JPH06244146A

JPH06244146A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH06244146A
Application number: JP4999693A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Deguchi; 洋一出口; Satoshi Kawakami; 聡川上
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理体の位置ずれが発生した場合を検知し
て被処理体の破損や均一なプラズマ処理が得られなくな
る事態を未然に防止することのできるプラズマ処理装置
を提供することにある。【構成】プラズマ生成用の対向電極２０Ａ、３０の一
方に位置する静電チャック４０への電源電路９４中にこ
の電路９４を流れる電流値を検知する手段１４０を配置
し、静電チャック４０上で被処理体５０の位置ずれが発
生した際の電流値の変化に応じて冷却気体の供給源１２
０の停止およびプラズマ生成を中断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
し、特に、プラズマ処理される半導体ウエハ等の被処理
体を固定保持するために用いられる静電チャックに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、プラズマエッチング装置
等を用いる半導体素子製造プロセスでは、そのプロセス
を実行される半導体ウエハ等の被処理体を所定の位置に
保持させておく必要がある。このため、例えば、真空雰
囲気下で行なわれるプラズマ処理が行われる平行平板型
のプラズマエッチング装置の場合でいうと、被処理体は
対向する電極の一方側に位置する載置台上で静電チャッ
クにより固定されるようになっている。

【０００３】この静電チャックは、絶縁層を介して対向
配置された被処理体と電極との間に電圧を与えることで
被処理体と電極とに正・負の電荷を生じさせ、この間に
働くクーロン力によって被処理体を吸着保持することを
原理としている。

【０００４】そしてこの種、静電チャックの構造として
は、例えば、金属製のチャック本体と被処理体との間に
静電吸着シートを配置したものがある。静電吸着シート
は、例えば、２枚のポリイミド等の絶縁性材料の間に銅
等の導電性シートを電極部として介在させて構成されて
いる。

【０００５】一方、この種の装置では、例えば、プラズ
マエッチング装置に用いられる載置台においては、エッ
チング特性を向上させるために被処理体が所定温度に維
持されるようになっている。このため、載置台には冷却
等の温調部が内蔵されており、温調部からの熱を載置台
および静電チャックを介して帆処理体に伝達するように
なっている。

【０００６】しかしながら、このような構造では、載置
台上に位置する静電チャックと被処理体との間の吸着関
係は良好に得られる反面、実際の半導体ウエハと絶縁性
の静電吸着シートとの接触面積は僅かである場合が多
く、熱伝達特性を良好に得ることができなかった。そこ
で、従来では、静電チャックの静電吸着シートに多数の
開口を形成し、この開口を介して被処理体と静電吸着シ
ートとの間に例えばＨｅガス等の気体を充填することが
行なわれている。このような気体の充填によって、被処
理体との間の熱伝達を均一化させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】しかし、被処理体と
静電吸着シートとの間へ気体を充填させる場合、特に、
被処理体が静電チャックよりも大きい径に設定されてい
る場合には次のような問題があった。

【０００８】すなわち、静電チャックの静電吸着シート
上で被処理体の位置ずれが発生した場合には、静電吸着
シートの一部が露出する。このため、露出した静電吸着
シートに対し、プラズマを通してプラズマダメージが発
生してしまい、静電吸着シートが絶縁破壊されてしま
う。従って、静電吸着シートの帯電特性が低下して被処
理体の静電吸着を維持することができなくなる。このた
め、被処理体は静電チャックの開口から流れ出すＨｅガ
ス等の気体によって押し動かされ易くなり、所謂、背圧
によって弾き飛ばされ易くなる。この結果、被処理体は
気体の背圧の強さによっては静電チャックの側方に飛ば
されて破損することがある。

【０００９】このような状態は静電チャックの側部に位
置するフォーカスリングの高さによっても影響される。
すなわち、フォーカスリングの高さが静電チャックより
も高い場合には被処理体が弾かれたときに突き当たり、
気体が流出している間、衝突を繰り返して、所謂、ばた
つきを生じることがある。また、フォーカスリングの高
さが静電チャックよりも低い場合にはリング上を飛び越
えて撥ね飛ばされてしまう虞れがある。

