吸附方法、载置台及等离子体处理装置与流程

本公开涉及一种吸附方法、载置台及等离子体处理装置。

背景技术：

已知一种载置台，其在对基板进行蚀刻处理等所需处理的处理装置中，对基板进行吸附。

专利文献1中公开了一种施加交流电压的静电卡盘装置，所述交流电压为n相的交流电压，其中n为2以上，该静电卡盘装置的特征在于具有：施加该n相交流电压的电极；由使各电极之间绝缘的绝缘体制成的试样台；以及施加所述n相交流电压的电路。

<现有技术文献>

<专利文献>

专利文献1：(日本)特开2003-332412号公报

技术实现要素：

<本发明要解决的问题>

在一个方面，本公开提供一种对吸附力的降低进行抑制的吸附方法、载置台及等离子体处理装置。

<用于解决问题的手段>

为了解决上述问题，根据一个实施方式，提供一种吸附方法，用于在具有静电卡盘的载置台上对被吸附物进行吸附，所述被吸附物为基板或边缘环之中的至少一者，该吸附方法包括：在所述静电卡盘上放置所述被吸附物的步骤；以及向所述静电卡盘的电极，施加相位彼此不同的2相以上的n相的交流电压的步骤，其中，所述n相的交流电压基于自偏置电压施加。

<发明的效果>

根据一个方面，能够提供一种对吸附力的降低进行抑制的吸附方法、载置台及等离子体处理装置。

附图说明

图1是示出根据一个实施方式的等离子体处理装置的一个示例的剖面示意图。

图2是示出静电卡盘的电极的布置的一个示例的平面图。

图3(a)是示出向电极施加的3相交流电压的一个示例的曲线图，图3(b)是示出施加3相交流电压时的吸附力的总和的一个示例的曲线图。

图4(a)是示出向电极施加的2相交流电压的一个示例的曲线图，图4(b)是示出施加2相交流电压时的吸附力的总和的一个示例的曲线图。

图5是示出施加电压和传热气体流量的一个示例的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在各附图中，针对相同的构成部分赋予相同的符号，并且有时会省略重复的说明。

[等离子体处理装置]

参照图1对根据一个实施方式的等离子体处理装置1进行说明。图1是示出根据一个实施方式的等离子体处理装置1的一个示例的剖面示意图。根据本实施方式的等离子体处理装置1是电容耦合型的平行平板基板处理装置，并且具有腔室10。腔室10例如是由表面被进行阳极氧化处理的铝制成的圆筒状的容器，并且接地。

在腔室10的底部，经由利用陶瓷等制成的绝缘板12布置有圆柱状的支撑台14，在该支撑台14上例如设置有载置台16。载置台16具有静电卡盘20和基台16a，并且在静电卡盘20的上表面上放置晶圆w。在晶圆w周围，布置有例如由硅制成的环状的边缘环24。边缘环24也称为聚焦环。边缘环24是布置在载置台16周围的外周部件的一个示例。在基台16a及支撑台14周围，设置有例如由石英制成的环状的绝缘体环26。在静电卡盘20的中央侧的内部，由导电膜制成的第一电极20a被绝缘层20b夹持。第一电极20a与电源22连接。通过从电源22向第一电极20a施加的电压，从而在静电卡盘20的正面(表面)与作为被吸附物的晶圆w之间产生电位差，将作为被吸附物的晶圆w吸附在静电卡盘20的晶圆载置面上。另外，在静电卡盘20的外周侧的内部，由导电膜制成的第二电极20c被绝缘层20b夹持。第二电极20c与电源23连接。通过从电源23向第二电极20c施加的电压，从而在静电卡盘20的正面(表面)与作为被吸附物的边缘环24之间产生电位差，将作为被吸附物的边缘环24吸附在静电卡盘20的边缘环载置面上。需要说明的是，静电卡盘20可以具有加热器，从而对温度进行控制。

