JP4788917B2 - プラズマアッシング装置及び終了点検出プロセス - Google Patents
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Description
ある低誘電体フィルムの特性としては、均一な厚さ、誘電率、屈折率、粘性、化学的耐性、温度安定性、孔寸法及びその分布、温度膨張係数、ガラス転移温度、フィルムストレス、及び銅拡散係数を含む。
前記排気導管は、第2ガス源を導くためのポートと、前記排気導管に結合される前記アフターバーナーアセンブリとを含み、前記ポートは、前記処理室とアフターバーナーアセンブリの中間に配置され、さらに、前記第1ガス源は、酸素及び窒素を含まないガスであり、前記第2ガス源は、酸化ガスであることを特徴としている。
以下で論じるように、これらの開示内容は、ここで、または以下の実施形態において、特別のプラズマアッシャーに制限するものではない。例えば、誘導的または容量的に結合されたプラズマアッシャーを使用することができる。
H2O、O2、CO、CO2、N2 等の不純物は、基板の処理中、低k誘電体を腐食させるのに十分なレベルとなり、また、誘電率を増加させることにもなる。
更に、処理室16は、底部プレート156の中央に配置される排気開口158を含む。好ましくは、この排気開口158は、プラズマ管32と同軸に配置される。
次の例は、説明のみの目的のために示すものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
この例において、OHまたはHに対する光学発光信号は、図1に示すプラズマアッシング装置において、アフターバーナーから下流にある排気ガス導管内で監視された。ヘリウムがプラズマ装置内に7,000sccmの流量でかつ1.5トルの圧力で導入された。フォトレジストを含む基板が、加熱ラップで露光され、ウエハを300℃にまでゆっくりと加熱され、そして、ウエハ表面から有機物を揮発させた。プラズマは、このとき処理室内に作り出されない。RF出力が500Wでアフターバーナーが動作中、酸素ガスは、1,000sccmの流量で排気導管内に導かれる。処理室内には、酸素は導入されなかった。
OH及びHに対する光学発光信号は、処理室内のプラズマアッシング処理の終了点を決定するために、一定時間、排気導管が監視された。図9は、時間の経過に対するこれらの光学発光信号の光の強さを図示している。ウエハから昇華した有機物がアフターバーナー内で酸化されたことを観測した。異なる有機物の種が、異なる温度で昇華するので、図9において、多数のピークが異なる温度設定に対応する。ウエハの加熱と同時にプラズマが処理室内で用いられると、これらの種に対する処理室内に発光が生じないので、これら多くの信号(H及びOHに対応する)を処理室における終了点検出のために用いることができない。
この例では、図1に示すように、CO2が、プラズマアッシャー装置の排気導管内で監視された。CO2は、排気導管内に配置されたアフターバーナーによって形成されたプラズマの有無に関係なく残留ガス分析器によって監視された。実施例1と同様、プラズマに晒すことなくレジスト被膜されたウエハがゆっくりと300℃に加熱された。ヘリウムは、7,000sccmの流量でかつ1.5トルの圧力でプラズマ装置内に導入された、300WのRF出力で、アフターバーナーの動作中、酸素ガスが、排気導管内に1,000sccmの流量で導入された、処理室内には、酸素は導入されなかった。図10は、排気導管内のプラズマの発生から生じる、時間に対するCO2の生成が示されている。アフターバーナーが用いられないと、検出可能なCO2の発光が生じない。しかし、処理室からアフターバーナーに有機物を晒すことにより、CO2の強い発光が生じる。処理室内において、ウエハが酸素及び窒素を含有しないプラズマ、例えば、ヘリウムガスと水素ガスの混合物から形成されるプラズマに晒されたとしてもCO2から放出される発光信号がないことがわかる。
この例では、希釈テストが実行され、処理室内に酸素ガスが逆流しないように、上流のヘリウムの流量を最小限にするように決定する。酸素は、排気導管内に1,000sccmの流量で導入された、プラズマ装置内にヘリウムヘリウムガスが最初に7,000sccmの流量で流れ、そして、段階的に減少させた。残留ガスの分析は、アフターバーナーの上流で行われ、ヘリウム、窒素、及び酸素の部分的圧力が監視された。図11は、時間と希釈に対するヘリウム、窒素、及び酸素の部分的圧力を図示する。ヘリウムが約175sccmの流量であるとき、酸素が上流の残留ガス分析器内に逆流する。この分析器は、炭素含有の低k誘電体に対して電位的に有害になる。
この例では、処理室内に1分につき標準7リッター(slm)のヘリウムの流れと、アフターバーナー側部に供給されるO2の1リッター(slm)の流れを用いて、レジスト被膜されたウエハがゆっくり加熱される。反応物(O,CN)及び生成物(OH)に対する光学発光信号の変化が観測される。ウエハが加熱されると、揮発性生成物が、昇華し、かつアフターバーナー内で浪費される。このOH信号は、個々に示すように上昇し、O信号は、対応して降下する。また、CNを作り出すのに用いられた炭素は、COおよびCO2を作るのに用いられ、CN信号が対応して降下する。
