JP2020167291A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板処理において静電チャックで基板を吸着する際のパーティクルを低減すると共に、当該基板処理のスループットを向上させる。【解決手段】基板を処理する方法であって、所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を有する。【選択図】図１
Description
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
特許文献１には、静電チャックの吸着面にウェハを吸着する際における、吸着前のウェハ温度と吸着後のウェハの最高温度の差を５０℃以下にすることが開示されている。さらに特許文献１には、前記差を５０℃以下にするために、静電チャックに吸着する前のウェハを予備加熱することも開示されている。
本開示にかかる技術は、基板処理において静電チャックで基板を吸着する際のパーティクルを低減すると共に、当該基板処理のスループットを向上させる。
本開示の一態様は、基板を処理する方法であって、所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を有する。
本開示によれば、基板処理において静電チャックで基板を吸着する際のパーティクルを低減すると共に、当該基板処理のスループットを向上させることができる。
半導体デバイスの製造工程においてプラズマ処理装置では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによって半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を処理する。かかるプラズマ処理装置には、ウェハを載置して吸着する静電チャック（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）が設けられ、当該静電チャック上でウェハが吸着保持された状態でプラズマ処理が行われる。
プラズマ処理を行う際には、エッチング処理や成膜処理などの目的のプロセスに応じて、ウェハの温度を調節する必要がある。例えば、ウェハの温度を高温にしてプラズマ処理する場合には、ウェハを加熱（昇温）する必要がある。そこで従来、静電チャックの温度を制御することで、当該静電チャック上に吸着されたウェハの温度を調節することが行われている。具体的には、例えば通常、常温のウェハを、所定の温度に制御された静電チャック上に載置し、静電チャックと熱伝達することで、ウェハの温度が調節される。そして、ウェハの温度がプラズマ処理に適した温度になった後、プラズマ処理が開始される。
かかる場合、静電チャック上にウェハを載置した際に生じる静電チャックとウェハの温度差により、当該静電チャックとウェハの間に熱膨張差が生じる。そうすると、ウェハは静電チャックに吸着された状態で熱膨張するため、ウェハの裏面と静電チャックの表面が擦れ、ウェハの裏面が摩耗してパーティクルが発生する場合がある。
この点、特許文献１に開示の方法では、吸着前のウェハ温度と吸着後のウェハの最高温度の差を５０℃以下にすることで、パーティクルの低減を図っている。しかしながら、特許文献１に開示の方法では、前記差を５０℃以下にするため、ウェハの予備加熱を行っており、この予備加熱に要する時間分、ウェハ処理のスループットが低下する。特に、プラズマ処理装置とは別に予備加熱室を設ける場合、予備加熱室への搬入出の時間がかかり、スループットはさらに低下する。
一方、パーティクルを低減するため、ウェハを予備加熱する代わりに、静電チャックの温度を昇降させることも考えられる。すなわち、プラズマ処理装置にウェハを搬入する際、静電チャックの温度を低くしておき、静電チャック上にウェハを載置した後、静電チャックの温度を高くする。かかる場合でも、静電チャックの温度を昇降させる時間が必要となるため、ウェハ処理のスループットは低下する。
本開示にかかる技術は、ウェハ処理において静電チャックでウェハを吸着する際のパーティクルを低減すると共に、当該ウェハ処理のスループットを向上させる。以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜本開示の技術＞
先ず、図１を参照して、本開示にかかる技術（以下、「本技術」という。）について説明する。図１は、静電チャックに印加する直流電圧（図１中の“ＥＳＣ ＨＶ”）、静電チャックの温度（図１中の“ＥＳＣ ｔｅｍｐ．”）及びウェハの温度（図１中の“Ｗａｆｅｒ ｔｅｍｐ．”）の経時変化を示す説明図である。また、図１には、ウェハ（図１中の“Ｗａｆｅｒ”）と静電チャック（図１中の“ＥＳＣ”）の状態を示す模式的な説明図も示す。なお、図１において（ａ）は従来技術を示し、（ｂ）は本技術を示している。
先ず、図１を参照して、本開示にかかる技術（以下、「本技術」という。）について説明する。図１は、静電チャックに印加する直流電圧（図１中の“ＥＳＣ ＨＶ”）、静電チャックの温度（図１中の“ＥＳＣ ｔｅｍｐ．”）及びウェハの温度（図１中の“Ｗａｆｅｒ ｔｅｍｐ．”）の経時変化を示す説明図である。また、図１には、ウェハ（図１中の“Ｗａｆｅｒ”）と静電チャック（図１中の“ＥＳＣ”）の状態を示す模式的な説明図も示す。なお、図１において（ａ）は従来技術を示し、（ｂ）は本技術を示している。
