KR102523367B1 - Method for recovering surface of silicon structure and apparatus for treating substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법은, 실리콘 구조물이 형성된 기판을 챔버 내부에 배치하는 단계와; 상기 기판을 설정 온도, 설정 압력 및 설정 시간 하에서 수소 라디칼에 노출시키는 단계를 포함한다.The present invention provides a method for improving surface roughness of a silicon structure. In one embodiment, a method for improving surface roughness of a silicon structure may include disposing a substrate on which a silicon structure is formed in a chamber; and exposing the substrate to hydrogen radicals at a set temperature, a set pressure and a set time.

Description

실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치{METHOD FOR RECOVERING SURFACE OF SILICON STRUCTURE AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}Silicon structure surface roughness improvement method and substrate processing apparatus

본 발명은 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving surface roughness of a silicon structure and a substrate processing apparatus.

반도체 부품을 제조하는 과정에서 웨이퍼의 표면에 미세 구조물을 형성한다. 일반적으로 미세 구조물은 기재를 식각하여 형성하는데, 이 과정에서 구조물은 거친 표면을 갖게 된다.In the process of manufacturing semiconductor components, microstructures are formed on the surface of a wafer. In general, a microstructure is formed by etching a substrate, and in this process, the structure has a rough surface.

본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for improving surface roughness of a silicon structure and a substrate processing apparatus capable of efficiently processing a substrate.

본 발명은 실리콘 구조물의 표면 러프니스를 효과적으로 개선할 수 있는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for improving the surface roughness of a silicon structure and a substrate processing apparatus capable of effectively improving the surface roughness of a silicon structure.

본 발명은 공정 처리 시에 챔버 내 진공 수준을 낮출 수 있는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for improving surface roughness of a silicon structure and a substrate processing apparatus capable of lowering a vacuum level in a chamber during processing.

본 발명은 공정 처리시에 파티클 발생이 저감될 수 있는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for improving surface roughness of a silicon structure and a substrate processing apparatus capable of reducing generation of particles during processing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings. will be.

본 발명은 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법은, 실리콘 구조물이 형성된 기판을 챔버 내부에 배치하는 단계와; 상기 기판을 설정 온도, 설정 압력 및 설정 시간 하에서 수소 라디칼에 노출시키는 단계를 포함한다.The present invention provides a method for improving surface roughness of a silicon structure. In one embodiment, a method for improving surface roughness of a silicon structure may include disposing a substrate on which a silicon structure is formed in a chamber; and exposing the substrate to hydrogen radicals at a set temperature, a set pressure and a set time.

일 실시 예에 있어서, 상기 설정 온도는 상기 웨이퍼가 섭시 400도 이상으로 가열될 수 있는 온도일 수 있다.In one embodiment, the set temperature may be a temperature at which the wafer can be heated to 400 degrees Celsius or higher.

일 실시 예에 있어서, 상기 설정 압력은 상기 챔버 내부가 10Torr 이하일 수 있다.In one embodiment, the set pressure may be 10 Torr or less inside the chamber.

일 실시 예에 있어서, 상기 설정 압력은 상기 챔버 내부가 1Torr 이상일 수 있다.In one embodiment, the set pressure may be 1 Torr or more inside the chamber.

일 실시 예에 있어서, 상기 설정 시간은 1분 이상 10분 이하일 수 있다.In one embodiment, the set time may be 1 minute or more and 10 minutes or less.

일 실시 예에 있어서, 상기 실리콘 구조물은 단결정 Si로 구성될 수 있다.In one embodiment, the silicon structure may be composed of single crystal Si.

일 실시 예에 있어서, 상기 수소 라디칼은 수소 가스가 플라즈마로 여기되어 생성된 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen radicals may be generated by excitation of hydrogen gas into plasma.

일 실시 예에 있어서, 상기 기판을 상기 수소 라디칼에 노출 시키는 단계와 동시에 또는 설정 시간 이후에 상기 챔버 내부를 배기하는 단계를 더 포함하는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법.In one embodiment, the silicon structure surface roughness improvement method further comprises the step of exhausting the inside of the chamber simultaneously with the step of exposing the substrate to the hydrogen radicals or after a set time.

또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 처리 공간을 형성하는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에 제공되며, 처리될 기판이 놓여지고, 상기 처리될 기판을 가열하는 히터를 포함하는 지지 유닛과; 상기 공정 챔버에서 필요로 하는 라디칼을 생성하는 플라즈마 여기부와;상기 리모트 플라즈마 여기부로부터 생성된 라디칼을 상기 공정 챔버내로 균일하게 분사되도록 하는 샤워 헤드와; 상기 공정챔버 처리 공간의 압력과, 상기 히터와, 상기 처리될 기판의 처리 시간을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 라디칼은 수소 라디칼이고, 상기 처리될 기판은 실리콘 구조물이 형성된 것이다.In addition, the present invention provides an apparatus for processing a substrate. In one embodiment, a substrate processing apparatus includes a process chamber forming a processing space; a support unit provided in the processing space, including a heater on which a substrate to be processed is placed, and which heats the substrate to be processed; a plasma excitation unit generating radicals required by the process chamber; a shower head uniformly spraying radicals generated from the remote plasma excitation unit into the process chamber; and a controller controlling the pressure of the processing space of the process chamber, the heater, and a processing time of the substrate to be processed, wherein the radical is a hydrogen radical, and the substrate to be processed has a silicon structure.

