JPH0775229B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理方法Info
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- JPH0775229B2 JPH0775229B2 JP3153493A JP15349391A JPH0775229B2 JP H0775229 B2 JPH0775229 B2 JP H0775229B2 JP 3153493 A JP3153493 A JP 3153493A JP 15349391 A JP15349391 A JP 15349391A JP H0775229 B2 JPH0775229 B2 JP H0775229B2
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- JP
- Japan
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- hydrogen
- gas
- plasma
- processing method
- plasma processing
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- Plasma Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法に係
り、特に水素を用いたプラズマ処理方法に関する。
り、特に水素を用いたプラズマ処理方法に関する。
【０００２】水素を含むガスをプラズマ化して固体表面
をプラズマ処理する試みは数多くなされている。この様
なプラズマ処理は、半導体装置の製造工程の分野におい
ても提案されている。例えば、イオン注入の際のマスク
に用いたレジストの剥離は、Fujimura et al.,Procedur
es of The Symposium on Dry Process, Edited by Nish
izawa et al.,PV88-7,The Electromechanical Society,
Inc,1988,pp.126-133にて提案されている。又、プラズ
マから引き出した水素イオンによるシリコン表面のクリ
ーニングはK,Miyake,"Removal of a Thin ＳｉＯ2 Laye
r by Low-Energy Hydrogen Ion Bombardment at Elevat
ed Temperatures",Japanese Journal ofApplied Physic
s,Vol.28.No.11,November, 1989,pp.2376-2381 にて提
案されている。本発明は、これらの用途を満たす水素を
用いたプラズマ処理に関するものである。
をプラズマ処理する試みは数多くなされている。この様
なプラズマ処理は、半導体装置の製造工程の分野におい
ても提案されている。例えば、イオン注入の際のマスク
に用いたレジストの剥離は、Fujimura et al.,Procedur
es of The Symposium on Dry Process, Edited by Nish
izawa et al.,PV88-7,The Electromechanical Society,
Inc,1988,pp.126-133にて提案されている。又、プラズ
マから引き出した水素イオンによるシリコン表面のクリ
ーニングはK,Miyake,"Removal of a Thin ＳｉＯ2 Laye
r by Low-Energy Hydrogen Ion Bombardment at Elevat
ed Temperatures",Japanese Journal ofApplied Physic
s,Vol.28.No.11,November, 1989,pp.2376-2381 にて提
案されている。本発明は、これらの用途を満たす水素を
用いたプラズマ処理に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】例えば、Ｓｉ基板上にエピタキシャル層
を成長する際の前処理に水素を用いる場合、Ｓｉ基板う
水素雰囲気中で高温に加熱して処理を行うのが一般的で
ある。この時、多量の水素を用いて処理することから、
安全のために水素を通常Ｎ2 やＡｒ等の水素と反応しな
いガスで希釈する。この水素を用いて前処理する主な目
的は、例えばＳｉ基板に対してはＳｉ基板上に生じた自
然酸化膜を除去することである。この時、一般に１００
０℃程度まで基板温度を上げるうえ、１０〜１０００ｌ
／分にも及び水素が必要で安全面に問題がある。従っ
て、上記文献M.Miyakeでは、処理の低温化、安全性の向
上及び高効率化等の目的でプラズマ処理化も検討されて
いる。又、上記文献Fujimura et al．では、例えばレイ
オン注入されたレジストの剥離にも水素プラズマが用い
られている。
を成長する際の前処理に水素を用いる場合、Ｓｉ基板う
水素雰囲気中で高温に加熱して処理を行うのが一般的で
ある。この時、多量の水素を用いて処理することから、
安全のために水素を通常Ｎ2 やＡｒ等の水素と反応しな
いガスで希釈する。この水素を用いて前処理する主な目
的は、例えばＳｉ基板に対してはＳｉ基板上に生じた自
然酸化膜を除去することである。この時、一般に１００
０℃程度まで基板温度を上げるうえ、１０〜１０００ｌ
／分にも及び水素が必要で安全面に問題がある。従っ
て、上記文献M.Miyakeでは、処理の低温化、安全性の向
上及び高効率化等の目的でプラズマ処理化も検討されて
いる。又、上記文献Fujimura et al．では、例えばレイ
オン注入されたレジストの剥離にも水素プラズマが用い
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の水素プ
