JP4859474B2

JP4859474B2 - プラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置

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Publication number: JP4859474B2
Application number: JP2006037507A
Authority: JP
Inventors: 秀考加福; 年彦西森; 竜一松田; 明彦松倉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007217733A

Description

本発明は、半導体ウェハ上に成膜、又は、半導体ウェハのエッチングを行うプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置に関する。

従来、プラズマ処理装置において、有機材料を用いたマイクロマシン等が構築されたウェハをプラズマ処理する場合には、有機材料の耐熱性の観点から低温でのプラズマ処理が要求される。このため、ウェハの温度上昇を伴うプラズマ処理において低温プラズマ処理を行うには、プラズマ処理中のウェハの冷却が重要となる。

一般にウェハを冷却する方法として、ウェハとウェハを保持する静電チャックとを接触させてウェハを冷却する方法と、ウェハの裏面と静電チャックの表面との間にヘリウムガス等の熱伝導率の高いガスを導入してウェハを冷却する方法とがある。これらの方法においては、ウェハと静電チャックとは、全面又は一部で直接接触することとなる。

上記の方法を適用した従来のプラズマ処理方法について図１１を用いて説明する。図１１中のグラフでは、横軸は時間（ｔ０）を示し、縦軸はウェハの温度、ＲＦ電源の出力、ＬＦ電源の出力及び静電チャック電源の出力を示す。

時間（０≦ｔ０＜ｔ０ａ）において、ガスノズルからは不活性ガスが導入されている。その時の、ＲＦパワーはプラズマを安定して維持できる程度の出力となっており、ウェハの搬入及び搬出等はこの状態で行われる。

時間（ｔ０ａ≦ｔ０＜ｔ０ｂ）において、ＲＦ電源はプラズマ処理時と同じ出力となっており、ガスノズルからは不活性ガスが導入されている。

時間（ｔ０ｂ≦ｔ０＜ｔ０ｃ）において、ＲＦ電源、及び、静電チャック電源はプラズマ処理時と同じ出力となっており、ガスノズルからは不活性ガスが導入されている。このとき、静電チャックにウェハが保持されプラズマ処理を開始できる状態となる。

時間（ｔ０ｃ≦ｔ０）において、ＲＦ電源、ＬＦ電源、及び、静電チャック電源はプラズマ処理時と同じ出力となっており、ガスノズルからは原料ガス、及び、不活性ガスが導入されている。このとき、ウェハに対しプラズマ処理が行われる。

図１１に示すように、従来の成膜方法では、ウェハ１６を静電チャックに吸着したときの温度とウェハの熱平衡時の温度Ｂとの差Ｄが大きいため、ウェハは静電チャックに保持された状態で熱膨張を起こす。しかし、静電チャックはほとんど熱膨張しないため、ウェハの裏面と静電チャックとの接触面がこすれ合ってしてしまう。図８に示すように、パーティクル（図８中の黒点）は、ウェハ１６の熱膨張の影響の少ない中央部より、熱膨張の影響が大きい周縁部の方が多く発生していることが分かる。このことからも、ウェハ１６の熱膨張がパーティクル発生の要因であると考えられる。

半導体製造工程のなかの露光行程においては、ウェハ裏面にパーティクルや傷があると、正確に露光を行えなくなり、半導体デバイス等の歩留まりが悪くなってしまう。このため、ウェハと静電チャックとの間に変位可能な応力緩和部を設け、ウェハの熱膨張による変位を吸収することにより、パーティクルや傷等の低減を図っていた。このような、静電吸着装置の一例が下記特許文献１に開示されている。

特開２００２−１３４５９９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される静電吸着装置では、変位可能な応力緩和部を軟らかい素材で形成しなければならないため、成膜後等に行うクリーニング時に発生する反応性の高いラジカルによるダメージを受けやすく、寿命が短いという問題がある。また、特殊な加工を要するため、加工に手間がかかり、さらに材料費もかかるため、コストが上昇するという問題がある。

