JPH06275562A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH06275562A
JPH06275562A JP6560993A JP6560993A JPH06275562A JP H06275562 A JPH06275562 A JP H06275562A JP 6560993 A JP6560993 A JP 6560993A JP 6560993 A JP6560993 A JP 6560993A JP H06275562 A JPH06275562 A JP H06275562A
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JP
Japan
Prior art keywords
chamber
plasma
gas
plasma processing
mass
Prior art date
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Pending
Application number
JP6560993A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Kakinuma
敬二 柿沼
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EMI Records Japan Inc
Original Assignee
Toshiba Emi Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Emi Ltd filed Critical Toshiba Emi Ltd
Priority to JP6560993A priority Critical patent/JPH06275562A/ja
Publication of JPH06275562A publication Critical patent/JPH06275562A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アッシングやその他のプラズマ処理におい
て、その処理をリアルタイムに監視し、常に最適なプラ
ズマ処理条件が得られるプラズマ処理装置の提供を目的
とする。 【構成】 内部にプラズマ発生装置11を有するととも
に、プラズマ化するガスを内部に供給するためのガス供
給バルブ3及び内部のガスを排気する排気バルブ4とを
備えたプラズマ処理チャンバー12を有する。このチャ
ンバー12の内部と連通し、差動排気機構5,6を有す
る質量分析器20がチャンバー12に接続されている。
比較処理回路7により、質量分析器20で分析された数
値を時間的な比較によって演算して、チャンバー内のプ
ラズマ処理パラメータであるガス流量,チャンバー内の
圧力等を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】ウエハー上などに残っているフォ
トレジストのアッシング(灰化)処理や、真空成膜のた
めの基板の前処理あるいは表面改質などを行うためのプ
ラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばウエハー等の基板上に残っ
ているフォトレジストの除去処理をおこなうには、酸,
アルカリ等の溶剤で溶かすウエット処理や酸素プラズマ
等でアッシング(灰化)するドライ処理等が用いられて
いるが、近年は環境問題等を考慮してドライ処理が主流
になってきている。
【0003】ところで、上記フォトレジストをアッシン
グする処理は、一般に図4に示すようなプラズマ処理装
置が用いられている。この装置は、図に示すように、内
部にプラズマ発生装置11を有するプロセスチャンバー
12が主たる構成となっており、該チャンバー12には
内部に酸素等のガスを導入するためのガス供給バルブ1
3及び内部のガスを排気する排気バルブ14とが備えら
れている。これらバルブ13,14には、それぞれガス
ボンベと真空ポンプ15とが取付けられるようになって
おり、バルブ13,14を手動調節することで、チャン
バー12内への導入ガスの量を定めるとともに、真空ポ
ンプ15の吸引による排気量をコントロールしてチャン
バー12内のガス圧力を調整している。
【0004】このチャンバー12に電源16を接続し
て、内部にアッシング処理をする基板1を配置し、真空
ポンプ15でチャンバー12内の空気を抜くとともにO
2 ガスを供給して、所定時間電源をオンすると、チャン
バー12内部にO2 プラズマが発生する。基板1面に形
成されている有機物からなるレジストは、O2 プラズマ
によってCO2 やH2 Oに灰化させることができ、これ
らのガスを排気口14から排気するようにしている。ま
た、アッシング処理時間は、通常、フォトレジストの厚
さや供給ガスの濃度等から経験的にタイマー設定してい
るが、フォトレジストがまだ基板に残存しているかどう
かについて知る方法は、ガスモノクロ・メータを排気口
に設置して、レジストが存在することでプラズマ中で生
成するCO2 ガスの特定波長の吸収量を測定して、アッ
シングのエンド・ポイント(終了点)を見い出すように
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法ではウエハー等の基板に対する前処理やアッシングが
