JPH04287343A - ウエーハステージ前処理方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板への絶縁膜等の
薄膜形成、またはプラズマエッチング加工に用いる半導
体製造装置であって、基板を保持するためのウエーハス
テージの保持機構に静電チャックを用いているＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置において、静電チャックの平坦な表面
を、該表面への被処理基板の吸着，保持に先立って清浄
化する静電チャック表面の前処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、本発明におけるウエーハステージ
前処理方法の適用対象となるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
についてその概要を説明する。

【０００３】ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ法、すなわち、所定強度の磁場中にガスを導
入し、ここに磁場強度に対応した周波数のマイクロ波を
入射することによってマイクロ波のエネルギーをガスに
共鳴吸収させ、これにより高密度に生成されたプラズマ
を反応ガスとともに基板上に導いて成膜する成膜方法、
を実現させる装置であり、図３に装置の一構成例を示す
。両端にそれぞれマイクロ波導入窓２とプラズマ引出し
窓７とを備えた半解放のマイクロ波共振器として形成さ
れたプラズマ生成室５は、主磁気コイル４により同軸に
囲まれ、このコイル４に流す電流を調整することにより
、プラズマ生成室５内のマイクロ波導入窓近傍に電子サ
イクロトロン共鳴（以下ＥＣＲと記す）条件を満足する
磁場領域が形成される。このプラズマ生成室５と隣接し
、プラズマ引出し窓７を介して内部空間がプラズマ生成
室５の内部空間と連通する反応室６が設けられ、反応室
内で基板を保持するウエーハステージとして、保持機構
に静電チャック１０を用いたウエーハステージ１１が、
ここには特に図示していないが、軸方向移動可能に反応
室６の上面側に配されている。また、反応室６の外側で
反応室上面側に補助磁気コイル１２が配置され、装置の
運転目的により、主磁気コイル４と対となって装置内に
ミラー磁場またはカスプ磁場を形成する。基板に例えば
絶縁膜としてＳｉＯ２膜を形成する場合、プラズマ生成
室５内にＥＣＲ磁場領域を形成してマイクロ波を導入し
た後、第１ガス導入系３からプラズマ生成室５内へＮ２
Ｏ　またはＯ２ガスを導入するとともに、反応室６内へ
第２ガス導入系８から、円環状ガスノズル８ａの内径側
に周方向等間隔に形成された同一口径の複数のガス放出
口を通し、周方向均等なガス量でＳｉＨ４ガスを導入す
ると、プラズマ生成室５内でプラズマ化されたＮ２Ｏ　
またはＯ２ガスが主磁気コイルが形成する発散磁場の磁
力線に沿って反応室６内へ移動して反応室６内のＳｉＨ
４ガスを分解，活性化し、反応室６内に形成されたカス
プ磁場中で膜厚の均一なＳｉＯ２膜が基板９の表面に形
成される。

【０００４】このＥＣＲプラズマＣＶＤ法による成膜で
は、プラズマ生成室で生成された高活性，高密度のプラ
ズマが用いられるため、低温成膜が可能であり、また、
ＳｉＯ２膜形成時に、ここには特に図示していないが、
静電チャック１０を構成する吸引用内部電極にコンデン
サを介して高周波電源を接続すると、基板９の表面に負
極性のバイアス電位が生じ、プラズマ中のイオンが加速
され、イオン衝撃による膜の緻密化やスパッタリング作
用による段差部被膜性の改善、あるいはスパッタリング
と成膜との同時進行による配線間凹部の膜の平坦化等が
可能である。

【０００５】ところで、このように構成されるＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置では、基板への成膜を繰り返すことに
より、反応生成物が装置の内壁面にも膜状に堆積し、膜
厚がある厚さ以上になると剥離が生じ、剥離時に生じた
パーティクルが基板表面の薄膜に付着して薄膜を汚染す
るため、一定回数成膜を繰り返した後、装置内部を大気
解放して内部の構造物を取り出し、装置の内壁面や取り
出した構造物の洗浄が行われる。このとき、静電チャッ
クも表面の付着物をアルコール等で拭き取り、あるいは
洗浄液で洗浄して清浄化され、表面の保持力が回復した
状態で再び装置内に組み込まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、静電チャック
は基板の保持力が弱く、上述のようにして表面を清浄化
しても、基板を吸着しなかったり、吸着後に基板が落下
したり、例えばＳｉＯ２膜の形成を行った場合に成膜速
度が成膜ごとに大きくばらついたりする等の問題があっ
た。 従来は、静電チャックの吸着力の回復と成膜速度のばら
つき低減とのため、静電チャックの装置内への組込み後
、真空引きを数時間にわたり行っていた。このため、装
置の稼働率向上が制約される問題があった。

