JP2007073568A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体膜内部に設置される電極が２つ以上ある試料台において、より効果的に短時間で除電して処理の効率が向上したプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】誘電体製の膜内に配置され試料をこの誘電体膜上に静電気により吸着するために各々電圧が印加されて２つの電極と、試料台の内側に配置された電極に高周波電力を供給する高周波電源とを備え、試料台に前記高周波電力を印加しつつ２つの電極の各々に電圧を印加して一方に正、他方に負の極性を形成して試料を試料台上に保持しつつこの試料台の上方の処理室内に形成したプラズマ用いて処理するプラズマ処理装置において、２つの電極の面積が略同一であって、この試料の処理後に２つの電極の各々に一方を負、他方を正の極性を形成する電力が印加され、一方を負にするための電力が他方を正にするための電力より大きい。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、容器内で生成したプラズマで処理される試料を吸着させて保持する台を有するプラズマ処理装置に関する。

このような試料台を備えたプラズマ処理装置では、まず、プラズマを静電容量を備えた誘電体と考え、減圧される真空容器内の処理室の下部に配置された試料台上に設けられた誘電体膜内に、半導体ウエハ等の試料の大きさを考慮して形成された電極を配置して、これに所定の電位を与えて、プラズマに面した側と試料台に面した側とに異なる電荷を形成して、この試料台に面した側の電荷と誘電体膜内に形成した電荷との間で静電吸着力を形成するものが知られていた。この技術では、プラズマを試料に静電気を形成するための回路の構成部品の一つと考えることができる。

このようなプラズマ処理装置において、静電吸着するための電極が単一の極である試料台では、エッチング等の処理を試料に施した後に電極に印加した直流電圧をＯＦＦして、プラズマを介して試料内に残留した電荷をアースへと落して除電する。この際の電荷の移動による除電作用の時定数は試料台上の誘電体膜の物性、また試料の物性等に依存している。この時定数が大きい場合は、その間にプラズマが存在するため、試料は引続きプラズマからの作用を受けるので、必要以上の試料への処理がなされることになる。このことを抑制するためには、極力短い時間で除電を行うことが必要となる。この課題を達成するために、試料を吸着させるために印加した電圧と逆の極性の電圧（以後、逆電圧とする）を電極に印加することで、試料内の電荷の移動が促進して短時間で除電を可能とする技術が知られている。この際には逆電圧の絶対値と印加時間とがその除電の作用や時定数を調整する上でのパラメータになる。

除電の際の時定数は、試料台の誘電膜及び試料自体の誘電率と固有抵抗値等により決まる。一般に両者を乗じた値が時定数として扱われる。例えば、試料裏面にＳｉＯ₂やＳiＮなどの誘電率・固有抵抗値が大きい膜を有する場合、時定数が非常に長くなるので装置スループットを低下する要因となる。このような場合は、試料を裏面側からプッシャピンにて微小ピッチで段階的にウエハを押し上げて離脱する機械システムを保有する試料台も有る。

一方、このような技術では、プラズマに対して試料内部の一方の側に電荷を形成するもので、静電吸着力を形成するにはプラズマを形成することが必要であった。このため、吸着力の解除のために試料の処理を終了してもプラズマを形成する必要が有り、処理の効率を損なってしまっていた。

そこで、試料台の誘電体膜内に、正負の電極を配置して各々に電位を印加して、半導体ウエハ等の試料の面内において、誘電体膜内の各電極に対応した位置に正負の電荷を形成し、これらの電荷と誘電体膜内に形成される電荷との間で静電吸着力を形成することが行われてきた。このような構成において、処理が終了した後、各々の電極で極が逆となるような電位を印加することで、試料内の電荷の極性を中和して静電吸着力を解除することが可能となり、プラズマを形成する必要が無くなり、処理の効率を向上させることが出来る。このような技術を開示する従来の技術文献としては、特開平６−１２０３２９号公報
（特許文献１）が知られていた。

このように試料を静電吸着するために電圧が印加される電極が２つ以上あってこれらが別の極性を備える場合は、プラズマを介さずに試料に静電気を生起させるための回路を形成できるので、電極に印加する電圧の絶対値を同じにした場合、電圧の供給を停止すると、誘電体膜の物性や試料の物性等によって決まる時定数に従って除電が進行する。この場合、プラズマが無くても試料内での試料の面方向について電荷の移動が形成できるので除電が進行され、試料の所望の処理を終了後にプラズマを停止できるため、試料表面の処理への悪影響が少なくなり、より精度の高い処理が行えると言う効果が有った。

