KR20080001336A - Plasma processing system and method for preventing arcking in between electrostatic chuck and substrate - Google Patents

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Abstract

A plasma processing system for preventing an arcing effect between an electrostatic chuck and a substrate, and a plasma processing method using the same are provided to suppress occurrence of the arcing effect when the substrate is lifted from the electrostatic chuck. A discharge circuit(600) is formed to provide an electrical discharge path between a lower electrode(112) and ground in order to discharge electric charges from a substrate(116) and an electrostatic chuck(110) to the ground. A system control unit(500) controls RF power in order to lower plasma energy to a plasma discharge sustaining level during a predetermined time. The substrate and the lower electrode are electrically coupled to each other in order to discharge the accumulated electric charges through the discharge circuit to the ground when the voltage induced to the substrate and the electrostatic chuck is lowered gradually according to the reduction of the plasma energy.

Description

정전척과 피처리 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템 및 방법{PLASMA PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING ARCKING IN BETWEEN ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE}Plasma processing system and method for preventing arcing between an electrostatic chuck and a substrate to be processed {PLASMA PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING ARCKING IN BETWEEN ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a plasma processing system according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 플라즈마 처리 시스템에서 수행되는 플라즈마 처리 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart sequentially illustrating a plasma processing process performed in the plasma processing system of FIG. 1.

도 3은 축적 전하의 방전시 피처리 기판과 정전척의 전압 변화를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing changes in voltage of a substrate to be processed and an electrostatic chuck during discharge of accumulated charge.

도 4는 피처리 기판에 충적된 전하가 방전회로를 통하여 방전되는 것을 설명하기 위한 정전척의 단면도 및 부분 확대도면이다.4 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of an electrostatic chuck for explaining that the charges charged on the substrate to be discharged are discharged through the discharge circuit.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a plasma processing system according to a second embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings

100: 플라즈마 처리 챔버 110: 정전척100: plasma processing chamber 110: electrostatic chuck

120: 상부 전극 112: 하부 전극120: upper electrode 112: lower electrode

200: 전원 공급원 300: 가스 공급 시스템200: power supply source 300: gas supply system

400: 리프트 핀 구동부 500: 시스템 제어부400: lift pin drive unit 500: system control unit

본 발명은 플라즈마 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 정전척과 피처리 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing system and method, and more particularly, to a plasma processing system and method for preventing arcing between an electrostatic chuck and a substrate to be processed.

반도체 집적 회로를 제조하기 위한 반도체 웨이퍼 기판이나 LCD 유리 기판의 가공을 위한 플라즈마 처리 챔버는 정전척(electrostatic chuck)을 구비한다. 정전척은 플라즈마 처리 챔버의 내부에 설치되며 피처리 기판이 처리되는 동안 피처리 기판을 클램핑하기 위해 사용된다.Plasma processing chambers for processing semiconductor wafer substrates or LCD glass substrates for manufacturing semiconductor integrated circuits include an electrostatic chuck. The electrostatic chuck is installed inside the plasma processing chamber and is used to clamp the substrate while the substrate is being processed.

전형적으로 정전척은 유전체 재료층에 덮여진 정전 전극과 지지대(pedestal)로 구성된다. 기판 지지대는 도전성 재료로 구성되는데 일반적으로 가스 샤워 헤드로 구성되는 상부 전극과 쌍을 이루는 하부 전극을 구성한다. 상부 전극과 하부 전극은 고주파(radio frequency) 공급원에 전기적으로 연결되어 플라즈마 발생을 위한 기전력을 플라즈마 처리 챔버 내부로 공급하여 공정 가스를 분리시켜 플라즈마를 발생시킨다.Typically an electrostatic chuck consists of a capacitive electrode and a pedestal covered with a layer of dielectric material. The substrate support is made of a conductive material and generally constitutes a lower electrode paired with an upper electrode composed of a gas shower head. The upper electrode and the lower electrode are electrically connected to a radio frequency source to supply an electromotive force for plasma generation into the plasma processing chamber to separate the process gas to generate plasma.

한편, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 과정에서 피처리 기판은 플라즈마 처리 챔버의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 자기 바이어싱(self biasing)되고 정전척은 직류 전원 공급원에 의해 바이어싱 된다. 이에 따라, 정전척과 피처리 기판 사이의 전위차로 인하여 반대로 극성화된 전하가 피처리 기판의 후면에 축적되게 된다.On the other hand, during the plasma processing process, the substrate to be processed is self biased by the plasma generated inside the plasma processing chamber and the electrostatic chuck is biased by the DC power supply. Accordingly, due to the potential difference between the electrostatic chuck and the substrate to be processed, the oppositely polarized charges are accumulated on the rear surface of the substrate to be processed.

