KR20210050465A - 흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용의 일 양태는, 흡착력 저하를 억제할 수 있도록, 정전 척을 구비하는 거치대에 기판 및 에지 링 중 적어도 하나인 피흡착물을 흡착하는 흡착 방법으로서, 상기 정전 척 상에 상기 피흡착물을 거치하는 단계와, 상기 정전 척의 전극에 서로 위상이 다른 n=2 이상인 n상 교류 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 n상 교류 전압은 상기 피접착물의 셀프 바이어스 전압에 기초하여 인가되는 것인 흡착 방법에 관한 것이다.

Description

흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치{ATTRACTING METHOD, MOUNTING TABLE, AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시 내용은 흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
기판에 에칭 처리 등의 원하는 처리를 하는 처리 장치에 있어, 기판을 흡착하는 거치대가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 교류 전압을 인가하는 정전 척 장치에 있어, 상기 교류 전압이 n=2 이상인 n상 교류 전압으로서, 당해 n상 교류 전압을 인가하는 전극과, 상기 각 전극 사이를 절연시키는 절연체로 이루어지는 시료 테이블과, 상기 n상 교류 전압을 인가하는 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치가 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개2003-332412호
일 측면에서, 본 개시 내용은, 흡착력 저하를 억제하는 흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 의하면, 정전 척을 구비하는 거치대에 기판 및 에지 링 중 적어도 하나인 피흡착물을 흡착하는 흡착 방법으로서, 상기 정전 척 상에 상기 피흡착물을 거치하는 단계와, 상기 정전 척의 전극에 서로 위상이 다른 n=2 이상인 n상 교류 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 n상 교류 전압은 상기 피접착물의 셀프 바이어스 전압에 기초하여 인가되는 것인 흡착 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 흡착력 저하를 억제하는 흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 정전 척의 전극 배치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 3a는 전극에 인가되는 3상 교류 전압의 일 예를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 3상 교류 전압을 인가했을 때의 흡착력 총합의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 전극에 인가되는 2상 교류 전압의 일 예를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 2상 교류 전압을 인가했을 때의 흡착력 총합의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 인가 전압과 전열 가스 유량의 일 예를 나타내는 그래프이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다. 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 평행 평판 처리 장치이며, 챔버(10)를 구비한다. 챔버(10)는, 예를 들어, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상 용기이며, 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는, 세라믹 등으로 이루어지는 절연판(12)을 사이에 두고 원기둥 형상의 지지 테이블(14)이 배치되며, 이 지지 테이블(14) 상에, 예를 들어, 거치대(16)가 설치되어 있다. 거치대(16)는, 정전 척(20)과 베이스 테이블(16a)을 포함하며, 정전 척(20)의 상면에 웨이퍼(W)를 거치한다. 웨이퍼(W)의 주위에는, 예를 들어 실리콘으로 이루어지는 환형의 에지 링(24)이 배치되어 있다. 에지 링(24)은 포커스 링이라고도 한다. 에지 링(24)은, 거치대(16)의 주위에 배치되는 외주 부재의 일 예이다. 베이스 테이블(16a) 및 지지 테이블(14)의 주위에는, 예를 들어, 석영으로 이루어지는 환형의 인슐레이터 링(26)이 구비되어 있다. 정전 척(20)의 중앙쪽 내부에서는, 도전막으로 이루어지는 제1 전극(20a)이 절연층(20b) 사이에 끼워져 있다. 제1 전극(20a)은 전원(22)에 접속된다. 전원(22)으로부터 제1 전극(20a)에 인가된 전압에 의해, 정전 척(20) 표면과 피흡착물인 웨이퍼(W) 사이에 전위차가 발생하여, 정전 척(20)의 웨이퍼 거치면에 피흡착물인 웨이퍼(W)가 흡착된다. 또한, 정전 척(20)의 외주쪽 내부에서는, 도전막으로 이루어지는 제2 전극(20c)이 절연층(20b) 사이에 끼워져 있다. 제2 전극(20c)은 전원(23)에 접속된다. 전원(23)으로부터 제2 전극(20c)에 인가된 전압에 의해, 정전 척(20) 표면과 피흡착물인 에지 링(24) 사이에 전위차가 발생하여, 정전 척(20)의 에지 링 거치면에 피흡착물인 에지 링(24)이 흡착된다. 한편, 정전 척(20)은 히터를 구비하여 이로써 온도를 제어할 수도 있다.
