JP2004047513A

JP2004047513A - 静電吸着構造および静電吸着方法ならびにプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP2004047513A
Application number: JP2002199173A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Iwama; 岩間　信浩
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】速やかにかつ安定に被処理体を離脱可能な、静電吸着構造および静電吸着方法ならびにプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】誘電体２５に埋設された一対の電極２６ａ、２６ｂに、それぞれ互いに異なる極性の直流電圧を印加し、ウェハＷを誘電体２５上に吸着させる。誘電体２５に吸着されたウェハＷに、プラズマ処理を施した後、給電用スイッチ３０を切って、チャック電圧の印加を停止する。所定時間後、残留電荷を自然消滅させた後、リフトピン２２を上昇させ、ウェハＷを離脱させる。ウェハＷは、リフトピン上から搬出される。その後、誘電体上には新たなウェハＷが載置され、吸着状態で処理が施される。ここで、制御装置１００は、極性切替スイッチ３１によって、１枚のウェハＷを処理する毎に印加電圧の極性を切り替える。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体を静電気力を用いて載置面上に吸着保持する、静電吸着構造および静電吸着方法ならびにプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、液晶表示装置等の製造工程において、半導体ウェハ等の被処理基板を所定の位置に保持する構造として、静電チャックが用いられている。静電チャックは、静電気力（クーロン力）を用いて基板を吸着保持する。静電チャックは、真空中でも利用可能であることなどから、プラズマエッチング等のプラズマ処理に好適に利用可能である。このような真空チャックとして、双極式の真空チャックが広く用いられている。
【０００３】
双極式の静電チャックは、誘電体と、一対の電極と、から構成される。誘電体は、セラミック、樹脂等の絶縁性材料から構成される。基板は、誘電体に形成された載置面上に載置され、後述するように静電気力によって吸着される。また、電極は、誘電体の内部に埋め込まれている。電極は平板状に形成され、誘電体を介して基板に対向するようそれぞれ配置される。電極は、例えば、基板の半面とそれぞれ重なり、同一面を形成するように並設される。
【０００４】
２つの電極には、異なる極性の直流電圧がそれぞれ印加される。直流電圧の印加により、電極と重なる誘電体の表面には、印加電圧の極性と逆極性の電荷がそれぞれ誘起される。誘電体表面に誘起された電荷により、基板の裏面にこれとは逆の極性の電荷が誘起される。これにより、基板の裏面と誘電体の載置面との間に静電気力が発生し、基板は誘電体表面に吸着保持される。
【０００５】
吸着は、電極への直流電圧の印加を停止することにより解除される。しかし、電圧の印加を停止した後にも、誘電体の表面には電荷が残留し、誘電体と基板との間にはいわゆる残留吸着力が働く。基板は、例えば、誘電体を貫通するリフトピンの上昇によって離脱される。このとき、残留吸着力が大きいと、離脱が失敗し、または、離脱時に基板が損傷する場合がある。このため、電圧印加の停止から所定時間後の、残留電荷が十分に減少するタイミングで、基板の離脱が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高いスループットを得るため、基板の脱離は、残留電荷が完全に消滅しない状態で行われる。このため、基板離脱後の誘電体の表面にある程度の残留電荷が残った状態で、未処理の基板が新たに載置される。この状態で電極に直流電圧が印加され、基板が新たに誘電体に吸着される。この新たな吸着動作によって、誘電体の表面に残留電荷がさらに蓄積される。
【０００７】
このように、基板の連続処理に伴って吸着動作を繰り返す毎に、誘電体表面に蓄積される残留電荷の量は次第に増大し、これとともに、残留吸着力が増大する。このため、リフトピンの上昇タイミングは、残留電荷の蓄積分のマージンをとって設定されている。
【０００８】
しかし、このようにリフトピンの上昇タイミングを設定した場合、特に、基板の連続処理の初期において、スループットはマージンの分だけ実質的に低下する。しかし、マージンを少なくすると、上述したように、基板の安定な離脱が行われなくなる。
【０００９】
このように、従来の静電チャック構造は、処理後の基板を離脱させる毎に残留電荷が蓄積され、残留吸着力の増大により、速やかにかつ安定に基板の離脱が行われないおそれがあった。
【００１０】
