JP2010123893A - Etching method and etching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエッチング技術特に基板上のシリコン酸化物を除去する技術に関する。 The present invention relates to an etching technique, particularly to a technique for removing silicon oxide on a substrate.
半導体デバイス製造技術に代表される微細加工技術では金属や絶縁膜等、様々な薄膜をエッチング加工して回路を形成する。この加工には真空下でガスプラズマを利用した技術が多用される。 In microfabrication technology represented by semiconductor device manufacturing technology, circuits are formed by etching various thin films such as metals and insulating films. For this processing, a technique using gas plasma under vacuum is frequently used.
この内、シリコン酸化膜等(表1参照)の加工にはCF4やCHF3等フッ素を含む炭化水素系ガスを用いることが多い。このプラズマ中にはCFx*等のラジカルが含まれ、主にこれが加工対象となる物質と反応する。 Of these, hydrocarbon gases containing fluorine such as CF 4 and CHF 3 are often used for processing of silicon oxide films (see Table 1). This plasma contains radicals such as CFx * and mainly reacts with a substance to be processed.
しかしながら、このプラズマ中には電子やイオン等、電荷を持った粒子も多数存在し、さらにプラズマ放電による発光には軟X線に至るまでの高エネルギーの光が含まれる。このため半導体基板への結晶欠陥形成等によるダメージを与える原因ともなっている。 However, there are a large number of charged particles such as electrons and ions in the plasma, and light emission by plasma discharge includes high energy light up to soft X-rays. For this reason, it is also a cause of damage due to crystal defect formation or the like on the semiconductor substrate.
この酸素ガスプラズマによるアッシング処理は微細加工としては高速の1分間に1μm程度の処理を可能とするが、荷電粒子による素子へのダメージが大きく、LSI等の微細化した半導体素子にとって致命的な損傷を与える場合がある。 This ashing process using oxygen gas plasma enables high-speed processing of about 1 μm per minute, but the damage to the elements due to charged particles is large, and it is fatal damage to miniaturized semiconductor elements such as LSIs. May give.
プラズマダメージはウェハを直接プラズマに曝されないことによって低減されるため、ウェハとプラズマ発生部を分離することが有効であるが、アッシングレートが低下するという欠点がある(非特許文献1)。 Since plasma damage is reduced when the wafer is not directly exposed to plasma, it is effective to separate the wafer and the plasma generation unit, but there is a disadvantage that the ashing rate is reduced (Non-patent Document 1).
プラズマダメージのないレジスト除去方法としてはオゾンと紫外線を利用するオゾンアッシング法がある。この方法ではアッシング反応に寄与するラジカル酸素(O・)を下記式(1)のようにオゾンに紫外線を照射することで得ている。 As a resist removing method without plasma damage, there is an ozone ashing method using ozone and ultraviolet rays. In this method, radical oxygen (O.) contributing to the ashing reaction is obtained by irradiating ozone with ultraviolet rays as shown in the following formula (1).
O3+hν→O・+O2 …(1)
h:プランク定数、ν:周波数
通常、各種の炭化水素類で構成されているレジスト材料はラジカル酸素との反応により下記式(2)に示す分解反応が起こり、除去される。実際には反応速度を速めるために基板を200℃から300℃程度に加熱する。
O 3 + hν → O · + O 2 (1)
h: Planck's constant, ν: Frequency Usually, a resist material composed of various hydrocarbons undergoes a decomposition reaction represented by the following formula (2) by reaction with radical oxygen and is removed. In practice, the substrate is heated to about 200 ° C. to 300 ° C. in order to increase the reaction rate.
CxHy+(2x+y/2)O・→xCO2+(y/2)H2O …(2)
しかしながら、このオゾンアッシング法は素子へのプラズマダメージはないものの、レジストの除去速度が毎分数百オングストローム〜数千オングストロームで酸素ガスプラズマによるアッシングの1万オングストローム/分(1μm/分)程度に比べ遅いという欠点がある。また、この方法は大気圧で行われることが多いがオゾンの漏洩を考慮しなければならない。
CxHy + (2x + y / 2) O.fwdarw.xCO 2 + (y / 2) H 2 O (2)
However, although this ozone ashing method does not cause plasma damage to the device, the resist removal rate is several hundred angstroms to several thousand angstroms per minute, compared with about 10,000 angstroms / minute (1 μm / minute) of ashing by oxygen gas plasma. There is a disadvantage of being slow. This method is often performed at atmospheric pressure, but ozone leakage must be taken into account.
