(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基材を高真空容器内に配置し、該高真空容器内にてプラズマを生成するとともに該高真空容器内に適宜反応性物質を導入して前記被処理基材の処理を行う際に、前記高真空容器内に生成するプラズマ中微粒子ダストの処理装置であって、前記プラズマ生成を行う電極の他に、前記高真空容器内における被処理基材の周囲に設けられた少なくとも１つの捕集電極と、該捕集電極に直流または交流の所定電位を適宜印加可能とされた通電手段と、から成り、
前記捕集電極は、その内部に捕集した微粒子を貯溜する貯溜空間と、該貯溜空間と高真空容器内とを連通する開口と、を有し、前記開口周囲に、前記捕集電極と絶縁され、前記捕集電極の電位よりも高い電位を適宜印加可能な微粒子引込電極が設けられていることを特徴とするプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項２】
前記捕集電極は、前記被処理基材を囲む連続または不連続のリング状とされている請求項１に記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項３】
前記開口が、前記リング状とされた捕集電極の内周側に設けられている請求項２に記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項４】
前記捕集電極が被処理基材とほぼ同一高さ位置に配置され、前記開口が捕集電極の上面に形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項５】
前記高真空容器内において前記捕集電極を可動可能に保持する捕集電極移動手段を具備する請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項６】
前記貯溜空間の気体および微粒子を高真空容器外に排気する排気手段を具備する請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【請求項７】
前記捕集電極が着脱自在とされている請求項１〜６のいずれか記載のプラズマ中微粒子ダストの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセスを用いて半導体製造や高機能性薄膜製造および加工を行う技術分野、特には前記プラズマプロセスにおいて高真空容器内に生成するプラズマ中微粒子ダストの処理方法に関する。この処理方法とはダストの意図的コントロールを含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、主に半導体製造の分野においては、プラズマプロセスを用いてシリコンウエハ等の基板表面への微細パタ−ンのエッチング加工や、表面改質或いはプラズマ化学蒸着やスパッタリングによる酸化薄膜並びに窒化膜等の各種機能性薄膜の形成が超精密に実施されている。
【０００３】
しかしながら、前記反応性プラズマ気相中にて生成するクラスタ−を含む微粒子ダストは、前記基板表面のみならず反応容器である高真空容器内壁面にも堆積するようになって前記高真空容器内が汚れるとともに、前記微粒子のみならずこのように堆積した堆積膜の剥離によりプラズマ中に侵入した微粒子は、プラズマ中において負に帯電し、基板前面のプラズマ境界領域に電気的に捕捉されるようになり、微粒子自身の成長やプラズマのオン／オフ等に伴って前記基板表面に流入し、加工精度や膜質を劣化させることが大きな問題となっていた。
【０００４】
このため、これら微粒子ダストの混入を防止する従来の方法としては、以下の手法が用いられている。
（１）プラズマの生成をパルス放電により間欠的に実施し、反応性ガスの高解離や微粒子核発生を防止すると共に、放電オフ時間内に初期微粒子を真空容器内より排出してプラズマ中において微粒子の生成を抑制する方法。
（２）所定期間の使用後において、真空容器内を開けて内壁を前面的に洗浄して堆積物を除去する方法。
（３）真空容器の壁面を高温（数百℃）に加熱し、壁面への堆積を一定以下に抑える。
（４）基板を処理面が下側または側方を向くように配置し、微粒子を基板上に落下させないようにするとともに、可動部を極力無くして剥離による微粒子の生成を防止する。
（５）基板ホルダ−の脇に溝を形成して微粒子を閉じ込めると共に、該溝に沿って微粒子をガス流にて排出する。
【０００５】
これら従来の方法、例えば前記（１）の方法では、プラズマの生成を間欠的とする制御を実施する必要があるとともに、プラズマプロセスにおける処理時間が長くなり生産性が低下してしまうし、（２）の方法では、処理プロセス自体を定期的に停止する必要があり生産性が低下する必要があるばかりか、これら洗浄のために多大なコストがかかり、（３）の方法では、真空容器の壁面を高温（数百℃）に加熱するために多くのエネルギ−が必要となるばかりか、壁面からの剥離を減少できるのみで、プラズマに生成する微粒子ダストは除去できず、（４）の方法は、逆にプラズマに生成する微粒子の影響は低減できるものの、真空容器内壁からの剥離の問題には対処できず、（５）は、プラズマに生成する微粒子ダストおよび該微粒子ダストの壁面への堆積も防止できるが、真空容器内が高真空であるために、生成した微粒子ダストをガス流にて効率良く収集、排出することができず、十分な効力が得られるものではなかった。
