KR20170134261A

KR20170134261A - 플라즈마 처리 장치 및 파티클 부착 억제 방법

Info

Publication number: KR20170134261A
Application number: KR1020170065419A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 스즈키; 아키토시 하라다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2017-12-06
Also published as: TW201806450A; US20170347442A1; JP2017212361A; US10043637B2

Abstract

기판에의 파티클의 부착을 억제하는 것을 목적으로 한다.
기판을 수용하며, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실과, 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 대향하는 대향 전극과, 상기 배치대 또는 상기 대향 전극에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원과, 상기 배치대에 상기 제1 고주파 전원보다 주파수가 낮은, 바이어스 전압 발생용의 제2 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원과, 상기 대향 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 제1 고주파 전원, 상기 제2 고주파 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부를 가지고, 상기 제어부는, 플라즈마 처리 시 또는 플라즈마 처리 후로서 상기 제1 고주파 전력 및 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키기 전에, 상기 직류 전압을 램프 다운시키는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 파티클 부착 억제 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR INHIBITING ADHESION OF PARTICLE}

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 파티클 부착 억제 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대한 플라즈마 처리가 행해지는 처리실에서는, 플라즈마 처리 중에 반응 생성물이 발생하거나, 처리 용기의 내벽을 구성하는 물질이 플라즈마에 의해 깎이거나 한다. 이들 물질이 파티클이 되어 웨이퍼에 부착하면, 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스에 결함이 생겨, 수율이 저하한다. 그래서, 웨이퍼에의 파티클의 부착을 억제하기 위한 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조). 특허문헌 1에서는, 드라이 에칭 처리의 종료 후, 즉시 상부 전극에의 직류 전력의 인가를 정지하고, 소정 시간 경과 후에 플라즈마 생성용의 고주파 전력 및 바이어스 전압 발생용의 고주파 전력의 인가를 정지한다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-102237호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는, 직류 전력의 인가의 정지 시에 급격한 시스 전위의 흔들림이 발생하여, 파티클이 웨이퍼에 부착하여 버릴 염려가 있다.

상기 과제에 대하여, 일측면에서는, 본 발명은 기판에의 파티클의 부착을 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 하나의 양태에 따르면, 기판을 수용하며, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실과, 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 대향하는 대향 전극과, 상기 배치대 또는 상기 대향 전극에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원과, 상기 배치대에 상기 제1 고주파 전원보다 주파수가 낮은, 바이어스 전압 발생용의 제2 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원과, 상기 대향 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 제1 고주파 전원, 상기 제2 고주파 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부를 가지고, 상기 제어부는, 플라즈마 처리 시 또는 플라즈마 처리 후로서 상기 제1 고주파 전력 및 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키기 전에, 상기 직류 전압을 램프 다운시키는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

하나의 측면에 따르면, 기판에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.

도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 일실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법과 그 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 일실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법과 그 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법과 그 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법의 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법의 일람과 결과의 비교를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복하는 설명을 생략한다.

[플라즈마 처리 장치]

먼저, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 평행 평판 플라즈마 처리 장치이며, 대략 원통형의 처리 용기(10)를 가지고 있다. 처리 용기(10)의 내면에는, 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시되어 있다. 처리 용기(10)(처리실)에서는, 플라즈마에 의해 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리가 행해진다.

배치대(20)는, 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 배치한다. 배치대(20)는, 예컨대 알루미늄(Al)이나 티탄(Ti), 탄화규소(SiC) 등으로 형성되어 있다. 배치대(20)는 하부 전극으로서도 기능한다.

배치대(20)의 상측은, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(106)으로 되어 있다. 정전 척(106)은, 절연체(106b) 사이에 척 전극(106a)을 끼운 구조로 되어 있다. 척 전극(106a)에는 직류 전압원(112)이 접속되어 있다. 직류 전압원(112)으로부터 척 전극(106a)에 직류 전압이 인가되면, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(106)에 흡착된다.

정전 척(106)의 외주부에는, 웨이퍼(W)의 외측 가장자리부를 둘러싸도록 원환형의 포커스 링(108)이 배치된다. 포커스 링(108)은, 예컨대, 실리콘으로 형성되며, 처리 용기(10)에 있어서 플라즈마를 웨이퍼(W)의 표면을 향하여 수속하여, 플라즈마 처리의 효율을 향상시킨다.

