JP5148592B2 - 基板上の残留物を除去するための後エッチング処理システム - Google Patents
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Description
本発明は、「基板上の残留物を除去する方法」という題目の、本願と同日に出願され同時係属中の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人受取証287925US）、および「後エッチング処理システムのガス分配システム」という題目の、本願と同日に出願され同時係属中の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人受取証287929US）に関し、これらの内容は、本願の参照として取り入れられている。
本発明は、基板を処理する方法および機器に関し、特に、エッチング処理後の、基板の損傷を抑制する後エッチング処理システムに関する。
半導体処理プロセスの間、（乾式）プラズマエッチング処理を用いて、微細配線に沿って、もしくはビア内で、材料またはシリコン基板上のパターン化された接触部が除去され、エッチングされる。通常、プラズマエッチング処理は、例えばフォトレジスト層のようなパターン化保護マスク層で覆われた半導体基板を、処理チャンバ内に配置するステップを含む。一度、基板がチャンバ内に配置されると、チャンバ内に、所定の流速で、イオン化可能な解離性混合ガスが導入され、周囲処理圧力が得られるように、真空ポンプが閉じられる。その後、ガス化学種の一部が、誘導的にまたは容量的に、無線（RF）出力の伝送を介して、または例えば、電子サイクロトロン共振（ECR）を用いたマイクロ波出力を介して、加熱された電子によりイオン化されると、プラズマが形成される。また、加熱電子は、周囲ガス化学種のうちのある化学種の解離を助長し、暴露表面のエッチング化学処理に適した反応化学種を生成する。一度プラズマが形成されると、基板の選択表面は、プラズマによりエッチングされる。処理プロセスは、適当な条件が得られるように調整され、これには、解離反応物の適当な濃度、および基板の選択領域内の各種特徴物（例えば溝、ビア、接触部等）をエッチングするイオン密度が含まれる。エッチング処理が必要なそのような基板材料には、二酸化珪素（SiO2）、低誘電率（すなわち低k）誘電体材料、ポリシリコン、および窒化珪素が含まれる。例えば、乾式プラズマエッチング処理を用いて、一度、パターン化マスク層から下地の層に、パターンが転写されると、フォトレジストの残りの層、および後エッチング残留物は、アッシュ処理（ashing）（または剥離処理）を介して除去される。例えば、従来のアッシュ処理では、残留フォトレジスト層を有する基板が、二原子酸素（O2）の導入、およびそのイオン化／解離により形成された酸素プラズマに暴露される。しかしながら、基板近傍でのプラズマの形成は、未制御状態での、高エネルギー帯電粒子（例えば活性電子等）への暴露につながり、これは、装置製造者には許容することのできない、下地層および／または基板の損傷の原因となる。
本発明では、
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを、前記処理チャンバ内の基板の上部の前記処理空間に搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバ内の前記処理空間に基板を支持し、前記基板の温度を制御するように構成された台座であって、
前記台座の上部表面に形成された1または2以上の溝を有し、
前記1または2以上の溝の少なくとも一つは、前記台座の端部まで延伸する、台座と、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムと、
を有する処理システムが提供される。
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを、前記処理チャンバ内の基板の上部の前記処理空間に搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバ内の前記処理空間に基板を支持し、前記基板の温度を制御するように構成された台座であって、
前記台座の上部表面に形成された1または2以上の溝を有し、
前記1または2以上の溝の少なくとも一つは、前記台座の端部まで延伸する、台座と、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムと、
を有する処理システムが提供される。
本発明は、基板を処理するシステムに関し、さらに、原子または分子ラジカルで基板を処理するシステムに関する。
ある実施例では、示された処理システムは、原子または分子ラジカルを用いて、基板上の残留物を除去するものである。別の実施例では、処理システムは、
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを、前記処理チャンバ内の基板の上部の前記処理空間に搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバ内の前記処理空間に基板を支持し、前記基板の温度を制御するように構成された台座と、
を有する。前記台座は、前記台座の上部表面に形成された1または2以上の溝を有し、前記1または2以上の溝の少なくとも一つは、前記台座の端部まで延伸する。また、当該処理システムは、前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムを有する。本発明の別の態様では、処理システムは、
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを基板の上部の前記処理チャンバに搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、を有する。前記処理チャンバ内には、前記基板を、該基板のずれが最小となるように支持する手段が配置される。また、当該処理システムは、前記基板を加熱する手段と、前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムと、を有する。
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを、前記処理チャンバ内の基板の上部の前記処理空間に搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバ内の前記処理空間に基板を支持し、前記基板の温度を制御するように構成された台座と、