これに対して減圧下で高温の基板に高濃度オゾンを吹き付け、熱分解により発生したラジカル酸素を用いることでアッシング速度が向上する方法があるが、基板温度は従来同様高く、基板への熱負荷は大きくなっている。 On the other hand, there is a method to improve the ashing speed by spraying high-concentration ozone on a high-temperature substrate under reduced pressure and using radical oxygen generated by thermal decomposition, but the substrate temperature is high as before, and the thermal load on the substrate is high. Is getting bigger.
前記フォトレジスト除去ではエッチング加工後に基板上に残ったフォトレジストを完全に取り除くのに対してフォトレジストへの感光、現像後にパターン底部に残留するわずかなフォトレジストの除去や、パターン寸法の誤差原因となるパターン底部隅の裾引き(スカム)等の除去の要求もある。これらは配線抵抗の変動や配線不良等の原因となりデバイスの性能劣化や歩留まりの低下を引き起こす。 The photoresist removal completely removes the photoresist remaining on the substrate after the etching process, whereas the photoresist is exposed to light, the slight photoresist remaining at the bottom of the pattern after development, and the cause of pattern dimension error. There is also a need to remove the bottom (scum) of the bottom corner of the pattern. These cause fluctuations in wiring resistance, defective wiring, and the like, causing device performance deterioration and yield reduction.
また、MEMSやセンサデバイス、一部の半導体デバイスでは金等の貴金属で極めて反応性の低いものや、ドライエッチング後に形成される物質の蒸気圧が低く処理できない材質も用いることもあるため、これらにはリフトオフ技術やメッキ技術等も用いられる。このようなプロセスでは現像後のフォトレジストの残膜やスカムはさらに深刻な問題となり、配線材料と基板との密着性を害する。 In addition, MEMS, sensor devices, and some semiconductor devices may use precious metals such as gold, which have extremely low reactivity, or materials that cannot be processed because the vapor pressure of substances formed after dry etching is low. Lift-off technology and plating technology are also used. In such a process, the residual film and scum of the photoresist after development become a more serious problem, which impairs the adhesion between the wiring material and the substrate.
このような問題に対して、従来はプラズマアッシングによって短時間で処理することで残膜を除去することや同方法でパターン底部隅のレジストの裾引き(スカム)を除去して配線幅の減少を防いでいる(特許文献1等)。
In order to solve such problems, conventionally, the remaining film can be removed by plasma ashing in a short time, and the resist bottoming (scum) at the bottom corner of the pattern can be removed by the same method to reduce the wiring width. (
この方法は年々微細化する半導体回路パターンの製作過程で複数回行われるフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクの製作へも適用され、より厳しくなる寸法精度への対応から設計値との誤差を補正する手法として用いられている。 This method is also applied to the manufacture of photomasks used in photolithography processes that are performed multiple times in the process of manufacturing semiconductor circuit patterns that are becoming finer year by year, and corrects errors from design values in response to stricter dimensional accuracy. It is used as a method.
デバイスの製造工程ではサイズの微細化に伴って回路パターンのアスペクト比が大きくなっており、このような形状へのプラズマプロセスではパターン溝底部やこの底部の隅に加工残りが発生しやすくなるマイクロローディング効果の問題が出てくる。 In the device manufacturing process, the aspect ratio of the circuit pattern increases with the miniaturization of the size, and in the plasma process to such a shape, the microloading is likely to cause a processing residue at the bottom of the pattern groove and the corner of the bottom. The problem of effect comes out.
