防止微粒附着装置和等离子体处理装置的制作方法

专利名称：防止微粒附着装置和等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及防止微粒的附着、而且抑制微粒产生的装置，例如涉及在半导体或平面显示面板的制造工序中的防止微粒附着装置、以及抑制微粒的产生、防止其附着的等离子体处理装置。
背景技术：
随着清净室的清净，关于配置半导体或液晶显示装置的环境的清净度的问题减少，现在，制造装置内产生的微粒成为问题。即要求防止制造工序中的微粒附着和产生。
目前，在制造装置内，利用在大气中搬送半导体或液晶显示装置的基板的组件，通过除去成为尘埃的微粒的风扇过滤器装置(FFU)，导入大气，防止微粒侵入。
图1表示一般的半导体制造装置中半导体基板的在大气中搬送的组件10的大致情况。半导体基板1由搬送臂2支承，搬送至需要的场所。搬送臂2由驱动装置3驱动，可向上下或左右移动和转动。大气搬送组件10为利用闸阀4将组件外部或负载锁定室等与其他组件之间隔开，需要时可以打闸阀4的结构。在大气搬送组件10的上部安装着空气清净用的FFU5，在通过FFU5将对于半导体基板或器件影响不好的微粒除去后，将大气导入搬送室内。
然而，如上所述，在搬送组件10中具有基板搬送用的自动设备机构，因此，在组件内产生润滑材料和部件之间的摩擦形成的微粒。FFU对于在该装置，即组件内产生的微粒无效。另外，不能除去作为过滤器除去对象粒径以下的微粒或分子，而侵入装置内。这样，在装置内产生的微粒以及从装置外侵入的微粒，受到惯性和重力、静电力等力的作用而运动，附着在半导体基板上。这样，当半导体基板表面被污染时，产生半导体器件的成品率降低的问题。
另外，在与大气搬送组件相邻的负载锁定室中，当从大气压抽真空至真空时，或者从真空返回大气压时，在氮清洗中，会卷入微粒，使微粒附着在基板上。另外，急剧的抽真空引起的绝热膨胀的结果，使水分凝聚结冰，从而产生微粒。目前，导入的氮气导入速度缓慢，使微粒产生，不能卷起，因此整个装置的生产率降低。
关于这个问题，在特开平9-283597号公报中已知一种清净器，它是在不使用搬送臂时，吹入离子空气，将由静电等吸附的微粒吹飞，使之吸附在过滤器上。离子空气用于防止搬送臂带电和除去臂表面的电荷。
另外，在半导体装置或液晶显示装置的基板等的等离子体处理工序中，在等离子体处理装置内产生的微粒也成为问题。
例如，在对放置在真空处理室的晶片台上的半导体晶片进行蚀刻的情况下，从设置在晶片上的气体喷头导入气体，将高频电压施加在晶片台和气体喷头之间，将生成等离子体用的电力供给气体，生成气体等离子体。在这种处理工序中，产生的微粒会污染晶片。
微粒成为附着在基板上的缺陷，成为制品成品率降低的主要原因。即在上述的蚀刻装置中，微粒成为掩模，引起不能蚀刻被处理膜的问题，而在成膜装置中，微粒成为核，引起膜的异常成长。这些微粒会使附着在处理装置内的反应生成物，以某种原因从装置内面剥离。一直以来，都要求能有效防止这种微粒的剥离飞散的装置。
作为目前众所周知的装置，如特开平7-58033号公报所述，提出了一种为了防止微粒落到基板上，而设置可开闭的闸门，在处理结束后利用闸门将基板覆盖的装置。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是要提供一种可以有效地防止微粒附着的装置，以及可抑制等离子体生成时微粒自身的产生、而且即使发生也可防止附着在被处理基板上的等离子体处理装置。
在本发明的第一个方面中，为了防止微粒附着在部件上，它具有使微粒带电的微粒带电装置、和在部件周围形成与微粒带电极性相同极性的电场的电场形成装置。
根据本发明的第一个方面，利用静电产生的相斥力，可以有效地防止微粒附着，特别是可防止今后日渐成问题的粒径小的微粒附着。
本发明第一个方面的防止微粒附着装置可在搬送装置内、负载锁定室内、真空处理室内或基板检测装置内使用。
作为防止微粒附着对象的部件，可举出配置在搬送装置内、负载锁定室内、真空处理室内或基板检测装置内的部件。特别是可以举出半导体晶片和作为平面显示面板的被处理基板。
另外，微粒带电装置可以是利用电晕放电的离子发生装置、紫外线发生装置、气体等离子体生成装置、电离放射线发生装置和电子枪等。
而且，电场形成装置可以具有直接与部件连接或者与配置在部件周围的部件连接的电源，电场形成装置产生的电场大小，可根据微粒大小来设定。
而且，也可在上述部件附近具备形成相反极性的电场的反极性电场形成装置，收集微粒。
本发明的第二个方面提供一种搬送被处理基板的大气搬送装置，它包括将空气导入装置内的空气清净过滤器；使装置内的微粒带电的微粒带电装置；和，在被处理基板或其周围形成与微粒的带电极性相同极性的电场的电场形成装置。
本发明的第三个方面提供了一种搬送或处理被处理基板的真空搬送处理装置，它包括使微粒带电的微粒带电装置；和，在被处理基板或其周围形成与上述微粒的带电极性相同极性的电场的电场形成装置。
本发明的第四个方面提供了一种搬送、处理半导体基板的半导体制造装置，它包括使配置有半导体基板的空间中的微粒带电的微粒带电装置；和，在半导体基板或其周围形成与微粒的带电极性相同极性的电场的电场形成装置。
