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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-25
(45)【発行日】2024-12-03
(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241126BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20241126BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 106
H01L21/302 101D
H01L21/302 102
H01L21/302 104Z
H05H1/46 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022037393
(22)【出願日】2022-03-10
(65)【公開番号】P2023132206
(43)【公開日】2023-09-22
【審査請求日】2022-03-10
【審判番号】
【審判請求日】2023-12-07
(73)【特許権者】
【識別番号】518162784
【氏名又は名称】セメス カンパニー，リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】オ，ショウジュン
(72)【発明者】
【氏名】ナム，ジンウ
(72)【発明者】
【氏名】リ，ジャンヒ
(72)【発明者】
【氏名】パク，ヤン ハク
(72)【発明者】
【氏名】チョイ，ジン ウ
(72)【発明者】
【氏名】ショ，アン ナ
【合議体】
【審判長】小宮 慎司
【審判官】松永 稔
【審判官】棚田 一也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－０７３６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０６８３８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３０３１５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01L21/3065
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を処理する装置において処理空間を有する工程チャンバと、
前記処理空間で基板を支持し、前記基板の温度を調節するヒーターを有する基板支持部と、
前記処理空間に工程ガスを供給するガス供給部と、
前記工程ガスを励起させてラジカルを発生させるガス励起部と、及び
制御機を含み、
前記制御機は、
前記処理空間に前記工程ガスを供給し、前記ラジカルを発生させるように前記ガス供給部、そして、前記ガス励起部を制御し、
前記基板に前記ラジカルが伝達される間、前記基板の温度を第１温度で調節し、以後前記基板の温度を前記第１温度と相異な温度である第２温度で調節するように前記基板支持部を制御し、
前記第１温度が５０度乃至３００度の間の温度であり、前記第２温度が４００度超７００度以下の間の温度である、
基板処理装置。
【請求項2】
前記工程チャンバには、前記処理空間を排気する排気ラインと連結される排気ホールが少なくとも一つ以上形成され、
前記制御機は、
前記処理空間の圧力が１０mTorr乃至４Torrの間の圧力になるように前記排気ラインと連結された減圧部材を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記ラジカルによって処理される前記基板には、ゲルマニウム(Ge)を含む不純物が付着され、
前記基板は、
珪素(Si)を含む素材で提供されることを特徴とする請求項１乃至請求項２のうちで何れか一つに記載の基板処理装置。
【請求項4】
前記ガス供給部が供給する前記工程ガスは、水素、そして、非活性ガスのうちで選択される少なくとも一つのガスを含むことを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項5】
前記ガス励起部は、マイクロ波電源と、及び
前記マイクロ波電源が印加する電源の伝達を受けて前記処理空間にマイクロ波を印加するマイクロ波アンテナを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項２のうちで何れか一つに記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体素子が高集積化されることによって活性領域の大きさも減少するようになった。これで、活性領域に形成されるＭＯＳトランジスターのチャンネル長さも減るようになった。ＭＯＳトランジスターチャンネル長さが小くなれば、短チャンネル効果(Short Channel Effect)によってトランジスターの動作性能を低下させる。これで、基板上に形成される素子らの大きさを縮めながら素子の性能を極大化させるために多様な研究が進行されている。
【0003】
このうち、代表的なものとしてフィン(fin)構造を有するフィンペット(fin-FET)素子を有することができる。このようなフィンペッ素子は珪素(Si)を含むウェハーなどの基板を蝕刻して形成されることができる。この時、蝕刻過程で発生される基板表面の粗さはトランジスターの性能低下の原因になることがある。これに一般には、ラジカルを基板表面に伝達するアニーリング処理を通じて基板表面損傷と粗さを改善する。しかし、基板に不純物が適切に除去されない状態で基板に対するアニーリング処理を遂行する場合、基板に残っている不純物は半導体素子の性能劣化の原因になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】韓国特許公開第10-2015-0061163号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、基板を効率的に基板処理装置及び基板処理方法を提供することを一目的とする。
【0006】
また、本発明は、基板に対する表面処理を効果的に遂行することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを一目的とする。
【0007】
また、本発明は、基板に残留する不純物を効果的に除去することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを一目的とする。
