JP4188773B2

JP4188773B2 - 真空処理装置および真空処理装置のクリーニング方法

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Publication number: JP4188773B2
Application number: JP2003206498A
Authority: JP
Inventors: 勉手束; 和幸池永; 元彦吉開
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2008-11-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧された真空容器内に存在する不要物を除去することができる真空処理装置、および、減圧された真空容器内に存在する不要物を除去するためのクリーニング方法に関する。真空容器としては、半導体のプラズマ処理装置や電子線描画装置および電子顕微鏡等の検査装置を含む。真空容器内の不要物としては、プラズマ処理の過程で発生する反応生成物や余剰の成膜材料、検査時に電子線を被検査体に照射したときに発生する分解、脱離物がある。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置では、ＣＶＤ処理やエッチング処理を連続的に行うにしたがって真空容器内部に成膜物や反応生成物が堆積すると、被ウエハ上に混入するパーティクル数が増加し不良製品の原因となったり、処理速度や処理の均一性が変動する問題が発生する。そこで、パーティクルが問題となる前に連続処理を中断し真空容器内部を手作業で掃除したり、反応性ガスを用いたプラズマ放電を行い真空容器内の堆積物を化学反応により除去しクリーニングを行っていた。
【０００３】
プラズマ放電によるクリーニングは、自動化が可能で低コストであり、真空容器を大気開放しないので短時間で行うことができ生産効率が良いクリーニング方法である。しかし、プラズマ放電では真空容器内部の堆積物を一様に除去することは困難であり、一般的には、比較的に密度の高いプラズマの近い領域はクリーニングが短時間で完了し、低密度プラズマの近くでは遅くなる。そのため、真空容器の場所によって過剰なクリーニングによって容器壁材が損傷を受けて壁材料が不純物として処理中に混入したり、クリーニングが不十分な個所では堆積物が完全に除去できないために異物発生を早めてしまう。
【０００４】
そこで、クリーニングを均一に行うための工夫が提案されている。例えばプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ源は２個の電磁コイルを用いた電子サイクロトロン共鳴で、プラズマ生成室にＮＦ_３ガスを導入しプラズマを発生させて装置内をクリーニングする。このとき、ガス圧や磁場形状もしくは磁場強度との組合せでプラズマの分布や密度を変更することで、反応生成物除去場所を変化させ反応室内部を一様にクリーニングすることが試みられている（例えば、引用文献１参照）。
【０００５】
また、プラズマ処理装置のチャンバの外側に置かれた複数の磁場コイルの電流を逆転しカスプ磁場構造として磁場を変化させることでチャンバ内壁の効率的なクリーニング行う方式がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、電子顕微鏡のクリーニングに関しては、電子線装置の真空容器にプラズマ発生機構を設けて活性化学種を発生させ真空容器内の汚れを化学的に除去することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３１８５７９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１０５６５号公報
【特許文献３】
特開平８−２８８２４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばプラズマ処理装置の上記従来技術では、単にプラズマの発生状態を変化させただけではプラズマ温度、密度の高い部分と低い部分では接触する壁のクリーニング速度に差が生じてしまう。実際の真空容器内部は、凹凸部や複雑な部品で構成されており一様なクリーニングを困難にしており問題であった。
【０００９】
また、真空容器内の構成部品の材質、例えば石英等の真空窓や金属製の壁材ではプラズマからのイオン照射に違いが生じクリーニング効果に差異が生まれる。この理由は、電気的に絶縁性材質の場合には、プラズマからの電子、又はイオンの流入によって表面に電荷が溜まり、所謂チャージアップ現象によりイオン、電子の流入が抑制され一般にはクリーニング効率が悪化する。したがって、絶縁材表面の汚れは取り残される傾向にある。
