JPH03194842A

JPH03194842A - 半導体ウエーハにおけるプラズマプロセス装置およびその作動方法

Info

Publication number: JPH03194842A
Application number: JP32609490A
Authority: JP
Inventors: Holger Huebner; ホルガー、ヒユープナー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1991-08-26
Also published as: EP0432488A2; EP0432488A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕この発明は、半導体ウェーハにおけるプラズマプロセス
装置および半導体ウェーハにおけるプラズマプロセス装
置の作動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

たとえばＳ、Ｍ、Ｓｚｅ　、　Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉテクノロ
ジー、ＭｅＧｒａｗ−旧１１、ニューヨーク、１９８８
年、第２１６頁、第２３図から、半導体ウェーハにおけ
るプラズマプロセスの実行のための装置が知られている
。このような装置は、少なくともガス入口およびポンプ
接続口を設けられている反応チャンバを含んでいる。さ
らに反応チャンバは、電極と接地されたチャンバ壁との
間にプラズマを発生するための高周波交流電圧源と結合
コンデンサを介して接続されているｔ８ｉを含んでいる
。電極の上に作動中は電極の上に半導体ウェーハが載っ
ている。

たとえばエツチングまたは分離のようなプラズマプロセ
スではプラズマは正の電荷担体（重いイオン）に比較し
て負の電荷担体（を子）のより大きい運動性の結果とし
てプラズマを境するチャンバ壁および電極よりも正であ
る。プラズマと電極上に載っている半導体ウェーハとの
間にいわゆる暗空間が生ずる。暗空間には数１０ないし
数１００ｖの電圧がかかっている。この電圧により正の
イオンがプラズマから引き離され、半導体ウェーハに向
けて加速される。逆に負の電荷担体はこの電位差に基づ
いて半導体ウェーハに到達し得ない。

負の電荷担体は暗空間の縁に準静的に局所化された状態
にとどまる。この効果は、半導体ウェーハが反応チャン
バのなかで下に位置するときに、特に強く生ずる。負の
電荷担体は生ずる粒子に対する核を形成する。シリコン
含有プラズマではこれらの粒子は１μｍの大きさまで成
長し得る。それらの高い負の電荷（電子捕獲により２０
００電子まで）および暗空間のなかの電界に基づいてこ
れらは暗空間の上側の境に局所化された状態にとどまる
。しかしそれらは設備のスイッチオフの際に半導体ウェ
ーハ上に到達して汚染を惹起し得る。

この問題はこれまで解決されていない０反応チャンバの
なかで上側または垂直壁に半導体ウェーハの配置を変更
することによっては問題は解決されない、なぜならば、
重力は静電気力にくらべて影響を有さす、また粒子の運
動は非常に小さい残留電界により影響されるからである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、半導体ウェーハにおけるプラズマプロ
セスの実行のための装置であって、暗空間とプラズマ柱
との間の境界面に局所化される負の電荷担体の結果とし
ての設備のスイッチオフの際の半導体ウェーハの汚染が
回避される装置、およびこのような装置の作動方法を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するでため、本発明による半導体ウェー
ハにおけるプラズマプロセス装置においては、ａ）ガス入口と、ポンプ接続口と、結合コンデンサを介
してプラズマを発生するための高周波交流電圧源と接続
されている電極と、作動中に半導体ウェーハを載せる保
持体とを有する反応チャンバが設けられており、ｂ）高周波交流電圧源のスイッチオフの際に、負に帯電
された粒子を半導体ウェーハの場所からそらさせる静電
界を発生するための手段が設けられているものである。

静電界を１つの補助電極により発生することは本発明の
範囲内である。補助電極はスイッチを介して選択的に接
地電位または正電圧を供給する直流電圧源と接続される
。補助電極は側部で電極の上側に、直線状の層接触が補
助電極と、高周波交流電圧源の作動の際に暗空間がプラ
ズマと電極との間に生ずる範囲との間に存在するように
配置されている。装置の作動の際、すなわち高周波交流
電圧源がスイッチオンされているときには、補助電極は
接地電位と接続されている。高周波交流電圧源のスイッ
チオフの際には補助電極は直流電圧源と接続されるので
、補助電極には正の電位がかかっている。この正電位は
負の電荷担体を吸引するので、それはは半導体ウェーハ
に到達し得ない。

