KR20010052875A - 기판을 제거하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 잔여 정전력에 의하여 척에 고정된 기판을 정전 척으로부터 제거하는 방법에 있어서:

(a) 정전 척 분극에 기인한 잔여 부착력을 감소시키는 단계와;

(b) 기판이 부착된 척을 플라즈마와, 척과 기판의 표면으로부터의 어떠한 잔여 전하라도 충분히 거의 제거하는 시간 동안 접촉시키는 단계와; 그리고

(c) 계속하여, 혹은 단계 (b)와 동시에 척으로부터 기판을 제거하는 단계를 포함하는 방법.

또한, 상기 방법을 수행하기 위한 장치가 공개된다.

Description

기판을 제거하는 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DECHUCKING A SUBSTRATE FROM AN ELECTROSTATIC CHUCK}

정전 척은 반도체 웨이퍼와 다른 재료들을 진공 챔버 내의 공정중에 고정시키는 데에 사용되어 왔다. 정전 척은 기계적인 고정 장치 등이 웨이퍼의 표면을 손상시킬 위험성이 있으므로 이들보다 선호되어 사용되어 왔다. 그러나, 정전 척을 사용함에 있어서, 척에 웨이퍼를 고정하는 잔여 힘이 공정 후에 고정 전압을 제거한 후에도 남아 있는 것이 발견되었다.

미국특허 제 5684669호와, 제 5325261호는 전압을 가하여 웨이퍼와 척에 작용하는 잔여 정전력을 최소화하는 방법을 기술하며, 웨이퍼 제거 중에 상기 전압은 보통 척을 고정하는 전압과 동일한 극성(보다 작은 전압)을 갖는다. 미국특허 제 5684669호 에서는 간접적으로 잔여 힘을 측정하기 위하여 웨이퍼와 척 사이의 간극을 통하여 빠져나오는 가스의 누출 양을 사용한다. 미국특허 제 5325261호는 척의 용량(capacitance)을 측정함으로써 간접적으로 잔여 힘의 정도를 관찰한다.

미국특허 제 5221450호는, 다음 웨이퍼가 고정되기 전에 남아있는 전하를 제거하기 위하여 척을 웨이퍼 없이 플라즈마에 노출되는 정전 척 방법을 사용한다. 정전 척에 있어서 두 가지 주요한 부착 원인이 발견되었다. 첫 번째는 상술한 바와 같은 정전 척 자체의 유전체 물질의 잔여 정전 분극이며, 이는 정전력에 의하여 경계표면 전하가 웨이퍼를 구속하는 원인이 된다. 두 번째 원인은 유전 척의 표면으로부터나 이를 통하는 누출 전류나, 척이나 웨이퍼 표면에 있는 공정 자체로부터 기인한 잔여 자유 전하들과 관계된다. 첫 번째 문제는 미국특허 제 5325261호와 제 5684669호에 기술된 방법에서 강조되었으나, 이들 방법은 완전히 만족할 만한 방법이 아닌 것으로 알려졌고, 웨이퍼의 제거 중이나 전에 두 번째 부착 원인은 강조하지 않았다.

본 발명은 기판을 떼어내는 방법, 특히 정전 척(electrostatic chuck)으로부터 반도체 웨이퍼를 제거하는 방법 및 그 장치와 관련된다.

도 1 은 정전 척과 웨이퍼의 일 실시예의 확대된 단면도; 그리고

도 2 는 본 발명에 사용된 일 실시예에 따른 장치의 도식도.

* 도면 부호 설명

1...척 2...절연부

3,4,5...전극 6...웨이퍼

7...챔버 8...전극

9...코일 10...RF 소스

11...입구 12...출구

본 발명의 첫 번째 관점에 있어서, 척에 하나 이상의 잔여 힘에 의하여 고정되는 기판을 정전 척으로부터 제거하는 방법이 제공되며, 그 방법은 다음의 단계를 포함한다:

(a) 정전 척 분극으로 인한 잔여 부착 힘을 감소하는 단계;

(b) 기판이 부착되어있는 척을 플라즈마로 충분한 시간동안 기판과 척의 표면의 어떠한 잔여 전하들을 실질적으로 제거하기 위해 접촉시키는 단계; 그리고

(c) 계속하여, 혹은 단계(b)와 동시에 척으로부터 기판을 제거하는 단계.

