JP2003124196A

JP2003124196A - アッシング装置のクリーニング方法、アッシング装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2003124196A
Application number: JP2001317852A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kajiwara; 愼二梶原; Toshiyuki Kamiuma; 俊之上馬
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】アッシング装置において、真空容器に付着し
た堆積物を能率良く除去し、クリーニング時間を短縮し
て装置の稼働率を上げる。【解決手段】真空容器（１０）内に反応ガスを供給し
つつ真空容器（１０）内を排気して真空容器（１０）内
を所定圧以下の雰囲気に保ちながらプラズマ放電させ、
真空容器（１０）の内壁の堆積物を除去する。互いに連
続したプラズマ発生部（１２）と反応室（１４）とを有
する真空容器（１０）と、プラズマ発生部へ供給する反
応ガスの流量を制御するガス流量制御弁（５０）と、反
応室から排気して真空容器内を減圧する排気ポンプ（５
８）と、真空容器内の真空度を検出する真空計（６０）
と、真空容器内に反応ガスを供給しつつ真空容器内を排
気し所定ガス雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズマ放
電させ真空容器の内壁に付着した堆積物を除去するコン
トローラ（６４）と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマエッチング
によって基板表面からレジストを剥離するアッシング
（灰化）装置のクリーニング方法と、アッシング装置
と、その制御方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスなどの製造工程におい
て、エッチングのマスクとしてフォトレジストが用いら
れる。このフォトレジストは基板にパターンを形成した
後に剥離する必要がある。このレジストを剥離するため
にプラズマエッチングが広く用いられている。

【０００３】この方法は、酸素ガス（Ｏ₂ガス）などの
反応ガスをプラズマ化し、プラズマ中の活性種である活
性な酸素ラジカル（Ｏ^*）と有機膜であるレジストとを
反応させ、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ等として排気除去するも
のである。この方法はアッシング（灰化）と呼ばれてい
る。

【０００４】このようにプラズマエッチングによってア
ッシングを行う方法においては、アッシングを行う真空
容器の内壁に茶色い堆積物（デポジット）が大量に付着
することが知られている。この堆積物は被処理物である
基板の表面から除去されたレジスト系のものと考えられ
る。

【０００５】このように真空容器の内壁に堆積物が付着
すると、アッシング処理の雰囲気が変化する。このため
アッシングレート（レジストの剥離速度であり、１分間
当たりの除去厚さをμｍ／ｍｉｎの単位で表す）の変動
を招いたり、堆積物のパーティクル（微細粒子）が発生
することになる。

【０００６】アッシングレートの変動は、その後に同じ
真空容器を用いて別の基板をアッシング処理する場合の
処理が不均一になり、多数の基板を安定して処理するこ
とが困難になるという問題を生じさせる。またパーティ
クルの発生はパーティクルが基板表面に付着することを
意味し、製品不良を発生させて製品歩留まりを低下させ
るという問題を生じさせる。

【０００７】そこで真空容器に付着した堆積物は定期的
に、あるいはアッシング処理の度に除去する必要が生じ
る。従来は真空容器内を大気圧にして手作業で内壁をア
ルコールで洗浄したり拭き取っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法では、
真空容器内を大気圧にするため、再度使用開始するため
に真空容器内を再び真空排気しなければならず、そのた
めの待ち時間が長くかかるという問題があった。また手
作業で行うため能率が悪いという問題があった。このた
め一度クリーニングすると装置を約１．５時間使用でき
ず、装置のダウンタイムが長くなってその稼働率が低下
する。

【０００９】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、真空容器に付着した堆積物を能率良く除去
でき、クリーニングに要する時間を短縮して装置の稼働
率を上げることができるアッシング装置のクリーニング
方法を提供することを第１の目的とする。

【００１０】またこの方法の実施に直接使用するアッシ
ング装置を提供することを第２の目的とする。さらにこ
のアッシング装置の制御方法を提供することを第３の目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明によれば第１の
目的は、基板表面のレジストを真空容器内でプラズマエ
ッチングにより剥離するアッシング装置に適用するクリ
ーニング方法において、前記真空容器内に反応ガスを供
給しつつ前記真空容器内を排気して前記真空容器内を所
定圧以下の雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズマ放電
させ、前記真空容器の内壁に付着した堆積物を除去する
ことを特徴とするアッシング装置のクリーニング方法、
により達成される。

