KR20220091388A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 플라스마 처리 중의 기판의 과잉 대전을 억제한다.
[해결 수단] 플라스마 처리 장치는, 챔버와, 기판 흡착부와, 전압 공급부와, 도전성 부재를 구비한다. 챔버는, 내부에서 생성된 플라스마에 의해, 내부에 배치된 기판을 처리한다. 기판 흡착부는, 챔버 내에 마련되고, 내부에 전극을 갖고, 해당 전극에 인가된 전압에 의해 기판을 흡착한다. 도전성 부재는, 챔버 내에 마련되어 있다. 전압 공급부는, 기판 흡착부 내의 전극에 전압을 인가한다. 전압 공급부의 기준 전위의 단자는, 도전성 부재에 접속되어 있고, 전압 공급부는, 도전성 부재의 전위를 기준 전위로 하는 전압을 기판 흡착부 내의 전극에 인가한다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 개시의 여러 가지의 측면 및 실시 형태는, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들면 하기 특허 문헌 1에는, 정전 척에 흡착된 피흡착물을 신속하게 이탈시키기 위해서, 불활성 가스의 플라스마를 이용하여 정전 척에 흡착된 웨이퍼의 잔류 전하를 제거할 때에, 척 전극에 제전 전압을 인가하는 기술이 개시되어 있다. 제전 전압은, 플라스마 인가 시의 웨이퍼의 셀프 바이어스 전위에 상당하는 전압이다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 2004-47511호 공보
본 개시는, 플라스마 처리 중의 기판의 과잉 대전을 억제할 수가 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 개시의 일 측면은, 플라스마 처리 장치로서, 챔버와, 기판 흡착부와, 전압 공급부와, 도전성 부재를 구비한다. 챔버는, 내부에서 생성된 플라스마에 의해, 내부에 배치된 기판을 처리한다. 기판 흡착부는, 챔버 내에 마련되고, 내부에 전극을 갖고, 해당 전극에 인가된 전압에 의해 기판을 흡착한다. 도전성 부재는, 챔버 내에 마련되어 있다. 전압 공급부는, 기판 흡착부 내의 전극에 전압을 인가한다. 전압 공급부의 기준 전위의 단자는, 도전성 부재에 접속되어 있고, 전압 공급부는, 도전성 부재의 전위를 기준 전위로 하는 전압을 기판 흡착부 내의 전극에 인가한다.
본 개시의 여러 가지의 측면 및 실시 형태에 의하면, 플라스마 처리 중의 기판의 과잉 대전을 억제할 수가 있다.
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 링 어셈블리의 확대도이다.
도 3은, 정전 척 내의 전극, 에지 링, 가변 직류 전원, 및 스위치의 접속 관계의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4는, 흡착 처리에 있어서의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 비교예에 있어서의 플라스마 처리 시의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 시의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제전 처리 시의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 제 2 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하에, 개시되는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법의 실시 형태에 대해, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법이 한정되는 것은 아니다.
그런데, 플라스마 처리 전에는, 기판의 흡착 처리가 행해진다. 흡착 처리에서는, 기판과 기판을 흡착하는 기판 흡착부 사이에 미리 정해진 크기의 정전기력이 발생하도록, 기판 흡착부 내의 전극에 미리 정해진 크기의 직류 전압이 인가된다. 그러나, 플라스마 처리 중에는, 기판에 셀프 바이어스가 발생한다. 그 때문에, 플라스마 처리 중에는, 기판과 기판 흡착부 사이의 정전기력의 세기가 미리 정해진 세기로부터 셀프 바이어스 분 변동하고, 약해지면 기판이 기판 흡착부로부터 어긋나기 쉬워지고, 강해지면 하기에 나타내는 리스크가 발생한다.
기판과 기판 흡착부 사이의 정전기력이 강해지면, 기판과 기판 흡착부 사이의 마찰력이 커진다. 이것에 의해, 기판과 기판 흡착부 사이의 열 팽창율의 차에 따라 기판과 기판 흡착부 사이의 마찰에 의해 발생하는 파티클 양이 증가하는 경우가 있다. 또, 플라스마 처리 중에 발생하는 셀프 바이어스에 의해 기판이 대전하면, 발생한 파티클이 기판에 부착하기 쉬워진다. 또, 기판과 기판 흡착부 사이의 정전기력이 강해지면, 처리 후의 기판을 리프트 핀 등에 의해 기판 흡착부로부터 떼어 놓는 경우에, 기판이 튀거나 기판이 갈라지거나 하는 경우가 있다.
