JPH01503584A - 半導体ウエアの乾式加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウェアの乾式加工装置 本発明は半導体ウェハの乾式加工方法及び手段、特にウェハの被加工表面に対し て、ガス成分を液状流体源から得たガス状雰囲気を与える乾式加工方法に関する 。

半導体ウェハ基体集積回路は、放射線ビームの照射に応じて化学的現像や乾式エ ツチングに対する抵抗が変化する、基体上のフォトレジスト物質にパターンを形 成するフｔトリトグラフィ一工程を始めとする多数の加工工程により製作する。

放射線ビームは光ビーム、電子ビーム（Ｅ−ビーム）やイオンビームであればよ い。現像工程により、蒸着、不純物移植やその他の化学的工程などの加工工程を 行うウェハ表面にフォトレジスト物質が残る。

通常、フｔトリトグラフィ一工程はコーチング用ウェハの製造をもって開始する 。この製造には、清浄化、脱水及び下塗り工程が含まれている。従来からの多く の予コーチング工程では、液状流体をウェハ表面に塗布している。

清浄化工程では、ウェハに水を溢流させ、そしてローラ・ブラシ・スクラバーで スクラビングするか、水を高圧噴霧してから、水を洗い落として汚染物を含有す る流体を完全に除去することを確実に行う必要がある。液体へキサメチルジシラ ザン（ＨＭＤＳ）を作用させると共に、時には真空及びＨＭＤＳの蒸気と組み合 わせて、高温焼成を行うことによって残留物を除去する。これを下塗りと呼んで いる。これらや、他の常法工程を使用して、ミクロン以下の粒子を除去し、そし てフォトレジストを接着させる共に、この接着を増進することによって欠陥密度 を低くする。

フォトレジストと半導体ウェハ表面との接着は、該表面上に不純物や水が存在す ると、弱くなる。清浄化工程時に湿分の作用を受けたり、あるいは水に直接接触 したウェハの場合、水の単層がファン・デルｅワルスカによって表面に付着する ことがある。水の除去に失敗すると、フォトレジストと半導体表面との結合が弱 くなる結果、欠陥密度が高くなる。従来、 １、熱く３６０℃）により水の単層を除去し、２、ＨＭＤＳなどの有機金属試薬 を作用させて半導体表面をシリル化することにより、 ウェハの表面を化学的に変化させることによってフォトレジストを得ていた。

コーチングしていない半導体表面にＨＭＤＳなどの一級シリル化剤を作用させる ためには、次のような方法がある。

（ａ）ウェハ表面に液体試薬を溢流させる方法。例えば、ｌ−ＩＭＤｓを表面に パドルして、下塗りする。

（ｂ）高いウェハ温度及び大気圧（７６０Ｔｏ　ｒ　ｒ）で試薬及び窒素の蒸気 をウェア１表面に作用させる方法。

この方法の一例はＪ、Ｂｌｅｃｈｓｃｈｍｉ、Ｒ，Ｄ。

Ｃｏｙｎｅ、Ｄ、Ｐａ　Ｉｍｅ　ｒ及びＪ、Ａ、Ｐｔａｔｔに１９８５年１２月 ３日に付与された、「半導体ウニＩ＼焼成装置（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　 Ｒａｒｅｒ　Ｂａｋｉｎｇ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ）Ｊを発明の名称とする米国特 許第４，５５６，７８５号公報に記載されている。

（ｃ）密封容器（蒸気圧：　１〜１６Ｔｏ　ｒ　ｒ）内で試薬の蒸気をウェハ表 面に作用させ、そしてウニノーを加熱する方法。例えば、系をオープンに入れ、 そして液体試薬を加熱して、その蒸気圧を高くする。

現在、上記方法は幾つかの供給源からの装置によって実施されている。

現在利用しているコーチング法は湿式法で、本発明の方法及び装置と共に使用す るのに好適である。コーチング物質はポジチブレジストかネガテブレジストであ る。

これらの現像は、一部は湿式現像であり、一部は熱現像又は露光レジストの自己 蒸発現像である。最も広く利用されているのは、ボジチブレジスト及びネガテブ レジスト両者の湿式現像である。自己現像性レジストの使用は限られている。と いうのは、反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）などの進歩した製造方法に要求 されている乾式条件に耐えることができないからである。

従来、ポジチブレジストやネガテブレジストの現像は湿式法であり、この方法で は、レジストを選択的に除去して、加工（エツチング）すべき半導体ウェハ表面 にレジストを介して放射線像を転写するように配合した液体試薬を噴霧するスピ ナーを使用する。これら湿式現像法の完全さは主に現像の均一性の問題に関係し 、湿式現像・エツチング時に生じる粒子を小さくすることには殆どか全く関係が ない。

工、チングは、ＶＳＬＩライン幅に適合するほど信頼性が高く、また精密でなけ ればならない。この必要性が真空を利用する反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ ）における半導体ウェハの加工方法の開発の動機である。本発明の方法及び装置 は露光後、ＲＩＥ法でポジチブレジスト及びネガテブレジストの両者を現像・エ ツチングするものである。

