JPH0574737A

JPH0574737A - 電圧駆動電極を有する処理装置及び粒子補集方法

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Publication number: JPH0574737A
Application number: JP11669591A
Authority: JP
Inventors: Jerome J Cuomo; ジエローム・ジヨン・クオモ; Michael V Grazioso; マイケル・ビンセント・ガージオツソ; Charles R Guarnieri; チヤールズ・リチヤード・ガレニエリ; Kurt L Haller; クート・リンドセイ・ホラー; Iii John E Heidenreich; ジヨン・エドワード・ハイデンリツチ; Gary S Selwyn; ゲイリー・スチユワート・セレン; Stanley J Whitehair; スタンレー・ジヨセフ・ホワイトヘアー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: EP0453780A3; JP2566692B2; DE69124411D1; EP0453780B1; US5298720A; EP0453780A2; DE69124411T2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電圧駆動電極を有するプロセス・チェンバに粒
子汚染に対する自浄能力を付与して、半導体製品等の歩
留りを向上させ、且つ性能低下を防止する。【構成】電圧駆動電極１２を有するプロセス・チェンバ
１０に、加工物表面または電極表面の形状を突起部、
溝、またはテーパ部が形成されるよう適切な構成とする
ことによりプロセス・チェンバ内の静電位に所定のパタ
ーン１８を形成せしめ、これによって汚染粒子３０をプ
ロセス・チェンバ内の所定領域に捕集する。これらの粒
子は、次いで、ポンプポートを介してプロセス・チェン
バから排出することができる。【効果】本発明によれば、プロセス・チェンバ内の粒子
汚染を著しく減少させることによって、半導体製品等の
歩留りの向上及び性能低下の防止が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共
鳴、プラズマ、マグネトロン強化プラズマ、反応性イオ
ンや高周波誘導による蒸着エッチング・分離法を採用し
た電圧駆動電極を用いる処理において粒子汚染を減少さ
せるための装置及び方法に関し、特に電圧駆動電極を用
いたマイクロ電子デバイスの処理において粒子汚染を減
少させるための装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】電子デバイス製作における
プラズマ・エッチング及びプラズマ蒸着の有効性は、汚
染の問題があるために減殺される。粒子汚染は、マイク
ロ電子材料のプラズマ処理時に遭遇する大きな問題であ
る。現在の半導体チップの歩留り損の約５０％は、製造
時の粒子汚染の直接的あるいは間接的な効果に起因する
ものではないかと予測されている。この割合は、デバイ
スの寸法が将来の技術により縮小されるに従い、さらに
増大するものと予測される。今日、プロセスの歩留りを
低下させる粒子には、粒径が肉視大のものからサブ‐ミ
クロン大のものまである。

【０００３】また、粒子汚染は、プラズマ・エッチング
または蒸着によって製造されるマイクロ電子デバイスの
性能及び信頼性に対して非常に有害な影響を及ぼす。粒
子汚染は、デバイス故障、劣悪な薄膜品質、材料抵抗率
の変化、及び不純物透過の原因になり得る。さらに、デ
バイス寸法が小さくなるに連れて、エッチング・プロフ
ァイルのより厳格な管理が必要となり、それには許容汚
染粒子数、粒子密度及び粒径に対する制限をかってない
ほど厳しくする必要がある。このような要求を満たすた
めには、ウェーハの移送や取扱い時における製品表面の
粒子析出（被着）を避けるために厳格に制御されたクリ
ーンルームが必要である。

【０００４】クリーンルーム技術及び処理中の（インプ
ロセス・）サブストレート（半導体その他用）の取扱い
技術の改善によって、かっては著しかったウェーハ取扱
いや移送時のような非処理中の（ノンプロセス・）汚染
暴露によるサブストレートへの粒子の導入は減少した。
その結果、今では、プラズマ処理を含めた各プロセス・
ステップ中の粒子形成が総汚染暴露に相当大きく寄与
し、その分歩留りが低下する可能性が生じている。G.S.
Selwyn、 R.S.Bennett 及びJ.Singh 共著の「高周波プラ
ズマにおけるプラズマ起源粒子汚染の現場におけるレー
ザ診断測定(In-situ Laser Diagnostic Measurements o
f Plasma-generated Particulate Contamination in RF
Plasmas) 」、日本真空科学技術協会(J. Vac. Sci. Te
ch. A.) 会報、Vol.7(4)2758−2765頁（1989年７／８
月）を参照のこと。

【０００５】さらに、当産業分野の傾向は、「集中処
理」あるいは「マルチチチェンバ処理」に向かいつつあ
る。このことは、従来湿式または乾式の機械的手段によ
って除去されていた表面汚染粒子の除去処理は、サブス
トレートを真空チェンバから取り出すことが必要になる
ため、さらに複雑化するかあるいは不可能になるであろ
うということを意味する。マルチチェンバ・ツールにお
いては、プロセス・ステップの前、ステップ中またはス
テップ終了時にウェーハ上に降下する粒子が、そのツー
ルにおける次のプロセス・ステップに対してとりわけ厳
しい影響を及ぼす可能性がある。

