JPH11106916A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH11106916A JPH11106916A JP9284689A JP28468997A JPH11106916A JP H11106916 A JPH11106916 A JP H11106916A JP 9284689 A JP9284689 A JP 9284689A JP 28468997 A JP28468997 A JP 28468997A JP H11106916 A JPH11106916 A JP H11106916A
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Abstract
て基板を静電吸着することができ、処理後には短時間の
うちに基板を基板ホルダーから取り去ることができるよ
うにする。 【解決手段】 プラズマPによって処理される位置に配
置される基板Sは、基板ホルダー3の表面に静電吸着機
構5により静電吸着される。静電吸着機構5は、基板ホ
ルダー3内に設けられた一対の吸着電極53,54に吸
着電源55,56から電圧が印加されて誘電体ブロック
41が誘電分極して基板Sが静電吸着される。吸着電極
53,54への電圧印加を制御する制御部5は、処理の
際には一対の吸着電極53,54に同一の電圧を与え、
処理終了後に基板ホルダー3から基板Sを取り去る際及
び処理開始前の基板Sの吸着の際には一対の吸着電極5
3,54の間に交互に逆の向きの電界が設定されるよう
電圧を与える。
Description
成しながら基板に所定の処理を行う装置、例えば、スパ
ッタリング装置、プラズマ化学蒸着(CVD)装置、プ
ラズマエッチング装置等に関するものである。より具体
的には、このようなプラズマ処理装置における基板の静
電吸着に関するものである。
理を行う装置は、スパッタリング装置、プラズマ化学蒸
着(CVD)装置、プラズマエッチング装置等として知
られている(以下、プラズマ処理装置と総称する)。図
2は、従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図であ
る。図2に示すプラズマ処理装置は、排気系11を備え
た処理チャンバー1と、処理チャンバー1内に所定のガ
スを導入するガス導入手段2と、処理チャンバー1内に
プラズマPを形成するプラズマ形成手段3と、形成され
たプラズマPによって処理される位置に基板Sを配置す
るための基板ホルダー4と、基板ホルダー4の表面に基
板Sを静電吸着する静電吸着機構5とを有している。
れる基板ホルダー4の誘電体ブロック41内に設けられ
た吸着電極51と、吸着電極51に所定の電圧を与える
吸着電源52とから主に構成されている。図2に示す従
来例では、吸着電極51は一つであり、円盤状の部材に
なっている。そして、吸着電源52は、正の直流電圧を
吸着電極に与えるようになっている。
バイアス用電源6が接続されている。基板ホルダー4に
高周波電圧が印加されると、プラズマPと高周波との相
互作用により、負の自己バイアス電圧が基板Sの表面に
与えられる。吸着電源52が吸着電極51に負の直流電
圧を与えると、誘電体ブロック41の表面は正の電位に
誘電分極し、負に自己バイアスされている基板Sを静電
吸着することが可能となる。
ず基板ホルダー4が接地電位である場合でも、静電吸着
は可能である。即ち、基板Sの表面は誘電体ブロック4
1を介して接地電位から浮いており、基板Sの表面はプ
ラズマPに対して浮遊電位となる。浮遊電位は、電子の
高い移動度のため、数ボルト程度の負の電位となる。従
って、同様に吸着電極5に正の電圧を与えて誘電体ブロ
ック4の表面を正電位に誘電分極させることで基板Sを
吸着することが可能である。
着電極の間に電界を設定して静電吸着する例がある。図
3は、この例の構成を示すものであり、従来のプラズマ
処理装置の別の例の概略構成を示す図である。図3に示
すプラズマ処理装置では、基板ホルダー4を構成する誘
電体ブロック41内には、一対の吸着電極53,54が
埋設されている。そして、一方の吸着電極53には第一
の吸着電源55によって正の直流電圧が与えられ、他方
の吸着電極54には第二の吸着電源56によって負の直
