(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理装置において、試料吸着台に設けたプッシャピンと試料の間に発生する異常放電を抑制し、また、試料に対する除電不良を抑制する。【解決手段】基台４および試料吸着台２に設けた複数の貫通孔をそれぞれ挿通するとともに、その一方端を前記試料吸着台２上に載置した試料１に当接可能に配置し、その他方端をピン駆動部６に接続した複数のプッシャピン７と、前記プッシャピン７を備えた試料載置台を収納する真空容器とを備え、前記真空容器内にプラズマを生成して前記試料１にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記プッシャピン７は誘電体を同軸に配置したピンであり、ピンの外周部に配置した誘電体７ｂの誘電正接はピンの内周部に配置した誘電体７ａの誘電正接よりも小である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と該基台上に配置した試料吸着台を有し、前記試料吸着台に配置した吸着電極に電位を付与して試料吸着台上に配置した試料を静電吸着する試料載置台と、
前記基台および試料吸着台に設けた複数の貫通孔をそれぞれ挿通するとともに、その一方端を前記試料吸着台上に配置した試料に当接可能に配置し、その他方端を押し上げピン駆動部に接続した複数のプッシャピンと、
前記プッシャピンを備えた試料載置台を収納する真空容器とを備え、
前記真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記プッシャピンは誘電体を同軸に配置したピンであり、ピンの外周部に配置した誘電体の誘電正接はピンの内周部に配置した誘電体の誘電正接よりも小であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
基台と該基台上に配置した試料吸着台を有し、前記試料吸着台に配置した吸着電極に電位を付与して試料吸着台上に配置した試料を静電吸着する試料載置台と、
前記基台および試料吸着台に設けた複数の貫通孔をそれぞれ挿通するとともに、その一方端を前記試料吸着台上に配置した試料に当接可能に配置し、その他方端を押し上げピン駆動部に接続した複数のプッシャピンと、
前記プッシャピンを備えた試料載置台を収納する真空容器とを備え、
前記真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記プッシャピンの前記試料に当接する側は誘電体製であり、前記押し上げピン駆動部に当接する側は導電体製であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
基台と該基台上に配置した試料吸着台を有し、前記試料吸着台に配置した吸着電極に電位を付与して試料吸着台上に配置した試料を静電吸着する試料載置台と、
前記基台および試料吸着台に設けた複数の貫通孔をそれぞれ挿通するとともに、その一方端を前記試料吸着台上に配置した試料に当接可能に配置し、その他方端を押し上げピン駆動部に接続した複数のプッシャピンと、
前記プッシャピンを備えた試料載置台を収納する真空容器とを備え、
前記真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記プッシャピンは、その中心に穴が形成された誘電体と、一方端が前記穴に差し込まれ、他方端が押し上げピン駆動部に接続された導電体製の棒状体で形成されていること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、プラズマ処理装置に係り、特に、異常放電等を抑制することのできるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、真空処理室内でプラズマを生成し、前記真空処理室内の試料載置台上に静電吸着された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料を搬送するため、試料をプッシャピンを用いて試料載置台より押し上げることが示されている。
【０００３】
また、試料を載置する試料載置台には、高周波バイアス電圧を印加してセルフバイアス電位を生じさせて試料を効率的に処理することが示されている。
【０００４】
また、試料の押し上げ時にプッシャピンによる試料の電荷除去機能を有したまま、プッシャピンと被処理体に生じる異常放電を防止することが示されている。
