DE69132587T2

DE69132587T2 - Photolithographisches Verarbeitungsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE69132587T2
Application number: DE69132587T
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Kawate; Toshiyuki Komatsu; Yasue Sato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: EP0908781A3; US6025115A; EP0909985A1; EP0909988A1; EP0477890A2; EP0908782A1; EP0909986A1; DE69132587D1; EP0477890A3; ATE200829T1; EP0909989A1; EP0908781A2; US5863706A; EP0477890B1; US5962194A; US5981001A; EP0909987A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bearbeitungsverfahren und ein für das Verfahren zu nutzendes Gerät. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Bearbeitungsverfahren, mit dem sich Halbleiter, Metalle, Isolatoren usw. mit der gewünschten Musterung versehen lassen, und auf ein Gerät, das sich für eine derartige Musterung verwenden lässt.

Verwandter Stand der Technik

Eine bedeutende Technik bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen ist die Fotolithografie. Bei der Fotolithografie kommt weithin ein komplizierter und aufwendiger Prozess zum Einsatz, der die Schritte Resistbeschichtung, Musterbelichtung, Entwicklung, Ätzung, Resistentfernung usw. umfasst.
In den letzten Jahren hat es insbesondere bei Halbleiterspeichervorrichtungen einen raschen Fortschritt bei der Bereitstellung von Vorrichtungen mit größerer Kapazität und leistungsfähigeren Funktionen gegeben. Im Zuge dieses Fortschritts wurden die Schaltungsmuster feiner und auch die Struktur der Schaltungen komplizierter. Bei Anzeigevorrichtungen wie etwa Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und Plasma-Anzeigevorrichtungen wurden sie größer und die Vorrichtungsfunktionen komplizierter. Bei Verwendung der oben genannten Prozesse kann die Fertigung solcher Vorrichtungen zu einer Kostenerhöhung führen, da die Prozesse komplizierter werden können, wobei es aufgrund einer verstärkten Erzeugung von Staub zu einer Verringerung der Ausbeute kommen kann, was zu einer Erhöhung der Gesamtkosten führt.
Dünnfilmvorrichtungen werden hauptsächlich mittels eines Prozesses gefertigt, der die Schritte Ausbilden eines Dünnfilms aus Metall, Halbleiter, Isolator oder dergleichen auf einem Substrat und Feinbearbeiten des Dünnfilms zu dem gewünschten Muster umfasst. In den letzten Jahren hat es insbesondere bei Halbleiterspeichervorrichtungen einen raschen Fortschritt bei der Bereitstellung von Vorrichtungen mit größerer Kapazität und leistungsfähigeren Funktionen gegeben. Im Zuge dieses Fortschritts wurden die Schaltungsmuster feiner und auch die Struktur der Schaltungen komplizierter. Bei Anzeigevorrichtungen wie etwa Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und Plasma-Anzeigevorrichtungen wurden sie größer und die Vorrichtungsfunktionen komplizierter. Aus diesem Grund werden bei der Anwendung der Feinbearbeitung die Filmausbildung und auch die Ätzung, die bislang mittels eines Prozesses erfolgten, bei der eine Lösung Verwendung findet, nun hauptsächlich mit Hilfe eines sogenannten Trockenprozesses durchgeführt, bei dem in Vakuum oder in einem Gas mit verringertem Druck von einem Plasma oder einem angeregten Gas Verwendung gemacht wird. Jedoch erfordert die bei der Anwendung der gewünschten Feinbearbeitung üblicherweise verwendete Fotolithografie einen komplizierten und aufwendigen Prozess, der die Schritte Resistbeschichtung, Musterbelichtung, Entwicklung, Ätzung, Resistentfernung usw. umfasst. Unter diesen Schritten finden bei den Schritten Resistbeschichtung, Entwicklung und Resistentfernung Lösungen Verwendung, weshalb es unmöglich ist, sämtliche Schritte mittels eines Trockenprozesses durchzuführen. Bei der Fotolithografie werden diese Schritten nach dem Schritt der Lösungsbehandlung zudem von einem Reinigungsschritt oder einem Trocknungsschritt begleitet, was zu einer höheren Anzahl an Schritten führt und den Prozess komplizierter macht. Das bei der Fotolithografie Verwendete Resist stellt, wenn es abgezogen wird, eine Staubquelle dar, was zu einer Verringerung der Ausbeute und zu einer Erhöhung der Kosten führt.
Als Verfahren zur Durchführung einer Feinbearbeitung, bei der kein solches Resist verwendet wird, gibt es ein Verfahren zur Durchführung einer Feinbearbeitung mittels eines Prozesses mit den Schritten selektives Bestrahlen der Oberfläche eines zu bearbeitenden Films mit Licht in einem modifizierten Gas, um eine oberflächenmodifizierte Schicht mit einer Musterstruktur darauf auszubilden, und Trockenätzen einer nicht oberflächenmodifizierten Schicht unter Verwendung der oberflächenmodifizierten Schicht als Schutzfilm. Dieser Prozess ermöglicht es, ohne Fotolithografie einzusetzen eine Feinbearbeitung durchzuführen, bei der sämtliche Schritte mittels eines Trockenprozesses erfolgen, und verspricht daher geringe Kosten und eine hohe Ausbeute.
Wie von Sekine, Okano und Horiike in "Draft Collections of Lectures in the Sth Dry Processing Symposium", Seite 97 (1983) offenbart ist, wird darüber hinaus anstelle der angesprochenen Fotolithografie, die von einem Resist Verwendung macht, eine Fotoätztechnik vorgeschlagen, mittels der sich ein Muster durch einen Prozess ausbilden lässt, mit dem sich der komplizierte Prozess stark vereinfachen lässt. In diesem Aufsatz wird von einem Prozess berichtet, bei dem ein Substrat mit darauf abgeschiedenem Polysilizium (Poly-Si) in eine Reaktionskammer gesetzt wird, in die Chlorgas eingeleitet wurde, und bei dem das Si-Substrat durch eine Maske hindurch selektiv mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, woraufhin lediglich der mit dem ultravioletten Licht bestrahlte Teil geätzt und auf dem Poly-Si-Film ein Muster ausgebildet wird. Die Verwendung dieses Prozesses ermöglicht es, die Schritte Resistbeschichtung, Entwicklung und Resistentfernung wegzulassen, wodurch der Prozess vereinfacht wird, sich die Ausbeute verbessert und in erheblichem Maße die Kosten gesenkt werden. Im Gegensatz zu der Problemstellung bei herkömmlicher reaktiver Ionenätzung kommt es in diesem Fall zu keiner Schädigung durch Ionenbestrahlung und wird daher eine von Schäden freie Ätzung ermöglicht.
Bei diesem Fotoätzprozess lässt sich jedoch wegen der Streuung oder Beugung von Licht an der Innenseite von Bearbeitungsvertiefungen nur sehr schwer eine Feinbearbeitung durchführen, die ein Muster getreu wiedergibt. Um eine perfekte anisotrope Ätzung durchzuführen, muss zudem ein Seitenwandschutzfilm ausgebildet werden, was zur Folge haben kann, dass dieser Film als Überrest zurückbleibt und einen schlechten Einfluss auf die Vorrichtung ausübt. Wie in dem oben genannten Aufsatz von Sekine et al. berichtet wird, wird das Poly-Si in Fällen, in denen großflächige Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise 35,6 cm (14 Inch) große Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen gefertigt werden, mit einer sehr geringen Geschwindigkeit von höchstens 4 nm/min (40 Å/min) geätzt. Dies ist um einen Faktor von etwa zwei Größenordnungen geringer als bei anderen Ätzprozessen. Darüber hinaus kann der Prozess unter den gegebenen Umständen überhaupt nicht in den praktischen Einsatz überführt werden, da selbst dann, wenn als Lichtquelle ein Excimerlaser mit der derzeit höchsten Ausgangsleistung (etwa 100 W) verwendet wird, die Bestrahlungsfläche um einen Faktor von 2 · 10&sup4;-mal größer als herkömmlich ist. Außerdem besteht das Problem, das sich auf dem Fenster, durch das das ultraviolette Licht hindurchfällt, eine infolge einer Ätzreaktion erzeugte Substanz niederschlagen kann, weswegen das Fenster häufig gereinigt werden muss.
