DE3821093A1

DE3821093A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von oberflaechen

Info

Publication number: DE3821093A1
Application number: DE3821093A
Authority: DE
Inventors: Ken-Ichi Kawasumi; Akio Funagoshi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-06-26
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1989-01-12
Also published as: US4936940A; JPS644022A; KR910007110B1; JP2801003B2; KR890001166A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Oberflächen, womit eine Bearbeitung oder Modifizierung der Oberfläche eines Materials durch den Fluß eines reaktiven Gases erfolgt, aus dem mittels einer Zer setzung durch Wärme und/oder Licht angeregte und metastabile Sauerstoffatome erzeugt werden. Insbesondere betrifft die Er findung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behand lung von Oberflächen, womit sich ein reaktiver Gasfluß erzie len läßt, der beispielsweise für die Entfernung einer Resist- Schicht von einer Oberfläche oder für die Reinigung einer Oberfläche geeignet ist.

Bei einer herkömmlichen Vorrichtung für die Entfernung einer Resist-Schicht, wie sie in der offengelegten japani schen Patentanmeldung Nr. 2 23 839/86 beschrieben ist, ist ei ne Ultraviolett-Lampe in einem Abstand von 3 bis 5 mm von der Oberfläche eines Wafers in einer Kammer angeordnet, und zwi schen der Wafer-Oberfläche und der Ultraviolett-Lampe strömt ein Sauerstoffgas, wobei der Innendruck der Kammer auf 2 bis 3 Atmosphären gehalten wird, um ein Resist zu entfernen.

Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik wurde jedoch nicht berücksichtigt, daß die in der Kammer strömende reaktive Gasschicht 3 bis 5 mm dick ist, so daß eingestrahltes Licht absorbiert wird, während es diese relativ dicke Schicht durchdringt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß metasta bile Sauerstoffatome großteils relativ weit von der Oberfläche der zu behandelnden Probe entfernt erzeugt werden, so daß ihre Wirkung auf die Probenoberfläche nicht sehr groß ist.

Die generelle Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Ver fahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Oberflächen anzugeben, womit die dem Stand der Technik anhaftenden Nach teile, zumindest weitgehend, überwunden werden. Insbesondere soll es nach vorliegender Erfindung möglich sein, metastabile Sauerstoffatome so nahe wie möglich an einer zu behandelnden Materialoberfläche zu erzeugen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß die erzeugten metastabilen Sauerstoffatome auch tatsächlich auf die Materialoberfläche auftreffen, und um die Entfernungsrate von organischen Materialien von der Oberflä che zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist. Danach wird ein Sauerstoff enthaltendes reaktives Gas in einen Zwischenraum zwischen der Oberfläche des zu behandelnden Materials und eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung eingeführt, wobei dieser den Behandlungsraum über der Materialoberfläche bildende Zwischen raum nicht breiter als 0,5 mm ist. Das in den Zwischenraum eingeführte, Sauerstoff, vorzugsweise Ozon, enthaltende reak tive Gas wird so angeregt, daß sich metastabile Sauerstoffato me bilden.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann mit ei ner Vorrichtung nach Anspruch 4 durchgeführt werden, die fol gende Elemente aufweist: eine Trägereinrichtung, auf der das zu behandelnde Material gehaltert wird; eine Zwischenraum-Ein stelleinrichtung zur Bildung eines Behandlungsraums über der Oberfläche des Materials, der nicht breiter als 0,5 mm ist; sowie eine, insbesondere in der Zwischenraum-Einstelleinrich tung vorgesehene Gas-Zuführeinrichtung zur Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden reaktiven Gases in den Behandlungsraum über der Materialoberfläche. Weiterhin ist in der erfindungs gemäßen Vorrichtung vorzugsweise eine Gas-Anregungseinrichtung vorgesehen, um den in dem reaktiven Gas enthaltenen Sauerstoff zu metastabilen Sauerstoffatomen anzuregen. Es ist vorteil haft, die Trägereinrichtung für das zu behandelnde Material, insbesondere einen Drehtisch, in einer Kammer anzuordnen, aus der ein Gasabzug erfolgen kann. Vorzugsweise wird die Gas-An regungseinrichtung, wie z.B. eine Wärme- oder Lichtquelle, an der Zwischenraum-Einstelleinrichtung auf der Seite gegenüber dem zu behandelnden Material angeordnet.

