JPH03153885A

JPH03153885A - ウェーハの粒子汚染を減少する方法及び装置

Info

Publication number: JPH03153885A
Application number: JP2256755A
Authority: JP
Inventors: Stephen E Savas; スティーヴン　イー　サーヴァス
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1991-07-01
Also published as: EP0419930B1; DE69014799D1; EP0419930A2; EP0419930A3; KR910007165A; DE69014799T2

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】本発明は、集積回路（ＩＣ）プロセスにおける粒子汚染
の除去に関し、より詳しくはプラズマ反応装置内のウェ
ーハ上に薄いフィルムのエツチング又は付着を行う間に
、ウェーハの粒子汚染を著しく減少する方法に関する。

図面において、参照番号の最初の番号は、その参照番号
により示される部分が最初に出てきた図面を示す。

集積回路プロセス技術は、与えられたサイズの集積回路
構造上に詰めることのできる回路の量を増加し、シグナ
ルが前記回路内を動く必要のある距離を減少することに
より処理速度を上げるために、回路のフィーチャーサイ
ズを減少することは、常に考慮されてきた。フィーチャ
ーサイズが減少し、回路の複雑さが増すと、プロセス領
域の粒子汚染の影響が非常に重大になってくる。粒子の
直径が素子のフィーチャーサイズより数倍小さい場合で
さえ、粒子がプラズマプロセス工程中にＩＣの重要な位
置に存在するとＩＣの故障を引き起こしうる。

従って、歩留りに対する粒子の影響は、特に今日では可
能となっているサブミクロンの最小フィチャーサイズの
回路の場合に特に重大である。そのような粒子の数は、
サイズが減少すると急速に増加することが見出されてい
る。この問題は、マイクロプロセッサ−及び４メガビッ
ト以上のメモリーのような大きな面積のＩＣの場合に、
重大な欠陥が起こりうる面積が増大するので、特に重大
である。

多層構造の典型的なＩＣも、歩留りに対する粒子の効果
を増加する。ＩＣの一つの層に混入された粒子は、その
層の回路に影響するだけでなく、他の層の回路にも影響
する。埋込まれたＩＣレベルにおける欠陥は、層を重ね
ると、トポグラフィ−を歪め、これにより回路素子の機
能を乱すことにより伝わっていく。これらの理由により
、粒子の量を最小限にして、プロセス直前及びプロセス
中にウェーハに接触する粒子の量を最小限にすることが
重要である。

粒子の汚染は、ＩＣプロセッシングの全ての段階及び型
において重要であり、特にプラズマ反応装置を用いるプ
ロセスにおいて重要である。プラズマ反応装置は、ＩＣ
プロセスの多くの異なる段階に使用することができる。

これらのプラズマ反応装置の使用には、プラズマエツチ
ング、反応性プラズマエツチング及びプラズマ化学蒸着
が含まれる。プラズマ反応装置中の空中の粒子は、ウェ
ーハに落ちることがあり、次に製造されＩＣ回路に影響
する可能性がある。

第１図は、いくつかの一般的な粒子のサイズの比較を示
す（Ｐｅｔｅｒ　Ｖａｎ　Ｚａｎｔによるテキスト″１
１＋ｃｒｏｃｈｉｐ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　　、　
Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｅｒｖｉｃｅｓ、　Ｓａ
ｎ　Ｊｏｓｅ、Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ、　１９３５の第
７章参照）。高価な複雑なりリーンルーム及びクリーン
ルーム手段は、ＩＣ製造中にウェーハが曝される空中粒
子の量を著しく減少する。

しかし、残念ながら、クリーンルームはプラズマ反応室
内に入った又はプラズマ反応室内で発生した空中粒子を
妨げることができない。最大の注意を払った方法でさえ
、プロセス開始前に反応室から全ての粒子を排除するこ
とはできない。反応ガスは濾過した後でさえ、そしてま
たウェーハ自体は、プロセス室内に別の粒子を運び入れ
ろる。

さらに、プラズマは、フィルムを選択的にエツチングし
、他はエツチングしないことが要求されるため、顕微鏡
でも見えない程小さい粒子の発生及び成長を起こす。

Ｒｏｇｅｒ　Ｂ、Ｌｏｇａｎに、１９８８年３月１日に
与えられた米国特許第４．７２８．３８９号のＰａｒｔ
ｉｃｕｌａｔｅ−ｆｒｅｅＥｐｉｔａｘｉａｌ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓに関する特許には、プロセス室内の粒子を最小
限とすることを試みたエピタキシャルプロセスが開示さ
れている。静電引力は、エピタキシャル付着プロセスの
冷たい部分の間の、低レベルの放射又は伝導性熱エネル
ギーの選択的適用により、実質的に移動の機構として排
除される。