지지 테이블(14)의 내부에는, 예를 들어 링 형상 또는 소용돌이 형상의 냉매실(28)이 형성되어 있다. 칠러 유닛(미도시)으로부터 공급되는 소정 온도의 냉매, 예를 들어, 냉각수가 배관(30a), 냉매실(28), 배관(30b)을 통해 칠러 유닛으로 돌아온다. 냉매가 이러한 경로를 순환함으로써, 냉매 온도에 의해 웨이퍼(W) 온도를 제어할 수 있다. 또한, 전열(傳熱) 가스 공급 기구(미도시)로부터 공급된 전열 가스, 예를 들어, He 가스가 가스 공급 라인(32)을 통해 정전 척(20) 표면과 웨이퍼(W) 뒷면 간 틈새로 공급된다. 이러한 전열 가스에 의해 정전 척(20) 표면과 웨이퍼(W) 뒷면 간의 열전달 계수가 상승하여, 냉매 온도에 의한 웨이퍼(W) 온도 제어가 보다 효과적으로 된다. 또한, 정전 척(20)에 히터를 구비하는 경우, 히터에 의한 가열과 냉매에 의한 냉각에 의해, 웨이퍼(W) 온도를 응답성이 높으면서 또한 정밀도가 좋게 제어할 수가 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(미도시)로부터 공급되는 전열 가스, 예를 들어, He 가스가 가스 공급 라인(미도시)을 통해 정전 척(20) 표면과 에지 링(24) 뒷면 간 틈새로도 공급되는 구성일 수 있다. 또한, 정전 척(20) 표면과 피흡착물(웨이퍼(W), 에지 링(24)) 뒷면 간 틈새로 공급되는 He 가스의 압력을 제어함으로써, 정전 척(20)과 피흡착물(웨이퍼(W), 에지 링(24))의 전열 특성을 제어하여, 피흡착물(웨이퍼(W), 에지 링(24))의 온도를 제어할 수 있다.
상부 전극(34)은 거치대(16)에 대향하여 챔버(10)의 천정부에 구비된다. 상부 전극(34)과 거치대(16)의 사이는 플라즈마 처리 공간이다. 상부 전극(34)은 절연성 차폐부재(42)를 사이에 두고 챔버(10) 천정부의 개구를 폐색한다. 상부 전극(34)은 전극 플레이트(36)와 전극 지지체(38)를 포함한다. 전극 플레이트(36)는, 거치대(16)와의 대향면에 형성된 다수의 가스 토출 구멍(37)을 가지며, 실리콘, SiC 등과 같은 실리콘 함유물로 형성된다. 전극 지지체(38)는 전극 플레이트(36)를 착탈 가능하게 지지하며, 도전성 재료, 예를 들어, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 형성된다. 전극 지지체(38)의 내부에서는, 다수의 가스 통류 구멍(41a,41b)이 가스 확산실(40a,40b)로부터 아랫쪽으로 연장되어 가스 토출 구멍(37)에 연통되어 있다.
가스 도입구(62)는 가스 공급관(64)을 통해 처리 가스 공급원(66)에 접속된다. 가스 공급관(64)에는, 처리 가스 공급원(66)이 배치된 상류측에서부터 매스 플로우 컨트롤러(MFC,68), 개폐 밸브(70)의 순서로 구비되어 있다. 처리 가스는, 처리 가스 공급원(66)으로부터 공급되며, 매스 플로우 컨트롤러(68) 및 개폐 밸브(70)에 의해 유량 및 개폐를 제어받아 가스 공급관(64)을 통해 가스 확산실(40a,40b), 가스 통류 구멍(41a,41b)을 지나, 가스 토출 구멍(37)으로부터 샤워 형상으로 토출된다. 즉, 상부 전극(34)은 가스를 공급하는 샤워 헤드로서도 기능한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제1 고주파 전원(90)과 제2 고주파 전원(48)을 구비한다. 제1 고주파 전원(90)은 제1 고주파 전력(이하, "HF 파워"라고도 함)을 발생시키는 전원이다. 제1 고주파 전력은 플라즈마 생성에 적합한 주파수를 가진다. 제1 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어, 27MHz~100MHz 범위 내의 주파수이다. 제1 고주파 전원(90)은 정합기(88) 및 급전 라인(89)을 사이에 두고 베이스 테이블(16a)에 접속되어 있다. 정합기(88)는 제1 고주파 전원(90)의 출력 임피던스와 부하측(베이스 테이블(16a)측) 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다. 한편. 제1 고주파 전원(90)은 정합기(88)를 사이에 두고 상부 전극(34)에 접속되어 있을 수도 있다.