【０００６】本願発明者等の研究室における最近の研究
の結果、ある種のエッチング・プラズマは、製品汚染及
びデバイス故障の重要な発生源になり得る粒子を発生す
ることがあるということが明らかとなった。それらの研
究の実験によると、粒子は、相当大きくなるまでプロセ
ス・プラズマ中で凝集し、成長し、その中に懸濁される
ということが確認されている。これらの粒子の粒径は、
サブミクロン単位から数100 ミクロンまでの範囲にわた
る。さらに、本願発明者等の研究によれば、プラズマ生
成が開始されると、粒子がチェンバの壁領域から中央部
のプラズマ領域へ運ばれるということが確認されてい
る。ここで、問題は、それらの粒子が最終的には同じ製
造環境中で製造されているデバイス上に降下することで
ある。薄膜蒸着またはパターン転写の前あるいはその最
中にデバイス上に降下すると、プロセス・ステップがだ
めになる。粒子がプロセス・ステップの終わりに降下す
ると、それらの粒子によって次のプロセス・ステップが
だめになる場合がある。これらの汚染粒子は、デバイス
の歩留り、性能及び信頼性を左右する欠陥を生じさせる
ことがしばしばある。これらと同様の観察結果が、蒸着
型プラズマ(PECVD（プラズマ強化化学気相成長）シラ
ン）において得られている。これについては、R.M.Rot
h、 K.G.Spears、G.D.Stein 及びG.Wong共著の「高周波
シラン放電における粒子光散乱の空間依存性(Spatial D
ependence ofParticle Light scattering in an RF Sil
ane Discharge) 」、App. Phys Lett., 46(3)、 253 −
255頁（1985年）を参照のこと。

【０００７】選択性プラズマ・エッチング・プロセスを
使用する場合、粒子汚染の影響はさらに拡大されること
がある。一部のプラズマ・エッチング・プロセスにおい
ては、フィードガス及びエッチング条件の組み合わせを
変えることにより、ウェーハ上の材料表面を選択的にエ
ッチングする。これらのプロセスで用いられる選択性の
強いプラズマ中においてゆっくりした速度でエッチング
される粒子の化学形成は、その結果としてマイクロマス
キング、即ちしばしば「草(grass) 」と呼ばれる不規則
な表面形状を生じさせる。そのエッチングされなかった
材料のスパイクまたはヒル（hill）も、デバイスの性能
を低下させ、プロセスの歩留りを悪くする。

【０００８】一般に考えられているところとは逆に、こ
れらの粒子の存在は、必ずしもチェンバ壁からの材料フ
レーキングが原因であるとは限らず、均質核形成のよう
な気相プロセスに起因する場合もある。このことは、単
にクリーンルーム技術に対して厳格な注意を傾注したり
製造設備を頻繁に掃除するだけでは、粒子汚染問題は解
消することができないのではないかということを示唆し
ている。むしろ、プラズマ自体が製品汚染の原因となり
得るので、この問題は、最高のクリーンルーム技術によ
る場合においてさえ「基本レベル」の汚染を招来する可
能性がある。従って、粒子形成を制御または排除しなが
らプラズマを操作するための手段を開発するが重要であ
る。さらに、プロセス中にいったん生じた粒子を除去す
るための色々な技術も必要である。

【０００９】本願発明者等の研究室におけるレーザ光散
乱研究の結果、プラズマの組成及びガス流がエッチング
・プラズマにおける汚染粒子の形成に対して明確な影響
を及ぼすということ明らかとなった。特に、ガス流の速
度を高めてプラズマ中の滞留時間を短くすることは、ガ
ス圧を低くしてプラズマ暴露時間を短くするのと同様、
一部のプラズマにおいてはすべて粒子形成を抑制するよ
う作用する。このことは、粒子生成のための核形成及び
成長のメカニズムを示唆してくれる。また、フィードガ
スの化学的性質も、粒子形成に対して重要な影響を及ぼ
す。塩素含有プラズマは、非常に粒子形成傾向が強い
が、CF4 （四フッ化炭素）のような非塩素系プラズマ
も、塩素系より弱いが、やはり粒子を生成する。しかし
ながら、最も重要なのは、粒子成長は、主としてシース
境界で発生し、そして領域的に厚さが１ミリメートルよ
り小さい垂直な領域中に限定されるかも知れないという
空間分解したレーザ光散乱実験による発見であった。

【００１０】この領域は、プラズマ陰イオンを捕集する
結果、この領域におけるプラズマの陰イオンの濃度が高
くなるということが実験的に確かめられている。これに
関しては、G.S.Selwyn、 L.D.Baston及びH.H.Sawin によ
る「２光子レーザ誘起蛍光による高周波プラズマにおけ
る塩素及び塩素含有陰イオンの検出(Detection of Clan
d Chlorine―containing Negative Ions in RF Plasmas
by Two-photon Laser-induced Fluorescence) 」、App
l.Phys Lett. 51(12)、898 − 900（1987年）を参照の
こと。このことは、次の参考文献に理論的に説明されて
いる：M. S. Barnes、 T. J．Colter及びM. E. Elta共著
「低圧高周波グロー放電の大信号時間ドメイン・モデル
化(Large―signal Time―domain Modelingof FR Glow D
ischarges) 」、J. Appl. Phys 61(l)、 81 （1987
年）。

【００１１】本願出願人は、加工物を載置する電極の表
面を修正するかまたは加工物の表面を修正することによ
って、プラズマ・チェンバ中の粒子をプラズマ・チェン
バ中の所定の場所へ指向させ、そこから取り除くことが
できるということを発見した。これは、電極またはウェ
ーハ表面上に所定のパターンに従い突起部と誘電体を充
填した溝または無充填の溝を設けることにより達成され
る。

