JPWO2002065532A1

JPWO2002065532A1 - 被処理体の処理方法及びその処理装置

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Publication number: JPWO2002065532A1
Application number: JP2002564750A
Authority: JP
Inventors: 西川　浩; 浩西川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: CN101038863B; CN1491429A; US20040099635A1; JP4133333B2; US8287967B2; US7615259B2; WO2002065532A1; CN101038863A; US20100015812A1; CN1322556C

Abstract

本発明は、減圧雰囲気の処理チャンバー内に設けられた載置台に被処理体を載置した状態で、前記被処理体に所定の処理を施す処理方法において、前記載置台に被処理体が載置されていないとき、処理チャンバーの少なくとも載置台の伝熱ガス供給孔から不活性ガスを吐出し、前記載置台の載置面にガス層を形成する被処理体の処理方法及び処理装置である。

Description

技術分野
この発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して成膜処理やエッチング処理を施す処理方法及びその処理装置に関する。
背景技術
半導体装置の製造工程において、例えば、特開平７−３２１１８４号公報に示すように、被処理体の表面上に新たな膜を成膜する、または既に積層されている膜をエッチングする処理装置が知られている。
この処理装置は、アルミニウム等からなる処理チャンバーを搭載している。この処理チャンバー内には、被処理体を載置し下部電極を兼ねた載置台と、これに対向する上部電極とが設けられている。前記処理装置は、処理チャンバー内を排気により減圧した後、載置台に載置される被処理体を所定の温度に制御しながら、その処理面に処理ガスを吹き付ける。この状態で、上部電極には、例えば６０ＭＨｚ、下部電極（載置台）には１３．５６ＭＨｚの高周波をそれぞれ印加させて処理ガスをプラズマ化し、被処理体に対して所定のエッチング処理を施している。
この載置台には、冷却ジャケットが設けられており、載置される被処理体を所望の温度、例えば−１００℃まで冷却することができる。さらに、載置台の載置面には複数の伝熱ガス供給孔が開口されている。そして、被処理体を載置した状態で、これらの伝熱ガス供給孔から所望の温度に冷却されたヘリウム（Ｈｅ）等の伝熱ガスを供給して、被処理体への伝熱効率の向上を図っている。
また、特開平７−７４２３１号公報に開示されるように、載置台には上下方向に移動する複数のリフターピンが設けられ、被処理体の搬入・搬出時にはそれらのリフターピンが上下することにより、載置台と搬送機構との被処理体の受け渡しを容易にしている。これらのリフターピンは、１つのベースプレートへ一体的に取り付けられており、このベースプレートは、導入機構を介して処理チャンバー外部に取り付けられた上下駆動用エアシリンダの駆動により昇降する。
しかし、前述した処理チャンバー内には、上下電極の他に、プラズマを集中させるためのフォーカスリング等の金属または非金属部品からなる多数の構成部品が搭載されている。これらの構成部品は、処理チャンバー内に露出している部分がプラズマによって徐々に削れてしまうため、所定期間経過後には交換する必要がある。しかし、生産性の面から見て、メンテナンスにかかる時間や回数を少なくするためには、これらの交換頻度をできるだけ少なくする必要がある。
この対策として、フォーカスリング等の構成部品を、削れにくい材質、例えばイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ）等の重金属の酸化物によって、製作することが試みられている。その作成方法としては、バルク部品は粉末から焼結したり、アルミニウムを母材とした部品にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）をコーティング処理したりしている。また、処理チャンバー内面においても、コーティング処理を施してプラズマによる削れを抑制させる部分も設けている。
しかしながら、重金属の酸化物によって構成部品を製作したとしてもプラズマに晒していることによって僅かながら削られており、その重金属の微粒子が処理チャンバー内に浮遊している状態が多く見られる。
また、重金属の微粒子の周辺にはプラズマから由来している他の気化物が浮遊しているため、この気化物が冷却されると、凝縮して同時に近傍の重金属の微粒子を取り込み、冷却されている部分に付着するという現象が起きる。被処理体を載置する載置台は、前述したように冷却ジャケットで低温度に冷却されているため、被処理体が載置されていないときに露出している載置台の載置面に重金属を含む微粒子が堆積する。
その後、新たな被処理体が載置台に載置されると、堆積された重金属を含む微粒子が、その被処理体の裏面に付着して、汚染された被処理体が次の工程に持ち出されるという問題が発生する。
発明の開示