自己現像性フォトレジスト及びその使用方法がいっそう有用になるのは、本発明 による装置を利用して、ウェハ対ウェハの整合性を維持する場合である。また、 本発明は、特にＲＩＥ時に像を半導体表面に転写する場合に、フォトレジストを 安定化し、そしてこれを耐損傷性化する方法及び装置を教示するものである。

特表千１−５０３５８４　（４） エバ表面に塗布する。例えば、フｔトリトゲラフイーを実施する湿式法では、こ れを達成できるように制御した条件でウェハに液状流体化学薬品を溢流させるか 又は噴霧するか、あるいはウェハをこれに浸漬する。この方法はウェハから液体 を除去すると終了し、次に別な液体でウェハを洗浄して、第１液体の除去を完全 にする。これら液体の残留物はウェハに残してはいけないので、特別な取扱い法 を適用して、これを確実にする必要がある。

液状流体ではなく、ガス流体を使用する利点は残留物の問題がなく、多数の工程 をひとつの工程に置き換えることができる点にある。

乾式法フォトリトグラフィー 通常、乾式フｔトリトゲラフイー法はシリコンウェハ表面の処理から開始する。

それから、ウェハ表面に湿式法によって７オトレジストをコーチングする。とい うのは、これがフォトレジストを設ける最善の公知方法だからである。次に、マ スクパターンを介してフォトレジストに放射線を照射した後、光開始剤が照射さ れていないエツチングできる基体の未照射部分の除去を含めて、パターンを現像 する。上述したように、この乾式フｔトリトゲラフイー法を完全にするために、 フォトレジストをウェハに適用する前に、ウェハを下塗りしていた。この下命り 工程の効果により、フォトレジストのシリコンへの接着が確実になるため、以降 の工程中分離することはない。このような分離が生じると、現像中に照射（像化 ）レジストの小片が失われ、減成が生じる。

下塗り工程 一つの下塗り工程は、実際には、シラン蒸気を使用するシリル化工程である。シ ラン蒸気はＨＭＤＳの商品名で市販されている液体シランなどの有機シリコーン 化合物の気化によって得ることができる。このようなＨＭＤＳの一つの供給源は ＨＭＤＳ　ＰＬＵＳの商標で市販され、このものはへキサメチルジシラザンであ る。別な適当なＨＭＤＳはＩＢＭが製造しているグリシドキシプロビルトリメト キシシランである。

耐エツチング性化するためのフォトレジストシリル化別なシリル化工程は、実際 には、特に耐プラズマエツチング性の有機金属ポリマーで放射線照射（像化）フ ォトレジストをコーチングするシリル化工程である。この結果、次の乾式エツチ ング工程を反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）によって達成できる。酸素やハ ロカーボンプラズマなどのプラズマや別なＲＩＥガスを使用することは、フォト レジストに放射線を照射した場合にのみ形成する有機金属シリル化レジストには ほとんど効果を示さないが、ＲＩＥは、フォトレジストに放射線を照射しない場 合には、フォトレジスト内に未結合のままになっている有機金属モノマーを除去 し、また言うまでもなく、その下部にある未シリル化レジスト層も除去する。

フォトレジスト基体の表面をＨＭＤＳによりシリル化して、ネガテブなレリーフ 像を形成するこのような方法はＨｕｎｔ等に１９８５年１１月５日に付与された 、「陽イオン系光重合でネガテブなレリーフ像を形成する方法（Ｐｒｏｃｅｓｓ 　ｆｏｒ　Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｒｅ１ｉｅｆ　Ｉｍａｇｅ ｓＷｉｔｈ　Ｃａｔｉｏｎｉｃ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）ｊ を発明の名称とする米国特許第４．５５１．４１８号公報に記載されている。こ の公報には、ＨＭＤＳによるシリル化方法が少なくともその表面に陽イオン系光 開始剤を含むポリマー層などのエツチング可能な基体でシリコン基体をフーチン グする工程を含むものとして記載されている。マスク（パターン又は放射線）を 介して放射線を光開始剤に照射してから、６〜５００Ｔｏｒｒの蒸気圧でＨＭＤ Ｓにこの光開始剤を接触させる。ＨＭＤＳは陽イオン重合を受けやすいため、光 開始剤が放射線の照射を受けている場合に、ポリマー層にポリマーが形成する。

ＨＭＤＳから生じたこの重合モノマーは厚みが数人〜数μの範囲にあり、これに 含まれる重合体は、特に耐プラズマエツチング性の有機金属ポリマーを含んでい る。このようにして、フォトレジスト表面が放射線の照射を受けている場合には 、耐プラズマエツチング性の高い薄層がフォトレジスト基体に形成する。

本発明の目的は、上記シリル化工程をすべて実施して、放射線照射フォトレジス トのプラズマエツチングに対する耐性を向上させるだけでなく、ある所与のウェ ハについて、これを装置から取り出すことなく予め定まった順序で下塗り工程及 び幾つかの焼成工程を実施し、しかもこれら工程のすべてを乾式で行う方法及び 手段を提供することにある。

