JP2003510824A - 大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールから、ポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステム - Google Patents
大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールから、ポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステムInfo
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- H01L21/3105—After-treatment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】 半導体デバイスの製造に使用される基板（１０）上のポリマー（４４）をエッチングするための高温アーク状プラズマ発生システムが、記述されている。エッチングプロセスは、約１０対１よりも大きく更には５０対１より大きい、溝を含みうる高アスペクト比のホール（４０）からポリマーを除去するために特に有用である。
Description
【０００１】
［先の出願］
私は、１９９９年９月２８日出願、米国仮特許出願No.６０／１５６，４０７
の米国特許法１１９条（ｅ）による優先権の利益を要求します。
の米国特許法１１９条（ｅ）による優先権の利益を要求します。
【０００２】
本発明は一般的には半導体製造に関し、より特定的には高温ガス流技術を用い
る半導体デバイス製造プロセスにおけるステップに関する。
る半導体デバイス製造プロセスにおけるステップに関する。
【０００３】
ミクロンまたはサブミクロン開口部を持つ、高い深さ対幅アスペクト比のホー
ルおよび溝状パターンは、半導体の製造において多くの用途を持つ。この説明で
は、１０対１よりも大きい非常に高い深さ対幅比を持つホールおよび溝状パター
ンを総称的に記述するために、用語「高アスペクト比のホール」を使用する。シ
リコンにこのようなホールを作るために、色々なエッチング方法が開発されてき
た。このアプローチは、リソグラフィー的に規定されたマスクパターン、結晶面
に沿う化学的選択性を利用する湿式化学エッチ方法、および高度に方向性のある
異方性エッチングを得るために低圧力で行われる乾式プラズマエッチプロセスを
使用する。
ルおよび溝状パターンは、半導体の製造において多くの用途を持つ。この説明で
は、１０対１よりも大きい非常に高い深さ対幅比を持つホールおよび溝状パター
ンを総称的に記述するために、用語「高アスペクト比のホール」を使用する。シ
リコンにこのようなホールを作るために、色々なエッチング方法が開発されてき
た。このアプローチは、リソグラフィー的に規定されたマスクパターン、結晶面
に沿う化学的選択性を利用する湿式化学エッチ方法、および高度に方向性のある
異方性エッチングを得るために低圧力で行われる乾式プラズマエッチプロセスを
使用する。
【０００４】
非常に高いアスペクト比のホールは、半導体デバイスおよび色々な小型マイク
ロ機械加工デバイス（ＭＩＭＭｓ）に用途を持つ。半導体ＤＲＡＭデバイスにお
いて、５０：１以上の高アスペクト比を持つ低表面積を備えた高静電容量構造の
ための溝が、先端設計のために研究されている。
ロ機械加工デバイス（ＭＩＭＭｓ）に用途を持つ。半導体ＤＲＡＭデバイスにお
いて、５０：１以上の高アスペクト比を持つ低表面積を備えた高静電容量構造の
ための溝が、先端設計のために研究されている。
【０００５】
半導体とＭＩＭＭｓの両方について、非常に高いアスペクト比を作った後に続
くパターニングの必要性は、通常フォトレジストまたは感光性ポリイミドのよう
な、感光性ポリマー中に作られるリソグラフィー的に規定されたマスクパターン
を必要とする。このようなステップにおいて、高アスペクト比のホールは感光性
ポリマーで満たされる。
くパターニングの必要性は、通常フォトレジストまたは感光性ポリイミドのよう
な、感光性ポリマー中に作られるリソグラフィー的に規定されたマスクパターン
を必要とする。このようなステップにおいて、高アスペクト比のホールは感光性
ポリマーで満たされる。
【０００６】
ポリマーマスクパターンを使用するプロセスに続いて、ポリマーマスクはデバ
イスから取り除かれなければならない。或る適用においては、ホールの上部露出
部を処理するために残留ポリマーがホールの下部を保護しながら、ポリマー材料
を部分的に、制御された深さまで除去することが有利となり得る。
イスから取り除かれなければならない。或る適用においては、ホールの上部露出
部を処理するために残留ポリマーがホールの下部を保護しながら、ポリマー材料
を部分的に、制御された深さまで除去することが有利となり得る。
【０００７】
コンデンサ領域を増加するためのこのような能力を使用するＤＲＡＭコンデン
サへの適用が、Ｊ．Ｂａｌｉｇａ著の評論「新材料強化メモリー性能」、Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ誌１９９９年１１月７９−
９９頁の８０頁に記載されている。
