(57)【要約】【課題】  ウェハを静電吸着及びウェハの除電が信頼性高く行える方法及び装置を提供する。【解決手段】  先端にウェハ６裏面の酸化膜を貫通できる曲率半径および硬度を有する導電性の蝕針を有するウェハ接触棒２５および接地回路を有し、ウェハ処理前後のウェハの吸着及び除電時にウェハ接触棒２５の先端をウェハ６の裏面酸化膜を突き破ってＳｉに直接接触させることにより、ウェハに電荷を供給してウェハを吸着し、ウェハに蓄積された電荷を放出してウェハを除電し、ウェハの電圧もしくはウェハ電流の少なくともどちらかを監視することにより、ウェハ吸着状態を判断する。【選択図】        図１
2005310945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、前記真空処理室内に導入される半導体ウェハを保持するウェハステージと、前記ウェハステージに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記半導体ウェハをウェハステージに静電吸着させるために直流電圧を印加する直流電源とを具備する半導体ウェハを処理する半導体製造装置において、
前記ウェハステージ内において前記半導体ウェハ裏面の電圧を測定するウェハ接触棒を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒の先端には、ウェハの裏面酸化膜を貫通する曲率半径および硬度を有する蝕針を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒とアース間の電圧と電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒を半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通して接触させ、ウェハステージに前記直流電源により直流電圧を印加して直流回路を形成し、前記半導体ウェハをウェハステージ上に静電吸着することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項３記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒を半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通して接触させ、ウェハステージ上に静電吸着されたウェハを接地させてウェハをウェハステージ上から脱離することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項４及び５記載の特徴を併せ持つことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
請求項４記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒が半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通してウェハに接触し、測定されたウェハに流れる電流に基づき、前記半導体ウェハのウェハステージへの静電吸着の終了を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
請求項５記載の半導体製造装置において、前記ウェハ接触棒が半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通してウェハに接触し、測定されたウェハに流れる電流に基づき、前記半導体ウェハのウェハステージへのウェハの除電の終了を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
請求項７記載の半導体製造装置において、測定されたウェハの電位よりウェハステージ上の表面状態を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１０】
真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、前記真空処理室内に導入される半導体ウェハを保持するウェハステージと、前記ウェハステージに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記半導体ウェハをウェハステージに静電吸着させるために直流電圧を印加する直流電源とを具備する半導体ウェハを処理する半導体製造装置において、
