TWI613720B - 脫離控制方法及電漿處理裝置之控制裝置 - Google Patents

脫離控制方法及電漿處理裝置之控制裝置 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於使被處理體從靜電夾頭脫離。
為了達成上述目的，本發明提供一種脫離控制方法，其使被處理體從具有夾頭電極40a且以靜電吸附被處理體的靜電夾頭40脫離，其特徵為包含：取得電流的時間積分值的步驟，該電流的時間積分值係在既定時間內測量在電漿處理後，切斷對該夾頭電極導通的電壓，接著從該夾頭電極所流的電流的測量結果；算出電漿處理中對該夾頭電極所充蓄之電荷量與該取得之電流的時間積分值的差分之步驟；根據預先設定好的電流之時間積分值與對支持被處理體的支持銷所施加的轉矩的相關關係，從該差分算出與該靜電夾頭的殘留電荷量對應的反電壓的步驟；以及一邊對處理室內導入氣體以產生電漿，一邊以該反電壓導通該夾頭電極的步驟。

Description

脫離控制方法及電漿處理裝置之控制裝置
本發明係關於一種脫離控制方法以及電漿處理裝置的控制裝置。
電漿處理，多將處置容器內的氣體吸成真空，在真空環境下進行。此時，被處理體被載置於處理容器內的載置台所設置的靜電夾頭(ESC：Electrostatic Chuck)上。
靜電夾頭具有導電性的片狀的夾頭電極的表面與背面被介電構件夾住的構造。在電漿處理中，藉由從直流電壓源對夾頭電極導通電壓所產生的庫侖力，將被處理體吸附於靜電夾頭，然後進行電漿處理。此時會對晶圓背面與靜電夾頭表面之間供給導熱氣體。另外，在電漿處理後，切斷對夾頭電極所施加的電壓，在此狀態下，當使被處理體從靜電夾頭脫離時，會一邊將惰性氣體導入處理室內以維持既定的壓力，一邊以與在電漿處理中對夾頭電極導通的電壓正負相反的電壓導通，然後再切斷電壓，以進行除去存在於靜電夾頭以及被處理體的電荷的去除電荷處理。在此狀態下，使支持銷上升以將被處理體從靜電夾頭抬起，使被處理體從靜電夾頭脫離。
然而，靜電夾頭的表面隨著時間經過會發生變化。例如，在靜電夾頭的表面，會附著在電漿處理時所生成的反應生成物等物質，並逐漸堆積成絶緣膜。由於所堆積的物質會固持住容易帶電的電荷，故靜電夾頭表面的 電位會產生變化。因此，該等物質會使靜電夾頭的吸附力產生變化。具體而言，在靜電夾頭表面所形成的絶緣膜上會累積電荷，即使切斷對夾頭電極所施加的電壓，也會在靜電夾頭表層留有殘留電荷。該殘留電荷即使實施上述的去除電荷處理也無法除去。結果，於存在有殘留電荷所形成之靜電吸附力的狀態下使支持銷上升，有時會造成被處理體的損壞或妨礙到正常的搬運。
對此，在專利文獻1中，為了防範因為殘留電荷使被處理體無法從靜電夾頭剝離的狀況於未然，在切斷從直流電壓源而來的導通電壓、並從靜電夾頭將晶圓抬起時，檢測會吸附住晶圓的殘留電荷的狀態，根據檢測結果判斷靜電夾頭的交換時期。在專利文獻1中，係根據使支持晶圓的支持銷上升用的驅動馬達的轉矩或馬達的轉速來檢測出靜電夾頭的殘留電荷的狀態。
[習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平11-260897號公報
然而，在專利文獻1中，係以將被處理體從靜電夾頭利用頂起機構頂起時的頂起負荷(驅動馬達的轉矩)與靜電夾頭的吸附力存在正比例關係為前提，根據頂起負荷(驅動馬達的轉矩)檢測出靜電夾頭的殘留電荷的狀態。另外，在以支持銷使晶圓W上升時，晶圓會歪掉。在專利文獻1中，由於係在該等狀態下使支持銷的動作在途中停止，故晶圓會有破損之虞。另外，像專利文獻1這樣對應轉矩而使頂起動作與頂起動作的停止反覆的方法會花費較多的時間，會導致處理量明顯降低，在實際應用上有其困難。
對於上述問題，本發明之目的在於提供一種利用直流電壓源的電壓控 制，使被處理體可從靜電夾頭脫離的脫離控制方法，以及電漿處理裝置的控制裝置。
為了解決上述問題，本發明的其中一態樣提供一種脫離控制方法，其使被處理體從具有夾頭電極且以靜電吸附被處理體的靜電夾頭脫離，其特徵為包含：根據在既定時間內測量在該被處理體的電漿處理後，切斷對該夾頭電極導通的電壓，接著從該夾頭電極所流的電流的測量結果，取得電流的時間積分值的步驟；算出電漿處理中對該夾頭電極導通電壓時所充蓄之既定電荷量與該取得之電流的時間積分值的差分之步驟；從該差分算出與該靜電夾頭的殘留電荷量對應的反電壓的步驟；以該反電壓導通該夾頭電極的步驟；以及在導通該反電壓之後，使支持被處理體的支持銷上升，以使該被處理體從該夾頭上脫離，然後切斷該反電壓的步驟。
該在既定時間內所測量到的電流，亦可為切斷對該夾頭電極導通的電壓之後瞬間所流的電流。
該在既定時間內所測量到的電流，亦可為在對該夾頭電極導通逆電壓，再切斷該逆電壓之後瞬間所流的電流。
該在既定時間內所測量到的電流之時間積分值，亦可利用設置在該夾頭電極以及該直流電壓源之間的電流計進行測量。
亦可更包含判定該差分是否超過預先設定好的閾值的步驟，當判定超過該閾值時，以該反電壓導通該夾頭電極。
該差分是否超過預先設定好的閾值之判定，亦可以批次為單位或是以既定的被處理體的處理片數為單位進行。
亦可在該靜電夾頭內或附近設置加熱器，該加熱器分割成複數區域， 在每個區域設置夾頭電極與直流電壓源，針對各區域的夾頭電極分別算出該反電壓，對該每個區域的夾頭電極導通該反電壓。
