JPH0864573A - プラズマリアクタ内の静電チャックの洗浄 - Google Patents

プラズマリアクタ内の静電チャックの洗浄

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JPH0864573A
JPH0864573A JP13776095A JP13776095A JPH0864573A JP H0864573 A JPH0864573 A JP H0864573A JP 13776095 A JP13776095 A JP 13776095A JP 13776095 A JP13776095 A JP 13776095A JP H0864573 A JPH0864573 A JP H0864573A
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electrostatic chuck
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スー ユー−ジア
Richard Muh
ムー リチャード
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電チャックを使用するプラズマ処理におい
て、連続プラズマ処理サイクル中、チャック上の汚染蓄
積物を制御することにより、非揮発性汚染物を効率的に
除去すること 【構成】 本発明は、軟質材料加工物を用いて物理的に
除去するか又はチャック表面からの汚染物を浮遊しかつ
チャンバのチャンバ真空排気装置のガス流れ中に捕捉す
るプラズマシースを発生させることにより、半導体加工
物の静電チャックペデスタルから微粒子汚染物を除去す
る方法を提供するものである。汚染除去プロセスは、加
工物処理用連続プラズマプロセスにおいて特に効果的で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体プラズマリアク
タ内に用いられる静電チャックの洗浄方法に関し、更に
詳細には、半導体加工物の連続プラズマ処理中静電チャ
ックの微粒子汚染を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体加工物のプラズマ処理は、プラズ
マチャンバ内の１枚以上の半導体加工物／ウェハ上にガ
ス化学エッチング、ガス化学蒸着、物理スパッタリング
又は急速熱アニーリングのような１種以上のプラズマプ
ロセスを行うことを含んでいる。半導体部材の形が非常
に小さくなるにつれて、臨界寸法の均一性及び精度を維
持する能力が損なわれるようになる。半導体処理リアク
タ内で行われるプロセスの多くは、蓄積しかつ半導体部
材の生成に有害な微粒子物質源になる汚染付着物を処理
チャンバの至る所に残す。これらのプロセスがこれまで
より速くなりかつ半導体部材の寸法サイズがこれまでよ
り小さくなるにつれて、半導体加工物の表面上の微粒子
物質の存在はますます危険要因になってきた。従って、
プラズマ処理チャンバ（即ち、プラズマエッチング、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマ増強化学気
相成長（ＰＥＣＶＤ）等）の清浄度が重要である。
【０００３】半導体処理チャンバの全要素についての微
粒子汚染蓄積物は、金属膜を使用する半導体要素のエッ
チング処理において長い間主要な課題であった。これら
の金属膜は、一般に、プラズマ成分としてハロカーボン
ガスを含む多くの反応性ガスを用いることによりエッチ
ングされる。アルミニウム膜の場合には、用いられるエ
ッチングガスは主として塩素含有ガス、塩素（Ｃｌ2 )
及び三塩化ホウ素（ＢＣｌ2 ) であり、エッチングの際
に揮発性塩化アルミニウム化合物の形成を可能にし、こ
の揮発性化合物は加圧真空によりエッチング処理チャン
バから除去することができる。しかしながら、揮発性塩
化アルミニウム化合物の形成と同時に、エッチング処理
チャンバ内に存在する酸素及び水蒸気又はパターン形成
ホトレジストからの有機化学種と反応することができる
他の活性塩素及びホウ素含有化学種が形成されて非揮発
性微粒子組成物を形成し、最後には処理チャンバの内壁
に比較的多量の汚染物を生じる。非揮発性微粒子組成物
は、最初はチャンバの種々の要素表面にゆるく付着した
粒子によってエッチングチャンバ内部に残る傾向があ
る。これらの汚染化合物はチャンバ内の他の表面の中で
も加工物ペデスタル上に蓄積する。
【０００４】プラズマ処理チャンバ内部の種々の表面か
らの汚染物の除去は、加工物ペデスタル及びガス分布プ
レートを含むチャンバを周期的に洗浄することにより行
われた。既知の洗浄法は、プラズマチャンバを開放し、
チャンバの一部を取り外し、物理的又は化学的方法によ
って汚染付着物を除去することを含むものであった。例
えば、その中のチャンバ及び要素を塩酸溶液で洗浄する
か又は溶剤で手拭きして種々の汚染物を溶解することが
できる。また、水洗して乾燥してもよい。これらの洗浄
法は、すべて複雑であり、破壊的であり、時間を要する
ものであり、追加の汚染源となることがある。リアクタ
汚染の課題は、連続プロセスが用いられて蓄積した汚染
蓄積物を生じる枚葉式ウェハプラズマエッチングリアク
タにおいて特に深刻になっている。
【０００５】非揮発性汚染物の付着を受けるプラズマ処
理チャンバ要素の１つは静電チャックである。静電チャ
ックは、プラズマ製造工程で半導体ウェハを保持又は固
定するために半導体分野において幅広い使用を獲得した
装置である。静電チャックは、クーロン力によって加工
