(57)【要約】【課題】低誘電率材料で使用するための、酸素および窒素を含有しないプラズマを生成する装置および処理方法の改善すること。【解決手段】軸流ダウンストリーム型プラズマ装置１０は、配ガス部１２、プラズマ生成部１４、処理チャンバー１６、および排気アンセブリー１８からなる。処理チャンバー１６は、その入口付近にバッフル板アセンブリーを含み、バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板１０４および下側バッフル板１０４の上方に固定された略平板状の上側バッフル板１０２を含んでおり、下側バッフル板１０２は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、複数の開口部それぞれの寸法は、下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、バッフル板アセンブリーは、基板１１０に対して略平行に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、
ガス源と、
該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、
前記プラズマ管に流体的に連通すると共に、入口付近にバッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、前記バッフル板アセンブリーは、前記基板に対して略平行に配置されている処理チャンバーと、
該処理チャンバーの底壁の中央部に配置された排気導管と、を含むことを特徴とする軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス源と前記プラズマ生成部との間に介在するガス精製器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板の下方に配置され、前記処理チャンバーの底板に光学的に結合する少なくとも１つの加熱ランプをさらに含み、前記底板は、可視光および／または赤外光に対して実質的に透明な材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記排気導管に結合されたアフターバーナーアセンブリーをさらに含み、前記排気導管は、前記処理チャンバーと前記アフターバーナーアセンブリーとの間に介在するガスポートを含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管内にプラズマを生成する手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管の外側を取り巻くＲＦコイルと、該ＲＦコイルに電気的に接続されたマッチボックスと、該マッチボックスに電気的に接続された電源とを含むことを特徴とする請求項５に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記排気導管に結合された光学検出システムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ生成部は、複数の区画に分割されて該区画のそれぞれが前記プラズマ管を受け入れるための開口部を有するマイクロ波エンクロージャと、マイクロ波パワーを所定の周波数で前記区画に供給する手段とを含むことを特長とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記ガス源は、窒素および酸素を実質的に含有しないことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマ管に流体的に連通する第２のガス源をさらに含み、該第２のガス源は、前記処理チャンバーのその場洗浄のための酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマ管は、前記上側バッフル板の直径よりも小さな開口径を有することを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記上側バッフル板は、開口部のない中央領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さな直径を有しており、前記上側バッフル板と前記処理チャンバーの上壁とが、それらの間に前室を形成していることを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記処理チャンバーに結合されたロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーに結合されたサブチャンバーとをさらに含み、該サブチャンバーは、該サブチャンバー内に主ピボット軸を有する少なくとも１つのロボットアームをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１５】
ロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーの中央部付近に配置された冷却プレートとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１６】
基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、
ガス源と、
該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、
前記プラズマ管に流体的に連通すると共に、入口付近にバッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大する処理チャンバーと、
該処理チャンバーの底壁の中央部に配置された排気導管と、を含むことを特徴とする軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記ガス源と前記プラズマ生成部との間に介在するガス精製器をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記基板の下方に配置され、前記処理チャンバーの底板に光学的に結合する少なくとも１つの加熱ランプをさらに含み、前記底板は、可視光および／または赤外光に対して実質的に透明な材料から形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記プラズマ管は、前記上側バッフル板の直径よりも小さな開口径を有することを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記排気導管に結合されたアフターバーナーアセンブリーをさらに含み、前記排気導管は、前記処理チャンバーと前記アフターバーナーアセンブリーとの間に介在するガスポートを含むことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管内にプラズマを生成する手段を含むことを特徴とする請求項２０に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管の外側を取り巻くＲＦコイルと、該ＲＦコイルに電気的に接続されたマッチボックスと、該マッチボックスに電気的に接続された電源とを含むことを特徴とする請求項２０に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記排気導管に結合された光学検出システムをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記プラズマ生成部は、複数の区画に分割されて該区画のそれぞれが前記プラズマ管を受け入れるための開口部を有するマイクロ波エンクロージャと、マイクロ波パワーを所定の周波数で前記区画に供給する手段とを含むことを特長とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記ガス源は、窒素および酸素を実質的に含有しないことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記プラズマ管に流体的に連通する第２のガス源をさらに含み、該第２のガス源は、前記処理チャンバーのその場洗浄のための酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記処理チャンバーに結合されたロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーに結合されたサブチャンバーとをさらに含み、該サブチャンバーは、該サブチャンバー内に主ピボット軸を有する少なくとも１つのロボットアームをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２８】
ロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーの中央部付近に配置された冷却プレートとをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項２９】
炭素および／または水素を含有する低誘電率層を含む基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、
窒素および酸素を実質的に含有しないガスのガス源と、
該ガス源に流体的に連通し、前記窒素および酸素を実質的に含有しないガスから、窒素含有化学種および酸素含有化学種を削減するガス精製器と、
該ガス清浄器に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて、精製された窒素および酸素を含有しないガスから前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、
前記プラズマ管に流体的に連通し、入口付近にバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーと、
該処理チャンバーの底壁の中央部に配置され、酸化ガス源に流体的に連通するガスポートを含む排気導管と、
該排気導管に流体的に連通し、前記排気導管内に酸化プラズマを生成するアフターバーナーアセンブリーと、
前記排気導管に結合され、前記酸化プラズマにより形成されるプラズマ放電領域に焦点を有する集光光学系を含む光学検出システムと、を含むことを特徴とする軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３０】
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透明な材料から形成されることを特徴とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記プラズマ生成部は、複数の区画に分割されて該区画のそれぞれが前記プラズマ管を受け入れるための開口部を有するマイクロ波エンクロージャと、マイクロ波パワーを所定の周波数で前記区画に供給する手段とを含むことを特長とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３２】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管の外側を取り巻くＲＦコイルと、該ＲＦコイルに電気的に接続されたマッチボックスと、該マッチボックスに電気的に接続された電源とを含むことを特徴とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３３】
前記窒素および酸素を実質的に含有しないガスは、炭化水素ガス、水素またはヘリウム、あるいは、これらのガスの少なくとも１つを含む組合せを含むことを特徴とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３４】
前記光学検出システムは、スペクトロメータまたはモノクロメータを含むことを特徴とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３５】
前記基板の下方に配置され、前記処理チャンバーの底板に光学的に結合する加熱ランプアレーをさらに含み、前記底板は、可視光および／または赤外光に対して実質的に透明な材料から形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項３６】
内部に収容された基板を処理するためのプラズマ処理チャンバーであって、