【０００５】
ところで、プッシャピンには抵抗値の低い誘電体（体積固有抵抗率が数ＭΩ・ｃｍ程度）が採用され、また、このプッシャピンの試料に当接する部分とは逆側の端部は接地される構造となっている。この構造により、試料に残留する電荷、例えばプラズマ除電等により除去しきれなかった電荷を、プッシャピンを介してアースに逃がすことができる。
【０００６】
これにより、試料の除電不良による不都合、すなわち、試料の載置台からの取り外し不能、あるいは取り外し時の位置ズレを防止することができる。
【０００７】
なお、前記体積抵抗率を満たすことのできるプッシャピン材料としては、ＳｉＣを用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プッシャピンは、試料載置台に印加される高周波バイアス電力によって加熱され、プッシャピンを構成する誘電体の抵抗率は低下する。このとき、プッシャピンの駆動端側は接地されているため、プッシャピンの先端（試料側端）と試料との間の電位差は大きくなり、異常放電が発生しやすくなる。
【００１０】
図５は、異常放電のメカニズムを説明する図であり、図５ａは試料載置電極のプッシャピン近傍の拡大図、図５ｂはプッシャピンの軸方向（垂直方向）電位分布（常温時）を示す図、図５ｃはプッシャピンの軸方向（垂直方向）電位分布（高温時）を示す図である。
【００１１】
図５ａにおいて、１はウエハ等の試料、２は試料吸着台、３は絶縁体、４は基台であり、試料吸着台２，絶縁体３，基台４により試料を真空処理室内で保持する試料載置台２０が構成される。
【００１２】
プッシャピン５は接地された駆動部６に固定されており、試料を搬送する際にはプッシャピン５上昇させて、試料を試料載置台２０より押し上げる。また、プッシャピン５は単一の誘電体から成り、除電不良を避けるため、所定の抵抗率を持つ。前記単一の誘電体として、例えばＳｉＣを用いることができる。
【００１３】
図５ｂ、５ｃは、図５ａに示す構造の載置電極２０を用いてプラズマ処理を施した際におけるプッシャピン５の軸方向電位分布を示す図であり、図５ｂはプッシャピンが常温の場合、図５ｃはプッシャピンが高温に加熱された場合における電位分布を示す。
【００１４】
図５において、プッシャピン５の駆動部６に固定されている部分は接地されているため０Ｖである。また、プッシャピン５の上方の試料１、即ち図中の点Ｃは前述したセルフバイアス電位となる。このため、プッシャピン５の先端部、即ち点Ｂはプッシャピン５の抵抗値に応じた電圧となる。
【００１５】
ここで、プッシャピン５と試料１の間の電位差、即ち、点Ｂ，Ｃ間の電位差が大きくなると異常放電が発生する。発明者らが行った実験では、点Ｂ，Ｃ間の電位差が１５０Ｖ程度になると異常放電が発生した。ここで、前記電位差は、直流電位の差をを考えているが、試料載置台に印加するバイアス電圧周波数のＲＭＳ値（実効値）で考えても同様の傾向となる。
【００１６】
また、プッシャーピンの軸方向抵抗を増加させた場合、点Ｂ，Ｃ間の電位差は８０Ｖ程度に低減し、異常放電は起こらなかった。なお、前記Ｂ，Ｃ間の電位差はプッシャピン５の軸方向抵抗値により決定される。
【００１７】
すなわち、プッシャピンの軸方向抵抗が大きいと、図２（ｂ）に示すようにプッシャピン５内の電圧降下は大きくなり、プッシャピン先端、即ち点Ｂの電位と試料１の電位Ｃとの差は小さくなる。
【００１８】
プッシャピン５の抵抗が小さい場合には、図２（ｃ）のようにプッシャピン５内の電圧降下が小さくなり、点Ｂと点Ｃ間の電位差が大きくなり、異常放電が発生し易くなる。
【００１９】
ここで、プッシャピン５の抵抗値はプッシャピンを構成する材料の体積抵抗率で決定されるが、前述したようにプッシャピン５が加熱されて温度が上昇すると、抵抗率が低下して抵抗は小さくなる。
【００２０】
このため、プッシャピン５の先端部と試料１との間で異常放電が発生し易くなる。すなわち、プッシャピン５が加熱されていない状態（常温）では図２（ｂ）のように異常放電が起きなくとも、プッシャピン５が加熱されて高温になると、図２（ｃ）のような電位分布となり、異常放電が発生する。
【００２１】
近年、高いエッチングレートを得るため、試料吸着台２に印加するバイアス電力が増大される傾向にある。このようにして、バイアス電力が増大すると、これに伴い前述のようにプッシャピンが加熱昇温され、これによりプッシャピン５の軸方向抵抗が低下し、これに伴いプッシャピン５と試料１との間で発生する異常放電がより大きな問題となる。
