PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69718808T2 04.09.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0933803
Titel PLASMABEHANDLUNGSMETHODE
Anmelder Tokyo Electron Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder AKAHORI, Takashi, Hachioji-shi, Tokyo 192-03, JP;
NAKASE, Risa, Sagamihara-shi, Kanagawa 229, JP;
OKA, Shinsuke, Sagamihara-shi, Kanagawa 229, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69718808
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.11.1997
EP-Aktenzeichen 979124583
WO-Anmeldetag 14.11.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/JP97/04151
WO-Veröffentlichungsnummer 0098021746
WO-Veröffentlichungsdatum 22.05.1998
EP-Offenlegungsdatum 04.08.1999
EP date of grant 29.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.2003
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse H01L 21/205   C23C 16/50   C23C 16/52   H01L 21/3065   H01J 37/32   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plasmabearbeitungsverfahren zum Ausführen einer Plasmabearbeitung an einem zu bearbeitenden Gegenstand, wie z. B. einem Halbleiterwafer.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung wird ein Plasma oftmals verwendet, um einen Halbleiterwafer (im Anschluss auch als Wafer bezeichnet) einer Bearbeitung zu unterziehen, wie z. B. einer Filmformation oder dem Ätzen. Diese Bearbeitung wird durchgeführt, indem ein Bearbeitungsgas in eine Vakuumkammer eingeführt wird, die mit einem Befestigungsstand bzw. einer Montageplatform für einen Wafer vorgesehen ist, anschließend wird Energie, wie z. B. elektromagnetische Energie, dem Bearbeitungsgas zugeführt, um ein Plasma hieraus zu bilden. Verschiedene Verfahren sind bekannt, wie z. B. Verfahren, bei denen diese elektromagnetische Energie, z. B. als Elektronzyklotronresonanz (ECR) zugeführt wird, das von der Wechselwirkung zwischen Mikrowellen und einem magnetischen Feld Gebrauch macht, und z. B. einem Verfahren, das als induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) bekannt ist, bei dem ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld von einer Spule, die den kuppelförmigen Behälter umgibt, an ein Bearbeitungsgas angelegt wird.

Ein hochdichtes Plasma wird in einem Bereich, der dem Wafer entspricht, gebildet, es ist aber ebenso ein dünnes Plasma durch das gesamte Innere des Vakuumbehälters vorhanden. Dies verschlechtert einen O-Ring, der als ein Abdichtmaterial dient, und verursacht ebenso das Abblättern eines Films, der an den Wänden des Behälters aufgrund der Reaktionen des Bearbeitungsgases anhaftet. Es ist deshalb nicht möglich, die Erzeugung von Teilchen innerhalb des Vakuumbehälters zu vermeiden. Insbesondere ist bei der Plasmabearbeitung die Geschwindigkeit der sich bewegenden Elektronen innerhalb des Plasmas größer als die der Ionen, so dass eine große Anzahl der Elektronen an den Oberflächen, wie z. B. den Wänden und den inneren Elementen des Behälters, anhaften, genauso wie an dem Wafer, wobei diese negativ geladen sind. Der Potentialgradient in der Umgebung dieser Oberflächen vernichtet so die neutralen Charakteristika des Plasmas in der Umgebung der Oberflächen, ohne dass eine Annäherung der Elektroden möglich ist, wodurch ein Bereich, auch als Hülle bezeichnet, mit einer Dicke von einigen Millimetern gebildet wird.

Da die Teilchen negativ geladen sind, können sie nicht den Hüllenbereich durchdringen und werden zurück hin zum Plasma gedrängt. Zu einem gewissen Zeitpunkt hat es den Anschein, dass diese Teilchen an der Grenze zwischen dem Plasma und dem Hüllenbereich eingefangen sind. Wird die Mikrowellenenergie und die Waferdurchlassenergie abgeschaltet, neigen die Teilchen, die an Positionen eingefangen sind und oberhalb des Wafers schweben, dazu, an dem Wafer anzuhaften. Es besteht deshalb eine Notwendigkeit für ein Verfahren zum weitestgehenden Unterdrücken der Erzeugung dieser Teilchen, insbesondere deshalb, da Schaltkreismuster fortlaufend feiner in der Zukunft werden.

US-A-5 433 258 offenbart ein Plasmaverfahren mit magnetischen Spulen, die sich auf beiden Seiten des Wafers in horizontaler Richtung befinden; die EP-A-628 985 offenbart Magneten, die während der Waferbearbeitung nicht in Betrieb sind.

Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der herkömmlichen Probleme vorgeschlagen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Plasmabearbeitungsverfahren vorzusehen, das in der Lage ist, die Erzeugung von Teilchen zu unterdrücken, wodurch die Ausbeute erhöht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in einem ersten Anspruch offenbart ist, ein Plasmabearbeitungsverfahren, das die Schritte umfasst:

Bilden eines magnetischen Feldes durch eine erste Spule (27) und eine zweite Spule (28) derart, dass die magnetischen Kraftlinien derselben von einem Bereich, der einer zu bearbeitenden Oberfläche eines zu bearbeitenden Gegenstands (10) entspricht, zu dem zu bearbeitenden Gegenstand (10) hin verlaufen, wobei der Gegenstand (10) in einer Filmformationskammer (22) vorgesehen ist;

Bilden eines Plasmas aus einem Bearbeitungsgas, das in eine Plasmakammer (21) zugeführt ist, basierend auf der Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld;

Verwenden des Plasmas, um eine Plasmabearbeitung an dem zu bearbeitenden Gegenstand (10) durchzuführen, wobei die erste Spule (27) und die zweite Spule (28) derart angeordnet sind, dass sie eine mittlere Achse des zu bearbeitenden Gegenstands (10) umgeben, und wobei die erste Spule (27) oberhalb des zu bearbeitenden Gegenstands (10) und die zweite Spule (28) entweder neben oder unterhalb des zu bearbeitenden Gegenstands (10) vorgesehen ist und mit Energie während der Plasmabearbeitung beaufschlagt sind;

anschließendem Bilden eines Plasmas, welches die Bearbeitung nicht steigert, anstelle des Plasmas des Bearbeitungsgases;

Einstellen des magnetischen Feldes derart, dass die magnetischen Kraftlinien desselben in der Umgebung des zu bearbeitenden Gegenstands (10) sich weiter während der Plasmabearbeitung ausbreiten, entweder durch Reduzieren eines durch die zweite Spule (28) fließenden Stroms auf weniger als den während der Plasmabearbeitung (einschließlich einer Reduzierung auf Null), oder durch Umkehren des Stroms; und

Befördern des zu bearbeitenden Gegenstands (10) aus der Filmformationskammer (22).

Bei einem in einem zweiten Anspruch offenbarten weiteren Aspekt dieser Erfindung umfasst das Plasmabearbeitungsverfahren die Schritte:

Anziehen des zu bearbeitenden Gegenstands (10) durch elektrostatische Anziehung an einen Befestigungsstand (3), der innerhalb einer Filmformationskammer (22) vorgesehen ist und eine elektrostatische Einspannvorrichtung (32) umfasst,

anschließendem Trennen des zu bearbeitenden Gegenstands (10) von dem Befestigungsstand (3) und Anlegen einer negativen Spannung an die Einspannvorrichtungselektrode (33) der elektrostatischen Einspannvorrichtung (32); und

Stellen eines weiteren zu bearbeitenden Gegenstands auf den Befestigungsstand (3) und Durchführen der Plasmabearbeitung an diesem.

Bei einem in einem dritten Anspruch offenbarten weiteren Aspekt dieser Erfindung umfasst das Filmformationsgas SiF&sub4; und das Plasmagas umfasst Ar und O&sub2; zum Bilden eines SiOF- Films.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels einer Plasmabearbeitungsvorrichtung zum Implementieren des Verfahrens dieser Erfindung;

Fig. 2 stellt ein Beispiel des Verfahrens dieser Erfindung dar;

Fig. 3 stellt eine Situation dar, in der ein Hüllenbereich gebildet ist, wenn sich ein Plasma gebildet hat;

Fig. 4 zeigt einen Zustand der Teilchen bei Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens, während die Fig. 4B die Wirkung der Ausführungsform der Fig. 2 zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Mikrowellenenergie, die zugeführt wird, nachdem sich ein Film gebildet hat, und der Teichenzahl darstellt;

Fig. 6 stellt ein Miller-Magnetfeld und ein divergentes Magnetfeld dar;

Fig. 7 stellt ein weiteres Beispiel dar;

Fig. 8 stellt ein Beispiel eines Verfahrens zur Bildung eines Magnetfeldes dar;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die elektromagnetische Hilfsspule verläuft, nachdem sich ein Film gebildet hat, und der Teilchenzahl zeigt;

Fig. 10 stellt ein weiteres Beispiel dar;

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Durchlassspannung, die auf den Befestigungsstand angelegt wird, nachdem sich der Film gebildet hat, und der Teilchenzahl zeigt;

Fig. 12 stellt ein weiteres Beispiel dar; und

Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die elektromagnetische Hilfsspule verläuft, und der Teilchenzahl zeigt.

Die Beschreibung unten betrifft Verfahren, die auf eine Plasmabearbeitung angewendet werden, welche unter Verwendung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung vom Typ der Elektronzyklotonresonanz (ICR) durchgeführt werden. Der Aufbau der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 wird zuerst mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 weist einen Vakuumbehälter 2 auf, der aus einem Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt ist. Der Vakuumbehälter 2 besitzt eine zylindrische Plasmakammer 21, die sich an der oberen Seite des Vakuumbehälters 2 befindet, und in dem ein Plasma erzeugt wird, und besitzt eine zylindrische Filmformationskammer 22 mit einem größeren Durchmesser als der der Plasmakammer 21, die sich unterhalb derselben befindet und mit dieser in Verbindung steht. Es wird darauf hingewiesen, dass der Vakuumbehälter 2 geerdet ist und so sich auf einem Potential gleich Null befindet.

