KR20230125750A - 플라즈마 처리 장치 및 저장 매체 - Google Patents

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KR20230125750A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 적절한 타이밍에 기판의 흡착력 저하를 검지하는 것을 목적으로 한다.
정전 전극에 공급된 전압에 의해 기판을 흡착하는 정전 척과, 정전 전극에 전압을 공급하는 직류 전원과 정전 전극 사이의 급전선에 배치되고, 정전 전극으로의 전압의 공급을 온 및 오프하는 릴레이 회로와, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 제어부를 포함하며, 제어부는, (a) 상기 정전 전극에 전압을 공급하고, 상기 정전 척의 상면에 기판을 흡착시키는 것과, (b) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 오프하며, 상기 정전 전극을 플로팅 상태로 하는 것과, (c) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 플라즈마에 의해 상기 정전 척에 흡착되어 있는 상기 기판의 처리를 시작하는 것과, (d) 상기 기판의 처리를 시작한 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온하여 상기 정전 전극으로 전압을 공급했을 때에 상기 급전선에 흐르는 전류를 취득하는 것과, (e) 상기 전류에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것을 제어하는 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치 및 저장 매체{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND STORAGE MEDIUM}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
예컨대, 특허문헌 1은, 정전 척에 의해 기판을 흡착 유지한 후, 가스를 정전 척 플레이트와 기판 사이의 간극에 도입하고, 그 간극의 압력을 모니터링함으로써 기판의 흡착 불량을 검지할 것을 제안한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제11-87480호 공보
본 개시는, 적절한 타이밍에 기판의 흡착력 저하를 검지할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 플라즈마 처리 챔버에 수용되고, 정전 전극을 가지며, 상기 정전 전극에 공급된 전압에 의해 기판을 흡착하는 정전 척과, 상기 정전 전극에 전압을 공급하는 직류 전원과, 상기 직류 전원과 상기 정전 전극 사이의 급전선에 배치되고, 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온 및 오프하는 릴레이 회로와, 상기 플라즈마 처리 챔버의 내부에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 상기 정전 전극에 전압을 공급하고, 상기 정전 척의 상면에 기판을 흡착시키는 것과, (b) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 오프하며, 상기 정전 전극을 플로팅 상태로 하는 것과, (c) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 플라즈마에 의해 상기 정전 척에 흡착되어 있는 상기 기판의 처리를 시작하는 것과, (d) 상기 기판의 처리를 시작한 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온하여 상기 정전 전극으로 전압을 공급했을 때에 상기 급전선에 흐르는 전류를 취득하는 것과, (e) 상기 전류에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것을 제어하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 적절한 타이밍에 기판의 흡착력 저하를 검지할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 기판을 흡착시킬 때의 등가 회로의 일례를 나타낸 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리시의 등가 회로의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시형태에 따른 릴레이 회로의 사용 횟수와 절연 저항값의 경시 변화의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 흡착력의 경시 저하의 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 릴레이 회로의 플로팅 시간과 누설 전하량, 전하 누설률, He 가스 누설량의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 제1 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 8은 제2 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 9는 제3 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 10은 제4 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서 평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 상하, 좌우 등의 방향에는, 각 실시형태의 효과를 해치지 않을 정도의 어긋남이 허용된다. 모서리부의 형상은 직각에 한정되지 않고, 활 모양으로 둥그스름해도 좋다. 평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 원, 일치에는, 대략 평행, 대략 직각, 대략 직교, 대략 수평, 대략 수직, 대략 원, 대략 일치가 포함되어도 좋다.
[플라즈마 처리 장치]
이하에, 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해서 설명한다. 도 1은 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서, 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 위쪽에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 상부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)와 플라즈마 처리 챔버(10)의 하우징과는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환형 영역(111b)을 갖는다. 웨이퍼는 기판(W)의 일례이다. 본체부(111)의 환형 영역(111b)은, 평면에서 볼 때 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환형 영역(111b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(111a)은, 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면이라고도 불리며, 환형 영역(111b)은, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 링 지지면이라고도 불린다.
일 실시형태에 있어서, 본체부(111)는, 베이스(1110) 및 정전 척(1111)을 포함한다. 베이스(1110)는, 도전성 부재를 포함한다. 베이스(1110)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 정전 척(1111)은, 베이스(1110) 위에 배치된다. 정전 척(1111)은, 세라믹 부재(1111a)와 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되는 정전 전극(1111b)을 포함한다. 세라믹 부재(1111a)는, 중앙 영역(111a)을 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 세라믹 부재(1111a)는, 환형 영역(111b)도 갖는다. 또한, 환형 정전 척이나 환형 절연 부재와 같은 정전 척(1111)을 둘러싸는 다른 부재가 환형 영역(111b)을 가져도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(112)는, 환형 정전 척 또는 환형 절연 부재 위에 배치되어도 좋고, 정전 척(1111)과 환형 절연 부재 양쪽 위에 배치되어도 좋다. 또한, 후술하는 RF(Radio Frequency) 전원(31) 및/또는 DC(Direct Current) 전원(32)에 결합되는 적어도 하나의 RF/DC 전극이 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 RF/DC 전극이 하부 전극으로서 기능한다. 후술하는 바이어스 RF 신호 및/또는 DC 신호가 적어도 하나의 RF/DC 전극에 공급되는 경우, RF/DC 전극은 바이어스 전극이라고도 불린다. 또한, 베이스(1110)의 도전성 부재와 적어도 하나의 RF/DC 전극이 복수의 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 정전 전극(1111b)이 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 따라서, 기판 지지부(11)는, 적어도 하나의 하부 전극을 포함한다.
링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 환형 부재를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 1 또는 복수의 환형 부재는, 1 또는 복수의 에지링과 적어도 하나의 커버링을 포함한다. 에지링은, 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버링은, 절연 재료로 형성된다.
또한, 기판 지지부(11)는, 정전 척(1111), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로(1110a), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로(1110a)에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일 실시형태에 있어서, 유로(1110a)가 베이스(1110) 내에 형성되고, 1 또는 복수의 히터가 정전 척(1111)의 세라믹 부재(1111a) 내에 배치된다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 중앙 영역(111a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다. 예컨대, 전열 가스 공급부는, 본체부(111)를 관통하는 전열 가스 공급 라인(57)으로부터 기판(W)의 이면과 중앙 영역(111a) 사이의 간극에 전열 가스의 일례인 He 가스를 공급한다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 상부 전극을 포함한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13) 이외에, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 부착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예컨대 매스 플로 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 1 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 더 포함하여도 좋다.
