JP2013149935A - 離脱制御方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理体を静電チャックから離脱させる。
【解決手段】プラズマ処理後に処理室内に不活性ガスを導入し第１の圧力に維持しながら除電処理を行う工程と、静電チャック上に載置された被処理体の裏面に供給される伝熱ガスの圧力又は伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかをモニタする工程と、モニタ結果から前記静電チャック表面の残留電荷量及び残留電荷の正負の極性を求め、残留電荷量と同じ大きさで前記正負の極性とは逆の電荷をチャック電極４０ａへ供給する電圧を求め、チャック電極にオンする工程と、モニタ結果に基づき求められた電圧をチャック電極にオンしながら、処理室内の不活性ガスを排気し、第２の圧力へ減圧する工程と、静電チャックにオンしている電圧をオフし、被処理体を支持ピンで静電チャックから離脱させる工程とを含む被処理体の離脱制御方法が提供される。
【選択図】図７

Description

本発明は、離脱制御方法及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理は、処置容器内のガスを真空引きし、真空雰囲気にて行われることが多い。その際、被処理体は、処理容器内の載置台に設けられた静電チャック（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）上に載置される。

静電チャックは、導電性のシート状のチャック電極の表裏を誘電部材にて挟んだ構成を有する。プラズマ処理においては、直流電圧源からチャック電極に電圧をオンすることにより生じるクーロン力によって被処理体を静電チャックに吸着させてプラズマ処理を行う。その際にはウエハ裏面と静電チャック表面の間に伝熱ガスが供給されている。また、プラズマ処理後のチャック電極への電圧をオフした状態において静電チャックから被処理体を離脱させる際には、不活性ガスを処理室内へ導入し所定の圧力に維持しながら、プラズマ処理中にチャック電極へオンしていた電圧とは正負が逆の電圧をオンした後に電圧をオフし、静電チャック及び被処理体に存在する電荷を除電する除電処理が行われる。その状態で、支持ピンを上昇させて被処理体を静電チャックから持ち上げ、被処理体を静電チャックから離脱させる。

ところが、静電チャックの表面は経時変化する。たとえば、静電チャックの表面には、徐々にプラズマ処理時に生成された反応生成物等の異物が付着し、絶縁膜が形成される。そうすると、その絶縁膜に電荷が蓄積され、チャック電極への電圧をオフしても残留電荷として静電チャック表層に電荷が残ってしまう。この残留電荷は上述の除電処理を行っても除電することができない。その結果、残留電荷による静電吸着力が残った状態で支持ピンを上昇させてしまい、被処理体に割れやズレが生じる原因となっていた。

これに対して、特許文献１では、ウエハを支持ピンで持ち上げる途中に支持ピンの動作を停止し、ウエハ裏面の電荷と正負が逆の電荷を支持ピンを介してウエハに供給し、ウエハ裏面の残留電荷が設定値以下になるまで支持ピンからの電荷の供給を続けるシステムが提案されている。これにより、ウエハ裏面に残留している電荷を除電する。

特開２００４−４００４６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された除電方法では、ウエハ裏面の電荷を相殺することはできても、静電チャック表層の残留電荷を除電することはできない。このため、特許文献１では、静電チャック表層へ付着した反応生成物に蓄積された残留電荷による被処理体の吸着に対して被処理体を静電チャックから離脱させることは困難である。

上記課題に対して、被処理体を静電チャックから離脱することが可能な離脱制御方法及び離脱制御方法を制御する制御部を備えたプラズマ処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、チャック電極を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックから被処理体を離脱させるための離脱制御方法であって、プラズマ処理後に処理室内に不活性ガスを導入し第１の圧力に維持しながら除電処理を行う工程と、前記静電チャック上に載置された被処理体の裏面に供給される伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかをモニタする工程と、前記モニタ結果から前記静電チャック表面の残留電荷量及び残留電荷の正負の極性を求め、前記残留電荷量と同じ大きさで前記正負の極性とは逆の電荷を前記チャック電極へ供給する電圧を求め、前記チャック電極にオンする工程と、前記モニタ結果に基づき求められた電圧を前記チャック電極にオンしながら、処理室内の不活性ガスを排気し、第２の圧力へ減圧する工程と、前記静電チャックにオンしている電圧をオフし、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させる工程と、を含むことを特徴とする離脱制御方法が提供される。

前記第２の圧力は、パッシェンの法則に基づき被処理体の電荷に前記処理室内のガスとの間で移動が生じない圧力になるまで前記処理室内のガスを真空引きしてもよい。

前記ガスの排気工程は、排気前後で前記処理室内の圧力のオーダが一桁以上小さくなるまで前記処理室内のガスを真空引きしてもよい。

モニタ時の処理室内の圧力は少なくとも前記第１の圧力と同じかそれより高い圧力であってもよい。

前記チャック電極にオンしている電圧をオフした後、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから持ち上げ、前記処理室内にガスを再び導入してもよい。

前記静電チャック表面は、前記チャック電極を覆う誘電部材から形成され、前記誘電部材の体積抵抗率は１０^１４Ωｃｍ以上であってもよい。

前記離脱制御方法は、予め定められた時間以上使用した前記静電チャックに対して被処理体の離脱時に自動的に適用されてもよい。

前記モニタする工程は、前記伝熱ガスの供給停止後、前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値を検出し、前記検出された少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい場合、被処理体を前記静電チャックから離脱させる工程を停止してもよい。

前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内は、一秒以内であってもよい。

前記モニタする工程は、前記伝熱ガスの供給開始から前記伝熱ガスの供給停止後、前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値を検出する処理を、前記検出された少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい間、予め定められた回数以内で繰り返し行い、前記伝熱ガスの圧力値を検出する処理を繰り返し行った結果、前記検出された伝熱ガスの圧力値が最後まで２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい場合、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させる工程を停止してもよい。

前記離脱制御方法は、前記モニタされた前記伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）以上又は前記被処理体の裏面からの漏れ流量が０．３ｓｃｃｍ以下になったとき、前記静電チャックに対して被処理体の離脱時に自動的に適用されてもよい。

前記伝熱ガスの供給口が複数存在する場合、前記モニタする工程は、前記複数の伝熱ガスの供給口のうち最外周の伝熱ガスの供給口から供給される前記伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、チャック電極を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックと、プラズマ処理後に処理室内に不活性ガスを導入し第１の圧力に維持しながら除電処理を行う制御部と、前記静電チャック上に載置された被処理体の裏面に供給される伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかを検出するモニタと、を備え、前記制御部は、前記モニタ結果に基づき求められた電圧を前記チャック電極にオンしながら、処理室内の不活性ガスを排気し、第２の圧力へ減圧し、前記静電チャックにオンしている電圧をオフし、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、被処理体を静電チャックから離脱することが可能な離脱制御方法及び離脱制御方法を制御する制御部を備えたプラズマ処理装置を提供できる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成図。 体積抵抗率と吸着力との関係を示した図。 一実施形態に係る静電チャックの吸着モデルを示した図。 一実施形態に係る静電チャックの吸着状態と再吸着状態を説明するための図。 一実施形態に係る静電チャックの吸着状態のＨｅの漏れ流量によるモニタ結果を示した図。 一実施形態に係る制御装置の機能構成図。 一実施形態に係る離脱制御方法を実行するためのフローチャート。 一実施形態に係る吸着モニタ処理を実行するためのフローチャート。 一実施形態に係る離脱時の真空引きの効果を示した図。 一実施形態に係るウエハ処理枚数と支持ピンへのトルクとの関係を示した図。 モニタするＨｅ漏れ流路の一例を説明するための図。 静電チャックの吸着状態とＨｅ漏れ流量との関係の一例を示した図。 静電チャックの印加電圧とＨｅ漏れ流量の体積比率との関係の一例を示した図。 Ｈｅ漏れ流量の体積比率と支持ピンのトルク電圧との関係の一例を示した図。 Ｈｅ漏れ流量とＨｅ圧力値との関係の一例を示した図。 一実施形態の変形例１に係る吸着モニタ処理を実行するためのフローチャート。 一実施形態の変形例１に係る吸着モニタ処理のモニタ状況を示した図。 一実施形態の変形例１に係る吸着モニタ処理のモニタ状況を示した図。 一実施形態の変形例２に係る吸着モニタ処理を実行するためのフローチャート。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜はじめに＞
プラズマ処理においては、直流電圧源からチャック電極に電圧をオンすることにより生じるクーロン力によって被処理体を静電チャックに吸着させてプラズマ処理を行っている。また、プラズマ処理後、静電チャックから被処理体を離脱させる際には、チャック電極への電圧をオフし、静電チャック表面に存在する電荷を除電し、静電チャック表面における被処理体への吸着力を弱める。その状態で、支持ピンを上昇させて被処理体を静電チャックから持ち上げ、被処理体を静電チャックから離脱させる。

