JPH0642462B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0642462B2
JPH0642462B2 JP63224121A JP22412188A JPH0642462B2 JP H0642462 B2 JPH0642462 B2 JP H0642462B2 JP 63224121 A JP63224121 A JP 63224121A JP 22412188 A JP22412188 A JP 22412188A JP H0642462 B2 JPH0642462 B2 JP H0642462B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、放電で生じた反応種を用いてフォトレジスト
の剥離あるいはエッチング等の処理を行なうダウンスト
リームタイプのプラズマ処理装置の構成に関するもので
ある。
(従来の技術) 従来のこの種の装置は、第3図に示すように、石英チャ
ンバー1の上方よりガス吹き出し板2を通してプロセス
ガスを供給し、被処理ウェハー6より離れたところに設
定されたプラズマ領域3で活性ガス30を生成する。こ
こで生成された活性ガス30には、活性種の他にウェハ
ー6の被エッチング面にダメージを与えるイオンも多量
に含まれている。
従来のダウンストリームタイプのプラズマ処理装置は、
ウェハー6を、このプラズマ領域30から離れたところ
に設置することによって、この間を輸送されてくるガス
粒子が互いに衝突を繰り返えしてイオンが急速に減少す
ることを利用し、これによってダメージの少ないプラズ
マ処理をしようとするものである。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来の装置は、ウェハー6へのイオ
ンの飛来・衝突の阻止を、プラズマ領域30からウェハ
ー6に至る間の空間で生じる粒子間の衝突によるイオン
の消滅のみに頼っているので、まだまだイオンのウェハ
ー6への到達量は多く、そのため、処理したウェハー6
内に作られるゲート酸化膜の絶縁破壊を起こす率が高か
ったり、製造されたLSIの「しきい値」がシフトした
り、寿命が短かったりする等の欠点があった。
また、昨今は上記のプラズマ利用の弊害に鑑み、放電プ
ラズマで作られるイオンを使わないで、オゾンを利用し
てレジスト剥離を行なう装置も開発され市販されている
が、オゾン利用装置では、レジストの化学結合を切りま
たはオゾンを生成するのに、例えば、185nmという
ような波長の紫外光を使用している。
この波長は6.7eVのエネルギーに相当し、ナトリウム
(Na)のイオン化ポテンシャルエネルギーの5.1eV
や、カリウム(K)のイオン化ポテンシャルエネルギー
の4.3eVをはるかに上まわっており、処理の際に多量
の有害なイオンが生成され、従って、それによって起こ
る弊害も大きい。
(発明の目的) 本発明は、イオンによる半導体ウェハーのダメージを極
めて少ないものにした、処理を行なうダウンストリーム
タイプのプラズマ処理装置の提供を目的とする。
(問題を解決するための手段) 上記目的達成のため、本発明では、活性種が放電によっ
てウェハーから離れたプラズマ領域で生成され、そのプ
ラズマ領域から運ばれてきた反応種によって処理を行な
ういわゆるダウンストリームタイプのプラズマ処理装置
において、プラズマ領域の下でウェハーとの間に、メッ
シュ、または多数の孔をもつ穿孔プレートを配設し、こ
のメッシュまたは穿孔プレートの各々の開口は、そのメ
ッシュ又は穿孔プレートの表面がプラズマの作用により
帯びる浮遊電位による電界のみで電子の通過を抑制でき
る程度の小さなものに設定されている。
前記メッシュまたは穿孔プレートは、金属、表面が誘電
体加工された金属、または誘電体で作られ、メッシュま
たは穿孔プレートが金属製である場合には、これにロー
パスフィルターを介して負の直流電源に接続すればさら
に効果を高めることができる。
更にまた、このメッシュまたは穿孔プレートとウェハー
の間に、プラズマからウェハーを見通せないようにした
バッフル板が配設する。
また、被処理ウェハーに正電位を印加する。
(作用) 本発明で採用したメッシュまたは穿孔プレートの働き
は、そこより下流領域のウェハーへの電子の流れを阻止
するものであり、メッシュの目の大きさ、または穿孔プ
レートの孔の径はそれに適合した大きさを選ぶ。
メッシュとウェハーの間にバッフル板を設けたり、ウェ
ハーに電圧を印加することにより、イオンの飛来・衝撃
をさらに阻止できる。
(実施例) 第1図は本発明の実施例であって、1は石英チャンバ
ー、2はプロセスガス供給パイプおよびそのガスの噴射
