JP2000511356A

JP2000511356A - 物品をプラズマジェットで処理する方法

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Publication number: JP2000511356A
Application number: JP09542905A
Authority: JP
Inventors: スィニアギン、オレグ; トクモーリン、イスカンダー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2000-08-29
Also published as: WO1997045856A1; DE69702452T2; KR20000016136A; DE69702452D1; EP0902961A1; US6238587B1; EP0902961B1

Abstract

(57)【要約】物品をプラズマジェットで処理する方法が記載される。この方法は、被処理表面（３２）を有する物品（３０）軸（Ｈａ）の周りで回転させる工程を含み、ここで、同回転は軸から延びる回転半径を規定する。物品表面は、物品表面上に予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリント（１１）を形成するように、プラズマジェット（１０）と接触する。プラズマジェットプリントは、回転半径に沿った速度プロファイルに従って半径方向で回転半径に沿って移動され、これにより、回転半径に沿った物品表面上に所望の温度分布プロファイルが得られるように、物品の表面に熱を与えるようにする。本方法は、約３０℃から１２００℃の温度範囲において物品の温度を均一に制御するための手段を提供し、これにより、異なる処理適用を物品上に施すことができるようにする。この物品温度制御は、物品材料自身の均一な処理プロセス、例えば、プラズマジェット中に異なるガスを注入することにより、ポリマーアブレーション、エッチング、堆積、及び熱処理に対処することができる。

Description

【発明の詳細な説明】物品をプラズマジェットで処理する方法発明の背景発明の分野本発明は、物品、例えばシリコンウエハの表面をプラズマジェットで処理する方法に関する。特に、本発明は、プラズマジェットツールにより処理される物品の表面に対してプラズマジェットツールを移動させる方法に関する。従来の技術の説明プラズマジェットは閉じ込められ且つ非常に強い熱源である。典型的には、プラズマジェットツールは、プラズマジェットツールにより処理される物品、例えばシリコンウエハの表面の断面積よりも幾分小さい断面積若しくはフットプリントを有する。従来技術の物品のプラズマジェット処理は、典型的には、物品の表面に指向されるプラズマジェットの生成を伴う。プラズマジェットが物品の表面に指向されている間、プラズマジェットは、通常、直線的スキャンニング、例えばＸ−Ｙ直線的スキャンにより、上記表面に対して移動される。このような、直線的スキャンニングを使用する従来技術のプラズマジェット処理方法は、上記表面の局部過熱により引起こされるダメージをもたらす可能性がある。シリコンウエハの場合、局部過熱は結晶構造欠陥、ウエハの溶融、強温度勾配による応力、及び破損をもたらす可能性がある。また、従来技術のプラズマジェットウエハ処理方法は、異なる寸法のウエハに対して均一なプラズマジェット処理を施す点で問題を発生する可能性がある。より具体的には、従来技術の直線的スキャンニング方法における幾つかの欠点には、低スループット及び高いウエハダメージの可能性が含まれる。ウエハを横切るプラズマジェットの直線的移動の夫々は、ウエハ表面に高温レーンを生成し、これに対して低温表面が隣接する。高温レーンは強温度勾配を生成する傾向にあり、これはウエハ内に応力を発生させる。強温度勾配を回避するため、隣接する高温レーン間に遅延を形成しなければならず、これにより、先行する高温レーンの部分的な冷却及び温度勾配の低下を可能とし、ウエハ表面の過熱或いは熱応力によるウエハダメージを回避する。全ウエハ表面を処理するため、多数の直線的スキャンニング動作を、ウエハに対する熱的ダメージを回避するように十分な遅延を伴って行わなければならないほど、その結果もたらされるウエハ処理のスループットが悪影響を受ける。従来技術の直線的スキャン方法はまた、高温レーンに隣接する低温ウエハ表面に対してエッチング生成物が接触することにより引起こされるウエハ表面に対する再堆積により、表面処理品質が悪影響を受けるという欠点を有する。発明の概要本発明は、物品の表面をプラズマジェットで処理する方法に関する。本方法によれば、被処理表面を有する物品及びプラズマジェットが提供される。物品は回転半径を規定するように軸の周りを回転する。プラズマジェットは、予設定の寸法のプラズマジェットフットプリントを有するように、物品の表面と接触する。プラズマジェットは、速度プロファイルに従って物品の回転半径に沿って移動され、これにより、物品表面上において所望の温度分布プロファイル（回転半径に沿って計測して）が得られるように、物品の表面が加熱されるようにする。本発明の１つの目的は、物品のダメージの可能性を増加させることなく、比較的高いプロセススループットを達成することができる方法を提供することである。上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面に示された本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明により明らかとなるであろう。