JP2016032113A - ウエハ固定のためのｅｓｃ電荷制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、プラズマ処理中での基板上での粒子の堆積物を減少させることを目的とする。
【解決手段】 処理プラズマが存在するときの静電チャック（ＥＳＣ）への電圧印加に係る電流スパイクが抑制又は緩和されるプラズマ処理方法及び装置が供される。例によると、前記処理プラズマが衝突した後に前記電圧が印加されるが、前記電圧は、所望の最終ＥＳＣ電圧を実現するようにステップ状に増大又は上昇する。代替実施例では、前記ＥＳＣ電圧は、前記ウエハを処理するため、前記プラズマの衝突前に少なくとも部分的に印加される。前記処理プラズマが存在する間に前記ＥＳＣへの電圧印加に係る電流スパイクを減少させることによって、前記ウエハ上での粒子の移送又は堆積は減少し得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ処理に関し、より詳細には、処理中に基板に堆積される恐れのある粒子数を減少させながらプラズマを用いた基板処理方法及び装置に関する。当該方法及び装置は有利となるように、粒子の堆積を減少させる方法でウエハ支持体若しくは静電チャックへ電圧又は電荷を印加する。

本願は、２０１４年７月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／０２８９１９号への優先権を主張する。米国特許仮出願第６２／０２８９１９号の内容は本願に援用される。

プラズマ処理−たとえばプラズマエッチング−中、プラズマ処理チャンバ内部には粒子が生成され得る。

係る粒子は、ウエハ上に堆積されるべき場合には、望ましくなく、かつ、欠陥を引き起こし、あるいは、プラズマ処理の品質又は歩留まりを減少させる恐れがある。

本発明によると、本願発明者等は、プラズマ処理中での基板上での粒子の堆積物が、電力−特にＤＣバイアス−が静電チャックへ印加されることで減少し得ることを発見した。

本発明によって利用可能なプラズマ処理装置を概略的に表している。 ２Ａと２Ｂは、プラズマ処理装置内においてウエハ上に堆積される粒子を示す例である。 ３、３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、一連の従来のプラズマプロセス及びＥＳＣ電圧の印加の際のウエハへの電子と粒子の移送を表している。 ４、４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、本発明の実施例の第１例による一連の処理を表している。 ５Ａと５Ｂは、従来プロセス中に堆積された粒子を、本発明によるプロセスの例と比較している。 ６、６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、本発明の代替実施例によるプロセスを表している。 ７Ａは、従来のプロセスによる粒子の堆積を、本発明の代替例と比較している。 ７Ｂは、従来のプロセスによる粒子の堆積を、本発明の代替例と比較している。 本発明の実施例の第１例を表すフローチャートである。 本発明の実施例の別な例を表すフローチャートである。

図１は、本発明が適用可能なプラズマ処理装置を概略的に表している。特に好適な形態では、本発明はプラズマエッチング方法及び装置に関するが、本発明は他の種類のプラズマ処理方法及び装置にも適用されて良い。

図１に図示されているように、装置１はチャンバ１０を有する。チャンバ１０内部では、ウエハ２５を支持するウエハ支持体２０が供される。ウエハ支持体２０は静電チャックすなわちＥＳＣを有する。ウエハの固定及び解放を行うため、ＤＣ電力が、２２で表される電源によって印加される。集合体２０は電極としても機能して良い。前記電極は、電力が印加される電力及び／又は接地電極のいずれかとしてであって良い（たとえば、２種類の周波数の電力が印加される場合。たとえば上側電極に一の周波数が印加され、下側電極集合体２０がその周波数用の接地経路を供し、他の周波数電力が下側電極を介して印加され、かつ、上側電極は下側電極から供給される周波数用の接地経路として機能する場合）。上側電極は２１で表される。上側電極はまた、プラズマを生成する気体が注入されるシャワーヘッドを供しても良い。プラズマを生成する電力は、２４で表される電源によって供される。前記電力はたとえば、高周波電力又はマイクロ波電力又は他の周波数の電力であって良い。電源２４は上側電極２１と接続した状態で表されているが、プラズマを点火及び維持してウエハを処理する電力は、上側電極２１が接地電極として機能するのであれば、下側電極２０に印加されて良いことに留意して欲しい。あるいはその代わりに、上述したように、電力は、上側電極２１と下側電極２０の両方に印加されて良い。

５５で表される１つ以上の制御装置が、プラズマ処理装置１の動作を制御するために供される。（複数の）制御装置５５はたとえば１つ以上のマイクロプロセッサを有して良い。適切なソフトウエアが、以降で詳述する方法を実行するためにプログラムされ、かつ、適切な非一時的媒体内に格納されて良い。

