KR101161125B1 - 처리된 웨이퍼로부터 잔류 전하를 감지하고 제거하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리된 웨이퍼로부터 잔류 전하를 제거하는 시스템 및 방법을 개시한다. 잔류 전하의 제거는 웨이퍼를 파손시키거나 손상시킬 수 있는 디척킹 실패를 방지한다. 잔류 전하는, 웨이퍼를 지지하는 정전 척(ESC)에 매립된 전극에 역극성 방전 DC 전압을 인가하고, 리프트 핀 어셈블리를 경유하여 접지로의 잔류 전하 출구를 제공함으로써 제거된다. 리프트 핀 어셈블리는, 플라즈마를 생성하기 위해 RF 전력을 인가하는 중에 스파크를 피하기 위해 ESC의 받침대와 동일한 포텐셜을 갖도록 유지된다. 잔류 전하 센서는 잔류 전하량을 감지하고 측정하기 위해 포함되어, 이후의 디척킹 동작에서 역극성 방전 전압의 파라미터가 조절될 수 있다.

Description

처리된 웨이퍼로부터 잔류 전하를 감지하고 제거하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF SENSING AND REMOVING RESIDUAL CHARGE FROM A PROCESSED WAFER}
본 발명은 기판 마이크로 가공(substrate micro-fabrication) 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리 기판 방전 및 정전 척(electrostatic chuck)으로부터의 이송에 관한 것이다.
기판의 마이크로 가공은, 예를 들어 반도체, 평판 디스플레이, 발광 다이오드(LED's), 태양 전지 등의 가공에 채용되는 잘 알려진 기술이다. 마이크로 가공의 다양한 단계는, 처리 가스가 주입되는 반응 챔버(reaction chamber) 내에서 수행되는 (플라즈마 화학 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition), 반응성 이온 에칭(reactive ion etching) 등과 같은) 플라즈마 이용 프로세스(plasma-assisted process)를 포함할 수 있다. 무선 주파수(radio frequency;RF) 소스는 반응 챔버에 유도성 및/또는 용량성으로 결합되어, 처리 가스를 활성화시켜 플라즈마를 형성하고 유지하도록 한다. 반응 챔버 내에서, 노출된 기판은 척(chuck)에 의해 지지되고, 어떤 종류의 조임력(clamping force)에 의해 척의 고정 위치에 홀드된다.
척의 한 가지 종래 타입은 정전 척(ESC)인데, 이는 정전력(electrostatic forces)을 이용하여 처리 중 기판을 홀드하거나 조인다. 고전압 DC 소스에 연결된 DC 전극은, ESC와 웨이퍼 사이에 반대 극성의 정전하를 유도하여, 정전 조임력을 생성한다.
처리가 행해진 후에, 기판은 척으로부터 제거 또는 "디척(de-chuck)"될 필요가 있다. 디척하기 위해, 고전압 DC 소스가 턴 오프된다. 그러나, 기판의 전체 뒷면 상에 또는 기판의 뒷면 일부에 잔류 전하(residual charge)가 남아 있기 마련이므로, 종종 기판은 웨이퍼로부터 분리되지 못하고/못하거나 리프팅 중에 여러 조각으로 분리되거나 또는 그렇지 않으면 손상된다.
종래 기술에 의하면, DC 전극으로 역극성 방전 전압(reverse polarity discharging voltage)을 공급함으로써, 또한/또는 잔류 전하에 대한 출구를 제공함으로써, 디척킹을 용이하게 하는 다양한 기술이 시도되어 왔다. 기존 방법 중 하나에 의하면, 플라즈마 프로세스의 끝에서 기판을 리프팅하는 중에 척을 통해 흐르는 피크 전류가 측정되어, 다음 런(run)에서의 역극성 방전 전압의 진폭 및/또는 지속시간을 제어한다. 다른 기존 방법에 의하면, ESC 전극과 기판 사이의 커패시턴스를 측정하기 위해 커패시턴스 디텍터가 이용되고, 커패시턴스 디텍터에 의해 측정된 커패시턴스에 기초하여 역극성 방전 전압을 계산한다. 그러므로, 역극성 방전 전압의 크기는 웨이퍼 처리 중 인가되는 RF 전력(power), ESC의 표면 상태 등과 같은 다양한 인자에 따라 변동된다.
종래의 어떤 ESC 척에서는, ESC 척의 표면으로부터 기판을 들어올리기 위해 리프트 핀(lift pin)이 이용되고, 로봇 암이 기판 아래에 도달하여 처리된 기판을 이동시킬 수 있도록 한다. 종래의 한 방법에 의하면, 리프트 핀은 전도성으로 만들어지고 잔류 전하에 방전 경로를 제공하도록 접지된다. 리프트 핀은 방전 경로를 따라 RF 필터 및/또는 저항을 통합할 수 있다. 종래의 다른 방법에 의하면, 리프트 핀은 스위치 및 가변 저항을 경유하여 접지된다. 이에 관해, 미국특허 제6,790,375호(Howald et al.), 미국특허공개 제2008/0218931호(Hsu et al.), 미국특허 제5,900,062호(Loewenhardt et al.) 및 미국특허 제6,646,857호(Anderson et al.)를 참고할 수 있다.