【００１２】反応ガスを酸素ガス（Ｏ₂ガス）とする時
は、真空容器内を３０Ｐａ（パスカル）以下にするのが
望ましい。反応ガスはＯ₂ガスに代えて、水素ガス
（Ｈ₂）と窒素ガス（Ｎ₂）の混合ガスとすることも可能
である。

【００１３】クリーニングの終了は、クリーニング時間
を監視してこの時間が設定時間になるとクリーニング終
了とすることができる。またクリーニング終了時点は、
プラズマエッチングによる生成物の生成状況を監視する
ことによって決定することもできる。

【００１４】例えばＯ₂ガスを反応ガスとする時にはＣ
Ｏガスが生成されるので、このＣＯガスの波長６６２ｎ
ｍの存在あるいは光強度を監視する。また水素／窒素の
混合ガスを用いる場合は、ＣＮガスの波長３８６ｎｍの
存在あるいは光強度を監視すればよい。このためには、
例えば真空容器の一部に透光性の窓を設け、この窓を通
して真空容器内に光を入射して前記の波長の光の存在あ
るいは光強度をフィルタとフォトトランジスタとを用い
て検出すればよい。

【００１５】アッシング装置としては真空容器（チャン
バ）内に反応ガスのプラズマを生成してラジカルとレジ
ストとを反応させるものであればよい。例えばマイクロ
波によって反応ガスをプラズマ化するマイクロ波プラズ
マエッチング装置を用いることができる。また平行平板
電極型プラズマエッチング（アノード結合）、反応性イ
オン（スパッタ）エッチング（カソード結合）、ＥＣＲ
（マイクロ波）プラズマエッチング、ＲＩＥ（反応性イ
オンビームエッチング）など、他の装置であってもよ
い。

【００１６】この発明によれば第２の目的は、基板表面
のレジストをプラズマエッチングにより剥離するアッシ
ング装置において、互いに連続したプラズマ発生部と反
応室とを有する真空容器と、前記プラズマ発生部へ供給
する反応ガスの流量を制御するガス流量制御弁と、前記
反応室から排気して前記真空容器内を減圧する排気ポン
プと、前記真空容器内の真空度を検出する真空計と、前
記真空容器内に反応ガスを供給しつつ前記真空容器内を
排気し所定ガス雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズマ
放電させ前記真空容器の内壁に付着した堆積物を除去す
るコントローラと、を備えることを特徴とするアッシン
グ装置、により達成される。

【００１７】クリーニングの終了時点は、プラズマ放電
時間が設定時間に到達した時点とすることができる。ま
た反応ガスと堆積物との反応により発生する反応ガスの
成分濃度に基づいてクリーニング終了時点を求めてもよ
い。クリーニング時には、真空容器の堆積物付着領域付
近をヒータで加熱すれば、反応をさらに促進させること
ができる。

【００１８】この発明によれば第３の目的は、基板表面
のレジストを真空容器内でプラズマエッチングにより剥
離するアッシング装置の制御方法において、ａ）前記真
空容器内にその内壁に付着した堆積物と反応してガスに
する反応ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気する；
ｂ）前記真空容器内が所定の真空度になると真空容器内
にプラズマを発生させる；ｃ）工程ｂ）におけるプラズ
マ発生中にその経過時間を監視する；ｄ）工程ｃ）で求
める経過時間が設定値に到達すると工程ｂ）のプラズマ
発生を停止させる；以上の工程ａ）〜ｄ）によって堆積
物を除去するアッシング装置の制御方法、により達成さ
れる。

【００１９】この場合工程ｃ）、ｄ）に代えて、生成ガ
スの成分濃度を監視して（ｃ−１）、この成分濃度が設
定値に到達する時点をクリーニング終了とする（ｄ−
１）、ようにしてもよい。

【００２０】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様であるマイクロ
波プラズマエッチング装置の基本構成図である。この図
１において符号１０は真空容器であり、その内部の上方
が円筒型のプラズマ発生部１２となり、下方が円筒型の
反応室１４となっている。プラズマ発生部１２の上壁に
は誘電体である石英１８が嵌め込まれ、この石英１８の
上面には導波管２０によってマイクロ波２２がマイクロ
波発振器２４から導かれる。