기판이 부착되어있는 척은 거의 플라즈마에 잠겨지는 것이 좋다.

플라즈마와의 접촉이나 담가지는 것은 어떠한 적절한 방법이라도 가능하며, 특히 구동(driven) 플라즈마와 흐르는(downstream) 플라즈마에 잠기는 것이 그 예이다. 방전은, 예를 들면, 코일 방전이나 코일과 플래튼(platen) 방전 어느 것으로도 이루어진다.

잔여 부착 힘은 상술한 잔여 정전 분극에 의한 것이다.

잔여 부착 힘은 종래 기술에 의해 알려진 어떠한 방법에 의해서도 최소화될 수 있으며, 특히 미국특허 제 5325261호와 5684669호에 의한 방법에 의할 수 있고, 여기서는 상세히 기술되지 않는다. 그러나, 부착 힘은 척에 첫 번째 전압을 가함으로써 최소화되는 것이 좋다. 특정 실시예에 있어서, 선호되는 첫 번째 전압의 크기는 기판이 척에 부착되는 정도를 측정하면서 전압을 강하시킴으로써 결정한다. 최소의 잔여 부착 힘이 발견되면, 선호되는 첫 번째 전압이 원하는 시간동안 가해진다. 기판이 고정되는 정도는 예를 들면, 미국특허 제 5325261호와 5684669호에 의한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 미국특허 제 5325261호에서는 상술바와 같이 척 용량을 측정하여 잔여 힘의 정도를 관찰한다. 기판은 특히 웨이퍼의 형태로서 어느 정도의 굽혀져 있으므로, 척에 작용하는 기판 부착력은 기판 내의 내부 스트레스에 의하여 상쇄될 수 있다. 잔여 부착력이 감소됨에 따라서, 기판의 자연적인 굽힘은 재생되며, 이는 기판 용량의 감소를 가져온다. 선택적으로, 미국특허 제 5684669호에 기술된 바와 같이, 잔여 힘은 기판과 척 사이의 간극을 통해 빠져나가는 가스의 누출 량을 측정함으로써 알 수 있다.

척은 어떠한 적당한 형태도 가능하다. 따라서, 미국특허 제 5325261호에 기술된 바와 같은 편평한 형태도 가능하다. 선택적으로, 기판에 근접한 상부표면 상에서 하나 이상의 단(step)을 가질 수 있으며, 또한 미국특허 제 A-5325261호에서와 같이 상부 표면의 원주 둘레에 가질 수 있다.

본 발명에 의한 방법에 있어서, 기판은 플라즈마 내에 잠겨있는 척 상에 존재한다. 또한, 플라즈마에 잠겨있는 동안에 계속해서 들려 올려진다.

어떠한 적절한 플라즈마도 접촉이나 담금을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 아르곤이나 다른 불활성 기체 등이 기판을 더 이상 식각하지 않도록 하기 위하여 사용된다. SF₆혹은 다른 음전성 가스(예로 산소)는 플라즈마 내에 존재할 것이며 전하 제거를 개선할 것이다. 플라즈마를 유지하는 어떠한 파워도 사용 가능하지만, 전형적인 예로는 50W에서 800W의 범위 내이다.

잔여 전하를 제거하는 데에 충분한 시간은 기판의 근접도에 따른 척의 용량을 관찰함으로써 결정된다. 어떠한 시간도 적용가능 하지만, 대략 1초에서 1분 사이의 범위가 통상적이다. 일 실시예에 있어서, 잔여 전하를 거의 제거하는 데 충분한 시간은 대략 1초인 것이 발견되었다.

두 번째 전압은 척과 기판이 플라즈마와 접촉되는 동안에 척에 가해지는 것이 좋다. 영볼트의 전압을 포함하여 어떠한 적절한 전압이 두 번째 전압으로써 사용되는 것이 가능하지만, 선호되는 실시예에 있어서는 첫 번째 전압과 동일하다.

본 발명의 두 번째 관점에 의하면, 상술한 방법을 수행하는 장치와 관련되며 다음을 포함한다:

(a) 정전 척 상에 고정되는 기판과 이를 포함하며 공정이 수행되는 챔버;

(b) 정전 척으로 인한 잔여 힘을 감소시키기 위한 수단; 그리고

(c) 기판이 부착되어 있는 척을, 혹은 척으로부터 제거되는 기판을 기판과 척의 표면으로부터 어떠한 잔여 전하를 거의 제거하는 시간동안 플라즈마와 접촉시키기 위한 수단.

