JP7519877B2 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
例えば下記特許文献１には、静電チャックに吸着された被吸着物を速やかに離脱するために、不活性ガスのプラズマを用いて静電チャックに吸着されたウェハの残留電荷を除去する際に、チャック電極に除電電圧を印加する技術が開示されている。除電電圧は、プラズマ印加時のウエハのセルフバイアス電位に相当する電圧である。
特開２００４－４７５１１号公報
本開示は、プラズマ処理中の基板の過剰な帯電を抑制することができるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。
本開示の一側面は、プラズマ処理方法であって、工程ａ）、工程ｂ）、および工程ｃ）を含む。工程ａ）では、基板吸着部に設けられた電極に電圧を供給することにより、基板吸着部の上面に基板を吸着させる。工程ｂ）では、基板吸着部の電極に供給される電圧が安定した後に、電極への電圧の供給を遮断することにより、電極をフローティング状態にする。工程ｃ）では、基板吸着部の電極に供給される電圧が安定した後に、プラズマにより、基板吸着部に吸着されている基板の表面に予め定められた処理が施される。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、プラズマ処理中の基板の過剰な帯電を抑制することができる。
図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２は、基板を吸着させる際の等価回路の一例を示す図である。 図３は、比較例におけるプラズマ処理時の等価回路の一例を示す図である。 図４は、本実施形態におけるプラズマ処理時の等価回路の一例を示す図である。 図５は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、本開示の第１の実施形態における制御過程の一例を示すタイムチャートである。 図７は、プラズマ処理後の基板の残留電荷の一例を示す図である。 図８は、プラズマ処理後の基板に付着したパーティクルの数の一例を示す図である。 図９は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す図である。 図１０は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。
以下に、開示されるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。
ところで、プラズマ処理の前には、基板の吸着処理が行われる。吸着処理では、基板と基板を吸着する基板吸着部との間に予め定められた大きさの静電気力が発生するように、基板吸着部内の電極に予め定められた大きさの直流電圧が供給される。しかし、プラズマ処理中には、基板にセルフバイアスが発生する。そのため、プラズマ処理中には、基板と基板吸着部との間の静電気力の強さが予め定められた強さからセルフバイアス分変動し、弱くなると基板が基板吸着部からずれやすくなり、強くなると下記に示すリスクが発生する。
基板と基板吸着部との間の静電気力が強くなると、基板と基板吸着部との間の摩擦力が大きくなる。これにより、基板と基板吸着部との間の熱膨張率の差に伴って基板と基板吸着部との間の摩擦により発生するパーティクルの量が増加する場合がある。また、プラズマ処理中に発生するセルフバイアスにより基板が帯電すると、発生したパーティクルが基板に付着しやすくなる。また、基板と基板吸着部との間の静電気力が強くなると、処理後の基板をリフトピン等により基板吸着部から離す場合に、基板が跳ね上がったり基板が割れたりする場合がある。
そこで、本開示は、プラズマ処理中の基板の過剰な帯電を抑制することができる技術を提供する。
（第１の実施形態）
［プラズマ処理装置１００の構成］
図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置１００の一例を示す図である。プラズマ処理装置１００は、装置本体１および制御部２を含む。装置本体１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０、および排気システム４０を含む。また、装置本体１は、基板支持部１１およびガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置されている。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置されている。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（Ceiling）の少なくとも一部を構成する。
プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ、および基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３および基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部１１は、本体部１１１およびリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域である基板支持面１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域であるリング支持面１１１ｂとを有する。基板Ｗはウエハと呼ばれることもある。本体部１１１のリング支持面１１１ｂは、平面視で本体部１１１の基板支持面１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１のリング支持面１１１ｂ上に配置されている。