亦可將該夾頭電極分割成雙電極，對雙電極分別設置直流電壓源，算出該雙電極的各自的該反電壓，對該雙電極分別導通該反電壓。
該既定時間亦可從切斷對該夾頭電極導通的電壓之後，由該夾頭電極所流的電流之峰值的大小變成20%~80%為止的時間範圍中選出。
另外，為了解決上述問題，本發明的另一態樣提供一種電漿處理裝置的控制裝置，該電漿處理裝置具有靜電夾頭，該靜電夾頭具有夾頭電極且以靜電吸附被處理體，該控制裝置的特徵為包含：取得部，其根據在既定時間內測量在該被處理體的電漿處理後，切斷對該夾頭電極導通的電壓，接著從該夾頭電極所流的電流的測量結果，取得電流的時間積分值；以及控制部，其算出電漿處理中對該夾頭電極導通電壓時所充蓄的既定電荷量與該取得之電流的時間積分值的差分，從該差分算出與該靜電夾頭的殘留電荷量對應的反電壓，以該反電壓導通該夾頭電極，在導通該反電壓之後，使支持被處理體的支持銷上升，以使該被處理體從該夾頭上脫離，然後切斷該反電壓。
如以上所說明的，根據本發明，可提供出一種利用直流電壓源的電壓控制，使被處理體可從靜電夾頭脫離的脫離控制方法，以及電漿處理裝置的控制裝置。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧處理容器
12‧‧‧載置台(下部電極)
14‧‧‧筒狀保持部
16‧‧‧筒狀支持部
18‧‧‧聚焦環
20‧‧‧排氣通路
22‧‧‧檔板
24‧‧‧排氣口
26‧‧‧排氣管
28‧‧‧排氣裝置
30‧‧‧閘閥
32‧‧‧高頻電源
34‧‧‧整合器
36‧‧‧供電棒
38‧‧‧噴淋頭(上部電極)
40‧‧‧靜電夾頭
40a‧‧‧夾頭電極
40a1‧‧‧中央夾頭電極
40a2‧‧‧中間夾頭電極
40a3‧‧‧邊緣夾頭電極
40a4、40a5‧‧‧雙極夾頭電極
41a‧‧‧絶緣膜
42‧‧‧直流電壓源
42a1~42a3‧‧‧直流電壓源
43‧‧‧開關
44‧‧‧接地部
45‧‧‧電流計
52‧‧‧導熱氣體供給源
54‧‧‧氣體供給管線
56‧‧‧電極板
56a‧‧‧氣體通氣孔
58‧‧‧電極支持體
60‧‧‧緩衝室
60a‧‧‧氣體導入口
62‧‧‧氣體供給源
64‧‧‧氣體供給配管
66‧‧‧磁石
70‧‧‧冷媒管
71‧‧‧冷卻單元
72、73‧‧‧配管
75‧‧‧加熱器
75a1~75a3
78、79‧‧‧直流電壓源
81‧‧‧支持銷
82‧‧‧連結構件
83‧‧‧底部伸縮囊
84‧‧‧馬達
100‧‧‧控制裝置
105‧‧‧程序實行部
110‧‧‧取得部
115‧‧‧控制部
120‧‧‧記憶部
200‧‧‧測定裝置
202‧‧‧離化器
204‧‧‧電流計
206‧‧‧表面電位計
208‧‧‧馬達
212‧‧‧排氣裝置
W‧‧‧晶圓
S100~S110、S200~S212‧‧‧步驟
T0~T8‧‧‧時刻
圖1係一實施態樣之電漿處理裝置的整體構造圖。
圖2(a)(b)(c)係一實施態樣之脫離控制所使用的反電壓原理的說明圖。
圖3係表示一實施態樣之測定裝置圖。
圖4係一實施態樣之控制裝置的功能構造圖。
圖5係實行一實施態樣之脫離控制方法的流程圖。
圖6係一實施態樣之反電壓處理的流程圖。
圖7(a)(b)係表示一實施態樣之直流電壓源的電壓與從夾頭電極所流的電流的圖式。
圖8係變化實施例之反電壓處理的流程圖。
圖9係變化實施例之電漿處理裝置的加熱器分割與反電壓處理的說明圖。
圖10係變化實施例之電漿處理裝置的雙電極與反電壓處理的說明圖。
以下參照所附圖式說明本發明的實施態樣。另外，在本說明書以及圖式中，對於實質上具有相同的功能構造的構成要件，會附上相同的符號並省略重複說明。
<前言>
在電漿處理中，利用從直流電壓源對夾頭電極導通電壓所產生的庫侖力將被處理體吸附於靜電夾頭，然後再進行電漿處理。此時對晶圓背面與靜電夾頭表面之間供給導熱氣體。在電漿處理後，切斷導熱氣體的供給，在處理室內導入N2或Ar等惰性氣體，一邊將處理室內維持在既定的壓力(100mTorr~400mTorr)，一邊以在電漿處理中對夾頭電極導通的電壓正負相反的電壓導通，然後再切斷電壓。利用該等處理將靜電夾頭表面以及晶圓的電荷除去。亦有在導通上述正負相反的電壓時，從高頻電源將高頻電力供給到處理室內，使電漿產生的去除電荷處理。如上述之一般的去除電荷處理中，在去除電荷處理後，切斷對夾頭電極所施加的電壓。在該去除電荷處理後的狀態下，使支持銷上升以將被處理體從靜電夾頭抬起，進而使被處理體從靜電夾頭脫離。
然而，靜電夾頭的表面隨著時間經過會產生變化。例如，在靜電夾頭 的表面，會附著電漿處理時所生成的反應生成物等物質，並逐漸堆積成絶緣膜。由於所堆積的物質會保持住容易帶電的電荷，故靜電夾頭表面的電位會產生變化。因此，該等物質會使靜電夾頭的吸附力產生變化。具體而言，在靜電夾頭表面所形成的絶緣膜上會累積電荷，即使切斷對夾頭電極所施加的電壓，也會在靜電夾頭表層留有殘留電荷。該殘留電荷即使實施上述的去除電荷處理也無法除去。結果，在留有殘留電荷所形成之靜電吸附力的狀態下使支持銷上升，有時會造成被處理體的損壞或妨礙到正常的搬運。
