KR20170070852A - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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다카시 사쿠마
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Abstract

플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있고, 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제하는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 정전척에 인가 전압으로서 제 1 전압을 인가하여 피처리체를 흡착함과 함께 정전척과 피처리체와의 사이에 열전도 가스를 공급한 상태에서 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 공정과, 플라즈마 처리 공정의 종료시에 열전도 가스의 공급을 정지하여 정전척과 기피처리체와의 사이에 잔류하는 열전도 가스를 배기시키면서 인가 전압을 저하시키도록 한 인가 전압 저하 공정과, 인가 전압 저하 공정 후에, 정전척으로의 인가 전압을 제로로 해서 피처리체를 정전척으로부터 이탈시키도록 한 이탈 공정을 가진다.

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼에 성막 처리나 패턴 에칭 처리 등의 각종 처리를 반복해서 행하여 소망하는 디바이스를 제조하는데, 반도체 디바이스의 고집적화 및 고미세화가 한층 더 요청됨에 의해, 선 폭이나 홀 직경이 점점 더 미세화되고 있다. 그리고, 배선 재료나 매립 재료로서는, 배선 구조의 각종 치수의 미세화에 의해, 또한 전기 저항을 작게 할 필요에 의해, 전기 저항이 매우 작고 또한 저렴한 구리를 이용하는 경향이 있다(특허 문헌 1). 그리고, 이 배선 재료나 매립 재료로서 구리를 이용하거나, 혹은 이에 더하여 탄탈 금속(Ta), 티탄(Ti) 등이 이용되는 경향이 있다.
상기 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위해서는, 일반적으로는, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나 플라즈마 스퍼터링(sputtering) 장치나 플라즈마 에칭 장치 등의 플라즈마 처리 장치가 이용된다(특허 문헌 1 ~ 4). 이 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 처리 용기 내의 탑재대 상에 정전척을 마련하고, 이 정전척 상에 정전력(쿨롱력)으로 반도체 웨이퍼를 흡착시킨 상태로 설치하고 있다. 그리고, 이 처리 용기 내에 고주파 전력 등에 의해 플라즈마를 형성하고, 이 플라즈마에 의해 성막 가스를 활성화하거나, 혹은 금속 타겟으로부터 금속 이온이 나오도록 하는 등으로 해서, 예를 들면, 200 ~ 400℃ 정도의 비교적 저온 상태에서 웨이퍼 상에 박막을 형성하도록 되어 있다. 또한, 처리 형태에 따라서는 상기 온도 범위를 넘는 경우도 있다.
플라즈마 처리시에 있어서, 상기 정전척과 웨이퍼 사이에는, 웨이퍼의 온도를 제어하기 위한 웨이퍼와 탑재대의 사이의 열전도를 양호하게 하기 위해서, 프로세스 압력과 비교하여 어느 정도 압력을 높인 열전도 가스가 공급된다. 그리고, 플라즈마 처리의 종료시에는, 상기 열전도 가스의 공급을 정지해서 웨이퍼에 대한 부상력(浮上力)을 억제한 후에 정전척으로의 인가 전압인 척 전압을 오프하고, 그 후 리프터 핀 등을 이용하여 웨이퍼를 탑재대로부터 이탈시키도록 한다.
이러한 경우, 정전 흡착의 영향에 의해 웨이퍼 자체에 전하가 남아 있는 것부터, 웨이퍼 이탈시의 튕김이나 파티클의 부착을 방지하기 위해서 잔류 전하를 제거할 필요가 있다. 이 때문에, 종래에 있어서는, 정전척에 역 극성의 전압을 인가하거나(특허 문헌 1), 정전 흡착력을 최소한으로 하기 위한 최적의 전압을 인가하거나, 전하 제거용 가스를 공급하는 것 등을 한다.(특허 문헌 3).
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 공보 평성 제07-094500 호
(특허문헌 2) 일본 특허 공표 공보 평성 제09-502078 호
(특허문헌 3) 일본 특허 공개 공보 제2006-135081 호
(특허문헌 4) 일본 특허 공개 공보 제2012-074522 호
그런데, 플라즈마 처리시의 흡착력을 충분히 크게 하기 위해서는, 척 전압을 크게 하는 것이 일반적이지만, 충분한 척력(흡착력)을 얻으면, 상술한 바와 같은 다양한 전하 제거 처리를 행해도 잔류 전하를 충분히 제거할 수 없고, 탑재대로부터 웨이퍼를 이탈시킬 때의 파티클(particle) 발생의 요인이 되어 버리는 등의 문제점이 있었다.
특히, 잔류 전하는 척 전압에 비례해서 커지므로, 척력(흡착력)과 파티클의 발생량과의 관계는 상반 관계이고, 충분한 척력(흡착력)을 발휘하면서 파티클의 발생량을 억제하기 위한 새로운 방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하기 위하여 창안된 것이다. 본 발명은, 플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있음과 함께, 플라즈마 처리시의 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제하는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치이다.
