TWI597776B - 脫離控制方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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佐佐木淳一
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Description

脫離控制方法及電漿處理裝置
本發明係關於脫離控制方法及電漿處理裝置。
電漿處理經常於將處理容器內控制在負壓的環境氣氛下進行。此時，被處理體係載置於處理容器內之載置台所設有的靜電吸盤(ESC，Electrostatic Chuck)上。
靜電吸盤具有以介電質構件夾住導電性之片狀吸盤電極的表背面而成的結構。而且，藉由從直流電壓源施加電壓至吸盤電極所產生的庫侖力，使得被處理體吸附於靜電吸盤之表面。電漿處理係於被處理基板如上述般地吸附在靜電吸盤表面的狀態下進行。另外，也有將傳熱氣體供給至晶圓背面與靜電吸盤表面之間的情形。
在電漿處理結束時，則停止對靜電吸盤電極施加電壓，而使庫侖力消除，使得被處理體從靜電吸盤脫離。就脫離方法而言，一般係使得載置台內部所組裝有的支持銷上升，而將被處理體從靜電吸盤往上推。
為了更確實地使得被處理基板脫離，有時會採用積極地對於被處理基板及靜電吸盤上殘留之電荷進行電性中和的方法。例如，在停止對吸盤電 極進行施加後，導入惰性氣體，將腔室內維持於既定之壓力，進而施加電漿產生用高頻電力，產生出不會蝕刻被處理基板之程度的較弱電漿，而進行使得靜電吸盤及被處理體上存在之電荷移動至電漿空間中的電性中和處理。
例如，專利文獻1中，於電漿處理後，施加不會蝕刻該晶圓之程度的較弱之高頻電力，並停止供給傳熱氣體。該高頻電力所產生之電漿中的離子或電子進入晶圓表面與靜電吸盤的固持面兩者之間，以從晶圓周緣部朝中心的方式，對於晶圓之表面所帶電的殘餘電荷進行中和。進行該中和的同時，並且使銷部上升，而使晶圓脫離。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特許第3315197號公報
然而，由於長時間進行電漿處理，有時會在靜電吸盤表面沉積出反應產物。此種沉積物一般容易累積電荷。因此，電漿處理時間經過的同時，靜電吸盤之表面上殘留的電荷量會增加。如此一來，即使進行上述電性中和處理，靜電吸盤之表層上殘留的電荷也常常無法進行電性中和。而且，當在殘餘電荷所產生之靜電吸附力殘留下來的狀態下使得支持銷上升時，被處理體將會產生破裂或偏移的問題。
對於上述課題，本發明提供一種可防止因為靜電吸盤表層之殘餘電荷所產生之吸附的脫離控制方法及電漿處理裝置。
為解決上述課題，依本發明之一態樣，提供一種脫離控制方法，用以 使得被處理體，從具有吸盤電極而對於被處理體進行靜電吸附的靜電吸盤脫離；其特徵在於具有下列步驟：電性中和步驟，於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內，進行電性中和處理；高壓步驟，該電性中和步驟後，將電離能較氦氣低的氣體導入，使該腔室內的壓力維持於較該電漿處理中之壓力為高的壓力；及脫離步驟，藉由該高壓步驟將該較高的壓力加以維持之間或維持後，以支持銷使得被處理體從該靜電吸盤脫離。
又，為解決上述課題，依本發明之另一態樣，提供一種電漿處理裝置，其特徵在於具備：靜電吸盤，具有吸盤電極，對於被處理體進行靜電吸附；及控制部，於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內，進行電性中和處理；且該控制部於該電性中和處理後，將電離能較氦氣低的氣體導入，使該腔室內的壓力維持於較該電漿處理中之壓力為高的壓力之期間，或者維持於較該電漿處理中之壓力為高的壓力後，以支持銷使得被處理體從該靜電吸盤脫離。
依本發明，可防止靜電吸盤表層之殘餘電荷所產生的吸附。
10‧‧‧蝕刻裝置
81‧‧‧支持銷
82‧‧‧連結構件
83‧‧‧底部伸縮囊
84‧‧‧馬達
85‧‧‧傳熱氣體供給源
100‧‧‧控制裝置
100a‧‧‧CPU(中央處理器)
100b‧‧‧ROM(唯讀記憶體)
100c‧‧‧RAM(隨機存取記憶體)
101a‧‧‧接地導體
102‧‧‧載置台
103‧‧‧絕緣板
103a‧‧‧內壁構件
104‧‧‧支持台
104a‧‧‧冷媒通道
104b‧‧‧冷媒入口配管
104c‧‧‧冷媒出口配管
105‧‧‧對焦環
106‧‧‧靜電吸盤
106a‧‧‧吸盤電極(電極)
106b‧‧‧絕緣體
107‧‧‧升降機構
108‧‧‧伸縮囊
109‧‧‧風箱式伸縮護蓋
110a‧‧‧第1高頻電源(高頻電源)
110b‧‧‧第2高頻電源(高頻電源)
111a‧‧‧第1匹配器(匹配器)
111b‧‧‧第2匹配器(匹配器)
112‧‧‧直流電壓源
116‧‧‧噴淋頭
116a‧‧‧本體部
116b‧‧‧上部頂板
116d‧‧‧氣體流通孔
116e‧‧‧氣體導入孔
116g‧‧‧氣體導入口
120‧‧‧氣體供給源
124‧‧‧偶極環形磁石
126a‧‧‧擴散室
130‧‧‧氣體供給管線
145‧‧‧絕緣性構件
150‧‧‧腔室側壁
151‧‧‧低通濾波器(LPF)
152‧‧‧可變直流電壓源