ラズマ処理では、各れもＨ2 そのもの、若しくはＨ2 を
不活性ガスあるいはＮ2 で希釈していたガスを用いてい
た。しかしながら、このような処理では処理速度が非常
に遅くなるという問題があり、産業上の利用を考えると
実情にそくさない。
ラズマ処理では、各れもＨ2 そのもの、若しくはＨ2 を
不活性ガスあるいはＮ2 で希釈していたガスを用いてい
た。しかしながら、このような処理では処理速度が非常
に遅くなるという問題があり、産業上の利用を考えると
実情にそくさない。
【０００５】これらプラズマ処理の主も目的は水素イオ
ン（Ｈ+ ）や水素ラジカル（水素原子：Ｈ）を利用する
ことである。このため、Ｈ2 の解離率を上げて処理速度
を稼ぐためにＥＣＲプラズマ用いる処理も考えられる。
しかしながら、この処理方法でも処理速度の点は不十分
である。
ン（Ｈ+ ）や水素ラジカル（水素原子：Ｈ）を利用する
ことである。このため、Ｈ2 の解離率を上げて処理速度
を稼ぐためにＥＣＲプラズマ用いる処理も考えられる。
しかしながら、この処理方法でも処理速度の点は不十分
である。
【０００６】そこで、本発明は、水素原子や水素イオン
処理を高速化させることができるプラズマ処理方法を提
供することを目的としている。
処理を高速化させることができるプラズマ処理方法を提
供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明になるプラズマ処
理方法においては、水素分子を主成分とする第１のガス
と第１のガスより少ない量の水素を含む第２のガスとを
チャンバ内に供給する第１のステップと、第１及び第２
のガスからなる混合ガスのプラズマをチャンバ内で発生
することにより被加工物表面にプラズマ処理を施す第２
のステップとを設けている。第２のガスは水素及び酸素
を含む有機化合物又は水素を含む無機物化合物からな
る。
理方法においては、水素分子を主成分とする第１のガス
と第１のガスより少ない量の水素を含む第２のガスとを
チャンバ内に供給する第１のステップと、第１及び第２
のガスからなる混合ガスのプラズマをチャンバ内で発生
することにより被加工物表面にプラズマ処理を施す第２
のステップとを設けている。第２のガスは水素及び酸素
を含む有機化合物又は水素を含む無機物化合物からな
る。
【０００８】
【作用】本発明では、詳細なメカニズムは不明である
が、後述する実験データからすると、第１及び第２のガ
スを混合することにより、水素分子の解離を促進して実
質的に水素原子等の濃度を増加させたり、水素原子の再
結合による消滅を阻害して水素原子の濃度を増加させた
りすると考えられている。
が、後述する実験データからすると、第１及び第２のガ
スを混合することにより、水素分子の解離を促進して実
質的に水素原子等の濃度を増加させたり、水素原子の再
結合による消滅を阻害して水素原子の濃度を増加させた
りすると考えられている。
【０００９】従って、水素原子や水素イオン処理を高速
化させることが可能である。
化させることが可能である。
【００１０】
【実施例】先ず、本発明になるプラズマ処理方法の第１
実施例を図１〜図４と共に説明する。本実施例では、本
発明はレジスト剥離処理に適用されている。図１は第１
実施例のレジスト剥離処理を説明する図、図２は第１実
施例で用いるレジスト剥離装置を示す図、図３及び図４
は第１実施例の効果を説明する図である。これらの図に
おいて、１はＳｉ等からなる基板、２はノボラック樹脂
等からなるレジスト層、２ａはレジスト層２内の未変質
層、２ｂはレジスト層２内の変質層であり、クロスコン
タミ層２ｃと注入炭化層２ｄと２次炭化層２ｅとからな
っている。３はＲＩＥモジュール、４はダウンストリー
ムモジュール、５ａ，５ｂは基板１を載置する基板載置
台、６は基板載置台５ａ内に設けられたヒータ、７は基
板１をＲＩＥモジュール３の基板載置台５ａからダウン
ストリームモジュール４の基板載置台５ｂに搬送するた
めのアーム、８はプラズマチャンバ、９は石英窓、１０
はシャワーヘッドである。
実施例を図１〜図４と共に説明する。本実施例では、本
発明はレジスト剥離処理に適用されている。図１は第１
実施例のレジスト剥離処理を説明する図、図２は第１実
施例で用いるレジスト剥離装置を示す図、図３及び図４
は第１実施例の効果を説明する図である。これらの図に
おいて、１はＳｉ等からなる基板、２はノボラック樹脂
等からなるレジスト層、２ａはレジスト層２内の未変質
層、２ｂはレジスト層２内の変質層であり、クロスコン
タミ層２ｃと注入炭化層２ｄと２次炭化層２ｅとからな
っている。３はＲＩＥモジュール、４はダウンストリー
ムモジュール、５ａ，５ｂは基板１を載置する基板載置
台、６は基板載置台５ａ内に設けられたヒータ、７は基
板１をＲＩＥモジュール３の基板載置台５ａからダウン
ストリームモジュール４の基板載置台５ｂに搬送するた
めのアーム、８はプラズマチャンバ、９は石英窓、１０
はシャワーヘッドである。
【００１１】次に、その処理方法について説明する。
【００１２】まず、図１（ａ）に示すように、ノボラッ
ク樹脂系レジストＯＦＲＰ８６００Ａ（商品名、東京応
化工業社製）を６インチＳｉ基板１上に約１μｍの厚さ
で塗布してレジスト層２を形成し、ホットプレートで９
０℃、９０秒ベークした後、Ｐ+ を１×１０16個／Ｃｍ
27、７０ｋｅｖでイオン注入した。この時、レジスト層
２の上層部にレジスト層２の未変質層２ａを覆うように
クロスコンタミ層２ｃ、注入炭化層２ｄ及び２次炭化素
子２ｅからなる変質層２ｂが２３００Å程度生じる。な
お、これについては、Fujimura et al.,“Ashing of Io
n-Implanted Resist Layer",Japanese Journal of Appl
ied Physics,Vol.28,No.10,October 1989,pp.2130-2136
にも報告されている。
ク樹脂系レジストＯＦＲＰ８６００Ａ（商品名、東京応