サへの適用が、Ｊ．Ｂａｌｉｇａ著の評論「新材料強化メモリー性能」、Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ誌１９９９年１１月７９−
９９頁の８０頁に記載されている。
【０００８】
特に半導体適用のために、ポリマー除去プロセスの追加要求は、デバイスの露
出表面が電気的劣化を受けないことである。プラズマ除去プロセスで発生し得る
劣化のタイプは、結晶損傷または薄い絶縁層への損傷を起こすエネルギー種から
来ることがあり得る。
出表面が電気的劣化を受けないことである。プラズマ除去プロセスで発生し得る
劣化のタイプは、結晶損傷または薄い絶縁層への損傷を起こすエネルギー種から
来ることがあり得る。
【０００９】
フォトポリマーを除去する標準方法は「アッシング」と呼ばれる方法を含み、
そこで低圧の電気放電がポリマーを取り除くためにその表面へ流れ、かつポリマ
ーを揮発性酸化副産物（例えばＨＯX、ＣＯX）に変換する化学的反応性酸素種を
作り出すプラズマを発生する。
そこで低圧の電気放電がポリマーを取り除くためにその表面へ流れ、かつポリマ
ーを揮発性酸化副産物（例えばＨＯX、ＣＯX）に変換する化学的反応性酸素種を
作り出すプラズマを発生する。
【００１０】
非常に高いアスペクト比のホールについては、アスペクト比が増加するに従っ
てホールの底部まで達する活性酸素系のフラックスが減少し、その結果ポリマー
のエッチ速度は劇的に低下する。このことを防止する一つの方法は、高密度プラ
ズマ（ＨＤＰ）を使用することである。
てホールの底部まで達する活性酸素系のフラックスが減少し、その結果ポリマー
のエッチ速度は劇的に低下する。このことを防止する一つの方法は、高密度プラ
ズマ（ＨＤＰ）を使用することである。
【００１１】
そのプロセスにおいて、低圧で強力プラズマが発生される。この圧力は十分に
低いので、プラズマ発生反応種の衝突間の径路長が十分長くなり、それ故反応性
イオンが基板の表面上の境界層「シース」に設けられた電界の加速によってホー
ルの中へ注入できる。
低いので、プラズマ発生反応種の衝突間の径路長が十分長くなり、それ故反応性
イオンが基板の表面上の境界層「シース」に設けられた電界の加速によってホー
ルの中へ注入できる。
【００１２】
このＨＤＰアプローチに伴う問題点は、エネルギーイオン種がデバイスの電気
的特性を電気的に劣化させることがあり得ることである。
的特性を電気的に劣化させることがあり得ることである。
【００１３】
先行技術は他のガス種との衝突の間の長い径路長のコンセプトを使用し、それ
により反応種を非常に高いアスペクト比のホールの底部に到達させ、その場所で
その種がポリマーを揮発性副産物に変換し得るようにしてきた。
により反応種を非常に高いアスペクト比のホールの底部に到達させ、その場所で
その種がポリマーを揮発性副産物に変換し得るようにしてきた。
【００１４】
我々の発明においては、我々は電気的劣化なしに、溝を含む高（大きい）アス
ペクト比のホールからポリマーを除去させる近大気圧のプロセスの使用を説述す
る。基板におけるこれらのホールは、０．１ミクロン未満にもなり得る非常に狭
い幅を含む、１０：１よりも大きい深さ対幅の比を持つことができる。
ペクト比のホールからポリマーを除去させる近大気圧のプロセスの使用を説述す
る。基板におけるこれらのホールは、０．１ミクロン未満にもなり得る非常に狭
い幅を含む、１０：１よりも大きい深さ対幅の比を持つことができる。
【００１５】
この発明では、高アスペクト比のホールからポリマーを部分的に除去すること
を、基板上に存在し得る感受性デバイスの電気的劣化なしに為すことができる。
ポリマーは、５ミクロン／分より早い比較的高速度で除去できる。
を、基板上に存在し得る感受性デバイスの電気的劣化なしに為すことができる。
ポリマーは、５ミクロン／分より早い比較的高速度で除去できる。
【００１６】
ポリマーは、どんな標準的湿式または乾式プラズマ技術によっても除去するこ
とが非常に困難な、ポリイミドのような標準フォトレシジスト、または高架橋ポ
リマーであっても良い。
とが非常に困難な、ポリイミドのような標準フォトレシジスト、または高架橋ポ
リマーであっても良い。
【００１７】
このことは、ポリマーがそこで高アスペクト比のホールから除去されるべきと
ころの、ウェファ基板表面へ高温ガス流の近大気の流れを発生するためのシステ
ムを使用する本発明による一つの技術によって達成される。
ころの、ウェファ基板表面へ高温ガス流の近大気の流れを発生するためのシステ
ムを使用する本発明による一つの技術によって達成される。
【００１８】
高温ガス流は典型的には、基板よりも小さな区域を持ち、それゆえ高温ガス流
の中での制御された基板の運動が基板からポリマーを均一に除去するために使用
される。高温ガス流は、アルゴンのような不活性ガス中で発生される高温度のア
ーク状プラズマである。
の中での制御された基板の運動が基板からポリマーを均一に除去するために使用
される。高温ガス流は、アルゴンのような不活性ガス中で発生される高温度のア
ーク状プラズマである。
【００１９】
アッシング、すなわち揮発性産物を形成するための酸素とポリマーとの反応、