【０００７】この発明の目的は、この真空引きの時間（
真空中の放置時間）を短縮し、あるいは真空引き時間を
必要としない静電チャックの前処理方法を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、本発明の方法が適用されるＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置、すなわち、両端面にそれぞれマ
イクロ波導入窓とプラズマ引出し窓とを備え内部にマイ
クロ波との電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場領
域が形成されるプラズマ生成室と、プラズマ引出し窓を
介してプラズマ生成室と連通し内部に反応ガスを半径方
向内側へ周方向均等な量で吹き出させるガス供給手段と
，被処理基板を保持するウエーハステージとが配される
反応室とを備えてなり、かつウエーハステージの基板保
持機構に静電チャックが用いられているＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置の前記静電チャックの平坦な表面を、該表面
への被処理基板の吸着，保持に先立って清浄化するウエ
ーハステージ前処理方法として、プラズマ生成室内にＡ
ｒ，Ｈｅ等の不活性ガス、またはＨ２，Ｏ２，Ｎ２等，
静電チャック表面物質との反応生成物を生じない２原子
分子の単体ガスを導入してプラズマを生成し、このプラ
ズマを静電チャック表面に照射して清浄化する方法をと
るものとする。

【０００９】この場合、静電チャック表面へのプラズマ
照射を、静電チャックに高周波バイアスを印加した状態
で行うようにすれば好適である。

【００１０】またプラズマ生成室でプラズマ化されるガ
スをプラズマ生成室と反応室とに同時に導入しつつ静電
チャック表面をプラズマ照射するようにするのもよい。

【００１１】そして、上記各方法による静電チャック表
面の清浄化を、プラズマ生成室および反応室内のガス圧
力を１×１０−４〜５×１０−３Ｔｏｒｒ範囲の高真空
度に保つとともに、反応室内に軸方向のミラー磁場を形
成して行うようにすればさらに好適である。

【００１２】

【作用】このように、プラズマ生成室内にＡｒ，Ｈｅ等
の不活性ガス、またはＨ２，Ｏ２，Ｎ２等，静電チャッ
ク表面物質との反応生成物を生じない２原子分子の単体
ガスを導入してプラズマを生成し、このプラズマを静電
チャック表面に照射して清浄化する方法とすれば、プラ
ズマ生成室で生成されたプラズマが、主磁気コイルが作
る発散磁束密度の勾配により、基板を保持する静電チャ
ック表面へと流れて該表面を照射し、該表面の水分のみ
でなく、ごみもスパッタリング除去するため、短時間に
かつ完全に表面を清浄化することができる。

【００１３】この場合、プラズマ照射を、静電チャック
にＲＦバイアスを印加した状態で行うようにすれば、静
電チャック表面に現れた負極性のバイアス電位により形
成される電界分布により、プラズマが均等に分布して静
電チャック表面に到達するとともに、プラズマ中のイオ
ンが加速されてスパッタリング作用が強くなり、より均
一にかつより短時間に表面が清浄化される。

【００１４】また、プラズマ生成室でプラズマ化される
ガスをプラズマ生成室と反応室とに同時に導入しつつ静
電チャック表面をプラズマ照射するようにすれば、主磁
気コイルが形成する発散磁場の磁力線に沿って広がろう
とするプラズマが、反応室内に配置され反応ガスを半径
方向内側へ周方向均等な量で吹き出させるガス供給手段
から吹き出されるガスにより、静電チャック表面へ向か
うように方向を修正され、静電チャック表面周辺部のプ
ラズマ密度が増し、静電チャック表面へプラズマが均一
にかつ多量に到達し、表面の清浄化がより短時間に行わ
れる。

