TWI764967B - 計測方法、除電方法及電漿處理裝置 - Google Patents

計測方法、除電方法及電漿處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於使晶圓從靜電夾具脫離之前，先預測晶圓的殘留電荷量。

其解決方法係提供一種計測方法，係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理後，藉由讓用以支撐基板之銷的上下移動來使該基板震動；使該基板震動時，會從吸附電極的感應電流來計算出基板的殘留電荷量；會對應於所計算出之基板的該殘留電荷量，來計算出對該吸附電極之施加電壓。

Description

計測方法、除電方法及電漿處理裝置
本發明係關於一種計測方法、除電方法及電漿處理裝置。
重複實行電漿處理時，靜電夾具的表面會蓄積有殘留電荷。會因電漿處理時所生成之反應生成物沉積在靜電夾具的表面，而造成表面隨著時間變化。然後，電荷會蓄積在由表面的沉積物所形成之絕緣膜，而成為殘留電荷。如此般地，靜電夾具的表面便會帶電，而相對於晶圓產生因殘留電荷所致之吸附力。由於該吸附力，當藉由銷的上升力來抬舉晶圓時，晶圓便會破裂或彈起。
上述靜電夾具表面的殘留電荷縱使藉由除電處理仍無法去除。於是，專利文獻1中，係預先計測靜電夾具表面在尚未有殘留電荷之初期狀態之靜電夾具的電極(以下稱作「吸附電極」。)所蓄積之電荷量。然後，計算關閉靜電夾具時因所流過的電流值而帶電所變動的電荷量，並由其差值來決定殘留電荷量。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開平2013-161899號公報
然而，靜電夾具表面的殘留電荷量會依晶圓而異，又，會因靜電夾具的使用條件、使用履歷、製程條件等而變化。因此，在使晶圓從靜電夾具脫離之際，要正確地設定對應於殘留電荷量之除電條件便有所困難。另一方面，為了不對晶圓造成損傷，在使晶圓從靜電夾具脫離之前，仍必須先測定會影響到晶圓之殘留電荷量。
針對上述課題，在一面相中，本發明之目的為使晶圓從靜電夾具脫離之前，便先預測晶圓的殘留電荷量。
為解決上述課題，依據一樣態，乃提供一種計測方法，係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理後，藉由讓用以支撐基板之銷的上下移動來使該基板震動；使該基板震動時，會從吸附電極的感應電流來計算出基板的殘留電荷量；會對應於所計算出之基板的該殘留電荷量，來計算出對該吸附電極之施加電壓。
依據該一面相，便可在使晶圓從靜電夾具脫離之前先預測晶圓的殘留電荷量。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧處理容器
20‧‧‧搬送台(下部電極)
22‧‧‧靜電夾具
23‧‧‧吸附電極
24‧‧‧電夾具的基材
25‧‧‧聚焦環
30‧‧‧介電層
32‧‧‧第1高頻電源
34‧‧‧第2高頻電源
36‧‧‧直流電壓源
37‧‧‧開關
40‧‧‧氣體噴淋頭(上部電極)
42‧‧‧擴散室
50‧‧‧氣體供應源
65‧‧‧排氣裝置
80‧‧‧相位檢波器
81‧‧‧電流增幅器
82‧‧‧銷移動器
90‧‧‧支撐銷
100‧‧‧控制部
圖1係顯示一實施型態相關之電漿處理裝置的縱剖視圖一例之圖式。
圖2係顯示一實施型態相關之因晶圓的位移所產生之感應電流一例之圖式。
圖3係顯示一實施型態相關之殘留電荷的計測方法所使用之裝置模型一例之圖式。
圖4係顯示一實施型態相關之吸附電極的感應電流i3(t)之圖表一例之圖式。
圖5係顯示使用一實施型態相關之吸附電極的感應電流i3(t)，來從式(15)、式(16)及式(17)所導出的計算結果一例之圖式。
圖6係用以說明一實施型態相關之吸附狀態之圖式。
圖7係用以說明一實施型態相關之殘留電荷的計測時間點之圖式。
圖8係顯示一實施型態相關之殘留電荷的計測處理及除電處理一例之流程圖。
圖9係顯示一實施型態相關之靜電夾具為新品的情況，晶圓吸附時之 靜電電容的測定結果一例之圖式。
圖10係顯示一實施型態相關之靜電夾具為中古的情況，晶圓吸附時之靜電電容的測定結果一例之圖式。
以下，針對用以實施本發明之型態，參閱圖式來加以說明。此外，本說明書及圖式中，針對實質相同的構成則賦予相同的符號而省略重複說明。