化工業社製）を６インチＳｉ基板１上に約１μｍの厚さ
で塗布してレジスト層２を形成し、ホットプレートで９
０℃、９０秒ベークした後、Ｐ+ を１×１０16個／Ｃｍ
27、７０ｋｅｖでイオン注入した。この時、レジスト層
２の上層部にレジスト層２の未変質層２ａを覆うように
クロスコンタミ層２ｃ、注入炭化層２ｄ及び２次炭化素
子２ｅからなる変質層２ｂが２３００Å程度生じる。な
お、これについては、Fujimura et al.,“Ashing of Io
n-Implanted Resist Layer",Japanese Journal of Appl
ied Physics,Vol.28,No.10,October 1989,pp.2130-2136
にも報告されている。
【００１３】次に図２に示すレジスト剥離装置のＲＩＥ
モジュール３装置を用い、まず図１（Ｂ）に示す如く水
素プラズマで変質層２ｂを剥離し、次に、図２に示すレ
ジスト剥離装置のダウンストリームモジュール４を用
い、図１（ｃ）に示す如くダウンフローで基板１にダメ
ージを生じないように残りの未変質層２ａを剥離する。
モジュール３装置を用い、まず図１（Ｂ）に示す如く水
素プラズマで変質層２ｂを剥離し、次に、図２に示すレ
ジスト剥離装置のダウンストリームモジュール４を用
い、図１（ｃ）に示す如くダウンフローで基板１にダメ
ージを生じないように残りの未変質層２ａを剥離する。
【００１４】ＲＩＥモジュール３は大略基板１が載置さ
れる基板載置台５ａと、基板載置台５ａ内に設けられた
ヒータ６とからなり、基板載置台５ａはプラズマチャン
バ８内に設けられている。他方、ダウンストリームモジ
ュール４は大略基板載置台５ｂ、石英９及びシャワーヘ
ッド１０からなる。アームは図２中矢印方向へ回動して
基板１をＲＩＥモジュール３からダウンストリームモジ
ュール４に搬送する。基板１をＲＩＥモジュール３から
搬送する際、アーム７が基板１をダウンストリームモジ
ュール４へ搬送可能なように基板載置台５ａのピン（図
示せず）が基板１を持ち上げる。又、ダウンストリーム
モジュール４側では、基板載置台５ｂのピン（図示せ
ず）が搬送されてきた基板１を受けて下降することによ
り基板載置台５ｂ上へ載置する。
れる基板載置台５ａと、基板載置台５ａ内に設けられた
ヒータ６とからなり、基板載置台５ａはプラズマチャン
バ８内に設けられている。他方、ダウンストリームモジ
ュール４は大略基板載置台５ｂ、石英９及びシャワーヘ
ッド１０からなる。アームは図２中矢印方向へ回動して
基板１をＲＩＥモジュール３からダウンストリームモジ
ュール４に搬送する。基板１をＲＩＥモジュール３から
搬送する際、アーム７が基板１をダウンストリームモジ
ュール４へ搬送可能なように基板載置台５ａのピン（図
示せず）が基板１を持ち上げる。又、ダウンストリーム
モジュール４側では、基板載置台５ｂのピン（図示せ
ず）が搬送されてきた基板１を受けて下降することによ
り基板載置台５ｂ上へ載置する。
【００１５】もし、変質層２ｂを剥離する際に酸化プラ
ズマを用いると、注入した注入種が酸化されて酸化物と
なって残ってしまう。従って、変質層２ｂのＳｉは酸素
を含んでいてもその酸素の降下が実質的に無視できるも
のがよく、酸素を含まないガスを用いるのが望ましい。
即ち、水素のみを用い時と略同等のプロセスを有するガ
スを用いる必要がある。
ズマを用いると、注入した注入種が酸化されて酸化物と
なって残ってしまう。従って、変質層２ｂのＳｉは酸素
を含んでいてもその酸素の降下が実質的に無視できるも
のがよく、酸素を含まないガスを用いるのが望ましい。
即ち、水素のみを用い時と略同等のプロセスを有するガ
スを用いる必要がある。
【００１６】なお、ここでの水素プラズマ処理、即ち、
ＲＩＥ処理は、具体的には水素ガスを５００ｃｃ／分の
流量で図２に示すプラズマチャンバ８に流し、圧力を１
Ｔｏｒｒとし、１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波で
励起してプラズマ処理することにより行った。又、ダウ
ンフローの処理は具体的にはＯ2 の流量を６００ｃｃ／
分、Ｈ2 Ｏの流量を４００ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏｒ
ｒ、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）のパワーを１ｋｗ、
基板載置台５ｂの温度を２００℃にして行った。ところ
で、水素プラズマ処理が不十分の時、変質層２ｂが残っ
ており、ダウンフロー処理時の基板１の加熱に伴う未変
質層２ａの膨張等によってこの変質層２ｂが弾け、塵と
なって四散する。この塵は多くの場合ダウンフローアッ
シングでは完全に除去することができず、その跡が基板
１上に残る。従って、水素プラズマ処理が十分になされ
たかどうかは、ダウンフロー処理時には変質層２ｂが弾
けるかどうか、又、基板１上に変質層２ｂの残渣が生じ
ているかどうかによって判断することができる。
ＲＩＥ処理は、具体的には水素ガスを５００ｃｃ／分の
流量で図２に示すプラズマチャンバ８に流し、圧力を１
Ｔｏｒｒとし、１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波で
励起してプラズマ処理することにより行った。又、ダウ
ンフローの処理は具体的にはＯ2 の流量を６００ｃｃ／
分、Ｈ2 Ｏの流量を４００ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏｒ
ｒ、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）のパワーを１ｋｗ、
基板載置台５ｂの温度を２００℃にして行った。ところ
で、水素プラズマ処理が不十分の時、変質層２ｂが残っ
ており、ダウンフロー処理時の基板１の加熱に伴う未変
質層２ａの膨張等によってこの変質層２ｂが弾け、塵と