上述したように、パーティクルを低減するためには、ウェハの予備加熱を行うことや、静電チャックの温度を昇降制御することが考えられるが、これらの方法はウェハ処理のスループットの観点から好ましくない。そこで本技術では、図１に示すように静電チャックの温度を温度Ｔ２に一定にする。具体的に静電チャックの温度Ｔ２は、例えばウェハをプラズマ処理する目標温度である。かかる場合、静電チャックに載置前のウェハの温度Ｔ０は、例えば常温であり、静電チャックに載置後に温度Ｔ２まで上昇する。本発明者らは、このように静電チャックの温度Ｔ２を一定にしたうえで、パーティクルを低減することを考えた。
従来、図１（ａ）に示すようにウェハを静電チャック上に載置後、直ちに静電チャックには電圧Ｖ２が印加される。具体的に静電チャックに印加される電圧Ｖ２は、プラズマ処理を行う際に、静電チャックがウェハを吸着する際の電圧である。そして載置直後、ウェハは吸着力Ｆ２で静電チャックに吸着される。かかる場合、静電チャック上にウェハを載置した際には、ウェハの温度Ｔ０と静電チャックの温度Ｔ２の温度差（Ｔ２−Ｔ０）により、静電チャックとウェハの間に熱膨張差が生じる。この際、ウェハは大きな吸着力Ｆ２で静電チャックに吸着されるため、ウェハの裏面と静電チャックの表面が擦れ、パーティクルが発生する。
そこで本発明者らは、静電チャックによってウェハが加熱され、当該静電チャックとウェハの温度差がある程度小さくなるまでは、吸着力を抑えることを考えた。そして本技術では、図１（ｂ）に示すように、ウェハを載置後に静電チャックに印加される電圧を２段階に上昇させる。
図１（ｂ）に示すように、先ず、ウェハを静電チャック上に載置する（載置工程Ｓ１）。その後、静電チャックに第１の電圧Ｖ１を印加する（第１の吸着工程Ｓ２）。そうすると、ウェハは第１の吸着力Ｆ１で静電チャックに吸着される。この第１の吸着力Ｆ１は、プラズマ処理時の第２の吸着力Ｆ２より小さいため、静電チャックとウェハに温度差が生じたとしても、ウェハの裏面と静電チャックの表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。
その後、静電チャックに印加する電圧を第１の電圧Ｖ１に維持して、静電チャックによるウェハの吸着を保持する（保持工程Ｓ３）。そして、ウェハの温度が温度Ｔ１まで上昇した後、静電チャックに印加する電圧を第２の電圧Ｖ２まで上昇させる（第２の吸着工程Ｓ４）。この際、ウェハは、第１の吸着力Ｆ１より大きい第２の吸着力Ｆ２、すなわちプラズマ処理時の第２の吸着力Ｆ２で静電チャック上に吸着される。しかしながら、静電チャックとウェハの温度差（Ｔ２−Ｔ１）が十分に小さくなっているので、ウェハの裏面と静電チャックの表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。
以上のように本技術によれば、静電チャックに印加する電圧を２段階に上昇させることによりパーティクルを低減することができ、さらに静電チャックの温度を一定に維持することでウェハ処理のスループットを向上させることができる。
次に、本発明者らは、第２の吸着工程Ｓ４において静電チャックに印加する電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に上昇させるタイミング、すなわち静電チャックとウェハの温度差（Ｔ２−Ｔ１）を調べるため、実験を行った。その実験結果を図２に示す。図２の横軸はウェハを静電チャック上に載置した際の当該静電チャックとウェハの温度差を示し、縦軸はウェハの裏面に生じるキズの長さを示す。なお、キズの長さは、ウェハの裏面と静電チャックの表面の擦れの大きさを表し、さらにはパーティクルの発生量を表している。
図２に示す実験では、静電チャックに印加する電圧を一定に維持したうえで、静電チャックとウェハの温度差を変動させて、ウェハの裏面に生じるキズの長さを測定した。具体的に温度差を、３２℃、４２℃、６２℃、８２℃に変動させた。また実験は、静電チャックに印加する電圧が２５００Ｖ、２０００Ｖ、１５００Ｖの３つの場合に対して行った。なお、図２においては、各電圧に対して、測定されたキズの長さを温度差毎にプロットしたものに加えて、キズの長さと温度差の関係を回帰して得られた線も図示している。
図２を参照すると、静電チャックとウェハの温度差が大きいとキズの長さが大きいが、温度差が小さとキズの長さも小さくなる。すなわち温度差が小さくなると、パーティクルを低減することができる。これは、静電チャック上にウェハを載置した際、静電チャックとウェハの間に生じる熱膨張差が小さくなり、ウェハの裏面と静電チャックの表面の擦れが抑えられるためである。そして温度差が４２℃になると、静電チャックに印加する電圧がいずれの場合でもキズの長さがほぼゼロになるものの、静電チャックに印加する電圧が２５００Ｖの場合には微小のキズが観測された。そして温度差が３２℃においては、静電チャックに印加する電圧がいずれの場合でも、キズは観測されなかった。したがって、パーティクルを低減するため、図１に示した、静電チャックに印加する電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に上昇させるタイミングは、静電チャックとウェハの温度差（Ｔ２−Ｔ１）が３０℃以下であるのが適切である。