일 실시 예에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 실리콘 성분을 포함하는 부품을 포함하지 않는 것일 수 있다.In one embodiment, the substrate processing apparatus may not include a part containing a silicon component.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는, 상기 처리될 기판이 섭씨 400도 이상으로 가열되도록 상기 히터를 제어할 수 있다.In one embodiment, the controller may control the heater so that the substrate to be processed is heated to 400 degrees Celsius or more.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는, 상기 내부 공간의 압력을 1Torr이상으로 유지할 수 있다.In one embodiment, the controller may maintain the pressure in the inner space at 1 Torr or more.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는, 상기 처리될 기판이 상기 라디칼에 1분 이상 10분 이하로 노출되도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the controller may control the substrate to be processed to be exposed to the radical for 1 minute or more and 10 minutes or less.

일 실시 예에 있어서, 상기 처리될 기판의 실리콘 구조물은 단결정 실리콘일 수 있다.In one embodiment, the silicon structure of the substrate to be processed may be monocrystalline silicon.

일 실시 예에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛을 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 처리될 기판이 상기 라디칼에 노출되는 동시에 또는 설정 시간 이후에 상기 처리 공간의 분위기가 배기되도록 상기 배기 유닛을 제어할 수 있다.In one embodiment, the substrate processing apparatus further includes an exhaust unit for exhausting an atmosphere of the processing space, and the controller controls the processing space at the same time that the substrate to be processed is exposed to the radical or after a set time. The exhaust unit may be controlled to exhaust the atmosphere.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the substrate can be efficiently processed.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 실리콘 구조물의 표면 러프니스를 효과적으로 개선할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to effectively improve the surface roughness of the silicon structure.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 공정 처리 시에 챔버 내 진공 수준을 낮출 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the vacuum level in the chamber may be lowered during processing.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 공정 처리시에 파티클 발생이 저감될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, generation of particles can be reduced during processing.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 실리콘 구조물이 형성된 기판의 표면 러프니스를 개선하는 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 3은 일 실시 예에 따라, 표면의 러프니스가 개선되기 전의 실리콘 구조물을 도시한 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따라, 표면의 러프니스가 개선된 실리콘 구조물을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시 예에 따라, 실리콘 구조물 표면의 반응을 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of improving surface roughness of a substrate on which a silicon structure is formed according to an exemplary embodiment.
3 illustrates a silicon structure before surface roughness is improved, according to an embodiment.
4 illustrates a silicon structure having improved surface roughness, according to an exemplary embodiment.
5 is a conceptual diagram schematically illustrating a reaction of a surface of a silicon structure according to an embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes of elements in the figures are exaggerated to emphasize clearer description.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 챔버(2100), 지지 유닛(2200), 샤워 헤드(2300) 및 플라스마 여기부(2400), 배기 배플(2500), 진공 펌프(2600)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a substrate processing apparatus 100 includes a chamber 2100, a support unit 2200, a shower head 2300, a plasma excitation unit 2400, an exhaust baffle 2500, and a vacuum pump 2600. do.

챔버(2100)는 공정 처리가 수행되는 처리 공간(2101)을 제공한다. 챔버(2100)는 바디(2110)와 밀폐 커버(2120)를 가진다. 바디(2110)는 상면이 개방되며 내부에 처리 공간(2101)이 형성된다. 바디(2110)의 측벽에는 기판(W)이 출입하는 개구(미도시)가 형성되며, 개구는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 개폐 부재는 챔버(2100) 내에서 기판(W) 처리가 수행되는 동안 개구를 폐쇄하고, 기판(W)이 챔버(2100) 내부로 반입될 때와 챔버(2100) 외부로 반출될 때 개구를 개방한다. 개구가 개방된 상태에서 기판(W) 이송을 위한 로봇의 핸드부(미도시)가 챔버(2100) 내부로 출입한다. The chamber 2100 provides a processing space 2101 in which processing is performed. The chamber 2100 has a body 2110 and a sealing cover 2120. The upper surface of the body 2110 is open, and a processing space 2101 is formed therein. An opening (not shown) through which the substrate W enters and exits is formed on the sidewall of the body 2110, and the opening may be opened and closed by an opening and closing member such as a slit door (not shown). The opening/closing member closes the opening while processing the substrate W in the chamber 2100, and opens the opening when the substrate W is carried into the chamber 2100 and taken out of the chamber 2100. do. With the opening open, a hand part (not shown) of the robot for transferring the substrate W enters and exits the chamber 2100 .