필요한 것은, 처리된 기판으로부터 잔류 전하를 방전시킴으로써 디척킹 실패를 감소시키고 이전의 디척킹 런(run)으로부터 수집된 데이터를 이용함으로써 이후 디척킹 프로세스를 최적화하는 디척킹 시스템 및 방법이다.
다음 요약은 본 발명의 어떤 측면 및 특징의 기본적인 이해를 제공하기 위해 포함된 것이다. 이러한 요약은 본 발명의 포괄적인 개관이 아니며, 본 발명의 핵심적이거나 필수적인 구성요소를 상세하게 확인하기 위해 또는 본 발명의 범위를 서술하기 위해 의도된 것이 아니다. 그 유일한 목적은 아래에 제시된 더욱 상세한 설명에 대한 서두로서 간단한 형태로 본 발명의 어떤 개념을 제시하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잔류 전하 센서(residual charge sensor), 컨트롤러, 및 RF 블로킹 인덕터(RF blocking inductor)를 포함하는 웨이퍼 디척킹 시스템이 설명된다. 반응 챔버는 정전력에 의해 웨이퍼를 홀드하도록 구성된 정전 척(ESC)을 수용한다. 무선 주파수(RF) 소스는 반응 챔버에 결합되어, 웨이퍼를 처리하는 플라즈마를 생성하고 유지한다. 적어도 하나의 전도성 리프트 핀은 후퇴된 위치(retracted position)로부터 정전 척의 개구부(opening)를 통해 위로 이동되도록 구성되어, 웨이퍼의 하면과 접촉한다. 리프트 핀 구동 메카니즘은 리프트 핀의 이동을 제어한다. 웨이퍼 처리 후에 리프트 핀이 웨이퍼와 접촉할 때 제1 스위치가 닫히면 웨이퍼에 대한 제1 방전 경로를 구축한다. 제1 방전 경로를 따라 배치된 잔류 전하 센서는 웨이퍼로부터 제1 방전 경로를 경유하여 방전되는 잔류 전하를 감지한다. 제1 인덕터는 웨이퍼 처리 중에 무선 주파수 전류가 잔류 전하 센서에 도달하는 것을 차단하는데, 여기서 제1 인덕터는 제1 스위치와 리프트 핀 사이에 위치한다. 잔류 전하 센서로부터 출력 신호를 수신하는 컨트롤러는 잔류 전하량을 결정한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, ESC를 지지하는 전도성 받침대(conductive pedestal)가 전도성 리프트 핀에 전기적으로 접속되어, 그들을 동일한 전기적 포텐셜로 유지하도록 한다. RF 소스는 전도성 받침대에 결합된다. 적어도 하나의 전도성 리프트 핀이 후퇴된 위치로부터 ESC의 개구부를 통해 위로 이동되도록 구성되어, 웨이퍼의 하면에 접촉한다. 웨이퍼의 잔류 전하에 대한 방전 경로는 접지로 또는 ESC의 DC 전극을 전도성 리프트 핀과 단락시킴으로써 구축된다.
또한 본 발명의 측면들은 클램핑 전압(clamping voltage)을 인가하는 반응 챔버의 정전 척 상에 웨이퍼를 척킹하는 단계; 반응 챔버에 결합된 RF 소스에 의해 형성되고 유지된 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 단계; 제1 스위치와 반응 챔버 사이에 RF 블로킹 인덕터를 위치시킴으로써 RF 전류가 접지로의 제1 방전 경로를 따라 제1 스위치에 도달하는 것을 차단하는 단계; 클램핑 전압을 종료하는 단계; 웨이퍼의 하면에 접촉시키기 위해 적어도 하나의 전도성 리프트 핀을 들어올림으로써 웨이퍼로부터 제1 방전 경로를 경유하여 잔류 전하를 방전시키는 단계; 웨이퍼의 잔류 전하를 감지하는 단계; 및 잔류 전하량을 결정하여 잔류 전하량과 상관된 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 웨이퍼를 디척킹하는 방법을 포함한다.
본 발명에 따르면, 리프트 핀을 채용하는 개선된 디척킹 프로세스를 가능하게 하고, 디척킹 중에 웨이퍼 손상 확률을 감소시킨다.
첨부된 도면들은 본 명세서에 통합되어 이를 구성하며, 본 발명의 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 도시하기 위해 제공된다. 도면들은 도식적인 방식으로 대표적인 실시예들의 주요 특징을 도시하고자 의도된 것이다. 도면들은 실제 실시예들의 모든 특징이나 나타내진 구성요소들의 상대적 크기를 나타내기 위해 의도된 것이 아니며, 일정한 비율로 그려진 것도 아니다.
도 1a-1b는, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척 상의 웨이퍼를 방전하는 시스템의 두 구성을 도시한다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 경로를 경유하여 정전 척 상의 웨이퍼를 방전하는 시스템을 도시한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피드포워드(feed-forward) 제어를 이용하여 정전 척 상의 웨이퍼의 잔류 전하를 감지하고 제거하는 시스템을 도시한다.
도 4a-4b는, 본 발명의 실시예들에 따른 잔류 전하 센서의 두 가지 가능한 구성을 도시한다.
도 4c는, 도 4a-4b의 잔류 전하 센서에 포함된 전압 적분기(voltage integrator)의 시간-전압 도표(plot)를 도시한다.
도 5a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터를 포함하는 잔류 전하 센서의 다른 가능한 구성을 도시한다.
