JPH0487319A - 乾式現像装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程に
おけるレジストパターンの形成のための反応性イオンエ
ッチングを利用した乾式現像装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程におい
ては、その加工されるべき基板上にポリイソプレン環化
物にビスアジドを混合したネガ型ホトレジストやノボラ
ック樹脂にキノンジアジド化合物を混合したポジ型ホト
レジストを塗布し、パターンマスクを介して水銀灯のｇ
線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）を用い
て露光し、現像液にて現像することによりレジストパタ
ーンを形成するホトリソグラフィ法が採用されている。

しかし、近年では半導体素子がさらに小型化し、基板上
に形成されるべきレジストパターンの最小寸法が１μｍ
以下、さらに０．５μｍ付近の領域に入りつつある。こ
のような寸法領域では、現像液を現像に用いる従来のホ
トリソグラフィ法を使用しても、特に段差構造を有する
基板が使用される場合には、露光時の光の反射の影響や
露光系における焦点深度の浅さなどの問題に起因して、
レジストパターンの十分な解像度が得られないという問
題が発生する。

このような問題を解決する方法として、特開昭６１−１
０７３４６号公報においては、光活性化合物とポリマー
を含むホトレジストをパターンマスクを介して露光し、
その露光部分に珪素化合物を選択的に作用させてシリル
化した後、酸素プラズマを発生させる反応性イオンエッ
チング装置を用いてシリル化しなかった部分をエッチン
グすることにより現像を行い、レジストパターンを形成
する乾式現像プロセスが提案されている。

このような乾式現像プロセスに用いられる反応性イオン
エッチング装置の例として、特開昭５８−１５１０２８
号公報および特開昭５９−１４０３７５号公報には、被
エッチング材の支持体であり、かつマイクロ波電力が印
加される陰極に、被エッチング材の表面に平行となるよ
うな磁界を発生する手段を内蔵させた反応性イオンエッ
チング装置が記載され、特開昭５８−１７００１６号公
報には、被エッチング材の支持体である陰極に対して垂
直な方向に磁界が形成される反応性イオンエッチング装
置が記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したホトレジストをシリル化し、酸素プラズマを用
いた反応性イオンエッチング装置によってレジストパタ
ーンを形成する乾式現像プロセスは、酸素プラズマに対
するレジスト表面のシリル化領域と非シリル化領域の反
応性が大きく異なることを利用してエッチングすること
によりレジストパターンを形成するものである。さらに
上述の反応性イオンエッチング装置を用いることにより
、半導体ウェハの表面近傍に形成されるプラズマシース
で正イオンが加速されてレジストの非シリル化部分をエ
ッチングするので、エッチングの異方性が大きく、従っ
てこの方法によれば、０．５μｍ以下のレジストパター
ンを精度よく形成でき、しかも高速現像が可能である。

しかしながら、このようにレジストのシリル化→反応性
イオンエッチングという工程を経てレジストパターンを
形成した場合、非シリル化領域がエッチングされて露出
されたシリコンウェハの表面にレジスト残渣が存在する
ことがある。

第２図は従来法によって存在する残渣の状態を示す模式
的断面図である。シリコンウェハ１の表面にレジスト２
が塗布されており、レジスト２の露光部分の表面近傍は
シリル化処理によってシリル化層３が形成されている。

レジストの未露光部分、すなわち表面にシリル化層をも
たない部分は酸素プラズマなどによる反応性イオンエッ
チングによって除去され、レジストパターンが形成され
る。しかし、レジストが除かれ、シリコンウェハの表面
が露出すべき部分に残渣４が存在する場合がある。かか
る残渣は、半導体素子製造のための引き続く工程の障害
となり、製造歩留りを低下させる。

前記残渣４をオージェ電子分光分析装置によって分析す
ると、シリコンの酸化物であることがわかる。この事実
は本来シリル化されるべきでない未露光のレジスト部分
がシリル化されたことを示唆するものであり、シリル化
後のレジスト表面には、第３図に示すように、迷光によ
って生じたシリル化層５が存在し、その厚さは１００〜
１０００スであると推定された。すなわち、この迷光に
よって生じたシリル化層中のシリコンが反応性イオンエ
ッチングの工程において酸素イオンと反応してシリコン
酸化物となり、残渣として残ると考えられ、従ってシリ
コン酸化物を生じさせることなく表面のシリル化層を除
去することができれば、残渣の発生を防ぐことができる
ことが予想される。