【0008】
また、本発明は、基板表面損傷と粗さを効果的に改善することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを一目的とする。
【0009】
本発明の効果が上述した効果らに限定されるものではなくて、言及されない効果らは本明細書及び添付された図面らから本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者に明確に理解されることができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、基板を処理する装置を提供する。基板を処理する装置は、処理空間を有する工程チャンバと、前記処理空間で基板を支持し、前記基板の温度を調節するヒーターを有する基板支持部と、前記処理空間に工程ガスを供給するガス供給部と、前記工程ガスを励起させてラジカルを発生させるガス励起部と、及び制御機を含み、前記制御機は前記処理空間に前記工程ガスを供給し、前記ラジカルを発生させるように前記ガス供給部、そして、前記ガス励起部を制御し、前記基板に前記ラジカルが伝達される間、前記基板の温度を第１温度で調節し、以後前記基板の温度を前記第１温度と相異な温度である第２温度で調節するように前記基板支持部を制御することができる。
【0011】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第２温度が前記第１温度より高い温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0012】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第１温度が５０度乃至３００度の間の温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0013】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第２温度が４００度乃至７００度の間の温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0014】
一実施例によれば、前記工程チャンバには前記処理空間を排気する排気ラインと連結される排気ホールが少なくとも一つ以上形成され、前記制御機は、前記処理空間の圧力が１０mTorr乃至４Torrの間の圧力になるように前記排気ラインと連結された減圧部材を制御することができる。
【0015】
一実施例によれば、前記ラジカルによって処理される前記基板には、ゲルマニウム(Ge)を含む不純物が付着され、前記基板は珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
【0016】
一実施例によれば、前記ガス供給部が供給する前記工程ガスは、水素、そして、非活性ガスのうちで選択される少なくとも一つのガスを含むことができる。
【0017】
一実施例によれば、前記ガス励起部は、マイクロ波電源と、及び前記マイクロ波電源が印加する電源の伝達を受けて前記処理空間にマイクロ波を印加するマイクロ波アンテナを含むことができる。
【0018】
また、ゲルマニウム(Ge)が付着された基板の表面を処理する基板処理装置を提供する。基板処理装置は処理空間を有する工程チャンバと、前記処理空間で基板を支持して前記基板の温度を調節する温度調節部材を有する基板支持部と、前記処理空間で水素を含む工程ガスを供給するガス供給部と、前記工程ガスを励起させて水素ラジカルを発生させるガス励起部と、及び制御機を含み、前記制御機は前記水素ラジカルを前記基板に伝達して前記ゲルマニウムを除去する第１処理段階と、及び前記水素ラジカルを前記基板に伝達して前記基板の表面粗さを改善する第２処理段階を遂行するように前記ガス供給部、前記ガス励起部を制御することができる。
【0019】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第１処理段階で前記基板の温度が第１温度になって、前記第２処理段階で前記基板の温度が前記第１温度と相異な第２温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0020】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第２温度が前記第１温度より高い温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0021】
一実施例によれば、前記制御機は、前記第１温度が５０度乃至３００度の間の温度になって、前記第２温度が４００度乃至７００度の間の温度になるように前記基板支持部を制御することができる。
【0022】
一実施例によれば、前記基板は、珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
【0023】
また、本発明は、基板を処理する方法を提供する。基板処理方法は、第１温度で調節された基板に水素ラジカルを伝達して前記基板を処理する第１処理段階と、及び前記第１温度と相異な温度である第２温度で調節された前記基板に前記水素ラジカルを伝達して前記基板を処理する第２処理段階を含むことができる。
【0024】
一実施例によれば、前記第２温度は、前記第１温度より高い温度であることができる。
【0025】
一実施例によれば、前記第１温度は、５０度以上、そして、３００度以下であることがある。
【0026】
一実施例によれば、前記第２温度は、４００度以上、そして７００度以下であることがある。
【0027】
一実施例によれば、前記基板が処理される空間を提供する真空チャンバ内の圧力は１０mTorr以上、そして、４Torr以下であることがある。
【0028】
一実施例によれば、前記第１処理段階には、前記基板上に付着されたゲルマニウム(Ge)を含む不純物を除去して前記第２処理段階は前記第１処理段階以後に遂行されるが珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
【0029】
一実施例によれば、前記水素ラジカルを含むプラズマはダイレクトプラズマ、そして、リモートプラズマのうちで何れか一つであることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明の一実施例によれば、基板を効率的に処理することができる。
【0031】