常に最適条件であるか否かを把握することが出来ず、場
合によっては、プラズマの作用により基板に対して微細
な凹凸の形成や酸化等の物理・化学的なダメージを与え
る結果となる場合があった。
【0006】本発明は、アッシングやその他のプラズマ
処理において、その処理をリアルタイムに監視し、常に
最適なプラズマ処理条件が得られるプラズマ処理装置の
提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、内部にプラズマ発生装置を有するとともに、
プラズマ化するガスを内部に供給するためのガス供給バ
ルブ及び内部のガスを排気する排気バルブとを備えたプ
ラズマ処理チャンバーと、差動排気機構を有し前記プラ
ズマ処理チャンバーの内部と連通した質量分析器と、該
質量分析器で分析された数値を時間的な比較によって演
算して、チャンバー内のプラズマ処理パラメータである
ガス流量,チャンバー内の圧力等を制御するため、前記
ガス供給バルブ,排気バルブ及び電源を制御する比較処
理回路とを備えたことを特徴としている。
【0008】
【作用】上述のように構成されているので、処理チャン
バーよりも低い圧力に排気した、所謂、差動排気を有し
た質量分析器(Qマス)によって処理チャンバー内で生
成している物質を、その基板やレジスト等の材料に応じ
て選択し、リアルタイムな監視をおこない、その変動を
時間的な比較によって演算処理し、プラズマ処理のパラ
メータであるガスの流量、処理チャンバーの圧力、印加
する電力、及び時間を制御して安定したプラズマ処理を
再現良く提供する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1には、本発明のプラズマ処理装置の一例がブロック図
で示されている。なお、従来の技術の項で説明したもの
と同一または相当する部分には同一符号を付す。図に示
すように、本実施例によるプラズマ処理装置が従来のも
のと異なる部分は、先ず第1に、プラズマ処理チャンバ
ー12の室内と連通する構成でQマス(質量分析器)2
0を設けた点にある。
【0010】Qマス20は、図2に示すようなセンサ2
1を有しており、該センサ21はイオンソース,四重極
フィルタ,イオンコレクタ等で構成されている。イオン
ソースは2本のフィラメント22,電子リペラー23,
イオン化室24及びその他の電極25からなり、フィラ
メント22から放出された電子はフィラメント・イオン
化室間電圧で加速され、数回往復運動をくり返して、や
がてはイオン化室24に入射しエミッション電流とな
る。電子が運動している間に、イオンソース内に導入さ
れたガス分子と衝突すると、その分子のイオンが生成さ
れ、このイオン分子は電極によりイオン化室24から引
き出されて集束されて四重極フィルタに入射する。
【0011】四重極フィルタは、平行に組み立てられた
4本のロッド26で構成されており、これら4本のロッ
ド26の相対する2本の電極は結線されていて、一方の
組には正のDC電圧とそれに重畳するRF電圧を、他の
組には丁度反対の負のDC電圧と先程のRF電圧と位相
が180°ずれたRF電圧が印加される。このRFとD
C電圧の比を調整することで、四重極フィルタを通過す
ることのできるイオンの質量数を決めることができ、ま
た通過する質量数は電圧に比例するので、電圧を直線的
に掃引すれば、質量数が等間隔に並ぶマススペクトルが
得られることになる。
【0012】イオンコレクタにはファラディカップ27
が用いられており、四重極フィルタを通過したイオンは
ファラディカップ27に入射し、これによるイオン電流
は増幅されて質量スペクトルの形で出てくる。
【0013】なお、Qマス20には、センサ21の他に
ヘッドユニットやコントロールユニットが備えられてい
て、イオンソースへの電圧供給や四重極フィルタへの印
加電圧の直線的な掃引、およびイオンコレクタで検出し
たイオンの量等を記録表示することができる。
【0014】また、本装置のQマス20には、図1に示
すように、真空ポンプ5が取付けられているとともに、
Qマス20とプラズマ処理チャンバー12の室内と連通
路にはバルブ6が配置されていて、このバルブ6と真空
ポンプ5の操作により、Qマス20内をプラズマ処理チ
ャンバー12内より減圧して、チャンバー12内のガス
をQマス20内の導き入れるように差動排気機構となっ
ている。
【0015】また、Qマス20には比較処理回路7が電
気的に接続されており、該比較処理回路7はCPUを有
していて、Qマス20により分析されたイオンの状態を
リアルタイムな監視をおこない、その変動を時間的な比
較によって演算処理する。
【0016】また、本実施例では従来例で説明したガス
供給バルブや排気バルブの代わりに電磁弁を備えたガス
供給バルブ3と排気バルブ4とを用いており、前記比較
処理回路7によって演算されたデータによって、これら
バルブ3,4を制御してプラズマ処理のパラメータであ
るガスの流量、処理チャンバーの圧力をコントロールす
るとともに、印加する電力、及び時間を制御して安定し
たプラズマ処理をおこなう。
【0017】次に、実際のプラズマ処理を行う。ガラス
基板にフォトレジスト(シュプレー社製MP−1400
S)を膜厚1400Å塗布したもののアッシング処理
を、プラズマ処理チェンバー12としてオーク製作所の
「disk lamp」(放電電極と電源)により処理
し、Qマスによって得たデータを以下の表1に示す。
(但し、He:170sccm、O2 :680sccm、圧力4
