JP2005235868A - Ｃ２ｆ４ガスの生成方法及び生成装置 - Google Patents

Ｃ２ｆ４ガスの生成方法及び生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】固体源（粉体を含む）からＣ2Ｆ4ガスを発生させ、ガスボンを使用することなＣ2Ｆ4ガスを利用できるようにする。
【解決手段】発生したＣ2Ｆ4ガスを導出する導出口３４とレーザを透過させる窓１６とが形成された密閉容器１０と、密閉容器１０の導出口３４に接続され、発生したＣ2Ｆ4ガスをそのガスにより処理される試料が設置された加工チャンバー５０に導く導出管３５と、密閉容器１０内にフッ素樹脂２０を保持する保持装置２１と、密閉容器１０の外に設けられ、密閉容器１０の窓１６を透過して保持装置２１により保持されたフッ素樹脂２０にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生するレーザ発振装置６０とから成るＣ2Ｆ4ガス生成装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体プロセスに用いられるＣ2Ｆ4ガスの生成方法及び生成装置に関する。特に、半導体のエッチングや、炭素系膜やフッ素樹脂膜の成膜工程において有効なＣ2Ｆ4ガスの生成方法及びその生成装置に関する。
近年、半導体プロセスのエッチグ工程や成膜工程において、フルオロカーボンガスのプラズが用いられている。例えば、半導体集積回路の集積度を向上させるためには、超微細加工技術やエピタキシャル成長技術の向上が必要であるが、なかでも、超微細加工技術の向上は必須である。この超微細加工技術には高アスペクト比やエッチング幅０．１μｍ以下の最小線幅の狭小化などの加工精度の向上が強く求められている。そして、大面積を対象とした高効率な超微細加工技術として、プラズマエッチングが注目されている。このプラズマエッチングは、プラズマ雰囲気中のラジカル、イオンなどを用いてエッチングを行うものである。特に、絶縁膜であるＳｉＯ2 膜の超微細エッチングを下層のＳｉ層で停止する超微細選択エッチングには、Ａｒガスと、ＣＦ4 、Ｃ4Ｆ8ガスを用いて分解されたＣＦ、ＣＦ2 ラジカルが用いられている。
特開平１１−１００６８０号公報
しかしながら、これらのプラズマエッチングや成膜技術に使用されるＣＦ4 、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2Ｆ6などのフルオロカーボンガスは、炭酸ガスに比べて極めて寿命が長く地球温暖化係数は極めて高いものであった。このため、これらのフルオロカーボンガスの使用は地球の環境破壊に繋がり、使用自体、禁止される可能性がある。一方、Ｃ2Ｆ4ガスは、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が非常に小さく、優れた超微細選択エッチング特性を示す。しかしながら、Ｃ2Ｆ4ガスは、安全性の観点からボンベに詰めて運搬することが禁止されており、事実上、半導体工場において使用することはできなかった。上記特許文献１の特開平１１−１００６８０号公報には、フッ素樹脂から直接、ラジカルを生成してプラズマとしてエッチング処理を行うものであり、直接、Ｃ2Ｆ4ガスを発生させるものではなかった。
本発明の目的は、固体源（粉体を含む）からＣ2Ｆ4ガスを発生させる方法に関するもので、ボンベによる移動を排除することである。
また、本発明の他の目的は、エッチング工程や成膜工程の加工チャンバーに供給可能なように、加工チャンバーの外部の独立したチャンバーでＣ2Ｆ4ガスを固体源から発生して供給することを可能とすることである。
これらの目的は、発明のそれぞれが達成されるものと認識されるべきであって、それぞれの発明が全ての目的を達成すべきものと認識されるべきではない。
上記の課題を解決するための請求項１に記載の発明は、フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させることを特徴とするＣ2Ｆ4ガスの生成方法である。
このガス発生方式は、固形のフッ素樹脂を、そのポリマーの有する特定の波長のレーザの吸収特性を用いて、モノマーに分解する方法である。本発明は、安定して単一種類のモノマーＣ2Ｆ4ガスにレーザを用いて分解することを特徴とするものである。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオルエチレン、ポリクロルトリフルオルエチレンなどを用いることができる。また、フッ素樹脂には不純物がドープされていても良い。塩素を含むフッ素樹脂でも良い。Ｃ2Ｆ4ガスの発生環境は減圧下でも良いが、たとえば、Ａｒなどの不活性ガスや窒素、水素、酸素又はこれらの混合ガスなどのキャリアガスを導入した状態又は加圧状態で、あるいは大気圧や大気圧以上の加圧状態でフッ素樹脂にレーザを照射すると、ラジカルの生成が抑制されたり、ラジカルが消滅し分子となり易いので望ましい。