静電チャックの表面は経時変化する。たとえば、静電チャックの表面にプラズマ処理時に発生する反応生成物等の異物が付着すると、その異物に電荷が蓄積され、チャック電極への電圧をオフしても残留電荷として静電チャック表層に電荷が残ってしまう。

プラズマ処理後に、伝熱ガスの供給をオフし、処理室内にＮ_２やＡｒなどの不活性ガスを導入し、処理室内を所定の圧力（１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒ）に維持しながら、プラズマ処理中にチャック電極にオンしていた電圧とは正負が逆の電圧をオンした後に電圧をオフする。この処理により静電チャック表面及びウエハの除電を行っている。上記正負が逆の電圧をオンしているときに高周波電源から高周波電力を処理室内に供給してプラズマを発生させる除電処理もある。このように通常の除電処理では、除電処理後チャック電極への電圧はオフになっている。

これに対して、静電チャックの表層を研磨したり、処理容器内をクリーニングしたりして静電チャック表層に付着した異物自体を取り除くことが考えられる。しかしながら、これでは、異物自体を完全に除去できない場合もあるし、除去できたとしても処理容器を大気開放して静電チャックを取り出す必要があり装置の稼働率が著しく低下してしまう。よって、被処理体に割れ等が生じる前に残留電荷により静電チャックに吸着している被処理体を静電チャックから電気的に離脱する方法が望まれる。

特に、体積抵抗率が１×１０^{１２〜１４}Ωｃｍの誘電部材を溶射により形成した静電チャックでは、除電処理によりウエハを離脱させる従来の方法でもウエハの離脱が可能な場合もある。しかしながら、体積抵抗率が１×１０^１４Ωｃｍ以上のクーロン型の静電チャックでは、より静電チャックの表層に電荷が逃げにくいため残留し易く、除電処理だけではウエハを静電チャックから離脱させることはより困難になる。

また、近年、静電チャックの表面温度をヒータにて高速に温度調整する機構（以下、ヒータ内蔵静電チャック機構と称呼する）が利用されている。ヒータ内蔵静電チャック機構では、静電チャックに例えば体積抵抗率が１×１０^１４Ωｃｍ以上の体積抵抗率が高い部材が採用されている。よって、ヒータ内蔵静電チャック機構では、クーロン型の、つまり静電吸着力が支配的な静電チャックが用いられ、より表層に電荷が残留し易くなっている。そのため、近年、ヒータ内蔵静電チャック機構の利用が高まるとともに静電チャック表面に反応生成物が堆積して残留電荷が残り、残留電荷による残留吸着によって被処理体の離脱ができなくなるという課題がより顕著になっている。

そこで、以下の本発明の一実施形態では、ヒータ内蔵静電チャック機構の利用時においても、被処理体を静電チャックから離脱することが可能な離脱制御方法及びその離脱制御方法を制御する制御部を備えたプラズマ処理装置について説明する。これによれば、非常時においても被処理体を静電チャックから離脱させることが可能である。

［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。

図１に示したプラズマ処理装置１は、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器１０）を有している。処理容器１０は接地されている。処理容器１０内では、被処理体にエッチング処理等のプラズマ処理が施される。

処理容器１０内には、被処理体としての半導体ウエハＷ(以下、ウエハＷと称呼する)を載置する載置台１２が設けられている。載置台１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介して処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状保持部１４の上面には、載置台１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。

処理容器１０の内側壁と筒状支持部１６の外側壁との間には排気路２０が形成されている。排気路２０には環状のバッフル板２２が取り付けられている。排気路２０の底部には排気口２４が設けられ、排気管２６を介して排気装置２８に接続されている。排気装置２８は図示しない真空ポンプを有しており、処理容器１０内を所定の真空度まで減圧する。処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入又は搬出時に開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。

載置台１２には、給電棒３６および整合器３４を介してプラズマ生成用の高周波電源３２が電気的に接続されている。高周波電源３２は、たとえば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台１２にオンする。このようにして載置台１２は下部電極としても機能する。処理容器１０の天井部には、シャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。高周波電源３２からのプラズマ生成用の高周波電力は載置台１２とシャワーヘッド３８との間に容量的にオンされる。

載置台１２の上面にはウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。静電チャック４０は導電膜からなるシート状のチャック電極４０ａを一対の誘電部材である誘電層部４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものである。直流電圧源４２は、スイッチ４３を介してチャック電極４０ａに接続されている。静電チャック４０は、直流電圧源４２から電圧をオンされることにより、クーロン力でウエハＷをチャック上に吸着保持する。

また、チャック電極４０ａへの電圧をオフする場合にはスイッチ４３によって接地部４４へ接続された状態となっている。以下、チャック電極４０ａへの電圧のオフはチャック電極４０ａが接地された状態を意味する。

伝熱ガス供給源５２は、ＨｅガスやＡｒガス等の伝熱ガスをガス供給ライン５４に通して静電チャック４０上のウエハＷ裏面に供給する。天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にはバッファ室６０が設けられている。バッファ室６０のガス導入口６０ａにはガス供給配管６４を介してガス供給源６２が連結されている。係る構成により、シャワーヘッド３８から処理容器１０内に所望のガスが供給される。

載置台１２の内部には、外部の図示しない搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行うためにウエハＷを昇降させる支持ピン８１が複数（例えば３本）設けられている。複数の支持ピン８１は、連結部材８２を介して伝えられるモータ８４の動力により上下動する。処理容器１０の外部へ向けて貫通する支持ピン８１の貫通孔には底部ベローズ８３が設けられ、処理容器１０内の真空側と大気側との間の気密を保持する。

処理容器１０の周囲には、環状または同心状に延在する磁石６６が上下２段に配置されている。処理容器１０内において、シャワーヘッド３８と載置台１２との間のプラズマ生成空間には、高周波電源３２により鉛直方向のＲＦ電界が形成され、高周波の放電により、載置台１２の表面近傍に高密度のプラズマが生成される。

載置台１２の内部には冷媒管７０が設けられている。この冷媒管７０には、配管７２，７３を介してチラーユニット７１から所定温度の冷媒が循環供給される。また、静電チャック４０の内部にはヒータ７５が埋設されている。ヒータ７５には図示しない交流電源から所望の交流電圧がオンされる。かかる構成により、チラーユニット７１による冷却とヒータ７５による加熱によって静電チャック４０上のウエハＷの処理温度は所望の温度に調整される。

モニタ８０は、ウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスの圧力を監視する。その圧力値は、ウエハＷの裏面に取り付けられた図示しない圧力センサにより測定される。また、モニタ８０は、ウエハＷの裏面から供給される伝熱ガスがウエハＷの裏面から漏れる漏れ流量を監視する。その流量値Ｆは、ウエハＷの側面に取り付けられた図示しない流量センサにより測定される。モニタ８０は、伝熱ガスの圧力および伝熱ガスの漏れ流量の両方を監視してもよいし、それらのいずれか一方を監視してもよい。

制御装置１００は、プラズマ処理装置１に取り付けられた各部、たとえばガス供給源６２、排気装置２８、ヒータ７５、直流電圧源４２、スイッチ４３、整合器３４、高周波電源３２、伝熱ガス供給源５２、モータ８４、およびチラーユニット７１を制御する。また、制御装置１００は、随時、モニタ８０からウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスの圧力値Ｐおよび伝熱ガスの漏れ流量値Ｆを取得する。制御装置１００は、ホストコンピュータ（図示せず）等とも接続されている。

制御装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＣＰＵはこれらの記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。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、処理室内温度（上部電極温度、処理室の側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、伝熱ガス流量などが記載されている。

かかる構成のプラズマ処理装置１において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開口して搬送アーム上に保持されたウエハＷを処理容器１０内に搬入する。次に、静電チャック４０の表面から突出した支持ピン８１により搬送アームからウエハＷが持ち上げられ、支持ピン８１上にウエハＷが保持される。次いで、その搬送アームが処理容器１０外へ出た後に、支持ピン８１が静電チャック４０内に下ろされることでウエハＷが静電チャック４０上に載置される。