그런데, 피처리 기판과 정전척의 후면에 축전된 전하는 공정 완료 후에도 여전히 남아 있어서 피처리 기판이 기판 지지대로부터 리프팅 되는 과정에서 피처리 기판과 정전척 사이에 아킹이 발생되는 경우가 있다. 피처리 기판의 언로딩시 발생되는 피처리 기판과 정전척 사이에 아킹은 피처리 기판의 내부 회로를 손상시켜 공정 수율을 저하시키며, 플라즈마 처리 챔버의 내부를 오염시키는 등의 여러 문제점을 야기한다.However, electric charges stored on the substrate and the rear surface of the electrostatic chuck remain after the completion of the process, so that arcing may occur between the substrate and the electrostatic chuck during the process of lifting the substrate from the substrate support. Arcing between the substrate to be processed and the electrostatic chuck generated during unloading of the substrate to damage the internal circuit of the substrate to reduce the process yield, causing various problems, such as contaminating the interior of the plasma processing chamber.

피처리 기판과 정전척에 축전된 전하는 피처리 기판이 정전척에 밀착되도록 하여 피처리 기판의 리프팅시 무리한 동작에 의해 기판이 손상되는 경우가 발생될 수 있다. 특히, 점점 대형화되어가는 웨이퍼 기판이나 유리 기판의 경우 이러한 문제점은 더욱 심화된다. 게다가 피처리 기판이 전하를 축전한 채로 후속 공정으로 진행하는 경우에도 해당되는 후속 공정에서도 후속 공정 설비와 피처리 기판 사이에 아킹이 발생하는 등의 문제점을 야기할 수 있다.The charges stored in the substrate and the electrostatic chuck may cause the substrate to be in close contact with the electrostatic chuck so that the substrate may be damaged by an excessive operation during lifting of the substrate. In particular, this problem is further exacerbated in the case of a wafer substrate or a glass substrate, which is getting larger. In addition, even when the substrate to be processed proceeds to a subsequent process while accumulating charge, a problem may occur such that arcing occurs between the subsequent process equipment and the substrate to be processed in the subsequent process.

1999년 11월 15일 공개된 공개번호 제10-1999-0080522호에 게시된 플라즈마 식각 설비의 하부 전극과 정전기 감쇠 장치 및 정전기 감쇠 방법은 하부 전극의 중심부에 하나 이상의 관통홀을 형성하고, 피처리 기판이 리프팅될 때 관통홀을 통하여 중성화된 가스를 공급함으로서 정전기를 감쇠시키는 방법을 제공한다. 그러나 중성화된 가스를 공급하는 것은 정전기를 부분적으로 제거하는데 효과가 있을 수 있지만 공정 챔버의 진공 상태가 가변되어 진공 조절을 위한 추가 프로세스가 진행 되어 공정 진행 시간이 지연되어 생산성이 저하되는 문제점을 야기할 수 있다.The lower electrode, the electrostatic attenuation apparatus, and the electrostatic attenuation method of the plasma etching apparatus, published in Publication No. 10-1999-0080522, published on November 15, 1999, form one or more through holes in the center of the lower electrode, and are treated. It provides a method of damping static electricity by supplying a neutralized gas through the through hole when the substrate is lifted. However, supplying a neutralized gas may be effective in partially removing static electricity, but the vacuum state of the process chamber may be changed, causing an additional process to control the vacuum, which may delay the process time and decrease productivity. Can be.

2001년 2월 15일 공개된 공개번호 제10-2001-0011384호에 게시된 플라즈마 공정챔버의 정전기제거장치는 하부 전극을 접지로 연결하는 릴레이 스위치를 구비한다. 릴레이 스위치는 공정 완료 시점에서 공정 가스의 공급이 중단됨과 아울러 하부 전극을 접지로 연결되게 하여 축전된 전하가 방전되도록 한다. 또한, 2005년 7월 5일 공개된 제10-2005-0068738호에 게시된 정전기척의 방전을 위한 핀이 구비된 프로세스 챔버는 정전척에 축전된 전하를 방전시키기 위한 방전핀을 구비한다. 이 기술에서는 공정 종료시 이동플레이트가 하강할 때 방전핀이 핀승강부재와 접촉되어 정전척에 축전된 전하가 방전핀을 따라서 핀승강부재로 방전된다.The electrostatic elimination device of the plasma process chamber published in Publication No. 10-2001-0011384, published February 15, 2001, includes a relay switch connecting the lower electrode to ground. The relay switch stops the supply of the process gas at the completion of the process and connects the lower electrode to the ground to discharge the stored charge. In addition, the process chamber with a pin for discharging the electrostatic chuck disclosed in US Pat. No. 10-2005-0068738, published July 5, 2005, has a discharge pin for discharging the electric charge stored in the electrostatic chuck. In this technique, when the moving plate is lowered at the end of the process, the discharge pin is in contact with the pin lifting member, and the electric charge stored in the electrostatic chuck is discharged to the pin lifting member along the discharge pin.

