JP6781320B2 - 静電吸着方法、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、静電吸着方法、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。

従来、基板処理装置では、基板をプラズマ処理する場合、静電チャックを用いて静電力により基板を吸着する。静電チャック上には、基板が載置される領域を囲むようにフォーカスリングが設置される。

ところで、基板処理装置では、基板をプラズマ処理するためのプラズマが生成される場合、プラズマによってフォーカスリングの温度が上昇するので、温度上昇を抑えるためにフォーカスリングと静電チャックとで挟まれる空間に熱媒体を供給することが知られている。フォーカスリングと、静電チャックとで挟まれる空間に熱媒体が供給されることによって、熱媒体を介してフォーカスリングの熱が静電チャック側へ逃がされる。

ただし、フォーカスリングと、静電チャックとで挟まれる空間の密閉性が確保されていない場合、空間に供給される熱媒体が外部に漏れ、フォーカスリングと、静電チャックとの間の熱伝達性が損なわれてしまう。このため、フォーカスリングと、静電チャックとの間の密閉性が確保されることが望ましい。

この点、静電チャックの内部の、フォーカスリングに対応する領域に電極を設け、電極に電圧を印加することによって、静電チャックにフォーカスリングを吸着させる技術がある。

特許第４９１３３１３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、フォーカスリングと静電チャックとで挟まれる空間に供給される熱媒体のリーク量が増大するという問題がある。

すなわち、上述した従来技術では、基板をプラズマ処理するためのプラズマが生成される期間以外の他の期間において、フォーカスリングが静電チャックに吸着されないため、フォーカスリングと、静電チャックとの間の位置ずれが発生する可能性がある。フォーカスリングと、静電チャックとの間の位置ずれが発生すると、フォーカスリングと、静電チャックとで挟まれる空間の密閉性が損なわれ、空間に供給される熱媒体が外部に漏れ出てしまう。結果として、上述した従来技術では、フォーカスリングと静電チャックとで挟まれる空間に供給される熱媒体のリーク量が増大する恐れがある。

本発明の一側面に係る静電吸着方法は、基板を載置するための静電チャックと、前記基板が載置される領域を囲むように前記静電チャック上に設けられたフォーカスリングと、前記静電チャックと前記フォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、前記静電チャック内部の、前記フォーカスリングに対応する領域に設けられた複数の電極と、を備えたプラズマ処理装置を用いた静電吸着方法であって、プラズマが生成される期間において、前記空間に前記熱媒体を供給する工程と、前記プラズマが生成される期間以外の期間において、前記複数の電極間に電位差を生じさせることにより前記フォーカスリングを吸着する工程と、を含む

本発明の種々の側面及び実施形態によれば、フォーカスリングと静電チャックとで挟まれる空間に供給される熱媒体のリーク量の増大を抑えることができる静電吸着方法、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置が実現される。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、電極板の設置態様の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態の静電吸着処理のタイムチャートの一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態における静電チャックとフォーカスリングとで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量を比較した実験の結果の一例を示す図である。 図５は、第２の実施形態の静電吸着処理のタイムチャートの一例を示す図である。 図６Ａは、第２の実施形態における静電チャックとフォーカスリングとで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量を比較した実験の結果の一例を示す図である。 図６Ｂは、第２の実施形態における静電チャックとフォーカスリングとで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量を比較した実験の結果の一例を示す図である。 図７は、複数の電極の配置例（その１）を説明するための図である。 図８Ａは、複数の電極の配置例（その２）を説明するための図である。 図８Ｂは、複数の電極の配置例（その２）を説明するための図である。 図９は、複数の電極の配置例（その３）を説明するための図である。

開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、基板が載置される静電チャックと、基板が載置される領域を囲んで静電チャック上に設けられたフォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、静電チャック内部の、フォーカスリングに対応する領域に設けられ、静電チャックにフォーカスリングを吸着するための電圧が印加される複数の電極とを備えた基板処理装置を用いた静電吸着方法であって、基板をプラズマ処理するためのプラズマが生成される期間であるプラズマ処理期間において供給部によって空間に熱媒体を供給し、プラズマ処理期間以外の他の期間において、空間に熱媒体が供給されない状態で、フォーカスリングを吸着する複数の電極に互いに異なる電圧を印加する。