上記の装置は例として供されている。本発明は他の装置にも適用されて良いことに留意して欲しい。たとえば２１で表されるシャワーヘッドが上述の装置内には表されているが、他の気体注入方法−たとえばチャンバの側面又は他の上側位置でのさらなる気体注入−が、シャワーヘッド装置に加えて又はシャワーヘッド装置の代わりに利用されて良い。

図２Ａ及び図２Ｂは、処理装置内部に設けられたウエハ２５の上面図を表している。ウエハ上に堆積され得る粒子はＰ表されている。係る粒子は、様々な位置−たとえばウエハの位置設定又は方位設定に利用されるウエハノッチ２６の位置−で堆積し得て、かつ、様々な位置で濃縮し得る。また例として、粒子Ｐは、矢印Ａによって示される気体注入位置に対応する位置、又は、気体が排出ポート３０を介してチャンバから排出される矢印Ｂによって示された排出位置付近で濃縮し得る。図２Ａ及び図２Ｂの装置では、図１において２１で示されているシャワーヘッドに加えて、プロセスガスもまた、矢印Ａによって表されているようにチャンバの側壁を介して注入される。ウエハは、たとえばロボットアームを用いて、３２で概略的に表されている選択的に開放可能なシャッター又はゲートバルブを介して挿入することによって、矢印Ｃによって表される方向でチャンバ内へ入り込んで良い。

粒子及び粒子のパターンが例として図２Ａと図２Ｂに表されている。粒子の分布はプロセス及びプロセス条件に依存して変化して良く、かつ、粒子の発生に対する無作為さの成分も存在することに留意して欲しい。

図３、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、典型的なプラズマ処理手順を表し、かつ、ウエハ上での粒子の堆積として考えられ得る原因についての図示又は説明を与える。処理中、プラズマ内での粒子の存在は事実上避けられず、かつ、処理中に係る粒子をウエハ２５上に堆積することを抑制することが重要である。

図３では、ウエハ２５とＥＳＣ（静電チャック）２０は、図示の便宜上互いに離間した状態で図示されている。しかし処理中、ウエハ２５はＥＳＣ２０上に接した状態で設けられていることに留意して欲しい。また図中、粒子は、内部に“−”が付された大きな円に対応するＰで表され、かつ、プラズマは、内部に“ｅ”を有する小さな円で表される自由電子Ｅをも含む。

図３は、処理中での様々な動作のタイムラインを表している。図３の下側部分の対応する領域期間Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃで表された処理中での電子及び／又は粒子の移送に対応する。

処理中、最初にプラズマを点火するため、プラズマ電力が、たとえば２５００Ｗで印加される。これは領域Ａで表されている。この期間中、ＤＣ固定電圧はＥＳＣへは印加されない。ウエハは浮遊状態とみなされて良い。換言すると、電圧がまだ印加されていないので、ＥＳＣへ印加される電圧から生じる、プラズマからウエハとＥＳＣへの電流又は電荷の移送するバイアスは存在しない。電圧が最初ＥＳＣへ印加されるとき、領域Ｂ内で示されているように大きな帯電電流スパイクが生じる。前記大きな帯電電流スパイクは、ＥＳＣが完全に帯電され、かつ、定常状態（ＥＳＣ回路の抵抗損失を表す）に到達するまでのプラズマからウエハとＥＳＣへの電流の移送を表し、前記定常状態の点では、ウエハの電位は、領域Ｃによって示されているように浮遊電位又は定常状態電位とみなされて良い。プラズマから流れる電流には実際２つの成分が存在することに留意して欲しい。第一には、１つ以上のプラズマ電源によるプラズマの点火及び維持に係る電流が存在する。第二には、プラズマから電流を流してＥＳＣを帯電させるＥＳＣ電源からの電流が存在する。図３Ｂ（及び以降で詳述する図４Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂ）のＥＳＣ帯電電流として識別される電流は、ＥＳＣを帯電させる電流であって、プラズマの点火及び維持に係る電流ではない。その電流用に別個の接地経路が、その電流に係る周波数に従って供される。ＥＳＣが帯電され、又は、本願で述べたように「定常状態」に到達した後でも、ＥＳＣ回路の抵抗損失の結果として、ＥＳＣ電圧の印加から生じるプラズマからＥＳＣへの電流は残ることにも留意して欲しい。領域Ｂの開始時での電流スパイクは、ウエハ２５上での粒子の堆積物の重要又は根本的な原因を表すと考えられる。プラズマからのイオンと電子の収集によって、密で堅い粒子が大きな負の電荷を得る。ウエハとＥＳＣを帯電させて定常状態にするために、ウエハとＥＳＣへ電流を移送することが必要だが、これは、荷電粒子Ｐをウエハへ移送することなく電子Ｅを移送することによって実現されることが好ましい。本発明の態様によると、領域Ｂでの帯電の開始時及び帯電の間に電流スパイクの強度すなわち大きさを減少させると、ＥＳＣが帯電されることで、プラズマからウエハへの粒子の移送量が減少することがわかった。

