JP5680985B2 - プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、絶縁性の基板を静電的に吸着しつつプラズマ処理を行う方法、及び該方法を用いるプラズマ処理装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、半導体基板を基板ステージの静電チャックに吸着した状態で、該基板に対する成膜処理を行う方法が知られている。こうした成膜処理等のプラズマ処理では、半導体基板を静電的に吸着しつつ基板に対する処理を行うことで、処理中の基板の位置を保持したり、基板ステージを介して基板の温度を調節したりする。また、近年では、例えば特許文献２に記載のように、絶縁性基板を上述のような静電チャックを用いて吸着しつつ、各種プラズマ処理を行う方法も採られている。

静電チャックに吸着された基板に対して冷却処理とプラズマ処理とを施す際には、半導体基板であれ、絶縁性基板であれ、まず、プラズマ処理を行う前に、該プラズマ処理に寄与しないような希ガスのプラズマを基板上に生成した状態で、基板を静電的に吸着する。その後、基板の裏面側に該基板を冷却するための冷却用ガスを供給するとともに、上記希ガスとプロセスガスとを置換するようにしている。これにより、基板ステージに基板を保持しつつ、該基板に対して冷却処理とプラズマ処理とを施すことが可能になる。

特開２００１−１５２３３５号公報 特開２００９−１９４１９４号公報

ところで、上記プラズマ処理の実施中には、電子やイオン等の電荷を帯びた粒子が基板の表面に衝突し続けるため、こうした電荷が基板に蓄積されるようになる。この際、基板に蓄積された電荷の一部は、基板とプラズマとを介した閉回路が形成されることによって、基板の外側へと取り除かれる。しかしながら、こうした基板が絶縁性を有した基板となれば、上記半導体基板と比較して、上記閉回路が形成され難く、それゆえに、上述した電荷の殆どが基板に蓄積され続けることとなる。その結果、プラズマ処理の進行に伴い、静電チャックにおけるチャック電極と絶縁性基板との間の電位差が小さくなる。そして、冷却ガスの圧力に対して該絶縁性基板を吸着する力が小さくなる結果、静電チャックと絶縁性基板との間から冷却ガスの殆どがリークして基板に対する冷却機能が失われることとなる。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁性基板を静電的に吸着する静電チャックと基板との間に供給される冷却ガスのリークを抑えることができるプラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、真空槽内の絶縁性基板を静電チャックに対して静電吸着し、且つ、前記絶縁性基板の裏面側に該絶縁性基板を冷却するガスを供給しつつ、前記真空槽内にプラズマを生成して前記絶縁性基板を該プラズマによって処理するプラズマ処理方法であって、前記静電チャックに第１直流電圧を印加した状態で前記プラズマによる処理を開始してから前記ガスの流量が単調増加を始めるまでの時間である第１時間を計時して、前記第１時間未満の時間を第１オン時間に予め設定し、前記第１オン時間を経過した後に前記静電チャックに印加する直流電圧を前記第１直流電圧から第２直流電圧に変更してから、前記ガスの流量が再度単調増加を始めるまでの時間である第２時間を計時して、前記第２時間未満の時間を第２オン時間に予め設定し、前記絶縁性基板に対する前記プラズマによる処理を実施しているときに、前記静電チャックに印加する前記直流電圧の増加と減少とを少なくとも一回ずつ行い、前記静電チャックに前記第１直流電圧を印加する時間を前記第１オン時間に設定し、且つ、前記静電チャックに前記第２直流電圧を印加する時間を前記第２オン時間に設定することを要旨とする。

上記方法では、絶縁性基板に対するプラズマ処理の実施中に、絶縁性基板を吸着する静電チャックに対して印加する直流電圧における増加と減少とを少なくとも一回ずつ行うようにしている。つまり、静電チャックに印加する電圧を変更することによって、絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差を変更するようにしている。そのため、プラズマ処理の実施に伴い絶縁性基板が帯電することで、絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差が電圧印加の開始時よりも小さくなったとしても、上記電位差の変更により、こうした電位差の縮小を緩和することができる。これにより、絶縁性基板の裏面に供給される冷却ガスの圧力に対して、静電チャックによって絶縁性基板を吸着する力が小さくなりにくくなることから、プラズマ処理の実施期間中にわたり絶縁性基板が静電的に吸着されやすくなる。それゆえに、絶縁性基板を静電的に吸着する静電チャックと基板との間に供給される冷却ガスのリークを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理方法において、前記静電チャックに印加する前記直流電圧の増加と減少とを行うときには、前記増加の直前の前記静電チャックの極性と前記増加の直後の前記静電チャックの極性とを変えるとともに、前記減少の直前の前記静電チャックの極性と前記減少の直後の前記静電チャックの極性とを変えることを要旨とする。

上記方法では、直流電圧を増加させるとき及び減少させるときのいずれにおいても、変更直前の静電チャックの極性と変更直後の静電チャックの極性とを変えるようにしている。そのため、電圧値の変更によって電圧値の変更前における絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差よりも、電圧値の変更後における絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差を大きくしやすくなる。それゆえに、プラズマ処理中において絶縁性基板が静電的に吸着されやすくなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマの状態を保ちつつ、前記静電チャックに印加する前記直流電圧の前記増加と前記減少とを一定の周期で交互に繰り返すことを要旨とする。

