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JP7604111B2 - Plasma Processing Equipment - Google Patents
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Description

真空容器内部の処理室内にウエハを配置して当該処理室内にプラズマを形成してウエハを処理するプラズマ処理装置に係り、特に、ウエハを静電吸着して試料台上の保持し、試料台の温度を異なる温度に調節しつつウエハを処理するプラズマ処理装置に関する。 This relates to a plasma processing apparatus that processes a wafer by placing the wafer in a processing chamber inside a vacuum vessel and generating plasma in the processing chamber, and in particular, to a plasma processing apparatus that electrostatically attracts the wafer and holds it on a sample stage, and processes the wafer while adjusting the temperature of the sample stage to different temperatures.

上記のようなプラズマ処理装置の例としては、特開2010-010236号公報(特許文献1)に開示のものが知られていた。本従来技術は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台の電極に供給される高周波バイアス電力のVppを監視して、そのVpp値からウエハ電位(Vdc)を自己バイアス電圧算出手段を用いて算出し、そのVdcと、当該VdcとESC電圧との電位差であるVchuckとを比較して、その大小に応じてESC電源から出力するESC電圧を、Vesc=Vdc+VchuckとVesc=Vdc-Vchuckとの間で切り替える制御することで、異常放電の生起を抑制して、好適な吸着力を得ることができるものが開示されている。 An example of the above-mentioned plasma processing apparatus is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-010236 (Patent Document 1). This conventional technique monitors the Vpp of the high frequency bias power supplied to the electrode of the sample stage arranged in the processing chamber inside the vacuum vessel, calculates the wafer potential (Vdc) from the Vpp value using a self-bias voltage calculation means, compares the Vdc with Vchuck, which is the potential difference between the Vdc and the ESC voltage, and controls the ESC voltage output from the ESC power supply to be switched between Vesc + = Vdc + Vchuck and Vesc - = Vdc - Vchuck depending on the magnitude of the Vdc, thereby suppressing the occurrence of abnormal discharge and obtaining a suitable chucking force.

特開2010-010236号公報JP 2010-010236 A

上記従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。 The above conventional technology had problems because it did not sufficiently consider the following points:

すなわち、上記従来技術では、Vppに応じて設定した吸着電圧からESC電源から出力するESC電圧を設定していた。ところが、JRタイプの電極では、温度によってJR膜の抵抗が変化するため、吸着電圧が一定であっても膜を流れる電流が温度によって変化する。吸着力は流れる電流によって変化する。すなわち、高温時には抵抗値が小さくなることで、電流値が大きくなり、吸着力過多による脱着エラー、ウエハ割れが発生する可能性がある。また、低温時には、逆に吸着力不足によるウエハ吸着不良が発生する虞がある。 In other words, in the above-mentioned conventional technology, the ESC voltage output from the ESC power supply was set from the chucking voltage set according to Vpp. However, in JR-type electrodes, the resistance of the JR film changes with temperature, so even if the chucking voltage is constant, the current flowing through the film changes with temperature. The chucking force changes with the current flowing. In other words, at high temperatures, the resistance value decreases, causing the current value to increase, which can lead to chucking errors and wafer cracks due to excessive chucking force. Conversely, at low temperatures, there is a risk of wafer chucking failure due to insufficient chucking force.

このため、従来の技術では、デバイスを製造するためのウエハの処理の歩留まりが損なわれ、処理の効率が低下してしまうという問題が生じていた。このような点について、上記従来技術では考慮されていなかった。 As a result, the conventional technology had problems in that the yield of wafer processing for manufacturing devices was compromised, and the efficiency of processing was reduced. These points were not taken into consideration in the above conventional technology.

本発明の目的は歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することに在る。 The object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that improves yield.

上記目的は、真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され上面に前記プラズマを用いた処理対象のウエハが載置されて保持される試料台と、この試料台の上面に配置され内側に前記ウエハを静電吸着させる直流電力が供給される複数の膜状の静電吸着電極を有する誘電体膜と、この誘電体膜の下方の前記試料台の内部に配置され高周波電力が供給される電極と、前記誘電体膜の上面に開口を有して内側に前記ウエハを当該上面から上方に押し上げて先端で保持するピンが収納された複数の貫通孔と、前記誘電体膜上面に配置され、前記複数の貫通孔の開口を含む内側を囲んで当該誘電体膜上面の外周縁に配置されたリング状の第1の凸部及びこのリング状の第1の凸部の内側の複数の前記貫通孔各々の周囲を囲んで配置されたリング状の第2の凸部とを備え、前記第1、第2の凸部の上面が前記ウエハが載せられて静電吸着された状態で当該ウエハの裏面と当接する吸着面を構成するものであって、前記第1または第2の凸部の吸着面の温度に応じて前記高周波電力の振幅の大きさVppおよび当該高周波電力による前記ウエハの自己バイアス電圧Vdcを用いて、前記静電吸着電極の電圧と前記自己バイアス電圧Vdcとの差を算出して、当該差を用いて得られた前記静電吸着電極の電圧の目標値となるように前記静電吸着電極に供給される前記直流電力を調節する制御装置とを備えたことにより達成される。 The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a wafer processing apparatus comprising: a processing chamber which is disposed within a vacuum vessel and inside which plasma is generated; a sample stage which is disposed within the processing chamber and on whose upper surface a wafer to be processed using the plasma is placed and held; a dielectric film which is disposed on the upper surface of the sample stage and has a plurality of film-shaped electrostatic adsorption electrodes to whose inner side DC power is supplied for electrostatically adsorbing the wafer; an electrode which is disposed inside the sample stage below the dielectric film and to which high frequency power is supplied; a plurality of through holes which have openings on the upper surface of the dielectric film and house pins on the inside which push the wafer upward from the upper surface and hold it at its tip; and a ring-shaped second convex portion arranged to surround each of the plurality of through holes inside the ring-shaped first convex portion, upper surfaces of the first and second convex portions constitute chucking surfaces that come into contact with a back surface of the wafer when the wafer is placed on it and electrostatically attracted to it, and a control device that calculates a difference between the voltage of the electrostatic chucking electrode and the self -bias voltage Vdc of the wafer caused by the high frequency power in accordance with a temperature of the chucking surface of the first or second convex portion, and adjusts the DC power supplied to the electrostatic chucking electrode so that the voltage of the electrostatic chucking electrode becomes a target value obtained by using the difference .

本発明によれば、吸着力の過多によるウエハが割れたり吸着力の不足によりウエハが剥がれたりするウエハの吸着不良が抑制され、ウエハの処理の歩留まりが向上する。 The present invention reduces wafer suction failures, such as wafer cracking due to excessive suction force or wafer peeling due to insufficient suction force, and improves wafer processing yields.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の全体の較正の概略を模式的に示す縦断面図である。1 is a vertical cross-sectional view showing an outline of calibration of the entire plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention; 図1に示す実施例の試料台の主要部の構成の概略を模式的に説明する縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view for explaining the outline of the configuration of the main part of the sample stage of the embodiment shown in FIG. 1 . 図1に示す実施例の試料台の誘電体膜の上面の構成を模式的に示す上面図である。2 is a top view showing a schematic configuration of the top surface of a dielectric film of the sample stage of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施例の試料台の誘電体膜の上面の構成を模式的に示す上面図である。2 is a top view showing a schematic configuration of the top surface of a dielectric film of the sample stage of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施例の試料台の誘電体膜の上面の構成を模式的に示す上面図である。2 is a top view showing a schematic configuration of the top surface of a dielectric film of the sample stage of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置においてESC電圧を設定する流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for setting an ESC voltage in the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 . 図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理中の時間の経過に伴う温度及びESC電圧の変化の例を模式的に示すグラフである。4 is a graph showing an example of changes in temperature and ESC voltage over time during an etching process performed by the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 . 図1に示す本実施例に係るプラズマ処理装置の試料台に供給される静電吸着用電源から出力される直流電圧、高周波バイアス電圧および静電吸着電圧の関係を模式的に示すグラフである。2 is a graph showing a schematic relationship between a DC voltage, a high frequency bias voltage, and an electrostatic attraction voltage outputted from an electrostatic attraction power supply supplied to a sample stage of the plasma processing apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 1 .

本発明の実施の形態を以下図面を用いて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

本発明の実施例を図1乃至8を用いて説明する。図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の全体の較正の概略を模式的に示す縦断面図である。本実施例のプラズマ処理装置100は、真空容器116内部に配置されプラズマが内部で形成される空間である処理室105内に配置されたウエハ113上面に予め形成されたマスク層及びその下方の処理対象の膜層を含む膜構造の当該処理対象の膜層をエッチング処理するエッチング処理装置である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 8. Figure 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic overview of the overall calibration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus 100 of this embodiment is an etching processing apparatus that etches a film layer to be processed of a film structure including a mask layer formed in advance on the upper surface of a wafer 113 placed in a processing chamber 105, which is a space inside a vacuum vessel 116 and in which plasma is formed, and a film layer to be processed below the mask layer.

プラズマ処理装置100は、処理室105内にプラズマ106を発生させるために当該処理室105に供給される高周波電界を形成するプラズマ生成用高周波電源101と、処理室105内に配置されその上面上にウエハ113が載せられてこれを保持する試料台109とを備えている。試料台109の内部には、処理中にプラズマとの間で電位差を有するバイアス電位をウエハ113上面上方に形成するための高周波バイアス電力が生成されるバイアス用高周波電源110と電気的に接続された金属製の円板または円筒形状を有した電極108が配置され、電極108の上部に配置され中央部上面が上方に高くされた円筒形の凸部の上面には、当該上面を覆って酸化アルミニウムや酸化イットリウム等のセラミクス材料から構成された誘電体製の皮膜である誘電体膜120が配置されている。 The plasma processing apparatus 100 includes a plasma generating high frequency power supply 101 that forms a high frequency electric field that is supplied to the processing chamber 105 to generate plasma 106 in the processing chamber 105, and a sample stage 109 that is arranged in the processing chamber 105 and holds a wafer 113 on its upper surface. Inside the sample stage 109, a metal disk or cylindrical electrode 108 is arranged and electrically connected to a bias high frequency power supply 110 that generates a high frequency bias power to form a bias potential having a potential difference with the plasma above the upper surface of the wafer 113 during processing. A dielectric film 120, which is a dielectric film made of a ceramic material such as aluminum oxide or yttrium oxide, is arranged on the upper surface of the cylindrical convex part that is arranged on the upper part of the electrode 108 and has a central upper surface elevated upward.