このことから、本発明は、低コストでありながら、耐久性の高いウェハ裏面のパーティクル及び傷を低減する成膜方法、及び、この方法を適用した成膜装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理対象であるウェハを密閉空間を形成するチャンバの内部の静電チャックからなるウェハ保持手段に保持させ、前記チャンバ内部に不活性ガス及びプラズマ処理ガスを供給し、ＲＦ電源から供給されるＲＦパワーに基づき前記チャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射して前記不活性ガス及び前記プラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ形成し、当該不活性ガスのプラズマにより前記ウェハを加熱すると共に当該プラズマ処理ガスのプラズマにより前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記ウェハを前記静電チャック上に載置した後、前記不活性ガスを供給し、当該不活性ガスにＲＦパワーを掛けることで当該不活性ガスのプラズマを形成し、当該プラズマからの輻射熱を用いて前記プラズマ処理前に上記ウェハを加熱し、当該ウェハの温度がプラズマ処理時の当該ウェハの熱平衡温度に達したときに、当該静電チャックに当該ウェハを吸着させて保持し、前記プラズマ処理ガスを導入して当該プラズマ処理ガスのプラズマを形成することにより前記プラズマ処理を行うに際して、上記ウェハを前記ウェハ保持手段に保持させる前に当該プラズマ処理を開始することを特徴とする。
上記の課題を解決するための第２の発明に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理対象であるウェハを密閉空間を形成するチャンバの内部の静電チャックからなるウェハ保持手段に保持させ、前記チャンバ内部に不活性ガス及びプラズマ処理ガスを供給し、ＲＦ電源から供給されるＲＦパワーに基づき前記チャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射して前記不活性ガス及び前記プラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ形成し、当該不活性ガスのプラズマにより前記ウェハを加熱すると共に当該プラズマ処理ガスのプラズマにより前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記ウェハを前記静電チャック上に載置した後、前記不活性ガスを供給し、当該不活性ガスにＲＦパワーを掛けることで当該不活性ガスのプラズマを形成し、当該プラズマからの輻射熱を用いて前記プラズマ処理前に上記ウェハを加熱し、当該ウェハの温度がプラズマ処理時の当該ウェハの熱平衡温度に達したときに、当該静電チャックに当該ウェハを吸着させて保持し、前記プラズマ処理ガスを導入して当該プラズマ処理ガスのプラズマを形成することにより前記プラズマ処理を行うに際して、前記不活性ガスのプラズマによる前記ウェハの昇温を上記プラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて行うことを特徴とする。
上記の課題を解決するための第３の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明に係るプラズマ処理方法において、前記ウェハをプラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて昇温させることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに係るプラズマ処理方法において、前記不活性ガスにＲＦ電源から供給するＲＦパワーはプラズマ処理時と同じ出力であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに係るプラズマ処理方法において、前記不活性ガスにＲＦ電源から供給するＲＦパワーはプラズマ処理時より高い出力であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに係るプラズマ処理方法において、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載するプラズマ処理方法において、前記ウェハの温度を非接触で測定することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係るプラズマ処理装置は、供給された不活性ガス及びプラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理対象であるウェハを保持して冷却するウェハ保持手段と、前記ウェハにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、前記プラズマ発生手段と前記ウェハ保持手段と前記バイアス電圧印加手段とを制御して、供給された前記不活性ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記ウェハを当該不活性ガスのプラズマで昇温させ、前記ウェハの温度が前記プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理時の前記ウェハの熱平衡温度に達したとき、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却し、供給された前記プラズマ処理ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して当該プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理を行わせる制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却する前に、前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して前記プラズマ処理を行うものであることを特徴とする。
上記の課題を解決するための第８の発明に係るプラズマ処理装置は、供給された不活性ガス及びプラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理対象であるウェハを保持して冷却するウェハ保持手段と、前記ウェハにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、前記ウェハ保持手段の高さを昇降させる昇降手段と、前記プラズマ発生手段と前記ウェハ保持手段と前記バイアス電圧印加手段とを制御して、供給された前記不活性ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記ウェハを当該不活性ガスのプラズマで昇温させ、前記ウェハの温度が前記プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理時の前記ウェハの熱平衡温度に達したとき、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却し、供給された前記プラズマ処理ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して当該プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理を行わせる制御手段とを備え、前記制御手段が、前記不活性ガスのプラズマによる前記ウェハの昇温を前記プラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて行うように前記昇降手段を上昇させるものであることを特徴とする。
上記の課題を解決するための第９の発明に係るプラズマ処理装置は、第８の発明に係るプラズマ処理装置において、前記制御手段が、前記ウェハ保持部材で前記ウェハを保持して冷却する前に、前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うものであることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第１０の発明に係るプラズマ処理装置は、第７の発明ないし第９の発明のいずれかに係るプラズマ処理装置において、前記制御手段が、前記ウェハを昇温させるときの前記プラズマ発生手段の出力をプラズマ処理時と同じ出力とするものであることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第１１の発明に係るプラズマ処理装置は、第７の発明ないし第９の発明のいずれかに係るプラズマ処理装置において、前記制御手段が、前記ウェハを昇温させるときの前記プラズマ発生手段の出力をプラズマ処理時より高い出力とするものであることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第１２の発明に係るプラズマ処理装置は、第７の発明ないし第１１の発明のいずれかに係るプラズマ処理装置において、前記ウェハの温度を非接触で測定する測定装置を備えたことを特徴とする。
上記の課題を解決するための第１３の発明に係るプラズマ処理装置は、第７の発明ないし第１２の発明のいずれかに係るプラズマ処理装置において、前記ウェハ保持手段は表面が凹凸状であることを特徴とする。

