(57)【要約】【課題】プラズマを用いた基板のエッチングや成膜等の表面処理において、基板と該基板を載置・固定する台である支持部材の静電気力による吸着性能を向上させる。【解決手段】基板を静電気力により支持部材に吸着して固定する静電吸着方法において、  基板の裏面と支持部材の基板載置面の間にギャップを形成する工程と、  前処理用プラズマで基板を処理する前処理工程と、  基板を静電気力により支持部材に吸着する工程と、を具備する構成とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象である基板の表面をプラズマで処理するに際して、該基板を静電気力により支持部材に吸着して固定する静電吸着方法であって、
前記基板の裏面と前記支持部材の基板載置面の間にギャップを形成する工程と、
前処理用プラズマで前記基板を処理する前処理工程と、
前記基板を静電気力により前記支持部材に吸着する工程と、
を備えることを特徴とする静電吸着方法。
【請求項２】
前記基板が少なくとも裏面が絶縁体材料から成る基板であることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着方法。
【請求項３】
前記基板が少なくとも裏面がサファイアから成る基板であることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着方法。
【請求項４】
前記基板が少なくとも裏面が石英から成る基板であることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着方法。
【請求項５】
前記前処理工程が、前記基板の裏面の面積あたり2000以上20000mW/cm2以下の高周波電力を0.1以上10Pa以下の処理ガスに供給してプラズマを生成する工程であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の静電吸着方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電吸着方法を用いて基板を支持部材に吸着し、該基板の表面を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
処理対象である基板の表面をプラズマで処理するに際して、該基板を静電気力により支持部材に吸着して固定する静電吸着装置であって、
前記基板の裏面と前記支持部材の基板載置面の間にギャップを形成するギャップ形成手段と、
前処理用プラズマを生成する前処理プラズマ生成手段と、
前記ギャップが形成された状態で前記前処理用プラズマを生成するように、前記ギャップ形成手段及び前記前処理プラズマ生成手段を制御する制御手段と、
前記基板を静電気力により前記支持部材に吸着する手段と、
を備えることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項８】
前記基板が少なくとも裏面が絶縁体材料から成る基板であることを特徴とする請求項７に記載の静電吸着装置。
【請求項９】
前記基板が少なくとも裏面がサファイアから成る基板であることを特徴とする請求項７に記載の静電吸着装置。
【請求項１０】
前記基板が少なくとも裏面が石英から成る基板であることを特徴とする請求項７に記載の静電吸着装置。
【請求項１１】
前記前処理手段が、前記基板の裏面の面積あたり2000以上20000mW/cm2以下の高周波電力を0.1以上10Pa以下の処理ガスに供給してプラズマを生成する手段であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか1項に記載の静電吸着装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の静電吸着装置を用いて基板を支持部材に吸着する手段と、
前記基板の表面を処理する手段と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いた基板のエッチングや成膜等の表面処理において、静電気力により該基板を支持部材に吸着固定するための、静電吸着方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板にプラズマを用いたエッチングや成膜等の表面処理を行う場合、表面処理により熱が発生し、基板の温度が上昇する。基板の温度が上昇すると基板の材質や形状の変化等の理由により、エッチング等の表面処理に不具合が生じるといった問題がある。そこで、基板の温度上昇を防ぐ方法として、基板と該基板を載置・固定する台である支持部材を密着させ、基板の熱を支持部材を介して排出することで基板を冷却する方法が採られる。また、それに加えて熱伝導率の良好なＨｅ（ヘリウム）ガスを基板と支持部材の間に流す機構を備えることで、両者間の熱伝達を良好とする。
【０００３】
