KR920007449B1 - 반도체가공에 있어서의 표면처리방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 곡선도.
제2도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치를 나타내는 단면도.
제3도는 본 발명의 방법으로 얻어지는 피처리체의 주요부를 나타내는 사시도.
제4도는 본 발명의 실시예의 노즐부분을 설명하기 위한 사시도.
제5도는 각종 노즐의 각각의 일부를 옆에서 본 단면도.
제6도는 두종류의 노즐의 단면도.
제7도는 여러가지 분출구를 가진 노즐의 평민 및 A-A면의 단면도.
제8도는 노즐의 배치관계와 레지스트 에팅과의 관계를 나타내는 곡선도.
제9도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
제10도는 본 발명의 처리에 사용되는 피처리체의 확대단면도.
제11도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 장치의 단면도.
제12도는 본 발명의 처리에 사용되는 피처리체의 처리상태를 나타내는 확대단면도.
제13도 내지 제16도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
제17도는 반응개시 시간과 레지스트온도의 관계를 나타내는 곡선도.
제18도는 레즈스트 온도와 레스즈스 에칭속도의 관계를 나타내는 곡선도.
제19도 내지 제21도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
제22도는 종래의 처리방법으로 처리했을 때의 처리상황을 확대하여 나타낸 주요부 사시도.
제23도는 종래의 처리방법으로 처리했을 때의 처리상황을 주요부를 확대하여 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 챔버 2 : 피처리체
3 : 배기구 4 : 공급파이프
5 : 마이크로 파 전원 6 : 방전등
9 : 용기 30 : 웨이퍼
31 : 기판 43 : 웨이퍼
46 : 시료대 501 : 가열기
502 : 센서 503 : 온도제어기
본 발명은 반도체소자 제조 프로세스나 기타의 분야의 미세가공 기술에 적합한 표면처리 방법및 그것에 적용되는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자등의 제조프로세스에서 미세가공 기술이나 기타 분야의 가공기술(예를들어, 프린트 기판가공, 콤펙트디스크, 레이저디스크의 가공프로세스)등에서 감광성 포토레지스트등의 유기화합물막의 유기 레즈스터를 사용한 포토에칭프로세스 (PEP)(후술하다)는 중요할뿐만 아니라 필수적인 프로세스이다.
이 유기 레지스트는 이것을 마스크로서 바탕처리 (에칭, 이온 를레이싱등등)가 끝난 단계에서 제거하는데, 그 방법으로서는 H2SO4와 H2O2의 혼합용액이나 이것에 H2O를 첨가한 용액등으로 대표되는 용액중에서 제거하는 방법이나, 이들 용액을 사용하지 않고 산소(O2)가스의 방전중에서 드라이 애싱(dry-ashing)하는 방법이 현재 주로 사용되고 있다.
그런데, 전자의 용액을 사용한 프로세스에서는 용액의 처리, 작업안정성등에 문제가 있다.
특히, 액체를 사용한 프로세스를 꺼리는 반도체소자의 제조 프로세스등에는 적합치 않다.
또한, 반도체소자 제조 프로세스등에서 사용되는 전극재료의 알루미늄(A1) 금속등의 피터닝으로 유기화합물막의 포토레지스트를 사용한 경우 H2SO4와 H2O2의 혼합용액중에서는, 전술한 금속이 부식되어 버리는등 용도가 제한되는 문제가 있다.
이와같은 문제를 해결하는 방법으로서 후자의 산소(O2) 플라즈마에 의해 유기화합물막을 제거하는 드라이애싱(회학) 방법이 있다.
이 방법은 배럴형이나 평행평판형등의 방전을 발생시키는 반응용기중에 유기화합물막의 형성된 시료를 배치하여 산소(O2) 가스를 방전시켜서 유기화합물막을 박리시키는 방법이다.
이 방법에 따르면 전술한 용액을 사용하는 방법에 비하여 간단할뿐만 아니라 바탕재료가 금속등이더라도 좋으며 바탕의 재료를 제한할 필요가 없다.
그러나, 이 드라이애싱 방법은 실용적인 소정의 제거속도를 얻기 위해 필요한 방전중에 시료 배치하므로 전술한 표면에 손상이나 레지스트의 찌꺼기가 생긴다.
O2플라즈마에 의한 포토에칭프로세스의 구체적인 예를 제22도의 개략도를 사용하여 설명하기로 한다.
제22도, 예를들면 실리콘등의 기판에 MOS형 디바이스의 게이트 전극을 형성하는 공정을 나타낸 단면사시도이다.
우선, 제22a도에 나타낸 것처럼, 표면에 게이트 산화막(71)이 형성된 반도체기판(70) 위에 게이트 전극이 되는 인첨가 다결정 실리콘막을 형성시킨뒤 유기화합물막인 레지스트막(73)을 전면에 도포시켜 제22b도에 나타낸것 처럼, 게이트 전극(72)의 소정의 부분위에 레지스트층(73a)이 남도록 패턴 노광을 시켜 현상한다.
이어서, 제22c도에 나타낸 것처럼, 전술한 레지스트층(73a)을 마스크로서 반응성 이온에칭(RIE) 법등으로 게이트 전극(72a)을 남기고, 기타의 다결정 실리콘막을 제거한다.
그뒤, 전술한 산소 플라즈마를 사용하여 레지스트층(73a)을 제거하는데, 이때 제22a도에 나타낸 것처럼 게이트 전극의 표면이나 게이트 산화막(71)에 찌꺼기(74)가 남는다.
또한, 플라즈마중의 하전 입자등의 입사에 의해 SiO2또는 그 바탕에 조사 손상을 유발시킨다.
이와같은 공정을 거쳐서 MOS형 디바이스를 형성하더라도 그뒤의 프로세스에서 찌꺼기아 악영향을 미치거나, 산화막의 절연내압이 저하되는 등 반도체소자의 특성에 악영향이 발생되는 문제가 있다.
이와같은 시료표면에서의 찌꺼기 또는 손상의 문제는 배럴형과 평행평판형중 어떤 애싱 장치를 사용한 경우에도 발생하며, 후자의 경우 방전중의 하전입자의 시료표면에서의 입사가 많아서 손상의 발생은 전자보다 현저하다.
또한, 산소 플라즈마 드라이애싱에 의한 포토에칭프로세스에서는 제22도의 설명에서 기술한 것처럼, 시료를 반응성 이온에칭(RIE)법으로 에칭하는 경우와같이 방전에 의한 유기 레지스트던가 이온플레이싱의 마스크로서 사용하여 이온충격으로 인한 유기레지스트를 제거하는 경우, 이들 프로세스공정을 거치지 않는 경우와 비교하여, 제거하기 어려운 찌꺼기가 남기 쉽다는 문제가 있다.
이와같이 나중의 프로세스에서 문제가 되지 않도록 유기화합묾가의 찌꺼기를 완전히 제거하려면 약 한시간 이상의 긴시간동안 산소(O2) 애싱하지 않으면 안되며, 이와같이 장시간 애싱을 한경우, 이번에는 시료의 손상이 증가해 버리는 문제가 있다.
또한, 유기화합물막을 제거하기 위한 처리시간이 걸리는 것은 제조프로세스로서는 불리하다.
따라서, 고속으로 유기화합물막에서 제거하기 위한 시료의 온도를 100℃ 이상으로 상승시키는 방법등도 행하여지고 있는데, 그 때문에 처리장치가 대형화난 복잡해진다는 문제가 있다.
이상, 기술한 바와같이 용액을 사용하는 방법에서는 용액관리가 어려우며, 안전성 확보도 곤란하고 또한 바탕재료가 한정된다는 문제가 있으며, 드라이 O2애싱에 의한 방법으로는 시료에의 손상이 발생하며, 어느 프로세스를 거친것은 찌꺼기가 생겨서 제거하기 어려운데, 그경우 처리시간이 오래 걸리는 등의 문제가 있었다.
또한, 반응성 이온에칭에 있어서, 전극표면상에 생기는 직류 전압으로 가속된 이온이 시료표면에 충격을 주어 이온 촉진 화학반응을 일으키므로, 에칭은 이온의 입사방향으로 진행되어 방향성 에칭이 가능해진다.
그러나, 이온은 스퍼터링 작용을 가지고 있으므로, 표면에서 스퍼터링된 에칭생성물등이 패턴이나 에칭마스크인 레지스트의 측면등에 부착하여 박막을 형성한다.
제23a도는 이와같은 모양을 모형적으로 나타낸 도면이다.