【０００６】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、プラズマ中に生成する微粒子ダストを効率良く除去することにより、真空容器内壁への堆積の問題や微粒子の基板への流入に伴う加工精度や膜質の劣化問題を解消することのできるプラズマ中微粒子ダストの除去方法及びその装置を提供することを目的としている。
【発明の開示】
【０００８】
前記した問題を解決するために、本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、被処理基材を高真空容器内に配置し、該高真空容器内にてプラズマを生成するとともに該高真空容器内に適宜反応性物質を導入して前記被処理基材の処理を行う際に、前記高真空容器内に生成するプラズマ中微粒子ダストの処理装置であって、前記プラズマ生成を行う電極の他に、前記高真空容器内における被処理基材の周囲に設けられた少なくとも１つの捕集電極と、該捕集電極に直流または交流の所定電位を適宜印加可能とされた通電手段と、から成り、
前記捕集電極は、その内部に捕集した微粒子を貯溜する貯溜空間と、該貯溜空間と高真空容器内とを連通する開口と、を有し、前記開口周囲に、前記捕集電極と絶縁され、前記捕集電極の電位よりも高い電位を適宜印加可能な微粒子引込電極が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記プラズマ中に生成した微粒子は、前記開口より貯溜空間に吸い込まれて貯溜されるようになり、より多くの微粒子を貯溜できるようになることから捕集電極の寿命を長くできるばかりか、該貯溜空間にて堆積物の剥離が生じても前記開口から該剥離に伴う微粒子が飛散することが防止されるようになり、これら剥離に伴う微粒子の発生をより少ないものとすることもでき、特に前記微粒子引込電極を設けることにより、負に帯電した前記生成微粒子をプラズマ内から効率的に引き出すことができるとともに、前記開口から前記貯溜空間内に吸い込まれる微粒子の量を増大することができる。
【００１１】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記捕集電極は、前記被処理基材を囲む連続または不連続のリング状とされていることが好ましい。
このようにすれば、前記捕集電極を連続または不連続のリング状として、前記被処理基材の処理平面とほぼ平行として配置することにより、前記処理平面の直上部におけるプラズマ境界領域に滞留する微粒子と捕集電極との距離を短くでき、生成する微粒子を効率良く捕集、除去することができる。
【００１２】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記開口が、前記リング状とされた捕集電極の内周側に設けられていることが好ましい。
このようにすれば、捕集電極に引き寄せられた微粒子が、その方向を大きく変えることなく前記開口より貯溜空間に吸い込まれるようになるため、効率よく微粒子を前記開口より吸い込むことができる。
【００１３】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記捕集電極が被処理基材とほぼ同一高さ位置に配置され、前記開口が捕集電極の上面に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、捕集電極の高さ位置を被処理基材とほぼ同一高さ位置に配置することで、該捕集電極への通電によるプラズマへの影響を低減できるようになるとともに、前記開口を捕集電極の上面に形成することにより捕集電極に引き寄せられた微粒子が、その方向を大きく変えることなく前記開口より貯溜空間に吸い込まれるようになるため、効率よく微粒子を前記開口より吸い込むことができる。
【００１４】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記高真空容器内において前記捕集電極を可動可能に保持する捕集電極移動手段を具備することが好ましい。
このようにすれば、プラズマの状況や導入される反応性物質の種別等により生成する微粒子の滞留位置が変化しても、該変化に応じて適宜捕集電極の向きや位置を移動させることにより効率良く微粒子を捕集、除去することができる。
【００１５】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記貯溜空間の気体および微粒子を高真空容器外に排気する排気手段を具備することが好ましい。