153‧‧‧開閉開關
155‧‧‧O形環
171‧‧‧排氣口
173‧‧‧排氣裝置
174‧‧‧送入送出口
175‧‧‧閘閥
200‧‧‧鋁配線
201‧‧‧RF(射頻)濾波器
202‧‧‧圓板
203‧‧‧台座
204‧‧‧表面電位計
205‧‧‧PC(個人電腦)
255‧‧‧製程執行部
260‧‧‧控制部
265‧‧‧記憶部
270‧‧‧取得部
275‧‧‧監視器
C‧‧‧腔室
W‧‧‧晶圓(基板)(矽基板)
Z‧‧‧殘餘產物(絕緣層)
S100~S110、S120~S125‧‧‧步驟
圖1係依一實施形態之蝕刻裝置的剖面圖。
圖2(a)、(b)係對於在依一實施形態之靜電吸盤產生殘餘電荷的情形進行說明的圖式。
圖3(a)~(c)係對於依一實施形態之高壓步驟所產生之殘餘電荷效果進行說明的圖式。
圖4(a)、(b)係對於依一實施形態之高壓步驟的氣體種類所產生之殘餘電荷效果進行說明的圖式。
圖5係依一實施形態之控制裝置的功能結構圖。
圖6係顯示依一實施形態之脫離控制方法的流程圖。
圖7(a)、(b)係顯示依一實施形態之脫離控制方法、與用以進行比較之 脫離控制方法兩者的時序圖。
圖8(a)、(b)係顯示已對於4片晶圓進行依一實施形態之高壓步驟時的靜電吸盤電壓之擺動的圖式。
圖9係顯示對於圖8之第1片晶圓的靜電吸盤電壓之擺動的圖式。
圖10係顯示對於圖8之第2片晶圓的靜電吸盤電壓之擺動的圖式。
圖11係顯示對於圖8之第3片晶圓的靜電吸盤電壓之擺動的圖式。
圖12係顯示對於圖8之第4片晶圓的靜電吸盤電壓之擺動的圖式。
圖13係顯示依一實施形態之高壓步驟中之壓力與靜電吸盤電壓的圖式。
圖14係顯示依一實施形態之高壓步驟中之壓力與靜電吸盤電壓的圖式。
圖15係顯示依一實施形態之高壓步驟中之壓力與靜電吸盤電壓的圖式。
圖16係顯示依一實施形態之高壓步驟中之壓力與靜電吸盤電壓的圖式。
圖17係依一實施形態之對於晶圓表面電位進行測量的裝置結構圖。
圖18係顯示一實施形態之高壓步驟中的晶圓表面電位之測量結果的圖式。
圖19係顯示一實施形態之高壓步驟中的吸附狀況之時間相依性的圖式。
圖20係顯示一實施形態之高壓步驟中的吸附狀況之氣體相依性的圖式。
圖21係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖22係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖23係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖24係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖25係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖26係顯示一實施形態之高壓步驟中之氣體種類與靜電吸盤電壓的圖式。
圖27係顯示從中性原子取出1個最外層電子時所需要之能量的表。
圖28係顯示依一實施形態之變形例之脫離控制方法的流程圖。
圖29(a)、(b)係用以說明依一實施形態之變形例之脫離控制方法的圖式。
【實施發明之最佳形態】
以下，一面參照附圖，一面針對本發明之實施形態進行說明。又，本 說明書及圖式中，對於實質上具有相同功能結構的構成要素，藉由附加相同符號，而省略重複說明。
[蝕刻裝置]
首先，一面參照圖1，一面對於依本發明之一實施形態的蝕刻裝置之一例進行說明。圖1係利用平行板電漿的下部雙頻施加型之平行板蝕刻裝置的縱剖面圖。
蝕刻裝置10具有內部保持氣密性且進行電性接地的腔室C。蝕刻裝置10連接於氣體供給源120。腔室C形成圓筒狀，由例如表面經陽極氧化處理的鋁等所構成，內部設有用以支持矽基板W的載置台102。載置台102也發揮作為下部電極的功能。載置台102由導體之支持台104所支持，可透過絕緣板103，而藉由升降機構107進行升降。升降機構107係配置於腔室C，且利用由不鏽鋼構成的伸縮囊108加以罩住。於伸縮囊108之外側，設有風箱式伸縮護蓋109。於載置台102之上方外周，設有以例如單晶矽所形成的對焦環105。而且，以將載置台102及支持台104之周圍圍住的方式，設有由例如石英等所構成之圓筒狀的內壁構件103a。
於載置台102，經由第1匹配器111a連接有第1高頻電源110a，從第1高頻電源110a供給既定頻率(例如40MHz)的電漿產生用高頻電力。又，於載置台102，經由第2匹配器111b連接有第2高頻電源110b，從第2高頻電源110b供給既定頻率(例如3.2MHz)的偏壓用高頻電力。另一方面，於載置台102之上方，以與載置台102平行對向的方式，設有發揮作為上部電極之功能的噴淋頭116，噴淋頭116與載置台102兩者發揮作為一對電極的功能。
於載置台102之頂面，設有用以對基板W進行靜電吸附的靜電吸盤106。靜電吸盤106形成為在絕緣體106b之間夾入有吸盤電極106a的構造。於吸盤電極106a連接有直流電壓源112，藉由從直流電壓源112施加直流電壓到電極106a，而利用庫侖力將基板W吸附在靜電吸盤106。
於支持台104之內部，形成有冷媒通道104a。冷媒通道104a連接有冷媒入口配管104b、冷媒出口配管104c。藉由適當地使得例如冷卻水等作為冷媒，於冷媒通道104a中進行循環，而將基板W控制於既定之溫度。