を有する。前記台座は、前記台座の上部表面に形成された1または2以上の溝を有し、前記1または2以上の溝の少なくとも一つは、前記台座の端部まで延伸する。また、当該処理システムは、前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムを有する。本発明の別の態様では、処理システムは、
処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを基板の上部の前記処理チャンバに搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、を有する。前記処理チャンバ内には、前記基板を、該基板のずれが最小となるように支持する手段が配置される。また、当該処理システムは、前記基板を加熱する手段と、前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムと、を有する。
以下の記載では、本発明の全体の理解を容易にするため、および限定的ではない一例のため、処理システムの特定の形状および各種処理プロセス等の、特定の詳細について説明する。しかしながら、本発明は、これらの特定の細部とは異なる、他の実施例で実施することも可能であることに留意する必要がある。
材料処理法において、パターンエッチング処理は、フォトレジストのような感光性材料の薄膜層を、基板の上部表面に設置するステップを有し、この基板は、その後、パターン化され、基板の下側の薄膜層に、エッチング処理の間、このパターンを転写するためのマスクが提供される。通常、感光性材料のパターン化処理は、例えば、微小リソグラフィシステムを用いて、レチクル（および関連光学素子）を介して、放射線源に感光性材料を暴露するステップを含み、その後、現像溶媒を用いて、感光性材料の被照射領域が除去され（陽性のフォトレジストの場合）、あるいは非照射領域が除去される（陰性のフォトレジストの場合）。
例えば、図1A乃至1Cに示すように、パターン2が形成された感光層3を有するマスク（例えば、パターン化フォトレジスト）を用いて、特徴的パターンが基板5上の薄膜4に転写される。パターン2は、特徴部6の形成のため、例えば、乾式プラズマエッチング処理を用いて、薄膜4に転写され、エッチングの完了後に、マスク3が除去される。従来、マスク3、およびポリシリコンエッチング処理からのハロゲン残留物のような他の残留物は、酸素プラズマのようなプラズマ中に、基板を晒すことにより除去され、残りのマスクおよび後エッチング残留物は、アッシュ（または剥離）処理される。ただし、半導体製造の用途におけるフロントエンドオブライン（FEOL）の間など、乾式清浄化処理の際、感度を示す構造もしくは層、または精緻な構造もしくは層を有する基板であって、プラズマに直接暴露される基板は、活性（帯電）粒子、電磁（EM）放射線等の存在により、悪影響を受ける。
ある実施例では、図2に示された処理システム100は、台座120を有する処理チャンバ110を有し、この台座120は、基板125を支持するように構成され、この基板に対して、後エッチング処理プロセスのような処理プロセスが実施される。基板125は、例えば、半導体基板、ウェハ、または液晶ディスプレイである。また、処理チャンバ110には、ラジカル供給システム140を介して、ラジカル発生システム115が結合される。
さらに処理チャンバ110は、ダクトおよび圧力制御システム（例えば、真空バルブ等）を介して、真空排気システム170に結合され、排気システム170は、処理チャンバ110、ラジカル供給システム140、およびラジカル発生システム115を、基板125の処理プロセスに適した圧力、ならびにラジカル発生システム115内でのラジカルの生成に適した圧力に減圧するように構成される。
再度図2を参照すると、ラジカル発生システム115は、1または2以上のガス供給溝162を介して、ガス供給システム160から供給された処理ガスから、遠隔で、原子ラジカル、分子ラジカル、または両方を形成するように構成される。ラジカル発生システム115内で遠隔で形成されたラジカルは、ラジカル供給システム140を介して輸送され、基板125上部の処理空間145に導入される。ラジカル供給システム140は、処理空間145にラジカルを導入する際に、ラジカルの流れの妨害を最小限に抑制し、基板表面に到達する前に、ラジカルが再結合することが抑制される。例えば、ラジカル供給システムは、ダクトを有しても良く、このダクトは、ラジカル発生システム115の出口に結合されたダクト入口と、処理チャンバ110に結合されたダクト出口とを有する。
ラジカル発生システム115は、1または2以上の化学ラジカルを生成するように構成され、このラジカルは、基板125に対して、最小限の損傷で、あらゆる残留マスク層、残留フォトレジスト、または後エッチング残留物等と化学的反応し、あるいはこれらを除去するように構成される。例えば、ラジカル発生システム115は、酸素含有ガス、フッ素含有ガス、もしくはその両方を含む処理ガスから、酸素またはフッ素のラジカルを生成するように構成された上流プラズマ源を有しても良い。例えば、処理ガスは、酸素（O2）、CO、CO2、NO、NO2、N2O（またはより一般的にはNxOy）、N2、三フッ化窒素（NF3）、NH3、O3、XeF2、ClF3、またはC3F8（またはより一般的にはCxFy）、またはこれらの2以上の組み合わせを含んでも良い。ラジカル発生システム115は、MKSインスツルメンツ社から市販されているAstron（登録商標）反応ガス発生器、ASTeX（登録商標）製品（90 Industrial Way Wilmington, MA 01887）を有しても良い。
ガス供給システム160は、ラジカル発生システム115への処理ガスの供給に加えて、さらに、1または2以上のガス供給導管162を介して、ラジカル発生システム115に、補助処理ガスを供給するように構成されても良い。補助処理ガスは、ラジカル発生システム115で形成されたラジカルを処理空間145に輸送することを支援するキャリアガスとして使用され、あるいは補助処理ガスを用いて、処理ガス、および該処理ガスから形成されたラジカルが希釈される。補助ガスは、希ガス（すなわち、He、Ne、Ar、Kr、Xe）のような不活性ガス、窒素（N2）またはそれらの組み合わせを含んでも良い。例えば、ラジカル発生システム115に酸素（O2）と窒素を添加することにより、O2の解離が促進される。また、ガス供給システム160は、1または2以上の補助ガス供給導管164を介して、補助処理ガスを、直接処理チャンバ110に導入するように構成されても良い。