また、本発明の一実施例によれば、基板の周辺領域で発生される電気場を調節して基板に不純物が伝達されることを最小化することができる。
本発明の効果は、前記した効果に限定されるものではなくて、本発明の詳細な説明、または、特許請求範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むことで理解されなければならない。
本発明の効果は、前記した効果に限定されるものではなくて、本発明の詳細な説明、または、特許請求範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むことで理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施例による基板処理装置を見せてくれる図面である。
【図2】本発明の一実施例による基板処理方法を見せてくれるフローチャートである。
【図7】基板の温度によって基板上に付着された不純物がラジカルによって除去される効率を示すグラフである。
【図8】基板にフィンが形成された場合、第１処理段階が遂行される基板の姿を見せてくれる図面である。
【図9】基板にフィンが形成された場合、第１処理段階が遂行された基板の姿を見せてくれる図面である。
【図10】基板にフィンが形成された場合、第２処理段階が遂行される基板の姿を見せてくれる図面である。
【図11】基板にフィンが形成された場合、第２処理段階が遂行された基板の姿を見せてくれる図面である。
【図12】基板にシート(Sheet)構造が形成された場合、第１処理段階が遂行される基板の姿を見せてくれる図面である。
【図13】基板にシート(Sheet)構造が形成された場合、第１処理段階が遂行された基板の姿を見せてくれる図面である。
【図14】基板にシート(Sheet)構造が形成された場合、第２処理段階が遂行される基板の姿を見せてくれる図面である。
【図15】基板にシート(Sheet)構造が形成された場合、第２処理段階が遂行された基板の姿を見せてくれる図面である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下では添付した図面を参照にして本発明の実施例に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明はいろいろ相異な形態で具現されることができるし、ここで説明する実施例で限定されない。また、本発明の望ましい実施例を詳細に説明するにおいて、関連される公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曇ることがあると判断される場合にはその詳細な説明を略する。また、類似機能及び作用をする部分に対しては図面全体にかけて等しい符号を使用する。
【0034】
ある構成要素を‘包含'するということは、特別に反対される記載がない限り他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。具体的に，“含む”または“有する”などの用語は明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとすることであって、一つまたはその以上の他の特徴らや数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものとして理解されなければならない。
【0035】
単数の表現は文脈上明白に異なるように志さない限り、複数表現を含む。また、図面で要素らの形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【0036】
第１、第２などの用語は多様な構成要素らを説明するのに使用されることができるが、前記構成要素らは前記用語によって限定されてはいけない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用されることができる。例えば、本発明の権利範囲から離脱されないまま第１構成要素は第２構成要素で命名されることができるし、類似第２構成要素も第１構成要素に命名されることができる。
【0037】
ある構成要素が異なる構成要素に“連結されて”いるか、または“接続されて”いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されなければならないであろう。反面に、ある構成要素が異なる構成要素に“直接連結されて”いるか、または“直接接続されて”いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないことで理解されなければならないであろう。構成要素らとの関係を説明する他の表現ら、すなわち“～間に”と“すぐ～間に”または“～に隣合う”と“～に直接隣合う”なども同じく解釈されなければならない。
【0038】
異なるように定義されない限り、技術的であるか科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語らは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって一般的に理解されることと等しい意味である。一般に使用される前もって定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味であることで解釈されなければならないし、本出願で明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味で解釈されない。
【0039】
【0040】
図１は、本発明の一実施例による基板処理装置を見せてくれる図面である。
【0041】
図１を参照すれば、基板処理装置は基板(W)に対してプラズマ工程処理を遂行する。基板処理装置は工程チャンバ１００、基板支持部２００、ガス供給部３００、マイクロ波印加ユニット４００、そして、制御機５００を含む。
【0042】
工程チャンバ１００は処理空間１０１を有することができる。処理空間１０１は基板(W)が処理される空間であることができる。工程チャンバ１００の一側壁には開口(図示せず)が形成されることができる。開口は基板(W)が工程チャンバ１００内部に出入りすることができる通路で提供される。開口は、ドア(図示せず)によって開閉される。工程チャンバ１００の底面には排気ホール１０２が形成される。排気ホール１０２は排気ライン１２１と連結される。排気ライン１２１は減圧部材１２３と連結されることができる。減圧部材１２３はポンプであることができる。工程過程で発生した反応副産物及び工程チャンバ１００内部に泊まるガスは排気ライン１２１を通じて外部に排出されることができる。
