JP5651041B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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本発明は、静電吸着に要する直流電圧を印加した際に発生する突入電流を抑え、プラズマ処理装置を安定に運用し、製品不良の低減およびプロセス性能向上を目的とするものである。   An object of the present invention is to suppress an inrush current generated when a DC voltage required for electrostatic adsorption is applied, stably operate a plasma processing apparatus, reduce product defects, and improve process performance.

半導体製造工程における薄膜形成やプラズマエッチング等を行うプラズマ処理装置では、シリコンウエハ等の被処理基板をステージに保持する方法として静電吸着が用いられている。静電吸着は、基板への機械的な接触を必要とせず、基板裏面全体に静電吸着力を発生させることが出来る。特にジョンソンラーベック効果を利用した静電吸着は大きな静電吸着力を得ることが出来る。ジョンソンラーベック効果はステージ表面の静電吸着膜と基板の界面に電流(以下、「ESC(Electrostatic Chuck)電流」と呼ぶ。)を流すことで、界面の狭い空間に電荷を蓄えて大きな静電吸着力を得るものである。   In a plasma processing apparatus that performs thin film formation, plasma etching, and the like in a semiconductor manufacturing process, electrostatic adsorption is used as a method of holding a substrate to be processed such as a silicon wafer on a stage. The electrostatic adsorption does not require mechanical contact with the substrate, and can generate an electrostatic adsorption force on the entire back surface of the substrate. In particular, electrostatic attraction using the Johnson Rahbek effect can provide a large electrostatic attraction force. The Johnson Rabeck effect is a large electrostatic charge that accumulates charges in a narrow space at the interface by passing a current (hereinafter referred to as an “ESC (Electrostatic Chuck) current”) through the interface between the electrostatic adsorption film and the substrate on the stage surface. It is what gains adsorption power.

ジョンソンラーベック効果による静電吸着は、大きな静電吸着力が得られるものの、強い温度依存性を持つ。これは基板に接触する静電吸着膜が強い温度依存性を持つためである。例えばステージ温度を160℃付近まで上昇させた場合、静電吸着膜の抵抗値は常温での抵抗値と比較して、およそ1000分の1に低下する。よってESC電流もステージ温度の上昇に伴い増大する。   The electrostatic adsorption by the Johnson Rahbek effect has a strong temperature dependency although a large electrostatic adsorption force can be obtained. This is because the electrostatic adsorption film in contact with the substrate has a strong temperature dependence. For example, when the stage temperature is increased to around 160 ° C., the resistance value of the electrostatic adsorption film decreases to about 1/1000 compared to the resistance value at room temperature. Therefore, the ESC current also increases as the stage temperature increases.

一方、プラズマ着火後に吸着に要する吸着電圧を印加した瞬間、定常時に流れるESC電流より大きなESC電流が流れる現象が発生している。吸着電圧を印加した瞬間に発生する、定常時に流れるESC電流より遥かに大きなESC電流を突入電流と呼ぶ。ステージ温度を上昇させた場合、静電吸着膜の抵抗値が低下するため、発生する突入電流は常温時に流れる突入電流よりも更に大きな値をとる。   On the other hand, a phenomenon occurs in which an ESC current larger than an ESC current flowing in a steady state flows at the moment when an adsorption voltage required for adsorption is applied after plasma ignition. An ESC current that is generated at the moment when the adsorption voltage is applied and that is much larger than the ESC current that flows in a steady state is called an inrush current. When the stage temperature is raised, the resistance value of the electrostatic adsorption film decreases, so that the generated inrush current takes a larger value than the inrush current flowing at normal temperature.

処理中に過剰なESC電流が流れることは、装置を運用する上で重大な問題を発生させる。プラズマ着火後、プラズマにESC電流が流入することにより、プラズマの電位が上昇する。過剰なESC電流がプラズマに供給されプラズマ電位が著しく上昇した場合、処理室内部の微小突起にて局所放電が発生する可能性がある。処理室内部での局所放電は異物発生の原因となる。また、基板に過剰なESC電流が流れることにより基板上のデバイス特性に影響を与える可能性が生じる。   Excessive ESC current flowing during processing creates a serious problem in operating the device. After the plasma is ignited, the ESC current flows into the plasma, so that the plasma potential rises. When an excessive ESC current is supplied to the plasma and the plasma potential rises significantly, local discharge may occur at the minute protrusions in the processing chamber. Local discharge in the processing chamber causes the generation of foreign matter. In addition, excessive ESC current may flow through the substrate, which may affect device characteristics on the substrate.

図1は、プラズマ処理装置の処理室内部に設置されているステージ4と、ステージ4上に設置された基板3の接触面を拡大した図である。図1にはESC電流に関する静電吸着膜15と基板3の等価回路を図示してある。   FIG. 1 is an enlarged view of a contact surface between a stage 4 installed in a processing chamber of the plasma processing apparatus and a substrate 3 installed on the stage 4. FIG. 1 shows an equivalent circuit of the electrostatic adsorption film 15 and the substrate 3 relating to the ESC current.

図1を用いてジョンソンラーベック効果による静電吸着の原理と、突入電流の発生について説明する。基板を設置するステージ4は、導電体と絶縁性の静電吸着膜15を積層して構成される。静電吸着膜15は誘電体から成る。静電吸着膜15の表面は表面粗さを持つため、実際には微小の凹凸があり、基板と静電吸着膜15の表面の間には空間16が存在する。   The principle of electrostatic attraction by the Johnson Rahbek effect and generation of inrush current will be described with reference to FIG. The stage 4 on which the substrate is installed is configured by laminating a conductor and an insulating electrostatic adsorption film 15. The electrostatic adsorption film 15 is made of a dielectric. Since the surface of the electrostatic adsorption film 15 has surface roughness, there are actually minute irregularities, and a space 16 exists between the substrate and the surface of the electrostatic adsorption film 15.

基板の裏面は静電吸着膜15の表面に比べれば面仕上げ精度は良いため、模式的に静電吸着膜15の凹凸と基板3裏面の平面との接触でモデル化することが出来る。等価回路で表すと、静電吸着膜15の抵抗Rbと容量Cbの並列回路、静電吸着膜15の凸部と基板裏面の接触抵抗Rgと静電吸着膜15の凹凸と基板裏面で形成される空間の容量Cgの並列回路、基板3の抵抗Rwと容量Cwの並列回路が、直列につながった回路にモデル化することが出来る。   Since the surface finishing accuracy of the back surface of the substrate is better than that of the surface of the electrostatic adsorption film 15, it can be modeled by contact between the unevenness of the electrostatic adsorption film 15 and the plane of the back surface of the substrate 3. In terms of an equivalent circuit, it is formed by a parallel circuit of the resistance Rb and the capacitance Cb of the electrostatic adsorption film 15, the contact resistance Rg of the convex part of the electrostatic adsorption film 15 and the back surface of the substrate, the unevenness of the electrostatic adsorption film 15, and the back surface of the substrate. The parallel circuit of the capacitance Cg of the space and the parallel circuit of the resistance Rw and the capacitance Cw of the substrate 3 can be modeled as a circuit connected in series.

ジョンソンラーベック効果を利用する静電吸着は、静電吸着膜15の表面と基板3との間に微小なESC電流を流すことが特徴である。静電吸着膜15と基板3にESC電流を流すと、容量Cw、容量Cg、容量Cbに電荷が蓄えられる。特に、静電吸着膜15表面と基板3裏面との空間16は表面粗さで形成される非常に狭いものであるため、容量Cgは多くの電荷を蓄えることが出来る。よって、吸着電圧を数百ボルト印加することで、基板3とステージ4の間にESC電流が流れ吸着力が得られる。   The electrostatic adsorption utilizing the Johnson Rahbek effect is characterized in that a minute ESC current is allowed to flow between the surface of the electrostatic adsorption film 15 and the substrate 3. When an ESC current is passed through the electrostatic adsorption film 15 and the substrate 3, charges are stored in the capacitors Cw, Cg, and Cb. In particular, since the space 16 between the surface of the electrostatic adsorption film 15 and the back surface of the substrate 3 is a very narrow space formed by the surface roughness, the capacitor Cg can store a large amount of charge. Therefore, by applying an adsorption voltage of several hundred volts, an ESC current flows between the substrate 3 and the stage 4 to obtain an adsorption force.