取扱い試來 ＨＭＤＳ及び同種の有機シリコーン化合物は揮発性・易燃性の高い液体である。

従来、下塗りなどの工程は約６Ｔｏｒｒの圧力で実施され、申し分のない結果を 得ていた。圧力が高いと（ＨＭＤＳガスの濃度が高いと）、下塗り工程の速度及 び効率が向上するという証拠があっても、今まで下塗りは５Ｔｏ　ｒ　ｒ以上の 圧力では行われていない。同様に、ＨＭＤＳなどの有機シリコーン化合物の気相 シリル化は５Ｔｏ　ｒ　ｒで行われていた。但し、少なくとも２００Ｔｏ　ｒ　 ｒのＨＭＤＳ蒸気圧で行うのが好ましいが、２００Ｔｏ　ｒ　ｒの圧力を得るた めには、ＨＭＤＳ液体を７０℃以上に加熱する必要がある。この温度で、酸素が 存在すると、ＨＭＤＳは発火・燃焼するので、危険である。

本発明の別な目的は、上記し、かつ過去に行われた実験で経験した危険な状態を 避けながら、２００Ｔｏ　ｒ　ｒ程度の圧力でＨＭＤＳガス及び蒸気を発生する 方法及び手段を提供することにある。

発明の要約 本発明の別な目的は、標準温度・圧力（Ｓ　Ｔ　Ｐ）とも呼ばれている室温・大 気圧（２１℃・７６０ｍｍＨｇ）で液体試薬の蒸気圧よりかなり高い圧力で加工 室内において液体試薬をガス又は蒸気に転換する方法及び手段を提供することに ある。

本発明のさらに別な目的は、ＳＴＰ以上の制御された温度・圧力において、電気 インパルスによって制御された順序で少量づつ液体試薬を蒸気ガスに変換し、電 気インパルスのカウント数が所定量の液体試薬を表すようにした装置を提供する ことにある。

本発明のさらに別な目的は、上記電気インパルスを制御することによって所定の （所望又は設定の）圧力で加工室に試薬の蒸気圧を発生・維持して、加工室圧力 を所望圧力にして、これが所望レヴエルを越えたり、あるいは該レヴエルを中心 にして変動することのないようにした方法及び手段を提供することにある。

本発明の実施態様には、半導体ウェハの表面に対して７６０Ｔｏｒｒまでの圧力 の（ＨＭＤＳなどの）ガス状試薬雰囲気を与える、真空焼成・乾式シリル化工程 を始めとする半導体ウェハの乾式加工方法及び装置が含まれる。この場合、試薬 は液状流体源から得られ、そしてガス状試薬雰囲気は液状流体試薬源から分離さ れる。本発明装置は、離れた貯蔵器からの液状流体試薬の流れを制御し、かつこ れを７６０Ｔｏ　ｒ　ｒまでの圧力で蒸気ガスに転換する気化器に供給する計量 装置を備えている。このガスをウェハ加工室に送り、ここでウニ凸表面を試薬ガ スを含む特別な乾式１程で処理する。

好適な実施態様では、計量装置は自動車の燃料インジェクターで、これは電気パ ルスによって付勢され、時にはスロットル・ボディー中インジェクター（ＴＢＩ ）とも呼ばれている。各電気パルスにより、ＴＢＩが予め定まった量の試薬を気 化器に送り込み、これが流体を加熱し、７６０Ｔｏｒｒまでの圧力で蒸気に転換 する。

好適な実施態様では、電気パルス速度は加工室圧力の関数として変化する。また 、加工室圧力は予め定まった値（所望又は設定圧力）に維持する。このためには 、加工室圧力と所望の加工室圧力との比較結果を表すフィードバック信号を発生 し、この信号によりパルス速度を制御する。より詳細には、これはゼロ型フィー ドバック制御システムで、加工室圧力が所望圧力を中心にして変動しないように 制動されている。加工室圧力が所望又は設定圧力に近付くに従って、このパルス 速度は徐々に低下し、そしてこのフィードバックシステムが理想的に作動する場 合に、制動が臨界的になる。

本開示で説明する本発明では、シリコン基体の表面をフォトレジスト物質の層で コーチングする前に、ＨＭＤＳを使用して、該表面を下塗りする加工工程を行う 。本開示では、これを「下塗り（Ｐｒ　ｉｍｅ）Ｊと呼ぶ。下塗り後、例えば５ ｈｉｐｌｅｙ社からｒ１４０Ｊの商標で市販されている陽イオン爪先開始剤を含 有するポリマー層などのフォトレジストの薄層（厚さが約０．５〜２．０μ）を 表面にコーチングする。本開示では、これをコーチング（Ｃｏａｔ）と呼ぶ。次 に、フォトレジスト層が硬化し、揮発成分が追い出されるまで、約５０℃で約１ 分間基体を焼成する。本発明の好ましい方法では、レジスト層に光開始剤を加え る。焼成中、光開始剤はフォトレジストポリマー帰休に配合される。本開示では 、この焼成を「軟焼成（Ｓｏｆｔｂａｋｅ）Ｊと呼ぶ。

