JPH05217950A - プラズマ処理中の粒子のゲッタ除去 - Google Patents
プラズマ処理中の粒子のゲッタ除去Info
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- JPH05217950A JPH05217950A JP4226086A JP22608692A JPH05217950A JP H05217950 A JPH05217950 A JP H05217950A JP 4226086 A JP4226086 A JP 4226086A JP 22608692 A JP22608692 A JP 22608692A JP H05217950 A JPH05217950 A JP H05217950A
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
-
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube
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- H01J2237/02—Details
- H01J2237/028—Particle traps
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、高い電荷／質量比を有する
粒子を半導体ウェハからゲッタ除去することを含む、プ
ラズマ処理のための装置と方法を提供することである。 【構成】 本発明の一態様では、磁石１５、１７を使用
して電界Ｅを横切る磁界２７、２９を生成し、ウェハ１
から負の粒子を引き出して、粒子をトラップする可能性
のあるシースの形成を防止する。本発明の第２の態様で
は、電源をウェハ電極に接続してウェハ上に負の電荷を
維持し、これによってプラズマをオフにしたときに負の
粒子がウェハ表面に引かれるのを防止する。本発明の他
の実施例では、低密度のプラズマ源を使用して、粒子が
チャンバを横切ってゲッタ除去されるようにする大きな
プラズマ・シースを生成する。低密度のプラズマ放電と
これに続く高密度へのパルスを使用して、ウェハとウェ
ハ電極の間の絶縁層の負の効果を克服する。
粒子を半導体ウェハからゲッタ除去することを含む、プ
ラズマ処理のための装置と方法を提供することである。 【構成】 本発明の一態様では、磁石１５、１７を使用
して電界Ｅを横切る磁界２７、２９を生成し、ウェハ１
から負の粒子を引き出して、粒子をトラップする可能性
のあるシースの形成を防止する。本発明の第２の態様で
は、電源をウェハ電極に接続してウェハ上に負の電荷を
維持し、これによってプラズマをオフにしたときに負の
粒子がウェハ表面に引かれるのを防止する。本発明の他
の実施例では、低密度のプラズマ源を使用して、粒子が
チャンバを横切ってゲッタ除去されるようにする大きな
プラズマ・シースを生成する。低密度のプラズマ放電と
これに続く高密度へのパルスを使用して、ウェハとウェ
ハ電極の間の絶縁層の負の効果を克服する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にプラズマ処理中
の半導体ウェハにおける粒子汚染の減少に関し、詳しく
は、プラズマ処理中の帯電粒子のゲッタ除去に関する。
の半導体ウェハにおける粒子汚染の減少に関し、詳しく
は、プラズマ処理中の帯電粒子のゲッタ除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の製造では、シリコン（Ｓｉ）
の半導体ウェハがいくつかの処理を受ける。これらの処
理のいくつかではプラズマを使用する（例えば、エッチ
ング、プラズマ蒸着、及びスパッタリング）。例えば高
周波（ＲＦ）プラズマや直流グロー放電プラズマが、集
積回路の製造で広く利用されている。プラズマを発生さ
せるには、陽性ガスと陰性ガスのどちらも使用される。
陰性ガスは、ＣＦ４気、ＣＨＦ３の、Ｃｌ２箸、ＨＢ
ｒ、Ｏ２るなど電子密度より高いイオン密度をもつもの
として定義されるが、半導体製造業者に困難な汚染問題
をもたらす。
の半導体ウェハがいくつかの処理を受ける。これらの処
理のいくつかではプラズマを使用する（例えば、エッチ
ング、プラズマ蒸着、及びスパッタリング）。例えば高
周波（ＲＦ）プラズマや直流グロー放電プラズマが、集
積回路の製造で広く利用されている。プラズマを発生さ
せるには、陽性ガスと陰性ガスのどちらも使用される。
陰性ガスは、ＣＦ４気、ＣＨＦ３の、Ｃｌ２箸、ＨＢ
ｒ、Ｏ２るなど電子密度より高いイオン密度をもつもの
として定義されるが、半導体製造業者に困難な汚染問題
をもたらす。
【０００３】十分の数ミクロンから数ミクロンまでの寸
法の汚染粒子が、プラズマ中で生成されまたは成長す
る。粒子は通常負の電荷を有し、その１つの成長機構
は、プラズマ・シースによってプラズマ中にトラップさ
れた陰イオンに関係すると考えられる。プラズマ・シー
スは、プラズマが固体と接触する場所で形成され、プラ
ズマと固体表面の間の境界層として働く。シースの厚さ
はプラズマ密度に反比例する。
法の汚染粒子が、プラズマ中で生成されまたは成長す
る。粒子は通常負の電荷を有し、その１つの成長機構
