KR101165724B1 - Plasma generating method and substrate treating apparatus and method using the plasma generating method - Google Patents

Plasma generating method and substrate treating apparatus and method using the plasma generating method Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 기판 처리 장치는 처리실 내부에 위치된 서셉터에 기판이 놓인다. 플라스마 공급부는 기판의 상부에 위치된 방전 공간에서 플라스마를 발생시키고 발생된 플라스마를 기판으로 공급한다. 방전공간에는 수소 가스와 보조 가스가 공급되며, 보조 가스는 수소 가스가 플라스마로 해리되는 것을 보조한다.The present invention provides an apparatus and a method for processing a substrate. In the substrate processing apparatus, the substrate is placed on the susceptor located inside the processing chamber. The plasma supply part generates a plasma in a discharge space located on the top of the substrate and supplies the generated plasma to the substrate. A hydrogen gas and an auxiliary gas are supplied to the discharge space, and the auxiliary gas assists dissociation of the hydrogen gas into plasma.

Description

플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법, {PLASMA GENERATING METHOD AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD USING THE PLASMA GENERATING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a plasma generating method and a substrate processing apparatus and method using the plasma generating method,

본 발명은 플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 플라즈마 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a plasma generating method and a substrate processing apparatus and method using the same, and more particularly, to an apparatus and a method for plasma processing a substrate.

일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.Generally, a plasma refers to an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, etc., and a plasma is generated by a very high temperature, a strong electric field, or RF electromagnetic fields.

이러한 플라스마는 반도체 소자를 제조하기 위하여 포토레지스트(photoresist)를 사용하는 리소그래피(lithography) 공정에서 다양하게 활용된다. 일 예로, 기판상에 라인(line) 또는 스페이스(space) 패턴 등과 같은 각종의 미세회로패턴들을 형성하거나 이온 주입(ion implantation) 공정에서 마스크(mask)로 이용된 포토레지스트를 기판으로부터 제거하는 애싱(ashing) 공정에서 플라스마 활용도는 점점 높아지고 있다.Such a plasma is variously utilized in a lithography process using a photoresist for manufacturing a semiconductor device. As an example, various types of microcircuit patterns may be formed on a substrate, such as line or space patterns, or ashing (e.g., ashing) to remove photoresist used as a mask in a process of ion implantation Ashing process, plasma utilization is increasing.

일반적으로 애싱 공정에는 산소 가스가 해리된 플라스마가 사용된다. 산소 가스는 인가된 전력에 의해 쉽게 플라스마 상태로 해리되나, 산소 라디칼의 침투로 미세 회로 패턴들의 계면이 산화되어 전기적인 단선 불량이 발생된다.Generally, a plasma in which oxygen gas is dissociated is used for the ashing process. The oxygen gas is easily dissociated into a plasma state by the applied electric power, but the interface of the fine circuit patterns is oxidized by the penetration of the oxygen radical, resulting in an electrical disconnection fault.

상기 산소 가스의 특성으로 인해, 최근 수소 가스를 플라스마 소스 가스로 사용하는 기술이 제안되고 있다. 수소 가스는 산소 가스에 비하여 실리콘 및 금속 산화 문제에서 자유로운 장점이 있다. 그러나, 수소 가스는 산소 가스에 비하여 플라스마 상태로 해리가 쉽지 않다. 수소 가스의 해리를 위하여 일반적으로 아르곤 가스, 질소 가스등이 함께 제공된다. 그러나, 도 1에 나타나듯이 산소 가스를 이용한 애싱 공정에 비하여 1/20의 애싱율로 애싱 효율이 낮게 나타난다. 수소 가스의 해리율을 향상시키기 위해 인가되는 전력 크기를 증가시키는 방법이 제안되나, 전력 크기 증가에는 한계가 따른다. Due to the characteristics of the oxygen gas, a technique of using hydrogen gas as a plasma source gas has recently been proposed. Hydrogen gas has advantages over silicon gas and metal oxidation problem as compared with oxygen gas. However, the hydrogen gas is less easily dissociated into a plasma state than oxygen gas. Generally, argon gas, nitrogen gas, etc. are provided together for dissociation of hydrogen gas. However, as shown in FIG. 1, the ashing efficiency is lowered by 1/20 of the ashing rate as compared with the ashing process using the oxygen gas. A method of increasing the power magnitude applied to improve the dissociation rate of hydrogen gas is proposed, but there is a limit to the increase of the power magnitude.

본 발명은 수소 플라스마 생성율을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method capable of improving the hydrogen plasma generation rate.

또한, 본 발명은 애싱 공정 수행시 기판 표면의 산화를 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention also provides an apparatus and method for preventing oxidation of a substrate surface during an ashing process.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited thereto, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 처리실; 상기 처리실의 내부에 위치하며, 기판이 놓이는 서셉터; 상기 기판의 상부에 위치된 방전 공간에서 플라스마를 발생시키며, 상기 플라스마를 상기 기판으로 공급하는 플라스마 공급부를 포함하되, 상기 플라스마 공급부는 상기 방전 공간으로 수소 가스를 공급하는 공정 가스 공급부; 및 상기 수소 가스가 상기 플라스마로 해리되는 것을 보조하는 보조 가스를 상기 방전 공간으로 공급하는 보조 가스 공급부를 포함하되, 상기 보조 가스는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스 중 적어도 두 개 이상의 가스가 혼합된 가스이다.The present invention provides a substrate processing apparatus. The substrate processing apparatus includes a processing chamber having a space formed therein; A susceptor located inside the process chamber and in which the substrate is placed; And a plasma supply unit for generating plasma in a discharge space located above the substrate and supplying the plasma to the substrate, wherein the plasma supply unit includes a process gas supply unit for supplying hydrogen gas to the discharge space; And an auxiliary gas supply unit for supplying an auxiliary gas for assisting the dissociation of the hydrogen gas into the plasma into the discharge space, wherein the auxiliary gas includes at least two of oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas Gas is a mixed gas.

상기 공정 가스 공급부는 공정 가스 저장부; 상기 공정 가스 저장부에 저장된 상기 수소 가스를 상기 방전 공간으로 공급하는 공정 가스 공급 라인; 및 상기 공정 가스 공급 라인에 설치되며, 상기 수소 가스의 유량을 조절하는 제1유량 조절 밸브를 포함하고, 상기 보조 가스 공급부는 보조 가스 저장부; 상기 보조 가스 저장부에 저장된 상기 보조 가스를 상기 방전 공간으로 공급하는 보조 가스 공급 라인; 및 상기 보조 가스 공급 라인에 설치되며, 상기 보조 가스의 유량을 조절하는 제2유량 조절 밸브를 포함하며, 상기 플라스마 공급부는 상기 방전 공간 내에 상기 수소 가스와 상기 보조 가스의 유량이 기 설정된 비율로 제공되도록 상기 제1유량 조절 밸브 및 상기 제2유량 조절 밸브를 제어하는 가스 유량 제어부를 더 포함한다.The process gas supply unit includes a process gas storage unit; A process gas supply line for supplying the hydrogen gas stored in the process gas storage unit to the discharge space; And a first flow rate control valve installed in the process gas supply line for controlling a flow rate of the hydrogen gas, wherein the auxiliary gas supply unit includes an auxiliary gas storage unit; An auxiliary gas supply line for supplying the auxiliary gas stored in the auxiliary gas storage unit to the discharge space; And a second flow rate control valve installed in the auxiliary gas supply line for controlling the flow rate of the auxiliary gas, wherein the plasma supply unit supplies the flow rate of the hydrogen gas and the auxiliary gas in the discharge space at a predetermined ratio The first flow rate control valve and the second flow rate control valve.

