JPH0526329B2

JPH0526329B2 -

Info

Publication number: JPH0526329B2
Application number: JP58030516A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Komya
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1983-02-25
Publication date: 1993-04-15
Also published as: JPS59155935A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、基板に対し、所定のパターンに従つ
て光プラズマエツチや光プラズマ酸化等、光プラ
ズマ反応を起こさせることにより、基板上に当該
パターンを形成する方法に関し、特に、そうした
パターンの形成と同時に、ないしは同一の装置系
により、光プラズマ反応によつて傷んだ部分のア
ニールも行なえる方法に関する。

従来から報告されているプラズマエツチにおい
ては、レジストパターンをあらかじめ形成するこ
とによつて保護マスクとし、全面プラズマ反応を
行わせることによつて、パターンエツチを行つて
いる。

また減圧した酸素の放電（酸素のプラズマ）内
で半導体や金属の表面に酸化膜を成長させるプラ
ズマ酸化は低温で、高速のプロセスとしての特徴
をもつ。放電状態や試料に電圧を印加するか否か
によつて、非陽極プラズマ酸化、高密度プラ
ズマ内での酸化、プラズマ陽極酸化などに大別
されている。いづれの場合も保護マスクを基板上
に付加しない限り、選択的なパターン酸化は不可
能であつたし、また、単なる光プラズマ処理では
なく、光が介在した状況下の光プラズマ反応を利
用する公知手法においても、そうした光プラズマ
反応の結果として傷んだ部分のアニールについて
は全く考えられていないか、少なくとも全く別途
な装置系にて行なう程度の認識しかなかつた。

本発明は、このような実情に鑑みて成されたも
ので、閉ざされたプラズマ反応室内に収められて
いる基板に対し、所定のパターンに従つて光プラ
ズマ反応を起こさせる場合に、反応室の外部から
すでに所定のパターン情報を持つた光ビームを照
射し、したがつて基板に密着させるか、あるいは
近接させるマスクを不要としながら、なおかつ高
い精度で、当該所定パターンに従つた部分の光プ
ラズマ反応を可能とすると共に、そうした光プラ
ズマ反応により傷んだ基板部分のアニールも同時
に、ないしは同一の装置系により行なえる方法を
開示せんとするものである。

したがつてまた、このような目的を達成した本
発明の装置は、プラズマエツチのパターン化とそ
のエツチング深さの制御、エツチング面の同時ア
ニール等に有効に利用できるものとなり、プラズ
マ酸化に関して言えば酸化層のパターン化と深さ
の制御、そして酸化中または酸化後における当該
酸化パターン部分のアニールによる膜質の向上等
も可能なものとなる。

本発明の有効性を示すために以下に各実施例に
つき詳記する。

第１図は本発明の実施に用いる一装置列を示し
ていて、複数の光ビームにパターン情報を与え、
投影光学系を介して、プラズマガス雰囲気中にあ
る基板上にレーザまたは光ビームパターンを投影
することにより反応室内の基板部において光とプ
ラズマとが基板物質に作用することによつて生ず
る物質の変化をパターン化した状態で形成し得る
装置である。

第１図において、１Ａ，１Ｂ，１Ｃはそれぞれ
一定の波長域を有する光源である。

光源１Ａ，１Ｂとしてはたとえば大口径ArFエ
キシマレーザ（λ≒2000Å）またはArレーザ
（λ＝4880Å）を用いる。

光源１Ｃとしては局部的加熱用光源として、大
口径ルビーレーザ（λ＝6900Å）または大口径
Nd−YAGレーザ（λ＝6300Å、またはλ＝
1.06μ）を用いる。光源１Ａ，１Ｂはレーザを用
いないので、短波長域の光源でもよい。その選択
の基準は、プラズマと光が基板と相互作用を起し
て、物質の変化を起させる度合によつて決められ
るべきである。

考慮すべき要素としては、プラズマ中のイオン
種の光励起による活性化、基板のレーザ光による
局部的加熱、基板の局所的レーザアニール効果と
それらの相乗効果である。

次に２Ａ，２Ｂ，２Ｃはレーザ光源のもつコヒ
ーレンシイを除去するデイフユーザである。

光フアイバ束からなるデイフユーザを使用する
場合は、各フアイバの位置を調整することによつ
て、照射密度の均一化もはかることができる。

デイフユーザ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの後にコリメー
タ光学系３Ａ，３Ｂ，３Ｃを置く。３Ａ，３Ｂ，
３Ｃの後にそれぞれの光源からの光を開閉する高
速シヤツタ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを置く。場合
によつては、シヤツタの前に光源からの光量を調
整する目的でニユートラルデンシテイーフイルタ
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを置く。