次の工程はマスクを介して放射線を照射して、フォトレジスト層に照射パターン を形成する。好ましくは、照射は水銀アークの主スペクトル線の一つで（波長： 　５７７．５４６．４３５又は３６５ｎｍ）紫外線（Ｕ　Ｖ）を使用して行う。

本開示では、この工程を「照射（Ｅｘ−ｐｏｓｕｒｅ）Ｊと呼ぶ。次に、シリル 化工程を行って、ＵＶ線を照射したフォトレジストの表面に萄機金属ポリマーの 形成を誘導する。本開示では、この工程を「シリル化（Ｓｉｌｙｉａｔｉｏｎ） Ｊと呼ぶ。この後、あるいはシリル化と同時に、制御された温度で予め定まった 時間硬焼成を行う。本開示では、この工程を「硬焼成（Ｈａ　ｒｄｂａｋｅ）Ｊ と呼ぶ。最後に、エツチング工程を行うが、好適な実施態様では、この工程は反 応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）法である酸素プラズマエツチング工程である 。他のＲＩＥ法も好ましい。本開示では、このエツチング工程を全体としてｒＲ Ｉ　ＥＪと呼ぶ。

本発明によれば、制御された初期温度・圧力において、予め定められた少量づつ の液体一本開示では、試薬と呼ぶ−を、標準温度・圧力（Ｓ　Ｔ　Ｐ）における 液体の蒸気圧よりかなり高い圧力・温度で蒸気ガスに転換する。本発明の特定実 施態様では、この特徴を生かして、ＳＴＰで易燃性を示すＨＭＤＳなどの有機シ リコーン試薬液体をＳＴＰで該試薬液体の蒸気圧よりかなり高い蒸気ガスに転換 する。なぜなら、試薬液体源を加熱して、気／液界面における蒸気圧を高くする ことを避けることができ、代わりに、ごく少量づつの易燃性液体試薬の温度・圧 力を上げることができるからである。

本開示で説明する本発明の特定実施態様では、試薬はＨＭＤＳで、転換装置は計 量装置を備え、ＨＭＤＳ液体貯蔵器から液状流体を受取る入り口を備え、かつＨ ＭＤＳ蒸気を実質的にほぼすべてガスに転換し、これを加熱する蒸発器／フィル ターに蒸気を送り込む蒸気出口を備えている。計量装置は電気パルスで作動する 自動スロットル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）で、この電特表平ｘ−５ ｏ３５ｓ４（６） 気パルスにより、ＴＢＩが作動する毎に、予め定まった量の液体を送り込む。蒸 発器／フィルターは、ＨＭ　Ｄ　Ｓシリル化を行うために適当な背圧（約２００ Ｔｏｒｒ）に維持したウェハ加工室に開口している。計量装置（ＴＢＩ）はＳＴ ＰでＨＭＤＳ液体源から高温ＨＭＤＳガスを分離し、該源からウェハ加工室に供 給するのに必要な量だけのガスを引き出す。従って、明らかに、液体源は計量装 置から離して設けることができ、加工室と液体源を常に安全な低温に維持できる 。

同じ装置及び方法を使用して、今まで以上に効果的に下塗り工程を実施できる。

なぜなら、より高い圧力・温度の試薬蒸気を使用して、実施できるからである。

本発明の他の目的及び特徴は、上述した本発明の幾つかの特徴の詳細な説明を図 面に祭照して読めば明らかになるはずである。

図面の説明 第１図は部分該略電気・流体流れ図及び部分構造図で、自動車用スロットル・ボ ディー・インジェクター（ＴＢＩ）を使用して、試薬源を系から安全に分離でき るように乾式加工真空室へのＨＭＤＳ流れを計量する試薬流れ系及び制御器の横 断面を示す。

竿２図はＴＢＩ励振回路に対する制御信号のパルス速度が可変である第１図に示 した系における加工室蒸気圧と時間との関係を示す図であり、一定パルス速度よ りも本発明による可変パルス速度の方がすぐれていることを示すものである。

第３ａ、３ｂ及び３０図はウェハ要部の横断面を示す図で、ＨＭＤＳシリル化及 びその後に行う硬焼成及びＲＩＥ現像の効果を説明するものである。これら図は 本発明方法の理解を容易にするものである。

第４図はＨＭＤＳ蒸気圧とＨＭＤＳ液温との関係を示す図である。

発明の実施態様 第１図は、半導体ウェハを乾式真空表面処理して、ウェハ表面に集積回路を形成 する工程のいくつかを実施する真空加工装置の要部を示す図である。この装置が 制御器及び流体供給器と共に実施できる工程は下塗り工程、軟焼成工程、硬焼成 工程及びシリル化工程であり、これら工程は所望の任意の順序で、迅速に、そし て極めて清浄な状態で実施できる。

