JP2021093504A - 制御方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を静電チャックから脱離させる前に静電チャックの表面に蓄積した残留電荷量を推定する。【解決手段】（ａ）チャンバ内の静電チャックの電極に電源を接続し、前記電源から前記電極に電圧を印加する工程と、（ｂ）前記（ａ）の後に前記電極と前記電源とを非接続に切り替える工程と、（ｃ）前記（ｂ）の後に前記チャンバ内にガスを供給してプラズマを生成する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の間に前記電極の電位を測定する工程と、を有する制御方法が提供される。【選択図】図３

Description

本発明は、制御方法及びプラズマ処理装置に関する。

特許文献１は、静電チャックに静電吸着された基板処理の実行後、電源から静電チャックの電極に所定のＨＶ電圧を印加して静電チャックと基板の間の電荷を除電し、除電後にリフターピンを上昇させ、基板を静電チャックから剥がして搬出することを開示する。

基板処理の実行時に静電チャックの表層に電荷が蓄積されていくと、その電荷量（以下、「残留電荷量」ともいう。）によっては除電時に静電チャックと基板の間に残留吸着が生じ、基板が静電チャックから剥がれ難くなる。残留吸着が生じている状態でリフターピンを上昇すると基板に割れ等が生じることがある。

特開２０１３−１４９９３５号公報

一側面では、基板を静電チャックから脱離させる前に静電チャックの表層に蓄積した残留電荷量を推定することを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、（ａ）チャンバ内の静電チャックの電極に電源を接続し、前記電源から前記電極に電圧を印加する工程と、（ｂ）前記（ａ）の後に前記電極と前記電源とを非接続に切り替える工程と、（ｃ）前記（ｂ）の後に前記チャンバ内にガスを供給してプラズマを生成する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の間に前記電極の電位を測定する工程と、を有する制御方法が提供される。

一の側面によれば、基板を静電チャックから脱離させる前に静電チャックの表層に蓄積した残留電荷量を推定することができる。

自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃを説明するための図。 実施形態に係るプラズマ処理装置及び測定装置を示す図。 実施形態に係る処理サイクルを示す図。 実施形態に係る電極の電位の測定シーケンスを示すタイミングチャート。 実施形態に係る電極の電位の測定シーケンスを説明するための図。 実施形態に係る電極の電位の状態を説明するための図。 実施形態に係る電極の電位のグランドからの電位降下結果の一例を示す図。 実施形態に係る電極の電位のグランドからの電位降下の差分とピントルクとの相関関係の一例を示す図。

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。

［自己バイアス電圧］
まず、プラズマの直流自己バイアス電圧（以下、「自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃ」という。）について図１を参照しながら説明する。図１は、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃを説明するための図である。

図１（ａ）には、電極Ａと電極Ｋとが対向して配置された対向電極の一部が模式的に示されている。電極Ａは接地された接地電極であり、電極Ｋは、ブロッキングコンデンサＣ_Ｂを介して高周波電源（ＲＦ電源）に接続された高周波電極である。また、電極Ｋの面積は電極Ａの面積より小さい。

電極Ｋに高周波ＲＦのパワーを印加してガスを電離及び解離し、プラズマを生成する。電極Ｋには、サインカーブの正負が対称となる高周波ＲＦを印加するため、電極Ｋの電位はトータルではゼロになる。生成されたプラズマから電子と陽イオンが生成され、図１（ｂ）に示すように、電極Ｋがプラズマに対して正電位にあるときには電極Ｋに電子が流入し、負電位にあるときには陽イオンが流入する。

このとき、電子は質量が小さいため、電極Ｋの高速な電位変動に追従できる。この結果、電極Ｋに電子が流入する。一方、陽イオンは質量が大きいため、電極Ｋの高速な電位変動に追従できず、平均電界中を慣性の法則に従って移動する。このため、イオンの電極Ｋへの流入量は一定かつごくわずかになる。

電極ＫはブロッキングコンデンサＣ_Ｂによりグランドからフローティングしているため、電極Ｋに流入した電子はグランドに流れない。よって、電極Ｋの表面がプラズマに対して正電位にある周期（半サイクル）に電子が電極Ｋに流入し蓄積していく。しかし、蓄積した電子のために電極Ｋの表面は負に帯電してプラズマに対して負のバイアスが発生する。その負のバイアスにより、陽イオンが電極Ｋの表面に流入するようになる。これにより、電極Ｋの表面にシースが形成される。

