second chamber section;
Voltage is applied to the above grid;
An etching method comprising: forming an ultra-low temperature electron temperature plasma by colliding high energy electrons passing through the grid with ions in the second chamber portion.
상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것은,
상기 고밀도 가스 플라즈마의 고 에너지 전자가 상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이의 복수의 그리드들을 통과하는 것; 및
상기 복수의 그리드들의 전위 차이만큼 상기 고 에너지 전자가 가속되는 것을 포함하는, 식각 방법.
In Article 11,
Supplying ultra-low temperature electron temperature plasma to the second chamber section is:
High energy electrons of the high-density gas plasma pass through a plurality of grids between the first chamber section and the second chamber section; and
An etching method comprising accelerating high-energy electrons by a difference in potential between the plurality of grids.
상기 제1 챔버부와 상기 제2 챔버부 사이에 제1 그리드, 제2 그리드, 및 제3 그리드가 배치되고,
상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것은,
상기 제1 챔버부의 고밀도 가스 플라즈마의 저 에너지 전자 및 음이온을 상기 제1 그리드로 차단시키는 것;
상기 고밀도 가스 플라즈마의 양이온을 상기 제2 그리드로 차단시키는 것; 및
상기 제3 그리드로 상기 제2 챔버부의 상기 극저온 전자 온도 플라즈마가 상기 제1 챔버부로 이동하는 것을 차단시키는 것을 포함하는, 식각 방법.
In Article 11,
A first grid, a second grid, and a third grid are arranged between the first chamber portion and the second chamber portion,
Supplying ultra-low temperature electron temperature plasma to the second chamber section is:
Blocking low energy electrons and negative ions of the high-density gas plasma of the first chamber section with the first grid;
Blocking the positive ions of the high-density gas plasma with the second grid; and
An etching method comprising blocking the ultra-low temperature electron temperature plasma of the second chamber portion from moving to the first chamber portion by the third grid.
상기 기판에 바이어스를 인가하는 것은,
펄스 전압을 인가하는 것을 포함하는, 식각 방법.
In Article 11,
Applying a bias to the above substrate is:
An etching method comprising applying a pulse voltage.
상기 제2 챔버부에 극저온 전자 온도 플라즈마를 공급하는 것은,
상기 제1 그리드의 전위와 상기 제2 그리드의 전위 차이로 전자를 가속시키는 것을 더 포함하는, 식각 방법.
In Article 14,
Supplying ultra-low temperature electron temperature plasma to the second chamber section is:
An etching method further comprising accelerating electrons by a difference in potential between the first grid and the second grid.
상기 극저온 전자 온도 플라즈마에 포함된 전자들은,
1.0eV 이하의 전자 온도를 가지는 전자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 식각 방법.
In Article 11,
The electrons contained in the above ultra-low temperature electron temperature plasma are,
An etching method characterized by including electrons having an electron temperature of 1.0 eV or less.
상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 상기 기판의 표면에 흡착시키는 것은,
상기 기판의 적어도 일부를 통해 0V 바이어스를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식각 방법.
In Article 11,
Adsorption of radicals of the above ultra-low temperature electron temperature plasma onto the surface of the substrate is performed.
An etching method, characterized by comprising the step of applying a 0 V bias through at least a portion of the substrate.
상기 제1 그리드의 전위와 상기 제2 그리드의 전위 차이는 5.0 V 이하인, 식각 방법.
In Article 16,
An etching method wherein the difference in potential between the first grid and the second grid is 5.0 V or less.
