KR101205254B1 - 플라즈마 프로세스 동안 정확한 평균 바이어스 보상 전압을판정하는 방법 - Google Patents

플라즈마 프로세스 동안 정확한 평균 바이어스 보상 전압을판정하는 방법 Download PDF

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Abstract

바이폴라 정전척 (ESC) 전압을 인가함으로써 바이폴라 ESC 에 부착된 기판을 제거하는 방법으로서, 현재 기판을 프로세싱한 후 바이폴라 ESC 전압을 중단하는 단계, 프로세싱의 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계를 포함하는 기판 제거 방법이 제공된다. 그 방법은 또한 후속 기판에 대해 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계를 포함한다.
기판 프로세싱, 기판 제거, 바이어스 보상 전압

Description

플라즈마 프로세스 동안 정확한 평균 바이어스 보상 전압을 판정하는 방법{METHOD OF DETERMINING THE CORRECT AVERAGE BIAS COMPENSATION VOLTAGE DURING A PLASMA PROCESS}
발명의 배경
1. 기술분야
본 발명은 유전체 또는 반도체 물질의 프로세싱에 관련된 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유전체 또는 반도체 웨이퍼를 정전척으로부터 분리하는 것에 관련된 것이다.
2. 배경기술
웨이퍼 프로세싱 또는 유리 프로세싱의 프로세스 동안, 정전척 (ESC) 이 반도체 또는 유전체 웨이퍼를 금속 홀더에 클램핑하기 위해 이용된다. ESC 는 금속 홀더에 웨이퍼를 클램핑 또는 고정하기 위해 금속 홀더와 웨이퍼 사이에 정전하가 빌드업되는 캐패시터처럼 동작한다. 반도체 또는 유전체 프로세싱의 프로세스는 웨이퍼에 상당한 양의 전력을 축적한다. 프로세싱하는 동안 웨이퍼를 냉각하기 위해, 웨이퍼로부터 열 싱크로 열을 전달하기 위해 열 전달 매체가 필요하다. 열 싱크는 수냉식 금속 홀더이다. 열 전달 매체는 웨이퍼로부터 수냉식 금속 홀더로 열을 전달할 수 있는 헬륨과 같은 기체이다. ESC 는 금속 홀더에 대해 웨이퍼를 홀딩하기 위해 선호되는 클램핑 디바이스이다. 프로세싱의 완료시에, 웨이퍼는 금속 홀더로부터 제거되어야 한다. 클램핑 힘이 턴오프된 후 ESC 와 웨이퍼 사이에 잔여물 부착 (sticking) 힘이 잔존한다. 이 부착 힘으로 인한 웨이퍼 제거 프로세스는 웨이퍼 "디척킹" 또는 디클램핑으로 칭해진다. 디척킹 프로세스는 각 개별 ESC 에 대한 디척킹 값의 변화 때문에 용이하지 않다. 따라서, 심지어 각 ESC 가 동일 물질을 이용하여 동일 제조자에 의해 제조되었더라도, 하나의 ESC 에 대해 이용되는 디척킹 값이 다른 ESC 에 반드시 작용하는 것은 아니다. 또한, 단일 ESC 는 온도에 의존하는 전기적 특성을 가지며, 특정 온도에서의 척킹 값은 다른 온도에서 동일한 ESC 에 대해 반드시 작용하지는 않는다. 척 마다의 변화, 및 주어진 척의 온도 변화에 추가하여, 최적 디척킹 조건 (극-대-극 전압 크기 보다는 전압 오프셋) 은 또한 프로세싱되고 있는 웨이퍼의 타입에 의존할 수도 있고, 심지어 프로세싱을 실행하는데 이용되는 레시피에 의존할 수도 있다.
따라서, 각 ESC 에 대한 전기적 특성을 고려하는 디척킹 시스템 및 방법이 필요하다.
발명의 요약
대체로, 본 발명은 지능적 방식으로 기판을 디척킹할 수 있는 기판 프로세싱 장치를 제공함으로써 이러한 요구를 충족시킨다. 본 발명은 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 방법을 포함하는 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 명심해야 한다. 본 발명의 다양한 발명적 실시형태들을 후술한다.
일 실시형태에서, 바이폴라 정전척 (ESC) 전압을 인가함으로써 바이폴라 ESC에 부착된 기판을 제거하는 방법이 제공되며, 현재 기판을 프로세싱한 후에 바이폴라 ESC 전압을 중단하는 단계, 및 프로세싱의 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은 후속 기판에 대해 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 바이폴라 정전척 (ESC) 전압을 인가함으로써 바이폴라 ESC 에 부착된 기판을 제거하는 방법이 제공되며, 현재 기판을 프로세싱한 후에 바이폴라 ESC 전압을 중단하는 단계, 및 프로세싱의 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은 기판에 대해 모노폴라 성분 오차를 보상하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 기판을 프로세싱하는 장치가 제공되며, 이는 바이폴라 ESC 전압으로부터의 전기력으로 기판을 홀딩할 수 있는 바이폴라 정전척 (ESC), 및 바이폴라 ESC 전압, 바이어스 보상 전압 및 역 극성 전압 중 하나 이상을 바이폴라 ESC 에 인가할 수 있는 ESC 클램핑 전압 전력 공급원을 포함한다. 또한, 그 장치는 ESC 클램핑 전압 전력 공급원을 관리할 수 있고, 모노폴라 성분 오차를 보상하는 것과 모노폴라 성분 오차를 정정하는 것 중 하나 이상을 할 수 있는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다.
본 발명의 이점은 다양하다. 그중에서도, 명세서에서 설명하는 장치 및 방법은 두 가지 방식 중 한 방식으로 웨이퍼의 지능적이고 효과적인 디척킹을 생성한다. 일 실시형태에서, 바이어스 보상 전압 및/또는 역 극성 전압 (RPV) 의 오차가 판정될 수도 있고, 바이어스 보상 전압 및/또는 역 극성 전압이 후속 웨이 퍼 프로세싱 동작에서 조정되어 오차(들)가 발생하지 않을 수도 있으며, 디척킹이 최적의 방식으로 진행될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 바이어스 보상 전압의 오차는 현재 웨이퍼가 디척킹되기 전에 검출될 수도 있다. 따라서, 바이어스 보상 전압 오차가 검출된 후, 오프셋 전압을 갖는 RPV 가 ESC 에 인가되어 현재 웨이퍼가 최적의 방식으로 디척킹될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태 및 이점들은, 본 발명의 원리들을 예시하는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 첨부도면과 함께 이하의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다. 이 설명을 용이하게 하기 위해, 유사한 인용부호는 유사한 구성요소를 지시한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 측벽을 갖는 챔버에서 웨이퍼에 필름을 적층하거나 웨이퍼를 에칭하는데 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 프로세서를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1 의 프로세싱 챔버에 의해 하우징되는 예시적인 모노폴라 ESC 를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 예시적인 플라즈마 프로세서의 챔버에 이용될 수도 있는 예시적인 바이폴라 ESC 를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 프로세싱 장치를 나타낸다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디척킹을 위한 ESC 전력-온 (power- on) 시에 바이폴라 ESC 로부터의 ESC 방전 전류의 그래프이다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디척킹 프로세스 동안 ESC 전류를 측정한 그래프를 나타내는 영역이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 5 의 역역 G 에서의 전류 스파이크의 확대된 예시 그래프를 나타낸다.
도 7a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 RPV 의 최적 값에 대한 전류 스파이크를 나타낸다.
도 7b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 매우 낮은 RPV 에 대한 음의 전류 스파이크를 나타낸다.
도 7c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 매우 높은 RPV 에 대한 양의 전류 스파이크를 나타낸다.
도 8a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상 전압이 매우 낮은 메인 클램핑 단계 동안 인가되는 가변 고정 바이어스 보상의 전류 방전 스파이크에 대한 효과를 나타낸다.
도 8b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상 전압이 매우 높은 메인 클램핑 단계 동안 인가되는 가변 고정 바이어스 보상의 전류 방전 스파이크에 대한 효과를 나타낸다.
도 9a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상이 매우 낮은 바이폴라 ESC 의 음극 및 양극으로부터의 전류의 전류 방전 프로파일의 확대도를 나타낸다.