最終的には、電極Ｋの表面は、１サイクル中の非常に短い時間だけプラズマに対して正電位となる。そのときに流入する電子と、負のバイアスにより定常的に流入する陽イオンとが平衡したときの電極Ｋの電位差のＤＣ成分が自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃである。

以下に説明する実施形態では、静電チャックの電極がグランドからフローティングの状態に変化したときの静電チャックの電極の電位を測定する。静電チャックの表層に残留電荷が蓄積されていない場合、静電チャックの電極の電位は自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに対応する。一方、静電チャックの表層に残留電荷が蓄積されている場合、静電チャックの電極の電位は、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃと残留電荷量とに依存した値となる。これにより、基板Ｗ毎に測定した静電チャックの電極の電位の変化から、静電チャックの表層に蓄積された残留電荷量を推定することができる。以下、静電チャックを有するプラズマ処理装置、及び静電チャックの電極の電位を測定する測定装置について説明する。

［プラズマ処理装置及び測定装置の構成］
図２は、実施形態に係るプラズマ処理装置１００及び測定装置１０を示す図である。プラズマ処理装置１００は、チャンバＣ、リレーボックス６及び測定装置１０を有する。測定装置１０は、チャンバＣ内に配置される静電チャック２ａの電極２１の電圧を測定する。リレーボックス６は、電源７と電極２１との接続及び非接続を切り替える。電源７と電極２１とがオープン（非接続）になると、電極２１はフローティング状態となり、測定装置１０は、銅円板１２と銅板１３の間の電圧Ｖを測定する。電圧Ｖは、銅円板１２と銅板１３の間に挟まれたアクリル板１４に蓄積される電荷量に相当する値であり、静電チャック２ａの電極２１の電位のＤＣ成分を示す。これにより、実施形態では、プラズマ処理装置１００にリレーボックス６及び測定装置１０を付加するだけで、静電チャック２ａの電極２１の電位の測定を行うことができる。

プラズマ処理装置１００は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形のチャンバＣを有している。チャンバＣ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。チャンバＣ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基板処理が行われる処理室となっている。チャンバＣ内にはステージ２が設けられている。

ステージ２には、基台２ｂ上に基板Ｗを静電吸着するための静電チャック２ａが設けられている。基台２ｂ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２は下部電極としても機能する。

静電チャック２ａは、誘電体層２２内に電極２１を有する構造になっている。静電チャック２ａの表面には、ドット状の凸部が形成されてもよい。電極２１はローパスフィルタ１１１を介してリレーボックス６に接続されている。リレーボックス６のスイッチ６ａをクローズ（接続）に切り替え、電源７から電極２１に直流電圧（以下、「ＨＶ電圧」ともいう。）が印加されると、クーロン力によって基板Ｗが静電チャック２ａに静電吸着され、保持される。

静電チャック２ａの外周側の上部には、基板Ｗの外縁部を囲うように円環状のエッジリング８が載置される。エッジリング８は、例えば、シリコンから形成され、プラズマを基板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。

ステージ２には、第１高周波電源３から、第１周波数のプラズマ生成用の高周波ＨＦのパワーが印加され、第２高周波電源４から、第１の周波数よりも低い周波数である第２周波数の、バイアス電圧発生用の高周波ＬＦのパワーが印加される。第１高周波電源３は、整合器３ａを介してステージ２に電気的に接続される。第２高周波電源４は、整合器４ａを介してステージ２に電気的に接続される。第１高周波電源３は、例えば、４０ＭＨｚの高周波ＨＦのパワーをステージ２に印加する。第２高周波電源４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波ＬＦのパワーをステージ２に印加する。なお、実施形態では、第１高周波電力はガスシャワーヘッド１に印加してもよい。

整合器３ａは、第１高周波電源３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。整合器４ａは、第２高周波電源４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。

ガスシャワーヘッド１は、その外縁部を被覆するシールドリングを介してチャンバＣ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１は、接地されている。ガスシャワーヘッド１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１は、ステージ２（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）として機能する。

ガスシャワーヘッド１には、ガスを導入するガス導入口１ａが形成されている。ガスシャワーヘッド１の内部にはガスを拡散するための拡散室１ｂが設けられている。ソース供給源５から出力されたガスは、ガス導入口１ａを介して拡散室１ｂに供給され、拡散室１ｂ内にて拡散されて多数のガス供給孔１ｃからチャンバＣ内に導入される。