【００１０】
電子線装置の場合には、真空容器内部の構造は複雑で精密あり、材質的にも多様な部品で構成されている。そのため、活性種による化学反応を利用したクリーニングでは短時間での一様なクリーニング効果は期待できない。
【００１１】
本発明の目的は、真空処理装置において、真空容器内を一様に効率良くクリーニングすることができる構造を有する真空処理装置を提供すること、および、該真空処理装置において、真空容器内を一様に効率良くクリーニングする真空処理装置のクリーニング方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の真空処理装置は、減圧された真空容器を有し、該真空容器内に試料を収容し処理または操作（搬送等も含む）する真空処理装置において、少なくとも２個以上の磁場発生手段と、前記真空容器内に配置した２次電子放出電極と、該２次電子放出電極に高周波電力を印加する高周波電源とを備えた。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の真空処理装置のクリーニング方法は、減圧された真空容器と前記真空容器の外側には少なくとも２個以上の磁場発生手段と、該磁場発生手段の各々の磁場強度を独立に制御できる手段と、前記真空容器内において高周波を印加可能な電極を有し、該電極の少なくとも真空側の面を誘電体またはシリコン化合物で覆い、前記電極に少なくとも１Ｗ以上の高周波電力を印加し磁場発生手段の磁場の磁場形状または磁場強度を制御して前記電極から発生される２次電子の照射位置を制御し前記真空容器内部をクリーニングするようにした。
【００１４】
また、本発明の真空処理装置のクリーニング方法は、上記クリーニング方法において、前記磁場発生手段が２個以上の電磁コイルで構成され、該電磁コイルの各々に流れる電流を変化させることで磁場形状または磁場強度を調整し２次電子の照射位置を制御するようにした。
【００１５】
さらに、本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記磁場発生手段は永久磁石からなり、該永久磁石の位置を変化することで磁場形状または磁場強度を調整し２次電子照射位置を制御するようにした。
【００１６】
また、本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記電極に替えてウエハ処理装置のウエハ保持電極に高周波を印加し前記磁場制御手段によって２次電子照射位置を制御し前記真空容器内部をクリーニングするようにした。
【００１７】
さらに、本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記ウエハ保持電極と２次電子照射する前記真空容器上面の距離を５０ｍｍから１８０ｍｍとした。
【００１８】
さらに、本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記磁場発生手段の前記制御手段によりクリーニング個所を連続的に変化するようにした。加えて、本発明は、上記クリーニング方法において、前記高周波の周波数は１００ｋＨｚ以上で１００ＭＨｚ以下とした。
【００１９】
本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記磁場発生手段に替えてプラズマ処理装置のプラズマ発生用の電磁コイルまたは永久磁石を用いた。さらに、上記クリーニング方法は、プラズマ処理装置または電子線描画装置または電子顕微鏡もしくはウエハ搬送装置に適用される。
【００２０】
さらに、本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、前記電極に高周波を印加してクリーニングを行う場合に反応性ガスまたは酸素ガスあるいはあるいはアルゴン等の不活性ガスを前記真空容器内に流すようにした。
【００２１】