【００１２】Hinckel 他への米国特許第4,461,237 号に
は、半導体ウェーハ上においてより高速で材料をエッチ
ングし、蒸着することができるプラズマ反応装置が開示
されている。この効果は、ウェーハと反対側の電極の領
域の外側における電界を弱くする結果として得られる。
ウェーハと反対側の電極には、水晶のような誘電体を充
填した穴または開口が設けられている。これらの穴は、
エッチングされるサブストレートに対して同心円状をな
すかまたは電極の回りに角をなすように設けられる。誘
電体インサートは、エッチングされるサブストレートと
同様の形状を有するものでなければならない。これに対
し、本発明においては、突起部あるいは誘電体を充填す
ることも可能な溝は加工物のサブストレートと同様の形
状にする必要はない。むしろ、これらの突起部あるいは
溝は、汚染粒子を排出するための等電位面における排流
チャネルとして用いられる。本発明の突起部または溝
は、総じて、サブストレートの周部あるいはサブストレ
ートとサブストレートの間に設けられる。上記のHincke
l 特許の誘電体インサートは、加工物と反対側の電極に
設けなければならない。これに対して、本発明によれ
ば、誘電体の突起部または誘電体を充填した溝は、概し
て加工物と同じ側の電極に設けられる。

【００１３】Hinckel の特許の装置によって作り出され
る場は、プラズマのエッチング特性または蒸着特性を意
図的に変える程の十分な強度を有する。これに対して、
本発明によれば、質量の小さい電子やイオンに影響を与
えないようにしてエッチングまたは蒸着に所期の作用を
及ぼすべく設計された比較的弱い場を用い、かつ指向さ
れた半径方向勾配をシース境界の領域内に生じさせるた
めに設計された上記よりはるかに弱い場を用いるように
なっている。粒子がプラズマ中において実質的に蓄積さ
れるのはこの領域である。この勾配は、大きい粒子の運
動に影響を及ぼすが、はるかに軽いイオンや電子に対し
ては相当小さい作用しか及ぼさない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、プロセ
ス・チェンバ中の静電位を変えて所定領域内に粒子を選
択的に捕集することにより、それらの粒子を加工物から
除去し、あるいはプロセス・チェンバから排出すること
ができるようにすることにある。

【００１５】本発明の他の目的は、エッチングされる加
工物、材料を蒸着する加工物、あるいはそこから材料を
除去する加工物を保持する電極の表面上に溝または突起
部あるいはこれらを組み合わせたものを設けることによ
って、あるいは加工物自体に突起部または溝を設けるこ
とによって、静電位を選択的に変えられるようにするこ
とにある。

【００１６】本発明は、最も広義には、電圧駆動電極を
有し、かつ所定の表面から所定の場所へ粒子を指向また
は偏向させ、そこから受動型静電構造を有する手段によ
って粒子を除去できるようにすることにより粒子汚染を
減少または排除するための手段を有する蒸着、エッチン
グまたは汚染粒子除去装置である。

【００１７】より詳しくは、本発明は、処理チェンバな
いしはプロセス・チェンバを用いる装置及び方法であっ
て、その処理チェンバが、電圧駆動電極と、処理チェン
バ内の粒子を捕集して所定場所へ指向させることができ
る静電位を発生する手段とを具備した装置及び方法であ
る。

【００１８】本発明の装置及び方法のさらに詳細な特徴
によれば、捕集した粒子を処理チェンバから排出する手
段が上記装置に具備されている。

【００１９】以下、本発明を実施例により図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００２０】

【実施例】以下に説明する実施例の各処理装置は、加工
物を置くチェンバ中に少なくとも１つの電極を有する。
また、この電極を外部の電流源または電圧源によりアー
スに関して所定電圧に駆動し（本願においてはこの電極
を電圧駆動電極と称する）、アースはチェンバの側壁等
よりなる他の電極でる。電圧駆動電極は２つ以上であっ
てもよい。電極を駆動するのは、交流電源でも直流電源
でもよい。

【００２１】本願の実施例は、便宜上、プラズマ処理即
ちエッチング、蒸着及びアッシングにより説明する。し
かしながら、本発明は、プラズマ処理に限定されるもの
ではない。本発明は、総じて、プラズマ処理、プラズマ
・マグネトロン処理、反応性イオン処理、電子サイクロ
トロン共鳴処理及び高周波誘導処理のような電圧駆動電
極を用いた処理に適用される。プラズマ処理、反応性イ
オン処理、マグネトロン・プラズマ処理及び高周波誘導
処理のための装置の構成に関する詳細は、D.M.Pianos
及びD.L.Flamon編「プラズマ・エッチング及び誘導(Pla
sma Etching and Induction)」、(Academic Press, In
c.、1989年）所載のA. R. Reinburgによる「プラズマ・
エッチング装置及び技術(Plasma EtchEquipment and Te
chnology)」に開示されており（特に339 − 389ペー
ジ）、その開示内容は本願中に組み込まれている。電子
サイクロトロン共鳴装置の構成に関する詳細は、J. J.
Cuomo、S. Pd. Rossnagel、 H. R. Kaufman 編「イオンビ
ーム処理技術ハンドブック、原理、蒸着、薄膜修正及び
合成(Electron Beam Processing, Principles, Deposit
ion, Film Modification and synthesis) 」、(Noyes
Publications, N.J.、 1989年）所載のW. M. Holberによ
る「電子サイクロトロン共鳴イオン源(ElectronCyclotr
on Resonance Ion Sources)」に記載されている。以下
に述べる本願の関連特許出願にも、プロセス・チェンバ
の構成に関する詳細な記載があり、その内容は本願に組
み込まれている。

