JP2020155546A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
被処理物の表面に形成されるレジストの除去に、プラズマ処理装置が用いられることがある。あるプラズマ処理装置では、平行平板の間に電圧を印加し、平行平板の間に導入される気体をプラズマ化することにより、プラズマを発生させる。別のあるプラズマ発生装置では、気体へマイクロ波を照射することにより、プラズマを発生させる。これらのプラズマ装置では、発生したプラズマを用いて被処理物がエッチングされ、被処理物の表面においてレジストが除去される。 A plasma treatment apparatus may be used to remove the resist formed on the surface of the object to be treated. In a certain plasma processing apparatus, a voltage is applied between parallel plates to generate plasma by converting the gas introduced between the parallel plates into plasma. In another plasma generator, the gas is irradiated with microwaves to generate plasma. In these plasma devices, the object to be processed is etched using the generated plasma, and the resist is removed on the surface of the object to be processed.
前述のようなプラズマ処理装置を用いたレジストの除去では、エッチングレート（レジスト等の除去レート）が高く確保されることが求められる。 In the removal of resist using the plasma processing apparatus as described above, it is required that a high etching rate (removal rate of resist or the like) is secured.
本発明が解決しようとする課題は、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method in which a high etching rate of an object to be processed is ensured.
実施形態によれば、プラズマ処理装置は、載置部、導波管、壁部、排気機構及び供給機構を備える。載置部には、被処理物を載置可能である。導波管は、載置部を向く面に形成されるスロットを備え、内部を伝達したマイクロ波をスロットから載置部の側に照射可能に構成される。壁部は、スロットに対して載置部の側に隣接する空間の周囲を囲む。排気機構は、壁部で周囲が囲まれた空間を排気し、空間を減圧する。供給機構は、壁部で囲まれる空間に水蒸気を含むガスを供給する。 According to the embodiment, the plasma processing apparatus includes a mounting portion, a waveguide, a wall portion, an exhaust mechanism, and a supply mechanism. An object to be processed can be placed on the mounting portion. The waveguide is provided with a slot formed on a surface facing the mounting portion, and is configured so that microwaves transmitted inside can be irradiated from the slot to the mounting portion side. The wall surrounds the space adjacent to the placement side of the slot. The exhaust mechanism exhausts the space surrounded by the wall and decompresses the space. The supply mechanism supplies a gas containing water vapor to the space surrounded by the wall.
また、実施形態のプラズマ処理方法では、マイクロ波が空間に照射されるとともに、マイクロ波が照射される空間を排気し、空間を減圧する。プラズマ処理方法では、空間の排気と並行して空間に水蒸気を含むガスを供給し、供給した水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマを用いて、被処理物をエッチングする。プラズマ処理方法では、プラズマが発生している空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、空間の排気及び空間へのガスの供給の少なくともいずれかが調整される。 Further, in the plasma processing method of the embodiment, the space is irradiated with microwaves, and the space irradiated with microwaves is exhausted to reduce the pressure in the space. In the plasma treatment method, a gas containing water vapor is supplied to the space in parallel with the exhaust of the space, and the supplied water vapor is irradiated with microwaves to generate plasma in the space. Then, the generated plasma is used to etch the object to be processed. In the plasma treatment method, at least one of the exhaust of the space and the supply of gas to the space is adjusted so that the OH radical and the H radical coexist in the space where the plasma is generated.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１を示す。図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は、チャンバ２、マイクロ波発生源３、導波管４、排気機構５，６、供給機構７、載置部８、壁部９及びコントローラ１０を備える。
(First Embodiment)
1 and 2 show the plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma processing apparatus 1 includes a chamber 2, a microwave generation source 3, a waveguide 4, an exhaust mechanism 5 and 6, a supply mechanism 7, a mounting portion 8, a wall portion 9, and a controller. 10 is provided.
チャンバ２は、例えば、ステンレス又はアルミニウム合金等の金属から形成される。チャンバ２の内部には、収納空洞１１が形成され、収納空洞１１には、載置部８及び壁部９が配置される。ここで、プラズマ処理装置１及びチャンバ２では、第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、第１の方向に対して交差する（垂直又は略垂直な）第２の方向（矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向）、及び、第１の方向及び第２の方向の両方に対して交差する（垂直又は略垂直な）第３の方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２で示す方向）が、規定される。図１は、チャンバ２を第１の方向に対して垂直又は略垂直な断面で示す。また、図２は、チャンバ２を第２の方向に対して垂直又は略垂直な断面を示し、図１のＢ１−Ｂ１断面を示す。また、本実施形態では、第３の方向は、鉛直方向と一致又は略一致する。 The chamber 2 is formed of, for example, a metal such as stainless steel or an aluminum alloy. A storage cavity 11 is formed inside the chamber 2, and a mounting portion 8 and a wall portion 9 are arranged in the storage cavity 11. Here, in the plasma processing device 1 and the chamber 2, the first direction (direction indicated by the arrow X1 and the arrow X2) and the second direction (vertical or substantially vertical) intersecting with the first direction (arrow Y1). And the direction indicated by arrow Y2) and the third direction (vertical or substantially vertical) intersecting (vertical or substantially vertical) with respect to both the first and second directions (directions indicated by arrows Z1 and Z2) are defined. Will be done. FIG. 1 shows the chamber 2 in a cross section perpendicular to or substantially perpendicular to the first direction. Further, FIG. 2 shows a cross section of the chamber 2 perpendicular to or substantially perpendicular to the second direction, and shows a cross section of B1-B1 of FIG. Further, in the present embodiment, the third direction coincides with or substantially coincides with the vertical direction.
載置部８は、載置面１３を備える。載置面１３は、第３の方向の一方側（矢印Ｚ１側）を向き、鉛直上側を向く。載置面１３上には、被処理物１５が載置される。また、チャンバ２の側壁には、窓（図示しない）等が設けられてもよい。この場合、被処理物１５は、窓を介してチャンバ２の収納空洞１１に搬入され、窓を介して収納空洞１１から搬出される。また、後述するプラズマを用いた処理を行っている状態では、窓は、ゲートバルブ（図示しない）等によって、気密に閉じられる。また、プラズマ処理装置１には、駆動機構（図示しない）が設けられてもよい。この場合、駆動機構は、サーボモータ又は制御モータ等を備える。そして、駆動機構を駆動することにより、載置部８が回転する等、載置部８が移動する。このため、載置面１３に被処理物１５が載置されている状態では、載置部８の移動することにより、被処理物１５は、載置部８と一緒に移動する。 The mounting portion 8 includes a mounting surface 13. The mounting surface 13 faces one side (arrow Z1 side) in the third direction and faces vertically upward. The object to be processed 15 is placed on the mounting surface 13. Further, a window (not shown) or the like may be provided on the side wall of the chamber 2. In this case, the object to be processed 15 is carried into the storage cavity 11 of the chamber 2 through the window, and is carried out from the storage cavity 11 through the window. Further, in the state of performing the treatment using plasma described later, the window is airtightly closed by a gate valve (not shown) or the like. Further, the plasma processing apparatus 1 may be provided with a drive mechanism (not shown). In this case, the drive mechanism includes a servomotor, a control motor, and the like. Then, by driving the drive mechanism, the mounting portion 8 moves, such as the mounting portion 8 rotating. Therefore, in the state where the object to be processed 15 is mounted on the mounting surface 13, the object to be processed 15 moves together with the mounting portion 8 by moving the mounting portion 8.
被処理物１５は、板状の部材であり得る。被処理物１５としては、特にこれらに限定されないが、平板及び円板等が挙げられる。被処理物１５は、後述するプラズマを用いた処理によってエッチングされる部分が露出する状態で、載置面１３に載置される。そして、本実施形態では、エッチングされる部分が、第３の方向について載置面１３が向く側、すなわち、鉛直上側を向く状態で、被処理物１５が載置面１３に載置される。被処理物１５は、例えば、レジストマスクが形成された半導体ウェーハ等であり得る。この場合、レジストマスクを形成する有機物が、後述するプラズマを用いた処理によって、エッチングされる。なお、被処理物１５は、前述された部材に、特に限定されない。 The object 15 to be processed can be a plate-shaped member. The object 15 to be processed is not particularly limited to these, and examples thereof include a flat plate and a disk. The object to be processed 15 is placed on the mounting surface 13 in a state where the portion to be etched by the treatment using plasma described later is exposed. Then, in the present embodiment, the object to be processed 15 is placed on the mounting surface 13 with the portion to be etched facing the side facing the mounting surface 13 in the third direction, that is, facing vertically upward. The object to be processed 15 may be, for example, a semiconductor wafer on which a resist mask is formed. In this case, the organic substance forming the resist mask is etched by a treatment using plasma, which will be described later. The object 15 to be processed is not particularly limited to the above-mentioned member.
