(57)【要約】【課題】  静電吸着電極を構成する誘電体膜の固有抵抗値を常に安定して管理することにより除電に要する時間を低減しスループットを向上する。【解決手段】  内部に冷媒通路を備えた金属製ブロックと、該金属製ブロックの表面に形成された誘電体膜および該誘電体膜の中間に形成された導電体膜３１２を有する静電吸着電極を備え、前記金属製ブロックをプラズマ処理装置の試料裁置台を構成するベース上に配置し、前記導電体膜に直流電圧を印加して前記誘電体膜上に載置した試料を静電吸着する静電吸着装置における前記誘電体膜の固有抵抗を管理する固有抵抗管理方法であって、予め、前記誘電体膜を構成する原子の結合エネルギの半値幅と残留吸着力との関係を取得しておき、取得した前記関係をもとに、所望の残留吸着力に対応する結合エネルギの半値幅が得られる誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用する。【選択図】図４
2007123429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒通路を備えた金属製ブロックと、
該金属製ブロックの表面に形成された誘電体膜および該誘電体膜の中間に形成された導電体膜を有する静電吸着電極を備え、
前記金属製ブロックをプラズマ処理装置の試料裁置台を構成するベース上に配置し、前記導電体膜に直流電圧を印加して前記誘電体膜上に載置した試料を静電吸着する静電吸着装置における前記誘電体膜の固有抵抗を管理する固有抵抗管理方法であって、
予め、前記誘電体膜を構成する原子の結合エネルギの半値幅と残留吸着力との関係を取得しておき、取得した前記関係をもとに、所望の残留吸着力に対応する結合エネルギの半値幅が得られる誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用することを特徴とする静電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。
【請求項２】
請求項１記載の誘電体膜の固有抵抗管理方法において、
前記原子の結合エネルギの半値幅はＸ線光電子分光分析装置で計測することを特徴とする静電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。  
【請求項３】
請求項１記載の誘電体膜の固有抵抗管理方法において、
前記誘電体膜を構成する原子はＡｌであり、その結合エネルギの半値幅が１．８９ｅＶ以下である誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用することを特徴とする静電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。
【請求項４】
内部に冷媒通路を備えた金属製ブロックと、
該金属製ブロックの表面に形成された誘電体膜および該誘電体膜の中間に形成された導電体膜を有する静電吸着電極を備え、
前記金属製ブロックをプラズマ処理装置の試料裁置台を構成するベース上に配置し、前記導電体膜に直流電圧を印加して前記誘電体膜上に載置した試料を静電吸着する静電吸着装置における前記誘電体膜の固有抵抗を管理する固有抵抗管理方法であって
予め、前記誘電体膜を構成する分子および原子の濃度比と残留吸着力との関係を取得しておき、取得した前記関係をもとに、所望の残留吸着力に対応する前記濃度比が得られる誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用することを特徴とする静電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。
【請求項５】
請求項４記載の誘電体膜の固有抵抗管理方法において、
前記原子または分子の濃度データはＸ線光電子分光分析装置で計測することを特徴とする電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。
【請求項６】
請求項４記載の誘電体膜の固有抵抗管理方法において、
前記誘電体膜を構成する分子はＹ２Ｏ３であり、そのＹ２Ｏ３／Ｙ濃度比が０．８２以上である誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用することを特徴とする静電吸着装置における誘電体膜の固有抵抗管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体膜の固有抵抗管理方法に係り、特に静電吸着電極を構成する誘電体膜の固有抵抗値を管理する固有抵抗管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置においては、試料を処理するに際して、試料を試料台上に静電吸着して固定する。静電吸着する方法としては、２つの方法が知られている。