제 1 측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 상기 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 정전척에 인가 전압으로서 제 1 전압을 인가하여 상기 피처리체를 흡착함과 함께, 상기 정전척과 상기 피처리체와의 사이에 열전도 가스를 공급한 상태에서 상기 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 공정과, 상기 플라즈마 처리 공정의 종료시에 상기 열전도 가스의 공급을 정지하여 상기 정전척과 상기 피처리체와의 사이에 잔류하는 상기 열전도 가스를 배기시키면서 상기 인가 전압을 저하시키도록 한 인가 전압 저하 공정과, 상기 인가 전압 저하 공정 후에, 상기 정전척으로의 인가 전압을 제로로 해서 상기 피처리체를 상기 정전척으로부터 이탈시키도록 한 이탈 공정을 가진다.
이와 같이, 탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있음과 함께 플라즈마 처리시의 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제하는 것이 가능해진다.
제 2 측면에 따른 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치는, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 피처리체를 흡착하는 정전척이 상면에 마련된 탑재대를 가지는 탑재대 구조와, 상기 정전척에 전압을 인가하는 전압 공급계와, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구와, 상기 처리 용기 내에 상기 플라즈마 처리에 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기 수단과, 상기 정전척과 상기 피처리체와의 사이의 극간에 열전도 가스를 공급하는 열전도 가스 공급계와, 상기 피처리체를 상기 탑재대에 대하여 상하동(上下動)시키는 리프터 핀과, 제 1 측면에 따른 플라즈마 처리 방법을 실시하도록 장치 전체를 제어하는 장치 제어부를 구비한다.
이와 같이, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있음과 함께, 플라즈마 처리시의 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 의하면,탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있음과 함께 플라즈마 처리시의 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 공정도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 방법과 종래 방법을 비교하기 위한 타이밍 차트를 도시하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 방법에 있어서의 잔류 전하의 상황을 도시하는 도면이다.
도 5는 비교예와 함께 본 발명에 따른 방법을 실시했을 때의 파티클 수를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 6b는 정전척에 대한 인가 전압과 웨이퍼의 잔류 전하와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 정전척의 인가 전압과 발생하는 파티클 수와의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치의 일실시예를 첨부 도면에 근거하여 상세히 기술한다. 도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 여기에서는 플라즈마 처리 장치로서 ICP(Inductively Coupled Plasma)형의 플라즈마 스퍼터링 장치를 예로 들어서 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(2)는, 예를 들면, 알루미늄 등에 의해 통형상으로 성형된 처리 용기(4)를 가진다. 이 처리 용기(4)는 접지되고, 이 바닥부(6)에는 배기구(8)가 마련된다. 이 배기구(8)에는, 처리 용기(4) 내의 분위기를 배기하는 배기 수단(10)이 접속된다. 이 배기 수단(10)은 상기 배기구(8)에 접속된 배기 통로(12)를 가진다. 이 배기 통로(12)에는 압력 조정을 행하는 슬로틀 밸브(14) 및 진공 펌프(16)가 순차적으로 개재 설치되어 있고, 진공 배기할 수 있게 된다.
또한, 처리 용기(4)의 바닥부(6)에는, 이 처리 용기(4) 내에 플라즈마 처리에 필요한 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단으로서, 예를 들면, 가스 도입구(18)가 마련된다. 이 가스 도입구(18)로부터는, 플라즈마 여기용 가스로서 희가스, 예를 들면, Ar 가스나 다른 필요한 가스, 예를 들면, N2 가스 등이, 가스 유량 제어기, 밸브 등으로 이루어지는 가스 제어부(20)를 통하여 공급된다.
이 처리 용기(4)내에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대 구조(24)가 마련된다. 이 탑재대 구조(24)는, 원판 형상으로 성형 된 탑재대(26)와, 이 탑재대(26)를 지지함과 함께 그라운드 측에 접속된, 즉 접지된 중공(中空) 통체 형상의 지주(28)에 의해 구성된다. 따라서, 탑재대(26)도 접지되어 있다. 이 탑재대(26)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 도전성 재료로 이루어지고, 이 안에는 냉각 수단으로서 냉각 자켓(30)이 마련되어 있고, 도시하지 않는 냉매 유로를 거쳐서 냉매를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 탑재대(26)의 상면측에는, 내부에 전극(32A)을 가지는, 예를 들면, 질화 알루미늄 등의 세라믹 재료로 이루어지는 얇은 원판 형상의 정전척(32)이 마련되고, 반도체 웨이퍼(W)를 정전력(쿨롱력)에 의해 흡착 유지할 수 있게 된다. 또한, 상기 지주(28)의 하부에는, 상기 처리 용기(4)의 바닥부(6)의 중심부에 형성한 관통구멍(34)이 하방으로 연장하고 있다. 그리고, 이 지주(28)는, 도시하지 않는 승강 기구에 의해 상하 이동 가능하게 되고, 상기 탑재대 구조(24)의 전체를 승강할 수 있게 한다.
