(57)【要約】      （修正有）【課題】パーティクルの付着を抑制してウェハの汚染を防止することができるプラズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、ウェハに対してプラズマ処理を施すためのプロセスチャンバ１００を備える。プロセスチャンバ１００は、チャンバ側壁１１０と、上部電極１１１と、ウェハをＥＳＣステージ１２０に静電的に吸着するために埋設されたウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａ及びウェハの外周に配設されたフォーカスリング１２１を備える。ＥＳＣステージ１２０には、フォーカスリング１２１をＥＳＣステージ１２０に静電的に吸着するためにフォーカスリング吸着用ＥＳＣ電極１２２ａが埋設されている。プラズマ処理装置は、プラズマ処理中に前記ＥＳＣ電極１２０ａ，１２２ａに異なる電位の電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体としての基板に対して所定の処理を施す処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えるプラズマ処理装置において、前記プラズマによる前記基板の処理中に前記基板上方の領域内に存在するパーティクルを静電的に前記基板上方の領域外へ前記処理室内で移動させるパーティクル移動手段を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記パーティクル移動手段は、前記基板を載置する載置台と、前記基板を前記載置台に静電的に吸着するための第１の電極と、前記基板の外周を取囲むように配設されたリング状部材と、前記リング状部材を前記載置台に静電的に吸着するための第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１の電位の電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に接続された前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を供給する第２の電源とを含み、前記載置台、前記第１の電極、前記リング状部材、及び前記第２の電極は、前記処理室内に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記パーティクル移動手段は、前記パーティクルを前記基板の上方の領域から前記第２の電極の上方へ移動させるべく、少なくとも前記第２の電位を制御する電位制御手段を含むことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ処理を実行中、前記パーティクルが負に帯電しているときに、前記第２の電位は前記第１の電位よりも高いことを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は正極性であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は負極性であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第２の電位は、前記基板の上方の領域であって当該基板の面近傍に前記第１の電位に対応して形成される電位又は前記プラズマの生成によって形成されるセルフバイアス電位よりも高いことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記パーティクルを前記処理室内から除去するパーティクル除去手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記パーティクル除去手段は、前記処理室を排気する排気手段を含むことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
被処理体としての基板に対して所定の処理を施す処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、前記プラズマにより前記基板を処理するステップとを有するプラズマ処理装置のプラズマ処理方法において、前記プラズマによる前記基板の処理中に前記基板上方の領域内に存在するパーティクルを静電的に前記基板上方の領域外へ前記処理室内で移動させるパーティクル移動ステップを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記プラズマ処理装置は、前記基板を載置する載置台と、前記基板を前記載置台に静電的に吸着するための第１の電極と、前記基板の外周を取囲むように配設されたリング状部材と、前記リング状部材を前記載置台に静電的に吸着するための第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１の電位の電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に接続された前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を供給する第２の電源とを含み、前記載置台、前記第１の電極、前記リング状部材、及び前記第２の電極は、前記処理室