JPH02183526A - プラズマアッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
属膜をエツチングすることが行なわれている。

該レジスト膜は、エツ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れしい。

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Ｃｘ　ＩＩｙＮｚ
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Ｎ２０
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ＣＦ、、Ｎ２もしく
はＮ２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がら他端側へと流れ、
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
面に沿って設けた多孔板からなるシャワープレートで２
室に区画し、該基板が存する側の室に真空排気管を接続
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。

該シャワープレートには、その全面に小孔を形成し、前
記基板の表面の中央部に対向する位置には比較的大径の
孔を形成することにより、更には真空排気管を、真空処
理室の基板の背面に対向する位置に開口するように接続
することにより、より一層確実に前記目的を達成出来る
。

（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１、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Ｃｘ　１１　ｙ　Ｎ　ｚ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（’ＩＯを存１゜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ａｖを設けて真空処理室（２）の内部を２室
（１３（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■に真空排気管（８）を接続し、も
う一方の室０９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２．８關の大径の孔（’
ｌΦが開孔され、残りの個所に直径１　ｍｍの小径の孔
（′１９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１關に設定される。

反応性ガスとしては、酸素を主体としたガスが使用され
、５ｓｌｉの酸素ガスと、３００９ＣＣＨ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（ＩＧは真空処理室（２）に設けた赤外線温度計で
、該温度計００はシャワープレート（１１）の大径の孔
（ＩΦ及びＣａＦ２製の窓（＋７）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２　Ｔｏｒｒ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０１）の大径の孔（Ｉ＠及び小径
の孔（＋５）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Ｃ０２
、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（１
１）は多数の小孔ＣＩ５＋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（Ｉ＠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Ｍ　（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／ｌｌ１ｉｎ。

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（′ｌｅ
は枠状の機体を示し、該機体ｑｅ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
ラズマ発生装置く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）から連通ず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■
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■が設けられ、該トランスファー室
■には更にカセット室０が連続して設けられる。該カセ
ット室σ内にはその外部から導入した２組の昇降杆■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■ａ＞
ｔｚｓｂ＞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■内に設けた例えば第９図示のようなフロッグ
アーム状の搬送袋Ｂ　１２４）によって、該カセットケ
ース（２３ａ）の下段のものからバルブＧ９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（′ｌ■は閉じられ、搬送装置■はトランスファー室
■内で待機する。

アッシング処理が終ると、再び搬送装置ＱΦが開かれた
バルブ（１９１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■
内へ戻り、該搬送装置Ｑ４Ｉ上の基板は他のカセットケ
ースのｂ）内へ該搬送装置Ｉ２／Ｄ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）がら次
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■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０に接続し、該カセ
ット室σ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■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のを介
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１
１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のが設けられ、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■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■を介し
て水銀ランプωを設け、プラズマ放電の開始時に該水銀
ランプω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■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■の旋回により進退するスライドブロック■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■との間で出し入れ
するための開口■と、該開口■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■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■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　ＡＩ！ｚ０３製のホ
ルダ■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型ヒータからなる加
熱手段（３）を収めるようにした。該加熱手段（３）の
上面はＡ１２０３製の絶縁板ωで覆われ、該加熱手段（
３）の上面の周縁は５１０２製のリングＧ７）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
ωにこれらを上下に挿通する透孔■を１２０°の間隔を
存して３個設け、該ホルダωの背後から昇降装置■によ
り上下に移動する３本の石英製のビン（１）が前記各透
孔■に夫々挿通される。そして真空処理室（２）内へ開
口ωを介して搬送装置Ｃ！Φ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ビン（
７）で該搬送装置Ｃ！Φから持ち上げるようにして支え
、該搬送装置Ｑ＠が該開口■から退去したのち各ビン（
イ）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、各ビン（イ）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［相
］が進入すると、各ビン（イ）が降下し、その降下途中
に於て基板（１）は搬送装置Ｑ＠に保持され、真空処理
室（２）の開口■からトランスファー室■へ運び出され
る。

該昇降装置■は、真空処理室（２）の底面からその外部
へとシール装置りを介して延びる昇降杆（′Ｊ３ａ）と
、該昇降杆（（ｌａ）の上端に取付けられた昇降プレー
ト（３９ｂ）と、該昇降杆（３３ａ）の下端に取付けら
れた連結プレート（Ｉｌｃ）、及び該連結プレーＨｍｃ
）に螺合するねじ軸（Ｉ３ｄ）を備えており、該真空処
理室（２）の外部の固定のプレートリに取付けたシンク
ロナスモークリの回転がその出力軸卿及びアイドル歯車
りを介してプレートリ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（３９
ｄ）が回転し、連結プレート（Ｉｌｃ）及び昇降杆（３
９ａ）を上昇或は下降させ、これに伴なって昇降プレー
ト（Ｉｌｃ）がビン（イ）と共に昇降する。該ビン■は
その根部を昇降プレート（３９ｅ）の穴（３３ｆ）に挿
通させ、ばね（３３ｇ）により固定した。

真空処理室（２）内の開口■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（イ）が設け
られ、該段部（イ）に、中央部に大径の孔（ｌ＠が有し
且つその周囲に小径の孔（′ｌＳｌ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■（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
一部を裁断した側面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線
に沿った裁断側面図、第７図は第５図の■−■線に沿っ
た裁断平面図、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１Ｏ図はプラズマ
発生装置の拡大武断側面図、第１１図は第１０図の右側
面図、第１２図は真空処理室の拡大武断側面図である。 （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 （Ｉｔ）・・・シャワープレート ａのａ３・・・室 ａ４１・・・大径の孔 ａ９・・・小　孔 （ｌＧ・・・温度計 第 図 第２図 昼坂中゛３ ３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   て設けた多孔板からなるシャワープレートで２室に区画
   し、該基板が存する側の室に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、前記シャワープレートには、その全面に小孔を形成
   し、前記基板の表面の中央部に対向する位置には比較的
   大径の孔を形成することを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項に記載のプラズマアッシング装置。 ３、前記真空排気管は、真空処理室の基板の背面に対向
   する位置に開口するように接続した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。 ４、前記真空処理室には前記シャワープレートの大径の
   孔を通して基板の表面の温度を測定する温度計を設ける
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第２項に記載のプ
   ラズマアッシング装置。