(57)【要約】高周波電源ＲＦをオンした時の直流高圧電源ＨＶのライン上に流れる電流Ｉｄを計測し、この電流Ｉｄを積分することにより、電荷の変化量ΔＱを求め、この電荷の変化量ΔＱからウェハＷの電圧Ｖｄｃを求める。これにより、簡素な構成でプラズマ中の被処理体の電位を精度良く求めることができる。
2002059954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を吸着する静電チャックと、
前記静電チャックに直流電圧を印加する直流電圧源と、
前記被処理体上でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記静電チャックに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出手段と、前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出する電位算出手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、さらに、前記電位算出手段によって算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記直流電圧源を制御する制御手段を具備したことを特徴とする。
【請求項３】
被処理体を静電チャックに吸着させるステップと、
前記被処理体上でプラズマを発生させるステップと、
前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動を算出するステップと、
前記算出された電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出するステップとを備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、前記静電チャックに接続された直流電圧源に流れるパルス電流の積分結果に基づいて、前記電荷量の変動を算出することを特徴とする。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、さらに、算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記静電チャックに印加する直流電圧を制御するステップを具備したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、プラズマ中の被処理体の電位を求める場合に適用して好適なものである。
背景技術
従来のプラズマ処理装置では、プラズマ中の被処理体の電位を直接測定することが困難なため、高周波電源のライン上でサセプタの電圧Ｖｐｐを測定することにより、被処理体に入射するイオンエネルギーの見積りが行われていた。
しかしながら、被処理体に入射するイオンエネルギーは被処理体の電位に依存するため、サセプタの電圧Ｖｐｐからイオンエネルギーを見積ると、イオンエネルギーの算出精度が劣化する。このため、イオン衝撃によって被処理体に損傷を与えたり、被処理体の加工精度が劣化したりするという問題があった。
このような課題に対して、例えば、特開平６−２３２０８８号公報では、給電回路とは全く独立に設置されたモニタ端子によってＶＤＣをモニタする技術が開示されている。しかし、この場合、独立したモニタ用の信号経路を形成する必要があるため、装置構成が複雑化する恐れがあった。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、簡素な構成でプラズマ中の被処理体の電位を精度良く求めることができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明は、被処理体を吸着する静電チャックと、前記静電チャックに直流電圧を印加する直流電圧源と、前記被処理体上でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記静電チャックに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出手段と、前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出する電位算出手段とを備えることを特徴とする。
被処理体を静電チャック上に載置すると、被処理体と静電チャックとの間に静電容量が形成され、被処理体の電位が変化すると、静電チャックに蓄積される電荷量が、この静電容量を介して変動する。また、この静電チャックに蓄積される電荷は、直流電圧源のラインを介して供給される。したがって、例えば、このラインに流れる電流を測定することにより、静電チャックに蓄積される電荷量を容易に算出できる。このため、被処理体の電位を直接測定することが困難な場合においても、静電チャックに蓄積される電荷量の変動を算出することにより、プラズマ中の被処理体の電位を簡素な構成で精度良く求めることができる。
また、本発明は、さらに、前記電位算出手段によって算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記直流電圧源を制御する制御手段を具備したことを特徴とする。
これにより、被処理体に入射するイオンのエネルギーを精度よくコントロールすることができる。
