特開 2023-39828 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023039828

(43)【公開日】2023-03-22

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230314BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230314BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/302 105A

H01L21/302 101C

H01L21/302 101D

H01L21/31 C

H01L21/302 101G

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147135

(22)【出願日】2021-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】平岡 将

【テーマコード（参考）】

5F004

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F004BA04

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004CA02

5F004CA04

5F004CA06

5F004CA08

5F004CB01

5F045AA08

5F045AA15

5F045BB08

5F045DP03

5F045EF05

5F045EH11

5F045EH14

5F045EH17

5F045EH20

5F045EJ03

5F045EK07

5F045EM05

5F045EM09

5F045GB06

5F131AA02

5F131BA04

5F131BA19

5F131CA17

5F131CA68

5F131EA03

5F131EB12

5F131EB13

5F131EB16

5F131EB22

5F131EB23

5F131EB82

5F131EB85

5F131KA03

5F131KA22

5F131KA60

5F131KB30

5F131KB43

5F131KB45

(57)【要約】

【課題】マイグレーションによる静電チャックの吸着力の低下を抑制する。
【解決手段】（ａ）プラズマ処理チャンバ内に配置された第１温度の静電チャックに基板を載置する工程と、（ｂ）前記基板を前記静電チャックに静電吸着する工程と、（ｃ）前記基板と前記静電チャックの間に伝熱ガスの供給を開始する工程と、（ｄ）前記伝熱ガスの流量又は前記基板と前記静電チャックの間の圧力を検出する工程と、（ｅ）前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判定する工程と、（ｆ）前記判定の結果に基づき、前記静電チャックを前記第１温度より高い第２温度に昇温させる工程と、（ｇ）前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成する工程と、を有する、プラズマ処理方法が提供される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）プラズマ処理チャンバ内に配置された第１温度の静電チャックに基板を載置する工程と、
（ｂ）前記基板を前記静電チャックに静電吸着する工程と、
（ｃ）前記基板と前記静電チャックの間に伝熱ガスの供給を開始する工程と、
（ｄ）前記伝熱ガスの流量又は前記基板と前記静電チャックの間の圧力を検出する工程と、
（ｅ）前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判定する工程と、
（ｆ）前記判定の結果に基づき、前記静電チャックを前記第１温度より高い第２温度に昇温させる工程と、
（ｇ）前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成する工程と、
を有する、プラズマ処理方法。

【請求項2】

（ｆ）の工程は、前記第１温度より高い第２温度に連続的に昇温させる、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

（ｆ）の工程は、前記第１温度より高い第２温度に段階的に昇温させる、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

前記静電チャックが前記第２温度に到達してから所定の期間経過後に、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成する、
請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記基板を前記静電チャックに吸着する工程の前に高周波電力を前記プラズマ処理チャンバ内に配置された電極に印加し、
前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判断する工程の後に前記高周波電力の印加を停止する、
請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記高周波電力は、プラズマ生成用のソースＲＦ信号及び前記ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数のバイアスＲＦ信号の少なくともいずれかである、
請求項５に記載のプラズマ処理方法。

【請求項7】

（ｈ）前記（ｆ）の工程の後であって前記（ｇ）の工程の前に、前記プラズマ処理チャンバ内の雰囲気を安定させる工程を有する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記（ｄ）の工程は、前記（ｃ）の工程において前記基板と前記静電チャックの間に伝熱ガスの供給を開始してから所定時間経過後に前記伝熱ガスの供給を停止した後に、再度伝熱ガスを供給したときの前記流量又は前記圧力を検出する、
請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項9】

前記（ｆ）の工程は、前記流量又は前記圧力が所定の閾値以下の場合、前記静電チャックを昇温させる、
請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項10】

前記（ｆ）の工程は、前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過している間、前記静電チャックを昇温させない、
請求項９に記載のプラズマ処理方法。

