KR20180016922A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼의 외주 단부에 부착되어 있는 초기 이물이 웨이퍼 상에 부착되는 것을 억제할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 시료를 상기 시료대에 정전 흡착시키기 위한 직류 전압이 상기 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가된 후, 플라스마가 생성되고, 상기 플라스마가 생성된 후, 상기 시료의 온도를 조정하기 위한 전열 가스가 상기 시료의 이면에 공급되는 제어가 행해지는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 플라스마를 이용해서 에칭 등의 처리를 행하는데 바람직한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서 성막이나 플라스마 에칭 등의 공정에 플라스마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 플라스마 처리 장치에는 디바이스의 미세화에 대응한 고정밀도인 처리 성능과 양산성의 양립이 요구되고 있다. 또한, 디바이스의 양산에 있어서 큰 문제로 되는 것이 플라스마 처리 시에 웨이퍼에 부착된 이물에 의한 수율의 저하이다.
플라스마 처리 중에 이물이 웨이퍼에 부착되었을 경우, 배선의 단선이나 단락 등에 의해 반도체 디바이스에 있어서 치명적인 결함으로 될 가능성이 있다. 또한, 디바이스의 미세화의 진전과 함께 지금까지 문제로 되지 않았던 미소한 이물의 영향도 커져가고 있다. 이러한 이물을 플라스마 처리 후에 웨트 처리 등으로 제거하는 것은 가능하지만, 디바이스의 제조 공정수가 증가해 디바이스의 제조 비용이 증대하게 되어 바람직하지 않다. 따라서, 플라스마 처리를 행할 때, 이물의 발생 자체의 저감이나, 발생한 이물의 제거, 그리고 이물을 웨이퍼 상에 낙하시키지 않는 것 등의 웨이퍼에의 이물 부착 저감에 관한 기술이 중요해진다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 웨이퍼의 정전 흡착에 의한 이물 부착을 방지하는 플라스마 처리 방법으로서 엔드 포인트 디텍터(EPD)가 종점을 검출하면, 고주파 전원(12)으로부터의 RF 파워(Bottom RF)를 오프함과 함께, 웨이퍼(W) 이면에의 He 가스(14)의 공급을 정지해 에칭이 진행하지 않으며, 또한 플라스마 방전을 유지 가능한 범위로 고주파 전원(11)으로부터의 RF 파워(Top RF)를 제어한 상태에서, 고압직류 전원(13)(HV)을 오프하는 플라스마 처리 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 진공 처리실(115)과, 당해 진공 처리실 내에 배치되는 시료대(101)와, 상기 진공 처리실 내에 고주파 전력을 공급해서 플라스마를 생성하는 안테나 전극(105)을 구비하고, 상기 생성된 플라스마에 의해 상기 시료 대상에 배치한 시료에 플라스마 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 시료대(101)는, 시료 재치면(載置面)에 절연된 정전 흡착용의 전극을 구비하고, 상기 안테나 전극에 고주파 전력을 공급해서 플라스마를 생성시키기 전의 소정 기간에, 상기 정전 흡착용의 전극에 소정의 직류 전압을 공급하여 충전해서 플라스마의 착화성을 향상시키는 것이 개시되어 있다.
또한 특허문헌 3에는, 진공 용기 내부에 배치되어 감압된 내측에서 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되며 그 상면에 상기 플라스마를 이용한 처리의 대상인 시료가 재치되는 시료대와, 이 시료대 상부의 상기 시료가 그 위에 얹어지는 재치면을 구성하는 유전체제의 유전체막과, 이 유전체막의 내부에 배치되며 상기 시료를 이 유전체막 상에 흡착해서 유지하기 위한 전력이 공급되는 복수의 전극을 구비하고, 상기 시료가 상기 시료대 상에 재치된 상태에서 상기 복수의 전극 중의 적어도 1개에 전력을 공급해서 상기 시료의 일부분을 흡착하여 소정의 온도로 될 때까지 상기 시료의 온도를 가열한 후 상기 복수의 전극 중의 다른 전극에 전력을 공급하여 이 시료를 넓은 범위에서 흡착한 후에 상기 플라스마를 이용하여 이 시료의 처리를 개시하는 플라스마 처리 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 플라스마의 분포를 바깥쪽이 높게 제어하는 것에 의해 이물 포획을 행하는 플라스마 처리 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2002-270576호 공보 일본국 특개2009-141014호 공보 일본국 특개2014-11215호 공보 일본국 특개2007-81208호 공보
웨이퍼의 외주 단부에는 다양한 생산 공정을 거치는 것에 의해서 이물이 부착되어 있으며, 그 웨이퍼가 플라스마 처리 장치에 투입되었을 경우, 부착되어 있던 이물이 비산해 웨이퍼 상에 부착되는 문제가 있었다.
