JP4590031B2 - 被処理体の載置機構 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置に用いられる被処理体の載置機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置における被処理体の載置機構には静電チャックが用いられ、静電チャック上で半導体ウエハ等の被処理体を静電吸着して被処理体に所定のプラズマ処理を施すようにしている。被処理体の載置機構には例えば図５に示すように静電チャック内に設けられた電極板に直流高電圧を印加するタイプと、例えば図６に示すように静電チャックを支持するプラズマ発生用の電極に直流高電圧を印加するタイプの２種類がある。そこで、便宜上、前者の静電チャックを分離タイプと称し、後者を結合タイプと称する。
【０００３】
分離タイプの被処理体の載置機構は、図５に示すように、被処理体（例えば、半導体ウエハ）を静電吸着する静電チャック１と、この静電チャック１を支持し且つ表面にアルマイト加工またはセラミック等の絶縁体でコーティングが施されたアルミニウムからなる下部電極２とを備えている、下部電極２の上方には上部電極３が配設され、両電極２、３は所定間隔を空けて平行に配置されている。また、下部電極２にはマッチング回路４を介して高周波電源５が接続され、高周波電源５から下部電極２に対して高周波電力を印加し、下部電極２と上部電極３間でプラズマＰを発生させ、下部電極２の外周縁部に配置されたフォーカスリング２Ａを介してプラズマＰを半導体ウエハ上に集め、半導体ウエハに対して所定のプラズマ処理を施すようにしている。
【０００４】
而して、上記静電チャック１は例えばポリイミド系樹脂、セラミックス等の絶縁性材料によって形成され、その内部には電極板１Ａが設けられている。電極板１Ａにはフィルタ回路６を介して直流電圧を印加する高電圧電源７が接続され、高電圧電源７から電極板１Ａに直流高電圧を印加し、静電チャック１の表面で半導体ウエハを静電吸着するようにしている。フィルタ回路６は例えばコイル６Ａ及びコンデンサ６Ｂを有し、高周波電源５からの高周波電流をカットし、高電圧電源７側に高周波電流が回り込まないようにしている。また、下部電極２には検出回路８が接続され、この検出回路８によって下部電極２に高周波電力を印加した時に下部電極２で発生する直流（ＤＣ）成分を測定するようにしている。検出回路８は、例えば、図５に示すように、コイル８Ａ、抵抗８Ｂ及びコンデンサ８Ｃを有し、Ａ点の直流成分を測定するようにしている。この際、高周波電源５からの高周波電流をカットし、Ａ点に高周波電流が回り込まないようにしている。
【０００５】
また、結合タイプの被処理体の載置機構は、図６に示すように、下部電極２が静電チャック１の電極板を兼ねている点を除き、分離タイプの被処理体の載置機構に準じて構成されている。即ち、下部電極２には高周波電源５及び高電圧電源７の双方が接続され、高周波電源５から下部電極２に高周波電力を印加することで上部電極３との間でプラズマＰを発生させ、高電圧電源７から下部電極２に直流高電圧を印加することで静電チャック１に静電気を帯電させて半導体ウエハを静電吸着するようにしている。
【０００６】
ところで、上記検出回路８はプラズマ処理時の下部電極２における直流成分の検出回路としての機能の他に、下部電極２やマッチング回路４内のキャパシタ成分に残留する電荷を除去する除電回路としての機能をも有している。この除電回路としての性質を利用して分離タイプの被処理体の載置機構の場合には検出回路８が下部電極２の寿命管理手段として使用されることがある。即ち、プラズマ処理を行っている間に、下部電極２の表面がスパッタを受けてアルマイト加工が削り取られて剥がれ、この剥がれた部分で下部電極２と上部電極３との間で閉回路が形成されて下部電極２から検出回路８側へ電流が流れる。この電流を検出回路８で測定すれば、その測定値の大きさによって下部電極２のスパッタによる剥がれ具合（消耗度）を把握することができ、ひいては下部電極２の寿命を管理することができる。検出回路８は下部電極２における直流成分を測定するためのものではあるが、直流成分は高周波電力をＯＮ／ＯＦＦする時や高電圧をＯＮ／ＯＦＦする時以外には理想的には０Ｖである。このため、プラズマ処理時に下部電極２を流れる電流がアルマイト加工の剥がれた部分を介して下部電極２を流れる電流として把握することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す分離タイプの被処理体の載置機構の場合には、プロセス条件によって半導体ウエハにプラズマ処理を施す間に例えば検出回路８が除電回路として機能し同図の矢印Ｉで示すように下部電極２から検出回路８へ電気が流れ込むため、下部電極２の電圧降下により下部電極２とフォーカスリング２Ａとの間で電位差が生じ、この電位差に起因して下部電極２とフォーカスリング２Ａなどの部品との間で異常放電を発生するという課題があった。これを回避するためには検出回路８を取り外せば、プラズマ処理時の異常放電は防止できるが、下部電極２に電荷が残留する弊害があり、また、メンテナンス時に下部電極２内の冷媒流路で冷媒を循環させたままにすると、冷媒と冷媒流路との摩擦により静電気が発生し下部電極２で帯電し、感電するという課題があった。