バッフル板アセンブリーを含んでおり、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、前記バッフル板アセンブリーは、前記基板に対して略平行に配置されていることを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
【請求項３７】
前記上側バッフル板は、開口部のない中央領域を含むことを特徴とする請求項３６に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項３８】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、またはサファイアでコーティングされた石英から形成されることを特徴とする請求項３６に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項３９】
前記上側バッフル板は、複数の開口部を有していることを特徴とする請求項３６に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４０】
前記複数のバッフル板の前記複数の開口部は、前記下側バッフル板の前記服すの開口部よりも大きいことを特徴とする請求項３９に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４１】
前記下側バッフル板は、陽極酸化アルミニウム、サファイア、石英、またはセラミック材料から形成されることを特徴とする請求項３９に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４２】
内部に収容された基板を処理するためのプラズマ処理チャンバーであって、
バッフル板アセンブリーを含んでおり、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大することを特徴とするプラズマ処理チャンバー。
【請求項４３】
前記上側バッフル板は、開口部のない中央領域を含むことを特徴とする請求項４２に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４４】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、またはサファイアでコーティングされた石英から形成されることを特徴とする請求項４２に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４５】
前記上側バッフル板は、複数の開口部を有していることを特徴とする請求項４２に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４６】
前記複数のバッフル板の前記複数の開口部は、前記下側バッフル板の前記服すの開口部よりも大きいことを特徴とする請求項４５に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４７】
前記下側バッフル板は、陽極酸化アルミニウム、サファイア、石英、またはセラミック材料から形成されることを特徴とする請求項４２に記載のプラズマ処理チャンバー。
【請求項４８】
処理する半導体ウエハを収容した隣接する処理チャンバーにガス流を分配するためのバッフル板アセンブリーであって、
略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大することを特徴とするバッフル板アセンブリー。
【請求項４９】
前記半導体ウエハは、炭素および／または水素ベースの低誘電率層を含むことを特徴とする請求項４８に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５０】
前記上側バッフル板は、サファイアでコーティングされた石英材料から形成され、前記下側バッフル板は、陽極酸化アルミニウムから形成されることを特徴とする請求項４８に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５１】
前記上側バッフル板は、同心の多重円状のパターンに配置された複数の開口部と、開口部のない中央領域とを含むことを特徴とする請求項４８に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５２】
処理する半導体ウエハを収容した隣接する処理チャンバーにガス流を分配するためのバッフル板アセンブリーであって、
略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大することを特長とするバッフル板アセンブリー。
【請求項５３】
前記半導体ウエハは、炭素および／または水素ベースの低誘電率層を含むことを特徴とする請求項５２に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５４】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、またはセラミック材料から形成され、前記下側バッフル板は、陽極酸化アルミニウム、サファイア、石英、またはセラミック材料から形成されることを特徴とする請求項５２に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５５】
前記石英は、サファイアによるコーティングをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５６】
前記上側バッフル板は、同心の多重円状のパターンに配置された複数の開口部と、開口部のない中央領域とを含むことを特徴とする請求項４８に記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項５７】
酸素および窒素を含有しないプラズマ中に発生する励起化学種を基板上に均一に分配するための処理方法であって、
前記励起化学種を受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大するバッフル板アセンブリーを含むプラズマ処理チャンバーに、前記励起化学種を導入するステップと、
前記励起化学種を、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させた後、前記基板に照射するステップと、を含むことを特徴とする処理方法。
【請求項５８】
酸素および窒素を含有しないプラズマ中に発生する励起化学種を基板上に均一に分配するための処理方法であって、
前記励起化学種を受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するバッフル板アセンブリーを含むプラズマ処理チャンバーに、前記励起化学種を導入するステップと、
前記励起化学種を、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させた後、前記基板に照射するステップと、を含むことを特徴とする処理方法。
【請求項５９】
フォトレジスト材料またはエッチング後残留物を、炭素および／または水素を含有する低誘電率層を備えた基板から除去するためのプラズマアッシング処理方法であって、
酸素および窒素を実質的に含有しないガスをガス精製器に流入させ、汚染レベルが低減された精製ガスを形成するステップと、
前記精製ガスからプラズマを生成するステップと、
前記プラズマを受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーに、前記プラズマを導入するステップと、
前記プラズマを、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させ、前記基板に照射して前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および揮発性副産物を前記基板から除去するステップと、
除去された前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物を、前記処理チャンバーの中央部に配置された排気導管へ排出するステップと、
前記排気導管内に酸化ガスを選択的に導入するステップと、
前記酸化ガス、および、前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物からプラズマを形成するステップと、
前記排気導管内プラズマに発生する放出信号を光学的に監視するステップと、
前記放出信号の変化の観察から、前記フォトレジストおよび前記エッチング後残留物の終了点を検出するステップと、を含むことを特徴とするプラズマアッシング処理方法。
【請求項６０】
前記酸素および窒素を実質的に含有しないガスは、水素、またはヘリウム、またはアルゴン、またはネオン、あるいは、これらのガスの少なくとも１つを含む組合せを含むことを特徴とする請求項５９に記載のプラズマアッシング処理方法。
【請求項６１】
前記酸素および窒素を実質的に含有しないガスをガス精製器に流入させ、汚染レベルが低減された精製ガスを形成するステップは、前記酸素および窒素を実質的に含有しないガス中のＨ2Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、および、Ｎ2を、約１０ｐｐｍよりも少ない量にまで削減することを含んでいる請求項５９に記載のプラズマアッシング処理方法。
【請求項６２】
前記基板を前記処理チャンバーからロードロックチャンバーへ移動させ、前記基板を冷却するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５９に記載のプラズマアッシング処理方法。
【請求項６３】
フォトレジスト材料またはエッチング後残留物を、炭素および／または水素を含有する低誘電率層を備えた基板から除去するためのプラズマアッシング処理方法であって、
酸素および窒素を実質的に含有しないガスをガス精製器に流入させ、汚染レベルが低減された精製ガスを形成するステップと、
前記精製ガスからプラズマを生成するステップと、
前記プラズマを受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大するバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーに、前記プラズマを導入するステップと、
前記プラズマを、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させ、前記基板に照射して前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および揮発性副産物を前記基板から除去するステップと、
除去された前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物を、前記処理チャンバーの中央部に配置された排気導管へ排出するステップと、
前記排気導管内に酸化ガスを選択的に導入するステップと、
前記酸化ガス、および、前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物からプラズマを形成するステップと、
前記排気導管内プラズマ何発生する放出信号を光学的に監視するステップと、
前記放出信号の変化の観察から、前記フォトレジストおよび前記エッチング後残留物の終了点を検出するステップと、を含むことを特徴とするプラズマアッシング処理方法。
【請求項６４】
前記酸素および窒素を実質的に含有しないガスは、水素、またはヘリウム、またはアルゴン、またはネオン、あるいは、これらのガスの少なくとも１つを含む組合せを含むことを特徴とする請求項６３に記載のプラズマアッシング処理方法。
【請求項６５】
基板を処理するためのダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、
ガス源と、
該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、
前記プラズマ管に流体的に連通する処理チャンバーと、
前記ガス源と前記プラズマ生成部との間に介在するガス精製器と、を含むことを禿頭とするプラズマ処理装置。
【請求項６６】
前記処理チャンバーは、該処理チャンバーの入口付近にバッフル板アセンブリーをさらに含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、前記バッフル板アセンブリーは、前記基板に対して略平行に配置されていることを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６７】