図面の簡単な説明寸法通りではない、図面において、図１は、本発明の方法を実施するためのプラズマジェット装置の概略図。図２は、本発明の方法を実施するための変更例に係るプラズマジェット装置の概略図。図３は、円形ウエハ状物品、及びこれに対して適用されるプラズマジェットのフットプリントを示す平面図。図４は、所与の速度に対する、アブレーションによるポリマーの除去厚さの関係を示すグラフ。好ましい実施の形態の詳細な説明図１及び図２において、プラズマジェット１０は、プラズマジェット処理室( 図示せず)内に配置された公知のプラズマジェットジェネレータ２０により生成される。プラズマジェット処理室の周囲ガス圧は概ね大気圧に維持される。図１及び図２において、プラズマジェットジェネレータ２０は、プラズマジェット１０が、ホルダ４０上の所定位置に保持された、シリコンウエハ等のウエハ状物品３０に向けて、重力に対して上向きに指向されるように、好ましくは配向される。物品３０は、真空チャック成いは他の公知の物品保持手段により、ホルダ４０に対してしっかりと取付け可能となる。被処理面３２を有する物品３０は、ホルダ４０上において、その表面３２がプラズマジェット２０に面するように、即ち、図１及び図２図示の如く、通常下向きとなるように、配向される。通常、プラズマジェットによる処理中、ホルダ４０は回転数ｆでモータ５０により回転される。また、物品３０は、ホルダ４０の回転軸Ｈａが物品の慣性中心即ち回転軸Ｗａと整一するように、ホルダ４０上に配置される。後に詳述するように、軸Ｗａ周りの物品３０の回転数ｆ、及び対応の期間は、回転の開始時に加熱された表面上の点の温度が、物品の回転の開始時の直前にその表面の点が有していた温度まで冷えるのに掛かる時間よりも小さくなるように選択される。これらの処理条件下において、物品３０の表面３２上の各点の漸進的な加熱のみが、物品３０の回転中に物品３０の表面３２上をプラズマジェットが横切ることにより引起こされる。物品の回転半径に沿ってプラズマジェットを移動させると同時にウエハの回転数を変更することにより、強温度勾配及び熱応力ダメージが回避される。シリコンウエハ等の物品３０の表面３２上の点が冷却する期間は、非定常熱伝導性の公知の理論を用いることにより見積もることが可能となる。例えば、物品３０がシリコンウエハで、その厚さが約１ｍｍより小さく、高熱伝導性により体積において均一な温度分布を有し、且つこれが両側から一定温度Ｔ₀で周囲ガスに対する対流による熱伝達により主に冷却されると仮定すると、ウエハの冷却は次の式で表すことが可能となる。ここで、ｍ＝Ｓｉ密度、Ｃ＝Ｓｉ熱容量、ｈ＝ウエハ厚さ、Ｔ_s(t)＝ウエハ表面温度、Ｔ₀＝周囲ガス温度、 α＝熱伝達係数である。回転（ｉ＋１）の開始時の直前において、ウエハ表面の温度がＴ_iで、回転（ｉ＋１）の開始時において、ウエハ表面が温度Ｔ_i+1まで加熱されたと仮定すると、式（１）から、ウエハ表面温度が低下してＴ_i+1からＴ_iまで戻る、ウエハの回転期間は、次の式で見積もることが可能となる。本発明の方法によれば、各ウエハ回転の期間は、プラズマジェットからの加熱により引起こされるウエハ表面の温度がｔ_maxより小さくなるように選択され、また、ウエハ回転数ｆがｆ＞ｆ_min＝１／ｔ_maxとなるように選択されるべきである。本発明の方法によれば、プラズマジェット１０は物品表面３２に対して角度をなすように指向させることが可能となる。プラズマジェット１０と表面３２との間の角度は、表面３２に沿って流れるプラズマの条件に影響する。図３において、ウエハ３０の表面３２に対して指向されたプラズマジェット１０の角度が９０ °である時、換言すると、プラズマジェット１０の角度が表面３２に対して直角である時、表面３２上におけるプラズマスポット即ちプラズマフットプリント１１は、対称となる傾向にあり、表面３２上におけるプラズマフットプリント１１内のプラズマ特性は、プラズマジェットがウエハ表面に対して９０°よりも小さな角度で指向された時よりも、より均一になる。好ましくは、本発明の方法において、均一なフットプリント１１を提供するように、プラズマジェット１０は表面３２に対して直角に配向される。図１及び図３において、本発明によれば、プラズマジェット１０は、表面３２に対して、典型的には、最大回転半径Ｒ_maxを有する第１表面点と、最小回転半径Ｒ_minを有する第２ウエハ表面点と、の間で移動される。プラズマジェット１０の移動は、表面３２に沿っていかなる軌道で行うことも可能で、何故なら、ウエハ回転半径Ｒに沿って指向された速度ベクトル成分のみが、本方法を実現するために重要であるからである。プラズマジェットの相対移動は、レール７０上にプラズマジェットを支持すると共に、ジェネレータ２０を、モータ６０により駆動されるウオームギヤ若しくはスクリュー伝達機構８０に接続することにより行うことができる。レール７０は、表面３２に平行で且つウエハ回転半径Ｒに沿って配置される。プラズマジェットフットプリント１１は、表面３２の平面において、制限された断面寸法ｄを有するため、物品回転軸Ｗａとプラズマジェット軸Ｊａとの間の距離を測定若しくは言及することにより、表面３２に対するプラズマジェット１０の瞬時の位置を決定することが便利である。図１及び図２において、プラズマジェット１０は、位置（Ｒ＋ｄ／２）に配置された時、最大回転半径Ｒ_maxの点において表面３２との係合を開始する。モータ６０の回転により、プラズマジェットジェネレータ２０は表面３２に沿って移動され、表面３２上のプラズマジェットスポット即ちフットプリント１１は、最小回転半径Ｒ_minを有する物品表面点に向かって移動される。