【００２１】プラズマ発生部１２は反応室１４より小径
であり、その壁面積を小さくすることにより壁面の状況
が反応に及ぼす影響を少なくしている。プラズマ発生部
１２には反応ガス導入孔２６からＯ₂ガスなどの反応ガ
スが供給可能である。反応室１４にはヒータ付きの保持
台２８が昇降可能に設けられ、この保持台２８の上には
アッシング処理の被処理物である基板３０が保持され
る。

【００２２】反応室１４の内面には水平な環状の整流板
３２が固定され、この整流板３２より下方に排気孔３４
が開口している。整流板３２には周方向に等間隔に多数
の小孔３６が形成され、反応室１４内の反応ガスの流れ
を安定化させる。

【００２３】次にこの実施態様の動作を説明する。まず
アッシング処理を行う。エッチングレジストが付着して
いる被処理物である基板３０は、図示しないローディン
グ装置によって真空容器１０内に搬入され、保持台２８
上に保持される。この保持台２８上で基板を一定温度に
保持した状態で反応ガス供給孔２６からＯ₂ガスなどの
反応ガスを供給する。

【００２４】一方、排気孔３４からは排気して真空容器
１０内を減圧する。この状態でマイクロ波発振器２４を
起動させてマイクロ波をプラズマ発生部１２に導く。マ
イクロ波は反応ガスの種類によりその発振周波数を選定
する。Ｏ₂ガスの場合には２．４５ＧＨ_Ｚとする。

【００２５】この場合反応ガス（Ｏ₂）はプラズマ化さ
れ、プラズマ化により生成された活性な酸素ラジカル
（Ｏ^*）と、有機膜であるレジストとが反応する。この
反応によってレジストは、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ等となっ
て排気孔３４から排気される。この時真空容器１０の内
壁に堆積物が付着する。

【００２６】この堆積物を除去するためには、次のよう
にしてクリーニングを行う。被処理物３０を真空容器１
０から搬出した後、再びＯ₂ガスを供給孔２６から供給
する。また排気孔３４から排気を行って真空容器１０内
を３０Ｐａ以下に減圧する。

【００２７】真空容器１０内を３０Ｐａ以下に減圧した
状態でマイクロ波を供給し、Ｏ₂ガスをプラズマ化す
る。Ｏ₂ガスの活性化によって真空容器１０の内面に付
着した堆積物はＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏなどとなって排気さ
れる。この結果堆積物は除去される。Ｏ₂ガスの流量を
１００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎとし、マイクロ波パワー
を１０００〜３０００Ｗａｔｔとし、内圧を３０Ｐａ以
下にした場合に、この除去に要する時間は約０．５時間
であり、装置のダウンタイムは前記した従来方法に比べ
て約１／３になった。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１は、この場合に真空容器１０の内部か
らの堆積物の除去効果を示す。この表１で位置、、
は図１上の同一符号の位置、、に対応する。す
なわち位置はプラズマ発生部１２の内壁を、位置は
反応室１４の内壁を、位置は整流板３２の上面を示
す。

【００３０】この測定は、各位置、、にレジスト
片を貼り付け、真空容器１０の内圧を３０、１００、２
００、４００Ｐａにして、それぞれ６０秒間クリーニン
グを行った時のレジスト片の削れ量（厚さの減少量）を
測定したものである。またこの時のＯ₂ガス流量は１０
０〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ、マイクロ波パワーは１００
０〜３０００Ｗａｔｔである。削れ量の単位はμｍ（マ
イクロメートル）である。この測定結果から、３０Ｐａ
以下に減圧しておくとレジスト剥離効果が最も高くなる
ことが解った。

【００３１】図２はこの方法によるパーティクル低減効
果を示す図、図３はアッシングレートの回復効果を示す
図である。なおこれら図２、３は前記した表１の場合と
同じ条件で測定したものである。

【００３２】図２は本発明によるクリーニング処理前
（１回目および２回目）に直径０．２μｍ以上のパーテ
ィクルの個数を測定したものである。この図２から、パ
ーティクル数はクリーニング前に４０〜５０個あったも
のが、本発明によるクリーニング後には１０個以下に減
少したことが解る。

【００３３】図３は、レジストアッシングレートがクリ
ーニング処理前（１回目および２回目）には３．５〜
４．０μｍ／ｍｉｎ、すなわち１分間に３．５〜４μｍ
削れたのに対し、本発明によるクリーニング処理後には
５μｍ／ｍｉｎになったことが解る。このように本発明
によるクリーニング処理により一定時間（１ｍｉｎ、１
分間）内にレジストを削る量が増大することが解る。

