JPH04226030A - プラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、半導体等の表面
における酸化物等の形成、あるいは微細パターニングプ
ロセスにおいて、それら表面に残存したフォトレジスト
の除去等に使用されるプラズマ表面処理方法並びにプラ
ズマ表面処理装置に関するもので、特に、プラズマ処理
速度が大きいプラズマ表面処理方法並びにプラズマ表面
処理装置に関する。また、プラズマ表面処理の進行の度
合を容易に検出しうるプラズマ表面処理方法並びにプラ
ズマ表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のプラズマ表面処理装置の
構成図である。図８において、１は真空漕、２は陽極、
３は試料（被処理物）、４は陰極であり、５は直流電源
であり、６は高周波発振器である。

【０００３】この従来のプラズマ表面処理においては、
真空漕１内に導入された気体に、高周波発振器６により
高周波を印加することでプラズマの発生が行なわれる。

【０００４】そして、高周波発振器６の近傍で発生させ
たプラズマ中の活性種は、陽極である電極２と陰極であ
る電極４との間に形成されている電界の作用で試料３の
表面に到達し、試料３の表面処理が行なわれる。

【０００５】得られる活性種が陽イオンであるか陰イオ
ンであるかに応じて、試料３は陰極４もしくは陽極２の
何れかに取り付けられる。図８では、活性種が陰イオン
の場合を想定して、試料３は陽極に取り付けられている
。

【０００６】陽極２と陰極４との間に印加する電圧につ
いて言及すれば、高周波発振器６によってプラズマを安
定して生成するには、この電圧を余り高くすることは望
ましくない。そこで、この従来装置では、電極２、４間
に印加される電圧は、通常数十Ｖ程度であり、またこの
程度の電圧で、プラズマ中の活性種を試料に導くために
十分な電界が形成される様に装置は設計されている。

【０００７】また、従来のプラズマ表面処理装置として
、図９に示す構成の装置もある。図９において７は陰極
であり、その他図８と同一機能の構成要素には同一番号
を付けている。

【０００８】この従来装置は、試料３を取り付けた陰極
７に対向する真空漕１自身を陽極とした構成である。こ
の装置は、陽極と陰極７との間に電圧を印加して、陽極
１と陰極７との間に正常グロー放電領域におけるグロー
放電を発生させて、この電極間にある気体をプラズマ化
するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図８に示す従来のプラ
ズマ表面処理装置では、比較的小さなプラズマ電流密度
しか得られず、従って、表面処理完了までに長時間を必
要とするという課題を有していた。また、プラズマ発生
のための高周波発振器２６が必要であり、装置が複雑で
高価なものになる。

【００１０】また図９に示す従来装置においては、プラ
ズマ中の活性種が陽イオンであるか陰イオンであるかに
よらず、陽極（真空槽１）と陰極７との間の電位勾配は
、図１０に示すように陰極７の近傍において急峻で、陽
極近傍では極めて緩やかなものとなる。

【００１１】従って、この従来装置の使用は、主たる活
性種が陽イオンの場合に限定される。即ち、主たる活性
種が陽イオンである場合には、陰極近傍の急峻な電位勾
配に活性種が引き込まれ、試料表面に活性種が衝突して
試料表面の処理が行なわれる。

【００１２】しかし、主たる活性種が陰イオンの場合に
は、試料を陽極に保持したとしても、陽極近傍の電位勾
配が殆ど平坦であるために、大半の活性種は電極間に漂
い試料表面には容易に到達し得ず、試料の表面処理が殆
ど行えないか、もしくは極めて遅い処理速度しか得られ
ない。

