JP5826185B2 - 可変マイクロ波回路および可調プラズマアッシング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマアッシング装置に関するものであり、特に、プラズマアッシング装置のためのハードウェアの同調及びハードウェアの使用方法に関する。

ラジオ周波数もしくはマイクロ波（“マイクロ波”）プラズマ発生装置は、半導体及びプラズマ処理産業において幅広く使用されている。プラズマ処理は、基板もしくは製造中の製品から物質のエッチング、基板上へ物質の堆積、製造中の製品の表面の洗浄、そして基板の表面の変形といった幅広い用途でサポートする。プラズマ放出デバイス内では、マイクロ波の空洞に位置するプラズマ管を通じてガスが流され、プラズマはマイクロ波エネルギーによってガス内で励起される。このプラズマ、もしくはそれの残光は、一般的に、基板もしくは製造中の製品が存在するプロセスチャンバーに導かれ、基板から物質を除去、もしくは基板上へ物質を堆積するために使用される。

マイクロ波プラズマを発生させる１つの機構は、導波管を含んでいる。この導波管を通って連続しているプラズマ・ガス管の、一方の端にマグネトロン発射装置、他方の端にアプリケータを有している。電気エネルギーが、その中でプラズマを発生させるアプリケータ内のガスと結合するように、マイクロ波の場は導波管のこの部位で発生する。このプラズマは、他の荷電した種の間で、高エネルギー反応状態を作り出す、励起されたガス原子及び分子から成る。プラズマ負荷に結合するマイクロ波の出力の大きさは著しく変化し得て、そして一般的に、プラズマ負荷の電場に作用する機構と同様の、チャンバーの圧力、ガス組成、及びガス流量のようなプラズマ条件の関数である。反射されたマイクロ波の出力と同様、これらの条件、及びそれによる、プラズマによるマイクロ波の出力の吸収作用は、製造中の製品がプラズマによって処理されている間、時間の関数として変化し得る。故に、そのプラズマは、プラズマに結合するマイクロ波エネルギーのために、大いに変化し得る負荷となり得る。上記で言及したいずれかの条件が変化した場合、プラズマによるマイクロ波エネルギーの吸収の変化を防ぐために、予防措置が取られなければならない。そうしなければ、基板への有害な影響を有し得る、時間と空間の関数として、多くのパラメーター（特に、種の流束密度）に関して、マイクロ波で励起されたプラズマに全く一貫性がなくなり、変化し得る。供給からプラズマ負荷への出力の移動を最大化することは、マイクロ波回路の同調として知られており、同調スタブのサイズと位置、もしくは摺動短絡器及びその他の同様の機構の位置を変化させることで達成されるだろう。

アッシングとしても知られる、フォトレジスト除去のような、物質の除去のために設計された多くのプラズマ放出デバイスに関連する不都合な点は、それらが１種類のガスのみを伴う用途のために、設計されているということである（例えば、酸素、フッ素含有ガス、もしくはガス混合物の小集合）。現在のプラズマソースのアッシングシステムは、一般的に、システムやネットワークのいわゆる“固定同調”を用いて動作する。そのシステムは、プラズマ条件を最適化するため、プラズマアッシュツールの初期設定の前、もしくは開始時に調整できるが、一旦、開始が完了すれば、追加的な同調のあらゆる要求がなければ、プラズマソースは定められた処理の枠（例えば、所望のガス組成、流速、圧力、及び同種のもの）の内側で動作する。しかしながら、ガス種、ガス組成、チャンバーの圧力のような異なる処理条件を使用する処理が実行されるとき、ハードウェアと対になるエネルギーは変化されなければならず、また、一部の新しい機器が使用されなければならず、特定の製造処理において、許容できない費用という結果となる。

故に、一旦、定められた処理の枠が破られれば、固定同調のネットワークは反射された出力の最小化に失敗する。以前に言及したように、マイクロ波励起されたプラズマは、ガス組成、ガス圧力、及び同種のもののようなプラズマ条件の関数として、著しく異なる量のマイクロ波エネルギーを吸収する可能性がある。特に、新しい処理用ガス、ガス混合物、もしくはガス圧力が、基板の最適な処理のために必要な場合、反射された出力は、固定同調のネットワークによって、もはや最小化されない。これは、プラズマ発生機器にとって、著しい安定性制御の問題を導く。そのようなケースでは、反射された出力を抑制するために、同調スタブ及び／または摺動短絡器の追加的な同調が必要となる。それらは、ガス組成の変化によって引き起こされた新しいプラズマ負荷への、最大の出力の移動を可能にする。一般的な固定同調システム上で、この調整は、新しいガス化学及び／もしくは圧力専用の、異なるプラズマアッシュツールを利用することによってのみ可能になる。このことは、ガス組成や圧力の変化が、多ステップ処理における単に1つのステップであるとき、特に重大な問題である。異なるプラズマアッシュツールを使用すること、もしくは、既存のプラズマアッシュツールを同調するために処理を停止することは、大幅に時間を消費し、多大な費用がかかり、そして、幾つかのケースでは、不可能である。

固定同調システムに関するその問題は、一般的に指定されるアメリカ合衆国の特許文献１（ＵＳＰ No. 6,057,645）によって証明されるように、かなりの期間、半導体業界、及び産業的なプラズマ処理の業界において、これまでに認識されてきている。上記の特許は、広範囲の処理条件に渡り、異なる充てんガスを用いて使用でき得るプラズマ放出デバイスを開示している。これは、例え異なるガス及び異なる動作条件が存在しているときでも、適切なマイクロ波の共振モードが実現できる、広く同調可能なデバイスを提供することによって達成される。上記特許の発明は、マイクロ波のトラップにおける、縦方向に伸びるマイクロ波の空洞の、少なくとも１方の端を定義し、調整可能なマイクロ波のトラップの縦の位置を整えることによって、動的な同調を提供する。上記特許の更なる態様に従うと、マイクロ波の出力は空洞内へと伸びるアンテナを有する空洞に結合しており、そのアンテナの空洞への挿入の深さは、所望の共振マイクロ波モードの結合が改善されるように、動作している枠が広がっている間、更なる同調の調整を提供するために、調整可能である。

