TW200949928A - Vacuum processing apparatus and vacuum processing method - Google Patents

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Ken Kitaoka
Masamichi Sakaguchi
Kazue Takahashi
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Hitachi High Tech Corp
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Description

200949928 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關真空處理裝置以及使用該真空處理裝置 之真空處理方法，該裝置具備有用於去除配置於真空處理 裝置內形成電漿之處理室內之試樣台表面所附著之異物的 功能。另外，本發明之目的在提供一種真空處理裝置與真 空處理方法，其可以用簡單而高效率地去除附著於試樣台 之異物之洗淨方法。 【先前技術】 在半導體裝置的製造中强烈要求提高良品率。良品率 降低之一大要因爲被處理試樣附著異物，因此發生圖案之 缺陷等而產生不良品。雖然對被處理試樣附著異物之途徑 有多個，例如在利用電漿處理半導體裝置之濺射（sputter )裝置或CVD裝置，電漿蝕刻裝置等上，特別以處理室 Q 內之異物（由於電漿處理時處理用氣體與被處理試樣材料 之反應產生物逐漸堆積於處理室內，因壓力變化或接觸等 之衝撃而剝離者）成爲問題。另外，在處理室內最接近被 處理試樣之部位的試樣台表面之異物附著於被處理試樣的 可能性較闻，所以必須減少試樣台表面之異物。此外，近 來爲保持被處理試樣而使用靜電附著力之方法很多，但是 由於附著於試樣台表面之異物使試樣與靜電吸附面之間的 距離擴大而使靜電吸附力減低的問題。 利用試樣台控制試樣溫度係藉由活用在試樣與試樣台 -5- 200949928 的靜電吸附面導入氦等之傳熱氣體之氣體傳熱，以及活用 試樣與靜電吸附面之接觸熱傳導來實施；但是若因附著於 試樣台表面之異物而靜電吸附力變化時，由後者（接觸熱 傳導）所引起之熱傳導效率降低，以致試樣之溫度分布不 均勻。再者，若在靜電吸附面之試樣外周部附著異物時， 傳熱氣體之洩漏量變多，因此試樣與靜電吸附面之間的傳 熱氣體壓力會變化，以致氣體傳熱之傳熱效率不均勻。因 0 此，無法有效均勻控制試樣台之溫度於被處理試樣全體， 被處理試樣之溫度變成不穩定與不均勻以致無法進行精密 度良好的處理。從而，減少試樣台的靜電吸附面之異物除 了擔心其附著於試樣表面之外，由試樣溫度之穩定化，均 勻化之觀點看來，也是重要的課題。 通常用於去除試樣台之異物的方法係暫時將真空容器 內開放於大氣’再直接擦拭試樣台表面之異物或更換試樣 台之後，將容器內排氣成真空；惟該方法的最大問題在回 Q 復處理裝置之處理花費時間。另外，有人提出不破壞真空 而容易去除異物之方法，係藉將試樣背面黏貼黏著片之虛 設試料進行與通常的試樣搬送相同的操作而載置於試樣台 藉由靜電吸附使異物附著於虛設試樣背面之黏著片以便去 除（例如參照專利文獻1 )。 另外’有人提出將高電壓施加於試樣台以邊脫離異物 邊導入除塵氣體，並藉由脈衝波以去除異物之方法做爲去 除被處理試樣之背面異物之方法（例如參照專利文獻2) 。此外’做爲去除試樣台異物的其他方法有以上推銷將試 -6- 200949928 樣由試樣台上推，由傳熱氣體孔導入氣體，施加高電壓俾 使試樣台與試樣間之空間發生電漿以清潔試樣台之方法（ 例如參照專利文獻2 )。利用該方法，若附著於試樣台之 異物爲有機物等之反應產生物’即可以氧或氟系之電發清 除法去除。 [專利文獻1]特開平1 0-32 1488號公報 [專利文獻2]特開2005-3 1 7782號公報 〇 【發明內容】 [發明擬解決之課題] 上述異物去除用之黏著片由於是以有機聚合物系所製 成’因此耐熱性不一定充分。因此，試樣台之溫度高時， 虛設試樣的黏著性增强而在靜電吸附時，有黏著劑殘留於 試料台表面’或在搬出虛設試樣時，發生試樣的偏移之虞 。另外，要再生使用完畢之虛設試樣時，必須在實施黏著 Q 片之去除與試樣的洗淨雙方後，再實施黏著片的黏貼，須 要新的工程。 