JP2014154744A

JP2014154744A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2014154744A
Application number: JP2013024206A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 浩之小林; Takeshi Omori; 健史大森; Makoto Nawata; 誠縄田; Kazuyuki Ikenaga; 和幸池永
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: JP6165456B2

Abstract

【課題】被処理体への異物粒子の付着量を低減することのできるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】処理室１と、処理室１にガスを供給する手段と、処理室１を減圧する排気手段４１と、プラズマを生成するための高周波電源と、被処理体２を載置するためのステージ４と、被処理体２に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、閉じこめ板８９とを備えた半導体製造装置において、閉じこめ板８９の上面の高さが、ステージ４側で高く、処理室１の壁面側で低くなる方向に傾斜を付けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

ＤＲＡＭやマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置を用いた半導体装置の加工における課題の１つに、ウエハ等の被処理体に付着する異物数を低減することが挙げられる。例えばエッチング処理中や処理前に被処理体の微細パターン上に異物粒子が落下すると、その部位は局所的にエッチングが阻害される。その結果、被処理体の微細パターンには断線やショートなどの不良が生じ歩留まり低下を引き起こす。そのため、ガス粘性力や熱泳動力、クローン力などを用いて異物粒子の輸送を制御し、被処理体に付着する異物数を低減する方法が多数考案されている。

また、非特許文献１には運動速度の観点から検討した異物粒子の挙動が報告されている。

H. Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys. 50 (2011) 08JE01

発明者らは、異物数低減方法が多数提案されているにもかかわらず、被処理体への付着異物数、特に今後素子パターンが微細化したときに問題となると思われる微小異物数が必ずしも低減されないため、プラズマ処理装置における異物粒子の挙動を「運動速度」の観点で詳しく調べた（非特許文献１）。その結果、ガスの流れで輸送をある程度制御可能な低速の異物粒子（低速異物粒子）、静電気力である程度輸送制御が可能な中程度の速度の異物粒子（中速異物粒子）、そして、静電気力やガス粘性力で簡単には輸送を制御できない高速の異物粒子（高速異物粒子）があることが分かった。さらに検討した結果、高速異物粒子はチャンバー内の排気用ターボ分子ポンプ起因の他、チャンバー内でも発生することが分かった。この高速異物粒子はできるだけ長い距離をチャンバー内で飛散させることにより、ガス粘性力や壁による反射によって徐々に減速させて中速異物粒子、または、低速異物粒子としてから、静電気力やガス粘性力で輸送を制御する必要がある。

本発明の目的は、被処理体への異物粒子の付着量を低減することのできるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を載置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、前記ステージと前記処理室の壁面との間に閉じこめ板とを備えた半導体製造装置において、
前記閉じこめ板の上面は傾斜を有し、前記ステージ側で高く、且つ、前記処理室の壁面側で低いことを特徴とするプラズマ処理装置とする。

また、処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を載置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記被処理体の側面方向に配置される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線は、前記被処理体の中心を前記被処理体表面に対して垂直方向に通る軸線とは反対側を向いていることを特徴とするプラズマ処理装置とする。

また、処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を対置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記処理室の側面に配置される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線が、前記処理室の上方では上方を向き、前記処理室の下方では下方を向いていることを特徴とするプラズマ処理装置とする。

また、処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を対置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記処理室の側面を構成しシースが形成される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線は、前記被処理体の表面と交わらないことを特徴とするプラズマ処理装置とする。

本発明によれば、被処理体への異物粒子の付着量を低減することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）の概略構成断面図である。プラズマ処理装置の処理室内で高速異物粒子が発生するメカニズムを説明するための図である。プラズマ処理装置の処理室内での高速異物粒子の発生を抑制させるための壁面の構成を説明するための図である。被処理体（ウエハ）とプラズマ間のシースに入射する異物粒子の軌跡を説明するための図である。プラズマ処理装置の閉じこめ板に傾斜を付けない場合の課題を説明するための図である。本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）の概略構成断面図である。本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置において、ウエハ面に対して垂直の角度となっている壁面に傾斜を付ける場合の傾斜の方向について説明するための図である。本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置において、ウエハ面に対して水平の角度となっている壁面に傾斜を付ける場合の傾斜の方向について説明する図である。本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置を用いて高速異物の減速効果を高めるためのエッチングシーケンスの一例を示す。