도 9b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상이 매우 높은 바이폴라 ESC 의 음극 및 양극으로부터의 전류의 전류 방전 프로파일의 확대도를 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 후속 웨이퍼 프로세싱 동작에서 부정확한 바이어스 보상 전압 및/또는 부정확한 역 극성 전압을 정정하는 방법을 정의하는 흐름도를 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 현재 웨이퍼 프로세싱 동작에서 부정확한 바이어스 보상 전압을 보상하는 방법을 정의하는 흐름도를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
기판을 프로세싱하는 방법 및 장치에 대한 발명을 설명한다. 이하의 설명에서, 다양한 구체적인 세부사항들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명하는 것이다. 그러나, 당업자들은 이러한 구체적인 세부사항의 일부 또는 전부를 생략하고도 본 발명을 실시할 수도 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서, 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 널리 공지된 프로세스 동작은 구체적으로 설명하지 않는다.
이 발명이 몇몇 바람직한 실시형태의 관점에서 설명되지만, 당업자는 이하의 설명을 읽고 도면을 학습하면 본 발명의 다양한 수정, 추가, 변형 및 등가를 실현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 그러한 수정, 추가, 변형, 및 등가를 포함하는 것으로 의도된다.
이 발명은 정전척 (ESC) 에 대한 디척킹 파라미터들을 판정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 디척킹 프로세스 동안, 역 극성 전압이 일정 시간 주기 동안 인가된다. ESC 바이어스 보상 전압이 정확하지 않은 경우 (너무 낮거나 너무 높은 경우), ESC 클램핑 전압은 2 개의 극에 대해 유효하게 상이하고, 동일한 역 극성 전압 크기가 동시에 한 극에 대해서는 너무 높고 다른 극에 대해서는 너무 낮을 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 측벽 (12) 을 갖는 챔버 (10) 에서 웨이퍼에 필름을 적층하거나 웨이퍼를 에칭하는데 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 프로세서를 나타낸다. 웨이퍼를 척킹 또는 디척킹할 수 있는 예시적인 플라즈마 프로세싱 시스템을 설명한다. 챔버 (10) 는 유전체 윈도우 (18) 를 갖는 바닥 엔드 플레이트 (14) 및 최상부 엔드 플레이트 구조 (16) 를 포함하는 진공 챔버일 수도 있다. 이들 외부 표면의 실링에는 종래의 개스킷 (미도시) 이 제공될 수 있다.
플라즈마로 여기될 수 있는 적합한 가스가 가스 소스 (미도시) 로부터 라인 (19), 포트 (20) 및 밸브 (21) 를 통해 챔버 (10) 의 내부로 공급된다. 플라즈마는 이온, 전자, 및 중성입자로 구성된 전기적으로 중성인 이온화된 가스이다. 챔버 (10) 의 내부는 측벽 (12) 의 포트 (22) 에 접속된 진공 펌프에 의해 진공 상태로 유지된다. 당업자는 포트 (22) 가 챔버의 바닥에 위치될 수도 있음을 이해할 것이다. 진공 챔버 (10) 의 가스는 윈도우 (18) 위에 탑재된 플래너 코일 (24) 과 같은 적합한 전기 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기되고, 정합 네트워크 (28) 를 통해 RF 소스 (26) 에 의해 여기된다.
예시적인 정전척 (ESC; 30) 은, 전기 절연 시트 (32) 에 의해 척으로부터 전기적으로 디커플링된 접지된 금속 베이스 (31) 를 포함하는 지지 구조물 상에서 챔버 (10) 에 고정되어 탑재될 수 있으며; 베이스 (31) 는 바닥 엔드 플레이트 (14) 에 고정될 수도 있다. ESC (30) 는 웨이퍼 (34) 를 선택적으로 홀딩하도록 특별히 설계될 수도 있다. 일반적으로, 웨이퍼 (34) 는 반도체 웨이퍼이거나 유리 유전체이거나 또는 임의의 기타 적합한 물질 또는 물질들의 조합이다.
도 2 를 참조하면, 웨이퍼 (34) 에 유효하게 커플링된 예시적인 모노폴라 정전척의 분해도이다. 척킹 프로세스 (예를 들어, 웨이퍼 클램핑 프로세스) 및 디척킹 프로세스 (예를 들어, 웨이퍼 디클램핑 프로세스) 동안, 센서 (38) 는 전극 (36) 과 전압 소스 (42) 사이의 ESC 전기적 특성을 감시할 수 있다. 제한하는 것이 아닌 예시로서, 센서 (38) 에 의해 감시되는 ESC 전기적 특성은 전극 (36) 과 전압 소스 (42) 사이의 전류일 수 있다. 따라서, 예에서, 센서 (38) 는 전류를 측정하도록 구성된 전류계일 수도 있다. 또한, 센서 (38) 는 전압, 저항, 캐패시턴스, 인덕턴스, 임피던스 및 임의의 기타 그러한 전기적 특성과 같은 다른 ESC 전기적 특성일 수도 있다. 센서 (38) 는 전극 (36) 과 소스 (42) 의 단자 (40) 사이에 배치될 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 컴퓨터는 센서 (38) 로부터의 출력을 수신하도록 구성되고 ESC (30) 에 인가되는 척킹 및 디척킹 힘을 제어한다.
도 1 을 참조하면, 웨이퍼 (34) 의 온도는, 적절한 소스 (미도시) 로부터 도관 (44) 및 밸브 (45) 를 통해 ESC (30) 를 통해 웨이퍼 후면으로, 즉 프로세싱 챔버 (10) 에서 이온에 노출되지 않는 웨이퍼 면으로 헬륨 가스를 공급함으로써, 그리고 적합한 소스 (미도시) 로부터 도관 (47) 및 밸브 (49) 를 통해 ESC (30) 로 냉각제 액체 (coolant liquid) 를 공급함으로써 제어된다. 웨이퍼 (34) 의 후면에 인가되는 가스 압력은, ESC (30) 와 웨이퍼 (34) 사이에 부착 힘이 거의 없는 경우 웨이퍼 (34) 를 ESC (30) 와 떨어지도록 밀기에 충분하다. 헬륨 가스는 웨이퍼와 ESC (30) 사이에 열을 전달함으로써 웨이퍼 (34) 를 냉각한다. ESC (30) 는, 도관 (47) 을 통한 액체 냉각 흐름 때문에 상대적으로 냉각 열 싱크 역할을 한다. ESC (30) 의 주 목적은 웨이퍼의 온도를 제어하는 것이다. 또한, "온도 제어" 는 웨이퍼 냉각 또는 웨이퍼 가열을 모두 의미할 수도 있다.
웨이퍼 (34) 의 후면은, 척면의 홈이난 부분을 제외하고는 ESC (30) 의 평평한 플내너면과 접경한다. ESC (30) 는 웨이퍼 (34) 에 힘을 인가하여, 웨이퍼의 노출된 표면이 평평하고 ESC 평평한 플래너 면에 실질적으로 평행한 평면에 놓인다. 또한, ESC (30) 는 헬륨 가스가 웨이퍼 (34) 의 후면의 상당한 부분과 접촉하도록 구성된다.
동작 동안, 웨이퍼 (34) 는 소스 (42) 로부터 생성되는 클램핑 전압에 의해 ESC (30) 에 클램핑 또는 척킹된다. 예시적인 웨이퍼 (34) 에 저장된 전하는 웨이퍼가 ESC (30) 로부터 제거되는 것을 방지하기에 충분히 크기 때문에, 웨이퍼 (34) 에 저장되어 남아있는 잔여 전하를 제거하기 위해 역 극성 전압이 ESC (30) 에 인가된다. 따라서, 역 극성 전압은 전력 소스 (42) 에 의해 생성되고 웨이퍼 (34) 의 잔여 전하를 취소하기 위해 특정 시간 주기 동안 인가된다. ESC 로부터 웨이퍼 (34) 를 제거하는 프로세스는 "디척킹"으로 지칭된다.
