JP2005072175A - パーティクル除去装置及びパーティクル除去方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理で生じるチャンバ内のパーティクルを高い効率で除去し実用性の高いパーティクル除去技術を提供する。
【解決手段】 このパーティクル除去装置は、プラズマエッチング装置のチャンバ１０内壁あるいはシャワーヘッド３８内壁面に絶縁体７０を介して取り付けられた帯電用電極７２と帯電用電極７２の電位および電圧印加のタイミングを制御する帯電制御部７４とを含むパーティクル帯電制御手段を有し、このパーティクル帯電制御手段で形成するイオンシース領域の正イオンでパーティクルを正に帯電させ、正帯電したパーティクルをプラズマ処理装置の排気口２４側へと移送してチャンバ１０の外（排気装置２８側）へ排出する。

【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の成膜あるいは微細加工を行う処理装置内のパーティクルを除去する技術に係り、特にプラズマ処理装置内に発生するパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法および装置に関する。

半導体装置や液晶表示装置等の製造では、半導体基板やガラス基板等の被処理基板が処理装置の処理容器またはチャンバに搬入され、密閉ないし減圧されたチャンバ内で成膜処理（化学的気相成長等）あるいは膜の微細加工処理（ドライエッチング等）が行なわれる。その際、チャンバ内では不可避的にパーティクルが発生する。この種のパーティクルは、主に、チャンバに導入される原料ガス（処理ガス）間の反応生成物や原料ガスと被エッチング材との反応生成物がチャンバ内空間で成長したもの、あるいは、チャンバの内壁に付着した反応生成物が剥離したものなどである。チャンバ内で発生するこのようなパーティクルが被処理基板の表面に付着することで、半導体装置あるいは液晶表示装置の製造歩留まりや処理装置の稼働率を低下させる大きな要因となっている。そして、プロセスに与えるパーティクルの影響は、半導体装置あるいは表示装置を構成する素子のサイズが小さくなるに従って大きくなる。それは、素子のサイズが小さくなると、大きなサイズのパーティクルだけでなく小さなサイズのパーティクルもプロセスに影響するようになるからである。

従来より、チャンバ内で生成した反応生成物をパーティクルとして除去する手法が幾つか提案されている。代表的なものとして、チャンバ内のパーティクルはプラズマエッチングの終了時に正に帯電して発生するとの仮定の下で、パーティクルを負電位の電極で捕獲して、被処理基板へのパーティクルの付着を防止するパーティクル除去技術が知られている（特許文献１参照）。

図１６に、このパーティクル除去技術の手法を示す。プラズマエッチング装置のチャンバ２００内にはプラズマ生成用の一対の電極２０２，２０４が平行に配置され、カソードカップリング配置で下部電極２０２に高周波電源２０６が電気的に接続され、上部電極２０４はグランド電位に接続される。下部電極２０２の上面に絶縁体２１０を介して正電位の静電チャック電極２１２が設けられ、静電チャック電極２１２上に被処理基板たとえば半導体基板２０８が載置される。パーティクル除去電極２１４は、下部電極２０２と上部電極２０４との間でプラズマ生成領域の外周を囲むようにリング状に設けられる。プラズマエッチング中は、ガス導入口２１６よりシャワーヘッド２１８を通して導入されるハロゲンガス等の処理ガスが、高周波電源２０６からの高周波電圧を印加される下部電極２０２と上部電極２０４との間でプラズマ励起され、半導体基板２０８上面の被エッチング材と化学反応して揮発性ガスとなり、排気口２２０よりチャンバ２００の外へ排気される。そして、エッチング終了時に処理ガスの供給は停止されるが、高周波電圧の印加を停止した直後に正帯電のパーティクルが落下する。そこで、この時に、パーティクル除去電極２１４に直流電源より負電位を印加し、負電位のパーティクル除去電極２１４に正帯電のパーティクルを捕獲することで、半導体基板２０８へのパーティクル付着を防止するようにしている。

別の代表的な従来技術として、プラズマ処理中にパーティクルはプラズマで負に帯電するとし、プラズマ中の負帯電パーティクルを被処理基板の近傍に設けた正電位の捕集電極を通して除去する手法も知られている（特許文献２参照）。図１７にこの手法を示す。平行平板型プラズマエッチング装置のチャンバ（図示せず）内に下部電極３００と上部電極３０２とが平行に配置され、被処理基板たとえば半導体基板３０４を載置する下部電極３００の周囲に基板３０４を囲むように中空または筒状の捕集電極３０６がリング状に設けられる。この捕集電極３０６は内周面に開口３０７を有し、ステー３０８内の排気路を介してチャンバ外部の排気ポンプ（図示せず）に連通している。好ましくは、捕集電極３０６において開口３０７の内奥に正電位の微粒子引き込み電極（図示せず）が設けられる。下部電極３００と上部電極３０２との間で生成されるプラズマ３１０により負電荷に帯電したパーティクル３１２は、捕集電極３０６の中に開口３０７を通って捕集され、取付けステー３０８内の排気路を通ってチャンバの外に排出される。このようにして、半導体基板３０４へのパーティクル３１２の付着を防止するようにしている。
特開２０００−３９０２号公報（段落［００４３］、図１１） ＷＯ ０１／０１４６７（第９−１０頁、図３）

上記のような特許文献１に記載のパーティクル除去技術は、プラズマ処理の終了時に正帯電しているパーティクルを負電位の電極に付着させることで、半導体基板へのパーティクル付着を防止するというものである。しかしながら、本発明者が後述するパーティクル計測装置（図４）を用いてプラズマ処理中のパーティクル挙動を詳細に調べたところ、プラズマ処理中にもパーティクルが発生ないし存在しており、しかも帯電していないパーティクルや正帯電または負帯電のパーティクルが混在している場合のあることが判明した（図７）。この現象は、特に磁場等によりプラズマを局在させる場合に顕著に現れる。すなわち、この場合は、チャンバ内壁またはプラズマ励起用（高周波放電用）の対向電極とプラズマとの間隙が大きくなり、この領域に生成したパーティクルが電気的中性のまま浮遊するようになる。しかし、上記従来技術の手法では、そのような電気的中性や負帯電しているパーティクルを除去することは基本的に不可能である。

また、特許文献１の技法では、チャンバ内で正帯電のパーティクルが発生する領域に負電位のパーティクル除去電極２１４を配置する。しかしながら、プラズマ処理装置のチャンバ内に、しかもプラズマ生成領域の近傍にそのような金属部材の治具（２１４）を配置すると、プラズマが擾乱されてしまい、プラズマ分布特性の制御が難しくなる。また、そのような金属部材から金属汚染が発生しやすいという問題もある。このために、膜厚やエッチング速度等の高い均一性制御あるいはプロセスの高い信頼性を要求されるプラズマ処理では、特許文献１の技法の実用化は難しい。