본 발명은 상술하였지만, 어떠한 상술된 특징들의 조합이나 다음의 설명에 의해 이해되어야 한다.

본 발명은 여러 방법으로 수행될 수 있고, 도면을 참조하면서 실시예를 통하여 기술될 것이다.

도 1을 참조하면, 도면 부호 1로 표시된 정전 척이 도시된다. 척(1)은 하부 표면에 장착된 주 전극(3)을 가지는 유전체 절연부(2)를 포함한다. 유전체 절연부(2)는 몸체 내에 전극 4와 5를 가진다. 도면에 도시되지는 않았지만, 단(step)이 척의 상부 표면에 둘레를 따라 형성될 수 있다(이것은 척에 위치한 웨이퍼의 미세한 굽음에 의해 제거하는데 도움을 준다). 정전 척(1) 상에 위치한 것은 반도체 웨이퍼(6) 이다.

사용 중에, 전압이 전극(4,5)에 가해지면, 웨이퍼(6)는 척(1)의 상부 표면에고정된다. 척(1)은 전극(3) 상에 놓이며, 구동되거나(RF 혹은 DC 파워) 접지되거나 전기적으로 띄워질 수 있다. 실제로, 척(1)은 일부 실시예에서 완전히 전극(3)을 대체할 수 있다. 전극 표면에 가해진 전압은 독립적으로(플라즈마 발생 파워 입력으로부터) 전극을 접지 표면에 대해 일정 전위를 가지게 한다(삼극 형태로). 이러한 전위는 보통 이온들을 작업물 쪽으로 구동시키는 데에 사용된다.

웨이퍼(6)가 상술한 방법에 의하여 정전 척(1)에 고정되면, 웨이퍼 공정, 예를 들면 식각이나 증착공정이 알려진 방법에 의하여 수행된다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예를 보여준다. 도시된 진공 챔버(7)는 지지 전극(3)을 가지며, 이것 위에 정전 척(1)이 위치한다. 또한, 챔버 내에는 거리가 떨어진 곳에 전극(8)이 위치한다. 웨이퍼(6)는 척(1)에 대하여 상술한 정전력에 의하여 고정된다. 냉각은 후면 냉각장치(도시안됨)에 의해 수행된다. 챔버(7)는 코일(9)에 의하여 둘러싸이며, 챔버(7) 내에 공정 중에 전극 3과 8 사이에 플라즈마를 발생시키는 데에 사용되는 RF 소스(10)에 의해 파워가 공급된다. 플라즈마 내의 잠겼을 때, 유도된 방전은 특정 예에서 보통 척(1)과 웨이퍼(6)에 가해진 RF 파워로 웨이퍼 위로 대략 13cm 이나, 수cm에서 20cm 보다 큰 값도 사용될 수 있다. 챔버는 가스 입구(11)가 제공되며, 이를 통해 증착이나 식각된 가스들이 들어오며, 가스화된 공정 부산물과 초과 공정가스는 출구(12)를 통해 나간다. 웨이퍼 공정(식각이나 증착)의 관점에서 그러한 반응기의 작동은 종래 기술로 잘 알려져 있다.

일단 웨이퍼(6)의 공정이 수행되어 척(1)으로부터 웨이퍼(6)를 제거하려면, 전극(4,5)에 가해질 특정 값의 전압이 결정된다. 이 전압의 크기는 어떠한 적절한 수단에 의해서도 찾을 수 있으며, 일례를 들면 잔여 부착력의 간접적인 측정으로서, 웨이퍼가 고정되는 범위를 측정하는 동안에 고정 전압을 하강시키는 것이다. 이것은 미국특허 제 5325261호에서 사용되었다. 부착력의 최소값이 나타나면 전압이 이 수준에서 고정된다. 그러나, 상술한 바와 같이 본 발명은 잔연 자유 전하를 감소시킴으로써 어떠한 정전 척에의 부착도 감소시킨다. 이 자유 전하는 척 절연부(2)를 통하거나 혹은 척이나 웨이퍼 표면에 있는 공정 자체로부터 발생하는 누출전류 때문이다. 따라서, 연속되는 단계에서, 정전 척(1) 상의 웨이퍼(6)는 챔버 내에서 일 실시예에서처럼 대략 1초 동안, 정전 척의 표면과 웨이퍼 표면으로부터 잔여 전하를 충분히 제거하는 데에 필요한 시간동안 플라즈마 안에 "잠겨"지게 된다. 잠기는 것은 구동 플라즈마 안이나 혹은 흐르는 플라즈마 안이 될 수 있다. 미국특허 제 5325261호에 기술된 바와 같이 잔여 분극을 없애기 위한 전압이 척(1) 내의 전극(4,5)에 가해지며, 그 동안 웨이퍼는 방전 플라즈마 내에 잠기게된다. 그러나, 전압은 방전시 영에 맞추어 질 수 있고, 웨이퍼(6)의 제거동안에 다시 가해진다. 선택적으로, 웨이퍼는 플라즈마 방전 동안에 제거된다.