また、開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、複数の電極のうち、フォーカスリングの内周側に配置された電極と、フォーカスリングの外周側に配置された電極との間に電位差が生じるように、電圧を印加する。

また、開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、複数の電極のうち、フォーカスリングの内周側に配置された電極に、所定の極性を有する電圧を印加し、フォーカスリングの外周側に配置された電極に、所定の極性とは反対の極性を有する電圧を印加する。

また、開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、プラズマ処理期間以外の他の期間として、処理容器内へ基板が搬入されている期間及び処理容器外へ基板が搬出されている期間において、電位差が生じるように、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する。

複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、プラズマを生成する高周波電力として０〜２０００Ｗを印加する弱プラズマ処理条件下で、電位差が生じるように、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する。

また、開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、熱媒体を供給する処理は、処理容器外へ基板が搬出されてから、処理容器内へ次の基板が搬入されるまでの期間であって、処理容器内をクリーニングするためのプラズマが生成される期間であるクリーニング期間において、供給部によって空間に熱媒体をさらに供給し、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、プラズマ処理期間以外の他の期間として、クリーニング期間において、空間に熱媒体が供給された状態で、電位差が生じるように、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する。

また、開示する静電吸着方法は、１つの実施形態において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理は、プラズマ処理期間以外の他の期間として、基板処理装置の稼働が停止されている期間において、電位差が生じるように、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する。

また、開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、基板が載置される静電チャックと、基板が載置される領域を囲んで静電チャック上に設けられたフォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、静電チャック内部の、フォーカスリングに対応する領域に設けられ、静電チャックにフォーカスリングを吸着するための電圧が印加される複数の電極と、基板をプラズマ処理するためのプラズマが生成される期間であるプラズマ処理期間において供給部によって空間に熱媒体を供給し、プラズマ処理期間以外の他の期間において、空間に熱媒体が供給されない状態で、フォーカスリングを吸着する複数の電極に互いに異なる電圧を印加する処理を実行する制御部とを備えた。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、本願の開示する基板処理装置がＲＩＥ（Reactive Ion Etching）型のプラズマ処理装置である例について説明するが、基板処理装置は、表面波プラズマを利用したプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等に適用されてもよい。

図１において、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置として構成されるプラズマ処理装置は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の保安接地された円筒型の処理容器１０を有し、該処理容器１０内に、被処理体（基板）としてのウエハＷを載置する円板状のサセプタ（下部電極）１１が配設されている。このサセプタ１１は、例えば、アルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材１２を介して処理容器１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。

処理容器１０の側壁と筒状支持部１３との間には排気路１４が形成され、この排気路１４の入口又は途中に環状のバッフル板１５が配設されると共に、底部に排気口１６が設けられ、該排気口１６に排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。ここで、排気装置１８は、真空ポンプを有し、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下「ＡＰＣ」という）（不図示）を有し、該ＡＰＣは自動的に処理容器１０内の圧力制御を行う。さらに、処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。

サセプタ１１には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源２１が整合器２２および給電棒２３を介して電気的に接続されている。この高周波電源２１は、所定の高周波、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１１に印加する。また、処理容器１０の天井部には、後述する接地電位の上部電極としてのシャワーヘッド２４が配設されている。これにより、高周波電源２１からの高周波電圧がサセプタ１１とシャワーヘッド２４との間に印加される。

サセプタ１１の上面にはウエハＷを静電吸着力で吸着する静電チャック２５が配設されている。この静電チャック２５は、ウエハＷが載置される円板状の中心部２５ａと、環状の外周部２５ｂとからなり、中心部２５ａは外周部２５ｂに対して図中上方に突出している。外周部２５ｂの上面には、中心部２５ａを環状に囲むフォーカスリング３０が載置されている。また、中心部２５ａは、導電膜からなる電極板２５ｃを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。外周部２５ｂは、導電膜からなる電極板２５ｄを一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている。電極板２５ｄには直流電源２８−１，２８−２がスイッチ２９−１，２９−２を介して電気的に接続されている。そして、静電チャック２５は、直流電源２６から電極板２５ｃに印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にウエハＷを吸着保持する。また、静電チャック２５は、直流電源２８−１，２８−２から電極板２５ｄに印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック２５にフォーカスリング３０を吸着保持する。なお、電極板２５ｄの設置態様についての詳細は、後述する。