上記事情を鑑みて、本発明は、速やかにかつ安定に被処理体を離脱可能な、静電吸着構造および静電吸着方法ならびにプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る静電吸着構造は、
被吸着物が載置される誘電体と、
前記誘電体内に埋設され、前記被吸着物と前記誘電体とを静電気力によって吸着させるように、直流電圧が印加される電極と、
前記電極への直流電圧の印加と、印加の停止と、を切り替える給電切替手段と、
前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える極性切替手段と、
前記被吸着物を前記誘電体から離間させる離間手段と、
前記電極への直流電圧の印加により前記誘電体に吸着された前記被吸着物を、前記直流電圧の印加を停止した後に前記誘電体から離間させ、所定数の前記被吸着物を離間させる毎に前記極性切替手段によって前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える制御手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記構成の静電吸着構造において、前記電極は、それぞれ互いに極性の異なる直流電圧が印加される一対の電極から構成されてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るプラズマ処理装置は、
チャンバを備え、前記チャンバ内で被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記チャンバ内に設けられ、前記被処理体が載置される誘電体と、
前記誘電体内に埋設され、前記被処理体と前記誘電体とを静電気力によって吸着させるように、直流電圧が印加される電極と、
前記電極への直流電圧の印加と、印加の停止と、を切り替える給電切替手段と、
前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える極性切替手段と、
前記被処理体を前記誘電体から離間させる離間手段と、
前記電極への直流電圧の印加により前記誘電体に吸着され、前記プラズマ処理が施された前記被処理体を、前記直流電圧の印加を停止した後に前記誘電体から離間させ、所定数の前記被処理体を離間させる毎に前記極性切替手段によって前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える制御手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
上記構成のプラズマ処理装置において、前記電極は、それぞれ互いに極性の異なる直流電圧が印加される一対の電極から構成されてもよい。
【００１５】
上記構成のプラズマ処理装置は、さらに、前記チャンバに接続され、前記離間手段によって離間された前記被処理体を前記チャンバから搬出する搬送機構が設けられた搬送チャンバを備えてもよい。
【００１６】
上記構成のプラズマ処理装置において、前記誘電体は、導電性の基台上に設けられてもよく、前記基台は、高周波電源に接続されてプラズマ生成電極を構成してもよい。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る静電吸着方法は、
内部に電極が埋設された誘電体上に被吸着物を載置する工程と、
前記電極に直流電圧を印加して、前記被吸着物と前記誘電体とを静電気力によって吸着させる工程と、
前記電極への前記直流電圧の印加を停止する工程と、
前記被吸着物を前記誘電体から離脱させる工程と、
を備え、
所定数の前記被吸着物を離脱させる毎に、前記電極に印加する電圧の極性を切り替える、
ことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係るプラズマ処理方法は、
内部に電極が埋設された誘電体上に被処理体を載置する工程と、
前記電極に直流電圧を印加して、前記被処理体と前記誘電体とを静電気力によって吸着させる工程と、
前記誘電体に吸着された前記被処理体に所定のプラズマ処理を施す工程と、
前記電極への前記直流電圧の印加を停止する工程と、
前記被処理体を前記誘電体から離脱させる工程と、
を備え、
所定数の前記被処理体を離脱させる毎に、前記電極に印加する電圧の極性を切り替える、
ことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について、以下図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明を、被処理体である半導体ウェハ（以下、ウェハＷ）にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置に適用した例である。
【００２０】