流電圧が与えられるようになっている。このため、一対
の吸着電極53,54の間に直流電界が設定され、この
電界によって誘電体ブロック41が誘電分極する。この
結果、誘電体ブロック41の表面に電荷が現れ、基板S
が静電吸着される。
装置のうち、図2に示す従来例では、次のような問題が
あった。即ち、処理の終了後に基板Sを基板ホルダー4
から取り去る際、吸着電源52による電圧印加を停止
し、不図示の搬送機構のアーム等によって基板Sを基板
ホルダー4から持ち上げるようにする。しかしながら、
電圧印加を停止しても誘電体ブロック41の表面の電荷
が直ぐに消滅せず、電圧印加停止後も誘電体ブロック4
1の表面には電荷が多く残留している。このため、処理
停止した後も直ぐに基板Sを持ち上げようとすると、基
板ホルダー41に吸着されている基板Sを無理矢理引き
離すことになるため、基板Sが破損したり、引き離した
反動で基板Sがずれてアームから落下して搬送エラーに
なったりする問題がある。また、電荷が多く残留してい
る状態で基板Sを基板ホルダー4から引き離すと、基板
Sの裏面が剥離帯電してしまう。この結果、基板Sの裏
面が塵埃を多く吸い寄せてしまい、その塵埃が表面側に
回り込むことによって基板Sを汚損する原因となる。こ
のため、図2に示す従来例では、電圧印加停止後に誘電
体ブロック41の表面の電荷が自然に消滅するのを待つ
必要があり、この時間に数十秒程度を要していた。この
時間のため、装置のスループットが低下し、生産性の低
下の要因となっていた。
後、基板Sを基板ホルダー4から取り去る際、一対の吸
着電極53,54の間には、処理の際とは逆方向の直流
電界が設定される。即ち、制御スイッチを使用して、一
方の吸着電極53に負の直流電圧を与え、他方の吸着電
極54に正の直流電圧を与える。この結果、誘電体ブロ
ック41内に誘起されていた電荷は急速に消滅し、誘電
体ブロックの表面にも電荷が存在しなくなる。このた
め、この動作の後に直ちに基板Sの取り去りを行って
も、基板Sを破損したり搬送エラーになったり、さらに
は基板Sの裏面が塵埃を吸い寄せたりする問題は生じな
い。従って、スループットの点では、図3の装置は図2
の装置より優れている。
基板ホルダー4に対する基板Sの静電吸着力の面内分布
が不均一になる問題がある。即ち、この図3に示す装置
でも、プラズマP中のイオンを引き出して基板Sに入射
させる等の目的から、基板Sに自己バイアス電圧を与え
る場合がある。この場合、例えば上述したような負の自
己バイアス電圧が基板Sに与えられると、正の直流電圧
が印加されている一方の吸着電極53の部分の誘電体ブ
ロック41の表面では、静電吸着力は、一対の吸着電極
53,54の間の直流電界によるもののみならず、基板
Sと誘電体ブロック41との間の電界によって生じ、静
電吸着力は強くなる。しかし、負の直流電圧が印加され
る他方の吸着電極54の部分の誘電体ブロック41の表
面では、基板Sと誘電体ブロック41の間の電界は弱く
て静電吸着力は殆ど生じず、もっぱら一対の吸着電極5
3,54の間の電界によるもののみとなる。このため、
この部分では静電吸着力は弱くなってしまう。従って、
図3に示す装置における静電吸着機構の構成は、処理後
の基板の取り去りの際には都合の良い構成であるが、処
理の際の均一な静電吸着という点では問題があった。
になされたものである。即ち、本願の発明は、処理中に
は均一な静電吸着力によって安定して基板を静電吸着す
ることができ、処理後には、短時間のうちに基板を基板
ホルダーから取り去ることができる構成を備えたプラズ
マ処理装置を提供することを目的する。
め、本願の請求項1記載の発明は、排気系を備えた処理
チャンバーと、処理チャンバー内にプラズマを形成する
プラズマ形成手段と、形成されたプラズマによって処理
される位置に基板を配置するための基板ホルダーと、基
板ホルダーの表面に基板を静電吸着する静電吸着機構と
を有するプラズマ処理装置であって、静電吸着機構は、
基板ホルダー内に設けられた一対又は複数対の吸着電極
と、電極に静電吸着用の電圧を印加する吸着電源と、吸
着電極への電圧印加を制御する制御部とを備えており、
この制御部は、プラズマを形成しながら基板に対して処
理を行う際には吸着電極に同一の電圧を与え、処理終了
後に基板ホルダーから基板を取り去る際には対を構成す