本発明は、レジストのシリル化と反応性イオンエッチン
グを組合せた乾式現像の長所を生かしながらエッチング
残渣の発生を防ぎ、もって半導体素子の製造歩留りを向
上させる乾式現像方法装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の乾式現像装置は、レジストを酸素を含むガスの
プラズマによってエッチングする乾式現像装置において
、ガスを導入してプラズマを発生させ、エッチングを行
う反応室、該反応室に酸素を含むガスを供給する手段、
該反応室内にプラズマを生成する手段、前記反応室内に
設けられた試料保持手段、および前記酸素を含むガスの
供給量を自動的に制御する手段とを有することを特徴と
する。

本発明が乾式現像、すなわち反応性イオンエッチングの
対象とするものは、主として半導体基体上に塗布され、
所定のパターンでシリル化されているレジストである。

好ましいシリル化されたレジストとしては、例えばキノ
ンジアジドとアルカリ可溶性樹脂とからなるレジストに
光を照射し、加熱し、さらに照射部をヘキサメチルジシ
ラザン、シリルクロライドなどのシラン化合物で選択的
にシリル化したレジストを挙げることができる。ここで
、アルカリ可溶性樹脂としては、水酸基を有するノボラ
ック樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂などを挙げること
ができる。

以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明を適用した連続乾式現像装置の一例の構
成を示す図である。この装置はプロセスチャンバー１０
．ロードロックチャンバー２０およびカセットチャンバ
３０を具え、カセットチャンバ３０内に収容された複数
枚の半導体ウェハを１枚づつ順次ロードロックチャンバ
ー２０を経てプロセスチャンバｌＯに送り、プロセスチ
ャンバ内でエッチングによる乾式現像処理を施されたウ
ェハは順次逆の経路をたどってカセットチャンバ３０に
もどる。このようにして複数枚のウェハを連続して現像
処理することができる。

本発明による乾式現像が実行されるプロセスチャンバ１
０内には電極１１が設置され、ＲＦ電源１２からマツチ
ングボックス１３を介してＲＦ電力が印加される。電極
１１は磁場を印加し得る構成とするのが望ましい。プロ
セスチャンバー１０は、バルブ２４を開け、ロータリー
ポンプで初期排気を行い、その後バルブ２４を閉じター
ボ分子ポンプおよびロータリーポンプで２　Ｘ　１．０
”’Ｔｏｒｒまたはそれ以下の圧力まで減圧される。ま
た、プロセスチャンバーにはガスボンベ１６からマスフ
ローコントローラ１７を介してプラズマ生成用のガスが
供給される。プロセスチャンバ１０内を所定の圧力に保
ち、その後プラズマ生成用のガスを所定の流量で流しな
がら、電極１１にＲＦ電力を印加して一方の電極である
プロセスチャンバー１０の壁１８との間にＲＦ放電を生
ぜしめてプラズマを発生し、プラズマ中のイオンで電極
１１上に保持されたウェハに塗布されたレジストをエッ
チングし現像する。現像の進行状態はエンドポイントデ
ィテクタ１９によって監視される。ディテクタ１９から
の出力信号は制御用コンピュータ４０に入力され、コン
ピュータ４０はその信号に従ってマスフローコントロー
ラ１７を操作してプラズマ生成用ガスの供給量を自動的
に制御し、またＲＦ電源の出力を本来の設定値に制御す
る。ロードロックチャンバ２０およびカセットチャンバ
３０はロータリポンプ２１によって５　Ｘ　１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒまたはそれ以下の圧力にまで減圧される。ウェハ
の輸送時にはゲートバルブ２２および２３は開放される
。現像操作時にはバルブ２４は閉じられ、バルブ２５お
よび３１は開放される。ウェハの輸送機構は図示を省略
しである。

前記例においては、エンドポイントディテクタの出力信
号をもとにプラズマ生成用ガスの供給量を自動的に制御
する手段を用いているが、タイマーなどにより、プラズ
マ生成用ガスの供給量を段階的に自動的に制御し、また
同時にＲＦ電源の出力を本来の設定値に制御する手段を
用いてもよい。また、プラズマ生成用ガスの供給量は、
段階的でなく連続的に制御することもできる。

