JPH11162946A

JPH11162946A - 半導体製造装置および基板処理方法

Info

Publication number: JPH11162946A
Application number: JP33157397A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suzuki; 慎一鈴木; Masanori Katsuyama; 雅則勝山; Hiroo Nishi; 寛生西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマを用いた処理中に発生する異物の基
板への付着を抑制する。【解決手段】下部電極４と上部電極５との間に高周波
電力を印加し、プラズマ１１を生成して半導体ウェハ９
の表面を処理する半導体製造装置において、シース１４
の表面に浮遊している負に帯電した異物１５を、下部電
極４と上部電極５との間に挟まれた領域において上方向
に発散している磁力線Ｂを発生し、磁力線Ｂに沿って異
物１５を半導体ウェハ９の上部領域外に移動して排除
し、プラズマ１１を停止しても異物１５が半導体ウェハ
９の表面に落下しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置お
よび基板処理方法に関し、特に、プラズマを利用した半
導体基板の処理に際して発生する異物の除去に適用して
有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェハ等の基板処理方法と
して、低温プラズマが用いられる。すなわち、半導体基
板上へのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファ
スシリコン膜等の膜堆積、あるいは、半導体基板上に堆
積されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファ
スシリコン膜等のエッチングに、低温プラズマが用いら
れる。

【０００３】このように、半導体装置の製造工程に低温
プラズマが多用されるのは、低温プラズマが減圧状態で
のガスのグロー放電により生成され、熱非平衡状態であ
ることに起因する。つまり、プラズマ内の電子温度が高
く、それに起因した反応性の高さにもかかわらず、中性
粒子の温度およびイオン温度が低く、半導体基板を低い
温度で処理することが可能なためである。このような、
低温プラズマの半導体装置の製造工程への適用について
は、たとえば、１９９４年３月１８日、産業図書発行、
長田義仁編著「低温プラズマ材料化学」に詳説されてい
る。

【０００４】しかしながら、低温プラズマを用いた基板
処理方法においては、熱非平衡状態下における反応性の
高さに起因して過剰な体積反応が促進され、プラズマ空
間中に異物を多く発生することが知られている。このよ
うな異物の発生を論じた文献としては、たとえば、応用
物理学会発行、「応用物理」、第６５巻第６号（１９９
６）、ｐ５９４〜ｐ６００がある。

【０００５】プラズマ空間中に異物が発生した場合、半
導体基板上に異物が付着し、配線等のパターニング不良
の原因、あるいはそれが導電性の異物である場合には、
すでに形成された配線間のショート不良の原因、さらに
は絶縁膜中の異物の存在による絶縁性不良の原因とな
り、多くの場合半導体装置の致命的な欠陥として現れ
る。したがって、異物発生の低減あるいは異物除去に対
する努力が払われている。

【０００６】異物発生の低減を目的とした技術として、
たとえば、特開平６−８４８５３号公報に記載された技
術がある。この技術は、プラズマ中のガス圧力、ガス流
量等を変化させることによって、プラズマ中の異物を排
気系に輸送し、半導体ウェハ上への異物の付着を防止し
ようとするものである。

【０００７】また、たとえば、特開昭５８−１４５３５
号公報に記載された技術もある。この技術は、半導体ウ
ェハ上に付着した異物（ゴミ）をプラズマで帯電し、そ
の後、半導体ウェハに加えた逆極性の電界によってクー
ロン斥力により剥離して除去するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−８
４８５３号公報に記載された技術では、基板の処理中に
ガス圧力等を変更するため、エッチングあるいは膜堆積
の条件が変化し、加工特性あるいは膜厚、膜厚分布等の
特性に影響する。また、一般に低温プラズマを用いた処
理の圧力範囲は１５〜４０ｍＴｏｒｒ程度であり、この
ような圧力領域でのガスの流れは分子流となることが知
られている。したがって、今問題としている異物つまり
微粒子を移動するに必要な力を分子流によっては効率的
に与えられず、異物の十分な移動が図れないという問題
がある。

【０００９】また、特開昭５８−１４５３５号公報に記
載された技術では、異物が導電性である場合、異物に付
与した電荷が半導体ウェハにリークし、たとえ半導体ウ
ェハに電界を加えたとしても、もはや異物を反発するこ
とができない。また、この技術では、異物への電荷付与
の方法にプラズマを用いているが、異物が導電体の場合
はもちろん、異物が絶縁体であってもその表面がプラズ
マにより導電化され、異物のみに十分な電荷を与えるこ
とが困難である。

【００１０】一方、異物が基板に付着した場合には、基
板の洗浄により異物を除去し、その後の工程への影響を
少なくすることも現実的には考えられるが、洗浄工程の
増加は工程負荷を増加し、コスト的にも好ましくない。