第１の発明及び第２の発明によれば、ウェハの熱膨張によるウェハの裏面とウェハ保持手段とのこすれを抑制することができ、ウェハ裏面のパーティクル及び傷の発生を低減することができる。また、通常の成膜装置で成膜の手順を調整するだけで実施すること可能なため、低コストでありながら、高い耐久性を実現することが可能である。

第６の発明によれば、ウェハの温度を非接触で測定するため、ウェハの温度を正確に計測し、計測した温度に基づいてウェハを静電チャックに吸着させるタイミングを正確に定めることができる。

第７の発明及び第８の発明によれば、ウェハの熱膨張によるウェハの裏面とウェハ保持手段とのこすれを抑制することができ、ウェハ裏面のパーティクル及び傷の発生を低減することができる。また、通常のプラズマ処理装置でプラズマ処理の手順を調整するだけで実施すること可能なため、低コストでありながら、高い耐久性を実現することが可能である。さらに、制御装置によりこのプラズマ処理方法を自動で実施することが可能である。

第１２の発明によれば、ウェハの温度を非接触で測定する測定装置を備えたことにより、ウェハの温度を正確に計測し、計測した温度に基づいてウェハを静電チャックに吸着させるタイミングを正確に定めることができる。

第１３の発明によれば、ウェハ保持手段は表面が凹凸状であることにより、第７の発明ないし第１２の発明の効果に加え、ウェハの裏面とウェハ保持手段との接触面積を小さくすることができるため、さらにパーティクル及び傷を低減することができる。

本発明に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置の実施例について図１から図１０を用いて説明する。図１は実施例１ないし実施例３に係るプラズマ装置の構成図、図２は実施例１に係るプラズマ処理方法のタイムチャート、図３は実施例２に係るプラズマ処理方法のタイムチャート、図４は実施例３に係るプラズマ処理方法のタイムチャート、図５は実施例４に係るプラズマ処理方法のタイムチャート、図６は実施例４に係るプラズマ処理装置の構成図、図７は実施例５に係るプラズマ処理装置の構成図、図８は従来のプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクル分布図、図９は実施例１に係るプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクル分布図、図１０は従来のプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクルの数と実施例１に係るプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクルの数とを比較した図、図１１は従来のプラズマ処理方法の特性図である。

