KR20190098143A - 소모 판정 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 처리실 내의 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정하는 것을 목적으로 한다.
불소 가스를 포함하는 복수의 가스에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정과, OES(Optical Emission Spectroscopy)의 측정 수단에 의해, 상기 플라즈마로부터 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도를 취득하는 공정과, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부를 참조하여, 취득한 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도로부터 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하는 공정을 갖는 소모 판정 방법이 제공된다.
불소 가스를 포함하는 복수의 가스에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정과, OES(Optical Emission Spectroscopy)의 측정 수단에 의해, 상기 플라즈마로부터 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도를 취득하는 공정과, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부를 참조하여, 취득한 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도로부터 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하는 공정을 갖는 소모 판정 방법이 제공된다.
Description
본 발명은, 소모 판정 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치에서는, 처리실 내의 부재가 플라즈마에 의해 손상을 받는다. 예컨대, 플라즈마에 의한 손상의 하나로 처리실 내에 사용되는 부재(플라즈마 접면 및 간극) 등의 소모를 들 수 있다. 웨이퍼의 플라즈마 처리시에 처리실 내에 퇴적된 반응생성물은, 드라이클리닝(Dry Cleaning)이나, 웨이퍼 리스 드라이클리닝(WLDC: Wafer Less Dry Cleaning) 등에 의해 클리닝되어, 제거된다.
웨이퍼 리스 드라이클리닝은, 웨이퍼를 스테이지 위에 배치시키지 않은 상태에서, 산소(O) 라디칼이나 불소(F) 라디칼이 풍부한 플라즈마에 의해 퇴적물을 제거하는 처리로서, 웨이퍼를 처리하는 동안에 반복하여 행해진다. 이때 스테이지의 표면뿐만 아니라, 스테이지의 구성 부품에 사용되는 접착제 등도 소모된다. 스테이지에 사용되는 접착제의 소모량이 많아지면 소모 부분의 열저항이 증대되어, 소모 부분 근방에 위치하는 웨이퍼의 국소적인 온도 상승이 발생한다.
접착제의 소모를 막는 방법으로서, 접착면이 보이지 않도록 래버린스(labyrinth) 가공 등을 행하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조). 또한, 플라즈마 내성이 보다 강한 재료로 플라즈마에 노출되는 부분을 커버하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2를 참조).
그러나, 래버린스 가공을 행하거나, 플라즈마에 노출되는 부분을 커버하거나 하여도, 플라즈마 중의 라디칼이나 이온이, 작은 간극으로부터 침입하여, 접착제를 소모시킨다. 또한, 접착제의 소모 정도는, 인가하는 고주파 전력의 출력이나, 접착제의 종류 등에 따라 변한다. 따라서, 종래의 기술에서는, 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정하는 것은 곤란하다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 처리실 내의 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 따르면, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정과, OES(Optical Emission Spectroscopy)의 측정 수단에 의해, 상기 플라즈마로부터 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도를 취득하는 공정과, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부를 참조하여, 취득한 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도로부터 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하는 공정을 갖는 소모 판정 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 처리실 내의 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 일 실시형태에 따른 접착제의 소모의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 접착제의 소모에 따른 웨이퍼 에지부의 온도 상승예를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시형태에 따른 접착제의 소모 레이트의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 OES를 이용하여 산출된 소모 레이트의 테이블예를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 산출된 소모 레이트와 적산 소모량의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 제1 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례를 나타낸 흐름도.
도 8은 제2 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례를 나타낸 흐름도.
도 2는 일 실시형태에 따른 접착제의 소모의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 접착제의 소모에 따른 웨이퍼 에지부의 온도 상승예를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시형태에 따른 접착제의 소모 레이트의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 OES를 이용하여 산출된 소모 레이트의 테이블예를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 산출된 소모 레이트와 적산 소모량의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 제1 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례를 나타낸 흐름도.
도 8은 제2 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례를 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해서, 도 1의 플라즈마 처리 장치의 종단면의 일례를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치를 든다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 특별히 한정되지 않지만, 반도체 웨이퍼(W)(이하, 「웨이퍼(W)」라고도 부름)에 원자층 에칭(ALE: Atomic Layer Etching) 처리, 반응성 이온 에칭(RIE: Reactive Ion Etching) 처리, 애싱 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 장치이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어진 처리 용기(챔버)(10)와, 처리 용기(10) 내에 가스를 공급하는 가스 공급원(15)을 갖는다. 처리 용기(10)의 내부는, 웨이퍼(W)에 소정의 플라즈마 처리를 행하는 처리실로 되어 있다. 가스 공급원(15)은, 에칭을 행하는 경우에는 에칭 가스를 공급하고, 클리닝을 행하는 경우에는 클리닝 가스를 공급한다.
