JP2000003903A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハのチャージアップダメージを抑制し
ながらレジストの剥離性を向上させることができるプラ
ズマ処理装置を提供すること。 【解決手段】 ウェーハ載台１１の設定電位と実電位と
の差に比例する信号Ｓｄを出力する第１の差動増幅器４
１と、この差動増幅器４１の出力とプラズマ電位センサ
３の出力Ｓｃとの差を出力する第２の差動増幅器４２
と、この第２の差動増幅器４２の出力Ｓｅに比例する電
位をウェーハ載台１１へ与える可変電源４５と、ウェー
ハ載台１１の設定電位を調整可能な可変抵抗器４６とを
備えた電位調整回路４を設け、ウェーハ載台１１に対
し、プラズマ電位に基づいた電位を与えることによって
ウェーハ１０に対する電界の大きさを調整可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アッシング工程や
エッチング工程など、プラズマを用いてウェーハ表面を
処理するのに用いて好適なプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程のひとつに、例えば、
反応性ガスのプラズマを利用してウェーハ上のレジスト
を除去するプラズマアッシング処理工程がある。図７
は、このプラズマアッシング装置の構成を模式的に示す
もので、主としてアッシングチャンバ１とプラズマチャ
ンバ２とから成っている。アッシングチャンバ１の内部
にはヒータを内蔵したウェーハ載台１１が収容され、処
理すべきウェーハ１０が一枚ずつ載置される。アッシン
グチャンバ１の内部は真空ポンプ１２により所定の真空
度にまで排気される。プラズマチャンバ２にはガス供給
管２１が接続され、ここを介して反応性ガス（例えば酸
素ガス）２２が内部に導入される。導入されたガスは、
プラズマチャンバ２の外部において巻回されたコイル２
３への高周波電流の通電によってプラズマ化され、プラ
ズマ２４中のラジカルをダウンフローさせてウェーハ１
０上のレジストを剥離、除去する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ダウンフローアッシャ
ーのレジスト剥離原理としては、酸素ラジカルやイオン
がレジスト中の炭素等と結合し一酸化炭素（ＣＯ）等と
して放出するとともに、ラジカルやイオンがレジストに
衝突することによってレジストをスパッタして剥離させ
る。このとき、電荷を帯びたイオンの照射によりウェー
ハ１０がチャージアップ（帯電）すると、素子が処理中
に劣化したり破壊されたりすることがあるので、このチ
ャージアップダメージを抑えるために、従来ではウェー
ハ載台１１を接地するようにしていた。

【０００４】しかしながら、この方法では、図８に示す
ようにウェーハ１０に絶縁膜１０ａが形成されている場
合、イオン９の電荷はこの絶縁膜１０ａ上に溜まってし
まうので、ウェーハ１０のチャージアップダメージはど
うしても避け切れないという問題がある。

【０００５】他方、チャージアップダメージを防ぐため
に、プラズマ電位の低いプラズマソースを用いてアッシ
ングすることも考えられるが、この場合、プラズマ２４
とウェーハ１０との間の電位差の減少で電界が弱くな
り、イオン９によるレジストへのアタックが得られなく
なるので、その分、レジストの剥離性が悪くなる。その
ため、今度はプラズマ電位を制御することが考えられる
が、従来ではこの制御にはプラズマソースの変更、つま
り機種変更しか手段がなかった。

【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ウェ
ーハのチャージアップダメージを抑制しながらレジスト
の剥離性を向上させることができるプラズマ処理装置を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明は、ウェーハが載置されるウェーハ載台
に対し、プラズマ電位に基づいた電位を与えることによ
って、ウェーハに作用する電界の大きさを調整可能とし
た。この構成により、ウェーハ載台の電位をプラズマ電
位と同じレベルにすれば、その間の電界の影響によるウ
ェーハへのイオンの照射をなくすことができ、また、ウ
ェーハ載台の電位をプラズマ電位に対して電位差が得ら
れるように任意に調整すれば、その間の電界の影響を受
けるイオンをウェーハに照射することができる。これに
より、ウェーハのチャージアップダメージの抑制、及び
レジストの剥離性の改善を図っている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、
プラズマ処理装置としてプラズマアッシング処理装置に
適用した例について説明するものとする。