以下、本発明を実施例により説明する。なお、実施例ではプラズマエッチング装置を例に説明するが、これに限定されない。

本発明の第１の実施例について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。

図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置の一つであるμ波−ＥＣＲプラズマエッチング装置の概略構成断面図である。プラズマを生成のためのマイクロ波は導波管３を通して、空洞部に伝送され、真空チャンバー９の上部に設置された石英天板６、及び、シャワープレート５を介して処理室１に導入される。処理ガスは処理ガス供給手段（図示せず）から、シャワープレート５と天板６の間の空間に供給され、シャワープレート５に設けられているガス穴（図示せず）を介して処理室１内に導入される。被処理体（ウエハ）２を戴置するためのステージ電極（ステージ）４はシャワープレートの下方に対向して設置する。処理室１を減圧し、且つ、供給された処理ガスを排気するめの排気手段として、真空チャンバー９の下方にターボ分子ポンプ４１が調圧バルブユニット４３を介して取り付けられている。また、図示していないが真空チャンバー９の周りには磁場を形成するための磁場コイルが設置されている。

処理室１においてウエハよりも上方の空間を形成している内壁部分にはインナーチャンバー８３が設置されている。このインナーチャンバー８３は石英、焼結イットリア、焼結アルミナなど絶縁性の素材である。ウエハ２と同等の高さ位置、または、ウエハ２より下側の高さ位置において、ステージ電極４と真空チャンバー９の間に、閉じこめ板８９が設置されている。この閉じこめ板８９には多数の穴が設けてあり、シャワープレート５から供給した処理ガスは閉じこめ板８９の穴を通って排気手段側に流れるようになっている。閉じこめ板８９に設けられた穴の直径は例えば５ｍｍφ、開口率は例えば５０％である。一方で、プラズマや高周波電力による電界は、この閉じこめ板８９で多くが遮断されるため、閉じこめ板８９よりも下方の領域ではプラズマの生成はほとんど無くなり、プラズマの生成を閉じこめ板８９より上方の空間に限定することができる。この閉じこめ板８９の材質は導電性の材質である例えばＳｉＣ等を用いるか、あるいは、アルミ等の導電性の母材の表面に、厚さ１００μｍ程度の薄いアルミナやイットリア等の誘電体層を形成したものを用い、プラズマから見てアースとして機能するようにした。これにより、ウエハ２よりおおむね上方に位置する部位における内壁（インナーチャンバー８３）は、厚い絶縁体（誘電体）で表面が覆われている構成とし、ウエハ面よりおおむね下方の位置において、アースとして機能する部材を設置した構成とした。また、閉じこめ板８９の上面の高さ位置は、電極側で高く、チャンバー外壁側で低くなるように傾斜を付けている。また、閉じこめ板８９にはターボ分子ポンプ起因の高速異物粒子を処理室下部に閉じこめる効果も有る。なお、符号８６は高周波に対してアースとして機能するインナーチャンバーである。