なお、静電チャックの温度Ｔ２は、ウェハをプラズマ処理する目標温度である。具体的に温度Ｔ２は、例えば６０℃、８０℃、１２０℃が想定される。静電チャックに載置前のウェハの温度Ｔ０は通常、常温である。そうすると、静電チャックとウェハの温度差（Ｔ２−Ｔ１）を３０℃以上にするためには、静電チャックの温度Ｔ２は６０℃以上が好適である。
また図２を参照すると、静電チャックに印加する電圧が２５００Ｖ、２０００Ｖ、１５００Ｖと小さくなると、キズの長さも小さくなる。これは、図１に示したように静電チャックの電圧を小さくすると、静電チャックがウェハを吸着する吸着力が小さくなり、ウェハの裏面と静電チャックの表面の擦れが小さくなるためである。そして、静電チャックの電圧が１５００Ｖになると、静電チャックとウェハの温度差に関わらず、キズは観測されなかった。したがって、パーティクルをさらに低減するため、図１に示した、静電チャックに印加される第１の電圧Ｖ１は、１５００Ｖ以下であるのが好ましい。
なお、静電チャックに印加される第２の電圧Ｖ２は、プラズマ処理を行う際に、静電チャックがウェハを吸着する際の電圧であり、２５００Ｖ以上である。
ここで、静電チャック上に吸着されたウェハの温度を調節する際には、静電チャックとウェハの間に（ウェハの裏面に対して）、ＨｅガスやＡｒガス等の熱伝達用ガス（以下、「伝熱ガス」という。）を供給する。この伝熱ガスにより、静電チャックとウェハの間の熱伝達性が向上し、ウェハを効率よく温度調節することができる。
本技術では、静電チャックに印加する電圧を２段階に上昇させるが、第１の吸着工程Ｓ２において第１の電圧Ｖ１を印加する際の第１の吸着力Ｆ１は、第２の吸着工程Ｓ４において第２の電圧Ｖ２を印加する際の第２の吸着力Ｆ２よりも小さい。上述したように伝熱ガスは、静電チャックとウェハの間の熱伝導性を向上させるため、できるだけ高い圧力で供給するのが好ましい。しかしながら、伝熱ガスの圧力が高すぎると、静電チャックがウェハを吸着する力を上回り、静電チャックによるウェハの吸着を維持できないおそれがある。
そこで、静電チャックに印加する電圧に応じて、すなわち静電チャックがウェハを吸着する吸着力に応じて、伝熱ガスの圧力を調節するのが好ましい。図３は、図１（ｂ）においてさらに、伝熱ガスであるＨｅガスの圧力（図３中の“Ｈｅ Ｂ．Ｐ．”）の経時変化を示したものである。図３に示すように、第１の吸着工程Ｓ２において静電チャックに印加する電圧を第１の電圧Ｖ１に上昇させた後、保持工程Ｓ３において第１の電圧Ｖ１を保持する間は、伝熱ガスを第１の圧力Ｐ１にて供給する（第１のガス供給工程）。その後、第２の吸着工程Ｓ４において静電チャックに印加する電圧を第２の電圧Ｖ２に上昇させた後、伝熱ガスを第１の圧力Ｐ１より大きい第２の圧力Ｐ２にて供給する（第２のガス供給工程）。かかる場合、静電チャックによるウェハの吸着を維持しつつ、伝熱ガスを最大限に供給することができ、ウェハを効率よく温度調節することができる。
次に、以上の本技術が適用される、本実施形態にかかる基板処理装置としてのプラズマ処理装置、及び基板処理方法としてのプラズマ処理方法について、図面を参照しながら説明する。
＜プラズマ処理装置＞
次に、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成について説明する。図４は、プラズマ処理装置１の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態ではプラズマ処理装置１として、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置を例に説明する。
次に、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成について説明する。図４は、プラズマ処理装置１の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態ではプラズマ処理装置１として、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置を例に説明する。
プラズマ処理装置１は、例えばアルミニウム又はステンレス鋼製の金属製の処理容器１０を有している。処理容器１０は電気的に接地されている。また、処理容器１０は内部を密閉可能な円筒形状を有している。処理容器１０の側壁には、ウェハＷの搬入又は搬出時に開閉するゲートバルブ１１が取り付けられている。
処理容器１０内には、基板としてのウェハＷを載置させる載置台２０が設けられている。載置台２０は、載置台本体２１と静電チャック２２を有している。静電チャック２２は、載置台本体２１の上部に設けられ、ウェハＷを吸着する。載置台本体２１は、絶縁性の筒状保持部２３を介して、処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部２４に支持されている。筒状保持部２３の上面には、静電チャック２２の外側を環状に囲む、例えば石英からなるフォーカスリング２５が設けられている。