しかし、吸着電圧を印加した直後は、容量Cw、容量Cg、容量Cbのいずれの容量にも電荷が蓄積されていない。もしくは、自己バイアス電圧により電荷が蓄積されているとしても僅かであり、容量Cw、容量Cg、容量Cbには電荷が貯まりきっていない。そのため、吸着電圧を印加した直後は、容量Cw、容量Cg、容量Cbに電荷が貯まるまで大電流が流れる。これが突入電流の原因である。   However, immediately after the adsorption voltage is applied, no charge is accumulated in any of the capacitors Cw, Cg, and Cb. Alternatively, even if charges are accumulated by the self-bias voltage, the charges are very small, and no charges are accumulated in the capacitors Cw, Cg, and Cb. Therefore, immediately after the adsorption voltage is applied, a large current flows until charges are accumulated in the capacitors Cw, Cg, and Cb. This is the cause of the inrush current.

図1のように抵抗と容量で構成される回路において、回路に流れるESC電流は一般的に(1)式で表される。

Figure 0005651041
In a circuit constituted by a resistor and a capacitor as shown in FIG.
Figure 0005651041

(1)式において、Eは直流電源9が出力した電圧、Rは回路の合成インピーダンス、Cは合成容量である。また、直流電源9自身にも時定数がある。直流電源9が出力する電圧Eは(2)式で表される。

Figure 0005651041
In the equation (1), E is a voltage output from the DC power supply 9, R is a combined impedance of the circuit, and C is a combined capacitance. The DC power supply 9 itself has a time constant. The voltage E output from the DC power supply 9 is expressed by equation (2).
Figure 0005651041

(2)式にて、τは直流電源9の時定数、Eは直流電源9の定常電圧である。よって、回路に流れるESC電流は以下のように表される。

Figure 0005651041
In the equation (2), τ is a time constant of the DC power supply 9, and E 0 is a steady voltage of the DC power supply 9. Therefore, the ESC current flowing in the circuit is expressed as follows.
Figure 0005651041

突入電流の発生への対策として、特許文献1に記載されている技術がある。これは直流電源9の時定数τをステージ4上の静電吸着膜15の特性に合わせて最適化し、吸着電圧をスロープ状に印加することで突入電流を防止するというものである。   As a countermeasure against the occurrence of an inrush current, there is a technique described in Patent Document 1. This optimizes the time constant τ of the DC power supply 9 in accordance with the characteristics of the electrostatic adsorption film 15 on the stage 4 and prevents the inrush current by applying the adsorption voltage in a slope shape.

一方、ESC電流の制御について、特許文献2に記載されている技術がある。これは静電吸着に必要なESC電流の値を設定し、処理中に流れるESC電流が、設定した値を維持するように吸着電圧を維持するものである。特許文献2によれば、特許文献2の技術を使用すればステージ温度など処理条件が変更された場合でもESC電流は設定した範囲内で制御されるとしている。   On the other hand, there is a technique described in Patent Document 2 for controlling the ESC current. This sets the value of the ESC current necessary for electrostatic adsorption, and maintains the adsorption voltage so that the ESC current flowing during the process maintains the set value. According to Patent Document 2, if the technique of Patent Document 2 is used, the ESC current is controlled within a set range even when the processing conditions such as the stage temperature are changed.

特開平8−181118号公報JP-A-8-181118 特開2007−48986号公報JP 2007-48986 A

しかしながら、前記した技術ではステージ温度上昇によるESC電流の上昇、特に突入電流の上昇への対策として不十分である。   However, the above-described technique is insufficient as a countermeasure against an increase in ESC current due to an increase in stage temperature, particularly an increase in inrush current.

特許文献1に記載されている技術は、(3)式における時定数τの最適化により突入電流I(t)の低減を提案している。しかし、静電吸着膜15の抵抗値((3)式におけるRに含まれる)は強い温度依存性があるため、ステージの温度を変更する度に時定数τの最適化が必要になる。また、実際のプラズマ処理装置では、回路の合成インピーダンスRや合成容量Cを正確に測定することは困難である。   The technique described in Patent Document 1 proposes to reduce the inrush current I (t) by optimizing the time constant τ in the equation (3). However, since the resistance value of the electrostatic adsorption film 15 (included in R in the equation (3)) has a strong temperature dependency, the time constant τ needs to be optimized every time the stage temperature is changed. In an actual plasma processing apparatus, it is difficult to accurately measure the synthetic impedance R and the synthetic capacitance C of the circuit.

特許文献2の技術は、突入電流に対する対策が不十分である。突入電流が特許文献2におけるESC電流の設定値を超えないようにした場合、突入電流発生後の定常状態にて流れるESC電流が小さくなり、処理に必要な静電吸着力が得られない可能性がある。逆に定常時に流れるESC電流が、特許文献2におけるESC電流の設定値を超えないように制御した場合、突入電流がESC電流の設定値を超える可能性がある。吸着電圧を段階的に印加する方法も提案しているが、下に述べるように、伝熱用ガスの導入について検討されていない。   The technique of Patent Document 2 has insufficient measures against inrush current. When the inrush current does not exceed the set value of the ESC current in Patent Document 2, there is a possibility that the ESC current flowing in a steady state after the occurrence of the inrush current becomes small and the electrostatic attraction necessary for processing cannot be obtained. There is. On the contrary, when the ESC current that flows in a steady state is controlled so as not to exceed the set value of the ESC current in Patent Document 2, the inrush current may exceed the set value of the ESC current. A method of applying the adsorption voltage stepwise has also been proposed, but introduction of heat transfer gas has not been studied as described below.

プラズマ処理装置における基板3裏面への伝熱用ガスの導入について述べる。現在運用されているプラズマ処理装置は、処理中の基板3裏面にヘリウムなど伝熱用ガスを導入することでステージ4と基板3の熱伝導を良くし、基板3の温度を制御する方法が採用されている。基板3の裏面に伝熱用ガスを導入することにより、基板3と静電吸着膜15で形成される空間16には圧力が発生する(以下、「裏面圧力」と呼ぶ。)。   The introduction of heat transfer gas to the back surface of the substrate 3 in the plasma processing apparatus will be described. The plasma processing apparatus currently in operation employs a method of improving the heat conduction between the stage 4 and the substrate 3 by introducing a heat transfer gas such as helium into the back surface of the substrate 3 being processed and controlling the temperature of the substrate 3. Has been. By introducing the heat transfer gas to the back surface of the substrate 3, pressure is generated in the space 16 formed by the substrate 3 and the electrostatic adsorption film 15 (hereinafter referred to as “back surface pressure”).

この裏面圧力は、基板3の裏面と静電吸着膜15に発生する静電吸着力より小さくなければならない。もし裏面圧力が静電吸着力を上回った場合、基板3がステージから剥がれ、基板3のずれ、基板3の破損など重大な不具合が発生する可能性がある。このような不具合を防ぐには、伝熱用ガスを導入する時点で、裏面圧力以上の静電吸着力が発生していることが必須である。しかしながら特許文献1、特許文献2は、基板裏面への伝熱用ガスの導入について検討していない。   This back surface pressure must be smaller than the electrostatic attracting force generated on the back surface of the substrate 3 and the electrostatic attracting film 15. If the back surface pressure exceeds the electrostatic attraction force, the substrate 3 may be peeled off from the stage, and serious problems such as displacement of the substrate 3 and damage to the substrate 3 may occur. In order to prevent such a problem, it is essential that an electrostatic attraction force equal to or higher than the back surface pressure is generated when the heat transfer gas is introduced. However, Patent Document 1 and Patent Document 2 do not consider introduction of heat transfer gas to the back surface of the substrate.

