JP2004535672A - プラズマ処理におけるマイクロジェットによる低エネルギーイオン発生および輸送のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス種からプラズマを発生させてプラズマ排出流を生成し、処理室16に導入する。プラズマ排出流中のイオン含量は、補助イオン源74を作動させることによって増大され、それによってプラズマ排出流中に一次プラズマ放電が形成される。次いで、一次プラズマ放電はバッフル板アセンブリー54に送出され、プラズマがバッフル板アセンブリー54から流出する時に二次プラズマ放電が形成される。一次プラズマ放電により発生しかつ二次プラズマ放電中に含まれるイオンに作用する電界の強度は低減され、それによってイオンは、ウエハ18上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハ18に衝突する。
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は、一般的には、半導体ウエハのプラズマ処理に関し、より詳細には、プラズマアッシングシステムで使用するための低エネルギーイオンの発生および輸送機構に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路の製造において、基板上に集積回路のパターンを形成するためにフォトリソグラフィー技術が使用される。典型的には、半導体基板上にフォトレジスト材料を塗布し、その一部をマスクを介して紫外線(UV)露光して、フォトレジスト上に所望の回路パターンの像を形成する。UV露光されなかった部分は処理溶液によって除去し、露光された部分のみを基板上に残存させる。一例では、残存する露光部分は、フォトレジストがその後の処理に耐え得るように、光安定化処理の間にUV光を使用してベークされる。
【0003】
集積回路の構成要素を形成する処理の後、通常は、残存するフォトレジストをウエハから除去する必要がある。加えて、エッチング等の処理によって基板表面上に持ち込まれる場合がある残留物を除去しなければならない。通常、フォトレジストは、原子状酸素および他のガスの存在下で、Aアッシング(灰化)@あるいはA燃焼(burning)@され、アッシングまたは燃焼されたフォトレジストは、残留物と共に、基板の表面からA剥離@あるいはAクリーニング@される。
【0004】
フォトレジストおよび残留物を除去する1つの方法は、高周波(radio frequency:RF)励起プラズマまたはマイクロ波励起プラズマを基板表面に送出することである。マイクロ波励起プラズマの場合、プラズマは、マイクロ波空洞共振器内を通るプラズマ管を通じて輸送される混合ガスにより形成されるものであり、空洞内のマイクロ波エネルギーがプラズマ管に導入され、その中の混合ガスが励起されてプラズマが形成される。活性種を含む励起プラズマは、プラズマ管から処理室に導入され、処理室には、アッシングするフォトレジストが塗布された半導体基板が配置されている。この種のアッシング装置は、Aダウンストリーム型アッシング装置@として知られ、レジストが塗布された基板は、Aアップストリーム@プラズマ源として知られるプラズマ発生装置から、物理的に分離されている。
【0005】
半導体への応用において、レジストが塗布されたウエハに対して比較的高線量(たとえば、∃1×1015cm-2)のイオン注入が実施される場合、フォトレジストの最上層は、高度に炭化されたクラスト(crust)に変成し、閉じ込められた溶剤が下層の残存レジストから拡散することに対して不浸透性になる。したがって、溶剤がクラストを破裂させて噴出することを防止するため、このクラストを慎重に(通常は、低ウエハ温度で)除去しなければならない。そうでない場合、このような条件によってフォトレジスト上にAポッパー(popper)@が形成される。ポッパーによってウエハ表面にしばしば残される残留物は、除去が困難であり、ウエハまたは装置の処理室内に対する汚染粒子源になるおそれがある。しかし、化学的にクラストを除去する原子種のみに依存した低温度処理は、その性質上非効率であり、アッシング装置=のスループット(単位時間当たりに処理されるウエハ数で測定)を低減するものである。
【0006】
低温度での炭化クラストのアッシング速度を向上させるための周知の方法は、イオン衝突を使用することである。アッシング装置における従来のイオン源では、通常、RF電源によって高周波バイアスがかけられたプラテン(あるいは、静電チャック)が使用される。作動状態において、RF電源は、ウエハの上方に容量性放電を生成する。この二次放電によって、ウエハのすぐ上方でイオン−電子ペアが形成され、そこから、ウエハの上方に形成された容量性シースによってイオンが加速される。容量性シースのポテンシャルエネルギーは、40〜50eVあるいはそれよりも高く、イオンは、このような高エネルギーでウエハに衝突する。
