JP7612889B2 - ウエハ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ処理方法に関する。

近年、半導体デバイスの市場では低消費電力や記憶容量増大が求められており、これら要件を実現するため、３次元構造を持つ半導体デバイスの開発に関心が集まっている。３次元構造を加工する方法のひとつとして、異方性または等方性いずれかのエッチングを用途に応じて選択することが可能なプラズマエッチングが採用されている。

プラズマを用いてエッチング処理をする過程において、例えば被加工材料とラジカルの間において、反応生成物が発生する。反応生成物が処理室内に付着あるいは堆積すると、プラズマ処理装置のエッチング性能に様々な問題をもたらすことが知られている。

これら問題の対策として、定期的なクリーニング処理によって反応生成物を除去することが提案されている。特開２００２－２１７１６６号公報（特許文献１）には、真空容器内の堆積物をプラズマ処理により除去するプラズマクリーニング方法や、プラズマを用いずにガス導入によりクリーニングを実施するガスクリーニング方法が記載されている。これらのクリーニングでは、ガスやプラズマから静電吸着面や電極を保護するため、試料台の上にダミーウエハを載置した状態でクリーニングが実施される。

また、特開２０２０－１７７９５９号公報（特許文献２）には、真空容器内及び特に試料台の周辺を対象としたクリーニング方法として、ダミーウエハを載置しないウエハレスでのクリーニング方法が開示されている。この方法では、Ｏ_２ガスによるプラズマを用い、試料台の上にダミーウエハを載置せずにプラズマクリーニングを実施することが示されている。

特開２００２－２１７１６６号公報 特開２０２０－１７７９５９号公報

特許文献１では、下部電極を保護するためにダミーウエハが載置されるところ、下部電極を有する試料台に残留する荷電粒子の影響は考慮されていない。また、特許文献２に記載されているように、ウエハレスの状態でプラズマを形成して処理室内のクリーニング処理をする場合、プラズマにより生成されたイオン等の荷電粒子が試料台に付着する。
このように、上記先行技術は、いずれも試料台に荷電粒子が残留する場合について十分な考慮がなされていない。

試料台に荷電粒子が残留した状態でウエハが載置された場合、当該ウエハに電荷に起因する力が作用して、ウエハが当初の載置された箇所からずれる位置ずれが発生する虞がある。ウエハの位置ずれは、半導体デバイスを製造するときの効率や歩留まりを損なう要因のひとつとなっていた。

本発明は、ウエハ処理におけるウエハの位置ずれを抑制することを可能とするウエハ処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のウエハ処理方法は、内部に処理対象のウエハが配置される処理室と、この処理室内に配置され前記ウエハを静電吸着可能な電極を有する試料台と、前記処理室の前記試料台の上方で前記試料台と対向して配置され処理用のガスの粒子が当該処理室内に流入する貫通孔を備えた分散板とを備えた処理装置において、前記分散板は外周部にリング状に配置された複数の前記貫通孔を備え、前記試料台にウエハを載置せずに前記分散板の前記貫通孔を通して前記処理室内に荷電粒子を供給して前記試料台に帯電した電荷を除去するウエハレスの除電工程と、前記ウエハレスの除電工程の後に、前記試料台に載置したウエハを静電吸着し、前記ウエハに処理を施すウエハ処理工程と、を含む。

本発明によれば、ウエハ処理におけるウエハの位置ずれを抑制することを可能とするウエハ処理方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法を行うプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。 図２は、実施形態に係る分散板を模式的に示した平面図である。 図３は、実施形態に係る試料台の構成を模式的に示す縦断面図である。 図４は、実施形態に係る静電吸着膜３０２の構成を模式的に示す平面図である。 図５は、実施形態においてウエハが静電吸着される様子を模式的に示す縦断面図である。 図６は、従来技術において、位置ずれが生じる場合を示す図である。 図７は、実施形態に係るウエハ処理方法を示すタイムチャートである。 図８は、プラズマからアースに至る電気回路を示す図である。 図９は、実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

なお、本開示において、「上面」とは、板状部材や板状部材に含まれる断面を図示した場合の、図面上の上方に示される面を意味する。また、「側面」とは、板状部材や板状部材に含まれる断面における面や層の厚みの部分を意味する。

また、「中心軸」とは、円盤状または円筒状の物体の場合、円形を有する面の中心を通り、面に垂直な方向に延びる軸を意味する。

［実施形態］
（装置の構成）
図１を用いて、本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法を行うプラズマ処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法を行うプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。

実施形態のプラズマ処理装置１００は、真空容器１０１を備えている。真空容器１０１の内部には、円筒形状の空間である処理室１０４が設けられている。真空容器１０１は、調圧バルブ１０１６を介してターボ分子ポンプ等の真空ポンプ１０１５と接続される。真空ポンプ１０１５は、処理室１０４にある粒子を排出し、処理室１０４を所定の気圧にする。調圧バルブ１０１６は、真空ポンプ１０１５と処理室１０４を接続する通路の断面積を変更し、排気の流量または速度を調節する機能を有する。

真空容器１０１は、処理室１０４の上流側に放電室１０２を備える。処理室１０４は、プラズマ生成が行われる放電室１０２と分散板１０６を介して接続する。放電室１０２と処理室１０４とは、共に円筒形状を有した空間である。放電室１０２の中心軸と処理室１０４の中心軸は、共通の軸であるかまたは共通の軸と見なせる程度に近似した位置にある。