は、プラズマ・シースによってプラズマ中にトラップさ
れた陰イオンに関係すると考えられる。プラズマ・シー
スは、プラズマが固体と接触する場所で形成され、プラ
ズマと固体表面の間の境界層として働く。シースの厚さ
はプラズマ密度に反比例する。
【０００４】半導体回路の密度が増加するにつれて、汚
染が製品の信頼性にとって重大な問題となり、理論的に
可能なより高密度の回路を実現する障害となることさえ
ある。したがって、プラズマ処理中の半導体ウェハ上の
粒子汚染を減少する方法を提供する必要がある。
染が製品の信頼性にとって重大な問題となり、理論的に
可能なより高密度の回路を実現する障害となることさえ
ある。したがって、プラズマ処理中の半導体ウェハ上の
粒子汚染を減少する方法を提供する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
ズマ処理中に発生するウェハ上の粒子汚染を減少する方
法を提供することである。
ズマ処理中に発生するウェハ上の粒子汚染を減少する方
法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によって、プラズ
マ処理中の粒子をゲッタ除去するための、いくつかの方
法と装置が提供される。
マ処理中の粒子をゲッタ除去するための、いくつかの方
法と装置が提供される。
【０００７】本発明の第１の態様は、プラズマに正電位
をかけて通常のシースが形成できないようにし、こうし
て負の粒子が正電位に引かれるようにすることである。
これは、磁石または磁気コイルを使って、あらゆる場所
で電界をほぼ横切る（すなわち電界に垂直な）磁界を発
生させることによってなされる。
をかけて通常のシースが形成できないようにし、こうし
て負の粒子が正電位に引かれるようにすることである。
これは、磁石または磁気コイルを使って、あらゆる場所
で電界をほぼ横切る（すなわち電界に垂直な）磁界を発
生させることによってなされる。
【０００８】本発明の第２の態様は、ポテンシャル・ウ
ェル内にあるために前記の機構によってゲッタ除去され
ない負の粒子の問題に関する。粒子のポテンシャル・ウ
ェルが存在し、ウェハが最も負の電極上にある場合、処
理時間に比べて短い周期でプラズマ減衰時間に比べて長
い時間の間、プラズマをオフにする。このためポテンシ
ャル・ウェルが低くなり、プラズマが減衰するにつれて
粒子は正電極の方へスイープアウトされる。ウェハが最
も負の電極上にない場合は、プラズマ高周波電力がオフ
の間、電極を負にパルス化することができる。
ェル内にあるために前記の機構によってゲッタ除去され
ない負の粒子の問題に関する。粒子のポテンシャル・ウ
ェルが存在し、ウェハが最も負の電極上にある場合、処
理時間に比べて短い周期でプラズマ減衰時間に比べて長
い時間の間、プラズマをオフにする。このためポテンシ
ャル・ウェルが低くなり、プラズマが減衰するにつれて
粒子は正電極の方へスイープアウトされる。ウェハが最
も負の電極上にない場合は、プラズマ高周波電力がオフ
の間、電極を負にパルス化することができる。
【０００９】本発明の第３の態様では、プラズマがオフ
になる間、ウェハ上の負電荷を維持する手段が提供され
る。ウェハ電極上の負バイアスは、直流電源を使って、
または高周波チョークを経てウェハ電極に接続された大
型コンデンサを使って実施できる。これは、ウェハが、
正電位を発生させ、負の粒子がチャンバ壁にスイープア
ウトされる前に負の粒子を引きつけることを防止する。
になる間、ウェハ上の負電荷を維持する手段が提供され
る。ウェハ電極上の負バイアスは、直流電源を使って、
または高周波チョークを経てウェハ電極に接続された大
型コンデンサを使って実施できる。これは、ウェハが、
正電位を発生させ、負の粒子がチャンバ壁にスイープア
ウトされる前に負の粒子を引きつけることを防止する。
【００１０】本発明の第４の態様では、低周波低電力の
高周波源がウェハ電極または補助電極に接続されてい
る。高周波源は、主要プラズマ放電終了の前または後に
短時間付勢される。低電力の高周波エネルギーは、主要
プラズマがオフになる間、より低密度のプラズマを発生
する。この低密度のプラズマはより大きなシースをもた
らし、これによって粒子をチャンバを横断させてゲッタ
除去することが可能となる。
高周波源がウェハ電極または補助電極に接続されてい
る。高周波源は、主要プラズマ放電終了の前または後に
短時間付勢される。低電力の高周波エネルギーは、主要
プラズマがオフになる間、より低密度のプラズマを発生
する。この低密度のプラズマはより大きなシースをもた
らし、これによって粒子をチャンバを横断させてゲッタ
除去することが可能となる。
【００１１】本発明の第５の態様では、ウェハ電極に電
力を供給してプラズマを発生させる高周波波形が、プラ
ズマ中に蓄積される電荷の量を減少させ粒子トラップの
深さを減らすのに十分な時間にわたって低密度プラズマ
を維持するようにパルス化される。低密度プラズマが必
要な時間の間確立された後に、放電が短時間より高い密
度にパルス化され、それによって基板電極が負電位にな
り、プラズマがオフになったとき粒子がチャンバ壁に押
しつけられる。
力を供給してプラズマを発生させる高周波波形が、プラ
