(57)【要約】【課題】半導体ウエハのプラズマ処理で使用する低エネルギーイオンの発生および輸送方法および装置を提供すること。【解決手段】ガス種からプラズマを発生させてプラズマ排出流を生成し、処理室16に導入する。プラズマ排出流中のイオン含量は、補助イオン源74を作動させることによって増大され、それによってプラズマ排出流中に一次プラズマ放電が形成される。次いで、一次プラズマ放電はバッフル板アセンブリー54に送出され、プラズマがバッフル板アセンブリー54から流出する時に二次プラズマ放電が形成される。一次プラズマ放電により発生しかつ二次プラズマ放電中に含まれるイオンに作用する電界の強度は低減され、それによってイオンは、ウエハ18上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハ18に衝突する。【選択図】図１
2004535672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物をプラズマ処理するためのシステムであって、
ガスを励起してプラズマにするための電源アセンブリーと、
加工物を配置して処理するための処理室と、
プラズマ管から前記処理室へプラズマ排出流を送出するための前記プラズマ管と、
前記処理室の近くに配置され、その作動によって前記プラズマ排出流のイオン含量を増大させる補助イオン源と、
前記処理室内の前記プラズマ管と前記加工物との間に配置されたバッフル板アセンブリーと、
前記補助イオン源の作動によって形成されるシース中の電界から加工物をシールドするための分離手段と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記分離手段は、前記補助イオン源の作動によって生じる一次プラズマ放電と前記加工物との間に挟まれた前記バッフル板アセンブリーをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記加工物は、前記処理室内に配置されたピン上に取付けられていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板を貫通する複数の第１の開口部を有する前記上側バッフル板と、下側バッフル板を貫通する複数の第２の開口部を有し、前記上側バッフル板から内部前室によって分離されている前記下側バッフル板とをさらに含み、
前記複数の第２の開口部のそれぞれは、その一端部に第１の直径とその他端部に第２の直径とを有し、前記第１の直径は、前記第２の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の第２の開口部は、前記下側バッフル板内に、前記第１の直径から始まって前記第２の直径に向けて内側方向に先細りになるテーパが付いた内面を形成することを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の第２の開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記下側バッフル板を通じて走る複数の流路をさらに含み、
前記複数の流路は、該複数の流路を通じて循環する液体冷媒を収容可能であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの１つからなることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項９】
前記下側バッフル板は、陽極酸化処理アルミニウムからなることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
前記上側バッフル板の最上部に配置された衝突ディスクをさらに含み、
前記衝突ディスクは、プラズマ放電を、前記衝突ディスク上に衝突させて前記複数の第１の開口部を通るように方向付けることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項１１】
プラズマ処理システムのためのバッフル板アセンブリーであって、
上側バッフル板を貫通する複数の第１の開口部を有する前記上側バッフル板と、
下側バッフル板を貫通する複数の第２の開口部を有し、前記上側バッフル板から内部前室によって分離されている前記下側バッフル板とを含み、
前記複数の第２の開口部のそれぞれは、その一端部に第１の直径とその他端部に第２の直径とを有し、前記第１の直径は、前記第２の直径よりも大きいことを特徴とするバッフル板アセンブリー。
【請求項１２】
前記複数の第２の開口部は、前記下側バッフル板内に、前記第１の直径から始まって前記第２の直径に向けて内側方向に先細りになるテーパが付いた内面を形成することを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１３】
前記複数の第２の開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項１２記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１４】
前記下側バッフル板を通じて走る複数の流路をさらに含み、
前記複数の流路は、該複数の流路を通じて循環する液体冷媒を収容可能であることを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１５】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの１つからなることを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１６】
前記下側バッフル板は、導電性材料からなることを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１７】