分散板１０６は、放電室１０２と処理室１０４の間に設けられており、放電室１０２と処理室１０４の間を区分する。分散板１０６は、具体的にいうと放電室１０２と処理室１０４の間を接続する通路内に配置される。実施形態において、放電室１０２と処理室１０４の間にある通路は円筒状の形状を有しており、分散板１０６は通路の径と同じ径を持つ円盤状の板状部材である。分散板１０６の詳細については後述する。

試料台１０３は、処理対象のウエハが載置される。実施形態においては、試料台１０３は分散板１０６と対向する位置に配置される。試料台１０３の詳細については後述する。

放電室１０２は、誘電体（実施形態では石英）によって構成される誘電体チャンバ１０７の内部にある空間である。誘電体チャンバ１０７の外周側壁には、誘電体チャンバ１０７を囲むようにコイル１０８が配置される。コイル１０８は、整合器１０９を介して高周波電源１１０に電気的に接続されており、高周波電源１１０から高周波電力が供給される。高周波電力には、１３．５６ＭＨｚなど数十ＭＨｚの周波数帯の電力が用いられる。

誘電体チャンバ１０７の上端部には、天板１０１２およびガス分散板１０１２１が配置されている。天板１０１２およびガス分散板１０１２１によって、誘電体チャンバ１０７の内側と外側が区画される。天板１０１２には、ガス源１０１３から延びる通路が結合されている。ガス源１０１３から供給されるガスは、ガス分散板１０１２１を介して放電室１０２に導入される。

ガス源１０１３は、供給するガスの種類毎に貯留部を有している。ガス源１０１３と天板１０１２との間に設けられたマスフローコントローラ１０１４によって、放電室１０２へ導入するガスの供給量が調節される。実施形態において用いられる処理用のガスは、可燃性ガス、支燃性ガス、及びこれらの混合ガスを含むもの、あるいはこれらのガスを不活性ガスにより希釈したものである。

ＩＲランプユニット１０５は、放電室１０２と処理室１０４との間を接続する通路または分散板１０６の周囲を囲うように配置される。ＩＲランプユニット１０５は電磁波を照射することによって、試料台１０３またはこれに載置されたウエハ、処理室１０４の内部等を加熱する。実施形態では、ＩＲランプユニット１０５は、赤外線（Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ：ＩＲ）帯を含む電磁波を放射するＩＲランプ１０１７によって構成される。ＩＲランプユニット１０５には、ＩＲランプ１０１７に加えて、ＩＲランプ１０１７から放射されたＩＲ光を処理室１０４の方向に向けて反射する反射板１０１８、さらにＩＲランプ１０１７から放射されたＩＲ光を処理室１０４または分散板１０６の方へ向けて透過するＩＲ光透過窓１０１９を備える。

プラズマ処理装置１００では、試料台１０３に載置されるウエハに対してウエハ処理が行われる。ウエハ処理としては、まず、放電室１０２にガスを導入する。次に、コイル１０８に高周波電力を供給することにより、コイル１０８の中心に誘導磁場が形成される。誘導磁場が発生すると、放電室１０２にあるガスの粒子が励起されて放電が起こり、粒子が電離、解離して誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ）１０１１が生成される。ＩＲランプユニット１０５による加熱、または後述する試料台１０３における温度調整などを行いつつ、発生したプラズマ１０１１によってエッチング等の加工が行われる。なお、実施形態においては、用いるガスおよび高周波電力に応じて、エッチング用のプラズマ、除電用のプラズマ、クリーニング用のプラズマが生成される。

（分散板の構成）
ここで、図２を用いて分散板１０６の構成について説明する。図２は、実施形態に係る分散板１０６を模式的に示した平面図である。図１に示される分散板１０６は断面図であるところ、図２に示される分散板１０６は、図１の上方から見た図である。

分散板１０６は、図２に示されるように、円形状を有した板状部材である。分散板１０６は、放電室１０２から処理室１０４へ荷電粒子の移動を可能とする複数の貫通孔２０１を有する。複数の貫通孔２０１の各々は円形の孔である。分散板１０６の中心から半径方向を考える場合、所定の半径を超えた箇所から３つの円形の孔が配置されている。周方向に１５°ずつ移動した位置にも同様に３つの孔が配置されている。言い換えると、分散板１０６の外周側において、複数の貫通孔２０１がリング状に設けられている。実施形態において、分散板１０６は、透光性を有した石英等の誘電体製の部材から構成されている。材料は石英に限定されず、適宜選択しうる。

これら複数の貫通孔２０１を通じて、プラズマ１０１１に含まれるガスのラジカル等の中性粒子は、放電室１０２から処理室１０４に均一に導入される。すなわち、ラジカル等の中性粒子は、試料台１０３上に載せられるウエハに対向した位置に配置された分散板１０６の外周側のリング状の箇所から処理室１０４へ導入される。上記のような複数の貫通孔２０１の配置は、これに限定されない。処理室１０４に導入されるウエハの表面に到達するラジカル等の中性粒子の分布が、処理対象の膜層の処理結果が所望のものとなるように、貫通孔の配置は適宜選択されうる。なお、プラズマ１０１１に含まれるイオンや電子等の荷電粒子は、分散板１０６によって、放電室１０２から処理室１０４へ導入が抑制される。

（試料台の構成）
次に、実施形態の試料台１０３の構成とウエハを静電吸着する構成について、図３および４を用いて説明する。図３は、実施形態に係る試料台１０３の構成を模式的に示す縦断面図である。図４は、実施形態に係る静電吸着膜３０２の構成を模式的に示す平面図である。