ズマ中に蓄積される電荷の量を減少させ粒子トラップの
深さを減らすのに十分な時間にわたって低密度プラズマ
を維持するようにパルス化される。低密度プラズマが必
要な時間の間確立された後に、放電が短時間より高い密
度にパルス化され、それによって基板電極が負電位にな
り、プラズマがオフになったとき粒子がチャンバ壁に押
しつけられる。
【００１２】前記のいずれかの方法を組み合わせて、負
の粒子及び粒子の前駆体の最適のスイープアウト及びゲ
ッタ除去が得られるようにすることができる。また、こ
れらの方法を使用して、プラズマが電子衝撃及びイオン
衝撃によってウェハから除去した粒子を、スイープアウ
トすることができる。さらに、これらの方法を使用し
て、プラズマがオンのとき及びオフのときに壁から剥離
するフレークをスイープアウトすることもできる。陽性
放電では、低電力低周波の高周波を使って、主要高周波
源がオフになったときに基板を負のバイアスに維持し、
それによって粒子を壁またはゲッタ装置に押しつけるこ
とができる。
の粒子及び粒子の前駆体の最適のスイープアウト及びゲ
ッタ除去が得られるようにすることができる。また、こ
れらの方法を使用して、プラズマが電子衝撃及びイオン
衝撃によってウェハから除去した粒子を、スイープアウ
トすることができる。さらに、これらの方法を使用し
て、プラズマがオンのとき及びオフのときに壁から剥離
するフレークをスイープアウトすることもできる。陽性
放電では、低電力低周波の高周波を使って、主要高周波
源がオフになったときに基板を負のバイアスに維持し、
それによって粒子を壁またはゲッタ装置に押しつけるこ
とができる。
【００１３】
【実施例】ここで図面、特に図１を参照すると、本発明
の第１の実施例によるゲッタ装置が示されている。ウェ
ハ１が、チャンバ３８内の１対の平行な正電極９、１１
の間に位置するウェハ電極３上に装荷されている。ウェ
ハ電極３は、絶縁体１９、２１によって正電極９、１１
から絶縁されている。１組の磁石または磁気コイル１
５、１７が、正電極９、１１の下に位置する。円弧状の
磁界２７、２９が磁石１５、１７によって発生する。磁
界２７、２９は電界Ｅをほぼ横切る。磁界２７、２９を
電界Ｅに沿った距離で積分した値は、５０〜１００ガウ
ス／ｃｍの範囲に匹敵する大きさとなるはずである。典
型的には、７５ガウス／ｃｍ以上の磁界であれば、高エ
ネルギー電子が正電極に引きつけられるのを防止し、そ
れによって、通常のプラズマ・シース３９の形成を防止
するのに十分である。電子は正電極９、１１に到達でき
ず、一方、高い電荷／質量比を有するより大きな粒子
は、磁界２７、２９を通過し、正電極９、１１によって
ゲッタ除去される。
の第１の実施例によるゲッタ装置が示されている。ウェ
ハ１が、チャンバ３８内の１対の平行な正電極９、１１
の間に位置するウェハ電極３上に装荷されている。ウェ
ハ電極３は、絶縁体１９、２１によって正電極９、１１
から絶縁されている。１組の磁石または磁気コイル１
５、１７が、正電極９、１１の下に位置する。円弧状の
磁界２７、２９が磁石１５、１７によって発生する。磁
界２７、２９は電界Ｅをほぼ横切る。磁界２７、２９を
電界Ｅに沿った距離で積分した値は、５０〜１００ガウ
ス／ｃｍの範囲に匹敵する大きさとなるはずである。典
型的には、７５ガウス／ｃｍ以上の磁界であれば、高エ
ネルギー電子が正電極に引きつけられるのを防止し、そ
れによって、通常のプラズマ・シース３９の形成を防止
するのに十分である。電子は正電極９、１１に到達でき
ず、一方、高い電荷／質量比を有するより大きな粒子
は、磁界２７、２９を通過し、正電極９、１１によって
ゲッタ除去される。
【００１４】図２は、磁石１５、１７を使用する代わり
の別の構成を示す。具体的に述べると、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ型）システムを使用して、電界Ｅをほ
ぼ横切る磁界を発生させることができる。誘電性材料を
付着させるには、電極５５、５７上の誘電性材料の表面
がプラズマからの真空紫外線にさらされることによって
正電極５５、５７に伝導するように、正電極５５、５
７、及び関連する絶縁体５９、６１を設計すべきであ
る。
の別の構成を示す。具体的に述べると、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ型）システムを使用して、電界Ｅをほ
ぼ横切る磁界を発生させることができる。誘電性材料を
付着させるには、電極５５、５７上の誘電性材料の表面
がプラズマからの真空紫外線にさらされることによって
正電極５５、５７に伝導するように、正電極５５、５
７、及び関連する絶縁体５９、６１を設計すべきであ
る。
【００１５】ゲッタ除去中に発生する１つの問題は、ポ
テンシャル・ウェルの問題である。図３に示すように、
プラズマ中の力が粒子をプラズマ・シース９７の領域９
３に駆動するとき、ポテンシャル・ウェルが発生する。
プラズマ・シース９７では垂直方向の力９５が釣り合っ
ている。このとき、横方向の力９１がこれらの領域９３
内の粒子に作用し、クラスタまたはポテンシャル・ウェ
ルを維持する。図１及び図２に示すように、ウェハ１が
チャンバ３８内の最も負の電極上にあるときは、プラズ
