JPH07153740A - 半導体デバイスのプラズマ処理の間における粒子汚染を減少させる方法 - Google Patents

半導体デバイスのプラズマ処理の間における粒子汚染を減少させる方法

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JPH07153740A
JPH07153740A JP6225024A JP22502494A JPH07153740A JP H07153740 A JPH07153740 A JP H07153740A JP 6225024 A JP6225024 A JP 6225024A JP 22502494 A JP22502494 A JP 22502494A JP H07153740 A JPH07153740 A JP H07153740A
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ギュプタ アナンド
Charles S Rhoades
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イー ヤン
Joseph M Lanucha
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ処理の間、プラズマチャンバ内で半導
体ウエハ上に捕捉された粒子を除去すること。 【構成】 ウエハ周部に位置するフォーカスリング及び
クランプ機構が捕捉粒子の流れを妨げるために、チャン
バから排出されたガスと共に、捕捉粒子が外に導き出さ
れることがなくなる。本発明の方法によると、処理の終
了時で高周波電力が処理チャンバから切り離される前
に、フォーカスリングとクランプ機構を上昇させること
で、導入された不活性ガスと共に、捕捉粒子がチャンバ
から容易に流出できるようになり、ウエハの粒子汚染の
レベルが大幅に減じられることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体処理中
に粒子汚染物（particulate contaminats ）を除去する
ための技術に関し、より詳細には、プラズマリアクタチ
ャンバ内部で蓄積する汚染粒子（contaminant particle
s ）を除去するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超小型電子デバイス（microelectronic
device）の製造においては、半導体デバイスは半導体チ
ップに益々高密度で実装されるため、粒子汚染に対する
関心は益々増加している。通常、直径が６インチから８
インチ（１５cm〜２０cm）である単一大径半導体ウエハ
から多数チップ（multiple chip ）が形成されるが、近
年、チップ全体面積は増加しており、集積回路のいくつ
かにおいてはウエハ全体に相当する面積を占めるものも
ある。それと共に、デバイス形状の小形化、つまり、デ
バイス密度の高密度化に向かう傾向が続いている。より
小さなデバイス形状を使用するということは、より小さ
な汚染粒子によって回路に欠陥が生じ得ることを意味す
ることは明らかである。薄膜のエッチング中又は堆積中
における粒子の存在は、ボイド（void）、位置ずれ、又
は短絡を発生させる可能性があり、これらはデバイスの
動作と信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある。また、デバ
イス全体の面積が更に大きな場合は、満足できるデバイ
ス歩留りのパーセンテージが更に低くなる。
【０００３】半導体ウエハを取扱うために設計された自
動装置とクリーンルームとの品質向上によって、また、
ウエハ表面を清浄化する技術の向上によって、粒子汚染
は大幅に減少されてきている。しかし、数多くの粒子が
ウエハ処理チャンバ自体の中で生成されている。汚染源
として可能性のあるものには、処理材料、処理チャンバ
の内壁、及び自動ウエハ取扱い装置の機械的疲労などが
ある。詳細には、プラズマを用いた処理工程において、
様々な種類の多数の化学的「破片（fragments）」が、
イオン、電子及びラジカルを含む処理ガスから生成され
る。これらの破片は結合し、全体的に僅かに負に帯電し
た粒子を生成することがあり、このような粒子は処理さ
れているウエハを最終的に汚染する恐れがある。更に、
プラズマ処理の間、ポリマーのような種々の材料が処理
チャンバ壁上にコーティングされる。機械的応力や熱的
応力によって、これらの材料が割れ、壁から分離して、
更に汚染粒子を発生させ得る。他の汚染源としては、真
空ポンプからのオイル、及び、ウエハ運搬工程中に処理
チャンバ内で生成された粒子がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理におい