本体部１１１は、静電チャック１１１０および基台１１１１を含む。静電チャック１１１０は、基板吸着部の一例である。基台１１１１は、導電性部材を含む。基台１１１１の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１１０は、基台１１１１の上に配置されている。静電チャック１１１０の上面は、基板支持面１１１ａである。静電チャック１１１０には、電極１１１０ａが設けられている。電極１１１０ａには、スイッチ１１３を介して直流電源１１４が接続される。静電チャック１１１０は、スイッチ１１３を介して直流電源１１４から供給される直流電圧によって、基板支持面１１１ａにクーロン力等の静電力を発生させる。これにより、静電チャック１１１０は、基板支持面１１１ａの上に配置された基板Ｗを吸着する。
リングアセンブリ１１２は、１または複数の環状部材を含む。１または複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック１１１０、リングアセンブリ１１２、および基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
また、静電チャック１１１０および基台１１１１には、静電チャック１１１０および基台１１１１を貫通するように、図示しない複数（例えば３本）のリフトピンが設けられている。複数のリフトピンは、静電チャック１１１０および基台１１１１を貫通するように上下に移動可能である。プラズマ処理が終了した基板Ｗは、リフトピンにより持ち上げられ、図示しないロボットアーム等の搬送装置によってプラズマ処理チャンバ１０内から搬出される。
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、および複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１または複数の開口部に取り付けられる１または複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Side Gas Injector）を含んでもよい。
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１および少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、対応するガスソース２１から対応する流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成されている。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラまたは圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調またはパルス化する１またはそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ（Radio Frequency）電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号を、基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に供給するように構成されている。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１またはそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａおよび第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号を生成するように構成される。ソースＲＦ信号は、ソースＲＦ電力と呼んでもよい。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数の信号を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１または複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方に供給される。
第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号は、バイアスＲＦ電力と呼んでもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の信号を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１または複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つはパルス化されてもよい。
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ（Direct Current）電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａおよび第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。他の実施形態において、第１のＤＣ信号は、静電チャック１１１０内の電極１１１０ａのような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１および第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つはパルス化されてもよい。