針對此點，可考慮研磨靜電夾頭的表層，或清潔處理容器內部，以除去在靜電夾頭表層上所堆積的物質。然而，此時，仍會有無法將所堆積的物質本身完全除去的情況，即使能夠完全除去，也必須將處理容器開放於大氣之中，並取出靜電夾頭，故裝置的運作效率會明顯地降低。因此，吾人期望能夠有一種在被處理體產生破裂等情況之前，使因為殘留電荷而吸附於靜電夾頭的被處理體從靜電夾頭電性脫離的方法。
尤其，以熱噴覆(thermal spraying)體積電阻率為1×1012~14Ωcm的介電構件而形成的靜電夾頭，若採用藉由去除電荷處理使晶圓脫離的習知方法，晶圓仍可脫離。然而，體積電阻率為1×1014Ωcm以上的庫侖型靜電夾頭，在靜電夾頭的表層上電荷不易脫離而更容易殘留下來，故僅以去除電荷處理欲使晶圓從靜電夾頭脫離會變得更加困難。
另外，近年來，開始利用將靜電夾頭的表面溫度以加熱器高速進行溫度調整的機構(以下，稱為內建加熱器的靜電夾頭機構)。在內建加熱器的靜電夾頭機構中，靜電夾頭採用例如體積電阻率為1×1014Ωcm以上的高體積電阻率構件。因此，內建加熱器的靜電夾頭機構，使用庫侖型的，亦即靜電吸附力支配的靜電夾頭，表層更容易殘留電荷，在導通逆電壓的去除電荷處理中，欲使被殘留電荷所吸附的晶圓從靜電夾頭脫離變得更加困難。因此，近年來，隨著內建加熱器的靜電夾頭機構的利用程度提高，靜電夾頭表面堆積反應生成物而留有殘留電荷，並因為殘留電荷的殘留吸附 力，使被處理體無法脫離的問題更加嚴重。
於是，在以下本發明的一個實施態樣中，針對即使在利用內建加熱器的靜電夾頭機構的情況下，仍可使被處理體從靜電夾頭脫離的脫離控制方法，以及具備實行該脫離控制方法的控制裝置的電漿處理裝置進行說明。
〔電漿處理裝置的整體構造〕
首先，針對本發明一個實施態樣的電漿處理裝置的整體構造，參照圖1進行說明。
圖1所示的電漿處理裝置1，構成RIE(reactive ion etching，反應性離子蝕刻法)型的電漿處理裝置，具有例如鋁或不銹鋼等金屬製的圓筒型處理室(處理容器10)。處理容器10接地。在處理容器10內，對被處理體實施蝕刻處理等電漿處理。
在處理容器10內設置了可載置作為被處理體的半導體晶圓W(以下稱為晶圓W)的載置台12。載置台12，例如由鋁所構成，隔著絶緣性的筒狀保持部14被從處理容器10的底部向垂直上方延伸的筒狀支持部16所支持。在筒狀保持部14的頂面配置了將載置台12的頂面以環狀包圍的、例如由矽所構成的聚焦環18。
在處理容器10的內側壁與筒狀支持部16的外側壁之間形成了排氣通路20。在排氣通路20安裝了環狀的檔板22。在排氣通路20的底部設置了排氣口24，透過排氣管26與排氣裝置28連接。排氣裝置28設有未圖示的真空泵，可將處理容器10內減壓至既定的真空度。在處理容器10的側壁安裝了在搬入或搬出晶圓W時開閉的閘閥30。
載置台12透過供電棒36以及整合器34與電漿生成用的高頻電源32電性連接。高頻電源32對載置台12施加例如60MHz的高頻電力。載置台12亦具有下部電極的功能。在處理容器10的頂板部設置噴淋頭38作為接 地電位的上部電極。來自高頻電源32的電漿生成用高頻電力以電容的方式施加於載置台12與噴淋頭38之間。
在載置台12的頂面設置了以靜電吸附力固持晶圓W的靜電夾頭40。靜電夾頭40係在一對絶緣層或絶緣片之間夾入由導電膜所構成的夾頭電極40a而成。直流電壓源42透過開關43與夾頭電極40a連接。靜電夾頭40由直流電壓源42導通電壓，藉此以庫侖力將晶圓W吸附固持於夾頭上。
另外，當欲切斷對夾頭電極40a所施加的電壓時，會形成由開關43連接到接地部44的狀態。以下，切斷對夾頭電極40a所施加的電壓係指夾頭電極40a接地的狀態。
在夾頭電極40a與直流電壓源42之間設置了電流計45。電流計45可測定在電漿處理中為了吸附晶圓W而對夾頭電極40a導通電壓時所流的電流值，以及該電流的時間積分值。或是測定電漿處理後電壓切斷時所流的電流值，以及該電流值的時間積分值。
導熱氣體供給源52，將He氣或Ar氣等導熱氣體通過氣體供給管線54供給到靜電夾頭40上的晶圓W的背面。頂板部的噴淋頭38包含：設有複數氣體通氣孔56a的電極板56，以及使該電極板56以可裝卸的方式受到支持的電極支持體58。在電極支持體58的內部設置了緩衝室60。緩衝室60的氣體導入口60a透過氣體供給配管64與氣體供給源62連結。藉由上述構造，從噴淋頭38對處理容器10內部供給希望的氣體。
在載置台12的內部，設置了複數支持銷81(例如3支)，用以在與外部之未圖示的搬運臂之間進行晶圓W的傳遞而使晶圓W升降。複數支持銷81，藉由透過連結構件82傳達的馬達84的動力而上下移動。在向處理容器10的外部貫通的支持銷81的貫通孔處，設置底部伸縮囊83，以保持處理容器10內的真空側與大氣側之間的氣密。
在處理容器10的周圍，以環狀或同心狀延伸的磁石66配置成上下2段。在處理容器10內，於噴淋頭38與載置台12之間的電漿生成空間，利用高頻電源32形成垂直方向的RF(radio frequency，射頻)電場，在晶圓W的表面附近生成吾人希望之氣體的高密度電漿。
在載置台12的內部設置了冷媒管70。從冷卻單元71經由配管72、73對該冷媒管70循環供給既定溫度的冷媒。另外，在靜電夾頭40的內部埋設了加熱器75。從未圖示的交流電源對加熱器75施加希望的交流電壓。根據上述構造，藉由冷卻單元71的冷卻與加熱器75的加熱，便可將靜電夾頭40上的晶圓W的處理溫度調整到希望的溫度。另外，亦可不設置加熱器75。另外，加熱器75亦可與接合劑層一起貼合於靜電夾頭40的下側表面。