図１に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１１の構成を示す。図１に示すプラズマ処理装置１１の行う一連の動作は、制御装置１００によって制御される。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置１１は、略円筒形状のチャンバ１２を備える。チャンバ１２は、アルマイト処理されたアルミニウム等から構成されている。チャンバ１２は、接地されている。
【００２２】
チャンバ１２の下部には、排気管１３が接続されている。排気管１３は、ターボ分子ポンプ等の真空引き可能なポンプに接続され、チャンバ１２内は、数Ｐａ程度まで減圧可能となっている。
【００２３】
チャンバ１２の底部には、セラミック等の絶縁体からなる支持板１４が設けられている。支持板１４の上には、略円筒状のサセプタ１５が設けられている。サセプタ１５は、後述するように、ウェハＷの載置台として、および、プラズマ生成用の下部電極として機能する。
【００２４】
サセプタ１５は、表面がアルマイト処理されたアルミニウム等から構成される。サセプタ１５およびその周辺部分を拡大した図を図２に示す。図２に示すように、サセプタ１５は、略円筒形状に形成されている。サセプタ１５本体の上面には、平坦面が形成されている。
【００２５】
サセプタ１５の内部には、冷媒流路１６が形成されている。冷媒流路１６には、チラー（冷媒）が導通可能であり、サセプタ１５およびその近傍を所定の温度に調節する。また、サセプタ１５には、これを上下に貫通する貫通孔１７が設けられている。
【００２６】
サセプタ１５上には、ヒータ層１８が設けられている。ヒータ層１８は、例えば、抵抗体が埋設された平板状の絶縁体層から構成されている。絶縁体層は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミックから構成される。ヒータ層１８により、サセプタ１５上に載置されたウェハＷは、所定温度に加熱される。
【００２７】
ヒータ層１８の上には、平板状の静電チャック１９が設けられている。静電チャック１９の上面は、ウェハＷの載置面を構成する。また、後述するように、静電チャック１９は、載置されたウェハＷを静電気力で吸着し、保持する。
【００２８】
サセプタ１５およびヒータ層１８内には、例えば、ヘリウムガスなどの伝熱ガスの流路（図示せず）が形成されている。静電チャック１９上に保持されたウエハＷの裏面に伝熱ガスを供給することによって、ウエハＷと静電チャック１９との間の熱伝達は均一となり、伝達効率が向上される。
【００２９】
ヒータ層１８および静電チャック１９は、サセプタ１５よりも小径に形成されている。サセプタ１５上面の周縁には、ヒータ層１８および静電チャック１９を囲む、環状のフォーカスリングが設けられている。フォーカスリングは、内側フォーカスリング２０ａと、外側フォーカスリング２０ｂと、から構成されている。
【００３０】
内側フォーカスリング２０ａは、単結晶シリコン等の導電性材料から構成されている。内側フォーカスリング２０ａは静電チャック１９の外径とほぼ同じ内径を有し、その外周を包囲する。内側フォーカスリング２０ａは、プラズマ中のイオンを効果的にウエハＷに入射させる機能を有している。
【００３１】
外側フォーカスリング２０ｂは、石英等の絶縁性材料から構成されている。外側フォーカスリング２０ｂは、内側フォーカスリング２０ａの外径とほぼ同じ内径を有し、その外周を包囲する。外側フォーカスリング２０ｂは、サセプタ１５の上方のプラズマの拡散を抑制する。
【００３２】
また、サセプタ１５と、ヒータ層１８と、静電チャック１９と、には、これらを貫通するリフトピン孔２１が設けられている。リフトピン孔２１は、例えば、３つ設けられ、それぞれの内部をリフトピン２２が進退可能となっている。
【００３３】
複数のリフトピン２２は、リング状の指示部材２３によって固定され、シリンダ２４によって、一体に昇降可能に構成されている。リフトピン２２は、静電チャック１９から突出し、かつ、埋没するように駆動する。リフトピン２２の昇降動作によって、図３に示すように、ウェハＷの静電チャック１９上への載置および載置面からの離脱がなされる。
【００３４】
ここで、図２に示す静電チャック１９について詳述する。静電チャック１９は、誘電体２５と、一対の電極２６ａ、２６ｂと、から構成される。
【００３５】
誘電体２５は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミック、ポリイミド等の樹脂等から構成されている。誘電体２５は、例えば、厚さ４ｍｍ程度の円板状に形成されている。誘電体２５の一面（下面）は、ヒータ層１８の上面に接合されている。また、誘電体２５の他面（上面）は、ウェハＷの載置面を構成する。
【００３６】
一対の電極２６ａ、２６ｂは、誘電体２５の内部に埋設されている。電極２６ａ、２６ｂは、例えば、タングステン等の高融点金属の薄板から構成されている。電極２６ａ、２６ｂは、例えば、図４に示すように、それぞれ半円状に形成されている。図２に戻り、一対の電極２６ａ、２６ｂは、貫通孔１７を通る給電線２７ａ、２７ｂの一端にそれぞれ接続されている。給電線２７ａ、２７ｂの他端は、貫通孔１７を介して引き出され、給電部２８に接続されている。
