KR20140128953A - 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
척 전극을 갖고, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척으로부터 피처리체를 이탈시키기 위한 이탈 제어 방법으로서, 플라즈마 처리 후에 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류를 소정 시간 측정한 결과로서의 전류의 시간 적분값을 취득하는 공정과, 플라즈마 처리 중에 상기 척 전극에 차지된 전하량과 상기 취득한 전류의 시간 적분값의 차분을 산출하는 공정과, 미리 정해진, 전류의 시간 적분값과 피처리체를 지지하는 지지 핀에 가해지는 토크의 상관 관계에 근거하여, 상기 차분으로부터 상기 정전 척의 잔류 전하량에 따른 카운터 전압을 산출하는 공정과, 처리실 내에 가스를 도입하여 플라즈마를 생성시키면서, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리는 처리 용기 내의 가스를 진공 흡인하여, 진공 분위기에서 행해지는 일이 많다. 그 때, 피처리체는 처리 용기 내의 탑재대에 마련된 정전 척(ESC: Electrostatic Chuck) 상에 탑재된다.
정전 척은 도전성의 시트 형상의 척 전극의 표리를 유전 부재 사이에 둔 구성을 가진다. 플라즈마 처리에서는, 직류 전압원으로부터 척 전극에 전압을 온하는 것에 의해 생기는 쿨롱력에 의해서 피처리체를 정전 척에 흡착시키고 나서 플라즈마 처리를 행한다. 그 때에는 웨이퍼 이면과 정전 척 표면 사이에 전열 가스를 공급한다. 또한, 플라즈마 처리 후의 척 전극으로의 전압을 오프한 상태에서 정전 척으로부터 피처리체를 이탈시킬 때에는, 불활성 가스를 처리실 내로 도입하고 소정의 압력으로 유지하면서, 플라즈마 처리 중에 척 전극에 온하고 있었던 전압과는 정부(正負)가 반대인 전압을 온한 후에 전압을 오프하고, 정전 척 및 피처리체에 존재하는 전하를 제전(除電)하는 제전 처리가 행해진다. 그 상태에서, 지지 핀을 상승시켜 피처리체를 정전 척으로부터 들어올려, 피처리체를 정전 척으로부터 이탈시킨다.
그런데, 정전 척의 표면은 시간 경과에 따라 변화된다. 예를 들면, 정전 척의 표면에는, 서서히 플라즈마 처리시에 생성된 반응 생성물 등의 물질이 부착되고, 퇴적하여 절연막으로 된다. 퇴적한 물질은 대전되기 쉽게 전하를 유지하게 되기 때문에 정전 척 표면의 전위가 변화하게 된다. 따라서, 이러한 물질에 의해 정전 척의 흡착력이 변화하게 된다. 구체적으로는, 정전 척 표면에 형성된 절연막에 전하가 축적되고, 척 전극으로의 전압을 오프하여도 정전 척 표층에 잔류 전하가 남는다. 이 잔류 전하는 전술한 제전 처리를 행하여도 제전될 수 없다. 그 결과, 잔류 전하에 의한 정전 흡착력이 남은 상태에서 지지 핀을 상승시켜 버려, 피처리체의 파손이나 정상적인 반송의 방해가 되는 경우가 있었다.
이에 대해서, 특허문헌 1에서는, 잔류 전하에 의해 피처리체가 정전 척으로부터 벗어나지 않게 되는 사태를 미연에 방지하기 위해서, 직류 전압원으로부터 온되고 있는 전압을 오프하여 정전 척으로부터 웨이퍼를 들어올릴 때에, 웨이퍼를 흡착하는 잔류 전하 상태를 검출하고, 검출 결과에 근거해서 정전 척의 교환 시기를 판단한다. 특허문헌 1에서는, 웨이퍼를 지지하는 지지 핀을 상승시키기 위한 구동 모터의 토크 또는 모터의 회전수로부터 정전 척의 잔류 전하 상태를 검출한다.
그러나, 특허문헌 1에서는, 피처리체를 정전 척으로부터 상승(upthrust) 기구에 의해 밀어올릴 때의 밀어올림 부하(구동 모터의 토크)와 정전 척의 흡착력이 비례 관계에 있는 것을 전제로 하여 밀어올림 부하(구동 모터의 토크)로부터 정전 척의 잔류 전하 상태를 검출한다. 또한, 웨이퍼 W를 지지 핀으로 상승시키고 있을 때, 웨이퍼는 왜곡되어 있다. 특허문헌 1에서는, 그러한 상태에서 지지 핀의 움직임을 도중에 중지하려고 하기 때문에, 웨이퍼를 파손시킬 우려가 있다. 또한, 특허문헌 1과 같이 토크에 따라 밀어올림 동작과 밀어올림 동작의 정지를 반복하는 방법에서는 많은 시간이 걸려, 스루풋(throughput)을 현저하게 저하시키기 때문에, 실현은 곤란하다.
일 측면에서는, 직류 전압원의 전압 제어에 의해 피처리체를 정전 척으로부터 이탈하는 것이 가능한 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 형태에서는, 척 전극을 갖고, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척으로부터 피처리체를 이탈시키기 위한 이탈 제어 방법으로서, 상기 피처리체의 플라즈마 처리 후에 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류를 소정 시간 측정한 결과로부터 전류의 시간 적분값을 취득하는 공정과, 플라즈마 처리 중에 상기 척 전극에 전압을 온했을 때에 차지(charge)되는 소정의 전하량과 상기 취득한 전류의 시간 적분값의 차분을 산출하는 공정과, 상기 차분으로부터 상기 정전 척의 잔류 전하량에 따른 카운터 전압을 산출하는 공정과, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하는 공정과, 상기 카운터 전압을 온한 후, 피처리체를 지지하는 지지 핀을 상승시켜 상기 피처리체를 상기 척 상으로부터 이탈시키고, 상기 카운터 전압을 오프하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법이 제공된다.
다른 형태에서는, 척 전극을 갖고, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척을 가지는 플라즈마 처리 장치의 제어 장치로서, 상기 피처리체의 플라즈마 처리 후에 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류를 소정 시간 측정한 결과로부터 전류의 시간 적분값을 취득하는 취득부와, 플라즈마 처리 중에 상기 척 전극에 전압을 온했을 때에 차지되는 소정의 전하량과 상기 취득한 전류의 시간 적분값의 차분을 산출하고, 상기 차분으로부터 상기 정전 척의 잔류 전하량에 따른 카운터 전압을 산출하고, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하고, 상기 카운터 전압을 온한 후, 피처리체를 지지하는 지지 핀을 상승시켜 상기 피처리체를 상기 척 상으로부터 이탈시키고, 상기 카운터 전압을 오프하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 장치가 제공된다.
일 형태에 의하면, 직류 전압원의 전압 제어에 의해 피처리체를 정전 척으로부터 이탈하는 것이 가능한 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성도.
도 2는 일 실시 형태에 따른 이탈 제어에 이용하는 카운터 전압의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시 형태에 따른 측정 장치를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 제어 장치의 기능 구성도.
도 5는 일 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법을 실행하기 위한 흐름도.
도 6은 일 실시 형태에 따른 카운터 전압 처리의 흐름도.
도 7은 일 실시 형태에 따른 직류 전압원으로부터의 전압과 척 전극으로부터 흐르는 전류를 나타낸 도면.