상기 지주(28)를 둘러싸도록 하여 신축 가능하게 이루어진 주름 상자 형상의 금속제의 벨로즈(36)가 마련되고, 이 벨로즈(36)는, 그 상단이 상기 탑재대(26)의 하면에 기밀하게 접합되고, 또한 하단이 상기 바닥부(6)의 상면에 기밀하게 접합되어 있고, 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 상기 탑재대 구조(24)의 승강 이동을 허용할 수 있게 된다.
또한 바닥부(6)에는, 이보다 상방을 향해서, 예를 들면, 3개(도시예에서는 2개만 기재함)의 리프터 핀(38)이 기립되어서 마련되고, 또한, 이 리프터 핀(38)에 대응하여 상기 탑재대(26)에 핀 관통구멍(40)이 형성된다. 따라서, 상기 탑재대(26)를 강하시켰을 때에, 상기 핀 관통구멍(40)을 관통한 리프터 핀(38)의 상단부에서 반도체 웨이퍼(W)를 받아서, 이 반도체 웨이퍼(W)를 외부에서 칩입하는 반송 아암(arm)(도시하지 않음)과의 사이에서 이동할 수 있게 된다.
즉, 웨이퍼(W)를 탑재대(26)에 대하여 상하동시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 처리 용기(4)의 하부 측벽에는, 상기 반송 아암을 침입시키기 위해서 반출 입구(42)가 마련되고, 이 반출 입구(42)에는, 개폐 가능하게 이루어진 게이트 밸브(G)가 마련된다. 이 게이트 밸브(G)의 반대측에는, 예를 들면, 진공 반송실(44)이 마련된다.
또한, 이 탑재대(26) 상에 마련한 상기 정전척(32)의 전극(32A)에는, 이것에 전압을 인가하기 위한 전압 공급계(46)가 접속된다. 이 전압 공급계(46)는, 상기 전극(32A)에 접속된 급전 라인(48)을 가진다. 그리고, 이 급전 라인(48)을 거쳐서 척용 전원(50)이 접속되어 있고, 반도체 웨이퍼(W)를 정전력에 의해 흡착 유지하게 된다. 이 척용 전원(50)은, 필요에 따라서 플러스의 전압과 마이너스의 전압을 전환에 의해 출력할 수 있게 되어 있다.
또한, 이 척용 전원(50)에는, 이것에 병렬로 접지용 스위치(52)가 접속되고, 상기 전극(32A)을 필요에 따라서 접지할 수 있게 된다. 또한 상기 급전 라인(48)에는 바이어스용 고주파 전원(도시하지 않음)이 접속되고, 이 급전 라인(48)을 거쳐서 정전척(32)의 전극(32A)에 대하여 바이어스용의 고주파 전력을 공급하게 되어 있다. 이 고주파 전력의 주파수는, 예를 들면, 13.56MHz이다. 또한, 이 탑재대(26)에는, 상기 정전척(32)과 웨이퍼(W)와의 사이의 극간(56)에 열전도 가스를 도입하는 열전도 가스 공급계(54)가 마련된다.
이 열전도 가스 공급계(54)는, 상기 극간(56)에 연통되어서 상기 지주(28) 내로 삽입하여 관통하는 가스 통로(58)를 가진다. 이 가스 통로(58)에는 개폐 밸브(60) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(62)가 순차적으로 개재 설치되어 있고, 열전도 가스로서, 예를 들면, Ar 가스를 상기 극간(56)에 공급할 수 있게 된다. 또한, 이 열전도 가스는 Ar 가스에 한정되지 않고, He 등의 다른 희가스나 N2가스를 이용할 수 있다.
한편, 상기 처리 용기(4)의 천정부에는, 예를 들면, 산화 알루미늄 등의 유전체로 이루어지는 고주파에 대하여 투과성이 있는 투과판(64)이 O링 등의 시일 부재(66)를 개재하여 기밀하게 마련된다. 그리고, 이 투과판(64)의 상부에, 처리 용기(4) 내의 처리 공간(S)에 플라즈마 여기용 가스로서의 희가스, 예를 들면, Ar가스를 플라즈마화하여 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생 기구(68)가 마련된다.
또한, 이 플라즈마 여기용 가스로서, Ar 대신에 다른 희가스, 예를 들면, He, Ne 등을 이용하여도 좋다. 구체적으로는, 상기 플라즈마 발생 기구(68)는, 상기 투과판(64)에 대응시켜서 마련한 유도 코일부(70)를 갖고, 이 유도 코일부(70)에는, 플라즈마 발생용의, 예를 들면, 13.56MHz의 고주파 전원(72)이 접속되어서, 상기 투과판(64)을 거쳐서 처리 공간(S)에 고주파를 도입할 수 있게 된다. 또한, 플라즈마 발생 기구(68)는 고주파 전력이 아니라, 마이크로파 전력을 이용하도록 해도 좋다.
또한, 상기 투과판(64)의 바로 아래에는, 도입되는 고주파를 확산시키는, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 배플 플레이트(baffle plate)(74)가 마련된다. 그리고, 이 배플 플레이트(74)의 하부에는, 상기 처리 공간(S)의 상부 측방을 둘러싸도록 해서, 예를 들면, 단면이 내측을 향해서 경사져서 링 형상(빈 원뿔대 형상)으로 이루어진 금속의 타겟(76)이 마련되어 있고, 이 금속의 타겟(76)에는 Ar 이온을 당기기 위한 전압을 공급하는 타겟용의 가변 직류 전원(78)이 접속되어 있다. 또한, 이 직류 전원 대신에 교류 전원을 이용하여도 좋다.
또한, 금속의 타겟(76)의 외주측에는, 이것에 자기장을 부여하기 위한 자석(80)이 마련된다. 여기에서는 금속의 타겟(76)의 재료로서, 예를 들면, Cu(구리)가 이용되고, 이 Cu의 타겟(76)은 플라즈마 내의 Ar 이온에 의해 Cu의 금속 원자, 혹은 금속 원자단으로서 스퍼터링 됨과 함께, 플라즈마 내를 통과할 때에 대부분 이온화된다. 또한, 이 타겟(76)은 Cu에 한정되지 않는다.
또한 이 금속의 타겟(76)의 하부에는, 상기 처리 공간(S)을 둘러싸도록 해서, 예를 들면, 알루미늄이나 구리로 이루어지는 원통 형상의 보호 커버 부재(82)가 마련된다. 이 보호 커버 부재(82)는 지면에 접속되어서 접지됨과 함께, 이 하부는 내측에 굴곡되어서 상기 탑재대(26)의 측부 근방에 위치되어 있다.
그리고, 이 플라즈마 처리 장치(2)의 각 구성부는, 예를 들면, 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(84)에 접속되어서 제어되는 구성으로 된다. 구체적으로는 장치 제어부(84)는, 플라즈마 발생용의 고주파 전원(72), 가변 직류 전원(78), 가스 제어부(20), 슬로틀 밸브(14), 진공 펌프(16), 전압 공급계(46), 열전도 가스 공급계(54) 등의 각 동작을 제어한다. 또한, 상기 장치 제어부(84)로 제어를 행하는 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램을 기억하는 기억 매체(86)를 가진다. 이 기억 매체(86)는, 예를 들면, 플렉시블 디스크(flexible disc), CD(Compact Disc), 하드 디스크(hard disc), 플래쉬 메모리(flash memory) 또는 DVD(Digital Versatile Disc) 등으로 이루어진다.
[플라즈마 처리 방법의 설명]
다음으로, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치의 동작에 대해서 도 2 내지 도 4a 및 4b를 함께 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 공정도, 도 3a 및 3b는 본 발명 방법과 종래 방법을 비교하기 위한 타이밍 차트를 도시한 도면, 도 4a및 4b는 본 발명 방법에 있어서의 잔류 전하의 상황을 도시하는 도면이다.
먼저 본 발명 방법은, 정전척(32)에 인가 전압으로서 제 1 전압을 인가하여 웨이퍼(W)를 흡착함과 함께 상기 정전척(32)과 웨이퍼(W)와의 사이에 열전도 가스를 공급한 상태에서 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 공정(S1)과, 상기 플라즈마 처리 공정의 종료시에 상기 열전도 가스의 공급을 정지하여 정전척(32)과 웨이퍼(W)와의 사이에 잔류하는 상기 열전도 가스를 배기시키면서 인가 전압을 저하시키도록 한 인가 전압 저하 공정(S2)과, 상기 인가 전압 저하 공정 후에, 상기 정전척(32)으로의 인가 전압을 제로로 해서 웨이퍼(W)를 상기 정전척(32)으로부터 이탈시키도록 한 이탈 공정(S3)을 가진다.
구체적으로는, 먼저 플라즈마 처리 공정(S1)에서는, 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리 장치(2)의 미리 진공상태로 한 처리 용기(4)내에 반입하고, 이 웨이퍼(W)를 탑재대(26) 상에 탑재해서 정전척(32)으로 흡착한다. 그리고, 열전도 가스 공급계(54)에 의해 웨이퍼(W)와 정전척(32)과의 사이의 극간(56)에 열전도 가스로서, 예를 들면, Ar 가스를 유량 제어하면서 공급한다. 그리고, 진공 배기되어 있는 처리 용기(4) 내에, 가스 제어부(20)를 동작시켜서 Ar 가스를 흘리면서 슬로틀 밸브(14)를 제어해서 처리 용기(4) 내를 소정의 진공도로 유지한다. 그 후, 가변 직류 전원(78)을 거쳐서 직류 전력을 금속의 타겟(76)에 인가하고, 또한 플라즈마 발생 기구(68)의 고주파 전원(72)으로부터 유도 코일부(70)에 고주파 전력(플라즈마 전력)을 공급한다.
한편, 장치 제어부(84)는 바이어스용 고주파 전원(도시하지 않음)에도 지령을 하고, 정전척(32)의 전극(32A)에 대하여 소정의 바이어스용의 고주파 전력을 공급한다. 이렇게 제어된 처리 용기(4)내에 있어서는, 유도 코일부(70)에 공급된 고주파 전력에 의해 아르곤 플라즈마가 형성되어서 아르곤 이온이 생성되고, 이들 이온은 금속의 타겟(76)에 인가된 전압에 당겨져서 금속의 타겟(76)에 충돌하고, 이 금속의 타겟(76)이 스퍼터링 되어서 금속 입자가 방출된다. 이때, 타겟(76)에 인가하는 직류 전력에 의해 방출되는 금속 입자의 양이 제어된다.
또한, 스퍼터링된 금속의 타겟(76)으로부터의 금속 입자인 금속 원자, 금속 원자단은 플라즈마 내를 지날 때에 대부분 이온화된다. 여기서 금속 입자는, 이온화된 금속 이온과 전기적으로 중성인 중성 금속 원자가 혼재하는 상태가 되어서 아래 방향으로 흩어진다. 그리고, 금속 이온 등은, 반도체 웨이퍼(W)에 퇴적해서 금속의 박막이 형성된다.
이때의 프로세스 압력은, 예를 들면, 5mTorr ~ 90mTorr 정도(1Torr = 133.3Pa)의 범위 내이다. 웨이퍼(W)는, 이 하부의 극간(56)에 공급되어 있는 열전도 가스인 Ar 가스를 개재하여 냉각 자켓(30)을 가지는 탑재대(26)에 의해 효율적으로 냉각되고, 예를 들면, 25 ~ 500℃ 정도의 범위 내로 냉각되어 있다. 또한, 도 3a에도 도시하는 바와 같이, 상기 정전척(32)에 인가하고 있는 전압(척 전압)인 제 1 전압은, 300 ~ 1400V의 범위 내이며, 여기에서는 제 1 전압으로서 400V를 인가하고 있다. 또한, 열전도 가스인 Ar 가스가 공급되어 있는 극간(56)의 압력은, 프로세스 압력보다도 높고, 예를 들면, 2Torr 정도다. 또한, 이 열전도 가스의 압력은, 예를 들면, 최대 20Torr 정도까지 올리는 경우도 있다.
이때의 웨이퍼(W)의 흡착(척할 때)의 상태는 도 4a에 표시되어 있고, 정전척(32)의 전극(32A)에 전압(플러스)을 인가하는 것에 의해, 정전척(32)의 유전체층과 웨이퍼(W)와의 사이에 플러스와 마이너스의 분극이 발생하고, 웨이퍼(W)를 흡착해서 척이 행해진다. 또한, 여기에서 플라즈마는 저항기(R)로서 등가적으로 작용한다.
이와 같이 하여 플라즈마 처리가 행해지고, 플라즈마 처리 공정의 종료시에는, 인가 전압 저하 공정(S2)을 행하고, 도 3a에도 도시하는 바와 같이, 열전도 가스 공급계(54)의 개폐 밸브(60)(도 1 참조)를 닫는 것에 의해 열전도 가스의 공급을 정지한다. 이렇게 하면, 정전척(32)과 탑재대(26)와의 사이의 극간(56)에 잔류하는 Ar 가스가 조금씩 배기되어서 이 열전도 가스의 압력이 2Torr에서 점차 저하된다.
이와 거의 동시에, 정전척(32)에 인가하고 있었던 제 1 전압인 400V를 제 2 전압으로 저하시킨다. 제 2 전압은, 웨이퍼(W)를 탑재대(26)로부터 이탈시킬 때에 발생하는 파티클 수가 적어지는 전압이며, 이 제 2 전압은 280V 이하이며, 바람직하게는 200V 이하이다. 또한, 척 전압이 150V보다도 작아지면 척력(흡착력)이 부족해지므로, 이 제 2 전압의 하한은 150V이다. 여기에서는 이하에 기술하는 바와 같이 제 2 전압으로 200V를 이용하고 있다. 또한, 도 3b에는, 비교를 위하여 종래의 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타낸다.
도 3a의 경우에는, 400V로부터 단(單) 단계 계단 형상으로 제 2 전압인 200V으로 저하시킨다. 또한, 이때에는, 플라즈마용 고주파 전원은 온 상태이며 처리 공간(S)에 플라즈마가 계속 형성되어 있고, 이 사이에 웨이퍼(W) 자체의 잔류 전하를 저감시키도록 한다.
