KR101570176B1 - Method for treating substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법 및 장치을 제공한다. 기판을 처리하는 방법으로는 식각하고자 하는 박막과 상기 박막 상에 식각 패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판을 식각 가스를 이용하여 식각하되, 챔버 내에 제공된 모노폴라 전극을 가진 정전척 상에 기판을 위치시키고, 상기 챔버 내에 제공된 척킹용 가스로부터 발생된 플라즈마와 상기 모노폴라 전극에 인가된 직류 전류에 의한 정전기력에 의해 상기 기판을 상기 정전척에 고정시키는 기판 척킹 단계 및 상기 챔버 내에 공급된 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 공정 수행 단계를 포함하되, 상기 기판 척킹 단계에는 척킹 조건을 조절하여 상기 감광막의 선폭변화율을 조절한다. 기판 척킹 단계에서 기판을 정전척에 고정하기 위한 척킹용 가스로 헬륨가스를 제공한다. 이로 인해 감광막의 선폭 변화율을 최소화할 수 있다.Embodiments of the present invention provide methods and apparatus for processing substrates using plasma. The substrate is etched by using an etching gas, the substrate is placed on an electrostatic chuck having a mono polar electrode provided in the chamber, A substrate chucking step of fixing the substrate to the electrostatic chuck by an electrostatic force by a plasma generated from a gas for chucking provided in the chamber and a direct current applied to the mono polar electrode, and a step of generating a plasma from the process gas supplied in the chamber And controlling a chucking condition in the substrate chucking step to adjust a line width change rate of the photoresist film. A helium gas is provided as a chucking gas for fixing the substrate to the electrostatic chuck in the substrate chucking step. As a result, the rate of change of the line width of the photoresist film can be minimized.

Figure R1020140011168
Figure R1020140011168

Description

기판처리방법{Method for treating substrate}[0001] The present invention relates to a method for treating substrate,

본 발명은 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for processing a substrate, and more particularly, to a method and apparatus for processing a substrate using plasma.

반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 그리고 세정 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.In the process of manufacturing a semiconductor device, various processes such as photolithography, etching, thin film deposition, ion implantation, and cleaning are performed. Among these processes, a substrate processing apparatus using plasma is used for etching, thin film deposition, and cleaning processes.

이 중 플라즈마를 이용하여 식각 처리 공정에는 식각하고자 하는 박막 및 이 박막 상에 식각 패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판으로 식각 가스를 공급하여 그 박막을 식각 처리한다. 도1 및 도2는 일반적인 플라즈마 식각 처리공정을 수행하는 과정을 보여주는 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 기판을 지지하는 정전척에는 그 내부에 모노폴라 전극이 제공된다. 정전척에 놓인 기판을 대전시키기 위해 아르곤 가스(Ar)로부터 플라즈마가 발생시키며, 이로부터 기판은 대전된다. 전하가 대전된 기판은 정전척과 정전기력이 작용되고, 기판은 정전척에 고정된다.In the etching process using the plasma, an etching gas is supplied to a thin film to be etched and a substrate having a photoresist having an etching pattern on the thin film, and the thin film is etched. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a process of performing a general plasma etching process. Referring to FIGS. 1 and 2, a mono polar electrode is provided in an electrostatic chuck for supporting a substrate. A plasma is generated from argon gas (Ar) to charge the substrate placed on the electrostatic chuck from which the substrate is charged. An electrostatic force is applied to the substrate on which the electric charge is charged, and the substrate is fixed to the electrostatic chuck.

그러나 아르곤 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 과정에서 다량의 자외선이 형성된다. 이 자외선은 기판 상에 감광막을 손상시킨다. 이로 인해 감광막은 그 형상을 유지하지 못하고 점차적으로 붕괴된다. 이에 따라 감광막의 선폭(CD, Critical Dimension)은 점차 좁아지며, 식각하고자 하는 패턴 영역 또한 줄어든다.However, a large amount of ultraviolet rays are formed in the process of generating plasma from argon gas. This ultraviolet ray damages the photoresist film on the substrate. As a result, the photosensitive film does not maintain its shape and gradually collapses. As a result, the critical dimension (CD) of the photoresist film gradually becomes narrower, and the pattern area to be etched is also reduced.

한국 공개 특허 번호: 제2003-0096412호Korean Patent Publication No. 2003-0096412

본 발명은 척킥용 가스로부터 발생된 플라즈마를 이용하여 기판을 척킹 시 발생되는 자외선에 의해 감광막들이 손상되는 것을 최소화할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Disclosed is a method and an apparatus capable of minimizing damages of a photoresist film due to ultraviolet rays generated when a substrate is chucked by using a plasma generated from a gas for a chuckkick.