このようにすれば、前記電荷による吸引力に排気手段による吸引力が加わることにより、より効率良く生成微粒子をプラズマ内から引き出すことができるとともに、前記貯溜空間に堆積する微粒子が排気手段にて排気されるようになることから捕集電極の可使期間を長くできるばかりか、該貯溜空間にて剥離が生じても、該剥離による微粒子が高真空容器内に戻ることをより一層防止することもできる。
【００１６】
本発明のプラズマ中微粒子ダストの処理装置は、前記捕集電極が着脱自在とされていることが好ましい。
このようにすれば、前記捕集電極の交換を容易に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
（実施例１）
【００１８】
図１は、本実施例１のプラズマ中微粒子ダストの処理装置を備えたプラズマエッチング装置の構成を示すブロック図であり、本実施例１に用いたプラズマエッチング装置は、その内部にプラズマを生成するための円盤状の上部電極２および被処理基材であるシリコンウエハ１１が載置される下部電極３が対向するように配置された真空容器１と、該真空容器１内部を超高真空とするため第１ターボ分子ポンプ８およびロータリーポンプ１０とが直列に接続され、このロータリーポンプ１０の上流部にはトラップ９が設けられている。
【００１９】
また、前記真空容器１には、シリコンウエハ１１をエッチングするための反応性気体（フッ素や塩素等が主に使用される）の導入量を適宜調節可能な可変リークバルブＶＬ１が設けられており、これらＶＬ１を調節することにより、前記真空容器１内部に導入される前記反応性気体の分圧が適宜調節可能とされており、これら導入された反応性気体の圧力は、圧力計（図示せず）にて検出される。
【００２０】
前記上部電極２および下部電極３とは、図１に示すように、プラズマ制御装置５に接続されており、該プラズマ制御装置５により上部電極２と下部電極３との間において良好にプラズマが生成されるように、該電極間に適宜な電圧（本実施例１では約３００〜５００Ｖ）が印加される。
【００２１】
本実施例１の真空容器１は、図２に示すような形状とされた耐蝕性に優れたステンレス製またはアルミニウム製とされており、前記被処理基材であるシリコンウエハ１１が載置される下部電極３の周囲には、該下部電極３の上面に載置されるシリコンウエハ１１を囲むように連続するリング状とされ、プラズマ中に生成する微粒子を捕集する金属製の捕集電極４が、その内部が中空とされた取付けステー１２に着脱可能に設けられており、該取付けステー１２は第２ターボ分子ポンプ７および前記トラップ９を介して前記ロータリーポンプ１０に接続されていて、該取付けステー１２を介して捕集電極４内部が前記第２ターボ分子ポンプ７により高真空吸引されるようになっているとともに、捕集電極４は、その電位を適宜に調節するように直流電圧（本実施例では直流としているが交流を用いても良い）の印加を行う通電手段としての捕集電極通電装置６に接続されている。
【００２２】
本実施例１において用いた前記連続したリング状の捕集電極４の構造は、図３および図４にその断面を示すように、その内部に捕集した微粒子を貯溜可能な空間を有する中空構造とされており、該捕集電極４の内周面には、所定間隔にて開口１３が形成され、該開口を通じてプラズマ中に生成した微粒子が前記捕集電極４の内空に捕集されるとともに、捕集された微粒子の多くは前記取付けステー１２を通じて真空容器１外部へ排出されるようになっている。
【００２３】
このように、本実施例１では前記リング状とされた１つの捕集電極４を用いているが、本発明はこれに限定されるものでななく、これら捕集電極を複数とし、該複数の捕集電極を不連続なリング状に配置して形成するようにしても良い。
【００２４】
また、本実施例１では、プラズマ中に生成した微粒子を前記開口１３を通じて捕集電極４内部へプラズマ中に生成した微粒子を効率的に取り込むために、該開口１３が形成された捕集電極４の内周面の内面側に、電気絶縁性の絶縁板１４を配置することで前記捕集電極４と絶縁され、前記開口１３の背後に該開口１３を囲むように形成された微粒子引込電極１５を設けており、この微粒子引込電極１５には、前記捕集電極４の電位よりも適宜高い電位となるように前記捕集電極通電装置６により前記捕集電極４とは独立して直流電圧が印加されるようになっている。
【００２５】
このように微粒子引込電極１５を設け、該微粒子引込電極１５の電位を捕集電極４の電位よりも適宜高い電位に保つようにすることは、プラズマ中に生成して負電荷に帯電した微粒子をプラズマ中より効率良く引き出すことができるとともに、該プラズマ中より引き出された微粒子が加速されて前記開口１３内に取り込まれるようになり、捕集電極４内部へ取り込まれる微粒子の量を多くすることもできることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら微粒子引込電極１５を設けずとも良い。
【００２６】
また、前記開口１３の形状を本実施例１では円形としてしるが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら開口を長円やスリット状として形成しても良く、その大きさも用いる捕集電極４の大きさに基づき適宜選択すれば良い。
