(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理のためのプラズマシステムであって、
１以上の基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）と、
前記基板（ｄ）が保持される側と反対側に、前記基板保持電極（ｂｂ）と隣接した位置に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置された第２の電極（ａ）と、
前記基板（ｄ）を一様に処理するために必要なガス混合物（ｆ）を供給するために、前記基板（ｄ）が保持される側に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置されるガス混合物（ｆ）分配用のシャワーヘッド（ｅ）と、
を備え、
プラズマ（ｃ）は、前記基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）と前記第２の電極（ａ）との間で生成が開始されて形成され、前記基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）を包み、開口部（ｅｅ）を通して前記ガス混合物（ｆ）を活性化して分配する前記シャワーヘッド（ｅ）から離れており、
前記基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）と、前記基板（ｄ）が保持される側と反対側に前記基板保持電極（ｂｂ）と隣接した位置に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置された第２の電極（ａ）との間でプラズマ（ｃ）を保持することにより、前記基板（ｄ）のプラズマ処理の間前記第２の電極（ａ）からスパッタされる材料による基板の汚染を減少させ、
処理の一様性、収率および信頼性の長所を与える、
ことを特徴とするプラズマシステム。
【請求項２】
前記シャワーヘッド（ｅ）が、前記シャワーヘッド（ｅ）から離れてプラズマの形態を保たせるために、非導電性で反応しない材料を使って作られていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマシステム。
【請求項３】
前記シャワーヘッド（ｅ）が、熱線方法によるガス混合又ガス活性化を可能とするために、非導電性で反応しない材料を使って作られていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマシステム。
【請求項４】
１以上の基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）と、前記基板（ｄ）が保持される側と反対側に前記基板保持電極（ｂｂ）と隣接した位置に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置された第２の電極（ａ）との間でプラズマ（ｃ）を形成し、前記基板（ｄ）を保持する前記基板保持電極（ｂｂ）を包む前記プラズマ（ｃ）の形態を生じさせるステップを備え、
前記基板（ｄ）を一様に処理するために必要なガス混合物（ｆ）を開口部（ｅｅ）を通して供給するために前記基板（ｄ）が保持される側に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置されるガス混合物（ｆ）分配用のシャワーヘッド（ｅ）から前記プラズマ（ｃ）が離れており、
前記基板（ｄ）を保持する基板保持電極（ｂｂ）と、前記基板（ｄ）が保持される側と反対側に前記基板保持電極（ｂｂ）と隣接した位置に前記基板保持電極（ｂｂ）から離れて配置された第２の電極（ａ）との間でプラズマ（ｃ）を保持することにより、前記基板（ｄ）のプラズマ処理の間前記第２の電極（ａ）からスパッタされる材料による基板の汚染を減少させる、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記シャワーヘッド（ｅ）が、非導電性で反応しない材料を使って作られることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
熱線方法によるガス混合活性化方法を実装することを可能とすることを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記シャワーヘッド（ｅ）を前記プラズマ（ｃ）から離すことによって、前記シャワーヘッド（ｅ）で生成される粒子に起因する基板の汚染を減少させることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記シャワーヘッド（ｅ）を前記プラズマ（ｃ）から離すことによって、前記シャワーヘッド（ｅ）での化学反応を減少させ、ガス混合物の一様性に変化を生じさせる前記シャワーヘッド（ｅ）における反応の副生成物の堆積を減少させることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記シャワーヘッド（ｅ）における反応による生成物の堆積の減少が、処理中のガスの流れの一様性を改善し、基板の収率と信頼性の改善をもたらすことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記シャワーヘッド（ｅ）における反応による生成物の堆積の減少が、メンテナンスのために処理を停止させる必要性を減少させることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般のプラズマ装置、およびクリーニング、エッチング、膜の堆積、膜と構造の成長を含む基板処理のために特別に使われるプラズマ装置のための革新的なプラズマ発生に関する。