전원(30)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급하도록 구성된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 있어서 1 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 적어도 하나의 하부 전극에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, RF 전원(31)은, 제1 RF 생성부(31a) 및 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 결합되고, 플라즈마 생성용 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호는, 10 MHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제1 RF 생성부(31a)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급된다.
제2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극에 결합되고, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 바이어스 RF 신호의 주파수는, 소스 RF 신호의 주파수와 동일하여도 좋고 상이하여도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 100 kHz∼60 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제2 RF 생성부(31b)는, 상이한 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 적어도 하나의 하부 전극에 공급된다. 또한, 여러 가지 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(30)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함하여도 좋다. DC 전원(32)은, 제1 DC 생성부(32a) 및 제2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 제1 DC 생성부(32a)는, 적어도 하나의 하부 전극에 접속되고, 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 DC 신호는, 적어도 하나의 하부 전극에 인가된다. 일 실시형태에 있어서, 제2 DC 생성부(32b)는, 적어도 하나의 상부 전극에 접속되고, 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는, 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다.
여러 가지 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 DC 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다. 이 경우, 전압 펄스의 시퀀스가 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다. 전압 펄스는, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 이들의 조합의 펄스 파형을 가져도 좋다. 일 실시형태에 있어서, DC 신호로부터 전압 펄스의 시퀀스를 생성하기 위한 파형 생성부가 제1 DC 생성부(32a)와 적어도 하나의 하부 전극 사이에 접속된다. 따라서, 제1 DC 생성부(32a) 및 파형 생성부는, 전압 펄스 생성부를 구성한다. 제2 DC 생성부(32b) 및 파형 생성부가 전압 펄스 생성부를 구성하는 경우, 전압 펄스 생성부는, 적어도 하나의 상부 전극에 접속된다. 전압 펄스는, 양의 극성을 가져도 좋고, 음의 극성을 가져도 좋다. 또한, 전압 펄스의 시퀀스는, 1주기 내에 1 또는 복수의 양극성 전압 펄스와 1 또는 복수의 음극성 전압 펄스를 포함하여도 좋다. 또한, 제1 및 제2 DC 생성부(32a, 32b)는, RF 전원(31) 이외에 설치되어도 좋고, 제1 DC 생성부(32a)가 제2 RF 생성부(31b) 대신에 설치되어도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 설치된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서 설명되는 여러 가지 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 설명되는 여러 가지 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 처리부(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 제어부(2)는, 예컨대 컴퓨터(2a)에 의해 실현된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)로부터 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행함으로써 여러 가지 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은, 미리 기억부(2a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요할 때에, 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은, 기억부(2a2)에 저장되고, 처리부(2a1)에 의해 기억부(2a2)로부터 독출되어 실행된다. 매체는, 컴퓨터(2a)에 판독 가능한 여러 가지 기억 매체여도 좋고, 통신 인터페이스(2a3)에 접속되어 있는 통신 회선이어도 좋다. 처리부(2a1)는, CPU(Central Processing Unit)여도 좋다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
[기판의 흡착 처리]
기판(W)에 플라즈마 처리를 행하기 전에 기판의 흡착 처리가 행해진다. 기판(W)이 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 반입되고, 정전 척(1111)의 상면에 배치된다. 또한, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 가스가 공급되고, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽 모두에 RF 신호가 공급된다. 또한, 기판의 흡착 처리시에 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 공급되는 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 플라즈마가 생성된다.
이 상태에서 흡착 처리가 실행되고, 기판(W)이 기판 지지면(111a)에 흡착된다. 도 2에 기판을 흡착시킬 때의 등가 회로의 일례를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착 처리에서는 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)에 전압이 인가되고, 플라즈마를 통해 폐회로가 형성된다. 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에는, 유전체의 정전 척(1111)에 의해 용량 C0의 용량 성분(115)이 존재한다. 전하 Q0은, 이때 용량 성분(115)에 축적되는 전하이며, Q0=C0V0으로 표시된다.
기판(W)에는, RF 신호의 주로 바이어스 RF 신호에 따라 바이어스 RF 신호의 전압이 음일 때에는 바이어스 RF 신호의 전압이 양일 때보다 전압이 음으로 커지는 자기 바이어스 Vdc0이 발생한다. 발생하는 자기 바이어스 Vdc0이 지나치게 크면, 이온의 인입이 강해지고 흡착 처리로 기판(W)이 손상되는 경우가 있다. 그 때문에, 흡착 처리에서는, 자기 바이어스 Vdc0이 작은, 약한 플라즈마가 생성된다.
직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)에 공급되는 흡착 시의 전압을 V0라고 하면, 용량 성분(115)에 의해 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F0)은 자기 바이어스 Vdc0이 V0에 대하여 무시할 수 있을 정도로 작다. 이 때문에, 예컨대 하기의 식 (1)과 같이 표시된다.
F0=k(C0V0/r)2···(1)
식 (1)에 있어서 k는 정수이며, r은 기판(W)의 이면과 정전 전극(1111b) 사이의 거리이다. 또한, 정전 전극(1111b)에 공급되는 전압 V0은, 정전기력(F0)이 미리 정해진 크기가 되도록 미리 설정된 흡착 시의 직류 전압이다.
기판(W)을 흡착한 후에 처리 가스를 공급하고, 흡착 시보다 강한 처리 가스의 플라즈마에 의해 기판(W)에 플라즈마 처리를 실행한 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡착 처리에 있어서의 자기 바이어스 Vdc0보다 큰 자기 바이어스 Vdc1이 발생한다. 또한, 기판(W)의 플라즈마 처리가 시작되면, 플라즈마의 영향을 받아 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 흡착 상태가 변화되고, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이의 용량 성분(115)의 용량이 C0에서 C1로 변화된다. 또한, 기판(W)의 플라즈마 처리가 시작되면, 플라즈마의 영향을 받아 기판(W)의 온도나 정전 척(1111)의 표면의 상태가 변화되고, 기판(W)과 기판 지지면(111a)과의 접촉면의 상태가 변화된다. 이에 따라, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 용량 C2의 용량 성분(116)이나 저항값(RC)의 저항 성분(117)이 발생한다.