상기 가스 유량 제어부는 상기 방전 공간에서 상기 보조 가스 유량이 상기 수소 가스 유량의 1~10%에 해당되도록 상기 제1유량 조절 밸브 및 상기 제2유량 조절 밸브를 제어한다.The gas flow rate control unit controls the first flow rate control valve and the second flow rate control valve such that the auxiliary gas flow rate corresponds to 1 to 10% of the hydrogen gas flow rate in the discharge space.

또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 방전 공간에 수소 가스와 보조 가스를 기 설정된 비율로 공급하고, 상기 방전 공간에 전력을 인가하여 상기 수소 가스를 해리시키며, 해리된 상기 수소 가스를 기판으로 공급하여 애싱 공정을 수행하되, 상기 보조 가스는 적어도 두 개 이상의 이종 가스가 혼합된 가스이다.The present invention also provides a substrate processing method. The substrate processing method includes supplying hydrogen gas and auxiliary gas to the discharge space at a predetermined ratio, dissipating the hydrogen gas by applying electric power to the discharge space, supplying the dissociated hydrogen gas to the substrate, , And the auxiliary gas is a gas in which at least two or more different kinds of gases are mixed.

상기 이종 가스는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스를 포함한다.The heterogeneous gas includes oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas.

다른 실시예에 의하면, 상기 보조 가스는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스가 혼합된다.According to another embodiment, the auxiliary gas is mixed with an oxygen gas, a helium gas, a neon gas, and a nitrogen gas.

상기 방전 공간에서 상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 1~10%이다. 구체적으로, 상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 3%이다. The flow rate of the auxiliary gas in the discharge space is 1 to 10% of the flow rate of the hydrogen gas. Specifically, the flow rate of the auxiliary gas is 3% of the flow rate of the hydrogen gas.

상기 애싱 공정은 실리콘막 상에 형성된 포토레지스트를 제거한다.The ashing process removes the photoresist formed on the silicon film.

상기 애싱 공정은 금속막 상에 형성된 포토레지스트를 제거한다.The ashing process removes the photoresist formed on the metal film.

상기 애싱 공정은 Low-k막 유전율의 열화도를 감소시킨다.The ashing process reduces the deterioration of the low-k film dielectric constant.

또한, 본 발명은 플라스마 생성 방법을 제공한다. 플라스마 생성 방법은 방전 공간에 수소 가스와 보조 가스를 공급하고, 상기 방전 공간에 전력을 인가하여 상기 수소 가스를 해리시키되, 상기 보조 가스는 산소 가스 또는 네온 가스를 포함한다.The present invention also provides a plasma generation method. The plasma generating method supplies hydrogen gas and auxiliary gas to the discharge space, dissipates the hydrogen gas by applying electric power to the discharge space, and the auxiliary gas includes oxygen gas or neon gas.

상기 보조 가스는 산소 가스와 네온 가스가 혼합된 가스이다. 상기 보조 가스는 헬륨 가스와 질소 가스가 더 포함된다.The auxiliary gas is a gas in which oxygen gas and neon gas are mixed. The auxiliary gas further includes helium gas and nitrogen gas.

상기 방전 공간에서 상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 1~10%이다. 구체적으로, 상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 3%이다.The flow rate of the auxiliary gas in the discharge space is 1 to 10% of the flow rate of the hydrogen gas. Specifically, the flow rate of the auxiliary gas is 3% of the flow rate of the hydrogen gas.

본 발명에 의하면, 수소 플라스마 생성이 증가되어 애싱 효율이 향상된다.According to the present invention, hydrogen plasma generation is increased and ashing efficiency is improved.

또한, 본 발명에 의하면, 기판 표면의 산화로 인한 패턴 불량이 예방된다. Further, according to the present invention, defective pattern due to oxidation of the substrate surface is prevented.

도 1은 산소 플라스마와 수소 플라스마에 의한 애싱율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a는 보조 가스를 첨가하지 않은 경우, 인가되는 전력의 크기변화에 따라 생성되는 플라스마의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 보조 가스를 첨가한 경우, 인가되는 전력의 크기변화에 따라 생성되는 플라스마의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 보조 가스를 첨가하지 않은 경우, 공정 시간 진행에 따라 생성되는 플라스마의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 보조 가스를 첨가한 경우, 공정 시간 진행에 따라 생성되는 플라스마의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 보조가스가 첨가되기 전?후의 포토레지스트 제거율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 애싱 공정 후 기판 표면의 XPS 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9c는 애싱 공정 후 기판의 패턴을 확대 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.1 is a graph showing the algebraic rate by oxygen plasma and hydrogen plasma.
2 is a plan view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A is a graph showing the intensity of a plasma generated according to a change in magnitude of an applied electric power when an auxiliary gas is not added.
5B is a graph showing the intensity of a plasma generated according to a change in magnitude of an applied electric power when an auxiliary gas is added.
FIG. 6A is a graph showing the intensity of the plasma generated as the process time progresses when no auxiliary gas is added. FIG.
6B is a graph showing the intensity of the plasma generated as the process time progresses when the auxiliary gas is added.
7 is a graph showing photoresist removal rates before and after the auxiliary gas is added.
8 is a graph showing XPS analysis results of the substrate surface after the ashing process.
9A to 9C are enlarged photographs of the pattern of the substrate after the ashing process.
10 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 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 detail with reference to the accompanying drawings. The 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 embodiments. This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Thus, the shape of the elements in the figures has been exaggerated to emphasize a clearer description.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 간략하게 나타내는 평면도이다.2 is a plan view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM, 10)과 공정 처리실(20)를 가진다.Referring to FIG. 2, the substrate processing apparatus 1 has an equipment front end module (EFEM) 10 and a processing chamber 20.

설비 전방 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)은 일렬로 배치된다. 이하, 설비 전방 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)이 배열된 방향을 제1방향(1)이라 정의하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(1)에 수직인 방향을 제2방향(2)이라 정의한다.The facility front end module (EFEM) 10 and the process chamber 20 are arranged in a line. The direction in which the facility front end module (EFEM) 10 and the process chamber 20 are arranged is defined as a first direction 1 and a direction perpendicular to the first direction 1 as viewed from the top is defined as a second direction Direction (2).

설비 전방 단부 모듈(10)은 공정 처리실(20) 전방에 장착되며, 기판이 수납된 캐리어(16)와 공정 처리실(20) 간에 기판(W)을 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(10)은 로드 포트(12)와 프레임(14)을 가진다. The facility front end module 10 is mounted in front of the processing chamber 20 and transports the substrate W between the carrier 16 in which the substrate is housed and the processing chamber 20. The plant front end module 10 has a load port 12 and a frame 14.

로드 포트(12)는 프레임(14) 전방에 배치되며, 복수개 제공된다. 로드 포트(12)들은 서로 이격하여 제2방향(2)을 따라 일렬로 배치된다. 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(16)(예를 틀어, 카세트, FOUP등)는 로드 포트(12)들에 각각 안착된다. The load port 12 is disposed in front of the frame 14, and a plurality of load ports 12 are provided. The load ports 12 are arranged in a line along the second direction 2 away from each other. The carrier 16 (e.g., cassette, FOUP, etc.) in which the substrate W to be provided to the process and the substrate W to which the process is completed is placed on the load ports 12, respectively.

