JPS63217628A - プラズマ処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置、特にフォトレジストの除
去に用いられるプラズマ処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ガスを活性化してフォトレジストに灰化等の化学反応を
起させるプラズマ処理装置は、例えば、特開昭５２−１
１１７５号公報に開示されている。開示されているプラ
ズマ処理装置は、マイクロ波空洞共振器の一部に石英製
の活性化室を設け、ここへ原料ガスとして酸素ガスを供
給し所定の真空度に排気し、マイクロ波電力を供給して
活性化室にプラズマを発生させ、このプラズマにより励
起され活性化された酸素（以下活性化酸素と称する）を
反応室まで輸送し、レジストを灰化処理するように構成
されているが、このプラズマ処理装置は。

活性化室と反応室との距離が長く、プラズマは輸送中に
消滅するため、活性化炭素のみによってレジストを灰化
処理する状態になっている。そのため、被処理物のプラ
ズマによる損傷は発生しないが、輸送距離が長いため活
性化酸素も輸送途中で消滅し反応室での活性化酸素の比
率が活性化室に比べ大幅に小さくなっていた。この点に
対しては、活性化物質の種類やこれと衝突する物質の組
合せにより輸送途中での濃度低下を小さくする配慮もな
されていたが、輸送による活性化酸素の濃度低下はさけ
られなかった。

この欠点を解決するプラズマ処理装置には１例えば特開
昭５６−９６８４１号公報に開示されているものがある
。開示されているプラズマ装置では、活性化酸素の輸送
による濃度減少を防止するため、活性化室でプラズマを
発生させ輸送する方法やめ、反応室でマイクロ波プラズ
マを発生させ活性化酸素の発生部でレジストの灰化処理
を行うようにして処理速度を増大させた。しかし、この
プラズマ処理装置はプラズマによる損傷については配慮
されていなかった。この点、例えば特開昭５７−７６８
４４号公報に開示されているプラズマ処理装置は、反応
室の被処理物の上方にマイクロ波遮蔽の金属板を設けて
、被処理物の上方でマイクロ波とプラズマとを遮蔽して
被処理物のプラズマによる損傷を防止するようにした。

しかし、このプラズマ処理装置は活性化室と処理室が同
じであるため、プラズマ遮蔽用の金属板にプラズマ中の
荷電粒子が衝突することにより金属板表面が荷電粒子に
よりスパッタリングされ、金属板の材料が反応室内に飛
び出し被処理物に付着し、汚染が生ずる。また、このプ
ラズマ処理装置では、マイクロ波が導入口から反応室に
導入され、入射マイクロ波は反応室の雰囲気ガスを電離
してプラズマを発生させるが、この導入口のプラズマ密
度が入射マイクロ波の遮断密度（例えばマイクロ波周波
数２．４５Ｇ　Ｈｚではプラズマ密度７．４　ｘ　１０
”／ａｎ？）になるとマイクロ波は導入口で反射されプ
ラズマ中には伝播しない。ここで、反応室の圧力が０．
１　　から数Ｔｏｒｒの範囲だと雰囲気ガス分子の平均
自由工程が短くプラズマはすぐに減衰するため１反応室
内のプラズマはマイクロ波導入口を除いては密度が低く
、かつマイクロ波は導入口で反射されるためプラズマへ
の吸収効率が低く、このため反応室の活性化酸素濃度も
高くならない点については配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の従来技術は、プラズマによる損傷のないものは処
理速度あるいは不純物による汚染の点について配慮され
ておらず、処理速度の速いものは、プラズマの損傷の点
について配慮がされておらず、処理速度が速く、プラズ
マによる損傷がなくまた不純物による汚染のないレジス
トの灰化装置が存在しないため、処理速度を犠牲にして
プラズマ処理を行っていたため生産性が悪いという問題
があった。