【００２２】R.S.Bennett 等の「プラズマ処理における
汚染管理方法及び装置(METHODS ANDAPPARATUS FOR CONT
AMINATION CONTROL IN PLASMA PROCESSING)」という名
称の同時係属になる米国特許出願第07/425,659号（1989
年10月23日出願）の出願には、プラズマ・プロセスにお
ける汚染レベルは、粒子形成を防止する、外部で発生す
る粒子の侵入を防止する、あるいは化学的発生源または
機械的発生源あるいは化学的・機械的発生源より自然に
形成される粒子を除去することによって、プラズマ処理
の間に低下させることができるということが開示されて
いる。この場合、粒子形成を防止するための技術として
は、プラズマ・エネルギー源を周期的にパルス駆動する
ことによりプラズマを断続するか、またはエネルギーを
印加して機械的衝撃波、音響応力、超音波応力、振動応
力、熱応力及び加圧応力のような機械的攪拌作用を与え
るものがある。ある期間このような応力を印加した後、
ツール（器具）を、排気し（プラズマを使用していれ
ば、まずグローを停止させる）、ガス抜きし、開放して
から、下部電極及びその他の表面からフレーク状また粒
状物質を除去する。ガス抜きしたツールが開いている間
に付着片を除去するには、ろ過空気または窒素を吹き付
けるか、または真空掃除機を使用する。この操作の後、
ツールは製品処理運転のために用いられる。あるいは、
試薬の添加により汚染粒子の先駆化学物質をゲッタ除去
したり、またプラズマ処理前にフィードガスより粒子を
ろ過することによって半導体プロセスの歩留りの改善を
達成することができる。印加応力の効率及び終点は、例
えばHeNeレーザ等のパルス・レーザ光源または連続レー
ザ光源を用いたレーザ光散乱法によって測定される。

【００２３】上に述べたように、高周波プラズ・マプロ
セスによって発生する粒子は、半導体チップ処理におけ
る主要な汚染源になり得るということは実証づけられて
いる。これらの粒子は、製品の歩留り及び性能を著しく
低下させる原因となる一般に、これらの粒子は、プラズ
マがターンオフされるまで、プラズマ／シース境界で静
電的に浮遊状態に保たれ、プラズマのターンオフと同時
にそれらの粒子の大半が処理中の部品上に落下する。プ
ラズマ・チェンバ内においては、陽極と陰極（少なくと
も一方は高周波バイアスされている）の間に電子と陽イ
オンの集団であるプラズマ領域が作り出される。この領
域には、低い電界がかけられる。これらの低い電界の回
りには、高い電界の領域が設けられ、本願においてはこ
の領域をシース領域と称する。プラズマ・チェンバ中の
中性粒子は、系内の自由電子より負電荷をピックアップ
することによって帯電粒子になる。本願発明者等による
研究の結果、高周波電極の表面形状によって電極の上方
に特定の粒子捕集領域を生じさせることができるという
ことが実証された。これらの捕集領域の一例が図１に番
号を付した光散乱領域として示されている。プロセス・
チェンバ中の粒子を監視するための粒子光散乱技術に関
する詳細は、前述のG.S.Selwyn他による「高周波プラズ
マにおけるプラズマ起源粒子汚染の現場におけるレーザ
診断測定(In―situ Laser Diagnostic Measurements of
Plasma―generated Particulate Contamination in RF
Plasmas) 」、日本真空科学技術協会(J. Vac. Sci.Tec
h. A.）会報、 Vol. 7(4) 2758 − 2765 頁（1989年
７／８月）、及びG. S. Selwyn等による「サブマイクロ
メートル・リトグラフィーのための乾式処理(Dry Proce
ssing For Submicrometer Lithography)」、S. P. I.
E. Proceedings （写真ー光学計測技術者協会会報）、V
ol. 1185、 12−13、86−97ページ（1989年）に記載さ
れている。これらの引用参考文献の内容は、いずれも本
願に組み込まれている。光散乱を用いての粒子検出に関
する詳細については、上述の本願の関連特許出願にも記
載されており、その内容は本願に組み込まれている。こ
れらの参考文献に記載されている光散乱技術は、プロセ
ス・チェンバに関して固定されたレーザビームを用い、
プロセス・チェンバを100 ミクロンずつ垂直方向に移動
させて視野を変えるようになっている。図１の状態説明
図は、これらの参考文献の技術を、プロセス・チェンバ
の内部の上方でレーザビームをラスタ走査するよう修正
することにより得たものである。その修正の仕方は、当
業者にとっては自明であろう。

【００２４】図１は、シリコン・ウェーハをの入ったプ
ラズマ・チェンバ中の粒子からの散乱光を示す状態説明
図である。図示の捕集領域内には、高周波電極上に載置
されたシリコン・ウェーハの縁部の回りの粒子のリング
（例えば符号２及び４で示すようなリング）やシリコン
・ウェーハの中心部の上方に形成される粒子のドーム６
及び８がある。図１は、浮遊粒子からの散乱光を示すも
のであり、この図にはシリコン・ウェーハは示されてい
ない。従来のプラズマ・チェンバにあっては、高周波電
界をターンオフする時図１にリング２、４及びドーム
６、８として示されている粒子がシリコン・ウェーハ上
に降下することによって、ウェーハの表面上の汚染にが
増大する。