Eine obere Kante dieses Vakuumbehälters 2 ist offen, ist aber hermetisch mit einem transparenten Fenster 23 abgedichtet, das aus einem Material gebildet ist, welches bezüglich Mikrowellen transparent ist, wie z. B. Quarz, um so den Vakuumzustand des Vakuumbehälters 2 aufrecht zu erhalten. An der äußeren Seite dieses transparenten Fensters 23 ist ein Wellenleiter 25 vorgesehen, der mit einer Hochfrequenzenergiequelle 24 verbunden ist, das ein Hochfrequenzversorgungsmittel zum Erzeugen eines Plasmas bei z. B. 2,45 GHz ist. Die Konfiguration ist derart, dass die Mikrowellen M, die in der Hochfrequenzenergiequelle 24 erzeugt werden und durch den Wellenleiter 25 geführt werden, in die Plasmakammer über das transparente Fenster 23 eingeführt werden.

Plasmagasdüsen 26 sind in einer Seitenwand, die die Plasmakammer 21 bestimmt, in z. B. regelmäßigen Abständen um den Umfang derselben vorgesehen. Zusätzlich ist die Konfiguration derart, dass die Plasmagasquelle, wie z. B. eine Ar- oder O&sub2;-Quelle (nicht in der Figur gezeigt), damit verbunden ist, so dass ein Plasmagas, wie z. B. Ar oder O&sub2;, in einen oberen Abschnitt innerhalb der Plasmakammer 21 gleichmäßig und ohne Unterbrechungen zugeführt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass lediglich zwei der Düsen 26 in der Figur gezeigt sind, um die Zeichnung nicht unnötig komplex zu machen, in der Praxis ist aber eine größere Anzahl vorgesehen.

Eine ringförmige elektromagnetische Hauptspule 27 ist um den äußeren Umfang der Seitenwand, die die Plasmakammer 21 bestimmt, in engen Kontakt mit dieser als ein Mittel zum Bilden eines Magnetfeldes angeordnet. Zusätzlich ist eine ringförmige elektromagnetische Hilfsspule 28 an einer unteren Seite der Filmformationskammer 22 auf eine Art und Weise angeordnet, dass ein Magnetfeld B von z. B. 875 Gauss gebildet wird, das sich von der Plasmakammer 21 oberhalb, unterhalb zur Filmformationskammer 22 hin erstreckt. Die ECR- Plasmabedingungen werden hierdurch erfüllt. Es wird darauf hingewiesen, dass Permanentmagneten anstelle von magnetischen Spulen verwendet werden können.

Das oben beschriebene ECR-Plasma wird durch die Wechselwirkung erzeugt, die durch die Bildung der Mikrowellen M und des Magnetfeldes B innerhalb der so konfigurierten Plasmakammer 21 verursacht wird, wobei die Frequenz der Mikrowellen M gesteuert wird. An diesem Punkt wird eine Resonanz in dem eingeführten Gas bei dieser Frequenz induziert, so dass ein Plasma mit hoher Dichte gebildet wird. Mit anderen Worten, diese Vorrichtung ist als Elektronzyklotronresonanz (ECR)-Plasmabearbeitungsvorrichtung konfiguriert.

Ein ringförmiger Filmformationsgas-Versorgungsabschnitt 30 ist an einem oberen Abschnitt der Filmformationskammer 22 vorgesehen, mit anderen Worten, in dem Abschnitt derselben, der mit der Plasmakammer 21 in Verbindung steht, auf eine Art und Weise, dass ein Filmformationsgas von einer inneren Umfangsoberfläche derselben ausgegeben wird. Ein Befestigungsstand 3 ist ebenso in der Filmformationskammer 22 auf höhenverstellbare Weise vorgesehen. Dieser Befestigungsstand 3 ist mit einer elektrostatischen Einspannvorrichtung 32, die ein internes Heizelement aufweist, an der Oberseite einer Haupteinheit 31 aus einem Material, wie z. B. Aluminium, versehen. Eine Einspannvorrichtungselektrode 33 innerhalb der elektrostatischen Einspannvorrichtung 32 dient ebenso als eine Elektrode zum Anlegen einer Durchlassspannung, um Ionen zum Wafer B hin zu ziehen, und ist mit einer Energieversorgung verbunden, wie z. B. einem Hochfrequenzenergieversorgungsabschnitt 34. Ein Auslassrohr 35 ist mit einem Basisabschnitt der Filmformationskammer 22 verbunden.

Die Beschreibung wendet sich nun der Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung in einem Verfahren zum Bilden eines Zwischenschichtisolierfilms auf einem Wafer 10 zu, der gleich dem zu bearbeitenden Gegenstand ist. Es wird in diesem Fall davon ausgegangen, dass eine Aluminiumverdrahtung auf der Oberfläche dieses Wafers 10 gebildet ist und der Zwischenschichtisolierfilm ein SiOF-Film, z. B., sein soll. Zuerst wird ein Gateventil, das in einer Seitenwand des Vakuumbehälters 2 vorgesehen ist, aber nicht in der Figur gezeigt ist, geöffnet, anschließend wird der Wafer 10 durch einen Beförderungsarm (nicht in der Figur gezeigt) von einer Lastarretierkammer (ebenso nicht in der Figur gezeigt) hereinbefördert.