本発明の目的は、前述のような従来技術の問題点を解決
し、処理速度が速く、不純物による汚染がなく、プラズ
マによる損傷のないレジストの除去可能なプラズマ処理
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するためにとられた本発明の構成は
、マイクロ波電力の発生装置と、供給される原料ガスを
活性化してプラズマを発生させる活性化室と、該活性化
室で活性化された原料ガスを導入し被処理物をプラズマ
処理する反応室と、前記活性化室及び該反応室を所定の
圧力にする真空排気装置とを有するプラズマ処理装置に
おいて、前記活性化室に該活性化室へ導入される前記原
料ガスと前記マイクロ波との接触面積の大なる該活性化
室内に突入する構造を有するマイクロ波導入部、前記原
料ガスの供給口が前記活性化室の前記発生装置側に近接
して設けられ前記原料ガスが前記マイクロ波導入部に沿
って流れる該マイクロ波導入部と前記活性化室の内壁と
の間によって形成される原料ガス流路、および前記活性
化室と前記反応室との間に位置する前記プラズマ中の荷
電粒子の分離部が設けられていることを特徴とするもの
である。

すなわち、本発明は、活性化室をマイクロ波導入口を有
するマイクロ波空調共振器とし、マイクロ波の供給によ
り容易に高密度プラズマを発生するようにし、このマイ
クロ波の導入口の表面積を大きくしてマイクロ波とプラ
ズマの接する面積を拡大してプラズマへのマイクロ波吸
収効率を向上すると共に高密度プラズマ発生領域を拡大
し、反応性ガスの活性化濃度を向上するようになってい
る。そして、活性化された反応性ガスを被処理物上へ輸
送し中性ラジカルにより被処理物と反応させるが、高速
処理を可能とするため、輸送による濃度低下を防止する
目的で輸送距離を短くすると、プラズマ中の荷電粒子も
被処理物上へ輸送され素子が損傷するので、輸送部に１
例えば、荷電粒子分離用の磁石、あるいは穴のあいた金
属板などよりなる荷電粒子分離部を設けることより、反
応性ガスの高濃度中性ラジカルだけを被処理物上へ輸送
し素子損傷なく高速にレジストの除去ができるようにな
っている。

〔作用〕

このプラズマ処理装置は、活性化室がマイクロ波空胴共
振器であるので、マイクロ波は活性化室で定在波を形成
し、これによって活性化室内のマイクロ波電圧が高くな
るので、活性化室内の雰囲気ガスは電離されプラズマ状
態となる。また、活性化室は空胴共振器を形成するため
、活性化室にマイクロ波が高いエネルギで蓄えられるの
で発生したプラズマに与えるエネルギも大きなものとな
る。

また、磁場がない状態ではマイクロ波はプラズマにエネ
ルギを供給し、プラズマの密度が７．４Ｘ　Ｉ　Ｑ”／
ｃｄになるとプラズマ中を伝播できず、この面で反射さ
れてしまい、これ以上のエネルギの供給が出来なくなる
。したがって、マイクロ波がプラズマにエネルギを供給
できる面積は、定性的には、マイクロ波導入口の表面積
となる。そこで、このマイクロ波導入口の表面積を大き
くすることにより、マイクロ波のプラズマへの吸収効率
を向上させると共に高密度プラズマ（プラズマ密度７．
４　Ｘ　１０　”／ａ７）の発生領域が拡大され、活性
化室のプラズマ量が向上する。

プラズマ中へ導入された反応性ガス（酸素又は酸素と四
フッ化炭素との混合ガス）分子は活性化され、真空排気
の流れに乗って被処理物上へ輸送される。しかし、輸送
による反応ガスの活性化濃度を低下させないため輸送距
離を短くすると、プラズマ中の荷電粒子も寿命がつきる
前に被処理物上へ到達し被処理物に損傷を与えるので、
輸送路には例えば、輸送路に直交する磁場を設ける。こ
の磁場により荷電粒子の中の電子はトラップされイオン
は方向を変えられ、荷電粒子が被処理物上へ行くことが
なく素子損傷が防止されかつ高濃度の反応性ガスの中性
ラジカルにより高速処理がなされる。