シヤツタの後には光源１Ａ，１Ｂ，１Ｃの照射
面積を規定するスリツト５Ａ，５Ｂ，５Ｃを配
し、スリツト５Ａの後には光源１Ａに固有に与え
られたマスク６Ａをおく。同様に、スリツト５
Ｂ，５Ｃの後にも、対応する光源１Ｂ光源１Ｃに
も固別なものとして与えられたマスク６Ｂ，６Ｃ
を置く。マスク６Ａ，６Ｂ，６Ｃは光の光量が弱
い場合は、通常のマスク構造で良く、石英板上に
Crあるいは高融点金属膜を付着した後、フオト
エツチングなどでマスクパターンを形成したもの
でよい。しかし光源が強出力のレーザの場合は金
属膜は破壊されるおそれがあるので、その場合に
はレーザ光を吸収しない誘電体多層膜からなるパ
ターンを使用すればよい。マスクの次には、方向
変換用ミラー４Ａ，４Ｂを置く。

このミラー４Ａ，４Ｂは、誘電体多層膜を上下
部にもつ。例えば、４Ａのミラーは、上部より１
Ｃ光源の光を透過させると同時に１Ａ光源の横方
向からの光を直角に反射させて、これにより１Ａ
光源と１Ｂ光源の光の混合を行う。４Ｂを出た光
ビームはミラー系からなる反射投影光学系に入
る。

反射投影光学系３０は色収差がなく、波長を短
くしても解像力を上げることができる。また屈折
光学系に比べると焦点深度が深く採れる特徴があ
る。従つて、光源１Ａ〜１Ｃの波長が互いに異つ
ていても、パターン転写の精度は良好に保たれ
る。反射投影光学系は円弧状にしか結像性能の良
い部分がなく、面転写をするには、マスクとウエ
ーハを同時に光学系に対し、移動する必要があ
る。

図示の光学系は台形ミラー８と一対の凹面鏡
９、凸面鏡１０により、マスク像を基板上に等倍
転写する。基板１３はプラズマ等に侵されないよ
うに内部構造がつくられている反応室１１の中に
ある。反応室１１の一部には、石英ガラスからな
る窓１２があり、この窓を通してパターンが投影
される。ウエハー基板１３の下にはウエハー支持
台１４があり、ウエハー支持台１４は位置合わせ
機構１５に保持されている。

この位置合わせ機構１５にはθ方向の回転も可
能なものがよい。このような位置合わせ機構１５
によつてウエハーとマスクの位置合わせを可能に
する。これらはさらに移動台１６の上に載つてお
り、この移動台は既存の高精度のマスクとウエハ
ーの同時等速移動機構、又はステツプバイステツ
プ移動機構１７によつて制御される。この反応室
をあらかじめ高真空にする場合は、バルブ２７に
より排気する。石英窓１２の歪を予防する為に
は、外側も排気することが有効である。この反応
室には場合によつてバルブ１８から異なる種類の
ガスを夫々、バルブ２１，２２を通じて導入する
ことができる。

一方、プラズマは輸送管２３を通して導入する
ことができる。輸送管の前にはマグネトロン発振
によつて発生された2.45GHzのマイクロ波が導波
管２４ａに導入され、導波管の一部に石英管反応
部２５が挿入されている。導波管の終端は整合器
２４ｂによつてインピーダンス整合が採られてい
る。石英管の中に導入管２６を通してCF⁴＋O₂ガ
スを0.1Torr程度で導入する。この程度の圧力で
導入すると、発生したプラズマは電力の増大に対
してもほとんど広がらず安定な状態となり、ガス
の流量の変化に対しても整合条件はくずれない。

プラズマの輸送管部２３はテフロンコートにし
ておけば放電部で生じ活性種は約１ｍ離れた反応
室においてもあまり減衰することなしに反応室１
１に導入される。このような2.45GHzのマイクロ
波励起のプラズマエツチ法については従来から報
告されている。この方法によれば多結晶シリコ
ン、Si₃N₄、SiO₂、Nb、Ｗ、Mo、フオトレジス
ト等の各種薄膜がエツチングされる。