另外’在邊對試樣台施加上述高電壓以使異物脫離， 邊導入除塵氣體並利用脈衝波以去除異物的方法中，因需 要大流量的推動異物的氣體，或有基板被導入氣體時之壓 力所推動之不良情形。 再者’在上述試樣台與試樣之間的空間中使產生電漿 以去除試樣台之異物之方法中，例如對氧化鋁系之異物， 要以電獎清淨法去除時，必須施加高偏壓（bias)。因此 -7- 200949928 ’去除試樣台表面難保不損傷。再者，縱使不施加高偏壓 之電漿清淨中，靜電吸附面也有暴露於電漿而損傷之虞。 另外’由於僅以上推銷支撐試樣，如考慮及試樣的位移時 ’無法提高導入的氣體壓力以增大氣體流量。因此，異物 去除效果有會被氣體流的流體力抑制的問題。 本發明的目的在提供一種真空處理裝置及利用該裝置 之真空處理方法，其可以提升處理對象之被處理試樣之良 0 品率，並具有去除試樣台表面之異物的功能。 本發明的另一目的在提供一種真空處理裝置及利用該 真空處理裝置之真空處理方法，該裝置可以簡單而有效地 去除試樣台表面之異物’且具有可縮短處理裝置之復原時 間之功能。 [解決課題之方法] 上述課題係在具備：處理室，係配置於真空容器內而 Q 在內部形成電漿；試樣台，係配置於該處理室內下部而在 其上面載置處理對象之被處理試樣；以及氣體導入機構， 係配置於上述處理室上方而具有用於將處理氣體導入該處 理土內之導入孔之真空處理裝置中’並利用具備：可將虛 設試樣搬送至上述真空容器內之上述試樣台並且將上述虛 設試樣載置於上述試樣台之手段；將上述被處理試樣固定 於上述試樣台之靜電吸附手段；在上述試樣台與被處理試 樣之間導入傳熱氣體以控制被處理試樣之溫度的手段；在 上述試樣台與上述虛設試樣之間導入除塵氣體之手段；以 -8- 200949928 及用於切換上述傳熱氣體之導入與除塵氣體之導入的手段 〇 上述課題在上述真空處理裝置中，係藉由上述試樣台 之靜電吸附手段產生電漿時發揮功能之單極型或未產生電 漿時也發揮功能之雙極型來達成。 上述課題在上述真空處理裝置中，藉由設置使施加於 上述靜電吸附手段之直流電壓變化之手段來達成。 Q 上述課題在上述真空處理裝置中，係將載置於上述試 樣台之上述虛設試樣之背面設置凸部，並在靜電吸附上述 虛設試樣的凸部而保持於上述試樣台時，將由上述試樣台 輸入之除塵氣體之流路形成於上述凸部來達成。 上述課題在上述真空處理裝置中，上述虛設試樣在與 試樣台相對之表面具有對爲塡充上述傳熱氣體於上述被處 理試樣與上述試樣台之間而設之槽的凹凸部反轉的圖案， 藉使在對上述虛設試樣與上述試樣台之間導入除塵氣體時 Q ’上述虛設試樣與上述試樣台之間整體成爲相同的電導（ conductance)，以及以矽等之半導體材料構成上述虛設試 樣來達成。 上述課題在上述真空處理裝置中，由上述試樣台導入 除塵氣體導入手段的除塵氣體供應口係上述傳熱氣體導入 手段之傳熱氣體供應口；上述除塵氣體係藉由氦 '氬、氮 之任一種來達成。 上述課題係利用真空處理裝置之真空處理方法，該裝 置具備：處理室’係配置於真空容器內而在內部形成電漿 -9- 200949928 •’試樣台，係配置於該處理室內下部而在其上面載置處理 對象之被處理試樣；以及氣體導入機構，係配置於上述處 理室上方而具有用於將處理氣體導入該處理室內之導入孔 之真空處理裝置中；並利用具備：可將虛設試樣搬送至上 述真空容器內之上述試樣台並且將上述虛設試樣載置於上 述試樣台之手段；將上述被處理試樣固定於上述試樣台之 靜電吸附手段；在上述試樣台與被處理試樣之間導入傳熱 Φ 氣體以控制被處理試樣之溫度的手段；在上述試樣台與上 述虛設試樣之間導入除塵氣體之手段；以及用於切換上述 傳熱氣體之導入與除塵氣體之導入的手段之真空處理方法 ’而藉由在上述試樣台載置虛設試樣並在上述試樣台與上 述虛設試樣之間導入除塵氣體並利用除麈氣體流去除附著 於上述試樣台之異物來達成。 上述課題在上述真空處理方法中，係藉由靜電吸附將 上述虛設試樣固定於上述試樣台後，在上述試樣與上述試 Φ 樣台之間導入上述除塵氣體而達成。 上述課題在上述真空處理方法中，上述試樣台之靜電 吸附手段爲單極型，係藉由將上述虛設試樣載置於上述試 樣台之後，由上述氣體導入機構導入電漿產生氣體以產生 電漿，並利用上述靜電吸附手段靜電吸附上述虛設試樣， 然後在上述虛設試樣與上述試樣台之間導入除塵氣體而達 成。 