(57)【要約】【課題】ウェハを静電チャックから脱離させる前にウェハの残留電荷量を予測することを目的とする。【解決手段】処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行った後に、基板を支持するピンの上下動により該基板を振動させ、前記基板を振動させたときに吸着電極の誘導電流から基板の残留電荷量を算出し、前記算出した基板の残留電荷量に応じて、前記吸着電極に印加する電圧を算出する計測方法が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行った後に、基板を支持するピンの上下動により該基板を振動させ、
前記基板を振動させたときに吸着電極の誘導電流から基板の残留電荷量を算出し、
前記算出した基板の残留電荷量に応じて、前記吸着電極に印加する電圧を算出する、
計測方法。
【請求項２】
前記ピンの上下動の繰り返しにより基板を振動させたときに発生する信号の周波数を１０Ｈｚ以下に制御する、
請求項１に記載の。
【請求項３】
前記信号の振幅を１ｍｍ以下に制御する、
請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記信号の振幅を０.５ｍｍ以下に制御する、
請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項５】
処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行った後に、請求項１〜４のいずれか一項の計測方法により算出した前記吸着電極に印加する電圧を記憶した記憶部を参照して、前記算出した電圧を吸着電極に印加し、
前記算出した電圧を印加した後に前記高周波電力の印加を停止し、
前記高周波電力の印加を停止した後に前記算出した電圧の印加を停止する、
除電方法。
【請求項６】
処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行った後に、基板を支持するピンの上下動により該基板を振動させ、
前記基板を振動させたときに吸着電極の誘導電流から基板の残留電荷量を算出し、
前記算出した基板の残留電荷量に応じて、前記吸着電極に印加する電圧を算出し、
前記算出した電圧を印加した後に前記高周波電力の印加を停止し、
前記高周波電力の印加を停止した後に前記算出した電圧の印加を停止する、
除電方法。
【請求項７】
前記算出した基板の残留電荷量を第１の閾値と比較し、
前記比較の結果、前記残留電荷量が前記第１の閾値よりも大きい場合、前記算出した電圧を吸着電極に印加する、
請求項５又は６に記載の除電方法。
【請求項８】
前記算出した残留電荷量を前記第１の閾値よりも値が大きい第２の閾値と比較し、
前記比較の結果、前記残留電荷量が前記第２の閾値よりも大きい場合、前記プラズマ処理を行う装置のメンテナンスを行う、
請求項７に記載の除電方法。
【請求項９】
前記吸着電極は、単極の電極を有する、
請求項５〜８のいずれか一項に記載の除電方法。
【請求項１０】
処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記プラズマにより処理を行った後に、基板を支持するピンの上下動により基板を振動させ、
前記基板を振動させたときに吸着電極の誘導電流から基板の残留電荷量を算出し、
前記算出した基板の残留電荷量に応じて、前記吸着電極に印加する電圧を算出する、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法、除電方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理を繰り返し実行すると、静電チャックの表面に残留電荷が溜まる。プラズマ処理時に生成される反応生成物が静電チャックの表面に堆積することで表面が経時変動する。そして、表面の堆積物から形成される絶縁膜に電荷が蓄積され、残留電荷となる。このようにして静電チャックの表面が帯電し、ウェハに対して残留電荷による吸着力が発生する。その吸着力のために、ウェハをピンの上昇力により持ち上げたときにウェハが割れたり、飛び跳ねたりしてしまう。
【０００３】
上記静電チャック表面の残留電荷は、除電処理によっても除去できない。そこで、特許文献１では、静電チャックの表面に残留電荷がない初期状態の静電チャックの電極（以下、「吸着電極」という。）に溜まる電荷量を計測しておく。そして、静電チャックをオフしたときに流れる電流値により帯電によって変動した電荷量を計算し、その差分から残留電荷量を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、静電チャック表面の残留電荷量はウェハ毎に異なり、また、静電チャックの使用条件、使用履歴、プロセス条件等により変化する。よって、ウェハを静電チャックから脱離させる際、残留電荷量に対応した除電条件を正しく絞り込むことは困難である。一方、ウェハに損傷を与えないためには、ウェハを静電チャックから脱離させる前に、ウェハに影響している残留電荷量を測定する必要がある。