電圧がＥＳＣへ印加されるとき、ＥＳＣのセラミックコーティングはキャパシタの誘電体として機能し、かつ、キャパシタが帯電される際、電流はプラズマを介して流れることでキャパシタを帯電する。その結果ウエハに電場が与えられる。本発明によると、本願出願人は、電流スパイクの大きさを減少させることによって、粒子の堆積が顕著に減少し得ることを発見した。それに加えて、後述する代替実施例によると、粒子の減少は、プラズマの生成前にＥＳＣ（の全部又は一部）を帯電することによっても実現され得る。

図４を参照すると、本発明によるプロセスが、電圧がＥＳＣへ印加されるときのプラズマからウエハとＥＳＣへの電流の移送に関する対応図とともに表されている。

図４に図示された本発明の実施例では、電圧は、階段状に上昇させながら印加される。それにより、最終的に所望の電圧が実現されるまで、電流スパイクは小さくなり、かつ、ウエハとＥＳＣは、各増分後であって電圧が他の階段状の増加分の上昇をする前に安定化（し、あるいは電圧が他の階段状の増加分の上昇をする前にほぼ安定化）することが好ましい。図４の例では、６の階段状の増加が表されている。しかし６以外の階段状の増加数も利用可能であることに留意して欲しい。たとえば１００もの階段状の増加が、装置に依存して用いられて良い。また単なる例として、次の増加までの各段階の期間は約０．１秒〜１又は２秒であって良い。しかし段階の期間はそれ以外であって良い。このようにして、少なくとも１つの中間電圧設定点は、初期ＥＳＣ電圧（一般的にはゼロ）と第２ＥＳＣ電圧設定点又は最終の所望の電圧若しくは電荷レベルとの間で用いられる。

図４、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに図示されているように、階段状にＥＳＣのＤＣ電圧を上昇又は印加する間、電流スパイクの大きさは顕著に減少する。その結果、ウエハとＥＳＣが帯電されているとき、ウエハとプラズマとの間での瞬時の電位差が低下し、かつ、プラズマからウエハ及びＥＳＣへの電流の移送は、負に帯電した汚染粒子の移送よりもむしろ電子の移送による（又は粒子の移送による堆積が減少する）。図で表されているように、プラズマ処理が完了した後、プラズマ生成電力がオフにされることでプラズマは消滅し、チャンバは排気され、かつ、ＥＳＣはオフにされて良い。図４で表されているように、「静電チャックオフ」手順中、ウエハを解放するため、負のＤＣ電圧がＥＳＣへ印加されて良い。その後ＥＳＣへの電圧はオフにされる。

図示された例では、最終の所望のＥＳＣ電圧は２５００ボルトである。しかしこの電圧は変化して良く、かつ、ＥＳＣを固定又はＥＳＣにバイアス印加する最終の所望の電圧はたとえば、１００−５０００ボルト（好適には５００−５０００ボルト）であって良い。

図５は、従来のプロセスの例と、本発明による処理による例とを、それぞれの例に対応する測定粒子数で比較している。図５Ａの構成では、電圧はグラフの上側の線によって表されている一方、グラフの下側の線は電流を表している。前述したように、従来のプロセスでは、電圧が印加されるときに大きな電流スパイクが観測される。この例（図５Ａ）では、多数の粒子が観測された。図５Ａの下側部分に示されているように、２４７の粒子が観測され、かつ、分布している。

図５Ｂの例では、電圧は１０段階で増大した。各段階の期間は０．６秒だった。換言すると、予め選ばれた時間間隔は、一の電圧増加から次の電圧増加の開始までに及ぶ。図示された例での期間は０．６秒である。しかし前述したように、段階数及び各段階の期間又は間隔は変化して良い。図５Ｂの例では、粒子の劇的な減少が観測された。最終の所望の電圧を実現するために電圧の２段階増加を利用することによって、２つの粒子しか観測されなかった。