残渣除去の他にフォトレジストの露光、現像の後にアッシング処理によりレジストパターンを細らせ、露光装置の限界以上の微細パターンを得る方法も実施されている。
ガスプラズマによるエッチング処理は高精度の加工を可能とするが、荷電粒子やプラズマ発光による素子へのダメージが大きく、LSI等の微細化した半導体素子にとって致命的な損傷を与える場合がある。このプラズマ中には電子やイオン等、電荷を持った粒子も多数存在し、さらにプラズマ放電による発光には軟X 線に至るまでの高エネルギーの光が含まれる。このため半導体基板への結晶欠陥形成等によるダメージを与える原因ともなっている。 Although etching processing using gas plasma enables high-precision processing, damage to the device due to charged particles or plasma emission is large, which may cause fatal damage to a miniaturized semiconductor device such as an LSI. There are many charged particles such as electrons and ions in this plasma, and the light emitted from the plasma discharge includes high-energy light up to soft X-rays. For this reason, it is also a cause of damage due to crystal defect formation or the like on the semiconductor substrate.
プラズマダメージはウェハを直接プラズマに曝さないことによって低減されるため、ウェハとプラズマ発生部を分離することが有効であるが、アッシングレートが低下するという欠点がある。 Since plasma damage is reduced by not directly exposing the wafer to the plasma, it is effective to separate the wafer and the plasma generating portion, but there is a drawback that the ashing rate is lowered.
しかし、この方法でもプラズマダメージを完全になくすことはできない。 However, this method cannot completely eliminate plasma damage.
さらに、近年の半導体デバイスでは微細化の進行に伴いアスペクト比が大きくなっている他、MEMS分野でも立体的な構造物を形成するため、アスペクト比を大きく取ることが多く、マイクロローディング効果によるパターン底部でのエッチング不良が問題となる。さらには、プラズマ発生・制御機構等、複雑で高価なものとなる。 Furthermore, in recent semiconductor devices, the aspect ratio has increased with the progress of miniaturization, and in order to form a three-dimensional structure in the MEMS field, the aspect ratio is often increased, and the pattern bottom due to the microloading effect Etching failure in this is a problem. Furthermore, the plasma generation / control mechanism is complicated and expensive.
また、プラズマによる処理ではアッシングの最中にチャンバ内の温度が上昇し、数分の処理でも100℃以上に達することに加え、微細で複雑なパターンでは局所的な電界集中により基板表面温度がより高い場所ができ、パターン配置に応じてそのばらつきも大きくなることから、パターンの形成されたレジストの変形も大きくなり、パターン寸法精度のばらつきが大きくなる。処理中の温度上昇に対しては枚葉式の装置では冷却機構が設けられるが、回路パターン状に加工されたフォトレジスト上の局所的なばらつきまでは抑えることができない。 In addition, in plasma processing, the temperature in the chamber rises during ashing, and in addition to reaching 100 ° C. or more even in processing for several minutes, the substrate surface temperature is higher due to local electric field concentration in fine and complex patterns. Since a high place is formed and the variation becomes large according to the pattern arrangement, the deformation of the resist on which the pattern is formed becomes large, and the variation in pattern dimensional accuracy becomes large. A single-wafer type apparatus is provided with a cooling mechanism for temperature rise during processing, but local variations on the photoresist processed into a circuit pattern cannot be suppressed.
他のレジスト除去法としてはオゾンを利用したアッシング法があるが、実用的なアッシング速度を得るには200〜300℃に加熱する必要があり、100℃以下ではほとんど効果が得られない。 As another resist removal method, there is an ashing method using ozone. However, in order to obtain a practical ashing rate, it is necessary to heat to 200 to 300 ° C., and at 100 ° C. or less, almost no effect is obtained.
200〜300℃の温度では熱膨張によるレジストパターンの変形以上にレジスト材料の変質や軟化等によるパターンの崩れが問題となるため前述のようなパターン溝底部のレジスト残渣除去やデスカム工程等、パターン形状の調整には用いることができない。 At temperatures of 200 to 300 ° C., pattern deformation such as resist residue removal and descum process as described above occurs because the resist pattern is not deformed or softened due to thermal expansion. It cannot be used for adjustment.