이 때문에, 웨이퍼 외단부 및 이면에 부착된 이물이 비산하는 문제를 예의 검토한 결과, 웨이퍼 처리의 초기에 있어서 웨이퍼에 급격한 온도 변화가 생기는 타이밍에서 웨이퍼 상에 이물이 부착되는 것이 판명되었다. 이러한 점에서 초기 이물의 부착 억제에는 웨이퍼에의 급격한 온도 변화를 억제하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
그러나, 특허문헌 1 내지 3에서는, 플라스마 방전 시에 발생하는 이물에 대해서는 충분히 배려되어 있지 않아 충분히 이물을 저감할 수 없다. 또한, 특허문헌 4에서는, 실제로 이물이 비산하는 타이밍이 명확치 않아 처리 시퀀스의 검토가 불충분해 이물 저감에 충분한 효과를 발휘할 수 없다. 또한 특허문헌 1 내지 4에는, 전술한 「초기 이물의 부착 억제에는 웨이퍼에의 급격한 온도 변화 억제가 중요한」 점에 대한 기재도 시사도 없다.
이상의 점에서 본 발명은, 웨이퍼의 외주 단부에 부착되어 있는 초기 이물이 웨이퍼 상에 부착되는 것을 억제할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은, 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 시료를 상기 시료대에 정전 흡착시키기 위한 직류 전압이 상기 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가된 후, 플라스마가 생성되고, 상기 플라스마가 생성된 후, 상기 시료의 온도를 조정하기 위한 전열 가스가 상기 시료의 이면에 공급되는 제어가 행해지는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 플라스마를 이용해서 시료를 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 직류 전압을 상기 시료가 재치되는 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가한 후, 플라스마를 생성하고, 상기 플라스마를 생성한 후, 상기 시료의 온도를 조정하기 위한 전열 가스를 상기 시료의 이면에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 웨이퍼의 외주 단부에 부착되어 있는 초기 이물이 웨이퍼 상에 부착되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 단면 개략도.
도 3은 제 1 실시형태의 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면.
도 4는 제 2 실시형태의 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면.
도 5는 이물수의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 6은 비교예 1의 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면.
도 7은 비교예 2의 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면.
초기 이물의 부착 억제에는 전술한 바와 같이 웨이퍼에의 급격한 온도 변화 억제가 중요하다. 또한, 웨이퍼에 급격한 온도 변화가 생기는 타이밍은, 웨이퍼가 시료대에 정전 흡착되는 타이밍, 플라스마가 방전 개시되는 타이밍 및 웨이퍼 이면에 전열 가스가 공급되는 타이밍이다. 따라서, 웨이퍼에의 급격한 온도 변화를 억제하기 위해서는, 웨이퍼가 시료대에 정전 흡착되는 타이밍, 플라스마가 방전 개시되는 타이밍 및 웨이퍼 이면에 전열 가스가 공급되는 타이밍의 각각이 도 1에 나타내는 바와 같은 상호 관계로 되어 있을 필요가 있다.
이 때문에 본 발명은, 웨이퍼가 시료대에 정전 흡착되는 타이밍, 플라스마가 방전 개시되는 타이밍 및 웨이퍼 이면에 전열 가스가 공급되는 타이밍의 각각의 상호 관계가 도 1에 나타내는 바와 같이 규정되는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명은, 「웨이퍼를 상기 시료대에 정전 흡착시키기 위한 직류 전압이 상기 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가된 후, 플라스마가 생성되고, 상기 플라스마가 생성된 후, 상기 웨이퍼의 온도를 조정하기 위한 전열 가스가 상기 웨이퍼의 이면에 공급되는」 것을 기술적 사상으로 하는 발명이다. 또한, 도 1의 t1-1은 웨이퍼가 시료대에 정전 흡착되는 타이밍을 나타내고, 도 1의 t2-1은 플라스마가 방전 개시되는 타이밍을 나타내고, 도 1의 t3-1은 웨이퍼 이면에 전열 가스가 공급되는 타이밍을 나타낸다. 이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 설명한다.