【0043】
また、減圧部材１２３が排気ライン１２１を通じて提供する減圧によって処理空間１０１の圧力は設定圧力で維持されることができる。処理空間１０１の圧力は真空に近い圧力で維持されることができる。すなわち、工程チャンバ１００は基板(W)を処理する間に処理空間１０１の圧力が真空に近い圧力で維持される真空チャンバであることができる。例えば、後述する制御機５００は処理空間１０１の圧力は１０mTorr乃至４Torrの間(例えば、１０mTorr以上、そして、４Torr以下)の圧力になるように減圧部材１２３を制御することができる。
【0044】
工程チャンバ１００内部には基板支持部２００が位置する。基板支持部２００は基板(W)を支持する。基板支持部２００は静電気力を利用して基板(W)を吸着する静電チャックを含む。
【0045】
静電チャック２００は誘電板２１０、下部電極２２０、ヒーター２３０、支持板２４０、絶縁板２７０、そして、フォーカスリング２８０を含む。
【0046】
誘電板２１０は静電チャック２００の上端部に位置する。誘電板２１０は円盤形状の誘電体(dielectric substance)で提供される。誘電板２１０の上面には基板(W)が置かれる。誘電板２１０の上面は基板(W)より小さな半径を有する。それで、基板(W)縁領域は誘電板２１０の外側に位置する。誘電板２１０には第１供給流路２１１が形成される。第１供給流路２１１は誘電板２１０の上面から底面に提供される。第１供給流路２１１はお互いに離隔して複数個形成され、基板(W)の底面に熱伝逹媒体が供給される通路で提供される。
【0047】
誘電板２１０の内部には下部電極２２０とヒーター２３０が埋設される。下部電極２２０はヒーター２３０の上部に位置する。下部電極２２０は下部電源２２１と電気的に連結される。下部電源２２１は直流電源を含む。下部電極２２０と下部電源２２１との間には下部電源スイッチ２２２が設置される。下部電極２２０は下部電源スイッチ２２２のオン/オフ(ON/OFF)によって下部電源２２１と電気的に連結されることができる。下部電源スイッチ２２２がオン(ON)になれば、下部電極２２０には直流電流が印加される。下部電極２２０に印加された電流によって下部電極２２０と基板(W)との間には電気力が作用し、電気力によって基板(W)は誘電板２１０に吸着される。
【0048】
ヒーター２３０は基板(W)の温度を設定温度で調節する温度調節部材であることがある。また、ヒーター２３０で発生された熱によって基板(W)は所定温度で維持される。ヒーター２３０は螺旋形状のコイルを含む。ヒーター２３０は均一な間隔で誘電板２１０に埋設されることができる。ヒーター２３０はヒーター電源２３１から電力の伝達を受けて昇温されることがある。また、ヒーター２３０とヒーター電源２３１との間にはヒーター電源スイッチ２３２が設置されることができる。ヒーター２３０はヒーター電源スイッチ２３２のオン/オフによってヒーター電源２３１と電気的に連結されることができる。また、ヒーター電源２３１がヒーター２３０に印加する電力の大きさによってヒーター２３０の温度は変わることがある。例えば、ヒーター２３０に印加される電力の大きさに比例してヒーター２３０の温度も共に高くなることがある。また、ヒーター２３０はヒーター２３０の温度をセンシングするヒーターセンサー(図示せず)とお互いに連結されることができる。ヒーターセンサーはヒーター２３０の温度を実時間で感知し、感知されたヒーター２３０の実時間温度を後述する制御機５００に伝達することができる。制御機５００はヒーターセンサーが感知するヒーター２３０の温度に根拠してヒーター２３０に伝達される電力の大きさを異にすることができる。
【0049】
誘電板２１０の下部には支持板２４０が位置する。誘電板２１０の底面と支持板２４０の上面は接着剤２３６によって接着されることができる。支持板２４０はアルミニウム材質で提供されることができる。支持板２４０の上面は中心領域が縁領域より高く位置されるように段差になることがある。支持板２４０の上面中心領域は、誘電板２１０の底面に相応する面積を有して、誘電板２１０の底面と接着される。支持板２４０には第１循環流路２４１、第２循環流路２４２、そして、第２供給流路２４３が形成される。
【0050】
第１循環流路２４１は熱伝逹媒体が循環する通路で提供される。第１循環流路２４１は支持板２４０内部に螺旋形状で形成されることができる。または、第１循環流路２４１はお互いに相異な半径を有するリング形状の流路らが同一な中心を有するように配置されることができる。それぞれの第１循環流路２４１らはお互いに連通されることができる。第１循環流路２４１らは等しい高さに形成される。
【0051】
第２循環流路２４２は冷却流体が循環する通路で提供される。第２循環流路２４２は支持板２４０内部に螺旋形状で形成されることができる。または、第２循環流路２４２はお互いに相異な半径を有するリング形状の流路らが同一な中心を有するように配置されることができる。それぞれの第２循環流路２４２らはお互いに連通されることができる。第２循環流路２４２は第１循環流路２４１より大きい断面積を有することができる。第２循環流路２４２らは等しい高さに形成される。第２循環流路２４２は第１循環流路２４１の下部に位置されることができる。
【0052】
第２供給流路２４３は第１循環流路２４１から上部に延長され、支持板２４０の上面に提供される。第２供給流路２４３は第１供給流路２１１に対応する個数で提供され、第１循環流路２４１と第１供給流路２１１を連結する。
【0053】
第１循環流路２４１は熱伝逹媒体供給ライン２５１を通じて熱伝逹媒体保存部２５２と連結される。熱伝逹媒体保存部２５２には熱伝逹媒体が保存される。熱伝逹媒体は不活性ガスを含む。実施例によれば、熱伝逹媒体はヘリウム(He)ガスを含む。ヘリウムガスは供給ライン２５１を通じて第１循環流路２４１に供給され、第２供給流路２４３と第１供給流路２１１を順次に経って基板(W)底面に供給される。ヘリウムガスはプラズマで基板(W)から伝達された熱が静電チャック２００に伝達される媒介体役割をする。プラズマに含有されたイオン粒子らは静電チャック２００に形成された電気力にひかれて静電チャック２００に移動し、移動する過程で基板(W)と衝突して蝕刻工程を遂行する。イオン粒子らが基板(W)に衝突する過程で基板(W)には熱が発生する。基板(W)で発生された熱は基板(W)底面と誘電板２１０の上面の間空間に供給されたヘリウムガスを通じて静電チャック２００に伝達される。これによって基板(W)は設定温度で維持されることができる。