比較的変形の少ない100℃〜150℃で用いることはできるが、そのアッシングレートが遅いことに加え、サブミクロンを超えて微細化されたパターンでは熱膨張によるパターン変形が無視できない。 Although it can be used at 100 ° C. to 150 ° C. with relatively little deformation, in addition to a slow ashing rate, pattern deformation due to thermal expansion cannot be ignored in a pattern refined beyond submicron.
これらの処理はいずれも基板を加熱しながら行うため、下地に酸化され易い物質があると、それも酸化し変質させる。金属等では表面に酸化皮膜を作り、多くは絶縁体となるため電気特性へ悪影響を及ぼす。 Since all of these processes are performed while heating the substrate, if there is a substance that is easily oxidized on the base, it is also oxidized and altered. Metals and other materials produce an oxide film on the surface, and many of them become insulators, which adversely affects electrical characteristics.
半導体デバイスでは、配線材料としてAl、Cu、W、Ti、Au、Pt、Cr等様々な金属が使用されている。これらの金属群のなかでもCuは非常に酸化され易く、100℃台でも酸化が進行し、時には膜が剥離する場合があり、微細構造を有する半導体デバイスとしては致命的なパーティクルを発生させる原因ともなる。 In semiconductor devices, various metals such as Al, Cu, W, Ti, Au, Pt, and Cr are used as wiring materials. Among these metal groups, Cu is very easy to oxidize, oxidation proceeds even at a temperature of 100 ° C., and sometimes the film is peeled off, which may cause fatal particles to be generated as a semiconductor device having a fine structure. Become.
以上のように従来、フォトレジストの露光、現像後の残膜除去や加工形状補正等にはプラズマアッシング法が広く用いられていたが、プラズマダメージの影響や発熱によりレジスト形状が変形する傾向にある。また、プラズマダメージの心配がないオゾンアッシング法では効果を得るために基板を200℃程度以上に加熱する必要がありレジスト形状の補正には適用できない。 As described above, conventionally, the plasma ashing method has been widely used for photoresist exposure, residual film removal after development, processing shape correction, etc., but the resist shape tends to be deformed due to the influence of plasma damage or heat generation. . In addition, the ozone ashing method that does not cause the risk of plasma damage requires heating the substrate to about 200 ° C. or more in order to obtain an effect, and cannot be applied to resist shape correction.
そこで、請求項1のエッチング方法は、大気圧よりも低圧のもとテトラフルオロエチレンガスとオゾンガスとを基板に供給して前記基板上のシリコン酸化物を除去する。 Accordingly, the etching method according to claim 1 removes silicon oxide on the substrate by supplying tetrafluoroethylene gas and ozone gas to the substrate under a pressure lower than atmospheric pressure.
請求項2のエッチング方法は、請求項1のエッチング方法において、前記オゾンガスは、オゾン含有ガスを蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後に再び気化して得られる超高濃度オゾンガスである。
The etching method according to
請求項3のエッチング装置は、基板を格納するチャンバと、前記チャンバに大気圧よりも低圧のもとテトラフルオロエチレンガスを供給する手段と、前記チャンバに大気圧よりも低圧のもとオゾンガスを供給する手段とを備える。
An etching apparatus according to
請求項4のエッチング装置は、請求項3のエッチング装置において、前記チャンバは、前記テトラフルオロエチレンガスと前記オゾンガスとが供給される混合室と、前記基板を格納すると共に前記混合室からテトラフルオロエチレンガスとオゾンの混合ガスが供給される処理室とを備える。
The etching apparatus according to
請求項5のエッチング装置は、請求項4のエッチング装置において、前記混合室及び前記処理室は前記チャンバを上下二つの室に区画する仕切りによって形成され、前記仕切りは前記混合室内のガスを前記処理室内に移行させるシャワーヘッドを備え、このシャワーヘッドは前記仕切りに複数の孔を形成して成る。
The etching apparatus according to
請求項6のエッチング装置は、請求項5のエッチング装置において、前記複数の孔からなる群は少なくとも基板の径よりも大径となるように配置される。 An etching apparatus according to a sixth aspect is the etching apparatus according to the fifth aspect, wherein the group of the plurality of holes is arranged to have a diameter larger than at least the diameter of the substrate.