도 5b는, 도 5a의 잔류 전하 센서에 포함된 고 임피던스 전압 모니터(high impedance voltage monitor)의 시간-전압 도표를 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 디척킹 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 7은, 본 발명의 실시예들에 따른 디척킹 프로세스를 테스트하는데 이용되는 세 개의 다른 전압 조건을 도시한다.
도 8은, 디척킹을 위한 다른 테스트 조건 및 그에 대응하는 결과를 나타내는 테이블을 도시한다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 디척킹이 활용될 수 있는 처리 챔버(100)를 나타낸다. 처리 챔버(100)는 반응 챔버(110)를 포함하는데, 그 내부에서는 무선 주파수(RF) 전력을 인가함으로써 플라즈마(112)가 형성되어 웨이퍼(115)를 처리한다. 반응 챔버(110)는 접지될 수 있다. 이후의 설명에서 "웨이퍼"와 "기판"이라는 용어는 반응 챔버(110)에서 처리되는 워크피스(work-piece)를 의미하기 위해 혼용된다는 점을 주의해야 한다. 웨이퍼(115)는 반도체 웨이퍼 또는 유전체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 반응 챔버(110)의 마이크로 가공 프로세스, 및 이전 프로세스와 이후 프로세스 조건에서의 필요에 따라, 플라즈마(112)를 형성하는 처리 가스, 냉각 가스/액체 등과 같은 다양한 유체가 반응 챔버(110)에 주입된다. 명확하게는, 반응 챔버(110)의 다양한 유체 입출구와 반응 챔버(110)를 비우기 위한 진공 펌프는 도 1에 나타나 있지 않다.
웨이퍼(115)는 정전 척(ESC)(120)에 마운트된다. ESC(120)는 쿨롱 타입(Coulomb-type) 또는 존슨 라벡 타입(Johnsen-Rahbek(JR) type) 척이거나, 표준 또는 상용 척의 어떠한 다른 타입일 수 있다. ESC(120)는 웨이퍼(115)를 지지하는 유전체(dielectric) 바디부(122)를 갖는다. DC 전극(125)은 유전체 바디부(122)에 매립된다. 고전압(HV) 모듈(155)은 전기적 커넥터(162)를 통해 DC 전극(125)에 연결되어, DC 전압을 ESC(120)로 공급하여 처리 중에 웨이퍼를 홀드하는 정전 조임력을 생성한다. HV 모듈(155)은 일단이 접지된 고전압 소스(160)를 포함한다. HV 소스(160)는 접지된 단자에 대하여 포지티브 또는 네가티브 DC 전압의 범위를 제공할 수 있는 바이폴라(bi-polar) 전압 소스일 수 있다. 상술한 바와 같이, 플라즈마 프로세스 후에 ESC(120)를 방전하기 위해 DC 전극(125)으로 역극성 DC 전압이 인가될 필요가 있을 수 있으며, 이는 더 자세하게 설명될 것이다. 추가적으로, HV 모듈(155)은 RF 필터, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 RF 블로킹 인덕터(165)를 포함할 수 있다. RF 블로킹 인덕터(165)는 RF 전류가 HV 소스(160)에 도달하는 것을 방해한다.
ESC(120)는 보통 전도성 물질, 예를 들어 알루미늄으로 만들어진 ESC 받침대(130)에 의해 지지된다. ESC 받침대(130)는 반응 챔버(110)로 RF 전력의 용량성 결합에 대한 캐소드(cathode) 단자로서 작용하여 플라즈마(112)를 생성하고 유지한다. 애노드(anode) 단자(126)는 유전체(124)에 의해 반응 챔버(110)의 바디로부터 절연된 반응 챔버의 상부에 배치될 수 있다. (도 1a에 도시된 실시예에는 나타나지 않았지만) 용량성 결합에 추가하여, 유도성 코일을 이용하여 RF 전력이 유도성으로 결합될 수 있음을 주의해야 한다.
ESC(120) 및 ESC 받침대(130)는 관통홀(through-hole)(135)을 맞추어, 이를 통해 리프트 핀(137)이 위로 이동하여 웨이퍼(115)의 하면과 접촉한다. 도 1에서, 두 개의 리프트 핀(137a, 137b)을 갖는 리프트 핀 어셈블리(136)는 대응하는 관통홀(135a, 135b)과 나란하게 도시된다. 시스템은 임의의 수의 리프트 핀과 그에 대응하는 관통홀을 포함할 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼(115)가 처리 중에 ESC(120)에 조여질 때, 리프트 핀(137)은 후퇴된 위치에 머무른다. 처리가 끝난 후에는, 리프트 핀(137)이 점차 위로 이동된다. 리프트 핀 어셈블리(136)는 개개의 리프트 핀(137)을 연결하는 연결 부재(140)를 포함할 수 있다. 리프트 핀의 개수와 간격은, 웨이퍼(115)가 ESC(120)의 상면 위로 들어올려질 때 적당하게 그리고 평평하게 지지될 수 있도록 설계된다. 리프트 핀 어셈블리(136)는 리프트 핀 어셈블리(136)의 (상하 화살표(187)로 표시된) 수직 이동을 제어하기 위한 어떠한 타입의 구동 메카니즘도 포함한다. 예를 들어, 구동 메카니즘은 모터(150)를 포함할 수 있다. 벨로우즈(bellows)(145a-b)는 리프트 핀(137a-b)을 진공 밀폐(vacuum-tight) 방식으로 ESC 받침대(130)에 결합한다. 웨이퍼(115)의 잔류 전하 방전을 용이하게 하기 위해, 리프트 핀(137) 및 리프트 핀 연결 부재(140)는 전기적으로 전도성이 되도록 만들어진다. 그러나, 리프트 핀(137)은 DC 전극(125)과 전기적으로 절연된다.