本发明的第五个方面提供了一种防止微粒附着方法，它包括使配置有部件的室内的微粒带电的微粒带电步骤；和，在部件的周围形成与微粒的带电极性相同极性的电场的电场形成工序。
本发明的第六个方面提供了一种防止微粒附着方法，它省略了微粒带电步骤，在部件的周围形成与微粒的带电极性相同极性的电场。利用这种方法，可防止已带电的微粒附着。
本发明的第七个方面提供了一种等离子体处理装置，它包括放置由等离子体进行处理的部件的载置台；导入等离子体生成用的气体的气体导入部；和，将等离子体生成用的电力供给上述气体的电力供给部；而且，控制上述电力供给部，以便在最初将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给上述气体，生成最小限度等离子体，然后，增加上述电力，生成处理上述部件所需要的等离子体。
另外，也可设置静电吸附电压施加部，在等离子体生成后，实行ESC电压施加顺序，具有多个电力供给部也可以。在等离子体生成后，在ESC电压施加顺序中，可在生成部件处理所需要的等离子体后，施加静电吸附电压。
本发明的第八个方面提供了一种等离子体处理方法，它是利用等离子体来处理配置在处理室中的部件的等离子体处理方法，其包括将气体导入上述处理室中的气体导入步骤；将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给上述气体、生成最小限度等离子体的最小限度等离子体生成步骤；和，在生成最小限度等离子体后、将上述电力增加至成为处理上述部件所需要的等离子体的供给电力增加步骤。
在第七和第八个方面中，在增加电力时，可以以多个阶段或平滑连续地增加。
本发明的第九个方面提供了一种等离子体处理方法，它是利用等离子体来处理放置在处理室的载置台上的部件的等离子体处理方法，其包括将气体导入上述处理室中的气体导入步骤；将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给上述气体、生成最小限度等离子体的最小限度等离子体生成步骤；在生成最小限度等离子体后、将供给电力增加至成为处理上述部件所需要的等离子体的供给电力增加步骤；在最小限度等离子体生成后、将用于固定上述被处理基板的静电吸附电压施加在上述基板载置台上的静电吸附电压施加步骤；和，在上述部件的处理结束后、切断上述静电吸附电压、然后停止对上述等离子体的供给电力施加的步骤。
静电吸附电压施加步骤，也可在由供给压力增加步骤生成上述部件的处理所需要的等离子体之后进行。
本发明的第十个方面提供了一种等离子体生成方法，它是将导入等离子体处理室中的气体变成等离子体的等离子体生成方法，其包括在最初将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给上述气体、生成最小限度等离子体的最小限度等离子体生成步骤；和，然后增加上述电力、生成所希望的等离子体的步骤。
本发明由于最初以最小限度的电力生成最小限度等离子体，所以可将等离子体生成时产生的微粒抑制至最小限度，并且对于其后在供给电力上升时产生的微粒来说，由于等离子体已生成，可防止它附着在被处理基板上。而且，不需附加新的装置结构就可以防止微粒附着在基板上。


图1是表示目前的大气搬送装置的图。
图2是表示成为本发明的前提的实验装置的图。
图3是表示微粒除去效果与电压的依存性的图表。
图4是表示附着微粒数与粒径的依存性的图表。
图5是表示微粒附着率与微粒的依存性的图表。
图6是表示进行微粒剥离机理的解析实验的微粒观测系统和处理装置的概略结构的图。
图7是表示微粒剥离机理的解析实验结果的图。
图8是表示本发明的大气搬送装置的图。
图9是表示本发明的真空搬送装置的图。
图10是表示将UV发生装置配置在下部的本发明的真空搬送装置的图。
图11是表示将直流电压施加在搬送臂上的本发明的大气搬送装置的图。
图12是说明微粒的剥离飞散的观测的图。
图13是表示多阶段地将高频电力施加在本发明的等离子体上的一个例子的图。
图14是表示基于本发明的一个实施方式的多阶段顺序的微粒发生状况的图。
图15是说明在等离子体点火时、微粒从上部电极剥离飞散的机理的图。
图16是说明在等离子体点火后、从上部电极剥离的微粒回到上部电极的机理的图。
图17是表示接着图14所示的本发明的一个实施方式的多阶段顺序进行的通常顺序造成的微粒发生状况的图。
图18是表示通常顺序的微粒发生状况的图。
图19是表示接着图18所示的通常顺序进行的本发明的一个实施方式的多阶段顺序造成的微粒发生状况的图。
图20a是表示通常顺序的施加静电吸附电压的图。
图20b是表示在等离子体生成后、施加ESC电压顺序中的施加静电吸附电压的图。
图21是表示按通常顺序施加静电吸附电压造成的微粒发生状况的图。
图22是表示在等离子体生成后、施加ESC电压顺序的施加静电吸附电压造成的微粒发生状况的图。
具体实施例方式
在说明实施方式之前，说明本发明的第1～6个方面的防止微粒附着的原理。
