JP2002083802A - エッチング装置やアッシング装置といったようなドライプロセッシング装置 - Google Patents

エッチング装置やアッシング装置といったようなドライプロセッシング装置

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JP2002083802A
JP2002083802A JP2000272142A JP2000272142A JP2002083802A JP 2002083802 A JP2002083802 A JP 2002083802A JP 2000272142 A JP2000272142 A JP 2000272142A JP 2000272142 A JP2000272142 A JP 2000272142A JP 2002083802 A JP2002083802 A JP 2002083802A
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JP
Japan
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ashing
etching
radicals
generation chamber
plasma generation
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JP2000272142A
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English (en)
Inventor
Seiichi Ogino
誠一 荻野
Shinya Ogawara
真也 大河原
Wataru Ito
亘 伊藤
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YAC Co Ltd
Original Assignee
YAC Co Ltd
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機物のエッチングならびにアッシングにお
いて必要な反応種を効率よくかつ選択的に生成して高速
処理を実現すること。 【解決手段】 エッチング装置やアッシング装置といっ
たようなドライプロセッシング装置であって、減圧容器
10内に、プラズマ生成室1と、プラズマ生成室1に対
してシャワーヘッド2を介して連接されたダウンストリ
ーム領域3と、が設けられてなるダウンストリーム方式
の装置であり、酸素ガスをプラズマ生成室1に供給し、
かつ、水素ガスをダウンストリーム領域3に供給するこ
とにより、被処理物4としての有機物を、エッチングま
たはアッシングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶ディスプレイ等の製造工程においてあるいは他の任
意の微細加工工程において使用されるエッチング装置や
アッシング装置といったようなドライプロセッシング装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体デバイスや液晶ディスプレ
イ等の製造工程におけるエッチング処理やアッシング処
理においては、RF〜マイクロ波によって励起されるプ
ラズマを利用するドライプロセッシング装置が広く使用
されている。
【0003】放電プラズマを利用するドライプロセッシ
ングにおいては、被処理物が荷電粒子を含む雰囲気に曝
されるため、チャージアップに起因するデバイス損傷な
どのダメージ問題が発生することがある。このため、減
圧容器内のプラズマ生成室に対してシャワーヘッド(典
型的には、グラウンド電位とされた金属メッシュ)を介
して連接されたダウンストリーム領域内に被処理物を導
入することによって、チャージアップに起因するダメー
ジ問題を克服するダウンストリーム方式の装置が知られ
ている。
【0004】ダウンストリーム方式の装置においては、
プラズマ生成室において生成されるラジカル(電気的に
中性な活性種)とイオンと電子とのうち、シャワーヘッ
ドにおいて荷電粒子であるイオンと電子とを除去し、ラ
ジカルだけをダウンストリーム領域に導いてこれらラジ
カルを使用して被処理物の処理を行う。
【0005】ダウンストリーム方式の装置においては、
通常、ガスは、プラズマ生成室にだけ供給される。その
理由は、供給される各々のガスを、効率的にイオン化し
たり励起したりするためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ生成室に供給
されたガスは、放電条件に応じてそれぞれ励起され、多
種多様な反応種を生成する。これら反応種は、必ずしも
反応に適切なものばかりではない。有機物のエッチング
およびアッシングにおいては、ガスとして、O2ガス
や、O2+H2、O2+H2O、O2+N2、等の混合ガスが
プラズマ生成室に供給されており、反応速度は、一般的
に、高温において毎分2μm程度である。
【0007】本発明の目的は、有機物のエッチングなら
びにアッシングにおいて必要な反応種を効率よくかつ選
択的に生成することにより高速処理が可能なドライプロ
セッシング装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目標は、ダウンスト
リームタイプの装置において、酸素ガスをプラズマ生成
室に供給し、かつ、水素ガスをダウンストリーム領域に
供給することにより、被処理物としての有機物を、エッ
チングまたはアッシングすることによって達成される。
【0009】以下、本発明の作用および動作原理につい
て説明する。
【0010】酸素プラズマを用いたフォトレジスト等の
有機物のエッチング処理またはアッシング処理に関して
は、N2ガスやH2ガスやH2Oガス を酸素ガスに適当量
混合することで、アッシング速度の向上が得られている
(例えば、特開平1−112734号公報、特開平2−
77125号公報)。これは、HラジカルやOHラジカ
ルなどのラジカルによって活性化エネルギーを低下させ
る作用、また、原子状酸素の濃度を増加させる作用、に
基づくものであろうと推測されている。一方、酸素によ
る有機物のエッチング除去の反応素過程の研究により、
初期の段階で酸素と有機物からOHラジカルを生成する
が、OHラジカルは有機物との反応速度が速いため、O
Hラジカルの存在下ではOHラジカルによるエッチング
が反応の速度を決定するという説が提唱されている(J.