【０００６】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、ウェハを静電チャックから脱離させる前にウェハの残留電荷量を予測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器内のステージに載置された基板を静電チャックにより静電吸着した状態で、高周波電力の印加によってガスから生成したプラズマにより処理を行った後に、基板を支持するピンの上下動により該基板を振動させ、前記基板を振動させたときに吸着電極の誘導電流から基板の残留電荷量を算出し、前記算出した基板の残留電荷量に応じて、前記吸着電極に印加する電圧を算出する計測方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、ウェハを静電チャックから脱離させる前にウェハの残留電荷量を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るウェハの変位により発生する誘導電流の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る残留電荷の計測方法に使用する装置モデルの一例を示す図。
【図４】一実施形態に係る吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）のグラフの一例を示す図。
【図５】一実施形態に係る吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）を用いて（１５）式、（１６）式及び（１７）式から導かれた計算結果の一例を示す図。
【図６】一実施形態に係る吸着状態を説明するための図。
【図７】一実施形態に係る残留電荷の計測タイミングを説明するための図。
【図８】一実施形態に係る残留電荷の計測処理及び除電処理の一例を示すフローチャート。
【図９】一実施形態に係る静電チャックが新品の場合のウェハ吸着時の静電容量の測定結果の一例を示す図。
【図１０】一実施形態に係る静電チャックが中古の場合のウェハ吸着時の静電容量の測定結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、プラズマ処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器１０を有している。処理容器１０の内面には、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。処理容器１０の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
【００１２】
ステージ２０は、基板の一例であるウェハＷを載置する。ステージ２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。ステージ２０は下部電極としても機能する。
【００１３】
ステージ２０の上側には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック２２が設けられている。静電チャック２２は、誘電体の基材２４の間に吸着電極２３を挟み込んだ構造になっている。吸着電極２３にはスイッチ３７を介して直流電圧源３６が接続されている。直流電圧源３６から吸着電極２３に直流電圧ＨＶが印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック２２に吸着される。
【００１４】
静電チャック２２の外周側の上部には、ウェハＷの外縁部を囲うように円環状のフォーカスリング２５が載置される。フォーカスリング２５は、例えば、シリコンから形成され、プラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。
【００１５】
ステージ２０は、支持体２１により支持されている。これにより、ステージ２０は処理容器１０の底部に保持される。支持体２１の内部には、冷媒流路が形成されてもよい。また、伝熱ガスをウェハＷの裏面に供給してもよい。冷媒を冷媒流路に循環させ、伝熱ガスをウェハＷの裏面に供給することで、ウェハＷの温度を制御する。
【００１６】
ステージ２０には、第１高周波電源３２から、第１周波数のプラズマ生成用の高周波電力ＨＦが印加される。また、ステージ２０には、第２高周波電源３４から、第１の周波数よりも低い第２周波数の、バイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦが印加される。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介してステージ２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介してステージ２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力ＨＦをステージ２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力ＬＦをステージ２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力をステージ２０に印加するが、ガスシャワーヘッド４０に印加してもよい。
【００１７】
第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。
【００１８】