프로세스 챔버의 상기 제1 챔버부에 고밀도 가스 플라즈마를 공급하는 것;
상기 고밀도 가스 플라즈마의 저 에너지 전자 및 음이온을 상기 제1 그리드로 차단시키는 것;
상기 고밀도 가스 플라즈마의 양이온을 상기 제2 그리드로 차단시키는 것;
상기 제1 그리드의 전위와 상기 제2 그리드의 전위 차이로 전자를 가속시키는 것;
상기 제3 그리드로 상기 제2 챔버부의 플라즈마가 상기 제1 챔버부로 이동하는 것을 차단하고;
상기 제1 그리드, 상기 제2 그리드, 상기 제3 그리드를 통과한 상기 고밀도 가스 플라즈마의 고 에너지 전자가 상기 제2 챔버부의 이온과 충돌하여 극저온 전자 온도 플라즈마를 형성하는 것;
상기 극저온 전자 온도 플라즈마의 라디칼을 기판의 표면에 흡착시키는 것; 및
상기 기판에 바이어스를 인가하여 극저온 전자 온도 플라즈마의 이온 또는 전자 중 적어도 하나를 가속시켜 상기 기판에 충돌시키는 것을 포함하는, 식각 방법.Providing a substrate to a process chamber, the process chamber including a first chamber portion and a second chamber portion, wherein a first grid, a second grid, and a third grid are arranged between the first chamber portion and the second chamber portion;
Supplying high-density gas plasma to the first chamber section of the process chamber;
Blocking low energy electrons and negative ions of the high-density gas plasma with the first grid;
Blocking the positive ions of the high-density gas plasma with the second grid;
Accelerating electrons by the difference in potential between the first grid and the second grid;
The plasma of the second chamber part is blocked from moving to the first chamber part by the third grid;
High energy electrons of the high-density gas plasma passing through the first grid, the second grid, and the third grid collide with ions in the second chamber section to form an ultra-low temperature electron temperature plasma;
Adsorbing radicals of the above ultra-low temperature electron temperature plasma onto the surface of the substrate; and
An etching method comprising applying a bias to the substrate to accelerate at least one of ions or electrons of an ultra-low temperature electron temperature plasma and cause them to collide with the substrate.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18/058,931 US20230386788A1 (en) | 2022-05-30 | 2022-11-28 | Etching apparatus and etching method using the same |
CN202310297389.XA CN117153654A (en) | 2022-05-30 | 2023-03-24 | Etching apparatus and etching method using the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20220065827 | 2022-05-30 | ||
KR1020220065827 | 2022-05-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230166832A KR20230166832A (en) | 2023-12-07 |
KR102704743B1 true KR102704743B1 (en) | 2024-09-11 |
Family
ID=89163497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220127017A KR102704743B1 (en) | 2022-05-30 | 2022-10-05 | Etching apparatus and method of etching using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102704743B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002289581A (en) | 2001-03-26 | 2002-10-04 | Ebara Corp | Neutral particle beam treatment device |
US20050211171A1 (en) | 2004-03-26 | 2005-09-29 | Applied Materials, Inc. | Chemical vapor deposition plasma reactor having an ion shower grid |
WO2011005582A1 (en) | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Solar Implant Technologies Inc. | Plasma grid implant system for use in solar cell fabrications |
JP2019050413A (en) | 2011-09-07 | 2019-03-28 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | Pulse plasma chamber of dual chamber configuration |
-
2022
- 2022-10-05 KR KR1020220127017A patent/KR102704743B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002289581A (en) | 2001-03-26 | 2002-10-04 | Ebara Corp | Neutral particle beam treatment device |
US20050211171A1 (en) | 2004-03-26 | 2005-09-29 | Applied Materials, Inc. | Chemical vapor deposition plasma reactor having an ion shower grid |
WO2011005582A1 (en) | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Solar Implant Technologies Inc. | Plasma grid implant system for use in solar cell fabrications |
JP2019050413A (en) | 2011-09-07 | 2019-03-28 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | Pulse plasma chamber of dual chamber configuration |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20230166832A (en) | 2023-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102165733B1 (en) | Diamond-like carbon layer formed by electron beam plasma process | |
US20230230814A1 (en) | Method and Apparatus for Plasma Processing | |
US10544505B2 (en) | Deposition or treatment of diamond-like carbon in a plasma reactor | |
JP6382055B2 (en) | Method for processing an object | |
US9859126B2 (en) | Method for processing target object | |
JP6366454B2 (en) | Method for processing an object | |
JPH02298024A (en) | Reactive ion etching apparatus | |
KR20210042939A (en) | Equipment and process for electron beam mediated plasma etching and deposition process | |
US5345145A (en) | Method and apparatus for generating highly dense uniform plasma in a high frequency electric field | |
US20180277340A1 (en) | Plasma reactor with electron beam of secondary electrons | |
KR20100012436A (en) | Method of generating hollow cathode plasma and method of treating a large area substrate by hollow cathode plasma | |
JP6438831B2 (en) | Method for etching an organic film | |
JPH1012597A (en) | Plasma-etching equipment and plasma etching method | |
WO2018008640A1 (en) | Method for processing member to be processed | |
US6858838B2 (en) | Neutral particle beam processing apparatus | |
KR102704743B1 (en) | Etching apparatus and method of etching using the same | |
JP2774367B2 (en) | Apparatus and method for plasma process | |
US7335601B2 (en) | Method of processing an object and method of controlling processing apparatus to prevent contamination of the object | |
US20230386788A1 (en) | Etching apparatus and etching method using the same | |
JPS6128029B2 (en) | ||
Pu | Plasma Etch Equipment | |
CN117153654A (en) | Etching apparatus and etching method using the same | |
JP2018190955A (en) | Etching method | |
JPH10125665A (en) | Plasma processing system | |
US20240177972A1 (en) | Method for etching atomic layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |