KR20170081555A - 시료의 이탈 방법 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 시료에 부착하는 이물을 저감할 수 있는 시료의 이탈 방법 및 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 정전 흡착용의 전극에 직류 전압을 인가함에 의해 시료가 정전 흡착되는 시료대로부터 플라스마 처리된 시료를 이탈시키는 시료의 이탈 방법에 있어서, 상기 플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 시료의 전위가 작아지도록 상기 직류 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

시료의 이탈 방법 및 플라스마 처리 장치{METHOD FOR DETACHING SAMPLE AND PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 반도체 장치의 제조의 기술에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 반도체 장치의 제조에 바람직한 시료의 이탈 방법 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서의 플라스마 처리 방법의 하나에 플라스마 에칭이 있다. 플라스마 에칭에서는, 시료 기판(웨이퍼)을 처리실 내부의 시료대 상에 재치(載置)하고, 플라스마에 폭로시킨다. 이때, 처리실에 도입하는 가스 종류나 웨이퍼에 인가하는 고주파 전력 등 각종 처리 조건을 조정함에 의해 웨이퍼 상의 특정의 적층막을 선택적으로 제거하여, 웨이퍼 상에 미세한 회로 패턴을 형성한다.
상기한 바와 같은 플라스마 에칭에 있어서, 처리 중의 웨이퍼 어긋남의 방지나 웨이퍼 온도 조정의 요구 등으로부터, 통상적으로, 웨이퍼는 정전 흡착 전극 등을 이용해서 시료대 상에 고정된다. 처리의 종료 후는 웨이퍼의 고정을 해제하고, 웨이퍼를 시료대 위쪽으로 밀어올리는 이탈 기구 등을 이용해서 웨이퍼를 시료대로부터 이탈시켜서 처리실로부터의 반출을 행한다.
정전 흡착 전극을 이용한 웨이퍼 흡착에서는, 전극에 전압을 인가함에 의해서 전극과 웨이퍼 사이에 존재하는 유전체막 등에 생기는 정전기력에 의해서 웨이퍼의 흡착을 행한다. 따라서 전극에 인가하는 전압을 차단함으로써 흡착의 해제를 행할 수 있지만, 그때에 유전체막이나 웨이퍼에 대한 제전(除電)이 불충분하여 전하가 잔류함에 의해서, 전극에의 인가 전압 차단 후도 웨이퍼에 대한 흡착력이 유지되는 경우가 있다.
상기한 바와 같은 잔류 흡착력이 발생함으로써, 웨이퍼를 시료대로부터 이탈할 때에 웨이퍼의 위치 어긋남이 생기는 경우나, 이탈할 때에 웨이퍼에 걸리는 힘에 의해서 웨이퍼가 파손되는 경우 등이 있다. 웨이퍼 어긋남의 발생은 반송 시의 장치 에러의 리스크로 연결되어, 경우에 따라서는 제품 처리가 정지하는 경우가 있다. 웨이퍼의 파손은, 웨이퍼 자체의 손실에 더하여, 파손된 웨이퍼를 장치 내로부터 제거하는 등, 장치의 원상 회복까지 시간을 요하는 경우가 있다. 어떤 경우도 제품 스루풋에 악영향을 끼칠 가능성이 높고, 제전에 의한 잔류 흡착력의 저감은 상기 리스크의 저감을 위하여 필요하다. 잔류 흡착력의 저감을 위한 제전 방법으로서는 이하와 같은 방법이 지금까지 알려져 있다.
특허문헌 1에 있어서는, 정전 흡착 장치의 정전척 전극에 척 전압을 인가하고, 피처리 기판을 상기 정전척 전극에 정전 흡착시키는 공정과, 상기 피처리 기판이 상기 정전척 전극에 정전 흡착된 상태에서, 상기 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정과, 상기 피처리 기판에의 처리가 종료한 후, 챔버 내를 진공 배기하는 진공 처리 공정과, 상기 진공 처리 공정 동안에, 상기 정전척 전극의 전압을 상기 척 전압과 같은 극성의 전압으로 안정시키는 공정과, 상기 정전척 전극의 전압이 안정된 후, 상기 챔버 내에 제전용 가스를 공급하는 공정과, 상기 챔버 내에 공급된 상기 제전용 가스를 플라스마화하는 공정과, 상기 피처리 기판을 상기 정전척 전극으로부터 이탈시키는 공정과, 상기 피처리 기판이 상기 정전척 전극으로부터 이탈된 후, 상기 정전척 전극을 기준 전위로 하는 공정을 구비하는 제전 처리 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에 있어서는, 전극을 내포하는 유전체 상에 재치되고, 상기 전극에의 소정 극성의 직류 전압의 인가에 의해 상기 유전체에 정전기력에 의해서 흡착된 피흡착물을, 상기 유전체로부터 이탈시키는 이탈 방법으로서, 상기 전극에의 상기 직류 전압의 인가를 정지하는 공정과, 상기 피흡착물을 제전용의 플라스마에 폭로하는 공정과, 상기 플라스마에의 폭로에 의해 상기 피흡착물에 발생하는 셀프바이어스 전압과 같은 극성의 직류 전압을 상기 전극에 인가하는 전압 인가 공정을 구비하는 제전 처리 방법이 개시되어 있다.