請求項7のエッチング装置は、請求項3から6のいずれかのエッチング装置において、前記オゾンガスの供給は、オゾン含有ガスを蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後に再び気化することで超高濃度オゾンガスを発生するオゾン発生装置により行う。
The etching apparatus according to
請求項1〜7の発明によると、大気圧よりも低圧(例えば数Paから数千Pa程度の中真空から低真空の圧力範囲)のもとプラズマを伴わずにオゾンガスとテトラフルオロエチレンガスとを基板に供給して前記基板のシリコン酸化物を除去している。テトラフルオロエチレンガスとオゾンは室温で反応するとオゾニド等の不安定な中間体を発生させる。テトラフルオロエチレンガスとオゾンの反応により発生する中間体から、さらに分解してできるCFxラジカル及びオゾンを含んだガスに基板を介在させることで、基板上のシリコン酸化物が除去・加工される。実際には数十nm/min程度のエッチングレートが得られる。 According to the first to seventh aspects of the present invention, ozone gas and tetrafluoroethylene gas are produced without plasma under a pressure lower than atmospheric pressure (for example, a pressure range from a medium vacuum to a low vacuum of about several Pa to several thousand Pa). The substrate is supplied to remove silicon oxide from the substrate. When tetrafluoroethylene gas and ozone react at room temperature, unstable intermediates such as ozonide are generated. The silicon oxide on the substrate is removed and processed by interposing the substrate in a gas containing CFx radicals and ozone that are further decomposed from an intermediate generated by the reaction between tetrafluoroethylene gas and ozone. Actually, an etching rate of about several tens of nm / min can be obtained.
特に、請求項2及び請求項7の発明によれば前記超高濃度オゾンガスが利用されることでエッチングレートが高まる。
In particular, according to the invention of
請求項3及び請求項4の発明においては、前記チャンバのオゾンガス吹き出し口からシリコン酸化物除去に供される基板までの距離をオゾンガス流が基板に直接届く範囲内に設定するとよい。請求項5の発明においては、シャワーヘッドの下部からシリコン酸化物付き基板までの距離はオゾンとテトラフルオロエチレンの混合ガス流が基板に直接届く範囲内に設定するとよい。前記チャンバ内に導入されたオゾンガスとテトラフルオロエチレンガスとが混合により分解して安定な生成物を生じる前に前記オゾンガスとテトラフルオロエチレンガスとが前記基板に到達させることができる。
In the third and fourth aspects of the invention, the distance from the ozone gas outlet of the chamber to the substrate used for silicon oxide removal may be set within a range where the ozone gas flow can reach the substrate directly. In the invention of
また、請求項5の発明においては、シャワーヘッドによってオゾンガスとテトラフルオロエチレンガスの混合ガスが基板に供給されることで基板全面に対して均一なガス流となるので均一にエッチングできる。 According to the fifth aspect of the present invention, since a mixed gas of ozone gas and tetrafluoroethylene gas is supplied to the substrate by the shower head, a uniform gas flow is generated over the entire surface of the substrate, so that etching can be performed uniformly.
さらに、請求項6の発明においては、前記複数の孔からなる群が少なくとも基板の径よりも大径となるように配置されることでより一層均一にエッチングできる。
Furthermore, in the invention of
請求項4〜請求項6に係る混合室の高さは例えば10mm以下にするとオゾンガスと混合したテトラフルオロエチレンガスが前記混合室に不必要に滞留せずに前記処理室に導くことができる。すなわち、前記混合室内に導入されたオゾンガスとテトラフルオロエチレンガスとが混合により分解して安定な生成物を生じる前に前記オゾンガスとテトラフルオロエチレンとが処理室内に基板に到達させることができる。
When the height of the mixing chamber according to
請求項1〜請求項7の発明においては、テトラフルオロエチレンガスの分圧とオゾンガスの分圧(オゾン濃度が100%でない場合はオゾンのみの分圧)の比はオゾンガスの供給量の方が多くなるように設定するとよい。 In the first to seventh aspects of the invention, the ratio of the partial pressure of the tetrafluoroethylene gas to the partial pressure of the ozone gas (or the partial pressure of only ozone when the ozone concentration is not 100%) is larger in the supply amount of ozone gas. It is good to set so that
請求項3〜請求項7の発明においては、テトラフルオロエチレンガスとオゾンガスの混合ガスの排気管にはオゾン分解装置を具備させるとよい。チャンバの内圧を大気圧よりも低くさせる真空ポンプの寿命低下を回避できる。前記オゾン分解装置としては例えば未反応または水と二酸化炭素以外の生成ガスを完全に燃焼させるために少なくとも300℃以上に加熱された発熱体を備えたものがある。
In the inventions of
以上の発明によればプラズマの発生を伴わないため、基板へのダメージを与えずにエッチングできる。また、プラズマ発生・制御機構等が無いため、装置構成を単純化でき、低価格化できる。 According to the above invention, since plasma is not generated, etching can be performed without damaging the substrate. In addition, since there is no plasma generation / control mechanism, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.