内に設けられており、前記パーティクル移動ステップは、前記第２の電極に前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を前記第２の電源から供給する供給ステップを含むことを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記パーティクル移動ステップは、前記パーティクルを前記基板の上方の領域から前記第２の電極の上方へ移動させるべく、少なくとも前記第２の電位を制御する電位制御ステップを含むことを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記プラズマ処理を実行中、前記パーティクルが負に帯電しているときに、前記第２の電位は前記第１の電位よりも高いことを特徴とする請求項１１又は１２記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は正極性であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は負極性であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記第２の電位は、前記基板の上方の領域であって当該基板の面近傍に前記第１の電位に対応して形成される電位又は前記プラズマの生成によって形成されるセルフバイアス電位よりも高いことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記パーティクルを前記処理室内から除去するパーティクル除去ステップを有することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記パーティクル除去ステップは、前記処理室を排気する排気ステップを含むことを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及び方法に関し、特に、基板に対してプラズマ処理を実行するための処理室を備えるプラズマ処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造プロセスでは、被処理体である半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）に対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマを用いた処理（以下、「プラズマ処理」という）が施されている。
【０００３】
このような処理を施すためのプラズマ処理装置（図８）は、ウェハをプラズマ処理するための円筒形容器であるプロセスチャンバ８００を備える。プロセスチャンバ８００は、チャンバ側壁８１０と、チャンバ側壁８１０の上端部に配置された上部電極８１１と、プロセスチャンバ８００の下部に配置された下部電極８１２と、下部電極８１２の上面に搭載されたＥＳＣ（Electrostatic Chuck）ステージ８２０及びフォーカスリング８２１と、チャンバ側壁８１０及び下部電極８１２間に配置された環状のバッフル板８３０とを備える。
【０００４】
上部電極８１１には不図示の多数の貫通孔が設けられており、上部電極８１１は、該貫通孔を介してプラズマ処理に必要なプロセスガスをプロセスチャンバ８００内に導入するシャワーヘッドとして機能する。下部電極８１２には、高周波電力を供給するための高周波電源８１３が接続されている。フォーカスリング８２１は、ＥＳＣステージ８２０の上面に載置されるウェハの外周を取囲むように成形されたリング状部材から成る。
【０００５】
ＥＳＣステージ８２０は、載置されたウェハをＥＳＣステージ８２０に静電的に吸着するためにＥＳＣステージ８２０内に埋設されたＥＳＣ電極８２０ａを備える。ＥＳＣ電極８２０ａには、当該ＥＳＣ電極８２０ａにウェハを吸着するのに必要な電力を供給する可変電源８２２が接続されている。
【０００６】
図８のプラズマ処理装置では、上部電極８１１と下部電極８１２との間のスペースにおいて高周波電界を発生させることにより生成したプラズマにより図８に示すようなプラズマ領域が形成される。プラズマ処理装置は、生成したプラズマを用いることにより、例えば、ウェハ上面に予め形成されている酸化膜をエッチングする。エッチングによりチャンバ側壁８１０の内壁から遊離したパーティクルはプロセスチャンバ８００内部を浮遊する。エッチング終了後、不図示のポンプを用いてバッフル板８３０に設けられた小さな貫通孔（不図示）を介してプロセスチャンバ８００を排気することにより、パーティクルは除去される。
【０００７】
このようなパーティクルは、エッチング処理中は、プラズマに含まれる電子により負に帯電し、ウェハ上方にあるプラズマ領域を中心として浮遊し、エッチング処理終了後にプラズマの生成を中止すると、ウェハ上面に付着してウェハが汚染する。
【０００８】
上述したようなウェハ上面へのパーティクルの付着を回避するために、プロセスチャンバ８００内に設けられた他の電極を用いて、プラズマ発生前又はプラズマ消失後に、帯電したパーティクルを積極的に移動させる技術が開示されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１記載のドライエッチング装置には、他の電極がチャンバ側壁８１０の内側に設けられており、特許文献２記載のプラズマ処理装置には、他の電極が、ＥＳＣステージ８２０の周囲を取囲むように配設されたリング体に埋設されたり、ＥＳＣステージ８２０の上方領域を囲むようにチャンバ側壁８１０の内側に設けられている。