바디(2110)의 바닥면에는 배기홀(2102)이 형성된다. 배기홀(2102)은 배기 라인(2140)과 연결된다. 배기 라인(2140)는 진공 펌프(2600)과 연결된다. 배기 라인(2140)을 통한 배기로, 처리 공간(2101)은 상압보다 낮은 압력(예컨대, 진공)으로 유지될 수 있다. 그리고, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 처리 공간(2101) 내부에 존재하는 가스는 배기 라인(2140)을 통해 외부로 배출된다.An exhaust hole 2102 is formed on the bottom surface of the body 2110 . The exhaust hole 2102 is connected to the exhaust line 2140. The exhaust line 2140 is connected to the vacuum pump 2600. With exhaust through the exhaust line 2140, the processing space 2101 can be maintained at a pressure lower than atmospheric pressure (eg, vacuum). In addition, reaction by-products generated during the process and gas present in the processing space 2101 are discharged to the outside through the exhaust line 2140 .

밀폐 커버(2120)는 바디(2110)의 상부벽과 결합하며, 바디(2110)의 개방된 상면을 덮어 바디(2110) 내부를 밀폐시킨다. 밀폐 커버(2120)의 상부에는 플라스마 여기부(2400)가 위치될 수 있다. 밀폐 커버(2120)에는 확산공간(2121)이 형성된다. 확산공간(2121)은 상부보다 하부가 넓게 형성될 수 있다. 예를 들어, 확산공간(2121)은 역 깔때기 형상을 가질 수 있다.The airtight cover 2120 is coupled to the upper wall of the body 2110 and covers the open upper surface of the body 2110 to seal the inside of the body 2110. A plasma excitation unit 2400 may be positioned above the airtight cover 2120 . A diffusion space 2121 is formed in the airtight cover 2120 . The diffusion space 2121 may have a wider lower portion than an upper portion. For example, the diffusion space 2121 may have an inverted funnel shape.

지지 유닛(2200)은 챔버(2100) 내부에 위치된다. 지지 유닛(2200)의 상면에는 처리될 기판(W)이 놓여진다. 지지 유닛(2200)은 지지판(2210), 리프트핀(미도시), 히터(2220), 지지축(2230)을 포함한다. 또한, 지지 유닛(2200)의 내부에는 냉각 유체가 순환하는 냉각 유로(미도시)가 형성될 수 있다. 냉각 유체는 냉각 유로를 따라 순환하며 지지 유닛(2200)를 냉각한다. The support unit 2200 is positioned inside the chamber 2100 . A substrate W to be processed is placed on the upper surface of the support unit 2200 . The support unit 2200 includes a support plate 2210, a lift pin (not shown), a heater 2220, and a support shaft 2230. In addition, a cooling passage (not shown) through which cooling fluid circulates may be formed inside the support unit 2200 . The cooling fluid circulates along the cooling passage and cools the support unit 2200 .

지지판(2210)은 소정의 두께를 가지며, 기판(W) 보다 큰 반경을 갖는 원판으로 제공될 수 있다. 지지판(2210)의 상면에는 기판(W)이 놓이는 홈이 제공될 수 있다. 지지판(2210)의 홈을 형성하는 내벽은, 지지판(2210)의 중심을 향해 하향 경사지도록 제공될 수 있다.The support plate 2210 may have a predetermined thickness and may be provided as a disk having a larger radius than the substrate W. A groove in which the substrate W is placed may be provided on an upper surface of the support plate 2210 . An inner wall forming the groove of the support plate 2210 may be inclined downward toward the center of the support plate 2210 .

리프트핀(미도시)은 복수개로 제공되며 지지판(2210)에 제공된 리프트핀 홀(미도시)에 각각 제공된다. 복수개의 리프트핀(미도시)은 리프트핀 홀을 따라 상하방향으로 이동하며, 기판(W)을 지지판(2210)에 로딩하거나 지지판(2210)으로부터 기판(W)을 언로딩 한다. A plurality of lift pins (not shown) are provided, and each is provided in a lift pin hole (not shown) provided in the support plate 2210 . A plurality of lift pins (not shown) move vertically along the lift pin hole, and load the substrate W onto the support plate 2210 or unload the substrate W from the support plate 2210 .

히터(2220)는 지지판(2210)의 내부에 제공된다. 일 실시 예에 의하면, 일 예에 의하면, 히터(222)는 전기 저항으로 발열되는 저항선, 유체가 유동하는 유로 등으로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 히터(2220)는 나선 형상의 코일로 제공되며, 균일한 간격으로 지지판(2210) 내부에 매설된다. 히터(2220)는 외부 전원과 연결되며, 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 히터(2220)에 의해 발생된 열은 지지판(2210)을 통해 기판(W)에 전도된다. 히터(2220)는 기판(W)을 기 설정된 온도로 가열한다. 히터(2220)는 기판(W)을 섭씨 400도 이상으로 가열할 수 있다.The heater 2220 is provided inside the support plate 2210 . According to one embodiment, the heater 222 may be provided as a resistance wire generating heat by electrical resistance, a flow path through which fluid flows, and the like. According to one embodiment, the heater 2220 is provided as a spiral coil, and is buried inside the support plate 2210 at regular intervals. The heater 2220 is connected to an external power source and generates heat by resisting a current applied from the external power source. Heat generated by the heater 2220 is conducted to the substrate W through the support plate 2210 . The heater 2220 heats the substrate W to a preset temperature. The heater 2220 may heat the substrate W to 400 degrees Celsius or higher.

