KR20140061394A - 디척킹 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 프로세싱 시스템에서 정전척으로부터 기판을 디척킹하는 방법이 제공된다. 본 방법은 플라즈마 챔버로 제1 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 또한, 본 방법은 기판의 배면 아래에 제2 가스의 고 압력 빌드업을 생성하도록 기판의 배면으로 제2 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 나아가, 본 방법은 기판 배면 아래에 제2 가스의 적어도 일부가 트랩 되는 경우 제2 기체의 흐름을 감소시키는 것을 포함한다. 또한, 본 방법은 기판의 배면 아래에 존재하는 제1 압력과 기판 위의 영역에 존재하는 제2 압력의 차이를 증가시키기 위해서 플라즈마 챔버를 펌프 아웃 하는 것을 포함한다. 여기서 압력의 차이는 정전척으로부터 기판이 리프트 되게 한다. 또한, 방법은 정전척으로부터 기판을 제거하는 것을 포함한다.

Description

디척킹 방법 및 시스템 {METHODS OF DECHUCKIG AND SYSTEM THEREOF}
플라즈마는 전자 제품 (예컨대, 집적 회로 또는 평판 패널 디스플레이) 을 형성하기 위해 기판 (예컨대, 웨이퍼 또는 평판 패널) 을 처리하도록 지속적으로 채용되었다. 플라즈마 처리에서, 처리 가스는 챔버로 주입될 수도 있고, 기판 상에 층을 증착하거나 스퍼터링 (sputtering) 하거나 기판을 식각하기 위해 플라즈마를 형성하도록 에너자이징 (energizing) 될 수도 있다. 플라즈마 처리에서, 기판은 통상적으로 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 챔버 내부 척 (chuck) 의 상단에 배치된다. 플라즈마 처리 동안, 처리 가스는 챔버로 흐르고 기판을 처리 (예컨대, 식각 또는 증착) 하기 위한 플라즈마를 형성하도록 여기 (excitation) 된다. 플라즈마 처리가 완료된 후, 플라즈마는 소멸되고 웨이퍼는 추가 처리를 위해 챔버로부터 제거된다.
일부의 챔버에서는, 정전척 (ESC; electrostatic chuck) (102) 이 처리 동안 기판을 지지하도록 채용된다. 당업에서 공지된 ESC는 처리 동안 척의 표면 상으로 웨이퍼를 홀딩 (holding) 또는 클램핑 (clamping) 하도록 정전기력을 채용한다. 설명을 용이하게 하기 위해, 도 1은 ESC (102) 를 포함하는 통상의 플라즈마 처리 시스템의 상위의 개념도를 도시한다. 도 1을 참조하면, ESC (102) 는 챔버 엔클로저 (enclosure) (104) 내에 배치된 것으로 도시된다. ESC (102) 는 통상적으로 적어도 금속 플레이트 (106) 를 포함하고, 금속 플레이트 (106) 는 무선주파수 (RF; Radio frequency) 전력 공급기 (108) 와 같은 적합한 에너지 소스에 의해 에너자이징될 수도 있다.
금속 플레이트 (106) 위에는, 통상적으로 세라믹 플레이트 (110) 가 배치된다. 웨이퍼 (112) 는 처리를 위해 세라믹 플레이트 (110) 의 상단에 위치되는 것으로 도시된다. ESC (102) 의 세라믹 플레이트 (110) 상면에 웨이퍼 (112) 를 클램핑하기 위해서, 하나 이상의 ESC 폴 (120 및 112) 은 세라믹 플레이트 (110) 내에 임베디드 (embedded) 될 수도 있고, 적합한 ESC 클램핑 (clamping) 전압 소스에 의해 에너자이징될 수도 있다.
도 1의 예시에서, 두 개의 ESC 폴을 갖는 바이폴라 (bipolar) ESC가 도시된다. 따라서, 세라믹 플레이트 (110) 에 임베디드된 포지티브 폴 (120) 과 네거티브 폴 (112) 이 있다. 폴 (120 및 112) 이 (도면의 명확성을 향상시키기 위해 도 1에 도시되지 않은) ESC 클램핑 전압 소스에 의해 에너자이징되는 경우, 일종의 커패시터가 형성되고, 처리 동안 세라믹 플레이트 (110) 의 상면에 웨이퍼 (112) 를 클램핑하도록 정전기력이 세라믹 플레이트 (110) 의 상면과 웨이퍼 (112) 의 하면 사이에 발생된다. 처리 동안 더 우수한 열제어를 위한 웨이퍼 (112) 와 ESC (102) 사이의 열전도를 향상시키도록, 헬륨 배면 냉각이 채용될 수도 있다. 도 1의 예시에서, 도관 (130) 은 헬륨 배면 냉각을 제공하도록 채용되고, 이는 처리 동안 웨이퍼 (112) 의 배면으로 (헬륨 가스와 같은) 열전도 매질을 제공한다.
처리 동안, 플라즈마는 웨이퍼 (112) 를 처리하도록 챔버 엔클로저 (104) 내부의 웨이퍼 (112) 위에 형성된다. 처리 단계가 완료되는 경우, 플라즈마는 소멸한다. (예컨대, 플라즈마 형성을 위한 처리 가스를 여기 (excitation) 하는데 이용되는 RF 에너지가 턴오프 (trun off) 된다.) 플라즈마가 턴오프된 후, 통상적으로 (도시되지 않은) 리프트 핀이 세라믹 플레이트 (110) 표면으로부터 웨이퍼 (112) 를 리프트 (lift) 하도록 채용된다.