【００２２】
また、試料吸着台２を１００℃を超える高温に保持して、試料を処理するプラズマ処理装置では、前記高周波バイアスによる加熱が小さくとも、熱伝導により、プッシャピン５の温度が高くなるため、前記異常放電が起こりやすくなり、対策が必要となる。
【００２３】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、プッシャピンと試料の間に発生するの異常放電を抑制し、また、試料に対する除電不良を抑制することのできるプラズマ処理装置提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
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。
【００２５】
基台と該基台上に配置した試料吸着台を有し、前記試料吸着台に配置した吸着電極に電位を付与して試料吸着台上に配置した試料を静電吸着する試料載置台と、前記基台および試料吸着台に設けた複数の貫通孔をそれぞれ挿通するとともに、その一方端を前記試料吸着台上に配置した試料に当接可能に配置し、その他方端を押し上げピン駆動部に接続した複数のプッシャピンと、前記プッシャピンを備えた試料載置台を収納する真空容器とを備え、前記真空容器内にプラズマを生成して、前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記プッシャピンは誘電体を同軸に配置したピンであり、ピンの外周部に配置した誘電体の誘電正接はピンの内周部に配置した誘電体の誘電正接よりも小である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、以上の構成を備えるため、プッシャピンと試料の間に発生する異常放電を抑制し、また、試料に対する除電不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を示す図である。
【図２】第１の実施形態を説明する図である。
【図３】第２の実施形態を説明する図である。
【図４】第３の実施形態を説明する図である。
【図５】異常放電のメカニズムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００２９】
［実施形態１］
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を示す図である。図１に示ようにプラズマ処理装置は、真空排気されるプラズマ処理室１０１、試料１を載置して吸着する試料載置台２０、プラズマ生成用高周波電力を供給するアンテナ１０２、整合器１０３、プラズマ生成用高周波電源１０４、処理ガス供給系１０５、直流電源１０７、高周波バイアス電源１０８、プッシャピン挿通用の孔１１１、およびプッシャピン５を備える。
【００３０】
真空容器で構成されるプラズマ処理室１０１には、処理ガス供給系１０５を介して処理ガスが供給される。また、プラズマ生成用の高周波電源１０４より整合器１０３、アンテナ１０２を介して高周波電力が供給され、処理室に供給された前記処理ガスとウィンドウ１１０を介して誘導結合し、処理ガスをプラズマ化する。
【００３１】
試料１を載置して吸着保持する試料吸着台２の上表面には吸着電極を狭持した誘電体を具備する静電吸着膜１０６が設けられ、静電吸着膜１０６上には試料１が載置される。また、試料吸着台２はアース電位である基台４の上に絶縁体３を介して載置される。
【００３２】
試料吸着台２の吸着電極には数１００Ｖの直流電源１０７が接続されている。これにより、静電吸着膜１０６を介して試料１と試料吸着台２の間にクーロン力が作用し、このクーロン力により試料１を試料台２上に吸着保持する。また、試料台２には４００ＫＨｚ−４ＭＨｚの周波数の高周波バイアス電源１０８が接続されている。   
また、試料載置台２０には、試料載置台２０を厚さ方向に貫通するように例えば３つのプッシャピン挿通用の孔１１１が形成され、この孔１１１には、試料１を押し上げるためのプッシャピン５が挿入されている。   
プッシャピン５は、常温（２５℃）時に数ＭΩ・ｃｍ程度の誘電体で構成され、プッシャピン上下機構６と接続されている。   
前述のように、プッシャピン５の抵抗が大きい場合(常温時)には、プッシャピン５と試料１との間で異常放電が発生することはない。しかし高周波バイアス電圧によりプッシャピン５が加熱された場合には、プッシャピンの抵抗が低下し、プッシャピン５の先端と、試料１間の電位差が大きくなり、異常放電が発生してしまう。