프레임(14)은 로드 포트(12)와 로드락 챔버(22) 사이에 배치된다. 프레임(14) 내부에는 로드 포트(12)와 로드락 챔버(22)간에 기판(W)을 이송하는 이송로봇(18)이 배치된다. 이송로봇(18)은 제2방향(2)으로 구비된 이송 레일(19)을 따라 이동가능하다.The frame 14 is disposed between the load port 12 and the load lock chamber 22. A transfer robot 18 for transferring the substrate W between the load port 12 and the load lock chamber 22 is disposed in the frame 14. [ The conveying robot 18 is movable along the conveying rail 19 provided in the second direction 2.

공정처리실(20)은 로드락 챔버(22), 트랜스퍼 챔버(24), 그리고 복수개의 기판 처리 장치(30)를 포함한다.The process chamber 20 includes a load lock chamber 22, a transfer chamber 24, and a plurality of substrate processing apparatuses 30.

로드락 챔버(22)는 트랜스퍼 챔버(24)와 프레임(14) 사이에 배치되며, 공정에 제공될 기판(W)이 기판 처리 장치(30)로 이송되기 전, 또는 공정 처리가 완료된 기판(W)이 캐리어(16)로 이송되기 전 대기하는 공간을 제공한다. 로드락 챔버(22)는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 실시예에 의하면, 로드락 챔버(22)는 두 개가 제공된다. 하나의 로드락 챔버(22)에는 공정 처리를 위해 기판 처리 장치(30)로 제공되는 기판(W)이 수납되고, 다른 하나의 로드락 챔버(22)에는 기판 처리 장치(30)에서 공정이 완료된 기판(W)이 수납될 수 있다.The load lock chamber 22 is disposed between the transfer chamber 24 and the frame 14 and before the substrate W to be supplied to the process is transferred to the substrate processing apparatus 30, To be conveyed to the carrier 16 is provided. One or a plurality of load lock chambers 22 may be provided. According to the embodiment, two load lock chambers 22 are provided. One of the load lock chambers 22 houses a substrate W supplied to the substrate processing apparatus 30 for processing and the other one of the load lock chambers 22 receives the substrate W processed by the substrate processing apparatus 30 The substrate W can be housed.

트랜스퍼 챔버(24)는 제1방향(1)을 따라 로드락 챔버(22)의 후방에 배치되며, 상부에서 바라볼 때 다각형의 몸체(25)를 갖는다. 몸체(25)의 외측에는 로드락 챔버(22)들과 복수개의 기판 처리 장치(30)들이 몸체(25)의 둘레를 따라 배치된다. 실시예에 의하면 트랜스퍼 챔버(24)는 상부에서 바라볼 때, 오각형의 몸체를 갖는다. 설비 전방 단부 모듈(10)과 인접한 두 측벽에는 로드락 챔버(22)가 각각 배치되고, 나머지 측벽에는 기판 처리 장치(30)들이 배치된다. 몸체(25)의 각 측벽에는 기판(W)이 출입하는 통로(미도시)가 형성된다. 통로는 트랜스퍼 챔버(24)와 로드락 챔버(22)간에, 또는 트랜스퍼 챔버(24)와 기판 처리 장치(30)간에 기판(W)이 출입하는 공간을 제공한다. 각 통로에는 통로를 개폐하는 도어(미도시)가 제공된다. 트랜스퍼 챔버(24)는 상기 형상뿐만 아니라, 요구되는 공정모듈에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다. The transfer chamber 24 is disposed rearwardly of the load lock chamber 22 along the first direction 1 and has a polygonal body 25 as viewed from the top. On the outside of the body 25, load lock chambers 22 and a plurality of substrate processing apparatuses 30 are disposed along the periphery of the body 25. [ According to an embodiment, the transfer chamber 24 has a pentagonal body when viewed from above. A load lock chamber 22 is disposed on each of the two sidewalls adjacent to the facility front end module 10, and the substrate processing apparatuses 30 are disposed on the remaining sidewalls. On the respective side walls of the body 25, passages (not shown) through which the substrate W enters and exits are formed. The passage provides a space for the substrate W to be transferred between the transfer chamber 24 and the load lock chamber 22 or between the transfer chamber 24 and the substrate processing apparatus 30. [ Each passage is provided with a door (not shown) for opening and closing the passage. The transfer chamber 24 may be provided in various forms depending on the shape as well as the required process module.

트랜스퍼 챔버(24)의 내부공간에는 반송로봇(26)이 배치된다. 반송로봇(26)은 로드락 챔버(22)에서 대기하는 미처리된 기판(W)을 기판 처리 장치(30)로 이송하거나, 기판 처리 장치(30)에서 공정처리가 완료된 기판(W)을 로드락 챔버(22)로 이송한다. 그리고, 반송 로봇(26)은 복수 개의 기판 처리 장치(30)들에 기판(W)을 순차적으로 제공하기 위하여 기판 처리 장치(30)들간에 기판(W)을 이송한다. The transfer robot (26) is disposed in the inner space of the transfer chamber (24). The transfer robot 26 transfers the unprocessed substrate W waiting in the load lock chamber 22 to the substrate processing apparatus 30 or loads the substrate W processed in the substrate processing apparatus 30 into the load lock chamber 22 To the chamber (22). The transfer robot 26 transfers the substrate W between the substrate processing apparatuses 30 in order to sequentially supply the substrates W to the plurality of substrate processing apparatuses 30. [

기판 처리 장치(30)는 플라스마 가스를 기판으로 공급하여 기판에 대한 공정 처리를 수행한다. 플라스마 가스를 이용한 기판 처리는 반도체 제작 공정에서 다양하게 적용될 수 있다. 본 발명에서는 플라스마 가스를 이용한 공정들 중 애싱(Ashing) 공정을 예를 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기판 처리 장치는 애싱 공정뿐만 아니라, 플라스마 가스가 사용되는 다양한 공정에 적용될 수 있다.
The substrate processing apparatus 30 supplies a plasma gas to the substrate to perform processing on the substrate. The substrate processing using the plasma gas can be applied variously in the semiconductor manufacturing process. In the present invention, among the processes using plasma gas, an ashing process will be described as an example. However, the substrate processing apparatus of the present invention can be applied not only to the ashing process, but also to various processes in which the plasma gas is used.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.3 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(30)는 공정 처리부(100)와 플라스마 공급부(200)를 포함한다. 공정 처리부(100)는 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공하고, 플라스마 공급부(200)는 기판(W) 처리 공정에 사용되는 플라스마를 발생시키고, 플라스마를 다운 스크림(Down Stream) 방식으로 기판(W)으로 공급한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.Referring to FIG. 3, the substrate processing apparatus 30 includes a processing unit 100 and a plasma supply unit 200. The plasma processing unit 100 provides a space in which the processing of the substrate W is performed and the plasma supplying unit 200 generates plasma used in the processing of the substrate W, (W). Hereinafter, each configuration will be described in detail.

공정 처리부(100)는 처리실(110), 서셉터(140), 그리고 배플(150)을 가진다. The process processing section 100 has a process chamber 110, a susceptor 140, and a baffle 150.