Das bedeutet, ein wesentliches Merkmal der Erfindung be steht darin, daß ein reaktives Gas, aus dem metastabile Sauer stoffatome erzeugt werden, in einer Schicht innerhalb eines Abstands von 0,5 mm von der zu behandelnden Materialoberfläche strömt.

Durch die Beschränkung der Dicke der Schicht, in der der Fluß des reaktiven Gases erfolgt, auf 0,5 mm oder weniger wird der absorbierte Anteil des für den Reaktionsprozeß einge strahlten Lichts verringert; daher kann eine hohe Beleuch tungsstärke gehalten werden, bis das Licht die Oberfläche des zu behandelnden Materials erreicht. Dadurch wird die Wahr scheinlichkeit, daß die Erzeugung von metastabilen Sauer stoffatomen auf der Oberfläche des Materials erfolgt, sowie die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die metastabilen Sauer stoffatome in Kontakt mit der Materialoberfläche kommen, bevor sie ihren metastabilen Zustand durch Kollision mit anderen Ga sen oder Atomen verlieren. Als Folge ist eine schnelle Entfer nung von organischen Substanzen auf der Oberfläche des Materi als möglich.

Selbst in dem Fall, in dem die metastabilen Sauerstoff atome nur durch Hitze, d.h. ohne Einstrahlung von Licht, er zeugt werden, beträgt die Dicke der Strömungsschicht des re aktiven Gases, aus dem die metastabilen Sauerstoffatome durch die Hitze erzeugt werden, über der Materialoberfläche vorzugs weise 0,5 mm oder weniger. Liegt die Schichtdicke über dem oben genannten Wert, können die Sauerstoffatome nicht wir kungsvoll angeregt werden, da aufgrund des großen Abstands von der Oberfläche des Materials die Temperatur verringert wird. Metastabile Sauerstoffatome, die "weit entfernt" von der Ma terialoberfläche erzeugt werden, kollidieren darüber hinaus mehrfach mit anderen Atomen, bevor sie die Oberfläche des Ma terials erreichen, wodurch sie ihren metastabilen Zustand ver lieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden un ter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, in der de ren Hauptteile dargestellt sind; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Ergebnisse bei der Entfernung eines Resists unter Verwen dung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zu behandelndes Material 1, beispielsweise ein auf seiner Oberfläche mit einem Resist beschichteter Halbleiter-Wafer, auf einem Drehtisch 5 angeordnet, der vorzugsweise eine Heiz einrichtung enthält. Mit dem Abstand eines Spaltes bzw. mit einem Zwischenraum "g" (mm) von der Oberfläche des zu behan delnden Materials 1 ist eine Quarzglas-Platte 2 vorgesehen, die einen hohen Durchlässigkeitsgrad für ein gewünschtes Licht, beispielsweise Ultraviolett- oder Infrarot-Strahlung hat. Zum Einbringen eines reaktiven Gases verläuft durch die Quarzglas-Platte 2 hindurch eine Gas-Zuführungsröhre 4, so daß eine Art "Düse" gebildet wird. Auf der dem zu behandelnden Ma terial 1 gegenüberliegenden Seite der Quarzglas-Platte 1 ist eine Lichtquelle, beispielsweise eine Quelle für tiefe Ultra violett-Strahlung oder ähnliches, und/oder eine Wärmequelle, beispielsweise ein Heizer, angeordnet. Alle oben genannten Bauteile sind in einer Reaktionskammer untergebracht, aus der ein Gasabzug erfolgen kann. Ein von der Außenseite der Reak tionskammer in die Gas-Zuführröhre 4 eingeführtes reaktives Gas wird durch die Düse der Gas-Zuführungsröhre 4 zum unteren Teil der Quarzglas-Platte 2 geführt und strömt annähernd gleichmäßig auf der Oberfläche des zu behandelnden Materials 1 längs des Spaltes bzw. Zwischenraumes g, der zwischen dem Quarzglas 2 und dem Material 1 gebildet ist.

