JPS63117424A - 基板表面処理方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は、基板の処理表面内を同一装置内でプラズマエ
ツチングおよび光化学反応を用いた紫外光クリーニング
（紫外光を用いるためＵＶクリーニングまたはフォトク
リーニングともいう）を行う装置およびその装置を用い
た表面処理方法に関する。さらに本発明は、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
を行わんとするものである。

「従来技術」 気相反応処理装置として、プラズマエツチング方法、光
エネルギにより反応性気体を活性にさせて行う光エツチ
ング法が知られている。前者は処理速度が速いという特
徴を有するが、基板表面に損傷を与える欠点がある。他
方、後者は処理速度は遅いが、表面に損傷を与えないと
いう特長を有する。これらはそれぞれが独立した別々の
装置であり、それぞれの特徴を用いて相乗効果を有せし
める試みはなかった。

さらに加えて、フォトレジストをマスクとして基板表面
の異方性エッチをこれらの工程に先立ち同一装置内で予
め行う試みはなかった。

ｒ従来技術の問題点ｊ さらにこれら光処理とプラズマ処理とを一体化させんと
する時、紫外光源のフォトン数が余りに強（、紫外光源
とプラズマ光とを同時に発生させても、紫外光の効果は
ほとんど観察されにくかった。このため強い紫外光を発
生させる手段が求められていた。

ｒ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有する。この
装置を用いて本発明のこ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ツチング、特に処理用表
面での異方性のプラズマエツ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い、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Ｕ
ｖエツチングまたはＵＶアッシング等の紫外光処理を同
一反応装置内で行わんとするものである。

さらに本発明においては、磁場および電極の相互作用を
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲともいう）条件を発生
させ、この共鳴領域番利用して強紫外光源を生成する。

そしてこの発生した紫外光を用いて光クリーニング、光
エッチングまたは光アッシング等の光処理を行った。こ
のためＥＣＲ条件下での紫外光の発生用にはこのプラズ
マ空間内にアルゴン、重水素、クリプトンまたは水銀の
１つまたは複数種を導入し、これらの気体の共鳴発光を
用いて強い紫外光を生成せしめている。

「作用ｊ するとこの電磁エネルギを利用した紫外光源の強光のた
め、被形成面上に形成されてしまっているナチュラル・
オキサイドを除去し、さらに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。

加えて、この紫外光クリーニングの際、基板の被形成面
が酸素を特に嫌う材料、例えばＧａＡｓ等ｍ−■化合物
にあっては、クリーニング用反応性気体としてアンモニ
ア、水素等還元雰囲気用気体を用い、この気体に紫外光
を照射して励起させ、またはこれにＢＣＲエツチング用
のマイクロ波励起を併用して行う。また処理用被形成面
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ツチング（アッシング）
を行う。

本発明においては紫外光源として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１０ｍＷ　７ｃｍ”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。

紫外光の発生領域と処理面を有する基板を配設する領域
との間には、透光性の窓を設けることにより、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。

プラズマエツ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。非生成物気体としては、酸化物気体
の場合は酸素、酸化窒素（ＮｇＯ，ＮＯ，Ｎ（ｈ）、酸
化炭素（ＣＯ９ＣＯｚ）、水（０２０）又窒化物気体と
して窒素（Ｎｚ）、アンモニア（ＮＨ，）、ヒドラジン
（ＮＺ■４）、弗化炭素（ＮＦＩ。

Ｎｚｐｉ）　、塩化炭素（ＣＣＬ、ＨｚＣＣｌｇ）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
エツチングさせることができる。処理面で等方性エツチ
ングを行わんとする場合には、このエツチング室の上方
より同時またはその後に波長１８５ｎｍ（３００ｎｍ以
下の波長の紫外光）の紫外光を照射し、処理表面の全面
に均一な活性−気体を広げる。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
上の不要物のエツ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ツチングを行う
場合は異方性エツチングとなり、ＥＣＲ条件下のプラズ
マエツチングと紫外光照射による光エッチングとの併用
を行う場合は等方性エツチングとなる特性を有し、その
使途は目的により使いわけ得る。さらに紫外光のみを用
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、エツチング用活性気体がエツチ
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ツチングを助長する特
性を利用している。

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ツチングをＥＣＲエツ
チング（シアヮ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、紫外光を照射しつつ活
性化し、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、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清浄化を連
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１１ 第１図は本発明の紫外光処理型マイクロ波励起のエツチ
ング装置の概要を示す。

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（１ｏ）の取
り出し口（１”）を有し、下部に基板（１ｏ）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）を設は加熱している。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第１空間（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）および反応性気体をプラズマ化する磁場
（５′）、（５”°）および電場の相互作用を用いる。

第２空間（プラズマエツチング用活性気体を得るための
空間、即ちプラズマ発生空間）（２”）を有する。これ
ら第１および第２の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（２８）を経て第
１の空間と同時に第２の空間（２゛）にも供給される。

そして第１の空間ではドーピング系（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。また第２の空間では、ドーピング系（１３）よ
り（２５）を経てアルゴンまたはソレト酸素（アッシン
グ用）またはＮＦｉ（エツチング用）等を導入し、プラ
ズマ化した反応性気体を発生させる。このプラズマエツ
チングにはドーピング系（１３）のエツチングまたはア
ッラング用反応性気体を（２６）より導入し、（２５）
よりアルゴンを導入し、プラズマ化したアルゴンにより
反応性気体を活性化する方式を用いてもよい。