【特許文献１】特開平１０−２８４４７１号公報
【特許文献２】特開２０００−９１２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１，２記載の技術では、プラズマ発生前又はプラズマ消失後にパーティクルをウェハ上方の領域から上記他の電極側へ移動させることはできるものの、プラズマ生成中には上記他の電極が異常放電の発生やパーティクル発生の原因となるので、パーティクルを移動させることは現実的ではない。パーティクル発生の原因となる理由は、プロセスチャンバ８００内に他の部材である電極を設けることによって、パーティクルが付着する場所が広域化するからである。
【００１０】
また、ウェハ上方の領域内に存在するパーティクルは、ウェハの処理すべき部分をマスキングして歩留まりを低下させることになるので、プラズマの生成中にこそこれらのパーティクルをウェハ上方の領域外へ除去することが求められている。また、歩留まりの低下を抑制することにより生産性の向上が期待される。
【００１１】
本発明の第１の目的は、パーティクルの付着を抑制してウェハの汚染を防止することができるプラズマ処理装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第２の目的は、プラズマの生成中にパーティクルを基板の上方の領域から移動させて、生産性を向上させることができるプラズマ処理装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、被処理体としての基板に対して所定の処理を施す処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えるプラズマ処理装置において、前記プラズマによる前記基板の処理中に前記基板上方の領域内に存在するパーティクルを静電的に前記基板上方の領域外へ前記処理室内で移動させるパーティクル移動手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記パーティクル移動手段は、前記基板を載置する載置台と、前記基板を前記載置台に静電的に吸着するための第１の電極と、前記基板の外周を取囲むように配設されたリング状部材と、前記リング状部材を前記載置台に静電的に吸着するための第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１の電位の電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に接続された前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を供給する第２の電源とを含み、前記載置台、前記第１の電極、前記リング状部材、及び前記第２の電極は、前記処理室内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記パーティクル移動手段は、前記パーティクルを前記基板の上方の領域から前記第２の電極の上方へ移動させるべく、少なくとも前記第２の電位を制御する電位制御手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項２又は３記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理を実行中、前記パーティクルが負に帯電しているときに、前記第２の電位は前記第１の電位よりも高いことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は正極性であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は負極性であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第２の電位は、前記基板の上方の領域であって当該基板の面近傍に前記第１の電位に対応して形成されるセルフバイアス電位よりも高いことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記パーティクルを前記処理室内から除去するパーティクル除去手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記パーティクル除去手段は、前記処理室を排気する排気手段を含むことを特徴とする。
【００２２】