第１図に示した装置は、適当なフォトレジストフィルムでウェハの下塗り表面を コーチングする機能、マスクを介してフォトレジストに放射線を照射して、フォ トレジストにパターン（電気回路パターン）を作る機能、及びフォトレジストを エツチングして、パターンを形成する機能を備えていないが、装置にこれら機能 を付与して、装置からウェハを取り出すことな（、ウエノ１について下塗り工程 からエツチング工程までのすべての工程を実施できるようにすることは可能であ る。この装置は半導体ウェハについて下塗り工程からエツチング工程のすべての 工程を実施でき、特に全工程を乾式で実施できる装置の一例である。

第１図において、装置１は、半導体ウェハ３を加工すべき上面３ａを露出して平 坦（手段は図示せず）に設けたウェハ加工真空室２を含む主要部を示すために、 切り欠いた状態で示しである。装置１の加工室部及びその他の部分は、大部分が 回転体であるので、第１図の切り欠き図で十分理解できるはずである。加工室は 真空源（図示せず）によって脱気する。この目的から、管４を加工室の周囲から 真空源に接続する真空制御弁５まで延設する。０．０１μ孔をもつペブル床フィ ルターであればよい、多孔性のカップ状フィルター９を備えた、空隙８に設けた フィルター蒸発器７から延長する中心口６を介して加工室にガスを供給する。こ のフィルターは実質的に空！！！９８を充填し、フィルターの外周に若干のクリ アランスがある。この実施態様に好適なペブル床フィルターは孔径が０．Ｏ１μ で、０．　５μのビーズからなり、直径が約０．５インチである。このようなフ ィルターはＭｏｔｔ社から入手可能で、これを介して加工室に流れる蒸気の蒸発 の促進に有効である。

フィルター蒸発器は送り込まれた蒸気をガスに転換することを目的としている。

この過程で、フィルター９はトラップ１１から流れ込む蒸気を保持し、フィルタ ーの多孔構造全体に蒸気を拡散するため、蒸発が生じる。

フィルター、その空隙及びトラップ空隙を加熱すると、蒸発が促進する。トラッ プ１１は空隙１２及びフィルター空隙８によって構成され、このトラップ空隙１ ２は好ましくは図示のように直立させ、２つの空隙間の開口１３はトラップ空隙 の床１４上方に位置させる。このようにして、液体トラップを形成する。

フィルター空隙及びトラップ空隙周囲に、あるいはこれらの内部に設けた加熱器 及び／又は加工室３の壁に加熱器４３．４４から装置１の本体を通る熱流によっ て加熱して、蒸発を促進してもよい。

蒸気及びガスを吹き込むようにしたトラップ空隙１２上方に計量装置２０を設け る。この装置は気化すべき液状ＨＭＤＳなどの液状試薬を受け取る。液状試薬は 、これを安全な温度・圧力、例えば標準温度・圧力（ＳＴＰ）で収容し、かつ揮 発性の易燃性液体の貯蔵を対象とする安全基準によって要求されている物理的バ リアで取り囲んだ、離れた位置にある試薬貯蔵器３２から液体流管３１を介して 供給する。

液体流管３１の弁３３によって計量装置２０に流れる液体流管内の液状試薬を制 御する。液状試薬は液体流管３１から装置１の計量装置空隙２１に流れ、計量装 置２０のフィルター２３を通って装置本体に流れ込む。

特表千１−５０３５８＝１　（７） 計量装置２０は、例えば多くのＧＭ社製の自動車に使用されている自動車用スロ ットル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）とほぼ同様にして構成すればよい 。このインジェクターそれ自体は給電装置からの電気パルスによって制御され、 各電気パルスにより、インジェクターが、これに供給された予め定まった量の液 状流体を送り出す。ＨＭＤＳなどの試薬が、密度、粘度、易燃性においてや合成 物質に対する非相溶性においてもガソリンと同様な特性を示す限り、ＧＭ社製自 動車の場合とほぼ同様に、ＴＢＩポンプを使用して、任意の数のシリル化試薬を 装置１に送り込むことができる。ＴＢＩの操作範囲すらもここに開示する用途に 好適である。例えば、ＴＢＩからの１回のインパルス注入は４ミリ秒で完了し、 約０．０１ｍｆｆの試薬を送り込む（計量する）。流量を変えるために、これは ２５０回／秒まで反復できる。

ＴＢＩ（計量装置）はその空隙２１に着座し、上下を密封する。このためには、 上部０リングシール２４及び下部０リングシール２５を使用する。このようにし て、上下の○リング間のＴＢＩ及び空隙２１の外周の環状空隙が少量の試薬を収 容する密閉封止空間を形成するため、これを必要に応じてフィルター２３を介し てＴＢＩに流すことができる。

ＴＢＩ２０は、ＴＢＩ給電装置２９によって付勢されるＴＢＩ励振回路２８から 端子２６．２７に送られる電気パルスによって作動する。電気パルスがこれら端 子に送られる毎に、インジェクター内のプランジャーがワン・サイクルし、−イ ンパルス分の試薬ＨＭＤＳがＴＢＩ下部の点３０からトラップ空Ｆ［１２に送り 込まれる。

