JPH06260470A - パターンに作成された金属層の清浄化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＤＭＤ装置または他の装置を製造する際、金
属エッチングから生ずる汚染物を、チップ毎ではなく、
ウエハの段階で除去することができる製造法を提供す
る。 【構成】 半導体ウエハのフォトレジスト層の上に金属
が沈着される。この金属層の一部分がエッチングで除去
され、それにより、要求された金属パターンが作成され
る。金属エッチング段階での生成物は、前記ウエハの表
面の無水フッ化水素蒸気エッチングで除去される。この
蒸気エッチングは、水蒸気とフッ化水素酸ガスの反応の
結果として行われる。この蒸気エッチングの後、ウエハ
の表面が水でリンスされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上に利用分野】本発明は、集積回路の製造に関す
る。さらに詳細にいえば、本発明は、スペーサ層の上に
パターンに作成された金属層の製造と、その後でスペー
サ層をエッチングで除去する、優れた特性を有する製造
法に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】ＤＭＤ（変形可能ミラ
ー装置）は、反射表面を有するマイクロ機械的画素素子
のアレイを備えた、１種の空間光変調器である。これら
の画素素子は電子的にアドレス指定可能である。画素素
子のこのアドレス指定により、光を「オン」位置または
「オフ」位置のいずれかに進むように、これらの画素素
子のおのおのの位置を選択的に定めることができる。画
素素子のアドレス指定されたアレイは、１つの画像フレ
ームを表す。この場合、それぞれの画素素子が光を画像
面に進める結果として、画像が形成される。この画像は
光電気装置により検出され、そしてそれを用いて、表示
または印刷コピーを得ることができる。

【０００３】典型的には、ＤＭＤの画素素子は、２進信
号を記憶するためのメモリ・セルを付随して有する。こ
の２進信号は、画素素子をその「オン」位置または「オ
フ」位置に駆動するであろう。多くのＤＭＤ設計の１つ
の利点は、画素のアレイを、メモリ・セルおよびアドレ
ス指定回路と同様に集積回路技術で製造することができ
ることである。

【０００４】ＤＭＤ画素アーキテクチャは、通常、変形
モードの種類により、すなわち、捩じりビームであるか
または片持ちビームであるかにより、区別することがで
きる。捩じりビーム画素は、空隙の上に保持された厚い
反射性ビームで構成され、そして、応力を受けてた２個
の薄い捩じりヒンジにより、２個の支持体の間に連結さ
れる。捩じりビームの下半分のアドレス電極が付勢され
る時、捩じりヒンジが捩じられ、そして、ビームはヒン
ジの軸のまわりに回転する。片持ちビーム画素は、空隙
の上に保持された厚い反射性ビームで構成され、そし
て、薄い片持ちヒンジにより１個の支持体に連結され
る。下のアドレス電極が付勢される時、片持ちヒンジが
曲り、そして、ビームの先端がアドレス電極に向けて偏
向する。

【０００５】捩じりビーム画素および片持ちビーム画素
の両方とも、典型的には、アドレス回路の上に製造され
る。このアドレス回路は、半導体ウエハの上に既に製造
されている。アドレス回路が製造されると、平らにする
ためのスペーサ層が、このウエハの上に取り付けられ
る。このスペーサ層により、滑らかな表面が得られる。
この滑らかな表面の上に、ヒンジおよびビームが作成さ
れる。次に、ヒンジおよびビームの要求された形状に、
金属層がパターンに作成される。最後に、等方的プラズ
マ・エッチングにより、このスペーサ層がビームの下か
ら除去される。それにより、ビームとアドレス電極との
間に、空隙が形成される。

【０００６】多くの製造工程では、金属のパターン作成
がウエハの段階で実行されることが好ましい。その場
合、保護被覆体がウエハ全体の上に取り付けられ、そし
て、ウエハが切断されてチップが作成され、その後、保
護被覆体が除去される。次に、プラズマ・エッチングが
行われて、スペーサが除去される。その際、空隙を作成
するために、金属パターンのアンダカットが行われる。
このように、スペーサの除去がチップの段階で行われ
る。

【０００７】この従来の製造工程の１つの問題点は、金
属層のパターン作成の際、スペーサの上に汚染層が生ず
ることである。この汚染層は、エッチングでは容易に除
去できない材料の混合物で構成される。