る吸着電極の間に交互に逆の向きの電界が設定されるよ
う電圧を与えるものであるという構成を有する。上記課
題を解決するため、請求項2記載の発明は、上記請求項
1の構成において、前記基板ホルダーには、基板に所定
のバイアス電圧を与えるためのバイアス用電源が接続さ
れているを備えているという構成を有する。上記課題を
解決するため、請求項3記載の発明は 上記請求項1又
は2の構成において、前記制御部は、プラズマを形成す
る前に対を構成する吸着電極の間に交互に逆の向きの電
界が設定されるよう電圧を与えて基板を基板ホルダーに
吸着させるものであるという構成を有する。
いて説明する。図1は、本願発明の実施形態に係るプラ
ズマ処理装置の概略構成を示す正面図である。図1に示
すプラズマ処理装置は、排気系11を備えた処理チャン
バー1と、処理チャンバー1内に所定のガスを導入する
ガス導入手段2と、処理チャンバー1内にプラズマPを
形成するプラズマ形成手段3と、形成されたプラズマP
によって処理される位置に基板Sを配置するための基板
ホルダー4と、基板ホルダー4の表面に基板を静電吸着
する静電吸着機構とを有している。
て、スパッタリング装置の構成が示されている。即ち、
プラズマ形成手段3は、処理チャンバー1内に被スパッ
タ面を露出させるようにして配置されたターゲット31
1を有するカソード31と、カソード31に所定の電圧
を与えてターゲット311をスパッタするスパッタ電源
32とから主に構成されている。
ッタ率の高いガスを導入しながら、スパッタ電源32に
よって例えば負の直流電圧をカソードに与えると、導入
されたガスがスパッタ放電してターゲット311がスパ
ッタされる。スパッタ放電が持続されるとガスはプラズ
マ化し、プラズマPが形成される。また、スパッタされ
たターゲット311の材料は処理チャンバー1内の空間
を飛行して基板Sに達し、ターゲット311の材料より
なる薄膜を基板Sの表面に堆積する。例えば、アルミニ
ウム製のターゲット311を使用することで、集積回路
の配線用のアルミニウム薄膜を基板S上に作成すること
ができる。
なるバイアス用電源6が接続されており、前述したのと
同様に、基板Sには、自己バイアス電圧が与えられるよ
うになっている。また、基板ホルダー4内には、不図示
のヒータが設けられている。このヒータは、基板Sを所
定温度に加熱してプラズマPによる処理の効率化をはか
るよう構成されている。
ホルダー4を構成する誘電体ブロック41内に埋設され
た一対の吸着電極53,54と、正の直流電源よりなる
第一の吸着電源55と、負の直流電源よりなる第二の吸
着電源56と、第一第二の吸着電源による電圧印加を制
御する制御部5とから主に構成されている。制御部5
は、処理中に第一の吸着電源55に対して第一第二の吸
着電極53、54を並列につなげる第一にスイッチ57
1と、処理後に第一第二の吸着電極53、54に第一第
二の吸着電源55、56を交互に切り替えて接続する第
二のスイッチ572と、第一・第二のスイッチ571、
572を駆動するスイッチ駆動回路57とを有してい
る。
の入力側には四つの端子ある。そして、第一の吸着電源
55からは並列に二つの給電ラインが延び、第一のスイ
ッチ571の入力側のうちの二つの端子(以下、吸着用
端子Tc)にそれぞれ接続されている。また、第一のス
イッチ571の入力側の残りの端子は、脱着用端子Tr
である。この二つの脱着用端子Trは、第二のスイッチ
572の出力側の二つの端子にそれぞれ接続されてい
る。そして、第一のスイッチ571の出力側は二つの端
子があり、一方が第一の吸着電極53に接続され、他方
が第二の吸着電極54に接続されている。第一のスイッ
チ571は、二つの出力側の端子を吸着用端子Tcに短
絡させるか、脱着用端子Trに短絡させるかが切り替え
られるようになっている。
同様に四つの端子がある。このうち、二つの端子は、第
一の吸着電源55に並列に接続された正電圧用端子Tp
であり、残りの二つ端子は第二の吸着電源56に接続さ
れた負電圧用端子Tnである。そして、図1に示すよう
に、第二のスイッチ572は、出力側の二つの端子に対
して、一方に正電圧用端子Tpを短絡して他方に負電圧
端子Tnを短絡する第一の状態(以下、順方向状態)
と、一方に負電圧端子Tnを短絡して他方に正電圧端子