図3に示したように一般にオゾンガスは室温でも不飽和炭化水素と反応し、オゾニド等の不安定な中間体を経てケトンやカルボン酸等に分解することが知られている。 As shown in FIG. 3, it is generally known that ozone gas reacts with unsaturated hydrocarbons even at room temperature, and decomposes into ketones, carboxylic acids and the like via unstable intermediates such as ozonides.
以下の発明の実施形態に係るエッチング装置ではオゾニド等の不安定な中間体が分解する過程に処理したい薄膜付きの基板を介在させて、プラズマを発生させることなくエッチングの効果を得ている。 In an etching apparatus according to an embodiment of the present invention, a substrate with a thin film to be processed is interposed in the process of decomposing an unstable intermediate such as ozonide, and an etching effect is obtained without generating plasma.
図1(a)は発明の第一の実施形態に係るエッチング装置1の概略構成を示した断面図である。図1(b)はエッチング装置1の概略構成を示した平面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an
エッチング装置1はチャンバ2とテトラフルオロエチレン供給装置3とオゾン発生装置4と真空ポンプ5とオゾン分解装置6とを備える。
The
チャンバ2はシリコン酸化物101の除去に供される基板10を格納する。チャンバ2には配管21,22,23が接続されている。配管21は、テトラフルオロエチレンを導入するための配管であって、チャンバ2の側面に接続されている。配管22は、オゾンガスを導入する配管であって、チャンバ2の上部(天井部)に接続されている。配管23は、チャンバ2内のガスを排出するための配管であって、配管21と対向したチャンバ2の側面に配管21とほぼ同軸に配置されるように接続されている。配管23には真空ポンプ5とオゾン分解装置6が設置されている。オゾン分解装置6は真空ポンプ5の上流側に配置されている。尚、図示省略されているが配管21,22,23には適宜にマスフローコントローラやバルブが設置され、チャンバ2内のガス流及び圧力が適宜に制御される。
基板10はホルダー7に保持される。ホルダー7はSiCに被覆されている。ホルダー7にはチャンバ2内の温度を感知するための熱電対8が接続されている。熱電対8によって検出された熱は電気信号として図示省略された制御部に供給される。ホルダー7は、チャンバ2内に導入されたオゾンガスとテトラフルオロエチレンガスとが混合により分解して安定な生成物を生じる前に、前記オゾンガスとテトラフルオロエチレンとが基板10に到達できるように例えば、オゾンガス吹き出し口と基板10との距離が30mm以下となるようにホルダー7の位置が設定される。
The
テトラフルオロエチレン供給装置3はテトラフルオロエチレンガスをチャンバ2に供給する。テトラフルオロエチレン供給装置3はテトラフルオロエチレンガスを充填したボンベ31と前記充填されたテトラフルオロエチレンガスの供給及びその停止を行うバルブ32とを備える。
The
オゾン発生装置4はチャンバ2に供されるオゾンガスを発生させる。オゾン発生装置4は超高濃度オゾンガスを発生させる機能を有している。前記超高濃度オゾンガスはオゾン含有ガスを蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後に再び気化さえて得られる。前記超高濃度オゾンガスを得るための装置は例えば特開2001−304756や特開2003−20209の特許文献に開示されている。前記特許文献のオゾン生成装置はオゾンと他のガス成分(例えば酸素)の蒸気圧の差に基づきオゾンのみを液化分離して超高濃度(オゾン濃度≒100%)のオゾンガスを生成している。特に、特開2003−20209のオゾン供給装置はオゾンのみを液化及び気化させるチャンバを複数備え、これらのチャンバを個別に温度制御することで高純度オゾンガスを連続的に供給できるようになっている。オゾン発生装置4はこの高純度オゾンガス連続供給方式に基づく市販のオゾン発生装置である。この市販のオゾン発生装置としては例えば明電舎製のピュアオゾンジェネレータ(MPOGHM1A1)が挙げられる。尚、この市販のオゾン発生装置はテトラフルオロエチレンガスをより完全に酸化分解するためであるが、チャンバ2に供給されるオゾンガスはオゾン濃度が数十wt%以上である高濃度オゾンガスであってもよい。
