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公開番号2024029764
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-06
出願番号2023133773
出願日2023-08-21
発明の名称プラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びエッチング方法
出願人国立大学法人広島大学
代理人個人
主分類H01L 21/3065 20060101AFI20240228BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高速にエッチングを行うことができるプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びエッチング方法を提供する。
【解決手段】プラズマ発生装置1は、大気圧又はその近傍の圧力下で直流アーク放電によって熱プラズマを発生させる陰極11と、発生させたプラズマジェットを噴出させる噴出口を有する陽極14と、陰極11と陽極14との間でアーク放電が発生するアーク放電部の上流部にプラズマ生成ガスを供給する第1ガス導入部14dと、アーク放電部の下流部に反応活性種を生成するための反応性ガスを供給する第2ガス導入部14eと、を備える。また、第2ガス導入部14eは、陽極14に一体的に形成され、噴出口の噴出方向の中心よりも陰極11に近い位置から反応性ガスを供給する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
大気圧又はその近傍の圧力下で直流アーク放電によって熱プラズマを発生させる陰極と、
発生させたプラズマジェットを噴出させる噴出口を有する陽極と、
前記陰極と前記陽極との間でアーク放電が発生するアーク放電部の上流部にプラズマ生成ガスを供給する第１ガス導入部と、
前記アーク放電部の下流部に、反応活性種を生成するための反応性ガスを供給する第２ガス導入部と、を備え、
前記第２ガス導入部は、前記陽極に一体的に形成され、前記噴出口の噴出方向の中心よりも前記陰極に近い位置から前記反応性ガスを供給する、
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記陰極の前記アーク放電部側の先端部及び前記先端部と対向する前記陽極内壁は、テーパ角が９０°未満のテーパ状であり、
前記噴出口の直径は、１ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記噴出口の長さは３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記陰極の材料は、マルエージング鋼、インコネル及びステンレス鋼のいずれかである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記噴出口の近傍に配置され、磁場を印加することにより前記プラズマジェットの噴出方向を変化させる磁場印加部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記噴出口は、長孔形状であり、
前記磁場印加部である電磁石を用いて交番磁場を印加することにより、線状の前記プラズマジェットを噴出させる、
ことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
アーク放電部の上流部にプラズマ生成ガスを供給し、
アーク放電部とプラズマジェットの噴出部との間の噴出方向の中心よりも前記アーク放電部に近い位置に反応活性種を生成するための反応性ガスを供給し、
大気圧又はその近傍の圧力下で直流アーク放電により熱プラズマを発生させる、
ことを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項８】
アーク放電部の上流部にプラズマ生成ガスを供給し、
アーク放電部とプラズマジェットの噴出部との間の噴出方向の中心よりも前記アーク放電部に近い位置に反応活性種を生成するための反応性ガスを供給し、
大気圧又はその近傍の圧力下で直流アーク放電により熱プラズマを発生させ、発生させたプラズマジェットを、被処理体上のエッチング対象物質に照射してエッチングを行う、
ことを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
平板状の前記被処理体の両面に、それぞれ前記プラズマジェットを照射して、前記被処理体の両面をエッチングする、
ことを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記プラズマジェットを噴出するプラズマ発生装置の噴出口と、前記被処理体表面との距離は３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のエッチング方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧熱プラズマジェットを用いた半導体のエッチングプロセスに係るプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びエッチング方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスにおいて、エッチング処理が行われている。例えば、ウエハにフォトレジストをスピン塗布した場合、ウエハエッジ部ではフォトレジストが厚くなり、露光工程での不具合原因となるので、露光工程に進む前にこれを除去する工程（ＥＢＲ：Edge Bead Removal）が存在する。また、ウエハ端部に形成された絶縁膜、金属薄膜等が搬送中に剥離して歩留り低下を引き起こすので、これらウエハ端部の薄膜を除去するベベルエッチングと呼ばれる工程も存在する。
【０００３】
従来、半導体製造プロセスにおけるエッチングには、エッチング液による除去方法が一般的に用いられている。しかしながら、エッチング液を用いる方法は、溶剤の管理、取扱が煩雑で、工程が複雑であることなどから、エッチング液を用いないドライプロセスによるエッチング技術が開発されている。更に近年、カーボンニュートラル達成の要求から、有機溶剤使用量を削減することが求められており、廃液処理コスト低減等の観点に加えて、ＣＯ
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排出量削減の観点からもドライプロセスへの移行が強く求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ハロゲン系ガス雰囲気で行う大気圧プラズマ処理によるエッチングと、酸素系ガス雰囲気で行う大気圧プラズマ処理によるアッシングとを交互に行うことにより、高速にエッチングを行う技術が提案されている。また、特許文献２では、部品剥離後の接着剤を、希ガスと酸素との混合ガスのプラズマを照射して除去する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００３－２０９０９６号公報
特開２００２－７６５８６号公報
【非特許文献】
【０００６】
福田永，他４名，「表面波励起プラズマによる中性水素原子生成とレジストアッシングへの応用」，室蘭工業大学紀要，54巻，p.29-35，2004年
石島達夫，「マイクロ波プラズマ源を用いた水蒸気プラズマアッシング装置」，プラズマ・核融合学会誌，第96巻第10号，p.562-567，2020年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体製造プロセスにおけるフォトレジストの除去のように、有機物のプラズマによる灰化(アッシング)を利用したエッチングでは、一般的に、処理温度が高いほどエッチングレートが向上することが知られている（非特許文献１）。また、最近では、水蒸気プラズマを用いてウエハを４μｍ／ｍｉｎの速度でエッチング可能であることが報告されている（非特許文献２）。
【０００８】
プラズマを使ったドライエッチングは、溶剤を用いるウエットエッチングと比較して、プロセスを簡素化することができる。しかしながら、エッチング速度は４μｍ／ｍｉｎ程度と低速であり、半導体の量産に用いるためには、より高速に処理を行えるエッチング技術が求められる。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高速にエッチングを行うことができるプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係るプラズマ発生装置は、
大気圧又はその近傍の圧力下で直流アーク放電によって熱プラズマを発生させる陰極と、
発生させたプラズマジェットを噴出させる噴出口を有する陽極と、
前記陰極と前記陽極との間でアーク放電が発生するアーク放電部の上流部にプラズマ生成ガスを供給する第１ガス導入部と、
前記アーク放電部の下流部に、反応活性種を生成するための反応性ガスを供給する第２ガス導入部と、を備え、
前記第２ガス導入部は、前記陽極に一体的に形成され、前記噴出口の噴出方向の中心よりも前記陰極に近い位置から前記反応性ガスを供給する。
（【００１１】以降は省略されています）

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