【００１０】しかも、このような被処理体の位置ずれに
より静電チャックが露出した場合には、静電チャック側
から吐出される気体によってプラズマ生成のための雰囲
気条件が変化してしまい、均一なプラズマ処理のための
条件が得られなくなってしまう。

【００１１】さらに、このプラズマ生成空間から被処理
体が外れてしまうことによって、均一なプラズマ生成空
間に被処理体が位置していないことによって、被処理体
への均一なエッチング処理が行えなくなる虞れもある。

【００１２】そこで本発明の目的は、上記従来のプラズ
マ処理装置における問題に鑑み、被処理体の位置ずれが
発生した場合を検知して被処理体の破損や均一なプラズ
マ処理が得られなくなる事態を未然に防止することので
きるプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１３】

【問題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、載置台上に設けられた静電
チャックにより半導体ウエハ等の被処理体を吸着保持す
るとともに、吸着保持されている被処理体の裏面に熱伝
達用気体を充填する構造を備えたプラズマ処理装置にお
いて、上記静電チャックへの給電路途中に設けられた電
流検知手段と、上記静電チャックによる被処理体の吸着
保持後に、上記電流検知手段からの検知信号が所定値以
上であるとき若しくは所定値が一定時間継続したときに
少なくともプラズマ処理を停止制御する制御部と、を備
えていることを特徴としている。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のプ
ラズマ処理装置において、上記電流検知手段は、静電チ
ャックを一方に含むプラズマ生成用の電極間で、静電チ
ャック上の被処理体の位置ずれに応じて電荷に移動が生
じた場合の電流の変化を検知する構成とされていること
を特徴としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１記載のプ
ラズマ処理装置において、上記制御部は、ＲＦ電力およ
び静電チャックへの電源供給態位と充填気体の供給態位
とを制御対象とし、プラズマ処理を停止する場合、少な
くとも、プラズマ生成用および静電チャック用の電源電
路を遮断する前に充填気体の供給を停止することを特徴
としている。

【００１６】

【作用】本発明では、上部電極および下部電極で構成さ
れるプラズマ処理装置において、一方の電極への電路と
して、ＲＦ電源電路と一方の電極に位置する静電チャッ
クへの電源電路が設けられている。そして、静電チャッ
クへの電源電路中には、静電チャックに流れる電流を検
知する電流検知手段が設けられている。この電流検知手
段は、静電チャックに向けて流れる電流値の変化を検知
する。従って、静電チャックとこれに対向する電極との
間がプラズマを介して短絡した場合の電流値を検知する
ことで短絡の原因である静電チャック上での被処理体の
位置ずれを検知することができる。

【００１７】そして、本発明では、静電チャック上での
被処理体の位置ずれが検知された場合には、少なくとも
プラズマ生成用および静電チャック用の電源電路を遮断
する前に充填気体の供給を停止する。従って、静電チャ
ック上で位置がずれた被処理体は吸着保持されないで充
填気体の背圧により弾き飛ばされようとする現象を防止
される。

【００１８】

【実施例】以下、図１乃至図３において、本発明実施例
の詳細を説明する。

【００１９】図１は、本発明実施例によるプラズマ処理
装置の要部構成を示す断面図である。

【００２０】プラズマ処理装置１０は、上部電極をなす
チャンバ２０と下部電極をなす第１のサセプタ３０およ
び第２のサセプタ３２と静電チャック４０とを主要構成
として備えている。

【００２１】チャンバ２０は、下部を開放した筒状の上
部チャンバ２０Ａとこのチャンバ２０Ａの下部に固定さ
れている有底筒状の下部チャンバ２０Ｂとで構成され、
内部が真空引き可能で、かつ、エッチングガスを導入さ
れる空間とされている。また、下部チャンバ２０Ｂに
は、内部にセラミックス製の有底筒体からなる断熱体２
２が装填されている。

