(57)【要約】処理すべき半導体ウエハを含む隣接の処理室内に流れるガスを分配するためのバッフル板アセンブリは、複数の開口を有する平坦なガス分配部分と；このガス分配部分を取り囲むフランジと；キャップ、及び前記ガス分配部分と熱接触しているステムを有して、前記ガス分配部分の中央に取り付けられる衝突装置とを含む。また、バッフル板アセンブリを用いるプラズマリアクターと、プラズマ内で種の再結合を減少させるための方法が開示されている。
2007520880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき半導体ウエハを含む隣接の処理室内に流れるガスを分配するためのバッフル板アセンブリであって、
複数の開口を有する平坦なガス分配部分と、
このガス分配部分を取り囲むフランジと、
キャップ、及び前記ガス分配部分と熱接触しているステムを有して、前記ガス分配部分の中央に取り付けられる衝突装置と、を含むことを特徴とするバッフル板アセンブリ。
【請求項２】
前記ガス分配部分、前記フランジ、及び前記衝突装置は、アルミニウムから作られていることを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項３】
前記ガス分配部分、前記フランジ、及び前記衝突装置は、石英から作られていることを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項４】
前記ガス分配部分、前記フランジ、及び前記衝突装置は、サファイアが被膜された石英から作られていることを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項５】
前記キャップは、平坦な衝突表面を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項６】
前記キャップは、角度を有する衝突表面を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項７】
前記キャップは、ほぼ三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項８】
前記キャップは、凹形の表面を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項９】
前記キャップは、凸形の表面を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項１０】
前記ガス分配部分の複数の開口は、頂部表面から前記ガス分配部分の中心点の回りに伸びる截頭円錐部分と、前記ガス分配部分の前記中心点から底部表面に伸びる略直線部分とを有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項１１】
前記ガス分配部分は、更に、冷却媒体を循環するための加工された冷却通路を含むことを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項１２】
前記キャップは、処理室の径にほぼ等しい径を有することを特徴とする請求項１記載のバッフル板アセンブリ。
【請求項１３】
プラズマ発生器と、
このプラズマ発生器から下流に配置され、前記プラズマ発生器から処理室内部にプラズマを受け入れる入口と、この処理室内部に支持される基板を含んでいる処理室と、
前記処理室内にプラズマの流れを分配する前記入口と前記基板との間に配置されており、複数の開口を有する平坦なガス分配部分と；このガス分配部分を取り囲むフランジと；前記ガス分配部分の中央に取り付けられる衝突装置とを含むバッフル板アセンブリとを備え、
前記衝突装置は、前記処理室の入口の径にほぼ等しい径を有するキャップと、前記ガス分配部分と熱接触しているステムとを含んでいることを特徴とするダウンストリーム式プラズマアッシャー
【請求項１４】
前記プラズマ発生器は、マイクロ波プラズマ発生器、無線周波プラズマ発生器、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項１５】
衝突装置は、移動可能であることを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項１６】
前記ガス分配部分、フランジ、及び衝突装置が、アルミニウムから作られていることを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項１７】
前記ガス分配部分、フランジ、及び衝突装置が、石英から作られていることを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項１８】
前記ガス分配部分、フランジ、及び衝突装置が、サファイアを被膜した石英から作られていることを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項１９】