【請求項11】

プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置された静電チャックと、制御部と、を有するプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置された第１温度の静電チャックに基板を載置する工程と、
前記基板を前記静電チャックに静電吸着する工程と、
前記基板と前記静電チャックの間に伝熱ガスの供給を開始する工程と、
前記伝熱ガスの流量又は前記基板と前記静電チャックの間の圧力を検出する工程と、
前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判定する工程と、
前記判定の結果に基づき、前記静電チャックを前記第１温度より高い第２温度に昇温させる工程と、
前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成する工程と、
を含む工程を制御する、プラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

静電チャックが高温の環境下では、プラズマ処理期間が長くなると、静電チャックを構成する誘電膜の誘電体への電荷のマイグレーションが生じて静電チャックの吸着力が低下する現象が発生する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０６９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、マイグレーションによる静電チャックの吸着力の低下を抑制できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、（ａ）プラズマ処理チャンバ内に配置された第１温度の静電チャックに基板を載置する工程と、（ｂ）前記基板を前記静電チャックに静電吸着する工程と、（ｃ）前記基板と前記静電チャックの間に伝熱ガスの供給を開始する工程と、（ｄ）前記伝熱ガスの流量又は前記基板と前記静電チャックの間の圧力を検出する工程と、（ｅ）前記流量又は前記圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判定する工程と、（ｆ）前記判定の結果に基づき、前記静電チャックを前記第１温度より高い第２温度に昇温させる工程と、（ｇ）前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成する工程と、を有する、プラズマ処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、マイグレーションによる静電チャックの吸着力の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す図。

【図2】実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。

【図3】実施形態に係る流量モニターの一例を示す図。

【図4】マイグレーションによる静電チャックの吸着力の低下を説明するための図。

【図5】マイグレーションによる電荷の移動を説明するための図。

【図6】第１実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示すフローチャート。

【図7】第１実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示すタイムチャート。

【図8】プラズマ処理方法におけるＨｅガスのリークチェックの結果の一例を示す図。

【図9】第２実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示すフローチャート。

【図10】第２実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［プラズマ処理システム］
一実施形態において、図１に示すプラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

【0010】

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）、ＥＣＲプラズマ（Electron-Cyclotron-resonance plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）等であってもよい。また、ＡＣ（Alternating Current）プラズマ生成部及びＤＣ（Direct Current）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

【0011】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置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プラズマ処理装置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の一部又は全てがプラズマ処理装置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（ＣＰＵ：Central Processing Unit）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース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及びレシピに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0012】

次に、図２を参照しながらプラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例について説明する。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及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チャンバ１０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内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。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及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

【0013】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（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（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又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、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも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、又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の裏面と基板支持面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。

【0014】

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、及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又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0015】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも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、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器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る。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又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又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。

【0016】

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電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。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、プラズマ生成部１２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。

【0017】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第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の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。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又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。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又は複数のバイアス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信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0018】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第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。本実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１１３内の吸着電極１１３ａに印加される。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及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，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。

【0019】

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、圧力調整弁及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、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0020】

[伝熱ガス流路]
静電チャック１１３には吸着電極１１３ａが設けられている。吸着電極１１３ａは、第１のＤＣ生成部３２ａに接続され、第１のＤＣ生成部３２ａから第１のＤＣ信号（直流電圧）を印加される。これにより、基板Ｗが静電チャック１１３に吸着保持される。

【0021】

基板支持部１１は、所望の高周波電力が印加される電極を有する部材の一例である。ただし、基板支持部１１は、静電チャック１１３及び吸着電極１１３ａを有しなくてもよい。基板支持部１１が有する電極としては、第１のＲＦ生成部３１ａ及び／又は第２のＲＦ生成部３１ｂから少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力、高周波電力）が結合される基台１１６の導電性部材を電極（下部電極）としてよい。