【００１１】本発明の目的は、プラズマを用いた処理中
に発生する異物の基板への付着を抑制する技術を提供す
ることにある。

【００１２】また、本発明の目的は、異物の付着を抑制
するに際して、プラズマによる処理自体に与える影響を
最小限にして、本来の処理の目的を有効に達しつつ、同
時に異物の付着を減少することにある。

【００１３】また、本発明の目的は、基板への異物の付
着を減少して半導体装置の致命的な欠陥をなくし、ま
た、半導体装置の歩留まりおよび信頼性を向上すること
にある。

【００１４】また、本発明の目的は、必要な洗浄工程数
を低減して、洗浄工程の負荷を低減し、工程の短縮を図
って、コスト競争力を向上することにある。

【００１５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００１７】（１）本発明の半導体製造装置は、その内
部を減圧状態に保持できる反応室と、反応室にガスを供
給するガス供給手段と、反応室からガスを排気するガス
排気手段と、反応室内に水平に設置された一対の電極
と、電極に電力を供給する電源とを有し、ガス供給手段
およびガス排気手段によって１気圧以下の圧力に維持さ
れた反応室内のガスを電力で電離して一対の電極の間に
プラズマを発生し、プラズマを用いて一対の電極の下部
電極上に設置された基板の表面を処理する半導体製造装
置であって、反応室の外部に磁石を有し、磁石により発
生する磁力線は、一対の電極間に挟まれた領域におい
て、基板の表面から上方向に発散しているものである。

【００１８】このような半導体製造装置によれば、プラ
ズマ中に発生した異物を効果的に基板の外部に移動し、
異物の基板への付着を少なくすることができる。以下、
異物が基板の外部に移動されるメカニズムについて説明
する。

【００１９】プラズマ中に発生した異物は、プラズマ中
の電子との衝突により電子が異物に付着し、異物は負に
帯電している。プラズマ中では、質量の小さい電子が交
流電界により大きく振幅し、イオンは質量が大きいため
あまり移動しない。したがって、正帯電している異物が
皆無とはいえないが、大多数の異物は負帯電している。

【００２０】一方、コンデンサ（ブロッキングコンデン
サ）によって直流的に接地電位から絶縁された給電側電
極とプラズマとの界面にはプラズマシース（イオンシー
ス）が形成される。このようなプラズマシースはプラズ
マ内の電子とイオンとの移動速度の相違に起因して電極
がプラズマに対して負に帯電することにより発生する。
物理的には給電側電極とプラズマとの界面に電気二重層
が形成され、電極間の直流電位のほとんどはこのプラズ
マシースにかかる。したがって、プラズマ内の正帯電し
たイオンはプラズマシースの電界により加速され、給電
電極側に方向を揃えて入射することとなる。これがいわ
ゆるイオンのボンバードメントであり、給電電極側に設
置した基板表面の異方性エッチングに利用される。

【００２１】ここで、負帯電した異物のプラズマ内での
挙動を考えてみる。電極間の静電位の大部分はプラズマ
シースにかかることは前記したとおりである。このため
プラズマシースを除くプラズマの領域、すなわち陽光柱
部分には電位降下はほとんど発生していない。この結
果、陽光柱領域の異物は電界の影響を大きく受けず、重
力の影響を受けて下方に降下し、イオンシースの上端で
停止して浮遊する。これは電極がプラズマに対して負帯
電しているため、負帯電した異物が電極との間にクーロ
ン斥力を受けて降下力と釣り合うためである。

【００２２】このような状況でプラズマを停止すればプ
ラズマシースは消失し、異物に作用するクーロン斥力も
消失して、従来技術で説明したとおり、異物が重力によ
り降下して基板表面に付着する。

【００２３】しかし、本発明では、プラズマ処理中に、
一対の電極間に挟まれた領域において基板の表面から上
方向に発散する磁力線を発生させる。このため、前記の
ような異物が発生しても、異物が磁力線に沿って移動
し、一対の電極間に挟まれた領域の外に排除される。こ
の結果、プラズマを停止しても、磁力線により異物が排
除されているため、異物が基板上に落下せず、基板表面
に付着することがない。これにより、異物の付着に起因
する半導体装置の致命的な欠陥を減少して半導体装置の
歩留まりおよび信頼性を向上し、また、異物の除去に必
要な洗浄工程数を低減して洗浄工程の負荷を低減し、工
程の短縮を図ってコスト競争力を向上することができ
る。

