KR20010039900A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

설계 변경 및 스루풋(throughput)의 저하를 수반하지 않고 피처리체 반출시의 이상 방전을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 에칭 장치(100)의 처리실(102) 내부의 하부 전극(106)상에 탑재된 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 실시한다. 처리 종료 후, 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 정전척(108)에 인가하는 고압 직류 전압을 반대극성으로 전환한다. 게이트 밸브(G)를 개방하고, 처리실(102)과 연통하는 반송실(200) 내부로부터 N2를 유입시킨다. 처리실(102) 내부의 압력이 상승하고, 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 완만하게 자기 방전한다. 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치로부터 반송위치로 강하시키고, 웨이퍼(W)를 리프터 핀(130)에 의해서 정전척(108)의 척면에서 떼어내도, 웨이퍼(W)와 도전성 리프터 핀(130) 사이에서 이상 방전이 발생하지 않는다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING MACHINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래의 반도체 장치의 제조공정에서는 에칭 장치가 사용되고 있다. 에칭 장치로서는 처리실 내부에 상부 전극과 하부 전극을 대향 배치한 플라즈마 에칭 장치가 널리 사용되고 있다. 상기 에칭 장치에서는 하부 전극에 고주파 전력을 인가함으로써, 처리실 내부에 도입된 처리 가스가 플라즈마화 된다. 이러한 구성에 의해, 하부 전극상에 탑재된 피처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 칭함)에 플라즈마 에칭 처리가 실시된다.
또한, 처리가 실시된 웨이퍼는 다음과 같이 하여 처리실 내부로부터 반출된다. 우선, 처리실 내부를 처리시의 감압 분위기하에 유지한 상태로, 하부 전극을 상부 전극 근방의 플라즈마 처리위치로부터 하방의 웨이퍼 반송위치까지 강하시킨다. 또한, 웨이퍼를 흡착 유지하는 정전척으로 고압 직류 전압을 인가하는 것을 중단한다. 이어서, 하부 전극이 반송위치로 완전히 내려간 후에 리프터 핀을 상승시켜, 웨이퍼를 탑재면으로부터 떼어냄과 동시에 탑재면 상방에 배치한다. 그 후에 처리실과 반송실을 연결하는 게이트 밸브를 개방하고, 웨이퍼를 처리실 내부에서 반송실 내부로 반출하고 있다.
그런데, 정전척은 도전성 박막을 절연성 박막으로 협지하여 이루어진다. 따라서, 정전척상에 탑재된 웨이퍼는 접지로부터 절연된다. 이러한 상태로 플라즈마 처리를 실행하면, 처리 종료 후에도 웨이퍼에 남아있는 전하가 정전척에 의해 달아나지 못하고 잔류한다. 또한, 상기 장치에서는 하부 전극을 반송위치까지 강하시킨 후에 웨이퍼의 반출을 실행한다. 따라서, 하부 전극 상의 웨이퍼와 상부 전극과의 거리는 하부 전극의 강하에 따라 길어진다. 그리고, 잔류 전하에 의한 웨이퍼와 상부 전극 사이의 전압은 웨이퍼와 상부 전극 사이의 거리가 증가함에 따라서 커진다. 예컨대, 플라즈마 처리위치에 배치된 웨이퍼와 상부 전극 사이의 거리와, 반송위치에 배치된 웨이퍼와 상부 전극 사이의 거리의 차가 4배인 경우에는,
V= (Q·d)/(S·ε)
의 식으로부터 구할 수 있듯이, 반송위치에 배치되었을 때에 웨이퍼와 상부 전극 사이의 전압이 5배 정도까지 상승한다. 또한, 상기 식 중 V는 웨이퍼와 상부 전극 사이의 전압이고, Q는 웨이퍼의 잔류 전하이며, d는 웨이퍼와 상부 전극 사이의 거리이며, S는 웨이퍼의 표면적이며, ε는 유전률(誘電率)이다. 그 결과, 게이트 밸브의 개방에 의해 반송실 내부의 가스가 처리실 내부로 유입하면, 웨이퍼와 도전성 리프터 핀 사이에서 국소적으로 방전하여, 웨이퍼가 손상되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 문제점은 마이크로 파형 플라즈마 에칭 장치나 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치 등과 같이, 하부 전극의 탑재면과 대향하는 처리실 내벽이 유전체벽으로 이루어지는 경우에도 발생한다.