前記キャップは、平坦な衝突表面を有することを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２０】
前記キャップは、角度を有する衝突表面を有することを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２１】
前記キャップは、ほぼ三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２２】
前記キャップは、凹形の表面を有すことを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２３】
前記キャップは、凸形の表面を有すことを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２４】
前記ガス分配部分の複数の開口は、頂部表面から前記ガス分配部分の中心点の回りに伸びる截頭円錐部分と、前記ガス分配部分の前記中心点から底部表面に伸びる略直線部分とを有することを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２５】
前記ガス分配部分は、更に、冷却媒体を循環するための加工された冷却通路を含むことを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２６】
前記ガス分配部分の径は、前記基板の径にほぼ等しいことを特徴とする請求項１３記載のダウンストリーム式プラズマアッシャー。
【請求項２７】
プラズマアッシング処理において、複数の種の再結合を最小にするための方法であって、
複数の開口を有する平坦なガス分配部分と；このガス分配部分を取り囲むフランジと；前記ガス分配分の中央に取り付けられて、キャップと、前記ガス分配部分に熱接触しているステムとを有する衝突装置とを含んでいるバッフル板アセンブリを、プラズマ発生領域と処理されるべき基板との間に設置し、
前記バッフル板アセンブリの回りを通り、かつ基板上を通ってプラズマを流す、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記バッフル板アセンブリのガス分配部分に配置された冷却通路を介して、冷却媒体を流すことにより、前記バッフル板アセンブリを更に冷却することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記キャップは、前記処理室の入口の径にほぼ等しい径を有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記ガス分配部分、フランジ、及び衝突装置が、石英から作られていることを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
前記ガス分配部分、フランジ、及び衝突装置が、サファイアを被膜した石英から作られていることを特徴とする請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、プラズマリアクター等の半導体プラズマ処理システムに関し、特に、プラズマ環境下において、他の物質との間で種の再結合を減少させるためのガス分配プレートアセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造において、フォトリソグラフィ技術は、シリコンウエハ等の基板上に集積回路パターンを形成するために使用される。典型的には、基板は、フォトレジストで被覆され、このフォトレジスト上に所望の回路パターンを描写するために、フォトレジスト部分がマスクを介して紫外線等の活性化放射線で照射される。負の活性フォトレジストの場合には、この放射線照射に曝されずに残されたフォトレジストの部分は、基板上の晒された部分のみを残して、溶解処理によって取り去られる。正の活性フォトレジストの場合には、活性化放射線に晒されたフォトレジストの部分は、基板上の未露光部分のみを残して、溶解処理によって取り除かれる。
【０００３】
このような処理の後に、集積回路の各要素が形成されるが、一般的に、パターン化されたフォトレジストをウエハから取り除くことが必要である。加えて、エッチングのような工程を介して基板表面に持ち込まれた残存物は、取り除かれねばならない。一般的に、フォトレジストは、"アッシング"されるか"焼きつけ"られ、残留物に沿ってアッシングされあるいは焼きつけられたフォトレジストは、基板の表面から"はがされ"、あるいは"清浄化"される。
【０００４】
フォトレジストや残留物を取り去る一つの方法は、真空室内において、フォトレジストで覆われた基板を設定温度に赤外線によって急速に加熱し、さらに、加熱された基板表面に向けてマイクロ波エネルギを有する反応性プラズマ処理を行なうものである。このフォトレジストアッシング工程において、反応性プラズマは、フォトレジストと反応し、プラズマ内の高温の反応性ガスが基板の表面に対流により熱を与える。平方センチメートル当り１００ミリワット（ｍＷ／cm2）のオーダーの熱エネルギーが、基板表面の反応の結果としてウエハに付加される。ウエハ表面上の過度の熱は、ウエハ内部またはウエハ上に形成される素子またはその一部に損傷を与える。さらに、ウエハ表面上の過度の熱によって、例えば、高ドーズ量でイオン注入（HDII）されるウエハアッシング処理中にフォトレジストにクラックが生じる。