【0022】

本開示では、静電チャック１１３の基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間には、伝熱ガスの一例としてヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給される。ただし、伝熱ガスはヘリウムガスに限らず、その他の不活性ガスであってよい。基板支持部１１は、厚さ方向に貫通する貫通孔１２０を有する。貫通孔１２０はヘリウムガスの流路となる。

【0023】

本体部１１１は、基台１１６の下に基台１１６を支持する導電性のプレート１１０を含む。基台１１６の下面とプレート１１０の上面との間には隙間があり、ガス流路Ｐとなっている。貫通孔１２０はガス流路Ｐに連通する。ガス流路ＰはＨｅガス供給ライン１１９ａを介してＨｅガス源１１９に接続されている。Ｈｅガス源１１９から供給されるヘリウムガスは、Ｈｅガス供給ライン１１９ａを介してガス流路Ｐを流れ、貫通孔１２０を通って基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給される。

【0024】

[流量モニター]
次に、実施形態に係るＨｅガスの流量モニターについて、図３を参照しながら説明する、図３は、実施形態に係る流量モニター装置１２３の一例を示す図である。流量モニター装置１２３は、圧力制御器１２１に取り付けられている。

【0025】

Ｈｅガス供給ライン１１９ａには、基板支持部１１側から順に圧力バルブ１２２、圧力制御器１２１及び流量モニター装置１２３が取り付けられている。Ｈｅガス源１１９から供給されるＨｅガスは、圧力制御器１２１が制御する圧力バルブ１２２の弁開度によりその流量を制御される。Ｈｅガスは、流量を制御され、ガス流路Ｐを流れ、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給される。圧力制御器１２１は、基板と静電チャックの間の圧力を検出する。

【0026】

流量モニター装置１２３は、Ｈｅガス供給ライン１１９ａを流れるＨｅガスの流量を検出し、これにより、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給されるＨｅガスの流量をモニターする。

【0027】

流量モニター装置１２３は、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給されるＨｅガスのリークチェックを行う。リークチェックとは基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給されるＨｅガスの流量が適正範囲であるかを検査する工程である。基板Ｗが基板支持面１１１ａに適切な吸着力で吸着されている場合は所定の流量でＨｅガスが流れる。しかし、基板の吸着力が弱くなると基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間から所定の流量よりも多いＨｅガスが流れることになり、Ｈｅガスによる基板Ｗの冷却性能が不安定になる。従って、リークチェックにより基板Ｗの吸着力が適切であるかを検査することができる。なお、後述するようにＨｅガスの流量を検出することでリークチェックを行う替わりに、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間の圧力を検出することでリークチェックを行ってもよい。

【0028】

Ｈｅガスの流量を検出するリークチェックは、Ｈｅガス源１１９からＨｅガスの供給を開始（オン）し、所定時間経過後にＨｅガスの供給を停止（オフ）する。Ｈｅガスがリークしている場合、Ｈｅガスをオフしたときに基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間の圧力が下がるため、圧力を調整しようと作用して、再びオンされたＨｅガス源１１９から更に大きな流量のＨｅガスが供給される。このため、Ｈｅガスがリークしている場合、流量モニター装置１２３が検出するＨｅガスの流量はＨｅガスがリークしていない場合と比べて多くなる。よって、検出したＨｅガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合、Ｈｅガスがリークしていると判定できる。

【0029】

[マイグレーション]
例えば、２５０℃程度で静電チャック１１３を使用するときに吸着不良が発生する場合がある。吸着不良とは静電チャック１１３上の基板Ｗの吸着力が低下する現象をいう。静電チャック１１３を１００℃以上の高温で使用した場合、吸着不良が生じる理由は、静電チャック１１３の温度上昇により静電チャック１１３を構成するセラミックス板材の体積抵抗率が下がるためである。セラミックス板材の体積抵抗率が下がると、基板Ｗから吸着電極１１３ａへ電子の移動が生じ易くなり、電子の移動により吸着力を確保する電荷量が減少する。従って、静電チャック１１３の吸着力の低下を抑制するためにはマイグレーションの影響を低減することが重要である。

