JP2741713B2 - プラズマ処理における汚染を抑制するための方法及び装置 - Google Patents

プラズマ処理における汚染を抑制するための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、プラズマ中の粒子汚染を減らすための装置
及び方法に関する。
B.従来の技術とその課題 半導体デバイス製造におけるプラズマ・エッチングの
有効性は、汚染の問題によって低下してきた。
粒子汚染は、超小型電子材料のプラズマ処理の際にぶ
つかる主要な問題である。ある説によると、現在の半導
体チップの歩留り損の50％は、製造中の粒子汚染の直接
または間接的影響によるものという。従来の技術でデバ
イスの寸法が減少するにつれて、この割合は増大するも
のと予想される。今日、加工の歩留りを低下させている
粒子のサイズは、巨視的サイズから１ミクロン以下のサ
イズにまで及ぶ。
粒子汚染は、プラズマ・エッチングまたはプラズマ付
着で製造される超小型電子デバイスの性能及び信頼性に
対しても極めて有害な影響を与える。粒子汚染によっ
て、デバイスの故障、被膜の品質不良、材料の抵抗変
化、不純物の浸透が起こる恐れがある。さらに、デバイ
スの寸法が減少するにつれて、エッチング・プロフィル
をより厳格に制御するために、許容される粒子汚染の
数、密度、寸法に対してより厳しい制限が必要となる。
これらの要件を満たすには、ウェハの運搬及び取扱いの
際に装置の表面への粒子付着を避けるクリーン・ルーム
が必要である。
（半導体用及び他の応用分野用の）クリーン・ルーム技
術及び加工中の基板の取扱いの改良により、ウェハの取
扱いや転写など加工中以外の露出中にこれまでは顕著だ
った基板への粒子の導入が減少した。今ではプラズマ処
理を含めて、工程段階中の粒子の形成が全汚染露出のか
なりの部分を占め、それに応じて歩留りが低下すること
がある。G.S.セルウィン（Selwyn）、R.S.ベネット（Be
nnett）、J.シング（Singh）の論文“In−situ Laser D
iagnostic Measurements of Plasma−Generated Partic
ulate Contamination in RF plasmas"、J.Vac.Sci.Tec
h.A.Vol.7（４）、pp.2758−2765（1989年７月18日）参
照。
さらに、当業界の趨勢は、「統合真空処理」または
「複数チェンバ処理」に向かっている。これは、以前に
は湿式または環式の機械的手段によって除去された表面
汚染が、より複雑になり、あるいは今では真空チェンバ
からの基板の除去が必要なため矯正不可能になる。複数
チャンバ装置では、ある工程段階の前、最中、または完
了にウェハ上に落下する粒子が、その装置での後続の工
程段階に対して特に厳しい影響を与えることがある。
本発明者等の研究室での最近の研究により、ある種の
エッチング・プラズマは、製品汚染とデバイス故障の大
きな原因となる粒子を生じ得ることが判明した。それら
の実験により、粒子が処理プラズマ中で核形成し、成長
し、かなりのサイズになるまで浮遊することが判明し
た。たとえば、直径１ミクロン未満から数百ミクロン程
度までの粒子が形成される。それらの粒子が、同じ製造
環境で製造中のデバイス上に最終的に落下することが問
題である。粒子が皮膜付着またはパターン転写の前また
は最中に落下するなら、その工程段階が駄目になる可能
性がある。ある工程段階の終りに落下する場合は、それ
らの粒子が以後の工程段階を駄目にする可能性がある。
これらの汚染物質は、デバイスの歩留りや性能や信頼性
に影響を与える欠陥をしばしば生じる。付着型プラズマ
（シランPECVD）でも類似の結果が見られた。R.M.ロス
（Roth）、K.D.スピアズ（Spears）、G.D.シュタイン
（Stein）、G.ウォング（Wong）の“Spatial Dependenc
e of Particle Ligh Scattering in an RF Silane Disc
harge"、App.Phys.Lett.、46（３）、pp.253−255（198
5年）参照。
粒子汚染の影響は、選択的プラズマ・エッチング法を
使用するとき倍化する。ある種のプラズマ・エッチング
法では、フィード・ガスとエッチング条件の組合せを調
節して、ウェハ上の材料表面を選択的にエッチングす
る。こうした選択性の高いプラズマ中で低速でエッチン
グされる粒子が化学的に形成されると、マクロマスキン
グ、すなわちしばしば「グラス（grass）」と呼ばれる
不規則な表面ができる。このエッチングされなかった材
料のとげまたは山も、デバイスの性能を低下させ、加工
の歩留りを下げる。
一般に考えられていることとは違ってこれらの粒子の
存在は必ずしもチェンバ壁面からの材料の剥落によるも
のではなく、均質な核形成など気相過程によることもあ
る。このことから、クリーン・ルーム技術に厳しく配慮
し、製造装置の清掃を頻繁に行なうだけでは、粒子汚染
の問題が解決できないことがあり得ることが示唆され
る。プラズマ自体が製品の汚染を起こす可能性があるた
め、最高のクリーン・ルーム技術を使っても、「基礎レ
ベル」の汚染が起こる可能性がある。したがって、粒子
の形成を制御または除去しながらプラズマを操作する手
段を開発することが重要である。さらに、工程中に存在
する粒子を除去する技術も必要である。
粒子形成機構の仮説 本発明者等の研究室で行なったレーザ光散乱の研究に
よれば、プラズマの組成とガス流量がエッチング・プラ
ズマ中での粒子汚染の形成に大きな影響を及ぼすことが
明らかになった。具体的には、ガス流が速いほどプラズ
マ中での滞在時間が短かく、かつガス圧が低くプラズマ
露出時間が短かくなるが、これらはすべて、ある種のプ
ラズマ中で粒子の形成を妨げる働きをする。このことか
ら、粒子形成のための核形成及び成長の機構が示唆され
る。フィード・ガスの化学的性質も粒子の形成に重要な
影響を及ぼす。含塩素プラズマは極めて粒子を形成しや
すいが、CF4などの非塩素プラズマは粒子の形成が少な
い。ただし、最も重要なことは、粒子の成長が最初はシ
ース境界の真上の領域で起り、それを厚さ1mm未満の垂
直領域に限定できる可能性があることが、空間的に分解
したレーザ光の散乱実験で発見されたことである。
実験によれば、この領域はプラズマの陰イオンを捕捉
し、その結果この領域におけるプラズマの陰イオンの濃
度が高くなる。この現象は、G.S.セルウィン（Selwy
n）、L.D.バストン（Baston）、H.H.サウィン（Sawin）
の“Detection of Cl and chlorine−containing Negat
ive Ions in RF plasmas by Two−photon Laser−induc
ed Fluorescence"、Appl.phys.Lett.、51（12）、pp.89
8−900（1987年）に説明されている。またその理論的説
明は、M.S.バーンズ（Barnes）、T.J.コルター（Colte
r）、M.E.エルタ（Elta）の“Large−signal Time−dom
ain Modeling of Low−Pressure RF Glow Discharge
s"、J.Appl.phys.、61（１）、p.81（1987年）に出てい