ウエハＷ搬入後、ゲートバルブ３０が閉じられ、ガス供給源６２からエッチングガスを所定の流量で処理容器１０内に導入し、排気装置２８により処理容器１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、高周波電源３２から所定のパワーの高周波電力を載置台１２にオンする。また、直流電圧源４２から電圧を静電チャック４０のチャック電極４０ａにオンして、ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８からシャワー状に導入されたエッチングガスは、高周波電源３２からの高周波電力によりプラズマ化され、これにより、上部電極（シャワーヘッド３８）と下部電極（載置台１２）との間のプラズマ生成空間にてプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの主面がエッチングされる。

プラズマエッチング終了後、静電チャック４０からウエハを離脱させる際には、伝熱ガスの供給をオフし、不活性ガスを処理室内へ導入し処理室内を所定の圧力に維持しながら、プラズマ処理中にチャック電極４０ａへオンしていた電圧とは正負が逆の電圧を、チャック電極４０ａへオンした後に電圧をオフする。この処理により静電チャック４０及びウエハＷに存在する電荷を除電する除電処理が行われる。その状態で、支持ピン８１を上昇させてウエハＷを静電チャック４０から持ち上げ、ウエハＷを静電チャックから離脱させる。ゲートバルブ３０を開口して搬送アームが処理室内１０内に搬入された後、支持ピン８１が下げられウエハＷが搬送アーム上に保持される。次いで、その搬送アームが処理容器１０外へ出て、次のウエハＷが搬送アームにより処理室内１０へ搬入される。この処理を繰り返すことで連続してウエハＷが処理される。

以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について説明した。次に、静電チャックに使用される誘電部材の体積抵抗率と吸着力について、図２を参照しながら説明する。

［静電チャックの吸着力］
図２の横軸には体積抵抗率、縦軸には吸着力が示される。静電チャックには、セラミックの誘電部材（図１の誘電層部４０ｂ，４０ｃ）の体積抵抗率が１×１０^１４Ωｃｍ以上であるクーロン型の静電チャックと、セラミックの誘電部材の体積抵抗率が１×１０^9〜１２Ωｃｍ程度であるＪＲ（ジョンセン−ラーベック）力型の静電チャックと、その間の体積抵抗率が１×１０^{１２〜１４}Ωｃｍのアルミナ等を溶射したＪＲ力型＋クーロン型の静電チャックとが存在する。ヒータ内蔵静電チャックは、クーロン型の静電チャックであり、溶射ＥＳＣは、ＪＲ力＋クーロン力型の静電チャックである。

クーロン型の静電チャックは、一般的に純度の高いアルミナＡｌ_２Ｏ_３や窒化アルミニウムＡｌＮ等のセラミックス素材を用いることが多い。ウエハ裏面のパーティクルや、ウエハ裏面に形成された伝熱ガスを拡散するためのドット構造により接触面積が低下することによって更に吸着力が低下する。

ＪＲ力型の静電チャックでは、体積抵抗率を下げるため、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス素材に抵抗コントロール用の金属酸化物などの添加物を加える場合が多い。ＪＲ力型の静電チャックは、静電チャック表面にもわずかに電流を流し、ウエハと静電チャックの表面との間に発生する静電力によりウエハを吸着する。クーロン型の静電チャックは、チャック電極に直流電流を流し、ウエハと電極との間に発生する静電力によりウエハを吸着する。

図２に示したように、ヒータ内蔵静電チャックでは、体積抵抗率が１×１０^１４Ωｃｍ以上の誘電部材を使う。ヒータ内蔵静電チャックは、焼結セラミックスで体積固有抵抗が高く、吸着力はクーロン力の領域になるため、理論的には、アルミナ等を溶射した静電チャック（溶射ＥＳＣ）よりも吸着力は劣る。Ｓｉプローブを用いた引張試験結果からも、ヒータ内蔵静電チャックはアルミナ等を溶射した静電チャック（溶射ＥＳＣ）よりも吸着力が劣ることがわかっている。

一方、ヒータ内蔵静電チャックでは、体積抵抗率が１×１０^１４Ωｃｍ以上の誘電部材を使うため、より静電チャックの表層に電荷が溜まり易く、上記逆電圧をオンする除電処理では残留電荷により吸着してしまったウエハを静電チャックから離脱させることは困難である。以下では、静電チャックの残留電荷について図３の吸着モデルを参照しながら説明する。

［静電チャックの残留電荷とガス真空引き］
図３の吸着モデルは、静電チャック４０及びウエハＷ間の電気的な状態を示す。本実施形態では、静電チャック４０の誘電部材はアルミナＡｌ_２Ｏ_３から形成されている。アルミナＡｌ_２Ｏ_３の誘電部材の内部にシート状のチャック電極４０ａが挟み込まれている。チャック電極４０ａには直流電圧源４２から電圧がオンされる。静電チャック４０の表層には、プラズマ処理時に徐々に堆積された反応生成物ＡｌＦ_ｘＯ_ｙが絶縁膜４１ａとなって形成されている。静電チャック４０上のウエハＷはシリコンＳｉで形成され、裏面に酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）４１ｂが形成されている。ウエハＷの裏面には、酸化シリコン膜４１ｂに替えて窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）が形成されてもよい。図３の吸着モデルのように、静電チャック４０表面に絶縁膜があると、残留電荷が生じやすい。

ウエハＷ上のプラズマ空間ではプラズマが生成される。プラズマはほぼグランド電位である。また、処理容器１０内のガスが作用してウエハＷの電荷がガスとの間で移動する（ガス放電）かはパッシェンの法則により決定される。

パッシェンの法則は、平行な電極間で放電が開始される電圧はガス圧と電極の間隔（ギャップ）の積の関数であることを示す。放電は、電界で加速された電子が処理容器１０内のガスと衝突し、ガスを電離させることによって起こる。そのため、ガスを真空引きして処理容器１０内の圧力を減圧すると、処理容器１０内のガスが少なくなって衝突が起こりにくくなり、放電現象は生じにくくなる。逆に処理容器１０内のガスが多くなると電子が衝突までに十分に加速されにくくなり、これによっても放電現象は生じにくくなる。

たとえば、処理容器内の圧力が１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒのような圧力領域の場合、電子は十分に加速された状態で処理容器１０内のガスと衝突し放電が起こる。これにより、ウエハＷとガスとの間で電荷の移動が生じる。一方、処理容器内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ以下に減圧された場合、電子と処理容器１０内のガスとの衝突が起こりにくくなって放電は起こらない。このため、ウエハＷとガスとの間で電荷の移動は生じない。従って、ウエハＷの電位は、パッシェンの法則に基づき処理容器１０内の圧力及び上下電極間のギャップによって決定する。

なお、ガスの排気は、パッシェンの法則に基づきウエハＷの電荷に処理容器１０内のガスとの間で移動が生じない圧力になるまで処理容器１０内のガスを真空引きすればよく、処理容器１０内の圧力は１０ｍＴｏｒｒになるとは限らない。例えば、ガスの排気は、排気前後で処理容器１０内の圧力のオーダが一桁以上小さくなるまで処理容器１０内のガスを真空引きしてもよい。

静電チャック４０が新品の場合、静電チャック４０の表面にプラズマによる反応生成物は付着しておらず、ＡｌＦ_ｘＯ_ｙ層等の絶縁膜は存在しない。この場合、設計通りのクーロン力が発生して静電チャック４０の良好な制御が実現可能である。ところが、プラズマ処理で使われるフッ素系ガスや酸素ガスによるクリーニングにより、徐々に静電チャック表面（アルミナＡｌ_２Ｏ_３）上にＡｌＦ_ｘＯ_ｙ層が堆積し絶縁膜４１ａとなる。絶縁膜４１ａは高抵抗であるため電荷が溜まり易く逃げにくい。このため、絶縁膜４１ａに残留電荷が溜まり、絶縁膜４１ａ及び絶縁膜４１ｂ間でクーロン力が発生してしまう。図３では、ＡｌＦ_ｘＯ_ｙ層の絶縁膜４１ａに溜まったマイナスの電荷と、ＳｉＯ_２膜の絶縁膜４１ｂに溜まったプラスの電荷とがクーロン力により引き合っている。静電チャック４０表面とウエハＷの間は、チャック電極４０ａとウエハＷとの間よりもギャップも狭いため、静電チャック４０及びウエハＷ間で生じるクーロン力は強い。