本発明は、上記真空処理装置のクリーニング方法において、被クリーニング物質の元素を含む物質の発光信号情報または質量分析器等の前記被エッチング物質の残量を示す計測信号を処理して前記磁場発生手段を制御するようにした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図１を用いて説明する。図1に示した実施例は、本発明にかかる真空処理装置のクリーニング方法を、誘導結合方式のプラズマエッチング装置に適用した場合を示す。図１のプラズマエッチング装置は、下部容器１１および上部容器として働く誘電体真空壁１２からなる反応室（真空容器）１と、排気口１３と、反応室１内に配置された、静電吸着膜１４１を有するウエハ保持電極１４、およびクリーニング用ＲＦ電極（２次電子放出電極）１５、ならびにクリーニング用ＲＦ電極１５の表面を覆う誘電体板１６と、誘電体真空壁１２の外側に設けたＲＦコイル２１と、プラズマ生成用ＲＦ電源３１およびプラズマ生成用ＲＦ整合器３２からなるプラズマ生成用電源３と、プロセス制御用ＲＦ電源４１およびプロセス制御用ＲＦ整合器４２ならびにウエハ保持用直流電源４３からなるウエハ保持電極用電源４と、クリーニング用ＲＦ電源５１およびクリーニング用ＲＦ整合器５２からなるクリーニング用電源５と、第１の磁場発生コイル２２−１と、第２の磁場発生コイル２２−２と、第１のクリーニング磁場用直流電源６１−１および第２のクリーニング磁場用直流電源６１−２ならびに電源制御装置６２からなるクリーニング磁場用電源６と、分光データ処理装置７１と、分光検出器７２とを有して構成される。ウエハ保持電極１４上には静電吸着膜１４１によって被処理ウエハ（試料）８１が吸着される。反応室１内には、プラズマ８５が生成される。
【００２３】
反応室１の下側は金属製の部材である下部容器１１で構成されており、上側は誘電体真空壁１２で構成されており、エッチング処理に用いる反応性ガスを図示を省略したガス供給源から供給しながら排気口１３により真空排気する。
【００２４】
被処理物であるウエハ８１は、ウエハ保持電極１４の上面に設けてある静電吸着膜１４１の上に載置する。静電吸着膜１４１は内部に図示を省略した静電吸着電極を有している。ウエハ保持電極１４の静電吸着電極にウエハ保持用直流電源４３から数１００Ｖの直流電圧を印加することによってウエハ８１を静電力で吸着できる。
【００２５】
プラズマ８５の発生は、誘電体真空壁１２の外側に設けたＲＦコイル２１にＲＦ電源３１からの出力である高周波電力をＲＦ整合器３２を介して印加することで、ＲＦコイル２１がプラズマ８５に誘導電磁界を誘起して電子加速、電離によりプラズマが生成、維持される。プラズマ生成用ＲＦ電源３１は、周波数が１３．５６ＭＨｚから４５０ＭＨｚであり、出力電力が４ｋＷ以下である。
【００２６】
エッチング処理の制御のためにウエハ保持電極１４にはプロセス制御用ＲＦ電源４１がプロセス制御用ＲＦ整合器４２を介して接続されている。このプラズマ制御用ＲＦ電源４１は、周波数が０．４ＭＨｚから２０ＭＨｚで出力電力は５ｋＷ以下である。
【００２７】
エッチング処理に用いる反応性ガスは、被処理物質によって多種多様であり、塩素、酸素、ＨＢｒ、ＢＣｌ_３、ＣＦ_４等がある。一般的なシリコン化合物のエッチングの場合には、例えば塩素ガスが用いられるが、その場合には反応性生物としてシリコンと塩素との化合物が反応室１の内壁に堆積する。
【００２８】
そのため、一定枚数の処理毎にシリコン系の堆積物を除去すべくクリーニング放電が行われる。例えば、シリコン化合物を除去する場合には、ＳＦ_６、ＮＦ_３等のフッ素系ガスを用いてクリーニング放電することによて、これらのフッ素系ガスが反応室の内壁などに堆積したシリコン化合物と反応してＳｉＦ_４となり気化して、排気口１３から排気される。
【００２９】
しかし、通常のクリーニング放電だけでは、プラズマ８５の主たる生成場所はＲＦコイル２１の近傍であり、そのためＲＦコイル２１近くのプラズマ密度あるいは電子温度が高くなるとともに導入ガスの解離も活発になって活性化学種密度も高くなり、クリーニング速度は高くなる。一方、ウエハ保持電極１４の側面から下方の領域では、プラズマ生成領域からの距離も長くなりプラズマ密度も活性化学種密度も低くクリーニング効率は低い。また、クリーニングされる部分の材質によってもクリーニング速度に違いが生じる。
【００３０】
すなわち、誘電体真空壁１２のような絶縁性部分では、導電性部分に較べるとプラズマからのイオン照射がチャージアップ効果により低減されるので、クリーニング速度は遅くなる。特に、プラズマ密度の低くなる誘電体真空壁１２の最外周部分の汚れは取りにくい。このように、反応室１内のプラズマ密度の高い部分とプラズマ密度の低い部分とでは、クリーニング速度が不均一になり、内壁の過剰なクリーニングまたは堆積したシリコン化合物の残留など不適切なクリーニングの発生の原因となる。
【００３１】
本発明にかかるクリーニングの場合には、クリーニング用ＲＦ電源５１の高周波出力をクリーニング用ＲＦ整合器５２を介してクリーニング用ＲＦ電極１５に印加する。クリーニング用ＲＦ電極１５とプラズマ８５との間には誘電体板１６が取り付けてあり、クリーニング用ＲＦ電極１５からプラズマへの金属元素等の不純物混入を防いでいる。