웨이퍼 제거 처리를 돕기 위해서, 웨이퍼 (112) 의 하면과 세라믹 플레이트 (110) 의 상면 사이 영역으로부터 웨이퍼 상의 전하가 소멸하도록 허용하기 위해 저에너지 또는 저밀도의 플라즈마가 일시적으로 생성될 수도 있다. 이 경우, 낮은 RF 전력은 낮은 이온 에너지를 갖는 저밀도 플라즈마를 생성하도록 적용된다. 플라즈마는 웨이퍼를 디클램핑 (declamping) 하기 위한 방전 경로를 제공하도록 존재한다. 낮은 전력이 웨이퍼에 원치 않는 추가적 변형을 최소화하도록 채용된다.
플라즈마는 턴온 (turn on) 되고, 다음으로 웨이퍼로 하여금 디척킹 (dechucking) 하게 대기기간 후에 턴오프 된다. 다음으로, 챔버는 펌프 아웃(pump out) 되고 리프터 핀은 제거할 웨이퍼를 리프트 하도록 통상적으로 적합한 로봇 암 배열에 의해 가동된다. 다른 처리에서, 플라즈마가 턴온 되고 다음으로 리프터 핀은 대기 기간 후 플라즈마가 여전히 온 (on) 인 동안 가동된다. 다음으로, 플라즈마가 차단되고 (shut off) 챔버는 웨이퍼 제거를 위해 펌프 아웃한다. 지금까지 설명된 바와 같이 도 1의 배열과 웨이퍼 제거의 처리는 종래의 것이고 더 이상의 상술을 요구하지 않는다.
그러나, 웨이퍼 (112) 가 세라믹 플레이트 (110) 상에 끼이는 (stuck) 경우들이 있다. (예를 들어, 처리의 중단, 플라즈마의 드롭아웃 (drop-out), 미한정 (unconfinement), 웨이퍼의 팝오프 (pop-off), 발생기의 고장, 경보 조건의 보류, 플라즈마 디척킹의 실패 등으로 인해) 플라즈마 디척킹이 불가능하다면, 챔버 컴포넌트나 웨이퍼로 손상 없이 ESC (102) 로부터 끼어진 웨이퍼를 안전하게 제거하기 위한 방법이 필요하다.
선행기술에서, 끼어진 웨이퍼를 제거하기 위한 하나의 방식은 웨이퍼 (112) 의 배면에 고압 헬륨 흐름의 이용을 수반한다. 대체로, 클램핑 전압이 폴 (120 및 122) 에 계속해서 공급되는 동안, 초기의 높은 체적 흐름 (volume flow) 으로 헬륨이 공급된다. 예를 들어, ESC (102) 의 상면으로 웨이퍼 (112) 가 홀딩되도록 지속시키기 위해 폴 (120 및 112) 로 클램핑 전압이 공급되는 동안, 80Torr 범위 내에서 헬륨 흐름이 웨이퍼 (112) 의 배면에 공급될 수도 있다.
다음으로, 클램핑 전압은 제거되며, 폭발적으로 또는 급작스럽게 웨이퍼 (112) 를 세라믹 플레이트 (110) 의 상면으로부터 밀어내도록 도관 (130) 에 압력이 빌드 업 (build up) 된다. 비록 이 방식은 ESC (102) 의 상면으로부터 웨이퍼 (112) 를 분리시키는 것을 성공적으로 하는 성향이 있으나, 약점이 있다. 예를 들어, 웨이퍼 (112) 가 세라믹 플레이트 (110) 의 상면으로부터 폭발적으로 배출되는 경우, 웨이퍼 (112) 가 깨지거나 아니면 손상될 수도 있고, 아마도 이것은 챔버 내부에서 오염의 원인이 된다. 다른 실시예로서, 폭발적으로 배출된 웨이퍼 (112) 는 하나 이상의 챔버 컴포넌트와 충돌할 수도 있고, 따라서 아마도 이는 챔버를 손상시킨다. 더 나아가, 챔버 내부에 폴리머 증착이 있다면, 폭발적으로 배출된 웨이퍼 (112) 는 폴리머 증착에 영향을 미칠 수도 있고, 아마도 폴리머 증착의 일부가 벗겨지거나 떨어지게 한다. 다음으로, 일부 또는 전부가 떨어져나간 폴리머 증착 조각은 뒤따르는 처리 작업에 미립자 오염 문제를 야기할 수도 있다.
고정된 웨이퍼를 제거하기 위한 다른 하나의 방식은 완력 (brute force) 의 이용을 수반한다. 이 방식에서, 리프트 핀은 세라믹 플레이트 (110) 상면에서 웨이퍼 (112) 를 강제로 밀려나게 하도록 채용된다. 이 방식은 웨이퍼 (112) 에 균열이 생기게 할 수도 있어, 잠재적 오염문제뿐만 아니라 웨이퍼의 손상을 초래한다.