The
真空ポンプ5はチャンバ2内を減圧調整すると共にチャンバ2内のガスを排出するためのポンプである。ポンプにはオゾンに耐性のあるドライポンプを採用するとよい。排気中に多少なりとも含まれる可能性のあるオゾンガスによる性能低下及び劣化による寿命低下を避けるためである。
The
オゾン分解装置6はチャンバ2から排出されたガスを完全に燃焼させることでガス中のオゾンを分解する。オゾン分解装置の一例としては排ガスが供給される容器内に300℃以上に加熱される発熱体を備え、この発熱体によって排ガスを燃焼させるものがある。
The
図1を参照しながらエッチング装置1の動作例について説明する。
An example of the operation of the
チャンバ2内は室温に維持された状態でテトラフルオロエチレン供給装置3からテトラフルオロエチレンガスが配管21から導入されると共にオゾン発生装置4からオゾンガスが配管22を介して基板10に吹き付けられる。これにより基板10上のシリコン酸化物101が分解除去される。このときテトラフルオロエチレンとオゾンとの反応やその過程で生じるオゾニド等の不安定な中間体(図3)が急激に分解反応を起こし反応の制御が不能となるのを防ぐため、テトラフルオロエチレンガスとオゾンの全圧は数Pa〜数千Pa程度の中真空から低真空の範囲に制御される。この制御はマスフローコントローラやバルブによって実行される。
Tetrafluoroethylene gas is introduced from the
図2(a)は発明の第二の実施形態に係るエッチング装置11の概略構成を示した断面図である。図2(b)はエッチング装置11の概略構成を示した平面図である。
FIG. 2A is a sectional view showing a schematic configuration of an
エッチング装置11はチャンバ2内にテトラフルオロエチレンガスとオゾンガスの混合室9を有していること以外は基本的にエッチング装置1と同じ構成である。混合室9はチャンバ2内に仕切り24によって形成される。シリコン酸化物101の除去に供される基板10を格納する処理室12は仕切り24を介した混合室9の下段に配置されている。
The
仕切り24のほぼ中央部には混合室9内のガスを処理室11内の基板10に供給するためのシャワーヘッド25が形成されている。シャワーヘッド25は図2(a)及び図2(b)に示されたように仕切り24に混合室9内のガスを排出するための孔26を複数形成させて成る。孔26の群26aは少なくともホルダー7上の基板10の径よりも大径となるように配置される。
A
そして、テトラフルオロエチレンガスを導入するための配管27及びオゾンガスを導入するための配管28はチャンバ2の上部すなわち混合室9の天井部に接続されている。配管27,28は図2(b)に例示されたように複数の配管に枝分かれした形態で接続される。
A
シャワーヘッド25とシリコン酸化物付き基板10との間の距離は、混合室9で混合されてから基板10の表面に到達するまでの距離を最小限にし、さらにシャワーヘッド25によるガス流の均一化の効果としてのエッチングの均一性を損なわない程度の距離に、例えば、シャワーヘッド25とシリコン酸化物付き基板10との間の距離は5mmとなるように設定される。この場合、混合室9で混合されたテトラフルオロエチレンガスとオゾンガスとが不要に滞留するのを避けるために混合室9の高さ(シャワーヘッド25面から混合室9の天井面までの距離)は10mm以内に設定される。
The distance between the
図2を参照しながらエッチング装置11の動作例について説明する。
An example of the operation of the
チャンバ2内は室温に維持されている。混合室9にはテトラフルオロエチレン供給装置3からテトラフルオロエチレンガスが配管27から導入されると共にオゾン発生装置4からオゾンガスが配管28を介して導入される。混合室9内のテトラフルオロエチレンとオゾンとの混合ガスはシャワーヘッド25から処理室12内の基板10に吹き付けられる。これにより基板10上のシリコン酸化物101が分解除去される。エッチング装置2でも、テトラフルオロエチレンガスとオゾンの全圧が数Pa〜数千Pa程度の中真空から低真空の範囲に制御される。これによりエッチング装置1と同様にテトラフルオロエチレンとオゾンとの反応やその過程で生じるオゾニド等の不安定な中間体(図3)が急激に分解反応を起こし反応の制御が不能となるのが防止される。この制御はマスフローコントローラやバルブによって実行される。処理室12内のガスは真空ポンプ5によって吸引されてオゾン分解装置6を介して排出される。オゾン分解装置6ではオゾン等を残留させた排ガスが300℃以上に加熱された発熱体によって燃焼処理される。これにより真空ポンプ5の劣化が防止される。