또한 본 발명은 척킥용 가스로부터 발생된 플라즈마를 이용하여 기판을 척킹 시 기판 상에 형성된 감광막들 간에 선폭 변화율을 조절할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for adjusting a line width change rate between photoresist films formed on a substrate by chucking a substrate using plasma generated from a gas for a chuckkick.

본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법 및 장치을 제공한다. 기판을 처리하는 방법으로는 식각하고자 하는 박막과 상기 박막 상에 식각 패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판을 식각 가스를 이용하여 식각하되, 챔버 내에 제공된 모노폴라 전극을 가진 정전척 상에 기판을 위치시키고, 상기 챔버 내에 제공된 척킹용 가스로부터 발생된 플라즈마와 상기 모노폴라 전극에 인가된 직류 전류에 의한 정전기력에 의해 상기 기판을 상기 정전척에 고정시키는 기판 척킹 단계 및 상기 챔버 내에 공급된 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 공정 수행 단계를 포함하되, 상기 기판 척킹 단계에는 척킹 조건을 조절하여 상기 감광막의 선폭변화율을 조절하는 것을 포함한다.Embodiments of the present invention provide methods and apparatus for processing substrates using plasma. The substrate is etched by using an etching gas, the substrate is placed on an electrostatic chuck having a mono polar electrode provided in the chamber, A substrate chucking step of fixing the substrate to the electrostatic chuck by an electrostatic force by a plasma generated from a gas for chucking provided in the chamber and a direct current applied to the mono polar electrode, and a step of generating a plasma from the process gas supplied in the chamber And controlling a chucking condition of the substrate chucking step to adjust a line width change rate of the photoresist film.

상기 척킹 조건은 상기 척킹용 가스의 종류를 포함할 수 있다. 상기 척킹용 가스는 헬륨 가스를 포함하며, 상기 헬륨 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율은 아르곤 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율보다 적게 변화될 수 있다. 상기 척킹용 가스는 질소 가스를 포함하며, 상기 질소 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율은 아르곤 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율보다 크게 제공될 수 있다. 상기 척킹 조건은 상기 척킹용 가스의 공급 시간을 포함할 수 있다. 상기 척킹용 가스를 상기 설정 시간보다 더 공급하여 상기 선폭변화율을 크게 하거나, 상기 척킹용 가스를 상기 설정 시간보다 덜 공급하여 상기 선폭변화율을 적게 할 수 있다.The chucking condition may include the kind of the chucking gas. The chucking gas includes helium gas, and the line width change rate of the photoresist film formed by the helium gas may be less than the line width change rate of the photoresist film formed by argon gas. The chucking gas includes nitrogen gas, and the line width change rate of the photoresist film formed by the nitrogen gas may be greater than the line width change rate of the photoresist film formed by argon gas. The chucking condition may include a supply time of the chucking gas. The chucking gas may be supplied more than the set time to increase the line width change rate or the chucking gas may be supplied less than the set time to reduce the line width change rate.

또한 기판을 처리하는 방법으로는 식각하고자 하는 박막과 상기 박막 상에 식각 패턴이 형성된 감광막이 형성된 기판을 식각 가스를 이용하여 식각하되, 챔버 내에 제공된 모노폴라 전극을 가진 정전척 상에 기판을 위치시키고, 상기 챔버 내에 제공된 척킹용 가스로부터 발생된 플라즈마와 상기 모노폴라 전극에 인가된 직류 전류에 의한 정전기력에 의해 상기 기판을 상기 정전척에 고정시키는 기판 척킹 단계 및 상기 챔버 내에 공급된 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 공정 수행 단계를 포함하되, 상기 감광막은 불화아르곤 노광용 포토레지스트이고, 상기 척킹용 가스는 아르곤 이외의 가스를 포함한다.As a method of processing the substrate, a substrate on which a thin film to be etched and a photoresist film having an etch pattern formed on the thin film are etched using an etching gas, a substrate is placed on an electrostatic chuck having a mono polar electrode provided in the chamber A substrate chucking step of fixing the substrate to the electrostatic chuck by an electrostatic force by a plasma generated from a chucking gas provided in the chamber and a direct current applied to the mono polar electrode, Wherein the photoresist film is a photoresist for fluorine argon exposure, and the chucking gas includes a gas other than argon.

상기 척킹용 가스는 헬륨 가스로 제공될 수 있다.The chucking gas may be provided as helium gas.

