JP2005294541A - Treatment device and treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加工物の表面を処理する処理装置および処理方法に関する。 The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for processing the surface of a workpiece.
近接場光を利用したフォトリソグラフィーが知られている(例えば、特許文献1参照。)。このフォトリソグラフィーでは、ガラス基板の表面に形成された金属製のマスクパターンと感光性を有する被処理物とを密着させ、ガラス基板の裏面側から光を照射することで、マスクパターンの開口部から近接場光をしみ出させて上記被処理物を露光する。 Photolithography using near-field light is known (for example, see Patent Document 1). In this photolithography, the metal mask pattern formed on the surface of the glass substrate and the object to be treated are brought into close contact with each other, and light is irradiated from the back side of the glass substrate, so that the opening of the mask pattern. The object to be processed is exposed by oozing near-field light.
また、近接場光を併用したプラズマ処理方法も知られている。このプラズマ処理方法では、近接場光により被処理物の表面を光処理して、その後に行われるプラズマ処理の処理効率を向上させる。
しかしながら、近接場光を併用したプラズマ処理方法では、近接場光を発生させる、いわゆる近接場プローブを用いるため、処理面積が狭く、処理に時間がかかるという問題があった。 However, in the plasma processing method using near-field light in combination, a so-called near-field probe that generates near-field light is used, so that there is a problem that the processing area is small and processing takes time.
上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、近接場光を利用して被処理物の表面を短時間かつ容易に処理できる処理装置および処理方法を提供すること。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a processing apparatus and a processing method capable of processing the surface of an object to be processed in a short time and easily using near-field light.
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の処理装置および処理方法は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the processing apparatus and the processing method of the present invention are configured as follows.
(1)表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する処理装置において、上記被処理物を収容するチャンバと、上記チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
上記チャンバ内に設けられ、上記ガス導入口から導入されたガスを用いて上記被処理物の表面を処理する処理手段と、上記被処理物に向けて光を照射し、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物を光処理する照射手段とを具備することを特徴とする。
(1) In a processing apparatus for processing the surface of an object to be processed having a metal pattern on the surface, a chamber for storing the object to be processed, a gas inlet for introducing gas into the chamber,
A processing means that is provided in the chamber and that processes the surface of the object to be processed using a gas introduced from the gas inlet, and irradiates light toward the object to be processed, so that the pattern bottom of the pattern is irradiated. Irradiation means for generating near-field light and optically processing the object to be processed is provided.
(2)(1)に記載された処理装置であって、上記処理手段は、上記ガスをプラズマ化して上記被処理物の表面を処理することを特徴とする。 (2) The processing apparatus according to (1), wherein the processing means converts the gas into plasma to process the surface of the object to be processed.
(3)表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する第1の工程と、上記第1の工程前に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物の表面を光処理する第2の工程とを具備することを特徴とする。 (3) The first step of treating the surface of the workpiece having a metal pattern on the surface, and irradiating light toward the workpiece before the first step, A second step of generating near-field light on the pattern bottom of the pattern to light-treat the surface of the object to be processed.
(4)(3)に記載された処理方法であって、上記第1の工程では、上記被処理物の表面をプラズマで処理することを特徴とする。 (4) In the processing method described in (3), the surface of the object to be processed is processed with plasma in the first step.
(5)表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面をプラズマで処理する第1の工程と、上記第1の工程中に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させ、上記プラズマを活性化させる第2の工程とを具備することを特徴とする。 (5) A first step of treating the surface of the workpiece having a metal pattern on the surface with plasma, and irradiating light toward the workpiece during the first step. And a second step of generating near-field light on the pattern bottom of the pattern and activating the plasma.
(6)(3)または(4)に記載された処理方法であって、上記第1の工程では、上記被処理物の表面に成膜処理またはエッチング処理を行うことを特徴とする。 (6) The processing method described in (3) or (4), wherein in the first step, a film formation process or an etching process is performed on the surface of the object to be processed.