용량 성분(115)에 축적되는 전하 Q1, 용량 성분(116)에 축적되는 전하 Q2는, 예컨대 하기의 식 (2)와 같이 표시된다. 또한, 플라즈마 처리 중의 용량 성분(115)의 용량 C1은, 흡착 처리시의 용량 성분(115)의 용량 C0과 거의 동일한 크기이다.
Q1+Q2=C1(V0+Vdc1)+C2(V0+Vdc1)···(2)
여기서, 흡착 처리시에 용량 성분(115)에 축적되는 전하 Q0은 C0V0이기 때문에, 상기한 식 (2)를 참조하면, 플라즈마 처리시에는, 자기 바이어스 Vdc1의 영향에 의해, 흡착 처리시에 축적되는 전하 Q0보다 큰 전하 Q1 및 Q2가 기판(W)에 축적되고 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 중에 플라즈마 처리 공간(10s) 내에서 발생한 파티클이 기판(W)에 끌어당겨지기 쉬워진다.
또한, 용량 성분(115) 및 용량 성분(116)에 의해 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F)은, 예컨대 하기의 식 (3)과 같이 표시된다.
F=F1+F2=k(C1(V0+Vdc1)/r)2+k(C2(V0+Vdc1)/r)2···(3)
여기서, 용량 성분(116)의 용량 C2는, 용량 성분(115)의 용량이 C1에 대하여 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F)은, 예컨대 하기의 식 (4)와 같이 근사할 수 있다.
F≒k(C1(V0+Vdc1)/r)2···(4)
상기 식 (4)와 전술한 식 (1)을 비교하면, 흡착 후의 기판(W)의 플라즈마 처리시의 정전기력(F)은, 자기 바이어스 Vdc1의 영향에 의해, 흡착 처리시의 정전기력(F0)보다 커지고 있다. 그 때문에, 기판(W)의 플라즈마 처리시에, 기판(W)과 정전 전극(1111b)[정전 척(1111)] 사이의 흡착력이 과대해지고 있다고 생각된다. 또한, 자기 바이어스 Vdc1은, 플라즈마 처리의 상태에 따라 변동하기 때문에, 자기 바이어스 Vdc1을 가미한 크기의 전압 V0을 미리 정확하게 설정하기는 어렵다.
기판(W)과 정전 척(1111) 사이의 흡착력이 과대해지면, 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 마찰력이 커진다. 이에 따라, 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 열팽창률의 차에 따라 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 마찰에 의해 발생하는 파티클의 양이 증가한다. 덧붙여, 정전 척(1111)의 사용 온도가 올라가면 흡착력이 증대되고, 발생하는 파티클의 양이 더 증가한다. 또한, 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 흡착력이 과대해지면, 플라즈마 처리 후의 기판(W)을 리프트핀 등에 의해 기판 지지면(111a)으로부터 분리하는 경우에, 기판(W)이 튀어 오르거나 깨지는 경우가 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 흡착 처리에서는, 정전 전극(1111b)과 직류 전원(50) 사이의 급전선(52)에 배치된 릴레이 회로(51)에 의해 정전 전극(1111b)으로의 전압의 공급을 온 및 오프한다. 릴레이 회로(51)의 스위치(51a)가 온(접속 상태)으로 됨으로써, 직류 전원(50)이 정전 전극(1111b)에 접속되고, 미리 설정된 크기의 직류 전압 V0이 릴레이 회로(51) 및 급전선(52)을 통해 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)에 공급된다. 이에 따라, 기판(W)이 정전 척(1111)에 흡착된다.
흡착 처리에 있어서 정전 척(1111)의 정전 전극(1111b)에 공급되는 전압이 안정된 후에, 릴레이 회로(51)의 스위치(51a)가 오프(오픈 상태)로 되어, 플라즈마 처리가 실행된다. 도 3에 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리시의 등가 회로의 일례를 나타낸다. 스위치(51a)가 오프로 됨으로써, 정전 전극(1111b)은 플로팅 상태가 된다.
플라즈마 처리 중의 정전 전극(1111b)의 전압을 Va라고 하면, 전압 Va는 예컨대 하기의 식 (5)와 같이 표시된다.
Va=V0-Vdc1···(5)
도 3의 상태에서 용량 성분(115) 및 용량 성분(116)에 의해 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F')은, 예컨대 하기의 식 (6)과 같이 표시된다.
F'=k(C1(Va+Vdc1)/r)2+k(C2(Va+Vdc1)/r)2···(6)
여기서, 용량 성분(116)의 용량 C2는, 용량 성분(115)의 용량이 C1에 대하여 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F')은, 예컨대 하기의 식 (7)과 같이 근사할 수 있다.
F'≒k(C1(Va+Vdc1)/r)2=k(C1V0/r)2···(7)
용량 성분(115)의 용량 C1은, 흡착 처리시의 용량 성분(115)의 용량 C0과 거의 동일하다. 그 때문에, 상기한 식 (1) 및 식 (7)을 참조하면, 플라즈마 처리시라도, 기판(W)에는, 자기 바이어스 Vdc1의 크기에 관계없이, 흡착 처리시에 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 정전기력(F0)과 동등한 정전기력(F')이 발생한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 플라즈마 처리시에 릴레이 회로(51)의 스위치(51a)가 오프로 되어, 정전 전극(1111b)이 플로팅 상태가 됨으로써, 플라즈마 처리 중에 있어서 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 지나친 정전기력이 발생하는 것이 억제된다. 이에 따라, 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 마찰력의 증대가 억제되고, 기판(W)과 기판 지지면(111a) 사이의 마찰에 의해 발생하는 파티클이 억제된다.
그러나, 정전 전극(1111b)을 플로팅 상태로 하고 있는 동안에 기판(W)의 흡착력이 저하되는 것을 알 수 있었다. 도 4는 일 실시형태에 따른 릴레이 회로(51)의 사용 횟수와 절연 저항값의 경시 변화의 일례를 나타낸 도면이다. 릴레이 회로(51)는, 절연체로 형성된 릴레이 박스(51b)를 갖는다(도 3 참조). 도 4의 횡축의 릴레이 사용 횟수는, 릴레이 회로(51)를 온 및 오프하는 횟수이며, 종축의 릴레이 절연 저항값은, 릴레이 박스(51b)를 형성하는 절연체의 저항값이다.