기판처리장치는 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리공간에 공정 가스 및 서로 상이한 종류의 척킹용 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 처리공간에 제공된 척킹용 가스 및 공정 가스 각각으로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스, 그리고 상기 처리공간에 상기 서로 상이한 종류의 척킹용 가스 중 어느 하나를 선택하여 공급하도록 상기 가스 공급유닛을 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 가스 공급 유닛은 제1가스가 제공되는 제1가스 저장부, 제2가스가 제공되는 제2가스 저장부, 제3가스가 제공되는 제3가스 저장부, 그리고 상기 제1가스저장부, 상기 제2가스 저장부, 그리고 상기 제3가스 저장부 각각을 상기 챔버에 연결하는 가스 공급라인을 포함한다.The substrate processing apparatus includes a chamber for providing a processing space therein, a substrate supporting unit for supporting the substrate in the processing space, a gas supply unit for supplying a processing gas and a different kind of chucking gas to the processing space, And a controller for controlling the gas supply unit so as to selectively supply any one of the provided chucking gas and the chucking gas of the different kind to the processing space, the plasma source generating the plasma from each of the chucking gas and the process gas, The gas supply unit may include a first gas reservoir provided with a first gas, a second gas reservoir provided with a second gas, a third gas reservoir provided with a third gas, 2 gas reservoir, and a gas supply line connecting each of the third gas reservoirs to the chamber.

상기 제1가스는 아르곤 가스를 포함하고, 상기 제2가스는 질소 가스를 포함하며, 상기 제3가스는 헬륨 가스를 포함할 수 있다.The first gas may include argon gas, the second gas may include nitrogen gas, and the third gas may include helium gas.

본 발명의 실시예에 의하면, 기판 척킹 단계에서 기판을 정전척에 고정하기 위한 척킹용 가스로 헬륨가스를 제공한다. 이로 인해 감광막의 선폭 변화율을 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a helium gas is provided as a chucking gas for fixing the substrate to the electrostatic chuck in the substrate chucking step. As a result, the rate of change of the line width of the photoresist film can be minimized.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 기판 척킹 단계에서 기판을 정전척에 고정하기 위한 척킹용 가스의 종류를 선택적으로 사용하여 감광막의 선폭 변화율을 조절할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the rate of line width change of the photoresist film can be adjusted by selectively using a kind of gas for chucking to fix the substrate to the electrostatic chuck in the substrate chucking step.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 기판 척킹 단계에서 척킹용 가스의 공급 시간을 조절하여 감광막의 선폭 변화율을 조절할 수 있다.Also, according to the embodiment of the present invention, the rate of change of the line width of the photoresist layer can be adjusted by controlling the supply time of the chucking gas in the substrate chucking step.

도1 및 도2는 일반적인 플라즈마 식각 처리공정을 수행하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도4는 도3의 배플을 보여주는 평면도이다.
도5는 서로 상이한 종류의 척킹용 가스를 각각 제공 시 감광막의 선폭 변화율을 보여주는 표이다.
도6은 도5의 아르곤 가스 및 헬륨 가스 각각에 대한 감광막의 선폭 변화량을 보여주는 단면도이다.
도7은 도5의 아르곤 가스 및 질소 가스 각각에 대한 감광막의 선폭 변화량을 보여주는 단면도이다.
도8은 도3의 기판처리장치의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a process of performing a general plasma etching process.
3 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing the baffle of Fig.
5 is a table showing the line width change rate of the photoresist film when providing chucking gases of different kinds, respectively.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a change in linewidth of the photoresist film for each of the argon gas and the helium gas of FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a line width variation amount of the photoresist film for each of the argon gas and the nitrogen gas of FIG. 5; FIG.
8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the substrate processing apparatus of FIG.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.The embodiments of the present invention can be modified into various forms and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Accordingly, the shapes of the components and the like in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer description.

본 발명의 실시예에서는 공정가스를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 장치라면 다양하게 적용 가능하다.In an embodiment of the present invention, a substrate processing apparatus and method for etching a substrate using a process gas will be described. However, the present invention is not limited thereto, and various apparatuses can be applied as long as the apparatus is a device that performs a process using plasma.

이하, 도3 내지 도7을 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Figs. 3 to 7. Fig.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도3을을 참조하면, 기판처리장치(10)는 챔버(100), 기판지지유닛(200), 가스공급유닛(300), 플라즈마소스(400), 배플(500), 그리고 제어기를 포함한다.3 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the substrate processing apparatus 10 includes a chamber 100, a substrate support unit 200, a gas supply unit 300, a plasma source 400, a baffle 500, and a controller.

챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상으로 제공된다. 챔버(100)의 일측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다. 도어(140)는 개구를 개폐한다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(150)이 형성된다. 배기홀(150)은 배기라인을 통해 감압부재(160)에 연결된다. 감압부재(160)는 배기라인을 통해 배기홀(150)로 진공압을 제공한다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 플라즈마는 진공압에 의해 챔버(100)의 외부로 배출된다. The chamber 100 provides a processing space in which the substrate W is processed. The chamber 100 is provided in a cylindrical shape. An opening 130 is formed in one side wall of the chamber 100. The opening 130 functions as a passage through which the substrate W is carried in or out. The door 140 opens and closes the opening. The chamber 100 is made of a metal material. For example, the chamber 100 may be provided with an aluminum material. An exhaust hole 150 is formed in the bottom surface of the chamber 100. The exhaust hole 150 is connected to the pressure reducing member 160 through the exhaust line. The pressure-reducing member 160 provides vacuum pressure to the exhaust hole 150 through the exhaust line. The by-products generated during the process and the plasma remaining in the chamber 100 are discharged to the outside of the chamber 100 by the vacuum pressure.