物基板の全下面を確実に保持し、加工物を支持プラット
ホーム又はペデスタルに機械的に固定するのに代わるも
のである。加工物／基板が静電チャックを用いてプラッ
トホームに保持されると、基板／加工物の平坦度が改善
される。これらのチャックは、たいてい扱いにくくかつ
処理チャンバに汚染を導入する機械的固定メカニズムの
要求を排除するものである。従来技術において用いられ
た典型的な静電チャックは、米国特許第 4,184,188号
（Ｂｒｉｇｌｉａ）；同第 ４，３８３，９１８号(Ab
e);同第 4,724,510号 (Wickerら);同第 4,665,463号 (W
ardら);同第 5,166,856号 (Liporaceら);及び同第 5,19
1,506号(Loganら) に見られる。
【０００６】静電チャックは、チャックに対してウェハ
を保持又は固定するために加工物ウェハとチャック間に
静電界を発生させる導電体／絶縁体コーティング構造を
含むキャパシタ要素である。ポリテトラフルオロエチレ
ン及びポリイミドのような軟質合成樹脂又はアルミナも
しくはダイヤモンドのような硬質セラミックスを含む種
々の絶縁コーティングがこれらのチャックにおいて用い
られた。硬質あるいは軟質静電チャック上の非揮発性微
粒子汚染物の蓄積物は、粒子が存在するとチャックの粒
子の乗った面にウェハの下面を確実に固定することを妨
げることから、チャックの保持能力に有害であることが
判明した。更に、硬質セラミックチャックが用いられる
と、蓄積した汚染粒子はウェハ／加工物連続処理によっ
て粉末になり、そのことによりチャックの絶縁面上に電
気破壊的粉末コーティングを形成する。軟質樹脂チャッ
クの場合には、加工物連続処理が軟質樹脂に埋め込まれ
るべき絶縁面上に蓄積粒子を生じ、そのことによりチャ
ックキャパシタによって発生したクーロン力を破壊す
る。従って、プラズマ処理に静電チャックを使用するに
は、プラズマリアクタの周期的洗浄あるいは好ましくな
い汚染蓄積物を防止するように連続プラズマ処理サイク
ル中チャック上の汚染蓄積物を制御する手段によって非
揮発性汚染物が除去されることが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体プラ
ズマ処理リアクタに用いられる静電チャックを洗浄する
方法及び不適当に固定された加工物の不完全なエッチン
グを防止しかつプラズマチャックを閉鎖及び洗浄する要
求を減じるために連続プラズマ処理リアクタ内の静電チ
ャック上の汚染蓄積物を制御する方法を提供するもので
ある。本発明の静電チャック洗浄の開発は、静電チャッ
クの洗浄期間の要求を延長し、特に反応性イオンエッチ
ングプロセスの効率を改良する。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は、プ
ラズマ処理リアクタ内に発生しかつ半導体プラットホー
ム、特に静電チャック上に付着した微粒子汚染物を、具
体的な進行中の連続プラズマ処理サイクルにおいてチャ
ック表面から汚染粒子を電気的又は機械的にその場除去
することにより除去することができるという発見に基づ
くものである。本明細書におけるプラズマ処理として
は、誘電層、半導体層及び導電層の蒸着及び／又はドラ
イエッチングが含まれる。本発明は、チャンバ内に配置
された１枚以上のウェハにガス化学エッチング、ガス化
学蒸着、物理スパッタリング及び他のプラズマ操作を行
うプラズマ処理チャンバに適用できる。本発明は、硬質
表面静電チャックの洗浄に特に適している。
【０００９】更に、連続プラズマリアクタプロセスにお
いてプラズマパラメーターを断続的に変化又は操作する
と、結果として生じる強さの小さいプラズマ及び真空排
気によって除去される静電チャック上の汚染粒子付着物
をプラズマシースに移動させるプラズマシースを生じる
ことが判明した。更に詳細には、静電チャックを用いる
プラズマチャンバ内に低磁場及び電力条件下のプラズ
マ、減圧並びに高ガスフローを発生させることにより、
チャックからの汚染微粒子物質を浮遊させるとともにチ
ャンバのガス排気流れ中に該粒子を移動させるシースを
有するプラズマが形成され、そのことによりチャンバか
ら汚染物を排出する。本プラズマシース発生サブプロセ
スは改変せずに実施することができるし、チャック表面
の洗浄は追加のプロセス工程によって強化してもよい。
例えば、プラズマシース洗浄間隔の間に静電チャックに
反対極性の電圧を連続的に印加すると、チャック表面上
に形成された汚染粒子の除去が高められる。更に、別の
実施例としては、（ｉ）静電チャック加工物ペデスタル
に軟質材料加工物要素を導入する、（ii）ペデスタルに
チャック電圧を印加し、そのことにより汚染粒子（特に
３ミクロンより大きいもの）が軟質材料加工物に埋め込
まれる及び(iii) 汚染物が埋め込まれた軟質加工物を除
去するサブプロセスが含まれる。
【００１０】本発明は、真空排気能力を備えかつ大気以
下に制御された環境内で基板を連続的に処理するのに適
応したプラズマ処理チャンバ内の処理ステーションに基
板を保持するための表面を有する静電チャックの洗浄方
法であって、 ａ）該チャンバ内の該静電チャックの該基板保持表面に
基板を保持する工程； ｂ）該チャンバ内に少なくとも１種の選定ガスを送る工
程； ｃ）該基板上にプラズマ処理するように該静電チャック
の該基板保持表面に実質的に垂直なガスプラズマ及び付
随した電場を設定するために該チャンバに電力を印加す
る工程； ｄ）プラズマ処理の完了時に該静電チャックから処理加
工物を取出す工程；及び ｅ）大気以下に制御された環境下で該チャンバを保持し
