JPH0737314Y2 - プラズマアッシング装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は半導体製造工程においてレジストを除去する際
に用いるプラズマアッシング装置に関する。

〔従来の技術〕

シリコンウェーハをエッチングして、IC（集積回路）の
回路パターンをつくる場合、シリコン表面の酸化膜をエ
ッチングガスから保護するためにレジストを用い、レジ
ストで保護されていない部分のシリコン表面の酸化膜を
エッチングにより除去してウェーハ上に所望のパターン
を形成せしめる。

この後、レジストをウェーハ表面から除去するためにウ
ェーハを液体化学薬品に浸漬する湿式処理を行った場
合、液体化学薬品に含まれる種々の不純物によりパター
ン欠損，汚染が生じ成品の品質が悪いという問題があっ
た。また、使用する薬品の量が多く、除去作業が非能率
的であった。このため近年、プラズマを用いてレジスト
を剥離させるプラズマアッシング装置による乾式処理が
行われている。

第２図は従来のプラズマアッシング装置の模式的縦断面
図であり、図中21は石英管からなるバレル型の反応室で
あり、反応室21の一側壁はドーム状になっており、その
中央部に排気口22が設けられている。また、反応室21の
上部には接地電極26が、下部にはRF電源25と接続した高
周波電極27が配されている。更に反応室21内には試料台
23が配されている。そしてこのようなプラズマアッシン
グ装置にあっては試料台23上に前記排気口22に臨ませて
試料S,S…を平行に立設配置し、反応室21内を所要の真
空度に設定した後、反応室21の上部壁に設けられたガス
供給管24を通じてO₂ガスを反応室21内に供給すると共
に、前記RF電源25により反応室21内にRFを印加し、O₂プ
ラズマを生ぜしめ、試料S,S…表面でプラズマ流中のイ
オン，ラジカル粒子による表面反応を生起させ、試料S,
S…にアッシングを施すようになっている。

このようなバレル型のプラズマアッシング装置は、一度
に多数の試料を処理でき、生産性が高いという利点を有
する一方、プラズマを生ぜしめるプラズマ室と試料を配
する試料室とが同室であるため、パターンの微細化が進
むにつれイオン衝撃、プラズマ流によるデバイスの損傷
が大きく、成品の品質が悪いという欠点があった。

これに対して第３図の如きダウンフロー型のアッシング
装置においては、マイクロ波導波管33内に石英ガラス管
のプラズマ室31を貫通させ、プラズマ室31の上部からO₂
ガスを導入すると共に、マイクロ波による高周波電界を
印加してプラズマ室31内にプラズマを発生させて試料室
32へ引出し、試料Ｓのアッシングを行う。このようなプ
ラズマアッシング装置によると、デバイスに対する損傷
は回避されるが、プラズマ生成室31が導波管33の大きさ
で限定されるので、試料処理面積が小さく、多数の試
料，大型の試料等を処理することができないという問題
があった。

処理面積が極めて大きく、しかも反射防止のための整合
等の操作も容易なマイクロ波プラズマ装置として、はし
ご状周期構造を利用する方式（R.G.Bosisio et al:J.Mi
crowave Power,7（４）,PP.325〜346,1972）、或いは本
出願人が特開昭62-5600号，特開昭62-99481号公報にお
いて提案した誘電体被覆線路を利用する方式等が知られ
ている。更に本考案者等は誘電体被覆線路を利用する方
式において、プラズマの指向性を高めて試料面に対する
均一な処理を可能ならしめるための提案を特開昭63-214
344号，特開昭63-214345号，特開昭63-214346号公報に
て行っている。

第４図は上記誘電体被覆線路を利用する方式のプラズマ
アッシング装置の模式的正面断面図であり、図中40は中
空直方体形の反応器であって上部壁を除く全体が金属製
であり、特に周囲壁は二重構造であって内部に冷却水用
の通流室41を備えている。反応器40の上部壁はマイクロ
波の透過が可能であり、誘電損失が小さい耐熱性板42、
例えば石英ガラス又はパイレックスガラス等にて気密状
態に封止されている。反応器40の上方には、耐熱性板42
と対向させて反応器40の上面を覆い得る大きさのアルミ
ニウム板20aの下面に貼付させて誘電損失が小さい誘電
体層20b、例えばフッ素樹脂ポリスチレン，ポリエチレ
ンが配置されており、これにより誘電体被覆線路20が形
成される。誘電体被覆線路20の側部には導波管５を介し
てマイクロ波発振器51が連結されており、マイクロ波発
振器51から発振されたマイクロ波は導波管５を経て誘電
体被覆線路20に導入され、反応器40内にプラズマ発生に
必要な電界を形成する。

