KR20230131393A - Method for processing substrate and substrate processing apparatus therefor - Google Patents

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KR20230131393A
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박민우
김동규
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Abstract

본 발명은 기판 처리 방법 및 이를 위한 기판 처리 장치에 관한 것으로, 두꺼운 두께의 박막을 증착시키는 경우에도 부산물에 의한 기판의 오염을 방지할 수 있어 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 증착 두께의 한계를 증가시킬 수 있는 기판 처리 방법과 이를 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 기판 처리 방법은, 상기 공정 챔버 내부에 배치된 정전척에 기판을 안착하는 기판 안착단계; 상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하는 제1 박막 증착단계; 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하는 제1 오프 단계; 상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하는 제2 박막 증착단계; 및 상기 정전척에 전압의 인가를 중단하여 증착을 완료하는 증착 완료단계;를 포함한다.The present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing device for the same. Even when depositing a thick thin film, contamination of the substrate by by-products can be prevented, thereby improving production yield and increasing the limit of deposition thickness. It relates to a substrate processing method that can be processed and a substrate processing device for the same.
A substrate processing method according to an embodiment includes a substrate seating step of placing a substrate on an electrostatic chuck disposed inside the process chamber; A first thin film deposition step of applying a first voltage to the electrostatic chuck to churn the substrate, forming plasma in the reaction space, and supplying a first source gas to deposit a first thin film on the substrate; a first off step of discontinuing application of the first voltage for a preset time; A second method for chucking the substrate by applying a second voltage of lower power than the first voltage to the electrostatic chuck, forming plasma in the reaction space, and supplying a second source gas to deposit a second thin film on the substrate. Thin film deposition step; and a deposition completion step of stopping application of voltage to the electrostatic chuck to complete deposition.

Description

기판 처리 방법 및 이를 위한 기판 처리 장치{Method for processing substrate and substrate processing apparatus therefor}{Method for processing substrate and substrate processing apparatus therefor}

본 발명은 기판 처리 방법 및 이를 위한 기판 처리 장치에 관한 것으로, 정전척을 이용해 기판을 고정하고 두꺼운 두께의 박막을 증착시키는 경우에도 부산물에 의한 기판의 오염을 방지할 수 있어 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 증착 두께의 한계를 증가시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing device therefor. Even when fixing a substrate using an electrostatic chuck and depositing a thick thin film, contamination of the substrate by by-products can be prevented, thereby improving production yield. and relates to a substrate processing method and device that can increase the limit of deposition thickness.

일반적으로, 플라즈마(plasma)를 이용한 반도체 소자의 미세 가공에는 기판을 고정하기 위해 정전기를 이용하여 기판을 척킹(chucking)하는 정전척(electrostatic chuck, ESC)이 설치된 기판 처리 장치가 널리 활용되고 있다. In general, substrate processing equipment equipped with an electrostatic chuck (ESC), which churns the substrate using static electricity to fix the substrate, is widely used in the microprocessing of semiconductor devices using plasma.

상기와 같은 기판 처리 장치는 정전척을 사용하여 웨이퍼의 휘어짐(warpage)을 방지하고, 전극에 인가되는 정전척 전압의 세기에 따라 척킹력의 조절, 즉, 랜딩 에너지의 조절이 가능해 널리 활용되고 있다.The above substrate processing device is widely used because it uses an electrostatic chuck to prevent warpage of the wafer and allows adjustment of the chucking force, that is, the landing energy, depending on the strength of the electrostatic chuck voltage applied to the electrode. .

한편, 도 1은, (a) 정전척에 전압을 인가하여 정전척력(ESC force)에 의해 기판을 고정하고 플라즈마를 형성하여 박막을 증착하는 상태와 (b) 리프트 핀을 이용해 기판을 디척킹한 상태에서 퍼지공정을 수행하는 상태를 나타낸 개념도이다.Meanwhile, Figure 1 shows (a) a state in which a voltage is applied to an electrostatic chuck to fix a substrate by electrostatic chuck force (ESC force) and plasma is formed to deposit a thin film, and (b) a state in which the substrate is dechucked using a lift pin. This is a conceptual diagram showing the state in which the purge process is performed.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 일반적인 플라즈마를 이용한 박막 증착 공정에서는 수많은 화학 반응이 발생되며, 증착에 참여하지 않은 가스들은 반응 공간의 내부에서 라디칼(radical) 상태를 유지하거나, 부산물(byproduct)을 형성하여 부유하는 상태가 되며, 퍼지 반응 등에 의해 펌핑 포트를 통해 외부로 배출되게 된다. As shown in Figure 1(a), numerous chemical reactions occur in a thin film deposition process using general plasma, and gases that do not participate in deposition remain in a radical state inside the reaction space or become byproducts. It forms a floating state and is discharged to the outside through the pumping port due to a purge reaction.

이때, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 반응 공간에서 플라즈마에 노출된 입자들은 이온화로 인하여 양극성을 띄게 되며 자기 바이어스(self bias)로 인해 상대적으로 음극성으로 대전되어 있는 기판의 하부에 부산물이 접근하게 되면 정전력으로 포획되는 후면 오염(back side contamination) 현상이 발생할 수 있고, 이와 같은 현상은 웨이퍼의 전하 대전(charging) 수준이 증가할수록 빈번하게 발생되는 경향을 보인다. At this time, as shown in FIG. 1(b), the particles exposed to the plasma in the reaction space become positively charged due to ionization, and by-products appear at the bottom of the substrate, which is relatively negatively charged due to self bias. When this approaches, a back side contamination phenomenon that is captured by electrostatic force may occur, and this phenomenon tends to occur more frequently as the level of charging of the wafer increases.

특히, 정전척이 설치된 기판 처리 장치를 이용해 두께가 100 kÅ 이상으로 두꺼운 박막을 증착하는 공정에서는 장시간 동안 증착 공정을 수행함에 따라 정전척의 정전기에 의해 웨이퍼의 정전기력 대전 수준이 증가하며, 이로 인해, 박막 증착 이후 퍼지 공정과 같은 후속 공정에서 대전된 정전기력에 의해 기판의 후면에 부산물이 과량 부착되어 오염이 쉽게 유발된다는 문제가 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.In particular, in the process of depositing a thin film with a thickness of 100 kÅ or more using a substrate processing device equipped with an electrostatic chuck, the level of electrostatic charging of the wafer increases due to the static electricity of the electrostatic chuck as the deposition process is performed for a long time, which causes the thin film There is a problem that contamination is easily caused by excessive adhesion of by-products to the back of the substrate due to charged electrostatic force in subsequent processes such as the purge process after deposition, so research is needed on methods to compensate for this.

일 실시예에 따르면, 연속적으로 정전척 전압을 인가하여 박막을 증착하는 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착 공정에서, 기판 상에 두꺼운 두께의 박막을 형성하는 경우에도 기판의 오염을 방지할 수 있는 기판 처리 방법에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.According to one embodiment, in a chemical vapor deposition process using plasma that deposits a thin film by continuously applying an electrostatic chuck voltage, a substrate processing method that can prevent contamination of the substrate even when forming a thick thin film on the substrate. The purpose is to provide technical content regarding.

실시예에 따른 기판 처리 방법은, 공정 챔버, 가스 분사부, 정전척, 정전기력 전원 공급부, RF 전원 공급부 및 제어부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서, 상기 공정 챔버 내부에 배치된 정전척에 기판을 안착하는 기판 안착단계; 상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하는 제1 박막 증착단계; 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하는 제1 오프 단계; 상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하는 제2 박막 증착단계; 및 상기 정전척에 전압의 인가를 중단하여 증착을 완료하는 증착 완료단계;를 포함한다.A substrate processing method according to an embodiment is a substrate processing method using a substrate processing device including a process chamber, a gas injection unit, an electrostatic chuck, an electrostatic force power supply unit, an RF power supply unit, and a control unit, wherein the electrostatic chuck disposed inside the process chamber A substrate seating step of seating the substrate on the; A first thin film deposition step of applying a first voltage to the electrostatic chuck to churn the substrate, forming plasma in the reaction space, and supplying a first source gas to deposit a first thin film on the substrate; a first off step of discontinuing application of the first voltage for a preset time; A second method for chucking the substrate by applying a second voltage of lower power than the first voltage to the electrostatic chuck, forming plasma in the reaction space, and supplying a second source gas to deposit a second thin film on the substrate. Thin film deposition step; and a deposition completion step of stopping application of voltage to the electrostatic chuck to complete deposition.

일 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 방법은 두께가 100 kÅ 이상인 박막을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the substrate processing method can form a thin film having a thickness of 100 kÅ or more.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전압은 ± 50 내지 ± 5,000 V의 범위를 가질 수 있고, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 비의 값은 0.1 내지 1 미만일 수 있다.According to one embodiment, the first voltage may range from ±50 to ±5,000 V, and the ratio of the first voltage and the second voltage may be 0.1 to less than 1.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 박막은 상기 기판에 압축력(compressive force)을 제공하는 압축 필름층(compressive film layer)을 형성할 수 있고, 상기 제2 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile film layer) 또는 준중성 필름층(quasi-neutral film layer)을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the first thin film may form a compressive film layer that provides compressive force to the substrate, and the second thin film may provide a tensile force to the substrate. It is possible to form a tensile film layer or a quasi-neutral film layer.

또는, 상기 제1 박막은 상기 기판에 인장력을 제공하는 인장 필름층 또는 준중성 필름층을 형성할 수 있고, 상기 제2 박막은 상기 기판에 압축력을 제공하는 압축 필름층을 형성할수도 있다. Alternatively, the first thin film may form a tensile film layer or a quasi-neutral film layer that provides a tensile force to the substrate, and the second thin film may form a compression film layer that provides a compressive force to the substrate.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 박막 증착단계를 수행한 다음, 미리 설정된 시간 동안 상기 제2 전압의 인가를 중단하는 제2 오프 단계; 및 상기 정전척에 제3 전압을 인가하여 플라즈마를 형성하고, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착하는 제3 박막 증착단계;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, after performing the second thin film deposition step, a second off step of stopping application of the second voltage for a preset time; and a third thin film deposition step of applying a third voltage to the electrostatic chuck to form plasma and supplying a third source gas to deposit a third thin film on the substrate.