導波管４は、第１の方向に沿って延設され、導波管４の長手方向は、第１の方向と一致又は略一致する。また、導波管４は、チャンバ２の収納空洞１１を通って延設され、第３の方向について載置部８から離れて設けられる。導波管４は、第３の方向について載置面１３が向く側（矢印Ｚ１側）、すなわち、鉛直上側に、載置部８に対して離れて配置される。導波管４は、例えば角筒状等の筒状に形成され、例えばアルミニウム合金等の金属から形成される。 The waveguide 4 is extended along the first direction, and the longitudinal direction of the waveguide 4 coincides with or substantially coincides with the first direction. Further, the waveguide 4 extends through the storage cavity 11 of the chamber 2 and is provided away from the mounting portion 8 in the third direction. The waveguide 4 is arranged on the side (arrow Z1 side) facing the mounting surface 13 in the third direction, that is, on the vertically upper side, away from the mounting portion 8. The waveguide 4 is formed in a tubular shape such as a square tubular shape, and is formed of a metal such as an aluminum alloy.
導波管４の内部には、誘電体１７が埋め込まれる。誘電体１７は、例えば、石英又は酸化アルミニウム等から形成される。誘電体１７は、導波管４の内部に隙間なく埋められる。マイクロ波発生源３は、チャンバ２の外部に設けられる。第１の方向について、すなわち、導波管４の長手方向について、導波管４及び誘電体１７の一端は、チャンバ２の外部で、マイクロ波発生源３に接続される。マイクロ波発生源３は、マイクロ波を発生し、発生したマイクロ波を導波管４の内部の誘電体１７に放射する。 A dielectric 17 is embedded inside the waveguide 4. The dielectric 17 is formed of, for example, quartz, aluminum oxide, or the like. The dielectric 17 is completely buried inside the waveguide 4. The microwave generation source 3 is provided outside the chamber 2. In the first direction, i.e., in the longitudinal direction of the waveguide 4, one end of the waveguide 4 and the dielectric 17 is connected to the microwave source 3 outside the chamber 2. The microwave generation source 3 generates microwaves and radiates the generated microwaves to the dielectric 17 inside the waveguide 4.
導波管４には、スロット１８が形成され、本実施形態では、４つのスロット１８が設けられる。導波管４の内部は、スロット（スロットアンテナ）１８を介して開口する。導波管４の内部には、前述のように誘電体１７が隙間なく埋め込まれる。このため、導波管４の外部から内部へのスロット１８を介してのガスの流入が、防止される。スロット１８のそれぞれは、導波管４において載置部８が位置する側（矢印Ｚ２側）を向く面、すなわち、鉛直下側を向く面に、形成される。このため、導波管４から見て、スロット１８のそれぞれは、第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）へ開口する（換言すると、導波管４に対するスロット１８の開口方向は第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）である）。また、スロット１８のそれぞれは、導波管４の長手方向（第１の方向）に沿って長孔状に形成される。導波管４においてスロット１８が形成される部位は、チャンバ２の内部の収納空洞１１に配置される。また、スロット１８は、導波管４の長手方向（第１の方向）について並んで配置される。ただし、スロット１８は、導波管４の長手方向について、互いに対して離れて配置される。 Slots 18 are formed in the waveguide 4, and four slots 18 are provided in the present embodiment. The inside of the waveguide 4 is opened via a slot (slot antenna) 18. As described above, the dielectric 17 is embedded in the waveguide 4 without any gaps. Therefore, the inflow of gas from the outside to the inside of the waveguide 4 through the slot 18 is prevented. Each of the slots 18 is formed on a surface of the waveguide 4 facing the side where the mounting portion 8 is located (arrow Z2 side), that is, a surface facing vertically downward. Therefore, when viewed from the waveguide 4, each of the slots 18 opens to one side (arrow Z2 side) in the third direction (in other words, the opening direction of the slot 18 with respect to the waveguide 4 is the third. One side of the direction (arrow Z2 side)). Further, each of the slots 18 is formed in an elongated hole shape along the longitudinal direction (first direction) of the waveguide 4. The portion of the waveguide 4 where the slot 18 is formed is located in the storage cavity 11 inside the chamber 2. Further, the slots 18 are arranged side by side in the longitudinal direction (first direction) of the waveguide 4. However, the slots 18 are arranged apart from each other in the longitudinal direction of the waveguide 4.
図３は、導波管４及び壁部９をチャンバ２の第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）から視た状態で示す。図１乃至図３に示すように、収納空洞１１に配置される壁部９は、側壁２１及び仕切り壁２２を備える。本実施形態では、側壁２１が一対設けられ、仕切り壁２２が５つ設けられる。収納空洞１１では、導波管４は、第２の方向について、側壁２１の間で挟まれる。また、収納空洞１１では、壁部９によって、スロット１８と同一の数だけ空間２３が規定され、本実施形態では空間２３が４つ規定される。空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。したがって、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つと載置部８との間に形成される。 FIG. 3 shows the waveguide 4 and the wall portion 9 as viewed from one side (arrow Z2 side) of the chamber 2 in the third direction. As shown in FIGS. 1 to 3, the wall portion 9 arranged in the storage cavity 11 includes a side wall 21 and a partition wall 22. In the present embodiment, a pair of side walls 21 are provided, and five partition walls 22 are provided. In the storage cavity 11, the waveguide 4 is sandwiched between the side walls 21 in the second direction. Further, in the storage cavity 11, the wall portion 9 defines the same number of spaces 23 as the slots 18, and in the present embodiment, four spaces 23 are defined. Each of the spaces 23 is adjacent to the corresponding one of the slots 18 on the side where the mounting portion 8 is located. Therefore, each of the spaces 23 is formed between the corresponding one of the slots 18 and the mounting portion 8.
空間２３のそれぞれは、第２の方向について側壁２１の間に、形成される。そして、空間２３のそれぞれは、第１の方向について仕切り壁２２の対応する２つの間に、形成される。このため、空間２３のそれぞれの周囲（外周）は、壁部９によって囲まれる。また、空間２３は、第１の方向について並んで配置される。ただし、互いに対して隣り合う空間２３の間には、仕切り壁２２の対応する１つが配置され、互いに対して隣り合う空間２３は、仕切り壁２２の対応する１つによって、仕切られる。また、仕切り壁２２のそれぞれは、第１の方向（導波管４の長手方向）について、スロット１８のいずれからもずれた位置に配置される。そして、収納空洞１１では、第１の方向について互いに対して隣り合うスロット１８の間に、仕切り壁２２の対応する１つが配置される。 Each of the spaces 23 is formed between the side walls 21 in the second direction. Each of the spaces 23 is formed between the two corresponding partition walls 22 in the first direction. Therefore, each periphery (outer circumference) of the space 23 is surrounded by the wall portion 9. Further, the spaces 23 are arranged side by side in the first direction. However, the corresponding one of the partition walls 22 is arranged between the spaces 23 adjacent to each other, and the space 23 adjacent to each other is partitioned by the corresponding one of the partition walls 22. Further, each of the partition walls 22 is arranged at a position deviated from any of the slots 18 in the first direction (longitudinal direction of the waveguide 4). Then, in the storage cavity 11, the corresponding one of the partition walls 22 is arranged between the slots 18 adjacent to each other in the first direction.
なお、第３の方向（鉛直方向）について壁部９と載置部８の載置面１３との間には、隙間が形成される。そして、載置面１３に被処理物１５が載置された状態では、第３の方向について壁部９と被処理物１５との間に隙間が形成される。すなわち、被処理物１５は、壁部９に接触しない状態で、載置面１３に載置される。 A gap is formed between the wall portion 9 and the mounting surface 13 of the mounting portion 8 in the third direction (vertical direction). Then, in the state where the object to be processed 15 is placed on the mounting surface 13, a gap is formed between the wall portion 9 and the object to be processed 15 in the third direction. That is, the object to be processed 15 is placed on the mounting surface 13 without contacting the wall portion 9.