Tpを短絡する第二の状態(以下、逆方向状態)との間
でスイッチの切り替えを行うよう構成されている。尚、
スイッチ駆動回路57は、OPアンプIC又はリレ−な
どを使用して第一第二のスイッチ571、572を駆動
するように構成されている。
装置の動作について説明する。まず、不図示のゲートバ
ルブを通して基板Sを処理チャンバー1内に搬入し、基
板ホルダー4上に載置する。そして、上記静電吸着機構
を動作させ、基板ホルダー4への基板Sの静電吸着の準
備をする。この際、上記第一のスイッチ571は出力端
子を吸着用端子Tcに短絡する状態とされる。このた
め、一対の吸着電極53,54には、第一の吸着電源5
5の電圧が並列に与えられ、従って、一対の吸着電極に
は同一の正の直流電圧が与えられる。また、バイアス用
電源6も動作して基板ホルダー4に所定の高周波電圧を
与える。尚、基板ホルダー4内のヒータが動作して基板
ホルダー4を所定温度に加熱しており、基板ホルダー4
に載置された基板Sはこの基板ホルダー4の温度まで加
熱されてこの温度が維持される。
入手段2が動作して所定のガスが導入され、プラズマ形
成手段3が動作してプラズマPが形成される。この結
果、プラズマPと高周波との相互作用により基板Sに負
の自己バイアス電圧が生じ、一対の吸着電極53,54
に与えられた正の直流電圧によって基板Sが基板ホルダ
ー4に静電吸着される。そして、プラズマPを形成する
スパッタ放電の過程でスパッタされたターゲット311
の材料により、基板Sに所定の薄膜が作成される。
段3、ガス導入手段2及びバイアス用電源6の動作を停
止させる。この際、静電吸着機構では、スイッチ駆動回
路57の第一スイッチ571が出力側端子を脱着用端子
Trに短絡するよう切り替えられる。そして、第二のス
イッチ572は、順方向状態と逆方向状態とが交互に周
期的に切り替わるように動作する。この結果、一方の吸
着電極53に正の直流電圧が印加されるとともに他方の
吸着電極54に負の直流電圧が印加される第一の状態
と、一方の吸着電極53に負の直流電圧が印加されると
ともに他方の吸着電極に正の直流電圧が印加される第二
の状態とが交互に周期的に切り替わるような状態とな
る。
電界の向きが交互に逆になる。このため、処理終了時に
残留していた誘電体ブロック41の表面の電荷は、この
交互に逆になる電界によって急速に消滅し、短時間のう
ちに基板ホルダー4からの基板Sの取り去り動作が可能
となる。尚、このようなスイッチ動作を行うスイッチ駆
動回路57は、タイマーやリレーを内蔵してシーケンス
制御を行う機械的なものであってもよいし、制御プログ
ラムを記憶させたROM等を内蔵した電子回路により行
う電子的なものであってもよい。
と、処理時に一対の吸着電極53,54に与えていた正
の直流電圧が500V、処理時間(電圧印加時間)が1
分、誘電体ブロック41の材質がアルミナ、基板Sがシ
リコンウェーハである場合、第一の状態と第二の状態と
が例えば2秒ごとに切り替わるような動作でよい。ま
た、この交互に切り替える際の電圧は、+500V、−
500程度でよい。
装置によれば、処理の際には一対の吸着電極53,54
に同一の電圧が与えられるので静電吸着力が不均一にな
る問題はなく、また、処理の後の基板Sの取り去りの際
には、一対の電極53,54に互いの極性が逆の電圧が
交互に切り替わるように与えられるので、電荷の消滅が
迅速に行える。このため、基板Sの破損や搬送エラーさ
らには基板Sの裏面への塵埃の付着を効果的に防止でき
るとともに高いスループットが得られる。
ズマPを形成した処理の開始前においては、一対の吸着
電極53,54に異なる極性の直流電圧を印加すると、
処理の開始前においても基板Sが基板ホルダー4に吸着
されるのでさらに好適である。この場合は、一対の吸着
電極53,54に異なる極性の直流電圧を印加して基板
Sを基板ホルダー4に吸着するとともに、プラズマ形成
手段3を動作させてプラズマPを形成する直前に吸着電
極53,54に同一の正の直流電圧を印加するように切
り替えるようにする。上記のように、不図示のヒータに
よって加熱された基板ホルダー4に基板Sを載置するこ
とで基板Sを所定温度に加熱維持した後に処理を開始す
る構成では、処理前に基板Sを静電吸着できるようにし
