JPS63108723A - 基板表面処理装置および基板表面処理方法 - 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Ｊ 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、その同じ反応系内
で前記した工程に先立ち、電磁エネルギ例えばサイクロ
トロン共鳴を用いることによりフォトレジストをマスク
として異方性エツチングを行い、半導体集積回路（以下
しＳｔ　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。

ｒ従来技術Ｊ 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る光エツチング
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懸念がある。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
特徴を有する。

これらはそれぞれが独立した装置であり、耳互いにそれ
ぞれの特徴を用いた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つ同一装置内で行
う試みはなかった。

ｒ問題を解決すべき手段ｊ 本発明は、これらの問題を解決するため、被形成面のプ
ラズマエツチング、特に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、紫外光を用いたＵＶクリーニング（紫外光を
用いたクリーニング）を同一反応装置内で行わんとする
ものである。特に同一反応系とした１つの反応装置内に
紫外光発光手段と、プラズマエツチング手段とを有する
。

さらに本発明においては、紫外光をプラズマアッシング
を含むプラズマエツチング中も実行せしめ、この活性状
態の気体を紫外光が照射されている雰囲気に導き、プラ
ズマエツチングの電磁エネルギの共鳴を行いつつ、活性
状態を持続するように光エネルギを与える。さらにこの
活性状態の反応性気体を被形成面に導き、この反応性気
体が被形成面上を「表面泳動」して等方性エツチングが
されるようにさせ得る。

「作用ｊ するとこのプラズマエツチングとともに、光励起の技術
により、被形成面上のナチュラル・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したハイド
ロカーボンの被形成面への吸着を防ぐことができる。加
えて、このＵＶ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■−■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、この気体に紫外光励起
をさせて、またはまたはこれにマイクロ波励起を併用し
て行う。また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た。低圧水銀灯を用いて
１８５ｎｍの波長の光（強度は好ましくは５１／ｃ１１
１２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。

ＵＶクリーニングはその反応炉内を大気圧または減圧下
とする。還元雰囲気で行う場合、アンモニアを主として
用いた。するとこのアンモニアは、１８５ｎｍの紫外光
で分解し、活性水素を容易に放出し、ナチュラル・オキ
サイド例えば ＳｉＯ□　＋　４　Ｈ→　５１＋　　２１１□０↑Ｃｎ
Ｈｚ６Ｂ　＋　　ｍＨ−＋　　ｎ’ｃｌＩａ↑として表
面をクリーニングできるからである。また酸化雰囲気で
ＵＶクリーニングを行う場合、酸素を用いた。すると ＣｎＨｚ＋＋＋ｚ　＋　ｍＯ−”　　ｎ’ｃｏｚ　＋　
ｎ”８２０　　↑で気化除去ができる。

さらにプラズマエツチングを用いるサイクロトロン共鳴
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）を用いる。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（
Ｎ２０．ＮＯ。

ＮＯ，）、酸化炭素（ＣＯ，Ｃ０ｚ）、水（Ｈ□０）又
窒化物気体としては窒素（ＮＺ）、アンモニア（ＮＨ３
）、ヒドラジン（！’ｈＨ４）、弗化炭素（ＮＦ：ｌ、
ＮＺＦ＆）またはこれらにキャリアガスまたは水素（Ｈ
□）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導く。かくして活
性の非生成物気体により処理面をエツチングさせること
ができる。特に処理面を等方性エツチングを行うため、
このエツチング室の上方より同時に波長１８５ｎｎ＋　
（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のみのエツチングを行うと異方性エツチ
ングを行い、ＥＣＲと紫外光との併用を行うと等方性エ
ツチングを行う。さらに紫外光のみのＵＶクリーニング
においては、表面の残存物を等方的に除去することを利
用している。これはＦ、ＣＲエツチングのエツチング用
気体のガス流には直接的であり、異方性エツチングに適
応する。Ｕ７かし紫外光を照射するとエツチング用活性
気体はエツチングされる処理表面を泳動（表面泳動）し
、等方性エツチングを助長する特性を利用している。