また、サセプタ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。この冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３，３４を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック２５上のウエハＷの処理温度を制御する。

また、静電チャック２５には、ガス供給ライン３６を介して伝熱ガス供給部３５が接続されている。ガス供給ライン３６は、静電チャック２５の中心部２５ａに至るウエハ側ライン３６ａと、静電チャック２５の外周部２５ｂに至るフォーカスリング側ライン３６ｂとに分岐されている。伝熱ガス供給部３５は、ウエハ側ライン３６ａを用いて、静電チャック２５の中心部２５ａと、ウエハＷとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。例えば、また、伝熱ガス供給部３５は、フォーカスリング側ライン３６ｂを用いて、静電チャック２５の外周部２５ｂと、フォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Ｈｅガス等が好適に用いられる。伝熱ガスは、熱媒体の一例に相当し、伝熱ガス供給部３５は、熱媒体を供給する供給部の一例に相当する。

天井部のシャワーヘッド２４は、多数のガス通気孔３７ａを有する下面の電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。また、該電極支持体３８の内部にバッファ室３９が設けられ、このバッファ室３９のガス導入口３８ａには処理ガス供給部４０からのガス供給配管４１が接続されている。また、処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。

このプラズマ処理装置の各構成要素、例えば、排気装置１８、高周波電源２１、静電チャック用のスイッチ２７，２９−１，２９−２、直流電源２６，２８−１，２８−２、チラーユニット３２、伝熱ガス供給部３５および処理ガス供給部４０等は、制御部４３に接続されている。制御部４３は、プラズマ処理装置の各構成要素を制御する。

制御部４３は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）、及びメモリといった記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して実行することで、プラズマ処理装置において所望の処理を実行する。例えば、制御部４３は、フォーカスリング３０を静電吸着するための静電吸着処理を行う。なお、制御部４３によって実行される静電吸着処理の詳細は、後述する。

このプラズマ処理装置の処理容器１０内では、磁石４２によって一方向に向かう水平磁界が形成されると共に、サセプタ１１とシャワーヘッド２４との間に印加された高周波電圧によって鉛直方向のＲＦ電界が形成され、これにより、処理容器１０内において処理ガスを介したマグネトロン放電が行われ、サセプタ１１の表面近傍において処理ガスから高密度のプラズマが生成される。

このプラズマ処理装置では、ドライエッチング処理の際、先ずゲートバルブ２０を開状態にして加工対象のウエハＷを処理容器１０内に搬入し、静電チャック２５の上に載置する。そして、処理ガス供給部４０より処理ガス（例えば、所定の流量比率のＣ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比で処理容器１０内に導入し、排気装置１８等により処理容器１０内の圧力を所定値にする。さらに、高周波電源２１より高周波電力をサセプタ１１に供給し、直流電源２６より直流電圧を静電チャック２５の電極板２５ｃに印加して、ウエハＷを静電チャック２５上に吸着する。そして、シャワーヘッド２４より吐出された処理ガスは上述したようにプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの表面がエッチングされる。

このプラズマ処理装置では、サセプタ１１に対して従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、処理ガスを好ましい解離状態まで解離させる。解離された処理ガスはプラズマとなるため、低圧の条件下でも高密度プラズマを生成できる。この高密度プラズマは低ダメージの酸化・窒化処理の実現を可能にし、半導体デバイスの高性能化、低消費電力化に大きく寄与する。すなわち、プラズマ中の高エネルギー粒子や、該高エネルギー粒子の衝突等によって処理室の内壁等から放出された金属原子によるウエハＷの損傷や汚染等を防止できるため、高品位の絶縁膜形成が要求されるゲート形成工程へのプラズマ処理の適用が可能となり、それ故、本実施の形態に係るプラズマ処理装置はウエハＷの加工微細化の進展によって発生するであろう技術的課題に対応することができる。