及び、以下の明細書で更に議論される剥離の結合の効果は、高アスペクト比のホ
ールからのポリマーの制御された除去を可能にする。
及び、以下の明細書で更に議論される剥離の結合の効果は、高アスペクト比のホ
ールからのポリマーの制御された除去を可能にする。
【００２０】
それ故、半導体ウェファまたは他の基板表面の高アスペクト比のホールからポ
リマーを除去するための技術を提供することが、本発明の目的である。
リマーを除去するための技術を提供することが、本発明の目的である。
【００２１】
本発明のこれらのおよび他の利点と目的は、図示の実施例についての以下の詳
細な説明によって理解できる。
細な説明によって理解できる。
【００２２】
図１および図２に示すように、半導体ウェファ１０がウェファホルダー１２に
搭載されて示されている。高温ガス流１４は、基板すなわちウェファ表面に向け
られる。ウェファ１０は、窒素のようなガス流からの負圧の助けによって上下逆
姿勢に保持されている。
搭載されて示されている。高温ガス流１４は、基板すなわちウェファ表面に向け
られる。ウェファ１０は、窒素のようなガス流からの負圧の助けによって上下逆
姿勢に保持されている。
【００２３】
ウェファホルダー１２、およびウェファを維持するための技術は、本特許出願
と同じ発明者と所有者による同時に係属する米国仮特許出願、表題「ウェファホ
ルダー温度の制御を備える大気プラズマシステムにおける処理のためのウェファ
の回転と移動用ウェファホルダー」、１９９９年１０月１２日出願、シリアルナ
ンバー６０／１５８，８９２に記述されたものでよく、そしてその米国仮特許出
願はここに参照することによって本発明に完全に組込まれている。
と同じ発明者と所有者による同時に係属する米国仮特許出願、表題「ウェファホ
ルダー温度の制御を備える大気プラズマシステムにおける処理のためのウェファ
の回転と移動用ウェファホルダー」、１９９９年１０月１２日出願、シリアルナ
ンバー６０／１５８，８９２に記述されたものでよく、そしてその米国仮特許出
願はここに参照することによって本発明に完全に組込まれている。
【００２４】
図２に示すように、大気高温ガス流１４が密閉チャンバー１３内部の装置１６
によって発生される。しばしばプラズマジェットと呼ばれるところの、大気プラ
ズマ発生システム１６は以前から開示されている。Ｓｉｎｉａｇｕｉｎｅの米国
特許No.６，０４０，５４８、表題「プラズマジェットを発生しかつ偏向するた
めの装置」を参照されたい。
によって発生される。しばしばプラズマジェットと呼ばれるところの、大気プラ
ズマ発生システム１６は以前から開示されている。Ｓｉｎｉａｇｕｉｎｅの米国
特許No.６，０４０，５４８、表題「プラズマジェットを発生しかつ偏向するた
めの装置」を参照されたい。
【００２５】
本ポリマー除去の適用についての米国特許No.６，０４０，５４８に記載され
た装置のさらなる改善が、本出願の明細書に記述されかつ示されている。
た装置のさらなる改善が、本出願の明細書に記述されかつ示されている。
【００２６】
装置１６は、アーク放電２２のための陰極と陽極としての役を二つの電極部分
構体１８、２０間で、アルゴンのような不活性ガス中で発生される高温度のアー
ク状プラズマを使用する。図２に示されるように、その電極構成によって形成さ
れるアーク２２は、基板表面２８への高温ガスの流れ１４を作り出す。
構体１８、２０間で、アルゴンのような不活性ガス中で発生される高温度のアー
ク状プラズマを使用する。図２に示されるように、その電極構成によって形成さ
れるアーク２２は、基板表面２８への高温ガスの流れ１４を作り出す。
【００２７】
処理されるべきウェファつまり基板１０は、図示されていない適当な作動器（
アクチュエータ）を使用して高温ガス流１４によって形成された処置区域を通し
て移動される。他の適当な雰囲気ガスも、密閉チャンバー１３の内部で使用でき
る。
アクチュエータ）を使用して高温ガス流１４によって形成された処置区域を通し
て移動される。他の適当な雰囲気ガスも、密閉チャンバー１３の内部で使用でき
る。
【００２８】
ガス注入器２６が、酸素またはガス混合物のようなガスを高温ガス流中に直接
注入するために使用できる。ガス注入器２６からのガス流がなければ、高温ガス
流は、主に二つの電極構体からの不活性ガス、および、高温ガス流中に引きずり
込まれるプロセスチャンバー１３の周囲ガスから構成される。
注入するために使用できる。ガス注入器２６からのガス流がなければ、高温ガス
流は、主に二つの電極構体からの不活性ガス、および、高温ガス流中に引きずり
込まれるプロセスチャンバー１３の周囲ガスから構成される。
【００２９】
ポリマー除去プロセスについては、ウェファ表面２８上の流体力学的なガス境
界におけるガス流の温度は、典型的には約８，０００℃になり得る。この温度は
、基板１０から電極構体１８、２０の距離とアーク状プラズマへのパワーとを制
御することによって制御できる。アーク状プラズマを駆動するための典型的なパ
ワーパラメータは、約１５０Ｖおよび８０Ａである。
界におけるガス流の温度は、典型的には約８，０００℃になり得る。この温度は
、基板１０から電極構体１８、２０の距離とアーク状プラズマへのパワーとを制
御することによって制御できる。アーク状プラズマを駆動するための典型的なパ