【００１３】以上の通り、図８に示す従来のプラズマ処
理装置においては、処理速度が遅く、また高周波発振器
を必要とするために装置が大型で高価なものとなる。

【００１４】また図９の従来装置では、図８の従来装置
に比べて構成は簡単であるが、主たる活性種が陰イオン
の場合には使用できないという課題を有していた。

【００１５】更に、上記何れの従来装置においても、プ
ラズマ表面処理の進行の程度を把握することが困難であ
った。

【００１６】本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、処
理速度が高速で、装置構成の簡易な、反応の進行程度お
よび反応の終了点を容易に検出しうるプラズマ表面処理
方法およびプラズマ表面処理装置を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、真空漕内において被処理物を取り付けた電
極と、それに近接して設置された対向電極との間に、高
電圧を印加して異常グロー放電領域で直流グロー放電を
発生させ、前記真空漕内に導入した気体をプラズマ化す
ることにより発生させた活性種を被処理物の表面に衝突
させ、その被処理物との化学反応を起こさせる。

【００１８】好ましくはグロー放電を発生させる回路全
体を、負バイアスにて印加することが望ましい。

【００１９】また、好ましくは電極対の一方を試料自身
とし、前記電極と、グラウンド間あるいは前記電極に負
バイアスを印加する直流電源との間に電流計測器を備え
ることが望ましい。

【００２０】

【作用】上記手段によれば、次の様な作用が得られる。 即ち、上記構成において、被処理物（試料）を取り付け
た電極と、それに対向する電極間との間で、異常グロー
放電領域で直流グロー放電を発生させてプラズマを形成
する。そのため、プラズマ密度が大幅に高くなる。その
結果、主たる活性種が陰イオンであっても、活性種全体
としては電極間に漂う様に振舞うものの、個々の活性種
についてみれば、試料表面に到達する活性種の数は、従
来に比べて著しく増加し、表面処理速度が大幅に向上す
る。また直流グロー放電によってプラズマを発生させる
ため、プラズマ発生のための高周波発振器が不要となる
。

【００２１】また、プラズマ表面処理の進行に伴い試料
表面の導電率が変化するため、電極対を含む回路の電流
値の変化をモニターすることで、反応の進行程度また反
応の終了点を検出することが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下具体的な実施例をもって本発明を詳述す
る。

【００２３】（実施例１）本発明のプラズマ処理装置を
用いて、導電性基板の表面上に残留したフォトレジスト
をプラズマ除去する場合について述べる。

【００２４】図１は、本実施例のプラズマ表面処理装置
の構成図である。図１において、１は真空漕、８は接地
された電極で、導電性基板９が電気的導通状態で保持さ
れている。１０は電極８に対向する対向電極であり、１
１は電極８および対向電極１０に電圧を印加し、プラズ
マを発生させるための直流電源である。また１２は気体
導入口である。なお導電性基板９は、電極８上に導電性
を保つように設置される。

【００２５】導電性基板９は、具体的にはピットが形成
された光ディスクの銅原盤であり、その表面には、ピッ
ト形成工程で塗布したフォトレジスト（ＡＺ１３５０、
シプレイ社製）が残留している。本実施例は、この残留
したフォトレジストを酸素プラズマによって酸化して除
去しようとするものである。

【００２６】本実施例では、電極８、１０間において、
異常グロー放電領域で直流グロー放電を発生させてプラ
ズマを生成する。異常放電領域でグロー放電を発生しプ
ラズマを生成するための条件は、真空槽１内の圧力、電
極８、１０間の距離等に依存する。本実施例における条
件の一例は、例えば下記の通りである。

【００２７】銅基板を取り付けた電極８と対向電極１０
との距離は２〜３ｃｍとし、かつ電極８に取り付けられ
た銅基板の表面と、対向電極１０との距離は約１ｃｍで
あるまた、真空漕１内の圧力は、１０−２Ｐａｓｃａｌ
程度まで排気した後、約１０Ｐａｓｃａｌとなるように
気体導入口１２より酸素を導入した。この状態で、対向
電極１０を、接地された電極８に対して約４００Ｖ負に
印加して、異常グロー放電領域で直流グロー放電を起こ
し、主たる活性種が陰イオンである酸素プラズマを発生
させた。なお電極８を陽極とするのは、酸化処理の場合
、酸化のための主たる活性種が陰イオン（Ｏ２−，Ｏ−
）であるためである。これにより生成した酸素陰イオン
が、銅基板表面に付着したフォトレジストと反応し、フ
ォトレジストを除去することができる。なお電極間距離
を小さくすればする程、プラズマ電流密度がますます高
くなり、反応速度はより増大する。