도 8은 일 실시 형태의 변형예에 따른 카운터 전압 처리의 흐름도.
도 9는 일 실시 형태의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 히터 분할과 카운터 전압 처리를 설명하기 위한 도면.
도 10은 일 실시 형태의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 쌍전극과 카운터 전압 처리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 일 실시 형태에 따른 이탈 제어에 이용하는 카운터 전압의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시 형태에 따른 측정 장치를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 제어 장치의 기능 구성도.
도 5는 일 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법을 실행하기 위한 흐름도.
도 6은 일 실시 형태에 따른 카운터 전압 처리의 흐름도.
도 7은 일 실시 형태에 따른 직류 전압원으로부터의 전압과 척 전극으로부터 흐르는 전류를 나타낸 도면.
도 8은 일 실시 형태의 변형예에 따른 카운터 전압 처리의 흐름도.
도 9는 일 실시 형태의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 히터 분할과 카운터 전압 처리를 설명하기 위한 도면.
도 10은 일 실시 형태의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 쌍전극과 카운터 전압 처리를 설명하기 위한 도면.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.
플라즈마 처리에서는, 직류 전압원으로부터 척 전극으로 전압을 온하는 것에 의해 생기는 쿨롱력에 의해서 피처리체를 정전 척에 흡착시키고 나서 플라즈마 처리를 행한다. 그 때에는 웨이퍼 이면과 정전 척 표면 사이에 전열 가스를 공급한다. 플라즈마 처리 후에, 전열 가스의 공급을 오프하고, 처리실 내에 N2나 Ar 등의 불활성 가스를 도입하고, 처리실 내를 소정의 압력(100mTorr~400mTorr)으로 유지하면서, 플라즈마 처리 중에 척 전극에 온하고 있던 전압과는 정부가 반대인 전압을 온한 후에 전압을 오프한다. 이 처리에 의해 정전 척 표면 및 웨이퍼의 제전을 행하고 있다. 상기 정부가 반대인 전압을 온하고 있을 때에 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 처리실 내로 공급하여 플라즈마를 발생시키는 제전 처리도 있다. 이와 같이 통상의 제전 처리에서는, 제전 처리 후 척 전극으로의 전압은 오프로 되어 있다. 그 제전 처리 후 상태에서, 지지 핀을 상승시켜 피처리체를 정전 척으로부터 들어올려 피처리체를 정전 척으로부터 이탈시킨다.
그런데, 정전 척의 표면은 시간 경과에 따라 변화된다. 예를 들어, 정전 척의 표면에는, 서서히 플라즈마 처리시에 생성된 반응 생성물 등의 물질이 부착하고, 퇴적하여 절연막이 된다. 퇴적한 물질은 대전하기 쉽게 전하를 유지하게 되기 ?문에 정전 척 표면의 전위가 변화하여 버린다. 따라서, 이러한 물질에 의해 정전 척의 흡착력이 변화하여 버린다. 구체적으로는, 정전 척 표면에 형성된 절연막에 전하가 축적되고, 척 전극으로의 전압을 오프하여도 정전 척 표층에 잔류 전하가 남는다. 이 잔류 전하는 상술한 제전 처리를 행하더라도 제전될 수 없다. 그 결과, 잔류 전하에 의한 정전 흡착력이 남은 상태에서 지지 핀을 상승시켜 버려, 피처리체의 파손이나 정상적인 반송의 방해로 되는 경우가 있었다.
이에 대해서, 정전 척의 표층을 연마하거나, 처리 용기 내를 클리닝하거나 하여 정전 척 표층에 퇴적한 물질을 없애는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이것으로는, 퇴적한 물질 자체를 완전하게 제거할 수 없는 경우도 있고, 제거할 수 있었다고 하여도 처리 용기를 대기 개방해서 정전 척을 꺼낼 필요가 있어 장치의 가동률이 현저히 저하하여 버린다. 따라서, 피처리체에 균열 등이 생기기 전에 잔류 전하에 의해 정전 척에 흡착되어 있는 피처리체를 정전 척으로부터 전기적으로 이탈시키는 방법이 바람직하다.
특히, 체적 저항율이 1×1012~14Ω㎝의 유전 부재를 용사에 의해 형성한 정전 척에서는, 제전 처리에 의해 웨이퍼를 이탈시키는 종래의 방법으로도 웨이퍼의 이탈이 가능한 경우도 있다. 그러나, 체적 저항율이 1×1014Ω㎝ 이상인 쿨롱형의 정전 척에서는, 보다 정전 척의 표층으로 전하가 가기 어렵기 때문에 잔류하기 쉬워서, 제전 처리만으로는 웨이퍼를 정전 척으로부터 이탈시키는 것은 보다 곤란하게 된다.
또, 근년, 정전 척의 표면 온도를 히터로 고속으로 온도 조정하는 기구(이하, 히터 내장 정전 척 기구라고 호칭함)가 이용되고 있다. 히터 내장 정전 척 기구에서는, 정전 척에 예를 들면 체적 저항율이 1×1014Ω㎝ 이상인 체적 저항율이 높은 부재가 채용되고 있다. 따라서, 히터 내장 정전 척 기구에서는, 쿨롱형의, 즉 정전 흡착력이 지배적인 정전 척이 이용되어, 보다 표층에 전하가 잔류하기 쉽고, 역전압을 온하는 제전 처리에서는 잔류 전하에 의해 흡착해 버린 웨이퍼를 정전 척으로부터 이탈시키는 것은 곤란하게 되어 있다. 그 때문에, 최근 히터 내장 정전 척 기구의 이용이 높아짐과 아울러 정전 척 표면에 반응 생성물이 퇴적되어 잔류 전하가 남아, 잔류 전하에 의한 잔류 흡착에 의해서 피처리체의 이탈을 가능하게 하지 못하게 된다는 과제가 보다 현저하게 되어 있다.
그래서, 이하의 본 발명의 일 실시 형태에서는, 히터 내장 정전 척 기구의 이용시에 있어서도, 피처리체를 정전 척으로부터 이탈하는 것이 가능한 이탈 제어 방법 및 그 이탈 제어 방법을 실행하는 제어 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(1)는, RIE형의 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있고, 예를 들어 알루미늄 또는 스테인레스강 등의 금속제의 원통형 챔버(처리 용기(10))를 가지고 있다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다. 처리 용기(10) 내에서는, 피처리체에 에칭 처리 등의 플라즈마 처리가 실시된다.
처리 용기(10) 내에는, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W(이하, 웨이퍼 W라고 호칭함)를 탑재하는 탑재대(12)가 마련되어 있다. 탑재대(12)는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지고, 절연성의 통 형상 유지부(14)를 거쳐서 처리 용기(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장되는 통 형상 지지부(16)로 지지되어 있다. 통 형상 유지부(14)의 상면(上面)에는, 탑재대(12)의 표면을 고리 형상(環狀)으로 둘러싸는 예를 들어 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(18)이 배치되어 있다.
