JP3306677B2 - 自己バイアス測定方法及び装置並びに静電吸着装置 - Google Patents

自己バイアス測定方法及び装置並びに静電吸着装置

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JP3306677B2 JP13385693A JP13385693A JP3306677B2 JP 3306677 B2 JP3306677 B2 JP 3306677B2 JP 13385693 A JP13385693 A JP 13385693A JP 13385693 A JP13385693 A JP 13385693A JP 3306677 B2 JP3306677 B2 JP 3306677B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置にお
いて被処理体の自己バイアス電圧を測定する自己バイア
ス測定方法および装置ならびに被処理体を載置台上に静
電吸着力で保持する静電吸着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、半導体集積回路の製造におい
ては、アッシング、エッチング、CVD、スパッタリン
グ等の諸工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促
進するために、プラズマが利用されている。一般のプラ
ズマ処理装置は、真空の処理容器内に一対の電極を上下
に対向配置して、上部電極をアース電位に接続し、下部
電極(載置台)に高周波電圧を印加することで、両電極
間に放電によるプラズマを発生させ、このプラズマ中の
電子、イオン等を載置台上の被処理体たとえば半導体ウ
エハに電界の力で引っ張り込んで、半導体ウエハの表面
に所定のプラズマ処理を施すようにしている。
【0003】このようなプラズマ処理装置では、高周波
電圧がコンデンサを介して下部電極(載置台)に印加さ
れることから、載置台上の被処理体は直流的に負の電位
いわゆる自己バイアス電圧にクランプされる。つまり、
高周波電圧が正電圧となる半周期ではプラズマ中の電子
(負の電荷)が被処理体側に引き寄せられ、高周波電圧
が負電圧となる半周期ではプラズマ中のイオン(正の電
荷)が被処理体側に引き寄せられるが、電子のほうがイ
オンよりも質量が小さくて移動しやすいため、より多く
引き寄せられ、その結果、定常的にコンデンサが充電さ
れ、被処理体は直流的にほぼ一定の負電位(自己バイア
ス電圧)にクランプされる。
【0004】自己バイアス電圧によって被処理体に入射
するイオンのエネルギが左右され、これが大きすぎると
被処理体表面の酸化膜が損傷する等の不具合が生じる。
このことから、プラズマ処理装置においては、自己バイ
アス電圧を測定して所望の値に調整する必要がある。し
かし、処理容器内の被処理体にプローブ等を当てて直接
自己バイアス電圧を測定することは事実上不可能であ
る。そこで、従来は、下部電極(載置台)の電位を電圧
センス線等を介して測定し、その測定値から自己バイア
ス電圧を推定していた。
【0005】ところで、最近のプラズマ処理装置は、ク
ランプ等の機械的な保持手段を使わずに静電気の吸着力
で被処理体を載置台上に保持するようにした静電チャッ
クを設けている。この種の静電チャックの初期のもの
は、たとえばアルミニウムからなる載置台の表面を酸化
して絶縁被膜を形成してなり、載置台に高圧の直流電圧
を印加して載置台表面の絶縁被膜を分極させることによ
り、被処理体との境面に静電気を発生させ、その静電吸
着力(クーロン力)によって被処理体を載置台上に保持
する機構であった。しかし、このような静電チャック機
構は、載置台表面の絶縁被膜に十分な分極が得られず、
静電吸着力が物足りなかった。今日では、絶縁フィルム
の中に導電膜(静電吸着用電極)を封入してなる静電チ
ャックシートを載置台の上面に被せる構造の静電チャッ
クが主流となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の自己バイアス測定法は、下部電極(載置台)の電位を
測定し、その測定値から自己バイアス電圧を推定する方
法であった。しかし、下部電極と被処理体との間には静
電チャックシートまたは絶縁被膜が介在し、その分の抵
抗ないしキャパシタが作用するため、下部電極の電位と
被処理体の電位(自己バイアス電圧)との近似性はよく
ない。このために、従来の方法は、測定誤差が多く、精
度の高い自己バイアス電圧測定値が得られなかった。
【0007】また、従来は、静電吸着用電極に印加する
直流電圧の値を自己バイアス電圧とは無関係に決めてい
た。このため、所要の静電吸着力を得るための直流印加
電圧の設定または調整に手間がかかるだけでなく、いっ
たん調整した後も処理条件の変化(たとえばプラズマ生
成用の高周波電力の変化)によって自己バイアス電圧が
変わると静電吸着力も変わってしまい、具合が悪かっ
た。
【0008】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、プラズマ処理装置において被処理体の自己バイ