本発明においては、基本的にはプラズマ生成用ガスの供
給量を自動的に制御することによって、表面の迷光によ
るシリル化層を除去する工程と、未露光のレジストを除
去する工程との２工程によって現像を行う。すなわち、
第１の工程において、高エネルギーのプラズマ粒子によ
ってレジストの表面層のスパッタエッチングを行い、第
２の工程において、除去すべき非シリル化部のレジスト
を最適の条件で反応性イオンエッチングにより除去する
。この際、第１および第２の工程においてプラズマ生成
用ガスの種類を変更せず、酸素含有ガスの流量を制御す
ることによってエッチングに寄与する酸素イオンのエネ
ルギーを制御する。

すなわち、エッチングにおいて、試料の表面近傍にプラ
ズマシースが形成されること、プラズマシースの電位差
は約５０〜１００Ｖであることは良く知られていること
である。プラズマ中のイオンはこの電位差によって試料
表面を衝撃するが、チャンバー内の圧力が高い時は、イ
オンはシース内で相互に衝突し散乱し、その結果、試料
表面に到達する酸素イオンの平均エネルギーは減少する
ことになる。一方チャンバー内の真空度を高めるとシー
ス内における酸素イオンの相互衝突による散乱が減少し
、イオンは高いエネルギーで試料表面に到達し、試料の
スパッタエッチングを行うことになる。

本発明においては、排気速度を一定に保ちながら酸素含
有ガスの供給量を第１工程では小さ（してチャンバ内の
圧力を低め、酸素イオンによってレジスト表面のスパッ
タエッチングを行う。この工程では高エネルギーの酸素
イオンによって衝撃されるので、レジスト表面に存在し
たシリコンも酸化されることなくスパッタエッチングが
行われ、排気される。このようにして、所定の表面厚さ
をスパッタエッチングを行った後、第２工程として酸素
含有ガスの流量を増加させ、チャンバー内の圧力を高め
て反応性イオンエッチングを行う。

第１の工程の終了の判定、すなわち酸素含有ガスの供給
量切替えの判定はプラズマ中のシリコン量の判定によっ
て行うことができる。すなわち、第１図の装置における
エンドポイントディテクタ１９として分光分析計を用い
、チャンバ１０内の雰囲気を導いてＳｉの発光強度を測
定し、迷光によるシリル化層がスパッタエッチングによ
り除去され非シリル化部のレジスト表面が現れると３１
の発光が減少することにより判定する。この時を第１工
程の終了時とすればよい。エンドポイントディテクタと
して質量分析計を用い、同様にＳｉ原子のスペクトル強
度の減少時をもって第１工程の終了時とすることもでき
る。さらに、特公昭６２−２３２５４号公報に開示され
ている探針法によってプラズマ中の電子温度を測定し、
その変化する時を第１工程の終了時とすることもできる
。

さらに流量とエッチング速度との関係をあらかじめ求め
ておき、所定の時間が経過した時に酵素含有ガスの供給
量を変る時間経過法を用いてもよい。この方法による時
は、通常、第１工程の時間を全乾式現像時間の８〜２５
％程度とするのがよい。

エンドポイントディテクタを使用する時はその出力信号
にもとづいて、時間経過法による場合は予め定められた
プログラムによって、制御コンピュータがマスフローコ
ントローラを動作させ、流量を制御する。

第１の工程における供給量は、その後の工程よりも少な
くするが、−船釣にはシリル化部分に対する非シリル化
部の反応性イオンエッチングの速度の選択比が最大とな
る供給量の％以下とする。

