(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の表面を覆っている誘電体の表面上に被処理基板を置き、前記電極と被処理基板との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に被処理基板の固定を行なう静電吸着クランプ機構を備え、減圧下で被処理基板の加工処理を行なうプラズマ処理装置において、被処理基板の離脱動作が行なわれるチャンバーに、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段と、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給する為のガス導入機構とを備えると共に、被処理基板の離脱動作が行なわれるチャンバー内の圧力を所定の圧力に保持するための圧力制御系を備え、
前記機械的離脱力付与手段は、前記ピン又はピストンを前記誘電体の表面から突出させる高さを調節する駆動機構を備えていて、前記ガス導入機構及び圧力制御系によって前記被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかが被処理基板周辺に供給され、チャンバー内の圧力が０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持されている間に、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、その後、前記ピン又はピストンを更に突出させるように動作するものである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
機械的離脱力付与手段、ガス導入機構および圧力制御系に対するシーケンサを更に備えている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
静電吸着による被処理基板の電極への固定は、電極と被処理基板との間に印加した直流電圧による電極と被処理基板との間の直流電位差による静電吸着又は、電極と、被処理基板の置かれたチャンバー内に発生させたプラズマによる被処理基板の自己バイアスにより生じる電位差による静電吸着によ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。
【請求項４】
ガス導入機構は、被処理基板の加工処理を行うプラズマ処理の処理用ガスの導入機構と共通又は別個とした請求項１乃至３のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置に配備される請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置で、被処理基板が電極に固定されたときの当該被処理基板の円周に沿って、等間隔で複数本配備されたリフトピンからなる請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
誘電体の表面から突出可能な機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、上側面が前記誘電体の表面と面一で、前記誘電体の表面から出没可能な円形台からなる請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
チャンバー内に配備されている電極の表面を覆っている誘電体の表面上に置かれた被処理基板と前記電極との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に固定された被処理基板を離脱する方法であって、
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持している間に、
前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、その後、前記ピン又はピストンを更に突出させる
ことを特徴とする被処理基板の離脱方法。
【請求項９】
チャンバー内に配備されている電極の表面を覆っている誘電体の表面上に置かれた被処理基板と前記電極との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に固定された被処理基板を離脱する方法であって、
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持している間に、
前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、被処理基板が誘電体表面から離脱し始めた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させる
ことを特徴とする被処理基板の離脱方法。
【請求項１０】
チャンバー内に配備されている電極の表面を覆っている誘電体の表面上に置かれた被処理基板と前記電極との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に固定された被処理基板を離脱する方法であって、
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持している間に、
前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、被処理基板の近傍で放電を発生させた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させる
ことを特徴とする被処理基板の離脱方法。
【請求項１１】
前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させた後に、
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持する
ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１２】
被処理基板の近傍で発生する放電は、ＤＣ放電とした請求項１０記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１３】
被処理基板の近傍で放電を発生させた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させる際には、電極と被処理基板との間の電位差が、放電を維持するのに必要とする電位以下になっていることを特徴とする請求項１０記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１４】
被処理基板が直径８インチの半導体ウエハであって、被処理基板の近傍で放電を発生させた後に前記ピン又はピストンを更に突出させる際の当該被処理基板の表面電位が２２０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１０または１３記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１５】
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを窒素ガスとし、当該窒素ガスを流量２００ｓｃｃｍで被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を２０Ｐａに保持することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか一項記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１６】
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを、被処理基板を処理する処理用ガスであって、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスとする請求項請求項８乃至１４のいずれか一項記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１７】
被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを、被処理基板を処理する処理用ガスであって、ＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガスとする請求項８乃至１４のいずれか一項記載の被処理基板の離脱方法。
【請求項１８】
機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置で、被処理基板が電極に固定されたときの当該被処理基板の円周に沿って、等間隔で複数本配備されたリフトピン又は電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置に配備されていて上側面が前記誘電体の表面と面一で、前記誘電体の表面から出没可能な円形台であることを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか一項記載の被処理基板の離脱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体製造装置等に応用されるプラズマ処理装置に関する。より詳細には静電吸着電極から被処理基板を迅速、確実且つ安全に離脱出来る機構を備えたプラズマ処理装置および被処理基板の離脱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
減圧下で半導体ウエハ等の被処理基板の表面加工処理を行なうプラズマ処理装置においては、プラズマから被処理基板が受ける熱を効率良く奪い、被処理基板が温度上昇により不可逆的なダメージを受けることを防止するため、被処理基板を支持する電極の温度の上昇を防止する温調機構と、被処理基板と電極との熱伝導の効率を上げる手段を備える必要がある。被処理基板と電極との熱伝導の効率を上げる手段としては、被処理基板の上から機械的に力を電極に向けて加えて固定する、所謂メカニカルクランプ機構や、電極上に誘電体を介して被処理基板を置き、前記電極と被処理基板との間に直流電圧を印加したり、プラズマにより被処理基板に誘起される自己バイアス電圧により、静電吸着による固定を行なう静電吸着クランプ機構により被処理基板と電極との間隔を狭め、接触面積を増加させる方法や、これらの機構に加えて、被処理基板と電極との間隙をＨｅ等のガスで満たし、対流を発生させる方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、最近は被処理基板が大型化する傾向にある上、基板の有効利用面積の拡大の要請が高まっているため、メカニカルクランプではより小さくかつ少数のクランプ用爪を基板の縁部に近いところで使って基板を電極に押し付けなくてはならず、基板のひずみが発生し、また被処理基板と電極との熱伝導の向上にガスを併用する場合にはガス圧を所望の値に保持出来ないなどの不都合があった。また、クランプのための爪と被処理基板との機械的接触や、クランプのための爪に付着した反応生成物の剥離などによりパーティクルが発生しやすくなるという問題がある。
【０００４】
これに対し静電吸着による被処理基板の固定方法はプラズマを乱すことなく被処理基板の全面に亘って均等な力で固定することが出来、本質的に大型の被処理基板に適した固定方法である。
【０００５】
しかしながら、静電吸着クランプ機構を用いる場合、被処理基板と静電吸着電極との間に介在する誘電体内の残留電荷により生ずる電位差のために、プラズマ処理終了後も吸着力が減少せず、被処理基板を迅速、確実且つ安全に離脱することが困難である。
【０００６】
従来、静電吸着された被処理基板を離脱する方法としては、大別して次の２種がある。