한편, 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 수용 공간을 형성하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되어 공정 가스를 상기 수용 공간으로 공급하여 기판을 처리하도록 하는 가스 분사부; 상기 수용 공간의 내부에 상기 가스 분사부와 대향되도록 설치되고, 상부에 상기 기판이 안착되는 정전척; 상기 정전척에 전압을 공급하는 정전기력 전원 공급부; 상기 수용 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전원을 인가하는 RF 전원 공급부; 및 상기 가스 분사부, 정전척 , 전원 공급부 및 RF 전원 공급부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하도록 하고, 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하도록 제어하며, 상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, a substrate processing apparatus according to an embodiment includes a process chamber forming a receiving space for processing a substrate; a gas injection unit installed in the process chamber to supply process gas to the receiving space to process the substrate; an electrostatic chuck installed inside the receiving space to face the gas injection unit and on which the substrate is seated; an electrostatic power supply unit that supplies voltage to the electrostatic chuck; an RF power supply unit that applies RF power to form plasma in the receiving space; and a control unit that controls the operation of the gas injection unit, the electrostatic chuck, the power supply unit, and the RF power supply unit, wherein the control unit applies a first voltage to the electrostatic chuck to chucking the substrate, and places the substrate in the reaction space. Forming plasma and supplying a first source gas to deposit a first thin film on a substrate, controlling to stop applying the first voltage for a preset time, and applying a power lower than the first voltage to the electrostatic chuck 2. It is characterized in that control is applied to chucking the substrate by applying voltage, forming plasma in the reaction space, and supplying a second source gas to deposit a second thin film on the substrate.

실시예에 따른 기판 처리 방법은, 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착 공정에서 기판 상에 박막을 증착시 기판을 척킹하기 위해 제공하는 정전척 전압의 강도를 미리 설정된 비율에 따라 순차적으로 감소시키고, 증착 과정 중 정전척 전압의 인가를 중단하는 오프 구간을 병행 도입하여 기판에 물성 변화가 없고, 기판의 대전 수준을 낮추어 부산물에 의한 오염을 방지할 수 있다.The substrate processing method according to the embodiment sequentially reduces the intensity of the electrostatic chuck voltage provided to churn the substrate when depositing a thin film on a substrate in a chemical vapor deposition process using plasma according to a preset ratio, and during the deposition process. By simultaneously introducing an off section in which the application of the electrostatic chuck voltage is stopped, there is no change in the physical properties of the substrate, and contamination by by-products can be prevented by lowering the charging level of the substrate.

이에 따라, 물성 변화 없이 하부 기판 오염 전사 감소 및 in-situ 필름 증착 두께를 보다 높일 수 있다는 장점이 있다.Accordingly, there is an advantage in that contamination transfer to the lower substrate can be reduced and the in-situ film deposition thickness can be increased without changing physical properties.

도 1은 (a) 정전척에 전압을 인가하여 정전척력(ESC force)에 의해 기판을 고정하고 플라즈마를 형성하여 박막을 증착하는 상태와 (b) 리프트 핀을 이용해 기판을 디척킹한 상태에서 퍼지공정을 수행하는 상태를 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 공정도이다.
도 3은 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 개념도이다.
도 4는 참고예에 따라 박막을 증착하는 과정을 나타낸 타이밍도이다.
도 5는 실시예에 따라 박막을 증착하는 과정을 나타낸 타이밍도이다.
도 6은 정전척 인가 전압의 파워에 따른 영향을 평가하기 위해서, 제조한 시편별 휘어짐 물성 및 증착 속도를 평가한 결과이다.
도 7은 정전척에 인가되는 전압의 인가 시간이 미치는 영향을 평가하기 위해서, 제조한 시편별 휘어짐 물성 및 증착 속도를 평가한 결과이다.
도 8은 순차적 전압 조절 및 일시적 전압 인가 중단 병행 적용에 의한 영향 평가하기 위해서, 제조한 시편별 휘어짐 물성 및 증착 속도를 평가한 결과이다.
도 9는 실시예에 따른 기판 처리 방법의 오염 저감 효과를 분석하기 위해, 제조한 시편별 부산물로 인한 오염 지도를 나타낸 기판 이미지이다.Figure 1 shows (a) a state in which a voltage is applied to an electrostatic chuck to fix a substrate by electrostatic chuck (ESC force) and plasma is formed to deposit a thin film, and (b) a purge state in which the substrate is dechucked using a lift pin. This is a conceptual diagram showing the state of performing a process.
Figure 2 is a process diagram showing a substrate processing method according to an embodiment.
3 is a conceptual diagram showing a substrate processing device according to an embodiment.
Figure 4 is a timing diagram showing the process of depositing a thin film according to a reference example.
Figure 5 is a timing diagram showing the process of depositing a thin film according to an embodiment.
Figure 6 shows the results of evaluating the bending properties and deposition speed of each manufactured specimen in order to evaluate the influence of the power of the electrostatic chuck applied voltage.
Figure 7 shows the results of evaluating the bending properties and deposition speed of each manufactured specimen in order to evaluate the effect of the application time of the voltage applied to the electrostatic chuck.
Figure 8 shows the results of evaluating the bending properties and deposition rate for each manufactured specimen in order to evaluate the effects of sequential voltage control and simultaneous application of temporary interruption of voltage application.
Figure 9 is a substrate image showing a contamination map due to by-products for each specimen manufactured in order to analyze the contamination reduction effect of the substrate processing method according to the example.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is only an example for structural and functional explanation, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples described in the text. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can take various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component. When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected to the other component, but that other components may also exist in between. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Meanwhile, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring" should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to the specified features, numbers, steps, operations, components, parts, or them. It is intended to specify the existence of a combination, and should be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in the present invention.

기존에는 플라즈마를 이용한 CVD 공정시 챔버 내부에 유입된 웨이퍼의 불균형에 의한 초기 휘어짐(warpage) 영향을 감소시키기 위해서 고전압의 정전척 전압을 구동하고 있다. 또한, 100 kÅ 이상의 두꺼운 박막을 형성시키는 경우 장시간 지속시 척킹을 위해 정전척에 형성되는 정전기력에 의해 웨이퍼 전하 축적을 유발하여 기판의 후면(back side)의 표면에 부산물에 의한 오염이 유발된다는 문제가 있다.Conventionally, during the CVD process using plasma, a high voltage electrostatic chuck is driven to reduce the initial warpage effect caused by imbalance of the wafer introduced into the chamber. In addition, when forming a thin film thicker than 100 kÅ, there is a problem that the electrostatic force formed in the electrostatic chuck for long-term chucking causes accumulation of wafer charges, causing contamination by by-products on the surface of the back side of the substrate. there is.

실시예에 따른 기판 처리 방법은 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착 공정에서 기판 상에 박막을 증착시 기판을 척킹하기 위해 제공하는 정전척 전압의 강도를 미리 설정된 비율에 따라 순차적으로 감소시키고, 증착 과정 중 정전척 전압의 인가를 중단하는 오프 구간을 병행 도입하여 기판에 물성 변화가 없고, 기판의 대전 수준을 낮추어 부산물에 의한 오염을 방지할 수 있어 기존 기술의 문제점을 개선할 수 있다. The substrate processing method according to the embodiment sequentially reduces the strength of the electrostatic chuck voltage provided to churn the substrate when depositing a thin film on a substrate in a chemical vapor deposition process using plasma according to a preset ratio, and electrostatic discharge during the deposition process. By simultaneously introducing an off section in which the application of the chuck voltage is stopped, there is no change in the physical properties of the substrate, and by lowering the charging level of the substrate, contamination by by-products can be prevented, thereby improving the problems of existing technology.

도 1은 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 공정도이다.1 is a process diagram showing a substrate processing method according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 정전척(130), 정전기력 전원 공급부(140), RF 전원 공급부(150) 및 제어부(160)를 포함하는 기판 처리 장치(100)를 이용해 수행하며, 기판 안착 단계(S100); 제1 박막 증착단계(S200); 제1 오프 단계(S300); 제2 박막 증착단계(S400); 및 증착 완료단계(S500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the substrate processing method according to the embodiment includes a process chamber 110, a gas injection unit 120, an electrostatic chuck 130, an electrostatic power supply unit 140, an RF power supply unit 150, and a control unit ( 160), and is performed using a substrate processing device 100, including a substrate seating step (S100); First thin film deposition step (S200); First off step (S300); Second thin film deposition step (S400); and a deposition completion step (S500).

먼저, 실시예에 따른 기판 처리 방법에 대해 상세히 살펴보면, 상기 기판 안착 단계(S100)는, 공정 챔버(110) 내부에 배치된 정전척(130)에 기판을 안착하는 단계이다. 안착한 기판은 후술할 단계에서 정전기력에 의해 척킹되며, 척킹된 기판 상에 박막을 증착할 수 있다. First, looking in detail at the substrate processing method according to the embodiment, the substrate placing step (S100) is a step of placing the substrate on the electrostatic chuck 130 disposed inside the process chamber 110. The seated substrate is chucked by electrostatic force in a step to be described later, and a thin film can be deposited on the chucked substrate.

상기 기판(S)은 플레이트 형상을 가지며, 기판 자체의 자중에 의해 휘어짐(warpage)이 발생된 것일 수 있다. The substrate S has a plate shape, and warpage may have occurred due to its own weight.