次に、図１に示した電極板２５ｄの設置態様について説明する。図２は、電極板２５ｄの設置態様の一例を示す図である。図２に示すように、電極板２５ｄは、静電チャック２５の外周部２５ｂの内部の、フォーカスリング３０に対応する領域に設けられている。電極板２５ｄは、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２を有する。

内周側電極板２５ｄ−１は、フォーカスリング３０の内周側に環状に配置されている。内周側電極板２５ｄ−１は、スイッチ２９−１を介して直流電源２８−１に電気的に接続されている。内周側電極板２５ｄ−１には、直流電源２８−１から、静電チャック２５にフォーカスリング３０を吸着するための正の電圧又は負の電圧が選択的に印加される。直流電源２８−１から内周側電極板２５ｄ−１に印加される電圧が有する極性の切り換えは、制御部４３によって行われる。

外周側電極板２５ｄ−２は、フォーカスリング３０の外周側に環状に配置されている。外周側電極板２５ｄ−２は、スイッチ２９−２を介して直流電源２８−２に電気的に接続されている。外周側電極板２５ｄ−２には、直流電源２８−２から、静電チャック２５にフォーカスリング３０を吸着するための正の電圧又は負の電圧が選択的に印加される。直流電源２８−２から外周側電極板２５ｄ−２に印加される電圧が有する極性の切り換えは、制御部４３によって行われる。

次に、第１の実施形態の制御部４３によって実行される静電吸着処理について説明する。図３は、第１の実施形態の静電吸着処理のタイムチャートの一例を示す図である。

図３において、「ＷＡＦ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の中心部２５ａにウエハＷを吸着するための、電極板２５ｃに印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「ＦＲ−Ａ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の外周部２５ｂにフォーカスリング３０を吸着するための、内周側電極板２５ｄ−１に印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「ＦＲ−Ｂ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の外周部２５ｂにフォーカスリング３０を吸着するための、外周側電極板２５ｄ−２に印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「Ｈｅ供給」は、伝熱ガス供給部３５から静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスとして供給されるＨｅガスの供給状態の変化を示すタイムチャートである。

また、図３において、「プラズマ処理期間」は、ウエハＷをプラズマ処理するためのプラズマが形成される期間（以下「プラズマ処理期間」という）を示している。「搬入」は、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間を示している。「搬出」は、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間を示している。

第１の実施形態の静電吸着処理では、制御部４３は、プラズマ処理期間において、伝熱ガス供給部３５から静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスを供給する。そして、制御部４３は、プラズマ処理期間以外の他の期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスが供給されない状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。

すなわち、制御部４３は、図３に示すように、プラズマ処理期間以外の他の期間として、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間において、伝熱ガス供給部３５によって静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスを供給しない。そして、制御部４３は、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスが供給されない状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。具体的には、制御部４３は、直流電源２８−１を用いて、内周側電極板２５ｄ−１に所定の極性を有する電圧を印加し、直流電源２８−２を用いて、外周側電極板２５ｄ−２に所定の極性とは反対の極性を有する電圧を印加する。図３の例では、制御部４３は、内周側電極板２５ｄ−１に正の電圧である２５００Ｖを印加し、かつ、外周側電極板２５ｄ−２に負の電圧である−２５００Ｖを印加して、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差を生じさせる。これにより、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。その結果、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。

なお、制御部４３は、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間において、電極板２５ｃへの電圧の印加を停止する。

続いて、制御部４３は、直流電源２８−１を用いて、内周側電極板２５ｄ−１に正の電圧を印加し、直流電源２８−２を用いて、外周側電極板２５ｄ−２に正の電圧を印加する。図３の例では、制御部４３は、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に正の電圧である２５００Ｖを印加して、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２と、プラズマを通じて接地電位に設定されたフォーカスリング３０との間に電位差を生じさせる。これにより、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２と、プラズマを通じて接地電位に設定されたフォーカスリング３０との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。この後、プラズマ処理期間において、伝熱ガス供給部３５によって静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスを供給する。処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保されているので、プラズマ処理期間において、伝熱ガス供給部３５から供給される伝熱ガスの漏洩が抑制される。

