JP2018107265A - 計測方法、除電方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Q=q1(t)+q3(t)=q2(t) (5)
q2(t)は、ウェハの電荷を示す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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