微粒在半导体基板(晶片)上的附着，是由于微粒不能夹带在从FFU至排气系统的气流中、微粒与气流分离而落下直至附着在基板上而引起的。一般地来说，作为说明气流中的微粒运动的运动理论或力来说，如以下的(1)～(6)所示。
(1)布朗运动它是与进行热运动的气体分子冲击造成的微粒的随机运动，用扩散系数来进行评价。微粒越小，布朗运动的效果越大，其结果是脱离气体的流线而附着在晶片上。
(2)惯性运动在流体中运动的微粒，由于其质量，不追随气流的变化，而要直线前进，这样，微粒脱离流线。可用缓和时间来进行评价，微粒越大，其效果越大。
(3)重力用最终沉降速度来进行评价，微粒越大效果越大。
(4)静电力用最终沉降速度来进行评价，微粒越小效果越大。
(5)热泳动力它是根据媒介中有温度梯度时的布朗运动之差的作用力，用热泳动系数来进行评价。
(6)扩散泳动力它是气体成分浓度有梯度时的作用力。在装置内的气流中，可以忽视。
微粒的大小，在隔着气体分子的平均自由行程(在空气情况下的20℃、1atm时为65nm)而在广大区域上扩大的情况下，如下所示，因微粒的粒径φ的不同，其支配的运动机构不同。
(a)φ＞450nm在直径比450nm大的情况下，重力沉降作为支配的力起作用。
(b)φ＜90nm相反，在直径比90nm小的情况下，布朗扩散是占支配地位的，几乎进行与气体同样的振动。
当微粒的直径φ在90nm＜φ＜450nm范围内时，有以下三种情况。
(c)当90nm＜φ＜450nm时，在微粒带电的情况下，静电力是占支配地位的。在微粒不带电的情况下，(d)当90nm＜φ＜300nm时，与(b)同样，布朗扩散是支配的，(e)当300nm＜φ＜450nm时，重力沉降是支配的。
在作为防止污染的对象的半导体基板等上，目前很少附着约450nm左右以上的微粒，作为污染物质的微粒，大致在90nm＜φ＜450nm的静电力占支配地位的范围内。因此可预测，只要是该范围的微粒，就可利用静电来进行控制。本发明者们进行了以下的实验。
图2是表示实验装置的说明图。
实验装置的导管(风洞)15设置在FFU5的下面，利用分隔板16将该下部分成两个室17、18。如果风从上向下流动，微粒流入，则同样数目的微粒落在各个室17、18中。在第一个室17中配置半导体晶片11，它具有产生负离子的离子发生器19和将负电位施加在晶片11上的直流电源7。半导体晶片12放置在第二个室18中。
经过规定时间(2小时)撤去FFU5，使微粒流入，进行实施。在第一个室17中，由离子发生装置19产生负离子，同时将4kV以上的负电压施加在晶片11上。第二个室中的晶片W12被原样地放置。撤去了FFU5的导管15的环境是ISO的等级3～4。即，每1cm3有103～104个100nm以上的微粒存在的环境。风量为0.25～0.3m/s。经过规定时间后，计数0.13μm以上的微粒，结果，尽管在通常那样放置的晶片12上，微粒从10个增加至87个，但在离子发生器侧的晶片11上，从13个增加至22个，只增加9个。而且，在晶片11上增加的微粒，全部比10μm大。
从实验结果可看出，当使微粒带电，将与带电极性的极性相同的电压施加在晶片上，则附着在晶片上的微粒几乎不增加。特别是，对于小的微粒来说，效果显著。
图3表示微粒除去效果与施加电压的依存性。
图3的图形的横轴为施加在晶片上的电压，纵轴为附着在晶片上的微粒数。连接用黑色菱形表示的点的图形是使用离子发生器的结果；连接用正方形表示的点的图形是不使用离子发生器的结果。在这个例子中，在这些晶片上都施加上电压。连接用三角形表示的点的图形是微粒附着率。利用下式算出微粒附着率微粒附着率(％)＝(离生发生器侧的晶片上的微粒数/放置晶片上的微粒数)×100。
微粒附着率的图形清楚地表示了结果。当在晶片上施加-4000V的电压时，微粒几乎不附着。在-500V时，只有少量30个附着，在0V时，约150个附着，在+100V时有非常多的微粒附着。这是由于由于微粒带负电，被晶片的电位极性排斥、或者吸引。
图4和图5是表示微粒与粒径的关系的图。图4表示微粒数与粒径的依存性，图5表示微粒附着率与粒径的依存性。
图4与图3同样，横轴为所施加的电压，纵轴为微粒数。将微粒数分成粒径为0.13～0.5μm、0.5～10.0μm、10.0μm以上，计算其数目。
在0.13～0.5μm的微粒中，当不使用离子发生器时，如白色的圆圈的图形所示那样，在晶片上经常可数到微粒。例如，即使赋予晶片-4000V，也有少量的微粒附着。与此相对，如黑色圆圈的图形所示，当使用离子发生器时，只在晶片上施加-500V左右的电压，就完全没有微粒附着。但是，随着所施加电压接近0V，附着的微粒数增加，当施加正电位时，微粒数急剧增加。这显示出，由离子发生器造成的微粒的带电和对晶片施加同极性的电压，助长微粒的附着。另外，在10.0μm以上的微粒中，如四角形的图形所示，即使使用离子发生器(黑色的四角形)，与不使用的情况比较，附着在晶片上的微粒数较少，但即使施加-4000V也不能为零。这显示出，粒径大的微粒，以重力作为支配的力，利用静电力进行控制是困难的。当参照图5的粒径附着率时可看出，粒径小的微粒对静电力的控制反应大。
如上所述，微粒越小，越容易用静电力控制，对于现在成为问题的半导体基板上的微粒，静电力可以有效地作用。