그리고, 소정의 시간(T1)이 경과해서 잔류 전하가 충분히 저감하면, 정전척(32)에 지금까지와는 다른 역극성의 전압을 짧은 시간(T2)만 인가한다. 여기에서는 역극성의 전압으로 -100V를 인가한다. 이 시간(T1)은, 예를 들면, 14 ~ 29sec 정도의 범위 내, 예를 들면, 15sec 정도이며, 또한, 상기 시간(T2)은, 예를 들면, 0.5 ~ 5sec 정도의 범위 내, 예를 들면, 1sec 정도이다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 잔류 전하를 보다 저감하도록 하고 있다. 또한, 가스 도입 수단인 가스 도입구(18)로부터 처리 용기(4)내에 도입하고 있었던 Ar 가스는, 리프터 핀의 이동 후에 공급을 정지한다.
이와 같이, 인가 전압 저하 공정(S2)을 행하면, 다음으로, 이탈 공정(S3)에 이행한다. 즉, 상기 정전척(32)으로의 인가 전압을 제로로 하고, 탑재대(26)를 강하시켜서 웨이퍼(W)를 리프터 핀(38)으로 들어올리는 것에 의해 웨이퍼(W)를 정전척(32)으로부터 이탈시킨다. 그리고, 처리 완료된 웨이퍼(W)를 처리 용기(4) 내로부터 반출하게 된다.
여기에서 정전척(32)으로의 인가 전압을 제로로 함과 함께, 접지용 스위치(52)를 닫아서 전극(32A)을 접지하고 나서, 짧은 시간(T3)만큼 경과했을 때에 플라즈마용 고주파 전원(72)을 오프하고, 그 직전까지는 플라즈마를 형성해 두어서, 웨이퍼(W)의 잔류 전하를 최대한 내보내도록 한다. 이 시간(T3)은, 예를 들면, 1 ~ 30sec 정도의 범위 내이며, 여기에서는 1sec 정도이다. 또한, 도 3b에 나타내는 종래의 플라즈마 처리 방법에서는, 인가 전압 저하 공정(S2)을 행하는 일 없이, 직접적으로 이탈 공정으로 이행한다.
이와 같이, 플라즈마 처리 공정의 종료시에, 개폐 밸브(60)를 닫는 것에 의해 웨이퍼(W)와 정전척(32)과의 사이의 극간(56)에 공급하고 있었던 열전도 가스의 공급을 정지해서 상기 극간(56)으로부터 잔류하는 열전도 가스를 배출시킴과 함께, 정전척(32)으로의 인가 전압을 제 1 전압(400V)에서 제 2 전압(200V)으로 저하시키도록 했으므로, 웨이퍼(W)의 잔류 전하가 배출되는 열전도 가스와 함께 제거되게 되고, 웨이퍼(W)의 잔류 전하를 억제할 수 있다. 이때, 정전척(32)으로의 인가 전압을 200V로 저하시키는 것으로 척력(흡착력)이 약해지지만, 상술한 바와 같이 열전도 가스의 공급을 정지해서 이 압력도 2Torr로부터 급격하게 저하하고 있으므로, 웨이퍼(W)에 튀어 오름이 발생하는 것도 억제할 수 있다.
상술과 같이, 웨이퍼(W)의 잔류 전하를 억제할 수 있으므로, 웨이퍼(W)를 탑재대(26)로부터 이탈시킬 때에 웨이퍼 자체에 진동 등이 생기는 것이 억제되고, 이 결과, 파티클의 발생량도 억제할 수 있다.
또한, 여기에서는 정전척(32)에, 예를 들면, -100V의 역전압을 가한 후에 처리 공간(S)에 플라즈마가 발생하고 있는 상태에서 정전척(32)의 전극(32A)을 접지한 상태를 짧은 시간(T3)만 유지하도록 했으므로, 도 4b에 도시하는 바와 같이 이 시간(T3)의 기간에 정전척(32)의 유전체층의 전하, 예를 들면, 플러스 전하는 접지용 스위치(52)를 거쳐서 접지되고, 또한 웨이퍼 자체에 존재하는 잔류 전하, 예를 들면, 마이너스 전하도 플라즈마(P)의 등가 저항기(R)를 거쳐서 접지로 흐르는 것이 되고, 웨이퍼 자체의 잔류 전하를 한층 더 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 탑재대(26)의 상면에 마련한 정전척(32)에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마 처리시의 척력(흡착력)을 충분히 얻을 수 있음과 함께 플라즈마 처리시의 잔류 전하를 적게 해서 파티클의 발생량도 억제할 수 있다.
[평가 실험]
다음으로, 상기한 바와 같은 본 발명 방법에 있어서의 평가 실험을 행했기에, 그 결과에 대해서 도 5 내지 도 7을 함께 참조해서 설명한다. 도 5는 비교예와 함께 본 발명 방법을 실시했을 때의 파티클 수를 나타내는 그래프, 도 6a 및 6b는 정전척에 대한 인가 전압과 웨이퍼의 잔류 전하와의 관계를 나타내는 그래프, 도 7은 정전척의 인가 전압과 발생하는 파티클 수와의 관계를 나타내는 그래프이다.