먼저 본 발명을 실시하기 위한 플라스마 처리 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략 단면도를 도 2에 나타낸다. 본 실시예에 이용하는 플라스마 처리 장치에서는, 프로세스 가스 도입부(101)와 진공 배기부(102)를 갖는 진공 처리실(103)의 내부에 시료대인 스테이지(104)를 배치한다. 또한, 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치는, 플라스마 방전용의 안테나(105)를 스테이지(104)와 대향하도록 배치하고, 제 1 정합기(106)를 통해서 제 1 고주파 전원(107)으로부터 안테나(105)에 200㎒의 고주파 전력을 공급한다.
여기에서, 본 실시예에서의 제 1 고주파 전원(107)의 주파수를 200㎒로 했지만, 본 발명으로서는 제 1 고주파 전원(107)의 주파수를 50㎒ 내지 2.45㎓의 범위 내의 주파수로 해도 된다. 이 주파수대를 이용하는 것에 의해 미세 가공 처리에 바람직한 0.2∼50㎩ 정도의 압력 영역에 있어서 웨이퍼 상에 고효율로 균일성이 양호한 플라스마를 생성 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치는, 안테나(105)로부터 방사되는 전자파 및 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109) 및 요크(110)에 의해 형성되는 자장과의 상호 작용에 의해 플라스마(111)를 생성하고, 스테이지(104)에 접속된 제 2 정합기(112)를 통해서 제 2 고주파 전원(113)으로부터 공급된 4㎒의 고주파 전력에 의해 시료인 웨이퍼(114)에 고주파 바이어스를 인가하는 것에 의해서 플라스마 처리를 행하는 구성으로 되어 있다.
여기에서, 본 실시예에서의 제 2 고주파 전원(113)의 주파수를 4㎒로 했지만, 본 발명으로서는 제 2 고주파 전원(113)의 주파수를 100㎑ 내지 20㎒의 범위 내의 주파수로 해도 된다. 이 주파수대의 고주파로 하는 것에 의해 제 1 고주파 전원(107)의 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마와는 독립적으로 효율 좋게 이온을 웨이퍼로 끌어들일 수 있다.
또한, 제 1 직류 전원(116)과 제 2 직류 전원(117)으로부터 각각의 직류 전압을 스테이지(104)에 배치된 외측의 정전 흡착용 전극(120)과 내측의 정전 흡착용 전극(119)에 각각 인가하는 것에 의해 웨이퍼(114)를 스테이지(104)에 정전 흡착시킬 수 있으며, 웨이퍼(114)의 이면과 스테이지(104) 사이에 전열 가스 도입 수단(115)에 의해 전열 가스를 도입하는 것에 의해서 웨이퍼(114)의 온도를 스테이지(104)와 대략 같은 온도로 유지하는 것이 가능하게 되어 있다. 여기에서, 도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 직류 전원(116)이 외측의 정전 흡착용 전극(120)에 접속되고, 제 2 직류 전원(117)이 내측의 정전 흡착용 전극(119)에 접속되어 있지만, 본 발명으로서는 제 1 직류 전원(116)이 내측의 정전 흡착용 전극(119), 제 2 직류 전원(117)이 외측의 정전 흡착용 전극(120)에 접속되어도 된다.
2계통인 제 1 외부 코일(108)과 제 2 외부 코일(109)에 각각 소정의 전류를 흘려보내는 것에 의해, 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109) 및 요크(110)에 의해서 정자장(靜磁場)이 진공 처리실(103) 내에 형성된다. 이 자장과 안테나(105)로부터 방사되는 전자파의 상호 작용에 의해 고밀도인 플라스마 생성이 가능해진다. 환언하면, 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109)의 각각에 흘려보내는 전류값에 의해서 자장 강도와 자력선 벡터가 변화해 플라스마 밀도 분포를 제어하는 것이 가능해진다.