マ減衰時間に比べて長い時間の間プラズマをオフにする
ことによってプラズマが減衰するとき、粒子は正電極
９、１１に向かってスイープアウトされる。例えば、プ
ラズマ減衰時間がミリ秒未満のとき、プラズマは毎秒な
いし１０分の１秒の間オフにされる。プラズマがオフに
なると、プラズマ密度が周期的に低下し、プラズマ・シ
ースが拡大して、粒子がポテンシャル・ウェルから出て
電極の方へ移動することが可能になる。図８に示すよう
にチャンバが低電力プラズマを発生するための補助負電
極を有する場合のように、ウェハが最も負の電極上にな
いときは、ウェハ電極３は、プラズマ電力がオフの間、
補助電源によって負にパルス化することができる。
テンシャル・ウェルの問題である。図３に示すように、
プラズマ中の力が粒子をプラズマ・シース９７の領域９
３に駆動するとき、ポテンシャル・ウェルが発生する。
プラズマ・シース９７では垂直方向の力９５が釣り合っ
ている。このとき、横方向の力９１がこれらの領域９３
内の粒子に作用し、クラスタまたはポテンシャル・ウェ
ルを維持する。図１及び図２に示すように、ウェハ１が
チャンバ３８内の最も負の電極上にあるときは、プラズ
マ減衰時間に比べて長い時間の間プラズマをオフにする
ことによってプラズマが減衰するとき、粒子は正電極
９、１１に向かってスイープアウトされる。例えば、プ
ラズマ減衰時間がミリ秒未満のとき、プラズマは毎秒な
いし１０分の１秒の間オフにされる。プラズマがオフに
なると、プラズマ密度が周期的に低下し、プラズマ・シ
ースが拡大して、粒子がポテンシャル・ウェルから出て
電極の方へ移動することが可能になる。図８に示すよう
にチャンバが低電力プラズマを発生するための補助負電
極を有する場合のように、ウェハが最も負の電極上にな
いときは、ウェハ電極３は、プラズマ電力がオフの間、
補助電源によって負にパルス化することができる。
【００１６】本発明者は、プラズマ電力がオフになった
とき、ウェハが大きな負の自己バイアスを有するときで
も、ウェハはプラズマ電位に向かう正過渡現象を経験す
ることを発見した。このため、プラズマが減衰すると
き、ウェハは正の電圧（１０Ｖ）を有し、それが負の粒
子を引きつける。ウェハが正電圧に向かって移動すると
いう自然の傾向に対向するために、プラズマ電力がオフ
になるとき、ウェハ電力に負のバイアスをかけるのが有
利なことが判明した。図４及び図５は、プラズマが打ち
切られたとき、ウェハ電極に負のバイアスをかけるため
の代替方式を示す。図４は、チョーク・コイル３３を介
して、基板３９が載った負電極３７に接続されたコンデ
ンサ３１を示す。電力３０がオフになると、コンデンサ
３１に蓄積された負の電荷が、電極３７に負のバイアス
をかける。コンデンサ３１上の負の電荷は、放電におけ
る蓄積された正の電荷と同程度でなければならない。図
５は、ウェハ電極４７に負のバイアスをかけるための能
動的手段を示す。この手段は、ダイオード４３とチョー
ク４５を介して電極４７に接続された負の直流電源４１
を含む。電極４７は、正のターンオフ過渡現象を経験す
るとき、負の直流電源４１の電圧にクランプされる。さ
らに、ウェハ上の絶縁体上の電荷を最小限に保つと同時
に、放電プラズマがオフになる間ウェハ４９を負の電位
に保つために、受動的（コンデンサ）技法と能動的（電
源）技法を同時に使用することができる。
とき、ウェハが大きな負の自己バイアスを有するときで
も、ウェハはプラズマ電位に向かう正過渡現象を経験す
ることを発見した。このため、プラズマが減衰すると
き、ウェハは正の電圧（１０Ｖ）を有し、それが負の粒
子を引きつける。ウェハが正電圧に向かって移動すると
いう自然の傾向に対向するために、プラズマ電力がオフ
になるとき、ウェハ電力に負のバイアスをかけるのが有
利なことが判明した。図４及び図５は、プラズマが打ち
切られたとき、ウェハ電極に負のバイアスをかけるため
の代替方式を示す。図４は、チョーク・コイル３３を介
して、基板３９が載った負電極３７に接続されたコンデ
ンサ３１を示す。電力３０がオフになると、コンデンサ
３１に蓄積された負の電荷が、電極３７に負のバイアス
をかける。コンデンサ３１上の負の電荷は、放電におけ
る蓄積された正の電荷と同程度でなければならない。図
５は、ウェハ電極４７に負のバイアスをかけるための能
動的手段を示す。この手段は、ダイオード４３とチョー
ク４５を介して電極４７に接続された負の直流電源４１
を含む。電極４７は、正のターンオフ過渡現象を経験す
るとき、負の直流電源４１の電圧にクランプされる。さ
らに、ウェハ上の絶縁体上の電荷を最小限に保つと同時
に、放電プラズマがオフになる間ウェハ４９を負の電位
に保つために、受動的（コンデンサ）技法と能動的（電
源）技法を同時に使用することができる。
【００１７】テスト実験では、電極と大地の間に図４に
示すような配置で５０ｐＦのキャパシタンスを置き、粒
子を形成するエッチング・プラズマにウェハをさらし
た。図６は、プラズマ放電がオフにされたときの、ウェ
ハ電圧を時間に対してプロットしたグラフを示す。正の
ターンオフ過渡現象は、時間＝０．２０秒で発生した。
顕微鏡でウェハを見た後、エッチング工程の最中と後に
ウェハ上の粒子を観察した。図７は、ターンオフ過渡現