【００２５】出願人等は、シリコン・ウェーハが載置さ
れる電極の表面を修正するか、あるいは加工物（この実
施例においてはシリコン・ウェーハ）の表面を修正する
ことによって、粒子のリング及びドームの分布位置をシ
リコン・ウェーハがない電極の領域の上方に設定するこ
とができるということを見いだした。

【００２６】図２は、電極12を内蔵するプラズマ・チェ
ンバ10を概略的に示す。好ましくは、電極12は高周波電
圧13によって駆動される。電極12上には、半導体ウェー
ハ等の加工物14及び16が載置されている。プラズマ・チ
ェンバ内には、符号18で示すような静電等電位面が形成
され、この等電位面は半導体ウェーハ14の縁部の所に極
小部20及び22を有する。これらの極小部20及び22には、
各々図１のリング２及び４に対応する粒子群24及び26が
捕集される。ウェーハ14の中心部の上方には、静電等電
位面18の極小部28が形成され、この極小部28には図１の
ドーム６及び８に対応する粒子群30が捕集される。半導
体ウェーハ16の上方にもこれらと同様の等電位面極小部
が形成され、それらの極少部にはやはりリング及びドー
ムに対応する粒子群が捕集される。高周波電界がターン
オフになる時、静電等電位面18は消滅し、粒子群はウェ
ーハ14及び16上に降下する。ウェーハ14と16の間の領域
27はシース領域の一部である。

【００２７】本願出願人等は、電極及び加工物の形状・
構造上の特徴が電極上の加工物の上方の好ましくない場
所に粒子を捕集せしめることがあるということを初めて
発見したものである。

【００２８】また、本願出願人等は、20、22及び28のよ
うな極小部が加工物14及び16の上方に位置するのではな
く、電極12上の加工物がない部分の上方あるいは電極12
の領域の周辺の領域の上方に位置させるようにするには
どのように静電等電位面18を修正すればよいかを発見し
たものである。従って、プロセスによって発生する粒子
は、選択的に処理中の部品から離れた場所に捕集して、
それら処理中の部品を汚染する危険性のない場所へ移動
させるか、または処理チェンバから除去することが可能
である。これは、例えば受動的な形状構造の電極を用い
て加工物から離れた領域にトラップを形成することによ
って、ツール壁から電極中心部への粒子の移動を阻止す
ることにより達成可能である。そのような電極の選択性
を有する受動的形状構造としては、電極に隆起領域また
は陥凹領域を選択的に形成した構造があるが、これらに
限定されるものではない。

【００２９】図３は、本発明の他の実施例における電極
の概略図であり、例えば銅製の金属ベース32で形成され
た電極31の上面には、例えば水晶等の誘電体層34が設け
られ、この誘電体層34は、電極31の縁部38の近傍にテー
パ縁部36が形成され、また電極31上に載置された加工物
44の周部42の外側の位置に溝40が形成されている。電界
の等電位面は、概ね一点鎖線46で示されており、この等
電位面には、溝40の上方の極小部48及びテーパ縁部36の
上方の肩部50が形成されている。プラズマ・チェンバ56
の側壁54から放離される粒子52は、等電位面の肩部50に
よって側壁54と電極31の縁部38の間の領域に捕集され
る。加工物44の上方の領域において生成される粒子は、
粒子群58として示されているように、極小部48に捕集さ
れる。図示実施例においては、テーパ縁部36及び溝40
は、金属ベース32上の誘電体層34に形成されているが、
必ずしも誘電体層に形成する必要はない。これらのテー
パ縁部36及び溝40は、誘電体層なしで、金属ベース32中
に形成してもよい。さらに、テーパ縁部36だけあるいは
溝40だけがを用いることも可能であり、必ずしもこれら
を組み合わせて用いる必要はない。さらに、これらのテ
ーパ縁部及び溝は、任意の断面形状とすることができ、
必ずしも図３に示すような三角形や矩形に限定されるも
のではない。これらの断面形状は、各特定の利用形態に
おいて粒子の捕集及び移動が最適化されるよう選択すれ
ばよい。

【００３０】図４は、加工物44を載置した図３の電極32
の概略上面図を示す。図４においては、図３と共通の符
号が用いられている。

【００３１】図５は、粒子を所定の場所に選択的に移動
させるためにプラズマ・チェンバ内の電磁場の等電位面
を選択的に調節するための本発明の他の実施例の電極を
概略的に示す。図５において、プラズマ・チェンバ60内
には、電極62が設けられており、この電極は銅のような
金属で形成することができ、あるいは誘電体または例え
ばシリコンのような半導体によって被覆された金属電極
であってもよく、その上面には半導体ウェーハのような
加工物64が載置されている。加工物64の周部の周りには
材料66のリングが設けられている。このリングが円形で
ある必要はない。図には、リング断面は円として描かれ
ているが、この横断面形状は粒子の移動及び捕集を最適
化するための任意の形状を選択することが可能である。
リング66は、誘電体、半導体あるいは金属のような任意
の材料で形成することができる。適切な誘電体材料とし
ては水晶があり、金属としては、銅またはアルミニウム
が適切である。一点鎖線68で示す等電位面は、リング66
の内縁部72に対応する位置に極小部の70を有し、電極62
の周部78沿いに肩部76を有する。等電位面68の肩部76
は、プラズマ・チェンバ60の側壁82沿いの粒子80を捕集
し、等電位面68の極小部70は、粒子群84として示されて
いる加工物64の領域の上方からの粒子を捕集する。