プラズマジェット１０に対する物品１３０の移動に２つの可能な変更例があり、それ等は、物品のタイプ及び回転軸Ｗａの配置に依存する。図１において、第１の変更例は、回転軸Ｗａが物品３０の外で且つ物品３０の外縁部３３からｄ／２よりも大きい距離で配置される時、或いは物品３０がプラズマジェットフットプリント１１の寸法ｄより大きな寸法の開口３４を有すると共に、ウエハ回転軸が開口３４内で且つその内縁部３６からｄ／２よりも大きい距離で配置される時、に生じる。これらの場合、最小回転半径Ｒ_minはプラズマジェットフットプリント１１の寸法の半分（ｄ／２）より大きい。表面３２の完全な処理は、回転軸Ｗａとプラズマジェットフットプリント軸Ｊａとの間のＲ_min＋ｄ／２より小さい距離に到達した後に達成される。プラズマジェット１０がこの限界に到達した時、これはターンオフされるか、或いは更に移動され、物品１３０に対するダメージを招くことなく、０とＲ_min−ｄ／２との間の範囲で停止される。図２において、第２の変更例では、回転軸Ｗａが物品３０の外で且つ物品３０の外縁部３３からｄ／２よりも小さい距離で配置される、或いは物品３０がプラズマジェットフットプリント１１の寸法ｄより大きな断面寸法の開口３４を有すると共に、物品回転軸Ｗａが開口３４内で且つその内縁部３６からｄ／２よりも小さい距離で配置される、或いは物品がプラズマジェットフットプリント１１の寸法ｄより小さい寸法の開口３４を有する、若しくは開口を全く有しない（Ｒ_mi _n ＝０）。これらの場合、最小回転半径Ｒ_minはプラズマジェットフットプリント１１の寸法の半分（ｄ／２）より小さい。表面３２の完全な処理は、物品回転軸Ｗａとプラズマジェットフットプリント軸Ｊａとの間の（Ｒ_min＋ｄ／２）より小さい場所に到達した後に達成される。次に、プラズマジェットは、ターンオフされるか、或いはＲ_maxのウエハ点に向かって戻され、物品回転軸Ｗａとプラズマジェットフットプリント軸Ｊａとの間の（Ｒ_min＋ｄ／２）より大きな距離で停止される。この後者のプラズマジェットがターンオフされない場合、物品表面３２は実際に２度処理される。相対移動速度ｖ(Ｒ)は、ホルダ４０を回転させるようにホルダ４０に接続されたシャフト５５を有するモータ５０の回転数を制御することにより変更される。回転半径Ｒ周りの物品３０に対するプラズマジェット１０の速度は、いかなる場合も２πｆＲで与えられ、物品の半径方向におけるプラズマジェットのシフトを提供する速度ｖ(Ｒ)よりも大きくなるように選択される。物品の１回転のため、回転半径周りのプラズマジェットからの熱入力は、１回転と等しい期間ｔ_revの間の熱伝導により、物品材料内に分散する。非定常熱伝導性の理論から、ウエハ回転の期間ｔ_revにおける熱分散長さｌ_heatは、次の式で見積もることが可能となる。ここで、λはウエハ材料の熱伝導性である。半径方向熱勾配を発展させないための必要性は、次の条件を与える。若しくは、Ｒ＜ｄ／２において、半径方向における最大速度ｖ_max(Ｒ)は、均一処理の必要性により与えられ、半径方向におけるプラズマジェットのシフトは、１回転の期間ｔ_revに亘ってプラズマジェット寸法Ｄよりも小さい。ウエハ表面上においてプラズマジェットフットプリント１１は寸法ｄを有し、これは概ね数センチメータで、熱流の不均一な分布となる。この分布は、熱量計若しくは他の公知の手段により測定可能となる。図３において、非定常熱伝導性の理論から、座標点（Ｒ，Ｗ₀）における物品ウエハの温度は、微分式により記載可能となる。ここで、ΔＴ(t)=Ｔ_s(t)−Ｔ₀、Ｔ_s(t)は、点（Ｒ，Ｗ₀）における物品表面温度で、物品表面材料ダメージの温度よりも小さく、Ｔ₀は、周囲ガス温度、ｑ_p1（ρ(t)，ψ(t)）は、点＝０の瞬時中心を伴う極座標におけるプラズマジェットからの熱流分布、ｑ_cool（Ｒ，Ｗ₀，ΔＴ(t)）は、座標（Ｒ，Ｗ₀）のウエハ表面の点における冷却熱流である。物品は、点Ｒ＝０を通る軸の周りで回転され、同時に、ウエハ回転軸とプラズマジェット中心との間の距離ｒ(t)が、物品とプラズマジェットとの相対移動ｖ( Ｒ)により変更され、従って下記の式が導かれる。定型的な数字の積分による式（＊）及び（＊＊）の解答は、具体的な所与の条件のために各物品表面点において必要な物品表面温度を達成するための方法を提供する、関数ｒ(t)及びＷ(t)の決定を可能とする。相対移動速度関数は、ｒ(t) の微分により決定される。実際の使用のため、相対移動速度関数は、定型的な実験手順により見出すことが可能となる。単純化のため、回転数ｆは固定され、物品３０は初期温度から温度Ｔ_w(Ｒ)へ加熱されるものとする。ステップ１において、速度ｖ(Ｒ)が、上述の条件により制限される範囲から任意に選択され、例えば一定と見做される。ステップ２において、物品表面３２に沿って通過する１つのプラズマジェットが形成される。ステップ３において、物品半径Ｒに沿った温度分布Ｔ_heat(Ｒ)が測定される。ステップ４において、実際の温度分布Ｔ_heat(Ｒ)が好ましいＴ_w(Ｒ)と比較され、Ｔ_heat(Ｒ)とＴ_w(Ｒ)との差が受入可能でない場合、速度関数が、関係式、ｖ(Ｒ)＝（（Ｔ_heat(Ｒ)−Ｔ₀）／（Ｔ_w(Ｒ)−Ｔ₀））ｖ(Ｒ)に従って変更され、手続がステップ２から繰返される。Ｔ_heat(Ｒ)とＴ_w(Ｒ)との差が受入可能な場合、手続が停止され、見出された最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)が物品の処理のために使用される。