DE69826120T2

DE69826120T2 - Vakuumbehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE69826120T2
Application number: DE69826120T
Authority: DE
Inventors: Masaru Zama-shi KASAI
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: DE69826120D1; EP0980092B1; CN1261460A; US20020134753A1; KR20010020335A; KR100319662B1; JP3394263B2; CN1149646C; EP0980092A4; EP0980092A1; TW411491B; US6465363B1; WO1998049720A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumbehandlungsverfahren unter Verwendung von Sauerstoffradikalen zum Behandeln eines Objekts, das in einer durch ein Vakuumgefäß definierten Behandlungskammer verarbeitet werden soll.
Stand der Technik
Halbleiterwafer zum Herstellen von ICs und Glassubstrate für Flüssigkristallanzeigen etc. (hiernach als „zu behandelndes Objekt" oder Objekt" bezeichnet) werden mittels eines Prozesses, wie etwa eines Ätzprozesses oder eines Aschprozesses, mit einem Vakuumbehandlungsverfahren unter Verwendung eines Vakuumbehandlungsapparats behandelt. Das Vakuumbehandlungsverfahren und der Vakuumbehandlungsapparat bringen ein Objekt in eine Behandlungskammer ein, definiert durch ein Vakuumgefäß, und behandeln das Objekt in einer evakuierten Atmosphäre.
Herkömmliche Vakuumbehandlungsverfahren und Apparate zum Durchführen derselben schließen ein chemisches Trockenätzungsverfahren (CDE) und einen Apparat zum Durchführen desselben ein, die Radikale in einer plasmaproduzierenden Kammer erzeugen, getrennt von einer Behandlungskammer, durch Aktivieren eines Behandlungsgases, und führen die Radikale in die Behandlungskammer ein, um einen dünnen Film mit den Radikalen zu ätzen, der auf einer Oberfläche des Objekts gebildet ist, das in die Behandlungskammer eingebracht worden ist.
Herkömmliche Vakuumbehandlungsverfahren und Apparate zum Durchführen derselben schließen weiterhin ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE) und einen Apparat zum Durchführen desselben ein, die ein Plasma erzeugen, indem eine Radiofrequenzspannung an einem Behandlungsgas angelegt wird, das in eine Behandlungskammer geführt wird, und mit dem in der Behandlungskammer produzierten Plasma ein in die Behandlungskammer eingebrachtes Objekt ätzen, und ein Mikrowellenpasmaätzverfahren und ein Apparat zum Durchführen desselben, die ein Plasma durch Anregen eines Behandlungsgases produzieren, das in eine Behandlungskammer geleitet wird, durch Einwirken einer Mikrowelle auf das Behandlungsgas, und mit dem Plasma ein Objekt ätzen, das in die Behandlungskammer eingebracht ist.
Wenn ein Objekt mit Sauerstoffradikalen mittels des herkömmlichen Vakuumbehandlungsverfahrens und des Apparats zur Durchführung desselben behandelt wird, werden organische strukturelle Teile und organische Klebstoffe geätzt, wenn sie in der Behandlungskammer Sauerstoffradikalen ausgesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine elektrostatische Haltevorrichtung 28 („electrostatic chuck") zum fixierten Halten eines Objekts auf eine Trägeroberfläche 3a eines Objektträgertischs 3 gebracht, der sich in einer Behandlungskammer befindet. Die elektrostatische Haltevorrichtung 28 hat eine Elektrodenschicht 29 und Elektrodendeckschichten 30, zwischen denen die Elektrodenschicht 29 liegt („sandwiching the electrode sheet 29 therebetween").
Die Elektrodendeckschichten 30 werden aus einem hitzeresistenten Polymer gebildet, d. h. einem organischen Material, wie etwa einem Polyimid. Die untere Elektrodendeckschicht 30 ist an die Trägeroberfläche 3a des Objektträgertischs 3 mit einem organischen Kleber 32 gebunden.
Da die Elektrodendeckschichten 30 und der Kleber 32 aus organischen Materialien gebildet sind, werden Teile der Elektrodendeckschichten 30 und des Klebers 32, die einer Atmosphäre in der Behandlungskammer ausgesetzt sind, durch Sauerstoffradikale zum Behandeln des Objekts geätzt.
