RU2249883C1 - Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers - Google Patents
Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249883C1 RU2249883C1 RU2003122591/28A RU2003122591A RU2249883C1 RU 2249883 C1 RU2249883 C1 RU 2249883C1 RU 2003122591/28 A RU2003122591/28 A RU 2003122591/28A RU 2003122591 A RU2003122591 A RU 2003122591A RU 2249883 C1 RU2249883 C1 RU 2249883C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- inductor
- inner diameter
- plates
- substrate holder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области плазмохимической обработки пластин и может быть использовано, в частности, в фотолитографии на операциях удаления фоторезиста и радикального травления различных полупроводниковых слоев в технологии изготовления ИС.The invention relates to the field of plasma-chemical processing of wafers and can be used, in particular, in photolithography for the removal of photoresist and radical etching of various semiconductor layers in the manufacturing technology of ICs.
Известно устройство для плазмохимического удаления фоторезиста [1], содержащее реактор, выполненный в виде кварцевой трубы, на части длины которой навита катушка индуктивности, соединенная с ВЧ-генератором. С одной стороны трубы вводится реакционный газ, а с противоположной - откачивается. С этой же стороны расположен подложкодержатель для размещения обрабатываемых пластин с нанесенной пленкой фоторезиста.A device for plasma-chemical removal of photoresist [1], containing a reactor made in the form of a quartz tube, on the part of the length of which is wound an inductor connected to an RF generator. Reaction gas is introduced from one side of the pipe, and pumped out from the opposite. On the same side there is a substrate holder for accommodating the processed plates with a coated photoresist film.
Недостатки известного устройства заключаются в низкой скорости удаления фоторезиста из-за неэффективной системы активации газа. Для получения высоких скоростей и качества удаления фоторезиста при использовании неэффективной системы активации газа необходимы режимы с высокой скоростью протока газа (0,5-10 м/с), давлением (150-1000) Па, плотностью до 1-10 Вт/см3. При увеличении диаметра обрабатываемых пластин (150, 200 мм и более) для получения приемлемой равномерности обработки необходимо увеличивать диаметр цилиндрической камеры. Но уже при диаметре камеры свыше 100 мм процесс становится экономически невыгодным из-за высоких расходов газа (свыше 100 л/мин), высокой потребляемой мощности генератора (более 2 кВт), что приводит к большим энергозатратам. Кроме того, поскольку пластина находится в контакте с плазмой и подвергается интенсивной бомбардировке заряженными частицами и УФ-излучению плазмы, то наблюдается высокий уровень радиационных повреждений обрабатываемой поверхности. Это не позволяет использовать известное устройство в технологии производства СБИС.The disadvantages of the known device are the low removal rate of the photoresist due to an ineffective gas activation system. To obtain high speeds and the quality of photoresist removal when using an ineffective gas activation system, modes with a high gas flow rate (0.5-10 m / s), pressure (150-1000) Pa, and density up to 1-10 W / cm 3 are necessary. When increasing the diameter of the processed plates (150, 200 mm or more), in order to obtain an acceptable uniformity of processing, it is necessary to increase the diameter of the cylindrical chamber. But even with a chamber diameter of more than 100 mm, the process becomes economically unprofitable due to high gas consumption (over 100 l / min), high power consumption of the generator (more than 2 kW), which leads to high energy consumption. In addition, since the plate is in contact with the plasma and is subjected to intense bombardment by charged particles and plasma UV radiation, a high level of radiation damage to the treated surface is observed. This does not allow the use of the known device in the production technology of VLSI.
Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для плазмохимической индивидуальной обработки пластин [2]. Известное устройство (фиг.1) содержит активационную камеру 1, выполненную в виде трубы из диэлектрического материала с патрубком напуска 2 рабочего газа, индуктор, выполненный в виде катушки индуктивности 3, навитой снаружи трубы на части ее длины и соединенной с ВЧ-генератором 4, реакционную камеру 5 с патрубком откачки 6 газов. Между активационной и реакционной камерами установлены один или два металлических экрана, выполненных в виде диска с цилиндрическими отверстиями. В основании реакционной камеры установлен термостабилизированный подложкодержатель.Of the known closest in technical essence and the achieved result is a device for plasma-chemical individual processing of plates [2]. The known device (figure 1) contains an activation chamber 1, made in the form of a pipe made of dielectric material with a nozzle for
Недостатками известного устройства являются низкая скорость удаления фоторезиста, радиационные повреждения обрабатываемой поверхности, большой расход газа. Это связано с тем, что в условиях, отвечающих характерным режимам работы плазмохимического реактора при давлении 50-150 Па, в индукторе с большим числом витков реализуется емкостная фаза разряда, характеризующаяся невысокой степенью активации газа, так как вихревая составляющая электрического поля в плазме недостаточна для возбуждения кольцевого разряда. Известное устройство предназначено для обработки пластин диаметром 100 мм. С увеличением размера пластин, который в настоящее время в производстве СБИС составляет 150-300 мм, необходимо увеличивать диаметр активационной камеры. Он должен быть по крайней мере равен диаметру пластин, так как в противном случае ухудшается равномерность обработки. И в этом случае разряд в устройстве становится еще менее интенсивным. Для пластин диаметром 100 мм скорость удаления фоторезиста составляет величину 0,5 мкм/мин и с увеличением диаметра обрабатываемых пластин уменьшается.The disadvantages of the known device are the low removal rate of the photoresist, radiation damage to the treated surface, high gas consumption. This is due to the fact that under conditions corresponding to the characteristic operating conditions of a plasma chemical reactor at a pressure of 50-150 Pa, a capacitive discharge phase is realized in an inductor with a large number of turns, characterized by a low degree of gas activation, since the vortex component of the electric field in the plasma is insufficient to excite ring discharge. The known device is intended for processing plates with a diameter of 100 mm. With the increase in the size of the plates, which is currently 150-300 mm in the production of VLSI, it is necessary to increase the diameter of the activation chamber. It should be at least equal to the diameter of the plates, since otherwise the uniformity of processing is impaired. And in this case, the discharge in the device becomes even less intense. For plates with a diameter of 100 mm, the photoresist removal rate is 0.5 μm / min and decreases with increasing diameter of the processed plates.
Кроме того, электростатическое напряжение к разряду приложено также со стороны индуктора, на витки которого подается большое (порядка 2 кВ) напряжение с выходного контура генератора. Емкостное замыкание ВЧ-тока на подложкодержатель приводит к распространению плазмы по направлению к пластине и интенсивной бомбардировке пластины заряженными частицами. А это, в свою очередь, приводит к изменению зарядовых состояний границы раздела Si-SiO2, пробою тонкого оксида SiO2, толщина которого в настоящее время в производстве СБИС менее 100 
Возможность размещения между активационной и реакционной камерами экранов несколько снижает уровень радиационных повреждений, но незначительно. Это вызвано тем, что экраны представляют собой плоские диски диаметром 130 мм, толщиной 3 мм, с 938 отверстиями диаметром 2,5 мм с шагом 3,5 мм.The possibility of placing screens between the activation and reaction chambers somewhat reduces the level of radiation damage, but only slightly. This is because the screens are flat discs with a diameter of 130 mm, a thickness of 3 mm, with 938 holes with a diameter of 2.5 mm in increments of 3.5 mm.
Разряд замыкается на экраны, емкостное поле ускоряет заряженные частицы, и они проскакивают через отверстие диаметром 2,5 мм в реакционную камеру. Кроме того, две сетки с указанными характеристиками (диаметром 2,5 мм, шаг 3,5 мм) не закрывают пластину от УФ-излучения разряда, сосредоточенного вблизи от сеток, и, следовательно, не исключено радиационное повреждение поверхности вследствие воздействия высокоэнергетичных УФ-квантов.The discharge closes on the screens, the capacitive field accelerates the charged particles, and they slip through a hole with a diameter of 2.5 mm into the reaction chamber. In addition, two grids with the indicated characteristics (2.5 mm in diameter, 3.5 mm pitch) do not cover the plate from the UV radiation of a discharge concentrated near the grids, and, therefore, radiation damage to the surface due to the action of high-energy UV quanta is not excluded .
Для увеличения защитных свойств экранов необходимо уменьшать диаметр отверстий и увеличивать шаг их расположения. Но при этом уменьшается прозрачность сетки для газового потока, которая составляет Кг=0,35.To increase the protective properties of the screens, it is necessary to reduce the diameter of the holes and increase the pitch of their location. But this decreases the transparency of the mesh for the gas stream, which is K g = 0.35.
где soткp - открытая часть площади экрана;where s otkp - the open part of the screen area;
Sэ - общая площадь экрана.S e - total screen area.
Это приводит к уменьшению скорости удаления фоторезиста.This leads to a decrease in the removal rate of the photoresist.