本発明は、処理チャンバーの内部に設けられた載置台に被処理体が載置されていないとき、その載置面に重金属を含む微粒子が付着するのを防止し、被処理体が汚染されるのを防止することができる処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、減圧雰囲気の処理チャンバー内に設けられた載置台に被処理体を載置した状態で、前記被処理体に所定の処理を施す処理方法において、前記載置台に被処理体が載置されていないとき、前記載置台上方に不活性ガスを吐出させて、載置面を含む前記載置台を覆う不活性ガスからなるガス層を形成する処理方法を提供する。
また、本発明は、減圧雰囲気に維持可能な処理チャンバー内に被処理体を搬入し、前記処理チャンバー内に設けた載置台上に載置して所定の処理を施した後、前記被処理体を処理チャンバー外に搬出することを繰り返して複数の被処理体に処理を施す処理方法において、前記被処理体を処理チャンバー外に搬出してから次の被処理体を処理チャンバー内に搬入するまでの、処理チャンバー内に被処理体が存在しない期間、前記載置台表面近傍に実質的に重金属の粒子を含まない不活性ガスを第１の流量で供給する処理方法を提供する。
さらに、減圧雰囲気の処理チャンバー内に処理ガスを導入することにより、被処理体に所定の処理を施す処理装置において、前記被処理体を載置するための、前記処理チャンバー内に設けられた載置台と、不活性ガスを前記載置台の載置面へ供給する第１のガス供給孔を有し、前記載置台に前記被処理体が載置されていないとき、前記載置台の載置面に前記不活性ガスのガス層を形成する処理装置を提供する。
本発明においては、被処理体の連続処理を行う製造工程間で、被処理体が載置されずに載置台（載置面）が露出している際に、その載置台の露出部分を覆うように、例えばＮ_２ガス等による不活性ガス層を形成することにより、載置台の載置面への重金属の微粒子が付着することが防止できる。これにより、次に処理を行う新たな被処理体が載置台に載置されたときに、重金属の微粒子による被処理体の裏面への汚染が防止されると共に、次の製造工程への悪影響が防止される。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態における半導体ウエハ等の被処理体へプラズマエッチング処理を施す処理装置の概略的全体構成を示し、図２は処理チャンバー内の載置台の平面構成を示す。また、図３は伝熱ガス供給部及び不活性ガス供給部の概略的構成を示し、図４は、不活性ガス層の形成におけるバルブ開閉について説明するためのタイミングチャートを示している。
本実施形態の処理装置本体１には、アルミニウム等の導電性材料からなり、真空状態を維持できるような密閉度を持つ箱状の処理チャンバー２が搭載される。この処理チャンバー２内でプラズマにさらされる内壁面上にはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）コーティングが施されている。
処理チャンバー２内の上面には、上部電極４が設けられ、底部には半導体ウエハ等の被処理体Ｗを載置する下部電極を兼ねた載置台５が対向して設けられている。上部電極４は、ガス配管を通じてプロセスガス供給部７に接続されており、また処理チャンバー内にガスを吐出するための複数の処理ガス供給孔６が開口されている。載置台５は、処理チャンバー内に露出する表面が例えば、アルマイト処理された凸型円盤形状のアルミニウムからなり、その載置面に被処理体Ｗが載置される。さらに、載置台５は処理チャンバー２の底部とは絶縁体８を介して固定され、電気的に分離されている。また載置台５内部には給電板９が設けられている。この給電板９は、装置本体１に設置された高周波電源１０に接続されており、載置台５に高周波電圧を印加することにより、両電極間にプラズマを発生させるようになっている。この処理チャンバー２内の上部電極４と載置台５との間の空間が被処理体の処理空間３となる。
また、載置台５の外周上には、環状のフォーカスリング１１が配置されている。このフォーカスリング１１は、反応性イオンを被処理体Ｗに集中させるために使用され、例えばイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等の重金属の酸化物によって形成されている。さらに、載置面よりも下方の処理チャンバー２の側壁には、チャンバ内を排気するための排気口１２が設けられ、排気口１２には排気管４７及びバルブ４８を介して排気系４６が接続されている。また、処理チャンバー２の側壁には、被処理体Ｗを搬入搬出するためのゲート口３７が開口され、ゲートバルブ３８により開閉される。
図２に示すように、載置台５にはリフターピン用の複数の貫通孔１３及び伝熱ガスを供給するための複数の伝熱ガス供給孔１４が設けられている。これらの伝熱ガス供給孔１４は、後述する伝熱ガス供給部１５及び不活性ガス供給部１６に接続されている。本実施形態では、載置台５上に被処理体Ｗを保持させるためのチャック部として、静電チャック１７を採用しており、載置面上に静電チャック１７が設けられている。勿論、被処理体Ｗを爪などにより機械的に保持するメカニカル・チャックを用いてもよい。
前記上部電極４に接続されたプロセスガス供給部７は、例えばＣ_１２ガス、Ｃ_４Ｆ_６ガス及びＢＣｌ_３ガスを、図示しない流量制御器（マスフローコントローラ：ＭＦＣ）やバルブ等を用いて、処理内容に応じて、それぞれ流量制御して上部電極４へ供給する。