なって四散する。この塵は多くの場合ダウンフローアッ
シングでは完全に除去することができず、その跡が基板
１上に残る。従って、水素プラズマ処理が十分になされ
たかどうかは、ダウンフロー処理時には変質層２ｂが弾
けるかどうか、又、基板１上に変質層２ｂの残渣が生じ
ているかどうかによって判断することができる。
【００１７】上記プロセスにおいて、残渣なくイオン注
入されたレジスト層２の変質層２ｂを剥離するのに必要
な水素プラズマ処理の最短時間は７分であった。次に、
水素プラズマ処理の圧力を約２Ｔｏｒｒに上げて同様の
実験を行ったところ、水素プラズマの必要時間は１０分
であった。
入されたレジスト層２の変質層２ｂを剥離するのに必要
な水素プラズマ処理の最短時間は７分であった。次に、
水素プラズマ処理の圧力を約２Ｔｏｒｒに上げて同様の
実験を行ったところ、水素プラズマの必要時間は１０分
であった。
【００１８】これに対して、本実施例におけるプラズマ
処理の条件を水素ガスの流量を４２５ｃｃ／分、水蒸気
の流量を７５ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏｒｒと変更して行
ったところ、残渣なくイオン注入されたレジスト層２の
変質層２ｂを剥離するのに必要な水素プラズマ処理の最
短時間は９０秒とプラズマ処理時間を短縮させることが
できた。又、水素ガスの流量を４７５ｃｃ／分、水蒸気
の流量を２５ｃｃ／分、圧力を２Ｔｏｒｒとしたプラズ
マ処理では１０５秒にプラズマ処理時間を短縮させるこ
とができた。
処理の条件を水素ガスの流量を４２５ｃｃ／分、水蒸気
の流量を７５ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏｒｒと変更して行
ったところ、残渣なくイオン注入されたレジスト層２の
変質層２ｂを剥離するのに必要な水素プラズマ処理の最
短時間は９０秒とプラズマ処理時間を短縮させることが
できた。又、水素ガスの流量を４７５ｃｃ／分、水蒸気
の流量を２５ｃｃ／分、圧力を２Ｔｏｒｒとしたプラズ
マ処理では１０５秒にプラズマ処理時間を短縮させるこ
とができた。
【００１９】次に、上記プロセスにおいて、開口面積が
１／２のパターンが形成された厚さ１μｍのレジスト層
２を用い、プラズマ処理条件を水素ガスの流量を４５０
ｃｃ／分、水蒸気の流量を７５ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏ
ｒｒで行ったところ、残渣なくイオン注入されたレジス
トを剥離するのに水素プラズマ処理時間は７５秒であっ
た。又、水素ガスの流量を４７５ｃｃ／分、水蒸気の流
量を２５ｃｃ／分、圧力を２Ｔｏｒｒとした場合の水素
プラズマ処理時間は１０５秒であった。即ち、圧力が２
Ｔｏｒｒでは、処理速度のパターン面積の依存性が小さ
いと考えられる。
１／２のパターンが形成された厚さ１μｍのレジスト層
２を用い、プラズマ処理条件を水素ガスの流量を４５０
ｃｃ／分、水蒸気の流量を７５ｃｃ／分、圧力を１Ｔｏ
ｒｒで行ったところ、残渣なくイオン注入されたレジス
トを剥離するのに水素プラズマ処理時間は７５秒であっ
た。又、水素ガスの流量を４７５ｃｃ／分、水蒸気の流
量を２５ｃｃ／分、圧力を２Ｔｏｒｒとした場合の水素
プラズマ処理時間は１０５秒であった。即ち、圧力が２
Ｔｏｒｒでは、処理速度のパターン面積の依存性が小さ
いと考えられる。
【００２０】次に、本実施例における水蒸気の添加効果
の様子を把握するために、図３に実線で示す如くイオン
注入を行っていないレジスト層のエッチングレートを調
べてみた。ここでは基板の全面にレジストを塗布し、２
００℃で１分ベークし、圧力を１Ｔｏｒｒ、μ波パワー
を１ｋＷとしてＲＩＥ処理を行った。図中には窒素を添
加した時の様子も破線で併記してある。図３から判るよ
うに、水蒸気１０％程度添加すると添加しない時に比べ
て５倍程度エッチングレートが上昇しており、２０％を
越えるとエッチングレートは下降し、５０％以上ではほ
とんど一定であった。この時のエッチングレートはピー
ク時の約半分であった。
の様子を把握するために、図３に実線で示す如くイオン
注入を行っていないレジスト層のエッチングレートを調
べてみた。ここでは基板の全面にレジストを塗布し、２
００℃で１分ベークし、圧力を１Ｔｏｒｒ、μ波パワー
を１ｋＷとしてＲＩＥ処理を行った。図中には窒素を添
加した時の様子も破線で併記してある。図３から判るよ
うに、水蒸気１０％程度添加すると添加しない時に比べ
て５倍程度エッチングレートが上昇しており、２０％を
越えるとエッチングレートは下降し、５０％以上ではほ
とんど一定であった。この時のエッチングレートはピー
ク時の約半分であった。
【００２１】そして、プラズマの色は水蒸気が５０〜１
００％では青みがかったピンクであるのに対し、水蒸気
が０〜３０％ではきれいなピンク色であった。これか
ら、水蒸気５０〜１００％では水蒸気１００％と同等の
プロセスであり、水蒸気０〜３０％では水素１００％と
略同等のプロセスとなっていると推定された。即ち、水
蒸気を水素に添加することで、水素と同等の処理を５倍
程度高速化させることが可能となった。
００％では青みがかったピンクであるのに対し、水蒸気
が０〜３０％ではきれいなピンク色であった。これか
ら、水蒸気５０〜１００％では水蒸気１００％と同等の
プロセスであり、水蒸気０〜３０％では水素１００％と
略同等のプロセスとなっていると推定された。即ち、水
蒸気を水素に添加することで、水素と同等の処理を５倍
程度高速化させることが可能となった。
【００２２】一方、窒素を添加した時は、窒素は水素に
比べて重いため、窒素のスパッタ効果によって水素１０
０％に比べ約２倍のエッチングレートとなると止まる。
図には示していないが、アルゴンを添加してもエッチン
グレートにはやはり大きな変化は現れなかった。
比べて重いため、窒素のスパッタ効果によって水素１０
