JP2021012985A - 処理方法、載置台、プラズマ処理装置、およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】静電チャックの残留吸着力を低減する。【解決手段】処理方法は、測定工程と、算出工程と、第1のプラズマ処理工程とを含む。測定工程では、基板を保持する静電チャックから処理後の基板をリフトピンにより持ち上げる際にリフトピンにかかる荷重値が測定される。算出工程では、測定された荷重値と、静電チャックと基板との間に残留吸着力がない状態において基板をリフトピンにより持ち上げる際にリフトピンにかかる初期荷重値とに基づいて荷重値の変化量が算出される。第1のプラズマ処理工程では、荷重値の変化量が予め定められた第1の閾値以上である場合、静電チャックの表面が第1のプラズマに晒される。【選択図】図4

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、処理方法、載置台、プラズマ処理装置、およびプログラムに関する。
半導体ウエハの処理では、例えば静電気力を用いて静電チャック上に保持された半導体ウエハが処理される。半導体ウエハに対する処理が終了した場合、静電チャックに供給される直流電圧が解除されることにより、静電チャックによる静電気力が減少し、リフトピン等により半導体ウエハを静電チャックから持ち上げることができる。
ところで、複数の半導体ウエハに対する処理が行われる過程で、静電チャックに絶縁体の反応副生成物(いわゆるデポ)が堆積する。静電チャックに堆積したデポは、静電チャックに供給された電荷によって帯電し、静電チャックに供給される直流電圧が解除されても、デポに帯電した電荷が残存する場合がある。デポが帯電していると、半導体ウエハとの間に静電気力に応じた吸着力が残存する。
静電チャックと半導体ウエハとの間に吸着力が残存していると、リフトピンにより半導体ウエハを持ち上げる際に、半導体ウエハと静電チャックとの間で擦れが起こる場合がある。半導体ウエハと静電チャックとが擦れると、静電チャックに付着しているデポがパーティクルとなって飛散し、半導体ウエハを汚染する。また、残留吸着力が大きい場合には、半導体ウエハが跳ね上がったり、割れたりする場合もある。
これを防止するために、例えば、プラズマ処理後に静電チャックへの供給電圧をオフにし、その後に静電チャックの電極から流れる電流とリフトピンに加わるトルクとの相関関係から、静電チャックの電極に供給するカウンタ電圧を算出する技術が知られている。この技術では、処理室内にガスを導入してプラズマを生成させながら、カウンタ電圧を静電チャックに供給することで、静電チャックの残留電荷を低減することができる。
特開2013−161899号公報
本開示は、静電チャックの残留吸着力を低減することができる処理方法、載置台、プラズマ処理装置、およびプログラムを提供する。
本開示の一側面は、処理方法であって、測定工程と、算出工程と、第1のプラズマ処理工程とを含む。測定工程では、基板を保持する静電チャックから処理後の基板をリフトピンにより持ち上げる際にリフトピンにかかる荷重値が測定される。算出工程では、測定された荷重値と、静電チャックと基板との間に残留吸着力がない状態において基板をリフトピンにより持ち上げる際にリフトピンにかかる初期荷重値とに基づいて荷重値の変化量が算出される。第1のプラズマ処理工程では、荷重値の変化量が予め定められた第1の閾値以上である場合、静電チャックの表面が第1のプラズマに晒される。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、静電チャックの残留吸着力を低減することができる。
図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 図2は、リフトピンの先端付近の構成の一例を示す拡大断面図である。 図3は、制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図4は、残留吸着力低減方法の一例を示すフローチャートである。 図5は、制御装置の機能を実現する計算機のハードウェアの一例を示す図である。
以下に、開示される処理方法、載置台、プラズマ処理装置、およびプログラムの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される処理方法、載置台、プラズマ処理装置、およびプログラムが限定されるものではない。
ところで、プラズマ処理が行われた後に静電チャックに残留する吸着力は、静電気力に起因する吸着力だけではない。例えば、特定の元素を含むデポが静電チャックに堆積した場合、デポに含まれる元素と静電チャック上に配置された半導体ウエハに含まれる元素とが分子間力により結合する場合がある。例えば、静電チャックに堆積したデポにフッ素が含まれている場合、フッ素の未結合手と、半導体ウエハに含まれているシリコンの未結合手とが結合する場合がある。
静電チャックに堆積したデポと半導体ウエハとが分子間力により結合した場合、デポの電荷が低減されたとしても、分子間力に基づく静電チャックと半導体ウエハとの間の吸着力は低減されない。複数の半導体ウエハに対する処理が行われると、静電チャックに堆積するデポの量が多くなり、デポに含まれるフッ素の未結合手が多くなる。そのため、静電チャックと半導体ウエハとの間で分子間力に基づく吸着力が増加する。
静電チャックと半導体ウエハとの間の吸着力が大きくなると半導体ウエハの跳ね上がりや割れ等が発生する。半導体ウエハの割れ等が観測された場合に、静電チャックのクリーニングを行うことにより、静電チャックと半導体ウエハとの間の残留吸着力を低減することも考えられる。しかし、割れ等が観測された半導体ウエハは不良品となってしまい、半導体ウエハを無駄に消費してしまうことになる。そのため、半導体ウエハの割れ等が観測される前に、静電チャックの残留吸着力を低減する方法が求められている。
そこで、本開示は、静電チャックの残留吸着力を低減することができる技術を提供する。
[プラズマ処理装置1の構成]
図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置1の一例を示す縦断面図である。本実施形態におけるプラズマ処理装置1は、例えばRIE(Reactive Ion Etching)型のプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置1は、本体100および制御装置200を備える。