【００３３】
本発明では、この異常放電を抑制するために、プッシャピンの高周波による加熱を抑える構造を提案する。
【００３４】
プッシャピンの温度は、上記バイアス電圧による発熱と、プッシャピンが接続されているプッシャピン上下駆動機構への熱の逃げとのバランスによって決まる。よって前記バイアス電圧による発熱量を小さくすることにより温度上昇を抑制することができる。また、プッシャピンを長くするなど、軸方向の抵抗を大きくして、プッシャピン内部での電圧降下を大きくすることにより異常放電を抑制することができる。なお、前記バイアス電圧による加熱があると、抵抗率は指数関数的に低下するため、バイアス電圧による加熱を抑えることが肝要である。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図２ａは試料載置電極のプッシャピン近傍の拡大図、図２ｂはプッシャピンの軸方向（垂直方向）電位分布（常温時）を示す図。図１ｃプッシャピンの軸方向（垂直方向）電位分布（高温時）を示す図である。
【００３６】
本実施形態におけるプッシャピン７は、加熱される第１の誘電体部分７ａを細く形成し、その周囲を誘電正接の小さな第２の誘電体７ｂで包囲する構造である。この構造では加熱される誘電体７ａの体積を小さくすることができるため、発熱量を抑えることができる。
【００３７】
本実施形態によれば、運転時におけるプッシャピン７の温度を小さく抑えることができるため、抵抗率の低下は小さく、常温時に近い電位分布が得られた。
【００３８】
すなわち、試料１とプッシャピン５の先端部の電位差、即ち点Ｂと点Ｃ間の電位差は小さく抑えられるため、バイアス電力の大きな処理条件において、異常放電が抑制された。  なお、プッシャピン７を形成する第２の誘電体７ｂは第１の誘電体に比して誘電正接の小さな誘電体である必要があり、例えば第１の誘電体がＳｉＣの場合には、第２の誘電体７ｂとしてアルミナ、ポリイミド、あるいは四フッ化エチレン樹脂を用いることができる。
【００３９】
また、第２の誘電体７ｂは、細くなり強度が低下した第１の誘電体７ａの強度不足を補う役目も果たす。
【００４０】
第２の誘電体７ｂは、第１の誘電体７ａとの隙間を無くすために、第１の誘電体７ａの先端部分で第１の誘電体７ａに接着剤等により接着されることが望ましい。
【００４１】
本実施形態によれば、プッシャピン７の温度上昇を抑制することができる。そのため、図２（ｃ）のようにプッシャピン７の内部抵抗（点ＡＢ間の抵抗）の低下を抑制することができる。このため、ＡＢ間の電圧降下は大きいままである。結果としてプッシャピン７の先端と試料１の間（ＢＣ間）の電位差を抑制することができ、異常放電を抑制することができる。    
このように、本実施形態では、高周波バイアスにより加熱されやすい誘電体からなるプッシャピン７を細く形成し、その周囲を加熱されにくい（誘電正接の小さな）誘電体で被覆することにより、プッシャピンの高周波バイアス電圧によって加熱される体積を小さくしたため、プッシャピンの温度上昇を抑制して異常放電を抑制することができる。
【００４２】
［実施形態２］
図３は、第２の実施形態を説明する図であり、図３ａは試料載置電極２０のプッシャピン近傍の拡大図、図３ｂはプッシャピンの軸方向電位分布（常温時）を示す図である。図３ｃはプッシャピンの軸方向電位分布（高温時）を示す図である。
【００４３】
本実施形態においては、プッシャピン９は、試料と接触する先端部（試料に当接する側）９ａは誘電体で構成され、残りの部分（押し上げピン駆動部に接続される側）は導電体９ｂで構成される。この構造では加熱される誘電体の体積が小さく、従来と同様のバイアス電力が供給された場合における温度上昇を小さく抑えることができる。また、先端部９ａの長さと材質を適切に選ぶことにより、プッシャピン９の抵抗を従来と同様の値に調整することができる。
【００４４】
例えば、図５に示す従来のプッシャピン５では、ＡＢ間が５０ｍｍ、プッシャピン５の径Φが５ｍｍ、常温時の体積抵抗率が１０５Ω・ｃｍであったとすると、垂直方向の抵抗は、約２５０ｋΩである。
【００４５】
これに対して、本実施例形態の構造で、プッシャピン９の径Φを変えずに、Ａ’Ｂ間の長さを２０ｍｍにしたとすると、常温時におけるＡ’Ｂ間（プッシャピンの先端部）の体積抵抗率を２．５×１０５Ω・ｃｍとすることで軸方向の抵抗を約２５０ｋΩとすることができる。これは従来の垂直方向の抵抗率と同じである。