【０００７】
（１）  機械的手段による離脱機構
（１−１）  静電吸着電極表面からピンもしくはピストン等の機械的離脱力付与手段を突出させる方法。
（１−２）  高圧力のガスを静電吸着電極内部に設けた導入管より、被処理基板と静電吸着電極との間隙に導入し、ガス圧の膨張力をもって離脱力を付与する方法。
（２）  電気的手段による離脱機構
（２−１）  静電吸着電極と被処理基板に印加する電圧の極性を反転することにより、両者に介在する絶縁物の残留電荷を消去させて吸着力の消滅を図る方法。
（２−２）  静電吸着電極と被処理基板の電位を接地電位にし、吸着力の消滅を図る方法。
（２−３）  被処理基板が半導体ウエハの場合には、プラズマが存在する状態で直流電圧をゼロにしてプラズマを介して残留電荷を消失させる方法。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各種従来技術には、いずれも原理的もしくは実用上次のような問題があった。
【０００９】
（１）  機械的手段による強制的離脱による問題点
（１−１）  静電吸着電極表面から突出可能なピンもしくはピストン等の機械的離脱力付与手段を突出させる方法は、残留電荷による吸着力が被処理基板全面に均等に作用している状態で被処理基板の一部に離脱する力を無理に加える。この為、その力が加えられた部分で、被処理基板の変形や破壊を招く可能性が大きい。
（１−２）  また、機械的離脱機構と被処理基板とが接触摩擦されることによるパーティクルの発生という問題もある。
（１−３）  ガス圧の膨張力により被処理基板を離脱させる場合、被処理基板が、例えばシリコンウエハのように軽い被処理基板においては、離脱の瞬間、ウエハが吹き上げられ、著しくはウエハの破損に至る難点があった。
【００１０】
（２）  電気的手段による残留電荷消去の問題点
（２−１）  印加電圧の極性反転により絶縁体中の残留電荷を消去させようとする場合、ただ１回の極性反転によって残留電荷を過不足なしの完全消去状態とすることは実際上困難である。これを克服するため、印加電圧の極性を繰返し反転させつつ、徐々にその値を小さくしてゆき、最終的にゼロにするというプロセスが不可避であった。このためこの極性反転法のみによるならば、離脱を行うために必ず数十秒以上の長時間を要する。
（２−２）  静電吸着電極と被処理基板をともに接地する方法は、被処理基板の裏面に誘電体の薄膜、例えば、ＳｉＯ2 膜が存在する場合、その誘電体膜の残留電荷を完全になくすまでの時定数が非常に大きく、実用的でない。
（２−３）  プラズマが存在する状態で直流電圧をゼロにしてプラズマを介して残留電荷を消失させる方法は、吸着力の減少により被処理基板と静電吸着電極との熱伝導が悪化し、被処理基板の温度上昇を招くおそれがある。また、直流電圧をゼロにしてプラズマの存在する時間の設定が不適切であると、残留電荷が多く残っていたり、被処理基板に生ずる自己バイアスにより再度帯電したりして、吸着力を充分に下げることができない。
【００１１】
以上の如くの問題点に鑑みてなされた本発明は、静電吸着電極から被処理基板を迅速、確実且つ安全に離脱出来る機構を備えたプラズマ処理装置および被処理基板の離脱方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するため本発明が提案するプラズマ処理装置は以下の構成からなるものである。このプラズマ処理装置は、電極の表面を覆っている誘電体の表面上に被処理基板を置き、前記電極と被処理基板との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に被処理基板の固定を行なう静電吸着クランプ機構を備え、減圧下で被処理基板の加工処理を行なうプラズマ処理装置である。そして、被処理基板の離脱動作が行なわれるチャンバーに、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段と、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給する為のガス導入機構とを備えると共に、被処理基板の離脱動作が行なわれるチャンバー内の圧力を所定の圧力に保持するための圧力制御系を備えている。その上で、前記機械的離脱力付与手段は、前記ピン又はピストンを前記誘電体の表面から突出させる高さを調節する駆動機構を備えていて、前記ガス導入機構及び圧力制御系によって前記被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかが被処理基板周辺に供給され、チャンバー内の圧力が０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持されている間に、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、その後、前記ピン又はピストンを更に突出させるように動作するものであることを特徴としている。
【００１３】
機械的離脱力付与手段、ガス導入機構および圧力制御系に対するシーケンサを更に備えるのが、動作の自動化の点で望ましい。
【００１４】
静電吸着による被処理基板の電極への固定は、電極と被処理基板との間に印加した直流電圧による電極と被処理基板との間の直流電位差による静電吸着又は、電極と、被処理基板の置かれたチャンバー内に発生させたプラズマによる被処理基板の自己バイアスにより生じる電位差による静電吸着によるものである。
ガス導入機構は、被処理基板の加工処理を行うプラズマ処理の処理用ガスの導入機構と共通又は別個とすることができる。
機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置に配備することができる。