【００２８】一般に低圧力下での持続放電の電圧−電流
特性は図２に示す通りである。本実施例は、図２におけ
る異常グロー放電領域にて行うものであり、従って対向
電極間の電流値は大きなものである。その結果、対向電
極間におけるプラズマ密度は著しく増加する。従って、
主たる活性種が陰イオンであっても、活性種は全体とし
ては電極間に漂う様に振舞うものの、個々の活性種につ
いてみれば、基板に到達する活性種の数は、プラズマ密
度の増加に伴い大幅に増え、その結果、処理速度が大幅
に向上するのである。

【００２９】以上のように本実施例によれば、電極８と
対向電極１０との間に高電圧の印加を行って異常グロー
放電領域で直流グロー放電を起こし、電流密度の高いプ
ラズマを発生させるため、陰イオンを用いて表面処理速
度の大きいプラズマ処理が可能となる。また図８の従来
例に比べて高周波発生器を不要とすることができる。

【００３０】また活性種として陽イオンを用いて表面処
理を行なう場合、例えば窒素イオンを用いてＳｉ基板表
面に窒化処理を行なう場合には、図１において対向電極
１０へのバイアス電圧を正バイアスから負バイアスに変
更すれば、もちろん処理速度の大きなプラズマ処理が可
能である。

【００３１】本実施例においては導電性基板９として銅
基板を使用する場合について述べたが、銅以外の金属お
よび合金、あるいは半導体基板にも本発明は適用できる
。これは以下のすべての実施例について同様に言えるこ
とである。

【００３２】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例装置の構成図を示すものであり、図１と同一機能を有
するものには同一番号を付し説明を省略する。すなわち
第２の実施例で新たに加わったのは、直流電源１３であ
る。この直流電源１３は、電極８、対向電極１０および
直流電源１１によって構成される回路全体に負バイアス
を印加するためのものである。ただし図３における直流
電源１１は図１のように一端を接地していない。

【００３３】以上のように構成された本実施例装置にお
いて、第１の実施例と同様に銅基板上に付着したフォト
レジストを、酸素プラズマによって除去する場合につい
て述べる。

【００３４】上記の銅基板を、電極８に取り付ける。第
１の実施例の場合と同様に、真空漕１内を１０−２Ｐａ
ｓｃａｌ程度に排気し、気体導入口１２より酸素を導入
する。電極８と対向電極１０との間に、４００Ｖの電位
差を直流電源１１によって印加すると共に、電極対８、
１０を含む回路全体に、−１００Ｖの負のバイアス電圧
を直流電源１３によって印加する。また、真空槽１は接
地されており、これら電極対８、１０よりも高電位にあ
る。

【００３５】即ち本実施例の構成は、電極対８、１０の
端部に真空漕１を陽極として配したホローカソード（Ｈ
ｏｌｌｏｗ　　Ｃａｔｈｏｄｅ）と類似の構成であり、
ホローカソードにおけると同様に、図１の構成に比べて
電極８、１０間のプラズマ電流密度がより高まり、表面
処理速度を大幅に増大させることが可能となる。実際、
図５に、直流電源１３によって印加する負バイアス電圧
値と、図示の電流計測器１７に流れる電流の関係を示す
。これによると、１０Ｖの負バイアス印加時でバイアス
電圧を印加しない場合の３倍程度、また１００Ｖ印加時
には２０倍もの電流値が得られることが分かる。

【００３６】本実施例において処理速度が向上するのは
、この様にプラズマ電流密度が増大し、それにともなう
急激な活性種の増大によって、活性種の基板への衝突頻
度が飛躍的に増大するためであると考えられる。

【００３７】図３の構成の代わりに、図４の構成として
も同様の効果が得られる。図４においては、電極８に直
流電源１４を、対向電極１０に直流電源１５を、それぞ
れ独立に接続して電圧を印加する様になしている。