上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項１０記載のプラズマ処理方法は、被処理体としての基板に対して所定の処理を施す処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、前記プラズマにより前記基板を処理するステップとを有するプラズマ処理装置のプラズマ処理方法において、前記プラズマによる前記基板の処理中に前記基板上方の領域内に存在するパーティクルを静電的に前記基板上方の領域外へ前記処理室内で移動させるパーティクル移動ステップを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１１記載のプラズマ処理方法は、請求項１０記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理装置が、前記基板を載置する載置台と、前記基板を前記載置台に静電的に吸着するための第１の電極と、前記基板の外周を取囲むように配設されたリング状部材と、前記リング状部材を前記載置台に静電的に吸着するための第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１の電位の電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に接続された前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を供給する第２の電源とを含み、前記載置台、前記第１の電極、前記リング状部材、及び前記第２の電極は、前記処理室内に設けられており、前記パーティクル移動ステップは、前記第２の電極に前記第１の電位とは異なる第２の電位の電力を前記第２の電源から供給する供給ステップを含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載のプラズマ処理方法は、請求項１１記載のプラズマ処理方法において、前記パーティクル移動ステップは、前記パーティクルを前記基板の上方の領域から前記第２の電極の上方へ移動させるべく、少なくとも前記第２の電位を制御する電位制御ステップを含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項１３記載のプラズマ処理方法は、請求項１１又は１２記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理を実行中、前記パーティクルが負に帯電しているときに、前記第２の電位は前記第１の電位よりも高いことを特徴とする。
【００２６】
請求項１４記載のプラズマ処理方法は、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は正極性であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１５記載のプラズマ処理方法は、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第１の電位は負極性であり、前記第２の電位は負極性であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１６記載のプラズマ処理方法は、請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第２の電位は、前記基板の上方の領域であって当該基板の面近傍に前記第１の電位に対応して形成されるセルフバイアス電位よりも高いことを特徴とする。
【００２９】
請求項１７記載のプラズマ処理方法は、請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記パーティクルを前記処理室内から除去するパーティクル除去ステップを有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１８記載のプラズマ処理方法は、請求項１７記載のプラズマ処理方法において、前記パーティクル除去ステップは、前記処理室を排気する排気ステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１記載のプラズマ処理装置又は請求項１０記載のプラズマ処理方法によれば、プラズマによる基板の処理中に基板上方の領域内に存在するパーティクルを静電的に基板上方の領域外へ処理室内で移動させるので、パーティクルの付着を抑制してウェハの汚染を防止することができる。また、プラズマの生成中にパーティクルを基板の上方の領域から移動させて、生産性を向上させることができる。
【００３２】
請求項２記載のプラズマ処理装置又は請求項１１記載のプラズマ処理方法によれば、基板の外周に配設されたリング状部材を載置台に静電的に吸着するための第２の電極に、第１の電極の第１の電位とは異なる第２の電位の電力を第２の電源から供給するので、パーティクルの付着を効率的に抑制することができる。
【００３３】
請求項３記載のプラズマ処理装置又は請求項１２記載のプラズマ処理方法によれば、パーティクルを基板の上方の領域から第２の電極の上方へ移動させるべく、少なくとも第２の電位を制御するので、パーティクルの付着をより効率的に抑制することができる。
【００３４】
請求項４記載のプラズマ処理装置又は請求項１３記載のプラズマ処理方法によれば、プラズマ処理実行中パーティクルが負に帯電しているときに、第２の電位が第１の電位よりも高いので、パーティクルの付着をさらに効率的に抑制することができる。
【００３５】
請求項５記載のプラズマ処理装置又は請求項１４記載のプラズマ処理方法によれば、第１の電位が負極性であり、第２の電位が正極性であるので、第２の電位を第１の電位よりも簡単に高くすることができる。
【００３６】