なお、第１のＤＣ生成部３２ａおよび第２のＤＣ生成部３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁および真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部２は、本開示において述べられる種々の工程を装置本体１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するように装置本体１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部または全部が装置本体１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部２ａ１、記憶部２ａ２、および通信インターフェイス２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェイス２ａ３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介して装置本体１との間で通信を行う。
［基板Ｗの吸着処理］
基板Ｗにプラズマ処理が施される場合、基板Ｗがプラズマ処理チャンバ１０内に搬入される。そして、静電チャック１１１０の上に基板Ｗが配置された後、吸着処理が実行されることにより、基板Ｗが基板支持面１１１ａに吸着される。吸着処理では、スイッチ１１３がオン（導通状態）にされ、予め定められた大きさの直流電圧がスイッチ１１３を介して直流電源１１４から静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに供給される。そして、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓ内に処理ガスが供給され、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方にＲＦソース信号が供給される。なお、プラズマ処理空間１０ｓ内に供給されるガスは、アルゴンガス等の不活性ガスであってもよい。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成され、例えば図２に示されるような閉回路が形成される。
図２に示されるように、基板Ｗと電極１１１０ａとの間には、容量Ｃ0の容量成分１１５が存在する。また、基板Ｗには、プラズマによりセルフバイアスＶdc0が発生する。ここで、吸着処理ではプラズマを介して閉回路を形成するためにプラズマが生成されるが、プラズマにより発生するセルフバイアスＶdc0が大きすぎると、処理ガスを用いたプラズマによる本来の処理を行う前に、吸着処理で基板Ｗがダメージを受ける場合がある。そのため、吸着処理では、セルフバイアスＶdc0が小さい、弱いプラズマが生成される。
直流電源１１４から供給される直流電圧をＶ0、容量成分１１５にチャージされる電荷をＱ0とすると、容量成分１１５により基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆ0は、セルフバイアスＶdc0がＶ0に対して無視できるほど小さいため、例えば下記の式（１）のように表される。
Figure 0007519877000001
上記式（１）において、ｋは定数であり、ｒは基板Ｗと電極１１１０ａとの間の距離である。なお、電極１１１０ａに供給される直流電圧Ｖ0は、静電気力Ｆ0が予め定められた大きさとなる値に予め設定される。
［比較例における基板の帯電］
ここで、スイッチ１１３をオン（導通状態）にしたままプラズマ処理を行った場合の比較例について説明する。図３は、比較例におけるプラズマ処理時の等価回路の一例を示す図である。
基板Ｗに対するプラズマ処理が開始されると、吸着処理におけるセルフバイアスＶdc0よりも大きなセルフバイアスＶdc1が発生する。また、プラズマ処理が開始されると、プラズマの影響を受けて基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の吸着状態が変化し、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に容量成分１１５の容量がＣ1に変化する。また、プラズマ処理が開始されると、プラズマの影響を受けて基板Ｗの温度や静電チャック１１１０の表面の状態が変化し、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの接触面の状態が変化する。これにより、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に容量Ｃ2の容量成分１１６や抵抗値ＲCの抵抗成分１１７が発生する。
容量成分１１５に溜まる電荷Ｑ1、容量成分１１６に溜まる電荷Ｑ2は、例えば下記の式（２）のように表される。なお、プラズマ処理中の容量成分１１５の容量Ｃ1は、吸着処理時の容量成分１１５の容量Ｃ0とほぼ同じ大きさである。
Figure 0007519877000002
ここで、吸着処理時に容量成分１１５に溜まる電荷Ｑ0はＣ0Ｖ0であるため、上記の式（２）を参照すると、プラズマ処理時には、セルフバイアスＶdc1の影響により、吸着処理時に溜まる電荷Ｑ0よりも大きな電荷Ｑ1およびＱ2が基板Ｗに溜まっている。これにより、プラズマ処理中にプラズマ処理空間１０ｓ内で発生したパーティクルが基板Ｗに引き寄せられやすくなる。
また、容量成分１１５および容量成分１１６により基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆは、例えば下記の式（３）のように表される。
Figure 0007519877000003
ここで、容量成分１１６の容量Ｃ2は、容量成分１１５の容量がＣ1に対して無視できるほど小さいため、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆは、例えば下記の式（４）のように近似できる。
Figure 0007519877000004