【0030】

図４及び図５を参照しながら、（ａ）吸着電極１１３ａへプラスの電荷を供給する場合、（ｂ）吸着電極１１３ａへマイナスの電荷を供給する場合のマイグレーションについて説明する。図４は、マイグレーションによる静電チャック１１３の吸着力の低下を説明するための図である。図５は、マイグレーションによる電荷の移動を説明するための図である。

【0031】

図４（ａ）の吸着電極１１３ａへプラスの電荷を供給する場合（ＨＶプラス吸着）、第１のＤＣ生成部３２ａが生成した第１のＤＣ信号が吸着電極１１３ａに正の直流電圧（ＨＶ電圧）を印加する。これにより、一例として、吸着電極１１３ａに２．７ｋＶのＨＶ電圧が供給される。図５（ａ）は、吸着電極１１３ａ上のプラス電荷と基板Ｗ上のマイナス電荷とが引き合い、正常な吸着力が生じていることを模式的に示す。

【0032】

図４（ａ）の横軸に示す時間が経過すると、縦軸の電圧（電位）に示すように、静電チャック１１３の表面電位が低下する。その理由は、静電チャック１１３が１００℃以上の高温の場合、静電チャック１１３を構成するセラミックス板材の体積抵抗率が下がる。これにより、時間経過とともに図５（ｂ）から図５（ｃ）へ示すように、基板Ｗに帯電していた電子が、基板Ｗから吸着電極１１３ａへ移動し易くなる。このときの基板Ｗの吸着力は以下の式（１）から算出される。

【0033】

吸着力に応じた電圧＝静電チャック１１３の表面電位－Ｖ_ｄｃ・・・（１）
基板Ｗの吸着力は、静電チャック１１３の表面電位と自己バイアスＶｄｃの電位差で決まる。ＲＦ信号（ＲＦ電力）が基板支持部１１に供給され、プラズマが生成されると、プラズマからの入熱により基板Ｗが加熱されることでマイグレーションが生じ易くなる。マイグレーションが生じると、基板Ｗから吸着電極１１３ａへ電子が移動し、静電チャック１１３の表面電位が低下する。静電チャック１１３の表面電位が低下すると式（１）より、吸着力に応じた電圧が下がり、基板Ｗの吸着力が低下する。

【0034】

（ｂ）チャック電極吸着電極１１３ａへマイナスの電荷を供給する場合（ＨＶマイナス吸着）、第１のＤＣ生成部３２ａが生成した第１のＤＣ信号が吸着電極１１３ａに負の直流電圧（ＨＶ電圧）を印加する。これにより、一例として、吸着電極１１３ａに－２．０ｋＶのＨＶ電圧が供給される。吸着電極１１３ａに負の直流電圧が印加されると、基板Ｗがプラズマから得ようとする電子は反発されるため、マイグレーションを抑制することができる。従って、図４（ｂ）の横軸に示すように時間が経過しても、縦軸の電圧（電位）に示すように、静電チャック１１３の表面電位の上昇をわずかに抑えることができ、式（１）より、基板Ｗの吸着力が低下を抑制することができる。

【0035】

図４（ａ）の吸着電極１１３ａへプラスの電荷を供給する場合、静電チャック１１３が高温の場合にマイグレーションが生じやすい。この結果、静電チャック１１３の吸着力の低下及びＨｅガスのリーク量の増加が生じる。図４（ｂ）の吸着電極１１３ａへマイナスの電荷を供給する場合、静電チャック１１３が高温であってもマイグレーションが生じにくい。この結果、静電チャック１１３の吸着力を維持できるためＨｅガスのリーク量は少なくなる。

【0036】

以下の第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理方法では、静電チャック１１３の温度上昇による体積抵抗率の低下の影響を受けずに基板Ｗと吸着電極１１３ａにおいて誘電分極が行われ、マイグレーションの影響を低減できる。