請求項２に記載の発明は、プラズマによるエッチング又は成膜をするための加工チャンバーとは別の独立したチャンバーにおいて、フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させ、その発生されたＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーに導入することを特徴とするＣ2Ｆ4ガスの生成方法である。
本発明は、加工チャンバーでＣ2Ｆ4ガスを発生するものではなく、加工チャンバーとは別の独立したチャンバーにおいて、フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させた後に、その発生したＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーに導入するようにしたことを特徴とする。本発明では、ラジカルが仮に発生したとしても、そのラジカルが消滅したＣ2Ｆ4分子ガスの状態で、加工チャンバーに供給され、その加工チャンバーにおいてそのガスのプラズマが生成される。また、加工チャンバーの外部において、他のガス、例えば、他のフルオロカーボンガスとＣ2Ｆ4ガスとの混合比率を制御できる状態で混合した後に、その混合ガスを加工チャンバーに導入するようにしても良い。異なる種類のガスを適正に混合して、プラズマとしてエッチングに使用することで、エッチング速度の向上、高微細選択エッチング性の向上を実現することができる。加工チャンバーは、エッチング、特に、プラズマエッチング、炭素系膜、フッ化炭素膜、たとえば、ポリテトラフルオルエチレン膜などの成膜のためのチャンバー、ＣＶＤやＭＢＥのチャンバーなどである。しかし、材料をＣ2Ｆ4ガスを用いて処理する工程を実施するチャンバーや、チャンバー自身をＣ2Ｆ4ガスを用いてプラズマでクリーニングするためのチャンバーであれば、チャンバーの種類や加工方法は問わない。クリーニングする場合には、Ｃ2Ｆ4ガスとＯ2 ガスとの混合ガスのプラズマを用いるのが良い。要するに、別の独立したチャンバーでＣ2Ｆ4ガスを発生しておいて、発生したＣ2Ｆ4ガスを他のチャンバーに導入することが発明の特徴である。フッ素樹脂としては、請求項１の発明と同様である。また、Ｃ2Ｆ4ガスの発生環境は減圧下でも良いが、たとえば、Ａｒなどの不活性ガスや窒素、水素、酸素又はこれらの混合ガスなどのキャリアガスを導入した状態又は加圧状態で、あるいは大気圧や大気圧以上の加圧状態でフッ素樹脂にレーザを照射すると、ラジカルの生成が抑制されたり、ラジカルが消滅し分子となり易いので望ましい。
請求項３の発明は、発生するガスの分析をして、Ｃ2Ｆ4ガスのみが生成されるように、レーザの出力、レーザの照射点の走査速度、及び、フッ素樹脂の温度のうち、いずれか一つを設定して、Ｃ2Ｆ4ガスを発生することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法である。
この方法では、フッ素樹脂ポリマーにレーザを照射して、フッ素樹脂ポリマーが安定してＣ2Ｆ4モノマーだけに分解される条件を設定した後に、その条件でレーザをフッ素樹脂に照射するようにしたものである。この方法により、Ｃ2Ｆ4ガスを安定して供給することができる。設定条件が安定であれば、この設定は、ガス発生時に一度行うだけでも、ガス生成時に安定してガスが発生するように条件の設定をフィードバックして行うようにしても良い。
請求項４の発明は、レーザは炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法である。炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザを用いると、その波長のレーザはフッ素樹脂に効率良く吸収され、Ｃ2Ｆ4モノマーだけへの分解が高効率で行われる。フッ素樹脂をＣ2Ｆ4モノマーだけへの分解が行われる波長であって、分解可能な出力が得られるレーザであれば、他のレーザも用いることが可能である。勿論、半導体レーザを用いることも可能である。半導体レーザを用いるならば、小型のメリットがあり、Ｃ2Ｆ4ガスを発生するための密閉室に設けることも可能である。
請求項５の発明は、フッ素樹脂はポリテトラフルオルエチレンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法である。