Wie vorstehend erläutert ist, wurde ein Prozess vorgeschlagen, der ein Verfahren zur Durchführung einer Feinbearbeitung mittels eines Prozesses darstellt, der die Schritte umfasst selektives Bestrahlen der Oberfläche eines zu bearbeitenden Films mit Licht in einem modifizierten Gas, um eine oberflächenmodifizierte Schicht mit einer Musterstruktur darauf auszubilden, und Trockenätzen einer nicht oberflächenmodifizierten Schicht unter Verwendung der oberflächenmodifizierten Schicht als Schutzfilm. Dieser Prozess ermöglicht es, ohne Fotolithografie einzusetzen eine Feinbearbeitung durchzuführen und ergibt daher eine Verbesserung der Ausbeute bei geringen Kosten. Der Prozess erfordert jedoch während der Oberflächenmodifikation häufig eine lange Zeitdauer oder eine starke Lichtleistung. Wenn die Bearbeitung für eine kurze Zeit oder bei einer schwachen Lichtleistung erfolgt, kann der durch die Oberflächenmodifikation gebildete Schutzfilm nicht chemisch stark gebunden oder in ausreichender Dicke ausgebildet sein, was häufig eine unzureichende Beständigkeit des Schutzfilms mit sich bringt und nicht die gewünschte Ätztiefe ergibt.
Wenn auf der oberflächenmodifizierten Schicht oder der nicht oberflächenmodifizierten Schicht ein Film abgeschieden wird, bei dem ein Unterschied der Eigenschaften ausgenutzt wird, wie etwa der Elektronengabeeigenschaften zwischen der mittels selektiver Lichtbestrahlung durch Oberflächenmodifikation gebildeten oberflächenmodifizierten Schicht und der nicht oberflächenmodifizierten Schicht, kann es zudem sein, dass der Unterschied bei den Eigenschaften wie etwa bei den Elektronenabgabeeigenschaften nicht ausreichend ist, wenn die durch die Oberflächenmodifikation gebildete Schutzschicht nicht chemisch fest gebunden oder in einer ausreichenden Dicke ausgebildet ist, sodass sich bei der folgenden Abscheidung keine zufriedenstellende Selektivität erzielen lässt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird als Material für die Elektroden oder für die Verdrahtung der Vorrichtungen hauptsächlich Aluminium verwendet, wobei die Elektroden und die Verdrahtung herkömmlicherweise mittels eines Verfahrens ausgebildet wurden, bei dem auf der gesamten Oberfläche eines Substrats ein Aluminiumfilm abgeschieden und dann zur Ausbildung des gewünschten Musters eine Ätzung durchgeführt wird. Als Verfahren zur Abscheidung des Aluminiumfilms kam Sputtern zum Einsatz, wie etwa Magnetronsputtern. Da das Sputtern jedoch im Allgemeinen einen physikalischen Abscheidungsprozess darstellt, der auf dem Flug von von einem Target abgesputterten Teilchen in Vakuum basiert, wird der Film unter Umständen an Stufenabschnitten oder auf Isolierfilmseitenwänden nur mit äußerst geringer Dicke ausgebildet, was im schlimmsten Fall zu einer Unterbrechung führt. Die Ungleichmäßigkeit der Schichtdicke oder die Unterbrechung können zu dem Problem führen, dass die Zuverlässigkeit bei einer LSI-Vorrichtung in bedenklichem Maße sinkt.
Zur Lösung der vorstehend diskutierten Probleme wurden verschiedene Arten an CVD-Prozessen (chemische Abscheidung aus der Gasphase) vorgeschlagen. Bei solchen Prozessen wird während der Filmausbildung eine in beliebiger Form stattfindende chemische Reaktion eines Ausgangsmaterialgases genutzt. Im Fall von Plasma-CVD oder fotoinduzierter CVD wird das Ausgangsmaterialgas in der Gasphase zersetzt, wobei eine dabei erzeugte Aktivspezies auf dem Substrat weiterreagiert, sodass es zu einer Filmausbildung kommt.
Da die Reaktion bei diesen CVD-Prozessen in der Gasphase stattfindet, lässt sich die Oberfläche auf dem Substrat ungeachtet irgendwelcher Oberflächenunregelmäßigkeiten gut überdecken, wobei andererseits jedoch die in den Ausgangsgasmolekülen enthaltenen Kohlenstoffatome unerwünschterweise in den Film eingebaut werden können. Insbesondere bei Plasma-CVD besteht das Problem, das wie in dem Fall des Sputterns geladene Teilchen zu einer Schädigung führen können, die als Plasmaschädigung bezeichnet wird.
Bei wärmeinduzierter CVD führt die hauptsächlich auf der Substratoberfläche stattfindende Reaktion zum Wachstum des Films, wodurch die Oberfläche auf dem Substrat ungeachtet von irgendwelchen Oberflächenunregelmäßigkeiten gut überdeckt werden kann. Dadurch kann eine Unterbrechung an Stufenabschnitten oder dergleichen verhindert werden. Darüber hinaus ist dieser Prozess frei von Schädigungen, die durch geladene Teilchen verursacht werden, die bei Plasma-CVD oder Sputtern auftreten können. Daher wurde die wärmeinduzierte CVD von verschiedenen Seiten her als ein Verfahren zur Ausbildung von Aluminiumfilmen untersucht. Als Verfahren zur Ausbildung eines Aluminiumfilms mittels allgemein verfügbarer wärmeinduzierter CVD findet ein Verfahren Verwendung, bei dem zur Filmausbildung in einem Trägergas dispergiertes organisches Aluminium auf ein erwärmtes Substrat transportiert wird und auf dem Substrat Gasmoleküle thermisch zersetzt werden. So wurde beispielsweise im "Journal of Electrochemical Society", Bd. 131, Seite 2175 (1984) die Verwendung von Triisobutylaluminium [(i-C&sub4;H&sub9;)&sub3;Al] (im Folgenden als "TIBA" bezeichnet) vorgeschlagen, wobei die Filmausbildung unter einem Reaktionsröhrendruck von 66,5 Pa (0,5 Torr) bei einer Temperatur von 260ºC durchgeführt wurde, sodass sich ein Film mit 3,4 uΩ·cm ergab.
Bei Verwendung von TIBA lässt sich kein kontinuierlicher Film erzielen, sofern keine Vorbehandlung wie etwa die Einleitung von TiCl&sub4; vor der Filmausbildung Anwendung findet, um die Substratoberfläche zu aktivieren, sodass sich Keime bilden können. Nicht nur bei der Verwendung von TiCl&sub4; besteht üblicherweise der Nachteil, dass die Verwendung von TIBA eine schlechte Oberflächenflachheit mit sich bringt. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-33569 offenbart ein Verfahren, bei dem kein TiCl&sub4; verwendet wird und anstelle dessen organisches Aluminium in der Nähe eines Substrats erwärmt wird, um dadurch einen Film zu bilden. In diesem Fall ist es, wie in der Veröffentlichung deutlich hervorgehoben wird, notwendig, einen Schritt vorzusehen, bei dem ein natürlich auf der Substratoberfläche ausgebildeter Oxidfilm entfernt wird. Die Veröffentlichung offenbart außerdem, dass es dadurch, dass TIBA auch allein verwendet werden kann, nicht notwendig ist, ein anderes Trägergas als TIBA zu verwenden, wobei jedoch auch Ar-Gas als Trägergas verwendet werden kann. Es gibt jedoch keine Hinweise auf die Reaktion von TIBA mit anderen Gasen (z. B. H&sub2;), und die Offenbarung bezieht sich nicht auf die Verwendung von Wasserstoff als Trägergas. Die Veröffentlichung erwähnt neben TIBA auch Trimethylalüminium (TMA), gibt aber keine besondere Offenbarung zu anderen Gasen als diesen. Dies liegt daran, dass die Verwendung von organischen Metallen jeweils individuell untersucht werden muss, da sich die chemischen Eigenschaften von organischen Metallen im Allgemeinen in Abhängigkeit von leichten Änderungen der an die Metallelemente angebrachten organischen Substituenten stark ändern.
Darüber hinaus ist in "Electrochemical Society, Draft Collections for the 2nd Symposium, Japanese Branch", Seite 75 (7. Juli 1989) ein Verfahren offenbart, dass die Ausbildung von Aluminiumfilmen mittels eines Doppelwand- CVD-Verfahrens betrifft. Bei diesem Verfahren ist das Gerät so gestaltet, das die Gastemperatur bei Verwendung von TIBA höher als die Substrattemperatur wird. Dieses Verfahren hat jedoch nicht nur den Nachteil, dass sich die Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur auf der Substratoberfläche nur schwer steuern lässt, sondern dass auch Druckbomben und Transportröhren erhitzt werden müssen. Dieses Verfahren bringt außerdem insofern Probleme mit sich, als dass kein gleichmäßiger kontinuierlicher Film erzielt werden kann, sofern der Film einigermaßen dick ausgeführt wird, als dass der Film eine schlechte Flachheit hat und als dass sich die Selektivität nicht für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten lässt.