つつ、プラズマ処理されるべき次の基板を導入する前
に、その密閉チャンバ内の該静電チャック表面から汚染
粒子を電気的に又は機械的にその場（in-situ ）除去す
る工程；を含む方法に関する。
【００１１】本発明は、更に、密封真空チャンバ内で半
導体基板のプラズマ処理を連続的に行う方法であって、 ａ）真空排気装置及び基板を静電チャックの表面上に保
持するのに適応した静電チャッククランプを有する基板
ペデスタルを含むプラズマチャンバを設置する工程； ｂ）該チャンバ内に少なくとも１種の選定ガスを送る工
程； ｃ）前記基板を処理するように該基板を受取るための該
ペデスタル表面に実質的に垂直な処理プラズマ及び付随
した電場を設定するために該チャンバに電力を印加する
工程； ｄ）プラズマ処理の完了時に該静電チャック表面から処
理基板を取出す工程；及び ｅ）該静電チャックペデスタル表面の上に、該静電チャ
ック表面が曝される場合の前記処理プラズマに比べて密
度の低下したプラズマを発生させ、そのことにより前記
ペデスタル上に形成された微粒子汚染残留物がプラズマ
シース内に浮遊しかつ該チャンバのガス除去流れ中に捕
捉され、粒子がガス排気装置によりチャンバから出され
る工程；を含む方法に関する。
【００１２】更に、本プラズマシース洗浄法の実施例
は、プラズマシース洗浄工程中該静電チャックに反対極
性の電圧を連続的に印加して該静電チャック表面から汚
染粒子を浮遊させかつプラズマシースへ移動することを
高める工程；を更に含む。
【００１３】更に、本発明は、 硬質表面静電チャック
から汚染粒子を除去する方法であって、 ａ）静電チャックペデスタルを含むプラズマチャンバを
設置する工程； ｂ）軟質樹脂材料表面を含む加工物を該静電チャック表
面上に該軟質樹脂材料が該硬質チャック表面と接触した
状態にあるようにして載置する工程； ｃ）該チャックに直流チャック電圧を印加して該軟質樹
脂材料を該チャック表面に引きつけかつプレスし、その
ことにより相対的に大きな汚染粒子が該軟質樹脂材料中
に埋込まれる工程；及び ｄ）その汚染物含有軟質樹脂含有加工物を該チャンバか
ら取出す工程；を含む方法に関する。
【００１４】
【実施例】本発明は、プラズマ処理チャンバ内の加工ス
テーションのペデスタル又はプラットホームに半導体ウ
ェハのような基板を固定するために用いられる静電チャ
ックから残留汚染粒子を除去する手段を提供するもので
ある。本発明は、プラズマエッチングプロセスにおいて
発生した静電チャック上の汚染物の付着を制御するのに
特に有効である。本プロセスの例は、基板のエッチング
処理並びにアルミニウム及びその化合物を含む有機金属
残留物のような汚染物の移動及び除去によって下記の好
ましい実施例において記載される。しかしながら、本明
細書で示されるように静電チャックから汚染物を除去す
る概念は、一般にプラズマ処理チャンバに適用できる。
例えば、ペデスタルの汚染物制御は、化学気相成長、物
理気相成長、エピタキシャル成長及びドーパント注入に
用いられるチャンバ並びに金属エッチングで用いられる
チャンバに重要である。
【００１５】本汚染物発明の利益を受けるプラズマプロ
セスの具体的な説明（an illustration ）として、アル
ミニウムエッチング化学を促進する典型的なプラズマは
例えばＢＣｌ3 、Ｃｌ2 及びＮ2 を含むプロセスガスを
使用する。塩素系アルミニウムエッチングプロセスで
は、基板上のアルミニウムは塩素原子、おそらく塩素含
有分子と反応して揮発性塩化アルミニウム分子化合物を
形成する。このエッチング副生成物はチャンバからポン
プで出されるものもあるが、パターン形成ホトレジスト
からの有機化学種又は処理チャンバ内の他の反応性化学
種と反応又は結合するものがあり、その多くは基板又は
半導体ウェハ支持ペデスタル及びチャンバ壁表面を含む
処理チャンバ要素上に可能性のある汚染物としてゆるく
付着される。本発明は、ペデスタル表面、特に静電チャ
ックを形成するものからそのような汚染物を除去又は制
御することに関する。
【００１６】図１及び図２は、各々、単一式または枚葉
式ウェハ、本発明のプロセスを実施するために用いられ
る電場増強プラズマエッチングリアクタ６０及びリアク
タ６０の縦断面の等角図（isometric view）を示すもの
である。ここでの記述は主としてＲＩＥ方式プラズマエ
ッチングに関するが、図示されたリアクタの能力は同様
に簡便なプラズマ方式エッチングにも及ぶものである。
装置６０は、八角形構造の外壁６４を有する、典型的に
はアルミニウムのような非磁性材料のハウジング６２を
含む。円形の内壁６６は、エッチングチャンバ６８を区
切っている。リアクタ装置６０は、更にガス及び液体冷
却されることが好ましいペデスタル／陰極部品７２及び
ウェハ交換装置７４を含む。
【００１７】ウェハ交換装置７４は、チャンバに挿入さ
れる外部操作ロボットブレード７６から、好ましくはチ
ャンバ外部のロードロックからウェハ７５をつまむ縦移
動リフトフィンガー７９を含む。フィンガー７９は処理
のためにペデスタル／陰極７２にウェハを移動し、次に
チャンバから除去するためにロボットブレードに処理し
たウェハを戻す。ペデスタル／陰極部品７２は、図３及
び４によって更に詳細に記載されるその上面に固定され
る静電チャック７８を含む（図１及び２には図示されて
いない）。
【００１８】プロセスガスは、１種以上の貯蔵リザーバ
／タンクを含むガス供給装置８１からガスマニホールド
８０によってチャンバ６８の内部に供給される。ガス供
給装置８１は吸込口接続８４によってマニホールド８０
に結合される供給ライン８２を介してマニホールド８０