一方で、特許文献２に記載のパーティクル除去技術は、上記のように、プラズマ処理中で負に帯電するパーティクルを正電位の捕集電極を通して除去するというものである。しかしながら、この技術においても、帯電していない電気的中性のパーティクルや正帯電パーティクルの除去は基本的にできない。また、特許文献１に記載のものと同様に、被処理基板３０４の近傍に設けられる捕集電極３０６が、プラズマ状態を大きく擾乱するだけでなく、金属汚染の発生源となるおそれがある。図１７はカソードカップリング方式の平行平板プラズマエッチング装置の要部を示しているが、下部電極３００を接地電位に接続して上部電極３０２を結合容量を介して高周波電源に接続するアノードカップリング配置では、プラズマが被処理基板３０４のより近傍に生成されるため、捕集電極３０６による擾乱でプラズマ制御は一層難しくなる。また、被処理基板３０４の寸法あるいは面積が大きくなると、捕集電極３０６から基板３０４の中心部までの距離が大きくなるため、基板中心部に降り注ぐパーティクルの捕集が難しくなるという問題もある。この問題に対して捕集電極３０６を基板中心部に近づけて配置すれば、プラズマ擾乱は更に大きくなる。要するに、この技法も実用化は難しい。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、プラズマ処理で生じるパーティクルを高い効率で除去でき、しかも、プラズマ擾乱や金属汚染がなく実用性の高いパーティクル除去技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１のパーティクル除去装置は、排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去装置において、前記被処理基板の近傍を除く領域に形成するイオンシース領域の正イオンで、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正帯電させるパーティクル帯電制御手段を有し、前記正帯電したパーティクルを前記排気ポートを通して前記チャンバの外へ排出する構成を有している。

本発明の第２のパーティクル除去装置は、排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去装置において、前記被処理基板の近傍を除く領域に形成するイオンシース領域の正イオンで、前記チャンバ内で発生するパーティクルを帯電させるパーティクル帯電制御手段と、前記正帯電のパーティクルを前記イオンシース領域を経由して前記排気ポート側へ移送する帯電パーティクル移送手段とを有している。

本発明において、好ましくは、パーティクル帯電制御手段が、イオンシース領域を挟んでプラズマに対向する側に設けられる制御用電極と、この制御用電極を負電位にするための電源部とを有する。あるいは、パーティクル帯電制御手段および帯電パーティクル移送手段の少なくとも一方が、プラズマ側に面して配置された制御用電極と、この制御用電極を負電位にするための電源部とを有する。かかる構成においては、チャンバ内で発生して熱運動するパーティクルが、被処理基板と対向する電極側ないしチャンバ内壁側のイオンシース領域の正イオンで効率よく正に帯電される。

また、好ましい一形態として、本発明のパーティクル除去装置では、パーティクル帯電制御手段の帯電制御用電極が、被処理基板を載置する第１の高周波放電用電極と対向して配置される第２の高周波放電用電極の表面上に絶縁膜を介して設けられる。あるいは、パーティクル帯電制御手段および帯電パーティクル移送手段の帯電制御用電極が、チャンバの内壁面に絶縁膜を介して取り付けられる。かかる構成においては、本発明のパーティクル除去装置がプラズマ処理におけるプラズマ生成に悪影響を及ぼすことはなく、しかも構成が簡便となるため、装置の実用化が容易になる。

また、好ましい一形態として、パーティクル帯電制御手段あるいは帯電パーティクル移送手段の制御用電極が、互いに物理的に分離している複数の導体を有し、電源部が各々の導体を独立的に負電位にする構成も可能である。この場合、制御用電極を構成する複数の導体に対し、排気ポートに近くなるにつれて絶対値の大きな負電位を与えるのが好ましい。かかる構成にすることで、正に帯電したパーティクルが排気ポート側にドリフト移送されるようになり、高い効率のパーティクル排出が可能になる。

また、好ましい一形態として、電源部が、制御用電極を構成する複数の導体に対し、正帯電のパーティクルを排気ポート側へ順次転送するように所定の位相関係で負電位のパルスを印加する構成としてもよい。このような構成にすることで、上述したように正電位のプラズマからのクーロン反発力と制御用電極からの吸引力とを受けてプラズマと制御用電極間に閉じ込められるパーティクルは、チャンバの中央部からその周辺部へと非常に効率よく転送できるようになる。また、チャンバ内壁側に達したパーティクルを排気ポートへと高い効率で移送できるようになる。

本発明のパーティクル帯電制御手段あるいは帯電パーティクル移送手段における電源部は、典型的には直流電源を有してよく、あるいは結合容量を介して制御用電極に電気的に接続される高周波電源を含むものであってもよい。そして、パーティクル帯電制御手段あるいは帯電パーティクル移送手段における制御用電極の表面は絶縁膜で被覆されてよい。この絶縁膜の被覆により制御用電極からの金属汚染は皆無になり、信頼性の高いプラズマ処理が可能になる。

また、好ましい一態様によれば、本発明のパーティクル除去装置を取り付けるプラズマ処理装置には、チャンバ内でプラズマを被処理基板の近傍に偏在させる磁場供給手段が備えられる。この場合は、チャンバ内において、プラズマを挟んで被処理基板に対向する空間領域が広がる。この対向する空間領域に、パーティクル帯電制御手段の制御用電極あるいは帯電パーティクル移送手段の制御用電極を設けることで、プラズマ擾乱の可能性を低減できる。。

本発明の第１のパーティクル除去方法は、排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、前記被処理基板の近傍を除く領域に形成されるイオンシース領域の正イオンの付着により、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記イオンシース領域を経由して前記排気ポート側へ導き、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出する。

本発明においては、正イオンおよび正帯電のパーティクルをイオンシース領域と接する近隣の物体表面側に引き寄せるための負の電位を物体表面に与えるのが好ましい。また、イオンシース領域と接する物体を排気ポートからの距離に応じて複数の領域に電気的に分離し、各領域毎に独立した負電位を与えるのも好ましい。この場合、複数の領域の中で排気ポートに近い領域ほど絶対値の大きい負電位を与えてよい。さらには、それら複数の領域に、互いに位相のずれた複数の負電圧パルスをそれぞれ印加し、正帯電のパーティクルを排気ポート側へ移送することも可能である。このようにすることで、正に帯電させたパーティクルを排気ポート側へ効率よくドリフト移送させることが可能になり、チャンバ外へのパーティクル排出が容易になる。そして、被処理基板へのパーティクル付着を抑制できる。

また、本発明の第２のパーティクル除去方法では、制御用電極を構成する複数の領域に、それぞれ互いに位相のずれた負電位の周期的パルスを印加し、正帯電のパーティクルを排気ポート側へ転送する。このようにすることで、特にチャンバの中央部からその周辺部へと非常に効率よくパーティクル転送できるようになり、パーティクルの除去効率が更に向上する。

また、本発明の第２のパーティクル除去方法は、排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、前記チャンバ内壁に沿って形成されるイオンシースの領域の正イオンの付着によりパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記チャンバ内壁に沿って前記排気ポート側へ導いて、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出する。このパーティクル除去方法において、好ましくは、チャンバの内壁に両面を絶縁体に挟まれた制御用電極を設け、正イオンおよび正帯電のパーティクルをチャンバ内壁側に引き寄せるための負の電位を該制御用電極に与えてよい。