В известном устройстве (с низкой степенью активации газа и экранами с низкой прозрачностью) для обеспечения скоростей удаления фоторезиста порядка 1 мкм/мин, приемлемых для индивидуальной обработки, необходимо увеличивать расход газа до величины порядка 5-10 л/мин и оснащать установки более производительными, дорогостоящими средствами откачки, что приводит к удорожанию процесса.In the known device (with a low degree of gas activation and screens with low transparency), to ensure photoresist removal rates of the order of 1 μm / min acceptable for individual processing, it is necessary to increase the gas flow rate to the order of 5-10 l / min and equip the plants with more efficient ones, expensive means of pumping, which leads to an increase in the cost of the process.
Целью предложенного изобретения является повышение скорости и качества обработки пластин, а также удешевление процесса обработки за счет снижения расхода газа и снижения энергетических затрат на проведение процесса.The aim of the proposed invention is to increase the speed and quality of processing plates, as well as the cost of the processing process by reducing gas consumption and reducing energy costs for the process.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для плазмохимической обработки полупроводниковых пластин, содержащее активационную камеру, выполненную в виде трубы из диэлектрического материала с патрубком напуска рабочего газа, индуктор, выполненный в виде катушки индуктивности, навитой снаружи трубы на части ее длины и соединенной с ВЧ-генератором, реакционную камеру с патрубком откачки газов, экранирующими сетками, расположенными у основания трубы и термостабилизированным подложкодержателем, установленным в основании камеры, дополнительно снабжено заземленным экраном, выполненным в виде цилиндра из проводящего немагнитного материала, имеющего по крайней мере один разрез вдоль образующей цилиндра, и установленным между индуктором и трубой, а экранирующие сетки в устройстве выполнены в виде набора тонких металлических пластин, установленных параллельно друг другу под заданным углом к подложкодержателю, в цилиндрическом держателе, внутренний диаметр которого превышает максимальный диаметр обрабатываемых пластин, при этом угол наклона, количество и параметры пластин выбирают из условия прозрачности сетки для газового потока и перекрытия пластинами друг друга не более чем наполовину, кроме того, подложкодержатель установлен от последнего витка катушки на расстоянии не более четырех и не менее 0,6 внутреннего диаметра трубы, а количество витков катушки выбирают из условия возбуждения интенсивного разряда в области индуктора в зависимости от выходного напряжения генератора и внутреннего диаметра трубы, исходя из соотношения:This goal is achieved by the fact that the device for plasma-chemical processing of semiconductor wafers containing an activation chamber made in the form of a pipe made of a dielectric material with a working gas inlet pipe, an inductor made in the form of an inductance coil wound from the outside of the pipe over part of its length and connected to the RF a generator, a reaction chamber with a gas evacuation pipe, shielding nets located at the base of the pipe and a thermostabilized substrate holder installed at the base of the chamber, d optionally equipped with a grounded shield made in the form of a cylinder of a conductive non-magnetic material having at least one cut along the generatrix of the cylinder and installed between the inductor and the pipe, and the shielding nets in the device are made in the form of a set of thin metal plates mounted parallel to each other under a predetermined angle to the substrate holder, in a cylindrical holder, the inner diameter of which exceeds the maximum diameter of the processed plates, while the angle of inclination, quantity and parameter The plates are selected from the condition of transparency of the grid for the gas flow and the plates overlap no more than half, in addition, the substrate holder is installed from the last turn of the coil at a distance of not more than four and not less than 0.6 of the inner diameter of the pipe, and the number of turns of the coil is selected from conditions for the excitation of an intense discharge in the region of the inductor, depending on the output voltage of the generator and the inner diameter of the pipe, based on the ratio:
где n - количество витков катушки индуктивности,where n is the number of turns of the inductor,
U - выходное напряжение генератора. В,U is the output voltage of the generator. IN,
Dp - внутренний диаметр трубы, мм.D p - the inner diameter of the pipe, mm
Введение заземленного цилиндрического экрана, выполненного из проводящего, немагнитного материала позволяет экранировать электростатическое или емкостное поле, создаваемое поверхностными зарядами распределенной межвитковой емкости индуктора. Это исключает вытягивание заряженных частиц на обрабатываемую поверхность, что повышает эффективность возбуждения разряда. А наличие диэлектрического промежутка (разреза) вдоль образующей экрана исключает образование замкнутого витка относительно ВЧ вихревого электрического поля индуктора и не препятствует возникновению высокоэффективного индукционного разряда в активационной камере, надежно экранируя электростатические поля.The introduction of a grounded cylindrical screen made of a conductive, non-magnetic material allows you to shield the electrostatic or capacitive field created by the surface charges of the distributed inter-turn capacitance of the inductor. This eliminates the pulling of charged particles onto the surface to be treated, which increases the efficiency of the discharge. And the presence of a dielectric gap (section) along the generatrix of the screen eliminates the formation of a closed loop relative to the RF vortex electric field of the inductor and does not prevent the occurrence of a highly efficient induction discharge in the activation chamber, reliably shielding electrostatic fields.