とチャンバ６８に通じている。該装置は、チャンバ６８
に供給される種々のエッチングガス、キャリヤガス等の
流速を制御する自動流量制御装置又は他の適切な制御装
置を含む。
【００１９】チャンバは所定の大気圧以下に維持され、
廃ガス及び捕捉生成物は排気口９２に通じ、慣用の真空
ポンプ装置９３に接続される環状排気チャンバ９０を経
て排気される。排気フロー（図４で４０８として示され
ている）はチャンバ６８からガスフローチャネル９０及
び真空ポンプ装置９３を含む排気処理装置に送られる。
後で説明されるように、静電チャック上の汚染粒子は本
プラズマシース洗浄装置によって浮遊し、ここで記載さ
れた真空排気流れに捕捉される。この排気装置は、反応
ガスによるウェハ７５の一様なカバレージ及びエッチン
グを容易にする。排気装置の制御は、加圧制御装置及び
送風機の速度を制御するD.C.モータによって操作するマ
ノメータセンサ（図示せず）のような慣用の装置又は他
の慣用の制御装置によることができる。
【００２０】図２においてフロー経路と矢印１０２、１
０４、１０６、１０８によって示されているように、吸
込口８４（経路１００）によって送られるガスはマニホ
ールド８０（矢印１０２）に進み、次にマニホールド
（矢印１０４）から下向きに進み、ＲＦ電力の印加でチ
ャンバプロセス領域１１０内にエッチングガスプラズマ
を形成し、次にウェハ７５の上でかつウェハを横切って
環状排気チャンバ（矢印１０６）へ外に向かって放射状
に、次に排気口９２（矢印１０８）から流れる。
【００２１】上述のＲＦ電力は、ＲＦ供給装置１１２に
よってプラズマ操作用リアクタ装置６０に、即ち、プロ
セス領域１１０において吸込ガスからエッチングガスプ
ラズマを発生させるために供給される。本装置１１２
は、ＲＦ電源及びロードマッチングネットワークを含
み、チャンバ壁が接地しているペデスタル／陰極部品７
２に接続される。即ち、ペデスタルは送電陰極である。
ＲＦ電力は、典型的には高周波数、好ましくは約１3.６
ＭＨｚで供給される。しかしながら、リアクタ装置６０
は、数ＫＨｚの低周波数で操作される。
【００２２】送電ペデスタル／陰極７２を使用すると、
処理中ウェハの表面領域上のＲＦ電力及びプラズマを濃
縮するとともに他の所では減じつつウェハを横切る電力
密度を増大する利点がある。これにより、エッチングが
ウェハ上でのみ起こり、チャンバの他の部分の浸食を減
じるので、ウェハ汚染の可能性を減じることが確実であ
る。典型的には、約2.５−3.５ワット／cm2 の電力密度
が用いられる。これらの高電力密度には冷却が必要であ
る。ＲＦ電力ペデスタル／陰極７２は、ガス増強ウェハ
対陰極熱コンダクタンス及び液体陰極冷却を組合わせて
構成されることが好ましい。制御装置及び電源（図示せ
ず）は、プラズマを維持及び制御することを援助するた
めにプラズマに印加されたD.C.磁場の方向及び大きさを
独立して制御するコイル１１６、１１８、１２０及び１
２２に接続される。
【００２３】ウェハ支持ピン７９は、アーム部品１３７
に取り付けられ、静電チャック７８を含むペデスタル／
陰極部品７２のウェハ支持上面内の穴を通って伸びてい
る。静電チャック７８は、ペデスタル／陰極部品７２の
上面に取り付けられ、該部品は更に周設の石英パイプ又
はカラー１４２、陽極アルミニウム環１３９及び周囲を
覆う環状石英カバー１４１を含む。静電チャック７８内
に設けられかつウェハ支持ピンと垂直に配置された穴を
通って移動するウェハ支持ピン７９（図示されていな
い）を使用しかつ共通の縦移動するアーム部品１３７に
ピン７９を継ぎ合わせると、単軸運動を用いてロボット
ブレード７６でウェハ交換する能力を生じる。
【００２４】更に、図１及び２における装置６０の構成
及び操作については Chengらの米国特許第 4,842,683号
に、ＲＩＥ方式プラズマエッチング装置についてはMayd
anらの米国特許第 4,668,338号に詳述されており、これ
らの特許の全開示を参考として本明細書に引用する。
【００２５】図３によると、ペデスタル／陰極部品７２
の上面の上の静電チャック７８の図式化した詳細な図が
示される。チャック７８のウェハ支持表面は、チャック
表面上に固定されるウェハ７５より小さい実際上の直径
を備えている。更に図３に示されているように、チャッ
ク７８はセラミック、アルミナ、ダイヤモンド又は当該
技術において既知の他の硬質絶縁材料のような硬質絶縁
材料の層間にアルミニウム又は銅のような導電性要素又
は膜３１４を密封又はサンドイッチすることにより形成
される。例えば、硬質絶縁コーティング材料３１６とし
ては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ) 、窒化シリコンのような
無機絶縁材及びダイヤモンドのような炭素が含まれる。
チャック７８は、ペデスタル／陰極７２のウェハ支持表
面の外周リム部に沿って曲がったリム部分３０１を含
む。図３に示されるように、静電チャック７８の導電体
要素３１４は絶縁ケーブル３２２によって被覆された導
電性ワイヤを介してD.C.電源に接続される。高周波数電
源３２４は、ペデスタル／陰極７２に接続される。
【００２６】図３のチャック装置は、図１及び２に記載
されるプラズマチャンバ及びプロセスと共に次の方法で
操作される。まずウェハ７５の形の加工物又は基板をペ
デスタル／陰極７２の上面に載置し、真空チャンバ６８
の内部を真空ポンプ装置（図示されていない）によって
真空排気口９２により真空にする。プラズマが点火され
るちょうどそのときに、直流電圧がチャック７８上にD.