傳熱氣體供給源85將氦氣(He)或氬氣(Ar)等之傳熱氣體通過氣體供給管線130，而供給到靜電吸盤106上之晶圓W的背面。
為了與外部之未圖示的搬運臂之間進行晶圓W的傳遞，於載置台102之內部設有複數根(例如3根)用以使晶圓W升降的支持銷81。複數之支持銷81利用經由連結構件82所傳達之馬達84的動力，而進行上下動作。往腔室C外部貫通之支持銷81的穿通孔上，設有底部伸縮囊83，保持住腔室C內之真空側與大氣側之間的氣密性。
噴淋頭116設在腔室C之頂棚部分。噴淋頭116具有本體部116a、及形成電極板的上部頂板116b。噴淋頭116藉由絕緣性構件145，而於腔室C之上部，被支持在腔室C之側壁。本體部116a由導電性材料，例如表面經陽極氧化處理的鋁所構成，將上部頂板116b以可裝卸方式支持在其下部。
於本體部116a之內部設有氣體的擴散室126a，並以位在擴散室126a之下部的方式，於本體部116a之底部形成有多數個氣體流通孔116d。又，於上部頂板116b，氣體導入孔116e以在厚度方向上貫通於上部頂板116b的方式，設置成與氣體流通孔116d連通。藉由此種結構，供給至擴散室126a的氣體經由氣體流通孔116d及氣體導入孔116e，呈噴淋狀地被導入至腔室C內的電漿處理空間。又，於本體部116a等設有用以使冷煤循環之未圖示的配管，將噴淋頭116進行冷卻，而調整至所希望之溫度。
於本體部116a，形成有用以將氣體往擴散室126a導入的氣體導入口116g。在氣體導入口116g，連接有氣體供給源120。氣體供給源120於製程中，對晶圓W供給用以執行蝕刻處理的蝕刻氣體。
於噴淋頭116，經由低通濾波器(LPF)151而電性連接有可變直流電壓源152。可變直流電壓源152可利用開閉開關153進行供電的開閉。又，從第1高頻電源110a及第2高頻電源110b對載置台102施加高頻電流，在電漿處理空間產生電漿時，依所需而將開閉開關153控制為開啟。藉此，對噴淋頭116施加既定之直流電壓。
以從腔室C之側壁延伸到相較於噴淋頭116之高度位置為上方的方式，設有圓筒狀的接地導體101a。該圓筒狀的接地導體101a在其上部具有頂板。於腔室C之底部形成有排氣口171，排氣口171連接有排氣裝置173。排氣裝置173具有真空泵，藉由使真空泵作動，而將腔室C內減壓至既定之真空度。又，於腔室C之側壁設有閘閥175，藉由進行其開閉，以從送入送出口174送入或送出基板W。
在腔室C之對應於載置台102在進行處理時之上下方向位置的周圍，配置有呈環狀或同心狀延伸的偶極環形磁石124。
藉由此種結構，於載置台102與噴淋頭116之間的空間，利用第1高頻電源110a形成鉛直方向的RF(射頻)電場，並利用偶極環形磁石124形成水平磁場。藉由進行使用該等正交電磁場的磁控放電，於載置台102之表面附近產生高密度電漿。
控制裝置100對於安裝在蝕刻裝置10的各部，例如氣體供給源120、排氣裝置173、高頻電源110a、110b、匹配器111a、111b、直流電壓源112、馬達84及傳熱氣體供給源85進行控制。
控制裝置100具有CPU(Central Processing Unit，中央處理器)100a、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)100b及RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)100c。CPU 100a按照該等記憶區所存放的各種配方，而執行電漿處理。於配方中，記載有針對於製程條件的裝置控制資 訊，亦即處理時間、腔室內溫度(上部電極溫度、腔室側壁溫度、ESC溫度等)、壓力(氣體的排氣)、高頻電力或電壓、各種處理氣體流量、傳熱氣體流量等。以上，已針對依本實施形態之蝕刻裝置10的整體結構進行說明。
[靜電吸盤表面之殘餘電荷]
接著，一面參照圖2，一面針對於由於電漿處理所產生之靜電吸盤表面狀態變化而產生的殘餘電荷之狀態進行說明。圖2(a)顯示靜電吸盤106未進行電漿處理或電漿處理時間較短之情形的靜電吸盤表面之電荷狀態。圖2(b)顯示由於長時間進行電漿處理而在靜電吸盤106附著有殘餘產物Z之情形的靜電吸盤表面之電荷狀態。
首先，針對於圖2(a)之靜電吸盤106未進行電漿處理或電漿處理時間較短的情形進行說明。靜電吸盤106具有以介電質構件夾住導電性之片狀的吸盤電極106a之表背面而成的結構。於電漿處理中，藉由從直流電壓源112施加電壓到吸盤電極106a所產生的庫侖力，使晶圓W吸附於靜電吸盤106後，再進行蝕刻處理。此時，在晶圓W的背面與靜電吸盤106的表面之間，供給有傳熱氣體(He)。又，於蝕刻處理後，要在停止對於吸盤電極106a施加電壓的狀態下，使晶圓W從靜電吸盤106脫離時，將惰性氣體導入腔室內，而維持於既定之壓力，於一面施加電漿產生用高頻電力，一面產生較弱電漿的狀態下，停止對於吸盤電極施加電壓，進行用以將靜電吸盤及晶圓W上存在之電荷予以電性中和的電漿電性中和處理。電漿電性中和處理後，使支持銷81上升，而將晶圓W從靜電吸盤106往上推，使晶圓W從靜電吸盤106脫離。