또한, 종래에 하부 전극을 반송위치로 강하시키기 전에 미리 처리실 내부에 불활성 가스를 도입하고, 웨이퍼의 잔류 전하를 자기 방전시켜 상기 이상 방전을 방지하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 불활성 가스를 처리 가스의 공급계로부터 도입한 경우에는 단 시간에 대량의 불활성 가스를 도입하는 것이 곤란하고, 스루풋이 저하하는 문제점이 있다. 또한, 불활성 가스를 전용 가스 공급계로부터 도입하는 경우에는 새롭게 가스 공급계를 설치하지 않으면 안된다. 그 결과, 장치 구성의 변경이 필요하게 되어, 초기 비용의 증가를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 상기 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하는 것이 가능한 신규하고 개량된 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명과 같이, 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 처리시에 감압 분위기하에 유지되는 플라즈마 처리실과, 플라즈마 처리실 내부에 배치되어 피처리체를 탑재할 수 있게 구성됨과 동시에 위쪽의 플라즈마 처리위치와 하방의 반송위치 사이를 이동할 수 있도록 구성되는 전극과, 전극의 탑재면에 설치되어 고압 직류 전압의 인가에 의해 피처리체를 착탈가능하게 흡착 유지하는 정전척과, 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되고 플라즈마 처리실과의 사이에서 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과, 플라즈마 처리실과 반송실을 개폐 가능하도록 기밀하게 접속하는 개폐 수단과, 플라즈마 처리 종료 후, 전극을 플라즈마 처리위치로부터 반송위치에 도달시킬 때까지 개폐 수단을 개방하여 반송실 내부의 가스를 플라즈마 처리실 내부에 도입하는 제어를 실행하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 후부터 전극이 반송위치로 완전히 내려오기 전까지 개폐 수단을 개방하여, 반송실 내부의 높은 압력의 가스를 플라즈마 처리실 내부에 도입할 수 있다. 이 때문에, 예컨대 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에서는 하부 전극과 대향하는 상부 전극과 피처리체 사이의 전압이 커지기 전에 피처리체의 잔류 전하를 완만하게 자기 방전시켜 제거할 수 있다. 또한, 예컨대 마이크로 파형 플라즈마 처리 장치와 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서는 전극과 대향하는 유전체벽 등의 천정판과 피처리체 사이의 전압이 커지기 전에, 피처리체의 잔류 전하를 상기와 같이 제거할 수 있다. 그 결과, 반송위치로 완전히 내려간 전극으로부터 피처리체를 떼어낸 경우에도 이상 방전이 발생하지 않고, 피처리체의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 반송실 내부에는 개폐 수단 개방시에 플라즈마 처리실 내부로부터의 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해서, 일반적으로 플라즈마 처리실 내부보다 높은 압력의 가스가 항상 대유량으로 도입되고 있다. 또한, 플라즈마 처리실 내부와 반송실 내부를 연통하는 피처리체의 반입 반출구는 피처리체를 유지한 반송 수단이 통과할 수 있도록 비교적 크게 형성되어 있다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 장치 구성의 큰 설계 변경을 수반하지 않고, 플라즈마 처리실 내부에 상기 가스를 짧은 시간 안에 도입할 수 있다. 그 결과, 가스 도입시에 전극의 이동속도를 저하시킬 필요가 없으며, 스루풋의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 초기 비용의 증가를 억제할 수 있음과 동시에, 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 제어 수단에, 예컨대 청구항 2에 기재된 발명과 같이, 개폐 수단의 개방 직후까지, 정전척에 대하여 피처리체의 흡착 유지시에 인가한 고압 직류 전압과 반대극성인 고압 직류 전압을 인가하는 제어를 실행하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 상기 반대극성의 고압 직류 전압의 인가에 의해, 피처리체의 잔류 전하의 자기 방전을 보다 쉽게 일어나게 할 수 있다. 그 결과, 잔류 전하를 억제할 수 있다. 이 때문에, 정전척으로부터 피처리체를 용이하게 분리할 수 있게 되어, 이물질의 발생을 막을 수 있다. 또한, 피처리체에서 이상 방전의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 청구항 12에 기재된 발명과 같이, 플라즈마 처리실 내부에 배치되는 전극의 탑재면에 피처리체를 탑재하고, 전극의 탑재면에 설치된 정전척에 고압 직류 전압을 인가하여 피처리체를 흡착 유지하고, 감압 분위기 하에서 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 플라즈마 처리 종료 후에 전극을 상방의 플라즈마 처리위치로부터 하방의 반송위치로 이동시키는 공정과, 전극이 반송위치에 도달할 때까지 플라즈마 처리실 사이에서 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과 플라즈마 처리실을 개폐가 가능하도록 접속하는 개폐 수단을 개방하여, 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지된 반송실 내부의 가스를 플라즈마 처리실 내부로 도입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 종료 후로부터 전극이 반송위치에 도달하기 전까지, 반송실 내부의 고압의 가스를 플라즈마 처리실 내부로 도입하여 플라즈마 처리실 내부의 압력을 상승시킬 수 있다. 이 때문에, 피처리체와 상부 전극, 또는 유전체벽 사이의 전압이 커지기 전에 피처리체의 잔류 전하를 제거할 수 있어, 피처리체의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 예컨대 청구항 13에 기재된 발명과 같이, 개폐 수단의 개방 직후까지 정전척에 대하여 피처리체의 흡착 유지시에 인가한 고압 직류 전압의 반대극성의 고압 직류 전압을 인가하는 공정을 포함하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 피처리체의 잔류 전하의 자기 방전을 한층 더 촉진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용가능한 에칭 장치를 도시한 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 도시한 에칭 장치의 웨이퍼 반출 공정을 설명하기 위한 개략적인 타임 차트도,
도 3은 도 1에 도시한 에칭 장치에 적용가능한 다른 웨이퍼 반출 공정을 설명하기 위한 개략적인 타임 차트도,
도 4는 본 발명을 적용가능한 다른 에칭 장치를 도시한 개략적인 단면도,
도 5는 도 4에 도시한 에칭 장치의 웨이퍼 반출 공정을 설명하기 위한 개략적인 타임 차트도.