在支撑台14的内部，例如形成有环状或螺旋状的制冷剂室28。从冷却器单元(未图示)供给的预定温度的制冷剂，例如冷却水通过配管30a、制冷剂室28、配管30b，并返回冷却器单元。通过使制冷剂在该路径中循环，从而能够利用制冷剂的温度对晶圆w的温度进行控制。此外，将从传热气体供给机构(未图示)供给的传热气体，例如he气体经由气体供给管线32向静电卡盘20的正面与晶圆w的背面之间的间隙供给。通过该传热气体，使静电卡盘20的正面与晶圆w的背面之间的热传递系数升高，从而更有效地利用制冷剂的温度对晶圆w的温度进行控制。另外，在静电卡盘20具有加热器的情况下，通过利用加热器进行的加热和利用制冷剂进行的冷却，从而能够以高响应性且高精度来对晶圆w的温度进行控制。另外，可以构成为将从传热气体供给机构(未图示)供给的传热气体，例如he气体经由气体供给管线(未图示)也向静电卡盘20的正面与边缘环24的背面之间的间隙供给。另外，可以通过对向静电卡盘20的正面与被吸附物(晶圆w、边缘环24)的背面之间的间隙供给的he气体的压力进行控制，从而对静电卡盘20与被吸附物(晶圆w、边缘环24)之间的传热特性进行控制，并对被吸附物(晶圆w、边缘环24)的温度进行控制。

上部电极34与载置台16相对地设置在腔室10的顶部上。上部电极34与载置台16之间构成等离子体处理空间。上部电极34经由绝缘性的屏蔽部件42将腔室10的顶部的开口封闭。上部电极34具有电极板36和电极支撑体38。电极板36具有在与载置台16相对的相对面上形成的多个气体排出孔37，并且由硅或sic等含硅物形成。电极支撑体38以拆装自如的方式对电极板36进行支撑，并由导电材料，例如表面被进行阳极氧化处理的铝形成。在电极支撑体38的内部，多个气体流通孔41a、41b从气体扩散室40a、40b向下方延伸，并与气体排出孔37连通。

气体导入口62经由气体供给管64与处理气体供给源66连接。在气体供给管64上，从布置有处理气体供给源66的上游侧依次设置有质量流量控制器(mfc)68及开闭阀70。处理气体从处理气体供给源66被供给，其流量及开闭由质量流量控制器68及开闭阀70控制，并且经由气体供给管64通过气体扩散室40a、40b、气体流通孔41a、41b并从气体排出口37呈喷淋状被排出。

等离子体处理装置1具有第一高频电源90及第二高频电源48。第一高频电源90是产生第一高频电力(以下也称为“hf功率”)的电源。第一高频电力具有适合于生成等离子体的频率。第一高频电力的频率例如是27mhz～100mhz范围内的频率。第一高频电源90经由匹配器88及供电线路89连接到基台16a。匹配器88具有用于使第一高频电源90的输出阻抗与负载侧(基台16a侧)的阻抗匹配的电路。需要说明的是，第一高频电源90可以经由匹配器88连接到上部电极34。

第二高频电源48是产生第二高频电力(以下也称为“lf功率”)的电源。第二高频电力具有比第一高频电力的频率低的频率。在将第二高频电力与第一高频电力一起使用的情况下，第二高频电力用作用于将离子吸引至晶圆w的偏置(bias)用的高频电力。第二高频电力的频率例如是400khz～13.56mhz范围内的频率。第二高频电源48经由匹配器46及供电线路47连接到基台16a。匹配器46具有用于使第二高频电源48的输出阻抗与负载侧(基台16a侧)的阻抗匹配的电路。需要说明的是，作为用于将离子吸引至晶圆w的偏置用的电力，可以使用dc脉冲。在此情况下，等离子体处理装置1具有dc脉冲电源(未图示)来代替第二高频电源48。dc脉冲电源经由供电线路47连接到基台16a。另外，作为用于将离子吸引至晶圆w的偏置用的电力，可以使用通过将dc脉冲(矩形波)或三角波等多个输入电压合成而获得的合成波。在此情况下，等离子体处理装置1具有用于输出合成波的电源(未图示)来代替第二高频电源48。用于输出合成波的电源经由供电线路47连接到基台16a。