導波管４では、長手方向（第１の方向）についてマイクロ波発生源３とは反対側の端に、反射部２５が設けられる。マイクロ波発生源３から誘電体１７に放射されたマイクロ波は、反射部２５に向かって進行波として伝達される。反射部２５は、マイクロ波発生源３からの進行波を反射する。反射部２５で反射されたマイクロ波は、誘電体１７においてマイクロ波発生源３に向かって反射波として伝達される。進行波及び反射波の進行方向は、第１の方向に対して平行又は略平行であり、スロット１８のそれぞれの開口方向（第３の方向の一方側）に対して交差する（垂直又は略垂直である）。 In the waveguide 4, a reflecting portion 25 is provided at an end opposite to the microwave generation source 3 in the longitudinal direction (first direction). The microwave radiated from the microwave generation source 3 to the dielectric 17 is transmitted as a traveling wave toward the reflecting unit 25. The reflecting unit 25 reflects the traveling wave from the microwave generation source 3. The microwave reflected by the reflecting unit 25 is transmitted as a reflected wave toward the microwave generation source 3 in the dielectric 17. The traveling directions of the traveling wave and the reflected wave are parallel or substantially parallel to the first direction and intersect (vertical or substantially vertical) with respect to the respective opening directions (one side of the third direction) of the slot 18. Is).
前述のように誘電体１７においてマイクロ波が伝達されるため、誘電体１７では、マイクロ波発生源３からの進行波及び反射部２５からの反射波によって、定在波が形成される。マイクロ波発生源３は、所定の周波数範囲のいずれかの周波数で、マイクロ波を放射する。所定の周波数範囲のいずれかの周波数でマイクロ波が伝達される場合、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する。また、所定の周波数範囲のいずれかの周波数でマイクロ波が伝達される場合、互いに対して隣り合うスロット１８の間に、定在波の節位置Ｎの対応する１つが位置する。すなわち、第１の方向について仕切り壁２２のそれぞれが配置される位置に、定在波の節位置Ｎの対応する１つが発生する。 Since the microwave is transmitted in the dielectric 17 as described above, the standing wave is formed in the dielectric 17 by the traveling wave from the microwave generation source 3 and the reflected wave from the reflecting unit 25. The microwave generation source 3 emits microwaves at any frequency in a predetermined frequency range. When microwaves are transmitted at any frequency in a predetermined frequency range, the corresponding one of the antinode positions A of the standing wave is located in each of the slots 18. Further, when microwaves are transmitted at any frequency in a predetermined frequency range, the corresponding one of the node positions N of the standing wave is located between the slots 18 adjacent to each other. That is, at the position where each of the partition walls 22 is arranged in the first direction, the corresponding one of the node positions N of the standing wave is generated.
前述のように誘電体１７を通して伝達されるマイクロ波は、スロット１８のそれぞれから、空間２３の対応する１つに照射される。ここで、前述のように、マイクロ波発生源３は、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する状態に、マイクロ波を放射する。このため、スロット１８のそれぞれから空間２３の対応する１つへ照射されるマイクロ波の強度は、確保される。 As described above, the microwave transmitted through the dielectric 17 is irradiated from each of the slots 18 to the corresponding one in the space 23. Here, as described above, the microwave generation source 3 emits microwaves in a state where the corresponding one of the antinode positions A of the standing wave is located in each of the slots 18. Therefore, the intensity of microwaves radiated from each of the slots 18 to the corresponding one of the spaces 23 is ensured.
排気機構（排気源）５は、チャンバ２の内部の収納空洞１１全体を排気する。排気機構５は、排気駆動部３１、制御弁３２及び排気ライン３３を備える。排気ライン３３は、チャンバ２の外壁等に設けられる排気口３５に、接続される。排気駆動部３１は、例えば、真空ポンプである。また、制御弁３２は、排気ライン３３において排気駆動部３１と排気口３５との間に、配置される。制御弁３２は、例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）弁等の圧力制御弁である。排気駆動部３１を作動することにより、チャンバ２の内部の収納空洞１１のガスは、排気口３５から排気ライン３３を通して排気される。 The exhaust mechanism (exhaust source) 5 exhausts the entire storage cavity 11 inside the chamber 2. The exhaust mechanism 5 includes an exhaust drive unit 31, a control valve 32, and an exhaust line 33. The exhaust line 33 is connected to an exhaust port 35 provided on the outer wall or the like of the chamber 2. The exhaust drive unit 31 is, for example, a vacuum pump. Further, the control valve 32 is arranged between the exhaust drive unit 31 and the exhaust port 35 in the exhaust line 33. The control valve 32 is a pressure control valve such as an APC (Auto Pressure Controller) valve. By operating the exhaust drive unit 31, the gas in the storage cavity 11 inside the chamber 2 is exhausted from the exhaust port 35 through the exhaust line 33.
また、排気機構（排気源）６は、チャンバ２の収納空洞１１において、空間２３のそれぞれを局所的に排気する。排気機構６は、排気駆動部４１、制御弁４２、排気ライン４３及び排気経路４５を備える。排気経路４５は、空間２３と同一の数だけ形成される。排気経路４５のそれぞれは、チャンバ２の収納空洞１１において壁部９に形成され、本実施形態では、一対の側壁２１の一方に形成される。また、排気経路４５のそれぞれは、排気口４６を有する。排気経路４５のそれぞれの排気口４６は、空間２３の対応する１つと連通する。排気口４６のそれぞれは、空間２３の対応する１つに対して、第２の方向の一方側（矢印Ｙ２側）に位置する。 Further, the exhaust mechanism (exhaust source) 6 locally exhausts each of the spaces 23 in the storage cavity 11 of the chamber 2. The exhaust mechanism 6 includes an exhaust drive unit 41, a control valve 42, an exhaust line 43, and an exhaust path 45. The number of exhaust paths 45 is the same as that of the space 23. Each of the exhaust paths 45 is formed in the wall portion 9 in the storage cavity 11 of the chamber 2, and is formed in one of the pair of side walls 21 in the present embodiment. Further, each of the exhaust paths 45 has an exhaust port 46. Each exhaust port 46 of the exhaust path 45 communicates with the corresponding one of the spaces 23. Each of the exhaust ports 46 is located on one side (arrow Y2 side) of the second direction with respect to the corresponding one of the spaces 23.
排気駆動部４１、制御弁４２及び排気ライン４３は、チャンバ２の外部に配置される。排気経路４５のそれぞれには、排気口４６とは反対側の端に、排気ライン４３が接続される。排気駆動部４１は、例えば、真空ポンプである。また、制御弁４２は、排気ライン４３において排気駆動部４１と排気経路４５のそれぞれへの接続位置との間に、配置される。制御弁４２は、例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）弁等の圧力制御弁である。排気駆動部４１を作動することにより、壁部９で囲まれた空間２３のそれぞれでは、排気口４６の対応する１つから排気経路４５の対応する１つ及び排気ライン３３を順に通して、ガスが排気される。前述のように排気機構６によって空間２３のそれぞれが排気されている状態では、空間２３のそれぞれから排気口４６の対応する１つを通して、排気経路４５の対応する１つにガスが流出する。このため、空間２３のそれぞれでは、第２の方向の一方側（排気口４６が位置する側）へ、ガスが流出する。 The exhaust drive unit 41, the control valve 42, and the exhaust line 43 are arranged outside the chamber 2. An exhaust line 43 is connected to each of the exhaust paths 45 at an end opposite to the exhaust port 46. The exhaust drive unit 41 is, for example, a vacuum pump. Further, the control valve 42 is arranged in the exhaust line 43 between the connection positions of the exhaust drive unit 41 and the exhaust path 45, respectively. The control valve 42 is a pressure control valve such as an APC (Auto Pressure Controller) valve. By operating the exhaust drive unit 41, in each of the spaces 23 surrounded by the wall portion 9, the gas is passed through the corresponding one of the exhaust ports 46, the corresponding one of the exhaust paths 45, and the exhaust line 33 in order. Is exhausted. As described above, in the state where each of the spaces 23 is exhausted by the exhaust mechanism 6, gas flows out from each of the spaces 23 through the corresponding one of the exhaust ports 46 to the corresponding one of the exhaust paths 45. Therefore, in each of the spaces 23, the gas flows out to one side in the second direction (the side where the exhaust port 46 is located).