誘電体膜120内部には、直流電源111と電気的に接続され供給された直流電力により誘電体膜120上面上方に載せられたウエハ113を当該上面に対して誘引して吸着し保持するための静電気力を形成する複数の膜状の電極と、別の直流電源と接続され供給された直流電力によって発熱してウエハ113を加熱する複数の膜状のヒータ用電極が配置されている。これらの誘電体膜120内部に配置された膜状の電極については図2を用いて後述する。本図では、1つの膜状の電極121として示されている。 Inside the dielectric film 120, there are arranged a number of film-shaped electrodes electrically connected to the DC power source 111, which generate electrostatic forces to attract, adsorb, and hold the wafer 113 placed above the upper surface of the dielectric film 120 by the supplied DC power, and a number of film-shaped heater electrodes connected to another DC power source, which generate heat by the supplied DC power to heat the wafer 113. These film-shaped electrodes arranged inside the dielectric film 120 will be described later with reference to FIG. 2. In this figure, they are shown as one film-shaped electrode 121.

さらに、本実施例では、試料台109に接続され高周波バイアス電源110から供給された高周波バイアス電力の振幅(ピークトゥピーク)の値を検知するするVppモニタ112と、Vppモニタから出力された電極108に供給された高周波バイアス電力のピークトゥピークを示す信号値を用いてウエハ113の自己バイアス電圧を算出する自己バイアス電圧算出器114と、自己バイアス電圧算出器114からの出力信号を受信してこれが示す自己バイアス電圧に基づいて直流電源111が出力する直流電圧の大きさを調節する制御装置115が備えられている。なお、自己バイアス電圧算出器114は制御装置115の内部の回路であっても良い。 In addition, this embodiment is equipped with a Vpp monitor 112 that is connected to the sample stage 109 and detects the amplitude (peak-to-peak) value of the high frequency bias power supplied from the high frequency bias power supply 110, a self-bias voltage calculator 114 that calculates the self-bias voltage of the wafer 113 using a signal value indicating the peak-to-peak of the high frequency bias power supplied to the electrode 108 output from the Vpp monitor, and a control device 115 that receives the output signal from the self-bias voltage calculator 114 and adjusts the magnitude of the DC voltage output by the DC power supply 111 based on the self-bias voltage indicated by the output signal. The self-bias voltage calculator 114 may be an internal circuit of the control device 115.

なお、本実施例の試料台109の上方の処理室105の内側壁に沿って、接地箇所と電気的に接続された円筒形またはリング形状のアース電極107が配置されて、プラズマ106あるいは高周波バイアス電力が供給される電極108に対する接地電極として、これらの電位を安定させる機能を有している。さらに、円筒形を有した処理室105の周囲を囲む真空容器116の側壁の上端上方には当該上端上にOリング等のシール手段を挟んで載せられた酸化アルミニウム等のセラミクス製の円板状の窓部材104と、窓部材104の上方の真空容器116の外側で同心または螺旋状に巻かれて配置されプラズマ生成用高周波電源101からの高周波電力が供給されて窓部材104下方の処理室105上部に誘導磁界を形成する誘導コイル103とが備えられている。さらに、誘導コイル103と高周波電源101との間を電気的に接続するケーブル等の給電経路上には整合器102が配置されている。 In addition, a cylindrical or ring-shaped earth electrode 107 electrically connected to a ground point is arranged along the inner wall of the processing chamber 105 above the sample stage 109 in this embodiment, and has the function of stabilizing the potential of the plasma 106 or the electrode 108 to which high-frequency bias power is supplied as a ground electrode. Furthermore, a disk-shaped window member 104 made of ceramics such as aluminum oxide is placed on the upper end of the side wall of the vacuum vessel 116 surrounding the periphery of the cylindrical processing chamber 105 with a sealing means such as an O-ring sandwiched between the upper end, and an induction coil 103 is arranged concentrically or spirally wound outside the vacuum vessel 116 above the window member 104, and is supplied with high-frequency power from the high-frequency power source 101 for plasma generation to form an induction magnetic field in the upper part of the processing chamber 105 below the window member 104. Furthermore, a matching box 102 is arranged on the power supply path such as a cable that electrically connects between the induction coil 103 and the high-frequency power source 101.

さらにまた、図示されていないが、真空容器116は、処理室105内に誘導コイル103からの誘導磁界によりプラズマ106が形成される処理用のガスを処理室105内に供給する処理用ガス供給路が接続されている。処理用ガス供給路は、真空容器116の円筒形上端部に連結され、当該供給路内部を通って供給された処理用ガスは、窓部材104の下方の処理室105内に配置され当該処理室105の天面を構成する図示しない石英等のセラミクス材料から構成された円板状のシャワープレートと窓部材104との間の隙間に供給されて内部で拡散した後、シャワープレート中央部に配置された複数の貫通孔から処理室105内に下向きに導入される。 Furthermore, although not shown, the vacuum vessel 116 is connected to a processing gas supply line that supplies processing gas into the processing chamber 105, for forming plasma 106 in the processing chamber 105 by the induction magnetic field from the induction coil 103. The processing gas supply line is connected to the cylindrical upper end of the vacuum vessel 116, and the processing gas supplied through the supply line is supplied to the gap between the window member 104 and a disk-shaped shower plate made of a ceramic material such as quartz (not shown) that is disposed in the processing chamber 105 below the window member 104 and forms the top surface of the processing chamber 105, and diffuses inside, and is then introduced downward into the processing chamber 105 through a plurality of through holes arranged in the center of the shower plate.

図2に、本実施例のプラズマ処理装置100の試料台109の金属製の円板形状の基材であって高周波バイアス電力が供給される電極108とその上面上に配置された誘電体膜120の構成の概略を説明する。図2は、図1に示す実施例の試料台の主要部の構成の概略を模式的に説明する縦断面図である。 Figure 2 shows an outline of the configuration of the electrode 108, which is a metal disk-shaped substrate of the sample stage 109 of the plasma processing apparatus 100 of this embodiment and to which high-frequency bias power is supplied, and the dielectric film 120 arranged on its upper surface. Figure 2 is a vertical cross-sectional view that illustrates the outline of the configuration of the main parts of the sample stage of the embodiment shown in Figure 1.

本図において、試料台109の基材である金属製の電極108の上部に配置された誘電体膜120は、電極108の上部の中央部に配置された凸部の上面を覆って配置され、内部に上下方向に2つの層をなす膜状の電極121が備えられている。下層の膜状の電極は、上方から見て凸部または誘電体膜120の上面の複数の領域(ゾーン)を占めるヒータ電極202であって、本実施例では後述の通り、誘電体膜120の中心を含む中央の円形の領域とその外周側でこれを囲んで当該中心について同心状に配置された複数個のリング状の領域内で各領域を実質的に占有するようい配置され、さらに、リング状の領域は上記中心周りに複数(本例では3つ以上)の円弧状の小領域に分けられて各小領域を占めてヒータ電極202が配置されている。すなわち、本実施例のヒータ電極は誘電体膜120内で、中央部の円形のゾーンとその周囲の円弧状の複数のゾーン内に、実質的にこれらと同じ面積を占めて、電極108の凸部上面の全体を覆って配置されている。 In this figure, the dielectric film 120 arranged on the top of the metal electrode 108, which is the base material of the sample stage 109, is arranged to cover the upper surface of the convex part arranged in the center of the upper part of the electrode 108, and is provided with a film-like electrode 121 that forms two layers in the vertical direction inside. The lower film-like electrode is a heater electrode 202 that occupies multiple areas (zones) on the upper surface of the convex part or dielectric film 120 when viewed from above, and in this embodiment, as described later, it is arranged so as to substantially occupy each area within a central circular area including the center of the dielectric film 120 and multiple ring-shaped areas arranged concentrically around the center surrounding it on the outer periphery, and further, the ring-shaped area is divided into multiple (in this example, three or more) arc-shaped small areas around the center, and the heater electrodes 202 are arranged occupying each small area. That is, the heater electrode of this embodiment is disposed within the dielectric film 120 in a central circular zone and multiple arc-shaped zones surrounding it, occupying substantially the same area as these zones, and covering the entire upper surface of the convex portion of the electrode 108.

一方、膜状の電極121の上層のものは、上方から見て誘電体膜120の中心を含む円形の領域とその外周側でこれを当該中心に対して同心状に囲む少なくとも1つのリング状の領域とを占有する静電吸着用のESC電極201である。後述の通り、本例の試料台109または中心からの半径方向について、隣接する2つのESC電極同士の分離された箇所も、当該中心についての特定の同じ半径位置上に位置して、同心状に分離されており、その分離の位置は、ヒータ電極202が配置された隣接する2つのリング状の領域同士が、中心についての特定の同じ半径位置で同心状に分離されて分離されている箇所に重なっており、上方から見て一方が他方のものの投影された領域を含んでいる。 On the other hand, the upper layer of the film-like electrode 121 is an ESC electrode 201 for electrostatic attraction, which occupies a circular area including the center of the dielectric film 120 when viewed from above, and at least one ring-shaped area on the outer periphery that surrounds the circular area concentrically with respect to the center. As described later, in the radial direction from the sample stage 109 or center in this example, the separated points of two adjacent ESC electrodes are also located at the same specific radial position with respect to the center and are separated concentrically, and the separation position overlaps with the point where the two adjacent ring-shaped areas in which the heater electrodes 202 are arranged are separated concentrically at the same specific radial position with respect to the center, and one includes the projected area of the other when viewed from above.

本実施例の複数のESC電極201の各々には直流電源111が接続され、制御装置115からの指令信号に応じて定められた電圧が印加され、これらに応じた極性が付与される。これら電圧に応じた極性に対応して上方のウエハ113内の各電極の上方の領域に電荷が集積されて静電気力が生起される。本例の複数のESC電極201は、正または負の極性の何れかが付与され相互に正極、負極の電極の対が構成される、所謂双極型を構成する。これら正、負の各々の極性が付与されるESC電極201同士の面積の和は、同値またはこれと見做せる程度に近似する値を有する形状にされる。 A DC power supply 111 is connected to each of the multiple ESC electrodes 201 in this embodiment, and a voltage determined in response to a command signal from the control device 115 is applied, and a polarity corresponding to this is assigned. Charges are accumulated in the area above each electrode in the upper wafer 113 in response to the polarity corresponding to these voltages, generating an electrostatic force. The multiple ESC electrodes 201 in this embodiment are assigned either positive or negative polarity, forming a pair of positive and negative electrodes, forming a so-called bipolar type. The sum of the areas of the ESC electrodes 201 to which the positive and negative polarities are assigned is shaped to have the same value or a value that is close enough to be considered as such.