然而，如圖2(b)所示，在靜電吸盤106之表面，由於長時間進行電漿處理而附著沉積物，因此形成殘餘產物Z的絕緣層。如此一來，絕緣層上累積電荷，即使停止對於吸盤電極106a施加電壓，絕緣層上累積的電荷也會殘留在靜電吸盤106之表層。即使進行上述電性中和處理，該已殘留的電荷也難以進行電性中和。其結果，由於在殘餘電荷所產生之靜電吸附力殘留下來的狀態下使支持銷81上升，故成為晶圓W產生破裂或偏移的原 因。
尤其，於靜電吸盤106之表面由凸狀等之突起部所形成的情形，在靜電吸盤106之突起部表面會沉積殘餘產物Z。故因為與晶圓背面之氧化膜的關係而累積電荷的區域成為突起部表面，且占了晶圓背面面積之大致一半程度的情形也會發生。因此，相較於靜電吸盤106之表面未形成有突起部的情形，靜電吸盤106之表面上形成有突起部的情形會累積出更高密度的電荷。
另一方面，使用於電漿電性中和的電漿本身係由不會對晶圓進行蝕刻處理之程度的較低之高頻電力所產生者，因此有助於電性中和之離子、電子的量也時常為達不到將已累積之電荷加以中和的程度之產生量。其結果，於晶圓背面上以更高密度累積出殘餘電荷的情形，有時無法充分地去除該殘餘電荷。而且，於產生此種殘留吸附的狀態下，當藉由支持銷81使晶圓W上升時，用以驅動支持銷81之馬達84的扭距值升高。亦即，扭距值可成為表示晶圓W吸附於靜電吸盤106之吸附力的指標。而且，扭距值係與施加在馬達84的電壓成比例。因此，藉由對馬達84的電壓值進行監視，可掌握住吸附力的狀態。例如，下述事項係屬已知：於電漿電性中和方法中，就本實施形態所採用的馬達規格而言，當晶圓W升起時之馬達電壓值大約成為0.4V以上時，引起如晶圓W之破裂或缺口等物理損傷的可能性升高。以如此方式，可經驗性地從馬達電壓值導出：使用於半導體製造裝置之晶圓W及至破壞的狀態。圖3(a)所示之習知的電漿電性中和之中，由於馬達電壓值的最大值約為0.409V，因此可知晶圓W損傷的可能性高。
[高壓步驟/氣體種類]
依本實施形態之晶圓脫離控制方法中，將電離能相較於一般使用作傳熱氣體之氦氣為低的氣體(電離電位較低的氣體)導入至靜電吸盤106表面與晶圓W背面兩者之間，使該空間成為高壓。圖27之表(物理學辭典，編者：物理學辭典編輯委員會，發行人：山本格，發行所：培風館股份有限 公司)所顯示的電離能中，項目「I」顯示要從中性原子取出1個最外層電子時所需要的能量。
電離能較低的(電離電位較低的)氣體較容易進行電子交換。因此，於本實施形態中，藉由充分地將電離能較氦氣低的氣體供給至靜電吸盤106表面與晶圓W背面兩者之間，可促進下列兩者之間的電子交換：存在於晶圓W背面與靜電吸盤106表面之間的殘餘電荷、與所供給之電離能較低的氣體。
圖3(c)係供給氬氣(Ar)作為電離能較氦氣低之氣體一例的情形之概念圖。電漿電性中和後，藉由供給氬氣，而使晶圓W背面與靜電吸盤106表面兩者之間成為填充有氬氣的高壓狀態。藉此，在殘餘電荷與氬氣之間促進電子交換，進行殘餘電荷的電性中和。如圖3(c)所示，相較於氣體狀態為低壓力的情形，於氣體狀態為高壓力的情形，較能夠在靜電吸盤表面的沉積膜與晶圓背面兩者之間，藉由氬氣以促進電荷交換的進行。以如此方式，藉由電離能較氦氣低的氣體，可進行靜電吸盤表層上所殘餘之電荷的電性中和，使馬達電壓值下降，亦即可減少晶圓W損傷的可能性。
圖3(b)係於電漿電性中和後，導入氬氣，進行如下之處理(以下稱高壓步驟)後的實驗結果：使晶圓W背面與靜電吸盤106表面之間的壓力維持於較電漿處理中之壓力為高的壓力。依此實驗結果，馬達電壓值的最大值約為0.271V。此數值係較用以判斷晶圓W損傷之臨界值亦即0.4V為小的數值。因此，依此實驗結果可知，於高壓步驟後，可平順地使晶圓W從靜電吸盤106脫離。亦即，電漿電性中和後，供給氬氣等之電離能較氦氣低的氣體，使晶圓W背面與靜電吸盤106表面之間成為高壓，利用氣體吸附而進行電性中和，藉此可使得支持銷81升降時的扭距值降低。藉此，可使晶圓不受損傷地從靜電吸盤106脫離一事已得到證明。
圖4(a)及圖4(b)係已將一般使用作傳熱氣體之氦氣導入晶圓W背面與靜電吸盤106表面之間時的馬達電壓值之實驗結果。圖4(a)中，不進行使得 晶圓W背面與靜電吸盤106表面間之壓力較電漿處理中之壓力為高的高壓步驟；但圖4(b)中，進行該高壓步驟。
依此，於圖4(a)的情形，最大馬達電壓值為0.461V。相對於此，於圖4(b)的情形，最大馬達電壓值為0.421V。因此可知：於導入氦氣的情形，無論執行或不執行高壓步驟，馬達電壓值均不太變化；且最大馬達電壓值均成為較用以判斷晶圓W損傷之臨界值0.4V為大的數值，故晶圓W損傷的可能性高。
參照圖27之表，於中性原子的情形「I」，氦氣的電離能約為24.6，氦氣不可謂為：容易進行最外層電子交換，達到有助於殘餘電荷移動之程度的原子。因此，可認為有必要於高壓步驟中，供給具有較氦氣低之電離能的原子。圖27之表中，作為具有較氦低之電離能的原子之一例，可舉出氬的「15.7」、氮的「14.5」、氧的「13.6」。
[控制部之功能結構]
接下來，一面參照圖5，一面針對於用以控制包含有電性中和處理之製程處理的控制裝置100之功能結構進行說明。控制裝置100具有製程執行部255、控制部260、記憶部265及取得部270。
於記憶部265，預先儲存有用以執行蝕刻處理的複數之製程配方。製程執行部255從記憶部265所儲存的複數之配方中，選擇出所希望之製程配方，而依據該製程配方，對蝕刻處理進行控制。蝕刻處理係使用圖1之蝕刻裝置10執行。
