JPH0691048B2 - Substrate dry processing method and apparatus - Google Patents

Substrate dry processing method and apparatus

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JPH0691048B2
JPH0691048B2 JP60299774A JP29977485A JPH0691048B2 JP H0691048 B2 JPH0691048 B2 JP H0691048B2 JP 60299774 A JP60299774 A JP 60299774A JP 29977485 A JP29977485 A JP 29977485A JP H0691048 B2 JPH0691048 B2 JP H0691048B2
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plasma
photoresist
ultraviolet
charged particles
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エル・バーシン リチヤード
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日本真空技術株式会社
エマージエント テクノロジーズ コーポレーシヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は基板からデバイスを乾処理組み立てする方法
および装置に関する。特に、基板は少なくとも1つの反
応種(reactive specie)を持つが事実上電荷粒子のな
い気体プラズマの流出物(effluent)に露出されると同
時に、制御された方法で反応速度を増大させるために紫
外線で照射される。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for dry processing assembly of devices from a substrate. In particular, the substrate is exposed to the effluent of a gaseous plasma that has at least one reactive specie but is virtually free of charged particles, while at the same time UV light is used to increase the reaction rate in a controlled manner. Is illuminated by.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

固体デバイスの組立てに気体プラズマを使用することは
先行技術で知られている。プラズマは半導体基板のエツ
チング(以下簡単に腐食と言う)に用いられるととも
に、基板からホトレジスト層をストリツプ(はぎとる)
したり除去するのに用いられる。
The use of gas plasmas in the fabrication of solid state devices is known in the prior art. The plasma is used for etching the semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as corrosion), and strips the photoresist layer from the substrate.
Used to remove and remove.

プラズマ処理は乾処理またはRIE(リアクテイブ・イオ
ン・エツチング−反応イオン腐食)としても知られ、化
学処理または湿処理として知られる多くの在来処理にま
さる明白な利点を持つている。湿処理は普通、基板から
ホトレジストを除去したり材料の層を腐食するために、
有毒組成を使用する。ある化学組成は慎重に使用しなけ
れば、操作者にも環境にも危険なことがある。湿腐食処
理に伴う廃棄物投棄も問題になることがある。
Plasma treatment, also known as dry treatment or RIE (Reactive Ion Etching-Reactive Ion Corrosion), has the distinct advantage over many conventional treatments known as chemical or wet treatments. Moisture treatments are commonly used to remove photoresist from substrates or corrode layers of material,
Use toxic composition. Certain chemical compositions can be dangerous to both the operator and the environment if not used carefully. Waste disposal associated with wet corrosion treatment can also be a problem.

湿腐食は、あらゆる方向に腐食が事実上等しい速度で進
行する点で等方性であり、それによつて腐食は所望の方
向に下方にわたるだけではなく横方向にもわたるように
なる。等方性は無用のアンダーカツト作用を作り、隣接
する腐食間の距離を、しばしば受認できないほどに小さ
くする。線幅、すなわち隣接する腐食間の横方向の距離
が多くのLSIまたはVLSIデバイスの微小形状に要求され
るような極めて微小な公差内に保たなければならない場
合は、湿腐食は使用できないことがある。これらのデバ
イスの多くにおいて、線公差はしばしば腐食されている
膜の厚さに比較することができ、したがつて異方性が不
可欠である。
Wet corrosion is isotropic in that the corrosion progresses at virtually equal rates in all directions, which causes the corrosion not only to extend downward in the desired direction, but also laterally. Isotropicity creates an unwanted undercutting effect, often making the distance between adjacent corrosions unacceptably small. Wet corrosion may not be used if the line width, ie the lateral distance between adjacent corrosions, must be kept within the very close tolerances required for the small features of many LSI or VLSI devices. is there. In many of these devices, line tolerances can often be compared to the thickness of the film being corroded, thus anisotropy is essential.

湿処理から生じる等方性腐食は、単一半導体基板上に置
かれる回路素子の密度が増加するにつれて一段と受け入
れられなくなる。素子密度が増加するにつれて線幅は減
少し、等方性腐食は一段と受け入れられなくなる。した
がつて、異方性すなわち直線壁腐食の必要性が増加し
た。
Isotropic corrosion resulting from wet processing becomes more unacceptable as the density of circuit elements placed on a single semiconductor substrate increases. Linewidths decrease as device density increases and isotropic corrosion becomes more unacceptable. Therefore, the need for anisotropic or straight wall corrosion was increased.

湿腐食に比較すると、乾腐食は線幅を規定の公差内に保
つ異方性腐食の能力を提供する。標準の乾腐食装置で
は、処理中の半導体ウエハすなわち基板は、電荷粒子お
よび比較的強い電界が存在するプラズマまたはグロー放
電領域内のプラズマ腐食室に直接置かれる。強電界領域
内に電荷粒子が存在すると、腐食処理の異方性が達成さ
れるのは、電界が帯電腐食種に方向性を与えるからであ
る。
Compared to wet corrosion, dry corrosion provides the ability for anisotropic corrosion to keep linewidths within specified tolerances. In a standard dry etch system, the semiconductor wafer or substrate being processed is placed directly into a plasma etch chamber in the plasma or glow discharge region where charged particles and relatively strong electric fields are present. The presence of charged particles in the high electric field region achieves the anisotropy of the corrosion process because the electric field imparts directionality to the charged corrosion species.