控制裝置100控制安裝於電漿處理裝置1的各部分，例如氣體供給源62、排氣裝置28、加熱器75、直流電壓源42、開關43、整合器34、高頻電源32、導熱氣體供給源52、馬達84以及冷卻單元71。另外，控制裝置100隨時取得電流計45所檢測出的電流值以及電流值的時間積分值。控制裝置100亦與主電腦(圖中未顯示)等連接。
控制裝置100，設有未圖示的CPU(Central-Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)，CPU根據該等構件的記憶區域所儲存的各種處方實行電漿處理。處方中記載了相對於處理條件之裝置的控制資訊，亦即處理時間、處理室內溫度(上部電極溫度、處理室的側壁溫度、ESC溫度等)、壓力(氣體的排氣)、高頻電力或在夾頭電極40a導通、切斷的電壓值、各種處理氣體流量、導熱氣體流量等。
在上述構造的電漿處理裝置1中，為了進行蝕刻，首先使閘閥30打開並將搬運臂上所固持的晶圓W搬入處理容器10內。接著，利用從靜電夾頭40的表面突出的支持銷81，自搬運臂抬起晶圓W，使晶圓W固持在支 持銷81上。接著，在該搬運臂移出到處理容器10外之後，支持銷81下降到靜電夾頭40內，將晶圓W載置於靜電夾頭40上。
晶圓W搬入後，關閉閘閥30，從氣體供給源62將蝕刻氣體以既定的流量導入處理容器10內，利用排氣裝置28將處理容器10內的壓力減壓到設定值，使其穩定。然後，從高頻電源32對載置台12施加既定的高頻電力。另外，從直流電壓源42對夾頭電極40a導通電壓，將晶圓W固定於靜電夾頭40上。導熱氣體供給源52通過氣體供給管線54對靜電夾頭40上的晶圓W的背面供給He氣或Ar氣等的導熱氣體。從噴淋頭38以噴淋狀導入的蝕刻氣體，以高頻電源32的高頻電力加以電漿化。藉此，在上部電極(噴淋頭38)與下部電極(載置台12)之間的電漿生成空間生成電漿，利用所生成的電漿中的自由基或離子，蝕刻晶圓W的主面。
在電漿蝕刻結束後，在使晶圓從靜電夾頭40脫離時，切斷導熱氣體的供給，並切斷對夾頭電極40a所施加的電壓。在該狀態下，一邊將惰性氣體導入處理室內，以將處理室內維持在既定的壓力，一邊以電漿處理中在夾頭電極40a導通的電壓正負相反的電壓導通於夾頭電極40a，然後再切斷電壓。利用該處理而將存在於靜電夾頭40以及晶圓W的電荷去除。在該狀態下，使支持銷81上升，將晶圓W從靜電夾頭40抬起，使晶圓W從靜電夾頭40脫離。使閘閥30打開，在搬運臂移入處理室10內之後，支持銷81下降，將晶圓W固持於搬運臂上。接著，該搬運臂移出處理室外，下一片晶圓W被搬運臂搬入處理室內。重複該處理以連續對晶圓W進行處理。以上，係針對本實施態樣之電漿處理裝置的整體構造進行說明。
〔反電壓原理〕
接著，參照圖2說明一實施態樣之用於晶圓脫離控制的反電壓原理。圖2(a)係表示絶緣膜形成之前的靜電夾頭的狀態，圖2(b)係表示絶緣膜形成之後的靜電夾頭的殘留吸附狀態，圖2(c)係表示導通反電壓時的靜電夾頭的狀態。
例如，當從直流電壓源42導通2.5kw的電壓時，在夾頭電極40a累積電荷(在此為正電荷)。如圖2(a)所示的，在夾頭電極40a表層無堆積物質且未形成絶緣膜時，在晶圓W利用其與處理室內的氣體之間的氣體放電，會累積與在夾頭電極40a所累積的正電荷對應的負電荷。藉此，晶圓W被靜電吸附於靜電夾頭。在解除夾持晶圓W時，首先使直流電壓源42的輸出為0kw，且利用圖1的開關43，使夾頭電極40a與接地部44連接。藉此，在夾頭電極40a所累積的電荷會消失。另外，在晶圓W所累積的電荷，會因為其與處理室內的氣體之間的氣體放電而消失。藉此，晶圓W與靜電夾頭之間變得沒有電位差，可使晶圓W從靜電夾頭40剝離。
然而，在靜電夾頭40的表層，因為電漿處理所產生的反應生成物或因為電漿的損害等而堆積附著物，逐漸形成絶緣膜。如圖2(b)以及圖2(c)所示的，當絶緣膜41a變厚時，會在絶緣膜41a內累積電荷。例如，圖2(b)係表示在絶緣膜41a累積了負電荷的狀態。
在該狀態下，絶緣膜41a的電荷的一部分與晶圓W的正電荷互相吸引，絶緣膜41a的電荷的另一部分與夾頭電極40a的正電荷互相吸引，整體形成互相制衡的狀態。此時晶圓W形成被殘留電荷所吸附的狀態。另外，在夾頭電極40a也形成正電荷殘留的狀態，此係在夾頭電極40a導通電壓時，於夾頭電極40a所充蓄之電荷與殘留電荷的一部分互相制衡，故無法逃逸而殘留下來的狀態。該夾頭電極40a的電荷與殘留電荷的總量成比例而逐漸增加。在該狀態下，在晶圓W的背面側與表面側產生極化(polarization)現象。
因此，在晶圓W與靜電夾頭40表面之間產生殘留吸附力，即使支持銷81上升晶圓W也無法從靜電夾頭40脫離，有時甚至會因為支持銷81而使晶圓W發生破損。然後，一般的去除電荷處理並無法除去靜電夾頭40表面的帶電。
於是，在本實施態樣中，在夾頭電極40a導通反電壓，以避免在晶圓 W與靜電夾頭40表面之間產生殘留吸附力。如圖2(c)所示，反電壓，係指以一邊使晶圓W氣體放電，一邊使作為殘留電荷的總量的負電荷與夾頭電極40a的正電荷互相制衡，而使靜電夾頭40表面的電荷為零的方式，從直流電壓源42導通於夾頭電極40a的電壓。在該狀態下，於晶圓W的背面側與表面側不會產生極化現象。藉此，晶圓W與靜電夾頭40表面的殘留吸附力為零，晶圓W與靜電夾頭40沒有電位差，可使晶圓W從靜電夾頭40脫離。