【００３８】図４の構成の装置の場合も、図３の装置の
場合と同様に、電極対を設置した後に真空漕１内を排気
し、気体導入口１２より酸素を導入する。直流電源１４
によって、電極８に−１００Ｖ、また直流電源１５によ
って、対向電極１０に−５００Ｖの電圧をそれぞれ独立
に印加する。電極８、１０間の電位差のためにグロー放
電が起こり、発生した活性種の衝突によってフォトレジ
ストの除去が行われるが、この場合も、電極対および真
空漕１の電位関係が、図３の装置構成の場合と同様であ
り、プラズマ電流密度が高まるために反応速度を増大さ
せることが可能となる。

【００３９】図３、図４の実施例装置の場合は、上記の
通り、第１の実施例の場合以上にプラズマ密度が高くな
り、表面処理速度を一層向上させることが可能となる。 また、プラズマ発生のための高周波発振器を不要とする
ことができる。

【００４０】（実施例３）図６は本発明の第３の実施例
である。第１の実施例である図１と同一機能を有する要
素には同一番号を付し、説明を省略する。

【００４１】図６の構成においては、導電性基板９を取
り付けた電極８は、対向する電極１０よりも小さく、ま
た導電性基板９とグラウンド間に流れる電流を測定する
ための電流計測器１７が設けられている。また電極１０
には定電流電源１８によって電圧が印加される。

【００４２】以上のように構成された、本実施例のプラ
ズマ表面処理装置において、以下、第１の実施例と同様
に銅基板上に付着したフォトレジストを酸素プラズマに
よって除去する場合について述べる。

【００４３】まず、導電性基板９である銅基板を電極１
０に取り付ける。なお電極１０は、導電性基板９を取り
付けたときに、電極１０とは対向しない程度の大きさ、
すなわち導電性基板９よりも小さいことが望ましい。こ
れによって、導電性基板９に流れ込む（あるいは導電性
基板より流出する）電流を電流計１７によって精確にモ
ニタすることができる。

【００４４】次に第１の実施例と同様に、真空漕１内を
排気し、気体導入口１２より酸素を導入する。このよう
に設定した後、定電流源１８にて電極１０に電圧を印加
しつつ、導電性基板９上のフォトレジストをプラズマ処
理により除去する。

【００４５】この場合、電極１０への電圧の印加を一定
電流のもとで行っているため、試料である導電性基板９
の表面の導電率の変化、すなわち本実施例の場合であれ
ば、フォトレジスト除去による、銅表面の露出のための
導電率の増大にともなって、導電性基板とグラウンド間
に流れる電流値は、一定値に向い漸次増大する。そして
電流値がほぼ飽和した時点が、残存フォトレジスト除去
の完了時点である。

【００４６】なお、導電性基板９は、接地する代わりに
図４の実施例装置の様に直流電源により電位を印加する
ことも可能である。ただし、その場合に、電流計１７に
よりプラズマ処理の進行の度合を監視するには、電極８
への電圧の印加は、定電圧にて行わなければならない。

【００４７】以上のように、図３、図４の実施例によれ
ば、電流計の電流値に基づいて反応の進行程度を検知で
き、また電流計の電流値の増大がほぼ終了するのをモニ
ターすることによって、反応の終了点を検出することが
可能となる。特に本例のように導電性基板上のフォトレ
ジスト除去には非常に有効な方法である。

【００４８】また、本方法によって反応の進行程度を検
知することにより、個々の試料の表面処理状態をほぼ等
しく維持することが可能となる。

【００４９】なお、本実施例の場合において、プラズマ
表面処理の終了点は、電流値の増大が終了すること、即
ち電流計の値がほぼ飽和値に到達することによって判断
したが、試料表面に酸素プラズマにより酸化物を形成す
る等の場合には、反応が進行するとともに試料表面の導
電性が減少するため、電流計１７の電流値の減少が終了
した点にて、反応の終了を判断することができる。

