JPH05226291A

JPH05226291A - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JPH05226291A
Application number: JP5936692A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fukazawa; 和夫深澤; Tatsu Nonaka; 龍野中
Original assignee: Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-09-03
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3027781B2

Abstract

(57)【要約】【目的】繰り返しのプラズマ処理を行っても、静電チ
ャックが強い吸着力を持続できるプラズマ処理方法を提
供する。【構成】プラズマ処理の終了後、静電チャック１０の
吸着面を除電することにより、該吸着面に残留していた
電荷を取り除く。この除電工程は、反応室に弱いプラズ
マを生成させること、静電チャック１０の吸着面を接地
状態にある反応室の天井面に接触させること、静電チャ
ック１０の吸着面に載置された被処理体１に対し、接地
状態にある搬出手段４０を接触させ、一定時間放置する
こと、等によって実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造プロセスでは、反応
室内の真空雰囲気下にてプラズマエッチング等の各種プ
ラズマ処理を行っている。すなわち、反応室内の載置台
表面には、２枚の絶縁層の間に第一の電極を介在してな
る静電チャックが設けてあり、この第一の電極から離間
した位置に第二の電極が形成されている。そして、例え
ばプラズマエッチング装置では、第二の電極を接地する
一方で載置台に高周波電力を供給すると、静電チャック
上に載置した被処理体に臨んでプラズマが生成され、こ
のプラズマを通して被処理体が接地されることになる。
さらに、静電チャックの第一の電極に高電圧を印加する
と、被処理体と第一の電極に正と負の電荷が生じ、この
間に働くクーロン力によって被処理体が載置台側に吸着
保持される。この状態でプラズマ処理を行い、エッチン
グが終了した後、載置台への高周波電力の供給及び第一
の電極への高電圧印加を停止し、処理済み被処理体の搬
出，次の被処理体の搬入と作業が進められる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した方法でプラズ
マ処理を繰り返しているうち、静電チャックの吸着力が
低下していくことが経験的に明らかとなった。特にこの
現象は、静電チャックの絶縁層をポリイミドで形成した
とき顕著に生じる。その原因ははっきりしないが、どう
やら静電チャックの吸着面に残留電荷が蓄積され、この
残留電荷によって被処理体と第一の電極間に働くクーロ
ン力が弱められるからであろうと本発明者らは推定し、
その解決策を検討した結果、本発明を完成するに至っ
た。

【０００４】すなわち、本発明の目的とするところは、
繰り返しのプラズマ処理を行っても、静電チャックが強
い吸着力を持続できるプラズマ処理方法を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、反応室内で、被処理体を静電チャックに吸
着保持した状態にてプラズマ処理する処理工程と、上記
処理工程の終了した後、上記被処理体を静電チェックよ
り離脱する工程と、その後上記静電チャックの吸着面を
除電し、または微小電圧に帯電する工程と、を具備した
ことを特徴とする。

【０００６】ここで、除電または帯電工程は、例えば次
のいずれかの手段を持って実現され得る。

【０００７】プラズマ処理された被処理体を反応室か
ら搬出した後、さらに反応室内にプラズマを生成させて
行う。

【０００８】プラズマ処理された被処理体を反応室か
ら搬出した後、上記静電チャックの吸着面を接地状態に
ある反応室の壁面等に接触させて行う。

【０００９】上記静電チャックの吸着面に載置されて
いる被処理体に対して接地状態にある搬出手段を接触さ
せ、この接触状態を除電に必要な時間だけ保持して行
う。

【００１０】

【作用】プラズマ処理の終了後、静電チャックの吸着面
を除電することで、該吸着面に残留していた電荷を取り
除く。あるいは、必ずしも０Ｖでなくとも、吸着面を微
小電圧に帯電させても良い。この工程を経ることによ
り、繰り返しの処理に対しても除電チャックの強い吸着
力を持続できることが実験的に判明した。

【００１１】

【実施例】以下、本発明方法をプラズマエッチング装置
に適用した実施例について、図面を参照して具体的に説
明する。

【００１２】図１において被処理体であるウエハ１を吸
着保持する静電チャック１０は、上下２枚の絶縁層とし
てのポリイミドシート１２，１４の間に、導電層として
の導電性シート１６を介在配置することで構成してい
る。この静電チャック１０には、上面より下面に貫通す
る３つの穴１８（同図では２つのみ図示）が設けられ、
後述する搬出手段としてのプッシャーピン４０を挿通可
能としている。また、前記静電チャック１０における導
電性シート１６には、給電経路１００及びスイッチ１０
２を介してＤＣ電源１０４が接続され、この導電性シー
ト１６に高電圧を印加することで、後述する動作に従い
前記ウエハ１と導電性シート１６との間にクーロン力を
作用させ、ウエハ１を静電チャック１０に吸着保持する
ように構成している。