図には示されていないが、ガス供給システム160は、1もしくは2以上のガス源、1もしくは2以上の制御バルブ、1もしくは2以上のフィルタ、および／または1もしくは2以上のマスフロー制御器を有しても良い。例えば、処理ガスまたは補助処理ガスの流速は、約1sccm（標準cm3／分）から約10000sccm（または10標準リットル／分、slm）の範囲であっても良い。例えば、処理ガスまたは補助処理ガスの流速は、約1slmから約5slmの範囲である。別の例では、処理ガスまたは補助処理ガスの流速は、約3slmから約5slmの範囲である。
ラジカル発生システム115の下流では、ラジカル供給システム140を介してラジカルが流れ、これは、処理チャンバ110内の処理空間145に入る。ラジカル供給システム140は、蒸気ライン温度制御システム（図示されていない）に結合され、温度が制御される。例えば、温度は、約20℃から約100℃の範囲の値に設定され、別の実施例では、温度は、約40℃から約80℃の範囲に設定される。また、例えば、ラジカル供給システム140は、約50リットル／秒を超える高コンダクタンスであっても良い。
一度、処理空間145にラジカル流が入ると、ラジカルは、基板125の表面上の残留物と化学的に反応する。台座120は、加熱素子135を用いて、基板125の温度を昇温するように構成され、この加熱素子は、台座120内に埋設され、温度制御システム130と結合される。加熱素子135は、抵抗加熱素子であっても良く、あるいは加熱素子135は、熱電装置の配列を有しても良い。基板ホルダでの熱電装置の使用に関する追加の詳細は、「迅速温度変化および制御用の方法および機器」という題目の、係属中の米国特許出願第10／809,787号に記載されており、これは、本願の参照として取り入れられている。例えば、温度制御システム130は、基板125の温度を約500℃まで昇温するように構成される。ある実施例では、基板温度は、約40℃から約500℃の範囲である。別の実施例では、基板温度は、約100℃から約300℃の範囲である。また、処理チャンバ110は、チャンバ壁の温度を制御するように構成された、温度制御システム130に結合される。
基板125の温度を昇温することに加えて、台座120は、処理中、基板125を支持するように構成される。台座120は、さらに、リフトピン組立体（図示されていない）を有しても良く、この組立体は、3本以上のリフトピンを上昇および下降させることができ、これにより、処理チャンバ110内で、台座120の上部表面から、および処理チャンバ110の搬送平面から、基板125を鉛直方向に搬送することができる。
リフトピン組立体において、基板リフトピンは、共通のリフトピン素子に結合され、台座120の上部表面まで下降することができる。例えば、電気駆動システム（電気ステッパモータおよびネジ棒を有する）または空気圧駆動システム（エアシリンダを有する）を用いた駆動機構（図示されていない）により、共通リフトピン素子の上昇および下降手段が提供される。基板125は、ロボット搬送システム（図示されていない）を介して、ゲートバルブ（図示されていない）および搬送面に沿ったチャンバ貫通経路を通り、処理チャンバ110に搬入または処理チャンバから搬出され、基板リフトピンにより受容される。一度、搬送システムから基板125が受容されると、基板は、基板リフトピンを低下させることにより、台座120の上部表面にまで下降される。
本願発明者らは、後エッチング清浄化システムのような従来の処理システムは、基板を固定するための基板固定機構（例えば静電チャック）および／または基板の温度制御を容易にするための基板背面ガスフローシステムを有することを把握している。そのような特徴は、本発明のいくつかの実施例に使用されても良いが、本願発明者らは、特に、遠隔ラジカル発生器が使用される場合、基板の固定および／またはウェハ背面ガスの流れは、後エッチング処理プロセスには、必ずしも必要ではないと判断している。すなわち、本願発明者らの発明によって、後エッチング清浄化システムの台座は、実質的にコストが抑制されるように単純化される。従って、本発明のある実施例では、処理システムは、固定機構を有さない台座を有し、あるいは背面ガスフロー機構を有さず、あるいはこれらの両方の特徴を有さない。
台座120上で、基板が移動したりずれたりすることを抑制するため、台座120の上部表面には、1または2以上の溝が形成され、この1または2以上の溝の少なくとも一つは、台座の端部まで延伸する。基板125を台座120の上部表面に搬送する間、台座120上の1または2以上の溝は、例えば、基板125の動き（またはずれ）を可能にする潤滑層の形成を最小限に抑制する。1または2以上の溝の少なくとも一つは、台座120の端部にまで延伸し、基板125の背面と台座120の上部表面の間に停滞する、潤滑層の形成の原因となる周囲ガスを、逸散させることができる。
また、台座120の上部表面からの基板125の搬送の間、台座120の上部表面の1または2以上の溝は、台座120の上部表面から基板125を最初に動かす際に、例えば、基板125の（吸引による）台座120への張り付きを最小限に抑制する。1または2以上の溝の少なくとも一つは、台座120の端部まで延伸しており、基板125の背面と台座120の上部表面の間への周囲ガスの進入が可能となり、基板の取り出しが容易となる。
図9乃至図11を参照すると、台座の上部表面に、1または2以上の溝を提供するいくつかの例が示されている。図9乃至11のいずれかに示す台座の構成は、本願のいかなる処理システムにも用いることができる。図9には、溝701の第1の配列と、溝702の第2の配列とを有する台座120が示されており、これにより実質的に矩形状のパターンが形成される。溝701の第1の配列および溝702の第2の配列は、実質的に相互に直交しており、台座120の周囲端部に延伸する。図10には、台座120’が示されており、この台座は、実質的に半径方向の溝801の第1の配列と、実質的に環状の溝802の第2の配列とを有し、これにより、実質的に環状のパターンが形成される。溝801の第1の配列と、溝802の第2の配列は、実質的に相互に直交しており、半径方向の溝801の第1の配列は、台座120’の周囲端部に延伸する。図11には、台座120”が示されており、この台座は、実質的に半径方向の溝901の配列であって、台座120”の周囲まで延在する溝の配列を有する。