さらに、本実施例の試料台109は、電極108の内部であって、上方から見て誘電体膜120内のヒータ電極202が配置された領域またはゾーンの投影された領域内の各々に電極108の温度を検知する複数の温度センサ203が配置されている。なお、電極108または試料台109の温度は、当該ヒータ電極202の発熱と共に電極108内部で温度センサ203の温度を検知する先端部より下方の位置に、試料台109の上下方向の中心軸周りに同心または螺旋状に配置された冷媒流路204を有して、内部を循環して流れる所定の温度に調節された冷媒によっても調節される。 Furthermore, in the sample stage 109 of this embodiment, a plurality of temperature sensors 203 are arranged inside the electrode 108, each in the region or zone projected region in which the heater electrode 202 is arranged in the dielectric film 120 when viewed from above, to detect the temperature of the electrode 108. The temperature of the electrode 108 or sample stage 109 is also adjusted by a coolant adjusted to a predetermined temperature that circulates inside the sample stage 109 and has a coolant flow path 204 arranged concentrically or spirally around the central axis in the vertical direction of the sample stage 109, located below the tip that detects the temperature of the temperature sensor 203 inside the electrode 108 along with the heat generated by the heater electrode 202.

本例では、各ゾーン内のヒータ電極202各々に対応する1つの温度センサ203が下方に配置されていても良い。また、本実施例に示すように、円形またはリング状の各領域に対応する温度センサが当該領域の投影される範囲内の箇所に1つ配置されていても良い。 In this example, one temperature sensor 203 corresponding to each heater electrode 202 in each zone may be placed below. Also, as shown in this example, one temperature sensor corresponding to each circular or ring-shaped region may be placed at a location within the projection range of that region.

誘電体膜120のESC電極201の上方の上面は、最外周縁部に配置されて内側を囲むリング状凸部206とこの内側の誘電体膜120上部に配置された複数個の凸部207とを備えて、これらの凸部の上面が誘電体膜120上面に載せられて静電吸着されるウエハ113の裏面と当接してこれと相互に押し付け合う。このような誘電体膜120内部のESC電極201に対して、直流電源111から直流電力が供給され特定の電位が付与されると、当該ESC電極201内部の電荷に応じてウエハ133の裏面を含む部材内の分子または原子が分極して電荷が生起され、ESC電極の上方の誘電体膜120の誘電体製の材料を挟んで静電気力が発生してウエハ113とESC電極201との間に引き付け合う静電気力が発生して、結果としてウエハ113が所定の吸着力で誘電体膜120上に吸着される。 The upper surface of the dielectric film 120 above the ESC electrode 201 is provided with a ring-shaped convex portion 206 arranged at the outermost periphery and surrounding the inside, and a plurality of convex portions 207 arranged on the upper part of the dielectric film 120 inside the ring-shaped convex portion 206, and the upper surfaces of these convex portions come into contact with the back surface of the wafer 113, which is placed on the top surface of the dielectric film 120 and electrostatically attracted, and press against each other. When DC power is supplied from the DC power source 111 to the ESC electrode 201 inside the dielectric film 120 and a specific potential is applied, the molecules or atoms in the member including the back surface of the wafer 133 are polarized according to the charge inside the ESC electrode 201, generating charges, and an electrostatic force is generated between the dielectric material of the dielectric film 120 above the ESC electrode, generating an electrostatic force that attracts the wafer 113 and the ESC electrode 201, and as a result, the wafer 113 is attracted to the dielectric film 120 with a predetermined attraction force.

一方、真空容器116の底部下方には、ターボ分子ポンプとロータリーポンプ等の粗引き用ポンプとを含む真空ポンプを有する排気装置が、当該底部と接続されて処理室105と真空容器116底部の排気開口を介して連通されて配置されている。真空ポンプが駆動されることで、処理室105内部の圧力がウエハ113を内部に含んだ状態で高い真空度に維持される。通常、ウエハ113の処理中の処理室105内の圧力は、処理用ガス供給路からの処理用ガス及び希釈ガスとの混合ガスの供給の流量または速度と、排気開口からの排気の流量または速度とのバランスにより、ウエハ113の処理に適した範囲内の値にされる。 Meanwhile, an exhaust device having a vacuum pump including a turbo molecular pump and a roughing pump such as a rotary pump is connected to the bottom of the vacuum vessel 116 below the bottom, and is arranged in communication with the processing chamber 105 through an exhaust opening at the bottom of the vacuum vessel 116. By driving the vacuum pump, the pressure inside the processing chamber 105 is maintained at a high degree of vacuum with the wafer 113 inside. Normally, the pressure inside the processing chamber 105 during processing of the wafer 113 is set to a value within a range suitable for processing the wafer 113 by balancing the flow rate or speed of the supply of a mixed gas of the processing gas and dilution gas from the processing gas supply path and the flow rate or speed of the exhaust from the exhaust opening.

このようなプラズマ処理装置100では、ウエハ113は、図示しない真空容器116の円筒形の側壁部材に予め形成され開口の内側をウエハ113が搬送されて、プラズマ処理装置100内部の処理室105内に搬入またはこれから搬出されるウエハ113の通路であるゲートを通して、処理室105内の試料台109の誘電体膜120上面に載せられて、直流電源111から電力が誘電体膜120内部の膜状の電極に供給されて静電気力が生起されウエハ113が誘電体膜120上面に誘引されて吸着されて保持される。この状態で、図示しないガス通路を通してガス源からのHeガス等の熱伝達性の高いガスがウエハ113と誘電体膜120上面との間の隙間(以下、ギャップ、gapとも呼称する)に供給されて、電極108内に形成された冷媒流路内に循環して通流する冷媒とウエハ113との間の熱の伝達が促進される。 In such a plasma processing apparatus 100, the wafer 113 is transported inside an opening formed in advance in a cylindrical sidewall member of a vacuum vessel 116 (not shown), and placed on the upper surface of the dielectric film 120 of the sample stage 109 in the processing chamber 105 through a gate, which is a passage for the wafer 113 to be carried into or out of the processing chamber 105 inside the plasma processing apparatus 100. Electric power is supplied from a DC power source 111 to a film-like electrode inside the dielectric film 120, generating an electrostatic force, and the wafer 113 is attracted to the upper surface of the dielectric film 120, adsorbed, and held. In this state, a gas with high thermal conductivity such as He gas from a gas source is supplied through a gas passage (not shown) to the gap (hereinafter also referred to as a gap) between the wafer 113 and the upper surface of the dielectric film 120, promoting the transfer of heat between the wafer 113 and the coolant circulating and flowing in the coolant flow passage formed in the electrode 108.

この状態で処理室105内に処理用ガスが供給され、高周波電源101から供給された高周波電力により誘導コイル103が窓部材104またはシャワープレートの直ぐ下方の処理室105の上部に形成した誘導磁界によって形成された誘導電流と処理用ガスとの相互作用により、処理室105内部にプラズマ106が形成され、当該プラズマ106の粒子を用いてウエハ113上面の処理対象の膜層のエッチング処理が行われる。本実施例で実施される1つのウエハ113上の処理対象の膜層のエッチング処理は、後述のように、実施に好適な温度の範囲を含む処理の条件が異なる複数の工程(ステップ)を備え、前後のエッチング処理の工程の間にウエハ113またはこれを載せて保持する試料台109或いは誘電体膜120上面の温度を前の工程の条件から後の工程の条件に遷移させるための遷移ステップを備えている。 In this state, a processing gas is supplied into the processing chamber 105, and a plasma 106 is formed inside the processing chamber 105 by an interaction between the processing gas and an induced current formed by an induction magnetic field formed by the induction coil 103 at the top of the processing chamber 105 immediately below the window member 104 or the shower plate by high-frequency power supplied from the high-frequency power source 101, and particles of the plasma 106 are used to etch the film layer to be processed on the upper surface of the wafer 113. The etching process of the film layer to be processed on one wafer 113 performed in this embodiment includes multiple processes (steps) with different processing conditions including a suitable temperature range for implementation, as described below, and includes a transition step for transitioning the temperature of the wafer 113 or the sample stage 109 on which it is placed and held, or the upper surface of the dielectric film 120, from the conditions of the previous process to the conditions of the subsequent process between the previous and subsequent etching processes.

エッチング処理が目標の残り膜厚さ或いは終点まで到達したことが図示しない終点検出器からの出力信号を受けた制御装置115により検出されると、当該制御装置115からの指令信号に応じてプラズマ106が消火され高周波バイアス電源110からの高周波バイアス電力の供給が停止される。この後、誘電体膜120上面上に静電吸着されたウエハ113の静電気または静電気力を解除する工程が実施されて、ウエハ113が試料台109内部に配置された図示しない複数(本例では3本)の貫通孔内に各々格納された複数のピンが駆動されて試料台109の電極108の内部から上方に移動した結果、これらのピン先端上に接して載せられたウエハ113が誘電体膜120上面上方に遊離して持ち上げられて保持される。 When the control device 115 detects that the etching process has reached the target remaining film thickness or the end point upon receiving an output signal from an end point detector (not shown), the plasma 106 is extinguished in response to a command signal from the control device 115, and the supply of high frequency bias power from the high frequency bias power supply 110 is stopped. After this, a process is carried out to release the static electricity or electrostatic force of the wafer 113 electrostatically attracted to the top surface of the dielectric film 120, and the wafer 113 is moved upward from inside the electrode 108 of the sample stage 109 by driving a number of pins stored in a number of through holes (three in this example) (not shown) arranged inside the sample stage 109. As a result, the wafer 113 placed in contact with the tips of these pins is lifted up and held above the top surface of the dielectric film 120.

この状態で、ウエハ113がプラズマ処理装置100外部に搬出され、次に処理されるべき未処理のウエハ113が在る場合には未処理のウエハ113が上記と同様に処理室105内に搬入されて上記複数のピン上に載せられた後、ピンが駆動されて下降して再度試料台109内部に格納された結果、ウエハ113が誘電体膜120上面と接して載せられる。この後、上記と同様にして、ウエハ113が誘電体膜120上面上に吸着され保持されて、処理が開始される。 In this state, the wafer 113 is unloaded from the plasma processing apparatus 100, and if there is an unprocessed wafer 113 to be processed next, the unprocessed wafer 113 is loaded into the processing chamber 105 in the same manner as above and placed on the multiple pins. The pins are then driven down and stored again inside the sample stage 109, so that the wafer 113 is placed in contact with the upper surface of the dielectric film 120. After this, the wafer 113 is adsorbed and held on the upper surface of the dielectric film 120 in the same manner as above, and processing begins.

次に処理されるべきウエハ113が無いことが制御装置115において判定された場合には、制御装置115からの指令信号に基づいて、プラズマ処理装置100の半導体デバイスを製造するウエハ113のエッチング処理が停止される。 When the control device 115 determines that there is no wafer 113 to be processed next, the etching process of the wafer 113 that manufactures the semiconductor device in the plasma processing device 100 is stopped based on a command signal from the control device 115.