特許文献1の技術を使用した場合、吸着電圧がスロープ状に印加されている途中に、伝熱用ガスが基板3裏面に導入される可能性がある。もし伝熱用ガスが導入された時点で、静電吸着に必要な吸着電圧が印加されていなかった場合、発生する静電吸着力が裏面圧力に満たず、基板3がステージ4から剥がれる可能性が高い。   When the technique of Patent Document 1 is used, there is a possibility that the heat transfer gas is introduced into the back surface of the substrate 3 while the adsorption voltage is applied in a slope shape. If the adsorption voltage necessary for electrostatic adsorption is not applied at the time when the heat transfer gas is introduced, the generated electrostatic adsorption force is less than the back pressure and the substrate 3 may be peeled off from the stage 4. Is expensive.

特許文献2の技術では、ESC電流の制御方法として吸着電圧を段階的に印加し、ESC電流を徐々に増加させるという方法を提案している。しかし、吸着電圧を段階的に印加している途中に伝熱用ガスが導入された場合、もし基板3と静電吸着膜15の間に十分な静電吸着力が発生していなければ、基板3が剥がれる可能性が高い。   The technique of Patent Document 2 proposes a method of gradually increasing the ESC current by applying an adsorption voltage stepwise as a method of controlling the ESC current. However, if the heat transfer gas is introduced while the adsorption voltage is being applied stepwise, if a sufficient electrostatic adsorption force is not generated between the substrate 3 and the electrostatic adsorption film 15, the substrate 3 is likely to peel off.

以上の点から、ステージ温度変化など運用条件の変更に対応し、突入電流の発生や過剰なESC電流が流れることを防ぎ、なおかつ伝熱用ガスを導入する時点で裏面圧力以上の静電吸着力が発生していることを必須とした技術が必要である。   In view of the above, it is possible to respond to changes in operating conditions such as stage temperature changes, prevent inrush currents and excessive ESC currents from flowing, and at the time of introducing heat transfer gas, the electrostatic adsorption force that exceeds the back pressure It is necessary to have a technology that makes it necessary to have

特許文献1及び2では、伝熱ガスが供給開始されるまでの突入電流の抑制については、考慮されていなかった。このため、本発明は、試料の静電吸着力を十分に確保するとともに突入電流を抑制することができるプラズマ処理装置を提供する。   In Patent Documents 1 and 2, the suppression of the inrush current until the heat transfer gas starts to be supplied is not considered. For this reason, this invention provides the plasma processing apparatus which can suppress an inrush current while fully ensuring the electrostatic attraction force of a sample.

本発明の目的は、上記課題を解決したプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。   The objective of this invention is providing the plasma processing apparatus and the plasma processing method which solved the said subject.

上記目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、処理室と、該処理室内に設けられ、試料を載置する試料台と、静電吸着膜を介して前記試料を試料台表面に吸着させるための直流電圧を前記試料台に印加する直流電源とを備え、前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、前記静電吸着膜を介して前記試料台と前記試料間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流測定手段により測定された電流値が予め設定された範囲内に収まるまで段階的に前記直流電圧を前記試料台に印加するように直流電源を制御する電圧制御手段と、前記測定された電流値が予め設定された範囲に到達した時点で、前記試料台内部に設けられた溝に流される前記試料の温度調整用の冷媒の温度を前記試料に伝熱し、前記試料と前記静電吸着膜に設けられた溝との間に供給される伝熱用ガスを前記試料と前記溝との間に供給開始する制御部とを具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus of the present invention includes a processing chamber, a sample stage provided in the processing chamber, on which a sample is placed, and the sample on the surface of the sample stage via an electrostatic adsorption film. A plasma processing apparatus for plasma-treating the sample, the current flowing between the sample stage and the sample via the electrostatic adsorption film Current measuring means for measuring the voltage, and voltage control for controlling the DC power supply so that the DC voltage is applied stepwise to the sample stage until the current value measured by the current measuring means falls within a preset range. Means, and when the measured current value reaches a preset range, the temperature of the coolant for adjusting the temperature of the sample flowing in a groove provided in the sample table is transferred to the sample, The sample and the static Characterized by a control unit for starting supply between said groove heat transfer gas supplied to the sample between the groove provided in the adsorption film.

また、本発明のプラズマ処理方法は、処理室と、該処理室内に設けられ、試料を載置する試料台と、静電吸着膜を介して前記試料を試料台表面に吸着させるための直流電圧を前記試料台に印加する直流電源とを備え、前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置のプラズマ処理方法あって、電流測定手段により前記静電吸着膜を介して前記試料台と前記試料間に流れる電流を測定し、電圧制御手段により前記電流測定手段により測定された電流値が予め設定された範囲内に収まるまで段階的に前記直流電圧を前記試料台に印加するように直流電源を制御し、制御部により前記測定された電流値が予め設定された範囲に到達した時点で、前記試料台内部に設けられた溝に流される前記試料の温度調整用の冷媒の温度を前記試料に伝熱し、前記試料と前記静電吸着膜に設けられた溝との間に供給される伝熱用ガスを前記試料と前記溝との間に供給開始することを特徴とする。   In addition, the plasma processing method of the present invention includes a processing chamber, a sample table provided in the processing chamber, on which a sample is placed, and a DC voltage for adsorbing the sample on the surface of the sample table via an electrostatic adsorption film. A plasma processing method of a plasma processing apparatus for plasma processing the sample, the current measuring means flowing between the sample stage and the sample through the electrostatic adsorption film Measuring the current, and controlling the direct current power source so that the direct current voltage is applied to the sample stage step by step until the current value measured by the current measuring means falls within a preset range by the voltage control means; When the measured current value reaches a preset range by the control unit, the temperature of the temperature adjusting refrigerant flowing in the groove provided in the sample table is transferred to the sample, Said Charges and wherein the initiating supply between said groove heat transfer gas supplied to the sample between the groove provided in the electrostatic adsorption film.

本発明によれば、吸着電圧を印加した時に伝熱ガスが供給開始されるまでに過剰なESC電流が流れることを防ぐことができる。   According to the present invention, it is possible to prevent an excessive ESC current from flowing until the heat transfer gas starts to be supplied when the adsorption voltage is applied.

図1は本発明の実施例にかかるステージの等価回路を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an equivalent circuit of a stage according to an embodiment of the present invention. 図2は本発明の実施例にかかるプラズマ処理装置の構造を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic view for explaining the structure of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図3は本発明におけるプラズマ着火時のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart at the time of plasma ignition in the present invention. 図4は本発明におけるプラズマ着火時のタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart at the time of plasma ignition in the present invention. 図5は本発明における試験例1の測定系である。FIG. 5 shows a measurement system of Test Example 1 in the present invention. 図6は本発明における試験例3の結果である。FIG. 6 shows the results of Test Example 3 in the present invention.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は本発明のプラズマ処理方法を実施する時に用いるプラズマエッチング装置を示す図である。本プラズマエッチング装置の処理室内部は、プラズマ生成部を形成する石英もしくはセラミックの非導電性材料でなる放電部2と、被処理基板である基板3と、基板3を静電吸着することが可能な静電吸着膜15を持つステージ4と、処理室内を所定の圧力に真空排気するための排気口5からなる。   FIG. 2 is a view showing a plasma etching apparatus used when performing the plasma processing method of the present invention. The inside of the processing chamber of the present plasma etching apparatus can electrostatically adsorb the discharge unit 2 made of quartz or ceramic non-conductive material forming the plasma generation unit, the substrate 3 to be processed, and the substrate 3. A stage 4 having an electrostatic adsorption film 15 and an exhaust port 5 for evacuating the processing chamber to a predetermined pressure.