[電漿處理裝置的整體構成]
首先，針對電漿處理裝置1的一範例，參閱圖1來加以說明。本實施型態之電漿處理裝置1係電容耦合型的平行平板電漿處理裝置，具有略圓筒形的處理容器10。處理容器10的內面係施有耐酸鋁處理(陽極氧化處理)。處理容器10的內部為藉由電漿來進行蝕刻處理或成膜處理等電漿處理之處理室。
台座20係載置為基板一例之晶圓W。台座20係由例如鋁(Al)、鈦(Ti)或碳化矽(SiC)等所形成。台座20亦具有下部電極的功能。
台座20的上側係設置有用以靜電吸附晶圓W之靜電夾具22。靜電夾具22係成為將吸附電極23挾置於介電體的基材24之間之構造。吸附電極23係透過開關37而連接有直流電壓源36。從直流電壓源36對吸附電極23施加直流電壓HV，則晶圓W便會因庫倫力而被吸附在靜電夾具22。
靜電夾具22外周側的上部係載置有圍繞晶圓W的外緣部般之圓環狀聚焦環25。聚焦環25係由例如矽所形成，具有使得電漿朝向晶圓W的表面聚集來提高電漿處理的效率之功能。
台座20係藉由支撐體21而被加以支撐。藉此，則台座20便會被保持在處理容器10的底部。支撐體21的內部亦可形成有冷媒流道。又，亦可將傳熱氣體供應至晶圓W的內面。使冷媒循環於冷媒流道，並將傳熱氣體供應至晶圓W的內面，藉此來控制晶圓W的溫度。
台座20係從第1高頻電源32施加有第1頻率的電漿生成用高頻電力 HF。又，台座20係從第2高頻電源34施加有較第1頻率要低之第2頻率的偏壓產生用高頻電力LF。第1高頻電源32係透過第1匹配器33而電連接於台座20。第2高頻電源34係透過第2匹配器35而電連接於台座20。第1高頻電源32會對台座20施加例如40MHz的高頻電力HF。第2高頻電源34會對台座20施加例如13.56MHz的高頻電力LF。此外，本實施型態中，第1高頻電力雖係對台座20施加，但亦可對氣體噴淋頭40施加。
第1匹配器33會將負荷阻抗整合至第1高頻電源32的內部(或輸出)阻抗。第2匹配器35會將負荷阻抗整合至第2高頻電源34的內部(或輸出)阻抗。
氣體噴淋頭40係透過披覆其外緣部之遮蔽環11而以封閉處理容器10之頂部的開口之方式被加以安裝。氣體噴淋頭40為接地狀態。氣體噴淋頭40亦可由矽所形成。氣體噴淋頭40亦具有作為對向於台座20(下部電極)之對向電極(上部電極)的功能。
氣體噴淋頭40係形成有能夠導入氣體之氣體導入口41。氣體噴淋頭40的內部係設置有用以供氣體擴散之擴散室42。從氣體供應源50輸出的氣體係透過氣體導入口41而被供應至擴散室42並擴散，再從多個氣體供應孔43被導入至處理容器10的內部。
處理容器10的底面係形成有排氣口60，而藉由連接於排氣口60之排氣裝置65來將處理容器10內排氣。藉此，便可將處理容器10內維持在特定的真空度。處理容器10的側壁係設置有閘閥G。閘閥G會在從處理容器10進行晶圓W的搬入及搬出之際加以開閉。
電漿處理裝置1係設置有能夠控制裝置整體的動作之控制部100。控制部100係具有CPU(Central Processing Unit)105、ROM(Read Only Memory)110及RAM(Random Access Memory)115。CPU105係依據儲存在RAM115等的記憶區域之配方，來實行蝕刻等之所欲處理。配方係記載有針對製程條件之裝置的控制資訊，即製程時間、壓力(氣體的排氣)、高頻電力或電壓、各種氣體流量、處理容器內溫度(上部電極溫度、處理容器的側壁溫度、晶圓W溫度、靜電夾具溫度等)、冷媒的溫度等。此外，顯示有該 等的程式或處理條件之配方亦可被記憶在硬碟或半導體記憶體。又，配方亦可在被收納於CD-ROM、DVD等可移動性之可藉由電腦來被讀取的記憶媒體之狀態下被安裝在特定位置，並被讀取。
在晶圓的搬送時，閘閥G的開閉會受到控制。將晶圓W搬入至處理容器10時，晶圓W會從臂部被傳遞至支撐銷90。支撐銷90係設置為例如3根，而會貫穿台座20來支撐晶圓W。
支撐銷90係藉由銷移動器82的驅動而上下移動。當支撐銷90下降來將晶圓W載置於台座20，則直流電壓源36便會對吸附電極23施加直流電壓HV，來將晶圓W吸附在靜電夾具22並加以保持。