このようにして、プラズマ負荷へのマイクロ波エネルギーの最適化のために、同調ハードウェアはマイクロ波プラズマアッシング装置に統合されてきた。しかしながら、当技術分野で内部同調として知られているこの型の同調は、多大な費用がかかり得る。プラズマ負荷へのマイクロ波エネルギーの結合を最適化し、広範囲の処理条件に渡ってプラズマ放出デバイスを使用可能にするために調整される、同調ハードウェアの単純な一実施形態は、スタブチューナーである。スタブチューナーは、プラズマ負荷からソースへと、反射された出力の量を制限するために、再配置またはサイズ変更ができる。一般的に外部同調として知られるこの型の同調機構は、内部チューナーよりも、遥かに単純かつ安価である。そのためには、同調ハードウェアの１つかそれ以上の部品は、プラズマ負荷のインピーダンスを、マイクロ波ソースの同調ネットワークへの出力ポートに関して、マイクロ波ソースのインピーダンスと実質的に同じインピーダンスに変換するように構成された、同調ネットワークを形成する。特に、同調スタブはプラズマアプリケータから反射された出力を最小化するために使用され、可調同調スタブは、単一のプラズマアッシング装置内で、変化するガス化学、混合物、圧力、及び同種のものの使用、及び特定の製造処理における費用の削減を可能にする。

先行技術に基づき、当技術分野で必要なものは、単一の装置内で変化するガス化学、混合物、圧力、及び同種のものの使用を可能にするプラズマアッシング装置のための、経済的で調整可能な同調ハードウェアである。特に、プラズマアッシングシステムは、プロセスチャンバーから反射された出力を選択的に減少させるための可調同調スタブが取り付けられており、１つのプラズマアッシング装置内で変化するガス化学、混合物、圧力、及び同種のものを使用、及び特定の製造処理における費用の削減を可能にする。

米国特許第６、０５７、６４５号明細書（２０００年５月２日発行）

ここに開示されるのは、例えばガス組成の個々の変化などによって互いに異なる２つかそれ以上のプラズマ負荷を使用するプラズマアッシング装置内で、反射された出力を最小化するように構成される処理及び装置である。

一実施形態において、複数の別個の動作条件下で動作するために調整が可能な継続的可変マイクロ波回路は、導波管中に突き出るような構成のコアを有する可調同調要素と；可調同調要素と連動し、反射されたマイクロ波の出力を最小化するための導波管中に突き出しているコアの長さを選択的に変化させるために動作するアクチュエータと；アクチュエータと連動し、複数の動作条件の変化によりアクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含む。

異なる実施形態において、フォトレジスト、ポリマー及び／または基板残滓を除去する可調プラズマアッシング装置は、マイクロ波の出力ソースを含み、プラズマを発生させるためのプラズマ発生部と；マイクロ波の出力ソースと連動する複数の動作条件下で動作するために調整が可能な継続的可変マイクロ波回路と；上記マイクロ波の出力を届ける基板を収納するための導波管と連動するプロセスチャンバとを含み；上記継続的可変マイクロ波回路は、マイクロ波エネルギーを伝送するためにマイクロ波の出力ソースと連動する導波管と、導波管と連動し、導波管中に突き出るように構成されたコアを含む可調同調要素と連動し、プラズマアッシング中に反射されたマイクロ波の出力を最小化するための導波管中に突き出るように構成されたコアの長さを選択的に変化させるよう動作するアクチュエータと、アクチュエータと連動し、複数の動作条件での変化においてアクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含む。

プラズマアッシング処理は、導波管内でマイクロ波エネルギーを発生させ；マイクロ波エネルギーと第一のガス組成から第一のプラズマを形成し；第一の挿入長で導波管内に同調スタブのコアを調整できるように挿入することによって、第一のプラズマから反射された出力を最小化し；マイクロ波エネルギーと第二のガス組成から第二のプラズマを形成し；第二のプラズマが発生されたとき、同時に第一の挿入長から第二の挿入長に可調同調スタブのコアを移動させることによって、第二のプラズマから反射された出力を最小化するために導波管中に挿入された同調スタブのコアの長さを選択的に変化させることを含む。

本発明の実施形態の、これら及びその他の特徴及び利点は、付随する図面と共に、以下の本発明の詳細な説明からより十分に理解されるだろう。クレームの適用範囲はその列挙によって定義されるため、今の説明から開始される、特定の特徴及び利点の議論によって定義されるわけではない、ということに留意しなければならない。

以下の本発明の本実施形態における詳細な説明は、以下の図面と併せて読むことで、最も良く理解できる。以下の図面は、模範的な実施形態である。
図１は、プラズマアッシング装置の実施形態を概略的に描いている。 図２は、図１のプラズマアッシング装置のその他の視点を概略的に描いている。 図３は、継続的可変マイクロ波回路の模範的な実施形態を概略的に描いており、可調同調スタブはマイクロ波トラップを含む。 図４は、継続的可変マイクロ波回路の模範的な実施形態を概略的に描いており、可調同調スタブは銅ベアリングを含む。 図５は、垂直位置調整システムから成る継続的可変マイクロ波回路の模範的な実施形態を概略的に描いている。 図６は、垂直位置調整システムを含む、図５の継続的可変マイクロ波回路のその他の視点を概略的に描いている。

