JPH0864390A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ反応ガスからの荷電粒子や紫外線に
よる被処理材のダメージを低減させることができるプラ
ズマ処理装置を提供する。 【構成】 プラズマ処理装置は、プラズマ生成室（１）
と、電磁エネルギ供給手段（５）と、反応室（２）と、
反応室（２）内において被処理材（４）を支持するため
のステージ（３）と、プラズマ生成室（１）と反応室
（２）をそれらの軸が互いに変位させられた状態で接続
するための接続チャンバ（７）を備え、その接続チャン
バは接地電位に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、特に、処理能力を維持しつつ荷電粒子などによる被
処理材のダメージを低減させ得るプラズマ処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラズマ処理装置においては、
反応ガスが導入されるプラズマ生成室においてプラズマ
を生成し、プラズマ生成室に隣接して設けられている反
応室へプラズマ反応ガスを導くことによって、その反応
室内に配置された被処理材の反応処理が行なわれる。こ
のようなプラズマ処理装置は、たとえば、半導体ウエハ
上のフォトレジストのアッシング処理やアルミ配線のエ
ッチングの後処理としての防蝕処理のような種々の処理
目的のために用いられ得る。そして、プラズマ処理装置
内のこのような処理においては、反応ガスのラジカル
（活性種）が主として反応処理に利用される。

【０００３】図５において、従来のプラズマ処理装置の
一例が断面図で示されている。このプラズマ処理装置
は、反応ガスが導入されるプラズマ生成室１を備えてい
る。プラズマ生成室１に隣接して、反応室２が設けられ
ている。反応室２内にはステージ３が配置され、ステー
ジ３上には半導体ウエハ４のような被処理材が載置され
る。プラズマ生成室１内には、プラズマを生成させるた
めの電磁エネルギが、エネルギ供給手段５によって与え
られる。

【０００４】図５においては、エネルギ供給手段５とし
て導波管が示されており、その導波管によって、たとえ
ば２．４５ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波が供給さ
れる。しかし、エネルギ供給手段５として、同軸ケーブ
ルと対向電極を用いてＲＦ（高周波）電力を供給しても
よいことはいうまでもない。

【０００５】さらに、図５のプラズマ処理装置では、反
応室２内において、プラズマ生成室１とステージ３との
間にグリッド板と呼ばれる２枚の多孔板６ａと６ｂが配
置されている。これらのグリッド板６ａと６ｂは接地電
位に接続されており、プラズマ生成室から被処理材４上
に荷電粒子が到達することを防止するように作用する。
しかし、従来のプラズマ処理装置においては、グリッド
板を備えていないものや１枚だけのグリッド板を備えた
ものもある。

【０００６】図５に示されているような従来のプラズマ
処理装置においては、プラズマ生成室１内に反応ガスが
導入されるとともに、エネルギ供給手段５から電磁エネ
ルギが供給されることによって、プラズマが生成され
る。そのように生成されたプラズマ内には、イオンや電
子などの荷電粒子と電気的に中性であるラジカルが含ま
れる。そのようなプラズマは、反応室２に接続された真
空排気ポンプ（図示せず）によってプラズマ生成室１か
ら反応室２内へ輸送される。そして、半導体ウエハのよ
うな被処理材４は、到達したプラズマによって反応処理
が施される。

【０００７】このとき、ウエハ４の上方にグリッド板６
ａや６ｂが設けられている場合には、イオンや電子など
の荷電粒子は、接地電位に接続されているそれらのグリ
ッド板に衝突した際に消滅する。したがって、ウエハ４
まで到達する粒子のほとんどは電気的に中性なラジカル
であり、それらのラジカルによってウエハ４に反応処理
が施される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のプ
ラズマ処理装置は、グリッド板を含まない従来型１と、
１枚のグリッド板を含む従来型２と、そして２枚のグリ
ッド板を含む従来型３とに分類することができる。これ
ら３つのタイプの従来型プラズマ処理装置の各々におい
て、以下のような課題が存在している。