放電部は、プラズマ生成用のアンテナ1と、高周波電源6と、整合器7からなる。ステージ4は、高周波電源8と、吸着電圧を出力する直流電源9と、電流センサー10と、基板裏面に伝熱用ガスを供給する伝熱用ガス導入口11と、基板3に印加された高周波バイアス電力のピークトゥピーク値(以下、Vppと呼ぶ)を検知するVppセンサー12と、制御部13を有している。   The discharge unit includes a plasma generating antenna 1, a high frequency power source 6, and a matching unit 7. The stage 4 includes a high-frequency power source 8, a DC power source 9 that outputs an adsorption voltage, a current sensor 10, a heat transfer gas inlet 11 that supplies heat transfer gas to the back surface of the substrate, and a high frequency applied to the substrate 3. It has a Vpp sensor 12 that detects a peak-to-peak value of bias power (hereinafter referred to as Vpp) and a control unit 13.

プラズマエッチングに際しては、まず真空排気により処理室内を所定の圧力に制御する。次に高周波電源6から整合器7とアンテナ1を介して電磁波が処理室内に導入される。導入された電磁波は処理室内のガスをプラズマ化する。このプラズマ14を用いエッチングを行う。基板3を設置するステージ4は、加工形状を制御する目的で高周波電源8から高周波バイアスが印加される。   In plasma etching, first, the processing chamber is controlled to a predetermined pressure by evacuation. Next, electromagnetic waves are introduced into the processing chamber from the high frequency power source 6 through the matching unit 7 and the antenna 1. The introduced electromagnetic wave turns the gas in the processing chamber into plasma. Etching is performed using the plasma 14. A high frequency bias is applied from a high frequency power supply 8 to the stage 4 on which the substrate 3 is placed for the purpose of controlling the processing shape.

電流センサー10は、直流電源9、ステージ4、基板3、プラズマ14、処理室の壁で形成される回路を流れるESC電流を計測する。Vppセンサー12は基板3上のVppを検知し、制御部13にデータを送る。制御部13は送られてきたVppの値から(4)式を元にして自己バイアス電圧を計算する。制御部13はESC電流の値、自己バイアス電圧の計算値から判断し、吸着電圧を制御する。   The current sensor 10 measures an ESC current flowing through a circuit formed by the DC power supply 9, the stage 4, the substrate 3, the plasma 14, and the wall of the processing chamber. The Vpp sensor 12 detects Vpp on the substrate 3 and sends data to the control unit 13. The control unit 13 calculates a self-bias voltage from the value of Vpp sent based on the equation (4). The control unit 13 determines the value from the value of the ESC current and the calculated value of the self bias voltage and controls the adsorption voltage.

本発明の実施例1について、図3のフローチャート、および図4のタイミングチャート図を用いて説明する。実施例1は、本発明を用いて単層膜をエッチングする場合である。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the timing chart of FIG. Example 1 is a case where a single layer film is etched using the present invention.

本装置によるプラズマエッチングを開始する前に、ESC電流の制御範囲、吸着電圧初期値、吸着電圧の変化幅、吸着電圧の変化間隔、自己バイアス比を設定する必要がある。   Before starting plasma etching by this apparatus, it is necessary to set the control range of the ESC current, the initial value of the suction voltage, the change width of the suction voltage, the change interval of the suction voltage, and the self-bias ratio.

以上5つの項目についての詳細な説明を以下に述べる。なお、ESC電流の制御範囲、吸着電圧の変化値、吸着電圧の変化間隔の設定は、ステージ温度の変更、エッチングガスの変更、高周波電源の出力値の変更に対して、共通に使用することが可能である。   A detailed description of the above five items will be given below. The ESC current control range, adsorption voltage change value, and adsorption voltage change interval can be used in common for changing the stage temperature, changing the etching gas, and changing the output value of the high-frequency power supply. Is possible.

ESC電流の制御範囲とは、基板3のエッチング中に制御するESC電流値の範囲である。ESC電流は、基板3裏面に導入する伝熱用ガスによる裏面圧力に十分耐えうるだけの静電吸着力が得られるものでなければならない。   The control range of the ESC current is a range of the ESC current value controlled during the etching of the substrate 3. The ESC current must be capable of obtaining an electrostatic adsorption force that can sufficiently withstand the back surface pressure caused by the heat transfer gas introduced to the back surface of the substrate 3.

吸着電圧初期値とは、プラズマ着火後、最初に出力する吸着電圧の値である。この値は吸着電圧印加時の突入電圧を抑制する目的で印加するため、自己バイアス電圧もしくは0とする。   The initial value of the adsorption voltage is the value of the adsorption voltage that is output first after plasma ignition. Since this value is applied for the purpose of suppressing the inrush voltage when the adsorption voltage is applied, the self-bias voltage or 0 is set.

吸着電圧の変化幅とは、吸着電圧を図4のように段階的に変化させる場合、1回の変化で変化させる吸着電圧の値である。この値が大きいと、吸着電圧を変化させた瞬間、ESC電流値に大きなピークが現れる。このESC電流値にピークが発生しないように、ESC電流の変化幅は極力小さい方が良い。   The change width of the suction voltage is a value of the suction voltage that is changed by one change when the suction voltage is changed stepwise as shown in FIG. When this value is large, a large peak appears in the ESC current value at the moment when the adsorption voltage is changed. It is better that the change width of the ESC current is as small as possible so that no peak occurs in the ESC current value.

吸着電圧の変化間隔とは、吸着電圧を図4のように段階的に変化させる場合、吸着電圧の変化から変化までの時間のことを指す。   The change interval of the adsorption voltage refers to the time from the change of the adsorption voltage to the change when the adsorption voltage is changed stepwise as shown in FIG.

自己バイアス比とは、基板3上のVppの値から自己バイアス電圧を算出する時に用いる係数である。自己バイアス電圧とVpp,自己バイアス比は(4)式の関係である。

Figure 0005651041
The self-bias ratio is a coefficient used when calculating the self-bias voltage from the value of Vpp on the substrate 3. The self-bias voltage, Vpp, and self-bias ratio are in the relationship of equation (4).
Figure 0005651041

上記設定を終了後、プラズマエッチングを開始する。図3を用い、エッチングに際する吸着電圧の印加および伝熱用ガス導入の制御方法を説明する。   After completing the above settings, plasma etching is started. A method for controlling the application of the adsorption voltage and the introduction of heat transfer gas during etching will be described with reference to FIG.

まず、真空排気により処理室内を所定の圧力に制御する。その後、電流センサー10とVppセンサー12から、ESC電流の値とVppモニター値を随時、制御部13へ送信する。処理室内が所定の圧力となったことを確認した後、ステップS301において、高周波電源6から、整合器7とアンテナ1を介して電磁波を導入してプラズマを着火させる。プラズマ着火と同時、あるいは着火後に高周波電源8からステージ4へ高周波バイアスを印加する(図4−T1)。   First, the processing chamber is controlled to a predetermined pressure by evacuation. Thereafter, the current sensor 10 and the Vpp sensor 12 transmit the ESC current value and the Vpp monitor value to the control unit 13 as needed. After confirming that the processing chamber has a predetermined pressure, in step S301, electromagnetic waves are introduced from the high frequency power source 6 through the matching unit 7 and the antenna 1 to ignite plasma. A high frequency bias is applied from the high frequency power supply 8 to the stage 4 simultaneously with the plasma ignition or after the ignition (FIG. 4-T1).

高周波バイアス印加開始後、ステップS302において、Vppセンサー12は高周波バイアス印加後のVppを検知し、制御部13へVppモニター値を送る。ステップS303において、制御部13はVppモニター値から自己バイアス電圧を算出する。算出する計算式は(4)式である。自己バイアス電圧を算出した段階で、ステップS304において、直流電源9から吸着電圧初期値を出力する(図4−T2)。   After starting the application of the high frequency bias, in step S302, the Vpp sensor 12 detects Vpp after the application of the high frequency bias and sends a Vpp monitor value to the control unit 13. In step S303, the control unit 13 calculates a self-bias voltage from the Vpp monitor value. The calculation formula to be calculated is formula (4). At the stage where the self-bias voltage is calculated, in step S304, the initial value of the adsorption voltage is output from the DC power source 9 (FIG. 4-T2).

