JP2879887B2

JP2879887B2 - プラズマ処理方法

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Publication number: JP2879887B2
Application number: JP19134896A
Authority: JP
Inventors: 龍野中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: JPH09120988A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体に対し
て、エッチング処理を始めとする各種のプラズマ処理を
施す際のプラズマ処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造プロセスにおけるエッ
チング処理を例にとると、半導体ウエハ（以下、「ウエ
ハ」という）などの表面の絶縁膜をエッチングして、コ
ンタクトホールを形成する際、従来からプラズマを利用
するエッチング装置が使用されている。その中でもとり
わけ処理室内の上下に電極を対向配置したいわゆる平行
平板型のエッチング装置は、比較的大口径のウエハの処
理に適していることから数多く使用されている。

【０００３】ところでエッチング処理中はウエハを電極
上の所定位置に保持する必要があるため、前記従来のエ
ッチング装置においては、例えば特開平４−５１５４２
号にも開示されているような静電チャックが、下部電極
上に設けられている。この静電チャックは、絶縁体に電
極が内設された構成を有しており、直流電圧をこの電極
に印加した際に生ずる静電気力（クーロン力）によっ
て、ウエハを吸着保持するようになっている。

【０００４】この場合、被処理体の吸着回数が多くなっ
てくると、静電チャックの絶縁体表面に、被処理体を吸
着する際に印加される直流電圧とは逆の極性の電荷が次
第に残留するようになり、その結果、直流電圧を印加し
てもウエハを確実に吸着できなくなるおそれがある。そ
のため従来からそのような静電チャックの吸着不良を防
止する方法が提案されている。例えば特公昭６３−３６
１３８号においてはウエハを離脱させた後に放電圧力の
ガスを処理室内に導入し、処理室内の電極で高周波放電
させて静電チャックの吸着不良を防止する方法（以下、
「プラズマ除電」という）が提案されており、また前出
特開平４−５１５４２号においては、その際に不活性ガ
スを導入して放電させることが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は、いずれも本来のエッチング処理と同一の放
電状態で電荷を除去するようにしているため、静電チャ
ックの表面に反応生成物が堆積したり（いわゆる「デ
ポ」の付着）、静電チャックの表面がスパッタリングさ
れるという問題があった。また、前記各従来技術は、エ
ッチング処理済みのウエハを処理室内から搬出し終える
のを待ってプラズマ放電を発生させて電荷を除去し、そ
の電荷の除去が終了してから次のウエハを処理室内に搬
入させている。このため、前記各従来技術は、ウエハの
処理室内からの搬出および処理室内への搬入と、吸着不
良の防止工程とを同時に行うことができず、スループッ
トにとって問題があった。

【０００６】また従来は、ウエハを静電チャック上に載
置させる前に既に直流電圧を静電チャックに印加してい
たため、また別の問題があった。即ち、この種のエッチ
ング装置などにおいては、処理室内に搬送アームなどの
搬送手段によって搬入されたウエハを静電チャック上に
載置させたり、また処理が終わったウエハを静電チャッ
クから離隔させ、前記搬送手段に渡すための機構とし
て、載置台内に設けられその先端が静電チャックから突
出自在なリフターピンなどの支持部材が用いられてい
る。

【０００７】従って、ウエハが静電チャック上に載置さ
れる前に、そのように直流電圧を静電チャックに印加し
ていると、支持部材が抵抗を介して接地されているの
で、支持部材が上昇した時に、この支持部材と静電チャ
ックとの間で直流放電が発生し、例えばプラスの直流電
圧を印加しておくと、マイナスの電荷が静電チャック表
面に滞留し、それによって吸着不良が発生するという問
題があった。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、静電チャックを劣化させることな
く、かつスループットを低下させずに静電チャックへの
被処理体の吸着不良を防止でき、さらに被処理体に対す
る吸着力をより強くできるプラズマ処理方法を提供し
て、前記問題の解決を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１のプラズマ処理方法は、処理室内にある静
電チャックに直流電圧を印加することによって生ずる静
電気力を利用して被処理体を前記静電チャック上に吸着
し、前記処理室内に所定の処理ガスを供給しつつ、高周
波電力の供給によって前記処理室内にプラズマを発生さ
せ、前記静電チャック上の被処理体に対し所定のプラズ
マ処理を施す方法において、前記所定のプラズマ処理が
終了した後、前記処理ガスの供給と、高周波電力の供給
を各々停止させ、次いでプラズマ処理を施した被処理体
を前記静電チャック上から離隔させた後、次の処理すべ
き被処理体を前記静電チャック上に吸着する前に、前記
処理室内に気体を導入した状態で、前記被処理体を吸着
する際に静電チャックに印加する直流電圧とは逆極性の
直流電圧を、前記静電チャックに印加することを特徴と
するものである。

【００１０】この場合、請求項２に記載したように、被
処理体を吸着する際に静電チャックに直流電圧を印加す
るプロセスと、前記直流電圧とは逆極性の直流電圧を前
記静電チャックに印加するプロセスとの間に、静電チャ
ックの電極を接地させるプロセスを加えることが好まし
い。

【００１１】さらにまた請求項３に記載したように、導
入する気体のガス圧は、少なくとも直流放電が発生する
ガス圧に設定することが好ましい。この場合、印加する
直流電圧が比較的高いときには、当該ガス圧は低く、印
加する直流電圧が比較的低いときには当該ガス圧を高く
する。