実施形態において、処理室１０４と、処理室１０４内に配置されたウエハを静電吸着可能な電極を有する試料台１０３を備える装置において、ウエハＷを静電吸着して処理が行われる。図３に示される試料台１０３は、円筒形状を有している。試料台１０３の中心軸と処理室１０４の中心軸は、共通の軸であるかまたは共通の軸と見做せる程度に近似した位置にある。試料台１０３は、金属等の導電体によって構成される基材３０１と、当該基材３０１上に配置される静電吸着膜３０２と、基材３０１および静電吸着膜３０２の側面を囲むように配置されるサセプタリング３１１とを備えている。試料台１０３に載置されるウエハは、静電吸着膜３０２上に載置されることとなる。静電吸着膜３０２は、ウエハと接触し、静電吸着によってウエハを把持する。また、静電吸着膜３０２は、ポリイミド樹脂製のシートＳを有している。ポリイミド樹脂製のシートＳは、静電吸着膜３０２の表面に設けられている。サセプタリング３１１は、誘電体によって構成されており、基材３０１をプラズマ１０１１から保護する機能を有している。実施形態のサセプタリング３１１は、基材３０１上部の静電吸着膜３０２の側壁を囲むとともに基材３０１の側壁から基材３０１の下部までを覆う形状を有している。

基材３０１の内部には、冷媒流路３０３が配置されている。冷媒流路３０３にはチラー３１２から冷媒が供給され、供給された冷媒は冷媒流路３０３を循環する。チラー３１２は、プラズマ処理装置１００が配置されるクリーンルーム等の建屋の床面の下方の空間に配置され、冷媒流路３０３と連結される。試料台１０３に載置されたウエハは、静電吸着膜３０２および基材３０１を介して冷媒流路３０３を流れる冷媒と熱交換することによって、ウエハ処理に適した所望の温度に調節される。冷媒流路３０３の形状としては、例えば、基材３０１の面方向に垂直な軸である中心軸に同心円状に配置されるものであってもよいし、らせん状に配置されるものであってもよい。

静電吸着膜３０２の上面には、複数の溝３０８が形成されている。また、伝熱ガス源３１０は、開閉するバルブ３０９を有する経路を介して、Ｈｅガス等の熱伝達性を有するガスを供給する。伝熱ガス源３１０から供給されたガスは、溝３０８に沿って拡散して、ウエハＷ裏面に到達する。溝３０８に充満したＨｅガスにより、冷媒流路３０３を通流する冷媒とウエハＷとの間で熱の伝達が促進され、ウエハＷの温度調節が効率的に行われる。また、静電吸着膜３０２の表面は、ポリイミド樹脂製のシートＳによって構成される。ポリイミド樹脂製のシートＳは、ポリイミドを含む樹脂材料から構成される膜である。ポリイミド樹脂は、低摩擦係数および耐摩耗性があり、絶縁性にも優れていることが一般的に知られている。ポリイミド樹脂製のシートＳには、ウエハが静電吸着された状態で加熱あるいは冷却による温度の変化が生じた場合でも、ウエハの膨張または収縮に起因してウエハの裏面に傷が生じることを防止する機能がある。なおシートＳの材料はこれに限定されず、適宜選択しうる。

図４は、静電吸着膜３０２を面方向に切断した場合の断面構造を示す。ここに示されるように、静電吸着膜３０２の内部には、複数の膜状の電極３０４および３０５が配置されている。電極３０４には直流電源３０６から直流電力が供給され、電極３０５には直流電源３０７から直流電力が供給される。電極３０４および３０５は、試料台１０３の面方向の中心軸を中心として多重の同心状に配置された複数本の円弧形状を有した腕の部分を備えて、一方の電極の腕が他方の電極の腕の間に挟まれた、所謂櫛歯状の配置の構成を備えている。なお、電極３０４および３０５の形状はこれに限定されない。静電吸着膜３０２内に均等に分布するように配置されるものであればよい。

（試料台における静電吸着）
次に、図５を用いて、試料台１０３においてウエハを静電吸着する過程を説明する。図５は、実施形態においてウエハが静電吸着される様子を模式的に示す縦断面図である。図５に示される試料台１０３は、図３に示される試料台１０３と同じものである。図５においては、理解をしやすくするため、図３に示される構成要件を省略し、また図３に示されていない構成要件をも示している。また、理解をしやすくするため、構成の大きさを変更して示している。

図５に示されるように、電極３０４には直流電源３０６から－電圧が印加され、電極３０５には直流電源３０７から＋電圧が印加される。電極３０４と電極３０５に異なる極性の電圧を印加することによって、電極３０４と電極３０５の間で双極型（ダイポール）電極が形成される。ウエハＷ中の＋イオンが－電圧の電極３０４に、－イオンが＋電圧の電極３０５に、それぞれ接近する。ウエハＷ中の＋イオンと電極３０４の間およびウエハＷ中の－イオンと電極３０５の間にそれぞれ静電気力が発生し、ウエハＷが試料台１０３に吸着される。

実施形態では、電極３０４には直流電源３０６から－１５００Ｖの電圧が印加され、他方の電極３０５には直流電源３０７から１５００Ｖの電圧が印加される。

また逆に、直流電源３０６により電極３０４に１５００Ｖの電圧が印加される場合は、直流電源３０７から電極３０５に－１５００Ｖの電圧が印加されるように調節されてもよい。実施形態では、直流電源３０６および３０７による電圧は±１５００Ｖで、一方の直流電源と他方の直流電源とから大きさが同じで極性が異なる電圧が印加されるように調節したが、これに限定されない。ウエハＷを静電吸着膜３０２上に吸着でき、ウエハＷの保持または着脱の際に位置ずれの生起やその量が許容範囲内のものにできるのであれば、±１５００Ｖ超えるまたはそれ以下の電圧を用いても、各電極に印加される電圧の絶対値が同じでなくともよい。また、電極３０４および３０５に同じ極性が付与されてもよい。