더 나아가, 리프트 핀이 ESC (102) 표면에서 끼어진 웨이퍼를 강제로 밀려나게 하도록 시도하는 경우 세라믹 플레이트 (110) 상면에 여전히 잔류 전하가 있으므로, (폭발적 배출을 위한 고압 헬륨 또는 완력 리프트 (brute force lift) 를 위한 리프팅 핀 중 하나를 이용하는) 완력 방법 (brute force method) 은 ESC (102) 의 상면에 손상을 초래할 수도 있다. 이것은 완력 리프팅 업 (brute force lifting up) 시도 동안 웨이퍼 (112) 가 경첩식으로 움직이거나 기울어 지고, 웨이퍼 (112) 의 일 코너 또는 에지가 ESC (102) 상면에 접촉하는 상태가 된다면, 웨이퍼 (112) 및/또는 세라믹 플레이트 (110) 상면 상의 잔류 전하는 아크의 발생을 야기하기 충분할 수도 있기 때문이며, 따라서 세라믹 플레이트 (110) 의 상면에 손상을 준다.
마지막 수단으로, 챔버가 개방될 수도 있고 조작자가 수동으로 끼어진 웨이퍼 제거를 시도할 수도 있다. 그러나 이는 시간 소모적이고 성가신 처리고, 챔버 동작이 중지될 필요가 있으므로 처리량에 부정적 영향으로 인해 잠재적으로 비용이 높고, 수동 웨이퍼 제거 후 재개되는 동작을 위한 챔버 컨디셔닝은 달성하는데 적지 않은 시간이 소요된다.
전술한 관점에서, ESC 상면으로부터 끼어진 웨이퍼를 안전하게 제거하기 위한 향상된 방법과 기법이 요망된다.
본 발명은 일 실시예에서 플라즈마 처리 시스템 내의 ESC로부터 기판을 디척킹하기 위한 방법과 관련한다. 본 방법은 플라즈마 챔버로 제1 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 또한, 본 방법은 기판의 배면 아래에 제2 가스의 고 압력 빌드업을 생성하도록 기판의 배면으로 제2 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 나아가, 본 방법은 기판의 배면 아래에 제2 가스의 적어도 일부가 트랩 되도록 제2 가스의 흐름을 감소시키는 것을 포함한다. 또한, 본 방법은 기판의 배면 아래에 존재하는 제1 압력과 기판 위의 영역에 존재하는 제2 압력 사이의 차이를 증가시키도록 플라즈마 챔버를 펌프 아웃 (pump out) 하는 것을 포함한다. 여기서 압력 차이는 기판이 ESC로부터 리프트 되게 한다. 또한, 방법은 ESC로부터 기판을 제거하는 것을 포함한다.
상기 내용은 본 명세서에서 개시되는 발명의 다수의 실시예 중 하나와 관련되고, 본 명세서의 청구항에 의해서 특정되는 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 상기한 특징 및 다른 특징은 첨부한 도면을 참조하여 이하 본 발명의 구체적인 설명에서 더 자세하게 기술할 것이다.
본 발명은 첨부 도면에서 예시적으로 도시된 것이지 제한적으로 도시되지 않으며, 유사한 참조 부호는 유사한 엘리먼트 (element) 를 참조한다.
도 1은 통상의 플라즈마 처리 시스템의 상위의 개념도를 도시한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 안전한 무-RF (no-RF) 끼어진 기판 제거에 대한 처리를 도시한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법을 더 자세하게 도시한다.
본 발명은 첨부 도면에서 도시되는 바와 같이 몇 개의 실시예를 참조하여, 지금부터 자세하게 설명될 것이다. 이하 설명에서, 많은 구체적인 세부사항은 본 발명의 완전한 이해를 제공하도록 제시된다. 그러나 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명은 구체적 세부사항 중 일부 또는 전부가 없어도 실시 가능 할 수도 있음이 분명할 것이다. 다른 예시들에서는, 본 발명을 불필요하게 모호하지 않게 하도록 공지된 처리 단계 및/또는 구조는 자세하게 설명하지 않았다.
방법과 기법을 포함한 다양한 실시예가 본 명세서 이하에 설명되어 있다. 본 발명은 또한 실시예를 실행하기 위한 진보한 기법의 컴퓨터로 판독 가능한 명령이 저장된 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 물품 또한 포함할 수도 있다는 것을 명심해야만 한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 반도체, 자기, 광자기, 광학 매체 또는 이 외 다른 형태의 컴퓨터로 판독 가능한 코드를 저장하는 매체를 포함할 수도 있다. 나아가, 본 발명은 본 발명의 실시예를 실시하기 위한 장치 역시 포함할 수도 있다. 그러한 장치는 본 발명의 실시예에 적용할 과제를 이행하기 위한 전용 및/또는 프로그램 가능 회로를 포함할 수도 있다. 그러한 장치의 예시는 범용 컴퓨터 및/또는 적절하게 프로그램 된 전용 전산 디바이스를 포함할 수도 있고 본 발명의 실시예에 적용할 다양한 과제를 위해 구성된 전용/프로그램 가능 회로와 컴퓨터/전산 디바이스의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 ESC로 고정된 기판의 안전한 무-RF 제거에 대한 향상된 기법과 관련한다. 일 이상의 실시예에서, 먼저 플라즈마 챔버는 상당히 고압인 가스로 충진된다. 다음으로, 기판의 배면 또한 상당히 고압인 가스 (이 가스는 같을 수도 다를 수도 있다) 로 충진된다. 다음으로, 챔버는 기판의 배면 상에 존재하는 압력과 기판 위의 영역상에 존재하는 압력 사이의 압력 차이를 생성하도록 펌프 다운 된다. 이 압력 차이는 세라믹 플레이트의 상면에서 기판을 밀어내도록 힘을 가하는 성향이 있다.