도 4에 따르면, 릴레이 박스(51b)의 절연 저항값은 릴레이 회로(51)의 사용 횟수가 증가할수록 내려가는 현상을 볼 수 있다. 이것은, 릴레이 회로(51)의 사용 횟수가 증가할수록 릴레이 박스(51b)가 열화하여, 릴레이 박스(51b)의 절연성이 약해지고, 릴레이 박스(51b)와 그라운드와의 전위차에 의해 릴레이 박스(51b)로부터 직접 그라운드측에 전하가 흐르고 있는 것을 의미한다. 이에 따라, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이의 전하가 누설되어, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 인력인 흡착력이 저하된다.
흡착력이 기판(W)의 흡착 유지 하한값을 하회하면, 기판(W)의 이면에 공급되는 He 가스에 의한 기판(W)의 이면의 압력에 의해 기판(W)이 튀어 파손될 우려가 있다. 이 때문에, 종래부터 흡착력을 모니터링하는 수법이 제안되어 있다. 예컨대, 기판(W)의 이면에 공급되는 He 가스의 누설량을 측정하여, 누설량이 임계값을 초과하면 흡착력이 저하되고 있다고 판정하는 수법이 있다. 그러나, 이 수법에서는, He 가스의 공급에 의해 기판(W)의 이면과 정전 척(1111) 사이의 압력이 흡착력보다 커지면 He 가스의 누설량이 급격히 증대된다. 이 결과, 기판(W)이 튀어 파손되는 리스크를 회피할 수 없는 경우가 있다. 즉, He 가스의 누설량이 급격히 증대되기 전에, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 흡착력이 저하되고 있는 것을 검지하는 것이 중요하다.
그래서, 본 실시형태에서는, 급전선(52)에 흐르는 전류를 모니터링함으로써, 전하의 누설량 또는 전하의 누설률에 기초하여, 릴레이 회로(51)의 열화 상태를 판정할 수 있고, 이에 따라, 기판(W)의 흡착 상태를 판정하고, 기판(W)과 정전 전극(1111b) 사이에 발생하는 흡착력의 저하를 검지한다. 이 검지 결과에 기초하여, 예컨대 기판(W)이 튀어 파손될 때까지 흡착력이 저하되기 전에 기판(W)의 처리를 정지하는 등, 필요한 대응이 가능해진다.
[흡착력의 경시 변화 모니터링 방법]
다음에, 본 실시형태에 따른 흡착 처리, 기판 처리 및 제전(除電) 처리의 시퀀스에 있어서의 흡착력의 경시 변화를 모니터링하는 방법에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 일 실시형태에 따른 릴레이 회로(51)의 사용 상태와 흡착력의 경시 저하의 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 처리는, (1) 준비 처리(기간 T1) 및 흡착 처리(기간 T2), (2) 기판 처리(기간 T3), (3) 제전 처리(기간 T4)의 순서로 행한다. 이때에 전류계(A)가 측정한 급전선(52)에 흐르는 전류(i)의 측정 결과 및 전압계(V)가 측정한 직류 전원(50)으로부터 출력된 전압 Vp의 측정 결과의 일례를 나타낸다. 도 5 아래의 (a)∼(c)에는 (1) 준비 처리 및 흡착 처리, (2) 기판 처리, (3) 제전 처리에 있어서의 릴레이 회로(51)의 온 및 오프 상태 및 전류(i)를 측정하는 전류계(A) 및 전압 Vp를 측정하는 전압계(V)의 배치를 나타낸다.
(1) 준비 처리 및 흡착 처리 기간 T1은, 흡착 처리의 준비 기간이며, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽 모두에 RF 신호가 공급된다. 또한, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 공급된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 불활성 가스의 플라즈마가 생성된다.
기간 T2의 흡착 처리에서는, 시각 t0에 직류 전원(50)이 온 상태가 된다. 이때 릴레이 회로(51)는 온 상태이며[도 5의 (a) 참조], 정전 전극(1111b)에 직류 전압 Vp가 인가된다. 또한, 기간 T1 및 기간 T2는 기판(W)의 이면에 He 가스는 공급되어 있지 않다.
이때 전압이 0에서 Vp로 변화됨으로써, 직류 전원(50)과 정전 전극(1111b)을 접속하는 급전선(52)에 직류 전류(i)가 흐른다. 전류계(A)는, 전류(i)를 측정하고, 전류(i)의 변화를 모니터링한다. 도 5의 예에서는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)는, 시각 t0에서 시각 t1까지 순식간에 흘러, 시각 t1 후에는 0이 된다. 이때 정전 전극(1111b)과 기판(W) 사이에 발생하는 흡착력의 정도를 나타내는 흡착 전하량은, 시각 t0에서 시각 t1로 흐르는 전류(i)를 적분함으로써 산출된다. 흡착 전하량은, 시각 t0에서 시각 t1의 사이에 정전 척(1111)에 도입되는 전하량이다.
(2) 기판 처리
기간 T2에 있어서 정전 전극(1111b)에 공급되는 전압이 안정된 후, 기간 T3에 있어서 기판 처리가 행해진다. 기간 T3은, 기판(W)을 플라즈마 처리(기판 처리라고도 함)하는 기간이며, 계속해서 RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽 모두에 RF 신호가 공급된다. 또한, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스가 공급된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 처리 가스의 플라즈마가 생성된다.
기간 T3의 기판 처리에서는, 직류 전원(50)의 온 상태를 유지한 채, 시각 t2에 릴레이 회로(51)가 온 상태에서 오프 상태로 전환되어[도 5의 (b) 참조], 릴레이 회로(51)가 플로팅 상태가 된다. 또한, 시각 t2에 기판(W)의 이면으로 He 가스의 공급이 시작된다. 기간 T3 동안, He 가스의 공급이 계속된다. 기간 T3에서는, 전류계(A)가 측정하는 전류(i)는 0이다.
(3) 제전 처리
기간 T4는, 제전 처리가 행해지는 기간이다. 기판 T4에서는, 계속해서 RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽 모두에 RF 신호가 공급된다. 또한, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 공급된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 불활성 가스의 플라즈마가 생성된다.
직류 전원(50)의 온 상태를 유지한 채, 시각 t3에 릴레이 회로(51)가 오프 상태에서 온 상태로 전환된다[도 5의 (c) 참조]. 이와 같이 하여 기간 T4는 릴레이 회로(51)의 스위치(51a)의 접속에 의해 다시 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)으로 전압 Vp가 공급된다. 또한, 시각 t3에 기판(W)의 이면으로의 He 가스의 공급이 정지되고, 기판(W) 이면의 He 가스를 진공화하여 He 가스의 압력을 0으로 한 후, 기판(W)을 정전 척(1111)으로부터 떼어내고, 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출한다.