처리 용기(10)는 전기적으로 접지되어 있고, 처리 용기(10) 내에는 하부 전극(20)과, 이것에 대향하여 평행하게 배치된 상부 전극(25)이 설치되어 있다. 하부 전극(20)은, 웨이퍼(W)를 배치하는 스테이지로서도 기능한다. 하부 전극(20)에는, 제1 고주파 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)을 공급하는 제1 고주파 전원(32)과, 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수의 이온 인입용의 고주파 전력(LF)을 공급하는 제2 고주파 전원(34)이 접속되어 있다. 단, 제1 고주파 전원(32)은, 하부 전극(20) 및 상부 전극(25) 중 적어도 한쪽에 고주파 전력(HF)을 공급하면 좋다.
제1 고주파 전원(32)은, 제1 정합기(33)를 통해 하부 전극(20)에 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(34)은, 제2 정합기(35)를 통해 하부 전극(20)에 접속된다. 제1 정합기(33) 및 제2 정합기(35)는 각각 제1 고주파 전원(32) 및 제2 고주파 전원(34)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이다. 처리 용기(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에는, 제1 고주파 전원(32) 및 제2 고주파 전원(34)의 각각에 대해서, 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
상부 전극(25)은, 그 주연부를 피복하는 실드링(40)을 통해 처리 용기(10)의 천장부에 부착되어 있다. 상부 전극(25)에는, 가스 공급원(15)으로부터 도입된 가스를 확산시키는 확산실(50)이 설치되어 있다. 확산실(50)에는, 가스 도입구(45)가 형성되고, 이 가스 도입구(45)를 통해, 가스 공급원(15)으로부터 각종 가스를 확산실(50)로 도입할 수 있다. 상부 전극(25)에는, 확산실(50)로부터의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하기 위한, 다수의 가스 유로(55)가 형성되어 있다.
가스 공급원(15)으로부터 출력된 가스는, 우선, 도 1에 도시된 가스 도입구(45)를 통해 확산실(50)에 분배하여 공급된다. 그리고, 확산실(50)에 공급된 가스는, 가스 유로(55)를 거쳐 처리 용기(10) 내에 공급된다. 이러한 구성의 상부 전극(25)은, 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드로서도 기능한다.
처리 용기(10)의 바닥면에는 배기구(60)가 형성되어 있고, 배기구(60)에 접속된 배기 장치(65)에 의해 처리 용기(10) 내가 배기된다. 이것에 의해, 처리 용기(10) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
처리 용기(10)의 측벽에는, 게이트 밸브(G)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 처리 용기(10)로부터 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행할 때에 반출입구를 개폐한다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(100)가 설치되어 있다. 제어부(100)는, CPU(Central Processing Unit)(105), ROM(Read Only Memory)(110), RAM(Random Access Memory)(115), HDD(Hard Drive Disk)(120) 및 미디어 I/F(인터페이스)(125)를 갖고 있다. RAM(115)에는, 레시피(116)가 저장되어 있다. 레시피(116)에는 프로세스 조건에 대응하는 플라즈마 처리 장치(1)의 제어 정보가 설정되어 있다. 제어 정보에는, 프로세스 시간, 스위칭 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량, 챔버내 온도(예컨대, 상부 전극 온도, 챔버의 측벽 온도, ESC 온도) 등이 포함된다. 또한, 레시피(116)는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋다. 또한, 레시피(116)는 CD-ROM, DVD 등의 가반성(可搬性) 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체(126)에 수용된 상태에서 미디어 I/F(125)를 통해 RAM(115) 등의 메모리에 기억하도록 하여도 좋다.
CPU(105)는, RAM(115)에 저장된 레시피(116)의 절차에 따라 플라즈마 처리를 제어한다. CPU(105)는, HDD(120)의 소모 상태 테이블(121)에 기억되어 있는 소모 레이트에 기초하여, 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정한다. 소모 상태 테이블(121)은, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부의 일례이다.