일본 특개2010-40822호 공보 일본 특개2004-47511호 공보
특허문헌 1 및 2에 있어서는, 플라스마를 이용한 제전 처리에 수반하는 플라스마로부터의 하전 입자 유입에 의해서 웨이퍼 표면에 전위가 나타나는 것에 대하여 아무런 고려가 이루어져 있지 않다. 플라스마 에칭에 있어서는, 처리되는 웨이퍼의 이면에 고저항의 막이 존재하여, 웨이퍼가 다른 구조물과 거의 절연되어 있다고 간주해도 되는 경우가 많이 있다.
상기한 바와 같이 웨이퍼가 절연되어 있는 경우에는, 플라스마로부터 유입한 하전 입자는 웨이퍼로부터 이동할 수 없기 때문에, 플라스마의 소실 후도 웨이퍼의 표면에 플라스마의 부유 전위가 잔존할 우려가 있다. 그 전위는 플라스마 방전을 종료하고, 웨이퍼를 처리실로부터 반출하기까지의 동안에 웨이퍼에 유지된다.
또한, 플라스마 생성 시는 웨이퍼 상에 플라스마 시스가 생김으로써 웨이퍼에의 진공 처리실 내의 먼지(이하, 이물이라 기재함) 부착이 방지되는 것이 알려져 있지만, 플라스마 방전의 종료 후는 플라스마 시스에 의한 이물 부착 방지 효과가 기능하지 않게 되기 때문에, 이물이 웨이퍼에 부착하기 쉬워진다.
또한 웨이퍼가 재치되는 다이폴 전극의 면적차, 용량(저항), 경시 변화 등의 의도하지 않은 요인에 의해 웨이퍼에 전위가 발생하는 경우도 있다.
전술한 바와 같이 플라스마 방전의 종료 후에 웨이퍼 표면에 전위가 나타나면, 그 전위에 의해서 대전한 이물이 웨이퍼에 유인되어 부착하여, 수율의 악화를 초래하는 원인으로 된다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안해서, 시료에 부착되는 이물을 저감할 수 있는 시료의 이탈 방법 및 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 발명은, 정전 흡착용의 전극에 직류 전압을 인가함에 의해 시료가 정전 흡착되는 시료대로부터 플라스마 처리된 시료를 이탈시키는 시료의 이탈 방법에 있어서, 상기 플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 시료의 전위가 작아지도록 상기 직류 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 정전 흡착용의 전극에 직류 전압을 인가함에 의해 시료가 정전 흡착되는 시료대로부터 플라스마 처리된 시료를 이탈시키는 시료의 이탈 방법에 있어서, 상기 정전 흡착된 시료를 상기 시료대로부터 이탈시키기 위한 플라스마를 오프시킨 후, 상기 직류 전압을 상기 플라스마를 오프시키기 전의 상기 직류 전압보다 양(正)의 방향으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명은, 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 전극이 배치되고 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 시료의 전위가 작아지도록 상기 직류 전원의 출력값을 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 전극이 배치되고 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 정전 흡착된 시료를 상기 시료대로부터 이탈시키기 위한 플라스마를 오프시킨 후, 상기 직류 전압을 상기 플라스마를 오프시키기 전의 상기 직류 전압보다 양의 방향으로 변화시키도록 상기 직류 전원의 출력값을 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 시료에 부착하는 이물을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 요부 단면(斷面)의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 종래의 제전 처리를 나타내는 타임차트.
도 3은 본 발명을 나타내는 플로차트.
도 4는 본 발명에 따른 제전 처리를 나타내는 타임차트.
도 5는 지표(地表)에 대한 웨이퍼의 정전 용량이 충분히 커지는 구조를 갖는 반송 기구를 나타내는 도면.
도 6은 압상(押上) 핀 상승 후의 웨이퍼 전위와 정전 흡착 전극에의 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 가변 직류 전원, 정전 흡착 전극, 유전체층, 웨이퍼 및 압상 핀을 모델화한 등가 회로를 나타내는 도면.
도 8은 부유 전위의 마이크로파 입사 전력 의존성과 부유 전위의 처리 압력 의존성을 나타내는 도면.
도 9는 웨이퍼 전위의 변화량과 T1의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 이물의 웨이퍼에의 도달률에 있어서의 웨이퍼 표면 전위 의존성을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 제전 처리를 나타내는 타임차트.
이하, 본 발명에 따른 각 실시형태에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1 내지 도 10을 이용해서 본 발명의 실시형태 1의 시료의 이탈 방법에 대하여 설명한다. 도 1은, 실시형태 1의 플라스마 처리 장치의 요부 단면의 구성을 나타낸다. 도 1의 실시형태 1의 플라스마 처리 장치는, 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance : ECR)형 플라스마 에칭 장치이다. 이하, 전자 사이클로트론 공명을 ECR이라 기재한다.
도 1의 ECR형 플라스마 에칭 장치인 플라스마 처리 장치는, 진공 처리실인 처리실(101)의 내부의, 시료의 재치대인 시료대(102) 상에, 시료로 되는 반도체 기판인 웨이퍼(103)가 재치되고, 처리실(101)의 내부에 플라스마를 생성시킴으로써 기판의 에칭 처리를 행한다.