前記導電性材料は陽極酸化処理アルミニウムであり、前記下側バッフル板は接地されていることを特徴とする請求項１６記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１８】
前記複数の第１の開口部と前記複数の第２の開口部とは、お互いに揃えられて配置されていることを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項１９】
前記上側バッフル板の最上部に配置された衝突ディスクをさらに含み、
前記衝突ディスクは、プラズマ放電を、前記衝突ディスク上に衝突させて前記複数の第１の開口部を通るように方向付けることを特徴とする請求項１１記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項２０】
前記複数の流路は、前記下側バッフル板を通じてほぼＶ字形に走ることを特徴とする請求項１４記載のバッフル板アセンブリー。
【請求項２１】
半導体ウエハのプラズマ処理で使用する低エネルギーイオンを発生および輸送する方法であって、
ガス種からプラズマを発生させ、ウエハを収容する処理室に導入するプラズマ排出流を生成する工程と、
前記プラズマ排出流が前記処理室内に導入される時に補助イオン源を作動させることによって前記プラズマ排出流のイオン含量を増大させ、それによって前記プラズマ排出流中に一次プラズマ放電を形成する工程と、
前記一次プラズマ放電をバッフル板アセンブリーに送出し、それによって前記バッフル板アセンブリーから流出する二次プラズマ放電を形成する工程と、
前記補助イオン源の作動により発生しかつ前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程と、を含み、
前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程によって、前記イオンは、前記ウエハ上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突することを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記二次プラズマ放電に含まれるイオンに作用する電界の強度を低減する工程は、前記バッフル板アセンブリーが前記一次プラズマ放電と前記ウエハとの間に配置されるように、前記補助イオン源を配置することを含んでいる請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記半導体ウエハを、前記処理室内に配置されたピン上に取付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記二次プラズマ放電がほぼマイクロジェット状に形成されるように、前記バッフル板アセンブリーを構成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板および下側バッフル板を含み、
前記下側バッフル板は、さらに、該下側バッフル板を貫通する複数の面取りされた開口部を有することを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記下側バッフル板の前記面取りされた開口部は、円錐台状部分および円筒状部分を含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記上側バッフル板および前記下側バッフル板は、前記一次プラズマ放電によって形成される高エネルギー容量性シースから、前記ウエハを分離することを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の面取りされた開口部は、前記上側バッフル板の複数の開口部と揃えられて配置されていることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
低エネルギーイオンが前記半導体ウエハに均一に輸送されるように、前記補助イオン源から前記下側バッフル板の前記面取りされた開口部を通じてマイクロジェットを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
前記上側バッフル板は、石英、サファイア、セラミック、およびサファイアでコーティングされた石英のうちの１つからなることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
前記下側バッフル板は、導電性材料からなることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３２】
前記導電性材料は陽極酸化処理アルミニウムであり、前記下側バッフル板は接地されていることを特徴とする請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、半導体ウエハのプラズマ処理に関し、より詳細には、プラズマアッシングシステムで使用するための低エネルギーイオンの発生および輸送機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造において、基板上に集積回路のパターンを形成するためにフォトリソグラフィー技術が使用される。典型的には、半導体基板上にフォトレジスト材料を塗布し、その一部をマスクを介して紫外線（ＵＶ）露光して、フォトレジスト上に所望の回路パターンの像を形成する。ＵＶ露光されなかった部分は処理溶液によって除去し、露光された部分のみを基板上に残存させる。一例では、残存する露光部分は、フォトレジストがその後の処理に耐え得るように、光安定化処理の間にＵＶ光を使用してベークされる。
【０００３】