【００３７】
給電部２８は、第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂと、給電スイッチ３０と、極性切替スイッチ３１と、電流計３２と、を備える。給電部２８は、制御装置１００に接続されている。
【００３８】
第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂは、それぞれ、正極または負極の直流電力、例えば、大きさ１ｋＶ〜２ｋＶの直流電力を供給する。
【００３９】
給電スイッチ３０は、第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂからの給電線２７ａ、２７ｂへの電力供給のオン／オフを切り替える。給電スイッチ３０がオンのとき、給電線２７ａ、２７ｂは第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂに接続され、オフのときは接地される。制御装置１００は、給電スイッチ３０のオン／オフにより、ウェハＷを静電チャック１９上に静電吸着させ、また、吸着を解除する。
【００４０】
上述のように、第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂと、一対の電極２６ａ、２６ｂと、は給電線２７ａ、２７ｂによってそれぞれ接続され、一対の電極２６ａ、２６ｂの双方には、それぞれ極性の異なる直流電圧が印加される。給電スイッチ３０がオンとされ、一対の電極２６ａ、２６ｂに直流電圧が印加されると、各電極２６ａ、２６ｂの近傍の誘電体２５の表面には、それぞれ正電荷と負電荷とが誘起される。これらの電荷は、誘電体２５上に載置されたウェハＷの載置面に、それぞれ、これらと逆極性の電荷を誘起する。これにより、誘電体２５表面とウェハＷの裏面との間に静電気力（クーロン力）が形成され、ウェハＷは誘電体２５の表面に静電吸着される。
【００４１】
極性切替スイッチ３１は、一対の電極２６ａ、２６ｂにそれぞれ接続された給電線２７ａ、２７ｂと、第１および第２の直流電源２９ａ、２９ｂと、の接続を切り換え、一対の電極２６ａ、２６ｂに印加される直流電圧の極性を同時に切り替える。制御装置１００は、後述するように、極性切替スイッチ３１によって、所定枚数のウェハＷを処理する毎に、一対の電極２６ａ、２６ｂに印加する電圧の極性を切り替える。すなわち、ウェハＷの吸着保持動作を所定回数繰り返す毎に、印加する電圧の極性を切り替える。
【００４２】
電流計３２は、第１および／または第２の直流電源２９ａ、２９ｂに接続された給電線２７ａ、２７ｂ上に設けられている。図２中、電流計３２は、第２の直流電源２９ｂと給電スイッチ３０との間に設けられている。なお、電流計３２は、図中の位置に限らず、一対の電極２６ａ、２６ｂ間に流れる電流を検出可能であれば、どこに配置されていてもよい。
【００４３】
電流計３２は、静電チャック１９上のウェハＷの有無、載置状態等をチェックするために設けられている。電流計３２は、図示しないＡ／Ｄコンバータ等の変換器を介して制御装置１００に接続されている。制御装置１００は、以下に示すように、誘電体２５を介して一対の電極２６ａ、２６ｂ間に流れる電流に基づいて、静電チャック１９上のウェハＷの有無、および、載置状態を判別する。
【００４４】
図５に、静電チャック１９上にウェハＷが載置されている場合の、静電チャック１９の構成する等価回路図を示す。図５中、Ｅは電源電圧、ｉは回路を流れる電流、Ｒ_１は電極２６ａ、２６ｂ間の抵抗、Ｒ_２およびＲ_３は２つの電極２６ａ、２６ｂとウェハＷの裏面との間の抵抗、をそれぞれ示す。
【００４５】
静電チャック１９上にウェハＷが載置されている場合、図５の回路を流れる電流ｉは、ｉ＝Ｅ／Ｒ_１＋Ｅ／（Ｒ_２＋Ｒ_３）で表される。一方、ウェハＷが載置されていない場合には、Ｒ_２とＲ_３の回路が切り離された状態となり、このときに回路に流れる電流ｉ_０は、ｉ_０＝Ｅ／Ｒ_１と表される。
【００４６】
従って、静電チャック１９上にウェハＷがある場合と無い場合とでは、電流計３２で検出される電流はＥ／（Ｒ_２＋Ｒ_３）分だけ異なる。また、載置面上の異物等により、ウェハＷが静電チャック１９上に正常に載置されておらず、静電チャック１９とウェハＷとの接触が正常でない場合にも、このような電流量の違いが検出される。このように、一対の電極２６ａ、２６ｂ間に流れる電流を調べることにより、静電チャック１９上のウェハＷの有無、載置状態等を判別することができる。
【００４７】
具体的には、制御装置１００は、電流計３２から、Ａ／Ｄコンバータ等によってデジタル化された電流データを受け取る。制御装置１００は、例えば、ウェハＷの載置動作の後、および、離脱動作の後に電極２６ａ、２６ｂ間を流れる電流データを取得する。制御装置１００は取得した電流データに基づいて、ウェハＷの載置状態およびウェハＷの有無を判別する。