この例では、6,000オングストロームのDUVフォトレジストが、ウエハ上に被覆され、かつ図1に関して図示されかつ説明されたものと同様なプラズマアッシング装置内で処理された。4%の水素と96%のヘリウムガスの混合物(体積百分率)が、プラズマが発生したところから10slmの流量でプラズマ管に導入された。ウエハは、処理室内のプラズマに晒され、そして、その中に生じた排出物が処理室から排気導管内に放出された。CO/CH(431nm)、C2ダイマー(517nm)、H(656nm)、及びHe(668nm)の各種に関連する波長が、駆動されたアフターを通過した後、排気導管内で監視された。その結果が、図13に示されている。
この例では、6,000オングストロームのDUVフォトレジストが、ウエハ上に被覆され、かつ実施例5のようなプラズマアッシング装置内で処理された。水素/ヘリウムのアッシング処理によって処理室内に生成した酸素及び窒素を含有しないプラズマ排出物とともに、排気導管内で酸化プラズマを生じるために、1slmの流量で酸素が排気導管(例えば、処理室ではなくてアフターバーナーアセンブリ)に導入された。CO/CH(431nm)、C2ダイマー(517nm)、及びOH(309nm)の各種に関連する波長が、駆動されたアフターを通過した後、排気導管内で監視された。この例において、ダミーウエハ(フォトレジスト材料がない)が、また同一処理内に露出された。この結果が図14に示されている。
この例では、1.8ミクロンの厚さに被覆されたIラインフォトレジストが、図1に関して図示されかつ記載されたような1つと同等のプラズマアッシング装置内で処理された。4%の水素と96%のヘリウムガスの混合物(体積百分率)が、プラズマが発生したところから10slmの流量でプラズマ管に導入された。1slmの流量で酸素が排気導管に導入された。CO/CH(431nm)、C2ダイマー(517nm)、O(777nm及び845nm)、及びH(434nm)の各種に関連する波長が、駆動されたアフターを通過した後、排気導管内で監視された。その結果が、図15に示されている。
Claims (20)
- 基板からフォトレジストまたはポストエッチング残留物あるいはこれらの両方を除去するためのプラズマアッシング装置であって、
第1ガス源と、
この第1ガス源に流体連通し、前記基板からフォトレジストまたはポストエッチング残留物あるいはこれらの両方を選択的に除去するための第1プラズマを発生させるプラズマ発生コンポーネントと、
前記プラズマを受け入れるために、前記プラズマ発生コンポーネントと流体連通し、内部に前記基板を含む処理室と、
この処理室と流体連通し、前記プラズマ発生コンポーネントと軸方向に一列に並んでいる排気導管と、
この排気導管に結合し、アフターバーナーアセンブリのプラズマ放電領域内に焦点合わせされる集束光学系を含む光学検出システムとを含み、
前記排気導管は、第2ガス源を導くためのポートと、前記排気導管に結合される前記アフターバーナーアセンブリとを含み、前記ポートは、前記処理室とアフターバーナーアセンブリの中間に配置され、さらに、前記第1ガス源は、酸素及び窒素を含まないガスであり、前記第2ガス源は、酸化ガスであることを特徴とする装置。 - 前記アフターバーナーアセンブリは、前記排気導管内に第2プラズマを発生させる手段を含み、前記第2プラズマが前記第2ガス源から発生し、かつ排出物が前記処理室から放出されることを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記排気導管は、前記光学検出システムによって監視される波長に対して光学的に透過する材料から形成されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記アフターバーナーアセンブリは、前記排気導管の外周に巻かれたRFコイルと、このRFコイルと電気的に接続されたマッチボックスと、このマッチボックスに電気的に接続された電源とを含んでいることを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記アフターバーナーアセンブリの下流に配置される、スロットルバルブとフォーラインバルブをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記光学検出システムは、モノクロメータ、スペクトロメータ、またはバンド選択フィルタを用いることを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記ガス源及びプラズマ発生コンポーネントに流体連通する清浄器をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 低k誘電体は、炭素または水素あるいはこれらの両方を含んでいることを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 前記基板は、誘電率が約3.5未満の、炭素または水素あるいはこれらの両方を含有する絶縁層を含むことを特徴とする請求項1記載のプラズマアッシング装置。