て、汚染粒子は、一般的に、チャンバ内であってウエハ
に隣接するプラズマシース（plasma sheath ）とプラズ
マ発光領域（plasma glowregion）との間で捕捉（tra
p）される。特にプラズマ処理の最後に、プラズマを維
持する高周波（rf）電力が切られた場合、これらの粒子
によってウエハが汚染される重大な危険性が生じる。数
多くのプラズマ処理においては、プラズマエッチング処
理の間などのように、ウエハへの活性プラズマ種の流れ
を制御することによって処理の均一性を高めるために、
ウエハの上方で、且つその円周部にフォーカスリングが
配置されている。チャンバ内部の圧力が許容できない低
いレベルまで減ぜられない限り、フォーカスリング、及
びその関連のウエハ把持機構は、捕捉された粒子（trap
ped particle；以下「捕捉粒子」という）のガスの流れ
による除去を相当に妨げることとなる。ウエハ処理チャ
ンバからそのような粒子を取り除くために、信頼性があ
り安価な方法を提供する必要性がまだ存在することは理
解されるであろう。本発明はこの必要性を満たすもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、チャ
ンバ圧を減少させることなく、且つチャンバ構造の変更
の必要性を生じさせることなく、周辺機構（peripheral
mechanism）によってウエハが内部の適所に固定される
半導体処理チャンバから、捕捉粒子を除去するための方
法に関する。簡単に且つ一般的な用語で説明すると、本
発明の方法は、連続的にチャンバを排気する工程と、ウ
エハに対する冷却ガスの流れを終了させる工程と、ウエ
ハの上方に周辺機構を上昇させる工程と、チャンバ内に
不活性ガス（inert gas ）を導入する工程と、チャンバ
を排気し続ける工程を備えており、ウエハの上方の粒子
は、周辺機構の下を自由に流れ、チャンバから流出する
ことができる。また、任意であるが、この方法は、ガス
の供給を不活性ガスに切替えることも含んでいる。
【０００６】より詳細には、本発明の方法は、プラズマ
増強処理（plasma-enhanced process ）に適用されるよ
うに、処理チャンバ内でサポート上に半導体ウエハを置
く工程と、処理の均一性を向上させるために、ウエハの
周部（periphery ）で上に向かって延びているフォーカ
スリングを包含するクランプ機構を、ウエハ上へ下降さ
せる工程と、チャンバ内へ処理ガスを導入する工程と、
ウエハ処理を向上させるプラズマ領域を維持するため
に、チャンバ電極に高周波（rf）電力をかける工程と、
処理の間にチャンバ内で所望の圧力を維持するために、
排気ポートを通してチャンバを連続的に排気する工程と
を備えている。次に、処理の完了時であってチャンバ電
極から高周波電力を切り離す前に、本発明の方法は、ウ
エハに供給される全ての冷却ガスの流れを停止させ、ウ
エハからクランプ機構及びフォーカスリングを上昇させ
ることで、処理の間にウエハの上方で捕捉された粒子
は、クランプ機構とフォーカスリングの下から流出し、
排気ポートを通って排出される工程を備えている。好適
には、クランプ機構を上昇させる前にガス供給は、不活
性ガスに切り替えられ、粒子が排気ポートの中へ排出さ
れることを確実にするためにガス流率が高められ、少な
くとも数秒の期間維持される。先の記載から理解される
ように、本発明は、半導体ウエハのプラズマ処理の分野
における重要な進歩を呈するものである。特に、本発明
は、処理の間の捕捉粒子の蓄積による粒子汚染のレベル
を実質的に減少させるものである。
【０００７】
【実施例】説明のための図面に示されるように、本発明
は、プラズマ処理チャンバから汚染粒子を除去する技術
に関するものである。図１は、プラズマエッチングリア
クタを表したものであり、このプラズマエッチングリア
クタは、図では参照符号１０で示され、典型的にはアル
ミニウムのような非磁性体で作られたハウジング１２か
ら成っている。このハウジング１２は、プラズマ処理チ
ャンバ１４を形成している。高周波（rf）エネルギ源１
８にはカソード１６が接続され、処理ガスがカソードの
上方に配置されたガスマニホールド２０を通って、チャ
ンバ１４に供給される。これから処理される半導体ウエ
ハ２２は、ウエハ支持構造体としても機能するカソード
１６上に配置される。このウエハ２２は、クランプリン
グ２４によりカソード１６に接した状態で保持される。
プラズマ処理の間、ウエハ２２は加熱し、一般的に、何
等かの手段によって冷却されなくてはならない。典型的
な構成では、冷却ガスがウエハ２２の下面に供給され、
クランプは、冷却ガスの流れによって発生する圧力に抗
して、ウエハ２２を押し下げて保持するよう機能する。