本体100は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属により略円筒形状に形成された処理容器10を有する。処理容器10は接地されている。処理容器10内では、基板の一例である半導体ウエハWに対して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、半導体ウエハWを載置する載置台11が設けられている。載置台11は、基台12、静電チャック40、複数のリフトピン81、荷重センサ84、および駆動部85を有する。基台12は、例えばアルミニウム等によって構成され、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によって支持されている。基台12の上面には、静電チャック40が配置されている。筒状保持部14の上面には、静電チャック40の周囲を囲むように、例えばシリコンからなるエッジリング18が配置されている。エッジリング18は、フォーカスリングと呼ばれることもある。
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が形成されている。排気口24には、排気管26を介して排気装置28が接続されている。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内を所望の真空度まで減圧することができる。処理容器10の側壁には、半導体ウエハWの搬入および搬出時に開閉するゲートバルブ30が設けられている。
基台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、例えば60MHzの高周波電力を基台12に供給する。基台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が設けられている。シャワーヘッド38は、基台12に対向する上部電極としても機能する。
基台12の上面には、半導体ウエハ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、導電膜からなる電極40aが一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟み込まれた構造である。電極40aには、スイッチ43を介して直流電源42が接続されている。スイッチ43は、電極40aと、直流電源42または接地電位との接続を切り替える。電極40aに直流電源42が接続された場合、直流電源42からの電圧が電極40aに供給され、電極40aの表面に静電気力が発生する。そして、静電気力により、静電チャック40上に配置された半導体ウエハWが静電チャック40の上面に吸着保持される。
また、半導体ウエハWに対するプラズマ処理が終了した場合、電極40aは、スイッチ43によって接地電位に接続され、電極40aに残留している電荷が逃がされる。しかし、半導体ウエハWには、プラズマ処理の過程で電荷が残留し、電極40aが接地電位に接続されても、静電チャック40と半導体ウエハWとの吸着力が減少しない場合がある。
また、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に特定の元素を含むデポが堆積した場合、デポに含まれる元素と半導体ウエハWに含まれる元素とが分子間力により結合する場合がある。例えば、静電チャック40に堆積したデポにフッ素が含まれている場合、フッ素の未結合手と、半導体ウエハWに含まれているシリコンの未結合手とが結合する場合がある。デポに含まれる元素の未結合手と半導体ウエハWに含まれる元素の未結合手とが結合した場合、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に分子間力に基づく吸着力が発生する。半導体ウエハWに対するプラズマ処理が繰り返されると、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に堆積するデポが増加し、分子間力に基づく静電チャック40と半導体ウエハWとの間の吸着力が増加する。
静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留している吸着力が大きくなると、後述するリフトピン81によって処理後の半導体ウエハWを持ち上げる際、半導体ウエハWが跳ね上がったり、破損したりする場合がある。半導体ウエハWが跳ね上がると、半導体ウエハWの位置が予め定められた位置からずれたり、反応副生成物が処理容器10内で舞い上がり、半導体ウエハWに付着する場合がある。そこで、静電チャック40と半導体ウエハWとの間の残留吸着力が大きい場合には、静電チャック40と半導体ウエハWとの間の残留吸着力を低減する処理が実行される。静電チャック40と半導体ウエハWとの間の残留吸着力を低減する処理については、後述する。
基台12および静電チャック40には、HeガスやArガス等の伝熱ガスを半導体ウエハWと静電チャック40との間に供給するための配管54が設けられている。半導体ウエハWと静電チャック40との間に供給される伝熱ガスの圧力を制御することにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間の熱の伝達率を制御することができる。
シャワーヘッド38は、電極板56および電極支持体58を有する。電極板56には、電極板56の厚さ方向に貫通する複数のガス穴56aが形成されている。電極支持体58は、電極板56を着脱可能に支持する。電極支持体58の内部にはバッファ室65が設けられている。電極支持体58の上部には、バッファ室65に連通するガス導入口65aが設けられている。ガス導入口65aには、配管64を介してガス供給機構60が接続されている。
ガス供給機構60は、ガス供給源61a〜61d、マスフローコントローラ(MFC)62a〜62d、およびバルブ63a〜63dを有する。ガス供給源61aは、例えばエッチング用の処理ガスの供給源である。ガス供給源61bは、例えば窒素ガスの供給源である。ガス供給源61cは、例えば酸素ガスの供給源である。ガス供給源61dは、例えばCF4ガスの供給源である。
