特許 7527194 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240726BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240726BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/302 101C

H01L21/302 101D

H01L21/31 C

H05H1/46 M

H05H1/46 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020213117

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099390

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-07-07

(73)【特許権者】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 裕介

【審査官】加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１１８０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４７５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８７８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部で生成されたプラズマにより、内部に配置された基板を処理するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、導電体を含み、ＲＦ電力が供給される基台と、
前記基台の上に配置され、内部に電極を有し、前記電極に印加された電圧により前記基板を吸着する基板吸着部と、
前記チャンバ内に設けられた導電性部材と、
前記電極に電圧を印加する電圧供給部と、
フィルタ回路と
を備え、
前記電圧供給部の基準電位の端子は、前記フィルタ回路および前記基台を介して前記導電性部材に接続されており、
前記電圧供給部は、前記導電性部材の電位を基準電位とする電圧を前記電極に印加するプラズマ処理装置。

【請求項2】

内部で生成されたプラズマにより、内部に配置された基板を処理するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、内部に電極を有し、前記電極に印加された電圧により前記基板を吸着する基板吸着部と、
前記チャンバ内に設けられた導電性部材と、
前記電極に電圧を印加する電圧供給部と、
前記電圧供給部の基準電位の端子と接地電位との間に設けられ、前記基準電位を浮遊電位または接地電位に切り替えるスイッチと
を備え、
前記電圧供給部の基準電位の端子は、前記導電性部材に接続されており、
前記電圧供給部は、前記導電性部材の電位を基準電位とする電圧を前記電極に印加するプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記スイッチは、
前記基板が前記基板吸着部に吸着される場合に開状態に制御され、
前記基板と前記基板吸着部との吸着が解除される場合に開状態に制御される請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記導電性部材は、
前記基板吸着部上に配置される前記基板の周囲に配置されたエッジリングである請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記プラズマによる処理の時間の経過に伴って前記電極に印加される電圧の大きさを変更するように前記電圧供給部を制御することにより、前記基板吸着部が前記基板を吸着する力の変動を抑制するように制御する制御部
をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

ａ） チャンバ内に設けられた基板吸着部内の電極に電圧供給部から電圧を印加することにより、基板を前記基板吸着部に吸着させる工程と、
ｂ） 前記チャンバ内に生成されたプラズマにより、前記基板を処理する工程と、
ｃ） 前記プラズマによる処理の時間の経過に伴って前記電極に印加される電圧の大きさを変更することにより、前記基板吸着部が前記基板を吸着する力の変動を抑制するように制御する工程と
を含み、
前記電圧供給部の基準電位の端子は、フィルタ回路と、導電体を含み、ＲＦ電力が供給される基台と、を介して前記チャンバ内に設けられた導電性部材に接続されており、
前記電極に印加される前記電圧は、
前記導電性部材の電位を基準電位とする電圧であるプラズマ処理方法。

【請求項7】

ａ） チャンバ内に設けられた基板吸着部内の電極に電圧供給部から電圧を印加することにより、基板を前記基板吸着部に吸着させると共に、前記電圧供給部の基準電位の端子と接地電位との間に設けられたスイッチを閉状態に制御する工程と、
ｂ） 前記チャンバ内に生成されたプラズマにより、前記基板を処理する工程と、
ｃ） 前記プラズマによる処理の時間の経過に伴って前記電極に印加される電圧の大きさを変更することにより、前記基板吸着部が前記基板を吸着する力の変動を抑制するように制御する工程と、
ｄ） 前記基板と前記基板吸着部との吸着を解除する際に、前記スイッチを開状態に制御する工程と
を含み、
前記電極に印加される前記電圧は、
前記チャンバ内に設けられた導電性部材の電位を基準電位とする電圧であるプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記導電性部材は、
前記基板吸着部上に配置される前記基板の周囲に配置されたエッジリングである請求項６または７に記載のプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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エ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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－４７５１１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、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装置およびプラズマ処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面は、プラズマ処理装置であって、チャンバと、基板吸着部と、電圧供給部と、導電性部材とを備える。チャンバは、内部で生成されたプラズマにより、内部に配置された基板を処理する。基板吸着部は、チャンバ内に設けられ、内部に電極を有し、当該電極に印加された電圧により基板を吸着する。導電性部材は、チャンバ内に設けられている。電圧供給部は、基板吸着部内の電極に電圧を印加する。電圧供給部の基準電位の端子は、導電性部材に接続されており、電圧供給部は、導電性部材の電位を基準電位とする電圧を基板吸着部内の電極に印加する。