- 基板からフォトレジストまたは残留物あるいはこれらの両方を取り除くために、酸素及び窒素を含有しないプラズマアッシング処理のための終了点検出方法であって、
プラズマアッシング装置の排気導管内に酸化ガスとプラズマアッシング排出物を導き、
前記酸化ガスと前記プラズマアッシング排出物からプラズマを発生させ、発光性の種を形成し、
この発光性の種に関連する発光信号の強さを光学的に監視する、各工程を含み、
前記プラズマアッシング装置は、プラズマ管と流体連通する処理室を含み、前記排気導管は、前記プラズマ管と軸方向に一列に並び、
前記プラズマアッシング排出物は、フォトレジスト材料、ポストエッチング残留物、及びポストアッシングの生成物であり、かつ窒素及び酸素の種が除かれており、さらに、
酸素と窒素が含有しないプラズマアッシング処理の終了点は、発光性の種に関連する発光信号の強さが、所定の閾値より大きいかまたは小さい値に変化した時に検出されることを特徴とする終了点検出方法。 - 発光信号の強さは、約283nm、約309nm、約387nm、約431nm、約434nm、約468nm、約472nm、約513nm、約516nm、約656nm、約668nm、約777nm、約845nmの波長、またはこれらの波長の少なくとも1つの組み合せであることを特徴とする請求項10記載の終了点検出方法。
- 前記基板は、誘電率が約3.5未満の、炭素または水素あるいはこれらの両方を含有する絶縁層を含むことを特徴とする請求項10記載の終了点検出方法。
- 酸化ガスは、酸素からなることを特徴とする請求項10記載の終了点検出方法。
- 発光性の種を光学的に監視する工程は、酸化ガスからのプラズマ及びプラズマアッシング放電のためのプラズマ放電領域の位置またはその近くに光学的検出器の集束光学系を焦点合わせすることを特徴とする請求項10記載の終了点検出方法。
- 炭素を含有する低k誘電体材料を有する基板からフォトレジスト材料を取り除くために使用される、酸素及び窒素を含有しないプラズマアッシング処理のための終了点検出方法であって、
処理室内で、フォトレジスト材料を基板から取り除き、そして揮発性生成物を形成する
ために、基板を酸素及び窒素を含有しないプラズマに露出させ、前記プラズマは、前記プラズマ管から前記処理室内に導かれ、
前記処理室から排気導管に、前記フォトレジスト材料および揮発性生成物を排出し、前記排気導管は、前記プラズマ管と軸方向に一列に並んでおり、
酸化ガスを前記処理室内に流さないように、前記酸化ガスを前記排気導管内に導き、
前記酸化ガス、排出されたフォトレジスト材料および揮発性の生成物から、前記排気導管内にプラズマを発生させ、
約283nm、約309nm、約387nm、約431nm、約434nm、約468nm、約472nm、約513nm、約516nm、約656nm、約668nm、約777nm、約845nmmの波長、またはこれらの波長の少なくとも1つの組み合せに関連して、排気導管内の発光信号の強さを測定し、
前記排気導管内で、前記発光信号における観測した変化に応答して、酸素及び窒素を含有しないプラズマアッシングの終了点を決定する、各工程を含むことを特徴とする検出方法。 - 炭素を含有する低k誘電体材料を有する基板からフォトレジスト材料または残留物を取り除くために使用される、酸素及び窒素を含有しないプラズマアッシング処理のための終了点検出方法であって、
水素ガス、ヘリウムガス、または前記ガスの少なくとも1つを含む組み合せからなるガス混合物から酸素及び窒素を除いて処理室内に第1プラズマを発生させ、
前記基板からフォトレジスト材料または残留物を選択的に取り除くために、前記第1プラズマに対して前記処理室内に設けられた前記基板を露出させ、前記第1プラズマは、前記プラズマ管から前記処理室内に導かれ、
前記取り除かれたフォトレジスト材料または残留物を前記基板から排気導管に排出し、前記排気導管は、前記プラズマ管と軸方向に一列に並んでおり、
発光性の種を生じさせるために、前記排出導管内に第2プラズマを発生させ、
前記発光性の種を光学的に監視し、前記発光性の種の光の強さが所定の閾値よりも大きいかまたは少ないかとき、第1プラズマの終了点が検出される、各工程を含むことを特徴とする検出方法。 - 第2プラズマを発生させる工程は、酸化ガスが処理室内に流れないように、排気導管内に前記酸化ガスを導くことを含んでいる請求項16記載の検出方法。
- 前記第2プラズマは、酸化ガスが除かれていることを特徴とする請求項16記載の検出方法。
- 前記発光性の種を監視する工程は、処理室内に存在する反応種に関連する発光性の種の波長を監視することを含んでいる請求項16記載の検出方法。
- 前記発光性の種を監視する工程は、第2プラズマと、取り除かれたフォトレジストまたは残留物との間の反応によって生じた種を光学的に監視するために発光性の種の波長を監視することを特徴とする請求項16記載の検出方法。
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