この手続は、最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)を得るため、一般的な相互作用手続まで拡張される。各相互作用において、新たな速度関数ｖ_i+1(Ｒ)が、先行する速度関数ｖ_i(Ｒ)、ｖ_i(Ｒ)を実行する時に得られたウエハを横切る測定温度プロファイルＴ_heat,i(Ｒ)、及びｖ_i-1(Ｒ)を実行する時に得られた先行して測定された温度プロファイルＴ_heat,i-1(Ｒ)から得ることができる。ｖ_i+1(Ｒ)＝(Ｔ_heat,i(Ｒ)−Ｔ_heat,i-1(Ｒ)/Ｔ_w(Ｒ)−Ｔ_heat,i-1(Ｒ))Ｖ_i( Ｒ) （iii）これらの反復は、全ての点における測定温度Ｔ_heat,i(Ｒ)が、所望の温度Ｔ_w(Ｒ )に受入可能なほど接近するまで繰返される。この反復のための速度関数は、次に温度処理プロセスのために使用可能で、最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)である。特に、熱応力による物品表面３０に対するダメージを防止するため、各パスの後の温度分布は、ある受入可能な温度差Ｔ_d内で一定である。全半径において、表面３２上の全ての点の温度は、最小回転半径の表面点の受入可能な温度差、即ち、Ｔ_w(Ｒ)＝Ｔ(Ｒ_min)±Ｔ_d内となるべきである。ｖ_opt(Ｒ)を決定しておくと、物品温度をＴ_w(Ｒ)から他の好ましい温度Ｔ^* _w( Ｒ)に変更するように、速度関数ｖ^* _opt(Ｒ)が次の式で得ることが可能となる。ｖ^* _opt(Ｒ)＝((Ｔ^* _w(Ｒ)−Ｔ₀)／Ｔ_w(Ｒ)−Ｔ₀)ｖ_opt(Ｒ) （iv）物品が加熱されるべき温度は、適用における要求に依存し、例えば、ポリＳｉ相の再結晶のための１０００乃至１１００℃、イオン注入ドーパントの活性化のための９００乃至１０００℃、ＢＰＳＧのリフローのための５００乃至６００℃等である。プラズマジェット処理は、物品表面からのポリマー薄膜の除去或いはポリマーホトレジストの剥離に使用可能である。これらの適用において、物品回転半径に沿った相対移動速度は、物品表面上のポリマー膜表面をポリマーアブレーション温度まで上昇させる加熱を提供する速度より小さくなるように選択される。特定のポリマーアブレーション温度は、ポリマー溶融温度と通常非常に近く、ポリマーの特性に関するハンドブックから得ることが可能となる。物品温度Ｔ_ablを提供する値ｖ_abl(Ｒ)は、式（＊）若しくは実験データ及び式（iv）から続く関係から決定される。ｖ_abl(Ｒ)＝((Ｔ_abl−Ｔ₀)/(Ｔ_w−Ｔ₀))^*ｖ_opt(Ｒ) ここで、ｖ_opt(Ｒ)は、ウエハを温度Ｔ_wへ加熱する実験から知られる相対移動速度である。ポリマーアブレーション温度がわからない場合、ｖ_abl(Ｒ)は、以下の手続により実験的に見出すことが可能となる。所与の不活性ガスプラズマジェットのパラメータのため、ポリマー除去厚さΔｈが異なる値ｖ(Ｒ)のために測定される。典型的なプロットΔｈ対ｖ(Ｒ)は図４に示される。ｖ_abl(Ｒ)は曲線がシャープな傾斜の変化を有する場合の値である。速度ｖ_abl(Ｒ)は、ポリマーアブレーションの開始のためのしきい値である。全ての速度値ｖ(Ｒ)＜ｖ_abl(Ｒ)は、プラズマジェットが化学反応物質からなるか否かに依存することなく、ポリマーアブレーション及び除去を提供する。ｖ( Ｒ)が小さくなるほど、各パス中の除去厚さが大きくなる。物品内でポリマーの均一なアブレーション除去を提供するため、物品回転半径Ｗａに沿った相対移動速度ｖ(Ｒ)、（ｖ(Ｒ)＜ｖ_abl(Ｒ)）、は、物品表面３２におけるプラズマジェットフットプリント１１と物品回転軸Ｗａとの間の距離に依存して変更され、これにより、全ての回転半径の物品表面点におけるポリマーの除去厚さが、最小回転半径の物品表面点における除去厚さと等しくなるようにする。実際の使用のため、物品１３０の回転軸に対するプラズマジェットの相対移動のための速度関数は、次の工程により、測定されたポリマーアブレーション除去から直接決定可能となる。第１に、速度ｖ(Ｒ)がｖ(Ｒ)＜ｖ_abl(Ｒ)の範囲から選択され、これは、物品の均一な加熱を提供する速度関数として見做すことができる。第２に、物品上で１つのプラズマジェットパスが行われる。第３に、ポリマー厚さ除去Δｈ(Ｒ)がステップΔｒにおける物品半径に沿って測定される。次に、平均ポリマー厚さ除去Δｈ_avが計算可能となる。 Δｈ_av＝(Δｒ／Ｒ_max)ΣΔｈ(Ｒ_i) 第４に、測定されたポリマー除去Δ(Ｒ)が平均除去Δｈ(Ｒ)と比較され、Δｈ_av とΔｈ(Ｒ)との差が受入可能でない場合、新たな速度関数ｖ^*(Ｒ)が、関数ｖ^*( Ｒ)＝（Δｈ(Ｒ)／Δｈ_av）ｖ(Ｒ)に従って再計算される。Δｈ_avとΔｈ(Ｒ)との差が受入可能な場合、手続が停止され、次に、最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)＝ｖ(Ｒ )がポリマーの除去に使用可能となる。一般的に、温度処理、式（iii）、のための最適速度プロファイルを決定するために記載されたものと類似の相互作用手続が、測定されたポリマー除去を伴う繰り返し反復のために使用可能となる。好ましいポリー除去厚さΔｈ_desを得るため、速度ｖ_des(Ｒ)を得ることができる。Ｖ_des(Ｒ)＝(Δｈ_des／Δｈ_av)^*ｖ_opt(Ｒ) 除去されるべきポリマー層厚さＨが１つのパスの除去厚さΔｈよりも大きい場合、完全なポリマー除去が達成されるまで処理が繰返される。求められるパスの最小必要量ＮはＮ＝Ｈ／Δｈとして見積もることができる。