特開平６−１２０３２９号公報

試料台上で試料を静電吸着するための電極が前記試料台上に２つ以上並べられて配置されている場合は、プラズマが無くともこれら電極がその内側に配置されている誘電体製の膜の内部や表面あるいは試料の内部や表面に溜められた電荷を除くことができる。しかしながら、試料台の誘電体膜及び試料の物性値によっては、こうした除電までの時定数が大きくなり、除電時間が長くなるという問題がある。図８に、試料裏面膜の物性値を変化させた場合の除電時間を調査した実験結果を示す。実運用を考慮すると、除電時間は数秒単位が望ましい。

また、試料台の内部の導電製部材、例えば、前記誘電体膜やこの試料台の温度、ひいては載せられる試料の温度を調節するための熱交換媒体が流れる通路が配置される基材や誘電体膜下方に配置された特定の電極に高周波電源から高周波電力が供給される場合には、この電力によるバイアス電位が試料および試料台の電極上に生じる。このために互いに異なる極で同じ静電気力を持つように電力が印加された前記静電吸着用の電極上では異なる電位となり、この電極により溜められる電荷量も異なるものとなるため、単に両者を同一の条件で電荷を開放しようとする場合には、同一の電荷の低減が得られず、残る静電気による試料との間の吸着力が電極により異なるものとなって、試料の取り外しに時間が掛かったり偏って引き剥がされたり等の支障が生じるという問題が有った。

本発明の目的は、誘電体膜内部に設置される電極が２つ以上ある試料台において、より効果的に短時間で除電して処理の効率が向上したプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、吸着電圧ＯＦＦ後、逆電圧を印加することにより達成できる。但し、実際のプラズマエッチングではプラズマ生成用或いは試料にプラズマ中のイオンを引き込むための試料台に印加されるバイアス電力により、試料自体にセルフバイアス電圧が発生し、試料中の電荷バランスがマイナス側へシフトする。この状態では、誘電体膜内の各々正負電極と試料間の電界強度が異なり、つまり誘電体膜内の誘電分極の度合いが正負電極間で異なる。従って、正負電極各々について逆電圧の絶対値と印加時間を調整することにより、効果的に短時間で除電が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

図１に示すプラズマ処理装置は、内部で半導体ウエハのエッチング処理等のプラズマ処理が行われる処理容器１０の内部に処理室１００を有し、その上部に処理室１００内に電磁波を放射して電界を供給するアンテナ１０１及びアンテナプレート１０１ａ、下部にウエハ１２０などの被処理対象である試料を載置する試料台１５０を備えている。真空容器１１０は、アンテナ１０１を保持して真空容器１１０を開閉可能なハウジング１０５と、このハウジング１０５が閉じられている際にその下方から指示して真空容器１１０を構成する側壁１１１、及びこの側壁１１１の下方に配置された下部容器１１２を有している。この下部容器１１２と試料台１５０の間の空間は、処理室１００内のガスやプラズマ，反応生成物が移動して排気手段である排気ポンプ１０３により排気される空間となっている。アンテナ１０１は、真空容器の一部としてのハウジング１０５に保持され、アンテナプレート１０１ａと処理対象を支持する保持ステージである試料台１５０は平行して対向する形で設置される。処理室１００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段１０２が設置されている。

試料台１５０は、その上に載置されるウエハ１２０を誘電体膜を介して静電気により吸着して保持する機能を有した、一般に静電吸着電極と呼ばれているものである。図１に示すように、静電吸着電極である試料台１５０は、アルミニウム製の電極ブロック１５１，誘電体膜１５２，薄膜電極４０１、それにアルミナ製で電極ブロック１５１の外周を覆う電極カバーである試料台リング１５３，ウエハ１２０上下用のプッシャピン２０７で構成される。