Electrochem. Soc., 136, No.5,1426 (1989) )。しか
しながら、例えばO2+H2O混合ガスを原料ガスとして
プラズマを形成した場合、もちろんOHラジカルも生成
されるけれども他のラジカルやイオン等も多数生成さ
れ、結局、OHラジカルを高濃度でかつ選択的に得るこ
とはできない。
【0011】これに対し、本発明においては、酸素ガス
をプラズマ生成室に供給して酸素ガスを励起し、プラズ
マ生成室内に酸素プラズマを形成する。この酸素プラズ
マ内には、酸素ラジカルと酸素イオンと電子とが含有さ
れている。このうち、シャワーヘッドを通ってダウンス
トリーム領域に到達できるのは、電気的に中性の反応種
である酸素ラジカルだけである。
【0012】ダウンストリーム領域へと到達した酸素ラ
ジカルは、ダウンストリーム領域に導入された水素ガス
と反応することにより、OHラジカルが生成される。こ
の反応過程は、電子的に励起されている O(1D)と基
底状態のH2(X1Σ+ g)との衝突によりOH+Hラジカ
ルが生成されるとの報告(Chemical Physics, vol.96,
381 (1985))によっても支持されている。
【0013】このようにして、ダウンストリーム領域内
において生成されたOHラジカルが、ダウンストリーム
領域内に導入されている被処理物としての有機物を、エ
ッチングまたはアッシングする。つまり、本発明におい
ては、OHラジカルを高濃度でかつ選択的に生成できる
上、被処理物の近傍でOHラジカルが生成されるため、
輸送に伴うOHラジカルの損失がほとんどない状況でエ
ッチング処理またはアッシング処理に使用できるため、
高速処理が可能である。
【0014】このように、本発明は、高濃度でかつ選択
的にOHラジカルを生成することができることに加え
て、このような高濃度のOHラジカルを使用してエッチ
ング処理またはアッシング処理を行い得る点において、
画期的なものである。
【0015】これは、プラズマ生成室において生成され
た酸素プラズマから酸素ラジカルを引き出し、この酸素
ラジカルとダウンストリーム領域に導入した基底状態の
水素ガスとを反応させることにより、所望の反応種であ
るOHラジカルを高濃度にかつ選択的に生成するとい
う、従来のダウンストリーム装置にはない新規な着想に
基づくものである。
【0016】シャワーヘッドを通しては、酸素ラジカル
だけではなく、励起されていない状態の酸素分子すなわ
ち基底状態の酸素分子も、ダウンストリーム領域内へと
到達する。この基底状態の酸素分子に、130〜175
nmの波長の光を照射すると、励起状態の酸素原子 O
1D)と基底状態の酸素原子 O(3P)とに解離す
る。すなわち、 O2(X3Σ- g)+hν(130〜175nm)→O(1
D)+O(3P) という反応が起こる。このようにして生成された励起状
態の酸素原子 O(1D)が基底状態の水素ガスと反応す
ることによっても、また、OHラジカルが生成される。
この目的のため、本発明の代替可能な実施形態において
は、ダウンストリーム領域に130〜175nmの波長
の光を照射する光照射機構が設けられている。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明のエッチング装置や
アッシング装置といったようなドライプロセッシング装
置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0018】〔第1実施形態〕図1は、本発明のドライ
プロセッシング装置の第1実施形態を示すものである。
まず最初に、図1を参照して、装置構成について説明す
る。
【0019】図1において、ドライプロセッシング装置
は、減圧容器10内に、プラズマ生成室1と、プラズマ
生成室1に対してシャワーヘッド2(グラウンド電位と
された金属メッシュ)を介して連接されたダウンストリ
ーム領域3と、が設けられて構成されたダウンストリー
ム方式の装置である。
【0020】被処理物4を載置するための載置台5が、
ダウンストリーム領域3内に設置されている。
【0021】詳細には図示していないものの、当業者に
は明らかなように、減圧容器10の下部に設けられた排
気経路6には、真空ポンプおよび可変コンダクタンスバ