誘電体膜120内に設けられている膜状の電極121のうちの静電吸着用の電極には、直流電源111からの電力により直流電圧が印加されて静電気力が生起されるようになっている。この直流電圧の値を静電吸着用の電源のESC電圧(出力電圧)と呼ぶ。高周波バイアス電源110の出力が電極108に印加されることによって生じるウエハ113の平均電位を自己バイアス電圧(以下、Vdc)と呼ぶ。通常、Vdcは負の直流電圧である。 A DC voltage is applied to the electrostatic attraction electrode, one of the film-like electrodes 121 provided in the dielectric film 120, by power from the DC power supply 111, to generate an electrostatic force. The value of this DC voltage is called the ESC voltage (output voltage) of the electrostatic attraction power supply. The average potential of the wafer 113, which is generated by applying the output of the high frequency bias power supply 110 to the electrode 108, is called the self-bias voltage (hereinafter, Vdc). Usually, Vdc is a negative DC voltage.

このとき電極108とウエハ113間の電位差、即ちESC電圧とVdcの差(Vesc-Vdc)が静電吸着電圧(以下、Vchuck)になる。Vdcはウエハ113にかかる高周波バイアス電力の振幅(ピークトゥピーク、Vpp)の値に依存し、次式のような関係がある。 At this time, the potential difference between the electrode 108 and the wafer 113, i.e., the difference between the ESC voltage and Vdc (Vesc-Vdc), becomes the electrostatic chucking voltage (hereinafter, Vchuck). Vdc depends on the value of the amplitude (peak-to-peak, Vpp) of the high-frequency bias power applied to the wafer 113, and is related by the following equation:

α=|Vdc/Vpp|≦0.5
ここで、αはプラズマ処理装置100の構成に依存して変わる定数であり、一般的な半導体製造用のエッチング処理装置においては0.3から0.45程度の値になる。また、本実施例ではVppはVppモニタ112からの出力を受けて自己バイアス電圧算出器114によって算出される。
α=|Vdc/Vpp|≦0.5
Here, α is a constant that varies depending on the configuration of the plasma processing apparatus 100, and in a typical etching processing apparatus for semiconductor manufacturing, the value is about 0.3 to 0.45. In this case, Vpp is calculated by a self-bias voltage calculator 114 upon receipt of the output from a Vpp monitor 112 .

図8に、本実施例のESC電圧、Vdc,Vpp及びVchuckの関係を示す。図8は、図1に示す本実施例に係るプラズマ処理装置の試料台に供給される静電吸着用電源から出力される直流電圧、高周波バイアス電圧および静電吸着電圧の関係を模式的に示すグラフである。 Figure 8 shows the relationship between the ESC voltage, Vdc, Vpp, and Vchuck in this embodiment. Figure 8 is a graph that shows a schematic relationship between the DC voltage, high frequency bias voltage, and electrostatic chucking voltage output from the electrostatic chucking power supply supplied to the sample stage of the plasma processing apparatus according to this embodiment shown in Figure 1.

本図において、Vdcは正の値であるVppの正の実数の係数α倍の大きさで負の値として現れる。また、Vdcの値に対して同じ絶対値の電圧値Vchuckを生じるESC電圧が正側と負側との2つ存在することが分かる。ここでVdcに対して正側のESC電圧をVesc+と呼び、負側のESC電圧をVesc-と呼ぶ。 In this diagram, Vdc appears as a negative value with a magnitude equal to the positive real coefficient α times the positive value of Vpp. It can also be seen that there are two ESC voltages, one on the positive side and one on the negative side, that produce a voltage value Vchuck of the same absolute value for the Vdc value. Here, the ESC voltage on the positive side with respect to Vdc is called Vesc+, and the ESC voltage on the negative side is called Vesc-.

上記の通り、この場合のESC電圧とVchuckおよびVdcとの関係は次式で表される。 As mentioned above, the relationship between the ESC voltage and Vchuck and Vdc in this case is expressed by the following equation:

Vesc = Vdc + Vchuck
Vesc = Vdc - Vchuck
ただしVdcは負の値、Vchuckは正の値である。
Vesc + = Vdc + Vchuck
Vesc - = Vdc - Vchuck
Here, Vdc is a negative value, and Vchuck is a positive value.

ここで、Vchuckが小さすぎる場合にはウエハ113が静電気力によって吸着されずに処理中に試料台109から遊離してしまう虞がある。一方、Vchuckが過度に大きい場合には静電気による吸着力が強すぎてウエハ113が割れてしまったり、静電気力を解除する工程を実施しても静電気が残留して試料台109から脱離させられない状態となってしまったり、大きな力を欠けて剥がそうとしてウエハ113を損傷あるいは脱落させてしまたりする虞がある。そのため、ウエハ113を処理する効率を向上するためにはVchuckの値を適切な範囲に調節してウエハ113のはがれや損傷に問題が生じないようにする必要がある。 Here, if Vchuck is too small, the wafer 113 may not be attracted by electrostatic force and may become detached from the sample stage 109 during processing. On the other hand, if Vchuck is excessively large, the electrostatic attraction force may be too strong and the wafer 113 may crack, or even if a process to release the electrostatic force is performed, static electricity may remain and the wafer 113 may not be able to be detached from the sample stage 109, or the wafer 113 may be damaged or fall off when trying to peel it off with a large force. Therefore, in order to improve the efficiency of processing the wafer 113, it is necessary to adjust the value of Vchuck to an appropriate range to prevent problems with peeling or damage to the wafer 113.

また、プラズマ106が接触する処理室105の内壁での抵抗が高い場合、プラズマ106と内壁の間で異常放電が起きる問題がある。例えば、モノポール方式で正のESC電圧を電極108に印加し、処理のためにプラズマ106を発生させるとプラズマに図1中の点線で示した微小なリーク電流Iが流れ込む。このとき処理室105の内壁の抵抗Rが高い場合にV=IRだけプラズマは正に帯電し、プラズマ電位は正になり、一定のレベルよりプラズマ電位が高くなると処理室内壁表面の絶縁体層の絶縁破壊に伴う異常放電が発生する。そして、異常放電に伴う異物の発生により、処理室105内部やウエハ113に汚染が生起するという問題が生じる虞がある。 In addition, if the resistance of the inner wall of the processing chamber 105 with which the plasma 106 comes into contact is high, there is a problem of abnormal discharge occurring between the plasma 106 and the inner wall. For example, when a positive ESC voltage is applied to the electrode 108 using the monopole method and plasma 106 is generated for processing, a minute leakage current I, shown by the dotted line in FIG. 1, flows into the plasma. At this time, if the resistance R of the inner wall of the processing chamber 105 is high, the plasma is positively charged by V=IR, and the plasma potential becomes positive. When the plasma potential becomes higher than a certain level, abnormal discharge occurs due to dielectric breakdown of the insulator layer on the inner wall surface of the processing chamber. Then, there is a risk of a problem of contamination occurring inside the processing chamber 105 and on the wafer 113 due to the generation of foreign matter caused by the abnormal discharge.

以下、図6を用いて、本実施例において制御装置115がESC電圧を設定する動作の流れを説明する。図6は、図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置においてESC電圧を設定する流れを示すフローチャートである。 The flow of operations performed by the control device 115 to set the ESC voltage in this embodiment will be described below with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of operations for setting the ESC voltage in the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1.

まず、予めVchuckの値を設定しておき、高周波電源110からの高周波バイアス電力が膜状の電極121の静電吸着用の電極に供給された状態で、Vppモニタ112がVppを検知して制御装置115及び自己バイアス電圧算出器114に信号を出力する(ステップ601)。制御装置115は、自己バイアス電圧算出器114が送信されたVppの値と予め行われた試験もしくは理論により決定した定数αとを用いてVdcを算出し、制御装置115に送信する(ステップ602)。 First, the value of Vchuck is set in advance, and while high frequency bias power from the high frequency power supply 110 is being supplied to the electrostatic chucking electrode of the film-like electrode 121, the Vpp monitor 112 detects Vpp and outputs a signal to the control device 115 and the self-bias voltage calculator 114 (step 601). The control device 115 calculates Vdc using the Vpp value sent by the self-bias voltage calculator 114 and a constant α determined by a test performed in advance or by theory, and sends the Vdc to the control device 115 (step 602).

次に、制御装置115は、図示しない記憶装置に格納されたソフトウエアを読み出して記載されたアルゴリズムに沿って、後述する誘電体膜120上面に配置され、この上方に載せられて保持されるウエハ113の裏面と静電吸着により当接し相互に押し付けられて内側と外側とを封止するリング状の凸部上面のシール部の面積を算出する(ステップ603)。その後、当該シール部の面積を考慮して、Vpp,Vdcの値からVchuckを算出する(ステップ604)。さらに、制御装置115は、算出したVchuckの値からESC電圧VescあるいはVescを算出して直流電源111に当該ESC電圧となるように出力を調節する指令信号を発信する(ステップ605)。 Next, the control device 115 reads out the software stored in the storage device (not shown) and calculates the area of the seal part on the upper surface of the ring-shaped protrusion that is placed on the upper surface of the dielectric film 120 (described later) and that contacts the back surface of the wafer 113 placed and held above it by electrostatic attraction and presses against each other to seal the inside and outside (step 603). After that, taking into account the area of the seal part, the control device 115 calculates Vchuck from the values of Vpp and Vdc (step 604). Furthermore, the control device 115 calculates the ESC voltage Vesc + or Vesc- from the calculated value of Vchuck and sends a command signal to the DC power source 111 to adjust the output to the ESC voltage (step 605).

なお、この際制御装置115では、Vescの正負、即ちVdcの絶対値とVchuckとの大小を比較する。Vescが正(>0)、即ち|Vdc|<Vchuckの場合にはESC電圧としてVescが用いられ、Vescが負(<0)、即ち|Vdc|>Vchuckの場合ではVescが用いられる。 In this case, the control device 115 compares the positive and negative of Vesc + , i.e., the magnitude between the absolute value of Vdc and Vchuck. When Vesc + is positive (>0), i.e., |Vdc|<Vchuck, Vesc- is used as the ESC voltage , and when Vesc + is negative (<0), i.e., |Vdc|>Vchuck, Vesc + is used.

