KR20140076495A - 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

정전 척의 표면의 불화를 억제하는 것이 가능한 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
피처리체를 정전 흡착하는 정전 척(40)의 개질 방법으로서, 표면이 불화된 상기 정전 척(40)이 탑재된 챔버(10)내에, 수소 H와 산소 O를 함유하는 가스를 공급하는 가스 공급 스텝과, 상기 공급된 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화하여, 상기 정전 척(40)을 플라즈마에 노출함으로써 상기 정전 척(40)의 표면을 개질하는 개질 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척(40)의 개질 방법이 제공된다.

Description

정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치{METHOD FOR REFORMING ELECTROSTATIC CHUCK, AND PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마의 작용에 의해 웨이퍼를 에칭하면, 반응 생성물이 챔버의 벽면에 퇴적한다. 퇴적한 반응 생성물의 두께가 소정 이상이 되면, 그 일부가 벗겨져서 입자로 되어 에칭 처리에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그래서, 소정 기간마다 챔버내에 퇴적한 반응 생성물을 제거하기 위한 클리닝 처리나, 챔버내의 분위기를 조정하기 위한 처리가 행해진다.
최근, 비용을 저감하기 위해서 클리닝용의 웨이퍼를 사용하지 않고 드라이 클리닝하는 웨이퍼리스 드라이 클리닝(Waferless Dry Cleaning : 이하, WLDC라고도 함)이 행해지는 것도 많다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 그 때, 웨이퍼리스의 처리이기 때문에, 정전 척이 플라즈마에 노출된다.
특히, 실리콘계의 막을 에칭하는 처리에서는, 챔버의 벽면에 퇴적한 실리콘계의 반응 생성물을 제거하기 위해서, SF6 가스와 O2 가스의 혼합 가스나 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 WLDC가 행해진다. 정전 척이, 이러한 불소계의 가스로부터 생성된 플라즈마에 노출되면, 정전 척의 표면이 서서히 불화한다. 예를 들면, 정전 척의 표면이 Y2O3의 용사(溶射) 피막으로 형성되어 있는 경우, 정전 척의 표면이 불화하여, YF로 개질된다. YF는, Y2O3보다 체적 저항율이 낮다. 즉, 정전 척의 표면이 YF로 개질되면, 그 표면이 Y2O3인 때보다 전류가 흐르기 쉬워진다. 이 결과, 정전 척의 표면이 Y2O3인 상태에서는, 쿨롱력으로 웨이퍼를 정전 흡착하고 있는 것에 대해, 그 표면이 YF로 되면, 존슨 라벡(Johnson Rahbeck)력에 의해서도 웨이퍼를 흡착하게 되어 흡착력이 증가한다. 이에 의해, 정전 척으로부터 웨이퍼를 이탈하는 경우에 지지 핀에 걸리는 토크(이하, 핀 토크라고 함)가 서서히 증가하여, 웨이퍼가 정전 척으로부터 떼어내기 어렵게 되어, 이탈시에 웨이퍼가 튀어 파손되거나 균열되거나 하는 경우가 있었다.
그래서, 웨이퍼에 파손이나 균열이 발생하지 않도록, 정전 척의 흡착력의 증대에 따라 웨이퍼 이탈시의 제전(除電) 조건을 조정하는 것이 행해지고 있었다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 일본 특표 제2008－519431호 공보
그러나, 정전 척의 흡착력의 증대에 따라 웨이퍼 이탈시의 제전 조건을 조정하면, 웨이퍼 이탈시의 제전 시간이 길어지는 것에 부가하여, 반복 조정 작업이 필요하게 되기 때문에, 스루풋이 낮아져 생산성이 저하한다고 하는 과제를 갖고 있었다.
상기 과제에 대해서, 정전 척의 표면의 불화를 억제할 수 있으면 정전 척의 흡착력의 증대도 억제되기 때문에, 웨이퍼 이탈시의 제전 시간이 길어지지도 않고, 또한 상기 조정 작업도 불필요해져, 생산성을 유지할 수 있다.
그래서, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 정전 척의 표면의 불화를 억제하는 것이 가능한 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 의하면,
피처리체를 정전 흡착하는 정전 척의 개질 방법으로서,
표면이 불화된 상기 정전 척이 탑재된 챔버내에, 수소 H와 산소 O를 함유하는 가스를 공급하는 가스 공급 스텝과,
상기 공급된 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화하여, 상기 정전 척을 플라즈마에 노출함으로써 상기 정전 척의 표면을 개질하는 개질 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법이 제공된다.
상기 개질 스텝의 전 또는 후에, 불소 F계 가스를 함유하는 가스에 의한 웨이퍼리스 드라이 클리닝을 실행하는 클리닝 스텝을 더 포함해도 좋다.
상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 가스는, 브롬화수소(HBr) 가스와 산소(O2) 가스이어도 좋다.
상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 브롬화수소 가스에 대한 산소 가스의 유량비는 1/99∼1/49의 범위이어도 좋다.
상기 개질 스텝에서 상기 챔버의 근방에 배치된 자계 발생 수단에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도는, 상기 클리닝 스텝에서 상기 자계 발생 수단에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도보다 높아도 좋다.
상기 정전 척은, 산화이트륨(Y2O3)으로 형성되고, 그 표면이 불화되어 있어도 좋다.
상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 수소 H에 의해 상기 정전 척의 표면의 불소 F와 수소 H를 결합시키고, 상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 산소 O에 의해 상기 정전 척의 표면을 산화시켜도 좋다.
개질 스텝은, 로트마다 실행되어도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다른 형태에 의하면,
내부에서 피처리체에 소망하는 처리가 실시되는 챔버와,
상기 챔버내에 탑재되어, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척과,
상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급원과,
상기 가스 공급원으로부터 수소 H와 산소 O를 함유하는 가스를 공급하도록 제어하여, 상기 공급된 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화시키고, 상기 정전 척을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 정전 척의 불화한 표면이 개질하도록 제어하는 제어부
를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 정전 척의 표면의 불화를 억제하는 것이 가능한 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성도.
도 2는 RF 적층 시간에 대한 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 나타낸 도면.
도 3은 일 실시 형태에 따른 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 대기 개방에 의한 변화를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 N2 퍼지의 유무에 의한 변화를 나타낸 도면.
도 5는 일 실시 형태에 따른 개질 스텝을 실행하지 않을 때의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시 형태에 따른 개질 스텝을 실행했을 때의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 나타낸 도면.
도 7은 일 실시 형태에 따른 개질 스텝의 O2 가스 비율 및 자장 의존을 나타낸 도면.
도 8은 일 실시 형태에 따른 개질 스텝의 효과를 나타낸 도면.