처리 용기(10)의 내측벽과 통 형상 지지부(16)의 외측벽 사이에는 배기로(20)가 형성되어 있다. 배기로(20)에는 고리 형상의 배플판(22)이 장착되어 있다. 배기로(20)의 바닥부에는 배기구(24)가 마련되고, 배기관(26)을 거쳐서 배기 장치(28)에 접속되어 있다. 배기 장치(28)는 도시하지 않은 진공 펌프를 갖고 있으며, 처리 용기(10) 내를 소정의 진공도까지 감압한다. 처리 용기(10)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입 또는 반출시에 개폐하는 게이트 밸브(30)가 부착되어 있다.
탑재대(12)에는, 급전봉(36) 및 정합기(34)를 거쳐서 플라즈마 생성용의 고주파 전원(32)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(32)은, 예를 들어 60㎒의 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 이렇게 해서 탑재대(12)는 하부 전극으로서도 기능한다. 처리 용기(10)의 천정부에는, 샤워 헤드(38)가 접지 전위의 상부 전극으로서 마련되어 있다. 고주파 전원(32)으로부터의 플라즈마 생성용의 고주파 전력은 탑재대(12)와 샤워 헤드(38) 사이에 용량적으로 인가된다.
탑재대(12)의 상면에는 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(40)이 마련되어 있다. 정전 척(40)은 도전막으로 이루어지는 척 전극(40a)을 1쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 끼운 것이다. 직류 전압원(42)은 스위치(43)을 거쳐서 척 전극(40a)에 접속되어 있다. 정전 척(40)은 직류 전압원(42)으로부터 전압을 온하는 것에 의해, 쿨롱력으로 웨이퍼 W를 척 상에 흡착 유지한다.
또한, 척 전극(40a)으로의 전압을 오프하는 경우에는 스위치(43)에 의해서 접지부(44)에 접속된 상태로 되어 있다. 이하, 척 전극(40a)으로의 전압의 오프는 척 전극(40a)이 접지된 상태를 의미한다.
척 전극(40a)과 직류 전압원(42) 사이에는 전류계(45)가 설치되어 있다. 전류계(45)는 플라즈마 처리 중에 웨이퍼 W를 흡착시키기 위해서 척 전극(40a)에 전압이 온되었을 때에 흐르는 전류값 및 그 전류의 시간 적분값을 측정한다. 또는, 플라즈마 처리 후에 전압이 오프되었을 때에 흐르는 전류값 및 그 전류값의 시간 적분값을 측정한다.
전열 가스 공급원(52)은 He 가스나 Ar 가스 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(54)을 통해 정전 척(40) 상의 웨이퍼 W 이면에 공급한다. 천정부의 샤워 헤드(38)는 다수의 가스 환기 구멍(56a)을 가지는 전극판(56)과, 이 전극판(56)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(58)를 가진다. 전극 지지체(58)의 내부에는 버퍼실(60)이 마련되어 있다. 버퍼실(60)의 가스 도입구(60a)에는 가스 공급 배관(64)을 거쳐서 가스 공급원(62)이 연결되어 있다. 관련 구성에 의해, 샤워 헤드(38)로부터 처리 용기(10) 내로 소망한 가스가 공급된다.
탑재대(12)의 내부에는, 외부의 도시하지 않은 반송 암과의 사이에 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위해서 웨이퍼 W를 승강시키는 지지 핀(81)이 복수(예를 들면 3개) 마련되어 있다. 복수의 지지 핀(81)은 연결 부재(82)를 거쳐서 전해지는 모터(84)의 동력에 의해 상하로 움직인다. 처리 용기(10)의 외부에 향해 관통되는 지지 핀(81)의 관통 구멍에는 바닥부 벨로우즈(83)가 마련되고, 처리 용기(10) 내의 진공측과 대기측 사이의 기밀을 유지한다.
처리 용기(10)의 주위에는, 고리 형상 또는 동심(同心) 형상으로 연장되는 자석(66)이 상하 2단으로 배치되어 있다. 처리 용기(10) 내에 있어서, 샤워 헤드(38)와 탑재대(12) 사이의 플라즈마 생성 공간에는, 고주파 전원(32)에 의해 연직(鉛直) 방향의 RF 전계가 형성되고, 웨이퍼 W의 표면 근방에 소망하는 가스에 의한 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
탑재대(12)의 내부에는 냉매관(70)이 마련되어 있다. 이 냉매관(70)에는, 배관(72, 73)을 거쳐서 칠러 유닛(71)으로부터 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 또한, 정전 척(40)의 내부에는 히터(75)가 매설되어 있다. 히터(75)에는 도시하지 않은 교류 전원으로부터 소망하는 교류 전압이 인가된다. 이러한 구성에 의해, 칠러 유닛(71)에 의한 냉각과 히터(75)에 의한 가열에 의해서 정전 척(40) 상의 웨이퍼 W의 처리 온도는 소망하는 온도로 조정된다. 또, 히터(75)는 마련되지 않아도 좋다. 또한, 히터(75)는 정전 척(40)의 하측의 표면에 접착제층과 함께 붙여도 좋다.
제어 장치(100)는 플라즈마 처리 장치(1)에 부착된 각부, 예를 들어 가스 공급원(62), 배기 장치(28), 히터(75), 직류 전압원(42), 스위치(43), 정합기(34), 고주파 전원(32), 전열 가스 공급원(52), 모터(84), 및 칠러 유닛(71)을 제어한다. 또한, 제어 장치(100)는 수시로, 전류계(45)에 의해 검출된 전류값 및 전류값의 시간 적분값을 취득한다. 제어 장치(100)는 호스트 컴퓨터(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다.
제어 장치(100)는 도시하지 않는 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory)를 갖고, CPU는 이러한 기억 영역에 저장된 각종 레시피에 따라 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 처리실 내 온도(상부 전극 온도, 처리실의 측벽 온도, ESC 온도 등), 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 척 전극(40a)에 온, 오프하는 전압값, 각종 프로세스 가스 유량, 전열 가스 유량 등이 기재되어 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 에칭을 행하기 위해서는, 먼저 게이트 밸브(30)를 개구하여 반송 암 상에 유지된 웨이퍼 W를 처리 용기(10) 내로 반입한다. 다음으로, 정전 척(40)의 표면으로부터 돌출된 지지 핀(81)에 의해 반송 암으로부터 웨이퍼 W를 들어올리고, 지지 핀(81) 상에 웨이퍼 W가 유지된다. 이어서, 그 반송 암이 처리 용기(10) 밖으로 나온 후에, 지지 핀(81)이 정전 척(40) 내로 내려짐으로써 웨이퍼 W가 정전 척(40) 상에 탑재된다.
웨이퍼 W 반입 후, 게이트 밸브(30)가 닫혀지고, 가스 공급원(62)으로부터 에칭 가스를 소정의 유량으로 처리 용기(10) 내에 도입하고, 배기 장치(28)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력을 설정값까지 감압해서 안정시킨다. 또, 고주파 전원(32)으로부터 소정의 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 또한, 직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)에 전압을 온하여, 웨이퍼 W를 정전 척(40) 상에 고정한다. 전열 가스 공급원(52)은 He 가스나 Ar 가스 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(54)을 통해 정전 척(40) 상의 웨이퍼 W 이면에 공급한다. 샤워 헤드(38)로부터 샤워 형상으로 도입된 에칭 가스는 고주파 전원(32)으로부터의 고주파 전력에 의해 플라즈마화된다. 이것에 의해, 상부 전극(샤워 헤드(38))과 하부 전극(탑재대(12)) 사이의 플라즈마 생성 공간에서 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마 중의 래디컬이나 이온에 의해서 웨이퍼 W의 주면이 에칭된다.