Nachdem das Gateventil geschlossen worden ist, das Innere der Vorrichtung abgedichtet ist, wird die Innenatmosphäre durch das Auslassrohr 35 ausgelassen, um die Vorrichtung auf einen vorbestimmten Vakuumgrad zu evakuieren, anschließend werden Gase zum Erzeugen eines Plasmas, wie z. B. Oz und Ar, in die Plasmakammer 21 durch die Plasmagasdüsen 26 zu Flussraten von 200 sccm bzw. 350 sccm eingeführt. Zusätzlich wird ein Filmformationsgas, wie z. B. SiF&sub4;, in die Filmformationskammer 22 von dem Filmformationsgasversorgungsabschnitt 30 mit einer Flussrate von 140 sccm eingeführt. Das Innere des Vakuumbehälters 2 wird anschließend auf einem Bearbeitungsdruck von z. B. 0,4 Pa gehalten; eine Durchlassenergie von 13,56 MHz und 2500 W wird auf den Wafer 10 angewendet; und die Oberflächentemperatur des Befestigungsstandes 3 wird ebenso auf 200ºC eingestellt.

Hochfrequenzenergie (Mikrowellen) bei 2,45 GHz von der Hochfrequenzenergiequelle 24 zur Plasmaerzeugung wird durch den Wellenleiter 25 zu dem Deckenabschnitt des Vakuumbehälters 2 hin übertragen, verläuft durch das darin vorgesehene, transparente Fenster 23 und wird in die Plasmakammer 21 als Mikrowellen M eingeführt. Das Magnetfeld B, das von den elektromagnetischen Spulen 27 und 28 erzeugt wird, wird von oben und nach unten gerichtet innerhalb der Plasmakammer 21 mit einer Stärke von z. B. 875 Gauss angelegt. Die Wechselwirkung zwischen diesem Magnetfeld B und den Mikrowellen M induziert sowohl ein elektrisches Feld E als auch das magnetische Feld B, welches die Elektronzyklotronresonanz erzeugt, und diese Resonanz bewirkt, dass aus dem Ar ein Plasma wird.

Das von der Plasmakammer 21 und in die Filmformationskammer 22 strömende Plasma aktiviert das hierzu zugeführte SiF&sub4;-Gas, um aktive Keime zu bilden, und ein SiOF-Film wird durch die Reaktion zwischen dem SiF&sub4; und dem O&sub2; gebildet, um Hohlräume auf dem Wafer 10 zu füllen. Während dieser Zeit werden die Ar-Ionen hin zum Wafer 10 durch die Durchlassspannung zum Anziehen des Plasmas gezogen, und die Ecken des SiOF-Films, die in den Mustern (Hohlräumen) auf der Oberfläche des Wafers 10 gebildet sind, werden durch Sputter-Ätzen derselben abgeschnitten, und so dienen die Ar-Ionen dazu, die Aperturen in dem Muster zu verbreitern.

Dieses Verfahren beeinflusst ebenso die anschließende Bearbeitung. Mit anderen Worten, zu einem Zeitpunkt t1, unmittelbar, nachdem die Filmformation beendet ist, wird die Versorgung mit den Plasmagasen Ar und O&sub2; ohne Änderungen fortgeführt, aber die Versorgung mit Filmformationsgas wird angehalten, und ebenso wird die Mikrowellenenergie von 2500 W auf 1000 W, wie in Fig. 2 gezeigt ist, reduziert. Eine bestimmte Zeit später, wie z. B. 10 Sekunden später, wird die Versorgung mit Mikrowellenenergie und Durchlassenergie angehalten.

Dies ermöglicht es, die Anzahl der Teilchen auf dem Wafer zu reduzieren. Der Grund dafür kann wie unten beschrieben betrachtet werden. Mit anderen Worten, wie in dem Abschnitt des herkömmlichen Verfahrens diskutiert wurde, ist die Geschwindigkeit der Bewegung der Elektronen innerhalb der Plasmabewegung größer als die der Ionen, so dass eine große Anzahl von Elektronen in der Umgebung der Oberflächen des Materials oder des Wafers, wie in Fig. 3 gezeigt ist, anhaften. So werden die neutralen Charakteristika des Plasmas in einem Plasmabereich Z zerstört, um einen Hüllenbereich S zu bilden. Die Tiefe D dieses Hüllenbereichs S nimmt mit abnehmender Elektronendichte zu. Dies ist deshalb so, da die Ladungsmenge der Elektronen, die an einem Material anhaften, bestimmt ist, und so ist die positive Ladungsmenge, die dem Hüllenbereich S inhärent ist, ebenso bestimmt. Falls die Elektronendichte gering ist (falls die Plasmadichte niedrig ist), ist deshalb die Anzahl der Ionen innerhalb des Hüllenbereichs S gering. Mit einer geringen Anzahl von Ionen wird die Ionenschicht, die notwendig ist, um eine gewisse Ladung aufrecht zu erhalten, dicker, und folglich wird der Hüllenbereich S ebenso dicker.