チャンバＣの底面には排気口が形成されており、排気口に接続された排気装置９によってチャンバＣ内が排気される。これにより、チャンバＣ内を所定の真空度に維持することができる。チャンバＣ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、チャンバＣの内外に基板Ｗの搬入及び搬出を行う際に開閉する。

ソース供給源５からチャンバＣ内に処理ガスを供給し、第１高周波電源３及び第２高周波電源４からステージ２に高周波ＨＦ，ＬＦのパワーを印加すると、プラズマが生成され、基板Ｗにエッチング処理、クリーニング処理、及び成膜処理等の基板処理が施される。以下では、基板処理の一例としてエッチング処理を挙げて説明する。

プラズマ処理後、電源７から電極２１に所与のＨＶ電圧が印加され、基板Ｗの電荷が除電される。そして、図示しないリフターピンが上昇して基板Ｗの裏面に当接して基板Ｗを持ち上げ、これにより、基板Ｗは静電チャック２ａから剥がされ、ゲートバルブＧからチャンバＣの外部に搬出される。除電時に印加される「所与のＨＶ電圧」は、静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されていない場合、基板Ｗの吸着時に印加した電圧とは正負が逆のＨＶ電圧であってもよい。静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されている場合、後述する推定した残留電荷量を考慮して決定される。

プラズマ処理装置１００には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）２１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）２１５を有している。ＣＰＵ２０５は、ＲＡＭ２１５等の記憶領域に格納されたレシピに従って制御プログラムを実行することによりエッチング処理を実行する。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、チャンバ内温度（基板Ｗの温度、静電チャックの温度等）、冷媒の温度等が設定される。

また、制御部２００は、所定のタイミングにリレーボックス６のスイッチ６ａを切り替え、電極２１と電源７との接続及び非接続を制御する。測定装置１０が測定した電圧Ｖは制御部２００に送信される。制御部２００は、測定した電圧ＶをＲＡＭ２１５に記憶する。制御部２００は、ＲＡＭ２１５に記憶した前回と今回の電圧Ｖの変化量を算出する。制御部２００は、前回と今回の電圧Ｖの変化量に基づき、静電チャック２ａの表層の残留電荷量を推定する。

なお、これらの動作を実行するため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。

（測定装置の構成）
次に、測定装置１０の構成の一例について説明する。測定装置１０は、銅円板１２、銅板１３、アクリル板１４、プローブ１５、表面電位計１６、及び信号記録装置１７を有する。プローブ１５及び表面電位計１６は、電位測定系１８を構成する。

図２では、リレーボックス６は、説明の便宜上、測定装置１０及びローパスフィルタ１１１と分けて図示しているが、測定装置１０は、リレーボックス６及びローパスフィルタ１１１を有する。リレーボックス６は、電極２１の電源７との接続及び非接続を切り替える。リレーボックス６は、電極２１の電位を測定するタイミングにリレーボックス６のスイッチ６ａをクローズからオープンに切り替え、電極２１を測定装置１０に接続する。銅円板１２と銅板１３の間にアクリル板１４を挟んだ構成の部材は、電極２１の電位を測定するための部材１１の一例である。電極２１の電位を測定するための部材１１は、銅円板１２、銅板１３及びアクリル板１４の構成に限らず、絶縁された導体により構成することができる。

電位測定系１８では、電極２１の電位を測定するための部材１１に生じる電位、つまり、銅円板１２と銅板１３の間のアクリル板１４に生じる電位Ｖを、銅円板１２の表面に非接触に設けられたプローブ１５を用いて表面電位計１６により測定する。電位測定系１８は、部材１１に蓄積される電荷量に相当する部材１１の電位Ｖを測定し、これにより電極２１の電位Ｖを測定する。プローブ１５は、部材１１の電位Ｖを測定できれば、銅円板１２に接触してもよいし、非接触でもよい。

リレーボックス６のスイッチ６ａが電源７と接続される状態から非接続の状態へ切り替わると、部材１１に生じた電圧Ｖの測定、つまり、フローティング状態の電極２１の電圧Ｖの測定が可能となる。

具体的には、銅板１３は接地されており、銅円板１２の表面に非接触に設けられたプローブ１５を用いて表面電位計１６により測定された電位が、フローティング状態の電極２１の電圧Ｖとなる。なお、銅円板１２の直径は１００ｍｍ程度でもよいが、これに限らない。