Da die aus organischen Materialien gebildeten und der Atmosphäre in der Behandlungskammer ausgesetzten Bestandteile durch Sauerstoffradikale geätzt werden, sind die Bestandteile des Vakuumbehandlungsapparates, wie etwa die elektrostatische Haltevorrichtung, kurzlebig und sind Quellen von Partikeln, die die Ausbeute der Produkte verringern. Im wesentlichen muß der Vakuumbehandlungsapparat unter Verwendung von Sauerstoffradikalen die Verwendung von organischen Materialien vermeiden. Jedoch ist die Verwendung von Teilen, die aus organischen Materialien gebildet sind, in einem solchen Vakuumbehandlungsapparat unter den vorliegenden Umständen unvermeidbar wegen der Erfordernisse zum maschinenmäßigen Herstellen von Teilen oder aufgrund der gemeinsamen Verwendung von Teilen.
JP 7-106300 A offenbart eine elektrostatische Haltevorrichtung, die in einer Vakuumkammer zur Plasmabehandlung von Objekten verwendet werden soll, wobei die Haltevorrichtung von einem isolierenden organischen Polymerfilm bedeckt ist, der durch ein Fluorharz bedeckt ist.
JP 55-156083 A offenbart, die Elektroden eines Ätzapparats durch ein Fluorharz zu schützen, um das Ätzen der Elektroden zu vermeiden.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vakuumbehandlungsverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, das Ätzen von Teilen zu verhindern, die aus organischen Materialien gebildet und einer Atmosphäre in einer Behandlungskammer ausgesetzt sind, sogar wenn ein Objekt mit Sauerstoffradikalen verarbeitet wird.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Der Begriff „Radikal", wie in der Beschreibung verwendet, bezeichnet ein chemisch hochaktives Atom oder Molekül. Manchmal werden Radikale als „aktive Spezies" bezeichnet.
Bevorzugt ist das Gas, enthaltend wenigstens ein Fluoratom, eines aus CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃ und SF₆ oder eine Mischung von einigen dieser Gase.
Bevorzugt beträgt ein Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des O₂-Gases zu einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluorierungsgases, einschließlich des O₂-Gases, 40% oder darunter.
Bevorzugt enthält das Behandlungsgas wenigstens ein O₂-Gas.
Bevorzugt behandelt der Objektbehandlungsschritt die Vielzahl von Objekten aufeinanderfolgend, und der Fluorierungsschritt wird nach dem Objektbehandlungsschritt durchgeführt, und der Objektbehandlungsschritt und der Fluorierungsschritt werden alternierend wiederholt.
Das Vakuumbehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung fluoriert den Bestandteil, gebildet aus organischem Material und der Atmosphäre in der Behandlungskammer ausgesetzt, mit dem Fluorradikal und behandelt dann das Objekt mit dem Sauerstoffradikal. Eine fluorierte Oberflächenschicht des organischen Bestandteils dient als ein schützender Film, um das Ätzen des Bestandteils zu verhindern, der aus dem organischen Material mit einem Sauerstoffradikal gebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines chemischen Trockenätzungssystems (CDE-System), d. h. eines Vakuumbehandlungsapparats zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte, fragmentarische, schematische Längenschnittansicht eines Objektträgertisches, der in dem Vakuumbehandlungsapparat, gezeigt in 1, eingeschlossen ist;
3 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse von vergleichenden Experimenten zeigt, durchgeführt, um den schützenden Effekt der Fluorierung auf den Schutz von organischen Bestandteilen zu demonstrieren;
4 ist ein Graph, der die Ätzrate und das O/F-Radikal-Verhältnis zeigt, bestimmt anhand der Emissionsspektrumsanalyse, wenn ein Bestandteil, gebildet aus einem organischen Material, mit einem gemischten Gas, enthaltend CF₄ und O₂ geätzt wird;
