JP2019040853A - 測定装置、測定方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ処理装置内に配置される静電チャック内の電極であって、直流電圧が印加される前記電極の接続を切り替える切替部と、前記切替部に接続される静電容量を有する部材と、前記静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する測定部と、を有する測定装置が提供される。
【選択図】図2
Description
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Vdc」という。)について図1を参照しながら説明する。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CB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。
図2に示す本実施形態に係るプラズマ処理装置100は、装置本体、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、プラズマ処理装置100の処理容器C内に配置される静電チャック2a内の吸着電極21の電圧を測定する。リレーボックス6は、吸着電極21の接続先を、直流電源7と測定装置10との間で切り替える。吸着電極21と測定装置10とが接続されると、測定装置10は、銅円板12と銅板13と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を示す、銅円板12と銅板13との間の電圧V2を静電チャック2aの吸着電極21の電位差のDC成分として測定し、測定結果に基づき自己バイアス電圧Vdcを算出する。これにより、本実施形態では、既存のプラズマ処理装置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、簡易かつ精度良く自己バイアス電圧Vdcの測定を行うことができる。以下では、本実施形態に係るプラズマ処理装置100と測定装置10の構成の一例について説明する。
本実施形態にかか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、略円筒形の処理容器Cを有している。処理容器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。処理容器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プラズマ処理が行われる処理室となっている。処理容器C内にはステージ2が設けられている。
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、フィルタ11、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3に、プラズマ処理装置100においてウエハWを処理する処理サイクルの一例を示す。処理が開始されると、まず、ウエハ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、直流電源7から所定の直流電圧を吸着電極21に供給し、ウエハWを静電チャック2aに静電吸着させる(ステップS2)。次に、高周波電力をステージ2(吸着電極21)に印加し、ガス供給部5から供給されたプロセスガスをプラズマ化し、ウエハWにエッチング処理等のプラズマ処理を行う(ステップS3)。エッチング処理は、プラズマによる基板処理の一例である。高周波電力は、第1高周波電源3から出力される高周波電力HF又は第2高周波電源4から出力される高周波電力LFのいずれかであってもよいし、両方であってもよい。
次に、(1)クリーニング処理及び(2)エッチング処理における測定シーケンスの一例について、図4及び図5の測定シーケンスチャートを参照しながら説明する。図4は、クリーニング処理における測定シーケンスの一例を示す。図5は、エッチング処理における測定シーケンスの一例を示す。クリーニング処理及びエッチング処理における測定シーケンスの制御は、制御部200により行われる。
図4に示すクリーニング処理における測定シーケンスは、ウエハレスドライクリーニング(WLDC)又はウエハレストリートメント(WLT)中に行われる。本測定シーケンスが開始されるとき、吸着電極21はオフ、つまり、直流電源7には接続されておらず、グランド(基準電位)に接続された状態である。
図5に示すエッチング処理における測定シーケンスは、ウエハWが静電チャック2aに載置され、エッチング等のプラズマ処理中に行われる。本測定シーケンスが開始されるとき、吸着電極21はオン、つまり、直流電源7に接続された状態である。
本実施形態に係る自己バイアスVdcの計算に使用したモデルの一例を図6に示す。図6の静電チャック2aの表面の一部の拡大図に示されているように、静電チャック2aの表面に形成されたドット状の凸部22aの上面の面積をbdotとし、凸部22aの高さをddotとする。また、吸着電極21からドットの上面までの高さをTとし、静電チャック2aの表面の面積に対する凸部22aの上面の面積の面積比をaelとする。
銅円板12と銅板13(グランド)の間の静電容量をC2とし、フィルタ11の静電容量をC3とし、銅円板12と銅板13の間及びフィルタ11に印加される電圧をV2とする。また、銅円板12と銅板13の間及びフィルタ11にそれぞれ蓄積される電荷をq2、q3とすると、クーロンの法則により以下の(6)式の関係が成り立つ。
静電チャック2aに蓄積される電荷q1、銅円板12と銅板13の間に蓄積される電荷q2、及びフィルタ11に蓄積される電荷q3には、以下の(7)式の関係が成り立つ。
q1−(q2+q3)=0 ・・・(7)
式(7)を変形すると、
q1=(q2+q3) ・・・(8)