또한, 기판(S)은 정전기로 대전될 수 있는 유리 또는 실리콘, 폴리머 소재로 제조한 것일 수 있다. 구체적으로, 기판은 결정질 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 스트레인드 실리콘, 실리콘 게르마늄, 텅스텐, 티타늄 질화물, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 유리, 사파이어, 저 k 유전체들 또는 이들의 혼합물을 포함하는 소재로 제조한 것을 사용할 수 있다. 상기 기판은 소정의 디바이스가 형성된 반도체 기판 결과물일 수 있고, 혹은 베어(bare) 웨이퍼일 수도 있다. Additionally, the substrate S may be made of glass, silicon, or polymer materials that can be electrostatically charged. Specifically, the substrate may be crystalline silicon, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, strained silicon, silicon germanium, tungsten, titanium nitride, doped or undoped polysilicon, doped or undoped silicon wafer, patterned or made of materials containing unpatterned wafers, silicon on insulator (SOI), carbon doped silicon oxide, silicon nitride, doped silicon, germanium, gallium arsenide, glass, sapphire, low k dielectrics, or mixtures thereof. can be used. The substrate may be a result of a semiconductor substrate on which a predetermined device is formed, or may be a bare wafer.

상기 제1 박막 증착단계(S200)는, 상기 정전척(130)에 제1 전압을 인가하여 상기 기판(S)을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판(S) 상에 제1 박막을 증착하는 단계이다.In the first thin film deposition step (S200), a first voltage is applied to the electrostatic chuck 130 to chuck the substrate (S), a plasma is formed in the reaction space, and a first source gas is supplied to form a substrate ( This is the step of depositing the first thin film on S).

본 단계에서는, 정전척 전압(EVC voltage)을 인가하여 기판(S)과 반대 극성의 전하가 분포되도록 함에 따라 정전기력을 이용해 정전척 상에 기판을 척킹할 수 있다. 척킹 공정은 기판(S)을 안정적으로 척에 고정하여야만 기판(S) 상에 프로파일 재현성을 향상시킬 수 있어 제품 제조에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 공정이다. In this step, an electrostatic chuck voltage (EVC voltage) is applied to distribute charges of opposite polarity to the substrate S, thereby allowing the substrate to be chucked on the electrostatic chuck using electrostatic force. The chucking process is an important process that can have a significant impact on product manufacturing because profile reproducibility on the substrate (S) can be improved only by stably fixing the substrate (S) to the chuck.

구체적으로, 본 단계에서는, 제1 전압을 인가하여 기판(S)을 정전척(130)에 척킹할 수 있으며, 기판(S)에 형성된 휘어짐의 정도에 따라 제1 전압의 파워를 조절하여 척킹력을 조절할 수 있다.Specifically, in this step, the substrate S may be chucking the electrostatic chuck 130 by applying a first voltage, and the power of the first voltage may be adjusted according to the degree of bending formed in the substrate S to determine the chucking force. can be adjusted.

또한, 상기 기판(S)은 인장 응력(tensile stress)에 의해 휘어짐(warpage)이 발생된 것일 수 있고 또는 압축 응력(compressive stress)에 의해 휘어짐이 발생된 것일 수 있다. 이에 따라, 제1 박막 및 제2 박막의 종류를 변경하여 형성시킬 수 있음은 자명하다할 것이다. Additionally, the substrate S may be warped due to tensile stress or warped due to compressive stress. Accordingly, it is obvious that the types of the first thin film and the second thin film can be changed and formed.

특히, 본 단계에서 인가하는 제1 전압은 ± 50 내지 ± 5,000 V의 범위일 수 있으며, 제1 전압이 50 V 미만일 경우 기판을 강하게 척킹하기 어려워 휘어짐 개선이 힘들고, 5,000 V를 초과할 경우 급격한 척킹력(chucking force)의 증가로 인해 정전척(130)에 안착된 기판(S)의 위치가 변경될 우려가 있다. In particular, the first voltage applied in this step may range from ±50 to ±5,000 V. If the first voltage is less than 50 V, it is difficult to strongly churn the substrate, making it difficult to improve warpage, and if it exceeds 5,000 V, rapid chuck occurs. There is a risk that the position of the substrate S seated on the electrostatic chuck 130 may change due to an increase in chucking force.

본 단계에서는, 상기와 같이, 기판(S)을 정전척(130)에 척킹한 다음 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판(S) 상에 제1 박막을 증착할 수 있다. 상기 제1 박막은 기판(S) 상에 박막을 형성시키기 위해 사용되는 통상적인 다양한 소재를 이용해 형성할 수 있다.In this step, as described above, the substrate S can be chucking the electrostatic chuck 130, forming plasma in the reaction space, and supplying the first source gas to deposit the first thin film on the substrate S. there is. The first thin film can be formed using various common materials used to form a thin film on the substrate (S).

이때, 상기 제1 박막은 상기 기판(S)에 압축력(compressive force)을 제공하는 압축 필름층(compressive layer)을 상기 기판(S) 상에 형성하여 기판의 휘어짐을 개선할 수 있다. 그리고, 상기 제1 박막은, 기판에 압축 필름층을 형성하기 위해 활용되는 통상적인 다양한 소재를 이용해 형성한 것일 수 있다. At this time, the first thin film can improve warpage of the substrate by forming a compressive layer on the substrate (S) that provides compressive force to the substrate (S). In addition, the first thin film may be formed using various common materials used to form a compressed film layer on a substrate.

구체적으로, 상기 제1 박막은 산화막(oxide film)일 수 있고, 상기 산화막은 고밀도플라즈마 실리콘 산화막(HDP SiO2), 고온 실리콘 산화막(HTO SiO2), LP-TEOS(low pressure tetra ethyl ortho silicate), PE-TEOS(plasma enhanced TEOS) 중 어느 하나일 수 있다. Specifically, the first thin film may be an oxide film, and the oxide film may be a high density plasma silicon oxide film (HDP SiO 2 ), a high temperature silicon oxide film (HTO SiO 2 ), or a low pressure tetra ethyl ortho silicate (LP-TEOS) film. , it may be any one of PE-TEOS (plasma enhanced TEOS).

또는, 상기 제1 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile layer)을 형성할 수도 있다.Alternatively, the first thin film may form a tensile film layer that provides tensile force to the substrate.

상기 제1 오프 단계(S300)는 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하는 단계이다. 이에 따라, 상기 정전척(130)에 인가되는 제1 전압의 인가를 중단하여 기판(S) 상에 대전되는 정전기력의 수준을 저하시킬 수 있고, 미리 설정된 시간 동안 전압 인가를 중단하도록 하여 정전기력 수준의 급격한 저하로 인해 발생되는 물성 변화를 방지할 수 있다.The first off step (S300) is a step of stopping application of the first voltage for a preset time. Accordingly, the level of electrostatic force charged on the substrate S can be lowered by stopping the application of the first voltage applied to the electrostatic chuck 130, and by stopping the application of voltage for a preset time, the level of electrostatic force can be reduced. Changes in physical properties caused by rapid degradation can be prevented.

이를 위해, 본 단계에서는 0.1 내지 20초 동안 제1 전압의 인가를 중단할 수 있다. 상기 중단 시간이 0.1초 미만일 경우 정전기력 수준 유지가 힘들다는 문제가 있고, 20초를 초과할 경우 정전기력이 급격히 저하되어 기판의 물성이 변화할 우려가 있다.To this end, in this step, application of the first voltage may be stopped for 0.1 to 20 seconds. If the interruption time is less than 0.1 second, there is a problem that it is difficult to maintain the level of electrostatic force, and if it exceeds 20 seconds, there is a risk that the electrostatic force decreases rapidly and the physical properties of the substrate change.

상기 제2 박막 증착단계(S400)는 상기 정전척(130)에 제2 전압을 인가하여 상기 기판(S)을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판(S) 상에 제2 박막을 증착하는 단계이다.The second thin film deposition step (S400) applies a second voltage to the electrostatic chuck 130 to chucking the substrate (S), forms plasma in the reaction space, and supplies a second source gas to form a substrate (S). ) This is the step of depositing the second thin film on the.

본 단계에서는, 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판(S)을 척킹할 수 있다. In this step, the substrate S may be chucking by applying a second voltage of lower power than the first voltage.

본 단계에서는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 비의 값은 0.1 내지 1 미만이 되도록 조절할 수 있다. 또한, 기판 상에 제1 박막이 형성됨에 따라 휘어짐이 개선됨에 따라 제2 전압은 제1 전압에 비해 낮은 파워로 인가할 수 있다. In this step, the ratio of the first voltage and the second voltage can be adjusted to be between 0.1 and less than 1. Additionally, as the warp is improved as the first thin film is formed on the substrate, the second voltage can be applied at a lower power than the first voltage.

구체적으로, 상기 제2 전압의 파워는 상기 제1 전압의 파워의 10 내지 99% 수준일 수 있으며, 이와 같은 제2 전압의 파워 감소를 통해 기판의 대전되는 정전기력의 수준을 감소시킬 수 있다. 특히, 본 단계에서는, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압 대비 30 내지 70% 수준, 특히, 50% 수준이 되도록 조절할 수 있다.Specifically, the power of the second voltage may be 10 to 99% of the power of the first voltage, and by reducing the power of the second voltage, the level of electrostatic force on the substrate can be reduced. In particular, in this step, the second voltage can be adjusted to be 30 to 70%, especially 50%, of the first voltage.

또한, 본 단계에서는, 상기와 같이, 기판(S)을 정전척(130)에 척킹한 다음 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 제1 박막 상에 제2 박막을 증착할 수 있다. 상기 제2 박막은 기판 상에 박막을 형성시키기 위해 사용되는 통상적인 다양한 소재를 이용해 형성할 수 있다.In addition, in this step, as described above, the substrate S is chucking the electrostatic chuck 130, then plasma is formed in the reaction space and a second source gas is supplied to deposit a second thin film on the first thin film. You can. The second thin film can be formed using a variety of common materials used to form a thin film on a substrate.