次に、載置台５に接続された伝熱ガス供給部１５及び不活性ガス供給部１６について説明する。
図３に示すように、伝熱ガス供給部１５は、流量と温度が制御されたヘリウムガス（Ｈｅ）等の伝熱ガスを供給するためのガス供給ラインである。このガスラインは、上流（ガス源）側から、伝熱ガスを供給するための伝熱ガス供給源２２、ガス流量を制御する流量制御器（ＭＦＣ）２４、一時的にガスをストックするバッファタンク２５、供給を遮断するための第１バルブ２６ａ及び温調ユニット２７が配置され、これらの間を伝熱ガス供給管２３でそれぞれ接続されている。この温調ユニット２７は、伝熱ガスを所望の温度まで冷却するための温調部と制御器により構成され、伝熱ガスが所定の温度になるように制御して、伝熱ガス供給孔１４へ供給する。伝熱ガスは、被処理体Ｗの裏面と静電チャック１７との間の微小空間に供給されて、載置台５と被処理体Ｗとの間の伝熱効果を高めている。
また、不活性ガス供給部１６は、流量と温度が制御された窒素ガス（Ｎ_２）等の不活性ガスを供給するためのガス供給ラインである。このガスラインは、上流（ガス源）側から、Ｎ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給源２８、供給を遮断するための第２バルブ２６ｂ、ガス流量を制御するＭＦＣ２９及びヒートアップシステム３１が配置され、ガス導入管３２によりそれぞれが接続されている。このヒートアップシステム３１は、ガス導入管３２により伝熱ガス供給管２３とバルブ２６ａとの間に接続している。そして、ヒートアップシステム３１は、ヒータ制御システム３０に制御されてＮ_２ガスを加温して、伝熱ガス供給管２３を経て伝熱ガス供給孔１４に供給する。尚、Ｎ_２ガスは、ヒートアップシステム３１によって５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後に加温され、ホットガスとして載置台５から処理チャンバー２に吹き出される。
さらに、載置台５には例えば、４つの孔１３が形成されており、各孔内には移動可能に各１本ずつリフターピン３３が収納され、これらのリフターピン３３は、昇降可能な１つのリフターピン支持機構（図示しない）に固定されて載置面より突き出すように構成されている。勿論、リフターピン３３は４本に限定されるものではなく、設計に従って変更可能である。被処理体Ｗの搬入・搬出時には、４本のリフターピン３３によって被処理体Ｗを載置台５から持ち上げて浮かせた状態で図示しない搬送機構の搬送アームとの受け渡しを行うようになっている。
次に、第１の実施形態において、処理装置にプラズマエッチング処理装置を適用した例における処理シーケンスについて説明する。
まず、処理チャンバー２内に被処理体Ｗを搬入する際に、ゲート口３７を開口させて被処理体Ｗを保持する搬送アームを外部（搬送チャンバー等）から処理チャンバー２内へ進入させ載置台５上方で停止させる。その後、リフターピン３３を孔１３から載置面の上方へ突き出し、被処理体Ｗを持ち上げて搬送アームから受け取る。
搬送アームが退避した後、リフターピン３３をスムーズに下降させて、被処理体Ｗを載置面に載置させると共に、被処理体Ｗを静電チャック１７により載置面に保持させ、それと同時にゲート口３７を閉口する。
この保持の後、伝熱ガス供給源２２からヘリウムガス（Ｈｅ）等の伝熱ガスを流量制御器２４で流量制御しつつ流出させて、バッファタンク２５及び第１バルブ２６ａを経て温調ユニット２７に流す。温調ユニット２７では、伝熱ガスを所定の温度（冷却を行うための温度）になるように制御して、伝熱ガス供給孔１４から吐出させる。これにより、伝熱ガスが被処理体Ｗの裏面と静電チャック１７との間の微小空間に供給されることとなり、載置台５と被処理体Ｗとの伝熱効果が高められる。
次に、排気系を駆動させて、排気口１２から処理チャンバー２内の気体を排気し、さらに、プロセスガス供給部から所定のプロセスガス、例えば、ＣＦ_４及びＯ_２をそれぞれ３００ＳＣＣＭ及び８５ＳＣＣＭずつ処理空間３に供給する。そして、処理チャンバー２内を所定の圧力、例えば３５０ｍｔｏｒｒ（４６．５５Ｐａ）程度に維持させる。
次に、高周波電源１０から高周波電圧を載置台５へ印加して、上部電極４と載置台５との間の処理空間３内にプラズマを発生させて、被処理体Ｗのプラズマエッチング処理を行う。そして、プラズマエッチング処理が完了した後、排気系により所定時間で残留ガス等を処理チャンバー２外へ排気する。その際、伝熱ガスとして使用されたＨｅガスも十分に排気させる。この後、処理チャンバー内の圧力をゲート口を開口してもよい圧力まで調整する。
そして、リフターピン３３を上昇させて載置台５から被処理体Ｗを持ち上げて浮かせた状態にする。ゲート口３７を開口して、進入してきた搬送アームへ被処理体Ｗを渡す。搬送アームは、被処理体Ｗを処理チャンバー２外に搬出し、次に処理を行うための新たな被処理体Ｗを処理チャンバー２内に搬入する。この新たな被処理体Ｗは、前回と同様に載置台５に保持される。
図４に示すタイミングチャートのように、載置台５に被処理体Ｗが載置されていないとき、第１バルブ２６ａは閉として、伝熱ガスの供給を停止する。一方、第２バルブ２６ｂは開けられて、Ｎ_２ガス供給源２８から供給された例えば、流量１０ＳＣＣＭ程度のＮ_２ガスが処理チャンバー２内に吐出される。この際、Ｎ_２ガスは、ヒートアップシステム３１によって５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後に加温されて、ホットガスとして載置面上方に吐出されている。この時、図１に示すように、載置台５（載置面）を覆うように上方に加温されたＮ_２ガスによる不活性ガス層Ｇが形成される。