MFC62aは、ガス供給源61aから供給された処理ガスの流量を制御し、流量が制御された処理ガスを、バルブ63aおよび配管64を介してシャワーヘッド38に供給する。MFC62bは、ガス供給源61bから供給された窒素ガスの流量を制御し、流量が制御された窒素ガスを、バルブ63bおよび配管64を介してシャワーヘッド38に供給する。MFC62cは、ガス供給源61cから供給された酸素ガスの流量を制御し、流量が制御された酸素ガスを、バルブ63cおよび配管64を介してシャワーヘッド38に供給する。MFC62dは、ガス供給源61dから供給されたCF4ガスの流量を制御し、流量が制御されたCF4ガスを、バルブ63dおよび配管64を介してシャワーヘッド38に供給する。
配管64を介してシャワーヘッド38に供給されたガスは、バッファ室65内を拡散し、電極板56に形成されたガス穴56aを介して、シャワーヘッド38と載置台11との間の処理空間内にシャワー状に供給される。
基台12の内部には、外部の図示しない搬送アームとの間で半導体ウエハWの受け渡しを行うために半導体ウエハWを昇降させるリフトピン81が複数(例えば3本)設けられている。複数のリフトピン81は、連結部材82を介して伝えられるモータ等の駆動部85の動力により、静電チャック40を貫通して昇降する。連結部材82と駆動部85の間には、リフトピン81により半導体ウエハWを押し上げる際にそれぞれのリフトピン81にかかる荷重値を測定する荷重センサ84が設けられている。荷重センサ84は、第1のセンサの一例である。荷重センサ84は、例えばロードセルである。それぞれのリフトピン81の下部には、ベローズ83が設けられている。これにより、処理容器10内の真空側と大気側との間の気密が維持される。
図2は、リフトピン81の先端付近の構成の一例を示す拡大断面図である。リフトピン81の先端には、半導体ウエハWの帯電量を測定するための帯電量センサ810が設けられている。帯電量センサ810は、処理後の半導体ウエハWがリフトピン81によって押し上げられる際に、半導体ウエハWの帯電量を測定し、測定結果を制御装置200へ出力する。帯電量センサ810は、第2のセンサの一例である。
本実施形態において、帯電量センサ810は、複数のリフトピン81のいずれかの先端に設けられている。なお、帯電量センサ810は、それぞれのリフトピン81の先端に設けられてもよい。帯電量センサ810がそれぞれのリフトピン81の先端に設けられる場合、制御装置200は、それぞれの帯電量センサ810によって測定された帯電量の最大値または平均値を帯電量として採用する。また、静電チャック40が複数のゾーンに分割されており、それぞれのゾーンに電極40aが1つずつ配置されている場合、帯電量センサ810は、それぞれのゾーンに少なくとも1つ配置されることが好ましい。この場合も、制御装置200は、それぞれの帯電量センサ810によって測定された帯電量の最大値または平均値を帯電量として採用する。
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11との間の処理空間には、高周波電源32により鉛直方向のRF電界が形成され、半導体ウエハWの表面近傍に所望のガスによる高密度のプラズマが生成される。
基台12の内部には、冷媒が流れる流路70が形成されている。流路70には、配管72および配管73を介して図示しないチラーユニットから温度制御された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印加される。流路70内を循環する冷媒による冷却とヒータ75による加熱とによって静電チャック40上の半導体ウエハWの温度が所望の温度に調整される。なお、ヒータ75は設けられていなくてもよい。また、ヒータ75は、静電チャック40と基台12との間に設けられてもよい。
制御装置200は、本体100の各部を制御する。制御装置200は、例えばガス供給機構60、排気装置28、ヒータ75、直流電源42、スイッチ43、整合器34、高周波電源32、駆動部85、およびチラーユニット等を制御する。
このようなプラズマ処理装置1において、半導体ウエハWに対してエッチング等のプラズマ処理が行われる際には、まずゲートバルブ30が開けられ、図示しない搬送アーム上に保持された半導体ウエハWが処理容器10内に搬入される。そして、静電チャック40の表面から突出したリフトピン81により搬送アームから半導体ウエハWが持ち上げられ、半導体ウエハWが搬送アームからリフトピン81に受け渡される。そして、搬送アームが処理容器10の外へ退避した後に、リフトピン81が下降することにより、半導体ウエハWが静電チャック40上に載置される。そして、ゲートバルブ30が閉じられる。
次に、直流電源42から電極40aに直流電圧が供給され、半導体ウエハWが静電チャック40の上面に吸着保持される。そして、排気装置28により処理容器10内のガスが排気され、ガス供給機構60からエッチング用の処理ガスが所定の流量で処理容器10内に供給され、処理容器10内の圧力が調整される。そして、半導体ウエハWと静電チャック40との間に伝熱ガスが供給される。そして、高周波電源32から所定の高周波電力が基台12に供給される。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用の処理ガスは、高周波電源32から供給された高周波電力によりプラズマ化される。これにより、シャワーヘッド38と基台12との間の処理空間においてプラズマが生成され、生成されたプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハWがエッチングされる。
プラズマ処理が終了した後、静電チャック40から半導体ウエハWを離脱させる際には、伝熱ガスの供給が停止され、静電チャック40の電極40aへの電圧の供給が停止される。そして、リフトピン81が上昇することにより、半導体ウエハWが静電チャック40から持ち上げられる。そして、ゲートバルブ30が開かれ、図示しない搬送アームに半導体ウエハWが受け渡され、半導体ウエハWが処理容器10内から搬出される。
ここで、リフトピン81によって半導体ウエハWが持ち上げられる際に、荷重センサ84によってリフトピン81にかかる荷重値Lが測定され、帯電量センサ810によって半導体ウエハWの帯電量Qが測定される。そして、測定された荷重値Lおよび帯電量Qが制御装置200へ出力される。
[制御装置200の構成]