当技術分野の熟練者は、図面の要素が、簡潔性かつ明瞭性のために描かれており、必ずしもスケールに描かれてきていないということを評価するだろう。）

ここに開示されるのは、単一のプラズマアッシング装置において、異なるガス組成のために求められるような、少なくとも２つの異なるプラズマ負荷の使用を可能にするように構成された同調ハードウェアである。特にここに開示されるのは、複数の別個の動作条件下で動作するために調整が可能な継続的可変マイクロ波回路である。継続的可変マイクロ波回路は、導波管に突き出るように構成されたコアを有する可調同調スタブから成る導波管と；プラズマアッシャーにおいて反射されたマイクロ波の出力を最小化するために導波管内に突き出ている選択的に変化するコアの長さのために動作する、同調スタブに連動するアクチュエータと；複数の動作条件の変化によりアクチュエータを選択的に動作させるために構成され、アクチュエータと連動するコントローラとを含む。与えられた導波管（垂直運動）の長さに渡り、同調スタブのコアの位置を継続的に変化させる能力を同時に有する一方で、導波管（水平運動)への可調同調スタブのコアの突出の、選択的に変化する長さは、多様な異なる動作条件（例えば、ガス組成）のために、反射された出力の最小化において有効である。故に、継続的可変マイクロ波回路は、異なる動作条件を実行するために、個々のプラズマアッシュツールのための必要性を排除する。それはまた、１つのみのプラズマアッシュツールが利用可能であるがガス化学のような複数の動作条件が処理のために必要であるときに、処理の途中で停止し、同調ハードウェアを調整するための必要性を排除する。すなわち、ここに開示された継続的可変マイクロ波回路は、単一のプラズマアッシング装置において複数の動作条件の使用を可能にし、それによって時間、資本のコスト、動作コストを節約し、システムの効率を改善する。

議論と説明を容易にするために、ここに開示される継続的可変マイクロ波回路は、二重の化学プラズマアッシング処理における用途に関して記述される。すなわち、継続的可変マイクロ波回路は、アッシング処理の間、２つの異なるガス組成と共に、２つの異なるプラズマ負荷と共に動作することが望まれる単一のプラズマアッシュツールにおいて使用されるとき、議論される。しかしながら、継続的可変マイクロ波回路は、複数の動作条件を使用するあらゆるプラズマアッシング装置において、搭載できるということが理解される。複数の動作条件は、制限なしに、異なる総ガス流量、個々のガス組成、異なるガス圧、異なるマイクロ波の出力の入力、その組み合わせ、及び同種のものを含んでもよい。例えば、いくつかの現在のプラズマアッシング処理は、プラズマアッシング処理において、標準的なガス組成と非標準的なガス組成の両方を利用する。標準的なガス組成は、制限なしに、酸素、窒素、水素、フッ素、及び同種の含有ガスを含んでもよい一方で、プラズマアッシングで使用される新しいガス組成は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）である。この非標準的なガス組成は、プラズマアッシング処理の１つかそれ以上のステップにおける、標準的なガス化学の代わりに、もしくは併せて使用できる。故に、一実施形態においては、継続的可変マイクロ波回路は、個々の処理ステップにおける標準的なガス組成及びＮ２Ｏガスから成る処理手法を利用するプラズマアッシュツールに配置される。繰り返し述べるが、ここに記述される継続的可変マイクロ波回路は、単一のプラズマアッシュツールのアッシング処理で使用される多重の動作条件から反射された出力を最小化するための多数の位置（例えば、２つ以上の）を自動的に調整するように構成され得ると理解される。

継続的可変マイクロ波回路は、プラズマソースとプロセスチャンバーを含むプラズマアッシング装置（すなわち、プラズマアッシャー）に配置される。上記で簡潔に注意したように、その開示は、あらゆる特定のプラズマアッシング装置に限定されるようには意図されない。本開示を実施するための適したプラズマアッシング装置は、例えば、商用名Axcelis RapidStrip 320（登録商標）もしくはIntegra RS（登録商標）の下で入手できるマイクロ波プラズマアッシャーのような、下流プラズマアッシャーである。それらは、Beverly, Massachusetts にあるAxcelis Technologies, Incから、商業的に入手することができる。本開示によって利用できるプラズマ発生及び放出装置のその他の例は、プラズマを発生させるためのラジオ周波数（ＲＦ）エネルギーを搭載したアッシュツールを含む。

今、図１及び図２を参照すると、１０で指定される模範的なプラズマアッシング装置が一般的に描かれている。プラズマアッシング装置１０は一般的に、マイクロ波プラズマ発生部１２とプロセスチャンバー１４から成るそのプラズマ発生部は、そこを通るプラズマ管を有する。プラズマ管は、動作中、マイクロ波エネルギーが供給される。マイクロ波トラップ３８及び４０は、マイクロ波の伝播を防ぐために、マイクロ波プラズマ発生部１２の端で提供される。

ガス注入口７０は、エンドキャップでＯリングによってこの端に支持されたプラズマ管と連動する。プラズマ管の他の端は、マイクロ波トラップ４０を通り、プロセスチャンバー１４内にプラズマの残光／ガスを排出するための開口部を有する。任意で、開口部を形成する導管は、より大きな圧力を持つプラズマ管と、プロセスチャンバー１４との間の圧力差を作り出すために、細いすき間に取り付けられる。動作中、プラズマ管内の圧力は、約１トールから大気圧（約７６０トール）程度が望ましい。一方で、動作中のプロセスチャンバー１４内の圧力は、約１００ミリトールから大気圧（約７６０トール）程度である。

プラズマ管の開口部は、プロセスチャンバー１４の内部領域と連動する。プラズマは、処理される基板の大きさに比べて比較的狭い穴からプロセスチャンバー１４の内部へと放出されるので、基板上への均一なプラズマの露出を進めるための、図示されていないガス分配システムは、プロセスチャンバー１４内に配置される。そのガス分配システムは、基板と、プラズマ管の穴の中間に配置される。