第３図は、ウェーハを複数のＩＣプロセス室の全てに供
給するためのロボット３１を有するつ工−ハ処理システ
ム３０を示す。このシステムによリ、ウェーハ３２が、
ウェーハカセットエレベータ−３３とプロセス室３４〜
３７との間で、これらの室内の真空度を破壊することな
く交換されることが可能になる。ロボッ）３１は、ウェ
ーハブレード３８を室３３〜３７のいずれにも放射状に
伸ばすことができる伸長アーム３８を含む。アーム３８
は、アームを選択された室３３〜３７のいずれにもアー
ムを方向づけることを可能にする回転台３１０上に載置
されている。これにより、つ工−ハがプロセスに入る前
に、室内を注意深く洗浄し、パージすることが可能にな
る。プロセス前に、全ての粒子が室３２〜３５からパー
ジされうるとしても、室内のウェーハを移動させる機械
的工程及びウェーハカセットエレベータ３１からウェー
ハを室内へ動かし、戻す機械的工程は、空中粒子を発生
させるし、反応ガスも粒子を導入しうる。従って、プロ
セス室内の空中粒子の一記又は全部が、ウェーハに付着
するのを妨げることが望ましい。

さらに好ましい実施態様によると、プラズマ反応室内の
空中粒子の殆どが室内のウェーハ上に付着することを妨
げるプラズマ反応装置の設計が提供される。典型的なプ
ラズマ発生反応装置を第２図により説明する。

プラズマは、２つの質的に異なる領域、即ち実質的に中
性で導電性のプラズマ本体とプラズマシースと呼ばれる
境界層からなる。プラズマ本体は、実質的に等密度の負
に帯電した粒子と正に帯電した粒子、並びにラジカル及
び安定な中性の粒子からなる。プラズマシースは、電子
が欠如し、導電性に乏しい領域であり、電場の強さが大
きい。プラズマシースは、プラズマ本体と、プラズマ反
応室の壁及びｒｆ主電極ような障害物との間に生じる。

半導体プロセスプラズマは、通常高周波電磁波により発
生され、エネルギーを室内の自由電子と組み合わせ、多
くの電子に、これらの電子と気体分子との衝突によりイ
オンが発生しうるのに充分なエネルギーを付与する。典
型的には、反応室の壁は金属（薄い絶縁層がコーティン
グされていることが多いが）であり、これはｒｆ主電極
一方として機能する。電圧が加えられたｒｆ主電極、し
ばしばウェーハがプロセスのために載置される台として
も機能する。これは、ウェーハ上及びつ工−ハの近傍に
最も強力なｒｆ電場及びイオン衝撃を発生させるという
利益がある。

電子は、プラズマイオンに比べて１０００〜１ｏｏｏｏ
ｏ倍の程度軽いため、同じようにイオンよりも高度に促
進され、従って、イオンにより獲得されたものより幾分
大きいｒｆ電場の運動エネルギーが獲得される。この効
果により、ｒｆ電場からのエネルギーは電子の運動エネ
ルギーと強く結合し、イオンの運動エネルギーとは非常
に弱く結合する。この電子とイオンとの質量の大きな差
により生じる別の結果としては、高エネルギー（高温で
もありうる）の電子とイオンの間の衝突が電子エネルギ
ーの多くをイオンに変えることがないことがある。この
効果により、電子は典型的には１〜５ｅｖの程度である
温度を獲得し、プラズマの他の粒子はプラズマ反応室の
壁の温度又はそれより数百℃高い温度に実質的に保持さ
れる。

電子はイオンよりはるかに動きやすいので、それらは最
初にイオンより高い割合で反応室・の壁に衝突する。こ
の効果により、プラズマ本体はわずかに電子欠損の状態
となり、一方、境界層シースはかなり電子欠損となり、
電極との影響で正に荷電される。このプラズマ本体と境
界層との正味の正の電荷により、プラズマ本体の電位（
通常プラズマ電位と呼ばれる）が電荷により分散される
電子平均運動エネルギーの数倍の値になる結果となる。

プラズマの束の電位は、殆ど一定であり、電位変化の大
部分はシースによる。ｒｆプラズマにおいては、シース
電位も種々のパラメーター、例えば反応室の壁の面積、
パワー電極の面積、反応室の圧力及びｒｆ電力の人力値
に依存する（　Ｊ。

Ｃｏｂｕｒｎ　ａｎｄ　Ｅ、Ｋａｙ、　Ｊ、Ａｐｐｌ、
　Ｐｈｙｓ、、４３．ｐ、　４９６５（１９７２）参照
）。得られた時間平均シース電位は、前記のように、Ｄ
Ｃプラズマのための値とプラズマ電位のｒｆｒｆｊ、分
の振幅との合計にほぼ等しい。