図４において、速度値ｖ(Ｒ)＜ｖ_abl(Ｒ)のためには、不活性ガスプラズマジェットでのアブレーションによる除去が無意味であることに留意すべきである。プラズマジェットが化学的に活性な反応物質、例えば酸素若しくは水素、を含有する場合、ポリマーは、一般的にアッシングとして言及される化学的反応を介して、プラズマジェットにより除去されるが、その速度はアブレーション除去により可能な速度よりも遥かに低い。物品材料若しくは物品表面３２上の他の材料のエッチングを提供するため、材料成分とで揮発性化学物質を生成することができる反応物質が、プラズマジェットに添加される。プラズマジェット１０における反応物質の濃度が大きくなるほど、エッチングレートは高くなる。Ｓｉ、ポリＳｉ、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｏ₄、他のＳｉ系材料、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒをエッチングするため、反応物質は含フッ素ガス（フレオン、ＳＦ₆、ＮＦ₃等）からなることができる。Ａｌをエッチングするため、反応物質は含塩素ガス（ＣＣｌ₄）からなることができる。ホトレジスト若しくはポリイミド等のポリマーをエッチングするため、反応物質は酸素若しくは水素からなることができる。物品３０内で材料の均一なエッチング除去を提供するため、物品回転半径Ｒに沿ったプラズマジェット１０の相対移動速度は、物品表面３２におけるプラズマジェットフットプリント１１と物品回転軸Ｗａとの間の距離に依存して変更され、これにより、全ての回転半径のウエハ表面点におけるウエハ表面材料の除去厚さが、最小回転半径のウエハ表面点における除去厚さと等しくなるようにする。ウエハに沿った１つのプラズマジェットパス中、エッチング除去レート及びエッチング均一性が、所与のプラズマジェットパラメータ及び反応物質濃度のための相対移動速度関数ｖ_etch(Ｒ)により決定される。実際の使用のため、速度関数ｖ_etch (Ｒ)は、次の工程により提供される実験手続により見出すことが可能となる。第１ステップにおいて、速度ｖ_etch(Ｒ)が、物品の均一な加熱を提供する速度関数として見做すことができる。第２ステップにおいて、ウエハに沿って１つのプラズマジェットパスが行われる。第３ステップにおいて、物品半径に沿ったエッチング除去厚さΔｈ(Ｒ)がステップΔｒにおいて測定される。平均材料除去厚さΔｈ_avは次のように計算可能となる。第４ステップにおいて、実際のエッチング除去厚さΔｈ(Ｒ)がΔｈ_avと比較され、Δｈ(Ｒ)とΔｈ_avとの差が受入可能でない場合、新たな速度関数ｖ^* _etch(Ｒ) が、関数ｖ^* _etch(Ｒ)＝（Δｈ(Ｒ)／Δｈ_av）ｖ_etch(Ｒ)に従って計算され、手続が第２ステップから繰返される。Δｈ(Ｒ)とΔｈ_avとの差が受入可能な場合、手続が停止され、最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)が均一エッチングに使用可能となる。好ましいエッチング除去厚さΔｈ_desを得るため、速度ｖ_des(Ｒ)を、関数ｖ_de _s (Ｒ)＝（Δｈ_des(Ｒ)／Δｈ_av）ｖ_etch(Ｒ)から得ることができる。ここでも、熱処理のための速度関数を決定するために記載されたように、式（iii）と類似の一般的な相互作用手続が、エッチングのための最適速度プロファイルを決定するために使用可能となる。除去されるべき材料層厚さＨ_etchが１つのパスの除去厚さΔｈよりも大きい場合、必要なエッチング深さに到達するまで処理が繰返される。パスの最小必要量ＮはＮ＝Ｈ_etch／Δｈとして見積もることができる。エッチングがポリマーホトレジストのマスクを通して行われる場合、プラズマジェットの相対移動速度のための速度関数は、ポリマーマスクのアブレーション除去を回避するため、ポリマー材料のためのアブレーションしきい値速度よりも大きくなるように選択されなければならない。ウエハ表面上に薄層をプラズマ強化化学成長により形成するため、ウエハ表面上に不揮発性化学物質を生成することのできる少なくとも１つの反応物資ガスがプラズマジェット１０に添加される。例えば、プラズマジェット１０にＳｉＨ₄ が添加されると、プラズマジェット及び処理室周囲ガスが不活性であれば、アモルファス若しくはポリＳｉの堆積が可能となる。プラズマジェットにＳｉＨ₄とシリカ有機物蒸気と酸素との混合物が添加されると、シリコン酸化物膜がウエハ表面上に堆積される。均一な材料の堆積のため、ウエハ回転半径に沿った相対移動速度ｖ_dep(Ｒ)は、ウエハ表面におけるプラズマジェットとウエハ回転軸との間の距離に依存して変更され、これにより、全ての回転半径のウエハ表面点における堆積層厚さが、最小回転半径のウエハ表面点における堆積層厚さと等しくなるようにする。実際において、速度関数ｖ_dep(Ｒ)は、次の工程による定型的な実験手続によりり見出すことが可能となる。第１ステップにおいて、速度ｖ_dep(Ｒ)が、ウエハの均一な加熱を提供する速度として見做すことができる。第２ステップにおいて、ウエハに沿って１つのプラズマジェットパスが行われる。第３ステップにおいて、ウエハ半径に沿った材料堆積厚さΔｈ(Ｒ)が増加量Δｒにおいて測定される。平均堆積厚さΔｈ_avは次のように計算可能となる。第４ステップにおいて、実際の堆積厚さΔｈ(Ｒ)がΔｈ_avと比較され、Δｈ(Ｒ) とΔｈ_avとの差が受入可能でない場合、新たな速度関数ｖ^* _dep(Ｒ)が、関数ｖ^* _d _ep (Ｒ)＝（Δｈ(Ｒ)／Δｈ_av）ｖ_dep(Ｒ)に従って計算され、手続が第２ステップから繰返される。