前記処理チャンバーは、該処理チャンバーの入口付近にバッフル板アセンブリーをさらに含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、前記下側バッフル板は、中心軸回りに配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大することを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６８】
前記基板の下方に配置され、前記処理チャンバーの底板に光学的に結合する少なくとも１つの加熱ランプをさらに含み、前記底板は、可視光および／または赤外光に対して実質的に透明な材料から形成されていることを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６９】
前記処理チャンバーの底壁の中央部に配置された排気導管をさらに含み、該排気導管は、該排気導管に結合されたアフターバーナーアセンブリーをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７０】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管内にプラズマを生成する手段を含むことを特徴とする請求項６９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７１】
前記アフターバーナーアセンブリーは、前記排気導管の外側を取り巻くＲＦコイルと、該ＲＦコイルに電気的に接続されたマッチボックスと、該マッチボックスに電気的に接続された電源とを含むことを特徴とする請求項６９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７２】
前記排気導管に結合された光学検出システムをさらに含むことを特徴とする請求項６９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７３】
前記プラズマ生成部は、複数の区画に分割されて該区画のそれぞれが前記プラズマ管を受け入れるための開口部を有するマイクロ波エンクロージャと、マイクロ波パワーを所定の周波数で前記区画に供給する手段とを含むことを特長とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７４】
前記ガス源は、窒素および酸素を実質的に含有しないことを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７５】
前記ガス源の主要部分は、水素およびヘリウムからなることを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７６】
前記プラズマ管に流体的に連通する第２のガス源をさらに含んでおり、該第２のガス源は、前記処理チャンバーのその場洗浄のための酸化ガスを含み、かつ、前記ガス精製器とは流体的に連通していないことを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７７】
前記プラズマ管は、前記上側バッフル板の直径よりも小さな開口径を有することを特徴とする請求項６６に記載の軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置。
【請求項７８】
前記上側バッフル板は、開口部のない中央領域と、該中央領域の回りに配置された複数の開口部とを含むことを特徴とする請求項６６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７９】
前記上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さな直径を有しており、前記上側バッフル板と前記処理チャンバーの上壁とが、それらの間に前室を形成していることを特徴とする請求項６６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８０】
前記処理チャンバーに結合されたロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーに結合されたサブチャンバーとをさらに含み、該サブチャンバーは、該サブチャンバー内に主ピボット軸を有する少なくとも１つのロボットアームをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８１】
ロードロックチャンバーと、該ロードロックチャンバーの中央部付近に配置された冷却プレートとをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および処理に関連し、より詳しくは、低誘電率材料を含む基板から有機材料をアッシングするために適した、プラズマを介した処理およびプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代のマイクロエレクロニクスでの使用に供するために、低誘電率薄膜の開発が注目されている。集積回路の微小化が進むにつれて、相互接続に沿った信号伝播のＲＣ遅延時間が、全体的なチップ速度の主要な限定要因の１つになっている。銅配線技術の出現により、Ｒは実際上最小限度にまで到達したため、Ｃを低減することに注目せざるを得ない。この課題を達成するための１つの方法は、相互接続の周囲に存在する絶縁薄膜の平均誘電率（ｋ）を低減することである。従来の二酸化シリコン絶縁材料の誘電率（ｋ）は、約３．９である。誘電率（ｋ）を３．９よりも小さくすることによって、静電容量が低減し、全体的なチップ速度が向上する。
【０００３】
先進的な集積回路で使用される低誘電率材料は、典型的には、有機高分子または酸化物からなり、約３．５よりも小さい誘電率を有する。低誘電率材料は、溶液として基板上に広げることもでき、あるいは、化学気相成長法により堆積させることもできる。低誘電率材料の重要な特性には、厚み、均一性、誘電率、屈折率、粘着性、化学的耐性、熱安定性、細孔の大きさおよび分布、熱膨張係数、ガラス転移温度、薄膜の応力、および、銅拡散定数が含まれる。
【０００４】
ウエハ上への集積回路の製造において、一般に、ウエハは多くの工程を経て最終的な集積回路となる。低誘電率材料、特に炭素含有低誘電率材料は、これらの工程のいくつかに対して鋭敏である。例えば、「アッシング（灰化）」工程中に使用されるプラズマにより、フォトレジストだけでなく低誘電率材料の一部が除去される可能性がある。アッシングとは、一般に、プラズマを介した剥離工程のことをいい、プラズマへの曝露によって、残留フォトレジストおよびエッチング後の残留物を基板上から剥離または除去するものである。フォトレジストは、エッチング処理において基板にパターンを形成するためのマスクや、イオン注入処理において基板の露出部分に選択的にイオンを注入するためのマスクとして使用され、アッシング処理は、一般に、それらのエッチング処理または注入処理を実施した後に実施される。エッチング処理またはイオン注入処理の後、ウエハ上に残存するフォトレジスト、および、あらゆるエッチング後残留物または注入後残留物は、当業者に周知の多くの理由のために、次の処理の前に完全に除去しなければならない。アッシング工程の後には、通常、残留物の痕跡を除去するための化学的湿式処理が施され、これによって、低誘電率材料の分解がさらに進行し、材料の損失、および誘電率の上昇の要因となる可能性がある。
【０００５】
アッシング処理は、エッチング処理とは大きく異なるものである。両者は共にプラズマを介する処理ではあるが、エッチング処理では、そのプラズマの化学反応が、フォトレジストマスクの開口を通じて基板表面の一部を除去することにより基板に像を転写する目的のために選択される点において、大きく異なっている。そのプラズマは、通常、基板の一部を除去するために、低温および低圧（ミリトル程度）における高エネルギーのイオン衝突を含むものである。加えて、基板のイオンに曝される部分は、フォトレジストマスクの除去速度以上の速度で除去される。一方、アッシング処理は、通常、フォトレジストマスク、および、エッチング中に形成された高分子または残留物を選択的に除去するものである。アッシング用プラズマの化学反応は、エッチングの化学反応と比較して、その攻撃性が大幅に弱いものであり、通常、フォトレジストマスク層を、基板の除去速度よりも大幅に高速に除去するように選択される。加えて、大部分のアッシング処理では、プラズマの反応性を高めるために基板を２００°Ｃ以上に加熱し、かつ、比較的高圧（１トル程度）で実施される。このように、エッチング処理とアッシング処理とは、除去の対象とする材料が著しく異なり、それによって、全く異なるプラズマ化学反応および処理を要するものである。適切なアッシング処理は、基板に像を転写するために使用されない。むしろ、適切なアッシング処理は、例えば低誘電率層等の下層に影響を及ぼすことなく、あるいは、下層を除去することなく、フォトレジスト、高分子、および残留物の除去速度によって定められる。
【０００６】
フォトレジスト除去処理中の低誘電率材料の分解に対する重要な寄与が、アッシング用プラズマの生成のために酸素および／または窒素および／またはフッ素を含有するガス源を使用することから生ずることを示唆する研究がなされている。１種以上のこれらのガス源を含む混合ガスを使用することによって、基板からフォトレジストを効果的にアッシングすることが可能になるけれども、これらのガス源の使用は、低誘電率材料を含む基板に対して有害であることが証明された。例えば、酸素含有プラズマは、プラズマ処理中に、低誘電率層の誘電率を上昇させることが知られている。誘電率の上昇は、とりわけ相互接続の静電容量に影響を及ぼし、デバイスの性能に直接的に影響する。さらに、酸素含有プラズマの使用は、銅が酸化し易いために、一般に、銅配線技術を用いた先進的なデバイス製造では好ましいものではない。酸素含有プラズマによって生じた損傷が、プラズマ処理後の基板の計測検査において容易に検出できない場合もある。しかしながら、この損傷は、通常プラズマアッシング後に実施され、炭素および／または水素を含有する低誘電率材料の一部が除去される湿式洗浄処理において、容易に観察することができる。誘電体材料の除去部分は、構造物の臨界寸法（critical dimension:ＣＤ）の許容範囲を超えるばらつきの要因となり、全体的なデバイスの歩留まりに影響を与える。さらに、湿式洗浄処理が含まれない場合でも、酸素含有プラズマへの曝露によって、誘電体材料の電気的特性および機械的特性が変化し、動作性能に影響を及ぼす可能性がある。酸素含有プラズマへの曝露の間に、誘電体材料から炭素が消耗すると考えられている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９８，３０８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，３４１，５９２号明細書
【特許文献３】国際特許出願ＷＯ／ＵＳ００９７／３７０５５パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
理想的には、アッシング用プラズマは、下層である低誘電率層に影響を及ぼすことなく、フォトレジスト材料のみを選択的に除去するものである。ＳｉＯ2のような従来の誘電体（より高い誘電率）を使用すれば、これらのガス源を使用して高い選択性を備えることができ、以前のデバイス製造のためには好適であった。しかし、低誘電率材料に対する損傷を最小限に抑制するために、無酸素および無窒素のプラズマ処理が開発された。そのような処理の１つには、ヘリウムおよび水素からなる混合ガスからプラズマを生成し、異なるメカニズムにより除去するものがある。ヘリウムと水素から形成されたプラズマのような、無酸素および無窒素のプラズマは、攻撃性が低く、従来の意味ではフォトレジストと完全に反応するものではない。むしろ、このプラズマは、フォトレジストの一部を、例えば昇華によって除去可能にするものであると考えられている。この除去メカニズムの結果として、基板からフォトレジストを効果的に除去する一方、プラズマの照射によって、処理チャンバー内、および排気ラインとその構成要素のようなプラズマ処理チャンバーの下流の領域に、昇華または除去されたフォトレジストおよび副産物の大きな塊が堆積する傾向がある。アッシング材料の蓄積は、平均洗浄間隔（mean time between clean：ＭＴＢＣ）の短縮と真空装置の再組立／交換の頻度の増大につながり、スループットの低下とコストの増大をもたらす。さらに、基板上に配置されている処理チャンバー内へのフォトレジスト材料の堆積は、基板の粒子汚染につながり、それによって、デバイスの歩留まりにさらなる影響を及ぼす。