図3は、制御装置200の機能構成の一例を示すブロック図である。制御装置200は、取得部201、判定部202、DB(Data Base)203、およびプロセス制御部204を有する。
DB203には、初期荷重値L0、初期帯電量Q0、荷重閾値Lth、および帯電閾値Qthが格納される。初期荷重値L0は、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留吸着力がない状態において半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる荷重値である。初期荷重値L0は、例えば、プロセスが実行される前に、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に荷重センサ84によって測定される。
初期帯電量Q0は、半導体ウエハWが帯電していない状態において帯電量センサ810により測定された半導体ウエハWの帯電量である。初期帯電量Q0は、例えば、プロセスが実行される前に、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に帯電量センサ810によって測定される。
荷重閾値Lthは、初期荷重値L0から、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に半導体ウエハWが跳ね上がったり割れたりする荷重値までの荷重値の変化量よりも小さい値である。荷重閾値Lthは、第1の閾値の一例である。帯電閾値Qthは、初期帯電量Q0から、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に半導体ウエハWが跳ね上がったり割れたりする帯電量までの帯電量の変化量よりも小さい値である。
荷重閾値Lthは、例えば0.5[kgf]のような値に設定される。また、帯電閾値Qthは、例えば0.5μ[C]のような値に設定される。なお、DB203内には、各レシピのデータも予め格納されている。
取得部201は、プロセスが実行される前に、荷重センサ84によって測定された荷重値Lを取得し、取得した荷重値Lを、初期荷重値L0としてDB203に格納する。また、取得部201は、プロセスが実行される前に、帯電量センサ810によって測定された帯電量Qを取得し、取得した帯電量Qを、初期帯電量Q0としてDB203に格納する。また、取得部201は、プラズマ処理の実行後に荷重センサ84によって測定された荷重値Lを取得し、取得した荷重値Lを判定部202へ出力する。また、取得部201は、プラズマ処理に実行後に帯電量センサ810によって測定された帯電量Qを取得し、取得した帯電量Qを判定部202へ出力する。
判定部202は、取得部201から荷重値Lおよび帯電量Qが出力された場合、初期荷重値L0、荷重閾値Lth、初期帯電量Q0、および帯電閾値QthをDB203から取得する。そして、判定部202は、帯電量Qから初期帯電量Q0を引いた値である帯電量Qの変化量ΔQの値が、帯電閾値Qthより大きいか否かを判定する。変化量ΔQの値が帯電閾値Qth以下である場合、判定部202は、荷重値Lから初期荷重値L0を引いた値である荷重値Lの変化量ΔLの値が、荷重閾値Lthより大きいか否かを判定する。変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きい場合、即ち、帯電量Qがそれほど大きくないにもかかわらず荷重値Lが大きい場合、判定部202は、プラズマ処理Aの実行をプロセス制御部204に指示する。
プラズマ処理Aとは、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に堆積したデポに含まれる特定の元素の未結合手と半導体ウエハWの元素の未結合手との結合に基づく吸着力を低減するための処理である。プラズマ処理Aでは、半導体ウエハWが搬出された後に、処理容器10内にプラズマが生成され、プラズマに含まれる元素によって、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に堆積したデポに含まれる元素の未結合手が終端される。例えば、プラズマに含まれる窒素原子によってデポに含まれるフッ素の未結合手が終端される。これにより、分子間力に基づく静電チャック40と半導体ウエハWとの間の吸着力が低減される。
プラズマ処理Aは、窒素含有ガスをプラズマ化することにより生成された第1のプラズマを用いるプラズマ処理であり、例えば下記の条件で行われる。
ガス種:窒素ガス
流量:300sccm
時間:10秒
一方、変化量ΔQの値が帯電閾値Qthより大きい場合、判定部202は、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きいか否かを判定する。変化量ΔLの値が荷重閾値Lth以下である場合、即ち、帯電量Qは大きいが荷重値Lがそれほど大きくない場合、判定部202は、プラズマ処理Bの実行をプロセス制御部204に指示する。
プラズマ処理Bとは、プラズマ処理の過程で静電チャック40と半導体ウエハWとの間に堆積したデポに帯電する電荷に基づく吸着力を低減するための処理である。プラズマ処理Bでは、半導体ウエハWが搬出された後に、処理容器10内にプラズマが生成され、プラズマに含まれるイオンや電子によって、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に堆積したデポに帯電した電荷が除去される。これにより、デポの帯電による静電気力に基づく静電チャック40と半導体ウエハWとの間の吸着力が低減される。
プラズマ処理Bは、酸素またはアルゴンを含むガスをプラズマ化することにより生成される第2のプラズマを用いたプラズマ処理であり、例えば下記の条件で行われる。
ガス種:酸素ガスおよびCF4ガス
流量:酸素ガス=1350sccm、CF4ガス=150sccm
時間:25秒
なお、荷重値Lがそれほど大きくない場合には、吸着力の低減という観点では、必ずしもプラズマ処理Bが実行される必要はない。しかし、デポの帯電量Qが大きい場合には、静電チャック40から半導体ウエハWが持ち上げられる際に、静電チャック40と半導体ウエハWとの間で放電が発生し、静電チャック40や半導体ウエハW等にダメージが生じる場合がある。また、デポの帯電量Qが大きい場合には、半導体ウエハWもデポと逆の極性で帯電する。そのため、処理容器10内のパーティクルが半導体ウエハWに引き寄せられ、パーティクルにより半導体ウエハWが汚染される場合がる。そこで、荷重値Lがそれほど大きくない場合であっても、帯電量Qは大きい場合には、プラズマ処理Bが実行されることで、デポの帯電量Qが低減される。