배치대(20)의 하측은, 지지체(104)로 되어 있고, 이에 의해, 배치대(20)는 처리 용기(10)의 바닥부에 유지된다. 지지체(104)의 내부에는, 냉매 유로(104a)가 형성되어 있다. 칠러(107)로부터 출력된 예컨대 냉각수나 브라인 등의 냉각 매체(이하, 「냉매」라고도 함)는, 냉매 입구 배관(104b), 냉매 유로(104a), 냉매 출구 배관(104c)으로 흘러, 순환한다. 이와 같이 하여 순환하는 냉매에 의해, 배치대(20)는 방열되어, 냉각된다.

전열 가스 공급원(85)은, 헬륨 가스(He)나 아르곤 가스(Ar) 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(130)을 통하여 정전 척(106) 상의 웨이퍼(W)의 이면에 공급한다. 이러한 구성에 의해, 정전 척(106)은, 냉매 유로(104a)에 순환시키는 냉매와, 웨이퍼(W)의 이면에 공급하는 전열 가스에 의해 온도 제어된다. 이 결과, 웨이퍼를 소정의 온도로 제어할 수 있다.

배치대(20)에는, 2주파 중첩 전력을 공급하는 전력 공급 장치(30)가 접속되어 있다. 전력 공급 장치(30)는, 제1 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)(제1 고주파 전력)을 공급하는 제1 고주파 전원(32)을 갖는다. 또한, 전력 공급 장치(30)는, 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의, 바이어스 전압 발생용의 고주파 전력(LF)(제2 고주파 전력)을 공급하는 제2 고주파 전원(34)을 갖는다. 제1 고주파 전원(32)은, 제1 정합기(33)를 통해 배치대(20)에 전기적으로 접속된다. 제2 고주파 전원(34)은, 제2 정합기(35)를 통해 배치대(20)에 전기적으로 접속된다. 제1 고주파 전원(32)은, 예컨대, 60 ㎒의 고주파 전력(HF)을 배치대(20)에 인가한다. 제2 고주파 전원(34)은, 예컨대, 13.56 ㎒의 고주파 전력(LF)을 배치대(20)에 인가한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제1 고주파 전력은 배치대(20)에 인가되지만, 가스 샤워 헤드(25)에 인가되어도 좋다.

제1 정합기(33)는, 제1 고주파 전원(32)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 제2 정합기(35)는, 제2 고주파 전원(34)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 제1 정합기(33)는, 처리 용기(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제1 고주파 전원(32)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다. 제2 정합기(35)는, 처리 용기(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제2 고주파 전원(34)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.

가스 샤워 헤드(25)는, 그 주연부를 피복하는 쉴드 링(40)을 통해 처리 용기(10)의 천장부의 개구를 폐색하도록 부착되어 있다. 가스 샤워 헤드(25)에는, 가변 직류 전원(70)이 접속되고, 가변 직류 전원(70)으로부터 마이너스의 DC(직류 전압)가 출력된다. 가스 샤워 헤드(25)는, 실리콘에 의해 형성되어도 좋다. 가스 샤워 헤드(25)는, 배치대(20)(하부 전극)에 대향하는 대향 전극(상부 전극)으로서도 기능한다.

가스 샤워 헤드(25)에는, 가스를 도입하는 가스 도입구(45)가 형성되어 있다. 가스 샤워 헤드(25)의 내부에는 가스 도입구(45)로부터 분기된 센터측의 확산실(50a) 및 엣지측의 확산실(50b)이 마련되어 있다. 가스 공급원(15)으로부터 출력된 가스는, 가스 도입구(45)를 통해 확산실(50a, 50b)에 공급되고, 확산실(50a, 50b)에서 확산되어 다수의 가스 공급 구멍(55)으로부터 배치대(20)를 향하여 도입된다.

처리 용기(10)의 바닥면에는 배기구(60)가 형성되어 있고, 배기구(60)에 접속된 배기 장치(65)에 의해 처리 용기(10) 내가 배기된다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다. 처리 용기(10)의 측벽에는 게이트 밸브(G)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 처리 용기(10)로부터 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행할 때에 개폐한다.