【００１２】そして請求項４に記載したように静電チャ
ックに対する被処理体の載置・離隔は、静電チャックか
ら突出自在な例えばリフターピンのような支持部材によ
って行うようにし、この支持部材が動作しているとき
に、前記逆極性の直流電圧を印加するようにしてもよ
い。

【００１３】また請求項５に記載したように、処理室に
対する被処理体の搬入出は、搬送アームなどの搬送手段
によって行うようにし、この搬送手段の動作中に、前記
逆極性の直流電圧を印加するようにしてもよい。

【００１４】さらに請求項６に記載したように、処理室
に被処理体の搬入出用のゲートバルブを設けると共に、
このゲートバルブが開いている間に、前記逆極性の直流
電圧を印加するようにしてもよい。

【００１５】請求項７によれば、処理室内にある静電チ
ャックに直流電圧を印加することによって生ずる静電気
力を利用して被処理体を前記静電チャック上に吸着し、
前記処理室内に所定の処理ガスを供給しつつ、高周波電
力の供給によって前記処理室内にプラズマを発生させ、
前記静電チャック上の被処理体に対し所定のプラズマ処
理を施す方法において、被処理体を静電チャック上に載
置し、処理室内に処理ガスを導入してこの処理室内を直
流放電の発生するガス圧に設定する第１の工程と、前記
第１の工程の後、静電チャックに直流電圧を印加する第
２の工程と、前記第２の工程の後、処理室内の圧力をプ
ラズマ処理時の圧力に設定する第３の工程と、前記第３
の工程の後に、高周波電力を供給する第４の工程とを有
することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

【００１６】この場合、請求項８に記載したように、第
２の工程と第４の工程との間に、被処理体の裏面（静電
チャック側の面）に伝熱ガスを供給する工程を加えて処
理するようにしてもよい。例えば処理室内の圧力をプラ
ズマ処理時の圧力に設定する第３の工程の前又は後に、
前記伝熱ガスを供給するようにする。

【００１７】これら請求項１〜８の発明において、「静
電チャック」とは、例えば、導電性の薄膜をポリイミド
系樹脂などの絶縁材料によって上下から挟持した構成を
有している。そして、「静電チャックに直流電圧を印加
する」とは、そのように構成された静電チャック内の前
記薄膜、即ち電極に所定の直流電圧を印加することを意
味する。そして静電チャック内の前記薄膜に所定の直流
電圧を印加することによりクーロン力を発生させると、
このクーロン力によって被処理体を静電チャックの上面
に吸着保持することが可能になるのである。

【００１８】請求項１によれば、例えば被処理体を吸着
する際に静電チャックにプラスの直流電圧を印加するの
であれば、プラズマ処理後の被処理体を静電チャックか
ら例えばリフターピンなどの支持部材によって離隔した
後、次の被処理体を静電チャック上に吸着する前に、処
理室内に気体が導入された状態で、静電チャックにマイ
ナスの直流電圧を印加することになる。

【００１９】ここで、前記処理室内に導入される気体は
特に限定は無いが、例えば、Ａｒ（アルゴン）ガス等の
不活性ガス、その他Ｎ₂（窒素）ガスなども好適に利用
することができる。このように、前記処理室内に適当な
気体が導入された状態で、被処理体を吸着する際に静電
チャックに印加する直流電圧とは逆の極性の直流電圧を
静電チャックに印加することによって直流放電を発生さ
せ、気体中の電荷を静電チャックの表面に引き寄せるこ
とができる。これにより静電チャック表面を残留電荷と
は逆の極性に帯電させて、吸着不良を解消し、さらには
静電チャックへの被処理体の吸着力をより強くすること
も可能になる。理論的には直流放電が発生しないと上記
の効果が得られない筈であるが、直流放電が発生しない
時でも上記の効果が得られる場合もあった。これは気体
中のわずかな帯電粒子が静電チャック表面に引き寄せら
れたためと思われる。

【００２０】既述した従来のプラズマ除電においては、
５０Ｗ程度の電力を必要としていたが、本発明のような
直流放電に要する電力は１Ｗ以下でも十分である。従っ
て、静電チャック表面にデポが付着することは少なく、
また静電チャックの表面がスパッタリングされることも
ない。またガス圧に関しても、直流放電が発生する圧力
以上であればよいので、プラズマ除電よりガス圧の制限
は緩やかである。

【００２１】請求項２のように、吸着の際の直流電圧の
印加と、逆極性の直流電圧の印加との間に、一旦静電チ
ャックの電極を接地させるようにすれば、リフターピン
などの支持部材が上昇してウエハに接触した時に、ウエ
ハと静電チャックの薄膜に残留していた電荷の一部がア
ースに流れ、ウエハを静電チャックから容易に離すこと
ができる。

【００２２】また導入する気体のガス圧を、直流放電が
発生するガス圧とすることにより、より確実に直流放電
を発生させてプロセスの信頼性を高めることができる。

【００２３】さらに逆極性の直流電圧の印加を、支持部
材の動作中、搬送手段の動作中、さらにはゲートバルブ
の開放中に実施することで、これらの動作と並行して静
電チャックの吸着不良防止、吸着力増強のプロセスを行
うことになり、スループットに与える影響を抑えること
ができる。