【０００９】図１は本発明の実施の形態を示している。
なお、図において図７と対応する部分については同一の
符号を付している。本実施の形態におけるプラズマアッ
シング装置は、プラズマチャンバ２の内部に生成された
プラズマ２４の電位を測定するプラズマ電位検出手段と
してのプラズマ電位センサ３と、このプラズマ電位セン
サ３の出力に基づいてウェーハ載台１１に与える電位を
調整する電位調整手段としての電位調整回路４とを有し
ている。ウェーハ載台１１と電位調整回路４とは、フィ
ードスルー５を介して電気的に接続されている。

【００１０】電位調整回路４は、第１、第２の差動増幅
器４１、４２、正電源４３、負電源４４、可変電源４
５、及び、可変抵抗器４６とから成る。負電源４４は、
可変電源４５に相対する電源として、可変電源４５だけ
では出力できない負電圧を出力するために設置される。
負電源４４の電圧レベルは１０〜１００Ｖ程度で、ウェ
ーハ１０に印加したい最大電圧以上とされる。可変電源
４５は、ウェーハ１０に印加する電位を制御するために
設置され、その最大出力電圧は、ウェーハ１０に与える
電位の可変範囲を正負同範囲とするため負電源４４の倍
にする。正電源４３は、負電源４４に相対する電源とし
て設置され、負電源４４と同じ電圧レベルを有したもの
である。これら正電源４３と負電源４４とにより、ウェ
ーハ載台１１の電位を設定するための制御回路基準電源
とされる。可変抵抗器４６は、ウェーハ載台１１に与え
る電位を設定するためのもので、第１の差動増幅器４１
は、可変抵抗器４６により設定されたウェーハ載台１１
の設定電位と実際のウェーハ載台１１の電位との差に比
例する信号Ｓｄを出力する。そして、第２の差動増幅器
４２は、第１の差動増幅器４１の出力Ｓｄとプラズマ電
位センサ３の出力Ｓｃとの差を出力するもので、この出
力Ｓｅに基づいて可変電源４５が調整されることにな
る。

【００１１】次に、本実施の形態におけるプラズマ電位
検出手段としてのプラズマ電位センサ３について図３及
び図４を参照して説明する。本実施の形態におけるプラ
ズマ電位センサ３は、プラズマチャンバ２の外部から内
部へ挿通され、グランドに対してアンテナとなる金属
（電極部３１）をプラズマ２４中に露出させてその電位
を計測する静電センサで構成される。電極部３１と外部
とを電気的に接続する導線部３２は、プラズマ２４中の
イオンやラジカルと反応しない石英またはサファイアガ
ラス製の保護材３３で被覆されている。また、この保護
材３３によりプラズマ電位センサ３がプラズマチャンバ
２のチャンバ壁と電気的に絶縁されている。

【００１２】なお、電極部３１はプラズマ２４中にさら
されるので、イオンやラジカルと反応してウェーハ１０
への金属汚染源となるおそれがあるが、ウェーハ１０を
処理しようとする工程で許容でき、プラズマ温度に耐え
られる金属を使用する必要がある。例えばプラズマボリ
ュームが十分に小さく、プラズマ温度が低い場合にはア
ルミニウム、あるいは、炭素やけい素（何らかのドナー
又はアクセプターをドーピングし導電性を保ったもの）
を用いればよい。この場合、アルミニウム膜の成膜後で
あれば、電極部３１をアルミニウム金属で構成しても、
さほど大きな影響となることはない。また、電極部３１
だけでなく、その一部がプラズマ中にさらされる導線部
３２もまた同様な材料で構成されなければならない。さ
らに、このような金属汚染を少なくするためにプラズマ
電位センサを図５及び図６に示すように構成することが
できるが、これについては後述する。