電極ブロック１５１内には、真空容器１１０外に配置された温調ユニット１０９において所定の温度に調節されて供給された熱交換媒体が循環する流路１５４が形成されている。アルミナ製の試料台リング１５３は、導体で構成された電極ブロック１５１を保護するためのカバーである。静電吸着電極である試料台１５０の大きさは、１２インチ（直径
３００mm）のウエハ１２０を対象とした場合には、直径が３４０mmで、全体の厚さが４０mmである。電極ブロック１５１は、真空容器１１０外に配置されたバイアス電源１０７と、図示していない接続器により接続されている。ウエハ１２０を吸着保持するための薄膜の静電吸着電極４０１（ａ），４０２（ｂ）は、真空容器１１０外に配置された直流電源１０６（ａ），１０６（ｂ）とそれぞれ接続されている。

誘電体膜１５２は、厚さは０.１mm の溶射法で形成したアルミナセラミックスからなる略円板形状を有しており、この円板の上面にウエハ１２０が載置される。この誘電体膜
１５２の材質や厚さは、この例に限られたものではなく、例えば合成樹脂の場合は、それに応じて０.１mm から数mmの厚さが選択できる。

誘電体膜１５２は、後述する図２（ａ）に示すように、そのウエハ１２０に対向してこれに接する表面には、放射状に伸びる直線状のスリットの複数と、これらに連通した複数条の同心円状のスリットとからなる伝達溝２０１が設けられている。

さらに、これらに連通して誘電体膜１５２表面に開口されたガス導入孔２０２から伝熱用のＨｅガスが誘電体膜１５２または伝達溝２０１に導入され、この伝達溝２０１（及びこの誘電体膜１５２）とこの上に載置される被処理体であるウエハ１２０との間に形成される空間へ両者の熱伝達を行うためのＨｅガスが導入される。この空間では、ウエハ120の裏面に均一な圧力のＨｅガス（通常１０００Ｐａ程度）が充填される。

また、この誘電体膜１５２の内部には、前記した被処理対象であるウエハ１２０を誘電体膜１５２(試料台１５０)上に吸着して保持するための電圧が印加される薄膜電極４０１が設けられている。

処理室１００は内部を排気する真空ポンプ１０３により、１００００分の１Ｐａの圧力の真空を達成できる真空容器１１０の内側に配置され密封された容器である。被処理対象であるウエハ１２０のエッチング，成膜等の処理を行う処理ガスは、図示しないガス供給手段から所定の流量と混合比をもって処理室１００内に供給され、複数の回転可能で連通を開閉可能なフラップを有する真空排気弁１０４と排気ポンプ１０３とにより処理室100内の圧力が制御される。

アンテナ１０１には、マッチング回路１２２を介してアンテナ電源１２１が接続される。アンテナ電源１２１は、高周波電力を供給するものである。電極ブロック１５１には、バイアスＲＦ電力を供給するバイアス電源１０７がマッチング回路１０８を介して接続される。また、温度制御用の温調ユニット１０９が接続される。

また、試料台１５０上の誘電体膜１５２表面に供給される熱伝達用のガスは真空容器
１１０外部の試料台１５０下方に配置されたガス源１１３からガス供給量速度を調節するガス導入調節弁１１４を介して、誘電体膜１５２表面に導入される。

このようなエッチング処理装置では、真空排気弁１０４及び真空ポンプ１０３との作動により処理室１００内部が減圧され所定の圧力に達すると、真空容器１１０の下部容器
１１２内部を処理対象の半導体ウエハ等の基板状のウエハ１２０が、図示していない搬送用ロボットアームにより搬送される。

搬送されたウエハ１２０は、試料台１５０上に載置された後、プッシャピン２０７が上方に移動してウエハ１２０を支え上げ、ロボットハンドが収納された後、プッシャピン
２０７が下降してウエハ１２０は所定の位置に配置され、誘電体膜１５２内の静電吸着用の薄膜電極４０１に直流電圧が印加されてウエハ１２０が試料台１５０上に吸着，保持される。

その後、処理ガスが処理室１００内に供給され、アンテナ１０１及びアンテナプレート１０１ａから供給される高周波の電界とソレノイドコイルからなる磁場形成手段１０２から供給される磁界との相互作用によって、試料台１５０の上方の処理室１００内の空間に導入された供給された処理ガスがこの空間内において効率良くプラズマ化される。

図２は、図１に示すプラズマ処理装置の試料台１５０の構成の概略を拡大して示す図面である。図２（ａ）は、上記の通り、試料台１５０を上方から見た上面図であり、誘電体膜１５２と試料台リング１５３とが示されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示す縦断面図である。