그래서, 본 개시는, 플라스마 처리 중의 기판의 과잉 대전을 억제할 수가 있는 기술을 제공한다.
(제 1 실시 형태)
［플라스마 처리 장치(100)의 구성］
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치(100)의 일례를 나타내는 도면이다. 플라스마 처리 장치(100)는, 장치 본체(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 장치 본체(1)는, 플라스마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30), 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또, 장치 본체(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 1개의 처리 가스를 플라스마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 배치되어 있다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 위쪽에 배치되어 있다. 일 실시 형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라스마 처리 챔버(10)의 천장부(Ceiling)의 적어도 일부를 구성한다.
플라스마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라스마 처리 챔버(10)의 측벽(10a), 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라스마 처리 공간(10s)을 가진다. 플라스마 처리 챔버(10)은, 적어도 1개의 처리 가스를 플라스마 처리 공간(10s)에 공급하기 위한 적어도 1개의 가스 공급구와, 플라스마 처리 공간(10s)으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 1개의 가스 배출구를 가진다. 측벽(10a)은 접지되어 있다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라스마 처리 챔버(10)의 하우징과는 전기적으로 절연되어 있다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 링 어셈블리(112)는, 에지 링(112a)과 커버 링(112b)을 가진다. 에지 링(112a)은, 포커스 링이라고 불리는 경우도 있다. 에지 링(112a)은, 도전성 부재의 일례이다. 본체부(111)는, 기판 W를 지지하기 위한 중앙 영역인 기판 지지면(111a)과, 에지 링(112a)을 지지하기 위한 고리 형상 영역인 링 지지면(111b)을 가진다. 기판 W는 웨이퍼라고 불리는 경우도 있다. 본체부(111)의 링 지지면(111b)은, 평면에서 보아 본체부(111)의 기판 지지면(111a)를 둘러싸고 있다. 기판 W는, 본체부(111)의 기판 지지면(111a) 상에 배치되고, 에지 링(112a)은, 본체부(111)의 기판 지지면(111a) 상의 기판 W를 둘러싸도록 본체부(111)의 링 지지면(111b) 상에 배치되어 있다.
본체부(111)는, 정전 척(1110) 및 기대(1111)를 포함한다. 정전 척(1110)은, 기판 흡착부의 일례이다. 기대(1111)는, 도전성 부재를 포함한다. 기대(1111)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 정전 척(1110)은, 기대(1111) 위에 배치되어 있다. 정전 척(1110)의 상면은, 기판 지지면(111a)이다. 정전 척(1110)에는, 전극(1110a)이 마련되어 있다. 전극(1110a)에는, 가변 직류 전원(114)의 일단이 접속된다. 가변 직류 전원(114)의 타단, 즉, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자는, 스위치(116)를 통하여 접지되어 있다. 또, 가변 직류 전원(114)의 타단은, 필터 회로(115)를 통하여 기대(1111)에 접속되어 있다. 가변 직류 전원(114)은, 전압 공급부의 일례이다. 전극(1110a)은, 가변 직류 전원(114)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해, 기판 지지면(111a)에 클롱력 등의 정전력을 발생시킨다. 이것에 의해, 정전 척(1110)은, 기판 지지면(111a) 위에 배치된 기판 W를 흡착한다. 필터 회로(115)는, 기대(1111)에 공급된 RF 전력이 가변 직류 전원(114) 내에 유입하는 것을 억제한다.
링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 고리 형상 부재를 포함한다. 1 또는 복수의 고리 형상 부재 중 적어도 1개는 에지 링(112a)이며, 다른 적어도 하나는, 커버 링(112b)이다. 에지 링(112a)은, 예를 들면 실리콘 등을 포함하는 도전성의 부재에 의해 형성되어 있고, 커버 링(112b)은, 예를 들면 석영 등에 의해 형성되어 있다. 도 2는, 링 어셈블리(112)의 확대도이다. 커버 링(112b) 내에는, 예를 들면 도 2에 나타나는 바와 같이 금속 등의 도전성 부재로 형성된 접속 부재(50)가 마련되어 있다.
접속 부재(50)와 에지 링(112a) 사이에는, 금속 등의 도전성 부재에 의해 스파이럴 형상으로 형성된 실 부재(51)가 마련되어 있다. 접속 부재(50)와 에지 링(112a)은, 실 부재(51)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또, 접속 부재(50)와 기대(1111) 사이에는, 금속 등의 도전성 부재에 의해 스파이럴 형상으로 형성된 실 부재(52)가 마련되어 있다. 접속 부재(50)와 기대(1111)는, 실 부재(52)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이것에 의해, 기대(1111)와 에지 링(112a)은, 접속 부재(50)를 통하여 전기적으로 접속된다. 따라서, 정전 척(1110) 내의 전극(1110a), 에지 링(112a), 가변 직류 전원(114), 및 스위치(116)는, 기대(1111)를 통하여, 예를 들면 도 3과 같이 접속되어 있다. 또한, 도 3에서는, 필터 회로(115)가 생략되어 있다.
또, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는, 정전 척(1110), 링 어셈블리(112), 및 기판 W 중 적어도 1개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함해도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 유로에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또, 기판 지지부(11)는, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 좋다.
또, 정전 척(1110) 및 기대(1111)에는, 정전 척(1110) 및 기대(1111)를 관통하도록, 도시하지 않은 복수(예를 들면 3개)의 리프트 핀이 마련되어 있다. 복수의 리프트 핀은, 정전 척(1110) 및 기대(1111)를 관통하도록 상하로 이동 가능하다. 플라스마 처리가 종료한 기판 W는, 리프트 핀에 의해 들어 올려지고, 도시하지 않은 로봇 암 등의 반송 장치에 의해 플라스마 처리 챔버(10) 내로부터 반출된다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터가 적어도 1개의 처리 가스를 플라스마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 1개의 가스 공급구(13a), 적어도 1개의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 가진다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라스마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또, 샤워 헤드(13)는, 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 장착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI：Side Gas Injector)를 포함해도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 1개의 가스 소스(21) 및 적어도 1개의 유량 제어기(22)를 포함해도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 1개의 처리 가스를, 대응하는 가스 소스(21)로부터 대응하는 유량 제어기(22)를 통하여 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성되어 있다. 각 유량 제어기(22)는, 예를 들면 매스 플로우 콘트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함해도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 1개의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 1 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 포함해도 좋다.
전원(30)은, 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 통하여 플라스마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF(Radio Frequency) 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 1개의 RF 신호를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 공급하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 1개의 처리 가스로부터 플라스마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라스마 처리 챔버(10)에 있어서 1 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라스마를 생성하도록 구성되는 플라스마 생성부 중 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급하는 것에 의해, 기판 W에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라스마 내의 이온 성분을 기판 W에 인입할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, RF 전원(31)은, 제 1 RF 생성부(31a) 및 제 2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제 1 RF 생성부(31a)는, 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 통하여 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 결합되고, 플라스마 생성용의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 소스 RF 신호는, 소스 RF 전력이라고 불러도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호는, 13MHz~150MHz의 범위 내의 주파수의 신호를 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 제 1 RF 생성부(31a)는, 다른 주파수를 가지는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 공급된다.
제 2 RF 생성부(31b)는, 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 통하여 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되고, 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 바이어스 RF 신호는, 바이어스 RF 전력이라고 불러도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호보다 낮은 주파수를 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수의 신호를 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 제 2 RF 생성부(31b)는, 다른 주파수를 가지는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급된다. 또, 여러 가지의 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 1개는 펄스화 되어도 좋다.
또, 전원(30)은, 플라스마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC(Direct Current) 전원(32)을 포함해도 좋다. DC 전원(32)은, 제 1 DC 생성부(32a) 및 제 2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, 제 1 DC 생성부(32a)는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 접속되고, 제 1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 1 DC 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 인가된다. 다른 실시 형태에 있어서, 제 1 DC 신호는, 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)과 같은 다른 전극에 인가되어도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, 제 2 DC 생성부(32b)는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 접속되고, 제 2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 2 DC 신호는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 인가된다. 여러 가지의 실시 형태에 있어서, 제 1 및 제 2 DC 신호 중 적어도 1개는 펄스화 되어도 좋다. 또한, 제 1 DC 생성부(32a) 및 제 2 DC 생성부(32b)는, RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 좋고, 제 1 DC 생성부(32a)가 제 2 RF 생성부(31b)를 대신하여 마련되어도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예를 들면 플라스마 처리 챔버(10)의 바닥부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함해도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프, 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서 기술되는 여러 가지의 공정을 장치 본체(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 기술되는 여러 가지의 공정을 실행하도록 장치 본체(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 장치 본체(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 예를 들면 컴퓨터(2a)를 포함해도 좋다. 컴퓨터(2a)는, 예를 들면, 처리부(2a1), 기억부(2a2), 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 좋다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 근거하여 여러 가지의 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 처리부(2a1)는, CPU(Central Processing Unit)를 포함해도 좋다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통하여 장치 본체(1)와의 사이에서 통신을 행한다.
