KR101324941B1 - Method of Amorphous Carbon Film - Google Patents

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Abstract

내식각성을 향상시킬 수 있는 비정질 탄소막 형성 방법이 개시된다. 이러한 방법은 챔버 내에서 서로 대향하는 샤워 헤드 및 기판 지지부를 구비하는 플라즈마 처리장치의 상기 기판 지지부로 피처리 기판을 로딩하는 단계와, 상기 샤워 헤드를 통해서 상기 피처리 기판을 향해 공정원료 가스를 분사하는 단계와, 상기 챔버 및 상기 샤워 헤드를 접지하고, 상기 기판 지지부에 음전위를 인가하는 DC전원 및 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원을 인가하여 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계 및 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함한다.Disclosed is an amorphous carbon film formation method capable of improving etching resistance. The method includes loading a substrate to be processed into a substrate support of a plasma processing apparatus having a shower head and a substrate support facing each other in a chamber, and spraying process material gas through the shower head toward the substrate to be processed. And grounding the chamber and the shower head, applying a DC power supply for applying a negative potential to the substrate support, and an RF power supply for generating a plasma to form an amorphous carbon film on the substrate to be processed, and the amorphous material. Annealing the carbon film.

Description

비정질 탄소막 형성 방법{Method of Amorphous Carbon Film}Amorphous Carbon Film Formation Method {Method of Amorphous Carbon Film}

본 발명은 탄소막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 비정질 탄소막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon film forming method, and more particularly, to an amorphous carbon film forming method.

반도체 장치의 소형화 및 고집적화가 진행됨에 따라서, 점점 더 미세한 패턴이 요구되어지고 있다. 특히, 반도체 기판 상에 형성된 여러 층 또는 영역들에 미세 패턴을 형성하는 공정에 대한 요구사항이 매우 강화되고 있다. 반도체소자의 제조에 있어서, 패턴의 형성은 통상 포토리소그래피라고 하는 공정을 통해 구현된다.2. Description of the Related Art As miniaturization and high integration of a semiconductor device have progressed, more and more minute patterns have been demanded. Particularly, there is a great need for a process for forming fine patterns on various layers or regions formed on a semiconductor substrate. In the fabrication of semiconductor devices, the formation of the pattern is usually accomplished through a process called photolithography.

예를 들어, 패턴이 형성될 재료층 상에, 식각 마스크로서의 하드 마스크층, 반사 방지막 및 포토레지스트막을 적층한 후, 노광, 현상, 식각, 애싱(ashing) 및 스트립(strip) 공정을 수행하여 상기 재료층에 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 포토리소그래피 공정을 통해 고집적화되고 고성능화된 소자를 보다 정밀하고 효율적으로 제조하기 위해 다양한 공정기술과 재료들이 개발되고 있다. 근래들어 이와 같은 미세한 패턴을 형성하기 위해서 하드 마스크용 비정질 탄소막이 사용되고 있다.For example, a hard mask layer, an antireflection film, and a photoresist film as an etch mask are stacked on a material layer on which a pattern is to be formed, and then exposure, development, etching, ashing, A desired pattern can be formed on the material layer. Various photolithography processes and materials have been developed to more precisely and efficiently manufacture highly integrated and high performance devices. In recent years, an amorphous carbon film for a hard mask has been used to form such a fine pattern.

이러한 비정질 탄소막을 형성하기 위해서 플라즈마 처리장치인 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비가 널리 사용된다. PECVD 장비는 플라즈마를 발생시켜 박막의 증착 뿐만 아니라 에칭 등에도 널리 사용된다.In order to form such an amorphous carbon film, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) apparatus, which is a plasma processing apparatus, is widely used. PECVD equipment generates plasma and is widely used for etching as well as thin film deposition.

도 1은 종래 비정질 탄소막을 형성하기 위해 사용되던 플라즈마 처리장치를 도시한 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view showing a plasma processing apparatus used to form an amorphous carbon film in the related art.

도 1을 참조하면, 종래의 비정질 탄소막을 형성하기 위해 사용되던 플라즈마 처리장치(100)은 챔버(110) 내의 지판 지지부(210) 상부에 피처리 기판(S)이 안착된 상태에서 샤워 헤드(300)를 통해 원료 공급부(700)를 통해 공급된 가스를 분사하고, 상기 샤워 헤드(300)는 RF 전원 공급부(600)에서 공급된 RF 전원이 가스를 플라즈마로 변화시켜 상기 피처리 기판(S) 상부에 비정질 탄소막을 형성한다. Referring to FIG. 1, the plasma processing apparatus 100 used to form a conventional amorphous carbon film includes a shower head 300 in a state in which a substrate S is mounted on an upper side of a fingerboard support 210 in a chamber 110. Spraying the gas supplied through the raw material supply unit 700 through), and the shower head 300 converts the gas into a plasma by the RF power supplied from the RF power supply unit 600, thereby forming an upper portion of the substrate S. An amorphous carbon film is formed.

그러나, 이렇게 형성된 비정질 탄소막의 내식각성이 여전히 충분하지 못하여, 기판의 미세패턴 형성시 마스크로서의 기능이 충분하지 못한 실정이다. 따라서, 이를 개선하기 위한 노력이 계속 진행되고 있는 실정이다.
However, the corrosion resistance of the amorphous carbon film thus formed is still insufficient, so that the function as a mask in forming a fine pattern of the substrate is insufficient. Therefore, efforts are underway to improve this.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내식각성을 향상시킬 수 있는 비정질 탄소막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for forming an amorphous carbon film that can improve the etching resistance.

이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 비정질 탄소막 형성방법은 챔버 내에서 서로 대향하는 샤워 헤드 및 기판 지지부를 구비하는 플라즈마 처리장치의 상기 기판 지지부로 피처리 기판을 로딩하는 단계와, 상기 샤워 헤드를 통해서 상기 피처리 기판을 향해 공정원료 가스를 분사하는 단계와, 상기 챔버 및 상기 샤워 헤드를 접지하고, 상기 기판 지지부에 음전위를 인가하는 DC전원 및 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원을 인가하여 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계 및 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method of forming an amorphous carbon film, comprising: loading a substrate to be processed into the substrate support of a plasma processing apparatus having a shower head and a substrate support facing each other in a chamber; And spraying a process raw material gas through the shower head toward the substrate to be processed, grounding the chamber and the shower head, and applying a negative potential to the substrate support and an RF power source for generating a plasma. Applying an to form an amorphous carbon film on the substrate to be processed; and annealing the amorphous carbon film.

이때, 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계에서, 상기 챔버 내의 압력이 4 torr 미만일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -100V의 DC전압을 인가하고, 상기 챔버 내의 압력이 4 torr 내지 7.5 torr일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -400V의 DC전압을 인가할 수 있다.At this time, in the step of forming an amorphous carbon film on the substrate to be processed, when the pressure in the chamber is less than 4 torr, a DC voltage of -800 V to -100 V is applied to the substrate support, and the pressure in the chamber is 4 torr to In the case of 7.5 torr, a DC voltage of -800 V to -400 V may be applied to the substrate support.

한편, 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계에서, 상기 DC 전원을 펄스화하여 인가할 수 있다.On the other hand, in the step of forming an amorphous carbon film on the substrate to be treated, the DC power may be applied by pulsed.

또한, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm인 경우, 주파수가 20kHz 내지 200kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가하고, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm 초과 1cm이하인 경우, 주파수가 20kHz 내지 100kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가할 수 있다.In addition, when the separation distance of the shower head and the substrate support is 0.5cm, the frequency is applied to the pulsed DC power in the range of 20kHz to 200kHz, the separation distance of the showerhead and the substrate support is greater than 0.5cm and less than 1cm In this case, a pulsed DC power supply having a frequency in the range of 20 kHz to 100 kHz may be applied.

또한, 상기 펄스화된 DC전원의 듀티비(duty ratio)는 10% 내지 50%의 범위를 가질 수 있다.In addition, the duty ratio of the pulsed DC power source may range from 10% to 50%.