上記方法では、基板の表面に接触するプラズマの状態が保たれるため、該プラズマによる処理の期間では、基板に衝突する電荷の量も概ね保たれることになる。そして、所定の量の電荷が定常的に衝突する基板に対して、静電チャックでは直流電圧の増加と減少とが一定の周期で交互に繰り返されることとなる。そのため、略一定量だけ基板に蓄積された電荷を周期的、且つ略一定量だけと取り除くことができることから、基板に対するプラズマ処理期間にわたって基板に蓄積されている電荷のばらつきが小さくなる。それゆえに、絶縁性基板に対する静電チャックによる吸着の安定性が高められるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法において、前記絶縁性基板の裏面と前記静電チャックとの間における冷却ガスのリーク量を監視し、前記リーク量が増大したときに、前記直流電圧の増加又は減少を行うことを要旨とする。

絶縁性基板の裏面側に供給される冷却ガスの圧力が、静電チャックの絶縁性基板を吸着する力よりも大きくなると、絶縁性基板の裏面と静電チャックとの間の隙間が大きくなる。そのため、絶縁性基板の裏面と静電チャックとの間からリークする冷却ガスの流量が増大することになる。

上記請求項４に記載の発明によれば、冷却ガスのリーク量を監視するとともに、該リー
ク量が増大したときに、静電チャックに印加する直流電圧を変更するようにしている。これにより、静電チャックと絶縁性基板との間での電位差の縮小に対して上記直流電圧の変更が伴うことになることから、上記冷却ガスのリークが継続する時間を短くすることで、該冷却ガスのリークを抑えることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、絶縁性基板を収容する真空槽と、前記真空槽内に配置された基板ステージと、前記基板ステージ上に配置された静電チャックと、前記絶縁性基板の裏面側に該絶縁性基板を冷却するガスを供給する冷却ガス供給部と、前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備えるプラズマ処理装置であって、前記静電チャックに印加する直流電圧を制御する電圧変更部と、前記静電チャックに第１直流電圧を印加した状態で前記プラズマによる処理を開始してから前記ガスの流量が単調増加を始めるまでの時間として計時された時間が第１時間であり、前記第１時間未満の時間を第１オン時間に予め設定して記憶し、前記第１オン時間を経過した後に前記静電チャックに印加する直流電圧を前記第１直流電圧から第２直流電圧に変更してから、前記ガスの流量が再度単調増加を始めるまでの時間として計時された時間が第２時間であり、前記第２時間未満の時間を第２オン時間に予め設定して記憶する制御部であって、前記第１オン時間と前記第２オン時間とを用いて前記電圧変更部の駆動を制御する前記制御部と、を備え、前記電圧変更部は、前記プラズマ生成部によって前記真空槽内に生成されたプラズマを用いて前記絶縁性基板を処理しているときに、前記直流電圧の増加と減少とを少なくとも一回ずつ行い、
前記静電チャックに前記第１直流電圧を前記第１オン時間にわたり印加し、且つ、前記静電チャックに前記第２直流電圧を前記第２オン時間にわたり印加することを要旨とする。

上記構成では、絶縁性基板に対するプラズマ処理の実施中に、絶縁性基板を吸着する静電チャックに印加する直流電圧を制御する電圧変更部が、直流電流の増加と減少とを少なくとも一回ずつ行うようにしている。つまり、電圧変更部が静電チャックに印加する電圧を変更することによって、絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差を変更するようにしている。そのため、プラズマ処理の実施に伴い絶縁性基板が帯電することで、絶縁性基板と静電チャックとの間の電位差が電圧印加の開始時よりも小さくなったとしても、電圧変更部による電位差の変更により、こうした電位差の縮小を緩和することができる。これにより、冷却ガス供給部によって絶縁性基板の裏面に供給される冷却ガスの圧力に対して、静電チャックの絶縁性基板を吸着する力が小さくなりにくくなることから、プラズマ処理の実施期間中にわたり絶縁性基板が静電的に吸着されやすくなる。それゆえに、絶縁性基板を静電的に吸着する静電チャックと基板との間に供給される冷却ガスのリークを抑えることができるようになる。

本発明のプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。 同プラズマエッチング装置の制御装置とその周辺構成とを機能に基づいて示す機能ブロック図。 同プラズマエッチング装置にて行われるエッチング処理の態様を示すタイミングチャート。

以下、本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。まず、本実施形態のプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置について図１を参照して説明する。

図１に示されるように、プラズマエッチング装置１０には、上面の開口した箱状の真空槽１１に該真空槽１１の開口を封止するように、石英板１２が固着されている。真空槽１１内には、例えばセラミックで形成された円筒状の基板ステージ１３が配設されて、該基板ステージ１３には、円盤状のステージ電極１４が内蔵されている。このステージ電極１４には、バイアス用整合器１５を介してバイアス用高周波電源１６が接続されている。バイアス用高周波電源１６は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力をステージ電極１４に供給することで、基板ステージ１３上に載置された絶縁性基板Ｓの電位を所定のバイアス電位とする。バイアス用整合器１５は、バイアス用高周波電源１６からステージ電極１４への高周波電力の供給に際し、バイアス用高周波電源１６の出力インピーダンスとその負荷の入力インピーダンスとを整合させる。

基板ステージ１３上には、例えばサファイア基板等の絶縁性の基板Ｓ（以下、基板Ｓ）が載置される誘電体板１７ａと、該誘電体板１７ａに内蔵された単一のチャック電極１７ｂとを有する単極型の静電チャック１７が固着されている。チャック電極１７ｂには、第１スイッチＳＷ１を介して第１直流電源１８ａが接続されているとともに、第２スイッチＳＷ２を介して第２直流電源１８ｂが接続されている。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とは、相補型のスイッチであって、また、第１直流電源１８ａと第２直流電源１８ｂとは、互いに逆極性の直流電圧をチャック電極１７ｂに印加する電源である。これら、二つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２、及び二つの直流電源１８ａ，１８ｂは、上記チャック電極１７ｂに印加する直流電圧の極性を変えることでチャック電極１７ｂの極性を変える電圧変更部１８を構成している。