機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、電極において、被処理基板が電極に固定されたときに被処理基板の縁部以外になる位置で、被処理基板が電極に固定されたときの当該被処理基板の円周に沿って、等間隔で複数本配備されたリフトピンからなるようにすることができる。
誘電体の表面から突出可能な機械的離脱力付与手段のピン又はピストンは、上側面が前記誘電体の表面と面一で、前記誘電体の表面から出没可能な円形台からなるようにすることができる。
【００１６】
また、チャンバー内に配備されている電極の表面を覆っている誘電体の表面上に置かれた被処理基板と前記電極との間の電位差による静電吸着によって前記誘電体を介して前記電極に固定された被処理基板を離脱する本発明の被処理基板の離脱方法は、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持している間に、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、その後、前記ピン又はピストンを更に突出させる、あるいは、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、被処理基板が誘電体表面から離脱し始めた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させる、若しくは、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させ、被処理基板の近傍で放電を発生させた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させることを特徴とするものである。
【００１７】
静電吸着により電極に固定された被処理基板と静電吸着電極の吸着面との間に微間隙を形成することで、その微間隙の形成により被処理基板と静電吸着電極との間の電位差を増大させ、被処理基板周辺の雰囲気中に存在するガス（以下「雰囲気ガス」と呼ぶ）を放電用ガスとして、被処理基板近傍で放電を発生させる。その放電により帯電したガス粒子が、帯電した被処理基板を除電する。そして、この除電後に被処理基板を静電吸着電極から引き離すものである。
【００１８】
被処理基板の近傍で放電を発生させるために、被処理基板と静電吸着電極間の電位差が放電開始電圧以上となるように、その微間隙を設定し、さらにパッセンの法則に従って、その雰囲気ガスの圧力を設定する。微間隙を設定した後圧力を設定する場合と、圧力を設定した後、微間隙を設定する場合がある。
【００２１】
前記の本発明の方法において、前記誘電体の表面から突出可能なピン又はピストンからなる機械的離脱力付与手段によって、前記ピン又はピストンを被処理基板が置かれている誘電体の表面から０．１ｍｍ〜１ｍｍ突出させた後に、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ〜５００Ｐａに保持するようにできる。
被処理基板と静電吸着電極との間に生じる電位差は、その微間隙の間隔に比例する。被処理基板の近傍で発生する放電は、ＤＣ放電である。
【００２２】
前記の本発明の方法において、被処理基板の近傍で放電を発生させた後に、前記ピン又はピストンを更に突出させる際には、電極と被処理基板との間の電位差が、放電を維持するのに必要とする電位以下になっているようにできる。
また、被処理基板が直径８インチの半導体ウエハであって、被処理基板の近傍で放電を発生させた後に前記ピン又はピストンを更に突出させる際の当該被処理基板の表面電位が２２０Ｖ以下であるようにすることができる。
【００２３】
前記の本発明の方法において、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを窒素ガスとし、当該窒素ガスを流量２００ｓｃｃｍで被処理基板周辺に供給して、チャンバー内の圧力を２０Ｐａに保持するようにできる。
【００２４】
前記の本発明の方法において、被処理基板を処理する処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、又は、当該残留ガスを追い出すためのパージガスのいずれかを、被処理基板を処理する処理用ガスであって、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガス又はＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガスとすることができる。
【００２５】
被処理基板と静電吸着電極との間に微間隙を形成するために、静電吸着電極面からピンが突出する。
【００２６】
このピンの高さは、被処理基板が破損しない程度の高さに調整する。好ましくは、ピンの高さを、約０．１ｍｍ以上から約１ｍｍ以下に設定する。
【００２７】
【作用】
本発明にとって、被処理基板の近傍でＤＣ放電を発生させることがもっとも重要な役割をはたす。このＤＣ放電によって帯電した気体分子が、帯電した被処理基板を除電する。
【００２８】
このＤＣ放電を発生させる条件は、▲１▼アースに対する被処理基板の電位差Φs 、▲２▼被処理基板近傍のアースされた部品、たとえば対向電極または真空容器の壁面と被処理基板との距離Ｄおよび▲３▼被処理基板周辺に存在するガスの圧力Ｐとによって定められる。より詳細には、アースに対する被処理基板の電位差Φs が、パッセンの法則（またはパッセンの曲線（Ｐａｓｃｈｅｎ´ｓ  ｌａｗ））に従って、圧力と距離との積（Ｐ＊Ｄ）で定められる放電開始電圧（Ｖｓ＝ｆ（Ｐ＊Ｄ））と同じかまたはそれ以上のとき（Φs ≧Ｖｓ）に、被処理基板と基板近傍のアースされた部品との間にＤＣ放電が発生する。
【００２９】
さらに、本発明にとって、帯電した被処理基板と静電吸着用電極との間隔（微間隙）によって、被処理基板と静電吸着電極間の電位差を増加させることも、ＤＣ放電を発生させるうえで重要な役割をはたす。このような電位差が増加する現象は、理論的に、以下のように説明できる。アースに対する被処理基板の電位差Φs と静電吸着用電極の電位差Φd 間の電位差Ｖ＝Φs −Φd 
