JPH02500150A - 基材を乾式処理またはエッチングする方法および装置 - 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】 基材を乾式処理またはエツチングする方法および装置この発明は、プラズマ処理 方法、さらに詳しくは、ポリマーや他の材料の乾式処理法および、例えばマイク ロエレクトロニクス産業において使用されるホトレジストの乾式現像法に関する 。

種々のプラズマシステムが知られており、例えば反応性イオンエツチング、高圧 プラズマエッチング、マグネトロン・イオン・エツチング、マイクロウェーブ・ エツチング、エレクトロン−サイクロトロン・レスポンスなどが挙げられる。

基材のパターン化には必然的に何らかの物質の選択的エツチングが伴う。これは 、代表的にはホトレジストのようなマスキング層を用いて行なわれているが、か かるマスキング層は、通常の写真平板法や湿式現像法を用いて予めパターン化し ておき、その後のエツチングの間に、該基材をマスキングするのに使用される。

また、製造の際に多量のポリマーが使用されるので、これらの物質を迅速にかつ 完全に処理する必要性が重要になってくる。多くの場合、とくにマイクロエレク トロニクス産業において、これは、真実であり、最小のライン幅の減少により、 寸法コントロールがより厳格になる。

またプロセスの収率を上げるには、欠陥発生の頻度の減少が必要である。これを 達成するには、しばしば、湿式化学的処理工程を乾式法によって置換する必要が ある。一般的には、プラズマの使用による物質のエツチングは、特別形態の減圧 室で行なわれる。エツチングガスまたはガス状液体を反応容器に導入する。ガス 自体は、はとんど反応することがなく、エツチングされる基材上に全く作用しな い。このガスを反応的にするには、これを、反応容器中に配置させた電極の印加 によってイオン化させる。イオン化は、しばしばマイクロ波（ＧＨ２）または高 周波（ＲＦＸｌｄＨｚ）を用いて行なわれる。

米国特許Ａ４２５３９０７号は、可聴周波数でエツチングを使用することが知ら れている。この公知のエツチング法は、０．０１Ｗ／ｃ＊”以下の電力密度を使 用しているので、実際的には全く使用されていない。

この発明の目的は、迅速でかつ高度の異方性を示す乾式処理法またはエツチング 法を提供することで、該方法用に設計された装置は単純に維持することができる 。

かくして、この発明は基材を乾式処理またはエツチングするにあたり、該基材を 処理領域に導入し、該処理領域全体を真空にし、該処理領域の電極に可聴周波数 の信号を実質的に０　、　ＯＩ　Ｗ／ｃｘ”以上の電力密度で適用して、該処理 領域においてプラズマを生成させることからなる方法を提供することである。

この方法を実施する装置は、電極に対するセルフ−ＤＣ−バイアスからなる。

この発明に従う装置の電力システムのマツチング回路網は、セルフ−ＤＣ−バイ アスが得られるように、設計される。マツチング装置は、プラズマと共に、ジェ ネレーター出力のインピーダンスとマツチングする等価の電力を付与し、該プラ ズマに対する最適な電力移動をもたらす。セルフ−ＤＣ−バイアスは、プラズマ をかかる周波数で保持し、その結果、安定な作業工程を得ることができる。

具体的例において、かさ電力密度をより高くすることができ（代表的には、０． ０３〜Ｉ　Ｗ／ｃｘ３の範囲である）、高度にイオン化したプラズマをもたらす 。可聴周波数およびセルフ−ＤＣ−バイアスの組合わせは、高密度プラズマをも たらし、ポリマー、酸化物、硝化物、多結晶物質などのアドバンス処理に、非常 に適している。事実、該イオンは、可聴周波数交流電場に従うことができるので （無線周波数プラズマ（１３，５６ＭＨｚ）では、その低い移動度のため、該イ オンは交流電場に従うことができない。）、それらを、基材に垂直方向からたた きつけることができ、セルフ−ＤＣ−バイアスに対しほぼ比例したエネルギーを 有する（ダーク・シースにおいて全く衝突が起こらない場合）。これは、イオン がまたスパッタリング作用を有することができ、エツチング成分をアシストされ た直接的なスパッターを促進することで、異方性を高めることができることを意 味する。実際的なシステムでは、セルフ−ＤＣ−バイアスの電圧は、数ボルトか ら数百ボルトである一方、イオン化（イオン化粒子の数／ｃｍ”と定義）は、例 えば圧力１００ｚＴｏｒｒにおいて５．１０”　〜１０”である。イオン化度（ 特定の圧力における、イオン化粒子数：総粒子数の比率と定義）は、したがって １０−３はど高くすることができる。これみの数値は、代表的には、他の公知の プラズマ法よりも１０倍高い。

前記したような、可聴周波数およびマツチング回路網の組合わせを用い、プロト タイプについて実験を行ったところ、このプラズマが好適にも、オルガノ金属も 含め、高いエツチング率でポリマー材料のエツチングに対し適用できることが判 明した。高い電力効率を示しパターン化構造の良好な形成が得られるような、ク リーンで、非常に速くかつ異方性であるエツチングを行うことができる。この方 法の特異的な適用は、ミクロンおよびサブミクロン域におけるレジストの乾式現 像および多層構造のパターン化についての用途である。

予備的な実験によれば、前記方法で生成したプラズマが、印刷回路板、ディスプ レイおよびガラス板のような大きな領域（数平方メートルまでのもの）の処理に 首尾よく使用できることが、判明した。可聴周波数プラズマのインピーダンス（ 高周波数エツチングの能力は反対の強力な抵抗性）およびこの発明のマツチング 回路網のフレキシビリティが、これを可能にし、装置化を容易にさせたのである 。