ルブが接続されており、減圧容器10は、所定の減圧状
態に維持されるようになっている。
【0022】また、プラズマ生成室1には、プラズマ形
成手段7が接続されている。プラズマ形成手段7は、当
業者には周知のように、RF電源を用いた誘導結合プラ
ズマ源や容量結合プラズマ源とすることができ、あるい
は、図示のように誘電体窓7aを介するマイクロ波励起
による表面波プラズマ源とすることもできる。
【0023】また、プラズマ生成室1には、酸素ガスを
導入するためのガス導入ポート8が設けられており、ダ
ウンストリーム領域3には、水素ガスを導入するための
ガス導入ポート9が設けられている。
【0024】次に、この第1実施形態における動作原理
について説明する。
【0025】ガス導入ポート8を通して、酸素ガスをプ
ラズマ生成室1に供給する。プラズマ形成手段7によっ
て酸素ガスを励起することにより、プラズマ生成室1内
に酸素プラズマを形成する。減圧容器10が排気経路6
を通して真空引きされていることにより、プラズマの構
成粒子は、ダウンストリーム領域3に向けて引かれる。
【0026】しかしながら、シャワーヘッド2がグラウ
ンド電位とされていることにより、プラズマ構成粒子の
うち、荷電粒子である酸素イオンや電子等は、ダウンス
トリーム領域3に到達することはできない。結局、ダウ
ンストリーム領域3には、電気的に中性の反応種である
酸素ラジカルが到達する。
【0027】ダウンストリーム領域3へと到達した酸素
ラジカルは、ガス導入ポート9を通してダウンストリー
ム領域3に導入された基底状態の水素ガスと反応するこ
とにより、OHラジカルを生成する。このようにして生
成されたOHラジカルが、ダウンストリーム領域内に導
入されている被処理物としての有機物を、エッチングま
たはアッシングする。
【0028】つまり、本発明においては、OHラジカル
を高濃度でかつ選択的に生成できることに加えて、被処
理物の近傍でOHラジカルが生成されるため、輸送に伴
うOHラジカルの損失がほとんどない状況でエッチング
処理またはアッシング処理に使用するため、高速処理が
可能である。
【0029】次に、この第1実施形態による実験結果の
一例について説明する。
【0030】本実施形態によるドライプロセッシング装
置を使用して、ガス:O2 (ガス流量:500sccm
(1分あたりに標準状態換算で500ccという流
量))、ガス:H2 (ガス流量:1000sccm)、
励起マイクロ波出力1400W、処理室圧力:133P
a、載置台温度:250℃、としたとき、100mm径
シリコンウェーハ表面全面に塗布したフォトレジストの
剥離速度として、毎分3μmという結果が得られた。
【0031】これは、H2 ガスを用いない場合の2倍の
剥離速度であり、また、先の実験例と同量のO2および
2の双方をプラズマ生成室1に導入した場合の1,5
倍の剥離速度である。
【0032】〔第2実施形態〕図2は、本発明のドライ
プロセッシング装置の第2実施形態を示すものである。
この第2実施形態が上記第1実施形態と相違するのは、
ダウンストリーム領域3に、130〜175nmの波長
領域の光を照射する光照射機構11が設けられている点
のみであり、他は同一構成である。
【0033】光照射機構11の構成について説明する
と、ダウンストリーム領域3の一側面には、LiFやM
gF2やCaF2等といったような真空紫外領域の光透過
特性が良好であるような材質から形成された光学結晶窓
12が取り付けられている。この窓12を通して130
〜175nmという波長の光を照射し得るように、光源
13が配置されている。光源13は、例えば、ArやX
eのエキシマランプ、重水素ランプ、水銀ランプ、など
の真空紫外光源とされる。光源13は、光源13と窓1
2との間に空気層が介在しないよう、窓12に密着させ
ることが好ましい。また、光源13の周囲を数〜十数T
orr程度の減圧雰囲気とすれば、光源13と窓12と
の間に間隙があったにしてもあるいは(放熱の目的で)
間隙を設けたにしても、ガスに対しての照射損失を抑制
することができる。
【0034】また、光源13の背後に、高反射性の反射
鏡14を設けることが照射効率の向上には有効である。
【0035】また、光源13を窓12に取り付けること
に代えて、マイクロ波キャビティ放電等によって得られ