しかし、例えば二酸化シリコンの誘電層のような、LSI
またはVLSIデバイス上の半導体層は比較的薄く、おそら
く1ミクロン程度と思われ、また電界によつて層の中に
加速中の帯電粒子からのイオン・ボンバードは、一般に
放射線損傷として知られる層の電気的異常性すなわち受
認できない損傷を生じることがある。酸化物の層の厚さ
が増加するにつれて、放射線損傷に起因するウエーハ当
たりの不良チツプ数およびチツプ歩留りの低下は受認で
きない割合まで増加する。
However, if the LSI, for example a dielectric layer of silicon dioxide,
Or the semiconductor layer on a VLSI device is relatively thin, perhaps on the order of a micron, and the ion bombardment from charged particles accelerating into the layer by an electric field is commonly known as radiation damage to the layer. This may result in physical anomaly or unacceptable damage. As the thickness of the oxide layer increases, the number of defective chips per wafer and the reduction in chip yield due to radiation damage increases to unacceptable rates.

放射線損傷は、乾ホトレジスト・ストリツパでも同様に
問題であり、プラズマ腐食にのみ限定される問題ではな
い。また、露出した誘電層の表面に静電荷が蓄積する。
例えば、EPROMデバイスは常時、厚さわずかに100オング
ストロームの誘電酸化物層を組み込んでいる。ホトレジ
ストの乾ストリツピング中における誘電層の静電荷充電
作用は、デバイスの誘電破壊およびその結果としての不
作動性を生じることがある。
Radiation damage is a problem in dry photoresist strips as well and is not limited to plasma corrosion. In addition, electrostatic charges are accumulated on the surface of the exposed dielectric layer.
For example, EPROM devices always incorporate a dielectric oxide layer that is only 100 Å thick. The electrostatic charge charging action of the dielectric layer during dry stripping of the photoresist can result in dielectric breakdown of the device and consequent inoperability.

腐食中の基板がプラズマ自体から引離される乾腐食装
置、すなわち「下流」腐食装置は技術的に既知である。
しかし、放射線損傷の問題は減少されるが、標準の下流
装置は腐食が受け入れられない等方性である点において
湿腐食装置と同じ不適当性であり、その理由としては下
流装置には腐食種に何らかの方向性をも与えるどんな電
界も存在しないことがあげられる。西沢氏の米国特許第
4,233,100号は、反応気体をプラズマ状態にイオン化す
るプラズマ発生器を用いるプラズマ腐食法を開示してい
る。発生器はノズルによつて処理室に接続されてプラズ
マを、処理すべき加工品を入れてある室内に導く。
Dry etchers, or "downstream" etchers, in which the corroding substrate is separated from the plasma itself are known in the art.
However, while the problem of radiation damage is reduced, standard downstream equipment suffers from the same inadequacies of wet corrosion equipment in that corrosion is unacceptable isotropic because the downstream equipment has corrosion species. There is no electric field that gives any direction to. Nishizawa's US Patent No.
4,233,100 discloses a plasma corrosion method using a plasma generator which ionizes a reaction gas into a plasma state. The generator is connected by a nozzle to the process chamber and directs the plasma into the chamber containing the workpiece to be processed.

プラズマ反応器の作用に影響する光子の使用も知られて
いる。マツケンナ(Mckenna)らの米国特許第4,183,780
号は光子増強式反応イオン腐食(photon enhaced−reac
tion etching)の方法および装置を説明しており、この
場合プラズマ反応器は真空紫外線の選択された波長を発
射しかつこの放射線をプラズマに、なるべく特に基板に
おけるプラズマ処理を制御するように基板に隣接するプ
ラズマに、向ける装置を含んでいる。コール(kohl)の
米国特許第4,404,072号およびチエン(Chen)らの米国
特許第4,478,677号は腐食法に光を使用することを開示
している。
The use of photons to affect the operation of plasma reactors is also known. US Pat. No. 4,183,780 to Mckenna et al.
The photon-enhanced-reac
method and apparatus for plasma etching, wherein a plasma reactor emits selected wavelengths of vacuum ultraviolet radiation and directs this radiation into a plasma, preferably adjacent a substrate to control plasma processing, particularly at the substrate. A plasma directing device is included. US Pat. No. 4,404,072 to Kohl and US Pat. No. 4,478,677 to Chen et al. Disclose the use of light in a corrosion process.

しかし、これらの記述はそれ単独でも又は組合せでも、
LSIまたはVLSIデバイスの組立てに望ましい活性種の方
向性能力と放射線損傷の減少や回避とを組み合わせると
ころの下流プラズマ反応器の方法または装置は示してい
ない。
However, these statements, either alone or in combination,
No downstream plasma reactor method or apparatus is shown that combines the desired directional capability of active species for the fabrication of LSI or VLSI devices with the reduction or avoidance of radiation damage.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明により、基板の表面を処理する方法および装置が
提供されている。この方法は、少なくとも1つの反応種
を持つが事実上帯電粒子のない気体に基板を露出させる
と同時に、紫外線で基板を照射する段階を含んでいる。
また基板は赤外線で照射することによつて加熱されても
よい。
The present invention provides a method and apparatus for treating the surface of a substrate. The method includes exposing the substrate to a gas having at least one reactive species but substantially free of charged particles while simultaneously irradiating the substrate with ultraviolet light.
The substrate may also be heated by irradiation with infrared light.