請求項７記載のプラズマ処理装置又は請求項１６記載のプラズマ処理方法によれば、第２の電位が、第１の電位に対応して基板の面近傍に形成された電位又はセルフバイアス電位よりも高いので、パーティクルの付着をさらに効率的に抑制することができる。
【００３７】
請求項８記載のプラズマ処理装置又は請求項１７記載のプラズマ処理方法によれば、パーティクルを処理室内から除去するので、パーティクルの付着を確実に抑制することができる。
【００３８】
請求項９記載のプラズマ処理装置又は請求項１８記載のプラズマ処理方法によれば、処理室を排気するので、パーティクルの付着をより確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４１】
図１に示すプラズマ処理装置は、被処理体としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）に対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマを用いた所定の処理（以下、「プラズマ処理」という）を施すための円筒形容器であるプロセスチャンバ１００（処理室）を備え、例えば平行平板容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：capacitively coupled plasma）処理装置から成る。
【００４２】
プロセスチャンバ１００は、チャンバ側壁１１０と、チャンバ側壁１１０の上端部に配置された上部電極１１１と、プロセスチャンバ１００の下部に配置された下部電極１１２と、下部電極１１２の上面に搭載されたＥＳＣ（Electrostatic Chuck）ステージ１２０（載置台）と、チャンバ側壁１１０及び下部電極１１２間に配置された環状のバッフル板１３０とを備える。
【００４３】
また、プロセスチャンバ１００の外部には管状部材から成る排気ラインが接続され、該排気ライン上には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）及びドライポンプ（ＤＰ）等のポンプが設置されており、該ポンプは、バッフル板１３０を介してプロセスチャンバ１００を排気して除害設備へパーティクルを含むガスを排出する。なお、これらのポンプは、バッフル板１３０を介することなく、開閉自在なバルブを介してチャンバ側壁１１０に設けられていてもよい。
【００４４】
上部電極１１１には不図示の多数の貫通孔が設けられており、上部電極１１１は、該貫通孔を介してプラズマ処理に必要なプロセスガスをプロセスチャンバ１００内に導入するシャワーヘッドとして機能する。下部電極１１２には、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電力を供給するための高周波電源１１３が接続されている。
【００４５】
ＥＳＣステージ１２０は、その上面に搭載されたフォーカスリング（ＦＲ）１２１と、載置されたウェハをＥＳＣステージ１２０に静電的に吸着するためにＥＳＣステージ１２０内に埋設されたウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａ（第１の電極）と、フォーカスリング１２１をＥＳＣステージ１２０に静電的に吸着するためにＥＳＣステージ１２０内に埋設されたＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａ（第２の電極）とを備える。フォーカスリング１２１は、ＥＳＣステージ１２０の上面に載置されるウェハの外周を取囲むように成形されたリング状部材から成る。
【００４６】
ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａには、当該ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａにフォーカスリング１２１を吸着するのに必要な電力を供給するためのＦＲ吸着用の可変電源１２２（第２の電源）がＬＰＦ（ローパスフィルター）を介して接続されている。ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａには、当該ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａにウェハを吸着するのに必要な電力を供給するための可変電源１２５（第１の電源）がＬＰＦ（ローパスフィルター）を介して接続されている。これらのＬＰＦは、下部電極１１２に供給したＲＦ電力がＥＳＣステージ１２０の絶縁体部分を介してＥＳＣ電極１２０ａ，１２２ａに供給した電力と容量結合してＥＳＣ電極１２０ａ，１２２ａにＲＦ電力が流入するので必要とされている。可変電源１２２，１２５は、後述する電位制御手段に接続されている。
【００４７】
図１のプラズマ処理装置は、プラズマ処理として、例えば、中程度の真空下で生成したプラズマを用いて、ウェハ上面に予め形成されている酸化膜のエッチングを行う。プラズマを生成するためには、下部電極１１２にＲＦ電力を供給することによって上部電極１１１と下部電極１１２との間のスペースに高周波（ＲＦ）電界を発生させる（プラズマ生成手段）。これにより生成したプラズマは、プロセスチャンバ１００内に図１に示すようなプラズマ領域を形成する。
【００４８】