ポリテトラフルオルエチレンは、Ｃ2Ｆ4モノマーの重合体から成るので、Ｃ2Ｆ4モノマーだけへの分解を容易とし易く、純粋なＣ2Ｆ4ガスを得ることが可能となる。
請求項６の発明は、発生したＣ2Ｆ4ガスを導出する導出口を有した密閉容器と、密閉容器の導出口に接続され、発生したＣ2Ｆ4ガスをそのガスにより処理される試料が設置された加工チャンバーに導く導出管と、該密閉容器内にフッ素樹脂を保持する保持装置と、保持装置により保持されたフッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生するレーザ発振装置ととから成るＣ2Ｆ4ガス生成装置である。
請求項６の発明は、上記請求項の生成方法の発明に関する装置発明である。密閉容器内にフッ素樹脂が設置され、これにレーザが照射される。このレーザの照射により、フッ素樹脂は、Ｃ2Ｆ4モノマーに分解されて、Ｃ2Ｆ4ガスとして、加工チャンバーに供給される。密閉容器は、通常は、真空状態とした後に、レーザがフッ素樹脂に照射される。しかし、発生されたＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーに送出するためのキャリアガスとして、窒素、水素、Ａｒなどの不活性ガス、又は、これらの混合ガスなどを密閉容器の中に導入して加工チャンバーに導くことも可能である。仮に、ラジカルが発生したとしても、そのラジカルは、導出管により加工チャンバーに発生ガスが流れる過程において、消滅し、安定したＣ2Ｆ4ガスとして、加工チャンバーに供給されることになる。加工チャンバーは、エッチング、特に、プラズマエッチング、炭素系膜、フッ化炭素膜、たとえば、ポリテトラフルオルエチレン膜などの成膜のためのチャンバー、ＣＶＤやＭＢＥのチャンバーなどである。しかし、材料をＣ2Ｆ4ガスを用いて処理する工程を実施するチャンバーや、チャンバー自身をＣ2Ｆ4ガスのプラズマでクリーニングするためのチャンバーであれば、チャンバーの種類や加工方法は問わない。クリーニングする場合には、Ｃ2Ｆ4ガスのプラズマ、または、Ｃ2Ｆ4ガスとＯ2 ガスとの混合ガスのプラズマを用いるのが良い。Ｃ2Ｆ4ガスとＯ2 ガスとの混合ガスのプラズマを用いる場合には、Ｃ2Ｆ4＋Ｏ2 →２ＣＯＦ2 の反応により、ＣＯＦ又はＣＯＦ2 を生成させる。そして、ＣＯＦ又はＣＯＦ2 をプラズマ中に導入して、同ガスをプラズマに分解して、チャンバ内の堆積物、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＯ2 をクリーニングする。このように、極めて効果的なクリーニングが実現できる。
要するに、加工チャンバーとは別の独立したチャンバーでＣ2Ｆ4ガスを発生して、加工チャンバーに導出管にて供給するようにしたことが発明の特徴である。レーザは密閉容器の外に置かれて、密閉容器に形成された窓を介してフッ素樹脂に導くように構成しても、密閉容器内に設けて、フッ素樹脂にレーザを照射するように構成しても良い。半導体レーザのように小型であれば、密閉容器内に設けることも可能である。この場合に、半導体レーザが腐食されないように耐蝕性ケースに入れて用いると良い。密閉容器にレーザを入れた装置とすれば、密閉容器だけでＣ2Ｆ4ガスを発生させることができ、携帯性に優れたガス発生装置となる。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオルエチレン、ポリクロルトリフルオルエチレンなどを用いることができる。また、フッ素樹脂には不純物がドープされていても良い。塩素を含むフッ素樹脂でも良い。また、密閉容器内のＣ2Ｆ4ガスの発生環境は減圧下でも良いが、たとえば、Ａｒなどの不活性ガスや窒素、水素、又はこれらの混合ガスなどのキャリアガスを導入した状態又は加圧状態で、あるいは大気圧や大気圧以上の加圧状態でフッ素樹脂にレーザを照射すると、ラジカルの生成が抑制されたり、ラジカルが消滅し分子となり易いので望ましい。
請求項７の発明は、密閉容器にはレーザを透過させる窓が形成されており、レーザ発振装置は密閉容器の外に設けられ、密閉容器の窓を透過してフッ素樹脂にレーザを照射する構成であることを特徴とする請求項６に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。
この構成により、外部に設けたレーザ発振装置からのレーザを窓を介してフッ素樹脂に照射することができる。