5 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Fluorierungsrate auf das O₂/(O₂ + CF₄)-Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis zeigt, wenn ein organischer Film mit einem gemischten Gas, enthaltend CF₄ und O₂, durch das in 1 gezeigte CDE-System fluoriert wird; und
6 ist eine vergrößerte fragmentarische schematische Längenschnittsansicht eines Objektträgertisches, der in einem herkömmlichen Vakuumbehandlungsapparat eingeschlossen ist.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Ein Vakuumbehandlungsverfahren und ein Apparat zum Durchführen desselben, das die vorliegende Erfindung verkörpert, wird hiernach unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
1 zeigt ein chemisches Trockenätzungssystem (CDE-System) mit Abwärtsfluß als ein Beispiel für einen Vakuumbehandlungsapparat zum Durchführen eines Vakuumbehandlungsverfahrens, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
Unter Bezugnahme auf 1 hat das CDE-System ein Vakuumgefäß 1, das eine Behandlungskammer 2 definiert, und einen Objektträgertisch 3, der in der Behandlungskammer 2 angeordnet ist. Ein Objekt S wird auf dem Objektträgertisch 3 getragen. Der Objektträgertisch 3 ist mit einem nicht gezeigten Temperaturregulator ausgestattet. Die Temperatur des Objekts S kann durch den Temperaturregulator reguliert werden.
Das Vakuumgefäß 1 hat eine Bodenwand 4, die mit Gasauslaßöffnungen 5 ausgestattet sind. Jedes der Auslaßrohre 6 hat ein Ende, das mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden ist, und das andere Ende, das mit der Auslaßöffnung 5 verbunden ist. Das Vakuumgefäß 1 hat eine obere Wand 7, die mit einer Gaseinlaßöffnung 8 ausgestattet ist. Eine Gasversorgungsleitung 9, gebildet aus einem Fluorharz, ist mit der Gaseinlaßöffnung 8 verbunden. Eine Quarzleitung 10 hat ein Ende, das mit der Gasversorgungsleitung 9 verbunden ist, und das andere Ende, das durch ein Dichtungsteil 11 abgedichtet ist, das intern mit einem Gasdurchlaß 19 versehen ist. Eine Gasversorgungsleitung 18 hat ein Ende, das mit dem Dichtungsteil 11 verbunden ist, und das andere Ende, das mit den verzweigten Leitungen 20 und 21 verbunden ist.
Die verzweigten Leitungen 20 und 21 sind mit einem ersten Gaszylinder 23, der mit einem ersten durchflußregulierenden Ventil 22 ausgestattet ist, bzw. mit einem zweiten Gaszylinder verbunden, der mit einem zweiten durchflußregulierenden Ventil 24 ausgestattet ist. Der erste Gaszylinder 23 und der zweite Gaszylinder 25 bilden eine Gasversorgungsquelle (Gasversorgungsmittel) 26.
Der erste Gaszylinder 23 enthält ein Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome, bevorzugt eines aus CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃ und SF₆, oder eine Mischung von einigen dieser Gase. Der zweite Gaszylinder 25 enthält ein Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, bevorzugt ein Gas, enthaltend wenigstens O₂-Gas.
Eine Plasma-erzeugende Vorrichtung (Radikal-erzeugende Mittel) 13, die mit einem Waveguide 12 versehen ist, wird mit der Quarzleitung 10 kombiniert, um einen Abschnitt der Quarzleitung 10 zu umgeben. Eine Plasma-produzierende Kammer 14 wird in dem Abschnitt der Quarzleitung 10 gebildet, das von der Plasma-erzeugenden Vorrichtung 13 umgeben wird. Ein Mikrowellengenerator 27 wird mit dem Waveguide 12 verbunden.
Eine Duschplatte 16, die mit einer Vielzahl von Gasdüsenöffnungen 17 versehen ist, wird in die Behandlungskammer 2 eingebracht, um eine Gasspeicherkammer 15 oberhalb. der Be handlungskammer 2 zu bilden, um Radikale, die in die Behandlungskammer 2 gebracht werden, einheitlich über die gesamte Oberfläche des Objekts S zu verteilen.