*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*
102 : 처리실 106 : 하부 전극
108 : 정전 척 110 : 고압 직류 전원
112 : 제어기 130 : 리프터 핀
136 : 상부 전극 200 : 반송실
204 : 불활성 가스 공급원
이하에, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법에 적용한 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시예]
(1) 에칭 장치의 구성
우선, 도 1을 참조하면서, 본 발명을 적용할 수 있는 에칭 장치(100)에 대하여 개략적으로 설명한다. 처리실(플라즈마 처리실)(102)은 기밀한 도전성 처리용기(104) 내부에 형성되어 있다. 처리실(102) 내부에는 도전성 하부 전극(106)이 배치되어 있다. 하부 전극(106)은 웨이퍼(W)의 탑재대를 겸하고 있다. 하부 전극(106)의 탑재면에는 정전척(108)이 설치되어 있다. 정전척(108)은 도전성 박막을 절연성 박막으로 협지하여 이루어진다. 또한, 정전척(108)에는 고압 직류 전압을 출력하는 고압 직류 전원(110)이 접속되어 있다. 또한, 고압 직류 전원(110)에는 제어기(112)가 접속되어 있다. 제어기(112)는 고압 직류 전원(110)의 제어 및 후술하는 구동 기구(M120), 게이트 밸브(G)의 제어를 실행한다. 또한, 제어기(112)의 제어구성에 대해서는 이하에서 상술한다. 또한, 하부 전극(106)에는 정전척(108)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 절연성 링(ring)체(114)가 설치되어 있다. 또한, 하부 전극(106)의 주위에는 절연부재(116)를 거쳐서 배플판(118)이 설치되어 있다.
또한, 하부 전극(106)에는 구동모터(M120)이 승강축(122)과 도전부재(124)와 절연부재(116)를 거쳐서 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 하부 전극(106)은 구동모터(M120)의 작동에 의해 승강한다. 또한, 구동모터(M120)에는 제어기(112)가 접속되어 있다. 또한, 승강축(122)의 주위에는 도전성의 기밀한 신축부재로 이루어지는 벨로우즈(bellows)(126)와, 도전성 벨로우즈 커버(128)가 배치되어 있다. 벨로우즈(126) 및 벨로우즈 커버(128)는 양단부가 각각 도전부재(124)와 처리용기(104) 바닥부에 접속되어 있다.
또한, 하부 전극(106)에는 리프터 핀(130)이 설치되어 있다. 리프터 핀(130)은 도시하지 않은 구동모터의 작동에 의해, 하부 전극(106)내를 관통하여, 정전척(108)의 탑재면에서 상방으로 돌출하고, 또는 정전척(108)의 탑재면 하방으로 수납이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 하부 전극(106)에는 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(132)이 정합기(134)를 거쳐서 접속되어 있다.