［기판 W의 흡착 처리］
기판 W에 플라스마 처리가 시행되는 경우, 기판 W가 플라스마 처리 챔버(10) 내에 반입된다. 그리고, 정전 척(1110) 위에 기판 W가 배치된 후, 흡착 처리가 실행되는 것에 의해, 기판 W가 기판 지지면(111a)에 흡착된다. 흡착 처리에서는, 미리 정해진 크기의 직류 전압이 가변 직류 전원(114)으로부터 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 인가된다. 그리고, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통하여 플라스마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스가 공급되고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 RF 소스 신호가 공급된다. 또한, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 공급되는 가스는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스여도 좋다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 플라스마가 생성되고, 기판 W와 에지 링(112a)이 플라스마를 통하여 전기적으로 접속된다. 이것에 의해, 예를 들면 도 4에 나타나는 바와 같은 폐회로가 형성된다. 또한, 흡착 처리 시에는, 스위치(116)은 열린 상태로 제어되어 있다.
예를 들면 도 4에 나타나는 바와 같이, 기판 W와 전극(1110a) 사이에는, 용량 C0의 용량 성분(120)이 존재한다. 또, 기판 W에는, 플라스마에 의해 셀프 바이어스 Vdc0가 발생한다. 여기서, 흡착 처리에서는 플라스마를 통하여 폐회로를 형성하기 위해서 플라스마가 생성되지만, 플라스마에 의해 발생하는 셀프 바이어스 Vdc0가 너무 크면, 처리 가스를 이용한 플라스마에 의한 본래의 처리를 행하기 전에, 흡착 처리에서 기판 W가 데미지를 받는 경우가 있다. 그 때문에, 흡착 처리에서는, 셀프 바이어스 Vdc0가 작고, 약한 플라스마가 생성된다.
가변 직류 전원(114)으로부터 인가되는 직류 전압을 V0, 용량 성분(120)에 차지되는 전하를 Q0라 하면, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F0는, 셀프 바이어스 Vdc0가 V0에 대해서 무시할 수 있을만큼 작기 때문에, 예를 들면 하기 식 (1)과 같이 나타내진다.
[수 1]
Figure pat00001
상기 식 (1)에 있어서, k는 상수이며, r은 기판 W와 전극(1110a) 사이의 거리이다. 또한, 전극(1110a)에 인가되는 직류 전압 V0는, 정전기력 F0가 미리 정해진 크기로 되는 값으로 미리 설정된다.
［비교예에 있어서의 기판의 대전］
여기서, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 접지되어 있고, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a)에 접속되어 있지 않은 구성을, 비교예로서 설명한다. 도 5는, 비교예에 있어서의 플라스마 처리 시의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
기판 W에 대한 플라스마 처리가 개시되면, 흡착 처리에 있어서의 셀프 바이어스 Vdc0보다 큰 셀프 바이어스 Vdc1이 발생한다. 또, 플라스마 처리가 개시되면, 플라스마의 영향을 받아 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 흡착 상태가 변화하고, 기판 W와 전극(1110a) 사이의 용량 성분(120)의 용량이 C0로부터 C1로 변화한다. 또, 플라스마 처리가 개시되면, 플라스마의 영향을 받아 기판 W의 온도나 정전 척(1110)의 표면 상태가 변화하고, 기판 W와 기판 지지면(111a)의 접촉면 상태가 변화한다. 이것에 의해, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 용량 C2의 용량 성분(121)이나 저항값 RC의 저항 성분(122)이 발생한다.
용량 성분(120)에 쌓이는 전하 Q1, 용량 성분(121)에 쌓이는 전하 Q2는, 예를 들면 하기 식 (2)와 같이 나타내진다. 또한, 플라스마 처리 중의 용량 성분(120)의 용량 C1은, 흡착 처리 시의 용량 성분(120)의 용량 C0와 거의 같은 크기이다.
[수 2]
Figure pat00002
여기서, 흡착 처리 시에 용량 성분(120)에 쌓이는 전하 Q0은 C0V0이기 때문에, 상기의 식 (2)를 참조하면, 플라스마 처리 시에는, 셀프 바이어스 Vdc1의 영향에 의해, 흡착 처리 시에 쌓이는 전하 Q0보다 큰 전하 Q1 및 Q2가 기판 W에 쌓여 있다. 이것에 의해, 플라스마 처리 중에 플라스마 처리 공간(10s) 내에서 발생한 파티클이 기판 W에 끌어 당겨지기 쉽게 된다.