次にこのような内壁構成にした理由について述べる。図２Ａは導電性の壁面、または、導電性材料の表面にシースの厚さに対して薄い誘電体層を形成した壁面から剥離した異物粒子８０の挙動について説明するための図である。なお、符号８２はアースとして機能する面を、符号１００はプラズマ１０２とシース１０１との境界を示す。プラズマ放電中に壁面から剥離した異物粒子８０は壁面から剥離する前、または、剥離した直後に負に帯電する。プラズマに対して、壁面は負に帯電しているため、空間電位は壁面に近づくほど低くなっており、特にシース内では電位勾配が大きい（電界強度が強い）。そのため、負に帯電した異物粒子はシース内で急速に加速される。図２Ａに示したように、例えば壁面から剥離した時点での運動方向が斜め（図２Ａにおいては右上方向）であっても、シース１０１内では壁面に垂直方向に加速されるため、図２Ａ中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示したように、速度を増しながら、次第に運動方向が壁面に垂直方向になっていく。そのため、異物粒子の放出方向は壁面に垂直方向にシフトした分布となる。壁面のプラズマに対する電位（シースポテンシャル）は主に、ウエハバイアスの電圧、及び、ウエハ面積とアース面積の比率に依存する。例えばウエハ面積と、プラズマから見た実効的なアース面積が同じと見なせる場合、ウエハバイアスのＰｅａｋ−Ｔｏ−Ｐｅａｋ電圧を５００Ｖとすると、この電圧はウエハとアースにそれぞれ２５０Ｖずつに分配され、ウエハ、及び、アースのシースポテンシャルはおおむねその半分、且つ、負の値である−１２５Ｖとなる。アースの実効的な面積がウエハの面積に対して大きくなるとウエハ側のシース電位が下がり、アースの側のシース電位が上がる。逆に、アースの実質的な面積が小さくなると、アース側のシースポテンシャルの落ち込みが拡大し、ウエハにおけるシースポテンシャルの落ち込みは小さくなる（電位は上がる）。ウエハバイアス電力はウエハに入射するイオンを加速することを目的としているため、アース面積を十分大きくして、ウエハ上に形成されるシースの電位を下げることが重要である。また、アースの消耗を低減するためにもアースの面積を大きくし、アースに形成されるシースの電位があまり下がらないようにして、アースに入射するイオンのエネルギーを低くするのが望ましい。なお、ウエハバイアスを印加していない場合（高周波電力による「バイアス印加の効果」がシース形成に影響しない場合）、ボーム理論によると、壁面の電位はプラズマの電位に対して、電子温度の３倍程度低い値となる。例えば、電子温度を３ｅＶとすると、シース電位は−１０Ｖ程度となる。これより、ウエハバイアスを印加しているエッチング中では、アースとして機能している壁面から剥離した異物粒子は、初速として持っている運動エネルギーに、数百ボルトで壁面に垂直方向に加速されて得る運動エネルギーの合計のエネルギーを持っていることになる。例えば、異物粒子の直径を０．１μｍ、比重を２ｇ／ｃｍ^２、初速度を４０ｍ／ｓとする。この場合、初速として持っている運動エネルギーは約５０００ｅＶである。また、異物粒子の帯電量として電子数を１００個とする。アースに形成されているシース電位は−１００Ｖとする。この場合、シースで加速されたエネルギーは１００００ｅＶとなる。従って、プラズマに入射した際の運動エネルギーはおおむね１５０００ｅＶとなる。

図２Ｂには、内壁の構成として、絶縁性（誘電体）のインナーチャンバー８３を導電性の部材８１とプラズマ１０２の間に設置した場合を示している。インナーチャンバー８３の厚さＴ２はシースの厚さＴ１と同程度としているが、シース厚さの数分の１以上の厚さを有する絶縁体であれば使用できる。プロセスプラズマの場合、シース１０１の厚さＴ１は一般にバイアス印加がある場合は１〜５ｍｍ程度、高周波バイアスの効果が無視できる場合は０．１〜１ｍｍ程度である。図２Ｂの場合では、プラズマ生成のための高周波電力や、被処理体に入射するイオンを加速するための高周波のバイアス電力による壁面の電位の低下は小さくなる。即ち、シース電位はウエハバイアス電力の影響を受けにくくなり、ボーム理論で決定される電位により近い値となる。従って、壁面から剥離して、負に帯電している異物粒子のシースにおける加速量は図２Ａの場合に対して小さくなる。なお図２Ｂでは導電性のチャンバーとプラズマの間に絶縁性のインナーチャンバー８３を設置した場合を示したが、真空チャンバー９の表面に誘電体の膜が覆われていて、その表面にインナーチャンバー８３を設置してもよい。また、インナーチャンバー８３は導電性の材料の表面に厚い誘電体層を形成した構成でもよい。また、真空チャンバー９の表面に厚い誘電体層を設けてインナーチャンバー８３を不要としてもよい。また図２Ａで述べた運動エネルギーの試算例と同様な仮定を用いると、初速としての運動エネルギーは５０００ｅＶと同じでも、シースでの加速量が１０Ｖである場合、シースでの加速エネルギーは１０００ｅＶとなる。従って、プラズマに入射したときの運動エネルギーは６０００ｅＶとなり、図２Ａに示したインナーチャンバー８３を設けない場合に比し、４割程度にまで低減（６割の低減）することができる。