この発明の利点および特徴を、図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。

第１図はこの発明の方法を実施するための装置を示す図面、第２図は第１図の装 置のマツチングを示す詳細な図面である。

前記しｆこように、最小寸法の付加的な減少により、ホトレジストの湿式処理法 を乾式処理法によって、正確なライン幅制御および再現性を目的として、置き換 えることができる。これは、もちろん他の材料についても確かである。高く充分 なエツチング率、したがって高く充分な処理量を得るには、エツチング法に貢献 するような可能な限り多量な反応種を有する、高イオン化プラズマを使用すべき である。これを達成できる方法は、可聴周波数を用いてプラズマを生成しこれを 基材にあてこれにより揮発性生成物を生成させ次いでこれを真空システムにより ポンプで汲み上げることである。かかるシステムにおける圧力は、代表的には１ ｆｆｉＴｏｒｒから数ｍＴ　ｏｒｒまでの範囲である。、この発明において、最 適な圧力は２０ｘＴｏｒｒで出発し、５００、ｖＴｏｒｒまで上昇する。圧力は 、該方法の異方性に対し衝撃を与える。

先行技術から明らかなように、該技術の方法の記載を用いる高いエツチング率に は、たとえ磁気的閉じ込めを使用したとしても、高い電力密度が必要であり、エ ツチングされる構造に対し損傷を与えうる。可聴周波数を用いると共に低い電力 密度および中程度の圧ツノの使用により、高いエツチング率および良好な異方性 を達成することができる。

この発明の方法を実施する１こめの装置ｌの具体例（第１図）は、頂部電極２か らなり、この具体例ではガス（この具体例では０．）を質量流量計（図示せず） を介し装置または反応容器１内に供給する几めのガス入り口３（シャワー・ヘッ ド）に連結して使用されている。基材５は底部電極４（カソード）に置かれ、こ れは該処理に応じて加熱または冷却することができる。ソース７（第１図）また はジェネレーター９（第２図）から可聴周波数の交流信号をカソードに、変圧器 １３およびコンデンサー１１を備えるマツチング回路網６（第１図および第２図 ）を介して適用する。

代表的には、装置ｌの電極間のプラズマ１２（第２図）を例えば１２００〜１４ ００ボルト（ピーク−ピーク値）の電圧で供給する。可聴周波数のマツチングは 、非常に簡単で、簡単な変圧器により、ジェネレイタ−とプラズマの間のインピ ーダンスを実質的にマツチングさせる。コンデンサーは、イオン移動度とプラズ マの電子移動度の差異により、代表的な値ｌμＦを有し、カソードにおけるＤＣ −バイアス（例えば１０００〜２０００ボルト）が得られる。ガスをイオン化し 、負極バイアス電圧がカソードで現れると、コンデンサーが充電される。ＤＣ− バイアスは、それらを基材に促進するプラズマのバルクから陽イオンを吸引する 。これら反応種が、垂直方向からプラズマをたたき、エツチング成分をアシスト された直接的なスパッターを促進する。

プロトタイプにおいて、ホトレジストの乾式現像（ＥＰ−Ａ−８５，８７０，１ ４２．８）は、広範囲に適している。電力密度０．３〜ＩＷ／ｃｘ２および圧力 ５０〜３０　ＱｉＴｏｒｒに対し、１ｕｊＩＺ分以上のエツチング率である。こ の発明によって導入したように、制限された量の物理的スパッタリングは、現像 による残渣の除去の際に有用である。

ポリイミド、ＰＶＤＦ、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）などの他のポリマーをエツチ ングする場合、先行技術の記載と比較して、エツチング率の同様な増加が示され る。

また、酸化珪素のエツチングの場合、７０００Ａ／分のエツチング率が、電力密 度０．５Ｗ／Ｃ１＆”に対し観察された。

他の材料についての詳細なエツチング実験は行っていないが、こ結論として、可 聴周波数を、変圧器および遮断用コンデンサーからなるマツチング回路網と組み 合わせて使用すれば、マグネトロン閉じ込めやエレクトロン・サイクロトロン・ システムのようなより複雑なシステムを用いることなく、高率のエツチングと良 好な異方性を得ることが、明白である。

ＦｒＧ、　２ 国際調査報告 ＋＋１１＠＋拳１１ｅＭＩＡ８ｍ＠１−ｘｌｌｖｐ（τ／：ｐ（５１０＋７二５ ＳＡ　ｊε６７

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．基材を乾式処理またはエッチングするにあたり、該基材を処理領域に導入し 、該処理領域全体を真空にし、該処理領域の電極に可聴周波数の信号を実質的に ０．０１Ｗ／ｃｍ３以上の電力密度で適用して、該処理領域においてプラズマを 生成させることを特徴とする方法。
2. ２．電力密度が０．３〜１Ｗ／ｃｍ３で真空圧力が５０〜３００ｍＴｏｒｒであ る、請求項１記載の方法。
3. ３．可聴周波数の信号が、エッチングの異方性の程度に影響を与えるように変調 されている、請求項１記載の方法。
4. ４．ポリイミド、オルガノ金属、ＰＶＤＦ、テフロンおよびエポキシ樹脂のよう なポリマー材料（単層、多層など）をパターン化する、請求項１、２または３記 載の方法。
5. ５．集積回路の製造に用いるためのシリコーン・トレンチ・エッチング、ポリシ リコーン・エッチング、窒化珪素および二酸化珪素エッチングのアンダー（１） としての該方法の使用。
6. ６．電極と可聴周波数信号源の間のマッチング回路網が、電極に対するセルフ− ＤＣ−バイアスからなる、請求項１〜５の該方法を実施するための装置。