基板を支持部材に密着させる方法の一つに、メカニカルチャックが知られている。メカニカルチャックは、爪やリングの機械的構造を用いて、基板の外周部を挟み込んだり、上部から押えることで、基板と支持部材を密着・保持するものである。しかし、表面処理の対象となる基板の中央部分は、挟み込んだり押さえたりすることができず、密着が弱くなる。さらに、基板の外周部の爪やリングに覆われた部分は表面処理を行うことができないという問題もある。
【０００４】
メカニカルチャックとは別の方法として、静電チャックが知られている。静電チャックは、支持部材として電極を埋設した誘電体部材を用いるものである。このような支持部材の上に基板を載置し、電極に直流電圧を印加すると、基板の裏面が逆極性に帯電し、支持部材と基板の間に静電気力が生じて基板が支持部材に吸着される。静電チャックでは、電極の形状を工夫することで、メカニカルチャックでは密着させることが困難であった、基板の中央部分を含め、基板全体を支持部材に均一に密着させることができる。もちろん、基板を機械的に押さえることがないため、基板の外周が覆われ、表面処理を行うことができないという問題もない。
【０００５】
このような理由により、通常、シリコン基板等では静電チャックによる吸着方法が用いられている。しかし、シリコンではない基板の場合、基板が十分に支持部材に吸着されないことがあった。特に、絶縁抵抗の大きい基板の場合にそのような問題があった。
【０００６】
絶縁抵抗の大きい基板の場合には、基板の裏面に予め導電膜を形成することにより静電吸着をアシストするという方法も可能であるが、導電膜の形成という余分な工程を入れなければならず、プラズマ処理のスループットが低下し、コストが上昇するほか、その導電膜が他の処理の妨げになる場合があるという課題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１では、これらの基板について、支持部材であるステージの上に基板を載置した状態で、まず第１のプラズマ放電を行い、基板の裏面を帯電させて、吸着性能を向上している。これにより、その後、基板が安定に保持された状態で本来の（第２の）プラズマ処理を行うことを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2005-51098号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によって吸着性能が向上しても、なお吸着力が不足したり安定しない場合がある。そのため絶縁抵抗の大きい基板では、未だ基板の裏面に形成した導電膜を不要とするには至っていない。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、静電チャックによる吸着力をさらに向上、安定させることで絶縁抵抗が大きい基板についても、基板の裏面に導電膜を形成することなく、十分な吸着性能を得ることを可能とする、静電吸着方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係る静電吸着方法は、処理対象である基板の表面をプラズマで処理するに際して、該基板を静電気力により支持部材に吸着して固定する静電吸着方法であって、
前記基板の裏面と前記支持部材の基板載置面の間にギャップを形成する工程と、
前処理用プラズマで前記基板を処理する前処理工程と、
前記基板を静電気力により前記支持部材に吸着する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係る静電吸着装置は、処理対象である基板の表面をプラズマで処理するに際して、該基板を静電気力により支持部材に吸着して固定する静電吸着装置であって、
前記基板の裏面と前記支持部材の基板載置面の間にギャップを形成するギャップ形成手段と、
前処理用プラズマを生成する前処理プラズマ生成手段と、
前記ギャップが形成された状態で前記前処理用プラズマを生成するように、前記ギャップ形成手段及び前記前処理プラズマ生成手段を制御する制御手段と、
前記基板を静電気力により前記支持部材に吸着する手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで、「前処理用プラズマ」とは、基板を静電気により支持部材に吸着する前に行う処理（前処理）に用いるプラズマを意味するが、前記基板に対して目的とする表面処理（エッチング、成膜等）を行うためのプラズマ（以下、「本処理用プラズマ」という。）と同じであってもよいし、それよりも弱い、別のプラズマであってもよい。本処理用プラズマと同じとする場合は、本処理用プラズマでの処理時間よりも短い時間とすることが望ましい。前処理用プラズマを本処理用プラズマよりも弱くする場合、例えば、処理対象基板の裏面の面積あたり5.5以上55000mW/cm2以下の高周波電力を0.01以上100Pa以下の処理ガスに供給して生成する。さらに2000以上20000mW/cm2以下の高周波電力を0.1以上10Pa以下の処理ガスに共有して生成することがより好ましい。高周波電力がこの範囲より小さいと基板を静電気により支持部材に吸着できない傾向があり、この範囲より大きいとガス種によっては基板の表面がエッチングされる傾向がある。