次に図３を用いてウエハ２に入射する異物粒子の速度とウエハへの付着について述べる。既に述べたように、ウエハ２の電位はプラズマ１０２に対して負であるため、負に帯電している異物粒子は、静電気力としてウエハ２から遠ざかる方向に強い反発力を受ける。そのため、異物粒子の速度が遅い場合（中程度の速度の場合）、ウエハ２に向かって飛来した異物粒子の軌跡は図３の右側（中速異物の軌跡）のようになり、ウエハ２には付着しない。一方で、異物粒子の速度が非常に速い場合は、図３の左側（高速異物の軌跡）に示すように、異物粒子はシース１０１による静電気力を突破してウエハ２に到達（ある確率で反射、または、付着する）する。図２Ａと図２Ｂの説明では例として、運動エネルギーの試算を示したが、そこでは図２Ａの場合は１５０００ｅＶ、図２Ｂでは６０００ｅＶとした。ウエハ２上のシース１０１の電位が例えば−１２０Ｖであるとき、異物粒子の帯電量として電子数が１００個の場合では、ウエハ２に垂直方向の運動エネルギー成分が１２０００ｅＶ以上必要である。図２Ａの場合はシース１０１への突入角度がシース１０１に垂直方向に対しておおむね±３０°の角度の範囲であるときウエハ２に到達可能である。一方で、図２Ｂで例として示した運動エネルギー６０００ｅＶの場合はいかなる角度でウエハ２上のシース１０１に突入しても軌跡は図３の右に示したものとなり、ウエハ２へ付着することはない。ウエハ２上に形成されているシース１０１に突入した異物粒子がウエハ２に付着可能かは、異物粒子の速度に大きく左右され、ウエハ２に付着する異物粒子数を低減するためには、ウエハ２上に形成されたシース１０１に突入する時の異物粒子の速度を遅くすることが重要である。そのため、高速異物粒子が発生しやすい図２Ａの壁面はチャンバーの下方に設置し、図２Ｂの高速異物粒子が発生しにくい壁面をチャンバーの上方に設置するのがよい。

また、プラズマ１０２から見たアースの実効面積をできるだけ増やして、アースに形成されるシース１０１のポテンシャルの落ち込みを低減することも高速異物粒子の発生を抑制する手段となる。そのため、アースをチャンバー下方に設置する際は、実効的なアース面積が小さくならないような注意が必要である。

なお、ウエハバイアスを大きくすることも、ウエハ２に向かって飛来した異物粒子がウエハ２に付着しないようにするための対策の１つではある。しかし、この場合、被処理体（ウエハ）２へのプラズマ処理（微細パターンの加工形状や処理レート）に影響が出るため、可能ならば、シース１０１に投入する際の異物粒子の速度を遅くするための対策を検討する方が望ましい。ただし、プラズマ１０２の着火や消火、ガス切り換えなど、プロセスへの影響が少ないタイミングで、敢えてウエハバイアス電力を印加することはウエハ２に付着する異物粒子数の低減策として有効である。