【０００９】（１） グリッド板を含まない従来型１の
場合 プラズマの生成によって発生する荷電粒子およびプラズ
マ発光からの紫外線がウエハ４上に直接照射されるの
で、ウエハ４上に形成されている半導体デバイスが、チ
ャージアップによるダメージや紫外線照射によるダメー
ジによって悪影響を受けやすい。

【００１０】（２） １枚のグリッド板を含む従来型２
の場合 プラズマの生成によって発生する荷電粒子は、１枚のグ
リッド板によってある程度除去されるが、その荷電粒子
の除去は十分ではなくて、チャージアップによるウエハ
のダメージの問題が残る。また、グリッド板は多数の穴
を含んでいるので、プラズマ発光からの紫外線照射を十
分に阻止することができず、半導体デバイスが紫外線照
射によるダメージによって悪影響を受けるという問題も
残る。

【００１１】（３） ２枚のグリッド板を含む従来型３
の場合 グリッド板に含まれている穴の位置の位相を２枚のグリ
ッド板相互間でずらすことによって、被処理材である半
導体ウエハにおけるチャージアップによるダメージと紫
外線照射によるダメージをかなり低減させることができ
る。しかし、そのような２枚のグリッド板を用いる場合
には、ウエハの処理に必要なラジカルの損失も大きくな
って、結果的に処理能力の大きな低下を招くことにな
る。すなわち、反応処理に必要なラジカルが２枚のグリ
ッド板に衝突するときにラジカルの吸着や再結合を生じ
て、たとえば半導体ウエハ上のフォトレジスタを除去す
るときのアッシング速度の著しい低下を招くことにな
る。

【００１２】表１は、種々のタイプのプラズマ処理装置
におけるアッシング速度の比較を示している。このアッ
シング速度は、１分間に除去し得るフォトレジスト層の
厚さを表している。表１からわかるように、従来のプラ
ズマ処理装置においては、グリッド板を含まない場合に
比べて、１枚のグリッド板を配置した場合にアッシング
速度が低下し、２枚のグリッド板を設けた場合には半分
以下に著しく低下している。

【００１３】

【表１】 本発明は、このような先行技術における課題に鑑み、処
理能力の低下を極力防止しつつ、プラズマ生成によって
発生する荷電粒子や紫外線の照射に基づく被処理材のダ
メージを著しく軽減させ得るプラズマ処理装置を提供す
ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
るプラズマ処理装置は、反応ガスをプラズマ化させるプ
ラズマ生成室と、プラズマを生成させる電磁エネルギを
与えるためのエネルギ供給手段と、被処理材を反応処理
するための反応室と、その反応室において被処理材を支
持するためのステージと、プラズマ生成室と反応室とを
それらの軸が互いに変位させられた状態で接続するため
の接続チャンバとを備え、接続チャンバは接地電位に接
続されるべき導電材を含んでいることを特徴としてい
る。

【００１５】本発明の第２の態様によるプラズマ処理装
置においては、プラズマ生成室と接続チャンバと反応室
とは、それらの軸が互いにクランク形状を形成するよう
に接続されていることを特徴としている。

【００１６】本発明の第３の態様によるプラズマ処理装
置においては、接続チャンバは、プラズマ生成室で生成
されたプラズマから発せられる光が被処理材に至らない
ように遮蔽し得る寸法形状を有していることを特徴とし
ている。

【００１７】本発明の第４の態様によるプラズマ処理装
置においては、プラズマ生成室と反応室とは、それらの
軸が所定の角度をなすように接続チャンバによって接続
されていることを特徴としている。

【００１８】本発明の第５の態様によるプラズマ処理装
置においては、プラズマ生成室と接続チャンバと反応室
とは、それらの軸が互いにＬ字形状を形成するように接
続されていることを特徴としている。

【００１９】

【作用】本発明の第１の態様においては、プラズマ生成
室と反応室はそれらの軸が互いに変位させられた状態で
接続チャンバによって接続されており、かつその接続チ
ャンバは接地電位に接続されるので、プラズマ生成によ
って生じたイオンや電子などの荷電粒子を接続チャンバ
が消滅させることができ、荷電粒子による被処理材の不
所望なダメージを低減させることができる。