以下、本実施例に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、内部を真空に維持する真空容器１１を有している。この真空容器１１の外側の上部には真空容器１１内にプラズマ１２を発生させるＲＦアンテナ１３が設置されている。このＲＦアンテナ１３には高周波電源であるＲＦ電源１４から電力が供給されている。本実施例では、ＲＦアンテナ１３、及び、ＲＦ電源１４が課題を解決するための手段に記載するプラズマ発生手段である。

真空容器１１の側面上部には、真空容器１１内にガスを導入する管であるガスノズル１５が設置されている。真空容器１１内にはウェハ１６を載置する支持台１７が設置されている。この支持台１７の上部は、ウェハ１６を静電気力で吸着して保持する静電チャック１８が設置されている。

静電チャック１８は、内部に電極１９が内蔵されている。この電極１９には、直流電源である静電チャック電源２０から電力が供給されており、これにより静電気力を発生させることができる。本実施例では、静電チャック１８、及び、電極１９が課題を解決するための手段に記載するウェハ保持手段であるが、ウェハ保持手段には真空チャック等を用いることも可能である。

また、電極１９には、高周波電源であるＬＦ電源２１からも電力が供給されており、これによりウェハ１６にバイアス電圧が印加され、真空容器１１中に発生するイオンをウェハ１６側に引き込むことができる。本実施例では、ＬＦ電源２１、及び、電極１９が課題を解決するための手段に記載するバイアス電圧印加手段である。

静電チャック１８の下部には、静電チャック１８を支持する支持台１７がある。この支持台１７の内部には、冷媒を流通させることができる冷媒流路２２が設けられている。この冷媒流路２２に流した冷媒により支持台１７が冷却され、冷却された支持台１７は静電チャック１８を冷却し、最終的にはウェハ１６が冷却される。

次に、本実施例に係るプラズマ処理方法について図２に基づいて説明する。ここで、プラズマ処理とは、成膜処理、及び、エッチング処理等を言う。図２中のグラフは、横軸は時間（ｔ１）を示し、縦軸はウェハ１６の温度、ＲＦ電源１４の出力（ＲＦパワー）、ＬＦ電源２１の出力、及び、静電チャック電源２０の出力を示す。

始めに、時間（０≦ｔ１＜ｔ１ａ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ１２を維持できる程度の出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、ウェハ１６の搬入及び搬出等を行う。搬入されたウェハ１６は静電チャック１８の上部に載置されるが、ここではウェハ１６は静電チャック１８には保持されていない状態である。すなわち、ウェハ１６と静電チャック１８は密着していないフリーな状態であるため、ウェハ１６が静電チャック１８に対して自由に熱膨張することができる状態である。

時間（ｔ１ａ≦ｔ１＜ｔ１ｂ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、時間（ｔ１ａ≦ｔ１＜ｔ１ｂ）を、従来のプラズマ処理方法における時間（ｔ０ａ≦ｔ０＜ｔ０ｂ）（図１１参照）よりも長くすることにより、ウェハ１６の温度をプラズマ処理時の熱平衡温度Ｂまで急速に近づけることができる。すなわち、ＲＦ電源１４から供給されるプラズマ処理時と同じＲＦパワーに基づいて、真空容器１１内にＲＦ周波数の電磁波を入射し、これにより形成された不活性ガスのプラズマの輻射熱でウェハを１６加熱することで、ウェハ１６の温度をプラズマ処理時の熱平衡温度Ｂまで急速に近づけることができる。

時間（ｔ１ｂ≦ｔ１＜ｔ１ｃ）において、ＲＦ電源１４、及び、静電チャック電源２０の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、静電チャック１８にウェハ１６が吸着して保持され成膜を開始できる状態となる。すなわち、ウェハ１６がプラズマ処理時の熱平衡温度に達したときに、ウェハ１６を静電チャック１８に保持する。

時間（ｔ１ｃ≦ｔ１）において、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１、及び、静電チャック電源２０の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは原料ガス（プラズマ処理ガス）、及び、不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、ウェハ１６に対しプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の終了後、再び始めの行程に戻る。

本実施例に係るプラズマ処理方法は、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１及び静電チャック電源２０の出力を制御する制御装置（図示省略）を用いて自動で行うこともできる。また、ウェハ１６の温度を非接触で測定する測定装置を設置することも可能である。