また、本発明の第３のパーティクル除去方法は、排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で相対向する第１および第２の電極間に高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記第１の電極上の被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、前記第２の電極に沿って形成されるイオンシースの領域の正イオンの付着によりパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記第２の電極の主面および前記チャンバの内壁に沿って前記排気ポート側へ導いて、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出する。

このパーティクル除去方法において、好ましくは、第２の電極の主面上に両面を絶縁体に挟まれた制御用電極を設け、正イオンおよび正帯電のパーティクルを第２の電極の主面側に引き寄せるための負の電位を該制御用電極に与えてよい。

また、上記第２または第３のパーティクル除去方法において、好ましくは、排気ポートがチャンバ内壁の下部近傍に設けられ、正帯電のパーティクルがチャンバ内壁に沿って落下しながら排気ポート側へ導かれるようにしてよい。あるいは、排気ポートの入口付近に低コンダクタンスの排気路を与えるバッフル板が設けられ、バッフル板に負の電位が与えられるようにしてもよい。このようにすることで、正に帯電させたパーティクルを排気ポート側に非常に効率よくドリフト移送させることが可能になり、チャンバ外へのパーティクル排出が非常に高速になる。

以上に説明したように、本発明では、プラズマ処理装置のチャンバ内に発生するパーティクルをイオンシース領域の正イオンで正に帯電させ、上記イオンシース領域を形成する負電位の物体あるいはチャンバ内壁と正電位プラズマとの間を経由させて、プラズマ処理装置の排気ポート側に引き出しチャンバ外へとパーティクルを除去する。この発明により、チャンバ内に発生するパーティクルは高い効率でチャンバ外に排出・除去できる。また、本発明のパーティクル除去装置は、プラズマの擾乱および金属汚染がなく、しかも、その構成が簡便であるために実用化が容易となる。

以下、図１〜図１５を参照して本発明の好適な実施の態様を説明する。

図１に、本発明の第１の実施例によるパーティクル除去装置を取付または装備したプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、平行平板型ＲＩＥプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円盤状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状支持部１６の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。

チャンバ１０の側壁と筒状保持部１４との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４には排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。

サセプタ１２には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３２は、所定の高周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電力を下部電極つまりサセプタ１２に印加する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。高周波電源３２からの高周波電圧はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に印加される。

サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを上下一対の絶縁膜４０ｂの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口に処理ガス供給部６２からのガス供給配管６４が接続されている。

チャンバ１０の周囲には、環状または同心状に延在する磁石６６が配置されている。チャンバ１０内において、シャワーヘッド３８とサセプタ１２との間の空間には、高周波電源３２により鉛直方向のＲＦ電界が形成される。高周波の放電により、サセプタ１２の表面近傍に高密度のプラズマを生成することができる。

エッチャー制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、高周波電源３２、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２、処理ガス供給部６２および後述するパーテイクル除去装置の制御部（たとえば帯電制御部７４）等の動作を制御するもので、ホストコンピュータ（図示せず）等の外部装置とも接続されている。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部６２より処理ガスつまりエッチングガスを所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３２より所定のパワーで高周波電力をサセプタ１２に供給する。また、直流電源４２より直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、半導体ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。

この実施例におけるパーティクル除去装置は、チャンバ１０の内壁あるいはシャワーヘッド（上部電極）３８の内壁面に膜状の絶縁体７０を介して取り付けられた帯電用電極７２と、この帯電用電極７２を介してチャンバ１０内のパーティクルの帯電を制御するための帯電制御部７４とを有している。帯電用電極７２は、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼等の膜状またはシート状の導体からなり、帯電制御部７４より負の電圧を印加される。絶縁体７０は、たとえばアルミニウム表面をアルマイト処理したアルミナ等やイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）などを導体に溶射して得られるセラミックスからなり、帯電用電極７２の表面（内側面および外側面）全体を被覆している。なお、シャワーヘッド（上部電極）３８の内壁面においては帯電用電極７２と絶縁体７０に電極板５６のガス吐出孔５６ａに連通する開口が設けられている。帯電制御部７４は、好ましくは出力電圧可変型の直流電源を含んでおり、エッチャー制御部６８の制御の下で帯電用電極７２の電位および電圧印加のタイミングを制御できるようになっている。

このように、この実施例では、チャンバ１０の内壁やシャワーヘッド３８に膜状の絶縁体７０を介して貼付または接続される帯電用電極７２を設けている。しかし、たとえばアルミニウム製のチャンバ１０内壁またはシャワーヘッド３８にアルマイト処理を施し、チャンバ１０またはシャワーヘッド３８に制御電圧を印加する構成、つまりチャンバ１０やシャワーヘッド３８を帯電用電極として機能させる構成も可能である。

図２に、帯電制御部７４より帯電用電極７２に帯電制御電圧を印加するタイミングの一例を示す。この例では、チャンバ１０内に処理ガスを導入する直前から帯電用電極７２に対する帯電制御電圧の印加を開始し、エッチング終了時から、つまり処理ガスの導入と高周波電力の投入を停止した時から所定時間の経過後に、帯電制御電圧の印加を停止して帯電用電極７２の電位をグランド電位に戻すようにしている。

帯電用電極７２に印加する帯電制御電圧は、パーティクルを十分に帯電させるうえでは、絶対値の大きい印加電圧とすることが望ましい。しかし、印加電圧（絶対値）を大きくしすぎると、帯電用電極７２とプラズマとの間、帯電用電極７２とチャンバ１０との間などで異常放電が発生したり、帯電用電極７２に印加された電圧によってプラズマに影響を与えるおそれがある。このことから、そのような不所望な事態を来たさないように、帯電制御電圧は帯電用電極７２に流れる電流が十分小さい値（たとえば０．１Ａ程度）になるような印加電圧であることが好ましく、たとえば−１０Ｖ〜−５００Ｖの範囲内で設定されてよい。

ここで、図１および図３につき、この実施例（より一般には本発明）におけるパーティクル除去技術の動作原理について説明する。

図３に、このプラズマエッチング装置（図１）において下部電極（サセプタ）１２と上部電極（シャワーヘッド）３８との間のプラズマ生成領域における上下方向の電位分布を模式的に示す。このプラズマ生成領域にはいわゆるカソードカップリング方式によるプラズマが形成され、帯電用電極７２に負電圧（たとえば−２００Ｖ）が印加されている場合の電位分布が図示されている。図３に示すように、帯電用電極７２に負電圧（−２００Ｖ）を印加すると、プラズマＰＺ（図１）と上部電極３８内側の帯電用電極７２（より正確には内側絶縁体７０）との間にパーティクル帯電領域７６が形成される。このパーティクル帯電領域７６は、帯電用電極７２の負電位により電界を強められたイオンシースであり、この領域には多量の正イオンが存在する。そして、チャンバ１０内、特に上記プラズマ生成領域で発生して浮遊する多くの電気的中性のパーティクルは、このパーティクル帯電領域７６で帯電用電極７２側へ流れ込む正イオンと衝突して正に帯電するようになる。このようにして正帯電したパーティクルは、正電位のプラズマＰＺからはクーロン力で反発される一方で、負電位の帯電用電極７２側からはクーロン力で引き寄せられ、帯電用電極７２の内側の絶縁体７０表面に衝突して散乱しながらパーティクル帯電領域７６内を運動する。そして、図１に示すように、○印で示すパーティクルは、最終的にはチャンバ１０の側壁部付近に到達し、その領域でもチャンバ側壁内部の帯電用電極７２からの吸引力を受けながら、排気ガスの流れに沿い下方へと重力落下してバッフル板２２を通り抜け、排気口２４からチャンバ１０の外へ排出される。