도 9는 일 실시 형태에 따른 개질 스텝을 로트마다 실행했을 때의 효과를 나타낸 도면.
도 10은 일 실시 형태에 따른 개질 스텝을 로트마다 실행했을 때의 효과를 나타낸 도면.
도 11은 일 실시 형태에 따른 개질 스텝의 시간 의존을 나타낸 도면.
도 12는 일 실시 형태에 따른 개질 스텝에 의한 토크 개선의 메커니즘을 나타낸 도면.
도 13은일 실시 형태에 따른 개질 스텝의 가스 비율 의존을 나타낸 표.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼 처리 동안에 행하는 WLDC에 의한 정전 척의 표면의 불화를 억제하는 것이 가능한 정전 척의 개질 방법, 및 그 개질 방법을 실행 가능한 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다. 이하에서는, 처음에 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해 설명한 후, 일 실시 형태에 따른 정전 척의 개질 방법에 대해 설명한다.
［플라즈마 처리 장치의 전체 구성］
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(1)는, 예를 들어, 알루미늄 또는 스테인레스 강철 등의 금속제의 원통형 챔버(챔버(10))를 갖고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다. 챔버(10)내에서는, 에칭 처리 등의 플라즈마 처리가 실행된다.
챔버(10)내에는, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W(이하, 웨이퍼 W라 호칭함)를 탑재하는 탑재대(12)가 설치되어 있다. 탑재대(12)는, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어지고, 절연성의 통 형상 유지부(14)를 거쳐서 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장되는 통 형상 지지부(16)에 지지되어 있다. 통 형상 유지부(14)의 상면에는, 탑재대(12)의 상면을 환 형상으로 둘러싸는, 예를 들면, 석영으로 이루어지는 포커스 링(18)이 배치되어 있다.
챔버(10)의 내측벽과 통 형상 지지부(16)의 외측벽의 사이에는 배기로(20)가 형성되어 있다. 배기로(20)에는 환 형상의 배플(baffle)판(22)이 장착되어 있다. 배기로(20)의 바닥부에는 배기구(24)가 설치되고, 배기관(26)을 거쳐서 배기 장치(28)에 접속되어 있다. 배기 장치(28)는 도시하지 않는 진공 펌프를 갖고 있고, 챔버(10)내를 소정의 진공도까지 감압한다. 챔버(10)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입 또는 반출시에 개폐하는 게이트 밸브(30)가 장착되어 있다.
탑재대(12)에는, 급전봉(36) 및 정합기(34)를 거쳐서 플라즈마 생성용의 고주파 전원(32)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(32)은, 예를 들어, 60MHz의 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 이와 같이 하여 탑재대(12)는 하부 전극으로서도 기능한다. 챔버(10)의 천정부에는, 샤워 헤드(38)가 접지 전위의 상부 전극으로서 설치되어 있다. 고주파 전원(32)으로부터의 플라즈마 생성용의 고주파 전력은 탑재대(12)와 샤워 헤드(38)의 사이에 용량적으로 인가된다.
탑재대(12)의 상면에는 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(40)이 설치되어 있다. 정전 척(40)은 도전막으로 이루어지는 시트 형상의 척 전극(40a)을 한 쌍의 유전 부재인 유전층부(40b, 40c)의 사이에 개재한 것이다. 직류 전압원(42)은, 스위치(43)를 거쳐서 척 전극(40a)에 접속되어 있다.
직류 전압원(42)으로부터 척 전극(40a)에의 전압을 온함으로써, 쿨롱력(정전기력)으로 웨이퍼 W를 정전 척(40)에 흡착, 유지한다. 척 전극(40a)에의 전압을 오프하는 경우에는 스위치(43)에 의해 척 전극(40a)을 접지된 상태로 한다.
전열 가스 공급원(52)은, He 가스나 Ar 가스 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(54)으로부터 정전 척(40)상의 웨이퍼 W 이면에 공급한다. 샤워 헤드(38)는, 전극판(56)과 전극 지지체(58)를 갖는다. 전극판(56)은, 다수의 가스 환기 구멍(56a)을 갖는다. 전극 지지체(58)는, 전극판(56)을 착탈 가능하게 지지한다. 전극 지지체(58)의 내부에는 버퍼실(60)이 설치되어 있다. 버퍼실(60)의 가스 도입구(60a)에는 가스 공급 배관(64)을 거쳐서 가스 공급원(62)이 연결되어 있다. 관련된 구성에 의해, 샤워 헤드(38)로부터 챔버(10)내에 소망하는 가스가 공급된다.
탑재대(12)의 내부에는, 외부의 도시하지 않는 반송 암과의 사이에서 웨이퍼 W의 교환을 행하기 위해서 웨이퍼 W를 승강시키는 지지 핀(81)이 복수(예를 들면, 3개) 설치되어 있다. 복수의 지지 핀(81)은, 연결 부재(82)를 거쳐서 전해지는 모터(84)의 동력에 의해 상하 이동한다. 챔버(10)의 바닥부를 관통하는 지지 핀(81)의 관통 구멍에는 바닥부 밸로우즈(bellows)(83)가 설치되어, 챔버(10)내의 기밀(氣密)을 유지한다.
챔버(10)의 주위에는, 환 형상 또는 동심원 형상으로 연장하는 영구 자석(66)이 상하 2단으로 배치되어, 챔버(10)에 수직 자장을 생기게 한다. 영구 자석(66)은 상하로 이동 가능하다. 영구 자석(66)을 상하로 이동함으로써, 웨이퍼상의 자장의 힘을 변경할 수 있다. 영구 자석(66)은, 챔버(10)의 근방에 배치된 자계 발생 수단의 일례이다.
챔버(10)내에 있어서, 샤워 헤드(38)와 탑재대(12)의 사이의 플라즈마 생성 공간에는, 고주파 전원(32)에 의해 수직 방향의 RF 전계가 형성되고, 고주파의 방전에 의해, 탑재대(12)의 표면 근방에 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
탑재대(12)의 내부에는 냉매관(70)이 설치되어 있다. 냉매관(70)에는, 배관(72, 73)을 거쳐서 칠러(chiller) 유닛(71)으로부터 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 또한, 정전 척(40)의 내부에는 히터(75)가 매립되어 있다. 히터(75)에는 도시하지 않는 교류 전원으로부터 소망하는 교류 전압이 인가된다. 칠러 유닛(71)에 의한 냉각과 히터(75)에 의한 가열에 의해 정전 척(40)상의 웨이퍼 W의 처리 온도는 소망하는 온도로 조정된다.