C.電源３２０によって感受され、そのことによりウェハ
加工物３１２が静電的に引きつけられ、ウェハとペデス
タル上面間にはさまれたチャックによる発生したクーロ
ン力によってペデスタル／陰極７２の上面に対して保持
される。電気回路は、プラズマを通って接地までであ
る。
【００２７】アルゴンのようなプロセスガスをマニホー
ルド８０を介してプロセスチャンバ６８に導入した後及
びプロセスチャンバ内の圧力が所望のレベルのときに、
高周波電力が電源３２４によってペデスタル／陰極７２
に印加されてウェハ７５上にプラズマエッチングプロセ
スが行われる。処理が完了した後、電源３２０及び３２
４が切られ、図１及び２に示される枚葉式ウェハ装置の
ウェハ交換装置内のロボットブレード７６（図１及び
２）の操作によってウェハが装置から取出される。
【００２８】図４によると、図１及び２の装置及び図３
の静電チャックの縮図（reduced schematic ）は、本発
明による静電チャックのプラズマシース洗浄を説明する
ために示されるものである。図１、２及び３に関して上
記のようにエッチングプロセスを行った後、微粒子汚染
粒子４０２が静電チャック７８の表面に残存する。以前
に処理及びチャックされたウェハによってこれらの粒子
上に載置された応力のために、これらの粒子は大部分は
直径３ミクロン未満のサイズである。即ち、チャック７
８によって発生されたクーロン力が連続プロセスのウェ
ハの各々を順次チャックの表面にプレスし、そのことに
より３ミクロンより大きいほとんどの汚染粒子が３ミク
ロン未満の小さな粒子に分解される。
【００２９】次に、表面汚染チャック７８の洗浄工程
は、チャンバ６８を真空排気装置２６により２００ｍＴ
ｏｒｒ以下の減圧（高真空）まで真空にし、ガス分布マ
ニホールド８０を介して２５ｓｃｃｍ未満の低速でプラ
ズマ発生ガスを供給し、２００ワット未満の高周波数及
び５０Ｇ未満の磁界（Ｂ）を印加することにより着手さ
れる。プラズマ４２０は、チャンバ壁６６とガスマニホ
ールド８０である陽極とペデスタル／陰極７２間の振動
電場Ｅによってチャンバ６８内に発生する。振動は、イ
ンピーデンス整合無線周波数電源４２４からの無線周波
数電力によって生じる。これにより、グロー領域に振動
電場が生じ、チャック７８の上面に垂直に振動する境界
４２２及びシースゾーン４２８で加工物を処理するため
に用いられるものよりたいてい強さの小さいプラズマ４
２０を発生させる。
【００３０】本明細書において静電チャック表面のプラ
ズマシース洗浄を実施するに当たり、ピークプラズマ密
度がシース４２２よりチャンバ６８の上部に近いように
磁場Ｂを低下又は消失させる。加工物の処理で通常用い
られるプラズマパラメーターを断続的に操作及び変化さ
せることにより、密度の低い上記プラズマ及びシースの
発生を得ること及び静電チャックペデスタル７８上にあ
る汚染粒子をプラズマシース４２８の中に浮遊し、その
ことによりガス排気流れ４０８中に捕捉し排気処理装置
２６により除去することが可能である。これは、蓄積さ
れた陽電荷が静電チャック表面からある粒子４０２を引
きつけ、粒子が印加電圧からペデスタル／陰極７２まで
陰電荷が誘導されたプラズマシース４２８に最も近いプ
ラズマ境界４２２でのプラズマ発生正イオンの蓄積によ
るものである。図１及び２に示されるエッチングチャン
バの場合、基板処理サイクルの間に断続的に適応される
べき好ましいプラズマ洗浄条件として、磁場は０に設定
され、ＲＦ電力供給は２００ワットより低下させ、チャ
ンバ圧は１００ｍＴｏｒｒまで低下させ、レシピガスは
チャンバ６８に導入され、そのことによりプラズマ４２
０が形成される。そのことにより汚染粒子４０２がチャ
ック７８から持ち上がり、真空装置２６により掃引され
る。
【００３１】本発明の他の実施例においては、汚染粒子
の浮遊を高めかつこれらの粒子をプラズマ処理装置のガ
ス排気フローの真空排気フロー中に移動させるように、
プラズマシース洗浄中静電チャックに反対極性の電圧が
連続的に印加される。
【００３２】更に、本発明の別の実施例においては、軟
質材料を含む加工物が静電チャック表面に固定され、チ
ャック電圧が間隔をおいて印加され、そのことにより粒
子、特に３ミクロンより大きい粒子が軟質材料加工物に
埋め込まれるとともにそのような比較的大きい粒子のチ
ャック表面を洗浄する。本方法は、静電チャックを洗浄
するために単独で用いられ、相対的に大きな粒子を除去
するのに特に効果的である。本方法は、更に、固定ウェ
ハ自体の進行中のプラズマ処理と同時に用いることもで
きる。この点で、プラズマの存在又は不在はチャック電
圧を妨害しない。本実施例は、静電チャック上に蓄積す
る小さい（＜３ミクロン）及び大きい（＞３ミクロン）
両汚染粒子の除去を高めるように上記プラズマシース洗
浄プロセスに対してサブプロセスとして用いることがで
きる。本明細書で記載されるプラズマシース洗浄法は、
通常、そのような大きな粒子のためにプラズマ中３ミク
ロンより大きい汚染粒子を浮遊及び除去するのに不十分
である。連続的プラズプロセスにおいて加工物を一定に
配置（固定）及びチャックすることにより、静電チャッ
ク上に蓄積する汚染物はチャック配置及び静電固定中に
縮小したサイズに粉砕し続ける。従って、使用したチャ
ック上の粒子の大部分は、３ミクロン未満となる。従っ
て、プラズマシースプロセスは、基板が連続的に絶えず
処理されるプラズマプロセスにおいて静電チャックを洗
浄するのに効果的である。しかしながら、最適なプラズ
マシース洗浄法は、静電チャック表面から３ミクロンよ
り大きい粒子を除去するサブプロセス洗浄工程を含み、
１つのそのサブプロセスは本明細書に記載される軟質表
面加工物チャック法である。他のその洗浄サブプロセス
としては、チャンバ内の洗浄要素によるチャック表面の
真空又はブラッシ洗浄が含まれる。例えば、ロボットブ
レード７６（図１及び２）によって、ウェハ交換サイク
ル毎にチャックを掃引する小さな真空又はブラッシ要素
が供給される。真空要素が用いられる場合には、チャン
バ雰囲気と効果的な洗浄単位の真空洗浄単位間の圧力差
を得るために３００ｍＴｏｒｒを超えてチャンバを排気
することが必要である。
【００３３】本発明のプラズマシース洗浄実施例の範囲