실리콘기판(401)위에 산화실리콘막(402)이 열산화에 의해 형성되며 그위에 알루미늄막(403)을 스퍼터링법으로 적층시키고, 레지스트(404)를 마스크로서 에칭하고 있는 도중을 모형적으로 나타내고 있다.
이온 (406)은 기판(401)에 대하여 수직으로 입사하여 피에칭면에 충격을 준다.
이때, 증기압이 낮은 에칭생성물(407)이온에 의해 스퍼터링되어 분산되는데 그중의 일부는 측벽에 재부착되어 측벽보호막(405)이 형성된다.
이측벽 보호막은 래디칼 피에칭박막으로의 부착을 방지하고, 수직인 패턴을 형성하는데 중요한데 에칭이 종료되며 레지스트 회화후에도 용이하게 제거되지 않으며 마치 귀와같이 패턴의 양쪽면위에 잔류하여 티끌의 원인이 되는등 문제가 있었다.(제23b도)
본 발명의 목적은 전술한 종래의 미세가공기술에서의 표면처리방법의 결점을 개량한 것으로 시료에 손상이 생기지 않는 고속이며 확실하게 유기화합물막, 그 찌꺼기 및 측벽 보호막을 제거할 수 있는 표면처리 방법과 그 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 불소등의 할로게원소를 함유한 가스를 여기시키므로서 생기는 활성종(活性種)(free radical)표면처리를 하는 방법으로서, 특히 활성종과 함께 수증기 또는 예를들어 수소가스나 수소원자를 함유한 화합물 등의 수소원소를 함유한 가스를 피처리체의 표면에 공급하는 것을 특징으로 하는 표면처리 방법과 이것에 적용되는 장치이다.
불소등의 할로겐 원소를 함유한 가스를 여기시키므로써 생기는 전술한 할로겐원소의 래디칼은 반응성이 강하여 그 자체만으로도 피처리제의 유기화합물과 반응하여 유기화합물막을 제거할 수 있다.
그러나, 반도체프로세스 등에서와 같이 바탕재료가 예를들어 실리콘(Si)이나 산화실리콘(SiO2)인 경우 불소의 할로겐 원소의 래디칼만을 공급하면 바탕인 si나 SiO2가 에칭되므로, 프로세스가 사용할 수 없다.
또한, 전술한 유기화합물막의 제거 속도도 1000Å/min 정도 이하로서 그다지 빠르지 않다.
그래서, 본 발명과 같이 불소의 할로겐원소에 수증기체, 수소가스, 또는 수소원소를 함유한 화합물가스를 동시에 공급하면, 할로겐 원소의 래치칼만을 제공한 경우에 에칭된 Si나 SiO2이 에칭속도는 거의 '0'이 되며, 유기화합물막의 에칭속도는 5000Å/min 이상으로 매우 빨라진다.
이 작용에 대하여 이하 상세히 설명하기로 한다.
이것은 불소등의 할로겐 원소의 래디칼과 반응하여 생성되는 수소(H) 래디칼, OH 래디칼, 또는 HF 래디칼등의 유기화합물과 용이하게 반응하며, 기타 Si, SiO2등의 무기재료와는 거의 반응하지 않기 때문이다.
따라서, 바탕의 Si, SiO2등의 무기재료와의 에칭선택비가 매우 높은 유기화합물막의 제거가 가능해진다.
이어서, 도면을 사용하여 본 발명에 의한 표면처리 방법의 하나인 유기화합물막의 제거 방법의 작용을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 피처레체로의 H2O의 공급량을 변화시켰을때의 전술한 처리체위의 유기화합물막으 포토레지스트와 n+다결정 실리콘의 각각의 에칭속도를 나타내는 특성도이다.
여기에서는, NF3가스로 부터 생성되는 F(불소) 래디칼과 수증기체(H2O)를 피처리체로 공급하도록 하였다.
반응 용기내로의 NF3가스의 가스압은 0.1Torr이다.
이 특성도에서 알수 있는 거처럼, H2O의 첨가에 의해 다결정 실리콘의 에칭속도는 감소하는데 대하여, 반대로 포토레지스트의 에칭속도는 급격히 증가함을 알수 있다.
H2O 첨가량이 0.1Torr이상이 되는 n+다결정 실리콘 에칭속도는 0[Å/min]이 되므로, 이상적인 레지스트 박리특성을 얻을수 있다.
또한, 여기에서는 H2O를 도입한 경우를 예로 들었지만, 수소원소를 함유한 가스를 도입한 경우에도 동일한 효과가 있음을 알 수 있다.
이와같이, H2O 등의 도입과 할로겐 원소를 함유한 활성종의 작용에 의한 유기호합물막의 제거속도는 전술한 H2O 또는 수소원소를 함유한 가스의 첨가량과 관계가 있으며, 그 첨가량은 제1도에 나타낸 것처럼 바탕재료와의 선택비로 취해지는 량을 선택하면 좋다.
또한, 바탕이 알루미늄인 경우에는 불소등의 할로겐 원소의 활성종에서는 에치되지 않으므로 문제는 없다.
또한, 불소등의 할로겐 원소의 래디칼은 매우 수명이 길어서 피처리체를 수용하는 용기와 다른곳에서 생성된 것을 용이하게 피처리체의 수용된 용기내까지 운송할수 있으므로, 수증기체, 수소가스 또는 수소원소를 함유한 화합물 가스는, 여기할 필요가 없이 피처리체의 수용된 용기내에 생가스 상태로 도입할 수 있다.
따라서, 피처리체를 가스를 여기시키는 영역에서 분리하는 구성을 취할 수 있어서 산소 플라즈 마애싱등과 같이 프로세스중 시료(피처리체)에 손상을 입히는 일은 없다.
또한, 불소등의 할로겐 원소의 래디칼이 수명이 길기때문에 피처리체가 대구경 웨이퍼나 여러장의 웨이퍼인 경우에도 웨이퍼내, 웨이퍼 사이에서의 유기 물막의 제거 균일성을 양호하게 하기 위하여 가스의 공급방법을 예를들어 복수의 토출노즐을 사용하여 공급할 수도 있다.
더우기, 유기화합물막의 제거속도를 매우 빠르게 할수 있으므로, 반도체 프레세스 등에서는 한장씩 웨이퍼를 처리하는 1웨이퍼 에쳐등 소형장치에서 적용해도 좋으며, 또한 웨이퍼 내에서의 균일성을 취하기 쉬운 구조로된 장치에서 사용할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 불소등의 할로겐 원소의 래디칼과, 수중기중이나 수소원소를 함유한 가스가 공존하고 있는 경우에 유기화합물막의 제거속도가 매우 빨라지므로, 적어도 전술한 래디칼과 가스중 어느하나를 가느다란 노즐형성인 것에서 분출시키도록하여 국부적으로 피처리체의 유기물막을 제거할 수도 있다.
또한 본 발명은 전술한 할로겐 원소를 함유한 가스의 여기부와, 반응용기가 분리된 형인 장치뿐만 아니라, 평행판형인 장치에서 사용할수 있음을 자명하며, 이경우 방전중에 고속인 하전입자의 입사를 방지하기 위하여 애노드커플형 또는 3전극형인 장치를 사용하여 피처리체의 손상발생을 억제하면 프로세스로서는 충분히 실용적으로 사용할수 있다.
또한, 반응성 이온에칭(RIE) 등의 프로세서를 거친 피처리체에 대해서도 고속이며 찌꺼기가 남지않는 유기화합물을 제거할수 있음이 확인되었다.
또한, 본 발명에 따른 유기화합물막의 제거방법은 반도체프로세스에서 알루미늄이나 다결정 실리콘등의 전극재료를 에칭하기 위한 포토레지스트막의 제거뿐만 아니라, 다른 통상의 O2애싱에서는 찌꺼기가 생기든가 찌꺼기를 없애기 위하여 한시간 이상 처리하지 않으면 안되는등 유기물막이 형성된 피처리체의 처리에 대해서도 고속으로 찌꺼기 없이 에칭할 수 있는 것이다.
또한, 유기화합물막의 제거는 포토레지스트의 제거뿐만 아니라 유기물막에 의한 표면의 이물질 제거등에도 사용되는 것은 말할나위 없으며, 예를들어 드라이 세정방법으로서 사용할수 있다.
또한, 레지스트 마스크에 의한 알루미늄(A1)의 에칭뒤에 있어서의 레지스트가 취해지기 어려워지는 것이외에 이방성 에칭을 하기 위하여 측벽에 유기물의 보호막을 형성시키는 일이 있으며, 그 측벽보호막의 제거도 O2애싱으로는 제거가 곤란한데 본 발명에 다르면 유효하다.