アス電圧を短時間で正確に測定することができる自己バ
イアス測定方法および装置を提供することを目的とす
る。
【0009】また、本発明は、プラズマ処理装置におい
て被処理体を所望の静電吸着力で保持することができる
とともに自己バイアス電圧の変動に対して静電吸着力を
設定値に安定に維持することができる静電吸着装置を提
供することを目的とする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の目的を達成する
ために、本発明の第1の自己バイアス測定方法は、プラ
ズマ処理装置の処理容器内で載置台上に静電吸着力で保
持される被処理体の自己バイアス電圧を測定する自己バ
イアス測定方法において、前記載置台の静電吸着用電極
に可変の直流電圧を印加し、前記直流電圧の値を変えな
がら前記被処理体と前記静電吸着用電極との間の直流漏
れ電流を検出し、極性が逆で絶対値の等しい前記直流漏
れ電流の第1および第2の電流値がそれぞれ得られると
きの前記直流電圧の第1および第2の電圧値のほぼ中間
を前記自己バイアス電圧の測定値とする方法とした。
【0011】また、本発明の第1の自己バイアス測定装
置は、プラズマ処理装置の処理容器内で載置台上に静電
吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電圧を測定
する自己バイアス測定装置において、前記載置台の静電
吸着用電極に可変の直流電圧を印加する可変直流電圧発
生手段と、前記被処理体と前記静電吸着用電極との間の
直流漏れ電流を検出する漏れ電流検出手段と、前記可変
直流電圧発生手段より前記静電吸着用電極に印加される
前記直流電圧を可変制御し、極性が逆で絶対値の等しい
前記直流漏れ電流の第1および第2の電流値が前記漏れ
電流検出手段よりそれぞれ得られるときの前記直流電圧
の第1および第2の電圧値のほぼ中間値を前記自己バイ
アス電圧の測定値とする自己バイアス電圧検出手段とを
具備する構成とした。
【0012】本発明の第2の自己バイアス測定方法は、
プラズマ処理装置の処理容器内で載置台上に静電吸着力
で保持される被処理体の自己バイアス電圧を測定する自
己バイアス測定方法において、前記被処理体に対してほ
ぼ等しい静電吸着特性を有する第1および第2の静電吸
着用電極を前記載置台上に設け、前記被処理体と前記第
1の静電吸着用電極との間および前記被処理体と前記第
2の静電吸着用電極との間で極性の異なる第1および第
2の直流漏れ電流がそれぞれ流れるように第1および第
2の静電吸着用電極にそれぞれ第1および第2の直流電
圧を印加し、前記第1および第2の直流電圧の値を変え
ながら前記第1および第2の直流漏れ電流を検出し、前
記第1および第2の直流漏れ電流のそれぞれの電流値の
絶対値がほぼ等しくなるときの前記第1および第2の直
流電圧のそれぞれの電圧値の中間値を前記自己バイアス
電圧の測定値とする方法とした。
【0013】また、本発明の第2の自己バイアス測定装
置は、プラズマ処理装置の処理容器内で載置台上に静電
吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電圧を測定
する自己バイアス測定装置において、前記載置台上に設
けられ、前記被処理体に対してほぼ等しい静電吸着特性
を有する第1および第2の静電吸着用電極と、前記第1
の静電吸着用電極に可変の第1の直流電圧を印加する第
1の可変直流電圧発生手段と、前記第2の静電吸着用電
極に前記第1の直流電圧とは極性の異なる可変の第2の
直流電圧を印加する第2の可変直流電圧発生手段と、前
記被処理体と前記第1の静電吸着用電極との間の第1の
直流漏れ電流を検出する第1の漏れ電流検出手段と、前
記被処理体と前記第2の静電吸着用電極との間の第2の
直流漏れ電流を検出する第2の漏れ電流検出手段と、前
記第1および第2の可変直流電圧発生手段より前記第1
および第2の静電吸着用電極にそれぞれ印加される前記
第1および第2の直流電圧を可変制御し、前記第1およ
び第2の漏れ電流検出手段より得られる前記第1および
第2の直流漏れ電流のそれぞれの電流値の絶対値がほぼ
等しくなるときの前記第1および第2の直流電圧のそれ
ぞれの電圧値の中間値を前記自己バイアス電圧の測定値
とする自己バイアス電圧検出手段とを具備する構成とし
た。
【0014】
【0015】本発明の静電吸着装置は、プラズマ処理装
置の処理容器内で被処理体を静電吸着力で載置台上に保
持するための静電吸着装置において、前記載置台上に設
けられ、前記被処理体に対してほぼ等しい静電吸引特性
を有する第1および第2の静電吸着用電極と、前記1の
静電吸着用電極に可変の第1の直流電圧を印加する第1
の可変直流電圧発生手段と、前記2の静電吸着用電極に
前記第1の直流電圧とは極性の異なる可変の第2の直流
電圧を印加する第2の可変直流電圧発生手段と、前記被
処理体と前記第1の静電吸着用電極との間の第1の直流
漏れ電流を検出する第1の漏れ電流検出手段と、前記被
処理体と前記第2の静電吸着用電極との間の第2の直流
漏れ電流を検出する第2の漏れ電流検出手段と、前記第