먼저, 실제로 본 발명에 관한 플라즈마 처리 방법을 실시하여 파티클 수(직경 80 nm 이상)를 계측했기에, 그 결과에 대해서 설명한다. 도 5는 이때의 결과를 나타내는 그래프이다. 여기에서는 비교예 1, 2도 행하고 있다. 비교예 1은, 도 3b에 나타내는 것 같은 종래 방법을 실시한 것이며, 비교예 2는 본 발명 방법에 있어서 열전도 가스를 전혀 흘려 보내지 않은 경우를 나타낸다.
도 5에 도시하는 바와 같이 척 전압을 1100V로 일정하게 한 종래 방법의 경우에는, 파티클 수는 200개 이상이며, 별로 바람직하지 못하다. 또한, 이런 경우, 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 오프(off)로 한 타이밍은, 역전압 인가를 종료한 후이다. 이에 비하여, 도 3a에 도시하는 바와 같이 척 전압을 1100V에서 마지막에 200V로 저하시킨 본 발명 방법의 경우에는, 파티클 수는 90개 정도이며, 대폭 감소된 것을 이해할 수 있다.
그리고, 열전도 가스를 전혀 흘려 보내지 않고 있는 점 이외에는, 본 발명 방법과 같이 행한 비교예 2의 경우에도 파티클 수를 100개 정도까지 감소할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 실제의 플라즈마 처리에서는, 열전도 가스를 제로로 하면, 웨이퍼의 온도 제어를 할 수 없게 되므로, 행해지는 일은 거의 없다. 상술한 바와 같이, 본 발명 방법의 경우에는, 파티클 수를 대폭 감소할 수 있고, 그 유효성이 큰 것을 알았다. 또한, 상기의 결과, 비교예 2와 본 발명 방법과의 파티클 수의 차(10개 정도)가, 열전도 가스의 효과라고 간주할 수 있다는 점을 알 수 있다.
다음으로, 정전척(32)으로의 인가 전압(척 전압)을 200 ~ 1100V까지 변화시켰을 때의 잔류 전하에 대해서 조사했다. 그 결과를, 도 6a에 나타낸다. 도 6a에 도시하는 바와 같이 200 ~ 1100V으로 인가 전압을 증가함에 따라서, 웨이퍼 자체의 잔류 전하는 커지고 있고, 시간의 경과와 함께 감소하는 것을 알 수 있다.
그리고, 정전척(32)으로의 인가 전압을 400V로 유지한 경우(종래 방법)와, 본 발명 방법과 같이 정전척(32)으로의 인가 전압을 당초에는 400V로 설정하고, 마지막에 15sec 정도만 인가 전압을 200V까지 저하시킨 경우에 대해서 잔류 전하의 비교를 행했다. 그때의 결과를, 도 6b에 나타낸다. 도 6b에 도시하는 바와 같이 인가 전압이 400V로 균일한 종래 방법과 비교하여, 본 발명 방법의 경우에는, 당초의 잔류 전하가 거의 절반으로 감소하고 있는 것을 이해할 수 있다.
다음으로, 정전척의 인가 전압과 발생하는 파티클 수와의 관계를 조사했다. 도 7은 이 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 측정한 파티클의 직경은 80nm 이상이다. 여기에서는, 정전척으로의 인가 전압을 200V ~ 1100V까지 변화시키고 있다. 도 7에 도시하는 바와 같이 인가 전압이 200V일 때에는 파티클 수는 거의 제로이지만, 인가 전압을 증가함에 따라서 거의 2차 곡선적으로 파티클 수가 증가하고 있는 것을 이해할 수 있다.
즉, 인가 전압을 가능한 한 낮게 하고, 예를 들면, 250V 이하에 설정하면 파티클 수는 몇 개 이하이며 바람직한 것을 알 수 있다. 단, 인가 전압을 저하시키면 척력(흡착력)도 저하하므로, 웨이퍼의 하면에 공급하는 열전도 가스의 압력도, 그만큼 저하시킬 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 이 인가 전압(척 전압)의 하한값은 충분한 척력(흡착력)을 얻기 위해서, 예를 들면, 150V 정도이다.