上記エッチングによりチャンバ側壁１１０の内壁等から遊離したパーティクルは、プロセスチャンバ１００内部の特にプラズマ領域を浮遊する。パーティクルは、プラズマ領域を浮遊することにより、プラズマに含まれている電子を捕捉して負に帯電する。
【００４９】
図１に示すように、プラズマ領域の中心部であるバルクプラズマ領域は、上部電極１１１の基準電位０Ｖに対して正極性であり、ほぼ一定の高いポテンシャル（電位）を有するのに対して、ウェハの上方の領域でウェハの面近傍に形成されるイオンシース（Ion Sheath, Dark Space）領域は、下部電極１１２からの静電気力による影響及びバルクプラズマ領域が有する電位の影響を受けて大きな電位勾配が形成され、バルクプラズマ領域のポテンシャルよりも低いポテンシャル（セルフバイアス電位）を有し、負極性である。なお、プラズマ領域内におけるバルクプラズマ領域を除く領域、即ちプラズマ外縁領域では電位勾配が形成される。
【００５０】
したがって、プラズマ中の電子を捕捉して負に帯電したパーティクルは、重力により鉛直方向に落下することと、負極性のイオンシース領域から正極性のプラズマ外縁領域に亘って形成された電位勾配、即ち下部電極１１２表面及びバルクプラズマ領域間の電位差により反発されると共に正極性のバルクプラズマ領域に捕捉されることとが均衡した状態にあるので、プラズマ外縁領域内においてイオンシース領域の上方（ウェハ上方の領域）を浮遊する傾向にある。
【００５１】
図２は、プラズマを発生させるためのプラズマ電力とパーティクルの数との関係を示すグラフである。
【００５２】
図２において、横軸のプラズマ電力は、プラズマを発生させるために高周波電源１１３に印加した電圧値と電流値とから算出される消費電力〔Ｗ〕を示しており、縦軸のパーティクル数は、高周波電源１１３に異なる電圧を印加したときにプロセスチャンバ１００内で観測されたパーティクルの数、即ちチャンバ側壁１１０から遊離したパーティクルの数を示している。
【００５３】
図２から、プラズマ電力を増大させるとパーティクル数は減少することが分かる。この理由は、プラズマ電力が高いほど、発生したプラズマからの静電気力が大きくなるためパーティクルが効果的にウェハ上方の領域から排出されるからである。したがって、プラズマを発生させるために高周波電源１１３に印加する電圧は高い方が好ましく、プラズマ電力の値で１００〜４０００Ｗが好ましい。
【００５４】
図３は、図１におけるプロセスチャンバ１００の内部に形成されるポテンシャル形状を説明するために用いられる図である。
【００５５】
図３に示すように、プラズマ処理装置において、ＥＳＣ電極１２０ａ，１２２ａに異なる電位の電力が供給されると、プロセスチャンバ１００の内部には、破線矢印で示すような電気力線、及び実線で示すような等電位線のポテンシャル形状が形成される。なお、電気力線は、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａに供給された電力の電位（第１の電位）よりもフォーカスリング１２１に供給された電力の電位（第２の電位）が高い場合のものを示している。
【００５６】
なお、上記電力の供給の開始と停止は、図１の電位制御手段（シーケンス制御部）により、以下のように行われる。
【００５７】
電位制御手段は、電力の供給開始時には、プラズマを生成するためのＲＦ電力供給後、例えば１秒後に、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａへの電力供給を開始し、その後、例えば０〜１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）の範囲で選択された所定時間経過後に、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａへの電力供給を開始する。また、電位制御手段は、電力の供給停止時には、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａへの電力供給を停止し、その後、例えば０〜１００ｍｓｅｃの範囲で選択された所定時間経過後にウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａへの電力供給を停止し、例えばその１秒後にＲＦ電力供給を停止する（電位制御手段）。これにより、プラズマ生成直後又はプラズマ消失直後等のプロセスチャンバ１００内の雰囲気が静電気的に不安定なときではなく、安定しているときに、図３に示すようなポテンシャル形状をプロセスチャンバ１００内に形成することができる。
【００５８】
なお、上記電位制御手段は、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａへの電力の供給の開始と停止も制御するとしているが、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａへの電力供給をモニターしながらＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａに供給すべき電力の電位を制御するものであってもよい。
【００５９】
上述した等電位線に示すように、プラズマ処理実行時には、フォーカスリング１２１は電位の高い場所で、ウェハは電位の低い場所でそれぞれＥＳＣステージ１２０に静電的に吸着（静電チャック）される。また、プラズマに含まれる電子によって負に帯電したパーティクルも、電位の高い場所に吸引される方向への静電力を受ける。