前処理用プラズマの生成に用いる処理ガスとしては、例えばＡｒガスやＨｅガスを用いることができ、また、これらに限らず、放電可能なガスであれば良い。
処理対象である基板は、例えばサファイア（Al2O3）や石英（SiO2)やアルカリガラスを含むガラス類、樹脂、窒化アルミニウム（AlN）から成り、抵抗値が109〜1014Ωｍ程度の基板を主たる対象とするが、本発明に係る静電吸着方法・装置はそのような基板に止まらず、比較的絶縁抵抗の小さい材料から成る基板に対しても適用可能である。また、基板の材料は一種類に限られず、例えば、裏面がサファイア等の絶縁体材料から成り、表面が導体或いは半導体材料から成る基板であってもよい。
【００１４】
従来の静電吸着方法では、十分な吸着性能が得られない点について、本願発明者が鋭意検討を行った結果、一旦基板の裏面の電荷分布が不均一になると、特に絶縁抵抗の大きい基板では電荷が移動しにくく、シリコン基板等のように電荷が移動しやすい基板と比較して、基板の裏面を一様に帯電させることが困難なことが原因であるという知見を得た。また、基板の裏面に水分等の不均一な吸着が起こることもその一因であることを見出した。
【００１５】
そして、静電吸着される基板は、以前に行われた処理の影響により、基板毎に裏面の帯電状態や水分等の吸着状態が異なる。そのため、これらの基板を何ら処理せず静電吸着させると、基板の裏面に帯電していた電荷の全部または一部が支持部材の表面に移動し、その部分については、電荷がキャンセルされ、基板と支持部材の間の静電気力が得られず、全体として吸着性能が低下すると考えられる。
【００１６】
そこで、本願発明では、基板を静電気力により吸着する前に、予め基板の裏面と支持部材の基板載置面の間にギャップを形成した状態で、前処理用プラズマを生成することによって基板の裏面の電荷を取り除くとともに、基板裏面に吸着した水分等も除去するものである。
本願発明の前処理用プラズマは、基板の裏面に上記のような作用を生じさせることを目的として用いるため、前処理用プラズマを生成するための処理ガスの圧力や種類、基板面積あたりの投入電力等の組み合わせが、基板のエッチングや成膜等の表面処理（本処理）に用いるプラズマと異っていてもかまわない。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明によれば、過去の基板処理の影響があったとしても、基板の裏面の過剰な電荷を取り除くことで、静電チャックによる安定した吸着性能が得られる。従って、絶縁抵抗の大きな基板であっても、基板裏面の導電膜の形成という余分な工程を入れる必要がなく、プラズマ処理のスループットが向上し、コストを低減させることができるほか、導電膜が他の処理の妨げになるという問題も生じない。また、基板の裏面の水分等を除去するため、絶縁抵抗が大きくない基板であっても、従来の方法では十分な静電吸着力が得られなかった場合において、本願発明では安定した静電吸着力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施例に係る静電吸着方法を実施するプラズマ処理装置の断面構成図。
【図２】本実施例に係る静電吸着方法の特徴的な動作を示す概略図。
【図３】本実施例に係るプラズマ処理方法の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例である静電吸着方法について、添付図面を参照しつつ詳述する。図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置の断面構成図である。プラズマ処理装置１０は、真空容器１１の上部には、誘電体窓２４を介してプラズマを励起するための高周波コイル１２が備えられている。高周波コイル１２の片端は整合器１９を介して高周波電源２０に接続されており、他端は直接、高周波電源２０に接続されている。また、真空容器１１の内部には、プラズマを励起するための下部電極１３が設けられ、ブロッキングコンデンサ２５、整合器２６を介して第１高周波電源２７に接続されている。下部電極１３の上面には、プラズマ処理装置１０のプラズマ処理の対象となる基板１６を載置する誘電層１４が設けられている。ここで、基板１６は表面と裏面を有するが、表面とは誘電層１４と反対側の面であり、基板１６の裏面とは誘電層１４と接する側の面のことである。
誘電層１４の内部には電極が埋設され（図示せず）、この電極に電圧を印加して、基板１６の裏面との間に静電気力を生じさせることにより、基板１６を誘電層１４に吸着し（静電チャックによる吸着）、固定する。