前記ウェハステージ内において前記半導体ウェハ裏面の電圧を測定するウェハ押し上げプッシャを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャの先端には、ウェハの裏面酸化膜を貫通する曲率半径および硬度を有する蝕針を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャとアース間の電圧と電流の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブを備えることを特徴とする半導体製造装置
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャを半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通して接触させ、ウェハステージに前記直流電源により直流電圧を印加して直流回路を形成し、前記半導体ウェハをウェハステージ上に静電吸着することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャを半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通して接触させ、ウェハステージ上に静電吸着されたウェハを接地させてウェハをウェハステージ上から脱離することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１５】
請求項１３及び１４記載の特徴を併せ持つことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャが半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通してウェハに接触し、測定されたウェハに流れる電流に基づき、前記半導体ウェハのウェハステージへの静電吸着の終了を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の半導体製造装置において、前記ウェハ押し上げプッシャが半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通してウェハに接触し、測定されたウェハに流れる電流に基づき、前記半導体ウェハのウェハステージへのウェハの除電の終了を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の半導体製造装置において、測定されたウェハの電位よりウェハステージ上の表面状態を判定するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１９】
真空処理室内に導入される半導体ウェハをウェハステージに静電吸着力で係止する工程と、前記真空処理室内にプラズマを発生させる工程と、前記ウェハステージに高周波電圧を印加する工程とを有する半導体ウェハを処理する半導体製造装置におけるウェハの静電吸着方法において、
前記ウェハステージ側から前記半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通するウェハ接触棒を用いて半導体ウェハの電圧を測定する方法であって、
前記ウェハ接触棒を介してウェハに直流電圧を印加してウェハに静電吸着用の静電荷を供給することを特徴とするウェハの静電吸着方法。
【請求項２０】
請求項１９記載のウェハの静電吸着方法において、ウェハ接触棒とアース間の電圧を監視することにより、ウェハの吸着状態を判定することを特徴とするウェハの静電吸着方法。
【請求項２１】
請求項１９記載のウェハの静電吸着方法において、ウェハ接触棒とアース間の電流を監視することによりウェハの吸着状態を判定することを特徴とするウェハの静電吸着方法。
【請求項２２】
真空処理室内に導入される半導体ウェハをウェハステージに静電吸着力で係止する工程と、
前記真空処理室内にプラズマを発生させる工程と、前記ウェハステージに高周波電圧を印加する工程とを有する半導体ウェハを処理する半導体製造装置におけるウェハの除電方法において、