る。
本発明の波誘導態様 エッチング・プラズマに関するこれまでに発表された
研究には、前記のサルウィン、ベネット、シングの論文
がある。付着プラズマに関する研究には、K.G.スピア
ズ、T.M.ロビンソン（Robinson）、R.M.ロスの“Partic
le Distributions and Laser−Particle Interactions
in an RF Discharge of Silane"、IEEE Trans.Plasma S
cience、ps−14、pp.179−187（1986年）がある。エッ
チング・プラズマ及び付着プラズマに関する上記研究
は、プラズマ中で形成された粒子がプラズマとシースの
境界で浮遊する傾向があることを示している。この現象
は、プラズマ中で粒子が負に帯電することによるものと
考えられ、最近モデル化が行なわれた。本発明者等の実
験室で行なったスパッタリン・プラズマについての研究
でも、粒子の成長は見られなかったものの、同様の粒子
の浮遊が見られた。
C.課題を解決するための方法 本発明は、静電的、電磁的、機械的、熱、圧力、検湿
（hygroscopic）または化学的手段を適用して、プラズ
マ反応器系内の粒子汚染をその場で除去することからな
る、プラズマ反応器系内のプラズマ汚染を防止する新規
な改良された方法、ならびにそれに対応する装置を対象
とする。
この方法ならびに装置は、次のようなステップを含む
プラズマ処理の実行を含むことが好ましい。
（ａ）高周波電圧を印加して反応器内でプラズマを発生
させる。
（ｂ）高周波電圧を周期的に短時間遮断して、その後再
度高周波電圧を確立して、高周波電圧を印加して反応器
内でプラズマを発生させるより長い時間の間に、周期的
に高周波電圧及びプラズマを瞬間的に何度も遮断する。
（ｃ）プラズマ処理が完了するまで、高周波電圧の短時
間の遮断によって中断される反応器への高周波電圧の印
加を、連続して繰り返す。
反応器内で力を加えて、汚染をもたらす可能性のある
粒子をプラズマ反応器内を移動させる。粒子は反応器の
活性領域から離れた空間に移動して、反応器の活性両域
内の汚染が減少する。
有向電磁波または定常波を使って、粒子汚染物質をプ
ラズマ反応器内を移動させる。定常波は電磁波でよい。
定常電磁波は制御可能な位相シフトをもち得ることが好
ましく、反応器の対向領域からの制御可能なマイクロ波
場を含むことができる。
パルス状、連続、または傾斜磁場、あるいは有向音
波、定常音波、または変換器で発生された音波を使っ
て、粒子汚染物質をプラズマ反応器内を移動させ、汚染
を減らすことができる。
別法としては、装置内のパルス状ガス・クラックスで
発生された音波を使って、または反応器の両側にある２
個の変換器で発生された定常音波によって、粒子汚染物
質をプラズマ反応器内を移動させて、汚染を減らすこと
ができる。
また、粒子ビームによって、またはレーザまたはコヒ
ーレント光源からの光によるものなど電磁放射圧力を使
って、粒子汚染物質をプラズマ反応器内を移動させて、
汚染を減らすことができる。
熱勾配を用いて、粒子汚染物質をプラズマ反応機内を
移動させて、汚染を減らすことができる。
プラズマに有向エネルギー場を加える方法は、荷電微
粒子または中性微粒子の時間平均移動（「D.実施例」で
説明する）をもたらす。この方法は、反応器手段と、反
応器手段内でプラズマを発生させる手段と、プラズマに
有向エネルギー場を加え、それにより荷電微粒子または
中性微粒子の時間平均移動を実施する手段とを含む、チ
ェンバから微粒子を除去する装置によって実現すること
ができる。
プラズマ反応器に応力を加えて、反応器の壁面及び電
極表面から粒子を除去する。
その応力は、反応器を機械的に撹拌してエネルギーを
粒子に移し、それにより粒子を反応器から除去する準備
をさせるエネルギー場からなる。
応力は、機械的衝撃波、音波応力、超音波応力、振動
応力、熱応力または圧力応力でよい。
本発明はさらに、次のようなステップを含む、プラズ
マ処理を実行する方法を含む。
（ａ）高周波プラズマ・チェンバに加工物を装入する。
（ｂ）高周波電圧を印加して、チェンバ内でプラズマを
発生させ、そのプラズマに加工物を露出させて、加工物
の少なくとも１表面でプラズマ処理を実行する。
（ｃ）高周波電圧を周期的に短時間遮断し、その後再度
高周波電圧を確立して、高周波電圧を印加して反応器内
でプラズマを発生させるより長い期間の間に、周期的に
高周波電圧及びプラズマを瞬間的に何度も遮断する。
（ｄ）プラズマ処理が完了するまで、高周波電圧の短時
間の遮断によって中断されるチェンバへの高周波電圧の
印加を、連続して繰り返す。
本発明の別の態様は、反応器内のプラズマの動作時間
の間の時間にチェンバに外部応力を加えて、プラズマ反
応器の内面に付着した汚染を含む層を除去することを含
む、プラズマ反応器から汚染を除去する方法を含んでい
る。加える応力は、チェンバ表面の付着層を破壊し、薄
片または粒子を表面から脱離させるのに十分なものとす
る。
プラズマ処理における粒子汚染物質の削減は、CF4な
どのフッ素化フィード・ガスまたはNF3フィード・ガス
を痕跡量追加することによって促進される。
また、処理前のプラズマを反応性ガスに露出すること
により、反応器内の水、酸素または吸収された有機物質
の量が減少する。
処理前にCF4またはNF3をプラズマに露出させると、プ
ラズマ・チャンバ内の水、酸素、または吸収された有機
物質が減少する。
処理用フィード・ガスの含水量を減少させるには、フ
ィード・ガスが処理チェンバに入る前に、検湿フィルタ
を使用する。
処理用フィード・ガスの含水量は、処理チェンバに入
る前にシリカゲル・フィルタを使うと減少する。
処理用フィード・ガスの含水量は、処理チェンバに入
る前にシリカゲル・フィルタの前に、少量のSiF4を処理
用ガスと混合すると減少する。
別法として、フィード・ガスを処理チェンバに導入す
る前に、シリカゲル・フィルタ中に誘導プラズマが存在
する状態で、少量のSiF4と処理用ガスの混合物をフィー
ド・ガスに混合することもできる。
本発明はさらに、反応器をコヒーレント光源に露出さ
せて、反応器内で散乱する光をその場で発生させるステ
ップと、反応器内で散乱する光を検出し、それにより散
乱光の分析によって反応器内の汚染を測定するステップ
とを含む。
コヒーレント光源は、HeNeレーザまたはダイオード・
レーザからなることが好ましい。ビデオ回路を用いて汚
染物質を検出することにより、散乱光を検出するステッ
プ（ｂ）の結果からビデオ信号を生成することができ
る。
本発明はまた、本明細書で暗示される上記の機能すべ
てを実施するための手段をも含むが、それらを再説する
と冗長になるので省略する。
上記その他の目的、特徴及び利点は、本発明の好まし
い実施例についての下記の詳細な説明から明らかとなる
はずである。
D.実施例 本発明者達は、処理プラズマにおけるいくつかの汚染
源を発見した。あるエッチング用プラズマでは、「均質
核形成」と呼ばれる気相プロセスによって微粒子や粒子
が生成され、これはプラズマの陰イオンの局所的濃縮に
よって開始されることがある。実験データによって支持
される仮説は、プラズマ内のシース境界より上で形成さ
れた陰イオンが捕捉されると、粒子が形成されてウェハ