플라즈마 에칭 종료 후, 정전 척(40)으로부터 웨이퍼를 이탈시킬 때에는, 전열 가스의 공급을 오프하고, 척 전극(40a)으로의 전압을 오프한다. 그 상태에서, 불활성 가스를 처리실 내에 도입하고 처리실 내를 소정의 압력으로 유지하면서, 플라즈마 처리 중에 척 전극(40a)에 온하고 있던 전압과는 정부가 반대인 전압을 척 전극(40a)에 온한 후에 전압을 오프한다. 이 처리에 의해 정전 척(40) 및 웨이퍼 W에 존재하는 전하를 제전하는 제전 처리가 행해진다. 그 상태에서, 지지 핀(81)을 상승시켜 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 들어올리고, 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈시킨다. 게이트 밸브(30)를 개구하여 반송 암이 처리실(10) 내에 반입된 후, 지지 핀(81)을 내려서 웨이퍼 W가 반송 암 상에 유지된다. 그 다음에, 그 반송 암이 처리실 밖으로 나오고, 다음의 웨이퍼 W가 반송 암에 의해 처리실 내에 반입된다. 이 처리를 반복함으로써 연속하여 웨이퍼 W가 처리된다. 이상, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해 설명하였다.
[카운터 전압의 원리]
다음으로, 일 실시 형태에 따른 웨이퍼의 이탈 제어에 이용하는 카운터 전압의 원리를, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2의 「S1」은 절연막이 형성되기 전의 정전 척 상태를 나타내고, 도 2의 「S2」는 절연막이 형성된 후의 정전 척의 잔류 흡착 상태를 나타내고, 도 2의 「S3」은 카운터 전압을 온했을 때의 정전 척의 상태를 나타낸다.
예를 들면, 직류 전압원(42)으로부터 2.5㎾의 전압을 온하면, 척 전극(40a)에 전하(여기서는 플러스의 전하)가 모인다. 도 2의 「S1」에 나타낸 바와 같이, 척 전극(40a) 표층에 퇴적한 물질이 없고, 절연막이 형성되어 있지 않을 때, 웨이퍼 W에는 처리실 내의 가스와의 사이의 가스 방전에 의해 척 전극(40a)에 모인 플러스의 전하에 대응하는 마이너스의 전하가 모인다. 이것에 의해, 웨이퍼 W는 정전 척에 정전 흡착된다. 웨이퍼 W를 디척킹할 때에는, 우선 직류 전압원(42)의 출력을 0㎾로 하고, 또한, 도 1의 스위치(43)에 의해 척 전극(40a)을 접지부(44)에 접속한다. 이것에 의해, 척 전극(40a)에 모여 있는 전하는 없어진다. 또한, 웨이퍼 W에 모인 전하는 처리실 내의 가스와의 사이의 가스 방전에 의해 없어진다. 이것에 의해, 웨이퍼 W와 정전 척에 전위차가 없어져 웨이퍼 W가 정전 척(40)으로부터 분리된다.
그런데, 정전 척(40)의 표층에는, 서서히 플라즈마 처리에 의해 발생하는 반응 생성물이나 플라즈마의 데미지 등에 의해 부착물이 퇴적하여 절연막이 형성된다. 도 2의 「S2」 및 도 2의 「S3」에 나타낸 바와 같이, 절연막(41a)이 두꺼워지면, 절연막(41a) 내에 전하가 모인다. 예를 들면, 도 2의 「S2」는 절연막(41a)에 마이너스의 전하가 모여 있는 상태를 나타낸다.
이 상태에서는, 절연막(41a)의 전하의 일부는 웨이퍼 W의 플러스의 전하와 관계되고, 절연막(41a)의 전하의 다른 일부는 척 전극(40a)의 플러스의 전하와 관계되며, 전체적으로 균형잡힌 상태로 되어 있다. 이 때 웨이퍼 W는 잔류 전하에 의해 흡착된 상태로 되어 있다. 또한, 척 전극(40a)에도 플러스의 전하가 남은 상태로 되지만, 이것은 척 전극(40a)에 전압을 온했을 때에 척 전극(40a)에 차지된 전하가 잔류 전하의 일부와 균형맞춰지기 때문에 이탈하지 않고 남은 상태이다. 이 척 전극(40a)의 전하는 잔류 전하의 총량에 비례하여 증가해 나간다. 이 상태에서는, 웨이퍼 W의 이면측과 표면측에서 분극이 생기고 있다.
이 때문에, 웨이퍼 W와 정전 척(40) 표면 사이에 잔류 흡착력이 발생하여, 지지 핀(81)을 상승시켜도 정전 척(40)으로부터 웨이퍼 W가 이탈되지 않아, 경우에 따라서는 지지 핀(81)에 의해 웨이퍼 W가 파손된다. 그리고, 통상의 제전 처리에서는, 정전 척(40) 표면의 대전을 제전할 수 없다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W와 정전 척(40) 표면 사이에 잔류 흡착력이 생기지 않도록 척 전극(40a)에 카운터 전압을 온한다. 도 2의 「S3」에 나타낸 바와 같이, 카운터 전압이란, 웨이퍼 W를 가스 방전시키면서 잔류 전하의 총량으로서의 마이너스의 전하와 척 전극(40a)의 플러스의 전하가 균형맞춰지고, 정전 척(40) 표면의 전하가 0이 되도록 직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)으로 온되는 전압이다. 이 상태에서는, 웨이퍼 W의 이면측과 표면측에서 분극은 생기지 않았다. 이것에 의해, 웨이퍼 W와 정전 척(40) 표면의 잔류 흡착력이 0으로 되어, 웨이퍼 W와 정전 척(40)에 전위차가 없어져 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈시킬 수 있다.
또, 상기 설명에서는 절연막(41a)에 마이너스의 전하가 모여 있다고 가정했지만, 이것은 어디까지나 설명을 간략화하는 것으로, 절연막(41a)에 모인 전하는 플러스이어도 좋고, 플러스와 마이너스의 전하가 혼재되어 있어도 좋다.
[카운터 전압의 결정 방법]
다음으로, 일 실시 형태에 따른 웨이퍼 W의 이탈 제어에 이용하는 카운터 전압의 결정 방법에 대해 설명한다. 상술한 카운터 전압의 원리에서 설명한 바와 같이 절연막(41a)에 모인 마이너스의 잔류 전하의 총량에 비례하여 그것과 균형잡히다록 척 전극(40a)에 플러스의 전하가 축적된다.
잔류 전하가 없는 상태의 정전 척(40)의 경우, 웨이퍼 W를 탑재하고, 척 전극(40a)으로 웨이퍼 W를 흡착하는 소정의 전압 V1을 온으로 했을 때에 소정의 시간 흐르는 전류의 시간 적분값 Qon은 전압 V1을 오프로 했을 때에 소정의 시간 흐르는 전류의 시간 적분값 Qoff와 식 (1)과 같이 동일해진다.
여기서 V1의 값을 알 고 있기 때문에 웨이퍼 W와 척 전극(40a) 사이의 정전 용량 Co는 식 (2)과 같이 구할 수 있다.