なお、制御部４３は、プラズマ処理期間において、電極板２５ｃに電圧を印加して静電チャック２５に静電力を発生させ、処理容器１０内へ搬入されたウエハＷを静電チャック２５上に吸着する。

続いて、制御部４３は、プラズマ処理期間以外の他の期間として、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間において、伝熱ガス供給部３５によって静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスを供給しない。そして、制御部４３は、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスが供給されない状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。具体的には、制御部４３は、直流電源２８−１を用いて、内周側電極板２５ｄ−１に所定の極性を有する電圧を印加し、直流電源２８−２を用いて、外周側電極板２５ｄ−２に所定の極性とは反対の極性を有する電圧を印加する。図３の例では、制御部４３は、内周側電極板２５ｄ−１に正の電圧である２５００Ｖを印加し、かつ、外周側電極板２５ｄ−２に負の電圧である−２５００Ｖを印加して、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差を生じさせる。これにより、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。その結果、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。

なお、制御部４３は、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間において、電極板２５ｃへの電圧の印加を停止する。

以上、第１の実施形態の基板処理装置では、プラズマ処理期間以外の他の期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスが供給されない状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。これにより、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。このため、プラズマ処理期間以外の他の期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。その結果、プラズマ処理期間において、フォーカスリング３０と静電チャック２５とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができる。

図４は、第１の実施形態における静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量を比較した実験の結果の一例を示す図である。図４において、縦軸は、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスとして供給されるＨｅガスのリーク量（ｓｃｃｍ）を示し、横軸は、プラズマ処理期間において実行されるプラズマ処理プロセスに対応する実行回数を示している。なお、図４の実験では、最初のプラズマ処理期間において１回目のプラズマ処理プロセスが実行された後、ウエハＷの搬入出が実行され、次のプラズマ処理期間において、２回目のプラズマ処理プロセスが実行されるものとする。また、２回目のプラズマ処理プロセスと、１回目のプラズマ処理プロセスとは、同一の処理条件を用いるものとする。

また、図４の実験では、比較例１として、プラズマ処理期間以外の他の期間において、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いずに、プラズマ処理プロセスを実行した。また、実施例１として、プラズマ処理期間以外の他の期間において、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いて、プラズマ処理プロセスを実行した。

図４に示すように、比較例１では、１回目のプラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量と比較して、２回目のプラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量が約５ｓｃｃｍだけ増大した。

これに対して、実施例１では、１回目のプラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量と比較して、２回目のプラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量が約１ｓｃｃｍだけ増大した。すなわち、プラズマ処理期間以外の他の期間において、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いた実施例１では、フォーカスリング３０と静電チャック２５とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができた。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、プラズマ処理期間以外の他の期間において複数の電極に互いに異なる電圧を印加し、プラズマ処理期間において静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する例を説明した。しかしながら、開示の技術はこれには限られない。例えば、プラズマ処理期間においても所定の位置に配置された複数の電極に互いに異なる電圧を印加し、フォーカスリング３０を静電チャック２５に吸着させることで伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができる。具体的には、処理容器１０内をクリーニングするためのプラズマが生成される期間であるクリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する場合が想定される。この場合、クリーニング期間において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加してもよい。そこで、第２の実施形態では、クリーニング期間において、複数の電極に互いに異なる電圧を印加する例を説明する。なお、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成と同様であるので、ここでは、その説明を省略する。

図５は、第２の実施形態の静電吸着処理のタイムチャートの一例を示す図である。

図５において、「ＷＡＦ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の中心部２５ａにウエハＷを吸着するための、電極板２５ｃに印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「ＦＲ−Ａ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の外周部２５ｂにフォーカスリング３０を吸着するための、内周側電極板２５ｄ−１に印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「ＦＲ−Ｂ−ＨＶ（Ｖ）」は、静電チャック２５の外周部２５ｂにフォーカスリング３０を吸着するための、外周側電極板２５ｄ−２に印加される電圧の変化を示すタイムチャートである。また、「Ｈｅ供給」は、伝熱ガス供給部３５から静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスとして供給されるＨｅガスの供給状態の変化を示すタイムチャートである。