なお、前述の磁場のかわりとして、例えば所定の径の穴
のあいた金属板を通してプラズマにより活性化された反
応性ガスを被処理物上へ輸送するようにしてもよいにの
ようにすると、電荷粒子は金属板へ流れ込み、この穴か
ら被処理物上へは輸送されないことになる。したがって
被処理物は、高濃度の反応性ガスの中性ラジカルにより
、素子損傷なく高速で処理できる。

第２図及び第３図は、磁場がない状態でマイクロ波を用
いて発生させたプラズマの密度を実験により求めた結果
を示すものである。

第２図は、０□ガスをＱ　、　２　Ｔｏｒｒの圧力とし
たプラズマを発生室に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導
入してプラズマを発生させた時のマイクロ波導入口から
のプラズマ密度を求めたもので、横軸、縦軸には、それ
ぞれ、マイクロ波導入部材から活性化室内壁までの距離
（マイクロ波供給口の位置における活性化室内壁とプラ
ズマイクロ波導入部材との間の距離）（Ｉ）電子密度ｎ
ｏ（／ａＪ）が示しである。測定はラングミュアプロー
ブを用いて電子密度を求めた。この実験では、イオンは
一価と考えられるため電子密度＝イオン密度である。こ
の電子密度は一般にプラズマ密度と呼ばれている。

第２図から明らかなように、プラズマ密度は、マイクロ
波導入部材からｉｏａｍの所では２Ｘ１０”／備である
のに、１００ｍの所では１　ｘ　１０７／ａｄと３桁以
上低下してしまうことがわかる。これは。

マイクロ波導入部材に接するプラズマの密度が７．４　
Ｘ　１０”／ａｄとなり、マイクロ波はここで反射され
るため、マイクロ波導入部材から離れた所のプラズマは
ここから拡散してくることにより。

この間の衝突により消滅したり、拡散により濃度が低下
していくためである。

第３図は、マイクロ波の導入部材から１０ｍｍの所の電
子密度を０．ガス圧力を変えて求めたもので、横軸、縦
軸には、それぞれ、圧力（Ｔｏｒｒ）、電子密度ｎ＠（
／ａｌｌ）がとっであるが、この図から圧力が高くなる
に従って、密度が低下することがわかる。すなわち、圧
力を１桁高くしてガス分子濃度を１桁上げても、導入部
材から１０ｍｍ離れた所では、プラズマ密度は２桁近く
低下してしまう、従って、多数の反応性ガス分子をプラ
ズマにより活性化するためには、マイクロ波導入部材の
すぐそばを通す必要があり、かつこの量を多くするため
には、マイクロ波導入部材の面積を増大させてやること
が不可欠であることがわかる。

このような結果に基づき、本発明では、マイクロ波空胴
共振器である活性化室に対し、マイクロ波導入部材が大
きな面積となるようにし、かつこの活性化室に導入され
る反応性ガスが必ずマイクロ波導入部材近くの高密度プ
ラズマ中を通るように、マイクロ波導入部材の形状を活
性化室に突出した構造とした。また、反応性ガスは、活
性化室のマイクロ波が導入される側から導入するように
した。

この活性化室とマイクロ波導入部材との距離は、処理圧
力が高い程狭くすると良く、圧力をＰ（Ｔｏｒｒ）、活
性化室とマイクロ波導入口との間隔をｔ（閣）とすると
、ｔ≦５ｏｂ−とすることが必要である。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図は第１の実施例の断面図で、１は入射マイクロ波
の空胴共振器を形成する活性化室で、マイクロ波導入用
の窓２を有し、窓２には真空は保持しマイクロ波を透過
する材質、例えば、石英又はアルミナ磁器等からなり、
原料ガスとマイクロ波との接触面積が大となるように、
活性化室１内に突入する構造となっているマイクロ波の
導入部材３が設けられており、酸素又は酸素と四フッ化
炭素との混合ガスよりなる反応性ガスの供給口４が設け
られている。また、活性化室１の他端には入射マイクロ
波が遮断される寸法以下の輸送路５が設けられている。