上記式（４）と前述の式（１）とを比較すると、プラズマ処理時の静電気力Ｆは、セルフバイアスＶdc1の影響により、吸着処理時の静電気力Ｆ0よりも大きくなっている。そのため、比較例では、プラズマ処理時に、基板Ｗと静電チャック１１１０との間の吸着力が過大になっていると考えられる。なお、セルフバイアスＶdc1は、プラズマ処理の状態により変動するため、セルフバイアスＶdc1を加味した大きさの直流電圧Ｖ0を予め正確に設定することは難しい。
基板Ｗと静電チャック１１１０との間の吸着力が過大になると、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の摩擦力が大きくなる。これにより、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の熱膨張率の差に伴って基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の摩擦により発生するパーティクルの量が増加する場合がある。また、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の吸着力が過大になると、プラズマ処理後の基板Ｗをリフトピン等により基板支持面１１１ａから離す場合に、基板Ｗが跳ね上がったり基板Ｗが割れたりする場合がある。
［本実施形態における基板の帯電］
図４は、本実施形態におけるプラズマ処理時の等価回路の一例を示す図である。本実施形態では、吸着処理において静電チャック１１１０の電極１１１０ａに供給される電圧が安定した後に、スイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされ、プラズマ処理が実行される。スイッチ１１３がオフにされることにより、電極１１１０ａはフローティング状態となる。
本実施形態においても、基板Ｗに対するプラズマ処理が開始されると、吸着処理におけるセルフバイアスＶdc0よりも大きなセルフバイアスＶdc1が発生する。また、プラズマ処理が開始されると、プラズマの影響を受けて基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の吸着状態が変化し、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に容量成分１１５の容量がＣ1に変化する。また、プラズマ処理が開始されると、プラズマの影響を受けて基板Ｗの温度や静電チャック１１１０の表面の状態が変化し、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に容量Ｃ2の容量成分１１６や抵抗値ＲCの抵抗成分１１７が発生する。
ここで、本実施形態では、スイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされる。そのため、吸着処理時に容量成分１１５に溜まった電荷Ｑ0と、プラズマ処理時に容量成分１１５に溜まる電荷Ｑ1’および容量成分１１６に溜まる電荷Ｑ2’との間には、電荷保存則により以下の式（５）に示す関係が成り立つ。
Figure 0007519877000005
また、プラズマ処理時に容量成分１１５に溜まる電荷Ｑ1’および容量成分１１６に溜まる電荷Ｑ2’は、それぞれ下記の式（６）のように表される。
Figure 0007519877000006
プラズマ処理中の電極１１１０ａの電圧Ｖaとすると、上記の式（５）および（６）から、電圧Ｖaは、例えば下記の式（７）のように表される。
Figure 0007519877000007
また、上記の式（６）および（７）から、プラズマ処理時に容量成分１１５に溜まる電荷Ｑ1’および容量成分１１６に溜まる電荷Ｑ2’は、それぞれ下記の式（８）のように表される。
Figure 0007519877000008
上記の式（５）および（８）を参照すると、プラズマ処理時であっても、基板Ｗには、セルフバイアスＶdc1の大きさに関わらず、吸着処理時に溜まる電荷Ｑ0と同等の電荷が溜まっている。このように、本実施形態では、プラズマ処理時にスイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされ、電極１１１０ａがフローティング状態となることにより、プラズマ処理中において基板Ｗの過剰な帯電が抑制される。そのため、プラズマ処理中にプラズマ処理空間１０ｓ内で発生したパーティクルが基板Ｗに引き寄せられることを抑制することができる。
また、容量成分１１５および容量成分１１６により基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆ’は、例えば下記の式（９）のように表される。
Figure 0007519877000009
ここで、容量成分１１６の容量Ｃ2は、容量成分１１５の容量がＣ1に対して無視できるほど小さいため、基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆ’は、例えば下記の式（１０）のように近似できる。
Figure 0007519877000010
容量成分１１５の容量Ｃ1は、吸着処理時の容量成分１１５の容量Ｃ0とほぼ同じである。そのため、上記の式（１）および式（１０）を参照すると、プラズマ処理時であっても、基板Ｗには、セルフバイアスＶdc1の大きさに関わらず、吸着処理時に基板Ｗと電極１１１０ａとの間に発生する静電気力Ｆ0と同等の静電気力Ｆ’が発生する。
