JP4772399B2 - 基材外周の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
i)ウェハの外周部を両側から挟むように一対の電極を設置し、電極間に常圧下でプラズマを発生させる方法(所謂ダイレクト方式)。
ii)ウェハから離れた場所で常圧下でプラズマを発生させてプロセスガスを反応性ガスとし、これをウェハの外周部に垂直に吹付け、ウェハを介して反対方向に排気する方法(所謂リモート方式)。
ii)のリモート方式の常圧プラズマエッチングは、電気的ダメージは殆ど無いと考えられる。しかし、反応性ガスがウェハに垂直に当たってすぐにウェハの裏側へ流れ排出されていくため、活性種に与えられた反応時間が短く、十分な反応を起こすことなく排出されてしまう活性種の量が多く、反応効率が悪い。したがって、プロセスガスの所要量も多くなるという問題がある。
本発明は、電気的ダメージの小さいリモート方式の常圧プラズマエッチングにてウェハ等の基材の外周部の不要物を除去する場合において、反応効率を向上させ、プロセスガスの所要量を低減することを目的とする。
延び方向を前記基材の外周部の一部分の周方向に向け、かつ内部に前記一部分を収容した案内路と、前記案内路にそれぞれ連なりかつ前記延び方向すなわち前記周方向に互いに離れた導入口及び排出口を有するガス案内部材を用意し、不要物除去のための反応性ガスを、前記導入口から前記案内路に導入し、前記案内路にて前記延び方向すなわち前記周方向に流れるように案内し、前記排出口から排出することを特徴とする。
また、本発明は、基材の外周部に被膜された不要物を除去する基材外周処理装置であって、
延び方向を前記基材の外周部の一部分の周方向に向け、かつ内部に前記一部分を収容した案内路と、前記案内路にそれぞれ連なりかつ前記延び方向すなわち前記周方向に互いに離れた導入口及び排出口を有するガス案内部材と、
不要物除去のための反応性ガスを前記導入口に導入する路と、
を備え、前記反応性ガスが、前記案内路の内部を前記延び方向すなわち前記周方向に案内されて前記排出口から排出されることを特徴とする。
これによって、活性種が基材外周に接触する時間を長くでき、反応効率を向上させることができる。また、プロセスガスの所要量を低減することもできる。
除去対象の膜成分は、通常、SiN、SiO2等の無機膜であるが、これに限定されるものではなく、フォトレジストやポリマー等の有機膜であってもよい。なお、後述するように、有機膜の除去には加熱手段を付設するのが好ましい。
これによって、基材の外周部を全周にわたって不要物除去を均一に行なうことができるとともに、回転速度を調節することによって、不要物除去の処理幅を調節することができる。回転速度は、1rpm〜1000rpmの範囲が好ましく、10rpm〜300rpmの範囲がより好ましい。1000rpmを超える回転速度では反応性ガスが被処理部と接触できる時間が短くなり過ぎ、好ましくない。
前記案内路のガス流れ方向と基材の回転方向が一致しているのが好ましい。
前記処理ヘッドは、前記基材の外周部に局所的に輻射熱を照射する照射部と、前記有機膜と反応する他の反応性ガス(酸素系反応性ガス等)を前記局所に供給するガス供給部とを有していることが望ましい。これによって、基材の外周部を非接触加熱でき、パーティクルの発生を防止できるとともに、基材の外周部より内側の部分(主部分)に熱や反応性ガスが及ぶのを抑制でき、前記主部分の膜の変質を防止できる。
熱光線を前記案内路の内部に向けて収束照射する照射部を付設することにしてもよい。前記ガス案内部材には、前記照射部の熱光線を透過させる透光部材を前記案内路に臨むように埋め込むとよい。
これによって、エッチングするのに加熱を要する無機膜(例えばSiC)や有機膜に対しても、上記ガス案内部材を用いて除去処理することができる。また、高温下でエッチング可能な第1無機膜(例えばSiC)と、高温下ではエッチングレートが前記第1無機膜より低くなる第2無機膜(例えばSiO2)とが基材に積層されており、これら第1及び第2無機膜のうち第1無機膜のみをエッチングしたい場合にも有効である。