또한, 실리콘등의 에칭에 있어서도 레지스트 재료가 혼재된 반응생성물등의 측벽보호막이 형성되어 수직에칭등의 형상 콘트롤 막에 사용되는 일이 있는데, 이들막 제거에도 본 발명은 유효하다.
제2도에 본 발명의 방법을 실시하기 위한 한실시예의 장치 개략도를 나타낸다.
(1)은 반응 챔버이며, 반응챔버(1)내에는 피처리체(2)가 수용되어 있다.
또한, 반응챔버(1)에는 불소(F) 등의 할로겐 원소를 함유한 활성종을 공급하기 위한 제1의 파이프(4)가 접속되어 있다.
전술한 활성종의 반응챔버 내로의 공급은 공급파이프(4)의 타단(7)에서 불소등의 할로겐 원소를 함유한 가스를 도입하여 마이크로 파 전원(5)과 접속되며, 공급파이프에 접속된 방전등(6)을 통하여 행하여 진다.
또한, 반응챔버(1)는 배기구(3)에서 진공배기 되도록 되어 있다.
또한, 반응챔버(1)에는 수증기체, 수소가스, 또는 수소원소를 함유한 화합물가스를 도입하는 제2의 파이프(18)가 설치되어 있으며, 수증기체를 도입하는 경우, 물(H2O)이 담긴용기(9)와 단절되어 있으며, 이 용기(9)의 물이 도입된 파이프(10)에서 캐리어 가스를 도입하여 물속에서 기포를 일으켜서 수소와 수증기체를 반응챔버(1)에 보내도록 되어 있다.
'11'은 수증기체의 유량 제어용의 밸브이다.
또한, '12'는 피처리체(2)를 장착하기 위한 시료대이다.
H2O등의 증기압이 낮은 가스를 도입하는 경우에는 특히 캐리어 가스를 사용하여 도입하는 것이 효과적이다.
또한, 수증기체의 유량은 용기(9)에 가열기(501)과 센서(502), 온도제어기(503)를 설치하여 가열시에 유량이 증가하도록 해도 좋다.
또한, 수소가스나 수소원소를 함유한 가스를 도입하는 경우에는 용기(9)를 통하지 않고 직접가스를 도입하도록 해도 좋다.
이어서, 이장치를 사용하여, 유기화합물막으로서 반도체기판 위에 포토레지스트를 제거하는 본 발명에 따른 제1의 실시예의 방법에 대하여 기술하기로 한다.
여기에서는, 할로겐 원소인 F(불소)를 함유한 가스로서 NF3가스를 사용하며, 캐리어가스로서는 수소(H2)를 사용한다.
제3도는, 제2도에 나타낸 장치의 반응 챔버(1)내에 수용하는 피처리체의 드라이에칭 프로세스를 나타낸 사시 단면도이다.
여기에서 사용하는 피처리체는 제3a도에 나타낸 것처럼 MOSIC(metal oxide semiconductor IC)의 제조공정에 있어서 게이트전극(23)을 반도체기판(21)위의 게이트 절연막(22)을 통하여 이 게이트전극위에 형성된 유기 화합물막인 포토레지스트(24)를 마스크로서 RIE(Reactive-Ion Etching)로 에칭하여 형성한것이다. 전술한 피처리체를 제2도에 나타낸 반응챔버(1)에 수용하여 NF3가스를 제1의 파이프(4)에서 공급하고, 방전관(6)에서 가스를 여기하여 이것에 의해 생성되는 불소(F) 래디칼을 챔버(1)내에 도입하도록 한다.
반응챔버(1)내에는 별도로 설치된 제2의 파이프(8)에 의해 그 내부에, 용기(9)내에서 기포가된 수소가스가 공급된다.
여기에서, NF3가스 및 수소가스의 유량은 각각 0.1Torr로서 일정하게 하였지만, NF3가스나 수소가스유량은 소요의 에칭속도와 선택비가 얻어지는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.
전술한 조건으로 포토레지스트 처리를 하였던 바, 그 레지스트의 제거속도는 7000Å/min으로서 고속이며, 그 처리시간은 약 3분간이었다.
그결과, 제3b도에 나타낸것처럼, 게이트 전극(22)위에 형성된 레지스트의 찌꺼기는 전혀 보이지 않아서 완전히 제거되어 있음이 확인되었다.
또한, 챔버(1)내에 도입되는 캐리어 가스로서는, 본 실시예와 같이 수소가스를 사용하는 것이 경화되는 것임을 알았는데, 수소 가스이외에도 Ar, N2, O2등의 캐리어 가스를 사용하여도 무방하며, 또한, 수증기체와, H2대신에 수소기체만이던가 CH3OH, C2H5OH등의 알콜, 또는 CH4, C2H6등의 하이드로 카본가스등의 적어도 수소원소를 함유한 가스를 사용하더라도 유기화합물막의 제거가 찌꺼기없이 고속으로 되어진다.
또한, 불소(F)등의 할로겐 원소를 함유한 활성종을 생성하는 가스로서는, CDE(Chemical Dry Etching)에 사용되는 것과 동일한 것으로 좋은데, 예를들어 NF3이외에 SF6, CF4,C2F6, C3F8, CF4+O2, C2F6+O2, C3F8+O2, XeF2, F2등의 불소원소를 함유한 가스나 불소이외의 할로겐 원소를 함유한 가스라면 좋다.
이어서, 본 발명에 따른 제2의 실시방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 여러장의 대구경 웨이퍼내 또는 웨이퍼 사이에서의 에칭을 보다 균일하게 할 수 있으므로, 할로겐 원소를 함유한 가스의 활성종과 수증기체, 수소가스, 또는 수소원소를 함유한 화합물가스등의 가스웨이퍼에 일정하게 공급하도록하는 방법을 제공한다.
제4도는 본 실시예에서 사용되는 여러장의 웨이퍼 처리를 하는 뱃치식(batch)장치의 경우에도 기본적인 구성은 제2도에 나타낸 장치와 동일하므로 생략한다.
여기에서는 제4도와 같이 피처리체인 유기화합물막의 형성된 여러장의 웨이퍼(30)를 기판(31)으로 유지하며, 기판(31)에 의해 유지된 웨이퍼(30)에 할로겐 원소를 함유한 가스활성종과, 수소기체, 수소가스, 또는 수소원소를 함유한 화합물가스를 각각 제1및 제2의 노즐(32),(33)에서 공급한다.
노즐(32)(33)은 각각 예를들어 제4도와 같이 노즐(32)(33)은 웨이퍼(30)를 향하여 가스의 공급구(32b),(33b)가 점선으로 나타낸 바와 같이 설치되며, 이 가스공급구에서 전술한 소정의 가스를 웨이퍼에 공급하는 것으로 되어 있다.
노즐의 분기부가 되는 기관(32a),(33a)은 제2도에서 각각 제1듸 파이프(4) 및 제2의 파이프(8)와 접속되도록 하여도 좋다.
그리고, 전술한 노즐(32),(33)의 위치관계는 제4도에 나타낸 것처럼 가스공급구(32b),(33b)로부터의 가스가 혼합되어 웨이퍼에 유효하게 공급되도록 기관(32a),(33a)에서 갈라지는 여러개의 관이 서로 다르게 배치되고, 가스의 공급구(32b),(33b)가 처리하는 웨이퍼를 커버하는 위치에 배치되도록 하면 좋다.
이와 같이 각각의 노즐(32),(33)의 가스공급구(32b),(33b)에서 분출하는 가스가 혼합되기 쉬워서, 이것이 처리하는 웨이퍼 전체에 공급되므로 유기화합물막의 제거의 균일성을 한층 높일 수 있다.
제3의 실시예에서는 웨이퍼의 소정의 유기화합물막을 균일하게 에칭하기 위하여 예를들어, 웨이퍼를 이동시키면서, 에칭하는 본 발명에 의한 제3의 실시예의 방법에 대하여 설명하기로 한다.
제5a도는, 본 실시예에 적용되는 실시예 장치의 특징적인 주요부를 나타내는 개략도이며, 다른 구성은 제2도에 나타낸 장치와 대략 동일하다.
가스를 공급하는 노즐(41),(42)은 제4도에 나타낸 노즐과 거의 동일하며, 여러개 설치된 각각의 가스공급구(41a)(41a)로부터는 불소등의 할로겐 원소를 함유한 가스의 할성종(44)과 수증기체, 수소가스 또는 수소원자를 함유한 화합물가스(45)를 분출시키는 것으로 되어 있다.