本発明によれば、近接場光を利用して被処理物の表面を短時間かつ容易に処理することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface of a to-be-processed object can be processed easily for a short time using near field light.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1と図2を用いて本発明の第1の実施の形態を説明する。 First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、本実施の形態に係る処理対象である処理基板の構成を説明する。 Initially, the structure of the process board | substrate which is a process target which concerns on this Embodiment is demonstrated.
図2は本発明の第1の実施の形態に係る処理基板の構成図である。 FIG. 2 is a configuration diagram of the processing substrate according to the first embodiment of the present invention.
図2(a)に示すように、この処理基板50はシリコン基板51を有している。このシリコン基板51は、直径が約200[mm]であり、その表面にはシリコン酸化膜52が約500[nm]の厚さに形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
シリコン酸化膜52の表面には、第1のチタン系薄膜53、金属膜54、第2のチタン系薄膜55がそれぞれ約20[nm]、約300[nm]、約60[nm]の厚さで順次形成されている。
On the surface of the
これら第1のチタン系薄膜53、金属膜54、第2のチタン系薄膜55は、前工程において所定形状にパターニングされている。これにより、シリコン酸化膜52の表面には、第1のチタン系薄膜53、金属膜54、および第2のチタン系薄膜55からなる、線幅および溝幅が共に約120[nm]のパターン57が形成されている。
The first titanium-based
なお、第2のチタン系薄膜55上に形成された有機膜56は、第1のチタン系薄膜53、金属膜54、第2のチタン系薄膜55をパターニングする際に用いたレジストのマスクパターンの残りである。また、第1、第2のチタン系薄膜53はチタンとチタンナイトライドから構成され、金属膜54はアルミニウム、シリコン、および銅から構成されている。
The
次に、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。 Next, the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、このプラズマ処理装置は真空チャンバ1を有している。真空チャンバ1の上壁には開口部1aが設けられ、この開口部1aには石英ガラス製の誘電体窓2が設けられている。
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus has a vacuum chamber 1. An opening 1a is provided in the upper wall of the vacuum chamber 1, and a
真空チャンバ1の側壁には、原料ガスやエッチングガスを導入するためのガス導入口3が形成され、下壁には真空チャンバ1内に残留した原料ガスや生成ガスを排気するための排気口4が形成されている。
A
真空チャンバ1の内部には、処理対象となる処理基板50を載置するためのステージ5が設けられている。このステージ5には、真空チャンバ1の外部に設けられた高周波電源6が接続されている。この高周波電源6は、ステージ5に高周波バイアス電流(例えば13.56MHz)を印加する。
Inside the vacuum chamber 1 is provided a
また、ステージ5の内部には、ステージ5上に載置された処理基板50を加熱するためのヒータ(図示しない)が埋設されている。
A heater (not shown) for heating the
上記誘電体窓2の上面側には、コイル装置7が設けられている。コイル装置7には、RF電源8が接続されている。このRF電源8は、コイル装置7に高周波電流(例えば2MHz)を流し、誘電体窓2の下面に設けられたプラズマ生成室9内に高電子密度のプラズマを発生させる。すなわち、高周波電源6、コイル装置7、RF電源8、およびプラズマ生成室9は、処理基板50をプラズマ処理するプラズマ処理装置11を構成している。
A coil device 7 is provided on the upper surface side of the
コイル装置7の上方には、誘電体窓2と対向するように複数のランプ10が設けられている。これらのランプは、それぞれ光源10aと反射カバー10bとから構成されており、誘電体窓2を介してステージ5上の処理基板50に対して、矢印で示すよう均一な強度で光を照射する。
A plurality of
なお、本実施の形態では、光源10aとして、エキシマレーザ発振器(波長:308nm)を用いているが、これに限定されるものではなく、処理条件などに合わせて適宜選択すればよい。また、本実施の形態では、ランプ10を真空チャンバ1の外部に配置しているが、真空チャンバ1の内部に設けてもよい。
In this embodiment, an excimer laser oscillator (wavelength: 308 nm) is used as the
次に、上記構成のプラズマ処理装置を使用する際の作用について説明する。 Next, the operation when using the plasma processing apparatus having the above configuration will be described.