上述課題在上述真空處理方法中，上述試樣台之靜電 吸附手段爲雙極型，係在上述試樣台載置上述虛設試樣後 -10- 200949928 ，利用上述靜電吸附機構靜電吸附上述虛設試樣，然後在 上述虛設試樣與上述試樣台之間導入除塵氣體而達成。 上述課題在上述真空處理方法中，藉由在上述虛設試 樣與±述試樣台之間導入除塵氣體，同時使施加於上述靜 電吸附手段之真流電壓變化而達成。 上述課題在上述真空處理方法中，藉由在與上述試樣 台相對的上述試樣表面設置凸部，靜電吸附上述虛設試樣 Φ 之凸部而保持於上述試樣台，並在上述凸部形成由上述試 樣台所導入之除塵氣體之流路而達成。 上述課題在上述真空處理方法中，由上述試樣台導入 之除塵氣體爲氦、氬、氮之任一種所構成。 上述課題在上述真空處理方法中，在對上述虛設試樣 與試樣台之間供應除塵氣體以去除附著於試樣台表面之異 物後，藉由搬出上述虛設試樣並由處理室去除附著於虛設 試樣之異物而達成。 ❹ 【實施方式】 以下利用圖式說明本發明之實施例。茲利用圖1說明 本發明之實施例有關之真空處理裝置之槪略構成。真空處 理裝置具備：噴射頭103，處理室104，渦輪分子泵105, 乾式泵106，壓力控制器107，微波發訊器1〇8，匹配器 109，波導管11〇，微波導入窗ill，磁場發生用螺線管 112，試樣台113，壓力交換室114，高頻電源115，直流 電源116，氣體供應口 119，以及槽117。在渦輪分子泵 -11- 200949928 105與乾式泵106與壓力控制器107之間分別設有閥。在 傳熱氣體108之供應管與除塵氣體120之供應管另分別設 有閥。另外，在處理室104與乾式栗1〇6之間設有旁路配 管203，係在與渦輪分子泵105與壓力控制器1〇7並排的 路徑中設有閥。 傳熱氣體118與除塵氣體120的閥藉由選擇任一方而 關閉開放的一方，即選擇傳熱氣體128或除塵氣體120之 Q 任一方供應試樣台。氣體供應口 1 1 9係設置於試樣台11 3 之略爲中央部分，係被傳熱氣體118與除塵氣體120雙方 所共同使用。 該真空處理裝置將處理氣體101由以具有對被處理試 樣102均勻供應爲目的之多個導入孔之噴射頭103導入處 理室104。處理室104藉由渦輪分子泵105以及位於其下 游之乾式泵106所構成之排氣系統排氣。渦輪分子泵105 之上游側具備壓力控制器107，用於將處理室104內部控 Q 制於目標壓力。然後，將微波發訊器108發出之頻率 2.45GHz之微波經由匹配器1〇9->波導管110—微波導入 窗111輸送至處理室104內而電漿化處理氣1〇1。爲高效 率放電而將產生磁場的螺線管112配置於處理104周邊以 製作0.0875泰斯拉（Tesla)的磁場，並以電子迴旋加速 器（Cyclotron)共鳴產生高密度電漿。 在處理室104中有試樣台n3，在其上面利用壓力交 換室114將由砂等所形成的半導體材料之被處理試樣ι〇2 搬送以供電漿處理。另外，雖然在處理室1〇4與壓力交換 -12- 200949928 室114之間設有真空封閉用的閥’但是在圖1中略去圖示 。另外，雖然設有由壓力交換室114搬送被處理試樣102 到大氣中之真空容器與搬送系統’惟該等圖示也省略。在 設置被處理試樣102之試樣台113連接有高頻電源115’ 可以施加400KHz至13.56MHz之高頻偏壓。此外’在試 樣台113也連接有直流電源116，藉由施加直流電壓以靜 電吸附與固定被處理試樣102。施加於試樣台113之直流 φ 電源116具有可任意變化施加電壓的機構。 再者，爲在表面內良好處理均勻被處理試樣102，在 靜電吸附之被處理試樣102與試樣台113表面之間供應氦 等之傳熱氣體118，以提升被處理試樣102與試樣台113 之間的傳熱效率，俾使被處理試樣102之溫度具有穩定而 均勻或特定之半徑方向分布者。傳熱氣體118係由試樣台 113中央之氣體供應口 119導入。在試樣台113表面設有 槽117，設計成可以迅速進行傳熱氣體118之供應與排氣 Q 。另外’爲使靜電吸附發揮功能，必須構成由直流電源 1 1 6透過試樣台1 1 3與被處理試樣1 02所封閉的電路，俾 使形成於試樣113表面之靜電吸附膜與被處理試樣1〇2之 間可被施加高壓。隨著該電路之構成方法而有在產生電漿 時發揮功能之單極型與未產生電槳時發揮功能之雙極型。 [第1實施例] 在本實施例的形態中，具有一種機構，其除了由設置 於試樣台113中央之氣體供應口 119導入傳熱氣體118之 -13- 200949928 外，可藉由分別設置於各氣體路徑的閥切換選擇 氮等任一種除塵氣體120之導入與傳熱氣體ι18 茲利用圖2與圖3說明本發明的第丨實施例 試樣台113上之異物去除方法。圖2槪略表示 113上搬送去除異物時所使用之虛設試樣202並 。圖3爲用於說明虛設試樣之背面形狀之圖。圖 試樣202係以圖3之X-X’之剖面表示之。虛設 q 搬送後，由設置於試樣台113中央的氣體供應口 量導入氦、氬、氮等任一種之除塵氣體120並藉 樣台113外周部之除塵氣體120之流體力去除附 台113表面之異物201。此時來自處理室1〇4之 體超過渦輪泵105之排氣能力，因此由通過旁 105之配管203，而由乾式泵106排氣。 此外，虛設試樣202係由矽等之半導體形成 在可搬送範圍內不因爲除塵氣體120的氣體壓力 Q 樣偏移的重量，且盡量增加重量。另外，由於 113表面設有分散供應傳熱氣體118之槽117, 坦的試樣時，試樣台1 1 3與試樣背面之間的間隙 。因此，供應除塵氣體120時’氣體流有以間隙 域爲中心集中之虞，除塵特性可能由試樣台1 1 3 發生參差。因此，使虛設試樣202背面具有凹凸 樣台1 1 3表面與虛設試樣202背面之間的隙間成 0.5至1.0mm左右也是有效。在使用背面平坦的 202時，若試樣台113的除塵特性發生參差時’ 氦、氬、 之導入。 形態中在 在試樣台 載置之圖 2之虛設 試樣202 1 1 9大流 由流向試 著於試樣 大流量氣 通渦輪泵 ，僅具有 而發生試 在試樣台 當載置平 會不一樣 較寬的區 之位置而 ’俾使試 爲固定於 虛設試樣 只要上述 -14- 200949928 在虛設試樣202背面具備凹凸即可。 亦即，如圖3所示，虛設試樣202在背面與試樣台 113表面之槽117不干擾的部分設有突出部2 04，另外， 在試樣台之槽117相對面之面設有與槽117之深度相等高 度之凸部，而在與槽1 1 7以外部分相對的部分設有與槽 1 17深度相同之槽205。 亦即，虛設試樣2 02在試樣台113相對之表面具有對 ^ 爲控制被處理試樣之溫度，塡充傳熱氣體於被處理試樣與 試樣台之間的槽117之凹凸反轉之圖案，構造上，在對虛 設試樣202與試樣台1 13之間導入除塵氣體120時，在虛 設試樣202與試樣台1 1 3之間的氣體路徑整體成爲相同的 電導。 另外’虛設試樣202背面的凹凸並非設成與試樣台 113的槽117之圖案完全相反，而是使一部分突出俾能接 觸到試樣台113的靜電吸附面，而以與靜電吸附面接觸的 0 突出部204將虛設試樣202靜電吸附於試樣台12〇。縱使 在沒有必要靜電吸附之情形下’當然也需要將試樣台i 2 〇 與虛設試樣202背面之間的間隙保持固定的突出部2〇4。 此外’虛設試料也可以爲與被處理試樣大致相系統的 試樣。 要利用除塵氣體120的流體力量去除附著於試樣台 120表面之異物201時，若設除塵氣體12〇之流速爲u， 黏性係數爲μ，附著異物201 (假設爲球形）之直徑爲D 時’則作用於附著異物201之流體力量ρ，可以表示爲 -15- 200949928 F = 16pUD。因此，要去除附著異物201時以將除麈氣體 120之流速設成高速較有效。亦即，藉將兩者之間隙設成 0.5至1.0mm以提高對除麈氣體120之供應量的流速。 [第2實施例] 另外，說明本發明的第2實施例。第2實施例是在上 述第1實施例中所述之除塵方法中，並用邊導入除塵氣體 0 120邊對試樣台1 13施加並變化電壓以使試樣台1 13表面 之異物脫離之手法。藉此，可以有效去除異物201。本實 施例爲對於除麈氣體120之流體力量無法充分大於附著微 粒2 0 1之附著力之情形下之除塵有效之方法。除塵的機制 (Mechanism)在於活用對試樣台113施加高電壓（lkV 以上）而以靜電力浮起附著異物201之現象。此種現象記 載於例如文獻（T. Moriya, et.al·, IEEE Transactions on Semi-conductor Manufacturing, Vol. 18, p.477 ( 2005).) Q 中。附著異物201-浮起來時，即容易藉由除塵氣體120之 流體力量將異物201移送至試樣台113外部。從而，藉由 並用對試樣台113施加電壓與導入除塵氣體120即可提升 去除異物之效率。 [第3實施例] 茲說明本發明之第3實施例。