【０００５】
処理室内のアッシング処理の温度を減少することにより、反応速度がゆっくり進み、この結果、ウエハの表面での反応によって熱量がウエハに付加される。また、反応速度が緩やかであると、レジストの除去速度も同様に減少し、生産能力（時間当たり機械を介して処理されるウエハの数で定義される）の低下を導く。しかし、付加されたマイクロ波出力とガス混合物に従うガスの温度は、減少した処理温度によって影響を受けないで維持される。この問題は、処理が４フッ化炭素（CF4）等の反応性触媒を含む場合に悪化する。この４フッ化炭素は、酸素原子が増加することにより反応速度が増加する傾向がある。その結果、触媒を用いた処理は、低い処理温度でさえもより高い温度ガスをもたらす。
【０００６】
一般的なプラズマ装置は、チャング(Chang)他に付与された米国特許第５，４４９，４１０号に開示されており、ここでアルミニウム製バッフル板またはシャワーヘッドがプラズマ室にガスを分配させるために設けられている。このバッフル板は、一般的に、単一または二重のバッフル構造である。また、衝突装置を用いることもできる。単一のバッフル板は、C−２７６アルミニウムの超純粋合金から製造され、この合金は、リアクターのコスト上昇をもたらす。二重のバッフル板は、一般的に、アルミニウムから作られる下側バッフル板と、サファイア被膜で覆われ、フッ素の環境下でエッチングされるのを防止することができる石英から作られる上側バッフル板とを含む。
【０００７】
バッフル板に関する問題は、良く知られている。たとえば、サファイアを被覆した石英製バッフル板上に被膜するサファイアは、交換中に剥げ落ちる傾向にある。被膜されない部分が残ると、プラズマ内に発生した活性種、たとえば、フッ素がバッフル板をエッチングする。それゆえ、基板上の流れのパターンを生じさせる。さらに、吸収された放射エネルギーを消散させるための手段がないと、赤外線波長エネルギーがウエハから吸収される場合、石英製バッフル板の温度は、制御することが難しくなる。衝突装置は、一般的に、セラミックで形成され、使用中クラックを生じやすい傾向があり、また、チャンバー内を適切に清掃するために定期的にメンテナンス及び修繕することをしなければならず、また、粒子の汚染を導く傾向がある。
【０００８】
さらに、従来のバッフル板が有する別の問題は、効果的なアッシング速度を得るために必要なガスの流速が比較的高いことである。たとえば、効果的なアッシング速度を達成するために、全ガス流量の１分間当たり約10〜12標準リッターの流量が、300ｍｍの基板上で均一に流れる。酸素及び窒素等のガスの費用は、比較的高額ではないが、このように高い流速では、特定のガスの費用が関心事となるであろう。水素及びいくつかの希ガスの超高純度の混合物等の特定のガスが、低ｋ誘電体を含む基板からフォトレジストを取り除くのに必要とされる。これらのガスの使用は、高速のガス流速においては、コスト的に使用が禁止される。
【０００９】
さらに、高いガス流速は、適切なチャンバー圧力を提供するために、非常に大きいポンプと真空ラインを必要とする傾向がある。高い流速が用いられる理由の１つは、チャンバーの上流にあるプラズマ源が多数の反応性生成物を発生させるので、これらの種の大部分は、再結合し、そして、再結合中にエネルギーを解放する。この再結合は、プラズマ室内（また、圧力が十分に高い場合にはアフターグロー）またはプラズマ室の表面、バッフル板、及びプレナムで起こる。再結合は、プラズマの反応特性を変える。たとえば、反応性の原子種が再結合して分子の形になると、不活性となり反応しなくなる。これにより、アッシング処理を伴う効率に影響を与える。
【００１０】
クォーツ式微量天秤によって測定されたデータは、プラズマ室内を約１トルの圧力にしたとき、ウエハ表面での酸素原子種は、約１０12ｃｍ-3のオーダーである。上記圧力でのニュートラル濃度は約１０16ｃｍ-3であるので、酸素原子の濃度は、ウエハ表面でのニュートラル濃度より４桁低い大きさである。酸素原子の正確な濃度は、発生領域内で未知であるが、発生器内に流れる入来酸素ガスのかなりの部分は、酸素原子と他の種に分離され、これらの種は、プレナムを通過し、更に１つまたは２つのバッフル板を横切って基板表面へ向かう種を減少させる。この減少は、上述したように、バッフル板およびチャンバー表面上で酸素原子が再結合することによるものと思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、特に、処理のアッシング速度及び不均一性を保ちながら、プラズマリアクター内の再結合の数を減少することによって、プラズマリアクターを改善するための従来からの要求が続いている。本発明は、処理のアッシング速度及び不均一性を保ちながら、プラズマリアクター内の再結合が減少することによる従来技術において注目された問題を克服するバッフル板の構造に向けられている。多くの再結合場所が減少することにより、処理のアッシング速度及び不均一性を保ちながら、より低いガスの流れを用いることができる。これは、次にポンプ及び真空設備の費用を低下させることになる。