1および第2の可変直流電圧発生手段より前記第1およ
び第2の静電吸着用電極にそれぞれ印加される前記第1
および第2の直流電圧を可変制御し、前記第1の直流電
圧の電圧値と前記第1の漏れ電流検出手段より得られる
前記第1の直流漏れ電流の電流値との間の第1の電圧電
流特性と前記第2の直流電圧の電圧値と前記第2の漏れ
電流検出手段より得られる前記第2の直流漏れ電流の電
流値との間の第2の電圧電流特性とに基づいて前記自己
バイアス電圧の測定値を求める自己バイアス電圧検出手
段と、前記第1の直流電圧と前記自己バイアス電圧測定
値との電圧差および前記第2の直流電圧と前記自己バイ
アス電圧測定値との電圧差がそれぞれ所望の静電吸着力
を得るための前記被処理体と前記第1または第2の静電
吸着用電極との間の電圧差に等しくなるように前記第1
および第2の可変直流電圧発生手段の出力電圧を制御す
る電圧制御手段とを具備する構成とした。
【0016】
【作用】本発明の自己バイアス測定方法または自己バイ
アス測定装置では、載置台の静電吸着用電極に可変の直
流電圧を印加し、その可変直流電圧の値を変えながら被
処理体と静電吸着用電極との間に流れる直流の漏れ電流
を検出し、可変直流電圧と直流漏れ電流の電圧電流特性
に基づいて自己バイアス電圧の測定値を求める。一般
に、この電圧電流特性は自己バイアス電圧の値を中心と
する対称な曲線として表される。このことから、上記第
1の自己バイアス測定方法または上記第1の自己バイア
ス測定装置では、極性が逆で絶対値の等しい直流漏れ電
流の第1および第2の電流値がそれぞれ得られるときの
可変直流電圧の第1および第2の電圧値の中間値を自己
バイアス電圧の測定値とする。また、上記第2の自己バ
イアス測定方法または上記第2の自己バイアス測定装置
では、被処理体に対してほぼ等しい静電吸引特性を有す
る第1および第2の静電吸着用電極を載置台上に設け、
極性の異なる直流漏れ電流(第1および第2の直流漏れ
電流)の絶対値がほぼ等しくなるときの第1および第2
の直流電圧のそれぞれの電圧値の中間値を自己バイアス
電圧の測定値とする。
【0017】本発明の静電吸着装置では、本発明による
自己バイアス測定方法で得られた自己バイアス電圧の測
定値に基づいて、被処理体と静電吸着用電極との間の電
圧差が所望の静電吸着力を得るための電圧差となるよう
に、静電吸着用電極に所定の可変直流電圧を印加する。
電圧制御手段によって静電吸着力の制御・調整を行うの
で、自己バイアス電圧が変わっても自動的に可変直流電
圧を調整して静電吸着力を設定値に安定に維持すること
ができる。
【0018】
【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。
【0019】図1〜図4につき本発明の第1の実施例を
説明する。図1は、第1の実施例におけるプラズマエッ
チング装置の構成を示す断面図である。
【0020】このプラズマエッチング装置の処理容器1
0は、たとえばアルミニウムからなる両端の閉塞した円
筒状のチャンバとして構成されている。処理容器10の
側壁には、被処理体たとえば半導体ウエハWを容器10
内に搬入・搬出するためのゲートバルブ11が設けられ
ている。
【0021】処理容器10の底面には円筒状でかつ導電
性の外支持枠12が立設され、この外支持枠12の内側
に有底円筒状でかつ絶縁性の内支持枠14が嵌め込まれ
ている。内支持枠14の内側底部には円柱形の支持台1
6が配設され、この支持台16の上に円盤状の載置台1
8がボルト(図示せず)によって固定されている。支持
台16および載置台18のいずれもアルミニウム等の導
電性金属からなる。支持台16の内部には冷却ジャケッ
ト20が設けられており、導入管22を通って冷却ジャ
ケット20に供給された冷却液は排出管24を通って装
置外部へ排出されるようになっている。支持台16およ
び載置台18には、熱交換用のガスたとえばヘリウムガ
スを載置台18上の半導体ウエハWの裏面に供給するた
めの貫通孔16a,18aが形成されている。下部電極
として機能する載置台18には、コンデンサ26を介し
て高周波電源28が接続されている。
【0022】載置台18の上面には円形の静電チャック
シート30が冠着され、この静電チャックシート30の
上に半導体ウエハWが載置される。静電チャックシート
30は、抵抗体としての機能をも併せ持つ誘電体たとえ
ばSiCからなる薄膜32を上に、たとえばポリイミド
からなる絶縁膜34を下にして両者を重ね合わせ、その
中に静電吸着用電極としてたとえば銅箔からなる薄い導
電膜36を封入してなるものである。この静電チャック
シート30においても、熱交換用のヘリウムガスを載置
台18上の半導体ウエハWの裏面に供給するための通気
孔30aが形成されている。
【0023】静電チャックシート30の導電膜36は、
載置台18を貫通する絶縁被覆導電線38、支持台1
6、内支持枠14および外支持枠12を貫通する給電棒
40、処理容器10の外に設けられたコイル42ならび
に電流計44を介して可変直流電源46の出力端子に接
続されている。
【0024】コイル42は、コンデンサ48と協働し