한편, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 500도 내지 600도에서 진행될 수 있다.Meanwhile, the annealing of the amorphous carbon film may be performed at 500 degrees to 600 degrees.

이때, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 5분 내지 10분 동안 진행될 수 있다.In this case, the annealing of the amorphous carbon film may be performed for 5 minutes to 10 minutes.

한편, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 별도의 어닐링 챔버에서 진행될 수 있다.The annealing of the amorphous carbon film may be performed in a separate annealing chamber.

한편, 상기 공정원료 가스를 분사하는 단계에서, 상기 공정원료 가스를 60 sccm보다 작은 범위로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 5분 내지 8분 동안 진행하고, 사기 공정원료 가스를 60 sccm이상으로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 8분내지 10분 동안 진행할 수 있다.
On the other hand, in the step of injecting the process raw material gas, when injecting the process raw material gas in the range of less than 60 sccm, the annealing time of the amorphous carbon film is performed for 5 minutes to 8 minutes, the fraud process raw material gas 60 sccm In the case of spraying above, the time for annealing the amorphous carbon film may be performed for 8 to 10 minutes.

본 발명에 의한 비정질 탄소막 형성 방법에 의하면, 비정질 탄소막의 내식각성을 보다 향상시킬 수 있다.According to the amorphous carbon film forming method of the present invention, the etching resistance of the amorphous carbon film can be further improved.

또한, 어닐링과정을 수행함으로써, 내식각성 향상에 더하여 압축응력(compressive stress)를 감소시킬 수 있다.In addition, by performing the annealing process, it is possible to reduce the compressive stress in addition to improving the etching resistance.

도 1은 종래 비정질 탄소막을 형성하기 위해 사용되던 플라즈마 처리장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 구현하기 위해 사용되는 플라즈마 처리장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4는, 도 1 및 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치의 차이를 설명하기 위한 도면으로서, 각각 도 1 및 도 2에 의한 플라즈마 처리장치에 의해 인가되는 전하를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 비정질 탄소막 형성시 RF 전원과 함께 DC 전원 인가 여부에 따른 막밀도 및 막손실을 나타낸 그래프이다.
도 7은 DC 전원의 크기에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 펄스형태의 DC 전원 인가시, DC 전원의 듀티비(Duty Ratio)에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 펄스형태의 DC 전원 인가시, DC 전원의 주파수 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 DC 전압의 변화와 챔버 내의 압력 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.
도 11은 DC 전압의 변화, RF 파워의 변화 및 챔버 내의 압력 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 어닐링(annealing) 온도에 따른 스트레스(stress)의 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 어닐링에 따른 내식각성 및 CH 피크(peak)의 변화를 도시한 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus conventionally used to form an amorphous carbon film.
2 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus used to implement a plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figs. 3 and 4 are diagrams for explaining the differences of the plasma processing apparatuses shown in Figs. 1 and 2, respectively, and are conceptual diagrams showing the electric charges applied by the plasma processing apparatuses according to Figs. 1 and 2, respectively.
5 is a flowchart illustrating a plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a graph showing film density and film loss according to whether DC power is applied together with RF power when forming an amorphous carbon film.
7 is a graph showing the change of the film loss according to the size of the DC power supply.
FIG. 8 is a graph illustrating a change in film loss according to a duty ratio of a DC power supply when applying a pulsed DC power supply.
FIG. 9 is a graph illustrating a change in film loss according to a frequency change of a DC power supply when applying a pulsed DC power supply.
10 is a graph showing the change of the film loss with the change of the DC voltage and the pressure in the chamber.
FIG. 11 is a graph illustrating a change in film loss according to a change in DC voltage, a change in RF power, and a change in pressure in a chamber.
12 is a graph illustrating a change in stress according to an annealing temperature.
FIG. 13 is a graph illustrating changes in etching resistance and CH peak according to annealing.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is not limited to the following embodiments and may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure may be more complete and that those skilled in the art will be able to convey the spirit and scope of the present invention. In the drawings, the thickness of each device or film (layer) and regions is exaggerated for clarity of the present invention, and each device may have various additional devices not described herein.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 구현하기 위해 사용되는 플라즈마 처리장치를 도시한 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus used to implement a plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 구현하기 위해 사용되는 플라즈마 처리장치(200)은 챔버(110), 기판 지지유닛(200), 샤워 헤드(300), DC 전원 공급부(400), 필터(500), RF 전원 공급부(600), 원료 공급부(700)을 포함할 수 있다.2, the plasma processing apparatus 200 used to implement the plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention includes a chamber 110, a substrate support unit 200, a shower head 300, The DC power supply unit 400, the filter 500, the RF power supply unit 600, and a raw material supply unit 700 may be included.

상기 챔버(110)는 내부에 반응 공간을 형성하고, 상기 샤워 헤드(300) 및 상기 기판 지지유닛(200)의 기판 지지부(210)를 수용한다. 상기 챔버(110)는 예컨대 원통형의 실린더 또는 사각형의 박스형태를 갖도록 제조될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 챔버(110)의 형태는 피처리 기판(S)의 형태에 따라 다양한 형상을 갖도록 제조될 수 있다.The chamber 110 forms a reaction space therein and accommodates the showerhead 300 and the substrate support 210 of the substrate support unit 200. The chamber 110 may be manufactured to have, for example, a cylindrical cylinder or a rectangular box shape. However, the present invention is not limited thereto, and the shape of the chamber 110 may be variously formed depending on the shape of the substrate S to be processed.

또한, 도시된 도면에서 상기 챔버(110)는 일체로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 하부 챔버 및 상부 챔버를 분리하여 형성될 수도 있다. 또한 도시되진 않았으나, 챔버(110) 내부를 배기하는 배기부, 피처리 기판(S)을 로딩 또는 언로딩하기 위한 기판 출입구 및 챔버(110) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부가 형성될 수 있다.Also, although the chamber 110 is shown as being integrally formed, the lower chamber and the upper chamber may be separated from each other. Although not shown in the drawings, an exhaust port for exhausting the interior of the chamber 110, a substrate inlet for loading or unloading the substrate S, and a pressure regulator for regulating the pressure inside the chamber 110 may be formed.

상기 기판 지지유닛(200)은 기판 지지부(210) 및 구동부(220)를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부(210)는 상기 챔버(110) 내부에 배치되어 피처리 기판(S)를 지지한다. 상기 기판 지지부(210)로서, 정전기력을 이용하여 피처리 기판(S)을 지지하는 정전척 또는 진공 흡입력을 이용하여 피처리 기판(S)을 지지하는 진공척 등이 사용되어질 수 있다. 또한 도시되지는 않았으나, 기판 지지부(210)는 가열부재를 더 포함하여, 상기 기판 지지부(210)에 안착된 피처리 기판(S)을 가열할 수 있다.The substrate supporting unit 200 may include a substrate supporting part 210 and a driving part 220. The substrate support part 210 is disposed in the chamber 110 to support the substrate S. As the substrate supporting unit 210, an electrostatic chuck for supporting the substrate S using electrostatic force or a vacuum chuck for supporting the substrate S using a vacuum suction force may be used. Further, although not shown, the substrate supporting unit 210 may further include a heating member to heat the substrate S mounted on the substrate supporting unit 210.

상기 구동부(220)는 상기 기판 지지부(210)를 구동한다. 이를 위하여, 상기 구동부(220)는 상기 기판 지지부(210)를 지지하는 샤프트(221) 및 상기 샤프트(221)를 승하강 시키거나, 또는 회전시키기 위한 동력부(222)를 포함할 수 있다.The driving unit 220 drives the substrate supporting unit 210. The driving unit 220 may include a shaft 221 for supporting the substrate support 210 and a power unit 222 for moving the shaft 221 upward and downward or rotating the shaft 221.

상기 샤워 헤드(300)는 상기 기판 지지부(210)를 마주 보도록 대향하게 배치된다. 이때, 상기 샤워 헤드(300)는 상기 챔버(110)와 함께 접지(Ground)된다.The showerhead 300 is disposed to face the substrate support 210. At this time, the showerhead 300 is grounded together with the chamber 110.