例えばマグネトロンによって提供されるマイクロ波の出力は、十分に垂直な構成を有する導波管１２０を通り供給される。導波管１２０の長さは変わり得る。導波管１２０は、マイクロ波プラズマ発生部１２に結合される。プラズマ管は、その導波管１２０を通り、延びている。このようにして、プラズマ管を通って流れるガス混合物内で、プラズマは励起され得る。導波管１２０は、継続的可変マイクロ波回路１００の部品である。継続的可変マイクロ波回路１００はさらに、導波管１２０内に配置される可調同調スタブを含む。プラズマアッシング装置１０は、さらに、導波管部の端に配置される、摺動短絡器のような追加的な同調ハードウェアを含むことができる。追加的な同調ハードウェアの必要性は、当技術分野の技能を有する人々によって容易に決定され、そしてガス組成、混合物、圧力、流速、入力された出力や同種のもののような、所望の処理条件に幾分依存するだろう。

今、図３及び図４を参照し、継続的可変マイクロ波回路の模範的な実施形態が、概略的に描かれている。図３では、継続的可変マイクロ波回路５０が、マイクロ波導波管１２０と連動する可調同調スタブ１００を描いている。可調同調要素１００は、１つかそれ以上の別個の動作条件に依存する、可変に選択された距離（すなわち、長さ）によって導波管１２０内部に突き出るように構成された、スタブ１０２としても知られる、コアを含む。コア１０２は、導波管１２０内に複合のリアクタンスを選択的に配置するための、複数の位置に調整可能である。コアは銅やアルミニウムのような電気的導電体から成る。一実施形態において、コア１０２は、管状形をしている。

継続的可変マイクロ波回路５０はさらに、可調同調要素１００と連動するアクチュエータ１０４を含む。アクチュエータ１０４は、二重の化学の装置の例では、第一の位置から第二の位置へとコア１０２を動かすように構成され、ここで、第一から第二への位置の変化は、個々の動作条件の変化の結果、プラズマアッシャー内で反射された出力を最小化するために必要な調整と一致する。第一の位置から第二の位置への変化は、コア１０２が導波管１２０内部へと延長する深さを変化させる。一実施形態において、アクチュエータ１０４は空気圧によって動作し、加圧ガスはコア１０２の移動を達成する。その他の実施形態において、アクチュエータ１０４は、電気的に動作することができる。いずれのアクチュエータの型においても、コントローラ１０６は電気的にアクチュエータと連動し、１つかそれ以上の事前に決定された動作条件に基づき、アクチュエータ１０４の動力をオン／オフするように構成される。例えば、プラズマアッシング装置が、第一のガス組成から第二のガス組成へと切り替わるとき、コントローラ１０６は、第一の位置から第二の位置へとコア１０２を動かすためにアクチュエータ１０４を動作させるもちろん、相対的な位置は、装置内で使用される、異なるガス組成用に基づいて事前に決定され、その点で反射された出力を最小化するように構成される。

マイクロ波トラップ１０８は、コア１０２を包み、導波管１２０からマイクロ波エネルギーの漏洩を防ぐように構成される。マイクロ波トラップ１０８は、可調同調要素１００のコア１０２に連動し、導波管１２０からコア１０２を電気的に分離させる。マイクロ波トラップは当技術分野の技術を有する人々によく知られており、可調同調要素１００からマイクロ波の伝播を防ぐために適したあらゆるトラップが使用され得る。

継続的可変マイクロ波回路のその他の模範的な実施形態において、マイクロ波トラップは使用されず、可調同調要素２００のコア２０２は、導波管２２０と電気的に親密な接触を行う。図４は、導波管２２０と電気的に親密な接触を行い連動する可調同調要素２００の実施形態を概略的に示している。可調同調要素２００は、導波管２２０内へと選択的に作用するように構成されるコア２０２（スタブとしても知られる）を含む。前の実施形態と同様、コア２０２は、導波管２２０内に複合のリアクタンスを選択的に配置するための、複数の位置に調整可能である。同じく、可調同調要素２００はさらにコア２０２と連動するアクチュエータ２０４を含み、アクチュエータ２０４は、プラズマアッシャー内で反射されたマイクロ波の出力を最小化するために有効な位置に、コア２０２を動かすように構成される。もちろん、装置内で生じた複数の別個の動作条件の変化の結果、必要となるコア２０２は移動する。しかしながら、図３の実施形態に示されるようにマイクロ波トラップと共に導波管２２０のマイクロ波エネルギーからコア２０２を分離するよりも、むしろ可調同調要素２００は、コア２０２と導波管２２０の間のあらゆるマイクロ波の漏洩をアースするために、金属もしくは合金ベアリング２０８を利用する。さらに、ベアリング２２０は、コアに導波管との電気的に親密な接触を許容し、マイクロ波トラップの必要性を無くしている。模範的な実施形態において、コア２０２と同様にベアリング２０８は、ベリリウム銅である。その他の実施形態においては、ベアリング２０８は、可調同調要素２００から、あらゆるマイクロ波の漏洩をアースすることが可能な、別の金属、もしくは合金である。

動作中、データは、それぞれのプラズマ負荷のための最適な配置と、可調同調要素の挿入長と、付加された最適な同調ハードウェア（例えば、摺動短絡器）を決定するために所望のプラズマソース（すなわち、ガス組成、圧力等）上で、集められる。一旦構築されると、摺動短絡器の位置と可調同調要素の配置はその場所に固定される。ここで用いられる、同調スタブの「配置」とは導波管の縦軸に沿ってスタブの位置を言及すると意図される。コアの挿入長（すなわち横軸に沿って）とはプラズマアッシング処理が進行中であるとして利用される同調スタブの可調機能である。導波管内に伸長した挿入長あるいはコアの長さは、それぞれ異なるガス組成が処理中に使用されるように設定され、コントローラとアクチュエータが、プラズマアッシング装置内のガス組成のようなそれぞれの動作条件の変化において、導波管内への（あるいは外への）コアの挿入長を変化させるために配置される。例えば、２つの異なるガス組成又はガス混合物が利用される処理中に、アクチュエータが第一の位置から同調スタブのコアを移動させるために配置され、その挿入長は第一のガス組成／混合物によって第二の位置に予め設定される。先の言及のように、挿入長と可調同調要素の位置はマイクロ波のエネルギーのインピーダンスにプラズマのインピーダンスがマッチングによって、反射された出力を最小化するために配置される。