The inside of the
以上のエッチング装置1,11の実施例について述べる。熱酸化膜約1μmがついたシリコンウェハ約2cm角のチップをエッチング処理した。その結果、エッチング装置1,11のチャンバ2内の温度が室温(20〜30℃)もとで約50nm/min程度のエッチングレートが得られた。このとき、反応熱により1分間に1〜2℃の温度上昇が認められるが実用上問題にならない。
Examples of the
1,11…エッチング装置
2…チャンバ、21〜23,27,28…配管
3…テトラフルオロエチレン供給装置(テトラフルオロエチレンガスを供給する手段)、31…ボンベ、32…バルブ
4…オゾン発生装置(オゾンガスを供給する手段)
5…真空ポンプ
6…オゾン分解装置
7…ホルダー
8…熱電対
9…混合室
10…基板、101…シリコン酸化物
12…処理室
24…仕切り
25…シャワーヘッド、26…孔、26a…群
DESCRIPTION OF
5 ...
Claims (7)
前記チャンバに大気圧よりも低圧のもとテトラフルオロエチレンガスを供給する手段と、
前記チャンバに大気圧よりも低圧のもとオゾンガスを供給する手段と、
を備えたこと
を特徴とするエッチング装置。 A chamber for storing a substrate;
Means for supplying tetrafluoroethylene gas to the chamber at a pressure lower than atmospheric pressure;
Means for supplying ozone gas to the chamber at a pressure lower than atmospheric pressure;
An etching apparatus comprising:
前記テトラフルオロエチレンガスと前記オゾンガスとが供給される混合室と、
前記基板を格納すると共に前記混合室からテトラフルオロエチレンガスとオゾンの混合ガスが供給される処理室と
を備えること
を特徴とする請求項3に記載のエッチング装置。 The chamber is
A mixing chamber to which the tetrafluoroethylene gas and the ozone gas are supplied;
The etching apparatus according to claim 3, further comprising a processing chamber that stores the substrate and is supplied with a mixed gas of tetrafluoroethylene gas and ozone from the mixing chamber.
前記仕切りは前記混合室内のガスを前記処理室内に移行させるシャワーヘッドを備え、
このシャワーヘッドは前記仕切りに複数の孔を形成して成ること
を特徴とする請求項4に記載のエッチング装置。 The mixing chamber and the processing chamber are formed by partitions that divide the chamber into two upper and lower chambers,
The partition includes a shower head for transferring the gas in the mixing chamber to the processing chamber,
The etching apparatus according to claim 4, wherein the shower head has a plurality of holes formed in the partition.
を特徴とする請求項5に記載のエッチング装置。 The etching apparatus according to claim 5, wherein the group of the plurality of holes is arranged to have a diameter that is at least larger than a diameter of the substrate.
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