상기 샤워 헤드(300)는 상기 원료 공급부(700)로부터 공급된 원료를, 상기 기판 지지부(210)위에 배치된 피처리 기판(S)을 향해 분사한다.The shower head 300 injects the raw material supplied from the raw material supply part 700 toward the target substrate S disposed on the substrate supporting part 210.

예컨대, 피처리 기판(S) 상부에 비정질 실리콘막을 형성하기 위해서, 예컨대 아세틸렌(C2H2), 또는 프로핀(C3H6) 가스를 이용할 수 있고, 이와 다르게 트리메틸벤젠(trimethylbenzene) 용액을 340도 내지 380도 정도로 가열하여 사용할 수도 있다.For example, in order to form an amorphous silicon film on the substrate S, for example, acetylene (C 2 H 2 ), or propene (C 3 H 6 ) gas may be used. Alternatively, a trimethylbenzene solution may be used. You may heat and use about 340 degree-380 degree.

이때, 캐리어 가스로는 예컨대 이산화탄소 가스, 헬륨, 아르곤 가스 및 수소 가스로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 또는 다수의 가스를 복합적으로 사용할 수 있다.At this time, as the carrier gas, any one or a plurality of gases selected from the group consisting of carbon dioxide gas, helium, argon gas and hydrogen gas may be used in combination.

상기 RF 전원 공급부(600)는 상기 기판 지지부(210)에 RF 파워를 인가하여 상기 샤워 헤드(300)를 통해서 분사된 원료 가스를 플라즈마로 변경시킨다.The RF power supply unit 600 applies RF power to the substrate support unit 210 to change the source gas injected through the showerhead 300 into plasma.

상기 필터(500)는 상기 RF 전원 공급부(600)로부터 공급되는 RF 전원이 상기 DC 전원 공급부(400)로 유입되는 것을 필터링하여 상기 DC 전원 공급부(400)를 보호한다.The filter 500 filters the RF power supplied from the RF power supply unit 600 to the DC power supply unit 400 to protect the DC power supply unit 400.

상기 DC 전원 공급부(400)는, 상기 필터(500)와 직렬로 연결되고, 이들은 다시 상기 RF 전원 공급부(600)와 병렬로 연결된다. 여기사 DC전원이란, 크기와 방향이 일정한 전원외에 광의로 일정한 방향성을 갖고, 크기가 일정하지 않은 펄스 전원도 포함하는 광의의 개념으로 해석한다.The DC power supply unit 400 is connected in series with the filter 500, which are connected in parallel with the RF power supply unit 600. A DC power source is interpreted as a broad concept including a pulsed power source having a uniform direction and a constant magnitude in addition to a power source having a constant size and direction.

상기 DC 전원 공급부(400)는, 상기 기판 지지부(210)에 음의 전위를 인가하여, 접지된 상기 샤워 헤드(300)에 비해 낮은 전위를 유도하여 피처리 기판(S)으로 향하는 양이온들을 보다 강하게 유도함으로써 비정질 탄소막의 분자결합의 변화를 가져온다. 보다 상세하게, 비정질 탄소막의 C-H 결합이, C=C 결합으로 변환되고 이로 인해서 비정질 탄소막의 막밀도 또는 강도가 증가하며, 내식각성이 향상된다.
The DC power supply unit 400 applies a negative potential to the substrate support 210 to induce a lower potential than the grounded showerhead 300 to more strongly enhance the positive ions directed toward the substrate S Inducing a change in molecular bonding of the amorphous carbon film. More specifically, the CH bond of the amorphous carbon film is converted into the C = C bond, thereby increasing the film density or strength of the amorphous carbon film and improving the corrosion resistance.

도 3 및 도 4는, 도 1 및 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치의 차이를 설명하기 위한 도면으로서, 각각 도 1 및 도 2에 의한 플라즈마 처리장치에 의해 인가되는 전하를 도시하는 개념도이다.Figs. 3 and 4 are diagrams for explaining the differences of the plasma processing apparatuses shown in Figs. 1 and 2, respectively, and are conceptual diagrams showing the electric charges applied by the plasma processing apparatuses according to Figs. 1 and 2, respectively.

도 1에서는 기판 지지부(210)가 접지되고, 샤워 헤드(300)를 통해서 RF 파워가 인가되는 반면, 도 2에서는 샤워 헤드(300)를 접지하고, 기판 지지부(210)에 음전위 및 RF 파워가 인가된다.In FIG. 1, the substrate support 210 is grounded and RF power is applied through the showerhead 300, whereas in FIG. 2, the showerhead 300 is grounded and the substrate support 210 is subjected to negative potential and RF power do.

이때, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이에 동일 전위차가 인가되면, 샤워 헤드(300) 및 기판 지지부(210)의 전위의 절대값에는 무관하게, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210)로 이루어지는 캐패시터에 동일한 전하가 유도되므로(Q=CV), 비정질 탄소막 형성에 차이가 없을 것으로 생각될 수도 있으나, 챔버(110)로 인해서 그 차이가 발생하게 된다. 즉 챔버(110) 자체가 접지되어 있는 상태이기 때문에 차이가 발생하게 되는 것이다.At this time, if the same potential difference is applied between the shower head 300 and the substrate supporting part 210, the shower head 300 and the substrate supporting part 210 can be rotated independently of the absolute values of the potentials of the shower head 300 and the substrate supporting part 210 (Q = CV), it may be thought that there is no difference in the formation of the amorphous carbon film, but the difference occurs due to the chamber 110. That is, since the chamber 110 itself is in a state of being grounded, a difference occurs.

도 1의 경우, 양극에 대응하는 샤워 헤드(300)과 음극에 대응하는 기판 지지부(210) 및 챔버(110)에 의해 캐패시터가 구성된다(도 3 참조). 따라서, 양극과 음극에 전위차가 발생하게 되면, 양극과 음극에 동일한 양(예컨대 8개)의 서로 반대되는 전하가 유도되고, 이때 음극은 전하를 나누어 갖게 되어 기판 지지부(210)에는 상기 양극보다 적은 양(예컨대 4개)의 전하가 유도되게 된다.1, a capacitor is constituted by a showerhead 300 corresponding to an anode, a substrate support 210 corresponding to a cathode, and a chamber 110 (see FIG. 3). Accordingly, when a potential difference is generated between the positive electrode and the negative electrode, the same amount (for example, eight) of mutually opposite charges is induced in the positive electrode and the negative electrode, An amount (for example, four) of charges is induced.

이에 반하여, 도 2의 경우, 챔버(110)와 샤워 헤드(300)와 동일한 전위를 갖는 양극으로 작용하게 되고, 이보다 낮은 전위의 기판 지지부(210)가 음극으로 작용하는 캐패시터가 구성된다(도 4 참조). 따라서, 양극과 음극에 도 1과 동일한 전위차가 발생하게 되면, 양극과 음극에 동일한 양(예컨대 8개)의 서로 반대되는 전하가 유도되고, 이때, 양극은 전하를 나누에 갖게 되는 반면 음극은 유도되는 전하를 모두 갖게 된다(예컨대 8개). 따라서, 기판 지지부(210)에는 상기 샤워 헤드(300)에 비해 많은 양의 전하가 유도되게 되므로, 상기 샤워 헤드(300)와 상기 기판 지지부(210) 사이의 반응공간의 양이온들이 상기 기판 지지부(210)로 보다 강하게 유도된다.
On the other hand, in the case of FIG. 2, a capacitor is formed which acts as an anode having the same potential as that of the chamber 110 and the showerhead 300, and a substrate support 210 having a lower potential than that of the showerhead 300 acts as a cathode Reference). Therefore, when the same potential difference as in Fig. 1 is generated in the positive electrode and the negative electrode, the same amount (for example, eight) of mutually opposite charges is induced in the positive electrode and the negative electrode, (For example, eight). Therefore, since a large amount of charge is induced in the substrate supporting part 210 as compared with the showerhead 300, positive ions in the reaction space between the showerhead 300 and the substrate supporting part 210 are attracted to the substrate supporting part 210 ).