Расположение подложкодержателя на расстоянии L от нижнего витка катушки индуктивности обусловлено минимальным воздействием заряженных частиц, диффундирующих на обрабатываемую поверхность, а количество витков катушки выбирают из условия возбуждения интенсивного разряда в области индуктора.The location of the substrate holder at a distance L from the lower turn of the inductor is due to the minimum effect of charged particles diffusing on the surface to be treated, and the number of turns of the coil is selected from the condition for exciting an intense discharge in the inductor region.
Экранирующие сетки, выполненные в виде набора металлических пластин, установленных параллельно друг другу под заданным углом к подложкодержателю, обеспечивают достаточную прозрачность сетки для газового потока, что обуславливает необходимую скорость удаления фоторезиста. Перекрытие пластин друг друга не более чем наполовину создает минимальную оптическую прозрачность для УФ-излучения при сохранении высокой прозрачности для газового потока, что исключает радиационное повреждение обрабатываемых пластин.Shielding grids made in the form of a set of metal plates mounted parallel to each other at a given angle to the substrate holder provide sufficient transparency of the grid for gas flow, which determines the necessary speed of photoresist removal. Overlapping each other’s plates by no more than half creates the minimum optical transparency for UV radiation while maintaining high transparency for the gas flow, which eliminates radiation damage to the processed plates.
Таким образом, указанные признаки являются новыми, неизвестными из уровня техники и явным образом не следуют из уровня техники, а в совокупности обеспечивают получение положительного эффекта, выражающегося в получении высоких скоростей и качества обработки, снижении энергетических затрат и расхода газа, что удешевляет процесс обработки полупроводниковых пластин.Thus, these signs are new, unknown from the prior art and do not explicitly follow from the prior art, but together provide a positive effect in terms of obtaining high processing speeds and quality, lowering energy costs and gas consumption, which reduces the cost of the semiconductor processing plates.
Следовательно, предложенная совокупность признаков соответствует условиям патентоспособности: “новизна”, “изобретательский уровень” и “промышленная применимость”.Therefore, the proposed combination of features meets the conditions of patentability: “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability”.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежами, где показаны:The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings, which show:
на фиг.1 - устройство для плазмохимической индивидуальной обработки пластин (прототип);figure 1 - a device for plasma-chemical individual processing of the plates (prototype);
на фиг.2 - предложенное устройство для плазмохимической обработки полупроводниковых пластин;figure 2 - the proposed device for plasma-chemical processing of semiconductor wafers;
на фиг.3 - фрагмент экранирующей сетки в прототипе. Вид сверху;figure 3 is a fragment of the shielding mesh in the prototype. View from above;
на фиг.4 - экранирующая сетка с пластинами, сдвинутыми к центру;figure 4 - shielding grid with plates shifted to the center;
на фиг.5 - фрагмент разреза экранирующей сетки, когда верхний край пластины совпадает с нижним краем соседней пластины;figure 5 is a fragment of a section of the shielding grid, when the upper edge of the plate coincides with the lower edge of the adjacent plate;
на фиг.6 - фрагмент разреза экранирующей сетки, когда перекрытие пластин осуществляется наполовину.Fig.6 is a fragment of a section of the shielding mesh, when the overlap of the plates is carried out in half.
Устройство для плазмохимической обработки пластин (фиг.2) содержит: активационную камеру, выполненную в виде кварцевой трубы 1, в вершине которой расположен патрубок напуска рабочего газа 2, реакционную камеру 3, оснащенную патрубком откачки газов 4, в основании которой перпендикулярно оси трубы установлен термостабилизированный подложкодержатель 5.A device for plasma-chemical processing of plates (figure 2) contains: an activation chamber made in the form of a quartz tube 1, at the top of which there is a nozzle for the inlet of the working
Система возбуждения газового разряда представляет собой катушку индуктивности, навитую на часть длины трубы и соединенную с ВЧ-генератором. Между индуктором и трубой установлен заземленный экран 8, выполненный в виде цилиндра из меди и имеющий разрез вдоль образующей цилиндра. У нижнего среза трубы между активационной и реакционной камерами установлены два легкосъемных экрана 9, выполненные в виде набора плоскопараллельных металлических пластин 10, вставленных в цилиндрический держатель 11. Пластины установлены параллельно друг другу под углом α к подложкодержателю таким образом, что они перекрывают друг друга, но не более чем наполовину.The gas discharge excitation system is an inductance coil wound on a portion of the length of the pipe and connected to an RF generator. Between the inductor and the pipe there is a
Скорость удаления фоторезиста или скорость изотропного травления материалов (например, SiO2) определяется, в первую очередь, концентрацией активных компонентов плазмы в зоне обработки (атомарный кислород - в процессе удаления фоторезиста; радикалы F - в процессе изотропного травления). Для проведения этих процессов с высокой скоростью и высоким качеством необходимо осуществлять высокоэффективную активацию газа и исключить воздействие заряженных частиц на обрабатываемую поверхность 12.The photoresist removal rate or the rate of isotropic etching of materials (e.g., SiO 2 ) is determined, first of all, by the concentration of active plasma components in the treatment zone (atomic oxygen during the photoresist removal; radicals F during isotropic etching). To conduct these processes with high speed and high quality, it is necessary to carry out highly efficient gas activation and exclude the effect of charged particles on the treated surface 12.