【０００８】図１は、スペーサ層１２の上に、この汚染
層１１を有するチップ１０の図面である。種々の層がウ
エハの形状で製造され、そして、このウエハが切断され
てチップが作成される。チップ１０は、このような多数
個のチップの中の１つのチップである。切断の前に、保
護被覆層１８がウエハ全体の上に沈着（デポジット）さ
れる。図１にはまた、アドレス回路１３、ミラー・ビー
ム１４、ヒンジ１５、以前の製造段階で作成された支持
ポスト１６、および、金属パターン作成のために用いら
れそしてまだ除去されていない酸化物層１７、が示され
ている。スペーサ層１２を除去する段階になった時、汚
染層１１はこの除去を妨げるであろう。スペーサ層１２
の除去が不完全であると、ミラー・ビーム１４の間に
「ウェビング」が生ずる。この「ウェビング」は、ミラ
ー・ビーム１４の特性を限定する。

【０００９】汚染層１１を除去するために行われる従来
の段階は、「必要な時」行われていた。したがって、ウ
エハが切断されてチップになるまでスペーサ層１２が除
去されないので、汚染層１１の除去はまたチップの段階
で行われる。けれども、このことは時間が不必要にかか
る。金属パターン作成の際生ずる汚染の清浄化を、チッ
プの段階で行う必要のない、製造法が要請されている。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の１つの特徴に
より、半導体ウエハのフォトレジスト層の上に沈着され
た金属層から、金属層をパターンに作成する方法が得ら
れる。関与する段階は、半導体ウエハのフォトレジスト
層の上に金属を沈着する段階で開始する。この金属層の
一部分がエッチングで除去され、それにより、要求され
た金属パターンが作成される。金属エッチング段階の生
成物は、前記ウエハの表面の無水フッ化水素蒸気エッチ
ングで、除去される。この蒸気エッチングは、エッチン
グ処理容器の中で実行される。この蒸気エッチングは、
水蒸気とフッ化水素酸ガスの反応の結果として行われ
る。この蒸気エッチングの後、ウエハの表面が水でリン
スされる。

【００１１】本発明の１つの技術上の利点は、金属エッ
チングから生ずる汚染が、チップ毎ではなく、ウエハの
段階における１つの工程で、除去されることである。前
もってアンダカットする清浄化は、チップの段階では必
要ではない。金属パターンの下のスペーサ層の完全なア
ンダカットは、金属パターンに影響を与えることなく、
達成することができる。

【００１２】本発明の製造法が、ＤＭＤのような特定の
装置を製造するのに用いられる時、製造工程は短くな
り、そして、装置それ自身の動作も優れたものとなる。

【００１３】

【実施例】図２Ａ〜図２Ｆは、ウエハ２０の上の金属パ
ターンの製造工程を示す。この製造工程において、ウエ
ハの段階で汚染層１１が除去される。ウエハ２０は最終
的にはチップに切断されて、ＤＭＤが作成される。１個
の画素素子のみの横断面図が示されている。実際のウエ
ハ２０は、このような画素素子を数千個有するであろ
う。

【００１４】スペーサ層１２の上の金属層２１をパター
ンに作成することに関し、層毎の種々の工程段階が示さ
れている。ＤＭＤは、スペーサ層の上の金属パターンを
パターンに作成することにより製造される、集積回路の
１つの例である。この例では、スペーサ層が後で除去さ
れ、それにより、金属素子の下に空隙が作成される。

【００１５】本発明の方法は、集積回路製造技術を用い
てウエハ形状に製造され、かつ、金属層がパターンに作
成される、他の任意の種類の製品に対し役立つであろ
う。けれども、本発明は、ＤＭＤのような製品に対し、
特に役に立つであろう。それは、ＤＭＤでは、汚染層１
１が、後の工程段階の支障となるからである。ＤＭＤの
場合、汚染層１１は、金属パターンの下のスペーサ層１
２のアンダカットが行われるという支障を生ずる。

【００１６】図２Ａにおいて、スペーサ層１２が、ウエ
ハ２０のアドレス回路１３の上に取り付けられる。この
実施例では、スペーサ層１２はフォトレジスト材料で作
成されるが、エッチング可能な他の任意の材料であるこ
とができる。スペーサ層１２がエッチングされて、ホー
ルが作成され、そして、その全体の上に金属層２１が整
合して沈着される。その後、金属層２１の全体の上に、
酸化物層２２が整合して沈着される。下記で説明される
ように、金属層２１は、ビーム１４および支持ポスト１
６になるであろう。酸化物層１７はエッチングの目的の
ためのものであり、最終的には、除去されるであろう。
前記のパターン作成工程において、ヒンジ１５は既に作
成されている、と仮定される。