在本實施例中，係在上 述第1實施例中所述的除塵方法中，即使去除異物2〇1時 所使用之虛設試樣202邊以靜電吸附力固定於試樣台n3 -16- 200949928 邊導入除塵氣體120，也可以去除異物 樣202係以靜電吸附力固定於試樣台1 導入除塵氣體120之氣體壓力以致虛設 此，不必增加超過必要之虛設試料202 搬送變得容易。例如，與被處理試樣相 異物201而不會發生試樣之偏移。 [第4實施例] 另外，說明本發明之第4實施例。 第3實施例所述之除塵方法中，在不導 試樣台1 1 3施加靜電吸附用電壓，異物 面脫離而附著於試樣台113對面之虛設 藉將異物201與虛設試樣202 —起由處 可去除異物201。 [第5實施例] 茲另外說明本發明的第5實施例。 第3實施例中所述之除塵方法中，爲了 電吸附於試樣台113，藉由在充分的1 300V至3000V)內邊變化電壓使異物E 脫離邊導入除麈氣體120俾可能有效去 [第6實施例] 另外說明本發明的第6實施例。本 2〇1。此時虛設試 13，因此不致因爲 試樣202偏移。因 之重量，所以試樣 等重量也可以去除 本實施例是在上述 入除塵氣體時也對 也由試樣台1 1 3表 試樣202，因此， 理室104搬出，即 本實施例係在上述 將虛設試樣202靜 載壓範圍（例如由 &試樣台1 1 3表面 除異物2 0 1。 實施例係在上述第 -17- 200949928 5實施例中所述之除塵方法中，在不導入除塵氣體之狀態 下多次重複靜電吸附電壓之ON-OFF之手法。此時異物 201會重複脫離-附著，而成爲例如本發明所說明容易以上 述除塵氣體120之流體力量去除之狀態。然後，將靜電吸 附電壓設定爲ON，邊固定虛設試樣202邊導入除氣體 120，並以除塵氣體120的流動力去除異物。再藉由重複 該等操作多次即可有效去除異物。 0 茲利用圖4說明以本發明的第1實施例至第6實施例 之形態在試樣台11 3附著異物到使真空處理裝置復原爲止 之一般的作業流程，以及利用本發明的實施例之作業流程 。先前的異物去除作業係在試樣台113附著異物201時， 有時無法正常靜電吸附被處理試樣102，因此必須將處理 室104開放於大氣清掃。亦即，圖4之先前作業流程。A-1 )首先爲開放真空處理室104將處理室104大氣壓化。A-2)然後爲洗淨試樣台113表面而卸下密封處理室1〇4之 0 微波導入窗111與噴射頭103等之零件。A-3)將暴露電 漿之零件更換成事先洗淨者，然後洗淨試樣台113表面， 惟真空處理室104內一旦開放於大氣時，殘留於處理室 104內之處理用氣體101與被處理試樣1〇2之反應產生物 等之堆積物會吸收大氣中之水分而膨脹或剝離而成微細的 異物。因此，要以純水或有機溶劑等擦拭清除試樣台113 表面。A-4 )然後’將 A2 )卸下之零件組裝。A-5 )真空 排氣處理室104。A-6)確認達到特定之真空壓力且無漏 氣後，進行習慣放電使處理室104內穩定並適合於處理被 -18- 200949928 處理試樣102之狀態。以上爲先前的試樣台113之清潔方 法，惟清潔工作之時間達到數小時，因此有降低良品率（ throughput )的問題。 因此，在本發明的各實施例中，採用圖4的右圖（真 空保持狀態）所示之方法。該方法中B-1)係將虛設試樣 202搬送至處理室1〇4內並載置於試樣台113。B-2)爲除 塵，對試樣台113施加電壓或變化電壓，同時將氨氣，氬 φ 氣，氮氣等之惰性氣體之任一種之除塵氣體120由試樣台 113中央部之氣體供應口 119導入。利用此除塵作業可以 清潔試樣台1 13表面。B-3 )由試樣台搬出虛設試樣，然 後即可處理產品。利用此手法，相較於大氣開放處理處理 室之先前作業可以大幅度謀求縮短時間。 [第7實施例] 茲利用圖5說明本發明的第7實施例。圖5表示爲實 Q 施定期維護圖1所示之真空處理裝置將螺線管及其所連接 的微波發訊器108，匹配器109，波導管110等折卸（lift up)，並在將處理室104內大氣壓化後，將位於處理室 104上部之微波導入窗111與噴射頭103卸下時之處理室 104之槪略圖。在該圖中，爲加强對虛設試樣202或試樣 台113的保持力，以人工在試樣台113設置僅增加重量之 虛設試樣202。利用直流電源1 16使試樣台1 13表面之電 壓變化俾試樣台113表面之異物201脫離。