【０００８】
また、図６に示す結合タイプの被処理体の載置機構の場合には、高電圧電源７と検出回路８とで閉回路が形成されるため、同図に示すように高電圧電源７から検出回路８側へ常時電流が流れ込み、高電圧電源７から下部電極２への印加電圧が低下して静電チャック１の静電吸着機能が低下するという課題があった。また、これを回避するために検出回路８を取り外せば分離タイプの場合と同様に下部電極２で静電気が帯電する問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電極での電圧降下を防止することができると共に電極の寿命を管理することができる被処理体の載置機構を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の被処理体の載置機構は、被処理体を静電吸着する静電チャックと、この静電チャックが装着された電極と、この電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記静電チャックに静電気力を発生させる直流高電圧電源と、上記電極に高周波電圧を印加して上記被処理体に所定のプラズマ処理を施す際に上記電極で発生する直流成分を検出する検出回路とを備えた被処理体の載置機構において、上記被処理体をプラズマ処理している時には上記検出回路と上記電極との接続を切り離し可能で、上記直流成分を検出する時または上記被処理体をプラズマ処理していない時には上記検出回路と上記電極を電気的に接続可能な切替手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の被処理体の載置機構は、請求項１に記載の発明において、上記静電チャック内に電極板を設け、この電極板に上記直流高電圧電源から直流電圧を印加して上記静電気力を発生させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の被処理体の載置機構は、請求項１に記載の発明において、上記電極に上記直流高電圧電源から上記直流電圧を印加して上記静電気力を発生させることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載の被処理体の載置機構は、請求項３に記載の発明において、上記直流高電圧電源に過電流保護回路を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の被処理体の載置機構は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記電極の寿命を管理する手段として上記直流高電圧電源の電流をモニタする手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明の被処理体の載置機構を分離タイプと結合タイプに分けて説明する。
まず本実施形態の分離タイプの被処理体の載置機構について説明する。この被処理体の載置機構１０は、例えば図１に示すように、半導体ウエハＷを静電吸着し且つポリイミド系樹脂、セラミック等の絶縁材料からなる静電チャック１１と、この静電チャック１１を支持し且つ表面がアルマイト加工またはセラミック等の絶縁体でコーティングが施されたアルミニウムからなる下部電極１２と、この下部電極１２にマッチング回路１３を介して高周波電力を印加する高周波電源１４と、静電チャック１１内の電極板１１Ａにフィルタ回路１５を介して直流電圧を印加する高電圧電源１６とを備えている。下部電極１２の上方には上部電極１７が配設され、下部電極１２と上部電極１７は図示しない処理室内に所定間隔を空けて互いに平行に配置されている。また、下部電極１２の外周縁部にはフォーカスリング（図示せず）が配設されている。従って、処理室内に所定のガスを供給し所定の真空度を保持した状態で、高周波電源１４からマッチング回路１３を介して下部電極１２に高周波電力を印加すると共に高電圧電源１６からフィルタ回路１５を介して静電チャック１１の電極板１１Ａに高電圧を印加すると、下部電極１２と上部電極１７間でプラズマを発生し、静電チャック１１で静電吸着された半導体ウエハＷに所定のプラズマ処理を施すことになる。
【００１６】