Falls dieser Hüllenbereich S oberhalb der Oberfläche des Wafers 10 während der Filmformation gebildet wird, wie in Fig. 4A gezeigt, und die Mikrowellenenergie und die Durchlassenergie in dem Zustand abgeschnitten wird, werden deshalb Teilchen P an dem Wafer 10 anhaften. Da die Teilchen extrem klein sind, höchstens 1 um, werden diese frei durch externe Einflüsse, wie z. B. ein Luftstrom, herumbewegt, eher als dass sie durch die Schwerkraft herunterfallen, so dass Teilchen, die sich in der Umgebung des Wafers 10 befinden, auf diesen auftreffen und an diesem anhaften. In diesem Fall, falls die Mikrowellenenergie reduziert wird, nachdem der Film gebildet ist, fällt die Elektronendichte und folglich wird die Dicke D des Hüllenbereichs C größer, wie in Fig. 4B gezeigt ist.

Da die Teilchen P zwischen dem Hüllenbereich S und dem Plasmabereich Z eingefangen zu sein scheinen, so gewährleistet eine Zunahme der Dicke D des Hüllenbereichs S. dass die Teilchen P weg von der Oberfläche des Wafers 10 bewegt werden. Falls die Mikrowellenenergie und die Durchlassenergie beide zu diesem Zeitpunkt abgeschnitten werden, wird die Anzahl der Teilchen, die an dem Wafer 10 anhaften, gering sein.

Experimente wurden bei einer Mikrowellenenergieeinstellung von 2500 W während der Formation des Films durchgeführt. Nachdem ein Film auf der Oberfläche des Wafers 10 unter den vorhergehend beschriebenen Bearbeitungsbedingungen gebildet worden ist, wurde die Mikrowellenenergie in der in Fig. 2 gezeigten Abfolge reduziert, diese Mikrowellenenergie wurde auf verschiedene Weise geändert, und die Anzahl der Teilchen zwischen 0,25 um und 1 um aus denjenigen auf jedem 8-inch- Wafer wurden gezählt, wobei die Ergebnisse in Fig. 5 gezeigt sind. Falls die Periode zwischen den Zeiten t1 und t2 in Fig. 2, während der die Mikrowellenenergie reduziert wird, als "Energiereduktionsbearbeitung" bezeichnet wird, zeigt die horizontale Achse die Mikrowellenenergie während dieser Energiereduktion. Aus diesen Ergebnissen wird klar, dass die Anzahl der Teilchen auf dem Wafer 10 reduziert ist, indem die Mikrowellenenergie herabgesetzt wird, nachdem der Film gebildet ist, und dies wird die Ausbeute verbessern. Es wird darauf hingewiesen, dass "das Reduzieren der Mikrowellenenergie" ebenso die Fälle einschließt, bei denen die Mikrowellenenergie allmählich reduziert wird. Dieses Verfahren ist nicht auf die Filmformationsbearbeitung beschränkt; es kann ebenso auf das Ätzen angewendet werden, wobei in diesem Fall die Versorgung mit Ätzgas auf Ar-Gas geändert werden kann, und die Mikrowellenenergie reduziert wird.

Eine andere Art und Weise, die Dicke dieser Hülle zu erhöhen, könnte darin liegen, die Durchlassenergie derart zu erhöhen, so dass sie sich bei einer Einstellung von z. B. 3500 W während der Energiereduktionsperiode befindet. Dies würde es ebenso ermöglichen, die Anzahl der Teilchen zu reduzieren. Der Grund, warum die Erhöhung der Durchlassenergie die Dicke der Hülle erhöht, wird unten beschrieben. Falls die Durchlassenergie erhöht wird, wird die Durchlassspannung ebenso erhöht, und überdies ist die Frequenz der Spannung bei 13,56 MHz ausreichend, so dass die Ionen nicht folgen können. Deshalb erhöht sich die Hüllendicke zu dem Zeitpunkt, bei dem eine negative Durchlassspannung angelegt wird. Da das Potential des Plasmas immer höher ist als das der Außenwände, wird die Hüllendicke nicht zu gering, selbst, falls eine positive Durchlassspannung angelegt wird. Deshalb erhöht sich die durchschnittliche Hüllendicke. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass, falls die Durchlassenergie zu hoch wird, Sputter-Ätzen jedoch auf der Oberfläche des Wafers auftreten wird, und deshalb ist es bevorzugt, die Mikrowellenenergie anstatt einzustellen.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass dieses Verfahren nicht beschränkt ist auf die Anwendung in einer ECR- Plasmabearbeitungsvorrichtung, es kann ebenso angewendet werden in der oben erwähnten ICP-Vorrichtung, jedoch könnte die Konfiguration in diesem Fall derart sein, dass der Spulenstrom reduziert wird, so dass die elektromagnetische Energie nach der Filmformationsbearbeitung abfällt, wodurch so die Elektronendichte reduziert wird.