【００１３】図２は、装置内部におけるウェーハ１０の
搬送機構を模式的に示したものである。アッシングチャ
ンバ１に隣接して設けられる搬送チャンバ１３の内部に
は、ウェーハ１０を複数枚収納したキャリア１６が装填
されており、このキャリア１６とアッシングチャンバ１
内のウェーハ載台１１との間に搬送アーム１５が設けら
れている。搬送アーム１５は、キャリア１６からウェー
ハ１０を一枚ずつ取り出してウェーハ載台１１に載置す
る作用を行うとともに、処理済のウェーハ１０をウェー
ハ載台１１からキャリア１６へ収納する作用を行う。

【００１４】本実施の形態は以上のように構成され、次
にこの作用について説明する。

【００１５】図２を参照して、ウェーハ１０がウェーハ
載台１１に載置されると、アッシングチャンバ１の内部
と搬送チャンバ１３の内部とを区画するゲートバルブ１
４が閉まり、その後、アッシングチャンバ１の内部が真
空ポンプ１２により所定の圧力まで真空引きが行われ
る。真空引きが終了すると、反応性ガス（酸素または酸
素にフッ素系ガスを添加したガス、あるいは水素系ガ
ス）２２をガス供給管２１を介してプラズマチャンバ２
の内部に供給し、プラズマチャンバ２を囲むように巻回
されたコイル２３にＲＦ電流を流してプラズマチャンバ
２内にプラズマ２４を生成させる。このプラズマ２４中
のラジカルをアッシングチャンバ１内へダウンフローさ
せてウェーハ１０上のレジストを除去する。このとき、
ウェーハ載台１１の内部に設置されたヒータによりウェ
ーハ１０が加速され、ラジカルとの反応が高められる。

【００１６】図１を参照して、ウェーハ載台１１は電位
調整回路４における可変抵抗器４６により設定される。
本実施の形態では、ウェーハ載台１１の電位Ｖ_T をプラ
ズマ２４の電位Ｖ_P に設定する。アッシング処理中、プ
ラズマ２４中のイオンがウェーハに照射されるときは、
ウェーハ載台１１にも照射されるので、これによりウェ
ーハ載台１１の電位Ｖ_T が変動する。この変動量α（ウ
ェーハ載台１１の設定電位と実電位との差）に比例する
信号Ｓｄが第１の差動増幅器４１によって出力される。
また、この第１の差動増幅器４１の出力Ｓｄとプラズマ
電位センサ３の出力Ｓｃとの差が第２の差動増幅器４２
によって出力され、この出力Ｓｅを受けた可変電源４５
からＳｅに比例する電位（Ｖ_P （＝Ｖ_T ）−α）がウェ
ーハ載台１１へ与えられる。したがって、プラズマ中の
イオンの照射によってウェーハ載台１１の電位が変動し
ても、電位調整回路４によってウェーハ載台１１の電位
がプラズマ電位に対して、常に０Ｖ（プラズマ電位と同
一電位）に維持される。これにより、プラズマ２４とウ
ェーハ１０との間に電界が生じることがなく、プラズマ
２４からウェーハ１０に加えられる電荷はダウンフロー
によるものだけであるので、ウェーハ１０のチャージア
ップダメージが抑制される。

【００１７】一方、ウェーハ載台１１の電位を常にプラ
ズマ電位に対して同電位とすると、ウェーハ１０に対す
るイオンアシストがほとんどない状態でのアッシング処
理となるので、レジスト残渣が発生しやすくなる。そこ
で、アッシング処理終了前の僅かな時間（０．００１〜
１０秒程度）のみ、可変抵抗器４６を制御してウェーハ
１０の電位をプラズマ電位に対して０〜１００Ｖの範囲
で変化させるようにすれば、プラズマ２４とウェーハ１
０との間に電界が生じてアッシング時におけるイオンア
シストが得られ、レジストの剥離性を向上させてレジス
ト残渣を減少させることができる。

【００１８】このように、レジストの剥離性を向上させ
つつも、ウェーハ１０のチャージアップダメージを発生
させないようにすることを目的として、ウェーハ１０に
電荷を与える時間を限定し、電位の設定をするのが望ま
しい。つまり、許容できるチャージアップダメージの範
囲内で、加える電荷量を電位と時間とで制御すること
で、レジストの剥離性を改善することができる。