컴퓨터 시스템 (50) 은 마이크로프로세서 (52), 랜덤 액세스 메모리 (RAM; 54), 및 리드 온니 메모리 (ROM; 56) 를 포함하고, 소스 (42) 에 의해 구동되는 시변 (time varinn) 전압의 크기, 밸브 (21, 45 및 49) 의 개방 및 폐쇄, 및 RF 소스 (26) 의 턴온 및 턴오프 및 정합 네트워크 (28) 의 리액티브 임피던스를 제어한다. 마이크로프로세서 (52) 는 ROM (56) 에 저장된 프로그램, RAM (54) 에 저장된 신호 값, 및 센서 (38) 에 의해 검지된 펄스 전류의 진폭에 응답하여 밸브 (21, 45, 49), 고전압 소스 (42) 및 RF 소스 (26) 를 제어한다. 또한, 마이크로프로세서 (52) 는, 적합한 트랜스듀서 (미도시) 에 의해 구동되는 바와 같이, (1) 소스 (26) 의 출력 전력 및 (2) 소스로 반사되는 전력에 응답하여 정합 네트워크 (28) 의 리액턴스를 제어한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1 의 프로세싱 챔버 (10) 에 의해 하우징되는 예시적인 모노폴라 ESC (60) 를 나타낸다. ESC (60) 는 프로그래핑된 DC 소스 (42) 의 고전압 단자 (40) 에 접속된다. 챔버 (10) 에서 웨이퍼 (34) 의 초기 프로세싱 동안, 단자 (40) 에서의 전압은 수천 볼트에 도달할 수 있다. ESC (60) 의 경우, 전압 소스 (42) 는, 단자 (40) 가 접지 전압에 상대적으로 음 또는 양 전압이 되도록 구성될 수도 있다. 또한, 이온 에너지 제어를 위해 무선 주파수 (RF) 바이어스 전압이 척 (60) 에 인가된다. 그 때문에, RF 소스 (61) 는 정합 네트워크 (62) 및 직렬 DC 차단 캐패시터 (63) 를 통해 ESC (60) 의 금속 베이스 (64) 에 접속된다. 매우 이동적인 (mobile) 플라즈마 전자가 낮은 이동성의 무거운 플라즈마 이온에 비해 훨씬 더 ESC 에 끌리기 때문에, RF 전압은 웨이퍼 (34) 가 음의 DC 전압으로 대전되게 한다. 전극 (36) 의 전단, 즉 플레이트에서 웨이퍼 (34) 에 가장 가까운 면은, 바람직하게는 플레이트 (36) 전면을 완전히 피복하는 층으로서 형성되는 전기적 저항 물질 (65) 로 피복된다. 플레이트 (36) 의 잔여부분 (remainder) 은 세라믹 물질로 제조되는 것이 바람직한 절연층 (66) 에 의해 둘러싸여진다. 절연층 (66) 은 금속 베이스 (64) 에 본딩된다. 금속 베이스 (64) 의 온도는 금속 베이스 (64) 의 채널 (47) 을 통해 가열/냉각 액체를 흘림으로써 제어된다.
웨이퍼 (34) 가 저항층 (65) 에 배치된 후, DC 전압 소스 (42) 는 논-제로 값, 통상적으로는 수백 볼트 내지 수천 볼트 범위의 값으로 턴온된다. 그 후, 열 전달 가스가 도관 (44) 을 통해 웨이퍼 (34) 와 저항층 (65) 사이의 갭으로 공급된다.
동작에서, 프로그램가능 DC 전력 공급원 (42) 이 결합된 후, 전하가 전류계 (38) 및 RF 필터 네트워크 (68) 를 통해 전극 (36) 으로 흐른다. 전극 (36) 을 통해 이동한 후, 전하는 저항층 (65) 을 통해, 그 후 저항층 (65) 과 웨이퍼 (34) 사이의 접촉을 통해 진행한다. 웨이퍼 (34) 로부터, 전하는 플라즈마를 통해 챔버벽 (미도시) 으로 진행하고, 프로그램가능 DC 전력 공급원 (42) 으로 되돌아 온다. 저항층 (65) 과 웨이퍼 (34) 사이의 접촉을 통한 전하 흐름은 자유 전하의 흐름 및 변위 전하의 흐름을 포함한다. 저항층 (65) 과 웨이퍼 (34) 사이의 변위 전하의 흐름은 전극 (36) 및 저항층 (65) 에 일정한 극성의 네트 (net) 전하를 남기고, 웨이퍼 (34) 에 반대 극성의 네트 전하를 남긴다. 반대 극성의 2 개의 네트 전하들 사이의 인력은 웨이퍼 (34) 를 ESC (60) 에 클램핑한다.
디척킹 프로세스 동안, 프로그램가능 DC 전압 공급원 (42) 으로부터의 역 극성 전압의 인가는 저항층 (65) 을 통한 전류의 역 흐름을 가속시킨다. 일 실시형태에서, 역 극성 전압은 가변 주기 시간 동안 특정 크기로 인가된다. 대체 실시형태에서, 역 극성 전압은 특정 시간 주기 동안 가변 크기로 인가된다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 플라즈마 프로세서의 챔버 (10) 에서 이용될 수도 있는 예시적인 바이폴라 ESC (80) 를 나타낸다. 예시적인 바이폴라 ESC (80) 는 유전체층 (82 및 83) 내에 내장된 제 1 플레이트 (81) 및 유전체층 (85 및 86) 내에 내장된 제 2 플레이트 (84) 를 포함한다. 척킹 전압이 전력 공급원 (87 및 88) 을 통해 2 개의 전극에 인가될 때, 전극들 사이에 그리고 웨이퍼 (미도시) 를 통해 작은 전류가 흘러서 2 개의 플레이트 (81 및 84) 의 표면에 반대 전하가 축적된다. 이 전하들은 바이폴라 ESC (80) 와 웨이퍼 (미도시) 사이에 정전기적 효과를 확립한다. 전력 공급원은 도 1 에 나타낸 컴퓨터 시스템 (70) 에 유효하게 커플링되는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
도 4 내지 도 11 을 참조하여 이하에 설명하는 장치 및 방법을 이용하여, 프로세스 동안 평균 바이어스 보상 전압이 너무 높거나 너무 낮은지 판정할 수 있다. 바이폴라 ESC 는, 웨이퍼와 ESC 의 양극 사이의 캐패시터, 및 웨이퍼와 ESC 의 음극 사이의 캐피시터인 2 개의 캐패시터로 고려될 수 있다. 통상적으로 2 개의 캐패시터의 값은 동일하다. 바이어스 보상 전압이 웨이퍼 바이어스 전압과 동일한 경우, 프로세스 동안 2 개의 캐패시터에 저장되는 전하량은 동일하다. 바이어스 보상 전압이 웨이퍼 바이어스 전압과 동일하지 않은 경우, 2 개의 캐패시터의 전하는 동일하지 않을 것이며, 프로세스의 종료시 한 방전 전류가 다른 것보다 더 클 것이다 (플라즈마가 온인 것을 가정시). 어느 방전 전류가 더 크고 어느 방전 전류가 더 작은지는 바이어스 보상 전압이 웨이퍼 바이어스 전압에 비해 너무 크거나 너무 작은지 여부에 의존할 것이다. 이 방법에서, 바이어스 보상 오차는 디척킹하는 동안 검출될 수 있다. 따라서, 후속 웨이퍼 프로세싱 동작에 대해, 예를 들어, ESC 바이어스 보상 전압 오차와 같은 모노폴라 성분 오차는, ESC 바이어스 보상 전압을 조정하고, ESC 역 극성 전압을 변화시키고, 그리고/또는 후속 웨이퍼에 인가되는 오프셋 ESC 전압을 조정함으로써, 디척킹하는 동안 정정될 수 있다.
다른 실시형태에서, 바이어스 보상 오차는 디척킹이 발생하기 이전에 검출될 수 있다. ESC 의 음극 및 양극으로부터의 방전 전류는 ESC 가 파워다운된 후 그러나 RPV 가 인가되기 이전에 초기 검출될 수 있다. 바이폴라 ESC 로부터 음극과 양극 사이에 전류 방전을 비교함으로써, 바이어스 보상 전압이 너무 낮거나 너무 높은지 여부를 판정할 수 있다. 그러한 상황에서, 오프셋 전압이 인가되어, 양극 및 음극에 인가되는 유효한 RPV 가 바이어스 보상을 위해 조정될 수도 있다. 또한, 바이어스 보상 전압 오차는, ESC 바이어스 보상 전압을 조정하고, ESC 역 극성 전압을 조정하고, 그리고/또는 ESC 오프셋 전압을 조정함으로써 후속 웨이퍼에 대해 정정될 수도 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 프로세싱 장치 (100) 를 나타낸다. 일 실시형태에서, 웨이퍼 프로세싱 장치 (200) 는 바이폴라 정전척 (ESC; 208) 에 의해 홀딩되는 웨이퍼 (202) 를 포함한다. ESC (208) 는, 그것을 통해 전압이 인가되어 웨이퍼 (202) 를 ESC (208) 에 클램핑하는 정전기장을 생성하는 음극 (204) 및 양극 (206) 을 포함한다. ESC (208) 는, 과도한 디척킹력을 이용하지 않는 최적의 방식으로 웨이퍼 (204) 를 디척킹하기 위해 본 명세서에 개시된 방법을 구현할 수 있는 임의의 적합한 정전척 구성일 수도 있다. 도 4 에 나타낸 실시형태에서, ESC (208) 는, 캐패시터 (310 및 312) 의 일부일 수도 있으며, 여기서, 극 (204 및 206) 은 각각 캐패시터 (312 및 310) 의 전도성 플레이트이다. 그러한 구성에서, 웨이퍼 (204) 는 캐패시터 (310 및 312) 의 다른 전도성 플레이트일 수도 있으며, ESC (208) 를 형성하는 물질의 폭 (300) 및 ESC (208) 와 웨이퍼 (204) 사이의 갭 (302) 은 캐패시터의 유전체일 수 있다.