なお、この反応性イオンエッヂングの速度の選択比が最
大となる供給量は使用する装置により異なる。

プラズマ生成用ガスとしては、純酸素に限らず、Ｈｅ、
　Ｎｅ、　Ａｒ、　ｋｒなとの希ガス、またはＮｚ。

Ｈ，、ＧＯ，Ｃｏ２．　ＮＨ，、Ｎｏ、　Ｎｏ□などを
酸素と共に少量供給してもよい。

［実施例］ 次に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４．比較例ル レジストとしてキノンジアジド−ノボラック樹脂系レジ
スト（商品名ＰＬＡＳＭＫＡＳＫ　ＵＣＢ−ＪＳＲＥＬ
ＥＣＴＲＯＮ　Ｉ　Ｃ３■社製）を用い、シリコンウェ
ハ上にコーターを用いて厚さ１．５μｍのレジスト膜を
形成した。次いで、開口数０．５４の露光機を使用し、
パターンマスクを介して水銀灯のｇ！！（波長４３６μ
ｌ１１）をレジスト膜に照射した後、１６０℃で３分の
プリベーク処理を施し、ヘキサメチルジシラザンによる
】６０℃で４分の処理によりｇ線照射部のシリル化を行
った。

このようにしてレジストを塗布し、部分的にシリル化し
たレジスト膜を有するシリコンウェハを多数準備し、上
述した現像装置によって乾式現像を行った。

なお、使用した現像装置のプロセスチャンバーの内容積
は３０βであり、電極１１として直径２００ｍｍのマグ
ネトロン電極を使用した。また、電極１１は冷却可能で
あり、現像処理中、その上に保持されたシリコンウェハ
の温度は２０℃以下であった。

乾式現像においては、プロセスチャンバー１０内を高真
空に排気した後、プラズマ生成用ガスとして酸素ガスを
プロセスチャンバ内に供紹し、電極１１に１３．５６Ｍ
Ｈｚ、　１．ｏｏＯＷのＲＦ電力を印加して酸素ガスの
プラズマを発生させ、プラズマ中の酸素イオンによって
レジストの乾式現像を行った。

酸素ガスの供給量、現像後のパターン幅および残査の有
無を第１表に示す。

なお酸素ガス供給量を変化させて非シリル化部の反応性
イオンエッチングを行った結果、エッチング速度の選択
比が最大となる流量は７０３ＣＣＭ　（標準状態に換算
した流量　（ＣＣ／分））であった。

また、現像処理中のプロセスチャンバーｌＯ内の圧力は
１〜１０ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒであり、第１工程の終了
は、分光分析計によって判断した。

（以下余白） 第１表 第１表に示すように、本発明によって第１工程の流量を
少なく、第２工程の流量を第１工程の流量の２倍以上と
して現像した場合は残渣は全く存在しなかった。また形
成されたレジストパターンはほぼ所定の幅（０，５μｍ
）どうりであった。

一方、反応性イオンエッチングとしては最適条件とされ
る比較例１は、レジストパターンの幅は正確であったが
残渣が多量に存在した。

注）＊：所定のパターン幅＝０．５μｍ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればレジストの現像後
に残渣が存在しないので、半導体素子の製造歩留りを向
上させることができる。しかも排気速度を一定にしたま
までプラズマ生成用ガスの供給量を変化させるのでプラ
ズマを乱すことがなく、安定に現像を行うことができる
。さらにガス種を変えることなく流量のみを変化させる
ので、スルーブツトを低下させることなく、高速現像が
可能である。

本発明は、陰極に磁場を印加しない方式にも適用でき、
さらに、マイクロ波プラズマを利用した各種の方式にも
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の乾式現像装置の一実施例の構成を示す
図、 第２図は乾式現像後の残渣の状態を示す模式的断面図、 第３図は乾式現像前のシリル化されたレジストの状態を
示す模式的断面図である。 １・・・シリコンウェハ、 ２・・・フォトレジスト、 ３・・・シリル化層、 ４・・・残渣、 ５・・・迷光によって生じたシリル化層、ｌＯ・・・プ
ロセスチャンバー ＩＩ・・・電極、 １７・・・マスフローコントローラ、 １９・・・エンドポイントディテクタ。 ４八遣 ５送光によ−Ｔ主む゛だシソル化層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）レジストを酸素を含むガスのプラズマによってエッ
   チングする乾式現像装置において、 ガスを導入してプラズマを発生させ、エッ チングを行う反応室、 該反応室に酸素を含むガスを供給する手 段、 該反応室内にプラズマを生成する手段、 前記反応室内に設けられた試料保持手 段、および 前記酸素を含むガスの供給量を自動的に制 御する手段、 を有することを特徴とする乾式現像装置。