(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持台を循環するガルデン（登録商標）による加熱と、このガルデン（登録商標）による加熱の底上げを基板保持用の静電チャック内に設けたヒーターにより行うことで基板温度を昇温し、
静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターを切った後、ガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、
バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターの電源を入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにし、静電チャックの温度を一定になるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
【請求項２】
ヒーターを内設した基板支持台上に静電チャックを設置し、この静電チャック上に基板を保持し、静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加して前記基板に薄膜を形成するものであり、ヒーターと基板支持台内を循環するガルデン（登録商標）とを用いて基板温度を昇温し、
静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターの電源を切った後、ガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、
バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターの電源を入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにし、静電チャックの温度を一定になるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
【請求項３】
プラズマを生成している状態において、静電チャック内に設けた電極に対するバイアス印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイアスイオンアタック条件において、成膜中の基板の温度を一定に保つことができるプラズマ処理装置の制御方法およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。このプラズマＣＶＤ装置５０は、真空チャンバー１内にアルミニウム製或いはステンレス製の基板支持台２を設置し、この基板支持台２に窒化アルミニウム製の静電チャック３を設けた構造である。真空チャンバー１の側面には、水平磁場を発生させる水平磁場用コイル４、上部にはプラズマを励起するための高周波用アンテナ５が設置されている。また、静電チャック３内には、基板Ｗを加熱するためのヒーター８、および静電チャック内設電極１５が埋設されている。この静電チャック内設電極１５には、整合器６を介して低周波用電源７が接続されている。
【０００３】
静電チャック３の上面には、ヘリウムガスを通す溝９が形成されている。ヘリウムガスは、図示しないヘリウムガス供給系から供給される。前記ヒーター８は、ヒーター用電源１０に接続されている。また、ヒーター用電源１０は、制御部１１によってオン／オフ制御される。つぎに、基板支持台２の内部にはガルデン（登録商標）通路（図示省略）が形成されており、このガルデン（登録商標）通路は、ガルデン（登録商標）の配管１２を介してガルデン（登録商標）循環装置１３に連結している。なお、真空チャンバー１には、原料ガスを供給するガス供給系、真空排気系などが設置されている（図示省略）。
【０００４】
基板上に薄膜を形成するには、まず、ヒーター８に電力を供給して静電チャック３を加熱することで基板温度を２００℃程度まで上昇させる。続いて、真空チャンバー１内にガス供給系から原料ガスを導入し、高周波用アンテナ５によってこれを励起し、プラズマを生成する。また、水平磁場用コイル４によって真空チャンバー１内に水平磁場を発生させ、当該水平磁場によってプラズマをトラップする。そして、低周波用電源７により静電チャック内設電極１５に基板支持台２に所定のバイアスを印加し、基板Ｗに荷電粒子を搬送する。
【０００５】
また、基板支持台２には、ガルデン（登録商標）循環装置１３から２００℃のガルデン（登録商標）が供給循環されており、このガルデン（登録商標）の熱が静電チャック３を介して基板Ｗに伝導する。成膜中は、基板Ｗに対するイオンアタックによって基板温度が上昇する。基板Ｗの温度は、ヘリウムガスの圧力を調整することによって制御する。ヘリウムガスは、静電チャック３と基板Ｗとの間の熱伝導に寄与する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプラズマＣＶＤ装置５０では、赤外線温度計により基板Ｗの温度を測定し、ヘリウムガスの圧力を調整することで温度制御を行うようにしていたが、基板Ｗの主な冷却はガルデン（登録商標）単独で行っていた。このため、バイアスイオンアタックによる入熱を伴う成膜条件では、基板Ｗの初期温度を保つことが難しいという問題点があった。一方、ガルデン（登録商標）の温度を例えば１５０℃程度まで下げると、基板Ｗの冷却効率は向上するが、静電チャック３の吸着力が極端に低下するという問題点があった。
【０００７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の温度を一定に保つことができるプラズマ処理装置の制御方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１にかかるプラズマ処理装置の制御方法は、基板支持台を循環するガルデン（登録商標）による加熱と、このガルデン（登録商標）による加熱の底上げを基板保持用の静電チャック内に設けたヒーターにより行うことで基板温度を昇温し、静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターを切った後、ガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターの電源を入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにし、静電チャックの温度を一定になるように制御することを特徴とする。