なお、プラズマ処理装置１００は、ウエハＷのエッチング処理が終了し静電吸着を解除した後にウエハＷを試料台１０３から離脱させるため、試料台１０３の内部から試料台１０３の上面方向に向かって延伸する複数（例えば３本）の押し上げピン３１３を備えている。ウエハＷの静電吸着が解除された後に、試料台１０３の内側に収納された状態の押し上げピン３１３が上方に移動してウエハＷを押し上げることによって、ウエハＷを試料台１０３から離脱させることができる。離脱したウエハＷは、ロボットアーム等の搬送機構によって保持されて、処理室１０４から搬出される。

［従来技術において発生する位置ずれの原因］
試料台１０３の上にウエハが載置されていないウエハレスの状態においてクリーニング等のプラズマ処理を実施した場合、ウエハの位置ずれの原因となる３つの事象が起こることが考えられる。このことを、図６を用いて説明する。図６は、従来技術において位置ずれが生じる場合を示す図である。

（荷電粒子に起因する事象）
１つ目の事象は、処理の際に発生する荷電粒子に起因するものである。ウエハレスの状態においてプラズマ処理をする場合、静電吸着膜３０２には、イオン等の荷電粒子が衝突することによるダメージが生じ、または反応生成物等の付着が生じる可能性がある。このような問題を回避するため、一般的には、ウエハレスのプラズマ処理中には、静電吸着膜３０２内の電極３０４および３０５に電力供給は行わない。このような場合、電源から電力供給が行われておらずまた電荷が流れやすい他の経路もないため、イオン等の荷電粒子が静電吸着膜３０２に付着した場合、図６に示されるように、静電吸着膜３０２の表面に負極の電荷として残留する。

このように残留電荷がある状態で、ウエハ処理がおこなわれる状況を仮定する。ウエハＷが処理室１０４を搬送されるとき、ウエハＷには、処理室に存在するガスとの摩擦による負極帯電が発生したり、処理室１０４に残留する電荷が付着したりする。このように帯電したウエハが、残留電荷のある静電吸着膜３０２に搬送される場合、ウエハの電荷と静電吸着膜３０２の電荷が反発し、ウエハが傾き、ウエハの位置ずれが発生する虞がある。また、帯電したウエハに静電吸着が行われる場合、ウエハの一部分に偏って静電吸着される虞がある。電極表面の一部分に偏って吸着してしまうと、ウエハを交換する時に位置ずれが発生しうる。

なお、発明者らの実験において、プラズマ処理装置１００を用いてウエハレスのプラズマ処理の前後および処理中の静電吸着膜３０２表面の電位を検出した結果、処理の前後で電位に変動が生じたことが判明した。このことからも、上述のように、ウエハレスのプラズマを用いた処理の工程において静電吸着膜３０２に電荷が存在すると想定される。

（分散板に起因する事象）
２つ目の事象は、分散板１０６に起因するものである。図６を参照しながら説明する。分散板１０６は、貫通孔２０１が配置されていない箇所ではイオン等の荷電粒子が処理室１０４に移動することを防止できるものの、貫通孔２０１が配置される箇所を通して荷電粒子の一部は放電室１０２から処理室１０４に流入する。流入した荷電粒子は、貫通孔の分布の性質上、静電吸着膜３０２の表面の外周部に相対的に多く付着する。

このように荷電粒子が付着した状態の試料台１０３にウエハＷを静電吸着させると、ウエハＷの裏面の一部分において局所的に大きな静電吸着力が働く片吸着が発生する虞がある。ウエハＷが片吸着した場合には、先行技術に示されるプラズマ処理後の除電工程を実施しても、静電吸着膜３０２内の電荷が十分に低減されず静電気力が残留してしまう。そのため、ウエハＷに残留吸着力が作用してウエハＷを試料台１０３から脱離させることが困難となり、脱離の際に大きな力が作用してウエハＷの損傷や位置ずれが生起する虞がある。

（ポリイミド樹脂製のシートに起因する事象）
３つ目の事象は、ポリイミド樹脂製のシートＳに起因するものである。静電吸着膜３０２のウエハ用の載置面は、ポリイミド樹脂製のシートＳによって構成される。ポリイミド樹脂のように絶縁性が高い物質は、電気を通しにくく荷電粒子が残留しやすい性質を持つことが一般的に知られている。そのため、先行技術に示される除電工程を実施するのみでは、電荷が十分に除去されない。

（ウエハ処理）
図７を用いて、残留した荷電粒子を除去する除電工程を含むウエハ処理を説明する。図７は、実施形態に係るウエハ処理方法を示すタイムチャートである。ここで、図７（ａ）は試料台１０３上のウエハＷの有無を示す。図７（ｂ）は、コイル１０８にプラズマ１０１１形成用の高周波電力を供給する高周波電源１１０の出力（パワー）を示す。図７（ｃ）は、電極３０４および３０５の電位を示す。図７（ｄ）は、ウエハＷまたは静電吸着膜３０２の表面の電位を示す。図７（ｅ）は、電極３０４とウエハＷの間の電位差または電極３０５とウエハＷの間の電位差を示す。