請求項８の発明は、レーザ発振装置の出力するレーザのフッ素樹脂上の照射位置を走査する走査装置を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。本発明は、フッ素樹脂におけるレーザの照射点を相対的に走査することを特徴としている。装置に固定された座標系においてレーザビームの照射位置が停止しているのであれば、フッ素樹脂をレーザビームに対して移動させることになり、その座標系においてフッ素樹脂の位置が固定されているのであれば、レーザビームを移動させることになる。または、フッ素樹脂とレーザビームとの両者を移動可能として、相対的に、フッ素樹脂上のレーザの照射点を走査するようにしても良い。レーザビームを移動させるにはミラーを組み合わせた光学系を設計することで可能となる。例えば、感光ドラム上をレーザの照射点が走査するようなレーザプリンタやレーザ複写機に採用されている回転ミラーなどによる方法が採用可能である。また、フッ素樹脂の形状は、特に、限定するものではないが、円板、円柱、角柱、平板などの形状を用いることができる。走査手段は、フッ素樹脂の形状に依存して、走査機構が異なるものとなる。要するに、レーザの照射によりガス化したフッ素樹脂が連続して供給されるように構成すれば良い。
請求項９の発明は、走査装置は、保持装置により保持されたフッ素樹脂を回転及び直進移動させる装置であることを特徴とする請求項８に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。この請求項の発明は、フッ素樹脂上のレーザの照射点の走査方法をフッ素樹脂を移動することで実現したものである。この場合には、一般的には、フッ素樹脂は、円筒、円柱などの柱状体が望ましい。フッ素樹脂に円柱を用いた場合には、円柱の中心軸を中心にしてフッ素樹脂を回転させて、円柱の側面にレーザを照射し、軸方向にフッ素樹脂を移動させることになる。
請求項１０の発明は、フッ素樹脂を加熱する加熱装置を有する請求項６乃至請求項９の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。フッ素樹脂から純度良くＣ2Ｆ4モノマーに分解するには、フッ素樹脂の温度が室温より高い方が望ましい。そのために、本発明では、フッ素樹脂を加熱する装置を設けた。この加熱装置には、セラミックヒータ、赤外線ランプ、レーザ加熱などを用いることができる。フッ素樹脂の温度は、純度良くＣ2Ｆ4モノマーが高速で得られる温度に設定される。
請求項１１の発明は、レーザ発振装置は炭酸ガスレーザ発振装置又はＹＡＧレーザ発振装置であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザを用いると、その波長のレーザはフッ素樹脂に効率良く吸収され、Ｃ2Ｆ4モノマーだけへの分解が高効率で行われる。フッ素樹脂をＣ2Ｆ4モノマーだけへの分解が行われる波長であって、分解可能な出力が得られるレーザであれば、他のレーザも用いることが可能である。
請求項１２の発明は、フッ素樹脂はポリテトラフルオルエチレンであることを特徴とする請求項６乃至請求項１１の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。ポリテトラフルオルエチレンは、Ｃ2Ｆ4モノマーの重合体から成るので、Ｃ2Ｆ4モノマーだけへの分解を容易とし易く、純粋なＣ2Ｆ4ガスを得ることが可能となる。
請求項１３の発明は、密閉容器で発生したガスを分析をする分析装置と、密閉容器においてＣ2Ｆ4ガスのみが生成されるように、レーザの出力、レーザの照射点の走査速度、及び、フッ素樹脂の温度の何れか一つを制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項６乃至請求項１２に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。
生成したガスを分析した結果を用いて、純度の高いＣ2Ｆ4ガスが発生するように、フッ素樹脂の温度、フッ素樹脂上をレーザが走査する走査速度、レーザの出力を制御するものである。ガスを発生させる最初の段階で、条件を設定する他、発生中に、常時、ガス成分を監視しつつ、純度の高いＣ2Ｆ4ガスが得られるように、上記の条件をフィードバック制御しても良い。レーザ出力は連続で出力調整しても、パルス出力として、パルス周期、パルスのデューティ比などを変化させても良い。
請求項１４の発明は、密閉容器内、導出口、導出管の少なくとも１つにおいてラジカルを消滅させる部材が配設されていることを特徴とする請求項６乃至請求項１３の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置である。導体メッシュ、オリフィス、ノズル、マスフローコントローラなど、ガスの衝突頻度を向上させるような部材を設けることで、ラジカルを確実に消滅させることができる。この結果、純粋なＣ2Ｆ4ガスを供給することができる。