また、排気機構（第１の排気機構）６及び排気機構（第２の排気機構）５によって排気されたガスは、回収タンク４８等に回収される。そして、回収タンク４８において、ガスを無害化する処理が行われた後、大気等に放出される。 Further, the gas exhausted by the exhaust mechanism (first exhaust mechanism) 6 and the exhaust mechanism (second exhaust mechanism) 5 is recovered in the recovery tank 48 or the like. Then, in the recovery tank 48, the gas is detoxified and then released into the atmosphere or the like.
供給機構（供給源）７は、排気機構（排気源）６による空間２３のそれぞれの排気と並行して、チャンバ２の収納空洞１１において、空間２３のそれぞれに水蒸気を含むガスを供給する。供給機構７は、タンク５１、供給駆動部５２、開閉弁５３、供給ライン５４及び供給経路５５を備える。供給経路５５は、空間２３と同一の数だけ形成される。供給経路５５のそれぞれは、チャンバ２の収納空洞１１において壁部９に形成され、本実施形態では、一対の側壁２１の中で排気経路４５が形成されない一方に形成される。また、供給経路５５のそれぞれは、供給口５６を有する。供給経路５５のそれぞれの供給口５６は、空間２３の対応する１つと連通する。供給口５６のそれぞれは、第２の方向について、空間２３の対応する１つに対して、排気口４６が位置する側とは反対側（矢印Ｙ１側）に位置する。 The supply mechanism (supply source) 7 supplies a gas containing water vapor to each of the spaces 23 in the storage cavity 11 of the chamber 2 in parallel with each exhaust of the space 23 by the exhaust mechanism (exhaust source) 6. The supply mechanism 7 includes a tank 51, a supply drive unit 52, an on-off valve 53, a supply line 54, and a supply path 55. The same number of supply paths 55 as the space 23 are formed. Each of the supply paths 55 is formed in the wall portion 9 in the storage cavity 11 of the chamber 2, and in the present embodiment, the exhaust path 45 is formed in one of the pair of side walls 21 in which the exhaust path 45 is not formed. Further, each of the supply paths 55 has a supply port 56. Each supply port 56 of the supply path 55 communicates with the corresponding one of the spaces 23. Each of the supply ports 56 is located on the side opposite to the side where the exhaust port 46 is located (arrow Y1 side) with respect to the corresponding one in the space 23 in the second direction.
タンク５１、供給駆動部５２、開閉弁５３及び供給ライン５４は、チャンバ２の外部に配置される。供給経路５５のそれぞれには、供給口５６とは反対側の端に、供給ライン５４が接続される。タンク５１には、水蒸気を含むガスが貯められる。供給駆動部５２は、例えば、ポンプである。また、開閉弁５３は、供給ライン５４において供給駆動部５２と供給経路５５のそれぞれへの接続位置との間に、配置される。開閉弁５３によって、空間２３のそれぞれへのガスの供給及び供給停止が、切替えられる。なお、開閉弁５３は、工場の配管等に接続してもよい。この場合、タンク５１及び供給駆動部５２を省略可能である。 The tank 51, the supply drive unit 52, the on-off valve 53, and the supply line 54 are arranged outside the chamber 2. A supply line 54 is connected to each of the supply paths 55 at an end opposite to the supply port 56. Gas containing water vapor is stored in the tank 51. The supply drive unit 52 is, for example, a pump. Further, the on-off valve 53 is arranged in the supply line 54 between the connection positions of the supply drive unit 52 and the supply path 55, respectively. The on-off valve 53 switches between supplying and stopping the supply of gas to each of the spaces 23. The on-off valve 53 may be connected to factory piping or the like. In this case, the tank 51 and the supply drive unit 52 can be omitted.
開閉弁５３が開かれた状態で供給駆動部５２を作動することにより、壁部９で囲まれた空間２３のそれぞれには、供給ライン５４及び供給経路５５の対応する１つを通して、水蒸気を含むガスが供給される。この際、空間２３のそれぞれには、供給口５６の対応する１つからガスが噴出される。前述のように供給機構７によって空間２３のそれぞれにガスが供給されている状態では、空間２３のそれぞれに供給口５６の対応する１つを通して、供給経路５５の対応する１つからガスが流入する。このため、空間２３のそれぞれでは、第２の方向について排気口４６が位置する側とは反対側から、すなわち、供給口５６が位置する側から、ガスが流入する。 By operating the supply drive unit 52 with the on-off valve 53 open, each of the spaces 23 surrounded by the wall portion 9 contains water vapor through the corresponding one of the supply line 54 and the supply path 55. Gas is supplied. At this time, gas is ejected from each of the spaces 23 from the corresponding one of the supply ports 56. As described above, in the state where the gas is supplied to each of the spaces 23 by the supply mechanism 7, the gas flows into each of the spaces 23 from the corresponding one of the supply paths 55 through the corresponding one of the supply ports 56. .. Therefore, in each of the spaces 23, the gas flows in from the side opposite to the side where the exhaust port 46 is located in the second direction, that is, from the side where the supply port 56 is located.
壁部９に囲まれる空間２３のそれぞれでは、供給機構７によって供給される水蒸気にスロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、プラズマ（水蒸気プラズマ）が発生する。そして、発生したプラズマによって、被処理物１５がエッチングされる。 In each of the spaces 23 surrounded by the wall portion 9, plasma (water vapor plasma) is generated by irradiating the water vapor supplied by the supply mechanism 7 with microwaves from the corresponding one of the slots 18. Then, the object to be processed 15 is etched by the generated plasma.
また、本実施形態では、空間２３のそれぞれにおいて、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気が供給される。このため、空間２３のそれぞれでは、供給口５６から排気口４６へのガスの流れが形成される。本実施形態では、空間２３のそれぞれにおけるガスの流れ方向は、第２の方向に対して平行又は略平行である。したがって、ガスの流れ方向は、マイクロ波（進行波及び反射波）の進行方向に対して交差し（垂直又は略垂直であり）、スロット１８のそれぞれの開口方向（第３の方向の一方側）に対して交差する（垂直又は略垂直である）。 Further, in the present embodiment, water vapor is supplied by the supply mechanism 7 in parallel with the exhaust by the exhaust mechanism 6 in each of the spaces 23. Therefore, in each of the spaces 23, a gas flow from the supply port 56 to the exhaust port 46 is formed. In the present embodiment, the gas flow direction in each of the spaces 23 is parallel or substantially parallel to the second direction. Therefore, the gas flow direction intersects the traveling direction of the microwave (traveling wave and reflected wave) (vertically or substantially perpendicular), and each opening direction of the slot 18 (one side of the third direction). Intersect with respect to (vertical or nearly vertical).
コントローラ１０は、例えば、コンピュータ等である。コントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。コントローラ１０は、集積回路等を１つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。コントローラ１０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。コントローラ１０は、マイクロ波発生源３からのマイクロ波の出力、排気駆動部３１及び制御弁３２の作動等の排気機構（第２の排気機構）５の作動、排気駆動部４１及び制御弁４２の作動等の排気機構（第１の排気機構）６の作動、及び、供給駆動部５２及び開閉弁５３の作動等の供給機構７の作動を制御する。したがって、コントローラ１０によって、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給が制御される。 The controller 10 is, for example, a computer or the like. The controller 10 includes a processor or integrated circuit (control circuit) including a CPU (Central Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), and a storage medium such as a memory. The controller 10 may include only one integrated circuit or the like, or may include a plurality of integrated circuits or the like. The controller 10 performs processing by executing a program or the like stored in a storage medium or the like. The controller 10 includes the output of microwaves from the microwave generation source 3, the operation of the exhaust mechanism (second exhaust mechanism) 5 such as the operation of the exhaust drive unit 31 and the control valve 32, and the operation of the exhaust drive unit 41 and the control valve 42. It controls the operation of the exhaust mechanism (first exhaust mechanism) 6 such as the operation, and the operation of the supply mechanism 7 such as the operation of the supply drive unit 52 and the on-off valve 53. Therefore, the controller 10 controls the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and the supply of gas by the supply mechanism 7.