象の類似のプロットを示すが、図７の基板では、ウェハ
電極と大地の間に０．０３μＦのキャパシタンスが接続
されている。図７を見るとわかるように、過渡現象は、
図６の場合のように、ウェハが正の電圧を有するのに十
分な高さにならなかった。同じプラズマで０．０３μＦ
のコンデンサを使用したときは、プラズマ中にもウェハ
上にも、エッチング工程中にもエッチング時間より３５
分以上後にも、粒子は見られなかった。
示すような配置で５０ｐＦのキャパシタンスを置き、粒
子を形成するエッチング・プラズマにウェハをさらし
た。図６は、プラズマ放電がオフにされたときの、ウェ
ハ電圧を時間に対してプロットしたグラフを示す。正の
ターンオフ過渡現象は、時間＝０．２０秒で発生した。
顕微鏡でウェハを見た後、エッチング工程の最中と後に
ウェハ上の粒子を観察した。図７は、ターンオフ過渡現
象の類似のプロットを示すが、図７の基板では、ウェハ
電極と大地の間に０．０３μＦのキャパシタンスが接続
されている。図７を見るとわかるように、過渡現象は、
図６の場合のように、ウェハが正の電圧を有するのに十
分な高さにならなかった。同じプラズマで０．０３μＦ
のコンデンサを使用したときは、プラズマ中にもウェハ
上にも、エッチング工程中にもエッチング時間より３５
分以上後にも、粒子は見られなかった。
【００１８】図８は、本発明の第４の実施例を示すもの
で、低電力の交流または高周波源５４が、ウェハ１の載
った電極３に、またはプラズマ・チャンバ３８内に位置
する補助電極５２に接続されている。図１及び図２に示
すようなＥＣＲシステムまたは磁化プラズマ・システム
では、この２つの電極間に電力を加える。一方の電極は
磁界にある程度平行であるべきであり、他方の電極は磁
界に平行でもウェハ電極を取り囲んでもよい。交流また
は高周波磁界の周波数は、１０７船〜１０9ｃｍ-3のプ
ラズマ密度を生成するように、１３．５６ＭＨｚ以下の
バイアス周波数とすべきである。プラズマにさらされた
いずれか２つの電極にイオン・プラズマ周波数以下の
（＜１０ＭＨｚ）周波数を印加するプラズマ・システム
では、周波数は、１００〜４００ｋＨｚの間にあって、
方形波または正弦波の形であることが好ましい。電源
は、主要プラズマ放電がオフになったとき付勢する。低
電力はプラズマに大きなシースを与え、これによって、
粒子がチャンバ３８を横断してチャンバ壁にゲッタ除去
される。
で、低電力の交流または高周波源５４が、ウェハ１の載
った電極３に、またはプラズマ・チャンバ３８内に位置
する補助電極５２に接続されている。図１及び図２に示
すようなＥＣＲシステムまたは磁化プラズマ・システム
では、この２つの電極間に電力を加える。一方の電極は
磁界にある程度平行であるべきであり、他方の電極は磁
界に平行でもウェハ電極を取り囲んでもよい。交流また
は高周波磁界の周波数は、１０７船〜１０9ｃｍ-3のプ
ラズマ密度を生成するように、１３．５６ＭＨｚ以下の
バイアス周波数とすべきである。プラズマにさらされた
いずれか２つの電極にイオン・プラズマ周波数以下の
（＜１０ＭＨｚ）周波数を印加するプラズマ・システム
では、周波数は、１００〜４００ｋＨｚの間にあって、
方形波または正弦波の形であることが好ましい。電源
は、主要プラズマ放電がオフになったとき付勢する。低
電力はプラズマに大きなシースを与え、これによって、
粒子がチャンバ３８を横断してチャンバ壁にゲッタ除去
される。
【００１９】本発明の第５の実施例では、薄膜／デバイ
ス上の電圧応力を低下させ、かつウェハとウェハ電極の
間の絶縁層の負の影響を克服するために、プラズマをパ
ルス・オフする前にプラズマ電力を低下させる。これに
よって、プラズマ密度を低下させ、プラズマ中の全陽イ
オン電荷を減少させることができる。イオン密度が低下
した後、極めて短い高周波パルスをウェハ電極に加える
ことができる。こうすると、イオン密度が増加すること
なく、ウェハ・バイアスが上昇し、負の粒子にインパル
スが付与され、粒子がウェハから押し出される。図９
は、この方法を用いて生成されたプラズマ・パルス波形
を示す。最初、プラズマを生成するために、正常な高周
波振幅７１を維持する。次に、ウェハに電力を供給して
プラズマを生成する高周波の波形を、供給ガスの組成に
応じて、低密度プラズマを１０〜２０ミリ秒程度維持す
るように、低レベル７３にパルス化する。最後に、プラ
ズマ放電を打ち切る直前に、高周波を高レベル７５に短
時間パルス化し、これによってプラズマに電子を補給
し、ウェハ電極を負電位にし、それによって残った粒子
をチャンバ壁に押し付ける。この最終パルスはできるだ
け短く、５０〜１００マイクロ秒程度とすべきである。
実験によれば、この方法は、陰性ガスをプラズマ源とし
て使用するとき、第４の実施例の方法より望ましいもの
であることがわかった。
ス上の電圧応力を低下させ、かつウェハとウェハ電極の
間の絶縁層の負の影響を克服するために、プラズマをパ
ルス・オフする前にプラズマ電力を低下させる。これに
よって、プラズマ密度を低下させ、プラズマ中の全陽イ
オン電荷を減少させることができる。イオン密度が低下
した後、極めて短い高周波パルスをウェハ電極に加える
ことができる。こうすると、イオン密度が増加すること
なく、ウェハ・バイアスが上昇し、負の粒子にインパル