再び、ここに説明されているように、継続的可変マイクロ波回路は、異なるプラズマ負荷のためのインピーダンスを供給する、２つかそれ以上のガス組成を使用する、マイクロ波励起プラズマアッシング装置中で使用され、それによって同調ハードウェアの可調を必要とする。模範的なガス組成と混合物は、含窒素ガス、フッ素結合ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性化ガスなどを含むが、これに限定されない。模範的な含窒素のケースは、N₂, N₂O, NO, N₂O₃, NH₃, NF₃, N₂F₄, C₂N₂, HCN, NOCl, ClCN, (CH₃)₂NH, (CH₃)NH₂, (CH₃)₃N, C₂H₅NH₂、その混合物などを含むが、これに限定されない。

最良のフッ素結合ガスはプラズマによって励起されたときにフッ素反応種を生成するガス状の化合物を含む。一例として、フッ素ガス状化合物はプラズマ形成状態でガスであり、C_xH_yF_zの一般式を有する化合物で構成されるグループから選択される。この一般式において、ｘは０から４までの整数であり、ｙは０から９までの整数であり、ｚは１から９までの整数である。ただし、ｘ＝０のときｙとｚは１であり、ｙが０のときｘは１から４、ｚは１から９、あるいはその組み合わせである。また、フッ素結合ガスがF₂、SF₆、それらを含む混合物であるならば、フッ素結合ガスは上記の一般式C_xH_yF_zによって定義される。

プラズマにさらされた時、フッ素結合ガスは選択を最大限にするためにプラズマ・ガス混合物の全体積のパーセンテージを占めることができる。一例において、プラズマにさらされた時、フッ素結合化合物は混合物内に他のガスが存在しない場合に、プラズマ・ガス混合物の全体積の１００％を占める可能性がある。別の例においては、プラズマにさらされた時、フッ素結合化合物はプラズマ・ガス混合物の全体積の約５％以下である。

最良の還元ガスは、H₂、CH₄、NH₃、ｘが１から３の整数であり、ｙが１から６の整数であるC_xH_yといった水素結合ガスおよびこれらの組み合わせを含むが、これに限定されない。使用される水素結合化合物は、エッチングの間に形成されたポリマーとエッチング残滓の選択的脱離を促進させるために、十分な原子水素種を生成するものである。特に優れた水素結合化合物は気態で存在し、プラズマ発生条件下でフリーラジカルあるいは水素イオンのような原子水素種を形成するために水素を放出するものである。水素結合化合物ガスに基づいた炭化水素は臭素、塩素、フッ素のようなハロゲン、酸素、窒素、水酸基、アミノ基を部分的に代用する。

水素ガス（H₂）はガス混合物の形成に好ましい。一例において、水素ガス混合物は水素ガスと不活性ガスとを含むものである。不活性ガスの例はアルゴン、窒素、ネオン、ヘリウムなどを含む。例えば、特に水素ガス混合物はいわゆるフォーミングガスと呼ばれ、窒素フォーミングガスは原則的に３％から５％の水素ガスと残りの窒素ガスとで構成される。

最良の酸化ガスはO₂、O₃、CO、CO₂、H₂Oなどを含むが、これに限定されない。酸化ガスを使用するとき、基質にさらす前にプラズマからO+とO-種が脱離することが一般的に好ましい。基質酸化の原因となる要素は基質とO*、O+、O-種の反応であることが分かっている。加えて、これらの種の拡散は酸化物表面で電場の存在あるいは誘導によって増強される。このため、酸化物成長の最小化のためには、O*、O-形成を抑えることと、電場と酸化物の帯電を減らすあるいは取り除くことの両方に取り組むべきである。脱離はプラズマ処理の間に反応チャンバー内で加圧や、窒素と酸素の両方を含むガス（例えば一酸化窒素）といった添加物の添加や、原子フィルターやイオンフィルターといったフィルターを使用することによって生じる。

ガス混合物に加えるための最良の不活性ガスはヘリウム、アルゴン、窒素、クリプトン、キセノン、ネオンなどが含まれるが、これに限定されない。

特別な実施例として、継続的可変マイクロ波回路５０とプラズマアッシング装置１０は標準的なガス成分を有する１つもしくはそれ以上のガス組成とN₂Oで成る少なくとも１つの追加ガス組成とを利用する。１つもしくはそれ以上の標準的なガス組成は１つの垂直配置と可調同調要素の挿入長を満たす。しかしながら、N₂Oは少なくとも１つの追加の可調同調要素と突出／挿入コア長を必要とすることが決められている。ここに使用されるように、上述された「標準的な」ガス成分は、酸素、窒素フォーミングガス、CF₄、アンモニア、ヘリウムフォーミングガス、などの変化混合物から成る、組成を典型的に含む。例えば、これらのガスはそのサイズと、それらの混合物に影響されずにマイクロ波の結合を最適化するための可調同調要素の配置だけを一般的に必要とする。しかしながら、標準的でないガス組成の使用が望まれるとき、すなわちこれらの成分がN₂Oのような上述されたものでないとき、標準的な同調スタブの配置と導波管内への突出の長さを用いて高く反射された出力が発生するために、プラズマ負荷はかなり異なっている。例えば、標準的なガス組成によって同調された同調スタブと摺動短絡器の配置でのプラズマシステム内でのN₂Oの稼働は、受け入れられないほど高い反射された出力を導くことがこの文書の発明者によって分かっている。その結果、継続的可変マイクロ波回路はアッシング処理がN₂Oガスの使用を求めるとき、これら標準的なガス組成の代わり、あるいはこれらと共に使用できるものを必要とする。N₂Oガスは、標準的なガスの組成によって必要とされる導波管内の同調スタブのコアの挿入長より短い挿入長を必要とする。その結果、継続的可変マイクロ波回路の同調スタブは、プラズマアッシング処理が標準的なガスの組成からN₂Oガスの組成に変換するとき、反射された出力を最小化することによって最適な出力変換を続けるために、可調同調要素内のコアの後退をより短い挿入長の第一の配置から第二の配置へ動かすために配置される。