図６、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、本発明の代替実施例を表す。図６の実施例では、図６の領域Ａで表され、かつ、図６Ａで図示されているように、電圧は、プラズマ生成前にＥＳＣに印加される。その結果、ＥＳＣへ電圧が印加される結果、チャンバ内で気体の絶縁破壊が起こり、かつ、電子は、ＥＳＣによって誘起された絶縁破壊した気体又は電離気体（又は換言すると、気体の絶縁破壊又は電離からの電荷）から流れる。図６は、弱いＤＣ放電によって絶縁破壊される気体に対応する、９８で表されるＥＳＣが誘起する電離気体を表す。しかし、これは汚染粒子の多い処理プラズマの生成前で、かつ、これはウエハの処理（たとえばエッチング処理の実行）に利用されるプラズマではない。図６に図示されているように、ＥＳＣへ電圧を印加する際に電流スパイクが存在するが、これは処理プラズマの生成前に起こるので、ウエハへ移送される粒子は（最小数しか）存在せず、そのためウエハへ移送される電流及びＥＳＣの帯電は、ウエハ上に（最小数しか）粒子を堆積することなく自由電子によって実現される。ＥＳＣが帯電された後、図６と図６Ｂに示されている領域Ｂ内でプラズマを点火するため、プラズマ生成電力が印加される。図６に図示されているように、電流スパイクはプラズマ生成電力の印加の際にも生じるが、係るスパイクは最小である。

図７Ａと図７Ｂは、従来のプロセスと図６の実施例との粒子堆積物の比較を表している。具体的には図７Ａは、処理プラズマの点火後に電圧がＥＳＣへ印加される従来のプロセスを表す。この例では、７１の粒子が観測された。

対照的に、図７Ｂで表された本発明の例によると、処理プラズマの点火前に電圧をＥＳＣへ印加することによって、ウエハ上に堆積される粒子は顕著に減少し、わずか３つの粒子しか観測されなかった。

本発明の変化型もまた可能であることに留意して欲しい。たとえば最終の所望のＥＳＣ電圧の一部は、プラズマの点火前に印加されて良い。電圧は、１つ以上の段階でプラズマの点火後に増大する。係る修正型によって、処理プラズマが存在する間での電流スパイクもまた減少し、それによりウエハ上に堆積される粒子が減少する。

図８は、前述した第１実施例の方法に対応するフローチャート又はアルゴリズムである。係るアルゴリズムは、適切なメモリ媒体に格納されたソフトウエアでプログラムされ、かつ、図１において５５で表された１つ以上の制御装置によって実行されて良い。係るコンピュータ可読媒体は、様々な種類のメモリ−フラッシュメモリ、メモリカード又はディスク−、又は、様々な他の種類のメモリ−たとえば例として、磁気ディスク、強誘電体ディスク、ハードディスク、光ディスク、又は様々な形式の不揮発性メモリ（ＮＶＭ）デバイス−を含んで良い。図８に図示され、かつ、対応する前述の図４でも表されているように、最初にウエハは、工程５００に示されているようにＥＳＣ上に設けられる。その後工程５０２に示されているように、プラズマを点火するため、プラズマ生成電力が印加される。工程５０４では、ＥＳＣ電圧は、最終の所望のＥＳＣ電圧にまで増大するように階段状に印加される。前述したように、これは一連の階段状の増加によって実現されることが好ましい。ここでたとえば各段階での電圧の増加での階段状の増加の間に起こる時間間隔は０．１〜２秒である。ウエハ処理の完了後、処理プラズマ電力は工程５０６でオフにされる。図４で表されているように、プラズマ処理に続き、残りのプロセスガスを除去するためにチャンバは排気され、工程５０８では、ＥＳＣ電圧がオフにされる。

図９は、図６のところで前述した第２例に対応するフローチャート又はアルゴリズムを与えている。ウエハは最初、工程６００で示されているようにＥＳＣ上に設けられる。その後工程６０４の処理プラズマの点火前に、ＥＳＣ電圧が工程６０２で印加される。その後ウエハ処理の完了後、処理プラズマ電力は、工程６０６においてオフにされる。チャンバの排気後、ＥＳＣは工程６０８においてオフにされる。

本発明が様々な例を参照しながら説明されているが、変化型及び修正型可能であることに留意して欲しい。従って添付の請求項の技術的範囲内で、本発明は、本願の具体例によって説明されたものとは異なる形態で実施されて良いことに留意して欲しい。

１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
２０ ウエハ支持体
２１ 上側電極
２２ 電源
２５ ウエハ
３０ 排出ポート
３２ ゲートバルブ
５５ 制御装置
９８ 電離気体
１００ プラズマ

Claims (20)