この実施例のプラズマエッチング装置では、リング状磁石６６により被処理基板Ｗに対して横方向の磁場を加えているために、プラズマＰＺは被処理基板Ｗ側に偏在している。このようにプラズマＰＺが、チャンバ１０内壁に挿入した帯電用電極７２から離れて形成されると、帯電用電極７２への負電圧の印加によってプラズマＰＺを擾乱させる可能性を低減させることが可能であり、プラズマ制御は容易になる。本発明では、パーティクルのサイズが大きいほど帯電し易くなるが、数ｎｍのパーティクルでもパーティクル帯電領域７６で充分に正帯電している。なお、このようなプラズマ偏在は、磁場の付加以外にもヘリコン波プラズマ生成、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ生成あるいはＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）プラズマ生成を用いても可能である。

次に、図４〜図８につき、この実施例における作用効果を具体例で説明する。この具体例では、チャンバ１０内のパーティクル発生状況を正確に把握するために、図４に示すようなパーティクル計測器を用いた。図４において、チャンバ１０とリング状磁石６６の一部に石英窓８０が設けられている。レーザ制御部８２の光源から石英窓８０を通して、扁平なビーム断面形状を有するレーザ光８４が半導体ウエハＷの上方近傍に面平行に入射され、パーティクルが存在すればその散乱光がＣＣＤカメラ８６で継続的に撮影される。ここで、散乱光のノイズをなくするためにレーザ光８４は消光部８８で消光される。ＣＰＵ９０は、エッチャー制御部６８を通じてプラズマ処理装置の動作タイミングをモニタリングするとともに、レーザ制御部９０のレーザ発光動作を制御して、ＣＣＤカメラ８６より取り込んだ画像情報をデータ処理する。この具体例では、このようなパーティクル計測器により、プラズマ処理装置の作動中に発生するパーティクルをリアルタイムで計測した。

この具体例では、被処理基板として口径２００ｍｍφの半導体ウエハＷを使用し、図２のタイムシーケンスでシリコン酸化膜エッチングおよびパーティクル除去を行った。より詳細には、チャンバ１０内を１０^-5Ｐａ程度の高真空に減圧した後、帯電制御部７４により帯電用電極７２に−２００Ｖの直流電圧を印加した。次に、処理ガスであるエッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ₂ の混合ガスをチャンバ１０内に導入し、チャンバ１０内の圧力を５Ｐａ程度に維持したうえで、高周波電源３２により６０ＭＨｚ、１５００ＷのＲＦ電力を投入して該エッチングガスのプラズマを生成し、半導体ウエハＷ上のシリコン酸化膜をプラズマエッチングした。なお、リング状磁石６６から加えられる磁束密度は半導体ウエハＷの上面付近で１００Ｇａｕｓｓ程度である。そして、１分間エッチングした後に、上記エッチングガスの導入とＲＦ電力の投入を停止した。その１０秒後に帯電用電極７２の電位をグランド電位に戻し、それから１０秒後にゲートバルブ６６を開けて隣室のロードロックチャンバへ半導体ウエハＷを搬出した。

以上のようなプラズマエッチング処理に際しての本発明のパーティクル除去効果は次の通りであった。図５は、上記パーティクル計測器（図４）でリアルタイムに捉えたパーティクル飛跡を模式的に書き直したものである。図５に示すように、静電チャック４０の電極４０ａ表面の絶縁膜４０ｂ上に静電吸着された半導体ウエハＷの上方にプラズマＰＺが生成され、帯電用電極７２表面の絶縁体７０との間にパーティクル帯電領域７６が形成される。そして、この領域７６に多数のパーティクル飛跡９２が存在するのが確認された。これは、接地電位に固定の上部電極板５６から絶縁体７０ｂで絶縁分離された負電位（−２００Ｖ）の帯電用電極７２によって電界を強められたイオンシース領域（パーティクル帯電領域７６）において電気的に中性であったパーティクルが正イオンと衝突し、かつ正イオンの付着で正に帯電し、その領域を運動しているところを示している。そして、このパーティクル帯電領域７６内を運動するパーティクルの数は、プラズマ生成中は余り変化が無い。一方で、同時に、多量のパーティクルが、上述したようにチャンバ１０の側壁部に到達してその側壁部に沿って下方へ流出している。これらのことから、本発明では、チャンバ１０の内壁（上壁および側壁）部の帯電用電極７２を通じて電界強度を高められたイオンシース領域（パーティクル帯電領域７６）で電気的に中性なパーティクルが次々に正帯電し、この正帯電したパーティクルはチャンバ１０の側壁部に沿って下方に延びるイオンシース領域を通ってチャンバ１０の外へ排出されるものと考えられる。

さらに、この具体例では、エッチング処理中の半導体ウエハＷの上面近傍で浮遊するパーティクルの数を計測評価した。図６は本発明のパーティクル除去装置を作動させた場合の結果を示し、図７は同一のプラズマ処理装置において本発明のパーティクル除去装置を装備していない場合（参考例）の結果である。図６および図７では、横軸にエッチング処理におけるタイムシーケンスの時間軸をとり、縦軸に●印でパーティクルの個数を表している。

本発明では、図６からわかるように、図２と同様のタイムシーケンスでチャンバ内への処理ガス導入とＲＦ電力投入とが行なわれ、本発明の帯電制御部が稼動している間（帯電用電極７２に帯電制御電圧が印加されている間）は半導体ウエハＷの上面近傍にパーティクルは全く観測されない。これに対して、図７では、処理ガス導入と共にパーティクルが観測され始め、その数の変動はあるものの終始エッチング処理中に観測される。このことは、本発明によれば、パーティクルを意図的に正帯電させ、この正帯電したパーティクルを除去することで、エッチング処理中に発生するパーティクルの被処理基板への付着は大幅に低減できることを示している。一般的には、プラズマ処理中のプラズマにより負帯電するパーティクルも存在すると考えられるが、このエッチング処理では上記負帯電のパーティクルは発生しなかったか、発生しても非常に微小か微量であったものと考えられる。

また、本発明のパーティクル除去装置を作動させた時のプラズマ擾乱の影響は全く問題にならない程度であることも確認された。図８に、上記シリコン酸化膜エッチングにおけるエッチング速度の面内分布を示す。本発明におけるエッチング速度特性を実線で示し、本発明のパーティクル除去装置を装備しない場合（参考例）のエッチング速度特性を破線で示している。図８からわかるように、エッチング速度は誤差範囲で全く変わらないといえる。このように、本発明のパーティクル除去装置は、プラズマ処理装置のプラズマ分布特性に影響を与えることはなく、チャンバ１０内で発生したパーティクルを効果的に除去することができる。また、本発明のパーティクル除去装置は、プラズマ処理装置のチャンバ内壁に取り付けられる帯電用電極７２および絶縁体７０とチャンバ外部の帯電制御部７４とで構成され、極めて簡便な手法でパーティクルの除去を行うことが可能であり、非常に高い実用性を有している。上記の具体例ではシリコン酸化膜のエッチングについて示したが、シリコン酸化膜等のＣＶＤ（化学的気相成長）等も全く同様にして行える。