前記ウェハステージ側から前記半導体ウェハの裏面酸化膜を貫通するウェハ接触棒を用いて半導体ウェハの電圧を測定する工程を有し、かつ前記真空処理室内にプラズマがない場合のウェハの除電方法であって、
前記ウェハ接触棒を介してウェハを接地してウェハの静電吸着用の静電荷を除くことを特徴とするウェハの除電方法。
【請求項２３】
請求項２２記載のウェハの除電方法において、ウェハ接触棒とアース間の電圧を監視することにより、ウェハの吸着状態を判定することを特徴とするウェハの除電方法。
【請求項２４】
請求項２２記載のウェハの除電方法において、ウェハ接触棒とアース間の電流を監視することによりウェハの吸着状態を判定することを特徴とするウェハの除電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて半導体ウェハを処理する半導体製造装置および処理方法、特にウェハ吸着・除電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。また、ウェハの大口径化が進んでいる状況の中で、処理中のウェハ面内の均一な温度制御が非常に重要になってくる。このウェハの温度制御については、ウェハをステージに静電吸着させる方法が必須となってきている。この方法は、プラズマ中のウェハを静電チャックによりウェハステージに静電気的に吸着・保持し、ウェハとステージ間の熱伝達を確保するために熱伝導ガス（通常はヘリウムが用いられる）を導入して冷却するものである。静電チャックの方式には電極への電圧印加の違いにより、モノポール方式とダイポール方式の２つがある。モノポール方式では、電極にプラスまたはマイナスの電圧のみを印加し、ダイポール方式では、ウェハステージ内の２つの電極にそれぞれプラスとマイナスの両電圧を印加する。モノポール方式は、電極への直流電圧を印加するのみでは吸着せず、プラズマを介して直流回路を形成する必要がある。これに対しダイポール方式は、プラズマを介さず直流回路を形成できるためプラズマ無しでのウェハ吸着保持ができることが知られている。
【０００３】
一方、ウェハの除電についても、モノポール方式では、吸着と同じくプラズマが必要となる。このため処理後に除電専用のプラズマが必要となり、プラズマダメージによるデバイスへの影響や生産性の低下が問題となっている。また、電極上の反応生成物等の堆積物によるウェハの吸着および除電特性が変化し、ウェハの除電の失敗によるウェハズレやウェハ破損等が問題となっている。一方、ダイポール方式の場合、プラズマ無しで除電が可能である。しかし、電極構造の複雑化や、直流電源を複数台必要とすること等の部品や装置価格の高騰が問題となる。
【０００４】
モノポール方式電極でのウェハの除電問題の解決例として、ウェハの除電の際に、吸着時と逆電圧を印加する方法（例えば、特許文献１参照）や、導電性物質をウェハに直接接触させることによってウェハに残留している電荷を放出すること（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００５】
一方、ウェハの残留吸着力については、ウェハ裏面の圧力やウェハに残留している電荷量を確認する必要がある。これについては、ウェハ裏面の絶縁膜を貫通できるようなプローブとウェハステージに印加される電圧若しくは電流の少なくとも一方を測定できる電流・電圧プローブを用いる方法（例えば、特許文献３参照）が開示されているが、ウェハのプラズマ無除電に関する記載はされていない。
【特許文献１】特開平７−２７３１７７号公報
【特許文献２】特開平８−２７４１５３号公報
【特許文献３】特開２００１−３３８９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に提案された方法では、ウェハの裏面やウェハステージ表面のセラミック膜に堆積する反応生成物の状態により、ウェハ裏面、ウェハステージ表面のセラミック膜に蓄積する電荷量が異なるため、絶えず逆電圧の最適値および逆電圧印加時間を最適化する必要がある。
【０００７】
一方、特許文献２に提案された方法では、ウェハの裏面が酸化膜等の絶縁膜で覆われており、導電性のものが接触したとしても、電荷を放出するのに長時間経過しないと除去できなくなり生産性が低下する。
【０００８】