【００１７】図２Ａに示されたＤＭＤは、支持ポスト１
６を有する片持ちビームＤＭＤである。本発明の製造工
程は、スペーサ層１２の一部分が支持ポストとして残る
ように、スペーサ層１２が部分的にだけアンダカットさ
れるというような、他の種類のＤＭＤに応用することが
できる。

【００１８】図２Ｂに示されているように、酸化物層２
２の上にフォトレジスト層が沈着され、そしてパターン
に作成され、それにより、フォトレジスト・マスク２４
が作成される。このマスク２４は、エッチング段階であ
る次の段階において、酸化物層２２がエッチングにより
除去されないように保護する。マスク２４は、金属層２
１がエッチングの後に残り、ビームを形成するはずの領
域に対応する。フォトレジスト・マスク２４は、従来の
フォトレジスト・パターン作成技術と露光技術とを用い
て、作成される。

【００１９】図２Ｃに、ビーム酸化物マスク１７が示さ
れている。ビーム酸化物マスク１７は、ビーム１４が作
成される領域に対応する。ビーム酸化物マスク１７は、
フォトレジスト・マスク２４により保護されていない酸
化物層２２の領域がエッチングにより除去された後、残
る領域である。この酸化物エッチングの後、フォトレジ
スト・マスク２４が従来の技術により除去される。

【００２０】図２Ｄは、金属層２１がエッチングされて
ビーム１４が作成された後のウエハ２０を示す。酸化物
マスク１７は、エッチングで除去されるべきでない金属
層２１の面積領域を保護する。このエッチングはプラズ
マ・エッチングである。このエッチングは、金属層２１
の保護されていない部分をスペーサ層１２の表面まで除
去する。この金属エッチングの結果、フォトレジスト層
１２の表面上に、汚染層１１が残る。

【００２１】図２Ｅは、本発明によるフッ化水素酸蒸気
清浄化による汚染層１１の除去の段階を示す。本質的に
は、この清浄化工程は、乾式無水ＨＦエッチング剤と湿
式リンス剤とを組み合わせる。２段階清浄化工程では、
汚染層１１はＨＦエッチングにより除去され、その結
果、水溶性の生成物ができ、そして、この水溶性生成物
が湿式リンス剤により除去される。

【００２２】汚染層１１を除去する工程は、ウエハ２０
が処理容器の中に配置されている間に実行される。清浄
化工程の基本的段階は、下記の通りである。 （０） 雰囲気ガスを除去するために、および、背景の
水のレベルを下げるために、処理容器の中に高速パージ
窒素ガスを導入する段階。 （１） 反応物に対する搬送ガスとしての役割を果たす
ように、窒素ガスの流量を、選定された流量にまで小さ
くする段階。その圧力は、ガスの分布が均一になること
を推進するために、わずかに正の圧力に安定化される。 （２） ウエハ２０の表面上に水の薄層が凝結できるよ
うに、予め定められた流量の水を含んだ窒素ガスを添加
する段階。これは、事実上、水蒸気「前処理」である。 （３） 予め定められた流量の無水ＨＦを添加する段
階。搬送ガスおよび水蒸気のための窒素ガス流量速度は
また、予め定められたレベルに調整される。このことに
より、窒素ガスと、水蒸気と、ＨＦガス成分とを用い
て、ウエハ２０の表面のエッチングが行われる。その結
果、ＨＦ蒸気が生じ、このＨＦ蒸気がウエハ２０の表面
をエッチングする。予め定められた時間の間、このエッ
チングが継続される。このエッチングにより、汚染層１
１が除去される。 （４） エッチング反応物を除去するために、高流速窒
素パージ・ガスでリンスする段階。 （５） エッチング生成物を除去するために、脱イオン
化リンス水でリンスする段階。 （６） 水でのリンスを中止し、そして、スピン乾燥速
度を次第に増大する前にウエハ２０の上の水を除去を行
う段階。 （７） 酸化物の再成長を防止するために、窒素ガスで
ウエハをスピン乾燥する段階。 前記工程の温度状態および圧力状態は、特に断らない限
り、雰囲気状態である。

