JP2535517B2 - 処理方法 - Google Patents

処理方法

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JP2535517B2 JP61266835A JP26683586A JP2535517B2 JP 2535517 B2 JP2535517 B2 JP 2535517B2 JP 61266835 A JP61266835 A JP 61266835A JP 26683586 A JP26683586 A JP 26683586A JP 2535517 B2 JP2535517 B2 JP 2535517B2
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Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明はプラズマ化した気体を用いた処理方法に関す
るものである。
『従来技術』 気相反応処理方法として、ECRプラズマ処理方法が知
られている。しかしその場合の反応圧力は反応性気体が
ECRにより一回転して次の反応性気体に衝突するいわゆ
るECR共鳴を必ずとると考えられていた。このためECR共
鳴のための圧力は0.002Torrときわめて低い圧力でなけ
ればならないと考えられていた。
『従来技術の問題点』 このためECRエッチング処理速度が一般のプラズマエ
ッチング方法に比べて速いといわれながらもフォトレジ
スト処理を10秒〜1分で処理せんとするには十分な処理
速度を有しなかった。
『問題を解決すべき手段』 本発明は、かかる要請に答えるため、磁場および電場
の相互作用を利用して、紫外光を発生させる手段と、他
の磁場および電場の相互作用を用いてプラズマ化した反
応性気体を生成せしめる手段とを同一装置に特に同一プ
ラズマ発生室を用いて配設したものである。この装置を
用いて本発明の磁場および電場の相互作用を用いて処理
用表面のプラズマエッチング、特に処理用表面での異方
性のプラズマエッチングおよびフォトレジストのプラズ
マアッシングを行ったものである。
さらに本発明においては、磁場および電場の相互作用
を電子サイクロトロン共鳴(ECRともいう)条件を0.1〜
10Torrと従来の0.002Torrより50〜5000倍の高い圧力に
てフォトレジストのアッシングを行わんとしたものであ
る。かくすると反応性気体の平均自由工程を小さくでき
等方性エッチング(アッシング)(凹凸のある表面をよ
り平坦にするために凸部の被エッチング材料をよりエッ
チング(アッシングすなわち有機フォトレジストを酸化
し灰化除去する))を行うこともできる。
さらにこの工程と同時またはその後の工程として、同
じく磁場および電場の相互作用を利用して発生させた紫
外光を用いて紫外光クリーニング(紫外光を用いたUVク
リーニング)またはUVエッチングまたはUVアッシング等
の紫外光処理を同一反応装置内で行わせることも可能と
なる。
即ち、ECR共鳴領域を反応性気体の平均自由工程を短
くした条件下においては、電磁エネルギを利用した紫外
光源からの強光により、汚物を除去することが可能にな
り、例えば、被形成面上に形成されてしまっているナチ
ュラル・オキサイドを除去することが可能である。さら
にECR共鳴領域の圧力を0.1〜10Torrと高圧にしたため、
真空ポンプからのオイル蒸気の逆流によるハイドロカー
ボンの被処理面への吸着を防ぐこともできる。
またECRエッチング用のマイクロ波励起を行う場合、
処理用被形成面がフォトレジスト等の有機物の場合は、
酸素を導入し、これを活性化して処理表面でエッチング
(アッシング)を行う。
プラズマエッチングに用いるサイクロトロン共鳴下の
プラズマ発生空間には、不活性気体または非生成物気体
(分解または反応をしてもそれ自体は気体しか生じない
気体)を導入させる。不活性気体としてはアルゴンが代
表的なものである。しかしヘリューム、ネオン、クリプ
トンを用いてもよい。非生成物気体である酸化物気体の
場合は酸素、酸化窒素(N2O,NO,NO2),酸化炭素(CO,C
O2),水(H2O)又窒化物気体として窒素(N2),アン
モニア(NH3),ヒドラジン(N2H4),弗化炭素(NF3,N
2F6),塩化炭素(CCl4,H2CCl2)またはこれらにキャリ
アガスを混合した気体が代表的なものである。これらの
非生成物気体をサイクロトロン共鳴させて活性化せし
め、処理表面を有する基板上に磁場に従って導く。かく
して活性の非生成物気体により処理面をプラズマエッチ
ングさせることができる。処理面で等方性エッチングを
行わんとする場合には、プラズマエッチを行う反応室の
圧力を高くし、反応性気体の平均自由工程を小さくさせ
ればよい。そして処理表面の全面に均一な活性気体を広
げればよい。さらに室温〜500℃の温度で基板を加熱す
ることにより、この基板の被形成面上の不要物のエッチ