이때, 상기 제2 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile layer) 또는 준중성 필름층(quasi-neutral layer)을 상기 기판 상에 형성하여 기판의 휘어짐을 개선할 수 있다. 그리고, 상기 제2 박막은, 기판에 인장 필름층 또는 중성 필름층을 형성하기 위해 활용되는 통상적인 다양한 소재를 이용해 형성한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 박막은 인장응력을 제공하기 위한 질화막 또는 폴리실리콘막일 수 있다. At this time, the second thin film can improve the bending of the substrate by forming a tensile film layer or quasi-neutral layer on the substrate that provides tensile force to the substrate. there is. In addition, the second thin film may be formed using various common materials used to form a tensile film layer or a neutral film layer on a substrate. Specifically, the second thin film may be a nitride film or a polysilicon film to provide tensile stress.

또는, 상기 제1 박막이 인장력을 제공하는 인장 필름층을 형성하는 경우 제2 박막은 상기 기판에 압축력(compressive force)을 제공하는 압축 필름층(compressive layer)을 형성할 수도 있다.Alternatively, when the first thin film forms a tensile film layer that provides tensile force, the second thin film may form a compressive film layer that provides compressive force to the substrate.

또한, 본 단계에서는, 상기 제2 박막 증착단계를 수행한 다음, 미리 설정된 시간 동안 상기 제2 전압의 인가를 중단하는 제2 오프 단계; 및 상기 정전척에 제3 전압을 인가하여 플라즈마를 형성하고, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착하는 제3 박막 증착단계;를 더 포함할 수 있다.Additionally, in this step, after performing the second thin film deposition step, a second off step of stopping application of the second voltage for a preset time; and a third thin film deposition step of applying a third voltage to the electrostatic chuck to form plasma and supplying a third source gas to deposit a third thin film on the substrate.

구체적으로, 상기 제2 오프 단계는 미리 설정된 시간 동안 제2 전압의 인가를 중단하는 단계로서, 제1 오프 단계와 동일한 방법 및 시간 동안 수행할 수 있다.Specifically, the second OFF step is a step of stopping application of the second voltage for a preset time, and can be performed in the same manner and for the same time as the first OFF step.

제2 오프 단계 이후에 제3 박막 증착단계는 상기 정전척에 제3 전압을 인가하여 플라즈마를 형성하고, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착할 수 있다.After the second off step, the third thin film deposition step may apply a third voltage to the electrostatic chuck to form plasma and supply a third source gas to deposit a third thin film on the substrate.

이때, 제2 전압 및 상기 제3 전압의 비의 값은 0.1 내지 1 미만이 되도록 조절할 수 있다. 또한, 기판 상에 제2 박막이 형성됨에 따라 휘어짐이 개선됨에 따라 제3 전압은 제2 전압에 비해 낮은 파워로 인가할 수 있다. At this time, the ratio of the second voltage and the third voltage can be adjusted to be between 0.1 and less than 1. Additionally, as the warp is improved as the second thin film is formed on the substrate, the third voltage can be applied at a lower power than the second voltage.

상기 제3 전압 또한 상기 제2 전압의 파워의 10 내지 99% 수준일 수 있으며, 이와 같은 제3 전압의 파워 감소를 통해 기판의 대전되는 정전기력의 수준을 감소시킬 수 있다. 특히, 본 단계에서는, 상기 제3 전압은 상기 제2 전압 대비 30 내지 70% 수준, 특히, 50% 수준이 되도록 파워를 조절할 수 있다.The third voltage may also be at a level of 10 to 99% of the power of the second voltage, and by reducing the power of the third voltage, the level of electrostatic force charged on the substrate can be reduced. In particular, in this step, the power of the third voltage can be adjusted to be at a level of 30 to 70%, especially 50%, of the second voltage.

또한, 본 단계에서는, 상기와 같이, 기판(S)을 정전척(130)에 척킹한 다음 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제3 소스 가스를 공급하여 제2 박막 상에 제3 박막을 증착할 수 있다. 상기 제3 박막은 기판 상에 박막을 형성시키기 위해 사용되는 통상적인 다양한 소재를 이용해 형성할 수 있다.In addition, in this step, as described above, the substrate S is chucking the electrostatic chuck 130, then plasma is formed in the reaction space and a third source gas is supplied to deposit a third thin film on the second thin film. You can. The third thin film can be formed using various common materials used to form a thin film on a substrate.

이때, 상기 제3 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile layer) 또는 중성 필름층(neutral layer)을 형성할 수 있고, 상기 제2 박막과 동일한 소재를 이용해 형성시킬수도 있다. At this time, the third thin film may form a tensile film layer or a neutral film layer that provides tensile force to the substrate, and may be formed using the same material as the second thin film. There is also.

또한, 본 단계에서는, 목적하는 두께에 맞는 박막을 형성하기 위해서, 제3 박막 형성 이후에도 제n 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 박막을 형성하는 단계는 기판에 정전척 전압을 인가한 다음 플라즈마를 형성하고 소스 가스를 공급하여 수행할 수 있다. 이때, 상기 n은 4 이상의 자연수를 의미할 수 있다.In addition, this step may further include forming an nth thin film even after forming the third thin film, in order to form a thin film suitable for the desired thickness. The step of forming the thin film can be performed by applying an electrostatic chuck voltage to the substrate, then forming plasma and supplying source gas. At this time, n may mean a natural number of 4 or more.

바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 박막 증착단계에서는, 600 내지 1,000 V의 제1 전압을 인가할 수 있고, 제2 박막 증착단계에서는, 300 내지 500 V의 제2 전압을 인가할 수 있으며, 제3 박막 증착단계에서는 150 내지 250 V의 제3 전압을 인가하여 박막 증착공정을 수행할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 전압을 인가한 다음 1 내지 10초 동안 정전척에 전압 인가를 중단하는 오프 단계를 각각 포함하도록 구성할 수 있다.According to a preferred embodiment, in the first thin film deposition step, a first voltage of 600 to 1,000 V may be applied, and in the second thin film deposition step, a second voltage of 300 to 500 V may be applied, In the third thin film deposition step, the thin film deposition process can be performed by applying a third voltage of 150 to 250 V. Additionally, each may be configured to include an off step of stopping application of voltage to the electrostatic chuck for 1 to 10 seconds after applying the first to third voltages.

상기 박막 증착은 증착하고자 하는 박막의 두께에 따라 정전척 전압의 인가시간이 길어질 수 있으므로, 오프 단계의 시간을 이에 맞춰 조절하여 정전기력 대전 수준을 조절할 수 있다. In the thin film deposition, the application time of the electrostatic chuck voltage may be long depending on the thickness of the thin film to be deposited, so the level of electrostatic charging can be adjusted by adjusting the time of the off stage accordingly.

상기 증착 완료단계(S500)는, 상기 정전척에 전압의 인가를 중단하여 증착을 완료하는 단계로서, 전압의 인가를 중단하여 정전척에 척킹된 기판을 디척킹할 수 있다. The deposition completion step (S500) is a step of completing deposition by stopping the application of voltage to the electrostatic chuck. By stopping the application of voltage, the substrate chucked in the electrostatic chuck can be dechucked.

또한, 상기 증착 완료단계(S500) 이후에는 퍼지단계를 포함할 수 있다. 상기 퍼지단계를 통해 반응공간 내부에 퍼지 가스를 공급하여 잔류 소스 가스, 부산물 및 라디칼을 제거하도록 한다. Additionally, a purge step may be included after the deposition completion step (S500). Through the purge step, a purge gas is supplied inside the reaction space to remove residual source gas, by-products, and radicals.

이와 같은 과정 중, 정전척에 척킹된 기판은 리프팅시켜 퍼지 공정을 수행하도록 하며, 기판에 정전기력이 과도한 레벨로 대전되어 있는 경우 기판의 후면(back side)에 부산물이 과도하게 부착되어 기판에 오염이 유발되는 문제가 있었다.During this process, the substrate chucked in the electrostatic chuck is lifted to perform a purge process. If the electrostatic force on the substrate is charged to an excessive level, by-products are excessively attached to the back side of the substrate, causing contamination on the substrate. There was a problem that occurred.

하지만, 실시예에 따른 기판 처리 방법에서는 정전척 전압의 파워를 미리 설정된 비율에 따라 일정하게 낮추고, 증착 과정 중 정전척 전압의 인가를 중단하는 오프 단계를 병행 도입하도록 하여 기판에 정전기력의 대전 수준을 크게 저하시킬 수 있도록 함에 따라, 정전척 전압을 장시간 동안 인가하여 증착 공정을 수행하여야만 하는 두께 100 kÅ의 박막을 형성하는 경우에도 기판에 오염 발생을 저감시킬 수 있다. 즉, 실시예에 따른 기판 처리 방법은 두께가 100 kÅ 이상인 박막을 형성시키기 위해 활용하기에 적합한 방법이라 할 수 있다. However, in the substrate processing method according to the embodiment, the power of the electrostatic chuck voltage is constantly lowered according to a preset ratio, and an off stage in which application of the electrostatic chuck voltage is stopped during the deposition process is simultaneously introduced to maintain the level of electrostatic charge on the substrate. By significantly reducing the electrostatic chuck voltage, the occurrence of contamination on the substrate can be reduced even when forming a thin film with a thickness of 100 kÅ in which the deposition process must be performed by applying the electrostatic chuck voltage for a long time. In other words, the substrate processing method according to the embodiment can be said to be a suitable method to be used to form a thin film with a thickness of 100 kÅ or more.

한편, 실시예에 따른 기판 처리 방법은 하기와 같은 기판 처리 장치를 이용해 수행할 수 있다.Meanwhile, the substrate processing method according to the embodiment can be performed using a substrate processing device as follows.