真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管２６は、チ
ャンバ１４から連続的にガスを排出する。
【０００８】稼働時に、ガスの供給が開始され高周波電
力が入れられ、プラズマがガスマニホールド２０とウエ
ハ２２の間の空間に発生する。冷却ガスはウエハ２２の
下面に供給される。プラズマ中の分解物の活性種（acti
ve species）がウエハ２２と反応し、エッチングのよう
な所望の処理が行われる。ウエハ２２の円周部（circum
ference ）を取囲むフォーカスリング２８は、ウエハの
上方で上に向かって延びており、エッチング処理の均一
性を向上させる。残念ながら、処理の間に、不要な帯電
汚染粒子が、ウエハ２２に隣接するプラズマシース（pl
asma sheath ）とプラズマの活性ないしは発行領域（ac
tive or glow region ）との間のチャンバ１４内で捕捉
される。フォーカスリング２８及びクランプリング２４
は、一般的に、これらの汚染粒子がチャンバから排気管
２６を通って流出するのを妨げる。その結果、処理の最
後で高周波電力が切られると、汚染粒子がウエハ２２の
表面上に付着することになる恐れもある。
【０００９】本発明によれば、処理の最後で高周波電力
を切る前に、冷却ガスの流れを止め、フォーカスリング
２８とクランプリング２４を、図３に示すように、例え
ば約１／４インチ（６mm）のように選択された距離でウ
エハ２２の上方に持ち上げ、そして、不活性ガスをガス
マニホールド２０内に導入する。この持ち上げられた位
置においては、フォーカスリング２８とクランプリング
２４は、ウエハ２２の上方からの捕捉汚染粒子の流れに
対して、全く妨害とはならない。図３の中で矢印で示し
たように、その粒子は、クランプリング２４の下を流
れ、排気管２６を通り流出される。本発明はプラズマエ
ッチング処理の後の捕捉粒子を除去するための方法を記
載したものであるが、ウエハを清浄化し、処理前にチャ
ンバから全粒子を確実に排出するために、同じ処理が用
いられ得ることは理解されるであろう。
【００１０】処理後にウエハ２２を解放するための機構
がもともと必要であったため、フォーカスリング２８及
びクランプリング２４を上昇させるための別な機構は必
要ない。本発明によれば、機構の操作時間のみを変化さ
せることにより粒子汚染の低減を大幅に向上させること
ができる。本発明によるプラズマエッチングリアクタの
操作の後における工程の順序は、(1) ウエハ２２の下面
への冷却ガスの流れを停止する工程、(2) フォーカスリ
ング２８及びクランプリング２４を上昇させる工程、
(3) 任意であるが、ガスの流れをアルゴンのような不活
性ガスに切り替える工程、(4) 数秒間のように短期間、
流量（flow rate ）を増加させる工程、及び(5) リアク
タへの高周波電力の供給を切る工程、であるのが望まし
い。
【００１１】上記の記載から理解されるように、本発明
は、半導体処理の分野、特にプラズマ処理における大幅
な進歩を呈するものである。本発明の方法は、チャンバ
の構造を変更する必要がなく、そして、粒子除去を達成
するためのチャンバ内の圧力制御に関しては複雑なもの
ではない、プラズマ処理チャンバ内で捕捉された汚染粒
子を取り除くための簡素で且つ効果的な手段を提供する
ことである。また例示のために、本発明の特定実施例に
ついて詳細に説明したが、本発明の精神と範囲から逸脱
することなく、色々な変更が施されてもよいことは理解
されよう。従って、本発明は特許請求の範囲に記載され
た発明を除いては、限定されるべきではない。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法は、連
続的にチャンバを排気する工程と、ウエハに対する冷却
ガスの流れを停止させる工程と、ウエハの上方に周辺機
構を上昇させる工程と、チャンバ内へ不活性ガスを導入
する工程と、チャンバの排気を続ける工程とを備えてい
る。この方法により、処理の間にウエハの上方で捕捉さ
れた粒子は、周辺機構が持ち上げられることによって、
周辺機構の下を自由に流れ出ることができ、ウエハの上
方から捕捉粒子が除去されることとなる。また、チャン
バ内へ不活性ガスを導入することによって、このガスの
流れによって、捕捉粒子が効率良く除去されることにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法が適用されるタイプのプラズマ処
理チャンバを示す概略図であり、部分的に断面図で示し
たものである。
【図２】図１の一部を拡大した概略図であって、処理が
されているウエハに関連するフォーカスリング及びクラ
ンプリングを示したものである。
【図３】図２と同様な概略図であるが、本発明に従って
持ち上げられたフォーカスリング及びクランプリングを