控制部260對蝕刻裝置10內的各部進行控制。尤其，本實施形態中，於控制部260進行的控制中，以針對於靜電吸盤106之脫附的控制為中心進行說明。控制部260為了將靜電吸盤106之脫附加以控制，而對直流電壓源112的電壓進行控制；為了將往腔室C之氣體供給加以控制，而對氣體供給源120進行控制，且對支持銷81之升降進行控制；為了將往晶圓W 背面之傳熱氣體供給加以控制，而對傳熱氣體供給源85進行控制。又，為了施加用以進行電漿電性中和的高頻電力，而對高頻電源110a進行控制。另外，也利用排氣裝置173進行排氣控制。
記憶部265可使用例如半導體記憶體、磁碟或光碟等，而實現作為RAM、ROM。配方可為：以儲存於記憶媒體之方式提供，且透過未圖示的驅動器加以讀入記憶部265者，也可為：從未圖示的網路加以下載，而儲存於記憶部265者。又，為實現上述各部的功能，也可不使用CPU，而使用DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)。又，控制部260的功能可藉由使用軟體進行動作而加以實現，也可藉由使用硬體進行動作而加以實現。
監視器275在為了使腔室C內之壓力成為穩定狀態所預定的時間經過後，對靜電吸盤106的電壓進行監視至少10秒鐘(監視步驟)。又，取得部270用以取得所監視之結果的檢測值。以上，已針對依本實施形態之控制裝置100的功能結構進行說明。
[脫離控制方法]
再下來，一面參照圖6及圖7，一面針對依本實施形態之脫離控制方法進行說明。圖6係顯示依本實施形態的晶圓W之脫離控制方法的流程圖。圖7(a)係顯示依本實施形態的晶圓W之脫離控制方法的時序圖。圖7(b)係顯示用以進行比較的晶圓W之脫離控制方法的時序圖。依本實施形態之脫離控制方法中，從對於晶圓W進行靜電吸附的靜電吸盤106，使晶圓W以不損傷的方式脫離。
電漿(蝕刻)處理步驟主要藉由製程執行部255進行控制與執行，而電性中和步驟、高壓步驟及脫離步驟主要藉由控制部260進行控制。
首先，將晶圓W送入腔室內，執行電漿處理步驟。最初先導入處理氣體，將腔室內維持於既定之壓力(S100)。圖7之Step1對應於步驟S100，於 本實施形態中，控制成：氬氣800sccm，壓力80mTorr(10.6Pa)。
其次，將高頻電力導入腔室C內，產生電漿(S101)。圖7之Step2對應於步驟S101，於本實施形態中，控制成：將350W之高頻電力(HF)施加到下部電極。又，也可使用對上部電極施加高頻電力(HF)的蝕刻裝置。
接著，產生電漿後，施加電壓到吸盤電極106a，對晶圓W進行靜電吸附(S102)。圖7之Step2亦對應於步驟S102，於本實施形態中，控制成：在Step2之途中施加電壓(HV ON)到吸盤電極106a。
穩定化後，將發揮作為傳熱氣體之功能的氦氣供給到晶圓W的背面與靜電吸盤106的表面之間，於此狀態下進行既定時間的製程(蝕刻處理)(S103)。圖7之Step3、Step4對應於步驟S103，於本實施形態中，在Step3開始時供給傳熱氣體，在Step4依據配方於各種製程條件下執行蝕刻處理。
製程結束後，停止供給處理氣體及高頻電力(S104)，停止供給傳熱氣體(S105)。接著，執行電性中和步驟。電性中和步驟係於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內而進行電性中和處理的步驟。於電性中和步驟，首先導入氬氣，將腔室C內維持於既定之壓力(S106)。圖7之Step4後的時間T1對應於步驟S104~S106，於本實施形態中，停止供給處理氣體及高頻電力。一面使傳熱氣體的供給逐漸減少而停止，一面導入600sccm之氬氣，並且將腔室C內的壓力控制在150mTorr。
穩定化後，停止對吸盤電極106a施加電壓(0V)，一面產生較弱的電漿，一面進行電性中和(S107：電漿電性中和)。圖7之Step4後的T2時間係用以進行穩定化的時間，於本實施形態中，經過T2時間後，停止對吸盤電極106a施加電壓(0V)，進行電漿電性中和。至此為止的處理，在圖7(a)所示之本實施形態、及圖7(b)所示之作為比較例的晶圓W之脫離控制方法兩者之間並無不同。圖7(a)所示之本實施形態的晶圓W之脫離控制方法中，執行高壓步驟作為晶圓脫離步驟，此點與圖7(b)所示的晶圓W之脫離步驟不 同。
具體而言，圖7(a)所示之高壓步驟係於電性中和步驟後，將氬氣以控制於較電性中和處理步驟中之流量為多之流量的方式進行供給，作為電離能較氦氣低的氣體(S108)。又，將腔室C內之壓力設定並維持於較電漿處理中之壓力或電性中和處理步驟中之壓力為高的壓力(S109)。
高壓步驟中或高壓步驟後，執行以支持銷81使晶圓W從靜電吸盤106脫離的脫離步驟(S110)，而結束本處理。脫離步驟較佳係於腔室C內之壓力成為穩定狀態後，再以支持銷81使晶圓W從靜電吸盤106脫離。藉此，可使得晶圓W以不損傷的方式確實地從靜電吸盤106脫離。本實施形態中，將腔室壓力維持於900mT之高壓，導入1400sccm之氬氣，保持30秒後，利用支持銷81進行晶圓W的脫離。