【０００３】
一つは、試料台表面に溶射膜あるいは結晶膜などからなる比較的低抵抗の誘電体膜を形成する方法である。この方法では、上述のようにして形成される誘電体膜の固有抵抗を意図的に低下させる。この場合、前記試料台を構成する導電性の基材に直流電圧を印加すると、前記誘電体膜を介して微弱な電流が流れ、前記誘電体膜表面と、該誘電体膜上に載置した試料裏面間に電位差が生じる。すなわち、試料と前記誘電体との界面の小さなギャップに微少電流が流れ、帯電分極が誘起され、これにより比較的大きな静電気力、いわゆるジョンソン・ラーベック力が発生する。なお、前記誘電体膜の固有抵抗値は、例えば誘電体膜に含まれるチタニアの含有量を調整することによりコントロールすることができる。
【０００４】
この方法は、前述のように微小隙間に電位差発生させるため、比較的低い電圧で高い吸着力を得ることができる。なお、固有抵抗を意図的に低下させて充電電流を発生させるため蓄積電荷も多くなり残留吸着力が発生し易くなる。しかし、前述のように誘電体膜の固有抵抗が低いため、誘電体膜自身を介してある程度、除電（放電）することは可能である。なお、除電に際しては逆電圧を印加することができる。
【０００５】
もう一つは、試料台表面に溶射膜あるいは結晶膜などからなる比較的高抵抗の誘電体膜を形成する方法である。この場合には、前記試料台を構成する導電性の基材に直流電圧を印加すると、前記誘電体膜を介して前記導電性の基材と前記導電性の試料の裏面間に電位差が生じる。すなわち、試料と前記基材の間に静電気力、いわゆるクーロン力が発生する。
【０００６】
このクーロン力は、誘電体膜の電気的物性、誘電体膜の厚み、印加電圧により吸着力が決定され、得られる吸着力はジョンソン・ラーベック力比して格段に少ない。しかし、前述のように誘電体膜自体の固有抵抗を高く設定するため、試料台からの充電量は少なくなる。このため、前記ジョンソン・ラーベック力に基づく残留吸着力を抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
静電吸着力としてクーロン力を利用する装置では、所定の吸着力を得るために誘電体膜を薄くし、印加電圧を高くすることが必要である。前記印加電圧は、誘電率１０程度、膜厚１００μｍ程度の誘電体膜を利用する場合、１．５ＫＶ程度の電圧を必要とする。また、誘電体膜としては、固有抵抗の高い膜を使用しなければならない。
【０００８】
すなわち、ある程度以上の固有抵抗を確保できない場合、印加電圧が高いことも相俟って、前記試料と誘電体膜との界面の小さなギャップに微少電流が流れ、ジョンソン・ラーベック力が発生して、吸着力が格段に高くなる。一方、前述のように固有抵抗自体は比較的高く設定されているため、蓄積した電荷は誘電体膜を介して放電し難い。すなわち、残留吸着力が発生し易いことになる。
【０００９】
一般に、ジョンソン・ラーベック力による残留吸着力は逆電圧印加により、ある程度は低減することが可能である、しかし、クーロン力を利用する吸着装置では、必ずしも有効ではない場合がある。すなわち、誘電体膜の固有抵抗値がジョンソン・ラーベック力を利用する装置に比して高いため、一旦、前記ギャップが充電されると、逆電圧印加して除電するに要する時間が増大して、装置の稼働率が低下する。
【００１０】
すなわち、静電吸着力としてクーロン力を利用する吸着装置では、誘電体膜の固有抵抗を常に高い値に保持しなければならない。
【００１１】
ところで、誘電体膜などの固有抵抗を測定し管理する方法は、例えばＪＩＳ規格等に定められている。しかし、これらの方法で固有抵抗を測定し管理しようとする場合、前記固有抵抗値が１０１４以上と高い領域にあるため、非常に微小な電流を扱わなければならないことになる。このような場合には、環境の温度、湿度、表面粗さ等の諸条件により測定結果が変動する。すなわち、これらの方法は誘電体の固有抵抗の管理方法としては十分ではない。
【００１２】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、静電吸着電極を構成する誘電体膜の固有抵抗（抵抗値）を安定して管理することのできる誘電体膜の固有抵抗管理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１４】