【００１５】そして、上記各方法による静電チャック表
面の清浄化を、プラズマ生成室および反応室内のガス圧
力を１×１０−４〜５×１０−３Ｔｏｒｒ範囲の高真空
度に保つとともに、反応室内に軸方向のミラー磁場を形
成して行うようにすれば、プラズマ生成室で生成される
プラズマが高活性，高密度になるとともに、プラズマ引
出し窓から流出したプラズマが反応室内で広がることな
く静電チャック表面に集中し、清浄化がさらに短時間に
終了する。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の方法を適用する際のＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置構成の一実施例を示す。この構成が
図３の構成と異なる所は、静電チャック１０に高周波電
源１３が可変容量コンデンサ１４を介して接続されてい
る点である。なお、装置の各構成部材中、図３と同一の
部材には同一符号が付されている。

【００１７】静電チャック表面の清浄化は次のように行
われる。まず、装置内を真空引きした後、主磁気コイル
４に流す電流を調整してＥＣＲ条件を満足する磁束密度
領域をプラズマ生成室５内のマイクロ波導入窓２の近傍
に形成するとともに、補助磁気コイルにも通電して反応
室６内にミラー磁場を形成してマイクロ波を導入する。 しかる後，第１ガス導入系３からＡｒ，Ｈｅ等の不活性
ガス、あるいはＨ２，Ｏ２，Ｎ２等、通常セラミックス
からなる静電チャック表層との間で反応生成物を生成し
ない２原子分子の単体ガスを、装置内のガス圧力が１×
１０−４〜５×１０−３Ｔｏｒｒに保たれるような流量
で導入する。従って、プラズマ生成室５内へ導入された
ガスは、高真空状態でかつＥＣＲ条件を満たす磁束密度
領域で効率よくプラズマ化されるため、活性度が高くか
つ高密度に生成され、主磁気コイル４が作る発散磁束密
度の勾配により、プラズマ引出し窓７から反応室６内へ
流れ出す。一方、反応室６内には、主磁気コイル４と補
助磁気コイル１２とでミラー磁場が形成されており、一
旦発散しかけたプラズマは、補助磁気コイル１２の内側
へ向けて再び集束するミラー磁場の磁束に沿って静電チ
ャック表面に到達する。

【００１８】一方、静電チャック１０には、周波数が４
００ｋＨｚ，あるいは１３．５６ＭＨｚのような高周波
電源１３がコンデンサ１４を介して接続されており、静
電チャック表面に負極性のバイアス電位が現れているた
め、このバイアス電位が作る電界分布により、静電チャ
ック表面に到達するプラズマの半径方向分布が均一化さ
れ、かつ負極性のバイアス電位によりプラズマ中のイオ
ンが加速されて、静電チャック表面を均一にかつ効果的
にスパッタする。これにより、静電チャック表面に吸着
された水分やごみが効果的にかつ短時間に除去され、か
つ静電チャック表面が微量ながら削られて吸着力が回復
する。

【００１９】図２に、従来の方法により表面が清浄化さ
れた静電チャックと、本発明の方法により表面が清浄化
された静電チャックとを用いて基板表面にＳｉＯ２膜を
形成したときの、成膜ごとの成膜速度のばらつき方のち
がいを示す。

【００２０】従来の方法で表面が清浄化された静電チャ
ックで基板を吸着，保持した場合には、成膜ごとの成膜
速度が大きくばらつくのに対し、本発明の方法で表面を
清浄化した静電チャックを吸着，保持した場合には、成
膜ごとのばらつきがほとんど生じない。これは、従来の
方法で表面を清浄化した場合には、基板が全面密着状態
に吸着されず、かつ密着状態が成膜ごとに変動し、ウエ
ーハステージへの熱伝達の悪い非密着領域が成膜ごとに
変動するのに対し、本発明の方法で表面が清浄化された
ものでは、基板が全面密着状態に吸着され、従って吸着
状態が成膜ごとに変動しないことによるものと考えられ
る。

【００２１】なお、プラズマ生成室５内に導入するガス
を、第２ガス導入系８からも反応室６内へプラズマ生成
室５と同時に導入しつつ静電チャック表面をプラズマ照
射すると、円環状ガスノズル８ａから周方向均等な量で
半径方向内側へ吹き出されるガスにより、プラズマ引出
し窓７から流出したプラズマの広がりが抑えられ、プラ
ズマがより均一にかつ多量に静電チャック表面に到達し
、静電チャック表面の清浄化をより短時間に終了させる
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、基板を静電チャック表面に
吸着，保持する前の静電チャック表面の清浄化を以上の
ような方法で行うこととしたので、以下に記載する効果
を得ることができる。