如上述地在高壓步驟導入之氬氣的流量，較佳係較電性中和步驟中之氬氣的流量為多。藉此，可於靜電吸盤106表面的絕緣層Z與晶圓W背面兩者之間，更加促進電荷交換的進行。又，藉由增加氣體流量，可將腔室內迅速地控制在高壓。
相對於此，比較例之晶圓脫離步驟中，於大致保持住電漿電性中和時之條件的狀態下，利用支持銷進行晶圓W的脫離，晶圓脫離時，腔室C內未形成高壓狀態。
[效果例]
以下，針對上述實施形態之脫離控制方法所產生的效果進行說明。圖8係用以對於依一實施形態之高壓步驟中的靜電吸盤電壓之擺動進行說明的圖式。圖8(a)顯示圖7之時序圖中，T1(8s)→T2(2s)→Delay[延遲](1s)→高壓步驟(T3+T3’(30s))中之電漿產生用高頻電力RF(W)、靜電吸盤電壓ESC_V(V)、腔室內之壓力Pres.(mT)、氬氣Ar(sccm)在製程中的歷程。又，如圖8(b)所示，對10片以上之晶圓進行實驗後的結果，可知本脫離控制方法 所產生之晶圓脫離時的最大馬達電壓值穩定於較0.25V稍小的數值。圖8(a)顯示有關於從已進行實驗之複數片晶圓中所選擇4片晶圓的處理歷程。而且，圖9~圖12分別顯示出圖8(a)所顯示4片晶圓中之第1片、第2片、第3片、第4片晶圓的處理歷程。
經過T2後，將壓力控制於900mT的高壓，且供給1400sccm的氬氣，而執行維持30秒的高壓步驟。如此一來，雖然經過T2時已使得對靜電吸盤106施加的電壓(ESC_V)停止(0V)，但是高壓步驟中，於所有晶圓的情形，靜電吸盤106的電壓產生了擺動，係圖8之虛線橢圓內的靜電吸盤106的電壓ESC_V、及圖9~圖12所示之靜電吸盤106的電壓ESC_V。此可認為是已檢測出殘餘電荷之移動的結果，該移動係如圖3(c)之高壓力情形所示般，電離能較低之氬氣介入後的殘餘電荷之移動。亦即，藉由電離能較低之氬氣，可於靜電吸盤106表面的絕緣層Z與晶圓W背面兩者之間，更加促進電荷交換的進行。藉此，可使得靜電吸盤106之表面的殘餘電荷減少。從以上分析已證實：藉由執行高壓步驟，晶圓損傷的危險降低。
(高壓步驟/壓力)
接著，一面參照圖13，一面說明對於高壓步驟中之壓力相依性進行實驗的結果。圖13顯示依本實施形態之高壓步驟中的靜電吸盤電壓之壓力相依性。
高壓步驟中之壓力設定為50mT、100mT、300mT、500mT、600mT、700mT、800mT、850mT、950mT。圖13顯示T1(8s)→T2(2s)→Delay[延遲](1s)→高壓步驟中之高頻電力(HF)、靜電吸盤電壓、腔室內壓力(可變)、氬氣在製程中的歷程。
依此，經過T2時間後，雖然已停止對於靜電吸盤106施加電壓(0V)，但是於供給1400sccm之氬氣且控制為上述任一壓力的高壓步驟中，靜電吸盤106的電壓產生了擺動。
具體而言，如圖14所示，將壓力設定為950mT的情形，已觀察到兩次 吸盤電壓之峰值。如圖15所示，將壓力設定為600mT的情形，已觀察到1次吸盤電壓之峰值。600mT~950mT間之壓力的情形，雖省略圖示，但同樣已觀察到吸盤電壓之峰值。
相對於此，將壓力設定於500mT以下的情形，未觀察到吸盤電壓之峰值。將壓力設定為50mT的情形，雖省略圖示，但是如圖16所示，將壓力設定為500mT、300mT、100mT的情形，未觀察到吸盤電壓之峰值。
依此結果，可知有下述傾向：越設定於低壓，靜電吸盤電壓之擺動越難以產生，且越是低壓，殘餘電荷之移動越減少。尤其，於500mT以下的情形，完全未檢測出靜電吸盤電壓之峰值。
而且，於高壓步驟後，以支持銷使晶圓W脫離時，將壓力設定為100mT的情形，晶圓W破裂。將壓力設定為300mT及500mT的情形，藉由目視檢測出晶圓W會產生跳動。
從以上分析可知，於高壓步驟中，較佳係將腔室內的壓力設定於較500mT(66.7Pa)為大的數值。
(高壓步驟/壓力與晶圓表面電位)
以上之高壓步驟中的殘餘電荷之移動係可藉由對晶圓表面電位進行測定而加以顯示。圖17顯示依本實施形態的包含有用以測量晶圓表面電位之表面電位計的裝置結構。圖18顯示本實施形態之高壓步驟中的晶圓表面電位之測量結果。
在此，針對圖17所示之包含有表面電位計的裝置結構，進行簡單說明。於腔室C內，鋁配線200連接於載置台102上所載置的晶圓W。鋁配線200貫穿於腔室側壁150，而緊貼延伸到腔室C外。腔室側壁150之貫穿部分係藉由O形環155進行密封，因此腔室C內之氣密性得以保持。於腔室C外，鋁配線200連接於RF(射頻)濾波器201。藉由RF濾波器201，將交流電壓AC之高頻成分去除，而僅輸出直流電壓DC。於RF濾波器201之輸 出側，鋁配線200連接於銅的圓板202。圓板202配置於台座203，台座203進行接地。表面電位計204為非接觸式，用以對圓板202之表面電位進行測定。測定值被輸送至表面電位計204所連接的PC(個人電腦)205，於PC205進行分析。表面電位計204所產生的測定值係與晶圓W之表面電位同電位。因此，藉由使用本裝置，對圓板202之表面電位進行測定，可測量出晶圓W之表面電位。
本實施形態中，已於如下之製程條件下進行電漿處理：腔室內壓力80mT、電漿產生用高頻電力400W、偏壓用高頻電力200W、來自直流電壓源112之電壓150V、氣體種類及氣體流量C4F8/Ar/O2=60/200/38sccm、處理時間10s。然後，對於高壓步驟中之晶圓表面電位進行測定。其結果顯示於圖18。