図９に、本発明の第２の実施例によるパーティクル除去装置を装備したプラズマエッチング装置の構成を示す。図中、第１の実施例のもの（図１）と同一の構成または機能を有する部分は同一符号で示すか図示省略しており、主として第２の実施例の特徴とする部分について説明する。この第２の実施例は、上記した第１の実施例と同様のパーティクル帯電領域７６で正帯電させたパーティクルについてドリフト移送を行う手段を有しており、パーティクルのチャンバ外への排出を一層効率的に行うものである。

図９に示すように、この実施例では、シャワーヘッド３８の電極板５６内壁面を含むチャンバ１０の天井部の内壁に膜状の絶縁体１００を介して第１帯電用電極１０２が設けられる。この第１帯電用電極１０２は、第１制御部１０４より負の電圧を印加される。第１制御部１０４は、好ましくは出力電圧可変型の直流電源を含み、エッチャー制御部６８（図１）の制御の下で第１帯電用電極１０２の電位および電圧印加のタイミングを制御する。これら第１帯電用電極１０２および第１制御部１０４は主としてパーティクル帯電制御手段として機能する。

また、チャンバ１０の側壁内側には絶縁体１００を介して第２帯電用電極１０６が設けられている。この第２帯電用電極１０６は、第２制御部１０８より負の電圧を印加される。第２制御部１０８も、好ましくは出力電圧可変型の直流電源を含み、エッチャー制御部６８（図１）の制御の下で第２帯電用電極１０６の電位および電圧印加のタイミングを制御する。これらの第２帯電用電極１０６および第２制御部１０８は、主としてパーティクル移送手段として機能する。なお、第１、第２帯電用電極１０２，１０６は、アルミニウム、ステンレス鋼等の膜状またはシート状の導体で構成されてよい。絶縁体１００は、たとえばアルミニウム表面をアルマイト処理したアルミナ等の膜状セラミックスからなり、第１，第２帯電用電極１０２，１０６の表面（内側面と外側面）全体を被覆している。

図１０に、この実施例におけるタイムシーケンスを示す。プラズマエッチングに際して、チャンバ１０内に処理ガスを導入する直前に、第１および第２制御部１０４，１０８により第１および第２帯電用電極１０２，１０６に対する負電圧（第１制御電圧、第２制御電圧）の印加を開始させてよい。ここで、第１帯電用電極１０２に印加する負電圧（第１制御電圧）よりも第２帯電用電極１０６に印加する負電位（第２制御電圧）の絶対値が大きくなるように設定するのが好ましい。たとえば、第１帯電用電極１０２に−１００Ｖを印加し、第２帯電用電極１０６に−２００Ｖを印加してよい。上記した第１の実施例と同様にエッチング処理中も第１および第２帯電用電極１０２，１０６に対する負電圧（第１制御電圧、第２制御電圧）の印加を継続する。そして、エッチング処理の終了によって処理ガスの導入と高周波電力の投入とを停止した後は、先ず第１帯電用電極１０２に対する負電圧（第１制御電圧）の印加を停止し、次いで所定時間の経過後に第２帯電用電極１０６に対する負電圧（第２制御電圧）の印加を停止してよい。

上記第１の実施例と同様に、プラズマエッチング中はチャンバ１０内にパーティクルが発生する一方で、第１帯電用電極１０２に負電圧（第１制御電圧）が印加されることにより、プラズマＰＺと電極板５６下の第１帯電用電極１０２（より正確には内側絶縁体７０）との間にパーティクル帯電領域７６が形成される。これにより、プラズマエッチング中に発生したパーティクルは、このパーティクル帯電領域７６で正イオンの衝突および付着を受けて正に帯電するようになる。この正帯電したパーティクルは、正の電位ポテンシャルを有するプラズマＰＺからはクーロン力に基づく反発力を受けるとともに、負電位の第１帯電用電極１０２からはクーロン力に基づく吸引力を受け、パーティクル帯電領域７６内を運動する。そして、図９に示すように、被処理基板Ｗの上方に存在するプラズマＰＺから離れ、しかも、第１帯電用電極１０２の端の方に移動したパーティクル１１０は、チャンバ側壁の第２帯電用電極１０６からの吸引力によりチャンバ側壁側へ強制的にドリフト移送される。上記のように第２帯電用電極１０６の負電位の絶対値を第１帯電用電極１０２の負電位の絶対値より大きくすることにより、このドリフト移送を強力かつ効果的に行うことができる。こうしてチャンバ１０の側壁内側へ移送されたパーティクルは、排気ガスの流れに沿い下方へと重力落下しバッフル板２２を通り、排気口２４からチャンバ１０の外ヘ排出される。このように、この第２の実施例によれば、第１の実施例よりも高い効率でチャンバ１０内のパーティクルを除去することができる。

図１１に、本発明の第３の実施例によるパーティクル除去装置を装備したプラズマエッチング装置の構成を示す。図中、第１または第２の実施例のもの（図１、図９）と同一の構成または機能を有する部分は同一符号で示すか図示省略しており、主として第３の実施例の特徴とする部分について説明する。この第３の実施例は、パーティクル帯電領域７６で正帯電させたパーティクルについてより強制的な移送または転送を行う手段ないし手法を有し、第２の実施例の場合よりも更に効率的にパーティクルをチャンバ１０の外へ排出できるようにしている。

図１１に示すように、この実施例では、シャワーヘッド（上部電極）３８の電極板５６内壁面を含むチャンバ１０の天井部の内壁に設けられる上部帯電用電極１０２が、中央部帯電用電極１０２Ａと周辺部帯電用電極１０２Ｂとに径方向で２分割されている。たとえば、中央部帯電用電極１０２Ａの平面形状は円形であり、周辺部帯電用電極１０２Ｂのそれは中央部帯電用電極１０２Ａと同心のリング形状であってよい。第１制御部１０４は、これら中央部帯電用電極１０２Ａと周辺部帯電用電極１０２Ｂとに独立した負の電圧（第１制御電圧Ａ，Ｂ）を一定のタイミング関係（位相差）で印加するように構成されている。これら中央部帯電用電極１０２Ａ、周辺部帯電用電極１０２Ｂおよび第１制御部１０４が、パーティクル帯電制御手段および帯電パーティクル転送手段として機能するようになっている。

また、チャンバ１０の側壁には絶縁体１００を介して第２帯電用電極１０６が設けられている。第２の実施例と同様に、第２制御部１０８が第２帯電用電極１０６の電位および電圧印加のタイミングを制御する。なお、第１、第２制御部１０４，１０８はエッチャー制御部６８（図１）からの制御信号を各々受け取るとともに、各電圧印加のタイミングを合わせるために相互間でも制御信号をやりとりするように構成されてよい。