0Pa、1kV,1.3Aで処理する。)
【0018】
【表1】
【0019】この例では、処理の前後でマスのピークの
変化の殆どないM/e:33や34を基準として28の
ピークを観察することでエンド・ポイントが察知できる
ことを示している。なお、M/eは質量Mと電荷eの比
である。M/e:28について、1sec 毎に前後の量を
相対的に比較してグラフに描くと、概ね図3に示すよう
なカーブとなる。このカーブの下降する位置における変
曲点は処理開始後90sec 〜120sec に存在する。表
1からも明らかなように120sec 〜150sec では変
化がないので、処理開始後90sec 〜120secがエン
ド・ポイントとなり、処理が終了したことになる。比較
処理回路7は、このグラフのカーブを観察して、A領域
のようにレジストとO2 ガスとが活発に反応している時
には、ガスの供給バルブ3を制御してガス供給量を増や
し処理効果を高め、M/eの強度が小さくなってきた時
にはガス供給量を減少させてるとともに、電源16を制
御してプラズマ発生装置11に対する印加電力を下げ
て、過度の処理による基板のダメージがおこらないよう
にしている。
【0020】そして、上記エンド・ポイントになると、
電源16をOFFさせるとともに、ガス供給バルブ3を
閉止し、更に排気バルブ4を制御してチャンバー12内
のガスを抜きとり、かつ内部を大気に戻す。なお、各処
理時間のうち、一部の該当する基板(ガラス)を取り出
し、水との接触角を測定すると、表1に示すようにな
る。90sec 付近で一番接触角が小さくなって、ガラス
面の濡れが最も向上することが分かり、処理のエンド・
ポイントと一致することが分かる。
【0021】次に、PMMA基板(クラレ製H1000
B)を同様の機器で処理した結果を以下の表2に示す。
なお、これはPMMA基板にAlを密着よくスパッタす
るためのArによる前処理である。(He:3000sc
cm、圧力100Pa、1.6kV,250mAで処理する。)
【0022】
【表2】
【0023】この例も、処理の前後でマスのピークの変
化の殆どないM/e:20や26を基準にしてM/e:
14,15,16,28を観察することで、エンド.ポ
イントが30sec 〜60sec にあることがわかり、PM
MA基板の超過処理を未然に防ぐことができる。この場
合にも、比較処理回路7により最適な処理がおこなわれ
るように制御されている。なお、表の各M/eの時間に
対する数値はマス(分析)チャートの相対的ピーク値を
示す。また、M/eのイオンは、 M/e:14・・・・CH2 、CO2+ M/e:15・・・・CH3 M/e:16・・・・CH4 、O+ M/e:20・・・・Ar2+ M/e:28・・・・CO+ であり、M/e:14,15,16はPMMAの分解物
で、M/e:28はレジストの灰化物である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アッシングやその他のプラズマ処理において、その処理
をリアルタイムに監視し、常に最適なプラズマ処理条件
が得られるように制御しているので、接触角に示すよう
に最小値で処理を再現良く終了することができ、処理効
果を常に一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のブロック図である。
【図2】Qマスのセンサ部分を説明する図である。
【図3】M/e:28について、1sec 毎に前後の量を
相対的に比較して描いたグラフである。
【図4】従来のプラズマ処理装置のブロック図である。
【符号の説明】 1 基板 3 ガス供給バルブ 4 排気バルブ 5 真空ポンプ 6 バルブ 7 比較処理回路 11 プラズマ発生装置 12 プラズマ処理チャンバー 15 真空ポンプ 16 電源 20 Qマス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部にプラズマ発生装置を有するととも
    に、プラズマ化するガスを内部に供給するためのガス供
    給バルブ及び内部のガスを排気する排気バルブとを備え
    たプラズマ処理チャンバーと、 差動排気機構を有し前記プラズマ処理チャンバーの内部
    と連通した質量分析器と、 該質量分析器で分析された数値を時間的な比較によって
    演算して、チャンバー内のプラズマ処理パラメータであ
    るガス流量,チャンバー内の圧力等を制御するため、前
    記ガス供給バルブ,排気バルブ及び電源を制御する比較
    処理回路とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装
    置。
JP6560993A 1993-03-24 1993-03-24 プラズマ処理装置 Pending JPH06275562A (ja)

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JP6560993A JPH06275562A (ja) 1993-03-24 1993-03-24 プラズマ処理装置

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Legal Events

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Effective date: 20020226