表面電位計１６により測定された電圧Ｖは、表面電位計１６に接続された信号記録装置１７に保存される。信号記録装置１７は、パーソナルコンピュータやタブレット端末装置等のメモリを有する機器であってもよいし、クラウド上に設置されたクラウドコンピュータであってもよい。信号記録装置１７に記録された電圧Ｖは、制御部２００に送信され、制御部２００にて静電チャック２ａの表層の残留電荷量の推定、及び推定した残留電荷量を考慮した除電時の静電チャック２ａへのＨＶ電圧の制御に使用される。

部材１１に蓄積される電荷量は、水分により影響を受ける。このため、銅円板１２、銅板１３、アクリル板１４及びプローブ１５は、真空容器内に設けられることが好ましい。これにより、環境による外乱の影響を受けずに精度よく電圧Ｖを測定できる。

［電極の電圧の測定タイミング］
次に、プラズマ処理装置１００において実行する電極２１の電圧Ｖの測定タイミングについて、図３に示す基板Ｗを処理する処理サイクルを参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る基板Ｗを処理する処理サイクルを示す図である。

まず、制御部２００は、基板Ｗをプラズマ処理装置１００のゲートバルブＧから搬入する（ステップＳ１）。次に、制御部２００は、電源７からＨＶ電圧を電極２１に印加し、基板Ｗを静電チャック２ａに静電吸着させる（ステップＳ２）。

次に、制御部２００は、スイッチ６ａをオープンにし、測定装置１０を用いて電極２１の電位Ｖを測定する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、リレーボックス６は、エッチング処理を実行する前のタイミングに、スイッチ６ａにより電極２１を電源７に非接続の状態にし、測定装置１０の電位測定系１８によりフローティング状態の電極２１の電圧Ｖを測定する。

次に、制御部２００は、高周波のパワーをステージ２に印加し、ソース供給源５から供給されたガスをプラズマ化し、基板Ｗにエッチング処理を行う（ステップＳ４）。次に、制御部２００は、所与のＨＶ電圧を電極２１に印加して除電する（ステップＳ５）。制御部２００は、１枚目の基板処理を行った後の除電処理では、静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されていないため、例えば、基板Ｗの吸着時に印加した電圧とは正負が逆のＨＶ電圧を印加する。制御部２００は、２枚目以降の基板処理を行った後の除電処理では、後述するクリーニング処理や基板処理時に静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されているため、後述する推定した残留電荷量を考慮してＨＶ電圧を決定し、決定したＨＶ電圧を印加する。すなわち、制御部２００は、測定装置１０を用いて部材１１の今回の電圧Ｖを測定し、前回の電圧Ｖと今回の電圧Ｖの変化量に基づきＨＶ電圧を決定し、決定したＨＶ電圧を印加する。

除電後、制御部２００は、リフターピンを上昇させて基板Ｗを静電チャック２ａから脱離し（ステップＳ６）、基板ＷをゲートバルブＧから搬出する（ステップＳ７）。次に、制御部２００は、クリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマによりクリーニング処理を行う（ステップＳ８）。クリーニング処理は、基板を静電チャック２ａの上に載置しない状態で行うウエハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）であるため、電荷が静電チャック２ａの表層に帯電する。

この時点で一の基板Ｗの処理が終了し、一処理サイクルが完了する。次の基板Ｗの処理サイクルを再開するとき、次の基板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。

［電極の電位の測定］
次に、ステップＳ３の電極の電位の測定シーケンスについて、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る電極の電位の測定シーケンスを示すタイミングチャートである。図５は、実施形態に係る電極の電位の測定シーケンスを説明するための図である。図４及び図５に示す電極の電位の測定時の制御方法は、制御部２００により実行される。

本シーケンスが開始される時刻Ｔ０の時点で、（ｆ）に示すように、基板Ｗは静電チャック２ａの上に載置され、時刻Ｔ０の時点でリレーボックス６のスイッチ６ａはクローズ（電源７に接続）の状態であり、電極２１はグランド電位の状態である。

この状態において電極の電位の測定シーケンスは、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の工程の順に実行される。（ｅ）は実行することが好ましい工程であるが、必須ではないため、初めに（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の処理の流れを説明し、（ｅ）の処理については後述説明する。