〔発明の目的及効果〕[Objectives and Effects of Invention]

発明の好適な実施例において、基板は気体プラズマから
の流出物に露出されるが、この場合帯電粒子はプラズマ
を基板から遠隔して発生させるとともに反応室に導入す
る前に帯電粒子を再結合させたり除去ることによつてプ
ラズマが事効的に、殆ど取り除かれる。
In a preferred embodiment of the invention, the substrate is exposed to the effluent from a gaseous plasma, where the charged particles generate a plasma remotely from the substrate and recombine the charged particles prior to their introduction into the reaction chamber. By removing or removing the plasma, the plasma is effectively removed.

本発明の方法を実施する好適な実施例は、少なくとも1
つの反応種を持つ気体プラズマを発生させる手段と、プ
ラズマ発生装置に作動するように接続されて、気体プラ
ズマ流出物を受け、処理すべき基板を収容し、基板をプ
ラズマ流出物に露出させる室などの手段であり、前記収
容する手段はプラズマ発生装置から十分に引き離され、
それによつてプラズマ中のどんな帯電粒子も、プラズマ
流出物が基板に達する前に消失される前記室のような手
段と、基板を紫外線で照射する手段と、を含む。また、
基板を加熱するために基板を赤外線で照射する装置も含
まれている。
A preferred embodiment for carrying out the method of the invention is at least one
A means for generating a gas plasma having two reactive species and a chamber operatively connected to the plasma generator for receiving the gas plasma effluent, containing the substrate to be processed and exposing the substrate to the plasma effluent The means for containing is sufficiently separated from the plasma generator,
Thereby any charged particles in the plasma include means such as the chamber where the plasma effluent is extinguished before reaching the substrate and means for irradiating the substrate with ultraviolet light. Also,
An apparatus is also included that irradiates the substrate with infrared light to heat the substrate.

本発明は、ホトレジストのストリツプ作用すなわち腐食
処理を最適にするために、プラズマ流出物、紫外線刺
激、および温度における反応化学種の型式を独自に制御
することを可能にする。普通の先行技術のプラズマ方式
では、これら3つのパラメータは複雑に組み合わされて
独自の制御すなわち最適化は不可能である。
The present invention allows the type of reactive species at plasma effluent, UV stimuli, and temperature to be uniquely controlled to optimize photoresist stripping or corrosion treatment. In conventional prior art plasma systems, these three parameters are intricately combined and cannot be independently controlled or optimized.

本発明の処理は、本質的に、イオンが実質的に存在しな
いで粒子エネルギが比較的に低い場合に行われる化学処
理であるので、基板損傷を最小にするため極めてゆつく
り腐食されるべき基板上の材料の高腐食速度を達成する
ための化学的選択性が、典型的先行技術のプラズマ方式
によるのに比べてはるかに良く制御できる。また、温度
に依存することもある独特の化学的選択性は、追加的な
処理の制御をする手段を提供する。
Since the process of the present invention is essentially a chemical process performed in the substantial absence of ions and relatively low particle energies, substrates that are to be extremely dilute and corroded to minimize substrate damage. The chemical selectivity of the above materials to achieve high corrosion rates can be controlled much better than with typical prior art plasma systems. Also, the unique chemoselectivity, which may be temperature dependent, provides a means to control additional processing.

この発明の1つの目的は、放射線損傷の有害な作用が最
小にされる乾腐食の方法および装置を提供することであ
る。
One object of the present invention is to provide a dry corrosion method and apparatus in which the detrimental effects of radiation damage are minimized.

この発明のもう1つの目的は、下流装置を用いて異方性
腐食が達成できる乾腐食の方法および装置を提供するこ
とである。
Another object of this invention is to provide a dry corrosion method and apparatus in which anisotropic corrosion can be achieved using downstream equipment.

この発明のもう1つの目的は、破壊腐食および放射線損
傷を最小にして半導体ウエーハからホトレジストを有効
に乾式でストリツプする方法および装置を提供すること
である。
Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for effectively dry stripping photoresist from a semiconductor wafer with minimal destructive corrosion and radiation damage.

本発明の装置および方法の上記以外の利点は下記の図面
の簡単な説明ならびに好適実施例の詳細な説明から明ら
かになると思う。
Other advantages of the apparatus and method of the present invention will be apparent from the following brief description of the drawings and detailed description of the preferred embodiment.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は基板を処理する装置10を示す。この処理はシリ
コンやポリシリコンのような半導体その他の基板の腐
食、基板からの有機ホトレジスト層のストリツプまたは
除去、あるいは基板表面の他の同様な処理である。
FIG. 1 shows an apparatus 10 for processing a substrate. This treatment is the erosion of semiconductors or other substrates such as silicon or polysilicon, the stripping or removal of organic photoresist layers from the substrate, or other similar treatment of the substrate surface.