【0037】

＜第１実施形態＞
［プラズマ処理方法］
まず、第１実施形態に係るプラズマ処理方法ＭＴ１について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法ＭＴ１の一例を示すフローチャートである。図７は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法ＭＴ１の一例を示すタイムチャートである。なお、第１実施形態に係るプラズマ処理方法は制御部２により制御される。

【0038】

図６の方法ＭＴ１が開始されると、制御部２は、基板Ｗをプラズマ処理装置１のプラズマ処理チャンバ１０内に搬入し、基板Ｗを第１温度の静電チャック１１３に載置する。第１温度は、例えば１００℃より低い温度である。基板Ｗを搬入後、制御部２は、プラズマ処理チャンバ１０にＡｒガスを供給（オン）し、プラズマ処理チャンバ１０内を安定させる（ステップＳ１）。Ａｒガスの替わりに他の不活性ガスを供給してもよい。

【0039】

図７のタイムチャートのＳｔｅｐＡでは、時刻ｔ_０に基板をプラズマ処理チャンバ１０に搬入し、時刻ｔ_０と時刻ｔ_１の間にＡｒガスを供給し、時刻ｔ_１までプラズマ処理チャンバ１０内を安定化させる。Ａｒガスを供給することで、ＳｔｅｐＢにおけるＨＶ電圧のオン時に静電チャック１１３による基板Ｗの吸着力を確保することができる。

【0040】

図６に戻り、次に、制御部２は、吸着電極１１３ａへＨＶ電圧の供給を開始（オン）する（ステップＳ３）。吸着電極１１３ａにプラスの電荷を供給してもよいし、マイナスの電荷を供給してもよい。これにより、基板Ｗを静電チャック１１３に静電吸着する。

【0041】

図７のタイムチャートのＳｔｅｐＢでは、時刻ｔ_１と時刻ｔ_２の間に第１のＤＣ信号を供給してＨＶ電圧をオンし、吸着電極１１３ａにプラスの電荷を供給する。

【0042】

図６に戻り、次に、制御部２は、Ｈｅガス源１１９からＨｅガスの供給を開始（オン）し、これにより、基板Ｗと静電チャック１１３の間にＨｅガスを供給する。次に、制御部２は、流量モニター装置１２３による検出結果に基づきＨｅガスのリークチェックを開始する（ステップＳ５）。Ｈｅガスのリークチェックでは、流量モニター装置１２３により基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給するＨｅガスが基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間から漏れる量をリーク量（流量）として検出する。Ｈｅガスのリーク量に替えて基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間の圧力を検出してもよい。リークチェック時には、Ｈｅガスをオンし、所定時間経過後にオフする。Ｈｅガスがリークしている場合、Ｈｅガスをオフしたときに基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間の圧力が下がるため、圧力を調整しようと作用して、再びオンされたＨｅガス源１１９から更に大きな流量のＨｅガスが供給される。このため、Ｈｅガスがリークしている場合、流量モニター装置１２３が検出するＨｅガスの流量はＨｅガスがリークしていない場合よりも多くなる。よって、検出したＨｅガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合、Ｈｅガスがリークしていると判定できる。リークチェックでは、例えば予め決められた時間（例えば２秒間）で所定流量以上のリーク量が検出されるかを判定する。

【0043】

ステップＳ５のＨｅガスのリークチェックの結果、制御部２は、Ｈｅガスのリーク量が閾値以下であるかを判定する（ステップＳ７）。Ｈｅガスのリーク量が閾値よりも大きい場合、制御部２は処理を停止する。制御部２は、Ｈｅガスのリーク量が閾値以下であると判定されるときに、静電チャック１１３の温度を第１温度から第２温度に制御する。第１温度は第２温度よりも低温であり、例えば１００℃より低い温度である。