【００２４】請求項７のように、被処理体を静電チャッ
ク上に載置し、処理室内に処理ガスを導入してこの処理
室内を直流放電の発生するガス圧に設定した後に、静電
チャックに直流電圧を印加するようにすれば、従来のよ
うにリフターピンなどの支持部材と静電チャックとの間
で直流放電が発生することはない。そして処理ガスが直
流放電した結果、処理空間が導通状態になり、ウエハに
負の電荷が供給され、クーロン力によりウエハはしっか
りと静電チャックに吸着される。以後、処理室内の圧力
をプラズマ処理時の圧力に設定して、高周波電源などか
ら高周波電力を供給して通常のエッチング処理を実施す
ればよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をエッ
チング処理方法に適用した例に基づいて説明する。図１
は、本発明の実施の形態に用いたエッチング装置１の断
面を模式的に示している。このエッチング装置１におけ
る処理室２は、気密に閉塞自在な酸化アルマイト処理さ
れたアルミニウムなどからなる円筒形状の処理容器３内
に形成され、当該処理容器３自体は接地線４を介して接
地されている。前記処理室２内の底部にはセラミックな
どの絶縁支持板５が設けられており、この絶縁支持板５
の上部に、被処理体例えば直径８インチの半導体ウエハ
（以下、「ウエハ」という）Ｗを載置するための下部電
極を構成する略円柱状のサセプタ６が、上下動自在に収
容されている。

【００２６】前記サセプタ６は、前記絶縁支持板５及び
処理容器３の底部を遊貫する昇降軸７によって支持され
ており、この昇降軸７は、処理容器３外部に設置されて
いる駆動モータ８によって上下動自在となっている。従
ってこの駆動モータ８の作動により、前記サセプタ６
は、図１中の往復矢印に示したように、上下動自在とな
っている。なお処理室２の気密性を確保するため、前記
サセプタ６と絶縁支持板５との間には、前記昇降軸７の
外方を囲むように伸縮自在な気密部材、例えばベローズ
９が設けられている。

【００２７】前記サセプタ６は、表面が酸化処理された
アルミニウムからなり、その内部には、温度調節手段、
例えばセラミックヒータなどの加熱手段（図示せず）
や、外部の冷媒源（図示せず）との間で冷媒を循環させ
るための冷媒循環路（図示せず）が設けられており、サ
セプタ６上のウエハＷを所定温度に維持することが可能
なように構成されている。またかかる温度は、温度セン
サ（図示せず）、温度制御機構（図示せず）によって自
動的に制御される構成となっている。

【００２８】前記サセプタ６上には、ウエハＷを吸着保
持するための静電チャック１１が設けられている。この
静電チャック１１は、図２に示したように、導電性の薄
膜１２をポリイミド系の樹脂１３によって上下から挟持
した構成を有している。そして、スイッチ１４がプラス
端子１５に接続操作されると、処理容器３の外部に設置
されている高圧直流プラス電源１６からのプラス電圧、
例えば＋１．５ｋＶ〜＋２ｋＶの正電圧が前記薄膜１２
に印加され、その際に生ずるクーロン力によってウエハ
Ｗは、静電チャック１１の上面に吸着保持されるように
なっている。また、スイッチ１４がマイナス端子１７に
接続操作されると、処理容器３の外部に設置されている
高圧直流マイナス電源１８からのマイナス電圧、例えば
−１．５〜−２ｋＶの負電圧が前記薄膜１２に印加され
るようになっている。また、スイッチ１４が接地端子１
９に接続操作された場合は、前記薄膜１２は接地される
ようになっている。

【００２９】なおサセプタ６内には、例えばＨｅ（ヘリ
ウム）ガスなどの伝熱ガスの流路（図示せず）が形成さ
れており、静電チャック１１上に吸着保持されたウエハ
Ｗの裏面に対してこの伝熱ガスを供給することによっ
て、ウエハＷと静電チャックとの間の熱伝達を均一にす
ると共に、かつ伝達効率を向上させるようになってい
る。

【００３０】また前記サセプタ６内には、図２に示した
ように、サセプタ６内を上下動してウエハＷを静電チャ
ック１１上からリフトアップ自在な複数のリフターピン
２０が内設されている。このリフターピン２０は本発明
にいう支持部材を構成している。なおリフターピン２０
の他端は、高インピーダンス体、例えば３メガオームの
抵抗を介して接地されている。

【００３１】前記サセプタ６上の周辺には、静電チャッ
ク１１を囲むようにして、平面が略環状の内側フォーカ
スリング２１が設けられている。この内側フォーカスリ
ング２１は導電性を有する単結晶シリコンからなってお
り、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。

【００３２】前記内側フォーカスリング２１の外周に
は、さらに平面が略環状の外側フォーカスリング２２が
設けられている。この外側フォーカスリング２２は絶縁
性を有する石英からなり、またその外周上縁部は、外側
に凸の湾曲形状に成形され、ガスが澱まず円滑に排出さ
れるようになっている。この外側フォーカスリング２２
は、後述のシールドリング５３と共に、サセプタ６と後
述の上部電極５１との間に発生したプラズマの拡散を抑
制する機能を有している。