しかし正電位は、プラズマが消去し得るように選定され
なければならない。

補助電極が暗空間をリング状に囲んでいるようにすると
、負の電荷担体の迅速で有効な吸引のために有利である
。

作動中に半導体ウェーハが載っている保持体がスイッチ
を介して負電圧を供給する直流電圧源と接続され得るよ
うにすることができる。その場合、高周波交流電圧源の
スイッチオフの際に保持体が１つの負の電位におかれる
。プラズマプロセスの実行のための多くの装置では保持
体は高周波を導く電極と接続されており、特に′１１ｐ
ｉの上に設けられている。この場合、電極と結合コンデ
ンサとの間に、電極を選択的に高周波交流電圧源または
負電圧を供給する直流電圧源と接続するスイッチが設け
られる。この装置では高周波交流電圧源のスイッチオフ
の際に電極は負の電位におかれる。その際に負の電荷担
体は保持体または電極の負電位により反発される。負電
位は、一方では半導体ウェーハの場所からの負の電荷担
体の有効な反発が保証されているように、しかし他方で
はプラズマが消去し得るように大きく選定されなければ
ならない、負の電荷担体はこの場合にチャンバ壁におい
て再結合する。この装置は、その実現のために既存の装
置にごくわずかしか手を加える必要がないという利点を
有する。

さらに、本発明の課題を解決するため、半導体ウェーハ
におけるプラズマプロセス装置の作動方法においては、
プラズマを発生する高周波交流電圧源のスイッチオフの
際に、半導体ウェーへの場所の方向への負に帯電した粒
子の運動を阻止する静電界が発生される過程を含んでい
る。

本発明のその他の構成はその他の請求項にあげられてい
る。

〔実施例〕

以下、実施例および図面により本発明を一層詳細に説明
する。

第１図には反応チャンバ１１が示されている。

反応チャンバ１１はガス人口１２およびポンプ接続口１
３を有する。ガス人口１２を通して反応チャンバ１１は
反応ガス、たとえばＣ１ｔを送られる。装置はガスの通
流中に約０．１・・・１００Ｐａの範囲内の圧力で作動
する。ポンプ接続口１３は減圧の維持のための十分なポ
ンプ能力が得られるように選定されている。

反応チャンバ１１のなかにはさらに、この例では同時に
半導体ウェーハ１５に対する保持体としての役割をする
電極１４が設けられている。電極１４は真空貫通部１６
および結合コンデンサ１７を介して高周波交流電圧源１
８と接続されている。

装置の作動中に、プラズマプロセスが実行されるべき半
導体ウェーハ１５は電極１４の上に載せられる。高周波
交流電圧−ｆＡ１８がスイッチオンされた状態では反応
チャンバのなかにプラズマ１１１が生ずる。正および負
の電荷担体の相異なる運動性のために、半導体ウェーハ
１５が載っている電極１４とプラズマ１１１との間に暗
空間１９が生ずる。プラズマ１１１は反応チャンバ１１
の壁よりも正であるから、平衡状態で電極１４にたとえ
ば約−１０・・・−１００Ｖの電圧が生ずる。その結果
、負の電荷担体はプラズマ１１１と暗空間１９との間の
境界層に局所化される。これらの負の電荷担体は生ずる
粒子１１０に対する核を形成し、それらは同じく負に帯
電しており、また同じくプラズマ１１１と暗空間１９と
の間の境界層に局所化されている。高周波交流電圧源１
８のスイッチオフの際に電極１４は再び接地電位にある
ので、粒子１１０は妨げられずに半導体ウェーハ１５へ
の方向に運動し得る。このことを回避するため、反応チ
ャンバ１１のなかに補助電極１１２が配置されている。