載置台本体２１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる。載置台本体２１には、プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源３０が、整合器３１及び給電棒３２を介して電気的に接続されている。高周波電源３０は、所定の高周波、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台２０に供給する。このようにして載置台本体２１は下部電極としても機能する。なお、上部電極としては、後述するシャワーヘッド７０が機能する。高周波電源３０からのプラズマ生成用の高周波電力は、載置台本体２１とシャワーヘッド７０との間に容量的に供給される。
静電チャック２２は、導電膜からなるシート状のチャック電極４０を一対の誘電部材である誘電層部４１、４２の間に挟み込んだものである。すなわち、静電チャック２２は、誘電体中に片極のみが形成された、いわゆる単極型の静電チャックである。チャック電極４０には、直流電源４３がスイッチ４４を介して接続されている。静電チャック２２は、直流電源４３からチャック電極４０に直流電圧を印加することにより、クーロン力でウェハＷを吸着保持することができる。
また、チャック電極４０への電圧の印加を停止する場合には、スイッチ４４によって接地部４５へ接続された状態となっている。以下、チャック電極４０への電圧の印加停止は、チャック電極４０が接地された状態を意味する。
載置台本体２１の内部には冷媒管５０が設けられている。この冷媒管５０には、配管５１、５２を介してチラーユニット５３から所定温度の冷媒、例えば冷水が循環供給される。
静電チャック２２の内部にはヒータ５４が設けられている。ヒータ５４には交流電源（図示せず）から所望の交流電圧が印加される。かかる構成により、チラーユニット５３による冷却とヒータ５４による加熱によって静電チャック２２上のウェハＷの処理温度は所望の温度に調整される。
上述のように静電チャック２２からの熱は、当該静電チャック２２の上面に吸着したウェハＷに伝達される。かかる場合、処理容器１０内が減圧されても熱を効率よくウェハＷに伝達させるために、静電チャック２２の上面に吸着したウェハＷの裏面に向けて、ＨｅガスやＡｒガス等の伝熱ガスが、ガス供給ライン６０から供給される。ガス供給ライン６０は、伝熱ガス供給源６１に接続される。
処理容器１０の天井部には、シャワーヘッド７０が接地電位の上部電極として設けられている。上述の高周波電源３０により、載置台２０とシャワーヘッド７０との間に高周波電力が供給される。シャワーヘッド７０は、多数のガス通気孔７１を有する電極板７２と、当該電極板７２を着脱可能に支持する電極支持体７３とを有している。電極支持体７３の内部にはバッファ室７４が設けられている。バッファ室７４のガス導入口７５にはガス供給配管７６を介して処理ガス供給源７７が連結されている。かかる構成により、シャワーヘッド７０から処理容器１０内に所望の処理ガスが供給される。
処理容器１０の内側壁と筒状支持部２４の外側壁との間には排気路８０が形成されている。排気路８０には環状のバッフル板８１が取り付けられている。排気路８０の底部には排気口８２が設けられ、当該排気口８２は排気管８３を介して排気装置８４に接続されている。排気装置８４は真空ポンプ（図示せず）を有しており、処理容器１０内を所定の真空度まで減圧する。
以上のプラズマ処理装置１には、制御部としての制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、プラズマ処理装置１に取り付けられた各部、例えば処理ガス供給源７７、排気装置８４、ヒータ５４、直流電源４３、スイッチ４４、整合器３１、高周波電源３０、伝熱ガス供給源６１、及びチラーユニット５３を制御する。
制御装置１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわち、処理レシピが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御装置１００にインストールされたものであってもよい。
＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。本実施形態ではプラズマ処理として、例えばドライエッチング処理を行う。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。本実施形態ではプラズマ処理として、例えばドライエッチング処理を行う。
図５は、プラズマ処理における処理工程を示す説明図である。図５では、静電チャック２２に印加する直流電圧（図５中の“ＥＳＣ ＨＶ”）、静電チャック２２の温度（図５中の“ＥＳＣ ｔｅｍｐ．”）、ウェハＷの温度（図５中の“Ｗａｆｅｒ ｔｅｍｐ．”）、及びＨｅガス（伝熱ガス）の圧力（図５中の“Ｈｅ Ｂ．Ｐ．”）の経時変化を示す。なお、図５における時間や電圧、温度、圧力の数値は一例であり、プラズマ処理のレシピに応じて変更される。
先ず、ゲートバルブ１１を開口してウェハＷを処理容器１０内に搬入し、静電チャック２２上に載置する（載置工程Ｓ１）。この際、静電チャック２２は所定の温度、例えば１２０℃に維持されている。また、静電チャック２２上に載置される際のウェハＷの温度は常温、例えば２７℃である。静電チャック２２上に載置されたウェハＷは、まだ吸着されておらず、その温度が大きく上昇することはない。