또한, 처리실(102) 내부에는 하부 전극(106)의 탑재면과 대향해서 상부 전극(136)이 배치되어 있다. 상부 전극(136)은 처리실(102) 내벽의 일벽을 구성하고, 처리용기(104)를 거쳐서 접지되어 있다. 또한, 상부 전극(136)에는 다수의 가스 토출 구멍(136a)이 형성되어 있다. 따라서, 처리 가스 공급원(138) 내부의 처리 가스는 유량 조정 밸브(140)와 개폐 밸브(142)와 가스 토출 구멍(136a)을 거쳐서, 처리실(102) 내부로 토출된다. 또한, 처리실(102) 내부의 가스는 진공 펌프 P(144)에 의해, 개폐 밸브(146)와 배기량 조정 밸브(148)를 거쳐서 배기된다. 또한, 처리실(102) 측벽 외부에는 자석(150)이 설치되어 있다. 자석(150)은 상부 전극(136)과 하부 전극(106) 사이에 회전 자계를 형성할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 처리실(102) 하방의 반송공간(102a)은 반입출구(104a)와 게이트 밸브(개폐 수단)(G)와 반입출구(200a)를 거쳐서 반송실(200)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 게이트 밸브(G)를 개방하면 처리용기(104) 내부와 반송실(200) 내부가 연통된다. 또한, 게이트 밸브(G)를 닫으면, 처리용기(104) 내부와 반송실(200) 내부가 기밀하게 격리된다. 또한, 게이트 밸브(G)에는 제어기(112)가 접속되어 있다. 또한, 반송실(200) 내부에는 반송 아암(202)이 배치되어 있다. 반송 아암(202)은 도시하지 않은 구동 기구의 구동에 의해 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 반송실(200) 내부와 처리용기(104) 내부 사이를 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 반송실(200)내에는 불활성 가스 공급원(204) 내부의 불활성 가스가 개폐 밸브(206)를 거쳐서 도입된다. 또한, 반송실(200) 내부의 가스는 진공 펌프(208)에 의해 개폐 밸브(210)를 거쳐서 배기된다.
(2) 웨이퍼의 반출구성
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 발명의 핵심을 이루는 웨이퍼(W)의 반출구성에 대하여, 에칭 처리 공정을 예로 들어 설명한다.
(a) 웨이퍼(W)의 반입부터 에칭 처리까지
우선, 반송 아암(202)상의 웨이퍼(W)를 반송실(200) 내부로부터 반송공간(102a) 내부로 반입하여 리프터 핀(130)상에 탑재한다. 이 때 하부 전극(106)은 상부 전극(136)과의 상대거리가 후술하는 플라즈마 처리위치보다 긴 반송공간(102a) 내의 반송위치에 배치되어 있다. 또한, 반송실(200) 내부에는 불활성 가스 공급원(204)으로부터 불활성 가스, 예컨대 N2가 2000sccm의 대유량으로 항상 도입되고 있다. 또한, 반송실(200) 내부는 진공 펌프(P208)에 의해 대배기량으로 배기되고 있다. 이 때문에, 반송실(200) 내부의 압력은 게이트 밸브(G)의 개폐에 관계없이, 예컨대 100mTorr 이상, 바람직하게는 170mTorr 내지 200mTorr로 항상 유지되고 있다.
반송 아암(202)은 웨이퍼(W) 교환 후에 반송실(200) 내부로 후퇴한다. 그 후, 제어기(112)의 제어에 의해 게이트 밸브(G)를 닫는다. 또한, 리프터 핀(130)을 강하시켜, 리프터 핀(130)상의 웨이퍼(W)를 정전척(108)의 탑재면(척면)에 탑재한다. 이어서, 제어기(112)는 고압 직류 전원(110)을 제어하고, 정전척(108)에, 예컨대 1.5kV 내지 2.0kV의 정극성(正極性) 고압 직류 전압을 인가한다. 이러한 전력의 인가에 의해, 웨이퍼(W)는 정전척(108)의 탑재면에 흡착 유지된다. 그 후, 제어기(122)는 구동모터(M120)를 제어하여, 하부 전극(106)을 상부 전극(136)과의 상대거리가 상기 반송위치보다 짧은 상부 전극(136) 근방의 플라즈마 처리위치까지 상승시킨다. 또한, 처리실(102) 내부에 처리 가스, 예컨대 C4F8과 O2와 Ar의 혼합 가스를 도입함과 동시에, 처리실(102) 내부를 진공상태로 만든다. 그 결과, 처리실(102) 내부의 압력은 반송실(200) 내부보다 낮은, 예컨대 1mTorr 내지 10mTorr로 유지된다. 그 후, 하부 전극(1O6)에 예컨대 13.56MHz의 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하고, 웨이퍼(W)에 소정의 에칭 처리를 실시한다.