前記加熱器は、案内路の内部(特に案内路の上流側(前記導入口の側))における基材外周部又は案内路より回転方向上流側における基材外周部を加熱するようになっているのが好ましい。
前記案内路のガス流れ方向と基材の回転方向が一致しており、前記照射部が、前記案内路の上流端の近くに熱光線を収束照射するようになっていることが好ましい。これによって、基材の外周部を案内路の上流端の近くで輻射加熱でき、新鮮な反応性ガスと十分に反応を起こさせることができるとともに、その後、案内路の下流側へ向かって回転しながらも、しばらく高温を保ち続けることによって、案内路の上流側の部分だけでなく、中間部分や下流側の部分でも十分に反応を起こさせることができる。これによって、処理効率を確実に高めることができる。
一方、エッチングにより残渣すなわち常温で固体の副生成物が出来るような膜成分の場合、案内路より回転方向下流側の基材外周を前記加熱器にて局所加熱するようにしてもよい。これによって、前記残渣を気化させ基材外周から除去することができる。例えばSiNをエッチングすると(NH4)2SiF6、NH4F・HF等の固体副生成物が出来る。これを前記加熱器にて気化し除去できる。前記処理ヘッドに内蔵された加熱手段を用いて気化除去することにしてもよい。
基材外周部の加熱を行う場合には、基材の外周部より内側を冷却する冷却手段を設けるのが好ましい。この冷却手段は、基材支持用のステージに組み込まれ、このステージの基材支持面から吸熱する吸熱手段であるのが好ましい。この吸熱手段は、ステージ内に設けた冷媒室を有しているのが好ましい。
図1に示すように、ウェハ外周処理装置(基材外周処理装置)は、回転ステージ10(回転手段)と、処理ヘッド20を備えている。図1及び図2に示すように、回転ステージ10は、平面視円盤形状をなし、中心軸11まわりに回転するようになっている。この回転速度は、例えば1rpm〜1000rpmの範囲で調節可能になっている。
この電極21,22は、同軸円筒構造になっているが、これに限定されるものではなく、プラズマ発生源となるものであれば足り、並行平板構造、並行ロールないし並行ロッド構造、その他種々の電極構造を採用可能である。
プロセスガス成分は、除去すべき不要膜faの成分に応じて適宜選択する。例えば、窒素、酸素、フッ素系ガス、もしくは塩素系ガス、又はそれらの混合ガスを使用する。プロセスガスの供給流量は、ウェハWの形状や除去すべき不要膜faの量等によって適宜設定され、例えば毎分20cc〜200cc程度である。
なお、処理圧力は、プロセスガスが、プロセスガス供給ユニット2からプラズマ発生空間20aを経て後記案内路30aに流れるのに必要な差圧があれば足り、特に限定はない。雰囲気ガス種も特に限定がなく、空気や窒素を用いることができる。
ガス案内部材30は、耐フッ素性の材料にて構成されている。
ウェハWの外周部の不要物を除去する際は、処理ヘッド20及びガス案内部材30を回転ステージ10から離れる方向に後退させたうえで、回転ステージ10の上面にウェハWをセットする。
次に、処理ヘッド10及びガス案内部材30を回転ステージ10へ向けて前進させ、ウェハWの外周部をガス案内部材30の差し込み口30bを通して案内路30aに差し入れる。これによって、ウェハWの外周部の一定の長さの部分が案内路30aに包まれることになる。
そして、プロセスガスを、プロセスガス供給ユニット2からのガス供給ライン2aを介してプラズマ発生空間20aに導入するとともに、電源1からホット電極21に電圧供給を行なう。これによって、プラズマ発生空間20aに常圧グロー放電が起き、プロセスガスがプラズマ化される。このプラズマ化されたプロセスガスが、ガス収束路23aにて収束された後、ガス導入口30cを経て、案内路30aの周方向の一端部に導入される。そして、ウェハWの外周部に当たり、不要物を除去(エッチング)することができる。ガス案内部材30のウェハ外周部への差し込み量を調節することにより、除去すべき膜faの幅(処理幅)を容易に制御することができる。