ウェハＷの搬入後、ゲートバルブ１１が閉じられる。そして、排気装置８４によって処理容器１０内を所定の真空度まで減圧する。
次に、処理ガス供給源７７からシャワーヘッド７０を介して処理容器１０内にＡｒガスを供給し、処理容器１０内の圧力を調整する。そして、高周波電源３０により、載置台２０とシャワーヘッド７０との間に高周波電力を供給し、プラズマを生成する。次に、直流電源４３から静電チャック２２のチャック電極４０に、第１の電圧、例えば１５００Ｖを印加して、静電チャック２２上にウェハＷを吸着する（第１の吸着工程Ｓ２）。そうすると、ウェハＷは第１の吸着力で静電チャック２２に吸着される。この第１の吸着力は、プラズマ処理時の第２の吸着力より小さいため、静電チャック２２とウェハＷに温度差が生じたとしても、ウェハＷの裏面と静電チャック２２の表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。
次に、静電チャック２２に第１の電圧（１５００Ｖ）を印加しながら、静電チャック２２によるウェハＷの吸着を保持する（保持工程Ｓ３）。この保持工程Ｓ３においても、静電チャック２２がウェハＷを吸着する力は十分小さいため、ウェハＷの裏面と静電チャック２２の表面の擦れを抑制することができる。
なお、保持工程Ｓ３では、伝熱ガス供給源６１から静電チャック２２とウェハＷの間に、Ｈｅガスを第１の圧力、例えば２０Ｔｏｒｒで供給する（第１のガス供給工程）。第１の圧力は、伝熱ガスの圧力によりウェハＷが静電チャック２２から離脱しない範囲において、高くすることが望ましい。かかる場合、ウェハＷの第１の吸着力が小さくても、ウェハＷが静電チャック２２から離脱することなく、Ｈｅガスを最大限供給するので、ウェハＷを効率よく温度調節できる。このため、保持工程Ｓ３の時間を短縮でき、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。また、伝熱ガスの圧力により、ウェハＷが静電チャック２２から離脱する方向に力がかかるため、ウェハＷの裏面と静電チャック２２の表面の擦れを更に抑制することができる。
そして、ウェハＷの温度が例えば１００℃まで上昇し、静電チャック２２とウェハＷの温度差が２０℃となると、静電チャック２２に印加する電圧を第２の電圧、例えば２５００Ｖまで上昇させる（第２の吸着工程Ｓ４）。この際、ウェハＷは、第１の吸着力より大きい第２の吸着力、すなわちプラズマ処理時の第２の吸着力で静電チャック２２に吸着される。しかしながら、静電チャック２２とウェハＷの温度差が２０℃と十分に小さくなっているので、ウェハＷの裏面と静電チャック２２の表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。なお、図２を用いて説明したように静電チャック２２とウェハＷの温度差は３０℃以下であればよいが、本実施形態では余裕をみて、温度差を２０℃としている。
静電チャック２２に印加する電圧を第２の電圧（２５００Ｖ）まで上昇させると、静電チャック２２とウェハＷの間に供給するＨｅガスの圧力を、第１の圧力から第１の圧力よりも高い第２の圧力、例えば３０Ｔｏｒｒに上昇させる（第２のガス供給工程）。ウェハＷは保持工程Ｓ３における第１の吸着力よりも大きい第２の吸着力により吸着されているため、伝熱ガスを第１の圧力よりも高い第２の圧力で供給しても、ウェハＷを静電チャック２２で保持することができるからである。このように、保持工程Ｓ３よりも高い圧力にてＨｅガスを供給することにより、ウェハＷをより効率よく温度調節できる。このため、ウェハＷをプラズマ処理時の目標温度、例えば１２０℃まで上昇させる時間を短縮でき、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。
また、静電チャック２２に印加される電圧が第２の電圧となり、ウェハＷが第２の吸着力で静電チャック２２に吸着されると、高周波電力の供給を停止する。そして、引き続きプラズマ処理が行われる（処理工程Ｓ５）。具体的には、処理ガス供給源７７から処理ガス（エッチングガス）を所定の流量で処理容器１０内のウェハＷの上方に供給する。この際、排気装置８４により処理容器１０内を所定の真空度に維持する。さらに、高周波電源３０から所定のパワーの高周波電力を載置台本体２１に供給する。そうすると、シャワーヘッド７０からシャワー状に導入された処理ガスは、高周波電源３０からの高周波電力によりプラズマ化され、これにより、上部電極（シャワーヘッド７０）と下部電極（載置台本体２１）との間のプラズマ生成空間にてプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマ中のラジカルやイオンによってウェハＷの主面がエッチングされる。
プラズマエッチング処理を終了する場合は、先ず、高周波電源３０からの高周波電力の供給および処理ガス供給源７７による処理ガスの供給が停止される。次いで、ウェハＷの裏面へのＨｅガスの供給が停止され、静電チャック２２の吸着保持も停止される。なお、静電チャック２２の吸着保持を停止する場合、さらにマイナスの電圧を印加して除電を行ってもよい。その後、排気装置８４による減圧が、それぞれ停止される。
その後、ゲートバルブ１１を開口してウェハＷを処理容器１０から搬出する。こうして、ウェハＷに対する一連のプラズマ処理が終了する。