【００２２】そして、この断熱体２２の内部には第１、
第２のサセプタ３０、３２が配置されている。

【００２３】第１、第２のサセプタ３０、３２は、上下
に積層配置されたアルミニュウム等の導電体かつ熱良導
体で形成されている。第２のサセプタ３２には、その外
周に冷却ジャケット３２Ａが形成され、この冷却ジャケ
ット３２Ａを循環する冷却媒体により、第１のサセプタ
３０および後述する静電チャック４０を介して被処理体
である半導体ウエハ５０を−５０゜Ｃ〜−１００゜Ｃ程
度に冷却するようになっている。

【００２４】一方、第１のサセプタ３０の上部表面には
静電チャック４０が載置固定されている。この静電チャ
ック４０は、第１のサセプタ３０の上面に配置されてい
るフォーカスリング６０に形成された孔内に配置されて
いる。そして、静電チャック４０は、上下２枚の絶縁層
としてのポリイミドシート４２、４４の間に例えば銅等
の導電性シート４６を介在配置することにより構成され
ている。

【００２５】また、静電チャック４０には、厚さ方向に
貫通する３つの孔４０Ａ（図では２つのみ示されてい
る）が形成され、この孔４０Ａには、半導体ウエハ５０
を載置案内するためのプッシャピン７０が挿通されてい
る。

【００２６】プッシャピン７０は導電性部材で構成さ
れ、静電チャック４０および第１、第２のサセプタ３
０、３２に形成された貫通孔に挿入されて昇降自在に設
けられている。そして、上昇した場合には、その先端が
静電チャック４０の上方に突出して半導体ウエハ５０を
載置した状態で突き上げることができる。このプッシャ
ピン７０の下端７０Ａは、昇降プレート７２に固定さ
れ、昇降プレート７２の変位に応じ、図において上下動
することができる。本実施例の場合、プッシャピン７０
の下端７０Ａと下部チャンバ２０Ｂとの間にはベローズ
７４が設けてあり、プッシャピン７０の昇降通路が大気
に対して気密構造に構成されている。

【００２７】また、プッシャピン７０を上下動させる昇
降プレート７２は、例えば、駆動源をなすパルスモータ
７６と連結され、パルスモータ７６の回転力が、例え
ば、ボールネジ等の伝達部材を介して直線駆動力に変換
されたうえで上下動することができるようになってい
る。このため、パルスモータ７６に対しては、モータ駆
動部７８からのパルスが入力され、このパルスに応じて
回転駆動されるようになっている。なお、このプッシャ
ピン７０は、連結されている昇降プレート７２を介して
接地されるようになっている。

【００２８】一方、上部チャンバ２０Ａおよび下部チャ
ンバ２０Ｂは、内部が真空引きされるとともにエッチン
グガスの導入が可能な空間によりプラズマ処理空間を構
成している。このため、本実施例では、上部チャンバ２
０Ａを接地し、第１、第２のサセプタ３０、３２に対し
てはＲＦ電源８０からスイッチ８２を介してＲＦ電力を
供給するための電源電路８４が接続されることによりＲ
ＩＥ方式のプラズマエッチング装置が構成されている。
また、上部チャンバ２０Ａが接地されることで、これを
静電チャッ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半導体ウエハ５０を接地
することができる。

【００２９】さらに、静電チャック４０には、導電性シ
ート４６に対し、直流高圧電源９０からスイッチ９２を
介して、例えば２ＫＶ程度の直流電圧を供給するための
電源電路９４が接続されている。従って、導電性シート
４６に対して高電圧が供給されることにより、所謂、モ
ノポール型の静電チャックが構成されることになり、半
導体ウエハ５０を静電チャック４０上に吸着保持するこ
とが可能になる。

