JP2785028B2 - プラズマアッシング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体の基板に塗布されたフォトレジスト
膜を、プラズマを利用してアッシング（灰化）すること
により除去するプラズマアッシング装置に関する。

（従来の技術） 微細な集積回路を加工するために、半導体の基板の表
面に回路パターンを形成したフォトレジスト膜を設け、
該レジスト膜を介してその下層の絶縁膜、半導体膜或は
金属膜をエッチングすることが行なわれている。

該レジスト膜は、エッチング処理が終了したのち基板
表面から除去されるが、その除去方法には過酸化水素、
有機溶剤などの化学薬品を使用する湿式処理方法と、酸
素を主成分とする反応性ガスのプラズマを用いてレジス
トをアッシング（灰化）する乾式処理方法とがある。該
湿式処理方法に使用される薬品には人体に有害なものが
多く、除去作業の安全性の維持や廃液の公害防止に注意
を払う必要があって煩らわしい。しかも、使用される薬
品には多少の不純物を含むので、これが半導体回路のパ
ターンの欠損や基板の汚染の原因となり、超LSI等の微
細な加工には適しない。該乾式処理方法は、例えば基板
の塗布されたCxHyNzのレジスト膜に、反応性ガスのプラ
ズマ中に生じた酸素ラジカルを反応させ、該レジスト膜
をCO₂及びH₂Oへ分解し気化することによって除去するの
で、湿式処理方法のような人体への有害物の発生がな
く、不純物を含まないので基板の微細加工に適してい
る。

該乾式処理方法に使用されている装置の具体例は第１
図示の如くであり、レジスト膜を表面に塗布した基板
（１）を真空処理室（２）内に設けた加熱手段（３）の
上に置き、該真空処理室（２）の一方の側壁に、反応性
ガス源（４）からの反応性ガスが流通し且つ途中に該反
応性ガスのプラズマを発生させるマイクロ波放電管から
なるプラズマ発生装置（５）を備えた反応性ガス導入管
（６）を接続し、該真空処理室（２）の他方の側壁に、
真空ポンプ（７）に接続された真空排気管（８）を接続
して構成される。これに於ては、反応性ガス導入管
（６）を流通する酸素ガス或はこれに少量のCF₄、N₂も
しくはH₂を混入した反応性ガスが、プラズマ発生装置
（５）によりプラズマ化され、酸素ラジカルその他の反
応性ガスのラジカルが加熱された基板（１）上のレジス
ト膜と反応し、レジスト膜は分解、気化されて真空排気
管（８）から排除される。

（発明が解決しようとする課題） 前記第１図示の装置は、反応性ガスのダウンストリー
ムが基板の表面に沿ってその一端側から他端側へと流
れ、レジスト膜がアッシングされるが、そのアッシング
速度の分布は第２図の曲線Ａに見られるように、反応性
ガスの流れの上流側のレジスト膜のアッシング速度がそ
の下流側よりも極めて遅く、アッシングを完了するまで
時間が掛る欠点がある。

本発明は、アッシングが速度を均一化することによっ
てアッシングの完了までに要する時間を短縮することが
できるプラズマアッシング装置を提供することを目的と
するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、フォトレジスト膜を表面に塗布した基板
を設置した真空処理室内に、該基板を加熱する加熱手段
を設け、該真空処理室に、反応性ガスが流通し且つ途中
に該反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生装
置を備えた反応性ガス導入管と、真空ポンプに接続され
た真空排気管とを接続し、該反応性ガス導入管から導入
される励起された状態の反応性ガスを加熱された基板の
表面に沿って流し、該表面の該レジスト膜をアッシング
するようにしたものに於て、該真空処理室内を該基板の
表面に沿って設けた全面に小孔を有する多孔板からなる
シャワープレートで２室に区画し、該シャワープレート
の該基板の表面の中央部に対向する位置に大径の孔を形
成し、該基板が存する側に該真空排気管を接続し、もう
一方の室に反応性ガス導入管を接続することにより、前
記目的を達成するようにした。

（作用） 表面にレジスト膜を塗布した基板を真空処理室内に置
き、真空処理室内を真空に排気したのち基板を加熱手段
により加熱し、該基板が所定の温度になると、反応性ガ
ス導入管から反応性ガスを導入する。該反応性ガス導入
管の途中に設けられたプラズマ発生装置により導入され
る反応性ガスはプラズマ化され、励起した状態で真空処
理室内に導入される。該反応性ガスの主としてラジカル
成分が基板のレジスト膜に接触すると、該レジスト膜の
成分と化合し、該レジスト膜は分解され、気化して真空
排気管へと運ばれ、基板の表面から取除かれる。