【0054】
第２循環流路２４２は冷却流体供給ライン２６１を通じて冷却流体保存部２６２と連結される。冷却流体保存部２６２には冷却流体が保存される。冷却流体保存部２６２内には冷却機２６３が提供されることができる。冷却機２６３は冷却流体を所定温度で冷却させる。これと異なり、冷却機２６３は冷却流体供給ライン２６１上に設置されることができる。冷却流体供給ライン２６１を通じて第２循環流路２４２に供給された冷却流体は第２循環流路２４２に沿って循環して支持板２４０を冷却する。支持板２４０の冷却は誘電板２１０と基板(W)を共に冷却させて基板(W)を所定温度で維持させる。
【0055】
支持板２４０の下部には絶縁板２７０が提供される。絶縁板２７０は支持板２４０に相応する大きさで提供される。絶縁板２７０は支持板２４０とチャンバ１００の底面の間に位置する。絶縁板２７０は絶縁材質で提供され、支持板２４０とチャンバ１００を電気的に絶縁させる。
【0056】
フォーカスリング２８０は静電チャック２００の縁領域に配置される。フォーカスリング２００はリング形状を有して、誘電板２１０のまわりに沿って配置される。フォーカスリング２８０の上面は外側部２８０aが内側部２８０bより高いように段差になることがある。フォーカスリング２８０の上面内側部２８０bは誘電板２１０の上面と同一高さに位置される。フォーカスリング２８０の上面内側部２８０bは誘電板２１０の外側に位置された基板(W)の縁領域を支持する。フォーカスリング２８０の外側部２８０aは基板(W)縁領域を取り囲むように提供される。フォーカスリング２８０はプラズマが形成される領域の中心に基板(W)が位置するように電気場形成領域を拡張させる。これによって、基板(W)の全体領域にかけてプラズマが均一に形成されて基板(W)の各領域が均一に蝕刻されることができる。
【0057】
ガス供給部３００は工程チャンバ１００の処理空間１０１に工程ガスを供給する。ガス供給部３００は工程チャンバ１００の側壁に形成されたガス供給ホール１０５を通じて工程チャンバ１００内部に工程ガスを供給することができる。ガス供給部３００が処理空間１０１に供給する工程ガスは水素、そして、非活性ガスのうちで選択される少なくとも一つのガスを含むことができる。非活性ガスとしてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、ゼノン(Xe)及びラドン(Rn)などがあり得る。
【0058】
マイクロ波印加ユニット４００は工程チャンバ１００の処理空間１０１にマイクロ波を印加して工程ガスを励起させるガス励起部であることができる。例えば、マイクロ波印加ユニット４００は工程ガスを励起させてプラズマを発生させることができる。工程ガスから励起されたプラズマは水素ラジカルを含むことができる。水素ラジカルは基板(W)に伝達されて基板(W)上に付着された不純物を除去するか、または基板(W)表面に対する粗さを改善することができる。
【0059】
マイクロ波印加ユニット４００はマイクロ波電源４１０、導波管４２０、マイクロ波アンテナ４３０、誘電体ブロック４５０、前極板４６０、誘電体板４７０、そして、冷却プレート４８０を含む。
【0060】
マイクロ波電源４１０はマイクロ波を発生させる。導波管４２０はマイクロ波電源４１０に連結され、マイクロ波電源４１０で発生されたマイクロ波が伝達される通路を提供する。
【0061】
導波管４２０の先端内部にはマイクロ波アンテナ４３０が位置する。マイクロ波アンテナ４３０は導波管４２０を通じて伝達されたマイクロ波を工程チャンバ１００内部に印加する。例えば、マイクロ波アンテナ４３０はマイクロ波電源４１０が印加する電源の伝達を受けて処理空間１０１にマイクロ波を印加することができる。
【0062】
マイクロ波アンテナ４３０はアンテナ４３１、アンテナロード４３３、外部導体４３４、マイクロ波アダプター４３６、コネクター４４１、冷却板４４３、そして、アンテナ高さ調節部４４５を含む。
【0063】
アンテナ４３１は厚さが薄い円盤で提供され、複数のスロットホール４３２らが形成される。スロットホール４３２らをマイクロ波が透過する通路を提供する。スロットホール４３２らは多様な形状で提供されることができる。スロットホール４３２らは‘×'、‘+'、‘-'などの形状で提供されることができる。スロットホール４３２はお互いに組合されて複数個のリング形状で配置されることができる。リングらは同一な中心を有して、お互いに相異な大きさの半径を有する。
【0064】
アンテナロード４３３は円錐形状のロード(rod)で提供される。アンテナロード４３３はその長さ方向が上下方向に配置される。アンテナロード４３３はアンテナ４３１の上部に位置し、下端部がアンテナ４３１の中心に挿入固定される。アンテナロード４３３はマイクロ波をアンテナ４３１に伝える。
【0065】
外部導体４３４は導波管４２０の先端部下部に位置する。外部導体４３４の内部には導波管４２０の内部空間と連結される空間が上下方向に形成される。外部導体４３４の内部にはアンテナロード４３３の一部領域が位置する。
【0066】
導波管４２０の先端部内部にはマイクロ波アダプター４３６が位置する。マイクロ波アダプター４３６は上端部が下端部より大きい半径を有するコーン形状を有する。マイクロ波アダプター４３６の下端部には底面が開放された収容空間４３７が形成される。収容空間４３７の入口部４３８は内部領域より相対的に半径が小さく提供される。
【0067】
収容空間４３７にはコネクター４４１が位置する。コネクター４４１はリング形状で提供される。コネクター４４１の外側面は収容空間４３７の内側面に相応する半径を有する。コネクター４４１の外側面は収容空間４３７の内側面に接触されて固定位置する。コネクター４４１は伝導性材質で提供されることができる。アンテナロード４３３の上端部は収容空間４３７内に位置してコネクター４４１の内側領域に挟まれる。アンテナロード４３３の上端部はコネクター４４１に圧して嵌められて、コネックト４４１を通じてマイクロ波アダプター４３６と電気的に連結される。
【0068】
冷却板４４３はマイクロ波アダプター４３６の上端に結合する。冷却板４４３はマイクロ波アダプター４３６の上端部より大きい半径を有する板で提供されることができる。冷却板４４３はマイクロ波アダプター４３６より熱伝導性が優秀な材質で提供されることができる。冷却板４４３は銅(Cu)またはアルミニウム(Al)材質で提供されることができる。冷却板４４３はマイクロ波アダプター４３６の冷却を促進し、マイクロ波アダプター４３６の熱変形を防止する。
【0069】