【００１３】前記静電チャック１０は、第１のサセプタ
ー２０の表面に載置固定される。この第１のサセプター
２０は例えばアルミ製であり、その表面の静電チャック
１０の周囲には、フォーカスリング２２を配設してい
る。この第１のサセプター２０は、その下面側にて第２
のサセプター２４に着脱自在に固定されている。この第
２のサセプター２４は、同様にアルミ製であり、冷却ジ
ャケット２６を内蔵することで、第１のサセプター２０
および静電チャック１０を介してウエハ１を例えば−５
０℃〜−１００℃程度に冷却している。尚、ウエハ１へ
の熱伝導性を高めるために、第１のサセプター２０，第
２のサセプター２４の間にガス例えばＨｅを導入し、さ
らに、ウエハ１と静電チャック１０との間に冷却ガス、
例えばＨｅを導入することも可能である。また、前記第
１，第２のサセプター２０，２４の側面および底面を覆
うように絶縁セラミック２８が設けられている。

【００１４】反応室を形成するためのチャンバーは、上
部チャンバー３０と下部チャンバー３２とから構成され
る。前記下部チャンバー３２は、静電チャック１０およ
びフォーカスリング２２の表面のみをチャンバー室内に
露出するように、前記絶縁セラミック２８の側面および
底面を覆う有底筒状に形成されている。一方、前記上部
チャンバー３０は、第１のサセプター２０の上面側を覆
い、かつ、下部チャンバー３２の側壁周囲を覆うように
筒状に形成され、その下端側が前記下部チャンバー３２
と連結固定されている。

【００１５】なお、前記第１のサセプター２０，第２の
サセプター２４，絶縁セラミック２８および下部チャン
バー３２には、前記静電チャック１０の穴１８と対向す
る位置に、前記プッシャーピン４０を挿通するための穴
２０ａ，２４ａ，２８ａ，３２ａがそれぞれ形成されて
いる。

【００１６】この上部チャンバー３０および下部チャン
バー３２で構成されるチャンバー室内は真空引きが可能
であり、かつ、エッチングガスが導入可能である。尚、
本実施例では、上部チャンバー３０を接地し、第１，第
２のサセプター２０，２４にＲＦ電源１０６からのＲＦ
電力を供給することによって対向電極を構成し、ＲＩＥ
方式のプラズマエッチング装置を構成している。なお、
ＲＦ電源１０６はＣＰＵ１０８によってＲＦ電力の出力
制御が成されている。また、上部チャンバー３０を接地
することで、これを静電チャツク用の他方の電極として
兼用し、プラズマ生成時にはこのプラズマを通してウエ
ハを接地することができ、前記静電チャック１２に高電
圧を印加することでいわゆるモノポール型の静電チャッ
クを構成し、ウエハ１０を静電チャツク１２上に吸着で
きる。さらに、前記ウエハ１と対向する位置であって、
前記上部チャンバー３０の外側上方にて永久磁石を回転
し、ウエハ１の近傍にその面と平行な磁場を形成するこ
とで、マグネトロンエッチング装置を構成している。そ
して、チャンバー室内を真空引きした状態にて、エッチ
ングガスを導入し、上記対向電極間にエッチングガスに
よるプラズマを生成している。さらに、ウエハ１の近傍
に水平磁場を形成することで、イオンの飛翔方向がウエ
ハ１表面に垂直となり、異方性の高いエッチングが実現
できる。

【００１７】次に、搬出手段としてのプッシャーピン４
０の構成について説明する。

【００１８】プッシャーピン４０は、その先端４２が前
記静電チャック１０の表面より上方に突出するように上
下動可能である。このプッシャーピン４０の下側の固定
端４４と、前記下部チャンバー３２との間には、ベロー
ズ４６が設けられ、プッシャーピン４０の上下動経路を
大気に対して気密構造としている。このプッシャーピン
４０の固定端４４は、上下動プレート４８に連結され、
この上下動プレート４８の駆動に伴って上下動可能であ
る。前記上下動プレート４８は、駆動源例えばパルスモ
ータ５０と結合され、このパルスモータ５０の回転力を
例えばボールねじ構造等により直線駆動力に変換し、前
記上下動プレート４８の上下動を可能としている。この
パルスモータ５０に対しては、モータ駆動部５２からの
パルスが入力され、このパルスにしたがってモータ５０
が回転駆動される。プッシャーピン４０の下死点より何
パルス後に、プッシャーピン４０の先端４２がウエハ１
に接触するか否かが予め分っており、このパルス駆動に
より先端４２がウエハ１の裏面と接触した状態にて一旦
停止され、その後ウエハ１を静電チャック１０より引き
離すように押し上げ駆動される。ここで、プッシャーピ
ン４０，固定端４４および上下動プレート４８はそれぞ
れ導電性の金属にて形成され、上下動プレート４８は接
地されている。