지지축(2230)은 지지판(2210)의 하부에 위치하며, 지지판(2210)을 지지한다. The support shaft 2230 is located below the support plate 2210 and supports the support plate 2210 .

또한, 지지 유닛(2200)에는 플라즈마에 의한 기판(W) 처리 정도를 조절하기 위해 바이어스 전원(2210)으로부터 전력이 인가될 수 있다. 바이어스 전원(2210)이 인가하는 전력은 라디오 주파수(radio frequency, RF) 전원일 수 있다. 지지 유닛(2200)는 바이어스 전원(2210)이 공급하는 전력에 의해 쉬즈를 형성하고, 그 영역에서 고밀도의 플라즈마를 형성하여 공정 능력을 향상시킬 수 있다. In addition, power may be applied to the support unit 2200 from the bias power supply 2210 in order to adjust the degree of processing of the substrate W by plasma. Power applied by the bias power supply 2210 may be radio frequency (RF) power. The support unit 2200 may form a sheath by power supplied by the bias power supply 2210 and form high-density plasma in the region to improve process capability.

샤워 헤드(2300)는 바디(2110)의 상부벽에 결합된다. 샤워 헤드(2300)는 원판 형상으로, 지지 유닛(2200)의 상면과 나란하게 배치될 수 있다. 샤워 헤드(2300)는 표면이 산화 처리된 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(2300)에는 분배홀(2310)들이 형성된다. 분배홀(2310)들은 균일한 라디칼 공급을 위해 동심의 원주상에 일정 간격으로 형성될 수 있다. 확산공간(2121)에서 확산된 플라스마는 분배홀(2310)들에 유입된다. 이때 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자는 샤워 헤드(2300)에 갇히고, 라디칼과 같이 전하를 띄지 않는 중성 입자들은 분배홀(2310)들을 통과하여 기판(W)으로 공급된다. 또한, 샤워 헤드는 접지되어 전자 또는 이온이 이동되는 통로를 형성할 수 있다.The shower head 2300 is coupled to the upper wall of the body 2110. The shower head 2300 has a disk shape and may be disposed parallel to the upper surface of the support unit 2200 . The shower head 2300 may be provided with an aluminum material having an oxidized surface. Distribution holes 2310 are formed in the shower head 2300 . The distribution holes 2310 may be formed at regular intervals on a concentric circumference to uniformly supply radicals. The plasma diffused in the diffusion space 2121 flows into the distribution holes 2310 . At this time, charged particles such as electrons or ions are trapped in the shower head 2300, and neutral particles that are not charged, such as radicals, pass through distribution holes 2310 and are supplied to the substrate W. Also, the shower head may be grounded to form a passage through which electrons or ions move.

플라스마 여기부(2400)는 플라스마를 생성하여, 챔버(2100)로 공급한다. 플라스마 여기부(2400)는 챔버(2100)의 상부에 제공될 수 있다. 플라즈마 여기부는 리모트 타입 플라즈마 여기부, 용량 결합 플라즈마 여기부, 유도결합 플라즈마 여기부 등으로 제공될 수 있다. 이하, 리모트 타입 플라즈마 여기부를 예로 들어 설명한다.The plasma excitation unit 2400 generates plasma and supplies it to the chamber 2100 . The plasma excitation unit 2400 may be provided above the chamber 2100 . The plasma excitation unit may be provided as a remote type plasma excitation unit, a capacitive coupled plasma excitation unit, an inductively coupled plasma excitation unit, or the like. Hereinafter, a remote type plasma excitation unit will be described as an example.

플라스마 여기부(2400)는 발진기(2410), 도파관(2420), 유전체 관(2430) 및 가스 공급부(2440)를 포함한다.The plasma excitation unit 2400 includes an oscillator 2410, a waveguide 2420, a dielectric tube 2430, and a gas supply unit 2440.

발진기(2410)는 전자기파를 발생시킨다. 도파관(2420)은 발진기(2410)와 유전체 관(2430)을 연결하며, 발진기(2410)에서 발생된 전자기파가 유전체 관(2430) 내부로 전달되는 통로를 제공한다. The oscillator 2410 generates electromagnetic waves. The waveguide 2420 connects the oscillator 2410 and the dielectric tube 2430, and provides a passage through which electromagnetic waves generated by the oscillator 2410 are transferred to the inside of the dielectric tube 2430.

가스 공급부(2440)는 챔버(2100)의 상부로 공정 가스를 공급한다. 일 실시 예에 있어서, 공정 가스는 수소 가스 일 수 있다. 일 실시 예에 있어서 공정 가스는 캐리어 가스와 함께 공급될 수 있다. 일 실시 예에 있어서 캐리어 가스는 아르곤(Ar)일 수 있다.The gas supplier 2440 supplies process gas to the upper part of the chamber 2100 . In one embodiment, the process gas may be hydrogen gas. In one embodiment, the process gas may be supplied together with the carrier gas. In one embodiment, the carrier gas may be argon (Ar).