補助電極１１２は側部で電極１４の上側に、それが側部
で暗空間１９と向かい合うように配置されている。補助
電極１１２は貫通部１１３およびスイッチ１１４を介し
て選択的に接地電位または直流電圧源１１５と接続され
ている。

設備の作動中に、高周波交流電圧源１８がスイッチオン
されているとと、スイッチ１１４は第１のスイッチ位置
１１４１にもたらされる。それによって補助電極１１２
は接地されている。高周波交流電圧源１８のスイッチオ
フの際にスイッチ１１４は第２のスイッチ位１！１１４
２にもたらされる。

それによって補助電極１１２は１つの正電圧を供給する
直流電圧源１１５と接続されている。補助電極１１２が
正電位にあるので、強く負に帯電している粒子１１０は
補助電極１１２に向けて加速され、また半導体ウェーハ
１５に到達し得ない。

この装置およびこの作動方法は生じた粒子１１０による
半導体ウェーハ１５の汚染を有効に防止する。

第２図には本発明の別の実施例が示されている。

構成および作動の点で第１の実施例の相応の特徴に類似
しているガス人口２２およびポンプ接続口２３を存する
反応チャンバ２１が示されている。

反応チャンバ２１のなかには、同時に半導体ウェーハ２
５に対する保持体としての役割をする電極２４が配置さ
れている。電極２４は貫通部２６を介して第１のスイッ
チ位置２１２１および第１のスイッチ位？１Ｅ２１２２
を有するスイッチ２１２と接続されている。第１のスイ
ッチ位置２１２１を介してスイッチ２１２は結合コンデ
ンサ２７を介して高周波交流電圧源２８と接続されてい
る。第２のスイッチ位置２１２２を介してスイッチ２１
２は直流電圧源２１３と接続されている。装置の作動中
に、半導体ウェーハ２５は電極２４の上に載せられてい
る。スイッチ２１２のスイッチ位置２１２１では、また
高周波交流電圧源２８がスイッチオンされた状態では反
応チャンバ２１のなかにプラズマ２１１が生ずる。先に
説明したように、プラズマ２１１と電極２７との間に暗
空間２９が生ずる。暗空間２９とプラズマ２１１との間
の境界面にはここでも負に帯電した粒子２１０が生ずる
。この負に帯電した粒子２１０が高周波交流電圧源２８
のスイッチオフの際に半導体ウェーハ２５の上に到達す
るのを回避するため、電極２４は高周波交流電圧源２８
のスイッチオフの際に第２のスイッチ位置２１２２への
スイッチ２１２の切換により、大きい負電圧を発生する
直流電圧源２１３と接続される。負電圧はたかだかプラ
ズマをまさに消去する大きさであってよい０本発明のこ
の実施例では、電極２４における負電位は高周波交流電
圧源２８のスイッチオフの際にも、すなわちプラズマ２
１１の消去の際にも維持される。粒子２１０はさらに電
極２４の負電位により半導体ウェーハ２５から遠ざけら
れる。プラズマ２１１が消去されているので、粒子２１
０は反応チャンバ２１の壁の方向に運動し、そこで再結
合する。

本発明のこの実施例は、粒子２１０が単に電極から遠ざ
けられ、また第１の実施例のように目的に沿って吸引さ
れないので、確かに場合によっては本発明の第１の実施
例よりも有効性が若干劣る。

しかし、この実施例は第１の実施例にくらべて、公知の
場合によっては既存の装置にわずかに手を加えれば実現
されるという利点を有する。

前記の再実施例では、高周波を導く電極が同時に半導体
ウェーハに対する保持体としての役割をする。しかし本
発明は、たとえばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）設
備のように半導体ウェーハに対する分離した保持体が設
けられているプラズマプロセスの実行のための装置にも
容易に応用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は補助電極を有する本発明による装置を示す図、
第２図は電極に対する補助の直流電圧源を有する本発明
による装置を示す図である。１１．２１・・・反応チャンバＩ２．２２・・・ガス入口１３．２３・・・ポンプ接続口１４．２４・・・電極１５．２５・・・半導体ウェーハ１８．２８・・・高周波交流電圧源１９．２９・・・暗空間２６・・・貫通部２７・・・電極１１０．２１０・・・粒子１１１２１１・・・プラズマ２・・・補助電極３・・・貫通部４・・・スイッチ５・・・直流電圧源２・・・スイッチ３・・・直流電圧源