絶縁膜４１ａが厚くなると残留電荷も増加し、発生するクーロン力は更に強くなる。最終的には、上記除電方法を用いてもウエハＷが静電チャック４０から離脱できない状態となり、その結果ウエハＷが割れたり、ズレたりする。

これは、除電処理時にウエハＷの電荷はほとんど無い状態にできるが、残留電荷による静電チャック表面の電圧が高い場合は、上述したパッシェンの法則により処理室内のガスからウエハＷに再度電荷の移動が生じ、その結果残留電荷とウエハＷがクーロン力で再度吸着されてしまうためである。その理由について、図４の概念図を参照しながら説明する。図４（ｂ−１）では、処理容器１０内を１００ｍＴｏｒｒの圧力に制御した状態で、プラズマ処理後、直流電圧源の電圧をオフにする。その時の残留吸着状態の一例として、ここでは、静電チャック４０の絶縁膜４１ａの電荷量が−１０、チャック電極１０ａの電荷量は＋１、ウエハＷの絶縁膜４１ｂの電荷量は＋９である。このとき、絶縁膜４１ａ、４１ｂに溜まった残留電荷により、ウエハＷは静電チャック４０に吸着された状態（残留吸着状態）にある。

このような状態で、図４（ｂ−２）に示したように本実施形態に係る除電処理、すなわち、静電チャック表面の残留電荷量及び正負の極性のモニタ結果から静電チャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極４０ａに供給できる電圧を求め、求められた電圧をチャック電極４０ａにオンする。ここでは、絶縁膜４１ａの電荷量−１０に対して、チャック電極１０ａの電荷量が＋１０になるようにチャック電極４０ａに電圧をオンする。つまり、ここでオンされた電圧は、静電チャック表面の残留電荷量及び正負の極性のモニタ結果から静電チャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧である。このようにして、本実施形態では、静電チャック表面の残留電荷量及び正負の極性のモニタ結果から静電チャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧をオンして静電チャック４０表面の電位とチャック電極４０ａの電位を合わせる。これにより、チャック電極１０ａの電荷量＋１０と絶縁膜４１ａに残留する電荷量−１０との間で電荷量のバランスを取ることができる。これにより、ウエハＷに対して静電チャック表面の残留電荷による影響を無くすことができウエハＷの電荷もガスへの放電で少なくなる。ここでは概念的にウエハＷの電荷が０となっている。

その後、チャック電極４０ａへオンしていた電圧をオフし、その状態で処理容器１０内を１００ｍＴｏｒｒの圧力に保持すると、パッシェンの法則により、図４（ｂ−３）に示したように、処理容器１０内のガスとウエハＷとの間でガス放電により電荷が移動する。つまり、ガス放電により、電荷がグランドであるプラズマ側に移動するとともに、静電チャック４０表面の残留電荷により静電チャック４０表面に電位が生じているため、プラズマ側からの電荷の移動や、処理容器１０内のガスからの電荷の移動が発生する。このようにして、静電チャック４０表面の残留電荷によりウエハＷの絶縁膜４１ｂに再び電荷が溜まり、静電チャック４０表面の残留電荷に引き寄せられる。ここでは、ウエハＷの絶縁膜４１ｂに溜まった電荷量が０→＋９と増えている。これにより、静電チャック４０表面の残留電荷の作用で、再びウエハＷと静電チャック間でクーロン力が生じ、再残留吸着が発生する。前述したように、ウエハＷとチャック電極４０ａとの間隔より、ウエハＷと静電チャック４０表面との間隔が狭いため、ウエハＷと静電チャック４０表面との間に大きなクーロン力が働き、再残留吸着状態となる。

よって、本実施形態に係るウエハＷの離脱制御方法では、ウエハＷの離脱時、図４（ａ−１）に示した残留吸着状態（図４（ｂ−１）と同じ）から、図４（ａ−２）に示した静電チャック４０表面の電位とチャック電極４０ａの電位を合わせた状態（図４（ｂ−２）と同じ）にした工程後、処理容器１０内を真空引きする。

具体的には、図４（ａ−３）に示したように、処理容器１０内を１０ｍＴｏｒｒ又はそれ以下まで真空引きする。この状態では、パッシェンの法則によりガスの衝突は起こりにくくなって放電が抑制されるため、ウエハＷとガスとの間で電荷の移動は生じない。これにより、ウエハＷの絶縁膜４１ｂの電荷量を除電時の電荷量０のまま保持することができる。それと同時に、静電チャック４０に形成された絶縁膜４１ａのＡｌＦ_ｘＯ_ｙ層は、電位の変化、つまり電荷の移動が遅いため、絶縁膜４１ａ中の電荷はなかなか移動しない。この結果、図４（ａ−３）に示したようにウエハＷの絶縁膜４１ｂの電荷量０、静電チャック４０の絶縁膜４１ａの電荷量−１０という状態を所定時間保つことができ、再残留吸着状態が発生しないようにすることができる。

以上に説明したように、本実施形態に係る離脱制御方法によれば、ＡｌＦ_ｘＯ_ｙの絶縁膜４１ａとチャック電極４０ａとの間で電荷量のバランスを取ることにより、ウエハＷの電荷を中性にすることができる。

なお、真空引き後、静電チャック４０の電圧をオフにし、ウエハＷを支持ピン８１によって持ち上げる。図４（ａ−３）に示したようにウエハＷの電荷量が０の場合にはそのままウエハＷを搬出すればよいが、ウエハＷの電荷量が０でない場合もある。よって、最後に、処理容器１０内にガスを導入し、処理容器１０内の圧力を上げてパッシェンの法則によりウエハＷの電荷をガス及びプラズマを介して逃がす。これによりウエハＷの電荷量を０にしてからウエハＷを搬出する。

［モニタ結果から電圧算出］
モニタ時には、除電処理時の不活性ガスを除電処理時の圧力若しくはそれよりも高い圧力（１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒ）で維持した状態であり、伝熱ガスの供給もオフした状態となっている。つまり、ウエハＷに対する本実施形態の除電処理後に静電チャック表面の残留電荷による電圧で再度ウエハが吸着している状態で、ウエハ裏面に伝熱ガスを供給してその圧力値Ｐ及びウエハ裏面から漏れた伝熱ガスの流量値Ｆのモニタを行えば残留吸着状態をモニタすることができる。また、静電チャック表面の経時変化による残留電荷の正負はプロセス条件によって変わるため予めこれらのモニタ結果と残留電荷量とその正負の極性の相関関係を求めておく必要がある。

制御部１１５は、静電チャック表面の残留電荷量及び正負の極性のモニタ結果から静電チャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧を算出し、チャック電極４０ａにオンする（本実施形態に係る除電処理）。電圧を算出する際に使用されるモニタ結果の一例を図５に示す。図５（ａ）〜図５（ｄ）には、ウエハＷ裏面に流した伝熱ガスの圧力値Ｐ及びウエハＷ裏面から漏れた伝熱ガスの流量値Ｆのモニタ結果が示されている。このモニタ結果から、吸着状態をチェックすることができる。また、このモニタ結果から静電チャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧を算出することができる。

ここでは、伝熱ガスをウエハＷ裏面の中央部に２Ｔｏｒｒ、エッジ部に３Ｔｏｒｒ導入し、安定するまで待つ。安定状態におけるエッジ流量（漏れ流量値Ｆ；伝熱ガスのリーク量）をモニタする。吸着状態によって漏れ流量値Ｆが変わるのでそれを解析し、解析結果に基づきチャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧を算出する。

また、排気側のバルブ（図示せず）を閉じてから１秒後のウエハＷ裏面の圧力をモニタする。吸着状態によってウエハＷ裏面の圧力値Ｐの低下のスピードが変わる。よって、圧力値Ｐの低下のスピードを解析し、解析結果に基づきチャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧を算出する。漏れ流量値Ｆの変化及び圧力値Ｐの低下のスピードの両方に基づきチャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧を求めることもできる。