て、この直流回路に誘導または混入した高周波ノイズを
除去するためのローパスフィルタを構成する。電流計4
4は、この直流回路を流れる電流、つまり半導体ウエハ
W(被処理体)と静電チャックシート30の導電膜36
(静電吸着用電極)との間の漏れ電流を検出し、その電
流検出値を表す漏れ電流検出信号MLを制御部50に出
力する。可変直流電源46は、制御部50からの電圧制
御信号ESで指定された任意の直流電圧V0 を出力でき
るように構成されている。制御部50は、たとえばマイ
クロコンピュータからなり、後述するように本実施例に
おける自己バイアス電圧測定の制御および静電吸着力の
制御・調整を行う。
【0025】載置台18の上方には、ガス導入室52が
配設されている。ガス供給管54を介してこのガス導入
室52に導入されたエッチングガスは、載置台18と対
向する多孔板52aの多数の通気孔52bより均一な圧
力・流量で半導体ウエハWに向けて吐出または噴射され
る。ガス導入室52は、上部電極を兼ねており、接地さ
れている。処理容器10の底付近の側壁には排気口56
が設けられており、この排気口56に排気管58を介し
て真空ポンプ(図示せず)が接続されている。
【0026】かかる構成のプラズマエッチング装置にお
いては、次のようにしてプラズマエッチング加工が行わ
れる。下部電極(載置台)18に高周波電源28よりコ
ンデンサ26を介してたとえば380KHz、15KW
の高周波電圧が印加され、かつ処理容器10内が排気口
56および排気管58を介して真空ポンプにより所定の
真空度まで排気された状態の下で、ガス供給管54およ
びガス導入室52を通ってエッチングガスが処理容器1
0内に供給される。そうすると、ガス導入室52の直下
で、エッチングガスのガス分子が高周波電力のエネルギ
により電離し、プラズマが発生する。このプラズマ中の
電子、イオン、活性種等が載置台18上の半導体ウエハ
Wの表面(被処理面)にほぼ垂直に入射してウエハ表面
の被加工物と化学反応を起こすことによって、エッチン
グが行われる。エッチングによって気化した反応生成物
は排気口56より排気される。
【0027】このようなエッチングが行われる間、静電
チャックシート30の導電膜36には可変直流電源46
より一定の直流電圧が印加され、その直流電圧によって
誘電体膜32が分極して、導電膜36の上面に正電荷、
半導体ウエハWの裏面に負電荷がそれぞれ誘導され、そ
れら正電荷および負電荷間のクーロン力により半導体ウ
エハWが載置台18上に吸着保持される。
【0028】また、下部電極としての載置台18にはコ
ンデンサ26を介して高周波電源28より高周波電圧が
印加され、かつ半導体ウエハWの直上にはプラズマが立
ち籠もっているため、半導体ウエハWには自己バイアス
電圧が誘起される。本実施例によれば、以下に説明する
ように、この自己バイアス電圧が正確に測定され、その
自己バイアス電圧測定値に基づいてプラズマエッチング
中に半導体ウエハWを載置台18上に所望の静電吸着力
で保持するための直流電圧が可変直流電源46より静電
チャックシート30の導電膜36に印加されるようにな
っている。
【0029】図2および図4につき本実施例における自
己バイアス測定方法について説明する。図2は、本実施
例における自己バイアスの測定に関係する部分の回路図
である。静電チャックシート30の誘電体膜32は、導
電体と絶縁体の中間の抵抗率(1×108 〜1×1012
Ω・cm)を有するSiCからなるので、これを抵抗体
とみることができる。この抵抗体32の抵抗値は相当大
きいので、可変直流電源46から導電膜36までの導体
(42,40,38等)の抵抗値は無視することができ
る。また、上部電極52と半導体ウエハWとの間は、プ
ラズマPR中のイオン、電子が移動するので、導電性の
空間である。
【0030】したがって、図2に示すように、可変直流
電源46の出力端子とアースとの間に、電流計44、抵
抗体(誘電体膜)32、半導体ウエハW、プラズマPR
および上部電極52が直列接続された電気回路が形成さ
れる。定常状態でプラズマPR内の電圧分布(電位)は
一定で安定しており、半導体ウエハWの電位は上部電極
52(アース電位)に対して自己バイアス電圧VSBにク
ランプされる。したがって、可変直流電源46の出力電
圧をV0 、抵抗体32の抵抗値をRとし、電流計44に
おける電圧降下を無視できるものとすると、この電気回
路に流れる直流電流、つまり半導体ウエハWと導電膜
(静電吸着用電極)36間の漏れ電流iLは次式で表さ
れる。 iL =(V0 −VSB)/R ……(1)
【0031】上式(1)において、自己バイアス電圧V
SBは一定であるが、抵抗体32の抵抗値Rは電圧V0 ,
温度,半導体ウエハWの裏面の状態たとえば酸化状態等
によって変わる値である。
【0032】本実施例では、制御部50の制御の下で可
変直流電源46の出力電圧V0 の値を変えながら電流計
44で漏れ電流iL を検出する。そうすると、V0 とi
L の絶対値|iL |との間には、図3に示すような電圧
電流特性が得られる。この電圧電流特性においては、V
0 がVSB(自己バイアス電圧)にほぼ等しいときに|i