ングを助長させることができる。
本発明はECR条件下のみのプラズマエッチングを行う
場合は異方性エッチングを行い得る。
本発明に加えて、紫外光源としてECR条件を利用した
水銀の共鳴発光波長の185nmの光(強度は好ましくは10m
W/cm2以上)を放射せしめることにより、励起した反応
性気体の励起状態を持続できる。
紫外光を発生させる空間と処理面を有する基板を配設
する反応空間との間には、透光性の窓を必要に応じて設
けることにより、気体の紫外光発生と処理空間との交流
がないように遮蔽した。その結果、発生空間に水銀、重
水素等が存在しても、処理空間では任意の種類の気体雰
囲気または任意の圧力とすることができる。
またプラズマ発生室で紫外光を発生させて、紫外光の
みを用いた光クリーニング、光エッチング、光アッシン
グ等の光処理工程においては、エッチング用活性気体が
エッチングされる処理用表面を泳動(表面泳動)し、等
方性クリーニング、アッシングまたはエッチングを助長
することができる。
このため、例えばその3種類の処理の一例として、選
択的に設けられたフォトレジストを用い、基板の酸化珪
素、半導体その他の被膜の異方性エッチングをECRエッ
チング(シァワーエッチングともいう)で実施する。そ
の後、反応性気体の種類を変え、反応室の圧力を高く
(0.1〜10torr)してフォトレジストのみを除去する。
さらにフォトレジストの残存物、その他の汚物を除去す
るためにプラズマ発生室にて紫外光を発生せしめ、紫外
光のみを照射し紫外光クリーニングまたはアッシングを
行う。かくして基板を選択的に異方性エッチを行い、そ
れに伴うフォトレジストの除去および表面の洗浄化を連
続的に行うことができるようになった。
以下に実施例に従い本発明を示す。
『実施例1』 第1図は本発明の紫外光処理型マイクロ波励起の装置
の概要を示す。
図面において、ステンレス容器(1′)内に反応空間
(1)を構成させている。この容器は、基板(10)の取
り出し口(1′′)を有し、下部に基板(10)を基板ホ
ルダ(10′)に設け、その裏側にはハロゲンランプヒー
タ(7)を設け加熱している。他方、容器(1′)の上
部には、紫外光源を発生させる磁場(5),(5′)お
よび電場の相互作用を用いるプラズマ発生室(2)(紫
外光を発生させるためのプラズマ発生空間、即ち紫外光
発生空間)を有する。このプラズマ発生室(2)を用い
導入する気体を換えて、プラズマ処理用の気体の活性化
を行う。このプラズマ発生用空間にはマイクロ波電源
(3)、チューニング装置(4)、石英窓(18)より電
場エネルギを供給する。この電場エネルギは窓(18)を
経て空間(2′)にも供給される。そして紫外光を発生
させる場合には、ドーピング系(13)より水銀バブラ
(11)をアルゴンでバブルさせ、水銀蒸気およびアルゴ
ンガスを例えば(24)より導入し紫外光を発生させる。
プラズマエッチ用の気体を発生させんとする場合には、
ドーピング系(13)より(25)を経てアルゴンまたは酸
素(アッシング用)またはNF3(エッチング用)等を導
入し、プラズマ化した反応性気体を発生させる。
かくして紫外光をECRプラズマを用いて窓(2)にて
発生せしめ、これらを用いて反応空間(1)に配設され
た基板の処理用表面で光エッチングを行うことが可能で
ある。
『実験例1』 この実験例は実施例1の装置を用い、酸化珪素の異方
性エッチおよびその上のフォトレジストのエッチ、さら
に表面の紫外光クリーニングを行った応用例である。こ
の処理工程の縦断面図群を第2図に示す。
基板(10)のシリコン半導体上に酸化珪素(21)およ
びその上にフォトレジスト(22)が形成されたものを用
いた。このフォトレジストをマスクとしてECRプラズマ
を用いて酸化珪素の異方性エッチングを行い、第2図
(B)に示す如く2500Å/分のエッチング速度で酸化珪
素の異方性エッチング(23)を行うことができた。
マイクロ波は(3)より2.45GHzの周波数を有し、30
〜500Wの出力、例えば200Wで供給した。紫外光透光性窓
(19)は補助室(19′)内に収められ、室(2)と反応
室(1)とは開状態であり、気体は自由に出入りでき
る。磁石(5),(5′)の共鳴磁場強度は875ガウス
とした。プラズマ発生空間(2)および反応空間(1)
の圧力は0.002torr、非生成物気体として弗化窒素(N
F3)を(25)より20cc/分で供給した。
さらに、プラズマ発生空間を0.1〜10Torrと高い圧力
とし酸化物気体の一つである酸素を(25)より導入し
た。するとこの酸素は共鳴空間(2)にて強くプラズマ
化され、基板上のフォトレジスト(22)を図2(C)に
示す如く、ECRプラズマエッチング、即ちアッシングに
より(27)の部分のレジストをすみやかに除去すること
ができる。
さらに好ましくはフォトレジストが形成されていない
面にも炭化水素(28)が付着しやすい。このため、公知