反応器40の内部は上部壁寄りの位置で耐熱性板42と平行
に配した仕切壁43にて上，下に区分され、これにより仕
切壁43の上部のプラズマ生成室44と仕切壁43の下部の試
料処理室45とで圧力差が形成される。前記プラズマ生成
室44内にはその上部の耐熱性板42を透過して電界が形成
される。更に、前記プラズマ生成室44には導波管５と同
側から周囲壁を貫通してガス供給管30が、また試料処理
室45の底面には排気管４が夫々配され、この試料処理室
45内の仕切壁43寄りの中央部には図示しない支持台上に
試料Ｓが載置されるようにしてある。

前記仕切壁43はマイクロ波遮蔽材料例えばステンレス
鋼，アルミニウム等の金属にて形成されており、複数の
孔が設けられている。この孔を通じて、前記圧力差に従
いプラズマ生成室44で生じたプラズマ，原料ガス等が試
料処理室45に導出され、試料Ｓ表面に均一に指向せしめ
るようにしてある。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、本考案者らは前記誘電体被覆線路を利用する
方式のプラズマアッシング装置において更にアッシング
の均一性を向上させるべく、試料Ｓ上のアッシング速度
について実験，研究を行ったところ、仕切壁13の中央部
ほどプラズマの導出量が多いので試料Ｓ上のアッシング
速度分布は、その中央部ほどアッシング速度が大きく、
両端部で小さくなる凸型のアッシング速度分布になり、
これがアッシングを不均一なものにする要因となるこ
と、また試料Ｓと仕切壁との距離が大きいほどアッシン
グ速度は小さくなることを知見した。

本考案は斯かる知見に基づいてなされたものであり、そ
の目的とするところは、試料Ｓ上の凸型のアッシング速
度分布を解消し、均一なアッシング速度分布を得ること
により、アッシングの均一性を向上させるプラズマアッ
シング装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係るプラズマアッシング装置は、プラズマ生成
室と、試料を処理する試料処理室との間に、該試料処理
室へのプラズマ導入孔を有する仕切壁を設け、また前記
プラズマ生成室に対し、前記試料処理室が位置する側と
反対側に位置し、プラズマ生成室との間に誘電損失の小
さい耐熱性板を隔てて誘電体被覆線路を設け、前記仕切
壁を、これと前記試料との距離が試料の中心部ほど大き
くなるような形状にしたことを特徴とする。

〔作用〕 本考案に係るプラズマアッシング装置にあっては、誘電
体被覆線路を用いることで、広い処理面積にマイクロ波
を均一に分布することが出来、また仕切壁を、これと試
料との距離が試料中心部ほど大きくなるような形状にし
たことで仕切壁の中心部ほどアッシング速度が小さくな
り、仕切壁の両端部に近づくにつれてアッシング速度が
大きくなる。

これにより試料Ｓ上の凸型のアッシング速度分布が解消
され、試料Ｓ上のアッシング速度分布が均一になる。

〔実施例〕

以下本考案をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本考案に係るプラズマプロセス装置の模式的正
面断面図であり、前記第４図の従来装置と同様に、図中
１は中空直方体形の反応器であって上部壁を除く全体が
金属製であり、特に周囲壁は二重構造であって内部に冷
却水用の通流室11を備えている。反応器１の上部壁はマ
イクロ波の透過が可能であり、誘電損失が小さな耐熱性
板12、例えば石英ガラス又はパイレックスガラス等にて
気密状態に封止されている。反応器１の上方には、耐熱
性板12と対向させて反応器１の上面を覆い得る大きさの
アルミニウム板2aの下面に貼付させて誘電損失が小さい
誘電体層2b、例えばフッ素樹脂，ポリスチレン，ポリエ
チレンが配置されており、これにより誘電体被覆線路２
が形成される。誘電体被覆線路２の側部には導波管５を
介してマイクロ波発振器51が連結されており、マイクロ
波発振器51から発振されたマイクロ波は導波管５を経て
誘電体被覆線路２に導入され、反応器１の内部に電界が
形成される。

反応器１の内部には上部壁寄りの位置に、両端部から中
心部に近づくにつれて試料Ｓとの距離が大きくなるよう
な球面形状の仕切壁13がその外周面を耐熱性板12と対向
させて配されており、これにより仕切壁13の上部のプラ
ズマ生成室14と仕切壁13の下部の試料処理室15とに分離
され、前記プラズマ生成室14内にはその上部の耐熱性板
12を透過して電界が形成される。更に、前記プラズマ生
成室14には導波管５と同側から周囲壁を貫通してガス供
給管３が連結されている。

試料処理室15の底面には排気口４が開設されており、こ
の試料処理室15内の上部壁寄りの中央部には図示しない
支持台上に試料Ｓが耐熱性板12と平行に載置されるよう
にしてある。