參考圖18可知，將高壓步驟中之腔室內壓力設定為900mT、600mT、300mT、100mT的情形，越設定於高壓，晶圓的表面電位越下降。由此可認為，越將高壓步驟中之腔室內壓力設定於高壓，越使得電離能較低之氬氣介入，而促進靜電吸盤表面之殘餘電荷的移動，晶圓的表面電位越是變低。
另外可知，於任一壓力的情形，均在高壓步驟開始後7秒鐘的程度，晶圓的表面電位穩定下來。因此可預測：高壓步驟開始後10秒鐘以內，殘餘電荷的移動大致結束。
(高壓步驟/處理時間)
接著，一面參照圖19，一面針對於將高壓步驟之處理時間加以改變的情形之實驗結果進行說明。圖19顯示本實施形態之高壓步驟中的吸附狀況之時間相依性。
此時之高壓步驟的製程條件為：於壓力900mT、氬氣1400sccm的狀態下，將處理時間設定為5秒、10秒、15秒、20秒、30秒。經過各設定時間後隨即以支持銷使晶圓脫離之情形的最大馬達電壓值係顯示於圖19。 又，圖19之Normal(常態)顯示：於腔室內壓力150mT、氬氣600sccm的低壓製程條件下，以支持銷使晶圓脫離之情形的最大馬達電壓值。
依此可知，當高壓步驟之處理時間變成較15秒為短時，最大馬達電壓值上升。
(高壓步驟/氣體種類)
接下來，一面參照圖20~23，一面針對於使高壓步驟之氣體種類變化的情形之實驗結果進行說明。圖20顯示本實施形態之高壓步驟中的吸附狀況之氣體相依性。圖21~23顯示本實施形態之高壓步驟中的氣體種類與靜電吸盤電壓。
圖20中，Normal(常態)顯示：於腔室內壓力150mT、氬氣600sccm的低壓製程條件下，以支持銷使晶圓脫離之情形的最大馬達電壓值。
又，比較例(Ref.)之高壓步驟的製程條件為：壓力950mT(126.6Pa)、氣體種類Ar=1400sccm。相對於此，選擇出2種改變氣體種類的高壓步驟。一為壓力950mT、氣體種類及氣體流量O2/Ar=600/1400sccm之混合氣體。另一為壓力1150mT(153.3Pa)、氣體種類及氣體流量N2=2000sccm之單一氣體。
依實驗結果可知，相較於比較例，亦即壓力950mT、氣體種類Ar=1400sccm之單一氣體的情形，O2及Ar之混合氣體的情形、N2之單一氣體的情形中任一者均比起常態的情形，最大馬達電壓值變小。
又，圖21所示之常態(腔室內壓力150mT、氬氣600sccm之低壓製程條件)的情形，未檢測出靜電吸盤電壓之擺動。
另一方面，圖22所示之壓力950mT、氣體種類及氣體流量Ar/O2=1400/600sccm之混合氣體的情形，則已檢測出靜電吸盤電壓之擺動。同樣地，圖23所示之壓力1150mT、氣體種類及氣體流量Ar/O2=1400/600sccm之 混合氣體的情形，也已檢測出靜電吸盤電壓之擺動。
圖24、圖25、圖26係於腔室內壓力設定為900mT之高壓步驟中更換氣體種類的情形之實驗結果。圖24中僅供給1400sccm的氬氣，圖25中僅供給1400sccm的O2氣，圖26中僅供給1400sccm的N2氣。於高壓步驟中供給任一氣體種類，均已檢測出靜電吸盤電壓之擺動。
由以上可知，作為可於高壓步驟供給之「電離能較氦為低的氣體」，並不限於氬氣(Ar)，也可為氧氣(O2)、氮氣(N2)之單一氣體、及從氬氣、氧氣、氮氣選擇2種以上而成的混合氣體。此外，作為可於高壓步驟供給之「電離能較氦為低的氣體」，可選擇：圖27之表所揭示的具有較氦之電離能「24.587」為小之電離能的氣體。
以上，利用依本實施形態之脫離控制方法，可藉由在電性中和步驟與脫離步驟之間設置高壓步驟，而防止靜電吸盤表層之殘餘電荷所產生的吸附。該電性中和步驟係於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內而進行電性中和處理的步驟。該脫離步驟係以支持銷使晶圓W從靜電吸盤106脫離的步驟。該高壓步驟係如下之步驟：導入電離能較氦氣低之氣體，將腔室C內之壓力維持於較電漿處理中之壓力為高的壓力。其結果，可防止於從靜電吸盤脫離時對晶圓W造成損傷，而提高生產率。
[脫離控制方法之變形例]
最後，一面參照圖28及圖29，一面針對依本實施形態之變形例的晶圓W脫離控制方法進行說明。圖28係用以執行依本實施形態之變形例之脫離控制方法的流程圖。圖29係用以說明依變形例之脫離控制方法的圖式。
步驟S100~S105之電漿處理步驟、步驟S106及S107之電性中和步驟係除了於S102開始進行靜電吸盤電壓的監視以外，均與圖6所示之本實施形態的脫離控制方法相同。因此，在此省略其說明，而針對步驟S108以後之高壓步驟及脫離步驟進行說明。
電性中和步驟後，將氬氣以更增加流量的方式進行供給，作為電離能較氦氣低的氣體(S108)，將腔室C內之壓力設定於較電漿處理中之壓力(或電性中和處理中之壓力)為高的壓力(S120)。
判斷是否已經過預定的時間T3(S121)，時間T3經過後(壓力穩定化後)，判斷是否已在時間T3’之間檢測出既定以上的靜電吸盤電壓變動(S122)。已檢測出的情形，判斷為靜電吸盤表層上存在有既定量以上的殘餘電荷，而停止進行晶圓的脫離(S123)，結束本處理。圖29(a)中，已在時間T3’之間檢測出靜電吸盤的電壓變動E3，因此停止進行晶圓的脫離。