기판지지유닛(200)은 처리공간에서 기판(W)을 지지한다. 기판지지유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판지지유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.The substrate supporting unit 200 supports the substrate W in the processing space. The substrate support unit 200 may be provided with an electrostatic chuck 200 that supports the substrate W using electrostatic force. Optionally, the substrate support unit 200 can support the substrate W in a variety of ways, such as mechanical clamping.

정전척(200)은 유전판(210), 포커스링(250), 그리고 베이스(230)를 포함한다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 하부전극(212)이 설치된다. 하부전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가받는다. 하부전극(212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 일 예에 의하면, 하부전극은 모노폴라 전극으로 제공될 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 하부전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. The electrostatic chuck 200 includes a dielectric plate 210, a focus ring 250, and a base 230. The substrate W is directly placed on the upper surface of the dielectric plate 210. The dielectric plate 210 is provided in a disc shape. The dielectric plate 210 may have a smaller radius than the substrate W. [ A lower electrode 212 is provided inside the dielectric plate 210. A power source (not shown) is connected to the lower electrode 212, and receives power from a power source (not shown). The lower electrode 212 provides an electrostatic force such that the substrate W is attracted to the dielectric plate 210 from the applied power (not shown). According to one example, the lower electrode may be provided as a mono polar electrode. Inside the dielectric plate 210, a heater 214 for heating the substrate W is provided. The heater 214 may be positioned below the lower electrode 212. The heater 214 may be provided as a helical coil. For example, the dielectric plate 210 may be provided in a ceramic material.

베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스에는 외부에 위치된 고주파 전원(234)과 연결된다. 고주파 전원(234)은 베이스(230)에 전력을 인가한다. 베이스(230)에 인가된 전력은 챔버(100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스(230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.The base 230 supports the dielectric plate 210. The base 230 is positioned below the dielectric plate 210 and is fixedly coupled to the dielectric plate 210. The upper surface of the base 230 has a stepped shape such that its central region is higher than the edge region. The central portion of the upper surface of the base 230 has an area corresponding to the bottom surface of the dielectric plate 210. A cooling passage 232 is formed in the base 230. The cooling channel 232 is provided as a passage through which the cooling fluid circulates. The cooling channel 232 may be provided in a spiral shape inside the base 230. And is connected to a high-frequency power supply 234 located outside the base. The high frequency power supply 234 applies power to the base 230. The power applied to the base 230 guides the plasma generated in the chamber 100 to be moved toward the base 230. The base 230 may be made of a metal material.

포커스링(250)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(250)은 내측링(252) 및 외측링(254)을 포함한다. 내측링(252)은 유전판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내측링(252)을 베이스(230)의 가장자리영역에 위치된다. 내측링(252)의 상면은 유전판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 내측링(252)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다. 예컨대, 내측링(252)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 외측링(254)은 내측링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외측링(254)은 베이스(230)의 가장자리영역에서 내측링(252)과 인접하게 위치된다. 외측링(254)의 상면은 내측링(252)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공된다. 외측링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.The focus ring 250 focuses the plasma onto the substrate W. [ The focus ring 250 includes an inner ring 252 and an outer ring 254. The inner ring 252 is provided in an annular ring shape surrounding the dielectric plate 210. The inner ring 252 is located in the edge region of the base 230. [ The upper surface of the inner ring 252 is provided so as to have the same height as the upper surface of the dielectric plate 210. The inner surface of the upper surface of the inner ring 252 supports the bottom edge region of the substrate W. [ For example, the inner ring 252 may be provided with a conductive material. The outer ring 254 is provided in an annular ring shape surrounding the inner ring 252. The outer ring 254 is positioned adjacent to the inner ring 252 in the edge region of the base 230. The upper surface of the outer ring 254 is provided with a higher height than the upper surface of the inner ring 252. The outer ring 254 may be provided with an insulating material.