スが付与され、粒子がウェハから押し出される。図９
は、この方法を用いて生成されたプラズマ・パルス波形
を示す。最初、プラズマを生成するために、正常な高周
波振幅７１を維持する。次に、ウェハに電力を供給して
プラズマを生成する高周波の波形を、供給ガスの組成に
応じて、低密度プラズマを１０〜２０ミリ秒程度維持す
るように、低レベル７３にパルス化する。最後に、プラ
ズマ放電を打ち切る直前に、高周波を高レベル７５に短
時間パルス化し、これによってプラズマに電子を補給
し、ウェハ電極を負電位にし、それによって残った粒子
をチャンバ壁に押し付ける。この最終パルスはできるだ
け短く、５０〜１００マイクロ秒程度とすべきである。
実験によれば、この方法は、陰性ガスをプラズマ源とし
て使用するとき、第４の実施例の方法より望ましいもの
であることがわかった。
【００２０】図１０に、第５の実施例のパルス式高周波
を発生させるタイミング回路の例を示す。この回路は、
「パルス・イン」入力部９０に印加される方形波列によ
って駆動される。このパルスは、トランジスタ８２、８
４に電力を供給する。トランジスタ８２、８４は、電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）８９をバイアスさせる。Ｆ
ＥＴ８９はアナログ切替えを行い、一方、可変抵抗器８
８は高周波電力レベル７３を制御する。出力部８５の直
流レベルは、高周波電源の電力レベルを制御するのに使
用され、入力部８３は、高周波電源の電力レベルを制御
するために通常使用される構成部品の出力部に接続され
ている。タイミングは、２個の単安定マルチバイブレー
タ、すなわちワンショット８６、８７によって供給され
る。入力部９０に印加されたパルスの後端が、ワンショ
ット８６をトリガし、次いでワンショット８６がワンシ
ョット８７をトリガする。時間ｔＬＯＷにはワンショッ
ト８６のＲＣ時定数によって決定され、時間ｔ
ＦＩＮＡＬ呂はワンショット８７のＲＣ時定数によって
決定される。ワンショット８６のＲＣ時定数はワンショ
ット８７のＲＣ時定数より大きく、したがってワンショ
ット８６のＲＣ時定数は、高い高周波レベル７５のパル
スより長い時間、低い高周波レベル７３を維持する。
を発生させるタイミング回路の例を示す。この回路は、
「パルス・イン」入力部９０に印加される方形波列によ
って駆動される。このパルスは、トランジスタ８２、８
４に電力を供給する。トランジスタ８２、８４は、電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）８９をバイアスさせる。Ｆ
ＥＴ８９はアナログ切替えを行い、一方、可変抵抗器８
８は高周波電力レベル７３を制御する。出力部８５の直
流レベルは、高周波電源の電力レベルを制御するのに使
用され、入力部８３は、高周波電源の電力レベルを制御
するために通常使用される構成部品の出力部に接続され
ている。タイミングは、２個の単安定マルチバイブレー
タ、すなわちワンショット８６、８７によって供給され
る。入力部９０に印加されたパルスの後端が、ワンショ
ット８６をトリガし、次いでワンショット８６がワンシ
ョット８７をトリガする。時間ｔＬＯＷにはワンショッ
ト８６のＲＣ時定数によって決定され、時間ｔ
ＦＩＮＡＬ呂はワンショット８７のＲＣ時定数によって
決定される。ワンショット８６のＲＣ時定数はワンショ
ット８７のＲＣ時定数より大きく、したがってワンショ
ット８６のＲＣ時定数は、高い高周波レベル７５のパル
スより長い時間、低い高周波レベル７３を維持する。
【００２１】上記の方法のいずれかを組み合わせて、負
の粒子及び粒子の前駆体をスイープアウトしゲッタ除去
することができる。これらの方法を使用して、プラズマ
が電子衝撃及びイオン衝撃によってウェハからさらにシ
ース・フィールドから除去した粒子を、スイープアウト
することができる。またこれらの方法を使用して、プラ
ズマがオンのとき及びオフのときに壁から剥離するフレ
ークをスイープアウトすることもできる。
の粒子及び粒子の前駆体をスイープアウトしゲッタ除去
することができる。これらの方法を使用して、プラズマ
が電子衝撃及びイオン衝撃によってウェハからさらにシ
ース・フィールドから除去した粒子を、スイープアウト
することができる。またこれらの方法を使用して、プラ
ズマがオンのとき及びオフのときに壁から剥離するフレ
ークをスイープアウトすることもできる。
【図１】磁石または磁気コイルを利用する粒子ゲッタ除
去装置の断面図である。
去装置の断面図である。
【図２】電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源を利用し
て磁界を発生させる、粒子ゲッタ除去装置の断面図であ
る。
て磁界を発生させる、粒子ゲッタ除去装置の断面図であ
る。
【図３】プラズマ処理中のウェハと、プラズマ・シース
中で作用してポテンシャル・ウェルを生成させる力の断
面図である。
中で作用してポテンシャル・ウェルを生成させる力の断
面図である。
【図４】プラズマ放電がオフになったときに負電位を維
持するために、コンデンサが高周波チョーク・コイルを
介してウェハ電極に接続されている、粒子ゲッタ除去装
置の断面図である。