(b) 에칭 처리 종료부터 웨이퍼(W)의 반출까지
에칭 처리의 종료 후, 제어기(112)는 도 2에 도시하는 바와 같이 고압 직류 전원(110)을 제어하여 정전척(108)에 상기 정극성과는 반대인 부극성(負極性) 고압 직류 전압을 인가시킨다. 상기 부극성 고압 직류 전압은, 예컨대 -300V로 설정되어 있다. 그 후, 제어기(112)는 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치에 배치한 채로, 게이트 밸브(G)를 개방시킨다. 그 결과, 처리실(102) 내부에 반송실(200) 내부의 N2가 순식간에 유입하여, 처리실(102) 내부가 반송실(200) 내부와 동일한 압력으로 된다. 이 때문에, 에칭 처리 종료 후에 대전(帶電)된 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 웨이퍼(W)에 손상을 주지 않는 정도로 완만하게 자기 방전하여 소실된다. 또한, 웨이퍼(W)에는 부극성 고압 직류 전압이 인가되어 있으므로, 잔류 전하의 제거가 한층 더 촉진된다. 따라서, 후술한 바와 같이 하부 전극(106)을 반송위치까지 강하시키고, 웨이퍼(W)와 상부 전극(136) 사이의 거리를 멀어지게 해도 웨이퍼(W)와 상부 전극(136) 사이의 전압이 상승하지 않는다. 그 결과, 리프터 핀(130)의 상승에 의해, 웨이퍼(W)를 정전척(108)의 탑재면에서 떼어내도 웨이퍼(W)와 도전성 리프터 핀(130) 사이에서 이상 방전이 발생하지 않아 웨이퍼(W)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)와 리프터 핀(130)을 수용하는 구멍부 사이에서의 이상 방전의 발생도 방지할 수 있다.
이어서, 제어기(112)는 구동모터(M120)를 제어하여, 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치로부터 반송위치까지 강하시킨다. 또한, 제어기(112)는 고압 직류 전원(110)의 부극성 고압 직류 전압의 출력을 정지시킨다. 하부 전극(106)이 반송위치까지 완전히 내려간 후, 리프터 핀(130)을 상승시켜서 웨이퍼(W)를 정전척(108)의 탑재면 상방에 배치시킨다. 이어서, 반송실(200) 내부의 반송 아암(202)을 반송공간(102a) 내부에 진입시켜, 리프터 핀(130)상의 웨이퍼(W)를 수취한다. 그 후, 웨이퍼(W)를 유지한 반송 아암(202)을 반송실(200) 내부로 복귀시다.
[제 2 실시예]
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예도 상술한 플라즈마 에칭 장치(100)에 적용되기 때문에, 장치 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한, 에칭 처리 종료시까지의 각 공정은 상기 제 1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
본 실시예의 특징은 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치로부터 강하시킨 직후에 처리실(102) 내부에 N2가스를 도입하는 점에 있다. 즉, 에칭 처리 종료 후, 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치에 배치한 채로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 정전척(108)에 인가하는 고압 직류 전압의 극성을 정에서 부로 전환한다. 이어서, 하부 전극(106)을 플라즈마 처리위치로부터 강하시킨다. 하부 전극(106)의 강하 직후에, 게이트 밸브(G)를 개방하고 반송실(200) 내부의 N2를 처리실(102) 내부에 유입시킨다. 그 결과, 처리실(102) 내부가 반송실(200) 내부의 압력과 동일하게 되어, 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 소실된다. 그 후, 정전척(108)으로의 고압 직류 전압의 인가를 정지한다. 하부 전극(106)이 반송위치까지 완전히 내려간 후에 리프터 핀(130)을 상승시켜 웨이퍼(W)를 정전척(108)으로부터 떼어낸다. 그리고, 반송 아암(202)에 의해, 웨이퍼(W)를 반송실(200) 내부로 반출한다.
본 실시예는 이상과 같이 구성되어 있어, 하부 전극(106)의 강하중에 반송실(200) 내부의 N2를 처리실(102) 내부에 도입하므로, 하부 전극(106)의 강하를 종래와 마찬가지의 타이밍으로 개시할 수 있다. 그 결과, N2도입에 따르는 스루풋의 저하를 방지할 수 있다.
[제 3 실시예]
(1) 에칭 장치의 구성
상기 제 1 및 제 2 실시예에서는 웨이퍼(하부 전극) 승강 기구를 갖는 플라즈마 처리 장치에 대해서 본 발명을 적용한 예를 설명했지만, 웨이퍼(하부 전극) 승강 기구를 갖지 않는 플라즈마 처리 장치에서도 실시할 수 있다.
우선, 도 4를 참조하여 본 발명을 적용가능한 에칭 장치(300)에 대하여 개략적으로 설명한다. 처리실(플라즈마 처리실)(302)은 기밀한 도전성 처리용기(304) 내부에 형성되어 있다. 처리실(302) 내부에는 도전성 하부 전극(306)이 배치되어 있다. 하부 전극(306)은 웨이퍼(W)의 탑재대를 겸하고 있다. 하부 전극(306)의 탑재면에는 정전척(308)이 설치되어 있다. 정전척(308)은 도전성 박막을 절연성 박막으로 협지하여 이루어진다. 또한, 정전척(308)에는 고압 직류 전압을 출력하는 고압 직류 전원(310)이 접속되어 있다. 또한, 고압 직류 전원(310)에는 제어기(312)가 접속되어 있다. 제어기(312)는 고압 직류 전원(310)의 제어와, 게이트 밸브(G)의 제어를 실행한다. 또한, 제어기(312)의 제어 구성에 대해서는 이하에 상술한다. 또한, 하부 전극(306)에는 정전척(308)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 절연성 링체(314)가 설치되어 있다. 또한, 하부 전극(306)의 주위에는 절연부재(316)를 거쳐서 배플판(318)이 설치되어 있다.