以上の実施形態によれば、ウェハＷの載置後に静電チャック２２に印加される電圧を２段階に上昇させるので、ウェハＷの裏面と静電チャック２２の表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。実際に本発明者らは、本実施形態を実施してウェハＷをプラズマ処理した後、当該ウェハＷの表面を撮像して観察したところ、ウェハＷの表面に付着したパーティクルはほとんどなかった。
また、本実施形態によれば、静電チャック２２の温度を一定に維持しているので、従来のようにウェハＷの予備加熱を行う場合や静電チャック２２の温度を昇降制御させる場合に比べて、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。実際に本発明者らが調べたところ、静電チャック２２の温度を昇降制御する場合に比べて、本実施形態のように静電チャック２２の温度を一定に維持した場合、静電チャック２２によってウェハＷを所定温度まで昇温させるまでの時間を約半分にすることができた。
さらに、本実施形態によれば、静電チャック２２に印加する電圧（第１の電圧と第２の電圧）に応じて、Ｈｅガスの圧力を２段階に調節するので、静電チャック２２によるウェハＷの吸着を維持しつつ、Ｈｅガスを最大限に供給することができる。その結果、ウェハＷを効率よく温度調節することができ、ウェハ処理のスループットをさらに向上させることができる。
＜保持工程の時間設定＞
以上の実施形態において、静電チャック２２に印加する電圧を第１の電圧から第２の電圧に上昇させるタイミングは、静電チャック２２とウェハＷの温度差が２０℃となる場合である。このタイミングは、ウェハＷの温度を測定して設定してもよいが、制御装置１００が自動設定してもよい。すなわち、制御装置１００が、保持工程Ｓ３の時間を自動設定してもよい。
以上の実施形態において、静電チャック２２に印加する電圧を第１の電圧から第２の電圧に上昇させるタイミングは、静電チャック２２とウェハＷの温度差が２０℃となる場合である。このタイミングは、ウェハＷの温度を測定して設定してもよいが、制御装置１００が自動設定してもよい。すなわち、制御装置１００が、保持工程Ｓ３の時間を自動設定してもよい。
先ず、静電チャック２２の温度と保持工程Ｓ３の時間の相関関係を導出する。この相関関係の一例を図６に示す。図６の横軸は静電チャック２２の温度を示し、縦軸は保持工程Ｓ３の時間を示す。
相関関係を導出するに際しては、静電チャック２２の温度を６０℃と１２０℃に設定した場合の、保持工程Ｓ３の時間を測定した。具体的には、常温、例えば２７℃のウェハＷを、６０℃に維持された静電チャック２２上に載置する。そして、静電チャック２２に第１の電圧である１５００Ｖを印加し、静電チャック２２とウェハＷの温度差が２０℃になる時間を測定すると２秒であった。この２秒が、保持工程Ｓ３の時間となる。また、１２０℃に維持された静電チャック２２に対しても同様に保持工程Ｓ３の時間を測定したところ、５秒であった。
図６においては、これら静電チャック２２の温度６０℃、１２０℃に対する、保持工程Ｓ３の時間２秒、５秒をプロットし、さらにこれらを線形回帰して、相関関係（相関直線）を導出した。静電チャック２２に印加される電圧が一定であり、当該静電チャック２２からウェハＷに伝達される熱が一定であるため、ウェハＷの温度上昇も一定となる。このため、相関関係を導出するにあたり、上述のように２点の測定点を線形回帰した。
なお、図６において斜線を付した部分は、本実施形態のように静電チャック２２に印加される電圧を２段階に上昇させる必要がない領域である。具体的には、静電チャック２２の温度が３０℃以下の領域である。
以上のように、静電チャック２２の温度と保持工程Ｓ３の時間の相関関係が導出されると、制御装置１００では、静電チャック２２の温度に応じて、保持工程Ｓ３の時間を自動で設定することができる。詳細には、例えばオペレータが静電チャック２２の温度Ｔを入力すると、制御装置１００は自動的に保持工程Ｓ３の時間Ｘを計算し、プロセスレシピを作成することができる。
かかる場合、煩雑な制御が不要で、簡易的に保持工程Ｓ３の時間を設定して、本実施形態の静電チャック２２によるウェハＷの２段階吸着を実現することができる。またさらに、保持工程Ｓ３以外のレシピも自動で生成することで、処理全体のレシピを自動で生成することも可能となる。
なお、図６に示した相関関係は一例であり、静電チャック２２に印加する第１の電圧などによって、相関関係は変わる。相関関係は、求められるプロセスに応じて、導出しておけばよい。
また、図６に示した相関関係は、実験を行って保持工程Ｓ３の時間を測定したが、シミュレーションを行って保持工程Ｓ３の時間を推定してもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば上記実施形態は、静電チャック２２上でウェハＷを加熱（昇温）する場合について説明したが、本技術は、静電チャック２２上でウェハＷを冷却（降温）する場合にも有用である。すなわち、静電チャック２２上でウェハＷを冷却する際にも、静電チャック２２に印加される電圧を２段階に上昇させて、当該静電チャック２２でウェハＷを２段階で吸着してもよい。