６ａ及び６ｂは、輸送路５の外側に設置されている永久
磁石、７はヨークで、磁石６ａ及び６ｂにより輸送路５
の軸と直交するように磁力線８が形成される。

９は輸送路５の出口に取り付けられた反応室で、その下
フランジ１０には真空排気装置（図示せず）に接続する
真空排気口１１が設けられ、中央部の被処理物ｖＩＷ部
１０ａに被処理物１２が載置される。

また、活性化室１のマイクロ波導入用の窓２個には、活
性化室１と入射マイクロ波とのマツチングを取るための
チューナ１３とマイクロ波発振源１４とを取付けた接続
導波管１５が設置されている。

このような構成において、反応性ガス（酸素又は酸素と
四フッ化炭素の混合ガス）を供給口４から供給し、真空
排気口１１から所定の圧力（灰化処理では０．１〜１０
Ｔｏｒｒ程度）に真空排気する。

ここでマイクロ波発振源１４よりマイクロ波を発振し、
チューナ１３のスタブ１３ａ、１３ｂ。

１３ｃにより、印加マイクロ波と活性化室ｌとのマツチ
ングを取ることにより、マイクロ波は導入部材３を通し
て活性化室１内へ入りここで定在波を形成し、この電界
により供給口４から供給された反応性ガスを電離しプラ
ズマ状態とする。ここでマイクロ波は導入部材３の突出
部３ａの全面から活性化室１内へ入り込み反応性ガスの
プラズマにエネルギを供給するため、導入部材３の突出
部３ａ全面は高密度プラズマ（プラズマ密度７．４×１
０”／ａｌ）となる、このプラズマにより活性化された
反応性ガズは真空排気の流れに乗って輸送路５を通って
反応室９の被処理物１２上に送られる。このとき、活性
化された反応性ガス中の荷電粒子には、輸送路５の外周
に設けられた１対の磁石６ａ、６ｂにより形成される磁
力線８が作用し、電子は磁力線８によるサイクロトロン
運動によりトラップされて輸送路中で消滅し、イオンも
磁力線８により方向を変えられ被処理物１２上へは到達
しない。

以上のように、本実施例によれば、活性化室内のプラズ
マ発生面積を大きくすることができ、かつプラズマへの
マイクロ波吸収面積を拡大して効率良くマイクロ波エネ
ルギをプラズマに吸収させられるので活性化室内を大容
量の高密度プラズマにすることができ、これにより高濃
度の活性化反応ガスが作られ、これを短い距離で高濃度
のまま、かつ荷電粒子は分離して、中性反応性ガスラジ
カルだけを被処理物上へ輸送するため、素子損傷なく高
速で処理できる。

第４図は第２の実施例の縦断面図で、第１図と同一部分
には同一符号が付してあり、１６は小孔１７の設けられ
ている吹出板１８の設けられている吹出し部を示してい
る。この実施例が第１の実施例と異なるところは、輸送
路の外周に磁石６ａ及び６ｂを設置するかわりに、輸送
路５の出口に吹出し部１６が設けられている点で、反応
室９内で被処理物１２上に位置するように構成され、吹
出し部１６の被処理物１２と対向する面に多数の小孔１
７の設けられている吹出板１８はアースされている。

この実施例の構成においても、第１の実施例と同様に、
反応ガスは供給口４から活性化室１内へ供給され、マイ
クロ波により電離しプラズマ状態となり、活性化室１内
で大容量の高密度プラズマを形成する。このプラズマに
より活性化された高濃度の反応性ガスは真空排気の流れ
に乗って輸送路５を通って被処理物１２上へ送られる。