플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, CPU(Central Processing Unit)(105), ROM(Read Only Memory)(110) 및 RAM(Random Access Memory)(115)을 가지고 있다. CPU(105)는, RAM(115) 등의 기억 영역에 저장된 레시피에 따라, 에칭 등의 원하는 처리를 실행한다. 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량, 처리 용기내 온도[상부 전극 온도, 처리 용기의 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전 척 온도 등], 칠러(107)로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 기재되어 있다. 또한, 이들 프로그램이나 처리 조건을 나타내는 레시피는, 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어도 좋다. 또한, 레시피는, CD-ROM, DVD 등의 가반성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 소정 위치에 셋트되어, 읽어 내어지도록 하여도 좋다.

플라즈마 처리가 실행될 때에는, 게이트 밸브(G)의 개폐가 제어되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)에 반입되어, 배치대(20)에 배치된다. 직류 전압원(112)으로부터 척 전극(106a)에 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)가 정전 척(106)에 흡착되어, 유지된다.

가스 공급원(15)으로부터 처리 용기(1) 내에 처리 가스가 공급된다. 또한, 제1 및 제2 고주파 전원(32, 34)으로부터 배치대(20)에 제1 및 제2 고주파 전력이 인가되어, 가변 직류 전원(70)으로부터 마이너스의 DC(직류 전압)가 가스 샤워 헤드(25)에 인가 공급된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 상방에 플라즈마가 생성되고, 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리가 실시된다. 플라즈마 처리 후, 직류 전압원(112)으로부터 척 전극(106a)에 웨이퍼(W)의 흡착 시와는 플러스/마이너스가 반대인 직류 전압을 인가하여 웨이퍼(W)의 전하를 제전하고, 웨이퍼(W)를 정전 척(106)으로부터 박리한다. 게이트 밸브(G)의 개폐가 제어되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)의 외부에 반출된다.

[파티클 부착 억제 방법 1(패턴(1-1))]

다음에, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 1에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2의 상부에 나타내는 패턴(1-1)의 타임 차트를 참조하면, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 1에서는, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, 시각(t1)에 있어서 가변 직류 전원(70)으로부터 출력되는 DC(이하, 「Top DC」라고 함)의 인가가 정지된다. 그 후, 시각(t2)에 있어서 제1 고주파 전원(32)으로부터 출력되는 제1 고주파 전력(이하, 「HF RF」라고 함)과, 제2 고주파 전원(34)으로부터 출력되는 제2 고주파 전력(이하, 「LF RF」라고 함)의 인가가 동시에 정지된다.

패턴(1-1)에서 Top DC→HF RF 및 LF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지한 결과를, 도 2의 하부 표의 패턴(1-1)의 파티클 결과에 나타낸다. 표의 중앙의 패턴(1-1)은, HF 및 LF의 지연 시간(=t2-t1)이 0.5 s인 경우, 즉, Top DC의 인가를 정지하고 나서 0.5 s 후에 HF RF 및 LF RF의 인가를 정지한 경우이다.

표의 오른쪽의 패턴(1-1)은, HF 및 LF의 지연 시간(=t2-t1)이 1.0 s인 경우, 즉, Top DC의 인가를 정지하고 나서 1.0 s 후에 HF RF 및 LF RF의 인가를 정지한 경우이다.

표의 왼쪽의 지연이 없는 패턴은, HF 및 LF의 지연 시간(=t2-t1)이 0.0 s인 경우, 즉, Top DC, HF RF 및 LF RF의 모든 인가를 동시에 정지한 경우이다.