電流センサー10は、吸着電圧初期値を印加した後、ステップS305において、回路に流れるESC電流の値を検知する。制御部13は電流センサー10からESC電流の値をインプットする。ステップS306において、制御部13は、インプットしたESC電流の値が、予め入力していたESC電流の制御範囲内か、制御範囲外かを判定する。   After applying the adsorption voltage initial value, the current sensor 10 detects the value of the ESC current flowing through the circuit in step S305. The control unit 13 inputs an ESC current value from the current sensor 10. In step S306, the control unit 13 determines whether the value of the input ESC current is within the control range of the ESC current input in advance or out of the control range.

ステップS306において、ESC電流の値が制御範囲外だった場合(No)、ステップS307において、制御部13は吸着電圧を段階的に印加させるように直流電源9に信号を送る。直流電源9は制御部13からの信号を受け、吸着電圧を段階的に変化させる。例えば、制御部13がインプットしたESC電流の値が、制御範囲を下回るようであれば、ESC電流を増加させるように吸着電圧を段階的に印加させる。逆に、制御部13がインプットしたESC電流の値が、制御範囲を超えるようであれば、ESC電流を減少させるように吸着電圧を段階的に印加させる。(図4−T3〜T5)。   In step S306, when the value of the ESC current is outside the control range (No), in step S307, the control unit 13 sends a signal to the DC power supply 9 so as to apply the adsorption voltage stepwise. The DC power supply 9 receives a signal from the control unit 13 and changes the suction voltage stepwise. For example, if the value of the ESC current input by the control unit 13 is below the control range, the adsorption voltage is applied stepwise so as to increase the ESC current. Conversely, if the value of the ESC current input by the control unit 13 exceeds the control range, the adsorption voltage is applied stepwise so as to reduce the ESC current. (FIG. 4-T3-T5).

なお、吸着電圧を変化させる際の判定材料となるESC電流値は、吸着電圧を変化させて少なくとも10ms以上経過してから取得したデータであることが望ましい。なぜなら、図4のタイミングチャートに記載したように、吸着電圧を変化させた瞬間に僅かながらもESC電流にピークが発生している可能性があるためである。   Note that the ESC current value, which is a determination material when changing the adsorption voltage, is desirably data acquired after at least 10 ms has elapsed since the adsorption voltage was changed. This is because, as described in the timing chart of FIG. 4, there is a possibility that a peak occurs in the ESC current slightly at the moment when the adsorption voltage is changed.

ステップS306において、ESC電流が制御範囲内に収まったことを制御部13が確認した(Yes)後、ステップS308において、基板3裏面へ伝熱用ガスの導入を開始する(図4−T6)。この時点で基板3とステージ4上の静電吸着膜15の間には裏面への伝熱用ガスの導入に耐えられるだけの十分な静電吸着力が発生している。そのため、基板3裏面に伝熱用ガスを導入しても基板3が剥がれることはない。   In step S306, after the control unit 13 confirms that the ESC current is within the control range (Yes), in step S308, introduction of the heat transfer gas to the back surface of the substrate 3 is started (FIG. 4-T6). At this point, a sufficient electrostatic attraction force is generated between the substrate 3 and the electrostatic adsorption film 15 on the stage 4 to withstand the introduction of the heat transfer gas to the back surface. For this reason, even if the heat transfer gas is introduced into the back surface of the substrate 3, the substrate 3 is not peeled off.

制御部13は、ESC電流が設定範囲内で制御された時点での、吸着電圧と基板3の自己バイアス電圧の電圧差ΔVを記録する。以下のエッチングは、ステップS309において、制御部13が記録した電圧差ΔVを保つように、Vppの変動に合わせて吸着電圧を制御しながら行う。   The controller 13 records the voltage difference ΔV between the adsorption voltage and the self-bias voltage of the substrate 3 when the ESC current is controlled within the set range. The following etching is performed while controlling the adsorption voltage in accordance with the variation of Vpp so as to maintain the voltage difference ΔV recorded by the control unit 13 in step S309.

上記のような制御方法を実行し、吸着電圧を段階的に印加させることで、ESC電流を少しずつ上昇させ、突入電流を軽減させる。なおかつ、ESC電流を検知しながら吸着電圧を印加することで、静電吸着に最適な吸着電圧を自動的に導出することが可能となる。   By executing the control method as described above and applying the adsorption voltage stepwise, the ESC current is gradually increased and the inrush current is reduced. In addition, by applying the suction voltage while detecting the ESC current, it is possible to automatically derive the best suction voltage for electrostatic suction.

本発明の有用性を実証するため、発明者らは試験を実施した。なお、以下の試験例では共通して、厚さ0.6mm、表面粗さ0.8μm、抵抗率8.0×1011Ω・cmの静電吸着膜を乗せたステージ上に被処理基板として8インチシリコンウエハを設置して試験を実施している。 In order to demonstrate the usefulness of the present invention, the inventors conducted tests. In addition, in the following test examples, a substrate to be processed is placed on a stage on which an electrostatic adsorption film having a thickness of 0.6 mm, a surface roughness of 0.8 μm, and a resistivity of 8.0 × 10 11 Ω · cm is placed. An 8-inch silicon wafer is installed and tested.

試験例1、2は静電吸着力を得るために必要なESC電流を見積もり、本発明におけるESC電流の制御範囲について検討を実施したものである。   In Test Examples 1 and 2, the ESC current necessary for obtaining the electrostatic adsorption force was estimated, and the control range of the ESC current in the present invention was examined.

[試験例1]
試験例1は十分な静電吸着力を得ることが出来るESC電流の値について検討を行ったものである。図5に試験例1に用いた測定系を示す。真空容器外に試験装置17を用意する。試験装置17から導線18をステージ軸19に繋ぐ。ステージ軸19とステージ4は等電位である。ステージ4上に基板3として8インチシリコンウエハを設置する。基板3の上に導線20をAlテープで貼り付ける。導線20はコネクタ21を通じ真空容器外に出、試験装置17に接続される。試験装置17は吸着電圧を印加すると共に、試験装置17・導線18・ステージ軸19・基板3・導線20で構成される回路に流れるESC電流を検知する。
[Test Example 1]
Test Example 1 is an examination of the value of the ESC current that can obtain a sufficient electrostatic attraction force. FIG. 5 shows the measurement system used in Test Example 1. A test apparatus 17 is prepared outside the vacuum container. The conducting wire 18 is connected to the stage shaft 19 from the test apparatus 17. The stage shaft 19 and the stage 4 are equipotential. An 8-inch silicon wafer is set as the substrate 3 on the stage 4. A conductive wire 20 is pasted on the substrate 3 with Al tape. The conducting wire 20 goes out of the vacuum vessel through the connector 21 and is connected to the test apparatus 17. The test device 17 applies an adsorption voltage and detects an ESC current flowing in a circuit constituted by the test device 17, the conducting wire 18, the stage shaft 19, the substrate 3, and the conducting wire 20.

以上の回路を組んだ後、試験装置17を起動させ、吸着電圧を印加する。吸着電圧を印加して基板3を静電吸着させた後、伝熱用ガスを伝熱用ガス導入口11から流量5ml/minで導入する。なお、伝熱用ガスはヘリウムを用いた。この時の、伝熱用ガスを導入する配管内および静電吸着膜15と基板3の間の空間16に発生する裏面圧力を、圧力計22で測定する。伝熱用ガスを導入するにつれ、裏面圧力は上昇する。   After assembling the above circuit, the test apparatus 17 is started and an adsorption voltage is applied. After the adsorption voltage is applied and the substrate 3 is electrostatically adsorbed, the heat transfer gas is introduced from the heat transfer gas inlet 11 at a flow rate of 5 ml / min. Note that helium was used as the heat transfer gas. At this time, the back pressure generated in the pipe into which the heat transfer gas is introduced and in the space 16 between the electrostatic adsorption film 15 and the substrate 3 is measured by the pressure gauge 22. As the heat transfer gas is introduced, the back pressure increases.