氣體供應源15會對處理容器10內供應處理氣體。第1高頻電源32會對台座20施加第1高頻電力，第2高頻電源34會對台座20施加第2高頻電力。藉此，便能藉由晶圓W的上方所生成之電漿的作用與離子的吸引，來對晶圓W施予特定的電漿處理。
在電漿處理後，直流電壓源36會對吸附電極23施加和晶圓W的吸附時正負相反之直流電壓，或是後述所算出的直流電壓，來去除晶圓W的電荷。藉此，則晶圓W便會從靜電夾具22剝離，並從閘閥G被搬出至處理容器10的外部。接著進行下一晶圓W的搬入、電漿處理及搬出。
[靜電感應電流]
本實施型態中，係在使晶圓W脫離之前，便先將晶圓W上下震動。此時，產生於吸附電極23之靜電感應電流(以下稱作「感應電流」。)會因電流增幅器81而被增幅，並輸入至相位檢波器80。從相位檢波器80會輸出感應電流的直流電流。
對晶圓W進行電漿處理後，在將晶圓W搬出之際，會因靜電夾具22表面之殘留電荷的影響而使電荷蓄積在晶圓W。本實施型態中，係在此狀態下使銷上下移動。用以使銷上下移動之訊號(以下稱作「參考訊號」。)係藉由控制部100而受到控制，並被輸入至銷移動器82。藉由銷移動器82會對應於參考訊號的輸入而驅動，來使支撐銷90移動。
如後所述般，參考訊號的振幅可為1mm以下，更佳為0.5mm以下。又， 參考訊號的頻率較佳為1Hz以上，10Hz以下。
當支撐銷90移動來使晶圓W位移時，便會流有感應電流。圖2中，線B係顯示支撐銷90的移動速度，線A係顯示對應於支撐銷90的移動而流動之感應電流。當支撐銷90從移動速度0mm/sec變化為5mm/sec而開始抬舉晶圓W時，對應於晶圓W的位移之感應電流便會開始流動，最大會流有大約-1.0[μA]程度的感應電流。此時，負的感應電流會流動或是正的感應電流會流動係決定於蓄積在晶圓W之電荷的正負。
此時，感應電流會流往對向於晶圓W之所有的電極。亦即，感應電流會流往吸附電極23、上部電極40及處理容器10的內壁。圖2係計測吸附電極23所產生的感應電流之圖式。本實施型態中，如圖3之模型及等價電路所示般，吸附電極23係設置有電流計A，而藉由電流計A來測定感應電流。
又，圖2之範例中，支撐銷90的移動距離為0.52mm。亦即，藉由支撐銷90的上下移動，則晶圓W便會位移0.52mm左右。圖3之模型的左側係顯示晶圓W被載置於台座20之狀態，模型的右側係顯示晶圓W藉由支撐銷90而從台座20被稍微抬舉0.52mm左右之狀態。晶圓W係以並非完全地從靜電夾具22脫離，而是一部分因殘留吸附被吸附在靜電夾具22之狀態，來被支撐銷90抬舉並微微地上升。
[相位檢波法]
感應電流與溢漏電流的相位相差為90°。於是，相位檢波器80便會將感應電流的直流電流與溢漏電流加以分離並輸出。
藉由開爾文法之金屬電極的電位測定中，係以任意電位之電極間(例如，如電容器般，兩電極(雙極)係與電源直接連接)的線為對象。相對於此，本實施型態相關之電漿處理裝置1中，晶圓W係成為浮接電極而為無法特定出電位之狀態，電位測定的條件係僅有吸附電極23的單極。因此，本實施型態相關之電漿處理裝置1中，便無法使用開爾文法來測定吸附電極23(單極)的電位。於是，本實施型態中，便必須由晶圓W與靜電夾具22的物理構造來計算靜電電容C，來連結晶圓W的電位V與殘留電荷量Q。
使用圖3之等價電路來做說明，開爾文法係適用在內含有圖3的晶圓W及基材24之上部電極(氣體噴淋頭40)與吸附電極23之兩個電極(雙極)，可測定兩電極間的電位。然而，開爾文法中並無法測定晶圓W與吸附電極23(單極)的狀態。
另一方面，本實施型態相關之計測方法則可直接測定晶圓W與吸附電極23的狀態。晶圓W的破裂或彈飛起因於靜電夾具22表面的狀態變化所致之晶圓W的殘留吸附。對於防止上述晶圓W的破裂或彈飛之課題來說，本實施型態相關之計測方法中，係在使晶圓自靜電夾具22脫離之前便先算出晶圓W的殘留電荷量Q，再從所計算出之殘留電荷量Q來計算出除電電壓V。
本實施型態中，係從由相位檢波器80所輸出之感應電流的直流電流來計算出殘留電荷量Q，再從所計算出之殘留電荷量Q來計算出除電電壓V。然後，藉由在除電處理時逆施加除電電壓V，便可在無晶圓W的破裂、晶圓W的彈飛等之狀態下使晶圓自靜電夾具22脫離。逆施加係指在電漿處理時，施加和使晶圓W吸附在靜電夾具時所施加之直流電壓HV極性相反的電壓之意思。