このようにして、ＳＴＰで液状試薬がＴＢ　Ｉ　２０に送り込まれ、インパルス 毎にＴＢＩが試薬をガスと蒸気の混合物として計量し、真空源弁５の動作に応じ て真空源によって維持される真空（空隙１２内の圧力）を作り出す。空１１１２ の内圧は大気圧をかなり下回り、加工室２内に維持される圧力よりごく僅かだけ 高い。

点３０に送り込まれたーインパルス分の試薬ガス及び蒸気はトラップに流れ込み 、ここで蒸気の一部がガス化し、生成したガスと蒸気からなる主にガス状混合物 は１３を通ってフィルター蒸発器６に流れ込み、ここで加熱されたペブル床フィ ルター９に入り、残りの蒸気がガス化する。この結果、加工室２に入る流体がこ こに充満し、ウェハ３の上面３ａに対して純粋なガス状雰囲気を与える。流入蒸 気ガスを加工室２全体に拡散するシールド１０があるため、試薬がウェハ３に直 接衝突することはない。

弁５を操作して、加工室２の内圧を維持する。このために、加工室２の内圧を変 換器４１によって検出し、この圧力信号を電気信号に変換して、これを真空制御 器及び圧力読出し装置４２に送る。装置４２は変換器４１からの圧力信号と、中 央処理装置（ＣＰＵ）４３に記憶することができるか、手動で入力することがで きる所望又は設定値を表す信号とを比較する回路を内蔵している。

装置４２の出力は、システムがＨＭＤＳ蒸気を加工室に送ることによって補償で きる圧力差を表すライン４２ａ中のフィードバック信号（Ｆ　Ｂ）である。

ＦＢ信号をＴＢＩ電圧／周波数変調器４４に送ると、これがＴＢＩ２０の動作を 制御するＴＢＩ励振回路２８に適当な制御パルスを発生する。変調器４４はＣＰ Ｕ４３の出力とＦＢ信号によって命令された衝撃係数及び速度のパルスを発生す る。圧力差が大きい時には、パルス速度が高く、小さい時には、パルス速度が低 く、そして圧力差がゼロに近付くにつれて、パルス速度もゼロに近付く。室圧が 所望又は設定圧力を越えると、変調器４４を介して信号が真空源弁５に送られ、 弁を開き、室圧を真空源に逃がす。このゼロ型フィードバック制御システムによ って、所望又は設定室圧力を作り出し、維持できる。

第２図は、パルス速度を変化・変調して、所定圧力を越えることな（、また所定 圧力を中心にして変動することなく、室圧を所望又は設定レヴエルにする第１図 装置の操作を示す、加工室圧力対温度図である。この図はまたパルス速度が一定 の同様な装置についての室圧対時間カレヴエルにより速く到達するが、所望圧力 を越えたり、あるいはこれを中心にして変動する恐れが大きい。

反応室２内の試薬ガスの温度は反応室壁に埋込むことができる加熱パッド４５． ４６によって制御するので、試薬ガス及び反応室の圧力・温度を十分に制御でき 、また７６０Ｔｏ　ｒ　ｒまでの圧力かそれ以上の圧力で維持できる。一方、試 薬タンク３２上の蒸気圧力は５Ｔｏ　ｒ　ｒ（又はＳＴＰにおける試薬の蒸気圧 ）以上にできる。このために、ＣＰｔＪ４３によって制御される温度制御器４７ を設ける。

明らかに、ＴＢＩ（計量装置２０）は加工室２を液体試薬のタンク３２を分離し ている。また、タンクからインジェクターに液状試薬を運ぶライン３１は直径が 非常に小さいため、このライン及び装置１全体に含まれる試薬の全量を非常に少 なくでき、従って危険を最小限に抑えることができる。

インパルスの衝撃係数が２５％〜５０％の間にある時でさえ、所定数のインパル スでＴＢＩによって送り込まれる５ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの圧力範囲にわたる液体 の容量は大きくは変わらない。従って、衝撃係数を変えても、流量は太き（変わ らず、はぼ同じである。しかし、秒当たりのインパルス数を変えると、流量が直 線状に変化する。

操作中、ウェハ加工室２の内圧は真空弁５、装置４２．４３．４４を含むフィー ドバック制御システム、ＴＢＩ特表千１−５０３５８４　（８） 励振回路２８及びＴＢＩ２０の複合作用によって制御すると共に、温度は温度制 御器４７から加熱パッド４３および４４に与える電力によって制御する。従って 、加工室の内温・圧はＣＰｔＪ４３のプログラムによって命令された通りに維持 される。この電気フィードバックシステムは電気付！インパルスをＴＢＩ２０に 送り、そして液体ＨＭＤＳのＴＢＩへの流れを制御する試薬ライン弁３３を制御 する。また、ＣＰＵ４３は源から弁５２を介してＨＭＤＳ試薬タンク３２の上部 に流れて、タンクを加圧する窒素ガスの流れを制御することもできる。