図１２に、この実施例におけるタイムシーケンスを示す。プラズマエッチング処理自体のシーケンスは上記第１および第２実施例と同様であり、処理ガスをチャンバ１０内に導入し、その後に高周波電源３２よりサセプタ１２にＲＦ電力を印加して該処理ガスのプラズマＰＺを生成させる。この実施例では、第１制御部１０４により図１２に示すようなタイミングで互いに位相の異なる負電圧パルスすなわち第１制御電圧Ａ，Ｂをそれぞれ中央部帯電用電極１０２Ａ、周辺部帯電用電極１０２Ｂに印加する。この場合、中央部帯電用電極１０２Ａに対する第１制御電圧Ａの方からパルス出力を開始し、周辺部帯電用電極１０２Ｂに対する第２制御電圧Ｂのパルス出力を最後としてよい。図１２の例では第１制御電圧Ａ，Ｂ間の位相差を約１８０°に設定しているが、任意の位相差を選択できる。ここで、第１制御電圧Ａよりも第１制御電圧Ｂの負電位の絶対値が大きくなるように設定するのが好ましい。たとえば、Ａ＝−１００Ｖ、Ｂ＝−２００Ｖとしてよい。

プラズマエッチング中に発生するパーティクルは、上記中央部帯電用電極１０２Ａおよび周辺部帯電用電極１０２Ｂ近傍のパーティクル帯電領域７６で正帯電し、この正帯電したパーティクルは、正の電位ポテンシャルを有するプラズマＰＺからはクーロン力で反発されるとともに、上記帯電用電極の負電位からはクーロン力で吸引され、パーティクル帯電領域７６内を運動する。さらに、この場合には、互いに位相のずれた矩形周期パルスの負電圧印加であるために、図１２に示すように第１制御電圧ＡがＬレベル（グランド電位）になり第１制御電圧ＢがＨレベル（−２００Ｖ）になる時間帯において、中央部帯電用電極１０２Ａ下に在る正帯電したパーティクル１１２（図１１）は周辺部帯電用電極１０２Ｂ側に引き寄せられて周辺部帯電用電極１０２Ｂ側に転送される。このようなパーティクル転送は、位相のずれた負電圧パルスＡ，Ｂの繰り返し印加により効果的に行なわれる。こうして、チャンバ１の天井部の中央領域で形成した正帯電のパーティクルの総体は、その周辺側へと転送されることになる。

そして、上記のような第１制御部１０４による第１制御電圧Ａ，Ｂのパルス印加制御と連動して、所定のタイミングで第２制御部１０８が第２帯電用電極１０６に対して第２制御電圧を印加する（図１２）。ここで、第１制御電圧Ｂよりも第２帯電用電極１０６の負電位の絶対値が大きくなるように設定する。たとえば、第１制御電圧Ｂが−２００Ｖのとき、第２制御電圧を−３００Ｖとしてよい。これにより、周辺部帯電用電極１０２Ｂに到達したパーティクル１１０は、チャンバ１０の側壁部に設けられている第２帯電用電極１０６からの強い吸引力によりチャンバ側壁部側に強制的にドリフト移送される。

プラズマエッチング処理を終了させるために処理ガスの導入と高周波電力の投入とを停止した後も、しばらくの間、周辺部帯電用電極１０２Ｂおよび第２帯電用電極１０６には負電圧（第１制御電圧Ｂ、第２制御電圧）を印加し続け、正帯電したパーティクルの転送および移送を継続してよい（図１２）。こうして、チャンバ１０内で発生したパーティクルは、排気ガスの流れに沿い下方へと重力落下してバッフル板２２を通り抜け、排気口２４からチャンバ１０の外に排出される。

この実施例は、上述したようなパーティクル転送手法により、チャンバ１０の天井部の中央付近で生成したパーティクルを第２の実施例よりも更に高い効率で除去することが可能であり、円筒形状のチャンバ１０の径が大きくなるほど効果的である。なお、第１制御電圧Ａ，Ｂの負電圧を同一に設定しても、上記パーティクル転送は少々その効率が下がるものの充分に可能である。

図１３に、第４の実施例における装置構成を示す。この実施形態は、２つの特徴を追加しており、他の部分は上記第３の実施例と同じである。この実施形態における第１の特徴は、被処理基板Ｗに正帯電したパーティクルが付着するのを防止するために、基板Ｗ側（たとえば静電チャック４０の電極４０ａ）に直流の正電圧を印加し、基板Ｗ側から正帯電のパーティクルを反発させるものである。このために、サセプタ１２上の静電チャック電極４０ａに出力電圧可変型の直流電源１１４がローパスフィルタ１１６を介して電気的に接続されている。ここで、ローパスフィルタ１１６は、高周波電源３２からの高周波を遮断するためのものである。

第２の特徴は、チャンバ１０の底部において排気路２０の入口に位置するバッフル板２２に負電圧を印加して、本発明のパーティクル除去機能を促進する構成としている。図示の例では、第２制御部１０８よりバッフル板２２に独立した負電圧（第２制御電圧）を印加するようにしている。ここで、このバッフル板２２に印加する第２制御電圧Ｂの絶対値を第２帯電用電極１０６に印加する第２制御電圧Ａの絶対値よりも大きくするのが好ましい。たとえば、第２制御電圧Ａが−３００Ｖのときは、第２制御電圧Ｂを−４００Ｖに設定してよい。なお、バッフル板２２とチャンバ１０の側壁との間には両者を電気的に絶縁するための絶縁材（図示せず）が設けられてよい。

図１４に、この実施例におけるタイムシーケンスを示す。図示のように、第３の実施例のシーケンス（図１２）にバッフル板２２用の第２制御電圧Ｂを追加した内容となっている。好ましくは、第２帯電用電極１０６用の第２制御電圧Ａに対して適当な位相差を設けて（少し時間を遅らせて）第２制御部電圧Ｂをバッフル板２２に印加してよく、これによって正帯電のパーティクル１１８はチャンバ側壁部側からバッフル板２２へとドリフト移送される。図１４に示すように、プラズマエッチング処理の終了によっ処理ガスの導入と高周波電力の投入とを停止した後も、周辺部帯電用電極１０２Ｂ、第２帯電用電極１０６、バッフル板２２には負電圧（第１制御電圧Ｂ，第２制御電圧Ａ，第２制御電圧Ｂ）をそれぞれ印加し、正帯電パーティクルの転送および移送を継続する。そして、パーティクルを排気ガスの流れに沿い排気口２４からチャンバ１０の外へ排出する。

さらに、図１４には示していないが、直流電源１１４より被処理基板Ｗに直流の正電圧を印加する。この電圧値はたとえば１００Ｖ〜３０００Ｖに設定されてよい。この正電圧の印加は、帯電用電極（特に上部帯電用電極１０２）への負電圧印加と同様にＲＦ電力を印加する前に開始して、被処理基板Ｗをチャンバ１０から隣室のロードロックチャンバへ搬出する前に停止してよい。この被処理基板Ｗへの正電圧印加により、上記帯電用電極の帯電作用により正帯電したパーティクルは被処理基板Ｗからクーロン力で反発され、被処理基板Ｗへの付着は完全に防止される。