は被処理基板の残留電荷の電気量Ｑと、
Ｖ＝Ｑ／Ｃ        （ａ）
の関係がある。ここで、Ｃは静電容量を示す。一方、静電容量Ｃは、
Ｃ＝εＳ／ｄ      （ｂ）
で示される。ここで、εは被処理基板と静電吸着電極間の誘電率、Ｓは被処理基板の面積、ｄは被処理基板と静電吸着電極との間隔（微間隙）を示す。（ｂ）式を（ａ）式に代入すると、
Ｖ＝Ｑｄ／εＳ＝ｋｄ  （ｃ）（ｋは定数）
となる。ここで、被処理基板の残留電荷の電気量は、被処理基板が接地でもされなければ減ることはないので、Ｑは一定とみなすことができる。εは定数、Ｓも一定とみなすことができるので、結局、被処理基板と静電吸着電極間の電位差Ｖは、被処理基板と静電吸着電極との間隔ｄ（図３参照）に比例するといえる。したがって、被処理基板と静電吸着電極との間隔ｄがひろがると、被処理基板と静電吸着電極間の電位差Ｖが大きくなる。
【００３０】
さらに、被処理基板と静電吸着電極との間隔ｄがひろがることは、アースに対する被処理基板の電位差Φs が大きくなることを意味する。静電吸着電極の残留電荷Ｑから発生する電場Ｅ（＝Ｖ／ｄ＝Ｑ／εＳ＝一定）は、被処理基板と静電吸着電極間の間隔ｄがひろがると、大きくなるといえる。
Ｅ＝Ｖ／（Ｄ−ｄ）      （ｄ）
（Ｄは真空容器の壁面と静電吸着電極の吸着面の間の距離と考える。）
であり、前記（ｃ）式を代入すると
Ｅ＝ｋｄ／（Ｄ−ｄ）    （ｅ）
となるからである。
また、アースに対する被処理基板の電位差Φs は、電位差Ｖが大きくなれば、大きくなるとも言える。
【００３１】
以上の観点から、たとえばピンを静電吸着電極の吸着面から突き上げて被処理基板を持ち上げる場合、被処理基板が持ち上がっていく過程で、アースに対する被処理基板の電位差Φs が、被処理基板と被処理基板近傍のどこかのアースされた部品との距離Ｄ（たとえば、被処理基板と対向電極との距離）と、被処理基板周辺の雰囲気ガスの圧力Ｐで定まる放電開始電圧Ｖｓに達する。そのときに被処理基板と被処理基板近傍の部品との間にＤＣ放電が発生するといえる。被処理基板近傍のどこで放電が発生するかは、被処理基板が持ち上がっていく過程（電位差Ｖ、すなわち基板の電位Φs が増加する過程）で、被処理基板と被処理基板近傍のアースされた部品の間の空間のうちで、最初にパッセンの法則に従った雰囲気にある空間で発生する。
【００３２】
しかし、被処理基板と静電吸着用電極との間隔を無制限にひろげることはできない。被処理基板と静電吸着電極との間隔をひろげようとすると、被処理基板が変形または破壊するからである。間隔をひろげるためには、離脱するための力をより大きく加える必要がある。残留電荷による吸着力が被処理基板全面に均等に作用している状態で、大きな力が部分的に加えられると、その力が加えられた部分で容易に被処理基板がしなるかまたは折れる。したがって、被処理基板が変形または破壊しない程度に被処理基板と静電吸着電極との間隔を設定しなければならない。被処理基板と静電吸着電極とに微間隙を形成する程度で、被処理基板と静電吸着電極を離すのがもっともよい。この基板離脱方法を実施する離脱機構には、被処理基板を破損しないで被処理基板と静電吸着電極との間に微間隙を形成する程度にピンの突き出しの高さを調整する駆動機構を備えるのが望ましい。さらに、ピンが被処理基板の縁部以外の部分で持ち上げるように配置されていなければならない。発明者らは、被処理基板の縁部をもちげようとすると被処理基板の縁部が欠けたり、被処理基板が傾いて上がることが基板離脱の実験で知りえたからである。
【００３３】
被処理基板と静電吸着電極との間が、微間隙を形成する程度の距離しか設定できないので、被処理基板の電位差の増大には上限があるといえる。被処理基板と静電吸着電極の距離、すなわち被処理基板の電位のみを調節することでＤＣ放電の発生を操作するのが、実用上、困難な場合がある。このような場合に、ＤＣ放電の発生を操作するには、パッセンの法則にしたがって、被処理基板周辺に存在するガスの圧力を制御することがもっとも簡単といえる。被処理基板周辺に存在するガスとは、被処理基板近傍でＤＣ放電を発生させる雰囲気を形成できるガスであればなんでもよい。たとえば、窒素、酸素、水素、イオウ、塩素またはフッ素原子のうち少なくとも１種を含む混合ガス等、処理用ガス、基板処理後に残った残留ガス、または、残留ガスを追い出すためのパ−ジガスでもよい。ガスの圧力を制御する観点から、真空容器に導入されるガス、すなわち処理用ガスまたはパージガスを使用するのがもっともよい。
【００３４】
発明者らは、静電吸着のために静電吸着電極に印加する電圧と無関係に、８インチ半導体ウエハと静電吸着電極間が約０．１ｍｍでは、アースに対するウエハの電位差は約４，０００Ｖ、約１ｍｍでは約４０，０００Ｖであることを発見した。また、この電位差の範囲で、Ｎ2 ガスの圧力を０．１Ｐａから５００Ｐａに設定するとＤＣ放電が発生することを発見した。後述するように、発明者らは、この圧力範囲で１０秒以内に被処理基板を離脱することができた。しかも、被処理基板の残留電荷が完全には消失されない段階でも、被処理基板の表面電位が放電維持電位以下であれば、ピンで引続き徐々に被処理基板を持ち上げることにより、静電吸着電極の吸着面から被処理基板を引き離すことができた。発明者らは、８インチの半導体ウエハの表面電位が２２０Ｖに達したときに静電吸着電極から引き離すという条件で２，５００枚の半導体ウエハを連続して離脱しても、半導体ウエハに損傷なく、正確に離脱ができたことを確認した。表１は、リアクティブイオンエッチング装置中で静電吸着電極に−１０００Ｖの直流電圧を印加して静電吸着電極の吸着面に固定した半導体ウエハにエッチング処理をしたあとに３通りの方法で基板を離脱したときの基板の表面電位をしめす。直流電圧印可停止後、（１）静電吸着電極の吸着面からピンを突き出して半導体ウエハを持ち上げる瞬間に、窒素ガスをウエハの置かれた真空容器内に導入し、圧力２０Ｐａに保持したまま、半導体ウエハを静電吸着電極から離脱させた方法、（２）真空容器内の圧力が０．