上記被処理体の載置機構１０には半導体ウエハＷにプラズマ処理を施す際に下部電極１２で発生する直流成分を検出する検出回路１８が設けられている。この検出回路１８は、コイル１８Ａ、抵抗１８Ｂ及びコンデンサ１８Ｃを備えている。更に、本実施形態ではコイル１８Ａと抵抗１８Ｂの間にはリレースイッチ１８Ｄが設けられている。このリレースイッチ１８Ｄは外部から制御できるように構成されている。そして、プラズマ処理を行っている時で下部電極１２とフォーカスリング等の部品との間において異常放電が起こりやすいプロセス条件ではリレースイッチ１８Ｄは図１に実線で示すよう開いており、検出回路１８内への直流電流の流入を遮断している。また、プラズマ処理を停止したり、プラズマ処理装置をメンテナンスする時にはリレースイッチ１８Ｄは図１に破線で示すよう閉じ、検出回路１８内へ電流が流れ込んで下部電極１２から除電し、下部電極１２での帯電を防止することができる。
【００１７】
従って、異常放電が起こりやすいプロセス条件でプラズマ処理を行っている時には検出回路１８のリレースイッチ１８Ｄが開放されているため、検出回路１８が下部電極１２から分離、遮断され、下部電極１２の電圧降下を防止し、下部電極１２とフォーカスリング等の部品との間の異常放電を防止することができる。異常放電が起こりにくいプラズマ処理中に下部電極１２のアルマイト加工の剥がれ具合を知りたい時にはリレースイッチ１８Ｄを閉じ検出回路１８を下部電極１２に接続する。仮に、下部電極１２がスパッタを受けてアルマイト加工の一部が削り取られていると、下部電極１２でアルマイト加工の剥がれた部分と上部電極１７間で閉回路が形成され、下部電極１２から検出回路１８内へ電流が流れ込み、測定点Ａにおいてその電圧値をすることができる。この電圧値の増加の程度によって下部電極１２のアルマイト加工部分の剥がれ具合を把握し、ひいては下部電極１２の寿命を把握し、管理することができる。また、プラズマ処理装置をメンテナンスする時にはリレースイッチ１８Ｄを閉じ検出回路１８を下部電極１２に接続し、検出回路１８を除電回路として利用する。これによりメンテナンス時に下部電極１２内で冷媒が循環し下部電極１２において静電気が発生しても除電回路によって静電気を除去することができる。
【００１８】
次に、本実施形態の結合タイプの被処理体の載置機構について説明する。この被処理体の載置機構２０は、例えば図２に示すように、静電チャック２１、下部電極２２、マッチング回路２３、高周波電源２４、フィルタ回路２５、高電圧電源２６、フォーカスリング（図示せず）及び検出回路２８を備えている点では上記実施形態と同様に構成されている。本実施形態では高電圧電源２６を下部電極２２に印加し、この下部電極２２を静電チャック２１の電極板として利用している点で上記実施形態とは相違する。検出回路２８はコイル２８Ａ、抵抗２８Ｂ、コンデンサ２８Ｃ及びリレースイッチ（常開接点）２８Ｄを備え、上記実施形態のものに準じて構成されている。
【００１９】
而して、本実施形態で用いられる検出回路２８は上記実施形態のものとは作用効果面で共通点もあるが相違点もある。共通点はメンテナンス時にリレースイッチ２８Ｄを閉じ検出回路２８を下部電極２２に接続することで検出回路２８を除電回路として使用し、下部電極２２での帯電を防止することである。その他の点ではいくつかの相違点がある。以下相違点について説明する。
【００２０】
本実施形態ではプラズマ処理時にはリレースイッチ２８Ｄを開き検出回路２８と下部電極２２の接続を解除すると共に検出回路２８と高電圧電源２６との接続を解除して除電回路としての機能を停止させる。これにより下部電極２２での高電圧の電圧降下を防止して静電チャック２１の静電吸着機能を保持することができる。ところが、検出回路２８を下部電極２２の寿命管理に使用する場合にリレースイッチ２８Ｄを介して検出回路２８と下部電極２２を接続すると、従来技術でも説明したように検出回路２８と高電圧電源２６とで閉回路が形成され、下部電極２２の直流成分を測定する代わりに高電圧電源２６からの高い出力電圧を測定することになり、このままでは下部電極２２の寿命管理に使用することができない。
【００２１】
ところが、本発明者は、高電圧電源２６の電流と下部電極２２のバイアス電位Ｖｄｃとの間には密接に関連していることを見出した。例えば図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように高電圧電源２６の電流ＨＶ［Ａ］と下部電極２２のバイアス電位Ｖｄｃは互いに同期して変化し、しかも高電圧電源２６あるいは高周波電源２４を印加するとこれに同期して高電圧電流ＨＶ［Ａ］とバイアス電位Ｖｄｃがそれぞれ変化することが判った。従って、下部電極２２のアルマイト加工の剥がれた部分を介して下部電極２２と上部電極２７とで閉回路が形成され、図２の矢印で示すように下部電極２２から高電圧電源２６へ電流が流れ込むと高電圧電源２６の電流ＨＶ［Ａ］が変化することになる。そこで、本実施形態では検出回路２８で高電圧電源２６の電流ＨＶ［Ａ］をモニタすることで間接的にアルマイト加工の剥がれた部分から流れ込む電流を間接的に把握し、その電流の大きさによって下部電極２２の寿命を把握、管理することができるようにしている。また、図１に示す分離タイプの載置機構において、異常放電が起こりやすいプロセス条件で処理を行っている時に下部電極１２の寿命を管理する場合にはこの電流ＨＶ［Ａ］でモニタすることができる。