그러나, 정전기 클램핑 힘 (clamping force) 이 갑자기 턴오프 되는 상황과는 달리, 본 발명의 실시예는 세라믹 플레이트 상면으로부터 기판을 이동시키기 위한 (기판의 배면에서 가스 체적과 기판 위의 가스 체적 사이) 압력 차이의 완만한 증가를 허용하는 혁신적 방식을 포함한다. 일 실시예에서, 기판의 배면으로의 가스 흐름은 기판 아래에서 가스를 트랩하도록 턴오프 된다. 다음으로 챔버는 펌프 다운된다. 따라서, 기판은 (선행기술과 달리 낮거나 0인 배면 가스 흐름과 챔버 압력의 느린 펌프 다운으로 인해 급작스럽지 않고 완만하다) 증가하는 압력 차이로 인해 세라믹 플레이트의 상면으로부터 부드럽게 이동한다.
천천히 증가하는 압력 차이에 의해 부드럽게 리프트 되는 동안 기판이 경첩식으로 움직이거나 기울어지고, 세라믹 플레이트 상면 또는 기판 상에 전하가 여전히 존재한다면, 국부적인 플라즈마가 기판의 배면상에 트랩된 가스로부터 형성될 수도 있다.
이 고 국부적인 플라즈마는 세라믹 플레이트 상면과 기판 상에 존재하는 잔류 전하로부터 형성되고, 잔류 전하가 기판 및/또는 세라믹 플레이트의 상면에서 드레인 (drain) 되도록 한다. 이 고 국부적인 플라즈마는 기판 및/또는 ESC 상의 잔류 전하로부터 형성된다는 것과 (RF 전력 공급기로부터의 에너지 입력과 같은) 추가적 외부 에너지 입력을 요구하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 국부적인 플라즈마의 형성을 통해 잔류 전하의 방전은 아크 발생이 ESC를 손상시키는 것을 방지한다. 물론 국부적인 플라즈마를 형성하기 위한 전하가 불충분하다면, 기판 및/또는 ESC 상에 존재하는 낮은 전하는 아크 발생에 의한 손상을 야기할 개연성이 낮을 것이고, 따라서 손상 우려를 야기하지 않는다. 충분한 전하가 드레인되면, 기판은 리프팅 핀에 의해 리프트 될 수도 있고 통상의 기판 제거 처리를 이용하여 제거될 수도 있다.
본 발명의 실시예의 특징과 이점은 참조 도면과 이하 설명에 의해 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거를 위한 처리를 도시한다. 도 2를 참조하면, 기판이 ESC에 끼어지고 통상의 기판 제거 처리가 끼어진 기판을 제거하는 데 비효율적이면, 먼저 챔버는 80Torr 와 같은 상당히 고압에서 적합한 가스로 충진된다 (단계 202). 도 2의 실시예에서, 아르곤이 챔버를 충진하는 가스로서 채용된다.
단계 (204)에서, 기판의 배면 또한 상당히 고압인 가스로 충진된다. 하나의 옵션으로, 챔버와 웨이퍼의 배면은 동시에 충진될 수도 있다. 또한, 도 2의 실시예에서, 기판의 배면에 80Torr 의 아르곤이 공급될 수도 있다. 그러나, 이하 본 명세서에서 설명될 기판의 배면에 제공되는 가스는 챔버를 충진하는 가스와 동일한 타입의 가스일 수도 있으나, 반드시 동일한 타입이어야 하는 것은 아니다.
바람직한 실시예에서, 챔버 압력은 웨이퍼가 먼저 떨어져나가거나 부분적으로 먼저 떨어져나가는 것을 방지하도록 배면 압력보다 높다. 배면을 충진시키는 동안 웨이퍼가 제거된다면, 챔버가 먼저 충진되지 않는 경우와 같이, 웨이퍼는 주위로 팝오프 (pop off), 점프 (jump) 또는 부유 (float) 할 수 있다. 이는 웨이퍼를 손상시키거나 챔버 부품을 손상시키거나 차후 처리 동안 미립자를 발생시킬 수 있으므로, 바람직하지 않다. 웨이퍼가 부분적으로 떨어져나가고 웨이퍼의 절반 (혹은 일부) 이 끼어져 있다면, 끼어진 측의 웨이퍼를 리프트 하도록 충분한 압력 차이를 빌드업하기 전에 떼어진 (unstuck) 측으로 가스가 누설될 수 있기 때문에, 이것은 웨이퍼 뒤에 적합한 압력 차이를 빌드업하는 것을 더욱 어렵게 한다.
그러나, 다른 실시예에서는, 전술된 위험이 적합하게 관리되기만 한다면 챔버 압력을 배면 압력과 같게 하거나 배면 압력보다 작게 하는 것이 가능하다.
단계 (206) 에서, 기판 후면으로의 가스 흐름은 턴오프되고, (기존의 밸브와 같이 적절한 밸빙 배열 (valving arrangement) 을 통하여), 따라서 기판의 배면 상에 및 기판의 배면으로 이끄는 (leading) 도관/매니폴드 (manifold) 내에 가스를 트랩할 수 있다. 일 실시예에서, 단계 (206) 에서 배면 가스 흐름을 완전히 턴오프하지 않고 배면 가스 흐름은 약화될 수도 있다. 그러나, 하나 이상의 실시예에서, 펌브 다운 동안에 배면 가스 흐름의 누출에 의해 생성되는 유체 층 주위로 기판이 자유롭게 “부유”하도록 허용하기 위해 배면 가스 흐름이 과도하게 높지 않은 것이 바람직하다. 기판이 자유롭게 “부유”하도록 허용되고 상기 유체 층 주위로 이동한다면, 기판 및/또는 척에 잠재적 손상의 위험이 있거나 바람직하지 않은 미립자/오염 위험이 높아질 수도 있다.