В предложенном устройстве (фиг.2) в области индуктора 6 возбуждается Н-разряд (безэлектродный кольцевой разряд), эффективность активации газа в котором на порядок выше, чем в “емкостной” фазе индукторного разряда. Н-разряд поддерживается переменным магнитным потоком, индуцирующим вихревое электрическое поле с напряженностью Ei в разряде. В предположении однородного магнитного поля для индуктора из n витков диаметром D в соответствии с основным законом электромагнитной индукции и уравнением Максвелла [3] можно получить простую оценку абсолютной величины этого поля вблизи поверхности индуктора:In the proposed device (figure 2) in the region of the
где U - напряжение на индукторе,where U is the voltage across the inductor,
Ei - вихревое поле вблизи поверхности,E i is the vortex field near the surface,
ε - противоэдс индукции.ε is the counter-emf of induction.
Экспериментальные исследования безэлектродного кольцевого разряда низкого давления [4] показывают, что для получения высокоэффективного индукционного разряда при давлениях 0,1-1 тор необходимо значение напряженности вихревого электрического поляExperimental studies of an electrodeless low-pressure ring discharge [4] show that in order to obtain a highly efficient induction discharge at pressures of 0.1-1 torr, the value of the vortex electric field strength is necessary
Диаметр индуктора нецелесообразно увеличивать более чем на 20 мм относительно внутреннего диаметра трубы Dp, в которой возбуждается разряд,The diameter of the inductor is impractical to increase by more than 20 mm relative to the inner diameter of the pipe D p in which the discharge is excited,
Подставляя значения (2) и (3) в уравнение (1), получаем:Substituting the values (2) and (3) in equation (1), we obtain:
где U - выходное напряжение генератора, В,where U is the output voltage of the generator, V,
Dp - внутренний диаметр трубы, мм.D p - the inner diameter of the pipe, mm
При уменьшении количества витков вихревое электрическое поле растет, разряд становится более интенсивным, но при n<1 возникает неоднородность возбуждения разряда, а вследствие этого увеличивается неравномерность и уменьшается скорость удаления фоторезиста (или изотропного травления). Учитывая это, получаем:With a decrease in the number of turns, the vortex electric field grows, the discharge becomes more intense, but for n <1, the discharge excitation is inhomogeneous, and as a result, the non-uniformity increases and the photoresist removal rate (or isotropic etching) decreases. Given this, we get:
Экран 8, установленный между индуктором 6 и трубой 1, благодаря наличию диэлектрического промежутка (разрез вдоль образующей не образует замкнутого витка относительно ВЧ вихревого электрического поля индуктора), не препятствует возникновению высокоэффективного индукционного разряда в активационной камере, надежно экранирует электростатические поля и исключает бомбардировку обрабатываемой поверхности заряженными частицами. При этом разряд локализуется в области индуктора 6.The
Для достижения минимального воздействия заряженных частиц, диффундирующих на обрабатываемую поверхность, подложкодержатель размещен на расстоянии L от нижнего витка индуктора 6, определяемого соотношениемTo achieve the minimum impact of charged particles diffusing on the treated surface, the substrate holder is placed at a distance L from the lower turn of the
3λ ≤ L≤ 20λ ,3λ ≤ L≤ 20λ,
где 
Rp - внутренний радиус трубы.R p is the inner radius of the pipe.
Это следует из того, что на расстоянии λ концентрация заряженных частиц снижается в 2,7 раза [5].This follows from the fact that at a distance λ the concentration of charged particles decreases 2.7 times [5].
Таким образом, на расстоянии 3λ , концентрация заряженных частиц снижается на порядок, что существенно снижает воздействие их на обрабатываемую поверхность. При L>3λ эффект возрастает, и при L=20λ снижение составляет ~4· 103 раз.Thus, at a distance of 3λ, the concentration of charged particles decreases by an order of magnitude, which significantly reduces their effect on the surface being treated. For L> 3λ, the effect increases, and for L = 20λ the decrease is ~ 4 · 10 3 times.