제어부(100)는, 플라즈마 처리 장치(1)에 장착된 각 부, 예를 들어, 가스 공급원(62), 배기 장치(28), 히터(75), 직류 전압원(42), 스위치(43), 정합기(34), 고주파 전원(32), 전열 가스 공급원(52), 모터(84), 및 칠러 유닛(71)을 제어한다. 제어부(100)는, 호스트 컴퓨터(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다.
제어부(100)는, 도시하지 않는 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read O nly Memory), RAM(Random Access Memory)를 갖고, CPU는 이러한 기억 영역에 저장된 각종 레시피에 따라 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 처리 실내 온도(상부 전극 온도, 처리실의 측벽 온도, ESC 온도 등), 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 프로세스 가스 유량, 전열 가스 유량 등이 기재되어 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 에칭을 행하는 데에는, 먼저 게이트 밸브(30)를 개방하여 반송 암상에 유지된 웨이퍼 W를 챔버(10)내에 반입한다. 다음에, 정전 척(40)의 표면으로부터 돌출한 지지 핀(81)에 의해 반송 암으로부터 웨이퍼 W가 들어 올려져서 지지 핀(81)상에 웨이퍼 W가 유지된다. 그 다음에, 그 반송 암이 챔버(10)의 외부로 퇴피되고, 지지 핀(81)이 하강하여 정전 척(40)내에 수납됨으로써 웨이퍼 W가 정전 척(40)상에 탑재된다.
웨이퍼 W 반입 후, 게이트 밸브(30)가 닫혀져서, 가스 공급원(62)으로부터 에칭 가스를 소정의 유량으로 챔버(10)내에 도입하고, 배기 장치(28)에 의해 챔버(10)내의 압력을 설정치로 감압한다. 또한, 고주파 전원(32)으로부터 소정의 파워의 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 또한, 직류 전압원(42)으로부터 전압을 정전 척(40)의 척 전극(40a)에 인가하여, 웨이퍼 W를 정전 척(40)상에 흡착, 유지한다. 샤워 헤드(38)로부터 샤워 형상으로 도입된 에칭 가스는, 고주파 전력에 의해 플라즈마화된다. 생성된 플라즈마 중의 래디칼이나 이온에 의해 웨이퍼 W의 주면이 에칭된다.
플라즈마 에칭 종료 후, 정전 척(40)으로부터 웨이퍼를 이탈시키는 데에는, 전열 가스의 공급을 정지하고, 불활성 가스를 처리 실내에 도입하여 처리 실내를 소정의 압력으로 유지하면서, 플라즈마 처리 중에 척 전극(40a)에 인가하고 있던 전압과는 양음이 반대인 전압을, 척 전극(40a)에 인가한 후에 전압의 인가를 정지한다. 이 처리에 의해 정전 척(40) 및 웨이퍼 W에 존재하는 전하를 제전하는 제전 처리가 행해진다. 그 상태에서, 지지 핀(81)을 상승시켜 웨이퍼 W를 정전 척(40)으로부터 들어 올려, 웨이퍼 W를 정전 척으로부터 이탈시킨다. 게이트 밸브(30)를 개방하여 반송 암이 챔버(10)내에 반입된 후, 지지 핀(81)이 낮아져서 웨이퍼 W가 반송 암상에 유지된다. 그 다음에, 그 반송 암이 챔버(10)의 외부로 퇴피되고, 다음의 웨이퍼 W가 반송 암에 의해 챔버(10)내에 반입된다. 이 처리를 반복함으로써 연속하여 웨이퍼 W가 처리된다. 이상, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해 설명했다.
［정전 척의 흡착력의 변화］
다음에, 정전 척의 흡착력의 시간 경과적 변화에 대해, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2의 가로축은 플라즈마 처리 장치의 하부 전극(탑재대(12))에 인가되는 고주파 전력(RF)의 적산 시간을 나타내고, 세로축은 웨이퍼 이탈시의 핀 토크(%)를 나타낸다. 웨이퍼 이탈시의 핀 토크(%)는, 지지 핀 모터의 정격 토크를 100%로 하여 웨이퍼 이탈시에 필요한 하중을 나타낸 것이다.
맨처음으로 본 실험의 프로세스 조건에 대해 설명한다. 본 실험은, 실리콘 기판상에 실리콘 산화막이 형성되어 있는 웨이퍼를 더미 웨이퍼로서 사용하여 플라즈마 처리를 행했다. 플라즈마 처리 후, CF4 가스(4 불화 탄소)와 O2(산소) 가스의 혼합 가스를 사용하여 WLDC를 행했다. 즉, 1개의 웨이퍼를 처리할 때마다 1회 WLDC를 행했다. 또한, 챔버내의 분위기를 조정하기 위한 처리는 적당히 행했다. 또한, WLDC 및 챔버내의 분위기를 조정하기 위한 처리는, 불소 F계 가스를 함유하는 가스에 의한 웨이퍼리스 드라이 클리닝의 일례이다.
WLDC나 챔버내의 분위기를 조정하기 위한 처리를 행하면, 불소 F계 가스로부터 생성된 플라즈마에 정전 척의 표면이 노출되어, 그 표면이 서서히 불화된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 어느 정도까지는 정전 척의 표면의 불화의 정도가 낮기 때문에, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크(웨이퍼를 정전 척으로부터 이탈시킬 때, 도 1의 지지 핀(81)에 가해지는 토크)를 낮은 상태로 유지할 수 있다. 그러나, 정전 척의 표면의 불화 정도가 높아진 시점, 도 2에서는 RF의 적산 시간이 30 시간 전후의 시점으로부터 시간 경과적으로 핀 토크가 상승하는 것을 알 수 있다.
따라서, RF의 적산 시간이 30 시간을 넘으면, RF의 적산 시간이 길어질수록 웨이퍼를 정전 척으로부터 벗기기 위한 제전 시간이 길어져, 스루풋이 저하한다. 또한, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 커지면, 웨이퍼가 튀어 파손되거나 균열되거나 할 가능성도 높아진다.
이에 대해서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 상승을 억제할 수 있으면, 스루풋의 저하를 방지함과 아울러, 이탈시에 웨이퍼가 파손되거나 균열되거나 하는 것도 없어진다.
도 3에서는, WLDC(1)에서 나타낸 동안, 더미 웨이퍼 처리→WLDC→더미 웨이퍼 처리를 반복했다. 이에 의해 정전 척의 표면이 불화한다. RF 적산 시간이 200h인 시점에서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 커져서, 웨이퍼의 파손이나 균열의 가능성이 높아졌기 때문에, 이것 이상 동일 프로세스 조건에서 웨이퍼를 처리할 수 없는 상태가 되었다. 이 때문에, 유지 보수를 위해서 플라즈마 처리 장치(1)를 대기 개방했다. 그 결과, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가, 정전 척이 신제품인 때의 토크에 가까운 레벨까지 낮아졌다.