るXe等の共鳴線光のように上記波長領域(130〜1
75nm)に対応する真空紫外光を発するプラズマ放電
光を窓12に導く構成であっても、同様の効果が得られ
る。
【0036】また、図示しないものの、光源13からの
光による被処理物4へのダメージを防止するために、載
置台5の近傍に、光の遮蔽機構を設置することもでき
る。
【0037】この第2実施形態においては、上記第1実
施形態と同様の作用効果に加え、シャワーヘッド2を通
してダウンストリーム領域3へと到達した非励起状態の
酸素分子もOHラジカルの生成原料として利用すること
ができ、OHラジカルの生成効率がより一層高められる
こととなる。
【0038】つまり、シャワーヘッド2を通してダウン
ストリーム領域3へと到達した基底状態の酸素分子が、
光源13から130〜175nmの波長の光を照射され
ることにより、励起状態の酸素原子 O(1D)と基底状
態の酸素原子 O(3P)とに解離する。このようにして
生成された励起状態の酸素原子 O(1D)が基底状態の
水素ガスと反応することによって、OHラジカルが生成
される。よって、有機物のアッシング反応に利用可能な
OHラジカルを増加させることができ、より一層の高速
処理が可能とされる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のドライプ
ロセッシング装置によれば、本発明の目的は、有機物の
エッチングならびにアッシングにおいて必要な反応種
(特に、OHラジカル)を効率よくかつ選択的に生成で
き、高速処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるドライプロセッシング装置の第
1実施形態を概略的に示す断面図である。
【図2】 本発明によるドライプロセッシング装置の第
2実施形態を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
1 プラズマ生成室 2 シャワーヘッド 3 ダウンストリーム領域 4 被処理物 5 載置台 10 減圧容器 11 光照射機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 亘 東京都国立市谷保992 ワイエイシイ株式 会社国立製作所内 Fターム(参考) 2H096 AA25 AA27 GA37 HA23 LA06 LA07 LA09 5F004 BA20 BB05 BB26 BB28 DA00 DA24 DA25 DA26 DB26 5F046 MA12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エッチング装置やアッシング装置といっ
    たようなドライプロセッシング装置であって、 減圧容器内に、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に
    対してシャワーヘッドを介して連接されたダウンストリ
    ーム領域と、が設けられ、被処理物を載置するための載
    置台が前記ダウンストリーム領域内に設置されてなるダ
    ウンストリーム方式の装置であり、 酸素ガスを前記プラズマ生成室に供給し、かつ、水素ガ
    スを前記ダウンストリーム領域に供給することにより、
    前記被処理物としての有機物を、エッチングまたはアッ
    シングすることを特徴とするドライプロセッシング装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のドライプロセッシング装
    置において、 前記ダウンストリーム領域に、130〜175nmとい
    う波長範囲の光を照射する光照射機構が設けられている
    ことを特徴とするドライプロセッシング装置。
JP2000272142A 2000-09-07 2000-09-07 エッチング装置やアッシング装置といったようなドライプロセッシング装置 Pending JP2002083802A (ja)

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Cited By (1)

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