集積回路の構成要素を形成する処理の後、通常は、残存するフォトレジストをウエハから除去する必要がある。加えて、エッチング等の処理によって基板表面上に持ち込まれる場合がある残留物を除去しなければならない。通常、フォトレジストは、原子状酸素および他のガスの存在下で、Ａアッシング（灰化）＠あるいはＡ燃焼(burning)＠され、アッシングまたは燃焼されたフォトレジストは、残留物と共に、基板の表面からＡ剥離＠あるいはＡクリーニング＠される。
【０００４】
フォトレジストおよび残留物を除去する１つの方法は、高周波（radio frequency：ＲＦ）励起プラズマまたはマイクロ波励起プラズマを基板表面に送出することである。マイクロ波励起プラズマの場合、プラズマは、マイクロ波空洞共振器内を通るプラズマ管を通じて輸送される混合ガスにより形成されるものであり、空洞内のマイクロ波エネルギーがプラズマ管に導入され、その中の混合ガスが励起されてプラズマが形成される。活性種を含む励起プラズマは、プラズマ管から処理室に導入され、処理室には、アッシングするフォトレジストが塗布された半導体基板が配置されている。この種のアッシング装置は、Ａダウンストリーム型アッシング装置＠として知られ、レジストが塗布された基板は、Ａアップストリーム＠プラズマ源として知られるプラズマ発生装置から、物理的に分離されている。
【０００５】
半導体への応用において、レジストが塗布されたウエハに対して比較的高線量（たとえば、∃１×１０15ｃｍ-2）のイオン注入が実施される場合、フォトレジストの最上層は、高度に炭化されたクラスト（crust）に変成し、閉じ込められた溶剤が下層の残存レジストから拡散することに対して不浸透性になる。したがって、溶剤がクラストを破裂させて噴出することを防止するため、このクラストを慎重に（通常は、低ウエハ温度で）除去しなければならない。そうでない場合、このような条件によってフォトレジスト上にＡポッパー（popper）＠が形成される。ポッパーによってウエハ表面にしばしば残される残留物は、除去が困難であり、ウエハまたは装置の処理室内に対する汚染粒子源になるおそれがある。しかし、化学的にクラストを除去する原子種のみに依存した低温度処理は、その性質上非効率であり、アッシング装置＝のスループット（単位時間当たりに処理されるウエハ数で測定）を低減するものである。
【０００６】
低温度での炭化クラストのアッシング速度を向上させるための周知の方法は、イオン衝突を使用することである。アッシング装置における従来のイオン源では、通常、ＲＦ電源によって高周波バイアスがかけられたプラテン（あるいは、静電チャック）が使用される。作動状態において、ＲＦ電源は、ウエハの上方に容量性放電を生成する。この二次放電によって、ウエハのすぐ上方でイオン−電子ペアが形成され、そこから、ウエハの上方に形成された容量性シースによってイオンが加速される。容量性シースのポテンシャルエネルギーは、４０〜５０ｅＶあるいはそれよりも高く、イオンは、このような高エネルギーでウエハに衝突する。
【特許文献１】
米国特許第６，０８２，３７４号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，９６１，８５１号明細書
【特許文献３】
米国特許第６，０５７，６４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような高エネルギーイオン衝突は、ウエハ上に形成されたデバイスに広範な損傷を与える可能性がある。また、高エネルギーイオン衝突によるウエハの広範な加熱により、作業中のウエハ毎に温度のばらつきが生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した先行技術の弱点または欠点は、半導体ウエハのプラズマ処理で使用する低エネルギーイオンの発生および輸送方法によって克服または軽減される。本発明の例示的な実施形態において、この方法は、ガス種からプラズマを発生させてプラズマ排出流（plasma exhaust）を生成する工程を含む。次いで、プラズマ排出流は、ウエハを収容する処理室に導入される。プラズマ排出流中のイオン含量は、プラズマが処理室に導入される時に補助イオン源を作動させることによって増大され、それによってプラズマ排出流中に一次プラズマ放電が形成される。次いで、一次プラズマ放電はバッフル板アセンブリーに送出され、プラズマがバッフル板アセンブリーから流出する時に二次プラズマ放電が形成される。一次プラズマ放電により発生しかつ二次プラズマ放電中に含まれるイオンに作用するシース電位による電界の強度は、低減される。この強度が低減された電界は、低電位でイオンを加速し、それによってイオンは、ウエハ上に形成された半導体デバイスに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突する。
【０００９】
好適な実施形態では、二次プラズマ放電中のシース電位を通じたイオン加速の低減は、バッフル板アセンブリーが一次プラズマ放電とウエハとの間に配置されるように、補助イオン源を配置することによって達成される。加えて、バッフル板アセンブリーは、二次プラズマ放電がほぼマイクロジェット状に形成されるように構成される。バッフル板アセンブリーは、上側バッフル板および下側バッフル板を含み、さらに、下側バッフル板は、この下側バッフル板を貫通する複数の面取りされた開口部を有して、ウエハの表面にイオンを均一に衝突させ、それによってウエハを損傷する荷電作用を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下の説明において、同等の構成要素には、複数の図に渡って同じ参照符号を付すものとする。本明細書には、新規の低エネルギーイオン発生および輸送機構が開示されている。この機構は、ウエハを高シース電圧による有害な高エネルギーイオン衝突に曝すことなく、イオン注入されたフォトレジストの炭化最上層の均一な化学分解および引き続く揮発を促進するものである。このようなＡソフト＠イオンアシスト法は、アッシング装置中の補助イオン源により発生されるイオンと、予め存在している化学反応物との間に相乗作用が生じるという利点を有し、この相乗作用によって、それらの成分のいずれか１つまたはそれらの成分の単純な和によって達成できる反応速度よりも高速な反応速度が達成される。