【0044】

静電チャック１１３のセラミックス板材は高温になると体積抵抗率が下がる。基板Ｗに溜まった電子が、セラミックス板材の体積抵抗率が下がることによってセラミックス板材側に移動するマイグレーションが促進される。本開示ではリークチェック時に静電チャック１１３を１００℃より低く制御することによってマイグレーションを生じ難くする。これにより、基板Ｗの吸着力の低下を防ぐ。

【0045】

なお、図７のタイムチャートのＳｔｅｐＣでは、時刻ｔ_３に一度Ｈｅガスをリークチェックすることが示されているが、Ｈｅガスのリーク量は、流量モニター装置１２３により常時検出されている。

【0046】

制御部２は、リーク量が閾値以下である場合、静電チャック１１３の温度を上昇させる（ステップＳ９）。つまり、制御部２は、静電チャック１１３を第１温度より高い第２温度に昇温させる。

【0047】

図７のタイムチャートのＳｔｅｐＤでは、時刻ｔ４と時刻ｔ５の間において徐々に静電チャック１１３の温度を高くし、高温に制御する。第２温度（高温）は、例えば１００℃以上の温度である。制御部２は、第１温度より高い第２温度に連続的に昇温させてもよい。制御部２は、第１温度より高い第２温度に段階的に昇温させてもよい。なお、図７のグラフの時刻ｔ_４と時刻ｔ_５の間の静電チャック１１３の温度の傾きは一例であり、静電チャック１１３の構造、静電チャック１１３及びプラズマ処理装置１の熱容量及びプラズマ入熱によって適切な傾きに設定される。

【0048】

なお、ＳｔｅｐＤでは、徐々にＡｒガスの供給が停止され、その後、プロセスガスの供給が開始される。

【0049】

図６に戻り、次に、制御部２は、プラズマ処理チャンバ１０内の温度及び雰囲気を安定させる（ステップＳ１１）。図７のタイムチャートのＳｔｅｐＥでは、時刻ｔ_５と時刻ｔ_６の間にプラズマ処理チャンバ１０内の温度を安定させる。ＳｔｅｐＦでは、時刻ｔ_６と時刻ｔ_７の間にプラズマ処理チャンバ１０内の雰囲気をプロセス条件に合わせて安定させる。

【0050】

図６に戻り、制御部２は、静電チャック１１３が第２温度に到達してから所定の期間経過後に、プラズマ処理チャンバ１０内にプラズマを生成し、基板Ｗをプラズマ処理する（ステップＳ１３）。その後、本処理を終了する。

【0051】

図７の例では、第２温度に到達してから所定の期間経過後のＳｔｅｐＧの時刻ｔ_７にてプロセスレシピに基づきソースＲＦ信号（ＨＦ Ｐｏｗｅｒ）を供給（オン）し、時刻ｔ_７よりも少し遅れてバイアスＲＦ信号（ＬＦ Ｐｏｗｅｒ）を供給する。これにより、プロセスガスのプラズマを生成し、基板Ｗをプラズマ処理する。基板Ｗのプラズマ処理には、エッチング、成膜等がある。

【0052】

図８は、実施形態に係るプラズマ処理方法におけるＨｅガスのリークチェックの結果の一例を示す図である。図８（ａ）の縦軸は参考例に係る静電チャック１１３の温度を示し、図８（ｂ）の縦軸は参考例に係るＨｅガスの流量を示す。横軸はいずれも時間である。図８（ｃ）の縦軸は実施形態に係る静電チャック１１３の温度を示し、図８（ｄ）の縦軸は実施形態に係るＨｅガスの流量を示す。横軸はいずれも時間である。

【0053】

図８（ａ）の参考例では、静電チャック１１３の温度を最初（時刻０）から約２５０℃に制御した。図８（ｃ）の実施形態では、静電チャックの温度を最初（時刻０）は１００℃よりも低く制御し、その後約２５０℃に制御した。