도 2는 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 나타낸 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram showing a substrate processing apparatus 100 according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는, 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 정전척(130), 정전기력 전원 공급부(140), RF 전원 공급부(150) 및 제어부(160)를 포함하는 구조를 갖는 것을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2, the substrate processing apparatus 100 according to the embodiment includes a process chamber 110, a gas injection unit 120, an electrostatic chuck 130, an electrostatic power supply unit 140, and an RF power supply unit 150. and a structure including a control unit 160 may be used.

공정 챔버(110)는 내부에 기밀한 수용 공간(112)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 공정 챔버(110)는 수용 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 수용 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 펌핑 포트(미도시)를 통해서 진공 챔버(미도시)와 연결된 구조를 가질 수 있다. 상기 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 일례로, 수용 공간(112)을 한정하는 측벽부와 측벽부 상단에 위치하는 덮개부를 포함하는 구조를 가질 수 있다.The process chamber 110 may form an airtight receiving space 112 therein. Specifically, the process chamber 110 may have a structure connected to a vacuum chamber (not shown) through a pumping port (not shown) to discharge the process gas in the accommodation space 112 and adjust the degree of vacuum in the accommodation space 112. there is. The process chamber 110 may be implemented in various shapes. For example, it may have a structure that includes a side wall defining the receiving space 112 and a cover located on top of the side wall.

가스 분사부(120)는 공정 가스를 수용 공간(112)으로 공급하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 상기 공정 가스는 공정 챔버(110)의 외부에 설치되는 공정 가스 저장탱크 등과 같은 가스 공급부(GS)와 연결되어 공정 가스를 공급받을 수 있다. 상기 가스 분사부(120)는 정전척(130) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(110)의 상부에 정전척(130)에 대향되게 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판(S)을 바라보는 하방으로 형성된 복수의 분사홀을 포함할 수 있다. The gas injection unit 120 may be installed in the process chamber 110 to supply process gas to the receiving space 112. The process gas may be supplied by being connected to a gas supply unit GS, such as a process gas storage tank installed outside the process chamber 110. The gas injection unit 120 may be installed at the top of the process chamber 110 to face the electrostatic chuck 130 to spray process gas onto the substrate S mounted on the electrostatic chuck 130. The gas injection unit 120 includes at least one inlet hole formed on the top or side to receive a process gas from the outside, and a plurality of gas injection holes formed downwardly toward the substrate S to spray the process gas on the substrate S. It may include a spray hole.

상기 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head), 노즐(nozzle) 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 특히, 가스 분사부(120)가 샤워 헤드 형태인 경우, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮는 형태로 공정 챔버(110)에 결합될 수도 있다. 일례로, 가스 분사부(120)가 공정 챔버(110)의 덮개 형태로 측벽부에 결합될 수 있다.The gas injection unit 120 may have various shapes such as a shower head, nozzle, etc. In particular, when the gas injection unit 120 is in the form of a shower head, the gas injection unit 120 may be coupled to the process chamber 110 in a form that covers the upper part of the process chamber 110. For example, the gas injection unit 120 may be coupled to the side wall of the process chamber 110 in the form of a cover.

정전척(130)은 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치되며, 그 상부에 기판(S)이 안착될 수 있다. 예를 들어, 정전척(130)은 기판(S)에 정전기력을 인가하여 그 상부에 기판을 고정하기 위해서 정전척 전극(131)을 포함할 수 있다. The electrostatic chuck 130 is installed in the process chamber 110 to face the gas injection unit 120, and the substrate S can be seated on the electrostatic chuck 130. For example, the electrostatic chuck 130 may include an electrostatic chuck electrode 131 to apply electrostatic force to the substrate S and fix the substrate thereon.

정전척(130)은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 기판(S)보다 크고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 정전척(130)은 승하강이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 이 경우 기밀 유지를 위하여 벨로우즈관(미도시)이 연결된 구조를 가질 수도 있다. The electrostatic chuck 130 generally corresponds to the shape of the substrate S, but is not limited to this and may be larger than the substrate S and have various shapes so as to stably seat the substrate S. For example, the electrostatic chuck 130 may be connected to an external motor (not shown) to enable raising and lowering, and in this case, it may have a structure connected to a bellows pipe (not shown) to maintain airtightness.

상기와 같은 정전척(130)은 상부에 기판(S)을 안착하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 기판 지지대, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다. 상기 정전척(130)은 기판(S)을 가열하기 위한 히터(132)를 포함할 수 있으며, 히터에 전원을 공급하는 히터 전원부(133)를 포함할 수 있다.Since the electrostatic chuck 130 as described above is configured to seat the substrate S on the top, it may also be called a substrate seating unit, a substrate supporter, a susceptor, etc. The electrostatic chuck 130 may include a heater 132 for heating the substrate S, and may include a heater power supply unit 133 for supplying power to the heater.

또한, 상기 정전척(130)은 정전척의 상부로 기판을 승강시키거나, 승강된 기판을 하강시키기 위한 복수 개의 리프트 핀(135)을 더 포함할 수 있다. 상기 리프트 핀(135)은 정전척(130)에 척킹된 기판(S)을 디척킹하기 위한 용도로서, 증착 공정을 수행한 다음 기판(S)을 정전척(130)에서 디척킹하기 위해 사용하거나, 퍼지 공정 중 펌핑 포트를 통해 부산물, 미반응 소스 가스 등을 배출하는 과정 중 정전척(130)으로부터 기판(S)을 이격시키도록 하는 역할 또한 수행할 수 있다. Additionally, the electrostatic chuck 130 may further include a plurality of lift pins 135 for lifting the substrate to the top of the electrostatic chuck or lowering the lifted substrate. The lift pin 135 is used for dechucking the substrate S chucked on the electrostatic chuck 130, and is used to dechucking the substrate S on the electrostatic chuck 130 after performing a deposition process. , It may also serve to separate the substrate S from the electrostatic chuck 130 during the process of discharging by-products, unreacted source gas, etc. through the pumping port during the purge process.

상기 복수 개의 리프트 핀(135)은 상기 정전척(130) 상에 설치되어 상기 기판(S)을 하부에서 지지하여 정전척(130)의 상부로 승강시킬 수 있고, 승강된 기판(S)을 하부로 하강시킬 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 복수 개의 리프트 핀(135)은 별도로 동력을 전달받아 구동하는 진공 펌프 및 실린더와 연결되어 진공 상태를 조절하는 것에 의해 승강 또는 하강 구동을 수행할 수 있다.The plurality of lift pins 135 are installed on the electrostatic chuck 130 to support the substrate S from the lower part and lift it to the upper part of the electrostatic chuck 130, and to lift the lifted substrate S to the lower part. It can be lowered. Although not shown, the plurality of lift pins 135 can be connected to a vacuum pump and cylinder that are driven by separately receiving power, and can be driven up or down by controlling the vacuum state.

또한, 상기 정전척(130)은 양극성 직류 전압 공급기(Bi-polar DC power supply)를 이용하여 양의 직류 전압(positive DC voltage)과 음의 직류 전압을 서로 다른 정전척 전극에 인가하여 정전력을 발생시킬 수 있는 쌍극자 정전척 구조를 가질 수 있다. 아울러, 상기 정전척(130)은 정전척 전극(131)을 감싸는 도체 베이스를 포함하며, RF 전원 공급부(150)와 연결되어 RF 전력을 인가받아 플라즈마를 형성할 수 있다.In addition, the electrostatic chuck 130 uses a bipolar DC power supply to apply positive DC voltage and negative DC voltage to different electrostatic chuck electrodes to generate electrostatic power. It may have a dipole electrostatic chuck structure that can be generated. In addition, the electrostatic chuck 130 includes a conductor base surrounding the electrostatic chuck electrode 131, and is connected to the RF power supply unit 150 to receive RF power to form plasma.

정전기력 전원 공급부(140)는 정전척 전극(131)에 DC 전압을 공급하도록 DC 전원(142)을 포함할 수 있다. 일례로, DC　전원(142)은 그 일단이 접지부에 연결되고, 타단이 노드(n1)를 거쳐서 정전척 전극(131)에 전기적으로 연결되도록 설치될 수 있다. 부가적으로, 후술할 정전기력 전원 공급부(140)는 제 2 플라즈마 전극(131)을 통한 RF 전류가 DC 전원(142)으로 인입되는 것을 차단하기 위해 정전척 전극(131) 및 DC 전원(142) 사이에 배치된 DC 필터(145)를 포함할 수 있다. 일례로, DC 필터(145)는 노드(n1)와 DC 전원(142) 사이에 직렬 연결될 수 있고, 사이에 직렬 연결될 수 있고 누설전류를 방지할 수 있다. DC 필터(145)는 RF 전류는 차단하면서 DC 전류는 통과시키도록 다양한 형태로 구성될 수 있다.The electrostatic power supply unit 140 may include a DC power source 142 to supply DC voltage to the electrostatic chuck electrode 131. For example, the DC power source 142 may be installed so that one end is connected to the ground and the other end is electrically connected to the electrostatic chuck electrode 131 via the node n1. Additionally, the electrostatic power supply unit 140, which will be described later, is installed between the electrostatic chuck electrode 131 and the DC power source 142 to block the RF current through the second plasma electrode 131 from being drawn into the DC power source 142. It may include a DC filter 145 disposed in . For example, the DC filter 145 may be connected in series between the node n1 and the DC power source 142, and may be connected in series between them to prevent leakage current. The DC filter 145 may be configured in various forms to pass DC current while blocking RF current.