装置10は処理すべき少なくとも1つの基板36を中に持つ
反応室12を含む。室12は基板を持つ任意の適当な装置で
あることができ、普通は約0.01mmHgまで下がる真空を保
ち得る密封された室である。第1図で15として示される
ポンプPは、16として示された弁Vと共に、室12の排気
を制御して真空を維持する。装置の排気は下記に詳しく
説明される気体入力に無関係に制御され、それによつて
室内の圧力および気体の存在時間に関係なく流量の制御
が可能になる。圧力モニタ18は、室12の内側に保たれる
圧力または真空の表示を与える。
The apparatus 10 includes a reaction chamber 12 having at least one substrate 36 to be processed therein. Chamber 12 can be any suitable device with a substrate, typically a sealed chamber capable of holding a vacuum down to about 0.01 mm Hg. A pump P, shown as 15 in FIG. 1, together with a valve V, shown as 16, controls the evacuation of chamber 12 to maintain a vacuum. The exhaust of the device is controlled independently of the gas input, which is described in detail below, which allows the flow rate to be controlled regardless of the pressure in the chamber and the time the gas is present. Pressure monitor 18 provides an indication of the pressure or vacuum maintained inside chamber 12.

室12は第1図の上側として示される室12の第1の側に置
かれる厚い、真空定格の、透明融解水晶窓20を持つてい
る。下記に詳しく説明される通り、紫外線源22からの紫
外線(UV)は、窓20を通して室12の内側で処理されてい
る基板36に向けることができる。窓20は、例えば融解シ
リカのような水晶以外で紫外線を透過する任意の適当な
材料を含むことができる。室12はさらに水晶からなり、
光センサ26により、化学ルミネセンス放射をモニタさせ
るための窓24を持つ。室12はさらに、赤外線を通すフツ
化カルシウム,セレン化亜鉛,その他の材料から成り,
赤外線検出器30により基板温度のモニタをさせるための
窓28を持つ。
Chamber 12 has a thick, vacuum rated, transparent fused quartz window 20 located on the first side of chamber 12, shown as the upper side of FIG. Ultraviolet light (UV) from an ultraviolet source 22 may be directed through a window 20 to a substrate 36 being processed inside the chamber 12, as described in detail below. The window 20 can comprise any suitable material that is transparent to ultraviolet light other than quartz, such as fused silica. Chamber 12 further consists of crystal,
An optical sensor 26 has a window 24 for monitoring the chemiluminescent radiation. Chamber 12 further comprises infrared permeable calcium fluoride, zinc selenide, and other materials,
The infrared detector 30 has a window 28 for monitoring the substrate temperature.

反応室12は、全体として34で示されているプラズマ発生
器から気体プラズマ流出物33を受ける入口32を備えてい
る。室12はさらに、例えば「ピルボツクス」気体プレニ
ウム35のような、プラズマ流を複数個の開口37を通して
基板36の上に向ける手段を備えている。このプレニウム
35その他の手段は紫外線を通すが、気体プラズマ流およ
び基板表面上の反応種の分布を制御することができる。
プラズマ発生器34は下記により詳しく説明する。
The reaction chamber 12 includes an inlet 32 that receives a gaseous plasma effluent 33 from a plasma generator, generally indicated at 34. The chamber 12 further comprises means for directing a plasma stream through a plurality of openings 37 and onto the substrate 36, such as, for example, a "Pirvox" gaseous prenium 35. This Plenium
35 Other means are transparent to UV light but can control the gaseous plasma flow and the distribution of reactive species on the substrate surface.
The plasma generator 34 will be described in more detail below.

室12は、第1図で36として示される処理すべき基板を中
に含んでいる。基板36は例えばシリコン、ゲルマニウ
ム、よそはヒ化ガリウムのような任意な半導体、あるい
は上に二酸化シリコンのような酸化物の層が成長された
半導体であることができる。第1図に示される装置は、
当業者にとつて明白なわずかな変形により、クロムまた
はメタン・マスクのような他の基板処理にも適してい
る。
Chamber 12 contains a substrate to be processed, shown as 36 in FIG. Substrate 36 can be, for example, any semiconductor such as silicon, germanium, or gallium arsenide, or a semiconductor on which a layer of oxide such as silicon dioxide has been grown. The device shown in FIG.
With slight variations that will be apparent to those skilled in the art, they are also suitable for other substrate processing such as chromium or methane masks.

第2図に詳しく見られる通り、ウエーハ36はその上にデ
ポジツトされたホトレジスタ38のパターン化された層を
持つものとして示され、パターンはウエーハ36の露出さ
れたある部分40およびカバーされた他のある部分42を残
している。また第2図はその中に作られた腐食40を持つ
ウエーハ36をも示している。腐食40は床64と側壁62とを
持つが、言うまでもなくこれらの床または側壁は必ずし
も第2図に示される通り平面ではなくてもよい。
As can be seen in more detail in FIG. 2, the wafer 36 is shown as having a patterned layer of photoresist 38 deposited thereon, the pattern of which is an exposed portion 40 of the wafer 36 and other covered portions. A part 42 is left. FIG. 2 also shows a wafer 36 having corrosion 40 formed therein. Corrosion 40 has a floor 64 and sidewalls 62, though it should be understood that these floors or sidewalls need not be planar as shown in FIG.

第1図の好適な実施例では、基板またはシリコン・ウエ
ーハ36は第1表面39と第2表面41とを含んでいる。ウエ
ーハ36は、ウエーハ36と共に最小接触面積を持つよう
に、1組3個の細長い先のとがつた水晶ピン部材44によ
り支持されており、第1表面39は紫外線源22により照射
されるように置かれている。この一組のピン44はかかる
支持装置が基板を下から一様に加熱するようにする点で
望ましいが、基板36を保持する任意の適当な装置も同様
に使用することができる。
In the preferred embodiment of FIG. 1, the substrate or silicon wafer 36 includes a first surface 39 and a second surface 41. The wafer 36 is supported by a set of three elongated pointed quartz pin members 44 so as to have a minimum contact area with the wafer 36, so that the first surface 39 is illuminated by the UV source 22. It has been placed. This set of pins 44 is desirable in that such a support device ensures that the substrate heats the substrate uniformly from below, but any suitable device for holding the substrate 36 can be used as well.

