JPH0487322A - 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
ツ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
ｌｌ（波長４３６止）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０．５μ■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ツ
チング装置を用いてシリル化しなかった部分をエツチン
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
エツ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
エツ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、被エツ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ツ
チング装置が記載され、特開昭５８−１７００１６号公
報には、被エツ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ツチング装
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ツ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ツチングすること
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ツチング装置を用いることにより
、半導体ウェーへ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
エツチングするので、エツ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、上述の反応性イオンエツチング装置を用
いる場合、酸素原子または分子が負イオンになり易いた
めに酸素プラズマが不安定になり、エツチング状況が変
化し易く、またプラズマ生成室（現像室）の壁面との間
にアークプラズマが発生し易いという問題を有する。し
かもこのような問題は、酸素原子または分子が負イオン
になる確率はプラズマの状態によって微妙に異なるため
に、放電電圧、放電電流、圧力または酸素ガスの流量な
どの外部操作因子のみによって解決することができるも
のではない。

すなわち、プラズマ中では中性の条件によって 正イオン密度（ｎゆ） ＝電子密度（ｎ、）十負イオン密度（ｎ−）という関係
が保たれており、従って負イオン密度が増加すると電子
密度が減少するか、正イオン密度が増加するかのいずれ
かが起き、その結果、下記■および■に記載するように
プラズマの状態が変化し、エツチング状況にも変化が生
じるためである。

■電子密度（ｎ、）が減少するとプラズマのインピーダ
ンスが高（なり、放電電圧の上昇、放電電流の減少をも
たらす。放電電圧の上昇によって陰極に向う正イオンの
加速が増加され、陰極上に保持される半導ウェー八表面
のレジストへのイオンの衝撃が大きくなり、エツチング
状況が変化する。さらに、インピーダンスの上昇によっ
てアークプラズマの発生頻度が大きくなる。

■正イオン密度（ｎ、）が増加するとエツチングに関与
するイオンが増加するので、エツチング状況が変化する
。

このように、酸素プラズマは酸素原子または分子が負イ
オンになり易いことに起因して不安定になり易く、その
結果エツチングすなわち乾式現像の再現性を低下させ、
半導体素子の製造歩留りを低下させる要因となっている
。

本発明は上述した従来の問題を解決し、酸素プラズマを
安定させることによって再現性を向上し得る乾式現像装
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］ このような目的を達成するために、本発明は負イオンに
なり難いガスが酸素ガスに対して５〜６０体積％添加さ
れた酸素ガス含有ガスをプラズマ生成室に供給する手段
を有することを特徴とするレジストをプラズマによって
エツチングするための乾式現像装置を提供するものであ
る。

本発明の装置を用いることによって、負イオンになり難
いガスが酸素ガスに対して５〜６０％添加された酸素含
有ガスをプラズマ生成室に供給してプラズマを発生し、
該プラズマによってレジストのエツチングを行うことを
特徴とするレジストの乾式現像方法を実施することがで
きる。

ここで負イオンになり難いガスとしては、ヘリウム、ア
ルゴン、キセノン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、
水素および窒素のうちの一種また２種以上を用いること
ができ、特にヘリウム、アルゴン、水素または窒素を用
いることが望ましい。

負イオンになり難いガスの添加量が５％未満では効果が
な（，６０％を越えるとエツチング（乾式現像）された
後のレジスト表面が粗れるので好ましくない。特に好ま
しい添加量の範囲は酸素ガスに対して５〜３０％である
。

本発明が乾式現像、すなわち反応性イオンエツチングの
対象とするものは、好適には半導体ウェーハ上に塗布さ
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。従って本発明はフェノール系ポリマーその他シリル
化可能な全てのレジストに適用でき、またいかなる方法
によってシリル化されたレジストにも適用できる。

なお、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とのシラン化合物で
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。

［作　用］ 本発明においては、負イオンになり易い酸素原子または
分子に負イオンになり難いガスを加えてプラズマを発生
させる。そのために負イオン密度（ｎ−）の増加が抑制
され、放電電流を運ぶ電子の密度（ｎ、）がほぼ一定に
維持されるので、プラズマのインピーダンスの変動が少
なく、プラズマは安定に維持され、さらに正イオン密度
（ｎ、）の増加も抑制される。従って反応性イオンエツ
チングが安定に行われ、乾式現像の再現性を向上させる
ことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