このＮ_２ガスによる不活性ガス層Ｇは、処理済みの被処理体Ｗが載置面を離れてから、次に処理を行う新たな被処理体Ｗが載置面に保持される直前まで行なわれる。特に、被処理体Ｗが、離れたり載置する際に、載置面で位置ずれを起さないように、被処理体Ｗ上面側と下面側との気圧差は１００ｍｔｏｒｒ（１３．３ｐａ）以下にすることが望ましい。
また伝熱ガスと不活性ガス層Ｇとの関係は、図４に示すように、処理体Ｗが処理チャンバー２に搬入され、リフターピン３３によって載置面に載置される直前に、第１バルブ２６ａが開けられてＨｅガスが伝熱ガス供給孔１４から被処理体Ｗの裏面に供給される。このとき、第２バルブ２６ｂが閉じられて、Ｎ_２ガスの供給は停止される。
そして、被処理体Ｗへの処理が終了して、被処理体Ｗがリフターピン３３によって再び持ち上げられると共に、第２バルブ２６ｂが開けられて、Ｎ_２ガスの供給が開始される。これと共に、第１バルブ２６ａは閉じられ、Ｈｅガスの供給が停止される。尚、第１バルブ２６ａを破線で示すように徐々に閉じてもよい。また、ＭＦＣ２４を用いてバッファタンク２５へのＨｅガスの供給を遮断して、バルブ２６ａをある程度閉じた位置で固定し、バッファタンク２５内の残圧でＨｅガスが伝熱ガス供給孔１４に供給されるようにしても、Ｈｅガスの供給量を徐々に減ずることもできる。
前述したように本発明が解決する問題として、処理チャンバー２内では、プラズマによって削られて発生する重金属の微粒子が浮遊しており、冷却されている部分に付着するという現象が発生していた。
以上説明した第１の実施形態では、これを解決するものとして、露出した載置台５（載置面）を覆うように上方に加温されたＮ_２ガスによる不活性ガス層Ｇを形成したため、載置台５の載置面に重金属の微粒子が付着するのを防止できる。従って、次に処理を行う新たな被処理体Ｗが載置台５に載置されたときに、その被処理体Ｗの裏面に重金属の微粒子が付着せず、被処理体Ｗへの汚染を防止すると共に、次に製造工程への悪影響を防止することができる。また、載置台５の伝熱ガス供給孔１４からＮ_２ガスを吹き出しているため、重金属の微粒子が伝熱ガス供給孔１４内に進入して、その内壁に付着することも防止できる。
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態の伝熱ガス供給部及び不活性ガス供給部の概略的構成を示し、図６は、不活性ガス層の形成におけるバルブ開閉について説明するためのタイミングチャートを示している。この第２の実施形態の構成部位において、前述した第１の実施形態と同一構成部位には、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、１つのガス供給源と、冷却された伝熱ガスを処理チャンバー内に供給するための主ライン及び加熱された伝熱ガス（第１の実施形態の不活性ガスに相当する）を処理チャンバー内に供給するためバイパスラインとの２ラインにより構成されたガス供給経路を有している。
この実施形態では、伝熱ガスを供給する主ラインとして上流（ガス源）側から、Ｈｅ等の伝熱ガス供給源２２、流量制御器（ＭＦＣ）２４、バッファタンク２５、第１バルブ２６ａ及び温調ユニット２７が配置され、それぞれが伝熱ガス供給管２３により接続されている。
また、ＭＦＣ２４とバッファタンク２５の間から、第１バルブ２６ａと温調ユニット２７との間には、バイパスライン３５が設けられている。このバイパスライン３５には、第２バルブ２６ｂ及びヒータユニット３６が配置されている。
このような構成により、伝熱ガスは、第１バルブ２６ａが開けられ、第２バルブ２６ｂが閉じられたときは、主ラインを通って伝熱ガス供給孔１４に供給され、一方、第１バルブ２６ａが閉じて、第２バルブ２６ｂが開けられたときは、バイパスライン３５を通って伝熱ガス供給孔１４に供給される。
図６のタイミングチャートに示すように、載置台５に被処理体Ｗが載置されていないとき、第１バルブ２６ａは閉じて、第２バルブ２６ｂを開けられる。これらの開閉により、Ｈｅガス供給源２２からのＨｅガスは、バイパスライン３５を通って、加熱されて載置台５の伝熱ガス供給孔１４から処理チャンバー２内へ吐出される。この時、Ｈｅガスはヒータユニット３６によって、５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後まで加熱され、ホットガスとして載置台５から処理チャンバー２に吐出され、載置台５の上方に加温されたＨｅガスによるガス層が形成される。尚、ヒータユニット３６は、常時駆動状態となるが、ランプヒータ等の加熱の立ち上がりがよいもの用いて、第２バルブ２６ｂが開となると同時に、ヒータユニット３６を駆動させてもよい。
従って、前述した第１の実施形態の効果と同等の効果が得られ、重金属の微粒子が載置台５（載置面）へ付着することが防止でき、牽いては被処理体Ｗへの汚染も防止することができる。
また、本実施形態では、Ｈｅガスを「伝熱ガス」と「載置台汚染防止のための不活性ガス」の両方に利用しているため、前述した第１の実施形態のように、Ｎ_２ガス供給源などの不活性ガス供給ラインを別途に設ける必要がなく、構成が簡易化して、装置のコスト的にもメリットがある。