請求項１、２及び６、７の発明によると、Ｃ2Ｆ4ガスが必要な時に、必要な量だけＣ2Ｆ4ガスを発生させることができる。この結果として、Ｃ2Ｆ4ガスをボンベに詰めて運搬することが必要でないので、半導体工場において、必要な量のＣ2Ｆ4ガスを安全に発生させることができる。また、原料は、安定したフッ素樹脂として貯蔵されるために、安全性の向上にも効果があり、Ｃ2Ｆ4ガスの取り扱いが極めて容易となる。ラジカルが発生したとしても、発生ガスを加工チャンバーに導入する過程において、ラジカルは消滅して、純粋なＣ2Ｆ4ガスとして、加工チャンバーに供給されることになる。このため、加工チャンバー内において、フッ素樹脂にレーザを照射して、Ｃ2Ｆ4ガスを発生する場合に比べると、ガス純度、プロセスに供給すべきガス量の制御が容易となる。また、加工チャンバーとは別のチャンバーでＣ2Ｆ4ガスを発生させることから、そのガスとプロセスに必要な他のガス、例えば、他のフルオロカーボンガスや不活性ガスなどとの混合を加工チャンバーの外で行うことができる。よって、混合比率が精度良く制御された混合ガスを加工チャンバーに供給することが可能となるために、加工精度や加工能力を向上させることが可能となる。
請求項３、１２の発明によると、例えば、発生したガスを分光分析などにより分析して、純粋なＣ2Ｆ4ガスだけが生成されている条件を実現し、その条件にて、フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生するようにしている。したがって、高純度のＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーに供給することが可能となる。また、ガスの供給中も高純度のＣ2Ｆ4ガスが発生するような条件に追従制御することで、純度の安定したＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーに連続して供給することが可能となる。
請求項４、１１の発明によると、炭酸ガスレーザとＹＡＧレーザの波長は、フッ素樹脂の吸収波長に一致するので、フッ素樹脂からＣ2Ｆ4モノマーだけに分解することが可能となる。
請求項８、９、１０の発明により、フッ素樹脂上でレーザの照射点を走査させることができ、レーザ照射点に原料を連続して供給することが可能となる。よって、フッ素樹脂の均一な消費と円滑なＣ2Ｆ4ガスの連続発生が可能となる。
請求項５、１１の発明によれば、フッ素樹脂をＣ2Ｆ4モノマーの重合体であるポリテトラフルオルエチレンとしたので、レーザ照射により重合体から純度良くＣ2Ｆ4モノマーに分解できる。
請求項１４の発明によれば、密閉容器内、導出口、導出管の少なくとも１つにおいてラジカルを消滅させる部材が配設されているので、純粋に、Ｃ2Ｆ4ガスだけを加工チャンバーに供給することができる。
本発明を実施するための最良の形態について説明する。実施の形態は、発明概念の理解を容易にするために、具体的に説明するのであって、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきではない。
Ｃ2Ｆ4ガス発生方法の具体例は、Ｃ2Ｆ4ガス発生装置の実施例を示すことで、自ずと明らかである。以下においては、Ｃ2Ｆ4ガス発生装置を示すものである。
図１は、本発明の具体的な実施例に係るＣ2Ｆ4ガス発生装置の構成図である。密閉容器として筒状の筐体１０が設けられている。この筐体１０の側壁には、炭酸ガスレーザ装置６０からレーザを導入する導入部１１が設けられており、導入部１１のフランジ１２には、レーザの波長に対して透明な窓部材１６の設けられたフランジ１３がボルト１４とナット１５によって固定されている。気密性を持って窓部材１６をフランジ１２、１３に保持するために窓部材１６の周囲にはＯリング１７が設けられている。筐体１０の内部には、フッ素樹脂２０を保持する保持装置２１が設けられている。フッ素樹脂２０は、円筒形状をしており、フッ素樹脂２０の端面においてその全側面を覆うことなく保持装置２１により保持されている。
保持装置２１には回転軸２２が取り付けられており、その回転軸２２は筐体１０に対して回転自在に軸受け２３により筐体１０の内部の気密性を保持した状態で、保持されている。回転軸２２は軸方向には摺動可能にギア２４と係合しており、ギア２４を介してモータ２５の回転軸に接続されている。また、回転軸２２には、ボールナット６１が係合しており、そのボールナット６１にボールネジ６２が螺合している。ボールネジ６２はモータ６３により回転される。この構成により、モータ６３の回転により保持装置２１は軸方向に移動することが可能であり、モータ２５の回転により軸の周りに回転することが可能である。