Das Ätzen von Aluminium bringt einen nachträgliche Korrosion mit sich, d. h. eine Korrosion von Aluminium, die durch HCl herbeigeführt werden kann, welches infolge der Verwendung eines Chlorgases wie etwa Cl&sub2; oder CCl&sub4; aufgrund einer Reaktion von Cl&sub2; oder seiner während der Ätzung anhaftenden Reaktionsprodukte wie etwa AlCl&sub3; mit in der Luft oder in der Ätzkammer verbliebenem Wasser erzeugt wird. Diese Korrosion stellt eine Hauptursache für die Unterbrechung von Verdrahtungen oder Elektroden dar.
Neben diesen Techniken gibt es außerdem ein Verfahren, das von fotoinduzierter CVD Verwendung macht, bei der die Oberfläche eines Substrats selektiv mit Licht bestrahlt wird, damit lediglich auf der bestrahlten Oberfläche eine fotochemische Reaktion herbeigeführt wurde, um darauf selektiv ein Material abscheiden zu können. Da es jedoch unmöglich ist, eine Reaktion in der Gasphase vollkommen auszuschließen, kann sich das Material zwangsläufig auf einem anderen Teil als dem bestrahlten Teil abscheiden. Abgesehen davon ist die fotoinduzierte CVD üblicherweise mit einer langsamen Abscheidung verbunden, wobei die Abscheidungsgeschwindigkeit um den Faktor einer Größenordnung kleiner als bei der wärmeinduzierten CVD ist.
Bei Halbleitervorrichtungen mit höherer Integrationsdichte und höherer Leistungsfähigkeit finden auch CVD, Ätzung, Oberflächenmodifikation, Reinigung usw. Beachtung, bei denen eine Lichtbestrahlung genutzt wird. Dies liegt daran, dass ein solcher Prozess eine Bearbeitung bei geringer Temperatur ermöglicht und zu geringeren Schäden führt, was eine besondere Eigenschaft von Fotoprozessen ist, und dass für den Prozess der Fertigung von Halbleitervorrichtungen eine örtlich selektive Bearbeitung unabdingbar geworden ist. Unter herkömmliche Prozesse, bei denen eine Fotobearbeitung Verwendung findet, fallen beispielsweise:
1) ein Prozess, bei dem die Oberfläche eines Substrats in einer Reaktivgasatmosphäre mit Licht bestrahlt wird, um eine Anregung und Zersetzung des Reaktivgases herbeizuführen, sodass mehrere Arten von Gas in Reaktion (d. h. Gasphasenreaktion) gebracht werden, wodurch auf der Oberfläche eine Abscheidung gebildet oder die Oberfläche geätzt oder gereinigt wird; und
2) ein Prozess, bei dem die Oberfläche eines Substrats durch Lichtbestrahlung erwärmt wird, um eine thermochemische Reaktion der Oberfläche mit einem reaktiven Gas zu veranlassen, oder bei dem die Oberfläche mit Licht bestrahlt wird, um eine fotochemische Reaktion der Oberfläche mit einem Reaktivgas (d. h. Grenzflächenreaktion) zu veranlassen, wodurch eine Abscheidung auf der Oberfläche ausgebildet oder die Oberfläche geätzt oder gereinigt wird.
Bezüglich des erstgenannten Prozesses lässt sich beispielsweise ein Prozess nennen, bei dem die Oberfläche eines Substrats in einer SiH&sub4; und O&sub2; enthaltenden Gasatmosphäre mit dem Licht eines KrF-Excimerlasers bestrahlt wird, um in der Gasphase eine Reaktion des SiH&sub4; und O&sub2; herbeizuführen, sodass SiO&sub2; auf dem Substrat abgeschieden wird. Bei diesem Verfahren kann sich das Reaktionsprodukt jedoch in der Gasphase verstreuen oder zufällig verteilen, weswegen es grundsätzlich keine räumliche Selektivität gibt. Bezüglich des letztgenannten Prozesses lässt sich ein Prozess nennen, bei dem das Substrat in einer Cl&sub2;-Gasatmosphäre geätzt wird. Obwohl bei diesem Verfahren noch keine Details zu dem Reaktionsprozess ermittelt werden konnten, nimmt man an, dass die auf der mit Licht bestrahlten Oberfläche angeregten Elektronen von den Chloratomen aufgenommen und bei Fortschreiten der Reaktion in das Si-Substrat eingebaut werden, weswegen es möglich ist, die Reaktion lediglich auf der mit Licht bestrahlten Oberfläche hervorzurufen und daher eine räumlich selektive Bearbeitung zu bewirken.
Unter den oben genannten herkömmlichen Bearbeitungsverfahren für Dünnfilmvorrichtungen bringen die Verfahren, bei denen Fotolithografie zum Einsatz kommt, die Probleme einer geringeren Ausbeute und höherer Kosten mit sich. Das Verfahren, bei der die Fotoätztechnik Verwendung findet, hat den Nachteil, dass die Durchführung einer Feinbearbeitung, die ein Muster getreu wiedergibt, aufgrund der Streuung oder Brechung von Licht an der Innenseite von Bearbeitungsvertiefungen unmöglich ist. Darüber hinaus muss zur Durchführung einer perfekten anisotropen Ätzung ein Seitenwandschutzfilm ausgebildet werden, wobei dieser Film als Rückstand zurückbleiben kann, der einen schlechten Einfluss auf die Vorrichtung ausübt. Darüber hinaus wird das Poly-Si mit einer Geschwindigkeit von nur etwa 4 nm/min (40 Å/min) geätzt, was um einen Faktor von zwei Größenordnungen niedriger als bei anderen Ätzprozessen ist. In Fällen, in denen großflächige Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise 35,6 cm (14 Inch) große Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen gefertigt werden, ist die Bestrahlungsfläche um einen Faktor von ~ 2 · 10&sup4;-mal größer als bei den experimentellen Daten, weshalb der Prozess nicht auf die Stufe des praktischen Einsetzbarkeit gebracht werden kann, auch wenn als Lichtquelle ein Excimerlaser mit der derzeit höchsten Ausgangsleistung (etwa 100 W) verwendet wird. Abgesehen davon besteht das Problem, dass wenn das durch die Maske gehende ultraviolette Licht durch ein in der Wand der Reaktionskammer eingelassenes Ultraviolettbestrahlungsfenster auf das Substrat fallen gelassen wird, sich eine infolge einer Ätzreaktion erzeugte Substanz auf diesem Ultraviolettbestrahlungsfenster niederschlagen und das ultraviolette Licht absorbieren kann, sodass die Ätzgeschwindigkeit sinkt und das Ultraviolettbestrahlungsfenster deswegen häufig umständlich gereinigt werden muss.
Unter den oben genannten Feinbearbeitungsverfahren, die bei Dünnfilmvorrichtung verwendet werden, erfordert das Verfahren, bei dem Fotolithografie Verwendung findet, die Verwendung eines Resists, das abgezogen wird, weshalb das Verfahren das Problem mit sich bringt, dass sich das abgezogene Resist als Staub herausstellt und auf der Oberfläche eines Substrats anhaftet, sodass es zu einer Verschlechterung des Leistungsvermögens der Vorrichtung und einer Verringerung der Ausbeute kommt. Bei dem Verfahren, bei dem ohne Fotolithografie eine Trockenätzung durchgeführt wird, lässt sich eine Fertigung bei geringen Kosten und hoher Ausbeute erzielen, wobei sich jedoch zwischen dem beim Ätzen als Maske dienenden Schutzfilm und dem Film, bei dem die Feinbearbeitung anzuwenden ist, keine ausreichend hohe Ätzselektivität ergeben kann. Es besteht daher das Problem, dass der beim Trockenätzen als Maske dienende Schutzfilm verschwinden kann, wenn der durch einmal durchgeführte Oberflächenmodifikation ausgebildete Schutzfilm eine geringe Dicke hat, weswegen die Ätzung des Films, bei dem die Feinbearbeitung anzuwenden ist, nicht in ausreichendem Maße (bzw. mit ausreichender Tiefe) erfolgt.
Ein anderer Problempunkt ist der, dass die vorstehend diskutierten Fotoanregungsprozesse in Hinblick auf eine bessere Anpassung auf stärker integrierte und leistungsfähigere Halbleitervorrichtungen noch Raum für Verbesserungen bieten. Ein Bereich für Verbesserungen ist der, dass die lichtabsorbierende Querschnittsfläche oder die lichtreaktive Querschnittsfläche so klein ist, dass sie zu einer geringen Bearbeitungsgeschwindigkeit führt. Beispielsweise wird beim Fotoanregungsätzen eines Silizumsubstrats in den meisten Aufsätzen davon berichtet, dass die Ätzgeschwindigkeit ungefähr 10 bis 200 nm/min (100 bis 2000 Å/min) beträgt (vgl. "Research Reports XII on New Electronic Materials, Photo-excitation Processing Technique Research Report 1", Japan Electronic Industry Association, März 1986), wobei die Ätzgeschwindigkeit um einen Faktor von etwa einer Größenordnung kleiner als bei herkömmlichem Plasmaätzen ist. Bei Infrarotbestrahlung, bei der ein CO&sub2;-Laser oder dergleichen verwendet wird, wird in erster Linie die durch das Erwärmen des Substrats hervorgerufene thermochemische Reaktion genutzt, weswegen die Bilder aufgrund von Wärmediffusion unscharf sein können. Dies führte manchmal zu einem Problem, wenn die Substratoberfläche mit guter Selektivität bearbeitet werden musste.