그러나 상기 두 기술들은 정전척 또는 하부 전극에 축전된 전하를 접지로 방전하는 구조를 취하고 있는데 이러한 단순 방전 구조는 순간적으로 임의의 부분에서 아킹을 발생할 수 있어서 피처리 기판이나 기타 공정 설비에 악영향을 줄 수 있는 문제점을 갖고 있다.However, these two technologies have a structure that discharges the electric charge stored in the electrostatic chuck or the lower electrode to ground, and this simple discharge structure can generate arcing in any part of the moment, which may adversely affect the substrate or other processing equipment. I have a problem.

2004년 5월 12일 공개된 제10-2004-0040106호에 게시된 반도체 웨이퍼의 정전기 제거장치는 드라이 에칭이 완료된 웨이퍼 기판의 박막 두께를 측정하기 위한 측정 설비에서 이온아이저를 사용하여 웨이퍼 기판의 정전기를 제거하도록 한다. 이온아이저를 사용하여 웨이퍼 기판의 정전기를 효과적으로 제거할 수 있지만 플라즈마 처리 챔버 내에서 피처리 기판이 리프팅 될 때 발생될 수 있는 아킹의 문제점은 해결되지 않았다.The electrostatic eliminator for semiconductor wafers disclosed in US Pat. No. 10-2004-0040106, published May 12, 2004, uses an ionizer in a measuring apparatus for measuring the thin film thickness of a wafer substrate on which dry etching is completed. Remove static electricity. Although ionizers can be used to effectively remove static electricity from the wafer substrate, the problem of arcing that may occur when the substrate to be processed is lifted in the plasma processing chamber has not been solved.

본 발명의 목적은 플라즈마 처리 챔버의 내부에 구비되는 정전척과 피처리 기판에 축적된 전하를 효과적으로 방전 시킬 수 있는 플라즈마 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing system and method capable of effectively discharging the charge accumulated in an electrostatic chuck and a processing target substrate provided in a plasma processing chamber.

본 발명의 다른 목적은 정전척으로부터 기판이 리프팅될 때 정전척과 피처리 기판 사이에 발생될 수 있는 아킹을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma processing system and method capable of preventing arcing that may occur between an electrostatic chuck and a substrate to be processed when the substrate is lifted from the electrostatic chuck.

본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 처리 공정이 완료된 후 피처리 기판에 축적된 전하를 미리 방전시켜서 해당 피처리 기판의 후속 공정을 진행하게 될 후속 공정 설비에서 피처리 기판과 후속 공정 설비 사이에서 아킹이 발생되지 않도록 하는 플라즈마 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an arcing between the substrate and the subsequent processing equipment in a subsequent processing equipment that will discharge the charge accumulated on the substrate after the plasma processing process is completed to proceed with the subsequent processing of the substrate. To provide a plasma processing system and method that does not occur.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 정전척과 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템은: 하부 전극과 접지 사이에 전기적인 방전 경로를 제공하여 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 접지로 방전될 수 있도록 하는 방전 회로; 및 플라즈마 처리가 완료되면 일정 시간에 걸쳐서 플라즈마 방전이 유지되는 레벨까지 플라즈마 에너지가 낮아지도록 고주파 전력을 제어하는 시스템 제어부를 포함하고, 플라즈마 에너지가 낮아지는 것에 따라 피처리 기판 및 정전척에 유도되는 전압이 낮아지면서 피처리 기판과 하부 전극은 플라즈마에 의해 전기적으로 커플링 되어 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 방전 회로를 통하여 접지로 방전된다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a plasma processing system for preventing arcing between the electrostatic chuck and the substrate. The plasma processing system of the present invention comprises: a discharge circuit for providing an electrical discharge path between the lower electrode and the ground such that the charge accumulated in the substrate and the electrostatic chuck can be discharged to ground; And a system controller for controlling the high frequency power so that the plasma energy is lowered to the level at which plasma discharge is maintained over a predetermined time when the plasma processing is completed, and the voltage induced on the substrate and the electrostatic chuck as the plasma energy is lowered. As the lowering becomes lower, the substrate to be processed and the lower electrode are electrically coupled by the plasma, and the charge accumulated in the substrate and the electrostatic chuck is discharged to the ground through the discharge circuit.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 회로는 하부 전극과 접지 사이에 연결되는 커플링 커패시터와 커플링 커패시터의 양단에 병렬로 연결되는 방전 저항을 포함한다.In one embodiment, the discharge circuit includes a coupling capacitor connected between the lower electrode and ground and a discharge resistor connected in parallel across both coupling capacitors.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항으로 구성된다.In one embodiment, the discharge resistor is composed of a variable resistor.