【００３０】また、半導体ウエハ５０を吸着保持する静
電チャック４０およびこの静電チャック４０を載置して
いる第１、第２のサセプタ３０、３２には、プッシュピ
ン７０の挿通孔と平行して複数の気体導入路１００が設
けてある。この気体導入路１００は、パイプ１１０を介
してポンプ１２０に接続され、静電チャック４０の半導
体ウエハ載置面にＨｅガス等の気体を吐出させて半導体
ウエハ５０との間にその気体を充填するようになってい
る。

【００３１】また、本実施例では、図示しないが、半導
体ウエハ５０と対向する位置で、かつ、上部チャンバ２
０Ａの外側上方に永久磁石を回転可能に配置し、この永
久磁石を回転させて半導体ウエハ５０の近傍にその面と
平行な磁場を形成することによりマグネトロンエッチン
グ装置を構成することも可能である。

【００３２】ところで、第１、第２のサセプタ３０、３
２および静電チャック４０への電源電路８４、９４は、
後述する制御部１３０によって断続制御されるようにな
っている。

【００３３】すなわち、この制御部１３０は、例えば、
演算制御可能なマイクロコンピュータにより主要部を構
成されている。そして、制御部１３０の入力側には、本
実施例に関係するものとして電流検知手段１４０が、ま
た出力側には、上記電源電路８４、９４に位置するスイ
ッチ８２、９２さらにはポンプ１２０の駆動部（図示さ
れず）が、図示しないＩ／Ｏインターフェースを介して
それぞれ接続されている。

【００３４】電流検知手段１４０は、静電チャック４０
の電源電路９４に設けられている安定化抵抗９４Ａに並
列接続された電流計で構成され、電源電路９４を流れる
電流値を検知して図示しないＡ／Ｄ変換器を介して制御
部１３０に出力するようになっている。

【００３５】制御部１３０では、次の処理が実行され
る。すなわち、静電チャック４０と半導体ウエハ５０と
で構成される対向電極およびこの対向電極の一方に高電
圧を供給する電源電路９４を含む電源回路は、図２に示
す等価回路で表わされる。

【００３６】この回路から明らかなように、半導体ウエ
ハ５０と静電チャック４０とはコンデンサを構成してい
るとみなすことができる。つまり、半導体ウエハ５０が
静電チャック４０上で正規に吸着されている場合には、
上記コンデンサを構成する電極間での電荷の移動は生じ
ない。これに対してコンデンサの電極間で電荷の移動が
生じた場合には電源電路９４に流れる電流値が変化する
ことになる。そして、電流値が変化する機会の一つとし
ては、プラズマを通じて静電チャック４０と上部チャン
バ２０Ａとが短絡したときが挙げられる。従って、静電
チャック４０上での半導体ウエハ５０の位置が正規の位
置から外れて、所謂、静電チャック４０の一部が露出し
た場合には、静電チャック４０がプラズマと短絡するこ
とになり、このときの電流値を検知することで半導体ウ
エハ５０の位置ずれを検知することが可能になる。上述
した電流値が変化する別の機会としては、両電極間に電
位差があるときに相当する静電チャック４０へ半導体ウ
エハ５０を吸着させるときおよびＲＦ電力の供給時があ
る。

【００３７】そこで、制御部１３０では、静電チャック
４０への通電開始による半導体ウエハ５０の吸着保持後
に電流検知手段１４０からの電流値を所定の電流値を比
較する。そして、検知された電流値が、図３（Ａ）に示
すように、所定値（Ｉ0 ）以上に達した場合あるいは、
図３（Ｂ）に示すように、所定値（Ｉ1 ）の状態が一定
時間（Ｔ）継続した場合に半導体ウエハ５０の位置ずれ
が生じたと判断して各電源電路８４、９４のスイッチ８
２、９２を断状態に切り換えると同時若しくはこの切り
換え前にポンプ１２０を停止させる。

