(57)【要約】    【課題】静電吸着ステージ上に、静電気力により吸着保持した基板をプラズマ処理するに際し、前記基板と静電吸着ステージ電極との吸着性を改善したプラズマ処理装置を提供して、吸着力不足により生じるエッチング不良などのプラズマ処理不良を防止する。    【解決手段】基板を静電気力により吸着する静電吸着ステージを備えたプラズマ処理装置において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、前記基板の表面をプラズマ処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段を具備する構成とした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を静電気力により吸着する静電吸着ステージを備えたプラズマ処理装置において、
前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、前記基板の表面をプラズマ処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行するように制御す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】
真空チャンバ内に基板を収容し、この基板を静電吸着ステージ上に静電気力により吸着した状態でプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電を所定時間実行し、この第１のプラズマ放電を一旦終了した後、所定時間経過後にプラズマ処理用の第２のプラズマ放電を実行して前記基板の表面にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記真空チャンバ内に配設した静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行して前記基板にプラズマ処理を施すことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置として、ドライエッチング装置の一つであるプラズマエッチング装置が広く知られている。
【０００３】
プラズマエッチング装置の一例として、真空チャンバ内に静電吸着ステージを設けたものがあり、かかるプラズマエッチング装置では、前記静電吸着ステージ上に被処理物である基板（ウェーハ）を吸着保持し、前記真空チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化して、このプラズマにより前記基板をエッチングするようにしている。
【０００４】
前記静電吸着ステージは、ステージ上部層に位置する絶縁部材中に埋設された電極に直流電圧を印加することで基板と絶縁部材表面との間に静電気を生じさせ、この静電気を利用して基板を吸着固定させる所謂静電チャック機構を備えている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
なお、基板を前記基板支持体に固定させる手段として、基板の外周部をクランプする機械的なチャック機構も考えられるが、基板裏面と静電吸着ステージとを静電気力で吸着させる前記静電チャック機構は、クランプと基板とを物理的に直接接触させる機械的なチャック機構に比べ、パーティクルの発生を防止する上で有利といえる。
【特許文献１】特開平１０−２７７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した静電吸着ステージを用いて基板を吸着固定してプラズマ処理を行うようにした従来のプラズマ処理装置では、基板が十分に吸着されない場合があり、プラズマエッチングなどの処理に支障をきたすことがあった。
【０００７】
特に、石英基板を用いるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの製造工程においては、前記石英基板の裏面に予め導電膜を形成して静電チャックするようにしているが、前記導電膜の厚みが不足した場合は吸着力が不十分となり、基板と静電吸着ステージとの接触性が低下して種々のエッチング不良を引起すことがあった。
【０００８】
すなわち、基板と静電吸着ステージとの接触不足によって、基板が反った状態となったり、前記静電吸着ステージに設けたヒータを介して加熱される基板の温度コントロールにばらつきが生じてエッチングの均一性が低下したり、基板面のバイアス電圧が不均一になってエッチング量のばらつきなどが生じたりするおそれがあった。
【０００９】
また、かかる不具合は、特にエッチング時間の短いプロセスの場合、基板と静電吸着ステージとの密着が不安定のままエッチングが終了することになるので顕著に表れる傾向にある。
【００１０】
本発明では、上記課題を解決することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の本発明では、基板を静電気力により吸着する静電吸着ステージを備えたプラズマ処理装置において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、前記基板の表面をプラズマ処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段を具備する構成とした。