처리실(101)의 내벽 기재는, 접지된 도체가 포함되어 있다. 본 실시예에서는, 상기 접지된 도체가 포함되는 내벽 기재는, 플라스마에 폭로되어 있어도 된다. 또한, 당해 도체 내벽 기재는, 플라스마 소실 후에 당해 내벽 표면이 신속하게 대략 0V로 될 정도의 얇은 유전체의 막이 있어도 된다.
플라스마 처리 장치는, 플라스마를 발생시키는 기구로서, 솔레노이드 코일(104)과, 고주파 전원인 마이크로파 전원(105)과, 마이크로파 발진원(106)과 마이크로파 도파관(107)을 구비한다. 진공 처리실 내에는 솔레노이드 코일(104)에 의해서 자장이 발생한다. 마이크로파 전원(105)으로부터의 고주파 전력에 의해 마이크로파 발진원(106)에서 발생시킨 마이크로파는, 도파관(107)을 통해서 처리실(101)에 도입된다. 마이크로파는, 솔레노이드 코일(104)에서 발생시킨 자장 중에서 ECR에 의해서 전자에 에너지를 부여한다. 그 전자가, 도시하지 않는 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 전리시킴에 의해서, 플라스마를 생성시킨다.
상기 플라스마 처리를 행하는 동안에, 웨이퍼(103)의 이면에는, 당해 웨이퍼(103)의 온도의 조정을 위한 냉각 가스가 공급된다. 냉각 가스에 의한 웨이퍼(103)의 어긋남을 방지하기 위해서 웨이퍼(103)는, 쌍극형(다이폴)의 정전 흡착 전극(108, 109)에 의해서 시료대(102) 상에 흡착된다. 정전 흡착 전극(108, 109)은, 동심원 상에 한쪽의 전극인 정전 흡착 전극(108)이 내측, 다른 쪽의 전극인 정전 흡착 전극(109)이 외측에 배치되어 있다.
정전 흡착용 전극(108, 109)에는, 각각, 독립된 전원인 가변 직류 전원(110, 111)이 접속된다. 내측의 정전 흡착용 전극(108)에는, 한쪽의 가변 직류 전원(110)이 접속되고, 외측의 정전 흡착용 전극(109)에는, 다른 쪽의 가변 직류 전원(111)이 접속된다. 정전 흡착 전극(108, 109)과 웨이퍼(103) 사이에는, 유전체층(112)이 존재하고 있다. 정전 흡착 전극(108, 109)과 웨이퍼(103)는, 유한한 저항값과 정전 용량을 가지고 전기적으로 접속된다.
정전 흡착용 전극(108, 109)에는, 웨이퍼의 흡착을 행할 때에는 각각의 전원에 의해 역극성의 전압이 인가된다. 예를 들면, 내측의 정전 흡착 전극(108)에는, 가변 직류 전원(110)에 의해 +500V의 전압이 인가되고, 외측의 정전 흡착 전극(109)에는, 가변 직류 전원(111)에 의해 -500V의 전압이 인가된다.
그러나, 흡착을 행하는 것을 목적으로 하지 않는 경우에는, 정전 흡착용 전극(108, 109)에 각각의 전원에 의해 동극성의 전압을 인가해도 된다. 상기한 바와 같은 동극성의 전압 인가에 의해, 플라스마 방전이 실시되어 있지 않은 경우에는 흡착을 행하지 않고, 웨이퍼의 전위를 제어할 수 있다. 예를 들면, 내측의 정전 흡착 전극(108)에 가변 직류 전원(110)에 의해 +500V의 전압을 인가하고, 외측의 정전 흡착 전극(109)에 가변 직류 전원(111)에 의해 +500V전압을 인가함으로써 웨이퍼의 전위를 양극성으로 하는 것이 가능하다.
플라스마 처리 장치는, 처리가 종료하고 흡착을 해제한 후, 웨이퍼를 시료대(102)로부터 이탈시키기 위한 기구로서, 시료대 내부에 관통 구멍(113)과 관통 구멍 내에 배치된 상하 가동(可動)의 압상 핀(114)을 구비한다. 정전 흡착 해제 후에 이탈 기구인 압상 핀(114)으로 웨이퍼를 시료대(102)의 위쪽으로 밀어 올림에 의해서 웨이퍼를 시료대(102)로부터 이탈시키고, 그 후, 반송 기구를 이용해서 상승한 압상 핀 상의 웨이퍼를 처리실 밖으로 반송한다.
또한, 본 실시예에서의 플라스마 처리 장치는, 상기 가변 직류 전원(110, 111)의 출력 전압값을 제어하기 위한 기억 장치(115)와 제어 장치(116)를 구비한다. 가변 직류 전원(110, 111)은, 제어 장치(116)와 접속되고, 제어 장치(116)로부터 출력 전압값이 제어된다. 또한, 제어 장치(116)는, 플라스마 처리 장치의 마이크로파 전원(105), 솔레노이드 코일(104), 처리실(101) 내의 압력 등도 제어한다.
다음으로 도 2에 나타내는 종래의 처리 방법에 있어서의 제전 처리의 타임차트를 이용해서 종래의 제전 처리 동작과 그 처리에 있어서의 과제를 나타낸다. 마이크로파의 입사 파워를 도 2의 (a), 가변 직류 전원의 출력 전압을 도 2의 (b), 압상 핀의 동작을 도 2의 (c), 반송 기구의 동작을 도 2의 (d), 웨이퍼 전위를 도 2의 (e)에 각각 나타낸다.