したがって、本発明の第１の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、ウェハの裏面に蓄積された電荷を確実に除去することができる除電方法および該除電方法が適用される半導体製造装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、ウェハの電位を測定することによる、ウェハのウェハステージへの吸着およびウェハの除電判定方法および該判定方法が適用される半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の目的は、例えば、プラズマを用いて半導体ウェハに処理を施す半導体製造装置において、半導体ウェハの裏面から該半導体ウェハの裏面の絶縁膜を貫通できるような導電性の突起物を搭載し、ウェハの除電時には突起物をウェハに接触させ、プラズマを介すことなく、ウェハ裏面の絶縁膜を介さず直接Ｓｉから、ウェハに残留した電荷を除去することで達成できる。
【００１１】
また、第２の目的は、例えば、さらにこの突起物を利用して、ウェハに印加される電圧値と電流値の少なくとも一方を測定し、測定されたウェハの電圧値、電流値の変化によりウェハの吸着および除電の判定をすることで達成できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、プラズマを介すことなくウェハを吸着保持および脱離を可能とすることができるウェハステージを提供することができる。
【００１３】
また、本発明のウェハ接触棒を設けた処理装置では、ウェハの吸着および除電ができるだけでなく、ウェハの電圧、電流を測定することにより、吸着や除電の終了判定およびウェハの吸着力を予測でき、未然にウェハ処理エラーを最小限にすることができるので、処理能力が高い装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。先ず、本発明の第１実施例について、図１および図２を用いて説明する。なお以下の説明において、第１実施例の構成要素と同一の機能を有する構成要素については、第１実施例と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１５】
図１を用いて、本発明の第１の実施例であるプラズマエッチング装置の例を説明する。第一の実施例にかかるプラズマエッチング装置は、コイル２と、高周波電源３と、アンテナ４と、ウェハステージ７と、セラミックス製の誘電膜８と、電極９と、ボルト１０と、絶縁板１１と、真空チャンバ１２と、フランジ１３と、給電棒１４と、高周波電源１５と、マッチングボックス１６と、コイル１７と、容量可変コンデンサ１８と、コンデンサ１９と、直流電源２０と、コイル２１と、カバー２２と、ターボ分子ポンプ２３と、ドライポンプ２４と、ウェハ接触棒２５と、駆動装置２６を執している。
【００１６】
真空チャンバ１２内の処理室内に導入された処理ガス１は、処理室上部に設置されるコイル２により発生する磁場と高周波電源３に接続されたアンテナ４に印加される高周波電圧により発生する電界の作用でＥＣＲ放電を生じ、プラズマ５を発生させる。半導体ウェハ６はウェハステージ７上に積載されている。ウェハステージ７の表面にはセラミックス製の誘電膜８が付けられており、静電チャック機能を有している。ウェハステージ７は、電極９上にボルト１０で固定されており、絶縁板１１により真空チャンバ１２から電気的に絶縁されている。また、ウェハステージ７と電気的に接続している電極９は、フランジ１３から電気的に絶縁されている給電棒１４と接続しており、この給電棒１４を用い外部の電源から給電できるようになっている。本実施例では、プラズマ５中のイオンをウェハに効果的に引き込むためにウェハ６にバイアス電圧を印加するため、周波数が８００ｋＨｚの高周波電源１５がマッチングボックス１６を介してウェハステージ７に接続されている。マッチングボックス１６には、一端が高周波電源１５に接続されたインピーダンス調整用のコイル１７と一端が接地された容量可変コンデンサ１８の並列回路が、給電棒１４に一端が接続されたコンデンサ１９に直列に接続される。また、給電棒１４には、静電チャックを機能させるための直流電源２０が、高周波電圧をカットするためのコイル２１を介して接続している。電極９とウェハステージ７の周縁部にはこれらを保護するためのカバー２２が設けられている。処理室には、処理ガスや反応生成物の排気用のターボ分子ポンプ２３とドライポンプ２４が設けられている。さらに、電極９とウェハステージ７から絶縁されてウェハ接触棒２５が設けられ、ウェハ接触棒を高さ方向に移動させるための駆動装置２６が設けられている。