【００３４】この発明によるクリーニング処理の終了時
点は、真空容器１０内の生成ガスの成分を測定すること
によって決めることができる。前記したように反応ガス
としてＯ₂ガスを用いる場合は、ＣＯガスの存在あるい
はその成分濃度をＣＯガスの発光または吸収波長（６６
２ｎｍ）の光強度を測定することによって終了時点を決
めることができる。また反応ガスとしてＨ／Ｎ混合ガス
を用いる場合には、ＣＮガスの発光または吸収波長（３
８６ｎｍ）の存在あるいは光強度を測定することによっ
て終了時点を決めることができる。

【００３５】

【アッシング装置】図４は前記したクリーニング方法を
実施するためのアッシング装置の基本構成図、図５はそ
の動作流れ図である。図４においては、前記図１と同一
部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さな
い。

【００３６】図４において、５０は保持台２８を昇降さ
せる昇降機である。真空容器１０のプラズマ発生部１２
にはヒータ５２が取付けられ、クリーニング時にプラズ
マ発生部１２の壁面を加熱する。このヒータ５２は省い
てもよい。プラズマ発生部１２の壁面に設けた反応ガス
導入孔２６には、反応ガスとしての酸素ガス（Ｏ₂）が
供給源５４から流量制御弁５６を通して供給される。

【００３７】反応室１４の下部に設けた排気孔３４に
は、ドライポンプ５８が接続されている。真空容器１０
内の圧力は、真空計（ＶＧ、Vacuum Gauge）６０で検出
される。６２はガス検出手段であり、真空容器１０に設
けた透明窓から光を導き、生成ガスによる吸収光または
発光光の強度を測定する。この吸収光または放射光の光
強度に基づいて、生成ガスの生成濃度を検出するもので
ある。

【００３８】６４はコントローラであり、ＣＰＵ６６、
種々のインターフェースなどで構成される。このコント
ローラ６２は前記したように基板３０（図１参照）のア
ッシング処理の制御を行うと共に、図５に示す動作によ
って、真空容器１０内に付着した堆積物を除去（クリー
ニング）するものである。

【００３９】コントローラ６４は、所定枚数の基板３０
に対するアッシング処理を終了すると、クリーニング処
理に入る（図５のステップＳ１００）。コントローラ６
４は、反応ガスの流量制御弁５６の開度を制御すると共
に、排気ポンプ５８による排気を実行させることによ
り、真空容器１０内の雰囲気をクリーニングに適した圧
力に制御する（ステップＳ１０２）。

【００４０】Ｏ₂ガスの流量が設定値に安定し（ステッ
プＳ１０２）、かつ真空計６０で検出した真空容器１０
の中の真空度が設定値に安定すると（ステップＳ１０
４）、コントローラ６４はマイクロ波発振器２４を作動
させる（ステップＳ１０６）。ＣＰＵ６６では、ガス検
出手段６２が検出するＣＯやＣＮなどの生成ガスの成分
濃度を監視している（ステップＳ１０８）。この成分濃
度が設定値に到達すると、コントローラ６４はマイクロ
波発振器２４を停止させて（ステップＳ１１０）、クリ
ーニングを終了する（ステップＳ１１２）。

【００４１】このクリーニング動作中またはこれに先行
して、真空容器１０の内壁、特に堆積物が付着し易い部
分付近の壁をヒータ５２で加熱しておけば、堆積物のク
リーニングが促進され得る。この実施態様では、クリー
ニング終了時点を生成ガス濃度によって判別している
が、クリーニング時間が設定時間に到達した時をクリー
ニング終了時点としてもよい。

【００４２】

【発明の効果】請求項１〜６の発明は以上のように、真
空容器内を反応ガスの所定圧以下の雰囲気にしてプラズ
マ放電させたから、真空容器内面に付着した堆積物を除
去することができる。このため手作業でクリーニングす
る必要がないので能率が良くなる。この際に真空容器内
を大気圧にする必要がないので、装置のダウンタイムが
短くなり、装置の稼働率が向上する。

【００４３】請求項７〜１０の発明によれば、このクリ
ーニング方法の実施に直接使用するアッシング装置が得
られる。また請求項１１〜１２の発明によれば、このア
ッシング装置の制御方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いるマイクロ波プラズマエッ
チング装置の基本構成図