誘電層１４及び下部電極１３には、基板１６を裏面から押し上げるためのピン２１が収容されている。ピン２１は駆動部２２によって駆動され、駆動部２２は制御装置２３によって制御される。制御装置２３は、前処理プラズマ生成手段としての機能を有する高周波電源２０、２７も制御する。さらに、誘電層１４内部の電極への電圧印加等の制御についても、制御装置２３で行うようにしてもよい。
【００２０】
誘電層１４の上面には、基板１６と誘電層１４の間の熱伝導性を高めるために、Ｈｅガス等の熱媒体を循環させる溝１５が設けられており、この溝１５はＨｅガスを循環させるためのポンプや、Ｈｅガスの温度を調整するための熱交換器等に接続している（図示せず）。さらに下部電極１３は、その内部に冷却水を循環させることにより該下部電極を冷却する冷却機構を備えている。ガス導入部１７は、真空容器１１内に基板１６の表面処理用プラズマ及び前処理用プラズマを生成するための処理ガスを導入する部分である。排出口１８はプラズマ処理を終えて不要となった処理ガスを真空容器１１の外部に排出するためのものである。
【００２１】
図２は、本実施例の静電吸着方法の特徴的な動作を示す。基板１６を載置する。ピン２１を駆動部２２により上下に駆動することで、基板１６を所定の高さまで押し上げ、基板１６の裏面と誘電層１４の間にギャップを形成する。ギャップが形成された状態で前処理用プラズマ（Ｐ）を生成すると、該前処理用プラズマが基板１６の裏面と誘電層１４との間に入り込むため、基板１６の裏面が前処理用プラズマ中に露出する。
【００２２】
ここで、ピン２１を、基板１６の裏面との接触により帯電状態に影響を与えないように、例えば基板１６と同じ材料や、絶縁性の高い酸化アルミニウム等でコーティングすることも可能である。また、ピン２１と基板１６の裏面が３箇所以上で接触する構成とすれば、基板１６を略水平に押し上げることができ、基板１６の裏面が均一に前処理用プラズマに晒される。基板１６の裏面と誘電層１４の間のギャップは、基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に均一に露出させることができる大きさであれば良く、例えば6インチの基板に対しては1mm以上が好ましく、直径の異なる基板であればそれにほぼ比例した値以上とするのが好ましい。
また、下部電極１３に高周波電力を印加することにより前処理用プラズマを発生させる場合は、制御装置２３によって駆動部２２を制御し、ピン２１で基板１６をシースよりも上の位置に押し上げることが好ましい。これは、基板１６がシース内にあることにより、基板１６の裏面が汚染されることを防ぐためである。
【００２３】
以下図３を参照しつつ、本実施例のプラズマ処理方法を説明する。まず、基板を支持部材である誘電層１４の上に載置する（ステップＳ１）。次に、制御装置２３によって駆動部２２を制御し、ピン２１で基板１６を押し上げる（ステップＳ２）。この状態で、真空容器１１の内部に前処理用プラズマを励起するための処理ガスとして、Ａｒ（アルゴン）ガスを真空容器１１の内部に導入し（ステップＳ３）、制御装置２３によって高周波電源２０を制御して高周波コイル１２に高周波電力を供給することで（ステップＳ４）、前処理用プラズマを生成する（ステップＳ５）。
前処理用プラズマは高周波コイル１２または下部電極１３のいずれか一方の電極に、基板面積あたり5.5以上 55000mW/cm2以下の高周波電力を投入し0.01Pa以上100Pa以下の圧力で生成する。さらに2000以上20000mW/cm2以下の高周波電力を0.1以上10Pa以下の処理ガスに共有して生成することがより好ましい。また、前処理プラズマを発生させる時間は10秒から60秒程度が好ましい。高周波電力、圧力および時間は、基板１６の裏面に帯電している電荷量、基板１６の裏面の材質、真空容器１１の内部に導入する処理ガスの種類などによって適宜決めることが可能であるが、基板１６の表面がエッチングされない条件にすることが好ましい。
生成した前処理用プラズマは、基板１６の裏面と誘電層１４の間に形成されたギャップに入り込む。これにより、基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させる（ステップＳ６）。なお、ピン２１で基板１６をシースよりも上の位置に押し上げ、制御部２３によって高周波電源２０及び高周波電源２７を制御し、高周波コイル１２と下部電極１３に高周波電力を同時に印加してもよい。
【００２４】
一定の時間（例えば10〜60秒程度）が経過した後、制御部２３によって高周波電源２０を制御し、高周波コイル１２への高周波電力の供給を停止する（ステップＳ７）。高周波コイル１２への高周波電力の供給がなくなると、Ａｒガスにはプラズマを生成するための電力が供給されなくなり、前処理用プラズマによる基板１６の前処理が終了する。ここで、真空容器１１内部のＡｒガスを、排出口１８を通じて真空容器１１の外部に排出し（ステップＳ８）、制御部２３によって駆動部２２を制御し、基板１６を押し上げていたピン２１を元の位置に戻して、基板１６を再び誘電層１４の上に載置する（ステップＳ９）。そして、誘電層１４の内部に埋設された電極に電圧を加え、静電気力により基板１６を誘電層１４に吸着して固定する（ステップＳ１０、静電チャック）。その後、基板１６の表面処理（本処理）を行う（ステップＳ１１）。