【００４８】
図１に戻り、チャンバ１２の上部には、上部電極３３が設けられている。上部電極３３は、絶縁性材料からなる絶縁支持体３４によってチャンバ１２に支持されている。上部電極３３は、電極支持体３５と、拡散部材３６と、電極板３７と、を備える。
【００４９】
電極支持体３５は、アルミニウム等の導体から構成されている。電極支持体３５の内部には、温調手段としての図示しない冷媒流路１６が形成され、電極支持体３５およびその周辺は、所定の温度に維持される。
【００５０】
拡散部材３６は、電極支持体３５の内部に中空部を形成するように構成されている。拡散部材３６はガス供給管３８に接続され、ガス供給管３８から供給された処理ガスは拡散部材３６によって拡散される。処理ガスとしては、エッチングガスおよびその他のガス、例えば、四フッ化炭素と、窒素と、が用いられる。なお、複数のガス供給管から各種ガスを混合して、あるいは、単独で供給する構成であってもよい。
【００５１】
電極板３７は、シリコン、炭化シリコン等から構成される円盤状部材から構成される。電極板３７は、上部電極３３の下面を構成し、サセプタ１５（静電チャック１９）上に載置されたウェハＷと対向するように配置される。電極板３７は、その周縁において、電極支持体３５に図示しないねじによって係止されている。このねじ止め部分は、セラミック、フッ素樹脂等の絶縁性材料からなる環状のシールドリング３９によって覆われている。
【００５２】
電極板３７には、多数のガス孔４０が設けられている。ガス孔４０は、拡散部材３６の形成する中空部と連通している。拡散部材３６にて拡散された処理ガスは、多数のガス孔４０から均一に、チャンバ１２内の空間、特に、ウェハＷの上方の空間に吐出される。
【００５３】
電極板３７は、整合器４１を介して高周波電源４２に接続されている。上部電極３３の電極板３７には、１ＭＨｚ以上の周波数、例えば、２７．１２ＭＨｚの高周波電力が印加される。
【００５４】
一方、下部電極を構成するサセプタ１５には、整合器４３を介して高周波電源４４が接続されている。サセプタ１５には、周波数が数百ｋＨｚ程度以上、例えば、８００ｋＨｚの高周波電力が印加される。
【００５５】
上部電極３３と下部電極とに高周波電力を印加することにより、これらの間には、高周波電界が形成される。このように形成されたプラズマ空間において、電極板３７のガス孔４０より吐出された処理ガスはプラズマ状態とされる。プラズマ中に生成されたエッチング活性種（イオン等）によって、ウェハＷの表面がエッチングされる。
【００５６】
チャンバ１２の側部には、ゲートバルブ４５を介して、ロードロックチャンバ４６が設けられている。ロードロックチャンバ４６は、チャンバ１２内にウェハＷを搬入し、また、チャンバ１２内から搬出するための、搬送用ポートとして機能する。ロードロックチャンバ４６内には、ウェハＷをチャンバ１２とロードロックチャンバ４６との間で搬送するための、搬送アーム等の搬送機構４７が設けられている。
【００５７】
以下、上記構成のプラズマ処理装置１１のエッチング動作について説明する。ここでは、シリコンのウェハＷに形成されたシリコン酸化膜をエッチングする場合について説明する。図６にタイミングチャートの一例を示す。なお、以下に示す構成は一例であり、同様の結果が得られる構成であればいかなる構成であってもよい。
【００５８】
まず、ゲートバルブ４５が開放され、搬送機構４７によってロードロックチャンバ４６からチャンバ１２内にウェハＷが搬入される。このとき、リフトピン２２は上昇位置にあり、静電チャック１９の表面から突出している。搬送機構４７は、ウェハＷをリフトピン２２上に載置する。その後、搬送機構４７はチャンバ１２外に退避し、ゲートバルブ４５は閉鎖される。
【００５９】
制御装置１００は、シリンダ２４を駆動してリフトピン２２を下降させる。リフトピン２２が、静電チャック１９内に埋没することにより、ウェハＷは静電チャック１９の表面に載置される。
【００６０】
次いで、制御装置１００は、ポンプを作動させ、チャンバ１２内を、所定の真空度とする。チャンバ１２内は、例えば、０．００１Ｐａ（０．１ｍＴｏｒｒ）程度の圧力とされる。
【００６１】
ここで、制御装置１００は、給電スイッチ３０をオンとする。静電チャック１９の一対の電極２６ａ、２６ｂには、それぞれ極性の異なる直流電圧（チャック電圧）が印加される。一対の電極２６ａ、２６ｂには、例えば、１ｋＶ〜２ｋＶの大きさの正負いずれかの直流電圧がそれぞれ印加される。これにより、ウェハＷは、上述したように、静電チャック１９の表面に静電気力によって吸着される。
【００６２】
このとき、制御装置１００は、電流計３２から電極２６ａ、２６ｂ間に流れる電流の値を取得する。制御装置１００は、取得した電流データに基づいて、ウェハＷの載置状態を、例えば、以下のように判別する。