극 (204 및 206) 은 각각 전류계 (210a 및 210b) 에 접속될 수도 있다. 전류계 (210a 및 210b) 는 극 (204 및 206) 과의 사이에 흐르는 전류량을 검출할 수 있다. 또한, 전류계 (210a 및 210b) 는 릴레이 시스템 (250) 에 접속될 수도 있다. 릴레이 시스템 (250) 은 ESC 클램핑 전압 전력 공급원 (ESC CVPS; 216) 으로부터의 양의 전압 출력 (228) 및 음의 전압 출력 (230) 과 전류계 (210) 를 접속시킬 수 있는 스위치 (212 및 214) 를 포함할 수 있다. 전압의 극성을 스위칭하기 위한 릴레이 시스템 (250) 을 이용함으로써, ESC CVPS (216) 는 클램핑 전압 및 역 극성 전압 (클램핑 전압에 비교했을 때) 을 양극 (206) 및 음극 (204) 각각에 인가할 수 있다. 따라서, 일 실시형태에서, ESC CVPS (216) 로부터의 음의 출력 (230) 은 음전하를 음극 (206) 에 인가할 수 있고, 양의 출력 (228) 은 양전하를 양극 (204) 에 인가할 수 있다.
CVPS (216) 는 임의의 적합한 양 및 타입의 전압을 ESC (208) 에 인가할 수 있다. 일 실시형태에서, CVPS 는 (예를 들어, 웨이퍼 에칭과 같은) 웨이퍼 프로세싱을 위해 ESC (208) 에 RF ESC 바이어스 전압 공급원 (266) 으로부터의 RF 전압을 인가할 수 있고, 웨이퍼 클램핑용 DC 전압, 및 에칭 동작 동안 웨이퍼 표면의 전하 빌드업으로부터 야기되는 전압 클램핑 불균일성의 보상을 통해 향상된 웨이퍼 클램핑을 위해 바이어스 보상 전력 공급원 (260) 으로부터의 바이어스 보상 전압을 인가할 수 있다. 아쉽게도, 바이어스 보상 전압이 다양한 이유로 부정확한 시간이 존재하고, 그 전압 불균일성을 정정할 필요가 존재한다.
RF 전압으로부터 야기되는 웨이퍼에 대한 음의 DC 전압은 웨이퍼 바이어스 전압으로 칭해진다. 웨이퍼 바이어스 전압의 존재는 ESC 극과 웨이퍼 사이의 전압 차이를 변화시킨다. 바이폴라 ESC 의 경우, 그것은 한 극에 대해 전압 차이를 더 크게 하고, 다른 극에 대해 더 작게 한다. 이들 전압 차이를 상수로 유지하기 위해, ESC 전압은 "바이어스 보상 전압"으로 칭해지는 양만큼 변화되며, 여기서, 바이어스 보상 전압의 값은 진정한 웨이퍼 바이어스 전압에 근사하도록 선택된다. 이상적인 바이폴라 ESC 에서, 웨이퍼의 양전하 및 음전하 (각각, ESC 의 음극 및 양극에 위치하는) 는, 정확하게 동일한 크기를 가져서 웨이퍼에 네트 전하는 존재하지 않는다. 바이어스 보상의 오차 (즉, 진정한 웨이퍼 바이어스 전압과 정확하게 동일하지 않은 바이어스 보상 전압) 은 양극과 음극 사이의 불균형 및 웨이퍼의 0 이 아닌 (non-zero) 네트 전하를 야기한다. 이 0 이 아닌 네트 전하는 웨이퍼 부착 (sticking) 의 원인일 수 있다. 바이어스 보상 전압의 정확도를 향상시킴으로써, 웨이퍼 부착의 이 소스는 제거될 수 있고 웨이퍼 디척킹이 향상될 수 있다.
또한, CVPS (216) 는 액티브 디척킹 프로세스 동안, 양의 역 극성 전압 (RPV; 218) 및 음의 RPV (220) 를 출력할 수 있다. 역 극성 전압은 극 (204 및 206) 에 인가되어 캐패시터 (310) 로부터의 전류 방전이 소비되는데 요구되는 시간을 감소시킬 수도 있다. 일 실시형태에서, 릴레이 (250) 내의 스위치 (212 및 214), 음의 출력 (230) 을 통해 출력된 양의 RPV (220) 가 양극 (204) 에 인가될 수도 있고, 양의 출력 (228) 을 통해 출력된 음의 RPV (218) 가 음극 (206) 에 인가될 수 있도록 변화될 수도 있다.
또한, ESC CVPS (216) 는, ESC CVPS (216) 에 바이어스 보상 전압을 생성하는데 이용되는 전압을 공급할 수 있는 바이어스 보상 전력 공급원 (260) 에 접속될 수도 있다. ESC CVPS (216) 는 또한 척킹/디척킹 프로세스를 관리할 수 있는, 따라서 ESC CVPS (216) 를 통해 극 (204 및 206) 에 특정 전압이 인가되어야 할 때를 판정할 수 있는 컴퓨터 (262) 에 접속된다. 컴퓨터 (262) 는, 웨이퍼 척킹 및 디척킹의 상태를 경험적으로 나타낼 수 있는 그래프 (264) 를 생성할 수 있다. 일 실시형태에서, 컴퓨터는, 도 5a 내지 9b 에 나타낸 바와 같이, 척킹 및/또는 디척킹 프로세스 동안, 전류계 (210) 로부터의 방전 데이터 및 전류 인가를 프로세 싱하여 극 (204 및 206) 으로부터의 전류 방전의 시간에 대한 그래프를 생성할 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼 에칭 동작과 같은 웨이퍼 프로세싱 동안, RF 전압이 양극 (204) 및 음극 (206) 에 인가될 수도 있다. RF 전압은 당업자에게 공지된 임의의 적합한 방식으로 인가될 수도 있다. 플라즈마와 함께 RF 전압의 인가는 음전하를 웨이퍼 표면에 제공할 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 이러한 웨이퍼 표면에 대한 음전하의 인가는 웨이퍼에 불균형 클램핑 전압 (예를 들어, 극 (204 및 206) 에서 상이한 클램핑 전압) 을 생성할 수 있는 웨이퍼 바이어스 전압을 생성할 수 있다. 웨이퍼 바이어스 전압을 부정하기 위해, 웨이퍼 바이어스 전압과 동일한 바이어스 보상 전압이 극 (204 및 206) 에 인가될 수 있다. 불행하게도, 바이어스 보상 전압은 종종 웨이퍼 프로세싱 조건 제어의 난이성 및 변경으로 인해 부정확하며, 따라서, 바이어스 보상 전압은 종종 웨이퍼 바이어스 전압을 완벽하게 보상 (또는 과보상) 하지 않는다. 또한, 디척킹 프로세스 동안 극 (204 및 206) 에 인가되는 RPV 는 도 7a 내지 7c 에 나타낸 바와 같이 부정확할 수도 있다.
일 실시형태에서, 바이어스 보상 오차 및/또는 인가된 RPV 의 효과는 웨이퍼 (202) 가 디척킹될 때 검출될 수 있다. 웨이퍼 프로세싱 상황의 일 예에서, 디척킹이 발생할 때, 2 개의 캐패시터 (310 및 312) 의 전하는 동일하지 않을 것이며, 프로세스 종료시 하나의 방전 전류는 다른 방전 전류보다 더 클 것이다. 전기 방전에 관한 데이터가, 양극 (206) 및 음극 (204) 으로부터의 전기 방전을 도시할 수 있는 컴퓨터 (262) 에 전송될 수 있다. 따라서, 도 7a 내지 9b 를 참조하여 후술하는 바와 같이, 바이어스 보상 전압 오차 및/또는 인가되는 RPV 의 크기의 오차는 디척킹 프로세스 동안 검출될 수 있다. 이 방식으로, 컴퓨터 및/또는 사용자는 바이어스 보상 전압 및/또는 시스템에 인가되는 RPV 가 너무 낮거나 너무 높은지 여부를 판정할 수 있고, 그 후, 바이어스 보상 전력 공급원 (260) 을 조정하여 정확한 보상 전압을 인가하고 그리고/또는 RPV (218 및 220) 를 조정하여 후속 웨이퍼에 인가되는 RPV 를 정정할 수 있다. 따라서, 디척킹 동안 ESC 전류 방전을 조사함으로써, 바이어스 보상 전압 및/또는 RPV 는 디척킹을 최적화하기 위해 후속 웨이퍼에 대해 조정될 수도 있다.