内部に冷媒通路を備えた金属製ブロックと、該金属製ブロックの表面に形成された誘電体膜および該誘電体膜の中間に形成された導電体膜を有する静電吸着電極を備え、前記金属製ブロックをプラズマ処理装置の試料裁置台を構成するベース上に配置し、前記導電体膜に直流電圧を印加して前記誘電体膜上に載置した試料を静電吸着する静電吸着装置における前記誘電体膜の固有抵抗を管理する固有抵抗管理方法であって、予め、前記誘電体膜を構成する原子の結合エネルギの半値幅と残留吸着力との関係を取得しておき、取得した前記関係をもとに、所望の残留吸着力に対応する結合エネルギの半値幅が得られる誘電体膜を備える静電吸着電極を適合部品として利用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上の構成を備えるため、静電吸着電極を構成する誘電体膜の固有抵抗値を常に安定して管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る静電吸着電極を適用することのできるプラズマ処理装置を説明する図である。
【００１７】
図に示すように、プラズマ処理装置は、試料収納カセット１０１、大気側試料搬送室１０２、ロック室１０３および１０４、真空側試料搬送室１０５、プラズマ処理装置本体１０６を備える。
【００１８】
試料収納カセット１０１に収納された試料は、大気側試料搬送室１０２に格納された搬送ロボットにより、１枚ずつロック室１０３に搬送される。ロック室１０３の前後にはロック室内部を密閉するゲートバルブが備え付けられており、大気圧状態で試料が収納された後、ゲートバルブを閉めてロック室１０３内部を減圧する。ロック室１０３の内部が真空状態になった後、真空側試料搬送室１０５に格納された搬送ロボットにより試料を各プラズマ処理装置本体１０６に搬送して処理を施す。
【００１９】
処理終了の後、再び真空側試料搬送室１０５に格納された搬送ロボットにより試料をロック室１０４に搬送する。このときロック室内部は真空状態にあり、このロック室１０４に処理終了後の試料を収納する。次いで、ロック室１０４に備え付けられたゲートバルブを閉じて内部を密閉し、加圧して大気状態とした後、大気側試料搬送室１０２に格納された搬送ロボットにより試料をカセット１０１に戻す。
【００２０】
図２は、プラズマ処理装置本体１０６の詳細を説明する図である。図に示すように、プラズマ処理装置本体１０６は、処理室２００を有し、その上部に処理室２００内に電磁波を放射して電界を供給するアンテナ２０１を備える。また、処理室２００の下部にウェハ２２０などの被処理対象である試料を載置する試料台２５０を備える。また、真空容器２１０は、側壁２１１及びこの側壁２１１の下方に配置された下部容器２１２を有する。
【００２１】
下部容器２１２と試料台２５０の間の空間は、処理室２００内のガス、プラズマあるいは反応生成物などを移動させる空間であり、該空間を介して排気ポンプ２０３により排気される。処理室２００の周囲には、たとえば、電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段２０２を設置する。
【００２２】
処理ガスは、図示しないガス供給手段から所定の流量と混合比をもって処理室２００内に供給される。前記空間と排気手段の間には、回転可能なフラップを有する真空排気弁を複数個設置し、該真空排気弁のフラップを開閉することにより、処理室２００内の圧力を制御する。
【００２３】
アンテナ２０１には、高周波電源２２１から、真空容器２１０外に設置したマッチングボックス２２２を介して高周波電力が印加され、該高周波電力はアンテナ２０１を介して処理室２２０内に導入される。導入された高周波電力は前記磁場形成手段２０２によって形成される磁場との相互作用によりプラズマを形成し、ウエハ２２０をエッチング処理する。
【００２４】
試料台２５０は、表面に誘電体膜２５５を有し、該誘電体膜２５５上に載置されるウエハ２２０を静電気により吸着する。吸着に際しては、処理室２００の外に設置された直流電源２０６の直流電圧を、フィルター回路２５６を介して直流電圧を前記誘電体膜内に形成した導電体膜に印加する。
【００２５】
また、Ｈｅガス源２１３からは、ガス供給量を調整するガス導入調節弁２１４を介してウエハ２２０裏面にＨｅガスを供給してウエハ２２０を冷却する．また、ＲＦバイアス電源２０７からは、マッチングボックス２０８を介して試料台２５０を構成する金属製のブロック２５１にＲＦバイアスを印加し、プラズマ中のイオンをウエハ２２０上に引き込みエッチング反応をアシストする。また、試料台２５０を構成する金属ブロック２５１には、流路２５４が設けられており、該流路に温調ユニット２０９によって温度調整された冷媒を導入して、ウエハの温度を制御する。