시각 t3에 릴레이 회로(51)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되었을 때, 급전선(52)에 전류(i)가 흐른다. 도 5의 예에서는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)는, 시각 t3에서 시각 t4까지 순식간에 흘러, 시각 t4 후에는 0이 된다. 여기서 흐르는 전류(i)는, 기간 T3에 릴레이 회로(51)가 플로팅 상태인 동안에 릴레이 박스(51b)의 열화에 따라 릴레이 박스(51b)에서 그라운드측으로 누설된 전하(누설 전하량)이다. 바꾸어 말하면, 여기서 흐르는 전류(i)는, 정전 전극(1111b)이 소실된 전하를 보충하기 위해 급전선(52)을 흐른 전류이다.
따라서, 기간 T3에 있어서 발생한 누설 전하량은, 시각 t3에서 시각 t4로 흐르는 전류(i)를 적분함으로써 산출된다. 누설 전하량은, 시각 t3에서 시각 t4의 사이에 정전 척(1111)에 보충되는 전하량이다.
흡착력의 경시 변화를 모니터링하는 방법으로는, 흡착 시에 도입된 전하량인 흡착 전하량을 기준 전하량으로 하여, 기준 전하량에 대한 제전시에 보충된 전하량인 누설 전하량의 비를 산출함으로써, 기준 전하량에 대한 전하의 누설량을 산출할 수 있다. 이에 따라, 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다. 또한, 본 모니터링시의 기판(W) 간차(間差), 및 플라즈마 처리 장치(1)의 기차(機差)를 저감할 수 있다. 이하, 흡착 전하량(기준 전하량)에 대한 누설 전하량의 비를 「전하 누설률」이라고도 한다.
전류(i)의 적분값은, 전류(i)의 최대값과 상관관계를 갖는다. 따라서, 흡착력의 경시 변화를 모니터링하는 다른 방법으로는, 흡착 시에 측정된 전류(i)의 최대값에 대한 제전시에 측정된 전류(i)의 최대값의 비를 산출함으로써, 전하의 누설량을 산출하여도 좋다. 이것에 의해서도 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있고, 또한, 본 모니터링시의 기판(W) 간차, 및 플라즈마 처리 장치(1)의 기차를 저감할 수 있다. 이하, 흡착 시에 측정된 전류(i)의 최대값에 대한 제전시에 측정된 전류(i)의 최대값의 비를 「전류 누설률」이라고도 한다.
흡착력의 경시 변화를 모니터링하는 다른 방법으로는, 제전시에 측정된 전류(i)의 적분값, 또는 제전시에 측정된 전류(i)의 최대값을 「누설 전하량」이라고 하여도 좋다. 이것에 의해서도 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다.
도 6의 (a)는, 제전시에 측정된 전류(i)의 적분값을 누설 전하량으로 하여, 횡축의 릴레이 회로(51)의 플로팅 시간에 대한 누설 전하량을 종축에 나타낸 것이다. 도 6의 (b)는, 횡축의 릴레이 회로(51)의 플로팅 시간에 대한 전하 누설률을 종축에 나타낸 것이다. 플로팅 시간은, 릴레이 회로(51)의 스위치(51a)를 오프 상태로 하고 있는 시간이며, 복수의 기판을 처리하고 있는 경우에는, 복수의 기판을 순차 처리했을 때의 스위치(51a)를 오프 상태로 하고 있는 시간의 합계 시간이다. 도 6의 (a) 및 (b) 모두 릴레이 회로(51)의 플로팅 시간에 비례하여 누설 전하량 및 전하 누설률이 증가하고, 정전 척(1111)에 있어서의 흡착력 저하의 경시 변화를 모니터링할 수 있다. 또한, 측정 정밀도는, 약간 전하 누설률 쪽이 누설 전하량보다 높아지고 있다.
한편, 도 6의 (c)는, 횡축의 릴레이 회로(51)의 플로팅 시간에 대한 He 가스의 누설량을 종축에 나타낸 것이다. 도 6의 (c)의 A에 도시된 바와 같이, He 가스의 누설량은, 기판(W)과 정전 척(1111) 사이에서 누설되는 He 가스의 유량이며, 플로팅 시간에 비례하지 않고, 어느 때 급격히 증가하고 있다. 따라서, He 가스의 누설량을 모니터링하는 방법으로는, 기판(W)이 튀기 전에 적절한 타이밍에 기판의 흡착력 저하를 검지할 수 없어, He 가스의 누설량이 급격히 증가한 순간에 기판(W)이 튀어 파손되는 리스크가 있다.
이상으로부터, 도 6의 (a)∼(b)의 임계값을, 누설 전하량 및 전하 누설률에 대응하여 각각 He 가스가 누설되어 기판이 튀기 전의 값으로 설정하고, 흡착 유지 하한값으로서 미리 설정해 둔다. 이에 따라, 누설 전하량 등과 임계값의 관계로부터 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다. 이에 따라, He 가스의 누설량이 증가하여 기판(W)이 튀어 파손되기 전의 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지할 수 있다. 이에 따라, 릴레이 회로(51)의 적절한 교환 시기를 확인할 수 있다. 또한, 흡착 불량을 회피하기 위해 누설 전하량 등의 임계값을 초과하였다면 기판 처리를 정지하는 등, 적절한 대처가 가능해진다.
전류(i)의 측정은, 기판(W)의 플라즈마 처리마다 매회(1장씩) 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기판(W)이 튀어 파손되는 것을 방지할 수 있다. 단, 기판을 1장씩 처리하는 장치에 있어서, 1장 간격으로 전류(i)를 측정하여도 좋으며, 매로트에 1회 전류(i)를 측정하여도 좋고, 그 밖의 타이밍에 측정하여도 좋다. 또한, 전하 누설률 및 전류 누설률을 산출하는 경우, 도 5의 시각 t0∼t1 및 시각 t3∼t4의 전류(i)의 측정은 필수이다. 한편, 「누설 전하량」을 산출하는 경우, 도 5의 시각 t3∼t4의 전류(i)의 측정은 필수이지만, 시각 t0∼t1의 전류(i)의 측정은 필수는 아니다. 제어부(2)는, 전류계(A)로부터 측정한 전류(i)를 취득한다.