原本並不知殘留電荷量Q不會使晶圓W剝落，但本實施型態中，係藉由支撐銷90來使晶圓W震動而稍微位移。藉此，藉由使以Q=CV(晶圓W的殘留電荷量Q、晶圓與吸附電極之間的靜電電容C、晶圓W的電位V)的數式所示之ΔCV變化來導出ΔQ。然後，藉由相位檢波法(鎖相(Lock-in)檢測：即Lock-in放大器)來計算出殘留電荷量Q。此外，晶圓與吸附電極之間的靜電電容C係指晶圓、晶圓與吸附電極之間、吸附電極本身之3者所構成的靜電電容。
[殘留電荷量的計算結果]
圖4係顯示本實施型態相關之吸附電極的感應電流i3(t)之圖表一例。計算條件係將晶圓W的電位設定為-300V，將參考訊號的頻率設定為10Hz，將參考訊號的振幅設定為10μm，且將參考訊號的偏移量(off-set)設定為10μm。
此外，晶圓W的電位為實際上無法測定之晶圓W與地面的電位差，在此係設定為-300V。只要晶圓W的電位為-300V左右，便不會在使晶圓自靜電夾具22脫離之際發生晶圓W的破裂或彈飛等。參考訊號之振幅的偏移量係表示參考訊號之振幅的中心值。
圖4之曲線C為晶圓W的電壓相當於100V時，曲線D為晶圓W的電壓相當於50V時之感應電流i3(t)的推移。所流經之感應電流的正負係決定於蓄積在晶圓W之電荷的正負。
圖5係顯示當晶圓W的電位V為50V時及100V時，使用吸附電極的感應電流i3(t)而從後述的式(15)、式(16)及式(17)所導出之晶圓W的殘留電荷量計算結果一例。晶圓W之殘留電荷量的計算結果中，理想值為不含介電層的部分之殘留吸附時晶圓W的殘留電荷，預測值為包含有介電層的部分之殘留吸附時晶圓W的殘留電荷。
理想的吸附狀態如圖6(a)所示，為晶圓W與吸附電極23之間產生有相互吸引的吸附力之狀態。此吸附力在原理上會存在，故不會成為殘留吸附的問題。亦即，晶圓與吸附電極23之間為正常的殘留吸附狀態，即理想的吸附狀態。當靜電夾具22為新品，而沉積物尚未附著在靜電夾具22的表面時，便會成為圖6(a)所示之理想的吸附狀態。
理想的吸附狀態之情況下，除電處理後的狀態會如圖6(b)所示。此處，除電處理係藉由將和使晶圓W吸附在靜電夾具之際所施加之電壓HV正負相反而大小相同的電壓施加在吸附電極23來進行。
此情況下，會因殘留在晶圓W之殘留電荷量，而在晶圓W與吸附電極23之間產生殘留吸附力。此狀態為正常的殘留吸附狀態，此時晶圓W之殘留電荷的計算結果為圖5所示之理想值(不包含介電層分之殘留吸附)。
在此狀態下，晶圓W的殘留電荷量Q(理想值)當晶圓W的電壓相當於50V時，計算結果為0.6[μC]，當晶圓W的電壓相當於100V時，計算結果為1.3[μC]。此計算結果係使用吸附電極的感應電流i3(t)而由後述的式(15)、式(16)及式(17)來加以導出。
另一方面，使用靜電夾具22，而沉積物慢慢地附著在靜電夾具22的表 面之情況下，除電處理後的狀態係如圖6(c)所示。
圖6(c)所示之狀態下，靜電夾具22的表面會存在有沉積反應物之介電層30。在此狀態下縱使進行上述除電處理，仍會因介電層30所帶電的殘留電荷，而在晶圓W與介電層30之間產生殘留吸附力。此會成為使晶圓破裂的主要原因之殘留吸附，而為異常的殘留吸附狀態。特別是由於晶圓W與介電層30的距離很近，故縱使介電層30的殘留電荷量很小，仍會在晶圓W與靜電夾具22之間產生很強的吸附力。又，由於介電層30的殘留電荷量係隱藏在晶圓W的下面，故難以被除電。
本實施型態中，是縱使在上述般的狀態下，仍可在使晶圓W脫離之前先算出晶圓W之殘留電荷量的預測值。亦即，此時晶圓W之殘留電荷的計算結果為圖5所示之預測值(包含有介電層的分之殘留吸附)。
此狀態中，晶圓W的殘留電荷量Q(預測值)當晶圓W的電壓相當於50V時，計算結果為0.5[μC]，當晶圓W的電壓相當於100V時，計算結果為1.1[μC]。此計算結果係使用吸附電極的感應電流i3(t)而由後述的式(15)、式(16)及式(17)來加以導出。
所算出晶圓W之殘留電荷量的理想值與預測值之差值便是蓄積在介電層30之殘留電荷量。雖然靜電夾具22的構造複雜，但由圖5之理想值與預測值的計算結果得知可計算出晶圓W之殘留電荷量的預測值接近於真實數值之數值。
[殘留電荷量的計測方法]