こうした作用は従来のプラズマアッシング装置と同様
であるが、、本発明の装置に於ては、該基板の表面の前
方に、中心に大口径孔を備えその周囲に小孔を形成した
多孔板からなるシャワープレートを設けて真空処理室内
を２室に区画し、基板が存する側の室に真空排気管を設
け、もう一方の室に反応性ガス導入管を設ける構成を有
するので、真空処理室内に導入された反応性ガスは、シ
ャワープレートの多数の孔を介してレジスト膜の全面に
一斉にシャワー状に当り、レジスト膜は各所に於て反応
性ガスのラジカルとの接触で分解、気化され、速いアッ
シング速度でしかも均一に除去することが出来、該多孔
板の中心に大口径の孔を形成することにより良好な均一
性でアッシングを行なえる。

（実施例） 本発明の実施例を図面第３図に基づき説明する。同図
に於て符号（１）乃至（８）は第１図の同一符号で示し
たものと同一のものを指称し、基板（１）の表面には、
一般的なCxHyNzの組成を有するフォトレジスト膜（９）
が第４図示のように塗布されているものとする。

第３図示の本発明の実施例は、フォトレジスト膜
（９）を塗布した基板（１）の表面と間隔（10）を存し
て該表面に沿ったアルミニウム製の多孔板からなるシャ
ワープレート（11）を設けて真空処理室（２）の内部を
２室（12）（13）に区画するようにした。そして該基板
（１）が存在する方の室（12）に真空排気管（８）を接
続し、もう一方の室（13）に反応性ガス導入管（６）を
接続する。該反応性ガス導入管（６）は基板（１）の背
面に対向する位置に開口するように設けられ、真空排気
管（８）は基板（１）の表面に対して斜め上方の真空処
理室（２）の周壁に設けるようにした。

該シャワープレート（11）は、直径17cmの円板形の形
状を有し、直径５インチの円形の基板（１）の表面の中
央部に対向する個所に直径28mmの大径の孔（14）が開孔
され、残りの個所に直径1mmの小径の孔（15）をほぼ等
間隔で1000個形成した。該シャワープレート（11）と基
板（１）の表面との間隔（10）は例えば7mmに設定され
る。

反応性ガスとしては、酸素を主体としたガスが使用さ
れ、5slmの酸素ガスと、300SCCMの窒素又は水素ガスと
を混合して反応性ガス導入管（６）に供給し、その途中
に於て、750Wのマイクロ波電力が印加されたプラズマ発
生装置（５）により該反応性ガスがプラズマ化されるよ
うにした。

基板（１）はホットプレート形の加熱手段（３）によ
り例えば200℃に加熱され、これによってレジスト膜
（９）が化学反応を生じ易い温度に加熱される。第３図
の符号（16）は真空処理室（２）に設けた赤外線温度計
で、該温度計（16）はシャワープレート（11）の大径の
孔（14）及びCaF₂製の窓（17）を介して基板（１）の温
度を測定する。

その作動を説明するに、レジスト膜（９）が塗布され
た基板（１）を真空処理室（２）内の加熱手段（３）の
上に載せ、真空処理室（２）内を真空排気管（８）から
の排気により真空化し、基板（１）を加熱手段（３）に
より200℃に加熱する。次いで酸素ガスと水素ガスの混
合ガスを反応性ガス導入管（６）から真空処理室（２）
内へ、圧力が2Torrになるように制御し乍ら導入し、プ
ラズマ発生装置（５）を作動させて反応性ガスにプラズ
マを生じさせると、ラジカル成分の多い反応性ガスがシ
ャワープレート（11）の大径の孔（14）及び小径の孔
（15）を介して基板（１）の表面にシャワー状に当り、
加熱されたレジスト膜（９）とその全面に於て化学反応
する。この反応によりレジスト膜（９）はCO₂、H₂Oに分
解されて気化し、真空排気管（８）から排除され、基板
（１）の表面から除去される。

基板（１）の表面の前方に設けたシャワープレート
（11）は多数の小孔（15）が形成されているので基板
（１）の表面全体に反応性ガスが当り、該表面の中央部
に対向した大径の孔（14）が形成されているので該表面
の中央部から周辺部へと反応性ガスを誘導することが出
来、速いアッシング速度で均一にレジスト膜（９）が除
去される。基板（１）が直径５インチの場合、アッシン
グ速度は2.74μm/min、均一性は±5.3％であった。