본 실시형태에서는, OES(Optical Emission Spectroscopy)(130)의 측정 수단에 의해, 처리실 내의 불소 라디칼의 발광 강도와 산소 라디칼의 발광 강도가 취득 가능하다. 소모 상태 테이블(121)에 기억되어 있는 소모 레이트는, 취득한 불소 라디칼의 발광 강도와 산소 라디칼의 발광 강도를 (1) 식에 대입함으로써 산출된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 석영창(109)을 통해 처리 용기(10) 내의 각종 라디칼의 발광 강도를 측정 가능한 OES(130)가 부착되어 있다. 처리 용기(10) 내에서 생성된 플라즈마 중의 각종 라디칼이 발하는 광은, 석영창(109)을 통해 OES(130)에 의해 수광된다.
OES(130)에 의해 수광된 플라즈마 중의 불소 라디칼의 발광 강도나 산소 라디칼의 발광 강도의 검출값을, (1) 식에 대입하여, 소모 레이트를 산출한다.
V=A×Io+B×If+C×Io×If
(1)
여기서, V는 특정 소모 부재의 소모 레이트이고, Io는 산소 라디칼의 발광 강도이며, If는 불소 라디칼의 발광 강도이고, A, B, C는 계수이다.
A, B, C는 OES(130)로부터 취득한 산소 라디칼의 발광 강도(Io)와 불소 라디칼의 발광 강도(If)와, 실제로 관측한 소모 레이트(V)로부터 미리 학습되고 있다. 이와 같이 하여, (1) 식으로부터 정해지는, 산소 라디칼의 발광 강도(Io)와 불소 라디칼의 발광 강도(If)와 특정 소모 부재의 소모 레이트(V)를 관련시켜 기억한 소모 상태 테이블(121)이, 소모 부재마다 미리 설정되고, RAM(115) 등의 기억부에 축적된다.
제어부(100)는, RAM(115)에 축적된 소모 상태 테이블(121)과, 취득한 불소 라디칼의 발광 강도와 산소 라디칼의 발광 강도에 기초하여, 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하고, 특정 소모 부재의 소모 정도의 판정에 이용한다.
[소모 부재: 접착제]
본 실시형태에서는, 특정 소모 부재로서, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리실 내에 사용되는 접착제를 예를 들어 설명한다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지(20)의 금속의 모재(23) 상에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 정전 척의 세라믹재(21)가 배치되고, 모재(23)와 정전 척의 세라믹재(21) 사이는, 접착제(22)로 접착되어 있다. 접착제(22)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 내부에서 사용되는 특정 소모 부재의 일례이다. 접착제(22)는, 아크릴계 재료, 에폭시 수지계 재료 또는 실리콘계 재료 중 어느 하나라도 좋고, 주로 열전도성이나 플라즈마 내구성으로 재료가 선정된다.
도 2의 좌측은, 플라즈마의 작용에 의해 침식되기 전의 접착제(22)의 상태의 일례를 나타낸다. 에칭이나 성막 등의 플라즈마 처리에서는, 각종 프로세스시에 생성된 반응생성물이나 그 밖의 퇴적물을 제거하기 위해, 웨이퍼를 처리하는 동안에 웨이퍼 리스 드라이클리닝이 실행된다.
이때, 플라즈마가 스테이지(20) 측면의 작은 간극으로부터 침입함으로써, 접착제(22)는, 침식되어, 소모된다. 웨이퍼의 수십 장, 수백 장의 웨이퍼를 처리하는 정도에서는 문제는 발생하지 않지만, 그 이상의 장시간 플라즈마 처리를 거듭해 가면, 정전 척의 세라믹재(21)와 모재(23) 사이의 접착제(22)가 소모되어, 도 2의 우측에 도시된 바와 같은 간극이 발생한다. 그 결과, 간극 부분에서 열저항이 증대되어, 웨이퍼(W)의 국소적인 온도 상승 등의 트러블이 발생한다.
한편, 플라즈마 처리 장치(1)의 내부에 사용되는 접착제의 소모 정도는, 예컨대 정전 척의 세라믹재(21) 등의 부재를 파괴하여 단면을 조사하는 등을 행하지 않으면 알 수 없다. 그래서, 본 실시형태에 따른 소모 판정 방법에서는, 부재를 파괴하지 않고, 플라즈마 처리를 행하는 처리실 내의, 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하고, 산출된 소모 레이트를 이용하여 소모 부재의 소모 정도를 판정한다.