接下來，針對殘留電荷量的計算方法做說明。當晶圓W為帶電的情況，若晶圓W移動，則感應電流便會流往上部電極或吸附電極23。流往吸附電極23之感應電流係決定於晶圓的電荷量，以及晶圓與接地電位之間的靜電電容。晶圓與接地電位之間的靜電電容係決定於靜電夾具22的構造與處理容器10的構造。因此，若靜電夾具22的構造與處理容器10的構造確定，則晶圓W與接地電位之間的靜電電容便可藉由計算來計算出。於是，晶圓W的電荷量係以晶圓與接地電位之間的靜電電容作為比例常數，而與感應電流成比例。
圖3的模型中，當晶圓W移動，則感應電流便會流往吸附電極23。此電流量係藉由電流計A來計測。求得吸附電極23的感應電流i3(t)會和晶圓W的殘留電荷量Q成比例之數式。此外，以下的各式中，使用於各變數後的數字為「1」的情況表示上部電極相關的變數，為「2」的情況表示晶圓相關的變數，為「3」的情況表示靜電夾具相關的變數。
首先，將晶圓W的上下移動以時間函數來記述，則支撐銷所致之晶圓W的抬舉距離h2(t)便能由式(1)來計算出。
式(1)：h2(t)=A0+A1sin(ωt-φ)
此處，A0為使銷震動時參考訊號的振幅，A1為參考訊號之振幅的偏移量(off-set)(off-set：振幅的中心值)，ω為角震動數。
晶圓與上部電極之間的距離h1(t)能由式(2)來計算出。
式(2)：h1(t)=Hgap-Hwafer-h2(t)=B0-A0-A1sin(ωt-φ)
此處，Hgap為上部電極表面與靜電夾具表面之距離，Hwafer為晶圓的厚度，B0係以Hgap-Hwafer來表示。
晶圓的殘留電荷量Q在未放電的情況，電荷量為一定。因此，依庫倫法則，晶圓的殘留電荷量Q係以式(3)來表示。
式(3)：Q=c(t)v(t)=const.
此處，c(t)為晶圓與大地之間的靜電電容，v(t)為晶圓與大地之間的電位。
由於電荷僅會帶電於晶圓，故晶圓與大地之間的電壓v(t)係由式(4)來計算出。
式(4)：v(t)=v1(t)=v3(t)
此處，v1(t)為晶圓與上部電極之間的電壓，v3(t)為晶圓與吸附電極之間的電壓。
晶圓的殘留電荷量Q為上部電極側所感應之電荷q1(t)與吸附電極側所感應之電荷q3(t)的總和。將此關係顯示於式(5)。
式(5)：Q=q1(t)+q3(t)=q2(t)(5)
q2(t)表示晶圓的電荷。
晶圓與大地之間的靜電電容c(t)係由式(6)來計算出。
式(6)：c(t)=(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))/(c2(t)+C3)
c1(t)為晶圓與上部電極之間的靜電電容，c2(t)為晶圓與靜電夾具表面之間的靜電電容，C3為介電層的靜電電容。
藉由式(3)及式(6)，晶圓與大地之間的電壓v(t)係由式(7)來計算出。
式(7)：v(t)=Q/c(t)=(c2(t)+C3)Q/(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))
由式(5)與式(7)來導出式(8)。
式(8)：Q=q1(t)+q3(t)=v(t)(c1(t)c2(t)+c2(t)C3+C3c1(t))/(c2(t)+C3)
各組件間等的靜電電容係以式(9)~式(13)來表示。
式(9)：c1(t)=ε0×Swafer/h1(t)
c1(t)為晶圓與上部電極之間的靜電電容，ε0為真空的比介電率，Swafer為晶圓表面的面積，h1(t)為晶圓與上部電極之間的距離。
式(10)：c2(t)=ε0×Swafer/h2(t)
c2(t)為晶圓與靜電夾具表面之間的靜電電容，h2(t)為晶圓與靜電夾具表面之間的距離。
式(11)：C3=εESC×ε0×Swafer/hESC
C3為介電層的靜電電容，εESC為靜電夾具之材料的比介電率，hESC為晶圓與吸附電極之間的距離。
式(12)：c23(t)=εESC×ε0×Swafer/(εESC×h2(t)+hESC)
c23(t)為晶圓與吸附電極之間的靜電電容，h2(t)為晶圓的抬舉距離。
式(13)：c(t)=ε0×Swafer/h1(t)+εESC×ε0×Swafer/(εESC×h2(t)+hESC)
c(t)為晶圓與大地之間的靜電電容。
使用式(2)、式(9)~式(13)來將式(8)展開後，會導出可求得吸附電極側所感應的電荷q3(t)之式(14)。
式(14)：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).......