需要说明的是，可以使用第二高频电力而不使用第一高频电力，即，仅使用单一的高频电力来生成等离子体。在此情况下，第二高频电力的频率可以是大于13.56mhz的频率，例如40mhz。等离子体处理装置1也可以不包括第一高频电源90及匹配器88。通过该结构，使载置台16还起到下部电极的功能。另外，上部电极34还起到用于供给气体的喷头的功能。

第二可变电源50与上部电极34连接，并向上部电极34施加直流电压。第一可变电源55与边缘环24连接，并向边缘环24施加直流电压。通过从第一可变电源向边缘环24施加与边缘环24的消耗量相对应的预定的直流电压，从而对边缘环24上的护套的厚度进行控制。由此，消除了边缘环24上的护套与晶圆w上的护套之间的段差，防止了离子的照射角度在晶圆w的边缘部处变为倾斜，并避免了在晶圆w上形成的凹部的形状变为倾斜的倾斜情况(tilting)的发生。

另外，从用于由第一可变电源55向边缘环24施加电压的配线分岔，以设置用于对边缘环24的电压进行测定的直流电压检测器57。另外，在配线的分岔位置，设置有切换器56。切换器56被构成为能够对用于连接边缘环24与第一可变电源55的第一状态、和用于连接边缘环24与直流电压检测器57的第二状态进行切换。通过将切换器56设置为第一状态，从而能够向边缘环24施加电压。另外，通过将切换器56设置为第二状态，从而能够对边缘环24的自偏置电压vdc进行检测，该自偏置电压是在进行等离子体处理时因电子与离子的移动速度之差而向作为阴极的边缘环24所施加的电压。

排气装置84与排气管82连接。排气装置84具有涡轮分子泵等真空泵，并且通过排气管82从形成在腔室10的底部的排气口80进行排气，从而将腔室10内减压至所需的真空度。另外，排气装置84使用未图示的用于对腔室10内的压力进行测量的压力计的值，将腔室10内的压力控制为恒定。搬入搬出口85设置在腔室10的侧壁上。通过闸阀86的开闭从而将晶圆w从搬入搬出口85搬入或搬出。

挡板83呈环状地设置在绝缘体环26与腔室10的侧壁之间。挡板83具有多个通孔，由铝形成，并且其表面被y2o3等陶瓷覆盖。

当在该结构的等离子体处理装置1中进行等离子体蚀刻处理等预定的等离子体处理时，打开闸阀86，将晶圆w经由搬入搬出口85搬入到腔室10内，将其放置在静电卡盘20的晶圆载置面上，并关闭闸阀86。另外，将边缘环24放置在静电卡盘20的边缘环载置面上。向腔室10的内部供给处理气体，并利用排气装置84对腔室10内进行排气。

向载置台16施加第一高频电力及第二高频电力。并且，利用电源22向静电卡盘20的第一电极20a施加电压，从而将晶圆w吸附至静电卡盘20的晶圆载置面。另外，利用电源23向静电卡盘20的第二电极20c施加电压，从而将边缘环24吸附至静电卡盘20的边缘环载置面。需要说明的是，可以从第二可变电源50向上部电极34施加直流电压。

通过在等离子体处理空间中生成的等离子体中的自由基和离子，对晶圆w的被处理面进行蚀刻等等离子体处理。

在等离子体处理装置1中设置有用于对整个装置的动作进行控制的控制部200。设置在控制部200中的cpu根据存储在rom及ram等存储器中的配方，来执行蚀刻等所需的等离子体处理。在该配方中，可以对作为针对工艺条件的装置的控制信息的处理时间、压力(气体的排气)、第一高频电力及第二高频电力或电压、以及各种气体流量进行设定。另外，在配方中，可以对腔室内的温度(上部电极温度、腔室的侧壁温度、晶圆w温度、静电卡盘温度等)、从冷却器输出的制冷剂的温度等进行设定。需要说明的是，该些表示程序或处理条件的配方可以存储在硬盘或半导体存储器中。另外，配方也可以以被保存在cd-rom、dvd等便携式的计算机可读存储介质中的状态被设置在预定位置，并被读出。

接着，使用图2进一步对载置台16中的静电卡盘20的电极的布置进行说明。图2(a)是示出静电卡盘20的晶圆载置面上的第一电极20a的布置的一个示例的平面图。图2(b)是示出静电卡盘20的边缘环载置面上的第二电极20c的布置的一个示例的平面图。