처리실(110)은 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 처리실(110)은 바디(120)와 밀폐 커버(130)를 가진다. 바디(120)는 상면이 개방된 내부공간(PS)을 가진다. 바디(120)의 일측벽 측벽에는 기판(W)이 출입하는 개구(미도시)가 형성되며, 개구는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐된다. 개폐 부재는 처리실(110) 내에서 기판(W) 처리 공정이 수행되는 동안 개구를 폐쇄하고, 기판(W)이 처리실(110) 내부로 반입될 때와 처리실(110) 외부로 반출할 때 개구를 개방한다. 바디(120)의 하부벽에는 배기홀(121)이 형성되며, 배기홀(121)은 배기 부재(170)와 연결된다. 배기 부재(170)는 공정 진행실 처리실(110) 내부를 감압하여 공정압력으로 유지시키고, 공정에서 발생된 반응 부산물을 처리실(110) 외부로 배출시킨다. The processing chamber 110 provides a space in which the substrate W processing is performed. The treatment chamber 110 has a body 120 and a seal cover 130. The body 120 has an inner space PS whose upper surface is open. An opening (not shown) through which the substrate W enters and exits is formed on one sidewall side wall of the body 120, and the opening is opened and closed by an opening / closing member such as a slit door (not shown). The opening and closing member closes the opening while the substrate W processing process is performed in the processing chamber 110 and when the substrate W is carried into the processing chamber 110 and out of the processing chamber 110, Open. An exhaust hole 121 is formed in the lower wall of the body 120 and an exhaust hole 121 is connected to the exhaust member 170. The exhaust member 170 reduces the pressure inside the process chamber 110 to maintain the process pressure, and discharges the reaction by-products generated in the process to the outside of the process chamber 110.

밀폐 커버(130)는 바디(120)의 상부벽과 결합하며, 바디(120)의 개방된 상면을 덮어 바디(120) 내부(PS)를 외부로부터 밀폐시킨다. 밀폐 커버(130)의 상단은 플라스마 공급부(200)와 결합한다. 밀폐 커버(130)에는 플라스마 공급부(200)로부터 공급된 플라스마가 유입되는 유입구(131)와 유입된 플라스마를 배플(150)로 제공하는 유도공간(DS)이 형성된다. 유도 공간(DS)은 유입구(131)의 하부에 형성되며, 유입구(131)와 연결된다. 유도 공간(DS)은 밀폐 커버(130)의 하단으로 갈수록 반경이 점점 커지는 역 깔때기(inverted funnel) 형상으로 형성될 수 있다. 상기 유도 공간(DS)의 형상에 의하여, 유입구(131)를 통해 유입된 플라스마 가스는 확산되어 배플(150)의 각 영역으로 균일하게 공급될 수 있다.The sealing cover 130 engages with the upper wall of the body 120 and covers the opened upper surface of the body 120 to seal the inside of the body 120 from the outside. The upper end of the sealing cover 130 engages with the plasma supplying part 200. The sealing cover 130 is formed with an inlet 131 through which the plasma supplied from the plasma supplying unit 200 flows and an induction space DS through which the introduced plasma is supplied to the baffle 150. The induction space DS is formed in the lower portion of the inlet 131 and is connected to the inlet 131. The guide space DS may be formed in an inverted funnel shape having a radius gradually increasing toward the lower end of the sealed cover 130. Due to the shape of the guide space DS, the plasma gas introduced through the inlet 131 can be diffused and uniformly supplied to each region of the baffle 150.

서셉터(140)는 처리실(110)의 내부에 위치되며, 그 상면에 기판(W)이 놓인다. 서셉터(140)의 상면은 기판(W)에 대응되는 형상으로 제공되며, 기판(W)보다 넓은 면적을 갖는다. 서셉터(140)는 정전력에 의해 기판(W)을 흡착하는 정전 척(Electro Static Chuck)으로 제공될 수 있다. 서셉터(140)는 상면의 높이가 변경되도록 승강될 수 있다. 서셉터(140)는 기판(W)의 로딩/언로딩시 승강한다. 서셉터(140)에는 리프트 홀(미도시)들이 서셉터(140)의 상면 및 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 리프트 홀들에는 리프트 핀(미도시)들이 각각 제공되며, 리프트 핀들은 기판(W)이 서셉터(140)상에 로딩/언로딩되는 경우, 리프트 홀들을 따라 승강한다. 서셉터(140)의 내부에는 히터(141)가 제공된다. 히터(141)는 기판(W)을 가열하여 기판(W)의 온도를 공정온도로 유지시킨다.The susceptor 140 is positioned inside the processing chamber 110, and the substrate W is placed on the upper surface thereof. The upper surface of the susceptor 140 is provided in a shape corresponding to the substrate W and has a larger area than the substrate W. [ The susceptor 140 may be provided as an electrostatic chuck for attracting the substrate W by electrostatic force. The susceptor 140 can be raised and lowered so that the height of the upper surface is changed. The susceptor 140 ascends and descends upon loading / unloading the substrate W. Lift holes (not shown) may be formed in the susceptor 140 through upper and lower surfaces of the susceptor 140. The lift holes are provided with lift pins (not shown), respectively, and the lift pins lift and lower along the lift holes when the substrate W is loaded / unloaded on the susceptor 140. A heater 141 is provided inside the susceptor 140. The heater 141 heats the substrate W to maintain the temperature of the substrate W at the processing temperature.

배플(150)은 바디(120)의 내부공간(PS)과 밀폐 커버(130)의 유도 공간(DS) 사이에서 바디(120)의 상부벽과 결합하며, 서셉터(140)의 상면과 나란하게 배치된다. 배플(150)은 원판 형상으로 제공되며, 서셉터(140)와 대향하는 면이 평평하게 제공된다. 배플(150)은 기판(W)보다 넓은 면적으로 제공된다. 배플(150)에는 복수개의 분사홀(151)들이 형성된다. 분사홀(151)들은 밀폐 커버(130)의 유도공간(DS)으로 유입된 플라스마 가스를 기판(W)으로 공급한다.The baffle 150 engages the upper wall of the body 120 between the inner space PS of the body 120 and the guide space DS of the enclosure cover 130 and is disposed in parallel with the upper surface of the susceptor 140 . The baffle 150 is provided in a disc shape, and a surface facing the susceptor 140 is provided flat. The baffle 150 is provided in a larger area than the substrate W. [ A plurality of injection holes 151 are formed in the baffle 150. The injection holes 151 supply the plasma gas introduced into the guide space DS of the sealing cover 130 to the substrate W. [

플라스마 공급부(200)는 공정가스를 해리시켜 플라스마 가스를 생성하고, 생성된 플라스마 가스를 기판(W)으로 공급한다. 플라스마 공급부(200)는 반응기(210), 유도 코일(220), 전원(230), 가스 주입 포트(240), 공정 가스 공급부(250), 보조 가스 공급부(260), 그리고 가스 유량 제어부(270)를 포함한다.The plasma supply unit 200 dissociates the process gas to generate a plasma gas, and supplies the generated plasma gas to the substrate W. The plasma supply unit 200 includes a reactor 210, an induction coil 220, a power supply 230, a gas injection port 240, a process gas supply unit 250, an auxiliary gas supply unit 260, .

반응기(210)는 밀폐 커버(130)의 상부에 위치하며, 그 하단이 밀폐 커버(130)의 상단과 결합한다. 반응기(210)는 상면 및 하면이 개방된 공간(211)이 내부에 형성된다. 반응기(210)의 내부공간(211)은 플라스마가 생성되는 방전공간으로 제공된다. 방전공간(211)에서 상부영역은 가스 주입 포트(240)와 연결되고, 하부 영역은 밀폐커버(130)의 유입구(131)와 연결된다. The reactor 210 is positioned on the upper portion of the hermetic cover 130, and the lower end thereof is engaged with the upper end of the hermetic cover 130. The reactor 210 is formed with a space 211 in which an upper surface and a lower surface are opened. The internal space 211 of the reactor 210 is provided to a discharge space where plasma is generated. In the discharge space 211, the upper region is connected to the gas injection port 240 and the lower region is connected to the inlet 131 of the sealing cover 130.