잔류 전하가 있는 상태의 정전 척(40)의 경우, 척 전극(40a)의 전압을 오프하여도 잔류 전하와 균형맞추기 위한 전하가 척 전극(40a)에 남는다. 따라서, 그 분만큼 전압을 오프로 했을 때에 소정의 시간 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off가 감소하기 때문에, 시간 적분값 Qoff와의 차분을 식 (3)을 계산하는 것에 의해 구한다. 구한 값이 잔류 전하의 영향에 의해 척 전극(40a)에 차지되는 차분의 전하 ΔQ로 된다.
이 차분의 전하 ΔQ는 잔류 전하량에 비례하기 때문에, 이 차분의 전하 ΔQ로부터 잔류 전하의 총량 Q와의 상관 관계를 후술하는 카운터 전압의 실험으로 미리 구해 두면 식 (2)에서 구한 정전 용량 Co를 이용하여 카운터 전압 Vc를 식 (4)과 같이 결정할 수 있다. 즉, 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계를 구할 수 있다.
[카운터 전압의 실험]
다음으로, 일 실시 형태에 따른 웨이퍼의 이탈 제어에 이용하는 잔류 전하에 의해 척 전극(40a)에 차지되는 차분의 전하 ΔQ와 잔류 전하의 총량 Q의 상관 관계로부터 카운터 전압 Vc를 구하는 실험을, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 일 실시 형태에 따른 측정 장치를 나타낸다.
측정 장치(200)는 이온나이저(202), 전류계(204), 표면 전위계(206), 모터(208), 배기 장치(212), 정전 척(40), 직류 전압원(42)을 가지고 있다.
여기서는, 이온나이저(202)는 정전 척(40) 표면에 전하를 차지시켜 의사적으로 잔류 전하를 생성한다. 이 상태에서, 모터(208)를 구동시켜, 웨이퍼 W를 정전 척(40) 바로 위까지 강하시켜 탑재한다. 또한, 직류 전압원(42)로부터의 전압을 정전 척(40)의 척 전극(40a)에 온 또는 오프한다. 척 전극(40a)에 전압을 온한 상태에서 모터(208)로 웨이퍼 W를 끌어올리고, 웨이퍼 W가 정전 척(40)으로부터 분리되었을 때의 전압을 모니터한다. 또한, 척 전극(40a)에 전압을 온 또는 오프했을 때에 소정 시간 척 전극(40a)로부터 흐르는 전류의 시간 적분값을, 척 전극(40a)과 직류 전압원(42) 사이의 전류계(204)에서 모니터한다. 측정 장치(200) 내는 배기 장치(212)에 의해 감압 가능하다.
잔류 전하가 없는 정전 척(40)의 상태에서 척 전극(40a)에 전압 V1을 온한 후에 오프하고, 전류의 시간 적분값을 모니터한다. 이것에 의해서, 식 (1), 식 (2)에 의해 Qon, Co를 구한다. 그 후, 이온나이저(202)에 의해 정전 척(40)의 표면에 소정의 잔류 전하의 총량 Q를 의사적으로 생성시킨 후에 웨이퍼 W를 탑재하고, 척 전극(40a)에 전압을 온한 후에 오프하고, 오프한 후의 소정 시간에 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off를 모니터하고, 식 (3)에 의해 ΔQ를 구한다. 또한, 척 전극(40a)에 걸리는 전압을 조금씩 단계적으로 큰 값으로 변경하면서 온으로 하고, 그것에 대응하여 웨이퍼 W를 끌어올리는 동작을 반복한다. 웨이퍼 W가 척 전극(40a)으로부터 분리될 때의 전압을 소정의 잔류 전하의 총량 Q에 대한 카운터 전압 Vc로 한다. 이것을 값이 다른 소정의 잔류 전하의 총량 Q에 의해 구하여 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계(α의 값)를 구해서, 식 (4)의 관계를 구할 수 있다. 이상으로부터 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계를 구할 수 있다.
이상, 카운터 전압의 원리, 카운터 전압의 결정 방법, 카운터 전압의 실험을 이용한 카운터 전압에 의한 웨이퍼 W의 이탈 제어에 대해 설명하였다. 이하에서는, 카운터 전압을 이용하여 정전 척(40)으로부터 웨이퍼 W를 이탈시키는 이탈 제어 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 설명에 있어서는, 우선, 본 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법을 실행하는 제어 장치(100)의 기능 구성에 대해 도 4를 참조하면서 설명하고, 다음으로, 본 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법으로 대해 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 따른 제어 장치(100)의 기능 구성도이고, 도 5는 일 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법을 실행하기 위한 흐름도이다.
[제어 장치의 기능 구성]
제어 장치(100)는 플라즈마 처리 장치(1)를 제어한다. 여기서는, 정전 척(40)으로부터 웨이퍼 W를 이탈시키기 위한 제어 방법을 실행하는 제어 장치(100)의 기능을 중심으로 설명한다. 도 4에 나타낸 제어 장치(100)는 프로세스 실행부(105), 취득부(110), 제어부(115) 및 기억부(120)을 가진다.
프로세스 실행부(105)는, 기억부(120)에 기억된 복수의 레시피 중, 소망하는 프로세스 레시피를 선택하여 그 프로세스 레시피에 따라 프로세스 처리를 실행한다. 여기서는 에칭 처리가 행해진다. 또한, 프로세스 실행부(105)는 기억부(120)에 기억된 클리닝 레시피에 따라 클리닝 처리를 실행하여도 좋다.
취득부(110)는, 플라즈마 처리 후에 척 전극(40a)에 온하고 있던 전압을 오프한 후에 척 전극(40a)으로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off를 소정 시간 측정하고, 측정 결과로서 전류의 시간 적분값을 취득한다.
제어부(115)는, 미리 정해진, 잔류 흡착이 없는 상태에서 계측한 척 전극(40a)으로의 전압을 온했을 때의 전류의 시간 적분값 Qon과, 취득부(110)에 의해 취득된 전류의 시간 적분값 Q'off의 차분의 전하 ΔQ에 대응하는 카운터 전압 Vc를 산출한다. 제어부(115)는 처리실 내에 불활성 가스를 도입하고, 카운터 전압 Vc를 척 전극(40a)에 온한다. 제어부(115)는, 후술하는 이탈 제어에서 직류 전압원(42)으로부터의 전압 제어(HV 전압 제어), 카운터 전압의 산출, 지지 핀(81)의 승강 제어, 카운터 전압 처리의 개시 조건의 판정 등을 실행한다.
기억부(120)에는, 에칭 처리를 실행하기 위한 복수의 프로세스 레시피나, 클리닝 처리를 실행하기 위해 클리닝 레시피 등의 레시피가 기억되어 있다. 또한, 기억부(120)에는, 잔류 흡착이 없는 상태에서 계측한 척 전극(40a)으로의 전압을 온했을 때의 전류의 시간 적분값 Qon, 웨이퍼 W와 척 전극(40a) 사이의 정전 용량 Co, 잔류 전하에 의해 척 전극(40a)에 차지되는 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계가 기억되어 있다. 기억부(120)는, 예를 들면 반도체 메모리, 자기 디스크, 또는 광학 디스크 등을 이용하여 RAM, ROM으로서 실현될 수 있다. 레시피는, 기억 매체에 저장하여 제공되며, 도시하지 않은 드라이버를 거쳐서 기억부(120)에 판독/기입되는 것이어도 좋고, 또한, 도시하지 않은 네트워크로부터 다운로드되어 기억부(120)에 저장되는 것이어도 좋다. 또한, 상기 각부의 기능을 실현하기 위해서, CPU 대신에 DSP(Digital Signal Processor)가 이용되어도 좋다.