本発明の更に具体的な実施例を、図面第５図乃至第７
図に基づき説明すると、これらの図面に於て符号（18）
は枠状の機体を示し、該機体（18）の上方に真空処理室
（２）が取付けられる。該真空処理室（２）の側方には
プラズマ発生装置（５）が設けられ、該プラズマ発生装
置（５）の内部を通って該真空処理室（２）内へと反応
性ガス源（４）から連通する反応性ガス導入管（６）が
設けられる。更に、該真空処理室（２）の側方でプラズ
マ発生装置（５）から約90°旋回した位置に、バルブ
（19）を介して該真空処理内（２）内へ基板（１）を搬
出入するトランスファー室（20）が設けられ、該トラン
スファー室（20）には更にカセット室（21）が連続して
設けられる。該カセット室（21）内にはその外部から導
入した２組の昇降杆（22）により夫々個別に昇降される
２台のテーブルが設けられ、各テーブル上に側方から出
し入れ自在に複数枚の基板を収容する第８図示のような
棚状のカセットケース（23a）（23b）が載せられる。

一方のカセットケース（23a）にはアッシングされる
基板が収められ、該基板にテーブルの下降と該トランス
ファー室（20）内に設けた例えば第９図示のようなフロ
ッグアーム状の搬送装置（24）によって、該カセットケ
ース（23a）の下段のものからバルブ（19）を介して真
空処理室（２）内の定位置に送られる。真空処理室
（２）内に於て、該基板にアッシング処理を施す間、該
バルブ（19）は閉じられ、搬送装置（24）はトランスフ
ァー室（20）内で待機する。アッシング処理が終ると、
再び搬送装置（24）が開かれたバルブ（19）を介して真
空処理室（２）内へ進出し、アッシング処理された基板
を載せてトランスファー室（20）内へ戻り、該搬送装置
（24）上の基板は他のカセットケース（23b）内へ該搬
送装置（24）の旋回と伸長により運び込まれ、該カセッ
トケース（23b）の上昇により所定の位置に収容され
る。処理済みの基板が他のカセットケース（23b）に収
められると、もう一方のカセットケース（23a）から次
の基板を真空処理室（２）へと運び出すことを繰返して
順次に基板のアッシング処理が行なわれる。

該真空処理室（２）の下方にスロットルバルブ（25）
を備えた真空排気管（８）が接続され、該真空処理室
（２）内を真空ポンプ（７）で真空に排気するが、該真
空排気管（８）の途中を分岐してカセット室（21）に接
続し、該カセット室（21）内も真空に排気されるように
した。

第５図及び第６図に於て、符号（26）はマイクロ波発
振装置を示し、これにより発生したマイクロ波が導波管
（27）を介してプラズマ発生装置（５）に導入される。

該プラズマ発生装置（５）の詳細は、第10図及び第11
図示の如くであり、反応性ガス源（４）に連らなる反応
性ガス導入管（６）の中間部の石英製チューブ（6a）と
交叉するように前記導波管（27）が設けられ、該交叉部
に於て反応性ガスがマイクロ波により励起されてプラズ
マを発生し、励起された反応性元素のラジカルが真空処
理室（２）に送り込まれる。該プラズマ発生装置（５）
のケーシング（5a）には、冷却水が循環する通路（28）
が設けられてプラズマ放電によるケーシングの高温化を
防止するようにした。該ケーシング（5a）の石英製チュ
ーブ（6a）の端部と対向する位置に、石英窓（29）を介
して水銀ランプ（30）を設け、プラズマ放電の開始時に
該水銀ランプ（30）を点灯して石英製チューブ（6a）内
の反応性ガスの光イオン化を行ない、マイクロ波放電の
開始を迅速に行なえるようにした。またマイクロ波の導
波管（27）内の端部に、該ケーシング（5a）を介して外
部へ延びる調節ねじ（31）の旋回により進退するスライ
ドブロック（32）を設け、その進退によりプラズマ放電
のマッチングを行なうようにした。

真空処理室（２）内の詳細は、第12図に示す如くであ
り、上下方向の円筒形の空室で形成され、その側部上方
に、基板（１）をトランスファー室（20）との間で出し
入れするための開口（33）と、該開口（33）から90°旋
回した位置に反応性ガス導入管（６）の端部とが開口形
成される。そして、該真空処理室（２）の開口（33）よ
りも少し下方に、複数本のポリテトラフルオロエチレン
製の絶縁材のサポート（34）により該真空処理室（２）
の底面に支えられた円形状の凹部（35a）を有するAl₂O₃
製のホルダ（35）を設け、該凹部（35a）内に外部の電
源からの通電により発熱する円板状のシーズ形ヒータか
らなる加熱手段（３）を収めるようにした。該加熱手段
（３）の上面はAl₂O₃製の絶縁板（36）で覆われ、該加
熱手段（３）の上面の周縁はSiO₂製のリング（37）で覆
われるようにした。また円板状の加熱手段（３）及びホ
ルダ（35）にこれらを上下に挿通する透孔（38）を120
°の間隔を存して３個設け、該ホルダ（35）の背後から
昇降装置（39）により上下に移動する３本の石英製のピ
ン（40）が前記各透孔（38）に夫々挿通される。そして
真空処理室（２）内へ開口（33）を介して搬送装置（2
4）によって基板（１）が搬入されると、加熱手段
（３）を挿通して上昇する各ピン（40）で該搬送装置
（24）から持ち上げるようにして支え、該搬送装置（2
4）が該開口（33）から退去したのち各ピン（40）が降
下して加熱手段（３）の上面へ基板（１）を載せ、アッ
シングのために該基板（１）が加熱される。該基板
（１）のアッシングを終ると、各ピン（40）により再び
加熱手段（３）の上方へ基板（１）が持ち上げられ、該
加熱手段（３）と基板（１）との間に搬送装置（24）が
進入すると、各ピン（40）が降下し、その降下途中に於
て基板（１）は搬送装置（24）に保持され、真空処理室
（２）の開口（33）からトランスファー室（20）へ運び
出される。