このように、本実施形態では、プラズマ処理時にスイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされ、電極１１１０ａがフローティング状態となることにより、プラズマ処理中において基板Ｗと電極１１１０ａとの間に過剰な静電気力が発生することが抑制される。これにより、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の摩擦力の増大が抑制され、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の熱膨張率の差に伴って基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の摩擦により発生するパーティクルが抑制される。また、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の吸着力の増大が抑制されるため、プラズマ処理後の基板Ｗをリフトピン等により基板支持面１１１ａから離す場合に、基板Ｗが跳ね上がったり基板Ｗが割れたりすることを抑制することができる。
［プラズマ処理方法］
図５は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。例えば、静電チャック１１１０上に処理前の基板Ｗが配置されることにより、図５に例示された処理が開始される。図５に例示された各処理は、制御部２が装置本体１の各部を制御することにより実現される。以下では、図６に示されるタイムチャートを参照しながら説明を行う。
まず、吸着処理が実行される（Ｓ１０）。ステップＳ１０は、工程ａ）の一例である。ステップＳ１０では、例えば図６のタイミングｔ1において、スイッチ１１３がオン（導通状態）にされ、予め定められた大きさの直流電圧がスイッチ１１３を介して直流電源１１４から電極１１１０ａに供給される。そして、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓ内に処理ガスが供給され、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方にＲＦソース信号が供給される。なお、プラズマ処理空間１０ｓ内に供給されるガスは、アルゴンガス等の不活性ガスであってもよい。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成され、例えば図２に示されるような閉回路が形成される。そして、基板Ｗと電極１１１０ａとの間の容量成分１１５に溜まった電荷Ｑ0に起因する静電気力Ｆ0により、基板Ｗが基板支持面１１１ａに吸着される。
次に、電極１１１０ａに供給される直流電圧が安定した後のタイミングｔ2（図６参照）において、スイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされることにより、電極１１１０ａへの直流電圧の供給が遮断される（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、工程ｂ）の一例である。これにより、電極１１１０ａはフローティング状態となる。本実施形態では、基板Ｗに対するプラズマ処理が開始される前に、電極１１１０ａがフローティング状態にされる。これにより、プラズマ処理中の基板Ｗの過剰な帯電を抑制することができる。
次に、スイッチ１１３がオフ（オープン状態）にされた後のタイミングｔ3（図６参照）において、基板Ｗに対するプラズマ処理が実行される（Ｓ１２）。ステップＳ１２は、工程ｃ）の一例である。ステップＳ１２では、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓ内に処理ガスが供給され、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方にＲＦソース信号が供給される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成され、例えば図４に示されるような閉回路が形成される。そして、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材にバイアスＲＦ信号が供給されることにより基板Ｗにバイアス電位が発生し、プラズマ中のイオン成分が基板Ｗに引き込まれ、基板Ｗにエッチング等の処理が施される。
次に、プラズマ処理が終了した後のタイミングｔ4（図６参照）において、スイッチ１１３によって電極１１１０ａが接地される（Ｓ１３）。なお、ステップＳ１３では、スイッチ１１３によって、静電チャック１１１０の電極１１１０ａに、吸着処理時の直流電圧Ｖ0とは逆極性の予め定められた大きさの直流電圧が供給されてもよい。
次に、除電処理が実行される（Ｓ１４）。ステップＳ１３およびステップＳ１４は、工程ｄ）の一例である。ステップＳ１４では、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓ内にアルゴンガス等の不活性ガスが供給される。そして、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方にＲＦソース信号が供給される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成され、基板Ｗに溜まっていた電荷が除去される。
次に、基板Ｗに溜まっていた電荷が十分に除去されたタイミングｔ5（図６参照）において、基板Ｗは、図示しないリフトピンにより持ち上げられ、図示しないロボットアーム等の搬送装置によってプラズマ処理チャンバ１０内から搬出される（Ｓ１５）。そして、本フローチャートに示されたプラズマ処理方法が終了する。
［実験結果］
図７は、プラズマ処理後の基板Ｗの残留電荷の一例を示す図である。図７において、「Float」は、プラズマ処理時に電極１１１０ａをフローティング状態とする本実施形態のプラズマ処理方法における残留電荷の測定結果を示す。一方、図７において、「HV」は、プラズマ処理時に電極１１１０ａに直流電圧を継続的に供給する比較例のプラズマ処理方法における残留電荷の測定結果を示す。