【００２７】
また、本実施例１では前記のように取付けステー１２を通じて捕集電極４の内部に捕集された微粒子を真空容器１外部へ排出するようにしており、このようにすることは、該捕集電極４内空への微粒子の堆積が低減され、捕集電極４の可使期間を長くできることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
以下、本実施例１のプラズマ中微粒子ダストの処理装置の動作について説明すると、まず、前記のように所定圧力の反応性気体が導入された真空容器１内部において、前記プラズマ制御装置５により前記上部電極２と下部電極３との間に前記所定のプラズマ電位が印加され、プラズマが生成される。
【００２９】
該プラズマの生成により前記反応性気体は反応性に富んだラジカル原子に励起され、該ラジカル原子がシリコンウエハ１１の表面に当接することにより、シリコン原子がラジカル原子と反応し、化合物として気相中に飛び出してシリコンウエハ１１の表面がエッチングされる。
【００３０】
このエッチングにおいて生成する化合物同志がプラズマ中にて再度反応を起こすこと等により、ナノミクロン〜数十ミクロンのクラスター等の微粒子ダストが生成される。
【００３１】
これら生成した微粒子は、前記捕集電極４の電位を前記プラズマ電位よりも低い電圧に保つことにより、前記リング状とされた捕集電極４によって電気的にその半径方向に閉じ込められるとともに、プラズマとシリコンウエハ１１の境界領域に閉じ込められ、該捕集電極４の開口１３からその内部に取り込まれる。
【００３２】
この際、前記微粒子引込電極１５の電位を該捕集電極４の電位よりも高い電位に保つことにより、前記プラズマ中において負に帯電した微粒子は、該微粒子引込電極１５に引かれて加速して取り込まれるようになり、該取り込まれた微粒子は、捕集電極４内部の空間において中性化され、該空間に一部が貯溜するとともに、前記のように取付けステー１２を通じて真空容器１外部へ排出される。
【００３３】
また、本実施例１では前記捕集電極４の配置形態を図３のように前記シリコンウエハ１１の表面高さ位置よりも上方に位置するように配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら捕集電極の配置位置を図５に示すように、捕集電極４’とシリコンウエハ１１の表面高さ位置とがほぼ同一高さ位置となるように配置し、これに伴って開口１３’が図６に示すように捕集電極４’の上面に形成されている。
【００３４】
このように、捕集電極４’とシリコンウエハ１１の表面高さ位置とがほぼ同一高さ位置とすることは、シリコンウエハ１１の投入および回収の際に捕集電極４’が障害となることがなく、作業性を向上できるばかりか捕集電極４’がプラズマの生成に影響を及ぼすことを防止できるようになることからも好ましいが、本発明はこれに限定されない。
【００３５】
これら捕集電極４’を用いる場合には、該捕集電極４’の電位を前記下部電極３の電位より若干高い電位（例えば５〜２５％）とすることにより、前記開口１３’より負に帯電した微粒子が吸い込まれて除去される。
【００３６】
これら捕集電極４および４’は、所定期間の使用後において定期的に前記取付けステー１２より取り外されて交換され、該捕集電極４および４’内部空間に貯溜された微粒子が回収される。
（実施例２）
【００３７】
図７は、本実施例２のプラズマ中微粒子の処理装置を備えたプラズマエッチング装置の構成を示すブロック図であり、その主な構成は前記実施例１とほぼ同様とされており、実施例１と同様のものは同一の番号を用いている。
【００３８】
本実施例２において前記実施例１と大きく異なる点は、使用する捕集電極４”が前記実施例１ではリング状であったのに対し、本実施例２では図９に示すように所定の大きさの箱状とされており、その側面には開口１３”が形成されていて、該各捕集電極４”は前記実施例１と同様に捕集電極通電装置６に接続されているとともに、該開口１３”の背後には微粒子引込電極１５が組み込まれている。尚、本実施例２では前記捕集電極４”を箱状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら捕集電極の形状は任意とされる。
【００３９】
この捕集電極４”は、図７および図８に示すように、昇降ユニット１８および回動ユニット１７とから成る捕集電極移動手段としての可動アームの先端に取付けられており、これら捕集電極４”が取付けられた可動アームが下部電極３の周囲の４方向から中央領域に向かって設けられている。
【００４０】
これら昇降ユニット１８並びに回動ユニット１７は、可動アームの動きを制御する可動アーム制御装置１６に接続されており、この可動アーム制御装置１６よりの指示に基づき、前記昇降ユニット１８が取付けられているアーム部分の昇降を行うとともに前記回動ユニット１７が取付けられているアーム部分の回動を実施するようになっていて、前記各捕集電極４”が独自にシリコンウエハ１１上を移動できるようになっている。