其中Q0=Q(B0-A0)/(hESC/εESC+B0)、A=QA1/(hESC/εESC+B0)。
使用式(14)，吸附電極的感應電流i3(t)可由電流的定義，藉由將吸附電極側所感應的電荷q3(t)加以微分之式(15)來計算出。
式(15)：i3(t)=dq3(t)/dt=d/dt(I0-Asin(ωt-φ))=-Aωcos(ωt-φ)
其結果，吸附電極的感應電流I3係由式(16)來計算出。
式(16)：I3=Aω=QA1ω/(hESC/εESC+B0)
吸附電極的感應電流i3(t)會被輸入至相位檢波器80，當感應電流I3從相位檢波器80被輸出後，控制部100會從相位檢波器80而由感應電流I3使用式(17)來計算出晶圓W的殘留電荷量Q。
式(17)：Q=[(hESC/εESC+B0)/A1ω]×I3
控制部100係藉由將計算出的殘留電荷量Q代入V=C/Q，來計算出要逆施加的除電電壓V。
如以上的說明，依據本實施型態相關之計測方法，係藉由在晶圓W的脫離前使晶圓W震動，而讓感應電流流往吸附電極23，來計算出此時流往吸附電極23的感應電流所相對應之晶圓W的殘留電荷量Q，再依據所計算出之晶圓的殘留電荷量Q，來計算出除電處理中應施加的除電電壓V。然後，除電處理中，會逆施加所計算出的除電電壓V。藉此，便可順利地使晶圓W脫離。
[除電方法]
以下，針對使用所計算出的除電電壓V之本實施型態相關之除電方法，參閱圖7及圖8來加以說明。圖7係用以說明本實施型態相關之殘留電荷量的計測時間點之圖式。圖8係顯示本實施型態相關之殘留電荷量的計測處理及除電處理一例之流程圖。
如圖7所示，圖1所示之電漿處理裝置1中，在對晶圓W施予處理之 處理循環中，首先，會將晶圓W搬入至電漿處理裝置1(步驟S1)。接下來，從直流電壓源36對吸附電極23施加特定的直流電壓HV，來使晶圓W靜電吸附在靜電夾具22(步驟S2)。接下來，對台座20施加第1高頻及第2高頻電力，來使從氣體供應源50所供應之製程氣體電漿化，以對晶圓W進行蝕刻等電漿處理(步驟S3)。
接下來，藉由使支撐銷90上下移動來讓晶圓W震動，並計測此時流往吸附電極23的感應電流i3(t)(測定時間點)，而由感應電流i3(t)來計算出殘留電荷量Q，再由殘留電荷量Q來計算出除電電壓V。亦即，感應電流i3(t)的測定時間點為晶圓W的電漿處理結束後，且為支撐銷90的動作中(晶圓脫離前)之間。
若所計算出的除電電壓V大於預先設定的第1閾值Vth1之情況，將所計算出的除電電壓V施加在(逆施加)吸附電極23後，會使晶圓W從靜電夾具22脫離(步驟S4)來將晶圓W搬出(步驟S5)。第1閾值Vth1在除電處理中為用來判斷是否藉由所算出的除電電壓V來進行除電之閾值，係預先設定。亦可將第1閾值Vth1的值設定為和步驟S2中所施加的直流電壓HV為正負相反而大小相同的電壓。當所計算出的電壓V為第1閾值Vth1以下的情況，則亦可在除電處理中將第1閾值Vth1施加在吸附電極。
又，當所計算出的除電電壓V大於第2閾值Vth2的情況，會進行處理容器等的清潔(步驟S6)。第2閾值Vth2為用來判斷是否進行處理容器等的清潔之閾值，係預先設定。此外，當所計算出的除電電壓V為第2閾值Vth2以下的情況，則亦可不進行清潔。
在此時間點，便結束一片晶圓W的處理循環，並開始下一晶圓W的處理循環。在下一處理循環中會進行靜電夾具22的表面處理(修整處理等)(步驟S7)，搬入下一片晶圓W(步驟S1)，而重複步驟S1之後的處理。
關於藉由進行以上的循環，使用針對每片個晶圓W所計測的感應電流i3(t)之計測處理及除電處理，則參閱圖8來更加詳細地說明。圖8的處理主要係藉由控制部100而受到控制。
當圖8的處理開始後，控制部100會控制晶圓W的搬入、支撐銷90 的下降、以及對吸附電極23之直流電壓HV的開啟(步驟S11)。接下來，控制部100會導入製程氣體，並開啟第1高頻及第2高頻的電力，來將電漿點火(步驟S12)。
接下來，控制部100會對晶圓W開始電漿處理(步驟S13)，在進行特定的電漿處理後，便結束製程(步驟S14)。接下來，控制部100會關閉對吸附電極23之直流電壓HV(步驟S15)。此處，亦可進行直流電壓HV的逆施加。
接下來，控制部100會使支撐銷90上下移動0.5mm左右，來使晶圓W震動(步驟S16)。藉此，吸附電極便會產生感應電流i3(t)。接下來，控制部100會將感應電流i3(t)輸入至相位檢波器80，並從相位檢波器80來輸出感應電流I3(步驟S17)。
接下來，控制部100會使用式(17)，而由感應電流I3來計算出晶圓W的殘留電荷量Q(步驟S18)。接下來，控制部100會由所計算出之殘留電荷量Q來計算逆施加的除電電壓V(步驟S19)。