実施形態では、ウエハＷを試料台１０３上に載置する前に、静電吸着膜３０２に残留した荷電粒子を除去するウエハレスの除電工程を実施する点を有している。ウエハレスの除電工程は、ウエハを載置する試料台１０３の上面を覆う部材がない、所謂ウエハレスの状態で行われる。図７（ａ）に示されるように、ウエハレスの状態は時刻Ｔｐ０から時刻Ｔｐ２まで継続する。

また、ウエハレスの除電工程においてはウエハＷが存在しないため、ウエハＷと電極３０４およびウエハＷと電極３０５との間の電位差は測定できない。したがって、電位差を示す図７（ｅ）は、Ｔｐ０からＴｐ２の除電工程において電位は示されない。また、放電室１０２においてプラズマ１０１１が形成されている際には、発生するイオン等の荷電粒子は処理室１０４に進入して試料台１０３の静電吸着膜３０２の表面に付着する。したがって、図７（ｄ）の時刻Ｔｐ０から時刻Ｔｐ２までの間の電位は、静電吸着膜３０２の電位を示す。

＜ウエハレスの除電工程＞
実施形態において、試料台１０３にウエハを載置せずに試料台１０３に帯電した電荷を除去するウエハレスの除電工程が行われる。

まず、実施形態のウエハレスの除電工程において、除電用のプラズマを発生させる。除電用のプラズマを発生させるための除電用ガス（以下、「第１除電用ガス」ともいう。）として、例えば付着物と反応性を有するＳＦ_６等のガスやＡｒ等の不活性ガスが用いられる。このような除電用ガスには、静電吸着膜３０２を構成する物質であるポリイミド樹脂へのダメージが少ないものが選択される。なお、このようなガスは、除電効果だけでなく、処理室１０４に付着した反応生成物等を除去するクリーニング効果をも有するものが含まれる。

まず、時刻Ｔｐ０において、第１除電用ガスを用いてプラズマを発生させるプラズマ生成工程を行う。プラズマ生成工程は、放電室１０２において高周波電力を用いて第１除電用ガスからプラズマを発生させるものである。時刻Ｔｐ０において、図７（ｂ）に示されるように、高周波電源１１０からコイル１０８に高周波電力（以下、「第１高周波電力」ともいう。）を供給する。時刻Ｔｐ０時点では、事前に導入された第１除電用ガスが放電室１０２に存在する。

また、時刻Ｔｐ０において、試料台１０３の電極３０４および３０５に第１電力を供給する給電工程を行う。供給される第１電力として、直流電源３０６から電極３０４に１００Ｖが印加され、直流電源３０７から電極３０５に－１００Ｖが印加される。

ここで、図８を用いて、プラズマ１０１１から発生する荷電粒子の流れを説明する。図８は、プラズマからアースに至る電気回路を示す図である。破線が電荷の流れを示す。プラズマ１０１１において発生した荷電粒子は、静電吸着膜３０２、電極３０４または３０５、押し上げピン３１３、基材３０１を経由し、直流電源３０６または３０７に接続されたアースに到達する。また、プラズマ１０１１において発生した電荷は、押し上げピン３１３に直接付着し、基材３０１、直流電源３０６または３０７に接続されたアースに到達する。このようにして、静電吸着膜３０２に付着した荷電粒子は、アースへ到達すると想定される。このように、プラズマ１０１１において発生した荷電粒子がアースに向かう回路が形成されるため、静電吸着膜３０２の表面に付着した荷電粒子が除去されて、静電吸着膜３０２の表面の電位が概ね０Ｖになる。

その後、試料台１０３の電極に除電工程のための電力を供給する工程を行う。時刻Ｔｐ１において、図７（ｂ）に示されるようにプラズマ１０１１を生成するための高周波電力が遮断され、かつ電極３０４および３０５に供給される直流電力が０にされる。なお、時刻Ｔｐ１は、処理室１０４に残存している荷電粒子が消失する時刻を指す。このため時刻Ｔｐ１は、プラズマ１０１１のアフターグロー放電が消失するまでの期間ｔ１分だけ遅延させた時刻Ｔｐ２まで延長してもよい。

＜ウエハ処理工程＞
実施形態において、ウエハレスの除電工程の後に、試料台１０３に載置したウエハＷを静電吸着しウエハＷに処理を施すウエハ処理工程が行われる。ウエハ処理工程は、ウエハのエッチング処理工程と、ウエハ載置中の除電工程を含む。後述するように、ウエハ処理工程は、載置工程と静電吸着工程とプラズマエッチング工程を含み、ウエハ載置中の除電工程は、除電用プラズマ生成工程と、電位差低減工程を含む。

まず、試料台１０３にウエハＷを載置する載置工程を行う。時刻Ｔ０において、図７（ａ）に示されるように、ウエハＷが、ロボットアーム等の搬送機構によって処理室１０４に搬入され、試料台１０３に載置される。

その後、時刻Ｔ１において、試料台１０３の電極３０４および３０５に第２電力を供給してウエハＷを静電吸着させる静電吸着工程を行う。図７（ｃ）に示されるように、電極３０４および３０５に電圧が印加されてウエハＷが静電吸着膜３０２上に静電吸着される。供給される第２電力として、電極３０４に印加される電圧および電極３０５に印加される電圧は、極性が異なりかつ絶対値が等しくなるように調節される。前述のとおり、例えば、電極３０４には－１５００Ｖが印加され、電極３０５に１５００Ｖが印加される。