Das unten beschriebene Verfahren ist ebenso wirksam wie die weitere Reduzierung der Anzahl der Teilchen selbst, die an der Waferoberfläche anhaften. Energie wird durch die elektromagnetische Hauptspule 27 und die elektromagnetische Hilfsspule bzw. Zusatzspule 28 während der Formation des Films hindurchgeführt, wenn die Filmformation aber beendet ist, wird der Strom in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 verringert oder auf Null herabgesenkt, so dass das Feld sich von einem Miller-elektromagnetischen Feld M1 zu einem verteilten elektromagnetischen Feld M2, wie in Fig. 6 gezeigt ist, ändert. Alternativ könnte die Richtung R des durch die elektromagnetische Hilfsspule 28 fließenden Stroms entgegengerichtet der Richtung L des durch die elektromagnetische Hauptspule 27 fließenden Stroms sein, um ein cusp-förmiges Feld M3, wie in Fig. 8 gezeigt ist, zu bilden. Bei diesem Energiereduktionsverfahren wird die Versorgung mit Filmformationsgas angehalten, aber die Versorgung mit Ar und Oa wird auf eine ähnliche Weise zur vorhergehenden Ausführungsform fortgeführt. Dies bewirkt, dass sich der Plasmabereich ausdehnt, wie in Fig. 7 gezeigt, so dass die Gruppen von Teilchen, die, wie zuvor beschrieben, eingefangen waren, hin zu den Seiten sich bewegen, wodurch die Anzahl der Teilchen entsprechend dem Wafer 10 dadurch reduziert werden, und deshalb die Anzahl der Teilchen, die an dem Wafer 10 anhaften, reduziert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration ebenso derart sein könnte, dass die Richtung des Stromflusses in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 umgekehrt wird, um ein cusp-förmiges magnetisches Feld zu bilden, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Nachdem ein Film auf einem 8-inch-Wafer, wie oben beschrieben, gebildet wurde, wurde eine Energiereduktionsbearbeitung durchgeführt, bei der der Strom in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 auf verschiedene Weise geändert wurde, und die Anzahl der Teilchen zwischen 0,25 um und 1 um auf der Waferoberfläche gezählt wurden, wobei die Ergebnisse in Fig. 9 gezeigt sind. Aus diesem Diagramm wird klar, dass die Anzahl der Teilchen abnimmt, während der Strom in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 abnimmt. Der Strom in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 betrug 120 A während derselben Formation.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Teilchenkontamination von Wafern während der Plasmabearbeitung, aber dieses Verfahren kann ebenso andere Ausführungsformen besitzen. Eine dieser Ausführungsformen ist beabsichtigt, um die Anzahl der Teilchen, die an der Oberfläche des Befestigungsstandes 3 anhaften, zu reduzieren. Falls die Teilchen an der Oberfläche des Befestigungsstandes anhaften, so können sich diese Teilchen zur hinteren Oberfläche des Wafers bewegen, so dass, wenn der Wafer innerhalb einer Kassette untergebracht ist, die Teilchen herunterfallen und an der Oberfläche eines Wafers in einer unteren Schublade anhaften, was die Ausbeute verschlechtert.

In dieser Ausführungsform wird eine negative Spannung von -1000 V z. B. durch eine Energiequelle 4 an die Einspannvorrichtungselektrode 33 der elektrostatischen Einspannvorrichtung 32 angelegt, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Der Zeitpunkt, bei dem diese Spannung angelegt wird, könnte unmittelbar danach sein, nachdem ein Film auf dem Wafer 10 gebildet und der Wafer 10 von dem Befestigungsstand 3 durch z. B. den Vorderarm entfernt worden ist. Der Transfer des Wafers von dem Vorderarm könnte durch Drücken des Wafers nach oben durch hervorstehende Stifte, die innerhalb des Befestigungsstandes 3 enthalten sind, durchgeführt werden, und anschließend wird der Arm in die untere Oberflächenseite des Wafers eingeführt.

Die Dicke des dielektrischen Elements oberhalb der Einspannvorrichtungselektrode 33 ist extrem dünn, in der Größenordnung von 0,4 mm, und überdies ist ein gewöhnliches leitendes Material in das Material, wie z. B. Aluminium oder Aluminiumnitrid des dielektrischen Elements, das für die elektrostatische Einspannvorrichtung verwendet wird, vermischt, um sicher zu stellen, dass die Restladung gering ist, wenn die elektrostatische Einspannvorrichtung abgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass der Oberflächenschichtabschnitt des dielektrischen Elements (der Abschnitt oberhalb der Einspannvorrichtungselektrode 33) geringfügig leitend ist. Es gibt deshalb einen Spannungsabfall in diesem Oberflächenschichtabschnitt, so dass die Oberfläche des Befestigungsstandes 3 auf einem negativen Potential sich befindet, selbst wenn die negative Spannung der Energiequelle 4 nicht vorhanden ist. Da die Teilchen innerhalb des Plasmas innerhalb eines Hochvakuums negativ geladen bleiben, ist es für diese Teilchen schwierig, sich der Oberfläche des Befestigungsstandes 3 anzunähern, und so wird das Anhaften solcher Teilchen an dem Befestigungsstand 3 unterdrückt. Dieses Verfahren kann ebenso auf das Ätzen angewendet werden.