RF 전력은 전기적 커넥터(180)에 의해 ESC 받침대(130)에 접속된 RF 매칭 소자(170)를 경유하여 RF 소스(175)에 의해 공급된다. RF 매칭 소자(170)는 인덕터(182) 및 커패시터(184)를 포함할 수 있다. 전기적 커넥터(186)는 리프트 핀(137a-b)을 ESC 받침대(130)로 접속한다. 도 1a에 나타난 예에서, 전기적 커넥터(186)는 전도성 리프트 핀 연결 부재(140)를 ESC 받침대(130)로 접속한다. 전기적 커넥터(186)는, 관통홀(135)을 가로질러 어떠한 고전압 스파크도 형성되지 않도록 ESC 받침대(130)와 리프트 핀(137)이 동일한 전기적 포텐셜이 되도록 한다.
RF 매칭 소자(170)는 스위치(190)를 포함할 수 있다. 스위치(190)는, (RF 전력이 오프되고 리프트 핀(137)이 웨이퍼(115)의 하면에 접촉할 때) 웨이퍼의 접지로의 방전 경로를 구축하도록 구성된다. 스위치(190)는 접지로의 방전 경로를 차단하거나 구축하기 위해 열리거나 닫힐 수 있는 릴레이일 수 있다. 스위치(190)는 진공 릴레이 또는 어떠한 다른 타입의 릴레이일 수도 있다. 비록 도 1에서는 스위치(190)가 RF 매칭 소자(170)에 포함되도록 나타나 있으나, 스위치(190)는 RF 매칭 소자(170)의 외부에 독립적으로 위치할 수 있다.
RF 소스(175)가 온이고 스위치(190)가 열려 있을 때, 접지로 리턴(return) 방전 경로를 찾기 전에 스위치(190)를 통해 점핑하여 손상시키는 RF 전류의 가능성이 여전히 존재한다는 점을 주의해야 한다. ESC 받침대(130)와 스위치(190) 사이에 인덕터(182)를 배치하는 것과, 인덕터(182)에 대한 올바른 값 및 주파수 응답을 선택하는 것은, RF 전류를 차단함으로써 스위치(190)를 손상시킬 가능성을 막을 수 있다. 예시의 목적으로 도 1a에 단일 인덕터(182)가 도시되어 있지만, RF 소스 임피던스 매칭 및 리턴 RF 전류 차단을 위해 여러 인덕터가 이용될 수 있음을, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 이해할 것이다.
도 1b는 시스템의 다른 실시예(110)를 도시하는데, 이는 도 1a의 처리 챔버(100)와 동일하나, ESC 받침대(130)를 리프트 핀(137a-b)과 접속하는 다른 방식을 묘사한다. 시스템(110)에서, 전기적 커넥터(186)는 전기적 커넥터(180)로부터 분기한다. ESC(130)와 리프트 핀(137a-b)이 동일한 전기적 포텐셜에 있도록 하기 위해 다양한 전기적 접속이 가능하다는 점과, 본 발명이 어떤 특정한 전기적 접속에 의해 제한되지 않는다는 점을, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 이해할 것이다.
도 2는, 본 발명의 시스템의 또 다른 실시예(200)를 도시한다. 시스템(200)은, 동일한 참조 부호로 표시되어 있는 바와 같이, 처리 챔버(100)와 동일한 많은 구성요소들을 포함한다. 처리 챔버(100)와 시스템(200) 사이의 주요 차이는, 스위치(190)가 시스템(200)에 존재하지 않는다는 점이다. 스위치(190) 대신에, 시스템(200)은 웨이퍼(115)에 대한 다른 방전 경로를 구축하도록 구성된 스위치(295)를 포함한다.
스위치(295)는, 닫힐 때, 리프트 핀(137a-b)을 전기적 커넥터(297)를 경유하여 DC 전극(125)으로 결합시킨다. 웨이퍼 처리 후에, RF 소스(175)가 턴오프되고 스위치(295)가 닫힐 때, 리프트 핀이 웨이퍼(115)의 하면에 접촉하기 때문에, DC 전극(125) 및 웨이퍼(115)는 동일한 전기적 포텐셜을 갖게 된다. 다시 말해, DC 전극(125) 및 웨이퍼(115)는 단락되고, 웨이퍼(115)는 방전된다. 스위치(295)는 진공 릴레이 또는 어떤 다른 타입의 릴레이일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들이 이해하는 바와 같이, 디척킹 프로세스의 목표가 단순히 웨이퍼(115)로부터 잔류 전하를 없애는 것이고, 다음 웨이퍼에 대한 디척킹 프로세스를 최적화시킬 목적으로 웨이퍼(115)의 잔류 전하량을 측정하는 것이 필수적인 것이 아니라면, 처리 챔버(100, 110 및 200)는 다른 가능한 해결책을 제공한다. 한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예(300)를 도시하는데, 여기서 웨이퍼(115)의 잔류 전하량이 모니터링된다. 측정된 잔류 전하값은 이후의 웨이퍼에 대한 디척킹 프로세스의 피드포워드 제어를 수행하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 역극성 방전 전압의 크기 및 타이밍은 이전 런으로부터 측정된 잔류 전하에 기초하여 조절될 수 있다.