於S122未檢測出靜電吸盤之電壓變動的情形，判斷是否已在時間T4之間檢測出既定以上的靜電吸盤電壓變動(S124)。未檢測出的情形，使晶圓脫離(S125)，而結束本處理。圖29(b)中，未在時間T3’及T4之間檢測出靜電吸盤的電壓變動，因此以支持銷使晶圓脫離。
另一方面，於S124已檢測出靜電吸盤之電壓變動的情形，停止進行晶圓的脫離(S123)，而結束本處理。圖29(a)中，即使是在時間T3’之間沒有靜電吸盤之電壓變動的情形，同樣在時間T4之間已檢測出靜電吸盤之電壓變動E4的情形，停止進行晶圓的脫離。
又，S124可省略。於S122未在時間T3’之間檢測出靜電吸盤之電壓變動的情形，也可不執行S124，而直接使晶圓脫離。
又，時間T3與時間T3’的合計時間為高壓步驟的總時間，可為例如30秒。此時，若壓力的變動成為±5%以內，可判斷為壓力已穩定，而使時間T3結束，使時間T3’開始。
以上，利用依本實施形態之變形例的脫離控制方法，也可藉由設置高壓步驟，而使靜電吸盤表層之殘餘電荷減少，防止吸附。而且，依本實施 形態之變形例，萬一利用依變形例的脫離控制方法，還是無法使靜電吸盤表面的殘餘電荷減少至既定值以下時，可藉由停止晶圓W之脫離處理，而防止晶圓破損。
以上，已藉由實施例，針對本脫離控制方法、及使用該脫離控制方法的電漿處理裝置進行說明，但本發明不限於上述實施例，於本發明的範圍內，可進行各種變形及改良。又，存在有複數之實施形態及變形例的情形，可於不矛盾的範圍內進行組合。
例如，上述實施形態及變形例中，已揭示出在電性中和步驟導入腔室內之氣體、與在高壓步驟導入腔室內之氣體兩者為相同氣體的例子，但是並不限於此，也可為不同氣體。但是，在電性中和步驟與高壓步驟供給的氣體較佳為相同氣體。
又，例如作為依本發明之產生電漿的機構，可使用：電容耦合型電漿(CCP，Capacitively Coupled Plasma)產生機構、感應耦合型電漿(ICP，Inductively Coupled Plasma)產生機構、螺旋波電漿(HWP，Helicon Wave Plasma)產生機構、包含RLSA(Radial Line Slot Antenna，輻射狀槽孔天線)微波電漿或SPA(Slot Plane Antenna，槽孔平面天線)電漿之微波激發表面波電漿產生機構、電子迴旋共振電漿(ECP，Electron Cyclotron resonance Plasma)產生機構、及採用上述產生機構的遠距離電漿產生機構等。
於本發明中被施加電漿處理的被處理體不限於半導體晶圓，也可為例如平板顯示器(FPD，Flat Panel Display)用的大型基板、EL(電致發光)元件或太陽能電池用的基板。

Claims (8)

  1. 一種脫離控制方法，用以使得被處理體，從對於被處理體進行靜電吸附的靜電吸盤脫離；其特徵在於具有下列步驟：電性中和步驟，於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內，進行電性中和處理；高壓步驟，於該電性中和步驟後，將電離能較氦氣低的氣體導入，使該腔室內的壓力維持於較該電漿處理中之壓力或該電性中和步驟中之壓力為高的壓力；及脫離步驟，在藉由該高壓步驟維持於該較高的壓力之期間或維持後，以支持銷使得被處理體從該靜電吸盤脫離。
  2. 如申請專利範圍第1項之脫離控制方法，其中，於該高壓步驟，係將該腔室內的壓力設定於較500mT(66.7Pa)為大的數值。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之脫離控制方法，其中，於該脫離步驟，係於該腔室內之壓力成為穩定狀態後，再以該支持銷使得被處理體從該靜電吸盤脫離。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之脫離控制方法，其中，在該高壓步驟導入之氣體的流量，較在該電性中和步驟導入之氣體的流量更多。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之脫離控制方法，其中，在該高壓步驟導入之氣體為N2氣、O2氣、Ar氣或該等氣體中之至少2種以上的混合氣體。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之脫離控制方法，其中，更具有監視步驟，在為了使該腔室內之壓力成為穩定狀態所預定的時間經過後，對該靜電吸盤的電壓進行監視至少10秒鐘；且在該監視步驟已檢測出該靜電吸盤之電壓有既定以上之變動的情形， 該脫離步驟停止進行以該支持銷使得被處理體脫離的處理。
  7. 一種電漿處理裝置，其特徵在於具備：靜電吸盤，具有吸盤電極，對於被處理體進行靜電吸附；及控制部，於電漿處理後將惰性氣體導入腔室內，進行電性中和處理；且該控制部於該電性中和處理後，將電離能較氦氣低的氣體導入，使該腔室內的壓力維持於較該電漿處理中之壓力或該電性中和處理中之壓力為高的壓力之期間，或者維持於較該電漿處理中之壓力或該電性中和處理中之壓力為高的壓力後，以支持銷使得被處理體從該靜電吸盤脫離。
  8. 如申請專利範圍第7項之電漿處理裝置，其中，該靜電吸盤之表面具有凸狀等之突起部。
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