【００１１】
イオンは、Ａ物理的＠運動エネルギーと共に、反応において解放されるＡ化学的＠内部エネルギーに寄与し、それによって、表面反応の活性化エネルギーを低下させる効果を奏するものと考えられる。従来の容量性放電の高シース電位特性からウエハをシールドすることによって、ウエハ付近に形成されたシース電位を通過する時にイオンに作用する電界が、大幅に低減される。これによって、イオンは、ウエハ上のデバイスに重大な損傷を与えない程度に十分な低エネルギーであって、かつ、イオン注入されたフォトレジスト上に形成された炭化クラストを除去するイオンアシスト化学処理が可能であるようなエネルギーでもって、ウエハに衝突する。この機構はまた、動作のためにウエハ用のチャックを必要としないシステムに対して特に好適である。
【００１２】
本明細書には、ソフトイオン衝突の応用例としてイオン注入されたレジストが記載されているが、このようなイオン衝突に対する他の多くの応用例を予想することができる。それらの例には、エッチング後残留物の除去、異方性レジスト除去、低誘電率（low-k）材料が存在する場合のフォトレジストの選択的除去、および異方性エッチング等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
図１には、本発明の一実施形態におけるフォトレジストアッシング装置１０の概要が示されている。アッシング装置１０は、ガスボックス１２、マイクロ波電源アセンブリー１４、ウエハ１８等の半導体基板あるいは加工物が加熱される処理室１６、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器アセンブリー２０を含んでいる。熱電対等の温度プローブ２４は、ウエハ１８の温度を監視するために使用される。真空ポンプ２６は、真空条件を要する処理に対して処理室１６を排気するために使用される。モノクロメータ２８は、処理室内のガスの発光特性を監視して処理の終点を判別するために使用される。
【００１４】
作動状態において、所望の混合ガスは、ガスボックス１２から入口導管３４を通じてプラズマ管３２に導入される。プラズマ管３２は、石英またはサファイア等の材料により形成されている。所望の混合ガスを形成するそれぞれのガスは、別々の供給源（図示せず）に貯蔵され、弁３６および配管３８によってガスボックス１２内で混合される。所望の混合ガスの一例は、窒素ベースのフォーミングガス（主に窒素からなり、少量の割合で水素を含む）であり、酸素を含む場合と含まない場合がある。特定の処理においてアッシング速度を向上させるため、この混合ガスに、四フッ化炭素のようなフッ素含有ガスを追加してもよい。その場合には、プラズマ管３２の材料としてサファイアが好ましい。サファイアは、プラズマ中に存在する反応性のフッ素原子およびイオンによって生じるプラズマ管３２内面のエッチングに対する耐性を有している。フッ素を使用した剥離処理の詳細については、ハフマン（Huffman）等による特許文献１に開示され、その開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００１５】
所望の混合ガスは、マイクロ波電源アセンブリー１４により励起されて反応性のプラズマを形成し、処理室１６中のウエハ１８上のフォトレジストは、放射加熱器アセンブリー２０による加熱時に、このプラズマによってアッシングされる。マイクロ波エネルギー（約２．４５ＧＨｚ）は、マグネトロン４０により発生され、導波管４２に結合される。次いで、このマイクロ波エネルギーは、導波管から開口部（図示せず）を通じてプラズマ管３２を取り囲むマイクロ波エンクロージャ４４に供給される。マイクロ波エネルギーとは別の方法として、周知のように、マグネトロン４０の代りに高周波（radio frequency：ＲＦ）電源（図示せず）を使用して所望の混合ガスを励起してもよい。
【００１６】
図１に示す実施形態では、プラズマ管３２は、フッ素プラズマの化学作用に適応させるため、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）または単結晶サファイアにより形成される。外側の石英製冷却管４６は、サファイア製プラズマ管３２を僅かな間隙を介して取り囲んでいる。これらの管３２、４６同士の間隙には加圧空気が供給され、作動中のプラズマ管３２を効率的に冷却するものである。マイクロ波エンクロージャ４４は、破線４５で示される複数のセグメントに区分化される。エンクロージャ４４を区分化することによって、マイクロ波電力を管３２の全長に渡って一様に分布させることが可能となり、適切な入力電力が供給されたときに軸方向に沿って許容限界を超える熱勾配が生じることを防止し、プラズマ管３２を保護するものである。石英とは異なり、サファイアには、非均一な加熱によってクラックが生じる傾向がある。したがって、エンクロージャ４４の各セグメントには、石英管４６およびこの管内を通るサファイア製プラズマ管３２を通過するマイクロ波エネルギーが、個別に供給される。このエンクロージャに関する詳細は、カマレイ（Kamarehi）等による特許文献２に開示さており、その開示内容は、参考として本説明に含まれる。あるいは、特にＴＭ012モードに共振するように設計された単一の空洞共振器を備えたマイクロ波アプリケータを使用してもよい。そのようなアプリケータの詳細は、スリヴァスタヴァ（Srivastava）等による特許文献３に開示され、その開示内容は参考として本明細書に含まれる。