Bei der angesprochenen Fotoätzung ist es aufgrund der Streuung oder Brechung von Licht an der Innenseite von Bearbeitungsvertiefungen unmöglich, eine Feinbearbeitung durchzuführen, die ein Muster getreu wiedergibt. Um eine perfekte anisotrope Ätzung durchzuführen, muss zudem ein Seitenwandschutzfilm ausgebildet werden, wobei dieser Film als Rückstand zurückbleiben kann und einen schlechten Einfluss auf die Vorrichtung ausüben kann.
In Fällen, in denen großflächige Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise 35,6 cm (14 Inch) große Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen angefertigt werden, wird das Poly- Si, wie in dem Aufsatz von Sekine et al. berichtet wird, mit einer sehr geringen Geschwindigkeit von höchstens 4 nm/min (40 Å/min) geätzt. Dies ist um einen Faktor von etwa zwei Größenordnungen geringer als bei anderen Ätzprozessen. Darüber hinaus kann der Prozess selbst dann nicht auf die Stufe der praktischen Einsetzbarkeit gebracht werden, wenn als Lichtquelle ein Excimerlaser mit der derzeit höchsten Ausgangsleistung (etwa 100 W) verwendet wird. Abgesehen davon besteht das Problem, dass sich auf dem Ultraviolettbestrahlungsfenster, durch das ultraviolette Licht geht, eine infolge einer Ätzreaktion erzeugte Substanz niederschlägt und die Ätzgeschwindigkeit senkt, weshalb das Fenster häufig gereinigt werden muss.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung erfolgte unter Berücksichtung der oben genannten aus dem Stand der Technik bekannten Probleme. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Bearbeitungsverfahren, das die rasche Anwendung einer Feinbearbeitung erlaubt, die ein Muster getreu wiedergibt, und mit der sich die Ausbeute verbessern lässt, und ein Gerät zu schaffen, das sich für ein solches Verfahren verwenden lässt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bearbeitungsverfahren zu schaffen, mit dem sich der beim Trockenätzen als Maske dienende Schutzfilm mit ausreichend großer Dicke ausbilden lässt, wodurch sich ein ausreichender Ätzgrad erzielen lässt.
Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zur Anwendung einer Feinbearbeitung bei Halbleitervorrichtungen zur Verfügung zu stellen, mit denen sich durch Verwendung eines einfachen Prozesses akkurat ein Schaltungsmuster ausbilden lässt.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, das Problem zu lösen, dass bei der Fertigung von Vorrichtungen mittels Fotolithografie nicht nur das Verfahren kompliziert ist, was zu einer Kostenerhöhung führt, sondern dass es auch zur Stauberzeugung oder zu einer Vermehrten Stauberzeugung kommt, was eine Verringerung der Ausbeute und eine Erhöhung der Gesamtkosten mit sich bringt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das zur Ausbildung eines Schutzfilms im Stande ist, der eine chemisch hinreichend starke Verbindung ergibt und Teilchen mit großem Durchmesser aufweist, sodass er eine hohe Ätzbeständigkeit hat.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fotobearbeitungsverfahren, das eine Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit erlaubt, und ein Bearbeitungsgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem dieses Bearbeitungsverfahren Anwendung finden kann.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fotobearbeitungsverfahren, mit dem sich der gewünschte Bereich auf dem Substrat mit ausgezeichneter Selektivität bearbeiten lässt, und ein Bearbeitungsgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem dieses Bearbeitungsverfahren Anwendung finden kann.
Darüber hinaus ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterfertigungsverfahren und ein Halbleiterfertigungsgerät zur Verfügung zu stellen, mit denen sich unter Verwendung von Aluminium als einem guten Leiter oder von einem hauptsächlich aus Aluminium bestehenden Metall ohne Verwendung eines Resists mit hoher Selektivität und guter Ausbeute eine Elektrode oder eine Verdrahtung ausbilden lässt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A bis Fig. 1D veranschaulichen die Schritte eines Vorgangs zur Ausbildung eines Musters gemäß Beispiel 1 der Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht im Querschnitt den Aufbau eines Geräts zur Fertigung einer Vorrichtung gemäß dem in den Fig. 1A bis 1D gezeigten Vorgang.
Fig. 3 und Fig. 4 veranschaulichen im Querschnitt den. Aufbau weiterer Beispiele für eine Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a beziehungsweise Ätzkammer 112c, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind.
Fig. 5A bis Fig. 5D veranschaulichen die Schritte eines Vorgangs zur Fertigung einer Vorrichtung gemäß Beispiel 3 der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren, mit denen sich die obigen Aufgaben lösen lassen, umfasst
einen ersten Schritt des Abscheidens eines Films auf einem Substrat, der ein Objektfilm aus entweder einem Halbleiter, einem Metall oder einem Isolator ist;
einen zweiten Schritt des Beaufschlagens der Oberfläche des in dem ersten Schritt abgeschiedenen Films mit Bestrahlung durch einen Strahl gegebener Energie, um auf der Oberfläche eine physikalische Schädigung zu erzeugen;
einen dritten Schritt des Beaufschlagens der Filmoberfläche, auf der in dem zweiten Schritt die physikalische Schädigung erzeugt wurde, mit selektiver Bestrahlung durch Licht, um partiell eine fotochemische Reaktion herbeizuführen, sodass auf der Filmoberfläche abhängig von der gewünschten Vorrichtungsstruktur ein Maskenmuster ausgebildet wird; und
einen vierten Schritt des Durchführens einer Fotoätzung, die das in dem dritten Schritt ausgebildete Maskenmuster als Abschirmelement verwendet.
Das für das obige Verfahren verwendete Gerät umfasst:
eine Latentbilderzeugungskammer, in der ein Objekt selektiv mit Licht bestrahlt wird;
eine Modifikationsschicht-Ausbildungskammer, in der das Objekt mit einem Strahl gegebener Energie bestrahlt wird; und
eine Fotoätzkammer, in der eine Fotoätzung durchgeführt wird,
wobei die Modifikationsschicht-Ausbildungskammer und die Fotoätzkammer mit der Latentbilderzeugungskammer über eine Schleuse verbunden sind.
Gemäß diesem Verfahren wird in dem zweiten Schritt in dem sich von der Oberfläche aus in eine gegebene Tiefe erstreckenden Teil des Abscheidungsfilms durch die Bestrahlung mit dem Strahl eine physikalische Schädigung wie etwa eine Trennung von Bindungen oder eine Bildung von Fangstellen (bzw. Traps) erzeugt. Bei dem anschließend durchgeführten dritten Schritt wird unter Ausnutzung einer durch die selektive Bestrahlung mit Licht herbeigeführten fotochemischen Reaktion ein Maskenmuster ausgebildet. Da in der Oberfläche des Films die wie vorstehend beschriebene Schädigung gebildet wurde, wird die fotochemische Reaktion beschleunigt, sodass sich eine gleichmäßige fotochemische Reaktion ergibt. Dadurch wird die als das Maskenmuster ausgebildete Vorrichtungsstruktur dicht und lässt sich das Ätzverhinderungsvermögen verbessern, sodass sich bei der in dem vierten Schritt ausgeführten Fotoätzung ein gutes Feinbearbeitungsvermögen erzielen lässt.
Bei dem Gerät, bei dem die Modifikationsschicht- Ausbildungskammer und die Fotoätzkammer jeweils über eine Schleuse mit der Latentbilderzeugungskammer verbunden sind, kann das Objekt zwischen den jeweiligen Kammern bewegt werden, ohne die Objektoberfläche der Atmosphäre auszusetzen, wodurch eine Herabminderung der Vorrichtungen und ein Anhaften von Staub verhindert werden können.