2 ist ein vergrößerte fragmentarische schematische Längsschnittansicht des Objektträgertisches 3 des in 1 gezeigten CDE-Systems. Wie in 2 gezeigt, wird eine elektrostatische Haltevorrichtung 28 zum fixierten Halten des Objekts S durch elektrostatische Anziehung auf einer Trägeroberfläche 3a des Objektträgertischs 3 gebracht. Die elektrostatische Haltevorrichtung 28 hat eine Elektrodenschicht 29 aus einem leitenden Material, wie etwa Kupfer, und Elektrodendeckschichten 30, zwischen denen die Elektrodenschicht 29 liegt. Die Elektrodendeckschichten 30 sind aus einem hitzeresistenten Polymer gebildet, d. h. einem organischen Material, wie etwa einem Polyimid. Die untere Elektrodendeckschicht 30 ist an die Trägeroberfläche 3a des Objektträgertischs 3 mit einem organischen Kleber 32 gebunden.
Die elektrostatische Haltevorrichtung 28 ist mit einer Schutzschicht 31 abgedeckt. Bevorzugt wird die Schutzschicht 31 aus einem Fluorharz gebildet. Da die Elektrodendeckschichten 30 aus einem organischen Material mit der Schutzschicht 31 abgedeckt sind, kann die Erosion der Oberflächen der Elektrodendeckschichten 30 durch die ätzende Wirkung der Sauerstoffradikale, die zum Ätzen des Objekts S verwendet werden, durchgeführt werden.
Die Schutzschicht 31 ist an die Oberfläche der oberen Elektrodendeckschicht 30 der elektrostatischen Haltevorrichtung 28 und an eine periphere Region der Trägeroberfläche 3a des Objektträgertischs 3 mit dem organischen Kleber 32 gebunden. Die periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32 ist einer Atmosphäre in der Behandlungskammer 2 ausgesetzt (1). Deshalb unterliegt die periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32 einer Erosion durch Ätzen, während das Objekt S mit Sauerstoffradikalen behandelt wird, es sei denn, es werden Maßnahmen unternommen, um die periphere Oberfläche 33 zu schützen.
Einige Teile der aus organischen Materialien gebildeten Bestandteile sind exponiert, z. B. auf der inneren Oberfläche des Vakuumgefäßes 1 zusätzlich zu der periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32.
Das Vakuumbehandlungsverfahren und der Apparat, der die vorliegende Erfindung verkörpert, evakuiert das Vakuumgefäß 1 bis zu einem Vakuum (reduzierter Druck) durch Entfernen von Gasen und Dämpfen durch die Auslaßöffnungen 5 und die Auslaßleitungen 6 mittels der Vakuumpumpe, bevor das Objekt S in die Behandlungskammer 2 getragen wird.
Das Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome wird aus dem ersten Gaszylinder 23 durch die verzweigte Leitung 20, die Gasversorgungsleitung 18 und die Gasdurchleitung des Dichtungsteils 11 in die Quarzleitung 10 geleitet. Zur selben Zeit wird das Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, aus dem zweiten Gaszylinder 25 bereitgestellt. Das erste durchflußregulierende Ventil 22 und das zweite durchflußregulierende Ventil 24 werden so eingestellt, daß das Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome, und das Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, mit Durchflußgeschwindigkeiten und Durchflußgeschwindigkeitsverhältnissen bereitgestellt werden, die zum Fluorieren der organischen Bestandteile geeignet sind.
Mikrowellen, die durch den Mikrowellengenerator 27 erzeugt werden, werden durch den Waveguide 12 der plasmaproduzierenden Vorrichtung 13 in die plasmaproduzierende Kammer 14 geführt. Infolgedessen wird eine Glimmentladung in der plasmaerzeugenden Kammer 14 erzeugt, und ein Plasma P wird produziert, wodurch Fluor, enthaltend in dem gemischten Gas, zur Fluorierung angeregt wird und Fluor-Radikale erzeugt werden.