０５Ｐａの状態で、ピンによる半導体ウエハの持ち上げのみで強制的に静電吸着電極から離脱させた方法、（３）ピンで半導体ウエハを持ち上げる前に、半導体ウエハの置かれた真空容器内に窒素ガスを導入して圧力を２０Ｐａに設定し１分間放置後、窒素ガスを排気してから（０．０５Ｐａ）ピンで半導体ウエハを持ち上げて電極から離脱させた方法について半導体ウエハの表面電位を比較したものである。各場合とも、表面電位測定時の半導体ウエハの位置は、静電吸着電極の吸着面から１０ｍｍである。ここで、半導体ウエハの表面電位は、トレック社の静電気測定表面電位計モデル３４４(TREK Inc. Electrostatic voltmeter model  344)を用いて測定した。ちなみに、直流電圧印加停止後、半導体ウエハが静電吸着電極に載置されたままでの半導体ウエハの表面電位は、３７０Ｖであった。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
（１）の方法で離脱させた半導体ウエハの表面電位は、（２）および（３）の方法で離脱させた半導体ウエハの表面電位に比べて非常に小さい。このことは、半導体ウエハ近傍でＤＣ放電が発生したことで、半導体ウエハに帯電した静電気量がかなり失っているといえる。たぶん、半導体ウエハと静電吸着電極の距離と窒素ガスの圧力から、半導体ウエハとアースされた部品、たとえば、対向電極または真空容器の壁面との間で放電が発生していると推測できる。そして放電により帯電したガス分子が、帯電していた半導体ウエハを除電したことを示している。（２）の方法で離脱された半導体ウエハの表面電位から半導体ウエハにかなりの静電気量が残っているといえる。（３）の方法で離脱された半導体ウエハの表面電位は（２）の方法での表面電位とほとんど同じである。単に真空容器にガスを導入して排出しただけでは、帯電した半導体ウエハの電荷を十分に除電できないことを示している。なお、（２）および（３）の方法で離脱された半導体ウエハの表面電位は、半導体ウエハが静電吸着電極に載置されたままでの表面電位（３７０Ｖ）および（ｃ）式から予想される電位よりも低くなっている。これは、浮遊電気容量の影響だといえる。
【００３７】
これらの結果から、静電吸着電極から半導体ウエハを引き離す際に、被処理基板近傍を放電発生の雰囲気とするために真空容器にガス（雰囲気ガス）を充てんしておくこと或いは充てんすることが重要であるといえる。したがって、本発明の離脱方法を実施する基板離脱機構には、雰囲気ガスの導入、ピンの突出、圧力調整を順次稼働させるためのシーケンサを備えておくことが望ましい。
【００３８】
表２は、リアクティブイオンエッチング装置中で静電吸着電極に−１０００Ｖの直流電圧を印加することにより固定した半導体ウエハにエッチング処理をした後に、ピンで半導体ウエハを持ち上げる瞬間に窒素ガスを半導体ウエハの置かれたチャンバー内に導入し、（１）０．０５Ｐａ、（２）０．１Ｐａ、（３）１０Ｐａ、（４）５０Ｐａ、（５）５００Ｐａ、（６）６００Ｐａの圧力で真空容器内を充てんした場合に、表面電位が１００Ｖ以下になるのに要する時間を示したものである。静電吸着電極の吸着面から突き出したピンの高さは、約０．１ｍｍから約１ｍｍであった。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
圧力が０．１〜５００Ｐａで、いずれも１０秒以内で１００Ｖ以下に達している。つまり、被処理基板と静電吸着電極との間隔が約０．１ｍｍから約１ｍｍのもと０．１〜５００Ｐａの圧力範囲で、半導体ウエハと静電吸着電極との間で雰囲気ガス（Ｎ2 ガス）が放電が発生したことをしめしている。
【００４１】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例の構成図を示す。図中、１は真空槽１０内にガスを導入する系のガスパイプ、２は静電吸着電極、３は静電吸着電極２の表面を覆った誘電体シート、４は静電吸着電極２に直流電圧を印加するための直流電源、５はイオンエッチングなどを行うための被処理基板、６は電極保持体、７は自動圧力制御機構（Auto Pressure Controller）、７ａは流量制御弁、７ｂは排気系（図はターボモレキュラーポンプとロータリーポンプで構成した例を示す。）、８はプラズマ源、９は静電吸着電極２内に埋設されたリフトピンを示す。リフトピン９は軸受１１ａ、１１ｂで支持された駆動軸１３を介して、駆動部材１３ａの昇降により誘電体シート３の表面から突出、没入するようになっている。１２はフレームで、駆動部材１３ａを昇降させる駆動機構（図示していない）が設置してある。
【００４２】
図１において、被処理基板５をエッチング加工する場合、被処理基板５を図示されない搬送手段を用いて誘電体シート３を介して静電吸着電極２上に設置し、次に直流電源４より静電吸着電極２に直流電圧を印加する。同時に真空槽１０にガス導入系のガスパイプ１より塩素ガスを導入し、自動圧力制御機構７により所定の圧力（約０．５Ｐａ）にする。次いで、プラズマ源８によりプラズマを発生させる。プラズマにより静電吸着電極２、直流電源４を含む直流回路が形成され、被処理基板５は静電吸着電極２に固定されると共に、被処理基板５の表面がエッチング加工される。処理終了後、ガスパイプ１より窒素ガスを導入し、自動圧力制御機構７で圧力制御（約２Ｐａ）を行ないつつ、プラズマ源８および直流電源４をＯＦＦとし、静電吸着電極２内に埋設されたリフトピン９を誘電体シート３の表面から０．５ｍｍ程度突出させる。被処理基板５が静電吸着電極２より離脱しはじめたら、リフトピン９を更に突出させ、被処理基板５を完全に離脱させる。リフトピン９の突出開始から離脱完了までに要する時間は、約３秒であった。
【００４３】