【００３２】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ本発明の他
の実施例の電極84の断面図及び上面図を示し、この電極
84には複数個の半導体ウェーハ86が載置されており、ま
た電極84の表面88には材料90のリングまたは溝91が設け
られている。これらの突起部（隆起領域）をなすリング
90や溝（陥凹領域）91は、円形として描かれているが、
円形に限定されるものではなく、その他任意の形状とす
ることができる。リング90には開口部92が設けられてい
る。この開口部92に位置を揃えて、プラズマ・チェンバ
96のにポンプポート94が設けられている。プラズマ・チ
ェンバのポンプポートは、この技術分野においては日常
的に用いられる。ポンプポートを設ける結果生じるガス
流は、突起部90または溝91とプラズマ・チェンバ96の側
壁98との間に蓄積される汚染粒子の排出を可能にする。
溝91は、突起部（リング）90の開口部92の所に、ポンプ
ポート94へ向けらた溝部材93を有する。ポンプポート94
は、突起部90の開口部92及び溝部材93に位置を揃えて設
けられ、突起部90または溝91の内部に溜まる粒子をポン
プポートへ排出することができるようになっている。そ
のため、汚染粒子をポンプポートを介してプラズマ・チ
ェンバの外へ排出することができ、これによって、電界
がターンオフされる時、これらの粒子がウェーハ86上に
析出あるいは付着するのを防ぐことができる。図６Ａに
示す実施例においては、突起部90は水晶リングからな
り、このリングは図５に符号65で示す直径が9.53ミリメ
ートル（3/8 インチ）の円形断面を有し、符号95で示す
リングの直系は88.9センチメートル（35インチ）であ
る。また、溝91は、直径が約85.09センチメートル（33.
5インチ）、幅6.35ミリメートル（0.25インチ）、深さ
約2.03ミリメートル（0.08インチ）である。突起部90及
び溝91は、直径約12.7センチメートル（５インチ）、厚
さ約0.051 ミリメートル（20ミル）の半導体ウェーハ86
を複数個を取り囲むように設けられている。これらのウ
ェーハは、突起部90及び溝91の内側において水晶被覆電
極上に載置されており、水晶リングとの間の間隔はでき
るだけ小さく約5.08センチメートル（２インチ）であ
る。

【００３３】図７は、本発明の他の実施例の電極を示
し、この電極は、電極100 の領域104から所定パターン
により放射状に延びる突起部または溝102 を駆動する。
図７の電極構造を用いるならば、粒子を電極の１つの場
所104 に移動させることができ、この場所104 を処理チ
ェンバのポンプポートの近くに配置することにより、粒
子を処理チェンバの外に排出することが可能である。

【００３４】図８は、この発明の他の実施例の電極構造
を示し、この実施例においては、複数個の加工物112 が
電極106 上に載置され、これらの加工物の間に電極106
の中心部110 から放射状に延びる図８の実施例同様のパ
ターンの突起部または溝が配置されている。突起部また
は溝のクロスラッチ・パターン状の部分113 は、放射状
パターンの部分を相互に結合して、放射状パターンの部
分の粒子移送特性を強化するよう作用する。

【００３５】突起部や溝は、必ずしも電極自体上にのみ
設ける必要はない。これらの突起部または溝は、プロセ
ス・チェンバ中の電極に載置された加工物に設けること
もできる。例えば、図９には、プロセス・チェンバ内の
電極上に載置することのできる半導体ウェーハ114 が示
されている。半導体ウェーハ114 上には、複数個の半導
体チップ116 が載置されている。また、一般に、半導体
ウェーハには、複数の位置合わせ部または基準マーク11
8 が設けられる。半導体チップの列の間には、複数個の
突起部または溝120が儲けられている。これらの突起部
または溝は、半導体チップの列の間に粒子移送路を有す
る等電位面を形成し、これらの移送路によって半導体ウ
ェーハの上方の領域からそれら複数個の半導体チップ列
の一端部のポンプポートを介して粒子を排出することが
できる。

【００３６】図１０及び１１は、データがスパッタ水晶
蒸着プロセスについて収集したデータを示す。このプロ
セスにおいては、粒子汚染の主源は、ツール壁上に蓄積
される水晶のフレーキングである。図６に示すように、
処理される加工物を載置する電極の周りに厚さ８mmの水
晶リングを配置したところ、それらの加工物上の粒子の
計数値は著しく減少した。図１０及び１１は、それぞれ
サブミクロン級（〈2.25ミクロン）の粒子及びこれより
大きい（〉３ミクロン）粒子の測定計数値を示す。図示
の結果は、水晶電極上の４箇所に置かれたウェーハにつ
いて連続２回処理を行った後検出された粒子の増加分の
計数値を示している。処理ラン１では、図５に示すよう
な８mm断面直径の水晶リングを使用し、処理ラン２は、
ラン１と同様の条件で８mmリングを使わずに行った。