가스공급유닛(300)은 기판지지유닛(200)에 지지된 기판(W) 상으로 척킹용 가스 및 공정가스를 공급한다. 가스공급유닛(300)은 척킹용 가스 저장부(350), 공정가스저장부(360), 가스공급라인(330), 그리고 가스유입포트(310)를 포함한다. 척킹용 가스 저장부(350)는 제1가스 저장부(351), 제2가스 저장부(352), 그리고 제3가스 저장부(353)를 포함한다. 제1가스 저장부(351)에는 제1가스가 제공되고, 제2가스 저장부(352)에는 제2가스가 제공되며, 제3가스 저장부(353)에는 제3가스가 제공된다. 제1가스, 제2가스, 그리고 제3가스 각각은 서로 상이한 종류의 가스이다. 가스공급라인(330)은 제1가스저장부(351), 제2가스 저장부(352), 제3가스 저장부(353), 그리고 공정가스 저장부(360) 각각을 가스유입포트(310)에 연결한다. 척킹용 가스저장부(350)에 저장된 제1가스, 제2가스, 그리고 제3가스 각각은 가스공급라인(330)을 통해 가스유입포트(310)으로 공급된다. 또한 공정 가스 저장부(360)에 저장된 공정 가스는 가스공급라인(330)을 통해 가스유입포트(310)으로 공급한다. 가스공급라인(330)에는 제1밸브(351a), 제2밸브(352a), 제3밸브(353a), 그리고 공정밸브(360a)가 설치된다. 제1밸브(351a)는 제1가스의 공급통로를 개폐하고, 제2밸브(352a)는 제2가스의 공급통로를 개폐하며, 제3밸브(353a)는 제3가스의 공급통로를 개폐한다. 공정밸브(360a)는 공정가스의 공급통로를 개폐한다. 일 예에 의하면, 제1가스는 아르곤 가스(Ar)이고, 제2가스는 질소 가스(N2)이며, 제3가스는 헬륨 가스(He)일 수 있다. 공정가스는 식각 가스일 수 있다.The gas supply unit 300 supplies the chucking gas and the process gas onto the substrate W supported by the substrate supporting unit 200. The gas supply unit 300 includes a chucking gas reservoir 350, a process gas reservoir 360, a gas supply line 330, and a gas inlet port 310. The chucking gas storage part 350 includes a first gas storage part 351, a second gas storage part 352, and a third gas storage part 353. A first gas is supplied to the first gas reservoir 351, a second gas is supplied to the second gas reservoir 352, and a third gas is supplied to the third gas reservoir 353. Each of the first gas, the second gas, and the third gas is a different kind of gas. The gas supply line 330 is connected to the gas inlet port 310 through the first gas reservoir 351, the second gas reservoir 352, the third gas reservoir 353, and the process gas reservoir 360, Lt; / RTI > The first gas, the second gas, and the third gas stored in the gas storage 350 for chucking are respectively supplied to the gas inlet port 310 through the gas supply line 330. The process gas stored in the process gas storage unit 360 is supplied to the gas inlet port 310 through the gas supply line 330. The gas supply line 330 is provided with a first valve 351a, a second valve 352a, a third valve 353a, and a process valve 360a. The first valve 351a opens and closes the supply passage of the first gas, the second valve 352a opens and closes the supply passage of the second gas, and the third valve 353a opens and closes the supply passage of the third gas . The process valve 360a opens and closes the supply passage of the process gas. According to one example, the first gas may be argon gas (Ar), the second gas may be nitrogen gas (N 2 ), and the third gas may be helium gas (He). The process gas may be an etch gas.

플라즈마 소스(400)는 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(400)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나(410) 및 외부전원(430)을 포함한다. 안테나(410)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부전원(430)과 연결된다. 안테나(410)는 외부전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(410)는 챔버(100)의 처리공간에 방전공간을 형성한다. 방전공간 내에 머무르는 공정가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.The plasma source 400 excites the process gas into the plasma state within the chamber 100. As the plasma source 400, an inductively coupled plasma (ICP) source may be used. The plasma source 400 includes an antenna 410 and an external power source 430. An antenna 410 is disposed on the outer side of the chamber 100. The antenna 410 is provided in a spiral shape in multiple turns and is connected to an external power supply 430. The antenna 410 receives power from the external power supply 430. The powered antenna 410 forms a discharge space in the processing space of the chamber 100. The process gas staying in the discharge space can be excited into a plasma state.

배플(500)은 처리공간에서 플라즈마가 영역 별로 균일하게 배기되게 한다. 도4는 도3의 배플을 보여주는 평면도이다. 배플(500)은 처리공간에서 챔버(100)의 내측벽과 지지유닛(400)의 사이에 위치된다. 배플(500)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(500)에는 복수의 관통홀들(502)이 형성된다. 관통홀들(502)은 상하방향으로 제공된다. 관통홀들(502)은 배플(500)의 원주방향을 따라 제공된다. 관통홀(502)은 슬릿 형상을 가지도록 제공된다. 관통홀(502)은 배플(500)의 반경방향을 향하는 길이방향을 가지도록 제공된다.The baffle 500 allows the plasma to be evenly exhausted in the processing space. 4 is a plan view showing the baffle of Fig. The baffle 500 is positioned between the inner wall of the chamber 100 and the support unit 400 in the process space. The baffle 500 is provided in an annular ring shape. A plurality of through holes 502 are formed in the baffle 500. The through holes 502 are provided in the vertical direction. The through holes 502 are provided along the circumferential direction of the baffle 500. The through hole 502 is provided to have a slit shape. The through hole 502 is provided so as to have a radial direction lengthwise direction of the baffle 500.