脫離的異物 201與由試樣台113中央部的氣體供應口 119所導入之氦 -19- 200949928 、氬、氮等任一種之除塵氣體120 —起朝試樣台113外周 排氣而釋放至大氣中。亦即，此時屬大氣中之作業，虛設 試樣202之載置也是可以人工進行，因此虛設試樣202的 重量或位移的問題也可以減輕。因此，可以邊大量供應除 塵氣體120邊實施除塵作業。另外，由於在乾燥環境中清 潔試樣台113，因此可以抑制維修後之真空排氣時成爲障 礙的水分之吸附等，連帶地縮短維修時間（真空排氣時間 φ )。此外，必要時，在維修後之真空排氣結束的時間點， 若實施上述除麈方法於試樣台113之除塵也有效。 圖6爲表示導入氦、氬、氮等任一種之除麈氣體120 時之氣體流速與異物20 1的剝離力之定性的關係之圖。由 圖6中，可以理解，表示隨著勁吹附著於試樣台113表面 之異物的氣體流速之增加剝離力也增加的狀況A與表示氣 體壓力越大，其效果也越大之狀況B。由該關係可知越是 高壓的高氣體流量，剝離異物201之力量越强。 Q 若以導入氣體之流體力吹掉試樣台之附著異物時，因 爲受到氣體壓力與流速，異物之大小，異物對試樣台之附 著力等條件之影響，因此必須掌握該等條件與異物去除效 率。以下要以簡單的模型（model )說明該等關係式。 電漿處理裝置內的異物附著力應包含范德瓦爾斯力（ Van Der Waal’s force)(原子間力）與靜電力等。在此， 假設僅有存在於所有異物之范德瓦爾斯力以估計附著力。 異物與試樣台之材質爲氧化鋁，而假設異物之直徑D的球 形’則范德瓦斯力Fw可以用下式表示： -20- 200949928 [數式1]
^ _ HD "='Ϊ2^ ⑴ 在此，Η爲哈馬卡係數而Η=15·5χ10·2〇(1) ，h爲異 物與試樣台間之間隙，附著時爲h与0.4 ( nm ) =4χ1(Γ10 ( m)。本發明的對象之異物之大小爲！至5μιη左右，因此， 假設Ε> = 5μπι = 5χ10·6 (m)。將此等數値代入式（1)而得 © 范德瓦爾斯力Fw = 4.〇x 1 〇·7 ( N )。 然後，比較以氣體流之流體力吹掉附著異物時之條件 ，與以流體力使異物發生滾動作用之力矩（moment) MG ，以及與使異物發生滾動作用之力矩MG相對抗以防止異 物被吹掉之附著力所產生之力矩MF，認爲MG2 MF時， 異物會被吹掉（此模型的參考文獻爲K. Bakhtari, et. al·， Journal of The Electrochemical Society，Vol. 153，C603 ( 2006 ) 〇 O 微粒有各種形狀且其附著狀況也不一樣，因此在此適 當假設球形微粒之附著狀況以求得使異物發生滾動作用之 力矩MG，與附著力所產生之力矩MF。其結果如下式所示 -21- 200949928 [數式2] p _ D 一Γ~ --------------------------- (2) χ = Mg __ Ό·74%) — ββ^ηΗ2Ρϋ ________ bH 3) 在此，FD爲作用於微粒中心之流體力’ U爲流速，b f| w 爲虛設試樣與試樣台表面間之間隙’ π爲黏性係數（He 之黏性系數爲16.9xl(T6Pa. s)。式（2)中，假設雷諾數 爲小於/等於2之斯托克斯（Stokes)區域。U=1至l〇m/s ，壓力lOOPa左右時，雷諾數成爲5至50左右，而由斯 托克斯區域過渡至艾倫區域，惟在此爲求其槪略値而得到 上式。 將具體的數値代入式（3)以求出K時，則K = 5.8x l〇_26U/b。成爲 Kg 1 之條件係 Ug 1.7xl 025 b，b 爲 lmm
Q 左右時實際上無法滿足K 2 1。因此，可以說要僅以氣體 流的流體力剝離附著微粒是非常困難的。因此必須以別的 手段使附著微粒浮遊，並以氣體流之流體力移送該浮遊微 粒來排出之方法。 在虛設試樣與試樣台的間隙b上，於浮遊微粒因重力 而掉落間隙b之前’只要能以氣體流移送虛設試樣之半徑 r ( r = 0. 1 5m )的微粒即可的簡單模型（model )試算是否 可以氣體流輸送暫時浮遊的微粒。設降落速度爲Vb，氣 體流之流速爲U時，微粒排出條件係如下次所示。 -22- 200949928 [數式3] 营卜於.34+1一〔-。39规⑷ 在此，Ρ爲微粒密度（氧化鋁爲3.9X103kg/m3 ) ，g 爲重力加速度，λ爲氣體分子之平均自由行程（25 °C， IPa的氮爲又= i9_5mm)。