RF 전원 공급부(150)는 공정 챔버(110) 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위해서 공정 챔버(110)에 적어도 하나의 RF(radio frequency) 전력을 인가하도록 적어도 하나의 RF 전원을 포함할 수 있다. 일례로, RF 전원 공급부(150)는 가스 분사부(120)에 RF 전원을 인가하도록 연결될 수 있다. 이 경우, 공정 챔버 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여 적어도 하나의 RF 전원을 가스 분사부(120)에 인가하는 구성에서는 가스 분사부(120)가 플라즈마 전극으로 이해될 수 있으며, 이 경우, 정전척 전극(131)은 상기 가스 분사부(120)의 샤워헤드 대향하도록 설치되는 것으로 이해될 수 있다.The RF power supply unit 150 may include at least one RF power source to apply at least one radio frequency (RF) power to the process chamber 110 to form a plasma atmosphere inside the process chamber 110. For example, the RF power supply unit 150 may be connected to apply RF power to the gas injection unit 120. In this case, in a configuration in which at least one RF power source is applied to the gas injection unit 120 to form a plasma atmosphere inside the process chamber, the gas injection unit 120 may be understood as a plasma electrode. In this case, the electrostatic chuck It can be understood that the electrode 131 is installed to face the shower head of the gas injection unit 120.

상기 RF 전원 공급부는 1 Х 102 내지 6 Х 107 Hz 주파수 범위의 RF 전원을 인가할 수 있고, 100 내지 1,000 W의 RF 전원을 인가할 수 있다.The RF power supply unit can apply RF power in the frequency range of 1 Х 10 2 to 6 Х 10 7 Hz and can apply RF power of 100 to 1,000 W.

상기 RF 전원 공급부는 임피던스 매칭부(156)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(156)는 RF 전원과 공정 챔버(110) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 RF 전원 공급부(140) 및 가스 분사부(120) 사이에 배치될 수 있다. RF 전원 공급부(140) 내 RF 전원은 하나 또는 복수 개일 수 있다. RF 전원 공급부(150)의 전원이 두 개의 RF 전원들(152, 154)인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되지는 않는다. 임피던스 매칭부(156)는 저항(R), 인덕터(L) 및 커패시터(C) 군에서 선택된 둘 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬 조합으로 구성될 수 있다. 나아가, 임피던스 매칭부(156)는 RF 전력의 주파수와 공정 조건에 따라서 그 임피던스 값이 가변될 수 있도록 가변 커패시터 또는 커패시터 어레이 스위칭 구조를 채택할 수 있다.The RF power supply unit may further include an impedance matching unit 156. The impedance matching unit 156 may be disposed between the RF power supply unit 140 and the gas injection unit 120 for impedance matching between the RF power source and the process chamber 110. There may be one or more RF power sources in the RF power supply unit 140. Although the power of the RF power supply unit 150 is shown as two RF power sources 152 and 154, this is an example and the scope of the present invention is not limited thereto. The impedance matching unit 156 may be composed of a series or parallel combination of two or more resistors (R), inductors (L), and capacitors (C) selected from the group. Furthermore, the impedance matching unit 156 may adopt a variable capacitor or capacitor array switching structure so that its impedance value can be varied according to the frequency of RF power and process conditions.

상기 제어부(160)는 가스 분사부(120), 정전기력 전원 공급부(140), RF 전원 공급부(150)의 구동을 제어하는 역할을 한다.The control unit 160 serves to control the operation of the gas injection unit 120, the electrostatic force power supply unit 140, and the RF power supply unit 150.

구체적으로, 제어부(160)는 가스 분사부(120)의 구동을 제어하여 공정 가스의 공급을 제어할 수 있으며, 이에 따라, 기판 상에 박막을 증착할 수 있도록 제어할 수 있다. Specifically, the control unit 160 can control the supply of process gas by controlling the operation of the gas injection unit 120, and thus can control the deposition of a thin film on the substrate.

또한, 상기 제어부(160)는 정전기력 전원 공급부(140)의 구동을 제어하여 정전척에 인가되는 전압과 정전기력을 제어할 수 있으며, RF 전원 공급부의 구동을 제어하여 RF 전원의 인가를 제어할 수도 있다. In addition, the control unit 160 can control the voltage and electrostatic force applied to the electrostatic chuck by controlling the driving of the electrostatic power supply unit 140, and can also control the application of RF power by controlling the driving of the RF power supply unit. .

보다 구체적으로, 상기 제어부(160)는 정전기력 전원 공급부(140)에 인가되는 정전척 전압을 제어하여 정전기력을 형성할 수 있고, RF 전원의 인가를 제어하여 기판이 정전척에 강하게 척킹될 수 있도록 한다. 그리고, 기판 오염을 방지하기 위해서, 증착 단계별로 정전척 전압의 파워를 다르게 인가할 수 있고, 정전척 전압의 인가를 미리 설정된 시간 동안 중단하여 오프 단계를 수행할 수 있도록 제어할 수도 있다. More specifically, the control unit 160 can form electrostatic force by controlling the electrostatic chuck voltage applied to the electrostatic force power supply unit 140, and controls the application of RF power so that the substrate can be strongly chucked to the electrostatic chuck. . In order to prevent substrate contamination, the power of the electrostatic chuck voltage can be applied differently for each deposition stage, and the application of the electrostatic chuck voltage can be controlled to stop for a preset time to perform the off step.

또한, 상기 제어부(160)는 기판에 형성된 warpage에 따라 정전척 전압의 파워를 조절할 수 있고, 정전척 전압을 점진적으로 감소하도록 제어할 수도 있고, 증착 공정을 완료한 다음 전압 인가를 완전히 차단하여 증착 완료단계를 수행하도록 제어할 수도 있다. In addition, the control unit 160 can adjust the power of the electrostatic chuck voltage according to the warpage formed on the substrate, and can control the electrostatic chuck voltage to gradually decrease. After completing the deposition process, the voltage application is completely blocked to prevent deposition. You can also control to perform the completion step.

또한, 상기 제어부(160)는 RF 전원 공급부(150)의 구동을 제어하여 플라즈마를 형성하고, 소스 가스를 공급하도록 하여 박막의 증착을 제어할 수 있다. Additionally, the control unit 160 may control the operation of the RF power supply unit 150 to form plasma and supply source gas to control deposition of a thin film.

일례로, 상기 제어부(160)는 상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하도록 하고, 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하도록 제어하며, 상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하도록 제어할 수 있다.For example, the control unit 160 applies a first voltage to the electrostatic chuck to chucking the substrate, forms plasma in the reaction space, and supplies a first source gas to deposit a first thin film on the substrate. , Controls to stop applying the first voltage for a preset time, applies a second voltage of lower power than the first voltage to the electrostatic chuck to chuck the substrate, forms plasma in the reaction space, and applies a second voltage to the electrostatic chuck. The supply of source gas can be controlled to deposit the second thin film on the substrate.

또한, 상기 제어부(160)는 상기 제2 박막을 증착한 다음, 미리 설정된 시간 동안 상기 제2 전압의 인가를 중단하도록 제어하고, 상기 정전척에 제3 전압을 인가하고 상기 RF 전원을 인가해 플라즈마를 형성한 다음, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착하도록 제어할 수 있다.In addition, after depositing the second thin film, the control unit 160 controls to stop applying the second voltage for a preset time, applies a third voltage to the electrostatic chuck, and applies the RF power to generate plasma. After forming, it can be controlled to supply a third source gas to deposit a third thin film on the substrate.

또한, 상기 제어부(160)는 목적하는 두께에 맞는 박막을 형성하기 위해서, 제3 박막 형성 이후에도 제n 박막을 형성하는 단계를 추가로 수행하도록 제어할 수 있다. 상기 박막은 기판에 정전척 전압을 인가한 다음 플라즈마를 형성하고 소스 가스를 공급하여 수행할 수 있다. 이때, 상기 n은 4 이상의 자연수를 의미할 수 있다.In addition, the control unit 160 may control to additionally perform the step of forming the nth thin film even after forming the third thin film, in order to form a thin film suitable for the desired thickness. The thin film can be formed by applying an electrostatic chuck voltage to the substrate, forming plasma, and supplying source gas. At this time, n may mean a natural number of 4 or more.

상기한 바와 같은, 실시예에 따른 기판 처리 장치는 플라즈마 강화 화학기상증착장치(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)일 수 있으며, 100 kÅ 이상의 두꺼운 박막을 형성시키는 경우 기판의 정전기력에 대한 대전 수준을 낮추어 기판의 오염을 개선할 수 있도록 한다.As described above, the substrate processing device according to the embodiment may be a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) device, and when forming a thick thin film of 100 kÅ or more, the charging level of the electrostatic force of the substrate is lowered. Helps improve contamination of the substrate.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 용도인 것은 아니다.The presented examples are only specific examples of the present invention and are not intended to limit the technical scope of the present invention.

<실험예><Experimental example>

도 4는 참고예(Ref.)에 따라 박막을 증착하는 과정을 나타낸 타이밍도이고, 도 5는 실시예에 따라 박막을 증착하는 과정을 나타낸 타이밍도이다.FIG. 4 is a timing diagram showing a process of depositing a thin film according to a reference example (Ref.), and FIG. 5 is a timing chart showing a process of depositing a thin film according to an embodiment.

도 4 및 도 5를 참조하면, 기판을 공정 챔버 내부에 배치된 정전척에 안착하고 박막을 증착하였다. Referring to Figures 4 and 5, the substrate was placed on an electrostatic chuck placed inside the process chamber and a thin film was deposited.

참고예(Ref,)에 따른 박막의 증착은 정전척에 600 V의 전압을 인가하고 기판에 압축 필름층을 증착하는 단계(C), 상기 압축 필름층상에 제1 인장 필름층을 형성하는 단계(T1), 제1 인장 필름층 상에 제2 인장 필름층을 형성하는 단계(T2), 퍼지단계 및 배출단계(release)를 포함하는 순서로 수행하였다. 상기와 같은 방법으로 제조한 참고예의 기판은 warpage가 121 ㎛인 것을 확인할 수 있었다. Deposition of a thin film according to Reference Example (Ref,) includes applying a voltage of 600 V to an electrostatic chuck and depositing a compressed film layer on the substrate (C), forming a first tensile film layer on the compressed film layer (C) It was performed in an order including T1), forming a second tensile film layer on the first tensile film layer (T2), purge step, and release step. It was confirmed that the warpage of the reference example substrate manufactured in the same manner as above was 121 ㎛.