のECR条件より103倍も多くさせた。さらにこの後紫外光
クリーニングを行った。即ち、このエッチングが完了し
た後、磁石(5),(5′)により875ガウスの磁場を
加え、窓(19)を閉とし、室(2)、反応室(1)とを
透光性でかつ気体は互いに出入りできない状態とした。
そして水銀およびアルゴンを(24)よりプラズマ発生空
間(2)に加え、185nmの強紫外光を発生させた。不要
アルゴンはバルブ(14′),(15′)より排気した。
フォトレジストの存在している基板は10〜100torrの
圧力に保持させて、オゾンまたは酸素ラジカルが残存す
る有機物(27)との反応を助長させた。
かくして第2図(D)に示す如く、フォトレジストを
完全に除去し、かつ選択エッチされた酸化珪素は異方性
エッチを連続的に実施することが可能となった。
このエッチングされる対象物は酸化珪素のみならず、
窒化珪素、シリコン半導体、金属珪化物、合金その他エ
レクトロニクス応用機器、例えば半導体集積回路の製造
プロセスを必要とするすべてをエッチング用の反応性機
会を変えることにより実施することができる。
『効果』 本発明は、以上の説明より明らかなごとく、基板の処
理表面の有機物のプラズマエッチング(アッシング)を
これまで公知のECRエッチングの圧力の0.002Torrから0.
1〜10Torrと50〜5000倍にした。このためレジストのア
ッシング用の活性酸素の量を非常に多くすることがで
き、アッシングスピードを極めて早くできた。
これにより半導体集積回路(以下LSIという)の工程
の自動化および簡略化を実現することができる。
さらに、およびその後の表面の紫外光クリーニングを
行ったものである。さらにフォトレジストをマスクとし
て行う基板の選択的異方性エッチングとこの異方性エッ
チングの手段に加えて紫外光を照射することにより等方
性プラズマエッチングを行うことを可とし、同じプラズ
マエッチング手段により異方性エッチングおよび等方性
エッチングを使い分けることが可能となった。
本発明は紫外光発生用のプラズマ発生空間とプラズマ
エッチング用のプラズマ発生空間とを同一化して有し、
ともに磁場と電場の共鳴相互作用を用いて行った。
更に本発明は、予め付着または形成された汚物、また
は被膜形成直後または反応炉内で新たに吸着する汚物を
紫外光クリーニングで除去させた。
本発明の第1図は基板の上表面側にエッチング処理を
行った。しかしこの図面を上下逆とし、基板を下側また
は横(垂直方向)とし、光源、共鳴装置を上側または横
側に配設してもよいことはいうまでもない。
本発明は紫外光およびECRのエッチング、アッシング
およびクリーニングを例として示した。しかし逆に紫外
光を用いた被膜形成またはこれと同時またはその前また
はその後にECR条件を用いた被膜形成を行ってもよい。
紫外光処理、プラズマ処理も有効である。また本発明に
おいて反応空間と紫外光発生空間とが同一圧力である場
合、さらに紫外光発生用手段に用いる気体が高価または
有毒でない場合、または磁場のピンチングにより紫外光
発生用気体が反応空間に放出しにくい場合は窓(第1図
(19))を除去してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の紫外光処理およびプラズマ処理式サイ
クロトロン共鳴型処理装置を示す。 第2図は本発明を用いた工程の実施例を示す縦断面図群
である。 1……反応空間 2……紫外光発生用およびプラズマ発生用の空間 3……マイクロ波電源 4……チューニング装置 5,5′……磁石 9……排気ポンプ 10,10′……基板、基板ホルダ 11……水銀バブラ 13……ドーピング系 14,15……バルブ 14′,15′……バルブ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】減圧状態に保持されるプラズマ発生室、該
    発生室を囲んで設けられた磁場発生手段、前記プラズマ
    発生室にマイクロ波を供給する手段を有する処理装置内
    の磁場および電場の共鳴相互作用により生じる共鳴領域
    で、酸化物気体を導入することによって得られるプラズ
    マ化した酸化物気体を用いてフォトレジストを除去する
    ことを特徴とする処理方法。
  2. 【請求項2】減圧状態に保持されるプラズマ発生室、該
    発生室を囲んで設けられた磁場発生手段、前記プラズマ
    発生室にマイクロ波を供給する手段を有する処理装置内
    の、0.1〜10torrに保持された、磁場および電場の共鳴
    相互作用により生じる共鳴領域で、酸化物気体を導入す
    ることによって得られるプラズマ化した酸化物気体を用
    いてフォトレジストを除去することを特徴とする処理方
    法。
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