現在のところ、ウェーハが反応室内に、又は反応室から
移動される時、プラズマは、ウェーハブロセスが移動期
間中は持続されないように、常に消されている。これは
ウェーハが移動する間のプロセッシングは、必ずといっ
ていい程ウェーハ上に形成される回路構造を損なうから
である。これは、特にサブミクロン単位の線幅のフィー
チャーにおいて、そのようなフィーチャーサイズはフア
プリケーションプロセスの各段階において著しい注意を
払って初めて製造されうるため、特に該当する。特に、
ウェーハの全域に可能な限り均一なプロセスを行うため
に、さらに別の工程が行われる。該工程は、ウェーハを
プロセスのために中心にする軸について実質的に対称的
なプラズマを製造することであることが多い。ウェーハ
をプラズマ反応室内に又は反応室外に移動させる際にプ
ロセスを続行すると、そのような軸対称性を維持できな
くなりうる。さらに、いくつかのシステムにおいては、
ウェーハ移動中は電力源を消さなければプロセスプラズ
マを歪めろるロボットアームにより、反応室内又は反応
室外にウェー７１が移動される。

開示された発明によると、プラズマを消すと、反応室内
の粒子がウェーハ上に沈降し始める（　Ｇ、Ｓ、　Ｓｅ
ｌｗｙｎ　ｅｔ　ａｌ　ｅｎｔｉｔｌｅｄ　Ｉｎ　５ｉ
ｔｕ　ｌａｓｅｒｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　　５ｔｕｄｉ
ｅｓ　　ｏｆ　　ｐｌａｓｍａ−４ｅｎｅｒａｔｅｄｐ
ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ、
　Ｊ、Ｖａｃ、　Ｓｉｃ。

Ｔｅｃｈｎｏｌ、　Ａ　’？　（４）、　Ｊｕｌ／Ａｕ
ｇ　１９８９　）。これは、ウェーハを反応室から出す
場合にはプロセスの直後に、ウェーハを反応室内に入れ
る場合にはプロセスの直前に生じる。前記で論じた理由
により、これらの粒子をウェーハ上に沈降させるのを避
けることは重要である。非電気陰性プラズマ（例えば負
イオンの濃度が電子の濃度を著しく超えることがないプ
ラズマ）が反応室内に存在すると、プラズマ内の高速自
由電子はプラズマ本体内で粒子を急速に負に帯電させる
。プラズマ本体は、地面にａＣ接触する表面に関して正
に帯電されるので、プラズマ本体と電源の間のプラズマ
シースを横切るｄｃ電場は、これらの帯電粒子を電源及
び電源の上に載置されたウェーハの両方から離して保持
するように作用する。プラズマが消されると、この電場
は消え、粒子はウェーハ上に沈降できるようになる。

図示した好ましい実施態様によると、プラズマはウェー
ハが反応室内にある間、例えばウェーハが室内に又は室
外に移動される間の時間も常に反応室内に維持される。

これは、プロセスプラズマのための電力源により、又は
独立の電力源により供給される、プロセスに有効なプラ
ズマ、又は中程度の又は低い電力の補助プラズマであり
うる。

ウェーハの移動期間の間、この補助プラズマ源により製
造されるプラズマ密度は典型的には有効プロセス中のレ
ベルから、粒子がウェーハに沈降するのを妨げるのに丁
度充分なレベルまで減少される。この期間中に供給され
るガスは、プロセス及び電気的に陰性のプラズマを避け
るため、実質的に非ハロゲン化ガスである。さらに、ウ
ェーハ表面の時間平均シース電位を増加するために、プ
ラズマ電位に導入されるｒｆ酸成分存在しうる（例えば
Ａ、　Ｇａｒｓｃａｄｄｅｎ　ａｎｄ　Ｋ、Ｇ、　８ｍ
ｅｌｅｕｓ、　Ｐｒｏｃ。

Ｐｈｙｓ、　　Ｓｏｃ、　　７９．　ｐ、５３５　（１
９６２）　参照）。このレベルは、典型的にはプラズマ
反応装置中のウェーハプロセスの間に生じるレベルより
著しく少なく、反応室内又は反応室外へ移動する期間中
のウェーハのプロセッシングを防止する。プラズマの密
度が減少すると、粒子の電荷及びウェーハのｄｃ電場の
強さの両方が減少する。従って、粒子上の力は、これら
の二つの状態の生成物であり、これらの状態のいずれよ
りも速く減少する。従って、粒子保護のための前記の低
い密度のプラズマは、約ＩＱ８ｃｍ−３又はそれ以上の
電子最小密度を有しなければならない。

ウェーハ移動期間中は、この期間中のウェーノ＼のプロ
セッシングを最小限にするためにウェーハ台から離れた
補助プラズマ源によりプラズマを発生させるのが好まし
い。いずれのプラズマ源、例えば補助ｒｆ電源、ホロー
カソード又はマイクロ反応プラズマキャビティーを使用
することもできる。プラズマ反応室は、非プロセス室内
に流れるプラズマが減少するように、最小限のウェーハ
トランスファーバルブを含むべきである。