여기에서, 노즐(41),(42)는 별도의 지면에 수직인 방향으로 뻗어나 있으며, 가스공급구는 여러개 그 방향에 따라 배치되어 있다.
그리고, 이 장치에 있어서는, 전술한 두종류의 가스를 유효하게 혼합하도록 인접된 노즐(41),(42)의 가스공급구(41a),(42a)가 일정한 각도로써 안쪽을 향하도록 설정되어 있다.
또한, 이 장치에서는, 예를들어 웨이퍼(43)를 위치시키는 시료대(46)가, 모타(도시하지 않음)에 접속되어 여러개의 가스공급구(41a),(42a)에 대하여 상대적으로 평행으로 이동하여 웨이퍼(43)의 전면에 균일하게 가스가 조사되도록 한다.
이에 따라 국부적으로 불소의 활성종과, 수소가스등의 첨가가스의 농도를 높일 수 있으며, 또한 가스공급구와 웨이퍼가 상대적으로 이동하여 웨이퍼 전면에 가스가 공급되므로 보다 고속인 에칭이 가능해진다.
또한, 전술한 장치의 변형예로서 제5b도에 나타낸 것처럼, 전술한 두종류의 가스중 한쪽 가스를 챔버내에 충만시키고, 다른 가스(54)를 공급하기 위한 관모양의 작은 토출구를 가진 노즐(51)을 유기화합물막(53)이 표면에 형성된 피처리체(52)에 근접하여 배치되고, 가스를 토출시키므로써 유기화합물막의 국소적인 부분(53)의 에칭도 가능해진다.
그리고, 전술한 피처리체(53)나 노즐(51)을 이동시키도록 하면 선모양으로 에칭되는등 필요로하는 부분만을 선택적을 에칭할 수도 있다.
또한 다른 유기화합물막의 형성된 웨이퍼(2)로의 가스공급을 하기 위한 구성을 제5c도의 개략도에 나타내도록 해도 좋다.
제2도와 동일 부분은 동일한 부호를 붙였다.
여기에서는, 불소의 할로겐원소를 함유한 활성종은 제2도에 나타낸 장치와 마찬가지로 마이크로파 전원(5)에 의해 방전부(6a)에서 생성되며, 석영제의 제1의 파이프(4a)를 통하여 웨이퍼(2)에 공급된다.
또한, 파이프(4a)의 외부를 둘러싸도록 하여 수증기체나 H 원소를 함유한 가스를 공급하기 위한 제1의 파이프(4a)보다 트여진 면적이 큰 석영제의 파이프(86)가 설치되어 있다.
즉, 파이프(4a)와 (86)은 두종류의 구성으로 되어 있으며, 각각의 가스는 웨이퍼(2)를 향한 가스공급구(87)에서 공급된다.
'85'는 마이크로 캐비티이다.
여기에서 전술한 2중 구조인 파이프(4a)와 (86)의 트여진 부분의 단면형상을 제6a도, 제6b도에 나타낸다.
도면에서, 나타낸 바와 같이 파이프(4a)(86)의 단면은 동심원상에 원형상이나 점대칭 형상인 것이 수증기체나 가스를 균일하게 피처리체로 공급할 수 있으므로 유리하다.
또한, 본 실시예와 같이 할로겐 원소를 함유한 활성종의 가스를 안쪽 파이프(4a)에서 수증기체나 수소원소를 함유한 가스를 외부쪽 파이프(86)에서 피처리체에 공급하도록 하면, 할로겐 원소를 함유한 가스가 반응용기 내벽에 부착하는등, 피처리체이외의 불필요한 영역에 작용하기 어렵게 되며, 반대로 피처리체 표면의 유기화합물막의 소정의 영역에 선택성있게 공급할 수 있으므로, 유기화합물막을 제거하는 효율을 향상시킬 수 있어서 유리하다.
또한, 유량이나 유속은 적당히 선택하므로써 수증기체등의 수소원소를 함유한 가스를 안족파이프에서 할로겐 원소를 함유한 가스를 바깥쪽 파이프에서 피처리체로 공급하도록 구성하여도 좋다.
또한, 이와 같이 2중으로 파이프가 있는 구조인 가스공급 장치로서, 전술한 2중 파이프가 피처리체에 대하여 여러개 설치된 것을 제7a도, 제7b도의 개략도를 사용하여 상세히 설명하기로 한다.
제7a도는 그 평면도, 제7b도는 제7a도의 선 A-A 절단한 단면도이다.
동일한 도면에서, 피처리체에 할로겐 원소를 함유한 가스, 수증기체나 수소원소를 함유한 가스를 공급하는 장치(100)는 석영제이며, 가스를 공급하는 장치(100)에는 피처리체 표면에 가스를 균일하게 공급시키도록 여러개의 2중 파이프(101)가 설치되고, 전술한 2중 파이프(101)의 안쪽 파이프(101a)로부터는 할로겐원소를 함유한 가스, (101b)로부턴 수중 기체가 각각 공급되는 것으로 되어있다.
여기에서, 예를들면 할로겐 원소를 함유한 가스로서 불소원자를 활성종으로서 분리시키 수 있는 CF4등의 할로겐 가스를 사용하여 유기화합물막인 레지스트가 표면에 형성된 5인치 웨이퍼에 대하여 본 실시예를 적용시켰던바, 웨이퍼면 내에서 700Å/min이상의 에칭속도로 표면의 레지스트를 찌꺼기없이 제거할 수 있었다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 대구경인 웨이퍼등의 면적이 큰 피처리체에 대해서도 피처리체 표면의 유기화합물막을 찌꺼기 없이 균일하게 에칭으로 제거할 수 있다.
특히, 2중 파이프(101)의 토출구와 시료의 거리(d)에 대한 구경(X)과 레지스트 에칭속도의 관계는 제8도에 나타낸 것처럼 d=10mm-20mm인 범위가 가장 바람직하였다.
제4도에서는 본 발명에 따른 제4의 실시예를 평행평판형인 전극을 가진 드라이에칭 장치를 사용한 실시예에 따라 설명하기로 한다.
제9도에 그 장치의 개략도를 나타낸다.
도면에서 제2도와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙여서 나타내며 상세한 설명은 생략한다.
'61','63'은 방전을 발생시키기 위한 전극, '62'는 전원이다.
본 발명에 따른 본 실시예의 경우, 고속인 에칭이 가능하므로, 손상을 발생시키지 않도록 하기 위하여 방전은 약해도 좋다.
그 때문에, 예를들어 유기화합물막이 있는 시료(2)를 애노드 전극(63)쪽에 설치하는 소위 방전되는 전력을 작게하는 것이다.
또는, 도면에 나타낸 것처럼 시료(2)를 덮은 알루미늄, 니켈, 백금등의 금속으로 형성된 매시(mash)에 의해 방전중의 시료에의 손상을 보다 안전하게 억제하도록 해도 좋다.
'65'는 불소등의 할로겐 원소를 함유한 활성종을 반응용기(1)에 도입하기 위한 파이프이다.
이상 기술한 것처럼, 본 발명의 방법 및 그에 적용되는 장치는 전술한 실시예에 전혀 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형하여 사용할 수 있다.
제5의 실시예에서는 용액을 사용하지 않은 건조한 방법으로 레지스트의 측벽 부착막 및 레지스트를 제거하는 드라이에칭 방법에 관한 표면처리 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 실시예의 골자는 에칭후 측벽에 부착막이 형성된 레지스트에 대하여, 불소 래디칼, 산소 래디칼 및 염소 래디칼등 부착막을 에칭제거하는 래디칼을 순차적으로 작용시키는데 있다.
본 발명자들은 예의 분석을 거듭한 결과, 전술한 레지스트의 측벽의 부착막은 알루미늄, 탄소 및 실로콘으로 된 것이 명백해졌다.
이중, 알루미늄은 에칭재료자체가 스퍼터링되어, 그것이 재부착된 것이며, 실리콘이 부착막중에 함유되는 것은 알루미늄이 1%정도의 실리콘합금이거나 또는 알루미늄의 바탕재료가 산화실리콘막인 것에 의한 것으로 생각된다.
또한, 탄소는 레지스트의 분해로 생겨서 그것이 부착막중에 포함되는 것으로 생각된다.
따라서, 전술한 부착막인 경우, 불소 래디칼로 부착막중의 실리콘, 산소 래디칼로 레지스트 및 부착막중의 탄소를 염소 래디칼로 알루미늄을 순차적으로 제거하도록 하면 레지스트와 부착막 전체가 제거된다.