【００２３】前記清浄化工程を、市販されている気相エ
ッチング装置で実行することができる。このような装置
の１つの例は、ＦＳＩインタナショナルにより製造され
ているエクスキャリバ（Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ）装置であ
る。この装置とその動作は、「Ｇａｓｅｏｕｓ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅ
ｍｏｖｉｎｇ Ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ Ｓｕｂｓｔｒａ
ｔｅｓ」と題する米国特許第４，７４９，４４０号に開
示されている。この特許の内容は、本発明の中に取り込
まれている。気相エッチングの場合、ウエハは封止され
たエッチング反応容器の中でエッチングが行われ、そし
てその後、ウエハがリンス容器の中に送られる。

【００２４】エクスキャリバ装置を用いて実行すること
ができる気相清浄化／湿式リンス「処方」の１つの具体
的な例が、下記の表に示されている。下記の表の段階番
号は、前記の段階の番号に対応する。反応物は、リット
ル毎分（ｌｐｍ）および立方センチメートル毎分（ｃｃ
ｍ）で測定される。ウエハ２０は、反応容器の中の台の
上で、回転数毎分（ｒｐｍ）で表された速度で回転す
る。

【００２５】

【表１】

【００２６】前記表において、Ｎ₂ Ａに記載されている
事項は、１次窒素ガス流量である。Ｎ₂ Ｂに記載されて
いる事項は、気相形式の装置に特有の低領域「バックサ
イド」流量である。

【００２７】気相清浄化法の１つの利点は、それが選択
的であること、すなわち、ビーム１４またはスペーサ層
１２をエッチングすることなく、汚染層１１のみを除去
することである。スペーサ層１２は、それがチップの段
階で除去されることが必要となるまで、切断工程の間、
完全な形のままである。

【００２８】図２Ｆは、汚染層１１が除去された後のウ
エハ２０を示す。次の段階は、チップに保護被覆を取り
付けること、および、チップを切断することである。図
１と比べた場合、前記で説明した処理工程の結果、先行
技術の方法における汚染層１１は、チップの段階で存在
しないであろう。

【００２９】実際に検査したところ、１つの特定のウエ
ハ試料に対し、汚染層１１は、二酸化シリコン、有機材
料、フッ化ポリマ（Ｈ₄ Ｃ₅ Ｏ₃ Ｆ₆ ）、および、酸化
アルミニウムの形状で、１２．９％の酸素濃度を有する
ことが分かった。酸化アルミニウムおよび二酸化シリコ
ンの濃度は、それぞれ、６．１％および１．６％であっ
た。層１１の中の汚染物の性質のこの分析は、スペーサ
層１２の除去の間、「ウエビング」の特有の原因を暗示
する。気相清浄化の後、これらの酸素含有成分の濃度
は、８．１％にまで減少した。二酸化シリコンおよび酸
化アルミニウムの濃度は、わずかな量にまで減少した。

【００３０】本発明が特定の実施例について説明された
けれども、前記説明は、本発明が前記実施例に限定され
ることをを意味するものではない。開示された実施例を
種々に変更した実施例、および、また別の実施例の可能
であることは、当業者にはすぐに分かるであろう。した
がって、請求の範囲は、本発明の範囲に入る変更実施例
をすべて包含することを断っておく。

【００３１】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 半導体ウエハの上のフォトレジスト層の上に金
属層を沈着（デポジット）する段階と、所望な金属パタ
ーンを作成するために前記金属層の一部分を金属エッチ
ングにより除去する段階と、前記ウエハの表面の無水フ
ッ化水素気相エッチングにより前記エッチング段階の副
生成物を除去する段階と、前記ウエハの表面を液体でリ
ンスする段階と、を有する、半導体ウエハの上のフォト
レジスト層の上に沈着された金属層をパターンに作成す
る方法。

【００３２】（２） 第１項記載の方法において、前記
金属エッチング段階が、前記金属層の上に酸化物層を沈
着する段階と、前記酸化物層の上にフォトレジスト層を
沈着する段階と、前記所望の金属パターンに対応するフ
ォトレジスト・パターンを作成するために前記フォトレ
ジスト層をパターンに作成する段階と、前記所望の金属
パターンに対応する酸化物パターンを作成するために前
記フォトレジスト・パターンにより被覆されない前記酸
化物層部分を除去する段階と、前記酸化物パターンによ
り被覆されない前記金属層部分をエッチングにより除去
する段階と、により実行される、前記方法。