第９図に、プラズマ反応装置中でウェーハから粒子を離
しておく方法の概略を示す。本方法によると、ウェーハ
がプラズマ反応装置内にあり、ウェーハのプロセッシン
グが行われないことが望まれる期間中、強度を弱めたプ
ラズマを発生させ、ウェーハのプロセッシングを実質的
に防止しながらウェーハから粒子を離す。

第４図は、第９図の方法を実施するための、慣用のプラ
ズマ反応装置に反応装置を補助する補助プラズマ源、例
えば補助ｒｆ電力源４１．及び補助ガス源４４が加えた
装置２０を示す。この反応装置は、プラズマ反応室２２
を囲むアルミニウム壁２１を含む。壁２１はプラズマ電
極の一つとして配置され、機能する。ガスはガス源２３
から反応室２２に供給され、典型的には有効にガスを反
応室から排出してプラズマプロセスに適する低圧を維持
する排気システム２４により排気される。

ｒｆ電源２５は、第二の電極２６に電力を提供して、反
応室２２内にプラズマを発生させる。ガスＲ２３はウェ
ーハトランスファー期間中、プラズマ室２２にガスを提
供しろるが、これらのガスは好ましくは補助ガス源４４
により提供される。プロセスのためのガス供給はプロセ
スの対称性を維持するためにウェーハに対して対称的で
あるべきであるが、補助プラズマのためのガス供給は対
称である必要はない。実際、ウェーハ移動期間の間、こ
れらの補助ガス源がウェーハ２７を横切り、粒子をウェ
ーハ表面から排気手段２４の方へ掃き出すのが有利であ
る。ウェーハ移動期間の間、補助ガス源４４は電極４３
の一組の孔に集まる金属フィードにより、反応室２２に
ガスを提供する。補助ｒｆ電力源４１を電極４３と導電
的に結合するガスフィード４５に連結するコンダクタ−
４６を介して、ＲＦ電力を電極４３に提供する。

電圧を加えられた電極２６は、プロセス中、反応室内で
ウェーハ２７を支持するための台としても機能する。こ
れは、ウェーハを最も強いｒｆ電場の位置に配置すると
いう利点があり、これによりウェーハにふけるプラズマ
密度が強化される。

ウェーハは、ポート２８、例えばＭａｓｓａｔｏ　Ｔｏ
ｓｈｉｍａに１９８８年１１月２２日に付与された“真
空室スリットバルブという名称の米国特許４．７８５．
９６２号に記載されたスリットバルブを通って、反応室
２２内へ、又は室２２外へ移動する。このスリットバル
ブは、プロセスの間反応室２２を有効に維持し、ウェー
ハを反応室２２内又は反応室２２外へ移動するための最
小面積の開口を存在させるという利点を有する。これに
より、反応室２２内又は室２２外へウェーハが移動する
間、ポート２８による反応ガスの漏れが最小限になる。

電力が電極２６に加えられる場合、室内に得られるｒｆ
電場はハロゲン化及び他のガスをイオン化する自由電子
になるエネルギーに結合し、これによりプラズマシース
２１０に囲まれるプラズマ本体２９を製造する。一般に
プラズマシースは、プラズマ電子の移動度がより高いた
め、プラズマ本体と反応室の全障壁の間の、プラズマ本
体に近い位置に発生する。プラズマが最初に数マイクロ
秒間発生すると、イオンより多数の電子が電極２１及び
ウェーハ２７に衝突し、プラズマが両方の電極に関して
正に荷電される。この結果、正のイオンをプラズマ本体
から外に出すのを促進し、負の粒子をその中に保持する
ように、プラズマ本体から画電極へのプラズマシースを
横切る電場が生じる。プラズマの電圧のｄｃ酸成分、殆
どの電子がシースで反発され、ゼロｄｃ電荷がプラズマ
本体２９から地面に移動する安定な状態に達するまで調
整する。電圧の有効な値は、下記に述べる電気的構造の
等価回路から決定されうる。

粒子がウェーハから離れるのを可能にするのは、電極２
６及びウェーハ２７の近くのプラズマシースを横切るｄ
Ｃ電場である。プラズマ中の粒子は連続的に正イオン及
び負のプラズマ電子により連続的に衝突される。プラズ
マ電子はプラズマ中でイオンより運動性であるので、イ
オンの何倍もの電子が初期に帯電していない粒子に衝突
する。その結果、それらが同数の電子及び正イオンがそ
れらに集まるのに充分な数の電子をはね帰すまで粒子が
負に荷電される。従って、これらの粒子は電極２６から
電極の電場のｄａ成分により反発される。電場のｒｆ酸
成分これらの粒子をウェーハから反発する顕著な効果を
持つには小さ過ぎる。しかしながら、ｒｆ電場はｄｃ電
場の増加を導き、これにより粒子の表面、例えばウェー
ハ表面からの反発を助ける。プラズマを、ウェーハが室
内にある間（ウェーハの移動期間を含む）常に反応装置
内に維持することにより、これらの粒子はウェーハから
離れて維持される。