이상, 전술한 제 1 고주파 전원(107), 제 2 고주파 전원(113), 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109) 등의 액추에이터가 제어부(118)에 있어서 제어되는 것에 의해 플라스마 처리가 행해진다.
다음으로 전술한 플라스마 처리 장치를 이용한 본 발명에 대하여 도 3을 이용하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 플라스마 처리 시퀀스를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3 중의 「S-RF power」는 제 1 고주파 전원(107)의 고주파 전력이고, 「W-RF power」는 제 2 고주파 전원(113)의 고주파 전력이고, 「Back He pressure」는 전열 가스 도입부(115)로부터 웨이퍼(114)와 스테이지(104) 사이에 공급되는 전열 가스의 압력이고, 「ESC(-) voltage」는 제 1 직류 전원(116)으로부터 인가되는 음의 전압이고, 「ESC(+) voltage」는 제 2 직류 전원(117)으로부터 인가되는 양의 전압이고, 「Coil current」는 제 1 외부 코일(108) 및 제 2 외부 코일(109)의 전류값이고, 「Process pressure」는 진공 처리실(103) 내부의 압력이다.
본 실시예에서는, 플라스마 처리를 행할 때의 t1-3보다 전에, 우선 웨이퍼(114)를 처리실인 진공 처리실(103)에 반입해 스테이지(104) 상에 재치하고, 진공 처리실(103) 내에 Ar 가스를 공급해서 소정의 압력으로 조정한다. 또한, 본 실시예에서의 압력은 4㎩로 했다.
다음으로, t1-3의 타이밍에서 제 1 직류 전원(116)에 의해 -1600V의 음의 전압을 스테이지(104)에 인가하고, 이어서 t2-3의 타이밍에서 제 2 직류 전원(117)에 의해 +1200V의 양의 전압을 스테이지(104)에 인가해서 웨이퍼(114)를 스테이지(104)에 정전 흡착시킨다. 이때, 정전 흡착의 음의 전압과 양의 전압의 평균값이 음의 전압값으로 되도록 한다. 일반적으로 이물은 음 전하로 대전되기 쉽기 때문에, 양의 전압보다도 먼저 음의 전압을 스테이지(104)에 인가해서 웨이퍼(114)의 전위를 음으로 하며, 또한 양의 전압을 스테이지(104)에 인가한 후에도 웨이퍼의 전위를 음으로 유지하는 것에 의해서, 웨이퍼에의 이물의 부착을 대폭적으로 저감할 수 있다. 또한, 정전 흡착의 음의 전압과 양의 전압의 평균값은, 정전 흡착력과 이물 저감의 양립의 관점에서 -500V∼-1V의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 t3-3의 타이밍에서 제 1 고주파 전원(107)으로부터 500W의 고주파 전력을 공급함과 함께 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109)의 각각에 2암페어, 1암페어의 전류를 흘려보내는 것에 의해서 진공 처리실(103) 내에 플라스마(111)를 생성시킨다. 이와 같이 플라스마가 생성되기 전에 웨이퍼(114)의 전위가 음으로 되어 있는 것에 의해, 플라스마 생성 직후의 이물이 웨이퍼 상에 부착되는 것을 대폭적으로 저감할 수 있다.
계속해서 t4-3의 타이밍에서 웨이퍼(114)의 이면과 스테이지(104) 사이에 1㎪의 He 가스의 전열 가스를 소정의 압력으로 될 때까지 공급한다. 이와 같이 He 가스의 공급 전에 안정한 플라스마가 생성되어 있는 것에 의해, He 가스의 공급 시에 웨이퍼 외주부로부터 발생하는 이물이 플라스마 중에 포획되어, 웨이퍼 상에의 부착을 대폭적으로 저감할 수 있다. 또한, 전열 가스의 압력은 정전 흡착력과 온도의 전열성의 양립의 관점에서 1㎪ 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 t5-3의 타이밍에서 제 1 고주파 전원(107)으로부터 공급되고 있던 고주파 전력을 0W로 변경해 플라스마의 방전을 정지한다. 이어서 플라스마 생성을 위하여 진공 처리실(103) 내에 공급되고 있던 Ar 가스의 공급도 정지해 진공 처리실(103)의 압력을 저하시킨다. 여기에서, 본 실시예에서는, 플라스마 생성용 가스로서 Ar 가스를 이용했지만, 본 발명으로서는 He 가스, N2 가스, Ne 가스, Xe 가스, Kr 가스 등의 불활성 가스를 이용해도 된다.