【００６３】
図５を参照して、制御装置１００は、ウェハＷが載置された状態に流れる電流ｉ_１（ｉ_１＝Ｅ／Ｒ_１＋Ｅ／（Ｒ_２＋Ｒ_３））を記憶している。ウェハＷの載置動作の後に、検出された電流ｉが電流ｉ_１とほぼ同じ場合、制御装置１００はウェハＷが正常に載置されていると判別し、エッチング処理を開始する。しかし、検出された電流ｉが電流ｉ_１と異なる場合、制御装置１００はウェハＷが正常に載置されていないと判別する。また、ｉ＝０であるときは、給電部２８等で断線が生じていると判別する。このような場合、制御装置１００は処理の続行を中止する。
【００６４】
ウェハＷが正常に載置されていると判別した場合、制御装置１００は、チャンバ１２内にＣＦ_４ガスを導入し、チャンバ１２内を、エッチング圧力、例えば、２Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）の圧力とする。その後、上部電極３３に、例えば、周波数２７．１２ＭＨｚ、パワー２ｋＷの高周波電力を供給する。また、下部電極としてのサセプタ１５に、例えば、周波数８００ｋＨｚ、パワー１ｋＷの高周波電力を供給する。
【００６５】
高周波電力の供給により、上部電極３３と、サセプタ１５と、の間には、上記ガスのプラズマが生成される。ガスプラズマ中のエッチング活性種が、サセプタ１５（静電チャック１９）上に載置されたウェハＷの表面に入射し、ウェハＷの表面のシリコン酸化膜をエッチングする。
【００６６】
上記のようにして、所定のエッチング工程を行った後、制御装置１００は、給電スイッチ３０をオフとして、一対の電極２６ａ、２６ｂへのチャック電圧の印加を停止する。この状態で、ウェハＷおよび誘電体２５には電荷が残留している。
【００６７】
一方で、制御装置１００は、チャンバ１２内に窒素ガス等のパージガスを導入する。パージガスの導入により、チャンバ１２内に残存するエッチングガスは除去される。このとき、チャンバ１２内の圧力は、９Ｐａ〜１０Ｐａ（７０ｍＴｏｒｒ〜８０ｍＴｏｒｒ）の圧力とされる。
【００６８】
電圧印加の停止から所定時間後、残留電荷が所定程度まで消滅するタイミングで、制御装置１００は、シリンダ２４を駆動させてリフトピン２２を上昇させる。リフトピン２２は、処理後のウェハＷを持ち上げる。また、このとき、制御装置１００は、ゲートバルブ４５を開放する。
【００６９】
このとき、制御装置１００は、ウェハＷの離脱が完全になされたかどうかを判別する。すなわち、制御装置１００は、給電スイッチ３０をオンとし、電極２６ａ、２６ｂにパルス状の検出電圧を印加する。制御装置１００は、電流計３２からこのときの電流ｉを検出する。制御装置１００は、ウェハＷが載置されていない状態に流れる電流ｉ_０（ｉ_０＝Ｅ／Ｒ_１）を記憶しており（図５参照）、検出電流ｉと比較する。
【００７０】
制御装置１００は、検出電流ｉがｉ_０とほぼ等しい場合、ウェハＷが完全に離脱したと判別し、搬送機構４７によってウェハＷをチャンバ１２から搬出する。しかし、検出電流ｉがｉ_０と異なる場合、ウェハＷの離脱が不完全であると判別し、離脱を再試行するなど一旦処理を中断する。ウェハＷの搬出により、一枚のウェハＷの処理工程は終了する。
【００７１】
その後、ひき続いて、チャンバ１２内には新たに未処理のウェハＷが搬入され、上記一連の工程を繰り返してエッチング処理が施される。このような枚葉の処理は複数枚のウェハＷに対して連続的に行われる。
【００７２】
ここで、本実施の形態では、上記連続処理において、所定枚数のウェハＷを処理する毎に、一対の電極２６ａ、２６ｂに印加する直流電圧の極性をそれぞれ変化させる。図７に、制御装置１００が極性を変化させるシーケンスの一例を示す。
【００７３】
図７に示す例では、上述のようにウェハＷを吸着する際に電極２６ａ、２６ｂに印加する直流電圧の極性を、ウェハＷの処理毎に変化させている。すなわち、ｎ枚目のウェハＷを処理する（吸着する）際には、一方の電極２６ａに負極電圧を、他方の電極２６ｂに正極電圧を印加している。次いで、（ｎ＋１）枚目のウェハＷを処理する際には、一方の電極２６ａに正極電圧を、他方の電極２６ｂに負極電圧を印加している。
【００７４】
本実施の形態のように、所定枚数のウェハＷを処理（吸着）する毎に、一対の電極２６ａ、２６ｂに印加する直流電圧の極性を切り替えることにより、以下のような効果が得られる。上述したウェハＷの静電チャック１９からの離脱過程において、ウェハＷが離脱した後の静電チャック１９の表面には、電極２６ａ、２６ｂに印加されていた電圧の極性とは逆の極性の電荷がそれぞれ残留している。このような残留電荷は、ウェハＷの吸着、脱離を繰り返す毎に蓄積される。しかし、印加する電圧の極性を切り替えることにより、誘電体２５に残留していた電荷は消滅し、これにより、残留電荷の蓄積は防止される。
【００７５】