如图2(a)所示，晶圆载置面上的第一电极20a具有电极20a1、20a2、20a3。电极20a1、20a2、20a3具有大致扇形的平面形状，并且相对于静电卡盘20的中心轴线沿周向排列。电源22分别连接到电极20a1、20a2、20a3。电源22产生交流电压。

如图2(b)所示，边缘环载置面上的第二电极20c具有电极20c1、20c2、20c3。电极20c1、20c2、20c3具有大致圆弧形的平面形状，并且相对于静电卡盘20的中心轴线沿周向排列。电源23分别连接到电极20c1、20c2、20c3。电源23产生交流电压。

需要说明的是，虽然以第一电极20a的各电极(电极20a1、20a2、20a3)沿周向排列的结构进行了说明，但是不限于此，也可以是各电极沿径向排列的结构。另外，虽然以第二电极20c的各电极(电极20c1、20c2、20c3)沿周向排列的结构进行了说明，但是不限于此，也可以是各电极沿径向排列的结构。

接着，使用图3(a)对向第二电极20c(电极20c1、20c2、20c3)施加的3相交流电压进行说明。图3(a)是示出向电极20c1、20c2、20c3施加的3相交流电压的一个示例的曲线图。纵轴表示施加电压，横轴表示时间。用实线的曲线表示向电极20c1施加的交流电压的一个示例，用单点点划线的曲线表示向电极20c2施加的交流电压的一个示例，用虚线的曲线表示向电极20c3施加的交流电压的一个示例。需要说明的是，以施加电压的幅度作为1进行了正规化。

在一个实施方式中，利用电源23向电极20c1、20c2、20c3分别施加的交流电压具有相同的最大幅度，相同的频率、彼此不同的相位。例如，将向电极20c1、20c2、20c3施加的交流电压的相位差设定为120°。

另外，基于边缘环24的自偏置电压vdc来施加利用电源23向电极20c1、20c2、20c3施加的交流电压。例如，以边缘环24的自偏置电压vdc为基准来施加利用电源23向电极20c1、20c2、20c3施加的交流电压。换言之，利用电源23向电极20c1、20c2、20c3施加的交流电压的平均电压按照边缘环24的自偏置电压vdc偏移。换言之，关于利用电源23向电极20c1、20c2、20c3施加的交流电压，在交流成分上叠加有(偏离出)基于边缘环24的自偏置电压vdc的负直流电压。需要说明的是，在图3(a)的一个示例中，边缘环24的自偏置电压vdc被图示为-0.2。

需要说明的是，边缘环24的自偏置电压vdc例如由直流电压检测器57检测。需要说明的是，自偏置电压vdc的检测方法不限于此，也可以使用其他方法。另外，可以使用预先设定的值作为自偏置电压vdc。设定的值例如可以通过试验或仿真等预先求出自偏置电压vdc并存储在控制部200的存储器中。另外，可以预先求出自偏置电压vdc与等离子体生成条件(例如用作偏置用的高频电力的lf功率)之间的关系式，并基于等离子体生成条件来估计自偏置电压vdc。

使用图3(b)对向第二电极20c(电极20c1、20c2、20c3)施加图3(a)所示的3相交流电压时的边缘环24的吸附力进行说明。图3(b)是示出向电极20c1、20c2、20c3施加3相交流电压时的边缘环24的吸附力的总和的一个示例的曲线图。纵轴表示吸附力的总和，横轴表示时间。如图3(b)所示，能够使载置台16对边缘环24进行吸附的吸附力恒定。

另外，关于向第一电极20a(电极20a1、20a2、20a3)施加的3相交流电压，也与向第二电极20c(电极20c1、20c2、20c3)施加的3相交流电压同样地，通过施加图3(a)所示的3相交流电压，从而如图3(b)所示能够使载置台16对晶圆w进行吸附的吸附力恒定。