プラズマポテンシャルのｒｆ酸成分０である場合、プラ
ズマのｄａボルトＶ、は略下記式に等しい。

ｋＴａ　・Ｉｎ　［（ｍｔ／　２　Ｉｎ、　）　””］
／ｅ（式中、Ｔ、はプラズマ電子の温度を表し、ｍ。

は電子の質量を表し、モしてｅは電価を表す。）典型的
なプラズマイオンの質量（即ち、約４０原子質量単位）
においては、これはＶｐが５ｋＴ。

／ｅに略等しいことを示唆する。ｒｆ電力が加えられた
電極によりプラズマに発生したプラズマポテンシャルの
ｒｆ酸成分加えて、そのポテンシャルのｄｃ値が大まか
にはｃｌｃ値とｒｆ振幅との合計まで上がる。ｒｆｔ４
源の電圧及びガスの圧力がＴ、を決定する。

ｒｆ電力源２５は典型的には電極２６に容量的に結合し
、これにより電極のｄｃ電位が、接地壁２１にフロート
しうるようにする。電極が壁より少ない暴露された部分
を有する場合、電極はｒｆ電位の振幅と同様に負の電位
にフロートする（例えば前記で引用したＪ、Ｃｏｂｕｒ
ｎによる文献参照）。

これは、プラズマ本体と室壁との間の＠１５Ｊにおける
シース電位を減少することにより、室壁２１のスパッタ
リングを減少する。

プラズマは、ウェーハの移動期間中、ｒｆ電源２５から
電極２６を介してプラズマへｒｆエネルギーを組み入れ
続けることにより維持されうる。

そのような場合、ｒｆ電力はそのようなウェーハ移動期
間中、実質的に粒子がウェーハに沈降するのを防ぐこと
のできる最小限のレベルである。これにより、粒子がウ
ェーハに沈降するのを妨げ、そのような移動期間中のウ
ェーハのプロセッシングを最小限にする。しかしながら
、このことはウェーハ、及び剥き出しの電極に衝突する
最も高いエネルギーのイオンをさらに引き起こしうる。

残念ながら、ウェーハ処理ロボット３９の反応室２２へ
の移動が電圧を加えた電極２６の近くの電場を乱し、望
ましくない変化を有するウェーハのプロセスが生じ、最
も必要とされるウェーハの上のプラズマが遮断される。

さらに、電極２６をの電場を横切ってのウェーハの移動
はウェーハの種々のプロセスを導入しつる。サブミクロ
ンフィーチャーを製造するために、可能な程度まで全ウ
ェーハを横切って対称的なプロセスを加熱するために、
困難な方法を行う必要がある。電極２６に電圧が加えら
れている間のウェーハの除去は、つ工−ハ移動の間に均
一性を破壊しうる。従って、電極２６の結合を減らし、
別の電源からプラズマを発生させるのが好ましい。さら
に、移動操作の間にプロセッシングが起こらないように
、移動中は非反応性ガスを使用するのが望ましい。第４
図の実施態様において、別のプラズマ源は、補助電極ア
センブリ４２へのｒｆ電力に結合する補助ｒｆ源４１か
らなる。別の実施態様において、ｒｆ源４１は、ｒｆ電
力源２５からの切り換え可能な電力に換えられる。

ｒｆ電力源から電極への電力を結合する多くの公知の方
法がある。特に単純な実施態様である電極４３を第５図
に示す。中空のガス供給装置４５が、セラミック末端セ
クション５２と側壁５３からなる絶縁電力供給装置５１
を経て、反応室２２内に入る。このガス供給装置は電極
４３内の孔を通してガスを反応室２２内に噴出する。電
極４３の直径及び長さは、表面積が主電極よりも小さく
なるように定められ、従って、プラズマポテンシャルの
中程度のｒｆ酸成分製造される。これは、移動の間の壁
及びウェーハのスパッタリングを減少する。

第７図は、プラズマ反応装着の放電の等価回路を示す。

プラズマ本体と電極表面の間のシース領域内の正の電価
は、電圧を加えられた電源とプラズマ本体との間のコン
デンサＣＳ　ｌとして模式化されつるコンデンサ電荷貯
蔵量である。さらに、壁とプラズマ本体の間にはコンデ
ンサＣ５２がある。