また、供給機構７は、空間２３のそれぞれに、水蒸気と一緒にヘリウムガスを供給することが、好ましい。この場合、空間２３のそれぞれに供給されるガスには、水蒸気及びヘリウムガスが含まれる。 Further, it is preferable that the supply mechanism 7 supplies helium gas together with water vapor to each of the spaces 23. In this case, the gas supplied to each of the spaces 23 includes water vapor and helium gas.
また、排気機構５，６による排気、及び／又は、供給機構７によるガスの供給をコントローラ１０が制御（調整）することにより、空間２３のそれぞれの圧力は、０．５ｋＰａ以上３．０ｋＰａ以下の範囲に調整される。圧力が０．５ｋＰａ以上で維持されることにより、被処理物１５のエッチングレートが低くなりすぎたり、被処理物のエッチングレートのばらつきが大きくなりすぎたりすることが、有効に防止される。また、圧力が３．０ｋＰａ以下で維持されることにより、プラズマが発生しなかったり、発生したプラズマが不安定になったりすることが、有効に防止される。なお、コントローラ１０による制御（調整）は、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給の両者に対してなされるほか、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給のいずれかのみとしてもよい。すなわち、コントローラ１０による制御（調整）は、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給の少なくともいずれかを対象として行われればよい。 Further, the controller 10 controls (adjusts) the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and / or the gas supply by the supply mechanism 7, so that the respective pressures in the space 23 are 0.5 kPa or more and 3.0 kPa or less. Adjusted to range. By maintaining the pressure at 0.5 kPa or more, it is possible to effectively prevent the etching rate of the object to be processed 15 from becoming too low and the variation in the etching rate of the object to be processed from becoming too large. Further, by maintaining the pressure at 3.0 kPa or less, it is effectively prevented that plasma is not generated or the generated plasma becomes unstable. The control (adjustment) by the controller 10 is performed on both the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and the gas supply by the supply mechanism 7, as well as the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and the supply mechanism 7. It may be only one of the gas supply by. That is, the control (adjustment) by the controller 10 may be performed for at least one of the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and the gas supply by the supply mechanism 7.
ここで、プラズマ（水蒸気プラズマ）の発生、及び、プラズマによる被処理物１５のエッチングについて説明する。空間２３のそれぞれでは、前述のように水蒸気にマイクロ波が照射されることにより、ＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）及びＨラジカル（水素ラジカル）が高密度に生成される。ＯＨラジカルは、強い酸化力を有し、被処理物１５に形成されるレジスト等は、ＯＨラジカルによる酸化分解によって除去される。これにより、被処理物１５が、エッチングされる。また、Ｈラジカルは、還元力を有する。ＯＨラジカルによる酸化分解によって酸化された被処理物１５の表面は、Ｈラジカルによって還元される。 Here, the generation of plasma (water vapor plasma) and the etching of the object to be processed 15 by the plasma will be described. In each of the spaces 23, OH radicals (hydroxy radicals) and H radicals (hydrogen radicals) are generated at high densities by irradiating the water vapor with microwaves as described above. The OH radical has a strong oxidizing power, and the resist or the like formed on the object 15 to be treated is removed by oxidative decomposition by the OH radical. As a result, the object to be processed 15 is etched. In addition, H radicals have reducing power. The surface of the object to be treated 15 oxidized by oxidative decomposition by OH radicals is reduced by H radicals.
また、ＯＨラジカルは、空間２３の環境によっては、Ｈ原子及びＯ原子に解離し得る。この場合、ＯＨラジカルの解離によって、Ｈラジカルが発生され得る。したがって、ＯＨラジカルの解離が発生し易い環境では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）が、高くなる。なお、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間２３に供給されない場合は、空間２３の圧力が低下することにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。また、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間２３に供給されることにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。 Further, OH radicals can be dissociated into H atoms and O atoms depending on the environment of space 23. In this case, the dissociation of OH radicals can generate H radicals. Therefore, in an environment where dissociation of OH radicals is likely to occur, the ratio of H radicals to OH radicals (H / OH) is high. When helium gas is not supplied to the space 23 together with water vapor, the pressure in the space 23 decreases, which promotes the dissociation of OH radicals and increases the ratio of H radicals to OH radicals. Further, by supplying helium gas to the space 23 together with water vapor, the dissociation of OH radicals is promoted, and the ratio of H radicals to OH radicals becomes high.
本実施形態では、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。そして、空間２３のそれぞれの周囲（外周）は、壁部９によって囲まれる。また、空間２３のそれぞれでは、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気を含むガスが供給される。前述のような構成であるため、空間２３のそれぞれでは、プラズマの発生に適した圧力範囲まで減圧されるとともに、水蒸気の濃度が高くなる。このため、スロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、空間２３のそれぞれでは、プラズマ（水蒸気プラズマ）が安定して適切に発生する。 In this embodiment, each of the spaces 23 is adjacent to the corresponding one of the slots 18 on the side where the mounting portion 8 is located. Then, each periphery (outer circumference) of the space 23 is surrounded by the wall portion 9. Further, in each of the spaces 23, the gas containing water vapor is supplied by the supply mechanism 7 in parallel with the exhaust by the exhaust mechanism 6. Since the configuration is as described above, the pressure is reduced to a pressure range suitable for plasma generation in each of the spaces 23, and the concentration of water vapor is increased. Therefore, by irradiating the microwave from the corresponding one of the slots 18, plasma (water vapor plasma) is stably and appropriately generated in each of the spaces 23.
プラズマが安定して発生するため、空間２３のそれぞれでは、ＯＨラジカル及びＨラジカルが高密度で安定して生成される。すなわち、ＯＨラジカル及びＨラジカルが、高密度で共存する。ＯＨラジカルが高密度で安定して生成されるため、プラズマを用いたエッチングにおいて、被処理物１５のエッチングレート（レジスト等の除去レート）が高く確保される。また、Ｈラジカルが高密度で安定して生成されるため、エッチングによって酸化された被処理物１５の表面が、適切に還元される。 Since plasma is stably generated, OH radicals and H radicals are stably generated at high density in each of the spaces 23. That is, OH radicals and H radicals coexist at high density. Since OH radicals are stably generated at high density, a high etching rate (removal rate of resist or the like) of the object to be processed 15 is ensured in etching using plasma. Further, since H radicals are stably generated at high density, the surface of the object to be treated 15 oxidized by etching is appropriately reduced.
また、本実施形態では、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する状態に、マイクロ波が放射される。このため、スロット１８のそれぞれから空間２３の対応する１つへ照射されるマイクロ波の強度は、確保される。したがって、空間のそれぞれでは、プラズマ（水蒸気プラズマ）が安定してより適切に発生する。 Further, in the present embodiment, the microwave is radiated in a state where the corresponding one of the antinode positions A of the standing wave is located in each of the slots 18. Therefore, the intensity of microwaves radiated from each of the slots 18 to the corresponding one of the spaces 23 is ensured. Therefore, plasma (water vapor plasma) is stably and more appropriately generated in each of the spaces.
また、本実施形態では、空間２３のそれぞれにおいてＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）が１以上になる状態に、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給が調整されることが、好ましい。すなわち、Ｈラジカルの量がＯＨラジカルの量以上になることが、好ましい。これにより、Ｈラジカルによる被処理物１５の表面の還元処理が促進され、被処理物１５の表面の酸化がより抑制される。 Further, in the present embodiment, the exhaust by the exhaust mechanisms 5 and 6 and the gas supply by the supply mechanism 7 are performed in a state where the ratio (H / OH) of H radicals to OH radicals is 1 or more in each of the spaces 23. It is preferable to be adjusted. That is, it is preferable that the amount of H radicals is equal to or greater than the amount of OH radicals. As a result, the reduction treatment of the surface of the object to be treated 15 by H radicals is promoted, and the oxidation of the surface of the object to be treated 15 is further suppressed.