제2 고주파 전원(48)은 제2 고주파 전력(이하, "LF 파워"라고도 함)을 발생시키는 전원이다. 제2 고주파 전력은 제1 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수를 가진다. 제1 고주파 전력과 함께 제2 고주파 전력이 사용되는 경우에는, 제2 고주파 전력은 이온을 웨이퍼(W)로 끌어당기기 위한 바이어스용 고주파 전력으로서 사용된다. 제2 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어, 400kHz~13.56MHz 범위 내의 주파수이다. 제2 고주파 전원(48)은 정합기(46) 및 급전 라인(47)을 사이에 두고 베이스 테이블(16a)에 접속되어 있다. 정합기(46)는 제2 고주파 전원(48)의 출력 임피던스와 부하측(베이스 테이블(16a)측) 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다. 이러한 구성에 의해 거치대(16)는 하부 전극으로서도 기능한다. 한편, 이온을 웨이퍼(W)로 끌어당기기 위한 바이어스용 전력으로서, DC 펄스를 사용할 수도 있다. 이 경우, 플라즈마 처리 장치(1)는 제2 고주파 전원(48) 대신에 DC 펄스 전원(미도시)을 구비한다. DC 펄스 전원은 급전 라인(47)을 통해 베이스 테이블(16a)에 접속되어 있다. 또한, 이온을 웨이퍼(W)로 끌어당기기 위한 바이어스용 전력으로서, DC 펄스(사각형 파), 삼각형 파 등과 같은 복수 개의 입력 전압을 합성시킨 합성파를 사용할 수도 있다. 이 경우, 플라즈마 처리 장치(1)는 제2 고주파 전원(48) 대신에 합성파를 출력하는 전원(미도시)을 구비한다. 합성파를 출력하는 전원은 급전 라인(47)을 통해 베이스 테이블(16a)에 접속되어 있다.
한편, 제1 고주파 전력을 사용하지 않고 제2 고주파 전력을 사용하여, 즉, 단일의 고주파 전력만을 사용하여 플라즈마를 생성할 수도 있다. 이 경우에는, 제2 고주파 전력의 주파수는 13.56MHz보다 큰 주파수, 예를 들어, 40MHz일 수 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는 제1 고주파 전원(90) 및 정합기(88)를 구비하지 않을 수도 있다.
제2 가변 전원(50)은 상부 전극(34)에 접속되어, 직류 전압을 상부 전극(34)으로 인가한다. 제1 가변 전원(55)은 에지 링(24)에 접속되어, 직류 전압을 에지 링(24)으로 인가한다. 제1 가변 전원(55)으로부터, 에지 링(24)의 소모량에 따른 소정의 직류 전압을 에지 링(24)에 인가함으로써, 에지 링(24) 상의 시스(sheath) 두께를 제어한다. 이로써 에지 링(24) 상의 시스와 웨이퍼(W) 상의 시스 간 단차를 없애고 웨이퍼(W)의 에지부에서 이온 조사(照射) 각도가 비스듬하게 되는 것을 방지하여, 웨이퍼(W) 상에 형성된 오목부의 형상이 비스듬하게 되는 틸팅(tilting)의 발생을 회피한다.
또한, 제1 가변 전원(55)으로부터 에지 링(24)으로 전압을 인가하는 배선으로부터 분기되어, 에지 링(24)의 전압을 측정하는 직류 전압 검출기(57)가 구비되어 있다. 또한, 배선의 분기 위치에는 스위칭기(56)가 구비되어 있다. 스위칭기(56)는, 에지 링(24)과 제1 가변 전원(55)을 접속시키는 제1 상태와, 에지 링(24)과 직류 전압 검출기(57)를 접속시키는 제2 상태 간에 스위칭할 수 있도록 구성되어 있다. 스위칭기(56)를 제1 상태로 함으로써, 에지 링(24)으로 전압을 인가할 수 있다. 또한, 스위칭기(56)를 제2 상태로 함으로써, 플라즈마 처리할 때에 전자와 이온의 이동 속도 차에 의해 캐소드(cathode)인 에지 링(24)에 걸리는 전압인 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 검출할 수 있다.