【００１７】
図２を用いて図１に示したウェハ接触棒２５の詳細な構成を説明する。ウェハ接触棒２５は、符号６〜１２で示す前述の構成要素以外の構成要素２６〜４８で構成される。本発明で使用される、ウェハ接触棒は、ウェハステージ７に吸着若しくは除電すべき半導体ウェハ６の裏面に接触する電気導電性を有する蝕針４７と、蝕針４７を支持する電気導電性を有する弾性部材４６と、弾性部材４６を支持しつつフランジ構造を有する電流導入端子２７を備え、前記蝕針４７の電位は大気側で測定可能であり、かつ蝕針４７の高さ方向の位置は大気側から調整可能であるように構成される。以下に、その構成の詳細を説明する。
【００１８】
真空チャンバ１２、絶縁板１１、電極９、ウェハステージ７に同軸の貫通穴が設けてあり、この貫通穴の中にはウェハ接触棒２５を電極９やウェハステージ７からの電気的に絶縁するためのセラミックス製の絶縁パイプ２８が埋めこまれている。ウェハ接触棒２５は、真空チャンバ１２に取付け可能なようにフランジ２９構造をしており、Ｏリング３０で真空封じしてある。このフランジの中央には貫通穴が設けてある。この貫通穴にはウェハの電圧を測定するための端子２７が取り付けられている。端子２７は、内部に中空の絶縁パイプ３１が埋め込まれており、さらに内部には導電性の芯線３２が埋め込まれた構造をしており、端子２７の先端はオスネジ構造となっている。また、端子２７の上部にはＯリング３３が設けてあり、フランジ２９上部の内面をシールすることができる構成となっている。
【００１９】
また、フランジ２９下部にはベローフランジ３４、中心に穴が空いておりメスネジ構造となっているフランジ３５が取付けてあり、またＯリング３６、３７、３８にて真空シールがされている。また、フランジ３５には、別の穴が加工されており、駆動装置２６に連結されており、且つ先端がオスネジ構造となっている棒３９がフランジ３５の穴を通っている。この棒３９はナット４０，４１によりフランジ３５に固定されており、駆動装置２６の動作がウェハ接触棒２５に伝えられている。また端子２７の芯線３２の真空側終端には、導電性を有する連結棒４２が設けてある。この連結棒４２は、一端が芯線に迎合するようにソケット４３構造となっており、もう一方の一端には、ばね止め４４を用いてコイルばね４６が取り付けられている。このコイルばね４６の上部には、連結棒に沿って上下に駆動可能なように触針４７が設けている。触針４７の高さ方向の上限はウェハステージ面よりも若干高くなるように取り付けられ、ウェハが乗るとウェハの重みで下方へ移動する。この突出量はコイルばねのばね定数との兼合いで決定される。望ましくは半導体ウェハがウェハステージに積載された場合に、自重で完全にウェハステージまで沈み込む程度であればよい。また、触針４７は、導電性の材料で構成されており、その先端は半導体ウェハの裏面に存在する酸化膜や窒化膜を突き破る程度の曲率半径および硬度を有している。
【００２０】
本実施例では、触針４７の材質はタングステンカーバイトであるが、例えば、導電性ダイヤモンドなどのその他の材質も利用可能である。触針４７の先端部の曲率半径の値はコイルばね４６のばね定数と触針４７の突出量、すなわちばねの変形量によって決定されるべきものであり、実際に測定対象となる半導体ウェハ６の状態によって適宜決定される。
【００２１】
一例として、コイルばね４６のばね定数がｋ、突出量がＬ、で８インチウェハの裏面に厚みｔの酸化膜がついている場合に必要な曲率半径Ｒを示す。８インチウェハの重量をＷとおき、触針のヤング率とポアソン比をそれぞれＥｎ，νｎとおき、酸化膜のヤング率とポアソン比をそれぞれＥｗ，νＷとおいた場合、触針の先端とウェハの裏面酸化膜での接触円の半径ａは、下記（１）式で表せる。
【００２２】
【数１】
2005310945.tif 000003
【００２３】
この時の接触部中心の圧力は、下記（２）式で計算される。
【００２４】
【数２】
2005310945.tif 000004
【００２５】
この圧力ｐが、酸化膜の硬さよりも大きければ触針は酸化膜を突き破り導電性のあるシリコンと電気的に接触し、ウェハの電位を測定することが可能となる。つまり、酸化膜のビッカース硬さをＨｖとすると、下記（３）式を満たす曲率半径Ｒであればよいことがわかる。