본 발며의 다른 일면은 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법은: 프로세스 챔버로 공정 가스 공급되고, 고주파 전원이 공급되어 플라즈마가 발생하여 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리가 이루어지는 단계; 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 종료를 검출하는 단계; 플라즈마 처리 종료점이 검출되면, 피처리 기판과 정전척에 축전된 전하를 방전 처리하는 단계; 및 방전 처리 후 플라즈마와 공정 가스의 공급을 오프하는 단계를 포함하고, 상기 방전 처리 단계는 플라즈마 에너지가 일정 시간에 걸쳐서 플라즈마 방전이 유지되는 레벨까지 낮아지는 것에 따라 피처리 기판 및 정전척에 유도되는 전압이 낮아지면서 피처리 기판과 하부 전극은 플라즈마에 의해 전기적으로 커플링 되어 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 하부 전극에 연결된 방전 회로를 통하여 접지로 방전된다.Another aspect of the present invention relates to a plasma processing method of a plasma processing system. A plasma processing method of the plasma processing system of the present invention includes the steps of: supplying a process gas to a process chamber, and supplying high frequency power to generate plasma to perform plasma processing on a substrate to be processed; Detecting an end of plasma processing on the substrate to be processed; When the plasma processing end point is detected, discharging the electric charges stored in the substrate and the electrostatic chuck; And turning off the supply of the plasma and the process gas after the discharge treatment, wherein the discharge treatment step is induced to the substrate and the electrostatic chuck as the plasma energy is lowered to a level at which the plasma discharge is maintained over a predetermined time. As the voltage decreases, the substrate and the lower electrode are electrically coupled by the plasma, and the charge accumulated in the substrate and the electrostatic chuck is discharged to the ground through a discharge circuit connected to the lower electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 회로는 하부 전극과 접지 사이에 연결되는 커플링 커패시터와 커플링 커패시터의 양단에 병렬로 연결되는 방전 저항을 포함한다.In one embodiment, the discharge circuit includes a coupling capacitor connected between the lower electrode and ground and a discharge resistor connected in parallel across both coupling capacitors.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항으로 구성된다.In one embodiment, the discharge resistor is composed of a variable resistor.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description. In understanding the drawings, it should be noted that like parts are intended to be represented by the same reference numerals as much as possible. And detailed description of known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention is omitted.

(실시예)(Example)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 정전척과 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템 및 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a plasma processing system and method for preventing arcing between an electrostatic chuck and a substrate of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 기본적인 의도는 플라즈마 처리가 완료된 피처리 기판과 정전척에 축전된 전하를 안전하고 효과적으로 방전시켜서 피처리 기판이 정전척으로부터 리프팅 될 때 피처리 기판과 정전척 사이에 아킹이 발생되는 것을 방지하는 것이다. 또한, 피처리 기판의 언로딩 단계 이전에 미리 피처리 기판에 축전된 전하를 충분히 방전시키도록 함으로서 해당 피처리 기판의 후속 공정을 진행함에 있어서 후속 공정을 진행하는 공정 설비와 피처리 기판 사이에 발생될 수 있는 아킹을 방지할 수 있다.The basic intention of the present invention is to safely and effectively discharge the charges stored in the plasma-processed substrate and the electrostatic chuck to prevent arcing between the substrate and the electrostatic chuck when the substrate is lifted from the electrostatic chuck. It is. In addition, by sufficiently discharging the electric charges stored in the substrate before the unloading of the substrate to be processed, it is generated between the processing equipment and the substrate to proceed with the subsequent processing in the subsequent processing of the substrate. Arking can be prevented.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a plasma processing system according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 처리 챔버(100)에 수용된 상부 전극(120)과 하부 전극(112)을 구비한다. 상부 전극(120)은 가스 공급 시스템(300)으로부터 공정 가스를 공급받아 플라즈마 처리 챔버(100)로 공급하는 도전성 가스 샤워 헤드로 구성된다. 상부 전극(120)은 고주파(radio frequency) 전력을 공급하는 전원 공급원(200)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(200)은 RF 발생기(210)와 임피던스 정합기(220)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a plasma processing system according to a preferred embodiment of the present invention includes an upper electrode 120 and a lower electrode 112 accommodated in a plasma processing chamber 100. The upper electrode 120 is configured as a conductive gas shower head that receives a process gas from the gas supply system 300 and supplies the process gas to the plasma processing chamber 100. The upper electrode 120 is electrically connected to a power source 200 that supplies radio frequency power. The power supply 200 includes an RF generator 210 and an impedance matcher 220.