試料台１５０の上部は、図２（ｂ）に示すように、内部に熱交換媒体が通流する流路
１５４が設けられバイアス電位を発生させる電力として高周波（ＲＦ）電力が印加される電極ブロック１５１と、この上部に配置され静電吸着用の薄膜電極４０１を内部に含む誘電体膜１５２，電極ブロック１５１及び誘電体膜１５２，ウエハ１２０の外周に配置され、これらをプラズマから保護する試料台リング１５３とを有している。

電極ブロック１５１内には、前記流路１５４及び誘電体膜１５２表面に伝熱ガスを供給する熱伝達ガス供給路２０３，静電吸着用の薄膜電極４０１へ電圧を印加するためのコネクタプラグ２０４とが配置されている。伝熱ガス供給路２０３は、誘電体膜１５２表面のガス導入孔２０２の各々と連通されており、電極ブロック１５１及び誘電体膜１５２の試料台１５０中央部と外周側とにそれぞれ設けれられている。

上記の通り、誘電体膜１５２の表面には、熱伝達ガスが導入され充填される、ウエハ
１２０または円筒形上の試料台１５０の半径方向及び周方向に複数設けられたスリットを備えた伝達溝２０１が設けられている。誘電体膜１５２上にウエハ１２０が載置され、これら伝達溝２０１のスリット以外の誘電体膜１５２の表面の部分であって試料台１５０上方に突出した凸部表面とウエハ１２０とが吸着されて保持されて出来る、スリットによる空間に、供給された熱伝達ガスが充填される。

本プラズマ処理装置では、試料台リング１５３の内周側、及び誘電体膜１５２の外周側に沿って、４本のプッシャピン２０７を配置している。このプッシャピン２０７は、ウエハ１２０を処理の開始前、或いは処理後に試料台１５０上で隙間を介して支持し、ロボットアームとの間でウエハを授受するものである。このために、プッシャピン２０７は、ウエハ１２０の処理後に誘電体膜１５２の上からウエハ１２０を持ち上げる、あるいは、受け取ったウエハ１２０を支持しつつ下降させて、下方の試料台１５０上に載せる動きをする。プッシャピン２０７の上下方向の移動は、図示していない、試料台１５０下方のアクチュエータにより行われる。プッシャピン２０７の位置と数量は本例に限らなくても良い。

図３は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面の試料台の構成を示す横断面図である。特に、この図面では、誘電体膜１５２内部に配置された静電吸着用の薄膜電極４０１の構成の概略を示している。

この図において、静電吸着用電極４０１は、膜として誘電体膜１５２内に配置されている。この静電吸着用電極４０１は、誘電体膜１５２を途中の所定の膜厚さまで溶射等の方法で形成した後、適切なマスクを用いて、この誘電体膜の上面に塗付、或いは溶射やCVD等の方法で形成される。この後、この静電吸着用電極４０１の上から、再度、誘電体膜
１５２を形成して、上記伝達溝２０１を形成して、全体としてウエハ１２０がその上に載置される誘電体膜１５２としている。

静電吸着用電極４０１は、各々正負に極性を備えるように電力が供給されるものであり、例えばウエハ１２０の処理時に正の極性が与えられる静電吸着電極４０１ａ及び負電極４０１ｂを有し、それぞれが連なった複数の略円弧状の部分を備えて形成されている。これらの円弧状の部分はほぼ同心円上に配置されるように形成されている。さらに、試料台１５０の上方から見て、試料台１５０の中心を通る仮想の線について、その左右側に各々の略円弧が対象に配置されている。また、左右側に配置された円弧状の電極４０１は、試料台１５０の径方向に異なる径の円弧であり、各々が多重の略同心円状に配置されている。

さらに、正負それぞれの静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂが試料台１５０上において前記同心の円の中心である試料台１５０の中心軸から円の半径方向について、交互に位置するように配置されている。これらの隣り合った正負の異なる極の静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂの間には、絶縁部材が配置されている。この絶縁部材は、誘電体膜１５２と同部材でもよい。また、それぞれ静電吸着用の薄膜電極４０１ａ，４０１ｂへ電圧を印加するためのコネクタプラグ２０４ａ，２０４ｂが有る。

このようにすることで、試料台１５０の中央部を中心とした任意の半径の円において、この円内での正負の２つの静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂの各々の面積が略同一になるように構成される。さらに、この任意の半径の円の円周に沿った領域や円周上の長さにおいても、正負の電極の面積や、円周が位置する長さも略等しくなるように構成されている。