BEISPIELE

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun erfindungsgemäße Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Die Fig. 1A bis 1D zeigen schematische Querschnitte, die schrittweise einen Vorgang zur Musterausbildung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens veranschaulichen. Der Vorgang wird in der Reihenfolge der Zeichnungen beschrieben, die bei Fig. 1A beginnen. Die Bezugszahl 101a bezeichnet eine Probe mit einem 300 nm (3000 Å) dicken amorphen Film 103 aus Siliziumnitrid (a-SiN), der mittels Plasma-CVD auf einem Quarzglassubstrat 102 ausgebildet wurde (Fig. 1A). Die in Fig. 1A gezeigte Probe 101a wird mit Strahlen 105 aus Argonionen (Ar&spplus;) bestrahlt, wobei wegen der Argonionen auf der Oberfläche des a-SiN-Films 103 eine oberflächenmodifizierte Schicht 104 mit nachhaltiger Schädigung ausgebildet wird, sodass sich eine Probe 101b ergibt (Fig. 1B). Als Nächstes wird die Probe 101b mit KrF-Excimerlaserlicht 107 bestrahlt, damit in der oberflächenmodifizierten Schicht 104 eine Latentbildschicht 106 erzeugt wird, sodass sich eine Probe 101c ergibt (Fig. 1C). Anschließend wird die Probe unter Verwendung der Latentbildschicht 106 als Maske mit Chlorplasmaströmen 108 geätzt, wodurch eine Probe 101d erhalten werden kann, der die gewünschte Musterform aufweist (Fig. 1D).
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt, der den Aufbau eines Geräts zur Durchführung des oben genannten Fertigungsvorgangs veranschaulicht. Dieses Gerät ist mit einer Latentbilderzeugungskammer 112b, die in der Zeichnung in der Mitte positioniert ist, mit einer als Bearbeitungskammer dienenden Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a (linke Seite in der Zeichnung) und einer Ätzkammer 112c (rechte Seite in der Zeichnung) versehen. In der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a wird auf der Oberfläche der Probe eine oberflächenmodifizierte Schicht ausgebildet. In der Latentbilderzeugungskammer 112b wird auf der in der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 112a auf der Oberfläche der Probe ausgebildeten oberflächenmodifizierten Schicht ein Latentbild erzeugt. In der Ätzkammer 112c wird die Probe geätzt. Die Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a und die Latentbilderzeugungskammer 112b wie auch die Latentbilderzeugungskammer 112b und die Ätzkammer 112c sind jeweils über eine Schleuse 110b beziehungsweise eine Schleuse 110c miteinander verbunden. Die Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a ist mit einer Schleuse 110a versehen, durch die die Probe 101a von außen ein- oder ausgeführt wird, wobei durch die jeweiligen Schleusen 110a, 110b und 110c eine (nicht gezeigte) Transporteinrichtung hindurchgeht, um die Probe 101a bis 101c zwischen den benachbarten Kammern zu transportieren. Daher kann die Probe 101 durch jede Kammer hindurchbewegt werden, ohne der Atmosphäre ausgesetzt zu werden, wodurch die Anhaftung von Staub an der Probe 101 oder eine gleichzeitige Herabminderung der Vorrichtung verhindert werden kann.
Im Folgenden wird bei der Beschreibung des Kammeraufbaus in der Regel das Buchstabensymbol a an das Ende der Bezugszahlen für die Elemente angefügt, die die Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a bilden; b für die Elemente, die die Latentbilderzeugungskammer 112b bilden; und c für die Elemente, die die Ätzkammer 112c bilden. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugszahlen 10%, 109b und 109c Probenhalter, die die Probe 101 halten; 111a, 111b und 111c Gaseinlässe, aus denen Bearbeitungsgase in die jeweiligen Bearbeitungskammern eingeleitet werden; 113a und 113c Plasmakammern, in denen das Plasma eines modifizierten Gases beziehungsweise eines Ätzgases erzeugt wird; 114a und 114c Magnetspulen, um innerhalb der Plasmakammer 113a bzw. 113c Magnetfelder zu erzeugen; 115a und 115c Kühlwassereinlässe, von denen Kühlwasser zur Kühlung der Magnetspule 114a bzw. 114c und der Plasmakammer 113a bzw. 113c eingeleitet wird; 116a und 116c Kühlwasserauslässe; 117a und 117c Mikrowellendurchlassfenster, durch die der Plasmakammer 113a bzw. 113c Mikrowellen zugeführt werden; 118a eine Elektrodengruppe, um dem in der Plasmakammer 113a erzeugten Plasma Ionen zu entnehmen und sie auf die gewünschte Energie zu beschleunigen; 119 ein als Lichtquelle dienender KrF-Excimerlaser; 120 ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen einer Maske, die aus einer mit Cr gemusterten Quarzplatte (oder einem Retikel) besteht; 122 ein optisches Projektionssystem zur Erzeugung eines Bilds des Maskenmusters auf der Oberfläche der Probe 101; und 123b ein aus Quarz bestehendes Fenster, durch das das aus dem optischen Projektionssystem 122 kommende Licht in die Latentbilderzeugungskammer 112b geleitet wird.
Nachstehend wird nun ein Beispiel des Vorgangs zur Musterausbildung beschrieben, bei dem das in Fig. 2 gezeigte Gerät Verwendung fand.
Zunächst wird ein Verfahren zur Ausbildung der oberflächenmodifizierten Schicht 104 durch Bestrahlen der Oberfläche des a-SiN-Films 103 mit den Argonstrahlen 105 beschrieben, wie es in Fig. 1B gezeigt ist. Die Probe 101a wurde durch die Schleuse 110a in die angesprochene Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a eingebracht und auf den Probenhalter 109a gesetzt. Dann wurde ein (nicht gezeigtes) Vakuumabluftsystem betrieben, um das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 112a und der Plasmakammer 113a auf 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger zu evakuieren. Anschließend wurde aus dem Gaseinlass 111a mit einer Durchflussmenge von 20 sccm Argongas in die Plasmakammer 113a eingeleitet, wobei das obige Vakuumabluftsystem so betrieben wurde, dass der Innendruck auf 2,66 · 10&supmin;² Pa (2 · 10&supmin;&sup4; Torr) eingestellt wurde. Um die Magnetspule 114a und die Plasmakammer 113a zu kühlen, wurde als Nächstes das Kühlwasser aus dem Kühlwassereinlass 115a einfließen und aus dem Kühlwasserauslass 116a ausfließen gelassen. Um in der Plasmakammer 113a ein Magnetfeld zu erzeugen, wurde die Magnetspule 114a mit Strom beaufschlagt und gleichzeitig wurden unter Verwendung eines Wellenleiters die in einem (nicht gezeigten) Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen mit 2,45 GHz und 800 W übertragen, um sie durch das Mikrowellenübertragungsfenster 117a hindurch der Plasmakammer 113a zuzuführen. In der Plasmakammer 113a beschleunigten infolgedessen das elektrische Feld der Mikrowellen und das von der Magnetspule 114a erzeugte Magnetfeld die Elektronen mit gutem Wirkungsgrad, sodass Neutronen ionisiert wurden und ein dichtes Argonplasma erzeugt wurde. Für das Plasma ergab sich ein besserer Wirkungsgrad, wenn die Größe des Magnetfelds bei der Größe eines Magnetfelds gehalten wurde, das zur elektronischen Zyklotronresonanz führt (875 Gauß im Fall von 2,45 GHz Mikrowellen; Magnetspulenstrom: 154 A). Als Nächstes wurden dem in der Plasmakammer 113a erzeugten Plasma durch Steuerung der an die Elektrodengruppe 118a angelegten Spannung Ar&spplus;-Ionen entzogen und auf eine Energie von 1 keV beschleunigt. Die Ionenstromdichte betrug dabei 1 mA/cm². Mit dem auf diese Weise entzogenen Ar&spplus;-Ionenstrahlen wurde der a-SiN-Film 103 der Probe 101a auf seiner gesamten Oberfläche für 2 Minuten bestrahlt. Die Bestrahlung mit den Argonstrahlen führte zu der oberflächenmodifizierten Schicht 104, in der von der Oberfläche aus in einer Tiefe von etwa 3 nm (30 Å) Schäden wie etwa ein Bruch der a-SiN-Bindungen oder das Auftreten von Fangstellen erzeugt worden war. Auf diese Weise wurde die Probe 101b erzielt. Nach Abschluss dieser Bearbeitung wurde die Gaszuführung unterbrochen und das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a evakuiert, damit sich ein Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger ergab.