【0054】

これによれば、図８（ｂ）の参考例の結果では、Ｈｅガスをオン、オフした後、再びオンしたときのリーク量（流量）が多かった。これに対して、図８（ｄ）の実施形態の結果では、Ｈｅガスをオン、オフした後、再びオンしたときのリーク量（流量）が少なかった。

【0055】

以上から、第１実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、静電チャック１１３の温度上昇による体積抵抗率の低下の影響を受けずに基板Ｗと吸着電極１１３ａにおいて誘電分極が行われ、マイグレーションの影響を低減できる。

【0056】

＜第２実施形態＞
［プラズマ処理方法］
次に、第２実施形態に係るプラズマ処理方法について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係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１０は、第２実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示すタイムチャートである。なお、図９に示す処理のステップ番号が、図６に示す処理のステップ番号と同じ場合、同一処理を示す。

【0057】

図９の方法ＭＴ２が開始されると、制御部２は、基板Ｗをプラズマ処理チャンバ１０に搬入し、基板Ｗを第１温度の静電チャック１１３に載置する。また、制御部２は、プラズマ処理チャンバ１０にＡｒガスを供給（オン）する（ステップＳ１）。

【0058】

図１０のタイムチャートのＳｔｅｐＡでは、時刻ｔ_０に基板をプラズマ処理チャンバ１０に搬入し、時刻ｔ_０と時刻ｔ_１の間にＡｒガスを供給した後、時刻ｔ_１までチャンバ内を安定化させる。

【0059】

図９に戻り、制御部２は、ソースＲＦ信号（ＨＦ Ｐｏｗｅｒ）を供給（オン）し、Ａｒガスのプラズマを生成する（ステップＳ２１）。これによれば、Ａｒガスのプラズマにより静電チャック１１３による基板Ｗの吸着力を確保することができる。また、ＨＶ電圧を供給する前にプラズマを生成し、そのプラズマによってＨＶ電圧を印加する際にプラズマ処理チャンバ１０内のパーティクルが基板Ｗ側へ引き込まれることを防止することができる。

【0060】

図９に戻り、次に、制御部２は、吸着電極１１３ａへＨＶ電圧の供給を開始（オン）する（ステップＳ３）。ＨＶ電圧は、吸着電極１１３ａにプラスの電荷を供給してもよいし、マイナスの電荷を供給してもよい。これにより、基板Ｗを静電チャック１１３に静電吸着する。

【0061】

図１０のタイムチャートのＳｔｅｐＢでは、時刻ｔ_１にソースＲＦ信号を供給してＨＦパワーをオンし、時刻ｔ_１と時刻ｔ_２の間に第１のＤＣ信号を供給してＨＶ電圧をオンし、吸着電極１１３ａにプラスの電荷を供給する。

【0062】

図９に戻り、次に、制御部２は、Ｈｅガスの供給を開始（オン）し、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間にＨｅガスを供給する。次に、制御部２は、流量モニター装置１２３による検出結果に基づきＨｅガスのリークチェックを開始する（ステップＳ５）。Ｈｅガスのリークチェックは、ソースＲＦ信号を供給し、ＨＦパワーによりＡｒガスのプラズマが生成されている状態で、基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間に供給するＨｅガスのリーク量（流量）を検出する。Ｈｅガスのリーク量に替えて基板支持面１１１ａと基板Ｗの裏面との間の圧力を検出してもよい。Ｈｅガスがリークしている場合、流量モニター装置１２３が検出するＨｅガスの流量はＨｅガスがリークしていない場合よりも多くなる。よって、検出したＨｅガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合、Ｈｅガスがリークしていると判定できる。

【0063】

制御部２は、Ｈｅガスのリークチェックの結果、Ｈｅガスのリーク量が閾値以下であるかを判定する（ステップＳ７）。Ｈｅガスのリーク量が閾値よりも大きい場合、制御部２は処理を停止する。制御部２は、Ｈｅガスのリーク量が閾値以下であると判定されるときに、静電チャック１１３の温度を第１温度の低温から第２温度の高温に制御する。低温は、例えば１００℃より低い温度である。