제어기(600)는 척킹용 가스 및 공정 가스가 순차적으로 공급되도록 가스 공급 유닛을 제어한다. 제어기(600)는 척킹용 가스로서 제1가스, 제2가스, 그리고 제3가스 중 어느 하나가 공급되도록 제1밸브(351a), 제2밸브(351a), 그리고 제3밸브(351a) 중 어느 하나를 개방하고, 나머지를 닫는다. 일 예에 의하면, 기판(W) 상에 형성된 선폭 변화율을 최소화하도록 조절하는 경우에는, 제3가스를 공급하도록 제3밸브(353a)를 개방할 수 있다. 이와 달리 기판(W) 상에 형성된 감광막의 선폭변화율을 높게 조절하는 경우에는, 제2가스를 공급하도록 제2밸브(352a)를 개방할 수 있다. 또한 제3가스보다 감광막의 선폭변화율을 높게 조절하고, 제1가스보다 감광막의 선폭변화율을 낮게 조절하는 경우에는 제1가스를 공급하도록 제1밸브(351a)를 개방할 수 있다.The controller 600 controls the gas supply unit so that the gas for chucking and the process gas are sequentially supplied. The controller 600 controls the first valve 351a, the second valve 351a and the third valve 351a so that any one of the first gas, the second gas and the third gas is supplied as the chucking gas Open one and close the rest. According to one example, in the case of adjusting to minimize the line width change rate formed on the substrate W, the third valve 353a may be opened to supply the third gas. Alternatively, when the line width change rate of the photoresist film formed on the substrate W is adjusted to be high, the second valve 352a may be opened to supply the second gas. Further, when the rate of change of the line width of the photoresist film is controlled to be higher than that of the third gas and the rate of line width change of the photoresist film is adjusted to be lower than that of the first gas, the first valve 351a may be opened to supply the first gas.

다음은 상술한 기판처리장치를 이용하여 기판(W)을 식각 처리하는 과정을 설명한다. 본 실시예에는 식각하고자 박막과 이 박막 상에 식각패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판을 식각 처리하는 과정을 설명한다. 여기서 감광막은 불화아르곤 노광용 포토레지스트(ArF Photo Regist)로 제공될 수 있다. 기판을 식각 처리하는 과정은 크게 기판척킹단계 및 공정수행단계를 포함한다. Next, a process of etching the substrate W using the above-described substrate processing apparatus will be described. In this embodiment, a process of etching a substrate having a thin film to be etched and a photoresist having an etch pattern on the thin film is described. Here, the photoresist film may be provided as ArF Photo Regist for fluorine argon exposure. The process of etching the substrate includes a substrate chucking step and a process performing step.

기판척킹단계는 기판(W)이 정전척(200)에 놓이면, 정전척(200)의 하부전극(212)에는 직류 전류가 인가된다. 안테나(410)는 전력을 인가받아 챔버(100)의 처리공간을 방전공간으로 형성한다. 제1밸브(351a), 제2밸브(352a), 그리고 제3밸브(353a) 중 어느 하나는 개방되고, 처리공간에는 제1가스, 제2가스, 그리고 제3가스 중 어느 하나의 척킹용 가스가 공급한다. 척킹용가스는 방전공간에서 플라즈마를 발생하고, 이 플라즈마는 하부전극(212)에 인가된 직류 전류와 정전기력을 작용한다. 정전기력은 기판(W)을 정전척에 고정시킨다. 기판척킹단계가 완료되면 밸브를 닫고, 공정수행단계를 진행한다. 공정수행단계에는 공정밸브를 개방하여 방전공간에 식각가스를 공급한다. 식각 가스는 식각 패턴에 대응되는 박막 영역을 식각 처리한다. In the substrate chucking step, when the substrate W is placed on the electrostatic chuck 200, a DC current is applied to the lower electrode 212 of the electrostatic chuck 200. The antenna 410 receives power and forms a processing space of the chamber 100 as a discharge space. Any one of the first valve 351a, the second valve 352a and the third valve 353a is opened and any one of the first gas, the second gas, and the third gas, . The chucking gas generates a plasma in the discharge space, which acts on the lower electrode 212 with a direct current and an electrostatic force. The electrostatic force fixes the substrate W to the electrostatic chuck. When the substrate chucking step is completed, the valve is closed and the process step is performed. In the process step, the process valve is opened to supply the etching gas to the discharge space. The etching gas etches the thin film region corresponding to the etching pattern.