また、プラズマ１０２に入射後に、異物粒子の速度を遅くする方法としては、チャンバー内での異物粒子の輸送距離を長くして、その間に処理ガスによるガス粘性力によって減速されること、チャンバー内壁での反射時に減速されることを利用して、反射回数を大きくすることが挙げられる。なお、発明者らが、壁面で反射した際の反射前後の壁面に垂直方向の速度の変化を調べた結果、約２０％減速されることが分かった。即ち、初速度が１００ｍ／ｓであり、且つ、常に壁面に垂直に入射し、且つ、シース内での速度の変化を簡単のため無視すると、壁面での反射の度に８０ｍ／ｓ→６４ｍ／ｓ→５１ｍ／ｓ→４０ｍ／ｓと徐々に減速することが期待できる。

図１に示した構成では、ウエハ２よりも上方の空間では、壁から剥離した異物粒子が高速に加速されにくい図２Ｂの構成とし、ウエハ２よりも下方の空間にアースと取るために図２Ａの構成を適用し、且つ、異物粒子が壁面に対して法線方向側に近い角度で飛散することを考慮して傾斜を付け、ウエハ２上のシース１０１に突入するまでに壁面での衝突回数を多くしている。例えば図１において符号８０−１で示した高速の異物粒子のように、閉じこめ板８９から発生した異物粒子は確率的には多くが閉じこめ板８９に対して垂直方向に近い角度（上方）に向けて飛散する。この異物粒子は壁で複数回反射し、ウエハ２直上に形成されているシース１０１に突入するが、このときには十分に中速異物として減速されているため、ウエハ２には付着しない。また符号８０−２で示した中速の異物粒子のように、ウエハ２上方の空間から剥離した異物粒子は、内壁で反射されずに比較的短い移動距離を経て、ウエハ２上のシース１０１に突入することが可能である。しかし、異物粒子８０−２の速度は遅いためウエハ２には付着しない。なお、高速異物粒子８０−１が壁で反射される際に壁から新たに放出される高速異物粒子は無視しうる程度である。

一方で、図４は図１の構成において、閉じこめ板８９に傾斜を付けていない場合を示している。この場合、閉じこめ板８９から発生した高速の異物粒子８０−３はシャワープレート５（内壁）で１回のみ反射され、ウエハ２上のシース１０１に入射する。内壁での衝突による減速効果が少ないため、ウエハ２に付着するリスクが高い。以上より、閉じこめ板８９に傾斜を付けることがウエハ２上のシース１０１に高速で入射する異物粒子数を低減する効果があることが分かる。

以上、本実施例によれば、被処理体への異物粒子の付着量を低減することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明の第２の実施例について図５〜図８を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。

図５は本実施例に係るプラズマエッチング装置の概略構成断面図である。図５に示すプラズマエッチング装置では、ウエハ２の側方の壁面、及び、ウエハ２の斜め上方の壁面にアースとして機能する壁面を設置している。ウエハ２に対して、斜め上方にあるアース８２−１は面Ｈに傾斜が設けてあり、この面Ｈの法線がウエハ２表面と交わらないように斜め上方向を向くようにしている。これにより壁面Ｈに平行に形成されるシースで加速されてプラズマ中に放出される異物粒子８０−４は多くが壁面Ｈに垂直に近い方向に飛散し、直接ウエハ２に到達することがないようにしている。また、アース８２−２の面Ｉでも傾斜を付けているが、ウエハのほぼ側面に位置している場所であるため、傾斜の向きＨとは逆にしている。即ち、面Ｉの法線方向がウエハ２表面と交わらないように斜め下側を向くようにしている。なお、本実施例においてもステージ４と処理室１の壁面との間に閉じこめ板を設けることができる。