실시예에 따른 박막 시편은, 정전척에 600 V의 전압을 인가하고 기판에 압축 필름층을 증착하는 단계(C), 상기 정전척에 인가되는 전압을 중단하는 제1 오프 단계(-), 정전척에 300 V의 전압을 인가하고 상기 압축 필름층상에 제1 인장 필름층을 형성하는 단계(T1), 상기 정전척에 인가되는 전압을 중단하는 제2 오프 단계(-), 정전척에 150 V의 전압을 인가하고 상기 제1 인장 필름층 상에 제2 인장 필름층을 형성하는 단계(T2), 퍼지단계 및 배출단계(release)를 포함하는 순서로 수행하여 제조하였다. 상기와 같은 방법으로 제조한 실시예의 기판 시편은 warpage가 120 ㎛인 것을 확인할 수 있었다. The thin film specimen according to the embodiment includes a step of applying a voltage of 600 V to an electrostatic chuck and depositing a compressed film layer on the substrate (C), a first off step of stopping the voltage applied to the electrostatic chuck (-), and electrostatic discharge. A step of applying a voltage of 300 V to the chuck and forming a first tensile film layer on the compressed film layer (T1), a second off step of stopping the voltage applied to the electrostatic chuck (-), and applying 150 V to the electrostatic chuck. It was manufactured by applying a voltage of and performing a sequence including a step of forming a second tensile film layer on the first tensile film layer (T2), a purge step, and a release step. It was confirmed that the warpage of the example substrate specimen manufactured in the same manner as above was 120 ㎛.

즉, 실시예에 따른 기판 시편은 ESC 전압의 감소에 따른 영향을 최소화하기 위해서 웨이퍼의 휘어짐(warpage)이 가장 큰 공정 초기에 고전압(-600V)으로 척킹(chucking)하고, 이후 스트레스에 의한 영향을 줄이기 위해 정전척 전압을 -300V, -150V로 순서대로 변경하여 정전척 전압을 점진적으로 감소시켰다. 이때, 전하 대전 현상을 해소하기 위해서 -300V, -150V로 전압을 변경하기 전에 일시적으로 정전적 전압 인가를 중단하고 3초 동안 유지시키도록 하는 off 구간을 도입하였다.That is, the substrate specimen according to the embodiment is chucking with a high voltage (-600V) at the beginning of the process when the warpage of the wafer is greatest in order to minimize the effect of the decrease in ESC voltage, and then the effect of stress is reduced. To reduce the electrostatic chuck voltage, the electrostatic chuck voltage was gradually reduced by changing it to -300V and -150V in that order. At this time, in order to eliminate the charge phenomenon, an off section was introduced in which electrostatic voltage application was temporarily stopped and maintained for 3 seconds before changing the voltage to -300V and -150V.

그리고, 상기와 같은 과정 중 각각의 공정 조건을 변경하여 기판의 휘어짐, 오염 등에 대한 영향을 평가하였다. In addition, during the above process, each process condition was changed to evaluate the effect on substrate warping, contamination, etc.

(1) 정전척 인가 전압의 파워에 따른 영향성 평가(1) Evaluation of the influence of the power of the electrostatic chuck applied voltage

먼저, 정전척에 인가되는 전압의 강도가 휘어짐과 증착 속도에 미치는 영향을 평가하기 위해서, 정전척에 인가되는 전압을 각각 0 V, 150 V, 300 V, 450 V, 600 V로 각각 조절하여 오염 현상과 박막이 증착된 웨이퍼의 물성 변화, 증착 속도를 평가하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.First, in order to evaluate the effect of the intensity of the voltage applied to the electrostatic chuck on the bending and deposition rate, the voltage applied to the electrostatic chuck was adjusted to 0 V, 150 V, 300 V, 450 V, and 600 V, respectively, to prevent contamination. The development, changes in physical properties of the wafer on which the thin film was deposited, and deposition speed were evaluated, and the results are shown in Figure 6.

도 6에 나타난 바와 같이, 정전척 인가 전압이 감소할수록 웨이퍼의 오염 현상은 개선되었으나, 웨이퍼 휘어짐(warpage, 단위 : ㎛)의 인장 응력(tensile stress)가 변화하였고, 증착 속도(Depo. rate, 단위 : Å/분)가 감소하는 경향을 보이는 것으로 확인되었으며, 이와 같은 결과를 통해 박막의 물성이 변화될 수 있어 단순한 전압 감소는 효과적이지 않은 방법인 것으로 판단되었다.As shown in Figure 6, as the electrostatic chuck applied voltage decreased, the contamination phenomenon of the wafer improved, but the tensile stress of the wafer warpage (unit: ㎛) changed, and the deposition rate (Depo. rate, unit) changed. : Å/min) was found to have a tendency to decrease, and through these results, it was determined that simply reducing the voltage was not an effective method because the physical properties of the thin film could change.

(2) ESC on time 영향성(2) ESC on time impact

정전척에 인가되는 전압의 인가 시간이 미치는 영향을 평가하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 이를 위해, 기판 상에 두께가 35 내지 140 kÅ인 복수 개의 박막 시편을 각각 제조하였다.The effect of the application time of the voltage applied to the electrostatic chuck was evaluated, and the results are shown in FIG. 7. For this purpose, a plurality of thin film specimens each having a thickness of 35 to 140 kÅ were prepared on a substrate.

먼저, 600 V의 정전척 전압을 인가하고, 증착 공정을 수행하여 35 kÅ 두께의 압축 필름층을 기판 상에 증착하여 시편(C35)을 제조하였다. First, an electrostatic chuck voltage of 600 V was applied, a deposition process was performed, and a compressed film layer with a thickness of 35 kÅ was deposited on the substrate to prepare a specimen (C35).

또한, 600 V의 정전척 전압을 인가하고, 증착 공정을 수행하여 35 kÅ 두께의 압축 필름층과 35 kÅ 두께의 인장 필름층을 기판 상에 증착하여 시편(C35+T35)을 제조하였다. Additionally, an electrostatic chuck voltage of 600 V was applied, and a deposition process was performed to deposit a 35 kÅ thick compressed film layer and a 35 kÅ thick tensile film layer on the substrate to prepare a specimen (C35+T35).

또한, 동일한 증착 공정을 수행하여 35 kÅ 두께의 압축 필름층과 70 kÅ 두께의 인장 필름층을 기판 상에 증착하여 시편(C35+T70)을 제조하였고, 35 kÅ 두께의 압축 필름층과 105 kÅ 두께의 인장 필름층을 기판 상에 증착하여 시편(C35+T105, Ref)을 제조하였다.In addition, the same deposition process was performed to fabricate a specimen (C35+T70) by depositing a 35 kÅ thick compressed film layer and a 70 kÅ thick tensile film layer on the substrate, and a 35 kÅ thick compressed film layer and a 105 kÅ thick tensile film layer. A specimen (C35+T105, Ref) was prepared by depositing a tensile film layer on a substrate.

그리고, 35 kÅ 두께의 압축 필름층과 105 kÅ 두께의 인장 필름층을 기판 상에 증착하는 과정 중 압축 필름층을 형성한 다음 20초 동안 퍼지 공정을 수행한 다음 105 kÅ 두께의 인장 필름층을 기판 상에 증착하여 시편(Mid-purge)을 제조하였다.In the process of depositing a compressed film layer with a thickness of 35 kÅ and a tensile film layer with a thickness of 105 kÅ on a substrate, a compressed film layer is formed, a purge process is performed for 20 seconds, and then a tensile film layer with a thickness of 105 kÅ is deposited on the substrate. A specimen (Mid-purge) was prepared by depositing on the surface.

도 7에 나타난 바와 같이, ESC on time 감소(100 kÅ 미만)를 통해 하부 웨이퍼 오염 현상은 개선 가능 확인하였으나 Warpage 변화(Tensile) 및 Depo. Rate 감소 현상을 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 중간에 퍼지 단계를 도입한 시편(Mid-purge)의 경우 박막의 물성과 박막 증착 속도에 큰 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 7, it was confirmed that the lower wafer contamination phenomenon could be improved by reducing the ESC on time (less than 100 kÅ), but warpage change (Tensile) and depo. It was confirmed that the rate decreases. In addition, it was confirmed that in the case of a specimen in which a purge step was introduced in the middle (Mid-purge), it had a significant effect on the physical properties of the thin film and the thin film deposition rate.

이에 따라, 정전척 전압의 인가시간만을 조절하는 방법과 증착 공정 중 퍼지 단계를 추가하는 것은 박막의 물성을 변화시키고, 증착 속도를 저하시킨다는 사실을 확인할 수 있어 효과적이지 않은 방법인 것으로 판단되었다.Accordingly, it was determined that the method of controlling only the application time of the electrostatic chuck voltage and adding a purge step during the deposition process were not effective methods as it was confirmed that they change the physical properties of the thin film and reduce the deposition rate.

(3) 순차적 전압 조절 및 일시적 전압 인가 중단 병행 적용에 의한 영향 평가(3) Evaluation of the impact of simultaneous application of sequential voltage regulation and temporary interruption of voltage application

순차적 전압 조절 및 일시적 전압 인가 중단 병행 적용에 의한 영향을 평가하기 위해서, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 방법으로 제조한 시편의 오염 현상과 박막이 증착된 웨이퍼의 물성 변화, 증착 속도를 평가하였으며, 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.In order to evaluate the impact of sequential voltage adjustment and temporary interruption of voltage application, the contamination phenomenon of the specimen manufactured by the method shown in Figures 4 and 5, the change in physical properties of the wafer on which the thin film was deposited, and the deposition rate were evaluated. , the results are shown in Figures 8 and 9.