도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법에 의하면, 먼저 챔버(110) 내에서 서로 대향하는 샤워 헤드(300) 및 기판 지지부(210)를 구비하는 플라즈마 처리장치(200)의 상기 기판 지지부(210)로 피처리 기판(S)을 로딩한다(단계 S110). 이때, 상기 기판 지지부(210)와 상기 샤워 헤드(300)의 간격은 약 2cm 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 기판 지지부(210)와 상기 샤워 헤드(300)의 간격이 2cm를 넘는 경우 높은 압력에서 플라즈마 방전이 불안정해지거나, 아크가 발생되는 문제점을 야기할 수 있다.2 and 5, according to the plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention, first, a plasma having a shower head 300 and a substrate support 210 facing each other in the chamber 110 is provided. The substrate S is loaded into the substrate support 210 of the processing apparatus 200 (step S110). At this time, the distance between the substrate support 210 and the shower head 300 is preferably adjusted to about 2cm or less. When the distance between the substrate support 210 and the shower head 300 is greater than 2 cm, plasma discharge may become unstable or an arc may be generated at a high pressure.

이를 위하여 상기 구동부(220)가 상기 기판 지지부(210)를 상승시켜 상기 샤워 헤드(300)와 상기 기판 지지부(210)의 간격을 조절하게 된다.To this end, the driving unit 220 raises the substrate support 210 to adjust the distance between the shower head 300 and the substrate support 210.

이후, 상기 샤워 헤드(300)를 통해서 상기 피처리 기판(S)을 향해 공정원료 가스를 분사한다(단계 S120). 상기 공정원료 가스는 원료 공급부(700)로부터 공급되며, 예컨대, 아세틸렌(C2H2), 또는 프로핀(C3H6) 가스를 이용할 수 있고, 이와 다르게 트리메틸벤젠(trimethylbenzene) 용액을 340도 내지 380도 정도로 가열하여 사용할 수도 있다. 이때, 캐리어 가스로는 이산화탄소 가스, 헬륨, 아르곤 가스 및 수소 가스로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 또는 다수의 가스를 복합적으로 사용할 수 있다. 이들의 가스는 별도로 샤워 헤드(300)에 공급될 수 있고, 혼합되어 공급될 수도 있다.Thereafter, a process raw material gas is injected toward the substrate S through the shower head 300 (step S120). The process raw material gas is supplied from the raw material supply unit 700, for example, acetylene (C 2 H 2 ), or propene (C 3 H 6 ) gas may be used, alternatively, trimethylbenzene solution 340 degrees It may be used by heating to about 380 degrees. In this case, as the carrier gas, any one or a plurality of gases selected from the group consisting of carbon dioxide gas, helium, argon gas, and hydrogen gas may be used in combination. These gases may be separately supplied to the shower head 300, or may be mixed and supplied.

이후, 상기 챔버(110) 및 상기 샤워 헤드(300)를 접지하고, 상기 기판 지지부(210)에 음전위를 인가하는 DC전원 및 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원을 인가하여 상기 피처리 기판(S) 상에 비정질 탄소막을 형성한다(단계 S130). 이때, 상기 DC 전원은 DC 전원 공급부(400)를 통해서 수행될 수 있으며, 상기 RF 전원은 RF 전원 공급부(600)를 통해서 수행될 수 있다.Thereafter, the chamber 110 and the shower head 300 are grounded, and a DC power source for applying a negative potential to the substrate support 210 and an RF power source for generating plasma are applied to the substrate S to be processed. An amorphous carbon film is formed in step S130. In this case, the DC power may be performed through the DC power supply 400, and the RF power may be performed through the RF power supply 600.

이때, RF 파워는 약 800W 내지 약 1500W를 공급할 수 있으며, DC 전압은 -800V 내지 -100V를 공급할 수 있다. 한편, 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계에서, 상기 DC 전원을 펄스화하여 인가할 수 있다. 이때, 상기 펄스화된 DC 전원의 주파수는 20kHz 내지 200kHz가 되도록 조절할 수 있으며, 상기 펄스화된 DC전원의 듀티비(duty ratio)는 10% 내지 50%의 범위를 가질 수 있다.In this case, the RF power may supply about 800W to about 1500W, and the DC voltage may supply -800V to -100V. On the other hand, in the step of forming an amorphous carbon film on the substrate to be treated, the DC power may be applied by pulsed. In this case, the frequency of the pulsed DC power supply can be adjusted to be 20kHz to 200kHz, the duty ratio of the pulsed DC power supply (duty ratio) may have a range of 10% to 50%.

바람직하게, 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 과정에서, 상기 챔버 내의 압력이 4 torr 미만일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -100V의 DC전압을 인가하고, 상기 챔버 내의 압력이 4 torr 내지 7.5 torr일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -400V의 DC전압을 인가할 수 있다.Preferably, in the process of forming an amorphous carbon film on the substrate, when the pressure in the chamber is less than 4 torr, a DC voltage of -800 V to -100 V is applied to the substrate support, and the pressure in the chamber is 4 torr. To 7.5 torr, a DC voltage of -800 V to -400 V may be applied to the substrate support.

또한, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm인 경우, 주파수가 20kHz 내지 200kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가하고, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm 초과 1cm이하인 경우, 주파수가 20kHz 내지 100kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가할 수 있다.In addition, when the separation distance of the shower head and the substrate support is 0.5cm, the frequency is applied to the pulsed DC power in the range of 20kHz to 200kHz, the separation distance of the showerhead and the substrate support is greater than 0.5cm and less than 1cm In this case, a pulsed DC power supply having a frequency in the range of 20 kHz to 100 kHz may be applied.

한편, 본 실시예에서는 공정원료 가스를 분사한 후(단계 S120), 상기 챔버(110) 및 상기 샤워 헤드(300)를 접지하는 것(단계 S130)으로 기재되고 있으나, 상기 챔버(100) 및 상기 샤워 헤드(300)의 접지는 공정원료 가스를 분사하기 이전에 접지될 수도 있음은 당업자에 자명하다. 이러한 효과는 도 6 내지 도 11을 참조로 보다 상세히 설명한다.On the other hand, in the present embodiment it is described as the grounding of the chamber 110 and the shower head 300 (step S130) after injecting the process raw material gas (step S120), the chamber 100 and the It will be apparent to those skilled in the art that the grounding of the shower head 300 may be grounded prior to injecting the process raw material gas. This effect will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 11.

이후, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)한다(단계 S130). 이때, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 500도 이상에서 진행될 수 있으며, 시간은 약 5분 내지 10분 동안 진행될 수 있다. Thereafter, the amorphous carbon film is annealed (step S130). In this case, the annealing of the amorphous carbon film may be performed at 500 degrees or more, and the time may be performed for about 5 to 10 minutes.

한편, 상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 별도의 어닐링 챔버(도시안됨)에서 진행될 수 있다. 이와 같이, 어닐링을 별도의 어닐링 챔버에서 진행하는 경우, 비정질 탄소막을 형성하는 것과 어닐링 하는 것에 대한 시간차이를 버퍼링할 수 있으므로 생산성이 향상될 수 있다.Meanwhile, the annealing of the amorphous carbon film may be performed in a separate annealing chamber (not shown). As such, when the annealing is performed in a separate annealing chamber, productivity can be improved since the time difference between forming an amorphous carbon film and annealing can be buffered.

어닐링 과정을 진행하지 않는 경우에도 내식각성은 향상되지만, 컴프레시브 스트레스(compressive stress)가 증가하는 문제점이 발생한다. 그러나, 어닐링과정을 수행하는 경우 내식각성이 보다 향상되고, 컴프레시브 스트레스를 감소시키는 것을 확인하였다. 이러한 효과는 도 12 및 도 13을 참조로 보다 상세히 설명한다.
Even if the annealing process is not performed, the etching resistance is improved, but a problem arises in that the compressive stress is increased. However, when performing the annealing process it was confirmed that the corrosion resistance is more improved, and the compressive stress is reduced. This effect will be described in more detail with reference to FIGS. 12 and 13.