これを簡単に示したのが図６である。図６の左図は断面が矩形（従来構成）のチャンバーとウエハを戴置するステージ４、ウエハ２が示されている。点線Ｚはウエハ２よりやや上の高さ位置を示している。図６の右図は、高さＺより上方に位置する側面Ｅは、法線がウエハ２表面と交わらないように斜め上方向を向くように傾斜が付けられている。対して。高さＺより下方の側面Ｆは法線がウエハ２表面と交わらないように斜め下を向くようにしてあり、側面Ｆから発生した異物粒子がチャンバー下方に飛散するようにしている。即ち、傾斜を付けることによって、直接排気側に異物粒子を飛散可能な高さ位置の壁面では、異物粒子を排気側は飛散するように傾斜をつけている。また、直接排気側に異物粒子を飛散させることが難しい、ウエハ面よりも上方の空間では、ウエハ直上に到達するまでに、チャンバー内でできるだけ複数回壁面で衝突するように、異物粒子の放出角度がチャンバー上方となるように傾斜を付けている。

また図５では面Ｊにも傾斜が付けられており、面Ｊの法線がウエハ２表面と交わらないように真空チャンバー９の外側を向くようにしている。これにより、面Ｊに形成されたシースによって面Ｊに垂直に近い方向に加速されて放出された異物粒子が、直接ウエハ側に飛散しないようにしている。この角度の付け方については図７に示した。

図７の左図ではウエハ２に平行な壁面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがある。図７の右図ではこの壁面に傾斜を付けている。壁面Ａ’、Ｂ’、Ｃ’で示したように、ウエハ２に平行方向の壁面Ａ、Ｂ、Ｃは壁面の法線９０がウエハ２表面と交わらないようにチャンバー外側を向き、即ち、ウエハ中心を垂直に通る軸線Ｒとは反対の方向に向くようにしている。

ただし、チャンバーの底のＤはＡ，Ｂ，Ｃとは反対側、即ち、法線が軸線Ｒ側を向いているが、これは電極４が壁面Ｄ’で発生した異物粒子に対して反射板として機能し、異物粒子がチャンバー上方に飛散しないようにすることができるためである。図４に示したように、ウエハ側壁やウエハより上方の壁面にアースとして機能する壁面を設ける場合は、図６、図７で説明した考え方に基づいて、壁面に傾斜を付け、シースで加速されて放出された高速異物粒子が、例えウエハ直上に飛来するとしても、壁面での複数回の反射や、長距離の運動中に処理ガスとの粘性力によって十分減速してからウエハ上のシースに突入するようにした。なお、実施例２においても処理室下部で発生するターボ分子ポンプ起因の高速異物粒子が直接ウエハ表面に入射することを防止することができる。

最後に運用シーケンスの観点で高速異物粒子に対する対処方法について述べる。
図８は上から順に放電電力、ウエハバイアス電力、ガス圧力を示している。横軸は時間を示している。図８の例ではウエハ搬入→着火→ＳＴＥＰ１のエッチング→ガス切り換え→ＳＴＥＰ２のエッチング→除電（消火）→ウエハ搬出の順で処理する場合を示した。ウエハに対するエッチング処理への影響が少ない、着火、ＳＴＥＰ間のガス切り換え、除電（消火）において、ガス圧を高くしている。もちろんＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２のエッチング処理中も、エッチング処理への影響が無ければ、ガス圧が高い方が望ましい。ガス圧を高くすることによって、ガス粘性力による異物粒子の減速効果が大きくなるため、ウエハに向かって飛来する異物粒子の速度を遅くすることができ、「中速異物粒子」として扱える速度まで減速できれば、ウエハ上に形成されているシースによって、異物粒子がウエハに付着しないようにすることができる。また、プロセスに影響しない範囲で、処理中を含め、着火、ＳＴＥＰ間、消火において、可能な限り高いウエハバイアス電力を印加することが有効である。