また、図５において、「プラズマ処理期間」は、ウエハＷをプラズマ処理するためのプラズマが形成される期間（以下「プラズマ処理期間」という）を示している。「搬入」は、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間を示している。「搬出」は、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間を示している。「ＷＬＤＣ」は、処理容器１０外へウエハＷが搬出されてから、処理容器１０内へ次のウエハＷが搬入されるまでの期間であって、処理容器１０内をクリーニングするためのプラズマが生成される期間（以下「クリーニング期間」という）を示している。

第２の実施形態の静電吸着処理は、以下に説明する点を除き、基本的には第１の実施形態の静電吸着処理と同様である。このため、以下の説明では、第１の実施形態の静電吸着処理と共通の処理の説明を省略する。

すなわち、制御部４３は、図５に示すように、クリーニング期間において、伝熱ガス供給部３５によって、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスをさらに供給する。そして、制御部４３は、クリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれた空間に伝熱ガスが供給された状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。具体的には、制御部４３は、直流電源２８−１を用いて、内周側電極板２５ｄ−１に所定の極性を有する電圧を印加し、直流電源２８−２を用いて、外周側電極板２５ｄ−２に所定の極性とは反対の極性を有する電圧を印加する。図５の例では、制御部４３は、内周側電極板２５ｄ−１に正の電圧である２５００Ｖを印加し、かつ、外周側電極板２５ｄ−２に負の電圧である−２５００Ｖを印加して、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差を生じさせる。これにより、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。その結果、クリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。

ここで、クリーニング期間において生成されるプラズマの電子密度は、プラズマ処理期間において生成されるプラズマの電子密度と比較して、低く、クリーニング期間において、フォーカスリング３０は、プラズマを通じて接地電位に設定されにくい場合がある。そのため、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じないとすれば、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２と、フォーカスリング３０との間に電位差が発生せず、フォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着されない恐れがある。

これに対し、本実施形態の制御部４３は、クリーニング期間において、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極２５ｄ−１及び外周側電極２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。そのため、クリーニング期間においてフォーカスリング３０がプラズマを通じて接地電位に設定されにくい場合であっても、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力によって、フォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。これにより、クリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。

以上、第２の実施形態の基板処理装置では、プラズマ処理期間以外の他の期間として、クリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスが供給された状態で、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する。これにより、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間の電位差に応じた静電力が発生し、発生した静電力によってフォーカスリング３０が静電チャック２５に吸着される。このため、クリーニング期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。その結果、プラズマ処理期間において、フォーカスリング３０と静電チャック２５とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができる。

ここまで、プラズマ処理期間以外の他の期間における伝熱ガスのリーク量の増大の抑制について期待される効果を述べたが、前記クリーニングに限らない。クリーニングに代替する弱プラズマ処理条件下においても、伝熱ガスのリーク流量の増大を抑えることができる。例えば、前記クリーニングにおいてはプラズマ生成用の高周波電力を発生するために８００Ｗの高周波電力を用いる。したがって、前記代替条件となる弱プラズマ処理条件は高周波電力を発生するための高周波電力として０〜２０００Ｗを必要とする。

図６Ａ及び図６Ｂは、第２の実施形態における静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量を比較した実験の結果の一例を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、縦軸は、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間に伝熱ガスとして供給されるＨｅガスのリーク量（ｓｃｃｍ）を示し、横軸は、プラズマ処理期間において実行される各プラズマ処理プロセスの累積時間（ｈｒ）を示している。

また、図６Ａにおいて、グラフ１５２は、クリーニング期間において内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いずに、プラズマ処理プロセスを実行した場合の、Ｈｅガスのリーク量を示すグラフである。

また、図６Ｂにおいて、グラフ１６２は、クリーニング期間において内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いて、プラズマ処理プロセスを実行した場合の、Ｈｅガスのリーク量を示すグラフである。

図６Ａに示すように、クリーニング期間において内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いなかった場合、各プラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量が１ｓｃｃｍ程度増大した。

これに対して、クリーニング期間において内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いた場合、各プラズマ処理プロセスにおけるＨｅガスのリーク量が１ｓｃｃｍ未満だけ増大した。すなわち、クリーニング期間において内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加する静電吸着処理を用いた場合、フォーカスリング３０と静電チャック２５とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができた。