其次，说明抑制等离子体产生时的微粒产生的作为本发明的第7～10方面的前提的实验。
本发明者，为了解析剥离微颗粒的机理，使用以下所示的实验装置，独自进行实验，可得到有关等离子体产生时的微粒的行为和搬送的知识。
图6是表示本实验用的微粒观测装置和处理室的示意图。
在处理室100中具有放置基板的工作台110。由激光源20发出的激光L，通过透镜等光学系统30，从由石英玻璃制成的入射窗120(实行了防止反射加工)入射在处理室100中。激光L利用光学系统30在工作台110上空形成与工作台平行的平板状光束。激光L在工作台110上直线行进，直进的光入射在作为激光衰减装置的光束阻尼器140上被吸收。
这时，当在处理室内剥离的微颗粒通过激光L时，产生散射光S，该散射光S通过射出窗130入射在图像增强器内置累积冷却型CCD摄相机40上。入射在CCD摄相机40上的散射光S变换为电气信号，输入个人计算机一类的信息处理装置50中，在显示部51上显示出飞散微颗粒的二维图像。
激光源20的脉冲发生定时和CCD摄相机40的闸门开放定时，由脉冲发生器80生成的触发信号进行同步，同时通过A/D变换器70将状态信号从处理装置控制盘60输入信息处理装置50中，作为了解与微颗粒检测相对应的装置的工作状况的系统。
图7表示利用这个系统得到的微粒产生数与处理装置工作条件的关系。这个实验是用于解析微粒剥离机理的实验之一，它是在Si裸晶片上涂布直径为600nm的球状SiO2微粒，进行通常的蚀刻处理，利用微粒观测系统观测从晶片中上剥离的微粒，计算微粒数的结果。
图7表示在处理一块基板的循环中的微粒发生状况。即，表示与处理装置的工作状态相对应的微粒观测结果。图7的横轴上时间用秒表示，左纵轴上的信号的大小用V单位表示，右纵轴表示微粒数。信号用实线表示，发生即剥离的微粒用黑色圆点表示。
首先，将基板搬送至处理装置内，供给处理气体。在图中，气体压力用电容压力计的输出信号C表示。在本实验中，当将气体导入装置内时，将管路内的高压气体也一起导入，这样显示出大的气体压力变化，与此相应，产生因气体引起的微粒(i)。在以下所述的证实本发明的作用效果的实验中，没有发现大的气体压力变化。
其次，将静电吸附(Electro Static ChuckESC)电压E(简称HiVol或HV)施加在放置基板的工作台上，固定基板。通过施加该电压E，产生由ESC引起的微粒(II)。
其次，在处理室内压力成为规定值的部位，施加高频电压，产生等离子体蚀刻基板。在图中，看到高频电压的反射波(RF Reflection)急剧的增加。这是因为在稳定地产生等离子体前的不匹配状态下，对于输入高频电压存在大的反射波。这表示施加高频电压的时刻。以后，当稳定地生成等离子体时，匹配器的电压VPP建立，表示施加在等离子体上的高频电压。在产生这种等离子体时，产生许多微粒。在高频电压VPP稳定前，产生3个、35个、20个、5个左右的RF引起的微粒。另外，在蚀刻结束时附近，仅稍稍产生因热引起的微粒(iv)。
蚀刻结束后，依次停止高频电压VPP、静电吸附电压E和处理气体C的供给，处理结束了的基板搬送至处理室外。
这样，微粒由气体导入、施加静电吸附电压、施加高频等离子体电力以及热引起。而且可判明，各微粒的产生有不同的机理。
本发明者们发现，特别是由高频等离子体电力的供给(施加高频等离子体电压)引起产生的微粒，与由静电吸附电压引起的微粒同样，由静电应力(麦克斯韦应力)引起剥离并且飞散，可以抑制并减少目前较困难的施加高频电力的等离子体引起产生的微粒。(另外，气体导入时的微粒的产生，可将管路内预先抽真空等来解决)麦克斯韦应力，用下式表示f=ρE-12E2gradϵ+12E2grad(E2mdϵdm)]]>从上式可看出，麦克斯韦应力与电场的大小E(电位梯度)有关。施加静电吸附电压时，由于施加直流电压，所以它对电位梯度仍有影响，但高频等离子体发生时即施加高频等离子体电力时，正的等离子体电位和处理室内壁的电位差成为电位梯度。在这种情况下，当减少等离子体电力时，由于麦克斯韦应力也减小，因此剥离的粒子非常小。
另一方面，当一旦稳定地生成等离子体时，在主体等离子体和处理室内壁之间出现一个称为离子壳的正离子丰富的区域。当微粒进入离子壳中时，由于因正离子的流入而充电成正电位，所以电位梯度使微粒返回至壁上，不能侵入主体等离子体中。
本发明利用带电的微粒和防止污染对象周围的同极性电场的静电相斥力，防止微粒附着在防止污染的对象上。
另外，通过本发明上述实验结果和解析可看出，减少等离子体生成电力地生成等离子体，可以防止等离子体生成时的微粒剥离，同时，当一旦等离子体生成时，利用产生的微粒不能到达至基板，可以防止基板污染。
以下，根据附图来说明本发明的实施方式，这些实施方式只是单纯的例子，本发明不受实施方式的限制。另外，在实施方式1～8中，说明了以半导体基板作为基板的例子，但基板不是仅限于半导体晶片，用平面显示面板等其他被处理基板也可以。作为缺陷原因的微粒是指微颗粒状物质，包含灰尘、尘埃、粉尘、尘、粉末及分子状污染物等。