試料が静電吸着する原理について説明する。直流電源１０６ａ，１０６ｂから試料台
１５０の上面の誘電体膜１５２内の静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂに電圧を印加することにより、これら静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂに電荷が蓄積される。また、これらの電極の上に誘電体膜１５２を備えることにより、誘電分極効果が加わり効果的に電荷が蓄積される。この時、静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂとウエハ１２０間には電位差が生じ、クーロン力によってウエハ１２０が誘電体膜１５２方向に、つまり試料台１５０上に吸着される。

一方、これら静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂに印加されていた電圧を取り除いても電荷が残るためにウエハ１２０を吸着する力が残存する、残留吸着はこのような電荷が時定数をもってこれら静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂ，誘電体膜１５２，ウエハ１２０に残留することである。これを意図的に除去すればより短時間で効果的に除電され、ウエハ
１２０を試料台１５０上から取り外すことが可能となり、処理の効率が向上する。

処理対象の半導体ウエハ等のウエハ１２０が試料台１５０に印加された電圧に起因するセルフバイアス電圧にてマイナス側に変化している場合は、吸着時の正電圧が印加された側の電極の方が多く帯電するので、逆電圧を印加する際の電圧の絶対値を大きくすると効果的である。また、逆電圧を印加する際の電圧値を両極で同じにする場合は、印加時間を長くすることで電圧値を上げることと同じ効果が得られる。

但し、図７に示すように逆電圧の絶対値に対して最適な印加時間が存在するので、短すぎると吸着力残留し、長すぎると再吸着を発生する点に留意が必要である。図７は、異なる絶対値の各々の逆電圧の値に対する逆電圧の印加時間と電極の電荷量の変化との関係を示すグラフである。これらの最適な印加時間は予め実験等で検出して半導体メモリー等の記憶装置にデータとして読み出し可能に格納しておき、逆電圧を印加する装置の動作を調節する制御装置が適宜このデータを読み出して、逆電圧の印加を調節することで、静電吸着の除電の動作を制御するようにすると良い。

次に、図４乃至図６を用いて、上記本発明の実施例におけるウエハ１２０が前記誘電体膜上からその上方の空間へ離脱される動作の流れを説明する。図４乃至図６は、図１に示す実施例において試料が試料台上に載せられた状態から上方に持ち上げられるまでの各部の動作の時間変化を示すグラフである。この図において、横軸は時刻、縦軸はアンテナ電源，バイアス用高周波（ＲＦ）電力，静電吸着電極へ印加される直流電源の各々の電圧である。

まず、図４ (ａ)，(ｂ) において、エッチング中のバイアス電源１０７が試料台１５０の電極ブロック１５１に印加されていない場合、つまりバイアス電源１０７からの印加電力が０の場合は、正負それぞれの静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂにおける電荷量（帯電量）はほぼ等しい。そこで、図４（ａ）に示すように逆電圧を印加する場合の電圧値あるいは印加時間は両電極で同じで良い。

より詳細には、プラズマが処理室１００内に形成されてウエハ１２０の処理が進行している際、アンテナ電源１２１からの電力は印加されており（ＯＮ）、これらの電力による所定の電圧値がアンテナ１０１に形成されている。バイアス電源１０７からの電力が０か非常に小さい場合には、電極ブロック１５１に印加されている電圧は０か非常に小さい。この際、ウエハ１２０を試料台１５０の誘電体膜１５２上に吸着してこれを保持するため、静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂにも各々対応する直流電源１０６ａ，１０６ｂから電力が印加されて（ＯＮ）、一方は正電圧＋Ｖ１、他方は負電圧−Ｖ１が印加されている。

ウエハ１２０の処理が終了した後、まずバイアス電源１０７からの電力の印加が停止されて（ＯＦＦ）、試料台１５０の電極ブロック１５１の電位が略０にされる。次に、アンテナ電源１２１からの電力の印加が停止されてアンテナの電位が略０にされる。この際、プラズマの生成は停止される。