本発明の目的は、処理すべき半導体ウエハを含む隣接した処理チャンバー内に流れるガスを分配するためのバッフル板アセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このバッフル板アセンブリは、複数の開口を有する平坦なガス分配部分と；このガス分配部分を取り囲むフランジと；キャップ、及び前記ガス分配部分と熱接触しているステムを含み、前記ガス分配部分の中央に取り付けられる衝突装置とを含んでいる。
【００１３】
ダウンストリーム式のプラズマアッシャーは、プラズマ発生器と；このプラズマ発生器から下流に配置され、前記プラズマ発生器からチャンバー内部にプラズマを受け入れる入口、及び前記チャンバー内部に支持される基板を含んでいる処理チャンバーと；前記基板と処理チャンバーの入口の間に配置されており、複数の開口を有する平坦なガス分配部分と、このガス分配部分を取り囲むフランジと、前記ガス分配部分の中央に取り付けられる衝突装置とを含み、前記処理チャンバー内に流れるプラズマを分配するバッフル板アセンブリとを備え、前記衝突装置は、前記処理チャンバーの入口の径にほぼ等しい径を有するキャップと、前記ガス分配部分と熱接触しているステムを含んでいる。
【００１４】
プラズマアッシング処理において、複数の種の再結合を最小にするための方法は、複数の複数の開口を有する平坦なガス分配部分と；このガス分配部分を取り囲むフランジと；前記ガス分配分の中央に取り付けられ、キャップと、前記ガス分配部分に熱接触しているステムとを有する衝突装置と；を含んでいるバッフル板アセンブリを、プラズマ発生領域と処理されるべき基板との間に設置し、さらに、前記バッフル板アセンブリの回りを通り、かつ基板上を通ってプラズマを流す、各ステップを有することを特徴とする。
【００１５】
他の実施形態は、特定の特徴を与え、かつ基本要素の構造的変形例を与えるものと考えられる。本発明において、可能な変形例及び種々の特徴及び利点は、以下の詳細な記載及びこれに伴う図面に関連して考えるとき、よく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１において、従来のフォトレジスト用アッシャー装置１０が示されており、この装置は、ガスボックス１２、マイクロ波プラズマ発生器１４、ウエハ１８等の半導体基板を加熱する内部キャビティ１７を形成する処理室１６、および、この処理室１６の底部に配置されてウエハ１８を加熱する放射加熱アセンブリ２０とを含んでいる。サーモカップル等の温度プローブ２４は、ウエハ１８（ここでは、また、基板とも言う。）の温度を監視するために使用される。真空ポンプ２６は、必要な真空状態を処理するために処理室１６を排気するのに使用される。参考例としては、マイクロ波プラズマ発生器アセンブリが使われるが、他のプラズマ発生器、たとえば、無線周波（ＲＦ）プラズマ発生器、誘導結合されたプラズマ発生器、ＲＦとマイクロ波を組み合わせたプラズマ発生器、及び同等物が、本発明の開示として用いるのが適当である。さらに、参考として、基板への放射加熱を実現するために、紫外線エネルギーまたは熱板（加熱チャックとして知られている）他の加熱装置もまた用いることができる。本発明は、特定のプラズマ発生器または基板加熱装置に限定されるものではない。
【００１７】
モノクロメータ２８は、処理室内のガスの光放出特性を監視してアッシング処理における終了点を決定するために使用される。ウエハ１８は、適切なロードロック機構（図示略）により入口／出口用通路３０を介して処理室に導入されかつ排出される。本発明は、フォトレジストアッシャー内で実現されるように示されているが、残留物の除去およびストリップ処理等の他の半導体製造設備にも使用することもできる。
【００１８】
作業において、所望のガスの混合物は、ガスボックス１２から入口導管３４を介してプラズマ管３２内に導かれる。プラズマ管３２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはサファイアで作られ、エッチングまたは他のデグラデーション（degradation）なしでフッ素化学反応に対して適応する。フッ素が用いられない利用において、プラズマ管は、石英で作ることができる。所望の混合物を形成するガスは、別個の供給源(図示略)に貯蔵され、バルブ３６とパイプ手段３８によりガスボックス１２内で混合される。共通に用いられるガス混合物の一例は、形成ガス（わずかに水素を含む主として窒素からなる）と酸素であり、所望のガス混合物の一例は、形成ガス（一般的に数パーセントの水素ガスを含む主として窒素ガス）、および酸素ガスを含んでいる。４フッ化炭素（CF4）等のフッ素含有ガスが、このガス混合物に付加されて所定の処理に対するアッシング速度を速めることができる。