(实施方式1)图8表示实施方式1的大气搬送装置(装料器组件)。在本实施方式中，利用离子发生装置使大气中的微粒带正电或负电，再利用作在半导体基板周围的同极性电场，与带电的微粒相斥，防止微粒附着在半导体基板表面上。
图8表示在与图1所示相同的大气搬送装置20中，设置使用直流(DC)电源7和电晕放电的离子发生装置6。直流(DC)电源7与半导体基板1连接，当搬送或保管时，将电压施加在半导体基板1上。结果，出现与施加在半导体基板1的表面上的电压同极性的电位。同时，利用从离子发生装置6发出的离子，使装置20内的微粒具有与施加在半导体基板1上的电位同极性的电荷。给予这种电荷的微粒，由于在与半导体基板1之间受到静电相斥力，不能到达半导体基板1而排出，因此可以防止污染。微粒的带电极性，正、负都可以，只要微粒的电荷与施加在半导体基板上的电压极性相同，就可以得到同样的效果。
另外，微粒的带电不是仅限于利用电晕放电的离子发生装置产生的离子附着，利用其他原理的离子发生装置产生的离子附着、紫外线光源发出的紫外光产生的光电子放出、从电离放射线发生装置和放射性同位素发出的电离放射线产生的微粒离子化和由电子枪发出的电子的附着等适当方法也可以。这时，在半导体基板1上，必需将与微粒的带电极性相同极性的电压施加在半导体基板1上。
在利用紫外线使微粒带电的情况下，由于可能产生臭氧，因此还应具有排气设备。通过将气氛置换成氮、氩、氦那样的不活泼性气体，如果除去作为臭氧发生原因的氧，则可以不需要设置排气设备，例如，可以使用300nm以下的更短波长、功率更高的紫外线，可以提高微粒的带电效率。
作为污染物质的微粒包含数mm至数nm左右的大小的微粒和数nm以下大小的分子状污染。只要采用上述带电方法，其形状、粒径、材质和相状态都无关。
将电压施加在半导体基板上的定时，希望是将半导体基板放在搬送用臂上，在与半导体基板周围的构造物之间不产生放电的间隔，如果事前停止施加电压，则在基板搬出时，也同样不产生放电。当给半导体基板施加电结束后，基板上仍有电荷时，也可以稍微施加一些极性相反的电压，以除去电。
(实施方式2)下面，说明图9所示的安装在负载锁定组件后段上的真空搬送装置30的例子。真空搬送装置30与大气搬送装置10同样，具有闸阀4、搬送半导体基板1的搬送臂2，还具有气体导入口9。由于在装置30内不存在空气，因此不使用利用电极间放电的电晕放电等的离子发生装置。但设置紫外线发生装置8，将紫外线照射在装置30内的微粒上，利用放出光电子，可使微粒带正电。由于在真空中不产生臭氧，可以以高输出使用短波长的紫外线，与大气中的情况相比，可提高带电效果。
另外，也可以使用在真空中能使用的离子发生装置、电离放射线发生装置、放射性同位素、电子枪等。对于这些来说，由于离子、放射线、电子的飞行距离比大气中长，因此可以在更广的范围内使微粒带电。另外，一边从气体导入口9导入气体，一边生成等离子体，使微粒带电也可以。不论那种情况，在半导体基板1上都要施加与由直流电源7带电的微粒极性相同的电压。
微粒带电装置的安装场所，可以接近微粒发生源、微粒发生源和半导体基板之间、或微粒聚集的场所。例如，图9所示的气体导入口周边、或图10所示的容易积蓄微粒的装置下部等都有效果。
(实施方式3)在实施1和2中表示了在半导体基板的搬送装置中采用本发明的例子，但本发明的污染防止不仅是搬送装置，而且在处理装置、负载锁定组件、半导体基板保管装置和半导体检查装置中都可以使用。根据所采用装置的气氛(真空、大气、或不活泼性气体)，选择与它适应的微粒带电方法，在半导体基板上施加与微粒带电极性相同的电压也可以。另外，带电装置的配置场所，可以与实施方式1和实施方式2同样地适当采用。
因为半导体检查装置也是检查基板上的微粒的装置。因必需严格管理装置内的微粒的产生，采用本发明的效果大。如果在半导体保管装置中，安装本发明的小型装置，也有效果。
(实施方式4)在实施方式1～3中，直接将电压施加在半导体基板上，与带电的微粒相斥，但不将电压直接施加在半导体基板上，而将电压施加在半导体基板的夹具、夹钳、搬送臂和保持工作台等上也可以。图11表示在与图8相同的大气搬送装置20中，将电压施加在搬送臂2上的例子。不论那种情况，只要形成给在半导体基板周围的带电微粒以相斥力的电场即可以。这个实施方式在不直接将电压施加在半导体基板上的情况下特别有效。
(实施方式5)在实施方式1～4中，举出半导体基板作为防止污染的对象，如上所述，防止污染的对象不是仅限于半导体基板。本发明在平板显示器(FPD)基板、半导体基板搬送用的臂、处理室的内壁、处理室的窗、标度线、掩模、透镜、反射镜、基板检查装置内部等的防止微粒污染中也可使用。另外，FPD基板、处理室的窗、标度线、掩模、透镜、反射镜等用绝缘体制成的物件，不能直接施加电压，将电压施加在周围的导电体上也可以。在处理室的窗、透镜和反射镜的表面上涂敷透明导电性膜通过施加直流电压，可以防止微粒附着在表面上。
(实施方式6)对于在环境气氛中不带电的微粒，使用带电装置，积极地给与电荷，或者对于在环境气氛中已经带电的微粒不使用带电装置，只将与微粒的电荷极性相同极性的电压施加在防止污染的对象上，可得到防止污染的效果。在本例中，不使用带电装置，只在防止污染的对象周围形成直流电场。即使在等离子体处理装置的真空室中，在当生等离子体的状态下，也可得到同样的效果。