즉, 본 발명의 이 실시예는 가스를 활성화하는 장치를 가진 진공용기내에 에칭후의 레지스트의 측벽에 부착막이 형성된 피처리체를 넣고, 활성화된 불소를 함유한 가스와 활성화된 산소를 함유한 가스 및 활성화된 염소를 함유한 가스등을 작용시켜서 레지스트 및 부착막을 에칭제거하는 표면 처리방법으로서 드라이에칭도 포함하여 표면처리를 실시한 예이다.
본 실시예에 따르면, 불소래디칼은, 부착막중의 실리콘을, 산소 래디칼은 레지스트 및 부착막중의 탄소를, 또한 염소 래디칼은 나머지 알루미늄을 제거한다.
그때문에 용액을 사용하는 일없이 드라이하게 레지스트 및 측벽부착막을 제거할 수 있게 된다.
우선, 본 실시예를 실시하는데 있어서, 작성된 시료에 대하여 설명하기로 한다.
제10a도와 같이 P형 실리콘기판(131)에 습식 산화등으로 두께 0.8미크론의 산화 실리콘막(132)을 형성한다.
이어서, 산화실리콘막(132)의 두께 0.8미크론의 알루미늄막(133)을 스퍼터링법으로 형성한다.
이어서, 포지티브형 포토레지스트막(134)으로 패턴을 형성하였다.
이어서, 제10b도와 같이 패턴을 마스크로서 반응성 이온에칭법등의 이방성 에칭에 의해 알루미늄(33)을 에칭하였다.
'135'는 에칭으로 레지스트 측벽에 생긴 부착막이다.
이경우, 사용한 에칭가스는 염소와 삼염화붕소와의 혼합가스로 전유량중의 염소가스 유량은 60%, 에칭압력은 0.06Torr인가 고주파 전력은 0.8W/㎠였다.
또한, 알루미늄막(133)대신에 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 및 이들의 실리사이드등의 막이 형성된 시료도 제작하였다.
제11도에, 본 실시예를 시행하는데 있었던 드라이에칭장치의 개략도를 나타낸다.
진공용기(141)중에는, 시료대(144)가 구비되어 있으며, 이 시료대(144)위의 제10도에 나타낸 피처리기체(145)가 위치한다.
반응성 가스는, 가스도입관(147)에서 방전관(149)내로 도입되며, 마이크로파 전원(150)에서 도파관(151)을 거쳐 적용되는 장치(148)에 인가되고, 방전관(149)내에서 마이크로파 방전을 발생시킨다.
한편, 방전이 필요없는 가스는, 가스도입관(146)에서 진공용기내로 도입된다.
도입된 가스는 배기구(142)에서 배기된다.
또한, 시료대(144)에는 파이프(143)가 설치되어 있으며, 이파이프에 냉각수등을 도입하므로써 전술한 시료대(144)를 냉각할 수 있도록 되어 있다.
여기에서 우선, 제10도에 나타낸 시료를 종래의 산소 플라즈마를 사용하는 에칭장치를 사용하여 레지스트를 제거시킨 뒤, SEM을 사용하여 관찰하였던바, 제12a도에 나타낸 바와 같이 측벽의 부착막(135)이 제거되어 있지 않음이 확인되었다.
이어서, 제11도에 나타낸 장치를 사용하여 우선, 프레온(14)(CF4)과 산소의 혼합 가스를 방전관(149)내로 도입하여 압력은 0.2Torr로 유지하고, 마이크로파 전원(150)에서 200W의 마이크로파를 인가하여 마이크로파 방전을 일으킨다.
발생된 불소 래디칼은 매우 수명이 길기 때문에 진공용기(141)내까지 유입될 수 있다.
이처리를 5분간 시행한 다음에 3불화 질소를 방전관(149)내로 도입하여 압력을 0.2Torr로 유지하여 역시 200W의 마이크로파를 인가한다.
그리고, 동시에 가스도입관(146)으로부터는 수증기를 도입한다.
양자의 전력은 1 : 1로 하였다.
이처리를 3분간 행하였다.
최후에, 염화수가스를 방전관(149)내로 도입하고, 압력은 0.2Torr로 유지하여 200W의 마이크로파를 인가하였다.
발생된 염소래디칼은 진공용기(141)내로 운반되며, 시료(145)를 진공용기(141)내에서 꺼집어내어 SEM으로 관찰하였던바, 제12b도에 나타낸 것처럼 측벽의 부착막은 완전히 제거되어 있음이 확인되었다.
이 실시예에서는 최초로 프레온(14)과 산소의 혼합가스를 사용하여, 제2의 공정으로 3불화질소를 사용하였지만, 제1의 공정, 제2의 공정 모두 어떤 가스를 사용하더라도 좋다.
또한, 3불화붕소등 불소를 함유한 다른가스라도 동일한 효과가 있다.
또한, 제2의 공정에서 불소를 함유한 가스와 수증기의 혼합가스를 사용하였지만, 이 공정에서는 산소 래디칼이 발생하면 어떤 가스라도 좋으며, 산소, 일산화탄소, 2산화탄소, 아산화질소, 일산화질소, 2산화질소, 3산화질소등을 사용할 수도 있다.
또한, 제3의 공정에서는, 염소 래디칼을 발생하는 가스라면 원리적으로는 어떤 가스라도 사용할 수 있다.
예를들어 4염화탄소, 3염화붕소, 3염화인등으로도 동일한 효과가 있음이 확인되었다.
또한, 시료를 활성화된 불소를 함유한 가스, 산소를 함유한 가스, 염소를 함유한 가스와 반응시키면, 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 알루미늄의 경우, 알루미늄은 공기중의 산소에 의해 산화되어 알루미나로 되어 있으므로, 염소래디칼에서는 제거되기 어렵다.
그래서, 래디칼을 작용시키는 순서가 중요해진다.
우선, 최초로 불소 래디칼을 작용시켜서 레지스터를 회화시킨다.
이와 같이 하면 부착막중의 실리콘과 탄소가 제거되어 막은 매우 취약한 막이 되며, 나머지 알루미늄은 마치 박막형성의 초기과정과 같이 섬이 연결된 것 같은 형으로 표면적이 매우 커지고, 그 때문에 매우 활성이 되어 염소 래디칼로 유효하게 제거할 수 있도록 된다.
따라서, 바람직하게는 전술한 가스의 순으로 에칭공정을 행하는 것이 효과적이다.
또한, 시료의 금속막은 알루미늄막 이외의 다른 금속막인 경우라도 유효하였다.
또한, 3층 레지스트법으로 형성된 레지스트를 마스크로서 알루미늄을 에칭한 시료도 실험하였지만, 단층레지스트마스크의 시료와 동일한 프로세스로 제거할 수 있음이 확인되었다
또한, 본 발명의 이 실시예에 적용되는 장치로서는, 제11도에 나타낸 장치에 한정되지 않는다.
예를들어, 가스를 활성화하는 장치는 마이크로파 방전에만 한정되지 않으며, 제13도에 나타낸 양극결합형 평행평판 에칭장치라도 좋다.
제13도에 나타낸 장치를 사용하여 에칭되는 예에 대하여 아래에 설명한다.
즉, 진공용기(152)내에, 음극(155)이, 용기상부에 배치되며, 제13도에 나타낸 시료(154)도 하부의 접지전극(153)위에 위치된다.
가스의 도입은 '159' 및 '160'에서 행하여진다.
도입된 가스는 배기구(157)에서 배기된다.
이 용기(152)내에 우선 프레온(14)과 산소의 혼합가스를 도입하고 압력을 0.5W/㎠로 유지하며 0.5torr의 고주파 전력을 인가하여 폴리즈마를 발생시킨다.
이어서, 이 혼합가스를 배기시키고, 산소를 도입하여 압력을 1Torr로 유지하며, 1W/㎠의 고주파 전력을 인가한다.
이 처리는 10분간 하였다.
최후에, 염소가스를 도입하고, 압력을 0.4Torr로 유지하여 0.5W/㎠의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시켜서 처리를 하였다.
그후, SEM을 사용하여 관찰하면, 앞서 나타낸 실시예와 동일하게 제12b도에 나타낸 것처럼 측벽의 부착막 및 레지스트가 양호하게 제거되어 있다.
또한, 제14도는 배럴형의 플라즈마 회화 장치로서, 이와 같은 장치를 사용하더라도 본 발명의 프로세서를 사용하므로써, 동일하게 레지스트의 측벽의 부착막을 제거할 수 있다.