단계 (208) 에서, 미리 단계 (202) 에서 고압 가스로 충진되었던 챔버는 기판의 배면 상에 트랩된 가스와 챔버 내에서 천천히 증가하는 저압 영역 사이의 압력 차이가 기판을 ESC의 표면에서 부드럽게 리프트하도록 허용하기 위해 펌프 아웃 된다. 전술한 바와 같이, ESC 또는 기판 상에 잔류 전하가 존재하고 기판이 정전적 표면으로부터 기울어지거나 경첩식으로 움직이기 시작한다면, 기판 뒤에 트랩된 상대적으로 고압인 가스의 존재는 국부적인 플라즈마의 형성을 용이하게 할 것이다.
형성된 국부적인 플라즈마는 ESC의 세라믹 플레이트로 아크 방전이 발생할 수 있기 전에 잔류 전하가 국부적인 플라즈마를 통하여 방전하도록 허용할 것이다. 따라서, 기판 또는 ESC 상의 잔류 전하로부터 형성된 (그리고 추가적인 RF는 공급되지 않은) 국부적인 플라즈마는 기판 제거를 용이하게 하도록 잔류 전하를 위한 방전 경로를 제공하는 것뿐만 아니라 ESC의 세라믹 플레이트를 보호하도록 한다.
하나 이상의 실시예에서, 대부분의 처리와 대부분의 플라즈마 처리 시스템에서 쉽게 이용가능한 (아르곤과 같은) 상당히 저 브레이크다운 전압을 갖는 임의의 가스가 채용될 수도 있다. 잔류 전하가 국부적인 플라즈마를 통하여 방전되고 (또는 기판/척 상의 잔류 전하가 전술한 플라즈마를 형성하기 불충분하고 따라서 기판 상에 상대적으로 약한 홀딩 (holding) 을 갖는다면 방전은 없다) 압력 차이가 성공적으로 ESC의 상면으로부터 기판을 리프트한다면, (리프팅 핀과 로봇 암을 채용하는 것과 같은) 통상의 기판 제거 처리가 ESC로부터 기판을 제거하도록 채용될 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법을 더 자세하게 도시한다. 일 구현예에서, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법은 먼저 단계 (302) 에서 통상의 플라즈마 디척킹 처리를 시도하는 것을 수반한다. 단계 (302) 는 기판 제거를 용이하게 하는 통상의 플라즈마 디척킹 처리를 나타낸다.
(단계 (304) 에서 결정되는 것과 같이) 통상의 플라즈마 디척킹이 성공적이지 않다면, 다음으로 처리는 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거를 시도하도록 단계 (306) 로 진행한다. 단계 (304) 의 일부로서, 먼저 본 방법은 통상의 플라즈마 디척킹의 성공에 관한 결정을 한다 (단계 (304A)). 만약 성공적이라면, 다음으로 본 방법은 기판을 제거하도록 다음 단계 (316) 로 진행한다. 그러나, 단계 (304A) 가 성공적이지 않다면, 다음으로 다음 단계 (304B) 에서, 냉각 가스가 기판의 배면으로 흐를 수도 있다. 다음 단계 (304C) 에서는, 배면 냉각 가스가 모니터 (monitor) 될 수도 있다. 배면 냉각 가스의 유속이 적어도 자유 유속 (즉, 기판이 척의 상단 상에 존재하지 않는다면 얻어질 배면 냉각 가스 유속) 의 85%라면, 다음으로 기판은 끼어지지 않은 것으로 간주된다.
단계 (306) 는, 도 2와 관련하여 설명된 일 실시예인, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법을 구현한다. 단계 (306) 에서, 일단 챔버는 약 75Torr 의 아르곤으로 다시 충진된다. 그 후, 고압의 아르곤이 기판의 배면에서 빌드업하도록 허용하기 위해 아르곤은 배면 냉각 가스 라인을 통해 흘려진다. 다음으로, 가스 밸브는 기판의 배면에 고압 아르곤을 트랩하도록 폐쇄된다. 그 후, 도 2와 관련하여 앞서 설명된 것과 같이 완만하게 쌓인 (building) 압력 차이가 (기판/ESC 상 잔류 전하를 통한 국부적인 플라즈마의 형성과 함께 또는 형성 없이) 기판을 제거하도록 허용하기 위해 챔버 러프 밸브 (rough valve) 는 챔버 체적을 펌프 다운하도록 개방된다.
다음으로, 처리는 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 단계 (306) 가 성공적이었는지 확인하도록 다음 단계 (308) 로 움직인다. 단계 (308) 내의 체크는 단계 (304) 내에서 수행된 체크와 유사할 수도 있다. 예를 들어, 헬륨 또는 다른 적합한 가스가 다시 기판의 배면으로 흘려질 수도 있고 (단계 (308A)) 유속이 적어도 자유 유속의 85%인지 결정하도록 흐름이 체크된다 (단계 (308B)). 기판의 배면으로 헬륨의 유속이 적어도 자유 유속의 85%라면, 처리는 기판이 ESC로부터 부드럽게 리프트 되는 것을 보장하기 위해 추가적 단계를 유리하게 수행하도록 단계 (310) 로 진행한다.
