JP4115155B2 - プラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生起して半導体ウエハ等のエッチング処理等を行うプラズマ処理装置に係り、特にプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラズマを生起し、このプラズマを被処理物に作用させて所定の処理を施すプラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッチングや成膜を行っている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置では、真空処理室内でプラズマを発生させることから、プラズマの作用によって温度が上昇する可能性があり、このため、所定部位の温度を制御するための温度制御機構を備えたものが多い。
【０００５】
例えば、対向して配置された上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加ししてプラズマを発生させる所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、半導体ウエハ等の被処理基板が載置される載置台（サセプタ）が下部電極を兼ねている。そして、この下部電極を構成する導電性材料（例えばアルミニウム等）からなブロック内に、熱媒体の流路を形成し、この流路内に熱媒体としての絶縁性流体例えば、フッ素系の絶縁性流体を流して半導体ウエハ等の温度制御を行うようになっている。
【０００６】
上記フッ素系の絶縁性流体としては、例えば、フロリナート（商品名：住友スリーエム社製）（炭素、フッ素からなるフッ素系不活性液体）、ＧＡＬＤＥＮ ＨＴ（商品名：アウジモント社製）（フッ素、炭素、酸素からなるパーフルオロポリエーテル）等がある。これらの絶縁性流体の熱伝導率（２５℃）は約０．０６Ｗ／ｍＫ、体積抵抗率（２５℃）は約１Ｅ１７〜１Ｅ１８Ω・ｍ、誘電率（２５℃、１ｋＨｚ）は１．５〜２．０である。
【０００７】
また、上記構成のプラズマ処理装置では、上記した下部電極を構成するアルミニウム等からなるブロックの上に、静電チャックを設け、この静電チャックによって、半導体ウエハ等を吸着保持するよう構成されたものが多い。なお、このような静電チャックは、絶縁性材料で形成された絶縁膜の中に、静電チャック用の電極を介在させた構成とされている。
【０００８】
さらに、上述した半導体ウエハ等の温度制御を効率良くかつ精度良く行うために、下部電極及び静電チャックを貫通して冷却ガス用供給孔を設け、この冷却ガス用供給孔から半導体ウエハ等の裏面側にヘリウム等の冷却ガスを供給するようにしたプラズマ処理装置も多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプラズマ処理装置では、あるロットの処理が終了し、次のロットの処理を行うまでに時間が空くような場合は、装置を待機状態（アイドル状態）として、真空処理室内のパーティクルの滞留や真空処理室壁面等への水分の吸着を防止し、次に処理を行うロットが搬送されてきた際に、清浄な環境で処理を開始できるようにしている。
【００１０】
このようなアイドル状態では、従来は、真空処理室内に窒素ガス等の不活性ガスを所定流量で供給するとともに、圧力制御を行わない状態で真空排気を行っており、この結果、真空処理室内は、例えば５Ｐａ以下の圧力となっている。
【００１１】
また、下部電極の流路内の絶縁性流体の循環も、停止させることなく続けて行っている。
【００１２】
しかしながら、上記のようなアイドル状態が長時間続いた場合、絶縁性流体の循環によって流路内壁と絶縁性流体との摩擦による静電気が発生し、下部電極内に電荷が蓄積される一方、下部電極の上部等は静電チャック用の絶縁性材料で覆われているため、電荷の蓄積により帯電圧が上昇する。図６は、かかる帯電圧の時間的な上昇を測定した結果を示すもので、図６の実線Ｆは絶縁性流体の流量を２０ｌ／分とした場合、実線Ｇは絶縁性流体の流量を３０ｌ／分とした場合を示している。
【００１３】
同図に示されるとおり、絶縁性流体の流量が２０ｌ／分の場合も、３０ｌ／分の場合も、どちらも時間経過とともに帯電圧が上昇し、８０００Ｖ以上となる。また、絶縁性流体の流量が多いほど短時間で帯電圧が上昇し、流量が３０ｌ／分の場合は約３時間、流量が２０ｌ／分の場合は約８時間で帯電圧が８０００Ｖ以上となった。
【００１４】
なお、絶縁性流体の温度を０℃、２０℃、４０℃と変えて同様な帯電圧の測定を行ったところ、帯電圧は、絶縁性流体の温度が高くなるほど多くなるという結果が得られた。これは、絶縁性流体の温度が上がり動粘度が小さくなることによって絶縁性流体の流速が大きくなり、流路内壁と絶縁性流体との摩擦による静電気の発生量が大きくなるためと推測される。
【００１５】
さらに、破壊試験を行ったところ、図７に示されるように、帯電圧が８０００Ｖ程度となったところで、静電チャックの電極と下部電極（アルミニウム製ブロック）との間で放電が生じ、静電チャックの絶縁膜が破壊されることがあることも判明した。
【００１６】
なお、上記のような帯電圧の上昇は、アイドル時に下部電極を接地電位に切り換えることによって防止することができるが、仮に、かかる切り換え動作が確実に行われなかった場合には、上記のような帯電圧の上昇により静電チャックの絶縁膜が破壊される等の可能性もある。
【００１７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ処理装置の真空処理室内部品が高電圧に帯電することを防止することができ、絶縁性材料が放電等により破壊されることを防止することのできるプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法を提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の発明は、プラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、内部に熱媒体の流路を有する導電性材料で形成されるブロックと、前記ブロックに接するように配置され少なくとも一部が絶縁性材料で形成された真空処理室内部品とを有し、前記流路内に熱媒体としての絶縁性流体を流して前記真空処理室内部品を温度制御するプラズマ処理装置において、前記被処理体が前記真空処理室内になく、且つプラズマを発生させない状態で前記流路に前記絶縁性流体を流す時に、不活性ガスを前記真空処理室内に供給しつつ前記真空処理室内を所定の圧力に制御することにより、前記真空処理室内部品の帯電圧の上昇を抑制することを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性流体はフッ素系冷媒であることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性材料の体積抵抗率は１０9 Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性材料はセラミックであることを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項４記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室内部品は静電チャックであり、前記ブロックはアルミニウムで形成される下部電極であることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項５記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室には、前記下部電極と所定の距離だけ離れた位置に平行に配置される上部電極を有し、前記所定の圧力は、前記不活性ガスの種類に対応して求められるパッシェンカーブの最小火花条件から放電距離を前記所定距離とした場合に算出される圧力に対して、０．