【００２４】ここで、磁力線が上方向に発散している条
件は、少なくとも一対の電極間に挟まれた領域で満たさ
れておればよく、反応室の全体で満たされる必要はな
い。言い換えれば、一対の電極間に挟まれた領域におい
て、基板の外周方向に向く水平成分と、基板表面から上
方向に向く垂直成分とを合わせ持つ磁力線が形成されれ
ばよい。このような磁力線の作用により、一対の電極間
に挟まれた領域においては異物が基板の上方向および外
周方向に移動し、結果として基板の上部領域から排除さ
れることとなる。

【００２５】なお、このような磁力線は、一対の電極の
上下方向の中心軸を中心とした円筒形磁石により発生す
ることが可能であり、円筒形磁石の上下対称面が、基板
上面の上部１ｃｍよりも下になるよう設置することがで
きる。これにより、基板表面から上方向に発散した磁界
を生成することができる。

【００２６】（２）本発明の半導体製造装置は、その内
部を減圧状態に保持できる反応室と、反応室にガスを供
給するガス供給手段と、反応室からガスを排気するガス
排気手段と、反応室内に水平に設置された一対の電極
と、電極に電力を供給する電源とを有し、ガス供給手段
およびガス排気手段によって１気圧以下の圧力に維持さ
れた反応室内のガスを電力で電離して一対の電極の間に
プラズマを発生し、プラズマを用いて一対の電極の下部
電極上に設置された基板の表面を処理する半導体製造装
置であって、反応室の外部に磁石を有し、磁石により発
生する磁力線が基板の表面に平行な方向を有し、かつ、
磁力線の方向が基板の中心軸を中心として回転する機構
を備えたものである。

【００２７】このような半導体製造装置によれば、
（１）と同様に異物を一対の電極に挟まれた領域から排
除し、基板表面への異物の付着を減少できる。すなわ
ち、本発明では横方向にのみ磁界をかけ、かつ磁界を回
転させることにより、異物を基板外周の外側に移動して
排除する。これにより、異物の付着に起因する半導体装
置の致命的な欠陥を減少して半導体装置の歩留まりおよ
び信頼性を向上し、また、異物の除去に必要な洗浄工程
数を低減して洗浄工程の負荷を低減し、工程の短縮を図
ってコスト競争力を向上することができる。

【００２８】なお、上記（１）および（２）において、
磁石により発生する磁界の強さは、基板の表面において
１００ガウス以下とすることができる。磁界の強さは大
きいほど異物移動の効果が大きいと期待できるが、他
方、磁界の影響によりプラズマの密度および温度等のプ
ラズマパラメータが影響を受け、エッチング等の処理条
件が変化する恐れがある。そこで、十分な異物の移動効
果が期待でき、また、プラズマ処理条件の影響が小さい
磁界の強さの範囲として１００ガウス以下、好ましく
は、数ガウスから数１０ガウスを例示できる。

【００２９】（３）本発明の基板処理方法は、反応室内
の水平に保持された一対の電極間に電力を供給してプラ
ズマを発生し、プラズマにより解離された処理ガスの反
応性を利用して一対の電極の下部電極上に保持された基
板の表面を処理する基板処理方法であって、一対の電極
間に挟まれた領域において基板の表面から上方向に発散
する磁界を加えつつ基板を処理するもの、または、基板
の表面に平行な方向を有し、かつ、その方向が基板の中
心軸を中心として回転する磁界を加えつつ基板を処理す
るものである。

【００３０】このような基板処理方法によれば、（１）
または（２）で説明したような磁界を発生しつつプラズ
マ処理を行うため、処理中に発生する異物を有効にプラ
ズマ外（電極に挟まれた領域の外）に排除して、異物の
基板表面への付着を防止できる。

【００３１】なお、磁界の強さは、基板の表面において
１００ガウス以下とすることができる。

【００３２】また、磁界は、プラズマを停止する直前
の、処理の時間の５分の１以下の時間のみ加えることが
できる。このように、プラズマの停止直前の短時間にの
み異物排除のための磁界を加えるため、この磁界の影響
によるプラズマ処理条件の変化を最小限に抑制すること
ができる。この結果、たとえばエッチング速度の分布等
を小さくすることができる。この磁界を加える、プラズ
マ停止直前の時間としては、たとえばプラズマ処理時間
が１〜５分程度である場合、数秒〜１分程度を例示でき
る。

【００３３】また、磁界は、プラズマを停止することな
く、処理ガスを非反応性ガスに置換した後に加えること
ができる。このようにプラズマを停止することなく、処
理ガスを非反応性ガスに置換した後にのみ磁界を加える
ことによっても、この磁界の影響によるプラズマ処理条
件の変化を最小限に抑制することができ、たとえばエッ
チング速度の分布等を小さくすることができる。