示したものである。
【符号の説明】
１０…プラズマエッチングチャンバ、１２…ハウジン
グ、１４…プラズマ処理チャンバ、１６…カソード、１
８…高周波（rf）エネルギ源、２０…ガスマニホール
ド、２２…半導体ウエハ、２４…クランプリング、２６
…排気管、２８…フォーカスリング。
フロントページの続き (72)発明者 チャールズ スティーウ゛ン ローデス アメリカ合衆国， カリフォルニア州 91362， サウザンド オークス， ヴィ スタ ウッド シーア−ル． ナンバー32 2485 (72)発明者 ヤン イー アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95008， キャンベル， ヴィア サリス 3862 (72)発明者 ヨセフ エム． ラヌーチャ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94086， サニーヴェール， ポンデロー ザ アヴェニュー ナンバーＢ 976

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部で半導体ウエハが周辺機構によって
    適所に保持される処理チャンバから不要な汚染粒子を除
    去する方法において、 前記チャンバを連続的に排気する工程と、 前記ウエハへの冷却ガスの流れを停止する工程と、 前記ウエハの上方に前記周辺機構を上昇させる工程と、 前記チャンバへガスを供給する工程と、 前記チャンバを連続的に排気し、前記ウエハの上方の粒
    子が前記周辺機構の下を自由に流出し、且つ前記チャン
    バから自由に排出される工程とを備えた不要汚染粒子除
    去方法。
  2. 【請求項２】 前記チャンバへガスを供給する前記工程
    が、前記周辺機構を上昇させる工程に先行して、不活性
    ガス（inert gas ）源への切り替えを含むものである請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 プラズマ処理チャンバから不要な汚染粒
    子を除去する方法において、 前記処理チャンバ内で、サポート上に半導体ウエハを置
    く工程と、 処理の均一性を向上させるために、前記ウエハの周部
    （periphery ）で上に向かって延びているフォーカスリ
    ングを包含するクランプ装置を、前記ウエハ上に下降さ
    せる工程と、 前記チャンバへ処理ガスを導入する工程と、 前記ウエハの処理を向上させるプラズマ領域を維持する
    ために、チャンバ電極に高周波（rf）電力を適用する工
    程と、 処理の間に、前記チャンバ内で所望の圧力を維持するた
    めに、排気ポートを通じて前記チャンバを連続的に排気
    する工程と、 処理の完了時であって前記チャンバ電極から高周波電力
    を切り離す前に、前記ウエハに供給される全ての冷却ガ
    スの流れを停止させ、且つ前記ウエハから前記クランプ
    機構及び前記フォーカスリングを上昇させることで、処
    理の間に前記ウエハの上方で捕捉（trap）された粒子
    が、前記クランプ機構と前記フォーカスリングの下から
    流出し、前記排気ポートを通って排出される工程とを備
    えた不要汚染粒子除去方法。
  4. 【請求項４】 前記クランプ機構を上昇させる工程に先
    行して、処理ガスの供給から不活性ガスの供給へ切り替
    える工程を更に備えた請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 不活性ガスの流量を増加させる工程を更
    に備えた請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記粒子を前記排気ポートの中へ排出す
    る（sweep ）ために、少なくとも数秒の期間、増加され
    た流量を維持する工程を更に備えた請求項５記載の方
    法。
JP6225024A 1993-09-21 1994-09-20 半導体デバイスのプラズマ処理の間における粒子汚染を減少させる方法 Withdrawn JPH07153740A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/124900 1993-09-21
US08/124,900 US5423918A (en) 1993-09-21 1993-09-21 Method for reducing particulate contamination during plasma processing of semiconductor devices

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