또, 제어 장치(100)의 기능은, 소프트웨어를 이용하여 동작하는 것에 의해 실현되어도 좋고, 하드웨어를 이용하여 동작하는 것에 의해 실현되어도 좋다.
이상, 본 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법을 실행하는 제어 장치(100)의 기능 구성에 대해 설명하였다. 다음으로, 이상에서 설명한 제어 장치(100)의 각부의 기능을 이용하여, 제어 장치(100)에 의해 제어되는 이탈 제어 방법으로 대해 도 5를 참조하면서 설명한다.
[제어 장치의 동작: 이탈 제어 방법]
우선, 웨이퍼 W가 처리실 내에 반입되고, 플라즈마 처리가 개시되면, 프로세스 가스가 도입되고, 처리실 내가 소정의 압력으로 유지된다(S100). 다음으로, 고주파 전력을 처리실 내에 도입하여 플라즈마를 발생시킨다(S101). 플라즈마 발생 후, 척 전극(40a)에 전압을 온하여 웨이퍼를 정전 흡착시킨다(S102). 그 후, 웨이퍼 이면과 정전 척(40) 표면 사이에 전열 가스를 공급하고, 그 상태에서 소정 시간 플라즈마 처리를 행한다(S103). 플라즈마 처리가 종료되면, 프로세스 가스 및 고주파 전력을 오프하고(S104), 전열 가스의 공급을 오프하고(S105), 처리실 내에 불활성 가스를 도입하고, 소정의 제 1 압력(100mTorr~400mTorr)으로 유지한다(S106). 다음으로, 척 전극(40a)의 전압을 오프한 후, 척 전극(40a)으로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off를 소정 시간 측정한다(S107).
다음으로, 플라즈마 처리 중에 온하고 있던 척 전극(40a)의 전압과는 정부가 반대인 전압을 척 전극(40a)에 온하고(S108), 그 후, 척 전극(40a)의 전압을 오프한다(S109). 다음으로, 카운터 전압 처리(S110)를 행한다.
또, 스텝 S108, S109는 일반적인 제전 처리이며, 이하에 설명하는 도 6은 본 실시 형태에 따른 카운터 전압을 이용한 제전 처리이다. 또한, 전류의 시간 적분값 Q'off를 구하기 위한 소정 시간에 대해서는 후술한다.
도 6은 카운터 전압 처리를 나타낸 흐름도이다. 도 6의 카운터 전압 처리가 개시되면, 스텝 S107에서 산출된, 척 전극(40a)으로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off와, 기억부(120)에 기억된, 잔류 전하가 없는 상태의 전류의 시간 적분값 Qon으로부터, 식 (3)을 이용하여, 잔류 전하에 의해 척 전극(40a)에 차지되는 차분의 전하 ΔQ를 산출한다(S200).
다음으로, 스텝 S200에서 산출된 차분의 전하 ΔQ와, 기억부(120)에 기억된, 웨이퍼와 척 전극간의 정전 용량 Co와, 마찬가지로 기억부(120)에 기억된, 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계(정수α)로부터, 식 (4)을 이용하여, 카운터 전압 Vc를 산출한다(S202).
예를 들면, 도 7의 상부 파형은 전류계(45)에 흐르는 전류의 파형이고, 도 7의 하부 파형은 그 때의 척 전극(40a)으로의 온, 오프의 전압의 값을 나타낸다. 도 7의 상부 파형에 나타낸 전류의 파형에서는, 시각 T0에, 직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)에 온하고 있던 전압이 오프되어 있다. 이 직후에 전류계(45)는 첫번째의 전류의 피크를 검출한다. 시각 T1에, 직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)으로 역전압이 온된다. 이 때, 전류계(45)에는, 두번째의 전류의 피크가 나타난다. 시각 T2에, 직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)으로 온하고 있던 역전압이 오프된다. 이 때, 전류계(45)에는, 세번째의 전류의 피크가 나타난다.
시각 T3은 역전압을 오프한 시각 T2 후의 임의의 시각이다. 이와 같이, 제전 처리 후의 척 전극(40a)으로의 전압 오프(시각 T0)시에 흐르는 시간 T0-T1 도안의 소정 시간에서의 전류의 시간 적분값을, 척 전극(40a)으로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off로 하여도 좋다. 역전압 오프(시각 T2)시에 흐르는 시간 T2-T3 동안의 소정 시간에 있어서의 전류의 시간 적분값을 척 전극(40a)으로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off로 하여도 좋다. 이 때 전류의 시간 적분값 Q'off를 구하기 위한 소정 시간은 첫번째의 전류의 피크 혹은 세번째의 전류의 피크의 크기가 20%~80% 정도로 작아질 때까지의 시간의 범위로부터 선택된 시간이다. 본 실시 형태에서는, 적어도 시간 T0-T1 동안의 소정 시간에 있어서의 전류의 시간 적분값 혹은 시간 T2-T3 동안의 전류의 소정 시간에 있어서의 시간 적분값을 전류의 시간 적분값 Q'off로 하고 있지만, 차분의 전하 ΔQ와 카운터 전압 Vc의 상관 관계가 좋은 쪽을 사용하면 좋다.
도 7의 하부 파형에서는, 다음의 웨이퍼의 플라즈마 처리에 대해 척 전극(40a)에 다시 전압이 온되고(시각 T4), 플라즈마 처리 후 척 전극(40a)에 온하고 있던 전압을 오프하고(시각 T5), 시각 T5로부터 시각 T8까지의 소정 시간 다시 전류계(45)에 의해 척 전극(40a)로부터 흐르는 전류의 시간 적분값 Q'off가 측정된다. 이렇게 해서 웨이퍼마다 전류의 시간 적분값 Q'off가 측정되고, 측정 결과에 근거하여 후술하는 카운터 전압의 피드백 제어가 반복된다.
스텝 S202에서 카운터 전압 Vc를 산출한 후, 처리실 내에 가스를 도입하고, 플라즈마를 생성하고(S204), 척 전극(40a)에 카운터 전압 Vc를 온한다(S206). 이것에 의해, 정전 척(40) 표면의 전하가 0으로 되어, 웨이퍼 W와 정전 척(40) 표면의 잔류 흡착력이 0으로 되기 때문에, 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈시킬 수 있다.
따라서, 정전 척(40) 상의 웨이퍼 W를 지지하는 지지 핀(81)을 상승시키고(S208), 카운터 전압을 오프한다(S210). 이상에 의해 카운터 전압 처리를 종료한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법에서는, 프로세스 처리 후, 제전 처리를 행하고, 그 후에 카운터 전압 처리를 행한다. 이것에 의해, 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈시킬 수 있다.