需要说明的是，基于晶圆w的自偏置电压vdc来施加利用电源22向电极20a1、20a2、20a3施加的交流电压。例如，以晶圆w的自偏置电压vdc为基准来施加利用电源22向电极20a1、20a2、20a3施加的交流电压。换言之，利用电源22向电极20a1、20a2、20a3施加的交流电压的平均电压按照晶圆w的自偏置电压vdc偏移。换言之，关于利用电源22向电极20a1、20a2、20a3施加的交流电压，在交流成分上叠加有(偏离出)基于晶圆w的自偏置电压vdc的负直流电压。

需要说明的是，可以具有用于对晶圆w的自偏置电压vdc进行检测的直流电压检测器(未图示)。另外，可以使用预先设定的值作为自偏置电压vdc。设定的值例如可以通过试验或仿真等预先求出自偏置电压vdc并存储在控制部200的存储器中。另外，可以预先求出自偏置电压vdc与等离子体生成条件(例如hf功率)之间的关系式，并基于等离子体生成条件来估计自偏置电压vdc。另外，可以预先求出边缘环24的自偏置电压vdc与晶圆w的自偏置偏压vdc之间的关系式，并基于由直流电压检测器57检出的边缘环24的自偏置电压vdc来估计晶圆w的自偏置电压vdc。

另外，在图2和图3中，虽然以第一电极20a及第二电极20c的极数为3极的情况进行了说明，但是不限于此，也可以是2极，或者也可以是4极。另外，第一电极20a的极数与第二电极20c的极数可以相同，也可以不同。

使用图4进一步对第二电极20c的极数为2极的情况进行说明。图4(a)是示出向第二电极20c的极数为2极的情况下的各电极施加的2相交流电压的一个示例的曲线图。纵轴表示施加电压，横轴表示时间。用实线的曲线表示向第二电极20c的一个电极施加的交流电压的一个示例，用单点点划线的曲线表示向第二电极20c的另一个电极施加的交流电压的一个示例。需要说明的是，以施加电压的幅度作为1进行了正规化。

利用电源23向第二电极20c的各电极施加的交流电压具有相同的最大幅度，相同的频率、彼此不同的相位。例如，将向第二电极20c的各电极施加的交流电压的相位差设定为90°。另外，基于边缘环24的自偏置电压vdc来施加利用电源23向各电极20施加的交流电压。例如，以边缘环24的自偏置电压vdc为基准来施加利用电源23向各电极施加的交流电压。换言之，利用电源23向各电极施加的交流电压的平均电压按照边缘环24的自偏置电压vdc偏移。换言之，关于利用电源23向各电极施加的交流电压，在交流成分上叠加有(偏离出)基于边缘环24的自偏置电压vdc的负直流电压。需要说明的是，在图4(a)的一个示例中，边缘环24的自偏置电压vdc被图示为-0.2。

使用图4(b)对向第二电极20c的各电极施加图4(a)所示的2相交流电压时的边缘环24的吸附力进行说明。图4(b)是示出向第二电极20c的各电极施加2相交流电压时的边缘环24的吸附力的总和的一个示例的曲线图。纵轴表示吸附力的总和，横轴表示时间。如图4(b)所示，即使第二电极20c的极数为2极，也能够使载置台16对边缘环24进行吸附的吸附力恒定。

一边与参考例进行对比，一边对根据一个实施方式的等离子体处理装置1的载置台16(静电卡盘20)的吸附方法进行说明。

根据第1参考例的载置台16向静电卡盘20的第一电极20a及第二电极20c施加直流电压，以将晶圆w或边缘环24吸附至载置台16。在施加直流电压的结构中，如果将晶圆w或边缘环24吸附至载置台16的时间变长，则晶圆w或边缘环24的电荷向静电卡盘20的绝缘层20b移动。因此，实际有效地施加的直流电压降低，并且静电吸附力降低。需要说明的是，在等离子体处理中，等离子体的热量热输入至载置台16。随着载置台16的温度上升，电荷容易移动，实际有效地施加的直流电压进一步降低，并且静电吸附力进一步降低。

相比之下，在根据一个实施方式的等离子体处理装置1的载置台16的吸附方法中，向静电卡盘20的第一电极20a及第二电极20c施加交流电压，以将晶圆w或边缘环24吸附至载置台16。由此，即使长时间地对晶圆w或边缘环24进行吸附，也能够防止因电荷移动而引起的静电吸附力的降低。