하부 전극(112)은 피처리 기판(116)을 지지하기 위한 지지대를 구성하며, 하부 전극(112)의 상부에는 유전체 커버(114)에 의해 덮여진 정전 전극(118)이 구성되어 정전척(110)을 구성한다. 정전 전극(118)은 정전기력 발생을 위한 직류 전원을 공급하는 정전척 전원(115)에 전기적으로 연결된다. 하부 전극(112)과 접지 사이에는 방전 회로(600)가 전기적으로 연결된다. 방전 회로(600)는 하부 전극(112)과 접지 사이에 연결되는 커플링 커패시터(602)와 커플링 커패시터(602)의 양단에 병렬로 연결되는 방전 저항(604)을 포함한다.The lower electrode 112 constitutes a support for supporting the substrate 116, and an electrostatic chuck 110 covered by the dielectric cover 114 is formed on the upper portion of the lower electrode 112. ). The electrostatic electrode 118 is electrically connected to an electrostatic chuck power source 115 that supplies a DC power source for generating electrostatic force. The discharge circuit 600 is electrically connected between the lower electrode 112 and the ground. The discharge circuit 600 includes a coupling capacitor 602 connected between the lower electrode 112 and the ground, and a discharge resistor 604 connected in parallel to both ends of the coupling capacitor 602.

정전척(110)에는 피처리 기판을 리프팅 하기 위한 다수의 리프트 핀(410)이 장착되며, 다수의 리프트 핀(410)은 리프트 핀 구동부(400)에 연결된다. 플라즈마 처리 챔버(100)에는 종료점 검출기(end point detector)(130)가 장착되어 피처리 기판(116)에 대한 플라즈마 처리 종료점을 검출한다. 시스템 제어부(500)는 공정 레시피에 따라서 플라즈마 처리 시스템의 전반적인 플라즈마 처리 과정을 제어한다. 피처리 기판(116)은 반도체 집적 회로를 제조하기 위한 반도체 웨이퍼 기판이나 LCD 유리 기판이다. 플라즈마 처리는 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 에싱(ashing) 등과 같은 여러 반도체 제조 공정 중 어느 하나이다. 이 실시예에서 진공 펌프를 포함하는 배기 시스템이나 냉각수 공급 라인들을 포함하는 각종 유틸리티 라인들과 같은 일반적인 구성들은 본 발명의 명확한 설명을 위하여 도면의 구체적인 도시와 설명을 생략한다.The electrostatic chuck 110 is equipped with a plurality of lift pins 410 for lifting the substrate to be processed, and the plurality of lift pins 410 are connected to the lift pin driver 400. An end point detector 130 is mounted in the plasma processing chamber 100 to detect a plasma processing end point of the substrate 116. The system controller 500 controls the overall plasma processing process of the plasma processing system according to the process recipe. The substrate 116 to be processed is a semiconductor wafer substrate or LCD glass substrate for producing a semiconductor integrated circuit. Plasma treatment is any one of several semiconductor fabrication processes such as, for example, etching, deposition, ashing, and the like. In this embodiment, general configurations such as an exhaust system including a vacuum pump or various utility lines including cooling water supply lines will be omitted for the sake of clarity.

도 2는 도 1의 플라즈마 처리 시스템에서 수행되는 플라즈마 처리 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart sequentially illustrating a plasma processing process performed in the plasma processing system of FIG. 1.

도 2를 참조하여, 플라즈마 처리 과정의 전반적인 제어는 시스템 제어부(500)에 의해 이루어진다. 먼저, 단계 S100에서 플라즈마 처리 공정이 시작되면, 단계 S110에서 가스 공급 시스템(300)으로부터 공정 가스가 가스 샤워 헤드(120)를 통해서 플라즈마 처리 챔버(100)의 내부로 공급된다. 단계 S120에서 전원 공급원(200)으로부터 고주파 전력이 상부 전극(120)으로 인가되어 플라즈마 처리 챔버(100)의 내부에 플라즈마(122)가 발생된다. 단계 S130에서는 발생된 플라즈마(122)에 의해 피처리 기판(116)에 대한 플라즈마 처리가 수행된다.Referring to FIG. 2, overall control of the plasma processing process is performed by the system controller 500. First, when the plasma processing process is started in step S100, the process gas is supplied into the plasma processing chamber 100 through the gas shower head 120 from the gas supply system 300 in step S110. In operation S120, a high frequency power is applied from the power supply source 200 to the upper electrode 120 to generate the plasma 122 in the plasma processing chamber 100. In step S130, plasma processing is performed on the substrate 116 by the generated plasma 122.