上に沈着するというものである。
これらのイオンは、電極やウェハやチェンバ器壁から
静電的に反撥されるので、エッチング・プラズマ内では
大きな役割は果たさない。陰イオンを捕捉する電場が、
拡散やガス・フローによるそれらの損失をも防止すると
仮定される。他の化学種（恐らくは中性成分）もイオン
／誘導双極子の引力によって陰イオンに付着することが
あり、こうして成長していく集塊の負電荷が、引き続き
それらの化学種をシース境界より上の領域に結合する。
そのうちにこれらの集塊は肉眼で見える大きさにまで成
長し、高周波場をオフにすると終りには重力によってウ
ェハ表面に落下する。一部の粒子はプラズマの陽イオン
と衝突して中和され、プラズマ露出中に落下する。粒子
形成の詳しい機構はわからないが、実験上の証拠から、
粒子が電荷を帯び、プラズマのシース境界付近で静電的
に浮遊することは明らかである。本発明者等は、類推に
より、陰イオンが粒子形成の「シード」として働くこと
もあり得ると考えている。というのは、陰イオンの形成
に有利な条件と、粒子の形成を誘導する条件の間に密接
な相関が見られるからである。
本発明者等は、均質核形成の機構として、下記のよう
な機構を提案する。
1.エッチング生成物がプラズマ内で累積して陰イオンの
形成をもたらす。
2.プラズマの陰イオンが静電力によってシース境界で捕
捉される。
3.陰イオンがプラズマの中性成分またはイオンと集塊に
なって成長し、最終的に荷電粒子の形成をもたらす。
4.荷電粒子はプラズマのシース境界で捕捉されたままと
なる。一部の粒子は中和されてウェハ上に落下する。
5.捕捉された荷電粒子は、プラズマが遮断されたときウ
ェハ上に落下して、表面を汚染する。
また、超微細粒子を何らかの方法でプラズマ中に注入
する場合、それらの微粒子は、粒子成長の核形成部位と
して振舞うことがあることを発見した。核形成部位が存
在すると、巨視的粒子の形成が促進させる。上記の類推
を続けると、プラズマ内に核形成部位を注入すること
は、庭に苗木を移植することによく似ている。そうする
と、苗よりも成長が速い。均質核形成から形成される粒
子と同様に、核形成部位から成長した粒子をプラズマ内
で負に帯電し、したがってこれらの粒子はシース境界で
静電的に浮遊する。
注入粒子の１つの供給源は、装置表面を目標物質また
は工程副産物あるいはその両方で被覆するために用い
る、スパッタリング、付着、さらにはエッチング工程で
形成される工程副産物の被膜である。工程完了後に、ウ
ェハまたは基板を除去する。経済上及び便宜上から、装
置はしばしば次のウェハ・バッチにも使用され、ランの
間にざっと清掃するだけの場合も多い。ある期間の間
に、そのような物質の堆積物がたまって内部汚染源にな
る可能性がある。電極アーク処理、熱サイクル、機械的
運動はすべて、装置付着被膜中への応力を誘発し、その
結果堆積物が薄片として剥離する可能性がある。これら
の薄片は、プラズマ内での成長ステップがない場合でも
ウェハをひどく汚染し、歩留りの損失や回路の信頼性の
低下など、デバイスに関して問題を生じる可能性があ
る。この付着層をラン間に速やかに除去する手段、ある
いは少なくとも装置を次に使用する際に剥落しそうな薄
片を除去する手段が、特に望まれている。
プラズマ内の微粒子による汚染の問題を回避するに
は、均質な核形成を妨げ、同時に核形成部位、たとえば
装置器壁堆積物からの粒子が生成され、あるいはプラズ
マ内に導入されるのを避けることが重要なことが判明し
た。
本発明に従って、プラズマ処理の間に微粒子による汚
染を妨げる次の４つの方法を発見した。
１）均質核形成による粒子形成の前駆体となる可能性の
ある陰イオンの形成を減らす。
２）形成された粒子を掃引除去、捕捉、またはゲタリン
グし、あるいは粒子がウェハ表面に落下するのを防止す
る。
３）陰イオンの成長または累積を阻止する。
４）化学的または物理的手段によるプラズマ内への核形
成部位の導入を減らす。
個々の状況では、工程、機器、その他の製造上の問題
に対する制約の故に、ある方法の方が他の方法よりも好
まいいことがある。
これらの技法に関する基礎知識を下記に示す。
方法１ 陰イオンの形成を減らす 第１の方法は、粒子の核形成を直接止めるもので、一
番直接的なものである。しかし、プラズマ内での陰イオ
ンの形成を変化させる最も一般的な方法は、フィード・
ガスの組成を変えるもので、エッチング速度、選択性、
装置や加工物へのイオンによる損傷など、工程段階の性
能に大きな影響を与える可能性が高い。実際、Ar90％Ar
とCCl2F210％のプラズマのアルゴンをネオンで置換する
だけで、この方法が成功することを本発明者達は実証し
た。Ar/FR12（アルゴン／フレオン12）のプラズマは大
量の粒子形成を示したが、Ne/FR12プラズマは同じ条件
下で検出可能な粒子汚染をほとんど示さなかった。プラ
ズマの化学組成の選択により、プラズマの負に帯電した
キャリア（電子または陰イオン）間の均衡を大きく変え
ることができ、それにより粒子の成長に前駆体の陰イオ
ンが利用されるかどうかが影響を受ける。具体的に言う
と、実験によれば、CCl2F2プラズマに少量（５％未満）
のCF4を添加すると、粒子汚染の量を減らすのに大いに
効果があることがわかった。塩素を多量に含むプラズマ
にフッ素を含有するフィード・ガスを少量添加すると、
塩素及びフッ素を含むエッチング生成物間の均衡を変化
させて、粒子形成を減らす効果がある。それにより、
（上記の機構のステップ１に影響を与える）陰イオン及
び電子の間の均衡も変化する。これらの方法を使用する
と、方法４に関する項で第８図または第９図に関して示
唆するようにしない限り、粒子汚染の問題が改善される
が、フィード・ガスの組成が変化すると、工程段階に他
の望ましくない影響が及ぶ可能性があるので、この方法
は粒子汚染の問題に対する一般に受け入れられる解決策
とはならない。
紫外レーザ光線などの外部エネルギー源を陰イオン捕
捉領域に加えることにより、光解離プロセスによって陰
イオンと電子の間の均衡を変えることが可能である。実
験によれば、捕捉領域に高出力紫外レーザを長時間当て
ると、荷電粒子の形成を防止できることがわかった。別
法として、静電場または磁場を加えて、荷電粒子をプラ
ズマの捕捉領域から移動させてもよい。静電場または磁
場は、工程中に連続して加えてもよく、また工程完了時
にプラズマ場が消滅したときに加えてもよい。この方法
は、上記の機構のステップ４及び５に影響を与える。
方法２ 形成された粒子を掃引除去、捕捉、またはゲタ
リングして、粒子がウェハ表面に落下するのを防止す
る。
プラズマ処理の間、化学的供給源または機械的供給源
あるいはその両方により、粒子が存在する可能性があ
る。機械的供給源とは、プラズマ内に核形成部位が注入
された結果生じる汚染である。これらの核形成部位は、
プラズマ内での粒子成長の機会を高める可能性がある。
化学的供給源とは、気相エッチング生成物または反応
剤とプラズマの荷電成分または中性成分との相互作用に
よって生じるものである。これらの粒子は、プラズマに
さらされる時間が増すにつれてサイズが大きくなること
が多い。
プラズマ処理の際の粒子形成に伴なう問題を軽減する
方法の１つは、静電的に浮遊する粒子がウェハ上に落下
するのを防止するものである。この方法は、均質核形成