【００１７】
プラズマ管３２に使用される材料（石英またはサファイア）、またはマイクロ波アプリケータの種類に関わらず、プラズマ管３２内の混合ガスは励起されてプラズマを形成する。マイクロ波エンクロージャ４４の両端部には、マイクロ波トラップ４８、５０が設けられ、マイクロ波の漏れを防止するものである。
【００１８】
前述したように、従来のダウンストリーム型アッシング装置では、意図的に基板の上流でプラズマを発生させており、基板に衝突するＡアフターグロー＠プラズマの反応性原子種は豊富であるが、イオン濃度は低くなる。したがって、補助イオン源７４は、ウエハの表面に衝突する十分なイオン含量を有する別のプラズマを、より基板に近い位置で発生させるものである。補助イオン源７４は、マイクロ波電源アセンブリー１４によって発生されるプラズマとは独立に操作可能なものであり、それによって、一つの処理における別々の工程内での異なるプラズマ特性要件（たとえば、低イオン含量または高イオン含量）に適合させるものである。補助イオン源７４は、アップストリームプラズマ源を使用する任意の種類のアッシング装置に組込むことができることを理解されたい。
【００１９】
図１に示す実施形態では、補助イオン源７４は、誘電体ウィンドウ５２とプラズマ管３２との間に、コイルアンテナアセンブリー７６の形態で設けられている。コイルアンテナの代りに、平板アンテナを使用することもできる。アッシング装置１０の誘電体ウィンドウ５２は、コイルアンテナ７６から放射された信号が処理室１６内に通過できるように、石英または同様の誘電性材料（たとえば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミック）により形成される。図２に示すように、コイルアンテナアセンブリー７６は、ベース８０に埋め込まれた金属（たとえば、銅）製のコイルアンテナ７８を有している。ベース８０は、好ましくは、通常テフロン（Ｒ）（Teflon（Ｒ））と称するポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ）等のフッ素ポリマー樹脂により形成される。Teflon（Ｒ）は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ドゥ・ヌムール＆カンパニー社（E. I. duPont de Nemours and Company）の登録商標である。
【００２０】
コイルアンテナ７８は、励起プラズマとは接触せず、微粒子またはスパッタリングされた金属による汚染の問題が生じないように、好ましくは処理室１６の外側に配置される。コイルアンテナ７８は、ほぼ平面状をなし、ウエハ１８の全面（または、実質的な全面）を覆うために十分な大きさを有する。
【００２１】
アンテナ７８は、ＲＦ信号発生器８２からのＲＦ信号出力により励起される。好適な実施形態では、ＲＦ信号の動作周波数は１３．５６ＭＨｚである。しかし、この動作周波数は、ＩＳＭ周波数帯で使用可能な任意のＲＦ信号とすることができる。ＲＦ信号発生器８７とアンテナ７８との間には、アンテナ７８からＲＦ信号発生器８２に反射されるエネルギーを最小化するための整合ネットワーク８４が配置されている。ＲＦ信号発生器８２と整合ネットワーク８４との間、および整合ネットワーク８４とアンテナ７８との間は、同軸ケーブルまたは導波管によって接続してもよい。あるいは、自己完結型の周波数同調ＲＦ信号発生器および増幅器等の他の機構を使用してコイルを励起してもよい。
【００２２】
図３は、平板アンテナアセンブリー９０の形態で設けられた、補助イオン源７４の別の実施形態を示すものである。平板アンテナアセンブリー９０は、金属（たとえば、銅またはアルミニウム）製の平板アンテナ９２を有し、この平板アンテナは、ほぼ円形に形成され、プラズマ管３２を配置するための中央開口部９３が設けられている。平板アンテナ９２も、ほぼ平面をなし、ウエハ１８の全面（または、実質的な全面）を覆うために十分な大きさを有するものである。アンテナアセンブリー９０によって追加されるプラズマ放電は、主に容量性のものであり、一方アンテナアセンブリー７６によって追加されるプラズマ放電は、部分的に誘導性のものである。
【００２３】
図１には、補助励起装置としてＲＦ電源を使用する場合が示されているが、補助イオン励起装置７４として他の励起電源（たとえば、マイクロ波）を使用することも考えられることを理解されたい。
【００２４】
再び図１を参照すると、補助イオン源７４を通過した後、励起プラズマは、誘電体ウィンドウ５２の開口部５１を通じて処理室１６内に入る。開口部を有する２層のバッフル板アセンブリー５４は、上側バッフル板５４ａと下側バッフル板５４ｂからなり、反応性プラズマを、処理されるウエハ１８の表面に均一に分散させるものである。放射加熱器アセンブリー２０は、複数のタングステンハロゲンランプ５８からなり、反射板６４内に配置されている。反射板は、ランプにより発生された熱を反射して、処理室１６内の石英ピン６８上に配置されたウエハ１８の裏側に向けるものである。熱電対２４は、ウエハ１８に密接させて配置され、ランプ５８へのフィードバックループを形成してウエハ１８温度の能動制御を維持するものである。誘電体ウィンドウ５２の外部には、処理室温度を示す熱電対等の１つまたは複数の温度センサ７２が取り付けられている。
【００２５】