また、本実施形態では、水蒸気と一緒にヘリウムガスが空間２３のそれぞれに供給機構７によって供給されることが、好ましい。これにより、空間２３のそれぞれにおいて、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。したがって、Ｈラジカルによる被処理物１５の表面の還元処理が促進され、被処理物１５の表面の酸化がより抑制される。 Further, in the present embodiment, it is preferable that helium gas is supplied to each of the spaces 23 together with water vapor by the supply mechanism 7. As a result, the dissociation of OH radicals is promoted in each of the spaces 23, and the ratio of H radicals to OH radicals increases. Therefore, the reduction treatment of the surface of the object to be treated 15 by H radicals is promoted, and the oxidation of the surface of the object to be treated 15 is further suppressed.
（実施形態に関する検証）
また、前述の実施形態等に関連する検証を行った。検証では、前述の空間２３と同様に空間において、排気と並行して、水蒸気を含むガスを供給した。また、検証では、前述のマイクロ波発生源３及び導波管４等と同様のマイクロ波発生源及び導波管を用いて、水蒸気が供給される空間に、導波管のスロットからマイクロ波を照射した。この際、マイクロ波の電力は、１００Ｗとした。そして、前述の実施形態等と同様にして、水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させた。
(Verification regarding the embodiment)
In addition, verification related to the above-described embodiment and the like was performed. In the verification, a gas containing water vapor was supplied in parallel with the exhaust in the space as in the above-mentioned space 23. Further, in the verification, the microwave is transmitted from the slot of the waveguide into the space where the water vapor is supplied by using the same microwave source and the waveguide as the above-mentioned microwave source 3 and the waveguide 4. Irradiated. At this time, the microwave power was set to 100 W. Then, in the same manner as in the above-described embodiment, plasma was generated in space by irradiating water vapor with microwaves.
検証では、前述のように空間においてプラズマが発生している状態において、発光分光分析を行い、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）を検出した。発光分光分析による検証では、３つの条件γ１，γ２，γ３において、発光分光分析のスペクトルを取得した。そして、取得したスペクトルから、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を算出した。 In the verification, emission spectroscopic analysis was performed in a state where plasma was generated in space as described above, and the ratio of H radicals to OH radicals (H / OH) was detected. In the verification by emission spectroscopic analysis, the spectra of emission spectroscopic analysis were acquired under three conditions γ1, γ2, and γ3. Then, from the acquired spectrum, the ratio of H radicals to OH radicals was calculated for each of the conditions γ1 to γ3.
図４Ａは条件γ１において取得したスペクトル、図４Ｂは条件γ２において取得したスペクトル、図４Ｃは条件γ３において取得したスペクトルを示す。図４Ａ乃至図４Ｃのそれぞれでは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に発光強度を正規化した任意単位（arbitrary unit）で示す。ここで、条件γ１では、空間にガスとして水蒸気のみを供給し、ヘリウムガスは供給しなかった。そして、空間の圧力を１．４ｋＰａで維持した。条件γ２では、条件γ１と同様に、空間にガスとした水蒸気のみを供給した。ただし、条件γ２では、空間の圧力を０．８ｋＰａとした。また、条件γ３では、空間に水蒸気と一緒にヘリウムガスを供給した。そして、空間の圧力を２．９ｋＰａで維持した。 FIG. 4A shows the spectrum acquired under the condition γ1, FIG. 4B shows the spectrum acquired under the condition γ2, and FIG. 4C shows the spectrum acquired under the condition γ3. In each of FIGS. 4A to 4C, the horizontal axis represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the emission intensity in a normalized arbitrary unit (arbitrary unit). Here, under the condition γ1, only water vapor was supplied to the space as a gas, and helium gas was not supplied. Then, the pressure in the space was maintained at 1.4 kPa. Under the condition γ2, as in the condition γ1, only water vapor as a gas was supplied to the space. However, under the condition γ2, the pressure in the space was set to 0.8 kPa. Further, under the condition γ3, helium gas was supplied to the space together with water vapor. Then, the pressure in the space was maintained at 2.9 kPa.
図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、発光分光分析のスペクトルでは、ＯＨラジカルを示すスペクトルのピークは、波長が３０８ｎｍの位置に、現れる。そして、Ｈα（原子状水素）を示すスペクトルのピークは、波長が６５６ｎｍの位置に、現れる。ここで、Ｈαは、空間におけるＨラジカルの存在を示唆するものである。検証では、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、ＯＨラジカルの発光強度（波長が３０８ｎｍの位置での発光強度）に対するＨαの発光強度（波長が６５６ｎｍの位置での発光強度）の比率を算出した。そして、算出した比率を、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率とした。すなわち、発光分析におけるＯＨラジカルに由来するピーク強度に対するＨラジカルに由来するピーク強度の比率を、前述の比率として算出した。 As shown in FIGS. 4A to 4C, in the spectrum of emission spectroscopy, the peak of the spectrum showing OH radical appears at a wavelength of 308 nm. Then, the peak of the spectrum showing Hα (atomic hydrogen) appears at the position where the wavelength is 656 nm. Here, Hα suggests the presence of H radicals in space. In the verification, the ratio of the emission intensity of Hα (emission intensity at the wavelength of 656 nm) to the emission intensity of OH radicals (emission intensity at the wavelength of 308 nm) was calculated for each of the conditions γ1 to γ3. Then, the calculated ratio was taken as the ratio of H radicals to OH radicals. That is, the ratio of the peak intensity derived from H radical to the peak intensity derived from OH radical in the luminescence analysis was calculated as the above-mentioned ratio.
条件γ１では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、０．４１となった。また、条件γ２では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、０．７５となり、条件γ１に比べて高くなった。このため、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間に供給されない場合は、空間の圧力が低いほど、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなることが、実証された。また、条件γ３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、１．１３になり、条件γ１，γ２に比べて高くなった。このため、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間に供給されることにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなることが、実証された。 Under the condition γ1, the ratio of H radicals to OH radicals was 0.41. Further, under the condition γ2, the ratio of H radicals to OH radicals was 0.75, which was higher than that under the condition γ1. Therefore, it was demonstrated that when helium gas is not supplied to the space together with water vapor, the lower the pressure in the space, the more the dissociation of OH radicals is promoted and the ratio of H radicals to OH radicals increases. Further, under the condition γ3, the ratio of H radicals to OH radicals was 1.13, which was higher than that of the conditions γ1 and γ2. Therefore, it was demonstrated that the supply of helium gas to the space together with water vapor promotes the dissociation of OH radicals and increases the ratio of H radicals to OH radicals.
また、検証では、前述の条件γ１〜γ３のそれぞれにおいて、載置部８と同様の載置部に被処理物を載置し、空間に発生するプラズマ（水蒸気プラズマ）を用いて被処理物をエッチングした。被処理物としては、ニッケル（Ｎｉ）膜の表面に厚さ１０μｍのレジストが形成された部材を用いた。検証では、前述の条件γ１〜γ３のそれぞれにおいて、プラズマを用いてレジストをエッチングした。エッチングは、前述した発光分光分析のスペクトルが取得される条件下で、１２０秒間継続して行った。そして、エッチングを行った後、ニッケル膜の表面を、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）により分析した。検証では、Ｘ線光電子分光法によって、Ｎｉ２Ｐ２／３の範囲をナロースキャン分析し、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、Ｎｉ２Ｐ２／３の範囲のナロースペクトルを取得した。 Further, in the verification, under each of the above-mentioned conditions γ1 to γ3, the object to be processed is placed on the same mounting portion as the mounting portion 8, and the object to be processed is subjected to plasma (water vapor plasma) generated in the space. Etched. As the object to be treated, a member in which a resist having a thickness of 10 μm was formed on the surface of a nickel (Ni) film was used. In the verification, the resist was etched using plasma under each of the above-mentioned conditions γ1 to γ3. The etching was continued for 120 seconds under the condition that the spectrum of the emission spectroscopic analysis described above was acquired. Then, after etching, the surface of the nickel film was analyzed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). In the verification, the range of Ni2P 2/3 was narrow-scan analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, and narrow spectra in the range of Ni2P 2/3 were obtained for each of the conditions γ1 to γ3.