例えばウェハＷを冷却する場合にも、静電チャックとウェハの温度差により、静電チャックとウェハの間に熱膨張差が生じる。そうすると、ウェハを加熱する場合と同様に、ウェハの裏面と静電チャックの表面が擦れ、ウェハの裏面が摩耗してパーティクルが発生するという問題が生じ得る。そこで、かかる場合にも本技術を適用することで、パーティクルを低減することができる。
また、本実施形態では第１の電圧と第２の電圧とで２回に分けて電圧を印加したが、３回以上に分けて電圧を印加してもよい。例えば、第１の電圧（または第２の電圧）を印加する際に、段階的に電圧を印加してもよい。また、第２の吸着工程を行った後に、第２の電圧より大きい第３の電圧による第３の吸着工程、第２の保持工程および第３の電圧より大きい第４の電圧による第４の吸着工程を行ってもよい。この場合、第３の吸着工程の後に、第２の圧力より高い第３の圧力による第３のガス供給工程を、第４の吸着工程の後に、第３の圧力より高い第４の圧力による第４のガス供給工程を行ってもよい。また、静電チャック２２の温度（プラズマ処理の温度）を高く設定する必要がある場合は、第２の吸着工程と第３の吸着工程の間で、静電チャック２２の温度を上昇させてもよい。
また例えば、上述したプラズマ処理装置１は、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置を例に説明を行ったが、本実施形態は任意のプラズマ処理装置に採用され得る。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）基板を処理する方法であって、所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を有する、基板処理方法。
前記（１）によれば、基板の載置後に静電チャックに印加される電圧を２段階に上昇させて基板を吸着するので、基板の裏面と静電チャックの表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。さらに前記（１）によれば、静電チャックの温度が所定の温度に維持されているので、基板処理のスループットを向上させることができる。
（１）基板を処理する方法であって、所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を有する、基板処理方法。
前記（１）によれば、基板の載置後に静電チャックに印加される電圧を２段階に上昇させて基板を吸着するので、基板の裏面と静電チャックの表面の擦れを抑制することができ、パーティクルを低減することができる。さらに前記（１）によれば、静電チャックの温度が所定の温度に維持されているので、基板処理のスループットを向上させることができる。
（２）前記第１の吸着工程と前記保持工程の間において、前記基板の裏面に第１の圧力にて伝熱ガスを供給する第１のガス供給工程をさらに有する、前記（１）に記載の基板処理方法。
（３）前記第２の吸着工程の後において、前記基板の裏面に前記第１の圧力より高い第２の圧力にて伝熱ガスを供給する第２のガス供給工程をさらに有する、前記（２）に記載の基板処理方法。
前記（２）と前記（３）によれば、静電チャックに印加する電圧に応じて、伝熱ガスの圧力を調節するので、静電チャックによる基板の吸着を適切に維持しつつ、伝熱ガスを最大限に供給することができる。その結果、基板を効率よく温度調節することができ、基板処理のスループットをさらに向上させることができる。
（３）前記第２の吸着工程の後において、前記基板の裏面に前記第１の圧力より高い第２の圧力にて伝熱ガスを供給する第２のガス供給工程をさらに有する、前記（２）に記載の基板処理方法。
前記（２）と前記（３）によれば、静電チャックに印加する電圧に応じて、伝熱ガスの圧力を調節するので、静電チャックによる基板の吸着を適切に維持しつつ、伝熱ガスを最大限に供給することができる。その結果、基板を効率よく温度調節することができ、基板処理のスループットをさらに向上させることができる。
（４）前記第１の直流電圧は１５００Ｖ以下の電圧である、前記（１）〜前記（３）のいずれかに記載の基板処理方法。
（５）前記第２の直流電圧は２５００Ｖ以上の電圧である、前記（１）〜前記（４）のいずれかに記載の基板処理方法。
（６）前記所定の温度は、前記基板を処理する目標温度である、前記（１）〜前記（５）のいずれかに記載の基板処理方法。
（７）前記所定の温度は６０℃以上である、前記（６）に記載の基板処理方法。
（５）前記第２の直流電圧は２５００Ｖ以上の電圧である、前記（１）〜前記（４）のいずれかに記載の基板処理方法。
（６）前記所定の温度は、前記基板を処理する目標温度である、前記（１）〜前記（５）のいずれかに記載の基板処理方法。
（７）前記所定の温度は６０℃以上である、前記（６）に記載の基板処理方法。
（８）前記第２の吸着工程の後において、前記基板の上方に処理ガスを供給し、前記処理ガスによりプラズマを生成してプラズマ処理を行う処理工程をさらに有する、前記（１）〜前記（７）のいずれかに記載の基板処理方法。
前記（８）によれば、第２の吸着工程で静電チャック上に基板が適切に吸着された状態で、処理工程が行われるので、当該基板に対してプラズマ処理を適切に行うことができる。