상술한 실시예에는 척킹용 가스로서 아르곤가스, 질소가스, 그리고 헬륨가스 중 어느 하나를 사용한다. 이는 척킹용 가스의 종류에 따라 감광막의 선폭변화율이 달라지는 특징을 통해 감광막의 선폭 변화율을 조절할 수 있다. In the above-described embodiment, any one of argon gas, nitrogen gas, and helium gas is used as the chucking gas. The rate of change of the line width of the photoresist can be controlled by changing the line width of the photoresist depending on the type of the chucking gas.

도5는 다양한 종류의 척킹용 가스를 각각 제공 시 감광막의 선폭을 보여주는 표이다. 도5를 참조하면, 척킹용 가스로 아르곤가스, 질소가스, 그리고 헬륨가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 불화아르곤 노광용 포토레지스트로 제공된 감광막에 일정 시간동안 아르곤 가스를 사용하는 경우에, 감광막은 초기선폭(D0)에서 제1선폭(D1)으로 변경된다. 질소 가스를 사용하는 경우에, 감광막은 초기선폭(D0)에서 제2선폭(D2)으로 변경된다. 헬륨 가스를 사용하는 경우에, 감광막은 초기선폭(D0)에서 제3선폭(D3)으로 변경된다. 도6은 도5의 아르곤 가스 및 헬륨 가스 각각에 대한 감광막의 선폭의 변화량을 보여주는 단면도이고, 도7은 도5의 아르곤 가스 및 질소 가스 각각에 대한 감광막의 선폭의 변화량을 보여주는 단면도이다. 도6 및 도7을 참조하면, 제2선폭(D2)은 제1선폭(D1)에 비해 좁게 제공되고, 제3선폭(D3)은 제1선폭(D1)에 비해 넓게 제공된다. 5 is a table showing line widths of photoresist films when providing various kinds of chucking gases. Referring to FIG. 5, the case where argon gas, nitrogen gas, and helium gas are used as the chucking gas will be described as an example. In the case of using argon gas for a period of time in the photosensitive film provided with an argon fluoride light exposure of photoresist, photosensitive film is changed from an initial width (D 0) to the first width (D 1). In the case of using a nitrogen gas, the photosensitive film is changed from an initial width (D 0) to the second width (D 2). In the case of using helium gas, the photosensitive film is changed from the initial line width D 0 to the third line width D 3 . FIG. 6 is a cross-sectional view showing the amount of change of the line width of the photoresist film for each of the argon gas and the helium gas of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the line width of the photoresist film for the argon gas and the nitrogen gas of FIG. 6 and 7, the second line width D 2 is provided narrower than the first line width D 1 , and the third line width D 3 is provided wider than the first line width D 1 .

다시 도5를 참조하면, 척킹용 가스의 공급 시간을 조절하여 감광막의 선폭을 조절할 수 있다. 척킹용 가스의 공급시간이 늘어날수록 감광막의 선폭은 좁아지게 제공된다. 다시 도5를 참조하면, 헬륨가스를 15초동안 공급한 경우에는 감광막의 선폭이 4.62nm만큼 줄었으며, 35초동안 공급한 경우에는 선폭이 11.05nm만큼 줄었다. 이와 동일하게 질소가스를 15초동안 공급한 경우에는 감광막의 선폭이 9nm만큼 줄었으며, 35초동안 공급한 경우에는 선폭이 20.48nm만큼 줄었다. 이 같은 척킹용 가스의 공급 시간이 늘어날수록 감광막의 선폭은 감소되며, 작업자는 척킹용 가스의 공급시간을 조절하여 선폭을 조절할 수 있다.Referring again to FIG. 5, the linewidth of the photoresist layer can be adjusted by controlling the supply time of the chucking gas. As the supply time of the chucking gas is increased, the line width of the photoresist film is narrowed. Referring again to FIG. 5, when the helium gas was supplied for 15 seconds, the line width of the photoresist film was reduced by 4.62 nm, and when supplied for 35 seconds, the line width was reduced by 11.05 nm. Similarly, when the nitrogen gas was supplied for 15 seconds, the line width of the photoresist film was reduced by 9 nm, and when supplied for 35 seconds, the line width was reduced by 20.48 nm. As the supply time of the gas for chucking is increased, the line width of the photoresist film is decreased, and the operator can adjust the linewidth by adjusting the supply time of the chucking gas.

상술한 실시예에는 척킹용 가스로서 제1가스, 제2가스, 그리고 제3가스 중 어느 하나를 선택하여 공급하는 것으로 설명하였다. 그러나 척킹용 가스저장부(350)는 제1가스저장부(351), 제2가스저장부(352), 그리고 제3가스저장부(353) 중 2 개만 제공될 수 있다.In the above-described embodiment, the first gas, the second gas, and the third gas are selectively supplied as chucking gas. However, the chucking gas storage part 350 may be provided only with two of the first gas storage part 351, the second gas storage part 352, and the third gas storage part 353.

