JPH04168721A - プラズマ処理装置 - 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、プラズマ発生用に共に高周波電源を必要とす
る物理的・化学的処理を行うプラズマ処理装置、例えば
半導体デバイスのパターン形成工程のように感光性樹脂
をエツチングした後、剥離するようなペアの処理に適す
る。

（従来の技術） 近年、半導体デバイスの形成工程ではプラズマを利用し
た処理方法が種々開発されている。例えば、パターン形
成過程では、第３図に示すように、薄膜２３を形成した
半導体基板２２に印刷或いは感光性レジストによりポジ
パターン２１を形成し、ネガ部分に相当する薄膜部分を
プラズマ領域中でスパッタリングにより除去後（エツチ
ング）、インキ或いはホトレジストを溶剤にて除去する
。

しかし、エツチング後に残った例えばレジスト表層には
、プラズマ処理を行うことに起因して、第４図に示すよ
うに、し、シスト剥離液で除去できない変質層２４が生
じてしまう。このため、上記プラズマを利用したエツチ
ング過程では、剥離液による処理の前に、同じ（プラズ
マ領域中でスパッタリングを行い、第５図に示すように
、変質層２４を除去するレジスト灰化処理が必要になる
。

第６図は上記プラズマを利用した処理のうち、薄膜スパ
ッタリングを説明する従来のエツチング装置を示す断面
図である。

第６図において、ハツチングで生じた□部分は、スパッ
タエツチング用の金属製真空チャンバー（ハウジング）
１である。真空チャンバー１は、接地電位点１９に接続
され、底部には密閉性を有する電気絶縁体８を介して金
属製のテーブル電極３が固定される。テーブル電極３は
、薄膜形成済み半導体基板２（以下ワークと呼ぶ）を載
置してあり、その載置面と反対の裏面側は、真空チャン
バー１と一体のシールド機能を果たすシールド部４が形
成される。

しかして、テーブル電極３には、プラズマ発生用の高周
波電源７からの高周波電圧が結合コンデンサ２０を介し
て印加されるようになっている。

また、真空チャンバー１内は排気口９より真空ポンプで
排気することができ、更にエツチングに必要な不活性ガ
ス（Ａｒ）はガス導入ポート５より真空チャンバー１内
に供給可能になっている。不活性ガスの供給量はバリア
プルリークバルブ６により調節される。

スパッタエツチングを行うには第３図に示したワーク２
をテーブル電極３上に載置する。次に真空チャンバー１
内を所定の真空度まで排気した後Ａ、　ｒガスを導入し
て所定の圧力に保つ。ここで高周波電圧を印加するとテ
ーブル電極３上にプラズマが発生し、イオン化したＡｒ
ガスが電界により加速されてワーク２に衝突しエツチン
グが行なわれる。こうして製作されるワーク２が第４図
に示される。

第４図のワーク２は、次に第７図に示すレジスト灰化装
置で処理される。

レジスト灰化装置は接地された金属製の真空チャンバー
３１内に真空チャンバー３１と一体のワーク台３２が配
置され、その上に半導体基板であるワーク２が置かれて
いる。スパッタエツチング−３＝ 装置と異なるのは、ワーク台３２が接地電位点３５に接
続され、真空チャンバー３１と同電位である点と、その
ワーク台３２の上部に対向電極３３が真空チャンバー３
１と電気絶縁体３４で隔てて配置され、この対向電極３
３にはコンデンサ３６を介して高周波電源３７が接続さ
れている点である。また、真空チャンバー３１内に導入
されるガスは、灰化するために酸素が用いられる。３８
はその導入ポート、３９はその供給量を調整するバリア
プルリークバルブ、また、４０は排気口である。

上記装置によってレジスト灰化を行うには、真空チャン
バー８１内を所定の真空度に排気した後、酸素を導入し
て所定の圧力に保つ。ここで高周波電圧を印加すると対
向電極３３とワーク台８２の間に酸素ガスプラズマが発
生し、レジスト２１（第３図参照）の有機成分が酸素と
結合して灰化が行なわれる。

スパッタエツチング装置とレジスト灰化装置で電極構造
が異なるのは、高周波スパッタリング現象が主に小さい
電極側で起こることに対応しており、スパッタエツチン
グ装置ではワーク２へのスパッタリング効果を高めるた
め、エツチング用テーブル電極３に対する電極が、接地
された真空チャンバー全体となっている。これに対しレ
ジスト灰化装置では、活性化した酸素に変質層２４を有
するレジスト２１をさらして灰化することが目的であり
、イオンの衝撃はできるだけ小さい方が望ましい。この
ためレジスト灰化装置ではワーク台３２及び真空チャン
バー３１が同電位で接地され、面積の小さい対向電極３
３がこれに対して配置される。