【００２３】請求項１の方法では、プラズマ生成室で生
成されたプラズマにより静電チャック表面が照射される
ため、静電チャック表面の水分やごみがスパッタリング
作用により短時間にかつ完全に除去され、かつ微量なが
ら静電チャック表面が削られるため、静電チャックの吸
着力が短時間に完全に回復し、装置の稼働率を上げるこ
とができる。また、基板が常に全面密着状態に吸着，保
持されるため、成膜ごとの成膜速度が常に安定して一定
に保たれ、形成された膜の品質が高レベルに均一化され
る。

【００２４】請求項２の方法では、静電チャックの表面
に負極性のバイアス電位が現れ、この電位により形成さ
れる電界分布により、プラズマが均等に分布して静電チ
ャックに到達するとともに、プラズマ中のイオンが加速
されるスパッタリング作用が強まり、より均一にかつよ
り短時間に表面が清浄化される。

【００２５】請求項３の方法では、プラズマ生成室のプ
ラズマ引出し窓から流出するプラズマ流の広がりが、周
方向均等な量で半径方向内側へガスを吹き出すガス供給
手段からのガスにより抑えられ、静電チャックへ向かう
プラズマ密度の半径方向分布が均一化されるとともに、
より多くのプラズマが静電チャック表面に到達し、反応
室内へガスを導入しない場合と比較して、より均一にか
つより短時間に表面が清浄化される。

【００２６】請求項４の方法では、プラズマ生成室で生
成されるプラズマが高活性，高密度になるとともに、プ
ラズマ引出し窓から流出したプラズマが反応室内で広が
ることなく静電チャック表面に集中し、清浄化がさらに
短時間に終了する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を適用する際のＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ装置構成の一実施例を示す装置断面図

【図２】それ
ぞれ本発明の方法と従来の方法とにより表面が清浄化さ
れた静電チャックに基板を吸着，保持させて基板表面に
ＳｉＯ２膜を形成したときの成膜得度のばらつき方のち
がいを対比させて示す図

【図３】従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成例を示
す装置断面図

【符号の説明】

２　　　　マイクロ波導入窓 ４　　　　主磁気コイル ５　　　　プラズマ生成室 ６　　　　反応室 ７　　　　プラズマ引出し窓 ９　　　　基板（被処理基板） １０　　　　静電チャック １１　　　　ウエーハステージ １２　　　　補助磁気コイル １３　　　　高周波電源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端面にそれぞれマイクロ波導入窓とプラ
   ズマ引出し窓とを備え内部にマイクロ波との電子サイク
   ロトロン共鳴を生じさせる磁場領域が形成されるプラズ
   マ生成室と、プラズマ引出し窓を介してプラズマ生成室
   と連通し内部に反応ガスを半径方向内側へ周方向均等な
   量で吹き出させるガス供給手段と，被処理基板を保持す
   るウエーハステージとが配される反応室と、を備えてな
   り、かつウエーハステージの基板保持機構に静電チャッ
   クが用いられているＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の前記静
   電チャックの平坦な表面を、該表面への被処理基板の吸
   着，保持に先立って清浄化するウエーハステージ前処理
   方法であって、プラズマ生成室内にＡｒ，Ｈｅ等の不活
   性ガス、またはＨ２，Ｏ２，Ｎ２等，静電チャック表面
   物質との反応生成物を生じない２原子分子の単体ガスを
   導入してプラズマを生成し、このプラズマを静電チャッ
   ク表面に照射して清浄化することを特徴とするウエーハ
   ステージ前処理方法。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の方法において、静電
   チャック表面へのプラズマ照射を、静電チャックに高周
   波バイアスを印加した状態で行うことを特徴とするウエ
   ーハステージ前処理方法。
3. 【請求項３】請求項第１記載に記載の方法において、プ
   ラズマ生成室でプラズマ化されるガスをプラズマ生成室
   と反応室とに同時に導入しつつ静電チャック表面をプラ
   ズマ照射することを特徴とするウエーハステージ前処理
   方法。
4. 【請求項４】請求項第１項，第２項または第３項に記載
   の方法において、プラズマ生成室および反応室内のガス
   圧力を１×１０−４〜５×１０−３Ｔｏｒｒ範囲の高真
   空度に保つとともに、反応室内に軸方向のミラー磁場を
   形成して静電チャック表面をプラズマを照射することを
   特徴とするウエーハステージ前処理方法。