(实施方式7)从上述的实验(参见图2～图5)可看出，给与半导体基板的电压的大小，根据作为对象的微粒的大小而不同。因此，在本例中，预先进行实验，根据微粒的大小，决定所施加电压。
(实施方式8)在本例中，为了进一步提高防止微粒污染的效果，在基板附近配置施加与给与基板的电压极性相反的反极性电压的部件，这样，不但增大电位梯度，而且有效地使带电的微粒收集在该部件上。这样，可以更提高防止污染的效果。
以下，说明本发明的第7～10个方面的实施方式。等离子体的种类为高频、直流、双频激励、调制等离子体等任一种等离子体都可以，因此与赋予等离子体电力的方法无关。另外，等离子体处理的基板也不仅是半导体，对液晶等基板也有效。
(实施方式9)在本例中，以多个阶段输出放大等离子体的点火或生成顺序。在最初阶段施加等离子体点火所必需的最小限度的电力，生成等离子体。这样生成的等离子体称为由施加最小限度的电力生成的最小限度等离子体，但从严格意义上来说，不是仅限于最小的。能够将微粒的产生抑制至最小限度的等离子体即可。
这样，可将处理室内壁的电场生成抑制至最小限度，由于不增大麦克斯韦应力，所以可以将微粒的产生抑制至最小限度。其次，即使提高输出，由于生成了等离子体，即使有因麦克斯韦应力剥离的微粒，但利用静电可使它回到内壁表面上，不能到达基板。因此，可以防止基板污染。
其次，与确认其作用效果的实验结果一起，说明本实施方式。
为了在实施本实施方式的同时，确认作用效果，利用图6所示的装置。如图12所示的概略情况那样，附着在上部电极1(喷头也可以)上的微粒飞散，利用激光的散射光观测落下在放置在静电吸附工作台3上的半导体晶片2上的状态。ESC工作台3具有与高频电源6连接的电极5，起下部电极的作用。实验条件为，由高频电源6施加在上下电极之间的RF功率为1500W，静电吸附电压HV为2500V。在0.67Pa(50mTorr)压力下，使用Ar和C4F8的混合气体。为了观测微粒的剥离，将用研钵研碎附着在处理室内的反应生成物而成的微粒附着在上部电极上。
图13表示多阶段点火的施加电压顺序的一个例子。作为步骤2施加100W，从步骤3到步骤14，每一步骤增加50W，在步骤14增加700W，以后每一个步骤增加100W，在步骤22中达到1500W。在步骤2中施加0.5秒，以后，在每个0.1秒内增加所施加的电压，达到1500W后，在20秒内回到0W，结束一个循环。
图14表示多阶段点火顺序的微粒的观测结果。与图7同样，信号C表示气体压力，信号E表示静电夹具电压。关于用于生成等离子体的高频施加，施加高频时的反射波R与步骤2中的施加100W对应，和目前的顺序不同，该反射波减小。以后，等离子体电压VPP分阶段地上升，达到规定的电压。发现有因ESC引起的微粒(ii)和用RF引起的微粒(iii)产生，但RF引起产生的微粒(iii)，只在上升和下降时稍稍观测到。这样，在最初的步骤中，利用最小限度电力使等离子体点火，然后，分阶段使电力上升至最后所希望的等离子体生成，这样只在等离子体点火时观测到产生因等离子体引起的微粒，而且数量非常少。
现在参照图15和图16说明微粒剥离数减少的机理。图15是表示等离子体点火即生成时的状态的示意图，图16是表示等离子体稳定生成的状态的示意图。
如图15所示，将高频电压施加在上下电极之间，在等离子体点火时刻，等离子体的电位使得在上部电极1的表面和微粒4之间产生麦克斯韦应力，结果，微粒从上部电极1稍微剥离。由于电位不能稳定地形成，因重力和麦克斯韦应力的作用，使得微粒飞来附着在放置在晶片工作台3上的晶片2附近。
然而，如图16所示，当在晶片和上部电极的空间中存在稳定的等离子体时，在等离子体主体和上部电极之间形成离子壳。这时，在上部电极附近剥离的微粒，由于在离子壳内正离子的流入而带正电。带正电的微粒由于受到从正的等离子体电位产生的相斥力，离子拉近力和静电力克服重力和麦克斯韦应力，而回到上部电极。结果，即使微粒剥离，也不会飞到晶片附近。
在本发明中，利用最小限度的电力进行等离子体的点火，可以抑制微粒的产生，同时，由于在等离子体稳定生成后，上升至规定电力，所以这时产生的微粒不到达晶片附近，因此作为全体，可将微粒的产生抑制至最小限度。
图17是在图14的多阶段点火的下一个晶片，利用通常的顺序处理的结果。不管在先前的多阶段顺序中几乎没有产生，在等离子体点火时，微粒(iii)产生数非常的多。当按通常的顺序时，检查高频反射波R可知道，由于在最初步骤中生成大的等离子体电位，所以在等离子体不稳定的状态下，许多微粒剥离。
图18和图19表示与图14和图17时的顺序不同，在按通常的顺序处理后，实行本发明的多阶段顺序的结果。图18是按通常的顺序处理的结果。图19是在下一个晶片中实行本实施方式的多阶顺段序的结果。参照高频反射波R的大小和与它对应的RF引起的微粒(iii)的数目。在这种情况下，微粒产生数减少(在图18中为16个，在图19中为2个)，因此可看出，本发明的作用效果不受经时变化等的影响。在图19的情况下，ESC引起的微粒(ii)产生三次。另外，高频电压断开时，高频引起的微粒(iii)很少发生，这是由于高频电压断开使电场的平衡破坏造成的。