【特許文献1】
米国特許第6,082,374号明細書
【特許文献2】
米国特許第5,961,851号明細書
【特許文献3】
米国特許第6,057,645号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、このような高エネルギーイオン衝突は、ウエハ上に形成されたデバイスに広範な損傷を与える可能性がある。また、高エネルギーイオン衝突によるウエハの広範な加熱により、作業中のウエハ毎に温度のばらつきが生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した先行技術の弱点または欠点は、半導体ウエハのプラズマ処理で使用する低エネルギーイオンの発生および輸送方法によって克服または軽減される。本発明の例示的な実施形態において、この方法は、ガス種からプラズマを発生させてプラズマ排出流(plasma exhaust)を生成する工程を含む。次いで、プラズマ排出流は、ウエハを収容する処理室に導入される。プラズマ排出流中のイオン含量は、プラズマが処理室に導入される時に補助イオン源を作動させることによって増大され、それによってプラズマ排出流中に一次プラズマ放電が形成される。次いで、一次プラズマ放電はバッフル板アセンブリーに送出され、プラズマがバッフル板アセンブリーから流出する時に二次プラズマ放電が形成される。一次プラズマ放電により発生しかつ二次プラズマ放電中に含まれるイオンに作用するシース電位による電界の強度は、低減される。この強度が低減された電界は、低電位でイオンを加速し、それによってイオンは、ウエハ上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突する。
【0009】
好適な実施形態では、二次プラズマ放電中のシース電位を通じたイオン加速の低減は、バッフル板アセンブリーが一次プラズマ放電とウエハとの間に配置されるように、補助イオン源を配置することによって達成される。加えて、バッフル板アセンブリーは、二次プラズマ放電がほぼマイクロジェット状に形成されるように構成される。バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板および下側バッフル板を含み、さらに、下側バッフル板は、この下側バッフル板を貫通する複数の面取りされた開口部を有して、ウエハの表面にイオンを均一に衝突させ、それによってウエハを損傷する荷電作用を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下の説明において、同等の構成要素には、複数の図に渡って同じ参照符号を付すものとする。本明細書には、新規の低エネルギーイオン発生および輸送機構が開示されている。この機構は、ウエハを高シース電圧による有害な高エネルギーイオン衝突に曝すことなく、イオン注入されたフォトレジストの炭化最上層の均一な化学分解および引き続く揮発を促進するものである。このようなAソフト@イオンアシスト法は、アッシング装置中の補助イオン源により発生されるイオンと、予め存在している化学反応物との間に相乗作用が生じるという利点を有し、この相乗作用によって、それらの成分のいずれか1つまたはそれらの成分の単純な和によって達成できる反応速度よりも高速な反応速度が達成される。
【0011】
イオンは、A物理的@運動エネルギーと共に、反応において解放されるA化学的@内部エネルギーに寄与し、それによって、表面反応の活性化エネルギーを低下させる効果を奏するものと考えられる。従来の容量性放電の高シース電位特性からウエハをシールドすることによって、ウエハ付近に形成されたシース電位を通過する時にイオンに作用する電界が、大幅に低減される。これによって、イオンは、ウエハ上のデバイスに重大な損傷を与えない程度に十分な低エネルギーであって、かつ、イオン注入されたフォトレジスト上に形成された炭化クラストを除去するイオンアシスト化学処理が可能であるようなエネルギーでもって、ウエハに衝突する。この機構はまた、動作のためにウエハ用のチャックを必要としないシステムに対して特に好適である。
【0012】
本明細書には、ソフトイオン衝突の応用例としてイオン注入されたレジストが記載されているが、このようなイオン衝突に対する他の多くの応用例を予想することができる。それらの例には、エッチング後残留物の除去、異方性レジスト除去、低誘電率(low-k)材料が存在する場合のフォトレジストの選択的除去、および異方性エッチング等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【0013】
図1には、本発明の一実施形態におけるフォトレジストアッシング装置10の概要が示されている。アッシング装置10は、ガスボックス12、マイクロ波電源アセンブリー14、ウエハ18等の半導体基板あるいは加工物が加熱される処理室16、処理室16の底部に配置されてウエハ18を加熱する放射加熱器アセンブリー20を含んでいる。熱電対等の温度プローブ24は、ウエハ18の温度を監視するために使用される。真空ポンプ26は、真空条件を要する処理に対して処理室16を排気するために使用される。モノクロメータ28は、処理室内のガスの発光特性を監視して処理の終点を判別するために使用される。