鴨 本開示で説明した半導体ウェハ真空加工装置、その液状試薬供給システム及び圧 力、温度・ガス流れ制御器は安全な状態で揮発性液状流体を取扱うことができ、 またほぼ所望の温度・圧力で液状流体をガスに転換でき、同時に供給システムの ガス含有部分を液状流体含有部分から分離できる。この装置はその供給システム と制御器と共に、操作を中断することなく、また装置からウェハを取り出したり 、またウェハを交換・処理することなく、半導体ウェハに回路構造を形成する下 塗り、軟焼成、硬焼成及びシリル化工程を実施できる。また、ウェハが真空やガ スにのみ露出され、液状流体に露出されていない限り、これら工程のすべてを乾 式で実施できる。

なお、ここに説明した装置はその供給システム及び制御器と共に下塗りからシリ ル化に至るすべての工程を実施した後、酸素やハロカーボンプラズマなどの乾式 エツチングプラズマを使用する反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を実施できる ようになっている。

また、ここに自動車用スロットル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）として 説明したインジェクター２０は他の同様な装置と置換えることができる。ＴＢＩ 又は同様な装置を使用して、ここで説明したようなＴＢＩ型計量装置を使用する ことによって解決する同−又は同様な問題をもつ、ＨＭＤＳ以外の加工化学試薬 を注入することもできる。請求の範囲に記載した発明の精神及び範囲から逸脱せ ずに、ここに説明した構造に各種の変更・追加を加えることができる。