によって形成される粒子、ならびにプラズマ中への核形
成部位の注入から成長した粒子に対して効果がある。し
たがって、この方法はより一般的な応用分野をもつが、
既存の加工装置に変更を加える必要がある。
汚染粒子の多くはプラズマ内で静電的に浮遊するの
で、力をかけて、加工チェンバの、粒子が生成物に影響
を与えない領域に粒子を掃引除去、捕捉、または「ゲタ
リング」することにより、これらの粒子が下のウェハ上
に落下するのを防止することが可能である。すなわち、
粒子がチャンバ内で捕捉され、あるいは反応器チェンバ
内の反応性雰囲気から吸着により除去される。
「ゲタリング」という言葉は、静電的に帯電したワイ
ヤなどのゲッタを用いて系内から粒子を除去することを
指す。
粒子をゲタリングする、あるいは粒子がウェハ上に落
下するのを防止するこの方法は、既存の加工装置に大幅
な変更を加える必要があるので、やはり問題がある。さ
らに、荷電粒子を反撥させる静電方法は、プラズマの特
性を変化させ、安全上の問題を生じ、さらには他の荷電
化学種を引きつけることにより粒子汚染の問題を悪化さ
せることさえある。上側電極上に製品表面を置くと、若
干の粒子汚染が避けられるが、やはり装置の大幅な再設
計が必要であり、ウェハに粒子が引きつけられるのを避
ける上で部分的な効果しかない可能性がある。
プラズマ放電に横波誘導力を加えることにより、プラ
ズマ内から粒子を「掃引除去」する方法を本発明者等は
発見した。この波誘導制御の方法を、第１図及び第２図
に示す。第１図及び第２図は、電磁波（FM）または音波
（Ａ）誘導による汚染抑制装置を示す。波変換器34
（Ｔ）を、第２図のプラズマ反応器チェンバ10内のパタ
ーンで示される、円筒形で対象な波面または電磁波の供
給源とすることができる。その場合、変換器34は、反応
器チェンバ10内のプラズマ中に電磁波を発生させるため
のマイクロ波アンテナとなる。音波の場合は、反応器チ
ェンバ10内のプラズマ中に音波を発生させる変換器T34
として、圧電変換器を使用する。プラズマ反応器チェン
バ10内の休止定常波パターンの節は、第２図に格子縞と
して示されている。任意の時点で振幅が正の領域に等高
線が示されている。振幅は、電磁波または音波の基本周
波数で振動する。放射される波の位相を同じ大きさで符
号が逆の値だけシフトさせることにより、縦の節線が人
為的にゆっくり移動し、下記で各タイプの定常波につい
て述べるように、節で捕捉された粒子をチェンバの片側
に移動させるのに必要な適切な力をもたらす。
壁面30の内部にあるプラズマ反応器チェンバ10は、プ
ラズマ処理技術の当業者ならよく知っている通り、第２
図に示すように、真空頚部31に接続されている。チェン
バ10は、第１図に平面図で示す電極33に平行なウェハ32
を含んでいる。この波誘導力は、ウェハ32の上の装置の
危険領域から真空マニホルドや装置の縁部など危険でな
い領域へ粒子を「掃引除去」する効果をもつ。連続した
電場を単に加えるだけで、荷電粒子の向きを変える効果
があるが、そうするとプラズマの均一性に大きな影響を
与えることが避けられず、したがって加工上望ましくな
い。さらに、連続電場を加えると、イオンや電子などプ
ラズマ中の低質量の荷電成分に対する影響が最大にな
る。上記の技法は、プラズマの均一性に対する影響があ
っても最小で、しかもなお装置の危険領域から粒子を掃
引除去する効果がある。この方法は、プラズマ内の化学
的供給源または機械的供給源あるいはその両方から発生
する微粒子に対して効果がある。したがって、これは汚
染制御のための強力な手段となるはずである。第３図及
び第４図の遮断技法と組み合わせると、プラズマ処理に
おける積極的な汚染抑制の方法となる。
本発明のこの態様の重要な特徴は、処理中に横波を誘
導することである。帯電し、チェンバ10内で放電中に静
電的に浮遊する粒子は（さらには帯電せず浮遊していな
い粒子も）、海の波に運ばれるサーフボードのように、
波の移動に支配される。さらに、（周波数や振幅など）
波の条件は、より軽いプラズマ中の気体成分よりも大き
な質量の粒子に一致するので、この波の誘導によって、
プラズマの時間平均した空間密度や組成は変化しないは
ずである。したがって、エッチング工程または付着工程
用のプラズマの空間的均一性は影響を受けないが、一方
大きい質量の粒子は誘導波の位相の変化に伴って移動す
る。この現象を粒子の時間平均移動と呼ぶことにする。
本発明は、浮遊粒子をプラズマの有用領域から、粒子が
プラズマ中での浮遊状態から落下したとき電子基板32に
衝撃を与えない領域へと掃引除去する働きをする。
プラズマ装置内で半径方向の波を発生される技術とし
て、下記の３つが提案される。
1.定常電磁波発振 2.音波 3.放射圧 1.定常電磁波発振 この粒子除去の方法は、外部から電磁放射線を当てて
定常電磁波を発生させ、それをチェンバ10内のプラズマ
中を緩やかに掃引して、プラズマ中に浮遊する静電的に
電荷した粒子を除去するものである。このような系の一
例は、単一のマイクロ波供給源を用いて、第１図及び第
２図に示すように、プラズマ処理装置の両側にある別々
の２つのマイクロ波アンテナ34を駆動するものである。
この結果、２つの供給源の間の干渉によって定常波パタ
ーンが生じる。２つのアンテナ34から発する２つのマイ
クロ波場の干渉により、空間的に数cm離れて、マイクロ
波強度が高いゾーンと低いゾーンが交互にできる。次い
でマイクロ波放射線がプラズマ電子によって弱く吸収さ
れる結果、この吸収によって局所的イオン化率が変わる
ために、プラズマ電位の僅かに高い（または低い）局所
的区域ができる。このようにして、マイクロ波場の強い
空間的変動が電子の吸収その他のプロセスを経て、浮遊
電位の空間的変動に変換され、それがプラズマ中の荷電
粒子に有向加速度を与える。
マイクロ波干渉の極大と極小の位置の移動は、一方の
アンテナによって伝達される波長の位相を第２のアンテ
ナに対して変えるだけで実施できる。この位相は２πの
周期で変化するので、局所プラズマ電位の変動により、
マイクロ波放射線の波長と長さの等しい、たとえば2.45
GHzで長さ約7cmの領域が掃引される。この掃引プラズマ
電位はプラズマ内のすべての荷電粒子に静電力を加え
て、装置の縁部に押しやり、それらの粒子がチェンバ壁
面30内のプラズマ装置の中央にある製品ウェハを汚染す
るのを防止する。
第１図を参照すると、一方のマイクロ波アンテナ34は
ワイヤ25によって位相シフタ37の１端子に接続されてい
る。他方のアンテナ34はワイヤ26によって位相シフタ37
の他端に接続され、ワイヤ27によって発振器36に接続さ
れている。レーザ38がレーザ光線40を発生し、それがチ
ェンバ壁面30のポート35を通して、通常のモータ駆動の
走査可能に取り付けられたミラー39によって走査され、
チェンバ壁面30内のプラズマ処理装置内部を走査する。
検出器41が、第２のビュー・ポート35に並置され、レー
ザ光線40から散乱し検出器41で検出されたレーザ光線を
使って、波誘導の有効性を決定し、装置がいつ製造に使
えるほど清潔かを判定することができる。
チェンバ壁面30内の反応器空間から粒子を掃引除去す
るのに必要なプラズマ電位の空間的変動を発生させるに
は、低レベルのマイクロ波放射線で充分である。反応器
のどの地点でも時間平均したマイクロ波場は全く均一で