또, 용량 성분(120) 및 용량 성분(121)에 의해 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F는, 예를 들면 하기 식 (3)과 같이 나타내진다.
[수 3]
Figure pat00003
여기서, 용량 성분(121)의 용량 C2는, 용량 성분(120)의 용량이 C1에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작기 때문에, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F는, 예를 들면 하기 식 (4)와 같이 근사할 수 있다.
[수 4]
Figure pat00004
상기 식 (4)와 전술의 식 (1)을 비교하면, 플라스마 처리 시의 정전기력 F는, 셀프 바이어스 Vdc1의 영향에 의해, 흡착 처리 시의 정전기력 F0보다 커지고 있다. 그 때문에, 비교예에서는, 플라스마 처리 시에, 기판 W와 정전 척(1110) 사이의 흡착력이 과대하게 되어 있다고 생각된다. 또한, 셀프 바이어스 Vdc1은, 플라스마 처리 상태에 따라 변동하기 때문에, 셀프 바이어스 Vdc1을 가미한 크기의 직류 전압 V0을 미리 정확하게 설정하는 것은 어렵다.
기판 W와 정전 척(1110) 사이의 흡착력이 과대하게 되면, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 마찰력이 커진다. 이것에 의해, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 열팽창율의 차에 따라 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 마찰에 의해 발생하는 파티클의 양이 증가하는 경우가 있다. 또, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 흡착력이 과대하게 되면, 플라스마 처리 후의 기판 W를 리프트 핀 등에 의해 기판 지지면(111a)으로부터 떼어 놓는 경우에, 기판 W가 튀거나 기판 W가 갈라지거나 하는 경우가 있다.
［본 실시 형태에 있어서의 기판의 대전］
도 6은, 본 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 시의 등가 회로의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a)에 전기적으로 접속되어 있고, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위가, 에지 링(112a)의 전위와 동등하게 되어 있다. 그리고, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 플라스마가 생성되는 것에 의해, 기판 W와 에지 링(112a)이 플라스마를 통하여 전기적으로 접속되고, 예를 들면 도 6에 나타나는 바와 같은 폐회로가 형성된다. 또한, 플라스마 처리 중은, 스위치(116)가 열린 상태로 제어되고 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 기판 W에 대한 플라스마 처리가 개시되면, 흡착 처리에 있어서의 셀프 바이어스 Vdc0보다 큰 셀프 바이어스 Vdc1이 발생한다. 또, 플라스마 처리가 개시되면, 플라스마의 영향을 받아 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 흡착 상태가 변화하고, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 용량 성분(120)의 용량이 C1로 변화한다. 또, 플라스마 처리가 개시되면, 플라스마의 영향을 받아 기판 W의 온도나 정전 척(1110)의 표면 상태가 변화하고, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 용량 C2의 용량 성분(121)이나 저항값 RC의 저항 성분(122)이 발생한다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a)에 전기적으로 접속되어 있고, 기판 W와 에지 링(112a)이 플라스마를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 그 때문에, 가변 직류 전원(114)을 포함하는 폐회로 내에는, 플라스마에 의한 셀프 바이어스 Vdc1의 전압은 포함되지 않는다. 따라서, 용량 성분(120) 및 용량 성분(121)에 인가되는 전압은, 흡착 처리 시와 같은 전압 V0로 유지된다. 이것에 의해, 용량 성분(120)에 쌓이는 전하 Q1＇및 용량 성분(121)에 쌓이는 전하 Q2＇는, 각각 하기 식 (5)와 같이 나타내진다.
[수 5]
Figure pat00005
또, 용량 성분(120) 및 용량 성분(121)에 의해 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F＇는, 예를 들면 하기 식 (6)과 같이 나타내진다.
[수 6]
Figure pat00006
여기서, 용량 성분(121)의 용량 C2는, 용량 성분(120)의 용량이 C1에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작다. 또, 용량 성분(120)의 용량 C1은, 흡착 처리 시의 용량 성분(120)의 용량 C0과 거의 같다. 그 때문에, 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F＇는, 예를 들면 하기 식 (7)과 같이 근사할 수 있다.
