JP2010212731A - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ分布を制御可能なプラズマ源を備えたプラズマ処理装置において、プラズマOn/Off時に、ウエハ上のシース/バルク境界面の形状を凸型に制御する。プラズマOn/Off時に、低めのソース電力とウエハバイアス電力を印加し、プラズマ分布を外高に制御するステップを入れることにより、ウエハの中心付近では厚いシースが、外周付近ではそれより薄いシースが形成される。
【選択図】図1
Description
また、所望のガスを流せる減圧可能な反応容器内に、ウエハを載置するステージを設け、反応容器内にプラズマを生成・維持するための高周波電力を印加する第一の高周波電源と、プラズマからのイオンをウエハに引き込むための第二の高周波電源と、を備えたプラズマ処理装置において、第一の高周波電源をOn及びOffさせる際に常に第二の高周波電力を印加していることを特徴とする。
まず、異物がシース/バルク境界にトラップされている際に、異物にかかっている力について説明する。まず、ここでは、重力の影響のみを考えるために処理用ガスの流れは無視する。
Fid + Mg = qE (1)
となっている。
Fid + Mg cos(θ) = qE (2)
となる。つまり異物には電界とは垂直な向きに、
Mg sin(θ) (3)
なる力が作用することになる。
r = 1/2 g sin(θ) t2 (4)
となる。ここで、ある角度θ1,θ2…のとき、t=1s,2sで異物が移動できる距離r1,r2を表1に纏めた。
λD=(ε0 kB Te / Ne e2 )1/2 (6)
(5)式、(6)式中でウエハ面内である程度制御可能であるパラメータは電子密度分布Ne(=プラズマ密度分布)であり、これを制御すればよい。
Ne ∝ Ps (7)
なる関係が成り立っている。これはプラズマ密度と、ウエハに入射するイオンエネルギーを独立に制御するために、ソース周波数は数十MHzから数百MHzの比較的高い周波数を用い、バイアス周波数は数百KHzから14MHz程度までの比較的低い周波数を用いているためである。バイアス電力Pbはプラズマ密度に影響を与えず、イオンエネルギー、即ちVsを制御している。ここで、バイアス電力Pbを大きくするとシース電圧Vsが高くなることは言うまでもない。つまり、おおまかに言うと、
Vs ∝ Pb (8)
なる関係が成り立っている。一方で、ソース電力Psを大きくするとシース電圧Vsは逆に低くなる。これは、ソース電力の増加に伴いプラズマ密度が上昇し、プラズマを介して流れるバイアス電流Ibが増加するためである。つまり、バイアス電力Pbは、おおまかに表現すると、
Pb = IbVs ∝ NeVs ∝ PsVs (9)
となるため、バイアス電力Pbを固定した状態でソース電力Psを増加させると、シース電圧Vsは低下することが分かる。
Fg = N V2 m πrp 2 (10)
と表せる。ここで、Nはガス密度、Vはガス流速、mはガス粒子の質量、rpは異物の半径である。(10)式は、静止した異物が周囲のガス流れから受ける力を示している。異物が流れに沿って動き出し、ガス流れの速度に近づくにつれ、異物が流れから受ける力は小さくなってゆく。即ち、異物の速度も考慮した場合、異物がガス流れから受ける力は、以下の(11)式のように示される。
Fg = N (V−Vp)2 m πrp 2 (11)
ここでVpは異物の速度である。(11)式は、異物にかかる力が異物の断面積と、ガス密度に比例し、また、異物とガスの相対速度の2乗に比例することを意味している。
αg = Fg/ M (12)
となる。異物の密度を2.4g/cm3とすると、粒子径より異物質量Mが求まる。今、t=0において、異物の初期位置をr0=0.01(m),異物の初速度をVp(0)=0m/sとすると、図6の結果と式(11)、(12)を用いることにより、異物の位置の時間進展が計算できる。
まず、第一のステップとして、プラズマをOnする暫く前(通常、1〜5s程度前)までに、コイルに電流を印加し、処理室にガスを導入し、処理圧力となるように調圧を完了しておく。この際、外高プラズマを生成するために、コイル6.1には、例えば7Aの電流を印加しておく。また、内側と外側の2系統あるガス導入系のうち、内側ガス導入系に、例えば800ml/minの処理用ガスを導入しておく。内側からガスを導入することにより、ガス流れによる異物排除効果をより高めることができるからである。
的な考え方は、第一の実施例と同様であり、プラズマをOn、Offする際に、プラズマ分布が外高になるように、第三の高周波電力を印加する点が異なっている。
2 ウエハ載置用ステージ
3 ウエハ
5 ヨーク
6.1 コイル1
6.2 コイル2
7 アンテナ
8 ガス分散板
9 シャワープレート
10 ガス供給系
11 第一の高周波電源
12 第一の整合器
13 第二の高周波電源
14 第二の整合器
16 第三の高周波電源
17 第三の整合器
19 アンテナ外周絶縁リング
20 蓋部
21 第一の直流電源
22 第二の直流電源
Claims (2)
- 半導体ウエハをプラズマで処理する以下のステップを含むプラズマ処理方法であって、
第一のステップでは、コイルに電流を印加すると共に処理室にガスを導入し、
第二のステップでは、プラズマを発生させることのないバイアス電力を印加し、
第三のステップでは、ソース電力を印加することで、プラズマ密度分布が半導体ウエハ外周部上で高く、半導体ウエハ中央部上では低くなるようにプラズマを発生し、半導体ウエハ直上の正イオンの空間電荷を持つシース層の形状を半導体ウエハから上側方向に凸形状に形成することにより、半導体ウエハ直上の正イオンの空間電荷を持つシース層と正負電荷が等しく分布するプラズマバルク層の境界にトラップされた異物をガス流れと重力の作用により半導体ウエハの外の領域に排除し、
第四のステップでは、前記第一、第二、第三のステップとは異なる条件にて、プラズマを発生させ、前記半導体ウエハをプラズマ処理するプラズマ処理方法。 - 請求項1記載のプラズマ処理方法であって、
第五のステップでは、前記第三のステップで発生させたプラズマと同様のプラズマを、前記第三のステップよりも長く発生させ、前記第五のステップの最後に前記ソース電力をオフし、
第六のステップでは、前記バイアス電力をオフし、
第七のステップでは、前記コイル電流及び前記ガスの導入をオフすることを特徴とするプラズマ処理方法。
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