ワーパラメータは、約１５０Ｖおよび８０Ａである。
【００３０】
一般的にＡで表される処置区域の大きさは、流れ１４が基板表面２８に入射す
る所で直径約２ｃｍであり、通常処理される基板１０（例えば２００ｍｍ直径シ
リコンウェファ）の大きさよりも小さい。
る所で直径約２ｃｍであり、通常処理される基板１０（例えば２００ｍｍ直径シ
リコンウェファ）の大きさよりも小さい。
【００３１】
従って、全基板表面２８は、全ウェファ領域に亘る処置を与える運動構成を使
用して、処置区域を通してのウェファ１０の多数回の通過によって処置される。
処置区域に対するウェファの相対的運動は、均一な処置を得ることができるよう
にプログラムされる。運動構成はステップアンドスキャン、またはウェファ１０
の移動つき回転によることができる。
用して、処置区域を通してのウェファ１０の多数回の通過によって処置される。
処置区域に対するウェファの相対的運動は、均一な処置を得ることができるよう
にプログラムされる。運動構成はステップアンドスキャン、またはウェファ１０
の移動つき回転によることができる。
【００３２】
基板が高温ガス流を通過するときその局所的区域から除去されるポリマーの深
さは、その区域が高温ガス流中で費す時間に、従ってガス流を通るその局所的区
域の速度に依存する。
さは、その区域が高温ガス流中で費す時間に、従ってガス流を通るその局所的区
域の速度に依存する。
【００３３】
例えばもし回転及び移動運動機構が一定の回転速度で使用されるならば、ウェ
ファの局所的区域は回転の中心からの半径距離Ｒと共に増加する回転のベロシテ
ィを持つ。全基板に亘って均一なポリマー除去を達成するためには、その時は高
温ガス流を通るウェファの移動速度（トランスレーションヴェロシティ）は、半
径方向のベロシティにおけるこの増加を説明するためには、回転中心からの距離
の関数でなければならない。
ファの局所的区域は回転の中心からの半径距離Ｒと共に増加する回転のベロシテ
ィを持つ。全基板に亘って均一なポリマー除去を達成するためには、その時は高
温ガス流を通るウェファの移動速度（トランスレーションヴェロシティ）は、半
径方向のベロシティにおけるこの増加を説明するためには、回転中心からの距離
の関数でなければならない。
【００３４】
第一次近似に対して、移動速度は１／Ｒの依存性を持つであろう。実際には、
プログラムされた速度（ヴェロシティ）は、均一除去で除去されたポリマーの変
動のマッピングを与えるところの部分的ポリマー除去の後の測定に基づく繰返し
処理において調節できる。
プログラムされた速度（ヴェロシティ）は、均一除去で除去されたポリマーの変
動のマッピングを与えるところの部分的ポリマー除去の後の測定に基づく繰返し
処理において調節できる。
【００３５】
次いで高温ガス流を通るウェファの局所的速度は、測定された厚みの変動につ
いて補償するように調節される。プラネタリ運動構成を使用するウェファのバッ
チを処置するための速度の繰返し調節のための処理が、発明者Ｔｏｋｍｏｕｌｉ
ｎｅおよびＳｉｎｉａｇｕｉｎｅの国際特許出願ＷＯ９７４５８５６、表題「プ
ラズマジェット中の物品を処置するための方法」に説明されている。
いて補償するように調節される。プラネタリ運動構成を使用するウェファのバッ
チを処置するための速度の繰返し調節のための処理が、発明者Ｔｏｋｍｏｕｌｉ
ｎｅおよびＳｉｎｉａｇｕｉｎｅの国際特許出願ＷＯ９７４５８５６、表題「プ
ラズマジェット中の物品を処置するための方法」に説明されている。
【００３６】
上のパラグラフに説明したように、高温ガス流を通してポリマーが移動しなが
ら局所的区域から除去されるポリマーの深さは、ガス流を通る局所的区域の速度
に依存する。速度は０．０１から１０メータ／秒の範囲で良い。
ら局所的区域から除去されるポリマーの深さは、ガス流を通る局所的区域の速度
に依存する。速度は０．０１から１０メータ／秒の範囲で良い。
【００３７】
ポリマー除去プロセスの一例は、時間平均ポリマー除去速度が５ミクロン／分
であり、かつ高温ガス流を通過する平均移動速度が０．５ｍ／秒である回転およ
び移動運動の構成を持つところの、直径２００ｍｍのウェファについてであろう
。ウェファが高温ガス流から通過する時間は、高温ガス流からの通過に費す時間
を含めて約０．５秒であろう。
であり、かつ高温ガス流を通過する平均移動速度が０．５ｍ／秒である回転およ
び移動運動の構成を持つところの、直径２００ｍｍのウェファについてであろう
。ウェファが高温ガス流から通過する時間は、高温ガス流からの通過に費す時間
を含めて約０．５秒であろう。
【００３８】
一回の通過で、ポリマーの０．０４２ミクロンが除去されるであろう。２ミク
ロンのポリマーを除去するために、４８回の通過が要るだろう。従って高温ガス
流を通る基板の通過回数は、除去されるポリマーの深さを制御するために使用で
きる。
ロンのポリマーを除去するために、４８回の通過が要るだろう。従って高温ガス
流を通る基板の通過回数は、除去されるポリマーの深さを制御するために使用で
きる。
【００３９】
上の例で、０．５ミクロンは１２回の通過で除去されるであろう。実際にはポ
リマーが非常に狭くかつ非常に大きいアスペクト比のホールから除去される時は