【0014】
作動状態において、所望の混合ガスは、ガスボックス12から入口導管34を通じてプラズマ管32に導入される。プラズマ管32は、石英またはサファイア等の材料により形成されている。所望の混合ガスを形成するそれぞれのガスは、別々の供給源(図示せず)に貯蔵され、弁36および配管38によってガスボックス12内で混合される。所望の混合ガスの一例は、窒素ベースのフォーミングガス(主に窒素からなり、少量の割合で水素を含む)であり、酸素を含む場合と含まない場合がある。特定の処理においてアッシング速度を向上させるため、この混合ガスに、四フッ化炭素のようなフッ素含有ガスを追加してもよい。その場合には、プラズマ管32の材料としてサファイアが好ましい。サファイアは、プラズマ中に存在する反応性のフッ素原子およびイオンによって生じるプラズマ管32内面のエッチングに対する耐性を有している。フッ素を使用した剥離処理の詳細については、ハフマン(Huffman)等による特許文献1に開示され、その開示内容は参考として本説明に含まれる。
【0015】
所望の混合ガスは、マイクロ波電源アセンブリー14により励起されて反応性のプラズマを形成し、処理室16中のウエハ18上のフォトレジストは、放射加熱器アセンブリー20による加熱時に、このプラズマによってアッシングされる。マイクロ波エネルギー(約2.45GHz)は、マグネトロン40により発生され、導波管42に結合される。次いで、このマイクロ波エネルギーは、導波管から開口部(図示せず)を通じてプラズマ管32を取り囲むマイクロ波エンクロージャ44に供給される。マイクロ波エネルギーとは別の方法として、周知のように、マグネトロン40の代りに高周波(radio frequency:RF)電源(図示せず)を使用して所望の混合ガスを励起してもよい。
【0016】
図1に示す実施形態では、プラズマ管32は、フッ素プラズマの化学作用に適応させるため、アルミナ(Al2O3)または単結晶サファイアにより形成される。外側の石英製冷却管46は、サファイア製プラズマ管32を僅かな間隙を介して取り囲んでいる。これらの管32、46同士の間隙には加圧空気が供給され、作動中のプラズマ管32を効率的に冷却するものである。マイクロ波エンクロージャ44は、破線45で示される複数のセグメントに区分化される。エンクロージャ44を区分化することによって、マイクロ波電力を管32の全長に渡って一様に分布させることが可能となり、適切な入力電力が供給されたときに軸方向に沿って許容限界を超える熱勾配が生じることを防止し、プラズマ管32を保護するものである。石英とは異なり、サファイアには、非均一な加熱によってクラックが生じる傾向がある。したがって、エンクロージャ44の各セグメントには、石英管46およびこの管内を通るサファイア製プラズマ管32を通過するマイクロ波エネルギーが、個別に供給される。このエンクロージャに関する詳細は、カマレイ(Kamarehi)等による特許文献2に開示さており、その開示内容は、参考として本説明に含まれる。あるいは、特にTM012モードに共振するように設計された単一の空洞共振器を備えたマイクロ波アプリケータを使用してもよい。そのようなアプリケータの詳細は、スリヴァスタヴァ(Srivastava)等による特許文献3に開示され、その開示内容は参考として本明細書に含まれる。
【0017】
プラズマ管32に使用される材料(石英またはサファイア)、またはマイクロ波アプリケータの種類に関わらず、プラズマ管32内の混合ガスは励起されてプラズマを形成する。マイクロ波エンクロージャ44の両端部には、マイクロ波トラップ48、50が設けられ、マイクロ波の漏れを防止するものである。
【0018】
前述したように、従来のダウンストリーム型アッシング装置では、意図的に基板の上流でプラズマを発生させており、基板に衝突するAアフターグロー@プラズマの反応性原子種は豊富であるが、イオン濃度は低くなる。したがって、補助イオン源74は、ウエハの表面に衝突する十分なイオン含量を有する別のプラズマを、より基板に近い位置で発生させるものである。補助イオン源74は、マイクロ波電源アセンブリー14によって発生されるプラズマとは独立に操作可能なものであり、それによって、一つの処理における別々の工程内での異なるプラズマ特性要件(たとえば、低イオン含量または高イオン含量)に適合させるものである。補助イオン源74は、アップストリームプラズマ源を使用する任意の種類のアッシング装置に組込むことができることを理解されたい。
【0019】