あり、したがってこの技法によって導入されるプロセス
の均一性の変動は最小である。
傾斜磁場を使って荷電粒子の半径方向加速度を上げる
ことも可能である。これは（プラズマの強化を伴なっ
て）連続して加えてもよく、またパルス式に加えてプロ
セスの歪みを最小にすることもできる。
2.音波 荷電粒子にも、特定の加工プラズマ中に存在する中性
粒子にも効果のある、音波による微粒子ゲタリングの方
法を２つ発見した。
半径方向圧力波 第１の音波による方法は、第２図のチェンバ壁面30内
で圧力波を変換するもので、拡声器、圧電素子、適当な
形のオリフィスを通過したパルス式ガス・フローを発生
する変換器など、いくつかのタイプの変換器によって実
施される。粒子は、半径方向圧力波の圧力勾配から生じ
る伝播方向の力を受ける。その波長は、特定の微粒子質
量分布に対してこの力を最適化して、粒子が潮の干満や
海の波に運ばれる流木の動きのように、プラズマ柱を移
動するように選択する。
波の変換を起こす変換器の部位は、チャンバ壁面30の
片側にあってもよく、その場合は、波のエネルギーによ
り、粒子がチェンバ壁面30の変換器とは反対側の面に集
まる。変換器の部位がチェンバ壁面30によって画定され
る円筒形空間の中心に位置する場合は、圧力波は、滑ら
かな池に小石を投げ込んだ後のさざ波のように、半径方
向で外側に全方向に移動し、したがって粒子は等しく縁
部の周囲に集まる。
変換器が他の位置にあっても、粒子に対する作用の予
測可能な変動が発生する。
定常音波発振 音波による第２の方法は、概念上電磁波について開示
した定常波技法と類似しており、したがって粒子を直接
移動するための上記の基準に必すしも合致しない都合の
よい音波周波数を使用することができる。第２図に示す
ように、上記のタイプの２つの音波変換器34が、チェン
バ壁面30の両側に並んでいる。２つの変換器34は同じ周
波数で駆動され、プラズマ中に定常波を生成する。定常
波の腹は、音波周波数で周期的圧縮と膨張を受ける。し
たがって浮遊粒子は、一時的圧力勾配によって定圧力の
領域へ、すなわち定常波の節へ移動する。一方の変換器
を駆動する交流電源の位相を絶えず進め、他方の位相を
同じ量だけ遅らせることにより、定常波の節がチェンバ
に対して移動する。したがって、節の「トラップ」中の
粒子は加工チェンバの片側へ移動し、中央部での粒子汚
染を減少させる。音波定常波の周波数は、変換インピー
ダンスが最小になり、節での浮遊粒子のゲタリングが最
大になるように選択する。同様に、位相の進み／遅れの
度合は、特定の質量分布の粒子汚染が移動する節と共に
最適に移動するように選択する。
3.放射圧 この方法では、プラズマ中の粒子への運動量の移動
が、レーザ、高出力ランプ、粒子線などのエネルギー源
を装置に向けることによって生じる。放射圧、または粒
子線からの運動量移動は、プラズマ中の微粒子に対して
のみ効果を有し、プラズマの気体成分にはほとんどまた
は全く効果をもたない。この概念は、前記のものと類似
しており、浮遊粒子を装置の中央から危険のない外側の
領域に「押し出す」というものである。パルス式レーザ
や連続波レーザが使用でき、ビームを装置の危険領域中
でラスタするのが最も有利と思われる。
方法３ 陰イオンの成長または集積を阻止する この応用例の放電遮断部分によるプラズマ粒子汚染抑
制のためのこの方法及び装置は、化学的に誘導された汚
染に対する核形成及び成長の機構を阻止する手段に関す
るものである。これは、放電の連続性を中断することに
より、あるいは放電の化学組成を、陰イオンが形成しに
くく、したがって集積が起り難いものに変えることによ
って行なう。粒子の成長及び累積を繰返し阻止すること
により、エッチング工程にも装置構成にも大きな変更を
必要とせずに、粒子付着の問題を有効に防止することが
できる。
前掲のセルウィン等の論文は、プラズマ・シース領域
での陰イオンの濃縮、及びプラズマ陰イオンの捕捉につ
いて記載している。
米国特許第4401507号明細書は、高周波変調器を267ミ
リ秒間遮断し、励起を87ミリ秒間だけ続けることを記載
している。その目的は、反応剤がチェンバ中を移動する
のに充分な時間をとることであり、この方法とは異なる
ことを教示し、パルスのデユーティ・サイクルが大幅に
異なる。
米国特許第4500563号明細書では、オン／オフの切換
えによって発生する高周波出力パルスを使って、パルス
反復速度6,000Hz、パルス幅0.05ミリ秒のパルス式高周
波出力を発生させる。この例では、このパルス幅は、同
特許第２図のパルス持続時間Tpを指すものと思われる。
これは非常に短かい遅延である。6,000Hzのとき、反復
周期は0.17ミリ秒であり、したがって高周波がオフにな
る時間は次のようになる。
0.17−0.05＝0.12ミリ秒 この値は、本発明の100ミリ秒に比べて３桁小さい。
上記特許ではまた、インターリーブ式電極が必要である
と記述しているが、本発明ではその必要はない。本発明
は、１枚または数枚のシリコン・ウェハを工程中に露出
する場合、１個または１組の高周波電極があれば充分で
ある。
放電遮断による汚染抑制の詳しい説明 本発明のこの態様は、プラズマ反応器中での放電を繰
返し中断することにより、プラズマ加工における粒子汚
染を阻止する装置及び装置に関するものである。第３図
は、高周波供給装置16の高周波出力“rf out"端子17か
ら反応器の電極12へ通じる電線13によって高周波供給装
置16からの高周波出力電圧に接続された、プラズマ反応
器10を示す。高周波供給装置16は、第４図のパルスＴ
（off）の時に電気制御パルスを受け取る。これらの電
気制御パルスは、関数生成機構20から線19を介して高周
波供給装置16の「ゲート・イン」端子18に供給される。
この技法では、エッチングまたは付着ステップが完了す
るまで反応器10内での高周波放電を継続して動作させる
代りに、線19を介してゲート18に送られるパルスによ
り、電線13と電極12に印加する高周波出力電圧を周期的
に短時間ずつ遮断して、反応器10内の放電を瞬間的にた
だし完全に停止させる。その工程段階が完了するまで、
プラズマの遮断を繰り返す。本発明者等は、この方法で
粒子の成長が阻止できるのは、放電が遮断されるごと
に、陰イオン及び荷電粒子を捕捉する静電場が損失する
ためであると仮定している。その後、陰イオン、集塊及
び荷電粒子は、当業者には周知の種類の排気線（図示せ
ず）を通って、気流と一緒に反応器から自由に掃引除去
される。放電遮断中に粒子が電極12上の各ウェハ上に落
下する際に、電極13及び電極12に対する高周波電圧が充
分頻繁に遮断される場合には、粒子は通常の場合に比べ
て充分に小さく（約0.1μｍ以下）なる。このプロセス
の結果、ウェハ32上に形成される集積回路デバイスに悪
影響は及ぼない。
プラズマ反応器10内でのパルス式高周波プラズマ放電
のデユーティ・サイクルを第４図に示す。この技法を、
エッチングまたは付着の特性の点でプラズマ放電の連続
動作にできるだけ近づける（確立されている工程処法を
最大限に活用するためにそれが望ましい）ため、プラズ
マのデユーティ・サイクル、すなわち高周波のオン時間
と全時間の比を大きくし、通常は0.9以上にすべきであ
る。実験によれば、１サイクル当りのオフ時間を僅か0.