【００３３】前出サセプタ６の周囲には、バッフル板２
３が配され、さらにこのバッフル板２３の内周部は、石
英の支持体等を介してボルト等の手段によってサセプタ
６に固定されている。従って、サセプタ６の上下動に伴
ってこのバッフル板２３も上下動する構成となってい
る。このバッフル板２３には多数の透孔２３ａが形成さ
れており、ガスを均一に排出する機能を有している。

【００３４】前出処理室２の上部には、アルミナからな
る絶縁支持材３１、アルミニウムからなる冷却部材３２
を介して、エッチングガスやその他のガスを処理室２内
に導入するための拡散部材３３が設けられている。また
この冷却部材３２の上部には、冷媒循環路３４が形成さ
れており、外部から供給されるチラー（冷媒）が循環す
ることによって、後述の上部電極５１を所定温度にまで
冷却する機能を有している。

【００３５】前記拡散部材３３は、図２にも示したよう
に、下面側に上下二段のバッフル板３５を持った中空構
造を有しており、さらにこれら上下二段のバッフル板３
５のそれぞれには、互いに異なる位置となるように多数
の拡散孔３５ａがそれぞれ形成されている。この拡散部
材３３の中央にはガス導入口３６が設けられ、さらにバ
ルブ３７を介してガス導入管３８が接続されている。そ
してこのガス導入管３８には、バルブ３９、４０及び対
応した流量調節のためのマスフローコントローラ４１、
４２を介して、処理ガス供給源４３とパージガス供給源
４４が各々接続されている。本発明の実施の形態では、
処理ガス供給源４３からはＣＦ₄ガスが供給され、パー
ジガス供給源４４からはＮ₂（窒素）ガスが供給される
ようになっている。

【００３６】これら処理ガス供給源４３及びパージガス
供給源４４からの前記ガスは、前記ガス導入管３８から
前記導入口３６、拡散部材３３の拡散孔３５ａを通じて
処理室２内に導入されるようになっている。また冷却部
材３２にも、図２に示したように、吐出口３２ａが多数
形成されており、拡散部材３３のバッフル板３５と冷却
部材３２との間に形成されたバッフル空間Ｓ内のガスを
下方に吐出させるようになっている。

【００３７】前記拡散部材３３の下方には、前出サセプ
タ６と対向するように、上部電極５１が、前出冷却部材
３２の下面に固定されている。この上部電極５１は導電
性を有する単結晶シリコンからなり、固定用のボルト
（図示せず）によって前記冷却部材３２の下面周辺部に
固着され、この冷却部材３２と導通している。またこの
上部電極５１にも、多数の吐出口５１ａが形成されてお
り、前記冷却部材３２の吐出口３２ａと接続されてい
る。従ってバッフル空間Ｓ内のガスは、吐出口３２ａ、
５１ａを通じて、静電チャック１１上のウエハＷに対し
て均一に吐出されるようになっている。

【００３８】上部電極５１の下端周辺部には、前出固定
用のボルトを被うようにして、シールドリング５３が配
置されている。このシールドリング５３は、石英からな
り、前出外側フォーカスリング２２とで、静電チャック
１１と上部電極５１との間のギャップよりも狭いギャッ
プを形成し、プラズマの拡散を抑制する機能を有してい
る。なおこのシールドリング５３の上端部と処理容器３
の天井壁との間には、フッ素系の合成樹脂からなる絶縁
リング５４が設けられている。

【００３９】処理容器３の下部には、真空ポンプなどの
真空引き手段６１に通ずる排気管６２が接続されてお
り、サセプタ６の周囲に配置された前出バッフル板２３
を介して、処理室２内は、数ｍＴｏｒｒまでの任意の真
空度にまで真空引きすることが可能となっている。

【００４０】次にこのエッチング装置１の高周波電力の
供給系について説明すると、まず下部電極となるサセプ
タ６に対しては、周波数が数百ｋＨｚ程度、例えば８０
０ｋＨｚの高周波電力を出力する高周波電源６３からの
電力が、整合器６４を介して供給される構成となってい
る。一方上部電極５１に対しては、整合器６５を介し
て、周波数が前記高周波電源６３よりも高い１ＭＨｚ以
上の周波数、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出
力する高周波電源６６からの電力が、前出冷却プレート
３２を通じて供給される構成となっている。

【００４１】前記処理容器３の側部には、ゲートバルブ
７１を介してロードロック室７２が隣接している。この
ロードロック室７２内には、被処理体であるウエハＷを
処理容器３内の処理室２との間で搬送するための、搬送
アームなどの搬送手段７３が設けられている。

【００４２】次にこのエッチング装置１の制御系につい
て説明すると、サセプタ６を上下動させる駆動モータ
８、スイッチ１４のプラス端子１５、マイナス端子１
７、及び接地端子１９への接続操作、高圧直流プラス電
源１６、高圧直流マイナス電源１８、サセプタ６内のリ
フターピン２０、バルブ３９、４０、マスフローコント
ローラ４１、４２、真空引き手段６１、高周波電源６
３、６６はコントローラ７４によって制御されている。