ガス案内部材30の弧長(ウェハWの周方向に沿うべき長さ)は、中心角度が90度程度の長さに限定されず、活性種の寿命等を考慮して適宜設定可能である。例えば、図4に示すガス案内部材30は、中心角度が180度程度の弧長を有している。図5に示すガス案内部材30は、中心角度が45度程度の弧長を有している。
また、同図(b)に示すように、案内路30aの下側に配置してもよい。この配置は、ウェハWの裏面の膜faを重点的に除去すべき場合等に適している。
例えば、図6(c)に示すように、案内路30aの断面を小さくしてもよい。これにより、処理幅を小さくすることができる。
同図(d)に示すように、案内路30aを上半円状の断面形状にし、この案内路30aの平らな底面にウェハWの裏面が近接するようにてもよい。これによって、ウェハWの上面の外周部を重点的に処理できる。図示は省略するが、案内路30aを下半円状の断面形状にして、その上底面にウェハWの上面を近接させ、ウェハWの裏面を重点的に処理するようにしてもよい。
同図(e)に示すように、案内路30aを四角形の断面形状にしてもよい。
図10の白抜矢印で示すように、有機膜処理ヘッド40は、第1進退機構49に接続されている。この進退機構49によって、有機膜処理ヘッド40が、ウェハWの外周部に沿う処理位置(図9及び図10の仮想線)と、ウェハWより径方向外側へ離れた退避位置(図9及び図10の実線)との間で進退可能になっている。
ステージ10の少なくとも上板(ウェハWの設置される側の板)は熱伝導性が良好な材料(例えばアルミニウム等)にて構成されている。
[有機膜除去工程]
先ず、ウェハWの外周部の有機膜f2aの除去工程を行なう。ガス案内部材30及び処理ヘッド40は共に退避位置に退避させておく。そして、処理すべきウェハWをアライメント機構(図示せず)によってステージ10上に芯出してセットする。次に、有機膜処理ヘッド40を処理位置へ前進させる。これによって、レーザ照射ユニット52がウェハWの外周部の一箇所Pへ向けられるとともに、この箇所Pを挟んで吹出しノズル41と吸引ノズル42がウェハWの接線方向に対峙することになる。ガス案内部材30は退避位置(図9及び図10の仮想線)に位置させておく。
一方、上記レーザ加熱はスポット状であるのでウェハWの上記局所P以外の部分までもが高温化するのを防止することができる。更に、上記局所Pの熱がウェハWの内側へ向けて伝わって行っても、ステージ10内の冷却用流体で吸熱することができる。これによって、ウェハWの外周部より内側の部分(主部分)が加熱・高温化するのを防止でき、該主部分の有機膜f2が熱の影響を受けて品質劣化を来たすのを確実に防止することができる。また、該ウェハWの主部分の有機膜f2は高温化されていないので、たとえオゾン等の酸素系反応性ガスに触れてもアッシングされないようにすることができる。さらに、反応性ガスの流速を調節することによって、ウェハWの内側部分へのガス拡散を防止することができる。
次いで、ウェハW外周部の無機膜f1aの除去工程を実行する。このとき、ウェハWはステージ10にセットしたままにしておく。そして、ガス案内部材30を前進させ、ウェハWの外周部を差し込み口30bに差し込む。そして、CF4等のフッ素系ガスをプラズマ放電装置20でプラズマ化してフッ素ラジカル等からなるフッ素系反応性ガスを生成し、ガス案内部材30の案内路30aに導入する。これによって、図8(c)に示すように、ウェハWの外周部の無機膜f1aをエッチングし除去することができ、更にステージ10の回転により、ウェハWの外周部の無機膜f1aを全周にわたってエッチングし除去することができる。
有機膜除去用の処理ヘッド40と無機膜除去用のガス案内部材30の離間角度は180度に限られず120度や90度離れていてもよい。
有機膜除去用の処理ヘッド40と無機膜除去用のガス案内部材30は、互いの退避位置及び進退動作時に干渉しなければよく、処理位置が重なっていてもよい。