Увеличение L>20 λ приводит к существенному уменьшению скорости процесса, так как одновременно снижается концентрация активных частиц, хотя значительно более медленно, чем концентрация заряженных частиц.An increase in L> 20 λ leads to a significant decrease in the rate of the process, since the concentration of active particles decreases simultaneously, although much more slowly than the concentration of charged particles.
Учитывая, что Rp=Dp/2, получимGiven that R p = D p / 2, we obtain
0,6Dp≤ L≤ 4Dp.0.6D p ≤ L≤ 4D p .
Выбор конструкции и параметров экранирующих сеток 9 обусловлен максимальной прозрачностью Кг их для газового потока и минимальной прозрачностью для УФ-излучения с целью исключения возможных радиационных повреждений:The choice of the design and parameters of the shielding nets 9 is due to the maximum transparency K g them for the gas flow and the minimum transparency for UV radiation in order to exclude possible radiation damage:
где Sг - площадь экрана, свободная для транспортировки газового потока к пластине 12,where S g - the area of the screen, free to transport the gas stream to the plate 12,
Sэ - площадь экрана.S e - screen area.
Максимально возможная величина Кг mах для экрана с отверстиями, как в прототипе (фиг.3):The maximum possible value of K g max for a screen with holes, as in the prototype (figure 3):
Практически Кг значительно меньше, порядка 0,35.Practically K g is much less, about 0.35.
При использовании экрана в виде набора тонких плоскопараллельных пластин количество пластин N выбирается таким образом, что Кг превышает теоретически возможную величину для плоской сетки с отверстиями, в результате чего экран не приводит к уменьшению скорости удаления фоторезиста и позволяет проводить процесс при значительно меньших расходах газа, чем в известном устройстве.When using a screen in the form of a set of thin plane-parallel plates, the number of plates N is chosen in such a way that K g exceeds the theoretically possible value for a flat grid with holes, as a result of which the screen does not lead to a decrease in the photoresist removal rate and allows the process to be carried out at significantly lower gas consumption, than in a known device.
Площадь экрана, которая перекрыта для транспортирования газового потока (Sз) набором N пластин толщиной d, установленных в цилиндрический держатель, внутренний диаметр которого равен Dэ, можно аппроксимировать ромбом (фиг.4) с диагоналями Dэ и N· d (Sз=Нd· Dэ). ОтсюдаThe area of the screen, which is closed for transporting the gas flow (S h ) with a set of N plates of thickness d installed in a cylindrical holder, the inner diameter of which is D e , can be approximated by a rhombus (Fig. 4) with the diagonals D e and N · d (S z = Нd · D e ). From here
Толщину пластин нецелесообразно выбирать более 1 мм. Поэтому количество пластин N=0,17 Dэ. При уменьшении количества пластин Кг увеличивается, и, следовательно, уменьшаются потери активных частиц, но экспериментально установлено, что уменьшение количества пластин до величины менее 10 приводит к возрастанию неравномерности обработки пластин диаметром >100 мм и уменьшению скорости удаления фоторезиста.The thickness of the plates is impractical to choose more than 1 mm. Therefore, the number of plates N = 0.17 D e . With a decrease in the number of plates, K g increases, and, consequently, the loss of active particles decreases, but it has been experimentally established that a decrease in the number of plates to a value of less than 10 leads to an increase in the uneven treatment of plates with a diameter> 100 mm and a decrease in the rate of photoresist removal.
Таким образом, количество пластин выбирается из соотношения:Thus, the number of plates is selected from the ratio:
10≤ N≤ 0,17Dэ,10≤ N≤ 0.17D e
где Dэ - внутренний диаметр цилиндрического держателя пластин, мм. При этом Dэ превышает максимальный диаметр обрабатываемой пластины Dn, так как в противном случае происходит уменьшение скорости и равномерности обработки за счет затенения периметра пластины.where D e - the inner diameter of the cylindrical plate holder, mm In this case, D e exceeds the maximum diameter of the processed plate D n , since otherwise there is a decrease in the speed and uniformity of processing due to shading of the perimeter of the plate.
Угол наклона пластин 10 выбирают таким, чтобы исключить попадание УФ-излучения из периферийной области плазмы на противоположный край пластины.The angle of inclination of the
где L - расстояние от нижнего витка индуктора до подложкодержателя;where L is the distance from the lower coil of the inductor to the substrate holder;
Dp - внутренний диаметр трубы;D p is the inner diameter of the pipe;
Dn - максимальный диаметр обрабатываемой пластины.D n - the maximum diameter of the processed plate.