更に、制御装置115は、Vescが用いられる場合では、|Vesc|<βならプラズマ106の着火時にESC電圧を負の範囲で絶対値を大きくするように負方向に電圧を追加する与え、プラズマ106の着火後はESC電圧をVescに調節し、|Vesc|>βならプラズマ106の着火時からESC電圧をVescに調節するように、直流電源111に指令信号を発信する。ここで、βは予め定められる正の値の電圧の閾値である。 Furthermore, when Vesc + is used, the control device 115 transmits a command signal to the DC power supply 111 so as to add voltage in the negative direction so as to increase the absolute value of the ESC voltage in the negative range at the time of ignition of the plasma 106 if |Vesc + |<β, and to adjust the ESC voltage to Vesc + after ignition of the plasma 106, and to adjust the ESC voltage to Vesc + from the time of ignition of the plasma 106 if |Vesc+|>β. Here, β is a predetermined threshold voltage of a positive value.

以上のチャートに従いESC電圧を決定することで、異常放電を起こさず、好適な静電吸着力を得ることが出来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が出来る。 By determining the ESC voltage according to the above chart, it is possible to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can obtain an appropriate electrostatic adsorption force without causing abnormal discharge.

一方で、エッチング処理の工程が終了した後に、静電気力によって吸着されたウエハ113を静電気力または静電気を解除する工程で予め定められた動作を行っても、この後のピンの上方への移動によってウエハ113を誘電体膜120上面から引き剥がして持ち上げられるだけ十分に静電気力または静電気の量が低減できず、プラズマ処理装置100のデバイスを製造する運転を継続出来ない場合があることが判った。このような現象が生起すると、プラズマ処理装置100を用いたウエハ113を処理してデバイスを製造する効率が著しく損なわれてしまうという問題が生じる。この現象は、エッチング処理中に当該処理の好適な結果が十分に得られる以上の静電気力が形成されて過度にウエハ113が誘電体膜120に吸着されてしまい、予め定められた工程に沿って静電気を低減しても、ウエハ113を尚も吸着する静電気が残留しているためである。このような現象の生起を抑制する課題を達成するには、ウエハ113を吸着させるために誘電体膜120内の静電吸着用の膜状の電極に供給される直流電力を、ピンを用いてウエハ113を試料台上方に脱離させられる範囲内の吸着力となるように適切に増減させ調節することが必要となる。 On the other hand, even if a predetermined operation is performed in a process for releasing the electrostatic force or static electricity of the wafer 113 attracted by electrostatic force after the etching process is completed, the electrostatic force or amount of static electricity may not be reduced enough to peel and lift the wafer 113 from the top surface of the dielectric film 120 by the subsequent upward movement of the pins, and it has been found that the operation of the plasma processing apparatus 100 for manufacturing devices may not be continued. If such a phenomenon occurs, a problem occurs in which the efficiency of processing the wafer 113 using the plasma processing apparatus 100 to manufacture devices is significantly impaired. This phenomenon occurs because an electrostatic force greater than that sufficient to obtain a favorable result of the process is generated during the etching process, causing the wafer 113 to be excessively attracted to the dielectric film 120, and even if the static electricity is reduced according to a predetermined process, static electricity that still attracts the wafer 113 remains. To achieve the goal of preventing the occurrence of such a phenomenon, it is necessary to appropriately increase or decrease the DC power supplied to the film-like electrode for electrostatic attraction in the dielectric film 120 in order to attract the wafer 113, so that the attraction force is within a range that allows the wafer 113 to be detached above the sample stage using a pin.

本実施例において、上記静電吸着用の膜状の電極に静電吸着用電源111の出力する直流電力の電圧(ESC電圧)の値は、Vppモニタ112が用いられて検出された高周波バイアス電力のVppの値と予め設定された静電吸着電圧Vchuck、予め定められた定数α,βを用いて算出、あるいは選択される。 In this embodiment, the value of the DC power voltage (ESC voltage) output by the electrostatic chucking power supply 111 to the membrane-like electrode for electrostatic chucking is calculated or selected using the Vpp value of the high-frequency bias power detected by the Vpp monitor 112, a preset electrostatic chucking voltage Vchuck, and predetermined constants α and β.

例えば、Vchuck=300V,α=0.4,β=200Vである場合では、まず、Vppモニタ112からの出力から検出されたVpp=300Vであると、自己バイアス電圧算出手段114は、VdcをVpp*α=-120Vと算出し、これを制御装置115に信号として送信する。当該信号を受信した制御装置115は、内部の図示しない記憶装置内に格納されたソフトウエアを読み出して、そのアルゴリズムに沿って当該検出されたVdcを所定の条件と比較し、|Vdc|<Vchuckの本例ではVesc=Vdc+Vchuck>0となり、ESC電圧Vescを-420Vとなるように直流電源111に対して指令信号を発信する。 For example, in the case where Vchuck=300V, α=0.4, β=200V, first, if Vpp=300V is detected from the output from the Vpp monitor 112, the self-bias voltage calculation means 114 calculates Vdc as Vpp*α=-120V and transmits this as a signal to the control device 115. The control device 115 that receives this signal reads out software stored in an internal storage device (not shown), compares the detected Vdc with a predetermined condition according to the algorithm, and transmits a command signal to the DC power supply 111 so that |Vdc|<Vchuck (Vesc + =Vdc+Vchuck>0 in this example) and the ESC voltage Vesc- becomes -420V.

また、Vppモニタ112が検知したVpp=1000Vのとき、自己バイアス電圧算出手段114では、Vdc=-400Vとして算出される。そして、制御装置115は、VdcとVchuckとを比較して|Vdc|>Vchuckであることを判定し、Vesc<0であるのでESC電圧としてVescとなるように出力を調節するようい直流電源111に指令信号を発信する。ここで、Vescは-100Vなので、|Vesc|<βとなり、プラズマ106の着火の際にのみ、ESC電圧としてVescにさらに負方向に電圧を-700V程度追加するように調節する指令信号を直流電源111に発信する。なお本実施例の直流電源111は、主力電圧を可変に増減させて調節できる機能を備えた可変電圧電源である。 Also, when the Vpp monitor 112 detects Vpp=1000V, the self-bias voltage calculation means 114 calculates Vdc=-400V. The control device 115 compares Vdc with Vchuck and determines that |Vdc|>Vchuck, and since Vesc + <0, transmits a command signal to the DC power supply 111 to adjust the output so that the ESC voltage becomes Vesc + . Here, since Vesc + is -100V, |Vesc + |<β, and only when the plasma 106 is ignited, a command signal is transmitted to the DC power supply 111 to adjust the ESC voltage so that a voltage of about -700V is added to Vesc- in the negative direction. The DC power supply 111 in this embodiment is a variable voltage power supply equipped with a function of variably increasing and decreasing the main voltage.

更に、Vppモニタ112が検知したVpp=2000Vの場合、その出力を受けた自己バイアス電圧算出手段114は、Vdcを-800Vと算出する。そして、制御装置115は、VdcとVchuckとを比較して|Vdc|>Vchuckと判定し、さらにVesc<0であるからESC電圧の値をVescとするように指令信号を直流電源111に送信する。ここで、Vescは-500Vとなるため|Vesc|>βであるからプラズマ106の着火の際に電圧を負方向に追加する必要は無いと判定され、プラズマ106の着火の際にESC電圧は-500Vに維持される。 Furthermore, when Vpp=2000V detected by the Vpp monitor 112, the self-bias voltage calculation means 114 that receives the output calculates Vdc to be -800V. The control device 115 then compares Vdc with Vchuck and determines that |Vdc|>Vchuck, and further transmits a command signal to the DC power supply 111 to set the ESC voltage value to Vesc + since Vesc + <0. Here, Vesc + is -500V, and therefore |Vesc + |>β, it is determined that there is no need to add voltage in the negative direction when the plasma 106 is ignited, and the ESC voltage is maintained at -500V when the plasma 106 is ignited.

以上のように、本実施例では、処理中に検出されたVpp及びVdcの値とシール部面積との値に基づいてVchuckの値が検出され、これらを用いてVescまたはVescの値が算出され、ESC電圧が算出された値となるように調節される。このことにより、ウエハ113を静電吸着する電圧はVchuckの値の許容される範囲内のものに維持され、ウエハ113の割れやはがれや落下による損傷が生起することが抑制される。また、正のリーク電流によるプラズマ106の電位の上昇が低減され異常放電の発生が抑制される。 As described above, in this embodiment, the value of Vchuck is detected based on the values of Vpp and Vdc detected during processing and the value of the seal area, and the value of Vesc + or Vesc- is calculated using these values, and the ESC voltage is adjusted to the calculated value. This maintains the voltage for electrostatically attracting the wafer 113 within the allowable range of the value of Vchuck, suppressing the occurrence of damage due to cracking, peeling, or dropping of the wafer 113. In addition, the rise in the potential of the plasma 106 due to a positive leakage current is reduced, suppressing the occurrence of abnormal discharge.

上記のような複数の処理ステップと温度を遷移させる遷移ステップとを有するウエハ113のエッチング処理の工程の例を図7を用いて説明する。図7は、図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理中の時間の経過に伴う温度及びESC電圧の変化の例を模式的に示すグラフである。 An example of an etching process for a wafer 113 having multiple processing steps as described above and a transition step for transitioning the temperature will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a graph showing a schematic example of changes in temperature and ESC voltage over time during an etching process performed by the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1.

図7(a)は、ステップ1およびステップ2の各々でウエハ113上の処理対象の膜層が異なる温度の条件にされて処理され、ステップ1の終了後に試料台109またはウエハ113の温度を上昇させてステップ2の温度の条件に近づける遷移ステップが配置されている。この際、試料台109の温度は誘電体膜120のヒータ電極202に所定の直流電力が供給されて発熱量が増大されウエハ113及び試料台109が加熱されることで上昇する。 In FIG. 7(a), the film layer to be processed on the wafer 113 is processed under different temperature conditions in each of steps 1 and 2, and a transition step is arranged in which the temperature of the sample stage 109 or wafer 113 is raised after step 1 is completed to approach the temperature conditions of step 2. At this time, the temperature of the sample stage 109 is raised by supplying a predetermined DC power to the heater electrode 202 of the dielectric film 120 to increase the amount of heat generated and heat the wafer 113 and sample stage 109.

本図に示す通り、ステップ1でのウエハ113の処理が終点に達するとプラズマ106が消火され高周波バイアス電力が停止される。この後、ウエハ113の温度が高くされる次のステップでの処理に適合するようにESC電極201に供給された電力により生起するESC電圧Vesc+,Vesc-の絶対値は低減される。ステップ1が終了すると、遷移ステップとしてヒータ電極202に供給される直流電流とこれによるヒータ電極202からの発熱量が増大されてウエハ113または試料台109の温度が、次の処理のステップであるステップ2の処理の条件である温度の設定値に向けて増大する。 As shown in this diagram, when the processing of the wafer 113 in step 1 reaches its end point, the plasma 106 is extinguished and the high frequency bias power is stopped. After this, the absolute values of the ESC voltages Vesc+, Vesc- generated by the power supplied to the ESC electrode 201 are reduced to suit the processing in the next step where the temperature of the wafer 113 is increased. When step 1 is completed, the DC current supplied to the heater electrode 202 and the resulting amount of heat generated from the heater electrode 202 are increased as a transition step, and the temperature of the wafer 113 or sample stage 109 increases toward the set temperature value, which is a processing condition for step 2, the next processing step.