したがって、保持装置２１に保持されているフッ素樹脂２０は回転しつつ軸方向（ｘ軸方向）に移動可能となり、フッ素樹脂２０の側面上のレーザ照射点は周回方向に移動しつつ軸方向に移動することになる。この構成により、レーザの照射によりフッ素樹脂２０からは、Ｃ2Ｆ4ガスが発生することになる。
また、フッ素樹脂２０の円筒の中心部には、フッ素樹脂２０を加熱するための抵抗加熱装置２６とフッ素樹脂２０の温度を測定するための温度センサ２７が配設されている。抵抗加熱装置２６と温度センサ２７とにより、フッ素樹脂２０は所定の温度になるように制御されている。
密閉容器の両端面は、フランジ２８、２９とＯリング３０、３１とボルト３２、３３とを用いて、気密を保持して封止されている。フランジ２８の一部には発生したガスを外部に出力するための導出口３４が形成されており、この導出口３４には導出管３５が接続されている。導出管３５の長さは１ｍ以上が望ましい。導出管３５の径は細く、長さは長いほどラジカルを消滅させる点においては望ましい。筐体１０の内部で導出管３５の入り口において、金属メッシュ５８が設けられている。この金属メッシュ５８は、ラジカルを結合させて分子にする機能を有する。よって、筐体１０の内部で仮にラジカルが発生したとしても、この金属メッシュ５８で分子化されることになり、外部にはＣ2Ｆ4ガスだけが供給される。導出管３５はバルブ３６を介して、ガス分析装置５１と、プラズマエッチングや成膜処理を行う加工チャンバー５０に接続されている。このガス分析装置５１は分光分析装置であって、フッ素樹脂から生成したガスの成分を分析することができる。
また、加工チャンバー５０に至る経路には、発生したガスの流量を制御できるマスフローコントローラ５３が設けられており、コンピュータ７０により制御により所定の流量のＣ2Ｆ4ガスが加工チャンバー５０に供給されるように構成されている。また、このマスフローコントローラ５３は、供給されるガスに仮にラジカルが含まれているとしても、このマスフローコントローラで結合して分子化される。よって、加工チャンバー５０には、純粋なＣ2Ｆ4ガスのみが供給されることになる。
また、フランジ２８には、密閉容器内を真空に排気するための排気口３７が設けられている。Ｃ2Ｆ4ガスの発生は、通常、排気口３７から筐体１０の内部（チャンバー）を真空に排気した後、排気を停止して内部を外部と遮断した状態で、レーザをフッ素樹脂２０に照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させる。しかし、用途によっては、窒素、雰囲気や空気中で行うことも可能である。また、雰囲気は、圧力は大気圧や大気圧よりも加圧した状態、大気圧よりは減圧されているが雰囲気ガスが存在する状態とすることもできる。この状態では、ラジカルの発生が抑制され、又は、発生したラジカルが結合してＣ2Ｆ4ガスとなる。
フランジ２９には、窒素、水素、窒素、酸素、または、アルゴンガス等の不活性ガスなどのキャリアガスを導入するためのマスフローコントローラ６４、バルブ６５が設けられている。このキャリアガスを導入して、加工チャンバー５０まで流せば、発生したＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバー５０に円滑に供給することが可能となる。筐体１０の内部は、圧力は大気圧や大気圧よりも加圧した状態、大気圧よりは減圧されているが雰囲気ガスが存在する状態とすることもできる。この状態では、雰囲気中に分子が多く、分子の活動が盛んで、分子の流れが存在するために、ラジカルの発生が抑制され、又は、仮に発生したとしても、発生したラジカルが結合して容易にＣ2Ｆ4ガスとなる。よって、外部には、純粋なＣ2Ｆ4ガスだけが供給されることになる。
ただし、発生したガスの圧力で、発生ガスは加工チャンバー５０に流れるので、発生したガスを外部に流す意味においては、キャリアガスは特に必要ではない。キャリアガスが存在することでラジカルの発生及び存在を防止できる。もちろん、加工チャンバー５０には、Ｃ2Ｆ4ガスとは別に窒素、水素、窒素、酸素、または、アルゴンガス等の不活性ガスなどを独立して導入しても良い。
さらに、加工チャンバー５０には、プラズマエッチングに必要な他のガス、例えば、ＣＦ4 ガスなどの他のフルオロカーボンガスが、ガスボンベ５６からバルブ５５、マスフローコントローラ５４を介して、供給できるように構成されている。マスフローコントローラ５４はコンピュータ７０により制御可能であり、所定の流量が得られるように制御される。この構成により、高速でかつ超微細な選択エッチングが可能なように、Ｃ2Ｆ4ガスと他のガスガスとを精密に所定の混合比率にした上で、加工チャンバー５０に供給することが可能である。