ガスシャワーヘッド４０は、その外縁部を被覆するシールドリング１１を介して処理容器１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド４０は、接地されている。ガスシャワーヘッド４０は、シリコンにより形成されてもよい。ガスシャワーヘッド４０は、ステージ２０（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。
【００１９】
ガスシャワーヘッド４０には、ガスを導入するガス導入口４１が形成されている。ガスシャワーヘッド４０の内部にはガスを拡散するための拡散室４２が設けられている。ガス供給源５０から出力されたガスは、ガス導入口４１を介して拡散室４２に供給され、拡散されて多数のガス供給孔４３から処理容器１０の内部に導入される。
【００２０】
処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これにより、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。処理容器１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に開閉する。
【００２１】
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０５、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、ＲＡＭ１１５等の記憶領域に格納されたレシピに従って、エッチング等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、冷媒の温度等が記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２２】
ウェハの搬送時には、ゲートバルブＧの開閉が制御される。ウェハＷが処理容器１０に搬入されると、ウェハＷはアームから支持ピン９０に受け渡される。支持ピン９０は、例えば３本設けられ、ステージ２０を貫通し、ウェハＷを支持する。
【００２３】
支持ピン９０は、ピンドライバ８２の駆動により上下動する。支持ピン９０が下降し、ウェハＷがステージ２０に載置されると、直流電圧源３６から吸着電極２３に直流電圧ＨＶが印加され、ウェハＷが静電チャック２２に吸着され、保持される。
【００２４】
ガス供給源１５から処理容器１０内に処理ガスが供給される。第１高周波電源３２からステージ２０に第１高周波電力が印加され、第２高周波電源３４からステージ２０に第２高周波電力が印加される。これにより、ウェハＷの上方に生成されたプラズマの作用とイオンの引き込みによりウェハＷに所定のプラズマ処理が施される。
【００２５】
プラズマ処理後、直流電圧源３６から吸着電極２３にウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧、又は後述される算出した直流電圧が印加され、ウェハＷの電荷が除電される。これにより、ウェハＷは、静電チャック２２から剥がされ、ゲートバルブＧから処理容器１０の外部に搬出される。次のウェハＷの搬入、プラズマ処理及び搬出が行われる。
【００２６】
［静電誘導電流］
本実施形態では、ウェハＷを脱離させる前にウェハＷを上下に振動させる。そのとき、吸着電極２３に発生する静電誘導電流（以下、「誘導電流」という。）は、電流アンプ８１により増幅され、位相検波器８０に入力される。位相検波器８０からは誘導電流の直流電流が出力される。
【００２７】
ウェハＷへのプラズマ処理が行われた後、ウェハＷを搬出する際、静電チャック２２の表面の残留電荷の影響によりウェハＷには電荷が溜まっている。本実施形態では、この状態でピンを上下動させる。ピンを上下動させるための信号（以下、「参照信号」という。）は、制御部１００により制御され、ピンドライバ８２に入力される。ピンドライバ８２が参照信号の入力に応じて駆動することにより、支持ピン９０が移動する。
【００２８】
後述されるように参照信号の振幅は、１ｍｍ以下であればよく、０．５ｍｍ以下であるとより好ましい。また、参照信号の周波数は、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００２９】
支持ピン９０を動かし、ウェハＷが変位すると誘導電流が流れる。図２では、線Ｂは支持ピン９０の移動速度を示し、線Ａは支持ピン９０の移動に応じて流れる誘導電流を示す。支持ピン９０が移動速度０ｍｍ／ｓｅｃから５ｍｍ／ｓｅｃに変化し、ウェハＷを押し上げ始めると、ウェハＷの変位に応じた誘導電流が流れ始め、最大で約−１．０[μＡ]程度の誘導電流が流れる。このとき、マイナスの誘導電流が流れるか又はプラスの誘導電流が流れるかは、ウェハＷに溜まった電荷の正負による。
【００３０】
このとき、誘導電流はウェハＷに対向しているすべての電極に流れる。つまり、誘導電流は、吸着電極２３、上部電極４０、処理容器１０の内壁に流れる。図２は、吸着電極２３に生ずる誘導電流を計測したものである。本実施形態では、図３のモデル及び等価回路に示すように吸着電極２３に電流計Ａを設け、電流計Ａにより誘導電流を測定する。
【００３１】
また、図２の例では、支持ピン９０の移動距離は０．５２ｍｍである。つまり、支持ピン９０の上下動により、ウェハＷは０．５２ｍｍ程度変位する。図３のモデルの左側は、ウェハＷがステージ２０に載置されている状態を示し、モデルの右側は、ウェハＷが支持ピン９０によりステージ２０から０．５２ｍｍ程度わずかに持ち上げられている状態を示す。ウェハＷは、完全に静電チャック２２から離れることはなく、一部は残留吸着によって静電チャック２２に吸着された状態で、支持ピン９０に押し上げられ、わずかに上昇する。