有機膜除去用の処理ヘッド40が酸素系反応性ガス生成源に一体に取り付けられていてもよい。
第1ステージ部81の内部は、冷却室13になっている。この冷却室13を含む吸熱手段は、第1ステージ部81にのみ設けられているが、第2ステージ部82にも設けることにしてもよい。
そして、ガス案内部材30を退避位置(図15(b)の仮想線)から処理位置(同図の実線)へ前進させ、無機膜除去工程を実行する。ウェハWが第1ステージ部81の上方に離れているので、第1ステージ部81の外周部とガス案内部材30の下側部が干渉するのを回避できる。ひいては、差し込み口30bのウェハW径方向に沿う深さを大きくすることができる。これによって、ウェハWの内側部分へのフッ素系反応性ガスの拡散を一層確実に防止することができる。
その一方で、第1ステージ部81の径を十分に大きくでき、吸熱手段にてウェハWの外周部付近まで確実に冷却することができる。その結果、ウェハWの外周部より内側部分の膜質が損なわれるのを一層確実に防止することができる。
この無機膜除去工程では、第2ステージ部82だけを回転させればよい。これによって、ウェハWの外周部の無機膜f1aを全周にわたってエッチングし除去することができる。
ガス案内部材30の上面にはレーザ照射ユニット52が軸線を垂直に向けて固定されている。レーザ加熱器50のレーザ光源51から光ファイバーケーブル53が延び、レーザ照射ユニット52に光学的に接続されている。
図18に示すように、このレーザ照射ユニット52の取り付け位置におけるガス案内部材30の上側部には円断面の孔部30eが形成されている。孔部30eの上端部は、ガス案内部材30の上面に開口され、下端部は、案内路30aの上端部に連通している。
レーザ照射ユニット52から真下に収束照射されたレーザは、透光部材35を透過して、案内路30aの内部で焦点を結ぶようになっている。
ガス導入口30cは、ガス案内部材30の時計方向上流側の側端面に設けられ、排出口30dは、ガス案内部材30の時計方向下流側の側端面に設けられている。導入口30cと排出口30dは、ガス案内部材30の側端面でなく、上面に設けることにしてもよい。
ステージ10の内部には冷却室13などの冷却・吸熱手段が設けられている。ステージ10は、ガス案内部材30と干渉しない程度になるべく大径になっており、ウェハWのなるべく外周部近くと接触して吸熱できるようになっている。
ウェハWの外周部の裏面側の膜を主に除去したい場合には、レーザ照射ユニット52をガス案内部材30の下側に設け、レーザを下から案内路30aに収束照射するように構成するとよい。
例えば、案内路の延び方向の中間部に反応性ガスの導入口が連なり、反応性ガスが案内路の両側に分かれるように拡散され、両端部に配された排出口から排出されるようになっていてもよい。
本発明処理の前処理や後処理は特に限定がない。ウェハ外周部を加熱したうえで除去処理を行なってもよい。
装置構成は、図1の第1実施形態と同様とした。処理対象として、SiO2膜を成膜した直径8インチのウェハを用いた。プロセスガスは、CF4を用い、流量は100cc/minとした。このプロセスガスをプラズマ発生空間30aにてプラズマ化して反応性ガスとし、ガス案内部材30の案内路30aに通した。そして、ウェハの外周部の全周にわたって不要膜をエッチングした。
所要時間は、90秒であり、使用ガス量は、150ccであった。
〔比較例1〕
比較例として、ガス案内部材を省き、電極21,22下部のノズル23から反応性ガスをスポット状に直接吹き出す装置を用い、実施例1と同一条件でエッチング処理を行なったところ、所要時間は、20分であり、使用ガス量は、2リットルであった。
この結果、本発明のガス案内部材を設けることにより所要時間及び使用ガス量共に大幅に削減できることが判明した。
〔比較例2〕