６倍以上、２．０倍以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項７記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定の圧力は、略１３Ｐａ以上、略４０Ｐａ以下であることを特徴とする。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定の圧力は間欠的に制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を変化させて行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項１１の発明は、請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を一定とし、圧力制御装置で行うことを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室内への不活性ガスの供給開始後、所定時間経過した後に、前記真空処理室内の圧力制御を開始することを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定時間が５分であることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、真空処理室を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
【００３１】
上記真空チャンバ１は、接地電位に接続されており、真空チャンバ１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電極を兼ねた載置台２が設けられている。
【００３２】
この載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空チャンバ１内に支持されており、載置台２の半導体ウエハＷ載置面には、静電チャック４が設けられている。この静電チャック４は、静電チャック用電極４ａを、絶縁性材料からなる絶縁膜４ｂ中に介在させた構成とされており、静電チャック用電極４ａには直流電源５が接続されている。
【００３３】
この静電チャック４の絶縁膜４ｂは、材質が例えば、アルミナセラミックス （Ａｌ2 Ｏ3 ）から構成されており、溶射、あるいは焼結等によって形成されている。この場合の体積抵抗率は、約１０9 〜１０14Ω・ｃｍ以上である。また、上記絶縁膜４ｂの材質としては、イットリア、窒化珪素等も用いることができ、ポリイミド等の樹脂を用いることもできる。
【００３４】
また、載置台２の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路６と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路７（流路断面積１６５ｍｍ2 、長さ約５ｍ）が設けられている。
【００３５】
そして、熱媒体流路６内に、チラー６ａから所定温度に制御された絶縁性流体を約３０ｌ／ｍｉｎで循環させることによって、載置台２を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路７を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。なお、絶縁性流体としては、例えば、前述したフッ素系の絶縁性流体（例えば、フロリナート（商品名：住友スリーエム社製）（炭素、フッ素からなるフッ素系不活性液体）、ＧＡＬＤＥＮ ＨＴ（商品名：アウジモント社製）（フッ素、炭素、酸素からなるパーフルオロポリエーテル）等）が用いられる。
【００３６】
また、載置台２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング８が設けられており、さらに、載置台２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線９が接続されている。この給電線９にはマッチングボックス１０及び高周波電源１１が接続され、高周波電源１１からは、所定の周波数、例えば、１３．５６〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数の高周波電力が、載置台２に供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、フォーカスリング８の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１２が設けられており、この排気リング１２を介して、排気ポート１３に接続された排気系１４により、真空チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。なお、排気系１４は、排気を行う真空ポンプ及び圧力制御を行う圧力制御装置（ＡＰＣ）等から構成されている。
【００３８】
一方、載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１５が、載置台２と平行に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド１５は接地されている。したがって、これらの載置台２およびシャワーヘッド１５は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００３９】
上記シャワーヘッド１５は、その下面に多数のガス吐出孔１６が設けられており、且つその上部にガス導入部１７を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１８が形成されている。ガス導入部１７にはガス供給配管１９が接続されており、このガス供給配管１９の他端には、処理ガス供給系２０が接続されている。この処理ガス供給系２０は、各種の処理ガス、例えば、エッチング用の処理ガス等を供給する処理ガス供給源２０ｃ、パージ用の不活性ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等）を供給するガス供給源、例えば窒素ガス供給源２０ｄ、及び、これらのガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２０ａ，２０ｂ等から構成されている。
【００４０】