【００２６】
ウエハ２２０は、その処理中に、プラズマからの入熱、ＲＦバイアスによる入熱がある。この入熱は、前記ウエハ裏面に供給されたＨｅガス、誘電体膜２５５、および金属製ブロック２５１を介して放散し、ウエハは冷却されることになる。なお、金属製ブロック２５１の外周には、セラミック製カバー２５３を設置する。これにより、金属製ブロック２５１をプラズマから電気的に絶縁することができ、プラズマによるスバッタリングあるいはエッチングから金属製ブロックを保護することができる。
【００２７】
図３は、試料台２５０の詳細を説明する図であり、図３（ａ）は試料台の断面図、図３（ｂ）は誘電体膜２５５の部分拡大図である。
【００２８】
これらの図に示すように、金属製ブロック２５１には、ほぼ同心円状に溝状の流路２５４を設け、該流路２５４には冷媒ノズル３０６を介して温調ユニット２０９より冷媒が導入される。例えば、ウエハの内周側（内側）と外周側（外側）とで温度差を設けたい場合は、内周側および外周側にそれぞれ独立した流路２５４を設け、それぞれの流路にそれぞれ独立した温調ユニット２０９を接続し制御することができる。
【００２９】
プッシャ３０２はウエハ２２０を試料台に設置する際に使用する上下機構である。プッシャを上下に駆動する際には図示しないアクチュエータを使用する。また、金属製ブロック２５１には、ＲＦバイアス電圧を印加することができる。なお、金属製ブロック２５１は絶縁板３０８を介してベース３０７上に絶縁して配置される。
【００３０】
ウエハ２２０の裏面と誘電体膜２５５の間には、ガス導入ノズル３０３を介しＨｅガスを導入する。導入されたＨｅガスは同心円状及び放射状に設けられたガス流路３０１を介してウエハ裏面全域に拡散する。
【００３１】
図３（ｂ）は誘電体膜２５５を備えた吸着電極の部分拡大図である。この図の例ではダイボール式吸着利用する場合を示しているが、モノボール式吸着を利用する場合にも適用可能である。
【００３２】
誘電体膜２５５は、最表面の誘電体膜３１１、中間層に位置する導電体膜３１２および最下層の誘電体膜３１３を備える。導電体膜３１２には、直流電源２０６の電圧がフィルタ回路２５６および直流電圧供給部３０５を介して供給される。直流電源が印加された導電体膜３１２とウエハ２２０間には電位差を生じ、このとき誘電体膜３１１には分極が発生し静電吸着力が発生する。なお、誘電体膜３１３は導電体膜３１２と金属ブロック２５１間を絶縁するものである。
【００３３】
図４は、誘電体膜の固有抵抗を管理する方法を説明する図であり、図４（ａ）は誘電体膜としてＡｌ２Ｏ３を利用した例を示す図、図４（ｂ）は誘電体膜として溶射法で成膜されたＹ２Ｏ３膜を利用した例を示す図である。
【００３４】
まず、図３に示す静電吸着電極を構成する誘電体膜２５５を供試材料として、該供試材料をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析装置）により分析して供試材料を構成するＡｌの結合エネルギーピークの半値幅（ピークの高さの２分の１の高さにおけるピークの広がり幅）を得る。次に、前記供試材料を構成する導電体膜３１２に直流電圧を印加し試料（ウエハ）を静電吸着し、そのときの吸着力を測定する。更に前記直流電圧の印加を止め、このときの吸着力（残留吸着力）を測定する。なお、以上の処理を複数の供試材料について実行する。
【００３５】
次いで、図４（ａ）に示すように、誘電体膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析装置）により分析して得たＡｌの結合エネルギーピークの半値幅をとり、縦軸に残留吸着力と吸着力の比をとる。
【００３６】
前述のように、吸着力は直流電圧を印加してウエハを静電吸着しているときの吸着力を示し、残留吸着力は直流電圧の印加を止めた後に残る吸着力を示す。吸着力が高いときは誘電体膜を介して流れる電流が増加しており、残留吸着力も高くなる傾向がある。従って、ここでは互いの比で示すこととする。
【００３７】
ここで、Ａｌの結合エネルギーピークの半値幅が大きいということは、Ａｌ以外の不純物元素による影響を受けていることを意味する。また、図に示すように、前記半値幅が１．８９より大きい場合は残留吸着力が発生する。
【００３８】