따라서, 바이어스 보상 전압이 매우 낮은 경우, 바이어스 보상 전압은 후속 웨이퍼 동작에 대해 증가될 수도 있다. 역으로, 바이어스 보상 전압이 매우 높은 경우, 바이어스 보상 전압은 후속 웨이퍼 동작에 대해 감소될 수도 있다. 또한, RPV 오차에 관하여, 디척킹 프로세스 동안 RPV 가 너무 낮은 것으로 발견될 때, RPV 는 후속 웨이퍼 프로세싱 동작에 대해 증가될 수도 있다. 또한, 디척킹 프로세스 동안 RPV 가 너무 높은 것으로 발견될 때, RPV 는 후속 웨이퍼 프로세싱 동작에 대해 증가될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 바이어스 보상 오차는, ESC 전력이 턴오프된 후 그리고 RPV 가 양극 (206) 및 음극 (204) 에 인가되기 이전에 검출될 수 있다. 일 실시형태에서, 바이어스 보상 오차는, ESC 가 턴오프된 후 그리고 RPV 가 인가되기 이전에 극 (204 및 206) 으로부터의 전류 방전을 조사함으로써 검출될 수 있다. 그러한 비교는 도 9a 및 9b 를 참조하여 전술한 바와 같이, 양극 (206) 및 음극으로부터의 전류 방전의 그래프를 조사함으로써 만들어질 수 있다. 이 실시형태에서, 전류 방전 판독이 취해지는 웨이퍼 (202) 는 ESC (208) 의 한 극이 ESC (208) 의 다른 극에 비해 상이한 RPV 가 인가되도록 오프셋 전압에 의해 전기적으로 프로세싱될 수 있다. 따라서, 바이어스 보상 정정의 한 방법에서, 도 9a 및 9b 에 나타낸 ESC 전류 방전의 그래프가 도시되고 바이어스 보상 전압이 정확하지 않음이 발견될 때, 바이어스 보상 전압의 효과는 오프셋 전압 극 (204 및 206) 으로 RPV 를 인가함으로써 정정될 수 있다. 오프셋 전압을 갖는 RPV 는, 바이어스 보상 전압 오차의 효과를 정정할 수 있는 임의의 적합한 방식으로 인가될 수도 있다. 일 실시형태에서, 오프셋 전압을 갖는 RPV 는 양극 (206) 및 음극 (204) 에 상이한 RPV 전압을 인가함으로써 인가될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 극 (204 및 206) 에 의해 인가되는 동일하지 않은 클램핑 전압을 정정하기 위해, 추가적인 오프셋 전압이 극 (204 및 206) 에 인가될 수도 있는 반면 (상이한 극에 상이한 전압), 동일한 크기의 RPV 가 극 (204 및 206) 에 인가될 수도 있다.
ESC (208) 의 구성은 특성상 예시적인 것이고, 디척킹 프로세스 동안 웨이퍼의 상이한 부분에 불균일한 클램핑 전압이 존재할 때 발생하는 양극 및 음극으로부터의 전류 방전 스파이크를 감소시키기 위해 명세서에서 설명하는 방법론을 구현할 수 있는 임의의 적합한 타입의 웨이퍼 프로세싱 장치 (100) 가 이용될 수도 있다. 결과적으로, 양극 (206) 및 음극 (204) 에 인가되는 전압이 명세서에서 설명하는 바와 같이 관리되고 제어될 수도 있는 한, 장치 (100) 의 구성은 임의의 적합한 설계 및 구성일 수도 있다.
도 5a 내지 9b 는 바이폴라 ESC 의 음극 및 양극으로부터의 ESC 전류 방전을 시간에 대해 도시한 컴퓨터로 생성한 그래프를 나타낸다. 양극 및 음극으로부터의 방전의 극성이 동일한 것으로 나타내었지만, 실제적으로 극성은 서로 반대이다 (예를 들어, 그래프에서 극성이 이용된 경우, 2 개의 극에 대한 전류 방전의 그래프가 서로의 거울 이미지에 가까울 것이다). 2 개의 극으로부터 전류 방전의 크기 차이를 잘 나타내기 위해 (y-축의 동일한 측에 곡선이 위치하도록) 곡선들은 동일한 극성을 갖는 것으로 나타내었다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 ESC 전력온에서부터 디척킹까지 바이폴라 ESC 로부터의 ESC 방전 전류의 그래프 (270) 를 나타낸다. 일 실시형태에서, 그래프 (270) 는 ESC 전력이 턴온되는 포인트 (272) 에서 시작한다. ESC 전력이 턴온된 후 극들 중 하나로부터의 전류는 영역 (280) 에 도달할 때까지 상대적으로 상수이다. 영역 (280) 은 ESC 전력이 턴오프되고 디척킹 프로세스가 발생할 때 ESC 의 양극 및 음극으로부터 발생하는 전류 방전 변동을 나타낸다. 영역 (280) 은 도 5b 를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디척킹 프로세스 동안 측정된 ESC 전류의 그래프를 나타내는 영역 (280) 을 나타낸다. 영역 A 는 척킹된 웨이퍼에 대한 정상 상태 ESC 전류에 상응한다. 영역 B 에서, ESC 전압 (예를 들어, DC 클램핑 전압) 은 턴오프되고, 따라서 바이폴라 ESC 시스템에서 제 1 극 및 제 2 극에 대한 DC 전압을 정지시킨다. 영역 B 에서, 전류 및 전류 크기는 0 으로 감쇄하기 시작한다.
일 실시형태에서, 도 9a 및 9b 를 참조하여 구체적으로 설명한 바와 같이, 바이어스 보상 전압이 너무 높거나 너무 낮은지 판정하기 위해, 제 1 극 (예를 들어, 양극) 및 제 2 극 (예를 들어, 음극) 의 각각에 대한 전류 방전 그래프가 조사될 수 있다. 바이어스 보상 전압이 정확하지 않은 경우, 상이한 클램핑 전압이 제 1 극 및 제 2 극에 존재할 수 있다. 따라서, 바이어스 보상 전압이 영역 B 에서 부정확한 것으로 발견되는 경우, 오프셋 전압을 갖는 RPV 전압은 제 1 극 및/또는 제 2 극에 인가되어 바이어스 보상 전압을 보상할 수 있다.
일 실시형태에서, 영역 C 에서, ESC 전류를 최대 음의 전류 크기로 구동하는 RPV 가 인가된다. 그 후, 음의 전류 크기는 RPV 가 인가되는 동안 정상 상태 음의 값으로 감쇄하기 시작한다. 영역 D 에서, RPV 가 인가되고 있는 동안 스파이크가 생성된다. 영역 D 의 스파이크는 웨이퍼와 ESC 사이의 잔여 헬륨 압력에 의해 유발되는 웨이퍼의 이동에 상응한다. "D" 에서의 전류 스파이크는 디척킹 프로세스에 어느 정도의 웨이퍼 마다의 편차를 도입한다. 이때 웨이퍼 밑의 헬륨 압력이 충분히 낮은 경우, 스파이크 "D" 는 회피될 수도 있다. 영역 E 에서, RPV 는 턴오프된다. 디척킹 조건 및 파라미터에 따라, 영역 H 에서 전류는 양 또는 음인 일정 값으로 가고, 그 후, 0 을 향해 감쇄하기 시작한다.
영역 G 에서, 웨이퍼가 리프트될 수 있고 전류 스파이크가 발생한다. 영역 G 에서의 전류 스파이크 측정은 바이어스 보상 전압 및/또는 RPV 가 너무 높거나 너무 낮은지 여부를 나타낸다. 일 실시형태에서, 바이어스 보상 전압이 부 정확한지 여부는 도 8a 내지 8b 를 참조하여 전술한 전류 방전에 대한 그래프를 조사함으로써 판정될 수 있다. 다른 실시형태에서, RPV 가 부정확한지 여부는 도 7a 내지 7c 를 참조하여 전술한 2 개의 극으로부터의 전류 방전에 대한 그래프를 조사함으로써 판정될 수 있다. 따라서, 영역 G 에서 전류 스파이크를 조사함으로써, 후속 웨이퍼에 대한 바이어스 전압이 조정되어 스파이크가 발생하지 않을 수도 있다. 스파이크가 발생하지 않는 경우, 바이어스 보상 전압은 정확하며, 웨이퍼를 디클램핑하기 위해 추가적인 힘이 필요없다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 5 의 영역 G 에서의 전류 스파이크의 확대된 예시적인 그래프를 나타낸다. 그래프는 너무 높은 디척킹 파라미터 (예컨대, 바이어스 보상 전압, RPV 등), 너무 낮은 디척킹 파라미터, 및 정확한 디척킹 파라미터에 관련된 결과를 나타낸다. 전류 방전 스파이크가 0 에 가까울 때 디척킹 파라미터가 정확하다. 일 실시형태에서, 양의 전류를 갖는 전류 스파이크는 너무 높은 디척킹 파라미터 (예를 들어, RPV 가 너무 높은 경우) 로부터 야기될 수 있다. 한편, 음의 전류를 갖는 전류 스파이크는 너무 낮은 디척킹 파라미터 (예를 들어, RPV 가 너무 낮은 경우) 로부터 야기될 수 있다. 적합한 디척킹 파라미터는 영역 G 에서 전류 스파이크를 거의 생성하지 않는다.