단계 S140에서 종료점 검출기(130)에 의해 피처리 기판(116)에 대한 플라즈마 처리 종료점이 검출되면, 단계 S150에서 피처리 기판(116)과 정전척(110)에 축적된 전하의 방전 처리가 진행된다. 구체적으로, 피처리 기판(116)과 정전척(110)에 축적된 전하를 방전시키는 과정은 다음과 같다.When the plasma processing end point for the substrate 116 is detected by the endpoint detector 130 in step S140, discharge processing of charges accumulated in the substrate 116 and the electrostatic chuck 110 is performed in step S150. . Specifically, the process of discharging the charge accumulated in the substrate 116 and the electrostatic chuck 110 is as follows.

도 3은 축적 전하의 방전시 피처리 기판과 정전척의 전압 변화를 보여주는 그래프이고, 도 4는 기판에 충적된 전하가 방전회로를 통하여 방전되는 것을 설명하기 위한 정전척의 단면도 및 부분 확대도면이다.3 is a graph showing a change in voltage of the substrate and the electrostatic chuck during discharge of the accumulated charge, and FIG. 4 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of the electrostatic chuck for explaining that the charges charged on the substrate are discharged through the discharge circuit.

도 3을 참조하여, 플라즈마 처리가 진행되는 동안 피처리 기판(116)에 유도되는 전압(Wv)은 W_V1로 그리고 정전척(110)에 유도되는 전압(Cv)은 C_V1로 거의 일정한 전압차를 갖고 유지된다. 정전척(110)에 유도되는 전압(Cv)은 실질적으로 유전체 커버(114)의 표면에 유도되는 전압을 표시한다.Referring to FIG. 3, the voltage Wv induced to the substrate 116 is W_V1 and the voltage Cv induced to the electrostatic chuck 110 is almost constant voltage C_V1 during the plasma processing. maintain. The voltage Cv induced in the electrostatic chuck 110 substantially represents the voltage induced on the surface of the dielectric cover 114.

피처리 기판(116)에 대한 플라즈마 처리 종료점이 검출되는 시점(T1)에서 시스템 제어부(500)는 전원 공급원(200)을 제어하여 플라즈마 처리 챔버(100)의 내부에 발생된 플라즈마(122)의 에너지가 일정 시간 동안(T2-T1) 서서히 낮아지도록 제어한다. 여기서, 플라즈마(122)의 에너지가 낮아지는 레벨은 최소한 플라즈마 방전이 소멸되지 않는 레벨까지이다. 플라즈마(122)의 에너지가 낮아지는 과정에서 피처리 기판(116)에 유도되는 전압(Wv)과 정전척(110)에 유도되는 전압(Cv)도 W_V1에서 W_V2로 그리고 C_V1에서 C_V2로 각각 낮아지게 된다.At the time point T1 at which the plasma processing end point of the substrate 116 is detected, the system controller 500 controls the power supply 200 to control the energy of the plasma 122 generated inside the plasma processing chamber 100. Is controlled to gradually lower for a certain time (T2-T1). Here, the level at which the energy of the plasma 122 is lowered is at least a level at which the plasma discharge does not disappear. In the process of lowering the energy of the plasma 122, the voltage Wv induced to the substrate 116 and the voltage Cv induced to the electrostatic chuck 110 are also lowered from W_V1 to W_V2 and from C_V1 to C_V2, respectively. do.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마(122)의 에너지가 일정 레벨까지 낮아지는 동안 피처리 기판(116)과 하부 전극(110)은 플라즈마에 의해 전기적으로 커플링(800) 되어 피처리 기판(116)에 축적된 전하가 방전 회로(600)(구체적으로는 방전 저항(602))를 통하여 접지로 방전된다. 이때, 유전체 커버(114)에 축전된 전하도 하부 전극(112)과 방전 회로(600)를 통하여 접지로 방전하게 된다.In this case, as shown in FIG. 4, while the energy of the plasma 122 is lowered to a certain level, the substrate 116 and the lower electrode 110 are electrically coupled 800 by the plasma to be processed. The charge accumulated in 116 is discharged to ground through the discharge circuit 600 (specifically, the discharge resistor 602). At this time, the electric charge stored in the dielectric cover 114 is also discharged to the ground through the lower electrode 112 and the discharge circuit 600.