【００３８】上記所定値は、いずれも半導体ウエハ５０
の位置ずれによりプラズマを通して電極間が短絡したこ
とを判別するための条件であるので、例えば、静電チャ
ック４０に形成されている気体導入路１００の一部が露
出したときに得られる電流値を用いることが考えられ
る。また、短絡していることを電流の流れている時間で
判別することも可能であるので、この場合には、予め設
定されている閾値に相当する電流が一定時間継続して流
れていることを基準とすることが可能である。後者の場
合には、前者の場合の電流値よりも低い値に設定するこ
とが必要である。これは、一定時間を経過した場合のプ
ラズマダメージが発生するのを抑えるためとこのような
プラズマダメージが増大する前に半導体ウエハ５０の位
置ずれを検知できるようにすることが必要である。

【００３９】電流値の比較を開始する時期として、半導
体ウエハ５０の吸着保持後としたのは次の理由による。
すなわち、前述したように、コンデンサの電極間で電流
が流れるのは、静電チャック上で半導体ウエハ５０がず
れているときだけでなく、半導体ウエハ５０を吸着する
ために高圧電源９０から静電チャック４０に対して高電
圧が供給された場合があり、この機会と混同させないた
めである。また、このような電流が流れる機会として
は、プラズマ生成のためのＲＦ電力を供給した場合があ
る。いずれにしても、プラズマ処理に係るシーケンスに
よるものの、半導体ウエハ５０が気体の背圧により弾か
れない状態を設定してからでなければプラズマ生成を行
なううえで好ましくない。このような理由から、半導体
ウエハ５０の吸着がプラズマ生成よりも先に行なわれる
のが現実的であるので、上記比較時期の設定が妥当と思
われる。さらに、上記電流の所定値としては、例えば、
半導体ウエハ５０の位置ずれの量に応じて複数段階設定
しても良い。

【００４０】次に作用について説明する。

【００４１】チャンバ２０内に搬入された半導体ウエハ
５０は、プッシャーピン７０に載置される。プッシャー
ピン７０は接地されているので、半導体ウエハ５０が除
電された状態となっている。この状態で静電チャック４
０の導電性シート４６に対し、スイッチ９２がオンされ
ることにより直流高圧電源９２から高電圧が供給され
る。これにより導電性シート４６が正に帯電する。そし
て、パルスモータ７６が駆動されることによりプッシャ
ーピン７０が下降する。このとき、半導体ウエハ５０は
プッシャーピン７０を介して除電されているので、導電
性シート４６との間にクーロン力が作用し、静電チャッ
ク４０に載置されると同時に吸着保持される。

【００４２】このとき、電流検知手段１４０に流れる電
流値は、図３に示した通りである。

【００４３】そして、静電チャック４０上に吸着保持さ
れた半導体ウエハ５０は、裏面からＨｅガス等の冷却気
体の背圧を受けることになるが、すでに静電チャック４
０により吸着保持されているので、位置ずれしない状態
にされる。

【００４４】そして、予め、真空引きしてあるチャンバ
ー２０内にエッチングガスを導入し、電源電路８４のス
イッチ８２をオンすると、ＲＦ電源８０からＲＦ電力が
供給されてプラズマが生成されることでエッチング処理
を開始する。このときの電流検知手段１４０に流れる電
流値は図３に示すとおりである。

【００４５】一方、このようにしてプラズマが生成され
た後に電流検知手段１４０により検知された電流値が所
定値以上に達した場合あるいは、所定値が一定時間継続
した場合には、制御部１３０は、半導体ウエハ５０に位
置ずれが発生していると判断する。そして、制御部１３
０は、すくなくとも、各電源電路８４、９４に配置され
ているスイッチ８２、９２をオフに切り換えるよりも先
にポンプ１２０を停止させる。

【００４６】従って、半導体ウエハ５０の位置がずれる
とプラズマを通して静電チャック４０の絶縁破壊が生
じ、静電チャック４０による半導体ウエハ５０の吸着保
持が不能になり、冷却気体の背圧によって半導体ウエハ
５０が弾き飛ばされようとする。しかし、冷却気体の供
給が停止されることにより半導体ウエハ５０への背圧が
なくなるので、弾かれるような事態が防止されることに
なる。また、プラズマの生成の中断されるので、静電チ
ャック４０へのプラズマダメージも極力抑えられること
になる。