【００３４】さらに、磁界は、異物モニタにより検出さ
れた異物数に応じてその磁力線の方向または大きさを制
御することも可能である。これにより、異物が最も少な
くなるよう磁界の方向および大きさを最適化することが
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００３６】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態である半導体製造装置の一例を示した断面図であ
る。

【００３７】本実施の形態の半導体製造装置は、下面１
ａ、上面１ｂおよび内壁１ｃからなる反応室１を有し、
この反応室１はゲートバルブ２を介して他の反応室ある
いは基板搬送室と接続することができる。

【００３８】反応室１内のガスは、排気ポート３を介し
て、ターボ分子ポンプおよび油回転ポンプ等のガス排気
系により高真空に排気することができる。また、反応室
１にはマスフローコントローラＭＦＣおよびバルブＶ等
ガス供給系を介してガスが供給される。本実施の形態で
はエッチング処理の場合を例示し、ガスとしてはエッチ
ングガス、たとえば四フッ化炭素（ＣＦ₄）およびアル
ゴン（Ａｒ）を例示できる。しかし、本発明はエッチン
グ処理に限定されないので、膜堆積処理のための原料ガ
ス、たとえばシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ
₆）等が供給されてもよい。これらガスの供給により、
そのガス供給流量とガス排気速度との釣り合いにより反
応室１内のガス圧力が適当に保持される。圧力の調整
は、ガス流量に加えて、排気ポート３に内蔵されたコン
トロールバルブによるコンダクタンスの調整によっても
制御できる。調整されたガス圧力としては数１０〜数１
００ｍＴｏｒｒを例示できる。

【００３９】反応室１内には、下部電極４および上部電
極５が備えられている。

【００４０】下部電極４には、ブロッキングコンデンサ
６を介して高周波電源７が接続される。このブロッキン
グコンデンサ６の作用により下部電極４は交流的には高
周波電源７に接続されるが、直流的には高周波電源７か
ら絶縁され、したがって直流的に接地電位から絶縁され
た状態となる。これにより、下部電極４がプラズマに対
して負に帯電し、自己バイアスがかかることとなる。

【００４１】また、下部電極４にはウェハ押上ピン８ｂ
を備えた静電チャック８が備えられ、静電チャック８上
に設置される基板である半導体ウェハ９を静電気作用で
チャックする。すなわち、半導体ウェハ９は下部電極４
上にその主面を上面として保持される。

【００４２】上部電極５には、高周波電源１０が接続さ
れる。上部電極５と高周波電源１０との間にはコンデン
サが介在していないので、上部電極５は直流的には接地
され、自己バイアスはかからない。なお、本実施の形態
では、高周波電源７および高周波電源１０の２電源を用
いる方式を説明しているが、高周波電源１０を用いず
に、つまり、上部電極５を単に接地し、高周波電源７の
みでプラズマを生成してもよい。また、高周波電源７と
高周波電源１０との出力電力の位相を調整して、プラズ
マを制御してもよい。

【００４３】高周波電源７および高周波電源１０の出力
周波数は、８００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚを例示できるが、
これに限定されず、十分な自己バイアスがかかる周波数
であればよい。

【００４４】このような半導体製造装置を用いて、下部
電極４と上部電極５との間にプラズマ１１を生成する。

【００４５】なお、下部電極４および上部電極５の外周
部には石英サセプタ１２が設けられ、電極周辺での異常
な放電を防止している。

【００４６】また、本実施の形態の半導体製造装置で
は、反応室１の外部に電磁石１３が配置されている。電
磁石１３が配置されているため、電磁石１３により生成
した磁力線により半導体ウェハ９への異物の付着を防止
できる。この結果、異物に起因する半導体装置の致命的
な欠陥を少なくし、半導体装置の歩留まりと信頼性を向
上できる。また、本半導体製造装置による処理後の洗浄
回数を少なくすることが可能となり、洗浄工程の負荷を
低減できる。異物の付着防止のメカニズムは後に説明す
る。

【００４７】電磁石１３は、半導体製造装置の中心軸
（半導体ウェハ９の中心軸）を中心とした円筒形磁石で
あり、図では２個の独立したリング磁石により構成され
ている。ただし、本発明は磁石の個数には何ら制限され
るわけではなく、後に説明するような磁力線を生ずる限
り、磁石の個数あるいは形状には制限されない。また、
本実施の形態では電磁石１３を例示しているが、永久磁
石であってもかまわない。

【００４８】次に、図２を用いて、異物の付着防止のメ
カニズムについて説明する。図２は、プラズマおよび電
極の部分を拡大して示した断面図である。また、図２の
右部分には、上下電極間の直流的な電界分布を示してい
る。