【００１２】
請求項２記載の本発明では、前記制御手段は、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行するように制御することとした。
【００１３】
請求項３記載の本発明では、真空チャンバ内に基板を収容し、この基板を静電吸着ステージ上に静電気力により吸着した状態でプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電を所定時間実行し、この第１のプラズマ放電を一旦終了した後、所定時間経過後にプラズマ処理用の第２のプラズマ放電を実行して前記基板の表面にプラズマ処理を施すこととした。
【００１４】
請求項４記載の本発明では、上記請求項３記載のプラズマ処理方法において、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行して前記基板にプラズマ処理を施すこととした。
【発明の効果】
【００１５】
（１）請求項１記載の本発明では、基板を静電気力により吸着する静電吸着ステージを備えたプラズマ処理装置において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、前記基板の表面をプラズマ処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段を具備する構成としたために、基板と静電吸着ステージとの間で、静電気力による密着力が即座に高まり、たとえ短時間のエッチング工程であっても接触性が向上して均一なエッチングが行えるとともに、基板面内でエッチング残りなどが発生しなくなる。そして、かかる効果を奏するプラズマ処理装置を、特別な構成を付加することなく簡単に提供することができる。
【００１６】
（２）請求項２記載の本発明では、前記制御手段は、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行するように制御することとしたために、基板吸着がより安定し、上記（１）の効果をより高めることができる。
【００１７】
（３）請求項３記載の本発明では、真空チャンバ内に基板を収容し、この基板を静電吸着ステージ上に静電気力により吸着した状態でプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電を所定時間実行し、この第１のプラズマ放電を一旦終了した後、所定時間経過後にプラズマ処理用の第２のプラズマ放電を実行して前記基板の表面にプラズマ処理を施すこととしたために、静電気力による基板の吸着力が即座に高まり、たとえ短時間のエッチング工程であっても接触性が向上して均一なエッチングが行えるとともに、基板面内でエッチング残りなどが発生しなくなる。
【００１８】
（４）請求項４記載の本発明では、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行して前記基板にプラズマ処理を施すこととしたために、上記（３）の効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、基板を静電気力により吸着する静電吸着ステージを備えたプラズマ処理装置において、前記基板の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、前記基板の表面をプラズマ処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段を具備する構成としたものである。
【００２０】
すなわち、前記プラズマを発生させるに際し、第１のプラズマ放電として、基板裏面に帯電させるために高周波を仮放電し、その後、基板表面をプラズマ処理するために高周波を本放電するようにしたものである。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、前記下部電極からなる静電吸着ステージ上に、基板を静電気力により吸着保持させるとともに、予め第１のプラズマ放電を実行することによって、基板の裏面に電荷を帯電させ、静電吸着ステージと基板との静電気力による吸着性を大幅に向上させるようにしている。
【００２２】
このような安定した基板保持状態で接触性を向上させて第２のプラズマ放電を実行してプラズマエッチングを行うことにより、均一なエッチングを行うことができ、基板面内でエッチング残りなどの発生を防止することができる。
【００２３】
また、上述した構成は、一般的なプラズマ処理装置に上述した制御を実行可能な制御装置を付加するだけでよいので、プラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）の製造も容易であり、安定した基板保持機能を有するプラズマ処理装置を大きなコストアップとなることなく提供することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、上記プラズマ処理装置を、真空チャンバ内にプラズマ発生用の下部電極と上部電極とを設け、かつ前記下部電極が前記静電吸着ステージを兼ねた構成の平行平板型プラズマエッチング装置として説明する。しかし、本発明はかかる構成に限ることはなく、プラズマ処理装置としては、例えばＣＶＤ装置、スパッタ装置なども考えられ、また、誘導コイル型などのように、必ずしも平行平板電極を有するものでなくても構わない。