동일한 참조 부호로 표시되어 있는 바와 같이, 시스템(300)은 처리 챔버(100)와 동일한 많은 구성요소들을 포함한다. 시스템(300)에서 추가적인 요소는 잔류 전하 센서(395), 및 컨트롤러(397)를 포함한다. 점선(396, 398)은, 시스템(300)의 다양한 구성요소들 사이에서 신호의 전달 경로를 표시한다. 예를 들어, 잔류 전하 센서(395)는 현재의 웨이퍼로부터 잔류 전하량을 결정하고, 경로(396)를 경유하여 컨트롤러(397)로 이를 전한다. 컨트롤러(397)는 피드포워드 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러(397)는 역극성 방전 전압의 필요한 크기를 계산하고, 경로(398)를 경유하여 HV 모듈(155)로 적절한 제어 신호를 전송하여 다음 웨이퍼를 디척킹하는 방전 전압 크기 및 타이밍을 조절한다. 비록 도 3에 도시된 실시예에서는 잔류 전하 센서(395) 및 컨트롤러(397)가 분리된 기능 블록으로서 도시되어 있지만, 컨트롤러(397)가 서브시스템으로서 잔류 전하 센서(395)의 모든 구성요소를 포함할 수 있음을, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 이해할 것이다. 예를 들어, 비록 잔류 전하 센서(395)의 일부로 도시되어 있기는 하지만, (도 4a에 도시된) 전압 적분기(410) 또는 (도 5a에 도시된) 고 임피던스 전압 모니터(512)가 컨트롤러(397)에 포함될 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(397)는, 다양한 시스템 및 처리 가스 압력, ESC 온도, RF 전력 파라미터 등과 같은 동작 파라미터를 제어하는 중앙 컨트롤러, 예를 들어 전용 컴퓨터일 수 있다.
스위치(390)는 도 1의 처리 챔버(100)에 도시된 스위치(190)와 유사한 것일 수 있다. 그러나, 스위치(190)와 같이 직접 접지되지 않고, 스위치(390)의 일 단자가, 다른 단이 접지된 잔류 전하 센서(395)의 일단으로 향한다. 잔류 전하 센서(395)의 상세는 도 4a-4c 및 5a-5b를 참조하여서 설명된다. 비록 도 3에 도시되지 않았지만, 만일 시스템이 방전 모드로만 이용되고 어떠한 잔류 전하 모니터링도 필요하지 않다면, (시스템(200)과 유사하게) 스위치(295)를 포함하는 다른 제2 방전 경로가 마찬가지로 시스템(300)에 포함될 수 있음을 주의해야 한다. 그러한 경우에, 잔류 전하가 닫혀진 스위치(295)를 경유하는 바람직한 방전 경로를 갖도록 스위치(390)는 열려진 상태로 유지될 수 있고, 잔류 전하 센서(395)는 회피된다.
도 4a는, 도 3에 도시된 잔류 전하 센서(395)의 한 구성(395a)을 도시한다. 구성 395a는 이를 통해 잔류 전하가 접지로 방전되는 전류 제한 방전 저항(current limiting discharging resistor)일 수 있는 저항(415)과 그 저항(415)에 걸쳐(병렬로 연결된) 전압 적분기(415)를 포함한다. 도 4b는, 저항(416)과 직렬로 인덕터(416)를 포함하는 잔류 전하 센서(395)의 다른 구성(395b)을 도시한다. 인덕터(417)는 있을 수 있는 저항(416)을 통한 전류 서지(surge)를 없앤다. 저항(415)에 병렬로 위치한 전압 적분기(410)는, (RF 오프이고 스위치(390)가 닫힌 상태에서) 웨이퍼(115)가 리프트 핀(137)에 의해 들어올려지는 동안 잔류 전하량을 감지하고 측정한다. 리프트 핀이 웨이퍼(115)를 위로 밀기 때문에, 웨이퍼(115)의 뒷면 중앙 부분과 ESC(120)의 상면 사이의 거리가 증가하는 반면, 웨이퍼의 모서리는 여전히 ESC(120)에 부착되어 있을 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 전압 적분기(410)에 의해 전압 스파이크가 관찰된다. 전압은 시간 t=t1에서 피크값 Vpeak에 도달한다. 다음으로, 웨이퍼(115)가 ESC(120)로부터 떼어지고, 잔류 전하가 리프트 핀(137), 연결 부재(140), 전기적 커넥터(186, 180), 인덕터(182), 닫힌 스위치(390), 인덕터(417), 및 존재한다면 저항(415)을 포함하는 방전 경로를 통해 접지로 배출된다. t=t2에서, 축적된 잔류 전하는 완전하게 사라진다. 일반적으로, 접지로의 전체 잔류 전하 방전이 이루어지는 데에는 단지 수밀리초가 걸린다. 전압 적분기(410)의 전압 응답 곡선(400)에서 음영 면적(450)은 전체 잔류 전하량을 나타낸다.