コンピュータ７０には、温度センサ２７、ガス分析装置５１、マスフローコントローラ５３、５４、６４の出力が入力している。コンピュータ７０は、それらの信号を入力して、炭酸ガスレーザ６０の出力を制御するための制御信号、モータ２５、６１の回転を制御するための制御信号、抵抗加熱装置２６の出力を制御するための制御信号、マスフローコントローラ５３、５４、６４を制御するための制御信号を出力している。
コンピュータ７０は、ガス分析装置５１の出力を入力して、Ｃ2Ｆ4ガスだけが生成されるように、炭酸ガスレーザ６０の出力を制御し、抵抗熱装置２６の出力を制御し、モータ２５と６３の回転速度を制御してレーザの走査速度を制御している。また、コンピュータ７０は、加工チャンバー５０に供給される混合ガスの比率が所定値となるように、マスフローコントローラ５３、５４を制御して、Ｃ2Ｆ4ガスの流量と、他のフルオロカーボンガス、たとえば、ＣＦ4の流量とを制御している。
上記の装置により、フッ素樹脂としてポリテトラフルオルエチレン（テフロン（商標））を用いて、筐体１０の内部を一旦、真空に排気した後、外部と遮断して、フッ素樹脂２０の温度を１５０℃にして、炭酸ガスレーザのエネルギー密度は直径２ｍｍのスポットで２５Ｗ〜３７Ｗ、フッ素樹脂２０の回転速度２ｒｐｍ、上下移動速度０．２ｍｍ／sec として、Ｃ2Ｆ4ガスを発生させた。ガス分析装置５１により分析した結果を図２に示す。Ｃ2Ｆ4の吸収スペクトルが現れているのが解る。これにより、高純度でＣ2Ｆ4ガスが発生していることが理解される。
また、図３に、炭酸ガスレーザの出力を変化させた時のガス分析装置５１によるＣ2Ｆ4光吸収の強度を測定した結果を示す。レーザ出力に比例して、Ｃ2Ｆ4ガスの発生量が増加していることが理解される。レーザ出力は２５Ｗ以上でＣ2Ｆ4ガスが生成されているのが理解される。
実際に、加工チャンバー５０にＣ2Ｆ4ガスを供給する場合には、マスフローコントローラ６４により流量１００sccmに制御されたアルゴンガスを筐体１０内に流した状態、圧力約１００Ｐａで、レーザをフッ素樹脂２０に照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させて、供給した。このようにアルゴンガスを流した状態でＣ2Ｆ4ガスを発生させると、ラジカルの発生が抑制され、また、ラジカルが仮に発生したとしても、アルゴン分子の作用によりラジカルが結合し易くなり分子化され、純粋なＣ2Ｆ4ガスだけが得られる。このように別のチャンバーでＣ2Ｆ4ガスだけ発生させて、加工チャンバー５０に供給した場合には、加工チャンバー内において一般のフルオロカーボンのラジカルを発生させた場合に比べて、エッチング速度、アスペクト比、選択比の向上が見られ、加工精度が向上した。
また、本発明の独立した別のチャンバーでＣ2Ｆ4ガスだけ発生させて、加工チャンバーに導入するという方法は、ＳｉＯＣＨX 膜の加工においても、超微細パターンが得られたことが確認された。
純度良くＣ2Ｆ4ガスを発生させる条件としては、照射点の単位時間当たりの吸収エネルギー密度が２ｍｍのスポットで、２５Ｗ〜７５Ｗの範囲が望ましい。フッ素樹脂２０の温度は、０〜２６０℃の範囲が望ましい。温度が高いほど、Ｃ2Ｆ4ガスの発生速度が向上する傾向が見られる。走査速度は、レーザの電力密度とフッ素樹脂の温度との関係で決定すれば良い。発生ガスが純度の良いＣ2Ｆ4ガスであるか否かは、図２に示すＦＴ−ＩＲによるＣ2Ｆ4の信号を検出すれば良い。この信号が最大となるように、フッ素樹脂の加熱温度、レーザの出力（パルス出力であれば、デューティ比制御を含む）、照射点の走査速度をフィードバック制御することで、純度の高い且つ高効率のＣ2Ｆ4ガスの生成が可能となる。また、Ｃ2Ｆ4の信号の振幅を所定の値にフィードバック制御すれば、Ｃ2Ｆ4ガスの発生速度を所定値に制御することも可能となる。
ＹＡＧレーザを用いても同様に純度の高いＣ2Ｆ4ガスを得ることができた。また、半導体レーザも同様に純度の高いＣ2Ｆ4ガスを得ることができると思われる。
以上の実施の形態で示した構成事項は、単独で分離可能であり、請求項に記載の発明の他、任意に選択して、組み合わせて発明を構成することも可能である。
本発明は、半導体プロセスに有効なＣ2Ｆ4ガスを加工チャンバーの近くにおいてフッ素樹脂から発生するようにしたもので、半導体工場において、実質上、Ｃ2Ｆ4ガスの使用を可能とするものである。半導体の超微細加工と成膜において、極めて有効な技術である。