そして、電圧変更部１８に含まれるいずれか一方の直流電源、例えば第１直流電源１８ａが、チャック電極１７ｂに直流電圧を印加すると、チャック電極１７ｂが負極となって、誘電体板１７ａ上に載置された基板Ｓと静電チャック１７との間に電位差が生じる。これにより、基板Ｓが静電チャック１７に対して静電的に吸着される。また、他方の直流電源である第２直流電源１８ｂが、チャック電極１７ｂに直流電圧を印加すると、チャック電極１７ｂが正極となって、第１直流電源１８ａによる直流電圧の印加時とは異なる極性になる。

静電チャック１７の誘電体板１７ａには、基板Ｓの載置面に開口する複数の凹部１７ｃが形成されている。凹部１７ｃは、基板Ｓの裏面と凹部１７ｃとによって形成される冷媒空間に基板Ｓを冷却するガス、例えばヘリウムガスを供給する供給管１７ｄと接続されている。供給管１７ｄは、静電チャック１７、基板ステージ１３、及び真空槽１１を貫通するとともに、基板ステージ１３内にて凹部１７ｃの数だけ分岐している。供給管１７ｄにおける真空槽１１外の端部には、ヘリウムガスを供給する冷却ガス供給部１９が接続されている。また、供給管１７ｄと冷却ガス供給部１９とを連結する管には、上記凹部１７ｃに対して供給されるヘリウムガスの圧力を測定する圧力計２０と、ヘリウムガスの流量を測定する流量計２１とが接続されている。冷却ガス供給部１９は、上記冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力が例えば１５００Ｐａに保たれるように、上記供給管１７ｄを介して基板Ｓの裏面側にヘリウムガスを供給する。

上記真空槽１１に貫通形成された排気口１１ａには、真空槽１１内の流体を排気する排気部２２が接続されている。排気部２２は、例えばクライオポンプ等の各種真空ポンプによって構成されて、真空槽１１内を所定の圧力に減圧する。

真空槽１１に貫通形成されたガス供給口１１ｂには、基板Ｓのエッチング処理に用いられるガスを供給するプロセスガス供給部２３が接続されている。プロセスガス供給部２３は、例えばフッ化炭素系ガスやアルゴンガス等のエッチングガスを貯蔵するガスボンベが接続されるマスフローコントローラであって、エッチングガスを所定の流量で真空槽１１内に供給する。加えて、ガス供給口１１ｂには、真空槽１１内を所定の圧力に調節するガスを供給する希ガス供給部２４が接続されている。希ガス供給部２４は、例えばアルゴンやキセノン等の希ガスを貯蔵するボンベが接続されるマスフローコントローラであって、希ガスを所定の流量で真空槽１１内に供給する。真空槽１１内でエッチング処理を実施しているときには、排気部２２による排気流量と、プロセスガス供給部２３及び希ガス供給部２４からの供給流量とによって、真空槽１１内が所定の圧力とされる。

上記石英板１２の上方には、二回巻き回された円状の高周波アンテナ２５が設置されている。高周波アンテナ２５には、アンテナ用整合器２６を介してアンテナ用高周波電源２７が接続されている。アンテナ用高周波電源２７は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波アンテナ２５に供給することで、真空槽１１内に供給されたプロセスガス及び
希ガスのプラズマを生成する。アンテナ用整合器２６は、アンテナ用高周波電源２７から高周波アンテナ２５への高周波電力の供給に際し、アンテナ用高周波電源２７の出力インピーダンスとその負荷の入力インピーダンスとを整合させる。なお、上記プロセスガス供給部２３、希ガス供給部２４、高周波アンテナ２５、アンテナ用整合器２６、及びアンテナ用高周波電源２７によってプラズマ生成部が構成される。

こうしたプラズマエッチング装置１０において基板Ｓのエッチング処理が実施されるときには、まず、排気部２２によって、真空槽１１内が所定の圧力にまで減圧される。そして、真空槽１１に形成された図示外の搬出入口から基板Ｓが真空槽１１内に搬入された後、基板Ｓは、静電チャック１７上に載置される。次いで、第１直流電源１８ａ及び第２直流電源１８ｂのいずれかからチャック電極１７ｂに所定の直流電圧が印加される。チャック電極１７ｂに直流電圧が印加されると、希ガス供給部２４から真空槽１１内に希ガスが供給された後、高周波アンテナ２５に高周波電力が供給されることで、真空槽１１内に希ガスのプラズマが形成される。そして、高周波アンテナ２５への電力の供給が維持された状態で、プロセスガス供給部２３から真空槽１１内にプロセスガスが供給されるとともに、希ガス供給部２４からの供給流量が調節されることで、プロセスガスと希ガスとからプラズマが生成される。プラズマが生成された後、バイアス用高周波電源１６からステージ電極１４に高周波電力が供給されることで、基板Ｓに対する正イオンの引き込みが開始される。また、真空槽１１内にプラズマが生成されると、冷却ガス供給部１９から冷媒空間へのヘリウムガスの供給が開始される。こうしたプラズマの生成、基板Ｓの吸着、及びヘリウムガスの供給が、所定時間にわたり継続されることで、基板Ｓに対するエッチング処理、例えば基板Ｓの厚さ方向に延びる凹部の形成等が行われる。