【００１９】
所望のガス混合物は、マイクロ波プラズマ発生器１４によって励起されて、反応性プラズマを形成する。このプラズマは、放射加熱アセンブリ２０によって加熱されるとき、処理室１６内でウエハ(基板）１８上のフォトレジストをアッシングする。マグネトロン４０は、導波管４２に結合されてマイクロ波エネルギーを発生する。マイクロ波エネルギーは、導波管からプラズマ管３２を取り囲むマイクロ波エンクロージャ４４内の開口(図示略）を介して供給される。
【００２０】
石英でできた外側管４６は、わずかに離れたプラズマ管３２を取り囲んでいる。圧縮空気が、管３２、４６の間の隙間に供給され、作業中、プラズマ管３２を効果的に冷却する。代わりに、マイクロ波放射線を吸収しない冷却液体は、圧縮空気の代わりに用いることができる。マイクロ波エンクロージャ４４は、想像線４５によって示される部分を仕切っている。このエンクロージャ４４の区分により、石英、アルミナ、またはサファイア製のプラズマ管の長さ方向に対して横断する均一なマイクロ波出力分布を可能にし、かつ適当な入力が供給されたとき、受入れがたい大きな温度勾配のガスが長手軸線方向に沿って展開するのを防止することにより、過熱からプラズマ管を保護する。エンクロージャの各部分は、石英管４６およびアルミナまたはサファイア製のプラズマ管３２を介して通過するマイクロ波エネルギーを個別に供給している。
【００２１】
プラズマ管３２内のガス混合物は、プラズマを作り出すために励起される。マイクロ波トラップ４８,５０がマイクロ波エンクロージャ４４の両端部に設けられ、マイクロ波の漏れを防止する。励起されたプラズマは、処理室の上部壁５２に設けた開口５１を介して処理室１６に入る。
【００２２】
プラズマ室１６の上部壁５２とウエハ１８の間には、ガス分配プレートアセンブリ（バッフル板アセンブリともいう。）５４が設けられている。１つの実施形態において、ガス分配プレートアセンブリ５４は、プラズマ内のガスを冷却するための手段を提供し、所望の処理結果を達成させる。
バッフル板アセンブリ５４は、一般的に、平坦なガス分配中央部分７４を含み、この部分に、フランジ７８に囲まれた開口７６と、この中央部分７４に取り付けられた衝突装置９０を有する。フランジ７８は、中央部分を取り囲み、かつ処理室の側壁５３と上部壁５２の中間に位置する。シール７９,８１の各々は、フランジ７８及び側壁との間、およびフランジ７８と上部壁５２の間の気密結合を与える。これらのシール７９,８１は、フランジ７８内に位置する溝内に設けられる。また、フランジ７８は、上部壁５２及び側壁５３に取り付けるために取付孔を備えている。
【００２３】
衝突装置９０は、ガス分配中央部分７４に固定して取り付けられた一端部を有するステム部分９２を含み、さらに、ステムの他端（図３により詳細に図示されている。）に開口のないキャップ９４を含んでいる。このキャップ９４は、好ましくは、プラズマ発生中に生じる紫外線光に僅かに晒されるラインから基板を保護すると共に、プラズマ発生器からのプラズマが直接基板１８上に衝突するの防止するように寸法つけられている。このように、キャップは、プラズマチャンバーの開口５１と同一の径または僅かに大きい直径「d」を有する。
【００２４】
図２に詳細に示すように、バッフル板アセンブリ５４の中央開口部分７４は、冷却媒体の入口８２及び出口８６に接続された内部冷却通路８０を備えている。この冷却通路８０は、ガス分配中央部分７４と衝突装置９０の作動温度を減少させ、そして、開口７６との交差を避ける構造における中央部分７４の回りに伸びている。好ましい実施形態では、高加熱能力を有する他の液体（たとえばオイル）またはガス（たとえば、ヘリウムまたは窒素）が考えられるが、冷却媒体として水が用いられる。反応性ガスが開口７６を通過すると、冷却されたバッフル板アセンブリ５４は、反応性ガスからの熱を取り除くための熱交換器として機能する。これにより、その温度を低下させることができる。さらに、衝突装置９０は、中央開口部分７４と熱接触しており、バッフル板５４の冷却は、衝突装置９０を冷却するのに役立つ。
【００２５】
冷却通路８０は、フランジ７８から開口７６と交差しない構造内の中央部分７４内及びその回りに伸びることができる。さらに、冷却通路８０は、所望であれば、処理室の上部壁内に伸ばすこともできる。これらの複数の構造的部品（即ち、バッフル板、側壁、及び上部壁）からなる個々の冷却サブシステムは、作動温度を減少させる機能を有する。この冷却サブシステムは、単一のガスまたは液体冷却剤の循環システム、あるいは独立の温度制御及び個々の流れ制御を与えるように、独立の循環システム（ガスまたは液体）のいずれかに供給することができる。また、本発明の実施形態において、約１５℃から約３０℃の間（露点以上）にこれらの表面温度を維持することによって、処理室の側壁及び上部壁の冷却を与え、ウエハ１８は、たとえば、高濃度イオン注入されたウエハのアッシング処理の間、フォトレジストのポッピングを防止するために十分な冷却を維持することができる。