一例において、空圧アクチュエータは同調スタブの２つの配置を実現するために使用されることがある。動作中に、N₂Oガスが処理されたとき、N₂Oマスフローコントローラを始動させるために使用される圧縮乾燥空気（CDA）はコアを後退させるために２つの配置をとる同調スタブのアクチュエータを始動させる。他の全ての処理の間（すなわち、他の全ての標準的な成分の使用中）、ガス混合物からのCDAはさらに導波管内で所定の配置にコアを伸長するためにアクチュエータを始動させる。

説明のように、継続的可変マイクロ波回路は従来のプラズマアッシングシステムを処理することができる。さらに、継続的可変マイクロ波回路の可調同調要素、アクチュエータ、コントローラは大きな変更なしで導波管に存在し、有利に改良される。発明はプラズマアッシングのために特別なハードウェアに限定されることを意図していない。継続的可変マイクロ波回路のための設定および最適化は特定のプラズマアプリケータと選択されたアッシング法によって決まり、この明細書を考慮して技術的にこれらの技術範囲内であれば良い。

ある最良の実施例において、継続的可変マイクロ波回路は上述した挿入長調整機能と共に垂直方向配置調整機能を有することをまた設定される。導波管内で垂直方向にスタブを配置するための要求はツール・ツー・ツールから外れる可能性がある。しかし、例えば、出力変換を最大限にするために、垂直方向の配置（すなわち、導波管長に沿って）において選択的に変化させられる。図５及び６は垂直位置調整システム３１０を含む継続的可変マイクロ波回路３００を概略的に描いている。垂直位置調整システム３１０は、複数の動作条件下で動作するための能力をさらに供給するためのマイクロ波導波管３２０の長さ方向に沿って、可調同調要素３５０の配置を選択的に変化させる方法を含んでいる。垂直位置調整システム３１０は継続的可変マイクロ波回路に付加的な一定の自由を供給する。その結果、回路が配置されたプラズマアッシングの処理における自由度がさらに増加する。可調同調要素３５０の配置の選択的変化方法は、導波管３２０の長さ方向に沿って可調同調要素３５０の垂直方向の位置が上がるあるいは下がる方向への移動という機構的能力を含む。例えば、ある実施例において、垂直位置調整システムは、導波管３２０に配置され、可調同調要素３５０と連動するマイクロメータ３１２を含むことができる。別の実施例において、垂直位置調整システム３１０は可調同調要素と連動する垂直アクチュエータをさらに含み、より厳密に言えば、反射されたマイクロ波の出力を最小化するために、マイクロ波導波管３２０の長さ方向に沿って可調同調要素の選択的配置を実現可能であるアクチュエータを含むマイクロメータ３１２を含む。垂直位置調整システム３１０はまた、垂直アクチュエータと連動するコントローラを含み、そのコントローラは複数の動作条件での変化において垂直アクチュエータを選択的に動作させるために配置される。可調同調要素と垂直位置調整システムの両方を含む継続的可変マイクロ波回路は、垂直と水平（すなわち、挿入長）方向の両方において継続的な調整機能を供給する。その結果、アッシングを行うことができる既存の同調ハードウェアに比べて様々な処理条件により広く適応するプラズマアッシングが可能となる。

可変マイクロ波回路は、効果的にアッシングするために、プラズマアッシング処理、すなわち、脱離、フォトレジスト、イオン注入フォトレジスト、ポリマー、及び／もしくは基板のロスを最小化するための半導体基板からのポストエッチング残滓に用いられる。加えて、同様の同調ハードウェアは、基板の堆積に基づくプラズマに使用できる。有利なことに、継続的可変マイクロ波回路は、連続処理中の種々のガス組成と混合物を使用するための、プラズマアッシング装置を可能にする。さらに、継続的可変マイクロ波回路は、処理中の１つあるいは複数のステップで起こる可能性のあるガス組成の変化のために特別にデザインされた付加的なプラズマアッシングツールの必要性を抑える。
ここで用いられる専門用語は、特定の実施例を記述する目的でのみ使用され、本発明の限定を意図するものではない。ここでの使用のように、単数形の”ａ”、”an”、”the”は、文脈が明確に他の用法を指示している場合を除いて、さらに複数形を含むことを意図している。「第一の」、「第二の」等の言葉の使用は、特定の順番を意味するものではない。しかし、個々の要素を特定することを意図している。この明細書中で使用されている「含む」、「含んでいる」といった言葉は、定められた特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素及び／もしくは部品の存在を明記するものであるとさらに理解される。しかし、１つあるいはそれ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、及び／もしくはそれらのグループの存在あるいは追加を除外するものではない。

他の明確なものを除いて、ここに用いられているすべての言葉（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明の実施例に属する公知技術の１つによって一般に理解されるものと同じ意味を有する。辞書で用いられる一般的に定義された言葉は、関連技術と本明細書の文脈中で辞書中の意味と一致した意味を有するものとして解釈されるべきであり、ここで特別に定義されたもの以外は理想的に、あるいは過度に格式ばった意味で解釈されるべきではないとさらに理解される。