도 7a 내지 7c 를 참조하면, ESC 전력이 턴오프된 후 ESC 전류 방전을 도시하는 곡선을 나타내었다. 이러한 예에서, ESC 전류 스파이크는 웨이퍼가 리프터 핀 (lifter pins) 에서 들려질 때 발생하고, 이것은 ESC 역 극성 전압 (RPV) 이 너무 높거나 너무 낮거나 또는 정확한 것을 나타낸다. 도 7a 내지 7c 의 전류 스파이크는, 헬륨 라이즈 (rise) 테스트 동안 후측 헬륨 압력 (예를 들어, 4 torr) 이 웨이퍼를 움직이게 할 때 발생한다. 일 실시형태에서, 그러한 테스트 조건은 0 C, 1500 V 홀딩 전압, 프로세싱 동작 동안 고정 바이어스 보상, 및 5 초의 역 극성 전압 인가 시간일 수 있다. 도 7a 내지 7c 의 그래프의 분석은 도 5b 를 참조하여 나타낸 영역 (290) 의 전류 방전을 나타낸다. 따라서, 도 7a 내지 7c 와 같은 그래프로부터 유도되는 바이어스 보상 전압이 너무 낮거나 너무 높은지 여부의 분석들은 후속 기판에 대한 바이어스 보상 전압을 조정하는데 이용될 수 있다. 도 7a 내지 7c (및 도 8a 및 8b) 의 그래프는 도 5b 를 참조하여 전술한 바와 같이 영역 G 에 상응한다. 또한, 도 7a 내지 9b 를 참조하여 전술한 그래프들은 한 전류가 반전되고 한 전류는 반전되지 않은 것을 나타낸다. 즉, 양 전류가 모두 그래프에서 양으로 나타난 경우, 2 개 중 하나는 실제로 음이다. 그래프에서의 스파이크는 웨이퍼의 기계적 이동에 기인하여 발생한다. 따라서, 웨이퍼와 ESC 극 사이의 공간이 증가되어 웨이퍼 극과 ESC 사이의 캐패시턴스를 감소시킨다. 본 발명의 일 실시형태에서, 웨이퍼 이동은 웨이퍼를 약간 리프팅하는 헬륨 가스 압력에 의해 유발될 수도 있다. 전류 #1 은 양극으로부터의 전류 방전이고, 전류 #2 는 바이폴라 ESC 의 음극으로부터의 전류 방전이다.
도 7a 는 본 발명의 일 실시형태에서 따라 RPV 의 최적 값에 대한 전류 스파이크를 나타낸다. 일 실시형태에서, 1650 V 의 RPV 가 도 7a 에 나타낸 곡선을 생성하기 위해 이용된다. 이 실시형태에서, 후방 헬륨 압력이 웨이퍼를 헬륨 라이즈 시간 테스트 동안 움직이게 할 때, 전류 스파이크가 측정된다. 그러한 경우, 웨이퍼가 ESC 로부터 디척킹될 때, 움직이고 있는 캐패시터의 플레이트 중 하나에 기인하는 전기적 변화는, RPV 가 인가되고 난 후에도 웨이퍼에 클램핑 전압이 여전히 존재할 때, 스파이크를 생성한다. 도 7a 는 RPV 가 실질적으로 정확하여 도시된 바와 같이 전류 방전 곡선에서 최소의 스파이크를 생성하는 상황을 나타낸다.
도 7b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 너무 낮은 RPV 에 대한 음의 전류 스파이크를 나타낸다. 일 실시형태에서, 1450 V 의 RPV 가 도 7c 의 곡선을 생성하기 위해 이용되었다. RPV 가 너무 높은 경우 (또는, 다르게 표현하면, RPV 가 웨이퍼를 디클램핑하기에 충분히 높지 않은 경우), 전류 방전 곡선의 전류 스파이크는 음이고 또한 도 7a 를 참조하여 나타낸 스파이크보다 이후에 발생한다.
도 7c 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 너무 높은 RPV 에 대한 양의 전류 스파이크를 나타낸다. 일 실시형태에서, 도 7c 에 나타낸 바와 같은 곡선을 생성하기 위해 1850 V 의 RPV 가 이용되었다. RPV 가 너무 높은 경우 (또는 다르게 표현하면, RPV 가 웨이퍼를 디클램핑 하는데 충분한 이상으로 높은 경우), 전류 방전 곡성의 전류 스파이크는 양이고, 또한 도 7a 를 참조하여 나타낸 전류 스파이크보다 이후에 발생한다. 따라서, 후속 웨이퍼를 프로세싱할 때, 예를 들어, 도 7a 내지 7c 에 나타낸 것과 같은 그래프는 부정확한 RPV 를 나타내고, 그 후, 최적 디척킹을 생성하기 위해 적당한 RPV 를 달성하도록 RPV 가 조정될 수도 있다.
도 8a 내지 8b 의 그래프의 분석은, 웨이퍼 디척킹 시퀀스 동안, 도 5b 를 참조하여 나타낸 영역 (290) 의 전류 방전을 나타낸다. 따라서, 후속 웨이퍼에 대한 바이어스 보상 전압을 조정하기 위해, 도 8a 내지 8b 에 나타낸 것과 같은 그래프로부터 유도되는 바이어스 보상 전압이 너무 낮거나 너무 높은지 여부의 분석이 이용될 수 있다.
도 8a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상 전압이 너무 낮은 메인 클램핑 단계 동안 인가되는 가변 고정 바이어스 보상의 전류 방전 스파이크에 대한 효과를 나타낸다. 바이어스 보상이 너무 낮은 경우, ESC 전류 I1 은 양의 스파이크를 가질 것이고, ESC 전류 I2 는 음의 스파이크를 가질 것이다.
도 8b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상 전압이 너무 높은 메인 클램핑 단계 동안 인가되는 가변 고정 바이어스 보상의 전류 방전 스파이크에 대한 효과를 나타낸다. 바이어스 보상이 너무 높은 경우, ESC 전류 I1 은 음의 스파이크를 가질 것이고, ESC 전류 I2 는 양의 스파이크를 가질 것이다. 일 실시형태에서, 바이어스 보상 전압을 조정하기 위해 승수 인자가 이용될 수도 있다. 에칭 동작에서 특정 RF 전압이 소정 양의 웨이퍼 바이어스 전압을 생성할 수 있기 때문에, 웨이퍼 바이어스 전압을 추정하기 위해 시스템에 인가되는 RF 전압은 상수에 의해 곱해질 수도 있다. 바이어스 보상 전압은 웨이퍼 바이어스 전압과 동일해야 하기 때문에, RF 전압과 곱해지는 상수를 변경함으로써, 바이어스 보상 전압이 적당하게 조정될 수도 있다. 따라서, 바이어스 보상 전압이 너무 낮거나 너무 높게 발견되는지 여부에 따라 상수는 감소되거나 증가될 수도 있다.
바이어스 보상 전압 및 RPV 가 모두 틀린 경우, 그 결과로서의 전류 스파이 크 신호는, 1) 도 8a 내지 8b 를 참조하여 설명한 케이스, 및 2) 도 7a 내지 7c 에서 설명한 케이스의 조합일 것이다. 영역 (290) 의 전류 방전의 스파이크가 동일한 크기를 갖는 동일한 방향인 경우 (도 7b 및 7c 에 나타낸 바와 같이), RPV 는 부정확하다. 스파이크들이 동일한 크기를 갖는 상이한 방향인 경우 (도 8a 및 8b 에 나타낸 바와 같이), 바이어스 보상 전압은 오프되었다. 스파이크들이 동일하거나 반대 방향에서 상이한 크기를 갖는 경우, RPV 및 바이어스 보상 전압은 모두 부정확했다.
후술하는 도 9a 및 9b 는 디척킹 이전에 부정확한 바이어스 보상을 판정하기 위해 이용될 수 있으며, 따라서, 웨이퍼의 디척킹이 발생하기 이전에 바이어스 보상의 정정을 가능하게 한다. 이 전류 방전 그래프는 ESC 의 전력 오프 이후 및 RPV 가 인가되기 이전에 발생한다.