L |はほぼ零になり、V0 とVSBの差(絶対値)が大き
くなるにしたがって|iL |は放物線状に増大する。V
0 がVSBよりも大きいときiL は導電膜(静電吸着用電
極)36側から半導体ウエハW側に流れ、V0 がVSBよ
りも小さいときiL は反対に半導体ウエハW側から導電
膜36側に流れる。
【0033】
【0034】本実施例における自己バイアス測定法によ
れば、自己バイアス電圧VSBの値を中心点としてV0 と
VSBの差が大きくなるにしたがって|iL |は放物線状
に増大するという上記電圧電流特性に基づいて、極性が
逆で絶対値の等しい漏れ電流iL の電流値iLa,iLbが
得られるときのV0 の値V0a,V0bの中間値(V0a+V
0b)/2が自己バイアス電圧VSBの測定値とされる。こ
の場合、制御部20は、V0 の各値に対するiL の測定
値を記憶部(図示せず)に取り込み、比較演算により極
性が逆で絶対値の等しい測定値iLa,iLbを割り出し、
ひいてはそれらの測定値にそれぞれ対応するV0 の値V
0a,V0bを割り出し、それらの電圧値V0a,V0bから自
己バイアス電圧VSBの測定値を演算で求める。
【0035】本実施例において、制御部50は開ループ
で可変直流電源46の出力電圧V0を制御するが、必要
に応じてV0 を検出する電圧検出手段を設けてもよく、
その場合はより高い精度でV0 の値を監視ないし制御す
ることができ、ひいてはより高い精度で自己バイアス電
圧VSBの測定値を得ることができる。
【0036】図1のプラズマエッチング装置においてこ
の自己バイアス測定法を実施するときは、V0 をVSBに
近づけずに極性が逆で絶対値の等しい測定値iLa,iLb
を割り出すことが可能であるから、実際にエッチング加
工を受ける半導体ウエハWに対して自己バイアス電圧V
SBを測定することができる。
【0037】図1のプラズマエッチング装置における静
電吸着装置は、静電チャックシート30、可変直流電源
46、電流計44、制御部50から構成される。制御部
50は、上記したような可変直流電源46の出力電圧V
0 と電流計44によって検出される漏れ電流iL との間
の電圧電流特性に基づいて半導体ウエハWの自己バイア
ス電圧VSBの測定値を求める自己バイアス電圧検出手段
として機能するだけでなく、次のようにエッチング加工
時に半導体ウエハWを載置台18上に所望の静電吸着力
で保持するための直流電圧を導電膜(静電吸着用電極)
36に与えるように可変直流電源46を制御する電圧制
御手段としても機能する。
【0038】すなわち、半導体ウエハWと導電膜(静電
吸着用電極)36間の印加電圧VFと静電吸着力Fとの
間には図4に示すような比例関係があり、この関係(特
性)は理論値または実験値として得られる。制御部50
は、所要の静電吸着力Fs が設定されたならば、このF
s に対応した印加電圧VF の値VFSに上記自己バイアス
電圧VSBの測定値を加え、その加算値(VFS+VSB)に
等しい出力電圧V0 を可変直流電源46に出力させる。
【0039】図1のプラズマエッチング装置では、たと
えば高周波電源28の出力が変わって自己バイアス電圧
VSBが変化した場合、制御部50は、上記のようにして
その新たな自己バイアス電圧VSBの値を測定することが
できるから、その新たな測定値に基づいて可変直流電源
46の出力電圧V0 を調整することで、静電吸着力Fを
設定値Fs に安定に維持することができる。
【0040】次に、図5〜図8につき本発明の第2の実
施例を説明する。図5は、第2の実施例におけるプラズ
マエッチング装置の構成を示す断面図である。図中、上
記第1の実施例のもの(図1)と共通する部分には同一
の符号を付してある。上記第1の実施例における静電吸
着用電極は静電チャックシート30内の1枚の導電膜3
6として構成されていたが、この第2の実施例における
静電吸着用電極は静電チャックシート30に封入された
面積の等しい2枚の導電膜36A,36Bとして構成さ
れている。これら2枚の導電膜36A,36Bの形状
は、たとえば図8の(A)に示すような半月形、図8の
(B)に示すような櫛歯形、あるいはリング形(図示せ
ず)等が可能である。
【0041】本実施例では、このような2枚の導電膜3
6A,36Bに静電吸着用の直流電圧を給電するために
2つ可変直流電源46A,46Bが設けられている。こ
れらの可変直流電源46の出力電圧VA0,VB0は、電流
計44A,44B、ローパスフィルタ(42A,48
A),(42B,48B)、給電棒40A,40B、絶
縁被覆線38A,38Bを介して導電膜36A,36B
に供給される。両電流計44A,44Bは、半導体ウエ
ハWと導電膜36A,36B間の漏れ電流をそれぞれ検
出し、それらの電流検出値を表す電流検出信号MLA ,
MLB を制御部50に出力する。両可変直流電源46
A,46Bは、制御部50からの電圧制御信号ESA ,
ESB で指定された任意の直流電圧を出力できるように
構成されている。制御部50は、上記第1実施例と同様
に、たとえばマイクロコンピュータからなり、次に述べ