1秒とし、オン時間を10秒とすると（デユーティ・サイ
クル0.99）、全エッチング時間が７時間にわたる場合で
も、肉眼で見える粒子の成長を防止する効果がある。ま
た、40分処理の場合、このデユーティ・サイクルによ
り、全処理時間が約24秒増すだけである。プラズマのオ
ン時間とオフ時間の最良の比は、プラズマ中でのガス滞
留時間、圧力、および放電中の陰イオン捕捉の程度によ
って変わる。したがって、装置が異なり、またエッチン
グまたは付着ステップが異なれば、また放電をオフにす
るのに必要な周波数と、放電をオフにする必要のある時
間の長さも異なる。高周波スイッチを駆動するタイミン
グ回路、ソレノイド・スイッチ、一次高周波電源のゲー
ト式動作、さらには放電の手動切換え等、様々な方法を
用いて放電を遮断することができる。
また、デユーティ・サイクルの小さな（すなわち50％
以下）放電を使用すると、Si/SiO2エッチングの選択性
やエッチング速度などの特性が、連続して動作される同
じ放電に比べて異なることにも留意されたい。これはプ
ラズマ・オフ時間中に表面上で化学的エッチング除去が
持続すること、及びイオンの叩込みが瞬間的に停止する
ことによる。
この方法は、簡単で効果的で安価で、しかも既存の装
置構成に適合させやすい。プラズマ粒子成長を阻止する
様々な方法のうちで、この方法は、既存の及び計画中の
装置構成への応用の点で最も融通が効き、工程に対する
望ましくない影響が最も少ないはずである。
要約すると、本発明のこの態様は、プラズマ・チェン
バ内で多分前駆体プラズマ陰イオンから生じる、荷電粒
子汚染の形成機構を阻害する手段にある。本発明のこの
態様は、粒子の形成を阻害するため、プラズマ中での陰
イオンの集積を阻止する方法（上記の方法３）にある。
高周波放電を連続して動作させる代りに、高周波電圧を
繰返し短時間遮断し、またオンにして、周期的に放電を
瞬間的にただし完全に停止させる。その工程段階が完了
するまで、遮断プロセスを継続する。停止時間は、荷電
場が消失し、荷電粒子がシース境界付近の捕捉領域から
消散するのに充分な時間とし、大抵の場合は、100〜500
ミリ秒である。プラズマ・オン時間は、高いデユーティ
・サイクルが維持されるが、工程が不必要に長びかない
ように、集積が起こる最大時間にするが、大抵の場合は
１〜10秒である。場合によっては、エッチング生成物の
累積が起こるまでの時間、放電を継続して動作させ、そ
の後はパルス式に放電を行なって、粒子の累積を防止す
ることもできることに留意されたい。
プラズマの遮断は、機械的汚染源に対しては効果がな
いことがある。というのは、プラズマのパルス化によっ
て、粒子成長が起こらないプロセスは影響を受けないこ
とがあり得るからである。機械的に誘導された汚染の一
例は、石英スパッタ付着工程で生じるものである。この
工程では、石英の薄片が装置表面から剥離して、ウェハ
を汚染することが知られている。汚染が発生してしまっ
てからこの装置内で石英汚染をゲタリングする方法は、
現在ない。このような機械的汚染源に対しては、下記の
方法４や上記の方法２など別の手法が必要である。さら
に、この汚染抑制技法では、エッチング速度、選択性、
均一性などの工程パラメータは変化しない。
方法４ 化学的または物理的手段によるプラズマ内への
各形成部位の導入を減らす。
上記のように、プラズマ装置の内部表面上に形成され
る副生物被膜が、粒子汚染源となることがあり得る。効
果的な装置清掃方法を用いれば、この汚染源は除去され
るはずである。装置清掃方法は、装置の分解検査が速
く、付着物質を除去する効率が高く、製品ウェハに対す
る影響が最小のものであるべきである。その上、使用コ
ストが安く、日常的に使用できる簡単なものであれば好
都合である。本発明のこの態様による装置清掃方法は、
これらの要件を満たす。フィード・ガスを精製して微粒
子が形成しやすい気体成分を除去する方法も記述する。
波誘導によるプラズマ処理制御 化学的汚染源は、エッチング生成物または反応剤とプ
ラズマの荷電成分または中性成分との相互作用から生じ
る。このような粒子は、プラズマに露出する時間が増加
するにつれて、サイズが増大することがしばしばであ
る。先に第３図及び第４図に関して述べた本発明の態様
は、化学的に誘導された汚染における核形成及び成長の
機構を阻止する手段に関するものである。これは、放電
の連続性を遮断することにより、あるいは放電の化学組
成を、陰イオンが形成し難く、したがって集積し難いも
のに変えることによって行なう。
応力誘導による工程汚染の抑制 第５図ないし第７図の実施例を参照すると、それらの
実施例で例示される応力誘導は、外部応力を装置に加え
ることにより、製品を工程にかける前に装置表面上の付
着物質を効率的に除去するものである。このような応力
は、下記の６項で例示されるような、最も広い意味で、
装置に加える機械力の形をとるとができる。その結果、
製品の露出中の汚染抑制が改善される。
本発明のこの態様は、製品ラン間の（ウェーハや加工
物が装置内にない）時間に、装置に外部応力を加えるこ
とにある。加える力は、装置表面の付着層を破壊し、被
着被膜のひび割れによって生じた薄片または粒子を真空
またはプラズマ中に落下させるのに充分なものとする。
応力印加の効率及び終点は、技術者の自由裁量により、
パルス式レーザまたは連続レーザ光源を使ってレーザ光
散乱により決定できる。レーザは、それだけに限られる
のではないが、HeNeレーザのような簡単なものでよい。
ある時間応力を加えた後、装置の内容を排出し（プラズ
マを使用する場合は、グローをまず切る）、空気を通
し、開き、下側電極その他の表面から薄片状または粒子
状物質を清掃する。ろ過した空気または窒素を吹き込
み、あるいは真空掃除機を使って、装置が開いている間
に付着片を除去してもよい。この手順の後、装置は再び
装置ランに使用できる。
応力印加の方法 本発明による応力印加の方法は次の通りである。
１）機械的衝撃波 ２）音波応力 ３）超音波応力 ４）振動応力 ５）熱応力 ６）圧応力 第５図、第６図及び第７図に、機械的振動を利用して
反応器チェンバから汚染を除去する方法に関する本発明
の特徴を示す。第５図は、プラズマ装置に用いる機械的
応力点を示し、第６図は、プラズマ装置に用いる音波変
換器を示す。
機械的衝撃波 第５図に示す機械的衝撃波による手法では、通常は第
５図に示した電磁作動式ハンマ48などの金属器具でチェ
ンバ壁面30を叩くことにより、チェンバ壁面30内のプラ
ズマ装置中に軽い衝撃波を伝搬させる。なお、第５図で
は、第１図と同じ部品は同じ番号で示す。この技法は、
プラズマ動作中に行なった場合に、最も大きな効果が得
られることがある。この技法の実験によれば、一般にチ
ェンバ壁面をハンマ48で、約110〜140g/cm2の力で10〜1
2回叩けば、ウェハ32上に付着したプラズマ付着装置で
は充分である。石英プラズマ付着装置という特定の場合
では、アルゴン・プラズマ動作中に、（ウェハのない、
すなわち装置内に製品のない状態で）応力誘導の結果と
して多数の石英材料の薄片が認められた。
第10図及び第11図に、反応器チェンバを叩く前後の粒
子数の測定値を示す。どのケースでもウェハ４はハンマ
で叩いた時点に最も近く、ウェハ１は最も離れている。
第10図は１ミクロン未満の粒子の数を示し、第11図は最
小２ミクロン程度の粒子の数を示す。破線は測定標準で
ある。第10図の右側に示すような、叩いた後の結果は、
何回かのランで、叩く前の結果より50〜70％減少してい
る。図からわかるように、この場合の結果は60％ないし
70％の減少であり、平均よりやや良い。第11図のより大
きな粒子についての結果も同様に改善されているが、図
からわかるように叩いた場所に最も近い所でずっと大き
く改善されており、ウェハ４上のカウントはほぼゼロで
あるが、ウェハ１のカウントは変わっていない。
音波応力 第６図及び第７図に示した音波応力による手法では、
装置に大気圧または工程操作の低圧で音波周波数を当て
る。スピーカの形の音響変換器またはそれと同等の音響
変換器をプラズマ処理装置のチェンバ壁面30の内側また
は外側に使用することができる。この手法は、装置内に
ウェハがない状態で、プラズマ動作の直前に行なった場
合、最も効率がよい。第６図に示した装置は、音響変換
器61用の電源50とリード線51、及び音響変換器62用の電
源52とリード線53を含んでいる。パルス生成装置54が、
線55と56によって電源50と52に接続され、音響信号を発
生して音響変換器61と62を付勢する。第７図に示した装
置は、Ｏリング63でチェンバ側壁60に密封された上部壁
64と下部壁65を含んでいる。
超音波応力 （上記の音波による方法と類似の）超音波応力よる手
法では、装置に超音波周波数をかける。変換器61と62は
超音波変換器である。これらの周波数は、（石英など
の）付着材料の臨界周波数と一致させることができる。
振動応力 この手法では、装置全体に規則的なまたは不規則な振
動をかけて、剥離しやすい物質を緩める。
熱応力 この手法では、高周波や石英装置中の壁面ライナな
ど、特に付着物に被覆されやすく薄片として剥離しやす
い装置構成表示にヒータ・コイルを組み込む。これらの
ヒータに電流を瞬間的に流して、製品ランの間に急速に
加熱を行なうことができる。金属リングと付着した被膜
の熱膨張率が異なるため、急速加熱によって両方の材料
の間に膨張応力を生じる。製品ラン中にこれらのヒータ
を使って温度を一定に保ち、薄片の剥離が特に望ましく
ないとき、製品露出時の熱応力を避けることができる。
圧応力 この手法では、当業者なら充分理解できるように、通