【００２０】本発明の第２の態様においては、プラズマ
生成室と接続チャンバと反応室とは、それらの軸が互い
にクランク形状を形成するように接続されているので、
接続チャンバによって荷電粒子がより効率的に消滅させ
られて、荷電粒子による被処理材の不所望なダメージを
より効果的に低減させることができる。

【００２１】本発明の第３の態様においては、接続チャ
ンバはプラズマ生成室で生成されたプラズマから発せら
れる光が被処理材に至らないように遮蔽し得る寸法形状
を有しているので、荷電粒子のみならずプラズマからの
紫外線による被処理材における不所望なダメージを低減
させることができる。

【００２２】本発明の第４の態様によれば、プラズマ生
成室と反応室とはそれらの軸が所定の角度をなすように
接続チャンバによって接続されるので、接続チャンバの
存在にもかかわらずプラズマ生成室と反応室との間の距
離を短く維持することができ、処理能力の低減を抑制し
つつ荷電粒子による被処理材におけるダメージを低減さ
せることができる。

【００２３】本発明の第５の態様においては、プラズマ
生成室と接続チャンバと反応室とは、それらの軸が互い
にＬ字形状を形成するように接続されるので、処理能力
を低減させることなく荷電粒子による被処理材における
ダメージの低減をより確実に行なうことができる。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例によるプラズマ処
理装置の断面図を示している。このプラズマ処理装置
は、反応ガスが導入されるプラズマ生成室１を備えてい
る。プラズマ生成室１は、接地電位に接続された接続チ
ャンバ７を介して反応室２に連結されている。反応室２
内にはステージ３が設けられており、ステージ３上には
半導体ウエハのような被処理材４が載置される。プラズ
マ生成室１内には、プラズマを生じさせる電磁エネルギ
がエネルギ供給手段５によって与えられる。図１の例に
おいては、エネルギ供給手段５として導波管が示されて
おり、たとえば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波が
与えられる。なお、エネルギ供給手段５として同軸ケー
ブルと対向電極などを含む手段によてＲＦ電力が供給さ
れてもよいことは言うまでもない。

【００２５】図１に示されているようなプラズマ処理装
置においては、プラズマ生成室１と接続チャンバ７と反
応室２は、それぞれの軸がクランク形状を形成するよう
に互いに接続されている。このようなプラズマ処理装置
においては、プラズマ生成室１内で生成されたプラズマ
反応ガスは、まず、反応室２に接続された真空ポンプ
（図示せず）による減圧に起因して、プラズマ生成室１
の軸に沿って下方に流れる。次に、接続チャンバ７に到
達したプラズマ反応ガスの流れは接続チャンバ７の内壁
に衝突した後に横方向へその向きを変える。その後さら
に、接続チャンバ７内を横方向に流れたプラズマ反応ガ
スの流れは、再度接続チャンバ７の内壁に衝突して、そ
の向きが反応室２の軸に沿った下方に向かうことにな
る。

【００２６】このとき、接続チャンバ７は接地電位に接
続されているので、プラズマ反応ガス中のイオンや電子
などの荷電粒子のほとんどが接続チャンバ７の内壁に衝
突したときに消滅し、電気的に中性なラジカルのみが被
処理材であるウエハ４まで到達することになる。そし
て、ウエハ４は電気的に中性なラジカルによって反応処
理され、イオンや電子などの荷電粒子によるダメージを
回避することができる。

【００２７】図１に示されているようなプラズマ反応装
置においては、図４に示されているようなグリッド板を
含む従来のプラズマ処理装置に比べて、プラズマ反応ガ
スの流れに対する障害が少ないので、処理能力を大きく
低下させることなくウエハ４上に形成された半導体デバ
イスのチャージアップによるダメージを防止することが
できる。