유전체 관(2430) 내부로 공급된 공정 가스는 전자기파에 의해 플라스마 상태로 여기된다. 플라스마 상태의 가스는 유전체 관(2430)을 거쳐 확산공간(2121)으로 유입된다.The process gas supplied into the dielectric tube 2430 is excited into a plasma state by electromagnetic waves. Gas in a plasma state is introduced into the diffusion space 2121 through the dielectric tube 2430.

배기 배플(2500)은, 링 형상의 판형으로 제공된다. 배기홀(2501)들은 배기 배플(2500)의 외측 영역에 상하 방향을 관통하도록 제공된다. 배기 배플(2500)은 지지판(2210)을 둘러 싸도록 공정 챔버(2100) 내측면에 고정된다. The exhaust baffle 2500 is provided in a ring-shaped plate shape. The exhaust holes 2501 are provided to pass through the outer region of the exhaust baffle 2500 in the vertical direction. The exhaust baffle 2500 is fixed to the inner surface of the process chamber 2100 so as to surround the support plate 2210 .

진공펌프(2600)는, 처리 공간(2101) 내부를 강제 배기한다. 진공펌프(2600)는, 배기라인(2140)과 연통된다. 진공펌프(2600)에 의해 흡입되는 처리 공간(2101)의 분위기는 배기 배플(2500)을 통과해 배기라인(2140)으로 도달하게 된다.The vacuum pump 2600 forcibly exhausts the inside of the processing space 2101 . The vacuum pump 2600 communicates with the exhaust line 2140 . The atmosphere of the processing space 2101 sucked in by the vacuum pump 2600 passes through the exhaust baffle 2500 and reaches the exhaust line 2140 .

본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)는 Si를 포함하는 소재, 예컨대 쿼츠 등을 포함하지 않는다.The substrate processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention does not include a material containing Si, such as quartz.

도 2는 일 실시 예에 따라 실리콘 구조물이 형성된 기판의 표면 러프니스를 개선하는 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 2를 참조하여, 일 실시 예에 따라 실리콘 구조물이 형성된 기판의 표면 러프니스를 개선하는 방법을 설명한다. 본 발명의 실시 예에 있어서, 실리콘 구조물이 형성된 기판의 표면 러프니스를 개선하기 위해 장치(100)가 동작하는 것은 제어기(미도시)에 의해 장치(100)가 제어됨에 따라 이루어진다. 예컨대 제어기(미도시)는 공정챔버 처리 공간의 압력을 제어하기 위하여 진공 펌프(2600)의 동작을 제어할 수 있고, 기판(W)의 온도를 제어하기 위하여 히터(2220)를 제어할 수 있으며, 기판(W)의 처리 시간인 수소 라디칼에 대한 노출 시간을 제어하기 위하여, 장치의 구성 전반을 제어할 수 있다. 2 is a flowchart illustrating a method of improving surface roughness of a substrate on which a silicon structure is formed according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 2 , a method of improving surface roughness of a substrate on which a silicon structure is formed according to an exemplary embodiment will be described. In an embodiment of the present invention, the operation of the device 100 to improve the surface roughness of the substrate on which the silicon structure is formed is performed as the device 100 is controlled by a controller (not shown). For example, the controller (not shown) may control the operation of the vacuum pump 2600 to control the pressure in the processing space of the process chamber, and may control the heater 2220 to control the temperature of the substrate W, In order to control the exposure time to hydrogen radicals, which is the processing time of the substrate W, the overall configuration of the device may be controlled.

먼저 상술하여 설명한 기판 처리 장치(100)의 지지 유닛(2220)에 실리콘 구조물이 형성된 기판(W)을 배치한다(S110). 이후, 기판(W)을 설정 온도, 설정 압력 및 설정 시간 하에서 수소 라디칼에 노출킨다(S120). 상기 설정 온도는 섭씨 400도 이상 섭씨 1000도 이하이고, 설정 압력은 10Torr 이하, 바람직하게는 1Torr 이상이다. 또한, 설정 시간은 1분 이상 10분 이하이다. First, the substrate W on which the silicon structure is formed is disposed on the support unit 2220 of the above-described substrate processing apparatus 100 (S110). Thereafter, the substrate W is exposed to hydrogen radicals at a set temperature, a set pressure, and a set time (S120). The set temperature is 400 degrees Celsius or more and 1000 degrees Celsius or less, and the set pressure is 10 Torr or less, preferably 1 Torr or more. In addition, the setting time is 1 minute or more and 10 minutes or less.

만약, 섭씨 400도 이하에서 기판을 처리하는 경우, 러프니스 개선 효과가 일어나지 않으며, 섭씨 1000도 이상이 되는 경우 기판의 열화가 발생할 수 있다. 설정 압력은 10Torr 이하이면 충분하다. 이는 종래에 요구되는 진공 수준인 100mTorr이하보다 현저히 완화된 진공 수준이다. 만약, 1분 이하로 라디칼에 노출시키는 경우 러프니스 개선 효과가 충분히 일어나지 않으며, 10분 이상으로 라디칼에 노출시키는 경우 기판을 고온으로 가열함에 따른 열화가 발생할 수 있어 불리하다.If the substrate is treated at 400 degrees Celsius or less, the effect of improving the roughness does not occur, and when the substrate is treated at 1000 degrees Celsius or more, degradation of the substrate may occur. A setting pressure of 10 Torr or less is sufficient. This is a vacuum level that is significantly more relaxed than the conventionally required vacuum level of 100 mTorr or less. If exposed to radicals for 1 minute or less, the effect of improving roughness does not sufficiently occur, and if exposed to radicals for 10 minutes or more, deterioration may occur due to heating the substrate to a high temperature, which is disadvantageous.