При уменьшении угла наклона α пластин 10 поток УФ-излучения перекрывается более эффективно, но уменьшение угла до величины менее 15° приводит к уменьшению скорости обработки за счет рассеивания газового потока. Поэтому угол α выбирают из условия:With a decrease in the angle of inclination α of the
Для того, чтобы не было попадания УФ-излучения на обрабатываемую поверхность из центральной зоны разряда, т.е. при нормальном падении УФ-потока, необходимо, чтобы верхний край пластины по крайней мере находился над нижним краем соседней пластины (фиг.5). ТогдаIn order to prevent UV radiation from entering the treated surface from the central discharge zone, i.e. with a normal drop in UV flux, it is necessary that the upper edge of the plate is at least above the lower edge of the adjacent plate (Fig. 5). Then
Nd+Nl· cosα ≥ Dэ,Nd + Nl cosα ≥ D e ,
следовательно,Consequently,
где l - ширина пластины 10.where l is the width of the
Нецелесообразно осуществлять перекрытие пластин 10 более чем наполовину (фиг.6), так как это приводит к уменьшению скорости удаления фоторезиста.It is inappropriate to overlap the
Поэтомуtherefore
ОтсюдаFrom here
Таким образом, ширина пластины выбирается из соотношения:Thus, the width of the plate is selected from the ratio:
где l, Dэ измеряются в мм.where l, D e are measured in mm.
Устройство работает следующим образом. В трубу 1 активационной камеры через патрубок 2 подают рабочий газ. Обрабатываемую пластину 12 располагают на подложкодержателе 5. После включения ВЧ-генератора 7 в кварцевой трубе в области расположения индуктора возникает интенсивный индуктивный (безэлектродный кольцевой) разряд. Активированный газ распространяется в направлении подложкодержателя, а заряженные частицы, имеющие значительно меньшее время жизни, чем активные частицы (атомарный кислород или радикалы фтора), гибнут на стенках трубы экрана. Активированный газ достигает поверхности обрабатываемой пластины, нагретой от подложкодержателя 5, и вступает в химическое взаимодействие с обрабатываемой поверхностью. В случае удаления фоторезиста (рабочий газ - кислород) под действием атомарного кислорода происходит разрыв связей полимера, которым является фоторезист, отрыв концевых групп, окисление их до СО, СO2, H2O и удаление с поверхности пластины.The device operates as follows. In the pipe 1 of the activation chamber through the
В случае изотропного травления материалов рабочий газ - фторсодержащее соединение, например CF4+O2 (SF6, NF3). При взаимодействии фтора с поверхностью образуется летучее соединение, например SiF4, которое удаляется через патрубок откачки.In the case of isotropic etching of materials, the working gas is a fluorine-containing compound, for example CF 4 + O 2 (SF 6 , NF 3 ). In the interaction of fluorine with the surface, a volatile compound is formed, for example SiF 4 , which is removed through the pumping nozzle.
Пример конкретного выполнения. Устройство плазмохимической (фиг.2) обработки полупроводниковых пластин содержит активационную камеру в виде кварцевой трубы с внутренним диаметром Dp=210 мм. Обрабатываемая кремниевая пластина диаметром 150 мм установлена на подложкодержателе 5 на расстоянии L=300 мм от нижнего витка индуктора с числом витков n=2, имеющего внутренний диаметр 226 мм. Между индуктором и трубой расположен экран 8, выполненный из меди толщиной 1 мм и имеющий один разрез вдоль образующей цилиндра. Между активационной и реакционной камерами установлены два экрана 9, выполненные в виде набора из N=19 алюминиевых пластин 10 толщиной d=1 мм, шириной 1=10 мм, вставленных в цилиндрический держатель, внутренний диаметр которого Dp=152 мм. Пластины 10 расположены под углом α =30° к подложкодержателю 5. Нижний экран может быть развернут относительно верхнего в вертикальном направлении на 180° . Обработка проводилась в плазме кислорода, температура подложкодержателя 5 составляла 250° С.An example of a specific implementation. The plasma-chemical device (figure 2) processing of semiconductor wafers contains an activation chamber in the form of a quartz tube with an inner diameter of D p = 210 mm The processed silicon wafer with a diameter of 150 mm is mounted on the
Предложенное устройство для плазмохимической обработки пластин позволяет повысить скорость процесса и качество обработки, уменьшить деградацию электрофизических параметров структур и пробой тонкого подзатворного окисла. Это обеспечивает повышение процента выхода годных изделий за счет снижения брака на операции контроля электрофизических параметров структур, сформированных на полупроводниковых пластинах с использованием плазмохимической обработки.The proposed device for plasma-chemical processing of plates allows to increase the speed of the process and the quality of processing, to reduce the degradation of the electrophysical parameters of the structures and the breakdown of a thin gate oxide. This provides an increase in the percentage of suitable products due to a decrease in rejects for operations to control the electrophysical parameters of structures formed on semiconductor wafers using plasma-chemical processing.