内で、図４のチャンバ内のプラズマ条件を変えるので、
プラズマシース内に小さな汚染粒子を引きつけかつ浮遊
するように静電チャック７８から最適の距離で振動する
プラズマ境界を有するようにプラズマシース４２８がチ
ャック表面から持ち上がる。これにより、浮遊粒子はチ
ャック表面から離れて位置するプラズマ境界４２２に接
近し、引きつけられた汚染粒子が真空排気フロー流れ４
０８中に更に捕捉され、真空排気処理装置２６によって
除去される。これらの結果を達成するために、進行中の
連続プラズマプロセスに断続的なプラズマシース洗浄条
件を、ピークプラズマ密度が一般のプラズマ加工物処理
条件下にたいてい存在するよりチャック７８から最も遠
くに離れるように選ばねばならない。これは、一般に、
具体的なプロセスレシピ（エッチング、コーティング又
はスパッタリング）で用いられるプラズマ発生ガスの存
在下１５０〜２００ワットの低ＲＦ電力で５０ｓｃｃｍ
を超える速度で操作して７００ｍＴｏｒｒ（エッチング
のようなプラズマプロセス中）程度のチャンバ圧を１０
０〜５０ｍＴｏｒｒに減じることにより行われる。これ
らの条件を用いることにより、汚染粒子はプラズマシー
ス内に捕捉されるとともにチャック表面から離れた更に
強いガスフロー中に掃引される。
【００３４】本発明のプラズマシース洗浄法において制
御及び操作を受けるプラズマプロセス可変部としては、
（１）プラズマ発生ガスの流速；（２）ＲＦ電力の大き
さ；（３）プラズマチャンバ圧；及び（４）あるプラズ
マ密度を達成する磁界が含まれる。プラズマプロセス中
これらのパラメーターを操作すると、汚染粒子を捕捉し
かつ図４に示されるように真空排気装置により排除する
プラズマシースを発生する。典型的には、装置構造は全
体のプラズマ処理の要求を考えて設計され、可変部
（１）−（４）はプラズマ装置構造の拘束内で調整され
る。
【００３５】示されるように、汚染物除去の本プラズマ
プロセスは、洗浄のためにチャンバを開放する必要がな
く加工物の中断されない連続処理で行うことができる。
汚染物のその場形成が生じる金属加工物のエッチングプ
ロセスを用いる場合、上記で挙げたプラズマエッチング
プロセス条件及びパラメーターの制御は、本明細書で記
載された必要な洗浄特性を達成するのに特に重要であ
る。加工物プラットホームが静電チャックの形であり、
そのクーロン力が汚染粒子を引きつける傾向がある場
合、ペデスタル汚染の課題は更に深刻になっている。本
発明のプロセスにおいて手段になるプラズマシースを発
生させるために、Ｃｌ2 及びＢＣｌ3 のような典型的な
エッチングガスが用いられる。これらのエッチングガス
は、典型的にはヘリウム及びアルゴンのような不活性ガ
スと混合される。酸素及び窒素のような他の可能性のあ
る反応性ガスは、硬質静電チャックに所望のプラズマシ
ースを形成することを促進するために添加することがで
きる。好ましい実施例においては、図３に示されるプラ
ズマシースを発生させるのに必要なプラズマ密度を達成
するために、エッチングガスはプラズマチャンバ内の他
のガスとの割合でなければならない。
【００３６】本明細書におけるプロセスを実施する装置
は、前で引用され共に譲渡された Chengらの米国特許第
4,842,683号、発行日1989年６月27日及びMaydanらの米
国特許第 4,668,338号、発行日1987年５月26日に記載さ
れている。そのようなプロセスを実施する装置は、カリ
フォルニア州、サンタクララのApplied Materilsから品
名Precision 5000E 及び8300として市販されている。
【００３７】実施例（EXAMPLE S） 下記実施例は、プラズマエッチングに用いられたプラズ
マチャンバ内の静電チャックペデスタル表面の表面上の
微粒子汚染物を除去するためのプラズマシース形成を示
すものである。
【００３８】実施例１ プラズマ反応チャンバペデスタルから微粒子汚染物を除
去する本発明のプロセスの実際の実験においては、フェ
ノールホルムアルデヒドノボラック樹脂とジアゾキノン
増感剤を含むホトレジストの固体ウェハを含む加工物が
供給される。図１及び２に示されるものと同様の枚葉式
ウェハプラズマ装置を用いる。ＢＣｌ3、Ｃｌ2 及びＮ
2 ガスを用い、各々約５０ｓｃｃｍの速度で流してグロ
ー放電プラズマ環境を発生させる。印加電力は５００〜
８００Ｗであり、プロセスチャンバ圧は約２００〜６０
０ｍＴであり、加工物操作温度は約８０℃であり、チャ
ンバ壁温度は６５℃に維持される。電力を３分間印加し
た後、ウェハは図１及び２において要素７５として示さ
れたものと同様のロボットブレードによって取出され
る。アルミニウム被覆静電チャックペデスタル上を含む
チャンバの至る所に汚染粒子のコーティングが見られ
る。その後、Ａｒガスをチャンバ内に５０ｓｃｃｍで流
し、電力を２００Ｗに低下させ、圧力を１００ｍＴｏｒ
ｒに低下させ、そのことにより密度の低いプラズマ（処
理プラズマより密度の低いプラズマ）を１０秒間続けて
発生させることにより、ウェハの存在しないプラズマ洗
浄工程が行われる。電力を停止しかつプラズマが停止し
たときに、静電チャックが汚染粒子を含まないことが見
出される。
【００３９】実施例２、３、４及び５ 実施例２、３、４及び５は、上記で言及したPrecision
5000E 装置を用いてＲＩＥプロセスにおける本静電チャ
ックプラズマ洗浄プロセスの使用を示すものである。
【００４０】陽極Ａｌ2 Ｏ3 静電チャックを用いる図１
及び２において示されるリアクタ装置６０は、サブミク
ロンシリコン膜をエッチングするために用いられる。用
いられる反応ガスは下記の通りである。
【００４１】２．ＨＢｒ、Ｃｌ2 及びＨ2 Ｏ2 ； ３．ＨＢｒ、ＳＦ4 及びＨ2 Ｏ2 ； ４．ＨＢｒ、ＮＦ3 及びＨ2 Ｏ2 ； ５．ＨＢｒ及びＳＦ6 。
【００４２】実施例の各々において反応ガスレシピを供
給しつつ、プラズマ処理チャンバ６８が約１００ｍＴｏ
ｒｒで維持されるように高真空排気口９２（図２）によ
り排気が続けられる。８インチ（２０．３２ｃｍ）ウェ
ハの場合、反応ガスは約１５０ｓｃｃｍの流速で導入さ
れ、印加電力は約６００ワットである。５０Ｇを超える
磁界が維持される。各実施例のエッチングの終わりに、