るようにこの第2の実施例における自己バイアス電圧測
定の制御および静電吸着の制御を行う。
【0042】以下、図6および図7につき第2の実施例
における自己バイアス測定方法について説明する。
【0043】図6は、本実施例における自己バイアスの
測定に関係する部分の回路図である。図6に示すよう
に、第1の可変直流電源46Aの出力端子とアースとの
間に第1の電流計44A、抵抗体32、半導体ウエハ
W、プラズマPRおよび上部電極52が直列接続された
第1の電気回路が形成されるとともに、第2の可変直流
電源46Bの出力端子とアースとの間に第2の電流計4
4B、抵抗体32、半導体ウエハW、プラズマPRおよ
び上部電極52が直列接続された第2の電気回路が形成
される。図2の電気回路と同様に、これら第1および第
2の電気回路における漏れ電流iAL,iBLは次式で表さ
れる。 iAL =(VA0−VSB)/R ……(2) iBL =(VB0−VSB)/R ……(3)
【0044】上記第1の実施例における式(1)の場合
と同様の原理で、上式(2)におけるVA0とiALの絶対
値|iAL|との間、および上式(3)におけるVB0とi
BLの絶対値|iBL|との間には、図7に示すような電圧
電流特性が得られる。この電圧電流特性においては、V
A0,VB0がVSB(自己バイアス電圧)にほぼ等しいとき
に|iL |はほぼ零になり、VA0,VB0とVSBとの差が
大きくなるにしたがって|iL |は指数関数的に増大す
る。
【0045】本実施例では、VA0,VB0の一方(たとえ
ばVA0)を正の電圧、他方(たとえばVB0)を負の電圧
とし、両電圧の差(VA0−VB0)を半導体ウエハWと導
電膜(静電吸着用電極)36A,36B間の所要の印加
電圧VFSの2倍の値2VFSに保ったまま、VA0,VB0の
値を変えながら漏れ電流iAL,iBLを検出する。この場
合、第1の漏れ電流iALは第1の導電膜(静電吸着用電
極)36A側から半導体ウエハW側へ流れ、第2の漏れ
電流iBLは半導体ウエハW側から第2の導電膜(静電吸
着用電極)36B側へ流れる。このように互いに反対方
向に流れる第1および第2の漏れ電流iAL,iBLの絶対
値|iAL|,|iBL|が等しくなるように、VA0,VB0
の値を調整する。
【0046】|iAL|,|iBL|が等しくなるときのV
A0,VB0の値をそれぞれVA0P ,VB0P とすると、図7
の電圧電流特性においてVSBはVA0P とVB0P 間の中点
に位置するので、VA0P ,VB0P の中間値(VA0P −V
B0P )/2を自己バイアス電圧VSBの測定値とすること
ができる。このように、本実施例では、制御部50の制
御の下で第1および第2の可変直流電源46A,46B
より第1および第2の導電膜(静電吸着用電極)36
A,36Bに印加される可変直流電圧VA0,VB0の電圧
値と電流計44A,44Bによって検出される第1およ
び第2の漏れ電流iAL,iBLの電流値(絶対値)|iAL
|,|iBL|との間の電圧電流特性に基づいて自己バイ
アス電圧VSBの測定値が求められる。
【0047】本実施例によれば、可変直流電源46A,
46Bの出力電圧を自己バイアス電圧VSBに近づけるこ
となく、自己バイアス電圧VSBの測定値を得ることがで
きるので、実際にエッチング加工を受ける半導体ウエハ
Wに対して自己バイアス電圧測定を行うことができる。
【0048】また、本実施例においては、上記のように
(VA0P −VB0P )=2VFSの条件の下で|iAL|,|
iBL|が等しくなるときのVA0,VB0の値VA0P ,VB0
P を割り出すので、(VA0P −VSB)=VFS,(VSB−
VB0P )=VFSが成立する。このことは、自己バイアス
電圧VSBの測定値を求めるための可変直流電圧VA0,V
B0の可変調整が完了した時点で、半導体ウエハWと第1
の導電膜(静電吸着用電極)36Aとの間、および半導
体ウエハWと第2の導電膜(静電吸着用電極)36Bと
の間の双方に所要の静電吸着力FS を得るための所要の
電圧差VFSが与えられることを意味する。この場合、半
導体ウエハWと第1の導電膜(静電吸着用電極)36A
との間では、半導体ウエハW側に負電荷が誘導され、第
1の導電膜36A側に正の電荷が誘導される。また、半
導体ウエハWと第2の導電膜(静電吸着用電極)36B
との間では、半導体ウエハW側に正電荷が誘導され、第
2の導電膜36A側に負の電荷が誘導される。
【0049】このように、本実施例では、自己バイアス
電圧測定の調整と静電吸着力の調整とを同時に行うこと
ができる。したがって、たとえば高周波電源28の出力
が変わって自己バイアス電圧VSBが変化した場合でも、
その新たな自己バイアス電圧VSBの値を測定すると同時
に可変直流電源46A,46Bの出力電圧VA0,VB0を
調整して静電吸着力Fを設定値FS に安定に維持するこ
とができる。なお、本実施例における自己バイアス電圧
測定および静電吸着力の制御・調整および演算は制御部
50によって行われる。
【0050】以上、好適な実施例について説明したが、
本発明は上記した実施例に限定されるわけではなく、そ