이하, 도 6 내지 도 13을 참조로 본 발명의 효과, 즉 공정 조건의 변화에 따른 비정질 탄소막의 내식각성 변화를 설명한다. 이를 위해 비교 공정조건을 제외한 나머지 공정조건은 동일하게 하여 비정질 탄소막을 형성한 후, 동일한 조건에서 에칭 공정을 진행하여, 제거된 막 두께를 산출하였다. 즉, 각각의 공정 조건으로부터 형성된 비정질 탄소막의 최소두께(THK)로부터, 에칭 공정 후 남아있는 비정질 탄소막의 두께를 측정하여, 제거된 막두께를 산출함으로써 내식각성을 비교하였다. 즉, 제거된 막두께(막손실)이 작을수록 내식각성이 우수하다는 의미이다.6 to 13, the change in the etching resistance of the amorphous carbon film according to the effect of the present invention, that is, the change of the process conditions will be described. To this end, except for the comparative process conditions, the other process conditions were the same to form an amorphous carbon film, and then the etching process was performed under the same conditions to calculate the removed film thickness. That is, the etching resistance was compared by measuring the thickness of the amorphous carbon film remaining after the etching process from the minimum thickness THK of the amorphous carbon film formed from the respective process conditions, and calculating the removed film thickness. That is, the smaller the removed film thickness (film loss), the better the etching resistance.

도 6은 비정질 탄소막 형성시 RF 전원과 함께 DC 전원 인가 여부에 따른 막밀도 및 막손실을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing film density and film loss according to whether DC power is applied together with RF power when forming an amorphous carbon film.

도 6을 참조하면, 기판 지지부에 -200V의 DC 전원을 인가하여 생성한 비정질 탄소막이 기판 지지부에 0V의 DC 전원을 인가하여 생성한 비정질 탄소막에 비해 막밀도가 상승함을 볼 수 있다. 또한, 이러한 두 개의 비정질 탄소막에 에칭 공정을 수행하여 제거된 막두께를 살펴보면 -200V의 DC 전원을 인가하여 생성한 비정질 탄소막의 막손실이 대폭적으로 감소하였음을 확인할 수 있다. 즉, 내식각성이 크게 향상되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the amorphous carbon film generated by applying a DC power source of -200V to the substrate support unit has a higher film density than the amorphous carbon film produced by applying a DC power source of 0V to the substrate support unit. In addition, the film thickness removed by performing the etching process on the two amorphous carbon films can be seen that the film loss of the amorphous carbon film generated by applying the DC power of -200V is significantly reduced. That is, it can be confirmed that the etching resistance is greatly improved.

즉, 접지된 상기 샤워 헤드(300)에 비해 낮은 전위를 유도하여 피처리 기판(S)으로 향하는 양이온들을 보다 강하게 유도함으로써 비정질 탄소막의 C-H 결합이, C=C 결합으로 변환시켜 이로 인해서 비정질 탄소막의 막밀도 또는 강도가 증가하며, 내식각성이 향상됨을 확인할 수 있다.That is, CH bonds in the amorphous carbon film are converted to C = C bonds by inducing a lower potential than the grounded shower head 300 to induce positive cations toward the substrate S, thereby converting the C = C bonds. It can be seen that the film density or strength is increased and the etching resistance is improved.

아울러, 샤워 헤드(300)를 접지하고, 기판 지지부(210)에 음전위를 인가하면, 기판 지지부(210)에 인가되는 음전하가 증가하게 되어 내식각성을 보다 향상할 수 있게 된다.
In addition, when the shower head 300 is grounded and a negative potential is applied to the substrate support 210, the negative charge applied to the substrate support 210 is increased to improve the etching resistance.

도 7은 DC 전원의 크기에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the change of the film loss according to the size of the DC power supply.

도 7을 참조하면, RF 파워는 800W로 동일하게 인가하고, DC 전압을 0V, -100V, -200V, -300V, -400V 및 -800V를 인가하여, 2000Å의 비정질 탄소막을 형성한 후, 각각에 비정질 탄소막에 대해서 에칭 공정을 수행하여 막손실 양을 비교한 결과, 인가되는 음전위의 절대값이 커지는 경우, 상대적으로 막손실양이 대략적으로 적어지는 경향을 볼 수 있다. DC전압을 -800V의 아래로 낮추는 경우, 기판으로 향하는 이온에너지가 너무 커서 막을 손상시켜 막밀도 및 강도를 저하시킬 수 있으며, 내설된 히터 장치를 손상시킬 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 DC전압으로 -800V 내지 -100V의 전압을 인가한다.
Referring to FIG. 7, RF power is equally applied to 800W, DC voltages are applied to 0V, -100V, -200V, -300V, -400V, and -800V to form an amorphous carbon film of 2000 kV. As a result of comparing the film loss amount by performing the etching process on the amorphous carbon film, it can be seen that the film loss amount tends to be relatively small when the absolute value of the negative potential applied is large. When the DC voltage is lowered below -800V, the ion energy directed to the substrate is too large to damage the film, thereby lowering the film density and strength and possibly damaging the built-in heater device. Therefore, in the embodiments of the present invention, a voltage of -800 V to -100 V is applied as the DC voltage.

도 8은 펄스형태의 DC 전원 인가시, DC 전원의 듀티비(Duty Ratio)에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating a change in film loss according to a duty ratio of a DC power supply when applying a pulsed DC power supply.

도 8을 참조하면, 오프(off) 시간 비(즉, 듀티비)가 0%에서 40% 까지 증가할수록 막손실이 감소하는 경향을 보이다가, 오프 시간 비가 40%에서 50%까지 증가함에 따라서 막손실이 소폭으로 다시 증가하였다. 이러한 경향으로부터 오프 시간 비가 50%를 넘는 경우, 막손실이 증가함을 유추할 수 있다. 따라서, DC 전원인가시 DC 전원이 증착시간 동안 계속적으로 온 또는 오프되도록 인가되는 것에 비하여 교대로 온오프시키는 것에 대한 내식각성이 상대적으로 우수하게 된다.
Referring to FIG. 8, as the off time ratio (ie, duty ratio) increases from 0% to 40%, the film loss tends to decrease, and as the off time ratio increases from 40% to 50%, The losses increased slightly again. From this tendency, it can be inferred that the film loss increases when the off time ratio exceeds 50%. Therefore, when the DC power is applied, the etching resistance to turn on and off alternately is relatively superior to that applied to the DC power to be continuously turned on or off during the deposition time.

도 9는 펄스형태의 DC 전원 인가시, DC 전원의 주파수 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating a change in film loss according to a frequency change of a DC power supply when applying a pulsed DC power supply.

도 9를 참조하면, DC 전압을 걸지 않은 경우와, -400V의 DC 전압을 20kHz의 펄스형태로 인가한 경우와 -400V의 DC 전압을 100kHz의 펄스형태로 인가한 경우, 이렇게 3가지 경우에 형성된 비정질 실리콘 막을 에칭하여 막손실을 비교하였다.Referring to FIG. 9, the case in which the DC voltage is not applied, the DC voltage of -400 V is applied in the form of a pulse of 20 kHz, and the DC voltage of the -400 V is applied in the form of a pulse of 100 kHz, are formed in three cases. The amorphous silicon film was etched to compare the film loss.