その後、直流電源１０６ａ，１０６ｂからの静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂへの電力の供給がそれぞれの電位が略０となるように停止される（ＯＦＦ）。さらに、その後、処理中の静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂの各々の電位を正負逆にする電力が各直流電源
１０６ａ，１０６ｂから供給されて、各電極での極が逆にされ（逆電圧が印加され）、当初正電位にされた電極は電圧−Ｖ２が印加され、当初負電位にされた電極には電圧＋Ｖ２が印加される。このようにされて、各静電吸着電極４０１ａ，４０１ｂ各々で誘電体膜
１５２内に溜められた電荷が取り除かれる。上記の通り、正負の静電吸着電極の面積が略等しい場合には各静電吸着電極への電力印加による電荷の量はほぼ等しいため、逆電圧を印加する時間および電圧値はほぼ等しくされる。

より詳細には、所定のバイアスＲＦ電源出力が微小の場合も、ほぼこのシーケンスで離脱可能である場合もある。その閾値は、電極構造，ウエハ物性値，ウエハサイズ，プラズマ密度等により変化するため容易には推測出来ないことが多く、実験により検出して、製品を処理する装置に用いることが望ましい。

また、逆電圧値，印加時間の最適値は、ウエハ物性に依存するため、同様に実験等により、所定の値を検出して製品を処理する装置に用いることが望ましい。例えば、実験の方法としては、スループットに影響が出ない１〜３秒の間で印加時間を決めておいて、逆電圧絶対値を吸着電圧絶対値を中心条件として前後に振り、最も残留吸着が小さくなる条件を検出する。

一方、バイアス電源１０７からの出力が大きい場合、電極ブロック１５１に生じる電位とプラズマの電位との関係から半導体ウエハ等のウエハ１２０自身に生じるセルフバイアス電圧が大きくなるため、ウエハ１２０を吸着させている際に生じている静電吸着電極
４０１ａ，４０１ｂの正負の電極における帯電量は異なってしまう。より具体的には、正電圧が印加された側の電極において多く帯電する。

本実施例において、図４（ｂ）に示すのように、この場合に静電吸着電極の各々に印加する逆電圧を異ならせて供給する。図４（ｂ）では、当初に正の電圧が印加された電極側に当初の負電極側に印加されるものより大きい逆電圧値を２つの電極に同じ時間だけ印加する例を示しており、他の動作の流れは同じである。具体的には、当初直流電源１から正電圧＋Ｖ１が印加されていた電極には、一旦電圧供給を０にした後、逆電圧として−Ｖ３の電圧が印加される。一方、当初直流電源２から負電圧−Ｖ１が印加されていた電極側には、図４（ａ）の場合と同様に、一旦供給される電圧を０にした後、逆電圧して正負の極性が逆の電圧−Ｖ２が印加される。この場合、電圧の絶対値としてはＶ２はＶ３よりも小さい大きさの電圧となっている。

このようにすることで、静電吸着電極の正負極両方がバランスよく除電され、一方が他方よりも多く帯電したために一方の静電吸着力が偏って残存して、試料が試料台から取り外すことが困難となったり、偏って持ち上げられたりすることが抑制され、また、試料を持ち上げて取り外す時間が低減されて、試料の処理の効率が向上される。

また、さらに、図５に示すように、正負電極のいずれかに逆電圧を印加する時間を調整する方法もある。図５は、図４に示す実施例の変形例を示すグラフである。この図では、バイアス電源１０７からの供給電圧によるウエハ１２０のセルフバイアスの影響を低減するため、当初直流電源１から正電圧＋Ｖ１が印加されていた側の静電吸着電極に、供給する電力を一旦略０にした後、逆電圧として−Ｖ２の電圧を印加する。一方、当初直流電源２から負電圧−Ｖ１が印加されていた側の静電吸着電極には、供給する電圧を他方の電極と略同じタイミングで略０にした後、逆電圧として正電圧＋Ｖ２が印加される。

これらの逆電圧が印加される時間は、印加され始める時刻は略同一であるが、逆電圧として正電圧＋Ｖ２が印加される側の静電吸着電極への印加時間の方が短くされ、早く終了する。つまり、負電圧−Ｖ２が印加される時間が長くされることで、ウエハ１２０のセルフバイアスにより多く電荷が溜められていた、当初正電圧が印加された側の静電吸着電極をより多く除電する。このような構成により、静電吸着電極の正負極両方がバランスよく除電され、一方が他方よりも多く帯電したために一方の静電吸着力が偏って残存することが抑制され、試料の処理の効率が向上される。図５に示す他の動作は、図４に示した例と同等である。