另外，在上述說明中係假定在絶緣膜41a累積負電荷，惟這只是為了簡化說明而已，在絶緣膜41a所累積的電荷亦可為正電荷，或是混合著正電荷與負電荷。
〔反電壓決定方法〕
接著，針對一實施態樣之晶圓W的脫離控制所使用的反電壓決定方法進行說明。如上述反電壓原理所說明者，在夾頭電極40a累積之正電荷係與絶緣膜41a所累積之負的殘留電荷的總量成比例，並與其互相制衡。
在靜電夾頭40無殘留電荷的狀態下，載置晶圓W，在對夾頭電極40a使吸附晶圓W的既定電壓V1為ON時，於既定時間內所流過之電流的時間積分值Qon，與在切斷電壓V1時，於既定時間內所流過之電流的時間積分值Qoff相等，如式(1)所示。
Qon=Qoff......(1)
在此由於V1的值為已知，故晶圓W與夾頭電極40a之間的靜電電量Co可依式(2)而求得。
Co=Qon/V1......(2)
在靜電夾頭40存在殘留電荷的狀態下，即使切斷夾頭電極40a的電壓，在夾頭電極40a仍會留下與殘留電荷互相制衡用的電荷。因此，根據該電荷量切斷電壓時，在既定時間內所流過之電流的時間積分值Q'off會減 少，故其與時間積分值Qoff的差分由計算式(3)求得。所求得的數值為由於殘留電荷的影響而對夾頭電極40a所充蓄的差分電荷△Q。
△Q=Qon-Q'off......(3)
由於該差分電荷△Q與殘留電荷量成比例，故若根據該差分電荷△Q，將其與殘留電荷的總量Q的相關關係以後述的反電壓實驗預先求出的話，則可使用以式(2)所求得的靜電電容Co，將反電壓Vc依式(4)決定。亦即，可求得差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係。
Vc=殘留電荷的總量Q/Co=α△Q/Co(α：常數)......(4)
〔反電壓的實驗〕
接著，參照圖3說明一實施態樣之用於晶圓脫離控制之：根據因為殘留電荷而對夾頭電極40a所充蓄的差分電荷△Q與殘留電荷的總量Q的相關關係，求得反電壓Vc的實驗。圖3係表示一實施態樣的測定裝置。
測定裝置200具備：離化器202、電流計204、表面電位計206、馬達208、排氣裝置212、靜電夾頭40、直流電壓源42。
在此，離化器202對靜電夾頭40表面充蓄電荷以模擬產生殘留電荷。在該狀態下，將馬達208驅動，使晶圓W下降並載置於靜電夾頭40正上方。另外，使直流電壓源42的電壓對靜電夾頭40的夾頭電極40a為導通或切斷。在對夾頭電極40a導通電壓的狀態下，以馬達208將晶圓W吊起，並監測晶圓W從靜電夾頭40剝離時的電壓。另外，在對夾頭電極40a導通電壓或是切斷時，在既定時間內從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值，以夾頭電極40a與直流電壓源42之間的電流計204監測。測定裝置200內可利用排氣裝置212減壓。
在靜電夾頭40無殘留電荷的狀態下，在夾頭電極40a導通電壓V1之後再切斷，監測電流的時間積分值。藉此，根據式(1)、式(2)求出Qon、Co。然後，利用離化器202在靜電夾頭40的表面使既定殘留電荷總量Q 模擬生成後載置晶圓W，對夾頭電極40a導通電壓之後切斷，監測在切斷之後的既定時間所流過之電流的時間積分值Q'off，利用式(3)求得△Q。另外，將對夾頭電極40a所施加的電壓逐步地階段性提高至較大的數值並使其為ON，對應於此重複將晶圓W吊起的動作。將晶圓W從夾頭電極40a剝離時的電壓當作相對於既定殘留電荷總量Q的反電壓Vc。將其根據不同數值的既定殘留電荷總量Q求出，以求得差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係(α的值)，並求得式(4)的關係。根據以上可求得差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係。
以上，係針對反電壓原理、反電壓決定方法、經過反電壓實驗的反電壓所致之晶圓W的脫離控制進行說明。以下，具體說明用反電壓使晶圓W從靜電夾頭40脫離的脫離控制方法。在說明當中，首先，參照圖4說明實行本實施態樣之脫離控制方法的控制裝置100的功能構造，接著，參照圖5說明本實施態樣之脫離控制方法。圖4係本實施態樣之控制裝置100的功能構造圖，圖5係實行一實施態樣之脫離控制方法的流程圖。
〔控制裝置的功能構造〕
控制裝置100控制電漿處理裝置1。在此，以實行使晶圓W從靜電夾頭40脫離的控制方法的控制裝置100的功能為中心進行說明。圖4所示的控制裝置100具備：程序實行部105、取得部110、控制部115以及記憶部120。
程序實行部105，在記憶部120所儲存的複數處方之中，選擇希望的程序處方，依照該程序處方實行程序處理。在此，係實行蝕刻處理。另外，程序實行部105亦可依照記憶部120所儲存的清潔處方實行清潔處理。
取得部110，於既定時間內測定在電漿處理後，切斷導通於夾頭電極40a的電壓，然後從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off，取得電流的時間積分值，作為測定結果。