【０００９】
この発明では、ガルデン（登録商標）の加熱をヒーターにより底上げして所定の基板温度を確保し、基板に対する入熱が発生するときにヒーターをオフするようにする。これにより、ヒーターによる底上げ分の温度差が発生し、ガルデン（登録商標）による基板の冷却が効率的に行われる。また、バイアス印加を止めるときには、再びヒーターをオンして基板の加熱を行う。これにより、基板を保持する静電チャックの温度を吸着力が低下しない限度で維持することができる。なお、このプラズマ処理装置には、下記実施の形態に示すようなプラズマＣＶＤ装置他、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置などを含むものとする。
【００１０】
また、請求項２にかかるプラズマ処理装置の制御方法は、ヒーターを内設した基板支持台上に静電チャックを設置し、この静電チャック上に基板を保持し、静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加して前記基板に薄膜を形成するものであり、ヒーターと基板支持台内を循環するガルデン（登録商標）とを用いて基板温度を昇温し、静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターの電源を切った後、ガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターの電源を入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにし、静電チャックの温度を一定になるように制御することを特徴とする。
また、請求項３にかかるプラズマ処理装置の制御方法は、プラズマを生成している状態において、静電チャック内に設けた電極に対するバイアス印加することを特徴とする。
【００１１】
この発明は、ヒーターを基板支持台に設けることで、基板支持台と静電チャックとの温度差を小さくするようにしている。また、基板支持台にヒーターを設けることにより、バイアス印加時のみガルデン（登録商標）を循環させるようにする。これにより、基板を保持する静電チャックの温度を吸着力が低下しない限度で維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この発明の構成要素には、この技術に関する当業者が設計変更し得る内容を含むものとする。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。このプラズマＣＶＤ装置１００のハード構成は、上記従来のプラズマＣＶＤ装置５０と同様であるが、基板支持台２と静電チャック３との間に熱伝導率を向上させるためのカーボンシート１４を設けた点が異なる。このため、その他のハード構成については説明を省略する。なお、前記カーボンシート１４は、本願発明の制御方法を実施するにあたり必須ではないが、熱伝導を向上させることによって本願発明をさらに効果的に実施することができる。
【００２０】
図２は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の動作を示すタイミングチャートである。まず、ガルデン（登録商標）循環装置１３によりガルデン（登録商標）の温度を１５０℃に設定しておく。続いて、ヒーター８をオンにして基板温度を２００℃に底上げする。基板温度は、図示しない赤外線温度計によって測定する。
【００２１】
つぎに、静電チャック内設電極１５にバイアスを印加して成膜を行う。バイアスを印加するとイオンアタックによる入熱で基板Ｗの温度が上昇する。このバイアス印加と略同じタイミングでヒーター用電源１０をオフにする。これにより、ヒーター８による加熱がなくなり、基板温度よりも低い温度のガルデン（登録商標）により、基板Ｗが冷却される。なお、基板支持台２と静電チャック３との間にはカーボンシート１４が介在しているから、熱交換が効率的に行われる。
【００２２】
つぎに、静電チャック内設電極１５のバイアスを切る場合には、ヒーター８の電源をオンに切り換える。バイアスによる入熱がなくなると、静電チャック３の温度が低下することになるが、ヒーター８により再び加熱することで当該静電チャック３を２００℃以上に保つことができる。このように静電チャック３の温度が略常時、２００℃以上になっているので、当該静電チャック３の吸着力が良好に維持される。
【００２３】
図３は、静電チャックの温度と成膜時間との関係を示すグラフ図である。この成膜条件は、低周波用電源７の周波数を２ＭＨｚ、出力を１ｋｗとし、ヒーター用電源１０の出力を０．５ｋｗとした。また、基板Ｗの径は、１５０ｍｍとした。従来のように２００℃のガルデン（登録商標）単独で冷却を行う場合には、成膜時間が経つにつれて静電チャック３の温度が上昇し、基板Ｗが初期温度を保つことができなかった。一方、１５０℃のガルデン（登録商標）とヒーター８とを併用する場合には、成膜時間が経っても静電チャック３の温度上昇が極めて小さく抑えられた。このため、基板Ｗの温度上昇は極めて小さく抑えられるという結果となった。
【００２４】
以上、このプラズマＣＶＤ装置１００によれば、ガルデン（登録商標）による冷却を行うにあたり、ヒーター８によって静電チャック３の温度を底上げし、バイアス印加時にヒーター８をオフするようにしたので、静電チャック３の温度上昇を抑制できる。このため、バイアスイオンアタック条件においても、基板Ｗの初期温度を維持できるようになる。
【００２５】
（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。このプラズマＣＶＤ装置２００は、基板支持台２にヒーター２０を設けた点に特徴がある。また、ガルデン（登録商標）循環装置１３と基板支持台２とを接続する配管１２にバイパス通路２１を設け、バルブ２２によってガルデン（登録商標）の循環経路を切り換えるようにしている。その他の構成は、上記実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置１００と同様であるから、その説明を省略する。