【００３２】
［位相検波法］
誘導電流とリーク電流とは位相が９０°ずれる。よって、位相検波器８０は、誘導電流の直流電流をリーク電流と分離して出力する。
【００３３】
ケルビン法による金属電極の電位測定では、任意の電位の電極間（例えば、コンデンサのように両電極（双極）が直接電源とつながる）の系を対象にしている。これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、ウェハＷは浮遊電極となっていて電位が特定できない状態にあり、電位測定の条件が吸着電極２３のみの単極になっている。よって、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、吸着電極２３（単極）の電位を、ケルビン法を用いて測定することはできない。そこで、本実施形態では、ウェハＷと静電チャック２２の物理的構造から静電容量Ｃを計算し、ウェハＷの電位Ｖと残留電荷量Ｑを結びつける必要がある。
【００３４】
図３の等価回路を使って説明すると、ケルビン法では、図３のウェハＷ及び基材２４を内包した上部電極（ガスシャワーヘッド４０）と、吸着電極２３との両電極（双極）に適応され、両電極間の電位を測定することが可能である。しかしながら、ケルビン法では、ウェハＷと吸着電極２３（単極）の状態は測定できない。
【００３５】
他方、本実施形態に係る計測方法では、ウェハＷと吸着電極２３の状態を直接測定することができる。ウェハＷの割れや飛び跳ねは、静電チャック２２表面の状態変化によるウェハＷの残留吸着を要因としている。このウェハＷの割れや飛び跳ねを防止する課題に対して、本実施形態に係る計測方法では、ウェハを静電チャック２２から脱離させる前にウェハＷの残留電荷量Ｑを算出し、算出した残留電荷量Ｑから除電電圧Ｖを算出する。
【００３６】
本実施形態では、位相検波器８０から出力された誘導電流の直流電流から残留電荷量Ｑを算出し、算出した残留電荷量Ｑから除電電圧Ｖを算出する。そして、除電処理時に除電電圧Ｖを逆印加することで、ウェハＷの割れ、ウェハＷの跳ねなどがない状態でウェハを静電チャック２２から脱離することができる。逆印加とは、プラズマ処理時に、ウェハＷを静電チャックに吸着させるときに印加した直流電圧ＨＶと逆の極性の電圧を印加するという意味である。
【００３７】
本来的には残留電荷量ＱはウェハＷを引き剥がさないと分からないが、本実施形態では、支持ピン９０によりウェハＷを振動させてわずかに変位させる。これにより、Ｑ＝ＣＶ（ウェハＷの残留電荷量Ｑ，ウェハと吸着電極の間の静電容量Ｃ，ウェハＷの電位Ｖ）の式で示されるΔＣＶを変動させることでΔＱを導く。そして、位相検波法（ロックイン検出：Lock-inアンプのこと）により残留電荷量Ｑを算出する。なお、ウェハと吸着電極の間の静電容量Ｃとは、ウェハ、ウェハと吸着電極の間、吸着電極自身の３つからなる静電容量をいう。
【００３８】
［残留電荷量の計算結果］
図４は、本実施形態に係る吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）のグラフの一例を示す。算出条件としては、ウェハＷの電位を−３００Ｖに設定し、参照信号の周波数を１０Ｈｚ、参照信号の振幅を１０μｍ、参照信号のオフセットを１０μｍに設定した。
【００３９】
なお、ウェハＷの電位は、実際には測定ができないウェハＷとグラウンドとの電位差であり、ここでは−３００Ｖに設定した。ウェハＷの電位が−３００Ｖ程度であれば、ウェハを静電チャック２２から脱離する際にウェハＷの割れや跳ね等は生じない。参照信号の振幅のオフセットは、参照信号の振幅の中心値を示す。
【００４０】
図４の曲線ＣはウェハＷの電圧が１００Ｖに相当するとき、曲線ＤはウェハＷの電圧が５０Ｖに相当するときの誘導電流ｉ３（ｔ）の推移である。ウェハＷに溜まる電荷の正負によって、流れる誘導電流の正負が決まる。
【００４１】
図５は、ウェハＷの電位Ｖが５０Ｖのとき及び１００Ｖのときに、吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）を用いて後述する（１５）式、（１６）式及び（１７）式から導かれた、ウェハＷの残留電荷量の計算結果の一例を示す。ウェハＷの残留電荷量の計算結果のうち、理想値は、誘電層分を含まない残留吸着時のウェハＷの残留電荷であり、予測値は、誘電層分を含む残留吸着時のウェハＷの残留電荷である。
【００４２】
理想的な吸着状態は、図６（ａ）に示すように、ウェハＷと吸着電極２３の間で引き合う吸着力が生じている状態である。この吸着力は、原理的に存在するもので残留吸着の問題にならない。つまり、ウェハと吸着電極２３の間は、正常な残留吸着状態、つまり、理想的な吸着状態である。静電チャック２２が新品で、堆積物が静電チャック２２の表面に付着していないとき、図６（ａ）に示す理想的な吸着状態になる。
【００４３】
理想的な吸着状態の場合の除電処理後の状態が、図６（ｂ）に示される。ここでは、除電処理は、ウェハＷを静電チャックに吸着させる際に印加した電圧ＨＶと正負が逆で大きさが同一の電圧を吸着電極２３に印加することにより行われる。
【００４４】
この場合、ウェハＷに残った残留電荷量により、ウェハＷと吸着電極２３との間で残留吸着力が生じている。この状態は、正常な残留吸着状態であり、このときのウェハＷの残留電荷を計算したものが図５に示す理想値（誘電層分を含まない残留吸着）である。