時刻Ｔ２において、制御部２００は（ａ）の工程を開始する。（ａ）の工程は、電源７から電極２１にＨＶ電圧を印加する。このときの電極２１の電位Ｖは電源７から印加されたＨＶ電圧により定まり、この電位をＶ_０とする。図５の（ａ）に示すように、スイッチ６ａがクローズの状態で電源７から電極２１にＨＶ電圧が印加され、電極２１の電位Ｖが０からＶ_０に変化し、基板Ｗが静電チャック２ａに吸着される。

次に、時刻Ｔ４になると、制御部２００は（ｂ）の工程を開始する。（ｂ）の工程は、スイッチ６ａをオープンに切り替え、電極２１が電源７と非接続の状態になる。このとき、図５の（ｂ）に示すように、電極２１はフローティングの状態である。この状態では、電源７から電極２１にＨＶ電圧は印加されないが、電極２１の電位ＶはＶ_０であり、基板Ｗは静電チャック２ａに吸着したままである。

次に、時刻Ｔ５になると、制御部２００は（ｃ）の工程を開始する。（ｃ）の工程は、ソース供給源５からチャンバＣ内にガスを供給する。このとき、高周波ＨＦのパワーにより、図５の（ｃ）に示すように、ガスがプラズマ化し、基板ＷにプラズマＰが照射される。この場合、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに対応して電極２１の電位Ｖが下がる（図４のＡに示す電位降下）。静電チャック２ａの表層が帯電していない場合、電位Ｖ_０からの電位降下値は自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに対応した値となる。一方、静電チャック２ａの表層が帯電している場合、電位Ｖ_０からの電位降下値は自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃと静電チャック２ａ表層の残留電荷量に対応した値となる。よって、基板ＷにプラズマＰが照射されたときの電位降下値の変化を測定することにより、電位降下値の変化に基づき残留電荷量を推定できる。例えば、制御部２００は、電極２１がフローティング状態になったときの前回と今回の電位降下値又は電位Ｖの変化（残留電荷量の変化）に対応して除電時に印加するＨＶ電圧を決定する。そして、除電処理（図３のステップＳ５）において決定したＨＶ電圧を電極２１に印加する。これにより、静電チャック２ａの表層の帯電量に応じた除電が可能になる。

電位降下値の測定は、フローティングされた電極２１に接続されている測定装置１０の電位測定系１８によって行われる。制御部２００は、部材１１の電圧Ｖを電位測定系１８（プローブ１５、表面電位計１６）を用いて測定し、電極２１の電位Ｖ（＝Ｖ_０）からの電位降下値又は測定した電位Ｖを信号記録装置１７に記録する。

次に、時刻Ｔ６において、制御部２００は、ガス及び高周波ＨＦのパワーの印加を停止する。これにより、図４の（ｃ）及び（ｄ）の工程が終了し、図５の（ｄ）に示すように、プラズマＰが消失する。

次に、時刻Ｔ７において、制御部２００は、リレーボックス６のスイッチ６ａを電源７に接続し（図５の（ｅ））、これにより、電極２１の電位Ｖを測定するシーケンスが終了する。時刻Ｔ７以降にプラズマによるエッチング処理が行われる。

以上に説明した電極２１の電位Ｖを測定する処理（図３のステップＳ３）を、エッチング処理（ステップＳ４）の前に挿入することにより、制御部２００は、ウェハ毎に電極２１の電位Ｖの電位Ｖ_ｏからの変化を示す電位降下値を取得する。この電位降下値（残留帯電量）をステップＳ５、Ｓ６の除電処理及び基板脱離のパラメータ（ＨＶ電圧等）とリンクさせることでステップＳ６における脱離特性の悪化を回避できる。

［電極の電位Ｖ］
図３の測定処理（図４の（ｄ）の工程）は、図４の（ａ）の工程にて静電チャック２ａの電極にＨＶ電圧を印加した後、図３のステップＳ４のエッチング処理を実行する工程の前の（ｃ）のプラズマを照射する工程の間に電極２１の電位Ｖを測定する。この測定では、スイッチ６ａをオープンにした状態で部材１１の電位Ｖを表面電位計１６にて測定し、電極２１の電位Ｖとする。スイッチ６ａをクローズにした状態で部材１１の電位Ｖは電位Ｖ_０である。

電極２１の電位Ｖの状態について、図６の（ａ）の等価回路と、（ｂ）の電極２１の相対電位図を参照しながら説明する。図６の（ａ）は、電極２１及び周辺の部材のモデルの等価回路を示す。図６の（ａ）のモデルは、グランド→電源７、スイッチ６ａ及び測定装置１０の部材１１→静電チャック２ａ（電極２１）→静電チャック２ａ（表層）→基板→チャンバＣ→グランドの経路を示す。