도 8에 나타난 바와 같이, 실시예에 따른 방법으로 제조한 시편의 경우 참고예의 시편과 유사한 물성(warpage)과 증착 속도를 나타내는 것을 확인할 수 있어 박막의 물성 변화를 유발하지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. As shown in Figure 8, it was confirmed that the specimen manufactured by the method according to the example showed physical properties (warpage) and deposition rate similar to those of the specimen in the reference example, confirming that it did not cause a change in the physical properties of the thin film.

또한, 도 9에 나타난 바와 같이, 정전기력 대전에 의한 기판의 오염은 참고예와 같이 140 kÅ의 두께를 갖는 박막을 형성시킨 경우 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다면, 기판의 오염은 두께가 100 kÅ 미만인 박막을 형성할 경우 현저하지 않았다.Additionally, as shown in Figure 9, it was confirmed that contamination of the substrate due to electrostatic charging significantly increased when a thin film with a thickness of 140 kÅ was formed as in the reference example. In many cases, contamination of the substrate was not significant when forming thin films less than 100 kÅ in thickness.

반면에, 실시예에 따른 방법으로 제조한 시편의 경우, 두께가 140 kÅ로 동일하나 참고예(Ref.)에 따른 방법으로 제조한 시편 보다 오염물 부착이 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있었으며, 박막 증착 과정 중에 퍼지 단계를 거친 시편(Ref.)과 유사하게 기판 후면에 부산물이 부착되지 않아 오염이 크게 저감되었음을 확인할 수 있었다. On the other hand, in the case of the specimen manufactured by the method according to the example, it was confirmed that the adhesion of contaminants was significantly reduced compared to the specimen manufactured by the method according to the reference example (Ref.), although the thickness was the same at 140 kÅ, and the thin film deposition process Similar to the specimen that went through the purge step (Ref.), it was confirmed that no by-products were attached to the back of the substrate, so contamination was greatly reduced.

특히, 실시예에 따른 시편의 경우 정전척 전압 감소에 따른 영향을 최소화시키기 위해서, 웨이퍼의 휘어짐(warpage)이 가장 높은 공정 초기에 높은 전압으로 chucking 하였고 이후 점진적 전압 감소를 적용하여 스트레스의 영향을 쇠소화하고, 전하 대전(charging) 현상을 해소하고, 물성 변화를 줄이기 위해서, 전압 변경 전 일시적으로 정전척 전압 인가를 중단하도록 함에 따라, 웨이퍼의 물성 변화가 최소화되고, 하부 웨이퍼 오염이 개선된다는 사실을 확인할 수 있었다. In particular, in the case of the specimen according to the embodiment, in order to minimize the effect of the electrostatic chuck voltage decrease, chucking was performed at a high voltage at the beginning of the process when the warpage of the wafer was highest, and a gradual voltage decrease was applied thereafter to reduce the effect of stress. In order to extinguish the electrostatic chuck, eliminate the charging phenomenon, and reduce the change in physical properties, by temporarily stopping the electrostatic chuck voltage application before changing the voltage, the change in the physical properties of the wafer is minimized and contamination of the lower wafer is improved. I was able to confirm.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.A detailed description of preferred embodiments of the invention disclosed above is provided to enable any person skilled in the art to make or practice the invention. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, a person skilled in the art may use each configuration described in the above-described embodiments by combining them with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that do not have an explicit reference relationship in the patent claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim through amendment after filing.

100 : 기판 처리 장치
110 : 공정 챔버
120 : 가스 분사부
130 : 정전척
140 : 정전기력 전원 공급부
150 : RF 전원 공급부
160 : 제어부100: Substrate processing device
110: process chamber
120: gas injection unit
130: electrostatic chuck
140: Electrostatic power supply unit
150: RF power supply unit
160: control unit

Claims (11)

공정 챔버, 가스 분사부, 정전척, 정전기력 전원 공급부, RF 전원 공급부 및 제어부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
상기 공정 챔버 내부에 배치된 정전척에 기판을 안착하는 기판 안착단계;
상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하는 제1 박막 증착단계;
미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하는 제1 오프 단계;
상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하는 제2 박막 증착단계; 및
상기 정전척에 전압의 인가를 중단하여 증착을 완료하는 증착 완료단계;를 포함하는 기판 처리 방법.A substrate processing method using a substrate processing device including a process chamber, a gas injection unit, an electrostatic chuck, an electrostatic power supply unit, an RF power supply unit, and a control unit,
A substrate seating step of placing a substrate on an electrostatic chuck disposed inside the process chamber;
A first thin film deposition step of applying a first voltage to the electrostatic chuck to churn the substrate, forming plasma in the reaction space, and supplying a first source gas to deposit a first thin film on the substrate;
a first off step of discontinuing application of the first voltage for a preset time;
A second method for chucking the substrate by applying a second voltage of lower power than the first voltage to the electrostatic chuck, forming plasma in the reaction space, and supplying a second source gas to deposit a second thin film on the substrate. Thin film deposition step; and
A deposition completion step of stopping application of voltage to the electrostatic chuck to complete deposition. 제1항에 있어서,
상기 기판 처리 방법은 두께가 100 kÅ 이상인 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
The substrate processing method is characterized in that it forms a thin film with a thickness of 100 kÅ or more. 제1항에 있어서,
상기 제1 전압은 ± 50 내지 ± 5,000 V의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
A substrate processing method, characterized in that the first voltage has a range of ±50 to ±5,000 V. 제1항에 있어서,
상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 비의 값은 0.1 내지 1 미만인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
A substrate processing method, characterized in that the ratio of the first voltage and the second voltage is 0.1 to less than 1. 제1항에 있어서,
상기 제1 박막은 상기 기판에 압축력(compressive force)을 제공하는 압축 필름층(compressive layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
A substrate processing method, wherein the first thin film forms a compressive layer that provides compressive force to the substrate. 제1항에 있어서,
상기 제2 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile layer) 또는 준중성 필름층(quasi-neutral layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
The second thin film is a substrate processing method characterized in that it forms a tensile film layer or quasi-neutral layer that provides tensile force to the substrate. 제1항에 있어서,
상기 제2 박막 증착단계를 수행한 다음,
미리 설정된 시간 동안 상기 제2 전압의 인가를 중단하는 제2 오프 단계; 및
상기 정전척에 제3 전압을 인가하여 플라즈마를 형성하고, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착하는 제3 박막 증착단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
After performing the second thin film deposition step,
a second off step of stopping application of the second voltage for a preset time; and
A third thin film deposition step of applying a third voltage to the electrostatic chuck to form plasma and supplying a third source gas to deposit a third thin film on the substrate. 제7항에 있어서,
상기 제3 박막은 상기 기판에 인장력(tensile force)을 제공하는 인장 필름층(tensile layer) 또는 중성 필름층(neutral layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.In clause 7,
The third thin film is a substrate processing method characterized in that it forms a tensile film layer or neutral film layer that provides tensile force to the substrate. 기판을 처리하기 위한 수용 공간을 형성하는 공정 챔버;
상기 공정 챔버에 설치되어 공정 가스를 상기 수용 공간으로 공급하여 기판을 처리하도록 하는 가스 분사부;
상기 수용 공간의 내부에 상기 가스 분사부와 대향되도록 설치되고, 상부에 상기 기판이 안착되는 정전척;
상기 정전척에 전압을 공급하는 정전기력 전원 공급부;
상기 수용 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전원을 인가하는 RF 전원 공급부; 및
상기 가스 분사부, 정전척, 전원 공급부 및 RF 전원 공급부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 정전척에 제1 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제1 박막을 증착하도록 하고, 미리 설정된 시간 동안 제1 전압의 인가를 중단하도록 제어하며, 상기 정전척에 상기 제1 전압 보다 낮은 파워의 제2 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹하고, 상기 반응공간에 플라즈마를 형성하며 제2 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제2 박막을 증착하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.a process chamber forming a receiving space for processing a substrate;
a gas injection unit installed in the process chamber to supply process gas to the receiving space to process the substrate;
an electrostatic chuck installed inside the receiving space to face the gas injection unit and on which the substrate is seated;
an electrostatic power supply unit that supplies voltage to the electrostatic chuck;
an RF power supply unit that applies RF power to form plasma in the receiving space; and
A control unit that controls the operation of the gas injection unit, electrostatic chuck, power supply unit, and RF power supply unit,
The control unit,
A first voltage is applied to the electrostatic chuck to chuck the substrate, a plasma is formed in the reaction space, a first source gas is supplied to deposit a first thin film on the substrate, and the first voltage is applied for a preset time. Control the application to stop, apply a second voltage of lower power than the first voltage to the electrostatic chuck to chucking the substrate, form plasma in the reaction space, and supply a second source gas to form a second voltage on the substrate. 2 A substrate processing device characterized in that it is controlled to deposit a thin film. 제9항에 있어서,
상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 비의 값은 0.1 내지 1 미만인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to clause 9,
A substrate processing apparatus, characterized in that the ratio of the first voltage and the second voltage is 0.1 to less than 1. 제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 박막을 증착한 다음, 미리 설정된 시간 동안 상기 제2 전압의 인가를 중단하도록 제어하고,
상기 정전척에 제3 전압을 인가하고 상기 RF 전원을 인가해 플라즈마를 형성한 다음, 제3 소스 가스를 공급하여 기판 상에 제3 박막을 증착하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to clause 9,
The control unit,
After depositing the second thin film, control to stop applying the second voltage for a preset time,
A substrate processing device characterized by applying a third voltage to the electrostatic chuck and applying the RF power to form plasma, and then controlling to supply a third source gas to deposit a third thin film on the substrate.
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