最良の実施例の言及を通して説明された、本発明の実施例の中で、本発明の実施例から外れない範囲で種々の変更が可能であり、同等物がその要素を代用できるということが、技術的に高度な実施例によって理解される。加えて、その本質的な範囲から外れない発明の実施例の教示によって多くの変更が可能であり、その変更によって特定の状況あるいは物質の適応が可能となる。その結果、本発明の実施例は、この発明を実行するために検討されたベストモードとして説明された特定の実施例に限定されないが、本発明の実施例は、従属項の範囲内に含まれるすべての実施例を含むことが意図されている。さらに、「第一の」、「第二の」等の言葉の使用は順番や重要性を示すものではないが、どちらかと言えば「第一の」、「第二の」等の言葉は、ある要素をもう１つの要素から区別するために使用される。さらに、”a”、”an”等の言葉の使用は、量の限定を示すものではないが、どちらかと言えば、参照された項目のうち少なくとも１つの存在を示すものである。
適用例１：複数の別個の動作条件下で動作するために調整が可能な継続的可変マイクロ波回路であって、導波管中に突き出るような構成のコアを有する可調同調要素によって構成された導波管と、上記可調同調要素と連動し、反射されたマイクロ波の出力を最小化するための導波管中に突き出しているコアの長さを選択的に変化させるために動作するアクチュエータと、上記アクチュエータと連動し、複数の動作条件の変化によりアクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含むことを特徴とするマイクロ波回路。
適用例２：上記可調同調要素は、マイクロ波エネルギーの漏洩を防ぐために上記導波管とコアとを電気的に絶縁させるマイクロ波トラップをさらに備えることを特徴とする適用例１に記載のマイクロ波回路。
適用例３：上記可調同調要素のコアが上記導波管と電気的に密に連動し、上記コアと連動する複数のベアリングをさらに備え、上記ベアリングは、上記コアと導波管との間から漏れたマイクロ波エネルギーをアースするように設けられていることを特徴とする適用例１に記載のマイクロ波回路。
適用例４：上記複数のベアリングは、ベリリウム銅で構成されていることを特徴とする適用例３に記載のマイクロ波回路。
適用例５：上記アクチュエータは、空気圧又は電気で駆動することを特徴とする適用例１に記載のマイクロ波回路。
適用例６：上記複数の動作条件は、別個のガス組成、異なるガス圧、異なるマイクロ波の出力の入力、又は上記条件の少なくとも１つを含んで組み合わせた条件あることを特徴とする適用例１に記載のマイクロ波回路。
適用例７：上記別個のガス組成は、含窒素ガス、フッ素結合ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性ガス、又は上記ガスの少なくとも１つを含んで組み合わせたガスであることを特徴とする適用例６に記載のマイクロ波回路。
適用例８：複数の動作条件下で動作するための能力をさらに供給するための、上記導波管の垂直方向に沿って上記可調同調要素の位置を選択的に変化させるための垂直位置調整システムをさらに含むことを特徴とする適用例１に記載のマイクロ波回路。
適用例９：上記垂直位置調整システムは、上記可調同調要素と連動し、反射されたマイクロ波の出力を最小化するためのマイクロ波導波管の縦に沿って当該可調同調要素の位置を選択的に決めるために動作できる垂直アクチュエータと、上記垂直アクチュエータと連動し、複数の動作条件での変化において上記垂直アクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含むことを特徴とする適用例８に記載のマイクロ波回路。
適用例１０：フォトレジスト、ポリマー及び／または基板残滓を除去する可調プラズマアッシング装置であって、マイクロ波の出力ソースを含み、プラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、マイクロ波の出力ソースと連動する複数の動作条件下で動作するために調整が可能な継続的可変マイクロ波回路と、上記マイクロ波の出力を届ける基板を収納するための導波管と連動するプロセスチャンバーとを含み、上記継続的可変マイクロ波回路は、マイクロ波エネルギーを伝送するためにマイクロ波の出力ソースと連動する導波管と、上記導波管と連動し、当該導波管中に突き出るように構成されたコアを含む可調同調要素と連動し、プラズマアッシング中に反射されたマイクロ波の出力を最小化するための導波管中に突き出るように構成されたコアの長さを選択的に変化させるよう動作するアクチュエータと、上記アクチュエータと連動し、複数の動作条件での変化において当該アクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含むことを特徴とする可調プラズマアッシング装置。
適用例１１：上記可調同調要素は、マイクロ波エネルギーの漏洩を防ぐために上記導波管とコアとを電気的に絶縁させるマイクロ波トラップをさらに備えることを特徴とする適用例１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１２：上記可調同調要素のコアが上記導波管と電気的に密に連動し、上記コアと連動する複数のベアリングをさらに備え、上記ベアリングは、上記コアと導波管との間から漏れたマイクロ波エネルギーをアースするように設けられていることを特徴とする適用例１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１３：上記複数のベアリングは、ベリリウム銅で構成されていることを特徴とする適用例１２に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１４：上記アクチュエータは、空気圧又は電気で駆動することを特徴とする適用例１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１５：上記複数の動作条件は、異なる合計ガス流量、別個のガス組成、異なるガス圧、異なるマイクロ波の出力の入力、又は上記条件の少なくとも１つを含んで組み合わせたことを特徴とする適用例１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１６：上記別個のガス組成は、含窒素ガス、フッ素結合ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性ガス、又は上記ガスの少なくとも１つを含んで組み合わせたことを特徴とする適用例１５に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１７：複数の動作条件下で動作するための能力をさらに供給するための、上記導波管の垂直方向に沿って上記可調同調要素の位置を選択的に変化させるための垂直位置調整システムをさらに含むことを特徴とする適用例１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１８：上記垂直位置調整システムは、上記可調同調要素と連動し、反射されたマイクロ波の出力を最小化するためのマイクロ波導波管の縦に沿って当該可調同調要素の位置を選択的に決めるために動作できる垂直アクチュエータと、上記垂直アクチュエータと連動し、複数の動作条件での変化において、上記垂直アクチュエータを選択的に動作させるために構成されたコントローラとを含むことを特徴とする適用例１７に記載の可調プラズマアッシング装置。
適用例１９：導波管内でマイクロ波エネルギーを発生させ、マイクロ波エネルギーと第一のガス組成から第一のプラズマを形成し、第一の挿入長で導波管内に同調スタブのコアを調整できるように挿入することによって、第一のプラズマから反射された出力を最小化し、マイクロ波エネルギーと第二のガス組成から第二のプラズマを形成し、第二のプラズマが発生されたとき、同時に第一の挿入長から第二の挿入長に可調同調スタブのコアを移動させることによって、第二のプラズマから反射された出力を最小化するために導波管中に挿入された同調スタブのコアの長さを選択的に変化させることを特徴とするプラズマアッシング処理。
適用例２０：第一の挿入長から第二の挿入長に同調スタブのコアを移動させるために、配置されたアクチュエータを動作させることをさらに含むことを特徴とする適用例１９に記載のプラズマアッシング処理。
適用例２１：複数の動作条件のうち少なくとも１つの中で変化を検出し、複数の動作条件のうち少なくとも１つの中で変化に応答してアクチュエータを自動的に動作させることを特徴とする適用例１９に記載のプラズマアッシング処理。
適用例２２：導波管の垂直方向に反って同調スタブのコアの位置を選択的に変化させることをさらに含むことを特徴とする適用例１９に記載のプラズマアッシング処理。