遷移ステップにおいて、所定の許容範囲内に到達したことが温度センサ203からの出力を受信した制御装置115で判定されると、当該ステップ2の温度の設定値の許容範囲内となるようにヒータ202の発熱量及び冷媒流路204の冷媒の通流が調節される。この後ステップ2が開始されてウエハ113の処理対象の膜層の次のエッチング処理の工程が実施される。本例では、当該工程中のESC電極のESC電圧Vesc,Vescは、前のステップの値に維持されている。 In the transition step, when the control device 115 receives the output from the temperature sensor 203 and determines that the temperature has reached a predetermined tolerance range, the heat generation amount of the heater 202 and the flow of the coolant through the coolant passage 204 are adjusted so that the temperature set value of the step 2 is within the tolerance range. After this, step 2 is started and the next etching process step is performed for the film layer to be processed on the wafer 113. In this example, the ESC voltages Vesc + and Vesc - of the ESC electrodes during the step are maintained at the values of the previous step.

図7(b)は、ステップ2の温度の条件がステップ1のものより低くされる場合の例が示されている。本例においても、ステップ1のエッチング処理の終点に到達したことが制御装置において判定されると、直流電源111からの出力が調節されて、ESC電極201に生起するESC電圧Vesc,Vescの絶対値が増大されて次のステップ2の条件に適合した範囲内の値にされる。この後遷移ステップが開始されて、ヒータ電極202からの発熱量が低減されて、試料台109またはウエハ113の温度が低減されて次のステップ2のエッチング処理の工程における温度の条件の許容範囲内の値に調節される。 7B shows an example in which the temperature condition of step 2 is lower than that of step 1. In this example as well, when the control device determines that the end point of the etching process of step 1 has been reached, the output from the DC power supply 111 is adjusted, and the absolute values of the ESC voltages Vesc + and Vesc - generated in the ESC electrode 201 are increased to values within a range conforming to the conditions of the next step 2. Thereafter, a transition step is started, the amount of heat generated from the heater electrode 202 is reduced, and the temperature of the sample stage 109 or wafer 113 is reduced and adjusted to a value within the allowable range of the temperature conditions in the etching process of the next step 2.

当該許容範囲内に到達したことが制御装置115により検出されると、当該温度が維持されるようにヒータ電極202の発熱量が調節され、この状態でステップ2のエッチング処理の工程が開始される。なお、図7(a)及び(b)の何れの例においても、Vesc+,Vesc-の絶対値はVppより小さい値にされている。 When the control device 115 detects that the temperature has reached the allowable range, the amount of heat generated by the heater electrode 202 is adjusted so that the temperature is maintained, and the etching process of step 2 is started in this state. Note that in both the examples of Figures 7(a) and (b), the absolute values of Vesc+ and Vesc- are set to values smaller than Vpp.

[吸着電圧の決定手段]
本実施例ではウエハ113はジョンソン・ラーベック(Johnson・Rahbek、以下JR)効果が用いられた静電吸着により誘電体膜120上面上に吸着されて保持される。このようなJR効果あるいはJR力を用いた静電吸着はJR型と呼称して類型される。ESCESC電極201とウエハ113との間に生起する吸着力Fchuckは、Fchuck=Fgap+Fbulkのように表される。
[Means for determining attraction voltage]
In this embodiment, the wafer 113 is attracted and held on the upper surface of the dielectric film 120 by electrostatic attraction using the Johnson-Rahbek (JR) effect. Such electrostatic attraction using the JR effect or JR force is categorized as JR type. The attraction force Fchuck generated between the ESCESC electrode 201 and the wafer 113 is expressed as Fchuck=Fgap+Fbulk.

Fgapは誘電体膜120上に保持されたウエハ113と誘電体膜120との隙間の上面であるウエハ113の裏面と隙間の下面である誘電体膜120上面との間に生じる静電気の吸着力であり、Fbulkは隙間の下面である誘電体膜120上面とESC電極との間の誘電体膜120内部の誘電体材料の箇所を挟んだ吸着力である。JR型の場合、吸着力Fchuckは誘電体膜上面とウエハ裏面との隙間での吸着力Fgapが支配的に影響しており、当該Fgapは隙間での電位差Vgapによって定められる。すなわち、
Fgap=1/2*(εgap*S*Vgap/Tgap
ここで、εgapは隙間内の誘電率、Sは隙間の上方から見た面積、Vgapは隙間での電位差、Tgapは隙間内の温度の代表値である。一方、電位差Vgapはウエハ113と誘電体膜120との間を流れる電流i(T)および隙間の抵抗値Rgapにより次のように決まる。但しTは温度を表している。
Fgap is the electrostatic attraction force generated between the back surface of the wafer 113, which is the upper surface of the gap between the wafer 113 held on the dielectric film 120 and the dielectric film 120, and the upper surface of the dielectric film 120, which is the lower surface of the gap, and Fbulk is the attraction force that pinches the portion of the dielectric material inside the dielectric film 120 between the upper surface of the dielectric film 120, which is the lower surface of the gap, and the ESC electrode. In the case of the JR type, the attraction force Fchuck is predominantly influenced by the attraction force Fgap in the gap between the upper surface of the dielectric film and the back surface of the wafer, and this Fgap is determined by the potential difference Vgap in the gap. That is,
Fgap=1/2*(ε gap *S*Vgap 2 /Tgap 2 )
Here, ε gap is the dielectric constant in the gap, S is the area of the gap as viewed from above, Vgap is the potential difference in the gap, and Tgap is a representative value of the temperature in the gap. Meanwhile, the potential difference Vgap is determined by the current i(T) flowing between the wafer 113 and the dielectric film 120 and the resistance value Rgap of the gap as follows, where T represents temperature.

Vgap(T)=i(T)*Rgap
また、電流i(T)は、i(T)=Vbulk(T)/Rbulk(T)で算出される。VbulkおよびRbulkは、ESC電極とセラミクス製の誘電体膜上面との間の電圧および誘電体膜の部材の抵抗値である。
誘電体膜を構成するセラミクス材は温度が上昇すると抵抗値Rbulkが下がるので、電圧Vbulkが一定の場合は電極の温度が上昇するに伴って電流i(T)が大きくなる。電流i(T)が大きくなるとVgapが大きくなるためFgapが大きくなりESCの吸着力が過大になる虞がある。このため、電圧VgapあるいはVgapが許容範囲内になるように維持するためにはウエハ113または試料台109上のESC電極を含む誘電体膜の温度の上昇に伴って電圧Vbulkを小さくする必要がある。
Vgap(T)=i(T)*Rgap
The current i(T) is calculated as i(T)=Vbulk(T)/Rbulk(T), where Vbulk and Rbulk are the voltage and dielectric constant between the ESC electrode and the upper surface of the ceramic dielectric film. This is the resistance value of the membrane material.
Since the resistance value Rbulk of the ceramic material constituting the dielectric film decreases as the temperature increases, when the voltage Vbulk is constant, the current i(T) increases as the temperature of the electrode increases. Current i(T) If Vgap becomes large, Vgap becomes large, and Fgap becomes large, and there is a risk that the chucking force of the ESC becomes excessive. For this reason, in order to keep the voltage Vgap or Vgap within the allowable range, the wafer 113 or the sample stage 109 It is necessary to reduce the voltage Vbulk as the temperature of the dielectric film including the upper ESC electrode increases.

そこで、本実施例では、Vbulk=A(T)*V0の様に、予め定められた初期値V0に温度に応じて比例的に変化する係数A(T)を乗じて電圧値を算出して、当該Vbulkになるように電源からの出力を調節する。さらに、係数A(T)を温度Tの関数として用いても良い。例えば、誘電体膜の温度25℃の場合にA(T)=1.0として、ある負の傾きA0を有した温度の線形の一次関数として、A(T)=A0*(T-25)+1.0としても良い。この傾きA0は予め実験等によって検出して取得しておく。一方、処理の条件としてウエハ113または試料台109の温度が低下させる場合は、電圧Vbulkの値を大きくする。 In this embodiment, a voltage value is calculated by multiplying a predetermined initial value V0 by a coefficient A(T) that changes proportionally with temperature, such as Vbulk = A(T) * V0, and the output from the power supply is adjusted to obtain this Vbulk. Furthermore, the coefficient A(T) may be used as a function of temperature T. For example, when the temperature of the dielectric film is 25°C, A(T) = 1.0, and A(T) = A0 * (T-25) + 1.0 may be used as a linear function of temperature with a certain negative slope A0. This slope A0 is detected and obtained in advance by an experiment or the like. On the other hand, if the temperature of the wafer 113 or the sample stage 109 is to be lowered as a processing condition, the value of the voltage Vbulk is increased.

このように値が求められたVbulk(T)から、制御部115においてVchuck=Vgap+Vbulkが算出される。さらに、このVchuckの値と自己バイアス電圧算出器114から出力され信号から得られたVdc値を用いてESC電極の電圧(ESC電圧)がVesc=Vdc+Vchuck、Vesc=Vdc-Vchuckの値となるように、直流電源111からの出力が調節される。 From the value of Vbulk(T) thus calculated, Vchuck=Vgap+Vbulk is calculated in the control unit 115. Furthermore, using this Vchuck value and the Vdc value obtained from the signal output from the self-bias voltage calculator 114, the output from the DC power supply 111 is adjusted so that the voltage of the ESC electrode (ESC voltage) becomes Vesc + =Vdc+Vchuck, Vesc- =Vdc-Vchuck.

[温度依存係数の重み付けの手段]
本実施例では、誘電体膜120内の半径方向または周方向について複数に分けられたゾーンを有して各ゾーン内にこれらを各々占有する複数のヒータ電極202が配置され、各々が接続された図示しないヒータ用の直流から供給される電流が制御装置115により調節されての発熱を行う。このため、各ゾーンの上方の誘電体膜120上面とその上方のウエハ113の箇所は、他のゾーン上方の箇所と異なる温度にされる場合がある。このことから、Vgap(T)により影響される吸着力をウエハ113の割れや脱離を抑制できるように精度良く許容範囲内に維持するように調節する上では、各ゾーン毎に高い精度でその温度に基づいて目標の電圧値になるように調節する必要がある。
[Means for weighting temperature dependent coefficients]
In this embodiment, the dielectric film 120 has a plurality of zones divided in the radial or circumferential direction, and a plurality of heater electrodes 202 are arranged in each zone, each of which occupies a corresponding one of the zones, and the heater electrodes 202 generate heat by controlling the current supplied from a direct current heater (not shown) connected to each of the zones by the control device 115. Therefore, the upper surface of the dielectric film 120 above each zone and the portion of the wafer 113 above it may be at a different temperature from the portions above the other zones. For this reason, in order to precisely adjust the chucking force affected by Vgap(T) so as to be kept within an allowable range so as to suppress cracking or detachment of the wafer 113, it is necessary to precisely adjust each zone to a target voltage value based on its temperature.