(实施方式10)本例是在实施方式1的步骤2(用最小电力使等离子体点火)后，不分多阶段地提高输出，而达到阶段性地所希望的电力，例如，在步骤2(100W)中等离子体点火保持1秒，然后立即将输出增大至1500W。这是由于，根据先前所述的原理，如果能在等离子体点火时，将微粒的剥离抑制至最小限度，则以后的电压上升不需要多阶段地进行。在这种情况下，第一阶段的输出，为能够可以生成等离子体的最小的功率即可。
当急剧地使电压上升至一定程度以上时，瞬时可以产生大的麦克斯韦应力。因此，剥离的微粒具有大的初速，超过离子壳的静电力，可从内壁附近的离子壳侵入气体等离子体中，附着在基板上。因此，进行急剧的电压升高必需注意。
(实施方式11)本例是使步骤2中的等离子体点火以后的步骤平滑连续地上升。通过平滑地上升可防止产生麦克斯韦应力。
另外，等离子体生成用的电压缓慢上升，可以避免单纯急剧地电位上升，它与在最初的步骤中生成等离子体的本发明没有关系。
(实施方式12)在实施方式1和3中，使等离子体电力缓慢上升。利用这点可以防止施加电压的过调节。即，在最初的步骤中，利用最小的电力使等离子体点火后，以不致引起过调节的程度分阶段地或连续地上升。当产生过调节时，瞬间产生急剧的麦克斯韦应力，可引起微粒的剥离，但在本例中，可防止这点。
(实施方式13)在实施方式1～4中，表示了在上下电极间给与RF高频电力的例子，本例是例如在上部电极和下部电极上施加双频的双频施加等离子体装置或感应耦合型等离子体装置等那样的与主等离子体放电分开地将电压施加在基板上的等离子体装置中，利用能够等离子体点火的最低限度电压，在施加主等离子体放电电压之前，进行施加与主等离子体放电分开的电压。这样，在与主等离子体放电分开地在基板周边产生等离子体，使主等离子体放电时的剥离的微粒不会来到基板附近。另外，用能够等离子体点火的最低限度电压使等离子体点火后，在与主等离子体放电分开地施加电压的情况下，施加主等离子体放电的电压的情况下，可以采用与先前的实施方式1～4同样的方法。
(实施方式14)然而，在施加静电夹具(ESC)电压时，微粒还是剥离和发生，在这种情况下，利用等离子体生成后施加ESC电压的顺序，可以防止微粒的产生。
图20a、20b表示通常的顺序(a)和等离子体生成后施加ESC电压的顺序(b)。如图所示，在通常的顺序(a)中，在施加静电夹具电压E后，施加等离子体生成用的高频电压VPP，在施加高频电压VPP结束，等离子体消灭后，停止施加静电夹具电压E。
在等离子体生成后施加ESC电压的顺序(b)中，首先施加高频电压VPP，在生成等离子体后，施加静电夹具电压E，在停止施加静电夹具电压E后，停止静电夹具电压Vpp后，停止施加高频电压VPP，熄灭等离子体。
图21表示通常顺序的微粒产生状况的一个例子，图22表示在等离子体生成后、施加ESC电压的顺序的微粒产生状况的一个例子。在图21和图22的施加高频电压中，不是按本发明的多阶段顺序，而是利用通常的顺序。在图形的作成方面，在图21中，横轴取从10秒至100秒。在图22中，横轴取从0秒至80秒。
如上所述，施加静电夹具电压时，微粒的产生(参照由ESC引起的微粒(ii))是由麦克斯韦应力引起的。在图21中，在静电夹具电压断开时，观测到微粒飞散，这是由于麦克斯韦应力和微粒附着力的力平衡破坏引起的。
另一方面，从图22中可看出，按照等离子体生成后施加ESC电压的顺序，只在等离子体生成时施加高频电压时看见微粒飞散，在施加静电夹具电压时和断开时都不产生微粒。如上所述，这是由于当一旦稳定地生成等离子体时，从处理室内零件剥离的微粒的输送受到抑制造成的。
本实施方式是本发明的高频电压的多阶段顺序与静电夹具电压HV时的等离子体生成后施加ESC电压的顺序的组合。即，在图22所示的等离子体生成后施加ESC电压顺序中，将用于生成等离子体的高频电压施加分为多阶段进行，在步骤2中用最小的电力使等离子体点火，以后分阶段地上升至规定电力。换句话说，利用等离子体生成后施加ESC电压的顺序来实行实施方式1～4。
静电夹具电压HV，原理上可在多阶段顺序的步骤2中，只要使等离子体点火后就可以施加。但是，在使高频电压升高的阶段施加静电夹具电压，会使电场变动大，因此希望在高频电压达到规定电压后，再施加静电夹具电压。当半导体晶片等基板处理结束时，切断静电夹具电压后，停止高频电压的施加。
这样，在等离子体生成的微粒产生和施加静电夹具电压时的微粒的产生也可以抑制。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于包括放置由等离子体进行处理的部件的载置台；导入等离子体生成用的气体的气体导入部；和将等离子体生成用的电力供给所述气体的电力供给部；所述电力供给部，在最初将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给所述气体，生成最小限度的等离子体，然后，增加所述电力，生成处理所述部件所需要的等离子体。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于控制所述电力供给部，以多个阶段增加所述电力。