에칭 처리의 종료 후, 마이크로파 입사 전력이 변경되고, 제전용의 플라스마가 생성된다. 변경 후의 마이크로파 입사 전력은 예를 들면, 400W이다. 이때, 도시는 생략하지만 동시에 제전용 플라스마 생성을 위한 가스의 교체를 행하는 것이 바람직하다. 제전용 플라스마에는 불활성인 가스가 호적하고, 대표적으로는 Ar, He 등이 이용된다. 여기에서, 제전이란, 플라스마를 이용해서 시료대(102)에 정전 흡착한 웨이퍼(103)를 시료대(102)로부터 이탈시키기 위한 처리이다.
그 후, 제전용의 플라스마에 의한 처리를 수 초에 걸쳐 실시한 후, 플라스마 방전을 유지한 채로 정전 흡착 전극(108 및 109)에 가변 직류 전원(110 및 111)을 이용해서 인가하고 있는 전압을 0V로 한다. 그 후 추가로 수 초의 제전용 플라스마 처리를 행한 후, 플라스마 방전을 유지한 채로 압상 핀(114)에 의해서 웨이퍼를 시료대(102)로부터 이탈시킨다.
그 후 추가로 수 초의 제전용 플라스마 처리를 행한 후, 마이크로파 입사 전력을 차단하여, 플라스마 처리를 종료한다. 플라스마 처리의 종료 후, 상승한 압상 핀 상의 웨이퍼는 반송 기구에 의해 처리실 밖으로 반출되고, 웨이퍼의 반출 후 압상 핀은 하강한다.
상기한 처리에 수반하여, 웨이퍼에는 제전용 플라스마 처리에 의해서 플라스마 부유 전위 정도의 전위가 발생하지만, 이 전위는 플라스마 생성 종료 후도 웨이퍼에 잔존하여, 웨이퍼 반출까지의 동안에 웨이퍼에 이물을 끌어당기는 원인으로 된다. 따라서, 압상 핀 상승 후 또한 플라스마 처리가 종료한 후의 기간에 있어서, 웨이퍼의 전위가 억제되는 것이 바람직하다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 있어서의 처리의 플로차트를 도 3에 나타낸다. 본 실시예에서는, 종래 동작과 마찬가지로 우선 제전용 플라스마 처리를 개시하고, 그 후 정전 흡착 전극에의 인가 전압을 0V로 하고, 압상 핀을 상승시켜, 마이크로파 입사 파워를 차단한다. 그 후, 본 실시예에 있어서는, 정전 흡착 전극(108 및 109)에 가변 직류 전원(110 및 111)을 이용해서 동극성의 전압을 인가한다. 그 후, 정전 흡착 전극에의 전압 인가를 유지한 채로 웨이퍼의 반출을 행하고, 웨이퍼의 반출 종료 후, 정전 흡착 전극에의 인가 전압을 0V로 한다. 정전 흡착 전극에의 인가 전압을 0V로 한 후, 압상 핀을 하강시킨다.
도 3의 플로차트에 따른 본 실시예에 있어서의 처리의 타임차트를 도 4에 나타낸다. 실시예 1의 처리에 있어서는, 마이크로파 입사 파워의 차단 후, 시간 T1 경과 후의 시각 t1에 있어서 정전 흡착 전극(108 및 109)의 양쪽에 가변 직류 전원(110 및 111)을 이용해서 양극성의 전압 V1을 인가함에 의해서, 플라스마의 부유 전위에 의해서 음의 전위를 갖고 있는 웨이퍼의 전위를 0V로 제어할 수 있다.
제어 개시를 위한 시간 T1 및 제어에 이용되는 출력 전압값 V1은, 도 1에 기재된 기억 장치(115)에 그 값이 기억되어 있다. 제어 장치(116)는, 제어 장치(116)가 접속되어 있는 마이크로파 전원(105)으로부터 마이크로파 입사 전력의 차단을 검지하고, 그 후 상기 시간 T1 및 V1에 따라서 정전 흡착 전극에의 직류 전원에 의한 인가 전압을 제어한다. 이때, 가변 직류 전원(110 및 111)의 출력 전압은 모두 동등한 값 V1로 한다.
인가 전압 V1에 관해서는, 웨이퍼에 잔존하는 플라스마 부유 전위를 제거하여, 웨이퍼 전위를 0V로 하기 위한 것이기 때문에, 플라스마의 부유 전위에 관한 정보가 필요하다. 또한, 압상 핀이 상승한 상태에서 정전 흡착 전극에 전압을 인가하는 것이 되기 때문에, 압상 핀이 상승한 상태에서의 웨이퍼 전위와 정전 흡착 전극에의 인가 전압의 관계를 파악할 필요가 있다.
또한, 시간 T1은, 입사 마이크로파 전력의 차단 후 플라스마 중의 하전 입자 소실을 갖는 대기 시간이다. 플라스마가 존재해 있는 경우에 있어서는, 정전 흡착 전극에 전압을 인가해도 플라스마로부터의 하전 입자의 유입이 웨이퍼의 전위를 차폐해 버리기 때문에, 정전 흡착 전극에의 전압 인가로 웨이퍼 전위를 제어할 수는 없다. 따라서, 시각 t1에 있어서 웨이퍼 전위의 제어를 행하기 위해서는, 마이크로파 입사가 종료하고나서 플라스마가 확실히 소실하기까지 대기하고나서 정전 흡착 전극에의 전압 인가를 개시할 필요가 있다.