、除去速度のそのホールの深さへの依存性があり得る。この依存性は測定でき、
かつその通過回数を調節することにより補償できる。
リマーが非常に狭くかつ非常に大きいアスペクト比のホールから除去される時は
、除去速度のそのホールの深さへの依存性があり得る。この依存性は測定でき、
かつその通過回数を調節することにより補償できる。
【００４０】
我々の大気プロセスと、先行技術のアッシングおよびＨＤＰプロセスとの間の
二つの基本的な差異は：（１）ガス温度が高くかつエッチングガス流における熱
平衡状態にあり、かつ（２）アークによる発生プラズマとプロセスガス流が、優
れて衝突支配的であること、である。
二つの基本的な差異は：（１）ガス温度が高くかつエッチングガス流における熱
平衡状態にあり、かつ（２）アークによる発生プラズマとプロセスガス流が、優
れて衝突支配的であること、である。
【００４１】
先行技術の低圧力プラズマ適用においては、原子および分子のスピーシーズ（
種）は室温付近（例えば１００℃）にあり、一方電子は非常なエネルギー豊富状
態（例えば約５ｅＶ、５０，０００°Ｋ付近）にある。
種）は室温付近（例えば１００℃）にあり、一方電子は非常なエネルギー豊富状
態（例えば約５ｅＶ、５０，０００°Ｋ付近）にある。
【００４２】
図１および２に示される本発明による大気システム１６のガス流１４において
、原子および分子種は、ガス流温度が４，０００℃から１２，０００℃の範囲、
好ましくは７，０００℃から１０，０００℃の範囲で、電子と熱平衡状態にある
。
、原子および分子種は、ガス流温度が４，０００℃から１２，０００℃の範囲、
好ましくは７，０００℃から１０，０００℃の範囲で、電子と熱平衡状態にある
。
【００４３】
大気高温ガス流は高度に衝突支配的であるので、質量およびエネルギー輸送は
流体力学的な流動特性で説明される。大気システムにおいて、高温ガス流と基板
との間の境界における領域Ａの内部には流体力学的な境界がある。
流体力学的な流動特性で説明される。大気システムにおいて、高温ガス流と基板
との間の境界における領域Ａの内部には流体力学的な境界がある。
【００４４】
境界を横切って大きな温度差が存在し得る。ガス流側ではガス温度は８，００
０℃になり得、一方ウェファ温度は僅か１００℃であり得る。
０℃になり得、一方ウェファ温度は僅か１００℃であり得る。
【００４５】
本出願に適用されかつ以下のパラグラフで説明される既知の流体力学的境界層
の特性は、原子およびイオンによって規定されるガス温度が基板の表面において
基板温度（例えば１００℃）に低下する一方、電子は基板の表面においてかなり
のより多いエネルギー（例えば０．７ｅＶまたは６，０００℃付近）を維持でき
る。
の特性は、原子およびイオンによって規定されるガス温度が基板の表面において
基板温度（例えば１００℃）に低下する一方、電子は基板の表面においてかなり
のより多いエネルギー（例えば０．７ｅＶまたは６，０００℃付近）を維持でき
る。
【００４６】
このエネルギーにより、電子は基板において局所的に種を発生でき、そのこと
は深いホールにおけるエッチングに貢献するであろう。
は深いホールにおけるエッチングに貢献するであろう。
【００４７】
重い種、主として質量Ｍatomの原子およびイオンの温度は、流入ガス流の温度
（例えば８，０００℃）からスムーズに基板表面温度（例えば１００℃）に減少
する。境界層の厚みδは、δ〜１０４ｍであり、その端から端までかなりの温度
変化が生じる部分の境界の厚みは０．０１δ〜１０−６ｍである。
（例えば８，０００℃）からスムーズに基板表面温度（例えば１００℃）に減少
する。境界層の厚みδは、δ〜１０４ｍであり、その端から端までかなりの温度
変化が生じる部分の境界の厚みは０．０１δ〜１０−６ｍである。
【００４８】
重い種間の衝突に比較して、電子はその比較的軽い質量Ｍeの故に重い種との
衝突毎にそれらの運動エネルギーの小さな部分、Ｍe／Ｍatomの係数〜１０-5、
のみを移送する。従って、このような小さな距離を越えて、電子は境界層を横断
しながらそれらのエネルギーの大部分を移送することはできない。
衝突毎にそれらの運動エネルギーの小さな部分、Ｍe／Ｍatomの係数〜１０-5、
のみを移送する。従って、このような小さな距離を越えて、電子は境界層を横断
しながらそれらのエネルギーの大部分を移送することはできない。
【００４９】
ポリマー除去の適用について、大気プラズマによって発生される高温ガスの基
板への流れ１４は、アークからの不活性ガスおよびその流れの中に引き込まれか
つ同伴されるプロセスチャンバーの周囲ガスより成り、かつ必要に応じてガス注
入器２６によって高温ガス流中に直接注入されるガスからも成る。基板への高温
ガス流は、次の二つのメカニズムによりポリマーを除去できる： １．熱的に作り出された活性酸素種が揮発性副産物を形成するようにその中で
反応するアッシングのメカニズム、 ２．基板表面２８への高温ガス流が、その中でポリマー表面からの分子のクラ
スターを蒸発し、そのクラスターは次いで装置１６を囲むプロセスチャンバー１
３中の大気酸素との反応によって揮発性副産物に変換されるところの剥離のメカ
ニズム。
板への流れ１４は、アークからの不活性ガスおよびその流れの中に引き込まれか