プラズマ自体は、ｒｆ周波数が１プラズマ周波数”以下
である場合に抵抗が大きくなる。シースの導電性が高い
と、ＣＳＩと並列の抵抗成分Ｒ１＋が高くなり、そして
ＣＳ　２と並列の抵抗成分Ｒ５２が高くなる。プラズマ
手段の導電性が高いことは、プラズマが低い抵抗成分Ｒ
ｐとして機能することを意味する。電子とイオンの移動
度の差により、ダイオードＤ、　ｌびＤ２を経て模式化
される整流作用が生じる結果となる。電極２６と電源の
間のブロッキングコンデンサ７２により、電力を入れた
電極２６のｄａ電位がフロートすることが可能となる。

ｄａ及び典型的なｒｆの周波数に対して、ダイオードＤ
１及びＤ２、並びに抵抗Ｒ５Ｉ及びＲ５２の効果は無視
しうる。その結果、コンデンサＣ，Ｃｓ１及びＣ５２は
容量性デイバイダーとして機能する。

そのような分析により、電力を約１００ワツトで入れる
場合に、得られる約ＬＯ’ｃｍ−”の密度の電子を有す
るプラズマが、４０ボルトより小さいｒｆポテンシャル
を有するように、約５ｃｍの直径を有するべきであるこ
とが決定される。

第６図は、ｒｆ電源２５　（実線６１及び６３として示
される）及び４１　（破線６２として示される）により
提供される電力を時間の関数としてプロットするタイム
ダイアダラムを示す。このダイヤグラムは、ウェーハが
反応室内にある間は常に電力が提供されることを説明す
る。これにより、プラズマが常に室内の存在することが
ＦＩＩＭＢされる。

ウェーハの移動は、主プロセス電源２６に電力が供給さ
れない間＠Ｔの間に行われる。ｒｆ＠ｆＨ４１からの電
力量のピークは通常ｒｆ電源２５からの電力量のピーク
より実質的に低いことに注目すべきである。補助ｒｆ電
源４１から得られる電力量及びウェーハから電気的に反
発させることができる粒子の径の最大値は、プラズマ反
応装置の設計により決定される。

ｒｆ電力源２５の電流及び電圧は、典型的にはプラズマ
本体の電荷密度が、ｌ　ｃｉ当たり約１０９〜１０′１
自由電子となるように選択される。反応室内の圧力は、
典型的には１０−２〜１０Ｔｏｒｒである。これらのパ
ラメーターの選択により、ｄｃプラズマポテンシャルは
典型的には約１０〜１００ボルトである。

補助プラズマ源からの最小限の電力６２による粒子径の
効果は下記により明らかである。典型的には粒子は、約
１μｍの粒子径が約１０−”ニュートンの重量になるよ
うに、１　ｃｉ当たり約３ｇの密度を有する。この粒子
に正味１０００電子が荷電されると、粒子を重力に反し
て反発させるためには、電源２６の電場はｌ　０−１４
二ニートン／１．６−１０″″１６　クーロン、即ち０
．６０ボルト／ｃＩ１１を超える。これは、粒子のチャ
ージアップの程度を起こすのに、約１０′〜ＩＱｆｆｃ
、−３の程度の最小プラズマ電子密度を要求する。従っ
て、最小の補助電力は、反応室の容量に依存して約１０
〜１００ワツトである。典型的な反応室の容量は１β〜
十敗ｌである。ウェーハの上部の電場のマグニチュード
は、約５ｋＴ、／ｅλＤ、λＤはデバイ長さを示し、こ
れは［ｇｏｋＴ、／ｎｅ”ｌ”’　に等しく、ｌｅ＋＋
ｆ当たり１（１９自由電子の密度でｌ　ｆｆ１ｍより小
さい。この電場は約１０〜１００ボルト／Ｃｍであり、
粒子をウェーハから離して保つために要求される電場を
容易に満たすものである。反対に、電極２６の上のｄｃ
シースの電圧は、ウェーハ交換期間中のウェーハ表面の
薄いフィルムが実質的にスパッタリングされるのを防ぐ
ために、約２５ボルトを超えてはならない。従って、電
極アセンブリ４２に供給されるｒｆ電力のピークは、１
０〜数百ワツトの範囲内にあるべきである。粒子の電荷
（即ち、電気的力）が粒子の直径について直線的に増加
すると、その重量が第三の力に対する粒子の直径として
増加するので、このｒｆ電力の範囲は、約数μｍ以下の
粒子がウェーハに付着するのを妨げうる。

上記で論じたように、粒子が負に荷電されると、電極と
プラズマの間のｄｃ電場はこれらの負に荷電した粒子を
ウェーハから反発する。電子はプラズマイオンよりはる
かに移動度が高いので、この粒子上の負の荷電が起こる
ことも指摘される。これより暗示されるように、プラズ
マが粒子が負に荷電されるのに充分な数の電子を含むこ
とが推理される。これは通常の場合であるが、中程度の
レベルでも充分な電気的陰性度を有する反応ガスもそれ
ほど多くはないが、ある。そのようなガスをプロセッシ
ングに使用する場合は、その後ウェーハの交換期間中、
プロセッシングガスをプラズマ反応室からできるだけ速
くパージし、粒子がウェーハ交換期間中は負に荷電され
ないように、非ハロゲン化フィ＝ドガスで置き換えるべ
きである。