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于增加所述电力时，不产生过大的过调节。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于控制所述电力供给部，平滑地增加所述电力。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于增加所述电力时，不产生过大的过调节。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于控制所述电力供给部，以一个阶段增加所述电力。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于所述电力供给部隔着所述部件配置在上下，并且具有与高频电源连接的电极。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于具有多个所述电力供给部，为了形成所述最小限度的等离子体，使用所述多个电力供给部中的一个，为了增加所述电力，使用至少另一个电力供给部。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于具有静电吸附电压施加部，在生成了所述最小限度的等离子体后，由所述静电吸附电压施加部将电压施加在所述载置台上，固定所述部件，当所述部件的处理结束时，控制所述高频电力供给部和所述静电吸附电压施加部，以便停止所述静电吸附电压施加部的电压施加，然后停止所述电力供给部的等离子体电力施加。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于由所述静电吸附电压施加部将电压施加在所述载置台上的定时，是在处理所述部件所需要的所述等离子体生成后。
11.一种等离子体处理方法，利用等离子体来处理配置在处理室中的部件，其特征在于包括将气体导入所述处理室中的气体导入步骤；将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给所述气体、生成最小限度的等离子体的最小限度等离子体生成步骤；和在生成了最小限度等离子体后、将所述电力增加至成为处理所述部件所需要的等离子体的供给电力增加步骤。
12.如权利要求11所述的等离子体处理方法，其特征在于所述供给电力增加步骤是以多个阶段来增加所述电力的步骤。
13.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于增加所述电力时，不产生过大的过调节。
14.如权利要求11所述的等离子体处理方法，其特征在于所述供给电力增加步骤是平滑地增加所述电力的步骤。
15.如权利要求14所述的等离子体处理方法，其特征在于增加所述电力时，不产生过大的过调节。
16.如权利要求11所述的等离子体处理方法，其特征在于所述供给电力增加步骤是以一个阶段来增加所述电力的步骤。
17.一种等离子体处理方法，利用等离子体来处理放置在处理室的载置台上的部件，其特征在于包括将气体导入所述处理室中的气体导入步骤；将生成等离子体所需要的最小限度电力供给所述气体、生成最小限度等离子体的最小限度等离子体生成步骤；在生成了最小限度等离子体后、将所述电力增加至成为处理所述部件所需要的等离子体的供给电力增加步骤；在生成了最小限度等离子体后、将用于固定所述被处理基板的静电吸附电压施加在所述基板载置台上的静电吸附电压施加步骤；和在所述部件的处理结束后、切断所述静电吸附电压、然后停止对所述等离子体的供给电力施加的步骤。
18.如权利要求17所述的等离子体处理方法，其特征在于所述静电吸附电压施加步骤，在利用所述供给电力增加步骤生成处理所述部件所需要的等离子体之后进行。
19.一种等离子体生成方法，将导入等离子体处理室中的气体变成等离子体，其特征在于包括在最初将生成等离子体所需要的最小限度的电力供给所述气体、生成最小限度等离子体的最小限度等离子体生成步骤；和然后增加所述电力、生成所希望的等离子体的供给电力增加步骤。
20.如权利要求19所述的等离子体生成方法，其特征在于所述供给电力增加步骤是以多个阶段来增加所述电力的步骤。
全文摘要
本发明提供一种防止微粒附着装置，为了防止在基板处理工序的装置内的微粒附着在基板上，在利用离子发生装置使微粒带电的同时，利用直流电源将与带电微粒同极性的直流电压施加在基板上。而且，在将气体导入基板处理工序的真空处理室的上下电极之间，将高频电压施加在上下电极上生成等离子体时，以多阶段顺序施加高频电压。即，在最初步骤中，将能够等离子体点火的最小限度的高频电压施加在上下电极上，生成最小限度等离子体，然后，分阶段地增加所施加电压，生成规定的等离子体。
文档编号C23C14/22GK1921068SQ20061015145
公开日2007年2月28日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者守屋刚, 长池宏史, 林辉幸, 藤原馨 申请人:东京毅力科创株式会社