또한, 도 5에서는 누설 전하량의 측정 타이밍은, 기판(W) 처리 후였지만 이것에 한정되지 않고, 기판(W) 처리 중이어도 좋다.
[모니터링 방법]
다음에, 제1 실시형태∼제4 실시형태에 따른 모니터링 방법에 대해서, 도 7∼도 10을 참조하면서 설명한다. 도 7∼도 10은, 제1 실시형태∼제4 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 제1 실시형태∼제4 실시형태에 따른 모니터링 방법은, 제어부(2)에 의해 실행 가능하다.
<제1 실시형태>
도 7은 제1 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 본 실시형태에서는, 릴레이 회로(51)의 전환을 기판(W) 처리 중에 행하고, 기판(W) 처리 중에 측정한 전류(i) 및 흡착 시에 측정한 전류(i)로부터 전하 누설률을 산출하여 기판의 흡착 상태를 판정하는 경우에 대해서 설명한다.
본 처리가 시작되면, 제어부(2)는, 플라즈마 처리 챔버(10)에 기판(W)을 반입하는 제어를 행하여, 정전 척(1111)에 배치한다(단계 S1). 다음에, 제어부(2)는, RF 전원(31)으로부터 기판 지지부(11)의 도전성 부재, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재, 또는 그 양쪽 모두에 RF 신호(RF 전력)를 공급한다(단계 S2). 또한, 제어부(2)는, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 공급한다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 불활성 가스의 플라즈마가 생성된다.
다음에, 제어부(2)는, 직류 전원(50)을 온 상태로 하고, 정전 전극(1111b)에 전압을 공급하며, 정전 척(1111)의 상면에 기판(W)을 흡착한다(단계 S3). 직류 전원(50)을 온 상태로 함으로써 전압이 0에서 Vp로 변화되고, 이에 따라, 직류 전원(50)과 정전 전극(1111b)을 접속하는 급전선(52)에 직류 전류(i)가 흐른다. 전류계(A)는, 전류(i)를 측정한다. 제어부(2)는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)를 취득하고, 전류(i)의 적분값을 산출하여, 흡착 전하량으로 한다(단계 S4).
정전 전극(1111b)에 공급되는 전압이 안정된 후, 제어부(2)는, 릴레이 회로(51)를 온 상태에서 오프 상태로 전환하여, 정전 전극(1111b)으로의 전압의 공급을 정지하고, 정전 전극(1111b)을 플로팅(부유) 상태로 한다(단계 S5). 다음에, 제어부(2)는, 기판(W)의 이면에 He 가스를 도입한다(단계 S6).
다음에, 기판(W)의 처리가 시작되고(단계 S7), 단계 S7∼S11의 처리에서 나타내는 기판(W) 처리가 미리 설정된 횟수 실행된다. 제어부(2)는, 기판(W) 처리 중에 릴레이 회로(51)를 오프 상태에서 온 상태로 전환하여(단계 S8), 릴레이 회로(51)가 접속 상태가 된다. 이에 따라 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)으로 전압이 공급된다. 이때에 전류계(A)가 급전선(52)에 흐르는 전류(i)를 측정한다. 제어부(2)는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)를 취득하고, 전류(i)의 적분값을 누설 전하량으로서 산출하며, 흡착 전하량에 대한 누설 전하량의 비를 산출하여, 전하 누설률로 한다(단계 S9).
다음에, 제어부(2)는, 전하 누설률이 임계값보다 작은지를 판정한다(단계 S10). 단계 S10에 있어서, 제어부(2)는, 전하 누설률이 임계값 이상이라고 판정한 경우, 기판(W)의 처리를 정지하여, 릴레이 회로(51)의 교환 경고를 표시하고(단계 S12), 본 처리를 종료한다. 제어부(2)는, 전하 누설률이 임계값보다 작다고 판정한 경우, 단계 S7∼S11의 처리가 설정 횟수 반복되었는지를 판정한다(단계 S11). 제어부(2)는, 설정 횟수 반복되어 있지 않다고 판정한 경우, 단계 S7로 되돌아가, 기판(W)의 처리를 계속한다. 단계 S7∼S11의 반복 처리에 있어서 한번 단계 S8에서 릴레이 회로(51)가 오프 상태에서 온 상태로 전환된 후의, 다음 단계 S8의 처리를 행하기 전에 릴레이 회로(51)가 온 상태에서 오프 상태로 전환되어 있다.
단계 S11에 있어서, 제어부(2)는, 단계 S7∼S11의 처리가 설정 횟수 반복되었다고 판정한 경우, He 가스의 공급을 정지하고, 기판(W)의 이면을 진공화하여 기판(W) 이면의 He 가스의 압력을 0으로 한다(단계 S13). 그리고, 제전 처리를 행하여, 기판(W)을 정전 척(1111)으로부터 떼어낸다(단계 S14). 다음에, 제어부(2)는, 기판(W)을 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출하고(단계 S15), 본 처리를 종료한다.
본 실시형태에서는, 전류의 측정 결과로부터 전하 누설률을 산출하고, 전하 누설률에 기초하여 기판(W)의 흡착 상태를 판정한다. 이에 따라, 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지하고, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다. 또한, 본 모니터링시의 기판(W) 간차, 및 플라즈마 처리 장치(1)의 기차를 저감할 수 있다.
<제2 실시형태>
도 8은 제2 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 본 실시형태에서는, 릴레이 회로(51)의 전환을 기판(W) 처리 후에 행하고, 측정한 전류(i)로부터 전하 누설률을 산출하여 기판의 흡착 상태를 판정하는 경우에 대해서 설명한다. 제1 실시형태에 따른 모니터링 방법의 처리와 동일 처리에는 동일 단계 번호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
본 처리가 시작되면, 제어부(2)는, 단계 S1∼S7의 처리를 실행한다. 이에 따라, 기판(W)의 처리가 실행된다. 기판(W)의 처리 후, 제어부(2)는, 릴레이 회로(51)를 오프 상태에서 온 상태로 전환하고(단계 S21), 릴레이 회로(51)가 접속 상태로 된다. 이에 따라 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)으로 전압이 공급된다. 전류계(A)는 급전선(52)에 흐르는 전류(i)를 측정한다. 제어부(2)는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)를 취득하고, 전류(i)의 적분값을 누설 전하량으로서 산출하며, 단계 S4에서 산출한 흡착 전하량에 대한 누설 전하량의 비를 산출하여, 전하 누설률로 한다(단계 S22).