ウェーハ交換期間後、これらのウェーハ移動反応ガスを
反応室からパージし、適当なプロセス反応ガスで置き換
える。

典型的なプロセスガスには、ＣＨＦ、、ＣＦａ　、Ｓｈ
、Ｈｅｒ　、　ＨＣＩ　、　Ｃ１２、ＢＣｌ３、ＣＦ２
Ｃｌ３、ＳｉＦ４．０２、Ａｒ及びＨｅが含まれる。こ
れらのうち、０２、Ａｒ及びＣＰ。

が粒子がこれらの反応ガスを含む低圧プラズマにおいて
著しく負に荷電されるようになるのに充分に低い電気陰
性度を有する。他の有用な選択としては、Ｈｅ５Ｎ２及
びＣＯ２ガスがある。これらの例は完全なものではなく
、ウェーハ交換期間のために適当な反応性ガスの説明と
もなるものである。

第８図は、補助プラズマ源がマイクロ波プラズマ源８１
である別の実施態様を示す。このマイクロ波プラズマ源
は、反応ガスを管８３、例えば水晶管を通して反応室２
２に供給するガス源８２からなる。この管は、調整スタ
ブ８５により調整されるマイクロ波のキャビティー８４
を通る。マイクロ波は、マイクロ波源８６から同軸ケー
ブル８７を通ってキャビティ８４へ供給される。マイク
ロ波の量は、電極２６のシースが粒子を反発するのに充
分強い電場を有するようなプラズマを発生させるのに充
分な量である。電力の供給はｒｆ発生プラズマのための
ものと実質的に同様である。

粒子がウェーハに付着するのを妨げるために、ウェーハ
表面から粒子を垂直方向に反発させるだけでなく、これ
らの粒子をウェーハから横方向に引っ張るのが有利であ
る。一つの方法は、ウェーハを水平面から傾けることか
らなる。例えば、ウェーハを１５°傾けると、粒子への
垂直な重力とウェーハの表面にノーマルな電気的な反発
との組み合わせが粒子をウェーハから横方向に運ぶ横方
向の力が生ずる。さもなければ、ガスノズル、例えばノ
ズル８８が、ウェーハを横切るガスの横方向の流れを提
供するために含まれうる。好ましくは、この流れは、こ
れらの粒子が反応室２２から除去されるように、排気シ
ステム２４に向かう。