その条件はCF₄の圧力＝0.12Torr程度でPr＝
PO₂／P_CF4が０〜４程度まででエツチングが可能
である。このプラズマエツチング法の利点は反応
室１１において放電用の電極を必要としないこと
である。したがつて窓１２とウエハーの間には介
在物がなく、光学系からパターンを投影すること
ができる。これらの投影された光のパターンは投
影露光装置と同様の原理によつて１ミクロンの精
度をもつレーザ光による光の濃淡を投影する。し
かもこの光はエキシマーレーザ（λ≒2000Å）や
大口径ルービーレーザ（λ＝6900Å）やNd−
YAGレーザ（λ＝1.06μ）等を混合して投影する
ことができる。反応室内のプラズマは、これらの
光との相互作用でウエハーに物質の変化をおこさ
せる。

先にのべたようにCF₄＋O₂のガスは各種の物質
をエツチングすることができるが、本発明の装置
を用いれば光のあつたところはプラズマ光化学反
応又は基板の加熱効果によつて反応が促進され深
くエツチングされる。又プラズマガス圧等のプラ
ズマ形成条件を、その光をあてない時には、ほと
んど反応が起きない程度にしておき、レーザパタ
ーンが照射されると反応が促進されて、そこだけ
エツチングがおきることも期待されている。つま
りこのような条件を見つけることにより、レジス
トレスのパターン形成エツチングとなる。しかも
エツチされたウエハーの凹凸面はレーザ光によつ
てアニールされるので損傷を少なくすることもで
きる。結局、第２図に本発明によるパターンエツ
チの特徴を示すと次のようになる。光量を矢印の
長さで表すと、第２図Ａにおいて部分Ａと部分Ｂ
にそれぞれ異なる量ａ，ｂの光がマスク６Ａと６
Ｂによつて投影される。光源１Ｃには6000Å〜
1μｍ程度の長波長のレーザを局部加熱用として
使うので、これはマスク６Ａ，６Ｂのパターンに
共通に与えられるものとする。したがつて部分Ａ
では、エツチング反応が大量に進み基板にまで到
達することができる。一方、部分Ｂは光の量ｂが
少いので途中で終つていることになる。このよう
に同一素工程において深さのちがうエツチングを
レジストのような保護マスクを使わないでできる
ことは本発明の方法の著しい有利な点である。

第２図Ｂには導入ガスとして、O₂またはN₂を
もちいて、プラズマ活性化された酸素または窒素
によるプラズマ酸化または窒化の例が示されてい
る。

上記では、反射光学系について１対１の等倍の
転写方式についてのべた。この場合は波長が異つ
ていても色収差を少なくすることができることが
特徴であつた。

第１図に示した本発明のパターン投影装置にお
いて、光源が１Ａ，１Ｂ，１Ｃと三つあるのは複
雑な調整機能を発揮できる点で、高性能な構成で
ある。

しかし、レーザパターン投影光学系をより簡単
化して構成し、装置の製造コストをさげることも
重要で、たとえば一光源一光路ですますことも可
能である。

かりに１Ａ，１Ｂをエキマレーザのような短波
長光源、１Ｃをルビーレーザ、Nd：YAGレーザ
のような長波長光源だとすると次のように光源を
へらすことも可能である。

(1) １Ａ，１Ｂ，１Ｃのいづれか一つの光源のみ
とする。

エキミマレーザのみの場合は基板表面から浅
い領域のみの局所加熱によるアニール効果と
DeepUV領域のレーザ光と反応性プラズマとの
相互作用によるプラズマエツチの促進などにパ
ターン形成を加味することができる。また長波
長レーザのみの場合は表面から深い領域へ達す
る局所加熱のアニール効果とプラズマとの相互
作用などによる物質の変化にパターン形成作用
を加味させることができる。

(2) （１Ａ，１Ｃ）、（１Ａ，１Ｂ）のような二光
源の場合これらは上記(1)と第１図の場合の中間の場合
であつて、その作用効果は以上の例から容易に
類推できる。

一方、屈折光学系（レンズ系）を用いた場合
は、例えば第３図に示すように、光源１Ａ、光源
１Ｂの波長が異なると色収差が大きくなる。した
がつて両光源の波長は同一領域であることが望ま
しい。第３図示のようなレンズ系２８の転写の場
合には縮小投影露光装置の原理と同様に縮小パタ
ーンが転写できる。したがつてこの場合はマスク
６Ａ，６Ｂはウエハー１３と連動する必要はな
く、移動台１６を移動機構１７Ｂでステツプアン
ドリピートすることによつて全ウエハー領域をカ
バーできる。

この場合も一光源、一光路に光学系を簡単化す
ることは可能である。一光路系にした場合は第２
図ａに示したような異るる深さのエツチ孔を同時
に形成するや場所によつて物質ががことなる基板
部位（たとえばSiの部分、SiO₂の部分）にこと
なる光強度を照射することが困難になる。