以微粒爲氧化銘，而氣體流的 壓力爲lOOPa來計算式（4 )時，微粒排出條件可得下式 〇 [數式4] u> 0.063 b (5) 例如，設虛設試樣與試樣台之間隙爲1 mm，直徑5 μηχ 的氧化鋁微粒，在氣體流之壓力lOOPa時，可以 ug 6 3 m/s排出。若要變更微粒的直徑或壓力時，以式（4)計 算即可。例如’在直徑5 μιη的氧化鋁粒子中將壓力設定於 φ 500Pa時’ b=lmm時之流速爲U2 12.8m/s，直徑Ιμιη而 壓力爲lOOPa時’在b=lmm時將流速設定爲U2 12.5m/s 即可。在lOOPa至5 OOPa左右的壓力範圍內，產生流速 lOm/s左右之氣體流至爲可能，可知浮遊微粒之排出可行 另方面’由試樣台脫離附著微粒之方法以對試樣台施 加高電壓爲有效。例如文獻（T. Moriya，et.al.，IEEE Tranactions on Semiconductor Manufacturing, V ο 1. 18, p.477 ( 2005 )。）所記載，經由對試樣台施加高電壓時 -23- 200949928 ，出現微粒由試樣台脫離之例。因此，爲了由試樣台脫離 附著微粒，在試樣台載置虛設試樣之狀態下，對試樣台施 加用於吸附支撐試樣的靜電吸附電壓，使附屬於試樣台_ 面之微粒脫離，而以氣體流排出之方法是有效的試樣台之 洗淨方法。 如上所述，藉由並用對試樣台施加電壓之異物脫離現 象與供應除塵氣體之異物排除效果，可以用有效而乾燥的 Φ 方法去除附著於試樣台之異物，因此可以抑制在試樣台的 靜電吸附面附著異物以致喪失平坦度而使試樣溫度分布變 化，或在試樣表面側附著異物等，並抑制半導體裝置的製 造中之良品率降低，而促進有效率的生產。另外，在上述 說明中’係以微波電漿蝕刻處理裝置爲例加以說明，惟電 漿處理不用說，除了電漿以外，對於一般的真空處理裝置 也可以適用本發明。 【圖式簡單說明】 圖1爲表示本發明的第1至7實施例之處理裝置的處 理室構成圖。 圖2爲表示在本發明之第丨至7實施例之去除異物時 之試樣台載置虛設 試樣之槪略圖（虛設試樣爲圖3之X-X’之剖面）。 圖3爲表示本發明之第1至7實施例上使用之虛設試 樣之背面圖。 圖4爲表示本發明之第丨至7實施例中用於去除異物 -24- 200949928 之復原作業流程圖。 圖5爲表示本發明之第8實施例之大氣中的處理裝置 之槪略圖。 圖6爲表示利用導入除塵氣體之氣體流速與異物剖離 力之關係的槪念圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 1 :處理氣體 102 :被處理試樣 103 :噴射頭 1 0 4 :處理室 105 :渦輪分子泵 1 〇 6 :乾式栗 1 0 7 :壓力控制器 108 :微波發訊器 109 :匹配器 1 10 :波導器 1 1 1 :微波導入窗 1 1 2 ’·磁場產生用螺線管 1 1 3 :試樣台 1 14 :壓力交換室 1 1 5 :局頻電源 1 1 6 :直流電源 117 :槽 -25- 200949928 1 1 8 :傳熱氣體 1 1 9 :氣體供應口 120 :除塵氣體 201 :附著異物 2 0 2 :虛設試樣 203 :旁路配管 204 :突出部 205:虛設試樣槽

Claims (1)

  1. 200949928 十、申請專利範圍 1. —種真空處理裝置’具有：處理室，係配置於真 空容器內而在內部形成電漿；試樣台，係配置於該處理室 內下部而在其上面載置處理對象之被處理試樣；以及氣體 導入機構’係配置於上述處理室上方而具有用於將處理氣 體導入該處理室內之導入孔；其特徵爲具備： 可將虛設試樣搬送至上述真空容器內之上述試樣台並 Φ 且將上述虛設試樣載置於上述試樣台之手段； 將上述被處理試樣固定於上述試樣台之靜電吸附手段 在上述試樣台與被處理試樣之間導入傳熱氣體以控制 被處理試樣之溫度的手段； 在上述試樣台與上述虛設試樣之間導入除塵氣體之手 段；以及 用於切換上述傳熱氣體之導入與除塵氣體之導入的手 ❿ 段。 2. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中上 述試樣台的靜電吸附手段是在產生電漿時才發揮功能的單 極（Monopole)型者。 