【０００９】
さらに、無酸素および無窒素のプラズマにおける問題点として、プラズマ照射の非均一性がある。これらのプラズマは、攻撃性が低いため、非均一性は重要な問題である。ダウンストリーム型プラズマアッシャーには、プラズマが生成されるプラズマ管に小径の開口部を有しているものがある。一般に、基板の直径は、プラズマ管の開口部の直径よりもはるかに大きい。したがって、通常、プラズマ管の出口付近にはバッフル板が配置され、プラズマが処理チャンバー内に進入する際にその方向を逸らして、プラズマ中の化学種が基板全体に渡って分散するようにしている。しかし、攻撃性の低いプラズマでは、反応性化学種がバッフル板の中央部から外縁部に分散されると、ホットスポット（すなわち非均一な領域）が形成され、アッシングの効率が低減することが分かった。例えば、プラズマ中に生成される水素ラジカルは、軸流反応炉中のバッフル板上の中央部の衝突点から、バッフル板の外縁部に移動すると、アッシングの効率が低下することが発見された。ウエハの直径がプラズマ管の直径に匹敵するようなチャンバーにおいては、ラジカルの非均一性を別の方法により軽減することができる。
【００１０】
無酸素および無窒素のプラズマの別の問題点は、終了点の検出である。従来の終了点の検出法および装置は、この種のプラズマでの使用に適したものではない。例えば、水素とヘリウムの混合ガスから形成されたプラズマの場合、終了点の検出に適した信号を生成するのに十分な程度に光学励起された化学種は放出されない。
【００１１】
したがって、低誘電率材料で使用するための、酸素および窒素を含有しないプラズマを生成する装置および処理方法の改善には、強い要望がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書は、基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、ガス源と、該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、前記プラズマ管に流体的に連通すると共に、入口付近にバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーと、該処理チャンバーの底壁の中央部に配置された排気導管とを含む軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置を開示するものである。前記処理チャンバーは、その入口付近にバッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板と前記処理チャンバーの上壁との間に前室を形成し、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、前記バッフル板アセンブリーは、前記基板に対して略平行に配置されている。
【００１３】
本発明の別の態様として、基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、ガス源と、該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、前記プラズマ管に流体的に連通すると共に、入口付近にバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーと、該処理チャンバーの底壁の中央部に配置された排気導管とを含む軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置が開示されている。前記処理チャンバーは、その入口付近にバッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板と前記処理チャンバーの上壁との間に前室を形成し、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するものである。
【００１４】
本発明の別の態様として、炭素および／または水素を含有する低誘電率層を含む基板を処理するための軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、窒素および酸素を実質的に含有しないガスのガス源と、該ガス源に流体的に連通し、前記窒素および酸素を実質的に含有しないガスから、窒素含有化学種および酸素含有化学種を削減するガス精製器と、該ガス清浄器に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて、精製された窒素および酸素を含有しないガスから前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、前記プラズマ管に流体的に連通し、入口付近にバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーと、該処理チャンバーの底壁の中央部に配置され、酸化ガス源に流体的に連通するガスポートを含む排気導管と、該排気導管に流体的に連通し、前記排気導管内に好ましくは酸化プラズマを生成するアフターバーナーアセンブリーと、前記排気導管に結合され、前記酸化プラズマにより形成されるプラズマ放電領域に焦点を有する集光光学系を含む光学検出システムと、を含む軸流ダウンストリーム型プラズマ処理装置が開示されている。
【００１５】
本発明のさらに別の態様として、基板を処理するためのダウンストリーム型プラズマ処理装置であって、ガス源と、該ガス源に流体的に連通すると共に、プラズマ管および該プラズマ管に結合されて前記ガス源から前記プラズマ管内にプラズマを生成するためのプラズマ生成装置を含むプラズマ生成部と、前記プラズマ管に流体的に連通する処理チャンバーと、前記ガス源と前記プラズマ生成部との間に介在するガス精製器と、を含むプラズマ処理装置が開示されている。
【００１６】
また、本明細書は、内部に収容された基板を処理するためのプラズマ処理チャンバーであって、バッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大し、かつ、前記バッフル板アセンブリーは、前記基板に対して略平行に配置されているプラズマ処理チャンバーを開示するものである。
【００１７】
本発明の別の態様として、内部に収容された基板を処理するためのプラズマ処理チャンバーであって、バッフル板アセンブリーを含み、該バッフル板アセンブリーは、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するプラズマ処理チャンバーが開示されている。
【００１８】
また、本明細書は、処理する半導体ウエハを収容した隣接する処理チャンバーにガス流を分配するためのバッフル板アセンブリーであって、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するバッフル板アセンブリーを開示するものである。
【００１９】
本発明の別の態様として、処理する半導体ウエハを収容した隣接する処理チャンバーにガス流を分配するためのバッフル板アセンブリーであって、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含んでおり、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大するバッフル板アセンブリーが開示されている。
【００２０】
さらに、本明細書は、酸素および窒素を含有しないプラズマ中に発生する励起化学種を基板上に均一に分配するための処理方法であって、前記励起化学種を受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大するバッフル板アセンブリーを含むプラズマ処理チャンバーに、前記励起化学種を導入するステップと、前記励起化学種を、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させた後、前記基板に照射するステップと、を含む処理方法を開示するものである。
【００２１】
本発明の別の態様として、酸素および窒素を含有しないプラズマ中に発生する励起化学種を基板上に均一に分配するための処理方法であって、前記励起化学種を受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するバッフル板アセンブリーを含むプラズマ処理チャンバーに、前記励起化学種を導入するステップと、前記励起化学種を、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させた後、前記基板に照射するステップと、を含む処理方法が開示されている。
【００２２】
また、本明細書は、フォトレジスト材料またはエッチング後残留物を、炭素および／または水素を含有する低誘電率層を備えた基板から除去するためのプラズマアッシング処理方法であって、酸素および窒素を実質的に含有しないガスをガス精製器に流入させ、汚染レベルが低減された精製ガスを形成するステップと、前記精製ガスからプラズマを生成するステップと、前記プラズマを受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へとその密度が増大するバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーに、前記プラズマを導入するステップと、前記プラズマを、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させ、前記基板に照射して前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および揮発性副産物を前記基板から除去するステップと、除去された前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物を、前記処理チャンバーの中央部に配置された排気導管へ排出するステップと、前記排気導管内に酸化ガスを選択的に導入するステップと、前記酸化ガス、および、前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物からプラズマを形成するステップと、前記排気導管内プラズマに発生する放出信号を光学的に監視するステップと、前記放出信号の観察から、前記フォトレジストおよび前記エッチング後残留物の終了点を検出するステップと、を含むプラズマアッシング処理方法を開示するものである。
【００２３】
本発明の別の態様として、フォトレジスト材料またはエッチング後残留物を、炭素および／または水素を含有する低誘電率層を備えた基板から除去するためのプラズマアッシング処理方法であって、酸素および窒素を実質的に含有しないガスをガス精製器に流入させ、汚染レベルが低減された精製ガスを形成するステップと、前記精製ガスからプラズマを生成するステップと、前記プラズマを受け入れると共に、略平板状の下側バッフル板および該下側バッフル板の上方に固定された略平板状の上側バッフル板を含み、該上側バッフル板は、前記下側バッフル板よりも小さく、前記下側バッフル板は、中心軸回りに半径方向に配置された複数の開口部を含むと共に、該複数の開口部それぞれの寸法は、前記下側バッフル板の中心軸から外縁部へと増大するバッフル板アセンブリーを含む処理チャンバーに、前記プラズマを導入するステップと、前記プラズマを、前記バッフル板アセンブリーを通じて流動させ、前記基板に照射して前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および揮発性副産物を前記基板から除去するステップと、除去された前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物を、前記処理チャンバーの中央部に配置された排気導管へ排出するステップと、前記排気導管内に酸化ガスを選択的に導入するステップと、前記酸化ガス、および、前記フォトレジスト材料、前記エッチング後残留物、および前記揮発性副産物からプラズマを形成するステップと、前記排気導管内プラズマに発生する放出信号を光学的に監視するステップと、前記放出信号の変化の観察から、前記フォトレジストおよび前記エッチング後残留物の終了点を検出するステップと、を含むプラズマアッシング処理方法が開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の上述した特長、および、他の特徴は、添付図面および以下の詳細な説明によって例示される。添付図面を通じて、同等の構成要素には同様の符号を付して参照する。
【００２５】