【００４５】
この状態において、ウェハＷの残留電荷量Ｑ（理想値）は、ウェハＷの電圧が５０Ｖに相当するとき０．６[μＣ]と算出され、ウェハＷの電圧が１００Ｖに相当するとき１．３[μＣ]と算出される。この計算結果は、吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）を用いて後述する（１５）式、（１６）式及び（１７）式から導かれる。
【００４６】
他方、静電チャック２２が使用され、堆積物が徐々に静電チャック２２の表面に付着した場合における除電処理後の状態が、図６（ｃ）に示される。
【００４７】
図６（ｃ）に示す状態では、静電チャック２２の表面に、反応物が堆積した誘電層３０が存在する。この状態で上記除電処理を行っても、誘電層３０にて帯電する残留電荷により、ウェハＷと誘電層３０との間で残留吸着力が生じてしまう。これは、ウェハが割れたりする要因となる残留吸着であり、異常な残留吸着状態である。特にウェハＷと誘電層３０とは距離が近いため、誘電層３０の残留電荷量が小さくてもウェハＷと静電チャック２２の間には強い吸着力が生じる。また、誘電層３０の残留電荷量は、ウェハＷの下面に隠されているため除電が難しい。
【００４８】
本実施形態では、このような状態においても、ウェハＷを脱離させる前にウェハＷの残留電荷量の予測値を算出できる。つまり、このときのウェハＷの残留電荷を計算したものが図５に示す予測値（誘電層分を含む残留吸着）である。
【００４９】
この状態において、ウェハＷの残留電荷量Ｑ（予測値）は、ウェハＷの電圧が５０Ｖに相当するとき０．５[μＣ]と算出され、ウェハＷの電圧が１００Ｖに相当するとき１．１[μＣ]と算出される。この計算結果は、吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）を用いて（１５）式、（１６）式及び（１７）式から導かれる。
【００５０】
算出されたウェハＷの残留電荷量の理想値と予測値との差分が、誘電層３０に溜まった残留電荷量である。静電チャック２２は、複雑な構造をしているが、図５の理想値と予測値の計算結果から、ウェハＷの残留電荷量の予測値が、真値に近い値を算出できることがわかる。
【００５１】
［残留電荷量の計測方法］
次に、残留電荷量の算出方法について説明する。ウェハＷが帯電している場合、ウェハＷが動くと上部電極や吸着電極２３に誘導電流が流れる。吸着電極２３に流れる誘導電流は、ウェハの電荷量と、ウェハと接地電位の間の静電容量とで決まる。ウェハと接地電位の間の静電容量は、静電チャック２２の構造と処理容器１０の構造で決まる。よって、静電チャック２２の構造と処理容器１０の構造が定まれば、ウェハＷと接地電位の間の静電容量は計算により算出できる。したがって、ウェハＷの電荷量は、ウェハと接地電位の間の静電容量を比例定数として、誘導電流に比例する。
【００５２】
図３のモデルにおいて、ウェハＷが動くと吸着電極２３に誘導電流が流れる。その電流量は電流計Ａにより計測される。吸着電極２３の誘導電流ｉ３（ｔ）がウェハＷの残留電荷量Ｑに比例する式を求める。なお、以下の各式において各変数に使用する添え字が「１」の場合は上部電極に関する変数を示し、「２」の場合はウェハに関する変数を示し、「３」の場合は静電チャックに関する変数を示す。
【００５３】
まず、ウェハＷの上下動を時間の関数で記述すると、支持ピンによるウェハＷの持ち上げ距離ｈ２（ｔ）は、（１）式により算出される。
h2(t)=A0+A1sin(ωt-φ)  （１）
ここで、A0はピンを振動させたときの参照信号の振幅であり、A1は参照信号の振幅のオフセット（オフセット：振幅の中心値）であり、ωは角振動数である。
【００５４】
ウェハと上部電極の間の距離ｈ１（ｔ）は、（２）式により算出される。
h1(t)=Hgap-Hwafer-h2(t)=B0-A0-A1sin(ωt-φ)  （２）
ここで、Hgapは上部電極表面と静電チャック表面との距離であり、Hwaferはウェハの厚さであり、B0はHgap-Hwaferで示される。
【００５５】
ウェハの残留電荷量Ｑが放電しない場合、電荷量は一定となる。よって、クーロンの法則によりウェハの残留電荷量Ｑは、（３）式にて表される。
Q=c(t)v(t)=const.  （３）
ここで、c(t)はウェハとグラウンドの間の静電容量であり、v(t)はウェハとグラウンドの間の電位である。
【００５６】
電荷はウェハにのみ帯電しているので、ウェハとグラウンドの間の電圧ｖ（ｔ）は（４）式により算出される。
v(t)=v1(t)=v3(t)  （４）
ここで、v1(t)はウェハと上部電極の間の電圧であり、v3(t)はウェハと吸着電極の間の電圧である。
【００５７】
ウェハの残留電荷量Ｑは、上部電極側に誘導される電荷ｑ１（ｔ）と吸着電極側に誘導される電荷ｑ３（ｔ）の和となる。この関係を（５）式に示す。
Q=q1(t)+q3(t)=q2(t)  （５）
q2(t)は、ウェハの電荷を示す。
【００５８】
ウェハとグラウンドの間の静電容量c(t)は、（６）式により算出される。
c(t)=(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))/(c2(t)+C3)  （６）