なお、プラズマ処理Bは、CF4ガスを用いず、650sccmの酸素ガスをプラズマ化する処理であってもよい。また、プラズマ処理Bは、CF4ガスおよび酸素ガスを用いず、1000sccmのアルゴンガスをプラズマ化する処理であってもよい。アルゴンガスを用いる場合の処理時間は、例えば10秒である。
一方、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きい場合、即ち、帯電量Qも荷重値Lも大きい場合、判定部202は、プラズマ処理Cの実行をプロセス制御部204に指示する。プラズマ処理Cとは、デポによる分子間力に基づく吸着力と、デポの帯電による静電気力に基づく吸着力とを低減する処理である。本実施形態におけるプラズマ処理Cは、例えば、前述のプラズマ処理Aとプラズマ処理Bとをそれぞれ実行する処理である。プラズマ処理Cでは、プラズマ処理Aが実行された後にプラズマ処理Bが実行される。なお、プラズマ処理Cでは、プラズマ処理Bが実行された後にプラズマ処理Aが実行されてもよい。これにより、デポに含まれる元素の未結合手の終端およびデポに帯電した電荷の除去を両立することができる。
プロセス制御部204は、DB203に格納されたレシピに基づいて、本体100の各部を制御することにより、本体100にレシピに規定されたプラズマ処理を実行させる。また、プロセス制御部204は、判定部202からプラス間処理A、B、またはCの実行を指示された場合、対応するレシピをDB203から読み出し、読み出されたレシピに従って本体100の各部を制御する。
[残留吸着力低減方法]
図4は、残留吸着力低減方法の一例を示すフローチャートである。図4に例示される残留吸着力低減方法は、制御装置200の制御に従って本体100が動作することにより実現される。残留吸着力低減方法は、処理方法の一例である。なお、図4に例示された処理が実行される前に、ダミーウエハ等を用いて、荷重センサ84によってリフトピン81にかかる初期荷重値L0が測定され、帯電量センサ810によって半導体ウエハWの初期帯電量Q0が測定される。そして、制御装置200の取得部201は、測定された初期荷重値L0および初期帯電量Q0を取得し、DB203内に格納する。
まず、半導体ウエハWが処理容器10内に搬入される(S10)。ステップS10では、ゲートバルブ30が開けられ、図示しない搬送アーム上に保持された半導体ウエハWが処理容器10内に搬入される。そして、静電チャック40の表面から突出したリフトピン81により搬送アームから半導体ウエハWが持ち上げられ、半導体ウエハWが搬送アームからリフトピン81に受け渡される。そして、搬送アームが処理容器10の外へ退避した後に、リフトピン81が下降することにより、半導体ウエハWが静電チャック40上に載置される。そして、ゲートバルブ30が閉じられる。そして、直流電源42から電極40aに直流電圧が供給され、半導体ウエハWが静電チャック40の上面に吸着保持される。
次に、処理容器10内に搬入された半導体ウエハWに対してエッチング等のプラズマ処理が施される(S11)。ステップS11では、排気装置28により処理容器10内のガスが排気され、ガス供給機構60からエッチング用の処理ガスが所定の流量で処理容器10内に供給され、処理容器10内の圧力が調整される。そして、半導体ウエハWと静電チャック40との間に伝熱ガスが供給される。そして、高周波電源32から所定の高周波電力が基台12に供給される。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用の処理ガスは、高周波電源32から供給された高周波電力によりプラズマ化される。これにより、シャワーヘッド38と基台12との間の処理空間においてプラズマが生成され、生成されたプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハWがエッチング等のプラズマ処理が施される。
次に、プラズマ処理が施された半導体ウエハWが処理容器10内から搬出される(S12)。ステップS12では、伝熱ガスの供給が停止され、静電チャック40の電極40aへの電圧の供給が停止される。そして、リフトピン81が上昇することにより、半導体ウエハWが静電チャック40から持ち上げられる。この時、荷重センサ84によってリフトピン81にかかる荷重値Lが測定され、帯電量センサ810によって半導体ウエハWの帯電量Qが測定される。そして、ゲートバルブ30が開かれ、処理容器10内に進入した図示しない搬送アームに半導体ウエハWが受け渡され、半導体ウエハWが処理容器10内から搬出される。ステップS12は、第1の測定工程および第2の測定工程の一例である。
次に、荷重センサ84によって測定された荷重値L、および、帯電量センサ810によって測定された帯電量Qが制御装置200へ出力される。制御装置200の取得部201は、測定された荷重値Lおよび帯電量Qを取得する(S13)。そして、取得部201は、取得された荷重値Lおよび帯電量Qを判定部202へ出力する。
次に、判定部202は、変化量ΔQおよびΔLを算出する(S14)。例えば、判定部202は、取得部201から荷重値Lおよび帯電量Qが出力された場合、初期荷重値L0、荷重閾値Lth、初期帯電量Q0、および帯電閾値QthをDB203から取得する。そして、判定部202は、帯電量Qから初期帯電量Q0を引いた値を帯電量Qの変化量ΔQとして算出し、荷重値Lから初期荷重値L0を引いた値を荷重値Lの変化量ΔLとして算出する。ステップS14は、第1の算出工程および第2の算出工程の一例である。
次に、判定部202は、変化量ΔQの値が帯電閾値Qthより大きいか否かを判定する(S15)。変化量ΔQの値が帯電閾値Qth以下である場合(S15:No)、判定部202は、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きいか否かを判定する(S16)。変化量ΔLの値が荷重閾値Lth以下である場合(S16:No)、即ち、帯電量Qも荷重値Lもそれほど大きくない場合、ステップS21に示される処理が実行される。