アンテナ高さ調節部４４５はマイクロ波アダプター４３６とアンテナロード４３３を連結する。そして、アンテナ高さ調節部４４５はマイクロ波アダプター４３６に対するアンテナ４３１の相対高さが変更されるようにアンテナロード４３３を移動させる。アンテナ高さ調節部４４５はボルトを含む。ボルト４４５はマイクロ波アダプター４３６の上部から下部に上下方向にマイクロ波アダプター４３６に挿入され、下端部が収容空間４３７に位置する。ボルト４４５はマイクロ波アダプター４３６の中心領域に挿入される。ボルト４４５の下端部はアンテナロード４３３の上端部に挿入される。アンテナロード４３３の上端部にはボルト４４５の下端部が挿入及び締結されるねじ溝が所定深さで形成される。アンテナロード４３３はボルト４４５の回転によって上下方向に移動される。例えば、ボルト４４５を時計方向に回転する場合アンテナロード４３３は上昇し、反時計方向に回転する場合アンテナロード４３３は下降することができる。アンテナロード４３３の移動と共にアンテナ４３１は上下方向に移動されることができる。
【0070】
誘電体板４７０はアンテナ４３１の上部に位置する。誘電体板４７０はアルミナ、石英等の誘電体で提供される。マイクロ波アンテナ４３０から垂直方向に伝えたマイクロ波は、誘電体板４７０の半径方向に伝える。誘電体板４７０に伝えたマイクロ波は波長が圧縮され、共振される。共振されたマイクロ波はアンテナ４３１のスロットホール４３２らに透過される。
【0071】
誘電体板４７０の上部には冷却板４８０が提供される。冷却板４８０は誘電体板４７０を冷却する。冷却板４８０はアルミニウム材質で提供されることができる。冷却板４８０は内部に形成された冷却流路(図示せず)に冷却流体を流して誘電体板４７０を冷却することができる。冷却方式は水冷式及び空冷式を含む。
【0072】
アンテナ４３１の下部には誘電体ブロック４５０が提供される。誘電体ブロック４５０はアルミナ、石英等の誘電体で提供される。アンテナ４３１のスロットホール４３２らを透過したマイクロ波は誘電体ブロック４５０を経って工程チャンバ１００内部に放射される。放射されたマイクロ波の電界によって工程チャンバ１００内に供給された工程ガスはプラズマ状態で励起される。誘電体ブロック４５０の上面はアンテナ４３１の底面と所定間隔で離隔されることができる。
【0073】
前述したマイクロ波アンテナ４３０の構造で、アンテナ高さ調節部４４５はアンテナロード４３３の左右方向の動きを制限する。マイクロ波が伝える過程でマイクロ波アダプター４３６とコネクター４４１には熱が発生する。発生された熱はマイクロ波アダプター４３６とコネクター４４１を変形させ、変形によってコネクター４４１にアンテナロード４３３の挟まり程度が緩くなってアンテナロード４３３は左右方向に移動されることができる。アンテナロード４３３が左右方向に移動する場合、マイクロ波アダプター４３６とアンテナロード４３３との間の間隔は領域によって差が発生する。このような間隔差はアンテナロード４３３に伝えるマイクロ波を不均一にするようになる。また、アンテナロード４３３の移動で、アンテナロード４３３とマイクロ波アダプター４３６が接触される場合アーク(Arc)を誘発することがある。アンテナ高さ調節部４４５はマイクロ波アダプター４３６に対するアンテナロード４３３の左右方向動きを制限するので、マイクロ波アダプター４３６とコネクター４４１の熱変形による上述した問題点発生が予防される。
【0074】
また、アンテナ高さ調節部４４５はマイクロ波アダプター４３６に対するアンテナ４３１の相対高さが変更されるようにアンテナロード４３３を上下方向に移動させることができる。マイクロ波アダプター４３６とコネクター４４１の熱変形によってアンテナロード４３３の挟まり程度が緩くなれば、アンテナロード４３３が下に垂れ下がりながらアンテナ４３１が誘電体ブロック４５０に接触されることがある。アンテナ４３１と誘電体ブロック４５０の接触は、アンテナ４３１の熱形状によっても発生されることがある。アンテナ４３１と誘電体ブロック４５０の接触は伝えるマイクロ波の損失を誘発する。このようにアンテナ４３１と誘電体ブロック４５０の接触が発生された場合アンテナ高さ調節部４４５はアンテナ４３１と誘電体ブロック４５０が所定間隔を維持するようにアンテナロード４３３を上方に移動させることがある。また、アンテナ高さ調節部４４５はアンテナロード４３３を上下方向に移動させてアンテナ４３１と誘電体ブロック４５０との間を適切な間隔で維持させることができる。
【0075】
制御機５００は基板処理装置を制御することができる。制御機５００は以下で説明する基板処理方法を基板処理装置が遂行できるように基板処理装置の基板支持部２００、ガス供給部３００、そして、マイクロ波印加ユニット４００のうちで少なくとも何れか一つを制御することができる。また、制御機５００は基板処理装置の制御を実行するマイクロプロセッサー(コンピューター)でなされるプロセスコントローラーとオペレーターが基板処理装置を管理するためにコマンド入力操作などを行うキーボードや、基板処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどでなされるユーザーインターフェースと、基板処理装置で実行される処理をプロセスコントローラーの制御で行うための制御プログラムや、各種データ及び処理条件によって各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわち、処理レシピが保存された保存部を具備することができる。また、ユーザーインターフェース及び保存部はプロセスコントローラーに接続されることがある。処理レシピは保存部のうちで保存媒体に保存されてあり得て、保存媒体はハードディスクであっても良く、CD-ROM、DVDなどの可搬性ディスクや、フラッシュメモリーなどの半導体メモリーであることもある。
【0076】
また、制御機５００は上述したようにヒーター電源２３１がヒーター２３０に伝達する電力の大きさを調節して基板(W)の温度を設定温度で維持させることができる。例えば、制御機５００はヒーターセンサーが感知するヒーター２３０の温度を実時間で認識することができる。また、制御機５００にはあらかじめ遂行された実験的データであるヒーター２３０の温度によって基板(W)の温度が変化するパラメーターらが入力されることがある。
【0077】