以上、本発明について詳細を説明してきたが、これまでの説明ではシースによって異物粒子が壁面に垂直方向に加速されることを前提に述べてきた。一方で、プラズマが点いていない、即ち、シースが形成されていない状態（もしくはプラズマを用いない真空装置）でも、壁面が帯電、もしくは、壁面やチャンバー内の構成物の電位が均一でなければ、異物粒子はチャンバー内の空間電位分布に応じて加速される。もし、等電位面が壁面におおむね平行方向に形成されていると考えることができる場合には、異物粒子の電界による加速方向は壁面に垂直方向に偏った分布となるため、図６、図７に示した方法と同様な考え方で、チャンバー内に傾斜を付けることは有効である。

以上、本実施例によれば、被処理体への異物粒子の付着量を低減することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。また、被処理体に対するプラズマ処理への影響が無い、または少ない期間に処理室内部のガス圧を高める、ガス流量を上げる等により高速異物を減速することができる。

以上、本願発明を詳細に説明したが、本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。

被処理体を処理するための処理室と、該処理室に処理ガスを供給するための処理ガス供給手段と、前記処理室を減圧する処理室排気手段と、プラズマを生成するための高周波電源とを備えた半導体製造装置において、ウエハより上方の空間を形成する処理室の内壁には、シース厚さの数分の１以上の厚さを有する絶縁体で覆われる構成とし、ウエハより下方の領域には、アースとして機能させるため、シース厚さに対して十分薄い絶縁性の膜を有する材料か、または、導電性の素材を用いて、内壁を構成するようにした。また、アースとして機能する面について、該面の鉛直方向にウエハを見込まないように、傾斜を設け、アースとして機能する面から発生した異物粒子が、内壁等の他の部材との衝突を行わずに、直接ウエハ直上に飛来しないようにした。

すなわち、壁面から剥離し、シースで加速されて発生した高速の異物粒子の初期の運動方向がウエハ表面に直接到達しない方向とすることで、高速異物粒子がウエハ面上に形成されるシースに突入するまでの運動距離、及び、壁面での衝突回数を大きくして、静電気力によって十分輸送を制御できるレベルまで減速させ、ウエハに付着しないようにした。これにより、エッチング中に被処理体に付着する異物数を少なくすることができ、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：処理室、２：被処理体（ウエハ）、３：導波管、４：戴置電極（ステージ）、５：シャワープレート、６：石英天板、９：真空チャンバー、４１：ターボ分子ポンプ、４３：調圧バルブユニット、８０：異物粒子、８１：導電性部材、８２：アースとして機能する面、８３：インナーチャンバー、８９：閉じこめ板、９０：法線（壁面に垂直な線）、１００：プラズマシース境界、１０１：シース、１０２：プラズマ。

Claims

処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を載置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、前記ステージと前記処理室の壁面との間に閉じこめ板とを備えた半導体製造装置において、
前記閉じこめ板の上面は傾斜を有し、前記ステージ側で高く、且つ、前記処理室の壁面側で低いことを特徴とするプラズマ処理装置。
処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を載置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記被処理体の側面方向に配置される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線は、前記被処理体の中心を前記被処理体表面に対して垂直方向に通る軸線とは反対側を向いていることを特徴とするプラズマ処理装置。
処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を対置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記処理室の側面に配置される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線が、前記処理室の上方では上方を向き、前記処理室の下方では下方を向いていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記ステージと前記処理室の壁面との間に閉じこめ板を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記ステージと前記処理室の壁面との間に閉じこめ板を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室の側壁は、絶縁体層で覆われていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記絶縁体層の厚さは、シース厚さの数分の１以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記閉じこめ板は、プラズマから見てアースとして機能することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記閉じこめ板は、多数の穴を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
処理室と、前記処理室にガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する排気手段と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電源と、被処理体を対置するためのステージと、前記被処理体に入射するイオンを加速するための高周波バイアス電源と、を備えた半導体製造装置において、
前記処理室の側面を構成しシースが形成される壁面であって、前記被処理体表面の垂直方向に対して傾きを有する前記壁面の法線は、前記被処理体の表面と交わらないことを特徴とするプラズマ処理装置。