한편, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이에서 플라즈마가 방전되므로, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격 거리(방전 영역의 면적)에 따라, 효과적인 주파수 범위가 가변될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 작아질수록, DC 전원의 펄스화 효과를 보는 주파수 번위가 넓어진다. 이때, 이격거리 X와 DC전원 주파수 사이에는 'X = 1/k[kHz] * 100'의 관계가 있다. 예컨대, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격 거리가 1cm인 경우, 도 9에서 도시된 바와같이, DC 전원의 주파수가 20kHz일 때의 막손실이 100kHz일 때의 막손실에 비해 작다.On the other hand, since the plasma is discharged between the shower head 300 and the substrate support 210, the effective frequency range is variable according to the separation distance (area of the discharge area) between the shower head 300 and the substrate support 210. Can be. In addition, the smaller the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210, the wider the frequency range to see the pulsed effect of the DC power supply. At this time, there is a relationship of 'X = 1 / k [kHz] * 100' between the separation distance X and the DC power frequency. For example, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 1cm, as shown in Figure 9, compared to the film loss when the film loss when the frequency of the DC power supply is 20kHz 100kHz small.

또한, DC 전원의 주파수가 100kHz일 때의 막손실이 0kHz일 때에 비해 오히려 크다. 이는, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격 거리가 1cm이고, DC 전원의 주파수가 100kHz를 촤과하는 경우, DC 전원의 온/오프 주기가 너무 짧아져서, 기판 표면에 입사되는 다수의 이온의 이동속도가 균일하지 않은 문제가 발생되기 때문이다.In addition, the film loss when the frequency of the DC power supply is 100 kHz is larger than when the frequency is 0 kHz. When the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 1 cm, and the frequency of the DC power supply exceeds 100 kHz, the on / off period of the DC power supply becomes too short, and the number of incident incidents on the substrate surface is large. This is because a problem arises in that the movement speed of ions is not uniform.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격 거리가 1cm인 경우, 20kHz 내지100kHz 미만의 DC전원 주파수를 인가한다. 따른 예로, 도시되진 않았으나, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 0.5cm 인 경우, DC 전원의 주파수가 0kHz일 때에 비해, 0kHz 초과 200kHz 이하 사이의 범위일 때의 막손실이 적다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 0.5cm 이하인 경우, 0kHz초과 200kHz이하 사이의 DC 전원 주파수를 인가한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 1 cm, a DC power supply frequency of less than 20 kHz to 100 kHz is applied. According to the example, although not shown, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 0.5cm, the film loss when the frequency of the DC power supply is in the range between more than 0kHz and 200kHz or less than when the frequency of the DC power supply is 0kHz This is less. Therefore, in the embodiment of the present invention, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 0.5 cm or less, a DC power frequency between 0 kHz and 200 kHz or less is applied.

이러한 결과로부터, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 0.5cm 초과 1cm 이하인 경우, 100kHz 미안의 DC 전원의 주파수를 인가하는 것이 바람직하다. 그리고, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 0.5cm이하인 경우, 200kHz이하의전원의 주파수를 인가하는 것이 바람직하다. 또한, 'X = 1/k[kHz] * 100'의 식으로부터 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리가 2cm인 경우, 50kHz의 DC전원을 인가하는 것이 바람직함을 알 수 있다.From this result, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support part 210 is more than 0.5 cm and 1 cm or less, it is preferable to apply the frequency of the DC power supply of 100 kHz sorry. When the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 0.5 cm or less, it is preferable to apply a frequency of a power source of 200 kHz or less. In addition, it can be seen that when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 is 2 cm from the equation of 'X = 1 / k [kHz] * 100', it is preferable to apply a DC power source of 50 kHz. have.

한편, 일반적으로 압력이 낮아질수록 방전거리 즉, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리를 증가시켜야 안정적인 방전을 유도할 수 있다. 그러나, 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격 거리가 2cm를 초과하는 경우, 높은 압력범위 예컨대 4 torr이상의 압력에서는 안정적으로 플라즈마를 방전시킬 수 없다. 따라서, 본 실시예에서는 샤워 헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이의 이격거리를 2cm이하가 되도록 한다.
On the other hand, in general, as the pressure decreases, the discharge distance, that is, the separation distance between the shower head 300 and the substrate support 210 must be increased to induce stable discharge. However, when the separation distance between the shower head 300 and the substrate support portion 210 exceeds 2 cm, the plasma cannot be stably discharged in a high pressure range, for example, a pressure of 4 torr or more. Therefore, in this embodiment, the separation distance between the shower head 300 and the substrate support portion 210 is 2 cm or less.

도 10은 DC 전압의 변화와 챔버 내의 압력 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the change of the film loss with the change of the DC voltage and the pressure in the chamber.

도 10을 참조하면, 동일한 DC 전압조건하에서는 상대적으로 낮은 압력에서 내식각성이 우수함을 볼 수 있다. 이는 상대적으로 높은 압력에서는 이온들간의 충돌증가로 인해, 기판의 향하는 이온의 가속도가 감소하기 때문이다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the etching resistance is excellent at a relatively low pressure under the same DC voltage condition. This is because at higher pressures, the acceleration of ions toward the substrate decreases due to increased collisions between ions.

또한, 동일한 압력하에서는 DC 전압이 낮아짐에 따라서 막손실이 감소함을 볼 수 있다. 이는 동일한 압력하에서는 DC 전압이 낮아짐에 따라서 기판을 향해 이동하는 이온의 가속도가 증가하기 때문이다.In addition, under the same pressure it can be seen that the film loss is reduced as the DC voltage is lowered. This is because under the same pressure, the acceleration of ions moving toward the substrate increases as the DC voltage decreases.

그러나, 압력이 7.5 torr이고, DC전압이 -400V 일 때의 막손실 값과 0V일 때의 막손실 값이 유사하고, 압력이 4 torr일고 DC전압이 -400V일 때 막손실 값과 압력이 7.5 torr이고, DC 전압이 -800V 일 때 막손실 값이 유사하며, 앞서 기술한 바와 같이 DC 전압이 낮아짐에 따라서 막손실이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 고압, 예컨대 4 torr 이상의 압력의 경우 -800V보다 낮은 전압에서 내식각성이 개선됨을 알 수 있다.
However, when the pressure is 7.5 torr, the film loss value when the DC voltage is -400V and the film loss value when 0V is similar, and the film loss value and the pressure is 7.5 when the pressure is 4 torr and the DC voltage is -400V. When the torr, the DC voltage is -800V, the film loss value is similar, and as described above, the film loss tends to decrease as the DC voltage is lowered. Therefore, it can be seen that the etching resistance is improved at a voltage lower than -800V at high pressure, for example, a pressure of 4 torr or more.

도 11은 DC 전압의 변화, RF 파워의 변화 및 챔버 내의 압력 변화에 따른 막손실의 변화를 도시한 그래프이다. 도 11의 그래프에서는 전압, RF 파워, 압력 변화에 따른 막손실 특성을 종합적으로 나타낸 그래프이다. 따라서, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.FIG. 11 is a graph illustrating a change in film loss according to a change in DC voltage, a change in RF power, and a change in pressure in a chamber. In the graph of Figure 11 is a graph showing the film loss characteristics according to the change in voltage, RF power, pressure. Therefore, the content overlapping with the above description will be briefly described or omitted.

도 11을 참조하면, 압력이 1 torr로 저압인 경우, 4 torr 이상의 압력에서와 같이 DC 전압이 감소함에 따라서 내식각성이 증가하지 않는다. 다른 예로서, 압력이 4 torr, RF 전원이 800W로 동일할 경우, DC 전압이 0V에서 -800V로 낮아짐에 따라서, 내식각성이 증가된다. 마찬가지로, 압력이 7.5 torr, RF 전원이 800W로 동일할 경우, DC 전압이 0V에서 -800V로 낮아짐에 따라 내식각성이 증가된다. 이때 DC전압이 -800V보다 낮아질 경우, 기판으로 향하는 이온 에너지가 너무 커져서, 막을 손상시켜 막밀도, 및 강도를 저하시킬 수 있다.Referring to FIG. 11, when the pressure is low at 1 torr, the etching resistance does not increase as the DC voltage decreases as at a pressure of 4 torr or more. As another example, when the pressure is 4 torr and the RF power supply is the same as 800W, the etching resistance is increased as the DC voltage is lowered from 0V to -800V. Similarly, if the pressure is 7.5 torr and the RF power is equal to 800W, the etch resistance increases as the DC voltage is lowered from 0V to -800V. At this time, when the DC voltage is lower than -800V, the ion energy directed to the substrate becomes too large, which may damage the film and lower the film density and strength.