図２は、本発明の一実施例による基板処理方法を見せてくれるフローチャートである。図２を参照すれば、本発明の一実施例による基板処理方法は第１処理段階(Ｓ１０)、そして、第２処理段階(Ｓ２０)を含むことができる。第１処理段階(Ｓ１０)と第２処理段階(Ｓ２０)は順次に遂行されることができる。例えば、第１処理段階(Ｓ１０)が遂行された以後、第２処理段階(Ｓ２０)が遂行されることができる。また、第１処理段階(Ｓ１０)と第２処理段階(Ｓ２０)を通じて処理される基板(W)は珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
【0078】
図３は、図２の第１処理段階を遂行する基板処理装置の姿を見せてくれる図面である。図３を参照すれば、第１処理段階(Ｓ１０)は基板(W)上に残留する不純物(I)を除去する不純物除去段階であることがある。第１処理段階(Ｓ１０)に除去する不純物(I)は、基板(W)を蝕刻しながら発生された副産物基板(W)に形成された膜が蝕刻工程を通じて未だに除去されることができなかった残余膜であることがある。例えば、基板(W)上に付着された不純物(I)はゲルマニウム(Ge)を含む化合物であることがある。例えば、不純物(I)はSiGe、またはGeOを含むことがある。
【0079】
第１処理段階(Ｓ１０)には制御機５００が基板支持部２００を制御して基板(W)の温度を第１温度で維持させることができる。第１温度は攝氏５０度乃至３００度の間の温度(例えば、５０度以上、そして、３００度以下の温度)であることがある。また、工程ガスから励起された水素ラジカルを基板(W)の表面で伝達する間、基板(W)の温度を第１温度で維持させて基板(W)上に残留する不純物(I)を除去することができる。
【0080】
第１処理段階(Ｓ１０)の遂行が完了すれば、図４に示されたように基板(W)上に付着された不純物(I)は基板(W)から除去されることができる。
図５は、図２の第２処理段階を遂行する基板処理装置の姿を見せてくれる図面である。図５を参照すれば、第２処理段階(Ｓ２０)は基板(W)の表面粗さを減らす表面荒い改善段階であることがある。基板(W)は上述したように珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
図５は、図２の第２処理段階を遂行する基板処理装置の姿を見せてくれる図面である。図５を参照すれば、第２処理段階(Ｓ２０)は基板(W)の表面粗さを減らす表面荒い改善段階であることがある。基板(W)は上述したように珪素(Si)を含む素材で提供されることができる。
【0081】
第２処理段階(Ｓ２０)には制御機５００が基板支持部２００を制御して基板(W)の温度を上述した第１温度と相異な温度である第２温度で維持させることができる。第２温度は第１温度より高い温度であることができる。第２温度は攝氏４００度乃至７００度の間の温度(例えば、４００度以上、そして、７００度以下の温度)であることがある。また、工程ガスから励起された水素ラジカルを基板(W)の表面に伝達する間、基板(W)の温度を第１温度から第２温度に変更及び第２温度に維持させて基板(W)の表面粗さを改善することができる。
【0082】
第２処理段階(Ｓ２０)の遂行が完了すれば、図６に示されたように基板(W)上に付着された不純物(I)は除去されることができる。また、第２処理段階(Ｓ２０)は第１処理段階(Ｓ１０)が遂行された以後に遂行される。すなわち、第２処理段階(Ｓ２０)は基板(W)から不純物が除去された状態に遂行されるので、前述した半導体素子の性能劣化の問題点を最小化することができる。
【0083】
図７は、基板の温度によって基板上に付着された不純物がラジカルによって除去される効率を示すグラフである。具体的に、図７では基板(W)に付着された不純物(I)がゲルマニウム(Ge)を含む化合物の場合基板(W)の温度変化による水素ラジカルによる不純物(I)除去効率(Etch Rate)を見せてくれるグラフである。
【0084】
図７を参照すれば、水素ラジカルによるゲルマニウム(Ge)を含む化合物の除去効率は、第１温度(T１)、そして、第３温度(T３)の間で高い効率を見せて、特に、第２温度(T２)で最大効率を見せる。第１温度(T１)は略５０度であることがあって、第３温度は略３００渡度であることがある。また、第２温度(T２)は略１８０度であることがある。すなわち、基板(W)上に付着された不純物(I)がゲルマニウム(Ge)を含む化合物の場合基板(W)の温度を略１８０度で調節する時、水素ラジカルによる不純物(I)の除去効率が一番高い。これに、第１処理段階(Ｓ１０)では基板(W)の温度を第２-１温度(T２-１、例えば、略１６０度)乃至第２-２温度(T２-２、例えば、略２００度)程度に維持することが望ましいことがある。
【0085】
すなわち、本発明の第１処理段階(Ｓ１０)と第２処理段階(Ｓ２０)は基板(W)の温度がそれぞれ第１温度、そして、第２温度で他に維持される。第１温度は上述したように５０度乃至３００度であり、第２温度は４００度乃至７００度である。
【0086】
第１温度と第２温度は珪素(Si)及びゲルマニウム(Ge)が揮発性種(SiH４、GeH４)になる優勢な温度領域によって具分付けられることができる。珪素(Si)及びゲルマニウム(Ge)が水素ラジカルと応じて揮発性種になれば、基板(W)の表面から除去されることができる。
【0087】
水素ラジカルによってゲルマニウム(Ge)が除去される温度領域は、５０度乃至３００度であることがある。特に、前述したように水素ラジカルによってゲルマニウム(Ge)除去効率が一番高い温度は略１８０度程度である。これから、第１処理段階(Ｓ１０)では基板(W)からゲルマニウム(Ge)を含む不純物(I)を効果的に除去することができる。
【0088】
また、第１処理段階(Ｓ１０)で基板(W)の温度は３００度を越さないことが望ましい。基板(W)を成している珪素(Si)の場合、水素ラジカルによって除去される温度領域は略３００度乃至４００度程度であるが、第１処理段階(Ｓ１０)で基板(W)の温度が３００度を超える場合、ゲルマニウム(Ge)を含む不純物(I)だけ除去されるものではなく、基板(W)自体に損傷を発生させることがあるので、適切ではない。
【0089】
また、第２処理段階(Ｓ２０)は前述したように基板(W)の温度が４００度乃至７００度程度に維持されることが望ましい。珪素(Si)の場合水素ラジカル雰囲気で基板(W)の温度が４００度乃至７００度程度に維持される場合、珪素(Si)は表面拡散をして基板(W)の表面粗さを改善するためである。
【0090】