기판(W)을 수소 라디칼에 노출 시키는 단계(S120)와 동시에 또는 설정 시간 이후에 챔버 내부를 배기한다(S130). 설정 시간은 30초 일 수 있다. 바람직하게는 설정 시간은 1분 일 수 있다. 기판(W)을 수소 라디칼에 노출 시키는 단계(S120)와 챔버 내부를 배기하는 단계(S130)는 동시에 또는 순차적으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 기판(W)을 수소 라디칼에 노출 시키는 단계(S120)가 설정 시간(예컨대, 1분 이상 10분 이하)동안 진행된 이후, 챔버 내부를 배기하는 단계(S130)가 진행될 수 있다.At the same time as exposing the substrate W to hydrogen radicals (S120) or after a set time, the inside of the chamber is evacuated (S130). The setting time may be 30 seconds. Preferably, the setting time may be 1 minute. Exposing the substrate W to hydrogen radicals (S120) and evacuating the inside of the chamber (S130) may be performed simultaneously or sequentially. For example, after exposing the substrate W to hydrogen radicals (S120) is performed for a set time (eg, 1 minute or more and 10 minutes or less), exhausting the inside of the chamber (S130) may be performed.

도 3은 일 실시 예에 따라, 표면의 러프니스가 개선되기 전의 실리콘 구조물을 도시한 것이고, 도 4는 일 실시 예에 따라, 표면의 러프니스가 개선된 실리콘 구조물을 도시한 것이고, 도 5는 일 실시 예에 따라, 실리콘 구조물 표면의 반응을 개략적으로 도시한 개념도이다.3 shows a silicon structure before surface roughness is improved according to an embodiment, FIG. 4 shows a silicon structure whose surface roughness is improved according to an embodiment, and FIG. According to an embodiment, it is a conceptual diagram schematically illustrating a reaction of a surface of a silicon structure.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여, 기판의 표면 러프니스 개선 원리에 대해서 설명한다.Referring to Figs. 3, 4 and 5, the principle of improving the surface roughness of the substrate will be described.

본 발명의 실시 예에 있어서, 러프니스 개선의 대상이 되는 표면은 실리콘 구조물로서, 그 화학식은 Si로 표현된다. 일 예에 있어서, 실리콘 구조물은 단결정 실리콘이며, 다결정 실리콘이어도 무방하다. Si는 수소 라디칼(H*)과 반응하여 [화학식 1]과 같은 반응을 거쳐 반응물을 생성한다. 참고로 반응 과정에서 발생하는 SiHn은 기체가 아니다.In an embodiment of the present invention, the surface subject to roughness improvement is a silicon structure, and its chemical formula is expressed as Si. In one example, the silicon structure is single-crystal silicon, or may be poly-crystal silicon. Si reacts with hydrogen radicals (H*) to generate reactants through a reaction as shown in [Chemical Formula 1]. For reference, SiH n generated in the reaction process is not a gas.

[화학식 1][Formula 1]

Si(s) + H* -> SiHn -> Si(s) + H2(g)Si(s) + H* -> SiH n -> Si(s) + H 2 (g)

본 발명의 실시 예에 있어서, 실리콘 구조물은 순수한 실리콘 결정인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서, 산화됨에 따라 그 표면은 SiO2를 포함할 수 있다. 이 경우 SiO2는 수소 라디칼(H*)과 반응하여 [화학식 2]과 같은 반응을 거쳐 반응물을 생성한다. 참고로 반응 과정에서 발생하는 SiOnHn은 기체가 아니다.In an embodiment of the present invention, the silicon structure is preferably a pure silicon crystal, but in some cases, as it is oxidized, its surface may include SiO 2 . In this case, SiO 2 reacts with hydrogen radicals (H*) to generate reactants through a reaction as shown in [Formula 2]. For reference, SiO n H n generated in the reaction process is not a gas.

[화학식 2][Formula 2]

SiO2(s) + H* -> SiOnHn -> Si(s) + H2(g) + H2O(g) + O2(g) SiO 2 (s) + H* -> SiO n H n -> Si (s) + H 2 (g) + H 2 O (g) + O 2 (g)

본 발명의 실시 예에 있어서, 실리콘 구조물은 순수한 실리콘 결정인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서, 질화됨에 따라 그 표면은 SiN을 포함할 수 있다. 이 경우 SiN는 수소 라디칼(H*)과 반응하여 [화학식 3]과 같은 반응을 거쳐 반응물을 생성한다. 참고로 반응 과정에서 발생하는 SiNnHn은 기체가 아니다.In an embodiment of the present invention, the silicon structure is preferably a pure silicon crystal, but in some cases, as it is nitrided, its surface may include SiN. In this case, SiN reacts with hydrogen radicals (H*) to generate reactants through a reaction as shown in [Chemical Formula 3]. For reference, SiN n H n generated in the reaction process is not a gas.

