JPH07118475B2 - 基板表面処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、マイクロ波と磁場との共鳴反応を用いた基板
の表面処理に関する。

また、本発明は、マイクロ波と磁場との共鳴反応を用い
て基板の処理表面内を同一装置内でプラズマエッチング
またはこれらと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、プラズマエッチング方法、光
エネルギにより反応性気体を活性にさせて行う光エッチ
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く、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。

『従来技術の問題点』 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（凹凸を有する方面の凹部をより凹状に
化学反応により除去すること）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。

『問題を解決すべき手段』 本発明は、選択的に設けられた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共鳴相互作用
の生じる共鳴領域に非生成物気体（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）を導入してプラ
ズマ化せしめて発生させた反応性気体のイオン種により
プラズマエッチングを行うことにより前記処理表面を有
する被エッチング部材を除去することを特徴とする基板
表面処理方法である。

また、本発明は、磁場および電場の共鳴相互作用の生じ
る共鳴領域にエッチング用非生成物気体を導入して該気
体をプラズマ化し、該プラズマ化した気体を用いて、処
理表面上に選択的に設けられたフォトレジストをマスク
として前記処理表面を異方性プラズマエッチングする工
程と、前記共鳴領域でプラズマ化させた酸化物気体によ
り前記フォトレジストを除去することを特徴とする基板
表面処理方法である。

『作用』 本発明は、磁場および電場の相互作用を用いて処理用表
面のプラズマエッチング、特に処理用表面での異方性の
プラズマエッチングおよびフォトレジストのプラズマア
ッシングを行う。

プラズマエッチングまたはアッシ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、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。

エッチングまたはアッシング用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（N₂O,NO,NO₂），酸
化炭素（CO,CO₂），水（H₂O）、エッチング用のハロゲ
ン化物の気体として弗化炭素（NF₃,N₂F₆），塩化炭素
（CCl₄,H₂CCl₂）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をさせる共
鳴領域にて活性化せしめ、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
理面をプラズマエッチングさせることができる。

また、さらにプラズマエッチングまたはアッシング工程
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UVエッチングまたはUVアッシング等の紫外光処理を
同一反応装置内で行ってもよい。

処理面で等方性エッチングを行わんとする場合には、こ
のエッチング室の上方より同時またはその後に波長185n
m（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〜50
0℃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ッチングを助長させることができ
る。

すなわち、ECR条件下のみのプラズマエッチングを行う
場合は異方性エッチングとなるが、ECR条件下のプラズ
マエッ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ッ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。

本発明は、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場合に、特に有効である。

以下に実施例に従い本発明を示す。

『実施例１』 本実施例においては、紫外光処理型マイクロ波励起のエ
ッチング装置を用いた基板表面処理方法を示す。

紫外光は、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
域を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う。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。

電磁エネルギを利用した紫外光源は強光のため、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III−Ｖ
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ECRエッチン
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ッチング（アッシン
グ）を行う。

また、紫外光源として、ECR条件を利用した共鳴空間に
水銀蒸気を混入して共鳴発光波長の185nmの光（強度は
好ましくは10mW/cm²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。

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。

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、エッチン
グ用活性気体がエッ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
ッチングを助長する特性を利用している。

このため、後えばその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ッチングをECRエッ
チング（シァ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る。

第１図は、紫外光処理型マイクロ波励起のエッチング装
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、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
ラズマエッ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（18）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
たは酸素（アッシング用）またはNF₃（エッチング用）
等を導入し、プラズマ化した反応性気体を発生させる。

かくして紫外光を第１の空間（２）で発生せしめて、同
時またはその前または後にECR共鳴領域でのプラズマを
用いてエッ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ッチング、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。

『実施例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して酸化珪素のECR
プラズマを用いて異方性エッチングを行い、第２図
（Ｂ）に示す如く2500Å／分のエッチング速度で酸化珪
素の異方性エッチング（23）を行うことができた。即
ち、マイクロ波は2.45GHzの周波数を有し、30〜500Wの
出力、例えば200Wで調整した。磁石（５′），（５″）
の共鳴磁場強度は875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0.002torr、非生成物気体のエッチング用気体として
弗化窒素（NF₃）を（25）より20cc/分で供給した。

このエッ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、185nm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２図（Ｃ）に示
す如く、ECRプラズマエッチング、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、このプラズマエッチングと第
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10〜100torr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。

このエッ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ッチング用の反応性気体
を変えることにより実施することができる。

『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ECRプラズマエッチング、有機物のプラズマエッ
チング（アッシング）を行い、またさらにその後の表面
の紫外光クリーニングを行ったものである。

特に本発明のECR共鳴空間にエッチング用気体を導入し
てプラズマ化するため、プラズマ化の活性度が著しく大
きい。このためフォトレジストをマスクとして行う基板
の選択的異方性エッチングが可能となる。

またこの異方性エッ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ッチングを行うことを
可とし、同じプラズマエッチング手段により異方性エッ
チングおよび等方性エッチングを使い分けることも可能
となった。

本発明において、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
いて行った場合、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ることもできた。

第１図において、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ECRの共鳴領域にエッチング用気体を導入して
反応性気体を活性化して、ECRのエッチング、アッシン
グおよびクリーニングを例として示した。

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
（18））を除去してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例における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、実施例における工程を示す縦断面図である。 １……反応空間 ２……紫外光発生用の第１の空間 ２′……エッ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′,5″……磁石 ９……排気ポンプ 10……基板 11……水銀バブラ 13……ドーピング系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】選択的に設けられた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共鳴相互作
   用の生じる共鳴領域に非生成物気体を導入してプラズマ
   化せしめて発生させた反応性気体のイオン種によりプラ
   ズマエッチングを行うことにより前記処理表面を有する
   被エッチング部材を除去する工程と、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させ
   た紫外光により励起、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。
2. 【請求項２】磁場および電場の共鳴相互作用の生じる共
   鳴領域にエッチング用非生成物気体を導入して該気体を
   プラズマ化し、該プラズマ化した気体を用いて、処理表
   面上に選択的に設けられたフォトレジストをマスクとし
   て前記処理表面を異方性プラズマエッチングする工程
   と、前記共鳴領域でプラズマ化させた酸化物気体により
   前記フォトレジストを除去する工程と、磁場および電場
   の共鳴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。