０％に比べ約２倍のエッチングレートとなると止まる。
図には示していないが、アルゴンを添加してもエッチン
グレートにはやはり大きな変化は現れなかった。
【００２３】次に、本発明になるプラズマ処理方法の第
２実施例を説明する。本実施例では、Ｐ型単結晶Ｓｉ基
板の（１００）面上に２００ÅのＳｉＯ2 膜を形成し、
Ａｓ + イオンを７０ｋｅｖ、４×１０15 atoms/cm2のド
ーズ量でＳｉＯ2 膜を介してＳｉ基板中にイオン注入を
行った後、１０００℃、Ｎ2 雰囲気中で３０分アルニー
ル処理を行った。
２実施例を説明する。本実施例では、Ｐ型単結晶Ｓｉ基
板の（１００）面上に２００ÅのＳｉＯ2 膜を形成し、
Ａｓ + イオンを７０ｋｅｖ、４×１０15 atoms/cm2のド
ーズ量でＳｉＯ2 膜を介してＳｉ基板中にイオン注入を
行った後、１０００℃、Ｎ2 雰囲気中で３０分アルニー
ル処理を行った。
【００２４】水素プラズマ処理、即ち、ＲＩＥ処理の圧
力を変化させてシート抵抗を調べたところ、圧力を０．
５Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに増加させるとシート抵抗が
低くなることがわかった。図４中、Ａ１は１Ｔｏｒｒに
おけるシート抵抗を示し、Ａ２は０．５Ｔｏｒｒにおけ
るシート抵抗を示す。又、Ａ３はＳｉＯ2 膜を除去せず
付けたまま水素プラズマ処理を施した場合のシート抵抗
を示し、この場合のシート抵抗はほとんど変化しなかっ
た。
力を変化させてシート抵抗を調べたところ、圧力を０．
５Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに増加させるとシート抵抗が
低くなることがわかった。図４中、Ａ１は１Ｔｏｒｒに
おけるシート抵抗を示し、Ａ２は０．５Ｔｏｒｒにおけ
るシート抵抗を示す。又、Ａ３はＳｉＯ2 膜を除去せず
付けたまま水素プラズマ処理を施した場合のシート抵抗
を示し、この場合のシート抵抗はほとんど変化しなかっ
た。
【００２５】従って、圧力が１Ｔｏｒｒより小さくなる
と、Ｓｉ中のＡｓが抜けて抵抗が上昇するが、圧力が１
Ｔｏｒｒ以上であればＳｉ中のＡｓを抜け難くすること
ができ抵抗の上昇を抑えることが可能である。面積効果
を考えると、圧力が１．８Ｔｏｒｒ以上であると面積効
果を小さくすることができて好ましい。
と、Ｓｉ中のＡｓが抜けて抵抗が上昇するが、圧力が１
Ｔｏｒｒ以上であればＳｉ中のＡｓを抜け難くすること
ができ抵抗の上昇を抑えることが可能である。面積効果
を考えると、圧力が１．８Ｔｏｒｒ以上であると面積効
果を小さくすることができて好ましい。
【００２６】次に、本発明になるプラズマ処理方法の第
３実施例について説明する。
３実施例について説明する。
【００２７】Ｓｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長す
る際、Ｓｉ基板表面上の自然酸化膜やカーボン等の汚染
物質を除去する必要がある。本実施例では、図５の装置
を用いて上記の如き汚染物質を除去する。
る際、Ｓｉ基板表面上の自然酸化膜やカーボン等の汚染
物質を除去する必要がある。本実施例では、図５の装置
を用いて上記の如き汚染物質を除去する。
【００２８】図５において、１１ａ，１１ｂはチャン
バ、１２ａ，１２ｂは基板載置台、１３ａ，１３ｂはヒ
ータである。
バ、１２ａ，１２ｂは基板載置台、１３ａ，１３ｂはヒ
ータである。
【００２９】図５（ａ）に示すエピタキシャル装置を用
いて１μｍの厚さのエピタキシャル膜を成長せた時、そ
の結晶欠陥が１個／cm2 以下とするには１Ｔｏｒｒで１
０００℃、１０分の水素熱処理が必要である。この時、
水素の流量は１５ｌ／分であった。この装置に図５
（ｂ）に示すプラズマ発生装置を接続し、１Ｔｏｒｒで
５００ｃｃ／分の水素をプラズマ化し、プラズマで解離
したガスで前処理（ダウンフロー前処理）を行った。結
晶欠陥密度を１個／cm 2 以下とのに３０分のダウンフロ
ー前処理が必要であった。
いて１μｍの厚さのエピタキシャル膜を成長せた時、そ
の結晶欠陥が１個／cm2 以下とするには１Ｔｏｒｒで１
０００℃、１０分の水素熱処理が必要である。この時、
水素の流量は１５ｌ／分であった。この装置に図５
（ｂ）に示すプラズマ発生装置を接続し、１Ｔｏｒｒで
５００ｃｃ／分の水素をプラズマ化し、プラズマで解離
したガスで前処理（ダウンフロー前処理）を行った。結
晶欠陥密度を１個／cm 2 以下とのに３０分のダウンフロ
ー前処理が必要であった。
【００３０】次に、４５０ｃｃ／分、水蒸気５０ｃｃ／
分でダウンフロー前処理を行ったところ、１０分で結晶
欠陥密度が１個／cm 2 以下となった。即ち、水素の小流
量化、処理の高速化が達成された。
分でダウンフロー前処理を行ったところ、１０分で結晶
欠陥密度が１個／cm 2 以下となった。即ち、水素の小流
量化、処理の高速化が達成された。
【００３１】本発明では、詳細なメカニズムは不明であ
るが、発明者の実験結果より、水素ガスに水蒸気を混合
することにより水素分子の解離が促進されて実質的に水
素原子等の濃度が増加するものと考えられる。又、水素
ガスに水蒸気を混合することにより水素原子の再結合に
よる消滅を阻害するために水素原子の濃度が増加すると
考えられる。一般に、水素プラズマ処理中の水素原子の
再結合は主にチャンバの壁付近で起こる。実験による
と、水素ガスのみを用いた水素プラズマ処理の場合、チ
ャンバの壁の材質にかかわらず水素原子の再結合はほと
んど変化しないことがわかった。ところが、水素ガスに
水蒸気を混合して水素プラズマ処理を行った場合、水素
原子の再結合はチャンバの壁の材質によって変化するこ
とが確認された。これにより、水素ガスに水蒸気を混合
すると水素原子の再結合が抑制されることが間接的に確
認された。
るが、発明者の実験結果より、水素ガスに水蒸気を混合
することにより水素分子の解離が促進されて実質的に水