흐르는 플라즈마 내에 잠겨있는 동안에, 유도된 방전은 실시예에서 통상적으로 웨이퍼에 가해진 RF 파워가 없이 웨이퍼 위로 대략 13cm이다. 선택적으로, 유도된 방전은 통상적으로 척(1)과 웨이퍼(6)에 가해진 RF 파워가 있을 때 웨이퍼 위로 13cm이다. 두 가지 모든 경우에, 다시, 수 cm에서 20cm 이상 큰 값이 사용될 수 있다.

본 발명에 의하여, 반도체 공정 중에 기판을 척에 정전력을 사용하여 고정시킨 후, 다시 척으로부터 기판을 제거할 때 잔여 부착력을 거의 제거하여 기판의 손상을 막고 쉽게 떼어낼 수 있다.

Claims (15)

1. 하나 이상의 잔여 정전력에 의하여 척에 고정된 기판을 정전 척으로부터 제거하는 방법에 있어서:

   (a) 정전 척 분극에 기인한 잔여 부착력을 감소시키는 단계와;

   (b) 기판이 부착된 척을 플라즈마와, 척과 기판의 표면으로부터의 어떠한 잔여 전하라도 충분히 거의 제거하는 시간 동안 접촉시키는 단계와; 그리고

   (c) 계속하여, 혹은 단계 (b)와 동시에 척으로부터 기판을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 기판이 부착된 척이 실질적으로 플라즈마 내에 잠기는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 혹은 제 2 항에 있어서, 척은 구동 플라즈마나 혹은 흐르는 플라즈마 내에 잠겨 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판을 척에 고정시키는 부착력은 척에 첫 번째 전압을 가함으로써 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 적절한 첫 번째 전압의 크기는 기판이 척에 고정되는 정도를 측정하는 동안에 전압을 감소시킴으로써 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 최소의 잔여 부착력이 찾아지면, 상기 적절한 크기의 첫 번째 전압이 원하는 시간 동안 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항 혹은 제 6 항에 있어서, 기판이 척에 고정되는 정도는 척 용량을 측정함으로써 관찰되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 5 항 혹은 제 6 항에 있어서, 기판이 척에 고정되는 정도는 기판과 척 사이의 간극을 통해 빠져나가는 가스의 누출 량을 측정함으로써 관찰되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 상기 항 중의 어느 한 항에 있어서, 플라즈마는 아르곤, 다른 불활성 가스, SF₆혹은 음전성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 상기 항 중의 어느 한 항에 있어서, 잔여 부착력을 제거하기 위한 충분한 시간은 기판의 척에의 근접 정도에 의한 용량을 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 4 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 두 번째 전압이 척과 기판이 플라즈마와 접촉하는 동안에 척에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 두 번째 전압은 첫 번째 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 청구항에 따르는 방법을 수행하는 장치에 있어서,

    (a) 정전 척 상에 고정되는 기판과 이를 포함하며 공정이 수행되는 챔버;

    (b) 정전 척으로 인한 잔여 힘을 감소시키기 위한 수단; 그리고

    (c) 기판이 부착되어 있는 척을, 혹은 척으로부터 제거되는 기판을 기판과 척의 표면으로부터 어떠한 잔여 전하도 거의 제거하는 시간동안 플라즈마와 접촉시키기 위한 수단을 포함하는 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 척으로부터 기판을 제거하기 위한 수단을 포함하는 장치.
15. 제 13 항 혹은 제 14 항에 있어서, 척에 전압을 가하기 위한 수단을 포함하는 장치.