이와 같이 피처리 기판(116)과 정전척(110)에 축적된 전하를 방전시키는 과 정에서 플라즈마 처리 챔버(100)의 내부에서 플라즈마(122)가 꺼지지 않고 낮은 에어지 레벨로 유지되는 것은 매우 중요하다. 높은 에너지의 플라즈마(122)가 순간적으로 꺼지는 경우에는 피처리 기판(116)과 하부 전극(112)의 전기적 커플링이 없어서 피처리 기판(116)에 축전된 전하의 방전이 효과적으로 이루어지지 않는다. 또한, 정전척(110)에 축전된 전하가 급격히 접지로 방전하기 때문에 플라즈마 처리 시스템의 임의의 부분에 전기적 충격이 발생될 수 있다. 그럼으로 플라즈마가 꺼지지 않고 유지되는 가운데 높은 에너지 레벨에서 낮은 에너지 레벨의 전환되는 가운데 피처리 기판(116) 및 정전척(110)의 방전 처리 공정이 진행되어야 한다.As such, in the process of discharging the charge accumulated in the substrate 116 and the electrostatic chuck 110, it is very important that the plasma 122 is not turned off and maintained at a low air level in the plasma processing chamber 100. Do. When the high energy plasma 122 is turned off momentarily, there is no electrical coupling between the substrate 116 and the lower electrode 112, so that the discharge of charge stored in the substrate 116 is not effectively performed. In addition, electrical shock may occur in any portion of the plasma processing system because the charge stored in the electrostatic chuck 110 rapidly discharges to ground. Therefore, the discharge treatment process of the substrate 116 and the electrostatic chuck 110 to be processed should be performed while the plasma is maintained without being turned off and the high energy level is switched from the low energy level.

다시, 도 2를 참조하여, 피처리 기판(116)과 정전척(110)의 방전이 이루어진 후, 단계 S160에서 플라즈마가 오프되고 이어 단계 S170에서 공정 가스의 공급이 오프되고 단계 S180에서 플라즈마 처리가 완료된다.Again, referring to FIG. 2, after the substrate 116 and the electrostatic chuck 110 are discharged, the plasma is turned off in step S160, and then the supply of the process gas is turned off in step S170, and the plasma processing is performed in step S180. Is done.

플라즈마 처리가 완료된 후 피처리 기판(116)은 정전척(115)으로부터 리프팅되어 플라즈마 처리 챔버(100)에서 언로딩된다. 정전척(110)으로부터 피처리 기판(116)이 리프팅될 때 종래와 같이 아킹이 발생되지 않으며, 이미 피처리 기판(116)에 축전된 전하가 충분히 방전되었음으로 후속되는 공정에서도 피처리 기판(116)과 해당되는 후속 공정 설비(미도시) 사이에서도 아킹이 발생되지 않는다.After the plasma processing is completed, the substrate to be processed 116 is lifted from the electrostatic chuck 115 and unloaded from the plasma processing chamber 100. When the substrate 116 is lifted from the electrostatic chuck 110, arcing does not occur as in the prior art, and the substrate 116 is processed even in a subsequent process because the electric charges already stored in the substrate 116 are sufficiently discharged. ) And the corresponding subsequent process equipment (not shown) do not generate arcing.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a plasma processing system according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템은 상술한 제1 실시예와 거의 동일하다. 다만, 방전 회로(600)의 구성에 있어서 방전 저항(604a)을 가변 저항으로 구성한 것에 차이가 있다. 방전 저항(604a)의 저항 용량은 시스템 제어부(500)에 의해 제어되도록 할 수 있을 것이다. 예를 들어, 플라즈마 처리가 진행되는 과정에서는 가변 저항의 값을 높이고, 방전 처리 과정에서는 보다 원활하고 신속한 방전을 위하여 가변 저항의 값을 낮추도록 제어할 수 있을 것이다.5, the plasma processing system according to the second embodiment of the present invention is almost the same as the first embodiment described above. However, in the configuration of the discharge circuit 600, there is a difference in that the discharge resistor 604a is composed of a variable resistor. The resistive capacity of the discharge resistor 604a may be controlled by the system controller 500. For example, it may be controlled to increase the value of the variable resistor in the process of plasma processing, and to lower the value of the variable resistor in the discharge process for smoother and faster discharge.

이상에서 설명된 본 발명의 정전척과 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템 및 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the plasma processing system and method for preventing arcing between the electrostatic chuck and the substrate of the present invention described above are merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications therefrom. And it will be appreciated that other equivalent embodiments are possible. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the specific forms mentioned in the above description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims, and the present invention is intended to cover all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It should be understood to include.

상술한 바와 같은 본 발명의 정전척과 기판 사이의 아킹을 방지하기 위한 플라즈마 처리 시스템 및 방법에 의하면, 플라즈마 처리가 완료된 피처리 기판과 정전척에 축전된 전하를 안전하고 효과적으로 방전시켜서 피처리 기판이 정전척으로부터 리프팅될 때 피처리 기판과 정전척 사이에 아킹이 발생되는 것을 방지한다. 또한, 피처리 기판의 언로딩 단계 이전에 미리 축전된 전하를 충분히 방전시키도록 함으로서 해당 피처리 기판의 후속 공정을 진행함에 있어서 후속 공정을 진행하는 공정 설비와 피처리 기판 사이에 발생될 수 있는 아킹을 방지할 수 있다.According to the plasma processing system and method for preventing arcing between the electrostatic chuck and the substrate of the present invention as described above, the substrate to be treated is electrostatically discharged safely and effectively by discharging the charges stored in the substrate to be processed and the electrostatic chuck. It prevents arcing between the substrate to be processed and the electrostatic chuck when lifting from the chuck. Further, arcing may be generated between the processing equipment and the substrate to be processed in the subsequent processing in the subsequent processing of the substrate to be sufficiently discharged before the unloading step of the substrate to be processed. Can be prevented.