【００１９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２０】例えば以上の実施の形態では、プラズマ処
理装置としてプラズマアッシング装置を例にとり説明し
たが、これに限らず、プラズマエッチング装置にも、本
発明は適用可能である。

【００２１】また、プラズマ電位検出手段を図５及び図
６に示すような構成にすることができる。すなわち、測
定原理は上述の実施の形態において説明したプラズマ電
位検出センサ３と同様であるが、電極部の構成が大きく
異なる。これは、石英またはサファイアガラス製の電極
カバー３５をプラズマ中に配置し、そのウェーハ載台１
１側とは反対側の面全域にわたって形成された複数のセ
ンサホール３６内にそれぞれ、電極部３７を分岐して収
容したものである。この構成によれば、プラズマにさら
される金属部分の量は少ないが、プラズマ電位を測定す
るのに十分に電極を露出できる。また、各電極部３７は
ウェーハ１０とは逆側に向いているので、これら各電極
部３７がスパッタされても直接ウェーハ１０に到達する
ことはなく、金属汚染を抑制することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のプラズマ処
理装置によれば、ウェーハ載台の電位をプラズマ電位に
対して設定した電位にすることができるので、ウェーハ
載台の電位をプラズマ電位と同等としてウェーハのチャ
ージアップダメージを抑制したり、ある程度の電位差を
与えることによりウェーハに電界を作用させてイオンア
シストを得るようにして、レジストの剥離性を向上させ
ることができる。これにより、ウェーハのチャージアッ
プダメージの抑制とレジスト剥離性の改善との調和を図
ることができる。

【００２３】また、プラズマ電位検出手段を請求項４に
記載した構成にすることにより、プラズマ処理中におけ
るウェーハへの汚染を大きく抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるプラズマアッシング
装置の制御系を示すシステム図である。

【図２】同プラズマアッシング装置の概要を示す模式図
である。

【図３】本発明に係るプラズマ電位センサの拡大断面図
である。

【図４】図３における［４］−［４］線方向断面図であ
る。

【図５】本発明に係るプラズマ電位センサの変形例を示
す斜視図である。

【図６】同要部の拡大断面図である。

【図７】従来のプラズマアッシング装置の要部を示す模
式図である。

【図８】同装置内における処理中のウェーハを模式的に
示す断面である。

【符号の説明】

１……アッシングチャンバ、２……プラズマチャンバ、
３……プラズマ電位センサ、４……電位調整回路、１０
……ウェーハ、１１……ウェーハ載台、２２……反応性
ガス、２４……プラズマ、４１……第１の差動増幅器、
４２……第２の差動増幅器、４３……正電源、４４……
負電源、４５……可変電源、４６……可変抵抗器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応性ガスのプラズマを利用してウェー
   ハ載台に載置されたウェーハの表面を処理するプラズマ
   処理装置において、 前記プラズマの電位を検出するプラズマ電位検出手段
   と、 前記ウェーハ載台の電位を調整可能な電位調整手段とを
   備え、 前記プラズマの電位に基づいて前記ウェーハに作用する
   電界の大きさを調整するようにしたことを特徴とするプ
   ラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記電位調整手段は、 前記ウェーハ載台の設定電位と実電位との差に比例する
   信号を出力する第１の差動増幅器と、 この第１の差動増幅器の出力と前記プラズマ電位検出手
   段の出力との差を出力する第２の差動増幅器と、 この第２の差動増幅器の出力に比例する電位を前記ウェ
   ーハ載台へ与える可変電源と、 前記設定電位を調整可能な可変抵抗器とを備えたことを
   特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記プラズマ電位検出手段は、電極部が
   前記プラズマ中に電気的に露出された静電センサで成る
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズ
   マ処理装置。
4. 【請求項４】 前記プラズマ電位検出手段は、電極部が
   前記プラズマ中に電気的に露出された静電センサで成る
   とともに、 前記電極部が、前記プラズマ中に配置された電極カバー
   の前記ウェーハ載台側とは反対側の面全域にわたって形
   成された複数のセンサホール内に分岐して収容されてい
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラ
   ズマ処理装置。