図1に示す実施形態では、補助イオン源74は、誘電体ウィンドウ52とプラズマ管32との間に、コイルアンテナアセンブリー76の形態で設けられている。コイルアンテナの代りに、平板アンテナを使用することもできる。アッシング装置10の誘電体ウィンドウ52は、コイルアンテナ76から放射された信号が処理室16内に通過できるように、石英または同様の誘電性材料(たとえば、アルミナ(Al2O3)セラミック)により形成される。図2に示すように、コイルアンテナアセンブリー76は、ベース80に埋め込まれた金属(たとえば、銅)製のコイルアンテナ78を有している。ベース80は、好ましくは、通常テフロン(R)(Teflon(R))と称するポリテトラフルオロエチレン(PFTE)等のフッ素ポリマー樹脂により形成される。Teflon(R)は、E.I.デュポン・ドゥ・ヌムール&カンパニー社(E. I. duPont de Nemours and Company)の登録商標である。
【0020】
コイルアンテナ78は、励起プラズマとは接触せず、微粒子またはスパッタリングされた金属による汚染の問題が生じないように、好ましくは処理室16の外側に配置される。コイルアンテナ78は、ほぼ平面状をなし、ウエハ18の全面(または、実質的な全面)を覆うために十分な大きさを有する。
【0021】
アンテナ78は、RF信号発生器82からのRF信号出力により励起される。好適な実施形態では、RF信号の動作周波数は13.56MHzである。しかし、この動作周波数は、ISM周波数帯で使用可能な任意のRF信号とすることができる。RF信号発生器87とアンテナ78との間には、アンテナ78からRF信号発生器82に反射されるエネルギーを最小化するための整合ネットワーク84が配置されている。RF信号発生器82と整合ネットワーク84との間、および整合ネットワーク84とアンテナ78との間は、同軸ケーブルまたは導波管によって接続してもよい。あるいは、自己完結型の周波数同調RF信号発生器および増幅器等の他の機構を使用してコイルを励起してもよい。
【0022】
図3は、平板アンテナアセンブリー90の形態で設けられた、補助イオン源74の別の実施形態を示すものである。平板アンテナアセンブリー90は、金属(たとえば、銅またはアルミニウム)製の平板アンテナ92を有し、この平板アンテナは、ほぼ円形に形成され、プラズマ管32を配置するための中央開口部93が設けられている。平板アンテナ92も、ほぼ平面をなし、ウエハ18の全面(または、実質的な全面)を覆うために十分な大きさを有するものである。アンテナアセンブリー90によって追加されるプラズマ放電は、主に容量性のものであり、一方アンテナアセンブリー76によって追加されるプラズマ放電は、部分的に誘導性のものである。
【0023】
図1には、補助励起装置としてRF電源を使用する場合が示されているが、補助イオン励起装置74として他の励起電源(たとえば、マイクロ波)を使用することも考えられることを理解されたい。
【0024】
再び図1を参照すると、補助イオン源74を通過した後、励起プラズマは、誘電体ウィンドウ52の開口部51を通じて処理室16内に入る。開口部を有する2層のバッフル板アセンブリー54は、上側バッフル板54aと下側バッフル板54bからなり、反応性プラズマを、処理されるウエハ18の表面に均一に分散させるものである。放射加熱器アセンブリー20は、複数のタングステンハロゲンランプ58からなり、反射板64内に配置されている。反射板は、ランプにより発生された熱を反射して、処理室16内の石英ピン68上に配置されたウエハ18の裏側に向けるものである。熱電対24は、ウエハ18に密接させて配置され、ランプ58へのフィードバックループを形成してウエハ18温度の能動制御を維持するものである。誘電体ウィンドウ52の外部には、処理室温度を示す熱電対等の1つまたは複数の温度センサ72が取り付けられている。
【0025】
図4に示すように、典型的なプラズマアッシング装置101における従来の補助励起装置では、半導体ウエハ102は、通常、チャック104上に固定されている。イオン衝突が必要な場合、チャック104は、通常、(追加のイオンを発生させるために)特定のRF電位にバイアスされて、容量性プラズマがウエハ102のすぐ上に形成される。ウエハ102およびチャック104は、次いで、励起された容量性シース106に包まれる。この励起された容量性シース106は、ウエハに対するプラズマの電位を正に上昇させ、これによって、イオン(大部分は、1つまたは複数の電子を失って正に帯電している)がウエハ102の表面に引き付けられる。シース106の電位は、イオンを高エネルギーで加速してウエハ102に衝突させる機構として作用する。
【0026】