次に、第３の実施形態について説明する。
図７は、第３の実施形態における半導体ウエハ等の被処理体をプラズマエッチング処理する処理装置の概略的全体構成を示す。この第３の実施形態の構成部位において、前述した第１の実施形態と同一構成部位には、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、載置台（下部電極）側だけではなく、載置台と対向する上部電極４側にも不活性ガス供給部２２を設けた構成であり、上部電極４及び載置台５の両方から不活性ガスを同時に供給する構成である。
この不活性ガス供給部２２は、プロセスガス供給部７とバルブ５０で構成されるプロセスガス供給ラインに接続しており、バルブ５０を経て上部電極４に接続されている。この不活性ガス供給部２２は、上流（ガス源）側から、Ｎ_２等の不活性ガスガス供給源２２、ＭＦＣ１９、ヒートアップシステム２１及びバルブ４９で構成される。ヒートアップシステム２１は、ヒータ制御システムにより制御され、Ｎ_２ガスを加温して上部電極４に供給する。Ｎ_２ガスはヒートアップシステム２１によって５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後に加温され、ホットガスとして上部電極４から処理チャンバー２内へ吐出される。
また、載置台５側における伝熱ガス供給部１５、不活性ガス供給部１６及び排気系４６は、図１及び図３で示した第１の実施形態の構成と同様である。
次に、この第３の実施形態の処理装置にプラズマエッチング処理装置を適用した例における処理シーケンスについて説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１の実施形態と同様に、処理チャンバー２内に被処理体Ｗを搬入して載置台５に載置した後、被処理体Ｗに対してエッチング処理を施す。その処理後に、排気系４６により処理チャンバー２内の残留ガス等を排気する。排気が完了した後、リフターピン３３で被処理体Ｗを持ち上げ、図示しない搬送アームへ渡す。
処理チャンバー２内から被処理体Ｗが持ち上げられた時、第１バルブ２６ａは閉じて、第２バルブ２６ｂ及びバルブ４９，５０が開けられる。これらのバルブ操作により、Ｈｅガスの供給は停止され、不活性ガス供給部１６、２２からそれぞれ加温されたＮ_２ガスが処理チャンバー２内の載置台５及び上部電極４に同時に供給される。
載置台５側において、Ｎ_２ガス供給源２８からのＮ_２ガスがＭＦＣ２９及びヒートアップシステム３１により、流量が制限され且つ加温されて、伝熱ガス供給孔１４を経て処理チャンバー２内へ吐出されて、載置台５の上方に加温されたＮ_２ガスによる不活性ガス層が形成される。このＮ_２ガスは、ヒートアップシステム３１によって、５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後に加温される。
また同時に、上部電極４側においては、Ｎ_２ガス供給源１８からのＮ_２ガスがＭＦＣ１９、ヒートアップシステム２１により、流量が制限され且つ加温されて、上部電極４を経て処理チャンバー２内へ吐出されて、上部電極４の下方に加温されたＮ_２ガスによる不活性ガス層が形成される。このＮ_２ガスは、ヒートアップシステム２１によって、５０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃前後に加温され、ホットガスとして上部電極４から処理チャンバー２に吐出される。
以上のような構成により、処理チャンバー２の上方及び下方から所望温度に加温されたＮ_２ガスが処理チャンバー２に供給されて、その内部（処理空間３）の略中間で衝突して周囲に流れるため、処理チャンバー２の内部に浮遊している重金属の微粒子が処理チャンバー２の外周側に押し出される状態となり、またそれぞれにＮ_２ガスによる不活性ガス層が形成されるため、載置台５と上部電極４に重金属の微粒子が付着することを防止できる。
従って、載置台５の載置面においては、重金属の微粒子が付着することを防止でき、次に処理を行う新たな被処理体Ｗが載置台５に載置された時に、その被処理体Ｗの裏面に付着して被処理体Ｗを汚染することを防止することができる。また、上部電極においても載置台５の比べて、重金属の微粒子の付着量は少ないがさらに付着しにくくなる。
上部電極４の処理ガス供給孔６及び、載置台５の伝熱ガス供給孔１４からＮ_２ガスの供給は、双方とも被処理体Ｗが処理チャンバー２の内部から搬出されてから、次に処理を行うための新たな被処理体Ｗが搬入されるまで行なわれる。また、載置台５側におけるＮ_２ガスの供給は、被処理体Ｗが搬入され、リフターピン３３が下降して被処理体Ｗが載置面に載置される直前まで行なわれる。
また、図７に示すように処理チャンバー２の内側壁に赤外線ランプ４０を設置する。これは、載置台５に被処理体Ｗが載置されていないときに、不活性ガスの供給とともに、赤外線ランプ４０を点灯して載置台５及びその周辺を加温することを併用してもよく、また載置台５に電気ヒータを埋設してもよい。
図８は、この第３の実施形態の変形例を示して説明する。
ここでは、載置台５に関わる構成のみを示している。