【００４６】
この例の場合、従来のプッシャピン５に比べて本実施形態のプッシャピン９の体積は０．４倍になっている。このため発熱量を０．４倍に抑えることができ、高周波バイアスによる加熱による抵抗率の低下を抑えることができる。
【００４７】
また、プッシャピンを構成する導電体９ｂと先端部９ａは導電性の接着剤などで電気的に接続し、また、導電体９ｂは接地電位であるプッシャピンの上下駆動部６と接触している。このため、従来のプッシャピン構造が持つ、電荷除去機構も具備している。
【００４８】
図３ｂは、常温時におけるプッシャピンの軸方向電位分布を示す図、図３ｃはプッシャピン９の先端部９ａが加熱された場合におけるプッシャピンの軸方向電位分布を示す図である。
【００４９】
本実施例においては、プッシャピン９の導電体部分（点ＡからＡ’まで）は接地電位であり、そこから先端（点Ｂ）までの間で電圧降下するため、点Ｂと点Ｃ間の電位差は小さくなる。また、プッシャピン９の先端部の体積が小さくなるため、加熱された場合における温度の上昇は小さく、抵抗の低下は小さい。
【００５０】
このように、プッシャピン９の温度上昇を小さくすることができるため、プッシャピン９の先端と試料１の間の電位差は小さくなり、異常放電を抑制することができる。
［実施形態３］
【００５１】
図４は、第３の実施形態を説明する図であり、図４ａは試料載置電極のプッシャピン近傍の拡大図、図４ｂはプッシャピンの軸方向電位分布（常温時）を示す図、図４ｃはプッシャピンの軸方向電位分布（高温時）を示す図である。
【００５２】
本実施例のプッシャピン１１は、中心に穴が形成された誘電体１１ｂと、その穴に差し込まれた導電体製の棒状体１１ａを備える。棒状体１１ａと誘電体１１ｂは導電性の接着剤等で接着し、電気的に接触している。また、棒状体１１ａはプッシャピンの駆動部６と電気的に接触している。このため従来のプッシャピンの持つ、電荷除去機構も有している。
【００５３】
本実施形態においては、第２の実施形態と同様に高周波バイアスにより加熱される体積が、棒状体１１ａが存在する部分だけ小さくなるためプッシャピン１１の温度上昇を抑えることができる。さらに本実施形態では、接地電位の棒状体１１ａが誘電体１１ｂによって囲まれているため、棒状体１１ａと周囲の部品（例えば試料吸着台）との間で発生する異常放電を抑制することができる。
【００５４】
図４ｂは、常温時におけるプッシャピンの軸方向電位分布を示す図、図４ｃはプッシャピン１１の先端部が加熱された場合におけるプッシャピンの軸方向電位分布を示す図である
本実施例においては、第２の実施形態と同様に、プッシャピンの導電体のある部分（点ＡからＡ’）までは接地電位であるが、そこから先端（点Ａ’からＢ）までの間で電圧降下させることで、プッシャピンの先端と試料との間（点Ｂと点Ｃの間）の電位差を小さくすることができる。また、加熱されるプッシャピン１１の誘電体の体積が小さいため、加熱された場合にも抵抗の低下は小さい。
【００５５】
この例の場合においても、プッシャピン１１の温度上昇を小さくすることができるため、プッシャピン１１の先端と試料１の間の電位差は小さくなり、異常放電を抑制することができる。
【００５６】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、静電吸着力によって試料を試料台に保持させるプラズマ処理装置において、高周波バイアスによるプッシャピンの加熱、あるいは前記加熱に基づくプッシャピンの軸方向抵抗値の低下を抑制し、また、プッシャピンと周囲部品との間を誘電体で絶縁するので、試料押し上げ時にプッシャピンによる試料の電荷除去機能を有したまま、プッシャピンと試料及び試料載置台間に生じる異常放電を防止することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  試料
２  試料吸着台
３  絶縁体
４  基台
５，７，９，１１  プッシャピン
６  プッシャピン駆動部
１０１  プラズマ処理室
１０２  アンテナ
１０３  整合器
１０４  プラズマ生成用高周波電源
１０５  処理ガス供給系
１０７  直流電源
１０８  高周波バイアス電源
１０９  プッシャピン挿通用孔
１１０  ウィンドウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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