一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２１が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１５との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２１は、回転機構２２によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。また、真空チャンバ１には、その内部（真空処理室）の圧力を測定するための圧力計２３が設けられている。
【００４１】
上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明すると、まず、真空チャンバ１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、直流電源５から静電チャック４の静電チャック用電極４ａに所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００４２】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、排気系１４の真空ポンプにより排気ポート１３を通じて真空チャンバ１内を排気しつつ、排気系１４の圧力制御装置（ＡＰＣ）によって圧力制御が行われる。
【００４３】
そして、真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系２０から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば略１〜略１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００４４】
そして、この状態で高周波電源１１から、載置台２に、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４５】
この場合に、下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１５と下部電極である載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２１による磁場が形成され、この状態でプラズマによるエッチングが行われる。
【００４６】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１１からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００４７】
また、あるロットの処理が終了し、次のロットの処理を行うまでに時間が空くような場合は、次に処理を行うロットが搬送されてきた際に、清浄な環境下で処理を開始できるようにプラズマ処理装置は、真空処理室内のパーティクルの滞留や真空処理室内壁面等への水分の吸着を防止する待機状態（アイドル状態）となる。
【００４８】
図２は、プラズマ処理装置がアイドル状態とされる際の制御のタイミングチャートであり、同図に示すとおり、真空処理室内に半導体ウエハＷが配置されておらず、かつ、真空処理室内にプラズマが生起されていない状態で、真空処理室の状態が、アイドル状態に切り換えられると、これと同時に窒素ガスパージ（Ｎ2 パージ）が開始される。なお、このアイドル状態では、熱媒体流路６には前述したような絶縁性流体の循環が行われており、また、静電チャック４の電極４ａは接地電位に接続された状態、ガス流路７からの温度制御用のガスの供給は停止された状態となっている。また、上記の窒素ガスに換えて他の不活性ガス、例えばアルゴンガス等を用いることもできる。
【００４９】
そして、アイドル状態に切り換えられてから５分後に、排気系１４のＡＰＣによる真空処理室内の圧力制御が開始される。この圧力制御は、真空処理室内が例えば、略２７Ｐａ（２００ｍTorr）の所定圧力となるように行われる。
【００５０】
なお、このように、アイドル状態に切り換えられてから５分後に、真空処理室内の圧力制御を開始するのは、アイドル状態が５分間連続したことにより、その後しばらくアイドル状態が続くと推測されることから、圧力制御を開始するものである。しかしながら、アイドル状態に切り換えられると同時に圧力制御を開始しても良く、また、５分に限らず、絶縁性流体の循環流量に依存する帯電圧の上昇速度と静電チャック４が絶縁破壊する帯電圧との関係に基づいて、例えば、３分後、１０分後、１５分後等から圧力制御を開始しても良い。
【００５１】
図３は、上記のように、アイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行った場合における静電チャック４の絶縁膜４ｂの帯電圧と時間との関係、及び、従来のようにアイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行わない場合における静電チャック４の絶縁膜４ｂの帯電圧と時間との関係を比較して示すものである。
【００５２】
同図に点線Ａで示されるとおり、アイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行う本実施形態では、実線Ｂで示されるアイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行わない場合に比べて、帯電圧が上昇することを大幅に抑制することができる。したがって、帯電圧の上昇によって、静電チャック４の絶縁膜４ｂに絶縁破壊が生じ、絶縁膜４ｂにチッピング等が生じることを防止することができる。
【００５３】
ここで、上記のようにアイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行い、真空処理室内の圧力を２６．６Ｐａ程度に制御した場合に、圧力制御を行わない場合（この場合真空処理室内の圧力は１．３３Ｐａ程度となっている。）に比べて、帯電圧が上昇することを抑制することができるのは、以下のような２つのメカニズムによる放電が生じているためと推測される。
【００５４】
すなわち、１つのメカニズムは、真空処理室内の圧力が高くなると、載置台２を構成するアルミニウム製のブロック内のガス流路７内等に入り込んでいるガス分子の数が多くなり、これらのガス分子によって、載置台２からより多くの電荷が運ばれるという推測であり、もう一つのメカニズムは、このガス流路７と上部電極であるシャワーヘッド１５との間で放電が生じるという推測である。
【００５５】
上記のメカニズムのうち、後者のガス流路７とシャワーヘッド１５との間で生じる放電の生じ易さは、図４に示すようなパッシェンカーブと称されている曲線の如き変化を示すことが知られている。なお、図４において縦軸は火花電圧（Ｖ）、横軸はギャップ長×気圧（ｐｄ）（ｍ・Ｐａ）を示している。
【００５６】
そして、ガス種を窒素とした場合、最小火花電圧は２５０Ｖで、この場合のギャップ長×気圧（ｐｄ）は、０．７６となる。また、図１に示した装置において、ギャップ長（載置台２（ガス流路７の底部）とシャワーヘッド１５との間の距離）は、約４３ｍｍであるので、圧力が略２１Ｐａ（１６０ｍTorr）の時に最小火花電圧の２５０Ｖとなり、計算上最も放電が生じ易い状態となる。
【００５７】
また、図４を見れば明らかなとおり、パッシェンカーブは、最小火花電圧を示す点（パッシェンカーブの最下点）から、ギャップ長×気圧（ｐｄ）が増加する方向では上昇が緩やかであり、一方、減少する方向では上昇が急激に起きる。
【００５８】