【００３３】（３） 第１項記載の方法において、副生
成物を除去する前記段階が水蒸気およびフッ化水素酸ガ
スにより実行される、前記方法。 （４） 第１項記載の方法において、前記水蒸気および
フッ化水素酸ガスが窒素搬送ガスにより搬送される、前
記方法。 （５） 第１項記載の方法において、副生成物を除去す
る前記段階の直前に水蒸気前処理が行われる、前記方
法。

【００３４】（６） 第１項記載の方法において、副生
成物を除去する前記段階の直前に窒素ガスの高流速パー
ジが行われる、前記方法。 （７） 第１項記載の方法において、副生成物を除去す
る前記段階の直後に窒素ガスの高流速パージが行われ
る、前記方法。 （８） 第１項記載の方法において、前記リンス段階が
水で実行される、前記方法。 （９） 第１項記載の方法において、前記リンス段階の
後、スピン乾燥段階をさらに有する、前記方法。

【００３５】（１０） スペーサ層の上の、エッチング
工程によりパターンに作成された、金属層と、前記金属
層の下のスペーサ層と、を有し、前記スペーサ層の表面
が前記金属層により被覆されない領域において露出さ
れ、かつ、前記表面の前記露出された領域が、フッ化水
素蒸気でそれらをエッチングする段階と湿式リンスでそ
れらをリンスする段階とにより、汚染物が清浄化され
る、基板の上の離れた位置に金属パターンを備えた、後
でチップ形状に切断される、ウエハ。 （１１） 第１項記載のウエハにおいて、水蒸気とフッ
化水素酸ガスとの流れによる気相エッチングで前記スペ
ーサ層がエッチングされる、前記ウエハ。

【００３６】（１２） エッチング工程によりミラー素
子としてパターン作成された金属層と、前記金属層の下
のスペーサ層と、を有し、前記スペーサ層の表面が前記
金属層により被覆されない領域において露出され、か
つ、前記表面の前記露出された領域が、フッ化水素蒸気
でそれらをエッチングする段階と湿式リンスでそれらを
リンスする段階とにより、汚染物が清浄化される、基板
の上の離れた位置にミラー素子のパターンを備えた、変
形可能ミラー装置チップに切断される、ウエハ。

【００３７】（１３） 第１２項記載のウエハにおい
て、水蒸気とフッ化水素酸ガスとの流れによる気相エッ
チングで前記スペーサ層がエッチングされる、前記ウエ
ハ。 （１４） フォトレジスト層の上の金属パターンがエッ
チングされる、変形可能ミラー装置または他の任意の装
置の製造法が得られる。前記製造法は、金属エッチング
の結果として生ずる汚染層１１を除去する段階を有す
る。この除去段階は、無水フッ化水素エッチングとその
後の湿式リンスとを、ウエハの段階で行うことにより達
成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属層のエッチングにより生ずる汚染層をスペ
ーサ層の上に有する、半導体チップの図。

【図２】ウエハの上に金属パターンを製造する工程図で
あって、Ａ〜Ｆはウエハの段階での図１の汚染層を除去
する順次の工程図。

【符号の説明】

１１ 汚染層 １２ 金属層 ２１ スペーサ層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの上のフォトレジスト層の
   上に金属層を沈着する段階と、 所望の金属パターンを作成するために前記金属層の一部
   分を金属エッチングにより除去する段階と、 前記ウエハの表面の無水フッ化水素気相エッチングによ
   り前記エッチング段階の副生成物を除去する段階と、 前記ウエハの表面を液体でリンスする段階と、 を有する、半導体ウエハの上のフォトレジスト層の上に
   沈着された金属層をパターンに作成する方法。
2. 【請求項２】 スペーサ層の上の、エッチング工程によ
   りパターンに作成された、金属層と、 前記金属層の下のスペーサ層と、 を有し、前記スペーサ層の表面が前記金属層により被覆
   されない領域において露出され、かつ、前記表面の前記
   露出された領域が、フッ化水素蒸気でそれらをエッチン
   グする段階と湿式リンスでそれらをリンスする段階とに
   より、汚染物が清浄化される、基板の上の離れた位置に
   金属パターンを備えた、後でチップ形状に切断される、
   ウエハ。