なお、ピン２１で基板１６を押し上るタイミング（ステップＳ２）と、前処理用プラズマを生成するタイミング等（ステップＳ３〜Ｓ５）を逆にしてもよい。この場合であっても、基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に晒して前処理を行うことができる。
【００２５】
本実施例の効果を確認するために、基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させた場合と、させなかった場合の静電チャックによる吸着力を測定したデータを下記の表１に示す。表１の数値は、静電チャックにより基板１６が誘電層１４に吸着して固定された状態で、基板１６を冷却するために溝１５内を循環しているＨｅガスの圧力を少しずつ大きくしていった場合に、基板１６が誘電層１４から外れた時の圧力の値を示している。この値は静電チャックによる吸着力とみなすことができる。
【００２６】
【表１】
2014033045.tif 000003
【００２７】
基板１６には、絶縁抵抗の大きい6インチのサファイア基板を用いた。真空容器１１の大きさは、６インチの基板を1枚処理できるものであり、真空容器１１内を0.1PaのＡｒガスで満たした。Ａｒガスから誘導結合プラズマを励起するための高周波電力は、周波数13.56MHz、投入電力を500Wとし、基板１６の裏面を処理する時間は2分間とした。静電チャック時の誘電層１４に埋設された電極の印加電圧は+1kVとした。この条件において静電チャックによる吸着力を測定する実験を５回行い、それぞれの実験で得られた吸着力の値とこれらの平均値を確認した。表１の中央欄の数値は基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させなかったときの吸着力の値を、表１の右欄の数値は、基板１６を前処理用プラズマ中に露出させたときの吸着力の値を示している。また、最下欄は５回の実験の平均値を計算した結果が記載されている。
【００２８】
基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させなかった場合、静電チャックによる吸着力は0.6kPa〜1.0kPaとなった。この値は、基板１６と誘電層１４の熱伝達性を高めるために溝１５内に循環させているＨｅガスの通常目安とされる圧力値である1.0〜2.0kPaよりも小さいため、十分な大きさではない。一方、基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させた場合、５回の実験のいずれにおいても2.0kPa以上の吸着力が得られることが確認できた。
【００２９】
さらに、誘導結合プラズマを励起するためにＡｒガスに供給する高周波電力の大きさと、基板１６の裏面の処理の時間を変化させた場合の、静電チャックによる吸着力の違いを下記の表２に示す。供給電力をOFF、500W、2000Wの３通り、処理時間を10秒間、60秒間の２通りについて実験を行った。ここで供給電力がOFFとは、Ａｒガスを真空容器１１内に導入するだけで、高周波コイル１２及び下部電極１３には高周波電力を供給せず、Ａｒガスをプラズマ化しない事を意味している。表２の右欄には吸着力の値を記載している。この結果から、供給電力が500W以上であれば、10秒以上基板１６の裏面を前処理用プラズマ中に露出させることで、安定して静電チャックによる2.0kPa以上の吸着力が得られることが確認できた。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
なお、上記実施例では、サファイア基板を用いたが、石英基板であっても同等の作用効果が得られることを確認した。また、処理ガスの圧力は、上記実施例では0.1Paとしたが、0.1〜10Paの範囲において同様の作用効果が得られることを確認した。さらに、処理ガスとしては、Ａｒガスの他、ヘリウムを用いることもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…プラズマ処理装置
１１…真空容器
１２…高周波コイル
１３…下部電極
１４…誘電層
１５…溝
１６…基板
１７…ガス導入部
１８…排出口
１９、２６…整合器
２０、２７…高周波電源
２１…ピン
２２…駆動部
２３…制御装置
２４…誘電体窓
２５…ブロッキングコンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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