【００２６】
【数３】
2005310945.tif 000005
【００２７】
ウェハが載っていない状態での蝕針４７の突出量は、ウェハ接触棒の上下動作を行う駆動装置２６にて高さ調整を行うができる。このため、処理中のウェハの電位とほぼ同じ電位を端子の芯線で観測することができるので、この芯線の電圧を電圧計で測定することによりウェハの電位を測定することができる。また、４８はウェハ接触棒をウェハステージ７，電極９，絶縁体１１から電気的に絶縁するための絶縁筒である。
【００２８】
続いて、本発明における、ウェハの静電吸着および除電方法について説明する。ウェハを吸着させるには、誘電幕を容量とするコンデンサを形成して、電極とウェハ間に反対の電荷を勇気させたクーロン力とウェハの誘電膜の界面の小さなギャップに微少電流が流れ、帯電分極して誘起されたジョンソン・ラーベック力の２種類よりなっている。このクーロン力とジョンソン・ラーベック力は、下記（４）式で表される。すなわち、静電吸着力Ｆは、
【００２９】
【数４】
2005310945.tif 000006
【００３０】
上記（４）式で、Ｆcはクーロン力、Ｆjrはジョンソン・ラーベック力、α、βは係数、ε０、εは誘電率、Ｖは印加電圧、ｄは誘電膜の厚み、ｇは界面のギャップを示す。この２つの力は誘電膜の体積固有抵抗値により発現される領域が異なり、一般にクーロン力は高抵抗の領域で、ジョンソン・ラーベック力は低抵抗の領域で支配的となる。また、ジョンソン・ラーベック力はクーロン力に比べ一般的に吸着力が大きいが、吸着後の残留電荷の除去に関する考慮が必要となる。
【００３１】
図３を用いて、本発明の第１実施例におけるウェハ，誘電膜を介したアースまでの等価回路モデルを説明する。図中の番号を説明すると、４９はアースで、５０はウェハの裏面絶縁膜の抵抗成分、５１はウェハの裏面絶縁膜の容量成分、５２はウェハとウェハステージとの空間の抵抗成分、５３はウェハとウェハステージとの空間の容量成分、５４はウェハステージ上の誘電膜の抵抗成分、５５はウェハステージ上の誘電膜の容量成分、５６はウェハの裏面絶縁膜、５７はウェハ接触棒に接続されているスイッチ、５８は抵抗、５９はコンデンサを示している。その他は前述の通りである。
【００３２】
ウェハがウェハステージ上に搬送された後、スイッチ５７をオンし、直流電源より直流電圧Ｖを印加すると、ウェハ裏面の酸化膜の界面に電荷が蓄積され、ウェハが吸着される。ここでウェハには、クーロン力とジョンソン・ラーベック力によって蓄積された電荷Ｑｗとウェハステージ上の誘電膜の界面にも蓄積された電荷量Ｑｈによりウェハがウェハステージ上に吸着される。このときＱｗとＱｈは基本的に同じとなる。この吸着力はスイッチ５７を切断した場合、ウェハの裏面絶縁膜に蓄積される電荷の移動が無く吸着力は保持される。
【００３３】
逆に、ウェハの吸着力を除去するには、直流電源から印加される直流電圧をＶとし、電位プローブ側のスイッチ４７を接続すると、直流回路が形成され、ウェハ裏面の絶縁膜およびウェハステージ表面の誘電膜に蓄積された電荷が放出され、ウエハの吸着力を除去することができる。これは静電吸着方法の一つであるダイポール方式、いわゆる電極内に二つの電極を設け、ウェハを介して直流電圧回路を形成し、ウェハを吸着させる方法と同じである。
【００３４】
本発明の第１の実施例では、電極の構造をシンプルでかつ１台の直流電源にてウェハの静電吸着を可能とするモノポール方式の構造を用い、かつ導電性の蝕針をもつウェハ接触棒を有することによりダイポール方式と同じくプラズマ無除電を行うことができる。但し、ウェハの裏面絶縁膜に蓄積された電荷を放出させる際には、一気に短絡させると異常放電が発生する可能性が考えられる。通常、ウェハを除電する場合、ウェハの裏面絶縁膜或いはウェハステージ上の誘電膜の正負電荷がアースに流れ込んで消失することを示す。さらにキルヒホッフの法則により、除電速度は、それぞれの時定数を考慮した場合、時定数の長いほうの時間で決定される。このため図３に示すとおり、本発明の第１事例ではウェハ接触棒とアース間にコンデンサＣと抵抗Ｒを追加し、時定数τを数秒程度に設定することで、異常放電によるウェハへのダメージを防止できる構造となっている。
【００３５】