【００２６】
実施の形態１のように静電チャック３にヒーター８を設けた場合、静電チャック３と基板支持台２との間に約５０℃の温度差が生じ、この温度差によって窒化アルミニウム製の静電チャック３が破損するおそれがある。そこで、基板支持台２側にヒーター２０を設けることで、当該基板支持台２および静電チャック３を一体として温度上昇させるようにした。これにより、静電チャック３と基板支持台２との間の温度差が極めて小さくなるから、静電チャック３の破損を有効に防止することができるようになる。
【００２７】
また、基板支持台２にヒーター２０を設けた場合、ガルデン（登録商標）の温度を実施の形態１の場合に比べて低温にする必要がある。なお、上記のようにガルデン（登録商標）循環装置１３のオン・オフではなく、バイパス通路２１とバルブ２２によりガルデン（登録商標）の循環経路を切り換えるようにしたのは、後者が基板支持台２に対するガルデン（登録商標）の供給を短時間で行えるからである。
【００２８】
つぎに、このプラズマＣＶＤ装置２００の動作について説明する。図５は、図４に示したプラズマＣＶＤ装置の動作を示すタイミングチャートである。まず、ヒーター用電源１０をオンして基板支持台２を加熱し、静電チャック３を介して基板Ｗにヒーター熱を伝導させる。これによって、基板Ｗの温度が初期温度まで上昇する。つぎに、静電チャック内設電極１５にバイアスを印加して成膜を行う。バイアスを印加するとイオンアタックによる入熱で基板Ｗの温度が上昇する。
【００２９】
このバイアス印加と略同じタイミングでヒーター用電源１０をオフにする。また、バルブ２２を作動させて、バイパス通路２１から基板支持台２に循環経路を切り換える。これにより、ガルデン（登録商標）により基板Ｗが冷却される。なお、基板支持台２と静電チャック３との間にはカーボンシート１４が介在しているから、熱交換が効率的に行われる。
【００３０】
続いて、基板支持台２のバイアスを切る場合には、ヒーター用電源１０をオンに切り換えると共にガルデン（登録商標）の循環をバイパス通路２１側に切り換える。バイアスによる入熱がなくなると、静電チャック３の温度が低下することになるが、ヒーター２０により加熱することで当該静電チャック３を２００℃以上に保つことができる。このため、静電チャック３の吸着力が維持される。
【００３１】
以上、このプラズマＣＶＤ装置２００によれば、ヒーター２０によって基板支持台２および静電チャック３を一体として加熱し、バイアス印加時にはヒーター２０をオフすると共にガルデン（登録商標）の循環経路をバイパス側から基板支持台２側に切り換えるようにしたので、静電チャック３の温度上昇を抑制できる。このため、バイアスイオンアタック条件においても、基板Ｗの初期温度を維持できるようになる。また、ヒーター２０を基板支持台２に設けたので静電チャック３に生じる温度勾配を小さくすることができる。このため、静電チャック３の破損を効果的に防止できるようになる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のプラズマ処理装置（請求項１）では、基板支持台を循環するガルデン（登録商標）による加熱と、このガルデン（登録商標）による加熱の底上げを基板保持用の静電チャック内に設けたヒーターにより行うことで基板温度を昇温し、静電チャック内に設けた電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターを切った後、ガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターの電源を入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにし、静電チャックの温度を一定になるように制御するので、バイアスイオンアタック条件において、成膜中の基板の温度を一定に保つことができる。
【００３３】
また、この発明のプラズマ処理方法（請求項２）では、ヒーターを内設した基板支持台上に静電チャックを設置し、この静電チャック上に基板を保持し、静電チャック内設電極にバイアスを印加して前記基板に薄膜を形成するものであり、ヒーターと基板支持台内を循環するガルデン（登録商標）とを用いて基板温度を昇温し、静電チャック内設電極にバイアスを印加することに基づき、前記ヒーターを切ると共にガルデン（登録商標）を基板支持台内に循環させるようにし、バイアス印加を止めることに基づき、前記ヒーターを入れると共にガルデン（登録商標）の循環を止めるようにしたので、バイアスイオンアタック条件において、成膜中の基板の温度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。
【図２】  図１に示したプラズマＣＶＤ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】  静電チャックの温度と成膜時間との関係を示すグラフ図である。
【図４】  この発明の実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。
【図５】  図４に示したプラズマＣＶＤ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】  従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー
２ 基板支持台
３ 静電チャック
４ 水平磁場用コイル
５ 高周波用アンテナ
６ 整合器
７ 低周波用電源
８ ヒーター
９ 溝
１０ ヒーター用電源
１１ 制御部
１２ 配管
１３ ガルデン（登録商標）循環装置
１４ カーボンシート
２０ ヒーター
２１ バイパス通路
２２ バルブ
１５  静電チャック内設電極
【図１】
0003831582.tif 000002
【図２】
0003831582.tif 000003
【図３】
0003831582.tif 000004
【図４】
0003831582.tif 000005
【図５】
0003831582.tif 000006
【図６】
0003831582.tif 000007