前記仕切壁13はマイクロ波遮蔽材料、例えばステンレス
鋼，アルミニウム等の金属であり、その両端部はプラズ
マ生成室14のガス供給管３を連結している部位より下側
の壁面部及びそれに対向する壁面部に固着されている。

仕切壁13には複数の孔が設けられており、この孔を通じ
て、プラズマ生成室14で生じたプラズマ，原料ガス等が
試料処理室15に導出され、試料Ｓ表面に指向せしめるよ
うにしてある。これにより、前述の如くプラズマ生成室
14内へ導入されるマイクロ波により生成されたプラズマ
等が仕切壁13の孔を通じて試料処理室15へ導出され、仕
切壁13の中央部ほどアッシング速度が小さく、両端部ほ
どアッシング速度が大きくなり、試料Ｓ上の凸型のアッ
シング速度分布が解消される。

〔試験例〕

反応器１の寸法諸元、並びに試験条件は次のとおりであ
る。

反応器１の仕切壁13として厚さ2mm、曲率半径180mmの球
面状のアルミニウム板を用い、この仕切壁13の140mm×1
40mmの範囲に直径1mmの孔を5mmピッチで設けた。プラズ
マ生成室14はマイクロ波の進行方向に180mm,幅180mm,長
さ（図面縦方向）20mmとした。また試料Ｓは仕切壁13下
面中心より24mm下方に載置した。

一方、誘電体層2bはフッ素樹脂を用い、これを長さ400m
m,幅600mmのアルミニウム板2aの下面に貼付した。フッ
素樹脂のマイクロ波進行方向の長さは400mm,幅200mm,厚
さ20mmとし、誘電体被覆線路２たる誘電体層2bと耐熱性
板12との間の距離は25mmとした。

このような本考案装置を用いてポジレジストのアッシン
グ試験を実施した。ガス供給管３からO₂をプラズマ生成
室14に200sccm供給し、マイクロ波電力1kwでプラズマを
生成させ、試料として厚さ１μｍのポジレジストを塗布
した６インチウェーハを試料処理室15に載置した。ウェ
ーハを200℃に加熱し、30秒間アッシングを行ったとこ
ろ、レジストは完全に除去されており、ウェーハの損傷
は全くなかった。

また、従来装置（第４図）及び本考案装置（第１図）に
て同様の条件で厚さ２μｍのポジレジストを塗布した６
インチウェーハを上記同様にアッシングし、アッシング
前後のレジストの厚さとアッシング時間からウェーハ面
内のアッシング速度の均一性を算出したところ、従来装
置では±15％であり、ウェーハの中心部のアッシング速
度が大きい凸型のアッシング速度分布であった。これに
対して本考案装置では±５％以下であり、極めて均一な
アッシング処理が行われた。

なお、上述の実施例では反応器が中空直方体である場合
について説明したが、円筒形の反応器を用いた場合にも
同様の効果を得ることができる。

また、仕切壁13の形状は球面状に限らず、仕切壁13の両
端部から中心部に近づくにつれて試料Ｓとの距離が大き
くなるような形状であればどのようなものでもよく、例
えば断面視が前記中心部を頂点とした二等辺三角形の２
側辺からなる形状のものにしてもよいし、両端部は耐熱
性板12と平行であり、中心部だけ徐々に耐熱性板12方向
に突き出した形状のものでもよい。

〔効果〕

以上詳述した如く本考案装置にあっては、誘電体被覆線
路を利用してマイクロ波をプラズマ生成室内に均一に導
入することとしたから、広い処理面積を容易に得ること
が出来、また仕切壁を、これと試料との距離が試料の中
心部ほど大きくなるような形状としたことで試料の中心
部でアッシング速度が大きくなることを解消でき、試料
表面のアッシング速度分布の均一化が図れ、アッシング
の均一性を確保出来、またイオン衝撃による試料の損傷
が防止され、成品の品質が向上する等優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るプラズマアッシング装置の模式的
正面断面図、第２図は従来のバレル型のプラズマアッシ
ング装置の模式的正面断面図、第３図は従来のダウンフ
ロー型のプラズマアッシング装置の模式的正面断面図、
第４図は従来の誘電体被覆線路を利用する方式のプラズ
マアッシング装置の模式的正面断面図である。 １…反応器、２…誘電体被覆線路 13…仕切壁、14…プラズマ生成室 15…試料処理室、Ｓ…試料

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ生成室と、試料を処理する試料処
   理室との間に、該試料処理室へのプラズマ導入孔を有す
   る仕切壁を設け、また前記プラズマ生成室に対し、前記
   試料処理室が位置する側と反対側に位置し、プラズマ生
   成室との間に誘電損失の小さい耐熱性板を隔てて誘電体
   被覆線路を設け、前記仕切壁を、これと前記試料との距
   離が試料の中心部ほど大きくなるような形状にしたこと
   を特徴とするプラズマアッシング装置。