【００３２】
誘電体板１６の材質は、処理中に不純物とならない元素を主成分とする物質が良く、一般には石英、サファイヤ、アルミナやシリコン等がある。
【００３３】
クリーニング用ＲＦ電極１５の形状および設置位置に関しては、クリーニングする場所によって任意の形状、位置を選択することができる。また、クリーニング用ＲＦ電極１５の設置方式も、図示のように反応室１内に設けても良く、反応室１の壁面にクリーニング用ＲＦ電極１５および誘電体板１６を設けてもよい。
【００３４】
反応室１の外部には、磁場発生手段として、例えば、２系統のクリーニング用磁場発生コイル、すなわち第１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１とクリーニング用磁場発生コイル２２−２が設けられ、第１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１と第２のクリーニング用磁場発生コイル２２−２の発生する磁場は、第１のクリーニング磁場用直流電源６１−１、第２のクリーニング磁場用直流電源６１−２の電流出力を電源制御装置６２により制御することで必要な形状や強度のクリーング用磁場を形成することが可能となる。
【００３５】
必要とする磁場の形状および強度によっては、クリーニング用磁場発生コイルの個数および設置位置を任意変更することができ、また、磁場形状の制御に有効な磁性体や永久磁石を利用することも可能である。磁場形成手段として永久磁石を用いる場合には、磁石の位置を制御して、形成されるクリーニング用磁場の形状や強度を制御する。
【００３６】
磁場強度は、１０ガウス程度以上の弱い磁場でも良く、各クリーニング用磁場生成コイルおよび直流電源出力も小型少容量でよい。
【００３７】
本実施例においては、クリーニングの進行状況のモニタとクリーニングの終了確認のために、クリーニング時に発生する物質からの発光を分光検出器７２を用いてモニタし、分光データ処理装置７１によりクリーニングの進行状況や終了を分析することが、可能である。
【００３８】
本発明にかかるクリーニングを行う場合には、クリーニング用ＲＦ電極１５に高周波電力を印加する。このときのクリーニング用ＲＦ電極１５近傍の電位分布を、図４を用いて説明する。図４は横軸にクリーニング用ＲＦ電極１５からの距離を、縦軸に時間平均の電位を取っている。
【００３９】
一般に、プラズマに接した電極に高周波を印加すると、高周波電力が流れるアース壁の面積に比較して高周波を印加する電極の面積が狭いと、図４のように直流電圧Ｖｄｃが印加電極部に発生する。直流電圧Ｖｄｃの値は数１０Ｗの高周波電力を印加することで１００Ｖ以上の負電圧になる。すると、電極方向に正イオンが加速され電極表面を叩き２次電子を放出する。このとき放出される２次電子は、数１００ＶのＶｄｃで加速され電極面から放出され、磁場がある場合には磁力線に沿って移動し磁力線と交差する壁面の堆積物を数１００ｅＶのエネルギーで照射し、堆積物を分解して、化学反応を促進しクリーニングする。
【００４０】
また、壁面の堆積物が絶縁性の材質である場合には、２次電子照射によって堆積物がマイマス数１００Ｖに帯電し、そのマイナスの帯電圧を打ち消すようにイオンが堆積物に流入する効果もクリーニング反応を促進する。
【００４１】
正イオンにより叩き出される２次電子の割合は、イオン種および電極材質によっても差異はあるが、数１００ｅＶのイオン１個あたり数１０％以上の割合で２次電子が発生する。また、誘電体材質は一般に２次電子放出の割合が高く、電極表面を誘電体で覆うことは２次電子発生の観点から有利であり、クリーニング効率も高くなる。
【００４２】
図１の場合には、クリーニング用ＲＦ電極１５に高周波を印加することによって、プラズマに面する誘電体板１６の表面から２次電子ｅが放出される。前記２次電子ｅは磁力線ｍｆに沿って移動し、磁力線ｍｆが交差する場所の真空容器壁に前記２次電子ｅが流入する。このときの前記２次電子ｅのエネルギーはクリーニング用ＲＦ電極１５に印加する高周波電力によって決まるが、数１０Ｗ以上の印加で数１００ｅＶのエネルギーになり、誘電体真空壁１２の２次電子ｅの入射した領域はマイナス数１００Ｖに帯電し、このマイナスの帯電を打ち消すために引き寄せられた正イオンが壁および壁へ堆積している反応性生物等の余分な汚れ叩き、クリーニングする。
【００４３】
このとき、図１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１および第２のクリーニング用磁場発生コイル２２−２のコイル電流を制御して、形成される磁場形状を変化させることで、前記２次電子ｅが壁を照射する位置を移動できるので、希望する場所を局所的にクリーニングすることができる。