ウェハの縦プロファイルが証明される。
【００４３】各実施例においては、エッチングプラズマ
を停止しエッチングされたウェハを静電チャックペデス
タル７８から持ち上げるときに、チャンバ内の真空を５
０ｍＴｏｒｒに高め、ＨＢｒガスを約１２０ｓｃｃｍで
導入し、密度の低いプラズマ（処理プラズマより低いプ
ラズマ）を発生させ、１００ワットの電力及び１０Ｇの
磁界で１０秒間印加される。密度の低いプラズマは、図
１及び２に示される5000E 連続リアクタ装置６０内で処
理されるべき次のウェハを導入する前に静電チャックか
ら残留粒子を効果的に除去する。
【００４４】本発明を記載してきたが、種々の変更を本
発明の範囲内で行うことができることは当業者に明らか
である。例えば、図１及び２のプロセス構造は具体例で
あり、他のプラズマ装置及びチャンバを用いることがで
きる。
【００４５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、静電チャックを使用するプラズマ処理にお
いて、連続プラズマ処理サイクル中、チャック上の汚染
蓄積物を制御することにより、非揮発性汚染物を効率的
に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体エッチング処理で用いられかつ本発明の
汚染制御プロセスを用いる基板支持ペデスタル及び補助
装置の縦断面図である。
【図２】図１のプラズマリアクタの部分透視図である。
【図３】本静電チャック洗浄プロセスの１実施例で用い
られる静電チャックの断面図である。
【図４】本発明の汚染粒子制御によるプラズマシースの
発生を示すプラズマリアクタの正面概略図である。
【符号の説明】
２６…真空装置、６０…リアクタ、６２…ハウジング、
６４…外壁、６６…内壁、６８…エッチングチャンバ、
７０…、７２…ペデスタル／陰極、７４…ウェハ交換装
置、７５…ウェハ、７６…ロボットブレード、７８…静
電チャック、７９…リフトフィンガーピン、８０…ガス
マニホールド、８１…ガス供給装置、８２…供給ライ
ン、８４…吸込口、９０…環状排気チャンバガスフロー
チャネル、９２…排気口、９３…真空ポンプ装置、１０
０…経路、１０２、１０４、１０６、１０８…フロー経
路、１１０…チャンバプロセス領域、１１２…ＲＦ供給
装置、１１４…、１１６、１１８、１２０、１２２…コ
イル、１３７…アーム部品、１３９…陽極アルミニウム
環、１４１…環状石英カバー、１４２…石英パイプ又は
カラー、１５８…、１６４…、１８３…、３０１…リム
部分、３１２…ウェハ加工物、３１４…導電体要素又は
膜、３１６…硬質絶縁コーティング材料、３２０…D.C.
電源、３２２…絶縁ケーブル、３２４…高周波数電源、
４０２…微粒子汚染粒子、４０８…ガス排気流れ、４２
０…プラズマチャンバ、４２２…境界、４２４…無線周
波数電源、４２８…シースゾーン、４９２…。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｒ (72)発明者 リチャード ムー アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94539， フレモント， パークメドウ ドライヴ 44927

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空排気能力を備えかつ大気以下に制御
    された環境内で基板を連続的に処理するのに適応したプ
    ラズマ処理チャンバ内の処理ステーションに基板を保持
    するための表面を有する静電チャックの洗浄方法であっ
    て、 ａ）該プラズマ処理チャンバ内の該静電チャックの該基
    板保持表面に基板を保持する工程； ｂ）該チャンバ内に少なくとも１種の選定ガスを送る
    （communicating into）工程； ｃ）該基板上でプラズマ処理するように該静電チャック
    の該基板保持表面に実質的に垂直なガスプラズマ及び付
    随した電場を設定するために該チャンバに電力を印加す
    る工程； ｄ）該プラズマ処理の完了時に該静電チャックから処理
    加工物を取出す工程；及び ｅ）大気以下に制御された環境下で該チャンバを維持し
    つつ、プラズマ処理されるべき次の基板を導入する前
    に、その密閉チャンバ内の該静電チャック表面から汚染
    粒子を電気的に又は機械的にその場（in-situ ）除去す
    る工程；を含む方法。
  2. 【請求項２】 静電チャックが、硬質表面材料を含む請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 汚染粒子の除去が、処理基板を取出した
    後に該基板保持表面の上に洗浄プラズマを発生させるこ
    とにより行われ、そのことにより前記表面上に形成され
    た微粒子汚染残留物がプラズマシース内に浮遊しかつガ
    スフロー流れ中に捕捉され、粒子が真空排気によりチャ
    ンバから出される請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 汚染粒子の除去工程中のプラズマ密度
    を、基板のプラズマ処理中のプラズマ密度と比べて低下
    させる請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 電力が高周波電力である請求項４記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 基板処理中のプラズマが前記電場と磁場
    の双方によって維持され、汚染粒子の除去工程中のプラ
    ズマ密度を低下させかつ磁場強度を低下させる請求項１
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 該磁場が、汚染粒子の除去工程中に消失
    する請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 汚染物除去工程中の処理チャンバ内の圧
    力を、基板のプラズマ処理中に用いられるものより低下