실험의 결과, 중앙 및 오른쪽의 패턴(1-1) 중 어느 경우도, 지연이 없는 패턴의 경우와 비교하여 웨이퍼(W) 상의 파티클수가 1/4 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 파티클 부착 억제 방법 1의 본 실험 및 뒤에 설명하는, 파티클 부착 억제 방법 2, 3의 각 실험에서는, 패턴(1-1) 및 지연이 없는 패턴의 각 시퀀스의 각각을 3회씩 행하고, 이들 파티클수의 평균값을 비교하고 있다. 또한, 실험의 결과, 패턴(1-1) 중 어느 경우도, 웨이퍼(W) 상의 파티클수가 비슷하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, Top DC→HF RF 및 LF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지하는 파티클 부착 억제 방법 1의 시퀀스에는, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감하는 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, HF RF 및 LF RF의 지연 시간은, 0.5 s와 1.0 s 중 어느 것이어도 파티클의 저감 효과는 그다지 변하지 않는 것을 알 수 있었다.

[파티클 부착 억제 방법 2(패턴(1-2), 패턴(2))]

다음에, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 2에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3의 상부에는, 패턴(1-2) 및 패턴(2)의 타임 차트가 나타나 있다.

본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 2의 패턴(1-2)에서는, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, 가변 직류 전원(70)으로부터 출력되는 Top DC의 인가가 정지되고, 그 후, 제1 고주파 전원(32)으로부터 출력되는 HF RF의 인가가 정지된다. 그 후, 제2 고주파 전원(34)으로부터 출력되는 LF RF의 인가가 정지된다. 즉, 패턴(1-2)에서는, Top DC→HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가가 정지된다.

본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 2의 패턴(2)에서는, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리에 있어서 Top DC는 인가되어 있지 않다. 따라서, 패턴(2)에서는, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, HF RF→LF RF의 순서 또는 LF RF→HF RF의 순서로 각 전력의 인가가 정지된다.

플라즈마 처리의 종료 후, 패턴(1-2) 및 패턴(2)의 방법으로 각 전력의 인가를 정지한 실험의 결과를 도 3의 하부 표에 나타낸다. 표의 가장 왼쪽의 지연이 없는 패턴은, HF 및 LF의 지연 시간이 0.0 s인 경우, 즉, Top DC, HF RF 및 LF RF의 모든 인가를 동시에 정지한 경우이며, 도 2의 하부 표의 지연이 없는 패턴과 동일 결과로 되어 있다.

지연이 없는 패턴의 우측에 나타내는 패턴(1-2) 및 패턴(2)에서는, 각 패턴 칸의 괄호 내에 나타내는 바와 같이, HF RF의 인가의 정지와 LF RF의 인가의 정지 사이에 지연이 생긴다. 굵은 테두리 내의 좌측의 패턴(1-2, 2)(LF→HF)에서는, Top DC의 인가가 정지되고 나서 0.5 s 후에 LF RF의 인가가 정지되며, Top DC의 인가가 정지되고 나서 1.0 s 후에 HF RF의 인가가 정지된다. 굵은 테두리 내의 우측의 패턴(1-2, 2)(HF→LF)에서는, Top DC의 인가가 정지되고 나서 0.5 s 후에 HF RF의 인가가 정지되며, Top DC의 인가가 정지되고 나서 1.0 s 후에 LF RF의 인가가 정지된다.

실험의 결과, 굵은 테두리 내의 패턴(1-2, 2)(LF→HF) 및 패턴(1-2, 2)(HF→LF) 중 어느 경우도, 지연이 없는 패턴의 경우보다 웨이퍼(W) 상의 파티클수가 1/10 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실험의 결과, 패턴(1-2, 2)(HF→LF) 쪽이, 패턴(1-2, 2)(LF→HF)보다 웨이퍼(W) 상의 파티클수를 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, Top DC→HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지하는 시퀀스에는, Top DC→LF RF→HF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지하는 시퀀스보다 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감하는 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

도 3의 하부 표의 굵은 테두리의 오른쪽 2개의 패턴(1-2, 2)(HF→LF)은, HF RF의 지연 시간과 LF RF의 지연 시간을 바꾼 경우의 실험 결과를 나타낸다. 이 결과, Top DC의 인가를 정지하고 나서 HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지하는 것이 중요하며, HF RF의 인가의 정지 타이밍 및 LF RF의 인가의 정지 타이밍 중 어느 것인가 1초 정도 바꾸어도, 마찬가지로 높은 파티클의 저감 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

[파티클 부착 억제 방법 3(패턴(1-3), 패턴(1-4))]

다음에, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 3에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4의 상부에는, 패턴(1-3) 및 패턴(1-4)의 타임 차트가 나타나 있다.