Δｈ(Ｒ)とΔｈ_avとの差が受入可能な場合、手続が停止され、見出された最適速度関数ｖ_opt(Ｒ)が均一堆積に更に使用可能となる。好ましい堆積厚さΔｈ_desを達成するため、速度ｖ_des(Ｒ)を、関数ｖ_des(Ｒ) ＝（Δｈ_des(Ｒ)／Δｈ_av）^*ｖ_dep(Ｒ)から得ることができる。ここでも、熱処理のための速度関数を決定するために記載されたように、式（iii）と類似の一般的な相互作用手続が、堆積のための最適速度プロファイルを決定するために使用可能となる。堆積されるべき材料層厚さＨ_depが１つのパスの堆積厚さΔｈよりも大きい場合、必要な層厚さに到達するまで処理ステップが繰返される。パスの最小必要量ＮはＮ＝Ｈ_dep／Δｈとして見積もることができる。加熱、ポリマーアブレーション、エッチング、及び堆積による物品の処理のために記載された上記の方法は、単一のランの多重プロセスを提供するように組み合わせ可能である。要点は、上述の如く、物品の温度を制御及び変更できることである。このような応用は、ホトレジストマスクを通してポリシリコン膜をパターニングし、次に、マスクを剥離する単一プロセスである。即ち、（１）低温で、高平均速度、ｖ(Ｒ)＞ｖ_abl(Ｒ)、で、ホトレジストマスクを通して膜をエッチングすることによりポリシリコン膜をパターニングし、（２）続いて、高温度で、低平均速度、ｖ(Ｒ)＜ｖ_abl、で、化学的に活性なガス無しで不活性ガスを使用するアブレーションプロセスによりホトレジストマスクを剥離する。上述の記載から理解できるように、本発明によれば、本方法は、幾つかのプラズマジェット操作を採用することが可能である。ここに記載の実施の形態は、本発明の原理を例示するだけのものと解されるべきである。当業者によれば、本発明の思想及び範囲内で本発明の原理を実現することにより、種々の変更例を得ることができる。従って、本発明は、添付の請求の範囲及びその適切な解釈によってのみ制限されるべきものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年７月１４日（１９９８．７．１４）【補正内容】明細書物品をプラズマジェットで処理する方法発明の背景発明の分野本発明は、物品、例えばシリコンウエハの表面をプラズマジェットで処理する方法に関する。特に、本発明は、プラズマジェットツールにより処理される物品の表面に対してプラズマジェットツールを移動させる方法に関する。従来の技術の説明プラズマジェットは閉じ込められ且つ非常に強い熱源である。典型的には、プラズマジェットツールは、プラズマジェットツールにより処理される物品、例えばシリコンウエハの表面の断面積よりも幾分小さい断面積若しくはフットプリントを有する。従来技術の物品のプラズマジェット処理は、典型的には、物品の表面に指向されるプラズマジェットの生成を伴う。プラズマジェットが物品の表面に指向されている間、プラズマジェットは、通常、直線的スキャンニング、例えばＸ−Ｙ直線的スキャンにより、上記表面に対して移動される。１９９５年７月１１日発行の日本特許公報No.07172986の要約書は、真空容器内に配設されたプラズマジェットガンを有する装置を記載する。ガスプラズマがガンから導かれ、基板ベース上の基板面上に吹付けられる。基板ベースは、上述の如く、基板面上をプラズマがスキャンするように、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、Ｘ−Ｙ直線的スキャンにより移動される。このような、直線的スキャンニングを使用する従来技術のプラズマジェット処理方法は、上記表面の局部過熱により引起こされるダメージをもたらす可能性がある。シリコンウエハの場合、局部過熱は結晶構造欠陥、ウエハの溶融、強温度勾配による応力、及び破損をもたらす可能性がある。また、従来技術のプラズマジェットウエハ処理方法は、異なる寸法のウエハに対して均一なプラズマジェット処理を施す点で問題を発生する可能性がある。より具体的には、従来技術の直線的スキャンニング方法における幾つかの欠点には、低スループット及び高いウエハダメージの可能性が含まれる。ウエハを横切るプラズマジェットの直線的移動の夫々は、ウエハ表面に高温レーンを生成し、これに対して低温表面が隣接する。高温レーンは強温度勾配を生成する傾向にあり、これはウエハ内に応力を発生させる。強温度勾配を回避するため、隣接する高温レーン間に遅延を形成しなければならず、これにより、先行する高温レーンの部分的な冷却及び温度勾配の低下を可能とし、ウエハ表面の過熱或いは熱応力によるウエハダメージを回避する。全ウエハ表面を処理するため、多数の直線的スキャンニング動作を、ウエハに対する熱的ダメージを回避するように十分な遅請求の範囲１．物品の表面をプラズマジェットで処理する方法であって、（ａ）被処理表面（３２）を有する物品（３０）を提供する工程と、（ｂ）プラズマジェット（１０）を提供する工程と、を具備し、前記方法は更に、（ｃ）前記物品を軸（Ｗａ）の周りで回転させる工程と、この回転は前記軸から延びる回転半径（Ｒ）を規定することと、（ｄ）前記物品表面（３２）上で予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリントを形成するように、前記物品表面（３２）に前記プラズマジェットを接触させる工程と、（ｅ）前記回転半径に沿う速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を半径方向において前記回転半径(Ｒ)に沿って移動させ、これにより、前記回転半径（Ｒ）に沿って前記物品表面（３２）上で所望の温度分布プロファイルが得られるように、前記物品表面（３２）に熱を与えるようにする工程と、を具備することを特徴とする方法。