図２は本発明の第２実施例の構成図、詳しくは平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置に本発明を応用した場合の構成図である。１４が高周波電源、１５が接地電極であり、他の部分は図１の実施例と同様の構成である。
【００４４】
図２において、被処理基板５を加工する場合、被処理基板５を図示されない搬送手段を用いて誘電体膜３を介して静電吸着電極２上に設置し、次に直流電源４より静電吸着電極２に直流電圧を印加する。同時に真空槽１０にガス導入系を構成したガスパイプ１よりプロセスガス（ＣＦ4 ＋Ｏ2 ）を導入し、自動圧力制御機構７により所定の圧力（約１０Ｐａ）にする。次いで、高周波電源１４より静電吸着電極２に高周波電力を供給し、静電吸着電極２と接地電極１５との間に反応性ガスプラズマを発生させる。プラズマにより静電吸着電極２、直流電源４を含む直流回路が形成され、被処理基板５は静電吸着電極２に固定されると共に、被処理基板５の表面がエッチング加工される。処理終了後も引続きガスパイプ１より前記プロセスガスを導入し、自動圧力制御機構で圧力制御（約１０Ｐａ）を行ないつつ、高周波電源１４および直流電源４をＯＦＦし、静電吸着電極２内に埋設されたリフトピン９を誘電体シート３の表面から０．５ｍｍ程度突出させる。被処理基板５が静電吸着電極２より離脱しはじめたら、リフトピン９を更に突出させ、被処理基板５を完全に離脱させる。この場合のリフトピン９の突出開始から離脱完了までに要する時間は約２秒であった。
【００４５】
前記エッチング処理の終了後、導入するガスをアルゴンに切換えて、真空槽１０内の圧力を１０Ｐａに維持した状態で、前記と同様の離脱動作を行ったところ、リフトピン９の突出開始から離脱完了までの時間を約１秒とすることができた。
【００４６】
尚、上記の各実施例では、真空槽１０を被処理基板５の加工処理部を構成するチャンバーと、被処理基板の離脱動作が行なわれるチャンバーに共用しているが、これらを別個として、被処理基板５を電極２と共に、離脱動作が行なわれる別のチャンバーに移送し、該部で離脱操作を行う構成とすることもできる。
【００４７】
また、ガスパイプ１はプロセスガスの導入系と被処理基板５の離脱の際に導入するガスの導入系を共通としたが、別個とすることもできる。更には、離脱の際に導入するガスの導入系を、チャンバーのベント用として設けられる空気又は窒素ガスの導入系と共通にすることもできる。第１実施例のように、プロセスガスと離脱時のガスが異なる場合、別個の導入系とした方が操作性は良くなるであろう。
【００４８】
図３は第３実施例の構成図を示す。詳しくはマルチチャンバエッチングシステム（ＡＮＥＬＶＡ−４１００）の平行平板形反応性エッチング処理用にモジュ−ル化されたチャンバ（真空容器）に組み込まれた基板離脱機構の図である。前記の実施例と同様に、１は真空槽１０内にガスを導入するパイプ、１ａ、１ｂはバルブ、２０はエッチングガス供給源、２１は雰囲気ガス供給用源を示す。２は静電吸着電極、３は静電吸着電極２の表面を覆った誘電体シ−トで基板の吸着面を構成している。４は静電吸着電極２に直流電圧を印加するための直流電源、５は８インチの半導体ウエハ（被処理基板）、６は保持体、１４が高周波電源、１５が接地電極を示す。７は自動圧力制御機構（Auto Pressure Controller）、７ａは排気用バルブ、７ｂはターボモレキュラーポンプとロータリーポンプで構成した排気系を示す。自動圧力制御機構７は、バルブ７ａの開口の度合いを調整して真空容器内の圧力を調整する。９は静電吸着電極２内に設置されたリフトピンを示す。４つのリフトピンで半導体ウエハ５を持ち上げるもので、被処理基板に機械的離脱力を付与する手段を構成している。４つのリフトピンは、図４に示されるように半導体ウエハ５の直径よりも短い円の円周上に等間隔で設けられている（第１、第２実施例も同様である。）。リフトピン９は軸受１１ａ、１１ｂで支持された駆動軸１３に連結されており、駆動部材１３ａの昇降により誘電体シ−ト３の表面から突出、没入するようになっている。１２は真空槽１０の底部に設置したフレームで、駆動部材１３ａを昇降させる駆動機構２２が設置される。駆動機構２２は、半導体ウエハ５と静電吸着電極２間に微間隙を形成する際に、リフトピン９の吸着面から突き出す高さを、半導体ウエハ５を破損しない程度の高さに調整できる構成としてある。具体的には、リフトピン９の突き出す高さを０．１ｍｍから１ｍｍ程度に調整可能としてある。２３は、シ−ケンサを示す。シ−ケンサ２３は、バルブ１ａ、１ｂの開閉、自動圧力制御機構７の起動および駆動機構２３の起動を制御する。
【００４９】
前記の平行平板形反応性エッチング処理用にモジュ−ル化されたチャンバに組み込まれた基板離脱機構を用いた基板離脱動作を説明する。
【００５０】
半導体ウエハ５を図示されない搬送ロボットを用いて、静電吸着電極２を覆った誘電体シ−ト３でなる吸着面上に載置する。次に直流電源４より静電吸着電極２に直流電圧（例えば−１０００Ｖ）を印加する。バルブ１ａを開いて真空槽１０にパイプ１よりエッチングガス（ＣＦ4 ＋Ｏ2 ）を導入する。エッチングガスの圧力を自動圧力制御機構７により約１０Ｐａに設定する。次いで、高周波電源１４より静電吸着電極２に高周波電力を供給し、静電吸着電極２と接地電極１５との間に反応性プラズマを発生させる。プラズマにより静電吸着電極２、直流電源４を含む直流回路が形成され、半導体ウエハ５は静電吸着電極２に固定されると共に、半導体ウエハ５の表面がエッチングされる。所定時間の経過後、高周波電源１４および直流電源４をＯＦＦにしてエッチング処理を終了する。処理終了後も引続きバルブ１ａを開いたまま、ガスパイプ１よりエッチングガスＣＦ4 ＋Ｏ2 （９０／１０ｓｃｃｍ）を導入しながら、シ−ケンサ２３が駆動機構を起動させて、静電吸着電極２内に埋設されたリフトピン９を誘電体シ−ト３の表面から０．５ｍｍ程度突出させる。その一方で、シ−ケンサ２３が自動圧力制御機構７を起動させてエッチングガスの圧力を約１０Ｐａに設定させる。放電による除電作用の結果、半導体ウエハ５が静電吸着電極２より離脱しはじめたら、リフトピン９を更に突出させ、半導体ウエハ５を完全に離脱させる。この場合のリフトピン９の突出開始から離脱完了まで約２秒を要した。この実施例でも、離脱の際に半導体ウエハ５と静電吸着電極２で放電を発生させるための雰囲気ガスとしては第２実施例と同様に、エッチングガスを使用したものである。