여기서, 직류 전압원(42)의 전압을 피드백 제어하여 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈할 때, 이 피드백 제어에 소비되는 시간은 1초 정도이다. 따라서, 카운터 전압 처리를 실행하는 것에 의해 스루풋을 저하시키는 우려는 없다. 또한, 잔류 전하에 의해 웨이퍼 W가 역인가 등에 의한 제전 방법에 의해서도 이탈되지 않게 된 비상시에 있어서도, 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 이탈시킬 수 있다. 또, 본 실시 형태에 따른 이탈 제어 방법에서는, 웨이퍼 W를 지지 핀(81)에 의해 들어올리기 전에, 전기적으로 얼마만한 흡착력을 가진 전압이 발생할지를 알기 때문에, 웨이퍼 W를 파손시키는 리스크를 회피할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 산출된 카운터 전압의 대소에 관계없이 카운터 전압 처리를 실행하고, 피드백 제어를 실행하여 웨이퍼 W를 이탈시켰지만, 카운터 전압이 임계값을 넘는 경우에는 이상으로 판정하여 플라즈마 처리 장치(1)의 가동을 정지하도록 하여도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 카운터 전압을 온할 때, 처리실 내에 가스를 도입하여, 플라즈마를 생성했지만, 도입하는 가스는 불활성 가스가 바람직하다. 또한, 플라즈마를 생성하는 대신에 또는 플라즈마의 생성과 함께 DC 방전시켜도 좋다.
[제어 장치의 동작: 변형예]
이상의 실시 형태에서는, 무조건으로 모든 웨이퍼 W에 대해, 카운터 전압 처리에서 피드백 제어를 행하였지만, 개시 조건을 만족한 경우에 카운터 전압 처리를 행하고, 개시 조건을 만족하지 않는 경우에는 카운터 전압 처리를 행하지 않도록 하여도 좋다.
도 8에 나타낸 일 실시 형태의 변형예에 따른 카운터 전압 처리에서는, 도 6의 카운터 전압 처리에 스텝 S212가 추가되고, 스텝 S212에서 카운터 전압 처리의 개시 조건에 관한 판정 처리를 행하고 있다. 그 이외의 스텝은 모두 도 6과 동일하다.
즉, 본 변형예에 따른 카운터 전압 처리에서는, 스텝 S200을 실행하는 것에 의해 차분의 전하 ΔQ를 산출한 후, 스텝 S212에서, 차분의 전하 ΔQ가 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부를 판정한다. 그리고, 차분의 전하 ΔQ가 임계값을 넘었다고 판정된 경우에는, 카운터 전압 Vc를 산출하고, 산출된 카운터 전압 Vc를 척 전극(40a)에 온하는 처리를 실행하고(S202~S210), 차분이 임계값 이하라고 판정된 경우에는, 카운터 전압을 척 전극(40a)에 온하는 일없이, 본 처리를 종료한다.
본 변형예에 의하면, 차분이 임계값을 넘었다고 판정된 경우에는, 잔류 흡착력에 의해서 웨이퍼 W가 이탈하기 어려운 상태이며, 카운터 전압에 의한 제전 처리가 필요하다고 판정한다. 한편, 차분이 임계값 이하라고 판정된 경우에는, 잔류 흡착력은 그다지 크지 않아, 카운터 전압에 의한 제전 처리가 불필요하라고 판정한다.
이와 같이 스텝 S212는 본 실시 형태의 카운터 전압 처리의 개시 조건으로 된다. 예를 들면, 웨이퍼리스 클리닝 처리 후, 정전 척 표면이 세정된 것에 의해, 이 개시 조건을 만족하지 않게 된 경우, 카운터 전압 처리는 행해지지 않는다. 이와 같이 카운터 전압 처리는, 정전 척(40) 표면이 변화하여 절연막(41a)이 소정의 두께 이상으로 되기 전은 개시되지 않고, 절연막(41a)이 소정의 두께 이상으로 되고 처음으로 자동 개시된다. 이것에 의해, 불필요한 처리를 생략하여 에너지 절약을 도모할 수 있다.
또, 스텝 S212의 전류의 시간 적분값이 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부의 판정은, 본 변형예의 같이 웨이퍼 단위(소정의 피처리체의 처리 매수 단위)로 행하여도 좋고, 로트 단위로 행하여도 좋다.
이상, 일 실시 형태 및 변형예에 따른 이탈 제어 방법에 의하면, 직류 전압원의 카운터 전압의 제어에 의해 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 용이하게 이탈시킬 수 있다. 이것에 의해, 정전 척 표면의 변질이 일어나 서서히 웨이퍼 W가 이탈되기 어려워져도, 웨이퍼 W를 이탈할 수 없다고 하는 에러 발생까지의 시간을 늘릴 수 있다. 이것에 의해, 고객의 웨이퍼의 손실 경감이나 장치 가동률의 향상을 도모할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치의 적합한 실시 형태에 대해 상세히 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가지는 자라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주에서, 각종의 변경예 또는 수정예를 도출할 수 있는 것은 자명하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명에 따른 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 도 9의 일 실시 형태의 변형예에 나타낸 바와 같이, 3개 이상의 존으로 분할된 히터(75)를 갖고, 히터(75)의 분할 존에 대응하여 척 전극(40a)이 분할되어도 좋다. 히터(75)는 정전 척(40) 내 또는 그 근방에 마련되어도 좋다. 도 9에서는 히터(75)는 정전 척(40) 내에 매설되고 있다. 히터(75)는 중심의 센터 존(75a1), 센터 존(75a1)의 외주측에 동심원 형상으로 마련된 미들 존(75a2), 최외주의 에지 존(75a3)으로 분할되어 있다. 척 전극(40a)은, 히터(75)의 각 분할 존에 대응하여, 센터 척 전극(40a1), 미들 척 전극(40a2), 에지 척 전극(40a3)으로 분할되어 있다. 센터 척 전극(40a1), 미들 척 전극(40a2), 에지 척 전극(40a3)에는, 직류 전압원(42a1), 직류 전압원(42a2), 직류 전압원(42a3)이 각각 접속되어 있다.
이것에 의해, 센터 척 전극(40a1), 미들 척 전극(40a2), 에지 척 전극(40a3)으로 이루어지는 존마다 카운터 전압 Vc가 산출된다. 이것에 의해, 존마다의 정전 척(40)의 잔류 전하 상태에 따라 카운터 전압 Vc를 조정할 수 있다. 예를 들면, 최외주의 에지 존 영역만 잔류 전하에 의한 잔류 흡착이 큰 경우에는, 최외주의 에지 존 영역만 카운터 전압을 온하도록 제어하여도 좋다. 이렇게 함으로써 잔류 전하가 면 내에서 다른 분포이더라도 웨이퍼 W가 갈라지거나 어긋나거나 하지 않고 정전 척(40)으로부터 이탈시킬 수 있다.
또한, 예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 쌍전극 구조를 가져도 좋다. 도 10의 일 실시 형태의 변형예를 참조하면서, 쌍전극과 카운터 전압에 대해 설명하면, 정전 척(40)은 쌍극 척 전극(40a4, 40a5)을 가진다. 즉, 정전 척(40) 내 또는 표면에는, 2매의 동일 형상의 전극이 마련되어 있다. 쌍극 척 전극(40a4, 40a5)에는 정부가 반대인 전압이 온되는 것에 의해 상이한 극성의 전하가 모여 있다. 쌍전극 구조에서는, 통상, 각 척 전극(40a4, 40a5)에 온하는 전압값은 작다. 이 때문에, 웨이퍼 W에 대한 전기적인 데미지가 적다.