図５（ａ）は新品の静電チャック、図５（ｂ）は使用後初期の静電チャック、図５（ｃ）は中期の静電チャック、図５（ｄ）は後期の静電チャックの圧力値Ｐ及び漏れ流量値Ｆのモニタ結果を示す。残留吸着の有無を判定する閾値は２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）である。図５（ａ）を参照すると、新品の場合の圧力値Ｐは、伝熱ガスの流量をオフにしてから１秒経過後、圧力値Ｐは３Ｔｏｒｒから１．８Ｔｏｒｒへと急激に低下した。このように、新品の場合圧力Ｐの低下するスピードが速い。また、この圧力値Ｐは閾値２．６Ｔｏｒｒ以下であり、ウエハＷが正常に離脱されていることを示す。また、新品の場合、漏れ流量Ｆは、２．２ｓｃｃｍであり、流量値Ｆが大きく、この値からもウエハＷが正常に離脱されているため漏れ流量も大きいことがわかる。

図５（ｂ）の初期の場合、図５（ｃ）の中期の場合も同様にして、伝熱ガスの流量をオフにしてから１秒経過後、圧力値Ｐは３Ｔｏｒｒから２．３Ｔｏｒｒ、２．６Ｔｏｒｒへと低下した。低下のスピードは新品の場合より遅いが、この圧力値Ｐは閾値２．６Ｔｏｒｒ以下であり、ウエハＷが正常に離脱されていることを示す。また、図５（ｂ）の初期の場合、図５（ｃ）の中期の場合の漏れ流量Ｆは、１．４ｓｃｃｍ、０．７ｓｃｃｍであり、これは新品の場合の漏れ流量より小さいが、ウエハＷが正常に離脱されていることを示す。

一方、図５（ｄ）の後期の場合、伝熱ガスの流量をオフにしてから１秒経過後、圧力値Ｐは３Ｔｏｒｒから２．７Ｔｏｒｒへと低下した。この圧力値Ｐは閾値２．６Ｔｏｒｒより大きい値であり、ウエハＷが吸着していることを示す。また、図５（ｄ）の後期の場合の漏れ流量Ｆは、０．６ｓｃｃｍと小さく、ウエハＷが吸着していることを示す。後期の場合、静電チャック表面に残留電荷が多いため、伝熱ガスが流れにくくなっていることが原因である。

これらの圧力値Ｐ，漏れ流量値Ｆのモニタ結果から静電チャック４０の表面電位が予測でき、静電チャック４０の表面電位に合わせるように、オンする電圧が算出される。

[制御装置の構成]
以上の残留電荷による再吸着の原理を踏まえて、本実施形態では、残留電荷による吸着及び再吸着を抑止し、ウエハＷを静電吸着する静電チャック４０からウエハＷを離脱させるための離脱制御方法を提案する。この離脱制御方法は、プラズマ処理装置１に備えられた制御装置１００により制御される。以下では、本実施形態に係る離脱制御方法を実行する制御装置１００の機能構成について、図６を参照しながら説明する。

図６は、制御装置１００の機能構成を示した図である。制御装置１００は、プロセス実行部１０５、取得部１１０、制御部１１５及び記憶部１２０を有する。

プロセス実行部１０５は、記憶部１２０に記憶された複数のレシピのうち、所望のプロセスレシピを選択してそのプロセスレシピに従いエッチング処理を実行する。また、プロセス実行部１０５は、記憶部１２０に記憶されたクリーニングレシピに従いクリーニング処理を実行する。

取得部１１０は、モニタ８０からウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスの圧力値Ｐおよびその伝熱ガスのウエハＷの裏面から漏れる流量値Ｆを取得する。取得部１１０は、所定時間経過毎に圧力値Ｐおよび漏れ流量値Ｆを取得する。

制御部１１５は、プラズマ処理装置１内の各部を制御する。特に、本実施形態では、制御部１１５にて行われる制御のうち、静電チャックの脱着についての制御を中心に説明する。制御部１１５は、静電チャックの脱着を制御するために、直流電圧源４２の電圧を制御し、排気装置２８の真空引きを制御し（排気制御）、支持ピン８１の昇降を制御し（ピン昇降制御）、ウエハＷ裏面への伝熱ガスの供給を制御する（伝熱ガス供給制御）。

記憶部１２０には、エッチング処理を実行するための複数のプロセスレシピと、クリーニング処理を実行するためクリーニングレシピとが予め記憶されている。記憶部１２０は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いてＲＡＭ、ＲＯＭとして実現されうる。レシピは、記憶媒体に格納して提供され、図示しないドライバを介して記憶部１２０に読み込まれるものであってもよく、また、図示しないネットワークからダウンロードされて記憶部１２０に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Digital Signal Processor）が用いられてもよい。

なお、制御装置１００の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。

以上、本実施形態に係る離脱制御方法を実行する制御装置１００の機能構成について説明した。次に、以上に説明した制御装置１００の各部の機能を用いて、制御装置１００により制御される離脱制御方法について、図７を参照しながら説明する。

[制御装置の動作]
図７は、本実施形態に係るウエハＷの離脱制御方法を実行するためのフローチャートであり、プロセス処理は、主にプロセス実行部１０５により制御され、除電処理および吸着モニタ処理は、主に制御部１１５により制御される。

まず、ウエハＷが処理室内へ搬入され、プラズマ処理が開始されると、プロセスガスが導入され、処理室内が所定の圧力に維持される（Ｓ１００）。次に、高周波電力を処理室内に導入しプラズマを発生させる（Ｓ１０１）。プラズマ発生後、チャック電極４０ａに電圧をオンしウエハを静電吸着させる（Ｓ１０２）。その後、ウエハ裏面と静電チャック４０表面の間に伝熱ガスを供給し、その状態で所定時間プラズマ処理を行う（Ｓ１０３）。プラズマ処理が終了したら、プロセスガス及び高周波電力をオフし（Ｓ１０４）、伝熱ガスの供給をオフし（Ｓ１０５）、チャック電極４０ａの電圧をオフする（Ｓ１０６）。

以上でプラズマ処理が終了し、次いで除電処理が行われる。まず、処理室内に不活性ガスが導入され所定の第１の圧力（１００ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒ）に維持される（Ｓ１０７）。次に、プラズマ処理中にオンしていたチャック電極４０ａの電圧とは正負が逆の電圧をチャック電極４０ａにオンし（Ｓ１０８）、その後、チャック電極４０の電圧をオフする（Ｓ１０９）。次に、吸着モニタ処理（Ｓ１１０）を行う。

なお、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９は一般的な除電処理であって、以下に説明する図８のＳ２０２は本実施形態に係る除電処理である。また、以下に説明するモニタ時の処理室内の圧力は少なくとも第１の圧力と同じかそれより高い圧力である。

図８は、吸着モニタ処理を示したフローチャートである。吸着モニタ処理は、図８に示したように、まず、ウエハ裏面に伝熱ガスを供給し（Ｓ２００）、ウエハ裏面の圧力値Ｐ、及びウエハから漏れた伝熱ガスの流量値Ｆをモニタする（Ｓ２０１）。

次に、静電チャック表面の残留電荷量及び残留電荷の正負の極性のモニタ結果から静電チャック表面の残留電荷量と同じ大きさで前記正負の極性とは逆の電荷をチャック電極４０ａへ供給できる電圧を求め、求められた電圧をチャック電極４０ａにオンする（Ｓ２０２）。

その後、プラズマ処理を行う処理容器１０内のガスを真空引きし、処理容器内を第２の圧力へと減圧する（Ｓ２０３）。例えば、真空引きは３秒間程度で完了する。よって、この真空引きによるスループットの低下はほとんどない。

次に、静電チャック４０の電圧を再度オフにし（Ｓ２０４）、支持ピン８１によってウエハＷを持ち上げる（Ｓ２０５）。最後に、処理容器１０内にガスを導入し、ウエハＷの電荷を除去し（Ｓ２０６）、本処理を終了する。

[効果の例]
図９に、本実施形態に係る離脱制御方法の効果の一例を示す。図８のステップＳ２０２にて、チャック電極４０ａに電圧−１５００Ｖ、−１２００Ｖ、−１０００Ｖ、−８００Ｖをオンした後、ステップＳ２０３にて、処理容器１０内を真空引きした場合の圧力値Ｐ、漏れ流量値Ｆ、ウエハの離脱状態を、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示す。

これによれば、図９（ｂ）の−１２００Ｖの電圧オン後に真空引きした場合が、最も圧力値Ｐの低下のスピードが速く、漏れ流量値Ｆが大きかった。この結果から、上記条件ではウエハＷが離脱され易かったことがわかる。