本実施例では、上記温度は、誘電体膜120上の外周縁部で当該周縁に沿って内側の誘電体膜120上面を囲んで配置されたリング状凸部207と、誘電体膜120を貫通して配置されウエハ113を誘電体膜120の上面上方で上下させるためのプッシャピンが内部に収納されたプッシャ孔の上部の開口の周囲に配置され誘電体材料で構成されたリング状の凸部との上面である吸着面とを考慮して算出される。誘電体膜120を上方から見て、中心からの径方向の特定の箇所で分割された複数のESC電極201の領域(ESC領域)の各々に上記リング状凸部207の吸着面およびプッシャピン孔開口周囲のリング状凸部上の吸着面の投影面が重なっている割合に応じて係数の値により重み付けされた、ヒータ電極202の領域の温度を用いて算出された値に設定される。 In this embodiment, the above temperature is calculated taking into consideration the suction surface, which is the upper surface of the ring-shaped convex portion 207 arranged around the outer periphery of the dielectric film 120 and surrounding the upper surface of the inner dielectric film 120 along the periphery, and the ring-shaped convex portion made of a dielectric material arranged around the upper opening of the pusher hole in which the pusher pin for moving the wafer 113 up and down above the upper surface of the dielectric film 120 is housed, which is arranged penetrating the dielectric film 120. When the dielectric film 120 is viewed from above, the suction surface of the ring-shaped convex portion 207 and the projection surface of the suction surface on the ring-shaped convex portion around the opening of the pusher pin hole are divided into a specific radial position from the center of each of the ESC electrode 201 regions (ESC regions) are weighted by a coefficient value according to the overlapping ratio of the projection surface of the suction surface on the ring-shaped convex portion around the opening of the pusher pin hole.

以下、図3乃至図5に本実施例の試料台109の誘電体膜120内の膜状の電極121および凸部206,207の配置を説明する。図3乃至図5は、図1に示す実施例の試料台の誘電体膜の上面の構成を模式的に示す上面図である。これらの図では、誘電体膜120の上面に配置された外周縁部に配置されたリング状凸部206の上面である外周吸着面301及びプッシャピン孔308の上端の開口周囲を囲んで配置されたリング状の凸部の上面であるピン孔吸着面302が実線で示され、さらに、ESC電極201が配置されたESC領域とヒータ電極202が配置されたゾーンと、重ねて表示し、各々破線で示されている。 The arrangement of the film-like electrode 121 and the convex portions 206, 207 in the dielectric film 120 of the sample stage 109 of this embodiment will be described below with reference to Figs. 3 to 5. Figs. 3 to 5 are top views that typically show the configuration of the upper surface of the dielectric film of the sample stage of the embodiment shown in Fig. 1. In these figures, the outer peripheral adsorption surface 301, which is the upper surface of the ring-shaped convex portion 206 arranged on the outer peripheral edge portion arranged on the upper surface of the dielectric film 120, and the pin hole adsorption surface 302, which is the upper surface of the ring-shaped convex portion arranged surrounding the opening periphery at the upper end of the pusher pin hole 308, are shown by solid lines, and further, the ESC region where the ESC electrode 201 is arranged and the zone where the heater electrode 202 is arranged are displayed superimposed and are each shown by dashed lines.

図3では、ESC電極は201は、中央部の円形を有したESCin電極303とその外周側に配置されたリング状のESCout電極304とを備えている。さらに、ヒータ電極202は、最内側の中心を含む円形を有したゾーン305、その外周側で隣接したリング状の領域に配置され、同じ半径方向の長さで同じ中心周りの周方向について同じ角度の範囲にわたって延在する円弧状短冊形状を有した3つのゾーン306、さらにこれらゾーン306の外周側に隣接して同心状に配置され同様に4つの円弧状短冊形状を有した4つのゾーン307を有している。半径方向について領域を区分した場合には、ゾーン305は中央の領域を、4つのゾーン307は周縁の領域を、3つのゾーン306はこれらの間の中間の領域に属するように分けられる。 In FIG. 3, the ESC electrode 201 includes an ESCin electrode 303 having a circular center and a ring-shaped ESCout electrode 304 arranged on its outer periphery. The heater electrode 202 further includes a zone 305 having a circular center including the innermost center, three zones 306 arranged in an adjacent ring-shaped area on the outer periphery and having arc-shaped strip shapes that have the same radial length and extend over the same angular range in the circumferential direction around the same center, and four zones 307 arranged concentrically adjacent to the outer periphery of these zones 306 and similarly have four arc-shaped strip shapes. When the areas are divided in the radial direction, the zone 305 is divided so that it belongs to the central area, the four zones 307 belong to the peripheral area, and the three zones 306 belong to the intermediate area between them.

なお、本実施例では、各領域のヒータ電極202は、同じ量に調節された電流が供給され、同じ領域内のゾーン内のヒータ電極302は実質的に同じ材料で寸法、形状を備えていることから、実質的に同じ発熱量になるように調節されている。さらに、ゾーン305の属する中央領域およびゾーン306の属する中間の領域は、ESCin電極303の投影されるESCin領域に全て含まれ、ゾーン307の属する周縁の領域はESCout電極304の投影されるESCout領域に含まれて、相互に分離されている。加えて、上方から見てESCin領域の投影される領域と3つのピン孔吸着面302全てとが重複しており、ピン孔吸着面302は全てESCin領域内に在ると言える。 In this embodiment, the heater electrodes 202 in each region are supplied with the same amount of adjusted current, and the heater electrodes 302 in the same zone are made of substantially the same material and have substantially the same dimensions and shape, so they are adjusted to generate substantially the same amount of heat. Furthermore, the central region to which zone 305 belongs and the intermediate region to which zone 306 belongs are all included in the ESCin region projected by the ESCin electrode 303, while the peripheral region to which zone 307 belongs is included in the ESCout region projected by the ESCout electrode 304, and are separated from each other. In addition, when viewed from above, the projected region of the ESCin region overlaps with all three pinhole suction surfaces 302, and it can be said that all of the pinhole suction surfaces 302 are within the ESCin region.

このような構成において、複数のヒータ電極202の領域がESC電圧が印加される複数のESC電極201のin-out領域の各々に重なるプッシャ孔吸着面302面積の割合で重み付けされたた係数B及び周縁吸着面301の面積の割合で重み付けした係数Cを用いて各吸着面の温度Tが検出され、当該検出された温度におけるVgap(T)からESC電圧が算出され、当該ESC電極201の電圧がESC電圧なるように制御装置115が直流電源111の出力を調節する。 In this configuration, the temperature T of each attraction surface is detected using a coefficient B weighted by the proportion of the area of the pusher hole attraction surface 302 where the area of the multiple heater electrodes 202 overlaps with each of the in-out areas of the multiple ESC electrodes 201 to which the ESC voltage is applied, and a coefficient C weighted by the proportion of the area of the peripheral attraction surface 301, and the ESC voltage is calculated from Vgap(T) at the detected temperature, and the control device 115 adjusts the output of the DC power supply 111 so that the voltage of the ESC electrode 201 becomes the ESC voltage.

図3に示す実施例に対して、制御装置115は、ESCin領域でのESC電圧を設定する上で必要なESCin領域のVgap(T)を算出する上で必要となる当該領域の温度を算出する。この温度はVgap(T)を算出するためESCin領域を代表させる温度Tinである。当該温度Tinは、プッシャ孔吸着面302のESCin領域に重なる部分の温度を他の領域の温度または熱を補間した温度に相当する。当該温度Tinは、他の領域からの影響を示す係数Bi(i=c,m,e)として
Tin=Bcin*Tc+Bmin*Tm+Bein*Te
と表される。係数Bi(i=c,m,e)は、プッシャ孔吸着面302全体のうちで、ESCin領域とESCout領域の各々に重なる面積の割合から次のよう定められる。すなわち、例えばプッシャ孔吸着面302の面積が200mmの場合は、
Dcin=200mm
Dmin=0mm
Dein=0mm
となる。
For the embodiment shown in Fig. 3, the control device 115 calculates the temperature of the ESCin area, which is required to calculate Vgap(T) of the ESCin area, which is required to set the ESC voltage in the ESCin area. This temperature is the temperature Tin that represents the ESCin area in order to calculate Vgap(T). The temperature Tin corresponds to the temperature of the portion of the pusher hole suction surface 302 that overlaps with the ESCin area, which is obtained by interpolating the temperature or heat of other areas. The temperature Tin is expressed as follows, where Bi (i = c, m, e) is a coefficient indicating the influence from other areas: Tin = Bc in * Tc + Bm in * Tm + Be in * Te
The coefficient Bi (i=c, m, e) is determined as follows based on the ratio of the area of the entire pusher hole suction surface 302 that overlaps with the ESCin area and the ESCout area. That is, for example, when the area of the pusher hole suction surface 302 is 200 mm2 ,
Dc in =200mm 2
Dmin = 0mm2
De in =0mm 2
It becomes.

そこで、係数Bを
Biin=Diin/ΣDiin(i=c,m,e)
とすると、
Bcin=200/(200+0+0)=1
Bmin=0/(200+0+0)=0
Bein=0/(200+0+0)=0
となる。よって、ESCin領域の温度Tinは
Tin=Bcin*Tc+Bmin*Tm+Bein*Te=Tc+0+0
となり、中央部の領域の温度と同じとなる。このTinの値を用いてESCin領域304のVbulk(T)が求められ、Vgap(T)、Vchuck(T)が算出される。一方、ESCout領域を代表させる温度Toutは0となるが、ESCin領域304のVchuck(T)の値から、VescおよびVescが算出され、ESCout電極303のESC電圧の目標値が定められる。
Therefore, the coefficient B is Bi in =Di in /ΣDi in (i=c, m, e)
Then,
Bc in =200/(200+0+0)=1
Bm in =0/(200+0+0)=0
Be in =0/(200+0+0)=0
Therefore, the temperature Tin in the ESCin region is Tin = Bc in * Tc + Bm in * Tm + Be in * Te = Tc + 0 + 0
Using this Tin value, Vbulk(T) of the ESCin area 304 is found, and Vgap(T) and Vchuck(T) are calculated. The temperature Tout, which represents the temperature T, is 0, but Vesc + and Vesc- are calculated from the value of Vchuck(T) in the ESCin area 304, and the target value of the ESC voltage of the ESCout electrode 303 is determined.