次に、放電室１０２に処理用ガスを供給し、第２高周波電力を用いて処理用ガスからプラズマを発生させるプラズマエッチング工程を行う。時刻Ｔ２において、図７（ｂ）に示されるように、高周波電源１１０からコイル１０８に第２高周波電力が供給される。これによって、放電室１０２に導入された処理ガスからエッチング用のプラズマ１０１１が生成される。分散板１０６を通過したラジカル等の反応性を有した粒子がウエハＷ表面の処理対象の膜層と反応し、プラズマエッチングが進行する。

ここで、図７（ｄ）に示されるように、イオン等の荷電粒子がウエハＷに付着し、ウエハＷが負極に帯電する。また、図７（ｅ）に示されるように、ウエハＷと電極３０５との間の電位差が増大し、ウエハＷと電極３０４との間の電位差が減少する。このように電位差に偏りが生じた状態においてウエハＷを脱離させる場合、ウエハＷと静電吸着膜３０２の間に残留する電荷によって静電吸着力が存在しており、ウエハＷの離脱が妨げられ、ウエハＷの位置ずれが生じる虞がある。

このような位置ずれを回避するため、実施形態ではエッチング処理工程の終了後に、ウエハ載置中の除電工程を行う。ウエハ載置中の除電工程は、放電室１０２に第２除電用ガスを供給し、第３高周波電力を用いて第２除電用ガスからプラズマを発生させる工程である。

まず、時刻Ｔ３において、図７（ｂ）に示されるように、高周波電源１１０からコイル１０８に供給する高周波電力を、エッチング処理中の第２高周波電力とは異なる高周波電力（以下、「第３高周波電力」という。）に変更する。また、放電室１０２に導入するガスは、処理ガスから、不活性ガス等のウエハＷに与える影響の小さい除電用ガス（以下、「第２除電用ガス」という。）に切り替えられる。このようにして、放電室１０２において、第３高周波電力を用いて第２除電用ガスから除電用のプラズマ１０１１を発生させる除電用プラズマ生成工程を行う。

次に、時刻Ｔ４において、試料台１０３の電極３０４および３０５がウエハＷの電位と等しい電位となるように、第２電力を供給する電位差低減工程を行う。図７（ｃ）に示されるように、供給される第２電力としての電極３０４および３０５に印加される電圧は、ウエハＷの電位と等しい－ΔＶである。例えば、ウエハＷの電位は、事前に求めていたものが用いることが可能である。また、時刻Ｔ３以降に除電用のプラズマ１０１１が発生した後に、ウエハＷの電位を測定してもよい。このようにすることで、時刻Ｔ４において、図７（ｅ）に示されるように、ウエハＷと電極３０４の間の電位差およびウエハＷと電極３０５との間の電位差が低減され、ウエハＷと静電吸着膜３０２の間の静電吸着力が解消される。

その後、時刻Ｔ５において、図７（ｂ）に示されるように、高周波電源１１０から供給されるプラズマ１０１１生成のための高周波電力の供給が停止される。

時刻Ｔ５から所定の時間ｔ２だけ経過した時刻Ｔ６は、処理室１０４に残存している荷電粒子が消失した時刻を表している。ここで、所定の時間ｔ２は、除電用のプラズマ１０１１のアフターグロー放電が消失するまでの時間としてもよい。時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの間、ウエハＷの電位は、静電吸着膜３０２の抵抗値が十分に大きい場合、図７（ｄ）に示されるように、時刻Ｔ３から始まる除電のためのプラズマ処理中の値－ΔＶが、そのまま維持される。

また、図７（ｃ）に示されるように、電極３０４および３０５の電位も時刻Ｔ４から変更されていない。ウエハＷと電極３０４も間の電位差およびウエハＷと電極３０５との間の電位差についても、図７（ｅ）に示されるように時刻Ｔ４から０Ｖのままであり、ウエハＷと静電吸着膜３０２との間の静電吸着力も発生しない。続く時刻Ｔ６において、図７（ｃ）に示されるように、電極３０４および３０５に印加する電圧は０Ｖにする。その際、電極３０４および３０５の電位が変化するが、ウエハＷの電位も電極３０４および３０５の電位の変化に追従して変化し、概ね０Ｖとなる。

そのため、図７（ｅ）に示されるように、Ｔ６以降についてもウエハＷと電極３０４の間の電位差およびウエハＷと電極３０５との間の電位差は、概ね０Ｖが維持される。すなわち、ウエハＷと電極３０４の間の静電吸着力およびウエハＷと電極３０５の間の静電吸着力が解消された状態で、電極３０４および３０５の電位を０Ｖとすることができる。時刻Ｔ７において、ウエハＷは押し上げピン３１３によって試料台１０３から離脱され、処理室１０４の外部へ搬出される。

（作用・効果）
上述のウエハレスの除電工程を行うことによって、プラズマ処理後の静電吸着膜３０２を除電することができ、試料台１０３にウエハを載置し静電吸着をする際の位置ずれを抑制することができる。また、所定のプラズマ処理後の除電工程を行うことによって、試料台１０３からウエハＷを離脱する際の位置ずれを抑制することができる。また、ウエハ処理中に発生するウエハの位置ずれを抑制することによって、ウエハ処理の効率や歩留まりを向上させることができる。