Als Nächstes wurde der in Fig. 1C gezeigte Latentbilderzeugungsschritt durchgeführt, d. h. der Schritt des selektiven Bestrahlens der Oberfläche der oberflächenmodifizierten Schicht 104 der Probe iQib mit dem Laserlicht 107, um dadurch lediglich in dem mit dem Laserlicht 107 bestrahlten Teil eine fotochemische Reaktion herbeizuführen und die Oberfläche unter Ausbildung eines Musters zu modifizieren. Die Latentbilderzeugungskammer 112b wurde vorab mittels eines (nicht gezeigten) Vakuumabluftsystems auf 1,30 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Dann wurde die Schleuse 110b geöffnet und die Probe 101b von der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 112a zu der Latentbilderzeugungskamrner 112b transportiert und auf den Probenhalter 109b gesetzt. Danach wurde die Schleuse 110b geschlossen und die Latentbilderzeugungskammer 112b erneut auf 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Anschließend wurde aus dem Gaseinlass 111b O&sub2;-Gas in die Latentbilderzeugungskammer 112b eingeleitet und das Vakuumabluftsystem so betrieben, dass der Druck im Inneren auf 2,66 · 10&supmin;&sup4; Pa (200 Torr) eingestellt wurde.
Als Nächstes wurde die Maske 121, die mit dem gewünschten Muster versehen worden war, durch das optische Bestrahlungssystem 120 hindurch gleichmäßig mit dem Laserlicht 107 bestrahlt, das mittels des als Lichtquelle 119 dienenden KrF-Excimerlasers mit einer Wellenlänge von 248 nm abgestrahlt wurde, und die Oberfläche der Probe 101 dann mit dem durch die Maske 121 übertragenen Licht durch das optische Projektionssystem 122 und das Fenster 123b hindurch bestrahlt, um auf der Oberfläche der Probe 101 ein Bild des auf der Maske 121 ausgebildeten Musters zu erzeugen. Als Material für das Fenster 123b wurde eine Quarzplatte verwendet, sodass das Laserlicht 107 mit der Wellenlänge von 248 nm ohne Absorption übertragen wurde. Auf der Oberfläche der oberflächenmodifizierten Schicht 104, auf der das Maskenbild erzeugt wurde, fand die fotochemische Reaktion von O&sub2; mit a-SiN lediglich auf dem mit dem Laserlicht 107 bestrahlten Teil statt, sodass sich die oberflächenmodifizierte Schicht 104 während der fünfminütigen Belichtung dem Muster entsprechend in die Latentbildschicht 106, d. h. eine SiO&sub2;-Schicht, änderte. Auf diese Weise wurde die Probe 101c erhalten. Da bei diesem Beispiel zuvor die oberflächenmodifizierte Schicht 104 ausgebildet worden war, wurde die fotochemische Reaktion beschleunigt, sodass es zu einer gleichmäßigen fotochemischen Reaktion kam, und wurde daher eine dichte Latentbildschicht 106 mit hoher Ätzverhinderungswirkung ausgebildet. Bei dem nicht mit dem Laserlicht 107 bestrahlten Teil kam es zu keinem Fortschreiten dieser Reaktion, weshalb auf der Oberfläche des a-SiN-Films 103 ein aus der Latentbildschicht 106 bestehendes Negativmuster der Maske 121 ausgebildet wurde. Mit anderen Worten wurde ein Latentbild erzeugt, bei dem a-SiN zu SiO&sub2; modifiziert wurde. Die Tiefe der Latentbildschicht 106 entsprach der Tiefe der oberflächenmodifizierten Schicht 104, wobei die Reaktion nicht über diese Tiefe hinaus fortschritt.
Nach Ausbildung der Latentbildschicht 106 wurde die Zuführung des O&sub2;-Gases unterbrochen und das Innere der Modifikationskammer 112a evakuiert, damit sich ein Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger ergab.
Als Nächstes wurde der in Fig. 1D gezeigte Ätzschritt durchgeführt, d. h. der Schritt des Wegätzens des von der in dem vorherigen Schritt ausgebildeten Latentbildschicht 106 verschiedenen Teils, wobei diese Schicht als Maske verwendet wurde. Das Innere der Ätzkammer 112c und der Plasmakammer 113c wurde mittels eines (nicht gezeigten) Vakuumabluftsystems zuvor auf 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Dann wurde die Schleuse 110c geöffnet und die Probe 101c von der Latentbilderzeugungskammer 112b zu der Ätzkammer 112c transportiert und auf den Probenhalter 109c gesetzt. Dann wurde die Schleuse 110c geschlossen und das Innere der Ätzkammer 112c und der Plasmakammer 113c erneut auf 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Anschließend wurde aus dem Gaseinlass 111c Cl&sub2;-Gas in die Plasmakammer 113c eingeleitet und das Vakuumabluftsystem so betrieben, dass der Druck im Inneren auf 6,65 · 10&supmin;² Pa (5 · 10&supmin;&sup4; Torr) eingestellt wurde. Um die Magnetspule 114c und die Plasmakammer 113c zu kühlen, wurde aus dem Kühlwassereinlass 115c Kühlwasser einfließen und aus dem Kühlwasserauslass 116c ausfließen gelassen. Die Magnetspule 114c wurde mit einem Strom von 154 A beaufschlagt, um in der Plasmakammer 113c ein 875 Gauß starkes Magnetfeld zu erzeugen, wobei außerdem unter Verwendung eines Wellenleiters die in einem (nicht gezeigten) Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen mit 2,45 GHz und 400 W übertragen wurden, um sie durch das Mikrowellenübertragungsfenster 117c hindurch der Plasmakammer 113c zuzuführen. Infolgedessen wurde in der Plasmakammer 113c auf die gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Argonplasma Chlorplasma erzeugt. Das auf diese Weise erzeugte Chlorplasma wurde durch ein Streumagnetfeld in die Richtung der magnetischen Kraftlinien beschleunigt, sodass sich ein Chlorplasmafluss 108 ergab, mit dem die Probe 101 bestrahlt wurde. Die Cl&spplus;- Ionen wurden in dem Plasma durch ein zwischen der Probe 101 und dem Plasma erzeugtes Schwebepotential (10 bis 20 V) beschleunigt, sodass sie gegen die Oberflächen der oberflächenmodifizierten Schicht 104 und der Latentbildschicht 106 stießen, wobei durch das angeregte Cl oder Cl&sub2; lediglich die oberflächenmodifizierte Schicht 104 und der darunter liegende a-SiN-Film 103 geätzt wurden. Auf diese Weise wurde die Probe 101d erhalten. Das Selektivitätsverhältnis (a-SiN/SiO&sub2;), das das Verhältnis der Ätzrate für das die oberflächenmodifizierte Schicht 104 bildende a-SiN und das die Latentbildschicht 106 bildende SiO&sub2; darstellt, betrug etwa 150. Daher war die Ätzung des a-SiN-Films 103 beendet, bevor die als Maskenelement dienende Latentbildschicht 106 entfernt worden war. Da der Druck bei dieser Ätzung lediglich 1,33 · 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) betrug, war die mittlere freie Weglänge der Ionen mit ~ 8 cm sehr viel größer als die der Ionenhülle (~ 0,1 mm). Daher fielen die Ionen mit einer guten vertikalen Linearität auf die Oberfläche des a-SiN-Films 103, wodurch eine Feinbearbeitung (≥ 0,5 um) mit guter Anisotropie bewirkt werden konnte.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wurde die oberflächenmodifizierte Schicht 104 ausgebildet, indem unter Verwendung der Plasmakammer 113a Ionenstrahlen mit gleichmäßiger Energie erzeugt und die Probe mit diesen Strahlen bestrahlt wurde. Die oberflächenmodifizierte Schicht 104 konnte jedoch auch unter Verwendung von Ionen mit einer breiten Energieverteilung ausgebildet werden, die in einem Plasma enthalten waren, das unter Verwendung von parallelen tafelförmigen Elektroden mittels Hochfrequenzentladung erzeugt wurde.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt, der schematisch ein Beispiel des Aufbaus der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 131 darstellt, bei dem die oberflächenmodifizierte Schicht 104 durch derartige Ionen mit breiter Energieverteilung ausgebildet wird. Die Schleuse, die diese Kammer mit der Latentbilderzeugungskammer verbindet, ist in dieser Zeichnung nicht gezeigt. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 132 einen Probenhalter; 133 einen Gaseinlass; 134 einen Isolator zum Isolieren des Probenhalters 132 und der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 131 in Richtung der Gleichströme; 135 eine Hochfrequenzspannungsquelle mit 13,56 MHz und 800 W; 136 einen Anpassungskasten, um auf Seiten des Probenhalters 132 und der Hochfrequenzspannungsquelle 135 eine Impedanzanpassung sicherzustellen; 137 eine Gegenelektrode, die dem Probenhalter 132 gegenüberliegt; und 138 eine Schleuse.