배기 장치(84)는 배기관(82)에 접속된다. 배기 장치(84)는, 터보 분자 펌프 등과 같은 진공 펌프를 구비하며, 챔버(10)의 바닥부에 형성된 배기구(80)로부터 배기관(82)을 통해 배기를 행하여, 챔버(10) 안을 원하는 진공도로 감압시킨다. 또한, 배기 장치(84)는 챔버(10) 내 압력을 계측하는 압력계(미도시)의 값을 사용하면서 챔버(10) 내 압력을 일정하게 제어한다. 반출입구(85)는 챔버(10)의 측벽에 구비되어 있다. 게이트 밸브(86)의 개폐에 의해, 반출입구(85)로부터 웨이퍼(W)를 반출입시킨다.
배플 플레이트(83)는 인슐레이터 링(26)과 챔버(10) 측벽 사이에 환형으로 구비된다. 배플 플레이트(83)는 복수 개의 관통 구멍을 가지고 알루미늄으로 형성되며, 그 표면은 Y2O3 등과 같은 세라믹으로 피복되어 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어, 플라즈마 에칭 처리 등과 같은 소정의 플라즈마 처리를 할 때에는, 게이트 밸브(86)를 열고서 반출입구(85)를 통해 웨이퍼(W)를 챔버(10) 안으로 반입하여 정전 척(20)의 웨이퍼 거치면 상에 거치시키고, 게이트 밸브(86)를 닫는다. 또한, 정전 척(20)의 에지 링 거치면에는 에지 링(24)이 거치되어 있다. 처리 가스를 챔버(10) 내부로 공급하고, 챔버(10) 안을 배기 장치(84)에 의해 배기시킨다.
제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력을 거치대(16)에 인가한다. 그리고, 전원(22)에 의해 정전 척(20)의 제1 전극(20a)으로 전압을 인가하여, 웨이퍼(W)를 정전 척(20)의 웨이퍼 거치면에 흡착시킨다. 또한, 전원(23)에 의해 정전 척(20)의 제2 전극(20c)으로 전압을 인가하여, 에지 링(24)을 정전 척(20)의 에지 링 거치면에 흡착시킨다. 한편, 직류 전압을 제2 가변 전원(50)으로부터 상부 전극(34)으로 인가할 수도 있다.
플라즈마 처리 공간에 생성된 플라즈마 중의 라디칼, 이온 등에 의해, 웨이퍼(W)의 피처리면에 대해 에칭 등의 플라즈마 처리가 실시된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(200)가 구비되어 있다. 제어부(200)에 구비된 CPU는, ROM, RAM 등의 메모리에 저장된 레시피에 따라 에칭 등 원하는 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 장치 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스 배기), 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량 등이 설정되어 있을 수 있다. 또한, 레시피에는, 챔버 내 온도(상부 전극 온도, 챔버 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전 척 온도 등), 칠러로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 설정될 수도 있다. 한편, 이들 프로그램, 처리 조건 등을 나타내는 레시피는 하드 디스크, 반도체 메모리 등에 기억될 수도 있다. 또한, 레시피는 CD-ROM, DVD 등과 같이 운반 가능하며 컴퓨터에 의해 읽어들일 수 있는 기억 매체에 수용된 상태에서 소정 위치에 설정되어 읽어들여지도록 할 수도 있다.
이어서, 거치대(16)에서의 정전 척(20)의 전극 배치에 대해, 도 2a 및 도 2b를 이용하여 추가로 설명한다. 도 2a는 정전 척(20)의 웨이퍼 거치면에서의 제1 전극(20a) 배치의 일 예를 나타내는 평면도이다. 도 2b는 정전 척(20)의 에지 링 거치면에서의 제2 전극(20c) 배치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 거치면에서의 제1 전극(20a)은 전극(20a1,20a2,20a3)을 가진다. 전극(20a1,20a2,20a3)은 대략 부채 모양의 평면 형상을 가지며, 정전 척(20)의 중심 축선에 대해 둘레 방향으로 배열되어 있다. 전극(20a1,20a2,20a3)에는 각각 전원(22)이 접속된다. 전원(22)은 교류 전압을 발생시킨다.
도 2b에 나타내는 바와 같이, 에지 링 거치면에서의 제2 전극(20c)은 전극(20c1,20c2,20c3)을 가진다. 전극(20c1,20c2,20c3)은 대략 원호 모양의 평면 형상을 가지며, 정전 척(20)의 중심 축선에 대해 둘레 방향으로 배열되어 있다. 전극(20c1,20c2,20c3)에는 각각 전원(23)이 접속된다. 전원(23)은 교류 전압을 발생시킨다.