図４に示すように、典型的なプラズマアッシング装置１０１における従来の補助励起装置では、半導体ウエハ１０２は、通常、チャック１０４上に固定されている。イオン衝突が必要な場合、チャック１０４は、通常、（追加のイオンを発生させるために）特定のＲＦ電位にバイアスされて、容量性プラズマがウエハ１０２のすぐ上に形成される。ウエハ１０２およびチャック１０４は、次いで、励起された容量性シース１０６に包まれる。この励起された容量性シース１０６は、ウエハに対するプラズマの電位を正に上昇させ、これによって、イオン（大部分は、１つまたは複数の電子を失って正に帯電している）がウエハ１０２の表面に引き付けられる。シース１０６の電位は、イオンを高エネルギーで加速してウエハ１０２に衝突させる機構として作用する。
【００２６】
対照的に、本発明の実施形態では、高エネルギーシースの形成からウエハを保護することができ、加えて、基板の近くで高密度のプラズマが形成される。図５は、処理室１６の概要を示す断面図であり、プラズマ処理の間に形成される容量性シースが示されている。石英ピン６８（および熱電対２４）上に取り付けられたウエハ１８には、ＲＦ電位のバイアスはかけられていない。マイクロ波励起プラズマ（または、マイクロ波プラズマが作動していない場合には入力ガス）が開口部５１を通じて処理室１６内に入ると、ＲＦアンテナ７４によって、関連する励起シース１０６を伴う容量性放電（または、誘導性放電と容量性放電の組合せ）の励起が開始される。しかし、従来の処理室とは異なり、（一次ＲＦ放電によって形成された）シース１０６は、バッフル板アセンブリー５４を挟んでウエハ１８の反対側に位置している。したがって、ウエハ１８は、励起シース１０６により加速された高エネルギーイオンには曝されない。代りに、イオンは、ウエハ１８を取り囲む「不動電位」シース１０８に関連する最大エネルギーで、ウエハ１８に拡散し、衝突する。図５には、バッフル板アセンブリー５４（およびその開口部）中のバッフル板間に形成されるシースおよびプラズマのいずれも示されていないことに注意されたい。
【００２７】
図６〜図１０には、本発明の別の実施形態におけるバッフル板アセンブリー５４の詳細が示されている。本実施形態でも、バッフル板アセンブリー５４は、上側バッフル板５４ａと下側バッフル板５４ｂを含み、石英またはセラミック等の誘電性材料から形成されている。上側バッフル板５４ａは、フッ素に関連するエッチングに対して耐性を有するように、サファイアでコーティングされていてもよい。図６の上面図に示すように、上側バッフル板５４ａは、その中央に配置された衝突ディスク１１０を有している。衝突ディスク１１０は、図７に示すように、一次プラズマ放電をその上に衝突させて、上側バッフル板５４ａ中の開口部１１２を通じて内部の前室１１３に均一に流入させるものである。さらに、バッフル板アセンブリー５４は、好ましくは陽極酸化処理アルミニウム等の材料により形成された下側バッフル板５４ｂを含み、この下側バッフル板は、アンテナ７８または９２に対して反対側の容量性電極として作用するように、接地されている。下側バッフル板５４ｂも、複数の開口部１１４を有し、その開口部を通じて二次プラズマ放電が流出する。下側バッフル板５４ｂの開口部１１４の数は、好ましくは上側バッフル板１１２の開口部１１２の数と同数であり、互いに揃えられて配置されている。
【００２８】
図８にさらに詳細に示すように、開口部１１４の間には、下側バッフル板５４ｂを通じてほぼＶ字形に走る一連の流路または溝１１６が設けられている。流路１１６は、この流路を通じた水または他の冷媒材料の循環により、バッフル板アセンブリー５４のための冷却機構を形成する。流路１１６と開口部１１４は、流路１１６が穿孔されて漏れが生じることを防止するように配置されていることに注意されたい。
【００２９】
図９には、下側バッフル板の開口部１１４の詳細な断面図が示されている。各開口部１１４は、下側バッフル板５４ｂの内面１１８（すなわち、前室側の面）上では第１の直径ｄ1を有し、下側バッフル板５４ｂの外面１２０（すなわち、ウエハ側の面）上では第２の直径ｄ2を有し、第１の直径ｄ1は、第２の直径ｄ2よりも大きいものである。図示されているように、開口部１１４の前室側は、ほぼ円錐台状の形状を有し、その内径がｄ2に等しくなるまで、９０°の面取りによる内側方向へのテーパを有している。内径がｄ2に等しくなるのは、下側バッフル板５４ｂの厚みの途中であり、したがって、開口部１１４は、円錐台状部分１１７と円筒状部分１１９の両方を有することを特徴とする。図９において、開口部１１４の円筒状部分１１９の高さは、ｄ3で示されている。
【００３０】
最後に、図１０には、下側バッフル板５４ｂの面取りされた開口部１１４を通じた、マイクロジェット状の低エネルギーイオン発生領域が示されている。バッフル上の前室内での一次プラズマ放電の結果として、開口部１１４内に局所的なシース１２２が形成され、それによって電界が生じる。一次放電からの電子およびイオンが開口部１１４に入り、各開口部を通じて下側バッフル板５４ｂの外面１２０に至る電流路（破線矢印１２３で示されている）が形成される。電流路（破線矢印１２３）は開口部１１４に近付くにしたがって集束するため、電流密度の増大により開口部内に高密度プラズマが形成されて、狭いプラズマシースを有するプラズマジェットが形成される。マイクロジェットのプラズマ密度の増大により中性粒子温度も増大し、これによって開口部内の中性粒子密度が低減する。このような効果の併合によって、電子温度が増大し、マイクロジェット中のプラズマ放電の化学作用が変化する。加えて、イオンもまたシースにより加速されて開口部１１４の内面１２４に衝突し、それによって二次電子が放出される。高密度プラズマに伴うシースが狭いことによって、電子をシース１２２に渡ってほとんど衝突なしに加速することが可能となり、その結果、マイクロジェット中に非常に高エネルギーの電子が形成される。この二次電子は、中性のガス分子に衝突してそれらを電離するために十分なエネルギーを有し、それによって、開口部を通じたマイクロジェット状のプラズマ放電１２６が形成される。