【００４９】図２では、下部電極４と上部電極５との間
に発生したプラズマ１１を便宜的に波線で囲まれた領域
で示している。実際にはプラズマ１１の境界は明瞭では
ないが、下部電極４および上部電極５とプラズマ１１と
の界面には、シース１４が形成される。このシース１４
は、すでに説明したプラズマシースであり、プラズマ１
１内の電子とイオンの移動速度の相違に起因した下部電
極４に生ずる自己バイアスによって生ずる。したがっ
て、上下電極間に発生する直流的な電位のほとんどはシ
ース１４の領域にかかり、プラズマ１１内には直流的な
電位勾配はほとんど生じない。なお、上部電極５とプラ
ズマ１１との界面にはプラズマの壁電位に相当する電位
勾配が生じている。これらの様子は、図２の右側に示し
た電極間の電位分布に表されている。

【００５０】このようにプラズマ１１内に電位勾配がほ
とんど存在しないため、プラズマ１１内に発生した異物
１５は重力で下降し、シース１４上に浮上することとな
る。

【００５１】このような状況で磁界を印加し、図示のよ
うな磁力線Ｂを発生させれば、異物１５は、磁力線Ｂに
沿って移動する。この磁力線Ｂに沿う異物１５の移動
は、異物１５が負帯電しており、負帯電した異物１５の
熱振動、プラズマ内の振動、イオンのボンバードメント
による振動あるいはシース１４の振動が電流が流れたこ
とと等価なことから、電流と磁界との相互作用によるロ
ーレンツ力に起因して発生する。そこで、磁界を、図示
のように、上方向に発散した磁力線Ｂとなるように発生
させれば、磁力線Ｂに沿って移動した異物１５は、半導
体ウェハ９の外部に排除され、結局半導体ウェハ９の外
側に落下して、半導体ウェハ９に付着することがない。
このようにして磁界の作用により半導体ウェハ９への異
物１５の付着を防止できる。

【００５２】上記のような上方向に発散した磁界の発生
は、本実施の形態の電磁石１３のようなリング磁石によ
って得ることが可能である。リング磁石では、リング中
心部で最も磁界が強く、上下方向に発散した磁界となる
ため、本実施の形態に適用する場合には、リング磁石の
上下対称面、つまり磁界の最も強い面が、シース１４の
上端面以下であることを要する。このような条件を満足
すれば、両電極間で挟まれたプラズマ１１の領域では磁
力線Ｂは常に上方向に発散状態であり、常に、異物１５
を外部に排除することが可能である。

【００５３】なお、シース１４の厚さは通常１ｃｍ以下
であるため、リング磁石の上下対称面は、下部電極４の
表面上１ｃｍより下に設置すると言い換えることができ
る。また、リング磁石は１個でもよく２個以上の複数個
で構成してもよい。

【００５４】また、前記磁界の強さは、半導体ウェハ９
の表面上で１００ガウス以下とすることができる。磁界
の強さは大きいほど異物１５が速く移動すると期待でき
るが、他方、磁界の影響によりプラズマ１１の密度およ
び温度等のプラズマパラメータが影響を受け、エッチン
グ等の処理条件が変化する恐れがある。そこで、十分な
異物１５の移動効果が期待でき、また、プラズマ１１へ
の影響が小さい磁界の強さの範囲として１００ガウス以
下、好ましくは、数ガウスから数１０ガウスを例示でき
る。

【００５５】次に、上記半導体製造装置を用いたプラズ
マ処理方法について説明する。図３は、本実施の形態の
基板処理方法の一例を示したフローチャートである。

【００５６】まず、ゲートバルブ２を介して半導体ウェ
ハ９を反応室１にロードする（ステップ１０１）。ロー
ドされた半導体ウェハ９は下部電極４上に設置され、静
電チャック８で保持される。

【００５７】次に、排気ポート３に接続された排気手段
（真空ポンプ）で反応室１内の残留ガスを排気し、反応
室１内を高真空状態にする（ステップ１０２）。

【００５８】次に、マスフローコントローラＭＦＣでガ
ス流量を制御しながらガスを導入する。ガスは、半導体
ウェハ９の表面を処理する処理ガスであり、本実施の形
態で例示するエッチングの場合は四フッ化炭素とアルゴ
ンの混合ガスである。さらに、排気ポート３に備えられ
たコントロールバルブでガス排気速度を制御し、反応室
１内のガス圧力をたとえば１００ｍＴｏｒｒに制御する
（ステップ１０３）。

【００５９】次に、高周波電源７、１０の高周波出力を
ＯＮにし、高周波電力を下部電極４および上部電極５に
印加する。高周波電力の周波数は、たとえば１3.５６Ｍ
Ｈｚとし、高周波電力は、たとえば５００Ｗとすること
ができる。これによりプラズマ１１が生成する（ステッ
プ１０４）。

