JPH11106916A

JPH11106916A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH11106916A
Application number: JP9284689A
Authority: JP
Inventors: Riyouji Andou; 了至安藤; Hajime Sahase; 肇佐長谷
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 1999-04-20
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JP4008077B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、プラズマを形
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。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを形成しながら基板に所定の処
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。

【０００３】静電吸着機構５は、表面に基板Ｓが載置さ
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。

【０００４】基板ホルダー４には、高周波電源からなる
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。

【０００５】また、バイアス用電源６が接続されておら
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。

【０００６】図２に示す以外の従来例として、一対の吸
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したプラズマ処理
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。

【０００８】一方、図３に示す装置では、処理の終了
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。

【０００９】しかしながら、この図３に示す装置では、
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。

【００１０】本願の発明は、かかる課題を解決するため
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
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。

【００１３】図１には、プラズマ処理装置の一例とし
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。

【００１４】ガス導入手段２によってアルゴン等のスパ
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。

【００１５】尚、基板ホルダー４には、高周波電源より
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。

【００１６】さて、本実施形態の静電吸着機構は、基板
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。

【００１７】図１に示すように、第一のスイッチ５７１
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。

【００１８】また、第二のスイッチ５７２の入力側にも
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。

【００１９】上記構成に係る本実施形態のプラズマ処理
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。

【００２０】そして、ゲートバルブを閉じた後にガス導
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。

【００２１】所定時間処理を行った後、プラズマ形成手
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。

【００２２】つまり、一対の吸着電極５３，５４の間の
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。

【００２３】具体的なスイッチ動作について説明する
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。

【００２４】上記説明から分かるように、本実施形態の
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。

【００２５】また、上記実施形態の構成において、プラ
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。

【００２６】尚、上記説明では、吸着電極５３，５４は
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。

【００２７】また、上記説明では、バイアス用電源６は
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。

【００２８】尚、吸着電極５３、５４に同一の電圧を処
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。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図で
ある。

【図３】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。

【符号の説明】

１処理チャンバー１１排気系２ガス導入手段３プラズマ形成手段４基板ホルダー４１誘電体ブロック５制御部５３吸着電極５４吸着電極５５吸着電源５６吸着電源５７スイッチ駆動回路５７１第一のスイッチ５７２第二のスイッチ６バイアス用電源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 Ｈ０５Ｈ 1/46 ＡＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【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。