対照的に、本発明の実施形態では、高エネルギーシースの形成からウエハを保護することができ、加えて、基板の近くで高密度のプラズマが形成される。図5は、処理室16の概要を示す断面図であり、プラズマ処理の間に形成される容量性シースが示されている。石英ピン68(および熱電対24)上に取り付けられたウエハ18には、RF電位のバイアスはかけられていない。マイクロ波励起プラズマ(または、マイクロ波プラズマが作動していない場合には入力ガス)が開口部51を通じて処理室16内に入ると、RFアンテナ74によって、関連する励起シース106を伴う容量性放電(または、誘導性放電と容量性放電の組合せ)の励起が開始される。しかし、従来の処理室とは異なり、(一次RF放電によって形成された)シース106は、バッフル板アセンブリー54を挟んでウエハ18の反対側に位置している。したがって、ウエハ18は、励起シース106により加速された高エネルギーイオンには曝されない。代りに、イオンは、ウエハ18を取り囲む「不動電位」シース108に関連する最大エネルギーで、ウエハ18に拡散し、衝突する。図5には、バッフル板アセンブリー54(およびその開口部)中のバッフル板間に形成されるシースおよびプラズマのいずれも示されていないことに注意されたい。
【0027】
図6〜図10には、本発明の別の実施形態におけるバッフル板アセンブリー54の詳細が示されている。本実施形態でも、バッフル板アセンブリー54は、上側バッフル板54aと下側バッフル板54bを含み、石英またはセラミック等の誘電性材料から形成されている。上側バッフル板54aは、フッ素に関連するエッチングに対して耐性を有するように、サファイアでコーティングされていてもよい。図6の上面図に示すように、上側バッフル板54aは、その中央に配置された衝突ディスク110を有している。衝突ディスク110は、図7に示すように、一次プラズマ放電をその上に衝突させて、上側バッフル板54a中の開口部112を通じて内部の前室113に均一に流入させるものである。さらに、バッフル板アセンブリー54は、好ましくは陽極酸化処理アルミニウム等の材料により形成された下側バッフル板54bを含み、この下側バッフル板は、アンテナ78または92に対して反対側の容量性電極として作用するように、接地されている。下側バッフル板54bも、複数の開口部114を有し、その開口部を通じて二次プラズマ放電が流出する。下側バッフル板54bの開口部114の数は、好ましくは上側バッフル板112の開口部112の数と同数であり、互いに揃えられて配置されている。
【0028】
図8にさらに詳細に示すように、開口部114の間には、下側バッフル板54bを通じてほぼV字形に走る一連の流路または溝116が設けられている。流路116は、この流路を通じた水または他の冷媒材料の循環により、バッフル板アセンブリー54のための冷却機構を形成する。流路116と開口部114は、流路116が穿孔されて漏れが生じることを防止するように配置されていることに注意されたい。
【0029】
図9には、下側バッフル板の開口部114の詳細な断面図が示されている。各開口部114は、下側バッフル板54bの内面118(すなわち、前室側の面)上では第1の直径d1を有し、下側バッフル板54bの外面120(すなわち、ウエハ側の面)上では第2の直径d2を有し、第1の直径d1は、第2の直径d2よりも大きいものである。図示されているように、開口部114の前室側は、ほぼ円錐台状の形状を有し、その内径がd2に等しくなるまで、90°の面取りによる内側方向へのテーパを有している。内径がd2に等しくなるのは、下側バッフル板54bの厚みの途中であり、したがって、開口部114は、円錐台状部分117と円筒状部分119の両方を有することを特徴とする。図9において、開口部114の円筒状部分119の高さは、d3で示されている。
【0030】
最後に、図10には、下側バッフル板54bの面取りされた開口部114を通じた、マイクロジェット状の低エネルギーイオン発生領域が示されている。バッフル上の前室内での一次プラズマ放電の結果として、開口部114内に局所的なシース122が形成され、それによって電界が生じる。一次放電からの電子およびイオンが開口部114に入り、各開口部を通じて下側バッフル板54bの外面120に至る電流路(破線矢印123で示されている)が形成される。電流路(破線矢印123)は開口部114に近付くにしたがって集束するため、電流密度の増大により開口部内に高密度プラズマが形成されて、狭いプラズマシースを有するプラズマジェットが形成される。マイクロジェットのプラズマ密度の増大により中性粒子温度も増大し、これによって開口部内の中性粒子密度が低減する。このような効果の併合によって、電子温度が増大し、マイクロジェット中のプラズマ放電の化学作用が変化する。加えて、イオンもまたシースにより加速されて開口部114の内面124に衝突し、それによって二次電子が放出される。高密度プラズマに伴うシースが狭いことによって、電子をシース122に渡ってほとんど衝突なしに加速することが可能となり、その結果、マイクロジェット中に非常に高エネルギーの電子が形成される。この二次電子は、中性のガス分子に衝突してそれらを電離するために十分なエネルギーを有し、それによって、開口部を通じたマイクロジェット状のプラズマ放電126が形成される。
【0031】