一方、上記の真空処理室内の圧力を変化させて、各圧力における帯電圧を調べたところ、圧力が略１３Ｐａ（１００ｍTorr）〜略４０Ｐａ（３００ｍTorr）の範囲で、帯電圧を良好に抑制することができた。したがって、真空処理室内の圧力は略１３Ｐａ（１００ｍTorr）〜略４０Ｐａ（３００ｍTorr）とすることが好ましい。
【００５９】
また、上記の圧力範囲は、パッシェンカーブにおける最小火花電圧となる圧力の約０．６倍以上、約２．０倍以下に相当する。したがって、放電を生じ易くして、帯電圧を良好に抑制するためには、真空処理室内の圧力を、パッシェンカーブにおける最小火花電圧となる圧力の約０．６倍以上、約２．０倍以下とすることが好ましい。
【００６０】
図５は、真空処理室内を真空引きしつつ熱媒体流路６内に絶縁性流体を循環させ、真空チャック４をある程度高電圧に帯電させた状態で、真空処理室内に窒素ガスを圧力略４０Ｐａ（３００ｍTorr）で圧力制御した状態で流入させた際の帯電圧の変化の様子を示すものである。
【００６１】
同図に示されるように、真空処理室内に窒素ガスを圧力制御した状態で流入させると、帯電圧が瞬間的に大幅に低下し、その後略一定となる。このような帯電圧の変化のうち、帯電圧が瞬間的に低下するのは、前述した２つのメカニズムのうちの後者のメカニズムによる放電が生じているものと推測される。また、その後帯電圧が略一定となっている状態では、前者のメカニズムによる放電が生じているものと推測される。
【００６２】
ところで、前述した図３の点線Ａに示されるとおり、アイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行うと、帯電圧が、ある値になるとその値で略一定となり、その値以上上昇しなくなる。この値は、圧力を略２７Ｐａ（２００ｍTorr）とした場合は約７４０Ｖであった。また、上記した圧力範囲のうちの下限である略１３Ｐａ（１００ｍTorr）とした場合は約８３０Ｖとなり、７４０Ｖよりは上昇したが、圧力制御を行わない場合に比べて明らかな効果上の相違があった。
【００６３】
また、上記の圧力を一定にして、窒素ガスの流量を変化させ、２８６ｓｃｃｍと、７１４ｓｃｃｍとして帯電圧を調べた。この結果、圧力が一定の場合、少なくとも上記の流量範囲においては、窒素ガスの流量は帯電圧にほとんど影響を与えないという結果が得られた。すなわち、窒素ガスの流量を２８６ｓｃｃｍから７１４ｓｃｃｍに増大させても、圧力が一定の場合は、帯電圧を低減させる効果にほとんど差が見られなかった。このため、消費する窒素ガスの量を低減させるためには、窒素ガスの流量を比較的低く設定することが好ましい。
【００６４】
また、前述した図６等に示されるとおり、帯電圧が数千ボルト程度に上昇するまでには、少なくとも１時間程度の時間がかかるので、上記のような圧力の制御は、連続して行わずに、間欠的に行ってもよい。このような場合、圧力の制御は、不活性ガスの流量を変化させて行っても、不活性ガスの流量を一定として圧力制御装置で行うこともできる。また、帯電圧が所定の値より大きい場合、図５に示される通り、短時間で圧力制御の効果が現れるので、圧力制御の時間は例えば１分間以内でも良い。
【００６５】
また、本実施例では下部電極を兼ねた載置台２に高周波電力を印加し、半導体ウエハＷを吸着するための直流電圧を静電チャック用電極４ａに印加する構成を示したが、下部電極に高周波電力と直流電圧を重畳して印加し、静電チャック４の代わりに絶縁性材料からなる絶縁膜のみを配置した構成でも良い。
【００６６】
以上のとおり、本実施形態によれば、アイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行うことによって、真空処理室内部品である静電チャック４が高電圧に帯電することを防止することができ、静電チャック４の絶縁膜４ｂが放電等により破壊されることを防止することができる。
【００６７】
なお、上述した実施形態では、本発明を、下部電極にのみ高周波電力を供給するタイプのエッチング装置に適用した例について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置や、成膜を行うプラズマ処理装置等、あらゆるプラズマ処理装置に適用することができる。また、上述した実施形態では、静電チャック４の帯電について説明したが、静電チャック４以外の真空処理室内部品についても同様にして適用することができることは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、プラズマ処理装置の真空処理室内部品が高電圧に帯電することを防止することができ、絶縁性材料が放電等により破壊されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置における主要部位の動作タイミングを示す図。
【図３】実施形態における帯電圧の時間変化を従来例と比較して示す図。
【図４】パッシェンカーブを示す図。
【図５】圧力制御を行った際の帯電圧の時間変化を示す図。
【図６】帯電圧の時間変化を示す図。
【図７】破壊検査を行った際の帯電圧の時間変化を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台（下部電極）、４……静電チャック、４ａ……静電チャック用電極、４ｂ……絶縁膜、６……熱媒体流路、７……ガス流路、１４……排気系、１５……シャワーヘッド（上部電極）、２０……処理ガス供給系。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生起して半導体ウエハ等のエッチング処理等を行うプラズマ処理装置に係り、特にプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラズマを生起し、このプラズマを被処理物に作用させて所定の処理を施すプラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッチングや成膜を行っている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置では、真空処理室内でプラズマを発生させることから、プラズマの作用によって温度が上昇する可能性があり、このため、所定部位の温度を制御するための温度制御機構を備えたものが多い。
【０００５】
例えば、対向して配置された上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加ししてプラズマを発生させる所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、半導体ウエハ等の被処理基板が載置される載置台（サセプタ）が下部電極を兼ねている。そして、この下部電極を構成する導電性材料（例えばアルミニウム等）からなブロック内に、熱媒体の流路を形成し、この流路内に熱媒体としての絶縁性流体例えば、フッ素系の絶縁性流体を流して半導体ウエハ等の温度制御を行うようになっている。
【０００６】
上記フッ素系の絶縁性流体としては、例えば、フロリナート（商品名：住友スリーエム社製）（炭素、フッ素からなるフッ素系不活性液体）、ＧＡＬＤＥＮ ＨＴ（商品名：アウジモント社製）（フッ素、炭素、酸素からなるパーフルオロポリエーテル）等がある。これらの絶縁性流体の熱伝導率（２５℃）は約０．０６Ｗ／ｍＫ、体積抵抗率（２５℃）は約１Ｅ１７〜１Ｅ１８Ω・ｍ、誘電率（２５℃、１ｋＨｚ）は１．５〜２．０である。
【０００７】