図５Ａは、条件γ１〜γ３のそれぞれでエッチングを行った後において、Ｘ線光電子分光法によるニッケル膜の表面の分析によって取得したＮｉ２Ｐ２／３の範囲のナロースペクトルを示す。図５Ａでは、横軸に結合エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸に電子カウントを任意単位（arbitrary unit）で示す。図５Ａに示すように、条件γ１，γ２のそれぞれでのエッチング後に取得したナロースペクトルでは、結合エネルギーがＮｉ−Ｏ結合になる範囲又はＮｉ２Ｏ３結合になる範囲に、ピークが検出された。一方、条件γ３でのエッチング後に取得したナロースペクトルでは、結合エネルギーが金属結合であるＮｉ−Ｎｉ結合になる範囲に、ピークが検出された。 FIG. 5A shows a narrow spectrum in the range of Ni2P 2/3 obtained by analyzing the surface of the nickel film by X-ray photoelectron spectroscopy after etching under each of the conditions γ1 to γ3. In FIG. 5A, the horizontal axis represents the binding energy (eV), and the vertical axis represents the electron count in an arbitrary unit (arbitrary unit). As shown in FIG. 5A, conditions .gamma.1, the narrow spectrum acquired after etching in each .gamma.2, ranges binding energy of the range or Ni 2 O 3 bonds become Ni-O bond peaks were detected. On the other hand, in the narrow spectrum acquired after etching under the condition γ3, a peak was detected in the range where the binding energy becomes a Ni—Ni bond which is a metal bond.
このため、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高い条件γ３でのエッチングでは、条件γ１，γ２のそれぞれでのエッチングに比べて、Ｈラジカルの還元反応によって被処理物の表面の酸化が抑制されることが、実証された。ここで、条件γ３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率は、１以上になる。これに対して、条件γ１，γ２のそれぞれでは、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率は、１より小さい。このため、前述の比率を１以上にすることにより、比率が１より小さい場合に比べて、Ｈラジカルの還元反応が促進され、被処理物の酸化がより有効に抑制されることが、実証された。 Therefore, in the etching under the condition γ3 in which the ratio of the H radical to the OH radical is high, the oxidation of the surface of the object to be treated is suppressed by the reduction reaction of the H radical as compared with the etching under each of the conditions γ1 and γ2. However, it was proved. Here, under the condition γ3, the ratio of H radicals to OH radicals is 1 or more. On the other hand, under each of the conditions γ1 and γ2, the ratio of H radicals to OH radicals is smaller than 1. Therefore, it has been demonstrated that by setting the above ratio to 1 or more, the reduction reaction of H radicals is promoted and the oxidation of the object to be treated is suppressed more effectively than when the ratio is smaller than 1. It was.
また、被処理物として銅板を用いて別の検証を行った。この検証では、前述の検証と同様にして、被処理物である銅板を載置部に載置した。また、前述の検証と同様にして、空間にプラズマ（水蒸気プラズマ）を発生させた。本検証では、プラズマによって、銅板を表面改質させた。プラズマによる銅板の表面改質は、合計４回行った。また、プラズマによる４回の表面改質のそれぞれでは、１２０秒間継続してプラズマを発生させた。そして、１回目から３回目の表面改質のそれぞれを行った後は、ある程度の時間が経過してから、次回の表面改質を行った。 In addition, another verification was performed using a copper plate as the object to be treated. In this verification, a copper plate, which is an object to be treated, was placed on the mounting portion in the same manner as in the above verification. Further, in the same manner as in the above verification, plasma (water vapor plasma) was generated in the space. In this verification, the surface of the copper plate was modified by plasma. The surface modification of the copper plate by plasma was performed a total of 4 times. Further, in each of the four surface modifications by plasma, plasma was continuously generated for 120 seconds. Then, after each of the first to third surface modifications was performed, the next surface modification was performed after a certain amount of time had elapsed.
ここで、１回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．３４になる状態で、プラズマを発生させた。２回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．３３になる状態で、プラズマを発生させた。３回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１になる状態で、プラズマを発生させた。４回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．９１になる状態で、プラズマを発生させた。なお、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）は、前述の検証と同様に、発光分光分析により検出した。 Here, in the first surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 0.34. In the second surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 0.33. In the third surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 1. In the fourth surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 0.91. The ratio of H radicals to OH radicals (H / OH) was detected by emission spectroscopic analysis in the same manner as in the above verification.
また、検証では、銅板の表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）により分析した。Ｘ線光電子分光法による分析は、合計５回行った。１回目の分析は、１回目の表面改質を行う前の状態β１において、行った。２回目の分析は、１回目の表面改質を行った直後の状態β２において、行った。３回目の分析は、２回目の表面改質を行った直後の状態β３において、行った。４回目の分析は、３回目の表面改質を行った直後の状態β４において、行った。５回目の分析は、４回目の表面改質を行った直後の状態β５において、行った。検証では、Ｘ線光電子分光法によって、ＣｕＡｕｇｅｒの範囲をナロースキャン分析し、状態β１〜β５のそれぞれについて、ＣｕＡｕｇｅｒの範囲のナロースペクトルを取得した。 In the verification, the surface of the copper plate was analyzed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The analysis by X-ray photoelectron spectroscopy was performed a total of 5 times. The first analysis was performed in the state β1 before the first surface modification. The second analysis was performed in the state β2 immediately after the first surface modification. The third analysis was performed in the state β3 immediately after the second surface modification. The fourth analysis was performed in the state β4 immediately after the third surface modification. The fifth analysis was performed in the state β5 immediately after the fourth surface modification. In the verification, the range of CuAuger was narrow-scanned by X-ray photoelectron spectroscopy, and narrow spectra in the range of CuAuger were obtained for each of the states β1 to β5.
図５Ｂは、状態β１〜β５のそれぞれにおいて、Ｘ線光電子分光法による銅板の表面の分析によって取得したＣｕＡｕｇｅｒの範囲のナロースペクトルを示す。図５Ｂでは、横軸に結合エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸に電子カウントを任意単位（arbitrary unit）で示す。前述のように、１回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が小さい状態で、プラズマが発生させた。そして、１回目の表面改質を行った直後の状態β２でのナロースペクトルでは、１回目の表面改質を行う前の状態β１でのナロースペクトルに比べて、結合エネルギーがＣｕ−Ｏ結合になる範囲及びＣｕ２Ｏ結合になる範囲の成分が増加した。すなわち、１回目の表面改質によって、銅板の表面が酸化された。 FIG. 5B shows narrow spectra in the CuAuger range obtained by analysis of the surface of the copper plate by X-ray photoelectron spectroscopy in each of the states β1 to β5. In FIG. 5B, the horizontal axis represents the binding energy (eV), and the vertical axis represents the electron count in an arbitrary unit (arbitrary unit). As described above, in the first surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was small. Then, in the narrow spectrum in the state β2 immediately after the first surface modification, the binding energy becomes a Cu—O bond as compared with the narrow spectrum in the state β1 before the first surface modification. The components in the range and the range of Cu 2 O bonds increased. That is, the surface of the copper plate was oxidized by the first surface modification.
一方、前述のように、３回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１になる状態で、プラズマが発生させた。そして、３回目の表面改質を行った直後の状態β４でのナロースペクトルでは、２回目の表面改質を行った直後の状態β３でのナロースペクトルに比べて、結合エネルギーが金属結合であるＣｕ−Ｃｕ結合になる範囲の成分が増加した。すなわち、３回目の表面改質によって、銅板の表面が還元された。したがって、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を１以上にすることにより、Ｈラジカルによる還元反応が促進され、被処理物の酸化がより有効に抑制されることが、実証された。 On the other hand, as described above, in the third surface modification, plasma was generated in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 1. Then, in the narrow spectrum in the state β4 immediately after the third surface modification, the binding energy is Cu which is a metal bond as compared with the narrow spectrum in the state β3 immediately after the second surface modification. The components in the range of −Cu bonds increased. That is, the surface of the copper plate was reduced by the third surface modification. Therefore, it was demonstrated that by setting the ratio of H radicals to OH radicals to 1 or more, the reduction reaction by H radicals is promoted and the oxidation of the object to be treated is suppressed more effectively.