赤外線源46は室12の内側で基板の下に置かれる。この赤
外線源46は、第2表面41を照射することによつてウエー
ハを加熱するために波長約1〜10ミクロンの赤外線を供
給する。シリコン基板の場合には、シリコンは事実上赤
外線を透過し、ホトレジスト38の層のような膜は事実上
シリコン基板を加熱することなしに赤外線源46によつて
下から加熱される。こうして、ホトレジスト38の膜は事
実上紫外線の照射とは独立に加熱される。
An infrared source 46 is placed inside the chamber 12 below the substrate. The infrared source 46 provides infrared radiation having a wavelength of about 1-10 microns to heat the wafer by illuminating the second surface 41. In the case of a silicon substrate, the silicon is essentially transparent to infrared radiation and a film, such as a layer of photoresist 38, is heated from below by an infrared source 46, virtually without heating the silicon substrate. Thus, the photoresist 38 film is heated virtually independently of the UV irradiation.

基板を腐食したり基板からホトレジストをストリツプす
るために少なくとも1つの反応種を供給する気体プラズ
マ48は、プラズマ発生器34によつて作られる。特有の被
処理基板36や被除去ホトレジストに適した気体または気
体の混合物は、入口48から導入されて導管50を経てプラ
ズマ室52に流れる。かかる気体の例としては、フレオン
14または酸素などがある。気体入力および物質流制御装
置は技術的に周知であるので、図示されていない。
A gas plasma 48 providing at least one reactive species to erode the substrate and strip the photoresist from the substrate is created by the plasma generator 34. A gas or mixture of gases suitable for the particular substrate 36 or photoresist to be removed is introduced through the inlet 48 and flows through the conduit 50 into the plasma chamber 52. An example of such a gas is Freon
14 or oxygen etc. Gas input and mass flow control devices are well known in the art and are not shown.

マイクロ波励振器54は、プラズマ室52の中の気体を活性
化してプラズマ43にする。マイクロ波励振器54は、周波
数約2450メガヘルツおよび出力約500ワツト未満のマグ
ネトロンを含むマイクロ波発生器によつて駆動される。
マイクロ波は室52に向けられ、ここでプラズマまたはグ
ロー放電領域が作られる。言うまでもなく、本発明の範
囲はここに述べたマイクロ波プラズマ発生器に制限され
ず、例えば無線周波数発生器のような気体プラズマを発
生させる任意の手段にも等しく適用される。
The microwave exciter 54 activates the gas in the plasma chamber 52 into plasma 43. Microwave exciter 54 is driven by a microwave generator including a magnetron having a frequency of about 2450 MHz and an output of less than about 500 Watts.
The microwaves are directed into chamber 52 where a plasma or glow discharge region is created. Of course, the scope of the invention is not limited to the microwave plasma generators described herein, but applies equally to any means for generating a gaseous plasma, such as a radio frequency generator.

マイクロ波エネルギーによつて作られる気体プラズマ43
は、典形的にはイオン、自由電子、原子、分子、遊離
基、および電子励振種のような他の励振種を含む。遊離
基は正味電荷を持つていない。しかし入口48に入る成分
気体は出来た遊離基が除去されるべき基板材料との反応
性のある少くとも1つの反応種を含むように選択でき
る。それによつて腐食さるべき基板材料やホトレジスト
が基板から除去されるようにすることができる。例え
ば、もし成分気体が酸素(O2)であるならば、合成プラ
ズマは有機ホトレジストのような材料と反応する遊離基
または反応種O(原子状酸素)を少なくとも含むであろ
う。成分気体混合物は周知の精密な物質流制御装置によ
つて制御される。またプラズマ発生器の下流に他の気体
を射出することも望ましいかもしれない。
Gas plasma 43 created by microwave energy
Typically includes ions, free electrons, atoms, molecules, free radicals, and other excited species such as electronic excited species. Free radicals have no net charge. However, the constituent gas entering the inlet 48 can be selected so that the resulting free radicals contain at least one reactive species that is reactive with the substrate material to be removed. This allows the substrate material and photoresist to be corroded to be removed from the substrate. For example, if the constituent gas is oxygen (O 2 ), the synthetic plasma will contain at least free radicals or reactive species O (atomic oxygen) that will react with materials such as organic photoresists. The component gas mixture is controlled by well known precision mass flow control devices. It may also be desirable to inject other gases downstream of the plasma generator.