一方、図4や図5に示す例では、プッシャ孔吸着面302はその投影される領域がESCin領域及びESCout領域の両方に重なって各々の領域に重なっている面積を有している。この場合の各面積を
Dcin=150mm
Dmin=50mm
Dein=0mm
となることから、係数Biinは、
Bcin=150/(200+0+0)=0.75
Bmin=50/(200+0+0)=0.25
Bein=0/(200+0+0)=0
となる。よって、プッシャ孔吸着面302のESCin領域の部分の温度Tinは
Tin=Bcin*Tc+Bmin*Tm+Bein*Te=0.75Tc+0.25Tm+0
となる。同様に、プッシャ孔吸着面302の各ESC領域に重なる部分の温度Tmの温度も算出される。
On the other hand, in the examples shown in Figures 4 and 5, the projected area of the pusher hole suction surface 302 overlaps both the ESCin area and the ESCout area, and has an area overlapping each area. In this case, each area is expressed as Dc in = 150 mm 2
Dmin = 50mm2
De in =0mm 2
Therefore, the coefficient Bi in is
Bc in =150/(200+0+0)=0.75
Bm in =50/(200+0+0)=0.25
Be in =0/(200+0+0)=0
Therefore, the temperature Tin of the ESCin region of the pusher hole suction surface 302 is Tin=Bc in *Tc+Bm in *Tm+Be in *Te=0.75Tc+0.25Tm+0
Similarly, the temperature Tm of the portion of the pusher hole suction surface 302 overlapping with each ESC region is also calculated.

さらに、本例では、ESCout領域にはプッシャ孔吸着面302の上方から見た投影される領域は重なっておらず、ESCout領域を代表させる温度は周縁吸着面301の温度を他の領域からの温度又は熱を補間した温度に対応するToutである。当該温度Toutは、他の領域からの影響を示す係数をCi(i=c,m,e)として、
Tout=Ccout*Tc+Cmout*Tm+Ceout*Te
で表され、係数Ci(i=c,m,e)は、周縁吸着面301全体の面積のうちでESCout部にかかる割合によって決定されるので、例えば周縁吸着面301の面積が5000mmの場合は、
Dcout=0mm
Dmout=0mm
Deout=5000mm
となる。
Furthermore, in this example, the ESCout region does not overlap with the region projected from above the pusher hole suction surface 302, and the temperature representing the ESCout region is Tout, which corresponds to the temperature of the peripheral suction surface 301 interpolated with the temperature or heat from other regions. The temperature Tout is expressed by the following equation, where Ci (i=c, m, e) is a coefficient indicating the influence from other regions:
Tout=Cc out *Tc+Cm out *Tm+Ce out *Te
The coefficient Ci (i=c, m, e) is determined by the proportion of the ESCout portion to the entire area of the peripheral suction surface 301. For example, when the area of the peripheral suction surface 301 is 5000 mm2 , the coefficient Ci is expressed as follows:
Dc out =0mm 2
Dm out =0mm 2
De out =5000mm 2
It becomes.

そこで、係数Cを
Ciout=Ciout/ΣCiout(i=c,m,e)
とすると、
Ccout=0/(0+0+5000)=0
Cmout=0/(0+0+5000)=0
Ceout=5000/(0+0+5000)=1
となる。よって、ESCout領域の温度Toutは
Tout=Ccout*Tc+Cmout*Tm+Ceout*Te=0+0+Te
となり、外周部の領域の温度と同じとなる。このToutの値を用いてESCout領域303のVbulk(T)が求められ、Vgap(T)、Vchuck(T)が算出される。一方、ESCin領域304を代表させる温度Tinは0となるが、ESCout領域303のVchuck(T)の値から、VescおよびVescが算出され、ESCin電極304のESC電圧の目標値が定められる。
Therefore, the coefficient C is Ci out = Ci out / ΣCi out (i = c, m, e)
Then,
Cc out =0/(0+0+5000)=0
Cm out =0/(0+0+5000)=0
Ce out =5000/(0+0+5000)=1
Therefore, the temperature Tout of the ESCout region is Tout=Cc out *Tc+Cm out *Tm+Ce out *Te=0+0+Te
and is the same as the temperature of the outer peripheral region. Using this Tout value, Vbulk(T) of the ESCout region 303 is found, and Vgap(T) and Vchuck(T) are calculated. Meanwhile, the temperature Tin representing the ESCin region 304 is 0, but Vesc + and Vesc- are calculated from the value of Vchuck(T) of the ESCout region 303, and the target value of the ESC voltage of the ESCin electrode 304 is determined.

以上の実施例によれば、各ESC領域に重なる吸着面の温度に応じて各領域のESC電圧が調節され、過度な吸着力が生起されてウエハ113の割れや脱落、あるいは吸着の不足といった吸着の不良が生起することが抑制され、ウエハ113の処理の効率または歩留まりが向上される。 According to the above embodiment, the ESC voltage of each area is adjusted according to the temperature of the chucking surface overlapping each ESC area, and excessive chucking force is prevented from occurring, which may cause cracking or falling off of the wafer 113, or poor chucking such as insufficient chucking, thereby improving the efficiency or yield of processing the wafer 113.

101 高周波電源、
102 整合器、
103 誘導コイル、
104 窓部材、
105 処理室、
106 プラズマ、
107 アース電極、
108 電極、
109 試料台、
110 高周波バイアス電源、
111 直流電源、
112 Vppモニタ、
113 ウエハ、
114 自己バイアス電圧算出器、
115 制御装置。
116 真空容器。
101 High frequency power source,
102 Matching box,
103 induction coil,
104 Window member,
105 Processing chamber,
106 Plasma,
107 Earth electrode,
108 electrode,
109 sample stage,
110 high frequency bias power supply,
111 DC power source,
112 Vpp monitor,
113 wafer,
114 Self-bias voltage calculator;
115 control device.
116 vacuum vessel.

Claims (4)

真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され上面に前記プラズマを用いた処理対象のウエハが載置されて保持される試料台と、この試料台の上面に配置され内側に前記ウエハを静電吸着させる直流電力が供給される複数の膜状の静電吸着電極を有する誘電体膜と、この誘電体膜の下方の前記試料台の内部に配置され高周波電力が供給される電極と、前記誘電体膜の上面に開口を有して内側に前記ウエハを当該上面から上方に押し上げて先端で保持するピンが収納された複数の貫通孔と、前記誘電体膜上面に配置され、前記複数の貫通孔の開口を含む内側を囲んで当該誘電体膜上面の外周縁に配置されたリング状の第1の凸部及びこのリング状の第1の凸部の内側の複数の前記貫通孔各々の周囲を囲んで配置されたリング状の第2の凸部とを備え、
前記第1、第2の凸部の上面が前記ウエハが載せられて静電吸着された状態で当該ウエハの裏面と当接する吸着面を構成するものであって、前記第1または第2の凸部の吸着面の温度に応じて前記高周波電力の振幅の大きさVppおよび当該高周波電力による前記ウエハの自己バイアス電圧Vdcを用いて、前記静電吸着電極の電圧と前記自己バイアス電圧Vdcとの差を算出して、当該差を用いて得られた前記静電吸着電極の電圧の目標値となるように前記静電吸着電極に供給される前記直流電力を調節する制御装置とを備えたプラズマ処理装置。
a dielectric film disposed on the upper surface of the sample stage and having a plurality of film-like electrostatic adsorption electrodes to which DC power is supplied for electrostatically adsorbing the wafer; an electrode disposed inside the sample stage below the dielectric film and to which radio-frequency power is supplied; a plurality of through holes having openings on the upper surface of the dielectric film and housing pins on the inside thereof for pushing the wafer upward from the upper surface and holding it at its tip; a ring-shaped first convex portion disposed on the upper surface of the dielectric film and arranged on the outer periphery of the upper surface of the dielectric film surrounding the inside including the openings of the plurality of through holes; and a ring-shaped second convex portion disposed on the upper surface of the dielectric film and surrounding the periphery of each of the plurality of through holes inside the ring-shaped first convex portion,
a control device that calculates a difference between a voltage of the electrostatic chucking electrode and a self-bias voltage Vdc of the wafer based on a magnitude of amplitude Vpp of the high frequency power and a self-bias voltage Vdc of the wafer caused by the high frequency power in accordance with a temperature of the chucking surface of the first or second convex portion , and adjusts the DC power supplied to the electrostatic chucking electrode so that the voltage of the electrostatic chucking electrode reaches a target value obtained by using the difference ,
前記制御装置が、前記第1または第2の凸部の吸着面のうち上方から見た投影面が前記複数の静電吸着電極各々と重なる面積の割合に応じて検出された当該吸着面の温度に応じて前記静電吸着電極に供給される前記直流電力を調節する請求項1に記載のプラズマ処理装置。 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the control device adjusts the DC power supplied to the electrostatic attraction electrodes in response to a temperature of the attraction surface detected in response to a proportion of an area of an overlapping surface of a projection of the attraction surface of the first or second convex portion as viewed from above with each of the plurality of electrostatic attraction electrodes. 前記制御装置が、検出された当該吸着面の温度に比例して変化する前記静電吸着電極と前記ウエハとの間の電位差に基づいて、前記ウエハを静電吸着する静電気力を許容範囲内の値となるように、前記静電吸着電極に供給される前記直流電力を調節する請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the control device adjusts the DC power supplied to the electrostatic adsorption electrode based on the potential difference between the electrostatic adsorption electrode and the wafer, which changes in proportion to the detected temperature of the adsorption surface, so that the electrostatic force for electrostatically adsorbing the wafer is within an allowable range. 前記試料台内部の前記複数の静電吸着電極各々の上方から見た投影面内の箇所に配置された複数の温度センサを備え、前記制御装置が、これら温度センサ各々からの出力から検出された温度を前記複数の静電吸着電極各々と重なる前記吸着面の面積の割合に応じて重み付けして当該吸着面の温度を算出した結果に応じて前記静電吸着電極に供給される前記直流電力を調節する請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a plurality of temperature sensors arranged at locations within the projection plane of each of the plurality of electrostatic chucking electrodes inside the sample stage as viewed from above, and the control device adjusts the DC power supplied to the electrostatic chucking electrodes according to the result of calculating the temperature of the chucking surface by weighting the temperature detected from the output of each of the temperature sensors according to the proportion of the area of the chucking surface that overlaps with each of the plurality of electrostatic chucking electrodes.
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