【００３７】もう一つの電極構成としては、溝に電極の
他の部分とは誘電率の異なる材料を充填することも可能
である。この構成によれば、溝の方向に沿って電界勾配
を作り出すことにより粒子の移送を助長することができ
る。また、電極の縁部を緩やかなテーパ形状として電極
の半径方向における電界勾配を助長することも、粒子を
所定場所へ移動させるのに役立つ。さらに、溝の深さあ
るいは突起部の高さを変えることによっても、粒子を動
かすための電界勾配を生じさせることが可能である。こ
のような本発明の応用という目的に関しては、電極のテ
ーパ部ということは溝の意味の範囲内に含まれるものと
する。

【００３８】本発明によれば、多層セラミック・サブス
トレートや磁気ディスク・ヘッドのようなあらゆる加工
物のプラズマ処理において同様の効果を期待することが
できる。

【００３９】本発明においては、経常・構造的特徴（突
起部、溝、誘電体重点溝、テーパ部）は、加工物上、加
工物を載置する電極上、あるいは加工物を載置しない電
極上でのいずれに設けてもよい。本願中に開示した１つ
の技術または複数の技術を組み合わせたものを利用する
場合、電圧駆動電極を使用する大半のプロセスの各々に
とって最適の電極の幾何学形状を開発することは、当技
術分野の通常の技術の範囲に含まれる。

【００４０】例えば、溝または突起部は、電極上に載置
された誘電プレートの表面に形成し、それらの表面形状
的特徴部を有するプレーとの表面を電極と対面状に配置
することも可能である。他の応用形態としては、誘電プ
レートはその両側に上記のような表面形状的特徴を具備
することもできる。このプレートは、誘電体に限らず、
金属あるいは半導体であってもよい。

【００４１】簡単に言うならば、本発明は、電圧駆動電
極を使用するツールから粒状汚染物質を除去するため
に、電極、加工物あるいはその双方に所定の表面形状的
特徴を具備したものである。

【００４２】本発明によれば、二次元結晶と同様の二次
元緊密パック配列法により、ウェーハ間の間隙を僅か0.
159mm （1/16インチ）及至4.57mm（1.8 インチ）とし
て、電極上に高密度で半導体ウェーハをパックすること
ができる。上に述べたように、本発明の表面形状的特徴
部は、この間隙に配置して、ウェーハ間に静電位移送路
を形成し、これによって粒子をウェーハから離れる方向
に捕集し、排出することができる。これらの移送路は、
電極の一部においてポンプポートへ収束させることがで
きる。電極には、加工物の位置決めを容易にするために
加工物を座支する凹部を形成してもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロセス・チェンバ内の加工物の粒子汚染を効果的に防
止することにより、製品の歩留りを向上させるととも
に、性能低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ・チェンバ中の電極上の半導体ウェー
ハ上方に浮遊する粒子からの散乱光を示す状態説明図で
ある。

【図２】図１に示す粒子分布を生じさせる静電等電位面
を表わした説明図である。

【図３】プラズマ・チェンバ中内の静電等電位面が、電
極の構造により得られる所定形状を有する本発明の装置
の一実施例を示す概略図である。

【図４】図３の実施例の上面図で、電極上に加工物を載
置した状態を示す。

【図５】所定の静電等電位面を発生してこれにより所定
領域に選択的に粒子を捕集するための本発明の電極構成
の他の実施例を示す概略図である。

【図６Ａ】複数個のウェーハを載置したプロセス・チェ
ンバ中の電極を示す本発明の他の実施例の概略断面図で
ある。

【図６Ｂ】図６Ａに対応する概略上面図である。

【図７】所定のパターンにより突起部または溝を設けた
電極の他の実施例の概略上面図である。

【図８】図７同様に所定のパターンにより突起部または
溝を設けた電極の他の実施例の概略上面図で、複数個の
加工物を載置した状態を示す。

【図９】プロセス・チェンバ内の電極上に載置される加
工物に複数個の溝または突起部を設けた実施例の概略上
面図である。

【図１０】スパッタ水晶蒸着プロセスを本発明により行
った後と、本発明によらずに行った後における４つの半
導体ウェーハ上の比較的小さい粒子の分布データを示す
グラフである。

【図１１】より大きい粒子についての分布データを示す
図１０同様のチャートである。

【符号の説明】

10・・・・プラズマ・チェンバ、 12・・・・電極、 14, 16・・・・加工物（ウェーハ）、 18・・・・静電等電位面 20, 22・・・・極小部、 24, 26・・・・粒子群、 28・・・・極小部、 30・・・・粒子群、 31・・・・電極、 34・・・・誘電体層、 36・・・・テーパ縁部、 40・・・・溝、 44・・・・加工物、 48・・・・極小部、 50・・・・肩部、 52・・・・粒子、 56・・・・プラズマ・チェンバ、 58・・・・粒子群、 60・・・・プラズマ・チェンバ、 62・・・・電極、 64・・・・加工物、 66・・・・材料（リング）、 68・・・・等電位面、 70・・・・極小部、 84・・・・電極、 86・・・・半導体ウェーハ、 90・・・・突起部、 91・・・・溝、 100・・・・電極、 102・・・・溝、 106・・・・電極、 114・・・・半導体ウェーハ、 116・・・・半導体チップ、 120・・・・溝または突起部。