さらに、本実施例に係るプラズマ処理方法は、成膜処理、及び、エッチング処理のどちらにも適用することも可能である。すなわち、ウェハ１６が成膜時の熱平衡温度に達したときに、ウェハ１６を静電チャック１８に保持し、ウェハ１６に対して成膜処理、又は、エッチング処理を施すようにすればよい。このように、本実施例に係るプラズマ処理方法は、成膜処理、及び、エッチング処理等を含むプラズマ処理に対して広く適用することが可能である。

次に、本実施例に係るプラズマ処理方法と従来のプラズマ処理方法との比較を行う。図８に示すように、従来のプラズマ処理方法では、ウェハ１６の熱膨張の影響の少ない中央部より、熱膨張の影響が大きい周縁部の方がパーティクル（図８中の黒点）の発生が多くなっている。

これに対し、図９に示すように、本実施例に係るプラズマ処理方法では、ウェハ１６の裏面の全面にわたってパーティクル（図９中の黒点）の発生が減少していることがわかる。すなわち、熱膨張の影響の大きい周縁部においてもパーティクルの発生が減少していることが分かる。

図９に示す本実施例に係るプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハ１６の裏面のパーティクルの数の測定結果と、図８に示す従来のプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハ１６の裏面のパーティクルの数の測定結果とを比較すると、図１０に示すように、本実施例のパーティクル数は従来の方法のパーティクル数の約２６分の１に大幅に減少していることが分かる。

このように、本実施例に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置によれば、ウェハ１６を静電チャック１８に吸着したときの温度とウェハの熱平衡時の温度Ｂ（図２参照）との差ｄ２（図２参照）が小さいため、ウェハ１６の熱膨張によるウェハ１６の裏面と静電チャック１８とのこすれを抑制することができ、ウェハ１６の裏面のパーティクル及び傷の発生を低減することができる。また、通常のプラズマ処理装置１０でプラズマ処理の手順を調整するだけで実施すること可能なため、低コストでありながら、高い耐久性を実現することが可能である。

以下、本実施例に係るプラズマ処理方法について図３に基づいて説明する。図３中のグラフは、横軸は時間（ｔ２）を示し、縦軸はウェハ１６の温度、ＲＦ電源１４の出力、ＬＦ電源２１の出力、及び、静電チャック電源２０の出力を示す。また、本実施例に係るプラズマ処理方法が適用されるプラズマ処理装置１０の構成は、実施例１に係るプラズマ処理装置１０の構成と同様である。

始めに、時間（０≦ｔ２＜ｔ２ａ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ１２を維持できる程度の出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、ウェハ１６の搬入及び搬出等を行う。

時間（ｔ２ａ≦ｔ２＜ｔ２ｂ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ処理時よりも高い出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器内１１に導入されている。このとき、ＲＦ電源１４の出力を、実施例１の時間（ｔ１ａ≦ｔ１＜ｔ１ｂ）におけるＲＦ電源１４の出力よりも高くすることにより、ウェハ１６の温度をプラズマ処理時の熱平衡温度Ｂまで急速に近づけることができる。

時間（ｔ２ｂ≦ｔ２＜ｔ２ｃ）において、ＲＦ電源１４、及び、静電チャック電源１８の出力は成膜時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、静電チャック１８にウェハ１６が吸着して保持され成膜を開始できる状態となる。

時間（ｔ２ｃ≦ｔ２）において、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１、及び、静電チャック電源２０の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは原料ガス（プラズマ処理ガス）、及び、不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、ウェハ１６に対しプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の終了後、再び始めの行程に戻る。

このように、本実施例に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置によれば、実施例１に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置よりも、短時間でウェハ１６を昇温させることができる。

以下、本実施例に係るプラズマ処理方法について図４に基づいて説明する。図４中のグラフは、横軸は時間（ｔ３）を示し、縦軸はウェハ１６の温度、ＲＦ電源１４の出力、ＬＦ電源２１の出力、及び、静電チャック電源２０の出力を示す。また、本実施例に係るプラズマ処理方法が適用されるプラズマ処理装置１０の構成は、実施例１に係るプラズマ処理装置１０の構成と同様である。