図１は、低誘電率材料を含む基板から、フォトレジスト、側壁への堆積物、およびエッチング後残留物を除去するために好適な軸流ダウンストリーム型プラズマ装置１０を示す図である。プラズマ装置１０は、概略的には、配ガス部１２、プラズマ生成部１４、処理チャンバー１６、および排気アンセブリー１８からなる。これらの様々な構成要素を組合せることによって、例えば、炭素を含有する低誘電率材料を含む基板を、酸素および窒素を含有しないプラズマを用いて処理することにおいて、予想を超える改善をもたらすものである。
【００２６】
本発明の実施形態として特に好適な軸流ダウンストリーム型プラズマ装置は、プラズマアッシャーであり、例えば、アセクセリス・テクノロジーズ・コーポレーション（Ａｘｃｅｌｉｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からＦｕｓｉｏｎ  ＥＳという商標で市販されているマイクロ波プラズマアッシャーが挙げられる。このマイクロ波プラズマアッシャーの一部は、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載されており、それらの記載は参考として本明細書に含まれる。以下に説明するように、本発明は、特定のプラズマアッシャーのこの実施形態および後述する実施形態に限定されない。例えば、誘導結合プラズマ反応炉を使用することができる。
【００２７】
本明細書に記載された炭素含有低誘電率材料は、集積回路等の製造において好適に使用される炭素含有絶縁材料であって、約３．５よりも小さい誘電率を有するものと定義される。炭素含有誘電率材料は、炭素を含有する側基を含んでいてもよく、または、誘電材料の主鎖が主として炭素の相互接続網からなる炭素ベースの化合物であってもよい。炭素含有低誘電率材料は、有機物とドープ処理酸化物の２種類のうちの１つに分類することができる。有機低誘電率材料の例には、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、パリレン、ダイアモンド型炭素、ポリ（アリレン・エーテル）、シクロテネン、フッ化炭素等が含まれており、例えば、ＳｉｌＫまたはＢＣＢという商標で市販されているような誘電体が含まれる。ドープ処理酸化物低誘電率材料の例には、メチル・シルセスキオキサン、水素シルセスキオキサン、ナノポーラス酸化物、炭素ドープ処理二酸化シリコン等が含まれており、例えば、ＣＯＲＡＬ、ＢＬＡＣＫ  ＤＩＡＭＯＮＤ、または、ＡＵＲＯＲＡの商標で市販されている誘電体が含まれる。両方のタイプの炭素含有低誘電率材料には、稠密性材料および多孔性材料がある。多孔性材料は、ＬＫＤ、ＯＲＩＯＮ、ＢＯＳＳ、または多孔性ＳｉＬＫという商標で市販されている。本明細書の開示に基づけば、当業者にとって、その他の炭素含有低誘電率材料が明らかであろう。
【００２８】
同様に、本明細書に記載された水素含有低誘電率材料は、集積回路等の製造において好適に使用される水素含有絶縁材料であって、約３．５よりも小さい誘電率を有するものと定義される。多くの上記炭素含有低誘電率材料は、その化学構造中に、炭素原子に結合する１つまたは複数の水素原子を含んでいる。しかし、本発明に好適な水素含有低誘電率材料は、炭素含有構造を有するものに限定されない。
【００２９】
図１に示すように、配ガス部１２は、好ましくは、（酸素および窒素を含有しないプラズマを生成するための）ガス源２２に流体的に連通するガス精製器２０と、プラズマ生成部１４のガス入口ポート２３を含んでいる。その場（in-situ）洗浄機能を備えるために、ガス入口ポート２３に追加のガス源（図示省略）を流体的に連通させてもよい。好適な実施形態では、ガス精製器２０は、不純物を約２０ｐｐｍ（parts per million）よりも小さいレベルに低減するものであり、より好ましくは、不純物レベルを約５ｐｐｍよりも小さく、さらに好ましくは、約１ｐｐｍよりも小さく、最も好ましくは、約１００ｐｐｂ（parts per billion）よりも小さくするものである。このような不純物レベルを達成する好適なガス精製器には、メタルゲッタリング技術を使用したものがあり、例えば、セイエス・ピュア・ガス・インコーポレーテッド（ＳＡＥＳ  Ｐｕｒｅ  ＧＡＳ，Ｉｎｃ．）から、ＭＯＮＯ ＴＯＲＲの商標で市販されている高純度精製器がある。プラズマを生成するために、ガス源２２に流体的に連通するガス精製器２０を使用することによって、低誘電率基板、特に炭素含有低誘電率材料のロバスト処理のために効果的なレベルにまで、汚染レベルを低減することができる。酸素および窒素を含有しないプラズマを生成するために好適なガスには、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、他の不活性ガス、炭化水素、および、これらのガスの１つ以上を含む組合せが含まれるが、これらに限定されるものではない。例えば、炭素ベースの低誘電率材料のプラズマを介した処理にとって、公称純度９９．９９９％を有するヘリウムガス源が望ましくない場合がある。Ｈ2Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、および、Ｎ2のような不純物が、後続する基板処理の間に低誘電率材料の侵食を引き起こすために十分なレベルになり、誘電率を有害なレベルにまで上昇させる可能性がある。プラズマを形成するための流入ガスは、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、および、Ｎ2の含有量が約２０ｐｐｍよりも小さくなるように精製されることが好ましい。ガス精製器２０は、例えば、３００ｍｍ用ダウンストリーム型プラズマアッシャーで予想される約１０００〜約１２００ｓｃｃｍ（standard cubic centimeters per minute）またはそれ以上の約比較的大きな流量で、このような好適な不純物レベルを効果的に提供するように選択することが好ましい。２００ｍｍ用のシステムでは、それに比例して流量を小さくなる。
【００３０】
図２および図３は、本発明の実施形態を例示するマイクロ波方式プラズマ生成部１４を示す図である。図４は、このマイクロ波方式プラズマ生成部を含むプラズマプラズマアッシング装置１０と、処理チャンバー１６を示す透視図である。図示されたプラズマ生成部１４は、本発明の理解のために適切な構成要素のみを示すように簡略化されている。プラズマアッシング装置１０を製造して動作させるために他の構成が必要なことは、当業者には理解されるであろう。しかしながら、そのような構成要素は周知であり、本発明の理解を助けるものでもないため、そのような構成要素の説明は省略する。
【００３１】
マイクロ波方式プラズマ生成部１４は、マイクロ波エンクロージャ２４を含む。マイクロ波エンクロージャ２４は、長手方向に沿って複数の区画２６、２８、３０に分割された長方形の箱であり、各区画には、それぞれプラズマ管が貫通している。各区画は、プラズマ管が貫通する開口部を有している。また、各区画には、動作の間にマイクロ波エネルギーが供給される。したがって、各区画は、入射マイクロ波のエネルギーに対して比較的短い空洞であるため、方位角方向および中心軸方向に均一性を有するモードの形成が促進される。プラズマ管は、空洞内において外管３４によって囲われている。この外管は、プラズマ管から僅かに離れて配置され、これらの２つの管の間には、正圧の下に空気が供給されて、プラズマ管が効果的に供給される。外管３４は、好ましくはサファイアからなる。石英、アルミナでコーティングされた石英、またはセラミックスのような、他のプラズマ管用材料を使用することもできる。好ましくは、マイクロ波エンクロージャ２４の寸法は、矩形のＴＭ１１０モードをサポートするように形成されており、エンクロージャ２４は、正方形の断面を有するものでってもよい。断面の寸法は、ＴＭ１１０モードが共振するように設定される。各区画の長さは、λｇ／２よりも小さい（ここで、λｇは、ＴＥ１０１モードの空洞のガイド長である）。
【００３２】
各区画２６、２８、３０の、同心の管が貫通する開口部は、プラズマ管の外径寸法よりも大きく形成されている。マイクロ波構造体の開口側を覆う絞り板３６も図示されており、この絞り板によって、マイクロ波のエネルギーを隣接する区画に効果的に供給するものである。絞り板３６は、絞り３８、４０、４２、４４を有する平板状の金属板であり、これらの絞りを通って、マイクロ波のエネルギーが供給される。半径方向伝送路トラップを使用しているため、設計上、このような絞りを通るマイクロ波の伝送は限定されている。これらのトラップは、各区画の頂面および底面に対して一定の境界条件を保障するものである。外管を使用しない場合（他の方法で冷却を行う場合）、各区画の開口部は、プラズマ管と区画との間にスペースが存在し、それによってマイクロ波の伝送が可能であるように形成される。
【００３３】
両端部には、マイクロ波トラップ４６、４８が備えられ、マイクロ波の透過を防止するものである。このようなトラップは、特許文献１に開示されたようなトラップであってもよい。同心の管の間のスペースに冷却用空気を供給できるように、空気シール／指向性フィーダ５０、５２が備えられている。空気シール／指向性フィーダ５４は、出口端部に示されており、第４のこのような装置も存在しているが、図には示されていない。
【００３４】
マグネトロン５６は、カプラー５８を通じてＴＥ１０モードを備える導波管に供給されるマイクロ波パワーを生成するものであり、互いに垂直な区画６０、６２を有している。導波管の区画６２の長さは、移動自在なプランジャ６４によって調整することができる。導波管の区画６２の底板は、絞り板６６であり、これによって、マクロ波エネルギーを、プラズマ管３２が延在する区画化されたマイクロ波構造体２４に結合するものである。これによって、プラズマ管を通じて流れる混合ガスにプラズマが励起される。
【００３５】
図３には、マイクロ波トラップ４８に接するエンドキャップ７０と、プラズマ管にガスを流入可能にするための中央開口部を有し、エンドキャップ内に延在する管継手７４が示されている。ガス源２２は、外部のフローボックス（図示せず）によって調整される。ガス精製器２０は、ガス源２２とガス入口ポート２３（図１参照）に流体的に連通するように配置されている。プラズマ管３２は、この端部で、エンドキャップ中の「Ｏ」リング７２によって支持されている。外管３４は、この端部で、マイクロ波トラップ４６、４８に対する橋台により支持されている。スペーサ７６は、処理チャンバーに対して適切な空間を保持するために設けられている。プラズマ管の他端は、端部部材７８中に配置されており、プラズマ／ガスを処理チャンバー１６に放出するための開口部８０を有している。任意選択で、開口部８０を形成する導管を、狭い開口を有する継手に装着し、プラズマ管３２内の圧力が大きくなるように、プラズマ管３２と処理チャンバー１６との間に差圧を形成するものであってもよい。動作中において、プラズマ管３２内の圧力は、約１３３．３Ｐａ（１トル）から大気圧程度までの範囲に設定されることが好ましい。これに対して、処理チャンバー内の圧力は、動作中において、約１３．３３Ｐａ（１００ミリトル）大気圧程度までの範囲に設定される。
【００３６】
プラズマ管３２の開口部８０は、処理チャンバー１６の内部領域に流体的に連通している。プラズマは、（処理する基板の寸法と比べて）比較的狭い開口部から処理チャンバー内に放出されるため、処理チャンバー１６内には、基板上へのプラズマ照射の均一性を改善するための配ガスシステム１００が配置されている。配ガスシステム１００は、基板とプラズマ管３２の開口部８０との間に介在するように配置されている。
【００３７】
好適な実施形態では、配ガスシステム１００は、基板の表面へのプラズマの分配の均一性を改善するために、基板の上方に配置された１つ以上のバッフル板を含んでいる。バッフル板は、好ましくは、積み重ねられた複数のバッフル板を含んでおり、各バッフル板は、１つ以上の開口部を備えている。特に好適な形態では、プラズマ中の反応性化学種の反応性をより均一化するために、バッフル板アセンブリーが設けられる。背景技術の説明に記載したように、例えば、プラズマ中の水素ラジカルは、軸流反応路において中央部の衝突点からバッフル板の外縁部へと移動すると、アッシングの効率が低下する。本発明は、理論によって限定されるものではないが、これは、次の２つの作用の組合せにより、水素ラジカルがバッフル板の外縁部に流れると、その活動性が低下するためであると考えられる。第１に、上述したダウンストリーム型プラズマ装置のような軸流反応炉の設計では、フォトレジストアッシングの副産物、および、ウエハの中央部からの使用済みガスは、処理チャンバー１６の排気導管１７０に到達するために、ウエハの縁部を通過しなければならない。この結果、活動性の水素ラジカルの汚染は、ウエハの中央部に比べてその縁部近辺で大きくなり、さらに、縁部に近いラジカルは、中央部から除去されたフォトレジストアッシングの副産物との反応により不活性化する機会が増大する。第２に、縁部への距離は、中央部への距離よりも大きいため、水素ラジカルが水素分子に再結合すること等によって、不活性化する可能性が増大する。アッシング速度の均一性の向上は、バッフル板の中心点からその外縁部に向けて、遠心的にバッフル板の密度を増大させることによって達成できることが分かった。例えば、中心点から外縁部に向けて開口部の密度を増大させるか、または、バッフル板の中心点から外縁部に向けて開口部の大きさを増大させるか、または、開口部のない中央領域を設けるか、または、以上のようなバッフル板構成の１つまたは複数の組合せによって、基板でのプラズマの均一性を改善し、その反応性を増大させることができる。