２．前記方法が更に、（ａ）前記回転半径（Ｒ）に沿って前記物品表面（３２）のための測定された温度分布が得られるように、前記回転半径（Ｒ）に沿って前記物品表面（３２）の温度を測定する工程と、（ｂ）前記物品表面（３２）のための前記測定された温度分布を、前記回転半径（Ｒ）に沿う前記物品表面のための所望の温度分布プロファイルと比較する工程と、（ｃ）前記回転半径（Ｒ）に沿う前記物品表面（３２）のための所望の温度分布プロファイルを得る、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を前記物品表面（３２）に対して前記回転半径（Ｒ）に沿って移動させるための第２速度プロファイルを決定する工程と、（ｄ）前記第２速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を前記物品表面（３２）に対して前記回転半径（Ｒ）に沿って移動させ、これにより、前記所望の温度分布プロファイルを得るように、前記物品表面（３２）を加熱するようにする工程と、を具備する請求項１に記載の方法。３．前記プラズマジェットフットプリント（１１）の前記物品表面（３２）に対する前記回転半径に沿う第２速度プロファイルは、下記の関数に従って決定され、ｖｄｅs(Ｒ)＝（（Ｔ_heat(Ｒ)−Ｔ₀）／（Ｔ_w(Ｒ)−Ｔ₀））^*ｖ(Ｒ) ここで、ｖｄｅs(Ｒ)は、前記物品表面（３２）を所望の温度に加熱するのに必要な、前記半径上の点における前記物品表面（３２）に対する前記プラズマジェットフットプリント（１１）の速度、Ｔ_heat(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面の測定された温度、Ｔ₀は、前記物品表面の初期温度、Ｔ_w(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面のための所望の温度、ｖ(Ｒ)は、前記半径上の点における前記物品表面に対する前記プラズマジェットフットプリントの初期速度、である請求項２に記載の方法。４．前記物品の温度は、約３０℃から１２００℃の範囲の均一な温度に制御可能である請求項３に記載の方法。５．物品の表面をプラズマジェットで処理する方法であって、（ａ）被処理表面（３２）を有する物品（３０）を提供する工程と、（ｂ）前記物品表面から材料をエッチングするためのプラズマジェット（１０）を提供する工程と、を具備し、前記方法は更に、（ｃ）前記物品を軸（Ｗａ）の周りで回転させる工程と、この回転は前記軸から延びる回転半径（Ｒ）を規定することと、（ｄ）前記物品表面上で予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリント（１１）を形成するように、前記物品表面（３２）に前記プラズマジェット（１０）を接触させる工程と、（ｅ）第１速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記物品表面から材料を除去するようにする工程と、（ｆ）前記回転半径（Ｒ）に沿って前記物品（３０）のための測定された厚さ分布が得られるように、前記回転半径に沿って前記物品（３０）の厚さを測定する工程と、（ｇ）前記物品（３０）のための前記測定された厚さ分布を、前記回転半径（Ｒ）に沿う前記物品（３０）のための所望の厚さ分布プロファイルと比較する工程と、（ｈ）前記回転半径（Ｒ）に沿う前記物品（３０）のための所望の厚さ分布プロファイルを得る、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を前記物品表面（３２）に対して前記回転半径（Ｒ）に沿って移動させるための第２速度プロファイルを決定する工程と、（ｉ）前記第２速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリント（１１）を前記物品表面に対して前記回転半径（Ｒ）に沿って移動させ、これにより、前記所望の厚さ分布プロファイルを得るように、前記物品表面（３２）から材料を除去するようにする工程と、を具備することを特徴とする方法。６．前記プラズマジェットフットプリント（１１）の前記物品表面（３２）に対する前記回転半径に沿う第２速度プロファイルは、下記の関数に従って決定され、ｖ_des(Ｒ)＝（Δｈ_des／Δｈ_av）^*ｖ_etch(Ｒ) ここで、ｖ_des(Ｒ)は、所望の厚さを得るように前記物品表面（３２）から材料を除去するのに必要な、前記半径（Ｒ）上の点における前記物品表面（３２）に対する前記プラズマジェットフットプリント（１１）の所望の速度、Δｈ_desは、前記半径上の前記点における前記所望の厚さ、Δｈ_avは、測定された平均厚さ、ｖ_etch(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面（３２）に対する前記プラズマジェットフットプリント（１１）の初期速度、である請求項５に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トクモーリン、イスカンダーアメリカ合衆国、コネチカット州 06812、ニュー・フェアフィールド、マージョリー・ドライブ 23

Claims