この構成は、載置台５を冷却するチラー本体４１と、冷却器４２とを接続して冷媒を循環する冷媒循環ライン４３にバイパス路４４及び三方弁４５を設けている。この載置台５に被処理体Ｗが載置されていないときに、三方弁４５をバイパス路４４に切り換えてチラー本体４１から吐出する冷媒を破線矢印で示すようにバイパス路４４にバイパスすることにより、載置台５の温度を徐々に上昇させる機能を併用してもよい。
また、ホットガスを載置台５の載置面に流す際、特に載置台５の温度が十分低い状態のときには、チラー本体４１の動作を止めて、チラー本体４１から冷媒が吐出しないようにしてもよい。これにより、チラー本体４１から冷媒を吐出させて冷却器４２による載置台５の冷却を行う場合に比べて、載置台５の昇温時間を短くすることができ、より迅速に加温されたＮ_２ガスのガス層Ｇを形成することができるので、スループットの向上、省エネ化という効果がもたらされる。
次に、第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、不活性ガスを供給するタイミングに特徴を持たせたものである。処理チャンバー２内に被処理体Ｗが搬入されて載置台５上で所定の処理がなされて、真空処理チャンバー外に搬出されるまでの期間は細かく分けると、図９に示す第１例〜第５例ようなパターンとなる。
この図９において、横軸は、時間若しくは期間Ａ〜Ｇを示し、縦軸は、不活性ガスのガス流量を示している。これらの期間においては、
期間Ａは、真空処理チャンバーのゲートバルブが開けられ、搬送アームなどの搬送手段によって被処理体が真空処理チャンバーに搬入され始めるまでの期間
期間Ｂは、被処理体が載置台の真上まで移動される期間
期間Ｃは、被処理体が載置台に向かって降下させられ、載置台に接するまでの期間
期間Ｄは、被処理体が載置台に接した状態で所定の処理がなされる期間
期間Ｅは、被処理体が載置台から離され載置台真上まで上昇させられる期間
期間Ｆは、被処理体が搬送手段によって処理チャンバー外に搬出され、真空処理チャンバーのゲートバルブが閉められるまでの期間
期間Ｇは、ゲートバルブが閉められた後の期間
とする。
図９の（１）に示す第１例では、期間Ａ及び期間Ｇで比較的大量の不活性ガスを被処理体表面近傍に供給する。期間Ｂ及び期間Ｆでは比較的少量の不活性ガスを供給する。期間Ａ及び期間Ｇでは被処理体が処理チャンバー内に無いため、不活性ガスの気流が被処理体の搬送に悪影響を及ぼす心配が無いので比較的大きな流量を選択できるのである。
期間Ｃでは不活性ガスの供給量を徐々に減少させる。期間Ｄでは熱伝導のためのガス供給のみとする。期間Ｅでは不活性ガスの供給量を徐々に増加させる。
次に図９の（２）に示す第２例では、第１例と比較すれば、期間Ｃ及び期間Ｅにおいて、不活性ガスは吐出させずに、熱伝導ガスのみを吐出させている点が異なっている。期間Ｃ及び期間Ｅでは、被処理体が載置台の真上から下降若しくは上昇しているため、不活性ガスを流すと被処理体の位置ずれが発生する等のおそれがある。しかし、被処理体により載置台上の空間が限られるので、伝熱ガスを吐出させただけでも、重金属の微粒子を含むの気流が流入することをある程度防ぐことができる。
図９の（３）に示す第３例では、第１例と比較すれば、期間Ａ−Ｂ間と期間Ｆ−Ｇ間の流量の変化が瞬間的に行われる点と、期間Ｃにおいてその期間の終了直前までの期間Ｂと実質的に同一量の不活性ガスが供給される点、期間Ｅの開始直後から期間Ｆと実質的に同一量の不活性ガスが供給される点が異なる。
図９の（４）に示す第４例では、第１例と比較すれば、期間Ａ及び期間Ｇで不活性ガスが供給され、その他の期間では供給しない点が異なっている。この第４例は、被処理体が処理チャンバーの外にあって、載置台の上方に処理空間ができ、重金属による汚染が最も起きやすい期間にのみ不活性ガスを供給するものである。前述した各例においては、期間ＤではＨｅガスなどの伝熱ガスが載置台のガス流路から供給されている。また、不活性ガスが流される期間においては、不活性ガスの流量は期間Ｄにおける伝熱ガスの流量よりも大きいものとする。載置台表面近傍に供給される不活性ガスの温度は５０℃〜２５０℃が好ましく、１００℃前後が最も好ましいものとする。
図９の（５）に示す第５例は、載置台温度の平均化を図り、牽いては、被処理体における時間的な温度の均一性を図るものである。
この第５例は、期間Ｂ、Ｃにおいて、載置台の真上まで移動され、載置面に搭載されるまでの間に、期間Ａの被処理体が無い状態よりも不活性ガスのガス流量を多くして、載置台の温度を一旦上昇させる。そして、期間Ｄにおいて、不活性ガスの供給を停止し、伝熱ガスのみの供給に切り換える。以降、期間Ｅ、Ｆ、Ｇは第１例と同様に、ガス供給を行う。期間Ｃから期間Ｄに移行した際に、一旦温度が上昇した載置台が伝熱ガスにより冷却されて温度が低下し、その後、プラズマを発生させるための高周波電力の印加に伴う発熱により温度が上昇するため、載置台はＶ字形状の温度特性となっている。
載置台にこのような温度特性を持たせることにより、載置台に載置された被処理体の温度をより早く所定の温度まで上昇させることができ、また、被処理体の温度を従来と比べてより時間的に均一にすることができる。