部材１１の電位Ｖ、すなわち、電極２１の電位Ｖは、スイッチ６ａをクローズし、電源７が電極２１に接続されているとき、電位Ｖ_０に等しい。図６の（ａ）に示すように、スイッチ６ａをオープンにすると、電極２１はフローティング状態になる。この状態において基板Ｗにプラズマが照射されると、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃが発生し、これに対応して電極２１の電位Ｖがグランドから自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃだけ下がる（電位降下）。ただし、静電チャック２ａの表層が帯電している場合、電位降下値は、静電チャック２ａの表層の帯電量（図６の（ａ）のＱ_ｓｕｒ）と自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに依存する。自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃは概ね一定であるから、前回測定した電圧Ｖと今回測定した電圧Ｖとの電位降下値の変化が、静電チャック２ａの表層の帯電量に応じた電圧になる。

図６の（ａ）に示すように、電極２１の電位をＶ、スイッチ６ａがクローズしているときの部材１１の電位Ｖ（＝電極２１がグランドに接続されているときの電極２１の電位Ｖ）をＶ_０とし、表面電位計１６の静電容量をＣ_０とする。このとき、電極２１の電位Ｖは、図６の（ｂ）の例では、グランド（ＧＮＤ）から正にＶ_０の電位となる。

電極２１と静電チャック２ａの表層の間の電位及び静電容量をＶ_１、Ｃ_１とし、静電チャック２ａの表層と基板Ｗの間の電位及び静電容量をＶ_２、Ｃ_２とする。図１に示すように、プラズマが基板（下部電極）に照射されると自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃが生じる。静電チャック２ａの表層に電荷が蓄積されていないときの静電チャック２ａの初期電荷量をＱ_ＨＶとし、静電チャック２ａの表層に蓄積された電荷量をＱ_ＳＵＲとする。

以上の各パラメータから以下の式（１）により電極２１の電位Ｖを算出できる。なお、実際には、高周波の漏洩を防ぐためのローパスフィルタ１１１が図６の（ａ）の等価回路に含まれるが、本明細書ではローパスフィルタ１１１の静電容量は考慮しない。

静電容量Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３は、設計パラメータから求まる固定値である。静電チャック２ａの表層が帯電していない場合、Ｑ_ＳＵＲは０であり、式（１）の第３項は０である。この場合、電極２１がグランドに接続されている状態では、式（１）の電極２１の電位Ｖは、図６の（ｂ）に示す電位Ｖ_０を示す。

静電チャック２ａの表層が帯電していない場合、スイッチ６ａがオープンし、電極２１がフローティングしている状態では、グランドから自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃだけ電位Ｖが降下し、図４の電位降下値Ａは図６の（ｂ）に示す自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに対応する。

静電チャック２ａの表層に電荷量Ｑ_ＳＵＲの電荷が帯電している場合、電極２１がグランドに接続されている状態では式（１）の第３項は０ではない。この場合、電極２１がグランドに接続されている状態では、電極の電位Ｖは、図６の（ｂ）に示す電位Ｖ_１（≠Ｖ_０）になる。

また、静電チャック２ａの表層に電荷量Ｑ_ＳＵＲの電荷が帯電している場合、電極２１がフローティングしている状態では、電位降下値Ａは、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに加えて電荷量Ｑ_ＳＵＲに依存する。このときの電位降下値Ａは、図６の（ｂ）に示す自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃと静電チャック２ａの表層の電荷量Ｑ_ＳＵＲに対応した電圧値になる。

このように静電チャック２ａの表層が帯電している場合、図３の処理サイクルの前回と今回で測定した電位降下値又は電位Ｖの変化は、静電チャック２ａの表層の電荷量Ｑ_ＳＵＲの変化に対応する。よって、測定処理（図３のステップＳ３）において処理サイクルごとに電位降下値Ａ又は電位Ｖの変化を取得することにより、基板脱離（ステップＳ６）前に静電チャック２ａの表層の残留電荷量を把握できる。