다음으로 t6-3의 타이밍에서 Cl2 가스를 프로세스 가스로서 진공 처리실(103)에 공급해 소정의 압력(예를 들면, 6㎩)으로 조정한다. 계속해서 t7-3의 타이밍에서 제 2 고주파 전원(113)으로부터 스테이지(104)에 1000W의 고주파 전력을 공급하고 웨이퍼 바이어스를 인가한다. 이어서 t8-3의 타이밍에서 제 1 고주파 전원(107)으로부터 안테나(105)에 고주파 전력을 공급해, 안테나(105)로부터 방사된 전자파와, 제 1 외부 코일(108), 제 2 외부 코일(109) 및 요크(110)로부터 형성된 자장의 상호 작용에 의해 플라스마(111)를 생성시켜, 스테이지(104)에 정전 흡착된 웨이퍼에 플라스마 에칭 등의 플라스마 처리를 실시한다.
이상이 본 발명에 따른 플라스마 처리 시퀀스의 일 실시예(실시예 1)이며, 이러한 플라스마 처리 시퀀스(실시예 1)를 실시하는 것에 의해서 도 5에 나타내는 바와 같이 종래기술인 비교예 1 및 2보다 이물수(異物數)를 대폭적으로 저감할 수 있었다. 또한, 도 5는 각 플라스마 처리 시퀀스에 있어서의 0.3㎛ 이상의 크기의 이물수의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 비교예 1 및 2는 각각 도 6 및 7에 나타내는 플라스마 처리 시퀀스이며, 각각의 플라스마 처리 시퀀스의 설명에 대해서는 후술한다.
다음으로 전술한 본 발명에 따른 플라스마 처리 시퀀스의 t3-3∼t5-3의 기간에 있어서 생성된 플라스마 밀도 분포를 변화시키는 플라스마 처리 시퀀스(실시예 2)에 대하여 도 4를 이용하면서 설명한다. 또한, 도 4의 t3-4 이전의 기간 및 도 4의 t5-4 이후의 기간에 있어서의 각 파라미터의 동작은, 전술한 본 발명에 따른 플라스마 처리 시퀀스(도 3)의 t3-3 이전의 기간 및 t5-3 이후의 기간에 있어서의 각 파라미터의 동작과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이 t4-4와 t5-4 사이의 임의의 ta-4의 타이밍에서, t3-3의 타이밍에 있어서의 제 1 외부 코일(108)의 전류값인 2암페어로부터 1암페어로 변경한다. 마찬가지로 ta-4의 타이밍에서 t3-4의 타이밍에 있어서의 제 2 외부 코일(109)의 전류값인 1암페어로부터 9암페어로 변경한다. 이러한 제 1 외부 코일(108) 및 제 2 외부 코일(109)의 각각의 전류값을 변경하는 것에 의해, 웨이퍼 외주부 보다 웨이퍼 중심부의 플라스마 밀도가 높은 분포로부터 웨이퍼 중심부보다 웨이퍼 외주부의 플라스마 밀도가 높은 분포로 변화시킬 수 있다.
이와 같이 t4-4와 t5-4 사이의 기간에 있어서 생성된 플라스마의 밀도 분포를 변화시키는 도 4에 나타내는 플라스마 처리 시퀀스에 의해서, 도 5에 나타내는 바와 같이 도 3에 나타내는 플라스마 처리 시퀀스보다 이물을 더 저감할 수 있다. 이것은, 플라스마 소실 전에 제 1 외부 코일(108) 및 제 2 외부 코일(109)의 각각의 전류값의 변화에 의한 플라스마 밀도 분포가 변화하는 것에 의해, 플라스마 중에 포획된 이물이 웨이퍼 밖으로 이동했기 때문인 것으로 생각된다.
다음으로 비교예 1 및 2의 플라스마 처리 시퀀스에 대하여 설명한다. 비교예 1은, 도 6에 나타내는 바와 같이 실시예 2의 플라스마 처리 시퀀스에 대해서 전열 가스의 공급 타이밍을 Ar 가스에 의한 플라스마 생성 타이밍보다 전으로 한 플라스마 처리 시퀀스이며, 특허문헌 2의 도 3에 도시된 처리 시퀀스와 마찬가지이다.