Claims (6)

하부 전극과 그 상부에 유전체 커버에 쌓여진 정전 전극을 포함하는 정전척을 갖는 플라즈마 처리 시스템에 있어서:A plasma processing system having an electrostatic chuck comprising a lower electrode and an electrostatic electrode stacked on a dielectric cover thereon: 하부 전극과 접지 사이에 전기적인 방전 경로를 제공하여 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 접지로 방전될 수 있도록 하는 방전 회로; 및 A discharge circuit providing an electrical discharge path between the lower electrode and the ground to discharge the charge accumulated in the substrate and the electrostatic chuck to ground; And 플라즈마 처리가 완료되면 일정 시간에 걸쳐서 플라즈마 방전이 유지되는 레벨까지 플라즈마 에너지가 낮아지도록 고주파 전력을 제어하는 시스템 제어부를 포함하고, Comprising a system control unit for controlling the high frequency power so that the plasma energy is lowered to the level where the plasma discharge is maintained over a predetermined time when the plasma processing is completed, 플라즈마 에너지가 낮아지는 것에 따라 피처리 기판 및 정전척에 유도되는 전압이 낮아지면서 피처리 기판과 하부 전극은 플라즈마에 의해 전기적으로 커플링 되어 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 방전 회로를 통하여 접지로 방전되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.As the plasma energy is lowered, the voltage induced on the substrate and the electrostatic chuck is lowered, and the substrate and the lower electrode are electrically coupled by the plasma, and the charge accumulated in the substrate and the electrostatic chuck is discharged through the discharge circuit. Plasma processing system, characterized in that the discharge to ground. 제1항에 있어서, 상기 방전 회로는 하부 전극과 접지 사이에 연결되는 커플링 커패시터와 커플링 커패시터의 양단에 병렬로 연결되는 방전 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.The plasma processing system of claim 1, wherein the discharge circuit includes a coupling capacitor connected between the lower electrode and the ground and a discharge resistor connected in parallel to both ends of the coupling capacitor. 제2항에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.3. The plasma processing system of claim 2, wherein the discharge resistor is comprised of a variable resistor. 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법에 있어서:In the plasma processing method of the plasma processing system: 프로세스 챔버로 공정 가스 공급되고, 고주파 전원이 공급되어 플라즈마가 발생하여 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리가 이루어지는 단계;A process gas is supplied to the process chamber, and a high frequency power is supplied to generate plasma to perform plasma processing on the substrate to be processed; 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 종료를 검출하는 단계;Detecting an end of plasma processing on the substrate to be processed; 플라즈마 처리 종료점이 검출되면, 피처리 기판과 정전척에 축전된 전하를 방전 처리하는 단계; 및When the plasma processing end point is detected, discharging the electric charges stored in the substrate and the electrostatic chuck; And 방전 처리 후 플라즈마와 공정 가스의 공급을 오프하는 단계를 포함하고,Turning off the supply of plasma and process gas after the discharge treatment; 상기 방전 처리 단계는 플라즈마 에너지가 일정 시간에 걸쳐서 플라즈마 방전이 유지되는 레벨까지 낮아지는 것에 따라 피처리 기판 및 정전척에 유도되는 전압이 낮아지면서 피처리 기판과 하부 전극은 플라즈마에 의해 전기적으로 커플링 되어 피처리 기판과 정전척에 축적된 전하가 하부 전극에 연결된 방전 회로를 통하여 접지로 방전되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법.In the discharge treatment step, as the plasma energy is lowered to the level at which the plasma discharge is maintained over a predetermined time, the voltage induced on the substrate and the electrostatic chuck is lowered, and the substrate and the lower electrode are electrically coupled by the plasma. And the charges accumulated in the substrate and the electrostatic chuck are discharged to ground through a discharge circuit connected to the lower electrode. 제4항에 있어서, 상기 방전 회로는 하부 전극과 접지 사이에 연결되는 커플링 커패시터와 커플링 커패시터의 양단에 병렬로 연결되는 방전 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법.5. The plasma processing method of claim 4, wherein the discharge circuit includes a coupling capacitor connected between the lower electrode and the ground and a discharge resistor connected in parallel between both ends of the coupling capacitor. 제5항에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 방법.6. The plasma processing method of claim 5, wherein the discharge resistor comprises a variable resistor.
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