更に、図６に示すように、当初直流電源１から正電圧＋Ｖ１が印加されていた側の静電吸着電極に、逆電圧を印加する場合に、まず負の電圧−Ｖ２を印加し、その後、さらに小さな（絶対値の大きな負電圧値の）逆電圧である−Ｖ３を印加しても良い。さらに、正負の静電吸着電極にほぼ同時に逆電圧を印加し始めて、先に電荷が除かれ（中和され）る当初に直流電源２から負電圧が印加された側の電極に供給する逆電圧を停止（ＯＦＦ）し、一方で未だ帯電して（電荷が十分に取り除かれていない）除電が不十分な当初に正電圧が印加された側の電極に印加される逆電圧の絶対値を大きくする。つまり追加的に電圧を印加しても良い。

上記の通り、本実施例によれば、電極ブロックに高周波電力が印加された状態で試料を少なくとも２つの極性を有するように電圧が印加された静電吸着電極により試料を吸着，保持して試料を処理した後、静電吸着電極の各々に逆電圧を印加する際、当初に正の電圧が印加されて正に極性が形成された電極側に、逆の電圧をその絶対値が大きくなるように印加する。つまり、処理中の正の電極側により大きな絶対値の電力を印加するように逆電圧が印加される。

このようにすることで、静電吸着電極の正負極両方がバランスよく除電され、一方が他方よりも静電吸着力が偏って残存することが抑制され、また、試料を持ち上げて取り外す時間が低減されて、試料の処理の効率が向上される。

これにより、より効果的に短時間で除電して処理の効率が向上したプラズマ処理装置が提供できる。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す実施例の試料台の構成の概略を拡大して示す図面である。 図２に示すＢ−Ｂ断面の試料台の構成を示す横断面図である。 図１に示す実施例において試料が試料台上に載せられた状態から上方に持ち上げられるまでの各部の動作の時間変化を示すグラフである。 図４に示す実施例の変形例の動作の時間変化を示すグラフである。 図４に示す実施例の別の変形例の動作の時間変化を示すグラフである。 図４に示す実施例の電荷の時間変化を示すグラフである。 膜の物性値と除電時間との変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…処理容器、１００…処理室、１０１…アンテナ、１０２…磁場形成手段、１０３…排気ポンプ、１０４…真空排気弁、１０５…ハウジング、１０６ａ，１０６ｂ…直流電源、１０７…バイアス電源、１０８…マッチング回路、１０９…温調ユニット、１１０…真空容器、１１１…側壁、１１２…下部容器、１１３…ガス源、１１４…ガス導入調節弁、１２０…ウエハ、１５０…試料台、１５１…電極ブロック、１５２…誘電体膜、１５３…試料台リング、１５４…流路、２０１…伝達溝、２０２…ガス導入孔、２０３…伝熱ガス供給路、２０４…コネクタプラグ、２０７…プッシャピン、４０１ａ，４０１ｂ…静電吸着電極。

Claims (3)

1. 真空容器内に配置された処理室と、この処理室内の下部に配置されその上部に処理対象の試料が配置される載置面を有した試料台と、前記試料載置面上に配置された誘電体製の膜と、この誘電体製の膜内に配置され前記試料をこの誘電体膜上に静電気により吸着するために各々電圧が印加されて２つの電極と、前記試料台の内側に配置された電極に高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前記試料台に前記高周波電力を印加しつつ前記２つの電極の各々に電圧を印加して一方に正、他方に負の極性を形成して前記試料を前記試料台上に保持しつつこの試料台の上方の前記処理室内に形成したプラズマ用いて処理するプラズマ処理装置において、
   前記２つの電極の面積が略同一であって、この試料の処理後に前記２つの電極の各々に一方を負、他方を正の極性を形成する電力が印加され、一方を負にするための電力が他方を正にするための電力より大きいプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記試料の処理後に前記静電吸着電極のうち一方に印加される負の電圧の絶対値が他方に印加される正の電圧の絶対値より大きな電圧を印加して後、前記試料を前記試料台上から搬出するプラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記試料の処理後に前記静電吸着電極のうち一方を負の極性を与える電力と他方を正の極性を与える電力が印加され、かつ前記一方に電力が印加される時間を他方に印加される時間より長く印加して後、前記試料を前記試料台上から搬出するプラズマ処理装置。
   

Images