그래서, 도 3의 WLDC(2)에서 나타낸 동안, 재차 더미 웨이퍼 처리→WLDC→더미 웨이퍼 처리를 반복하여, RF 적산 시간이 390h인 시점에서 재차 플라즈마 처리 장치(1)를 대기 개방했다. 그 결과, 재차, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가, 정전 척이 신제품인 때의 토크에 가까운 레벨까지 낮아졌다.
이와 같이 플라즈마 처리 장치(1)내를 대기 개방하면 일단 토크가 하강하므로, 발명자는, (1) 고압(대기압) 상태, 또는 (2) 대기 중의 수분(H2O, H, O) 중 적어도 어느 하나가 토크의 하강에 영향을 주고 있는 것으로 예상했다.
그래서, 우선, (1) 고압 상태(대기압)가 핀 토크의 하강에 영향을 주는지를 검증하기 위해서, 챔버(10)내를 N2 퍼지하여 고압 상태(대기압)로 하고, 그대로 10분간 방치했다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4의 가로축은 웨이퍼 개수, 세로축은 웨이퍼 이탈시의 핀 토크이다. 도 4의 B에는, 챔버(10)내를 N2 퍼지하여 고압 상태(대기압)로 했을 경우의 5개의 웨이퍼에 대한 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 도시되어 있다. 도 4의 A에는, 챔버(10)내를 N2 퍼지하고 있지 않은 경우(저압 상태의 경우)의 5개의 웨이퍼에 대한 핀 토크가 도시되어 있다. 이들을 비교하면, 챔버내를 N2 퍼지하여 고압 상태(대기압)로 해도, 핀 토크는 하강하고 있지 않고, 약간 상승하고 있었다. 이상의 결과로부터, 플라즈마 처리 장치(1)내를 대기 개방했을 때의 챔버내의 압력 변화는 핀 토크의 하강에 영향을 주지 않았다고 결론지었다. 이상으로부터, 대기 개방에 의한 핀 토크의 하강에는, (2) 대기 중의 수분이 어떠한 형태로 관여하고 있는 것이 예상된다.
［개질 스텝］
그래서, 다음에, 대기 중의 수분의 관여를 조사하기 위해서, 웨이퍼 처리 동안의 소정 타이밍에 수소 H와 산소 O를 포함하는 가스를 사용한 플라즈마 처리를 실행했을 경우와 하지 않았던 경우에 대해 실험하여, 실험 결과의 상이를 고찰했다. 또한, 이하에서는, 수소 H와 산소 O를 포함하는 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화하여, 정전 척을 플라즈마에 노출함으로써 정전 척의 표면을 개질하는 플라즈마 처리 스텝을 개질 스텝이라고도 호칭한다.
(가스 종류)
도 5는, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 WLDC를 실행하고, 개질 스텝을 실행하지 않았던 경우의 실험 결과이다. 이 때의 WLDC의 프로세스 조건은 이하이다.
＜WLDC 프로세스 조건＞
· 압력 400mT(53.3Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 750W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 56가우스(5.6－2T)
· 가스 종류 및 가스비 CF4 가스/O2 가스, CF4 가스 : O2 가스 = 1 : 1
· 처리 시간 25초
도 5의 가로축은 웨이퍼 개수를 나타내고, 세로축은 웨이퍼 이탈시의 핀 토크(%)를 나타낸다. 최초의 5개(1∼5개째)의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 12∼17% 정도로 되도록 웨이퍼 이탈시의 제전 시간을 조정했다.
여기에서는, 웨이퍼를 1개 처리할 때마다 WLDC를 실행했을 경우에 웨이퍼 이탈시의 핀 토크(%)가 어떻게 추이하는지를 나타내고 있다. 이에 의하면, 20개의 웨이퍼 모두의 이탈시의 핀 토크가 대략 13%∼15% 정도였다.
이에 대해서, 도 6에서는, 최초의 5개(1∼5개째)의 웨이퍼에 대해서는, 웨이퍼 처리마다 WLDC를 실행했다. 다음의 5개(6∼10개째)의 웨이퍼에 대해서는, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스로 WLDC를 실행하는 클리닝 스텝(제 1 스텝)과, 수소 H 및 산소 O를 포함하는 가스를 사용한 개질 스텝(제 2 스텝)의 2 스텝을 실행했다. 마지막 10개(11∼20개째)의 웨이퍼에 대해서는, 재차 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스로 WLDC를 실행하고, 개질 스텝은 행하지 않았다. 도 6(a)의 개질 스텝에서는, HBr(브롬화수소) 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 도 6(b)의 개질 스텝에서는, CHF3(3 불화 메탄) 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다.
이 때의 WLDC의 프로세스 조건은 도 5의 WLDC 프로세스 조건과 같다. 또한, 6∼10개째의 개질 스텝의 프로세스 조건은 이하이다.
＜개질 스텝 프로세스 조건 : HBr 가스＋O2 가스의 경우＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 320가우스(3.2－1T)
· 가스 종류 및 가스비 HBr 가스/O2 가스, HBr 가스 : O2 가스 = 49 : 1
· 처리 시간 10초
＜개질 스텝 프로세스 조건： CHF3 가스＋Ar 가스＋O2 가스의 경우＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 320가우스
· 가스 종류 및 가스비 CHF3 가스/Ar 가스/O2 가스, CHF3 가스：Ar 가스 : O2 가스 = 24 : 25 : 1
· 처리 시간 10초
또한, 상기 가스 종류에 Ar 가스가 포함되어 있는 것은, 본 프로세스 시의 다른 조건에 따라 전체의 가스 유량을 확보하기 위해서이며, 다른 조건에 근거하여 전체의 가스 유량을 확보할 수 있으면 Ar 가스는 포함되지 않아도 좋다.
이에 의하면, 도 6(a)의 개질 스텝(HBr 가스/O2 가스)의 실행에 의해, 6∼10개째의 웨이퍼에 대해, 핀 토크가 15%로부터 5%로 서서히 하강했다. 11개째부터의 웨이퍼에 대해서는, WLDC만을 실행하고 개질 스텝을 실행하지 않아도 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 5% 정도로 유지되었다(도 6(a)의 C 참조).
또한, 도 6(b)의 개질 스텝(CHF3 가스/O2 가스)의 실행에 의해, 6∼10개째의 웨이퍼에 대해, 핀 토크가 5%로 하강했다(도 6(b)의 D 참조). 11개째부터의 웨이퍼에 대해서는, WLDC만을 실행하고 개질 스텝을 실행하지 않았던 바, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 5%로부터 10∼15% 정도까지 서서히 상승했다.