3 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中上 述試樣台的靜電吸附手段是在不產生電漿時也能發揮功能 之雙極（Dipole )型者。 4.如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中設 有使施加於上述靜電吸附手段的直流電壓變化之手段。 -27- 200949928 5·如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中載 置於上述試樣台之上述虛設試樣的背面設有凸部，而在將 上述虛設試樣之凸部靜電吸附而保持於上述記樣台時，在 上述凸部形成由上述試樣台導入之除塵氣體之流路。 6.如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中上 述虛設試樣在與試樣台相對之表面具有對爲塡充上述傳熱 氣體於上述被處理試樣與上述試樣台之間而設之槽的凹凸 0 部反轉的圖案’使在對上述虛設試樣與上述試樣台之間導 入除塵氣體時，上述虛設試樣與上述試樣台之間整體成爲 相同的電導（conductance)。 7_如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中用 於導入上述除塵氣體之手段是設置於上述試樣台之大致中 央部。 8·如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中用 於由上述試樣台導入除塵氣體之導入手段的除塵氣體之供 Q 應口爲上述傳熱氣體的導入手段的傳熱氣體的供應口。 9. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中由 上述試樣台導入之除塵氣體爲氦、氬、氮的任一種。 10. —種真空處理方法，係使用真空處理裝置之方法 ’該裝置具有：處理室，係配置於真空容器內而在內部形 成電漿；試樣台，係配置於該處理室內下部而在其上面載 置處理對象之被處理試樣；以及氣體導入機構，係配置於 上述處理室上方而具有用於將處理氣體導入該處理室內之 導入孔；其中具備：可將虛設試樣搬送至上述真空容器內 -28- 200949928 之上述試樣台並且將上述虛設試樣載置於上述試樣台之手 段；將上述被處理試樣固定於上述試樣台之靜電吸附手段 ;在上述試樣台與被處理試樣之間導入傳熱氣體以控制被 處理試樣之溫度的手段；在上述試樣台與上述虛設試樣之 間導入除塵氣體之手段；以及用於切換上述傳熱氣體之導 入與除塵氣體之導入的手段；其特徵爲： 在上述試樣台載置虛設試樣；以及 ❹ 在上述試樣台與上述虛設試樣之間導入除塵氣體，並 利用除塵氣體流去除附著於上述試樣台之異物。 11. 如申請專利範圍第ίο項之真空處理方法，其中 利用靜電吸附將上述虛設試樣固定於上述試樣台之後，在 上述試樣與上述試樣台之間導入上述除塵氣體。 12. 如申請專利範圍第10項之真空處理方法，其中 上述試樣台之靜電吸附手段爲單極型，在上述試樣台載置 上述虛設試樣後’由上述氣體導入機構導入電漿產生氣體 Q 以產生電漿’並利用上述靜電吸附手段靜電吸附上述虛設 試樣’然後在上述虛設試樣與上述試樣台之間導入除塵氣 JMb 體。 13. 如申請專利範圍第10之真空處理方法，其中上 述試樣台之靜電吸附手段爲雙極型，在上述試樣台載置上 述虛設試樣後，利用上述靜電吸附機構靜電吸附上述虛設 試樣，然後在上述虛設試樣與上述試樣台之間導入除塵氣 體。 14. 如申請專利範圍第10項之真空處理方法，其中 -29- 200949928 在上虛PX試樣與上述試樣台之間導入除塵氣體，同時使 施加於上述靜電吸附手段之直流電壓變化。 15_如申請專利範圍第1〇項之真空處理方法，其中 在與上述試樣台相對之上述虛設試樣表面設置凸部，並將 上述虛設試料之凸部靜電吸附並保持於上述試樣台，且在 上述凸部形成由上述試樣台所導入的除塵氣體之流路。 16.如申請專利範圍第1 0項之真空處理方法，其中 〇 由上述試樣台導入之除塵氣體爲氦、氬、氮之任一種。 1 7·如申請專利範圍第1 0項之真空處理方法，其中 在對上述虛設試樣與試樣台之間供應除麈氣體以去除附著 於試樣台表面之異物之後，藉由搬出上述虛設試樣俾由處 理室去除附著於虛設試樣之異物。 ❹ -30-
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