つ同伴されるプロセスチャンバーの周囲ガスより成り、かつ必要に応じてガス注
入器２６によって高温ガス流中に直接注入されるガスからも成る。基板への高温
ガス流は、次の二つのメカニズムによりポリマーを除去できる： １．熱的に作り出された活性酸素種が揮発性副産物を形成するようにその中で
反応するアッシングのメカニズム、 ２．基板表面２８への高温ガス流が、その中でポリマー表面からの分子のクラ
スターを蒸発し、そのクラスターは次いで装置１６を囲むプロセスチャンバー１
３中の大気酸素との反応によって揮発性副産物に変換されるところの剥離のメカ
ニズム。
【００５０】
その剥離のプロセスはポリマー層の最上部の単一層（トップモノレーヤー）と
の相互作用であり、かつそれがポリマー表面２８から、かなりの熱量を持ち去る
ことができるので、残存ポリマー層が熱的に損傷されない。
の相互作用であり、かつそれがポリマー表面２８から、かなりの熱量を持ち去る
ことができるので、残存ポリマー層が熱的に損傷されない。
【００５１】
上の二つのメカニズムは相乗効果として作用する。表面への熱フラックスはア
ッシングのメカニズムを加速することができ、かつアッシングのメカニズムによ
って発生された熱は剥離を加速する傾向がある。
ッシングのメカニズムを加速することができ、かつアッシングのメカニズムによ
って発生された熱は剥離を加速する傾向がある。
【００５２】
高アスペクト比のホールにおけるポリマーを除去するための大気圧アプローチ
は、上記のように従来の低圧力アッシングおよびＨＤＰプロセスと比較して特に
効果的である。
は、上記のように従来の低圧力アッシングおよびＨＤＰプロセスと比較して特に
効果的である。
【００５３】
図２ないし図４において４０で図示される非常に高いアスペクト比のホールか
らポリマーを除去するため、圧力が他の原子または分子種との衝突によって影響
されることなく反応性種がホール４０の底部４２に到達できるように十分に低く
なければならない、ということが分かる。
らポリマーを除去するため、圧力が他の原子または分子種との衝突によって影響
されることなく反応性種がホール４０の底部４２に到達できるように十分に低く
なければならない、ということが分かる。
【００５４】
本発明による大気高温ガス技術において、エッチング種の高アスペクト比のホ
ールへの輸送は衝突支配ガスの流動による。
ールへの輸送は衝突支配ガスの流動による。
【００５５】
その結果、ポリマー４４が、ホール４０の底部４２付近でさえもポリマー４４
のエッチング速度に僅かな影響しか与えないで、０．１ミクロンより少ない幅ｗ
を備えた５０：１のアスペクト比を持つ溝つまりホール４０から除去できる、と
いうことが示される。その結果、それより更に高い（大きい）アスペクト比のホ
ールからポリマーを除去するための同様な制御を得ることに関して制限のないこ
とが示される。
のエッチング速度に僅かな影響しか与えないで、０．１ミクロンより少ない幅ｗ
を備えた５０：１のアスペクト比を持つ溝つまりホール４０から除去できる、と
いうことが示される。その結果、それより更に高い（大きい）アスペクト比のホ
ールからポリマーを除去するための同様な制御を得ることに関して制限のないこ
とが示される。
【００５６】
図４に示される高アスペクト比のホール４０からのポリマー４０の制御された
除去を実施するために、本発明のプロセスは制御された深さＳにホール４０から
フォトレジスト４４を均一に除去しなければならず、かつプロセスコストを上げ
ないように高エッチ速度を維持しなければならない。
除去を実施するために、本発明のプロセスは制御された深さＳにホール４０から
フォトレジスト４４を均一に除去しなければならず、かつプロセスコストを上げ
ないように高エッチ速度を維持しなければならない。
【００５７】
フォトレジストの均一な除去を得ることは、エッチ速度の温度依存性のため更
に複雑である。フォトレジストおよび他のポリマーについてのエッチ速度は温度
と共に増加する。
に複雑である。フォトレジストおよび他のポリマーについてのエッチ速度は温度
と共に増加する。
【００５８】
ポリマーの完全な取り除きよりも、むしろポリマーの制御された深さへの除去
を実施するために、温度制御と除去の均一性が必要である。
を実施するために、温度制御と除去の均一性が必要である。
【００５９】
先に示した米国仮特許出願No.６０／１５８，８９２はウェファホルダーおよ
びウェファ運動構成を記述しているが、その構成においては、回転ウェファが処
置区域を通って移動され、それによってある一つの半径について、平均的ウェフ
ァホルダーの熱的変動依存性を一定とさせることができる。このことは、温度依
存性に対して軸対称性を与える。
びウェファ運動構成を記述しているが、その構成においては、回転ウェファが処
置区域を通って移動され、それによってある一つの半径について、平均的ウェフ
ァホルダーの熱的変動依存性を一定とさせることができる。このことは、温度依
存性に対して軸対称性を与える。
【００６０】
先に示したNo.１５８，８９２米国特許出願で述べたように、回転ウェファの
中心軸のプログラムされた運動がウェファの均一な処理を得るために使用される