（発明が解決しようとする課題） 以上説明したようにスパッタエツチング装置とレジスト
灰化装置は、ワークを載せるテーブル電極とワーク台３
２が、一方は高周波電源からの電圧であるのに対し、他
方は接地電位である。このため従来は、スパッタエツチ
ングとレジスト灰化処理を別々の真空チャンバーにて行
っていた。従って、従来は、スパッタエツチングが終了
す′ると、そのエツチング用真空チャンバー内からワー
クを取り出し、レジスト灰化用真空チャンバーに移し換
えるという作業が必要であった。

本発明は、プラズマ発生用に共に高周波電源を必要とす
る異なる物理的・化学的処理を、共通の真空チャンバー
で行うことができるようにしたプラズマ処理装置の提供
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、基板に形成された膜に対し異なる物理的・化
学的処理を時間を前後して加えるために、それぞれの処
理に必要な気体を選択的に導入可能な真空チャンバーと
、この真空チャンバー内でプラズマを発生するための複
数の電極手段を含み、これら複数の電極手段のうち少な
くとも第１及び第２の電極手段はそれぞれ相対的に距離
を可変することができるようにした電極装置と、前記相
対距離を変位する第１及び第２の電極手段の間で、高周
波電源からの電圧を印加するか基準電圧源からの電圧を
印加するかを前記気体の選択的導入手順に対応して切換
える電源切換え手段とを具備する。

（作用） 上記の構成によれば、例えば半導体デバイスのパターン
形成工程のように、スパッタエツチングとレジスト灰化
処理を時間を前後して行う場合、スパッタエツチングの
ときは、例えば第１の電極に高周波電圧を印加し、第２
の電極を真空チャンバーと同じ接地電位に接続し、且つ
第１及び第２の電極間の距離を遠ざける。これにより、
エツチングワーク電極（第１の電極）に対向する電極手
段が、真空チャンバーと第２の電極となり、第１の電極
より広面積を有することになり、第１の電極近傍におけ
るプラズマ発生効率を高め、スパッタリング効果を充分
に高めることができる。一方、レジスト灰化処理では、
第１の電極側におけるスパッタリング効果は小さい方が
望ましいので、第１の電極を接地電位点に接続し、第２
の電極に高周波電圧を印加し、且つ電極間距離を狭める
ことで、単独のレジスト灰化装置の場合と同等のスパッ
タリング効果を第１の電極近傍に作り出すことができる
。

（実施例） 以下、本発明を半導体デバイスのパターン形成工程に使
用する実施例に関して説明する。

第１図は本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す構成図である。

本実施例の真空チャンバー５１は常に接地されている。

真空チャンバー５１内には、底部側に、ワーク５５を載
置した固定電極５２と、電極５２に対し距離を可変する
ことができる摺動電極５３が設けられている。摺動電極
５３は、固定電極５２に近づいた時は、真空チャンバー
５１から離れ、固定電極５２から離れた時は真空チャン
バー５１に近づくようになっている。固定電極５２は、
真空チャンバー５１と一体のシールド部５４によって、
ワーク５５と反対の裏面側が真空チャンバー５４の低部
に対してシールドされている。

固定電極５２は、切換えスイッチ５６の第１端子ａ及び
切換えスイッチ５７の第２端子すにそれぞれ接続され、
摺動電極５３は、切換えスイッチ５６の第２端子す及び
切換えスイッチ５７の第１端子ａにそれぞれ接続されて
いる。切換えスイッチ５６のコモン端子Ｃにはコンデン
サ５９を介して高周波電源５８からの電圧が印加され、
切換えスイッチ５７のコモン端子は接地電位点６０に接
続されている。これら各切換えスイッチ５６，５７は連
動するようになっている。

更に、真空チャンバー５１は、排気口６１を備え、排気
口６１に接続する真空ポンプ（図示路）によって、真空
チャンバー５１内を排気されるようになっている。また
、真空チャンバー５１には、スパッタエツチング用のＡ
ｒガスを導入するバリアプルリークバルブ６３及び導入
ポート６２のガス導入手段と、レジスト灰化用の酸素ガ
スを導入するバリアプルリークバルブ６５及び導入ボー
ト６４のガス導入手段とが備えられている。バリアプル
リークバルブ６３及び６５は、上記切換えスイッチ５６
及び５７の切換え動作に対応して、Ａｒガス及び酸素ガ
スを選択的に真空チャンバー５１内に導入可能に構成さ
れている。

なお、固定電極５２は電気絶縁体６６を介して真空チャ
ンバー５１内に固定され、摺動電極５３は、電気絶縁体
６６を介して真空チャンバー５１と摺動可能になってい
る。

上記装置を用いてスパッタエツチングとレジスト灰化を
行う場合の切換え動作は以下のようである。

即ち、スパッタエツチング処理を行う場合は、先ず、排
気口６１より真空引きし、次に所定の圧力になるまでバ
リアプルリークバルブ６３を開いてＡｒガスを導入する
。このとき、バリアプルリークバルブ６５は閉じている
。次に、摺動電極５３を、実線に示すように、真空チャ
ンバー５１の上部側に寄せ、固定電極５２から遠くよう
に摺動する。また、切換えスイッチ５６．５７は各第１
端子ａ側に切換え接続する。これにより固定電極５２に
は高周波電源５８が接続され、摺動電極５３には接地電
位点６０が接続されるようになる。