그 후, 시각 t2에 있어서 웨이퍼는 반송 기구에 받아 넘겨지지만, 이때 반송 기구가 절연성의 재료로 이루어져 있는 경우, 반송 기구에의 받아 넘김에 의해 웨이퍼에는 상기 V1의 전압 인가에 의해 차폐되어있던 전위가 발생한다. 이 전위는 반송 중에 웨이퍼에 이물을 끌어당기는 원인으로 되기 때문에 바람직하지 않다. 상기 반송 중의 전위를 억제하기 위해서는, 반송 기구가 도전성의 소재로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 웨이퍼가 반송 기구 상에 있을 때의 웨이퍼로부터 어스까지의 반송 기구를 개재한 저항값이 108kΩ 정도 이하로 되는 것과 같은 소재이면 된다.
반송 중의 전위 억제를 위해서는, 웨이퍼의 반송 기구를 개재한 대지(對地) 정전 용량이 충분히 커지는 구조여도 된다. 도 5에 웨이퍼의 지표에 대한 정전 용량이 충분히 커지는 구조를 가진 반송 기구의 예를 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이 웨이퍼의 반송 기구로서 웨이퍼 반송 암(501)이 존재하고, 웨이퍼 반송 암(501)이 접지된 도체 부분(501a)과 그 도체를 덮는 유전체의 막(501b)을 구비하는 구조이고, 반송 암 상의 웨이퍼(502)와 암의 도체 부분(501a)의 정전 용량이 10-10F 정도 이상으로 되는 것과 같은 구조여도 된다.
이하, 정전 흡착 전극에의 직류 전원에 의한 인가 전압 V1 및 마이크로파 입사 종료 후, 정전 흡착 전극에의 인가 전압 제어 개시까지의 시각 t1의 결정에 관해서 설명을 한다.
우선, 인가 전압 V1에 관해서, 실험에 의해 확인한 압상 핀 상승 후의 웨이퍼 전위와 정전 흡착 전극에의 직류 전원으로부터의 인가 전압의 관계를 도 6에 나타낸다. 정전 흡착 전극에의 인가 전압을 제어함에 의해서 웨이퍼 전위가 변화하고 있으므로, 압상 핀이 상승한 상태에서도 정전 흡착 전극에 인가하는 전압을 제어함에 의해서 웨이퍼 전위의 제어가 가능한 것이 나타났다. 또한, 정전 흡착 전극에의 인가 전압과 웨이퍼 전위의 비율은 대략 1:0.118인 것이 나타났다.
상기한 비율은 정전 흡착 전극과 시료대 표면 사이의 유전체층(112)의 정전 용량과, 시료대 표면과 웨이퍼 사이의 정전 용량과, 압상 핀을 개재한 웨이퍼의 지표에 대한 정전 용량의 관계에 의해서 결정되어 있는 것이라 생각된다. 도 7에는 정전 흡착 전극, 유전체층, 웨이퍼, 압상 핀이 만드는 전기 회로를 간략화한 등가 회로를 나타낸다. 또, 실제의 등가 회로에는 각각의 요소의 저항값이 존재하지만, 설명의 간략화를 위하여, 여기에서는 정전 용량에만 주목해서 설명을 행한다.
여기에서 Ca 및 Cb는 유전체층의 정전 용량값, Va 및 Vb는 상기 유전체층의 정전 용량 내의 전위차, Cc는 시료대 표면과 웨이퍼 사이의 정전 용량값, Vc는 상기 시료대 표면과 웨이퍼 사이의 정전 용량 내의 전위차, Cd는 압상 핀을 개재한 웨이퍼의 지표에 대한 정전 용량값, Vd는 상기 웨이퍼의 대지 정전 용량 내의 전위차이다. 또, V1은 내외 정전 흡착 전극에 인가하는 직류 전원의 출력 전압이다. 도 7에 나타내는 등가 회로에 있어서는 이하의 식이 성립한다.
[식 1]
Figure pat00001
또, 여기에서, V=Va=Vb이다. Ca=Cb>>Cc, Ca=Cb>>Cd라 하면, V=Va=Vb∼0으로 되어 이하가 성립한다.
[식 2]
Figure pat00002
이때, 웨이퍼의 전위는 이하로 된다.
[식 3]
Figure pat00003
따라서, 정전 흡착 전극에의 인가 전압과 웨이퍼 전위의 비율은, 주로 시료대 표면과 웨이퍼 사이의 정전 용량과, 웨이퍼의 압상 핀을 개재한 지표에 대한 정전 용량으로 결정되어 있는 것이라 생각된다. 웨이퍼와 시료대 표면 사이의 정전 용량에 관해서는, 웨이퍼의 면적 및 웨이퍼와 시료대 표면 사이의 거리, 즉 압상 핀의 압상 거리에 따라서 이하의 식으로 추정하는 것이 가능하다.