。温度依存フォトレジスト除去の適用のために、ウェファのプログラムされた運
動が熱的エッチ速度効果を補償するために使用される。
中心軸のプログラムされた運動がウェファの均一な処理を得るために使用される
。温度依存フォトレジスト除去の適用のために、ウェファのプログラムされた運
動が熱的エッチ速度効果を補償するために使用される。
【００６１】
さらにNo.１５８，８９２米国出願は、処理の間ウェファホルダーを一定温度
に維持するために温度フィードバックを備える直接流体冷却ウェファホルダーの
使用について記述している。
に維持するために温度フィードバックを備える直接流体冷却ウェファホルダーの
使用について記述している。
【００６２】
以上、ポリマーを基板デバイスから除去するため、要求される高温ガス流を発
生するための、大気プラズマを使用する高温ガスプロセスおよび手段を説明した
ので本発明の色々な利点が理解できるだろう。説明したプロセスからの変化は、
当該技術に習熟した人々にとっては特許請求の範囲によって示される本発明の範
囲から逸脱することなしに為すことができる。
生するための、大気プラズマを使用する高温ガスプロセスおよび手段を説明した
ので本発明の色々な利点が理解できるだろう。説明したプロセスからの変化は、
当該技術に習熟した人々にとっては特許請求の範囲によって示される本発明の範
囲から逸脱することなしに為すことができる。
【図１】 半導体ウェファ基板表面における高アスペクト比のホールから本
発明によるポリマーの除去または制御されたポリマーの部分的除去のための高温
ガス流を使用することのコンセプトを示す装置の模式的側面図
発明によるポリマーの除去または制御されたポリマーの部分的除去のための高温
ガス流を使用することのコンセプトを示す装置の模式的側面図
【図２】 必要な高温ガス流を発生するために使用することができるプラズ
マ処理システムの模式的側面図
マ処理システムの模式的側面図
【図３】 製造中の、ポリマーによってカバーされた高アスペクト比を持つ
半導体ウェファ基板の拡大断面図
半導体ウェファ基板の拡大断面図
【図４】 我々の発明の技術を使用してポリマーが除去された、図２の半導
体ウェファ基板の拡大断面図
体ウェファ基板の拡大断面図
【図５】 図２の半導体ウェファ基板の拡大断面図であるが、我々の発明の
技術を使用してポリマーが部分的に除去されたもの
技術を使用してポリマーが部分的に除去されたもの
１０ 半導体ウェファ
１２ ウェファホルダー
１３ 密閉チャンバー、シールドチャンバー
１４ 高温ガス流
１６ 装置
１８、２０ 電極部分構体
２２ アーク放電
２６ ガス注入器
２８ ウェファ表面
４０ ホール
４２ 底部
４４ ポリマー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，
ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ
Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ
，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，
ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ
Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ
，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，
ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ
Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ
，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Ｆターム(参考） 4E001 AA02 BA04 CB05
5F004 BA20 BD01 CA05 DA23 DA26
DB26 EB05 EB08
Claims (12)
- 【請求項１】 １０：１よりも大きい深さ対幅アスペクト比を持つ高アスペ
クト比のホールを備える基板からのポリマー除去方法であって、 高温ガスの流れを発生するステップ、および、 そのポリマーをそのホールから希望する深さまで除去するため、その流れを或
る期間に亘りかつ十分な回数の通過を以ってその基板に向けるステップ、 を有する、 ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記発生するステップは、そのガス流を約４，０００℃と約
１２，０００℃との間の範囲の温度で発生させる、 ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記発生するステップはそのガス流を約７，０００℃と約１
０，０００℃との間の範囲の温度で発生させる、 ことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 陽極と陰極間に大気アーク状プラズマ流を発生すること、お