【００３１】
接地されたバッフル板５４ｂ中でのマイクロジェットの形成は、比較的大きな面積を有する電極の近くでプラズマ密度が増大するという独自の特徴を有している。従来の容量結合型プラズマ放電では、比較的小さな電極において電界が強くかつＲＦ電流密度も大きいため、そのプラズマ密度は、ウエハが存在する場所である比較的小さな電極において最大になる。穿孔された下側バッフル板５４ｂを、マイクロジェット形成を促進する開口部を有する電極として使用することによって、比較的大きな面積を有する電極におけるプラズマ密度および電力損が増大する。プラズマ密度の増大によってシースの厚さが減少し、それによってシースのキャパシタンスが増大して、下側バッフル板５４ｂとアンテナ７８または９２との間の有効面積比が増大する。面積比の増大によってバッフル板のイオン衝突エネルギーが減少し、それによって、バッフル板のスパッタリングと、対応するスパッタリング生成物によるウエハの汚染が最小化される。同時に、ウエハ側の下側バッフル板５４ｂの領域中でのプラズマ密度および電子温度の増大によって、ウエハに対する衝突イオン流束（ion bombardment flux）が増大し、プラズマの独自の化学作用が生じる。それによって、ウエハ上において、マイクロジェットを使用しない場合には生じないような表面反応が可能になる。このイオン衝突は均一に発生し、ウエハの荷電作用が緩和される。
【００３２】
マイクロジェット放電１２６は、最終的にウエハに衝突するイオンの主要なイオン源である。ウエハは、（従来のアッシング装置のような二次放電のＲＦ容量性電極シース電位ではなく）、浮動電位にバイアスされているため、イオンは、ウエハに損傷を与えない低エネルギーでウエハに衝突する。さらに、開口部１１４の縦横比（高さｄ3によって除算された直径ｄ2）を低くすることによって、マイクロジェット放電が促進されることが経験的に知られている。しかし、開口部１１４の高さ（すなわち、下側バッフル板５４ｂの厚さ）を小さくし過ぎると、下側バッフル板の水冷能力が失われる。一方、縦横比を下げるために開口部の直径を大きくし過ぎると、プラズマ放電を均一に分散させるバッフル板の効果が失われる。したがって、本実施形態における開口部１１４は、イオンを豊富に含むプラズマを、この開口部を通じてウエハに対して発生させかつ輸送するために効果的な低い縦横比を有しながら、効果的なバッフル板の冷却が可能になるように構成されている。
【００３３】
マイクロジェットを確実に発生させるために必要な開口部１１４のサイズおよび縦横比は、プラズマ電力、圧力、ガス組成等のパラメータを含む処理条件の関数である。この処理において、処理の均一性を達成するためには、開口部１１４内でマイクロジェットをＡ点火（lighting）＠する必要がある。上述した処理では、マイクロジェットの均一かつ確実な点火が達成され、このような均一な処理が実施される。この点で、本発明は、エッチングトンネル等の他の例とは異なるものである。エッチングトンネルは、比較的小さな開口部が穿孔されたプレートを使用してトンネル内にＡ無電界領域＠を形成し、それによってイオン衝突を最小化してウエハを処理するものであるが、その開口部は、マイクロジェットを確実に形成するものではない。同様に、本発明は、比較的大きな開口部が穿孔されたプレートを使用して単純な容量性電極を形成し、プラズマがマイクロジェットを形成することなくそのプレートの開口部を通過するような他の先行技術とは異なるものである。
【００３４】
以上、本発明を、好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対する種々の変更や本発明の構成要素のその均等物との置換が可能であることを理解するであろう。加えて、本発明の教示に従って、本発明の基本的範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料に適合させるための多くの修正が可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するための考えられる最適な態様として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、フォトレジストアッシング装置の処理室と共に使用可能なプラズマ源および補助イオン励起装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す補助イオン励起装置の２−２線断面図である。
【図３】図３は、図２に示す補助イオン励起装置の別の実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、補助イオン源を有し、ＲＦバイアスがかけられた静電チャックの作動によるイオン発生時に半導体ウエハのすぐ上方に高エネルギー容量性シースが形成される従来のプラズマアッシングシステムを示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従って、高エネルギー容量性イオンシースの半導体ウエハからの分離が示された図１の処理室を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従ったバッフル板アセンブリーの上面図である。
【図７】図７は、図６に示すバッフル板アセンブリーの７−７線側断面図である。
【図８】図８は、バッフル板アセンブリーの下側バッフル板の８−８線上断面図である。
【図９】図９は、下側バッフル板の面取りされた開口部の詳細を示す断面図である。
【図１０】図１０は、下側バッフル板の面取りされた開口部を通じて形成されるマイクロジェット状の低エネルギーイオン発生領域を概略的に示す図である。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月13日(2003.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