始めに、時間（０≦ｔ３＜ｔ３ａ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ１２を維持できる程度の出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器内１１に導入されている。このとき、ウェハ１６の搬入及び搬出等を行う。

時間（ｔ３ａ≦ｔ３＜ｔ３ｂ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。

時間（ｔ３ｂ≦ｔ３＜ｔ３ｃ）において、ＲＦ電源１４、及び、ＬＦ電源２１の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器内１１に導入されている。このように、ＬＦ電源２１をプラズマ処理時と同じ出力としてウェハ１６をスパッタし、かつウェハ１６にジュール熱が加えることにより、ウェハ１６の温度を成膜時の熱平衡温度Ｂまで急速に近づけることができる。

時間（ｔ３ｃ≦ｔ３）において、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１、及び、静電チャック電源２０の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっている。また、ガスノズル１５からは原料ガス（プラズマ処理ガス）、及び、不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、静電チャック１８にウェハ１６が吸着して保持され、ウェハ１６に対しプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の終了後、再び始めの行程に戻る。

本実施例に係る成膜方法は、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１及び静電チャック電源２０の出力を制御する制御装置（図示省略）を用いて自動で行うこともできる。また、ウェハ１６の温度を非接触で測定する測定装置を設置することも可能である。

このように、本実施例に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置によれば、実施例１及び実施例２に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置より短時間でウェハ１６を昇温させることができる。

以下、本実施例に係るプラズマ処理方法について図５に基づいて説明する。図５中のグラフは、横軸は時間（ｔ４）を示し、縦軸はウェハ１６の温度、ＲＦ電源１４の出力、ＬＦ電源２１の出力、静電チャック電源２０の出力、及び、支持台１７の高さを示す。

また、本実施例に係るプラズマ処理方法が適用されるプラズマ処理装置１０の構成は、実施例１に係るプラズマ処理装置１０の構成に支持台１７の高さを昇降できる昇降機構２３を設けたものである。図６に示すように、この昇降機構２３は、支持台１７の下部に設置され、上下方向に伸縮することが可能である。本実施例では、昇降機構２３が課題を解決するための手段に記載する昇降手段である。

始めに、時間（０≦ｔ４＜ｔ４ａ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ１２を維持できる程度の出力となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。このとき、ウェハ１６の搬入及び搬出等を行う。

時間（ｔ４ａ≦ｔ４＜ｔ４ｂ）において、ＲＦ電源１４の出力はプラズマ処理時よりも高い出力となっており、支持台１７の高さもプラズマ処理時よりも高い位置となっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器１１内に導入されている。図６に示すウェハ１６からプラズマ１２までの距離ｈと、実施例１のウェハ１６からプラズマ１２までの距離Ｈ（図１参照）とを比べるとｈ＜Ｈとなっている。このように、ウェハ１６とプラズマ１２の距離が近いため、プラズマ１２のからの輻射熱が効率よくウェハ１６に伝わり、ウェハ１６の温度をプラズマ処理時の熱平衡温度Ｂまで急速に近づけることができる。

時間（ｔ４ｂ≦ｔ４＜ｔ４ｃ）において、ＲＦ電源１４、及び、静電チャック電源１８の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっており、支持台１７の高さもプラズマ処理時の高さとなっている。また、ガスノズル１５からは不活性ガスが真空容器内１１に導入されている。このとき、静電チャック１８にウェハ１６が保持されプラズマ処理を開始できる状態となる。

時間（ｔ４ｃ≦ｔ４）において、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１、及び、静電チャック電源２０の出力はプラズマ処理時と同じ出力となっており、支持台１７の高さもプラズマ処理時と同じ高さとなっている。また、ガスノズル１５からは原料ガス（プラズマ処理ガス）、及び、不活性ガスが真空容器内１１に導入されている。このとき、ウェハ１６に対しプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の終了後、再び始めの行程に戻る。