プラズマ室34のグロー放電領域にあるこのプラズマ43も
イオンおよび自由電子を含むか、これらはボンバードし
て、もし基板36がグロー放電領域に隣接したり入り込ん
だ場合に基板36を多分損傷するであろう。しかし、プラ
ズマ発生器34はその下流に置かれる反応室12から比較的
遠い領域内に置かれる。反応室12は導管58によつてプラ
ズマ室34に接続されているが、導管58はプラズマ43が導
管58を経て下流の室12に流れる前に室34の中のプラズマ
にあるイオンおよび自由電子の大部分を再結合させたり
消失させるだけの所定の長さを持つている。
This plasma 43 in the glow discharge region of the plasma chamber 34 will also contain ions and free electrons, or they will bombard, possibly damaging the substrate 36 if the substrate 36 is adjacent to or in the glow discharge region. Let's do it. However, the plasma generator 34 is located in a region relatively far from the reaction chamber 12 located downstream thereof. The reaction chamber 12 is connected to the plasma chamber 34 by a conduit 58, which conducts ions and free electrons in the plasma in the chamber 34 before the plasma 43 flows through the conduit 58 to the downstream chamber 12. It has a certain length that allows most of it to recombine or disappear.

したがつて、反応室に入るプラズマ流出物33には事実上
イオンや電子が存在しない。基板の表面はそれによつ
て、電荷粒子の存在なしに表面と反応する少なくとも1
つの反応種を含む気体にさらされることによつて乾処理
を受ける。特に好適な反応種は、例えば酸素原子のよう
な少なくとも1つの遊離基を含む。
Therefore, the plasma effluent 33 entering the reaction chamber is virtually free of ions and electrons. The surface of the substrate is thereby capable of reacting with at least one surface without the presence of charged particles.
It is subjected to dry treatment by being exposed to a gas containing two reactive species. Particularly suitable reactive species include at least one free radical such as an oxygen atom.

イオンおよび自由電子については約数マイクロ秒、また
遊離基や反応種については約数ミリ秒〜数秒の寿命時間
に基づき、ここに説明された装置10においては、導管58
の好適な長さは1000SCC/Mのプラズマ流量で約4〜12イ
ンチである。室12の中の質量チエンジ速度は約100チエ
ンジ/分以上であることが望ましく、約800チエンジ/
分であることが最も望ましい。イオンおよび自由電子に
比べてかなり大きな寿命時間を持つ反応種は基板36と反
応するために反応室12に達し、基板36はそれによつて電
荷粒子の事実上ないプラズマ流33を受ける。
Based on a lifetime of about a few microseconds for ions and free electrons and about a few milliseconds to a few seconds for free radicals and reactive species, in the device 10 described herein, the conduit 58
The preferred length is about 4-12 inches at a plasma flow rate of 1000 SCC / M. The mass change rate in chamber 12 is preferably greater than about 100 change / min, about 800 change / min.
Minutes is most desirable. Reactive species, which have a significantly longer lifetime than ions and free electrons, reach the reaction chamber 12 in order to react with the substrate 36, whereby the substrate 36 thereby receives a substantially free plasma stream 33 of charged particles.

紫外線源22は、紫外線で基板36を照射しそれによつて室
12に導入されるプラズマ流出物にある少なくとも1つの
反応種の反応速度を増強するために具備されている。本
発明に用いる好適な紫外線源は約1000〜3000オングスト
ロームの範囲内の電磁波を放射するが、真空紫外線のよ
うな他の型式の紫外線を使用することもできる。
The UV source 22 illuminates the substrate 36 with UV light, which causes the chamber 36 to
It is provided to enhance the reaction rate of at least one reactive species in the plasma effluent introduced into 12. Suitable UV sources for use in the present invention emit electromagnetic radiation in the range of about 1000 to 3000 Angstroms, although other types of UV radiation, such as vacuum UV radiation, can be used.

紫外線源22はまた、鏡およびレンズの標準配列によつて
紫外線をコリメートするので、紫外線は基板の表面およ
び腐食の床64に事実上垂直な角度で露出した基板表面の
腐食40の床64を打つ。第2図で一段と明らかに見られる
通り、全体として矢印60で示される紫外線は、コリメー
トされた紫外線の正確な狙いによつてほぼ90゜の角度で
基板36を打つようにされる。紫外線は腐食40の側壁62に
は事実上入らない。したがつて、腐食速度は腐食40の床
64で増強され、側壁62では事実上より遅くされる。こう
して、かかる常時コリーメートされた紫外線を使用する
と、異方性腐食が達成される。
The UV source 22 also collimates the UV light through a standard array of mirrors and lenses so that the UV light strikes the floor 64 of the substrate surface and the corrosion 40 exposed at an angle substantially perpendicular to the floor 64 of the corrosion. . As can be seen more clearly in FIG. 2, the ultraviolet light, generally indicated by arrow 60, is adapted to strike substrate 36 at an angle of approximately 90 ° by the precise aiming of the collimated ultraviolet light. Ultraviolet light practically does not enter the side wall 62 of the corrosion 40. Therefore, the corrosion rate is 40 floors
Augmented at 64 and effectively slower at sidewall 62. Thus, anisotropic corrosion is achieved using such constantly collimated UV light.

第1図の上述の装置は、基板36において事実上まつすぐ
な壁で囲まれた腐食40を作ることによるだけではなく、
基板36の表面から材料の層のある所定部分を除去する必
要がある場合にも、固体デバイスを作る工程で使用され
うることが分かる。例えば、シリコン・ウエーハのよう
な基板36の表面から現像された有機ホトレジスト38を除
去することは、腐食工程によつてシリコンを除去し得る
のと全く同様に達成される。
The above-described apparatus of FIG. 1 not only by creating a substantially straight walled corrosion 40 in the substrate 36,
It will be appreciated that it may also be used in the process of making a solid state device if it is necessary to remove certain portions of the layer of material from the surface of the substrate 36. For example, removing the developed organic photoresist 38 from the surface of a substrate 36, such as a silicon wafer, is accomplished in exactly the same manner that silicon may be removed by an erosion process.