상술한 실시예에는 척킹용 가스저장부가 제1가스 저장부(351), 제2가스 저장부(352), 그리고 제3가스 저장부(353)를 포함하는 것으로 설명하였다. 다음은 감광막의 선폭을 유지할 수 있는 기판처리장치의 다른 실시예에 대해 설명한다. 도8은 도3의 기판처리장치의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다. 도8을 참조하면, 가스공급유닛(300)의 척킹용 가스 저장부(350)는 제3가스저장부(353) 단일로 제공된다. 예컨대, 제3가스는 헬륨가스일 수 있다. 상술한 바와 같이 제3가스는 제1가스 및 제2가스에 비해 그 감광막의 선폭 변화율이 가장 적다. 이는 감광막의 손상을 최소화할 수 있으며, 식각 가스를 공급 시 감광막에 형성된 식각패턴과 대응되는 영역을 식각 처리할 수 있다.In the above-described embodiment, the chucking gas storage portion includes the first gas storage portion 351, the second gas storage portion 352, and the third gas storage portion 353. Next, another embodiment of the substrate processing apparatus capable of maintaining the line width of the photosensitive film will be described. 8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the substrate processing apparatus of FIG. Referring to FIG. 8, the chucking gas storage portion 350 of the gas supply unit 300 is provided as a single third gas storage portion 353. For example, the third gas may be helium gas. As described above, the third gas has the least linear change rate of the photoresist film as compared with the first gas and the second gas. This can minimize the damage of the photoresist film and can etch the area corresponding to the etch pattern formed in the photoresist film when supplying the etching gas.

351: 제1가스 저장부 352: 제2가스 저장부
353: 제3가스 저장부 600: 제어기351: first gas storage part 352: second gas storage part
353: third gas storage part 600: controller

Claims (10)

기판을 처리하는 방법에 있어서,
식각하고자 하는 박막과 상기 박막 상에 식각 패턴을 가지는 감광막이 형성된 기판을 식각 가스를 이용하여 식각하되,
챔버 내에 제공된 모노폴라 전극을 가진 정전척 상에 기판을 위치시키고, 상기 챔버 내에 제공된 척킹용 가스로부터 발생된 플라즈마와 상기 모노폴라 전극에 인가된 직류 전류에 의한 정전기력에 의해 상기 기판을 상기 정전척에 고정시키는 기판 척킹 단계와;
상기 챔버 내에 공급된 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 공정 수행 단계를 포함하되,
상기 기판 척킹 단계에는 척킹 조건을 조절하여 상기 감광막의 선폭변화율을 조절하는 것을 포함하는 기판 처리 방법. A method of processing a substrate,
A substrate on which a thin film to be etched and a photoresist film having an etch pattern on the thin film are formed is etched using an etching gas,
A substrate is placed on an electrostatic chuck having a mono polar electrode provided in a chamber, and an electrostatic force generated by a plasma generated from a chucking gas provided in the chamber and a direct current applied to the mono polar electrode is applied to the electrostatic chuck A substrate chucking step of fixing the substrate;
And performing a process of processing the substrate by generating a plasma from the process gas supplied into the chamber,
And adjusting a chucking condition of the substrate chucking step to adjust a line width change rate of the photoresist film. 제1항에 있어서,
상기 척킹 조건은 상기 척킹용 가스의 종류를 포함하는 기판 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the chucking condition includes a kind of the chucking gas. 제2항에 있어서,
상기 척킹용 가스는 헬륨 가스를 포함하며, 상기 헬륨 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율은 아르곤 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율보다 적게 변화되는 기판처리방법.3. The method of claim 2,
Wherein the chucking gas includes helium gas and the line width change rate of the photoresist film formed by the helium gas is less than the line width change rate of the photoresist film formed by argon gas. 제2항에 있어서,
상기 척킹용 가스는 질소 가스를 포함하며, 상기 질소 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율은 아르곤 가스에 의해 형성되는 상기 감광막의 선폭변화율보다 크게 제공되는 기판처리방법.3. The method of claim 2,
Wherein the chucking gas includes nitrogen gas and the line width change rate of the photoresist film formed by the nitrogen gas is greater than the line width change rate of the photoresist film formed by argon gas. 제1항에 있어서,
상기 척킹 조건은 상기 척킹용 가스의 공급 시간을 포함하는 기판 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the chucking condition includes a supply time of the chucking gas. 제5항에 있어서,
상기 척킹용 가스를 설정 시간보다 더 공급하여 상기 선폭변화율을 크게 하거나, 상기 척킹용 가스를 설정 시간보다 덜 공급하여 상기 선폭변화율을 적게 하는 기판 처리 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the chucking gas is supplied more than the set time to increase the line width change rate or the chucking gas is supplied less than the set time to reduce the line width change rate. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020140011168A 2014-01-29 2014-01-29 Method for treating substrate KR101570176B1 (en)

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