ておくと、この処理前の温度制御の精度が向上するの
で、極めて好適である。
一対であったが、二対、三対又はそれ以上でもよい。い
ずれの場合も、処理の際にはすべての吸着電極に同一の
電圧を印加し、基板の取り去りの際には、対を構成する
吸着電極に対し互いに極性の異なる電圧を交互に切り替
えて与えるようにする。
高周波電源であったが、直流電源の場合もある。さら
に、対を構成する吸着電極53,54の間に電界を設定
する構成として、互いに極性の異なる直流電圧を与える
例を示したが、一方が接地電位であり、他方が正又は負
の直流電圧を与えるような構成でも良い。
理中に与える場合、負の電圧であっても基板Sの静電吸
着が可能な場合がある。即ち、例えば基板Sが浮遊電位
である場合、この浮遊電位を打ち消し、プラズマ電位と
の間で相当程度の電位差が得られるような負の直流電圧
を吸着電極53,54に与えることで基板Sの静電吸着
が可能な場合もある。
の発明によれば、処理の際には対を構成する吸着電極に
同一の電圧が与えられるので静電吸着力が不均一になる
問題はなく、また、処理の後の基板の取り去りの際に
は、対を構成する吸着電極に互いの極性が逆の電圧が交
互に切り替わるように与えられるので、電荷の消滅が迅
速に行える。このため、基板の破損や搬送エラーさらに
は基板の裏面への塵埃の付着を効果的に防止できるとと
もに高いスループットが得られる。また、請求項2記載
の発明によれば、プラズマ中からイオンを引き出して利
用することが可能になるとともに、この際にも静電吸着
力が不均一になる問題が生じない。また、請求項3記載
の発明によれば、プラズマを形成する前に対を構成する
吸着電極の間に交互に逆の向きの電界が設定されて基板
が基板ホルダーに吸着される。このため、処理の開始前
にも基板の位置ずれ等が生じず、また、基板ホルダー内
に設けたヒータによって処理前に予め基板の温度制御を
行う場合に特に好適な構成となる。
概略構成を示す正面図である。
ある。
示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 排気系を備えた処理チャンバーと、処理
チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段
と、形成されたプラズマによって処理される位置に基板
を配置するための基板ホルダーと、基板ホルダーの表面
に基板を静電吸着する静電吸着機構とを有するプラズマ
処理装置であって、 静電吸着機構は、基板ホルダー内に設けられた一対又は
複数対の吸着電極と、電極に静電吸着用の電圧を印加す
る吸着電源と、吸着電極への電圧印加を制御する制御部
とを備えており、この制御部は、プラズマを形成しなが
ら基板に対して処理を行う際には吸着電極に同一の電圧
を与え、処理終了後に基板ホルダーから基板を取り去る
際には対を構成する吸着電極の間に交互に逆の向きの電
界が設定されるよう電圧を与えるものであることを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項2】 前記基板ホルダーには、基板に所定のバ
イアス電圧を与えるためのバイアス用電源が接続されて
いることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項3】 前記制御部は、プラズマを形成する前に
対を構成する吸着電極の間に交互に逆の向きの電界が設
定されるよう電圧を与えて基板を基板ホルダーに吸着さ
せるものであることを特徴とする請求項1又は2記載の
プラズマ処理装置。
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---|---|---|---|
JP28468997A JP4008077B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | プラズマ処理装置及び静電吸着機構 |
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JPH11106916A true JPH11106916A (ja) | 1999-04-20 |
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