【００２８】図２は、本発明のもう１つの実施例による
プラズマ処理装置を示す断面図である。図２のプラズマ
処理装置は図１のものに類似しているが、図２のプラズ
マ処理装置においては図１のものに比べて接続チャンバ
７の長さが増大させられている。図２に示されているよ
うなプラズマ処理装置においては、図１の場合と同様に
被処理材としての半導体ウエハ４における荷電粒子によ
るダメージを防止し得るのはもちろんのこと、プラズマ
発光からの紫外線照射によるウエハ４上の半導体デバイ
スへの悪影響をも防止することができる。

【００２９】すなわち、接続チャンバ７が長い長さを有
している場合には、プラズマ生成室１内で生じたプラズ
マ発光に含まれる紫外線が図２中の領域８内までは侵入
することができるが、反応室２内においてその領域８よ
り下の空間には紫外線が到達し得ない。したがって、被
処理材であるウエハ４上に形成されている半導体デバイ
スへの紫外線照射による悪影響を回避することができ
る。

【００３０】図３において、図２の実施例における効果
の一例が先行技術によるプラズマ処理装置との対比にお
いて示されている。すなわち、図３のグラフにおいて
は、図２のプラズマ処理装置において処理された後の半
導体ウエハ４上のチャージアップが従来のプラズマ処理
装置によって処理されたものと比較して示されている。
このチャージアップの測定においては、半導体ウエハの
中心点と周辺部の４ヶ所の点の合計５つの測定点におい
て電荷量が測定された。グラフの横軸はウエハ面上の測
定ポイントを示し、縦軸は電荷量（×１０¹¹ｑ／ｃｍ
² ）を表している。

【００３１】グラフ中の黒四角印は、図２のプラズマ処
理装置によって処理された半導体ウエハ上の電荷量を示
している。同様に、●印、○印および△印は、それぞれ
グリッド板を有しない従来型１、１枚のグリッド板を有
する従来型２、および２枚のグリッド板を有する従来型
３のプラズマ処理装置によって処理された半導体ウエハ
上の電荷量を表している。言うまでもなく、電荷量が±
０に近いほど半導体ウエハ上のチャージアップが少ない
ことを意味し、チャージアップによるダメージを防止す
るために望ましい。このグラフから、図２の実施例によ
るプラズマ処理装置は、従来のいずれのタイプのプラズ
マ処理装置よりも半導体ウエハ上のチャージアップを著
しく低減させることができ、チャージアップによるダメ
ージを防止し得ることが理解されよう。

【００３２】ここで、表１を再度参照して、図２のプラ
ズマ処理装置におけるアッシング速度が示されている。
図２のプラズマ処理装置は、被処理材としての半導体ウ
エハ上における荷電粒子によるダメージのみならず紫外
線による悪影響をも低減させ得る機能において、２枚の
グリッド板を含む従来型３のプラズマ処理装置に類似し
ている。しかし、図２のプラズマ処理装置と従来型３の
装置を比較した場合に、図２のプラズマ処理装置のほう
が優れたアッシング速度を有していることが理解されよ
う。

【００３３】図４において、本発明のさらにもう１つの
実施例によるプラズマ処理装置が断面図で示されてい
る。図４のプラズマ処理装置も図１のものに類似してい
るが、図４のプラズマ処理装置においてはプラズマ生成
室１の軸と反応室２の軸がステージ３の上方でＬ字形状
に直交している。このようなプラズマ処理装置において
は、プラズマ生成室１内で生成されたプラズマ反応ガス
は、始めにプラズマ生成室１の軸に沿って横方向に流れ
る。次に、プラズマ反応ガスの流れは接地電位に接続さ
れた接続チャンバ７の内壁に衝突し、その後に反応室２
の軸に沿って下方に流れる。このとき、図１の場合と同
様に、プラズマ反応ガスの流れが接続チャンバ７の内壁
に衝突するときに荷電粒子が消滅するので、被処理材４
を主に電気的に中性のラジカルのみによって反応処理す
ることができる。したがって、被処理材４における荷電
粒子によるダメージが防止され得ることが理解されよ
う。