素原子等の濃度が増加するものと考えられる。又、水素
ガスに水蒸気を混合することにより水素原子の再結合に
よる消滅を阻害するために水素原子の濃度が増加すると
考えられる。一般に、水素プラズマ処理中の水素原子の
再結合は主にチャンバの壁付近で起こる。実験による
と、水素ガスのみを用いた水素プラズマ処理の場合、チ
ャンバの壁の材質にかかわらず水素原子の再結合はほと
んど変化しないことがわかった。ところが、水素ガスに
水蒸気を混合して水素プラズマ処理を行った場合、水素
原子の再結合はチャンバの壁の材質によって変化するこ
とが確認された。これにより、水素ガスに水蒸気を混合
すると水素原子の再結合が抑制されることが間接的に確
認された。
【００３２】図６は水素ガスのみを用いた水素プラズマ
処理を行った場合の水素原子の相対濃度（ＩH （４８６
１Å）／ＩAr（８１１５Å）を示す。この場合の水素原
子の相対濃度は０．０６６である。
処理を行った場合の水素原子の相対濃度（ＩH （４８６
１Å）／ＩAr（８１１５Å）を示す。この場合の水素原
子の相対濃度は０．０６６である。
【００３３】他方、図７は、水素ガスに水蒸気を混合し
て水素プラズマ処理を行った場合の水素原子の相対濃度
（ＩH （４８６１Å）／ＩAr（８１１５Å）を示す。こ
の場合の水蒸気の割合は４０％であり、水素原子の相対
濃度は０．３１４である。つまり、図７の如く水素ガス
に水蒸気を混合して水素プラズマ処理を行うと、水素原
子の相対濃度が図６の場合に比べて５倍になる。従っ
て、これらの実験結果は、上記の如く水素プラズマ処理
を水素ガスに水蒸気を混合して行うと水素原子の濃度が
増加するという推定を裏付けるものである。
て水素プラズマ処理を行った場合の水素原子の相対濃度
（ＩH （４８６１Å）／ＩAr（８１１５Å）を示す。こ
の場合の水蒸気の割合は４０％であり、水素原子の相対
濃度は０．３１４である。つまり、図７の如く水素ガス
に水蒸気を混合して水素プラズマ処理を行うと、水素原
子の相対濃度が図６の場合に比べて５倍になる。従っ
て、これらの実験結果は、上記の如く水素プラズマ処理
を水素ガスに水蒸気を混合して行うと水素原子の濃度が
増加するという推定を裏付けるものである。
【００３４】図８は、水素ガスのみを用いた水素プラズ
マ処理における水素原子量の経時変化を示す。他方、図
９は、水素ガスに水蒸気を混合して用いた水素プラズマ
処理における水素原子量の経時変化を示す。図８及び図
９のデータは、１．５ｋｗで２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いて１Ｔｏｒｒの圧力下で水素プラズマを発生し
た際の図５（ｂ）中位置ＨＰ付近での水素原子量を示
す。又、図８及び図９のデータは夫々正規化されてお
り、縦軸は任意の単位である。更に、図９は水蒸気の割
合が２０％の場合を示す。
マ処理における水素原子量の経時変化を示す。他方、図
９は、水素ガスに水蒸気を混合して用いた水素プラズマ
処理における水素原子量の経時変化を示す。図８及び図
９のデータは、１．５ｋｗで２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いて１Ｔｏｒｒの圧力下で水素プラズマを発生し
た際の図５（ｂ）中位置ＨＰ付近での水素原子量を示
す。又、図８及び図９のデータは夫々正規化されてお
り、縦軸は任意の単位である。更に、図９は水蒸気の割
合が２０％の場合を示す。
【００３５】図８と図９との比較より明らかな如く、図
８では時間ｔ＝０でのプラズマ発生後は水素原子量が減
少するが、図９では時間ｔ＝０でのプラズマ発生後の水
素原子量は略一定である。この実験結果は、上記の如く
水素プラズマ処理を水素ガスに水蒸気を混合して行うと
水素原子の再結合が抑制されるという推定を裏付けする
ものである。
８では時間ｔ＝０でのプラズマ発生後は水素原子量が減
少するが、図９では時間ｔ＝０でのプラズマ発生後の水
素原子量は略一定である。この実験結果は、上記の如く
水素プラズマ処理を水素ガスに水蒸気を混合して行うと
水素原子の再結合が抑制されるという推定を裏付けする
ものである。
【００３６】図１０は、水素プラズマ処理を行う際の添
加する水蒸気の量と水素原子量との関係を示す。図１０
のデータは、５００Ｗのマイクロ波を用いて０．４Ｔｏ
ｒｒの圧力下で得られた。同図に示す如く、この実験結
果からも、水素プラズマ処理において水素ガスに添加さ
れる水蒸気の割合が０％より大であり約３０％より小さ
いと水素原子量が増加することがわかる。
加する水蒸気の量と水素原子量との関係を示す。図１０
のデータは、５００Ｗのマイクロ波を用いて０．４Ｔｏ
ｒｒの圧力下で得られた。同図に示す如く、この実験結
果からも、水素プラズマ処理において水素ガスに添加さ
れる水蒸気の割合が０％より大であり約３０％より小さ
いと水素原子量が増加することがわかる。
【００３７】本発明によれば、水素プラズマ処理は、水
素分子を主成分とする第１のガスと第１のガスより少な
い量の水素を含む第２のガスを用いて行い、上記各実施
例においては第１のガスが水素ガスであり、第２のガス
が水蒸気である。しかし、第１及び第２のガスは実施例
のそれに限定されるものではない。第２のガスは、水素
及び酸素を含む有機化合物、又は水素を含む無機化合物
でも良い。つまり、第２のガスは、アルコール、有機
酸、エーテル、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）、ボラン（ＢＨ3 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）、シラン（ＳｉＨ4 ）及びアンモニア
（ＮＨ3 ）よりなるグループから選択されたものでも良
い。
素分子を主成分とする第１のガスと第１のガスより少な
い量の水素を含む第２のガスを用いて行い、上記各実施
例においては第１のガスが水素ガスであり、第２のガス