[식 4]
Figure pat00004
여기에서 ε0는 진공의 유전율, S는 웨이퍼 면적, d는 압상 핀의 압상 거리이다. 한편, 압상 핀을 개재한 웨이퍼의 대지 정전 용량은 주로 장치의 사양에 따라서 결정되는 값이라 추측되고, 네트워크 애널라이저 등을 사용해서 파악하면 된다.
본 실시예에 있어서는, 웨이퍼 압상 시의 웨이퍼 전위와 정전 흡착 전극에의 인가 전압의 관계는 도 6에 나타내는 바와 같은 실험에 의해 파악해도 되고, 상기한 바와 같이 웨이퍼 압상 시의 웨이퍼와 시료대 표면 사이의 정전 용량과 웨이퍼의 대지 정전 용량의 관계로부터 계산으로 구해도 된다.
다음으로 플라스마의 부유 전위에 대하여 기술한다. 도 8에는 발명자가 행한 플라스마 부유 전위 계측의 결과를 나타낸다. 처리 시의 마이크로파 파워, 압력에 대해서 부유 전위의 의존성은 크게 없고, 플라스마 처리 조건의 변화에 대해서 부유 전위의 변화는 비교적 감도가 낮은 것을 알 수 있다. 부유 전위는 평균해서 -15V 정도이고, 이 -15V가 웨이퍼의 전위로서 보정해야할 양으로 된다. 값의 불균일에 관해서는, 부유 전위의 절대값은, -12V 내지 -18V 사이에 들어있기 때문에, 마진을 고려해서 -15V±5V가 타당하다고 생각된다.
압상 핀 상승 후의 정전 흡착 전극에의 인가 전압과 웨이퍼 전위의 비율은 상기한 바와 같이 1:0.118이므로, 정전 흡착 전극에 인가해야할 전압의 값으로서는, +127V±42.4V의 범위로 된다. 따라서 도 4에 있어서의 내외 양쪽 정전 흡착 전극에 인가하는 전압 V1의 값으로서는, 예를 들면 +127V로 하면 된다.
다음으로 도 4의 시각 t1에 있어서의 제어 개시의 타이밍에 관한 시간 T1의 결정에 대하여 설명한다. 웨이퍼의 전위 제어를 개시하는 시각 t1에서는, 플라스마의 방전이 완전하게 종료되어 있는 것이 요구된다. 이것은, 전술한 바와 같이, 처리실 내에 플라스마가 존재해 있는 경우, 플라스마로부터의 전하의 유입에 의해 정전 흡착 전극에의 전압 인가에 의한 웨이퍼 표면의 전위의 변화를 방지할 수 있기 때문이다. 처리실 내의 플라스마는, 마이크로파 전력의 차단에 의해 소실하지만, 마이크로파 전력의 차단 후, 잠시 동안은 애프터글로우 플라스마라 불리는 플라스마가 처리실 내에 잔존하는 것이 알려져 있다. 따라서, T1의 결정을 위해서는 애프터글로우 플라스마의 영향을 고려할 필요가 있다.
T1의 결정에 관해서 발명자가 실시한 실험의 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9는 웨이퍼 표면의 전위의 변화량과 T1의 관계이다. T1이 양인 경우는, 마이크로파 전력 차단 후에 가변 직류 전원의 출력 전압의 인가가 개시되어 있는 것을 나타내고, T1이 음인 경우는, 마이크로파 전력 차단 전에 인가가 개시되어 있는 것을 나타낸다.
T1이 음인 경우는, 명확하게 웨이퍼 전위의 변화가 방지되어 있지만, T1이 양인 경우는 그 값이 0.1초 정도에서의 경우의 웨이퍼 전위의 변화량과, T1이 1초인 경우의 웨이퍼 전위의 변화량은 거의 변하지 않는다. 이 결과로부터 T1은 0.1초 이상이면 애프터글로우 플라스마의 영향을 방지하는데 충분하다고 할 수 있다. 또한, T1이 길어질수록, 웨이퍼에는 이물이 끌어당겨지도록 되기 때문에, 긴 T1은 이물 부착 억제의 관점에서 바람직하지 않다. 웨이퍼 전위에 의한 이물 유인의 시간 스케일은 통상 초 오더이기 때문에, 본 발명에 있어서는 T1의 상한은 1초로 한다.
이상에서 기술한 V1 및 T1의 값에 따라서, 도 4에 나타내는 제전 시퀀스를, 제어 장치(116)를 이용해서 실시함에 의해, 웨이퍼 전위는 도 4에 나타나는 바와 같이 마이크로파 전력의 차단 후, 신속하게 0V로 되어, 그 결과, 이물의 웨이퍼에의 유인을 방지할 수 있다.
또, 플라스마 처리 장치는, 유저의 조작에 의거해서 기억 장치(115)에 상기 제어의 출력 전압값을 자유롭게 설정하기 위한 유저 인터페이스를 구비해도 된다.
예를 들면, 플라스마 처리 장치는, 디스플레이와 입력 장치와 입력 장치로부터 입력된 설정 조건을 디스플레이에 표시하며, 또한, 기억 장치에 설정값을 읽어들이는 소프트웨어를 구비하고 있어도 되고, 유저가 입력 장치 및 디스플레이를 이용해서 기억 장치(115)에 본 발명에 따른 제어를 위한 출력 전압값을 자유롭게 설정할 수 있는 것과 같은 구성이어도 된다.