また本発明では、ウェハの裏面絶縁膜を貫通し、直接Ｓｉにウェハ接触棒の蝕針を接触させるため、ウェハ電流を測定することができる。図４を用いて、除電判定を行う等価回路モデルを説明する。図中の６０はウェハ電流Ｉｗを示す。前述の通り除電は、ウェハ裏面の絶縁膜の電荷の放出を意味する。つまり除電の終了は、蓄積された電荷が完全に放出された状態を意味し、ウェハ電流Ｉｗは０となる。つまりウェハ電流Ｉｗ６０を測定することにより、確実なウェハの除電判定を行うことができる。
【００３６】
ウェハ裏面に電荷が蓄積された状態で、スイッチ５７をオンし、ウェハ電流Ｉｗを測定すると、図５に示すウェハ電流Ｉｗの時間特性が得られる。このウェハ電流Ｉｗの時間変化は、ウェハ電位Ｖとした場合、下記（５）式で求められる。
【００３７】
【数５】
2005310945.tif 000007
【００３８】
ウェハ電流Ｉｗ（ｔ）は、最初（ｔ＝０）のときＶ／Ｒの電流が流れるが、時間の経過により、Ｉｗ（ｔ）は減少し、最後はＩｗ（ｔ）は０となる。つまり、このＩｗ（ｔ）を測定することにより除電終了の判定が可能となる。但し、実際の運用方法としては、必ずしもＩｗ（ｔ）が０になるまで待つ必要はなく、ウェハを搬送する上で、ウェハのズレ等搬送の上で問題ないレベルのＩｗ（ｔ）を検知することで除電終了を判定することができる。この時のＩｗ（ｔ）は、各々のウェハ電流―時間依存性を調べることにより決定することができる。また、逆にウェハを吸着する場合、ウェハ電流Ｉｗを測定すると同じ特性が得られることから、ウェハ電流Ｉｗが０となる時にウェハの吸着が終了したと考えられる。このことからウェハの吸着終了の判定も可能である。
【００３９】
以上、本発明での除電検出について説明を行ったが、一方ウェハ電圧Ｖｗを測定することで、ウェハの吸着力を予測することができる。図６を用いて吸着力予測を行う際の等価回路モデルを説明する。図中の６１はウェハ電圧Ｖｗを示す。ウェハステージ上に反応生成物が堆積すると、通常ウェハステージ側の電荷の蓄積量は、誘電膜に蓄積される量よりも小さくなり、ウェハとウェハステージとの吸着力が低下すると考えられる。このためウェハの裏面絶縁膜に蓄積された電荷も小さくなることから、ウェハステージ上の反応生成物の堆積量が増加するとウェハ電圧Ｖｗも小さくなると考えられる。このことから、ある電圧以下となると、ウェハがウェハステージに吸着しなくなることが考えられる。言いかえるとウェハの搬送に影響の無い最小ウェハ吸着力の場合のウェハ電圧Ｖｗｍｉｎを設定し、これを検知することにより、電極のクリーニングの時期がわかる。これはウェハの吸着ミスを事前に防止できることから、生産性を向上することができる。
【００４０】
以上、本発明の第１の実施例について説明してきたが、必ずしもウェハ接触棒を独自に設置する必要はない。次にウェハ搬送用押し上げピンにウェハ接触棒と同じ特性を持たせた場合を第２の実施例として説明する。図７を用いて、本発明の第２実施例を説明する。
【００４１】
第２の実施例は、図１に示した第１の実施例の構成要素に加え、ウェハ押し上げ用のプッシャ６２、プッシャを搭載しているステージ６３、駆動装置６４を設けている。ウェハ押し上げ用のプッシャ６２の先端部は、第１の実施例のウェハ接触棒２５の触針４７と同様の構造を有している。すなわち、ウェは押し上げようのプッシャ６２の先端部はウェハ裏面の酸化膜を突き破り導電性のあるシリコンと電気的に接触し、ウェハの電位を測定することが可能となる。つまり、酸化膜のビッカース硬さをＨｖとすると、前記（３）式を満たす曲率半径Ｒであればよいことがわかる。この第２の実施例は、第１の実施例と同様の機能を有すことができる構成となっており、かつプッシャとしての機能を有することから、専用のウェハ接触棒を設置する必要がなく、より簡易な装置構成とすることができる。
【００４２】
また、本発明の第１および第２の実施例は静電吸着のモノポール方式の場合について説明したが、必ずしもモノポール方式である必要はない。ダイポール方式を用いた場合にも、本発明の第１の実施例および第２の実施例と同様、除電判定および吸着判定やウェハ吸着力を予測することができる。
【００４３】