図１０には、前述した実施形態に基づく実験例を示しており、縦軸は載置台に付着する重金属の微粒子の量（イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の原子数／ｃｍ２）であり、横軸のＡは従来における載置台へのガスの供給を行なわない例、Ｂは本発明による載置台に常温のガスを供給した例、Ｃは本発明による載置台に約１００℃に加温されたホットガスを供給した例を示している。イットリウム汚染量の測定は全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ）及び気相分解／誘導結合型プラズマ法（ＶＰＤ／ＩＣＰ−ＭＳ）を用いた。
図１０に示すように、従来の技術では、載置台５に重金属の微粒子の量は３×１０^１２個が付着したのに対して、Ｂでは、５×１０^１０個、Ｃでは、６×１０^９個と百分の一や千分の一となっており、重金属の付着量が大幅に減少したことが解かる。
これは、載置台５に被処理体Ｗが載置されていないときに、伝熱ガス供給孔１４からＮ_２ガス等の不活性ガスを供給することにより、載置台５の載置面にガス層（エアカーテン）が形成され、浮遊する重金属の微粒子が侵入して付着することを防止している。さらに、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを加温してホットガスとすることにより、載置台５に重金属の微粒子が侵入しようとしても、ホットガスによって再び蒸発し、さらに重金属の微粒子が侵入するのを防止している。
なお、前記各実施形態においては、被処理体をプラズマエッチング処理する処理装置について説明したが、この発明はあらゆる処理装置に適用できる。また、伝熱ガス及び不活性ガスは前記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
以上説明したように、この発明によれば、載置台の上部に不活性ガスのガス層を形成することにより、載置台の載置面に重金属の微粒子が付着するのを防止でき、次の被処理体が載置台に載置されたときに被処理体の裏面に転写して被処理体を汚染することを防止することができる。
さらに、不活性ガスを加温してホットガスとして吹き出すことにより、重金属の微粒子が載置台に付着しようとしても再び蒸発し、微粒子の付着を防止する効果が大きく、また、載置台の伝熱ガス供給孔から不活性ガスを吹き出すようにすることにより、処理チャンバーの内部に浮遊する重金属の微粒子が伝熱ガス供給孔の内部に付着するのを防止することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、被処理体に対して、成膜やエッチングなどの処理を行う処理方法及び処理装置であって、被処理体が載置されていない載置台を覆うように不活性ガスのガス層を形成して、載置台の載置面上への重金属の微粒子の付着を防止し、次に処理を行う新たな被処理体が載置台に載置された際に、その新たな被処理体の裏面へ付着して、被処理体を汚染することを防止することができる。さらに、不活性ガスを加温してホットガスとして載置台の上方に吹き出すことにより、重金属の微粒子が載置台に付着しようとしても再び蒸発させて、微粒子の付着を防止し、また、処理チャンバー内に浮遊する重金属の微粒子が伝熱ガス供給孔の内部に付着することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態における処理装置の概略的な構成を示す図である。
図２は、第１の実施形態における載置台の平面構成を示す図である。
図３は、第１の実施形態における伝熱ガス供給部及び不活性ガス供給部の概略的な構成を示す図である。
図４は、第１の実施形態におけるバルブ開閉を説明するためのタイミングチャートである。
図５は、本発明の第２の実施形態における伝熱ガス供給部及び不活性ガス供給部の概略的な構成を示す図である。図。
図６は、第２の実施形態におけるバルブ開閉を説明するためのタイミングチャートである。
図７は、本発明の第３の実施形態における処理装置の概略的な構成を示す図である。図。
図８は、本発明による変形例の概略的な構成を示す図である。
図９は、本発明の第４の実施形態におけるガス導入パターンを説明するためのタイミングチャートである。
図１０は、従来技術と本発明による技術を比較した図である。

Claims

減圧雰囲気の処理チャンバー内に設けられた載置台に被処理体を載置した状態で、前記被処理体に所定の処理を施す処理方法において、
前記載置台に被処理体が載置されていないとき、前記載置台上方に不活性ガスを吐出させて、載置面を含む前記載置台を覆う不活性ガスからなるガス層を形成することを特徴とする処理方法。
前記不活性ガスは、加温されたホットガスであることを特徴とする請求項１記載の処理方法。
前記不活性ガスは、載置台に設けられた複数の伝熱ガス供給孔から吐出させることを特徴とする請求項１または２記載の処理方法。
減圧雰囲気の処理チャンバー内に設けられた載置台に被処理体を載置した状態で、前記被処理体に所定の処理を施す処理方法において、
前記載置台に被処理体が載置されていないとき、前記載置台上方に不活性ガスを吐出させ、且つ前記処理チャンバー内で前記載置台と対向する上部電極から不活性ガスを吐出させることを特徴とする処理方法。
前記不活性ガスは、加温されたホットガスであることを特徴とする請求項４記載の処理方法。
前記不活性ガスは、載置台に設けられた複数の伝熱ガス供給孔と上部電極に設けられた複数の処理ガス供給孔から吐出させることを特徴とする請求項４または５記載の処理方法。