【００３８】
図５〜図８は、装置１０に好適な配ガスシステムを示す図である。好適な実施形態では、配ガスシステム１００は、二重化されたバッフル板アセンブリーである。図５は、配ガスシステムまたはバッフル板アセンブリー１００の第１の実施形態が内部に組み込まれた処理チャンバー１６を示す図である。バッフル板アセンブリー１００が組み付けられたアッシング処理チャンバー１６は、３００ｍｍウエハ用の処理システムとして好適なものである。配ガスシステム１００は、本明細書に基づけば当業者にとって明らかであるように、２００ｍｍウエハ用として適用することも可能である。さらに、本明細書において、配ガスシステム１００は、ダウンストリーム型プラズマアッシング装置内に実装されるものであるが、残留物除去、剥離、および、等方性エッチング装置等の他の半導体製造装置で使用することもできる。
【００３９】
バッフル板アセンブリー１００は、開口部を有する上側バッフル板１０２と、開口部を有し、上側バッフル板よりも大きな下側バッフル板１０４からなり、上側バッフル板と下側バッフル板は、互いに離隔されかつ略平行に配置されている。バッフル板アセンブリー１００は、処理するウエハ１１０が配置される空洞１０８を含む処理チャンバー１０６の下側部分に装着される。バッフル板１０２、１０４は、互いに平行に配置されていることに加えて、基板１１０に対しても平行となるように配置されている。
【００４０】
バッフル板アセンブリー１００と処理チャンバーの上側部分１０６との間の接合面には、シール１１２が設けられ、シール１１２は、下側バッフル板１０４の溝１１４内に配置されている（図７参照）。ウエハは、ロードロック機構（図示せず）を介し、挿入／取出通路１１６を通じて処理チャンバーに対して出入する。処理チャンバーの下側部分１０６の下に配置された加熱機構（後述する）は、ウエハ１１０の下側を所望の処理温度にまで加熱する。
【００４１】
処理チャンバー１６は、通常、加熱アセンブリー（下方）とプラズマ生成部１４（上方）との間に介在するように、プラズマアッシング装置１０内の孔１１８の位置に組み付けられる。動作中において、励起されたプラズマ（ガス）は、プラズマ管３２（図３参照）の比較的狭い開口部をから送出されて、バッフル板アセンブリー１００に接触する。好適な実施形態では、プラズマ管３２から流れる励起されたプラズマは、まず、ほぼ開口部のない上側バッフル板の中央領域に接触する。この開口部のない中央領域は、プラズマ管から送出されるガスの大きな軸方向速度を消去する機能を有しており、下側バッフル板１０４とチャンバーの蓋体との間に形成される前室の適切な動作を達成するために、ガス／プラズマの化学種を半径方向に加速するものである。次いで、プラズマは、上側バッフル板１０２の開口部１２０と下側バッフル板１０４の開口部１２２を通じて、処理チャンバーの空洞１０８に供給される。一実施形態では、下側バッフル板１０４は、入口１２６および出口１２８を介し、内部の冷却通路１２４を通じて流れる冷却媒体によって、能動的に冷却される。また、処理チャンバーの下側部分１０６の壁１３０も、入口１３４および出口１３６を介し、内部の冷却通路１３２を通じて流れる冷却媒体を使用して、能動的に冷却される。
【００４２】
下側バッフル板１０４は、図６および図７に明確に示すように、外側フランジ１３８と、開口部１２２を有する略平板状の部分１４０からなる。上側バッフル板１０２をスタンドオフ１４４によって下側バッフル板１０４に据え付けるために、下側バッフル板１０４に据え付け孔（図示せず）を設けてもよい。上側と下側のバッフル板間の距離は、バッフル板アセンブリー１００を通じて流れるガス流のパターンを、部分的に定めるものである。３００ｍｍ用のプラズマアッシャーでは、上側バッフル板１０２と下側バッフル板１０４との距離は、約６．１２５ｍｍ（０．２５インチ）から約５０．８ｍｍ（２インチ）の範囲内であることが好ましくは、より好ましくは、約１２．７５ｍｍ（０．５インチ）から約３６．７５ｍｍ（１．５インチ）の範囲内である。
【００４３】
図６は、３００ｍｍ用のバッフル板アセンブリーの平面図であり、図５および図７は、この実施形態におけるバッフル板アセンブリー１００の断面図である。これらの図に示されるように、バッフル板アセンブリー１００は、下側バッフル板のフランジ１３８の据え付け孔１４６を介して、処理チャンバーの上側部分１０６に据え付けられている。下側バッフル板には、開口部１２２が設けられている。開口部を有する部分１２２の面積は、下方に存在するウエハ１１０を覆うために十分なものである（図５参照）。この実施形態では、下側バッフル板の中心点から外縁部へ向けて開口部１２２の大きさが増大している。開口部１２２の大きさを増大することによって、炭素含有低誘電率材料および／または水素含有低誘電率材料で使用するための、酸素および窒素を含有しないプラズマの均一性が向上する。
【００４４】
図８は、別の実施形態にしたがった下側バッフル板１０４の平面図である。ここでは、下側バッフル板１０４の中心点から外縁部へ移るにつれて、開口部１２２の大きさは同じまま、その密度が増大している。好ましくは、下側バッフル板は、石英（ＳｉＯ2）、サファイアでコーティングされた石英、サファイア、セラミック、または陽極酸化アルミニウウムから形成されている。
【００４５】
上側バッフル板１０２の開口部１２０は、半径方向に、または、同心の多重円状のパターンに配置されている。上側バッフル板１０２は、サファイヤでコーティングされた融解シリカ、石英、サファイア、または、セラミック材料からなる。上側バッフル板１０２の開口部１２０は、好ましくは、下側バッフル板１０４の最大の開口部１２２よりも僅かに大きいものである。上側バッフル板１０２の中央部には、開口部のない領域が設けられており、サファイア、石英、またはセラミックからなる衝突板１５２を追加してもよい。上側バッフル板１０２の開口部のない中央領域は、衝突ディスク１５２の有無に関わらず、プラズマ管３２から送出される励起ガスを、上側バッフル板１０２の残りの開口部を有する領域に向けて半径方向外向きに分散させるものである。これによって、ウエハ１１０の半径方向内側の部分が、過熱状態で処理されることを防止すると共に、それに比例して、ウエハの残りの部分より早い速度でアッシングされる。別の実施形態では、２００ｍｍウエハの処理に対して好適なように、上側バッフル板１０２の開口部を有さない領域を構成することができる。
【００４６】
基板１１０の加熱は、好ましくは、ウエハ１１０の下方に配置されたタングステンハロゲンランプ１６０のアレー（図１参照）によって達成される。プレート１５６（図５に示す処理チャンバーの底壁）は、可視光および／または赤外光に対して透明であり、チャンバー１６とランプ１６０との間に配置されている。好ましくは、アッシングの間に、基板は、約８０°Ｃから約３５０°Ｃに加熱される。より好ましくは、基板は、温度を段階的に上昇させることによって、段階的に加熱される。加熱によって、プラズマとフォトレジストおよび／またはエッチング後残留物との反応速度が増大し、その結果、スループットが増大する。基板に適用される熱量は、特定の低誘電率材料および他の層の熱安定性、および、すでに基板に形成されている部品に依存する。好適な実施形態では、基板の選択された領域に対して非均一な熱量を適用し、それによって、プラズマとフォトレジストとの反応を均一化するものである。この実施形態では、ランプアレー１６０は、制御装置（図示せず）に制御可能に接続されており、基板１１０を様々に加熱して、処理中のウエハの均一な加熱を促進するものである。平坦な加熱面を使用してウエハに接触させるかまたは近接させてウエハを加熱するといった、通常チャックと呼ばれる別の加熱方法を使用することもできる。
【００４７】
好ましくは、基板１１０に対して十分な強度と持続時間をもって熱を照射し、それによって、低誘電率層から揮発性の汚染物質を拡散させ、基板の他の部品または層を劣化させることなく、揮発させるものである。好ましくは、多孔性または非多孔性のドープ処理酸化物である炭素含有低誘電率材料の場合、ウエハを約２０°Ｃから約４００°Ｃに加熱し、さらに好ましくは、約１００°Ｃから３００°Ｃに加熱するものである。好ましくは、有機物の低誘電率材料の場合、ウエハを約８０°Ｃから最大で約１８０°Ｃまで加熱する。有機物低誘電率材料の場合の最大温度は、使用する有機物低誘電率材料に固有の特性に依存し、当業者に周知の熱解析法により決定することができる。温度は、処理中に段階的に増大させるものであっても、または、加熱処理を通じて静的なままであってもよい。
【００４８】
さらに、処理チャンバー１６は、その底板１５６の中央部に配置された排気開口部１５８を含んでいる。好ましくは、排気開口部１５８は、プラズマ管３２と同軸である。
【００４９】
処理チャンバー１６の動作圧は、好ましくは、約１３．３３Ｐａ（１００ミリトル）から約３９９．９Ｐａ（３トル）であり、より好ましくは、約２６．６６Ｐａ（２００ミリトル）から約２６６．６Ｐａ（２トル）であり、さらに好ましくは、約６６．６５Ｐａ（５００ミリトルから約１９９．９５Ｐａ（１．５トル）である。加えて、処理チャンバー１６は、応用例に応じて追加的な特徴を備えるものであってもよい。例えば、石英のウィンドウを据え付け、また、ウエハに近接させてＵＶ光源を配置するものであってもよい。このような非柱状光源は、ＵＶエキシマレーザーと同様の波長を有するものであってもよく、それによって、バルク剥離におけるフォトレジスト除去が促進されることが示されており、したがって、マイクロ波プラズマにより発生した反応性ガスと共に使用することができる。さらに、剥離工程の事前および事後にフォトレジストを光源に曝露することによって、残留物の除去およびイオン注入による残留物の除去が有利になる。処理チャンバー１６と共に、オーバーヘッド型のＲＦ源、光学ポート、ガス分析器、追加の光源等を、それぞれ独立に、あるいは組み合わせて、使用することも可能であり、これによって、非常に柔軟な処理プラットフォームを提供することができる。
【００５０】
排気アセンブリー部１８が処理チャンバー１６に結合されている。排気アセンブリー部１８は、処理チャンバー１６の内部領域に流体的に連通する排気導管１７０を含んでいる。排気導管１７９の入口１７２は、処理チャンバー１６の底板１５６中の開口部１５８に流体的に結合している。排気導管１７０は、好ましくは、入口１７９から出口１７４までほぼ直線状をなすものであり、これによって、高衝撃領域（例えば、導管中の鋭い曲げ部および曲線）、および、フォトレジスト材料およびプラズマアッシングの副産物が、鋭い曲げ部に集積されることを最小限に抑制するものである。好適な実施形態では、排気導管１７０は、石英から形成される。３００ｍｍ用アッシング装置では、排気導管１７０（および開口部１５６）の最小の直径は、好ましくは、少なくとも約５０．８ｍｍ（２インチ）である（２００ｍｍ用プラズマアッシング装置の場合、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）以上の直径を有することが好ましい）。排気導管１７９を処理チャンバー１６の中央部に配置することによって、プラズマ管から排気アセンブリー部への流れが単純化され、プラズマの均一性が向上する。
【００５１】