특히, 본 실시형태에서는, 어떠한 접착제에 대하여 어떤 반응성 가스로 침식이 행해지고, 접착제가 어떻게 소모되는 것인지를 (1) 식에서 산출된 소모 레이트로부터 추정할 수 있다. 이것에 의해, 정전 척의 세라믹재(21)를 파괴하여 접착제(22)의 단면을 조사하지 않고, 소모 레이트로부터 접착제(22)의 소모량을 보이거나 할 수 있다. 이것에 의해, 접착제(22)의 소모 정도를 판정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 특정 소모 부재로서 세라믹재(21)를 고정하기 위한 접착제(22)를 예를 들지만, 특정 소모 부재는 이것에 한정되지 않고, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에서 사용되는 접착제이면 좋다. 다른 예로서는, 세라믹재(21)에 형성된 전열 가스용 관통 구멍 및 웨이퍼를 들어올리는 핀용 관통 구멍의 측벽을 보호하기 위한 슬레이브에 사용되는 접착제를 들 수 있다. 특정 소모 부재는, 접착제 이외의 부재로서, 플라즈마에 의해 소모되는 부재이면 좋다.
도 2의 우측에 도시된 바와 같이, 스테이지(20)의 외주 측면의 접착제(22)가 소실됨으로써 형성된 간극에서는 열저항이 증대되어, 플라즈마 웨이퍼(W)의 국소적인 온도 상승이 발생한다. 이에 대해, 소모와 온도 상승의 관계 실험 결과의 일례를 도시한 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 3의 횡축은 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(W)의 중심점을 0으로 하여 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 횡축으로 도시한 웨이퍼(W)의 각 위치에 있어서의 웨이퍼의 온도를 나타낸다. 즉, 도 3은 동일한 프로세스 조건으로 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하여, 접착제(22)의 소모 상황마다 웨이퍼의 에지부[웨이퍼(W)의 중심점에서 100 ㎜ 내지 150 ㎜의 위치]의 온도 분포를 플롯한 결과의 일례를 나타낸다.
도 3의 결과에서는, 접착제(22)의 소모가 1.0 ㎜인 경우, 웨이퍼의 에지부에서 웨이퍼(W)의 국소적인 온도 상승은 발생하고 있지 않다. 그런데, 접착제(22)의 소모가 1.5 ㎜가 되면, 웨이퍼의 에지부의 온도가 올라가고, 접착제(22)의 소모가 2.0 ㎜가 되면, 소모가 없을 때와 비교하여 5℃ 이상의 온도 상승이 발생한다. 이와 같이 온도가 크게 변하여, 웨이퍼(W)의 에지부에서 온도 분포가 불균일하게 되면, 예컨대 에칭 레이트 등의 제어성이 나빠지고, 웨이퍼(W)의 가공 정밀도가 악화되어, 제품의 수율이 저하된다. 이상의 결과로부터, 접착제(22)의 소모량이 1.5 ㎜인 것을 기준으로, 정전 척을 교환하는 것이 바람직하다.
상기한 접착제의 소모에 따른 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서의 국소적인 온도 상승 현상은, 주로 웨이퍼 리스 드라이클리닝에서 사용되는 가스종에 의해 거동이 결정되고 있다. 구체적으로는, 산소 플라즈마에서는, 국소적인 온도 상승 현상은 거의 발생하지 않는다. 이것에 대하여, 불소계의 가스를 웨이퍼 리스 드라이클리닝에서 사용되는 가스에 첨가하면, 비약적으로 소모 레이트가 가속되고, 국소적인 온도 상승 현상이 발생하는 것을 경험칙(經驗則)에 의해 알 수 있다.
그 때문에, 각종 가스와 접착제의 소모 관계를 평가하여, 소모 상태 테이블(121)에 축적하였다. 도 4는 플라즈마 처리 장치(1)에서 일반적으로 접착에 이용되는 아크릴 접착제의, CF4(사불화메탄) 가스, NF3(삼불화질소) 가스, SF6(육불화황) 가스에 의한 소모 레이트의 일례를 나타낸다.
[소모 레이트]
도 4의 횡축은 CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스와 O2(산소) 가스와의 혼합비를 나타낸다. 0%에서는, O2 가스가 100%(즉, O2 가스만의 단일 가스인 상태)이며, 100%에서는, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 100%(즉, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 단일 가스인 상태)이다.
25%에서는, O2 가스가 75%, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 25%인 가스 혼합비이다. 50%에서는, O2 가스가 50%, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 50%인 가스 혼합비이다.