【００５０】本実施例においては、プラズマ処理速度を
向上させるためには、グロー放電は異常グロー放電領域
で発生させる方が好ましいが、電流計１７による反応の
終了時点の判断は、グロー放電を正常グロー放電領域、
異常グロー放電領域の何れの領域で発生させているかに
は左右されないことは明白である。

【００５１】（実施例４）図７に第４の実施例の構成を
示す。本実施例では直径３０ｃｍの円形銅基板上にフォ
トレジストを１００ｎｍ程度の厚みにて塗布し、短波長
光によるパターン記録および現像処理を施した試料を、
イオン源によるドライエッチングによって、銅基板上に
パターンを形成した際に銅基板上に残存するフォトレジ
ストを、酸素プラズマによって除去する場合について述
べる。

【００５２】図７において、第１の実施例である図１と
同一機能部分は同一番号を付し、その説明を省略する。 図７において、８ａは、図示の矢印方向に回転可能で導
電性基板９が設置される電極であり、１０ａは、電極８
ａに対向する対向電極である。この対向電極１０ａには
、一部に開口部が形成されており、この開口部に対向し
てイオン源装置２１が配置されている。この対向電極１
０ａは、後述するようにドライエッチング時の遮蔽用マ
スクをも兼ねるものである。

【００５３】また、本実施例では、電極８ａに取り付け
られた銅基板の表面と、対向電極１０ａとの距離は、約
１ｃｍに設定されて、真空槽１内に設置されている。

【００５４】まず、イオン源装置２１内にＡｒ（アルゴ
ン）ガスを導入してこれをプラズマ化し、発生させたプ
ラズマ内よりＡｒイオンを引出し、これを対向電極１０
ａの開口部を通して銅基板９に照射して銅基板上にパタ
ーンを形成する（ドライエッチング工程）。

【００５５】この様に、対向電極１０ａは、イオンの遮
蔽用マスクとしても機能し、照射されるイオンの斜め成
分を遮ると同時に均一なビームプロファイルを得るため
に使用されている。なおこのドライエッチング工程では
、銅基板９は、均一なイオンの照射を受ける様に、電極
８ａの矢印方向の回転により、銅基板９の中心を回転中
心として回転させられている。

【００５６】このようにして銅基板９上にはパターンが
形成されるが、このパターン形成後には、銅基板９の表
面にはエッチングされずに残ったフォトレジストが存在
する。

【００５７】以下、この残存フォトレジストの除去方法
について述べる。エッチング処理後、まずＡｒガスの導
入を停止し、真空槽１内を１０−２Ｐａｓｃａｌ程度に
排気した後、真空槽内に約１０Ｐａｓｃａｌとなるよう
に気体導入口１２より酸素を導入する。

【００５８】次に、電極８ａ、１０ａ間に電圧を印加し
て直流グロー放電を起こし、発生した酸素プラズマ中の
活性種を、銅基板表面に付着したフォトレジストと反応
させることによりフォトレジストを除去することができ
る。

【００５９】なお電極１０ａを中空な構造とし、その中
空部に冷却水を導入可能な構成にしておくことにより、
エッチング時および表面処理時の温度上昇を防止するこ
とができる。それによって、ドライエッチング時に銅基
板とフォトレジストの選択比の低下を防止するとともに
、表面処理時のアーク放電の発生を低減することができ
る。

【００６０】また、本実施例において電極１０ａ全体を
対向電極とする代わりに、電極１０ａの試料と面する側
に、電極１０ａと同形状の金属板を、四弗化エチレン樹
脂シート等を間にはさみみ込み絶縁して取り付け、この
金属板を対向電極として使用すれば、電極１０ａ全体を
グラウンドから絶縁する必要がなくなる。これにより、
上述した水冷機構のような複雑な構成を備えたマスクの
場合にも、容易に本実施例を実現することが可能となる
。