また、本発明は、被処理体を静電チャックに吸着させるステップと、前記被処理体上でプラズマを発生させるステップと、前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動を算出するステップと、前記算出された電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出するステップとを備えることを特徴とする。
これにより、被処理体がプラズマに曝されているために、被処理体の電位を直接測定することが困難な場合においても、被処理体の電位を容易に求めることができる。また、被処理体に入射するイオンエネルギーを精度よく見積もることが可能となる。
また、本発明は、前記静電チャックに接続された直流電圧源に流れるパルス電流の積分結果に基づいて、前記電荷量の変動を算出することを特徴とする。
これにより、直流電圧源に電流計を接続し、プラズマ発生前後における電流計に流れる電流を積分するだけで、静電チャックに蓄積される電荷量の変動を算出することが可能となり、被処理体の電位を容易に求めることが可能となる。
また、本発明は、さらに、算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記静電チャックに印加する直流電圧を制御するステップを具備したことを特徴とする。
これにより、被処理体に入射するイオンのエネルギーを精度よくコントロールすることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態に係わるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。なお、この実施形態では、プラズマ処理装置として、マグネトロンＲＩＥを例にとって説明する。
図１において、処理室１内には、上部電極２およびサセプタ３が設けられている。このサセプタ３は下部電極を兼ねている。上部電極２には、処理ガスを処理室１内に導入する複数のガス噴出孔２ａが設けられている。サセプタ３は、サセプタ支持台４上に支持され、サセプタ支持台４は、絶縁板５を介して処理室１内に保持されている。サセプタ３にはコンデンサＣ１を介して高周波電源ＲＦが接続されている。そして高周波電源ＲＦをオンすることにより、処理室１内にプラズマＰを発生させる。また、高周波電源ＲＦのライン上には、抵抗Ｒ１が接続され、この抵抗Ｒ１の両端の電圧Ｖｐｐを測定することにより、サセプタ３の電圧を測定できる。
処理室１には、ガス供給管１ａおよび排気管１ｂが設けられ、ガス供給管１ａは、ガス供給源（図示せず）に接続されている。また、排気管１ｂは真空ポンプ（図示せず）に接続され、この真空ポンプで処理室１内を排気することにより、処理室１の圧力を調節することができる。
処理室１の周囲には水平磁場形成磁石９が設けられ、処理室１内に磁場を形成する。これにより、プラズマを高密度化して、エッチングを効率よく行うことができる。
サセプタ３上には静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は、例えば、Ｃｕ電極７がポリイミドフィルム８ａ、８ｂにより挟まれた構造を有する。Ｃｕ電極７には、コイルＬおよび抵抗Ｒ２を介して直流高圧電源ＨＶが接続されている。このＣｕ電極７に直流高電圧を与えることにより、ウェハＷにクーロン力を作用させて、ウェハＷを静電チャック６に静電吸着することができる。コイルＬおよび抵抗Ｒ２は、高周波電源ＲＦからの高周波成分を遮断する。したがって、高周波電源ＲＦからの高周波成分は、直流高圧電源ＨＶに伝わらない。
また、直流高圧電源ＨＶのラインには、電荷量算出手段１１が設けられている。この電荷量算出手段１１は、静電チャック６に蓄積される電荷量を算出する。
また、ウェハ電位算出手段１２は、この電荷量算出手段１１によって算出された電荷量の変動に基づいて、ウェハＷの電位を算出する。
さらに、制御手段１３は、このウェハ電位算出手段１２によって算出されたウェハＷの電位に基づいて、直流高圧電源ＨＶを制御する。つまり、ウェハＷの電位に基づいて、直流高圧電源ＨＶから静電チャック６に印加される直流電圧を調節する。
電荷量算出手段１１は、例えば、電流Ｉｄを計測する電流計Ａ、およびこの電流Ｉｄに基づいて電荷量を算出する電荷量計１０を用いて構成することができる。図１に示す例では、直流高圧電源ＨＶのラインには、直流高圧電源ＨＶに流れる電流Ｉｄを測定する電流計Ａが接続されている。また、この電流計Ａには電荷量計１０が接続されている。
なお、電荷量算出手段１１は、図１の構成以外にも、電流Ｉｄを積分する積分器を用いて構成してもよい。また、電流計Ａの計測値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された計測値を演算処理することにより電荷量を求める演算手段とを用いて構成するようにしてもよい。
図２は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置のプラズマ発生前後における各部の電位変化を示す図、図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置の直流電源電流の変化を示す波形図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部分の拡大図である。