【図２】本発明による効果を示す図

【図３】本発明による効果を示す図

【図４】本発明の方法を実施するためのアッシング装置
の基本構成図

【図５】その動作流れ図

【符号の説明】

１０真空容器１２プラズマ発生部１４反応室２６反応ガス供給孔２８保持台３０基板（被処理物）３４排気孔５２ヒータ５６流量制御弁５８排気ポンプ６０真空計６２ガス濃度検出手段６４コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H096 AA25 LA06 LA07 LA08 5F004 AA15 BA20 BB11 BB18 BB24 BD01 CA02 CB02 DA24 DA25 DA26 DB26 DB27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面のレジストを真空容器内でプラ
ズマエッチングにより剥離するアッシング装置に適用す
るクリーニング方法において、前記真空容器内に反応ガ
スを供給しつつ前記真空容器内を排気して前記真空容器
内を所定圧以下の雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズ
マ放電させ、前記真空容器の内壁に付着した堆積物を除
去することを特徴とするアッシング装置のクリーニング
方法。
【請求項２】反応ガスをＯ₂ガスとし、所定圧を３０
Ｐａ以下とした請求項１のアッシング装置のクリーニン
グ方法。
【請求項３】反応ガスを水素と窒素の混合ガスとした
請求項１のアッシング装置のクリーニング方法。
【請求項４】アッシングの終了時点を、アッシングの
生成物であるＣＯの波長６６２ｎｍの光強度を監視する
ことにより決定する請求項２のアッシング装置のクリー
ニング方法。
【請求項５】アッシングの終了時点を、アッシングの
生成物であるＣＮの波長３８６ｎｍの光強度を監視する
ことにより決定する請求項３のアッシング装置のクリー
ニング方法。
【請求項６】アッシング装置は、マイクロ波プラズマ
エッチング装置である請求項１〜５のいずれかのアッシ
ング装置のクリーニング方法。
【請求項７】基板表面のレジストをプラズマエッチン
グにより剥離するアッシング装置において、互いに連続したプラズマ発生部と反応室とを有する真空
容器と、前記プラズマ発生部へ供給する反応ガスの流量を制御す
るガス流量制御弁と、前記反応室から排気して前記真空容器内を減圧する排気
ポンプと、前記真空容器内の真空度を検出する真空計と、前記真空容器内に反応ガスを供給しつつ前記真空容器内
を排気し所定ガス雰囲気に保ちながら反応ガスをプラズ
マ放電させ前記真空容器の内壁に付着した堆積物を除去
するコントローラと、を備えることを特徴とするアッシ
ング装置。
【請求項８】コントローラはプラズマ放電時間が設定
時間に到達すると堆積物の除去動作を終了する請求項７
のアッシング装置。
【請求項９】請求項７において、さらに真空容器内の
内面に付着する堆積物と反応ガスとの反応による生成ガ
スの成分濃度を検出するガス検出手段を備え、コントローラはこのガス検出手段が検出する生成ガスの
成分濃度に基づいて堆積物の除去動作の終了時点を決め
るアッシング装置。
【請求項１０】請求項７または８または９のアッシン
グ装置において、さらに真空容器の堆積物の付着領域付
近を加熱するヒータを備え、コントローラはこのヒータ
を加熱して堆積物の除去を行うアッシング装置。
【請求項１１】基板表面のレジストを真空容器内でプ
ラズマエッチングにより剥離するアッシング装置の制御
方法において、ａ）前記真空容器内にその内壁に付着した堆積物と反応
してガスにする反応ガスを供給しつつ前記真空容器内を
排気する；ｂ）前記真空容器内が所定の真空度になると真空容器内
にプラズマを発生させる；ｃ）工程ｂ）におけるプラズマ発生中にその経過時間を
監視する；ｄ）工程ｃ）で求める経過時間が設定値に到達すると工
程ｂ）のプラズマ発生を停止させる；以上の工程ａ）〜ｄ）によって堆積物を除去するアッシ
ング装置の制御方法。
【請求項１２】請求項１１において、工程ｃ）、ｄ）
に代えて次の工程、（ｃ−１）工程ｂ）でプラズマ発生中に生成ガスの成分
濃度を監視する；（ｄ−１）工程（ｃ−１）で生成ガスの成分濃度が設定
値に到達すると工程ｂ）のプラズマ発生を停止させる；
を用いるアッシング装置の制御方法。