【００１９】前記上下動プレート４８は、開閉スイッチ
４９を介して、電気的に接地されている。ウエハ１を搬
送中は、開閉スイッチ４９は閉じて、プッシャーピン４
０およびその先端４２を接地し、ウエハ１を静電チャッ
ク１０に乗せて処理する時には、開閉スイッチ４９は開
いて、ウエハ１を電気的にグランドから切り離す。

【００２０】次に、上述したプラズマエッチング装置を
用いてのプラズマ処理方法の第一実施例を説明する。

【００２１】反応室へのウエハ１の搬入は、上部チャン
バー３０に設けられているゲートバルブ（図示せず）を
開放し、搬送アームによってウエハ１を静電チャック１
０の上方に配置する。その後、パルスモータ駆動により
プッシャーピン４０が静電チャック１０の上方に突出駆
動され、このプッシャーピン４０の先端４２にウエハ１
が載置される。その後パルスモータ５０を逆回転駆動
し、プッシャーピン４０を下方に押し下げ駆動すること
で、ウエハ１を静電チャック１０上に配置できる。この
ようにしてウエハ１のセッティングが終了した後に、Ｒ
Ｆ電源１０６から対向電極へのＲＦパワーの印加，エッ
チングガスの導入，永久磁石の回転駆動による水平磁場
の形成等により、プラズマエッチング工程（処理工程）
が開始されることになる。また、静電チャック１０の導
電性シート１６に対してＤＣ電源１０４からの高電圧を
印加し、一方、ウエハ１はプラズマを通して上部チャン
バー３０と導通するので接地させることができ、ウエハ
１，導電性シート１６間にクーロン力を作用させて静電
チャック１０表面にウエハ１を吸着保持できる。

【００２２】プラズマエッチング工程が終了すると、各
種の稼動が停止され、すなわちプラズマの生成が解除さ
れ、さらに静電チャック１０の導電性シート１６に対す
る高電圧の印加が解除される。そして、この後にプッシ
ャーピン４０の押し上げ駆動が開始され、ウエハ１を搬
送アーム（図示せず）に受け渡す位置まで押し上げる。
続いて、反応室を開き、搬送アームを反応室内に進入さ
せてプッシャーピン４０からウエハ１を受け取り、反応
室の外部へとウエハ１を搬出する。その後、反応室を閉
じて除電工程に入る。

【００２３】本実施例の除電工程は、反応室内に弱いプ
ラズマを生成させることにより行う。すなわち、プラズ
マを介して上部チャンバー３０（接地されている）と静
電チャック１０の吸着面とを導通させ、これにより吸着
面に残留する電荷を除電する。そこで、まず反応室内
を真空引きし、例えば３００Ｔｏｒｒ程の気圧下にお
く。プラズマ処理工程においては、通常１０^-2〜１０Ｔ
ｏｒｒの真空雰囲気下におくが、除電工程では弱いプラ
ズマを生成できればよいため、３００Ｔｏｒｒ程度で十
分である。次いで、ＲＦ電源１０６から対向電極へＲＦ
パワーを印加すると共に、反応室内へプラズマガスを導
入し、反応室内に弱いプラズマを生成する。ここで、弱
いプラズマとは、例えば１０⁸〜１０⁹ｃｍ^-3程度の最
小プラズマ電子密度の状態をいい、この状態を実現する
ためには、反応室の容量に依存して約１０〜１００ワッ
トのＲＦパワーを対向電極に印加すればよい。このＲＦ
パワーはＣＰＵ１０８によって制御される。なお、典型
的な反応室の容量は１〜十数リットルである。このと
き、静電チャック１０の吸着面における電場のマグニチ
ュードは、約５ＫＴｅ／ｅλｄ（λｄはデバイス長さを
示し、［ＥｏＫＴｅ／ｎｅ²］^1/2に等しい）で、１ｃ
ｍ³当たり１０⁹自由電子の密度であって１ｍｍより小
さい。この電場は約１０〜１００ボルト／ｃｍとなる。
一方、ＲＦパワーのピークは、１０〜数百ワットの範囲
内に限るべきである。不必要に大きなＲＦパワーを印加
すると、静電チャック１０の吸着面がスパッタリングさ
れ、ダメージを生ずるため好ましくない。ＲＦパワーの
印加時間としては、静電チャック１０の吸着面に残留す
る電荷を除電するのに十分な時間であればよく、実験的
には約２秒程度でこれが実現された。この印加時間を不
必要に長くした場合にも、静電チャック１０の吸着面が
ダメージを生じるため好ましくない。