【００６０】プラズマ１１の生成により、半導体ウェハ
９の表面がエッチング処理される。所定の時間、たとえ
ば５分後にプラズマ１１を停止する（ステップ１０６）
が、その直前に磁界を印加して磁力線Ｂを発生する（ス
テップ１０５）。この間のオペレーションを図４を用い
て詳細に説明する。図４は、高周波電力と磁界生成の相
互関係を示したタイムチャートである。

【００６１】時刻ｔ１で高周波電力をＯＮにする。これ
は前記ステップ１０４に相当する。時刻ｔ２までは磁界
をかけることなく高周波電力のＯＮ状態を維持してプラ
ズマを生成し続ける。この間、半導体ウェハ９の表面が
エッチングされ続け、異物１５をプラズマ１１中に生成
する。しかし、異物１５は、前記したとおりシース１４
上に浮遊しており半導体ウェハ９の表面には落下してこ
ない。また、この間磁界は印加されていないため、エッ
チング特性が変化することがない。

【００６２】時刻ｔ１からたとえば４分後の時刻ｔ２で
高周波電力の出力を低下させ始め、時刻ｔ３で高周波電
力の出力はゼロとなり、プラズマ１１は完全に停止す
る。同時に、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、磁界を印加す
る。磁界の印加により、前記したメカニズムによって異
物１５は半導体ウェハ９上部の外側に移動させられる。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の間はプラズマ１１が消滅してい
ないのでシース１４上の異物１５は浮上し続けており、
半導体ウェハ９上に異物１５が落下することはない。こ
れにより、半導体ウェハ９への異物１５の付着を防止す
る。

【００６３】このようなタイミングで磁界を印加するこ
とにより、磁界の印加に起因するエッチング特性の影響
を受けることなく、異物１５の排除を効果的に行うこと
ができる。時刻ｔ２から時刻ｔ３の間の時間としてはた
とえば１０秒を例示できる。

【００６４】次に、反応室１内の残留ガスを高真空に排
気し（ステップ１０７）、半導体ウェハ９をアンロード
して（ステップ１０８）、本実施の形態の処理を終了す
る。

【００６５】本実施の形態の半導体製造装置および基板
処理方法によれば、プラズマ処理中に発生する異物１５
の半導体ウェハ９表面への付着を少なくして、半導体装
置の致命的欠陥を少なくし、半導体装置の歩留まりおよ
び信頼性を向上できる。また、半導体ウェハ９に付着し
た異物１５が少ないため、その後の洗浄工程を簡略化、
たとえば洗浄回数の低減を図って、工程負荷を低減でき
る。さらに、本実施の形態では、磁場の印加をプラズマ
停止直前の短期間に限っているため、磁界印加の影響を
最小限にしてエッチング等の処理条件を変えることなく
安定に処理することができる。

【００６６】（実施の形態２）図５は、本発明の他の実
施の形態である基板処理方法の一例を示したフローチャ
ートである。

【００６７】本実施の形態の基板処理方法に用いる半導
体製造装置は、実施の形態１で説明した半導体製造装置
と同様である。また、本実施の形態の基板処理方法のウ
ェハロード（ステップ１０１）からプラズマＯＮ（ステ
ップ１０４）までは、実施の形態１の基板処理方法のウ
ェハロード（ステップ１０１）からプラズマＯＮ（ステ
ップ１０４）までと同様である。よって、これらの部分
の説明は省略する。

【００６８】本実施の形態では、プラズマＯＮ（ステッ
プ１０４）した後、所定の時間が経過した後にガスを切
り替え（ステップ２０５）、その後磁界を印加して（ス
テップ２０６）異物１５を半導体ウェハ９の上部から排
除し、その後プラズマを停止する（ステップ２０７）。
プラズマ１１を生成するための高周波電力の印加等は実
施の形態１と同様である。

【００６９】この間のオペレーションを図６を用いて詳
細に説明する。図６は、ガス流量、高周波電力および磁
界生成の相互関係を示したタイムチャートである。

【００７０】時刻ｔ１で高周波電力をＯＮにする。これ
はステップ１０４に相当する。時刻ｔ２までは磁界をか
けることなく高周波電力のＯＮ状態を維持してプラズマ
を生成し続け、かつエッチングガスである四フッ化炭素
およびアルゴンを流し続ける。この間、半導体ウェハ９
の表面がエッチングされ続け、異物１５をプラズマ１１
中に生成する。しかし、異物１５は、前記したとおりシ
ース１４上に浮遊しており半導体ウェハ９の表面には落
下してこない。また、この間磁界は印加されていないた
め、エッチング特性が変化することがない。