Claims

【特許請求の範囲】１）ａ）ガス入口（１２、２２）と、ポンプ接続口（１
３、２３）と、プラズマ（１１１、２１１）を発生するための高周波交流電圧源（１８、２８）と結合コンデンサ（１７、２７）を介
して接続されている電極（１４、２４）と、作動中は半
導体ウェーハ（１５、２５）を載せる保持体（１４、２
４）とを有する反応チャンバ（１１、２１）が設けられており、ｂ）高周波交流電圧源（１８、２８）のスイッチオフの
際に、負に帯電された粒子を半導体ウェーハ（１５、２５）の場所からそらさせる静電界を発生するための手段が設けられていることを特徴とする半導体ウェーハにおけるプラズマプロ
セス装置。２）保持体（１４、２４）が電極（１４、２４）と固定
的に結合されていることを特徴とする請求項１記載の装
置。３）ａ）静電界を発生するための手段が、スイッチ（１
１４）を介して選択的に接地電位または正電圧を供給する直流電圧源（１１５）と接続され
る補助電極（１１２）のなかに存在し、ｂ）補助電極（１１２）が側部で電極（１４）の上側に
、直線状の層接触が補助電極（１１２）と、高周波交流電圧源（１８）の作動の際に暗空間（１９）がプラズマ（１１１）と電極（１４）との間に生ずる範囲との間に存在するように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。４）補助電極（１１２）が暗空間（１９）をリング状に
囲んでいることを特徴とする請求項３記載の装置。５）静電界を発生するための手段として、負電圧を供給
する直流電圧源（１１５）およびスイッチ（２１２）が
設けられており、このスイッチを介して保持体（２４）
が負電圧を供給する直流電圧源（２１３）と高周波交流
電圧源（２８）のスイッチオフの際に接続されることを
特徴とする請求項１または２記載の装置。６）プラズマ（１１１、１２１）を発生する高周波交流
電圧源（１８、２８）のスイッチオフの際に、半導体ウ
ェーハの場所の方向への負に帯電した粒子の運動を阻止
する静電界が発生される過程を含んでいることを特徴と
する半導体ウェーハにおけるプラズマプロセス装置の作
動方法。７）ａ）高周波交流電圧源（１８）がスイッチオンされ
ている間は、側部で結合コンデンサ（１３）を介して高周波交流電圧源（１８）と接続され
ている電極（１４）の上側で電極（１４）とプラズマ（１１１）との間に生ずる暗空間（１９）の範囲内に配置されており、スイッチ（１１４）を介して選択的に接地電位または正電圧を供給する直流電圧源（１１５）と接続されている補助電極（１１２）が接地電位と接続されており、ｂ）高周波
交流電圧源（１８）のスイッチオフの際に補助電極（１
１２）が正電圧を供給する直流電圧源（１１５）と接続される過程を含んでいることを特徴とする請求項６記載の方法
。８）高周波交流電圧源（２８）のスイッチオフの際に、
作動中は半導体ウェーハ（２５）を載せる保持体（２４
）が負電圧を供給する直流電圧源（２１３）と接続され
る過程を含んでいることを特徴とする請求項６記載の方
法。９）高周波交流電圧源（２８）のスイッチオフの際に、
結合コンデンサ（２７）を介して高周波交流電圧源（２
８）と接続されており、また作動中は半導体ウェーハ（
２５）を載せる電極（２４）が電極（２４）と結合コン
デンサ（２７）との間に接続されているスイッチ（２１
２）により負電圧を供給する直流電圧源（２１３）と接
続される過程を含んでいることを特徴とする請求項６記
載の方法。