図１５を参照して、被処理基板Ｗに対する正電圧印加の作用効果について説明する。図１５は、図５に示したのと同様に、パーティクル計測器（図４）でリアルタイムに捉えたパーティクル飛跡を模式的に書き直したものである。図５で説明したのと同様に、プラズマＰＺと中央部帯電用電極１０２Ａ表面側の絶縁体７０ａ（１００）との間にパーティクル帯電領域７６が形成され、この領域７６に多数のパーティクル飛跡９２が存在する。ここで、中央部帯電用電極１０２Ａ上には絶縁体７０ｂ（１００）を挟んで電極板５６が配置されている。一方、電極４０ａ表面の絶縁膜４０ｂに載置された被処理基板Ｗ上に飛来したパーティクルは、被処理基板Ｗの表面で反発力を受け、プラズマＰＺ中との間でパーティクル飛跡１２０を描いている。このように、被処理基板Ｗに達した正帯電のパーティクルは、被処理基板ＷとプラズマＰＺとからの反発を受けて最終的にチャンバ１０の側壁部に押しやられることになる。そして、排気ガスの流れに沿い下方へと重力落下してバッフル板２２を通り、排気口２４からチャンバ１０の外へ排出される。このようにして、チャンバ１０内に発生するパーティクルを更に効率よくチャンバ１０の外へ除去できるようになる。

なお、上記第２，３の実施例においても、それぞれ本発明のパーティクル除去装置を作動させ、第１の実施例で説明したのと同様にシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行った。その結果、被処理基板である半導体ウエハ（シリコン基板）においてシリコン酸化膜エッチングの高い面内均一性およびパーティクル除去効果が確かめられた。

上記した実施形態においては、パーティクルを正帯電させるための帯電用電極を、更に分離してチャンバ１０内の所望の領域に備え付けるようにしてもよい。特に、シャワーヘッド３８側の帯電用電極（１０２Ａ，１０２Ｂ）だけでなく、チャンバ側壁部側の帯電用電極１０６も複数の領域に分割可能である。この場合でも、それぞれの分割帯電用電極に印加する負電圧の値あるいは印加のタイミングを適宜制御し、上述したドリフト移送あるいは転送を通してチャンバ外に効率よく排出できるようにしてよい。また、これらの帯電用電極を調整・制御する制御部は１箇所に集中させてもよい。

また、パーティクルを正帯電させるための帯電用電極を、シャワーヘッド３８の内壁ないしチャンバ１０の天井部内壁だけに限定して取り付ける構成や、あるいはチャンバ１０の側壁だけに限定して取り付ける構成も可能である。第３の実施例において被処理基板Ｗ側に正電位を印加する手法やバッフル板２２に負電圧を印加する手法は、これらの各場合あるいは第１および第２の実施例にも適用可能である。

第２〜第４実施例において、チャンバの側壁に設けられる第２帯電用電極１０６の構成例として、たとえば国際公開ＷＯ００／０７５９７２に記載されるような、その表面がアルマイト処理を施されたアルミニウムからなるデポシールドを用いることも可能である。この場合は、デポシールドのアルマイト処理が施されていない内部のアルミ部分が第２帯電用電極として機能することになる。

上記の実施形態においては、パーティクル帯電領域を形成するために、チャンバの内壁に設けた帯電用電極に直流電源からの負電圧を印加した。本発明は、これに限定されるものではなく、チャンバ内壁に設けた帯電用電極に容量結合を介して高周波電源からの高周波電圧を印加するようにしてもよい。この方式でも、生成プラズマとの間に形成されるイオンシース領域内の電界強度を高めて、パーティクル帯電領域として使用できることになる。

本発明では、プラズマ処理装置において発生するパーティクルを正帯電させ、ドリフト移送手法あるいは転送手法により、正帯電のパーティクルをチャンバの外へ排出する。しかし、プラズマ処理の条件によっては、プラズマ中の電子により負帯電するパーティクルが発生する場合がある。このような場合には、本発明の構成を基本としその上で負帯電のパーティクルを捕集する機構を付加すればよい。この負帯電のパーティクルを捕集する機構は、負帯電のパーティクルが発生するチャンバ内領域に正電圧を印加した電極を取り付けた構造を有するものとなる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において種々の変形・変更が可能である。たとえば、上述の平行平板電極でのカソードカップリング方式は一例にすぎず、それ以外にも、アノードカップリング方式あるいは平行平板電極型以外の種々の変形した電極を有するプラズマ生成方式でも本発明は適用できる。ただ、上記したヘリコン波プラズマ生成、ＥＣＲプラズマ生成あるいはＩＣＰプラズマ生成方式の場合には、帯電用電極の設置箇所を実装置の構造に合わせ、生成するプラズマの擾乱がなく、しかも電界強度の大きなイオンシース領域を生じさせるような構成にすることが必要となる。また、本発明は、プラズマエッチング以外にＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced CVD）のような成膜、被処理基板のプラズマ洗浄、チャンバ内壁のプラズマクリーニング等の場合でも同様に適用できる。また、プラズマ処理される被処理基板は半導体基板に限定されることなく、ＬＣＤ基板、ＰＤＰ基板として用いるガラス基板等であってもよい。

第１の実施例によるパーティクル除去装置を適用したプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 第１の実施例におけるパーティクル除去装置の動作を説明するためのタイムシーケンスを示す図である。 本発明のパーティクル除去装置の作用を説明するためのプラズマ生成中の電位ポテンシャル分布を模式的に示す図である。 本発明の効果を検証するパーティクル計測器の構成を示す図である。 第１の実施例における作用効果を説明するためのチャンバ内のパーティクル飛跡を模式的に示す図である。 第１の実施形態においてパーティクル計測器で計測したパーティクル数のタイムシーケンス変化を示す図である。 本発明を適用しない場合のパーティクル計測器で計測したパーティクル数のタイムシーケンス変化を示す図である。 第１の実施形態でシリコン酸化膜をプラズマエッチングした時のシリコン基板面内のエッチング速度の分布図である。 本発明の第２の実施例によるパーティクル除去装置を適用したプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 第２の実施例によるパーティクル除去装置の動作を説明するためのタイムシーケンスを示す図である。 本発明の第３の実施例のパーティクル除去装置を適用したプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 第３の実施例におけるパーティクル除去装置の動作を説明するためのタイムシーケンスを示す図である。 第４の実施例のパーティクル除去装置を適用したプラズマエッチング装置の構成図である。 第４の実施例におけるパーティクル除去装置の動作を説明するためのタイムシーケンスを示す図である。 第４の実施例における作用効果を説明するためのチャンバ内のパーティクル飛跡を模式的に示す図である。 従来の技術によるパーティクル除去装置を備えたプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 別の従来の技術によるパーティクル除去構造を示す図である。