しかし、図９（ａ）の−１５００Ｖの電圧オン後に真空引き、及び図９（ｃ）の−１０００Ｖの電圧オン後に真空引きした場合も、圧力値Ｐ２．３Ｔｏｒｒ、２．５Ｔｏｒｒはともに閾値２．６Ｔｏｒrより小さい値である。このため、ウエハＷは離脱されたことがわかる。図９（ｄ）の−８００Ｖの電圧オン後に真空引きした場合、圧力値Ｐ２．６Ｔｏｒｒであり閾値２．６Ｔｏｒrと同じ値である。また、漏れ流量値Ｆも０．７ｓｃｃｍと最も小さい値を持つ。一方、流量オフ後のトルクＴは、その他３つの場合と比較して大きな値となっている。よって、図９（ｄ）の−８００Ｖの電圧オン後に真空引きした場合、ウエハＷは離脱したとしても、大きなトルクが発生しているため、離脱しにくくなっていることがわかる。これらの結果から、静電チャック４０表面の状態を伝熱ガスの圧力値Ｐ及び漏れ流量値Ｆからおおよそ予測可能であることがわかる。

以上に説明したように、本実施形態に係る離脱制御方法では、プラズマ処理後にチャック電極４０ａにオンする電圧をオフし、静電チャック４０上に載置されたウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスの圧力及び伝熱ガスのウエハＷの裏面からの漏れ流量をモニタし、モニタ結果からチャック４０表面の残留電荷と同じ大きさで逆の極性の電荷をチャック電極に供給できる電圧をチャック電極４０ａにオンする。これにより、ウエハＷを静電チャック４０から離脱させることができる。例えば、残留電荷によりウエハＷが逆の極性の電圧をオン等する除電方法によっても離脱されなくなった非常時においても、ウエハＷを静電チャック４０から離脱させることができる。

[変形例]
次に、上記実施形態の変形例に係る離脱制御方法について説明する。変形例に係る離脱制御方法では、伝熱ガスの一例であるＨｅガスのモニタ結果からウエハの離脱が可能かを判断し、所定の場合にウエハの離脱処理を停止する。

変形例に係る離脱制御方法を実行するために、ウエハの離脱が可能かを判断するための閾値を実験により特定した。その特定について以下に説明する。

モニタ対象のＨｅガスは、図１１に示したように、ガス供給ライン５４から静電チャック４０上のウエハＷ裏面に供給される。この状態で、直流電圧源から電圧をチャック電極４０ａにオンして、ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。

本変形例では、ウエハＷと静電チャック４０とのエッジの隙間（図１１に示したＨｅ漏れ流路）から外側へ漏れ出すＨｅガスの流量（Ｈｅガスの漏れ流量）をモニタする。図１２では、図１１のＨｅ漏れ流路から漏れ出すＨｅガスの漏れ流量Ａとチャック電極４０ａにオンされる電圧Ｂとの関係を示す。

チャック電極４０ａへの電圧Ｂをオンしたタイミングに、ウエハＷは静電チャック４０上に吸着する。その結果、図１１に示したＨｅ漏れ流路は狭くなり、Ｈｅガスの漏れ流量Ａは減る。これに対して、チャック電極４０ａへの電圧Ｂをオフしたタイミングに、ウエハＷは静電チャック４０への吸着から開放される。その結果、Ｈｅ漏れ流路は広くなり、Ｈｅガスの漏れ流量Ａは増える。

図１３には、チャック電極４０ａにオンする電圧とＨｅ漏れ流量の体積比率との関係の一例を示す。チャック電極４０ａにオンする電圧が０Ｖの場合、ウエハＷは静電チャック４０に吸着されておらず、除電が完了した状態とみることができる。一方、チャック電極４０ａにオンされる電圧が２５００Ｖの場合、ウエハＷは静電チャック４０に完全に吸着しており、除電がまったく行われていない状態とみることができる。この両者の場合のＨｅ漏れ流量の体積比率を見ると、除電が完了した状態（電圧が０Ｖのとき）では、除電がまったく行われていない状態（電圧が２５００Ｖのとき）の４倍の漏れがあることがわかる。

また、チャック電極４０ａにオンされる電圧が１０００Ｖの場合のＨｅ漏れ流量の体積比率「０．９６」は、２５００Ｖの場合のＨｅ漏れ流量の体積比率「１」とほぼ同じ状態、つまり除電されていない状態であり、１０００Ｖ〜０Ｖの間で徐々に除電が進行していることがわかる。

図１４は、Ｈｅ漏れ流量の体積比率と支持ピンのトルク電圧との関係の一例を示す。図１４の実線で示したＨｅ漏れ流量の体積比率は、図１３に示したＨｅ漏れ流量の体積比率の数値をグラフ化したものである。図１４の破線で示した支持ピンのトルク電圧は、支持ピン８１が静電チャック４０からウエハＷを持ち上げる際に支持ピン８１にかかるトルクを電圧値で示したものである。前述したように、Ｈｅ漏れ流量から１０００Ｖ〜０Ｖの間で徐々に除電が進行しており、チャック電極４０ａにオンされる電圧（除電印加電圧）が５００Ｖ以上の場合には、除電が不完全なため、ウエハに跳ねや割れが生じることが目視された。

次に、図１１のＨｅ漏れ流路から流出するＨｅ漏れ流量と、ウエハＷと静電チャック４０との間のＨｅ圧力値との関係を測定した。測定前に、まず、チャック電極４０ａに２５００Ｖの電圧をオンし、ウエハＷを静電チャック４０に吸着させた。その上で、ウエハＷに図１５の横軸に示した除電印加電圧を加え、除電を実施した。その結果、除電印加電圧を０Ｖから１５００Ｖまで印加する間、つまり、図１５のグラフで電圧が２５００Ｖの初期状態から１０００Ｖまで変化する間、Ｈｅ漏れ流量Ｆは約０．５ｓｃｃｍ、Ｈｅ圧力値は約２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）であり、ほとんど変化していない。一方、除電印加電圧を１５００Ｖから２５００Ｖまで印加する間、つまり、図１５のグラフで電圧が１０００Ｖの状態から０Ｖまで変化する間、Ｈｅ漏れ流量Ｆは約０．５ｓｃｃｍから約０．１８ｓｃｃｍと急激に減り、かつ、Ｈｅ圧力値も２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）から３Ｔｏｒｒ（４００Ｐａ）と急激に増加している。つまり、電圧が１０００Ｖの状態から０Ｖまで変化する間にウエハＷの静電チャック４０への吸着が進むことが分かる。

この結果と図１４に示したチャック電極４０ａにオンされる電圧（除電印加電圧）が５００Ｖ以上でウエハに跳ねや割れが生じる事実から、除電がほぼ完了し、ウエハＷの離脱が可能なＨｅ圧力値を図１５の除電印加電圧が５００ＶのときのＨｅ圧力値である２．６Ｔｏｒｒ（３４６．６Ｐａ）と特定することができる。また、除電がほぼ完了し、ウエハＷの離脱が可能なＨｅ漏れ流量値を、図１５の除電印加電圧が５００ＶのときのＨｅガスの漏れ流量値である０．３ｓｃｃｍと特定することができる。

よって、本実施形態に係る離脱制御方法は、モニタされたＨｅガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）以上又はウエハＷの裏面からのＨｅガスの漏れ流量値が０．３ｓｃｃｍ以下になったとき、静電チャック４０に対してウエハＷの離脱時に自動的に適用されるように制御してもよい。
（変形例１）
以上から、以下に説明する変形例に係る離脱制御方法では、ウエハＷの離脱が可能なＨｅ圧力値を２．６Ｔｏｒｒに設定して、ウエハＷの離脱の可否を判断する。図１６は、変形例１に係る吸着モニタ処理を実行するためのフローチャートである。図１６の吸着モニタ処理は、上記実施形態にて説明した図７の離脱制御方法のステップＳ１１０で呼び出される吸着モニタ処理の変形例である。

つまり、本変形例１は、図７のステップＳ１００〜ステップＳ１０６のプロセス処理、及びステップＳ１０７〜ステップＳ１０９の除電処理後に実行される吸着モニタ処理の変形例を示す。

変形例１に係る吸着モニタ処理は、制御部１１５によって行われる。まず、図１６に示したように、ウエハＷ裏面にＨｅガスを供給する（Ｓ３００）。次に、ウエハ裏面の圧力安定後、Ｈｅガスの供給を停止し、ウエハＷ裏面の圧力値を１秒間モニタする（Ｓ３０１）。