도 10 및 11에 나타난 압력 및 DC전압에 따른 내 식각성 변화를 종합해보면, 압력이 1torr 이내인 경우 DC 전압이 -800V 내지-100V 인 구간에서 내식각성이 개선되는 효과를 보였다. 그리고, 압력이 4 torr 내지 7.5 torr인 경우, 압력이 1 torr 이내인 경우에 비해 최소 DC전압이 상대적으로 높은 구간에서 내식각성이 개선되는 효과를 보였다. 즉, 압력이 4 torr 내지 7.5 torr인 경우, DC 전압이 -800V 내지 -400V인 구간에서 내식각성이 개선되는 효과를 보였다.
10 and 11 shows the change in the etching resistance according to the pressure and DC voltage, when the pressure is within 1torr, the etching resistance was improved in the DC voltage range of -800V to -100V. In addition, when the pressure is 4 torr to 7.5 torr, the etching resistance was improved in the section where the minimum DC voltage is relatively higher than when the pressure is within 1 torr. That is, when the pressure is 4 torr to 7.5 torr, the corrosion resistance was improved in the DC voltage range of -800V to -400V.

도 12는 어닐링(annealing) 온도에 따른 응력(stress)의 변화를 도시한 그래프이다.12 is a graph showing a change in stress according to an annealing temperature.

먼저, 4개의 기판을 준비한 후, 각각 증착온도는 300도, RF 파워는 800W, DC펄스의 전압은 -400V, 듀티비는 40%, 주파수는 20kHz, 증착시간은 145초, 증착압력은 1Torr, 샤워헤드와 기판 지지부 사이의 거리는 8.89mm로 동일하게 하여 비정질 탄소막을 형성한 이후, 첫 번째 기판에서는 어닐링 테스트를 실시하지 않고, 두 번째 기판에서는 500도에서 10분간, 세 번째 기판에서는 550도에서 10분간, 네 번째 기판에서는 600도에서 10분간 어닐링 공정을 수행한 후, 응력테스트를 실시하였다.First, after preparing four substrates, the deposition temperature was 300 degrees, the RF power was 800W, the voltage of the DC pulse was -400V, the duty ratio was 40%, the frequency was 20kHz, the deposition time was 145 seconds, the deposition pressure was 1 Torr, After forming the amorphous carbon film with the same distance between the showerhead and the substrate support (8.89 mm), the annealing test was not performed on the first substrate, but was performed at 500 degrees for 10 minutes on the second substrate and 10 to 550 degrees on the third substrate. In the fourth substrate, an annealing process was performed at 600 ° C. for 10 minutes, and then a stress test was performed.

어닐링 테스트의 실시결과는 다음 표1과 같으며, 이를 그래프로 옮긴 것은 도 12와 같다.The results of the annealing test are shown in Table 1 below, and the graphs are shown in FIG. 12.

NONO annealanneal 조건 Condition stressstress 1One NONO -6.168E+09-6.168E + 09 22 500도에서 10분10 minutes at 500 degrees -5.486E+09-5.486E + 09 33 550도에서 10분10 minutes at 550 degrees -3.99E+09-3.99E + 09 44 600도에서 10분10 minutes at 600 degrees -2.38E+09-2.38E + 09

도 12를 참조하면, 비정질 탄소막을 형성한 후, 상온에서 1 내지 3분 정도 쿨링한 것과, 500도, 550도, 600도에서 각각 어닐링 공정을 진행하여 압축응력(compressive stress)을 측정한 결과를 도시한다. 어닐링 온도가 증가할 수록, 압축응력의 크기가 감소하는 것을 볼 수 있다. 한편, 500도 이하에서는 그 효과가 미미하며, 600 이상의 고온으로 올리는 경우, 기판 및 기판에 형성된 소자들에 데미지가 가해질 수 있다. 한편, 어닐링 공정의 시간은 5분 내지 10분 동안 진행되는 것이 바람직하다. 5분 미만인 경우, 어닐링의 효과가 미미해지며 10분 이상 진행되는 경우, 어닐링 효과가 세추레이션되지만 생산성이 떨어지므로, 대략 5분 내지 10분 정도 진행하는 것이 바람직하다.
Referring to FIG. 12, after the amorphous carbon film was formed, the resultant was cooled for 1 to 3 minutes at room temperature, and the annealing process was performed at 500, 550, and 600 degrees, respectively, to measure the compressive stress. Illustrated. It can be seen that as the annealing temperature increases, the magnitude of the compressive stress decreases. On the other hand, the effect is less than 500 degrees, and when raised to a high temperature of 600 or more, damage may be applied to the substrate and the elements formed on the substrate. On the other hand, the time of the annealing process is preferably carried out for 5 to 10 minutes. If less than 5 minutes, the effect of annealing becomes insignificant and progresses for more than 10 minutes, but the annealing effect is set but the productivity is low, it is preferable to proceed about 5 to 10 minutes.

도 13은 어닐링에 따른 내식각성 및 CH 피크(peak)의 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph illustrating changes in etching resistance and CH peak according to annealing.

먼저, 4개의 기판을 준비한 후, 각각 증착온도는 300도, RF 파워는 800W, DC펄스의 전압은 -800V, 듀티비는 40%, 주파수는 20kHz, 증착시간은 145초, 증착압력은 1Torr, 샤워헤드와 기판 지지부 사이의 거리는 8.89mm로 동일하게 하고, 첫 번째 및 두 번째 기판은 C2H2가스를 60sccm로 흘려주었고, 세 번째 및 네 번째 기판은 C2H2가스를 60sccm로 흘려주어 비정질 탄소막을 형성한 이후, 첫 번째 기판 및 세 번째 기판은 어닐링 공정을 수행하지 않고, 두 번째 기판 및 네 번째 기판에 600도의 온도에서 10분간 어닐링 공정을 수행한 이후, 내식각성, C-H 피크(peak) 및 스트레스를 조사하였다.First, after preparing four substrates, the deposition temperature is 300 degrees, the RF power is 800W, the voltage of the DC pulse is -800V, the duty ratio is 40%, the frequency is 20kHz, the deposition time is 145 seconds, the deposition pressure is 1 Torr, The distance between the showerhead and the substrate support is equal to 8.89 mm, with the first and second substrates flowing 60 sccm of C 2 H 2 gas, and the third and fourth substrates flowing 60 sccm of C 2 H 2 gas. After forming the amorphous carbon film, the first substrate and the third substrate were not subjected to the annealing process, and the second substrate and the fourth substrate were subjected to the annealing process at a temperature of 600 degrees for 10 minutes, and then the etching resistance and the CH peak (peak ) And stress.

어닐링 테스트의 실시결과는 다음 표2와 같으며, 세 번째 및 네 번째 기판에 대하여 그래프로 옮긴 것은 도 13과 같다.The results of the annealing test are shown in Table 2 below, and the graphs of the third and fourth substrates are shown in FIG. 13.