ここで、輸送路５には吹出部１６が設けてあり、この吹
出部１６の吹出板１８の多数の小孔１７の寸法（穴径と
長さ）を所定の寸法にすることにより、活性化ガス中の
荷電粒子は、この小孔１７から反応室９内へは行かない
。また、吹出板１８の多数の多孔１７を被処理物１２の
単位面積に対しぼぼ等しく設けることにより、被処理物
１２上は均一の濃度で高濃度の反応性ガスの中性ラジカ
ル雰囲気となる。以上のように本実施例によれば、活性
化反応性ガスから荷電粒子を分離し、短距離で高濃度の
ままかつ被処理物の全面にわたって均一の濃度で被処理
物上へ反応性ガスの中性ラジカルを供給できるので素子
損傷なく高速でかつ均一にレジスト除去できる。

第５図は第３の実施例の縦断面で、第１図、第４図と同
一部分には同一符号が付してあり、１′は一端にマイク
ロ波導入用の窓２を有し、他端に多数の小孔１９が設け
られている活性化室を示している。これが第１及び第２
の実施例と異なる点は活性化室１′が第１及び第２の実
施例のような輸送部５を有さず、この部分が小孔１９を
有する活性化室１′の一部をなしている点である。この
小孔Ｊ７９の寸法はマイクロ波は透過しない寸法でかつ
プラズマもこの孔から出ない寸法とする。この活性化室
１′は反応室９に活性化室１′の多数の小孔１９を有す
る面が被処理物１２と対向するように取付けられる。こ
こで、マイクロ波発振源１４からマイクロ波の導入部材
３の構成及び反応室９内の構成は第１図及び第４図の第
１．第２の実施例と同様である。

この構成においても、第１の実施例と同様にマイクロ波
は活性化室１′で定在板を形成し、供給口４より供給さ
れた反応性ガスを電離してプラズマ状態とする。ここで
、マイクロ波の導入部材３が活性化室１′内へ突出部３
ａを有することから、活性化室１′内は大容量の高密度
プラズマとなる。

このプラズマにより活性化された高濃度の反応性ガスは
真空排気の流れに乗って、活性化室１′への多数の小孔
１９を通って被処理物１２上へ送られる。ここで、小孔
１９はプラズマ中の荷電粒子は通さない寸法であるため
、反応室９内へは、活性化された反応性ガスのうち中性
ラジカルだけが送られ、また、小孔１９を被処理物１２
の単位面積に対しほぼ等しく設けることにより、被処理
物１２上へ送られた反応性ガスの中性ラジカル濃度はほ
ぼ均一となる。このように、この実施例によれば、活性
化室と同一寸法の多数の小孔を有する吹出部を用いて活
性化された反応性ガスから荷電粒子を分離して短距離で
輸送抵抗を最小にして被処理物上へ均一に供給できるの
で素子損傷なく高速でかつ均一にレジスト除去できる。

この実施例のプラズマ処理装置はより密度の高いプラズ
マを供給できる点で効果的である。

これらの実施例によれば、反応性ガスを活性化する活性
化室と被処理物を処理する反応室が別々であり、活性化
室は入射マイクロ波の空胴共振器を形成するため、低真
空域（０，１〜１０Ｔｏｒｒ）でも安定してプラズマを
発生し、マイクロ波導入部材が突出部を有し発生したプ
ラズマとマイクロ波の接する面積が大きく、原料ガスの
供給口が活性化室のマ・イクロ波電力の発生装置側に近
接して設けられ、原料ガスがマイクロ波導入部と活性化
室の内壁とによって形成される原料ガス流路によってマ
イクロ波導入部に沿って供給されるようになっているの
で、反応性ガスのプラズマは突出部表面に沿って大変量
で高密度（プラズマ密度７．４×１０１０／ｃｄ（マイ
クロ波周波数２．４５ＧＨｚのとき））のプラズマが発
生する。この高密度プラズマ内へ反応ガスが供給され、
高密度プラズマ中を長い距離通過することにより反応性
ガスは高濃度に活性化される。ここで、活性化された反
応ガスは輸送路を通って被処理物上へ運ばれ、被処理物
上へ荷電粒子が輸送されないよう磁石又は多数の小孔を
有する吹出部により荷電粒子を分離するため、反応室に
は荷電粒子はなく被処理物に素子に損傷を与えずまた反
応室壁等に荷電粒子が衝突して反応室材料等を被処理物
上へ付着させる等の異物汚染の問題もない、また活性化
室から反応室への活性化ガス、特に反応性ガスの中性ラ
ジカルの輸送は短い距離で行われるため、活性化室での
濃度が低下せずに高濃度のまま被処理物上へ運ばれるの
で高速レジストの灰化処理（レジスト除去）ができる。