도 5a는 도 3에 도시된 잔류 전하 센서(395)의 다른 구성(395c)을 도시한다. 구성 395c는 커패시터(514), 커패시터(514)와 병렬인 스위치(520), 및 역시 커패시터(514)와 병렬인 고 임피던스 전압 모니터(512)를 포함한다. 구성 395c에서는, 접지로의 잔류 전하 방전을 하는 것 대신에, 웨이퍼(115)로부터의 잔류 전하가 리프트 핀(137), 연결 부재(140), 전기적 커넥터(186, 180), 인덕터(182) 및 닫힌 스위치(390)를 경유하여 커패시터(514)로 전달된다. 스위치(520)는 커패시터(514)가 충전될 때 열린다. 전압 모니터(512)는 커패시터(514)에 걸린 전압(V)을 측정한다. 전압 모니터(512)의 전압 응답 곡선(500)에 도시된 바와 같이, 커패시터(514)는 t=t1'에서 충전을 개시하고, 시간 t=t2'에서 최대 전압 Vmax에 도달하며, 스위치(520)가 커패시터(514)를 방전하기 위해 닫힐 때까지 그 상태를 유지한다. 도 5b에 도시된 음영 면적(550)은 웨이퍼(115)로부터 커패시터(514)로 이동되는 전체 잔류 전하량을 나타낸다. 일반적으로, 커패시터(514)는 마이크로패럿(microfarads) 범위의 값을 갖는다. 일단 필요한 데이터가 잔류 전하 센서(395c)로부터 수집되고/수집되거나 저장되면, 스위치(520)는 커패시터(514)를 방전시키기 위해 닫힌다. 스위치(520)는 커패시터에 대한 단 하나의 가능한 방전 경로를 나타내는 것으로 도시되어 있다. 다른 방전 경로들이 시스템(300)의 실시예에 포함될 수 있다.
요약하면, 시스템(300)은 초기 작업에서 웨이퍼로부터 제거된 잔류 전하량을 측정하는 것을 가능하게 한다. 다음 런에서는, 상기 잔류 전하 측정에 기초하여 디척킹 전압 파라미터가 조절될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 디척킹 방법(600)의 흐름도를 도시한다. 일례에 의하면, 방법 600은 상술한 하나 또는 그 이상의 시스템에 의해 구현될 수 있다.
방법 600은 610 단계에서 시작하는데, 여기서 웨이퍼는 RF 전력이 온 상태로 반응 챔버 내에서 플라즈마 이용 마이크로 가공(plasma-assisted micro-fabrication) 단계를 이용하여 처리된다.
615 단계에서는, 디척킹 과정이 실행되는데, 이는 ESC의 DC 전극에 역극성 방전 DC 전압을 인가하여 웨이퍼에 축적된 전하를 중성화하는 단계를 포함할 수 있다. 역극성 방전 DC 전압의 파라미터는, 시행착오에 의해, 저장된 이력 데이터를 이용함으로써, 유사하지만 외부적으로 특화된 ESC로부터의 데이터를 이용함으로써, 또는 초기 런에서 다른 실험적인 수단에 의해 결정될 수 있다.
620 단계에서는, RF 전력이 턴 오프된다. 615와 620 단계는 순서상 바뀔 수 있다는 점을 주의해야 한다. 어떤 시스템에서는, 역극성 방전 DC 전압의 인가 중에 플라즈마를 온 상태로 유지하기 위해 RF 전력이 온된다. 다른 시스템에서는, 역극성 방전 DC 전압의 인가 중에 RF 전력과 플라즈마가 오프된다. 그러나, 다음 625 단계로 진행하기 전에 RF 전력이 턴 오프되는 것은 필수적이다.
625 단계에서는, 웨이퍼 상의 잔류 전하에 대한 방전 경로(예를 들어, 접지로 또는 용량 센서로 전하를 이동하는 경로)를 구축하기 위한 준비로 스위치가 닫힌다. 예를 들어, 시스템 300에서, 스위치(390)가 닫힌다. 리프트 핀은 여전히 초기의 후퇴된 위치에 있다.
630 단계에서는, 리프트 핀이 초기의 후퇴된 위치로부터 들어올려져, 웨이퍼의 뒷면에 접촉한다. 이제, 방전 경로가 구축된다.
635 단계에서는, 리프트 핀이 더 들어올려져 웨이퍼를 위로 밀고, 결국에는 ESC의 상면 위로 웨이퍼를 올리게 된다.
640 단계에서는, 잔류 전하 센서를 이용하여 잔류 전하가 감지되고 측정된다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은, 635와 640 단계가 동시에 일어날 수 있다는 점을 이해할 것이다.
645 단계에서는, 잔류 전하량 및 방전 시간(용량 센서의 경우에는 전하 이동)이 계산된다. 이러한 계산값들은 다음에 처리된 웨이퍼에 대한 이후의 디척킹 동작에서 역극성 방전 전압의 크기와 타이밍을 어떻게 할지 결정하는데 활용된다. 피드포워드 제어 루프(650)는 다음 런에서의 역극성 DC 방전 전압 파라미터들을 조절하는데 이용된다.