この方法の第1段階は、除去すべき材料層の所定部分を
プラズマ流出33にさらすことである。プラズマ43は基板
36から比較的遠隔の領域に作られるので、基板はプラズ
マのグロー放電領域と組み合わされた比較的強い電界
や、イオン・ボンバードを受けない。除去すべき部分は
標準のホトリソグラフ法によつて前もつて定めることが
できる。
The first step in the method is to expose a portion of the material layer to be removed to the plasma outflow 33. Plasma 43 is the substrate
Since it is created in a region relatively remote from 36, the substrate is not subject to the relatively strong electric field combined with the glow discharge region of the plasma, nor the ion bombardment. The part to be removed can be predetermined by standard photolithographic methods.

気体プラズマ流出33は少なくとも1つの反応種を含むよ
うに選択され、すなわち電荷粒子は実際にはプラズマ流
出物から事実上除去されるので、流出には、事実上イオ
ンや自由電子がなく、それによつてイオン・ボンバード
による基板の損傷は最小に押えられる。電荷粒子のこの
事実上の除去は、イオンまたは自由電子のような一切の
帯電粒子が再結合によつて消失させるだけの長い距離に
わたりプラズマを反応室12に転送することによつて達成
される。
The gas plasma effluent 33 is selected to contain at least one reactive species, ie the charged particles are in fact virtually removed from the plasma effluent, so that the effluent is virtually free of ions and free electrons, and As a result, damage to the substrate due to ion bombardment is minimized. This de facto removal of charged particles is accomplished by transferring the plasma to the reaction chamber 12 for a long distance such that any charged particles, such as ions or free electrons, are extinguished by recombination.

プラズマ流出33に露出されると同時に基板層の、腐食速
度またはホトレジスト・ストリツプ速度などの反応速度
を増強させるべき部分が、紫外線60を含む電磁波によつ
て照射される。また、基板を加熱するために、基板を好
ましくは約1〜10ミクロンの波長範囲の赤外線を含む電
磁波で照射してもよい。
At the same time as being exposed to the plasma outflow 33, the portion of the substrate layer where the reaction rate, such as the corrosion rate or photoresist strip rate, is to be enhanced is irradiated by electromagnetic waves including ultraviolet light 60. The substrate may also be irradiated with electromagnetic waves, including infrared radiation, preferably in the wavelength range of about 1-10 microns, to heat the substrate.

異方性腐食を達成すべき場合は、紫外線は常時コリメー
トされて、適当な方向性(directionality)が反応種に
与えられる。
If anisotropic corrosion is to be achieved, the UV light is always collimated to give the reactive species proper directionality.

ストリツプ動作についてさらに詳しく述べれば、スルー
プツト速度すなわちウエーハがストリツプされる速度
(throughput rate)は重要なパラメータである。しか
し、ストリツプ反応速度が速すぎたり、高反応腐食気体
が加熱基板に、使用される場合は、下にある膜もホトレ
ジストのストリツプと共に腐食されることがある。しか
し、紫外線励振(extention)が使用されると、純酸素
または他の非腐食性気体混合物の使用による反応速度は
実際のストリツプ速度が得られる点まで増強される。酸
素と組合せたときに独特の腐食作用を作るフレオン14を
使用する必要はない。したがつて、本発明の方法は誘電
破壊および破壊的腐食のいずれ関する必配をも減少させ
る。
To describe the stripping operation in more detail, the throughput rate, that is, the rate at which the wafer is stripped is an important parameter. However, the strip reaction rate may be too fast or the underlying film may be corroded with the photoresist strip if a highly reactive corrosive gas is used on the heated substrate. However, when UV extension is used, the reaction rate due to the use of pure oxygen or other non-corrosive gas mixture is enhanced to the point where the actual strip rate is obtained. It is not necessary to use Freon 14 which creates a unique corrosive effect when combined with oxygen. Therefore, the method of the present invention reduces the need for both dielectric breakdown and catastrophic corrosion.

本発明の方法および装置は気体プラズマからの流出物を
用いる乾処理について説明されるが、言うまでもなく本
発明は基板の所定部分の反応速度を選択的に増強する紫
外線と共に、例えば遊離基のような化学反応種を用いる
任意の乾処理を意図している。事実上帯電粒子のない気
体プラズマからの流出物の使用は、本発明を実施する特
に有効な方法として望ましい。
Although the method and apparatus of the present invention are described for dry processing using effluent from a gas plasma, it should be understood that the present invention may be used with ultraviolet light to selectively enhance the reaction rate of certain portions of the substrate, such as free radicals. Any dry treatment with chemically reactive species is contemplated. The use of effluent from a gas plasma that is virtually free of charged particles is desirable as a particularly effective way of practicing the present invention.