이 경우에 우선, 진공용기(161)내의 시료대(164)에 제14도에 나타낸 것 같은 시료(165)를 위치시키고, 프레온(14)과 산소의 결합가스를 용기(61)에 설치된 가스 도입구(162)에서 도입하며, 압력을 1Torr로 유지하여 고주파전원(158)으로 500W의 고주파 전력을 인가하고 불소래디칼을 발생시킨다.
이 불소 래디칼에 의한 처리를 5분간 행한뒤, 가스를 가스 배기구(163)에서 배기하며, 이어서 산소 용기(161)내로 도입하고 압력을 1Torr로서 동일하게 500W의 전력을 인가하여 산소 플라즈마를 발생시킨다.
이 불소 래디칼에 의한 처리를 5분간한뒤 가스를 가스 배기구(163)에서 배기시키고, 이어서 산소용기(161)내로 도입하여 압력을 1Torr로 하여 동일하게 500W의 전력을 인가하여 산소 플라즈마를 발생시킨다.
발생된 산소 래디칼에 의해 시료(165)의 래디칼과 측벽 부착막중의 탄소를 제거한다.
최후에, 4염화 탄소와 산소의 혼합가스를 도입하여 압력을 1Torr로 하고, 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이 혼합가스 플라즈마로 처리를 10분간한뒤 SEM으로 관찰하면 앞의 실시예와 동일하게 측벽 부착막 및 레지스트가 양호하게 제거된다.
제15도는 ECR방전을 이용한 플라즈마처리장치의 개략도이다.
'175''176'은 가스도입구이며, '172'는 가스 배기구이다. 또한, 용기(171)내에는 시료대(177)위에 위치된 피처리체인 시료(178)가 배치되어 있다.
석영제의 방전관(79)에 도파관(73)을 통하여 마이크로파가 인가된다.
자석(74)에 의해 875가우스인 자장이 발생되고, 2.45GHz마이크로파와 공명하며 전자는 사이클로이드 운동을 하여 방전관(79)내에 밀도높은 플라즈마를 발생한다.
일반적으로, 이같은 장치는 0.0001Torr대의 저압으로 에칭하는 것을 특징으로 하는데, 높은 압력으로 사용하면 다량의 래디칼이 발생되어 효율적인 에칭을 할 수 있다.
이 장치로도 마찬가지로 레지스트 측벽의 부착막 및 레지스트를 양호하게 제거할 수 있다.
제16도는 광에너지를 사용하여 래디칼을 발생하고 에칭을 하는 장치의 개략도이다.
이 장치는, 진공용기(181)내에 가스도입관(185)과 시료대(182)와 광 도입용 창(187)을 구비하고 있다.
이 장치에, 제10도에 나타낸 것처럼, 레지스트 측벽에 부착막이 부착된 시료를 놓고서 우선 3불화질소를 도입하고, 압력을 30Torr로 유지하여 ArF엑시마 레이져(excimer Laser)광을 조사한다.
3불화질소는, 엑시마 레이져광을 흡수하여 분해되어 불소 래디칼을 발생한다.
분해속도는 늦으므로 처리에는 30분을 요한다.
이어서, 도입관(85)에서 오존을 도입하고 압력을 50Torr로 하여 동일하게 ArF 엑시마 레이져 광을 조사한다.
오존은, ArF레이져 광을 흡수하고 산소 래디칼을 발생시킨다. 최후에, 염소를 도입하고 압력을 30Torr로 하여 이번에는 XeCl엑시마레이져 광을 조사한다.
이 광은 파장 303nm으로 염소 가스에 잘 흡수되어 래디칼을 발생한다.
이와 같은 광 에너지를 사용하더라도 측벽의 부착막 및 레지스트를 양호하게 제거할 수 있음이 확인되었다.
이상의 실시예에서는 마이크로파 방전, 고주파 방저, 광에너지를 별개로 사용하였지만 예를들어 광에너지와 마이크로파 방전을 병용하든가, 제13도네 나타낸 평행평판형 장치에 마이크로파 방전등을 부착하는 등 이들을 조합시켜서 사용해도 좋다.
이상 기술한 바와 같이 레지스트의 측벽의 부착막을 에칭할 수 있는 래디칼을 발생시킬 수 있는 장치라면, 원리적으로는 어떠한 장치에도 사용할 수 있다.
또한, 실시예에서는 알루미늄을 에칭할 경우에 형성되는 측벽 부착막에 대하여 주로 검토하였지만, 다결정 실리콘, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 및 이들의 실리사이드를 에칭한 경우에 형성되는 측벽 부착막에 대해서도 본 발명은 유효하다는 것이 확인되었다.
제6실시예의 골자는, 불소계의 가스를 사용하여 유기 화합물막을 제거할때 피처리기체를 냉각하는 데 있다.
즉, 본 발명은 표면에 레지스트등의 유기화합물막이 형성된 피처리기체를 반응용기내에 배치하고, 그 용기내에 소정의 가스를 도입하여 유기화합물막을 제거하는 드라이에칭 방법에 있어서, 피처리 기체를 유기화합물막의 탄화반응이 생기지 않는 온도로 냉각하는 동시에, 용기내에 도입하는 가스로서 적어도 할로겐 원소를 함유한 가스(예를들어, NF3,CF4), 또는 적어도 할로겐 원소를 함유한 가스와 다른 가스(예를들어, O2, H2, H2O)와의 혼합가스를 사용하도록한 방법이다.
우선, 유기화합물막의 제거에 있어서의 찌꺼기 발생에 대하여 포토레지스트의 회화방법을 예로들어 설명한다.
O계의 활성종(0래디칼, 오존등)에 의한 포토레지스트를 제거하는 방법에 있어서, 활성종과 레지스트의 반응은 온도가 100℃이상 정도로 높아지지 않으면 실용적인 속도로 진행되지 않는다.
따라서, O계의 활성종만을 사용하는 레지스트 애싱법에서는 플라즈마중에 시료를 놓고, 플라즈마에서 열이나 그 대신의 에너지를 받지 않으면 애싱되지 않는다.
또한, 플라즈마를 사용하지 않는 경우에는 시료를 가열하는 등의 방법을 사용한다.
그런데, 이 레지스트의 가열은 레지스트의 재질에 열변화를 초래하여 레지스트 내부를 탄화시켜 버린다.
이탄화된 구조인 레지스트는 O계의 활성종으로는 제거하기 어려워서 찌꺼기가 되어버린다.
이와 같이 애싱시의 찌꺼기의 원인으로서는 레지스트의 가열에 의한 탄화현상이 큰 요인이 된다.
즉, O계의 활성종을 사용하는 애싱으로는 본질적으로 찌꺼기에 대하여 불리하다.
또한, F계의 활성종(예를들어, F래디칼)과 O계의 활성종을 혼합하여 사용한 경우에는, O계의 애싱속도도 빠르며, 또한 찌꺼기의 발생도 경감된다.
이것은, F계의 활성종(예를들어 F래디칼)이 레지스트 애싱을 효율적으로 진행시키는 동시에, 찌꺼기 제거에도 도움이 되기 때문이다.
즉, O래디칼 분위게엇 F래디칼이 레지스트와 우선 반응하므로, O래디칼과 레지스트의 반응을 촉진하는 효과가 있는 것등이다.
또한, O래디칼 애싱으로 발생된 찌꺼기를 F래디칼에 노출시키면 찌꺼기가 제거된다는 사실로도 F의 효과가 명백해진다.
그런데, 이 계에서도 일단 레지스트의 회화반응이 진행되면 그 반응열로 레지스트의 온도는 상승한다.
제17도에 레지스트 회화처리 시간에 대한 레지스트 온도의 상승이 변화를 나타낸다.
또한, 레지스트 회화는, CF4+O2가스의 마이크로파 방전으로 생성된 활성종을 피처리기체(基體)를 수용한 용기내에 공급하여 행하였다.
제5도에서 레지스트 회화가 진행되기 시작하면 레지스트 온도는 150℃이상으로도 상승하는 것을 알았다.
이와 같이 레지스트 온도가 상승하므로써(O계의 회화방법에 있어서) 전술한 것처럼 찌꺼기 형성의 요인(레지스트의 회화)을 만드는 것이 된다.
그러나, F계의 활성종을 사용하는 애싱에서는 레지스트의 온도상승은 회화의 본질 뿐만 아니라 저온에서도 회화는 진행된다.
예를들어, NH3의 마이크로파 방전으로 생성된 F래디칼과 H2O를 각각 피처리기체에 공급하는 회화방법에 있어서, 피처리기체 온도와 레지스트의 애싱속도의 관계를 측정한 결과를 제18도에 나타낸다.