도 9a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상이 너무 낮은, 바이폴라 ESC 로부터의 음극 및 양극으로부터의 전류들의 전류 방전 프로파일의 확대도를 나타낸다. 도 9a 의 도면에 따르면, ESC 전압이 턴오프된 후, 음극 감쇄 전류 (500) 의 크기는 양극 감쇄 전류 (502) 의 크기보다 더 크다. 이것은 음극 ESC 홀딩 전압 크기가 양극 홀딩 전압 크기보다 더 큰 것을 의미하고, 따라서, ESC 바이어스 보상 전압이 너무 낮은것을 (너무 음인 것을) 의미한다.
도 9b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 바이어스 보상이 너무 낮은, 바이폴라 ESC 로부터의 음극 및 양극으로부터의 전류들의 전류 방전 프로파일의 확대도를 나타낸다. 도 9b 의 그래프에 따르면, ESC 전압이 턴오프된 후, 양극 감쇄 전류 (502) 의 크기는 음극 감쇄 전류 (500) 의 크기보다 더 크다. 이것은 양극 ESC 홀딩 전압 크기가 음극 홀딩 전압 크기보다 더 큰 것을 의미하고, 따라서, ESC 바이어스 보상 전압이 너무 높은것을 (너무 양인 것을) 의미한다.
도 9a 및 9b 로부터의 전류 방전 판독은 ESC 전력 오프 후 RPV 인가 전에 발생하기 때문에, 예를 들어, 도 9a 및 9b 와 같은 측정값으로부터의 판독에 따라 양극 및 음극에 오프셋이 인가될 수도 있다. 그 결과, 바이어스 보상 오차는 RPV 인가 이전에 검출될 수 있기 때문에, 판독이 발생하는 동일한 웨이퍼가 동일한 오프셋 전압을 갖는 RPV 의 인가를 가져 디척킹 동작을 강화한다. 일 실시형태에서, 오프셋 전압의 값은 전류 (502) 및 전류 (500) 사이의 전류차로부터 판독된다. 양극 방전과 음의 방전 전류 사이의 차의 양의 값은 바이어스 보상 전압이 너무 낮은 (예를 들어, 너무 음인) 것을 나타낸다. 양극 방전 전류와 음극 방전 전류 사이의 차의 음의 값은 바이어스 보상 전압이 너무 높은 (너무 양인) 것을 나타낸다. 오프셋 전압의 값은 도 9a 및 9b 의 그래프에서 측정되는 바와 같이 전압 오프 단계 동안 측정된 전류 차이로부터 판독될 수도 있다. 따라서, 사용자는 후속 웨이퍼가 너무 낮거나 너무 높은 바이어스 보상에 대해 정정될 때까지 대기할 필요가 없다.
이하, 도 10 및 11 은 모노폴라 성분 오차를 고정시키거나 또는 보상하는 예시적인 방법론을 설명한다. 모노폴라 성분 오차는 웨이퍼에 0 이 아닌 네트 전하를 야기하는 임의의 타입의 오차를 포함한다. 모노폴라 성분 오차는 바이어스 보상 오차, 바이폴라 ESC 전압 공급원으로부터의 동일하지 않은 전압 출력, ESC의 양극 및 음극으로부터의 웨이퍼에 대한 동일하지 않은 캐패시턴스를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 바이어스 보상 오차는 가장 중요한 모노폴라 성분 오차이다. 여기서 개시하는 방법론은 모노폴라 성분 오차 (예를 들어, 바이어스 보상 오차) 를 정정 또는 보상할 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 후속 웨이퍼 프로세싱 동작에서 부정확한 바이어스 보상 전압 및/또는 부정확한 역 극성 전압을 정정하는 방법을 정의하는 흐름도 (300) 를 나타낸다. 그 방법은, 바이폴라 ESC 에 인가되는 바이폴라 정전척 (ESC) 전압으로 웨이퍼에 대해 플라즈마 프로세스를 실행하고, 웨이퍼 바이어스 전압을 보상하기 위해 바이폴라 정전척 (ESC) 에 바이어스 보상 전압을 인가하는 동작 (320) 을 포함한다. 동작 (320) 이후에, 그 방법은, 바이폴라 ESC 전압을 턴오프하는 동작 (322) 으로 진행한다. 그 후, 동작 (324) 은 바이폴라 ESC 의 제 1 극 및 제 2 극 각각에 역 극성 전압을 인가한다. 동작 (324) 이후에, 그 방법은 웨이퍼가 디척킹되는 동작 (326) 으로 진행한다. 그 후, 동작 (328) 은 역 극성 전압이 인가되기 이전에, 제 1 극으로부터의 제 1 방전 전류와 제 2 극으로부터의 제 2 방전 전류 사이의 차이를 판정한다. 웨이퍼가 약간 이동했을 때 발생하는 전류 스파이크는 디척킹된 후에 측정될 수 있다. 그 움직임은 ESC 리프터 핀이 웨이퍼를 들어올렸거나, 또는 바람직하게는, 웨이퍼와 ESC 사이의 적은 양의 헬륨 압력 때문일 수 있다. 스파이크는, 웨이퍼가 이동할 수 있을 정도로 충분하게 디척킹되었을 때, 그러나 여전히 약간의 잔여 전기 전하를 갖고 있을 때 발생할 수도 있다. 이러한 스파이크들의 예는 도 7b, 7c, 8a, 및 8b 에 주어져 있다. 동작 (328) 이후에, 그 방법은, 바이어스 보상 전압 및/또는 역 극성 전압이 부정확한지 여부를 판정하는 동작 (330) 으로 진행한다. 동작 (330) 에서, 후속 웨이퍼에 대해 RPV 를 조정하기 위해 전류 스파이크들의 합이 조사되며, 후속 웨이퍼에 대해 메인 단계 바이어스 보상 전압을 조정하기 위해 전류 스파이크의 차가 조사될 수도 있다. 이 동작에서, 전류 스파이크의 극성 및 크기를 판정하기 위해, 예를 들어, 도 7b 내지 8b 에 나타낸 것과 같은 그래프가 조사될 수도 있다. 동작 (332) 은 후속 웨이퍼 플라즈마 프로세스에서 ESC 바이어스 보상 전압, ESC 역 극성 전압, 및 ESC 오프셋 전압 중 하나 이상을 조정한다. 예를 들어, 도 7b 내지 8b 에 나타낸 것과 같은 그래프에서 스파이크들의 크기 및 극성에 포함된 정보는, 1) 후속 웨이퍼에 대해 ESC 역 극성 크기 (극-대-극) 를 조정하고; 2) 후속 웨이퍼에 대해 메인 프로세스 동안 ESC 바이어스 보상 전압을 조정하고; 그리고/또는 3) 후속 웨이퍼에 대한 디척킹 시퀀스 동안 ESC 오프셋 전압을 조정하는데 이용될 수도 있다.