c1(t)はウェハと上部電極の間の静電容量であり、c2(t)はウェハと静電チャック表面の間の静電容量であり、C3は誘電層の静電容量である。
【００５９】
（３）式及び（６）式により、ウェハとグラウンドの間の電圧v(t)は（７）式により算出される。
v(t)=Q/c(t)=(c2(t)+C3)Q/(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))  （７）
（５）式と（７）式から（８）式が導かれる。
Q=q1(t)+q3(t)=v(t)(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))/(c2(t)+C3)  （８）
各部材間等の静電容量は（９）式〜（１３）式で表される。
c1(t)=ε0×Swafer/h1(t)  （９）
c1(t)はウェハと上部電極の間の静電容量であり、ε０は真空の比誘電率であり、Swaferはウェハ表面の面積であり、h1(t)はウェハと上部電極の間の距離である。
【００６０】
c2(t)=ε0×Swafer/h2(t)  （１０）
c2(t)はウェハと静電チャック表面の間の静電容量であり、h2(t)はウェハと静電チャック表面の間の距離である。
【００６１】
C3=εESC×ε0×Swafer/hESC  （１１）
C3は誘電層の静電容量であり、εESCは静電チャックの材料の比誘電率であり、hESCはウェハと吸着電極の間の距離である。
c23(t)=εESC×ε0×Swafer/(εESC×h2(t)+hESC)  （１２）
c23(t)はウェハと吸着電極の間の静電容量であり、ｈ２（ｔ）はウェハの持ち上げ距離である。
c(t)=ε0×Swafer/h1(t)+εESC×ε0×Swafer/(εESC×h2(t)+hESC)  （１３）
c(t)はウェハとグラウンドの間の静電容量である。
【００６２】
（２）式、（９）式〜（１３）式を用いて、（８）式を展開すると、吸着電極側に誘導される電荷ｑ３（ｔ）を求める（１４）式が導かれる。
q3(t)=v(t)×(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))/(c2(t)+C3)-q1(t)
=v(t)×c2(t)C3/(c2(t)+C3)
=c2(t)C3Q/(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))
=Qh1(t)/(ε0×Swafer/C3+h1(t)+h2(t))
=Qh1(t)/(hESC/εESC+h1(t)+h2(t))
=Q(B0-A0-A1sin(ωt-φ))/(hESC/εESC+B0)
=Q(B0-A0)/(hESC/εESC+B0)-QA1×sin(ωt-φ)/(hESC/εESC+B0)
=Q0-A×sin(ωt-φ)  （１４）
ただし、Q0=Q(B0-A0)/(hESC/εESC+B0)、A=QA1/(hESC/εESC+B0)である。
【００６３】
（１４）式を用いて、吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）は、電流の定義から吸着電極側に誘導される電荷ｑ３（ｔ）を微分する（１５）式により算出することができる。
i3(t)=dq3(t)/dt=d/dt(I0-Asin(ωt-φ))=-Aωcos(ωt-φ)  （１５）
この結果、吸着電極の誘導電流Ｉ３は、（１６）式により算出される。
I3=Aω=QA1ω/(hESC/εESC+B0)  （１６）
吸着電極の誘導電流ｉ３（ｔ）が位相検波器８０に入力され、誘導電流Ｉ３が、位相検波器８０から出力されると、制御部１００は、位相検波器８０から誘導電流Ｉ３から式（１７）を用いてウェハＷの残留電荷量Ｑを算出する。
Q=[(hESC/εESC+B0)/A1ω]×I3  （１７）
制御部１００は、算出した残留電荷量ＱをＶ＝Ｃ／Ｑに代入することで、逆印加する除電電圧Ｖを算出する。
【００６４】
以上に説明したように、本実施形態に係る計測方法によれば、ウェハＷの脱離前にウェハＷを振動させることで、吸着電極２３に誘導電流を流し、このときに吸着電極２３に流れる誘導電流に対応するウェハＷの残留電荷量Ｑを算出し、算出したウェハの残留電荷量Ｑに基づき除電処理において印加すべき除電電圧Ｖを算出する。そして、除電処理において、算出した除電電圧Ｖを逆印加する。これにより、ウェハＷをスムーズに脱離することができる。
【００６５】
［除電方法］
以下では、算出した除電電圧Ｖを用いた本実施形態に係る除電方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係る残留電荷量の計測タイミングを説明するための図である。図８は、本実施形態に係る残留電荷量の計測処理及び除電処理の一例を示すフローチャートである。
【００６６】
図７に示すように、図１に示すプラズマ処理装置１においてウェハＷを処理する処理サイクルでは、まず、ウェハＷをプラズマ処理装置１に搬入する（ステップＳ１）。次に、直流電圧源３６から所定の直流電圧ＨＶを吸着電極２３に印加し、ウェハＷを静電チャック２２に静電吸着させる（ステップＳ２）。次に、第１高周波及び第２高周波の電力をステージ２０に印加し、ガス供給源５０から供給されたプロセスガスをプラズマ化し、ウェハＷにエッチング等のプラズマ処理を行う（ステップＳ３）。
【００６７】