이상과 같이, WLDC의 실행에 의해 정전 척의 표면이 서서히 불화하면, 이에 따라 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 상승한다. 그러나, 소정 타이밍에서 개질 스텝의 처리를 실행하면, 핀 토크가 15%로부터 5%까지 하강하는 것을 알 수 있었다. 이에 의해, 수소 H와 산소 O를 포함하는 가스를 사용한 개질 스텝이, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 상승을 억제하는 것이 증명되었다.
또한, 본 실험의 개질 스텝에 HBr 가스를 사용했을 경우와, CHxFy계 가스를 사용했을 경우에는, 토크 개선의 효과가 나타나는 방법이 차이가 있었다. 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 개질 스텝에 CHF3 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했을 경우에는 토크 개선에 즉효성이 있고, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 곧바로 하강했다. 단, 개질 스텝을 정지하면 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 상승하여, 개질 스텝의 효과가 유지되기 어려운 것을 알았다. 한편, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 개질 스텝에 HBr 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했을 경우에는, 토크 개선에 CHxFy계 가스 정도의 즉효성은 없다. 그러나, 이 경우, 개질 스텝을 정지해도 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 상승하지 않고, 개질 스텝의 효과에 지속성이 있음을 알 수 있었다. 따라서, 개질 스텝에 HBr 가스를 사용한 쪽이, CHxFy계 가스를 사용하는 것보다도 WLDC와 개질 스텝의 2 스텝을 실행하는 회수를 줄어들게 하여, 스루풋이 향상하고, 생산성이 상승하기 때문에 바람직한 것을 알았다.
(가스비/자장)
다음에, 개질 스텝에 HBr 가스를 사용할 때의, HBr 가스와 O2 가스의 비율 및 자장의 효과에 관한 실험을 행했다. 도 7을 참조하면서, 실험 결과에 대해 고찰한다. 도 7(a)는 도 6(a)와 동일한 도면이며, 도 7(b)과 비교하기 쉽게 도시했다. 도 7(a) 및 도 7(b)에서는, 도 6의 경우와 마찬가지로, 최초의 5개(1∼5개째)의 웨이퍼에 대해서는, 웨이퍼 처리마다 WLDC를 실행했다. 다음의 5개(6∼10개째)의 웨이퍼에 대해서는, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스로 WLDC를 실행하는 클리닝 스텝(제 1 스텝)과, 수소 HBr와 O2 가스의 혼합 가스를 사용한 개질 스텝(제 2 스텝)을 실행했다. 마지막 10개(11∼20개째)의 웨이퍼에 대해서는, 재차 웨이퍼 처리마다 WLDC를 실행하고, 개질 스텝은 행하지 않았다. 이 때의 WLDC의 프로세스 조건은, 상기 도 5 및 도 6의 경우와 동일하다. 한편, 개질 스텝의 프로세스 조건은 도 7(a)의 경우와 도 7(b)의 경우는 이하와 같이 상이하다.
＜개질 스텝 프로세스 조건 : 도 7(a)의 경우＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 320가우스
· 가스 종류 및 가스비 HBr 가스/O2 가스, HBr 가스 : O2 가스 = 49 : 1
· 처리 시간 10초
＜개질 스텝 프로세스 조건 : 도 7(b)의 경우＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 454가우스(4.54－1T)
· 가스 종류 및 가스비 HBr 가스/O2 가스, HBr 가스 : O2 가스 = 99 : 1
· 처리 시간 10초
본 실험의 개질 스텝에서는, 도 7(a)의 HBr 가스에 대한 O2 가스 비율이 높고, 또한 자장이 작은 경우와, 도 7(b)의 HBr 가스에 대한 O2 가스 비율이 낮고, 또한 자장이 큰 경우에서는, 토크 개선의 효과가 나타나는 방법이 차이가 있었다. 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스 비율이 낮고, 또한 자장이 큰 경우에는 도 7(a)의 경우보다 즉효성이 있고, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 곧바로 하강했다(도 7(b)의 E를 참조). 또한, 개질 스텝을 정지해도 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 상승하지 않고, 개질 스텝의 효과에 지속성이 있음을 알 수 있었다(도 7(b)의 E를 참조).
이상으로부터, 개질 스텝에 있어서 자장을 높게 하는 쪽이 개질 스텝의 효과를 보다 높이는 것을 알 수 있었다. 자장을 높게 할수록, 정전 척상의 플라즈마 밀도가 낮아진다. 따라서, 웨이퍼상의 플라즈마 밀도를 보다 정밀도 좋게 제어할 수 있어, 개질 스텝의 효과를 높일 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 개질 스텝에서 영구 자석(66)에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도는, 개질 스텝의 전 또는 후에 실행되는 클리닝 스텝에서 영구 자석(66)에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도보다 높으면 좋다.
또한, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스 비율이 낮은 쪽이 개질 스텝의 효과에 즉효성과 지속성이 있음을 알 수 있었다. 그 이유에 대해서는, 도 12를 이용하여 나중에 설명한다.
이와 같이, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스 비율을 낮게 하고, 또한 높은 자장을 인가하면, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 하강에 즉효성을 얻을 수 있고, 개질 스텝을 정지해도 낮은 토크를 유지할 수 있어, 스루풋 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
［로트 처리 종료 타이밍에 실행되는 개질 스텝］
웨이퍼 처리마다 클리닝 스텝 및 개질 스텝을 행하면, 웨이퍼 당의 스루풋이 낮아져서, 생산성이 저하한다. 그래서, 1 로트 처리가 종료한 타이밍에서 개질 스텝을 행함으로써 스루풋를 저하시키는 일 없이 생산성을 유지하면서, 상기 핀 토크의 저감 효과를 얻을 수 있는지의 실험을 행했다. 그 실험 결과를 도 8에 나타낸다.
프로세스 조건으로서는, 1∼5개째의 웨이퍼는, 웨이퍼 처리마다 WLDC만을 행한다. 5개째의 웨이퍼 처리가 종료하는 점선 부분에서 1 로트가 종료한다. 따라서, 그 타이밍에서, WLDC와 HBr 가스와 O2 가스를 사용한 개질 스텝의 2 스텝을 행한다.
도 8의 점선 부분에서 나타낸 로트 종료 이외의 로트 종료 타이밍에서는, WLDC만을 행하고, 개질 스텝은 실행하지 않는다. 또한, 어떤 로트에 있어서도 웨이퍼 처리마다 WLDC를 행한다.