しかし、静電吸着力よりも裏面圧力が大きくなったとき、基板3はステージ4から剥がれ、その瞬間裏面圧力は急に低下する。裏面圧力の低下が発生する直前の裏面圧力から基板3の自重分を引いた値が、基板3と静電吸着膜15の間に発生している静電吸着力である。基板3の自重分は、発明者らの試験によると0.5kPaほどである。   However, when the back surface pressure becomes larger than the electrostatic attraction force, the substrate 3 is peeled off from the stage 4, and the back surface pressure suddenly decreases at that moment. A value obtained by subtracting the weight of the substrate 3 from the back surface pressure immediately before the decrease in the back surface pressure is the electrostatic adsorption force generated between the substrate 3 and the electrostatic adsorption film 15. The weight of the substrate 3 is about 0.5 kPa according to the inventors' tests.

表1は、試験例1の吸着電圧を印加した時に発生するESC電流と静電吸着力の関係を示したものである。なお、本試験において自己バイアス電圧は発生していないため、電圧差ΔVは吸着電圧と同一である。ステージ4の温度は90℃に制御している。なお、試験例1では裏面圧力が2.5kPaに達した時点で十分な静電吸着力が発生していると見なし、測定を停止している。   Table 1 shows the relationship between the ESC current generated when the adsorption voltage of Test Example 1 is applied and the electrostatic adsorption force. Since no self-bias voltage is generated in this test, the voltage difference ΔV is the same as the adsorption voltage. The temperature of the stage 4 is controlled at 90 ° C. In Test Example 1, it is considered that a sufficient electrostatic attraction force is generated when the back pressure reaches 2.5 kPa, and the measurement is stopped.

表1から、静電吸着力を2.5kPa以上得るためには、ESC電流は0.05mA以上必要であることがわかる。

Figure 0005651041
From Table 1, it can be seen that an ESC current of 0.05 mA or more is necessary to obtain an electrostatic attraction force of 2.5 kPa or more.
Figure 0005651041

[試験例2]
試験例2は、ESC電流とステージ温度の関係を示したものである。試験例2の試験条件を表2、試験例2の結果を表3に示す。本試験における電圧差ΔVを600Vとしたのは、試験例1の結果を反映し、2.5kPa以上の静電吸着力を得ることができる電圧差ΔVである300Vから2倍の安全率をとったものである。
[Test Example 2]
Test Example 2 shows the relationship between the ESC current and the stage temperature. Table 2 shows the test conditions of Test Example 2, and Table 3 shows the results of Test Example 2. The reason why the voltage difference ΔV in this test was set to 600 V reflects the result of Test Example 1, and the safety factor doubled from 300 V, which is a voltage difference ΔV capable of obtaining an electrostatic adsorption force of 2.5 kPa or more. It is a thing.

表3の結果に示す通り、ステージ温度が高いほどESC電流が大きくなる。表2から、ステージ温度40℃で最適なESC電流が得られる条件をステージ温度180℃で使用した場合、過剰なESC電流が流れることになる。逆に、ステージ温度180℃で最適なESC電流が得られる条件をステージ温度40℃で使用した場合、十分な静電吸着力が発生しない可能性が高い。この結果から、ステージ温度を変更する度、最適なESC電流が流れる条件を再設定する必要があることがわかる。

Figure 0005651041
Figure 0005651041
As shown in the results of Table 3, the higher the stage temperature, the larger the ESC current. From Table 2, when the condition for obtaining an optimal ESC current at a stage temperature of 40 ° C. is used at a stage temperature of 180 ° C., an excessive ESC current flows. On the other hand, when the condition for obtaining an optimal ESC current at a stage temperature of 180 ° C. is used at a stage temperature of 40 ° C., there is a high possibility that a sufficient electrostatic attraction force will not be generated. From this result, it can be seen that it is necessary to reset the condition for the optimum ESC current to flow every time the stage temperature is changed.
Figure 0005651041
Figure 0005651041

試験例1、2の結果からESC電流の制御範囲の1例として、最小値0.05mA、最大値0.3mAが考えられる。最小値0.05mAとは試験例1において2.5kPaの静電吸着力が得られるESC電流値である。最大値0.3mAとは、表3の試験結果において、ステージ温度140℃の時に流れるESC電流0.26mAを元に検討したものである。   From the results of Test Examples 1 and 2, as an example of the ESC current control range, a minimum value of 0.05 mA and a maximum value of 0.3 mA can be considered. The minimum value of 0.05 mA is an ESC current value at which an electrostatic attraction force of 2.5 kPa is obtained in Test Example 1. The maximum value of 0.3 mA was examined based on the ESC current of 0.26 mA that flows when the stage temperature is 140 ° C. in the test results of Table 3.

[試験例3]
次に試験例3を記載する。試験例3は、吸着電圧を印加した瞬間に突入電圧が発生することと、突入電圧は吸着電圧を段階的に印加することで低減することが可能であることを検証するものである。試験条件を表4に、試験結果を図6に示す。試験例3では基板3をステージ4に設置した状態で、プラズマ14を維持しながら吸着電圧を変化させ、その瞬間のESC電流の様子を観測した。これは本発明における吸着電圧の印加方法を模擬したものである。
[Test Example 3]
Next, Test Example 3 is described. Test Example 3 verifies that an inrush voltage is generated at the moment when the adsorption voltage is applied, and that the inrush voltage can be reduced by applying the adsorption voltage stepwise. The test conditions are shown in Table 4, and the test results are shown in FIG. In Test Example 3, with the substrate 3 placed on the stage 4, the adsorption voltage was changed while maintaining the plasma 14, and the state of the ESC current at that moment was observed. This simulates the method of applying the adsorption voltage in the present invention.

本試験では、電圧差ΔVが300Vから600Vへ変化するように吸着電圧を制御した。試験例3では基板3裏面に伝熱用ガスを導入しながら試験を実施する。伝熱用ガスは裏面圧力1.0kPaを保つように制御されている。もし吸着電圧を印加して発生する静電吸着力が、裏面圧力より小さかった場合、基板3がステージ4から剥がれてしまい試験ができない。そこで電圧差ΔVが300V以上になるように吸着電圧を制御し、基板3とステージ4の間に常に2.5kPa以上の静電吸着力が発生するようにした。この設定により、基板3がステージ4から剥がれて正確な測定が出来なくなることを防ぐ。   In this test, the adsorption voltage was controlled so that the voltage difference ΔV changed from 300V to 600V. In Test Example 3, the test is performed while introducing a heat transfer gas to the back surface of the substrate 3. The heat transfer gas is controlled to maintain a back pressure of 1.0 kPa. If the electrostatic attracting force generated by applying the attracting voltage is smaller than the back surface pressure, the substrate 3 is peeled off from the stage 4 and cannot be tested. Therefore, the adsorption voltage is controlled so that the voltage difference ΔV is 300 V or more so that an electrostatic adsorption force of 2.5 kPa or more is always generated between the substrate 3 and the stage 4. This setting prevents the substrate 3 from being peeled off from the stage 4 to prevent accurate measurement.

図6の4つのグラフは横軸に時間、縦軸に吸着電圧およびESC電流をとっている。それぞれの測定について吸着電圧を、図6(a)は300V間隔、図6(b)は100V間隔、図6(c)は50V間隔、図6(d)は10V間隔で変化させた。   In the four graphs of FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents adsorption voltage and ESC current. For each measurement, the adsorption voltage was changed at intervals of 300 V in FIG. 6A, at intervals of 100 V in FIG. 6B, at intervals of 50 V in FIG. 6C, and at intervals of 10 V in FIG.