以下は請求の範囲である。

第２図 第５ｂ図 第５０図 蒸気圧ＶＳ＆度ＨＭＤＳ 第４図 Ｓ＾　２２３３９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）加工すべき半導体ウエハを収容する真空室と、（ｂ）ガス状の加工流 体を該真空室に流入させる、該真空室の開口と、（ｃ）液状の該加工流体の源と 、そして（ｄ）上記の液状の加工流体源と上記真空室の開口との間に設けた、該 流体を計量し、この計量した流体を計量されたガス流体に転換する手段とからな り、上記の計量されたガス流体を上記の計量・転換手段によって上記の液状流体 から分離する、半導体ウエハ回路パターンを製造するさいに半導体ウエハを加工 するための装置。 ２．（ａ）該源における該液状流体と本質的に同じ温度及び圧力で該源から該計 量手段に該液状流体を送る液状流体導管を設け、（ｂ）該計量・転換手段が液状 流体入り口と、該加工室に開口する該開口に接続する比較的低い圧力の蒸発室へ の出口を設けた流体インジェクターを有し、そして（ｃ）該流体インジェクター を付勢する手段を設け、（ｄ）これによって、該計量手段が該源から液状流体を 引き出し、かつガスと蒸気の混合物として少量づつの該流体を該蒸発室に送り込 み、該混合物を実質的にすべて該開口を介して該加工室に流れるガスに転換する 請求項第１項記載の装置。 ３．（ａ）上記のインジェクター出口における蒸気及び液体をガス化する手段を 該出口と該加工室との間に設けた請求項第２項記載の装置。 ４．（ａ）上記のインジェクター出口と該加工室との間に液状流体トラップを設 けた請求項第３項記載の装置。 ５．（ａ）該加工室の圧力及び温度を制御・モニターし、かつ上記の液状加工流 体の該インジェクターへの流れを制御して、該加工室に所定の圧力及び温度を維 持する手段を設けた請求項第３項記載の装置。 ６．（ａ）該インジェクターがインパルス・インジェクターで、（ｂ）該インジ ェクターのインパルス速度を高くすることによって上記の液状加工流体を増流す る請求項第５項記載の装置。 ７．（ａ）上記のガス状加工流体の該加工室への流れが該インジェクターの該イ ンパルス速度に正比例する請求項第６項記載の装置。 ８，ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロットル・ボディー・ インジェクター（ＴＢＩ）と同様に該インジェクターを構成し、作動させる請求 項第７項記載の装置。 ９．該計量手段が、ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロット ル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）と同様に構成し、かつ作動するインジ ェクターを有する請求項第１項記載の装置。 １０．該計量手段が、ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロッ トル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）と同様に構成し、かつ作動するイン ジェクターを有する請求項第２項記載の装置。 １１．加工すべき半導体ウエハを収容する真空室と、加工ガスを該真空室に流入 させる、該真空室の開口と、そして液状の該加工流体の源とを備えた半導体ウエ ハ回路パターンを製造するさいに半導体ウエハを加工するための装置において、 （ａ）上記の液状加工流体の源と該開口との間に、該液状流体をガス流体に転換 することによって該ガス流体を該液状流体から分離する流体流路を構成する手段 を設けた上記装置。 １２．（ａ）該源における該液状流体と本質的に同じ温度及び圧力で該源から該 計量手段に該液状流体を送る液状流体導管を設け、（ｂ）該計量・転換手段が液 状流体入り口と、該加工室に開口する該開口に接続する比較的低い圧力の蒸発室 への出口を設けた流体インジェクターを有し、そして（ｃ）該流体インジェクタ ーを駆動する手段を設け、（ｄ）これによって、該計量手段が該源から液状流体 を引き出し、かつガスと蒸気の混合物として少量づつの該流体を該蒸発室に送り 込み、該混合物を実質的にすべて該開口を介して該加工室に流れるガスに転換す る請求項第１１項記載の装置。 １３．（ａ）上記の計量手段出口における蒸気及び液体をガス化する手段を該出 口と該加工室との間に設けた請求項第１２項記載の装置。 １４．（ａ）上記の計量手段出口と該加工室との間に液状流体トラップを設けた 請求項第１３項記載の装置。 １５．（ａ）該加工室の圧力及び温度を制御・モニターし、かつ上記の液状加工 流体の該計量手段への流れを制御して、該加工室に所定の圧力及び温度を維持す る手段を設けた請求項第１３項記載の装置。 １６．該計量手段のインパルス速度を高くすることによって上記の液状加工流体 を増流する請求項第１５項記載の装置。 １７．（ａ）上記のガス状加工流体の該加工室への流れが該計重手段の該インパ ルス速度に正比例する請求項第１６項記載の装置。 １８．ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロットル・ボディー ・インジェクター（ＴＢＩ）と同様に該計量手段を構成し、作動させる請求項第 １７項記載の装置。 １９．該転換手段が、ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロッ トル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）と同様に構成し、かつ作動する計量 手段を有する請求項第１１項記載の装置。 ２０．該転換手段が、ガソリンを自動車エンジンに送るタイプの自動車用スロッ トル・ボディー・インジェクター（ＴＢＩ）と同様に構成し、かつ作動する計量 手段を有する請求項第１２項記載の装置。 ２１．半導体ウエハ表面を加工して、この上に電気回路を形成する工程を実施す る半導体ウエハ表面の真空加工装置において、 （ａ）加工すべき半導体ウエハを収容する真空室と、（ｂ）ガス状の加工流体を 該真空室に流入させる、該真空室の開口と、（ｃ）液状の該加工流体の源と、そ して（ｄ）上記の液状の加工流体源と上記真空室の開口との間に、該液状流体を ガス流体に転換する流体導管を構成する手段とからなり、これにより、該ガス流 体を該転換手段によって上記の液状流体から分離する上記装置。 ２２．半導体ウエハ回路パターンを製造するさいに半導体ウエハを密閉加工室で 乾式加工する方法において、（ａ）液状の加工流体の源を与える工程と、（ｂ） 該加工流体を該加工室で使用する流量で該源から該液状加工流体を計量する工程 と、 （ｃ）該源から引き出される該液状加工流体をガスに転換する工程と、そして （ｄ）該ガスを該加工室に送る工程とからなる上記方法。 ２３．（ａ）該転換工程がサイクル方式で、そして（ｂ）各サイクル毎に、少量 の該液状加工流体をガスに転換する請求項第２２項に記載の方法。 ２４．（ａ）該加工室に接続する比較的低圧の室に少量の該液状加工流体を送り 込むによって上記のサイクル方式の転換を行い、この場合（ｂ）該加工室を加熱 する請求項第２３項記載の方法。 ２５．（ａ）サイクル方式でガスに転換する該液状加工流体の流れをサイクルの 速度を変えることによって制御する請求項第２４項記載の方法。 ２６．（ａ）サイクル方式でガスに転換する該液状加工流体の流れをサイクルの 反復数を変えることによって制御する請求項第２５項記載の方法。 ２７．加工すべき半導体ウエハを収容する真空室と、加工ガスを該真空室に流入 させる、該真空室の開口と、液状の該加工流体の源と、上記の液状加工流体の源 と該開口との間に設けた、該液状流体をガス流体に転換する流体流路とを備え、 該転換手段がインパルス形流体インジェクターを有し、そして該インパルスイン ジェクターを付勢する手段を設け、これによって、該インジェクターが該源から 液状流体を引き出し、かつガスと蒸気の混合物として少量づつの該流体を該蒸発 室に送り込み、該混合物を実質的にすべて該開口を介して該加工室に流れるガス に転換し、そして該インパルス・インジェクターを制御する手段を設けて、所定 の室圧を維持する半導体ウエハの乾式加工装置において、 （ａ）該室の圧力を検出して、室圧信号を発生する手段と、 （ｂ）該インパルス・インジェクターの制御信号源と、そして（ｃ）該圧力信号 に応答して該信号パルスを変調する手段とからなる上記装置。 ２８．該変調手段が該制御信号の速度を変調する請求項第２７項記載の装置。 ２９．上記の制御パルスの速度を変調して、該室圧が上記の所定室圧にある時に 、該速度が最小になるようにした請求項第２８項記載の装置。 ３０．（ａ）上記の室圧を表す信号を発生する手段、及び（ｂ）上記の検出した 室圧と上記の所定室圧を比較して、圧力差を表す信号を発生する手段を設け、そ して（ｃ）該パルス速度が該圧力信号に比例する請求項第２９項記載の装置。 ３１．上記の検出した室圧が上記の所定室圧未満の時に、上記の制御パルスの速 度が該圧力差に比例するようにした請求項第３０項記載の装置。 ３２．上記の検出した室圧が上記の所定室圧以上の時に、該インジェクターに送 り込みを停止するようにした請求項第３１項記載の装置。