도 8(a) 및 도 8(b)에서는 WLDC→개질 스텝의 순서대로 처리를 행하고, 도 8(c) 및 도 8(d)에서는 개질 스텝→WLDC의 순서대로 처리를 행했다. 또한, 도 8(a) 및 도 8(c)에서 행하는 개질 스텝의 처리 시간은 10초, 도 8(b) 및 도 8(d)에서 행하는 개질 스텝의 처리 시간은 30초였다. WLDC의 처리 시간은 어느 경우에도 25초였다. 여기서 WLDC의 프로세스 조건 및 개질 스텝의 프로세스 조건은 이하이다.
그 외의 프로세스 조건으로서는,
＜WLDC 프로세스 조건＞
· 압력 400mT(53.3Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 750W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 56가우스(5.6－2T)
· 가스 종류 및 가스비 CF4 가스/O2 가스, CF4 가스 : O2 가스 = 1 : 1
· 처리 시간 25초
＜개질 스텝 프로세스 조건＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 454가우스(4.54－1T)
· 가스 종류 및 가스비 HBr 가스/O2 가스, HBr 가스 : O2 가스 = 99 : 1
도 8의 로트 종료 타이밍에 행하는 개질 스텝에서는, 도 8(a) 및 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 처리 시간을 10초로 설정했을 때보다, 도 8(b) 및 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 개질 스텝의 처리 시간을 30초로 하면 핀 토크를 강하시키는 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있었다.
도 8(b)와 도 8(d)에 나타낸 핀 토크의 강하의 경향의 상이에 대해서도 고찰했다. 도 8(b)의 WLDC를 25초→개질 스텝(HBr 가스＋O2 가스)을 30초 행했을 경우에는, 그 후의 40개의 웨이퍼 처리에 있어서 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 낮은 상태로 지속시킬 수 있었다. 즉, 개질 스텝 실행 후, 40개 정도의 제품 웨이퍼의 처리에서는, 통상의 제전 조건에서 정전 척으로부터 웨이퍼를 벗길 수 있음을 알 수 있다.
이에 대해서, 도 8(d)의 개질 스텝(HBr 가스 및 O2 가스)을 30초→WLDC를 25초 행했을 경우에도, 그 후의 40개의 웨이퍼 처리에 있어서 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 저하시킬 수 있었다. 단, 이 경우의 토크 개선의 효과는, 도 8(b)의 경우와 비교하면 낮았다. 그 이유는, CF4 가스와 O2 가스를 사용한 WLDC의 실행 전에는 약간 시간이 비어 버린다. 그 비어 있는 시간에 챔버내의 부분의 온도가 저하하기 때문에, 정전 척의 온도도 낮아져서, 정전 척의 표면의 개질이, 도 8(d)의 개질 스텝의 경우보다 진행되었던 것으로 생각된다. 이상으로부터, 도 8(b)의 WLDC→개질 스텝의 순서대로 처리를 행하면, 도 8(d)의 개질 스텝→WLDC의 순서대로 처리를 행하는 것보다도 웨이퍼 이탈시의 토크 개선의 효과가 높아진다고 결론지었다.
이상으로부터, 로트 종료 타이밍에 행하는 개질 스텝에서는, 개질 스텝을 10초 실시하는 것보다도, 30초 실시하면 보다 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한, 로트 종료 타이밍에 행하는 개질 스텝에서는, WLDC→개질 스텝의 순서대로 처리를 행해도, 개질 스텝→WLDC의 순서대로 처리를 행해도 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 낮아지는 것을 알았다. 단, WLDC→개질 스텝의 순서대로 처리를 행하는 쪽이 정전 척의 표면의 개질이 진행되어, 보다 바람직한 것을 알았다.
［로트마다의 개질 스텝］
다음에, 로트마다 개질 스텝을 실행했을 경우에 대해, 도 9를 참조하면서 설명한다. 여기에서는, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스로 WLDC를 실행한다. 또한, 각 로트의 1개째의 웨이퍼의 처리 전에 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 WLDC를 25초 실행한 후, HBr 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 개질 스텝을 10초 실행했다. 여기에서는, 각 로트에서는, 25개의 웨이퍼가 처리된다.
이 실험 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9에는, 1번째의 로트, 2번째의 로트, 6번째의 로트, 12번째의 로트 중의 25개의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 도시되어 있다. 이에 의하면, 로트 수가 증가할수록, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 낮아지고 있음을 알 수 있다.
도 10도 마찬가지로, 로트마다 개질 스텝을 실행했을 경우에 대한 실험 결과를 나타낸다. 여기에서는, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스로 WLDC를 실행한다. 또한, 로트마다의 1개째의 웨이퍼의 처리 전에 HBr 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 개질 스텝을 10초 실행한 후, CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용하여 WLDC를 25초 실행했다. 각 로트에서는, 25개의 웨이퍼가 처리된다.
도 10에는, 1번째의 로트, 2번째의 로트, 6번째의 로트, 14번째의 로트 중의 25개의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 도시되어 있다. 이에 의해서도, 로트 수가 증가할수록, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 낮아지고 있음을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 로트마다 개질 스텝을 10초 행하면, 개질 스텝을 WLDC의 후 또는 전 중 어느 때에 실행해도, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 낮게 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 개질 스텝을 WLDC의 후에 실행했을 경우에는, 개질 스텝을 WLDC의 전에 실행했을 경우와 비교하여, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 보다 저하했다. 단, 개질 스텝을 WLDC의 전에 실행했을 경우에 있어서도, 로트 수가 증가하면, 개질 스텝을 WLDC의 후에 실행했을 경우와 동일한 정도까지 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 낮출 수 있었다.
도 11도 마찬가지로 로트마다 개질 스텝을 실행했을 경우에 대한 실험 결과를 나타낸다. 여기에서는, 도 9에 나타낸 로트마다 개질 스텝을 실행했을 경우의 프로세스 조건에 대해서, 개질 스텝의 처리 시간을 5초로 단축한 점만 상이하다.
도 11에는, 1번째의 로트, 2번째의 로트 중의 25개의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 도시되어 있다. 이에 의해서도, 로트 수가 증가할수록, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 낮아지고 있음을 알 수 있다. 단, 개질 스텝의 시간이 5초인 경우에는, 개질 스텝의 시간이 10초인 경우보다 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 저하의 효과는 얻어지기 어렵게 되어 있다.