다음에, 제어부(2)는, He 가스의 공급을 정지하고, 기판(W)의 이면을 진공화한다(단계 S23). 다음에, 제어부(2)는, 전하 누설률이 임계값보다 작은지를 판정한다(단계 S10). 제어부(2)는, 전하 누설률이 임계값 이상이라고 판정한 경우, 기판(W) 처리를 정지하여, 릴레이 회로(51)의 교환 경고를 표시하고(단계 S12), 본 처리를 종료한다. 단계 S10에 있어서, 제어부(2)는, 전하 누설률이 미리 설정된 임계값보다 작다고 판정한 경우, 제전 처리를 행하여, 기판(W)을 정전 척(1111)으로부터 떼어낸다(단계 S14). 다음에, 제어부(2)는, 기판(W)을 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출하고(단계 15), 본 처리를 종료한다.
본 실시형태에서는, 전류의 측정 결과로부터 전하 누설률을 산출하고, 전하 누설률에 기초하여 기판(W)의 흡착 상태를 판정한다. 이에 따라, 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지하고, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다. 또한, 본 모니터링시의 기판(W) 간차, 및 플라즈마 처리 장치(1)의 기차를 저감할 수 있다.
<제3 실시형태>
도 9는 제3 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 본 실시형태에서는, 릴레이 회로(51)의 전환을 기판(W) 처리 중에 행하고, 측정한 전류(i)로부터 누설 전하량을 산출하여 기판의 흡착 상태를 판정하는 경우에 대해서 설명한다. 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 따른 모니터링 방법의 처리와 동일 처리에는 동일 단계 번호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
본 처리가 시작되면, 제어부(2)는, 단계 S1∼S3, S5∼S8의 처리를 실행한다. 단계 S7에 있어서 기판(W)의 처리가 시작되고, 단계 S7, S8, S31, S32, S11의 기판(W)의 처리가 미리 설정된 횟수 실행된다.
기판(W)의 처리가 시작되고(단계 S7), 기판(W) 처리 중에 릴레이 회로(51)를 오프 상태에서 온 상태로 전환하며(단계 S8), 이에 따라 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)으로 전압이 공급된다. 이때에 전류계(A)는 급전선(52)에 흐르는 전류(i)를 측정하고, 제어부(2)는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)를 취득하며, 전류(i)의 적분값을 산출하여, 누설 전하량으로 한다(단계 S31). 다음에, 제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값보다 작은지를 판정한다(단계 S32).
제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값 이상이라고 판정한 경우, 기판(W)의 처리를 정지하여, 릴레이 회로(51)의 교환 경고를 표시하고(단계 S12), 본 처리를 종료한다. 단계 S32에 있어서, 제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값보다 작다고 판정한 경우, 설정 횟수 반복되었는지를 판정한다(단계 S11). 단계 S32에 있어서, 제어부(2)는, 설정 횟수 반복되어 있지 않다고 판정한 경우, 단계 S7로 되돌아가, 기판(W)의 처리를 계속한다.
단계 S11에 있어서, 제어부(2)는, 단계 S7∼S11의 처리가 설정 횟수 반복되었는지 판정한 경우, 기판(W)의 이면을 진공화하고, 제전 처리를 행하여, 기판(W)을 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출하고(단계 S13∼S15), 본 처리를 종료한다.
본 실시형태에서는, 전류의 측정 결과로부터 누설 전하량을 산출하고, 누설 전하량에 기초하여 기판(W)의 흡착 상태를 판정한다. 이에 따라, 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지하고, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다.
<제4 실시형태>
도 10은 제4 실시형태에 따른 모니터링 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 본 실시형태에서는, 릴레이 회로(51)의 전환을 기판(W) 처리 후에 행하고, 측정한 전류(i)로부터 누설 전하량을 산출하여 기판의 흡착 상태를 판정하는 경우에 대해서 설명한다. 제1 실시형태∼제3 실시형태에 따른 모니터링 방법의 처리와 동일 처리에는 동일 단계 번호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
본 처리가 시작되면, 제어부(2)는, 단계 S1∼S3, S5∼S8의 처리를 실행한다. 단계 S7에 있어서 기판(W)의 처리가 시작되고, 기판(W)의 처리 중에 릴레이 회로(51)를 오프 상태에서 온 상태로 전환하며(단계 S8), 이에 따라 직류 전원(50)으로부터 정전 전극(1111b)으로 전압이 공급된다. 이때에 전류계(A)는 급전선(52)에 흐르는 전류(i)를 측정한다. 제어부(2)는, 전류계(A)가 측정한 전류(i)를 취득하고, 전류(i)의 적분값을 산출하여, 누설 전하량으로 한다(단계 S31). 제어부(2)는, He 가스의 공급을 정지하고, 기판(W)의 이면을 진공화한다(단계 S23). 다음에, 제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값보다 작은지를 판정한다(단계 S32).
제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값 이상이라고 판정한 경우, 기판(W)의 처리를 정지하여, 릴레이 회로(51)의 교환 경고를 표시하고(단계 S12), 본 처리를 종료한다. 단계 S32에 있어서, 제어부(2)는, 누설 전하량이 임계값보다 작다고 판정한 경우, 제전 처리를 행하여, 기판(W)를 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출하고(단계 S14∼S15), 본 처리를 종료한다.
본 실시형태에서는, 전류의 측정 결과로부터 누설 전하량을 산출하고, 누설 전하량에 기초하여 기판(W)의 흡착 상태를 판정한다. 이에 따라, 흡착력의 경시 저하를 모니터링하여, 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지하고, 기판(W)의 흡착 상태를 판정할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 모니터링 방법 및 플라즈마 처리 장치에 따르면, 적절한 타이밍에 기판(W)의 흡착력 저하를 검지할 수 있다.
제1 실시형태∼제4 실시형태의 모니터링 방법에 있어서, 단계 S12에서는, 경고의 일례로서 기판(W)의 처리를 정지하고, 릴레이 회로(51)의 교환 경고를 표시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 교환 경고만을 표시하여도 좋다. 또한, 교환 경고의 표시와 함께, 현재 처리하고 있는 기판(W)의 처리를 정지하는 대신에, 다음에 처리할 기판(W)의 처리를 정지하여도 좋다.