図７を参照すると、本実施形態および比較例のいずれにおいても、電極１１１０ａに供給される直流電圧が大きくなるほど基板Ｗの残留電荷が大きくなる傾向にある。しかし、いずれの直流電圧の大きさにおいても、本実施形態のプラズマ処理方法は、比較例のプラズマ処理方法に比べて、基板Ｗの残留電荷が大幅に低減されている。
図８は、プラズマ処理後の基板Ｗに付着したパーティクルの数の一例を示す図である。図８を参照すると、本実施形態のプラズマ処理方法は、比較例のプラズマ処理方法に比べて、基板Ｗに付着するパーティクルの数が大幅に低減されている。このように、本実施形態では、プラズマ処理時に電極１１１０ａがフローティング状態とされることにより、プラズマ処理中において基板Ｗの過剰な帯電が抑制される。これにより、プラズマ処理中にプラズマ処理空間１０ｓ内で発生したパーティクルが基板Ｗに引き寄せられることが抑制される。
以上、第１の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理方法は、工程ａ）、工程ｂ）、および工程ｃ）を含む。工程ａ）では、静電チャック１１１０に設けられた電極１１１０ａに電圧を供給することにより、静電チャック１１１０の上面に基板Ｗを吸着させる。工程ｂ）では、静電チャック１１１０の電極１１１０ａに供給される電圧が安定した後に、電極１１１０ａへの電圧の供給を遮断することにより、電極１１１０ａをフローティング状態にする。工程ｃ）では、静電チャック１１１０の電極１１１０ａに供給される電圧が安定した後に、プラズマにより、静電チャック１１１０に吸着されている基板Ｗの表面に予め定められた処理が施される。これにより、プラズマ処理中の基板Ｗの過剰な帯電を抑制することができる。
また、上記した実施形態において、工程ｂ）は、ｃ）が実行される前に実行される。これにより、基板Ｗが過剰に帯電する前に、電極１１１０ａをフローティング状態にすることができる。そのため、プラズマ処理中の基板Ｗの過剰な帯電をより確実に抑制することができる。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理方法は、プラズマの停止後に、静電チャック１１１０の電極１１１０ａに溜まった電荷を除去する工程ｄ）をさらに含む。これにより、処理後の基板Ｗを搬出する際に基板Ｗが跳ね上がったり基板Ｗが割れたりすることを抑制することができる。
（第２の実施形態）
プラズマ処理中において、基板Ｗと電極１１１０ａとの間には、例えば図４に示されるように、抵抗値ＲCの抵抗成分１１７が存在する。そのため、容量成分１１５および容量成分１１６に溜まった電荷の一部は、抵抗成分１１７によって消費される。プラズマ処理の時間が長い場合には、容量成分１１５および容量成分１１６に溜まった電荷の減少により、基板Ｗと電極１１１０ａとの間の静電気力Ｆ’が低下する場合がある。
そこで、本実施形態では、プラズマ処理の開始時に容量成分１１５および容量成分１１６に溜まっている電荷に応じた電圧を測定し、測定値を保存する。そして、プラズマ処理中に容量成分１１５および容量成分１１６に溜まっている電荷に応じた電圧を測定し、測定された電圧の値が予め定められた値未満となった場合に、保存している測定値に対応する電圧を電極１１１０ａに供給する。これにより、プラズマ処理の時間が長い場合であっても、基板Ｗと電極１１１０ａとの間の静電気力Ｆ’の低下を抑制することができる。
［プラズマ処理装置１００の構成］
図９は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置１００の一例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図９において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
静電チャック１１１０の電極１１１０ａには、スイッチ１１３を介して可変直流電源１１８が接続されている。可変直流電源１１８から出力される電圧の大きさは制御部２によって制御される。また、電極１１１０ａには、測定装置１２０が接続されている。測定装置１２０は、電極１１１０ａの電圧を測定し、測定結果を制御部２へ出力する。本実施形態において、測定装置１２０は、例えば表面電位計である。
［プラズマ処理方法］
図１０は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図１０において、図５と同じ符号を付した処理は、図５における処理と同様であるため説明を省略する。
本実施形態におけるステップＳ１２では、まず、基板Ｗに対するプラズマ処理が開始される（Ｓ１２０）。ステップＳ１２０では、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓ内に処理ガスが供給され、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材、シャワーヘッド１３の導電性部材、またはその両方にＲＦソース信号が供給される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓ内にプラズマが生成され、例えば図４に示されるような閉回路が形成される。そして、ＲＦ電源３１から基板支持部１１の導電性部材にバイアスＲＦ信号が供給されることにより基板Ｗにバイアス電位が発生し、プラズマ中のイオン成分が基板Ｗに引き込まれ、基板Ｗへのエッチング等の処理が開始される。
次に、制御部２は、測定装置１２０に電極１１１０ａの電圧ＶE0を測定させる（Ｓ１２１）。制御部２は、プラズマが安定した後に、測定装置１２０に電極１１１０ａの電圧ＶE0を測定させることが好ましい。そして、制御部２は、測定装置１２０によって測定された電極１１１０ａの電圧ＶE0の値を記憶部２ａ２に保存する（Ｓ１２２）。ステップＳ１２１およびステップＳ１２２は、工程ｃ－１）の一例である。