【００４３】本発明の実施の形態にかかるエッチング装
置１の主要部は以上のように構成されており、コントロ
ーラ７４による制御に基づいて例えばシリコンのウエハ
Ｗの酸化膜（ＳｉＯ₂）に対してエッチング処理する場
合の作用等について説明すると、まずゲートバルブ７１
が開放された後、搬送手段７３によってウエハＷが処理
室２内に搬入される。このとき駆動モータ８の作動によ
り、サセプタ６は下降し、リフターピン２０が静電チャ
ック１１上に突き出てエハＷの受け取りの待機状態にあ
る。そして搬送手段７３によって処理室２内に搬入され
たウエハＷは、図３に示すように、静電チャック１１上
に突き出るリフターピン２０上に受け渡される。こうし
てウエハＷをリフターピン２０上に受け渡した後、搬送
手段７３は待避してゲートバルブ７１は閉鎖される。

【００４４】他方、ウエハＷのリフターピン２０上への
受け渡しが終了すると、駆動モータ８の作動によってサ
セプタ６は所定の処理位置、例えば上部電極５１とサセ
プタ６との間のギャップが１０mm〜２０mmとなる位置ま
で上昇し、同時にウエハＷを支持しているリフターピン
２０はサセプタ６内に下降する。こうして、図２に示す
ように、ウエハＷが静電チャック１１上に載置された状
態となる。

【００４５】次いで処理室２内が、真空引き手段６１に
よって真空引きされていき、所定の真空度になった後、
処理ガス供給源４３から所定の処理ガス（Ｃ₄Ｆ₈ガス）
が所定の流量で供給され、処理室２内の圧力が例えば７
０ｍＴｏｒｒ〜８０ｍＴｏｒｒまで減圧され（図４中の
Ｐ1）、直流放電が発生しやすい状態となる。ここで、
スイッチ１４がプラス端子１５に接続操作され、これま
で接地されていたのが、高圧直流プラス電源１６からの
所定のプラス電圧、例えば１．５ｋＶ〜２ｋＶの正電圧
が静電チャック１１内の導電性の薄膜１２に印加され
る。これによってウエハＷが吸着される。次いでウエハ
Ｗ裏面に対して伝熱ガスが供給され始め、さらにＣＦ₄
ガス導入による処理室２内の圧力が、エッチング処理時
の圧力である例えば２０ｍＴｏｒｒまでさらに減圧され
る（図４中のＰ2）。

【００４６】処理室２内の圧力が前記したようにエッチ
ング処理時の圧力である例えば２０ｍＴｏｒｒになった
後、上部電極５１に対して高周波電源６６から周波数が
２７．１２ＭＨｚ、パワーが例えば２ｋＷの高周波電力
が供給されると、上部電極５１とサセプタ６との間にプ
ラズマが生起される。同時に、サセプタ６に対して高周
波電源６４から周波数が８００ｋＨｚ、パワーが例えば
１ｋＷの高周波電力が供給される。このように上下同時
に高周波電力を供給することで安定したプラズマが直ち
に生成される。

【００４７】そして発生したプラズマによって処理室２
内の処理ガスが解離し、その際に生ずるエッチャントイ
オンが、サセプタ６側に供給された相対的に低い周波数
の高周波によってその入射速度がコントロールされつ
つ、ウエハＷ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）をエッ
チングしていく。

【００４８】この場合サセプタ６には、ウエハＷを取り
囲むように配置された内側フォーカスリング２１の外周
に外側フォーカスリング２２が設けられ、該外側フォー
カスリング２２の上方には、上部電極５１の周辺に配置
されたシールドリング５３が位置して、既述のように両
者で静電チャック１１の上面と上部電極５１の下面との
間よりも短いギャップを構成しているので、サセプタ６
と上部電極５１との間に発生したプラズマの拡散は抑え
られ、該プラズマの密度は高くなっている。もちろん処
理室２内の圧力が、２０ｍＴｏｒｒという高い真空度で
あっても、プラズマの拡散を効果的に抑制することがで
きる。

【００４９】しかもウエハＷの周囲には、内側フォーカ
スリング２１が配置されているので、前記フッ素ラジカ
ルは均一にウエハＷに入射し、ウエハＷ表面のシリコン
酸化膜（ＳｉＯ₂）のエッチングレートは、均一でかつ
高くなっている。

【００５０】そのようにして所定のエッチングが終了す
ると、図４のタイミングチャートに示したように、上部
電極５１及びサセプタ６への高周波電力の供給が停止さ
れると共に、処理室２内への処理ガスの供給が停止され
る。次いでウエハ裏面への伝熱ガスの供給が停止され、
またスイッチ１４が接地端子１９に接続操作されること
により、静電チャック１１の導電性の薄膜１２への高圧
直流プラス電源１６からのプラス電圧印加が停止され、
導電性の薄膜１２は接地された状態となる。

【００５１】次いで処理室２内には、パージガス供給源
４４から窒素ガスが供給されて、残存処理ガスが処理室
２内からパージされる。この窒素ガスの供給により、処
理室２内の圧力は例えば７０ｍＴｏｒｒ〜８０ｍＴｏｒ
ｒ程度の真空度となる。次いでゲートバルブ７１が開放
し、サセプタ６が下降すると同時にリフターピン２０が
上昇し、エッチング処理の終了したウエハＷを静電チャ
ック１１上からリフトアップし、図３に示す状態とな
る。

【００５２】ここで、ポリイミド等の絶縁性の高い樹脂
１３を用いている静電チャック１１においては、ウエハ
Ｗを吸着する際に静電チャック１１の導電性の薄膜１２
に所定のプラス電圧が印加されていたことにより、薄膜
１２への電圧印加が停止され、リフターピン２０が上昇
してウエハＷをリフトアップした後も、静電チャック１
１の表面には吸着電圧（例えば１．５ｋＶ〜２ｋＶの正
電圧）と逆の極性の電荷（マイナスの電荷）が残留し、
静電チャック１１表面はマイナスに帯電した状態とな
る。