図2に示したように、排気ラインは、処理チャンバ110を、真空排気システム170に接続する。真空排気システム170は、真空ポンプを有し、これにより、処理チャンバ110は、所望の真空度まで減圧され、処理中に、処理チャンバ110からガス化学種が除去される。自動圧力制御器（APC）および任意のトラップを、真空ポンプと直列に用いても良い。真空ポンプは、粗引きポンプを有しても良い。あるいは、真空ポンプは、排気速度が5000リットル／秒（以上）のターボ分子ポンプ（TMP）を有しても良い。処理の間、処理ガス、補助処理ガス、またはその両方が、処理チャンバ110に導入され、チャンバ圧力は、APCで調整される。例えば、チャンバ圧力は、約1mTorrから約50Torrの範囲であり、別の例では、チャンバ圧力は、約1Torrから約10Torrの範囲である。APCは、バタフライ型バルブ、またはゲートバルブを有しても良い。トラップは、処理チャンバ110からの副生成物を回収する。
また、処理システム100内のいずれかの素子は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムのようなセラミック材料でコーティングされても良い。例えば、いずれかの素子は、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3からなる群から選定された材料でコーティングされても良い。
再度図2を参照すると、さらに処理システム100は、制御システム180を有し、この制御システムは、処理システム100を作動し、処理システム100の動作を制御するように構成される。制御システム180は、処理チャンバ110、台座120、温度制御システム130、ラジカル発生システム115、ガス供給システム160、および真空排気システム170に結合される。
制御システム180は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、十分な制御電圧を発生することの可能なデジタルI／Oポートを含んでも良く、これにより、処理システム100の入力と通信され、処理システム100の入力が活性化されるとともに、処理システム100からの出力をモニターすることが可能になる。また、制御システム100は、処理チャンバ110、台座120、温度制御システム130、ラジカル発生システム115、ガス供給システム160、および真空排気システム170に結合され、これらと情報交換される。メモリ内に保管されたプログラムを用いて、保管された処理レシピに従って、処理システム100の前述の部材が制御される。制御システム180の一例は、DELL PRECISION WORKSTATION 610（登録商標）であり、これは、デル社（テキサス州ダラス）より入手できる。また、制御システム180は、汎用コンピュータ、デジタル信号プロセッサ等で構成されても良い。
しかしながら、制御システム180は、汎用コンピュータシステムで実施されても良く、このシステムは、メモリ内に収容された、1または2以上の指令の1または2以上のシーケンスを実行するプロセッサに応答して、本発明の処理ステップに基づいて、マイクロプロセッサの一部または全てを実施する。そのような指令は、ハードディスクまたはリムーバブル媒体ドライブのような、別のコンピュータ可読媒体から、制御器メモリ内で読み取られる。また、マルチ処理配置内の1または2以上のプロセッサを、制御器マイクロプロセッサとして用いて、メインメモリ内に収容された一連の指令を実行しても良い。別の実施例では、ソフトウェア指令の代わりに、またはこれに組み合わせて、ハード配線回路を用いても良い。従って、実施例は、ハードウェア回路とソフトウェアのいかなる特定の組み合わせにも限定されるものではない。
制御システム180は、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体、または制御器メモリのようなメモリを有し、本発明の示唆によりプログラム化された指令を保持し、データ構造、表、レコード、または本発明の実施に必要となり得る他のデータを収容する。コンピュータ可読媒体の一例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、テープ、光磁気ディスク、PROM（EPROM、EEPROM、フラッシュEPROM）、DRAM、SRAM、SDRAM、もしくは他の磁気媒体、コンパクトディスク（例えばCD-ROM）、もしくは他のあらゆる光媒体、パンチカード、紙テープ、または穴パターンを有する他の物理的媒体、担体波（以下に示す）、またはコンピュータで読み取ることのできる他の媒体である。
本発明は、コンピュータ可読媒体の一つまたは組み合わせに保管された、制御システム180を制御するソフトウェアを含み、これにより、本発明の実施のため装置が駆動され、および／または制御器とユーザとの相互作用が可能となる。そのようなソフトウェアには、これに限られるものではないが、装置ドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアが含まれる。そのようなコンピュータ可読媒体は、さらに、本発明のコンピュータプログラム製品を含み、これにより、本発明を実施する際に行われる処理の全てまたは一部が実施される（処理が配分されている場合）。
本発明のコンピュータコード装置は、いかなる解釈可能なまたは実行可能なコード機構であっても良く、これに限られるものではないが、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（DLL）、ジャバクラス、および完全実行プログラムを含む。また、本発明の処理の一部は、より良い特性、信頼性、および／またはコストのため、分配されても良い。
本願に使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行用の制御システム180のプロセッサに指令を提供する際に関与する、いかなる媒体をも意味する。コンピュータ可読媒体は、多くの形態とすることができ、これに限られるものではないが、非揮発性媒体、揮発性媒体、および伝達媒体であっても良い。非揮発性媒体には、例えば、ハードディスクまたはリムーバブル媒体ドライブのような、光ディスク、磁気ディスク、および光磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、メインメモリのようなダイナミックメモリが含まれる。また、コンピュータ可読媒体の各種形態には、実行用制御器のプロセッサへの1または2以上の指令の1または2以上のシーケンスを実施することが含まれる。例えば、指令は、最初、離れた場所のコンピュータの磁気ディスクで実施されても良い。離れた場所のコンピュータは、遠隔操作で、本発明の全てまたは一部を実施するダイナミックメモリに指令をロードし、ネットワークを介して制御器180に指令を送信する。