이 실시예에서, 10Torr 와 같은 저압일지라도, 챔버는 가스로 다시 충진된다. 또한 배면 헬륨 냉각 밸브는 아르곤 가스가 기판의 배면을 충진하도록 허용하기 위해 개방된다. 하나 이상의 실시예에서, 배면 냉각 밸브를 개방함으로써 (그러나 헬륨 냉각 가스를 공급하는 것은 아니다), 챔버 내의 아르곤이 웨이퍼 뒷 영역을 충진하도록 허용된다. 다음으로, 리프팅 핀이 몇몇의 중앙 지점 위치를 향해 기판을 리프트 하도록 채용되는 미드-리프트 (mid-lift) 방법이 개시된다. 이 미드-리프트 방법은 미드-리프트 방법이 시도되는 동안 기판 또는 ESC 손상의 확률을 감소시키도록 더 적은 힘 및/또는 더 적은 리프팅 거리가 수반된다는 점에서 통상의 핀 리프트 방법과 상이하다. 미드-리프트 방법 동안, 여전히 ESC 또는 기판 상에 얼마간의 잔류 전하가 존재한다면 챔버 내와 기판의 배면 상에 이 가스의 존재는 국부적인 플라즈마의 형성을 허용할 것이다. 국부적인 플라즈마는 차후에 ESC 손상의 위험을 감수함 없이 기판이 안전하게 리프트 되도록 허용하기 위해 남아있는 잔류 전하를 드레인할 수도 있다.
대체로, 챔버 가스와 배면 가스는 같은 가스일 수도 다른 가스일 수도 있다. 하나 이상의 실시예에서, 헬륨 및/또는 아르곤이 채용될 수도 있다. 일 실시예에서, 아르곤은 특정한 챔버 구성을 위한 최저 브레이크다운 전압을 갖고, 따라서 챔버 충진 및 배면 충진을 위한 바람직한 가스다.
단계 (306) 에서 수행되는 잔류 전하 배출에 더하여, 단계 (310) 의 가스-흐름/미드-리프트 방법을 이용하는 일부 잔류 전하의 이 드레이닝 (draining) 은 부가적인 안전 단계를 나타낸다. 비록 헬륨 흐름 체크가 단계 (308) 에서 통과하였지만 단계 (310) 의 이 가스-흐름/미드-리프트 방법이 시행되고, 따라서 기판/척으로 잠재적인 손상을 최소화하는 동안 기판이 ESC로부터 제거될 수 있음을 또한 확실하게 한다. 같은 논리를 따라, 기판/척에 잠재적인 손상을 최소화하는 동안 기판이 ESC로부터 제거될 수 있음을 또한 보장하도록 단계 (304) 에서 배면 헬륨 흐름이 임계값 (예컨대, 85%) 을 넘은 것으로 결정되더라도, 도 3에서 도시되는 것처럼 이 미드-리프트 방법은 또한 시도된다.
(단계 (312) 에서 결정되는 것과 같이) 미드-리프트 방법이 성공적이라면, 다음으로 기판은 ESC로부터 빠진 (unstuck) 것으로 간주되고, 다음으로 챔버는 단계 (310) 또는 (306) 에서 챔버로 다시 충진되는 가스를 빼내도록 펌프 아웃 될 수도 있다. 단계 (316) 는 (예컨대, 종래의 것으로서 리프팅 핀과 로봇 암을 이용하는) 통상의 기판 제거 방법을 나타낸다.
단계 (308) 로 돌아가서, 무-RF 끼어진 기판 제거 단계 (306) 후에 헬륨 흐름 체크가 불만족스럽다면, 처리는 단계 (330) 로 진행하고 여기에서 챔버 동작이 중단되고 수동 기판 제거가 시도될 수도 있다. 단계 (312) 의 가스-흐름/미드-리프트 시도가 실패한다면, 챔버 동작이 또한 중단된다.
전술된 것과 같이, 아르곤은 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법의 실시예 동안 챔버를 고압으로 다시 충진하고 기판의 배면을 다시 충진할 가스로서 채용된다. 그러나, Ar, He, Ne, Xe 또는 Kr과 같은 임의의 비활성 가스라도 이용될 수도 있다. 뿐만 아니라, H2, O2, N2, CO2 또는 CO 또한 채용될 수도 있다. 하나 이상의 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마를 형성하도록 브레이킹 다운할 수 있는 CF4, C4F8, C4F6, HBr, CH4, CH3F, CHF2 또는 CHF3과 같은 임의의 처리 가스라도 또한 채용될 수도 있다.
본 명세서의 실시예는 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법 동안 챔버와 기판의 배면을 다시 충진하기 위한 압력으로서 80Torr 를 채용하지만, 다른 압력 값 또한 채용될 수도 있다. 대체로, 챔버 체적이 펌프 다운 되기 시작하면, 충분하게 척으로부터 기판을 부드럽게 빼내기 위해 전술한 압력 차이를 생성하도록 압력은 충분하게 되는 것이 필요하다.