また吹出部を有するものでは、多数の小孔を所定の位置
に配することにより、被処理物上での反応性ガスの中性
ラジカル濃度を均一にすることができ、レジストの灰化
を均一処理できる。

以上のように、これらの実施例によれば、レジストを高
速にかつ均一で、そして素子の損傷を与えることなく灰
化できるので、生産性の向上、レジスト除去の安定性、
均−性及び歩留りの向上の効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、処理速度が速く、不純物による汚染がなく、
プラズマによる損傷のないレジストの除去可能なプラズ
マ処理装置を提供可能とするもので、産業上の効果の大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマ処理装置の一実施例の断面図
、第２図は本発明のプラズマ処理装置におけるマイクロ
波導入部材から活性化室内壁までの距離と電子密度との
関係を示す線図、第３図は同じく圧力と電子密度との関
係を示す線図、第４図及び第５図は同じくそれぞれ異な
る他の実施例の断面図である。 １．１′・・・活性化室、３・・・（マイクロ波の）導
入部材、３ａ・・・突出部、４・・・（反応性ガスの）
供給口、５・・・輸送路、６ａ、６ｂ・・・磁石、９・
・・反応室、１１・・・真空排気口、１２・・・被処理
物、１３・・・チュ高１図 １３・・リュ〜す ｔｒＪ　　−ｚイアａ”、ｒ又 隼械ｊ原 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波電力の発生装置と、供給される原料ガス
   を活性化してプラズマを発生させる活性化室と、該活性
   化室で活性化された原料ガスを導入し、被処理物をプラ
   ズマ処理する反応室と、前記活性化室及び該反応室を所
   定の圧力にする真空排気装置とを有するプラズマ処理装
   置において、前記活性化室に、該活性化室へ導入される
   前記原料ガスと前記マイクロ波との接触面積の大なる該
   活性化室内に突入する構造を有するマイクロ波導入部、
   前記原料ガスの供給口が前記活性化室の前記発生装置側
   に近接して設けられ、前記原料ガスが前記マイクロ波導
   入部に沿つて流れる該マイクロ波導入部と前記活性化室
   の内壁とによつて形成される原料ガス流路、および、前
   記活性化室と前記反応室との間に位置する前記プラズマ
   中の荷電粒子の分離部が設けられていることを特徴とす
   るプラズマ処理装置。 ２、前記活性化室がマイクロ波の空胴共振条件を満たし
   ている特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。 ３、前記原料ガス流路が、前記活性化室と前記マイクロ
   波導入部との間隔ｔ（ｍｍ）と前記活性化室の圧力ｐ（
   Ｔｏｒｒ）との間にｔ≦５０√ｐの関係を有している特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載のプラズマ処理装置
   。 ４、前記プラズマ中の荷電粒子の分離部が、一対の磁石
   によつて構成されている特許請求の範囲第１項又は第２
   項又は第３項記載のプラズマ処理装置。 ５、前記プラズマ中の荷電粒子の分離部が、前記反応室
   内に突出しその端部に所定の大きさの多数の小孔が設け
   られている吹出口を有する吹出し部によつて構成されて
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の
   プラズマ処理装置。 ６、前記プラズマ中の荷電粒子の分離部が、前記活性化
   室の端部に設けられ所定の大きさの多数の小孔を有する
   端板より構成されている特許請求の範囲第１項又は第２
   項又は第３項記載のプラズマ処理装置。