接地されたバッフル板54b中でのマイクロジェットの形成は、比較的大きな面積を有する電極の近くでプラズマ密度が増大するという独自の特徴を有している。従来の容量結合型プラズマ放電では、比較的小さな電極において電界が強くかつRF電流密度も大きいため、そのプラズマ密度は、ウエハが存在する場所である比較的小さな電極において最大になる。穿孔された下側バッフル板54bを、マイクロジェット形成を促進する開口部を有する電極として使用することによって、比較的大きな面積を有する電極におけるプラズマ密度および電力損が増大する。プラズマ密度の増大によってシースの厚さが減少し、それによってシースのキャパシタンスが増大して、下側バッフル板54bとアンテナ78または92との間の有効面積比が増大する。面積比の増大によってバッフル板のイオン衝突エネルギーが減少し、それによって、バッフル板のスパッタリングと、対応するスパッタリング生成物によるウエハの汚染が最小化される。同時に、ウエハ側の下側バッフル板54bの領域中でのプラズマ密度および電子温度の増大によって、ウエハに対する衝突イオン流束(ion bombardment flux)が増大し、プラズマの独自の化学作用が生じる。それによって、ウエハ上において、マイクロジェットを使用しない場合には生じないような表面反応が可能になる。このイオン衝突は均一に発生し、ウエハの荷電作用が緩和される。
【0032】
マイクロジェット放電126は、最終的にウエハに衝突するイオンの主要なイオン源である。ウエハは、(従来のアッシング装置のような二次放電のRF容量性電極シース電位ではなく)、浮動電位にバイアスされているため、イオンは、ウエハに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突する。さらに、開口部114の縦横比(高さd3によって除算された直径d2)を低くすることによって、マイクロジェット放電が促進されることが経験的に知られている。しかし、開口部114の高さ(すなわち、下側バッフル板54bの厚さ)を小さくし過ぎると、下側バッフル板の水冷能力が失われる。一方、縦横比を下げるために開口部の直径を大きくし過ぎると、プラズマ放電を均一に分散させるバッフル板の効果が失われる。したがって、本実施形態における開口部114は、イオンを豊富に含むプラズマを、この開口部を通じてウエハに対して発生させかつ輸送するために効果的な低い縦横比を有しながら、効果的なバッフル板の冷却が可能になるように構成されている。
【0033】
マイクロジェットを確実に発生させるために必要な開口部114のサイズおよび縦横比は、プラズマ電力、圧力、ガス組成等のパラメータを含む処理条件の関数である。この処理において、処理の均一性を達成するためには、開口部114内でマイクロジェットをA点火(lighting)@する必要がある。上述した処理では、マイクロジェットの均一かつ確実な点火が達成され、このような均一な処理が実施される。この点で、本発明は、エッチングトンネル等の他の例とは異なるものである。エッチングトンネルは、比較的小さな開口部が穿孔されたプレートを使用してトンネル内にA無電界領域@を形成し、それによってイオン衝突を最小化してウエハを処理するものであるが、その開口部は、マイクロジェットを確実に形成するものではない。同様に、本発明は、比較的大きな開口部が穿孔されたプレートを使用して単純な容量性電極を形成し、プラズマがマイクロジェットを形成することなくそのプレートの開口部を通過するような他の先行技術とは異なるものである。
【0034】
以上、本発明を、好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対する種々の変更や本発明の構成要素のその均等物との置換が可能であることを理解するであろう。加えて、本発明の教示に従って、本発明の基本的範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料に適合させるための多くの修正が可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するための考えられる最適な態様として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】図1は、フォトレジストアッシング装置の処理室と共に使用可能なプラズマ源および補助イオン励起装置を概略的に示す断面図である。
【図2】図2は、図1に示す補助イオン励起装置の2−2線断面図である。
【図3】図3は、図2に示す補助イオン励起装置の別の実施形態を示す断面図である。
【図4】図4は、補助イオン源を有し、RFバイアスがかけられた静電チャックの作動によるイオン発生時に半導体ウエハのすぐ上方に高エネルギー容量性シースが形成される従来のプラズマアッシングシステムを示す図である。
【図5】図5は、本発明の実施形態に従って、高エネルギー容量性イオンシースの半導体ウエハからの分離が示された図1の処理室を概略的に示す断面図である。