본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 3의 패턴(1-3)에서는, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, 가변 직류 전원(70)으로부터 출력되는 Top DC를 램프 다운시켜, Top DC의 인가가 정지된 후, 제1 고주파 전원(32)으로부터 출력되는 HF RF의 인가가 정지되며, 제2 고주파 전원(34)으로부터 출력되는 LF RF의 인가가 정지된다. 즉, 패턴(1-3)에서는, Top DC의 램프 다운 후 정지→HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가가 정지된다.

단, Top DC의 램프 다운의 제어 방법에는, 패턴(1-3)에 나타내는 바와 같이, 인가하는 직류 전압을 계단형으로 저하시키는 방법뿐만 아니라, 패턴(1-4)에 나타내는 바와 같이, 인가하는 직류 전압을 연속적으로 저하시키는 방법이 포함된다.

또한, 패턴(1-4)에 나타내는 바와 같이, Top DC를 램프 다운시켜, Top DC의 인가가 정지될 때에, HF RF 및 LF RF의 인가가 정지되도록 제어하여도 좋다. Top DC를 램프 다운시켜, Top DC의 인가가 정지되기 전에, HF RF 및 LF RF의 인가가 정지되도록 제어하여도 좋다. Top DC를 램프 다운시켜, Top DC의 인가가 정지될 때 또는 그 전에, HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가가 정지되도록 제어하여도 좋다.

플라즈마 처리의 종료 후, 패턴(1-3) 및 패턴(1-4)의 방법으로 각 전력의 인가를 정지한 실험의 결과를 도 4의 하부 표에 나타낸다. 도 4의 하부 표의 가장 왼쪽의 지연이 없는 패턴은, HF 및 LF의 지연 시간이 0.0 s인 경우, 즉, Top DC, HF RF 및 LF RF의 모든 인가를 동시에 정지한 경우이며, 도 2 및 도 3의 하부 표의 지연이 없는 패턴과 동일 결과로 되어 있다.

지연이 없는 패턴의 우측에 나타내는 패턴(1-4) 및 패턴(1-3)에서는, 지연이 없는 패턴의 경우보다 웨이퍼(W) 상의 파티클수가 1/20 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, Top DC의 램프 다운 후에 HF RF 및 LF RF의 각 전력의 인가를 정지하는 방법에서는, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착이 감소하는 효과가 매우 높은 것이 확인되었다.

또한, 실험의 결과, 패턴(1-3) 쪽이, 패턴(1-4)보다 웨이퍼(W) 상의 파티클수를 더욱 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, Top DC을 램프 다운시켜, Top DC의 인가가 정지된 후, HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지하는 방법이, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감시키는 효과가 가장 높은 것이 확인되었다.

[파티클 부착 억제의 이유]

이상에 설명한 파티클 부착 억제의 이유에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5의 (a)∼도 5의 (c)는 정전 척(106)과 포커스 링(108) 사이의 단면의 일례를 나타낸다. 도 5의 (a)는 웨이퍼(W)에의 플라즈마 처리가 종료하였을 때의, 웨이퍼(W)의 엣지의 근방의 상태를 모델화하여 나타낸 것이다. 정전 척(106)과 포커스 링(108) 사이에는, 플라즈마 처리 중에 발생한 반응 생성물이나 플라즈마에 의해 깎인 처리 용기(10)의 내벽을 구성하는 물질 등이 부착한다.

포커스 링(108)은, 웨이퍼(W)의 외측 가장자리부에 배치되는 환형 부재이다. 포커스 링(108)의 최상부의 높이는, 웨이퍼(W)의 상면보다 높게 되어 있기 때문에, 반응 생성물 등의 파티클원이 되는 물질은, 웨이퍼(W)의 외측 가장자리부의 정전 척(106)과 포커스 링(108) 사이에 모이기 쉽다.

이 상태로 Top DC(직류 전압)를 온에서 오프로 급격하게 정지하면[도 5 좌측의 타임 챠트의 시각(t1)에 있어서의 온→오프 제어], 급격한 시스 전위의 흔들림이 발생한다.