【００５３】もしも、このマイナスに帯電した状態を放
置すると、次のエッチング処理を施すためのウエハＷを
吸着しようとして静電チャック１１内の導電性の薄膜１
２に高圧直流プラス電源１６からの所定のプラス電圧を
再び印加した際に、静電チャック１１表面のマイナスの
残留電荷によって印加したプラス電圧が相殺され、ウエ
ハＷに対して十分な電圧をかけることができなくなる。
その結果、吸着力が減少し、高圧直流プラス電源１６か
らの所定のプラス電圧を印加してもウエハＷを静電チャ
ック１１上に確実に吸着できなくなるおそれが生ずる。

【００５４】そこで、本実施形態においては、サセプタ
６に対してリフターピン２０が相対的に上昇して、図３
に示すようにエッチング処理の終了したウエハＷが静電
チャック１１上から離れると、スイッチ１４がマイナス
端子１７に接続操作され、高圧直流マイナス電源１８か
らの所定のマイナス電圧が静電チャック１１内の導電性
の薄膜１２に所定時間、例えば約１．０ｓｅｃ印加され
るようになっている。この高圧直流マイナス電源１８か
ら印加されるマイナス電圧は、本実施の形態において
は、前記窒素ガスに対して直流放電が発生する電圧、例
えば−１．０〜−２ｋＶ程度の負電圧とするのが良い。

【００５５】このように静電チャック１１内の導電性の
薄膜１２に対して、ウエハＷを吸着する際に印加する直
流電圧（プラス電圧）とは逆の極性の直流電圧（マイナ
ス電圧）を印加すると、処理室２内に供給されている窒
素ガス中で直流放電し、その際プラス電荷が静電チャッ
ク１１の表面に引き寄せられ、静電チャック１１表面を
プラスに帯電させることができるようになる。

【００５６】こうして静電チャック１１内の導電性の薄
膜１２に対して高圧直流マイナス電源１８からのマイナ
ス電圧を所定時間印加し、再びスイッチ１４は接地端子
１９に接続操作され、静電チャック１１の導電性の薄膜
１２は再び接地された状態となる。例えば、ポリイミド
系の樹脂１３を用いて静電チャック１１を構成している
本実施の形態においては、このマイナス電圧の印加時間
は１．０ｓｅｃ程度とすることによって静電チャック１
１の表面を残留電荷とは逆の極性、即ち、本形態例でい
えば静電チャック１１表面をプラスの電荷で帯電させる
ことができる。このように静電チャック１１表面をプラ
スの電荷に帯電させることによって、吸着不良を防止し
てさらに吸着力をより強めることができるようになる。

【００５７】一方、上述のようにゲートバルブ７１が開
放した後、サセプタ６に対してリフターピン２０が相対
的に上昇し、エッチング処理の終了したウエハＷが図３
に示すように静電チャック１１上から離れると、搬送手
段７３が処理室２内に前進する。こうして処理室２内に
前進した搬送手段７３がウエハＷの下面に入り込んだ
後、リフターピン２０が下降し、リフターピン２０上に
支持していたウエハＷを搬送手段７３に移載する。その
後搬送手段７３がロードロック室７２内に待避すること
により、エッチング処理の終了したウエハＷは処理室２
内から搬出される。

【００５８】こうして処理室２内から搬出されたエッチ
ング処理済みのウエハＷは、搬送手段７３によって適宜
次の処理工程を行うための処理装置に搬送される。そし
て、搬送手段７３は、エッチング処理済みのウエハＷを
次の処理装置に搬送した後、エッチング処理を行べき次
の新しいウエハＷを受け取り、その未処理のウエハＷを
処理室２内に搬入する。そして、搬送手段７３によって
処理室２内に搬入された当該未処理のウエハＷは静電チ
ャック１１上に突き出たリフターピン２０上に受け渡さ
れ、その後、搬送手段７３は処理室２内から待避してゲ
ートバルブ７１は閉鎖される。

【００５９】そして前記したように、未処理のウエハＷ
のリフターピン２０上への受け渡しが終了すると、サセ
プタ６は上昇し、同時にリフターピン２０が下降して、
図２に示すように、ウエハＷが静電チャック１１上に載
置された状態となる。

【００６０】次いで、処理ガス供給源４３からエッチン
グガスであるＣＦ₄ガスが処理室２内に供給され、処理
室２内の圧力が例えば７０ｍＴｏｒｒ〜８０ｍＴｏｒｒ
まで減圧され（図４中のＰ1）、直流放電が発生しやす
い状態となる。そして、スイッチ１４がプラス端子１５
に接続操作され、高圧直流プラス電源１６からの所定の
プラス電圧、例えば１．５ｋＶ〜２ｋＶの正電圧が静電
チャック１１内の導電性の薄膜１２に印加される。これ
によって直流放電が発生し、ウエハＷが吸着される。