【００２４】プラズマガスとしては、Ａｒ，Ｎ₂，Ｈｅ
等の不活性ガスが静電チャック１０の吸着面のダメージ
を防ぐのに好適である。一方、プラズマ処理に使用した
エッチングガスと同一のガスを用いれば、自動インピー
ダンスのマッチングを取りやすいという利点がある。一
般には、ＣＨＦ₃，ＣＦ₄，ＳＦ₆，ＨＢｒ，Ｈｃｌ，
Ｃｌ₂，Ｂｃｌ₃，ＣＦ₂Ｃｌ₃，ＳｉＦ₄，Ｏ₂，Ａ
ｒ，Ｈｅ，Ｎ₂，ＣＯ₂等のガスを使用する。

【００２５】次に、本発明方法の第２実施例を図２に基
づいて説明する。

【００２６】図２に示すプラズマエッチング装置は、載
置台２００が駆動手段２０２によって上下動する構造を
供えている。駆動手段２０２としては、油圧シリンダ、
ボールねじと回転モータ等位置制御の可能である一般的
な駆動機構が適用できる。なお、２０４は反応室内を密
閉するためのベローズである。

【００２７】本実施例においても、ウエハの搬入からプ
ラズマ処理工程，ウエハの搬出までは上述した第１実施
例と同様の手順で行う。そして、ウエハ搬出後、駆動手
段２０２を作動して載置台２００を上昇させ、載置台２
００上に設けた静電チャック１０の吸着面を上部チャン
バー３０の天井面に軽く接触させる（除電工程）。上部
チャンバー３０は接地されているため、この動作により
静電チャック１０の吸着面に残留していた電荷は上部チ
ャンバー３０側へ流れ、除電されることになる。

【００２８】次に、本発明方法の第３実施例を先の図１
の基づいて説明する。

【００２９】先に説明した通り、図１に示すプラズマエ
ッチング装置におけるプッシャーピン（搬出手段）４０
は接地されている。そこで、プラズマ処理工程が終了し
た後、ウエハ１の搬出に際して、静電チャック１０の吸
着面に載置されているウエハ１にプッシャーピン４０の
先端を軽く接触させ、数秒間放置しておくことにより除
電工程を実現することができる。すなわち、静電チャッ
ク１０の吸着面に残留していた電荷は、ウエハ１及びプ
ッシャーピン４０を介して接地側へ流れ、除電されるこ
とになる。

【００３０】なお、図２に示した駆動手段２０２を図１
のプラズマエッチング装置に組み込むことにより、プッ
シャーピン４０を固定させた構造で載置台に対してプッ
シャーピン４０を相対的に突き上げることもできる。こ
の場合には、駆動手段２０２によって載置台を下降させ
ることによりプッシャーピン４０をウエハ１に軽く接触
させることができる。

【００３１】以上、本発明の実施例を説明してきたが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能で
ある。

【００３２】例えば、ウエハの搬出後、プラズマ状態の
ガスを反応室外で生成し、該プラズマガスを静電チャッ
クの吸着面に吹き付けることによっても除電工程を実現
することができる。

【００３３】また、本発明は、モノポール型の静電チャ
ックを用いたプラズマ化学気相成長（プラズマＣＶＤ）
装置やスパッタ堆積装置等、種々のプラズマ処理装置
（静電チャックを用いたものに限る）に適用可能であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、プラズマ処理の終了後、静電チャッ
クの吸着面を除電または微小電圧に帯電するようにした
ので、繰り返しのプラズマ処理を行っても静電チャック
の強い吸着力を持続できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の第１実施例を実施するためのプラ
ズマエッチング装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明方法の第２実施例を実施するためのプラ
ズマエッチング装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１被処理体（ウエハ）１０静電チャック３０上部チャンバー４０搬出手段（プッシャーピン）２０２駆動手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内で、被処理体を静電チャックに
吸着保持した状態にてプラズマ処理する処理工程と、上記処理工程の終了した後、上記被処理体を静電チェッ
クより離脱する工程と、その後上記静電チャックの吸
着面を除電し、または、微小電圧に帯電する工程と、を具備したことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、上記除電又は帯電工程は、プラズマ処理された被処理体
を反応室から搬出した後、さらに反応室内にプラズマを
生成させて行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、上記除電又は帯電工程は、プラズマ処理された被処理体
を反応室から搬出した後、上記静電チャックの吸着面を
接地状態にある反応室の壁面等に接触させて行うことを
特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、上記除電又は帯電工程は、上記静電チャックの吸着面に
載置されている被処理体に対して接地状態にある搬出手
段を接触させ、この接触状態を除電に必要な時間だけ保
持して行うことを特徴とするプラズマ処理方法。