반응기(210)의 외부에는 유도 코일(220)이 위치한다. 유도 코일(220)은 반응기(210)의 원주 방향을 따라 반응기(210)의 외주면에 감긴다. 유도 코일(220)은 복수 회 감기며, 감겨진 유도 코일(220)은 반응기(210)의 길이방향을 따라 서로 이격된다. 유도 코일(220)의 일단(221)은 전원(230)과 연결되고, 타단(222)은 접지된다. 전원(230)은 유도 코일(220)에 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 인가한다. The induction coil 220 is located outside the reactor 210. The induction coil 220 is wound on the outer peripheral surface of the reactor 210 along the circumferential direction of the reactor 210. The induction coil 220 is wound a plurality of times and the wound induction coils 220 are spaced from each other along the longitudinal direction of the reactor 210. One end 221 of the induction coil 220 is connected to the power source 230 and the other end 222 is grounded. The power supply 230 applies high frequency power or microwave power to the induction coil 220.

가스 주입 포트(240)는 반응기(210)의 상단에 결합하며, 방전 공간(221)으로 공정 가스와 보조 가스를 공급한다. 가스 주입 포트(240)의 저면에는 유도 공간(241)이 형성된다. 유도 공간(241)은 역 깔때기 형상으로 제공되며, 방전 공간(211)과 연결된다. 유도 공간(241)은 유입된 공정 가스와 보조 가스가 확산되어 방전 공간(241)으로 제공되도록 한다.The gas injection port 240 is coupled to the upper end of the reactor 210 and supplies the process gas and the auxiliary gas to the discharge space 221. An induction space 241 is formed in the bottom surface of the gas injection port 240. The guide space 241 is provided in an inverted funnel shape and connected to the discharge space 211. The guide space 241 allows the introduced process gas and the auxiliary gas to diffuse and be provided to the discharge space 241.

공정 가스 공급부(250)는 방전 공간(211)으로 공정 가스를 공급한다. 공정 가스 공급부(250)는 공정 가스 저장부(251), 공정 가스 공급라인(252), 그리고 제1유량 조절 밸브(253)를 포함한다.The process gas supply unit 250 supplies the process gas to the discharge space 211. The process gas supply unit 250 includes a process gas storage unit 251, a process gas supply line 252, and a first flow control valve 253.

공정 가스 저장부(251)는 공정 가스를 저장한다. 실시예에 의하면, 공정 가스는 수소(H2) 가스가 제공된다. 이와 달리, 공정 가스는 수소 가스(H2)와 질소 가스(N2)가 혼합된 가스가 제공될 수 있다. 공정 가스 공급라인(252)은 공정 가스 저장부(251)와 가스 주입 포트(240)를 연결하며, 방전 공간(211)으로 공정 가스를 공급한다. 공정 가스 공급라인(252)에는 제1유량 조절 밸브(253)가 설치된다. 제1유량 조절 밸브(253)는 공정 가스 공급라인(252)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.The process gas storage unit 251 stores the process gas. According to an embodiment, the process gas is provided with hydrogen (H 2 ) gas. Alternatively, the process gas may be supplied with a gas in which hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ) are mixed. The process gas supply line 252 connects the process gas storage unit 251 and the gas injection port 240 and supplies the process gas to the discharge space 211. A first flow control valve 253 is installed in the process gas supply line 252. The first flow control valve 253 regulates the flow rate of the process gas supplied through the process gas supply line 252.

보조 가스 공급부(260)는 방전 공간(211)으로 보조 가스를 공급한다. 보조 가스 공급부(260)는 보조 가스 저장부(261), 보조 가스 공급라인(262), 그리고 제2유량 조절 밸브(263)를 포함한다.The auxiliary gas supply unit 260 supplies the auxiliary gas to the discharge space 211. The auxiliary gas supply unit 260 includes an auxiliary gas storage unit 261, an auxiliary gas supply line 262, and a second flow control valve 263.

보조 가스 저장부(261)는 보조 가스를 저장한다. 보조 가스는 적어도 두 개 이상의 이종 가스가 혼합되어 제공된다. 이종 가스는 산소(O2) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 그리고 질소(N2) 가스를 포함한다. 이와 달리, 보조 가스는 산소(O2) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 그리고 질소(N2) 가스가 모두 혼합된 가스로 제공될 수 있다. 보조 가스는 수소 가스가 플라스마 상태로 해리되는 것을 보조한다. The auxiliary gas storage part 261 stores the auxiliary gas. The auxiliary gas is provided by mixing at least two or more different gases. The heterogeneous gas includes oxygen (O 2 ) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and nitrogen (N 2 ) gas. Alternatively, the auxiliary gas may be provided as a mixed gas of oxygen (O 2 ) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and nitrogen (N 2 ) gas. The auxiliary gas assists in dissociating the hydrogen gas into a plasma state.

보조 가스 공급 라인(262)은 보조 가스 저장부(261)와 가스 주입 포트(240)를 연결하며, 방전 공간(211)으로 보조 가스를 공급한다. 보조 가스 공급라인(262)에는 제2유량 조절 밸브(263)가 설치된다. 제2유량 조절 밸브(263)는 보조 가스 공급라인(262)을 통해 공급되는 보조 가스의 유량을 조절한다.The auxiliary gas supply line 262 connects the auxiliary gas storage unit 261 and the gas injection port 240 and supplies the auxiliary gas to the discharge space 211. A second flow control valve 263 is provided in the auxiliary gas supply line 262. The second flow control valve 263 regulates the flow rate of the auxiliary gas supplied through the auxiliary gas supply line 262.

가스 유량 제어부(270)는 제1 및 제2유량 조절 밸브(253, 263)를 제어한다. 가스 유량 제어부(270)는 방전 공간(211)에 공급된 수소 가스와 보조 가스의 유량이 기 설정된 비율을 갖도록 제1 및 제2 유량 조절 밸브(253, 263)를 제어한다.
The gas flow rate controller 270 controls the first and second flow rate control valves 253 and 263. The gas flow rate control unit 270 controls the first and second flow rate control valves 253 and 263 so that the flow rate of the hydrogen gas and the auxiliary gas supplied to the discharge space 211 has a predetermined ratio.

이하, 상술한 바와 같은 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of processing a substrate using the above-described substrate processing apparatus will be described.

다시 도 3 및 4를 참조하면, 기판(W)은 서셉터(140)에 놓여 공정 처리에 제공된다. 처리실(110) 내부는 배기 부재(170)에 의해 소정 압력으로 감압되고, 기판(W)은 히터(141)에 가열되어 소정 온도를 유지한다.Referring again to Figures 3 and 4, the substrate W is placed on the susceptor 140 and provided for processing. The inside of the processing chamber 110 is depressurized to a predetermined pressure by the exhaust member 170, and the substrate W is heated by the heater 141 to maintain a predetermined temperature.