従って、固定電極５２と摺動電極５３の間には、高周波
電源５８の出力電圧がかかる。

接地電位側に接続された摺動電極５３が真空チャンバー
５１側に近づくことは、固定電極５２に対する接地電位
電極の面積を従来装置と同様に確保できることであり、
面積の小さい固定電極５２近傍でのスパッタリング効果
を惹起して、ワーク５５のネガ部分に相当する薄膜部分
をエツチングすることができる。

なお、固定電極５２と真空チャンバー５１の上部との距
離は、第２図に示すように、電極間距離が大きくなるに
従ってスパッタリング速度は速くなっていく。従って、
ワークへのダメージが問題とならない限り、電極間距離
は大きい方がよい。

第２図は縦軸にエツチング速度を示し、横軸に電極間距
離を示す。また、この特性を得た実験装置は、真空チャ
ンバーの大きさが、０５５０ＸＨ３８０ｍｍであり、薄
膜材はＮｉ合金を、レジスタは市販のものを使用し、高
周波電源の出力は７００Ｗ、Ａｒガス導入による圧力は
ｌＸｌ０−８（Ｐａ〕とした。そして、電極間距離を１
８０ｍｍとしたときの、薄膜のエツチング速度とレジス
タのエツチング速度は次表のようになった。

このように薄膜のエツチング速度よりレジスタのエツチ
ング速度が遅いので、薄膜をエツチングすることができ
る。

次にレジスト灰化処理は、バリアプルリークバルブ６３
を閉じ、バリアプルリークバルブ６５を開いて酸素ガス
を真空チャンバー５１内に導入する。一方、摺動電極５
３は、第１図の点線にて示すように固定電極５２側に近
づける。また、切換えスイッチ５６．５７を各第２端子
す側に切換え接続する。これにより摺動電極５３に高周
波電源５８が接続され、固定電極５２に接地電位点６０
が接続される。これは第７図におけるレジスト灰化装置
と同じになり、固定電極５２上のワーク５５はレジスト
表層の変質層が灰化されることになる。

なお、上記サイズの真空チャンバーで行った灰化処理の
結果は、酸素圧力は約１０（Ｐａ）、高周波電力は７０
０Ｗのとき、灰化速度約８００人／分で３分間の灰化処
理を行い、液温１２０度の剥離液で２分間洗浄すると、
完全にレジストを除去できた。

上記実施例によれば、スパッタエツチングの後、固定電
極５２に載置したワーク５５を真空チャンバー５１から
出して他のチャンバーに移動することな（続けてレジス
ト灰化を行うことができ、■設備が一台で済み、■スパ
ッタエツチングからレジスト灰化への連続処理により工
程時間が短縮でき、■ワークを大気中にさらさな（て済
むため、異物が付着して不良となることがなくなり、歩
留りが向上する等多（の利点がある。

なお、本発明装置は、上記実施例のスパッタエツチング
とレジスト灰化処理を行う装置に限らず、真空チャンバ
ー内でプラズマを発生するための電源手段と、この電源
手段からの電圧が印加される複数の電極手段を含み、上
記電源手段によりプラズマわ発生させて物理的或いは化
学的もしくはこれらの混成した処理を行う装置は本発明
の範ちゅうに属する。

（効果） 以上説明したように本発明によれば、従来１台の装置で
行っていた異なる処理を一台で行うことが可能になると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す構成図、第２図はスパッタエツチング時の電極間距離
とエツチング速度の関係を示す特性図、第３図、第４図
及び第５図はレジスト表層に発生する変質層を説明する
断面図、第６図は従来のスパッタエツチング装置を示す
構成図、第７図は従来のレジスト灰化装置を示す構成図
である。 特許出願人　　　　アイシン精機株式会社代理人　　　
　弁理士　　　大川　　宏壮敞故 第３図 ノ　　　リ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板に形成された膜に対し異なる物理的・化学的処理を
   時間を前後して加えるために、それぞれの処理に必要な
   気体を選択的に導入可能な真空チャンバーと、 この真空チャンバー内でプラズマを発生するための複数
   の電極手段を含み、これら複数の電極手段のうち少なく
   とも第１及び第２の電極手段はそれぞれ相対的に距離を
   可変することができるようにした電極装置と、 前記相対距離を変位する第１及び第２の電極手段の間で
   、高周波電源からの電圧を印加するか基準電圧源からの
   電圧を印加するかを前記気体の選択的導入手順に対応し
   て切換える電源切換え手段と、 を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。