또한, 상기 실시예에서는, 정전척(32)으로의 인가 전압(척 전압)을 제 1 전압, 예를 들면, 400V에서 제 2 전압, 예를 들면, 200V으로 저하하도록, 단 단계로 스텝 형상으로 저하시켰지만, 이에 한정되지 않고, 복수 단계로 스텝 형상으로, 즉 계단과 같이 저하시키도록 해도 좋고, 혹은 연속적으로 저하시키도록 해도 좋다. 이 연속적으로 저하시키는 형태로서는, 직선 형상으로 비스듬히 저하시키도록 해도 좋고, 원호 등을 형성하도록 곡선 형상으로 저하시키도록 해도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 탑재대(26)에 냉각 수단으로서 냉각 자켓(30)을 마련한 경우를 예로 들어서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 탑재대(26)에 냉각 수단과 가열 수단(100) 중의 적어도 어느 하나가 마련된다. 또한, 여기서 설명한 플라즈마 처리 장치는 단지 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 플라즈마 CVD 처리를 하는 장치나 플라즈마 에칭 처리를 행하는 장치 등에도 본 발명을 기용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어서 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 사용되는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 플라즈마 처리 장치 4 처리 용기
10 배기 수단 18 가스 도입구(가스 도입 수단)
24 탑재대 구조 26 탑재대
28 지주 30 냉각 자켓(냉각 수단)
32 정전척 32A 전극
38 리프터 핀 46 전압 공급계
50 척용 전원 52 접지용 스위치
54 열전도 가스 공급계 56 극간
68 플라즈마 발생 기구 84 장치 제어부
W 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (8)

  1. 처리 위치와 반송 위치로 승강 가능한 탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 상기 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 반송 위치의 탑재대의 상면에 상기 피처리체를 탑재하여, 상기 탑재대를 상기 처리 위치로 상승시키면서, 상기 정전척에 인가 전압으로서 제 1 전압을 인가하여 상기 피처리체를 흡착하고 상기 정전척과 상기 피처리체 사이에 열전도 가스를 공급한 상태에서 상기 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 공정과,
    상기 플라즈마 처리 공정의 종료시에 상기 열전도 가스의 공급을 정지하여 상기 정전척과 상기 피처리체 사이에 잔류하는 상기 열전도 가스를 배기시킴과 아울러, 상기 피처리체의 튀어오름을 방지하면서, 상기 인가 전압을 상기 제 1 전압보다 작고 제로보다 큰 제 2 전압으로 저하시키도록 한 인가 전압 저하 공정과,
    상기 인가 전압 저하 공정 후에, 상기 정전척으로의 인가 전압을 제로로 해서 상기 피처리체를 상기 정전척으로부터 이탈 가능하게 하고, 상기 탑재대를 상기 처리 위치로부터 상기 반송 위치로 하강시키도록 한 이탈 공정
    을 갖고,
    상기 인가 전압 저하 공정 중에는 상기 정전척이 상기 피처리체와 접촉하고 있고,
    상기 인가 전압 저하 공정에서는 플라즈마는 형성되어 있고, 상기 이탈 공정에 있어서 상기 정전척으로의 인가 전압을 제로로 한 후에, 상기 플라즈마를 형성하기 위한 전력을 제로로 하도록 한
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 처리 위치와 반송 위치로 승강 가능한 탑재대의 상면에 마련한 정전척에 피처리체를 흡착시킨 상태에서 상기 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 반송 위치의 탑재대의 상면에 상기 피처리체를 탑재하여, 상기 탑재대를 상기 처리 위치로 상승시키면서, 상기 정전척에 인가 전압으로서 제 1 전압을 인가하여 상기 피처리체를 흡착하고 상기 정전척과 상기 피처리체 사이에 열전도 가스를 공급한 상태에서 상기 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 공정과,
    상기 플라즈마 처리 공정의 종료시에 상기 열전도 가스의 공급을 정지하여 상기 정전척과 상기 피처리체 사이에 잔류하는 상기 열전도 가스를 배기시킴과 아울러, 상기 피처리체의 튀어오름을 방지하면서, 상기 인가 전압을 상기 제 1 전압보다 작고 제로보다 큰 제 2 전압으로 저하시키도록 한 인가 전압 저하 공정과,
    상기 인가 전압 저하 공정 후에, 상기 정전척으로의 인가 전압을 제로로 해서 상기 피처리체를 상기 정전척으로부터 이탈 가능하게 하고, 상기 탑재대를 상기 처리 위치로부터 상기 반송 위치로 하강시키도록 한 이탈 공정
    을 갖고,
    상기 인가 전압 저하 공정 중에는 상기 정전척이 상기 피처리체와 접촉하고 있고,
    상기 인가 전압 저하 공정에서는 플라즈마는 형성되어 있고, 상기 이탈 공정에 있어서 상기 정전척으로의 인가 전압을 제로로 한 후에, 상기 플라즈마를 형성하기 위한 전력을 제로로 하고,
    상기 인가 전압 저하 공정의 마지막에는, 상기 정전척에 역극성의 전압을 단시간동안 인가하고,
    상기 역극성의 전압의 절대치는, 직전의 인가 전압의 대략 절반으로 한
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인가 전압은, 일 단계 계단 형상으로 저하되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인가 전압은, 복수 단계로 계단 형상으로 저하되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인가 전압은, 연속적으로 저하되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은, 150~280V의 범위내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전압은, 300~1400V의 범위내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리시의 프로세스 압력은, 5~90mTorr의 범위 내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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