一方、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きい場合(S16:Yes)、帯電量Qがそれほど大きくないにもかかわらず荷重値Lが大きい場合、判定部202は、プラズマ処理Aの実行をプロセス制御部204に指示する。プロセス制御部204は、プラズマ処理Aに対応するレシピをDB203から読み出し、読み出されたレシピに従って本体100の各部を制御することにより、プラズマ処理Aを実行する(S17)。プラズマ処理Aは、第1のプラズマ処理工程の一例である。そして、ステップS21に示される処理が実行される。
一方、変化量ΔQの値が帯電閾値Qthより大きい場合(S15:Yes)、判定部202は、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きいか否かを判定する(S18)。変化量ΔLの値が荷重閾値Lth以下である場合(S18:No)、即ち、帯電量Qは大きいが荷重値Lがそれほど大きくない場合、判定部202は、プラズマ処理Bの実行をプロセス制御部204に指示する。プロセス制御部204は、プラズマ処理Bに対応するレシピをDB203から読み出し、読み出されたレシピに従って本体100の各部を制御することにより、プラズマ処理Bを実行する(S19)。プラズマ処理Bは、第2のプラズマ処理工程の一例である。そして、ステップS21に示される処理が実行される。
一方、変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きい場合(S18:Yes)、即ち、帯電量Qも荷重値Lも大きい場合、判定部202は、プラズマ処理Cの実行をプロセス制御部204に指示する。プロセス制御部204は、プラズマ処理Cに対応するレシピをDB203から読み出し、読み出されたレシピに従って本体100の各部を制御することにより、プラズマ処理Cを実行する(S20)。
そして、プロセス制御部204は、プロセスを終了するか否かを判定する(S21)。プロセスを続行する場合(S21:No)、再びステップS10に示された処理が実行される。一方、プロセスを終了する場合(S21:Yes)、本フローチャートに示された残留吸着力低減方法は終了する。
[ハードウェア]
制御装置200は、例えば図5に示されるような構成の計算機90により実現される。図5は、制御装置200の機能を実現する計算機90の一例を示す図である。計算機90は、CPU(Central Processing Unit)91、RAM(Random Access Memory)92、ROM(Read Only Memory)93、補助記憶装置94、通信I/F(インターフェイス)95、入出力I/F96、およびメディアI/F97を備える。
CPU91は、ROM93または補助記憶装置94に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ROM93は、計算機90の起動時にCPU91によって実行されるブートプログラムや、計算機90のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。
補助記憶装置94は、例えばHDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)等であり、CPU91によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。CPU91は、当該プログラムを、補助記憶装置94から読み出してRAM92上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。
通信I/F95は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介して本体100との間で通信を行う。通信I/F95は、通信回線を介して本体100からデータを受信してCPU91へ送り、CPU91が生成したデータを、通信回線を介して本体100へ送信する。
CPU91は、入出力I/F96を介して、キーボード等の入力装置およびディスプレイ等の出力装置を制御する。CPU91は、入出力I/F96を介して、入力装置から入力された信号を取得してCPU91へ送る。また、CPU91は、生成したデータを、入出力I/F96を介して出力装置へ出力する。
メディアI/F97は、記録媒体98に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、補助記憶装置94に格納する。記録媒体98は、例えばDVD(Digital Versatile Disc)、PD(Phase change rewritable Disk)等の光学記録媒体、MO(Magneto-Optical disk)等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。
CPU91は、RAM92上にロードされたプログラムを実行することにより、取得部201、判定部202、およびプロセス制御部204の各機能を実現する。また、補助記憶装置94には、DB203内のデータが格納される。
CPU91は、記録媒体98から読み取って補助記憶装置94に格納されたプログラムを実行するが、他の例として、CPU91は、他の装置から、通信回線を介してプログラムを取得し、取得されたプログラムを実行してもよい。
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における処理方法は、第1の測定工程と、第1の算出工程と、第1のプラズマ処理工程とを含む。第1の測定工程では、半導体ウエハWを保持する静電チャック40から処理後の半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる荷重値Lが測定される。第1の算出工程では、測定された荷重値Lと、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留吸着力がない状態において半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる初期荷重値L0とに基づき荷重値Lの変化量ΔLが算出される。第1のプラズマ処理工程では、荷重値Lの変化量ΔLが予め定められた荷重閾値Lth以上である場合、静電チャック40の表面が第1のプラズマに晒される。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する分子間力に基づく吸着力を低減することができる。