また、上記構成のプラズマ処理装置では、上記した下部電極を構成するアルミニウム等からなるブロックの上に、静電チャックを設け、この静電チャックによって、半導体ウエハ等を吸着保持するよう構成されたものが多い。なお、このような静電チャックは、絶縁性材料で形成された絶縁膜の中に、静電チャック用の電極を介在させた構成とされている。
【０００８】
さらに、上述した半導体ウエハ等の温度制御を効率良くかつ精度良く行うために、下部電極及び静電チャックを貫通して冷却ガス用供給孔を設け、この冷却ガス用供給孔から半導体ウエハ等の裏面側にヘリウム等の冷却ガスを供給するようにしたプラズマ処理装置も多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプラズマ処理装置では、あるロットの処理が終了し、次のロットの処理を行うまでに時間が空くような場合は、装置を待機状態（アイドル状態）として、真空処理室内のパーティクルの滞留や真空処理室壁面等への水分の吸着を防止し、次に処理を行うロットが搬送されてきた際に、清浄な環境で処理を開始できるようにしている。
【００１０】
このようなアイドル状態では、従来は、真空処理室内に窒素ガス等の不活性ガスを所定流量で供給するとともに、圧力制御を行わない状態で真空排気を行っており、この結果、真空処理室内は、例えば５Ｐａ以下の圧力となっている。
【００１１】
また、下部電極の流路内の絶縁性流体の循環も、停止させることなく続けて行っている。
【００１２】
しかしながら、上記のようなアイドル状態が長時間続いた場合、絶縁性流体の循環によって流路内壁と絶縁性流体との摩擦による静電気が発生し、下部電極内に電荷が蓄積される一方、下部電極の上部等は静電チャック用の絶縁性材料で覆われているため、電荷の蓄積により帯電圧が上昇する。図６は、かかる帯電圧の時間的な上昇を測定した結果を示すもので、図６の実線Ｆは絶縁性流体の流量を２０ｌ／分とした場合、実線Ｇは絶縁性流体の流量を３０ｌ／分とした場合を示している。
【００１３】
同図に示されるとおり、絶縁性流体の流量が２０ｌ／分の場合も、３０ｌ／分の場合も、どちらも時間経過とともに帯電圧が上昇し、８０００Ｖ以上となる。また、絶縁性流体の流量が多いほど短時間で帯電圧が上昇し、流量が３０ｌ／分の場合は約３時間、流量が２０ｌ／分の場合は約８時間で帯電圧が８０００Ｖ以上となった。
【００１４】
なお、絶縁性流体の温度を０℃、２０℃、４０℃と変えて同様な帯電圧の測定を行ったところ、帯電圧は、絶縁性流体の温度が高くなるほど多くなるという結果が得られた。これは、絶縁性流体の温度が上がり動粘度が小さくなることによって絶縁性流体の流速が大きくなり、流路内壁と絶縁性流体との摩擦による静電気の発生量が大きくなるためと推測される。
【００１５】
さらに、破壊試験を行ったところ、図７に示されるように、帯電圧が８０００Ｖ程度となったところで、静電チャックの電極と下部電極（アルミニウム製ブロック）との間で放電が生じ、静電チャックの絶縁膜が破壊されることがあることも判明した。
【００１６】
なお、上記のような帯電圧の上昇は、アイドル時に下部電極を接地電位に切り換えることによって防止することができるが、仮に、かかる切り換え動作が確実に行われなかった場合には、上記のような帯電圧の上昇により静電チャックの絶縁膜が破壊される等の可能性もある。
【００１７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ処理装置の真空処理室内部品が高電圧に帯電することを防止することができ、絶縁性材料が放電等により破壊されることを防止することのできるプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法を提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の発明は、プラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、内部に熱媒体の流路を有する導電性材料で形成されるブロックと、前記ブロックに接するように配置され少なくとも一部が絶縁性材料で形成された真空処理室内部品とを有し、前記流路内に熱媒体としての絶縁性流体を流して前記真空処理室内部品を温度制御するプラズマ処理装置において、前記被処理体が前記真空処理室内になく、且つプラズマを発生させない状態で前記流路に前記絶縁性流体を流す時に、不活性ガスを前記真空処理室内に供給しつつ前記真空処理室内を所定の圧力に制御することにより、前記真空処理室内部品の帯電圧の上昇を抑制することを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性流体はフッ素系冷媒であることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性材料の体積抵抗率は１０9 Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記絶縁性材料はセラミックであることを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項４記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室内部品は静電チャックであり、前記ブロックはアルミニウムで形成される下部電極であることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項５記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室には、前記下部電極と所定の距離だけ離れた位置に平行に配置される上部電極を有し、前記所定の圧力は、前記不活性ガスの種類に対応して求められるパッシェンカーブの最小火花条件から放電距離を前記所定距離とした場合に算出される圧力に対して、０．６倍以上、２．０倍以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項７記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定の圧力は、略１３Ｐａ以上、略４０Ｐａ以下であることを特徴とする。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定の圧力は間欠的に制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を変化させて行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項１１の発明は、請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を一定とし、圧力制御装置で行うことを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記真空処理室内への不活性ガスの供給開始後、所定時間経過した後に、前記真空処理室内の圧力制御を開始することを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、前記所定時間が５分であることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、真空処理室を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