次に、支持ピン９０を上下動させることでウェハＷを振動させ、その際に吸着電極２３に流れる誘導電流ｉ３（ｔ）を計測し（測定タイミング）、誘導電流ｉ３（ｔ）から残留電荷量Ｑを算出し、残留電荷量Ｑから除電電圧Ｖを算出する。つまり、誘導電流ｉ３（ｔ）の測定タイミングは、ウェハＷのプラズマ処理の終了後であって、支持ピン９０の動作中（ウェハの脱離前）の間である。
【００６８】
算出した除電電圧Ｖが予め定められた第１の閾値Ｖｔｈ１よりも大きい場合、算出した除電電圧Ｖを吸着電極２３に印加（逆印加）した後、ウェハＷを静電チャック２２から脱離し（ステップＳ４）、ウェハＷを搬出する（ステップＳ５）。第１の閾値Ｖｔｈ１は、除電処理において、算出された除電電圧Ｖによる除電を行うか否かを判断するための閾値であり、予め設定されている。第１の閾値Ｖｔｈ１の値を、ステップＳ２にて印加した直流電圧ＨＶと正負が逆で大きさが同一の電圧に設定してもよい。算出した電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１以下の場合、除電処理において、第１の閾値Ｖｔｈ１を吸着電極に印加してもよい。
【００６９】
また、算出した除電電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合、処理容器等のクリーニングを行う（ステップＳ６）。第２の閾値Ｖｔｈ２は、処理容器等のクリーニングを行うか否かを判断するための閾値であり、予め設定されている。なお、算出した除電電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２以下の場合、クリーニングは行わなくてもよい。
【００７０】
この時点で一のウェハＷの処理サイクルを終了し、次のウェハＷの処理サイクルを再開する。次の処理サイクルでは、静電チャック２２の表面処理（トリートメント等）を行い（ステップＳ７）、次のウェハＷを搬入し（ステップＳ１）、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００７１】
以上のサイクルにより行われる、ウェハＷ毎に計測した誘導電流ｉ３（ｔ）を用いた計測処理及び除電処理について、図８を参照しながら更に詳しく説明する。図８の処理は主に制御部１００により制御される。
【００７２】
図８の処理が開始されると、制御部１００は、ウェハＷの搬入、支持ピン９０の下降、吸着電極２３への直流電圧ＨＶのオンを制御する（ステップＳ１１）。次に、制御部１００は、プロセスガスを導入し、第１高周波及び第２高周波の電力をオンし、プラズマを着火させる（ステップＳ１２）。
【００７３】
次に、制御部１００は、ウェハＷに対するプラズマ処理を開始し（ステップＳ１３）、所定のプラズマ処理を行った後、プロセスを終了する（ステップＳ１４）。次に、制御部１００は、吸着電極２３への直流電圧ＨＶをオフする（ステップＳ１５）。ここで、直流電圧ＨＶの逆印加を行ってもよい。
【００７４】
次に、制御部１００は、支持ピン９０を０．５ｍｍ程度上下動させ、ウェハＷを振動させる（ステップＳ１６）。これにより、吸着電極に誘導電流ｉ３（ｔ）が発生する。次に、制御部１００は、誘導電流ｉ３（ｔ）を位相検波器８０に入力し、位相検波器８０から誘導電流Ｉ３を出力させる（ステップＳ１７）。
【００７５】
次に、制御部１００は、（１７）式を用いて、誘導電流Ｉ３からウェハＷの残留電荷量Ｑを算出する（ステップＳ１８）。次に、制御部１００は、算出した残留電荷量Ｑから逆印加する除電電圧Ｖを算出する（ステップＳ１９）。
【００７６】
次に、制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０）。制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１よりも大きいと判定した場合、除電用のプラズマを着火し、算出した除電電圧Ｖを吸着電極２３に逆印加する（ステップＳ２２）。他方、制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１以下であると判定した場合、第１の閾値Ｖｔｈ１を除電電圧Ｖに代入し（ステップＳ２１）、除電用のプラズマを着火し、除電電圧Ｖを吸着電極２３に印加（逆印加）する（ステップＳ２２）。
【００７７】
次に、制御部１００は、第１高周波の電力をオフし、不活性ガスの供給を停止し、プラズマを消火する（ステップＳ２３）。次に、制御部１００は、吸着電極２３へ逆印加した除電電圧Ｖをオフする（ステップＳ２４）。次に、制御部１００は、ウェハＷを脱離し、ウェハＷを搬出する（ステップＳ２５）。
【００７８】
ウェハＷの搬出後、制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２６）。制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２よりも大きいと判定した場合、静電チャック２２のトリートメントや静電チャック２２の新品への交換などのメンテナンスを行い（ステップＳ２７）、本処理を終了する。他方、制御部１００は、算出した除電電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２以下であると判定した場合、メンテナンスは行わず、本処理を終了する。
【００７９】