【００６１】次いでウエハＷ裏面に対して伝熱ガスが供
給され始め、さらにＣＦ₄ガス導入による処理室２内の
圧力が、エッチング処理時の圧力である例えば２０ｍＴ
ｏｒｒまでさらに減圧される（図４中のＰ2）。そして
高周波電力が上部電極５１、サセプタ６に各々印加され
ると、処理室２内にプラズマが発生し、前記ＣＦ₄ガス
が解離してエッチング処理が開始され、以後同様の工程
が繰り返されることにより、ウエハＷに対するエッチン
グ処理が連続的に行われる。

【００６２】前記エッチング処理の間、静電チャック１
１内の導電性の薄膜１２にはプラス電圧が印加されてい
るが、先に説明したように静電チャック１１の表面の残
留電荷（マイナスの電荷）が予め除去されているので、
吸着不良を起こすことなく、そのクーロン力によってウ
エハＷを静電チャック１１上に良好に吸着、保持するこ
とが可能となる。

【００６３】なお、以上に説明した発明の実施の形態で
は、サセプタ６に対してリフターピン２０が相対的に上
昇してウエハＷが静電チャック１１上から離れると同時
に静電チャック１１内の導電性の薄膜１２にマイナス電
圧を印加する構成としたが、前記薄膜１２にマイナス電
圧を印加するタイミングは、静電チャック１１に対して
リフターピン２０が相対的に上昇してウエハＷが静電チ
ャック１１上から離れた後、次のウエハＷが静電チャッ
ク１１上に吸着される前であれば何時でも構わない。ま
たゲートバルブ７１を開くタイミングは、パージガスを
導入した後であれば、マイナス電圧を印加する前でも後
でも構わない。

【００６４】また、静電チャック１１内の導電性の薄膜
１２に印加する逆極性の直流電圧は、必ずしもマイナス
電圧ではなく、ウエハＷを吸着するためにマイナスの直
流電圧が印加されるのであれば、逆極性の電圧としてプ
ラスの直流電圧を印加することが必要である。また、エ
ッチング処理の終了後、処理室２内にパージガスとして
窒素ガスを供給する例について説明したが、処理室２内
に供給する気体は窒素ガスに限られることはなく、例え
ば、Ａｒ（アルゴン）ガス等の不活性ガスなども好適に
利用することができる。

【００６５】また、高周波電力が上部電極及び下部電極
に印加する構成について、実施の形態を示したが、本発
明はかかる構成に限定されるものではない。その他、前
記した発明の形態は、シリコンの半導体ウエハ表面のシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ₂）をエッチングする処理であっ
たが、これに限らず、本発明方法は他のプラズマ処理、
例えばアッシング処理、スパッタリング処理、ＣＶＤ処
理などにおいても実施できる。さらに被処理体も、ウエ
ハに限らず、ＬＣＤ基板であってもよい。

【００６６】前記した本実施形態の作用効果をさらに確
認するため次のような実験を行った。（実験）１．目的既述したように、静電チャック表面を除電せずにそのま
まウエハを載置すると、静電チャックの表面がマイナス
に帯電していることに起因して吸着不良が発生する。そ
こで本実験では、ウエハを載置する前に処理室内に気体
を導入した状態で静電チャックに逆電圧（マイナスの電
圧）を印加し、静電チャック表面をプラスに帯電させる
ことにより、従来より吸着不良が防止されているかを調
べる。

【００６７】なお本実験では、処理室２内でＮ₂パージ
ガス雰囲気中で逆電圧を印加した。そのときの逆電圧の
印加シーケンスを図５に示す。図５において、「Ｈ．
Ｖ」は静電チャックに印加する直流高電圧、「Ｂ．Ｐ」
はウエハ裏面に供給される伝熱ガスとしてのバックプレ
ツシャーガス、「Ｎ₂」は、処理室内に導入するパージ
ガスとしての窒素ガス、「Ｌ．Ｐ」はウエハを支持して
上下動させるリフターピンを表している。

【００６８】また比較例としては、高周波放電によるプ
ラズマを用いて静電チャック表面を除電するプラズマ除
電方法をとり上げ、本発明の実験例と吸着力等を比較し
た。なお比較例の放電条件は、Ｎ₂ガス雰囲気でプラズ
マを生成するようにし、そのときの処理室内の圧力は３
００ｍＴｏｒｒとし、高周波電力を５０Ｗのパワーで上
部電極のみに３秒間印加した。

【００６９】２．実験方法吸着力の測定静電チャックに印加する直流高電圧と吸着力の関係を調
べた。吸着力は、ウエハを載置している静電チャックの
リフターピンが昇降する穴を介してヘリウムガスをウエ
ハの背面（下面）に供給し、ウエハが浮き上がるときの
ヘリウムガスの供給圧力（ＢａｃｋＰｒｅｓｓ）で定
義した。先ず、吸着力を調べるために、Ｂａｒｅウエハ
とＯｘウエハ（Ｂａｒｅウエハの下面に厚さ１μｍのＳ
ｉＯ₂膜が形成されたウエハ）のそれぞれについて、印
加直流電圧、印加時間をパラメータとする測定を行っ
た。