本発明の具体的な実施例に係るＣ2Ｆ4ガス発生装置の構成図。 本装置で発生したガスの分析結果を示す吸収スペクトルを示した測定図。 本装置で発生したガスの量とレーザ出力との関係を示した測定図。
符号の説明
１０…筐体
２０…フッ素樹脂
２１…保持装置
１６…窓部材
３４…導出口
３５…導出管
５０…加工チャンバー
５１…ガス分析装置
６０…炭酸ガスレーザ

Claims (14)

  1. フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させることを特徴とするＣ2Ｆ4ガスの生成方法。
  2. プラズマによるエッチング又は成膜をするための加工チャンバーとは別の独立したチャンバーにおいて、フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生させ、その発生されたＣ2Ｆ4ガスを前記加工チャンバーに導入することを特徴とするＣ2Ｆ4ガスの生成方法。
  3. 前記発生するガスの分析をして、Ｃ2Ｆ4ガスのみが生成されるように、前記レーザの出力、前記レーザの照射点の走査速度、又は、前記フッ素樹脂の温度を設定して、Ｃ2Ｆ4ガスを発生することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法。
  4. 前記レーザは炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法。
  5. 前記フッ素樹脂はポリテトラフルオルエチレンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガスの生成方法。
  6. 発生したＣ2Ｆ4ガスを導出する導出口を有した密閉容器と、
    前記密閉容器の前記導出口に接続され、発生した前記Ｃ2Ｆ4ガスをそのガスにより処理される試料が設置された加工チャンバーに導く導出管と、
    該密閉容器内にフッ素樹脂を保持する保持装置と、
    前記保持装置により保持された前記フッ素樹脂にレーザを照射してＣ2Ｆ4ガスを発生するレーザ発振装置と
    とから成るＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  7. 前記密閉容器にはレーザを透過させる窓が形成されており、前記レーザ発振装置は前記密閉容器の外に設けられ、前記密閉容器の窓を透過して前記フッ素樹脂にレーザを照射する構成であることを特徴とする請求項６に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  8. 前記レーザ発振装置の出力する前記レーザの前記フッ素樹脂上の照射位置を走査する走査装置を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  9. 前記走査装置は、前記保持装置により保持された前記フッ素樹脂を回転及び直進移動させる装置であることを特徴とする請求項８に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  10. 前記フッ素樹脂を加熱する加熱装置を有する請求項６乃至請求項９の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  11. 前記レーザ発振装置は炭酸ガスレーザ発振装置又はＹＡＧレーザ発振装置であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  12. 前記フッ素樹脂はポリテトラフルオルエチレンであることを特徴とする請求項６乃至請求項１１の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  13. 前記密閉容器で発生したガスを分析をする分析装置と、
    前記密閉容器においてＣ2Ｆ4ガスのみが生成されるように、前記レーザの出力、前記レーザの照射点の走査速度、及び、前記フッ素樹脂の温度の何れか一つを制御する制御装置と
    を有することを特徴とする請求項６乃至請求項１２に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
  14. 前記密閉容器内、前記導出口、前記導出管の少なくとも１つにおいてラジカルを消滅させる部材が配設されていることを特徴とする請求項６乃至請求項１３の何れか１項に記載のＣ2Ｆ4ガス生成装置。
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