[화학식 3][Formula 3]

SiN(s) + H* -> SiNnHn -> Si(s) + H2(g) + NH3(g) + N2(g) SiN(s) + H* -> SiN n H n -> Si(s) + H 2 (g) + NH 3 (g) + N 2 (g)

본 발명의 발명자들은 상술한 [화학식 1], [화학식 2], [화학식 3]과 같은 반응으로부터 실리콘 구조물의 표면에서 Si의 마이그레이션(Migration)이 일어나는 것을 발견하였다. 본 발명의 설명에 있어서, Si의 마이그레이션(Migration)이란 도 5를 통해 참조되듯 Si가 깍여 나가는 것이 아닌, 돌출된 표면의 Si가 함몰된 표면으로 이동하여 메움으로써 표면의 러프니스가 개선되는 것으로 정의한다.The inventors of the present invention found that migration of Si occurs on the surface of the silicon structure from the reactions such as [Formula 1], [Formula 2], and [Formula 3] described above. In the description of the present invention, the migration of Si is defined as improving the roughness of the surface by moving Si of the protruding surface to the depressed surface and filling it, rather than Si being cut out as referenced through FIG. 5 do.

상술한 실시 예에 의하면, 고 밀도 리모트 플라즈마(High Density Remote Plasma(>10xE13/cm3))로 부터 생성된 H Radical을 이용하여 실리콘 구조물(예컨대, 패턴)의 Si표면 러프니스를 개선할 수 있으며, 특히 Fin-FET 패턴의 Si 형상을 개선할 수 있다. 예컨대, 마이크로 플라즈마 발생 장치의 경우 안테나에서 멀어짐에 따라 플라즈마 밀도(Plasma Density)가 급격히 낮아지는 경향이 있는데 이와 비교하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의할 경우, 10xE13/cm3 이상의 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 형성한 상태에서 수소 가스를 플라즈마로 여기함에 따라 수소 라디칼(H radical)의 생성비율을 급격히 증가시킬 수 있음으로서, 실리콘 구조물의 표면 러프니스를 개선하기 위한 재료인 수소 라디칼을 다량으로 효과적으로 발생시킴에 따라, 실리콘 구조물의 Si Migration 효과의 극대화를 기대할 수 있다.According to the above-described embodiment, the Si surface roughness of a silicon structure (eg, pattern) can be improved by using H Radical generated from a high density remote plasma (>10xE13/cm3), In particular, the Si shape of the Fin-FET pattern can be improved. For example, in the case of a microplasma generator, the plasma density tends to decrease rapidly as the distance from the antenna increases. In comparison, in the case of the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, the plasma density of 10xE13/cm3 or more As hydrogen gas is excited into plasma in the state of plasma density, the generation rate of hydrogen radicals (H radicals) can be rapidly increased, which is a material for improving the surface roughness of silicon structures. As a large amount is effectively generated, the maximum of the Si Migration effect of the silicon structure can be expected.

또한, 3D Fin-FET 구조에서 GAA(Gate All Around) 구조로 변경이 되어도 실리콘 구조물의 표면 러프니스 및 Si Migration을 구현할 수 있다.In addition, even if the 3D Fin-FET structure is changed to the GAA (Gate All Around) structure, the surface roughness and Si migration of the silicon structure can be implemented.

또한, 리모트 플라즈마로 생성된 수소 라디칼(H radical)을 이용하여 금속막(Metal film)의 비저항(Rs) 개선 효과 기대할 수도 있다.In addition, the effect of improving the specific resistance (Rs) of the metal film may be expected by using the hydrogen radical (H radical) generated by the remote plasma.

또한, 공정 챔버 내부가 Si를 포함하는 부품 예컨대, 쿼츠(Quartz; SiO2)를 포함하지 않는 구조로서, 장치의 부품과 수소 라디칼과의 반응에 의한 식각 현상이 없음에 따라, MTBP 개선을 기대할 수 있다.In addition, since the inside of the process chamber has a structure that does not contain Si-containing parts, such as quartz (SiO2), there is no etching phenomenon due to the reaction between the parts of the device and hydrogen radicals, so MTBP improvement can be expected. .

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and describe preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope equivalent to the written disclosure and / or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application field and use of the present invention are also possible. Therefore, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to cover other embodiments as well.