集積回路の構成要素を形成する処理の後、通常は、残存するフォトレジストをウエハから除去する必要がある。加えて、エッチング等の処理によって基板表面上に持ち込まれる場合がある残留物を除去しなければならない。通常、フォトレジストは、原子状酸素および他のガスの存在下で、「アッシング（灰化）」あるいは「燃焼(burning)」され、アッシングまたは燃焼されたフォトレジストは、残留物と共に、基板の表面から「剥離」あるいは「クリーニング」される。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
フォトレジストおよび残留物を除去する１つの方法は、高周波（radio frequency：ＲＦ）励起プラズマまたはマイクロ波励起プラズマを基板表面に送出することである。マイクロ波励起プラズマの場合、プラズマは、マイクロ波空洞共振器内を通るプラズマ管を通じて輸送される混合ガスにより形成されるものであり、空洞内のマイクロ波エネルギーがプラズマ管に導入され、その中の混合ガスが励起されてプラズマが形成される。活性種を含む励起プラズマは、プラズマ管から処理室に導入され、処理室には、アッシングするフォトレジストが塗布された半導体基板が配置されている。この種のアッシング装置は、「ダウンストリーム型アッシング装置」として知られ、レジストが塗布された基板は、「アップストリーム」プラズマ源として知られるプラズマ発生装置から、物理的に分離されている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
半導体への応用において、レジストが塗布されたウエハに対して比較的高線量（たとえば、１×１０15ｃｍ-2以上）のイオン注入が実施される場合、フォトレジストの最上層は、高度に炭化されたクラスト（crust）に変成し、閉じ込められた溶剤が下層の残存レジストから拡散することに対して不浸透性になる。したがって、溶剤がクラストを破裂させて噴出することを防止するため、このクラストを慎重に（通常は、低ウエハ温度で）除去しなければならない。そうでない場合、このような条件によってフォトレジスト上に「ポッパー（popper）」が形成される。ポッパーによってウエハ表面にしばしば残される残留物は、除去が困難であり、ウエハまたは装置の処理室内に対する汚染粒子源になるおそれがある。しかし、化学的にクラストを除去する原子種のみに依存した低温度処理は、その性質上非効率であり、アッシング装置のスループット（単位時間当たりに処理されるウエハ数で測定）を低減するものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
以下の説明において、同等の構成要素には、複数の図に渡って同じ参照符号を付すものとする。本明細書には、新規の低エネルギーイオン発生および輸送機構が開示されている。この機構は、ウエハを高シース電圧による有害な高エネルギーイオン衝突に曝すことなく、イオン注入されたフォトレジストの炭化最上層の均一な化学分解および引き続く揮発を促進するものである。このような「ソフト」イオンアシスト法は、アッシング装置中の補助イオン源により発生されるイオンと、予め存在している化学反応物との間に相乗作用が生じるという利点を有し、この相乗作用によって、それらの成分のいずれか１つまたはそれらの成分の単純な和によって達成できる反応速度よりも高速な反応速度が達成される。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
イオンは、「物理的」運動エネルギーと共に、反応において解放される「化学的」内部エネルギーに寄与し、それによって、表面反応の活性化エネルギーを低下させる効果を奏するものと考えられる。従来の容量性放電の高シース電位特性からウエハをシールドすることによって、ウエハ付近に形成されたシース電位を通過する時にイオンに作用する電界が、大幅に低減される。これによって、イオンは、ウエハ上のデバイスに重大な損傷を与えない程度に十分な低エネルギーであって、かつ、イオン注入されたフォトレジスト上に形成された炭化クラストを除去するイオンアシスト化学処理が可能であるようなエネルギーでもって、ウエハに衝突する。この機構はまた、動作のためにウエハ用のチャックを必要としないシステムに対して特に好適である。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
マイクロジェットを確実に発生させるために必要な開口部１１４のサイズおよび縦横比は、プラズマ電力、圧力、ガス組成等のパラメータを含む処理条件の関数である。この処理において、処理の均一性を達成するためには、開口部１１４内でマイクロジェットを「点火（lighting）」する必要がある。上述した処理では、マイクロジェットの均一かつ確実な点火が達成され、このような均一な処理が実施される。この点で、本発明は、エッチングトンネル等の他の例とは異なるものである。エッチングトンネルは、比較的小さな開口部が穿孔されたプレートを使用してトンネル内に「無電界領域」を形成し、それによってイオン衝突を最小化してウエハを処理するものであるが、その開口部は、マイクロジェットを確実に形成するものではない。同様に、本発明は、比較的大きな開口部が穿孔されたプレートを使用して単純な容量性電極を形成し、プラズマがマイクロジェットを形成することなくそのプレートの開口部を通過するような他の先行技術とは異なるものである。




【国際調査報告】
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