【００４１】
これら捕集電極４”を適宜移動させてプラズマ中の生成微粒子を捕集電極４”内部に回収する場合には、該捕集電極４”の電位は前記下部電極３の電位より若干高い電位とすれば良い。
【００４２】
このように、捕集電極４”を移動することは、プラズマの状況や使用する反応性気体の種類に応じて生成する微粒子の生成位置等が異なる場合が生じても、これら位置変化に対応して捕集電極４”を移動することで効率的に微粒子を除去できるようになることから好ましく、更に本実施例２では、用いた捕集電極を箱状の捕集電極４”としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記リング状の捕集電極４、４’を適宜移動するようにしても良い。
【００４３】
また、本実施例２においては実施していないが、前記開口１３”の向きを上下左右に変更できるようにすること等は任意とされる。
【００４４】
以上、本発明を図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４５】
例えば、前記実施例ではプラズマエッチング装置を例に説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらプラズマプロセスを用いる製膜装置等のあらゆる装置に本発明が適用可能なことは言うまでもない。
【００４６】
また、前記捕集電極４、４’にヒータ等を設け、必要に応じて捕集電極４、４’を加熱し、微粒子の付着を防止したり、一度堆積した微粒子の除去を定期的に実施できるようにすること等は任意とされる。
【００４７】
また、前記各実施例では被処理基材としてシリコンウエハを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら被処理基材は任意とされる。
【００４８】
また、前記絶縁板１４や微粒子引込電極１５の形状や配置位置等関しても、前記各実施例に限定されるものではなく、これら形状や配置位置等を適宜変更しても良い。
【００４９】
また、前記各実施例においては開口１３、１３’、１３”を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら開口１３、１３’、１３”を設けずに、前記捕集電極４、４’、４”の電位を適宜に制御することにより、プラズマ中に生成する微粒子ダストをプラズマプロセスの処理中において所定空間に捕捉もしくは該捕集電極４、４’、４”に堆積させて捕集するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１におけるプラズマ中微粒子ダストの処理装置を備えたプラズマエッチング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に用いた真空容器およびその内部構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に用いた真空容器内部における微粒子ダスト除去の状況を示す側断面図である。
【図４】本発明の実施例１に用いた捕集電極の構造を示す斜視断面図である。
【図５】本発明のその他の実施形態における微粒子ダスト除去の状況を示す側断面図である。
【図６】本発明のその他の実施形態における捕集電極の構造を示す斜視断面図である。
【図７】本発明の実施例２におけるプラズマ中微粒子ダストの処理装置を備えたプラズマエッチング装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例２に用いた真空容器およびその内部構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に用いた捕集電極の構造を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
ｌ        真空容器
２        上部電極
３        下部電極
４        捕集電極
４’      捕集電極
４”      捕集電極
５        プラズマ制御装置
６        捕集電極通電装置（通電手段）
７        第２ターボ分子ポンプ
８        第１ターボ分子ポンプ
９        トラップ
１０      ロータリーポンプ
１１      シリコンウエハ
１２      取付けステー
１２’    取付けステー
１３      開口
１３’    開口
１３”    開口
１４      絶縁板
１５      微粒子引込電極
１６      可動アーム制御装置
１７      回動ユニット（捕集電極移動手段）
１８      昇降ユニット（捕集電極移動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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