[수 7]
Figure pat00007
상기의 식 (1) 및 식 (7)을 참조하면, 본 실시 형태에서는, 플라스마 처리 시여도, 기판 W에는, 셀프 바이어스 Vdc1의 크기에 상관없이, 흡착 처리 시에 기판 W와 전극(1110a) 사이에 발생하는 정전기력 F0과 동등의 정전기력 F＇가 발생하고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a)에 전기적으로 접속되어 있는 것에 의해, 플라스마 처리 중에 있어서 기판 W와 전극(1110a) 사이에 과잉 정전기력이 발생하는 것이 억제된다. 이것에 의해, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 마찰력의 증대가 억제되고, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 열팽창율의 차에 따라 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 마찰에 의해 발생하는 파티클이 억제된다. 또, 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 흡착력의 증대가 억제되기 때문에, 플라스마 처리 후의 기판 W를 리프트 핀 등에 의해 기판 지지면(111a)으로부터 떼어 놓는 경우에, 기판 W가 튀거나 기판 W가 갈라지거나 하는 것을 억제할 수가 있다.
또한, 플라스마 처리가 종료한 경우에는, 제전 처리가 행해진다. 제전 처리에서는, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 플라스마가 생성되고, 예를 들면 도 7에 나타나는 바와 같이, 가변 직류 전원(114)의 전압이 0(즉 단락 상태)으로 제어되고, 스위치(116)가 닫힌 상태로 제어된다. 이것에 의해, 기판 W에 쌓여 있던 전하가 제거된다. 제전 처리에서는 플라스마를 통하여 폐회로를 형성하기 때문에 플라스마가 생성되지만, 플라스마에 의해 발생하는 셀프 바이어스 Vdc2가 너무 크면, 본래의 처리가 실시된 기판 W에 대해서 데미지를 더 주는 경우가 있다. 그 때문에, 제전 처리에서는, 셀프 바이어스 Vdc2가 작고, 약한 플라스마가 생성된다.
［플라스마 처리 방법］
도 8은, 본 개시의 제 1 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 예를 들면, 정전 척(1110) 상에 처리 전의 기판 W가 배치되는 것에 의해, 도 8에 예시된 처리가 개시된다. 도 8에 예시된 각 처리는, 제어부(2)가 장치 본체(1)의 각 부를 제어하는 것에 의해 실현된다.
우선, 흡착 처리가 실행된다(S10). 스텝 S10은, 공정 a)의 일례이다. 스텝 S10에서는, 가변 직류 전원(114)으로부터 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 미리 정해진 전압 V0이 인가된다. 그리고, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통하여 플라스마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스가 공급되고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 RF 소스 신호가 공급된다. 또한, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 공급되는 가스는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스여도 좋다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 플라스마가 생성되고, 예를 들면 도 4에 나타나는 바와 같은 폐회로가 형성된다. 그리고, 기판 W와 전극(1110a) 사이의 용량 성분(120)에 쌓인 전하 Q0에 기인하는 정전기력 F0에 의해, 기판 W가 기판 지지면(111a)에 흡착된다.
다음에, 전극(1110a)에 인가되는 직류 전압이 안정된 후에 기판 W에 대한 플라스마 처리가 실행된다(S11). 스텝 S11은, 공정 b)의 일례이다. 스텝 S11에서는, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통하여 플라스마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스가 공급되고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 RF 소스 신호가 공급된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 플라스마가 생성되고, 예를 들면 도 6에 나타난 바와 같은 폐회로가 형성된다. 그리고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 바이어스 RF 신호가 공급되는 것에 의해 기판 W에 바이어스 전위가 발생하고, 플라스마 내의 이온 성분이 기판 W에 인입되고, 기판 W에 에칭 등의 처리가 실시된다.
다음에, 플라스마 처리가 종료된 후에, 제전 처리가 실행된다(S12). 스텝 S12에서는, 가변 직류 전원(114)의 전압이 0(즉 단락 상태)으로 제어되고, 스위치(116)가 닫힌 상태로 제어된다. 그리고, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통하여 플라스마 처리 공간(10s) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 공급된다. 그리고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 RF 소스 신호가 공급된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 플라스마가 생성되고, 기판 W에 쌓여 있던 전하가 제거된다.
다음에, 기판 W에 쌓여 있던 전하가 충분히 제거된 타이밍에서, 기판 W는, 도시하지 않은 리프트 핀에 의해 들어 올려지고, 도시하지 않은 로봇 암 등의 반송 장치에 의해 플라스마 처리 챔버(10)내로부터 반출된다(S13). 그리고, 본 흐름도에 나타난 플라스마 처리 방법이 종료한다.