接下來，控制部100會判定所計算出的除電電壓V是否大於第1閾值Vth1(步驟S20)。當控制部100判定所計算出的除電電壓V大於第1閾值Vth1的情況，便會將除電用電漿點火，且對吸附電極23逆施加所計算出的除電電壓V(步驟S22)。另一方面，當控制部100判定所計算出的除電電壓V為第1閾值Vth1以下的情況，則會將第1閾值Vth1代入除電電壓V(步驟S21)，並將除電用電漿點火，而對吸附電極23施加(逆施加)除電電壓V(步驟S22)。
接下來，控制部100會關閉第1高頻電力，並停止非活性氣體的供應，來使電漿熄滅(步驟S23)。接下來，控制部100會關閉逆施加在吸附電極23之除電電壓V(步驟S24)。接下來，控制部100會使晶圓W脫離，並將晶圓W搬出(步驟S25)。
在晶圓W的搬出後，控制部100會判定所計算出的除電電壓V是否大於第2閾值Vth2(步驟S26)。當控制部100判定所計算出的除電電壓V大於第2閾值Vth2的情況，會進行靜電夾具22的調整或將靜電夾具22更換為 新品等之維修保養(步驟S27)，便結束本處理。另一方面，當控制部100判定所計算出的除電電壓V為第2閾值Vth2以下的情況，則不會進行維修保養，便結束本處理。
如以上的說明，依據本實施型態相關之除電方法，係在晶圓W的脫離前，而在使晶圓W震動時會測定流往吸附電極23的感應電流。藉此，依據所測定之感應電流，便可計算出晶圓W的殘留電荷量Q。又，可由計算出的殘留電荷量Q來計算出除電電壓V。其結果，藉由使用所計算出之除電電壓V來進行除電處理，便可不使晶圓W發生破裂或彈飛等，來將晶圓W從靜電夾具22剝離。
又，依據本實施型態相關之除電方法，係將除電用電漿點火，而在施加所計算出的除電電壓V後便使電漿熄滅。藉此，藉由施加所計算出的除電電壓V，便會產生施加有除電電壓V之部分的電場，而在電漿消失時，該電場會消除般地在晶圓W蓄積有適當電荷量的電荷。在此狀態下，藉由關閉除電電壓V，便可適當地去除蓄積在晶圓W之電荷。藉此，便可大致消除殘留在晶圓W的電荷。
本實施型態相關之除電方法中，係每當晶圓W的處理時，便偵測感應電流i3(t)，並對應於該值，來即時判斷是否進行藉由本實施型態所計算出的除電電壓V所致之除電。
然而，本實施型態相關之除電處理不限於即時處理。由於靜電夾具22表面之介電層30的與時變化很緩慢，故亦可不若本實施型態般地針對每片晶圓W的處理來偵測感應電流i3(t)。例如，亦可在特定片數之晶圓W的處理後，或是特定週期或不定期地在圖7所示之時間點來偵測感應電流i3(t)，並將對應於偵測結果所計算出之除電電壓V預先記憶在RAM115。然後，特定片數之晶圓W的處理亦可藉由將所記憶之相同除電電壓V逆施加在吸附電極23，來實行本實施型態相關之除電方法。
[靜電電容的頻率依存性]
最後，針對靜電電容的頻率依存性，參閱圖9及圖10來加以說明。圖9係顯示本實施型態相關之靜電夾具20為新品的情況，晶圓吸附時之晶圓 與吸附電極之間的靜電電容之頻率依存性。圖10係顯示本實施型態相關之靜電夾具20為中古的情況，晶圓吸附時之晶圓與吸附電極之間的靜電電容之頻率依存性。圖表的縱軸係為了觀察靜電電容的頻率依存性傾向而被加以規格化，縱軸的單位係使用任意單位。
靜電夾具20為新品的情況，如圖9所示，在參考訊號的頻率為10Hz以上，晶圓與吸附電極之間的靜電電容C有變化產生。亦即，顯示了當靜電夾具20為新品的情況，靜電電容C會有頻率依存性，若使晶圓W以10Hz以上的頻率震動，便會因共振而無法計算出正確的殘留電荷量Q。
靜電夾具20為中古的情況如圖10所示，在參考訊號的頻率為10Hz以上，亦是在晶圓與吸附電極之間的靜電電容C有變化產生。亦即，顯示了當靜電夾具20為中古的情況，靜電電容C亦會有頻率依存性，若使晶圓W以10Hz以上的頻率震動，則會因共振而無法計算出正確的殘留電荷量Q。
是以，基於圖9及圖10所示之結果，為了計算出正確的殘留電荷量Q，參考訊號的頻率最好是10Hz以下。又，參考訊號的頻率最好是1Hz以上。此外，圖9及圖10中，靜電夾具的溫度平均值為23℃。
以上，雖已藉由上述實施型態來說明計測方法、除電方法及電漿處理裝置，但本發明相關之計測方法、除電方法及電漿處理裝置不限定於上述實施型態，可在本發明之範圍內做各種變形及改良。上述複數實施型態所記載之事項可在不會互相矛盾之範圍內來加以組合。