以上から、図３に示すように、エッチング処理（ステップＳ４）から基板脱離（ステップＳ６）の間に静電チャック２ａの表層の残留電荷量の評価処理を挿入し、評価処理においてステップＳ３の測定処理で測定した基板毎の電位降下値Ａ又は電位Ｖを取得する。
取得した基板毎の電位降下値Ａ又は電位Ｖに基づきその変化（又は帯電量Ｑ_ＳＵＲの変化）を求め、基板脱離（ステップＳ６）のパラメータとリンクさせ、脱離特性の悪化を回避させる。例えば、電極２１をフローティング状態にしたときの電位降下値Ａの変化又は電位Ｖの変化に基づき、除電時に電極２１に印加するＨＶ電圧を適正値に制御する等の処置を講ずることで、脱離特性の悪化を回避できる。

［評価１］
次に、上記に説明した電極の電位の測定（図３のステップＳ３における図４の（ｄ）の工程）に関する評価１の結果について、図７を参照しながら説明する。図７は、実施形態に係る電極の電位Ｖのグランドからの電位降下結果の一例を示す図である。

評価１の実験では、１枚目の基板の処理サイクルにおいて静電チャック２ａの表層に電荷が供給されていない状態で電極２１の電位Ｖが測定された。ステップＳ８のウエハレスドライクリーニングを行うことにより静電チャック２ａの表層に電荷が供給された状態で、２、３枚目の基板の処理サイクルにおいて電極２１の電位Ｖが測定された。評価１の実験条件は以下である。

＜実験条件＞
（ａ）の工程
ＨＶ電圧 ２５００Ｖ
（ｃ）の工程
チャンバ圧力 ４００ｍＴｏｒｒ（５３．３３Ｐａ）
高周波ＨＦパワー ４００Ｗ
ガス Ｏ_２
工程時間 ３０秒
上記実験条件で、（ｃ）の工程にてプラズマを基板に照射し、（ｄ）の工程にて電極の電位を測定した。図７の横軸は、時間（ｓ）であり、縦軸は、電極の電位Ｖ（Ｖ）である。Ａは１枚目の基板に対する測定結果であり、Ｂは２枚目の基板に対する測定結果であり、Ｃは３枚目の基板に対する測定結果である。

実験結果から、２，３枚目の基板の処理サイクルでは静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されているため、（ｂ）の工程で電極をフローティング状態にした後に（ｃ）の工程でプラズマをオンした場合に電極の電位Ｖにグランドからの電位降下が発生した。また、２枚目の基板のときの電位降下よりも３枚目の基板のときの電位降下が大きかった。これに対して、１枚目の基板処理時では静電チャック２ａの表層に残留電荷が蓄積されていないため、グランドからの電位降下は発生しなかった。尚、１枚目で電位が降下していないのは、初期状態の静電チャック２ａの表層が正に帯電しており、自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃ以上の電位が発生しているためである。以上の結果から、電極２１の電位Ｖを測定し、その電圧Ｖの変化又は電位降下値の変化に基づき、静電チャック２ａの表層の帯電量を測定できることがわかった。また、その電圧Ｖの変化又は電位降下値の変化に基づき、除電時に電極２１に印加するＨＶ電圧を適正値に制御する等の処置を講ずることで、脱離特性の悪化を回避できることが証明された。

［評価２］
次に、上記に説明した電極２１の電位Ｖの測定に関する評価２の結果について、電極の電位差とピントルクとの相関関係を例に挙げて、図８を参照しながら説明する。図８は、実施形態に係る電極の電位のグランドからの電位降下（ΔＶ）の差分とピントルクとの相関関係の一例を示す図である。

図８の横軸は、電位降下（ΔＶ）の差分であり、縦軸は、リフターピンのトルクである。これによれば、電位降下（ΔＶ）の差分が大きくなり、静電チャック２ａの表層に蓄積された残留電荷量が大きくなる程、基板を脱離するときのトルクが大きくなる正の相関があることがわかった。基板を脱離するときのトルクが大きくなると、静電チャック２ａの表面に流れる電流量も大きくなる。よって、電位降下（ΔＶ）の変化とリフターピンのトルク及び静電チャック２ａの表面に流れる電流量の間には相関関係があることがわかった。

［プラズマの囲い込み］
最後に、図４に戻り、（ｅ）の工程について説明する。（ｅ）の工程は、（ａ）の前にチャンバＣ内にガスを供給してプラズマを生成し、（ｂ）の工程の前にガスの供給を停止する工程である。

（ｅ）の工程では、（ａ）の工程の前にチャンバＣ内にガスを供給することで、基板に電荷を供給することができる。これにより、（ａ）の工程にて電極２１にＨＶ電圧を印加する前に静電チャック２ａに電荷を供給することができる。