NONO AnnealAnneal 조건 Condition Δ(내Δ (in 식각성Etchability )) CHCH peakpeak areaarea stressstress 1One NONO 86 86 2.662.66 -6.50E+09-6.50E + 09 22 600도 10분600 degrees 10 minutes 69 69 1.881.88 -4.26E+09-4.26E + 09 33 NONO 88 88 3.053.05 -5.77E+09-5.77E + 09 44 600도 10분600 degrees 10 minutes 54 54 2.232.23 -3.02E+09-3.02E + 09

표 2 및 도 13을 참조하면, 비정질 탄소막 형성시, 흘려주는 C2H2가스의 양이 많은 경우, 비정질 탄소막이 빠르게 형성되기 하지만 상대적으로 막질이 떨어져 내식각성이 좋지 않으며, C-H 피크가 증가하고, 응력에서 상대적으로 약한 것을 볼 수 있다. 따라서, 흘려주는 공정원료 가스(예컨대, C2H2)양을 감소시켜, 막질을 서서히 형성함으로서 C-H 피크를 작게 형성하는 경우, 흘려주는 공정원료 가스(예컨대, C2H2)양이 많은 경우에 비해서 비정질 탄소막의 어닐링 시간을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 상기 공정원료 가스를 60 sccm보다 작은 범위로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 5분 내지 8분 동안 진행하고, 사기 공정원료 가스를 60 sccm이상으로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 8분내지 10분 동안 진행할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 13, when the amorphous carbon film is formed, when the amount of flowing C 2 H 2 gas is large, the amorphous carbon film is rapidly formed, but the film quality is relatively poor, so the etching resistance is not good, and the CH peak is increased. We can see that it is relatively weak in stress. Therefore, when the amount of process raw material gas (for example, C 2 H 2 ) is reduced and the CH peak is formed small by slowly forming the film quality, when the amount of flowing process material gas (for example, C 2 H 2 ) is large. Compared with this, annealing time of the amorphous carbon film can be reduced. For example, in the case of spraying the process raw material gas in a range of less than 60 sccm, the time for annealing the amorphous carbon film proceeds for 5 to 8 minutes, and in the case of spraying the fraud process raw material gas at 60 sccm or more, the annealing of the amorphous carbon film The duration can be 8 to 10 minutes.

또한, 동일한 조건하에서 어닐링 공정 전과 공정 후를 비교하면, 내식각성이 향상되고, C-H 피크가 감소하였으며, 또한 이로 인해서 응력의 크기가 감소하였음을 볼 수 있다. In addition, when comparing the annealing process before and after the process under the same conditions, it can be seen that the etching resistance is improved, the C-H peak is reduced, thereby also reducing the magnitude of the stress.

이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 어닐링 공정을 진행하는 경우, 가해진 열에 의해 비정질 탄소막의 C-H 결합에서 H가 날아가 C=C 결합으로 변환되고, 이로 인해서 비정질 탄소막의 막밀도 또는 강도가 증가하여 내식각성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from above, when the annealing process is performed, H is blown from the CH bond of the amorphous carbon film by the applied heat and converted into a C = C bond, thereby increasing the film density or strength of the amorphous carbon film, thereby increasing the etching resistance. You can see the improvement.

이상의 결과에서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 챔버가 접지되어 있으므로, 샤워 헤드를 접지하고, 기판 지지부에 음전위를 인가함으로써, 기판 지지부에 올려진 기판에 형성되는 비정질 탄소막의 내식각성을 향상시킬 수 있다.As a result, according to the embodiments of the present invention, since the chamber is grounded, by grounding the shower head and applying a negative potential to the substrate support, the etching resistance of the amorphous carbon film formed on the substrate mounted on the substrate support can be improved. Can be.

또한 어닐링 공정을 진행하여, 비정질 탄소막의 응력을 감소시켜 내식각성을 보다 향상시킬 수 있다.
In addition, by performing an annealing process, the stress of the amorphous carbon film can be reduced to further improve the etching resistance.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100, 200: 플라즈마 처리장치 110: 챔버
200: 기판 지지유닛 210: 기판 지지부
220: 구동부 221: 샤프트
222: 동력부 300: 샤워헤드
400: DC 전원 공급부 500: 필터
600: RF 전원 공급부 S: 피처리 기판100, 200: plasma processing apparatus 110: chamber
200: substrate holding unit 210:
220: driving part 221: shaft
222: power section 300: shower head
400: DC power supply 500: Filter
600: RF power supply S: substrate to be processed

Claims (9)

챔버 내에서 서로 대향하는 샤워 헤드 및 기판 지지부를 구비하는 플라즈마 처리장치의 상기 기판 지지부로 피처리 기판을 로딩하는 단계;
상기 샤워 헤드를 통해서 상기 피처리 기판을 향해 공정원료 가스를 분사하는 단계;
상기 챔버 및 상기 샤워 헤드를 접지하고, 음전위를 인가하는 DC전원 및 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원을 상기 기판 지지부에 인가하여 상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계; 및
상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함하는 비정질 탄소막 형성방법.Loading a substrate to be processed into the substrate support of the plasma processing apparatus having a shower head and a substrate support facing each other in a chamber;
Injecting process gas through the shower head toward the substrate;
Grounding the chamber and the shower head, and applying a DC power source for applying negative potential and an RF power source for generating plasma to the substrate support unit to form an amorphous carbon film on the substrate to be processed; And
And annealing the amorphous carbon film. 제1항에 있어서,
상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계에서,
상기 챔버 내의 압력이 4 torr 미만일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -100V의 DC전압을 인가하고,
상기 챔버 내의 압력이 4 torr 내지 7.5 torr일 경우, 상기 기판 지지부에 -800V 내지 -400V의 DC전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.The method of claim 1,
In the step of forming an amorphous carbon film on the substrate to be processed,
When the pressure in the chamber is less than 4 torr, applying a DC voltage of -800V to -100V to the substrate support,
When the pressure in the chamber is 4 torr to 7.5 torr, applying a DC voltage of -800V to -400V to the substrate support. 제1항에 있어서,
상기 피처리 기판상에 비정질 탄소막을 형성하는 단계에서,
상기 DC 전원을 펄스화하여 인가하는 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.The method of claim 1,
In the step of forming an amorphous carbon film on the substrate to be processed,
And applying the pulsed power to the DC power supply. 제3항에 있어서,
상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm인 경우, 주파수가 20kHz 내지 200kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가하고,
상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부의 이격 거리가 0.5cm 초과 1cm이하인 경우, 주파수가 20kHz 내지 100kHz 범위의 펄스화된 DC 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.The method of claim 3,
When the distance between the shower head and the substrate support is 0.5cm, a pulsed DC power source having a frequency in the range of 20 kHz to 200 kHz is applied,
And a pulsed DC power source having a frequency in the range of 20 kHz to 100 kHz when the distance between the shower head and the substrate support is greater than 0.5 cm and less than 1 cm. 제3항에 있어서,
상기 펄스화된 DC전원의 듀티비(duty ratio)는 10% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.The method of claim 3,
The duty ratio of the pulsed DC power source (duty ratio) is 10% to 50%, characterized in that the amorphous carbon film forming method. 제1항에 있어서,
상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 500도 내지 600도에서 진행되는 것을 특징으로하는 비정질 탄소막 형성방법.The method of claim 1,
The method of forming an amorphous carbon film, characterized in that the annealing (annealing) the amorphous carbon film is performed at 500 to 600 degrees. 제6항에 있어서,
상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 5분 내지 10분 동안 진행되는 것을 특징으로하는 비정질 탄소막 형성방법.The method according to claim 6,
The method of forming an amorphous carbon film, characterized in that the annealing (annealing) the amorphous carbon film is performed for 5 minutes to 10 minutes. 제6항에 있어서,
상기 비정질 탄소막을 어닐링(annealing)하는 단계는 별도의 어닐링 챔버에서 진행되는 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.The method according to claim 6,
The method of forming an amorphous carbon film, characterized in that the annealing of the amorphous carbon film is carried out in a separate annealing chamber. 제1항에 있어서,
상기 공정원료 가스를 분사하는 단계에서,
상기 공정원료 가스를 60 sccm보다 작은 범위로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 5분 내지 8분 동안 진행하고,
사기 공정원료 가스를 60 sccm이상으로 분사하는 경우, 비정질 탄소막을 어닐링하는 시간은 8분내지 10분 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 비정질 탄소막 형성방법.
The method of claim 1,
In the step of injecting the process raw material gas,
When the process raw material gas is injected in a range of less than 60 sccm, the time for annealing the amorphous carbon film is performed for 5 to 8 minutes,
The method of forming an amorphous carbon film, characterized in that, when spraying the fraudulent process raw material gas to 60 sccm or more, the annealing time of the amorphous carbon film is performed for 8 to 10 minutes.
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