常の圧縮気体供給源を用いて、アルゴンや窒素などの不
活性気体を使って、第６図及び第７図の装置を大気圧以
上に加圧する。排気線の弁を用いてこの超大気圧を突然
に解放する。内部圧力の変化によって装置チェンバの側
壁30が少し変形し、それに伴なって気体衝撃波が生じ
る。この機械的応力と気体衝撃波によって、第６図及び
第７図の壁面30、64、65上の付着被膜の破壊が促進され
る。また装置から排気線への急速なガス流出によって、
粒子及び薄片が壁面30、64、65の装置内部表面から除去
される。
これらの方法を単独でまたは組み合わせて使って、被
膜の応力を高めることができる。上記のようなレーザ光
線40と共に散乱するレーザ光を使って、応力誘導が有効
かどうかを決定し、装置がいつ製造に使用できるほど清
潔かを判定することができる。これらの手法を用いて、
既存の装置構成をより清潔に、かつ汚染の変動がより少
ない状態で操作することができる。衝撃波による方法の
有効性は、第10図及び第11図に示すような石英付着装置
で実証されている。
処理ガス添加及び反応性ろ過による工程汚染の抑制 第８図は、加工後のウェハ上に見られる微粒子汚染に
対する、典型的な加工プラズマ（フレオン12/AR）（CCl
2F2/Ar）に痕跡量のCF4を添加することの効果を示すグ
ラフである。第９図は、任意選択の誘導結合した加工前
の汚染チェンバ94と検湿フィルタ98の設計を示す。チェ
ンバ94とフィルタ98は、フィード・ガス供給線を介して
プラズマ反応器チェンバ10に接続されている。
本発明のこの態様は、次のような粒子汚染レベルを下
げる方法を含んでいる。
１）塩素化化合物と窒素や硫黄などの重合体前駆体とを
含むプラズマ処理、 ２）SiF4が主要プラズマ成分であり、SiO2などのマスク
表面に対するSiの高いエッチング選択性をもたらす、プ
ラズマ処理。
本発明のこの態様によれば、第９図の壁面30で画定さ
れるプラズマ処理チェンバ10内での粒子形成を防止する
方法が提供される。処理用フィード・ガスが、導管91を
経て導管93に供給される。導管93は、フィード・ガスか
ら粒子を除去する誘導チェンバ94の入口に接続されてい
る。チェンバ94から、きれいになったガスが導管95を経
て検湿フィルタ98の入口に送られ、そこでフィード・ガ
スから水蒸気が除去される。フィルタ98は、ろ過され乾
燥されたガスを、線99を経てプラズマ処理反応器チェン
バ10に供給するための出口を有する。
チェンバ94には、コイル96を付勢するための交流電源
97に接続された、らせん状電磁誘導コイル96が巻き付け
てある。第１の範疇の工程では、導管91に供給されるフ
ィード・ガスにNF3やCF4などのフッ化ガスを少量添加し
て、プラズマ・ガスを変性させる。導管91中に供給され
るガスにこうした少量のCF4を添加すると、エッチング
工程に悪影響を及ぼすことなく、プラズマ中及びウェハ
上の粒子汚染が大幅に減少することを実験で観察した。
第８図は、ウェハ・スポットの数に対する、４％CF4
添加の有効性を示す。純粋なフッ素も使用できるが、健
康及び安全上の理由から余り望ましくない。比較のた
め、シリコン・エッチング中のCF4とアルゴンのプラズ
マの汚染のレベルと、装置内でのポンプ及び通気操作
（プラズマなし）によって生じる結果のレベルを示して
ある。
第２の範疇の工程では、粒子の形成を防止する方法が
２つある。第１の方法は、プラズマ処理中の酸素または
水の形成を最小限に抑えるものである。プラズマと反応
器10のチェンバ壁面30の相互作用によって、プラズマ内
の酸素または水が解放されることがある。本発明者等
は、デバイス加工の前にCF4またはNF3のプラズマを使っ
て加工前のチェンバをコンディショニングする方法を用
いる。チェンバ10の壁面30をこのどちらかのプラズマに
露出させると、吸収された酸素、ならびにCOまたはNOの
形で吸収されたアルコールまたは水、及びHFの排除及び
蒸発が促進されるはずである。
第２の方法は、処理用フィード・ガス中の水分含有量
または水の化学的形成を最小限に抑えるものである。本
発明のもう１つの態様は、フィード・ガスを加工チェン
バに導入する前に、誘導チェンバ94でその反応性ろ過を
行なう方法を使用するものである。１つの実施例では、
線92中の処理用フィード・ガスに痕跡量のSiF4を添加す
る。SiF4は処理用フィード・ガス中の水分を反応により
ゲタリングする。この混合物がプラズマ・チェンバ10に
入る前に、シリカゲル・フィルタ98を通す。フィルタ98
は、SiF4とH2Oの化学反応によって生じる酸化ケイ素微
粒子を除去する。
第２の実施例では、電源97によって付勢されたときコ
イル96によって誘導されう誘導プラズマをチェンバ94に
加えて、H2や炭化水素不純物など、フィード・ガス中の
水素化合物の分解によって形成された水を除去する。こ
の方法を使って、プラズマに露出されたとき水を形成す
る可能性のある、不純物を選択的に除去する。形成され
水分は、SiF4との反応によって除去され、またフィルタ
98中のシリカゲルに吸収される。
産業上の応用性 本発明は、パーソナル・コンピュータ、ミニコンピュ
ータ、大型コンピュータその他のデータ処理機器のよう
な装置中の電子回路用に使用するための、集積回路チッ
プなどの電子部品の製造に応用できる。さらに、このシ
ステム及び方法は、そうしたチップを使用する産業用及
び家庭用電子機器に応用できる。
E.発明の効果 本発明により、プラズマ反応器系内の粒子汚染をその
場で除去してプラズマ汚染を防止する新規な改良された
方法及び装置が達成された。
【図面の簡単な説明】
第１図は、波誘動制御を用いて、プラズマ反応器チェン
バ内のプラズマ領域から粒子を除去するシステムを示す
図である。 第２図は、電磁波（EM）誘導または音波（Ａ）誘導によ
り汚染を抑制する装置を示す図である。 第３図は、反応器システム内でのプラズマの発生を周期
的に遮断することにより反応器内での粒子の形成を防止
するため、システムに対する高周波電圧源をパルスさせ
るパルスを発生させる制御電子回路を含む、プラズマ反
応器系を示す図である。 第４図は、第３図のプラズマ反応器系の動作を制御する
ための電気的制御パルスのデユーティ・サイクル波形を
示す図である。 第５図は、機械的衝撃波を使って反応器内から汚染を除
去する、プラズマ装置内の機械的応力点を示す図であ
る。このプラズマ反応器系は、通常は金属製器具で器壁
を打つことにより、プラズマ・チェンバ内のプラズマ装
置全体に機械的に誘導した衝撃波を伝播させる点以外
は、第１図のシステムと同様である。 第６図は、プラズマ装置に加えられる音響変換器を示す
図である。第７図は、プラズマ装置が、装置のチェンバ
壁面内に加えられた音響変換器から、またはプラズマ処
理装置のチェンバ器壁の外部から音波周波数を加えられ
るという、音波応力法を用いたプラズマ反応器系を示す
図である。 第８図は、粒子数と第９図に示したプラズマ・チェンバ
内で使用される各種ガスとの関係を示すグラフである。 第９図は、プラズマ反応器チェンバに接続された誘導結
合前処理汚染フィルタの設計を示す図である。 第10図及び第11図は、反応器チェンバを接続する前後の
粒子数の測定値を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 ジヨージ・ゴードン・ジフオード アメリカ合衆国ニユーヨーク州コート ン・オン・ハドソン、セニツク・ドライ ブ19番地 (72)発明者 カート・リンドセイ・ハラー アメリカ合衆国ニユーヨーク州ピークス キル、アパートメント・ビイー、スミ ス・ストリート305番地 (72)発明者 ジヨン・スラトン・マツキロツプ アメリカ合衆国フロリダ州サテライト・ ビーチ、オーシヤン・レジデンス・コー ト７番地 (72)発明者 ガリー・ステワート・セリン アメリカ合衆国ニユーヨーク州ホツプウ エル・ジヤンクシヨン、ピネブローク・ ロープ14番地 (72)発明者 ジヨシイ・シング アメリカ合衆国ニユーヨーク州ホツプウ エル・ジヤンクシヨン、セレサ・コー ブ・ドライブ・ノース5504番地 (56)参考文献 特開 昭62−18030（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−13634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−142326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−76874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−217629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−82475（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−42831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−283031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−115708（ＪＰ，Ａ) 米国特許4475921（ＵＳ，Ａ) ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓ ｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，ｖ ｏｌ．17，ｎｏ．２ ｐ．452 Ｊ．Ｖａｃ，Ｓｃｉ，Ｔｅｃｈ. Ａ．，ｖｏｌ．７（４）ｐ．2758−2765