本実施例に係る成膜方法は、ＲＦ電源１４、ＬＦ電源２１、静電チャック電源２０の出力、及び、支持台１７の高さを制御する制御装置（図示省略）を用いて自動で行うこともできる。また、ウェハ１６の温度を非接触で測定する測定装置を設置することも可能である。

このように、本実施例に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置によれば、実施例１係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置より短時間でウェハ１６を昇温させることができる。

以下、本実施例に係るプラズマ処理方法について図７に基づいて説明する。本実施例に係るプラズマ処理方法が適用されるプラズマ処理装置１０の構成は、実施例１ないし実施例４のいずれかに係るプラズマ処理装置１０の構成にウェハ１６との接触面積が少ない表面凹凸状静電チャック２４を用いたものである。

図７に示すように、この表面凹凸状静電チャック２４は断面が凹部２５及び凸部２６とからなる凹凸状になっている。凸部２５の上面は平面で、高さは全て同じになっており、これら凸部２５の上面でウェハ１６を支持するようになっている。この凹部２５には熱伝導率を高めるために不活性ガスを導入しても良い。

以下、本実施例に係るプラズマ処理装置１０において実施例１ないし実施例４のいずれかに係るプラズマ処理方法を適用してウェハ１６に対しプラズマ処理を行う。

このように、本実施例に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置によれば、ウェハ１６の裏面と表面凹凸状静電チャック２４との接触面積を小さくすることができるため、さらにパーティクル及び傷を低減することができる。

本発明は、ウェハを静電チャックで保持してプラズマ処理を行う際、ウェハ裏面のパーティクル及び傷を抑制する場合に特に有効である。

実施例１ないし実施例３に係るプラズマ装置の構成図である。実施例１に係るプラズマ処理方法のタイムチャートである。実施例２に係るプラズマ処理方法のタイムチャートである。実施例３に係るプラズマ処理方法のタイムチャートである。実施例４に係るプラズマ処理方法のタイムチャートである。実施例４に係るプラズマ処理装置の構成図である。実施例５に係るプラズマ処理装置の構成図である。従来のプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクル分布図である。実施例１に係るプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクル分布図である。従来のプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクルの数と実施例１に係るプラズマ処理方法でプラズマ処理したウェハの裏面のパーティクルの数とを比較した図である。従来のプラズマ処理方法の特性図である。

符号の説明

１０プラズマ処理装置
１１真空容器（チャンバ）
１２プラズマ
１３ＲＦアンテナ
１４ＲＦ電源
１５ガスノズル
１６ウェハ
１７支持台
１８静電チャック
１９電極
２０静電チャック電源
２１ＬＦ電源
２２冷媒流路
２３昇降機構
２４表面凹凸状静電チャック
２５凹部
２６凸部