또한, 하부 전극(306)에는 리프터 핀(330)이 설치되어 있다. 리프터 핀(330)은 도시하지 않은 구동모터의 작동에 의해 하부 전극(306) 내부를 관통하여 정전척(308)의 탑재면으로부터 상방으로 돌출하거나, 또는 정전척(308)의 탑재면 하방으로 수납가능하게 구성되어 있다. 하부 전극(306)에는 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(332)이 정합기(334)를 거쳐서 접속되어 있다.
또한, 처리실(302) 내부에는 하부 전극(306)의 탑재면과 대향하여 상부 전극(336)이 배치되어 있다. 상부 전극(336)은 처리실(302)의 내벽의 일벽을 구성하고, 처리용기(304)를 거쳐서 접지되어 있다. 또한, 상부 전극(336)에는 다수의 가스 토출 구멍(336a)이 형성되어 있다. 따라서, 처리 가스 공급원(338) 내부의 처리 가스는 유량 조정 밸브(340)와 개폐 밸브(342)와 가스 토출 구멍(336a)을 거쳐서 처리실(302) 내부로 토출된다. 또한, 처리실(302) 내부의 가스는 진공 펌프 (P344)에 의해 개폐 밸브(346)와 배기량 조정 밸브(348)를 거쳐서 처리실(302)의 바닥부로부터 배기된다. 또한, 처리실(302) 측벽 외부에는 자석(350)이 상하로 분할하여 설치된다. 자석(350)은 상부 전극(336)과 하부 전극(308) 사이에 회전 자계를 형성가능하게 구성되어 있다.
또한, 처리실(302) 측방의 반송공간(302a)은 반입출구(304a)와 상하의 자석(350) 사이에 있는 게이트 밸브(개폐 수단)(G)와 반입출구(300a)를 거쳐서 반송실(300)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 게이트 밸브(G)를 개방하면, 처리용기(304) 내부와 반송실(400) 내부가 연결된다. 또한, 게이트 밸브(G)를 닫으면, 처리용기(304) 내부와 반송실(400) 내부가 기밀하게 격리된다. 또한, 게이트 밸브(G)에는 제어기(312)가 접속되어 있다. 또한, 반송실(400) 내부에는 반송 아암(402)이 배치되어 있다. 반송 아암(402)은 도시하지 않은 구동 기구의 구동에 의해 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 반송실(400) 내부와 처리용기(304) 내부 사이를 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 반송실(400) 내부에는 불활성 가스 공급원(404) 내부의 불활성 가스가 개폐 밸브(406)를 거쳐서 도입된다. 또한, 반송실(400) 내부의 가스는 진공 펌프(408)에 의해 개폐 밸브(410)를 거쳐서 배기된다.
(2) 웨이퍼의 반출구성
다음에, 도 4 및 도 5를 참조하면서, 본 발명의 핵심을 이루는 웨이퍼(W)의 반출구성에 대하여, 에칭 처리 공정을 예로 들어 설명한다.
(a) 웨이퍼(W)의 반입으로부터 에칭 처리까지
우선, 반송 아암(402)상의 웨이퍼(W)를 반송실(400) 내부로부터 반송공간(302a) 내부로 반입하여 리프터 핀(330)상에 탑재한다. 또한, 반송실(400) 내부에는 불활성 가스 공급원(404)으로부터 불활성 가스, 예컨대 N2가 2000sccm의 대유량으로 항상 도입되고 있다. 또한, 반송실(400) 내부는 진공 펌프 (P408)에 의해 대배기량으로 배기되고 있다. 이 때문에, 반송실(400) 내부의 압력은 게이트 밸브(G)의 개폐에 관계없이, 예컨대 10mTorr 내지 1Torr, 바람직하게는 100mTorr 내지 50OmTorr로 항상 유지되고 있다. 이것은 압력이 지나치게 높거나, 혹은 지나치게 낮으면 방전하지 않고, 또한 압력이 높으면 높은 압력에 도달할 때까지 시간이 걸리기 때문이다.