符号の説明

１０ チャンバ
１２ サセプタ（下部電極）
２２ バッフル板
２４ 排気口
２８ 排気装置
３２ 高周波電源
３８ シャワーヘッド（上部電極）
４０ 静電チャック
５６ 上部電極板
６２ 処理ガス供給部
６６ 磁石
６８ エッチャー制御部
７０ 絶縁体
７２ 帯電用電極
７４ 帯電制御部
１００ 絶縁体
１０２ 第１帯電用電極
１０４ 第１制御部
１０６ 第２帯電用電極
１０８ 第２制御部
１０２Ａ 中央部
１０２Ｂ 周辺部帯電用電極
１１４ 直流電源

Claims (28)

1. 排気ポートに接続された減圧可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去装置において、
   前記被処理基板の近傍を除く領域に形成されるイオンシース領域の正イオンで、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正帯電させるパーティクル帯電制御手段を有し、前記正帯電したパーティクルを前記排気ポートを通して前記チャンバの外へ排出するパーティクル除去装置。
2. 排気ポートに接続された減圧可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去装置において、
   前記被処理基板の近傍を除く領域に形成されるイオンシース領域の正イオンで、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正帯電させるパーティクル帯電制御手段と、
   前記正帯電のパーティクルを前記イオンシース領域を経由して前記排気ポート側へ移送する帯電パーティクル移送手段と
   を有するパーティクル除去装置。
3. 前記パーティクル帯電制御手段が、前記イオンシース領域を挟んで前記プラズマに対向する側に設けられる制御用電極と、前記制御用電極を負電位にするための電源部とを有する請求項１または請求項２に記載のパーティクル除去装置。
4. 前記パーティクル帯電制御手段および前記帯電パーティクル移送手段の少なくとも一方が、前記プラズマ側に面して配置された制御用電極と、前記制御用電極を負電位にするための電源部とを有する請求項１または請求項２に記載のパーティクル除去装置。
5. 前記制御用電極が、前記被処理基板を載置する第１の高周波放電用電極と対向して配置される第２の高周波放電用電極の表面上に絶縁膜を介して設けられる請求項３または請求項４に記載のパーティクル除去装置。
6. 前記制御用電極が、前記チャンバの内壁面に絶縁膜を介して取り付けられる請求項３〜５のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
7. 前記パーティクル帯電制御手段において、前記制御用電極が互いに物理的に分離している複数の導体を有し、前記電源部が各々の前記導体を独立的に負電位にする請求項３〜６のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
8. 前記帯電パーティクル移送手段において、前記制御用電極が互いに物理的に分離している複数の導体を有し、前記電源部が各々の前記導体を独立的に負電位にする請求項４〜７のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
9. 前記電源部が、前記制御用電極を構成する前記複数の導体に対し、前記排気ポートに近くなるにつれて絶対値の大きな負電位を与える請求項７または請求項８に記載のパーティクル除去装置。
10. 前記電源部が、前記制御用電極を構成する前記複数の導体に対し、前記正帯電のパーティクルを排気ポート側へ順次転送するように所定の位相関係で負電位のパルスを印加する請求項７〜９のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
11. 前記電源部が、前記制御用電極に直流回路を介して電気的に接続される直流電源を有する請求項３〜１０のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
12. 前記電源部が、前記制御用電極に結合容量を介して電気的に接続される高周波電源を有する請求項３〜６のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
13. 前記制御用電極の表面が絶縁膜で被覆されている請求項３〜１２のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
14. 前記プラズマ処理装置には、前記チャンバ内で生成されるプラズマを前記被処理基板の近傍に偏在させるための磁場を形成する手段が備えられている請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパーティクル除去装置。
15. 排気ポートに接続された減圧可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、
    前記被処理基板の近傍を除く領域に形成されるイオンシース領域の正イオンの付着により、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記イオンシース領域を経由して前記排気ポート側へ導き、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出するパーティクル除去方法。
16. 前記正イオンおよび前記正帯電のパーティクルを前記イオンシース領域と接する近隣の物体表面側に引き寄せるための負の電位を前記物体表面に与える請求項１５に記載のパーティクル除去方法。
17. 前記イオンシース領域と接する物体を前記排気ポートからの距離に応じて複数の領域に電気的に分離し、各領域毎に独立した負電位を与える請求項１６に記載のパーティクル除去方法。
18. 前記複数の領域の中で前記排気ポートに近い領域ほど絶対値の大きい負電位を与える請求項１７に記載のパーティクル除去方法。
19. 前記複数の領域に、互いに位相のずれた複数の負電圧パルスをそれぞれ印加し、前記正帯電のパーティクルを排気ポート側へ転送する請求項１７または請求項１８に記載のパーティクル除去方法。
20. 排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、
    前記チャンバ内壁に沿って形成されるイオンシースの領域の正イオンの付着によりパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記チャンバ内壁に沿って前記排気ポート側へ導いて、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出するパーティクル除去方法。
21. 前記チャンバの内壁に両面を絶縁体に挟まれた制御用電極を設け、前記正イオンおよび前記正帯電のパーティクルを前記チャンバ内壁側に引き寄せるための負の電位を前記制御用電極に与える請求項２０に記載のパーティクル除去方法。
22. 排気ポートに接続された真空可能なチャンバ内で相対向する第１および第２の電極間に高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記第１の電極上の被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記チャンバ内からパーティクルを除去するためのパーティクル除去方法において、
    前記第２の電極に沿って形成されるイオンシースの領域の正イオンの付着によりパーティクルを正に帯電させ、前記正帯電のパーティクルを前記第２の電極の主面および前記チャンバの内壁に沿って前記排気ポート側へ導いて、前記排気ポートから前記チャンバの外へ排出するパーティクル除去方法。
23. 前記第２の電極の主面上に両面を絶縁体に挟まれた制御用電極を設け、前記正イオンおよび前記正帯電のパーティクルを前記第２の電極の主面側に引き寄せるための負の電位を前記制御用電極に与える請求項２２記載のパーティクル除去方法。
24. 前記排気ポートが前記チャンバ内壁の下部近傍に設けられ、前記正帯電のパーティクルが前記チャンバ内壁に沿って落下しながら前記排気ポート側へ導かれる請求項２０〜２３に記載のパーティクル除去方法。
25. 前記排気ポートの入口付近に低コンダクタンスの排気路を与えるバッフル板が設けられ、前記バッフル板に負の電位が与えられる請求項２４に記載のパーティクル除去方法。
26. 排気ポートに接続された減圧可能なチャンバ内で処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
    前記被処理基板の近傍を除く領域に形成されるイオンシース領域の正イオンで、前記チャンバ内で発生するパーティクルを正帯電させるパーティクル帯電制御手段を有し、前記正帯電したパーティクルを前記排気ポートを通して前記チャンバの外へ排出するプラズマ処理装置。
27. 前記パーティクル帯電制御手段が、前記イオンシース領域を挟んで前記プラズマに対向する側に設けられる制御用電極と、前記制御用電極を負電位にするための電源部とを有する請求項２６に記載のプラズマ処理装置。
28. 前記パーティクル帯電制御手段が、前記プラズマ側に面して配置された制御用電極と、前記制御用電極を負電位にするための電源部とを有する請求項２６または請求項２７に記載のプラズマ処理装置。

Images