플라스마 처리 종료 후에 웨이퍼 표면의 전위를 0V로 함에 의한 이물의 부착 억제 효과를 계산으로 추정했다. 그 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10의 횡축은 웨이퍼의 전위이고, 종축은, 처리실 내 벽면으로부터 처리실 중으로 튀어나온 이물의 웨이퍼에의 도달률이다. 또한, 계산은 이하의 조건에서 실시했다.
처리실(101)의 내부의 압력은 0.6Pa로 하고, 처리실 내에는 평균해서 3m/s의 처리실 상부로부터 배기구로 향하는 희박 유체의 흐름이 있는 것으로 했다. 이물의 입경에 대해서는, 10㎚, 20㎚, 50㎚의 3종류의 입경으로 계산을 실시했다. 이물의 대전은, -1.6x10- 19[C]으로 했다. 도달률은, 1회의 계산당 1000개의 입자의 거동을 계산하고, 그 중 웨이퍼에 도달하는 것의 수를 카운트함으로써 산출했다.
이들 이물은 진공 처리실의 내 벽면의, 웨이퍼보다 상부의 어느 구간으로부터 발생하는 것으로 하고, 각각의 이물의 발생 장소는 상기 구간 내에서 랜덤으로 결정했다. 또한, 이물이 벽면으로부터 발생할 때의 첫 속도에 대해서는 5m/s 이하의 값을 각각의 이물에 대해서 랜덤으로 부여하는 것으로 했다.
상기한 조건에서 계산을 행한 결과, 50㎚ 이상의 큰 이물에 관해서는, 부유 전위 정도의 비교적 작은 전위에서는 이물의 웨이퍼에의 도달률은 증가하지 않지만, 20㎚나 10㎚와 같은 작은 이물에 관해서는, 부유 전위 정도의 전위를 웨이퍼가 갖음에 의해, 대전한 이물이 웨이퍼에 끌어당겨져 도달할 수 있는 것을 알 수 있었다. 특히 10㎚의 이물에 관해서는, 10V 정도의 전위에서 그 대부분이 웨이퍼에 도달하게 되므로, 본 발명에 의해 플라스마 방전의 중단 중에 플라스마에 의해서 발생하는 웨이퍼 표면의 전위를 제거함에 의해 미소한 이물이 웨이퍼에 부착하는 것을 방지할 수 있다고 생각된다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 실시예 1과는 서로 다른 구성의 부분에 대하여 설명한다. 도 11에는, 본 실시예에 있어서의 처리의 타임차트를 나타낸다. 본 실시예에 있어서는, 압상 핀이 상승한 후, 시각 t0에 있어서, 도 1에 기재된 제어 장치(116)는 기억 장치(115)에 기억된 값을 바탕으로, 정전 흡착 전극(108 및 109)의 양쪽에 가변 직류 전원(110 및 111)을 이용해서 음극성의 전위 -V1을 인가하는 제어를 행한다.
또, 여기에서의 인가 전압의 절대값은 실시예 1의 경우와 마찬가지이기 때문에, 인가 전압 -V1은 예를 들면 -127V이다. 이때, 정전 흡착 전극에 전위가 인가되지만, 플라스마 방전이 계속되어 있기 때문에, 웨이퍼의 전위는 플라스마 부유 전위에서 변화하지 않는다. 그 후, 정전 흡착 전극에는 상기 전압을 인가한 채로 마이크로파 전력을 차단하고, 마이크로파 전력 차단 후, 시각 t1에 있어서 제어 장치(116)는 정전 흡착 전극에의 인가 전압을 0V로 한다.
이때 각 t1에 있어서의 인가 전압을 0V로 함에 의해, 정전 흡착 전극에의 인가 전압은 -V1에서 0으로 +V1 변화하게 되기 때문에, 이 정전 흡착 전극의 전위의 변화에 의해서 웨이퍼 전위도 변화하게 된다. 정전 흡착 전극에의 인가 전압의 변화량과, 웨이퍼 전위의 변화량의 관계는 도 6에 나타내는 관계이기 때문에, 예를 들면, 시각 t1에 있어서 -127V의 인가 전압을 0V로 하면, 정전 흡착 전극에의 인가 전압은 +127V 변화하고, 그것에 수반하여 웨이퍼의 전위는 +15V만큼 변화하여 플라스마의 부유 전위 정도만큼의 전위를 제거할 수 있다.
이상의 제어를 행함에 의해서 플라스마에 의해서 발생하는 웨이퍼 전위를 플라스마 방전의 종료 후에 제거하여, 웨이퍼에의 대전한 이물의 부착을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명에 의해, 플라스마 처리에 관해서, 제전 시의 플라스마 처리에 의해서 발생하는 웨이퍼 표면의 전위를 플라스마 방전의 종료 후에 제거하여, 웨이퍼에의 대전된 이물의 부착을 저감하고, 또한, 장치 내 구조물과의 방전의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 이상, 본 발명을 실시형태에 의거해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 각 실시형태로 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종으로 변경 가능하다.