静電チャック２ａの電極２１には、単極タイプと双極タイプとがある。単極タイプの場合、電極２１にＨＶ電圧を印加するだけでは、基板側に電荷が供給されないため、プラズマを生成して、プラズマから電極２１の電荷と極性の異なる電荷を供給することで基板の静電吸着を可能にしている。したがって、電極２１が単極タイプの場合、（ｅ）の囲い込みの工程は必須の工程になる。一方、双極タイプの場合には、一方の電極２１と他方の電極２１とに極性の異なる電荷を供給することができるため、プラズマを生成する必要がない。電極２１が双極タイプの場合、（ｅ）の囲い込みの工程は必須の工程ではない。

ただし、式（１）の第１項「（Ｃ１＋Ｃ２）Ｑ_ＨＶ」は、初期の帯電量が大きいほど大きな値になる。（ｅ）の工程を行った場合、高周波のパワー及びガスを供給してプラズマを生成するため、第１項に示す初期の帯電量が大きくなる。このため、（ｅ）のプラズマによる囲い込みによって、電極２１の電位の測定精度が上がる可能性がある。

例えば、（ｅ）の工程のプラズマによる囲い込みをしない場合、チャンバＣ内にガスを充填して電極２１にＨＶ電圧を印加することでガス吸着により静電チャック２ａに電荷を与えてもよい。ただし、この場合、ガス吸着では吸着力が低い等の理由により電荷の帯電は安定せず、プラズマを生成したときの電荷の帯電よりもばらつきが大きい。よって、（ｅ）の工程のプラズマによる囲い込みによって、電極２１の電位の測定精度を向上させることができると予測される。その他、（ｅ）の工程のプラズマによる囲い込みによれば、基板を静電吸着するときにプラズマの作用によりパーティクルが基板と静電チャック２ａの間に入ることを防ぐことができるという効果も奏する。

以上、制御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、本発明にかかる制御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。

本発明に係る基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプでも適用可能である。

本明細書では、基板の一例として基板Ｗを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)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。

１ ガスシャワーヘッド
２ ステージ
２ａ 静電チャック
３ 第１高周波電源
４ 第２高周波電源
５ ソース供給源
６ リレーボックス
７ 電源
１０ 測定装置
１２ 銅円板
１３ 銅板
１４ アクリル板
１５ プローブ
１６ 表面電位計
１７ 信号記録装置
１８ 電位測定系
２１ 電極
２２ 誘電体層
１００ プラズマ処理装置
２００ 制御部

Claims (5)

1. （ａ）チャンバ内の静電チャックの電極に電源を接続し、前記電源から前記電極に電圧を印加する工程と、
   （ｂ）前記（ａ）の後に前記電極と前記電源とを非接続に切り替える工程と、
   （ｃ）前記（ｂ）の後に前記チャンバ内にガスを供給してプラズマを生成する工程と、
   （ｄ）前記（ｃ）の間に前記電極の電位を測定する工程と、
   を有する制御方法。
2. 前記（ｂ）は、前記電極を、前記電極の電位を測定するための部材に接続し、
   前記（ｄ）は、前記部材の電位を測定し、これにより前記電極の電位を測定する、
   請求項１に記載の制御方法。
3. （ｅ）前記（ａ）の前に前記チャンバ内にガスを供給してプラズマを生成し、前記（ｂ）の前に前記ガスの供給を停止する工程を有する、
   請求項１又は２に記載の制御方法。
4. （ｆ）前記（ｅ）の前に基板を前記静電チャックの載置面に載置する工程を有する、
   請求項３に記載の制御方法。
5. 電源、チャンバ内の静電チャックの電極と前記電源との接続を切り替えるスイッチ、ソース供給源、測定装置及び制御部を有し、
   前記制御部は、
   （ａ）前記電極に電源を接続し、前記電源から前記電極に電圧を印加するように前記電源を制御し、
   （ｂ）前記（ａ）の後に前記電極と前記電源とを非接続に切り替えるように前記スイッチを制御し、
   （ｃ）前記（ｂ）の後に前記チャンバ内にガスを供給してプラズマを生成するように前記ソース供給源を制御し、
   （ｄ）前記（ｃ）の間に前記電極の電位を測定するように前記測定装置を制御するように構成される、
   プラズマ処理装置。

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