【００３１】
上記真空チャンバ１は、接地電位に接続されており、真空チャンバ１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電極を兼ねた載置台２が設けられている。
【００３２】
この載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空チャンバ１内に支持されており、載置台２の半導体ウエハＷ載置面には、静電チャック４が設けられている。この静電チャック４は、静電チャック用電極４ａを、絶縁性材料からなる絶縁膜４ｂ中に介在させた構成とされており、静電チャック用電極４ａには直流電源５が接続されている。
【００３３】
この静電チャック４の絶縁膜４ｂは、材質が例えば、アルミナセラミックス （Ａｌ2 Ｏ3 ）から構成されており、溶射、あるいは焼結等によって形成されている。この場合の体積抵抗率は、約１０9 〜１０14Ω・ｃｍ以上である。また、上記絶縁膜４ｂの材質としては、イットリア、窒化珪素等も用いることができ、ポリイミド等の樹脂を用いることもできる。
【００３４】
また、載置台２の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路６と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路７（流路断面積１６５ｍｍ2 、長さ約５ｍ）が設けられている。
【００３５】
そして、熱媒体流路６内に、チラー６ａから所定温度に制御された絶縁性流体を約３０ｌ／ｍｉｎで循環させることによって、載置台２を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路７を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。なお、絶縁性流体としては、例えば、前述したフッ素系の絶縁性流体（例えば、フロリナート（商品名：住友スリーエム社製）（炭素、フッ素からなるフッ素系不活性液体）、ＧＡＬＤＥＮ ＨＴ（商品名：アウジモント社製）（フッ素、炭素、酸素からなるパーフルオロポリエーテル）等）が用いられる。
【００３６】
また、載置台２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング８が設けられており、さらに、載置台２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線９が接続されている。この給電線９にはマッチングボックス１０及び高周波電源１１が接続され、高周波電源１１からは、所定の周波数、例えば、１３．５６〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数の高周波電力が、載置台２に供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、フォーカスリング８の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１２が設けられており、この排気リング１２を介して、排気ポート１３に接続された排気系１４により、真空チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。なお、排気系１４は、排気を行う真空ポンプ及び圧力制御を行う圧力制御装置（ＡＰＣ）等から構成されている。
【００３８】
一方、載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１５が、載置台２と平行に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド１５は接地されている。したがって、これらの載置台２およびシャワーヘッド１５は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００３９】
上記シャワーヘッド１５は、その下面に多数のガス吐出孔１６が設けられており、且つその上部にガス導入部１７を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１８が形成されている。ガス導入部１７にはガス供給配管１９が接続されており、このガス供給配管１９の他端には、処理ガス供給系２０が接続されている。この処理ガス供給系２０は、各種の処理ガス、例えば、エッチング用の処理ガス等を供給する処理ガス供給源２０ｃ、パージ用の不活性ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等）を供給するガス供給源、例えば窒素ガス供給源２０ｄ、及び、これらのガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２０ａ，２０ｂ等から構成されている。
【００４０】
一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２１が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１５との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２１は、回転機構２２によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。また、真空チャンバ１には、その内部（真空処理室）の圧力を測定するための圧力計２３が設けられている。
【００４１】
上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明すると、まず、真空チャンバ１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、直流電源５から静電チャック４の静電チャック用電極４ａに所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００４２】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、排気系１４の真空ポンプにより排気ポート１３を通じて真空チャンバ１内を排気しつつ、排気系１４の圧力制御装置（ＡＰＣ）によって圧力制御が行われる。
【００４３】
そして、真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系２０から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば略１〜略１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００４４】
そして、この状態で高周波電源１１から、載置台２に、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４５】
この場合に、下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１５と下部電極である載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２１による磁場が形成され、この状態でプラズマによるエッチングが行われる。