【0064】

制御部２は、リーク量が閾値以下である場合、ソースＲＦ信号の供給を停止してＨＦパワーをオフし（ステップＳ２３）、静電チャック１１３の温度を第２温度へ上昇させる（ステップＳ９）。

【0065】

図１０のタイムチャートのＳｔｅｐＤでは、時刻ｔ_４でソースＲＦ信号（ＨＦ Ｐｏｗｅｒ）の供給を停止し、時刻ｔ４と時刻ｔ５の間において徐々に静電チャック１１３の温度を上昇させ、第２温度に制御する。第２温度は、例えば１００℃以上の温度である。ＳｔｅｐＤでは、Ａｒガスの供給を停止し、その後、プロセスガスの供給を開始する。

【0066】

図９に戻り、次に、制御部２は、プラズマ処理チャンバ１０内の温度及び雰囲気を安定させる（ステップＳ１１）。次に、制御部２は、静電チャック１１３が第２温度に到達してから所定の期間経過後にプラズマ処理チャンバ１０内にプラズマを生成し、基板Ｗを処理する（ステップＳ１３）。その後、本処理を終了する。図１０のタイムチャートのＳｔｅｐＥ、Ｆでは、時刻ｔ_５と時刻ｔ_７の間にプラズマ処理チャンバ１０内の温度及び雰囲気を安定させる。

【0067】

図１０の例では、プロセスレシピに基づき、時刻ｔ_７にソースＲＦ信号（ＨＦ Ｐｏｗｅｒ）を供給し、時刻ｔ_７よりも少し遅れてバイアスＲＦ信号（ＬＦ Ｐｏｗｅｒ）を供給し、プロセスガスのプラズマを生成し、基板Ｗを処理する。

【0068】

以上から、第２実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、静電チャック１１３の温度上昇による体積抵抗率の低下の影響を受けずに誘電分極が行われ、マイグレーションの影響を低減することができる。

【0069】

また、基板Ｗを静電チャック１１３に吸着する工程の前にソースＲＦ信号（ＨＦ Ｐｏｗｅｒ）を吸着電極１１３ａに印加し、流量又は圧力が所定の閾値を超過しているか否かを判断する工程の後にソースＲＦ信号の印加を停止する。これにより、ＨＶ電圧を供給する前にプラズマを生成し、そのプラズマによって静電チャック１１３による基板Ｗの吸着力を確保することができる。また、ＨＶ電圧を印加する際にプラズマ処理チャンバ１０内のパーティクルが基板Ｗ側へ引き込まれることを防止することができる。

【0070】

なお、第２実施形態では、図９のステップＳ２１においてソースＲＦ信号をオンすることで、基板Ｗにパーティクルが発生することを防止した。ただし、これに限らず、ステップＳ２１においてバイアスＲＦ信号をオンしてもよいし、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号をオンしてもよい。いずれも基板Ｗにパーティクルが発生することを防止できる。ソースＲＦ信号を供給した場合、基板Ｗの吸着力はバイアスＲＦ信号を使用した場合よりも低いが、スパッタ効果によるダメージは生じにくい。逆に、バイアスＲＦ信号を供給した場合、基板Ｗの吸着力はソースＲＦ信号よりも高いが、スパッタ効果によるダメージが生じやすい。

【0071】

以上、本実施形態のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置によれば、マイグレーションの影響を受けにくい低温で基板Ｗを静電チャック１１３により静電吸着させ、誘電分極した後、静電チャック１１３をプロセス条件に応じた高温まで昇温する。これにより、基板Ｗを静電チャック１１３に吸着させるときの電荷の移動を抑制し、基板Ｗの吸着エラーの発生を防止し、その後のプロセスにおいて経時的な吸着を可能とする。

【0072】

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0073】

本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0074】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】