【００２６】
作動において、反応性プラズマは、バッフル板５４を通過してウエハ１８上のフォトレジストをアッシングする。放射加熱アセンブリ２０は、多数のタングステンハロゲンランプ５８を含み、これらのランプは、処理室１６内の石英またはセラミックのピン６８上に配置されたウエハの裏面に向けて発せられた熱を反射させて元に戻す反射器５６内に配置する。サーモカップル等の１つ以上の温度センサ７２は、壁温度の指示を与えるために処理室の側壁の内側に取り付けられる。
【００２７】
図１のフォトレジストアッシャー１０に図示されたバッフル板アセンブリ５４は、図３においてより詳細に図示されている。上述したように、バッフル板５４は、一般的に、平坦な中央開口部分７４とフランジ７８とを含む。平坦な中央開口部分７４の中心には、衝突装置９０が配置される。この衝突装置９０は、プラズマ管３２から放射する励起されたガスを半径方向外側にそらし、中央開口部分７４の残りの開口領域に向かわせる。その結果、処理されるウエハ１８上に原子種が直接衝突することを防止し、また、衝突装置９０がない場合に平坦な中央開口部分７４が過熱されるのを防止する。
【００２８】
衝突装置９０は、キャップ部分９２とステム部分９４を含む。このキャップ９４は、中央開口部分７４から間隔を置いて配置されており、直接プラズマの衝突により起こる、中央開口部分７４に伝達される熱を最小化する。１つの実施形態では、キャップ９４は、ほぼ平坦な衝突表面を含む。好ましくは、ステム部分９２は、修繕が必要である場合に交換が容易になるように、中央開口部分７４に取外し可能に取り付けられる。たとえば、ステム９４は、平坦な中央開口部分７４内のねじ切りされた入口に螺合するねじ付き部分を備えることができる。ステム９２は、中央開口部分７４に設けた冷却通路８０によって、作動中、積極的に冷却される。これにより、キャップ９４から中央開口部分７４に伝達される熱を最小にする。有利なことに、単一のバッフル板アセンブリ５４は、十分な大きさの第１バッフル板の代わりに小さい衝突装置を有することにより、複数の種の再結合に役立つ表面を最小化する。その結果、等価なアッシング速度及び均一性を維持しながら、より低いガスの流れとより低い圧力を可能にする。これは、従来技術を越える大きな商業的利点を有する。たとえば、より小さいポンプ及び真空ラインを用いることができる。
【００２９】
図５により明確に示されるように、中央開口部分７４内の開口７６の各々の形状は、好ましくは、上部壁５２に対面する截頭形状部分と、基板１８に対面したほぼ直線形状部分とを含む。截頭部分を定める角度θは、約３０°〜６０°が望ましい。好ましい実施形態では、截頭部分を定める角度θは約４５°である。この場合、中央開口部分７４と基板１８によって定められる空間より、上部壁５２および中央開口部分７４によって定められる空間内における圧力が大きい。これにより、基板上に反応性種の下方向への流れが実現される。このように、より低い作動圧力を用いると、基板１８への均一なアッシング速度を与えるように、十分な圧力差を維持することができる。
【００３０】
１つの実施形態では、単一のバッフル板及び衝突装置の組み合せアセンブリ５４は、アルミニウムで製造されている。適切なアルミニウム合金は、アルコア社（alcoa）から市販されているＣ−276である。有利なことに、この合金は、サファイア被膜の石英材料に関して従来技術で指摘された、延長された作業の間、薄片となって剥がれ落ちるという問題を取り除く。さらに、アルミニウムから衝突装置９０を製造することは、セラミック製の従来技術の衝突板の破壊に関連した問題を取り除く。更に、アルミニウムを用いることにより、基板に衝突することから、紫外線放射の大部分を阻止する。さもなければ、温度制御がより難しくかつウエハ装置の損傷を生じさせる。均一な表面温度で作動させ、かつ紫外線放射の露光を最小にするために、ウエハの表面に反応速度の均一性において、本質的な改善を与える。さらに、連続的にウエハが処理室内に配置され、放射加熱システムによって処理温度に加熱されながら、調和したバッフル板の温度を維持するために、バッフル板の寄生的な加熱による「第１ウエハ作用」が取り除かれる。
【００３１】
フッ素を用いない別の実施形態では、単一のバッフル板及び衝突装置の組み合わせアセンブリ５４は、石英または石英ガラスで製造される。石英を用いる場合は、純度の高いアルミニウム合金を用いるのに比較して製造コストを低下させることができる。その結果、用途（フッ素を用いる場合とそうでない場合）により、単一のバッフル板と衝突装置を結合したアセンブリ５４を製造するために用いられる二者択一の２つの材料があり、また、複数の種の再結合を最小化させることにより起こる利点、たとえば、等価なアッシング速度と均一性を与えながら、より低いガスの流れ、より低い作動圧力を得ることができる。