例えば、極性を変化させずに一対の電極２６ａ、２６ｂに直流電圧を印加する場合には、ウェハＷを処理する毎に残留電荷が蓄積される。このため、残留電荷の所定量までの減少に要する時間は次第に増大し、予め設定されているリフトピン２２の上昇時間における残留吸着力は、１，２，…，Ｎ枚のウェハＷを処理する毎に、図８に示すように、ｆ_１＜ｆ_２＜…＜ｆ_Ｎのように増大する。残留吸着力が増大し、安定なウェハＷの離脱が可能な力ｆ_Ｂを超えると、ウェハＷの損傷等の問題が生じてしまう。
【００７６】
一方、本実施の形態のように、ウェハＷを所定枚数処理する毎に電極２６ａ、２６ｂに印加する電圧の極性を変える構成によれば、残留電荷の蓄積は防止される。このとき、図９に示すように、ウェハＷを連続的に処理した場合にも、残留吸着力はほぼ一定に保たれる。図に示すように、常にｆ_１〜Ｎ＜ｆ_Ｂとできることから、ウェハＷの安定な離脱が可能となる。
【００７７】
また、残留電荷の蓄積を防止可能なことから、残留電荷が所定程度まで減少し、残留吸着力がｆ_Ｂより低い程度まで低下するまでの時間は増大することなく、ほぼ一定である。このため、通常、残留電荷の蓄積を考慮して長く設定していたリフトピン２２の上昇時間（ｔ_１）を、残留電荷の蓄積のマージンを確保することなく設定することができる。従って、リフトピン２２の上昇時間をより短い時間（ｔ_２）に短縮することができる。このように、ウェハＷの離脱を速やかなものとすることにより、スループットの向上が図れる。
【００７８】
以上説明したように、静電チャック１９への印加電圧の極性をウェハＷの処理毎に逆極性に変化させる本実施の形態によれば、ウェハＷ離脱後に誘電体２５に残留する電荷の蓄積を防止することができる。このため、残留吸着力の増大による、ウェハＷの脱離失敗、脱離時のウェハＷの損傷等が防止された、安定なウェハＷの離脱が可能となる。さらに、ウェハＷの離脱タイミングを速めることができ、ウェハＷの静電チャック１９からの速やかな離脱が可能となる。
【００７９】
本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
【００８０】
上記実施の形態では、一対の電極２６ａ、２６ｂを用いる双極式の静電チャック１９を用いるものとした。しかし、本発明は、単極式、あるいは、３つ以上の電極を備える構造にも適用可能である。
【００８１】
上記実施の形態では、静電チャック１９の電極２６ａ、２６ｂ間に流れる電流に基づいて、ウェハＷの載置状態を判別するものとした。しかし、ウェハＷの載置状態を判別する方法は、上記のものに限らず、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの漏れ量から判別する方法、ウェハＷの裏面に赤外線を照射する方法など、他のいかなる方法であってもよい。
【００８２】
上記実施の形態では、ウェハＷを一枚処理する毎に印加電圧の極性を切り替える場合を例として説明した。しかし、これに限らず、数枚のウェハＷ、１カセット分のウェハＷなど、速やかかつ安定なウェハＷの離脱が可能であれば、何枚毎に極性を変化させる構成としてもよい。
【００８３】
また、極性の切り替えは、処理したウェハＷの枚数に限られない。例えば、制御装置がシリンダの駆動をカウントするカウンタを備え、リフトピンの昇降動作（ウェハＷの離脱）を繰り返した回数に基づいて極性の切り替えを行うようにしてもよい。
【００８４】
上記実施の形態では、シリコン半導体ウェハ表面のシリコン酸化膜をフッ素ガスを用いてエッチングするプラズマエッチング装置を例として説明した。しかし、上記例に限らず、エッチングする膜種、エッチングガス種等は上記のものに限られない。
【００８５】
また、上記例では、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いたが、誘導結合型、マイクロ波型、ＥＣＲ型等の他のいかなるプラズマ処理装置に用いてもよい。また、プラズマエッチングに限らず、アッシング、スパッタリング、ＣＶＤ等の他のプラズマ処理を行う装置にも適用可能である。また、プラズマ処理装置に限らず、熱処理装置、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置等のプラズマを用いない処理を行う処理装置にも用いることができることはもちろんである。すなわち、本発明は、被処理体を静電吸着構造によって吸着した状態で枚葉式の処理を施すどのような処理装置にも適用可能である。
【００８６】
また、被処理体も、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置基板にも適用可能であり、さらには、静電吸着可能であり、所定の処理が施されるものであればいかなるものであってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、速やかにかつ安定に被処理体を離脱可能な、静電吸着構造および静電吸着方法ならびにプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置のサセプタ周辺の構造を示す図である。