図6(a)では、吸着電圧を変化させた瞬間にESC電流が瞬間的に増加している。しかし図6(b)(c)(d)からわかる通り、ESC電流の瞬間的な増加は、吸着電圧を段階的に印加することで軽減できる。また、吸着電圧の変化幅が小さければ、ESC電流の瞬間的な増加に対して効果が高い。

Figure 0005651041
In FIG. 6A, the ESC current increases instantaneously at the moment when the adsorption voltage is changed. However, as can be seen from FIGS. 6B, 6C, and 6D, the instantaneous increase in the ESC current can be reduced by applying the adsorption voltage stepwise. Moreover, if the change width of the adsorption voltage is small, the effect is high against an instantaneous increase in the ESC current.
Figure 0005651041

本試験の結果から吸着電圧の変化幅と変化間隔の一例を検討する。吸着電圧の変化幅を10V、変化間隔を40msとした場合、吸着電圧初期値を出力してから、およそ1.5秒後に吸着電圧300Vを得ることが出来る。当然、吸着電圧の変化幅は、小さければ小さいほど突入電流に対する対策として有効である。吸着電圧の変化幅と変化間隔は、処理時間や直流電源9の性能等を考慮して設定することが望ましい。   Based on the results of this test, an example of the change width and change interval of the adsorption voltage is examined. When the change width of the suction voltage is 10 V and the change interval is 40 ms, the suction voltage 300 V can be obtained approximately 1.5 seconds after the suction voltage initial value is output. Naturally, the smaller the change width of the adsorption voltage, the more effective as a countermeasure against the inrush current. It is desirable to set the change width and change interval of the suction voltage in consideration of the processing time, the performance of the DC power supply 9, and the like.

本発明は、吸着電圧を図6(b)(c)(d)の試験例の様に段階的に印加することにより、突入電圧の発生を抑える。また、ESC電流を検知しながら最適な吸着電圧を自動的に求める機構を持つことで、ステージ4の温度変化に対応して突入電流の発生を防ぎ、基板3の静電吸着に必要なだけのESC電流を流すことが出来る。本発明を用いて過剰なESC電流が流れることを防ぐことで、局所放電の発生による異物や、基板3上のデバイスへのダメージを防ぐことが可能である。   In the present invention, the generation of the inrush voltage is suppressed by applying the adsorption voltage stepwise as in the test examples of FIGS. 6B, 6C, and 6D. In addition, by having a mechanism that automatically obtains the optimum adsorption voltage while detecting the ESC current, it prevents the occurrence of inrush current in response to the temperature change of the stage 4 and is only necessary for electrostatic adsorption of the substrate 3. ESC current can flow. By using the present invention to prevent an excessive ESC current from flowing, it is possible to prevent damage to foreign objects due to the occurrence of local discharge and devices on the substrate 3.

本発明を用いた実施例2は、多層膜をエッチングする場合である。多層膜のエッチングでは、各処理層をエッチングする毎に一旦プラズマ14を停止する。プラズマ14を停止して、処理ガス、高周波電力、ステージ温度などの処理条件を変更し、再びプラズマ14を着火してエッチングを実施する。このようなエッチングを実施する場合、処理層や処理条件の違いにより、基板3上のVppが変動する場合がある。よって、静電吸着に要するESC電流の値、吸着電圧も変化する。また、このようなエッチングでは、プラズマを停止する際に伝熱用ガスの導入や吸着電圧の印加を停止している。   Example 2 using the present invention is a case where a multilayer film is etched. In the etching of the multilayer film, the plasma 14 is once stopped every time each processing layer is etched. The plasma 14 is stopped, the processing conditions such as the processing gas, high frequency power, and stage temperature are changed, and the plasma 14 is ignited again to perform etching. When performing such etching, Vpp on the substrate 3 may fluctuate due to differences in processing layers and processing conditions. Therefore, the value of the ESC current required for electrostatic attraction and the attraction voltage also change. In such etching, introduction of heat transfer gas and application of adsorption voltage are stopped when plasma is stopped.

この場合、プラズマ14を着火する度に、吸着電圧がステージに印加されていない状態で伝熱用ガスが導入され基板がステージから剥がれるという危険性がある。よって、プラズマを着火する際に、必ず本発明の制御方法を実施する。プラズマを着火する時に必ず本発明の制御方法を実施することで、各処理層における最適な吸着電圧を求めながらエッチングを実施することが可能な上、伝熱用ガスを導入した際に基板3がステージ4から剥がれることを防ぐことが出来る。   In this case, every time the plasma 14 is ignited, there is a risk that the heat transfer gas is introduced in a state where the adsorption voltage is not applied to the stage and the substrate is peeled off from the stage. Therefore, the control method of the present invention is always performed when the plasma is ignited. When the plasma is ignited, the control method of the present invention is always performed, so that etching can be performed while obtaining the optimum adsorption voltage in each processing layer, and the substrate 3 is formed when the heat transfer gas is introduced. It is possible to prevent peeling from the stage 4.

本発明を用いた実施例3は、多層膜を一括してエッチングする場合である。多層膜のエッチングにおいて、実施例2で述べた方法と異なり、プラズマを停止させずに各処理層をエッチングする方法がある。この場合、プラズマが着火し各処理層をエッチングし終わってプラズマが停止するまで、吸着電圧は常にステージ4に印加されている。伝熱用ガスもプラズマが着火してから停止するまで、裏面圧力を設定した範囲内で制御するように断続的に流れている。このようなエッチングを実施する場合の、本発明の実施例は以下の通りである。   Example 3 using the present invention is a case where a multilayer film is etched at once. In the etching of the multilayer film, unlike the method described in the second embodiment, there is a method of etching each processing layer without stopping the plasma. In this case, the adsorption voltage is always applied to the stage 4 until the plasma is ignited and the processing layers are etched and the plasma is stopped. The heat transfer gas also flows intermittently so that the back pressure is controlled within a set range until the plasma is ignited and then stopped. An example of the present invention when performing such etching is as follows.

プラズマ着火前の真空排気から伝熱用ガスを導入する時点までの制御方法は、本発明の実施例1と同様である。この時に求めた電圧差ΔVを、以後の全ての処理層について維持するように吸着電圧を制御する。これは、吸着電圧がステージ4に印加されていない状態で伝熱用ガスが導入され、基板3がステージ4から剥がれるという危険性があるのが、着火時のみだからである。   The control method from the time of evacuation before plasma ignition to the time when the heat transfer gas is introduced is the same as that of the first embodiment of the present invention. The adsorption voltage is controlled so that the voltage difference ΔV obtained at this time is maintained for all the subsequent processing layers. This is because there is a risk that the heat transfer gas is introduced in a state where the adsorption voltage is not applied to the stage 4 and the substrate 3 is peeled off from the stage 4 only at the time of ignition.

この実施例の場合、処理層や処理条件が変化する時に、ESC電流の値が増減する現象が発生しうる。しかし多くの場合、静電吸着に要するESC電流および処理層や処理条件の変化によるESC電流の増減は、異物の発生や基板3上のデバイス特性に影響を与える可能性のあるESC電流の値より小さいため問題にならない。また、処理層や処理条件の変化によるESC電流の増減を抑えるには、Vppの変動に対する吸着電圧の追従の遅れを軽減させることが有効である。   In the case of this embodiment, when the processing layer and processing conditions change, a phenomenon in which the value of the ESC current increases or decreases may occur. However, in many cases, the ESC current required for electrostatic attraction and the increase / decrease in the ESC current due to changes in the processing layer and processing conditions are larger than the value of the ESC current that may affect the generation of foreign matter and device characteristics on the substrate 3. There is no problem because it is small. In order to suppress the increase and decrease of the ESC current due to changes in the processing layer and processing conditions, it is effective to reduce the delay in the follow-up of the adsorption voltage with respect to the change in Vpp.

本発明において、装置に予めESC電流と電圧差ΔVの相関を入力しておくことも可能である。この場合、装置の操作者はエッチング前に、ESC電流の代りに電圧差ΔVを入力することになる。   In the present invention, it is also possible to input the correlation between the ESC current and the voltage difference ΔV into the apparatus in advance. In this case, the operator of the apparatus inputs the voltage difference ΔV instead of the ESC current before etching.