【００４４】
クリーニングを目的としたクリーニング用ＲＦ電極１５に高周波を印加すると同時に、あるいは、ウエハ保持電極１４に高周波を印加してウエハ８１からの２次電子を放出させ、クリーニング用ＲＦ電極１５からの２次電子ｅおよび／またはウエハ８１からの２次電子ｅを、誘電体真空壁１２クリーニングに用いることも可能である。
【００４５】
また、分光データ処理装置７１からのモニタ出力に基づいて、電源制御装置６２が、磁場発生機構による磁場形状、強度を操作してクリーニング効果が高まるよう磁場状態を自動調整したり、クリーニングの終点を判定してクリーニング個所を変えることが自動化できる
【００４６】
本発明のクリーニング時には、反応室１内に反応成ガスを供給することができ、クリーニング時に分解、スパッタされた堆積物を化学反応させ気化性物質にしたり不活性ガスによる希釈効果で真空壁への再付着を低減したり、排気効率を高めることができる。反応性ガスとしては、塩素系、フッ素系、酸素、あるいはアルゴン等の反応性ガスを用いることができる。
【００４７】
本発明の真空処理装置のクリーニング方法が適用されるプラズマ真空装置の
第２の実施例を、図２を用いて説明する。この実施例は、本発明にかかるクリーニング方法を平行平板電極による容量結合方式のプラズマエッチング装置に適用した例である。
【００４８】
このプラズマエッチング装置は、プラズマ源用磁場発生コイル２３を、クリーニング時の磁場発生用コイルに流用したものである。プラズマエッチング装置は、反応質１と、排気口１３と、反応室１内に配置されたウエハ保持用電極１４、およびクリーニング用ＲＦ電極（２次電子放出電極）１５、ならびに誘電体板１６と、反応室１の上部に配置された上部電極１７と、反応室１の外部に配置された第１のプラズマ源用磁場発生コイル２３−１および第２のプラズマ源用磁場発生コイル２３−２と、プラズマ生成用電源３と、ウエハ保持電極用電源４と、クリーニング用電源５と、プラズマ源用電源（クリーニング磁場用電源）６と、分光データ処理装置７１と、分光検出器７２とを有して構成される。
【００４９】
ウエハ保持電極１４は、内部に静電吸着電極を有する静電吸着膜１４１が設けられており、ウエハ保持電極用電源４から静電吸着電極に直流電圧が印加される。
【００５０】
上部電極１７は、アンテナ１７１と、ガス放出板１７２と、ガス導入口１７３とを有している。アンテナ１７１には、プラズマ生成用電源３からＲＦ電圧が供給される。ガス導入口１７３から反応ガスが供給され、ガス放出板１７２に設けた多数の開口から反応室１内に反応ガスが均一に供給される。
【００５１】
プラズマ生成用電源３は、プラズマ生成用ＲＦ電源３１と、プラズマ生成用ＲＦ整合器３２と、ウエハ保持電極用電源４から供給された高周波を上部電極１７を通してアースするためのフィルタ回路３３とを有しており、プラズマ生成用ＲＦ電源３１から上部電極１７のアンテナ１７１にプラズマ生成用ＲＦ電力を供給する。
【００５２】
ウエハ保持電極用電源４は、ウエハに高周波を印加しエッチング処理を制御するためのプロセス制御用ＲＦ電源４１と、プロセス制御用ＲＦ整合器４２と、ウエハを静電吸着するためのウエハ保持用直流電源４３と、アンテナ１７１に印加するプラズマ生成用ＲＦ電源３１から供給された高周波をウエハ保持電極１４を通してアースに流すためのフィルタ回路４４とを有している。
【００５３】
クリーニング用電源５は、クリーニング用ＲＦ電源５１と、クリーニング用ＲＦ整合器５２とを有している。
【００５４】
プラズマ源用電源６は、第１のプラズマ源用（クリーニング磁場用）直流電源６１−１と、第２のプラズマ源用（クリーニング磁場用）直流電源６１−２と、電源制御装置８２とを有している。
【００５５】
クリーニング用ＲＦ電極１５の設置場所は任意であるが、例えば、図２のようにウエハ保持電極１４の側面に設けると、磁力線ｍｆを調整することによって、上部電極１７を用いた通常のクリーニング放電ではプラズマの届かないウエハ保持電極１４の側面等のクリーニングが可能となる。クリーニング用ＲＦ電極１５へ高周波を印加すると同時にウエハ８１にもプロセス制御用ＲＦ電源４１により高周波を印加してウエハ面からも２次電子させてクリーニングすることも出来る。
【００５６】