1. 基板の処理方法であって、
   静電チャック（ＥＳＣ）を有するプラズマ処理チャンバ内で前記基板を受け取る工程；
   前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを点火する工程；
   第１設定点から第２設定点まで上昇するＥＳＣ電圧を前記ＥＳＣへ印加する工程であって、前記ＥＳＣ電圧は、前記第１設定点と前記第２設定点との間に設けられる少なくとも１つの中間設定点を用いて上昇する、工程；及び、
   前記プラズマを用いて前記基板をエッチングする工程、
   を有する方法。
2. 前記第１設定点が、前記第２設定点で印加される第２電圧の大きさよりも小さい第１電圧の大きさを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＥＳＣ電圧の上昇が：
   各電圧上昇について実質的に等しい長さの時間；並びに、
   前記第１設定点と後続の前記中間設定点の各点又は前記中間設定点との間、及び、（複数の）前記中間設定点と前記第２設定点との間で実質的に同様の差異；
   を供する工程、を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＥＳＣの電圧が階段状に上昇し、
   各印加された電圧は、次の電圧増加の前に０．１秒乃至２．０秒の期間維持される、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記電圧の階段状の上昇が、前記第１設定点と前記第２設定点との間での電圧においてわずか１００段階の段階を有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２設定点がわずか５０００Ｖの大きさを有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２設定点が少なくとも５００Ｖの大きさを有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記プラズマ処理チャンバが、前記プラズマの点火を可能にするマイクロ波電源を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記プラズマ処理チャンバが、前記プラズマの点火を可能にする高周波電源を有する、請求項１に記載の方法。
10. 基板を処理する方法であって、
    静電チャック（ＥＳＣ）を有するプラズマ処理チャンバ内で前記基板を受け取る工程；
    前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを点火する工程；
    少なくとも３つの異なる連続して増加する電荷の大きさを用いることによって階段状に前記ＥＳＣを帯電する工程；及び、
    前記プラズマを用いて前記基板をエッチングする工程、
    を有する方法。
11. 前記帯電は、電子が前記プラズマから前記基板へ引き出されるように前記ＥＳＣへ電圧を印加する工程を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 各連続する電荷の上昇が、次の電荷の上昇の前の所定期間維持され、かつ、
    前記所定期間は０．１乃至２．０秒の範囲内である、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記帯電が、第１種の負に帯電した粒子を、第２種の負に帯電した粒子よりも、前記第１種の負に帯電した粒子のより大きな移動度を利用して、より多く引きつける電位差を生成する工程を有する、請求項１０に記載の方法。
14. 前記プラズマが前記第２種の負に帯電した粒子と前記第１種の負に帯電した粒子を含み、
    前記第１種の負に帯電した粒子は電子で、かつ、
    前記第１種の負に帯電した粒子は密で堅い汚染粒子である、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記ＥＳＣの帯電が、前記ＥＳＣへ印加される電圧を、最終ＥＳＣ電圧に到達するまで階段状に上昇させる工程を有する、請求項１０に記載の方法。
16. 前記プラズマの点火が、前記ＥＳＣの少なくとも部分的な帯電の後に起こる、請求項１０に記載の方法。
17. 少なくとも１つの制御装置、及び、コンピュータの処理装置が実行可能な命令を格納するコンピュータ可読非一時的有形媒体を有するプラズマ処理装置であって、
    前記コンピュータの処理装置が実行可能な命令が前記少なくとも１つの制御装置によって実行されるときに、
    プラズマ電源によって電力が供される電極に対向する帯電チャックを有するプラズマ処理チャンバ内に基板を設ける工程；
    前記プラズマ電源をプラズマ点火点に設定する工程；及び、
    所望の電荷レベルに到達するまで３つ以上の上昇するチャック電荷設定点を介して上昇する工程であって、各チャック電荷設定点は、次の電荷設定点へ上昇するまで所定期間維持される、工程、
    を有する方法が実行される、プラズマ処理装置。
18. 基板を処理する方法であって：
    静電チャック（ＥＳＣ）を有するプラズマ処理チャンバ内で前記基板を受け取る工程；
    ＥＳＣ電圧を前記ＥＳＣへ印加する工程；
    前記ＥＳＣ電圧の印加後に前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを点火する工程；及び、
    前記プラズマを用いて前記基板をエッチングする工程、
    を有する方法。
19. 前記ＥＳＣ電圧を印加する工程が、初期設定点から、前記基板のエッチング中に用いられる最終設定点へ前記ＥＳＣ電圧を変化させる工程を有する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ＥＳＣ電圧を印加する工程が、第１設定点から第２設定点へ、該第１設定点と前記第２設定点との間に設けられる少なくとも１つの中間設定点を用いることによって前記ＥＳＣ電圧を上昇させる工程を有する、請求項１８に記載の方法。

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