도 4의 종축은 아크릴 접착제의 소모 레이트이다. 이것에 따르면, 가스 혼합비가 100%인 경우, 즉, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 단일 가스인 상태에서는, 소모 레이트는 거의 0에 가깝다. 즉, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스의 각각이 단일 가스인 상태에서는, 아크릴 접착제는 거의 소모되지 않는 것을 알 수 있다.
한편, 가스 혼합비가 0%보다도 크고, 75%보다도 작은 경우, 아크릴 접착제가 소모되고 있는 것을 알 수 있다. 특히, NF3 가스, SF6 가스에서는 가스 혼합비가 25% 이하에서 아크릴 접착제의 소모 레이트가 높다. 또한, CF4 가스에서는 가스 혼합비가 50% 이하에서 아크릴 접착제의 소모 레이트가 높다.
이상의 결과로부터, CF4 가스, NF3 가스, SF6 가스 중 어느 하나의 가스를 클리닝 가스에 첨가하여도, 접착제의 소모 레이트는 상승하는 것을 알 수 있었다. 또한, 이들 소모량의 경향은, 각종 조건에서의 포토 레지스트나 산화막의 에칭 레이트 등으로는 설명할 수 없는 것이 판명되고 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 소모 판정 방법에서는, 웨이퍼 리스 드라이클리닝에서 사용되는 가스종인 불소 라디칼(F*) 및 산소 라디칼(O*)에 착안하여, 각 라디칼의 발광 강도를 측정하고, 그 측정 결과로부터 소모 레이트를 산출한다. 소모 레이트의 산출식은, 전술한 (1) 식이다.
도 5는 OES(130)로부터 취득한 산소 라디칼의 발광 강도(Io)와 불소 라디칼의 발광 강도(If)를 (1) 식에 대입하여 산출된 접착제의 소모 레이트의 일례를 나타낸 그래프이다. 이것에 따르면, (1) 식으로부터 산출된 접착제의 소모 레이트를 플롯한 도 5의 그래프와, 실제로 측정한 접착제의 소모 레이트를 플롯한 도 4의 그래프는 근사하고 있다. 즉, OES(130)에 의해 검출된 산소 라디칼의 발광 강도(Io)와 불소 라디칼의 발광 강도(If)를 (1) 식에 대입하여 산출된 소모 레이트에 기초하여, 불소 가스를 포함하는 복수의 가스를 이용한 처리(웨이퍼 리스 드라이클리닝 등)에 있어서 접착제(22)의 소모량을 예측할 수 있는 것을 알 수 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, OES(130)가 검출한 발광 강도와 (1) 식으로부터 산출된 특정 소모 부재의 소모 레이트에 기초하여 소모량을 산출하고, 산출된 소모량으로부터 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정한다.
[소모량]
판정 방법으로, 먼저, 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리[이하 「프로세스 (Process)」라고도 부름]의 사이에 행해지는 웨이퍼 리스 드라이클리닝에 있어서, OES(130)는 불소 라디칼의 발광 강도(If)와 산소 라디칼의 발광 강도(Io)의 모니터링을 행한다. 제어부(100)는, OES(130)로부터 취득한 불소 라디칼의 발광 강도(If)와 산소 라디칼의 발광 강도(Io)를 사용하여 접착제의 소모 레이트를 산출한다.
산출된 소모 레이트의 일례를 도 6의 상단에 나타낸다. 도 6의 예에서는, 프로세스 사이에 행해지는 웨이퍼 리스 드라이클리닝(WLDC1, WLDC2,···WLDCn)에 있어서, 각각의 크기의 소모 레이트가 산출되고 있다.
도 6의 하단은, 상단에 도시된 소모 레이트로부터 산출된 소모량의 일례를 나타낸다. 소모량은, 웨이퍼 리스 드라이클리닝마다 OES(130)의 검출 결과로부터 산출된 소모 레이트에 상기 웨이퍼 리스 드라이클리닝의 시간을 곱하여 얻어진 소모량의 합계값이다. 또한, 본 실시형태에서는, 특정 소모 부재의 소모량은, 웨이퍼 리스 드라이클리닝의 처리 시간에 따른 소모량이지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 소모량에는, 웨이퍼 리스 드라이클리닝 이외의 산소 가스와 불소 가스를 포함하는 처리(예컨대, 드라이클리닝 처리, 에칭, 성막 처리 등)의 처리 시간을, 산출된 소모 레이트에 곱하여 얻어진 값의 합계값이어도 좋다.