그리고, 방전 공간(211)으로 수소 가스와 보조 가스가 공급된다. 공정 가스 저장부(251)에 저장된 수소 가스가 공정 가스 공급 라인(252)을 통해 방정 공간(211)으로 공급되고, 보조 가스 저장부(261)에 저장된 보조 가스가 보조 가스 공급 라인(262)을 통해 방전 공간(211)으로 공급된다. 가스 유량 제어부(270)는 제1 및 제2 유량 조절 밸브(253, 263)를 제어하여, 방전 공간(211)으로 공급되는 수소 가스와 보조 가스의 유량을 조절한다. 실시예에 의하면, 방전 공간(211)에는 수소 가스 유량의 1~10%의 유량에 해당하는 보조 가스가 공급된다.Then, the hydrogen gas and the auxiliary gas are supplied to the discharge space 211. The hydrogen gas stored in the process gas storage unit 251 is supplied to the stabilizing space 211 through the process gas supply line 252 and the auxiliary gas stored in the auxiliary gas storage unit 261 is supplied to the auxiliary gas supply line 262 And is supplied to the discharge space 211 through the discharge space 211. The gas flow rate control unit 270 controls the flow rate of the hydrogen gas and the auxiliary gas supplied to the discharge space 211 by controlling the first and second flow rate control valves 253 and 263. According to the embodiment, the auxiliary gas corresponding to the flow rate of 1 to 10% of the hydrogen gas flow rate is supplied to the discharge space 211.

수소 가스와 보조 가스가 방전 공간(211)에 머무르는 동안 전원(230)에서 발생된 전력이 유도 코일(220)로 통해 방전 공간(211)에 인가된다. 인가된 전력은 기체 상태의 수소 가스를 플라스마 상태로 해리시킨다.The power generated by the power source 230 is applied to the discharge space 211 through the induction coil 220 while the hydrogen gas and the auxiliary gas stay in the discharge space 211. The applied electric power dissociates the gaseous hydrogen gas into a plasma state.

생성된 플라스마 가스는 유입구(131)를 거쳐 유도 공간(DS)으로 유입되고, 유도 공간(DS)에서 확산된다. 확산된 플라스마 가스는 배플(150)에 형성된 분사홀(151)들을 통해 기판(W)으로 균일하게 공급된다. 기판(W)으로 공급된 플라스마 가스는 애싱 공정을 수행한다. 애싱 공정은 실리콘막 상에 형성된 포토레지스트 또는 금속막 상에 형성된 포토레지스트를 제거한다. 또는, Low-k 막과 같은 저유전율 유천체의 유전율의 열화를 최소화시킨다.
The generated plasma gas flows into the guide space DS via the inlet 131 and diffuses in the guide space DS. The diffused plasma gas is uniformly supplied to the substrate W through the spray holes 151 formed in the baffle 150. The plasma gas supplied to the substrate W performs an ashing process. The ashing process removes the photoresist formed on the silicon film or the photoresist formed on the metal film. Or to minimize the deterioration of the dielectric constant of a low-k dielectric material such as a low-k film.

이하, 보조 가스의 첨가에 따라 수소 가스가 해리되는 정도를 실험 데이터를 통해 살펴보도록 한다. 본 실험에서는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스가 혼합된 보조 가스가 사용된다.Hereinafter, the degree of dissociation of the hydrogen gas with the addition of the auxiliary gas will be examined through experimental data. In this experiment, auxiliary gas mixed with oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas is used.

도 5a는 보조 가스를 첨가하지 않은 경우, 인가되는 전력의 크기변화에 따라 생성된 플라스마를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 보조 가스를 첨가한 경우, 인가되는 전력의 크기변화에 따라 생성된 플라스마를 나타내는 그래프이다. FIG. 5A is a graph showing a plasma generated according to a change in magnitude of an applied electric power when an auxiliary gas is not added. FIG. 5B is a graph showing a plasma generated according to a magnitude of applied electric power when an auxiliary gas is added. Graph.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 그래프의 가로축은 인가되는 전력의 주파수 크기를 나타내고, 세로축은 생성된 플라스마를 나타낸다. 그래프를 살펴보면, 인가되는 주파수 크기에 따라 플라스마로 생성되는 기체의 종류가 상이하다. 수소 가스는 650~675nm 주파수 대역에서 플라스마로 생성된다. 실험 결과에 의하면, 보조 가스가 첨가되지 않은 경우(도 5a 참조), 생성된 수소 플라스마(A)는 21×103 를 나타내고, 보조 가스가 첨가된 경우(도 5b 참조), 생성된 수소 플라스마(B)는 42×103를 나타낸다. 이를 통해, 보조 가스 첨가에 의하여, 수소 플라스마(B)의 생성률이 보조 가스 첨가 전(A)보다 약 두 배가량 향상됨을 알 수 있다. 이는, 수소 가스에 비해 상대적으로 해리가 용이한 보조 가스가 플라스마로 생성되고, 생성된 보조 가스 플라스마가 수소 가스와 서로 충돌하므로써 보조 가스 플라스마 에너지가 수소 가스에 전달되어 수소 가스의 해리를 돕는다. 이러한 과정에 의하여 수소 가스의 해리율이 향상될 수 있다. 보조 가스 유량이 수소 가스 유량의 3%에 해당하는 경우 수소 플라스마 생성율이 보다 향상될 수 있다.
5A and 5B, the abscissa of the graph represents the frequency magnitude of the applied power, and the ordinate represents the generated plasma. The graph shows that the type of gas produced by the plasma differs depending on the magnitude of the applied frequency. Hydrogen gas is generated as a plasma in the 650 to 675 nm frequency band. According to the experimental results, when the auxiliary gas is not added (see FIG. 5A), the produced hydrogen plasma A shows 21 × 10 3 , and when auxiliary gas is added B) represents 42 × 10 3 . As a result, it can be seen that the addition rate of the auxiliary gas improves the generation rate of the hydrogen plasma (B) about twice as much as before the auxiliary gas addition (A). This is because the auxiliary gas, which is relatively easy to dissociate relative to the hydrogen gas, is generated in the plasma, and the generated auxiliary gas plasma collides with the hydrogen gas to transfer the auxiliary gas plasma energy to the hydrogen gas to help dissociate the hydrogen gas. The dissociation rate of hydrogen gas can be improved by this process. If the auxiliary gas flow rate corresponds to 3% of the hydrogen gas flow rate, the hydrogen plasma generation rate can be further improved.

도 6a는 보조 가스를 첨가하지 않은 경우, 공정 시간 진행에 따라 생성되는 플라스마를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 보조 가스를 첨가한 경우, 공정 시간 진행에 따라 생성되는 플라스마를 나타내는 그래프이다.FIG. 6A is a graph showing a plasma generated according to the progress of the process time when the auxiliary gas is not added, and FIG. 6B is a graph showing a plasma generated according to the progress of the process time when the auxiliary gas is added.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 그래프의 가로축은 공정 시간(time, S)을 나타내고, 세로축은 생성된 플라스마를 나타낸다. 그리고, 각 그래프에서 제1곡선(A)은 수소 플라스마를 나타내고, 제2곡선(B)은 질소 플라스마를 나타낸다.6A and 6B, the abscissa of the graph represents the processing time (time, S), and the ordinate represents the generated plasma. In each graph, the first curve A represents the hydrogen plasma and the second curve B represents the nitrogen plasma.

먼저, 도 6a를 살펴보면, 공정 시간이 40초를 경과하면서 플라스마의 생성이 큰 폭으로 증가한다. 질소 플라스마(B1)는 40~45초 구간에서 약 12.5~13×103의 최고점에 도달한 후, 공정 시간 105~110초 구간이 경과하기까지 점차적으로 그 값이 감소된다. 그리고, 수소 플라스마(A1)는 40~45초 구간에서 약 29×103의 최고점에 도달한 후, 공정시간 105~110초 구간에 이르기까지 점차적으로 그 값이 감소된다. 공정시간 105~110초 구간에서 수소 플라스마(A1)는 약 17.5×103정도에 다다른다.First, as shown in FIG. 6A, the generation of plasma greatly increases with a lapse of 40 seconds in the process time. Nitrogen plasma (B1) reaches a peak of about 12.5 ~ 13 × 10 3 in a period of 40 to 45 seconds, and gradually decreases until a process time of 105 to 110 seconds elapses. The hydrogen plasma (A1) reaches a peak of about 29 × 10 3 in a period of 40 to 45 seconds, and gradually decreases to a period of 105 to 110 seconds. The hydrogen plasma (A1) reaches about 17.5 × 10 3 in the process time of 105 to 110 sec.