기판 온도를 실온 이하로 떨어뜨려도 레지스트의 회화속도는 실용적인 값을 유지하고 있는 것이 명백하다.
또한, -40℃이하에서 회화속도가 급격히 0으로 되는 것은, H2O의 노점에 관계하여 물이 피처리기체 표면에 결로(結露)되기 때문이다.
여기에서, 찌꺼기의 발생에 대하여 살펴보면, 피처리기체 온도를 콘트롤하지 않고, 반응열에 의한 온도상승을 시킨채 레지스트를 회화시킨 경우와, 실온이하로 콘트롤하여 회화시킨 경우에서는 찌꺼기가 없어지는 회화시간이 약반으로 감소된다.
즉, 피처리기체의 온도를 떨어뜨려서 회화의 반응열을 빼앗으면서 회화하므로써 찌꺼기의 발생을 매우 효과적으로 억제할 수 있다.
이러한 사실은, 전술한 CF4+O2가스를 사용하는 방법으로도 다른 F계 가스와 동일한 효과가 있음이 확인되어 있다.
따라서, 본 발명의 이 실시예에 따르면, 불소계가스에 의한 레지스트의 탄화처리에 덧붙여 기판냉각을 하므로써, 레지스트의 탄화반응을 억제할 수 있어서, 찌꺼기의 발생이 없이 단시간에 레지스트를 제거할 수 있다.
구체적으로 본 실시예를 시행하는 장치로서는 제19도에 나타낸 것처럼, 제2도에서 나타낸 장치의 시료대(12)에 냉각용의 파이프(213)를 부설한 점이 다르므로, 다른 동일구성부분에 대해서는 동일부호를 붙여서 그 설명을 생략한다. 파이프(213)은 피처리체(12)를 장치하고 있는 시료대(12)에 설치되며, 도시하지 않은 냉각장치에 접속되고, 시료대를 냉각하는 냉배를 유통시켜서 시료대(12)를 냉각하므로써 피처리체(2)를 냉각하도록 되어 있다.
냉매로서는, 예를들어 물, 에틸렌 글리콜, 오일등의 액체, 또는 가스를 사용해도 좋다.
이와 같이, 시료대(12)의 온도는 냉각되고 이에 따라 피처리기체(2)도 냉각되는 것으로 되어 있다.
본 실시예의 법에서 시료대(12)를 냉각하여 피처리기체(2)의 온도를 0℃로 유지하고, 반응성 가스를 흐르게 하여 레지스트 애싱을 하면, 약3분간의 처리시간으로 찌꺼기가 전혀없이 애싱을 할 수 있음이 확인되었다.
이와 같이, 시료온도를 냉각하므로써 처리시간을 종래 5분 이상 필요했던 찌꺼기의 완전한 제거를 약 반으로 할 수가 있다.
이러한 본 실시예의 방법에 따르면, A1등으로 된 게이트 전극위에 마스크로서 형성된 유기물 레지스트를 NF3+H2O를 사용한 애싱에 의해 제거하도록 하고 있으므로, 기판온도를 올릴 필요없이 레지스트를 고속으로 제거할 수 있다.
또한, 애싱에 의한 기판의 온도상승을 억제하고 있으므로, 레지스트의 탄화를 억제할 수 있으며, 찌꺼기의 발생을 없게 할 수 있어서 이에 따라 레지스트 제거에 필요한 시간을 보다 단축시킬 수 있다.
또한, 드라이 O2애싱과는 달리 손상의 영향도 매우 적다. 또한, 본 실시예의 방법에서는 H2O가 도입하는 캐리어 가스를 사용하지 않았지만 캐리어 가스를 사용하는 방법에 있어서도 동일하다 할 수 있다.
예를들어, 캐리어 가스로서 H2가스를 사용하는 방법이 있다. 그밖에도, Ar,N2등의 캐리어 가스를 사용해도 상관없으며, 또한 수증기체와 H2대신에 수증기체만이던가 CH2OH, C2H5OH등의 알콜, CH4,C2H6등의 하이드로 카본 가스등의 적어도 수소원소를 함유한 가스를 사용하더라도 유기화합물막 제거시에 찌꺼기가 없을 뿐만 아니라 고속으로 할 수가 있다.
또한, 불소(F)등의 할로겐 원소를 함유한 활성종을 생성하는 가스로서는, CDE(Chemical Dry Etching)에 사용되는 것과 동일한 것이라도 좋으며, 예를들어 NF3외에 SF6, CF4, C2F6, C3F8, CF4+O2, C2F6+O2, C3F2+O2,XeF2,F2등의 불소원소를 함유한 가스나 불소이외의 할로겐 원소를 함유한 가스라면 좋다.
이어서, 본 실시예의 다른 방법에 대하여 설명한다.
전술한 실시예에서는 F를 함유한 활성종과 H2O등의 H를 함유한 가스를 사용한 것이었지만, 본 발명은 F를 함유한 가스와 O를 함유한 가스의 혼합 애싱방법에서도 적용할 수 있다.
제20도에 이 방법을 실시하기 위한 장치의 개략 구성을 나타낸다. 기본적인 구성은 제19도와 동일하며, 동일한 부호인 것은 동일한 구성을 나타내므로 그 설명은 생략한다.
제20도의 장치를 사용하여 가스로서 CF4+O2가스를 사용하고, 전술한 것과 동일한 A1패턴위의 레지스트를 제거하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
시료의 구조는 제3a도에 나타낸 것과 동일하며, 이 경우 '24'는 RIE시의 레지스트 마스크(OFPR-800,도꾜오우가제)를 사용하고 있다.
또한, '23'은 A1, '22'는 바탕인 SiO2, '21'은 Si기판이다. CF4를 10SCCM, O2를 100SCCM의 유량으로 혼합하고, 압력을 0.2Torr로 하여 마이크로파를 방전시킨다. 거기에서 생성된 활성종을 용기(1)내에 공급한다.
여기에서, 시료대(12)의 온도 콘트롤을 하지 않는 경우, 레지스트는 약 1분간의 처리로 150℃이상으로도 온도가 상승한다.
이와 같은 조건으로 레지스트를 애싱한 경우, 레지스트의 거의 절반을 없애는데에는 1분간 정도밖에 걸리지 않지만, A1패턴위에 찌꺼기가 남아서 찌꺼기는 10분 이상의 처리로도 제거되지 않는다.
이 경우, SiO2의 애싱속도는 매우 늦지만, 장시간의 처리에서는 SiO2도 제거되므로, 얇은 SiO2인 바탕인 경우 문제가 된다.
또한, A1의 경우에는 좋지만, 다결정 Si 패턴위의 레지스트를 애싱하려고 한 경우, 다결정 Si는 SiO2보다 빨리 애칭되어 버리므로 장시간의 처리는 할 수 없다.
그래서, 시료대(12)를 0℃정도로 냉각하여, 동일한 처리를 하면 약 3분간의 처리로 찌꺼기 없이 레지스트애싱을 할 수 있다. 기판냉각에 의해 SiO2다결정 Si의 에칭속도도 지연되므로 선택비율면에서도 개선되어 그러한 처리중의 에칭손상은 감소한다.
이 실시예에서는 F를 함유한 가스로서 CF4를 사용하고 있는데, 이 이외에 NF3,C2F6,C3F8,XeF2,SF6등의 F를 함유한 가스라면 무엇이든 좋으며, 냉각효과는 동일하다.
이어서, 실시예 이외의 다른 방법에 대하여 설명한다.
전술한 두개의 실시예는 다운플로우형인 장치를 사용한 것이었지만, 본 발명의 방법은 시료를 플라즈마중에 설치하는 애싱방법에도 적용할 수 있다.
제4도에, 이 실시예의 법에 사용한 평행판형인 애싱장치의 개략구성을 나타낸다.
'61','62'는 방전을 발생시키기 위한 전극이며, 시료(2)는 하부의 접지전극(62)위에 놓여져 있다.
그리고, 이 접지전극(62)은 시료대(12)위에 고정되고, 냉각되는 것으로 되어 있다.
상부 전극(61)은 여기전극이며, 예를들어 13.56MHz의 고주판전원(63)에 접속되어 있다.
또한, '64'는 가스 도입구이다.
제21도의 장치를 사용하여 전술한 것과 동일한 시료에 대하여 레지스트 애싱을 하였다.
가스는 O2+CF4(O2: 50SCCM,CF4: 3SCCM)으로 압력 0.5Torr로서 고주파(13.56MHz) 여기에 의해(전력 500W)방전을 생성시킨다.