部、3は高周波電極、4は表面が誘電体加工された金属
の細線で作られたメッシュで、例えば、アルミアルマイ
ト加工されたアルミニウム細線で編まれたメッシュを用
いる。
このメッシュ(または穿孔プレート)4の電位の影響を
受ける領域としては、その領域の電位が、メッシュの電
位の1/10になるまでと考えるのが一応の目安であ
る。
メッシュの電位の1/10というのはメッシュの細線
(または穿孔の周囲)の表面からほぼ2.3λだけ離れ
たところになり、従ってメッシュの目(または穿孔)の
大きさの上限は、4.6λということになる。ただしλ
は次記で定義される「デバイス長」である。
上記の電位の計算は次の通りである。
プラズマ中に、電荷を帯びた物体を浸すと、 V=V0exp(−X/λ)+VSP……(1) ただし、 V:挿入物に影響される領域のプラズマ電位。
V0:真空中での電位変化。例えば、柱状細線の場合は
V0=Vsufr0/(r0+X) Vsuf:細線の表面電位 r0:細線の半径 X:メッシュの目内部の細線の表面からの距離。
Vsp:挿入物(この場合はメッシュの細線)の影響を受
けない部分のプラズマ電位。
λ:デバイス長で、次式で計算される。
λ=(εkTe/nee20.5……(2) ε=真空の誘電率=8.854×10-12F/m Te=電子温度、 n=電子密度、 e=電気素量 (1)式で得られる電位によってシールドが行なわれるこ
とが知られている。これは大まかな言い方をすれば、デ
バイス長の中にのみ電場が存在し、その外側はプラズマ
電位になっていることを意味する。メッシュまたは穿孔
プレートをプラズマ領域の下に配設すると、メッシュま
たは穿孔プレートは浮遊電位または負のバイアス電位を
帯び、通常のグロープラズマにおいては、この浮遊電位
は一数十Vを示す。
メッシュの目、または穿孔の孔径は、デバイス長の2倍
以下またはせいぜい数倍に抑えられているので、メッシ
ュ4に垂直な方向に第2図に示すような電位配位が形成
される。メッシュ付近の領域は、プラズマ電位に対して
負電位をもつ空間となるので、電子に対してバリアーと
なりその領域を通り抜けることができない。
その結果、電子がこのメッシュ4の部分を通過すること
によって下流でひき起こされる、イオン、電子の連鎖的
な生成、放電インピーダンスの減少もまた大幅にこれを
抑制することができる。
上述により、ウェハー面に達する荷電粒子を大幅に減ら
すことができ、ウェハーに与えるダメージを減らすこと
ができる。
次に、メッシュの細線または穿孔プレート4の材質によ
って生じる違いであるが、これらが、表面を誘電体加工
された金属、または誘電体そのもので作られた場合に
は、前記領域の電位は浮遊電位(通常のグロープラズマ
においては−数十V)となる。
また、これらが金属で作られた場合には、後述で第2図
に示すように、ローパスフィルター60を介して直流電
源61に接続することによって、この部分のバイアス電
圧を所望の値に選定することが可能となる。
通常の目的のためには、即ち、本発明の殆んどの場合
は、メッシュ4は前記の浮遊電位にバイアスするだけで
十分である。(R.J.Taylor,K.P.Mackenzie &H.IkeziRe
r.Sci.Instrum.,43,pp1675〜1678(1972)参照) 5はプラズマの直線的な流れを完全に阻止するように設
計されたバッフル板であり、ウェハー6は、3点以上の
支持点をもつウェハー支持機構7で支持されている。
さて本発明で設けるこのバッフル板5の作用であるが、
その働きの1つは、ガスがプラズマ領域3からウェハー
6に直接直線的に流れ込むのを阻止し、高エネルギーの
荷電粒子がウェハー6の表面に達しないようにすること
である。他の1つは、プラズマ領域3で生まれる紫外光
に対して、バッフル板は遮光板として働くものである。
例えば、バッフル板5を溶融石英で作れば2000Å以
下の紫外光がウェハー面に達するのをここで阻止するこ
とができる。
さらに長い波長の光まで遮断したい場合には、所望の透
過特性をもつガラス材料でバッフル板5を作るか、バッ
フル板5のプラズマ領域3に対しする側の表面に表面加
工(例えば、金属薄膜加工)を施してその光が反射され
るようにしておけばよい。
この実施例のプラズマ処理装置を動作させるには、図示
しないロータリーポンプなどの排気ポンプで石英チャン
バー1内を排気すると同時に、図示しないマスフローコ
ントローラーまたはマスフローメーターによって流量制
御されたプロセスガスを、供給パイプおよび噴射部2を
通してチャンバー1内に供給する。このチャンバー1内
の圧力は、バリアブルオリフィスを使って数Torrに保た