次に、上記プラズマエッチング装置１０の電気的構成について図２を参照して説明する。なお、以下では、該電気的構成が上記電圧変更部１８の動作を制御することによって、チャック電極１７ｂに印加する直流電圧を変更する方法について特に説明する。

プラズマエッチング装置１０の制御部３１は、プラズマエッチング装置１０に各種の動作、例えば基板Ｓの搬送やエッチング処理等を行わせる。制御部３１は、各種の演算処理を行う演算部、各種データや各種プログラムを格納する記憶部３１ａ、及び各種処理工程の経過時間を計時するタイマ３１ｂ等を有している。制御部３１は、例えば記憶部３１ａに格納されたエッチング処理プログラムを読み出すとともに、タイマ３１ｂの計時時間と該エッチング処理プログラムとに基づいて基板Ｓに対するエッチング処理を行う。

制御部３１には、起動スイッチや停止スイッチ等の各種操作スイッチや液晶ディスプレイ等の各種表示装置等から構成される入出力部３２が接続されている。入出力部３２は、各動作に用いられる各種のデータを制御部３１に入力するとともに、プラズマエッチング装置１０におけるエッチング処理状況に関するデータを出力する。例えば入出力部３２は、基板Ｓのエッチング処理に必要となる条件をプロセス条件として制御部３１に入力する。制御部３１は、入出力部３２からのプロセス条件を受信して該プロセス条件に応じた各種の制御信号を生成するとともに、そのプロセス条件に相当するエッチング条件の下で基板Ｓのエッチング処理を行う。なお、上記エッチング処理に必要な条件としては、例えばエッチング時間、ガス流量、真空槽１１内の圧力、基板温度、バイアス用高周波電源１６及びアンテナ用高周波電源２７の出力等が挙げられる。

制御部３１には、上記排気部２２を駆動するための排気部駆動回路３３が接続されている。制御部３１は、上記エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいて上記真空槽１１内の圧力に対応する駆動信号を排気部駆動回路３３へ出力する。排気部駆動回路３３は、制御部３１からの駆動信号に応答して排気部２２の備える真空ポンプ等を駆動することで、真空槽１１内を所定の圧力に調整する。

制御部３１には、上記各ガス供給部２３，２４を駆動するためのガス供給部駆動回路３４が接続されている。制御部３１は、エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいて上記真空槽１１内に供給する各ガスの流量に対応する駆動信号をガス供給部駆動回路３４へ出力する。ガス供給部駆動回路３４は、制御部３１からの駆動信号に応答して各ガス供給部２３，２４をそれぞれ駆動することで、所定流量のガスを真空槽１１内に供給する。

制御部３１には、上記各高周波電源１６，２７を駆動するための高周波電源駆動回路３５が接続されている。制御部３１は、エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいてステージ電極１４及び高周波アンテナ２５のそれぞれに供給する高周波電力に対応する駆動信号を高周波電源駆動回路３５へ出力する。高周波電源駆動回路３５は、制御部３１からの駆動信号に応答してバイアス用高周波電源１６及びアンテナ用高周波電源２７をそれぞれ駆動することで、所定の出力値で高周波を出力する。

制御部３１には、上記冷却ガス供給部１９を駆動するための冷却ガス供給部駆動回路３６が接続されている。制御部３１は、エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいて上記冷媒空間に供給するヘリウムガスの圧力に対応する駆動信号を冷却ガス供給部駆動回路３６へ出力する。冷却ガス供給部駆動回路３６は、制御部３１からの駆動信号に応答して冷却ガス供給部１９を駆動することで、上記冷媒空間が所定圧力となるようにヘリウムガスの供給を行わせる。

制御部３１には、上記電圧変更部１８における第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を選択的に駆動するための電圧変更部駆動回路３７が接続されている。制御部３１は、エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいて上記チャック電極１７ｂに印加する直流電圧に対応する駆動信号を電圧変更部駆動回路３７へ出力する。電圧変更部駆動回路３７は、制御部３１からの駆動信号に応答して電圧変更部１８における第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を選択的に駆動することで、第１直流電源１８ａ及び第２直流電源１８ｂのいずれかからチャック電極１７ｂに直流電圧を印加する。

上記記憶部３１ａには、プロセス条件の一部として、電圧変更部１８における第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を選択的に駆動させるための切り替え条件が記憶されている。切り替え条件は、チャック電極１７ｂに直流電圧を印加する第１直流電源１８ａ及び第２直流電源１８ｂの別、つまり、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のうちオンとされるスイッチ、いずれかのスイッチがオンの状態で継続される時間、及びオンの状態とされるスイッチの順番によって構成されている。

例えば、本実施形態では、以下のような態様にてチャック電極１７ｂに対する直流電圧の供給が行われるように、上記切り替え条件が構成されている。すなわち、エッチング処理の開始後、第１スイッチＳＷ１がオンの状態とされることで、第１直流電源１８ａからチャック電極１７ｂに負の直流電圧、例えば−４ｋＶの直流電圧が印加される。そして、上記アンテナ用高周波電源２７から高周波アンテナ２５へ高周波電力が供給され、また、上記バイアス用高周波電源１６からステージ電極１４へ高周波電力が供給される。その後、第１スイッチＳＷ１がオフの状態とされると同時に、第２スイッチＳＷ２がオンの状態とされることで、チャック電極１７ｂに正の直流電圧、例えば＋４ｋＶの直流電圧が印加される。