도 6의 하단에 도시된 바와 같이, 산출된 소모량이, 제1 임계값(Qth) 이상이 되었을 때, 알람을 출력하여, 파트의 교환, 메인터넌스 등을 오퍼레이터에게 재촉하도록 하여도 좋다. 알람을 출력하여, 알람이 출력되었을 때의 로트의 다음 로트의 투입을 할 수 없도록 오퍼레이터에게 재촉하여도 좋다.
제1 임계값(Qth)은 소모 리미트의 일례로서, 모니터 대상의 소모 부재마다 미리 설정되어 있어도 좋다. 산출된 소모량이, 제1 임계값(Qth)에 가까워졌을 때에 알람을 출력하여도 좋다.
이것에 따르면, 소모 부재의 소모가 진행되어 불량품이 나오기 전에, 알람을 출력함으로써, 정전 척의 교환이나 메인터넌스 등을 행함으로써, 제품의 수율을 높일 수 있다.
<제1 실시형태>
[소모 판정 처리]
다음에, 제1 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례에 대해서, 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다. 본 처리는, 제어부(100)에 의해 실행된다. 또한, 여기서는, 웨이퍼(W)를 반출한 후의 웨이퍼 리스 드라이클리닝시에 실행된다.
본 처리가 시작되면, 제어부(100)는, 웨이퍼 리스 드라이클리닝 처리를 실행한다(단계 S10). 다음에, 제어부(100)는, OES(130)로부터 산소 라디칼(O*)의 발광 강도(Io) 및 불소 라디칼(F*)의 발광 강도(If)를 취득한다(단계 S12).
다음에, 제어부(100)는, 취득한 산소 라디칼의 발광 강도(Io) 및 불소 라디칼의 발광 강도(If)를 (1) 식에 대입하여, 소모 레이트를 산출한다(단계 S14). 다음에, 제어부(100)는, 산출된 소모 레이트에 웨이퍼 리스 드라이클리닝의 처리 시간을 곱함으로써 소모량을 산출하고, 지금까지 적산한 소모량에 가산한다(단계 S16).
다음에, 제어부(100)는, 소모량의 적산값이 제1 임계값(Qth) 이상인지 여부를 판정한다(단계 S18). 제어부(100)는, 소모량의 적산값이 제1 암계값(Qth) 이상이라고 판정한 경우, 메인터넌스 알람을 출력하고(단계 S20), 본 처리를 종료한다. 한편, 제어부(100)는, 소모량의 적산값이 제1 임계값(Qth) 미만이라고 판정한 경우, 그대로 처리를 종료한다.
본 실시형태의 소모 판정 방법에 따르면, 제품용 웨이퍼의 프로세스를 저해하지 않고, OES(130)가 측정 발광 강도에 기초하여, 리얼 타임으로 소모량을 산출함으로써, 처리실 내의 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정할 수 있다. 이것에 의해, 불량품이 나오기 전에 메인터넌스 등의 알람을 출력함으로써, 정전 척의 교환이나 메인터넌스 등을 재촉하여, 불량품의 발생을 억제하고, 제품의 수율을 높일 수 있다.
<제2 실시형태>
[소모 판정 처리]
다음에, 제2 실시형태에 따른 소모 판정 처리의 일례에 대해서, 도 8의 흐름도를 참조하여 설명한다. 본 처리는, 제어부(100)에 의해 실행된다. 또한, 여기서는, 웨이퍼(W)를 반출한 후의 웨이퍼 리스 드라이클리닝시에 실행된다.
제2 실시형태에 따른 소모 판정 처리에서는, 제1 실시형태에 따른 소모 판정 처리와 비교하여, 소모량의 적산값과 제1 임계값(Qth)과의 비교 결과와, 소모 레이트와 제2 임계값(Rth)과의 비교 결과 양쪽 모두를 이용하여, 메인터넌스 알람을 출력한다. 제2 임계값(Rth)은, 도 6의 상단에 도시된 바와 같이, 소모 리미트의 일례로서, 모니터 대상의 소모 부재마다 미리 설정되어 있어도 좋다. 산출된 소모 레이트가, 제2 임계값(Rth) 이상이 되었을 때, 또는 제2 임계값(Rth)에 가까워졌을 때에 알람을 출력하여도 좋다.
본 처리가 시작되면, 제어부(100)는, 웨이퍼 리스 드라이클리닝 처리를 실행한다(단계 S10). 다음에, 제어부(100)는, OES(130)로부터 산소 라디칼의 발광 강도(Io) 및 불소 라디칼의 발광 강도(If)를 취득한다(단계 S12).