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３゜内に収容された複数
枚の半導体ウェーハを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
チャンバ内で現像処理されたウェー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
て複数枚のウェーハを連続して現像処理することができ
る構成を有するものである。

また、プロセスチャンバ１０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Ｒ
Ｆ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。なお、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　１０−’Ｔｏｒｒまたはそ
れ以下の圧力まで減圧することができる。また、プロセ
スチャンバーｌＯには酸素ガスボンベ１６Ａおよび負イ
オンになり難いガスのボンベ１６Ｂからそれぞれマスフ
ローコントローラ１７Ａおよび１７Ｂを介してプラズマ
生成用のガスが供給され、同時にプロセスチャンバｌＯ
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ｌＯ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ーハに塗布
されたレジストをエツチングし乾式現像を行う、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　１０−”Ｔｏｒｒまた
はそれ以下の圧力にまで減圧される。ここで、ウェーハ
の輸送時にはゲートバルブ２２およびゲートバルブ２３
は開放される。ウェーハの輸送機構は図示を省略しであ
る。

まず、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ＰＬＡＳＭＡＳＫ　（ＵＣＢ−ＪＳ
ＲＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ３■社製）を用い、シリコンウ
ェー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線（波長４３６
ｎｍ）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１
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ーハを多数準備し、
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ー
への温度は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ｌＯ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と共に
負イオンになり難いガスをプロセスチャンバ内に供給し
、電極１１に１３．５６ＭＨｚ、　１，０ＯＯＷのＲＦ
電力を印加して酸素含有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非シリル化部
のエツチングを行った。現像処理中のプロセスチャンバ
ーｌＯ内の圧力は、１〜ｌＯＸ　１０−”Ｔｏｒｒであ
った。

酸素の流量は７０ＳＣＣＭ一定とし、負イオンになり難
いガスの添加量を変化させてエツチングを行った。

第２図はヘリウム、アルゴン、水素および窒素をそれぞ
れ酸素に添加してプラズマを発生させ、エツチングを行
った時のアークプラズマの発生頻度とガス添加量の関係
を示したものである。５％程度のガスの添加によってア
ークの発生は減少し始め、７０％近（までその効果は持
続する。特に添加量が５〜３０％、さらに１０〜３０％
の範囲ではプラズマは極めて安定であった。

また、ガスの添加量を変えて乾式現像を行った後のレジ
ストパターンを検査し、各シリコンウェーハについて、
所定のパターン幅０．５μｍに対し、±５％以上変動し
たパターンを有するウェーハおよびレジスト表面の粗れ
が著しいウェーハを不合格とした。このようにして得ら
れた現像歩留りとガス添加量の関係を第３図に示す、２
％程度のガスの添加によって歩留りは向上し、５％以上
の添加によってその効果は顕著である。水素または窒素
を添加した場合は約ｌＯ％から６０％の添加量の範囲で
歩留り９０％が得られ、ヘリウムまたはアルゴンを添加
した場合は、添加量ｌＯ〜３０％の範囲において９５％
の高い歩留りで乾式現像を行うことができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば反応性イオンエツ
チングのためのプラズマを安定化させ、そのために高い
歩留りで乾式現像を行うことができる。

また、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反応性
イオンエツチングに適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得る乾式現像装置の一例の構成
を示す図、 第２図はアーク発生頻度と添加ガス量との関係を示す図
、 第３図は乾式現像の歩留りと添加ガス量との関係を示す
図である。 １・・・シリコンウェーハ、 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 １１・・・電極、 １７Ａ、１７Ｂ・・・マスフローコントローラ。 力ゞス矯如ｌ がス恣加１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）負イオンになり難いガスが酸素ガスに対して５〜６
   ０体積％添加された酸素ガス含有ガスをプラズマ生成室
   に供給する手段を有することを特徴とするレジストをプ
   ラズマによってエッチングするための乾式現像装置。