が水蒸気である。しかし、第１及び第２のガスは実施例
のそれに限定されるものではない。第２のガスは、水素
及び酸素を含む有機化合物、又は水素を含む無機化合物
でも良い。つまり、第２のガスは、アルコール、有機
酸、エーテル、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）、ボラン（ＢＨ3 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）、シラン（ＳｉＨ4 ）及びアンモニア
（ＮＨ3 ）よりなるグループから選択されたものでも良
い。
【００３８】第２のガスは望ましくは水蒸気である。こ
れは、水蒸気が容易に扱え安全であり、又、好ましくな
いカーボンがチャンバの壁に堆積することを防止できる
からである。第２のガスとして用いられる材料によって
は、チャンバの壁に好ましくない堆積を生じてしまう。
従って、第１及び第２のガスは、好ましくは非堆積物形
成ガスである。
れは、水蒸気が容易に扱え安全であり、又、好ましくな
いカーボンがチャンバの壁に堆積することを防止できる
からである。第２のガスとして用いられる材料によって
は、チャンバの壁に好ましくない堆積を生じてしまう。
従って、第１及び第２のガスは、好ましくは非堆積物形
成ガスである。
【００３９】又、本発明においては、被加工物が有機
物、半導体又は金属であっても良い。被加工物が有機物
の場合、有機物はエネルギー粒子照射されていても良
く、エネルギー粒子照射にはイオン注入、レーザ、プラ
ズマ等による照射が挙げられる。有機物としてレジスト
等が用いられ、レジスト表面をイオン注入により変質さ
せる際のドーズ量としては、１×１０14個／cm2 以上で
あるのが好ましい。又、半導体又は金属の被加工物をプ
ラズマ処理した後直ちに成膜処理する場合であっても本
発明は適用できる。即ち、半導体をプラズマ処理した後
成膜処理する場合にはＳｉ基板をプラズマ処理した後Ｓ
ｉ基板上にＳｉ層を成膜（エピタキシャル成長）処理す
る場合が挙げられ、金属をプラズマ処理した後成膜処理
する場合にはＡｌ膜をプラズマ処理してＡｌ膜上に更に
Ａｌ膜を成膜処理する場合が挙げられる。
物、半導体又は金属であっても良い。被加工物が有機物
の場合、有機物はエネルギー粒子照射されていても良
く、エネルギー粒子照射にはイオン注入、レーザ、プラ
ズマ等による照射が挙げられる。有機物としてレジスト
等が用いられ、レジスト表面をイオン注入により変質さ
せる際のドーズ量としては、１×１０14個／cm2 以上で
あるのが好ましい。又、半導体又は金属の被加工物をプ
ラズマ処理した後直ちに成膜処理する場合であっても本
発明は適用できる。即ち、半導体をプラズマ処理した後
成膜処理する場合にはＳｉ基板をプラズマ処理した後Ｓ
ｉ基板上にＳｉ層を成膜（エピタキシャル成長）処理す
る場合が挙げられ、金属をプラズマ処理した後成膜処理
する場合にはＡｌ膜をプラズマ処理してＡｌ膜上に更に
Ａｌ膜を成膜処理する場合が挙げられる。
【００４０】なお、本発明を実施例により説明したが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、各
種の変形例も可能であることは言うまでもない。
本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、各
種の変形例も可能であることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、水素原子や水素イオン
処理を高速化させることができるという効果がある。
処理を高速化させることができるという効果がある。
【図１】本発明になるプラズマ処理方法の第１実施例と
してのレジスト剥離処理を説明する図である。
してのレジスト剥離処理を説明する図である。
【図２】第１実施例で用いるレジスト剥離装置を示す断
面図である。
面図である。
【図３】第１実施例の効果を説明する図である。
【図４】第１実施例の効果を説明する図である。
【図５】本発明になるプラズマ処理方法の第３実施例を
説明する装置の断面図である。
説明する装置の断面図である。
【図６】水素ガスのみを用いた水素プラズマ処理におけ
る水素原子の相対濃度を説明する図である。
る水素原子の相対濃度を説明する図である。
【図７】水素ガスに水蒸気を混合して用いた水素プラズ
マ処理における水素原子の相対濃度を説明する図であ
る。
マ処理における水素原子の相対濃度を説明する図であ
る。
【図８】水素ガスのみを用いた水素プラズマ処理におけ
る水素原子量の経時変化を説明する図である。
る水素原子量の経時変化を説明する図である。
【図９】水素ガスに水蒸気を混合して用いた水素プラズ
マ処理における水素原子量の経時変化を説明する図であ
る。
マ処理における水素原子量の経時変化を説明する図であ
る。
【図１０】水素プラズマ処理を行う際の添加する水蒸気
の量と水素原子量との関係を説明する図である。
の量と水素原子量との関係を説明する図である。
１ 基板 ２ レジスト層 ２ａ 未変質層 ２ｂ 変質層 ３ ＲＩＥモジュール ４ ダウンストリームモジュール ５ａ，５ｂ 基板載置台 ６ ヒータ ７ アーム ８ プラズマチャンバ ９ 石英窓 １０ シャワーヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 賀正 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 的場 唯次 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目１番35号 神港精機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−237118（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−49425（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−169929（ＪＰ，Ａ)