【００６０】
図４は、図３の等電位線で表されるようなポテンシャル形状において、プラズマ領域内に存在したパーティクルの軌跡を例示する図であり、図５は、図４の部分拡大図である。なお、図５は、後述する図７の観測システム６００によって観測されたパーティクルの軌跡を例示している。
【００６１】
図４及び図５に示すプラズマ領域内（ウェハ上方の領域内）に存在したパーティクルの軌跡ように、プラズマ領域内を浮遊していたパーティクルは、図３に示すような等電位線のポテンシャル形状が形成されると、電位の高い場所に吸引される方向への静電力を受けて、ウェハ上方の領域からフォーカスリング１２１上方へ移動する（パーティクル移動手段）。効率的にパーティクルを移動させるためには、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａの電位は、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａの電位、より好ましくは当該電位に対応してウェハの上面近傍に形成される電位又はプラズマの生成によって形成されるセルフバイアス電位よりも高い電位であることが好ましい。
【００６２】
また、図５に示すように、パーティクルの軌跡は、ウェハ上方のものは水平方向に間隔が狭く、フォーカスリング１２１上方のものは水平方向に間隔が広い。このことから、パーティクルはウェハ上方からフォーカスリング上方へ加速的に移動したことが分かる。パーティクルは、イオンシース領域が有するセルフバイアス電位及びプラズマ外縁領域が有する電位、即ち下部電極１１２表面及びバルクプラズマ領域間の電位差によって反発されると共に、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａの高い電位によって吸引されて加速度が与えられるからである。
【００６３】
なお、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａの電位は、アースを基準電位０Ｖとしたセルフバイアス電位の極性、又はアースを基準電位０Ｖとしたウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａの電位に対応してウェハの上面近傍に形成される電位の極性とは逆の極性、即ち正極性であるのが好ましい。これにより、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａの電位をセルフバイアス電位又はウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａの電位に対応してウェハの上面近傍に形成される電位よりも容易に高くすることができ、フォーカスリング１２１上方へのパーティクル吸引力を確実に発生させることができる。
【００６４】
図６は、図５のように観測されたパーティクルの数とＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａに印加された電圧との関係を示すグラフである。なお、図６は、後述する図７の観測システム６００によって観測されたパーティクルの数の測定結果を例示している。
【００６５】
図６において、横軸のフォーカスリング印加電圧は、ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａに印加された電圧を示しており、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａに印加された電圧（以下、「ウェハ印加電圧」という）が、アースの基準電位が０Ｖで一定であるときのものである。したがって、フォーカスリング印加電圧は、ウェハ印加電圧に対する相対的な電位差（以下、「相対電位差」という）も示している。
【００６６】
図６に示すように、フォーカスリング印加電圧がウェハ印加電圧よりも相対的に高い場合（フォーカスリング印加電圧が＋２００Ｖ、即ち相対電位差が＋２００Ｖの場合）には、ウェハ上方に存在するパーティクルの数が少なく、フォーカスリング１２１上方に存在するパーティクルの数が多い。これに対して、フォーカスリング印加電圧がウェハ印加電圧よりも相対的に低い場合（フォーカスリング印加電圧が０Ｖ，−１２０Ｖ，−２００Ｖ、即ち相対電位差が０Ｖ，−１２０Ｖ，−２００Ｖの場合）には、ウェハ上方に存在するパーティクルの数が多く、フォーカスリング１２１上方に存在するパーティクルの数が少ない。
【００６７】
また、図６に示すように、相対電位差が大きいほど、ウェハ上方に存在するパーティクルの数が減少し、フォーカスリング１２１上方のものが増大する。好ましくは、相対電位差が＋１５０Ｖ以上であると、フォーカスリング１２１上方よりもウェハ上方に存在するパーティクルの数を確実に低減させることができる。
【００６８】
図３乃至図６によれば、ウェハ吸着用ＥＳＣ電極１２０ａに供給される電力の電位よりもＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａに供給される電力の電位を高くすることにより、プラズマ処理実行中においてウェハ上方の領域に存在するパーティクル、特にプラズマ外縁領域及びイオンシース領域、即ちバルクプラズマ領域及びウェハ表面間に存在するパーティクルの数を低減させて、パーティクルの付着を抑制してウェハの汚染を防止することができる。