Es folgt nun eine Beschreibung, wie die Ausbildung der oberflächenmodifizierten Schicht 104 vor sich geht. Durch die Schleuse 138 hindurch wurde die angesprochene Probe 101 auf den Probenhalter 132 gesetzt, wobei das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 131 mittels eines (nicht gezeigten) Vakuumabluftsystems auf einen Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert wurde. Als Nächstes wurde aus dem Gaseinlass 133 in die Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 131 mit einer Durchflussmenge von 50 sccm Ar eingeleitet und das Vakuumabluftsystem so betrieben, dass der Druck innerhalb der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 131 auf 10,64 Pa (0,08 Torr) eingestellt wurde. Als Nächstes wurde auf den Probenhalter 132 durch Einstellen des Anpasskastens 136 eine Hochfrequenz von 13,56 MHz und 800 W aufgebracht, um in dem Zwischenraum zwischen dem Probenhalter 132 und der Gegenelektrode 137 ein Plasma zu erzeugen. Da der Probenhalter 132 von der Oberflächenmodifikationsschicht- Ausbildungskammer 131 in Richtung der Gleichströme isoliert war, wurde zwischen dem Probenhalter 132 und der Gegenelektrode 137 aufgrund des Mobilitätsunterschieds zwischen den Elektroden und Ionen eine negative Überlagerungsgleichspannung von etwa -1 kV erzeugt. Aufgrund dieser Spannung wurden Ar-Ionen beschleunigt und stießen gegen die Oberfläche des a-SiN-Films 103, sodass sich auf der Oberfläche des a-SiN-Films 103, an der die oberflächenmodifizierte Schicht 104 ausgebildet wurde, die Schädigung ergab. Die Energie der Ionen betrug höchstens etwa 1 kev und war über einen großen Bereich niedriger als dieser Wert verteilt. Obwohl es sich nicht um eine einzige Energie handelte, wurde dennoch die gleiche Wirkung wie bei der in Fig. 2 gezeigten Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a erzielt. Die Bearbeitung erfolgte in diesem Beispiel für 5 Minuten. Nach Beendigung der Bearbeitung wurde die Gaszuführung unterbrochen und das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 131 auf einen Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) evakuiert. Die Latentbilderzeugung und das Ätzen konnten danach auf gleiche Weise durchgeführt werden.
Bei diesem Beispiel wurde als Bestrahlungslicht für die Ausbildung der Latentbildschicht 106 das KrF-Excimerlaserlicht mit einer Wellenlänge von 248 nm verwendet. Die hierbei verwendete Wellenlänge des Bestrahlungslichts kann jedoch auch kürzer als die Wellenlänge sein, bei der die Absorption auf der Filmoberfläche beginnt, auf der das Latentbild erzeugt wird. Da die Absorption bei a-SiN bei 300 nm oder weniger größer wird, konnte auch eine Quecksilberlampe, eine Deuteriumlampe, ein ArF-Excimerlaser, ein KrCl-Excimerlaser, ein F&sub2;-Laser usw. verwendet werden.
Um die Feinbearbeitung zu bewirken, war die Ätzung in diesem Beispiel so ausgelegt, dass sie unter Verwendung eines Chlorplasmaflusses erfolgte, der durch Beschleunigung eines Chlorplasmas erzeugt wurde. Wenn jedoch das besondere Erfordernis einer Feinbearbeitung nicht erfüllt sein muss, kann die Ätzung auch dadurch erfolgen, dass ein angeregtes Gas in der in Fig. 4 gezeigten Ätzkammer 141 Verwendet wird. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 142 einen Gaseinlass, aus dem das Ätzgas eingelassen wird; 143 eine Mikrowellen- Gasanregungsvorrichtung, um durch Erzeugung eines elektrischen Mikrowellenfelds ein Plasma zu erzeugen, sodass angeregte Spezies gebildet werden; 144 ein aus Quarz bestehendes Transportrohr, durch das das in der Mikrowellen-Gasanregungsvorrichtung 143 erzeugte angeregte Gas in die Ätzkammer 141 transportiert wird; 145 einen Probenhalter; und 146 eine Schleuse.
Es wird nun der Ätzvorgang in der Ätzkammer 141 beschrieben. Die Ätzkammer 141 wurde zunächst vorab mittels eines (nicht gezeigten) Vakuumabluftsystems auf einen Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Die Schleuse 146 wurde geöffnet und die Probe 101 auf die gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Prozess aus der Latentbilderzeugungskammer 112b transportiert und auf den Probenhalter 145 gesetzt. Dann wurde die Schleuse 146 geschlossen und die Ätzkammer 141 erneut auf einen Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert. Als Nächstes wurde aus dem Gaseinlass 142 als Ätzgas Cl&sub2;-Gas mit einer Durchflussmenge von 500 sccm in die Mikrowellengasanregungsvorrichtung 143 eingeleitet und das Vakuumabluftsystem dann so betrieben, dass der Druck in der Ätzkammer 141 auf 33,25 Pa (0,25 Torr) eingestellt wurde. Anschließend wurden der Mikrowellen-Gasanregungsvorrichtung 143 Mikrowellen zugeführt, die in einem (nicht gezeigten) Mikrowellengenerator erzeugt mit 2,45 GHz und 400 W erzeugt worden waren, wodurch das Cl&sub2;-Gas zu Plasma wurde, und die Moleküle Cl&sub2;&spplus;, Cl&spplus;, die durch die Umwandlung des Gases in Plasma angeregt wurden, durch das Transportrohr 144 hindurch der Ätzkammer 141 zugeführt. Indem die Latentbildschicht 106 als Maske verwendet wurde, wurde der a-SiN-Film 103 geätzt, als die angeregten Moleküle Cl&sub2;&spplus;, Cl&spplus; die Oberfläche der Probe 101 erreichten. Auf diese Weise konnte die Probe 101d erhalten werden. Da die in diesem Fall ausgeführte Ätzung einer rein chemischen Reaktion zuzuschreiben ist, die von der obigen angeregten Spezies Verwendung macht, wurde keine Schädigung erzeugt, sondern schritt die Ätzung isotrop fort, wodurch das Feinbearbeitungsvermögen geopfert wurde.
Bei diesem Beispiel waren die jeweiligen Bearbeitungskammern über Schleusen verbunden. Die Erfindung kann aber auch Anwendung finden, wenn jeweils unabhängige Geräte verwendet werden.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wird auf Poly-Si eine n&spplus;-Halbleiterschicht ausgebildet, sodass sich die oberflächenmodifizierte Schicht ergibt. Dieses Beispiel wird nachstehend beschrieben. Bei diesem Beispiel wird der in Fig. 1A gezeigte a-SiN-Film 103 durch einen Poly-Si-Film ersetzt, der durch ein Niedrigdruck-CVD-Verfahren mit einer Dicke von 300 nm (3000 Å) ausgebildet wird, wobei außerdem anstelle der Ar&spplus;-Ionenstrahlen 105 P&spplus;-Ionenstrahlen verwendet werden. Das Gerät ist auf die gleiche Weise wie das in Fig. 2 gezeigte Gerät aufgebaut. Daher wird der Fertigungsvorgang nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Die Ausbildung der n&spplus;-Schicht auf der Oberfläche des Poly-Si-Films erfolgt bei diesem Beispiel auf die gleiche Weise wie der Schritt des Ausbildens der oberflächenmodifizierten Schicht 104 unter Verwendung der Ar&spplus;-Ionenstrahlen 105 in Beispiel 1. Die bei diesem Beispiel verwendete Probe wurde durch die Schleuse 110a hindurch auf den Probenhalter 109a gesetzt, wobei das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a und der Plasmakammer 113a mittels eines (nicht gezeigten) Vakuumabluftsystems auf einen Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger evakuiert wurde. Als Nächstes wurde aus dem Gaseinlass lila in die Plasmakammer 113 PH&sub3;-Gas mit einer Durchflussmenge von 20 sccm eingeleitet und das Vakuumabluftsystem so betrieben, dass der Druck in der Kammer auf 2,66 · 10&supmin;² Pa (2 · 10&supmin;&sup4; Torr) eingestellt wurde. Anschließend wurde die Magnetspule 114a mit einem Strom von 154 A beaufschlagt, um in der Plasmakammer ein Magnetfeld von 875 Gauß zu erzeugen. Als Nächstes wurden unter Verwendung eines Wellenleiters die in einem (nicht gezeigten) Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen mit 2,45 GHz und 800 W übertragen, um sie durch das Mikrowellenübertragungsfenster 117a der Plasmakammer 113a zuzuführen. Infolgedessen wurde in der Plasmakammer 113a PH&sub3;-Plasma erzeugt. Die in dem Plasma vorhandenen Spezies waren PH&sub3;&spplus;, PH&sub2;&spplus;, PH&spplus;, P&spplus;, H&sub2;&spplus; und H&spplus;. Als Nächstes wurden diese Ionen durch Steuerung der an der Elektrodengruppe 118a angelegten Spannung dem in der Plasmakammer 113a erzeugten Plasma entzogen und auf eine Energie von 1 kev beschleunigt. Die Stromdichte betrug dabei 0,6 mA/cm². Mit den auf diese Weise entzogenen Ar&spplus;- Ionenstrahlen wurde der Poly-Si-Film der Probe für 3 Minuten und 30 Sekunden auf seiner gesamten Oberfläche bestrahlt. Diese Bestrahlung ließ von der Oberfläche aus in einer Tiefe von etwa 3 nm (30 Å) Phosphoratome als Verunreinigungen eindringen, die als Donator dienten, um eine n&spplus;-Halbleiterschicht auszubilden. Da der n&spplus;-Halbleiter im Allgemeinen zur Oxidation neigt, wurde der anschließende Schritt der Erzeugung eines Latentbildes stärker beschleunigt. Nach Beendigung dieser Bearbeitung wurde die Gaszuführung unterbrochen und das Innere der Oberflächenmodifikationsschicht-Ausbildungskammer 112a evakuiert, sodass sich ein Druck von 1,33 · 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder weniger ergab.
Im Anschluss daran wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 der in Fig. 1C gezeigte Schritt des Erzeugens eines Latentbilds und der in Fig. 1D gezeigte Schritt des Ätzens durchgeführt, sodass das gewünschte Muster ausgebildet werden konnte.