次に、制御部２は、測定装置１２０に電極１１１０ａの電圧ＶEを測定させる（Ｓ１２３）。そして、制御部２は、測定装置１２０によって測定された電極１１１０ａの電圧ＶEの値が、予め定められた閾値ＶTH未満であるか否かを判定する（Ｓ１２４）。測定装置１２０によって測定された電極１１１０ａの電圧ＶEの値が、閾値ＶTH以上である場合（Ｓ１２４：Ｎｏ）、制御部２は、ステップＳ１２６に示された処理を実行する。
一方、測定装置１２０によって測定された電極１１１０ａの電圧ＶEの値が、閾値ＶTH未満である場合（Ｓ１２４：Ｙｅｓ）、制御部２は、ステップＳ１２２で保存された電極１１１０ａの電圧ＶE0の値を記憶部２ａ２から読み出す。そして、制御部２は、読み出された値に対応する電圧ＶE0を出力するように可変直流電源１１８を制御し、スイッチ１１３をオン（導通状態）に制御する。これにより、電極１１１０ａの電圧が電圧ＶE0まで回復する。ステップＳ１２３～Ｓ１２５は、工程ｃ－２）の一例である。
次に、制御部２は、プラズマ処理が終了したか否かを判定する（Ｓ１２６）。プラズマ処理が終了していない場合（Ｓ１２６：Ｎｏ）、再びステップＳ１２３に示された処理が実行される。一方、プラズマ処理が終了した場合（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３に示された処理が実行される。
以上、第２の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理方法において、工程ｃ）は、工程ｃ－１）および工程ｃ－２）を含む。工程ｃ－１）では、プラズマによる処理が開始された際の電極１１１０ａの電圧が測定され、測定された電極１１１０ａの電圧の値が保存される。工程ｃ－２）では、プラズマ処理の間、電極１１１０ａの電圧が測定され、測定された電極１１１０ａの電圧が予め定められた閾値未満である場合、工程ｃ－１）で保持された値の電圧が電極１１１０ａに供給される。これにより、プラズマ処理の時間が長い場合であっても、基板Ｗと電極１１１０ａとの間の静電気力Ｆ’の低下を抑制することができる。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した各実施形態では、プラズマ処理が開始される前に、電極１１１０ａへの電圧の供給を遮断し、電極１１１０ａをフローティング状態にするが、開示の技術はこれに限られない。電極１１１０ａをフローティング状態にするタイミングは、プラズマ処理が開始された後であってもよい。プラズマ処理が開始された直後であれば、プラズマによって発生するセルフバイアスはそれほど大きくないため、基板Ｗの帯電量はそれほど大きくならない。そのため、電極１１１０ａをフローティング状態にするタイミングは、プラズマ処理の開始直後であってもよい。
また、上記した第２の実施形態において、制御部２は、プラズマ処理中に電極１１１０ａの電圧ＶEを測定装置１２０に測定させ、測定された電圧ＶEの値が閾値ＶTH未満となった場合に、電極１１１０ａに電圧ＶE0を供給する。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、他の形態として、制御部２は、プラズマ処理の継続時間が予め定められた時間以上になった場合に、電極１１１０ａに電圧ＶE0を供給してもよい。予め定められた時間とは、例えば、プラズマ処理が開始されてから、電極１１１０ａの電圧が閾値ＶTH未満となるまでの時間である。
あるいは、プラズマ処理の継続時間が予め定められた時間以上になった場合に、制御部２は、プラズマを一時停止させ、スイッチ１１３をオン（導通状態）に制御し、吸着処理を再度実行してもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を用いて処理を行うプラズマ処理装置１００を説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｗ 基板
１００ プラズマ処理装置
１ 装置本体
２ 制御部
２ａ コンピュータ
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１１１ａ 基板支持面
１１１ｂ リング支持面
１１１０ 静電チャック
１１１０ａ 電極
１１１１ 基台
１１２ リングアセンブリ
１１３ スイッチ
１１４ 直流電源
１１５ 容量成分
１１６ 容量成分
１１７ 抵抗成分
１１８ 可変直流電源
１２０ 測定装置
１３ シャワーヘッド
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３２ ＤＣ電源
４０ 排気システム

Claims (8)

  1. 電極を有し、前記電極に供給された電圧により基板を吸着する基板吸着部と、
    前記電極と前記電極に電圧を供給する電源との間の配線に設けられたスイッチと、
    前記基板吸着部を収容する容器と、
    前記容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記容器内にＲＦ電力を供給するＲＦ電力供給部と、
    制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    ａ） 前記電極に前記電源からの電圧が供給されるように前記スイッチを制御することにより、前記基板吸着部の上面に前記基板を吸着させる工程と、
    ｂ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記電極への前記電源からの電圧の供給が遮断されるように前記スイッチを制御することにより、前記電極をフローティング状態にする工程と、