쌍극척 전극(40a4, 40a5)에는, 직류 전압원(78), 직류 전압원(79)이 접속되어 있다. 이것에 의해, 쌍전극의 척 전극(40a4, 40a5)마다 카운터 전압 Vc가 산출된다. 이것에 의해 척 전극(40a4, 40a5)마다의 정전 척(40)의 잔류 전하 상태에 따라 카운터 전압 Vc를 조정할 수 있다.
이상에서는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 플라즈마 처리로서 플라즈마 에칭을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 플라즈마 에칭에 한정되지 않고, 예를 들면, 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)에 의해 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링, 애싱 등을 행하는 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버 내의 평행 평판 전극 사이에 생기는 고주파의 방전에 의해 용량 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 생성하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 한정되지 않고, 예를 들면, 챔버의 상면 또는 주위에 안테나를 배치하여 고주파의 유도 전자계 하에서 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 생성하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치, 마이크로파의 파워를 이용하여 플라즈마파를 생성하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등에도 적용 가능하다.
본 발명에 있어서 플라즈마 처리가 실시되는 피처리체는, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면, 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)용의 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용의 기판이어도 좋다.
본 발명에 따른 이탈 제어 방법에 있어서, 상기 소정 시간 측정하는 전류는 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 직후에 흐르는 전류이더라도 좋다.
상기 소정 시간 측정하는 전류는 상기 척 전극에 역전압을 온하고, 해당 역전압을 오프한 직후에 흐르는 전류이더라도 좋다.
상기 소정 시간 측정하는 전류의 시간 적분값은 상기 척 전극 및 상기 직류 전압원 사이에 마련된 전류계에 의해 측정되어도 좋다.
상기 차분이 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부를 판정하는 공정을 더 포함하고, 상기 임계값을 넘었다고 판정된 경우, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하여도 좋다.
상기 차분이 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부의 판정은 로트 단위 또는 소정의 피처리체의 처리 매수 단위로 행해져도 좋다.
상기 정전 척 내 또는 근방에 히터가 마련되고, 상기 히터는 복수의 존으로 분할되고, 존마다 척 전극과 직류 전압원이 마련되고, 각 존의 척 전극마다 상기 카운터 전압을 산출하고, 상기 존마다의 척 전극에 온하여도 좋다.
상기 척 전극은 쌍전극으로 분할되고, 쌍전극에 각각 직류 전압원이 마련되고, 상기 쌍전극의 각각의 상기 카운터 전압을 산출하고, 상기 쌍전극에 각각 온하여도 좋다.
상기 소정 시간은 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류의 피크의 크기가 20%~80%로 될 때까지의 시간의 범위로부터 선택되어도 좋다.
본 국제 출원은 2012년 2월 3일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-021658호에 근거하는 우선권 및 2012년 2월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/595729호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 본 국제 출원에 원용한다.
1: 플라즈마 처리 장치 10: 처리 용기
12: 탑재대(하부 전극) 28: 배기 장치
32: 고주파 전원 38: 샤워 헤드(상부 전극)
40: 정전 척 40a: 척 전극
41a: 절연막 42: 직류 전압원
43: 스위치 44: 접지부
45: 전류계 52: 전열 가스 공급원
62: 가스 공급원 71: 칠러 유닛
75: 히터 81: 지지 핀
84: 모터 100: 제어 장치
105: 프로세스 실행부 110: 취득부
115: 제어부 120: 기억부
200: 측정 장치 202: 이온나이저
204: 전류계 206: 표면 전위계
12: 탑재대(하부 전극) 28: 배기 장치
32: 고주파 전원 38: 샤워 헤드(상부 전극)
40: 정전 척 40a: 척 전극
41a: 절연막 42: 직류 전압원
43: 스위치 44: 접지부
45: 전류계 52: 전열 가스 공급원
62: 가스 공급원 71: 칠러 유닛
75: 히터 81: 지지 핀
84: 모터 100: 제어 장치
105: 프로세스 실행부 110: 취득부
115: 제어부 120: 기억부
200: 측정 장치 202: 이온나이저
204: 전류계 206: 표면 전위계
Claims (10)
- 척 전극을 갖고, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척으로부터 피처리체를 이탈시키기 위한 이탈 제어 방법으로서,
상기 피처리체의 플라즈마 처리 후에 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류를 소정 시간 측정한 결과로부터 전류의 시간 적분값을 취득하는 공정과,
플라즈마 처리 중에 상기 척 전극에 전압을 온했을 때에 차지(charge)되는 소정의 전하량과 상기 취득한 전류의 시간 적분값의 차분을 산출하는 공정과,
상기 차분으로부터 상기 정전 척의 잔류 전하량에 따른 카운터 전압을 산출하는 공정과,
상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하는 공정과,
상기 카운터 전압을 온한 후, 피처리체를 지지하는 지지 핀을 상승시켜 상기 피처리체를 상기 척 상으로부터 이탈시키고, 상기 카운터 전압을 오프하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소정 시간 측정하는 전류는 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 직후에 흐르는 전류인 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 소정 시간 측정하는 전류는 상기 척 전극에 역전압을 온하고, 상기 역전압을 오프한 직후에 흐르는 전류인 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소정 시간 측정하는 전류의 시간 적분값은 상기 척 전극 및 상기 직류 전압원 사이에 마련된 전류계에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 차분이 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부를 판정하는 공정을 더 포함하고,
상기 임계값을 넘었다고 판정된 경우, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 차분이 미리 정해진 임계값을 넘는지 여부의 판정은 로트 단위 또는 소정의 피처리체의 처리 매수 단위로 행해지는 것을 특징으로 하는 탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 정전 척 내 또는 근방에 히터가 마련되고,
상기 히터는 복수의 존으로 분할되고,
존마다 척 전극과 직류 전압원이 마련되고,
각 존의 척 전극마다 상기 카운터 전압을 산출하고, 상기 존마다의 척 전극에 온하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 척 전극은 쌍전극으로 분할되고,
쌍전극에 각각 직류 전압원이 마련되고,
상기 쌍전극의 각각의 상기 카운터 전압을 산출하고, 상기 쌍전극에 각각 온하는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소정 시간은 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류의 피크의 크기가 20%~80%로 될 때까지의 시간의 범위로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이탈 제어 방법.
- 척 전극을 갖고, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척을 가지는 플라즈마 처리 장치의 제어 장치로서,
상기 피처리체의 플라즈마 처리 후에 상기 척 전극에 온한 전압을 오프한 후에 상기 척 전극으로부터 흐르는 전류를 소정 시간 측정한 결과로부터 전류의 시간 적분값을 취득하는 취득부와,
플라즈마 처리 중에 상기 척 전극에 전압을 온했을 때에 차지되는 소정의 전하량과 상기 취득한 전류의 시간 적분값의 차분을 산출하고, 상기 차분으로부터 상기 정전 척의 잔류 전하량에 따른 카운터 전압을 산출하고, 상기 카운터 전압을 상기 척 전극에 온하고, 상기 카운터 전압을 온한 후, 피처리체를 지지하는 지지 핀을 상승시켜 상기 피처리체를 상기 척 상으로부터 이탈시키고, 상기 카운터 전압을 오프하는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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