本発明は、被処理基板と被処理基板を設置するステージに発生する静電吸着力が、被処理基板と被処理基板を設置するステージの間に流れる電流に強く依存した静電吸着方法に適用する。   The present invention is applied to an electrostatic chucking method in which the electrostatic chucking force generated on the substrate to be processed and the stage on which the substrate to be processed is strongly dependent on the current flowing between the substrate to be processed and the stage on which the substrate to be processed is placed. To do.

本発明の適用範囲は、被処理基板が、被処理基板と被処理基板を設置するステージの間に流れる電流に強く依存した静電吸着方法で設置されているのであれば、被処理基板の種類、被処理基板の厚さ・面積、ステージ温度、処理圧力、高周波電源の周波数・出力、直流電源の出力、処理ガスの種類などは問わない。   The scope of application of the present invention is that if the substrate to be processed is installed by an electrostatic adsorption method that strongly depends on the current flowing between the substrate to be processed and the stage on which the substrate to be processed is installed, The thickness / area of the substrate to be processed, the stage temperature, the processing pressure, the frequency / output of the high frequency power supply, the output of the DC power supply, the type of the processing gas, etc. are not limited.

1 アンテナ
2 放電部
3 基板
4 ステージ
5 排気口
6 高周波電源
7 整合器
8 高周波電源
9 直流電源
10 電流センサー
11 伝熱用ガス導入口
12 Vppセンサー
13 制御部
14 プラズマ
15 静電吸着膜
16 空間
17 試験装置
18 導線
19 ステージ軸
20 導線
21 コネクタ
22 圧力計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna 2 Discharge part 3 Board | substrate 4 Stage 5 Exhaust port 6 High frequency power source 7 Matching device 8 High frequency power source 9 DC power source 10 Current sensor 11 Gas introduction port for heat transfer 12 Vpp sensor 13 Control unit 14 Plasma 15 Electrostatic adsorption film 16 Space 17 Test device 18 Conductor 19 Stage shaft 20 Conductor 21 Connector 22 Pressure gauge

Claims (4)

試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内に前記プラズマを生成するためのプラズマ生成手段と、前記処理室内に配置さ前記試料載置される試料台と、ジョンソンラーベック効果により静電吸着膜を介して前記試料を前記試料台表面に静電吸着させるための直流電圧を前記試料台に印加する直流電源と、前記静電吸着膜を介して前記試料と前記試料台の間に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記直流電源が前記試料台に印加する直流電圧を制御する制御部とを備えプラズマ処理装置において、
前記制御部は、前記試料台に印加される直流電圧を変化させる毎に前記電流検知手段により検知された前記電流の値が予め設定された範囲内に到達するように前記検知された電流の値に基づいて前記直流電圧を段階的に増減させるとともに前記検知された電流値が前記予め設定された範囲に到達した後、前記静電吸着膜に形成された溝に供給される伝熱用ガスの供開始させ、
前記予め設定された範囲の前記電流値は、前記伝熱用ガスが前記溝に供給された場合、前記試料が前記試料台表面に十分に静電吸着する電流値であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber in which the sample is a plasma treatment, a plasma generating means for generating the plasma in the processing chamber, a sample stage where the sample is arranged Ru is placed into the processing chamber, the static by Johnson-Rahbek effect a DC power source for applying a DC voltage for electrostatically adsorbing the sample on the sample stage surface via a chucking layer on the sample stage, during the sample table and the sample through the electrostatic adsorption film a current detecting means for detecting a current flowing in the plasma processing apparatus Ru and a control unit for controlling the DC voltage in which the DC power is applied to the sample stage,
The control unit detects the value of the detected current so that the value of the current detected by the current detection means reaches a preset range each time the DC voltage applied to the sample stage is changed. after said sensed current value reaches the range of the preset, for heat transfer, which is supplied to the groove formed on the electrostatic adsorption film with stepwise increasing or decreasing the DC voltage on the basis of to initiate the supply of gas,
The current value of the range to the preset, when the heat transfer gas is supplied to the groove, and wherein the current value der Rukoto the specimen is sufficiently electrostatically adsorbed to the sample stage surface Plasma processing equipment.
請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台に高周波電力を供給する高周波電源をさらに備え、
前記制御部は、前記試料台に印加される高周波電圧のピーク値からピーク値までの値であるVppに基づいて求められた前記伝熱用ガス供給開始時の自己バイアス電圧と前記伝熱用ガス供給開始時の前記直流電圧との差を維持するように直流電源を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
A high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the sample stage;
The control unit includes a self-bias voltage at the start of the heat transfer gas supply obtained based on Vpp which is a value from a peak value to a peak value of the high frequency voltage applied to the sample stage, and the heat transfer gas. A plasma processing apparatus , wherein a DC power supply is controlled so as to maintain a difference from the DC voltage at the start of supply .
試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内に前記プラズマを生成するためのプラズマ生成手段と、前記処理室内に配置さ前記試料載置される試料台と、ジョンソンラーベック効果により静電吸着膜を介して前記試料を前記試料台表面に静電吸着させるための直流電圧を前記試料台に印加する直流電源と、前記静電吸着膜を介して前記試料と前記試料台の間に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記直流電源が前記試料台に印加する直流電圧を制御する制御部とを備えプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記試料台に印加される直流電圧を変化させる毎に前記電流検知手段により前記電流を検知し、
前記検知された前記電流の値が予め設定された範囲内に到達するように前記検知された電流の値に基づいて前記直流電圧を段階的に増減させ、
前記検知された電流値が前記予め設定された範囲に到達した後、前記静電吸着膜に形成された溝に供給される伝熱用ガスの供開始させ、
前記予め設定された範囲の前記電流値は、前記伝熱用ガスが前記溝に供給された場合、前記試料が前記試料台表面に十分に静電吸着する電流値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
A processing chamber in which the sample is a plasma treatment, a plasma generating means for generating the plasma in the processing chamber, a sample stage where the sample is arranged Ru is placed into the processing chamber, the static by Johnson-Rahbek effect a DC power source for applying a DC voltage for electrostatically adsorbing the sample on the sample stage surface via a chucking layer on the sample stage, during the sample table and the sample through the electrostatic adsorption film a current detecting means for detecting a current flowing in the plasma processing method using a plasma processing apparatus Ru and a control unit for controlling the DC voltage in which the DC power is applied to the sample stage,
Each time the DC voltage applied to the sample stage is changed, the current is detected by the current detection means,
Increasing or decreasing the DC voltage stepwise based on the detected current value such that the detected current value reaches a preset range;
After said sensed current value reaches the range of the previously set to start supply of the heat transfer gas supplied to the formed electrostatic adsorption film groove,
The current value of the range to the preset, when the heat transfer gas is supplied to the groove, and wherein the current value der Rukoto the specimen is sufficiently electrostatically adsorbed to the sample stage surface Plasma processing method.
請求項3に記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、前記試料台に高周波電力を供給する高周波電源をさらに備え、
前記試料台に印加される高周波電圧のピーク値からピーク値までの値であるVppに基づいて求められた前記伝熱用ガス供給開始時の自己バイアス電圧と前記伝熱用ガス供給開始時の前記直流電圧との差を維持するように前記直流電圧を前記試料台に印加しながら前記伝熱用ガス供給開始後のプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
In the plasma processing method of Claim 3,
The plasma processing apparatus further includes a high frequency power source for supplying high frequency power to the sample stage,
The self-bias voltage at the start of the heat transfer gas supply obtained based on Vpp which is a value from the peak value to the peak value of the high frequency voltage applied to the sample stage, and the heat transfer gas supply start time. A plasma processing method comprising performing plasma processing after the start of supplying the heat transfer gas while applying the DC voltage to the sample stage so as to maintain a difference from the DC voltage .
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US9530626B2 (en) * 2014-07-25 2016-12-27 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for ESC charge control for wafer clamping
JP6558901B2 (en) * 2015-01-06 2019-08-14 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2663785B2 (en) * 1992-03-18 1997-10-15 株式会社日立製作所 Electrostatic suction device
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