図２において、ウェハＷが、サセプタ３（静電チャック６）上に載置され、直流高圧電源ＨＶがオフの場合、静電チャック６、ウェハＷ、プラズマ処理装置の処理空間（スペース）およびチャンバ内壁（ウォール）の電位はいずれも０Ｖになる。
次に、直流高圧電源ＨＶをオンし、例えば、１．５ｋＶの電圧Ｖ０を静電チャック６のＣｕ電極７に加えると、Ｃｕ電極７の電位は１．５ｋＶになる。この時、ウェハＷは、静電チャック６のポリイミドフィルム８ａを介して絶縁されているので、０Ｖのままとなる。したがって、ウェハＷとＣｕ電極７との間には、Ｖ０＝１．５ｋＶの電圧がかかる。
このため、図３に示すように、ウェハＷとＣｕ電極７との間の静電容量Ｃに対応した電荷Ｑ０を誘起するための電流Ｉｄがパルス的に流れる。電荷Ｑ０を誘起するための電流Ｉｄは、直流高圧電源ＨＶをオンした時に発生するパルスＰ１と、それから数秒程度遅れて発生するパルスＰ２に対応している。なお、パルスＰ１は、ウェハＷが静電チャック６から浮いている時に流れる電流である。また、パルスＰ２は、ウェハＷが、静電チャック６に接触した時に流れる電流である。
この電荷Ｑ０は、直流高圧電源ＨＶのラインを介して供給される。このため、直流高圧電源ＨＶのライン上に接続された電流計ＡでパルスＰ１、Ｐ２に対応した電流Ｉｄを計測し、この電流Ｉｄを積分することにより、電荷Ｑ０を求めることができる。なお、ウェハＷとＣｕ電極７と間の静電容量Ｃが既知であるので、パルスＰ１、Ｐ２に対応する電流Ｉｄを積分して得られた電荷Ｑ０は、Ｑ０＝Ｃ・Ｖ０の関係から得られる値と一致する。
次に、高周波電源ＲＦをオンすると、図２に示すように、Ｃｕ電極７の電位は１．５ｋＶのままであるが、ウェハＷは電気的にフローティグ状態にあるので、装置内に発生したプラズマＰの影響を受け、ウェハＷに電圧Ｖｄｃがかかる。このため、ウェハＷとＣｕ電極７との間の電圧は、Ｖ０からＶ０＋Ｖｄｃへと変化し、ウェハＷとＣｕ電極７との間に誘起される電荷量が変化する。ここで、ウェハＷとＣｕ電極７と間に誘起される電荷の変化量ΔＱは、
ΔＱ＝Ｃ（Ｖ０＋Ｖｄｃ）−Ｃ・Ｖ０＝Ｃ・Ｖｄｃ          ・・（１）
となる。
ウェハＷとＣｕ電極７と間に誘起される電荷量が変化すると、この電荷の変化量ΔＱに対応した電流Ｉｄがパルス的に流れる。この電流Ｉｄは、高周波電源ＲＦをオンした時に発生するパルスＰ３に対応している。このため、直流高圧電源ＨＶのラインに接続された電流計ＡでパルスＰ３に対応した電流Ｉｄを計測し、この電流Ｉｄを積分することにより、電荷の変化量ΔＱを求めることができる。
電荷の変化量ΔＱが求まると、ウェハＷとＣｕ電極７との間の静電容量Ｃは特定の値を持っているので、（１）式からウェハＷの電圧Ｖｄｃを求めることができる。
例えば、直流高圧電源ＨＶをオンし、１．５ｋＶの電圧Ｖ０を静電チャック６に印加すると、０．１５ｍＡ・秒の電荷量が流れたと仮定する。次に、高周波電源ＲＦをオンした時に、０．０６ｍＡ・秒の電荷量が流れたと仮定する。この場合、静電容量Ｃは一定であるので、高周波電源ＲＦをオンした時にウェハＷにかかる電圧Ｖｄｃは６００Ｖとなる。
このように、ウェハＷと静電チャック６との間の静電容量Ｃにより、ウェハＷの電圧が変化すると、静電チャック６に蓄積される電荷が変化する。このため、高周波電源ＲＦをオンした時に静電チャック６に蓄積される電荷の変化量ΔＱを求めることにより、ウェハＷの電圧Ｖｄｃを求めることができる。
静電チャック６に蓄積される電荷は、直流高圧電源ＨＶのラインから供給されるため、直流高圧電源ＨＶに設けられた電流計Ａを利用して容易に算出することができる。このため、ウェハＷの電位を電圧計で直接測定することが困難な場合においても、ウェハＷにかかる電圧を容易に求めることができる。
したがって、ウェハＷに入射するイオンエネルギーを精度よく見積もることが可能となり、ウェハＷのプラズマ処理を安定且つ高精度に行うことができる。
また、ウェハ電位算出手段１２によって算出されたウェハＷの電位に基づいて、制御手段１３により、直流高圧電源ＨＶから静電チャック６に印加される電圧値を制御する。これによって、ウェハＷに入射するイオンのエネルギーを精度よくコントロールすることができる。
さらに、電流計Ａとして、直流高圧電源ＨＶに予め付属している電流計を用いることができ、低コストかつ簡易にウェハＷの電圧Ｖｄｃを求めることができる。
なお、上述した実施形態では、プラズマを発生させるために、マグネトロンＲＩＥ装置を用いた場合について説明したが、プラズマ処理装置ならば何でもよく、プラズマＣＶＤ装置、アッシング装置などに適用してもよい。また、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置、ＨＥＰ（ヘリコン波励起プラズマ）処理装置、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）処理装置、ＴＣＰ（転送結合プラズマ）処理装置などに適用するようにしてもよい。
また、プラズマ処理装置で処理される被処理体として、ウェハＷを例にとって説明したが、ウェハＷは半導体基板やガラス基板など何でもよく、半導体装置、液晶表示装置、光学部品、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）あるいは磁気ヘッドなどに適用してもよい。