【０００２】
典型的なプラズマシステムは、クリーニング、エッチング、堆積および構造の成長を含む基板処理アプリケーション用のプレートを横切るプラズマを生成するためにＤＣ、ＡＣまたはＲＦ電圧を印加する平行電極を使う。電極の一つ、一般に下部電極は、プラズマ処理の間基板ホルダとして機能する。処理の間必要なガスの組み合わせ（ガス混合物）は一般に上部電極を通って供給される。ガスの流れを一様にし、反応した種のプラズマ滞在時間を減少させるために、ガス混合物の分配用にシャワーヘッド構造が用いられる。これは、ガスの流れの一様性を保つために、上部電極に複数の開口部があり、上部電極がシャワーヘッド構造を形成することを意味する。
【０００３】
プラズマ発生のために並行プレート技術を使うこのアプローチには、以下に示す多数の問題がある。
ａ）上部電極に衝突するプラズマで生じるエネルギーの高い粒子による電極のスパッタリングに起因する電極材料による基板の汚染。
ｂ）処理された基板の欠陥密度と清浄度に影響を与えるシャワーヘッドでの粒子の生成。
ｃ）シャワーヘッドの上または近くへのプラズマによって生成された成分の堆積。プラズマによって生成された成分はシャワーヘッドの開口部または穴に堆積し、一様でないガスの流れと一様でないプラズマをもたらす開口部の詰まりを生じさせる。
【０００４】
背部電極（基板ホルダの反対側に配置された電極）を用いてプラズマを生成し、構成する新規な方法が開示される。生成されたプラズマは基板保持電極を包み、基板上で直接スパッタされた堆積による汚染を防ぎ、処理の間上部電極から粒子が形成されて堆積することを防ぐ。また、それはガスシャワーヘッドをプラズマの流れに干渉しない非導電材料で作ることを可能とし、ガスシャワーヘッドの詰まりを防止する。従って、新規なプラズマの形態、およびそのプラズマを生成するための装置と方法が開示される。このプラズマの形態は、従来技術の問題を解決し、如何なる選択された基板についても収率を改善し、処理の信頼性を向上させる。
【背景技術】
【０００５】
図１は、従来技術のプラズマシステムとプラズマの形態の例である。図１には、電圧源への接続端子（ａ）と（ｂ）を持った２つの平行導電プレート、上部プレートと下部プレートが示されている。上部プレートには複数の開口部（ｅｅ）が一様に配置され、上部プレートはシャワーヘッド構造を形成する。接続端子（ａ）と（ｂ）に印加されるＤＣ電圧、ＡＣ（またはＲＦ）電圧、パルス電圧波形のいずれかを使って、上部プレートにより形成される電極（ａａ）と下部プレートにより形成される電極（ｂｂ）の間にプラズマを生じさせる。処理のためのガス混合物（ｆ）はシャワーヘッドの穴または開口部（ｅｅ）を通って流れる。プラズマＣが上部プレートにより形成される電極（ａａ）と下部プレートにより形成される電極（ｂｂ）の間にあるとき、シャワーヘッドの穴または開口部（ｅｅ）はプラズマチャンバーに一様な反応能力を与える。処理の間、処理される基板（ｄ）はプラズマに完全に包まれる。圧力、印加電圧、与えられるバイアス等のようなガス混合物（ｆ）とプラズマの状態は、達成される処理を規定する。処理自体はクリーニングプロセス、エッチングプロセス、堆積プロセス、または表面の化学的機能化のためのプロセスである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術のプロセス例は以下に示す多数の問題を持つ。
【０００７】
ａ）プラズマが点く（生成され始める）と、上部プレートにより形成される第２の導電電極（ａａ）の開口部（ｅｅ）を通してチャンバーに供給されるガス混合物はイオン化される。すなわち、プラズマ（ｃ）の中に正と負の粒子が存在し、印加された電圧に依存してそれらの粒子はエネルギーを持って電極の方に加速される。エネルギーを持ったイオンが基板（ｄ）に衝突するとき、その処理の工程を達成する。しかし、反対の電荷を持った粒子が上部プレートにより形成される他の電極（ａａ）に衝突するとき、その電極へ望ましくないエネルギーの移動が生じる。エネルギーに依存してこれらのイオンは上部プレートにより形成される電極（ａａ）から材料をはじき出す。はじき出された材料は、基板（ｄ）に堆積し、基板（ｄ）を汚染する。イオンのエネルギーはランダムなベクトルであるので、従来技術のプラズマの形態における電極のスパッタリングに起因するこの汚染を完全に除くことはできない。
【０００８】
ｂ）プラズマの処理の間、ガス混合物（ｆ）は上部プレートにより形成される第２のプレート電極（ａａ）の開口部（ｅｅ）を通ってプロセスチャンバーに供給されている。上部電極（ａａ）と下部電極（ｂｂ）の間のギャップを横切ってプラズマ（ｃ）が広がるので、上部プレートにより形成される第２の電極（ａａ）で化学反応が起きる可能性がある。これらの化学反応は微粒子の形成に帰着する可能性がある。それらの微粒子は基板（ｄ）に引き付けられ、基板にくっついて基板上に好ましくない粒子を造る。これは、処理された基板の欠陥密度の増加と収率の低下をもたらす可能性がある。
【０００９】