されることが望ましい。
ウェハー6は、ウェハー支持機構7で3点支持されてい
る。
今ここで、電極に高周波を印加すると、プラズマ領域3
で活性種が生成され、その活性種がウェハー表面まで運
ばれて、それに含まれる反応種によってレジストの剥離
などの所望する反応をさせることができる。
上記のような構造になっているから、メッシュ4によっ
て電子が、バッフル板5がある時はメッシュ4とバッフ
ル板5によって電子およびイオンが、ウェハー6の表面
の反応領域へ侵入するのが阻止される。バッフル5があ
ると、上記と同時に、プラズマ領域3で発生した紫外光
がウェハー6の表面を照射するのを阻止する。
以上の働きにより、ウェハー6の表面にダメージの極め
て少ないプラズマ処理(例えば、アッシング)を施すこ
とが可能となる。
上記の構成に加えて、電源63より、被処理物であるウ
ェハー6に正電位を印加するときは次の効果が得られ
る。
プラズマを利用する装置においてはイオンの飛来や可動
正イオンの生成を阻止することは、厳密な意味では避け
難い。そこで、ウェハー6に正電位を印加し、有害な正
イオンが被処理物内へ進入するのを阻止しようとするも
のである。
しかしこの措置は、前記したメッシュまたは穿孔プレー
トがすでに設置されているとき初めて可能となる。なぜ
ならば、これらが設置されていない場合は、放電チャン
バー内に正に帯電したウェハー6が露出していると、そ
こに電子が進入して、忽ちウェハー6自身の周辺も忽ち
放電プラズマ領域となってしまうからである。プラズマ
領域化されることなく、ウェハー6に正電位を印加する
ためには、メッシュまたは穿孔プレート4をフランジ領
域の下に配設するこはが不可欠である。
(発明の効果) 本発明によれば、ウェハーに、イオンおよび電子の衝突
に起因するダメージ、および、プラズマ中で発生する紫
外光に起因するダメージを極めて小さくしたプラズマ処
理が可能となる。
本発明の応用分野には、レジストのアッシング、のほか
に、等方性エッチング、プラズマCVD等があることは
明らかである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成の要
部を示した原理的説明図。 第2図は、本実施例の装置にメッシュまたは穿孔プレー
トを配することによって生ずる電位配位の説明図。 第3図は従来のプラズマ処理装置の例。 1…石英チャンバー、2…プロセスガス供給パイプおよ
び噴出部、3…高周波電極、4…メッシュ、5…バッフ
ル板、6…ウェハー、7…ウェハー支持機構

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性種が放電によってウェハーから離れた
    プラズマ領域で生成され、そのプラズマ領域から運ばれ
    てきた反応種によって処理を行なういわゆる“ダウンス
    トリーム”タイプのプラズマ処理装置において、プラズ
    マ領域の下でウェハーとの間に、メッシュ、または多数
    の孔をもつ穿孔プレートを配設し、このメッシュまたは
    穿孔プレートの各々の開口は、そのメッシュ又は穿孔プ
    レートの表面がプラズマの作用により帯びる浮遊電位に
    よる電界のみで電子の通過を抑制できる程度の小さなも
    のに設定されていることを特徴とするプラズマ処理装
    置。
  2. 【請求項2】前記メッシュまたは穿孔プレートは、金
    属、表面が誘電体加工された金属、または誘電体で作ら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    プラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】前記メッシュまたは穿孔プレートが金属製
    である場合に、それが、ローパスフィルターを介して負
    の直流電源に接続されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】前記メッシュまたは穿孔プレートとウェハ
    ーの間に、プラズマからウェハーを見通せないようにし
    たバッフル板が配設されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1、2または3項記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】被処理ウェハーに正電位を印加することを
    特徴とする特許請求の範囲第1、2、3または4項記載
    のプラズマ処理装置。
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