상기 단계들은 예시의 목적으로만 설명된 것이다. 본 발명의 실시예들은 상기 예시된 단계로 한정되는 것이 아니며, 설명되지는 않았지만, 하나 또는 그 이상의 단계를 건너뛰거나, 추가적인 중간 또는 최종 단계로 나아갈 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 디척킹 프로세스의 효과를 테스트하는데 이용되는 3개의 예시적 전압 조건을 나타낸다. 세 경우 모두, 베어 실리콘 웨이퍼(bare silicon wafer)가 테스트 기판 또는 테스트 웨이퍼로서 이용되었다. C4F8/Oxygen/Argon 플라즈마가 2개의 RF 전력 소스(하나는 60MHz 및 2100W에서 동작하고, 나머지 하나는 2MHz 및 1400W에서 동작함)를 이용하여 형성되었다. 반응 챔버는 30 Torr의 압력 상태에 있다. 상기 테스트 조건은 예시로서 제공된 것이며, 본 발명의 실시예들이 상기 테스트 조건에 의해 한정되는 것이 아니라는 점을, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 이해할 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 테스트 조건 모두에서, 플라즈마 프로세스 중에 DC 전극(125)으로 인가되는 클램핑 전압은 -700V로 설정되었다. 디척킹 프로세스의 시작시, 인가된 클램핑 전압은 -300V의 수정된 값으로 다시 설정되었고, 시간 t=T1까지 유지되었다. 조건 1에서는, 클램핑 전압을 완전히 턴오프하기 전에 (웨이퍼의 잔류 전하로 인한) 부착력을 상쇄(compensation)하기 위해, 일정 시간(T2-T1) 동안 300V의 역극성 전압이 인가된다. 조건 2에서는, 어떠한 역극성 방전 전압도 인가되지 않고, t=T1에서 클램핑 전압이 종료되었다. 조건 3에서는, 디척킹 프로세스 전체에 걸쳐 -300V의 수정된 클램핑 전압이 유지되었다. 디척킹 단계에서 전압의 크기 변화와 T1 및 T2는, 이전 런으로부터 입수할 수 있는 방전 데이터에 기초하여 조절될 수 있다는 점을 주의해야 한다.
상기 3개의 전압 패턴 및 상응하는 리프트 핀 위치 구성을 이용하여 네 가지 테스트가 실시되었다. 도 8의 테이블(800)은 네 가지 테스트로부터의 결과를 설명한다. 테이블(800)로부터 알 수 있는 바와 같이, 가장 좋은 결과는 테스트 1 및 2로부터 획득되었는데, 여기에서 리프트 핀은 웨이퍼를 올리는 동안 접지로 단락되었고, 영(zero) 또는 역극성 방전 전압이 인가되었다. 테스트 1과 테스트 2 모두에서, 웨이퍼는 파손되거나 움직이지 않았다. 테스트 4에서 웨이퍼는 완전히 파손되었는데, 여기에서 클램핑 전압은 종료되었고 리프트 핀은 웨이퍼를 올리는 동안 접지로 단락되지 않았다. 테스트 3에서는, 수정된 클램핑 전압이 온이고 웨이퍼를 올릴 때 리프트 핀이 단락된 상태로, 웨이퍼가 파손되지는 않았지만 상당히 (~2mm 만큼) 밀려갔다.
본 명세서에서 설명된 프로세스 및 기술들은 어떤 특정 장치에 본질적으로 관련된 것은 아니며, 구성요소의 어떠한 적절한 조합에 의해서도 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 더욱이, 다양한 타입의 다목적 소자들이 여기에 설명된 개시 내용에 따라 이용될 수 있다. 또한, 여기에서 설명된 방법 단계들을 수행하기 위해 특화된 장치를 구성하는 것이 이점을 갖는 것으로 입증될 수도 있다. 본 발명은 특정 실시예들과 관련하여 설명되었는데, 이는 한정적이 아닌 예시적인 관점으로 의도된 것이다. 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 다른 조합들이 본 발명을 실시하는데 적합할 것이라는 점을 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 이해할 것이다. 게다가, 여기에 개시된 본 발명의 사양 및 실시를 참조하는 것에 의해 본 발명의 다른 구현들이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다. 설명된 실시예의 다양한 측면 및/또는 요소가 관련 기술에서 단독으로 또는 어떠한 조합 상태로 이용될 수 있다. 상기 사양 및 실시예들은 단지 예시적인 것으로 고려하도록 의도된 것이며, 본 발명의 실제 범위와 사상은 다음 청구범위에 의해 지시된다.