【００７０】３．実験結果図６に本発明と比較例とによる静電チャック表面の吸着
力を示す。これによれば、同じ直流高電圧を印加した場
合、比較例と比べ明らかに本発明の実験例の方が吸着力
が強くなっていることがわかる。なお、本発明の実験例
では逆電圧の電圧および印加時間を変化させても吸着力
の変動が少ないこともわかる。従って、ヘリウムガスの
圧力を高くしてもウエハが浮き上がることはないので、
ウエハＷとサセプタ６との間で熱伝達が良くなり、ウエ
ハＷの温度が均一化する。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、スループットを低下さ
せることなく、静電チャック表面の残留電荷とは逆の極
性に帯電させて吸着力をより強めることが可能である。
また、従来のようにプラズマを利用して残留電荷を除去
する方法に比べて、静電チャックをスパッタリング等に
よって劣化させることがない。さらに従来のプラズマ除
電の場合よりも、小さい電力でかかる効果が得られる。

【００７２】特に請求項２の場合には、吸着不良の防
止、吸着力の増強をさらに向上させることができ、また
請求項３では直流放電が発生する圧力以上であれば格別
な圧力調整は不要である。請求項４〜６のプラズマ処理
方法によれば、ウエハなどの被処理体の搬出・搬入やそ
れに伴う他の機構、装置の動作を実行しながら並行して
行えるので、迅速な処理が可能であり、スループットも
良好である。

【００７３】請求項７、８によれば、従来のようにリフ
ターピンなどの支持部材と静電チャックとの間で直流放
電が発生することはないので、電荷が静電チャック表面
に溜まることはなく、吸着不良は防止される。しかもシ
ーケンス的に連続した一連の処理としてこれを行うこと
ができ、スループットも良好である。なお請求項１の発
明と請求項８の発明は必ずしも組み合わせて実施する必
要がある訳ではなく、個々に効果のあるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に用いたエッチング装置の
断面説明図である。

【図２】図１のエッチング装置における上部電極及び下
部電極付近の要部拡大説明図であり、ウエハを静電チャ
ック上に吸着した状態を示している。

【図３】図１のエッチング装置における上部電極及び下
部電極付近の要部拡大説明図であり、ウエハを静電チャ
ック上からリフトアップした状態を示している。

【図４】本発明の実施の形態のタイミングチャートを示
す説明図である。

【図５】実験における逆電圧の印加シーケンスを示す説
明図である。

【図６】図５の実験例に基づく方法と従来のプラズマ除
電方法とにおける静電チャックに対する直流高電圧の印
加電圧値と吸着力との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１エッチング装置２処理室３処理容器６サセプタ１１静電チャック１２薄膜１３樹脂１６高圧直流プラス電源１８高圧直流マイナス電源１９接地端子２０リフターピン４３処理ガス供給源４４パージガス供給源５１上部電極６１真空引き手段６３、６６高周波電源７１ゲートバルブ７２ロードロック室７３搬送手段Ｗウエハ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/68 B23Q 3/15 H02N 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内にある静電チャックに直流電圧
を印加することによって生ずる静電気力を利用して被処
理体を前記静電チャック上に吸着し、前記処理室内に所
定の処理ガスを供給しつつ、高周波電力の供給によって
前記処理室内にプラズマを発生させ、前記静電チャック
上の被処理体に対し所定のプラズマ処理を施す方法にお
いて、前記所定のプラズマ処理が終了した後、前記処理
ガスの供給と、高周波電力の供給を各々停止させ、プラ
ズマ処理を施した被処理体を前記静電チャック上から離
隔させた後、次の処理すべき被処理体を前記静電チャッ
ク上に吸着する前に、前記処理室内に気体を導入した状
態で、前記被処理体を吸着する際に静電チャックに印加
する直流電圧とは逆極性の直流電圧を、前記静電チャッ
クに印加することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】被処理体を吸着する際に静電チャックに
直流電圧を印加するプロセスと、前記直流電圧とは逆極
性の直流電圧を前記静電チャックに印加するプロセスと
の間に、静電チャックの電極を接地させることを特徴と
する、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】導入する気体のガス圧は、少なくとも直
流放電が発生するガス圧であることを特徴とする、請求
項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】静電チャックに対する被処理体の載置・
離隔は、静電チャックから突出自在な支持部材によって
行うようにすると共に、この支持部材の動作中に、逆極
性の直流電圧を印加するようにしたことを特徴とする、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】処理室に対する被処理体の搬入出は、搬
送手段によって行うようにすると共に、この搬送手段の
動作中に、逆極性の直流電圧を印加するようにしたこと
を特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】処理室には被処理体の搬入出用のゲート
バルブが設けられると共に、このゲートバルブが開いて
いる間に逆極性の直流電圧を印加するようにしたことを
特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】処理室内にある静電チャックに直流電圧
を印加することによって生ずる静電気力を利用して被処
理体を前記静電チャック上に吸着し、前記処理室内に所
定の処理ガスを供給しつつ、高周波電力の供給によって
前記処理室内にプラズマを発生させ、前記静電チャック
上の被処理体に対し所定のプラズマ処理を施す方法にお
いて、被処理体を静電チャック上に載置し、処理室内に
処理ガスを導入してこの処理室内を直流放電の発生する
ガス圧に設定する第１の工程と、前記第１の工程の後、
静電チャックに直流電圧を印加する第２の工程と、前記
第２の工程の後、処理室内の圧力をプラズマ処理時の圧
力に設定する第３の工程と、前記第３の工程の後に、高
周波電力を供給する第４の工程と、を有することを特徴
とするプラズマ処理方法。
【請求項８】前記第２の工程と第４の工程との間に、
被処理体の裏面に伝熱ガスを供給する工程を加えたこと
を特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理方法。