1개의 웨이퍼 처리를 실행할 때마다 개질 스텝을 실행하면 높은 토크 개선의 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 스루풋이 낮아져서, 필요 이상으로 생산성을 저하시키는 것은 유리한 대책은 아니다. 따라서, 수개∼수십개의 웨이퍼 처리 후, 즉, 로트마다 본 실시 형태에 따른 개질 스텝을 실행하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 생산성에 큰 영향을 주지 않고, 또한 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 상승을 억제할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따른 개질 방법에 의하면, 웨이퍼 처리 동안에 불소계의 가스를 이용하여 웨이퍼리스 드라이 클리닝을 행하는 경우, 개질 스텝을 타이밍 좋게 행함으로써, 정전 척의 흡착력의 시간 경과적 변화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 저하시켜, 웨이퍼가 튀어 파손되거나 균열되거나 하는 것을 방지하여, 스루풋의 저하를 방지할 수 있다. 이 결과, 높은 생산성을 유지할 수 있다.
［개질 스텝의 메커니즘］
다음에, 본 실시 형태에 따른 개질 스텝의 메커니즘에 대해, 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 정전 척이 신제품인 때, 정전 척의 표면은 용사에 의해 형성된 산화이트륨(Y2O3)의 피막으로 덮여 있다. 정전 척의 표면이 Y2O3 상태에서는, 정전 척은, 쿨롱력으로 웨이퍼를 정전 흡착한다.
예를 들면, 실리콘계의 막을 에칭하는 웨이퍼 처리에서는, 챔버의 벽면에 실리콘계의 반응 생성물이 퇴적한다. 그 퇴적물을 제거하기 위해서, 웨이퍼 처리마다 CF4 가스 등의 불소계의 가스를 포함하는 가스로부터 생성된 플라즈마를 사용하여 WLDC 등의 클리닝 처리가 행해진다. 이러한 처리는 웨이퍼 처리이기 때문에, 클리닝 처리 중, 정전 척은 불소계의 플라즈마에 노출되고, 도 12(b)에 나타낸 바와 같이 그 표면이 서서히 불화하여, Y2O3로부터 YF로 개질된다. YF는, Y2O3보다 체적 저항율이 낮다. 따라서, 정전 척의 표면이 YF로 개질되면, 존슨 라벡력에 의해서도 웨이퍼를 흡착하게 되어 흡착력이 증가한다. 이에 의해, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 상승하여, 웨이퍼가 정전 척으로부터 떼어내기 어려워져, 경우에 따라서는 웨이퍼에 파손이나 균열이 생긴다.
그래서, 도 12(c)에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 정전 척의 개질 방법에서는, 웨이퍼 처리 동안에 HBr 가스와 O2 가스의 혼합 가스로부터 생성된 플라즈마를 사용한 개질 스텝이 실행된다. 개질 스텝에서는, 플라즈마 중의 H 성분(H 이온이나 H 래디칼)과, 정전 척의 표면의 YF층이 반응하여 YF층으로부터 F가 제거되어 HF로 된다. F가 제거된 정전 척의 표면에는, 플라즈마 중의 O 성분이 충진된다. 이상의 반응에 의해, 개질 스텝에서는 정전 척의 표면의 F 농도가 감소하여, 표면이 YF로부터 Y2O3 상태로 가까워지는 것으로 생각된다. 이와 같이 하여 불화한 정전 척의 표면을 개질 스텝에 의해 산화하여, Y2O3 상태로 접근함으로써, 정전 척의 표면의 체적 저항율은 재차 높아진다. 따라서, 정전 척은, 쿨롱력으로 웨이퍼를 정전 흡착하는 상태로 되어, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 저하시킬 수 있다.
단, 개질 스텝 실행 후, 도 12(d)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 처리마다 WLDC를 반복하여 실행하면, 재차 정전 척의 표면이 재차 불화하여, 체적 저항율이 낮아져서, 존슨 라벡력에 의해 흡착력이 증가한다. 이에 의해, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 재차 상승한다. 따라서, 웨이퍼 처리 동안의 소정 타이밍에 재차 개질 스텝을 실행하는 쪽이 좋다. 이상으로 설명한 개질 스텝에 의한 토크 개선의 메커니즘에 의해, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 상승을 억제하여 정전 척 본래의 쿨롱력에 의한 웨이퍼 흡착 기능을 지속시킬 수 있는 것으로 생각된다.
(가스비의 최적화)
전술한 바와 같이, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율은 낮은 쪽이 좋다. 그래서, HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율의 최적화에 대해 실험을 더 행했다. 그 실험 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13에는, HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율이 4 패턴이 도시되어 있다. 구체적으로는, HBr/O2비(1), HBr/O2비(2), HBr/O2비(3), HBr 단독 가스의 4 패턴의 비율에 대해, WLDC→개질 스텝 후의 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 나타냈다. 각 패턴의 WLDC, 개질 스텝의 각 프로세스 조건은 이하이다.
＜WLDC의 프로세스 조건＞
· 압력 400mT(53.3Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 750W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 56가우스
· 가스 종류 및 가스비 CF4 가스/O2 가스, CF4 가스 : O2 가스 = 1 : 1
· 처리 시간 25초
＜개질 스텝 프로세스 조건 : HBr/O2비(1)의 경우＞
· 압력 300mT(40.0Pa)
· 고주파 전력 플라즈마용 고주파 전력 450W 바이어스용 고주파 전력 0W
· 자장 320가우스
· 가스 종류 및 가스비 HBr 가스/O2 가스, HBr 가스 : O2 가스 = 1 : 1
· 처리 시간 10초
＜개질 스텝 프로세스 조건 : HBr/O2비(2)의 경우＞
· HBr/O2비(1)에 대해서 가스비만, HBr 가스 : O2 가스 = 49 : 1로 변경
＜개질 스텝 프로세스 조건 : HBr/O2비(3)의 경우＞
· HBr/O2비(1)에 대해서 가스비만, HBr 가스 : O2 가스 = 99 : 1로 변경
＜개질 스텝 프로세스 조건 : HBr 단독 가스의 경우＞
· HBr/O2비(1)에 대해서 가스비만, HBr 가스 : O2 가스 = 100 : 0으로 변경
도 13의 실험 결과에 의하면, HBr/O2비(1)의 HBr 가스에 대한 O2 가스의 유량비가 1인 경우, 개질 스텝 후의 웨이퍼 처리에 있어서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 거의 저하하지 않았다.
한편, HBr/O2비(2)의 HBr 가스에 대한 O2 가스의 유량비가 1/49인 경우, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 5.5%까지 저하하고 있었다. 또한, HBr/O2비(3)의 HBr 가스에 대한 O2 가스의 유량비가 1/99인 경우, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 4.3%까지 저하하고 있었다.
그런데, HBr 단독 가스인 경우, 개질 스텝 후의 웨이퍼 처리에 있어서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크는 거의 저하하지 않았다.