このため、選択的に設けられたフォトレジストを用いて
、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（シアワ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ＵＶクリーニングを行
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１ 第１図は本発明のＵＶクリーニング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（１０）の取
り出し口（１”）を有し、下部に基板（１０）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）を設け、加熱している。他方、容器（１′）
の上部には、渦巻き型を有し中央部に合成石英窓（２０
）を有する低圧水銀灯（６）により１８５ｎｍを有する
紫外光を基板上に５ｍＷ／ｃｍ２以上（好ましくは１０
〜ｉｏｏｍＷ／ｃｍ”）の強度となるように照射してい
る。

また非生成物気体をエツチング系（１３）よりステンレ
ス（２゛）で作られた共鳴空間（２）に供給する。

するとこの気体にマイクロ波を供給することのない場合
でも共鳴空間（２）を経て反応空間（１）に到り、ここ
で紫外光源（６）よりの照射を受け、活性化、励起する
。そしてこの活性化した気体が基板（１０）の被形成面
上に触れ、その表面をプラズマエツチングまたはプラズ
マアッシングする。同時に照射された紫外光によりここ
に吸着した汚物は紫外光に直接照射され、光化学反応を
し、併せてＵＶクリーニングが行われる。

この後、マイクロ波の供給を停止またはきわめて弱くし
、紫外光のみまたは紫外光を相対的に十分弱くして照射
し、基板の処理表面を照射する。

するとここではプラズマ化されたイオン種がないまたは
十分ないため、基板表面を損傷することなく、いわゆる
ＵＶクリーニングを行うことができた。

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等方性エッチ、
さらに表面のＵＶ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してＥＣＲエ
ツチングを行い、第２図（Ｂ）に示す如く、２５００八
／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２．４
５ＧＨｚの周波数を有し、３０〜５００讐の出力、例え
ば２００Ｗで調整した。磁場（５）　、　（５“）の共
鳴強度は８７５ガウスとした。反応空間の圧力は０゜０
０２ｔｏｒｒ、非生成物気体として（１８）よりアルゴ
ンを５０ｃｃ／分で供給した。加えて弗化窒素（ＮＦ３
）を（１６）より２０ｃｃ／分で供給した。

このエツチングが完了した後、紫外光を導入し、酸素を
（１３）より導入した。するとフォトレジスト（２２）
はＥＣＲプラズマエツチング、即ちのアッシングにより
（２４）の部分のレジストを除去した。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（２５）が付
着しやすい。このため、このプラズマエツチングとＵｖ
ランプをオンとし、この基板上の全面に紫外光を照射し
た。

紫外光（６）は低圧水銀灯を用い、１８５ｎｍの光を放
出させた。

このＵＶクリーニングを行うため、反応室内の圧力は１
０〜１００　ｔｏｒｒ　とし、オゾンまたは酸素ラジカ
ルが残有する有機物（２５）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
ッチを鋭〈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、金属珪化物その他半導体集積
回路の製造プロセスを必要とするすべてを対象として実
施することができる。

「効果Ｊ 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ＵＶ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。

さらに本発明は、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
ＵＶクリーニングで除去させた。

反応系にてマイクロ波励起ＣＶＤ法で被膜を形成する。

本発明におけるＵＶクリーニング用の紫外光源として、
低圧水銀灯ではなくエキシマレーザ（波長１００〜４０
０ｎｍ）、アルゴンレーザ、窒素レーザ等を用いてもよ
いことはいうまでもない。

本発明の第１図は基板の上表面側にエツチング処理を行
った。しかしこの図面を上下逆とし、基板を下側または
横（垂直部）とし、光源、共鳴装置を上側または横倒と
してもよいことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光クリーニング式サイクロトロン共鳴
型光エッチ装置を示す。 第２図は本発明の工程を示す縦断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理表面を有する基板と、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表面をプラズマエ
   ッチングで処理する手段と、紫外光により励起、分解ま
   たは反応せしめた前記反応性気体により前記基板の処理
   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、プラズマエッチン
   グにより処理する手段は電子サイクロトロン共鳴方式を
   用いてすることを特徴とする基板表面処理装置。 ３、処理表面を有する基板を配設し、前記基板上にプラ
   ズマ化されたイオン種によりプラズマエッチングを行う
   工程と、該工程と同時またはその後に紫外光により励起
   、分解または反応した反応性気体を活性化せしめ、該気
   体により前記処理層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
   、紫外光を併用したプラズマエッチにより等方性エッチ
   を施し前記フォトレジストを除去する工程と、紫外光照
   射により紫外光クリーニングを行う工程とを有すること
   を特徴とする基板表面処理方法。