Das Fluorierungsgas, enthaltend Fluor-Radikale, wird durch die Quarzleitung 10, die Gasversorgungsleitung 9 und die Gaseinlaßöffnung 8 in die Gasspeicherkammer 15 geleitet. Dann wird das Fluorierungsgas aus der Gasspeicherkammer 15 durch die Gasdüsenlöcher 17 ausgestoßen, um uniform in der Behandlungskammer 2 aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Gasspeicherkammer 15 und der Behandlungskammer 2 verteilt zu werden.
Fluorradikale, die so in die Behandlungskammer 2 geliefert worden sind, fluorieren z. B. die periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32, d. h. eine Oberfläche aus einem organischen Bestandteil, ausgesetzt einer Atmosphäre in der Behandlungskammer 2. Das Fluorierungsgas, das mit der peripheren Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32 reagiert hat, wird durch die Gasauslaßöffnungen 5 und die Ablaßleitungen 6 durch die Vakuumpumpe abgelassen.
Ein solcher Fluorierungsprozeß wird für eine Zeit fortgesetzt, die notwendig ist, um einen fluorierten Film mit einer erwünschten Dicke zu bilden. Dann wird die Zufuhr der Gase aus dem ersten Gaszylinder 23 und dem zweiten Gaszylinder 25 unterbrochen, und das Objekt S wird in die Behandlungskammer 2 gebracht. Darauffolgend wird das Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, durch die verzweigte Leitung 21, die Gasversorgungsleitung 18 und den Gasdurchlaß 19 des Dichtungsteils 11 in die Quarzleitung 10 geliefert. Zur selben Zeit wird das Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome, aus dem ersten Gaszylinder 23 geliefert. Das erste durchflußregulierende Ventil 22 und das zweite durchflußregulierende Ventil 24 werden so eingestellt, daß das Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome, und das Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, mit Durchflußgeschwindigkeiten und Durchflußgeschwindigkeitsverhältnissen bereitgestellt werden, die zum Ätzen des Objekts S geeignet sind.
Mikrowellen, die durch den Mikrowellengenerator 27 erzeugt werden, werden von dem Waveguide 12 der plasmaerzeugenden Vorrichtung 13 in die plasmaproduzierende Kammer 14 geleitet. Infolgedessen wird eine Glimmentladung in der plasmaerzeugenden Kammer 14 erzeugt, und ein Plasma P wird produziert, wodurch Sauerstoff, enthalten in dem Behandlungsgas, d. h. ein gemischtes Gas aus dem Gas, enthaltend wenigstens Sauerstoffatome, und aus dem Gas, enthaltend wenigstens Fluoratome, wird angeregt, und Sauerstoffradikale werden erzeugt.
Das Behandlungsgas, enthaltend Sauerstoffradikale, wird durch die Quarzleitung 10, die Gasversorgungsleitung 9 und die Gaseinlaßöffnung 8 in die Gasspeicherkammer 15 geleitet. Dann wird das Behandlungsgas aus der Gasspeicherkammer 15 durch die Gasdüsenlöcher 17 ausgestoßen, um in der Behandlungskammer 2 aufgrund eines Druckunterschieds zwischen der Gasspeicherkammer 15 und der Behandlungskammer 2 uniform verteilt zu werden. Sauerstoffradikale, die so in die Behandlungskammer 2 geliefert worden sind, reagieren mit einem dünnen Film, gebildet auf der Oberfläche des Objekts S, so daß der dünne Film durch ein Ätzverfahren geätzt wird. Das Behandlungsgas, das mit dem dünnen Film umgesetzt worden ist, der auf der Oberfläche des Objekts S gebildet ist, wird durch die Gasauslaßöffnungen 5 und die Auslaßleitungen 6 mittels der Vakuumpumpe abgelassen.
Die Sauerstoffradikale, die in die Behandlungskammer 2 geliefert worden sind, erreichen z. B. die periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32, d. h. eine Oberfläche eines organischen Bestandteils, der gegenüber der Atmosphäre der Behandlungskammer 2 ausgesetzt ist. Jedoch ist das Ätzen der peripheren Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32 und ähnliches durch die Sauerstoffradikale auf das am wenigsten unvermeidbare Ausmaß beschränkt, und es wird sehr wenig geätzt, da die periphere Oberfläche 33 der Schicht des organischen Klebers 32 und ähnliches zuvor fluoriert worden sind.