【００４６】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１１からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００４７】
また、あるロットの処理が終了し、次のロットの処理を行うまでに時間が空くような場合は、次に処理を行うロットが搬送されてきた際に、清浄な環境下で処理を開始できるようにプラズマ処理装置は、真空処理室内のパーティクルの滞留や真空処理室内壁面等への水分の吸着を防止する待機状態（アイドル状態）となる。
【００４８】
図２は、プラズマ処理装置がアイドル状態とされる際の制御のタイミングチャートであり、同図に示すとおり、真空処理室内に半導体ウエハＷが配置されておらず、かつ、真空処理室内にプラズマが生起されていない状態で、真空処理室の状態が、アイドル状態に切り換えられると、これと同時に窒素ガスパージ（Ｎ2 パージ）が開始される。なお、このアイドル状態では、熱媒体流路６には前述したような絶縁性流体の循環が行われており、また、静電チャック４の電極４ａは接地電位に接続された状態、ガス流路７からの温度制御用のガスの供給は停止された状態となっている。また、上記の窒素ガスに換えて他の不活性ガス、例えばアルゴンガス等を用いることもできる。
【００４９】
そして、アイドル状態に切り換えられてから５分後に、排気系１４のＡＰＣによる真空処理室内の圧力制御が開始される。この圧力制御は、真空処理室内が例えば、略２７Ｐａ（２００ｍTorr）の所定圧力となるように行われる。
【００５０】
なお、このように、アイドル状態に切り換えられてから５分後に、真空処理室内の圧力制御を開始するのは、アイドル状態が５分間連続したことにより、その後しばらくアイドル状態が続くと推測されることから、圧力制御を開始するものである。しかしながら、アイドル状態に切り換えられると同時に圧力制御を開始しても良く、また、５分に限らず、絶縁性流体の循環流量に依存する帯電圧の上昇速度と静電チャック４が絶縁破壊する帯電圧との関係に基づいて、例えば、３分後、１０分後、１５分後等から圧力制御を開始しても良い。
【００５１】
図３は、上記のように、アイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行った場合における静電チャック４の絶縁膜４ｂの帯電圧と時間との関係、及び、従来のようにアイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行わない場合における静電チャック４の絶縁膜４ｂの帯電圧と時間との関係を比較して示すものである。
【００５２】
同図に点線Ａで示されるとおり、アイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行う本実施形態では、実線Ｂで示されるアイドル状態で真空処理室内の圧力制御を行わない場合に比べて、帯電圧が上昇することを大幅に抑制することができる。したがって、帯電圧の上昇によって、静電チャック４の絶縁膜４ｂに絶縁破壊が生じ、絶縁膜４ｂにチッピング等が生じることを防止することができる。
【００５３】
ここで、上記のようにアイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行い、真空処理室内の圧力を２６．６Ｐａ程度に制御した場合に、圧力制御を行わない場合（この場合真空処理室内の圧力は１．３３Ｐａ程度となっている。）に比べて、帯電圧が上昇することを抑制することができるのは、以下のような２つのメカニズムによる放電が生じているためと推測される。
【００５４】
すなわち、１つのメカニズムは、真空処理室内の圧力が高くなると、載置台２を構成するアルミニウム製のブロック内のガス流路７内等に入り込んでいるガス分子の数が多くなり、これらのガス分子によって、載置台２からより多くの電荷が運ばれるという推測であり、もう一つのメカニズムは、このガス流路７と上部電極であるシャワーヘッド１５との間で放電が生じるという推測である。
【００５５】
上記のメカニズムのうち、後者のガス流路７とシャワーヘッド１５との間で生じる放電の生じ易さは、図４に示すようなパッシェンカーブと称されている曲線の如き変化を示すことが知られている。なお、図４において縦軸は火花電圧（Ｖ）、横軸はギャップ長×気圧（ｐｄ）（ｍ・Ｐａ）を示している。
【００５６】
そして、ガス種を窒素とした場合、最小火花電圧は２５０Ｖで、この場合のギャップ長×気圧（ｐｄ）は、０．７６となる。また、図１に示した装置において、ギャップ長（載置台２（ガス流路７の底部）とシャワーヘッド１５との間の距離）は、約４３ｍｍであるので、圧力が略２１Ｐａ（１６０ｍTorr）の時に最小火花電圧の２５０Ｖとなり、計算上最も放電が生じ易い状態となる。
【００５７】
また、図４を見れば明らかなとおり、パッシェンカーブは、最小火花電圧を示す点（パッシェンカーブの最下点）から、ギャップ長×気圧（ｐｄ）が増加する方向では上昇が緩やかであり、一方、減少する方向では上昇が急激に起きる。
【００５８】
一方、上記の真空処理室内の圧力を変化させて、各圧力における帯電圧を調べたところ、圧力が略１３Ｐａ（１００ｍTorr）〜略４０Ｐａ（３００ｍTorr）の範囲で、帯電圧を良好に抑制することができた。したがって、真空処理室内の圧力は略１３Ｐａ（１００ｍTorr）〜略４０Ｐａ（３００ｍTorr）とすることが好ましい。
【００５９】
また、上記の圧力範囲は、パッシェンカーブにおける最小火花電圧となる圧力の約０．６倍以上、約２．０倍以下に相当する。したがって、放電を生じ易くして、帯電圧を良好に抑制するためには、真空処理室内の圧力を、パッシェンカーブにおける最小火花電圧となる圧力の約０．６倍以上、約２．０倍以下とすることが好ましい。
【００６０】
図５は、真空処理室内を真空引きしつつ熱媒体流路６内に絶縁性流体を循環させ、真空チャック４をある程度高電圧に帯電させた状態で、真空処理室内に窒素ガスを圧力略４０Ｐａ（３００ｍTorr）で圧力制御した状態で流入させた際の帯電圧の変化の様子を示すものである。
【００６１】
同図に示されるように、真空処理室内に窒素ガスを圧力制御した状態で流入させると、帯電圧が瞬間的に大幅に低下し、その後略一定となる。このような帯電圧の変化のうち、帯電圧が瞬間的に低下するのは、前述した２つのメカニズムのうちの後者のメカニズムによる放電が生じているものと推測される。また、その後帯電圧が略一定となっている状態では、前者のメカニズムによる放電が生じているものと推測される。
【００６２】
ところで、前述した図３の点線Ａに示されるとおり、アイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行うと、帯電圧が、ある値になるとその値で略一定となり、その値以上上昇しなくなる。この値は、圧力を略２７Ｐａ（２００ｍTorr）とした場合は約７４０Ｖであった。また、上記した圧力範囲のうちの下限である略１３Ｐａ（１００ｍTorr）とした場合は約８３０Ｖとなり、７４０Ｖよりは上昇したが、圧力制御を行わない場合に比べて明らかな効果上の相違があった。
【００６３】