도 6b를 살펴보면, 공정 시간이 10초에 이르면서 플라스마의 생성이 큰 폭으로 증가한다. 질소 플라스마(B2)는 10~12.5초 사이 구간에서 약 17×103의 최고점에 도달한 후, 공정 시간 75초가 경과하기까지 약 15×103~17×103영역에서 유지된다. 그리고, 수소 플라스마(A2)는 공정시간 10초를 경과하면서 약 42.5×103 에 다다른 후, 공정시간 75초가 경과되기까지 약 42.5×103 영역에서 유지된다.Referring to FIG. 6B, as the process time reaches 10 seconds, the generation of plasma increases greatly. The nitrogen plasma (B2) reaches a peak of about 17 × 10 3 in the interval of 10 to 12.5 seconds, and is maintained in the range of about 15 × 10 3 to 17 × 10 3 until the process time of 75 seconds. Then, the hydrogen plasma A2 is maintained at about 42.5 x 10 < 3 > while the process time is elapsed to about 42.5 x 10 < 3 >

이와 같이, 보조 가스의 첨가로, 수소 플라스마(A2)와 질소 플라스마(B2)의 생성이 전체적으로 증가하고, 플라스마의 생성 속도가 향상된다. 특히, 수소 플라스마(A2)의 생성은 보조 가스가 첨가되기 전(A1)보다 약 13.5×103 향상된다. 그리고, 보조 가스가 첨가되기 전의 수소 플라스마(A1)는 공정 시간이 경과되는 동안 생성량이 감소됨에 반해, 보조 가스가 첨가된 후의 수소 플라스마(A2)는 공정 시간이 경과되더라도 일정한 생성량을 유지한다. 따라서, 전체 공정 시간 동안 수소 플라스마의 생성량(A2>A1)이 전체적으로 증가한다.
As described above, the addition of the auxiliary gas increases the generation of the hydrogen plasma A2 and the nitrogen plasma B2 as a whole, and the generation rate of the plasma is improved. In particular, the generation of the hydrogen plasma (A2) is improved by about 13.5 × 10 3 before the auxiliary gas is added (A1). In addition, the hydrogen plasma (A1) before the addition of the auxiliary gas decreases the production amount during the elapse of the process time, whereas the hydrogen plasma (A2) after the auxiliary gas is added maintains a constant production amount even after the process time. Thus, the amount of hydrogen plasma generation (A2 > A1) increases overall during the entire process time.

도 7은 보조가스가 첨가되기 전?후의 포토레지스트 제거율을 나타내는 그래프이다. 본 그래프는 실험 결과의 정확성을 높이기 위하여 보조가스가 첨가되기 전?후의 애싱율을 각각 세 번에 걸쳐 실험이 수행되었다.7 is a graph showing photoresist removal rates before and after the auxiliary gas is added. In order to improve the accuracy of the experimental results, the experiment was carried out three times before and after the addition of the auxiliary gas.

그래프의 가로축은 보조가스가 첨가되기 전?후의 실험 횟수를 나타내고, 세로축은 애싱율(Ashing Rate)을 나타낸다. 보조 가스가 첨가되기 전의 경우(A), 세 번(1st, 2nd, 3rd)에 걸친 실험 결과는 3250~3500Å/mm의 애싱율을 나타낸다. 그리고, 보조 가스가 첨가된 후의 경우(B), 세 번(1st, 2nd, 3rd)에 걸친 실험 결과는 8750~9000Å/mm의 애싱율을 나타낸다. The abscissa of the graph represents the number of experiments before and after the auxiliary gas is added, and the ordinate represents the ashing rate. Experimental results over three times (A), three times (1st, 2nd and 3rd) before the addition of auxiliary gas show an ashing rate of 3250 to 3500 Å / mm. Experimental results over three times (1st, 2nd and 3rd) after the addition of the auxiliary gas show an ashing rate of 8750 to 9000 Å / mm.

상기 실험 결과를 통해, 보조 가스가 첨가된 후(B)의 애싱율은 첨가되기 전(A)보다 약 2.6배 향상되며, 애싱율의 향상으로 애싱속도 또한 비례하여 증가됨을 알 수 있다. 이러한 결과는 상기 도 5a 내지 도 6b에서 검토한 바와 같이, 보조 가스의 첨가로 인한 수소 플라스마의 생성량 증가가 애싱율 및 애싱속도를 향상시켰음을 도출할 수 있다.
From the experimental results, it can be seen that the ashing rate of (B) after the addition of the auxiliary gas is improved about 2.6 times as compared with (A) before the addition, and the ashing rate is also increased proportionally by the improvement of the ashing rate. As can be seen from the results of FIGS. 5A and 6B, the increase in the amount of generated hydrogen plasma due to the addition of the auxiliary gas improves the ashing rate and the ashing rate.

도 8은 애싱 공정 후 기판 표면의 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8의 XPS 분석은 기판 표면의 텅스텐(W) 성분을 분석한 결과이다. 그리고, 도 9a 내지 도 9c는 애싱 공정 후 기판의 패턴을 확대 촬영한 사진이다.8 is a graph showing the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results of the surface of the substrate after the ashing process. The XPS analysis in FIG. 8 is a result of analyzing the tungsten (W) component on the surface of the substrate. 9A to 9C are enlarged photographs of the pattern of the substrate after the ashing process.

도 8에서, 제1곡선(A)은 산소 가스와 질소 가스를 공정 가스로 사용하여 애싱 처리한 기판 표면의 XPS분석 결과이다. 제1곡선(A)에는 산화된 텅스텐 성분(WOx)이 높게 나타난다. 이는 공정 가스로 제공된 산소 플라스마가 기판 표면의 텅스텐과 반응하여 텅스텐이 산화되었음을 나타낸다. 이러한 산화반응은 도 9a에 나타나듯이 패턴과 패턴 사이에 쇼트를 발생(점선영역)시켜 패턴불량의 원인이 된다.In FIG. 8, the first curve A shows the result of XPS analysis of the substrate surface subjected to ashing treatment using oxygen gas and nitrogen gas as processing gases. The oxidized tungsten component (WOx) is high in the first curve (A). This indicates that the oxygen plasma provided as a process gas reacted with tungsten on the substrate surface to oxidize the tungsten. This oxidation reaction generates a short between the pattern and the pattern (dotted line area) as shown in FIG. 9A, which causes the pattern defect.

제2곡선(B)은 수소 가스와 질소 가스를 공정 가스로 사용하여 애싱 처리한 기판 표면의 XPS분석 결과이다. 제2곡선(B)에는 산화되지 않은 텅스텐(W4f5, W4f7) 성분이 제1곡선(A)에 비하여 높게 나타난다. 이는 공정 가스에 산소 플라스마 가스가 포함되지 않아 텅스텐이 산화되는 것이 예방된 결과이다. 도 9b에 나타나듯이, 도 9a보다 산화반응이 적게 발생되어 산화반응으로 인한 패턴과 패턴 사이의 쇼트는 발생되지 않는다(점선영역).The second curve (B) is the result of XPS analysis of the substrate surface subjected to ashing using hydrogen gas and nitrogen gas as process gas. In the second curve B, unoxidized tungsten (W 4f 5 , W 4f7 ) is higher than the first curve (A). This is the result of preventing oxidation of tungsten because the process gas does not contain oxygen plasma gas. As shown in FIG. 9B, the oxidation reaction is less likely to occur than in FIG. 9A, and a short between the pattern and the pattern due to the oxidation reaction is not generated (dotted area).