Beispiel 3

Es folgt nun eine Beschreibung des Beispiels 3 der Erfindung.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen schematische Querschnitte, die schrittweise einen Vorgang zur Fertigung eines amorphen Siliziumfotosensors veranschaulichen.
Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wurde auf der Oberseite eines aus Quarzglas bestehenden Substrats 151 ein Cr-Film 152 mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) abgeschieden. Anschließend wurde der Cr-Film 152 zu dem gewünschten Muster geätzt, sodass eine wie in Fig. 5B gezeigte untere Elektrode 153 ausgebildet wurde. Bei der Ausbildung der unteren Elektrode 153 wurde unter Verwendung von Ar&spplus;- Ionenstrahlen mit einer Energie von 2 keV auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise eine oberflächenmodifizierte Schicht ausgebildet und die Schicht danach selektiv mit KrF-Excimerlaserlicht bestrahlt, um partiell eine aus CrOx bestehende Latentbildschicht zu erzeugen, woraufhin unter Verwendung der Latentbildschicht als Maske eine Ätzung mit als Ätzgas verwendetem Cl&sub2;-Gas folgte.
Wie in Fig. 5C gezeigt ist, wurden nacheinander mehrere Filme bis zu einem Al-Film 157 abgeschieden. Die Filme wurden wie folgt abgeschieden: Das in Fig. 5B gezeigte Substrat wurde auf 350ºC erwärmt, wobei auf der Oberfläche des Substrats mittels Plasma-CVD unter Verwendung eines Gasgemisches aus SiH&sub4;, NH&sub3; und H&sub2; ein a- SiH-Film 154 mit einer Dicke von 300 nm (3000 Å) ausgebildet wurde. Anschließend wurde mittels Plasma-CVD unter Verwendung eines Gasgemisches aus SiH&sub4; und H&sub2; ein a-Si-Film 155 mit einer Dicke von 1,5 um ausgebildet. Als Nächstes wurde auf dessen Oberseite unter Verwendung eines Gasgemisches aus SiH&sub4;, OH&sub3; und H&sub2; ein n&spplus;-a-Si-Film 156 mit einer Dicke von 200 nm (2000 Å) ausgebildet und darauf dann der Al-Film 157 mit einer Dicke von 600 nm (6000 Å) ausgebildet.
Wie in Fig. 5D gezeigt ist, wurde in der Mitte des Al- Films 57 eine Lichtauftrefföffnung 159 geschaffen und der Film so bearbeitet, dass der Umfang der Öffnung als eine obere Elektrode 158 diente. Dies erfolgte wie folgt. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Ar&spplus;-Ionenstrahlen mit einer Energie von 2 keV eine oberflächenmodifizierte Schicht ausgebildet und die Schicht danach selektiv mit KrF-Excimerlaserlicht bestrahlt, um partiell eine aus AlOx bestehende Latentbildschicht auszubilden, worauf unter Verwendung der Latentbildschicht als Maske bis zu einer den n&spplus;-a-Si-Film 156 erreichenden Tiefe eine Ätzung mit als Ätzgas verwendetem Cl&sub2;-Gas erfolgte. Infolgedessen wurden die Lichteinfallöffnung 159 und die obere Elektrode 158 ausgebildet.
Bei diesem Beispiel konnte die Vorrichtung daher ohne Verwendung des bislang verwendeten Resists angefertigt werden. Daher sind die Fertigungsschritte wesentlich einfacher und konnte der Fotosensor aus amorphen Silizium ohne eine Senkung der Ausbeute infolge von Staub angefertigt werden.
Unter den vorstehend beschriebenen Beispielen wurden Beispiele beschrieben, bei denen in dem Plasma enthaltene Ar&spplus;-Ionenstrahlen oder Ionen Verwendung fanden, die eine breite Energieverteilung aufwiesen. Diese können jedoch auch in Form von Strahlen geeigneter Energie, beispielsweise als Ladungsstrahlen oder Elektronenstrahlen, vorliegen und sind daher nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt.
Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Erfindung hat die folgenden Wirkungen.
Und zwar wird dem Film bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren vor dem dritten Schritt des Ausbildens des Maskenmusters vorab eine physikalische Schädigung zugefügt, wodurch das Maskenmuster dick ausgeführt und eine dichte Vorrichtungsstruktur erzielt werden kann. Dies bringt eine Verbesserung der Ätzverhinderungswirkung mit sich und erlaubt bei der Fotoätzung daher eine Verbesserung der Feinbearbeitungswirkung. Da sich der Prozess zudem vereinfachen lässt, können die Vorrichtungen schnell angefertigt werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Herabminderung der Vorrichtung und eine Anhaftung von Staub zu verhindern, wodurch die Ausbeute über die oben genannte Wirkung hinaus verbessert werden kann.
Die Erfindung hat darüber hinaus auch die folgende Wirkung:
Gemäß dem Gerät zur Feinbearbeitung von Halbleitervorrichtungen kann das Substrat von der Latentbilderzeugungskammer durch die Schleuse zu der Ätzkammer bewegt werden. Daher kann auf der Substratoberfläche kein Staub anhaften, wodurch sich die Genauigkeit der Musterausbildung verbessern lässt. Auf ähnliche Weise kann auch die Latentbilderzeugungskammer über eine Schleuse mit einer Reinigungskammer verbunden werden, sodass das Substrat gereinigt werden kann, bevor die oberflächenmodifizierte Schicht auf dem Substrat ausgebildet wird.
Dies bringt ebenfalls eine große Wirkung mit sich.

Claims

1. Bearbeitungsverfahren, mit:

einem ersten Schritt des Abscheidens eines Films (103) auf einem Substrat (102), der ein Objektfilm aus entweder einem Halbleiter, einem Metall oder einem Isolator ist;

einem zweiten Schritt des Beaufschlagens der Oberfläche des in dem ersten Schritt abgeschiedenen Films mit Bestrahlung durch einen Strahl (105) gegebener Energie, um auf der Oberfläche (104) eine physikalische Schädigung zu erzeugen;

einem dritten Schritt des Beaufschlagens der Filmoberfläche (104), auf der in dem zweiten Schritt die physikalische Schädigung erzeugt wurde, mit selektiver Bestrahlung durch Licht (107), um partiell eine fotochemische Reaktion herbeizuführen, sodass auf der Filmoberfläche abhängig von der gewünschten Vorrichtungsstruktur ein Maskenmuster (106) ausgebildet wird; und

einem vierten Schritt des Durchführens einer Fotoätzung (108), die das in dem dritten Schritt ausgebildete Maskenmuster als Abschirmelement verwendet.

2. Bearbeitungsgerät, mit:

einer Latentbilderzeugungskammer (112b), in der ein Objekt selektiv mit Licht bestrahlt wird;

einer Modifikationsschicht-Ausbildungskammer (112a) in der das Objekt mit einem Strahl gegebener Energie bestrahlt wird; und

einer Fotoätzkammer (112c), in der eine Fotoätzung durchgeführt wird,

wobei die Modifikationsschicht-Ausbildungskammer (112a) und die Fotoätzkammer (112c) mit der Latentbilderzeugungskammer (112b) über eine Schleuse (110b) verbunden sind.