なお、バイアス用高周波電源１６によるバイアス電力の供給が開始されてから、第１スイッチＳＷ１がオフの状態とされるまでの時間を第１オン時間とするとき、該第１オン時間は例えば３秒に設定される。第２スイッチＳＷ２がオンの状態とされると、所定時間の
後に第２スイッチＳＷ２がオフの状態とされると同時に、第１スイッチＳＷ１が再びオンの状態とされる。第２スイッチＳＷ２がオンの状態とされてからオフの状態とされるまでの時間を第２オン時間とするとき、該第２オン時間は例えば３秒に設定される。

この際、上記第１オン時間は、下記の方法で予め算出された時間に設定されている。つまり、エッチング処理の対象と同一の材料で形成された基板Ｓに対し、上記プラズマエッチング装置１０によって上記エッチング処理の実施時と同一の条件にてプラズマの生成及び静電チャック１７による基板Ｓの吸着を行う。そして、アンテナ用高周波電源２７とバイアス用高周波電源１６とをオンの状態としてプラズマ処理を開始してから上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスの流量が単調増加を始めるまでの時間、つまりヘリウムガスのリーク量が増大し始めるまでの時間を計時し、この計時時間未満の時間を第１オン時間とする。また、該第１オン時間は、第２スイッチＳＷ２のオフと同時に第１スイッチＳＷ１がオンの状態とされてから、再びオフの状態とされるまでの時間としても設定されている。他方、第２オン時間も、上記第１オン時間と同様の方法で算出された時間に設定するようにしている。

こうした第１オン時間及び第２オン時間をエッチング処理中にわたり交互に繰り返すことで、チャック電極１７ｂの極性を周期的に変えるようにしている。つまり、静電チャック１７に印加する電圧を変更することによって、基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差を変更するようにしている。そのため、エッチング処理の実施に伴い基板Ｓが帯電することで、該基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差が電圧印加の開始時よりも小さくなったとしても、上記チャック電極１７ｂの極性を変えることにより、こうした電位差の縮小を緩和することができる。これにより、冷媒空間でのヘリウムガスの圧力に対して、静電チャック１７によって基板Ｓを吸着する力が小さくなりにくくなることから、エッチング処理中にわたり基板Ｓが静電的に吸着されやすくなる。しかも、直流電圧の変更時には、該変更直前の静電チャック１７の極性と変更直後の静電チャック１７の極性とを変えるようにしている。そのため、チャック電極１７ｂの極性を変える以前における基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差よりも、変更後における基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差を大きくしやすくなる。

こうした制御部３１は、上記基板Ｓに対するエッチング処理を行うときに、エッチング処置プログラムとプロセス条件とを読み出す。そして、エッチング処理プログラムとプロセス条件とに基づいて上記排気部駆動回路３３、ガス供給部駆動回路３４、高周波電源駆動回路３５、冷却ガス供給部駆動回路３６、及び電圧変更部駆動回路３７を介し、これら駆動回路の各々に接続された上記各部を駆動する。これにより、プロセス条件に基づく基板Ｓのエッチング処理を行う際に、上記第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを選択的に駆動させることによって、基板Ｓに蓄積する電荷を取り除きつつ該基板Ｓのエッチングを行うようにしている。

以下、上記プラズマエッチング装置１０にて実施されるプラズマ処理方法としてのエッチング処理方法について図３を参照して説明する。なお、図３では、本実施形態のエッチング処理方法における各種条件等の変更態様を実線で示し、他方、従来のエッチング方法による各種条件等の変更態様を二点鎖線で示している。

プラズマエッチング装置１０にてエッチング処理を行うときには、まず、上記真空槽１１内に基板Ｓが搬入されるとともに、該基板Ｓが静電チャック１７の誘電体板１７ａ上に載置される。そして、第１スイッチＳＷ１がオンの状態とされることで上記チャック電極１７ｂに−Ｖａ（ｋＶ）、例えば−３ｋＶの直流電圧が印加される（タイミングｔ１）。そして、上記希ガス供給部２４がオンの状態とされることで、真空槽１１内に所定の流量、例えば５０ｓｃｃｍにてアルゴンガスが供給される（タイミングｔ２）。アルゴンガス
の供給が開始されると、アンテナ用高周波電源２７がオンの状態とされることで真空槽１１内にプラズマが生成されるとともに、上記冷却ガス供給部１９がオンの状態とされて、初期圧力Ｐ０にある冷媒空間の圧力が所定圧力Ｐａ、例えば１０００Ｐａとなるようにヘリウムガスが該冷媒空間に供給される（タイミングｔ３）。これにより、真空槽１１内のプラズマと基板Ｓとの間に、エッチング処理中に基板Ｓに蓄積した電荷を取り除く閉回路が形成される。

こうしてチャック電極１７ｂに対する直流電圧の印加を開始したとき、つまりバイアス用高周波電源１６のオン以前であるタイミングｔ３での冷媒空間からのヘリウムガスのリーク量Ｌａは、例えば２ｓｃｃｍである。なお、ヘリウムガスのリーク量は、上記冷却ガス供給部１９における単位時間あたりの供給流量（ｓｃｃｍ）から算出される。次いで、プロセスガス供給部２３がオンの状態とされることで、真空槽１１内にエッチングガスが供給された後（タイミングｔ４）、バイアス用高周波電源１６がオンの状態とされることで、基板Ｓに対する正イオンの入射が開始される（タイミングｔ５）。これにより、基板Ｓのエッチングが開始される。