【００６１】第４の実施例においても、上記第３の実施
例と同様に、電流計を設けてプラズマ表面処理の進行の
度合をモニタすることも可能である。また、グロー放電
を、異常グロー放電領域で発生させることで、プラズマ
処理速度を向上できることは、上記第１の実施例の場合
と同様である。更に、上記第２の実施例と同様な態様で
プラズマ処理を行なうことも可能である。

【００６２】本実施例では、エッチング等の前処理を行
なった後に、真空を解除することなくそのまま試料のプ
ラズマ表面処理を行うことが可能となる。その結果、エ
ッチング工程とフォトレジスト除去工程における銅基板
の装置間移動の必要がなくなるため、移動にともなって
生ずるゴミ付着等の問題が発生せず、パターン欠陥の発
生する確率を低減することができる。これは実際のパタ
ーン形成工程をインライン化する場合に大きな効果を有
すると考えられる。

【００６３】なお、実際の表面処理においては、印加す
る電圧の大きさおよび放電電極間の距離は、処理すべき
試料の反応性、得られるプラズマ電流密度、処理時間等
より適宜に設定すればよいものである。

【００６４】

【発明の効果】以上の様に、本発明のプラズマ表面処理
方法によれば、陰イオンの活性種を用いた場合でも、簡
単な構成で、処理速度のプラズマ処理が行えるものであ
る。また、従来は十分に管理のできなかった表面処理の
進行度合を精度よく管理できるものである。

【００６５】また、本発明のプラズマ処理装置によれば
、パターン形成からプラズマ表面処理にいたる一連の工
程を、真空を破ることなく実施でき、効率的な工程を実
現できると共に、パターン欠陥を発生確立を低下するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ表面処理方法の第１の実施例
を具現化したプラズマ処理装置の構成図

【図２】プラズ
マ生成に用いる、低気圧持続放電の電圧電流特性図

【図３】本発明のプラズマ表面処理方法の第２の実施例
を具現化したプラズマ処理装置の構成図

【図４】本発明
のプラズマ表面処理方法の第３の実施例を具現化したプ
ラズマ処理装置の構成図

【図５】図４の実施例における
、負バイアス電圧と回路全体に流れる電流の関係図

【図６】本発明のプラズマ表面処理方法の第３の実施例
を具現化したプラズマ処理装置の構成図

【図７】本発明
のプラズマ表面処理装置の実施例の構成図

【図８】従来の表面処理装置の概略構成図

【図９】他の
従来の表面処理装置の概略構成図

【図１０】図９の従来
装置における対向電極間の電位勾配図

【符号の説明】

１　　真空槽 ８、８ａ　　電極 ９　　被処理物 １０、１０ａ　　対向電極 １７　　電流計測器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空漕内において、被処理物を取り付
   けた電極と、前記電極に対向する対向電極との間に、異
   常グロー放電領域で発生させた直流グロー放電により陰
   イオンの活性種を生成させて行なうプラズマ表面処理方
   法。
2. 【請求項２】　　真空槽を電気的に接地すると共に、被
   処理物を取り付けた電極およびその対向電極に、接地さ
   れた真空漕に対し負のバイアス電圧を印加する請求項１
   記載のプラズマ表面処理方法。
3. 【請求項３】　　被処理物を取り付けた電極の大きさを
   被処理物より小さくし、その電極とグラウンド間に電流
   計測器を設け、その電流値の変化で反応の進行程度およ
   び反応の終了を検知する請求項１記載のプラズマ表面処
   理方法。
4. 【請求項４】　　被処理物を取り付けた電極と対向電極
   との間に定電圧電源により電圧を印加し、前記被処理物
   を取り付けた電極と定電圧電源との間に電流計測器を設
   けてその電流値の変化で反応の進行程度および反応の終
   了を検知する請求項２記載のプラズマ表面処理方法。
5. 【請求項５】　　被処理物を搭載する、回転可能な電極
   と、この電極に対向し、一部に開口部が形成され且つ接
   地された対向電極と、前記対向電極の開口部に対向して
   設けられた、前記被処理物にパターンを形成するための
   イオン源を備えたプラズマ表面処理装置。