なお、第１電力、第２電力、第１高周波電力、第２高周波電力、第３高周波電力、は、製造条件や処理の目的に合わせて、適宜設定しうる。第１除電用ガス及び第２除電用ガスについても、同じ種類のガスを用いることも可能であるし、異なる種類のガスを用いることも可能である。また、タイムチャートにおける時刻の大きさについても、適宜設定しうる。

［変形例］
放電室１０２に形成したプラズマ１０１１を処理室１０４に導入して行う処理の工程中に、電極３０４および３０５に電圧を印加する場合、プラズマ１０１１を形成するために導入されるガスの種類によっては、静電吸着膜３０２にイオン等の荷電粒子が誘引されて静電吸着膜３０２にダメージが発生する虞がある。例えば、プラズマを用いて反応生成物を除去するプラズマクリーニングを行う場合、このような問題が発生しうる。これを解決するための、ダメージを低減する除電工程について次に説明する。

図９は、実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法を示すタイミングチャートである。図９（ａ）は、試料台１０３上のウエハＷの有無を示す。図９（ｂ）は、コイル１０８にプラズマ１０１１形成用の高周波電力を供給する高周波電源１１０の出力（パワー）を示す。図９（ｃ）は、静電吸着用の電極３０４および３０５の電位を示す。図９（ｄ）は、ウエハＷまたは静電吸着膜３０２表面の電位を示す。図９（ｅ）は、電極３０４とウエハＷの間の電位差および電極３０５とウエハＷとの間の電位差を示す。

変形例は、クリーニング後の除電工程を行う点で、実施形態と相違する。特に、図９（ｂ）と図９（ｃ）と図９（ｄ）に違いが表れる。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

まず、放電室１０２および処理室１０４をクリーニングする工程がウエハレスで実施される。時刻Ｔｃ０において、高周波電源１１０からコイル１０８に高周波電力（以下、「第４高周波電力」ともいう。）を供給する。時刻Ｔｃ０時点では、クリーニング用ガスが放電室１０２に導入されている。クリーニング用ガスとしては、例えばＳＦ_６ガス及びＡｒガス等のポリイミド樹脂へのダメージが少ないガスが選択される。このようにして、クリーニングを実施するためのプラズマ１０１１が生成される。

プラズマ１０１１におけるイオン等の荷電粒子は、分散板１０６の貫通孔２０１を通して処理室１０４に進入し、試料台１０３の静電吸着膜３０２に付着する。このため、図９（ｄ）に示されるように、静電吸着膜３０２の電位が変動する。このままの状態で処理予定のウエハＷを試料台１０３に載置する場合、先行技術と同様に、静電吸着膜３０２とウエハＷとの電位差に起因するウエハの位置ずれが発生する。そこで、変形例においては、クリーニング後の除電工程が行われる。

静電吸着膜３０２の電荷を低減するクリーニング後の除電工程について説明する。まず、時刻Ｔｃ１において、除電用のプラズマ１０１１を発生させる。図９（ｂ）に示されるように、高周波電源１１０からコイル１０８に供給される高周波電力を、クリーニング中の第４高周波電力とは異なる高周波電力（以下、「第５高周波電力」ともいう。）に変更する。第５高周波電力は、例えば１０００Ｗである。また、放電室１０２に導入するガスは、クリーニング用のガスから、Ａｒガス等の不活性ガス等の除電用ガス（以下、「第３除電用ガス」ともいう。）に切り替えられる。このようにして、放電室１０２において、第５高周波電力を用いて第３除電用ガスから除電用のプラズマ１０１１を発生させる除電用プラズマ生成処置を行う。

また、時刻Ｔｃ１において、図９（ｃ）に示されるように、試料台１０３の電極３０４および３０５に第３電力を供給する残留電荷除去工程を行う。供給される第３電力として、例えば、直流電源３０６から電極３０４に１００Ｖが印加され、直流電源３０７から電極３０５に－１００Ｖが印加される。これらの電圧は、ウエハＷを静電吸着するときに印加する電圧よりも小さくされている。

高周波電力を変更して除電用のプラズマを生成する時刻と、電極３０４および３０５へ電圧を印加する時刻は、同時刻に限定されない。図９（ｂ）に示されるように、除電用のプラズマ１０１１が形成される時刻Ｔｃ１と時刻Ｔｃ２間の時間ｔ _ａ 内において電極３０４および３０５へ電圧の印加を開始してもよい。また、電極３０４および３０５への電圧の印加後に、高周波電力を変更して除電用のプラズマ１０１１を生成してもよい。いずれの場合でも、除電用のプラズマ１０１１が生成される期間と電極３０４および３０５へ電圧が印加される期間が少なくとも重複する必要があり、変形例では１秒以上、期間を重複させる。このようにすることで、プラズマ１０１１と静電吸着膜３０２との間に図８に示されるように電気的な回路が形成され、静電吸着膜３０２表面の荷電粒子が除去され、静電吸着膜３０２内の表面の電位が概ね０Ｖになる。

その後、時刻Ｔｃ２において、図９（ｂ）に示されるように高周波電源１１０からコイル１０８への電力供給が停止される。また、図９（ｃ）に示されるように、電極３０４および３０５に印加される電圧が０Ｖにされる。時刻Ｔｃ１から時刻Ｔｃ２までの間は、実施形態と同様に、処理室１０４に残存している荷電粒子が十分に取り除かれる期間であり、除電用のプラズマ１０１１のアフターグロー放電が消失するまでの時間ｔ _ｂ 分だけ延長してもよい。

時間ｔ _ｂ が経過した後の時刻Ｔｃ３において、クリーニング後の除電工程が終了する。その後、ウエハＷが処理室１０４に搬送されて、所定のウエハ処理工程が実施される。ウエハ処理工程は、実施形態と同じである。