또한, 비교예 2는, 도 7에 나타내는 바와 같이 t1-7에 있어서 Ar 가스를 이용한 플라스마를 생성하고, t2-7에 있어서 정전 흡착을 위한 음의 전압을 스테이지(104)에 인가하고, t3-7에 있어서 정전 흡착을 위한 양의 전압을 스테이지(104)에 인가하고, t4-7에 있어서 전열 가스의 공급과 함께 진공 처리실 내에 자장을 형성하고, ta-7 이후의 기간은 실시예 2의 플라스마 처리 시퀀스의 ta-4 이후의 기간과 같은 플라스마 처리 시퀀스이며, 특허문헌 3의 도 5에 도시된 타이밍 차트와 마찬가지이다.
본 발명에 따른 플라스마 처리는, 실시예 1 및 2에 있어서 설명한 플라스마 처리 시퀀스에 의거해서 제어부(118)에 있어서 제 1 고주파 전원, 제 2 고주파 전원, 제 1 직류 전원, 제 2 직류 전원, 제 1 외부 코일, 제 2 외부 코일 및 전열 가스 도입부가 제어되는 것에 의해 실시된다.
본 발명은, 양의 전압보다도 전에 음의 전압을 스테이지(104)에 인가해서 웨이퍼(114)의 전위를 음으로 하며, 또한 양의 전압을 스테이지(104)에 인가한 후에도 웨이퍼의 전위를 음으로 유지하는 것에 의해서, 웨이퍼에의 이물의 부착을 대폭적으로 저감할 수 있다. 또한, 플라스마를 생성하기 전에 웨이퍼의 전위를 음으로 하는 것에 의해, 플라스마 생성 시에 비산하는 이물의 부착을 저감할 수 있다. 또한 플라스마 생성 후에 웨이퍼 이면에 전열 가스를 공급하는 것에 의해, 전열 가스에 의해서 비산하는 이물을 플라스마로 포획해서 웨이퍼에의 부착을 방지할 수 있다. 이 효과들의 상승효과로서 본 발명은 이물의 웨이퍼 상에의 부착을 방지해 디바이스 제조의 수율을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 효과는 급격한 웨이퍼의 온도 변화를 억제할 수 있었던 것에 의한 것이다. 특허문헌 1의 도 2의 (b)에 「플라스마 생성 전에 정전 흡착을 위한 직류 고전압이 정전척에 인가되는 시퀀스」가 개시되어 있는 점은, 본 발명의 일부의 구성과 마찬가지이지만, 이 구성만으로는 본 발명의 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라 본 발명도 성립하지 않는다. 즉, 「플라스마 생성 전에 정전 흡착을 위한 직류 고전압이 정전척에 인가되는」 점의 구성만으로는 본 발명으로서 불충분하다. 이것은, 도 5에 나타내는 바와 같이 실시예 1과 비교예 1의 비교 또는 실시예 2와 비교예 1의 비교로부터 실증되어 있다.
이 때문에, 본 발명은 웨이퍼가 시료대에 정전 흡착되는 타이밍, 플라스마가 방전 개시되는 타이밍 및 웨이퍼 이면에 전열 가스가 공급되는 타이밍의 각각의 상호 관계가 도 1에 나타내는 바와 같이 규정되는 것에 의해 성립하며 급격한 웨이퍼의 온도 변화를 억제할 수 있다.