なお、上記第１及び第２の実施形態では、プラズマ処理期間以外の他の期間として、処理容器１０内へウエハＷが搬入されている期間、処理容器１０外へウエハＷが搬出されている期間、及びクリーニング期間を用いる例を示したが、開示技術はこれに限定されない。例えば、制御部４３は、プラズマ処理期間以外の他の期間として、基板処理装置（プラズマ処理装置）の稼働が停止している期間において、内周側電極板２５ｄ−１と、外周側電極板２５ｄ−２との間に電位差が生じるように、内周側電極板２５ｄ−１及び外周側電極板２５ｄ−２に互いに異なる電圧を印加してもよい。これにより、基板処理装置の稼働が停止している期間において、静電チャック２５とフォーカスリング３０との位置ずれが回避されるので、静電チャック２５とフォーカスリング３０とで挟まれる空間の密閉性が確保される。その結果、プラズマ処理期間において、フォーカスリング３０と静電チャック２５とで挟まれる空間に供給される伝熱ガスのリーク量の増大を抑えることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態では、便宜上、フォーカスリング３０の内周側及び外周側に電極を配置しているが、複数の電極の配置はこれには限定されない。例えば、複数の電極は、静電チャックとして機能する位置に配置されても良い。この場合、制御部４３は、複数の電極のうち一部の電極に所定の極性を有する電圧を印加し、前記一部以外の他の電極に所定の極性とは反対の極性を有する電圧を印加することができる。

以下、複数の電極の配置例について説明する。図７は、複数の電極の配置例（その１）を説明するための図である。複数の電極は、図７に示すように、静電チャック２５内部の、フォーカスリング３０に対応する領域に同心円状に配置されても良い。

図８Ａ及び図８Ｂは、複数の電極の配置例（その２）を説明するための図である。複数の電極は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、静電チャック２５内部の、フォーカスリング３０に対応する領域に半円弧状に配置されても良い。

図９は、複数の電極の配置例（その３）を説明するための図である。複数の電極は、図９に示すように、静電チャック２５内部の、フォーカスリング３０に対応する領域に交互に配置されても良い。

Ｗ ウエハ
１０ 処理容器
１１ サセプタ
２５ 静電チャック
２５ａ 中心部
２５ｂ 外周部
２５ｃ，２５ｄ 電極板
２５ｄ−１ 内周側電極板
２５ｄ−２ 外周側電極板
２６，２８−１，２８−２ 直流電源
３０ フォーカスリング
３５ 伝熱ガス供給部
４３ 制御部

Claims (16)