すなわち、半値幅が大きいということは、特定元素（Ａｌ）以外の不純物含有量が多いことを示し、この不純物が固有抵抗値の低下を招いていることを示している。したがって、静電吸着電極としては、図４（ａ）に示す点線部より左側領域に該当する半値幅を有する誘電体膜を用いることが望ましいことが分かる。
【００３９】
次に、図３に示す静電吸着電極を構成する誘電体膜２５５を供試材料として、該供試材料に含まれるＹ２Ｏ３濃度とＹ濃度の比を取得する。
【００４０】
次に、前記供試材料を構成する導電体膜３１２に直流電圧を印加し試料（ウエハ）を静電吸着し、そのときの吸着力を測定する。更に前記直流電圧の印加を止め、このときの吸着力（残留吸着力）を測定する。なお、以上の処理を複数の供試材料について実行する
なお、Ｙ２Ｏ３濃度とＹ濃度はＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析装置）により分析することができる。Ｙ２Ｏ３に対してＹの方が高いということは、酸化されずに存在するＹが多いことを意味する。すなわち、誘電体膜の固有抵抗値が低下し、これにより残留吸着力が大きくなる。このためＹ２Ｏ３／Ｙ（濃度比）は無限大となることが望ましい。しかし、図４（ｂ）に示すように、Ｙ２Ｏ３／Ｙ（濃度比）を０．８２以上とすることにより残留吸着力／吸着力を零、またはこれに近づけて、短時間で試料の上方への離間を可能にできる。したがって、静電吸着電極としては、図４（ｂ）に示す点線部より右側領域に該当するＹ２Ｏ３／Ｙ濃度比を有する誘電体膜を用いることが望ましいことが分かる。
【００４１】
ここでは、誘電体膜がＡｌ２Ｏ３膜、およびＹ２Ｏ３膜である場合に、固有抵抗をそれぞれ結合エネルギーピークの半値幅、およびＹ２Ｏ３／Ｙ濃度比で規定する方法について説明したが、他の誘電体膜についても同様な方法で規定することが可能である。
【００４２】
なお、図３（ｂ）に示す誘電体膜３１３は製膜プロセス上、誘電体膜３１１と同一の膜とすることがコスト面で有利である。また、製膜方法はここに示すものに限らず、例えば焼結体膜も同様に適用できる。
【００４３】
なお、以上の説明では、プラズマ処理装置の試料台について示したが、露光装置、電子描画装置、レジスト塗布装置等の静電吸着を利用した試料台においても適応可能である。また、プラズマ処理室の内壁をプラズマから保護するために溶射膜で覆う構成においても、上記方法で規定された溶射膜を用いることは耐プラズマ性能も優れているので有効である。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、誘電体膜自体の固有抵抗を高い値に維持管理することができる。このため、試料と試料台表面の誘電体膜との界面のギャップに流れる電流を低減することができ、前記ジョンソン・ラーベック力に基づく残留吸着力を抑制することができる。このため、除電に要する時間を低減しスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係る静電吸着電極を適用することのできるプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】真空処理装置１０６の詳細を説明する図である。
【図３】試料台２５０の詳細を説明する図である。
【図４】誘電体膜の固有抵抗を管理する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  試料収納カセット
１０２  大気側試料搬送室
１０３，１０４  ロック室
１０５  真空側試料搬送室
１０６  プラズマ処理装置本体
２００  処理室
２０１  アンテナ
２０２  磁場形成手段
２０３  排気ポンプ
２０４  真空排気弁
２０６  直流電源
２０７  ＲＦバイアス電源
２０８，２２２  マッチングボックス
２０９  温調ユニット
２１０  真空容器
２１１  側壁
２１２  下部容器
２１３  Ｈｅガス源
２１４  ガス導入調節弁
２２０  ウエハ
２２１  高周波電源
２５０  試料台
２５１  金属製ブロック
２５３  セラミック製カバー
２５４  流路
２５５  誘電体膜
２５６  フィルタ回路
３０１  ガス流路
３０２  プッシャ
３０３  ガス導入ノズル
３０５  直流電圧供給部
３０６  冷媒ノズル
３０７  ベース
３０８  絶縁板
３１１，３１２  誘電体膜
３１２  導電体膜
３１３  誘電体膜
【図１】
2007123429.tif 000003
【図２】
2007123429.tif 000004
【図３】
2007123429.tif 000005
【図４】
2007123429.tif 000006