구체적으로는, 플라즈마 처리 중, 상부 전극으로서 기능하는 가스 샤워 헤드(25)에 Top DC를 인가한 상태에서는, 상부 전극에 형성되는 시스에 의해 상부 전극의 표면은 마이너스의 전위로 되어 있다.

이 상태로 Top DC의 인가가 정지되면, 상부 전극의 표면은 마이너스의 전위로부터 플러스측으로 급격하게 변화한다. 이 결과, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 마이너스 전하를 가지고 있는 파티클이 순간적으로 상부 전극의 방향으로 끌림으로써 결과로서 파티클이 웨이퍼(W)의 엣지부 표면에 부착할 가능성이 높아진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착이 증가하는 현상이 생긴다.

이에 대하여, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 3에서는, Top DC의 인가를 램프 다운시켜, 정지하도록 제어된다. 이에 의하면, Top DC의 인가를 서서히 정지하기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면이 마이너스의 전위로부터 플러스측으로 급격하게 변화하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 마이너스 전하를 가지고 있는 파티클이 웨이퍼(W)의 엣지부에 끌리는 힘이 작아진다. 이에 의해, 도 5의 (c)의 Top DC의 인가를 정지한 시점에 있어서[도 5 우측의 타임 차트의 시각(t1∼t3)에 있어서의 램프 다운 제어], 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.

[정리]

이상의 설명으로부터, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 1∼3의 정리를, 도 6을 참조하면서 행한다. 도 6의 표에 나타내는 패턴(1-3) 및 패턴(1-4)(패턴의 시퀀스는 도 4 참조)에 나타내는 바와 같이, Top DC의 인가를 램프 다운시켜 정지하는 경우, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.

또한, Top DC의 인가를 램프 다운시키지 않고, 도 6의 패턴(1-2)(패턴의 시퀀스는 도 3 참조)에 나타내는 바와 같이, HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지시킴으로써 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.

패턴(1-2)의 경우에 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있는 이유에 대해서는, HF RF를 인가한 경우 및 LF RF를 인가한 경우 중 어느 것도, 인가하고 있는 동안, 상부 전극, 웨이퍼(W), 포커스 링(108) 등의 표면에 시스가 형성된다. 그때, 시스는 마이너스이기 때문에, 웨이퍼(W)나 포커스 링(108)은 마이너스에 대전한다.

그래서, 인가하고 있던 HF RF를 정지할 때에 LF RF의 인가를 계속해 둠으로써, 형성된 시스의 전부가 소멸하는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면을 마이너스에 대전시켜, 마이너스 전하를 가지고 있는 파티클이 웨이퍼(W)에 부착하는 것을 억제할 수 있다. 또한, HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지시킴으로써, 급격한 시스 전위의 흔들림이 발생하는 것을 회피할 수 있다. 파티클이 웨이퍼(W)에 부착하는 것을 억제할 수 있다.

또한, HF RF와 LF RF를 비교하였을 때에, HF RF를 인가하였을 때에 생성되는 플라즈마는, LF RF를 인가하였을 때에 생성되는 플라즈마보다 주파수가 높기 때문에 불안정하다. 플라즈마가 불안정하면, 형성되는 시스도 불안정하다. 따라서, 플라즈마가 보다 안정되어 있는 LF RF의 인가의 정지를, HF RF의 인가의 정지보다 후에 행하는 시퀀스로 함으로써, 웨이퍼(W)의 표면을 보다 안정적으로 마이너스에 대전시킬 수 있다. 이상으로부터, HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지함으로써, LF RF→HF RF의 순서로 인가를 정지하는 것보다, 파티클이 웨이퍼(W)에 부착하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 「Top DC의 램프 다운」과, 「HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지하는 것」을 조합함으로써, 가장 효과적으로 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다. 즉, Top DC의 램프 다운→HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지하는 패턴(1-3)의 시퀀스에 따르면, 도 6에 나타내는 바와 같이 가장 효과적으로 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감할 수 있다.