이번에 개시된 각 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 각 실시형태의 모니터링 방법을 실행하기 위한 프로그램은, 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 각 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치가 행하는 기판(W) 처리는, 예컨대, 에칭 처리, 성막 처리 등을 들 수 있다. 본 개시의 플라즈마 처리 장치는, 1장씩 기판을 처리하는 매엽(枚葉) 장치, 복수 장의 기판을 일괄 처리하는 배치 장치 및 세미 배치 장치 모두에 적용할 수 있다.
각 실시형태의 모니터링 방법은, 제어부(2)가 모니터링 방법을 실행하기 위한 프로그램에 기초하여 플라즈마 처리 장치(1)를 제어함으로써 실행되어도 좋다. 각 실시형태의 모니터링 방법을 실행하기 위한 프로그램은, 예컨대 ROM, RAM 등의 기억부(2a2)에 저장되어도 좋다. 제어부(2)는, 각 실시형태의 모니터링 방법의 동작을 제어하는 컴퓨터(2a)에 의해 실현될 수 있다. 그때, 컴퓨터(2a)는 상기 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행함으로써 각 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시켜 모니터링 방법을 실행하며, 기판(W)의 흡착력 저하를 검지한다. 상기 프로그램은, 기록 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은, 기억부(2a2)에 저장되어도 좋다. 컴퓨터(2a)는, 상기 취득된 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행함으로써 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시켜 모니터링 방법을 동작시켜도 좋다.
각 실시형태의 모니터링 방법은, 제어부(2)에 한정되지 않고, 플라즈마 처리 장치(1)와 통신 가능한 정보 처리 장치가 제어부(2)와 연계되어 또는 제어부(2)와 연계되지 않고 플라즈마 처리 장치(1)를 제어함으로써 실행되어도 좋다. 정보 처리 장치는, 모니터링 방법을 실행하기 위한 프로그램에 기초하여 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시켜 모니터링 방법을 실행하고, 이에 따라 기판(W)의 흡착력 저하를 검지한다.
정보 처리 장치는, 예컨대 도시하지 않은 네트워크를 통해 제어부(2)의 통신 인터페이스(2a3)를 통해 정보의 송수신을 행하고, 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시켜 모니터링 방법을 실행하여도 좋다. 정보 처리 장치는, 도시하지 않은 네트워크를 통해 제어부(2) 또는 플라즈마 처리 장치(1)에 접속 가능한 컴퓨터라면 어떤 양태여도 좋고, 예컨대 클라우드 컴퓨터여도 좋다. 또한, 정보 처리 장치가 독출하는 프로그램은, 기억부(2a2) 이외의 기억 영역에 저장되어도 좋고, 예컨대 클라우드 컴퓨터의 메모리여도 좋다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 챔버에 수용되고, 정전 전극을 가지며, 상기 정전 전극에 공급된 전압에 의해 기판을 흡착하는 정전 척과,
    상기 정전 전극에 전압을 공급하는 직류 전원과,
    상기 직류 전원과 상기 정전 전극 사이의 급전선에 배치되고, 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온 및 오프하는 릴레이 회로와,
    상기 플라즈마 처리 챔버의 내부에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 정전 전극에 전압을 공급하고, 상기 정전 척의 상면에 기판을 흡착시키는 것과,
    (b) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 오프하며, 상기 정전 전극을 플로팅 상태로 하는 것과,
    (c) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 플라즈마에 의해 상기 정전 척에 흡착되어 있는 상기 기판의 처리를 시작하는 것과,
    (d) 상기 기판의 처리를 시작한 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온하여 상기 정전 전극으로 전압을 공급했을 때에 상기 급전선에 흐르는 전류를 취득하는 것과,
    (e) 상기 전류에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것을 제어하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, (f) 상기 (a)에 있어서 상기 정전 전극에 전압을 공급했을 때에 상기 급전선에 흐르는 전류를 취득하고,
    상기 (e)는, 상기 (f)에 있어서의 상기 전류와 상기 (d)에 있어서의 상기 전류에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 (f)에 있어서 취득한 상기 전류의 적분값에 대한 상기 (d)에 있어서 취득한 상기 전류의 적분값의 비율로 나타내는 전류 누설률을 산출하고, 상기 전류 누설률에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 (f)에 있어서 취득한 상기 전류의 최대값에 대한 상기 (d)에 있어서 취득한 상기 전류의 최대값의 비율로 나타내는 전하 누설률을 산출하고, 상기 전하 누설률에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 (d)에 있어서 취득한 상기 전류의 적분값에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 (d)에 있어서 취득한 상기 전류의 최대값에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 기판의 처리 중 및/또는 상기 기판의 처리 후에 행하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 기판의 흡착 상태의 판정 결과에 기초하여, 상기 기판의 처리를 정지하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (e)는, 상기 기판의 흡착 상태의 판정 결과에 기초하여, 상기 릴레이 회로의 교환을 재촉하도록 표시하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  10. 플라즈마 처리 챔버에 수용되고, 정전 전극을 가지며, 상기 정전 전극에 공급된 전압에 의해 기판을 흡착하는 정전 척과,
    상기 정전 전극에 전압을 공급하는 직류 전원과,
    상기 직류 전원과 상기 정전 전극 사이의 급전선에 배치되고, 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온 및 오프하는 릴레이 회로와,
    상기 플라즈마 처리 챔버의 내부에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 정보 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서,
    (a) 상기 정전 전극에 전압을 공급하고, 상기 정전 척의 상면에 기판을 흡착시키는 처리와,
    (b) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 오프하며, 상기 정전 전극을 플로팅 상태로 하는 처리와,
    (c) 상기 정전 전극에 공급되는 전압이 안정된 후, 플라즈마에 의해 상기 정전 척에 흡착되어 있는 상기 기판의 처리를 시작하는 처리와,
    (d) 상기 기판의 처리를 시작한 후, 상기 릴레이 회로에 의해 상기 정전 전극으로의 전압의 공급을 온하여 상기 정전 전극으로 전압을 공급할 때에 상기 급전선에 흐르는 전류를 취득하는 처리와,
    (e) 상기 전류에 기초하여 상기 기판의 흡착 상태를 판정하는 처리를 상기 정보 처리 장치에 실행시키는, 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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