Claims (9)
- 【請求項１】 チャンバ内で被加工物表面にプラズマ処
理を施すプラズマ処理方法において、 水素分子を主成分とする第１のガスと該第１のガスより
少ない量の水素を含む第２のガスとをチャンバ内に供給
する第１のステップと、 該第１及び第２のガスからなる混合ガスのプラズマをチ
ャンバ内で発生することにより被加工物表面にプラズマ
処理を施す第２のステップとからなり、 該第２のガスは水素及び酸素を含む有機化合物又は水素
を含む無機化合物からなることを特徴とするプラズマ処
理方法。 - 【請求項２】 前記第１のステップは、アルコール，有
機酸，エーテル，ホスフィン（ＰＨ3 ），アルシン（Ａ
ｓＨ3 ），ボラン（ＢＨ3 ），ジボラン（Ｂ 2 Ｈ6 ），
水蒸気（Ｈ2 Ｏ），シラン（ＳｉＨ4 ）及びアンモニア
（ＮＨ3 ）よりなるグループから選択された有機化合物
又は無機化合物を前記第２のガスとして用いることを特
徴とする請求項１のプラズマ処理方法。 - 【請求項３】 前記第１及び第２のガスとして非堆積物
形成ガスを用いることを特徴とする請求項１のプラズマ
処理方法。 - 【請求項４】 前記第１のステップは水素ガスを前記第
１のガスとして用い、水蒸気を前記第２のガスとして用
いることを特徴とする請求項１のプラズマ処理方法。 - 【請求項５】 前記混合ガスに含まれる水素（Ｈ2 ）と
水蒸気（Ｈ2 Ｏ）との比であるＨ2 Ｏ／（Ｈ2 ＋Ｈ
2 Ｏ）は０より大であり３０％より小であることを特徴
とする請求項４のプラズマ処理方法。 - 【請求項６】 前記第２のステップは１Ｔｏｒｒ以上の
圧力で行われることを特徴とする請求項５のプラズマ処
理方法。 - 【請求項７】 前記被加工物表面は、有機物，半導体及
び金属よりなるグループから選択された材料からなるこ
とを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項のプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項８】 前記被加工物表面は、エネルギー粒子照
射を受けた有機物からなることを特徴とする請求項１〜
７のうちいずれか１項のプラズマ処理方法。 - 【請求項９】 前記第２のステップは、半導体又は金属
からる被加工物表面にプラズマ処理を施して該被加工物
表面上への成膜処理に備えることを特徴とする請求項１
〜８のうちいずれか１項のプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153493A JPH0775229B2 (ja) | 1990-06-26 | 1991-06-25 | プラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16890590 | 1990-06-26 | ||
| JP2-168905 | 1990-06-26 | ||
| JP3153493A JPH0775229B2 (ja) | 1990-06-26 | 1991-06-25 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102092A JPH05102092A (ja) | 1993-04-23 |
| JPH0775229B2 true JPH0775229B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=26482097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3153493A Expired - Lifetime JPH0775229B2 (ja) | 1990-06-26 | 1991-06-25 | プラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775229B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016025315A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 東京エレクトロン株式会社 | 有機単分子膜形成方法および表面処理方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5181085B2 (ja) * | 2006-06-22 | 2013-04-10 | リバーベル株式会社 | 処理装置及び処理方法 |
| KR101333831B1 (ko) * | 2010-07-07 | 2013-11-29 | 울산대학교 산학협력단 | 반도체 소자의 표면 처리 방법 및 그 표면 처리 장치 |
| JP6483266B2 (ja) * | 2015-08-17 | 2019-03-13 | 株式会社アルバック | 基板処理方法、および、基板処理装置 |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3153493A patent/JPH0775229B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016025315A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 東京エレクトロン株式会社 | 有機単分子膜形成方法および表面処理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05102092A (ja) | 1993-04-23 |
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