また、第２処理段階(Ｓ１０)で基板(W)の温度は４００度を超えることが望ましい。基板(W)を成している珪素(Si)の場合水素ラジカルによって除去される温度領域は略３００度乃至４００度程度であるが、第２処理段階(Ｓ２０)で基板(W)の温度が４００度の下に落ちる場合、基板(W)の表面粗さが改善されるものではなく、基板(W)自体に損傷を発生させることができるために適切ではない。
【0091】
すなわち、本発明の一実施例による基板処理方法は、第１処理段階(Ｓ１０)が遂行されて基板(W)から不純物(I)が除去された以後、第２処理段階(Ｓ２０)が遂行されて基板(W)表面の粗さを改善するので、基板(W)表面粗さの改善をより効果的に遂行することができる。また、第１処理段階(Ｓ１０)で基板(W)の温度を不純物(I)が除去され易い温度で調節し、第２処理段階(Ｓ２０)で基板(W)の温度を基板(W)表面粗さ改善に容易な温度で調節して基板(W)処理効率をより効果的に遂行することができる。
【0092】
以下では、本発明の第１処理段階(Ｓ１０)と第２処理段階(Ｓ２０)の適用例に対して説明する。図８に示されたように基板(W)上にはパターニング及び蝕刻工程を通じてフィン構造を有するパターン(P)が形成されることができる。パターン(P)にはゲルマニウム(Ge)を含む不純物(I)が付着されることがある。
【0093】
第１処理段階(Ｓ１０)が遂行されれば、基板(W)に水素ラジカルが伝達されるが、基板(W)の温度は第１温度で維持されることができる(図８参照)。第１処理段階(Ｓ１０)の遂行が完了すれば、基板(W)のパターン(P)に付着された不純物(I)らは除去されることができる(図９参照)。この時パターン(P)の上部面と側面がなす角度は第１角度(A１)であることがある。
【0094】
第２処理段階(Ｓ２０)が遂行されれば、基板(W)に水素ラジカルが伝達されるが、基板(W)の温度は第２温度で維持されることができる(図１０参照)。第２処理段階(Ｓ２０)の遂行が完了すれば、基板(W)のパターン(P)表粗さは改善されることができる(図１１参照)。この時、パターン(P)の上部面と側面の成す角度は、直角に近い第２角度(A２)になることができる。すなわち、第２処理段階(Ｓ２０)を通じて基板(W)に形成されるパターン(P)の形態も改善することができるようになる。
【0095】
また、水素ラジカルは芳香性を有しない。これに、図１２に示されたように基板(W)から分離された空間を有するシート(Sheet)構造のパターン(P)が基板(W)上に形成された場合にも、前述した第１処理段階(Ｓ１０)と第２処理段階(Ｓ２０)は同一または類似に適用されることができる。
【0096】
第１処理段階(Ｓ１０)が遂行されれば、基板(W)に水素ラジカルが伝達されるが、基板(W)の温度は第１温度で維持されることができる(図１０参照)。第１処理段階(Ｓ１０)の遂行が完了されれば、基板(W)のパターン(P)に付着された不純物(I)らは除去されることができる(図１１参照)。
【0097】
第２処理段階(Ｓ２０)が遂行されれば、基板(W)に水素ラジカルが伝達されるが、基板(W)の温度は第２温度で維持されることができる(図１２参照)。第２処理段階(Ｓ２０)の遂行が完了されれば、基板(W)のパターン(P)表粗さは改善されることができる(図１２参照)。
【0098】
前記実施例では、基板支持部２００が静電チャックであることで説明したが、これと異なり基板支持部は多様な方法で基板を支持することができる。例えば、基板支持部２００は基板を真空で吸着維持する真空チャックで提供されることができる。
【0099】
前述した水素ラジカルを含むプラズマは、ダイレクトプラズマまたはリモートプラズマであることができる。ダイレクトプラズマは、処理空間１０１内にプラズマを直接発生させるものであり、リモートプラズマは処理空間１０１の外部でプラズマを発生させて前記反応室内に流入させるものである。これと異なり、水素ラジカルを含むプラズマを生成する方式は、RF(Radio frequency)プラズマ、マイクロウェーブプラズマ、誘導結合プラズマ(Inductively coupled plasma)、蓄電結合プラズマ(Capacitively coupled plasma)または、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance)プラズマ方式など多様であることがある。
【0100】
また、前述した例ではマイクロ波を通じて水素ラジカルを含むプラズマを生成することを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなくて、前述した実施例は基板(W)の温度を調節する温度調節部材、そして、工程ガスからプラズマを生成するプラズマソースを有する装置なら同一または類似に適用されることができる。
【0101】
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、前述した内容は本発明の望ましい実施形態を示して説明するものであり、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で使用することができる。すなわち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、著わした開示内容と均等な範囲及び/または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。著わした実施例は本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明するものであり、本発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態で本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むことで解釈されなければならない。
【符号の説明】
【0102】
１００ 工程チャンバ
２００ 基板支持部
２２０ 下部電極
２２１ 下部電源
２２２ 下部電源スイッチ
２３０ ヒーター
２３１ ヒーター電源
２３２ ヒーター電源スイッチ
３００ ガス供給部
４００ マイクロ波印加ユニット
５００ 制御機
S１０ 第１処理段階
S２０ 第２処理段階
２００ 基板支持部
２２０ 下部電極
２２１ 下部電源
２２２ 下部電源スイッチ
２３０ ヒーター
２３１ ヒーター電源
２３２ ヒーター電源スイッチ
３００ ガス供給部
４００ マイクロ波印加ユニット
５００ 制御機
S１０ 第１処理段階
S２０ 第２処理段階
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