このプラズマエッチング装置は、反応室１の外部にプラズマ生成効率向上またはプラズマ均一性制御のための第１の磁場発生コイル２３−１および第２の磁場発生コイル２３−２と、第１のクリーニング磁場用直流電源６１−１および第２のクリーニング磁場用直流電源６１−２、ならびに、電源制御装置６２が設けてある。エッチング処理時には、処理ガスをガス導入口１７３より導入しガス放出板１７２から反応室１内にガスを均一に供給し、プラズマ生成用ＲＦ電源３１からプラズマ生成用ＲＦ整合器３２を介して周波数１３．４５ＭＨｚから４５０ＭＨｚまでの高周波をアンテナ１７１に印加して、プラズマ８５を生成する。
【００５７】
ウエハ保持電極１４には、ウエハを静電吸着するためのウエハ保持用直流電源４３と、ウエハに高周波を印加してエッチング処理を制御するためのプロセス制御用ＲＦ電源４１と、プロセス制御用ＲＦ整合器４２が設けてある。また、アンテナ１７１に印加するプラズマ生成用ＲＦ電源３１から供給された高周波がウエハ保持電極１４を通してアースに流れるよう、プラズマ生成用ＲＦ電源３１出力の周波数帯域の高周波を通すフィルタ回路４４がウエハ保持電極に接続されている。
【００５８】
クリーニング用ＲＦ電極１５の設置場所は、任意に設定できるが、例えば、図２のようにウエハ保持電極１４の側面に設けると、磁力線の調整によってはアンテナ１７１を用いた通常のクリーニング放電ではプラズマの届かないウエハ保持電極１４の側面等のクリーニングが可能となる。クリーニング用ＲＦ電極１５へ高周波を印加すると同時にウエハ８１にもプロセス制御用ＲＦ電源４１により高周波を印加してウエハ面からも２次電子を放出させてクリーニングすることも出来る。
【００５９】
クリーニングの態様は、プラズマ源用磁場発生コイル２３−１，プラズマ源用磁場発生コイル２３−２をそれぞれ独立に制御することによって、クリーニング用磁場の形状や強度を制御して実施の形態に示した態様と同様に任意の個所をクリーニングすることができる。
【００６０】
この実施例では、クリーニングに用いる磁場発生手段として、プラズマ源用磁場発生コイル２３−１およびプラズマ源用磁場発生コイル２３―２を流用している。磁場発生手段としては、これらのコイルに代えて永久磁石により構成してもよい。
【００６１】
本発明の第３の実施例を、図３を用いて説明する。この実施例は、本発明にかかるクリーニング方法を電子顕微鏡に適用した例である。本発明にかかるクリーニング方法が適用される電子顕微鏡は、真空容器１０１と、試料を載置する試料台１０２と、電子ビームを発生し加速する鏡筒１０４と、電子ビームの対物レンズ１０３とからなり、真空容器１０１内部を真空排気するための排気口１０５と、ガス導入口１０７と、質量分析器１３０とが設けてある。さらに、この電子顕微鏡は、クリーニング用ＲＦ電極（２次電子放出電極）１５と、誘電体板１６を有しており、クリーニング用ＲＦ電極１５は、クリーニング用ＲＦ電源５１およびクリーニング用ＲＦ整合器５２からなるクリーニング用電源５に接続されている。
【００６２】
また、真空容器１０１の外部には、第１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１と第２のクリーング用磁場発生コイル２２−２が配置される。さらに、第１のクリーニング磁場用直流電源６１−１と、第２のクリーニング磁場用直流電源６１−２と、電源制御装置６２からなるクリーニング磁場用電源６から各クリーニング用磁場発生コイル２２へ直流電力が供給される。
【００６３】
この電子顕微鏡を用いて試料を観察する場合は、試料台１０２の上に試料を固定し数ｋＶの電子ビームを対物レンズ１０３で収束し試料に照射するときに放出される電子を捕集し検出する。したがって、観察時には電子ビーム照射により試料の一部が気化し真空容器１０１内に付着、堆積し汚れとなる。
【００６４】
クリーニング用ＲＦ電極１５には、クリーニング用ＲＦ電源５１からの高周波出力をクリーニング用ＲＦ整合器５２を介して印加する。クリーニング用ＲＦ電極１５の真空側には誘電体板１６が設けてありクリーニング用ＲＦ電極１５からの金属不純物混入を防いでいる。磁場発生手段は、第１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１および第２のクリーニング用磁場発生コイル２２−２からなり、磁場強度制御手段は、第１のクリーニング用クリーニング磁場用直流電源６１−１および第２のクリーニング用クリーニング磁場用直流電源６１−２と、電源制御装置６２より構成される。
【００６５】
クリーニングの効果の確認は、質量分析器１３０による気相中の元素分析によりモニタできる。また、質量分析器１３０のモニタ信号を使って、クリーニングが終了したら電源制御装置６２を操作して第１のクリーニング用磁場発生コイル２２−１および第２のクリーニング用磁場発生コイル２２−２への電力供給を制御し、クリーニング場所を移動して自動的にクリーニングを行うことも可能である。