【００６９】
また、プラズマ処理実行中にウェハ上方の領域内に存在するパーティクルをウェハ上方の領域外へ移動させるので、下記のような効果を奏することができる。
【００７０】
ウェハの処理すべき部分をマスキングするようなパーティクルの低減により、パーティクルによって阻害されることなくプラズマ処理を実行することができ、歩留まりを向上させることができ、生産性を向上させることができる。
【００７１】
プラズマ処理実行中にウェハの上方のパーティクルの数を減少させることができるので、プラズマ処理実行前に実行されるクリーニングを簡易化、具体的にはクリーニングサイクルの長期化、ウエットクリーニング後のシーズニング時間の短縮化、ひいてはプラズマ処理装置の立上げ時間の短縮化が可能になる。結果として、プラズマ処理装置の稼働時間が増大し、生産性を大幅に向上させることができる。
【００７２】
図７は、図５及び図６に示したような実験結果を得るためにパーティクルを観測するための観測システムの構成を概略的に示す図である。
【００７３】
図７において、観測システム６００は、プロセスチャンバ１００内部のパーティクルに波長５３２ｎｍのレーザ光を照射するＳＨＧ−ＹＡＧレーザから成るレーザ光源６１０と、プロセスチャンバ１００内部を撮像するための画像強調型ＣＣＤカメラ６２０とを備える。また、観測システム６００は、レーザ光散乱法を利用するために、レーザ光源６１０からのレーザ光の光路上に、半波長板６１１、レンズ６１２，６１３、スリット６１４，６１５、消光装置６１６がレーザ光源６１０から順に配されている。スリット６１４，６１５は、その間のスペースにプロセスチャンバ１００を挟持する（図４参照）。プロセスチャンバ１００内部のパーティクルにより散乱した光は、波長５３２ｎｍの光に用いる干渉フィルター６２１を介してＣＣＤカメラ６２０に入射する。
【００７４】
図１のプラズマ処理装置では、プラズマ処理実行終了後、ＥＳＣ電極１２０ａ，１２２ａへの電力供給を停止してプラズマを消失させると共に、プロセスチャンバ１００はポンプによりバッフル板１３０を介して排気される。これにより、プロセスチャンバ１００内に存在するパーティクルは除去される（パーティクル除去手段，排気手段）。なお、上記排気処理は、プラズマ処理実行中に行ってもよい。
【００７５】
ポンプによる排気は、プロセスチャンバ１００の下部にあるバッフル板１３０を介して行われるため、通常、ウェハの面近傍の領域における排気効率は悪い。しかしながら、図３乃至図６を用いて説明したように、プラズマ処理実行中に、パーティクルは、ポンプの排気効率の高い場所、即ちバッフル板１３０に近いフォーカスリング１２１上方に移動されているので、ポンプによるパーティクル除去効率を向上させることができる。したがって、プラズマ消失後にウェハ上面にパーティクルが付着することを確実に抑制することができる。
【００７６】
上記実施の形態に係るプラズマ処理装置において、生成させるプラズマは、ＲＦ電力で発生させるＣＣＰであるとしたが、ＲＦ電力で発生させる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductive coupled plasma）、マイクロ波で発生させるマイクロ波プラズマ（ＵＨＦ：ultrahigh frequency plasma）等、いかなるプラズマであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いた処理、例えばエッチング処理、スパッタリング処理、ＣＶＤ処理を実行するプラズマ処理装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】プラズマを発生させるためのプラズマ電力とパーティクルの数との関係を示すグラフである。
【図３】図１におけるプロセスチャンバ１００の内部に形成されるポテンシャル形状を説明するために用いられる図である。
【図４】図３の等電位線で表されるようなポテンシャル形状において、プラズマ領域内に存在したパーティクルの軌跡を例示する図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図５のように観測されたパーティクルの数とＦＲ吸着用ＥＳＣ電極１２２ａに印加された電圧との関係を示すグラフである。
【図７】図５及び図６に示したような実験結果を得るためにパーティクルを観測するための観測システムの構成を概略的に示す図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００  プロセスチャンバ
１１０  チャンバ側壁
１１１  上部電極
１１２  下部電極
１１３  高周波電源
１２０  ＥＳＣステージ
１２０ａ  ウェハ吸着用ＥＳＣ電極
１２１  フォーカスリング（ＦＲ）
１２２ａ  ＦＲ吸着用ＥＳＣ電極
１２２，１２５  可変電源
１３０  バッフル板
【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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