また、Ｒｆオン時以降に、何らかの他要因により、ウェハＷの電圧Ｖｄｃが変化した際にも、その際に発生したパルス電流から電荷量を求め、この算出された電荷量に基づいて、ウェハＷの電圧Ｖｄｃを算出することができる。
さらに、上述した実施形態では、単極型の静電チャック６について説明したが、双極型の静電チャックに適用してもよい。この場合、直流高圧電源のいずれか一方のラインの電流から電荷量を求めてもよく、直流高圧電源の双方のラインの電流をモニタし、双方のラインを流れる電荷量が等しくなるように、各直流高圧電源の電圧を調整するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、被処理体がプラズマに曝されている場合においても、被処理体の電位を容易且つ高精度に求めることができる。
産業上の利用可能性
本発明に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、半導体装置の製造を行う半導体製造産業等において使用することが可能である。したがって、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置のプラズマ発生前後における各部の電位変化を示す図である。
図３は、本発明の一実施形態に係わるプラズマ処理装置の直流電源電流の変化を示す波形図であり、図３（ａ）は一回の処理全体の波形を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部分を拡大して示す図である。
【図１】
2002059954.tif 000003
【図２】
2002059954.tif 000004
【図３Ａ】
2002059954.tif 000005
【図３Ｂ】
2002059954.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月9日(2002.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を吸着する静電チャックと、
前記静電チャックに直流電圧を印加する直流電圧源と、
前記被処理体上でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記静電チャックに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出手段と、前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出する電位算出手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、さらに、前記電位算出手段によって算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記直流電圧源を制御する制御手段を具備したことを特徴とする。
【請求項３】
被処理体を静電チャックに吸着させるステップと、
前記被処理体上でプラズマを発生させるステップと、
前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動を算出するステップと、
前記算出された電荷量の変動に基づいて、前記被処理体の電位を算出するステップとを備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、前記静電チャックに接続された直流電圧源に流れるパルス電流の積分結果に基づいて、前記電荷量の変動を算出することを特徴とする。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、さらに、算出された前記被処理体の電位に基づいて、前記静電チャックに印加する直流電圧を制御するステップを具備したことを特徴とする。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記電位算出手段は、前記電荷量の変動と、前記静電チャックと前記被処理体との間の静電容量とに基づいて、前記被処理体の電位を算出することを特徴とする。
【請求項７】
請求項３記載のプラズマ処理方法において、前記被処理体の電位を算出するステップでは、前記算出された電荷量の変動と、前記静電チャックと前記被処理体との間の静電容量とに基づいて、前記被処理体の電位を算出することを特徴とする。
【請求項８】
被処理体を吸着する静電チャックと、
前記静電チャックに直流電圧を印加する直流電圧源と、
前記被処理体上でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記静電チャックに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出手段と、前記プラズマ発生前後における前記静電チャックに蓄積される電荷量の変動に基づいて、前記静電チャックに印加する直流電圧を制御し、前記被処理体を所定の電位にする制御手段と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【国際調査報告】
2002059954.tif 000007
2002059954.tif 000008