다음에, 제어부(100)는, 취득한 산소 라디칼의 발광 강도(Io) 및 불소 라디칼의 발광 강도(If)를 (1) 식에 대입하여, 소모 레이트를 산출한다(단계 S14). 다음에, 제어부(100)는, 산출된 소모 레이트가 제2 임계값(Rth) 이상인지 여부를 판정한다(단계 S30). 제어부(100)는, 산출된 소모 레이트가 제2 임계값(Rth) 이상이라고 판정한 경우, 소모 레이트의 알람을 출력하고(단계 S32), 단계 S16으로 진행한다. 단, 단계 S32는 생략하여도 좋다.
한편, 제어부(100)는, 산출된 소모 레이트가 제2 임계값(Rth) 미만이라고 판정한 경우, 그대로 단계 S16으로 진행한다. 단계 S16에 있어서, 제어부(100)는, 산출된 소모 레이트에 웨이퍼 리스 드라이클리닝의 처리 시간을 곱함으로써 소모량을 산출하고, 지금까지 적산한 소모량에 가산한다(단계 S16).
다음에, 제어부(100)는, 소모량의 적산값이 제1 임계값(Qth) 이상인지 여부를 판정한다(단계 S18). 제어부(100)는, 소모량의 적산값이 제1 임계값(Qth) 이상이라고 판정한 경우, 손상 강도가 높은지를 판정한다(단계 S34). 손상 강도가 높은지 여부의 판정의 일례로는, 예컨대, 소모 레이트가 제2 임계값(Rth) 이상이며, 또한, 소모량의 적산값이 제1 임계값(Qth) 이상일 때에 손상 강도가 높다고 판정된다.
제어부(100)는, 손상 강도가 높다고 판정한 경우, 메인터넌스 알람을 출력하고(단계 S20), 본 처리를 종료한다. 제어부(100)는, 손상 강도가 높지 않다고 판정한 경우, 소모량의 알람을 출력하고(단계 S36), 본 처리를 종료한다. 단, 단계 S36은 생략하여도 좋다.
본 실시형태의 소모 판정 방법에 따르면, 산출된 소모량과 제1 임계값(Qth)과의 비교 결과, 및 산출된 소모 레이트와 제2 임계값(Rth)과의 비교 결과로부터 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정할 수 있다.
이것에 의해서도, OES(130)가 측정한 발광 강도에 기초하여, 리얼 타임으로 소모량을 산출함으로써, 처리실 내의 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정할 수 있다. 이것에 의해, 불량품이 나오기 전에 메인터넌스 등의 알람을 출력함으로써, 정전 척의 교환이나 메인터넌스 등을 재촉하고, 불량품의 발생을 저하시켜, 제품의 수율을 높일 수 있다.
플라즈마 처리의 종점 검출 수단에서는, 샘플 구조 등에 의해, 웨이퍼 리스 드라이 클리닝 등이 때때로 변하는 경우가 있다. 이것에 대하여, 본 실시형태의 소모 판정 방법에 따르면, 그 프로세스를 저해하지 않고, OES(130)가 측정한 발광 강도에 기초하여, 리얼 타임으로 소모량을 산출함으로써, 소모 상태를 정확히 파악할 수 있다. 이것에 의해, 불량품이 나오기 전에, 알람을 출력함으로써, 정전 척의 교환이나 메인터넌스 등을 행함으로써, 제품의 수율을 높일 수 있다.
이상, 소모 판정 방법 및 플라즈마 처리 장치를 상기 실시형태에 따라 설명하였지만, 본 발명에 따른 소모 판정 방법 및 플라즈마 처리 장치는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 제어부(100)는, 클리닝시의 소모 레이트, 에칭시의 소모 레이트, 성막시의 소모 레이트 모두를 (1) 식을 이용하여 산출하였다. 그러나, 소모 레이트(V)는, 클리닝시의 소모 레이트(V1), 에칭시의 소모 레이트(V2), 성막시의 소모 레이트(V3)와 별개로 산출하여도 좋다. 이 경우, 클리닝용의 소모 레이트(V1)를 산출하는 (1) 식의 계수 A, B, C는, 클리닝시의 부재의 소모 정도를 반영하도록 학습된다. 마찬가지로, 에칭용의 소모 레이트(V2)를 산출하는 (1) 식의 계수 A, B, C는 에칭시의 부재의 소모 정도를 반영하도록 학습된다. 또한, 성막용 소모 레이트(V3)를 산출하는 (1) 식의 계수 A, B, C는, 성막시의 부재의 소모 정도를 반영하도록 학습된다.