制御システム180は、処理システム100に対してローカルに配置されても良く、あるいは、インターネットまたはイントラネットを介して、処理システム100から離れた位置に配置されても良い。すなわち、制御システム180は、直接接続、イントラネット、およびインターネットの少なくとも一つを用いて、処理システム100との間でデータ交換することができる。制御システム180は、顧客サイト側（すなわち装置メーカ等）でイントラネットに結合され、あるいはこれは、例えば、ベンダー側（すなわち装置製造者）でイントラネットに結合される。また、別のコンピュータ（すなわち制御器、サーバ等）により、制御システム180にアクセスし、直接接続、イントラネットおよびインターネットのうちの少なくとも一つを経由して、データを交換しても良い。
前述のように、図2の処理システム100により、遠隔でラジカルが生成され、そのようなラジカルが、処理チャンバ内の基板に供給される。そのような構成では、基板の後エッチング清浄化処理のような処理が可能となり、基板近傍の高エネルギー帯電粒子による基板への損傷が最小限に抑制される。ただし、遠隔ラジカル発生器の使用は、基板の処理速度を低下させ、および／または基板の処理が不均一となる可能性がある。本願発明者らは、ラジカル供給システムの形状等の設計上の特徴が、ラジカルの均一分布、および基板の処理速度に影響するラジカルの再結合速度に影響を及ぼすことを見出した。一般に、ラジカルの基板表面へのスムーズな流れにより、再結合が抑制され、処理速度が改善されるが、この場合、処理の均一性は低下する。逆に、ガス流を妨害するもの（分配板等）を提供した場合、均一性は改善されるが、処理速度は低下する。従って、本発明の実施例では、均一基板処理および／または基板処理速度を制御する、異なるラジカル供給システムを含む。
次に図3を参照すると、この図には、別の実施例による処理システム200が示されている。処理システム200は、例えば、図2の実施例と同様であり、同様の参照符号は、同一のまたは同等の部材を表す。処理システム200は、ガス分配プレナム244を有するラジカル供給システム240を有し、このガス分配プレナムは、ダクト242を介して、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス分配プレナムは、ガス分配板246に形成された複数の開口を介して、ダクト242から受容されたラジカルを、処理空間245内に分配する。ガス分配プレナム244は、実質的に円筒状の容積を有する。
ガス分配板246は、複数の開口を有するように設計されており、この開口の数は、約1から約1000の範囲であり、これは、約10から約100の範囲であることが望ましい。また、例えば、ガス分配板246は、複数の開口を有するように設計されても良く、各開口は、約1mmから約100mmの範囲の直径を有し、これは、約4mmから約10mmの範囲であることが望ましい。また、例えば、ガス分配板246は、複数の開口を有するように設計されても良く、各開口は、約1mmから約20mmの範囲の長さを有し、これは、約2mmから約20mmの範囲であることが望ましい。
ある実施例では、1または2以上の開口が、ガス分配板246上に均一に分布される。あるいは、別の実施例では、1または2以上の開口の分布は、不均一である。例えば、ガス分配板246の周囲領域には、ガス分配板246の中央領域に比べて、より多くの開口が存在しても良い。
ガス分配板246は、アルミニウム、アノダイズ処理アルミニウムのような金属、またはセラミックで製作されても良い。例えば、ガス分配板246は、石英、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム等で製作されても良い。また、ガス分配板246は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムのようなセラミック材料でコーティングされても良い。例えば、ガス分配板246は、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3なる群から選定された材料でコーティングされても良い。
次に、図4を参照すると、この図には、別の実施例による処理システム300が示されている。処理システム300は、例えば、図2の実施例と同様であり、図において、同様の参照符号は、同一のまたは同等の部材を表す。処理システム300は、ガス拡散器344を有するラジカル供給システム340を有し、この拡散器は、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス拡散器344は、該ガス拡散器344の出口に結合されたガス分配板346に形成された複数の開口を介して、ラジカル発生システム115から受容されたラジカルを、処理空間345内に分配する。例えば、ガス拡散器344は、実質的に円錐状の容積を有する。また、例えば、図4に示すように、ガス拡散器344は、第1の導入領域342を有し、この第1の導入領域は、第2の導入領域343に結合される。第1の導入領域342および第2の導入領域343は、例えば、実質的に円錐状であっても良く、この場合、第1の導入領域342の半角は、第2の導入領域343の半角よりも小さい。例えば、第1の導入領域342の半角は、約45゜以下である。あるいは、例えば、第1の導入領域342の半角は、約20゜以下であっても良い。あるいはまた、例えば、第1の導入領域342の半角は、約15゜以下であっても良い。ガス分配板346は、例えば、図3の実施例と同様のものである。