Claims

プラズマ処理対象であるウェハを密閉空間を形成するチャンバの内部の静電チャックからなるウェハ保持手段に保持させ、前記チャンバ内部に不活性ガス及びプラズマ処理ガスを供給し、ＲＦ電源から供給されるＲＦパワーに基づき前記チャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射して前記不活性ガス及び前記プラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ形成し、当該不活性ガスのプラズマにより前記ウェハを加熱すると共に当該プラズマ処理ガスのプラズマにより前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記ウェハを前記静電チャック上に載置した後、前記不活性ガスを供給し、当該不活性ガスにＲＦパワーを掛けることで当該不活性ガスのプラズマを形成し、当該プラズマからの輻射熱を用いて前記プラズマ処理前に上記ウェハを加熱し、当該ウェハの温度がプラズマ処理時の当該ウェハの熱平衡温度に達したときに、当該静電チャックに当該ウェハを吸着させて保持し、前記プラズマ処理ガスを導入して当該プラズマ処理ガスのプラズマを形成することにより前記プラズマ処理を行うに際して、上記ウェハを前記ウェハ保持手段に保持させる前に当該プラズマ処理を開始する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
プラズマ処理対象であるウェハを密閉空間を形成するチャンバの内部の静電チャックからなるウェハ保持手段に保持させ、前記チャンバ内部に不活性ガス及びプラズマ処理ガスを供給し、ＲＦ電源から供給されるＲＦパワーに基づき前記チャンバ内にＲＦ周波数の電磁波を入射して前記不活性ガス及び前記プラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ形成し、当該不活性ガスのプラズマにより前記ウェハを加熱すると共に当該プラズマ処理ガスのプラズマにより前記ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記ウェハを前記静電チャック上に載置した後、前記不活性ガスを供給し、当該不活性ガスにＲＦパワーを掛けることで当該不活性ガスのプラズマを形成し、当該プラズマからの輻射熱を用いて前記プラズマ処理前に上記ウェハを加熱し、当該ウェハの温度がプラズマ処理時の当該ウェハの熱平衡温度に達したときに、当該静電チャックに当該ウェハを吸着させて保持し、前記プラズマ処理ガスを導入して当該プラズマ処理ガスのプラズマを形成することにより前記プラズマ処理を行うに際して、前記不活性ガスのプラズマによる前記ウェハの昇温を上記プラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて行う
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項１に記載するプラズマ処理方法において、
前記ウェハをプラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて昇温させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載するプラズマ処理方法において、
前記不活性ガスにＲＦ電源から供給するＲＦパワーはプラズマ処理時と同じ出力である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載するプラズマ処理方法において、
前記不活性ガスにＲＦ電源から供給するＲＦパワーはプラズマ処理時より高い出力である
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載するプラズマ処理方法において、
前記ウェハの温度を非接触で測定する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
供給された不活性ガス及びプラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ発生させるプラズマ発生手段と、
プラズマ処理対象であるウェハを保持して冷却するウェハ保持手段と、
前記ウェハにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記プラズマ発生手段と前記ウェハ保持手段と前記バイアス電圧印加手段とを制御して、供給された前記不活性ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記ウェハを当該不活性ガスのプラズマで昇温させ、前記ウェハの温度が前記プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理時の前記ウェハの熱平衡温度に達したとき、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却し、供給された前記プラズマ処理ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して当該プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理を行わせる制御手段と
を備え、
前記制御手段が、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却する前に、前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して前記プラズマ処理を行うものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
供給された不活性ガス及びプラズマ処理ガスのプラズマをそれぞれ発生させるプラズマ発生手段と、
プラズマ処理対象であるウェハを保持して冷却するウェハ保持手段と、
前記ウェハにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記ウェハ保持手段の高さを昇降させる昇降手段と、
前記プラズマ発生手段と前記ウェハ保持手段と前記バイアス電圧印加手段とを制御して、供給された前記不活性ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記ウェハを当該不活性ガスのプラズマで昇温させ、前記ウェハの温度が前記プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理時の前記ウェハの熱平衡温度に達したとき、前記ウェハ保持手段で前記ウェハを保持して冷却し、供給された前記プラズマ処理ガスのプラズマを前記プラズマ発生手段で発生させて前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加して当該プラズマ処理ガスのプラズマによるプラズマ処理を行わせる制御手段と
を備え、
前記制御手段が、前記不活性ガスのプラズマによる前記ウェハの昇温を前記プラズマ処理時よりプラズマ領域に接近させて行うように前記昇降手段を上昇させるものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項８に記載するプラズマ処理装置において、
前記制御手段が、前記ウェハ保持部材で前記ウェハを保持して冷却する前に、前記バイアス電圧印加手段で前記ウェハにバイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項７ないし請求項９のいずれかに記載するプラズマ処理装置において、
前記制御手段が、前記ウェハを昇温させるときの前記プラズマ発生手段の出力をプラズマ処理時と同じ出力とするものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項７ないし請求項９のいずれかに記載するプラズマ処理装置において、
前記制御手段が、前記ウェハを昇温させるときの前記プラズマ発生手段の出力をプラズマ処理時より高い出力とするものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載するプラズマ処理装置において、
前記ウェハの温度を非接触で測定する測定装置を備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載するプラズマ処理装置において、
前記ウェハ保持手段は表面が凹凸状である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。