根据第2参考例的载置台16向静电卡盘20的第一电极20a及第二电极20c施加直流电压，以将晶圆w或边缘环24吸附至载置台16。在第2参考例中，施加的交流电压的平均电压以gnd为基准来施加。换言之，将施加的交流电压的平均电压设置为0v。

图5是示出施加电压和传热气体(he气体)流量的一个示例的曲线图。图5(a)示出了一个实施方式，图5(b)示出第2参考例。第一纵轴表示施加电压，第二纵轴表示作为向静电卡盘20的正面与边缘环24的背面之间的间隙供给的传热气体的he气体的流量，横轴表示时间。用实线的曲线表示向第二电极20c的一个电极施加的交流电压的一个示例，用单点点划线的曲线表示向第二电极20c的另一个电极施加的交流电压的一个示例。需要说明的是，以施加电压的幅度作为1进行了正规化。另外，用虚线表示he气体的流量。在此，以2相交流电压为例进行说明。

在此，在等离子体处理中，在边缘环24中产生负的自偏置电压vdc。因此，在图5(b)的示例中，从边缘环24的电位(自偏置电压vdc)来看，施加正电压的时间长于施加负电压的时间。另外，所施加的正电压的绝对值的最大值大于所施加的负电压的绝对值的最大值。因此，与施加第1参考例所示的直流电压的情况同样，如果将边缘环24吸附至载置台16的时间变长，则边缘环24的电荷向静电卡盘20的绝缘层20b移动。因此，如果将边缘环24吸附至载置台16的时间变长，则实际有效地施加的电压降低，并且边缘环24的吸附力降低。另外，由于所施加的交流电压的平均电压与边缘环24的电位(自偏置电压vdc)之差，使得边缘环24的吸附力的总和振动，无法获得稳定的吸附力。

在此，如果由载置台16对边缘环24的吸附力降低，则静电卡盘20的正面与边缘环24的背面之间的间隙扩大，向间隙供给的he气体的流量增加。如图5(b)的箭头502所示，显示出在将施加电压的平均电压设置为0v的情况下，he气体的流量逐渐增加，并且边缘环24的吸附力降低。另外，he气体的流量的变动也比后述的图5(a)大。

相比之下，在根据一个实施方式的等离子体处理装置1的载置台16的吸附方法中，如图5(a)所示，所施加的交流电压以边缘环24的自偏置电压vdc为基准。换言之，所施加的交流电压的平均电压按照边缘环24的自偏置电压vdc偏移。

由此，在图5(a)的示例中，从边缘环24的电位(自偏置电压vdc)来看，能够使施加正电压的时间等于施加负电压的时间。另外，能够使所施加的正电压的绝对值的最大值等于所施加的负电压的绝对值的最大值。因此，即使将边缘环24吸附至载置台16的时间变长，也能够对边缘环24的电荷向静电卡盘20的绝缘层20b移动的情况进行抑制。如图5(a)的箭头501所示，显示出抑制了he气体的流量的增加并且防止了边缘环24的吸附力的降低。另外，he气体的流量的变动也比图5(b)小。

如上所述，根据一个实施方式中的等离子体处理装置1的载置台16的吸附方法，即使静电卡盘20对被吸附物(晶圆w、边缘环24)的吸附时间为较长时间，也能够抑制吸附力的减少。由此，例如即使在对高层叠数的3dnand类的被吸附物(晶圆w、边缘环24)长时间进行吸附的处理中，也能够抑制吸附力的降低。

需要说明的是，虽然对在交流电压上叠加作为负直流电压的自偏置电压vdc(在图3的示例中为-0.2)的情况进行了说明，但是不限于此。例如，也可以在交流电压上叠加基于自偏置电压vdc的负直流电压(例如vdc的50％、-0.1)。在此情况下，由于与参考例2的结构相比，也能够降低电荷的移动，因此能够在一定程度上抑制静电卡盘20对被吸附物的吸附力的降低。

虽然以上对等离子体处理装置1的实施方式等进行了说明，但是本公开不限于上述实施方式等，可以在权利要求书所记载的本公开的要旨的范围内进行各种变形、改进。