排気導管１７９の出口１７４は、好ましくは、真空システム１７６に連結され、排気導管１７９には、アフターバーナーアセンブリー１７８が動作可能に連通している。ガス入口ポート１８０およびガス源１８２は、排気導管１７０に流体的に連通し、アフターバーナーアセンブリー１７８の上流に配置されている。アフターバーナーアセンブリー１７８は、排気導管１７０内にプラズマ放電を生成し、それによって、処理チャンバー１６から排出されるフォトレジスト材料および副産物を揮発させるために使用される。以下に詳述するように、ガス源１８０は、好ましくは、酸素のような非ハロゲンベースの酸化ガスである。この酸化ガスは、ＲＦコイルの直上であって、かつ、処理チャンバー１６の排気開口部１５８から離隔させて（すなわち、下流側）、アフターバーナーアセンブリーに導入することが好ましい。処理チャンバー１６への酸素の導入は、上述したように低誘電率材料に有害な影響を及ぼす可能性があり、装置および処理方法は、これを回避するように設計される。
【００５２】
アフターバーナーアセンブリー１７８は、排気導管１７０の外側を取り巻くＲＦコイル１８３を含んでおり、排気導管１７９を通じて流れる混合ガスを誘導励起するものである。酸化ガスは、好ましくは、アフターバーナーアセンブリー１７８の上流の入口１８０から導入される。ＲＦコイルは、同様のプラズマを生成すするためのマイクロ波源と置き換えることもできる。アフターバーナーアセンブリー１７８の下流には、スロットルバルブ１８４、フォアラインバルブ（図示せず）、真空ポンプ１７６、および他の真空処理ラインが配置されている。
【００５３】
ＲＦコイル１８３は、好適なＲＦ電源１８６に接続されている。電源の周波数は様々であり、通常、１ｋＷよりも小さい条件で、４００ｋＨｚから、好適な値である１３．５６ＭＨｚの範囲である。より好ましくは、３００Ｗから５００ＷのＲＦパワーを使用して、排気導管１７９内のプラズマが含有する酸素と誘導的に結合し、それによって、そこに含まれる有機材料を燃焼するものである。その結果、処理チャンバーの下流におけるフォトレジスト材料およびプラズマ副産物の堆積を、回避および／または除去することができる。
【００５４】
ＲＦ接続は、通常、ＲＦマッチボックス１８８を通じて実施され、プラズマアッシング処理の開始時に、コイル１８３が励起される。酸素含有（Ｏ2）混合ガスが、結合されたＲＦ電界内を通過することによって、有機材料を効率的かつ効果的に燃焼するプラズマが生成される。好ましくは、アフターバーナーアセンブリー１７８は、処理チャンバー１６内での基板のプラズマアッシング処理中に、それと同時に動作するように構成される。
【００５５】
さらに、排気導管１７０には、光学検出システム１９０も含まれる。光学検出システム１９０は、プラズマとフォトレジストとの反応の反応物および副産物に該当する特定の波長範囲を有する信号の放出を光学的に検出するものである。この方法は、プラズマ中の反応物および副産物に特有の放射光の放射強度の変化を検出することに基づいている。励起された原子および分子は、電子が高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移する際に、光を放出する。異なる化学成分を有する原子および分子の放射光は、一連の固有のスペクトル線を形成する。プラズマ中の各化学成分の放射強度は、部分的にはプラズマ中の相対濃度に依存する。通常の放射光スペクトロスコピー装置は、反応性化学種、反応性化学種の副産物、およびフォトレジストの放射強度を測定するものである。例えば、副産物による放射強度は、次第に減少し、終了点に到達すると停止する。放射光スペクトロスコピー装置は、副産物の放射強度の減少を検知し、この終了点を決定する。有利なことに、アフターバーナーアセンブリー１７８の放電領域の下流側領域からの光信号は、プラズマが点火した時点を明確に指定するために使用できる。例えば、酸素ようのうな酸化剤は、排気導管１７０内でプラズマが点火すると消費され、燃焼生成物が発生する。例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、水等の燃焼生成物は、酸素含有プラズマを用いたフォトレジストのアッシング処理の間に通常発生するものである。これらの化学種は、強い光信号を放出するため、酸素および窒素を含有しないプラズマ処理において、排気導管内プラズマの放電領域で発生する光信号を分析することによって、その終了点検出のための監視を容易に実施することができる。監視している化学種の信号が検知不能になった場合、終了点に到達したと見なすことができる。上述したように、酸素および窒素を含有しないプラズマを使用した処理は、炭素含有低誘電率材料および／または水素含有低誘電率材料を含む基板から、フォトレジストマスク等を除去するために望ましいものである。本発明における使用に好適な、酸素および窒素を含有しないプラズマの処理については、ウォルドフリード（Ｗａｌｄｆｒｉｅｄ）等による係属中の米国特許出願第０９／８５５，１７７号に開示されており、その開示内容は参考として本明細書に含まれる。本発明の処理方法および装置は、終了点の検出のための手段を提供するものであり、酸素および窒素を含有しないプラズマアッシング処理中に発生する化学種が光を放出しないことを鑑みれば、本発明の処理方法および装置によらなければ、処理チャンバー内で直接検出することが一般には困難である。
【００５６】
光学検出システム１９０は、排気導管に結合されている。排気導管１７９の外側に集光光学系１９２を配置することによって、通過する放射スペクトルを集光するものであってもよい。排気導管１７０は、好ましくは、石英またはサファイア等の光学的に透明な材料から形成されているため、光学ポートまたはウィンドウは不要である。光学的に透明でない材料を使用して排気導管を形成した場合には、排気導管に石英またはサファイアの光学ポートを設けてもよい。収集光学系１９２からの光りを受け取るために、スペクトロメーターまたはモノクロメーター（図１の１９４参照）が配置されている。放射光スペクトロスコピーおよびその方法は周知のものである。一実施形態では、放射光スペクトロスコピーは、ＣＣＤ（電荷結合素子）ベースのスペクトロメーターまたはＰＤＡ（フォトダイオードアレー）ベースのスペクトロメーターにより、波長範囲を時系列的に記録し、放射光スペクトルを後の解析のためのアナログ信号に変換することによって、実施される。任意選択で、狭帯域フィルタを使用することにより、ＰＭＴ（光電子増倍管）またはフォトダイオードのような光検出器上で特定の波長範囲の評価することが可能になる。スペクトロメーターは、アッシング処理中に放射された特定波長の光信号を、アナログ電気信号に変換し、このアナログ電気信号を、当業者にとって周知の方法を用いて解析することによって、所望の結果を得るものである。好ましくは、データは実時間で監視される。好ましくは、データは、プラズマ処理中に放射された所望の波長の光の強度の時間変化を示すグラフの形式で、示される。
【００５７】
別の方法として、他の光学検出器を使用することもできる。例えば、上述したように、モノクロメーターを使用してデータを収集することもできる。当業者にとって周知であるように、モノクロメーターを光電子増倍管およびフォトダイオード等と共に構成して、放出信号を記録することができる。
【００５８】
これらの光放射スペクロトスコピー装置およびプラズマ反応炉内で使用するための好適な構成は、本明細書に基づけば、当業者にとって明らかである。本発明での使用に好適なモノクロメーターの例は、ベリティ・コーポレーション（Ｖｅｒｉｔｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から、ＥＰ２００ＭＭＤの型番で市販されているモノクロメータである。本発明での使用に好適な走査型モノクロメータの一例は、ベリティ・コーポレーション（Ｖｅｒｉｔｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から、ＥＰ２００ＳＭＤの型番で市販されているものである。本発明での使用に好適なＣＣＤベースのスペクトロメータの一例は、ベリティ・コーポレーション（Ｖｅｒｉｔｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から、ＳＤ１０２４の型番で市販されているものであり、また、オーシャン・オプティクス（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）から市販されているＰＣ２０００シリーズＣＣＤスペクトロメーターである。本発明での使用に好適なフォトディテクターアレーは、ドイツ国のプレマ・カンパニー（Ｐｒｅｍａ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｅｒｍａｎ）からＳＰＭ９００１の型番で市販されているものである。
【００５９】
図９および図１０は、処理チャンバー１６に結合されたロードロックチャンバーアセンブリー２００を示す図である。ロードロックチャンバーアセンブリー２００および処理チャンバー１６は、相互接続されており、処理チャンバーとロードロックチャンバーアセンブリー２００との間で、ウエハの交換を可能にするために、閉止可能な真空シール付きの開口部２０２が配置および構成されている。開口部２０２は、図示されるように、１枚のウエハが通過可能なように構成されている。別の方法として、開口部２０２を、２枚のウエハ、例えば、処理チャンバー内に存在する処理済みのウエハと処理チャンバー内に導入する未処理のウエハが、同時に通過可能なようなサイズに構成することもできる。ロードロックチャンバーアンセブリー２００は、通常、取り外し自在なサブチャンバー２０４およびチャンバー２０６を含んでいる。サブチャンバー２０４は、それによって、チャンバー２０６の壁に取り外し自在に取り付けられており、好ましくは、キンナード（Ｋｉｎｎａｒｄ）等による米国特許出願第０９／９０５，０３１号に記載されている、デュアルエンドエフェクタによるウエハ移送機構を含むものであり、この内容は参考として本明細書に含まれる。デュアルエンドエフェクタによるウエハ移送機構は、チャンバー２０６とチャンバー１６との間における開口部２０２を通じたウエハの出入を、ロボットにより実施するものである。関節を備えたアームは、ロードロックチャンバー２０６に装着された取り外し自在のサブチャンバー２０４に収容されているため、ロボットアームのセットアップおよび修復を容易に実施することができる。
【００６０】
デュアルエンドエフェクタによるウエハ移送機構は、アームが関節で連接されるピボット軸２１２を共有する、アッパーリンクアーム２０８とロワーリンクアーム２１０を含んでいる。アッパーリンクアーム２０８の末端部は、アッパー平行移動アーム２１４にピボット可能に連結されており、アッパー平行移動アームは、ウエハまたは基板１０４（図１参照）を保持するためのアッパーエンドエフェクター２１６を含んでいる。アーム２０８は、取り外し自在の２体からなるカバー２３０、２３２を有する縦長のハウジングを含んでいる。
【００６１】
同様に、ロワーリンクアーム２１０の末端部は、ロワーエンドエフェクター２２０を含むロワー平行移動アーム２１８にピボット可能に連結されている。また、アーム２１２も、取り外し自在の２体からなるカバー２３０、２３２を有する縦長のハウジングを含んでいる。デュアルエンドエフェクタ２１６、２２０を使用することによって、ロードロックチャンバー２０６には、処理チャンバー１６とのウエハ交換動作の途中で、２枚のウエハを同時に収容させることが可能になり、これによって、スループットが向上する。ロードロックチャンバー２０６の中央部付近には、冷却プレート２２２が据え付けられており、必要な場合、Ｘ−Ｙ平面における位置を手動で調整することができる。処理チャンバー１６は、処理中にウエハ１９４を支持するための２つのウエハ支持ピン（ウエハピン）２２４、２２６を含んでいる。熱電対１９３は、ウエハへの付加的な支持体およびウエハの温度を測定するための手段を提供するものである。
【００６２】
有利なことに、ロードロックチャンバーは、基板を１００°Ｃよりも低い温度に冷却する手段を備えている。さらに、上述したロードロックチャンバーは、基板を汚染する可能性があるウエハ間の通気を要しない。上述したように、酸素および窒素は、低誘電率材料に対して有害なものである。これらのガスとの接触を防止するかまたは最小限に抑制することは、低誘電率材料の有利な特性を維持するために重要である。
【００６３】
好ましくは、上述したプラズマ装置は、ドープ処理酸化物、多孔性材料、および有機低誘電率薄膜のような、低誘電率材料がその構造内に炭素および／または水素を含有している基板と共に使用される。炭素含有低誘電率材料は、炭素を含む側基を含んでいてもよく、または、誘電材料の主鎖が主として炭素の相互接続網からなる炭素ベースの化合物であってもよい。窒素および酸素を含有しないプラズマを使用した処理によれば、アッシングにおける高度な選択性を実現し、フォトレジスト、高分子、および、炭素および／または水素を含有する低誘電率材料からの残留物から発生する先行技術の問題点を克服することができる。さらに、この処理方法では、アッシング用プラズマ中の窒素によって発生する、後の金属充填問題が軽減される。