한편, 제1 전극(20a)의 각 전극(전극 20a1,20a2,20a3)을 둘레 방향으로 배열된 구성으로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며, 각 전극이 직경 방향으로 배열된 구성일 수도 있다. 또한, 제2 전극(20c)의 각 전극(전극 20c1,20c2,20c3)을 둘레 방향으로 배열되는 구성으로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며, 각 전극이 직경 방향으로 배열된 구성일 수도 있다.
이어서, 제2 전극(20c)(전극 20c1,20c2,20c3)에 인가되는 3상 교류 전압에 대해, 도 3a를 이용하여 설명한다. 도 3a는 전극(20c1,20c2,20c3)에 인가되는 3상 교류 전압의 일 예를 나타내는 그래프이다. 세로축은 인가 전압을 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다. 본 명세서에서 달리 설명이 없는 한, 어떤 지점에서의 "전압" 또는 어떤 지점에 인가되는 "전압"이란, 그 어떤 지점의 전위와 접지 전위 간의 전위차를 나타낸다. 전극(20c1)에 인가되는 교류 전압의 일 예를 실선 그래프로 나타내며, 전극(20c2)에 인가되는 교류 전압의 일 예를 일점쇄선 그래프로 나타내며, 전극(20c3)에 인가되는 교류 전압의 일 예를 파선 그래프로 나타낸다. 한편, 인가 전압의 진폭을 1로 하여 정규화해서 나타내고 있다.
일 실시형태에서, 전원(23)에 의해 전극(20c1,20c2,20c3)으로 각각 인가되는 교류 전압은, 같은 최대 진폭과 같은 주파수를 가지며, 서로 다른 위상을 갖고 있다. 예를 들어, 전극(20c1,20c2,20c3)에 인가되는 교류 전압의 위상차는 120°로 설정된다.
또한, 전원(23)에 의해 전극(20c1,20c2,20c3)으로 인가되는 교류 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하여 인가된다. 예를 들어, 전원(23)에 의해 전극(20c1,20c2,20c3)으로 인가되는 교류 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 기준으로 하여 인가된다. 바꾸어 말하면, 전원(23)에 의해 전극(20c1,20c2,20c3)으로 인가되는 교류 전압의 평균 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 의해 시프트되어 있다. 바꾸어 말하면, 전원(23)에 의해 전극(20c1,20c2,20c3)으로 인가되는 교류 전압은, 교류 성분에 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하는 음(-)의 직류 전압이 중첩(오프셋)되어 있다. 한편, 도 3a의 일 예에서는, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 -0.2로 하여 도시하고 있다.
한편, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)은, 예를 들어, 직류 전압 검출기(57)에 의해 검출된다. 그런데, 셀프 바이어스 전압(Vdc)의 검출 방법은 이에 한정되지는 않으며, 다른 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 미리 설정된 값을 셀프 바이어스 전압(Vdc)으로서 사용할 수도 있다. 설정된 값은, 예를 들어, 실험, 시뮬레이션 등에서 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 미리 구하여 제어부(200)의 메모리에 기억시킬 수도 있다. 또한, 셀프 바이어스 전압(Vdc)과 플라즈마 생성 조건(예를 들어, 바이어스용 고주파 전력으로서 사용되는 LF 파워)과의 관계식을 미리 구하여 두고, 플라즈마 생성 조건에 기초하여 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 추정할 수도 있다.
제2 전극(20c)(전극 20c1,20c2,20c3)에, 도 3a에 나타내는 3상 교류 전압을 인가했을 때의 에지 링(24)의 흡착력에 대해, 도 3b를 이용하여 설명한다. 도 3b는 3상 교류 전압을 전극(20c1,20c2,20c3)에 인가했을 때의 에지 링(24)의 흡착력 총합의 일 예를 나타내는 그래프이다. 세로축은 흡착력의 총합을 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 거치대(16)가 에지 링(24)을 흡착하는 흡착력을 일정하게 할 수 있다.
또한, 제1 전극(20a)(전극 20a1,20a2,20a3)에 인가되는 3상 교류 전압에 대해서도, 제2 전극(20c)(전극 20c1,20c2,20c3)에 인가되는 3상 교류 전압과 마찬가지로, 도 3a에 나타내는 3상 교류 전압을 인가함으로써, 도 3b에 나타내는 바와 같이 거치대(16)가 웨이퍼(W)를 흡착하는 흡착력을 일정하게 할 수 있다.