    ｃ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記容器内に前記ＲＦ電力を供給するように前記ＲＦ電力供給部を制御することにより、前記容器内に供給された処理ガスをプラズマ化し、プラズマにより、前記基板吸着部に吸着されている前記基板の表面に予め定められた処理を施す工程と
    を実行し、
    前記ｃ）には、
    ｃ－１） 前記プラズマによる処理が開始された際の前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧の値を保持する工程と、
    ｃ－２） 前記プラズマによる処理の間、前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧が予め定められた閾値未満である場合、前記ｃ－１）で保持された値の電圧を前記電極に供給する工程と
    が含まれるプラズマ処理装置。
  2. 電極を有し、前記電極に供給された電圧により基板を吸着する基板吸着部と、
    前記電極と前記電極に電圧を供給する電源との間の配線に設けられたスイッチと、
    前記基板吸着部を収容する容器と、
    前記容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記容器内にＲＦ電力を供給するＲＦ電力供給部と、
    制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    ａ） 前記電極に前記電源からの電圧が供給されるように前記スイッチを制御することにより、前記基板吸着部の上面に前記基板を吸着させる工程と、
    ｂ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記電極への前記電源からの電圧の供給が遮断されるように前記スイッチを制御することにより、前記電極をフローティング状態にする工程と、
    ｃ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記容器内に前記ＲＦ電力を供給するように前記ＲＦ電力供給部を制御することにより、前記容器内に供給された処理ガスをプラズマ化し、プラズマにより、前記基板吸着部に吸着されている前記基板の表面に予め定められた処理を施す工程と
    を実行し、
    前記ｃ）には、
    ｃ－１） 前記プラズマによる処理が開始された際の前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧の値を保持する工程と、
    ｃ－２） 前記プラズマによる処理の継続時間が予め定められた時間以上となった場合、前記ｃ－１）で保持された値の電圧を前記電極に供給する工程と
    が含まれるプラズマ処理装置。
  3. 前記ｂ）は、前記ｃ）が実行される前に実行される請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記制御部は、
    ｄ） プラズマの停止後に、前記電極に溜まった電荷を除去する工程をさらに実行する請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. ａ） 基板吸着部に設けられた電極に電圧を供給することにより、前記基板吸着部の上面に基板を吸着させる工程と、
    ｂ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記電極への電圧の供給を遮断することにより、前記電極をフローティング状態にする工程と、
    ｃ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、プラズマにより、前記基板吸着部に吸着されている前記基板の表面に予め定められた処理を施す工程と
    を含み、
    前記ｃ）は、
    ｃ－１） 前記プラズマによる処理が開始された際の前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧の値を保持する工程と、
    ｃ－２） 前記プラズマによる処理の間、前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧が予め定められた閾値未満である場合、前記ｃ－１）で保持された値の電圧を前記電極に供給する工程と
    を含むプラズマ処理方法。
  6. ａ） 基板吸着部に設けられた電極に電圧を供給することにより、前記基板吸着部の上面に基板を吸着させる工程と、
    ｂ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、前記電極への電圧の供給を遮断することにより、前記電極をフローティング状態にする工程と、
    ｃ） 前記電極に供給される電圧が安定した後に、プラズマにより、前記基板吸着部に吸着されている前記基板の表面に予め定められた処理を施す工程と
    を含み、
    前記ｃ）は、
    ｃ－１） 前記プラズマによる処理が開始された際の前記電極の電圧を測定し、測定された前記電極の電圧の値を保持する工程と、
    ｃ－２） 前記プラズマによる処理の継続時間が予め定められた時間以上となった場合、前記ｃ－１）で保持された値の電圧を前記電極に供給する工程と
    を含むプラズマ処理方法。
  7. 前記ｂ）は、前記ｃ）が実行される前に実行される請求項５または６に記載のプラズマ処理方法。
  8. ｄ） プラズマの停止後に、前記電極に溜まった電荷を除去する工程をさらに含む請求項５から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
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