そして、タイミングｔ５から上記第１オン時間に相当する期間Ｔａが経過すると、第１スイッチＳＷ１がオフの状態とされると同時に、第２スイッチＳＷ２がオンの状態とされることによって、チャック電極１７ｂに＋Ｖａ（ｋＶ）、例えば＋３ｋＶの直流電圧が印加される。第２スイッチＳＷ２がオンである状態が上記第２オン時間に相当する期間Ｔｂにわたり継続されると、第２スイッチＳＷ２がオフの状態とされると同時に、第１スイッチＳＷ１が再びオンの状態とされた後、上記第１オン時間に相当する期間Ｔａの間、第１スイッチＳＷ１がオンの状態とされる。

こうしてチャック電極１７ｂでの電圧が周期的に変更されている間中、希ガス供給部２４からのアルゴンガスの供給量、及びプロセスガス供給部２３からのプロセスガスの供給量が一定に保たれる。これとともに、アンテナ用高周波電源２７から高周波アンテナ２５に供給される電力量、及びバイアス用高周波電源１６からステージ電極１４に供給される電力量が一定に保たれる。そのため、真空槽１１内のプラズマの状態が一定に維持された状態で、上記チャック電極１７ｂにおける電圧の変更が行われる。これにより、基板Ｓの表面に接触するプラズマの状態が保たれるため、該プラズマによるエッチング処理の期間では、基板Ｓに衝突する電荷の量も概ね保たれることになる。そして、所定の量の電荷が定常的に衝突する基板に対して、静電チャック１７では直流電圧の増加と減少とが一定の周期で交互に繰り返されることとなる。そのため、略一定量だけ基板Ｓに蓄積された電荷を周期的、且つ略一定量だけと取り除くことができることから、基板Ｓに対するエッチング処理期間中にわたって基板Ｓに蓄積されている電荷のばらつきが小さくなる。それゆえに、基板Ｓに対する静電チャック１７による吸着の安定性が高められるようになる。

上記バイアス用高周波電源１６による高周波電力の供給が所定期間行われると（タイミングｔ５〜タイミングｔ７）、アンテナ用高周波電源２７及びバイアス用高周波電源１６がオフの状態とされることで基板Ｓのエッチングが終了される。次いで、希ガス供給部２４及びプロセスガス供給部２３がオフの状態とされるとともに、冷却ガス供給部１９もオフの状態とされることで、上記冷媒空間へのヘリウムガスの供給が終了される（タイミングｔ８）。

本実施形態においては、基板Ｓのエッチングが開始されるタイミングｔ４から、該基板Ｓのエッチングが終了されるタイミングｔ７を超えて、チャック電極１７ｂに印加する電圧を周期的に変更するようにしている。そのため、上記冷却ガス供給部１９から冷媒空間に供給されたヘリウムガスの圧力は、上記タイミングｔ３からタイミングｔ８までにわたり一定の圧力Ｐａに維持されるとともに、冷媒空間からのヘリウムガスのリーク量も同様
に、タイミングｔ３からタイミングｔ８までにわたり一定のリーク量Ｌａに維持される。

これに対し、従来のように、チャック電極１７ｂに印加する電圧をタイミングｔ１からタイミングｔ８までにわたり一定の電圧−ＶａｋＶとすると、基板Ｓのエッチング処理の実施中であるタイミングｔ６にて冷却ガス供給部１９から冷媒空間に供給されたヘリウムガスの圧力が減少し始める。これは、冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力が、タイミングｔ６にて静電チャック１７による基板Ｓの静電吸着力を上回り、これに伴い、誘電体板１７ａと基板Ｓとの間の隙間から、冷媒空間のヘリウムガスの殆どが真空槽１１内に漏れ出すためである。そして、冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力は、終わりには、初期圧力Ｐ０にまで減少してしまう。また、これに応じて、冷媒空間からのヘリウムガスのリーク量も上記タイミングｔ６から増加し始める。そして、ヘリウムガスのリーク量が、上記冷却ガス供給部１９からのヘリウムガスの最大供給量に対応するリーク量Ｌｂとなったところで増加が終了する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）基板Ｓに対するエッチング処理の実施中に、基板Ｓを吸着する静電チャック１７に対して印加する直流電圧における増加と減少とを少なくとも一回ずつ行うようにした。つまり、静電チャック１７に印加する電圧を変更することによって、基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差を変更するようにした。そのため、エッチング処理の実施に伴い基板Ｓが帯電することで、基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差が電圧印加の開始時よりも小さくなったとしても、上記電位差の変更により、こうした電位差の縮小を緩和することができる。これにより、基板Ｓの裏面と静電チャック１７の凹部１７ｃとによって形成される冷媒空間に供給されるヘリウムガスの圧力に対して、静電チャック１７によって基板Ｓを吸着する力が小さくなりにくくなることから、エッチング処理の実施期間中にわたり基板Ｓが静電的に吸着されやすくなる。それゆえに、上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスのリークを抑えることができる。

（２）直流電圧を増加させるとき及び減少させるときのいずれにおいても、変更直前の静電チャック１７の極性と変更直後の静電チャック１７の極性とを変えるようにした。そのため、電圧値の変更によって電圧値の変更前における基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差よりも、電圧値の変更後における基板Ｓと静電チャック１７との間の電位差を大きくしやすくなる。それゆえに、エッチング処理中において基板Ｓが静電的に吸着されやすくなる。