の技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能であ
る。
【0051】たとえば、静電吸着用電極は誘電性と漏電
性とを併せ持つ膜または板を介して被処理体と対向配置
されるものであればよく、その形状・構造・サイズを任
意に選ぶことが可能である。したがって、静電チヤック
シート以外の構成も可能である。
【0052】また、上記第2の実施例では、第1および
第2の導電膜(静電吸着用電極)36A,36Bを静電
チヤックシート30内の同一平面内でほぼ同一面積に配
置構成したが、たとえば第1および第2の静電吸着用電
極の形状ないしサイズが異なっていてもそれに合わせて
被処理体に対する両電極の距離(間隔)を異ならせるこ
とで、等しい静電吸着特性を得ることが可能である。
【0053】また、電流計44,44A,44Bおよび
可変直流電源46,46A,46Bの回路構成ならびに
制御部50の回路構成・ソフトウェアも任意に変形・変
更が可能である。また、制御部50を設けないで、電流
計44,44A,44Bの測定値を表示させ、作業員が
その電流測定値を見ながら、マニュアル操作で可変直流
電源46,46A,46Bの出力電圧を可変調整するよ
うにしてもよい。
【0054】また、上記実施例はプラズマエッチング装
置に係るものであったが、本発明はプラズマアッシング
装置、プラズマCVD装置等の他のプラズマ処理装置に
も適用可能であり、半導体ウエハW以外の被処理体たと
えばLCD基板にも適用可能である。
【0055】
【発明の効果】本発明の自己バイアス測定方法および装
置によれば、静電吸着用電極に印加する直流電圧の値を
変えながら被処理体と静電吸着用電極間の漏れ電流を検
出し、印加直流電圧と漏れ電流の電圧電流特性に基づい
て自己バイアス電圧の測定値を求めるようにしたので、
誤差の少ない高精度な自己バイアス電圧測定値を短時間
で容易に得ることができる。
【0056】本発明の静電吸着装置によれば、自己バイ
アス電圧の測定値に基づいて被処理体と静電吸着用電極
間の電圧差が所望の静電吸着力を得るための電圧差とな
るように、静電吸着用電極に所定の可変直流電圧を印加
するようにしたので、自己バイアス電圧が変わっても静
電吸着力を設定値に安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるプラズマエッチ
ング装置の全体構成を示す断面図である。
【図2】第1の実施例における自己バイアス測定方法の
作用を説明するための電気回路図である。
【図3】第1の実施例における自己バイアス測定方法で
用いられる可変直流電圧と漏れ電流間の電圧電流特性を
示す図である。
【図4】実施例における静電吸着装置で用いられる印加
電圧−静電吸着力間の特性を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例におけるプラズマエッチ
ング装置の全体構成を示す断面図である。
【図6】第2の実施例における自己バイアス測定方法の
作用を説明するための電気回路図である。
【図7】第2の実施例における自己バイアス測定方法で
用いられる可変直流電圧と漏れ電流間の電圧電流特性を
示す図である。
【図8】第2の実施例における第1および第2の静電吸
着用電極の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
10 処理容器 18 載置台 30 静電チャックシート 32 誘電体膜(抵抗体) 34 絶縁膜 36,36A,36B 導電膜(静電吸着用電極) 44,44A,44B 電流計 46,46A,46B 可変直流電源 50 制御部 W 半導体ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/509

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ処理装置の処理容器内で載置台
    上に静電吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電
    圧を測定する自己バイアス測定方法において、 前記載置台の静電吸着用電極に可変の直流電圧を印加
    し、前記直流電圧の値を変えながら前記被処理体と前記
    静電吸着用電極との間の直流漏れ電流を検出し、極性が
    逆で絶対値の等しい前記直流漏れ電流の第1および第2
    の電流値がそれぞれ得られるときの前記直流電圧の第1
    および第2の電圧値のほぼ中間値を前記自己バイアス電
    圧の測定値とすることを特徴とする自己バイアス測定方
    法。
  2. 【請求項2】 プラズマ処理装置の処理容器内で載置台
    上に静電吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電
    圧を測定する自己バイアス測定装置において、 前記載置台の静電吸着用電極に可変の直流電圧を印加す
    る可変直流電圧発生手段と、 前記被処理体と前記静電吸着用電極との間の直流漏れ電
    流を検出する漏れ電流検出手段と、 前記可変直流電圧発生手段より前記静電吸着用電極に印