이상, 제 1 실시 형태에 대해 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 장치 본체(1)는, 플라스마 처리 챔버(10)와, 정전 척(1110)과, 가변 직류 전원(114)과, 에지 링(112a)을 구비한다. 플라스마 처리 챔버(10)는, 내부에서 생성된 플라스마에 의해, 내부에 배치된 기판 W를 처리한다. 정전 척(1110)은, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 마련되고, 내부에 전극(1110a)을 갖고, 해당 전극(1110a)에 인가된 전압에 의해 기판 W를 흡착한다. 에지 링(112a)은, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 가변 직류 전원(114)은, 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 전압을 인가한다. 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자는, 에지 링(112a)에 접속되어 있고, 가변 직류 전원(114)은, 에지 링(112a)의 전위를 기준 전위로 하는 전압을 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 인가한다. 이것에 의해, 플라스마 처리 중의 기판 W의 과잉 대전을 억제할 수가 있다.
(제 2 실시 형태)
플라스마 처리가 행해지면, 플라스마의 영향을 받아 기판 W와 기판 지지면(111a) 사이의 흡착 상태가 변화하고, 기판 W와 전극(1110a) 사이의 용량 성분(120)의 용량이 C0으로부터 C1로 변화하고, 용량 C2의 용량 성분(121)나 저항값 RC의 저항 성분(122)이 발생한다. 플라스마 처리의 시간이 길어지면, 플라스마 처리의 개시 시에 대해서, 용량 성분(120)의 용량 C1 및 용량 성분(121)의 용량 C2의 변화가 커진다. 그 때문에, 용량 성분(120) 및 용량 성분(121)에 인가되고 있는 전압이 V0인 채로 있어도, 용량 성분(120) 및 용량 성분(121)에 쌓이는 전하의 양이 변화한다. 이것에 의해, 기판 W와 정전 척(1110) 사이의 흡착력이 변화한다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 제어부(2)가, 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 정전 척(1110)의 전극(1110a)에 인가되는 전압의 크기를 변경하도록 가변 직류 전원(114)을 제어한다. 이것에 의해, 정전 척(1110)이 기판 W를 흡착하는 힘의 변동이 억제된다. 예를 들면, 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라, 정전 척(1110)이 기판 W를 흡착하는 힘의 변동이 미리 측정된다. 그리고, 정전 척(1110)이 기판 W를 흡착하는 힘을 일정하게 하기 위해서, 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 전극(1110a)에 인가되는 전압의 크기가, 실험 등에 의해 미리 추정된다. 제어부(2)는, 플라스마 처리 시에, 미리 추정된 전압의 크기를, 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 전극(1110a)에 인가한다. 이것에 의해, 플라스마 처리의 시간이 긴 경우여도, 기판 W와 정전 척(1110) 사이의 흡착력의 변화를 저감할 수가 있다.
［플라스마 처리 방법］
도 9는, 본 개시의 제 2 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 9에 있어서, 도 8과 같은 부호를 부여한 처리는, 도 8에 있어서의 처리와 같기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 있어서의 스텝 S11에서는, 우선, 기판 W에 대한 플라스마 처리가 개시된다(S110). 스텝 S110에서는, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통하여 플라스마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스가 공급되고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽에 RF 소스 신호가 공급된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 공간(10s) 내에 플라스마가 생성되고, 예를 들면 도 4에 나타나는 바와 같은 폐회로가 형성된다. 그리고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 바이어스 RF 신호가 공급되는 것에 의해 기판 W에 바이어스 전위가 발생하고, 플라스마 내의 이온 성분이 기판 W에 인입되고, 기판 W에 대한 에칭 등의 처리가 개시된다.
다음에, 제어부(2)는, 플라스마 처리가 개시되고 나서 미리 정해진 시간이 경과했는지 여부를 판정한다(S111). 플라스마 처리가 개시되고 나서 미리 정해진 시간이 경과하고 있지 않은 경우(S111：No), 다시 스텝 S111에 나타난 처리가 실행된다.
한편, 플라스마 처리가 개시되고 나서 미리 정해진 시간이 경과한 경우(S111： Yes), 제어부(2)는, 전극(1110a)에 인가하는 전압의 크기를, 플라스마 처리가 개시되고 나서의 경과 시간에 따른 크기로 변경한다(S112). 스텝 S112는, 공정 c)의 일례이다.
다음에, 제어부(2)는, 플라스마 처리가 종료했는지 여부를 판정한다(S113). 플라스마 처리가 종료하고 있지 않은 경우(S113：No), 다시 스텝 S111에 나타난 처리가 실행된다. 한편, 플라스마 처리가 종료한 경우(S113：Yes), 스텝 S12에 나타난 처리가 실행된다.