또한, 본 발명은, 도 1의 평행 평판형 2주파 인가 장치뿐만 아니라, 그 밖의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다. 그 밖의 플라즈마 처리 장치로서는, 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 처리 장치, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) 장치, 표면파 플라즈마 처리 장치 등이어도 좋다.
또한, 본 명세서에서는, 에칭 대상의 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.
본 국제 출원은 2016년 12월 26일에 출원된 일본 특허 출원 2016-251571 호에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 그 전 내용을 본 국제 출원에 원용한다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 처리 용기
15 : 가스 공급원 20 : 하부 전극(스테이지)
21 : 정전 척 22 : 접착제
23 : 모재 25 : 상부 전극(샤워 헤드)
32 : 제1 고주파 전원 34 : 제2 고주파 전원
45 : 가스 도입구 50 : 확산실
55 : 가스 유로 100 : 제어부
105 : CPU 110 : ROM
115 : RAM 120 : HDD
121 : 소모 상태 테이블 125 : 미디어 I/F
126 : 기억 매체 130 : OES
15 : 가스 공급원 20 : 하부 전극(스테이지)
21 : 정전 척 22 : 접착제
23 : 모재 25 : 상부 전극(샤워 헤드)
32 : 제1 고주파 전원 34 : 제2 고주파 전원
45 : 가스 도입구 50 : 확산실
55 : 가스 유로 100 : 제어부
105 : CPU 110 : ROM
115 : RAM 120 : HDD
121 : 소모 상태 테이블 125 : 미디어 I/F
126 : 기억 매체 130 : OES
Claims (10)
- 불소 가스를 포함하는 복수의 가스에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정과,
OES(Optical Emission Spectroscopy)의 측정 수단에 의해, 상기 플라즈마로부터 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도를 취득하는 공정과,
불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부를 참조하여, 취득한 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도로부터 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하는 공정을 갖는 소모 판정 방법. - 제1항에 있어서, 상기 기억부에 기억시킨 특정 소모 부재의 소모 레이트는, (1) 식에 의해 산출되는 것인 소모 판정 방법.
V=A×Io+B×If+C×Io×If (1)
단, V는 특정 소모 부재의 소모 레이트, Io는 OES에 의해 취득한 산소 라디칼의 발광 강도, If는 OES에 의해 취득한 불소 라디칼의 발광 강도, A, B, C는 계수임. - 제1항에 있어서, 산출된 상기 소모 레이트로부터 소모량을 산출하고, 산출된 상기 소모량과 제1 임계값과의 비교 결과로부터 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정하는 공정을 갖는 소모 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소모량은, 기판의 반출 후의 불소 가스와 산소 가스를 포함하는 가스에 의한 플라즈마 처리의 시간을, 산출된 상기 소모 레이트에 곱하여 얻어진 값의 합계값인 것인 소모 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 특정 소모 부재는, 상기 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 처리실 내에서 사용되는 접착제인 것인 소모 판정 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 접착제는, 아크릴계 재료, 에폭시 수지계 재료 또는 실리콘계 재료 중 어느 하나인 것인 소모 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스는, CF4, NF3 또는 SF6 중 어느 하나를 포함하는 것인 소모 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소모 판정 방법은, 기판의 반출 후의 산소 가스와 불소 가스를 포함하는 처리시에 행하는 소모 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 산출된 상기 소모 레이트로부터 소모량을 산출하고, 산출된 상기 소모량과 제1 임계값과의 비교 결과, 및 산출된 상기 소모 레이트와 제2 임계값과의 비교 결과로부터 특정 소모 부재의 소모 정도를 판정하는 것인 소모 판정 방법.
- 불소 가스를 포함하는 복수의 가스에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 기판의 처리를 제어하는 제어부를 가지며,
상기 제어부는,
OES(Optical Emission Spectroscopy)의 측정 수단에 의해, 상기 플라즈마로부터 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도를 취득하고,
불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도와 특정 소모 부재의 소모 레이트를 관련시켜 기억한 기억부를 참조하여, 취득된 상기 불소 가스를 포함하는 복수의 가스의 발광 강도로부터 특정 소모 부재의 소모 레이트를 산출하는 것인 플라즈마 처리 장치.
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