【発明の効果】

【0006】

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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の一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】図２は、リングアセンブリの拡大図である。

【図3】図３は、静電チャック内の電極、エッジリング、可変直流電源、およびスイッチの接続関係の一例を示す回路図である。

【図4】図４は、吸着処理における等価回路の一例を示す図である。

【図5】図５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6】図６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7】図７は、除電処理時の等価回路の一例を示す図である。

【図8】図８は、第１の実施形態におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、第２の実施形態におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、開示されるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法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装置およびプラズマ処理方法が限定されるものではない。

【0009】

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印加される。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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

（第１の実施形態）
［プラズマ処理装置１００の構成］
図１は、本開示の一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。

【0013】

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は接地されている。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ている。

【0014】

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。リングアセンブリ１１２は、エッジリング１１２ａとカバーリング１１２ｂとを有する。エッジリング１１２ａは、フォーカスリングと呼ばれることもある。エッジリング１１２ａは、導電性部材の一例である。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、エッジリング１１２ａ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、エッジリング１１２ａ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。

【0015】

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、可変直流電源１１４の一端が接続される。可変直流電源１１４の他端、即ち、可変直流電源１１４の基準電位の端子は、スイッチ１１３を介して接地されている。また、可変直流電源１１４の他端は、フィルタ回路１１５を介して基台１１１１に接続されている。可変直流電源１１４は、電圧供給部の一例である。電極１１１０ａは、可変直流電源１１４から印加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。フィルタ回路１１５は、基台１１１１に供給されたＲＦ電力が可変直流電源１１４内に流入することを抑制する。

【0016】

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１１２ａであり、他の少なくとも１つは、カバーリング１１２ｂである。エッジリング１１２ａは、例えばシリコン等を含む導電性の部材により形成されており、カバーリング１１２ｂは、例えば石英等により形成されている。図２は、リングアセンブリ１１２の拡大図である。カバーリング１１２ｂ内には、例えば図２に示されるように金属等の導電性部材で形成された接続部材５０が設けられている。

【0017】

接続部材５０とエッジリング１１２ａとの間には、金属等の導電性部材によりスパイラル状に形成されたシール部材５１が設けられている。接続部材５０とエッジリング１１２ａとは、シール部材５１を介して電気的に接続されている。また、接続部材５０と基台１１１１との間には、金属等の導電性部材によりスパイラル状に形成されたシール部材５２が設けられている。接続部材５０と基台１１１１とは、シール部材５２を介して電気的に接続されている。これにより、基台１１１１とエッジリング１１２ａとは、接続部材５０を介して電気的に接続される。従って、静電チャック１１１０内の電極１１１０ａ、エッジリング１１２ａ、可変直流電源１１４、およびスイッチ１１６は、基台１１１１を介して、例えば図３のように接続されている。なお、図３では、フィルタ回路１１５が省略されている。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

［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、予め定められた大きさの直流電圧が可変直流電源１１４から静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに印加される。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、基板Ｗとエッジリング１１２ａとがプラズマを介して電気的に接続される。これにより、例えば図４に示されるような閉回路が形成される。なお、吸着処理時には、スイッチ１１６は開状態に制御されている。

【0029】

例えば図４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１２０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Ｖ_dc0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Ｖ_dc0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Ｖ_dc0が小さい、弱いプラズマが生成される。

【0030】

可変直流電源１１４から印加される直流電圧をＶ₀、容量成分１２０にチャージされる電荷をＱ₀とすると、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Ｖ_dc0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。

【数1】

【0031】

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に印加される直流電圧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。

【0032】

［比較例における基板の帯電］
ここで、可変直流電源１１４の基準電位の端子が接地されており、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａに接続されていない構成を、比較例として説明する。図５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。

【0033】

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Ｖ_dc0よりも大きなセルフバイアスＶ_dc1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との間の容量成分１２０の容量がＣ₀から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１２１や抵抗値Ｒ_Cの抵抗成分１２２が発生する。

【0034】

容量成分１２０に溜まる電荷Ｑ₁、容量成分１２１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１２０の容量Ｃ₁は、吸着処理時の容量成分１２０の容量Ｃ₀とほぼ同じ大きさである。