Es wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, bei denen der Spalt g in der Vorrichtung mit dem oben beschriebe nen Aufbau verändert wurde, um ein auf der Oberfläche des zu behandelnden Materials 1 gebildetes organisches Resist mit ei ner Dicke von 1 µm zu entfernen. Dabei wurde die Temperatur des Materials 1 auf 250°C gehalten, und es wurde ein Gas ein gebracht, das 5 vol.% Ozon als reaktives Gas zur Erzeugung von metastabilen Sauerstoffatomen enthielt. Die Entfernungsrate des Resists ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kurve A in Fig. 2 beschreibt den Fall, in dem die Materialoberfläche mit Ultra violett-Strahlung (254 nm) mit einer Beleuchtungsstärke von 120 mW/cm² bestrahlt wurde. Die Kurve B zeigt die Entfernungs rate des Resists in dem Fall, in dem die Temperatur des Mate rials, ohne Ultraviolett-Bestrahlung, 280°C betrug. Entspre chend diesem Beispiel kann durch Einstellung des Spaltes g, durch den das reaktive Gas auf die Oberfläche des zu behan delnden Materials 1 strömt, auf 0,5 mm oder weniger die Ent fernungsrate des Resists wesentlich gesteigert werden.

In dem oben beschriebenen Beispiel können sowohl eine Lichtquelle als auch eine Wärmequelle als Einrichtungen für die Anregung des Gases verwendet werden. Die vorliegende Er findung ist auch in keiner Weise auf den Aufbau, das Material und die Anordnung der einzelnen Hauptteile beschränkt, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Darüber hinaus muß auch das reaktive Gas, aus dem metastabile Sauerstoffatome erzeugt werden, nicht Ozon sein.

Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Vorrich tung zur Oberflächenbehandlung eine Vorrichtung zur Modifi zierung der Oberfläche eines Materials durch den Fluß eines reaktiven Gases, das durch Hitze, Licht oder beides zersetzt wird, um metastabile Sauerstoffatome zu erzeugen. Dabei ist eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung, im oben beschriebenen Beispiel die Quarzglas-Platte 2, vorgesehen, um die Dicke der Schicht über der Materialoberfläche, in der das reaktive Gas strömt, auf 0,5 mm oder weniger zu beschränken, so daß die Zersetzung des Gases in der Nähe der zu behandelnden Material oberfläche erfolgt. Damit ermöglicht dieser einfache Aufbau, durch den die Dicke der Strömungsschicht des reaktiven Gases auf dem zu behandelnden Material auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, eine Steigerung der Entfernungsrate einer organischen Substanz bzw. eine Verbesserung der Reinigung der Oberfläche, was bei industrieller Anwendung, beispielsweise bei der Halbleiterherstellung oder der Reinigung von Glas, große praktische Nutzeffekte hat.

Claims

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung, dadurch gekennzeich net, daß ein Sauerstoff enthaltendes reaktives Gas in einen Zwischenraum (g) zugeführt wird, der zwischen der zu behan delnden Oberfläche eines Materials (1) und einer Zwischenraum- Einstelleinrichtung (2) als ein Behandlungsraum gebildet wird, der nicht breiter als 0,5 mm ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff, der in dem in den Behandlungsraum zugeführten reaktiven Gas enthalten ist, zu metastabilen Sauerstoffatomen angeregt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Gas Ozon enthält.

4. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, gekennzeichnet durch
eine Trägereinrichtung (5) für die Halterung des zu be handelnden Materials (1);
eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung (2) zum Bilden eines Zwischenraums (g) als Behandlungsraum über der zu behan delnden Oberfläche des Materials (1), wobei der Zwischenraum (g) nicht breiter als 0,5 mm ist; und
eine Gas-Zuführeinrichtung (4) zum Zuführen eines Sauer stoff enthaltenden reaktiven Gases in den Behandlungsraum (g).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Gas-Anregungseinrichtung (3) zum Anregen des Sauerstoffs, der in dem in den Behandlungsraum (g) zugeführten reaktiven Gas enthalten ist, zu metastabilen Sauerstoffatomen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Anregungseinrichtung (3) eine Wärmequelle ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die Gas-Anregungseinrichtung (3) eine Lichtquelle, insbesondere eine Ultraviolett-Strahlungsquelle, ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gas-Zuführeinrichtung (4) in der Zwischenraum- Einstelleinrichtung (2) vorgesehen ist; und
daß die Gas-Anregungseinrichtung (3) auf der Seite der Zwischenraum-Einstelleinrichtung (2) gegenüber dem zu behan delnden Material (1) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trägereinrichtung (5) in einer Kammer angeordnet ist, aus der ein Abzug des Gases erfolgen kann.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trägereinrichtung (5) ein Drehtisch ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung (5) einen Heizer aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenraum-Einstelleinrichtung eine Quarzplatte (2) aufweist.