次に、ウエハＷの圧力値が２．６Ｔｏｒｒより大きいかを判定する（Ｓ３０２）。図１７及び図１８は、吸着モニタ処理のモニタ状況の一例を示す。横軸の時間に対して、Ａ線は、静電チャック４０に供給される電圧、Ｂ線は、ウエハＷ裏面のセンター側のＨｅ圧力値、Ｃ線は、ウエハＷ裏面のエッジ側のＨｅ圧力値を示す。

本実施形態のように、Ｈｅ供給口がセンター、及びセンターの外周側のエッジの２つのゾーンに分かれている場合、中央のセンター領域とその外周側のエッジ領域の圧力を変えて制御する。ウエハＷが静電チャック４０に吸着している場合、表面積が大きい方が、表面積が小さいほうより吸着しやすい。よって、吸着力は、表面積の小さいセンター側より表面積の大きいエッジ側が大きくなる。このような場合、２つのゾーンに同流量のガスを流入させ、２つのゾーンを同じ圧力に制御しようとすると、エッジ側がセンター側より吸着力が大きいため釣り合いがとれず、センター側からエッジ側にガスが流れる。そうすると、ウエハＷ裏面で圧力の面内均一性が保てずにウエハＷが跳ね上がる場合がある。よって、表面積が大きいエッジ側の圧力がセンター側の圧力より高くなるようにエッジ側に流入するガス量を多くする。

以上から、図１７及び図１８では、エッジ側の圧力がセンター側の圧力より高くなるようにエッジ側に流入するＨｅガスの流量を多く供給している。このため、Ｈｅ供給開始後、エッジ側のＨｅ圧力値（Ｃ線）が、センター側のＨｅ圧力値（Ｂ線）より高くなっている。

このように、そもそもエッジ側の圧力はセンター側の圧力より高い上、エッジ側のＨｅガスはＨｅ漏れ流路からウエハＷの外に逃げ易いが、センター側のＨｅガスは逃げにくい構造となっている。このため、Ｈｅガスの供給停止後のエッジ側の圧力は、センター側の圧力の変化より大きくなる。よって、ここでは、応答性がよいエッジ側の圧力値（Ｃ線）をモニタする。図１７及び図１８では、Ｈｅガスの供給開始から６秒でウエハＷ裏面の圧力は安定している。そこで、Ｈｅガスの供給開始から６秒後にＨｅガスの供給を停止し、Ｈｅガスの供給停止（つまり、監視開始）から１秒後のエッジ側のＨｅ圧力値を検出する。その結果、図１７では、検出されたエッジ側のＨｅ圧力値は約２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）であり、ウエハＷの離脱が可能なＨｅ圧力値（アラーム閾値）２．６Ｔｏｒｒより小さい。

よって、図１７の検出結果の場合には、制御部１１５は、ウエハＷの離脱可能と判断し、図１６のステップ３０３に進み、静電チャック４０表面の残留電荷量及び残留電荷の正負の極性のモニタ結果から静電チャック表面の残留電荷量と同じ大きさで前記正負の極性とは逆の電荷をチャック電極４０ａへ供給できる電圧を求め、チャック電極４０ａにオンする（Ｓ３０３）。

その後、プラズマ処理を行う処理容器１０内のガスを真空引きし、処理容器内を第２の圧力へと減圧する（Ｓ３０４）。次に、静電チャック４０の電圧を再度オフにし（Ｓ３０５）、支持ピン８１によってウエハＷを持ち上げる（Ｓ３０６）。最後に、処理容器１０内にガスを導入し、ウエハＷの電荷を除去し（Ｓ３０７）、本処理を終了する。

一方、図１８では、Ｈｅガスの供給停止から１秒後のエッジ側のＨｅ圧力値は、約２．８Ｔｏｒｒ（３７２．４Ｐａ）であり、ウエハＷの離脱が可能な２．６Ｔｏｒｒより大きい。このとき、制御部１１５は、ウエハＷの離脱不可能と判断し、ステップＳ３０２からステップＳ３０８に進み、ウエハＷを静電チャック４０から離脱させる処理を停止する。また、制御部１１５は、ウエハの離脱処理を停止したことを知らせるアラームを出力し（Ｓ３０８）、本処理を終了する。

以上に説明したように、本変形例では、Ｈｅガスの供給停止から１秒後のエッジ側のＨｅ圧力値を検出し、その値が２．６Ｔｏｒｒより大きければウエハの離脱処理を停止させる。これにより、ウエハＷの離脱時の割れや破損を回避することができる。

なお、本変形例では、Ｈｅガスの供給停止から１秒後のエッジ側のＨｅ圧力値を検出したが、これに限れず、Ｈｅガスの供給停止から圧力が急激に変化する時間内に少なくとも一つ以上のサンプリングポイントを設定してもよい。この場合、各サンプリングポイントの圧力値とアラーム閾値２．６Ｔｏｒｒとを比較して、最後まで圧力値がアラーム閾値２．６Ｔｏｒｒを下回らなかった場合には、ウエハの離脱処理を停止させる。これにより、より精度よくウエハＷの離脱時の割れや破損を回避することができる。

また、このモニタ工程では、Ｈｅガスの供給停止から圧力が急激に変化する時間内として、Ｈｅガスの供給停止後、Ｈｅガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つのサンプリングポイントを設定し、Ｈｅガスの圧力値を検出することが好ましい。本変形例のように、Ｈｅガスの圧力が５０％以上変化する時間は、一秒であってもよいし、１秒より短くてもよい。また、Ｈｅガスの圧力が５０％以上変化する時間内であれば、モニタ回数は複数であってもよい。
（変形例２）
最後に、変形例２に係る吸着モニタ処理について説明する。図１９は、変形例２に係る吸着モニタ処理を実行するためのフローチャートである。図１９の吸着モニタ処理は、上記実施形態にて説明した図７の離脱制御方法のステップＳ１１０で呼び出される吸着モニタ処理の他の変形例である。

図１６で示した変形例１との違いは、ステップＳ３１０を加えた点のみである。つまり、Ｈｅガスの供給停止から１秒後のウエハＷ裏面のエッジ側のＨｅ圧力値を検出した結果、エッジ側のＨｅ圧力値が、ウエハＷの離脱が可能なＨｅ圧力値（アラーム閾値）２．６Ｔｏｒｒより大きい場合、制御部１１５は、すぐにウエハＷの離脱処理を停止せず、ステップ３１０にて吸着モニタ（つまり、ステップＳ３００〜Ｓ３０２の処理）を予め定められた回数以上繰り返したかを判定する。吸着モニタを予め定められた回数以上繰り返していない場合、ステップＳ３００に戻り、再度ステップ３００〜Ｓ３０２の処理が実行される。つまり、再度、Ｈｅガスの供給を開始し、６秒後にＨｅガスの供給を停止し、その１秒後のウエハＷ裏面のエッジ側のＨｅ圧力値を検出する。その結果、圧力値が２．６Ｔｏｒｒより大きいかを再度判定する。

このように、ステップＳ３００〜Ｓ３０２、Ｓ３１０の処理を複数回繰り返した結果、繰り返し回数が予め定められた回数以上となる前に、検出した圧力値が２．６Ｔｏｒｒ以下になった場合には、ウエハＷの離脱処理を行う（Ｓ３０４〜Ｓ３０７）。一方、ステップＳ３００〜Ｓ３０２、Ｓ３１０の繰り返し回数が予め定められた回数以上となる前に、検出した圧力値が２．６Ｔｏｒｒ以下にならなかった場合には、ステップＳ３０８に進んで、ウエハＷを静電チャック４０から離脱させる処理を停止する。また、制御部１１５は、ウエハの離脱処理を停止したことを知らせるアラームを出力し（Ｓ３０８）、本処理を終了する。

以上に説明したように、本変形例では、Ｈｅ供給停止から１秒後のエッジ側のＨｅ圧力値を検出し、エッジ側のＨｅ圧力値が２．６Ｔｏｒｒより大きければ、再度吸着モニタ処理を繰り返し、所定回数繰り返しても、Ｈｅ圧力値が２．６Ｔｏｒｒを下回らなければ、ウエハの離脱不可能と判断してウエハの離脱処理を停止させる。これにより、可能な限りウエハＷを離脱させて、離脱処理の停止を極力減らし、かつ、ウエハＷの離脱時の割れや破損を回避することができる。