예를 들면, 본 실시예에 있어서는 내외의 정전 흡착 전극에 인가하는 직류 전원의 전압값은 각각 동등한 것이라 했지만, 내외 정전 흡착 전극에 인가하는 직류 전원의 전압값은 양쪽의 평균값이 V1이 되면, 각각 다른 값이어도 된다. 예를 들면, V1로서 평균 +127V의 인가를 행하는 경우, 내측 전극에 인가하는 전압이 +128V, 외측 전극에 인가하는 전압이 +126V여도 된다. 단, 내외에 인가하는 전압이 서로 다른 경우에는 웨이퍼의 저항이 높은 경우에는 웨이퍼 전위의 내외차의 발생으로 연결될 가능성도 있어, 주의가 필요하다.
또한, 예를 들면, 마이크로파 전원(105)의 출력 차단을 감시하고, 기억 장치(115)에 기록한 값을 이용해서 제어 장치(116)에서 가변 직류 전원의 출력 전압을 제어한다는 일련의 장치 및 그 동작을 담당하는 역할을 도시하고 있지 않은 장치 전체를 제어하는 주 제어 장치(호스트 컴퓨터 등)에 소프트웨어로서 포함하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들면, 본 실시예에서는 다이폴 전극의 동작에 대해서만 기재를 하고 있지만, 모노폴 전극에서도 적용 가능하다. 또한, 예를 들면, 정전 흡착 전극의 표면에 있는 유전체막의 고유 저항값에 대해서는 특별히 기재를 하고 있지 않지만, 그 고유 저항값의 많고 적음에 관계없이 적용 가능하다. 구체적으로는 쿨롬 방식의 흡착을 행하는 전극이어도 되며, 존슨 라벡(Johnsen-Rahbek)식의 흡착을 행하는 전극이어도 된다.
또한 본 발명은, ECR형 플라스마 에칭 장치에 적용한 예로 설명했지만, 본 발명은, 유도성 결합형 플라스마 에칭 장치, 용량성 결합형 플라스마 에칭 장치 등의 다른 플라스마원의 플라스마 처리 장치에도 적용 가능하다.
101…처리실 102…시료대
103…웨이퍼 104…솔레노이드 코일
105…마이크로파 전원 106…마이크로파 발진원
107…도파관 108…정전 흡착 전극
109…정전 흡착 전극 110…가변 직류 전원
111…가변 직류 전원 112…유전체층
113…관통 구멍 114…압상 핀
115…기억 장치 116…제어 장치
501…웨이퍼 반송 암 501a…도체 부분
501b…유전체의 막 502…웨이퍼

Claims (12)

  1. 정전 흡착용의 전극에 직류 전압을 인가함에 의해 시료가 정전 흡착되는 시료대로부터 플라스마 처리된 시료를 이탈시키는 시료의 이탈 방법에 있어서,
    상기 플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 시료의 전위가 작아지도록 상기 직류 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  2. 정전 흡착용의 전극에 직류 전압을 인가함에 의해 시료가 정전 흡착되는 시료대로부터 플라스마 처리된 시료를 이탈시키는 시료의 이탈 방법에 있어서,
    상기 정전 흡착된 시료를 상기 시료대로부터 이탈시키기 위한 플라스마를 오프(off)시킨 후, 상기 직류 전압을 상기 플라스마를 오프시키기 전의 상기 직류 전압보다 양(正)의 방향으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 정전 흡착된 시료를 상기 시료대로부터 이탈시키기 위한 플라스마를 오프시키는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플라스마의 부유 전위 및 상기 시료대의 위쪽으로 상승시켜진 시료와 상기 시료대의 표면 사이의 정전 용량에 의거해서 상기 직류 전압의 양의 방향으로의 변화량을 규정하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 플라스마의 오프 후의 직류 전압을 0V로 하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 플라스마의 오프로부터 상기 직류 전압을 양의 방향으로 변화시키기까지의 시간을 0.1∼1.0초의 범위 내의 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 시료의 전위의 변화량을 +10∼+20V의 범위 내의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 시료대로부터 이탈된 시료의 전위와 상기 직류 전압의 상관 관계에 의거해서 상기 직류 전압의 양의 방향으로의 변화량을 규정하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 시료대의 위쪽으로 상승시켜진 시료와 상기 시료대의 표면 사이의 정전 용량과, 상기 시료대로부터 상기 시료를 위쪽으로 상승시키는 이탈 기구를 개재한 지표(地表)에 대한 시료의 정전 용량의 비율인 정전 용량비를 구하고,
    상기 정전 용량비가 상기 직류 전압의 양의 방향으로의 변화량과 상기 시료의 전위의 변화량의 비율이 대략 같아지도록 상기 직류 전압의 양의 방향으로의 변화량을 구하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 플라스마 처리된 시료를 상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실로부터 반출하는 것을 특징으로 하는 시료의 이탈 방법.
  11. 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과,
    상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 전극이 배치되고 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대와,
    상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    플라스마 처리된 시료를 상기 시료대의 위쪽으로 상승시킨 후, 상기 시료의 전위가 작아지도록 상기 직류 전원의 출력값을 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  12. 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과,
    상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 전극이 배치되고 상기 시료가 재치되는 시료대와,
    상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    정전 흡착된 시료를 상기 시료대로부터 이탈시키기 위한 플라스마를 오프시킨 후, 상기 직류 전압을 상기 플라스마를 오프시키기 전의 상기 직류 전압보다 양의 방향으로 변화시키도록 상기 직류 전원의 출력값을 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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