【特許請求の範囲】１．物品の表面をプラズマジェットで処理する方法であって、（ａ）被処理表面を有する物品を提供する工程と、（ｂ）プラズマジェットを提供する工程と、（ｃ）前記物品を軸の周りで回転させる工程と、この回転は前記軸から延びる回転半径を規定することと、（ｄ）前記物品表面上で予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリントを形成するように、前記物品表面に前記プラズマジェットを接触させる工程と、（ｅ）前記回転半径に沿う速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリントを半径方向において前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記回転半径に沿って前記物品表面上で所望の温度分布プロファイルが得られるように、前記物品表面に熱を与えるようにする工程と、を具備する方法。２．物品の表面をプラズマジェットで処理する方法であって、（ａ）被処理表面を有する物品を提供する工程と、（ｂ）プラズマジェットを提供する工程と、（ｃ）前記物品を軸の周りで回転させる工程と、この回転は前記軸から延びる回転半径を規定することと、（ｄ）前記物品表面上で予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリントを形成するように、前記物品表面に前記プラズマジェットを接触させる工程と、（ｅ）第１速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記物品表面を加熱するようにする工程と、（ｆ）前記回転半径に沿って前記物品表面のための測定された温度分布が得られるように、前記回転半径に沿って前記物品表面の温度を測定する工程と、（ｇ）前記物品表面のための前記測定された温度分布を、前記回転半径に沿う前記物品表面のための所望の温度分布プロファイルと比較する工程と、（ｈ）前記回転半径に沿う前記物品表面のための所望の温度分布プロファイルを得る、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させるための第２速度プロファイルを決定する工程と、（ｉ）前記第２速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記所望の温度分布プロファイルを得るように、前記物品表面を加熱するようにする工程と、を具備する方法。３．前記プラズマジェットフットプリントの前記物品表面に対する前記回転半径に沿う第２速度プロファイルは、下記の関数に従って決定され、ｖｄｅｓ(Ｒ)＝（（Ｔ_heat(Ｒ)−Ｔ₀）／(Ｔ_w(Ｒ)−Ｔ₀))^*ｖ(Ｒ) ここで、ｖｄｅｓ(Ｒ)は、前記物品表面を所望の温度に加熱するのに必要な、前記半径上の点における前記物品表面に対する前記プラズマジェットフットプリントの速度、Ｔ_heat(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面の測定された温度、Ｔ₀は、前記物品表面の初期温度、Ｔ_w(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面のための所望の温度、ｖ(Ｒ)は、前記半径上の点における前記物品表面に対する前記プラズマジェットフットプリントの初期速度、である請求項２に記載の方法。４．前記物品の温度は、約３０℃から１２００℃の範囲の均一な温度に制御可能である請求項３に記載の方法。５．物品の表面をプラズマジェットで処理する方法であって、（ａ）被処理表面を有する物品を提供する工程と、（ｂ）前記物品表面から材料をエッチングするためのプラズマジェットを提供する工程と、（ｃ）前記物品を軸の周りで回転させる工程と、この回転は前記軸から延びる回転半径を規定することと、（ｄ）前記物品表面上で予設定の寸法を有するプラズマジェットフットプリントを形成するように、前記物品表面に前記プラズマジェットを接触させる工程と、（ｅ）第１速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記物品表面から材料を除去するようにする工程と、（ｆ）前記回転半径に沿って前記物品表面のための測定された厚さ分布が得られるように、前記回転半径に沿って前記物品表面の厚さを測定する工程と、（ｇ）前記物品表面のための前記測定された厚さ分布を、前記回転半径に沿う前記物品表面のための所望の厚さ分布プロファイルと比較する工程と、（ｈ）前記回転半径に沿う前記物品のための所望の厚さ分布プロファイルを得る、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させるための第２速度プロファイルを決定する工程と、（ｉ）前記第２速度プロファイルに従って、前記プラズマジェットフットプリントを前記物品表面に対して前記回転半径に沿って移動させ、これにより、前記所望の厚さ分布プロファイルを得るように、前記物品表面を加熱するようにする工程と、を具備する方法。６．前記プラズマジェットフットプリントの前記物品表面に対する前記回転半径に沿う第２速度プロファイルは、下記の関数に従って決定され、ｖ_des(Ｒ)＝（Δｈ_des／Δｈ_av）^*ｖ_etch(Ｒ) ここで、ｖ_des(Ｒ)は、所望の厚さを得るように前記物品表面から材料を除去するのに必要な、前記半径上の点における前記物品表面に対する前記プラズマジェットフットプリントの所望の速度、Δｈ_desは、前記半径上の前記点における前記所望の厚さ、Δｈ_avは、測定された平均厚さ、ｖ_etch(Ｒ)は、前記半径上の前記点における前記物品表面に対する前記プラズマジェットフットプリントの初期速度、である請求項４に記載の方法。