また、上記した実施形態において、荷重閾値Lthは、初期荷重値L0から、リフトピン81によって持ち上げられるときに半導体ウエハWが跳ね上がる際にリフトピン81にかかる荷重値Lまでの変化量より小さい値である。これにより、リフトピン81によって持ち上げられるときに残留吸着力によって半導体ウエハWが跳ね上がることを防止することができる。
また、上記した実施形態において、第1のプラズマは、窒素含有ガスをプラズマ化することにより生成されたプラズマである。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する分子間力に基づく吸着力を低減することができる。
また、上記した実施形態における処理方法は、第2の測定工程と、第2の算出工程と、第2のプラズマ処理工程とを含む。第2の測定工程では、静電チャック40から処理後の半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際に、半導体ウエハWに接触する側のリフトピン81の先端に設けられた帯電量センサ810により半導体ウエハWの帯電量Qが測定される。第2の算出工程では、測定された帯電量Qと、半導体ウエハWが帯電していない状態において帯電量センサ810により測定された初期帯電量Q0とに基づいて帯電量Qの変化量ΔQが算出される。第2のプラズマ処理工程では、帯電量Qの変化量ΔQが予め定められた帯電閾値Qth以上である場合に、静電チャック40の表面が第2のプラズマに晒される。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する静電気力に基づく吸着力を低減することができる。
また、上記した実施形態において、第2のプラズマは、酸素またはアルゴンを含むガスをプラズマ化することにより生成されたプラズマである。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する静電気力に基づく吸着力を低減することができる。
また、上記した実施形態における載置台11は、静電チャック40と、リフトピン81と、荷重センサ84と、駆動部85とを備える。静電チャック40は、半導体ウエハWを保持する。リフトピン81は、静電チャック40を貫通し、静電チャック40に保持された半導体ウエハWを静電チャック40から持ち上げる。駆動部85は、リフトピン81を昇降させる。荷重センサ84は、静電チャック40から半導体ウエハWが持ち上げられる際に、リフトピン81にかかる荷重値を測定する。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する分子間力に基づく吸着力の増加を検出することができる。
また、上記した実施形態において、半導体ウエハWに接触する側のリフトピン81の先端には、半導体ウエハWの帯電量を測定する帯電量センサ810が設けられている。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する静電気力に基づく吸着力の増加を検出することができる。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理装置1は、処理容器10と、静電チャック40と、リフトピン81と、荷重センサ84と、駆動部85と、制御装置200とを備える。静電チャック40は、処理容器10内に設けられ、半導体ウエハWを保持する。リフトピン81は、静電チャック40を貫通し、静電チャック40に保持された半導体ウエハWを静電チャック40から持ち上げる。駆動部85は、リフトピンを昇降させる。荷重センサ84は、静電チャック40から半導体ウエハWが持ち上げられる際に、リフトピン81にかかる荷重値を測定する。制御装置200は、第1の測定工程と、第1の算出工程と、第1のプラズマ処理工程とを実行する。第1の測定工程では、荷重センサ84を用いて、半導体ウエハWを保持する静電チャック40から処理後の半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる荷重値Lが測定される。第1の算出工程では、測定された荷重値Lと、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留吸着力がない状態において半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる初期荷重値L0とに基づき荷重値Lの変化量ΔLが算出される。第1のプラズマ処理工程では、荷重値Lの変化量ΔLが予め定められた荷重閾値Lth以上である場合、静電チャック40の表面が第1のプラズマに晒される。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する分子間力に基づく吸着力を低減することができる。
また、上記した実施形態におけるプログラムは、第1の測定工程と、第1の算出工程と、第1のプラズマ処理工程とをプラズマ処理装置1に実行させる。第1の測定工程では、半導体ウエハWを保持する静電チャック40から処理後の半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる荷重値Lが測定される。第1の算出工程では、測定された荷重値Lと、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留吸着力がない状態において半導体ウエハWをリフトピン81により持ち上げる際にリフトピン81にかかる初期荷重値L0とに基づき荷重値Lの変化量ΔLが算出される。第1のプラズマ処理工程では、荷重値Lの変化量ΔLが予め定められた荷重閾値Lth以上である場合、静電チャック40の表面が第1のプラズマに晒される。これにより、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に残留する分子間力に基づく吸着力を低減することができる。