Experimente wurden durchgeführt, bei denen ein SiOF-Film auf einem Wafer unter den oben beschriebenen Bedingungen gebildet wurde, anschließend wurde der Wafer von dem Befestigungsstand 3 durch den Vorderarm entfernt, verschiedene unterschiedliche Spannungen wurden auf die Einspannvorrichtungselektrode 33 des Befestigungsstandes 3 angelegt, anschließend wurde der nächste Wafer auf den Befestigungsstand 3 gestellt, dieser Wafer wurde entfernt und in eine Kassette gestellt, und die Anzahl der Teilchen unmittelbar unterhalb wurde gezählt. Die Ergebnisse sind in der Fig. 11 gezeigt. Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich ist, ist die Anzahl der Teilchen durch Anlegen einer negativen Spannung an die Einspannvorrichtungselektrode 33 des Befestigungsstandes 3 reduziert.

Die Beschreibung wendet sich nun einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu. Die Konfiguration dieser Ausführungsform ist derart, dass ein erster Reinigungsschritt mit einem Reinigungsgas 41, das ein Halogengas, wie z. B. NF&sub3;, CF&sub4; oder ClF&sub3; umfasst, nach der Filmformationsbearbeitung durchgeführt wird, und anschließend ein zweiter Reinigungsschritt durchgeführt wird mit einem Reinigungsgas 42, das mindestens O&sub2;, wie z. B. eine Mischung aus O&sub2; und Ar, wie in Fig. 12 gezeigt ist, umfasst. Die Reinigungsgase 41 und 42 werden von den Plasmagasdüsen 26 der Vorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt ist, zugeführt. Um sicher zu stellen, dass ein Plasmabereich Z, der breiter als der Plasmabereich ist, der während der Filmformation verwendet wird, für die Reinigungsschritte erzeugt wird, wird ein verteiltes magnetisches Feld, durch z. B. Reduzieren des Stromes in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 auf weniger als während der Filmformation, oder auf Null, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde, gebildet.

Die Verwendung dieses Verfahrens ermöglicht es, die Teilchen in einer Vorrichtung zur Bildung eines Films aus einem Material, wie z. B. SiOF, SiO&sub2; oder Polysilizium, zu reduzieren. Der Grund dafür wird nun diskutiert. Nachdem Filme sich auf einer gewissen Anzahl von Wafern gebildet haben, wie z. B. 13 Wafern, wird das Innere des Vakuumbehälters 2 mit einem Gas von der Sorte eines Halogens gereinigt. Als die vorliegenden Erfinder gründlicher erforscht haben, hatten sie herausgefunden, dass einige Teilchen an dem nächsten zu bearbeitenden Wafer anhaften, wohl eine sehr geringe Anzahl derselben, selbst nach dieser Reinigung, und Kohlenstoff in diesen Teilchen enthalten ist. Mit anderen Worten bestimmten sie, dass vorhergehende Fragmente auf den Oberflächen, wie z. B. den Innenwänden des Behälters und den Seitenoberflächen des Befestigungsstandes 3, zurückbleiben, selbst wenn eine Reinigung mit Halogengas durchgeführt wird.

Die Erfinder dachten, dass dieser Kohlenstoff von dem O-Ring, der verwendet wird, um eine hermetische Abdichtung des Vakuumbehälters vorzusehen, verteilt wird. Dies wird deshalb angenommen, da der O-Ring aus einem Harz hergestellt ist und aktive Keime des Plasmas, die in Rillen in den Wänden eintreten, den O-Ring durchdringen werden. Deshalb verursacht die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, wenn sie einem Sauerstoffplasma ausgesetzt werden, dass Fragmente CO&sub2; und CO sich bilden und verstreuen.

Falls der Plasmabereich durch ein verteiltes Magnetfeld verbreitert wird, und wenn die Reinigung durchgeführt wird, werden die Reinigungsgase über alle Oberflächen des Befestigungsstandes 3 und ebenso allen Wänden des Vakuumbehälters 2 verteilt. In diesem Fall könnte das verteilte Magnetfeld während entweder des ersten Reinigungsschrittes oder des zweiten Reinigungsschrittes, oder in beiden Reinigungsschritten, gebildet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass es ebenso möglich ist, ein cusp- förmiges Magnetfeld zu bilden, welches zuvor mit Bezug auf die Fig. 8 beschrieben wurde, um den Plasmabereich zu verbreitern.