Claims (15)

단결정 Si로 구성되는 실리콘 구조물이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치 - 하기 수소 라디칼에 노출되는 상기 기판 처리 장치의 부품은 실리콘 성분을 포함하지 않음 - 의 챔버 내부에 배치하는 단계와;
상기 실리콘 구조물의 돌출된 표면의 Si가 함몰된 표면으로 이동하여 메우는 Si 마이그레이션(Migration)을 통해 상기 실리콘 구조물의 표면 러프니스를 개선하기 위해, 상기 기판을 설정 온도, 설정 압력 및 설정 시간 하에서 수소 라디칼에 노출시키는 단계를 포함하고,
상기 설정 온도는 상기 기판이 섭씨 400도 이상, 그리고 섭씨 1000도 이하로 가열될 수 있는 온도이고,
상기 설정 압력은 상기 챔버 내부가 1 Torr이상, 그리고 10 Torr 이하이고,
상기 설정 시간은 1분 이상, 그리고 10분 이하인 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법.arranging in a chamber of a substrate processing apparatus for processing a substrate on which a silicon structure composed of single crystal Si is formed, wherein a component of the substrate processing apparatus exposed to the following hydrogen radical does not contain a silicon component;
In order to improve the surface roughness of the silicon structure through Si migration in which the Si of the protruded surface of the silicon structure moves to and fills the depressed surface, the substrate is subjected to hydrogen radicals at a set temperature, a set pressure and a set time. Including the step of exposure to,
The set temperature is a temperature at which the substrate can be heated to 400 degrees Celsius or more and 1000 degrees Celsius or less,
The set pressure is 1 Torr or more and 10 Torr or less inside the chamber,
The setting time is 1 minute or more and 10 minutes or less of the silicon structure surface roughness improvement method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 수소 라디칼은 수소 가스가 플라즈마로 여기되어 생성된 것인 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법.According to claim 1,
The hydrogen radical is a silicon structure surface roughness improvement method that is generated by exciting hydrogen gas with plasma. 제1 항에 있어서,
상기 기판을 상기 수소 라디칼에 노출 시키는 단계와 동시에 또는 설정 시간 이후에 상기 챔버 내부를 배기하는 단계를 더 포함하는 실리콘 구조물 표면 러프니스 개선 방법.According to claim 1,
The method of improving the surface roughness of the silicon structure further comprising the step of evacuating the inside of the chamber simultaneously with the step of exposing the substrate to the hydrogen radicals or after a set time. 기판 처리 장치에 있어서,
처리 공간을 형성하는 공정 챔버와;
상기 처리 공간에 제공되며, 처리될 기판이 놓여지고, 상기 처리될 기판을 가열하는 히터를 포함하는 지지 유닛과;
상기 공정 챔버에서 필요로 하는 라디칼을 생성하는 유도결합 플라즈마 여기부와;
상기 플라즈마 여기부로부터 생성된 라디칼을 상기 공정 챔버내로 균일하게 분사되도록 하는 샤워 헤드와;
상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛과;
상기 공정 챔버 처리 공간의 압력과, 상기 히터와, 상기 처리될 기판의 처리 시간을 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 라디칼은 수소 라디칼이고,
상기 처리될 기판은 단결정 실리콘인 실리콘 구조물이 형성된 것이고,
상기 수소 라디칼에 노출되는 상기 기판 처리 장치의 부품은 실리콘 성분을 포함하지 않고,
상기 실리콘 구조물의 돌출된 표면의 Si가 함몰된 표면으로 이동하여 메우는 Si 마이그레이션(Migration)을 통해 상기 실리콘 구조물의 표면 러프니스를 개선하기 위해 상기 제어기는:
상기 처리될 기판이 섭씨 400도 이상, 그리고 섭씨 1000도 이하로 가열되도록 상기 히터를 제어하고;
상기 처리 공간의 압력을 1 Torr이상, 그리고 10 Torr 이하로 유지하도록 상기 배기 유닛을 제어하고;
상기 처리될 기판이 상기 라디칼에 1분 이상 10분 이하로 노출되도록 제어하는 기판 처리 장치.In the substrate processing apparatus,
a process chamber defining a processing space;
a support unit provided in the processing space, including a heater on which a substrate to be processed is placed, and which heats the substrate to be processed;
an inductively coupled plasma excitation unit generating radicals required by the process chamber;
a shower head to uniformly spray the radicals generated from the plasma excitation unit into the process chamber;
an exhaust unit for exhausting the atmosphere of the processing space;
A controller for controlling the pressure of the process chamber processing space, the heater, and a processing time of the substrate to be processed;
The radical is a hydrogen radical,
The substrate to be processed is one on which a silicon structure, which is single crystal silicon, is formed,
The part of the substrate processing apparatus exposed to the hydrogen radical does not contain a silicon component,
In order to improve the surface roughness of the silicon structure through Si migration in which Si of the protruded surface of the silicon structure moves to and fills the depressed surface, the controller:
controlling the heater so that the substrate to be processed is heated to 400 degrees Celsius or more and 1000 degrees Celsius or less;
controlling the exhaust unit to maintain the pressure in the processing space at 1 Torr or higher and at 10 Torr or lower;
A substrate processing apparatus for controlling the substrate to be processed to be exposed to the radical for 1 minute or more and 10 minutes or less. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 처리될 기판이 상기 라디칼에 노출되는 동시에 또는 설정 시간 이후에 상기 처리 공간의 분위기가 배기되도록 상기 배기 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
According to claim 9,
The controller,
The substrate processing apparatus controls the exhaust unit to exhaust the atmosphere of the processing space at the same time that the substrate to be processed is exposed to the radical or after a set time.
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