압력이 너무 낮고 챔버 체적이 펌프 다운되는 경우 충분하지 않은 압력 차이가 생성된다면, 기판은 리프트 될 수 없고 국부적인 플라즈마는 잔류 전하를 방전하도록 형성될 수 없다. 이 경우, 기판은 ESC로부터 빠질 (unstuck) 수 없다. 한편, 채용된 압력이 너무 높다면, 특히 기판의 배면으로, 챔버가 펌프 다운되면 과도하게 높은 압력 차이가 발생할 수도 있다. 이 과도하게 높은 압력 차이는 ESC 상면에서 기판이 분출되는 것을 야기할 수도 있으며, 기판 및/또는 챔버 컴포넌트로 오염 위험 및/또는 손상을 초래한다. 하나 이상의 실시예에서, 아르곤과 같은 적합한 가스로 약 50Torr에서 약 200Torr 범위의 압력은 기판 분출의 위험 없이 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법 수행하기 위한 충분한 힘을 제공한다는 것이 발견되었다.
전술된 것들로부터 인식될 수 있는 것과 같이, 본 발명의 실시예는 기판, 챔버 컴포넌트에 잠재적인 손상 또는 미립자 오염을 도입 또는 생성하는 위험을 유리하게 제거한다. 이것은 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법이 ESC의 표면에서 기판을 폭발적으로 분출시키는 것 또는 ESC 표면에서 기판을 완력으로 밀어내기 위해 리프팅 핀을 이용하는 것을 수반하지 않기 때문이다. 나아가, 일단 챔버를 다시 충진하고 다음으로 기판의 배면을 다시 충진하고 다음으로 배면 압력이 트랩되는 동안 챔버를 펌프 다운함으로써 생성되는 전술한 압력 차이로 인해 기판과 ESC 사이의 간격이 확장됨으로서, 추가적 RF 에너지 입력이 요구되지 않는다는 사실은 국부적인 플라즈마의 형성을 통해 잔류 전하가 빠르게 소멸되도록 허용한다.
더 나아가, 이 진보한 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법은 대부분의 현대 플라즈마 처리 챔버에서 챔버가 새로운 하드웨어로 변경되는 것을 요구하지 않는다. 다수의 기존의 챔버에서, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법에 수반되는 동작은 챔버와 기판의 배면으로 기존의 압력 도관과 밸브를 활용한다. 이는 기존의 챔버에서 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법의 구현을 상당히 간소화한다. 더 나아가, 진보한 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 방법은 대부분의 처리 시스템에 쉽게 이용 가능한 가스를 채용한다. 게다가 이는 재조절을 간소화하고 구현 비용을 감소시킨다.
본 발명은 몇몇의 바람직한 실시예에 관하여 설명되었지만, 본 발명의 범위에 포함되는 개조, 치환 및 균등물이 있을 수 있다. 본 명세서에 다양한 실시예가 제공되었으나, 그것은 이 실시예를 분명히 보여주는 것이고 본 발명에 관하여 제한하는 것은 의도되지 않는다. 또한, 명칭과 초록은 본 명세서에 편의를 위해 제공된 것이고 본 명세서 청구항의 범위를 이해하도록 이용되지 않아야 한다. 나아가, 요약은 매우 축약된 형태로 기재된 것이고 본 명세서에 편의를 위해서 제공된 것이며 따라서 청구항에 표현된 본 발명 전체를 이해하거나 제한하도록 채용되지 않아야 한다. 본 명세서에서 “집합 (set)”이라는 용어가 채용되었다면, 0 또는 1 이상의 원소 (member) 를 커버하는 그것의 보통 이해되는 수학적 의미를 가진 것으로 의도한다. 또한 본 발명의 방법과 장치를 구현하는 다수의 대체 방식이 있음을 특히 주의하여야 한다. 따라서, 이하 첨부된 청구항은 본 발명의 진의 및 범위 내에 속하는 그러한 개조, 치환 및 균등물 모두를 포함하는 것으로서 해석되어야 하는 것으로 의도된다.
102 정전척
104 챔버 엔클로저
106 금속 플레이트
108 RF 전력 공급 장치
110 세라믹 플레이트
112 웨이퍼
120 포지티브 폴
122 네거티브 폴
130 도관

Claims (20)

  1. 플라즈마 처리 시스템에서 정전척 (ESC; electrostatic chuck) 으로부터 기판을 디척킹 (dechucking) 하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버로 제1 가스를 흐르게 하는 단계;
    상기 기판의 배면 아래에 제2 가스의 고 압력 빌드업 (buildup) 을 생성하도록 상기 기판의 상기 배면으로 상기 제2 가스를 흐르게 하는 단계;
    상기 제2 가스의 적어도 일부가 상기 기판의 상기 배면 아래에 트랩 (trap) 되도록 상기 제2 가스의 흐름을 감소시키는 단계;
    제1 압력과 제2 압력간의 압력 차이를 증가시키도록 상기 플라즈마 챔버를 펌프 아웃 (pump out) 시키는 단계로서, 상기 제1 압력은 상기 기판의 상기 배면 아래에 존재하는 압력이고, 상기 제2 압력은 상기 기판 위의 영역에 존재하는 압력이고, 상기 압력 차이는 상기 ESC로부터 상기 기판이 리프트 (lift) 되게 하는, 상기 플라즈마 챔버를 펌프 아웃시키는 단계; 및
    상기 ESC로부터 상기 기판을 제거시키는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 동일한 타입의 가스인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 상이한 타입의 가스인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 저 브레이크다운 (breakdown) 전압을 갖는 가스인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 50Torr 와 200Torr 사이의 압력에서 흐르는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스와 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 아르곤인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 가스의 상기 흐름을 감소시키는 단계는,
    상기 ESC로부터 상기 기판을 제거시키는 단계 전에 상기 제2 가스의 상기 흐름을 턴오프 (trun off) 하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 가스의 상기 흐름을 감소시키는 단계는,