이상, 제 2 실시 형태에 대해 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 방법은, 공정 a), 공정 b), 및 공정 c)를 포함한다. 공정 a)에서는, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 마련된 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 전압을 인가하는 것에 의해, 기판 W를 정전 척(1110)에 흡착시킨다. 공정 b)에서는, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 생성된 플라스마에 의해, 기판 W를 처리한다. 공정 c)에서는, 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 인가되는 전압의 크기를 변경하는 것에 의해, 정전 척(1110)이 기판 W를 흡착하는 힘의 변동을 억제하도록 제어한다. 정전 척(1110) 내의 전극(1110a)에 인가되는 전압은, 플라스마 처리 챔버(10) 내에 마련된 에지 링(112a)의 전위를 기준 전위로 하는 전압이다. 이것에 의해, 플라스마 처리 중의 기판 W의 과잉 대전을 억제할 수가 있다.
［그 외］
또한, 본원에 개시된 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기한 각 실시 형태에서는, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a)에 접속되고, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위가 에지 링(112a)의 전위와 동등하게 되도록 설정되었다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 다른 형태로서, 커버 링(112b)이 도전성의 부재에 의해 형성되고, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 커버 링(112b)에 접속되어도 좋다. 혹은, 에지 링(112a) 및 커버 링(112b)이 도전성의 부재에 의해 형성되고, 가변 직류 전원(114)의 기준 전위의 단자가 에지 링(112a) 및 커버 링(112b)에 접속되어도 좋다.
또, 상기한 실시 형태에서는, 플라스마원의 일례로서 용량 결합형 플라스마(CCP)를 이용하여 처리를 행하는 플라스마 처리 장치(100)를 설명했지만, 플라스마원은 이것에 한정되지 않는다. 용량 결합형 플라스마 이외의 플라스마원으로서는, 예를 들면, 유도 결합 플라스마(ICP), 마이크로파 여기 표면파 플라스마(SWP), 전자 사이클로트론 공명 플라스마(ECP), 및 헬리콘파 여기 플라스마(HWP) 등을 들 수 있다.
또한, 이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 실로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또, 상기의 실시 형태는, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 취지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
W 기판
100 플라스마 처리 장치
1 장치 본체
2 제어부
2a 컴퓨터
10 플라스마 처리 챔버
10s 플라스마 처리 공간
11 기판 지지부
111 본체부
111a 기판 지지면
111b 링 지지면
1110 정전 척
1110a 전극
1111 기대
112 링 어셈블리
112a 에지 링
112b 커버 링
114 가변 직류 전원
115 필터 회로
116 스위치
120 용량 성분
121 용량 성분
122 저항 성분
20 가스 공급부
30 전원
31 RF 전원
32 DC 전원
40 배기 시스템
50 접속 부재
51 실 부재
52 실 부재

Claims (5)

  1. 내부에서 생성된 플라스마에 의해, 내부에 배치된 기판을 처리하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 내부에 전극을 갖고, 상기 전극에 인가된 전압에 의해 상기 기판을 흡착하는 기판 흡착부와,
    상기 챔버 내에 마련된 도전성 부재와,
    상기 전극에 전압을 인가하는 전압 공급부
    를 구비하고,
    상기 전압 공급부의 기준 전위의 단자는, 상기 도전성 부재에 접속되어 있고,
    상기 전압 공급부는, 상기 도전성 부재의 전위를 기준 전위로 하는 전압을 상기 전극에 인가하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는, 상기 기판 흡착부 상에 배치되는 상기 기판의 주위에 배치된 에지 링인 플라스마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 상기 전극에 인가되는 전압의 크기를 변경하도록 상기 전압 공급부를 제어하는 것에 의해, 상기 기판 흡착부가 상기 기판을 흡착하는 힘의 변동을 억제하도록 제어하는 제어부를 더 구비하는 플라스마 처리 장치.
  4. a) 챔버 내에 마련된 기판 흡착부 내의 전극에 전압을 인가하는 것에 의해, 기판을 상기 기판 흡착부에 흡착시키는 공정과,
    b) 상기 챔버 내에 생성된 플라스마에 의해, 상기 기판을 처리하는 공정과,
    c) 상기 플라스마에 의한 처리의 시간의 경과에 따라 상기 전극에 인가되는 전압의 크기를 변경하는 것에 의해, 상기 기판 흡착부가 상기 기판을 흡착하는 힘의 변동을 억제하도록 제어하는 공정
    을 포함하고,
    상기 전극에 인가되는 상기 전압은,
    상기 챔버 내에 마련된 도전성 부재의 전위를 기준 전위로 하는 전압인 플라스마 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는, 상기 기판 흡착부 상에 배치되는 상기 기판의 주위에 배치된 에지 링인 플라스마 처리 방법.
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