言うまでもなく、上述の好適な方法および実施のいろい
ろな変更ならびに改造は当業者にとつて明白であると思
う。かかる変更および改造は本発明の主旨・範囲から外
れることなく行われ、またしたがつてかかる変更および
改造は首記クレームによつてカバーされるものとする。
It will be appreciated that various changes and modifications of the above described preferred method and implementation will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are made without departing from the spirit and scope of the present invention, and accordingly, such changes and modifications shall be covered by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の方法を実施する装置の側断面図であ
る。第2図は本発明の方法および装置によつて作られる
ような基板の断面を示す図である。
FIG. 1 is a side sectional view of an apparatus for carrying out the method of the present invention. FIG. 2 shows a cross section of a substrate as made by the method and apparatus of the present invention.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の表面からホトレジストを除去する方
法であって、 (a)前記ホトレジストと反応する少なくとも1つの反
応種であって遊離基として原子状酸素を有するものを含
む気体プラズマを生じさせる第1の段階と、 (b)前記気体プラズマから実質的にすべての帯電粒子
を除去したプラズマ流出物を作る第2の段階と、 (c)前記プラズマ流出物を前記基板の表面に向けて照
射すると共に連続した波長の紫外線を含む電磁放射線に
より前記表面を照射する第3の段階と、 を含むことを特徴とする方法。
1. A method of removing photoresist from the surface of a substrate, comprising: (a) generating a gas plasma containing at least one reactive species that reacts with the photoresist and has atomic oxygen as free radicals. A first step, (b) a second step of producing a plasma effluent from which substantially all charged particles have been removed from the gas plasma, and (c) irradiation of the plasma effluent onto the surface of the substrate. And a third step of illuminating the surface with electromagnetic radiation including ultraviolet radiation of a continuous wavelength.
【請求項2】前記第3の段階において赤外線を含む第2
の電磁放射線により前記基板を照射することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の方法。
2. A second device including infrared light in the third step
A method according to claim 1, characterized in that the substrate is irradiated with the electromagnetic radiation of
【請求項3】前記帯電粒子の除去は、前記気体プラズマ
を比較的遠隔の領域から、一切の帯電粒子を消失させる
だけの距離を通ることにより達成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の方法。
3. The removal of charged particles is accomplished by passing the gaseous plasma from a relatively remote area a distance sufficient to dissipate any charged particles. The method according to item 1.
【請求項4】前記紫外線の波長は約1000オングストロー
ムから約3000オングストロームまでの範囲内であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
4. The method of claim 1 wherein the wavelength of said ultraviolet light is in the range of about 1000 angstroms to about 3000 angstroms.
【請求項5】基板の表面からホトレジストを除去する装
置であって、 前記ホトレジストと反応する少なくとも1つの反応種を
含む気体プラズマを発生させるプラズマ発生器と、 前記プラズマ発生手段に連通するように接続され、前記
気体プラズマから実質的にすべての帯電粒子を除去した
プラズマ流出物を得るに足る所定の長さを有する導管
と、 前記導管に連通するように接続され、前記基板に沿って
複数個の開口部を有する箱状部材と、 連続した波長の紫外線を含む電磁放射線により前記基板
を照射する紫外線源と、 前記基板及び前記箱状部材を収納する密封容器と、 を含むことを特徴とする装置。
5. An apparatus for removing a photoresist from the surface of a substrate, the plasma generator generating a gas plasma containing at least one reactive species that reacts with the photoresist, and connected so as to communicate with the plasma generating means. A conduit having a length sufficient to obtain a plasma effluent from which substantially all of the charged particles have been removed from the gas plasma, and a plurality of conduits connected in communication with the conduit and along the substrate. An apparatus comprising: a box-shaped member having an opening; an ultraviolet ray source for irradiating the substrate with electromagnetic radiation containing ultraviolet rays having continuous wavelengths; and a sealed container for accommodating the substrate and the box-shaped member. .
【請求項6】赤外線を含む第2の電磁放射線により前記
基板を照射する赤外線源をさらに含むことを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の装置。
6. The apparatus of claim 5, further comprising an infrared source for illuminating the substrate with a second electromagnetic radiation including infrared.
【請求項7】前記密封容器内に設けられ、前記基板を、
その表面が前記紫外線源に向けられ、かつ、その裏面が
前記赤外線源に向けられた状態に保持する保持部材をさ
らに有することを特徴とする特許請求の範囲第5項記載
の装置。
7. The substrate provided in the hermetically sealed container,
6. The device according to claim 5, further comprising a holding member that holds the front surface of the ultraviolet source and the back surface of the infrared source.
【請求項8】前記密封容器は真空に保たれ前記紫外線源
からの紫外線を透過して前記基板に照射させるべき窓部
を有していることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
載の装置。
8. The sealed container according to claim 5, further comprising a window portion which is kept in a vacuum and transmits the ultraviolet ray from the ultraviolet ray source to irradiate the substrate. apparatus.
【請求項9】前記保持部材は少なくとも1組の細長い水
晶部材を含み、前記窓部は水晶を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の装置。
9. The apparatus of claim 5 wherein said retaining member comprises at least one pair of elongated quartz members and said window portion comprises quartz.
【請求項10】前記紫外線の波長は約1000オングストロ
ームから約3000オングストロームまでの範囲内であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の装置。
10. The apparatus of claim 5 wherein the wavelength of said ultraviolet light is in the range of about 1000 angstroms to about 3000 angstroms.
【請求項11】前記赤外線の波長は約1ミクロンから約
10ミクロンまでの範囲内であることを特徴とする特許請
求の範囲第5項記載の装置。
11. The wavelength of the infrared light is from about 1 micron to about
Device according to claim 5, characterized in that it is in the range up to 10 microns.
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