Der Ätzprozeß, der nach aufeinanderfolgendem Ätzen von mehreren oder mehreren -zig („several tens of objects") Objekten S unterbrochen wird, und der Fluorierungsprozeß werden nach Entfernen des letzten Objekts S von dem Objektträgertisch 3 durchgeführt, um die Oberflächen der organischen Bestandteile wieder zu fluorieren. Dann wird der Ätzprozeß wieder aufgenommen. Daher werden der Fluorierungsprozeß und der Ätzprozeß alternierend wiederholt, um mehrere oder mehrere -zig Objekte S aufeinanderfolgend nach Fluorieren der Oberflächen der organischen Bestandteile zu behandeln.
Obwohl die Ausführungsform beschrieben worden ist, wie sie auf den Ätzprozeß zum Ätzen von Objekten angewendet wird, ist die Ausführungsform ebenso auf einen Aschprozeß („ashing process").
Bevorzugt ist das Fluorierungsgas eines von CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃ und SF₆, oder eine Mischung von einigen dieser Gase.
Bevorzugt ist das Behandlungsgas ein Gas, enthaltend wenigstens O₂-Gas.
Obwohl die elektrostatische Haltevorrichtung 28 des Vakuumbehandlungsapparats in der vorhergehenden Ausführungsform durch die Schutzschicht 31 abgedeckt ist, kann die vorliegende Erfindung durch ein Vakuumbehandlungsverfahren und einen Apparat verkörpert werden, der mit der elektrostatischen Haltevorrichtung 28 versehen ist, die nicht mit irgendeiner Schicht bedeckt ist, die der Schutzschicht 31 entspricht.
Wenn der Objektträgertisch 3, wie in 6 gezeigt, verwendet wird, werden die Oberfläche der Elektrodendeckschicht 30, die aus einem Polyimid gebildet ist, und die exponierte Oberfläche der Schicht des organischen Klebers 32 durch einen Fluorierungsprozeß fluoriert, der ähnlich demjenigen ist, der oben beschrieben ist, bevor ein Objekt S auf den Objektträgertisch 3 aufgebracht worden ist.
Daher kann das Ätzen der Elektrodendeckschicht 30 und der Oberfläche der Schicht des organischen Klebers 32 durch Sauerstoffradikale bei dem Ätzprozeß zum Ätzen des Objekts S mit Sauerstoffradikalen verhindert werden.
3 zeigt die Ergebnisse von Vergleichsexperimenten, die durchgeführt wurden unter Verwendung des in 1 gezeigten CDE-Systems, um den schützenden Effekt des Fluorierungsprozeßes auf den Schutz von organischen Bestandteilen zu demonstrieren. Wafer, die mit einem Kohlenstofffilm versehen sind, d. h. einem organischen Film, wurden als Proben verwendet. Obwohl die Experimente den Effekt des Fluorierungsprozesses auf die auf den Oberflächen der Wafer gebildeten organischen Filme zeigen, bestätigt sich der Effekt für die organischen Bestandteile der Wände des Vakuumgefäßes 1 und des Objektträgertisches 3, wie etwa der Schicht des organischen Klebers und der Schicht eines Polyimids.
In 3 wird das Ergebnis von Experimenten, bei denen der Fluorierungsprozeß ausgelassen wurde und der Probenwafer einem Ätzprozeß für 60 min unterzogen wurde, in einem oberen Abschnitt gezeigt. Der Ätzprozeß verwendete ein Ätzgas, enthaltend einen Teil CF₄-Gas und drei Teile O₂-Gas und Mikrowellen mit 450 W Leistung. Die Behandlungskammer 2 wurde bei 40 Pa evakuiert, und der Objektträgertisch 3 wurde auf 5°C gehalten. Der Kohlenstofffilm wurde um eine Tiefe von 3,9 μm geätzt.