よび そのプラズマをその基板上のそのポリマーに向けること、 のステップを有する、 ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー除去方法。 - 【請求項５】 更にその基板から希望するポリマーの量を除去するために、
選択され速度と通過回数でそのプラズマ流を通り越してその基板を移動するステ
ップを有する、 ことを特徴とする請求項４に記載のポリマー除去方法。 - 【請求項６】 その基板は複数の高アスペクト比のホールを持ち、かつ 前記発生された高温ガス流がその高アスペクト比のホールから高エッチ速度でそ
のポリマーを除去するためにその基板に向けられる、 ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 そのポリマーをその高アスペクト比のホールから、制御され
かつ所望の深さまで部分的に除去するよう、前記発生された高温ガス流がその基
板に向けられ、かつその通過回数が選択される、 ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー除去方法。 - 【請求項８】 前記ポリマーはフォトレジストである、 ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 【請求項９】 前記大気高温ガスの流れは周囲の空気を含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 【請求項１０】 その高温ガス流が密閉されたチャンバーの内側で作られ、
かつ そのチャンバー内側の雰囲気はそのチャンバーに注入されるガスで形成される
、 ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記基板に向けられる前記高温ガス流中に或るガスを直接
注入する、 ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー除去方法。 - 【請求項１２】 前記高温ガスの流れがその基板の近傍にエッチング領域を
規定し、かつ 更にその基板をそのエッチングに関してプログラムされた運動に沿って移動し
て、その基板を横切ってそのポリマーの部分的な深さの除去の制御をするところ
の、 ステップを有する、 ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー除去方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15640799P | 1999-09-28 | 1999-09-28 | |
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| PCT/US2000/027113 WO2001023130A1 (en) | 1999-09-28 | 2000-09-28 | Atmospheric process and system for controlled and rapid removal of polymers from high depth to width aspect ratio holes |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007045525A Division JP2007235138A (ja) | 1999-09-28 | 2007-02-26 | 大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールからポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003510824A true JP2003510824A (ja) | 2003-03-18 |
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|---|---|---|---|
| JP2001526324A Pending JP2003510824A (ja) | 1999-09-28 | 2000-09-28 | 大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールから、ポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステム |
| JP2007045525A Pending JP2007235138A (ja) | 1999-09-28 | 2007-02-26 | 大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールからポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステム |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (2) | JP2003510824A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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