【数2】

【0035】

ここで、吸着処理時に容量成分１２０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Ｖ_dc1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。

【0036】

また、容量成分１２０および容量成分１２１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。

【数3】

【0037】

ここで、容量成分１２１の容量Ｃ₂は、容量成分１２０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。

【数4】

【0038】

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Ｖ_dc1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Ｖ_dc1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Ｖ_dc1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。

【0039】

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。

【0040】

［本実施形態における基板の帯電］
図６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、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａに電気的に接続されており、可変直流電源１１４の基準電位が、エッジリング１１２ａの電位と同等になっている。そして、プラズマ処理チャンバ１０内にプラズマが生成されることにより、基板Ｗとエッジリング１１２ａとがプラズマを介して電気的に接続され、例えば図６に示されるような閉回路が形成される。なお、プラズマ処理中は、スイッチ１１６が開状態に制御されている。

【0041】

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Ｖ_dc0よりも大きなセルフバイアスＶ_dc1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１２０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１２１や抵抗値Ｒ_Cの抵抗成分１２２が発生する。

【0042】

ここで、本実施形態では、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａに電気的に接続されており、基板Ｗとエッジリング１１２ａとがプラズマを介して電気的に接続されている。そのため、可変直流電源１１４を含む閉回路内には、プラズマによるセルフバイアスＶ_dc1の電圧は含まれない。従って、容量成分１２０および容量成分１２１に印加される電圧は、吸着処理時と同じ電圧Ｖ₀に維持される。これにより、容量成分１２０に溜まる電荷Ｑ₁’および容量成分１２１に溜まる電荷Ｑ₂’は、それぞれ下記の式（５）のように表される。

【数5】

【0043】

また、容量成分１２０および容量成分１２１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（６）のように表される。

【数6】

【0044】

ここで、容量成分１２１の容量Ｃ₂は、容量成分１２０の容量がＣ₁に対して無視できるほど小さい。また、容量成分１２０の容量Ｃ₁は、吸着処理時の容量成分１２０の容量Ｃ₀とほぼ同じである。そのため、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（７）のように近似できる。

【数7】

【0045】

上記の式（１）および式（７）を参照すると、本実施形態では、プラズマ処理時であっても、基板Ｗには、セルフバイアスＶ_dc1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’が発生している。

【0046】

このように、本実施形態では、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａに電気的に接続されていることにより、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。

【0047】

なお、プラズマ処理が終了した場合には、除電処理が行われる。除電処理では、プラズマ処理チャンバ１０内にプラズマが生成され、例えば図７に示されるように、可変直流電源１１４の電圧が０（即ち短絡状態）に制御され、スイッチ１１６が閉状態に制御される。これにより、基板Ｗに溜まっていた電荷が除去される。除電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Ｖ_dc2が大きすぎると、本来の処理が施された基板Ｗに対してさらにダメージを与える場合がある。そのため、除電処理では、セルフバイアスＶ_dc2が小さい、弱いプラズマが生成される。

【0048】

［プラズマ処理方法］
図８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８に例示された処理が開始される。図８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。

【0049】

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、可変直流電源１１４から静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに予め定められた電圧Ｖ₀が印加される。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４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１２０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。

【0050】

次に、電極１１１０ａに印加される直流電圧が安定した後に基板Ｗに対するプラズマ処理が実行される（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、工程ｂ）の一例である。ステップＳ１１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６に示された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。

【0051】

次に、プラズマ処理が終了した後に、除電処理が実行される（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、可変直流電源１１４の電圧が０（即ち短絡状態）に制御され、スイッチ１１６が閉状態に制御される。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。

【0052】

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で、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（Ｓ１３）。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。

【0053】

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装置本体１は、プラズマ処理チャンバ１０と、静電チャック１１１０と、可変直流電源１１４と、エッジリング１１２ａとを備える。プラズマ処理チャンバ１０は、内部で生成されたプラズマにより、内部に配置された基板Ｗを処理する。静電チャック１１１０は、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられ、内部に電極１１１０ａを有し、当該電極１１１０ａに印加された電圧により基板Ｗを吸着する。エッジリング１１２ａは、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられている。可変直流電源１１４は、静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに電圧を印加する。可変直流電源１１４の基準電位の端子は、エッジリング１１２ａに接続されており、可変直流電源１１４は、エッジリング１１２ａの電位を基準電位とする電圧を静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに印加する。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。