【００６６】
以上のように、本発明は、誘導結合方式のプラズマエッチング処理装置や平行平板電極による容量結合方式のプラズマエッチング処理装置やプラズマＣＶＤ処理装置等のプラズマ処理装置、または、電子線描画装置、もしくは電子顕微鏡等の、処理時間の経過とともに真空容器内壁に被処理対象（試料）から発生した反応生成物が堆積する真空処理装置に適用することができる。
【００６７】
本発明は、真空容器内部の堆積物を２次電子の効果を使って高効率で局所的にクリーニングでき、磁場形状を制御することでクリーニング個所を変更できるので複雑な形状におおいても必要な範囲を一様にクリーニングできる。
【００６８】
本発明は、磁場発生手段を２個以上の電磁コイルで構成することで磁場の制御を直流電源の電流値を操作するだけでよく容易に高精度な制御が可能となる。
【００６９】
本発明は、磁場発生手段に永久磁石を用いることで、磁場発生部を小型化で低コスト化できる。
【００７０】
本発明は、クリーニング用のＲＦ電極とともに又はＲＦ電極に代えてウエハ保持電極に高周波を印加しクリーニングに用いることで、同時にクリーニングできる領域が広がりクリーニング時間の短縮になる。また、クリーニングできる領域は制限されてしまうがＲＦ電極の代用としてウエハ保持電極を使えば、装置構成が簡単になり低コストとなる。
【００７１】
本発明は、前記ウエハ保持電極と２次電子照射する前記真空容器上面の距離を５０ｍｍから１８０ｍｍとすることで、ウエハからの２次電子が損失することなくウエハに対向した面に照射でき効率的なクリーニングが可能となる。前記距離が５０ｍｍ以下では２次電子照射により除去された被エッチング物質の排気効率が悪化し、前記距離が長くなると２次電子が真空容器内のガスにより散乱され１８０ｍｍ以下が望ましい。また、前記距離を変えることによっても２次電子の照射位置を調整可能でり、連続的に前記距離を変化させクリーニング位置を移動できる。
【００７２】
本発明は、磁場制御手段を操作してクリーニング場所を移動することで、必要な場所だけを選択的にクリーニングが無駄なく効率的おこなえる。
【００７３】
本発明は、ＲＦ電極へ印加する高周波の周波数を１００ｋＨｚから１００ＭＨｚとすることで、誘電体板でカバーした電極面に効率良く直流電圧Ｖｄｃが形成されクリーニングが有効に進行する。周波数が１００ｋＨｚ以下になると電極表面の誘電体板によるインピーダンス（インピーダンスＺ∝ｄ／(２πｆεＳ)、ｄ：誘電体板厚、ｆ：高周波周波数、ε：誘電率、Ｓ：誘電体面積）が大きくなり実効的な高周波電圧が誘電体板表面に発生しなくなる。周波数が１００ＭＨｚ以上になるとＲＦ整合器を汎用のコンデンサやコイルで構成することが困難になり、同軸スタブ等の立体回路部品が必要になり装置が大型化、高コストになってしまう。
【００７４】
本発明は、電子線描画装置または電子顕微鏡のように通常放電機構を備えていない装置であっても、複雑な真空容器には小型のＲＦ電極を設けてるだけであり、簡単な構成で必要な個所だけを局所的に簡単にクリーニングできるので、装置の汚れによる精度低下防止や稼動率向上に貢献する。
【００７５】
本発明は、クリーニング時に反応性ガスを真空容器に塩素系、フッ素系、酸素、あるいはアルゴン等のガスを導入することでクリーニング時に分解、スパッタされた堆積物を化学反応させ気化性物質にしたり不活性ガスによる希釈効果で真空容器壁への再付着を低減したり排気効率を高める。
【００７６】
本発明は、真空容器内の堆積物質のクリーニングの進行状況を例えば堆積物質の分解物質や化合物からの発光スペクトル強度や質量分析器による濃度等のモニタ信号を用いて、その場所のクリーニングが必要なレベルまで進んだら自動的に磁場制御しクリーニング場所を自動的に移動することが可能となり、クリーニングが無駄なく効率的で自動化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかるエッチング装置の断面説明図。
【図２】本発明の第２の実施例にかかるエッチング装置の断面説明図。
【図３】本発明の第３の実施例にかかる電子顕微鏡装置の断面説明図。
【図４】図１のエッチング装置におけるRF電極から反応室壁までの高周波電位分布の時間平均を示すグラフ。
【符号の説明】
１：反応室
１１：下部容器
１２：誘電体真空壁
１３：排気口
１４：ウエハ保持電極
１５：クリーニング用ＲＦ電極（２次電子放出電極）
１６：誘電体板
２１：ＲＦコイル
２２：クリーニング用磁場発生コイル
３：プラズマ生成用電源