次に図5を参照すると、この図には、別の実施例による処理システム400が示されている。処理システム400は、例えば、図2の実施例と同様であり、図において、同様の参照符号は、同様のまたは同等の部材を表す。処理システム400は、ガス拡散器444を有するラジカル供給システム440を有し、このガス拡散器は、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス拡散器444は、ラジカル発生システム115から受容されたラジカルを、処理空間445内に分配する。例えば、ガス拡散器444は、実質的に円錐状容積を有する。また、例えば、図5に示すように、ガス拡散器444は、第1の導入領域442を有し、この第1の導入領域442は、第2の導入領域443に結合される。第1の導入領域442および第2の導入領域443は、例えば、実質的に円錐状であっても良く、この場合、第1の導入領域442の半角は、第2の導入領域443の半角よりも小さい。例えば、第1の導入領域442の半角は、約45゜以下であっても良い。あるいは、第1の導入領域442の半角は、約20゜以下であっても良い。あるいはまた、第1の導入領域442の半角は、約15゜以下であっても良い。
次に図6Aおよび6Bを参照すると、これらの図には、別の実施例による処理システム500が示されている。処理システム500は、例えば、図2の実施例と同様であり、図において、同様の参照符号は、同様のまたは同等の部材を表す。処理システム500は、ガス拡散器544を有するラジカル供給システム540を有し、このガス拡散器544は、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス拡散器544は、ラジカル発生システム115から受容されたラジカルを、処理空間545内に分配する。例えば、ガス拡散器544は、実質的に円錐状の容積を有する。また、例えば、図6Aに示すように、ガス拡散器544は、第1の導入領域542を有し、この第1の導入領域542は、第2の導入領域543に結合される。第1の導入領域542および第2の導入領域543は、例えば、実質的に円錐状であっても良く、この場合、第1の導入領域542の半角は、第2の導入領域543の半角よりも小さい。例えば、第1の導入領域542の半角は、約45゜以下であっても良い。あるいは、例えば、第1の導入領域542の半角は、約20゜以下であっても良い。あるいはまた、例えば、第1の導入領域542の半角は、約15゜以下であっても良い。
図6Aおよび6Bに示すように、ガス拡散器544の第1の導入領域542の出口と第2の導入領域543の入口の間には、拡散板546が配置される。あるいは、拡散板546は、ガス拡散器544の第2の導入領域543の出口に配置される。拡散板546は、ディスクのような中央ボディ548を有し、これは、1または2以上の支持アーム547に支持され（図6Bには、2つの支持アームが示されている）、ラジカルが流通する1または2以上の経路549が形成される（図6Bには2つの経路が示されている）。中央ボディ548は、円形、矩形、または他の形状等であっても良く、これは、ラジカル発生システム115の出口から広がるガス流の軸モーメントを拡散するように構成される。必要な場合、図4に示すように、拡散板546の下流に、ガス分配板を用いても良い。
拡散板546は、アルミニウム、アノダイズ化アルミニウムのような金属、またはセラミックで製作されても良い。例えば、拡散板546は、石英、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム等で製作されても良い。また、拡散板546は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムのようなセラミック材料でコーティングされても良い。例えば、拡散板546は、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3なるからなる群から選定された材料でコーティングされても良い。
次に図7を参照すると、この図には、別の実施例による処理システム600が示されている。処理システム600は、例えば、図2の実施例と同様であり、同様の参照符号は、同様のまたは同等の部材を表す。処理システム600は、ガス拡散器644を有するラジカル供給システム640を有し、このガス拡散器は、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス拡散器644は、ラジカル発生システム115から受容されたラジカルを、処理空間645内に分配する。例えば、ガス拡散器644は、実質的に円錐の容積を有する。また、例えば、図7に示すように、ガス拡散器644は、第1の導入領域642を有し、この第1の導入領域は、第2の導入領域643に結合される。第1の導入領域642および第2の導入領域643は、例えば、実質的に円錐状であっても良く、この場合、第1の導入領域642の半角は、第2の導入領域643の半角よりも小さい。例えば、第1の導入領域642の半角は、約45゜以下であっても良い。あるいは、例えば、第1の導入領域642の半角は、約20゜以下であっても良い。あるいはまた、例えば、第1の導入領域642の半角は、約15゜以下であっても良い。
図7に示すようにガス拡散器644の第1の導入領域642と第2の導入領域643間には、拡散板646が配置される。あるいは、拡散板646は、ガス拡散器644の第2の導入領域643の出口に配置される。拡散板646は、例えば、図6Aおよび6Bに示した拡散板546と同様に構成される。ただし、この拡散板646は、さらに、2または3以上の支持アームで支持された円錐状中央ボディ647を有しても良く、これは、ラジカルが流通する2または3以上の経路を有する。円錐状拡散ボディ647は、円形、矩形、または他の形状であっても良く、ラジカル発生システム115の出口から広がるガス流の軸モーメントを拡散するように構成される。必要な場合、図4に示したように、拡散板646の下流に、ガス分配板を使用しても良い。
次に、図8Aおよび8Bを参照すると、この図には、別の実施例による処理システム700が示されている。処理システム700は、例えば、図2の実施例と同様であり、図において、同様の参照符号は、同様のまたは同等の部材を表す。処理システム700は、ガス拡散器744を有するラジカル供給システム740を有し、このガス拡散器は、ラジカル発生システム115の出口に結合される。ガス拡散器744は、ラジカル発生システム115から受容されたラジカルを、処理空間745内に分配する。例えば、ガス拡散744は、実質的に円錐状の容積を有する。また、例えば、図8Aに示すように、ガス拡散器744は、第1の導入領域742を有し、この第1の導入領域742は、第2の導入領域743に結合される。第1の導入領域742および第2の導入領域743は、例えば、実質的に円錐状であっても良く、この場合、第1の導入領域742の半角は、第2の導入領域743の半角よりも小さい。例えば、第1の導入領域742の半角は、約45゜以下であっても良い。あるいは、例えば、第1の導入領域742の半角は、約20゜以下であっても良い。あるいはまた、例えば、第1の導入領域742の半角は、約15゜以下であっても良い。