【００７１】時刻ｔ１からたとえば４分後の時刻ｔ２で
エッチングガスの流量を低下させ始め、時刻ｔ３でエッ
チングガスの流量をゼロとする。同時に、時刻ｔ２で非
反応性ガスであるアルゴンのみの流量を増加させ始め、
時刻ｔ３でアルゴンガスの流量を所定の流量とする。す
なわち、時刻ｔ３では、反応室１内には非反応性のアル
ゴンガスのみとなり、プラズマ１１は維持されているも
のの、エッチング作用はほとんど発生していない。

【００７２】ここで、プラズマ１１を維持したまま、時
刻ｔ４から磁界を印加する。磁界の印加により、前記し
たメカニズムによって異物１５は半導体ウェハ９上部の
外側に移動させられる。この間はプラズマ１１は消滅し
ていないのでシース１４上の異物１５は浮上し続けてお
り、半導体ウェハ９上に異物１５が落下することはな
い。これにより、半導体ウェハ９への異物１５の付着を
防止する。

【００７３】その後、時刻ｔ５で高周波電力を低下し始
め、プラズマ１１を停止する。

【００７４】このようなタイミングで磁界を印加すれ
ば、磁界の印加時にはエッチング作用が生じておらず、
磁界に起因するエッチング特性の影響を受けることな
く、異物１５の排除を効果的に行うことができる。時刻
ｔ４から時刻ｔ５の間の時間としてはたとえば１０秒を
例示できる。

【００７５】本実施の形態の基板処理方法によっても、
半導体ウェハ９への異物１５の付着を防止することがで
き、実施の形態１で説明した効果を同様に得ることがで
きる。

【００７６】（実施の形態３）図７は、本発明のさらに
他の実施の形態である半導体製造装置の一例を示した断
面図である。

【００７７】本実施の形態の半導体製造装置は、実施の
形態１における半導体製造装置に、窓１６を介して異物
モニタ１７によりプラズマ１１中の異物１５の量を観測
し、その観測量をデータ処理装置１８により処理してマ
グネットコントローラ１９を操作し、電磁石１３の電流
量および電流の方向を制御して磁力線Ｂの方向および強
さを制御する機能を有するものである。

【００７８】異物モニタ１７には、たとえばレーザ光を
用いたパーティクルカウンタを例示でき、データ処理装
置１８にはコンピュータシステムを例示できる。

【００７９】磁力線Ｂの方向および強さの制御の方法
は、複数の電磁石１３の各磁石に流す電流の方向の組み
合わせおよび電流量を変化させて制御することが可能で
ある。

【００８０】このような半導体製造装置により、異物１
５の量を最小にするように電磁石１３を制御して、磁力
線Ｂの方向および強さを最適化することが可能である。

【００８１】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。

【００８２】たとえば、上記実施の形態１〜３では、磁
界の印加期間をプラズマ１１の停止直前の短期間に限っ
ていたが、これに限られるわけではなく、プラズマ１１
の生成されている期間の全部、あるいはその他の一部期
間に印加することも可能である。

【００８３】また、上記実施の形態では、磁力線Ｂを上
方向に発散した磁界について説明したが、図８に示すよ
うに、半導体ウェハ９に平行な磁力線Ｂ２のような磁界
であってもよい。図８（ａ）は、半導体製造装置の他の
例を示した上面図であり、図８（ｂ）は、（ａ）の断面
図である。図８では、図面を見やすくするため要部のみ
示している。この場合、磁石Ｍ３対から発生した磁力線
Ｂ２は半導体ウェハ９に平行であり、異物１５は、磁力
線Ｂ２に沿って移動する。また、磁力線Ｂ２は回転させ
ることができる。すなわち、ある時間には磁石Ｍ１対に
より磁界を発生し、次の瞬間には磁石Ｍ２対により発生
する磁界に切り替える。次に瞬間には磁石Ｍ３対に、さ
らに次に瞬間には磁石Ｍ４対に切り替えて、磁界を回転
させる。このように回転磁界を生成することにより、異
物１５をより効果的に半導体ウェハ９の外側に移動し排
除できる。なお、このような半導体製造装置を用いた基
板処理を実施の形態１〜３で説明した方法に適用し、ま
た、異物モニタ１７等を付加することができることは言
うまでもない。

【００８４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。

【００８５】（１）プラズマを用いた処理中に発生する
異物の基板への付着を抑制することができる。

【００８６】（２）異物の付着を抑制するに際して、プ
ラズマによる処理自体に与える影響を最小限にし、本来
の処理の目的を有効に達しつつ、同時に異物の付着を減
少することができる。