また、ウェハの外径と対応する大きさの二重リング状の電極構造を有する処理ヘッドを用い、ウェハの外径と略同径のリング状の吹出し口の全周から同時に反応性ガスを吹出し、ウェハの外周部の全周を同時にエッチング処理した。プロセスガス流量は、4リットル/minとした。その他の条件は実施例1と同一とした。すると、所要時間は、30秒であり、使用ガス量は、2リットルであった。
この結果、本発明装置によれば、所要時間は上記の全周を同時処理するものとさほど変わらず、しかも、使用ガス量を大幅に削減できることが判明した。
P 局所
10 回転ステージ(回転手段)
30 ガス案内部材
30a 案内路
30b 差し込み口
30c 反応性ガスの導入口
30d 排出口
35 透光部材
40 有機膜除去用処理ヘッド
41 吹出しノズル
50 レーザ加熱器(輻射加熱手段)
52 レーザ照射ユニット(照射部)
Claims (9)
- 基材の外周部に被膜された不要物を除去する基材外周処理方法であって、
延び方向を前記基材の外周部の一部分の周方向に向けた案内路と、前記案内路にそれぞれ連なりかつ前記延び方向すなわち前記周方向に互いに離れた導入口及び排出口を有するガス案内部材を用意し、
前記案内路の内部に前記一部分を収容し、
不要物除去のための反応性ガスを、前記導入口から前記案内路に導入し、前記案内路にて前記延び方向すなわち前記周方向に流れるように案内し、前記排出口から排出することを特徴とする基材外周処理方法。 - 基材の外周部に被膜された不要物を除去する基材外周処理装置であって、
延び方向を前記基材の外周部の一部分の周方向に向け、かつ内部に前記一部分を収容した案内路と、前記案内路にそれぞれ連なりかつ前記延び方向すなわち前記周方向に互いに離れた導入口及び排出口を有するガス案内部材と、
不要物除去のための反応性ガスを前記導入口に導入する路と、
を備え、前記反応性ガスが、前記案内路の内部を前記延び方向すなわち前記周方向に案内されて前記排出口から排出されることを特徴とする基材外周処理装置。 - 前記ガス案内部材が、前記基材の中央部を向く側面から径方向の外側へ向けて形成されて前記一部分を挿抜可能に差し込む差し込み口を有し、この差し込み口の前記側面とは反対側の奥端が、該差し込み口の奥端より前記側面の側の部分よりも前記延び方向とも前記径方向とも直交する方向に拡幅されることにより前記案内路が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の基材外周処理装置。
- 前記案内路の前記延び方向すなわち前記周方向の一端部に前記導入口が連なり、他端部に前記排出口が連なっていることを特徴とする請求項3に記載の基材外周処理装置。
- 前記ガス案内部材を基材の周方向に相対回転させる回転手段を、回転速度を調節可能に設けたことを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の基材外周処理装置。
- 前記基材の外周部には不要物として無機膜と有機膜が積層されており、
前記案内路に前記無機膜と反応する反応性ガスが流され、前記ガス案内部材が前記無機膜の除去に用いられる一方、
前記基材の外周部に前記有機膜と反応する他の反応性ガスと前記反応のための熱を供給し、前記有機膜を除去する処理ヘッドを、更に備えたことを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の基材外周処理装置。 - 熱光線を前記案内路の内部に向けて収束照射する照射部を備えたことを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の基材外周処理装置。
- 前記ガス案内部材には、前記照射部の熱光線を透過させる透光部材が、前記案内路に臨むように埋め込まれていることを特徴とする請求項7に記載の基材外周処理装置。
- 前記案内路のガス流れ方向と基材の回転方向が一致しており、
前記照射部が、前記案内路の上流端の近くに熱光線を収束照射することを特徴とする請求項7又は8に記載の基材外周処理装置。
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