1. 処理空間を提供する処理容器と、
   基板を載置するための静電チャックと、
   前記基板が載置される領域を囲むように前記静電チャック上に設けられたフォーカスリングと、
   前記静電チャックと前記フォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、
   前記静電チャック内部の、前記フォーカスリングに対応する領域に設けられた複数の電極と、
   を備えたプラズマ処理装置を用いた静電吸着方法であって、
   プラズマが生成される期間において、前記空間に前記熱媒体を供給する工程と、
   前記プラズマが生成される期間以外の期間であって、前記処理容器内へ前記基板が搬入されている期間及び前記処理容器外へ前記基板が搬出されている期間において、前記複数の電極間に電位差を生じさせることにより前記フォーカスリングを吸着する工程と、
   を含む静電吸着方法。
2. 処理空間を提供する処理容器と、
   基板を載置するための静電チャックと、
   前記基板が載置される領域を囲むように前記静電チャック上に設けられたフォーカスリングと、
   前記静電チャックと前記フォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、
   前記静電チャック内部の、前記フォーカスリングに対応する領域に設けられる複数の電極と、
   を備えたプラズマ処理装置を用いて基板を処理するプラズマ処理方法であって、
   前記処理容器内に前記基板を搬入して前記静電チャック上に載置する工程と、
   前記複数の電極間に電位差を生じさせることにより前記フォーカスリングを吸着する工程と、
   前記処理空間にプラズマを生成して、前記基板をプラズマ処理する工程と、
   前記基板がプラズマ処理される期間において、前記空間に熱媒体を供給する工程と、
   前記基板がプラズマ処理された後、前記処理容器から前記基板を搬出する工程と、
   を備え、
   前記フォーカスリングを吸着する工程は、前記プラズマが生成される期間以外の期間であって、前記処理容器内へ前記基板が搬入されている期間及び前記処理容器外へ前記基板が搬出されている期間において、前記複数の電極間に電位差を生じさせる、プラズマ処理方法。
3. 前記フォーカスリングを吸着する工程は、前記空間に熱媒体が供給されない状態で行われる請求項２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記フォーカスリングを吸着する工程は、前記複数の電極に互いに異なる極性の電圧を印加することにより、前記複数の電極間に電位差を生じさせる請求項２又は３に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記基板をプラズマ処理する工程において、前記複数の電極に電圧を印加する請求項２〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
6. 前記基板を搬出する工程の後、前記空間に熱媒体が供給された状態で前記処理容器をクリーニングする工程をさらに備える請求項２〜５のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
7. 処理空間を提供する処理容器と、
   基板を載置するための静電チャックと、
   前記基板が載置される領域を囲むように前記静電チャック上に設けられたフォーカスリングと、
   前記静電チャックと前記フォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、
   前記静電チャック内部の、前記フォーカスリングに対応する領域に設けられた複数の電極と、
   プラズマが生成される期間において、前記供給部によって前記空間に前記熱媒体を供給し、前記プラズマが生成される期間以外の期間であって、前記処理容器内へ前記基板が搬入されている期間及び前記処理容器外へ前記基板が搬出されている期間において、前記複数の電極間に電位差を生じさせることにより前記フォーカスリングを吸着するよう制御する制御部と、
   を備えるプラズマ処理装置。
8. 前記制御部は、前記プラズマが生成される期間以外の期間において、前記空間に前記熱媒体が供給されない状態で、前記フォーカスリングを吸着する請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記制御部は、前記複数の電極に互いに異なる極性の電圧を印加することにより、前記複数の電極間に電位差を生じさせる請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記プラズマが生成される期間は、前記基板をプラズマ処理するための期間と、前記基板をプラズマ処理するための期間の後に前記処理容器をクリーニングするための期間とを含む請求項７〜９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記静電チャックは、前記静電チャックの中心領域に前記基板を吸着する基板吸着用電極と、前記複数の電極とを有し、
    前記基板吸着用電極と、前記複数の電極とは、共通する一対の誘電膜中に設けられる、請求項２〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
12. 前記静電チャックは、前記静電チャックの中心領域に前記基板を吸着する基板吸着用電極と、前記複数の電極とを有し、
    前記基板吸着用電極と、前記複数の電極とは、共通する一対の誘電膜中に設けられる、請求項７〜１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
13. 処理空間を提供する処理容器と、
    基板を静電吸着する基板載置領域と、
    前記基板載置領域を囲むように設けられるフォーカスリングと、
    前記フォーカスリングを静電吸着する複数の電極を備えるフォーカスリング載置領域と、
    前記フォーカスリング載置領域とその上の前記フォーカスリングとで挟まれる空間に熱媒体を供給する供給部と、
    前記処理容器内でプラズマが生成される期間において、前記供給部によって前記空間に前記熱媒体を供給し、前記プラズマが生成される期間以外の期間であって、前記処理容器内へ前記基板が搬入されている期間及び前記処理容器外へ前記基板が搬出されている期間において、前記複数の電極間に電位差を生じさせることにより前記フォーカスリングを吸着するよう制御する制御部と、
    を備えるプラズマ処理装置。
14. 前記制御部は、前記プラズマが生成される期間以外の期間において、前記空間に前記熱媒体が供給されない状態で、前記フォーカスリングを吸着する請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記制御部は、前記複数の電極に互いに異なる極性の電圧を印加することにより、前記複数の電極間に電位差を生じさせる請求項１３又は１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記プラズマが生成される期間は、前記基板をプラズマ処理するための期間と、前記基板をプラズマ処理するための期間の後に前記処理容器をクリーニングするための期間とを含む請求項１３〜１５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。

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