또한, 전원(22)에 의해 전극(20a1,20a2,20a3)으로 인가되는 교류 전압은, 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하여 인가된다. 예를 들어, 전원(22)에 의해 전극(20a1,20a2,20a3)으로 인가되는 교류 전압은, 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 기준으로 하여 인가된다. 바꾸어 말하면, 전원(22)에 의해 전극(20a1,20a2,20a3)으로 인가되는 교류 전압의 평균 전압은, 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 의해 시프트되어 있다. 바꾸어 말하면, 전원(22)에 의해 전극(20a1,20a2,20a3)으로 인가되는 교류 전압은, 교류 성분에 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하는 음(-)의 직류 전압이 중첩(오프셋)되어 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 검출하는 직류 전압 검출기(미도시)를 구비할 수도 있다. 또한, 미리 설정된 값을 셀프 바이어스 전압(Vdc)으로서 사용할 수도 있다. 설정된 값은, 예를 들어, 실험, 시뮬레이션 등에서 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 미리 구하여 제어부(200)의 메모리에 기억시킬 수도 있다. 또한, 셀프 바이어스 전압(Vdc)과 플라즈마 생성 조건(예를 들어, LF 파워)과의 관계식을 미리 구하여 두고, 플라즈마 생성 조건에 기초하여 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 추정할 수도 있다. 또한, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)과 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)의 관계식을 미리 구하여 두고, 직류 전압 검출기(57)에 의해 검출된 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하여 웨이퍼(W)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 추정할 수도 있다.
또한, 도2a~도3b에서는 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20c)의 갯수가 3(3극 전극)인 것으로 하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2극 전극일 수도 있고 4극 이상의 전극일 수도 있다. 또한, 제1 전극(20a)의 갯수와 제2 전극(20c)의 갯수는, 같을 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
제2 전극(20c)의 갯수가 2개인 경우에 대해, 도 4a 및 도 4b를 이용하여 추가로 설명한다. 도 4a는 제2 전극(20c)의 갯수가 2개인 경우에서 각 전극으로 인가되는 2상 교류 전압의 일 예를 나타내는 그래프이다. 세로축은 인가 전압을 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다. 제2 전극(20c)의 일 전극에 인가되는 교류 전압의 일 예를 실선 그래프로 나타내고, 제2 전극(20c)의 다른 전극에 인가되는 교류 전압의 일 예를 일점 쇄선 그래프로 나타낸다. 한편, 인가 전압의 진폭을 1로 하여 정규화해서 나타내고 있다.
전원(23)에 의해 제2 전극(20c)의 각 전극으로 인가되는 교류 전압은, 같은 최대 진폭과 같은 주파수를 가지며, 서로 다른 위상을 가진다. 예를 들어, 제2 전극(20c)의 각 전극에 인가되는 교류 전압의 위상차는 90°로 설정된다. 또한, 전원(23)에 의해 각 전극으로 인가되는 교류 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하여 인가된다. 예를 들어, 전원(23)에 의해 각 전극으로 인가되는 교류 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 기준으로 하여 인가된다. 바꾸어 말하면, 전원(23)에 의해 각 전극으로 인가되는 교류 전압의 평균 전압은, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 의해 시프트되어 있다. 바꾸어 말하면, 전원(23)에 의해 각 전극으로 인가되는 교류 전압은, 교류 성분에 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하는 음(-)의 직류 전압이 중첩(오프셋)되어 있다. 한편, 도 4a의 일 예에서는, 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 -0.2로 하여 도시하고 있다.
제2 전극(20c)의 각 전극에, 도 4a에 나타내는 2상 교류 전압을 인가했을 때의 에지 링(24)의 흡착력에 대해, 도 4b를 이용하여 설명한다. 도 4b는 2상 교류 전압을 제2 전극(20c)의 각 전극에 인가했을 때의 에지 링(24)의 흡착력 총합의 일 예를 나타내는 그래프이다. 세로축은 흡착력의 총합을 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 4b에 나타내는 바와 같이, 제2 전극(20c)의 갯수가 2개이어도 거치대(16)가 에지 링(24)을 흡착하는 흡착력을 일정하게 할 수가 있다.
일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 거치대(16)(정전 척(20))의 흡착 방법에 대해, 참고예와 대비해서 설명한다.