控制部115算出與預先設定好的在無殘留吸附的狀態下所測量到的對夾頭電極40a的電壓導通時的電流之時間積分值Qon，以及取得部110所取得的電流之時間積分值Q'off的差分電荷△Q對應的反電壓Vc。控制部115在處理室內導入惰性氣體，使反電壓Vc導通於夾頭電極40a。控制部115在後述的脫離控制中實行直流電壓源42的電壓控制(HV電壓控制)、反電壓算出、支持銷81的升降控制、反電壓處理的開始條件判定等。
在記憶部120中，儲存了實行蝕刻處理用的複數程序處方，或實行清潔處理用的清潔處方等。另外，在記憶部120中，儲存了在無殘留吸附的狀態下所測量到的對夾頭電極40a的電壓導通時的電流之時間積分值Qon、晶圓W與夾頭電極40a之間的靜電電容Co、根據殘留電荷而對夾頭電極40a所充蓄的差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係。記憶部120可使用例如半導體記憶體、磁光碟、或光碟等作為RAM、ROM而實現。處方，亦可儲存於記憶媒體，並透過未圖示的裝置讀入記憶部120，另外，亦可從未圖示的網路下載並儲存於記憶部120。另外，為了實現上述各部的功能，亦可使用DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)取代CPU。
另外，控制裝置100的功能，可用軟體運作而實現，亦可用硬體運作而實現。
以上，係針對實行本實施態樣之脫離控制方法的控制裝置100的功能構造進行說明。接著，參照圖5說明使用以上所說明的控制裝置100的各個部位的功能而以控制裝置100進行控制的脫離控制方法。
〔控制裝置的動作：脫離控制方法〕
首先，將晶圓W搬入處理室內，在開始電漿處理時，導入處理氣體，將處理室內維持在既定的壓力(S100)。接著，將高頻電力導入處理室內以產生電漿(S101)。在電漿產生後，對夾頭電極40a導通電壓，使晶圓受到靜電吸附(S102)。之後，在晶圓背面與靜電夾頭40表面之間供給導熱氣 體，在該狀態下進行既定時間的電漿處理(S103)。在電漿處理結束後，切斷處理氣體以及高頻電力(S104)，並切斷導熱氣體的供給(S105)，然後在處理室內導入惰性氣體，以維持在既定的第1壓力(100mTorr~400mTorr)(S106)。接著，在切斷夾頭電極40a的電壓之後，在既定時間內測定從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off(S107)。
接著，以電漿處理中導通的夾頭電極40a的電壓正負相反的電壓導通於夾頭電極40a(S108)，然後，切斷夾頭電極40a的電壓(S109)。接著，進行反電壓處理(S110)。
另外，步驟S108、S109係一般的去除電荷處理，以下所說明的圖6係本實施態樣之使用反電壓的去除電荷處理。另外，關於為了求出電流的時間積分值Q'off的既定時間，容後詳述。
圖6係表示反電壓處理的流程圖。在圖6的反電壓處理開始時，根據在步驟S107所算出的從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off，以及在記憶部120中所儲存的無殘留電荷狀態的電流時間積分值Qon，使用式(3)，算出因為殘留電荷而對夾頭電極40a所充蓄的差分電荷△Q(S200)。
接著，根據在步驟S200中所算出的差分電荷△Q、在記憶部120中所儲存的晶圓與夾頭電極之間的靜電電容Co、同樣在記憶部120中所儲存的差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係(常數α)，使用式(4)算出反電壓Vc(S202)。
例如，圖7(a)係流過電流計45的電流波形，圖7(b)係表示此時對夾頭電極40a導通、切斷的電壓值。圖7(a)所示之電流波形，在時刻T0，切斷從直流電壓源42導通於夾頭電極40a的電壓。之後瞬間電流計45檢測出第1個電流峰值。在時刻T1，從直流電壓源42對夾頭電極40a導通逆電壓。此時，在電流計45出現第2個電流峰值。在時刻T2，切斷從直流電壓源42導通於夾頭電極40a的逆電壓。此時，在電流計45出現第3個 電流峰值。
時刻T3係切斷逆電壓的時刻T2之後的任意時刻。如上述，亦可將在去除電荷處理後、切斷對夾頭電極40a所施加的電壓(時刻T0)之時點所流的時間T0-T1之間的既定時間內的電流之時間積分值，當作從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off。亦可將切斷逆電壓(時刻T2)的時點所流之時間T2-T3之間的既定時間內的電流之時間積分值，當作從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off。此時用來求出電流的時間積分值Q'off的既定時間，係從第1個電流峰值或是第3個電流峰值的大小縮小到20%~80%左右的時間範圍所選出的時間。在本實施態樣中，至少以時間T0-T1之間的既定時間內的電流之時間積分值，或是時間T2-T3之間的既定時間內的電流之時間積分值作為電流的時間積分值Q'off，惟只要使用差分電荷△Q與反電壓Vc的相關關係良好者即可。