Das Ergebnis von Experimenten, bei denen der Probenwafer dem Fluorierungsprozeß und demselben Ätzprozeß der vorhergehenden Bedingungen unterzogen wurde, wird in einem unteren Abschnitt in 3 gezeigt. Der Fluorierungsprozeß verwendete ein gemischtes Gas, enthaltend 3 Teile CF₄-Gas und einen Teil O₂-Gas. Der Ätzprozeß verwendete ein Ätzgas, enthaltend einen Teil CF₄-Gas und drei Teile O₂-Gas und Mikrowellen mit 700 W Leistung. Die Behandlungskammer wurde auf 40 Pa evakuiert, und der Objektträgertisch wurde auf 5°C für den Fluorierungsprozeß gehalten. Nach dem Fluorierungsprozeß wurde der Probenwafer dem Ätzprozeß unterzogen.
Der Kohlenstofffilm wurde um eine Tiefe von nur 0,5 μm geätzt, was den großen Effekt der Fluorierung auf die Unterdrückung des Ätzens des Kohlenstofffilms durch Sauerstoffradikale bewies.
4 ist ein Graph, der die Ätzgeschwindigkeit und das O/F-Radikal-Verhältnis zeigt, bestimmt mittels Emissionsspektralanalyse, wenn ein Film aus einem organischen Material mit einem gemischten Gas, enthaltend CF₄ und O₂, geätzt wurde. In 4 wird das O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Gases zu der Durchflußgeschwindigkeit des gemischten Gases (O₂ + CF₄) auf der horizontalen Achse gemessen.
Wie sich aus 4 ergibt, wächst das O/F-Radikal-Verhältnis, d. h. das Verhältnis der Menge an Sauerstoffradikalen zu dem an erzeugten Fluor-Radikalen sowie die Ätzgeschwindigkeit, mit der der organische Film geätzt wird, zusammen mit einer Steigerung des O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnisses an. Wenn das O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis ungefähr 25% beträgt (CF₄-Gas:O₂-Gas=3:1), wird der organische Film mit einer vernachlässigbar kleinen Ätzrate geätzt. Deshalb verursacht, wenn der Fluorierungsprozeß gemäß solchen Bedingungen durchgeführt wird, das Ätzen von organischen Bestandteilen kaum Probleme.
5 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Fluorierungsgeschwindigkeit auf das O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis zeigt, d. h. das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Gases zu dem des gemischten Gases, enthaltend O₂-Gase und CF₄-Gas, wenn ein organischer Film mit dem gemischten Gas, enthaltend CF₄ und O₂, durch das CDE-System, das in 1 gezeigt wird, fluoriert wird. Wie aus 5 deutlich wird, wird der organische Film kaum fluoriert, wenn das O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis größer als 40% ist.
Wenn das gemischte Gas, enthaltend CF₄ und O₂, als ein Fluorierungsgas verwendet wird, ist ein bevorzugtes O₂/(O₂ + CF₄)-Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis nicht größer als 40%.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, fluoriert das Vakuumbehandlungsverfahren die Oberflächen der organischen Bestandteile, die gegenüber der Atmosphäre in der Behandlungskammer 2 ausgesetzt sind, mit Fluorradikalen im Fluorierungsverfahren und ätzt dann das Objekt S mit Sauerstoffradikalen in dem Ätzverfahren. Deshalb kann das Ätzen der organischen Bestandteile durch Sauerstoffradikale verändert werden.
Da die elektrostatische Haltevorrichtung 28 durch eine Schutzschicht 31 aus einem Fluorharz abgedeckt und durch diese geschützt ist, kann das Ätzen der Elektrodendeckschichten 30 der elektrostatischen Haltevorrichtung 28 durch Sauerstoffradikale verhindert werden.
Da das Fluorierungsverfahren zum Fluorieren der organischen Bestandteile mit dem Vakuumbehandlungsapparat erzielt werden kann, ist jeglicher spezifischer Apparat zur Fluorierung der organischen Bestandteile nicht notwendig, und die Teile, die eine Fluorierung durch den Fluorierungsprozeß benötigen, müssen nicht aus dem Vakuumbehandlungsapparat entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung ist in ihrer praktischen Anwendung nicht auf das vorhergehende CDE-Verfahren beschränkt und ist auf verschiedene Vakuumbehandlungsverfahren anwendbar, die Objekte unter einer Vakuumatmosphäre verarbeiten. Konkreter ist die vorliegende Erfindung auf Trockenätzverfahren anwendbar, wie etwa reaktive Ionenätzverfahren (RIE) und Mikrowellen-Plasma-Ätzverfahren oder Aschverfahren („ashing methods").