３１：プラズマ生成用ＲＦ電源
３２：プラズマ生成用ＲＦ整合器
４：ウエハ保持電極用電源
４１：プロセス制御用ＲＦ電源
４２：プロセス制御用ＲＦ整合器
４３：ウエハ保持用直流電源
５：クリーニング用電源
５１：クリーニング用ＲＦ電極
５２：クリーニング用ＲＦ整合器
６：クリーニング磁場用電源
６１：クリーニング磁場用直流電源
６２：電源制御装置
７１：分光データ処理装置
７２：分光検出器
８１：ウエハ
８５：プラズマ

Claims

減圧された真空容器を有し、該真空容器内に試料を収容し真空処理する真空処理装置において、
前記真空容器内に磁場を発生する少なくとも２個以上の磁場発生手段と、
該磁場発生手段の各々の磁場形状または磁場強度を独立に制御する磁場強度制御手段と、
前記真空容器内に配置した２次電子放出電極と、
該２次電子放出電極に高周波電力を印加する高周波電源とを備え、
前記２次電子放出電極に前記高周波電源からの高周波出力を印加し２次電子を放出し、前記磁場強度制御手段を独立に制御して前記磁場発生手段により発生される磁場の磁力線方向を操作することにより前記２次電子放出電極から放射された２次電子を真空容器内壁の被クリーニング領域まで輸送し照射し局所的にクリーニングする
ことを特徴とする真空処理装置。
減圧された真空容器を有し、該真空容器内に試料を収容し操作する真空処理装置において、
前記真空容器内に磁場を発生する少なくとも２個以上の磁場発生手段と、
該磁場発生手段の各々の磁場形状または磁場強度を独立に制御する磁場強度制御手段と、
前記真空容器内に配置した２次電子放出電極と、
該２次電子放出電極の少なくとも真空側の面を覆いプラズマが直接前記２次電子放出電極に接触することを防ぐ誘電体と、
前記２次電子放出電極に高周波電力を印加する高周波電源とを備え、
前記２次電子放出電極に前記高周波電源からの高周波出力を印加し２次電子を放出し、前記磁場強度制御手段を独立に制御して前記磁場発生手段により発生される磁場の磁力線方向を操作することにより前記２次電子放出電極から放射された２次電子を真空容器内壁の被クリーニング領域まで輸送し照射し局所的にクリーニングする
ことを特徴とする真空処理装置。
減圧された真空容器と、該真空容器内に磁場を発生する少なくとも２個以上の磁場発生手段と、前記真空容器内に配置した２次電子放出電極と、該２次電子放出電極の少なくとも真空側の面を覆いプラズマが直接前記２次電子放出電極に接触することを防ぐ誘電体と、前記２次電子放出電極に高周波電力を印加する高周波電源とを有し、前記真空容器内に試料を収容し真空処理する真空処理装置のクリーニング方法において、
前記２次電子放出電極に高周波電力を印加するとともに、前記磁場発生手段の磁場形状または磁場強度を制御して前記磁場発生手段により発生される磁場の磁力線方向を操作することにより前記２次電子放出電極から放出された２次電子を真空容器内壁の被クリーニング領域まで輸送し照射して前記真空容器内部を局所的にクリーニングする
ことを特徴とする真空処理装置のクリーニング方法。
減圧された真空容器と、該真空容器内に磁場を発生する少なくとも２個以上の磁場発生手段と、該磁場発生手段の各々の磁場形状または磁場強度を独立に制御する磁場強度制御手段と、前記真空容器内に配置した試料を載置する電極と、該電極に高周波電力を印加する高周波電源とを有し、前記真空容器内に試料を収容し真空処理する真空処理装置のクリーニング方法において、
前記電極に誘電体またはウエハを載置した状態で高周波電力を印加するとともに、前記磁場発生手段の磁場形状または磁場強度を制御することにより磁場の磁力線方向を操作して前記電極から放射された２次電子が照射する真空容器内壁上の領域を特定して照射することにより前記真空容器内部を局所的にクリーニングする
ことを特徴とする真空処理装置のクリーニング方法。
減圧された真空容器と、少なくとも２個以上のプラズマ発生用磁場コイルと、該プラズマ発生用磁場コイルの各々の磁場強度を独立に制御する磁場強度制御手段と、前記真空容器内に配置した２次電子放出電極と、該２次電子放出電極の少なくとも真空側の面を覆う誘電体と、前記２次電子放出電極に高周波電力を印加する高周波電源とを有し、前記真空容器内に試料を収容し処理する真空処理装置のクリーニング方法において、
前記２次電子放出電極に高周波電力を印加するとともに、前記プラズマ発生用磁場コイルの磁場形状または磁場強度を制御することにより磁場の磁力線方向を操作して前記２次電極放出電極から放射された２次電子を真空容器内壁の被クリーニング領域まで輸送し照射して前記真空容器内部を局所的にクリーニングする
ことを特徴とする真空処理装置のクリーニング方法。