반송 아암(402)은 웨이퍼(W) 교환 후에 반송실(400) 내부로 후퇴한다. 그 후, 제어기(312)의 제어에 의해 게이트 밸브(G)를 닫는다. 또한, 리프터 핀(330)을 강하시켜 리프터 핀(330) 상의 웨이퍼(W)를 정전척(308)의 탑재면(척면)에 탑재한다. 이어서, 제어기(312)는 고압 직류 전원(310)을 제어하여 정전척(308)에 예컨대 1.5kV 내지 2.0kV의 정극성 고압 직류 전압을 인가한다. 이러한 전력의 인가에 의해 웨이퍼(W)는 정전척(308)의 탑재면에 흡착 유지된다.
또한, 처리실(302) 내부에 처리 가스, 예컨대 C4F8와 O2와 Ar의 혼합 가스를 도입함과 동시에, 처리실(302) 내부를 진공상태로 만든다. 그 결과, 처리실(302) 내부의 압력은 반송실(400) 내부보다 낮은, 예컨대 1mTorr 내지 10mTorr로 유지된다. 그 후, 하부 전극(306)에 예컨대 13.56MHz의 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화 하여, 웨이퍼(W)에 소정의 에칭 처리를 실시한다.
(b) 에칭 처리 종료부터 웨이퍼(W)의 반출까지
에칭 처리의 종료 후, 제어기(312)는 도 5에 도시하는 바와 같이, 고압 직류 전원(310)을 제어하여 정전척(308)에 상기 정극성과는 반대인 부극성 고압 직류 전압을 인가시킨다. 상기 부극성 고압 직류 전압은, 예컨대 -300V로 설정되어 있다. 그 후, 제어기(312)는 게이트 밸브(G)를 개방시킨다. 그 결과, 처리실(302) 내부에 반송실(400) 내부의 N2가 순식간에 유입하여, 처리실(302) 내부가 반송실(400) 내부와 동일한 압력으로 된다. 이 때문에, 에칭 처리 종료 후에 대전된 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 웨이퍼(W)에 손상을 주지 않는 정도로 완만하게 자기 방전하여 소실된다. 또한, 웨이퍼(W)에는 부극성 고압 직류 전압이 인가되어 있으므로, 잔류 전하의 제거가 한층 더 촉진된다. 따라서, 웨이퍼(W)와 상부 전극(336) 사이의 전압이 상승하지 않으므로, 리프터 핀(330)의 상승에 의해 웨이퍼(W)를 정전척(308)의 탑재면에서 떼어내도, 웨이퍼(W)와 도전성 리프터 핀(330) 사이에서 이상 방전이 발생하지 않으므로 웨이퍼(W)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)와 리프터 핀(330)을 수용하는 구멍부 사이에서의 이상 방전의 발생도 방지할 수 있다.
이어서, 제어기(312)는 고압 직류 전원(310)의 부극성 고압 직류 전압의 출력을 정지시킨다. 리프터 핀(330)을 상승시켜, 웨이퍼(W)를 정전척(308)의 탑재면 상방에 배치시킨다. 이어서, 반송실(400) 내부의 반송 아암(402)을 반송공간(302a) 내부에 진입시켜, 리프터 핀(330) 상의 웨이퍼(W)를 잡는다. 그 후, 웨이퍼(W)를 유지한 반송 아암(402)을 반송실(400) 내부로 돌려보낸다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 특허청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서, 당업자라면 각종의 변경예 및 수정예를 생각해 낼 수 있으며, 그들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
예컨대, 상기 실시예에 있어서, 게이트 밸브의 개방 전부터 개방 후까지 정전척에 반대극성의 고압 직류 전압을 인가하는 구성을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않고, 상기 반대극성의 고압 직류 전압을, 예컨대 게이트 밸브의 개방 직후까지의 임의의 타이밍에서 정전척에 인가해도 무방하다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 하부 전극이 반송위치로 완전히 내려간 후에 리프터 핀을 상승시키는 구성을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않고, 예컨대 하부 전극의 강하중에 리프터 핀을 상승시켜도 무방하다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 플라즈마 에칭 장치를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD 장치나 플라즈마 애싱 장치 등의 각종 플라즈마 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 피처리체로서는 상술한 웨이퍼뿐만 아니라, LCD용 유리 기판을 채용해도 본 발명을 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 반송실 내부의 가스를 플라즈마 처리실 내부에 도입하여 피처리체의 잔류 전하를 제거할 수 있다. 그 결과, 설계 변경을 수반하지 않고, 또한 스루풋을 저하시키는 일없이, 반출시의 이상 방전에 따른 피처리체의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (22)

  1. 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리시에 감압 분위기로 유지되는 플라즈마 처리실과,
    상기 플라즈마 처리실 내부에 배치되어 상기 피처리체를 탑재가능하게 구성됨과 동시에, 상방의 플라즈마 처리위치와 하방의 반송위치 사이를 이동 가능하게 구성되는 전극과,
    상기 전극의 탑재면에 설치되어 고압 직류 전압의 인가에 의해 상기 피처리체를 착탈가능하게 흡착 유지하는 정전척과,
    상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되고, 상기 플라즈마 처리실과의 사이에서 상기 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과,
    상기 플라즈마 처리실과 상기 반송실을 개폐가 가능하도록 기밀하게 접속하는 개폐 수단과,