(8)式に(5)式と(6)式を代入すると、
C1V1=(C2+C3)V2・・・(9)
(9)式を変形すると、
V1=V2×(C2+C3)/C1・・・(10)
V2=V1×C1/(C2+C3)・・・(11)
(10)式と(11)式とから、図7の自己バイアス電圧Vdcは、(12)式により算出される。
Vdc=V1+V2・・・(12)
(12)式に(10)式を代入すると、
Vdc=V2×(C2+C3)/C1+V2・・・(13)
(13)式に測定装置10にて測定した電圧V2と、固定値の静電容量C1、C2、C3を代入すると、自己バイアス電圧Vdcが算出される。静電容量C1は、(4)式から求まるC11、C12、C13の合成容量値である。静電容量C1、C2、C3は、設計パラメータから定まる固定値である。
図8に、本実施形態に係る測定装置10による電圧V2の測定結果と、電圧V2から算出した自己バイアス電圧Vdcの一例を示す。図8の横軸は、プラズマ処理装置100の処理容器C内の圧力を示す。図8では、処理容器C内の圧力を変化させて、測定装置10により測定した電圧V2を測定値として示す。また、(13)式に基づき、静電容量C1、C2、C3と、測定値の電圧V2とから換算された自己バイアス電圧Vdcを換算値として示す。
ウエハWのずれや割れは、静電チャック2aの表面に残留した電荷によって引き起こされる。そのウエハWのずれや割れの原因となる静電チャック2aの表面の残留吸着状態、つまり、電荷の蓄えやすさ又は帯電状態を示す電圧V2を上記測定装置10により測定し、(13)式に基づき自己バイアス電圧Vdcを算出することができる。
2a 静電チャック
2b 基台
3 第1高周波電源
4 第2高周波電源
5 ガス供給部
6 リレーボックス
8 フォーカスリング
9 排気装置
10 測定装置
11 フィルタ
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 吸着電極
22 誘電体層
100 プラズマ処理装置
200 制御部
Claims (14)
- プラズマ処理装置内に配置される静電チャック内の電極であって、直流電圧が印加される前記電極の接続を切り替える切替部と、
前記切替部に接続される静電容量を有する部材と、
前記静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する測定部と、
を有する測定装置。 - 前記切替部は、前記電極の接続を、前記直流電源と前記静電容量を有する部材との間で切り替える、
請求項1に記載の測定装置。 - 前記切替部と前記静電容量を有する部材との間に、高周波電力を除去するフィルタを有する、
請求項1又は2に記載の測定装置。 - 前記切替部は、プラズマにより基板処理又はクリーニング処理を実行中に前記電極の接続を、前記静電容量を有する部材に切り替え、
前記測定部は、前記基板処理又は前記クリーニング処理を実行中に前記静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記切替部は、前記電極の接続を、前記静電容量を有する部材に切り替えた後、高周波電力を印加する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記測定した電荷量に相当する値に基づき、プラズマの自己バイアス電圧を測定する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記測定部は、前記静電容量を有する部材の表面に非接触又は接触に設けられたプローブを有し、
前記静電容量を有する部材と前記プローブとは、真空容器内に設けられる、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の測定装置。 - プラズマ処理装置内に配置される静電チャック内の電極の接続を切り替える切替工程と、
前記静電チャックに高周波電力を印加する印加工程と、
前記切り替えにより前記電極に接続される静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する測定工程と、
を有する測定方法。 - 前記切替工程は、前記電極の接続を、直流電源と前記静電容量を有する部材との間で切り替える、
請求項8に記載の測定方法。 - 前記切替工程が、前記電極の接続を、前記静電容量を有する部材に切り替えた後、前記印加工程は、高周波電力を印加する、
請求項8又は9に記載の測定方法。 - 前記切替工程は、プラズマにより基板処理又はクリーニング処理を実行中に前記電極の接続を、前記静電容量を有する部材に切り替え、
前記測定工程は、前記基板処理又は前記クリーニング処理を実行中に前記静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する、
請求項10に記載の測定方法。 - 予め測定した前記電荷量に相当する値と、前記静電チャックの残留吸着状態を示す値との相関情報を記憶した記憶部を参照して、測定した前記電荷量に相当する値に基づき基板の残留吸着状態を判定する判定工程を有する、
請求項8〜11のいずれか一項に記載の測定方法。 - 前記判定工程は、前記記憶部を参照して、測定した前記電荷量に相当する値の絶対値が予め定められた閾値を上回ると判定したとき、クリーニング処理又は静電チャックのメンテナンスを実行すると判定する、
請求項12に記載の測定方法。 - 高周波電力を印加する高周波電源と、
プラズマ処理装置内に配置される静電チャック内の電極であって、直流電圧が印加される前記電極の接続を切り替える切替部と、
前記切替部に接続される静電容量を有する部材と、
前記静電容量を有する部材に蓄積される電荷量に相当する値を測定する測定部と、
を有するプラズマ処理装置。
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