【００２２】
また一方で、下部電極２２のアルマイト加工部分の剥がれた部分を介して下部電極２２と上部電極２７との間で閉回路を形成すると、下部電極２２に印加した高電圧の電圧降下をもたらし、静電チャック２１が機能しなくなる可能性もある。しかも、アルマイト加工部分が剥がれた場合には下部電極２２に印加された高電圧によって直流放電を起こす可能性もある。そこで、本実施形態では高電圧電源２６に過電流保護回路２９を設け、過電流保護回路２９によって直流放電による過電流を検出した時に高電圧電源２６を停止させるようにしている。更に、この過電流保護回路２９における過電流検出信号に基づいて警報を発し、高周波電源２４を停止させるようにしてある。
【００２３】
従って、プラズマ処理を行っている時には検出回路２８のリレースイッチ２８Ｄが開き検出回路２８と下部電極２２の接続が解除されているため、下部電極２２の高電圧の電圧降下を防止し、静電チャック２１からの半導体ウエハＷの剥離を防止することができ、また下部電極２２とフォーカスリング等の部品との間の異常放電を防止することができる。また、下部電極２２のアルマイト加工の剥がれ具合（寿命）を知りたい時にはリレースイッチ２８Ｄを閉じ検出回路２８を下部電極２２に接続する。この時仮に、下部電極２２がスパッタを受けてアルマイト加工の一部が削り取られていると、下部電極２２と上部電極２７間で閉回路が形成され、高電圧電源２６の電流ＨＶ［Ａ］をモニタし、測定点Ａにおいてその電流ＨＶ［Ａ］を測定し、この電流ＨＶ［Ａ］の大きさによって下部電極２２の寿命を把握し、ひいては下部電極２２の寿命を把握、管理することができる。また、プラズマ処理装置をメンテナンスする時にはリレースイッチ２８Ｄを閉じて検出回路２８と下部電極２２を接続し、検出回路２８を除電回路として利用する。これによりメンテナンス時に下部電極２２内で冷媒が循環し下部電極２２において静電気が発生しても除電回路によって除電することができる。また、下部電極２２のアルマイト加工の剥がれた部分で下部電極２２の高電圧によって直流放電が起こったとしても過電流保護回路２９によって高電圧電源２６の過電流を検出し、高電圧電源２６及び高周波電源２４を停止させ、警報を発することができる。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、異常放電が起こりやすい処理中には検出回路１８、２８を下部電極１２、２２から電気的に遮断し、直流成分を検出する時及び半導体ウエハＷを処理していない時には検出回路１８、２８と下部電極１２、２２を電気的に接続するリレースイッチ１８Ｄ、２８Ｄを設けたため、以下の作用効果が奏し得られる。
▲１▼分離タイプの被処理体の載置機構１０では、異常放電が起こりやすいプロセス条件でプラズマ処理を行っている時には検出回路１８のリレースイッチ１８Ｄが開放されて検出回路１８と下部電極１２の接続が解除されているため、下部電極１２の電圧降下を防止し、下部電極１２とフォーカスリング１８等の部品との間の異常放電を防止することができる。また、異常放電を起こさないプロセス条件でプラズマ処理中に下部電極１２のアルマイト加工の剥がれ具合を知りたい時にはリレースイッチ１８Ｄを閉じ検出回路１８と下部電極１２を接続するため、測定点Ａにおける電圧値の大きさによって下部電極１２のアルマイト加工部分の剥がれ具合を把握し、ひいては下部電極１２の寿命を把握し、管理することができる。また、異常放電が起こりやすいプロセス条件での下部電極１２、２２の寿命管理は、直流高電圧電源１６の電流ＨＶ［Ａ］をモニタすることにより行う。プラズマ処理装置をメンテナンスする時にはリレースイッチ１８Ｄを閉じ検出回路１８を下部電極１２に接続し、検出回路１８を除電回路として利用することができるため、メンテナンス時に下部電極１２での帯電を防止することができる。