    加される前記直流電圧を可変制御し、極性が逆で絶対値
    の等しい前記直流漏れ電流の第1および第2の電流値が
    前記漏れ電流検出手段よりそれぞれ得られるときの前記
    直流電圧の第1および第2の電圧値のほぼ中間値を前記
    自己バイアス電圧の測定値とする自己バイアス電圧検出
    手段とを具備することを特徴とする自己バイアス測定装
    置。
  3. 【請求項3】 プラズマ処理装置の処理容器内で載置台
    上に静電吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電
    圧を測定する自己バイアス測定方法において、 前記被処理体に対してほぼ等しい静電吸着特性を有する
    第1および第2の静電吸着用電極を前記載置台上に設
    け、前記被処理体と前記第1の静電吸着用電極との間お
    よび前記被処理体と前記第2の静電吸着用電極との間で
    極性の異なる第1および第2の直流漏れ電流がそれぞれ
    流れるように第1および第2の静電吸着用電極にそれぞ
    れ第1および第2の直流電圧を印加し、前記第1および
    第2の直流電圧の値を変えながら前記第1および第2の
    直流漏れ電流を検出し、前記第1および第2の直流漏れ
    電流のそれぞれの電流値の絶対値がほぼ等しくなるとき
    の前 記第1および第2の直流電圧のそれぞれの電圧値の
    中間値を前記自己バイアス電圧の測定値とすることを特
    徴とする自己バイアス測定方法。
  4. 【請求項4】 プラズマ処理装置の処理容器内で載置台
    上に静電吸着力で保持される被処理体の自己バイアス電
    圧を測定する自己バイアス測定装置において前記載置台上に設けられ、前記被処理体に対してほぼ等
    しい静電吸着特性を有する第1および第2の静電吸着用
    電極と、 前記第1の静電吸着用電極に可変の第1の直流電圧を印
    加する第1の可変直流電圧発生手段と、 前記第2の静電吸着用電極に前記第1の直流電圧とは極
    性の異なる可変の第2の直流電圧を印加する第2の可変
    直流電圧発生手段と、 前記被処理体と前記第1の静電吸着用電極との間の第1
    の直流漏れ電流を検出する第1の漏れ電流検出手段と、 前記被処理体と前記第2の静電吸着用電極との間の第2
    の直流漏れ電流を検出する第2の漏れ電流検出手段と、 前記第1および第2の可変直流電圧発生手段より前記第
    1および第2の静電吸着用電極にそれぞれ印加される前
    記第1および第2の直流電圧を可変制御し、前記第1お
    よび第2の漏れ電流検出手段より得られる前記第1およ
    び第2の直流漏れ電流のそれぞれの電流値の絶対値がほ
    ぼ等しくなるときの前記第1および第2の直流電圧のそ
    れぞれの電圧値の中間値を前記自己バイアス電圧の測定
    値とする自己バイアス電圧検出手段とを具備することを
    特徴とする自己バイアス測定装置。
  5. 【請求項5】 プラズマ処理装置の処理容器内で被処理
    体を静電吸着力で載置台上に保持するための静電吸着装
    置において、 前記載置台上に設けられ、前記被処理体に対してほぼ等
    しい静電吸引特性を有する第1および第2の静電吸着用
    電極と、 前記1の静電吸着用電極に可変の第1の直流電圧を印加
    する第1の可変直流電圧発生手段と、 前記2の静電吸着用電極に前記第1の直流電圧とは極性
    の異なる可変の第2の直流電圧を印加する第2の可変直
    流電圧発生手段と、 前記被処理体と前記第1の静電吸着用電極との間の第1
    の直流漏れ電流を検出する第1の漏れ電流検出手段と、 前記被処理体と前記第2の静電吸着用電極との間の第2
    の直流漏れ電流を検出する第2の漏れ電流検出手段と、 前記第1および第2の可変直流電圧発生手段より前記第
    1および第2の静電吸着用電極にそれぞれ印加される前
    記第1および第2の直流電圧を可変制御し、前記第1の
    直流電圧の電圧値と前記第1の漏れ電流検出手段より得
    られる前記第1の直流漏れ電流の電流値との間の第1の
    電圧電流特性と前記第2の直流電圧の電圧値と前記第2
    の漏れ電流検出手段より得られる前記第2の直流漏れ電
    流の電流値との間の第2の電圧電流特性とに基づいて前
    記自己バイアス電圧の測定値を求める自己バイアス電圧
    検出手段と、 前記第1の直流電圧と前記自己バイアス電圧測定値との
    電圧差および前記第2の直流電圧と前記自己バイアス電
    圧測定値との電圧差がそれぞれ所望の静電吸着力を得る
    ための前記被処理体と前記第1または第2の静電吸着用
    電極との間の電圧差に等しくなるように前記第1および
    第2の可変直流電圧発生手段の出力電圧を制御する電圧
    制御手段とを具備することを特徴とする静電吸着装置。
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