【００３２】
図４に示すような別の実施形態では、衝突装置９０は、プラズマ管３２から処理室への原子種の軸方向流れに関係する傾斜した表面を有するキャップ９６を含む。図示するように、キャップの断面形状は、ほぼ三角形状であり、好ましくは、下にある基板１８上にイオンが直接衝突するのを防止するように寸法付けられている。即ち、直径「ｄ」は、入口５１によって与えられる直径にほぼ等しいか或いは僅かに大きい。この実施形態では、矩形状の断面を示すが、凹面または凸面等の他の構造を用いることができる。
【００３３】
本発明は、以下の単に説明のためで限定されない例示を参考例として、詳細に説明される。
【００３４】
（実施例１）
この実施例では、アッシング速度は、従来の二重バッフル板構造を用いてフォトレジストをアッシングするために測定され、そして、図３に示すように、単一のアルミニウム製バッフル板及び衝突装置のアセンブリを有する同一の構成と比較された。このバッフル板アセンブリは、処理室内に配置され、開口部分は、市販のアッシャー内の下側バッフル板と同一の位置に配置された。プラズマアッシャーは、従来の二重バッフル板アセンブリを含んでいる、アクセリステクノロジー社の型式ラディアントストリップ320iであった。比較テストの間、従来の二重バッフル板アセンブリは取り除かれ、アルミニウム製の単一バッフル板及び衝突装置のアセンブリに置き換えられた。処理条件及びフォトレジストは、ガスの流れ及び作動圧力を除き、個々の構成システムに対して同一であった。両システムは、作動中、水で冷却された。マイクロ波により励起されたプラズマは、酸素、形成ガス（数％の水素の他は大部分が窒素）、しずく程度に流れる４フッ化炭素（CF4）から生成された。各々の場合、アッシング処理を開始する前にシステムの温度平衡を保って、５つの被膜されていない生の基板がフォトレジストを含む基板をアッシングする前に処理された。
【００３５】
【表１】
2007520880.tif 000003
【００３６】
この結果は、アルミニウム製の単一バッフル板及び衝突装置のアセンブリの使用が、アッシング速度及び被均一性について、従来の二重バッフル板構造とほぼ等価であることが明瞭に示されている。基板からフォトレジストを完全に取り除く全体の時間は、従来の構造では１８秒であるが、アルミニウム製の単一バッフル板及び衝突装置のアセンブリでは、１９秒であった。しかし、表１に示すように、ガスの流れ及び作動圧力は、アルミニウム製の単一バッフル板及び衝突装置のアセンブリの場合、かなり低くなっている。図６には、標準流量１０slm（標準リットル毎分）と流量４slmに対するレジスト除去率の直径走査を示している。アルミニウム製の単一バッフル板及び衝突装置のアセンブリを用いた場合に、基板の中央部分に残留するレジストは非常に僅かであるが、このアセンブリに対して、システムが十分に最適化されていないことに注目すべきである。
【００３７】
（実施例２）
この実施例では、従来の二重バッフル板構造と、石英から製造された単一のバッフル板アセンブリ及び衝突装置を有する同一の設備を用いてアッシングされるフォトレジストのアッシング速度が比較された。石英製のバッフル板及び衝突装置のアセンブリが処理室内に配置され、開口部分は、通常のアッシャーにおける上側バッフル板と同一位置にあり、水冷されていない。各々の場合、アッシング処理を開始する前にシステムの温度平衡を保って、５つの被膜されていない生の基板が、フォトレジストを含む基板をアッシングする前に処理された。表２はその結果を与える。
【００３８】
【表２】
2007520880.tif 000004
【００３９】
再び、石英から製造された衝突装置を結合した単一のバッフル板アセンブリを用いることにより、アッシング速度をほぼ同一に保ちながら、ガスの流速を低下させることができる。更に、観察すると、非均一なアッシングは、ガスの流速がより高くなると減少する。図７は、石英製のバッフル板アセンブリに対するエンドポイントの軌跡を示している。このエンドポイントの軌跡において、約１５秒の点でアッシングを開始すると、約３２秒の点で急激なドロップが生じ、非常に均一なフォトレジストの除去を示し、約１７〜１８秒でレジストが除去される。
【００４０】
有利なことに、２つの単一バッフル板アセンブリのいずれも、ここで開示された中央開口及び結合された衝突装置を含んでおり、従来の２つのバッフル板構造と比較して処理性能を低下させることがない。比較的均一なアッシング速度が、最適化することなく達成でき、プラズマアッシング中、基板に均一温度プロフィルを与えると考えられる。石英及びアルミニウム製のバッフル板アセンブリは、共に、より低いガスの流れ、より低い作動圧力、ガス混合のための費用を低下させ、更に、現在生じているいくつかの問題を解決する。このため、より小さいポンプ及び真空ラインを用いることができ、更なるコスト削減をもたらす。更に、図３、図４に示されたガス分配アセンブリを設けて、プラズマアッシング中、プラズマに接触する内部表面領域を最小化させることにより、種の表面再結合が最小化される。