また、別の検証では、条件α１〜α３のそれぞれにおいて、被処理物に形成されるカーボン膜をエッチングし、エッチングレート（カーボン膜の除去レート）を測定した。条件α１では、硫酸及び過酸化水素水を用いて薬液によるエッチングを行った。条件α２では、プラズマを用いて、エッチングを行った。ただし、条件α２では、水蒸気ではなく酸素を空間に供給し、酸素のプラズマによってエッチングを行った。条件α３では、前述の検証等と同様に、空間に水蒸気を供給し、水蒸気のプラズマを用いてエッチングを行った。条件α３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１．２３になる状態で、空間に水蒸気を供給等し、プラズマを発生させた。 In another verification, the carbon film formed on the object to be treated was etched under each of the conditions α1 to α3, and the etching rate (removal rate of the carbon film) was measured. Under condition α1, etching with a chemical solution was performed using sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. Under condition α2, etching was performed using plasma. However, under the condition α2, oxygen was supplied to the space instead of water vapor, and etching was performed by oxygen plasma. Under condition α3, water vapor was supplied to the space and etching was performed using the plasma of water vapor, as in the above-mentioned verification and the like. Under the condition α3, plasma was generated by supplying water vapor or the like to the space in a state where the ratio of H radicals to OH radicals was 1.23.
条件α１では、エッチングレートが１０６ｎｍ／ｍｉｎとなり、条件α２では、エッチングレートが５１４ｎｍ／ｍｉｎとなった。また、条件α３では、エッチングレートが７１４ｎｍ／ｍｉｎとなり、条件α１に対して約７倍速く、条件α２に対して１．４倍速くなった。したがって、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１以上になる状態等、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高い状態でも、前述のようにして水蒸気のプラズマを用いて被処理物をエッチングすることにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されることが、実証された。 Under condition α1, the etching rate was 106 nm / min, and under condition α2, the etching rate was 514 nm / min. Further, under the condition α3, the etching rate was 714 nm / min, which was about 7 times faster than the condition α1 and 1.4 times faster than the condition α2. Therefore, even in a state where the ratio of H radicals to OH radicals is high, such as a state where the ratio of H radicals to OH radicals is 1 or more, the object to be processed is etched by using the plasma of water vapor as described above. It was demonstrated that a high etching rate of the processed material was secured.
（変形例）
なお、前述の実施形態ではチャンバ２が設けられるが、ある変形例では、チャンバ２が設けられない。この場合、排気機構５は、設けられない。ただし、本変形例でも、壁部９によって囲まれる空間２３が１つ以上形成され、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。また、空間２３のそれぞれでは、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気を含むガスが供給される。そして、空間２３のそれぞれに、スロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、前述のようにプラズマ（水蒸気プラズマ）が生成される。
(Modification example)
In the above-described embodiment, the chamber 2 is provided, but in a modified example, the chamber 2 is not provided. In this case, the exhaust mechanism 5 is not provided. However, also in this modification, one or more spaces 23 surrounded by the wall portion 9 are formed, and each of the spaces 23 is adjacent to the corresponding one of the slots 18 on the side where the mounting portion 8 is located. .. Further, in each of the spaces 23, the gas containing water vapor is supplied by the supply mechanism 7 in parallel with the exhaust by the exhaust mechanism 6. Then, by irradiating each of the spaces 23 with microwaves from the corresponding one of the slots 18, plasma (water vapor plasma) is generated as described above.
また、水蒸気のプラズマを用いて被処理物をエッチングするプラズマ処理装置の構成は、前述したプラズマ処理装置の構成に特に、限定されるものではない。 Further, the configuration of the plasma processing apparatus that etches the object to be processed using the plasma of water vapor is not particularly limited to the configuration of the plasma processing apparatus described above.
これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例のプラズマ処理装置では、スロットから載置部の側にマイクロ波を照射可能であり、スロットに対して載置部の側に隣接する空間の周囲は、壁部によって囲まれる。また、供給機構は、壁部で囲まれる空間に水蒸気を含むガスを供給する。これにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理装置を提供することができる。 In the plasma processing apparatus of at least one of these embodiments or embodiments, microwaves can be irradiated from the slot to the side of the mounting portion, and the circumference of the space adjacent to the mounting portion side with respect to the slot is a wall. Surrounded by departments. Further, the supply mechanism supplies a gas containing water vapor to the space surrounded by the wall portion. This makes it possible to provide a plasma processing apparatus in which the etching rate of the object to be processed is ensured to be high.
また、これら少なくとも一つの実施形態又は実施例のプラズマ処理方法では、水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させる。そして、プラズマが発生している空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、空間の排気及び空間へのガスの供給の少なくともいずれかが、調整される。これにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理方法を提供することができる。 Further, in the plasma treatment method of at least one of these embodiments or examples, plasma is generated in space by irradiating water vapor with microwaves. Then, at least one of the exhaust gas of the space and the supply of gas to the space is adjusted so that the OH radical and the H radical coexist in the space where the plasma is generated. This makes it possible to provide a plasma processing method in which a high etching rate of the object to be processed is ensured.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１…プラズマ処理装置、２…チャンバ、３…マイクロ波発生源、４…導波管、５，６…排気機構（排気源）、７…供給機構（供給源）、８…載置部、９…壁部、１０…コントローラ、１１…収納空洞、１５…被処理物、１７…誘電体、２３…空間、４５…排気経路、４６…排気口、５５…供給経路、５６…供給口。 1 ... Plasma processing device, 2 ... Chamber, 3 ... Microwave source, 4 ... Waveguide, 5, 6 ... Exhaust mechanism (exhaust source), 7 ... Supply mechanism (supply source), 8 ... Mounting part, 9 ... wall, 10 ... controller, 11 ... storage cavity, 15 ... object to be processed, 17 ... dielectric, 23 ... space, 45 ... exhaust path, 46 ... exhaust port, 55 ... supply path, 56 ... supply port.
Claims (8)
前記載置部を向く面に形成されるスロットを備え、内部を伝達したマイクロ波を前記スロットから前記載置部の側に照射可能に構成される導波管と、
前記スロットに対して前記載置部の側に隣接する空間の周囲を囲む壁部と、
前記空間の内部を排気及び減圧する排気機構と、
前記壁部で囲まれる前記空間に水蒸気を含むガスを供給する供給機構と、
を具備する、プラズマ処理装置。 A mounting part on which the object to be processed can be placed,
A waveguide that has a slot formed on the surface facing the above-mentioned mounting portion and is configured to be able to irradiate the microwave transmitted inside from the slot to the side of the above-mentioned mounting portion.
A wall portion that surrounds the space adjacent to the slot on the side of the above-mentioned placement portion,
An exhaust mechanism that exhausts and decompresses the inside of the space,
A supply mechanism that supplies a gas containing water vapor to the space surrounded by the wall portion,
A plasma processing apparatus.
前記導波管は、前記マイクロ波発生源から放射された前記マイクロ波を反射する反射部を備える、
請求項１のプラズマ処理装置。 A microwave generation source that generates the microwave and radiates the generated microwave inside the waveguide is further provided.
The waveguide includes a reflector that reflects the microwave radiated from the microwave source.
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記マイクロ波発生源は、前記定在波の腹位置が前記スロットに位置する周波数で、前記導波管の前記内部に前記マイクロ波を放射する、
請求項２のプラズマ処理装置。 The reflecting portion is arranged so that a standing wave of the microwave can be formed inside the waveguide by the traveling wave of the microwave from the microwave generation source and the reflected wave of the microwave from the reflecting portion. Being done
The microwave generation source radiates the microwave into the inside of the waveguide at a frequency at which the antinode position of the standing wave is located in the slot.
The plasma processing apparatus according to claim 2.
前記マイクロ波が照射される前記空間を排気し、前記空間を減圧することと、
前記空間の排気と並行して前記空間に水蒸気を含むガスを供給し、供給した前記水蒸気への前記マイクロ波の照射によって、前記空間においてプラズマを発生させることと、
発生した前記プラズマを用いて被処理物をエッチングすることと、
前記プラズマが発生している前記空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、前記空間の排気及び前記空間への前記ガスの供給の少なくともいずれかを調整することと、
を具備するプラズマ処理方法。 Irradiating the space with microwaves
Exhausting the space to which the microwave is irradiated and depressurizing the space
A gas containing water vapor is supplied to the space in parallel with the exhaust of the space, and the supplied water vapor is irradiated with the microwave to generate plasma in the space.
Etching the object to be processed using the generated plasma
Adjusting at least one of the exhaust of the space and the supply of the gas to the space so that OH radicals and H radicals coexist in the space where the plasma is generated.
A plasma processing method comprising.
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