図8Aおよび8Bに示すように、拡散板746は、ガス拡散器744の第2の導入領域743の出口に配置される。拡散板746は、例えば、図7に示した拡散板646と同様に構成される。拡散板746は、1または2以上の支持アームにより支持された、円錐状中央ボディ747を有し、これは、ラジカルが流通する1または2以上の経路を有する。あるいは、拡散板746は、円錐状中央ボディ747を支持するように構成された蒸気分配板を有し、円錐状中央ボディ747の基部と、ガス拡散器744の第2の導入領域743の内壁の間の、拡散板746の周囲領域にわたって、複数の開口749が形成される。円錐状中央ボディ747は、円形、矩形、または他の形状であっても良く、ラジカル発生システム115の出口から広がるガス流の軸モーメントを拡散するように構成される。
再度図8Aおよび8Bを参照すると、処理システム700は、さらに、台端リング750、拡散板端リング752、および／またはその両方を有しても良く、これにより、基板125の周囲端部を通り、真空排気システム170に至る処理ガスの流れが阻害される。台端リング750、拡散板端リング752、またはその両方は、基板125の周囲端部の流通空間を、約10%から約80％だけ抑制するように構成されても良く、これは、約20％から約50％であることが望ましい。これにより、基板にわたって、ラジカルのより均一な分配が可能となり、および／または基板の処理速度が改善される。
台端リング750、拡散板端リング752、またはその両方は、アルミニウム、またはアノダイズ化アルミニウムのような金属、またはセラミックで構成されても良い。例えば、各リングは、石英、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、窒化アルミナ等であっても良い。また、各リングは、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムのようなセラミック材料でコーティングされても良い。例えば、各リングは、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3なる群から選定された材料でコーティングされても良い。
図12には、実施例による基板から残留物を除去する方法のフローチャートを示す。フローチャート1000は、ステップ1010において、処理チャンバ内で台座上に、残留物を有する基板を設置することから開始される。台座は、図9乃至11のように構成されたいかなる台座であっても良く、処理チャンバは、図2乃至8に示したいかなる処理チャンバ、またはこれらの組み合わせを有しても良い。残留物は、エッチング処理による残留物であっても良い。
ステップ1020では、処理チャンバに結合されたラジカル発生チャンバに、処理ガスが導入される。ある実施例では、処理ガスは、NxOyを含み、ここでxおよびyは、1以上の整数である。処理ガスは、NO、N2O、NO2、もしくはこれらの2以上のうちの1または2以上を有しても良い。処理ガスは、N2Oを含むことが好ましい。この場合、前述のような遠隔ラジカル発生システムを使用した際に、良好な処理速度が得られることが期待される。NxOyガスは、使用の際に、以下に示すように、N2および／またはO2を含んでも含まなくても良い。あるいは、さらに処理ガスは、O2、CO、CO2、またはこれらの2以上の組み合わせのような酸素含有ガスを有する。本願発明者らは、基板が損傷する恐れがあるため（特にFEOL操作の際）、局部プラズマには、酸素含有ガスは好ましくないことを認識しているが、遠隔ラジカル発生器で酸素含有ガスを使用することにより、基板の処理速度が改善され、損傷が最小限に抑制される。あるいは、さらに処理ガスは、N2、NH3、NF3、またはこれらの2以上の組み合わせのような、窒素含有ガスを含んでも良い。あるいは、さらに処理ガスは、CxFyのようなハロゲン含有ガスを含んでも良く、ここでxおよびyは、1以上の整数である。あるいはまた、処理ガスは、さらに、N2およびO2を含んでも良い。あるいは、処理ガスは、N2O、N2、およびO2で構成されても良い。あるいは、処理ガスは、さらに、希ガスのような不活性ガスを含んでも良い。
例えば、処理パラメータ空間は、約1から約10Torrのチャンバ圧力を有し、処理ガスの流速は、約3から約5slmの範囲であり、台座温度は、約100℃から約300℃の範囲である。
ステップ1030では、ラジカル発生チャンバ内で、処理ガスのラジカルが形成される。ラジカルは、処理ガスのプラズマ形成法、および誘導解離法で、形成されても良い。あるいは、処理ガスを解離させる他の技術を用いても良く、この技術には、紫外線（UV）のような電磁（EM）放射線の誘導法が含まれる。
ステップ1040では、処理ガスから形成されたラジカルが、ラジカル発生チャンバから、処理チャンバの方に搬送される。例えば、ラジカルは、図2乃至図8のいずれかに示したラジカル供給システムを介して、またはこれらのいかなる組み合わせを介して、搬送されても良い。
ステップ1050では、基板がラジカルの流れに暴露され、残留物が除去される。基板は、ラジカル発生チャンバ内のプラズマには、暴露されないようにして、ラジカルに暴露される。
以上、本発明のある実施例について詳しく説明したが、実施例において、本発明の示唆および利点から実質的に逸脱しないで、多くの変更が可能であることは、当業者には容易に理解される。従って、全てのそのような変更は、本発明の範囲に属する。
Claims (26)
- 処理空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合された遠隔ラジカル発生システムであって、処理ガスを受容し、該処理ガスからラジカルを形成し、該ラジカルを、前記処理チャンバ内の基板の上部の前記処理空間に搬送するように構成された遠隔ラジカル発生システムと、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバ内の前記処理空間に基板を支持し、前記基板の温度を制御するように構成された台座であって、
前記台座の上部表面に形成された1または2以上の溝を有し、
前記1または2以上の溝の少なくとも一つは、前記台座の端部まで延伸する、台座と、