持するために、コンデンサが高周波チョーク・コイルを
介してウェハ電極に接続されている、粒子ゲッタ除去装
置の断面図である。
【図５】プラズマ放電がオフになったときに負電位を維
持するために、直流電源が高周波チョーク・コイルを介
してウェハ電極に接続されている、粒子ゲッタ除去装置
の断面図である。
持するために、直流電源が高周波チョーク・コイルを介
してウェハ電極に接続されている、粒子ゲッタ除去装置
の断面図である。
【図６】プラズマ放電がオフになったときにウェハ上に
発生する正過渡現象を示すグラフである。
発生する正過渡現象を示すグラフである。
【図７】図４におけるような大型コンデンサをウェハ電
極に接続したときの、図６に比較して低下した正過渡現
象を示すグラフである。
極に接続したときの、図６に比較して低下した正過渡現
象を示すグラフである。
【図８】低電力の交流または高周波源５４がプラズマ・
チャンバ中の補助電極に接続されている、粒子ゲッタ除
去装置の断面図である。
チャンバ中の補助電極に接続されている、粒子ゲッタ除
去装置の断面図である。
【図９】プラズマ放電を低密度に維持して、粒子がチャ
ンバ壁を横断できるようにし、次に短時間高密度にパル
ス化して、ウェハ電極を負電位にし、残った粒子をチャ
ンバ壁に押しつける、プラズマ・パルス波形を示す図で
ある。
ンバ壁を横断できるようにし、次に短時間高密度にパル
ス化して、ウェハ電極を負電位にし、残った粒子をチャ
ンバ壁に押しつける、プラズマ・パルス波形を示す図で
ある。
【図１０】パルス・プラズマ放電を発生させるのに使用
できるサンプル回路を示す図である。
できるサンプル回路を示す図である。
１ ウェハ ３ ウェハ電極 ９ 正電極 １１ 正電極 １５ 磁石 １７ 磁石 １９ 絶縁体 ２１ 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス・キース・クールタス アメリカ合衆国12533、ニューヨーク州ホ ープウェル・ジャンクション、オーク・リ ッジ・ロード ３番地 (72)発明者 ジョン・カート・フォースター アメリカ合衆国12603、ニューヨーク州ポ ーキープシー、マロニー・ロード 11番地 (72)発明者 ジョン・ハワード・ケラー アメリカ合衆国12603、ニューヨーク州ポ ーキープシー、ヘンモンド・ブールバード 18番地 (72)発明者 ジェームズ・アンソニー・オニール アメリカ合衆国10956、ニューヨーク州ニ ューシティー、シェトランド・ドライブ 76番地
Claims (14)
- 【請求項１】半導体ウェハが負電極上に取り付けられ、
高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路の製造で
使用される、プラズマ処理システムにおいて、 半導体ウェハが載った前記の負電極の近くにあり、正電
極と負電極が１つの電界を発生させる、少なくとも１つ
の正電極と、 電界を横切る磁界を発生させ、それによって、負に帯電
した粒子及びイオンを前記の正電極に引きつけ、プラズ
マ及び半導体ウェハからゲッタ除去させる手段とを含
み、プラズマ・シース中にトラップされた負に帯電した
粒子及びイオンをゲッタ除去するための装置。 - 【請求項２】さらに、処理時間に比べて短い周期でプラ
ズマ減衰時間に比べて長い時間の間、プラズマ放電をオ
フにするための手段を含む、請求項１に記載のゲッタ除
去装置。 - 【請求項３】さらに、前記のプラズマ放電がオフにされ
たとき、前記の負電極をより負にパルス化するための手
段を含む、請求項２に記載のゲッタ除去装置。 - 【請求項４】半導体ウェハが負電極上に取り付けられ、
高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路の製造で
使用される、プラズマ処理システムにおいて、 前記の高周波プラズマ放電をオフにするための手段と、 前記の負電極に接続された電極に負のバイアスをかけ、
前記のプラズマ放電がオフにされるとき、前記の負電極
上の負の電位を維持するための手段とを含む、プラズマ
・シース中にトラップされた負に帯電した粒子及びイオ
ンをゲッタ除去するための装置。 - 【請求項５】半導体ウェハが負電極上に取り付けられ、
高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路の製造で
使用される、プラズマ処理システムにおいて、 前記のプラズマ放電の終了の前または後に短時間、低周
波低電力の高周波信号を発生するための手段と、 前記の手段に応答して、粒子がチャンバを横切ってゲッ
タ除去されるようにする、大きなシースを有する低密度
２次プラズマ放電を発生させるために、低周波低電力の
高周波信号を発生させるための手段とを含む、プラズマ
・シース中にトラップされた負に帯電した粒子及びイオ
ンをゲッタ除去するための装置。 - 【請求項６】さらに、半導体ウェハが載った前記の負電
極の近くにあり、正電極と負電極が１つの電界を発生さ
せる、少なくとも１つの正電極を含む、請求項４に記載
のゲッタ除去装置。 - 【請求項７】さらに、前記のプラズマ放電を低い電力レ
ベルに維持し、正常な電力レベルのパルスを供給するた
めの手段を含む、請求項５に記載のゲッタ除去装置。 - 【請求項８】プラズマ処理システムにおいて、プラズマ