以上に説明したように、本実施形態に係る除電方法によれば、ウェハＷの脱離前にウェハＷを振動させたときに吸着電極２３に流れる誘導電流を測定する。これにより、測定した誘導電流に基づいてウェハＷの残留電荷量Ｑを算出することができる。また、算出した残留電荷量Ｑから除電電圧Ｖを算出することができる。この結果、算出した除電電圧Ｖを用いて除電処理を行うことでウェハＷの割れやウェハＷの跳ね等を生じさせずにウェハＷを静電チャック２２から剥がすことができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る除電方法によれば、除電用のプラズマを着火し、算出した除電電圧Ｖを印加した後にプラズマを消火する。これによれば、算出した除電電圧Ｖを印加したことにより除電電圧Ｖを印加した分の電界が発生し、プラズマが消失する時に、その電界をキャンセルするようにウェハＷに適切な電荷量の電荷が溜まる。この状態で除電電圧Ｖをオフすることで、ウェハＷに溜まった電荷を適切に除電することができる。これにより、ウェハＷに残留する電荷を概ねなくすことができる。
【００８１】
本実施形態に係る除電方法では、ウェハＷの処理毎に誘導電流ｉ３（ｔ）をモニターし、その値に応じて本実施形態により算出した除電電圧Ｖによる除電を行うか否かがリアルタイムに判断された。
【００８２】
しかしながら、本実施形態に係る除電処理は、リアルタイム処理に限らない。静電チャック２２表面の誘電層３０の経時変化は緩やかであるため、本実施形態のようにウェハＷの処理毎に誘導電流ｉ３（ｔ）をモニターしなくてもよい。例えば、所定枚数のウェハＷの処理後や、所定の周期又は不定期に図７に示すタイミングで誘導電流ｉ３（ｔ）をモニターし、モニター結果に応じて算出された除電電圧ＶをＲＡＭ１１５に記憶しておいてもよい。そして、所定枚数のウェハＷの処理には、ＲＡＭ１１５に記憶された同一の除電電圧Ｖを吸着電極２３に逆印加することで、本実施形態に係る除電方法を実行してもよい。
【００８３】
［静電容量の周波数依存性］
最後に、静電容量の周波数依存性について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る静電チャック２０が新品の場合のウェハ吸着時のウェハと吸着電極の間の静電容量の周波数依存性を示す。図１０は、本実施形態に係る静電チャック２０が中古の場合のウェハ吸着時のウェハと吸着電極の間の静電容量の周波数依存性を示す。グラフの縦軸は、静電容量の周波数依存性の傾向をみるために規格化されており、縦軸の単位は任意単位を用いている。
【００８４】
静電チャック２０が新品の場合、図９に示すように、参照信号の周波数が１０Ｈｚ以上では、ウェハと吸着電極の間の静電容量Ｃにバラツキが生じている。つまり、静電チャック２０が新品の場合、静電容量Ｃには周波数依存性があり、ウェハＷを１０Ｈｚ以上の周波数で振動させると、共振により正確な残留電荷量Ｑが算出できないことを示している。
【００８５】
静電チャック２０が中古の場合にも、図１０に示すように、参照信号の周波数が１０Ｈｚ以上では、ウェハと吸着電極の間の静電容量Ｃにバラツキが生じている。つまり、静電チャック２０が中古の場合にも、静電容量Ｃには周波数依存性があり、ウェハＷを１０Ｈｚ以上の周波数で振動させると、共振により正確な残留電荷量Ｑが算出できないことを示している。
【００８６】
よって、図９及び図１０に示す結果に基づき、正しい残留電荷量Ｑを算出するためには、参照信号の周波数は、１０Ｈｚ以下であることが好ましい。また、参照信号の周波数は、１Ｈｚ以上であることが好ましい。なお、図９及び図１０において、静電チャックの温度の平均値は２３℃である。
【００８７】
以上、計測方法、除電方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる計測方法、除電方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００８８】
例えば、本発明は、図１の平行平板型２周波印加装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置、表面波プラズマ処理装置等であってもよい。
【００８９】
本明細書では、エッチング対象の基板としてウェハＷについて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００９０】
１：プラズマ処理装置
１０：処理容器
２０：ステージ（下部電極）
２２：静電チャック
２３：吸着電極
２４：電チャックの基材
２５：フォーカスリング
３０：誘電層
３２：第１高周波電源
３４：第２高周波電源
３６：直流電圧源
３７：スイッチ
４０：ガスシャワーヘッド（上部電極）
４２：拡散室
５０：ガス供給源
６５：排気装置
８０：位相検波器
８１：電流アンプ
８２：ピンドライバ
９０：支持ピン
１００：制御部
【図１】
2018107265.tif 000003
【図２】
2018107265.tif 000004
【図３】
2018107265.tif 000005
【図４】
2018107265.tif 000006
【図５】
2018107265.tif 000007
【図６】
2018107265.tif 000008
【図７】
2018107265.tif 000009
【図８】
2018107265.tif 000010
【図９】
2018107265.tif 000011
【図１０】
2018107265.tif 000012