本発明は、プラズマアッシング装置に好適である。

１０ プラズマアッシング装置
１２ マイクロ波プラズマ発生部
１４ プロセスチャンバー
３８ マイクロ波トラップ
４０ マイクロ波トラップ
５０ 継続的可変マイクロ波回路
７０ ガス注入口
１００ 可調同調要素
１０２ コア（スタブ）
１０４ アクチュエータ
１０６ コントローラ
１０８ マイクロ波トラップ
１２０ マイクロ波導波管
２００ 可調同調要素
２０２ コア
２０４ アクチュエータ
２０８ ベアリング
２２０ 導波管
３００ 継続的可変マイクロ波回路
３１０ 垂直位置調整システム
３１２ マイクロメータ
３２０ 導波管
３５０ 可調同調要素

Claims (14)

1. プラズマアッシング装置内の複数の動作条件下で動作するために調整が可能な可変マイクロ波回路であって、
   導波管中に突き出るような構成のコアを有する可調同調要素を備える導波管と、前記可調同調要素は、前記コアの周囲に配置されている複数のベアリングを備え、前記導波管の外側にある前記コアの外側部分は、前記導波管と前記コア間における前記マイクロ波の漏洩が接地されるように前記複数のベアリングとの電気的接触を介して接地されており、
   前記導波管中に突き出している前記可調同調要素の前記コアの長さを選択的に変化させるアクチュエータと、
   プラズマアッシング装置内の複数の動作条件の変化によりアクチュエータを選択的に変化させるように構成されているコントローラと、を備える、マイクロ波回路。
2. 前記アクチュエータは、空気圧式または電気式である、請求項１に記載のマイクロ波回路。
3. 前記複数の動作条件は、異なる別個のガス組成、異なるガス圧、異なるマイクロ波の出力の入力、又は前記条件の少なくとも１つを含む組み合わせ条件である、請求項１に記載のマイクロ波回路。
4. 前記別個のガス組成は、含窒素ガス、フッ素結合ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性ガス、又は前記ガスの少なくとも１つを含む組み合わせガスである、請求項３に記載のマイクロ波回路。
5. 前記導波管の垂直方向に沿って前記可調同調要素の位置を選択的に変化させる垂直位置調整システムをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ波回路。
6. 前記垂直位置調整システムは、前記導波管の長さ方向に沿って前記可調同調要素を選択的に配置する垂直アクチュエータと、前記複数の動作条件の変化に応じて前記垂直アクチュエータを選択的に動作させるように構成されているコントローラとを備える、請求項５に記載のマイクロ波回路。
7. フォトレジスト、ポリマー及び基板残滓の少なくともいずれか１つを除去する可調プラズマアッシング装置であって、
   マイクロ波の出力ソースを備え、プラズマを発生させるように構成されているプラズマ発生部と、
   複数の動作条件下で動作するために調整が可能な可変マイクロ波回路と、
   前記基板を収納し、前記プラズマ発生部と連動するプロセスチャンバーとを含み、
   前記可変マイクロ波回路は、
   マイクロ波エネルギーを伝送するためにマイクロ波の出力ソースと連動してマイクロ波エネルギーを伝送するように構成されている導波管と、
   前記導波管中に突き出るように構成されているコアを有する可調同調要素と、
   前記コアの周囲に配置されている金属または合金から成る複数のベアリングであって、前記導波管の外側に配置されている複数のベアリングと、
   前記導波管中に突き出るコアの長さを選択的に変化させるアクチュエータと、
   前記複数の動作条件の変化に応じて前記アクチュエータを選択的に変化させるように構成されているコントローラとを備える、可調プラズマアッシング装置。
8. 前記複数のベアリングおよび前記コアの少なくとも一方は、ベリリウム銅で構成されている、請求項７に記載の可調プラズマアッシング装置。
9. 前記アクチュエータは、空気圧式または電気式である、請求項７に記載の可調プラズマアッシング装置。
10. 前記複数の動作条件は、異なる合計ガス流量、別個のガス組成、異なるガス圧、異なるマイクロ波の出力の入力、又は前記条件の少なくとも１つを含む組み合わせ条件である、請求項７に記載の可調プラズマアッシング装置。
11. 前記別個のガス組成は、含窒素ガス、フッ素結合ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性ガス、又は前記ガスの少なくとも１つを含む組み合わせガスである、請求項１０に記載の可調プラズマアッシング装置。
12. 前記導波管の垂直方向に沿って前記可調同調要素の位置を選択的に変化させるように構成されている垂直位置調整システムをさらに備える、請求項７に記載の可調プラズマアッシング装置。
13. 前記垂直位置調整システムは、
    前記導波管の長さ方向に沿って前記可調同調要素を選択的に配置する垂直アクチュエータと、
    前記複数の動作条件の変化に応じて、前記垂直アクチュエータを選択的に動作させるように構成されているコントローラとを備える、請求項１２に記載の可調プラズマアッシング装置。
14. 請求項１に記載の可変マイクロ波回路を備える可調プラズマアッシング装置。

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