がオフにされる間に、電源を前記のウェハが載った電極
に接続するためのステップを含む、半導体ウェハ上で負
の電荷を維持する方法。 - 【請求項９】半導体ウェハが負電極上に取り付けられ、
高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路の製造で
使用される、プラズマ処理システムにおいて、生成され
たプラズマ・シース中にトラップされた負に帯電した粒
子及びイオンをゲッタ除去するための方法であって、 半導体ウェハが載った前記の負電極の近くで電界を発生
させるステップと、 前記の電界を横切る磁界を発生させ、それによって、負
に帯電した粒子及びイオンを正電極に引きつけ、プラズ
マ及び半導体ウェハからゲッタ除去させるステップとを
含む方法。 - 【請求項１０】さらに、処理時間に比べて短い周期で、
プラズマ減衰時間に比べて長い時間の間、前記のプラズ
マ放電をオフにするステップを含む、請求項９に記載の
方法。 - 【請求項１１】さらに、前記のプラズマ放電がオフにさ
れるとき、前記の負電極をより負にパルス化するステッ
プを含む、請求項９に記載の方法。 - 【請求項１２】半導体ウェハが負電極上に取り付けら
れ、高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路の製
造で使用される、プラズマ処理システムにおいて、生成
されたプラズマ・シース中にトラップされた負に帯電し
た粒子及びイオンをゲッタ除去するための方法であっ
て、 前記の高周波プラズマ放電をオフにするステップと、 前記の負電極に接続された電極に負のバイアスをかけ、
前記のプラズマ放電がオフにされるとき、前記の負電極
上の負の電位を維持するステップとを含む方法。 - 【請求項１３】半導体ウェハが負電極上に取り付けら
れ、第１高周波プラズマ放電にさらされる、半導体回路
の製造で使用される、プラズマ処理システムにおいて、
生成されたプラズマ・シース中にトラップされた負に帯
電した粒子及びイオンをゲッタ除去するための方法であ
って、 前記の第１高周波プラズマ放電をオフにするステップ
と、 前記の第１高周波プラズマ放電より低い周波数と電力を
有する第２の高周波プラズマ放電を、前記の第１高周波
プラズマ放電の前または後に短時間の間発生させるステ
ップとを含む方法。 - 【請求項１４】さらに、前記のプラズマ放電を低い電力
レベルに維持し、正常の電力レベルのパルスを供給する
ステップを含む、請求項１３に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/785,628 US5332441A (en) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Apparatus for gettering of particles during plasma processing |
| US785628 | 1991-10-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05217950A true JPH05217950A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=25136108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4226086A Pending JPH05217950A (ja) | 1991-10-31 | 1992-08-25 | プラズマ処理中の粒子のゲッタ除去 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5332441A (ja) |
| JP (1) | JPH05217950A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151495A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-24 | Sharp Corp | プラズマ処理装置およびそれを用いて作製した半導体装置 |
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- 1991-10-31 US US07/785,628 patent/US5332441A/en not_active Expired - Fee Related
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1992
- 1992-08-25 JP JP4226086A patent/JPH05217950A/ja active Pending
-
1994
- 1994-02-04 US US08/191,894 patent/US5433258A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5332441A (en) | 1994-07-26 |
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