110: 처리 챔버
112: 플라즈마
115: 웨이퍼
120: 정전 척
130: 전도성 받침대
137: 리프트 핀
155: 고전압 모듈
170: RF 매칭 소자
175: RF 소스
182: 인덕터
186: 전기적 커넥터
395: 잔류 전하 센서
397: 컨트롤러

Claims (18)

  1. 무선 주파수(RF) 소스가 플라즈마를 생성하고 유지하여 반응 챔버 내부에서 웨이퍼를 처리하고, 적어도 하나의 전도성 리프트 핀이 웨이퍼를 방전시키기 위해 처리 후 웨이퍼에 접촉하도록 만들어진 반응 챔버 내부에서 정전 척(ESC) 상에 지지되는 웨이퍼를 디척킹하는 시스템에 있어서,
    제1 방전 경로를 경유하여 웨이퍼로부터 방전하는 잔류 전하를 감지하기 위해 제1 방전 경로를 따라 배치된 잔류 전하 센서;
    상기 잔류 전하 센서와 리프트 핀 사이에 결합된 제1 인덕터; 및
    상기 잔류 전하 센서로부터 출력 신호를 수신하고 잔류 전하량을 결정하는 컨트롤러
    를 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 잔류 전하량에 기초하여 제어 신호를 생성하여, 다음 웨이퍼로 인가되는 적어도 하나의 이후 디척킹 동작을 위한 방전 DC 전압 파라미터를 조절하는 피드포워드 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척을 지지하는 전도성 받침대를 더 포함하되, 상기 RF 소스가 상기 전도성 받침대를 통해 상기 반응 챔버로 결합되고, 상기 리프트 핀이 전도성 받침대와 동일한 포텐셜에 있도록 전도성 받침대에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 잔류 전하 센서는 저항 및 상기 저항과 병렬로 연결된 전압 적분기를 포함하되, 상기 잔류 전하 센서는 상기 저항과 직렬로 연결된 제2 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잔류 전하 센서는 커패시터 및 상기 커패시터와 병렬로 연결된 전압 모니터를 포함하되, 상기 잔류 전하 센서는 상기 커패시터에 대한 방전 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 잔류 전하 센서와 상기 제1 인덕터 사이에 제1 스위치가 배치되어, 상기 제1 스위치가 닫힐 때 상기 제1 방전 경로를 구축하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 클램핑 전압을 인가함으로써 반응 챔버의 정전 척 상에 웨이퍼를 척킹하는 단계;
    상기 반응 챔버에 결합된 RF 소스에 의해 형성되고 유지된 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 단계;
    제1 스위치와 반응 챔버 사이에 RF 블로킹 인덕터를 위치시킴으로써 RF 전류가 접지로의 제1 방전 경로를 따라 제1 스위치에 도달하는 것을 차단하는 단계;
    상기 클램핑 전압을 종료하는 단계;
    적어도 하나의 전도성 리프트 핀을 들어올려 웨이퍼의 하면에 접촉하도록 함으로써 상기 제1 방전 경로를 경유하여 웨이퍼로부터 잔류 전하를 방전시키는 단계;
    웨이퍼 상의 잔류 전하를 감지하는 단계;
    잔류 전하량을 결정하여 잔류 전하량과 상관된 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 신호를 이용하여, 다음 웨이퍼로 인가되는 적어도 하나의 이후 디척킹 동작을 위한 방전 DC 전압 파라미터를 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 잔류 전하 결정 단계는, 상기 리프트 핀의 상향 이동 중 방전 저항에 대한 전압-시간 도표 하에서 전체 면적을 평가함으로써 웨이퍼 상의 잔류 전하량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 잔류 전하 결정 단계는, 상기 리프트 핀의 상향 이동 중 상기 제1 방전 경로를 따라 배치된 커패시터로의 전하 이동을 나타내는 전압-시간 도표 하에서 면적을 평가함으로써 웨이퍼 상의 전체 잔류 전하를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 잔류 전하 방전 단계는, 상기 리프트 핀이 웨이퍼의 하면에 접촉하기 전에 상기 리프트 핀과 잔류 전하 센서 사이에 배치된 상기 제1 스위치를 닫는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 웨이퍼를 디척킹하는 시스템에 있어서,
    정전력에 의해 웨이퍼를 홀드하도록 구성된 정전 척(ESC);
    상기 ESC를 지지하는 전도성 받침대;
    상기 전도성 받침대에 결합되어 웨이퍼를 처리하는 플라즈마를 생성하고 유지하는 무선 주파수(RF) 소스;
    상기 웨이퍼를 방전시키기 위해 상기 정전 척의 개구부를 통해 후퇴된 위치로부터 위로 움직이도록 구성되어 웨이퍼의 하면과 접촉하는 적어도 하나의 전도성 리프트 핀; 및
    상기 전도성 리프트 핀을 상기 전도성 받침대에 접속하는 전기적 커넥터;
    제1 방전 경로를 따라 배치되어 웨이퍼로부터 상기 제1 방전 경로를 경유하여 방전되는 잔류 전하를 감지하는 잔류 전하 센서; 및
    상기 잔류 전하 센서로부터 출력 신호를 수신하고 잔류 전하량을 결정하는 컨트롤러
    를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 잔류 전하량에 기초하여 제어 신호를 생성하여 다음 웨이퍼에 인가되는 적어도 하나의 이후 디척킹 동작을 위한 방전 DC 전압 파라미터를 조절하는 피드포워드 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    닫히면, 상기 리프트 핀이 웨이퍼와 접촉할 때 웨이퍼에 대한 상기 제1 방전 경로를 구축하는 제1 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    웨이퍼 처리 중에 무선 주파수 전류가 상기 잔류 전하 센서에 도달하는 것을 차단하는 제1 인덕터를 더 포함하되, 상기 제1 인덕터는 상기 제1 스위치와 상기 리프트 핀 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 잔류 전하 센서는 저항 및 상기 저항과 병렬로 연결된 전압 적분기를 포함하되, 상기 잔류 전하 센서는 상기 저항과 직렬로 연결된 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 잔류 전하 센서는 커패시터 및 상기 커패시터와 병렬로 연결된 고 임피던스 전압 모니터를 포함하되, 상기 잔류 전하 센서는 상기 커패시터에 대한 방전 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 리프트 핀과 고전압 DC 소스 모듈 사이에 위치하되, 상기 리프트 핀이 웨이퍼와 접촉할 때 상기 제1 스위치를 닫음으로써 DC 전극과 웨이퍼를 단락시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
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