【００５１】
第４実施例として、図３の機構において、エッチングガスおよび雰囲気ガスともにＣＦ4 ＋ＣＨＦ3 （１５０／５０ｓｃｃｍ）を用いた。雰囲気ガスの圧力を２０Ｐａに設定して、第３実施例と同じ離脱動作を行ったところ、リフトピン９の突出開始から離脱完了までに約１秒を要した。
【００５２】
第５実施例として、第３実施例でのエッチング処理の終了後、シ−ケンサ２３によりバルブ１ａを閉めてから、バルブ１ｂを開けてアルゴンガス（雰囲気ガス）（２００ｓｃｃｍ）を真空容器１０内に導入した。その導入と同時にシ−ケンサ２３が駆動機構を起動させて、リフトピン９を０．５ｍｍ程度突出させる。その一方で、シ−ケンサ２３が自動圧力制御機構７を起動させてアルゴンガスの圧力を約１０Ｐａに設定した。リフトピン９の突出開始から離脱完了までが約１秒を要した。
【００５３】
第６実施例として、第３実施例でのエッチング処理の終了後、雰囲気ガスとしてＮ2 （２００ｓｃｃｍ）を用いた。雰囲気ガスの圧力を２０Ｐａに設定して、第３実施例と同じ離脱動作を行ったところ、リフトピン９の突出開始から離脱完了までが約１秒を要した。
【００５４】
第７実施例としてＡＮＥＬＶＡ−４１００のヘリコン波エッチング処理用にモジュ−ル化されたチャンバ（ヘリコン波プラズマ発生装置が搭載されている）に組み込まれた基板離脱機構での基板離脱動作を説明する。ここで、基板離脱機構は、図３における平行平板形反応性エッチング処理用にモジュ−ル化されたチャンバに組み込まれた基板離脱機構と全く同じである。ヘリコン波プラズマ発生装置は、米国特許４，９９０，２２９および５，１２２，２５１に記載されている。エッチングガスとして塩素ガスをチャンバに導入し、ヘリコン波プラズマを発生させてエッチング処理を行う。ヘリコン波プラズマ発生装置および直流電源４をＯＦＦにして処理を終了する。その後、雰囲気ガスとして窒素ガス（２００ｓｃｃｍ）をチャンバ内に導入し、自動圧力制御機構７で約２Ｐａに設定する。それと同時に、静電吸着電極２内に埋設されたリフトピン９を誘電体シ−ト３の表面から０．５ｍｍ程度突出させる。半導体ウエハ５が電極２より離脱しはじめたら、リフトピン９を更に突出させ、半導体ウエハ５を完全に離脱させる。リフトピン９の突出開始から離脱完了までに要する時間は、約３秒であった。
【００５５】
離脱の際に充てんするガスを空気としてもよい。この場合、真空容器（チャンバー）１０に別途設けたベント用バルブ（図示していない）を開けて空気をチャンバ内に導入する。
【００５６】
上記各実施例ではプラズマエッチング処理の場合を説明したが、被処理基板を静電吸着するようにした、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、プラズマアッシング装置においても本発明の基板離脱機構を組み込んだプラズマ処理装置を構成できるとともに本発明の離脱方法が実施可能である。また、各実施例では、被処理基板（半導体ウエハ）の周辺の雰囲気中に存在するガスの圧力を設定した後に、微間隙、即ち被処理基板と静電吸着電極間の間隔を形成したが、微間隙を形成した後に、雰囲気ガスの圧力を、放電開始圧力に調整するようにすることも可能である。
【００５７】
図５は、機械的離脱力付与手段の別の実施例で、吸着面を構成した誘電体シート３の中央部に、円形台２４を設けたものである。円形台２４は、駆動軸１３と連結されて突没自在としてあり、没入時には、上面が吸着面と面一となるようにしてある。この円形台２４による機械的離脱力付与手段によっても、被処理基板と吸着面の間に微間隙を形成することが可能であり、前記実施例と同様にして、被処理基板の離脱を行うことができる。
【００５８】
被処理基板５の離脱の際、導入したガスの圧力は２Ｐａ、１０Ｐａ、および２０Ｐａの場合について説明したが、およそ０．１Ｐａ〜５００Ｐａの範囲で実用上十分な残留電荷の消失効果を得ることができる。圧力を高くするに従って消失速度が速まり、離脱時間の短縮効果があるが、圧力が高くなりすぎると残留電荷の消失効果は再び減じる。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、減圧下で被処理基板を静電吸着により電極に固定して被処理基板の加工を行うような装置において、静電吸着電極からの被処理基板の離脱を迅速かつ容易に行わしめる効果がある。また、残留する静電吸着力が原因として起こる基板の損傷を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例の構成図である。
【図４】機械的離脱力付与手段を構成したピンの配置関係を示す上面図である。
【図５】機械的離脱力付与手段の別の実施例の一部断面図である。
【符号の説明】
１  ガスパイプ
２  静電吸着電極
３  誘電体シート
４  直流電源
５  被処理基板
６  電極保持体
７  自動圧力制御機構
７ａ  流量制御弁
７ｂ  排気系
８  プラズマ源
９  リフトピン
１０  真空槽
１１ａ、１１ｂ  軸受
１２  フレーム
１３  駆動軸
１３ａ  駆動部材
１４  高周波電源
１５  接地電極
２０  エッチングガス供給源
２１  雰囲気ガス供給源
２２  駆動機構
２３  シーケンサ
２４  円形台
【図１】
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【図２】
0003671379.tif 000005
【図３】
0003671379.tif 000006
【図４】
0003671379.tif 000007
【図５】
0003671379.tif 000008