도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 현재 웨이퍼 프로세싱 동작에서 부정확한 바이어스 보상 전압을 보상하는 방법을 정의하는 흐름도 (400) 를 나타낸다. 그 방법은, 바이폴라 ESC 에 인가되는 바이폴라 정전척 (ESC) 전압으로 웨이퍼에 대해 플라즈마 프로세스를 실행하고, 웨이퍼 바이어스 전압을 보상하기 위해 바이폴라 정전척 (ESC) 에 바이어스 보상 전압을 인가하는 동작 (402) 에서 시작한다. 동작 (402) 이후에, 그 방법은, 플라즈마 프로세스의 종료시에 저전력 디척킹 플라즈마로 전환 (transition) 하는 동작 (404) 으로 진행한다. 동작 (406) 은 바이폴라 ESC 전압을 턴오프시킨다. 동작 (406) 은 저전력 상태에서 플라즈마가 안정화된 후에 발생할 수 있다. 동작 (406) 은 임의의 적합한 양의 시간을 취할 수도 있다. 일 실시형태에서, 동작 (406) 은 약 2 초 동안 지속되고 플라즈마를 온 시킨다. 이 시점에서, 제 1 ESC 감쇄 전류 및 제 2 ESC 감쇄 전류가 ESC 역 극성 전압이 인가된 후에 측정된다. 이 감쇄 전류들은 도 9a 및 9b 에 나타나 있으며, 단일 극에 대한 예는 또한 도 5b 의 영역 "B" 에 나타나 있다. 동작 (406) 이후에, 그 방법은, 제 1 극으로부터의 제 1 방전 전류와 제 2 극으로부터의 제 2 방전 전류 사이의 차이를 판정하는 동작 (408) 으로 진행한다. 도 10 을 참조하여 설명한 방법과 흐름도 (400) 에서 설명한 방법의 첫번째 차이는, ESC 감쇄 전류가 역 극성 전압이 인가되기 전에 측정된다는 점이고, 두번째 차이는 전류 "스파이크" 를 조사하는 것과 달리 ESC 감쇄 전류 측정은 웨이퍼를 이동시킬 필요가 없다는 점이다. 동작 (410) 은 제 1 방전 전류와 제 2 방전 전류 사이의 차이를 조사함으로써 바이어스 보상 전압이 부정확한지 여부를 판정한다. 제 1 방전 전류와 제 2 방전 전류 사이의 차이의 값이 클수록 바이어스 보상 전압이 너무 낮은 (예를 들어, 너무 음인) 것을 나타낸다. 제 1 방전 전류와 제 2 방전 전류의 차이의 값이 작을수록, 바이어스 보상 전압이 너무 높은 (너무 양인) 것을 나타낸다. 동작 (410) 이후에, 그 방법은, 역 극성 전압이 인가되기 전에 부정확한 바이어스 보상 전압을 보상하는 선택적인 동작 (412) 으로 진행한다. 동작 (412) 은 2 개의 감쇄 전류의 상대적인 크기에 포함되는 정보의 조사를 포함하며, 이는 동일한 웨이퍼에 대한 디척킹 시퀀스 동안 ESC 오프셋 전압을 조정하는데 이용될 수도 있다. 따라서, 바이어스 보상 전압이 너무 높거나 너무 낮은 것으로 발견되는 경우, 그 오차를 정정할 수 있는 ESC 오프셋 전압이 인가될 수도 있다. 선택적인 동작 (412) 이후에, 선택적인 동작 (414) 은 후속 웨이퍼 동작을 위해 부정확한 바이어스 보상 전압을 정정한다. 일 실시형태에서, 2 개의 감쇄 전류의 상대적인 크기에 포함된 정보는 후속 웨이퍼를 위해 ESC 오프셋 전압을 정정하는데 이용될 수도 있다. 동작 (414) 의 다른 실시형태에서, 2 개의 감쇄 전류의 상대적인 크기에 포함된 정보는 후속 웨이퍼에 대한 메인 프로세스 동안 ESC 바이어스 보상 전압을 조정하는데 이용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 동작 (412) 또는 동작 (414) 중 하나 이상이 웨이퍼 디척킹 동작을 최적화하기 위해 수행된다. 다른 실시형태에서, 동작 (412 및 414) 모두가 수행될 수도 있다.
발명의 특정 실시형태를 예를 들고 설명하였지만, 청구범위에서 정의하는 발명의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 구체적으로 예를 들고 설명한 실시형태들의 세부사항을 변경할 수 있음이 자명하다.
이 발명은 몇몇 바람직한 실시형태의 관점에서 설명하였지만, 명세서를 읽고 도면을 학습한 당업자는 발명의 다양한 수정, 추가, 변형, 및 등가물을 실현할 것이다. 따라서, 본 발명은 발명의 진정한 사상 및 범위에 속하는 그러한 모든 수정, 추가, 변형, 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 바이폴라 정전척 (ESC) 전압을 인가함으로써 바이폴라 ESC 에 부착된 기판을 제거하는 방법으로서,
    현재 기판을 프로세싱한 후 상기 바이폴라 ESC 전압을 중단하는 단계;
    상기 프로세싱의 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계; 및
    후속 기판에 대해 상기 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노폴라 성분 오차는 바이어스 전압 보상 오차를 포함하는, 기판 제거 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계는 디척킹하는 동안 상기 ESC 의 양극으로부터의 제 1 전기 방전 스파이크 및 상기 ESC 의 음극으로부터의 제 2 전기 방전 스파이크를 조사하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 후속 기판에 대해 상기 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계는, 바이어스 보상 전압이 웨이퍼 바이어스 전압보다 낮은 경우 상기 바이어스 보상 전압을 증가시키고 상기 바이어스 보상 전압이 상기 웨이퍼 바이어스 전압보다 높은 경우 상기 바이어스 보상 전압을 감소시키는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    디척킹하는 동안 역 극성 전압 오차를 검출하는 단계를 더 포함하는, 기판 제거 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 역 극성 전압 오차를 검출하는 단계는 디척킹하는 동안 상기 ESC 의 양극 및 상기 ESC 의 음극으로부터의 전류 스파이크들을 검출하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 역 극성 전압 오차를 검출하는 단계는 상기 역 극성 전압이 최적값보다 낮은 경우 상기 역 극성 전압을 증가시키고 상기 역 극성 전압이 상기 최적값보다 높은 경우 상기 역 극성 전압을 감소시키는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압 보상 오차를 판정하는 단계는, 상기 바이폴라 ESC 전압을 중단한 후 그리고 역 극성 전압을 인가하기 전에, 상기 ESC 의 양극으로부터의 제 1 전기 방전 및 상기 ESC 의 음극으로부터의 제 2 전기 방전을 조사하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  9. 바이폴라 정전척 (ESC) 전압을 인가함으로써 바이폴라 ESC 에 부착된 기판을 제거하는 방법으로서,
    현재 기판을 프로세싱한 후 상기 바이폴라 ESC 전압을 중단하는 단계;
    상기 프로세싱의 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계; 및
    상기 기판에 대해 상기 모노폴라 성분 오차를 보상하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모노폴라 성분 오차를 판정하는 단계는, 상기 바이폴라 ESC 에 역 극성 전압이 인가되기 이전에 바이어스 보상 전압 오차를 판정하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스 보상 전압 오차를 판정하는 단계는, 상기 바이폴라 ESC 전압을 중단한 후 그리고 역 극성 전압을 인가하기 전에, 상기 ESC 의 양극으로부터의 제 1 전기 방전 및 상기 ESC 의 음극으로부터의 제 2 전기 방전을 조사하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 바이어스 보상 전압 오차를 판정하는 단계는, 상기 제 1 전기 방전과 상기 제 2 전기 방전 사이의 전류 차이를 계산하는 단계, 및 상기 제 1 전기 방전과 상기 제 2 전기 방전 사이의 전류 차이가 양의 값일 때 바이어스 보상 전압이 낮은 것으로 판정하고, 상기 제 1 전기 방전과 상기 제 2 전기 방전 사이의 전류 차이가 음의 값일 때 바이어스 보상 전압이 높은 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는, 기판 제거 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판에 대해 상기 모노폴라 성분 오차를 보상하는 단계는 상기 ESC 에 인가될 오프셋 전압의 값을 판정하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 ESC 에 인가될 상기 오프셋 전압의 값을 판정하는 단계는, 상기 바이폴라 ESC 전압을 중단한 후 그리고 역 극성 전압을 인가하기 전에, 상기 ESC 의 양극으로부터의 제 1 전기 방전과 상기 ESC 의 음극으로부터의 제 2 전기 방전 사이의 전류 차이를 판정하는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    후속 웨이퍼 프로세스에서 상기 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계를 더 포함하는, 기판 제거 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 후속 웨이퍼 프로세스에서 상기 모노폴라 성분 오차를 정정하는 단계는, 바이어스 보상 전압이 웨이퍼 바이어스 전압보다 낮은 경우 상기 바이어스 보상 전압을 증가시키고 상기 바이어스 보상 전압이 상기 웨이퍼 바이어스 전압보다 높은 경우 상기 바이어스 보상 전압을 감소시키는 단계를 포함하는, 기판 제거 방법.
  17. 바이폴라 정전척 (ESC) 전압으로부터의 전기력으로 기판을 홀딩할 수 있는 바이폴라 ESC;
    상기 바이폴라 ESC 전압, 바이어스 보상 전압, 및 역 극성 전압 중 하나 이상을 상기 바이폴라 ESC 에 인가할 수 있는 ESC 클램핑 전압 전력 공급원; 및
    상기 ESC 클램핑 전압 전력 공급원을 관리할 수 있고, 그리고 모노폴라 성분 오차의 보상 및 상기 모노폴라 성분 오차의 정정 중 하나 이상을 할 수 있는 컴퓨팅 디바이스를 포함하는, 기판 프로세싱 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 ESC 클램핑 전압 전력 공급원에 상기 바이어스 보상 전압을 공급할 수 있는 바이어스 보상 전력 공급원을 더 포함하는, 기판 프로세싱 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 디바이스는 또한 역 극성 전압 오차를 정정할 수 있는, 기판 프로세싱 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 모노폴라 성분 오차는 바이어스 보상 오차를 포함하는, 기판 프로세싱 장치.
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