（作用・効果）
上記のようなクリーニング後の除電工程を行うことで、ウエハレスのクリーニング工程において静電吸着膜３０２に残留する電荷を除去することができる。したがって、ウエハＷが試料台１０３に対して着脱される際の位置ずれを抑制することができる。なお、このような除電工程は、クリーニング工程後に限定されない。クリーニング以外のウエハレスでのプラズマ処理においても、静電吸着膜３０２に残留する電荷を除去するために、適用しうる。

なお、第４高周波電力、第５高周波電力、第３除電用ガス、第３電力については、実施形態の場合と同様に、製造条件や処理の目的に合わせて、適宜設定しうる。また、タイムチャートにおける時刻の大きさについても、適宜設定しうる。

また、発明者らは、静電吸着膜３０２の電荷を低減する除電工程において、電極３０４および３０５へ印加される電圧および電圧の印加時間と除電の効果の関係について実験をし、検討した。高周波電源１１０のパワーを１０００Ｗにして、電極３０４および３０５に印加する電圧を±１００Ｖ～±５００Ｖの範囲の値に設定して実施した実験の結果、静電吸着膜３０２は充分に除電され、ウエハＷが試料台１０３に着脱される際の位置ずれが抑制されることを確認した。また、電極３０４および３０５に印加する電圧を±１００Ｖ以上にした場合は、１秒以上、除電用のプラズマ１０１１を生成して除電工程を実施することで、上記位置ずれが抑制されることを確認した。

また、上記の実施形態および変形例では、電極３０４および３０５に印加する電圧の極性は、各々で異なるものにされているが、同じ極性にしても同様に除電の作用を奏する事ができる。その際、十分な除電の効果を得るために、高周波電源１１０の出力を変更してもよく、他の絶縁性の高い材料から構成された静電吸着膜３０２を用いても良い。さらに、これらの変更に応じて、電極３０４および３０５に印加する電圧の値や工程の時間を適切に変更することができる。

また、上記の実施形態および変形例は、誘導結合型のプラズマ１０１１が形成されたが、本発明はプラズマの生成方法の如何にかかわらず適用可能である。例えば、ヘリコン波プラズマ処理装置、マイクロ波を用いたＥＣＲプラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置等に本発明は適用可能である。

１００・・・プラズマ処理装置
１０１・・・真空容器
１０２・・・放電室
１０３・・・試料台
１０４・・・処理室
１０５・・・ＩＲランプユニット
１０６・・・分散板
１０７・・・誘電体チャンバ
１０８・・・コイル
１０９・・・整合器
１１０・・・高周波電源
２０１・・・貫通孔
３０１、３０１ａ・・基材
３０２、３０２ａ・・静電吸着膜
３０３・・・冷媒流路
３０４、３０５・・・電極
３０６、３０７・・・直流電源
３０８・・・溝
３０９・・・バルブ
３１０・・・伝熱ガス源
３１１・・・サセプタリング
３１２・・・チラー
３１３・・・押し上げピン
１０１１・・・プラズマ
１０１２・・・天板
１０１２１・・・ガス分散板
１０１４・・・マスフローコントローラ
１０１５・・・真空ポンプ
１０１６・・・調圧バルブ
１０１７・・・ＩＲランプ
１０１８・・・反射板
１０１９・・・ＩＲ光透過窓

Claims (5)

1. 内部に処理対象のウエハが配置される処理室と、この処理室内に配置され前記ウエハを静電吸着可能な電極を有する試料台と、前記処理室の前記試料台の上方で前記試料台と対向して配置され処理用のガスの粒子が当該処理室内に流入する貫通孔を備えた分散板とを備えた処理装置において、
   前記分散板は外周部にリング状に配置された複数の前記貫通孔を備え、
   前記試料台にウエハを載置せずに前記分散板の前記貫通孔を通して前記処理室内に荷電粒子を供給して前記試料台に帯電した電荷を除去するウエハレスの除電工程と、
   前記ウエハレスの除電工程の後に、前記試料台に載置したウエハを静電吸着し、前記ウエハに処理を施すウエハ処理工程と、
   を含むウエハ処理方法。
2. 前記ウエハレスの除電工程は、
   第１除電用ガスを用いてプラズマを発生させるプラズマ生成工程と、
   前記試料台の前記電極に第１電力を供給する給電工程と、
   を含む、請求項１に記載のウエハ処理方法。
3. 前記プラズマ生成工程は、第１高周波電力を用いて第１除電用ガスからプラズマを発生させる、請求項２に記載のウエハ処理方法。
4. 前記ウエハ処理工程は、エッチング処理工程とウエハ載置中の除電工程を含み、
   前記エッチング処理工程は、
   前記試料台にウエハを載置する載置工程と、
   前記試料台の前記電極に第２電力を供給して前記ウエハを静電吸着させる静電吸着工程と、
   第２高周波電力を用いて処理用ガスからプラズマを発生させるプラズマエッチング工程と、を含み、
   前記ウエハ載置中の除電工程は、
   第３高周波電力を用いて第２除電用ガスからプラズマを発生させる除電用プラズマ生成工程と、
   前記試料台の前記電極が前記ウエハの電位と等しい電位となるように、前記電極に第２電力を供給する電位差低減工程と、
   を含む請求項３に記載のウエハ処理方法。
5. 前記第１除電用ガスは、不活性ガスを含む請求項２に記載のウエハ処理方法。

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