【図6】図6は、本発明の実施形態に従ったバッフル板アセンブリーの上面図である。
【図7】図7は、図6に示すバッフル板アセンブリーの7−7線側断面図である。
【図8】図8は、バッフル板アセンブリーの下側バッフル板の8−8線上断面図である。
【図9】図9は、下側バッフル板の面取りされた開口部の詳細を示す断面図である。
【図10】図10は、下側バッフル板の面取りされた開口部を通じて形成されるマイクロジェット状の低エネルギーイオン発生領域を概略的に示す図である。
Claims (32)
- 加工物をプラズマ処理するためのシステムであって、
ガスを励起してプラズマにするための電源アセンブリーと、
加工物を配置して処理するための処理室と、
プラズマ管から前記処理室へプラズマ排出流を送出するための前記プラズマ管と、
前記処理室の近くに配置され、その作動によって前記プラズマ排出流のイオン含量を増大させる補助イオン源と、
前記処理室内の前記プラズマ管と前記加工物との間に配置されたバッフル板アセンブリーと、
前記補助イオン源の作動によって形成されるシース中の電界から加工物をシールドするための分離手段と、
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記分離手段は、前記補助イオン源の作動によって生じる一次プラズマ放電と前記加工物との間に挟まれた前記バッフル板アセンブリーをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記加工物は、前記処理室内に配置されたピン上に取付けられていることを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 前記バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板を貫通する複数の第1の開口部を有する前記上側バッフル板と、下側バッフル板を貫通する複数の第2の開口部を有し、前記上側バッフル板から内部前室によって分離されている前記下側バッフル板とをさらに含み、
前記複数の第2の開口部のそれぞれは、その一端部に第1の直径とその他端部に第2の直径とを有し、前記第1の直径は、前記第2の直径よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のシステム。 - 前記複数の第2の開口部は、前記下側バッフル板内に、前記第1の直径から始まって前記第2の直径に向けて内側方向に先細りになるテーパが付いた内面を形成することを特徴とする請求項4記載のシステム。
- 前記複数の第2の開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項5記載のシステム。
- 前記下側バッフル板を通じて走る複数の流路をさらに含み、
前記複数の流路は、該複数の流路を通じて循環する液体冷媒を収容可能であることを特徴とする請求項4記載のシステム。 - 前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの1つからなることを特徴とする請求項4記載のシステム。
- 前記下側バッフル板は、陽極酸化処理アルミニウムからなることを特徴とする請求項4記載のシステム。
- 前記上側バッフル板の最上部に配置された衝突ディスクをさらに含み、
前記衝突ディスクは、プラズマ放電を、前記衝突ディスク上に衝突させて前記複数の第1の開口部を通るように方向付けることを特徴とする請求項4記載のシステム。 - プラズマ処理システムのためのバッフル板アセンブリーであって、
上側バッフル板を貫通する複数の第1の開口部を有する前記上側バッフル板と、
下側バッフル板を貫通する複数の第2の開口部を有し、前記上側バッフル板から内部前室によって分離されている前記下側バッフル板とを含み、
前記複数の第2の開口部のそれぞれは、その一端部に第1の直径とその他端部に第2の直径とを有し、前記第1の直径は、前記第2の直径よりも大きいことを特徴とするバッフル板アセンブリー。 - 前記複数の第2の開口部は、前記下側バッフル板内に、前記第1の直径から始まって前記第2の直径に向けて内側方向に先細りになるテーパが付いた内面を形成することを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記複数の第2の開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項12記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記下側バッフル板を通じて走る複数の流路をさらに含み、