Falls der Plasmabereich durch ein verteiltes Magnetfeld verbreitert wird, und wenn die Reinigung durchgeführt wird, werden die Reinigungsgase über alle Oberflächen des Befestigungsstandes 3 und ebenso allen Wänden des Vakuumbehälters 2 verteilt. In diesem Fall könnte das verteilte Magnetfeld während entweder des ersten Reinigungsschrittes oder des zweiten Reinigungsschrittes, oder in beiden Reinigungsschritten, gebildet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass es ebenso möglich ist, ein cusp- förmiges Magnetfeld zu bilden, welches zuvor mit Bezug auf die Fig. 8 beschrieben wurde, um den Plasmabereich zu verbreitern.

Experimente wurden durchgeführt, indem ein Film aus SiOF auf jedem der 13 Wafer gebildet wurde, anschließend wurden die ersten und zweiten Reinigungsschritte durchgeführt, und anschließend wurde ein Film aus SiOF auf einem weiteren Wafer gebildet. Die Anzahl der Teilchen zwischen 0,25 um und 1 um auf der Oberfläche des Wafers wurden gezählt, wobei die Ergebnisse in Fig. 13 gezeigt sind, und die Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen unterschiedlichen Strömen in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 während des zweiten Reinigungsschrittes und der Anzahl der Teilchen.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass NF&sub3;-Gas bei 1000 sccm während des ersten Reinigungsschrittes zugeführt wurde, der Druck 500 Pa betrug, die Mikrowellenenergie 1200 W betrug, die Durchlassenergie gleich Null war, der Strom in der elektromagnetischen Hilfsspule 28 200 A betrug, und das Reinigen für 10 Minuten durchgeführt wurde. Während des zweiten Reinigungsschrittes wurde O&sub2; und Ar bei 200 sccm bzw. 300 sccm zugeführt, der Druck betrug 0,3 Pa, die Mikrowellenergie betrug 1700 W, und die Durchlassenergie war gleich Null, und das Reinigen wurde für eine Minute durchgeführt.

Folglich wurde gezeigt, dass das Durchführen des zweiten Reinigungsschrittes es ermöglichte, die Teilchen zu reduzieren, und das Verbreitern des Magnetfeldes ermöglichte es, diese sogar weiter zu reduzieren.

Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung, eine Kontamination eines zu bearbeitenden Gegenstandes durch Teilchen zu unterdrücken, und ermöglicht ebenso eine Verbesserung der Ausbeute.


Anspruch[de]

1. Ein Plasmabearbeitungsverfahren, umfassend die Schritte:

Bilden eines magnetischen Feldes durch eine erste Spule (27) und eine zweite Spule (28) derart, dass die magnetischen Kraftlinien derselben von einem Bereich, der einer zu bearbeitenden Oberfläche eines zu bearbeitenden Gegenstands (10) entspricht, zu dem zu bearbeitenden Gegenstand (10) hin verlaufen, wobei der Gegenstand (10) in einer Filmformationskammer (22) vorgesehen ist;

Bilden eines Plasmas aus einem Bearbeitungsgas, das in eine Plasmakammer (21) zugeführt wird, basierend auf der Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld;

Verwenden des Plasmas, um eine Plasmabearbeitung an dem zu bearbeitenden Gegenstand (10) durchzuführen, wobei die erste Spule (27) und die zweite Spule (28) derart angeordnet sind, um eine Achse, die mittig durch den zu bearbeitenden Gegenstand (10) verläuft, zu umgeben, und wobei die erste Spule (27) oberhalb des zu bearbeitenden Gegenstands (10) und die zweite Spule (28) entweder neben oder unterhalb des zu bearbeitenden Gegenstands (10) vorgesehen ist, und beide Spulen während der Plasmabearbeitung mit Energie beaufschlagt sind;

anschließendem Bilden eines Plasmas, das die Bearbeitung nicht steigert, anstelle des Plasmas des Bearbeitungsgases;

Einstellen des magnetischen Feldes derart, dass die magnetischen Kraftlinien desselben in der Umgebung des zu bearbeitenden Gegenstands (10) sich weiter während der Plasmabearbeitung ausbreiten, entweder durch Reduzieren eines durch die zweite Spule (28) fließenden Stroms auf weniger als den während der Plasmabearbeitung (einschließlich einer Reduzierung auf Null) oder durch Umkehren des Stroms; und

Befördern des zu bearbeitenden Gegenstands (10) aus der Filmformationskammer (22).

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:

Anziehen des zu bearbeitenden Gegenstands (10) durch elektrostatische Anziehung an einem Befestigungsstand (3), der innerhalb einer Filmformationskammer (22) vorgesehen ist und eine elektrostatische Einspannvorrichtung (32) umfasst,

anschließendem Trennen des zu bearbeitenden Gegenstands (10) von dem Befestigungsstand (3) und Anlegen einer negativen Spannung an die Einspannvorrichtungselektrode (33) der elektrostatischen Einspannvorrichtung (32); und

Stellen eines weiteren zu bearbeitenden Gegenstands auf den Befestigungsstand (3) und Durchführen der Plasmabearbeitung an diesem.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Filmformationsgas SiF&sub4; aufweist, und das Plasmagas Ar und O&sub2; zum Bilden eines Films aus SiOF aufweist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com