ステージ5上に処理基板50を載置したら、真空チャンバ1内をほぼ真空状態にして、ランプ10から光を照射する。処理基板50に光が照射されると、その一部が金属膜54に入射し、パターン底58に近接場光が発生する。この近接場光は、シリコン酸化膜52の最表面における原子間結合を切断し、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜52の最表面にダングリングボンド52aを発生させる。
When the
なお、本実施の形態では、パターン57の溝幅は約120[nm]であり、ランプ10から照射される光(エキシマレーザ)の波長は約308[nm]であるため、光の回折限界のために、ランプ10からの伝播光はパターン底58に到達していない。
In the present embodiment, the groove width of the
処理基板50に光を照射して所定時間が経過したら、ランプ10を消し、プラズマCVDにより処理基板50の表面に層間絶縁膜59(図2(c)を参照)を成膜する。
When a predetermined time elapses after the
なお、処理条件としては、基板温度:350[℃]、原料ガス:SiH4/O2/Arガス、バイアスパワー:1300[W]、ICPパワー5000[W]である。
The processing conditions are substrate temperature: 350 [° C.], source gas: SiH 4 /
このとき、シリコン酸化膜52の表面には、近接場光の照射によりダングリングボンド52aが発生しているため、シリコン酸化膜52に対するプラズマ中のイオンやラジカルの付着確率が向上している。
At this time, since the
これにより、パターン底58付近では層間絶縁膜59の厚さ方向に対する堆積速度が大きくなり、カバレッジが良好となることで、層間絶縁膜59中に発生するボイドの大きさおよび数を減少させることができる。
As a result, the deposition rate in the thickness direction of the
上記構成のプラズマ処理装置によれば、シリコン酸化膜52の表面にプラズマCVDによって層間絶縁膜59を成膜する前に、パターン底58に近接場光を発生させることで、シリコン酸化膜52の表面にダングリングボンド52aを発生させている。
According to the plasma processing apparatus having the above-described configuration, before the interlayer insulating
そのため、シリコン酸化膜52に対するイオンやラジカルの付着確率が向上するから、層間絶縁膜59の厚さ方向に対する堆積速度が大きくなる。これにより、カバレッジが良好となり、層間絶縁膜59中に発生するボイドの大きさや数を減少させることができる。その結果、シリコン酸化膜52の表面に良好な膜質の層間絶縁膜59が形成され、配線間のリークや信頼性の低下が抑制される。
Therefore, the probability of adhesion of ions and radicals to the
一方で、発明者らは、近接場光を用いず処理基板50上に層間絶縁膜59を成膜した場合、層間絶縁膜59中に大きなボイドが多数発生することを確認している。この結果は、近接場光の作用により、シリコン酸化膜52の表面に良好な膜質の層間絶縁膜59が形成されることを示している。
On the other hand, the inventors have confirmed that many large voids are generated in the
しかも、ランプ10から処理基板50に向けて光を一括して照射するだけで、パターン底58に近接場光を発生させることができるから、短時間で、かつ簡単に処理基板50の表面に良好な膜質の層間絶縁膜59を成膜することができる。
In addition, since the near-field light can be generated on the pattern bottom 58 simply by irradiating light from the
なお、本実施の形態では、シリコン酸化膜52の表面にダングリングボンドを発生させるために近接場光を用いているが、これに限定されることはなく、例えば通常の伝播光を用いてもよい。ただ、伝播光を用いる場合、その波長をパターン57の溝幅より短くする必要がある。
In the present embodiment, near-field light is used to generate dangling bonds on the surface of the
しかしながら、短波長の光は、発生源の占有スペースが大きい、コストが高い、空気やガラスで吸収される等の理由により、プラズマ処理装置への導入が難しい。さらに、最近では半導体素子が100[nm]ルールで製造されるようになっており、この微細なパターンに利用可能な真空紫外領域の光を用いる場合、誘電体窓2の材料が極めて限定されてしまう。
However, it is difficult to introduce short-wavelength light into a plasma processing apparatus because the space occupied by the generation source is large, the cost is high, and the light is absorbed by air or glass. Furthermore, recently, semiconductor elements have been manufactured with a rule of 100 [nm]. When light in the vacuum ultraviolet region that can be used for this fine pattern is used, the material of the
ところが、本実施の形態のように近接場光を利用すれば、上述のような問題が存在しないので、簡単かつ低コストでシリコン酸化膜52の表面にダングリングボンドを発生させることができる。
However, if near-field light is used as in the present embodiment, the above-described problem does not exist, so that dangling bonds can be generated on the surface of the