【００２５】
前記制御手段は、前記静電吸着ステージ上に前記基板を静電気力により吸着するとともに、前記第１のプラズマ放電を実行し、この第１のプラズマ放電を終了した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行するように制御している。
【００２６】
すなわち、前記静電吸着ステージに直流電圧を印加して前記基板を静電気力により吸着した後、前記第１のプラズマ放電を実行するか、若しくは前記静電吸着ステージへの直流電圧印加と、前記第１のプラズマ放電とを同時に実行する。そして、いずれにしても前記第１のプラズマ放電を所定時間実行した後、所定時間をあけて第２のプラズマ放電を実行するように制御可能とするのである。
【００２７】
このように、第１のプラズマ放電を最初に行うのではなく、少なくとも前記下部電極に直流電圧を印加して静電チャック機能を発現させ、その後第１のプラズマ放電を実行することにより、安定した基板吸着が可能となって、エッチング不良などの発生を確実に防止することができる。
【００２８】
静電チャック機能は時間とともに安定してくることが分かっており、第１のプラズマ放電を所定時間実行した後、所定時間をあけることで、基板をより安定させた状態でプラズマ処理することが可能となる。
【００２９】
なお、通常のプラズマエッチング装置を用いる場合は好ましいことではないが、静電チャック機能を発現させる前に第１のプラズマ放電を最初に行なって予め基板に電荷を帯電させておき、前記下部電極に直流電圧を印加すると即座に強力な静電チャック機能が発揮させるようにすることも考えられる。
【００３０】
上記プラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）を用いたプラズマ処理（プラズマエッチング処理）は、下記のように実行される。
【００３１】
先ず、プラズマ発生用の上部電極と下部電極とを設けたチャンバ内に基板を収容する。そして、前記下部電極に直流電圧を印加して静電チャック機能により前記基板を吸着固定するとともに、上部電極と下部電極間に高周波を放電して、先ず第１のプラズマ放電を所定定時間実行し、前記基板裏面に電荷を帯電させる。そして、前記第１のプラズマ放電を一旦終了した後、所定時間経過後に再度上部電極と下部電極間に高周波を放電して、第２のプラズマ放電を実行してプラズマエッチング処理を行うのである。
【００３２】
ところで、例えばＴＦＴの製造プロセスなどにおいて、前記基板を石英基板とした場合、この石英基板の裏面には予め導電膜を形成しておくとよい。これにより、基板裏面に確実な電荷の帯電がなされ、安定した静電気による吸着力が得られる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。図１は本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の模式的説明図、図２はプラズマ発生と静電チャック機能発生のタイミングを示す説明図である。
【００３４】
なお、本実施の形態では、プラズマエッチング装置１をＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造工程で用いるものとして説明する。そして、基板７としては裏面に導電膜７０を形成した石英基板を用いたものとしている。
【００３５】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１は、図１に示すように、略円筒状の真空チャンバ１０を備え、この真空チャンバ１０の底部に基板載置用の静電吸着ステージを兼用する下部電極２を設けるとともに、この下部電極２に対向するように、チャンバ上部に接地した上部電極３を配設した平行平板型として構成している。１１はガス排気管であり、コントロールバルブ１２を介して真空ポンプ１３に連通連結している。
【００３６】
前記下部電極２は、高周波電源４と可変直流電源５とが接続されており、上層部には、上面を基板載置面とした絶縁材部２０が設けられ、この絶縁材部２０内に複数の内部電極２１，２２を埋設するとともに、これら内部電極２１，２２に可変直流電源６を接続している。
【００３７】
そして、前記絶縁材部２０内に埋設した内部電極２１，２２とこれに接続した前記可変直流電源６により静電チャック機構が構成されており、内部電極２１，２２に直流電圧を印加することで載置された基板７と絶縁材部２０との間に静電気力を発生させ、これを利用して基板７を吸着するようにしている。本実施の形態では、複数の内部電極２１，２２の隣り合う電極それぞれに正・負の極性を有する電圧を印加して基板７を吸着させるようにした双極型の静電チャック機構を採用している。
【００３８】
また、下部電極２には図示しないヒータを内蔵させており、吸着する基板７をプラズマ処理に応じた所定温度に加熱可能としている。
【００３９】
一方、上部電極３は接地されており、図示しない複数の噴出口を設けて、例えばＣＦ4などのエッチングガスを真空チャンバ１０内に供給可能としている。８はアース線、９はガス供給管である。
【００４０】
上記構成において、本プラズマエッチング装置１の特徴をなすのは、前記基板７の裏面に帯電させるための第１のプラズマ放電と、基板７表面をプラズマエッチング処理するための第２のプラズマ放電とに分割してプラズマを発生させる制御手段（図示せず）を具備させたことにある。この制御手段は、上述した構成の動作全体を制御し、特に、高周波電源４、可変直流電源５，６による印加タイミングや電圧の制御を下記のように行う。