이상의 결과에 근거하여, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율을 낮게 하면, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크 저하의 즉효성과 지속성이 보다 높아지는 이유를 고찰한다. HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율을 높게 하면, 플라즈마 중의 H 성분과 정전 척의 표면의 YF층의 반응보다, 플라즈마 중의 H 성분과 O 성분의 반응이 우선되어 H2O가 생성된다. 이에 의해, 플라즈마 중의 H 이온이나 H 래디칼이 소비된다. 따라서, 플라즈마 중의 H 이온이나 H 래디칼과 정전 척의 표면의 YF층의 반응이 촉진되기 어려워진다. 이 결과, 정전 척의 표면의 YF로부터 F가 제거되지 않고, 표면의 F 농도가 높은 상태로 된다. 이 때문에, 정전 척의 표면의 체적 저항율이 상승하지 않고, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 저하하지 않는 것으로 생각된다.
이에 대해서, 개질 스텝에 있어서 HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율을 낮게 하면, 플라즈마 중의 H 이온이나 H 래디칼과, 정전 척의 표면의 YF층이 반응하여 YF층으로부터 F가 제거되는 반응이 촉진된다. F가 제거된 정전 척의 표면에는 O 성분이 충진되어, 정전 척의 표면은 Y2O3 상태에 가까워진다. 이에 의해, 정전 척의 표면의 체적 저항율이 높아져서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 저하하는 것으로 생각된다.
한편, 개질 스텝에 있어서 HBr 단독 가스로 하여, O2 가스를 함유시키지 않는 경우, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 저하시키는 효과를 얻을 수 없게 된다. 그 이유는, 플라즈마 중의 H의 이온이나 래디칼과, 정전 척의 표면의 YF층이 반응하여 YF층으로부터 F가 제거되어도, 플라즈마 중에 O 성분이 존재하지 않기 때문에, 정전 척의 표면에 O가 충진되지 않는다. 이 때문에, 정전 척의 표면이 Y2O3 상태로 되지 않기 때문에, 정전 척의 표면의 체적 저항율이 상승하지 않고, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크가 저하하지 않는것으로 생각된다. 이상으로부터, 개질 스텝에서는, 가스에 HBr 가스와 O2 가스를 함유시킬 필요가 있다.
또한, 전술한 바와 같이, HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율을 높이면 웨이퍼 이탈시의 핀 토크의 개선 효과가 얻어지기 어려워진다. 따라서, 웨이퍼 이탈시의 핀 토크를 저하시키는 효과의 즉효성과 지속성을 높이기 위해서, HBr 가스에 대한 O2 가스의 유량비는, HBr/O2비(2) 및 HBr/O2비(3)에 근거하여 1/99∼1/49의 범위가 바람직하다. 또한, 이 범위 중에서도 HBr 가스에 대한 O2 가스의 비율이 낮은 쪽이 보다 바람직한 것을 도출할 수 있었다.
이상, 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치를 실시예에 의해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 또한, 상기 실시예 및 변형예를 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시 형태 중에서는, 개질 스텝에서 사용하는 가스는, H 함유 가스와 O 함유 가스의 혼합 가스였다. 그러나, 본 발명에 따른 정전 척의 개질 방법 및 플라즈마 처리 장치에 있어서, 개질 스텝에서 사용하는 가스는, H 함유 가스 및 O 함유 가스가 포함되어 있으면, H 함유 가스 및 O 함유 가스 이외의 가스가 포함되어 있어도 좋다.
또한, 개질 스텝에서 사용하는 가스는, 반드시 H 함유 가스와 O 함유 가스를 포함하는 혼합 가스에 한정되지 않고, CHF 함유 가스와 O 함유 가스를 포함하는 혼합 가스이어도 좋다. CHF 함유 가스의 일례로서는, CH2F2 가스나 CHF3 가스 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마를 발생시키는 수단으로서는, 용량 결합형 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 발생 수단, 유도 결합형 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 발생 수단, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP : Helicon Wave Plasma) 발생 수단, 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna)로부터 생성한 마이크로파 플라즈마나 SPA(Slot Plane Antenna) 플라즈마를 포함하는 마이크로파 여기 표면파 플라즈마 발생 수단, 전자 사이클론 공명 플라즈마(ECR : Electron Cyclotron Resonance Plasma) 발생 수단 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 처리가 실시되는 피처리체는, 상기 실시 형태에서 설명에 사용한 (반도체) 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면, 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display)용의 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용의 기판이어도 좋다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 챔버
12 : 탑재대(하부 전극)
28 : 배기 장치
32 : 고주파 전원
34 : 정합기
38 : 샤워 헤드(상부 전극)
40 : 정전 척
52 : 전열 가스 공급원
62 : 가스 공급원
66 : 영구 자석
71 : 칠러 유닛
81 : 지지 핀
84 : 모터
100 : 제어부

Claims (9)

  1. 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척의 개질 방법으로서,
    표면이 불화된 상기 정전 척이 탑재된 챔버내에, 수소 H와 산소 O를 함유하는 가스를 공급하는 가스 공급 스텝과,
    상기 공급된 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화하여, 상기 정전 척을 플라즈마에 노출함으로써 상기 정전 척의 표면을 개질하는 개질 스텝을 포함하는
    것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개질 스텝의 전 또는 후에, 불소 F계 가스를 함유하는 가스에 의한 웨이퍼리스 드라이 클리닝(Waferless Dry Cleaning)을 실행하는 클리닝 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 가스는, 브롬화수소(HBr) 가스와 산소(O2) 가스인 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 브롬화수소 가스에 대한 산소 가스의 유량비는 1/99∼1/49의 범위인 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질 스텝에서 상기 챔버의 근방에 배치된 자계 발생 수단에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도는, 상기 클리닝 스텝에서 상기 자계 발생 수단에 의해 발생시키는 자계의 자속 밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 척은, 산화이트륨(Y2O3)으로 형성되고, 그 표면이 불화되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 수소 H에 의해 상기 정전 척의 표면의 불소 F와 수소 H를 결합시키고, 상기 가스 공급 스텝에서 공급되는 산소 O에 의해 상기 정전 척의 표면을 산화시키는 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질 스텝은, 로트마다 실행되는 것을 특징으로 하는 정전 척의 개질 방법.
  9. 내부에서 피처리체에 소망하는 처리가 실시되는 챔버와,
    상기 챔버내에 탑재되어, 피처리체를 정전 흡착하는 정전 척과,
    상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    상기 가스 공급원으로부터 수소 H와 산소 O를 함유하는 가스를 공급하도록 제어하여, 상기 공급된 가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화시키고, 상기 정전 척을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 정전 척의 불화된 표면이 개질하도록 제어하는 제어부를 갖는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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