【００４１】
例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、種々の変更がなされかつ本発明の請求の範囲から逸脱しない要素を等価物に置き換えることができることは、当業者であれば理解できるであろう。さらに、多くの変更例は、主たる請求の範囲から逸脱しないで、本発明に対して特定の状況または材料を採用して作ることができる。それゆえ、本発明を実行するために考えられる最適なモードとして開示された特定の実施形態に本発明を限定するものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、１つの実施形態に従って構成されたガス分配プレートアセンブリを含むフォトレジストアッシャーの断面図である。
【図２】図２は、図１のガス分配プレートアセンブリの平面図である。
【図３】図３は、図２の3−3線に沿って見たガス分配プレートアセンブリの断面図である。
【図４】図４は、他の実施形態に従うガス分配プレートアセンブリの断面図である。
【図５】図５は、ガス分配プレートアセンブリにおける開口の拡大断面図である。
【図６】図６は、本発明に従う単一バッフルおよび衝突装置の一実施形態、即ち、アルミニウム製ガス分配プレートアセンブリと、従来例の二重バッフル板アセンブリと比較した場合の、プラズマアッシャーにおけるアッシング処理に関する、基板の中心からの距離に応じたレジスト厚さの差（所定時間で除去されたレジスト量）を測定するウエハの直径走査を示す図である。
【図７】単一のバッフル板及び衝突装置の第２実施形態を用いるプラズマアッシャー本発明の構成に従う例示的なクランププレートの面積比に対する接触熱伝達係数を示すグラフである。
【図１】
2007520880.tif 000005
【図２】
2007520880.tif 000006
【図３】
2007520880.tif 000007
【図４】
2007520880.tif 000008
【図５】
2007520880.tif 000009
【図６】
2007520880.tif 000010
【図７】
2007520880.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月20日(2006.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
プラズマ室１６の上部壁５２とウエハ１８の間には、ガス分配プレートアセンブリ（バッフル板アセンブリともいう。）５４が設けられている。１つの実施形態において、ガス分配プレートアセンブリ５４は、プラズマ内のガスを冷却するための手段を提供し、所望の処理結果を達成させる。
バッフル板アセンブリ５４は、一般的に、平坦なガス分配中央部分７４（また、ここでは、ガス分配部分ともいう。）を含み、この部分に、フランジ７８に囲まれた開口７６と、この中央部分７４に取り付けられた衝突装置９０を有する。フランジ７８は、中央部分を取り囲み、かつ処理室の側壁５３と上部壁５２の中間に位置する。シール７９,８１の各々は、フランジ７８及び側壁との間、およびフランジ７８と上部壁５２の間の気密結合を与える。これらのシール７９,８１は、フランジ７８内に位置する溝内に設けられる。また、フランジ７８は、上部壁５２及び側壁５３に取り付けるために取付孔を備えている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
衝突装置９０は、キャップ部分９４とステム部分９２を含む。このキャップ９４は、中央開口部分７４から間隔を置いて配置されており、直接プラズマの衝突により起こる、中央開口部分７４に伝達される熱を最小化する。１つの実施形態では、キャップ９４は、ほぼ平坦な衝突表面を含む。好ましくは、ステム部分９２は、修繕が必要である場合に交換が容易になるように、中央開口部分７４に取外し可能に取り付けられる。たとえば、ステム９２は、平坦な中央開口部分７４内のねじ切りされた入口に螺合するねじ付き部分を備えることができる。ステム９２は、中央開口部分７４に設けた冷却通路８０によって、作動中、積極的に冷却される。これにより、キャップ９４から中央開口部分７４に伝達される熱を最小にする。有利なことに、単一のバッフル板アセンブリ５４は、十分な大きさの第１バッフル板の代わりに小さい衝突装置を有することにより、複数の種の再結合に役立つ表面を最小化する。その結果、等価なアッシング速度及び均一性を維持しながら、より低いガスの流れとより低い圧力を可能にする。これは、従来技術を越える大きな商業的利点を有する。たとえば、より小さいポンプ及び真空ラインを用いることができる。
【国際調査報告】
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2007520880.tif 000013