前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを減圧するように構成された真空排気システムと、
を有する処理システムであって、
前記遠隔ラジカル発生システムには、第1の円錐状導入領域および第2の円錐状導入領域を有するガス拡散器が結合され、前記第1の円錐状導入領域は、前記第2の円錐状導入領域よりも前記遠隔ラジカル発生システムに近く、前記第1の円錐状導入領域の半角は、前記第2の円錐状導入領域の半角よりも小さく、
前記第1の円錐状導入領域と前記第2の円錐状導入領域の間、または前記第2の円錐状導入領域の出口側には、拡散板が設けられ、
該拡散板は、円錐状中央ボディおよび該円錐状中央ボディの周囲に設けられた開口を有することを特徴とする処理システム。 - さらに、
前記ラジカル発生システムの出口に結合され、前記ラジカルを前記基板の上部に分配する、ガス分配システムを有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。 - 前記台座は、前記基板の前記温度を制御されるように構成された、1もしくは2以上の加熱素子、1もしくは2以上の冷却素子、またはこれらの組み合わせを有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記台座は、コーティングされたアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、アノーディック層であることを特徴とする請求項4に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、少なくとも一つのIII族元素を有することを特徴とする請求項4に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3からなる群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項4に記載の処理システム。
- 前記台座は、1または2以上の抵抗加熱素子を有する加熱制御素子を有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記台座は、1または2以上の熱電装置を有する加熱制御素子を有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記処理チャンバは、コーティングされたアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、アノーディック層であることを特徴とする請求項10に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、少なくとも一つのIII族元素を含むことを特徴とする請求項10に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3からなる群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項10に記載の処理システム。
- 前記ガス分配システムは、
複数の開口を介して、前記処理チャンバ内に前記ラジカルを分配するガス分配板と、
前記ラジカル発生システムの前記出口に結合されたプレナムであって、前記ラジカル発生システムからの前記ラジカルを受容し、前記ガス分配板内の前記複数の開口に、前記ラジカルを供給するように構成されたプレナムと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の処理システム。 - 前記ガス分配板は、コーティングされたアルミニウムで構成されることを特徴とする請求項14に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、アノーディック層であることを特徴とする請求項15に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、少なくとも一つのIII族元素を含むことを特徴とする請求項15に記載の処理システム。
- 前記コーティングは、Al2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、Y2O3、およびDyO3からなる群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項15に記載の処理システム。
- さらに、
前記ラジカル発生システムに結合された処理ガス供給システムであって、前記処理ガスを、前記ラジカル発生システムに供給するように構成された処理ガス供給システムを有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。 - 前記処理ガス供給システムは、O2、N2、NO、NO2、N2O、CO、CO2、NH3、NF3、CF4、もしくはこれらの2以上の組み合わせのうちの、1または2以上を供給するように構成されることを特徴とする請求項19に記載の処理システム。
- さらに、
前記処理チャンバに結合され、前記処理空間を取り囲むように構成された端部リングを有し、
前記基板の周囲端部にわたるラジカルの流れが妨害されることを特徴とする請求項20に記載の処理システム。 - 前記端部リングは、前記台座の周囲端部に結合された台座端リングを有することを特徴とする請求項21に記載の処理システム。
- さらに、
前記処理チャンバに結合され、前記処理空間を取り囲むように構成された端部リングを有し、
前記基板の周囲端部にわたるラジカルの流れが妨害され、
前記端部リングは、前記ガス分配システムの周囲端部に結合された端部リングを有することを特徴とする請求項2に記載の処理システム。 - 前記1または2以上の溝は、
第1の方向に延伸する溝の第1の配列と、
前記第1の方向と直交する、第2の方向に延伸する溝の第2の配列と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。 - 前記1または2以上の溝は、半径方向の溝の第1の配列を有することを特徴とする請求項1に記載の処理システム。
- 前記1または2以上の溝は、さらに、
環状であり、前記第1の溝の組と直交する溝の第2の配列を有することを特徴とする請求項25に記載の処理システム。
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