フロントページの続き (72)発明者マイケル・ビンセント・ガージオツソアメリカ合衆国ニユーヨーク州ワツピンガーズ・フオールズ、スミス・クロツシング・ロード44番地 (72)発明者チヤールズ・リチヤード・ガレニエリアメリカ合衆国ニユーヨーク州ソマーズ、アンナロツク・ドライブ（番地なし） (72)発明者クート・リンドセイ・ホ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・ビイ・スミス・ストリート 305番地 (72)発明者ジヨン・エドワード・ハイデンリツチアメリカ合衆国ニユーヨーク州ヨークタウン・ヘイツ、ルイス・アベニユー332番地 (72)発明者ゲイリー・スチユワート・セレンアメリカ合衆国ニユーヨーク州ホープウエル・ジヤンクシヨン、パインブロツク・ループ14番地 (72)発明者スタンレー・ジヨセフ・ホワイトヘア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・エイ５・ビーチヤー・レーン１番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの電圧駆動電極を有する持
つプロセス・チェンバと、上記チェンバ中で発生した粒子を所定の場所へ指向させ
ることができる静電位を得るための手段と、を具備した装置。
【請求項２】上記プロセス・チェンバから上記粒子を排
出するために手段を具備したことを特徴とする請求項１
記載の装置。
【請求項３】静電位を得るための上記手段が、上記の少
なくとも１つの電圧駆動電極の表面に設けられた所定の
表面形状パターンであることを特徴とする請求項１記載
の装置。
【請求項４】静電位を得るための上記手段が、上記の少
なくとも１つの電極の表面に設けられた所定の凹凸形状
であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】上記のプロセス・チェンバが、プラズマ・
チェンバ、反応性イオン・チェンバ、高周波誘導チェン
バ、電子サイクロトロン共鳴チェンバ及びマグネトロン
反応装置よりなる群から選択されるプロセス・チェンバ
であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】接地された電極を具備したことを特徴とす
る請求項１記載の装置。
【請求項７】上記所定の表面形状パターンが、上記の少
なくとも１つの電極に設けられた隆起領域のパターンで
あることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項８】上記の隆起領域が、円形リングであること
を特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】上記リングが誘電体で形成されていること
を特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】上記リングが導電材料で形成されている
ことを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】上記の所定の表面形状パターンが、上記
の少なくとも１つの電極に設けられた陥凹領域のパター
ンよりなることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項１２】上記粒子を排出するための上記手段が、
上記粒子が排出される上記プロセス・チェンバのポート
であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項１３】上記チェンバが複数個の電極を具備し、
これらの電極の少なくとも１つに加工物が載置され、静
電位を得るための上記手段が上記加工物に設けられた所
定の凹凸表面パターンよりなることを特徴とする請求項
１記載の装置。
【請求項１４】上記の凹凸表面パターンが、上記の加工
物に設けられた複数個の陥凹部よりなることを特徴とす
る請求項１３記載の装置。
【請求項１５】上記の加工物が半導体ウェーハであるこ
とを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】上記の加工物が半導体チップ実装サブス
トレートであることを特徴とする請求項１３記載の装
置。
【請求項１７】上記の凹凸表面パターンが、上記加工物
に設けられた複数個の隆起領域よりなることを特徴とす
る請求項１４記載の装置。
【請求項１８】上記のチェンバが複数個の電極を具備
し、上記電極の少なくとも１つに加工物が載置されてお
り、静電位を得るための上記手段が上記電極及び上記加
工物の中の少なくとも１つに設けられた所定の凹凸表面
パターンよりなることを特徴とする請求項１記載の装
置。
【請求項１９】上記の表面形状パターンが上記の少なく
とも１つの電極に設けられたテーパ部であることを特徴
とする請求項３記載の装置。
【請求項２０】加工物を処理するための装置において、
少なくとも１つが電圧駆動電極である複数個の電極を有
するプロセス・チェンバを具備し、上記加工物が上記電
極の１つに載置されており、かつ上記プロセス・チェン
バ内で発生する粒子をそのプロセス・チェンバ内の上記
加工物の上方以外の所定場所へ指向させるための手段
と、上記プロセス・チェンバから上記粒子を排出するための
手段とを具備し、上記粒子を指向させる手段が、上記電極及び上記加工物
の中の少なくとも１つに設けられた所定の表面形状より
なることを特徴とする装置。
【請求項２１】上記リングが半導体よりなることを特徴
とする請求項８記載の装置。
【請求項２２】上記の凹凸表面形状の少なくとも一部に
材料を充填したことを特徴とする請求項１８記載の装
置。
【請求項２３】静電位を得るための上記手段が、不規則
な形状の静電等電位面を形成することを特徴とする請求
項１記載の装置。
【請求項２４】上記の凹凸表面パターンが上記加工物に
形成されたテーパ部よりなることを特徴とする請求項１
３記載の装置。
【請求項２５】上記隆起領域が高さの異なる部分を有す
ることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２６】上記陥凹領域が深さの異なる部分を有す
ることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２７】上記陥凹領域が深さの異なる部分を有す
ることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項２８】上記隆起領域が高さの異なる部分を有す
ることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２９】電圧駆動電極を有するプロセス・チェン
バ中の所定場所に粒子を捕集するための方法において、
上記粒子を上記所定の場所へ指向させることのできる静
電位を発生するステップを具備したことを特徴とする方
法。
【請求項３０】上記所定の場所から上記プロセス・チェ
ンバの外へ上記粒子を排出するステップを具備したこと
を特徴とする請求項２９記載の方法。