제1 참고예에 따른 거치대(16)는, 정전 척(20)의 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20c)에 직류 전압을 인가하여 웨이퍼(W), 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시킨다. 직류 전압을 인가하는 구성에 있어, 웨이퍼(W), 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시키는 시간이 길어지면, 웨이퍼(W), 에지 링(24)의 전하가 정전 척(20)의 절연층(20b)으로 이동한다. 그러면, 실효적으로 인가되는 직류 전압이 저하되어 정전 흡착력이 저하된다. 한편, 플라즈마 처리에서는, 플라즈마의 열이 거치대(16)로 입사한다. 거치대(16)의 온도가 올라감에 따라 전하가 이동하기 쉬워지므로, 실효적으로 인가되는 직류 전압이 더욱 저하되어 정전 흡착력 역시 더욱 저하된다.
이에 대해, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 거치대(16)의 흡착 방법은, 정전 척(20)의 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20c)에 교류 전압을 인가하여 웨이퍼(W), 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시킨다. 이로써, 장시간 동안 웨이퍼(W), 에지 링(24)을 흡착시키더라도 전하의 이동에 의한 정전 흡착력 저하를 방지할 수 있다.
제2 참고예에 따른 거치대(16)는, 정전 척(20)의 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20c)에 교류 전압을 인가하여 웨이퍼(W), 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시킨다. 제2 참고예에서는, 인가되는 교류 전압의 평균 전압은 GND를 기준으로 해서 인가된다. 바꾸어 말하면, 인가되는 교류 전압의 평균 전압을 0V로 한다.
도 5a 및 도 5b는 인가 전압과 전열 가스(He 가스) 유량의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 5a는 일 실시형태를 나타내며, 도 5b는 제2 참고예를 나타낸다. 제1 세로축은 인가 전압을 나타내고, 제2 세로축은 정전 척(20) 표면과 에지 링(24) 뒷면 간 틈새로 공급되는 전열 가스인 He 가스의 유량을 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다. 제2 전극(20c) 중 일 전극에 인가되는 교류 전압의 일 예를 실선 그래프로 나타내며, 제2 전극(20c) 중 다른 전극에 인가되는 교류 전압의 일 예를 일점쇄선 그래프로 나타낸다. 한편, 인가 전압의 진폭을 1로 하여 정규화해서 나타내고 있다. 또한, He 가스의 유량을 파선으로 나타낸다. 여기에서는, 2상 교류 전압을 예로 들어 설명한다.
이 때 플라즈마 처리에서는, 에지 링(24)에 음(-)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)이 발생한다. 그러므로, 도 5b의 예에서는, 에지 링(24)의 전위(셀프 바이어스 전압(Vdc))에서 봤을 때에 양(+)의 전압이 인가되는 시간이 음(-)의 전압이 인가되는 시간보다 길다. 또한, 인가되는 양(+)의 전압의 절대값의 최대값은, 인가되는 음(-)의 전압의 절대값의 최대값보다 크다. 그리하여, 제1 참고예에 나타내는 것처럼 직류 전압을 인가하는 경우와 마찬가지로, 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시키는 시간이 길어지면, 에지 링(24)의 전하가 정전 척(20)의 절연층(20b)으로 이동한다. 따라서, 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시키는 시간이 길면, 실효적으로 인가되는 전압이 저하하여 에지 링(24)의 흡착력이 저하된다. 또한, 인가되는 교류 전압의 평균 전압과 에지 링(24)의 전위(셀프 바이어스 전압(Vdc))의 차에 의해 에지 링(24)의 흡착력 총합이 진동하므로 안정된 흡착력을 얻을 수가 없다.
이 때 거치대(16)에 의한 에지 링(24)의 흡착력이 저하되면, 정전 척(20) 표면과 에지 링(24) 뒷면 간 틈새가 확대되어, 틈새로 공급되는 He 가스의 유량이 증가한다. 도 5b의 화살표(502)로 나타내는 바와 같이, 인가 전압의 평균 전압을 0V로 하는 경우 He 가스의 유량이 서서히 증가하고 있어서, 에지 링(24)의 흡착력이 저하되고 있음을 나타내고 있다. 또한, He 가스 유량의 변동 역시, 후술하는 도 5a에 비해 크다.
이에 대해 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 거치대(16)의 흡착 방법은, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 인가되는 교류 전압은 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)을 기준으로 한다. 바꾸어 말하면, 인가되는 교류 전압의 평균 전압이 에지 링(24)의 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 의해 시프트되어 있다.