また、本実施の形態では、ランプ10から光を照射した後に、プラズマCVDで処理基板50の表面に層間絶縁膜59を成膜しているが、ランプ10から光を照射している最中に、プラズマCVDで処理基板50の表面に層間絶縁膜59を成膜してもよい。
In this embodiment, the
こうすると、パターン底58付近に存在するプラズマ中のイオン、中性分子、ラジカルが近接場光のエネルギーにより活性化され、シリコン酸化膜52に付着堆積するイオンやラジカルが増加する。発明者らは、ランプ10から光を照射している最中に処理基板50をプラズマ処理して形成した層間絶縁膜59中に殆んどボイドが存在しないことを確認している。
As a result, ions, neutral molecules, and radicals in the plasma existing near the pattern bottom 58 are activated by the energy of near-field light, and ions and radicals deposited and deposited on the
次に、図3を用いて本発明の第2の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the description is abbreviate | omitted here about the structure and effect | action similar to the said embodiment.
最初に、本実施の形態に係る処理対象である処理基板60の構成を説明する。
Initially, the structure of the process board |
図3は本発明の第2の実施の形態に係る処理基板の構成図である。 FIG. 3 is a configuration diagram of a processing substrate according to the second embodiment of the present invention.
図3(a)に示すように、この処理基板60はシリコン基板61を有している。このシリコン基板61は、直径が約200[mm]であり、その表面にはゲート酸化膜62、ポリシリコン膜63がそれぞれ約3[nm]、約60[nm]の厚さで順次形成されている。
As shown in FIG. 3A, the
ポリシリコン膜63の表面には、金属膜64、シリコン窒化膜65がそれぞれ約50[nm]、約100[nm]の厚さで順次形成されている。これら金属膜64、シリコン窒化膜65は、前工程において所定形状にパターニングされている。
A
これにより、ポリシリコン膜63の表面には、金属膜64とシリコン窒化膜65からなる、線幅および溝幅が共に約80[nm]のパターン66が形成される。なお、金属膜64はタングステン製である。
As a result, a
次に、上記構成のプラズマ処理装置を使用する際の作用について説明する。 Next, the operation when using the plasma processing apparatus having the above configuration will be described.
ステージ5上に処理基板60を載置したら、ランプ10から光を照射し、パターン66をマスクにして、プラズマエッチングによりポリシリコン膜63を図3(b)に示すようにエッチングする。
When the
なお、処理条件としては、基板温度:50[℃]、エッチングガス:HBr/Cl2/O2ガス、圧力:6[mT]、バイアスパワー:50[W]、ICPパワー600[W]である。
The processing conditions are substrate temperature: 50 [° C.], etching gas: HBr /
処理基板60に光が照射されると、その一部が金属膜64に入射し、パターン底67に近接場光が発生する。この近接場光は、パターン底67付近に存在するエッチングガスを励起し、イオンやラジカルを増加させる。これにより、ポリシリコン膜63のエッチングが促進され、エッチングレートが向上する。
When the
上記構成のプラズマ処理装置によれば、ポリシリコン膜63をエッチングする際、パターン底67に近接場光を発生させている。
According to the plasma processing apparatus configured as described above, near-field light is generated at the pattern bottom 67 when the
そのため、この近接場光によりパターン底67付近に存在するエッチングガスが励起され、ポリシリコン膜63の表面付近におけるイオンやラジカルが増加するから、ポリシリコン膜63のエッチングレートが向上する。これにより、パターン66のアスペクト比が高くなっても、ポリシリコン膜63を高いエッチングレートでエッチングすることができる。
Therefore, the etching gas existing near the pattern bottom 67 is excited by the near-field light and ions and radicals near the surface of the
発明者らは、溝幅が約100[nm]のパターンを用いて実際にポリシリコン膜63をエッチングし、本発明を適用した場合と、本発明を適用しない場合のエッチングレートをそれぞれ測定した。
The inventors actually etched the
その結果、本発明を適用した場合のエッチングレートは、孤立パターンに対して10%の低下に留まる一方、本発明を適用しなかった場合のエッチングレートは孤立パターンに対して20%も低下することが確認された。 As a result, the etching rate when the present invention is applied is only 10% lower than the isolated pattern, whereas the etching rate when the present invention is not applied is decreased by 20% relative to the isolated pattern. Was confirmed.