101 : 프로세스 가스 도입부 102 : 진공 배기부
103 : 진공 처리실 104 : 스테이지
105 : 안테나 106 : 제 1 정합기
107 : 제 1 고주파 전원 108 : 제 1 외부 코일
109 : 제 2 외부 코일 110 : 요크
111 : 플라스마 112 : 제 2 정합기
113 : 제 2 고주파 전원 114 : 웨이퍼
115 : 전열 가스 도입부 116 : 제 1 직류 전원
117 : 제 2 직류 전원 118 : 제어부
119 : 내측의 정전 흡착용 전극 120 : 외측의 정전 흡착용 전극

Claims (10)

  1. 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    상기 시료를 상기 시료대에 정전 흡착시키기 위한 직류 전압이 상기 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가된 후, 플라스마가 생성되고,
    상기 플라스마가 생성된 후, 상기 시료의 온도를 조정하기 위한 전열 가스가 상기 시료의 이면(裏面)에 공급되는 제어가 행해지는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 음의 직류 전압이 상기 전극의 한쪽에 인가된 후, 양의 직류 전압이 상기 전극의 다른 쪽에 인가되는 것에 의해서 상기 직류 전압이 2개의 전극의 각각에 인가되는 제어를 행함과 함께 상기 음의 직류 전압에 의한 전위와 상기 양의 직류 전압에 의한 전위의 평균값이 음의 값으로 되도록 상기 음의 직류 전압 및 상기 양의 직류 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 평균값을 -500V∼-1V의 범위 내의 전위로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 직류 전압이 2개의 전극의 각각에 인가된 후의 플라스마를 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 높은 플라스마로부터 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 낮은 플라스마로 변경한 후, 상기 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 낮은 플라스마를 생성한 고주파 전력의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전열 가스의 압력을 1㎪ 이하의 압력으로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  6. 플라스마를 이용해서 시료를 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 시료를 정전 흡착시키기 위한 직류 전압을 상기 시료가 재치되는 시료대에 배치된 2개의 전극의 각각에 인가한 후, 플라스마를 생성하고,
    상기 플라스마를 생성한 후, 상기 시료의 온도를 조정하기 위한 전열 가스를 상기 시료의 이면에 공급하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    음의 직류 전압을 상기 전극의 한쪽에 인가한 후, 양의 직류 전압을 상기 전극의 다른 쪽에 인가하는 것에 의해서 상기 직류 전압을 2개의 전극의 각각에 인가하고,
    상기 음의 직류 전압에 의한 전위와 상기 양의 직류 전압에 의한 전위의 평균값을 음의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 평균값을 -500V∼-1V의 범위 내의 전위로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 직류 전압을 2개의 전극의 각각에 인가한 후의 플라스마를 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 높은 플라스마로부터 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 낮은 플라스마로 변경한 후, 상기 중심의 플라스마 밀도가 외주보다 낮은 플라스마를 생성한 고주파 전력의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전열 가스의 압력을 1㎪ 이하의 압력으로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6727068B2 (ja) * 2016-08-08 2020-07-22 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6937644B2 (ja) * 2017-09-26 2021-09-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN111916327B (zh) * 2019-05-10 2023-04-28 中微半导体设备(上海)股份有限公司 多频率多阶段的等离子体射频输出的方法及其装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270576A (ja) 2001-03-06 2002-09-20 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2007081208A (ja) 2005-09-15 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法及び処理装置
JP2009141014A (ja) 2007-12-04 2009-06-25 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及び処理方法
KR101155535B1 (ko) * 2010-09-21 2012-06-19 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 진공처리시스템
JP2014011215A (ja) 2012-06-28 2014-01-20 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR20150053899A (ko) * 2012-09-12 2015-05-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치
KR20160012904A (ko) * 2014-07-25 2016-02-03 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리 장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5910011A (en) * 1997-05-12 1999-06-08 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring processes using multiple parameters of a semiconductor wafer processing system
JP2009194194A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Sumitomo Precision Prod Co Ltd プラズマ処理方法
JP5063520B2 (ja) * 2008-08-01 2012-10-31 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6013740B2 (ja) * 2012-02-03 2016-10-25 東京エレクトロン株式会社 離脱制御方法及びプラズマ処理装置の制御装置
JP6407694B2 (ja) * 2014-12-16 2018-10-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
JP6727068B2 (ja) * 2016-08-08 2020-07-22 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270576A (ja) 2001-03-06 2002-09-20 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2007081208A (ja) 2005-09-15 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法及び処理装置
JP2009141014A (ja) 2007-12-04 2009-06-25 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及び処理方法
KR101155535B1 (ko) * 2010-09-21 2012-06-19 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 진공처리시스템
JP2014011215A (ja) 2012-06-28 2014-01-20 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR20150053899A (ko) * 2012-09-12 2015-05-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치
KR20160012904A (ko) * 2014-07-25 2016-02-03 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리 장치

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