在圖7(b)中，在下一片晶圓的電漿處理中對夾頭電極40a再次導通電壓(時刻T4)，在電漿處理後，切斷導通於夾頭電極40a的電壓(時刻T5)，在從時刻T5到時刻T8的既定時間內，再次利用電流計45測定從夾頭電極40a所流的電流之時間積分值Q'off。如上述對每一片晶圓測定電流的時間積分值Q'off，根據測定結果重複後述的反電壓的回授控制。
在步驟S202算出反電壓Vc之後，在處理室內導入氣體，產生電漿(S204)，對夾頭電極40a導通反電壓Vc(S206)。藉此，靜電夾頭40表面的電荷變為零，晶圓W與靜電夾頭40表面的殘留吸附力變為零，故可使晶圓W從靜電夾頭40脫離。
接著，使支持銷81上升以支持靜電夾頭40上的晶圓W(S208)，並切斷反電壓(S210)。藉由以上步驟結束反電壓處理。
如以上所說明，在本實施態樣之脫離控制方法中，於程序處理後，進行去除電荷處理，然後進行反電壓處理。藉此，可使晶圓W從靜電夾頭40 脫離。
在此，回授控制直流電壓源42的電壓以使晶圓W從靜電夾頭40脫離時，該回授控制所花費的時間為1秒左右。因此，並不會因為實行反電壓處理而導致處理量降低。另外，就利用殘留電荷對晶圓W施加逆電壓的去除電荷方法也無法脫離的緊急情況下，仍可使晶圓W從靜電夾頭40脫離。再者，在本實施態樣之脫離控制方法中，在以支持銷81抬起晶圓W之前，已經知道會產生具備何種程度電氣吸附力的電壓，故可避免使晶圓W破損的風險。
另外，在本實施態樣中，係不考慮算出的反電壓的大小，一律實行反電壓處理，並實行回授控制使晶圓W脫離，惟亦可在反電壓超過既定的閾值時，判定為異常並停止電漿處理裝置1的運作。
另外，在本實施態樣中，係在導通反電壓時，在處理室內導入氣體，以生成電漿，惟所導入的氣體宜為惰性氣體。另外，亦可取代生成電漿，或與電漿的生成一起，進行DC放電。
〔控制裝置的動作：變化實施例〕
在以上的實施態樣中，係無條件對所有的晶圓W，在反電壓處理中實行回授控制，惟亦可在滿足開始條件時才實行反電壓處理，不滿足開始條件時則不實行反電壓處理。
在圖8所示的變化實施例的反電壓處理中，於圖6的反電壓處理追加步驟S212，在步驟S212中進行與反電壓處理的開始條件相關的判定處理。除此以外的步驟均與圖6相同。
亦即，在本變化實施例之反電壓處理中，在實行步驟S200以算出差分電荷△Q之後，在步驟S212中，判定差分電荷△Q是否超過預先設定好的閾值。然後，當判定差分電荷△Q超過閾值時，算出反電壓Vc，實行使算 出的反電壓Vc導通於夾頭電極40a的處理(S202~S210)，當判定差分在閾值以下時，不使反電壓導通於夾頭電極40a，結束本處理。
根據本變化實施例，當判定差分超過閾值時，判定其為因為殘留吸附力造成晶圓W不易脫離的狀態，有必要進行利用反電壓的去除電荷處理。另一方面，當判定差分在閾值以下時，判定殘留吸附力沒有那麼大，不需要進行利用反電壓的去除電荷處理。
如上述，步驟S212成為本實施態樣的反電壓處理的開始條件。例如，在晶圓清潔處理後，靜電夾頭表面受到洗淨，因而不滿足該開始條件時，不進行反電壓處理。如上述，反電壓處理在靜電夾頭40表面發生變化、絶緣膜41a成為既定厚度以上的條件滿足之前不會開始，絶緣膜41a達到既定厚度以上時才初次自動開始。藉此，可省下無效的處理，進而達到節省能源之目的。
另外，步驟S212的電流之時間積分值是否超過預先設定好的閾值之判定，可如本變化實施例一般，以晶圓為單位(以既定的被處理體的處理片數為單位)進行，亦可以批次為單位進行。
以上，根據一實施態樣以及變化實施例之脫離控制方法，可利用直流電壓源的反電壓控制，使晶圓W容易從靜電夾頭40脫離。藉此，即使靜電夾頭表面發生變質，晶圓W逐漸地變得不易脫離，晶圓W無法脫離這種問題產生的時間仍可得到延後。藉此，可達到減輕顧客的晶圓損失，或提高裝置運作效率之目的。
<結尾>
以上，係參照所附圖式針對本發明的較佳實施態樣詳細說明，惟本發明並非僅限於相關實施例。若為在本發明所屬技術領域中具有通常知識者，顯然可在專利請求範圍所記載的技術思想範疇內，思及各種變化實施例或修正實施例，並了解該等實施例當然屬於本發明的技術範圍。
例如，本發明之電漿處理裝置，如圖9所示，具有分割成3個以上區域的加熱器75，夾頭電極40a亦可對應加熱器75的分割區域予以分割。加熱器75亦可設置於靜電夾頭40內或其附近部位。圖9中，加熱器75埋設於靜電夾頭40內。加熱器75分割成位於中心的中央區域75a1、在中央區域75a1的外周圍側以同心圓狀設置的中間區域75a2、最外周圍的邊緣區域75a3。夾頭電極40a，對應加熱器75的各分割區域，也分割成中央夾頭電極40a1、中間夾頭電極40a2、邊緣夾頭電極40a3。中央夾頭電極40a1、中間夾頭電極40a2、邊緣夾頭電極40a3，與直流電壓源42a1、直流電壓源42a2、直流電壓源42a3分別連接。
藉此，對每一個由中央夾頭電極40a1、中間夾頭電極40a2、邊緣夾頭電極40a3所構成的區域算出反電壓Vc。藉此，可根據每一區域的靜電夾頭40的殘留電荷狀態調整反電壓Vc。例如，當只有最外周圍的邊緣區域範圍因為殘留電荷而殘留吸附力較大時，可以控制只在最外周圍的邊緣區域範圍導通反電壓。如此即使殘留電荷在面內的分布不同，亦可使晶圓W不破裂不偏移地從靜電夾頭40脫離。