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態において、制御装置200は、荷重値Lの変化量ΔLの値が荷重閾値Lthより大きい場合に、プラズマ処理Aを実行し、帯電量Qの変化量ΔQの値が帯電閾値Qthより大きい場合に、プラズマ処理Bを実行する。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、制御装置200は、荷重値Lが荷重閾値Lth’より大きい場合に、プラズマ処理Aを実行し、帯電量Qが帯電閾値Qth’より大きい場合に、プラズマ処理Bを実行してもよい。この場合、荷重閾値Lth’は、初期荷重値L0と、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に半導体ウエハWが跳ね上がったり割れたりする荷重値との間の荷重値である。また、帯電閾値Qth’は、初期帯電量Q0と、リフトピン81によって半導体ウエハWが押し上げられた際に半導体ウエハWが跳ね上がったり割れたりする帯電量との間の帯電量である。
また、上記した各実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ(CCP)を用いて処理を行うプラズマ処理装置1として説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)、電子サイクロトン共鳴プラズマ(ECP)、およびヘリコン波励起プラズマ(HWP)等が挙げられる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
W 半導体ウエハ
1 プラズマ処理装置
100 本体
10 処理容器
11 載置台
38 シャワーヘッド
40 静電チャック
40a 電極
43 スイッチ
42 直流電源
60 ガス供給機構
81 リフトピン
810 帯電量センサ
84 荷重センサ
85 駆動部
200 制御装置
201 取得部
202 判定部
203 DB
204 プロセス制御部

Claims (9)

  1. 基板を保持する静電チャックから処理後の前記基板をリフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる荷重値を測定する第1の測定工程と、
    測定された前記荷重値と、前記静電チャックと前記基板との間に残留吸着力がない状態において前記基板を前記リフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる初期荷重値とに基づいて前記荷重値の変化量を算出する第1の算出工程と、
    前記荷重値の変化量が予め定められた第1の閾値以上である場合に、前記静電チャックの表面を第1のプラズマに晒す第1のプラズマ処理工程と
    を含む処理方法。
  2. 前記第1の閾値は、
    前記初期荷重値から、前記リフトピンによって持ち上げられるときに前記基板が跳ね上がる際に前記リフトピンにかかる荷重値までの変化量より小さい値である請求項1に記載の処理方法。
  3. 前記第1のプラズマは、窒素含有ガスをプラズマ化することにより生成されたプラズマである請求項1または2に記載の処理方法。
  4. 前記静電チャックから処理後の前記基板を前記リフトピンにより持ち上げる際に、前記基板に接触する側の前記リフトピンの先端に設けられたセンサにより前記基板の帯電量を測定する第2の測定工程と、
    測定された前記帯電量と、前記基板が帯電していない状態において前記センサにより測定された初期帯電量とに基づいて前記帯電量の変化量を算出する第2の算出工程と、
    前記帯電量の変化量が予め定められた第2の閾値以上である場合に、前記静電チャックの表面を第2のプラズマに晒す第2のプラズマ処理工程と
    をさらに含む請求項1から3のいずれか一項に記載の処理方法。
  5. 前記第2のプラズマは、酸素またはアルゴンを含むガスをプラズマ化することにより生成されたプラズマである請求項4に記載の処理方法。
  6. 基板を保持する静電チャックと、
    前記静電チャックを貫通し、前記静電チャックに保持された前記基板を前記静電チャックから持ち上げるリフトピンと、
    前記リフトピンを昇降させる駆動部と、
    前記静電チャックから前記基板が持ち上げられる際に、前記リフトピンにかかる荷重値を測定する第1のセンサと
    を備える載置台。
  7. 前記基板に接触する側の前記リフトピンの先端には、前記基板の帯電量を測定する第2のセンサが設けられている請求項6に記載の載置台。
  8. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板を保持する静電チャックと、
    前記静電チャックを貫通し、前記静電チャックに保持された前記基板を前記静電チャックから持ち上げるリフトピンと、
    前記リフトピンを昇降させる駆動部と、
    前記静電チャックから前記基板が持ち上げられる際に、前記リフトピンにかかる荷重値を測定する荷重センサと、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記静電チャックから処理後の前記基板を前記リフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる荷重値を前記荷重センサにより測定する第1の測定工程と、
    測定された前記荷重値と、前記静電チャックと前記基板との間に残留吸着力がない状態において前記基板を前記リフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる初期荷重値とに基づいて前記荷重値の変化量を算出する第1の算出工程と、
    前記荷重値の変化量が予め定められた第1の閾値以上である場合に、前記静電チャックの表面を第1のプラズマに晒す第1のプラズマ処理工程と
    を実行するプラズマ処理装置。
  9. 基板を保持する静電チャックから処理後の前記基板をリフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる荷重値を測定する第1の測定工程と、
    測定された前記荷重値と、前記静電チャックと前記基板との間に残留吸着力がない状態において前記基板を前記リフトピンにより持ち上げる際に前記リフトピンにかかる初期荷重値とに基づいて前記荷重値の変化量を算出する第1の算出工程と、
    前記荷重値の変化量が予め定められた第1の閾値以上である場合に、前記静電チャックの表面を第1のプラズマに晒す第1のプラズマ処理工程と
    をプラズマ処理装置に実行させるプログラム。
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