ホットガスは、５０℃〜２５０℃であることを特徴とする請求項２または５記載の処理方法。
ａ）減圧雰囲気に維持可能な処理チャンバー内に被処理体を搬入し前記処理チャンバー内に設けられた載置台の上方に前記被処理体を移動する工程と、
ｂ）前記載置台表面に前記被処理体を置く工程と、
ｃ）第一の温度に制御された前記載置台表面に前記被処理体を置いた状態で、前記載置台に設けられたガス流路を通して前記載置台表面と被処理体との間の微小空間にガスを供給しながら前記被処理体表面をプラズマ雰囲気で処理する工程と、
ｄ）前記被処理体を前記載置台表面から上方へ離す工程と、
ｅ）前記被処理体を前記載置台の上方から前記処理チャンバー外に搬出する工程と、
を有するプラズマ処理方法であって、
少なくとも工程ａ）及び工程ｅ）の期間中、不活性ガスを前記載置台表面近傍に供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記工程ｂ）における前記載置台表面に前記被処理体が置かれる直前までの期間と、
前記工程ｄ）における前記載置台表面から前記被処理体が離れた直後以降の期間とにおいて、
前記不活性ガスを前記載置台表面近傍に供給することを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
前記不活性ガスは、
前記載置台の前記ガス流路を通して供給されると共に、前記不活性ガスの流量は前記工程ｃ）における伝熱ガスの流量よりも大であることを特徴とする請求項８または９記載のプラズマ処理方法。
前記不活性ガスは、前記載置台表面より上方に設けられたガス供給手段から供給されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
前記不活性ガスは、前記第一の温度よりも高温であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
前記不活性ガスの温度は、５０℃〜２５０℃であることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理方法。
減圧雰囲気に維持可能な処理チャンバー内に被処理体を搬入し、前記処理チャンバー内に設けた載置台上に載置して所定の処理を施した後、前記被処理体を処理チャンバー外に搬出することを繰り返して複数の被処理体に処理を施す処理方法において、
前記被処理体を処理チャンバー外に搬出してから次の被処理体を処理チャンバー内に搬入するまでの、処理チャンバー内に被処理体が存在しない期間、前記載置台表面近傍に実質的に重金属の粒子を含まない不活性ガスを第１の流量で供給することを特徴とする処理方法。
被処理体を処理チャンバー内に搬入してからその被処理体を処理チャンバー外に搬出するまでの期間であって、載置台上に被処理体が置かれていない期間においても前記載置台表面近傍に実質的に重金属の粒子を含まない不活性ガスを前記第１の流量よりも小なる第２の流量で供給することを特徴とする請求項１４記載の処理方法。
減圧雰囲気の処理チャンバー内に処理ガスを導入することにより、被処理体に所定の処理を施す処理装置において、
前記被処理体を載置するための、前記処理チャンバー内に設けられた載置台と、不活性ガスを前記載置台の載置面へ供給する第１のガス供給孔を有し、前記載置台に前記被処理体が載置されていないとき、前記載置台の載置面に前記不活性ガスのガス層を形成することを特徴とする処理装置。
前記不活性ガスは、ホットガスであることを特徴とする請求項１６に記載の処理装置。
前記第１のガス供給孔は、前記被処理体を冷却する伝熱ガスの供給孔であることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の処理装置。
前記不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給源は、前記伝熱ガスの供給源と別に設けられていることを特徴とする請求項１６から請求項１８までのいずれか一項に記載の処理装置。
前記不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給源は、
前記伝熱ガスの供給源であることを特徴とする請求項１６から請求項１８までのいずれか一項に記載の処理装置。
前記第１の不活性ガス供給源から前記第１のガス供給孔までの間にヒーターを設けたことを特徴とする請求項１６から請求項２０までのいずれか一項に記載の処理装置。
前記載置台と相対して前記処理チャンバー内に設けられた上部電極と、第２の不活性ガス供給源からの不活性ガスを前記上部電極から前記処理チャンバー内に供給する第２のガス供給孔を有することを特徴とする請求項１６から請求項２０までのいずれか１項に記載の処理装置。
前記第２のガス供給孔は、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給孔であることを特徴とする請求項２２に記載の処理装置。
前記第２の不活性ガス供給源から前記第２のガス供給孔までの間にヒーターを設けたことを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の処理装置。
前記不活性ガスは、５０℃から２５０℃に温調されることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の処理装置。