該昇降装置（39）は、真空処理室（２）の底面からそ
の外部へとシール装置（41）を介して延びる昇降杆（39
a）と、該昇降杆（39a）の上端に取付けられた昇降プレ
ート（39b）と、該昇降杆（39a）の下端に取付けられた
連結プレート（39c）、及び該連結プレート（39c）に螺
合するねじ軸（39d）を備えており、該真空処理室
（２）の外部の固定のプレート（42）に取付けたシンク
ロナスモータ（43）の回転がその出力軸（44）及びアイ
ドル歯車（45）を介してプレート（42）に支承されたね
じ軸（39d）と一体に歯車（39e）に伝達されると、該ね
じ軸（39d）が回転し、連結プレート（39c）及び昇降杆
（39a）を上昇或は下降させ、これに伴なって昇降プレ
ート（39c）がピン（40）と共に昇降する。該ピン（4
0）はその根部を昇降プレート（39c）の穴（39f）に挿
通させ、ばね（39g）により固定した。

真空処理室（２）内の開口（33）とガス導入管（６）
の開口端との間に位置して、内方に突出する段部（46）
が設けられ、該段部（46）に、中央部に大径の孔（14）
が有し且つその周囲に小径の孔（15）を有するシャワー
プレート（11）を載せ、該真空処理室（２）内が該シャ
ワープレート（11）により２室（12）（13）に区画され
るようにした。

（発明の効果） 以上のように、本発明によるときは、レジスト膜が塗
布された基板の表面に沿って多孔板、好ましくは中心に
大口径の孔を有する多孔板のシャワープレートを設ける
ことにより真空処理室内を２室に区画し、基板が設けら
れる側の室に真空排気管を設け、もう一方の室に反応性
ガス導入管を設けるようにしたので、反応性ガスは基板
の表面全体に均一に当り、速いアッシング速度で均一に
レジスト膜のプラズマアッシングを行なえる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマアッシング装置の断面図、第２
図は第１図示の装置によるアッシング速度の分布を示す
線図、第３図は本発明装置の実施例の断面図、第４図は
基板の拡大断面図を示す。また、第５図乃至第12図は本
発明の具体的実施例を示し、第５図は本発明の装置の一
部を截断した側面図、第６図は第５図のVI-VI線に沿っ
た截断側面図、第７図は第５図のVII-VII線に沿った截
断平面図、第８図はカセットケースの斜視図、第９図は
搬送装置の要部の拡大平面図、第10図はプラズマ発生装
置の拡大截断側面図、第11図は第10図の右側面図、第12
図は真空処理室の拡大截断側面図である。 （１）……基板 （２）……真空処理室 （３）……加熱手段 （５）……プラズマ発生装置 （６）……反応性ガス導入管 （７）……真空ポンプ （８）……真空排気管 （９）……フォトレジスト膜 （11）……シャワープレート （12）（13）……室 （14）……大径の孔 （15）……小孔 （16）……温度計

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトレジスト膜を表面に塗布した基板を
   設置した真空処理室内に、該基板を加熱する加熱手段を
   設け、該真空処理室に、反応性ガスが流通し且つ途中に
   該反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生装置
   を備えた反応性ガス導入管と、真空ポンプに接続された
   真空排気管とを接続し、該反応性ガス導入管から導入さ
   れる電離された状態の反応性ガスを加熱された基板の表
   面に沿って流し、該表面の該レジスト膜をアッシングす
   るようにしたものに於て、該真空処理室内を該基板の表
   面に沿って 設けた全面に小孔を有する多孔板からなるシャワープレ
   ートで２室に区画し、該シャワープレートの該基板の表
   面の中央部に対向する位置に大径の孔を形成し、該基板
   が存する側に該真空排気管を接続し、もう一方の室に反
   応性ガス導入管を接続したことを特徴とするプラズマア
   ッシング装置。
2. 【請求項２】前記真空処理室には前記シャワープレート
   の大径の孔を通して基板の温度を測定する温度計を設け
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプラ
   ズマアッシング装置。