【図３】ウェハの載置状態を示す図である。
【図４】静電チャックの電極の構造を示す図である。
【図５】静電チャックの等価回路を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の動作のタイミングチャートを示す図である。
【図７】電極へ印加電圧の極性の変化を示す図である。
【図８】残留吸着力の変化を示す図である。
【図９】残留吸着力の変化を示す図である。
【符号の説明】
１１　プラズマ処理装置
１２　チャンバ
１５　サセプタ
１９　静電チャック
２２　リフトピン
２４　シリンダ
２５　誘電体
２６ａ、２６ｂ　電極
２７ａ、２７ｂ　給電線
２８　給電部
２９ａ、２９ｂ　直流電源
３０　給電スイッチ
３１　極性切替スイッチ
３２　電流計
３３　上部電極
４５　ゲートバルブ
４６　ロードロックチャンバ
４７　搬送機構
１００　制御装置

Claims

被吸着物が載置される誘電体と、
前記誘電体内に埋設され、前記被吸着物と前記誘電体とを静電気力によって吸着させるように、直流電圧が印加される電極と、
前記電極への直流電圧の印加と、印加の停止と、を切り替える給電切替手段と、
前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える極性切替手段と、
前記被吸着物を前記誘電体から離間させる離間手段と、
前記電極への直流電圧の印加により前記誘電体に吸着された前記被吸着物を、前記直流電圧の印加を停止した後に前記誘電体から離間させ、所定数の前記被吸着物を離間させる毎に前記極性切替手段によって前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える制御手段と、
を備える、ことを特徴とする静電吸着構造。
前記電極は、それぞれ互いに極性の異なる直流電圧が印加される一対の電極から構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の静電吸着構造。
チャンバを備え、前記チャンバ内で被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記チャンバ内に設けられ、前記被処理体が載置される誘電体と、
前記誘電体内に埋設され、前記被処理体と前記誘電体とを静電気力によって吸着させるように、直流電圧が印加される電極と、
前記電極への直流電圧の印加と、印加の停止と、を切り替える給電切替手段と、
前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える極性切替手段と、
前記被処理体を前記誘電体から離間させる離間手段と、
前記電極への直流電圧の印加により前記誘電体に吸着され、前記プラズマ処理が施された前記被処理体を、前記直流電圧の印加を停止した後に前記誘電体から離間させ、所定数の前記被処理体を離間させる毎に前記極性切替手段によって前記電極に印加される直流電圧の極性を切り替える制御手段と、
を備える、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記電極は、それぞれ互いに極性の異なる直流電圧が印加される一対の電極から構成される、ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
さらに、前記チャンバに接続され、前記離間手段によって離間された前記被処理体を前記チャンバから搬出する搬送機構が設けられた搬送チャンバを備える、ことを特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電体は、導電性の基台上に設けられ、前記基台は、高周波電源に接続されてプラズマ生成電極を構成する、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
内部に電極が埋設された誘電体上に被吸着物を載置する工程と、
前記電極に直流電圧を印加して、前記被吸着物と前記誘電体とを静電気力によって吸着させる工程と、
前記電極への前記直流電圧の印加を停止する工程と、
前記被吸着物を前記誘電体から離脱させる工程と、
を備え、
所定数の前記被吸着物を離脱させる毎に、前記電極に印加する電圧の極性を切り替える、
ことを特徴とする静電吸着方法。
内部に電極が埋設された誘電体上に被処理体を載置する工程と、
前記電極に直流電圧を印加して、前記被処理体と前記誘電体とを静電気力によって吸着させる工程と、
前記誘電体に吸着された前記被処理体に所定のプラズマ処理を施す工程と、
前記電極への前記直流電圧の印加を停止する工程と、
前記被処理体を前記誘電体から離脱させる工程と、
を備え、
所定数の前記被処理体を離脱させる毎に、前記電極に印加する電圧の極性を切り替える、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。