（３）真空槽１１内のプラズマの状態を保ちつつ、静電チャック１７に印加する直流電圧の増加と減少とを一定の周期で交互に繰り返すようにした。これにより、基板Ｓの表面に接触するプラズマの状態を保たれるため、該プラズマによるエッチング処理の期間では、基板Ｓに衝突する電荷の量も概ね保たれることになる。そして、所定の量の電荷が定常的に衝突する基板に対して、静電チャック１７では直流電圧の増加と減少とが一定の周期で交互に繰り返されることとなる。そのため、略一定量だけ基板Ｓに蓄積された電荷を周期的、且つ略一定量だけと取り除くことができることから、基板Ｓに対するエッチング処理期間中にわたって基板Ｓに蓄積されている電荷のばらつきが小さくなる。それゆえに、基板Ｓに対する静電チャック１７による吸着の安定性が高められるようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・絶縁性基板Ｓは、上記サファイア基板に限らず、例えば石英基板、ガラス基板、及び窒化ケイ素基板等であってもよい。

・上記静電チャック１７は、同一極性のチャック電極を複数有する構成であってもよい
。なお、静電チャック１７が、同一極性のチャック電極を複数有する構成であるときには、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との切り替えのタイミングをそれぞれのチャック電極において互いに異ならせるようにすればよい。これにより、上述のようにチャック電極に印加する電圧の極性を変えた場合に、直流電圧の印加されているチャック電極が一つ以上存在することになる。そのため、静電チャック１７による基板Ｓの吸着の確実性が高められる。

・静電チャック１７は、上述のような単極型の静電チャックに限らず、双極型の静電チャックとしてもよい。
・上記バイアス用高周波電源１６及びアンテナ用高周波電源２７の出力する高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚに限らず、プラズマエッチング装置１０によって基板Ｓのエッチングが可能な周波数であれば、他の任意の周波数を採用してもよい。

・アルゴンガスの供給前に、チャック電極１７ｂへの直流電圧の印加を開始するようにしたが、アルゴンガスを供給した後に、チャック電極１７ｂへの直流電圧の印加を開始するようにしてもよい。
・アルゴンガスを供給した後に、プロセスガスを供給するようにしたが、アルゴンガスとプロセスガスとを同時に供給するようにしてもよい。
・チャック電極１７ｂに対する直流電圧の印加を開始した後に、高周波アンテナ２５に対して高周波電力を供給するようにしたが、高周波アンテナ２５に対する高周波電力の供給を開始した後にチャック電極１７ｂへの電圧の印加を行うようにしてもよい。

・チャック電極１７ｂへの電圧の印加は、アルゴンガスの供給及びプロセスガスの供給が終了した後に終了されるようにした。これに限らず、上記ガスの供給を終了するタイミングにチャック電極１７ｂへの電圧の印加を終了するタイミングを一致させるようにしてもよい。

・静電チャック１７への電圧の印加は、第１直流電源１８ａから開始するようにした。これに限らず、第２直流電源１８ｂから電圧の印加を開始するようにしてもよい。
・第１オン時間及び第２オン時間を３秒とするようにした。しかしながら、上述のようにして算出される第１オン時間及び第２オン時間は、上記静電チャック１７が基板Ｓを吸着する力や、冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力等に応じて異なる長さとなりうる。そのため、第１オン時間及び第２オン時間は、こうした条件に応じて上記とは異なる長さに設定するようにしてもよい。

・第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを切り替えによる静電チャック１７の極性の切り替えは、予め設定された時間である第１オン時間及び第２オン時間に基づいて行うようにした。これに限らず、上記流量計２１によって測定されたヘリウムガスの流量に基づいて冷媒空間からリークしているヘリウムガスの流量を算出することで、ヘリウムガスのリーク量を監視し、ヘリウムガスのリーク量の単調増加が認められたときに、一方のスイッチから他方のスイッチに切り替えるようにしてもよい。これにより、以下の効果が得られるようになる。

（４）ヘリウムガスのリーク量を監視するとともに、該リーク量が増大したときに、静電チャック１７のチャック電極１７ｂに印加する直流電圧を変更すると、静電チャック１７と基板Ｓとの間での電位差の縮小に対して上記直流電圧の変更が伴うことになることから、上記ヘリウムガスのリークが継続する時間を短くすることで、該ヘリウムガスのリークを抑えることができるようになる。

・第１直流電源１８ａ及び第２直流電源１８ｂから印加される直流電圧の大きさを可変
としてもよい。これによれば、チャック電極１７ｂに印加される電圧を徐々に変えることが可能になるため、基板Ｓの静電状態が急激に変わることを抑えることが可能となる。ひいては、静電状態の変化に起因する基板Ｓのダメージを抑えることが可能となる。

・静電チャック１７に印加する電圧を第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との切り替えによって変更する際に、電圧の増加量と減少量とを同一とするようにした。これに限らず、該増加量と減少量とが異なるようにしてもよい。これによっても、電圧の増加と減少とが行われている以上、基板Ｓが静電チャック１７に吸着されやすくなるため、ヘリウムガスのリークを抑えることができる。

・静電チャック１７に印加する電圧を第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との切り替えによって変更する際に、チャック電極１７ｂの極性を変えるようにした。これに限らず、静電チャック１７に印加する電圧を変更する際には、チャック電極１７ｂの極性を変えることなく、その大きさのみを変更するようにしてもよい。

・チャック電極１７ｂには、第１直流電源１８ａ及び第２直流電源１８ｂを接続するようにした。これに限らず、チャック電極１７ｂには、整合器を介してバイアス用高周波電源と電圧値が可変である直流電源とを接続するとともに、チャック電極１７ｂの極性を変えない範囲で印加する電圧を増減させるようにしてもよい。こうした構成によれば、ステージ電極１４を割愛することが可能となるため、基板ステージ１３をより簡単な構成とすることができる。