이로써, 도 5a의 예에서는, 에지 링(24)의 전위(셀프 바이어스 전압(Vdc))에서 봤을 때에 양(+)의 전압이 인가되는 시간을 음(-)의 전압이 인가되는 시간과 동등하게 할 수가 있다. 또한, 인가되는 양(+)의 전압의 절대값의 최대값을, 인가되는 음(-)의 전압의 절대값의 최대값과 동등하게 할 수가 있다. 따라서, 에지 링(24)을 거치대(16)에 흡착시키는 시간이 길더라도, 에지 링(24)의 전하가 정전 척(20)의 절연층(20b)으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 도 5a의 화살표(501)로 나타내는 바와 같이, He 가스 유량의 증가를 억제하고 있어서, 에지 링(24)의 흡착력 저하를 방지하고 있음을 나타내고 있다. 또한, He 가스 유량의 변동 역시, 도 5b에 비해 작다.
이상, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 거치대(16)의 흡착 방법에 의하면, 정전 척(20)에 의한 피흡착물(웨이퍼(W), 에지 링(24))의 흡착 시간이 장시간이더라도 흡착력 감소를 억제할 수 있다. 이로써, 예를 들어 적층 개수가 많은 3D NAND와 같이, 피흡착물(웨이퍼(W), 에지 링(24))을 장시간 동안 흡착시키는 처리에서도, 흡착력의 저하를 억제할 수 있다.
한편, 교류 전압에 음(-)의 직류 전압인 셀프 바이어스 전압(Vdc)(도3a, 도3b의 예에서는 -0.2)을 중첩시키는 것으로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 교류 전압에 셀프 바이어스 전압(Vdc)에 기초하는 음(-)의 직류 전압(예를 들어, Vdc의 50%, -0.1)을 중첩시킬 수도 있다. 이 경우에도 제2 참고예의 구성에 비해 전하의 이동을 저감시킬 수 있으므로, 정전 척(20)에 의한 피흡착물의 흡착력 저하를 어느 정도 억제할 수 있다.
이상에서 플라즈마 처리 장치(1)의 실시형태 등에 대해 설명하였으나, 본 개시된 내용이 상기 실시형태 등으로 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 본 개시 내용의 요지의 범위 내에서 여러 변형, 개량 등이 가능하다.
본원은 일본 특허청에 2019년 10월 28일에 출원된 특허출원 2019-195653호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (8)

  1. 정전 척을 구비하는 거치대에 기판 및 에지 링 중 적어도 하나인 피흡착물을 흡착하는 흡착 방법으로서,
    상기 정전 척 상에 상기 피흡착물을 거치하는 단계와,
    상기 정전 척의 전극에 서로 위상이 다른 n=2 이상인 n상 교류 전압을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 n상 교류 전압은 상기 피접착물의 셀프 바이어스 전압에 기초하여 인가되는 것인 흡착 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n상 교류 전압은, 상기 셀프 바이어스 전압에 기초하는 음(-)의 직류 전압을 교류 성분에 중첩시켜 인가되는 것인 흡착 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀프 바이어스 전압은 플라즈마 처리 조건에 따라 산출되는 것인 흡착 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 셀프 바이어스 전압은 상기 피흡착물의 전압을 검출하는 전압 검출부의 검출값인 흡착 방법.
  5. 기판 및 에지 링 중 적어도 하나인 피흡착물을 거치하여 흡착하는 거치대로서,
    베이스 테이블과,
    상기 베이스 테이블 상에 구비되며, 내부에 전극 갯수 n=2 이상인 n극 전극을 갖는 정전 척과,
    상기 n극 전극에 서로 위상이 다른 n=2 이상인 n상 교류 전압을 인가하는 전원을 포함하며,
    상기 전원은 상기 피접착물의 셀프 바이어스 전압에 기초하여 교류 전압을 인가하는 것인 거치대.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전원은 상기 셀프 바이어스 전압에 기초하는 음(-)의 직류 전압을 교류 성분에 중첩시켜 교류 전압을 인가하는 것인 거치대.
  7. 제5항 또는 제6항에 기재된 거치대를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피흡착물의 뒷면과 상기 거치대의 표면 사이로 전열 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
KR1020200136911A 2019-10-28 2020-10-21 흡착 방법, 거치대 및 플라즈마 처리 장치 KR20210050465A (ko)

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