これにより、本発明を適用してポリシリコン膜63のエッチングを行えば、溝幅が異なる領域を有するパターンを用いてエッチングを行う場合であっても、そのエッチングレーが溝幅の差の影響をあまり受けないから、オーバーエッチングにより生じるゲート酸化膜62の損傷などを防止することができる。
As a result, if the
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
具体的には、上記実施の形態では、本発明をシリコン酸化膜52への層間絶縁膜59の成膜、ポリシリコン膜63のエッチングに適用しているが、これらに限定されるものではなく、様々な処理に適用することができる。
Specifically, in the above embodiment, the present invention is applied to the formation of the
また、上記実施の形態では、本発明を半導体装置の製造工程に適用しているが、これに限定されることはなく、例えば高密度ハードディスク駆動装置(HDD)、光フォトニクス結晶の製造など、プラズマを用いて微細なパターンを加工するあらゆる工程に適用しても同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing process. However, the present invention is not limited to this. For example, a high-density hard disk drive (HDD), an optical photonics crystal, plasma, etc. The same effect can be obtained even if it is applied to any process for processing a fine pattern using.
さらに、上記実施の形態では、本発明をプラズマ処理に適用しているが、これに限定される必要もない。 Furthermore, although the present invention is applied to plasma processing in the above embodiment, it is not necessary to be limited to this.
1…真空チャンバ、3…ガス導入口、10…ランプ、11…プラズマ処理装置、57…パターン、52…シリコン酸化膜、63…ポリシリコン膜、58、67…パターン底。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 3 ... Gas introduction port, 10 ... Lamp, 11 ... Plasma processing apparatus, 57 ... Pattern, 52 ... Silicon oxide film, 63 ... Polysilicon film, 58, 67 ... Pattern bottom.
Claims (6)
上記被処理物を収容するチャンバと、
上記チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
上記チャンバ内に設けられ、上記ガス導入口から導入されたガスを用いて上記被処理物の表面を処理する処理手段と、
上記被処理物に向けて光を照射し、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物を光処理する照射手段と、
を具備することを特徴とする処理装置。 In the processing apparatus for processing the surface of the workpiece having a metal pattern on the surface,
A chamber for containing the workpiece;
A gas inlet for introducing gas into the chamber;
A processing means provided in the chamber and processing the surface of the object to be processed using a gas introduced from the gas inlet;
Irradiation means for irradiating light toward the object to be processed, generating near-field light at the pattern bottom of the pattern, and light-treating the object to be processed;
A processing apparatus comprising:
上記第1の工程前に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物の表面を光処理する第2の工程と、
を具備することを特徴とする処理方法。 A first step of treating the surface of the workpiece having a metal pattern on the surface;
Before the first step, by irradiating light toward the object to be processed, thereby generating near-field light on the pattern bottom of the pattern and performing a light treatment on the surface of the object to be processed; ,
The processing method characterized by comprising.
上記第1の工程中に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させ、上記プラズマを活性化させる第2の工程と、
を具備することを特徴とする処理方法。 A first step of treating the surface of the workpiece having a metal pattern on the surface with plasma;
A second step of activating the plasma by generating near-field light at the pattern bottom of the pattern by irradiating light toward the object to be processed during the first step;
The processing method characterized by comprising.
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Cited By (1)
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CN103839854A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | Semiconductor processing device and degas chamber and heating assembly thereof |
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CN103839854A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | Semiconductor processing device and degas chamber and heating assembly thereof |
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