ｃ）第２の電極（ａａ）であるシャワーへッドでプラズマに化学反応が起こるので、シャワーへッドまたは第２の電極（ａａ）の上に反応物が堆積する可能性がある。これは、処理の間に上部プレートにより形成される第２の電極（ａａ）の複数の開口部（ｅｅ）を埋めることに導くことができる。そして、それはプロセスガスの供給の非一様性とガスの流れの変化をもたらす。これは次第に処理を制御不能とし、好ましくない結果と処理された基板における収率の低下に導く可能性がある。また、これは、シャワーヘッドを形成する第２の電極（ａａ）のクリーニングと取替えをしばしば必要とし、プロセスコストを増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
プロセスチャンバーの中でプラズマの生成を開始し、プラズマを維持するために背部電極を使う新規な方法が提案される。これは、基板と一緒に電極を包み込むようにプラズマを構成し、スパッタリング、粒子の堆積、およびガスの流れの変化による直接の汚染から基板を保護することを可能にする。開示された装置と方法のこれおよび他の利点は当然新規であり、プラズマ処理において長い間存在した問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プラズマ処理システムの従来技術の例を示す。
【図２】単一の棒型背部電極を有するシステムの開示例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２は、プラズマの形態とシステムの開示例を示す。システムは電気的な接続（ｂ）を持つベースプレートで構成され、ベースプレートの上に処理される基板（ｄ）が配置される。棒の形の小さな導電体または（図示されない）小さなプレートまたは（図示されない）リングが、基板（ｄ）の置かれているベースプレート側の反対側に配置される。プラズマが点くとき、図２に示すように、プラズマ（ｃ）が基板（ｄ）を保持するベースプレートの側を包む点で、プラズマ（ｃ）の形態は一般的な平行プレートシステムと異なる。処理のために必要なガス混合物（ｆ）は非導電性のシャワーヘッド（ｅ）の複数の開口部（ｅｅ）を通してプラズマ空間に供給される。シャワーヘッド（ｅ）はプラズマ領域の外にあり、プラズマシステムの電気入力回路の一部ではない。
【００１３】
最終的な形態の中で、プラズマ（ｃ）は棒により形成される電極（ａ）とベースプレートにより形成される電極（ｂｂ）の間で生成される。ＤＣ、ＡＣ（またはＲＦ）またはパルス波形である電圧が、電極（ａ）と電極（ｂｂ）の間に印加される。電極（ａ）と電極（ｂｂ）のいずれかが接地される。プラズマは、基板（ｄ）が置かれている電極（ｂｂ）を包む。基板（ｄ）はそのときプラズマで処理（クリーニング、堆積、エッチングまたは機能化）される。また、電極（ｂｂ）は、その上に基板が置かれているが、加熱されるか、またはその処理が必要とするヒーターとして使われることができる。
【００１４】
このプラズマの形態は、以下に説明するように、従来のシステムに関連する問題と課題の大部分を解決するという長所を持つ。
【００１５】
ａ）基板（ｄ）を保持する電極（ｂｂ）またはベースプレートの周りにプラズマ（ｃ）が存在するので、ベースプレートはプラズマによって完全に覆われる。これは基板（ｄ）全体について処理の一様性を改善する。
【００１６】
ｂ）基板（ｄ）を保持する電極（ｂｂ）またはベースプレートと、基板（ｄ）を保持するベースプレートの反対側の第２の電極（ａ）との間でプラズマ（ｃ）が点くことに起因して、基板（ｄ）は第２の電極（ａ）と電極（ｂｂ）を結ぶラインの中にない。これは、第２の電極（ａ）からのスパッタリングに起因して基板（ｄ）が直接汚染されることを防ぐ。
【００１７】
ｃ）シャワーヘッド（ｅ）はもはや導電性の電極として使われないので、シャワーヘッド（ｅ）のために非導電性で反応しない材料を使うことができる。これは、ガスの分配のためにのみシャワーヘッドの材料を最適化することを許す。また、いかなる反応もまたはスパッタリングも起こることを防ぐために、この新しいシャワーヘッド（ｅ）はプラズマ（ｃ）の影響の外に置かれる。これらは、シャワーヘッド（ｅ）からの基板（ｄ）の汚染を完全に防ぐ。
【００１８】
ｄ）ガス混合物（ｆ）は非導電性のシャワーヘッド（ｅ）の開口部（ｅｅ）を通してプラズマ（ｃ）に供給され、シャワーヘッド（ｅ）はベースプレートで形成される基板保持電極（ｂｂ）を囲むように構成されるプラズマ（ｃ）の外にあるので、開口部（ｅｅ）で構成されるガス吸気口で化学反応は起こらない。これは、ガス吸気口の流れの中における粒子の形成を防ぐ。従って、基板（ｄ）の微粒子の汚染を減少させる。これは、その処理の収率と信頼性を増加させる長所である。
【００１９】
ｅ）シャワーヘッド（ｅ）で化学反応が起こらないので、シャワーヘッド（ｅ）に堆積する生成物による反応物の積み重ねの機会が減り、シャワーヘッド（ｅ）の開口部（ｅｅ）が埋まることが減少する。これは、処理の間ガスの流れを一様とすることを可能とし、処理の一様性と収率を改善する。また、これは、システムクリーニングのために頻繁に処理を停止させ、停止時間をとる必要性を無くし、スループットを向上させ、プロセスコストを削減する。
【００２０】
ｆ）ガス混合物（ｆ）の領域が非導電性のシャワーヘッド（ｅ）の上に分離されるので、ガスの混合またはガスの活性化のための他の戦略（例えば、熱線）を便利に実行することができる。
【００２１】
これらの長所は、基板のプラズマ処理のための修正された装置を用いる新しいプラズマの形態を新規で優れたものにする。平行プレートシステムを使う従来のプラズマの形態の短所と問題を解消することによって、得られた基板はより高い収率、より良い信頼性およびより低いコストの処理を与える。
【図１】
0005380308.tif 000002
【図２】
0005380308.tif 000003