시료대(12)의 온도를 콘트롤하지 않은 경우에는 시료온도는 200℃가까이 까지 상승하고, 레지스트 애싱후에 찌꺼기가 생기는데 온도를 0℃까지 떨어뜨린 경우에는 찌꺼기 없이 애싱할 수 있다.
본 장치에서는 일반적으로 O2가스를 베이스로서 F계의 가스를 첨가하여 행하여지는데, F를 함유한 가스의 공급으로서는, F를 함유한 가스뿐만 아니라, 예를들어 불소수지 등의 F를 함유한 고체를 플라즈마중에 설치하므로써 그것에서 F를 함유한 가스가 방출되어 동일한 애싱이 행하여진다.
이 경우에도 동일한 냉각효과가 있다.
또한, 플라즈마중에 시료를 놓고, 다른 방법으로서 배럴형인 장치를 사용하는 방법이 있는데, 이 장치를 사용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 제1,2,3의 실시예에서는 불소를 함유한 가스로서 NF3나 CF4를 사용하였지만, 제1의 실시예에서 나타낸 다른 불소를 함유한 가스를 사용해도 좋으며, 염소를 함유한 가스 Cl2,CCl4,SiCl4,PCl3,BC1I3등이나 브롬을 함유한 가스 Br2,CBr4,CBrF3또한 요소를 함유한 가스 I2또는 CFCI3,CF2CI2,CF3CI등을 사용하더라도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 불소계의 가스를 사용하여 유기 화합물막을 제거할때 피처리기체를 냉각하므로써, 피처리기체위에 찌꺼기가 남는 일이 없으며, 또한 손상을 주는 일없이 유기화합물막을 고속으로 제거할 수 있다.
따라서, 레지스트나 표면처리등에 적용하면 커다란 효과를 발휘한다.
또한, 알루미늄등의 박막을 에칭했을때에 형성되는 부착막을 드라이한 방법으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 알루미늄등의 박막은 전혀 에칭되지 않으므로, 종래의 용액을 사용하는 방법에 비하여 패턴 변환차가 전혀 없어서 서브미크론 영역의 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
Claims (34)
- 미세가공 처리하는 피처리체의 표면을 적어도 할로겐 원소를 함유한 반응성 가스의 활성종에 수증기체 또는 수소 또는 산소원자가 함유된 가스를 혼합하여 이루어진 처리가스로 유기화합물막을 찌꺼기없이 제거하도록 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조과정에 있어서의 표면처리방법.
- 제1항에 있어서, 반응성 가스는 반응용기내에서 수증기나 적어도 수소원자를 함유한 가스와 동시에 방전, 광, 하전입자비임, 전자비임, 열, 마이크로파등의 에너지에 의해서 여기하여 활성종을 생성하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 할로겐원소를 함유한 활성종과 수증기체나 적어도 수소원자를 함유한 가스는 적어도 어느 하나만이 피처리체의 표면에 근접한 위치에서 분사되어 피처리체를 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제1항에 있어서, 수증기체나 적어도 수소원자를 함유한 가스는, 캐리어가스를 첨가하면서 피처리체가 처리되는 반응용기내에 도입되는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제4항에 있어서, 캐리어가스가 수소가스나 산소가스중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제4항에 있어서, 캐리어가스는 H2O 또는 알콜의 용액중에서 기포가 되어 피처리체가 처리되는 반응용기내에 도입되는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제1항에 있어서, 미세가공처리하는 피처리체가 표면에 유기화합물막을 형성하여서된 것을 특징으로하는 표면처리방법.
- 제7항에 있어서, 유기화합물막은 반도체 제조등에 사용되는 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제7항에 있어서, 유기화합물막은, 이온충격을 받은 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제1항에 있어서, 활성종은 피처리체가 처리되는 반응용기 이외의 장소에서 활성화되어 반응용기내에 공급되는 것을 특징으로 하는 표면 처리방법.
- 제1항에 있어서, 활성종이 불소원소로서, 그 원료가스는 SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8또는 이들에 산소를 첨가한 혼합가스나 BF3,XeF2,F2로된 가스군중에서 어느 하나로된 가스인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 표면에 박막이 형성된 기판위에 레지스트패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로하여 박막을 이방성 에칭에 의해 에칭한 시료에 활성화된 불소, 산소 및 염소를 함유한 가스를 반응시켜서 레지스트 패턴을 제거하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 박막이 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 하프늄 및 이들의 실리사이드 및 다결정 실리콘, 산화 실리콘막중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 가스가 마이크로파로 활성화되는 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
- 제12항에 있어서, 가스가 원통형 진공용기로 결합된 고주파 전력의 인가에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 가스가 한쌍의 대향하는 평행판 전극 사이에 결합된 고주파 전력의 인가에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
- 제12항에 있어서, 가스가 레이져광으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제17항에 있어서, 빛이 엑시마 레이져광(excimer laser)인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 불소를 함유한 가스는 플로로 카본계가스, SF6, NF3, BF3, PF3, PF5, F2로된 가스군중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 산소를 함유한 가스는 산소, 오존, 일산화탄소, 2산화탄소, 아산화수소, 일산화질소, 2산화질소, 3산화질소 및 2산화 유황중 적어도 한종류의 가스를 함유한 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 산소를 함유한 가스는 불소를 함유한 가스와 산소 및 수소를 함유한 가스와의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 표면처리 방법.
- 제12항에 있어서, 산소를 함유한 가스가 3불화질소이며, 산소 및 수소를 함유한 가스가 수증기인 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 제12항에 있어서, 염소를 함유한 가스가 염소, 3산화붕소, 4염화탄소, 4염화규소, 3염화인, 5염화인중에서 적어도 한 종류의 가스를 함유한 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제12항에 있어서, 시료에 불소, 산소 및 염소를 함유한 가스를 순차적으로 작용시키는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 표면에 유기화합물막이 형성된 피처리기체위에 레지스트패턴을 형성하고 이 레지스트 패턴을 마스크로서 유기화합물막을 에칭할때, 피처리기체를 유기화합물막의 탄화반응이 발생하지 않는 온도로 냉각하는 동시에, 적어도 할로겐 원소를 함유한 가스를 활성화하여된 활성화 가스로 드라이에칭 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
- 표면에 처리면을 가진 피처리체(2)를 수납하는 반응용기(1)와, 이 반응용기내에 적어도 할로겐 원소를 함유한 활성종을 공급하는 활성종 공급장치(4)(5)(6)(7)와, 반응용기내에 수소기체나 적어도 수소원소를 함유한 가스를 공급하는 수소원소 공급장치(8)(9)(10)와, 반응용기내를 배기하는 배기장치(3)를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조과정에 있어서의 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 반응용기(1)에는 방전을 발생시키는 방전장치(5)(6)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 수소원소 공급장치에는, H2O 또는 알콜등의 수용액이 담긴 용기(9)와, 이 용기내에 수용액 중이나 수용액상에 Ar, He등의 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급장치(10)와, 용기내의 분위기를 반응 용기내로 공급하기 위해 통하도록 연결된 장치(8)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제28항에 있어서, 용기(9)에는 수용액의 온도를 제어하는 온도제어장치(501),(502),(503)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 활성종 공급장치에는 원료가스공급부(7)와, 이 원료 가스 공급부에서 공급되는 원료가스내의 할로겐 원소를 방전 광, 전자 비임, 열, 마이크로파등의 에너지로 여기하여 활성종을 생성하는 활성화장치(5)(6), 이 활성화 장치로 활성화된 활성종을 반응용기(1)내로 도입하기 위해 통하도록 연결된 부분(4)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 활성종 공급장치와 수소원소 공급장치중 어느 한쪽에서, 반응용기내에 도입하는 장치를 피처리체의 소정영역에 가스를 분출시키는 노즐(32),(33)로 한것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 활성종 공급장치와 수소원소 공급장치의 반응용기내에 도입하는 장치를 피처리체의 소정영역에 가스를 분출시키는 2중관 노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 활성종 공급장치와, 수소원소 공급장치의 반응용기내로 도입하는 장치가 피처리체의 소정영역에 각각의 가스를 분출시키는 여러개의 2중관 노즐(100), (101)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
- 제26항에 있어서, 활성종 공급장치와 수소원소 공급장치의 반응용기내로 도입하는 장치가, 피처리체의 소정영역에 각각의 가스를 분출시키는 2중관 노즐(86),(4a)로 구성되고, 2중관의 내관(4a)에 수소원소 공급 장치로부터의 가스를, 외관(86)에 활성종 공급장치로부터의 가스를 분출시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
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