구체적으로는, 패턴(1-3)의 시퀀스로서는, Top DC, HF RF 및 LF RF의 모든 인가를 동시에 정지하는 지연이 없는 패턴과 비교하여, 웨이퍼(W)에 부착되는 파티클수를 약 1/25로 저감할 수 있었다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 파티클 부착 억제 방법 1∼3의 실험 결과에 따르면, Top DC의 램프 다운→HF RF→LF RF의 순서로 각 전력의 인가를 정지하는 시퀀스가, 가장 웨이퍼(W)에의 파티클을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.

단, 패턴(1-3)뿐만 아니라, 패턴(1-4)의 Top DC의 램프 다운→HF RF 및 LF RF의 동시 인가 정지의 시퀀스에 있어서도 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 패턴(1-2) 및 패턴(2)과 같이 Top DC의 램프 다운의 시퀀스가 없는 경우에 있어서도, HF RF→LF RF의 순서로 인가를 정지하는 시퀀스에 의해, 웨이퍼(W) 에의 파티클을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이상, 플라즈마 처리 장치 및 파티클 부착 억제 방법에 대해서 상기 실시형태에 의해 설명하였지만, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 파티클 부착 억제 방법은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순하지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

예컨대, 본 발명에 따른 기판에의 파티클 부착 억제 방법은, 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치뿐만 아니라, 그 외의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다. 그 외의 플라즈마 처리 장치로서는, 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 처리 장치, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 처리 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) 처리 장치 등이어도 좋다.

본 명세서에서는, 기판으로서 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display) 등에 이용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.

1 플라즈마 처리 장치 10 처리 용기
15 가스 공급원 20 배치대
25 가스 샤워 헤드 32 제1 고주파 전원
34 제2 고주파 전원 65 배기 장치
70 가변 직류 전원 100 제어부
104 지지체 104a 냉매 유로
106 정전 척 108 포커스 링

Claims

기판을 수용하며, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실과,
기판을 배치하는 배치대와,
상기 배치대에 대향하는 대향 전극과,
상기 배치대 또는 상기 대향 전극에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원과,
상기 배치대에 상기 제1 고주파 전원보다 주파수가 낮은, 바이어스 전압 발생용의 제2 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원과,
상기 대향 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
상기 제1 고주파 전원, 상기 제2 고주파 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부
를 가지고,
상기 제어부는, 플라즈마 처리 시 또는 플라즈마 처리 후로서 상기 제1 고주파 전력 및 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키기 전에, 상기 직류 전압을 램프 다운시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 플라즈마 처리 시 또는 플라즈마 처리 후로서 상기 제1 고주파 전력 및 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키기 전 또는 정지시킬 때에, 상기 램프 다운시킨 직류 전압을 정지시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 고주파 전력의 인가를 정지시킨 후에 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배치대의 외측 가장자리부에 배치되는 환형 부재를 가지고,
상기 환형 부재의 최상부의 높이는, 기판보다 높은 것인, 플라즈마 처리 장치.
기판을 수용하며, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실과,
기판을 배치하는 배치대와,
상기 배치대에 대향하는 대향 전극과,
상기 배치대 또는 상기 대향 전극에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원과,
상기 배치대에 상기 제1 고주파 전원보다 주파수가 낮은, 바이어스 전압 발생용의 제2 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원과,
상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원을 제어하는 제어부
를 가지고,
상기 제어부는, 플라즈마 처리 시 또는 플라즈마 처리 후로서 상기 제1 고주파 전력의 인가를 정지시킨 후에 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
기판을 수용하며, 내부에서 플라즈마 처리가 행해지는 처리실과,
기판을 배치하는 배치대와,
상기 배치대에 대향하는 대향 전극과,
상기 배치대 또는 상기 대향 전극에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원과,
상기 배치대에 상기 제1 고주파 전원보다 주파수가 낮은, 바이어스 전압 발생용의 제2 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원과,
상기 대향 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
상기 제1 고주파 전원, 상기 제2 고주파 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부
를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마 처리가 실시되는 기판에의 파티클 부착 억제 방법으로서,
플라즈마 처리 시 또는 그 후에, 상기 직류 전압을 램프 다운시키고,
상기 직류 전압을 램프 다운시킨 후에, 상기 제1 고주파 전력 및 상기 제2 고주파 전력의 인가를 정지시키는, 파티클 부착 억제 방법.