    상기 제2 가스의 배면 흐름의 누출 (seeping) 에 의해 생성되는 유체 층 상에 상기 기판이 부유 (floating) 하는 것을 방지하도록 상기 제2 가스의 상기 흐름을 최소화하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 ESC 중 적어도 하나 상의 잔류 전하를 방전하기 위한 무선주파수 (RF; radio frequency) 전력의 이용 없이 국부적인 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 국부적인 플라즈마는 상기 잔류 전하 및 상기 기판의 상기 배면 아래에 트랩 (trap) 된 적어도 상기 제2 가스로부터 형성되고,
    상기 방전은 아크 (arc) 발생을 최소화하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  10. 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법으로서,
    통상의 플라즈마 디척 처리를 실행하는 단계;
    상기 통상의 플라즈마 디척 처리가 성공적이지 않다면, 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리를 실행하는 단계로서, 상기 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리는,
    상기 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버로 제1 가스를 흐르게 하는 단계,
    상기 기판의 배면 아래에 상기 제2 가스의 고 압력 빌드업을 생성하도록 상기 기판의 상기 배면으로 상기 제2 가스를 흐르게 하는 단계, 및
    제1 압력과 제2 압력 간의 압력 차이를 증가시키도록 상기 플라즈마 챔버의 러프 밸브 (rough valve) 를 개방시키는 단계로서, 상기 제1 압력은 상기 기판의 상기 배면 아래에 존재하는 압력이고, 상기 제2 압력은 상기 기판 위의 영역에 존재하는 압력이고, 상기 압력 차이는 상기 기판이 상기 ESC로부터 리프트 (lift) 되게 하는, 상기 플라즈마 챔버의 러프 밸브를 개방시키는 단계를 포함하는 상기 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리를 실행하는 단계; 및
    상기 ESC로부터 상기 기판을 제거시키는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리를 실행하는 단계는, 상기 기판의 상기 배면 아래에 상기 제2 가스의 적어도 일부를 트랩 (trap) 하도록 상기 제2 가스의 배면 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리를 실행하는 단계는, 상기 안전한 무-RF 끼어진 기판 제거 처리의 성공을 확인하는 단계를 더 포함하고,
    상기 확인하는 단계는,
    상기 기판의 상기 배면으로 냉각 가스를 흐르게 하는 단계, 및
    상기 냉각 가스의 유속을 모니터하는 단계를 포함하고,
    상기 기판은, 상기 냉각 가스의 상기 유속이 적어도 자유 유속의 85%이면 빠지고 (unstuck),
    상기 자유 유속은, 상기 기판이 상기 ESC 상에 존재하지 않는 경우 상기 냉각 가스의 상기 유속인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 통상의 플라즈마 디척 처리의 실패 여부를 결정하는 단계로서,
    상기 결정하는 단계는 적어도
    상기 기판의 상기 배면으로 냉각 가스를 흐르게 하는 단계, 및
    상기 냉각 가스의 유속을 모니터하는 단계에 의해 상기 통상의 플라즈마 디척 처리의 실패 여부를 결정하는, 상기 통상의 플라즈마 디척 처리의 실패 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기판은, 상기 냉각 가스의 상기 유속이 적어도 자유 유속의 85%이면 빠지고 (unstuck),
    상기 자유 유속은, 상기 기판이 상기 ESC 상에 존재하지 않는 경우 상기 냉각 가스의 상기 유속인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 저 브레이크다운 전압을 갖는 가스인, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 50Torr 와 200Torr 사이의 압력에서 흐르는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 ESC 중 적어도 하나 상의 잔류 전하를 방전하기 위한 RF 전력의 이용 없이 국부적인 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 국부적인 플라즈마는 상기 잔류 전하 및 상기 기판의 상기 배면 아래에 트랩 (trap) 된 상기 제2 가스로부터 형성되고,
    상기 방전은 아크 (arc) 발생을 최소화하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 ESC로부터 상기 기판을 제거시키는 단계는,
    상기 제2 압력 보다 낮은 압력에서 제3 가스를 플라즈마 챔버로 흐르게 하는 단계;
    상기 기판의 상기 배면으로 제4 가스를 흐르게 하는 단계; 및
    상기 ESC 내의 리프팅 핀의 일 세트가 상기 기판을 상기 ESC로부터 중앙지점 위치로 상승시키고 멀어지게 리프트하도록 채용되는 미드-리프트(mid-lift) 처리를 실행하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 ESC 중 적어도 하나 상의 잔류 전하를 방전하기 위한 RF 전력의 이용 없이 국부적인 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 국부적인 플라즈마는, 상기 제3 가스 및 상기 제4 가스 중 적어도 하나 및 상기 잔류 전하로부터 형성되고,
    상기 방전은 아크 (arc) 발생을 최소화하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 비활성 가스이고,
    상기 비활성 가스는 Ar, He, Ne, Xe, Kr 중 적어도 하나를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가스와 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 처리 가스고,
    상기 처리 가스는 CF4, C4F8, C4F6, HBr, CH4, CH3F, CHF2 및 CHF3 중 적어도 하나를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템에서 ESC로부터 기판을 디척킹하는 방법.
KR1020147003461A 2011-07-12 2012-07-11 디척킹 방법 및 시스템 KR102002186B1 (ko)

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