排気システム２４への排気マニホールドの上には、プラ
ズマが排気ポートに広がり過ぎるのを妨げるようにスク
リーン８９がある。しかしながら、これらのスクリーン
に生じた電場は、これらの粒子がこれろのスクリーンを
過ぎるのを妨げるのに充分な大きさでありうる。これら
が、これらのスクリーンを過ぎるのを可能にするために
は、スクリーンの孔は、該孔に生じた電場が、これらの
粒子の重量及びスクリーンを流れる空気の流れが、これ
らの粒子をこれらのスクリーンを通して引っ張るのに充
分低くなるように、充分大きくなければならない。スク
リーンの孔の大きさは約数ｍａｔ〜１０ｍｍであるのが
、これらのスクリーンをこれらの粒子をの大部分を通過
させるために充分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な空中粒子の相対的な大きさを説明する
図であり、第２図は典型的なプラズマ反応装置の模式図
であり、第３図は複数のＩＣプロセス室にウェーハを供
給するためのロボットを有するウェーハ処理システムの
模式図であり、第４図は補助ｒｆプラズマ源を使用する
本発明の好ましい実施態様の装置の模式図であり、第５
図は補助ｒｆプラズマの一実施態様を示す模式図であり
、第６図は第−及び第二のプラズマ源の作動時間を示す
グラフであり、第７図はプラズマ反応装置の等価回路を
示す図であり、第８図は補助プラズマ源としてマイクロ
波プラズマ源を用いる本発明の別の実施態様の装置の模
式図、第９図はプラズマ反応装置から粒子を離しておく
方法の概略を示す図である。２２・・・・プラズマ反応室２５・・・・ｒｆ電源２７・・・・ウェーハ４１・・・・補助ｒｆ電力源Ｏｉｇｉｇ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）ウェーハプロセス期間中、反応装置内にプ
ラズマを発生させる工程、及び（ｂ）ウェーハが室内にあり、且つウェーハに実質的に
プロセッシングが行われない全期間、反応室中を低圧に
し、反応室中に実質的にプロセッシングしないプラズマ
を発生させ、これにより反応室内の粒子が正味の負の電
荷を得て、これによりウェーハが反応室内にある全期間
にウェーハに対して粒子を反発させることができる工程を含むことを特徴とする反応ガスを含むプラズマ反応室
内のウェーハから粒子を反発させる方法。
（２）工程（ｂ）において、反応室内の電子及びイオン
の荷電密度及び移動度が、ＤＣ電場がプラズマシース内
のウェーハのすぐ上の、ウェーハから負に荷電した粒子
を反発させるのに充分な位置に発生するような状態であ
ることを特徴とする請求項（１）記載の方法。
（３）ウェーハのＤＣ電場が、少なくとも１．０Ｖ／ｃ
ｍであることを特徴とする請求項（２）記載の方法。
（４）工程（ｂ）が、補助プラズマ源からプラズマを発
生させることを含む請求項（１）記載の方法。
（５）工程（ｂ）が、反応室内に補助ｒｆ電極からプラ
ズマを発生させることを含むことを特徴とする請求項（
４）記載の方法。
（６）工程（ｂ）が、反応室内にマイクロ波プラズマを
供給するために組み合わされたマイクロ波プラズマ発生
装置にプラズマを発生させることを含むことを特徴とす
る請求項（４）記載の方法。
（７）ウェーハ移動期間中、プラズマの反応性及び密度
がウェーハプロセス期間中より低いことを特徴とする請
求項（１）記載の方法。
（８）ウェーハ移動期間中、ウェーハを反応室と反応室
の外部との間を、狭いウェーハ移動バルブを通して移動
させ、これにより移動中の反応室からのプラズマの流出
量を最低限とすることを特徴とする請求項（１）記載の
方法。
（９）工程（ｂ）の少なくとも一記の期間、反応室内の
反応ガスを、ハロゲン化されてなく、且つ自由電子がプ
ラズマ中に発生するのに充分な程度に電気的に陽性の反
応ガスに置き換えて、粒子がウェーハ移動期間中プラズ
マにより負に荷電されることを特徴とする請求項（１）
記載の方法。
（１０）ウェーハを、粒子の重力及び電場の反発が、粒
子がシース上を横切って流れ、その後流れ去るようにす
る正味のフォースを作るように、水平面に対して傾ける
ことを特徴とする請求項（１）記載の方法。
（１１）工程（ｂ）において、ウェーハを横切って流れ
る粒子が、反応室から除去されることを特徴とする請求
項（１０）記載の方法。
（１２）工程（ｂ）において、ガスの流れを、ウェーハ
の移動の期間中、粒子がウェーハを横方向に横切って、
その後ウェーハから離れるように、ウェーハを横切る方
向にすることを特徴とする請求項（１）記載の方法。
（１３）工程（ｂ）において、ウェーハを横切って流れ
る粒子が、プラズマコンファイニングスクリーンの適当
な孔を通って反応室から除去されることを特徴とする請
求項（１）記載の方法。
（１４）反応室を囲む壁、前記室内のウェーハのプロセスに適するプラズマを発生
させるための手段、及び前記ウェーハをプロセッシングしないことが望まれる期
間中、前記室内に発生されるプロセッシングしないプラ
ズマが前記室内のウェーハから粒子を反発させるために
発生することを可能にするために、実質的にプロセッシ
ングしないプラズマを前記室内に発生させるための手段
を含むプラズマ反応装置。
（１５）実質的にプロセッシングしないプラズマを発生
させるための手段が、電源に接続される補助電極を含む
請求項（１４）記載の反応装置。
（１６）実質的にプロセッシングしないプラズマを発生
させるための前記手段が、マイクロ波のプラズマ源を含
むことを特徴とする請求項（１４）記載の反応装置。
（１７）さらに、前記ウェーハを横切るようにガスの流
れを方向づけるための手段を含むことを特徴とする請求
項（１４）記載の反応装置。
（１８）前記ウェーハを横切るガスの流れを方向づける
ための前記手段が、ガス源に連結されたノズルを含むこ
とを特徴とする請求項（１７）記載の反応装置。
（１９）前記ウェーハを横切るガスの流れを方向づける
ための前記手段が、マイクロ波プラズマ源を含むことを
特徴とする請求項（１７）記載の反応装置。
（２０）非プロセス期間中、前記ウェーハから粒子を反
発させて離すために充分な低レベルのプラズマを維持す
ることを可能にする補助ガスで、ウェーハプロセスガス
を置き換えるための手段を含むことを特徴とする請求項
（１４）記載の反応装置。
（２１）前記補助ガスが反応室内の粒子が負に荷電され
るのに充分な程度に電気的陽性の非ハロゲン化ガスであ
ることを特徴とする請求項（２０）記載の反応装置。
（２２）排気部内に、プラズマがスクリーンを通って広
がるのを防止するために、少なくとも直径４ｍｍの開口
を有するスクリーンのセットを有し、これにより該開口
における電場が、粒子がこれらの開口を通って落ちうる
に充分弱くなることを特徴とする請求項（１４）記載の
反応装置。