另外，例如，本發明之電漿處理裝置亦可具有雙電極構造。參照圖10說明雙電極與反電壓，靜電夾頭40具有雙極夾頭電極40a4、40a5。亦即，在靜電夾頭40內或是表面設置兩片相同形狀的電極。對雙極夾頭電極40a4、40a5導通正負相反的電壓則會累積不同極性的電荷。在雙電極構造中，通常，對各夾頭電極40a4、40a5導通的電壓值較小。因此，對晶圓W的電性損害也較小。
雙極夾頭電極40a4、40a5與直流電壓源78、直流電壓源79連接。藉此，對各個雙電極的夾頭電極40a4、40a5算出反電壓Vc。如此可根據各夾頭電極40a4、40a5的靜電夾頭40的殘留電荷狀態，調整反電壓Vc。
以上，關於在電漿處理裝置所實行的電漿處理，係舉電漿蝕刻為例進 行說明，惟本發明並不限於電漿蝕刻，例如，亦可應用於實行利用化學氣相蒸鍍(CVD：Chemical Vapor Deposition)在晶圓上形成薄膜的電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍、灰化等的電漿處理裝置。
另外，本發明之電漿處理裝置，並不限於利用在處理室內的平行平板電極之間所發生的高頻放電而產生電容耦合電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)的電容耦合型電漿處理裝置，例如，亦可應用於在處理室的頂面或周圍配置天線而在高頻的感應電磁場之下產生電感耦合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)的電感耦合型電漿處理裝置、利用微波的功率產生電漿波的微波電漿處理裝置等。
在本發明中實施電漿處理的被處理體，並不限於半導體晶圓，例如，亦可為平板顯示器(FPD：Flat Panel Display)用的大型基板、EL元件或是太陽電池用的基板。
S200~S210‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種脫離控制方法，用以使被處理體從具有夾頭電極且以靜電吸附被處理體的靜電夾頭脫離，其特徵為包含：在該被處理體的電漿處理之後，切斷導通於該夾頭電極的電壓，然後根據在既定時間內測定從該夾頭電極所流的電流之測定結果，取得電流的時間積分值的步驟；算出電漿處理中在該夾頭電極導通電壓時所充蓄的既定電荷量與該取得之電流的時間積分值的差分之步驟；從該差分算出與該靜電夾頭的殘留電荷量對應的反電壓的步驟；判定該差分是否超過預先設定好的閾值的步驟；當判定超過該閾值時，在該夾頭電極導通該反電壓的步驟；以及在導通該反電壓之後，使支持被處理體的支持銷上升，以使該被處理體從該夾頭上脫離，然後切斷該反電壓的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之脫離控制方法，其中，該既定時間內所測定之電流，係於切斷導通於該夾頭電極的電壓之後瞬間所流的電流。
  3. 如申請專利範圍第1項之脫離控制方法，其中，該既定時間內所測定之電流，係在該夾頭電極導通逆電壓，再切斷該逆電壓之後瞬間所流的電流。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之脫離控制方法，其中，該既定時間內所測定之電流的時間積分值，係利用設置在該夾頭電極與該直流電壓源之間的電流計進行測定。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之脫離控制方法，其中，該差分是否超過預先設定好的閾值之判定，係以批次為單位或是以既定的被處理體的處理片數為單位進行。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之脫離控制方法，其中，在該靜電夾頭內或附近設置加熱器，該加熱器分割成複數區域，在每個區域設置夾頭電極與直流電壓源，在各區域的夾頭電極分別算出該反電壓，在該每個區域的夾頭電極導 通該反電壓。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之脫離控制方法，其中，該夾頭電極分割成雙電極，在雙電極分別設置直流電壓源，算出該雙電極的各自的該反電壓，在該雙電極分別導通該反電壓。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之脫離控制方法，其中，該既定時間係從導通於該夾頭電極的電壓切斷之後，由該夾頭電極所流的電流之峰值的大小變成20%~80%為止的時間範圍中選出。
  9. 一種電漿處理裝置的控制裝置，該電漿處理裝置具有靜電夾頭，該靜電夾頭具有夾頭電極且以靜電吸附被處理體，該控制裝置的特徵為包含：取得部，在該被處理體的電漿處理之後，切斷導通於該夾頭電極的電壓，然後根據在既定時間內測定從該夾頭電極所流的電流之測定結果，取得電流的時間積分值；以及控制部，算出電漿處理中在該夾頭電極導通電壓時所充蓄的既定電荷量與該取得之電流的時間積分值的差分；從該差分算出與該靜電夾頭的殘留電荷量對應的反電壓；判定該差分是否超過預先設定好的閾值；當判定超過該閾值時，在該夾頭電極導通該反電壓；以及在導通該反電壓之後，使支持被處理體的支持銷上升，以使該被處理體從該夾頭上脫離，然後切斷該反電壓。
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