▲２▼結合タイプの被処理体の載置機構２０では、プラズマ処理を行っている時には検出回路２８のリレースイッチ２８Ｄが開き検出回路２８と下部電極２２の接続が解除されているため、下部電極２２の高電圧の電圧降下を防止し、静電チャック２１からの半導体ウエハＷの剥離を防止することができ、また下部電極２２とフォーカスリング等の部品との間の異常放電を防止することができる。また、プラズマ処理中に下部電極２２のアルマイト加工の剥がれ具合を知るには高電圧電源２６の電流ＨＶ［Ａ］をモニタすることで下部電極２２の寿命を把握し、ひいては下部電極２２の寿命を把握、管理することができる。また、プラズマ処理装置をメンテナンスする時にはリレースイッチ２８Ｄを閉じて検出回路２８と下部電極２２を接続し、検出回路２８を除電回路として利用することができ、下部電極２２での帯電を防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態によれば、分離タイプの被処理体の載置機構２０の高電圧電源２６に過電流保護回路２９を設けたため、下部電極２２のアルマイト加工の剥がれた部分で下部電極２２の高電圧によって直流放電が起こったとしても過電流保護回路２９によって高電圧電源２６の過電流を検出し、高電圧電源２６及び高周波電源２４を停止させ、警報を発することができる。
【００２６】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、電極での電圧降下を防止することができると共に電極の寿命を管理することができる被処理体の載置機構を提供することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明において、高電圧電源及び／または高周波電源を停止させ、あるいは警報を発することができる結合タイプの被処理体の載置機構を提供することができる。
【００２９】
また、本発明の請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、電極の寿命をモニタすることができる被処理体の載置機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被処理体の載置機構の一実施形態で分離タイプのものを示す構成図である。
【図２】本発明の被処理体の載置機構の他の実施形態で結合タイプのものを示す構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２に示す結合タイプの被処理体の載置機構における、高電圧電源の電流と下部電極のバイアス電位との関係を示す図で、これらの電流及びバイアス電位が高電圧電源及び高周波電源のＯＮ、ＯＦＦに連動する状態を示すグラフである。
【図４】本発明の被処理体の載置機構の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図５】従来の分離タイプの被処理体の載置機構の一例を示す構成図である。
【図６】従来の結合タイプの被処理体の載置機構の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０、２０ 被処理体の載置機構
１１、２１ 静電チャック
１１Ａ 電極板
１２、２２ 下部電極（電極）
１４、２４ 高周波電源
１６、２６ 高電圧電源
１８、２８ 検出回路
１８Ａ、２８Ａ リレースイッチ（切替手段）
２９ 過電流保護回路
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Ｐ プラズマ

Claims (5)

  1. 被処理体を静電吸着する静電チャックと、この静電チャックが装着された電極と、この電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記静電チャックに静電気力を発生させる直流高電圧電源と、上記電極に高周波電圧を印加して上記被処理体に所定のプラズマ処理を施す際に上記電極で発生する直流成分を検出する検出回路とを備えた被処理体の載置機構において、上記被処理体をプラズマ処理している時には上記検出回路と上記電極との接続を切り離し可能で、上記直流成分を検出する時または上記被処理体をプラズマ処理していない時には上記検出回路と上記電極を電気的に接続可能な切替手段を設けたことを特徴とする被処理体の載置機構。
  2. 上記静電チャック内に電極板を設け、この電極板に上記直流高電圧電源から直流電圧を印加して上記静電気力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の被処理体の載置機構。
  3. 上記電極に上記直流高電圧電源から上記直流電圧を印加して上記静電気力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の被処理体の載置機構。
  4. 上記直流高電圧電源に過電流保護回路を設けたことを特徴とする請求項３に記載の被処理体の載置機構。
  5. 上記電極の寿命を管理する手段として上記直流高電圧電源の電流をモニタする手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被処理体の載置機構。
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