以上のべた実施例のプラズマ反応が生起される
反応室においては、プラズマ発生のためのマイク
ロ波用電極や直流バイアス電極は必要としていな
い。これは2.45GHzのマイクロ波励起によつてプ
ラズマ中に長寿命ラジカルを生成できたからであ
る。

13.56Mz等の高周波によるプラズマ励起では、
プラズマ発生のための電極は反応室内に通常組み
込まれる。この場合も接地電位にある反応室外壁
の一部に石英窓をとりつけて、レーザパターン投
影を行うことは設計条件を適選すれば、困難では
ない。

以上述べたように、本発明を利用すれば、プラ
ズマエツチング、プラズマ酸化などのパターニン
グはすべて、レジストレス低温プロセスとするこ
とができる。

またプラズマエツチ、反応性イオンエツチ
（RIE）の場合は通常基板側に高周波電解が印加
されている。

一方プラズマデポジシヨン、アモルフアスSi：
Ｈのデポジシヨンなどの場合は基板は接地電位
で、反応室内の空間中に設置されたフローテイン
グ電極に高周波電界のための電極が設置されてい
る。

したがつて、RIEとプラズマデポジシヨンでは
反応機構および装置構成がちがつてくる。

しかし、いづれの場合も反応室の外壁の一部を
接地電位にして、石英板窓を配置することは可能
であり、本発明の光ビームによるパターン投影は
可能である。

したがつて、本発明の方法は適選された設計条
件のもとで、プラズマデポジシヨンへも適用可能
である。

ともかくも、本発明は独立に選択できる単数ま
たは複数の光ビームにより、同一時点で、単数ま
たは複数のプラズマが介在した効果として基板上
の複数の物質の変化を起すことができ、かつ、そ
うした光プラズマ反応の効果としての各種物質の
変化によつて生じた当該変化部分の傷みについて
も、同時に、ないしは同一の装置系にてアニール
処理することができるため、各種電子デバイス、
集積回路等の製造の能率向上、性能向上に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる装置の第一
例の概略構成図、第２図は本発明により形成され
るパターンの説明図、第３図は本発明方法の実施
に用いる装置の第二例の概略構成図、である。図中、１Ａ，１Ｂ，１Ｃは光源、６Ａ，６Ｂ，
６Ｃはマスク、１１は反応室、１２は窓、１３は
試料乃至基板、２３はプラズマ輸送管、２４ａは
導波管、２５は反応部、２８はレンズ系、３０は
投影光学系である。

Claims

【特許請求の範囲】１所望の波長帯域を持つ一本の光ビームの光路
途中にマスクを挿入することにより、該光ビーム
に該マスクの有するパターン情報を直接に与え；かつ、該パターン情報を持つ光ビームを基板に
対し、投影光学系を介して投影可能とすると共
に；該基板は、プラズマを含む反応室内に収め、該
基板に対する上記投影光学系からの上記光ビーム
の投影は、該反応室に設けられ、該光ビームに対
して透明な窓を介して行なわれるようにする一方
で；該光ビームは、上記反応室内において上記プラ
ズマの存在の下、光プラズマ反応により、上記パ
ターンに従つた基板部分に選択的に光プラズマ反
応を起こすビームであると同時に、該パターンに
従つた部分をアニールし得る光強度を持つ光ビー
ムでもあること；を特徴とするプラズマを用いたパターン形成法。２それぞれ所望の波長帯域を持つ複数本の光ビ
ームの各々の光路途中にそれぞれマスクを挿入す
ることにより、該各々の光ビームに該それぞれの
マスクの有するパターン情報を直接に与え；該それぞれのパターン情報を持つ上記複数の光
ビームを一本の光路に混合した後；該混合された上記複数の光ビームを基板に対
し、投影光学系を介して投影可能とすると共に；該基板は、プラズマを含む反応室内に収め、該
基板に対する上記投影光学系からの上記混合され
た複数の光ビームの投影は、該反応室に設けら
れ、該複数の光ビームの全てに対して透明な窓を
介して行なわれるようにする一方で；該複数の光ビームは、少なくともその一本が、
上記与えられた上記パターン情報に従つた基板部
分をアニールし得る強度を持ち、他の光ビーム
は、上記反応室内において上記プラズマの存在の
下、光プラズマ反応により、該基板の上記パター
ンに従つた基板部分に選択的に光プラズマ反応を
起こす光ビームであること；を特徴とするプラズマを用いたパターン形成法。