【0054】

（第２の実施形態）
プラズマ処理が行われると、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との間の容量成分１２０の容量がＣ₀からＣ₁に変化し、容量Ｃ₂の容量成分１２１や抵抗値Ｒ_Cの抵抗成分１２２が発生する。プラズマ処理の時間が長くなると、プラズマ処理の開始時に対して、容量成分１２０の容量Ｃ₁および容量成分１２１の容量Ｃ₂の変化が大きくなる。そのため、容量成分１２０および容量成分１２１に印加されている電圧がＶ₀のままであっても、容量成分１２０および容量成分１２１に溜まる電荷の量が変化する。これにより、基板Ｗと静電チャック１１１０との間の吸着力が変化する。

【0055】

そのため、本実施形態では、制御部２が、プラズマによる処理の時間の経過に伴って静電チャック１１１０の電極１１１０ａに印加される電圧の大きさを変更するように可変直流電源１１４を制御する。これにより、静電チャック１１１０が基板Ｗを吸着する力の変動が抑制される。例えば、プラズマによる処理の時間の経過に従って、静電チャック１１１０が基板Ｗを吸着する力の変動が予め測定される。そして、静電チャック１１１０が基板Ｗを吸着する力を一定にするために、プラズマによる処理の時間の経過に従って電極１１１０ａに印加される電圧の大きさが、実験等により予め推定される。制御部２は、プラズマ処理時に、予め推定された電圧の大きさを、プラズマによる処理の時間の経過に従って電極１１１０ａに印加する。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と静電チャック１１１０との間の吸着力が変化を低減することができる。

【0056】

［プラズマ処理方法］
図９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９において、図８と同じ符号を付した処理は、図８における処理と同様であるため説明を省略する。

【0057】

本実施形態におけるステップＳ１１では、まず、基板Ｗに対するプラズマ処理が開始される（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０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。

【0058】

次に、制御部２は、プラズマ処理が開始されてから予め定められた時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１１１）。プラズマ処理が開始されてから予め定められた時間が経過していない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、再びステップＳ１１１に示された処理が実行される。

【0059】

一方、プラズマ処理が開始されてから予め定められた時間が経過した場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、制御部２は、電極１１１０ａに印加する電圧の大きさを、プラズマ処理が開始されてからの経過時間に応じた大きさに変更する（Ｓ１１２）。ステップＳ１１２は、工程ｃ）の一例である。

【0060】

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（Ｓ１１３）。プラズマ処理が終了していない場合（Ｓ１１３：Ｎｏ）、再びステップＳ１１１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（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に示された処理が実行される。

【0061】

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は、工程ａ）、工程ｂ）、および工程ｃ）を含む。工程ａ）では、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられた静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに電圧を印加することにより、基板Ｗを静電チャック１１１０に吸着させる。工程ｂ）では、プラズマ処理チャンバ１０内に生成されたプラズマにより、基板Ｗを処理する。工程ｃ）では、プラズマによる処理の時間の経過に伴って静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに印加される電圧の大きさを変更することにより、静電チャック１１１０が基板Ｗを吸着する力の変動を抑制するように制御する。静電チャック１１１０内の電極１１１０ａに印加される電圧は、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられたエッジリング１１２ａの電位を基準電位とする電圧である。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。

【0062】

［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。

【0063】

例えば、上記した各実施形態では、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａに接続され、可変直流電源１１４の基準電位がエッジリング１１２ａの電位と同等になるように設定された。しかし、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、カバーリング１１２ｂが導電性の部材により形成され、可変直流電源１１４の基準電位の端子がカバーリング１１２ｂに接続されてもよい。あるいは、エッジリング１１２ａおよびカバーリング１１２ｂが導電性の部材により形成され、可変直流電源１１４の基準電位の端子がエッジリング１１２ａおよびカバーリング１１２ｂに接続されてもよい。

【0064】

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。

【0065】

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。

【符号の説明】

【0066】

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
１１２ａ エッジリング
１１２ｂ カバーリング
１１４ 可変直流電源
１１５ フィルタ回路
１１６ スイッチ
１２０ 容量成分
１２１ 容量成分
１２２ 抵抗成分
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３２ ＤＣ電源
４０ 排気システム
５０ 接続部材
５１ シール部材
５２ シール部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】