【００４１】
すなわち、図示しない基板搬送手段を介して基板７を真空チャンバ１０内へ搬入し、ステージとなる下部電極２上に載置する。そして、前記真空ポンプ１３を駆動して真空チャンバ１０内を真空引きし、エッチングガスを導入する。このとき真空チャンバ１０内の圧力は所定圧力に維持する。
【００４２】
次いで、図２に示すように、前記下部電極２に埋設した内部電極２１，２２に直流電圧を印加して静電チャック機能を発現させ、前記基板７を静電気力により吸着する。そして、内部電極２１，２２への直流電圧印加と同時に、下部電極２に高周波電力を印加して第１のプラズマ放電を実行し、基板７の裏面に予め形成されている導電膜７０に正負の電荷を帯電させる。なお、下部電極２への高周波電力の印加タイミングは、内部電極２１，２２への直流電圧印加の直後であってもよい。
【００４３】
なお、本実施の形態では、前記第１のプラズマ放電の時間Ｔ1を１秒に設定している。また、本実施の形態では、静電チャックのための印加電圧Ｖを、初期状態ではＶ1＝７５０Ｖ、その後の第２のプラズマ放電実行時はＶ２＝７００Ｖに設定しているが、初めから通して一定値であってもよい（図３参照）。
【００４４】
そして、前記第１のプラズマ放電終了後１０秒経過した後、再度、前記下部電極２に高周波電力を印加して第２のプラズマ放電を実行し、基盤７の表面をエッチング処理する。
【００４５】
第１のプラズマ放電の時間Ｔ1としては、特に限定するものではないが、基板７に電荷を帯電させるのには１秒程度で十分であることが実験的に確認されている。また、第１のプラズマ放電と第２のプラズマ放電との間に設けるインターバルＩnt.は静電チャック機能が安定して発揮されるようにするためであり、５〜２０秒程度が好ましいことが実験的に分かっているが、本実施の形態では確実な静電チャック機能と処理効率とから１０秒に設定している。このインターバルＩnt.を設けることで、基板７をより確実に保持した状態でエッチング処理がなされ、基板７の保持が不安定なことから生じるエッチング不良を防止できる。なお、エッチング時間Ｔ2は２５秒とした。
【００４６】
エッチング処理終了後、高周波電力の印加を停止してエッチングガスを真空チャンバ１０外に排気するとともに、基板７の静電チャック用に下部電極２に印加していた直流電圧と逆の電圧を印加し、エッチング処理済みの基板７を取り出す。
【００４７】
このように、本実施の形態では、第１のプラズマ放電により、基板７の裏面に予め電荷を帯電させておくことで、前記下部電極２に直流電圧を印加すると即座に強力な静電チャック機能が発揮でき、第２のプラズマ放電が短時間で済むようなエッチング処理であっても基板７の安定した吸着保持が可能となって、エッチング不良などの発生を防止することができる。
【００４８】
ところで、上述したように、本実施の形態では、第１のプラズマ放電終了後に下部電極２に直流電圧を印加して静電チャックするようにしているが、図３に示すように、第１のプラズマ放電が実行されている間に下部電極２に直流電圧を印加するようにしてもよい。なお、この図３に示した例では、静電チャックのための印加電圧は、Ｖ＝７５０Ｖで一定としている。
【００４９】
以上説明してきたように、プラズマ発生用の下部電極２と上部電極２とを設けた真空チャンバ１０内に、裏面に導電膜７０を形成した基板７を収容し、この基板７を前記下部電極２上に静電気力により吸着した状態でプラズマ処理するに際し、前記基板７の裏面（導電膜７０）に帯電させるための第１のプラズマ放電を所定時間実行し、この第１のプラズマ放電を一旦終了した後、所定時間経過後にプラズマエッチングを行うための第２のプラズマ放電を実行するようにしたために、基板７と下部電極２との間で、静電気力による密着力が高まり、たとえ前記導電膜７０の膜厚にばらつきがあったり、厚みが足りなかったりした場合でも、基板７と下部電極２との接触性が良好となり、均一なエッチングが行えるとともに、基板面内でエッチング残りなどが発生しなくなる。しかも、エッチング処理が開始されるまでに静電チャック機能は十分に発揮されるので、短時間のエッチング工程であっても前記効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、プラズマエッチング装置やＣＶＤ装置、あるいはスパッタ装置など、静電吸着ステージ上に、基板を静電気力により吸着保持する構成であって、プラズマ源を用いてプラズマ処理を行う装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の模式的説明図である。
【図２】プラズマ発生と静電チャック機能発生のタイミングの一例を示す説明図である。
【図３】プラズマ発生と静電チャック機能発生のタイミングの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  プラズマエッチング装置
２  下部電極
３  上部電極
７  基板
１０  真空チャンバ
２１，２２  内部電極
【図１】
2005051098.tif 000003
【図２】
2005051098.tif 000004
【図３】
2005051098.tif 000005