    플라즈마 처리 종료 후, 상기 전극을 상기 플라즈마 처리위치로부터 상기 반송위치에 도달시킬 때까지, 상기 개폐 수단을 개방하여 상기 반송실 내부의 가스를 상기 플라즈마 처리실 내부로 도입하는 제어를 실행하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 개폐 수단의 개방 직후까지, 상기 정전척에 대하여 상기 피처리체의 흡착 유지시에 인가한 상기 고압 직류 전압과 반대극성인 고압 직류 전압을 인가하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 전에, 상기 반송실은 불활성 가스 공급원에서 공급되는 불활성 가스에 의해 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방후에, 상기 반송실 내부의 압력과 상기 플라즈마 처리실 내부의 압력은 대략 동일한 압력으로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처리체는 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 혹은 플라즈마 애싱 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리시에 감압 분위기로 유지되는 플라즈마 처리실과,
    상기 플라즈마 처리실 내부에 배치되어, 상기 피처리체를 탑재 가능하게 구성되는 전극과,
    상기 전극의 탑재면에 설치되어, 고압 직류 전압의 인가에 의해 상기 피처리체를 착탈 가능하게 흡착 유지하는 정전척과,
    상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되고, 상기 플라즈마 처리실과의 사이에서 상기 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과,
    상기 플라즈마 처리실과 상기 반송실을 개폐가 가능하도록 기밀하게 접속하는 개폐 수단과,
    플라즈마 처리 종료 후, 상기 개폐 수단을 개방하여 상기 반송실 내부의 가스를 상기 플라즈마 처리실 내부에 도입하는 제어를 실행하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 전에, 상기 반송실은 불활성 가스 공급원으로부터 공급되는 불활성 가스에 의해 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 후에, 상기 반송실 내부의 압력과 상기 플라즈마 처리실 내부의 압력은 대략 동일한 압력으로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 피처리체는 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 또는 플라즈마 애싱 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 플라즈마 처리실 내부에 배치되는 전극의 탑재면에 피처리체를 탑재하는 공정과,
    상기 전극의 탑재면에 설치된 정전척에 고압 직류 전압을 인가하여 상기 피처리체를 흡착 유지하는 공정과,
    감압 분위기하에서 상기 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 공정과,
    플라즈마 처리 종료 후, 상기 전극을 상방의 플라즈마 처리위치로부터 하방의 반송위치로 이동시키는 공정과,
    상기 전극이 상기 반송위치에 도달할 때까지, 상기 플라즈마 처리실과의 사이에서 상기 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과 상기 플라즈마 처리실을 개폐가 가능하도록 접속하는 개폐 수단을 개방하여, 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되는 상기 반송실 내부의 가스를 상기 플라즈마 처리실 내부에 도입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 직후까지, 상기 정전척에 대하여 상기 피처리체의 흡착 유지시에 인가한 상기 고압 직류 전압과 반대극성인 고압 직류 전압을 인가하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 전에, 상기 반송실은 불활성 가스 공급원으로부터 공급되는 불활성 가스에 의해 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 후에, 상기 반송실 내부의 압력과 상기 플라즈마 처리실 내부의 압력은 대략 동일한 압력으로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 피처리체는 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 CVD 처리 또는 플라즈마 애싱 처리 중 어느 하나의 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  18. 플라즈마 처리실 내부에 배치되는 전극의 탑재면에 피처리체를 탑재하는 공정과,
    상기 전극의 탑재면에 설치된 정전척에 고압 직류 전압을 인가하여 상기 피처리체를 흡착 유지시키는 공정과,
    감압 분위기하에서 상기 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 공정과,
    플라즈마 처리 종료 후, 상기 플라즈마 처리실과의 사이에서 상기 피처리체의 교환을 실행하는 반송실과 상기 플라즈마 처리실을 개폐 가능하게 접속하는 개폐 수단을 개방하고, 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압 분위기로 유지되는 상기 반송실 내부의 가스를 상기 플라즈마 처리실 내부에 도입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 전에, 상기 반송실은 불활성 가스 공급원으로부터 공급되는 불활성 가스에 의해 상기 플라즈마 처리실 내부보다 고압분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 개폐 수단의 개방 후에, 상기 반송실 내부의 압력과 상기 플라즈마 처리실 내부의 압력은 대략 동일한 압력으로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 피처리체는 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 CVD 처리 또는 플라즈마 애싱 처리 중 어느 하나의 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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