    させる請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 基板処理中のプラズマが前記電場と磁場
    の双方によって維持され、ピークプラズマ密度を静電チ
    ャックから離すように汚染粒子の除去工程中の磁場を低
    下させる請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 汚染粒子の除去工程中のプラズマ密度
    を低下させる請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 汚染粒子の除去中の処理チャンバ内の
    圧力を、基板のプラズマ処理中に用いられるものより低
    下させる請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 該処理プラズマより密度の低い洗浄プ
    ラズマを、２５ｓｃｃｍを超える速度、５０Ｇ未満の磁
    界、２００ｍＴｏｒｒ未満の圧力及び２００Ｗ未満の電
    力でプラズマ発生ガスを供給することにより発生させる
    請求項３記載の方法。
  13. 【請求項１３】 基板のプラズマ処理に用いられるガス
    の少なくとも１種が更に汚染粒子の除去中に用いられる
    請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 汚染粒子の除去工程が、 ｆ）軟質樹脂材料表面を含む加工物を、該静電チャック
    表面上に該軟質樹脂材料が該チャック表面と接触した状
    態にあるようにして載置する工程； ｇ）該チャックに直流チャック電圧を印加して該軟質樹
    脂材料を該チャックの表面に引きつけかつプレスし、そ
    のことにより汚染粒子が該軟質樹脂材料中に埋込まれる
    工程；及び ｈ）その汚染物含有加工物を該チャンバから取出す工
    程；を含む請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 密閉真空チャンバ内で半導体基板のプ
    ラズマ処理を連続的に行う方法であって、 ａ）ガス排気能力及び基板を静電チャックの表面上に保
    持するのに適応した静電チャッククランプを有する基板
    ペデスタルを含むプラズマチャンバを設置する工程； ｂ）該チャンバ内に少なくとも１種の選定ガスを送る工
    程； ｃ）前記基板を処理するように該基板を受取るための該
    ペデスタル表面に実質的に垂直な処理プラズマ及び付随
    した電場を設定するために該チャンバに電力を印加する
    工程； ｄ）プラズマ処理の完了時に該静電チャック表面から処
    理基板を取出す工程；及び ｅ）該静電チャックペデスタル表面の上に、該静電チャ
    ック表面が曝される場合の前記処理プラズマに比べて密
    度の低下したプラズマを発生させ、そのことにより前記
    ペデスタル上に形成された微粒子汚染残留物がプラズマ
    シース内に浮遊しかつ該チャンバのガス除去流れ中に捕
    捉され、粒子がガス排気中にチャンバから出される工
    程；を含む方法。
  16. 【請求項１６】 更に、 ｆ）プラズマシース洗浄工程中に反対極性の電圧を連続
    的に印加して汚染粒子のプラズマシースへの移動及び浮
    遊を高める工程；を含む請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 更に、 ｆ）該真空チャンバを３００ｍＴｏｒｒより大きい圧力
    まで排気する工程；及び ｇ）真空を用いて該静電チャック表面を洗浄する工程、
    を含む請求項１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 更に、 ｆ）該静電チャック表面をブラッシ洗浄する（brush cl
    eaning）工程；を含む請求項１５記載の方法。
  19. 【請求項１９】 加工物の処理中プラズマの維持を助け
    るために磁場を用いる工程及び密度の低下したプラズマ
    を設定することにより磁場を低減又は消失させる工程を
    更に含む請求項１５記載の方法。
  20. 【請求項２０】 密度の低いプラズマを、２５ｓｃｃｍ
    を超える速度、５０Ｇ未満の磁界、２００ｍＴｏｒｒ未
    満の圧力及び２００Ｗ未満の電力でプラズマ発生ガスを
    供給することにより発生させる請求項１５記載の方法。
  21. 【請求項２１】 プラズマ処理プロセスがプラズマ増強
    化学気相成長である請求項１５記載の方法。
  22. 【請求項２２】 プラズマ処理プロセスがプラズマエッ
    チングである請求項１５記載の方法。
  23. 【請求項２３】 更に、 ｆ）該チャンバから処理基板を取出す工程； ｇ）軟質樹脂材料表面を含む加工物を、該静電チャック
    表面上に該軟質樹脂材料が該チャック表面と接触した状
    態にあるようにして導入する工程； ｈ）該チャックに直流チャック電圧を印加して該軟質樹
    脂材料をチャック表面に引きつけかつプレスし、そのこ
    とにより汚染粒子が該軟質樹脂材料中に埋込まれる工
    程；及び ｉ）その汚染物含有加工物を該チャンバから取出す工
    程；を含む請求項１５記載の方法。
  24. 【請求項２４】 硬質表面静電チャックから汚染粒子を
    除去する方法であって、 ａ）静電チャック基板ペデスタルを含むプラズマチャン
    バを設置する工程； ｂ）軟質樹脂材料表面を含む加工物を該静電チャック表
    面上に該軟質樹脂材料がチャック表面と接触した状態に
    あるようにして載置する工程； ｃ）該チャックに直流チャック電圧を印加して該軟質樹
    脂材料を該チャック表面に引きつけかつプレスし、その
    ことにより比較的大きな汚染粒子が該軟質樹脂材料中に
    埋込まれる工程；及び ｄ）その汚染物含有軟質樹脂含有加工物をチャンバから
    取出す工程；を含む方法。
  25. 【請求項２５】 該加工物を取出す前にプラズマ処理す
    る工程を更に含む請求項２４記載の方法。
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