なお、上記モニタ工程では、Ｈｅガスの供給開始からＨｅガスの供給停止後、Ｈｅガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つのＨｅガスの圧力値を検出する処理を、前記検出された少なくとも一つのＨｅガスの圧力値が２．６Ｔｏｒrより大きい間、予め定められた回数以内で繰り返し行う。このとき、最後に検出された圧力値が２．６Ｔｏｒｒより大きくても、その前に検出されたＨｅガスの圧力値のいずれかが２．６Ｔｏｒｒを下回る場合には、ウエハＷの離脱工程を実行するようにしてもよい。これとは逆に、最後に検出されたＨｅガスの圧力値が２．６Ｔｏｒｒより大きい場合、その前に検出されたＨｅガスの圧力値のいずれかが２．６Ｔｏｒｒを下回っても、ウエハＷを離脱させる工程を停止するようにしてもよい。

また、上記変形例では、ウエハＷ裏面のＨｅガスの圧力値をモニタしたが、これに替えて、ウエハＷ裏面のＨｅガスの流量値をモニタしてもよい。

また、上記実施形態及び各変形例において、Ｈｅガスの供給口が複数のゾーンに分かれている場合、半径方向に対して供給するＨｅガスの圧力を変える。複数個のガス供給口がある場合には、最外周のガス供給口から供給されるＨｅガスの圧力を監視する。これにより、圧力値が最も急峻に変化する状態をモニタすることができ、上記離脱処理の精度を向上させることができる。例えば、上記変形例で説明したように、２ゾーンの場合には、外側のゾーンに設けられたＨｅガスの供給口をモニタする。１ゾーンの場合には、Ｈｅガスの供給口のいずれかをモニタする。
＜おわりに＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本発明に係る離脱制御方法は、予め定められた時間経過後の静電チャック４０に対して実行してもよい。つまり、本発明に係る離脱制御方法は、予め定められた時間以上使用した静電チャック４０上のウエハＷを離脱させる際の制御方法であってもよい。

例えば、図１０に示したように、ウエハＷを離脱する際にウエハＷを持ち上げる支持ピン８１を駆動するモータ８４のトルクを監視する。これにより、ウエハＷの脱着が悪化して離脱され難くなっていく様子を確認することができる。例えば、図１０の縦軸に示したピントルクが予め定められた閾値以下になったら、予め定められた時間以上使用した静電チャック４０とみなして、本発明に係る離脱制御方法を自動的に適用してもよい。図１０では、ウエハ処理枚数が３０００枚のとき、ピントルクが閾値を下回ったため、静電チャックの表面状態が悪くなったとみなして、本発明を自動的に適用するようにしてもよい。

以上ではプラズマ処理装置で実行されるプラズマ処理としてプラズマエッチングを例に挙げて説明したが、本発明はプラズマエッチングに限られず、例えば、化学気相蒸着(CVD: Chemical Vapor Deposition)によりウエハ上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング、アッシング等を行うプラズマ処理装置にも適用可能である。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバ内の平行平板電極間に生じる高周波の放電により容量結合プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)を生成する容量結合型プラズマ処理装置に限られず、例えば、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して高周波の誘導電磁界の下で誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を生成する誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波のパワーを用いてプラズマ波を生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能である。

本発明においてプラズマ処理を施される被処理体は、半導体ウエハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD:Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。

なお、本発明に係る離脱制御方法は、チャック電極を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックから被処理体を離脱させるための離脱制御方法であって、プラズマ処理後に前記チャック電極にオンしている電圧をオフする工程と、前記静電チャックの吸着時にオンした電圧と逆電圧をオンする工程と、前記逆の電圧をオンする工程後、プラズマ処理を行う処理容器内のガスを排気する工程と、を含んで構成されていてもよい。

１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１２ 載置台（下部電極）
２８ 排気装置
３２ 高周波電源
３８ シャワーヘッド(上部電極)
４０ 静電チャック
４０ａ チャック電極
４０ｂ、４０ｃ 誘電層部（誘電部材）
４２ 直流電圧源
５２ 伝熱ガス供給源
６２ ガス供給源
７１ チラーユニット
７５ ヒ−タ
８０ モニタ
８１ 支持ピン
８４ モータ
１００ 制御装置
１０５ プロセス実行部
１１０ 取得部
１１５ 制御部
１２０ 記憶部

Claims (13)

1. チャック電極を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックから被処理体を離脱させるための離脱制御方法であって、
   プラズマ処理後に処理室内に不活性ガスを導入し第１の圧力に維持しながら除電処理を行う工程と、
   前記静電チャック上に載置された被処理体の裏面に供給される伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかをモニタする工程と、
   前記モニタ結果から前記静電チャック表面の残留電荷量及び残留電荷の正負の極性を求め、前記残留電荷量と同じ大きさで前記正負の極性とは逆の電荷を前記チャック電極へ供給する電圧を求め、前記チャック電極にオンする工程と、
   前記モニタ結果に基づき求められた電圧を前記チャック電極にオンしながら、処理室内の不活性ガスを排気し、第２の圧力へ減圧する工程と、
   前記静電チャックにオンしている電圧をオフし、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させる工程と、
   を含むことを特徴とする離脱制御方法。
2. 前記第２の圧力は、パッシェンの法則に基づき被処理体の電荷に前記処理室内のガスとの間で移動が生じない圧力になるまで前記処理室内のガスを真空引きすることを特徴とする請求項１に記載の離脱制御方法。
3. 前記ガスの排気工程は、排気前後で前記処理室内の圧力のオーダが一桁以上小さくなるまで前記処理室内のガスを真空引きすることを特徴とする請求項２に記載の離脱制御方法。
4. モニタ時の処理室内の圧力は少なくとも前記第１の圧力と同じかそれより高い圧力であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
5. 前記チャック電極にオンしている電圧をオフした後、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから持ち上げ、前記処理室内にガスを再び導入することを特徴とする請求項４に記載の離脱制御方法。
6. 前記静電チャック表面は、前記チャック電極を覆う誘電部材から形成され、
   前記誘電部材の体積抵抗率は１０^１４Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
7. 前記離脱制御方法は、予め定められた時間以上使用した前記静電チャックに対して被処理体の離脱時に自動的に適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
8. 前記モニタする工程は、前記伝熱ガスの供給停止後、前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値を検出し、
   前記検出された少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい場合、被処理体を前記静電チャックから離脱させる工程を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
9. 前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内は、一秒以内であることを特徴とする請求項８に記載の離脱制御方法。
10. 前記モニタする工程は、前記伝熱ガスの供給開始から前記伝熱ガスの供給停止後、前記伝熱ガスの圧力が５０％以上変化する時間内に少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値を検出する処理を、前記検出された少なくとも一つの伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい間、予め定められた回数以内で繰り返し行い、
    前記伝熱ガスの圧力値を検出する処理を繰り返し行った結果、前記検出された伝熱ガスの圧力値が最後まで２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）より大きい場合、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させる工程を停止することを特徴とする請求項８又は９に記載の離脱制御方法。
11. 前記離脱制御方法は、前記モニタされた前記伝熱ガスの圧力値が２．６Ｔｏｒr（３４６．６Ｐａ）以上又は前記被処理体の裏面からの伝熱ガスの漏れ流量値が０．３ｓｃｃｍ以下になったとき、前記静電チャックに対して被処理体の離脱時に自動的に適用されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
12. 前記伝熱ガスの供給口が複数存在する場合、前記モニタする工程は、前記複数の伝熱ガスの供給口のうち最外周の伝熱ガスの供給口から供給される前記伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の離脱制御方法。
13. チャック電極を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックと、
    プラズマ処理後に処理室内に不活性ガスを導入し第１の圧力に維持しながら除電処理を行う制御部と、
    前記静電チャック上に載置された被処理体の裏面に供給される伝熱ガスの圧力又は前記伝熱ガスの被処理体の裏面からの漏れ流量の少なくともいずれかを検出するモニタと、を備え、
    前記制御部は、前記モニタ結果に基づき求められた電圧を前記チャック電極にオンしながら、処理室内の不活性ガスを排気し、第２の圧力へ減圧し、
    前記静電チャックにオンしている電圧をオフし、被処理体を支持ピンで前記静電チャックから離脱させることを特徴とするプラズマ処理装置。