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf ein Ätz/Aschverfahren zum Ätzen/Aschen von Halbleiterwafern zum Herstellen von ICs und Glassubstraten für Flüssigkristallanzeigen angewandt werden.

Claims

Vakuumbehandlungsverfahren zum Behandeln eines mit einem Sauerstoffradikal zu behandelnden Objekts (S) in einer Behandlungskammer (2), definiert durch ein Vakuumgefäß (1) eines Vakuumbehandlungsapparats, das die Schritte umfaßt: Aktivieren eines Fluorierungsgases, enthaltend wenigstens ein Fluoratom, und eines Gases, enthaltend wenigstens ein Sauerstoffatom, in einer von der Behandlungskammer (2) getrennten, Plasma-erzeugenden Kammer (14), zum Erzeugen eines Fluorradikals; Einspeisen des Fluorradikals und des Sauerstoffradikals in die Behandlungskammer (2), die noch nicht das Objekt enthält; Fluorieren einer Oberfläche eines Bestandteils (30, 32) des Behandlungsapparats, wobei der Bestandteil aus einem organischen Material gebildet ist und einer Atmosphäre in der Behandlungskammer (2) ausgesetzt ist, mit dem Fluorradikal; Einbringen des Objekts (S) in die Behandlungskammer, nachdem die Oberfläche des Bestandteils (30, 32) fluoriert worden ist; und Behandeln des Objekts (S) mit einem Sauerstoffradikal, hergestellt durch Aktivieren eines Behandlungsgases in der Plasma-erzeugenden Kammer (14).
Vakuumbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Vakuumbehandlungsapparat einen in der Behandlungskammer (2) angeordneten Objektträgertisch (3), um das Objekt (S) darauf zu tragen, und eine elektronische Haltevorrichtung (28) umfaßt, die auf einer Oberfläche des Objektträgertisches (3) angebracht ist, um das Objekt (S) auf dem Objektträgertisch zu halten; wobei die elektrostatische Haltevorrichtung (28) eine Elektrode (29) und eine Elektrodendeckschicht (30) umfaßt, die die Elektrode abdeckt; und wobei das organische Material ein Material, das die Elektrodendeckschicht (30) bildet, und einen organischen Kleber (32) einschließt, der die elektrostatische Haltevorrichtung (28) an die Oberfläche des Objektträgertisches bindet.
Vakuumbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Vakuumbehandlungsapparat einen in der Behandlungskammer (2) angeordneten Objektträgertisch (3), um das Objekt (S) darauf zu tragen, eine auf einer Oberfläche des Objektträgerti sches (3) angebrachte, elektrostatische Haltevorrichtung (28), um das Objekt (S) auf dem Objektträgertisch zu halten, und eine Schutzschicht (31) aus einem Fluor-Harz umfaßt, die die elektrostatische Haltevorrichtung abdeckt, um die elektrostatische Haltevorrichtung (28) zu schützen; wobei das organische Material einen organischen Kleber (32) einschließt, der verwendet wird, um die Schutzschicht (31) zu binden.
Vakuumbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gas, enthaltend wenigstens ein Fluoratom, ein Gas aus der Gruppe CF₄, C₂F₆, C₃F₈, NF₃ und SF₆ oder eine Mischung aus einigen dieser Gase ist.
Vakuumbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des O₂-Gases zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluorierungsgases, einschließlich des O₂-Gases, 40% oder darunter beträgt.
Vakuumbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Behandlungsgas wenigstens ein O₂-Gas enthält.
Vakuumbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Zyklus der Fluorierung der Oberfläche des Bestandteils (30, 32) und der Behandlung einer Vielzahl von Objekten wiederholt wird.