次に、第３の実施例としてダイポール方式を用いた場合を図８を用いて説明する。第３の実施例は、第１実施例と異なり、バイアス電圧と静電吸着用の直流電圧の印加を別々に行う。そのために、ウェハ６にバイアス電圧を印加するための高周波電源６５が、マッチングボックス６６を介し給電棒６７を経てウェハステージ７に接続されている。静電吸着は、直流電圧を印加する直流電源６８と、直流電源６８と極性の異なる直流電圧を印加する直流電源６９が独立してウェハステージ７表面の誘電膜７０に接続されている。誘電膜７０は、２つの部分に分かれており、それぞれの直流電源６８，６９は、高周波成分をカットするコイル７１、７２および給電棒７３、７４を介し接続されており、２つの部分の誘電膜は短絡しないような構造となっている。
【００４４】
図９を用いて、ダイポール方式の場合における静電吸着の等価回路モデルを説明する。直流電源６８，６９、ウェハステージ上の誘電膜の抵抗成分４４、７５、ウェハステージ上の誘電膜の容量成分４５、７６、ウェハとウェハステージとの空間での抵抗成分４２、７７、ウェハとウェハステージとの空間での容量成分４３、７８、ウェハの裏面絶縁膜の抵抗成分４０、７９、ウェハの裏面絶縁膜の容量成分４１、８０からなる図示の等価回路は、キルヒホッフの法則から、ウェハ電流Ｉｗ６０を測定することで、ウェハの裏面絶縁膜４６に蓄積および放出される電荷を確認することができ、第１実施例および第２実施例と同様、ウェハの吸着および除電を判定することができる。また同様にウェハ電圧Ｖｗ６１を測定することで、第１実施例および第２実施例同様、ウェハの吸着力を予測することができ、生産性を向上することができる。
【００４５】
以上、本発明の第３の実施例について説明してきたが、必ずしもウェハ接触棒を独自に設置する必要はない。
【００４６】
次に、図１０を用いて、ウェハ搬送用押し上げピンにウェハ接触棒と同じ特性を持たせた第４の実施例を説明する。第４の実施例は、第３の実施例の構成要素に加え、ウェハ押し上げ用のプッシャ８１、プッシャを搭載しているステージ８２、駆動装置８３を設けている。この第４の実施例は、第３の実施例と同様の機能を有すことができる構成となっており、かつプッシャとしての機能を有することから、専用のウェハ接触棒を設置する必要がなく、より簡易な装置構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例のウェハ接触棒を搭載した処理装置。
【図２】本発明の第１実施例のウェハ接触棒の構成例を示す断面図。
【図３】本発明の第１実施例の要部等価回路モデル。
【図４】本発明の第１実施例の要部等価回路モデル。
【図５】本発明の第１実施例のウェハ電流Ｉｗ−時間特性。
【図６】本発明の第１実施例の反応生成物付着した時の要部の等価回路モデル。
【図７】本発明の第２実施例のウェハプッシャを搭載した処理装置。
【図８】本発明の第３実施例のウェハ接触棒を搭載した処理装置。
【図９】本発明の第３実施例の要部等価回路モデル。
【図１０】本発明の第４実施例のウェハプッシャを搭載した処理装置。
【符号の説明】
【００４８】
１…処理ガス、２…コイル、３、１５、６５…高周波電源、４…アンテナ、５…プラズマ、６…ウェハ、７…ウェハステージ、８、７０…誘電膜、９…電極、１０…ボルト、１１…絶縁板、１２…真空チャンバ、１３、２９、３５…フランジ、１４、６７、７３、７４…給電棒、１６、６６…マッチングボックス、１７、２１、７１、７２…コイル、１８…容量可変コンデンサ、１９、５９…コンデンサ、２０、６８、６９…直流電源、２２…カバー、２３…ターボ分子ポンプ、２４…ドライポンプ、２５…ウェハ接触棒、２６…駆動装置、２８…電流導入端子、２８、３１…絶縁パイプ、３０、３３、３６、３７、３８…Ｏリング、３２…芯線、３９…棒、４０、４１…ナット、４２…連結棒、４３…ソケット、４５…ばね止め、４６…コイルばね、４７…蝕針、４８…絶縁筒、４９…アース、５０、７９…ウェハの裏面絶縁膜の抵抗成分、５１、８０…ウェハの裏面絶縁膜の容量成分、５２、７７…ウェハとウェハステージとの空間の抵抗成分、５３、７８…ウェハとウェハステージとの空間の容量成分、５４、７５…ウェハステージ上の誘電膜の抵抗成分、５５、７６…ウェハステージ上の誘電膜の容量成分、５６…ウェハの裏面絶縁膜、５７…スイッチ、５８…抵抗、６０…ウェハ電流Ｉｗ、６１…ウェハ電圧Ｖｗ、６２、８１…プッシャ、６３、８２…ステージ、６４、８３…ステージ駆動装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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