【００３４】ところで、図４に示されているようなＬ字
型のプラズマ処理装置においては、図１や図２に示され
ているようなクランク型のプラズマ処理装置に比べて、
プラズマ生成室１と反応室２との間のプラズマ反応ガス
の輸送距離を短くすることができる。したがって、プラ
ズマ反応ガスの輸送中におけるラジカルの損失が最小限
に抑えられ、処理能力の低下を最小にしつつ、被処理材
のチャージアップによるダメージを低減させることがで
きる。

【００３５】ここで、さらに再び表１を参照して、図４
に示されたプラズマ処理装置におけるアッシング速度が
示されている。図４のプラズマ処理装置は被処理材のチ
ャージアップによるダメージを低減させ得る点で、１枚
のグリッド板を有する従来型２のプラズマ処理装置に類
似している。しかし、表１におけるアッシング速度の比
較から、図４のＬ字型のプラズマ処理装置においては、
１枚のグリッド板を有する従来型２の装置に比べて優れ
た処理能力を有していることが理解されよう。

【００３６】なお、以上の実施例において、半導体ウエ
ハ上のフォトレジストのアッシングが例として説明され
たが、本発明によるプラズマ装置は他の種々の用途のプ
ラズマ処理にも用いられ得ることは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の１つの態様によ
るプラズマ処理装置においては、プラズマ生成室と反応
室とそれらの軸が互いに変位させられた状態で、接地電
位にある接続チャンバによって接続されているので、被
処理材における荷電粒子によるダメージを低減させるこ
とができる。

【００３８】本発明の他の態様によるプラズマ処理装置
においては、プラズマ生成室で生成されたプラズマから
発せられる光が接続チャンバによって遮蔽されるので、
被処理材における荷電粒子によるダメージのみならず、
紫外線によるダメージを防止することができる。

【００３９】本発明のさらに他の態様によるプラズマ処
理装置においては、プラズマ生成室と反応室はそれらの
軸が所定の角度をなすように接続チャンバによって接続
されるので、プラズマ生成室と反応室との間の距離の増
大を抑制することによって、ほとんど処理能力の低減を
生じることなく被処理材における荷電粒子によるダメー
ジを軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す概略的な断面図である。

【図２】 本発明のもう１つの実施例によるプラズマ処
理装置を示す概略的な断面図である。

【図３】 図２のプラズマ処理装置を用いた場合の被処
理材上のチャージアップを従来のプラズマ処理装置を用
いた場合と比較して示すグラフである。

【図４】 本発明のさらに他の実施例によるプラズマ処
理装置を示す概略的な断面図である。

【図５】 先行技術によるプラズマ処理装置の一例を示
す概略的な断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ生成室、２ 反応室、３ ステージ、４
被処理材、５ 電磁エネルギ供給手段、６ａ、６ｂ グ
リッド板、７ 接続チャンバ、８ 紫外線侵入領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 正人 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 中谷 康雄 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 勝田 浩誠 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応ガスをプラズマ化させるプラズマ生
   成室と、 プラズマを生成させる電磁エネルギを与えるためのエネ
   ルギ供給手段と、 被処理材を反応処理するための反応室と、 前記反応室において前記被処理材を支持するためのステ
   ージと、 前記プラズマ生成室と前記反応室とをそれらの軸が互い
   に変位させられた状態で接続するための接続チャンバと
   を備え、 前記接続チャンバは接地電位に接続されるべき導電材を
   含んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマ生成室と前記接続チャンバ
   と前記反応室とは、それらの軸が互いにクランク形状を
   形成するように接続されていることを特徴とする請求項
   １に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記接続チャンバは、前記プラズマ生成
   室で生成されたプラズマから発せられる光が前記被処理
   材に至らないように遮蔽することを特徴とする請求項２
   に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記プラズマ生成室と前記反応室とは、
   それらの軸が所定の角度をなすように前記接続チャンバ
   によって接続されていることを特徴とする請求項１に記
   載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記所定の角度は９０°であって、前記
   プラズマ生成室と前記接続チャンバと前記反応室とはそ
   れらの軸が互いにＬ字形状を形成するように接続されて
   いることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装
   置。