また、上記の圧力を一定にして、窒素ガスの流量を変化させ、２８６ｓｃｃｍと、７１４ｓｃｃｍとして帯電圧を調べた。この結果、圧力が一定の場合、少なくとも上記の流量範囲においては、窒素ガスの流量は帯電圧にほとんど影響を与えないという結果が得られた。すなわち、窒素ガスの流量を２８６ｓｃｃｍから７１４ｓｃｃｍに増大させても、圧力が一定の場合は、帯電圧を低減させる効果にほとんど差が見られなかった。このため、消費する窒素ガスの量を低減させるためには、窒素ガスの流量を比較的低く設定することが好ましい。
【００６４】
また、前述した図６等に示されるとおり、帯電圧が数千ボルト程度に上昇するまでには、少なくとも１時間程度の時間がかかるので、上記のような圧力の制御は、連続して行わずに、間欠的に行ってもよい。このような場合、圧力の制御は、不活性ガスの流量を変化させて行っても、不活性ガスの流量を一定として圧力制御装置で行うこともできる。また、帯電圧が所定の値より大きい場合、図５に示される通り、短時間で圧力制御の効果が現れるので、圧力制御の時間は例えば１分間以内でも良い。
【００６５】
また、本実施例では下部電極を兼ねた載置台２に高周波電力を印加し、半導体ウエハＷを吸着するための直流電圧を静電チャック用電極４ａに印加する構成を示したが、下部電極に高周波電力と直流電圧を重畳して印加し、静電チャック４の代わりに絶縁性材料からなる絶縁膜のみを配置した構成でも良い。
【００６６】
以上のとおり、本実施形態によれば、アイドル状態において真空処理室内の圧力制御を行うことによって、真空処理室内部品である静電チャック４が高電圧に帯電することを防止することができ、静電チャック４の絶縁膜４ｂが放電等により破壊されることを防止することができる。
【００６７】
なお、上述した実施形態では、本発明を、下部電極にのみ高周波電力を供給するタイプのエッチング装置に適用した例について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置や、成膜を行うプラズマ処理装置等、あらゆるプラズマ処理装置に適用することができる。また、上述した実施形態では、静電チャック４の帯電について説明したが、静電チャック４以外の真空処理室内部品についても同様にして適用することができることは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、プラズマ処理装置の真空処理室内部品が高電圧に帯電することを防止することができ、絶縁性材料が放電等により破壊されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置における主要部位の動作タイミングを示す図。
【図３】実施形態における帯電圧の時間変化を従来例と比較して示す図。
【図４】パッシェンカーブを示す図。
【図５】圧力制御を行った際の帯電圧の時間変化を示す図。
【図６】帯電圧の時間変化を示す図。
【図７】破壊検査を行った際の帯電圧の時間変化を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台（下部電極）、４……静電チャック、４ａ……静電チャック用電極、４ｂ……絶縁膜、６……熱媒体流路、７……ガス流路、１４……排気系、１５……シャワーヘッド（上部電極）、２０……処理ガス供給系。
Claims (13)
- プラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理を行う真空処理室と、
内部に熱媒体の流路を有する導電性材料で形成されるブロックと、
前記ブロックに接するように配置され少なくとも一部が絶縁性材料で形成された真空処理室内部品とを有し、
前記流路内に熱媒体としての絶縁性流体を流して前記真空処理室内部品を温度制御するプラズマ処理装置において、
前記被処理体が前記真空処理室内になく、且つプラズマを発生させない状態で前記流路に前記絶縁性流体を流す時に、不活性ガスを前記真空処理室内に供給しつつ前記真空処理室内を所定の圧力に制御することにより、前記真空処理室内部品の帯電圧の上昇を抑制することを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記絶縁性流体はフッ素系冷媒であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１又は２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記絶縁性材料の体積抵抗率は１０9 Ω・ｃｍ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項３記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記絶縁性材料はセラミックであることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項４記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記真空処理室内部品は静電チャックであり、前記ブロックはアルミニウムで形成される下部電極であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項５記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記真空処理室には、前記下部電極と所定の距離だけ離れた位置に平行に配置される上部電極を有し、前記所定の圧力は、前記不活性ガスの種類に対応して求められるパッシェンカーブの最小火花条件から放電距離を前記所定距離とした場合に算出される圧力に対して、０．６倍以上、２．０倍以下であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項７記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記所定の圧力は、略１３Ｐａ以上、略４０Ｐａ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１〜８いずれか一項記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記所定の圧力は間欠的に制御することを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を変化させて行うことを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項９記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記間欠的な圧力の制御は、前記不活性ガスの流量を一定とし、圧力制御装置で行うことを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記真空処理室内への不活性ガスの供給開始後、所定時間経過した後に、前記真空処理室内の圧力制御を開始することを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。 - 請求項１２記載のプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法において、
前記所定時間が５分であることを特徴とするプラズマ処理装置の真空処理室内部品の帯電抑制方法。
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