【００６４】
アッシング処理方法は、プラズマ混合ガスから反応性化学種を生成し、反応性化学種を基板に照射するステップを含む。プラズマ混合ガスの特定の成分は、プラズマ形成条件の下でガスおよびプラズマを形成する能力によって選択される。選択された混合ガスは、プラズマ形成条件の下で、反応性酸素種および反応性窒素種を発生させる成分を含まない。さらに好ましくは、混合ガスは、酸素含有成分および窒素含有成分を含まないものである。混合ガスは、水素および炭化水素のような水素を含有する複数の反応性ガスを含んでいる。混合ガスは、さらに、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガスを含むものであってもよい。混合ガスから生成されたプラズマは、主として、フォトレジスト、高分子、および残留物中の炭素および他の原子と反応し、基板の温度および圧力の条件の下で揮発する成分および／または洗浄によって除去可能な成分を形成する。この処理方法は、好ましくは、５０：１を超える選択性を有するように最適化される。
【００６５】
この処理方法での使用に好適な水素含有ガスには、水素を含む化合物が含まれる。水素含有ガスは、炭化水素、水素ガス、または、それらの混合物が含まれる。好適な水素含有ガスは、プラズマ形成条件下で気体であり、また、プラズマ形成条件下で水素を解離して原子水素種および他の水素ラジカルなどの反応性水素種を形成するものである。炭化水素は、通常、置換されない。水素含有炭化水素ガスの例には、メタン、エタン、プロパンが含まれる。
【００６６】
好適な水素含有ガスは、水素含有ガスと希ガスの混合物である。この処理方法でのし様に好適な希ガスの例には、アルゴン、ネオン、ヘリウム等の周期律表のVIII族のガスが含まれる。先行技術の無酸素プラズマは、水素および窒素の混合ガスを含むフォーミングガス組成を使用するものであるが、本発明の処理方法において、窒素ガスの使用ははっきりと除外されるべきものである。その結果、以下では、フォーミングガスが水素ガスおよび窒素ガスの混合物を含むガスとして定義されているため、本発明の処理方法におけるフォーミングガスの使用は、はっきりと除外される。本発明での使用に特に好適なのは、水素およびヘリウムを含む混合ガスである。ヘリウムガスの原子は軽く、容易に基板上に拡散するため、プラズマ中に生成される反応性水素種のキャリヤ特性に優れている。
【００６７】
安全のために、混合ガスにおける水素ガスのパーセンテージは、混合ガスの体積の比率で５％を超えないように設定される。しかし、水素の量を増大させることは可能であり、フォトレジストの除去速度および選択性を向上させるために、好ましい場合もある。好ましくは、混合ガス中の水素量は、全体積の約１％から約９９％である。さらに好ましくは、混合ガス中の水素量は、全体積の約１０％から約３０％である。
【００６８】
動作において、フォトレジストおよび／またはエッチング後残留物（および、炭素含有低誘電率材料）を有する半導体ウエハ１１０は、処理チャンバー１６のウエハ支持ピン上に配置される。ウエハ１１０は、好ましくは、フォトレジストおよび／またはエッチング後残留物とプラズマとの反応性を可能性するために、赤外線ランプ１６０によって加熱される。次いで、処理チャンバー１６内の圧力は、低減される。好ましくは、この圧力は、約１３３．３Ｐａ（１トル）から約６６６．５Ｐａ（５トル）の間に維持される。励起可能な、酸素および窒素を含有しない混合ガスがガス精製器に供給され、次いで、ガス入口ポート２４を通じて、プラズマ生成部１４のプラズマ管３２に供給される。プラズマ生成部１４の各区画２６、２８、３０にマイクロ波エネルギーが供給されて、プラズマ管３２内に、電気的に中性の粒子と荷電粒子からなるプラズマが励起される。荷電粒子は、好ましくは、プラズマが処理チャンバー１６に流入する前に選択的に除去される。ガスの励起原子は、処理チャンバーに供給され、ウエハ全体に均一に分配されて、フォトレジストおよび／またはエッチング後残留物と反応し、フォトレジスト材料は除去され、また、揮発性の副産物が生成される。フォトレジスト材料および揮発性の副産物は、ウエハ表面から、中央部に配置された排気導管１７０に連続的に排出される。
【００６９】
プラズマアッシング処理と同時に、酸素のような非ハロゲン酸化ガスが、処理チャンバー１６の下流の排気導管に供給される。処理チャンバー１６には酸素は進入しない。アフターバーナーアセンブリー１７８が励起されて、排気導管内に高密度プラズマが生成される。排気導管１７０には、ＣＣＤベースのスペクトロメーターが配置されており、このＣＣＤスペクトロメーターは、フォトレジスト材料および揮発性の副産物が存在する場合には、それらに該当する光信号を含む放射光スペクトルを時系列的に記録する。監視する放射光スペクトル中の波長範囲は、使用するＣＣＤスペクトロメーターの種類および、ＣＣＤへの到達光から特定の波長の放射光をカットするフィルタの存在により、決定される。ＣＣＤスペクトロメーターは、背景放射光と、アッシング処理中に放出された化学種からの放射光とを同時に記録する。周知の標準的なアルゴリズムを使用して、プラズマとフォトレジストおよび／または副産物との反応の結果として放出される放射光から、背景放射光を減算することができる。放出ピークに強度値の変化が記録され、終了点アルゴリズムにより設定した条件に適合したならば、フォトレジストおよび／または残留物の除去は終了し、制御装置に信号を送出して、プラズマがターンオフされる。次いで、真空が解除され、処理済みのウエハが処理チャンバーから取り出される。任意選択で、剥離されたウエハ上に残存する残留物を除去するために、洗浄が施される。
【００７０】
モノクロメーターを備えたプラズマアッシャーでは、まず、コーティングされていないブランクウエハを処理チャンバー１６内で曝露し、所望の波長における第１の放出信号が測定される。第１の放出信号は、上述した背景放射光を表すものである。次に、フォトレジストおよび／またはエッチング後残留物（および、炭素含有低誘電率材料）を有する基板が、処理チャンバー内でプラズマに曝露される。所望の波長で放出された第２の放出信号が、排気導管内でモノクロメーターによって記録される。第１の放出信号の背景放射光が、第２の放出信号から減算される。所望の波長における第２の放出信号が安定状態に到達し、第１の信号ど同等またはそれ以下のレベルになると、アッシングの終了点に到達し、制御装置に信号を送出して、プラズマがターンオフされる。次いで、真空が解除され、処理済みのウエハが処理チャンバーから取り出される。任意選択で、剥離されたウエハ上に残存する残留物を除去するために、洗浄が施される。
【００７１】
他のモノクロメーター、スペクトロメーター等の構成と、処理チャンバーから排出されたプラズマ副産物を監視するためのそれらの動作は、本明細書に基づけば、当業者にとって明らかである。好ましくは、排気導管内で、約２８３ｎｍ、約３０９ｎｍ、約３８７ｎｍ、約４３１ｎｍ、約４３４ｎｍ、約４６８ｎｍ、約４７２ｎｍ、約５１３ｎｍ、約５１６ｎｍ、約６５６ｎｍ、約７７７ｎｍ、約８４１ｎｍ（±約５〜１０ｎｍ）の波長の放出信号が監視される。これらの放出信号は、フォトレジスト成分、酸素および窒素を含有しない上流のプラズマ、および、下流のアフターバーナーのプラズマの混合によって形成された、フォトレジスト材料およびプラズマ副産物のスペクトルのピーク波長を示すものである。このようにして、酸素および窒素を含まないプラズマを使用して、炭素含有低誘電率材料を含む基板から、フォトレジスト材料およびエッチング後残留物を除去し、一方、排気導管内に生成される第２の、好ましくは酸化、プラズマによって、酸素および窒素を含有しないプラズマのアッシング終了点が決定される。
【００７２】
特に明示されていない限り、様々な構成要素１２、１４、１６、１８を形成するための材料には、金属、セラミックス、ガラス、高分子、複合材料、およびそれらの材料の少なくとも１つを含む組合せが含まれる。例えば、好適な金属には、陽極酸化アルミニウム、および／または、ステンレス鋼が含まれる。好適なセラミック材料には、シリコンカーバイド、または、酸化アルミニウムが含まれる。
【００７３】
次の例は、例示のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００７４】
（例１）
この例では、アクセリス・テクノロジーズ・コーポレーション（Ａｘｃｅｌｉｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されているＦｕｓｉｏｎ  ＥＳ３ダウンストリーム型マイクロ波プラズマアッシャーにおいて、異なる二重化バッフル板構成を使用して、プラズマの均一性を調査した。複数の３００ｍｍシリコンウエハ上に、同様の条件で、ＡＺ１５０５フォトレジストを０．７５μｍ塗布し、ヘリウム中に４％水素が含まれるプラズマを、表１に示す温度および１４６．６３Ｐａ（１．１トル）の圧力下で照射した。ＡＺ１５０５フォトレジストは、ヘキスト・コーポレーション（Ｈｏｅｃｈｓｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されている。上側バッフル板は、各構成において同一であった。統制群の下側バッフル板は、３３０．２ｍｍ（１３インチ）の円状領域に４２０個の開口部が均一に配置されたものを使用した。各開口部の直径は、２．８７０２ｍｍ（０．１１３インチ）であった。統制群のプラズマの均一性を、本発明の教示に従った２つの異なる構成と比較した。構成１は、３８１ｍｍ（１５インチ）の円状領域全体に均一に配置された５７０個の開口部を有するものである。中心から半径１２７ｍｍ（５インチ）以内の開口部は、直径２．８７０２ｍｍ（０．１１３インチ）であった。中心から半径１２７ｍｍ（５インチ）範囲外の開口部は、直径３．５８１４ｍｍ（０．１４１インチ）であった。構成２は、中心点から外縁部へ向けて密度が増大する４２０個の開口部を有するものであった。開口部の直径は、２．８７０２ｍｍ（０．１１３インチ）であった。すべての場合において、上側バッフル板と下側バッフル板の距離は、１．２７ｍｍ（０．５インチ）であり、基板と下側バッフル板との距離は、０．５インチであった。プラズマの照射時間は、フォトレジストのおよそ半分の厚みを除去するように選択した。非均一性は、基板全体に渡る４９点の厚みを、従来の方法を使用して決定することにより、測定された。結果は、表１に、４９点の標準偏差を平均値で除算した値が、パーセンテージとして示されている。
【００７５】
【表１】
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【００７６】
この結果は、プラズマアッシングの均一性は、下側バッフル板の中心点から外縁部に向けて、開口部の密度を増大させることによって改善され、また、開口部の大きさを増大することによって、さらに改善されることを示している。
【００７７】
これまでの記載を考慮すれば、本発明についての多くの修正および変形は、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明は、添付された請求項の範囲内において、これまで詳細に図示および記載した形態とは異なる形態で実施できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、ダウンストリーム型プラズマアッシング装置の断面図である。
【図２】図２は、プラズマアッシング装置で使用するマイクロ波エンクロージャの透視図である。
【図３】図３は、ダウンストリーム型プラズマアッシング装置での使用に好適なプラズマ生成部を概念的に示す断面図である。
【図４】図４は、プラズマアッシング装置の透視図である。
【図５】図５は、配ガスシステムが組み付けられたフォトレジストアッシング処理チャンバーを、部分的に切り取って示す透視図である。
【図６】図６は、一実施形態に従った配ガスシステムの平面図である。
【図７】図７は、図６のバッフル板アセンブリーの、線７−７に沿った断面図である。
【図８】図８は、別の実施形態に従った配ガスシステムの平面図である。
【図９】図９は、ダウンストリーム型プラズマアッシング装置のための、ロードロックチャンバーアセンブリーおよび処理チャンバーの透視図である。
【図１０】図１０は、図９のロードロックチャンバーアセンブリーおよび処理チャンバーの上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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