例如，本發明不僅圖1之平行平板型雙頻施加裝置，亦可應用於其他的電漿處理裝置。作為其他的電漿處理裝置，亦可為電容耦合型電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)裝置、感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)處理裝置、使用輻射狀槽孔天線之電漿處理裝置、螺旋波激發型電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)裝置、電子迴旋共振電漿(ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma)裝置、表面波電漿處理裝置等。
本說明書中，雖已針對作為蝕刻對象的基板之晶圓W來加以說明，但並未限定於此，而亦可為LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)等所使用之各種基板，或光罩、CD基板、印刷基板等。
W‧‧‧晶圓
20‧‧‧搬送台(下部電極)
21‧‧‧支撐體
22‧‧‧靜電夾具
23‧‧‧吸附電極
24‧‧‧電夾具的基材
40‧‧‧氣體噴淋頭(上部電極)
90‧‧‧支撐銷

Claims (10)

  1. 一種計測方法，係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理後，藉由讓用以支撐基板之銷的上下移動來使該基板震動；使該基板震動時，會從吸附電極的感應電流來計算出基板的殘留電荷量，該感應電流係在不使該基板從該靜電夾具的表面脫離之情況下流經該吸附電極；會對應於所計算出之基板的該殘留電荷量，來計算出對該吸附電極之施加電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之計測方法，其係將藉由該銷之重複上下移動來使基板震動時所產生之訊號的頻率控制在10Hz以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之計測方法，其係將該訊號的振幅控制在1mm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之計測方法，其係將該訊號的振幅控制在0.5mm以下。
  5. 一種除電方法，係參照記憶有以下電壓之記憶部，來將所計算出之該電壓施加在吸附電極，其中該電壓係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理後，會藉由如申請專利範圍第1~4項中任一項之計測方法而被計算出並施加在該吸附電極；在施加所計算出之該電壓後，會停止該高頻電力的施加；在停止該高頻電力的施加後，會停止所計算出之該電壓的施加。
  6. 一種除電方法，係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理後，藉由讓用以支撐基板之銷的上下移動來使該基板震動；使該基板震動時，會從吸附電極的感應電流來計算出基板的殘留電荷量，該感應電流係在不使該基板從該靜電夾具的表面脫離之情況下流經該吸附電極； 會對應於所計算出之基板的該殘留電荷量，來計算出對該吸附電極施加之電壓；在施加所計算出之該電壓後，會停止該高頻電力的施加；在停止該高頻電力的施加後，會停止所計算出之該電壓的施加。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之除電方法，其係將所計算出之基板的該殘留電荷量與第1閾值相比較；該比較的結果，若該殘留電荷量大於該第1閾值的情況，則會對吸附電極施加所計算出之該電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項之除電方法，其係將所計算出之該殘留電荷量與數值較該第1閾值要大之第2閾值相比較；該比較的結果，若該殘留電荷量大於該第2閾值的情況，則會進行該靜電夾具的調整或更換。
  9. 如申請專利範圍第5或6項之除電方法，其中該吸附電極係具有單極的電極。
  10. 一種電漿處理裝置，係在藉由靜電夾具來將處理容器內的台座所載置之基板靜電吸附之狀態下，藉由因高頻電力的施加而由氣體所生成的電漿來進行處理之電漿處理裝置；具有會控制該電漿處理裝置之控制部；該控制部會進行以下控制：在藉由該電漿來進行處理後，藉由讓用以支撐基板之銷的上下移動來使基板震動；使該基板震動時，會從吸附電極的感應電流來計算出基板的殘留電荷量，該感應電流係在不使該基板從該靜電夾具的表面脫離之情況下流經該吸附電極；會對應於所計算出之基板的該殘留電荷量，來計算出對該吸附電極施加之電壓。
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