【００４７】なお、本実施例では、単に、半導体ウエハ
５０の位置ずれに対して、これを弾き飛ばす要因および
静電チャック４０へのプラズマダメージを増加させる要
因を対象として制御した場合を説明したが、例えば、こ
れら要因である冷却気体の供給停止およびプラズマ生成
の中断に加えて、これら異常事態を警告するようにして
も良い。さらに、上記方向切り換え弁をバタフライ弁に
置き換えることも可能であり、この場合には、給気側と
排気側との通路での圧力差を利用して通路を選択できる
ように構成すればよい。

【００４８】また、本発明は、上記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。

【００４９】例えば、本発明を、モノポール型の静電チ
ャックを用い、被処理体と静電チャックとの間にＨｅガ
ス等の冷却気体を供給して熱伝達を行う他の装置、例え
ば、プラズマＣＶＤ装置やスパッタ堆積装置等、種々の
プラズマ処理装置に適用することが可能である。

【００５０】さらに、制御部を電流検知手段に兼用させ
ることも可能である。この場合には、例えば、所定値を
基準としてオン／オフ制御可能なスイッチで構成するこ
とも可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、静電チャ
ック用対向電極の一方に接続されている電源電路中に、
この電路を流れる電流値を検知する電流検知手段を設け
たので、対向電極の一方に吸着される半導体ウエハ等の
被処理体の位置ずれが生じた場合を電流の変化として検
知することができる。従って、対向電極の一方に位置す
る静電チャックと他方の電極との間に生成されるプラズ
マを通して静電チャックの絶縁破壊が生じた場合には、
被処理体への背圧をなくし、被処理体が弾き飛ばされて
破損されるような事態を未然に防止することが可能にな
る。

【００５２】また本発明によれば、被処理体の位置ずれ
を速やかに検知してプラズマ生成を中断することによ
り、均一なプラズマ処理が中断される期間を少なくして
歩留まりの低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例によるプラズマ処理装置の要部を
示す断面図である。

【図２】図１に示した制御部の動作原理を説明するため
の回路図である。

【図３】図１に示した制御部の作用を説明するための線
図であり、（Ａ）は検知された電流値が所定値以上に達
する場合の状態を、そして（Ｂ）は検知された電流値が
一定時間継続する場合の状態をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１０プラズマ処理装置２０チャンバ３０第１のサセプタ３２第２のサセプタ４０静電チャック４２、４４ポリイミドシート４６導電性シート５０被処理体をなす半導体ウエハ８０ＲＦ電源８２スイッチ８４ＲＦ電源電路９０直流電源９２スイッチ９４静電チャックへの電源電路１００気体導入路１２０ポンプ１３０制御部１４０電流検知手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】載置台上に設けられた静電チャックによ
り半導体ウエハ等の被処理体を吸着保持するとともに、
吸着保持されている被処理体の裏面に熱伝達用気体を充
填する構造を備えたプラズマ処理装置において、上記静電チャックへの給電路途中に設けられた電流検知
手段と、上記静電チャックによる被処理体の吸着保持後に、上記
電流検知手段からの検知信号が所定値以上であるとき若
しくは所定値が一定時間継続したときに少なくともプラ
ズマ処理を停止制御する制御部と、を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、上記電流検知手段は、静電チャックを一方に含むプラズ
マ生成用の電極間で、静電チャック上の被処理体の位置
ずれに応じて電荷に移動が生じた場合の電流の変化を検
知する構成とされていることを特徴とするプラズマ処理
装置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、上記制御部は、ＲＦ電力および静電チャックへの電源供
給態位と充填気体の供給態位とを制御対象とし、プラズ
マ処理を停止する場合、少なくとも、プラズマ生成用お
よび静電チャック用の電源電路を遮断する前に充填気体
の供給を停止することを特徴とするプラズマ処理装置。