窓（２８）は紫外光に対し透光性を有する。

かくして紫外光を第１の空間（２）で発生せしめて、同
時またはその前後にＨＣＲプラズマを用いてエツチング
用気体の活性化を第２の空間（２”）を用いて行い、こ
れらを用いて空間（１）に配設された基板の処理用表面
でプラズマエツチング、プラズマアッシング、光エッチ
ングまたはそれらを併用して使用することが可能となっ
た。

「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ものである。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じて酸化珪素
のＥＣＲプラズマを用いて異方性エツチングを行い、第
２図ＣＢ）に示す如＜　２５００人／分のエツチング速
度で酸化珪素の異方性エツチング（２３）を行うことが
できた。即ち、マイクロ波は２．４５Ｇｌｌｚの周波数
を有し、３０〜５０囲の出力、例えば２００Ｗで調整し
た。磁石（５’）　、　（５”　）の共鳴磁場強度は８
７５ガウスとした。磁場（５）は零であり、第２の空間
（２′）および反応空間（１）の圧力は０．００２　ｔ
ｏｒｒ、非生成物気体として（２５）よりアルゴンを５
０ｃｃ／分で供給した。加えて弗化窒素（ＮＦ、）を（
２６）より２０ｃｃ７分で供給した。

このエツチングが完了した後、磁石（５）　、　（５′
）。

（５゛）により８７５ガウスの磁場を加え、水銀および
アルゴンを（２４）より第２の空間（２）に加え、１８
５ｎｍの強紫外光を発生させた。さらに、酸素を（２５
）より導入した。するとフォトレジスト（２２）は第３
図（Ｃ）に示す如＜　、ＥＣＲプラズマエツチング、即
ちのアッシングにより（２７）の部分のレジストが除去
された。しかし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、このプ
ラズマエツチングと第１の空間（２）で生成した紫外光
を同時にオンとし、この基板上の全面に紫外光を照射し
た。

この後紫外光クリーニングのみを行うため、磁石（５”
）を零とし、磁石（５）　、　（５”）のみを加え、紫
外光を（２）で発生せしめた。この時反応室（１）内の
圧力はｌＯ〜１００ｔｏｒｒとし、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。

このエツ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ツチング用の反応性機械
を変えることにより実施することができる。

ｒ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ツチング（アッシング）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
択的異方性エツチングとこの異方性エツチングの手段に
加えて紫外光を照射することにより等方性プラズマエツ
チングを行うことを可とし、同じプラズマエツチング手
段により異方性エツチングおよび等方性エツチングを使
い分けることが可能となった。

本発明は紫外光発生用空間とプラズマ発生用空間とを連
続して有し、ともに磁場と電場の相互作用を用いて行っ
た。このため、紫外光源が長期使用により劣化すること
がなく、またその紫外光の強度も磁場の強度を変えるこ
とにより調整できるようになった。

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のエツチング、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た。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
である場合、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（２
８）　）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図は本発明の工程を示す縦断面図である。 ｌ・・・・反応空間 ２・・・・紫外光発生用の第１の空間 ２゛　・・・エツチングプラズマ発生用の第２の空間 ３・・・・マイクロ波電源 ４・・・・チューニング装置 ５．５”、５１・磁石 ９・・・・排気ポンプ １０・・・・基板 １１・・・・水Ｓ艮バフ゛う １３・・・・ドーピング系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理用表面を有する基板と、磁場および電場の相互
   作用を用いて発生させるプラズマ化された反応性気体の
   イオン種により前記基板の処理用表面をプラズマ処理す
   る手段と、前記磁場および電場の相互作用を用いて発生
   させる紫外光により励起、分解または反応せしめた前記
   または他の反応性気体により前記基板の処理用表面を処
   理せしめる手段とを有することを特徴とする基板表面処
   理装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、プラズマ処理する
   手段および紫外光により処理する手段は電子サイクロト
   ロン共鳴方式を用いることを特徴とする基板表面処理装
   置。 ３、処理用表面を有する基板を配設し、前記基板上に磁
   場および電場の相互作用を用いて発生したプラズマ化さ
   れた反応性気体のイオン種によりプラズマ処理を行う工
   程と、該工程と同時またはその後に磁場および電場の相
   互作用を用いて発生した紫外光により前記または他の反
   応性気体を励起、分解または反応させて活性化せしめ、
   該気体により前記処理用表面を処理する工程とを有する
   ことを特徴とする基板表面処理方法。 ４、基板の処理表面を有する面上に選択的に設けられた
   フォトレジストと、該フォトレジストをマスクとして磁
   場および電場の相互作用を用いて生成したプラズマ化し
   た反応性気体により異方性プラズマエッチを前記基板の
   処理表面に施す工程と、磁場および電場の相互作用を用
   いて生成したプラズマ化した他の反応性気体により前記
   フォトレジストを除去する工程と、磁場および電場の相
   互作用を用いて発生した紫外光を前記処理用表面に照射
   することにより紫外光クリーニングを行なう工程とを有
   することを特徴とする基板表面処理方法。