В настоящее время на предприятии изготовлен опытный образец предложенного устройства для удаления фоторезиста. Проведены испытания, получены положительные результаты, приведенные в акте испытаний.Currently, the company has made a prototype of the proposed device for removing photoresist. Tests are carried out, positive results are obtained, given in the test report.
Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account
1. Заявка Великобритании №1461636, кл. B3V, 1977.1. UK application No. 1461636, CL B3V, 1977.
2. Устройство для плазмохимической индивидуальной обработки пластин “Плазма-125И”. Разработка ОАО “НИИПМ”, ЩЦМ 3.240.254, г. Воронеж.2. Device for plasma-chemical individual processing of plates “Plasma-125I". Development of JSC “NIIPM”, ShchTsM 3.240.254, Voronezh.
3. Калашников Э.Г. Электричество. - М.: Наука, 1977. - 591 с.3. Kalashnikov EG Electricity. - M .: Nauka, 1977 .-- 591 p.
4. Straub H.J. Ann. Phys. - 1958, Bd. 1, H.4-5. - S.281.4. Straub H.J. Ann. Phys. - 1958, Bd. 1, H.4-5. - S. 281.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122591/28A RU2249883C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122591/28A RU2249883C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003122591A RU2003122591A (en) | 2005-01-10 |
| RU2249883C1 true RU2249883C1 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=34881847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122591/28A RU2249883C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2249883C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212933U1 (en) * | 2022-04-25 | 2022-08-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | EQUIPMENT FOR PRECISION PLASMA CHEMICAL PROCESSING OF SEMICONDUCTOR CRYSTALS |
-
2003
- 2003-07-18 RU RU2003122591/28A patent/RU2249883C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212933U1 (en) * | 2022-04-25 | 2022-08-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | EQUIPMENT FOR PRECISION PLASMA CHEMICAL PROCESSING OF SEMICONDUCTOR CRYSTALS |
| RU216169U1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-01-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Multifunctional device for connecting semiconductor wafers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003122591A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7837826B2 (en) | Hybrid RF capacitively and inductively coupled plasma source using multifrequency RF powers and methods of use thereof | |
| US9991098B2 (en) | Toroidal plasma abatement apparatus and method | |
| KR100278232B1 (en) | Apparatus and method for plasma processing in which a uniform electric field is induced by a dielectric window | |
| KR101595686B1 (en) | Toroidal plasma chamber for high gas flow rate process | |
| US20150075718A1 (en) | Plasma generator apparatus | |
| US20020033233A1 (en) | Icp reactor having a conically-shaped plasma-generating section | |
| JP2010512024A (en) | Wide-range high-frequency plasma apparatus for processing multiple substrates | |
| JP2009529225A (en) | Method and apparatus for selective precoating of a plasma processing chamber | |
| KR20020068346A (en) | Method and apparatus for producing uniform process rates | |
| JP5819154B2 (en) | Plasma etching equipment | |
| TW201415524A (en) | Method and apparatus for a large area inductive plasma source | |
| US6909087B2 (en) | Method of processing a surface of a workpiece | |
| JP2013254723A (en) | Plasma processing apparatus | |
| TW201717264A (en) | Systems and methods for separately applying charged plasma constituents and ultraviolet light in a mixed mode processing operation | |
| EP1492154A2 (en) | Coil for plasma generating source | |
| RU2249883C1 (en) | Device for plasma-chemical treatment of semiconductor wafers | |
| KR100452920B1 (en) | Inductive coupled plasma etching apparatus | |
| JP7390434B2 (en) | Substrate processing equipment and substrate processing method | |
| JP3973283B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| JP3966932B2 (en) | Ashing equipment | |
| KR20170139759A (en) | Plasma chamber having gas distribution plate for uniform gas distribution | |
| KR100318690B1 (en) | Inductively coupled plasma apparatus | |
| KR100899768B1 (en) | Appartus of plasma processing for substrate | |
| JP2011187507A (en) | Apparatus and method of plasma processing | |
| KR102619012B1 (en) | Plasma chamber having multi plasma chanel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090918 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160719 |