【００８７】（３）基板への異物の付着を減少して半導
体装置の致命的な欠陥をなくし、また、半導体装置の歩
留まりおよび信頼性を向上することができる。

【００８８】（４）必要な洗浄工程数を低減して洗浄工
程の負荷を低減し、工程の短縮を図ってコスト競争力を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である半導体製造装置の
一例を示した断面図である。

【図２】プラズマおよび電極の部分を拡大して示した断
面図である。

【図３】本発明の一実施の形態である基板処理方法の一
例を示したフローチャートである。

【図４】高周波電力および磁界生成の相互関係を示した
タイムチャートである。

【図５】本発明の他の実施の形態である基板処理方法の
一例を示したフローチャートである。

【図６】ガス流量、高周波電力および磁界生成の相互関
係を示したタイムチャートである。

【図７】本発明のさらに他の実施の形態である半導体製
造装置の一例を示した断面図である。

【図８】（ａ）は、半導体製造装置の他の例を示した上
面図であり、（ｂ）は、（ａ）の断面図である。

【符号の説明】

１反応室１ａ下面１ｂ上面１ｃ内壁２ゲートバルブ３排気ポート４下部電極５上部電極６ブロッキングコンデンサ７高周波電源８静電チャック８ｂウェハ押上ピン９半導体ウェハ１０高周波電源１１プラズマ１２石英サセプタ１３電磁石１４シース１５異物１６窓１７異物モニタ１８データ処理装置１９マグネットコントローラＢ磁力線Ｂ２磁力線Ｍ１〜Ｍ４磁石ＭＦＣマスフローコントローラＶバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その内部を減圧状態に保持できる反応室
と、前記反応室にガスを供給するガス供給手段と、前記
反応室からガスを排気するガス排気手段と、前記反応室
内に水平に設置された一対の電極と、前記電極に電力を
供給する電源とを有し、前記ガス供給手段およびガス排
気手段によって１気圧以下の圧力に維持された前記反応
室内の前記ガスを前記電力で電離して前記一対の電極の
間にプラズマを発生し、前記プラズマを用いて前記一対
の電極の下部電極上に設置された基板の表面を処理する
半導体製造装置であって、前記反応室の外部に磁石を有し、前記磁石により発生す
る磁力線が、前記一対の電極間に挟まれた領域におい
て、前記基板の表面から上方向に発散していることを特
徴とする半導体製造装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体製造装置であっ
て、前記磁石は、前記一対の電極の上下方向の中心軸を中心
とした円筒形磁石であり、前記円筒形磁石の上下対称面
が、前記基板上面の上部１ｃｍよりも下になるよう設置
されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】その内部を減圧状態に保持できる反応室
と、前記反応室にガスを供給するガス供給手段と、前記
反応室からガスを排気するガス排気手段と、前記反応室
内に水平に設置された一対の電極と、前記電極に電力を
供給する電源とを有し、前記ガス供給手段およびガス排
気手段によって１気圧以下の圧力に維持された前記反応
室内の前記ガスを前記電力で電離して前記一対の電極の
間にプラズマを発生し、前記プラズマを用いて前記一対
の電極の下部電極上に設置された基板の表面を処理する
半導体製造装置であって、前記反応室の外部に磁石を有し、前記磁石により発生す
る磁力線が前記基板の表面に平行な方向を有し、かつ、
前記磁力線の方向が前記基板の中心軸を中心として回転
する機構を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】請求項１、２または３記載の半導体製造
装置であって、前記磁石により発生する磁界の強さは、前記基板の表面
において１００ガウス以下であることを特徴とする半導
体製造装置。
【請求項５】反応室内の水平に保持された一対の電極
間に電力を供給してプラズマを発生し、前記プラズマに
より解離された処理ガスの反応性を利用して前記一対の
電極の下部電極上に保持された基板の表面を処理する基
板処理方法であって、前記一対の電極間に挟まれた領域において前記基板の表
面から上方向に発散する磁界、または、前記基板の表面
に平行な方向を有し、かつ、その方向が前記基板の中心
軸を中心として回転する磁界を加えつつ基板を処理する
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】請求項５記載の基板処理方法であって、前記磁界の強さは、前記基板の表面において１００ガウ
ス以下であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】請求項５または６記載の基板処理方法で
あって、前記磁界は、前記プラズマを停止する直前の前記処理時
間の５分の１以下の時間にのみ加える第１の構成、また
は前記プラズマを停止することなく前記処理ガスを非反
応性ガスに置換した後にのみ加える第２の構成、の何れ
かの構成を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】請求項５、６または７記載の基板処理方
法であって、前記磁界は、異物モニタにより検出された異物数に応じ
てその磁力線の方向または大きさを制御することを特徴
とする基板処理方法。