제3곡선(C)은 공정가스와 보조가스를 사용하여 애싱 처리한 기판 표면의 XPS분석 결과이다. 공정가스로는 수소가스와 질소가스가 사용되었고, 보조가스로는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스가 혼합된 가스가 사용되었다. 제3곡선(C)은 제2곡선(B)과 유사한 형상으로 나타나며, 제2곡선(B)과 동일하게 산화되지 않은 텅스텐(W4f5, W4f7) 성분이 제1곡선(A)에 비하여 높게 나타난다. 제2곡선(B) 결과와 달리 제3곡선(C)의 애싱 처리에서는 산소 플라스마 가스가 공정 처리에 제공되나, XPS 분석 결과에 의하면 텅스텐 성분은 제2곡선(B)과 유사하게 나타난다. 이는 산소 플라스마가 수소 가스를 해리시켜 수소 플라스마 가스의 강도 증가에는 큰 영향을 미치나, 텅스텐의 산화반응에는 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 도 9c에 나타나듯이 산화반응으로 인한 패턴과 패턴 사이의 쇼트는 발생되지 않는다(점선 영역). 이는 도 9b의 결과와 유사하다 할 것이다.
The third curve (C) is the result of XPS analysis of the ashing surface of the substrate using the process gas and the auxiliary gas. Hydrogen gas and nitrogen gas were used as the process gas, and a gas mixed with oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas was used as the auxiliary gas. The third curve C shows a shape similar to the second curve B and the same curve as the second curve B shows that unoxidized tungsten (W 4f5 , W 4f7 ) is higher than the first curve (A). In the ashing process of the third curve (C), unlike the result of the second curve (B), oxygen plasma gas is supplied to the process, but according to the XPS analysis, the tungsten component appears similar to the second curve (B). This shows that the oxygen plasma dissociates the hydrogen gas to greatly increase the strength of the hydrogen plasma gas, but does not affect the oxidation reaction of tungsten. As shown in Fig. 9C, no short circuit between the pattern due to the oxidation reaction and the pattern is generated (dotted area). This will be similar to the result in Figure 9b.

상기 실시예에서는, 플라스마 공급부가 유도 코일에 의해 플라스마를 생성하는 유도 결합형 플라스마 소스로 제공되는 것으로 기술하였으나, 플라스마 공급부는 이에 한정되지 아니한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 플라스마 공급부는 배플(150)이 전원(230)과 연결되어 제1전극으로 제공되고, 서셉터(140)가 접지되어 제2전극으로 제공될 수 있다. 방전 공간(PS)은 배플(150)과 서셉터(140) 사이공간에 형성된다. 방전 공간(PS)에는 공정가스와 보조가스가 공급되고, 인가된 전력에 의해 방전가스가 해리되어 플라스마 상태로 기판으로 제공될 수 있다.In the above embodiment, it is described that the plasma supplying portion is provided as an inductively coupled plasma source generating plasma by the induction coil, but the plasma supplying portion is not limited thereto. As shown in FIG. 10, the plasma supplying part may be provided with the baffle 150 connected to the power supply 230 as a first electrode, and the susceptor 140 may be grounded and provided as a second electrode. The discharge space PS is formed in the space between the baffle 150 and the susceptor 140. The process gas and the auxiliary gas are supplied to the discharge space PS, and the discharge gas is dissociated by the applied electric power and can be supplied to the substrate in the plasma state.

또한, 상기 실시예에서는 공정 가스 공급부와 보조 가스 공급부가 별개로 제공되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 공정 가스 및 보조 가스가 하나의 가스 저장부에서 기 설정된 비율로 혼합된 상태로 제공되며, 가스 저장부와 가스 주입 포트를 연결하는 가스 공급 라인을 통해 방전 공간으로 공급될 수 있다.In the above embodiment, the process gas supply unit and the auxiliary gas supply unit are separately provided. Alternatively, the process gas and the auxiliary gas may be mixed in a predetermined ratio in the single gas storage unit, And a gas supply line connecting the gas injection port to the discharge space.

또한, 상기 실시예에서는 보조 가스가 적어도 두 개의 이종 가스의 혼합 가스라고 설명하였으나, 이와 달리 보조 가스는 산소 가스 또는 네온 가스가 사용될 수 있다. 또는 산소 가스와 네온 가스가 혼합된 가스가 사용될 수 있다.
In the above embodiment, the auxiliary gas is a mixed gas of at least two different gases. Alternatively, the auxiliary gas may be an oxygen gas or a neon gas. Or a gas mixed with an oxygen gas and a neon gas may be used.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 공정 처리부 110: 처리실
140: 서셉터 150: 배플
200: 플라스마 공급부 210: 반응기
220: 유도 코일 230: 전원
250: 공정가스 공급부 260: 보조가스 공급부
270: 가스 유량 제어부100: Process processor 110: Process chamber
140: susceptor 150: baffle
200: plasma supply unit 210: reactor
220: induction coil 230: power source
250: process gas supply unit 260: auxiliary gas supply unit
270: gas flow rate controller

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 방전 공간에 수소 가스와 보조 가스를 기 설정된 비율로 공급하고,
상기 방전 공간에 전력을 인가하여 상기 수소 가스를 해리시키며,
해리된 상기 수소 가스를 기판으로 공급하여 애싱 공정을 수행하되,
상기 보조 가스는 적어도 두 개 이상의 이종 가스가 혼합된 가스이며,
상기 이종 가스는 산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스를 포함하며,
상기 방전 공간에서 상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 1~10%인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.The hydrogen gas and the auxiliary gas are supplied to the discharge space at a predetermined ratio,
Applying power to the discharge space to dissociate the hydrogen gas,
Supplying the dissociated hydrogen gas to a substrate to perform an ashing process,
Wherein the auxiliary gas is a gas in which at least two or more different kinds of gases are mixed,
Wherein the heterogeneous gas comprises oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas,
Wherein the flow rate of the auxiliary gas in the discharge space is 1 to 10% of the flow rate of the hydrogen gas. 삭제delete 제 4 항에 있어서,
상기 보조 가스는
산소가스, 헬륨가스, 네온가스, 그리고 질소가스가 혼합된 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.5. The method of claim 4,
The auxiliary gas
Oxygen gas, helium gas, neon gas, and nitrogen gas are mixed. 삭제delete 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 보조 가스의 유량은 상기 수소 가스 유량의 3%인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.The method according to claim 4 or 6,
Wherein the flow rate of the auxiliary gas is 3% of the flow rate of the hydrogen gas. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 애싱 공정은
실리콘막 상에 형성된 포토레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.The method according to claim 4 or 6,
The ashing process
Removing the photoresist formed on the silicon film. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 애싱 공정은
금속막 상에 형성된 포토레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.The method according to claim 4 or 6,
The ashing process
And removing the photoresist formed on the metal film. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 애싱 공정은
Low-k막 유전율의 열화도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.The method according to claim 4 or 6,
The ashing process
And lowering the degree of deterioration of the low-k film dielectric constant. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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