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】有向電磁波をプラズマ反応器内に発生させ
    ることにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させ
    て上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、そ
    れによって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす
    方法。
  2. 【請求項２】定常波をプラズマ反応器内に発生させるこ
    とにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させて上
    記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、それに
    よって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす方
    法。
  3. 【請求項３】上記定常波が電磁波である請求項（２）に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】上記定常波が制御可能な位相シフトを有す
    る請求項（３）に記載の方法。
  5. 【請求項５】上記電磁波が、上記反応器の対向する領域
    からの制御可能な位相シフトを有するマイクロ波場であ
    る請求項（３）に記載の方法。
  6. 【請求項６】有向音波をプラズマ反応器内に発生させる
    ことにより、上記反応器内の汚染粒子に音波の圧力勾配
    から生ずる伝播方向の力を作用させて上記反応器の活性
    領域から離れた空間に移動させ、それによって上記反応
    器の前記活性領域内の汚染を減らす方法。
  7. 【請求項７】定常音波をプラズマ反応器内に発生させる
    ことにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させて
    上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、それ
    によって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす方
    法。
  8. 【請求項８】変換器によって生成された音波をプラズマ
    反応器内に発生させることにより、上記反応器内の汚染
    粒子に力を作用させて上記反応器の活性領域から離れた
    空間に移動させ、それによって上記反応器の前記活性領
    域内の汚染を減らす方法。
  9. 【請求項９】装置内のパルス式ガス・フラックスによっ
    て生成された音波をプラズマ反応器内に発生させること
    により、上記反応器内の汚染粒子に音波の圧力勾配から
    生ずる伝播方向の力を作用させて上記反応器の活性領域
    から離れた空間に移動させ、それによって上記反応器の
    前記活性領域内の汚染を減らす方法。
  10. 【請求項１０】反応器の両側に位置する２個の変換器に
    よって生成された定常音波をプラズマ反応器内に発生さ
    せることにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用さ
    せて上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、
    それによって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減ら
    す方法。
  11. 【請求項１１】粒子線をプラズマ反応器内に発生させる
    ことにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させて
    上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、それ
    によって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす方
    法。
  12. 【請求項１２】請求項１乃至11のいずれか１項に記載の
    方法が、プラズマガス中に５％未満の痕跡量のフッ化フ
    ィード・ガスを添加することにより、プラズマ反応器系
    内の処理プラズマ中の粒子汚染を減らす方法。
  13. 【請求項１３】請求項１乃至11のいずれか１項に記載の
    方法が、プラズマガス中に５％未満の痕跡量のCF4また
    はNF3フィード・ガスを添加することにより、プラズマ
    反応器系内の処理プラズマ中の粒子汚染を減らす方法。
  14. 【請求項１４】有向電磁波をプラズマ反応器内に発生さ
    せることにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用さ
    せて上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、
    それによって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減ら
    す装置。
  15. 【請求項１５】定常波をプラズマ反応器内に発生させる
    ことにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させて
    上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、それ
    によって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす装
    置。
  16. 【請求項１６】上記定常波が電磁波である請求項（15）
    に記載の装置。
  17. 【請求項１７】上記定常波が制御可能な位相シフトを有
    する請求項（16）に記載の装置。
  18. 【請求項１８】上記電磁波が、上記反応器の対向する領
    域からの制御可能な位相シフトを有するマイクロ波場で
    ある請求項（16）に記載の装置。
  19. 【請求項１９】有向音波をプラズマ反応器内に発生させ
    ることにより、上記反応器内の汚染粒子に音波の圧力勾
    配から生ずる伝播方向の力を作用させて上記反応器の活
    性領域から離れた空間に移動させ、それによって上記反
    応器の前記活性両域内の汚染を減らす装置。
  20. 【請求項２０】定常音波をプラズマ反応器内に発生させ
    ることにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させ
    て上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、そ
    れによって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす
    装置。
  21. 【請求項２１】変換器によって生成された音波をプラズ
    マ反応器内に発生させることにより、上記反応器内の汚
    染粒子に力を作用させて上記反応器の活性領域から離れ
    た空間に移動させ、それによって上記反応器の前記活性
    領域内の汚染を減らす装置。
  22. 【請求項２２】装置内のパルス式ガス・フラックスによ
    って生成された音波をプラズマ反応器内に発生させるこ
    とにより、上記反応器内の汚染粒子に音波の圧力勾配か
    ら生ずる伝播方向の力を作用させて上記反応器の活性領
    域から離れた空間に移動させ、それによって上記反応器
    の前記活性領域内の汚染を減らす装置。
  23. 【請求項２３】反応器の両側に位置する２個の変換器に
    よって生成された定常音波をプラズマ反応器内に発生さ
    せることにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用さ
    せて上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、
    それによって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減ら
    す装置。
  24. 【請求項２４】粒子線をプラズマ反応器内に発生させる
    ことにより、上記反応器内の汚染粒子に力を作用させて
    上記反応器の活性領域から離れた空間に移動させ、それ
    によって上記反応器の前記活性領域内の汚染を減らす装
    置。
  25. 【請求項２５】請求項14乃至24のいずれか１項に記載の
    装置が、プラズマガス中に５％未満の痕跡量のフッ化フ
    ィード・ガスを添加することにより、プラズマ反応器系
    内の処理プラズマ中の粒子汚染を減らす手段を含む装
    置。
  26. 【請求項２６】請求項14乃至24のいずれか１項に記載の
    装置が、プラズマガス中に５％未満の痕跡量のCF4また
    はNF3フィード・ガスを添加することにより、プラズマ
    反応器系内の処理プラズマ中の粒子汚染を減らす手段を
    含む装置。
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