・チャック電極１７ｂに印加される直流電圧は、一定の周期で二つの電圧値を繰り返すことで、該電圧値の変更態様がいわゆる矩形波を描くようにした。これに限らず、該直流電圧の変更態様が、サインカーブや三角波を描くように、連続的、且つ周期的に変更されるようにしてもよい。また、上記二値間での電圧値の変更や連続的な電圧値の変更を非周期的に行うようにしたり、上記周期的な変更をエッチング処理期間の一部において実施したりするようにしてもよい。要は、エッチング処置の実施時においてチャック電極に印加される直流電圧において、単調減少及び単調増加ではなく、エッチング処理期間中での増大と減少とを少なくとも一回ずつなされるようにすればよい。

・上記プラズマエッチング装置１０は、真空槽１１の外周に沿った磁場コイルを備えて真空槽１１内に磁気中性線を形成するエッチング装置であってもよい。
・上記プラズマエッチング装置１０は、高周波アンテナ２５を備える誘導結合型のエッチング装置に限らず、ステージ電極１４に対向する上部電極を真空槽１１内に備える容量結合型のエッチング装置であってもよい。

・プラズマ処理装置は、上記プラズマエッチング装置１０に限らず、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置等、真空槽内に形成したプラズマを用いて基板の処理を行う装置であればよい。

１０…プラズマエッチング装置、１１…真空槽、１１ａ…排気口、１１ｂ…ガス供給口、１２…石英板、１３…基板ステージ、１４…ステージ電極、１５…バイアス用整合器、１６…バイアス用高周波電源、１７…静電チャック、１７ａ…誘電体板、１７ｂ…チャック電極、１７ｃ…凹部、１７ｄ…供給管、１８…電圧変更部、１８ａ…第１直流電源、１８ｂ…第２直流電源、１９…冷却ガス供給部、２０…圧力計、２１…流量計、２２…排気部、２３…プロセスガス供給部、２４…希ガス供給部、２５…高周波アンテナ、２６…アンテナ用整合器、２７…アンテナ用高周波電源、３１…制御部、３１ａ…記憶部、３１ｂ…タイマ、３２…入出力部、３３…排気部駆動回路、３４…ガス供給部駆動回路、３５…
高周波電源駆動回路、３６…冷却ガス供給部駆動回路、３７…電圧変更部駆動回路、Ｓ…基板、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ。

Claims (5)

1. 真空槽内の絶縁性基板を静電チャックに対して静電吸着し、且つ、前記絶縁性基板の裏面側に該絶縁性基板を冷却するガスを供給しつつ、前記真空槽内にプラズマを生成して前記絶縁性基板を該プラズマによって処理するプラズマ処理方法であって、
   前記静電チャックに第１直流電圧を印加した状態で前記プラズマによる処理を開始してから前記ガスの流量が単調増加を始めるまでの時間である第１時間を計時して、前記第１時間未満の時間を第１オン時間に予め設定し、前記第１オン時間を経過した後に前記静電チャックに印加する直流電圧を前記第１直流電圧から第２直流電圧に変更してから、前記ガスの流量が再度単調増加を始めるまでの時間である第２時間を計時して、前記第２時間未満の時間を第２オン時間に予め設定し、
   前記絶縁性基板に対する前記プラズマによる処理を実施しているときに、
   前記静電チャックに印加する前記直流電圧の増加と減少とを少なくとも一回ずつ行い、
   前記静電チャックに前記第１直流電圧を印加する時間を前記第１オン時間に設定し、且つ、前記静電チャックに前記第２直流電圧を印加する時間を前記第２オン時間に設定する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 前記静電チャックに印加する前記直流電圧の増加と減少とを行うときには、
   前記増加の直前の前記静電チャックの極性と前記増加の直後の前記静電チャックの極性とを変えるとともに、
   前記減少の直前の前記静電チャックの極性と前記減少の直後の前記静電チャックの極性とを変える
   請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記プラズマの状態を保ちつつ、前記静電チャックに印加する前記直流電圧の前記増加と前記減少とを一定の周期で交互に繰り返す
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記絶縁性基板の裏面と前記静電チャックとの間における冷却ガスのリーク量を監視し、
   前記リーク量が増大したときに、前記直流電圧の増加又は減少を行う
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
5. 絶縁性基板を収容する真空槽と、
   前記真空槽内に配置された基板ステージと、
   前記基板ステージ上に配置された静電チャックと、
   前記絶縁性基板の裏面側に該絶縁性基板を冷却するガスを供給する冷却ガス供給部と、
   前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と
   を備えるプラズマ処理装置であって、
   前記静電チャックに印加する直流電圧を制御する電圧変更部と、
   前記静電チャックに第１直流電圧を印加した状態で前記プラズマによる処理を開始してから前記ガスの流量が単調増加を始めるまでの時間として計時された時間が第１時間であり、前記第１時間未満の時間を第１オン時間に予め設定して記憶し、前記第１オン時間を
   経過した後に前記静電チャックに印加する直流電圧を前記第１直流電圧から第２直流電圧に変更してから、前記ガスの流量が再度単調増加を始めるまでの時間として計時された時間が第２時間であり、前記第２時間未満の時間を第２オン時間に予め設定して記憶する制御部であって、前記第１オン時間と前記第２オン時間とを用いて前記電圧変更部の駆動を制御する前記制御部と、を備え、
   前記電圧変更部は、前記プラズマ生成部によって前記真空槽内に生成されたプラズマを用いて前記絶縁性基板を処理しているときに、前記直流電圧の増加と減少とを少なくとも一回ずつ行い、前記静電チャックに前記第１直流電圧を前記第１オン時間にわたり印加し、且つ、前記静電チャックに前記第２直流電圧を前記第２オン時間にわたり印加する
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。

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