前記複数の流路は、該複数の流路を通じて循環する液体冷媒を収容可能であることを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。 - 前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの1つからなることを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記下側バッフル板は、導電性材料からなることを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記導電性材料は陽極酸化処理アルミニウムであり、前記下側バッフル板は接地されていることを特徴とする請求項16記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記複数の第1の開口部と前記複数の第2の開口部とは、お互いに揃えられて配置されていることを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。
- 前記上側バッフル板の最上部に配置された衝突ディスクをさらに含み、
前記衝突ディスクは、プラズマ放電を、前記衝突ディスク上に衝突させて前記複数の第1の開口部を通るように方向付けることを特徴とする請求項11記載のバッフル板アセンブリー。 - 前記複数の流路は、前記下側バッフル板を通じてほぼV字形に走ることを特徴とする請求項14記載のバッフル板アセンブリー。
- 半導体ウエハのプラズマ処理で使用する低エネルギーイオンを発生および輸送する方法であって、
ガス種からプラズマを発生させ、ウエハを収容する処理室に導入するプラズマ排出流を生成する工程と、
前記プラズマ排出流が前記処理室内に導入される時に補助イオン源を作動させることによって前記プラズマ排出流のイオン含量を増大させ、それによって前記プラズマ排出流中に一次プラズマ放電を形成する工程と、
前記一次プラズマ放電をバッフル板アセンブリーに送出し、それによって前記バッフル板アセンブリーから流出する二次プラズマ放電を形成する工程と、
前記補助イオン源の作動により発生しかつ前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程と、を含み、
前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程によって、前記イオンは、前記ウエハ上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突することを特徴とする方法。 - 前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程は、前記バッフル板アセンブリーが前記一次プラズマ放電と前記ウエハとの間に配置されるように、前記補助イオン源を配置することを含んでいる請求項21記載の方法。
- 前記半導体ウエハを、前記処理室内に配置されたピン上に取付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項22記載の方法。
- 前記二次プラズマ放電がほぼマイクロジェット状に形成されるように、前記バッフル板アセンブリーを構成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項21記載の方法。
- 前記バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板および下側バッフル板を含み、
前記下側バッフル板は、さらに、該下側バッフル板を貫通する複数の面取りされた開口部を有することを特徴とする請求項24記載の方法。 - 前記下側バッフル板の前記面取りされた開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項25記載の方法。
- 前記上側バッフル板および前記下側バッフル板は、前記一次プラズマ放電によって形成される高エネルギー容量性シースから、前記ウエハを分離することを特徴とする請求項25記載の方法。
- 前記複数の面取りされた開口部は、前記上側バッフル板の複数の開口部と揃えられて配置されていることを特徴とする請求項25記載の方法。
- 低エネルギーイオンが前記半導体ウエハに均一に輸送されるように、前記補助イオン源から前記下側バッフル板の前記面取りされた開口部を通じてマイクロジェットを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項25記載の方法。
- 前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの1つからなることを特徴とする請求項25記載の方法。
- 前記下側バッフル板は、導電性材料からなることを特徴とする請求項25記載の方法。
- 前記導電性材料は陽極酸化処理アルミニウムであり、前記下側バッフル板は接地されていることを特徴とする請求項31記載の方法。
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