前記（８）によれば、第２の吸着工程で静電チャック上に基板が適切に吸着された状態で、処理工程が行われるので、当該基板に対してプラズマ処理を適切に行うことができる。
（９）前記載置工程の前において、前記保持工程の時間を設定する設定工程をさらに有し、前記設定工程では、予め導出された、前記静電チャックの温度と前記保持工程の時間の相関関係に基づいて、前記基板を処理する際の前記静電チャックの温度から、前記保持工程の時間を設定する、前記（１）〜前記（８）のいずれか一項に記載の基板処理方法。
（１０）基板を処理する基板処理装置であって、前記基板を載置する静電チャックと、前記静電チャックを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を実行するように前記静電チャックを制御する、基板処理装置。
（１１）前記制御部は、前記静電チャックの温度と前記保持工程の時間の相関関係を予め導出しておき、前記相関関係に基づいて、前記基板を処理する際の前記静電チャックの温度から、前記保持工程の時間を設定する、前記（１０）に記載の基板処理装置。
前記（１１）によれば、制御部は、相関関係に基づいて保持工程の時間を自動で設定することができるので、煩雑な制御を行うことなく、上記静電チャックによる基板の２段階吸着（第１の吸着工程と第２の吸着工程）を行うことができる。
前記（１１）によれば、制御部は、相関関係に基づいて保持工程の時間を自動で設定することができるので、煩雑な制御を行うことなく、上記静電チャックによる基板の２段階吸着（第１の吸着工程と第２の吸着工程）を行うことができる。
１ プラズマ処理装置
２２ 静電チャック
１００ 制御装置
Ｗ ウェハ
２２ 静電チャック
１００ 制御装置
Ｗ ウェハ
Claims (11)
- 基板を処理する方法であって、
所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、
第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、
前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、
前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を有する、基板処理方法。 - 前記第１の吸着工程と前記保持工程の間において、前記基板の裏面に第１の圧力にて伝熱ガスを供給する第１のガス供給工程をさらに有する、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記第２の吸着工程の後において、前記基板の裏面に前記第１の圧力より高い第２の圧力にて伝熱ガスを供給する第２のガス供給工程をさらに有する、請求項２に記載の基板処理方法。
- 前記第１の直流電圧は１５００Ｖ以下の電圧である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第２の直流電圧は２５００Ｖ以上の電圧である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記所定の温度は、前記基板を処理する目標温度である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記所定の温度は６０℃以上である、請求項６に記載の基板処理方法。
- 前記第２の吸着工程の後において、前記基板の上方に処理ガスを供給し、前記処理ガスによりプラズマを生成してプラズマ処理を行う処理工程をさらに有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記載置工程の前において、前記保持工程の時間を設定する設定工程をさらに有し、
前記設定工程では、予め導出された、前記静電チャックの温度と前記保持工程の時間の相関関係に基づいて、前記基板を処理する際の前記静電チャックの温度から、前記保持工程の時間を設定する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板を載置する静電チャックと、
前記静電チャックを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
所定の温度に設定された静電チャック上に前記基板を載置する載置工程と、
第１の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第１の吸着工程と、
前記第１の直流電圧を前記静電チャックに印加しながら、前記静電チャックと前記基板の温度差が３０℃以下となるまで、前記静電チャックによる前記基板の吸着を保持する保持工程と、
前記第１の直流電圧より高い第２の直流電圧を前記静電チャックに印加し、当該静電チャック上に前記基板を吸着する第２の吸着工程と、を実行するように前記静電チャックを制御する、基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記静電チャックの温度と前記保持工程の時間の相関関係を予め導出しておき、
前記相関関係に基づいて、前記基板を処理する際の前記静電チャックの温度から、前記保持工程の時間を設定する、請求項１０に記載の基板処理装置。
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