(57)【要約】【課題】レジスト除去工程において、ポッピングを抑制し、且つスループットの高い基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理方法であって、ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、基板を加熱する工程と、前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを供給する工程と、前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態として基板を処理する工程とを有する。前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２２０℃以上３００℃以下とすることが望ましい。また、前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２５０℃以上３００℃以下とすることが望ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、
基板を加熱する工程と、
前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを供給する工程と、
前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態として基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項２】
前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２２０℃以上３００℃以下とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２５０℃以上３００℃以下とする請求項１記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造の工程で基板を処理する半導体製造装置(アッシング装置)で用いられる基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、反応室と、前記反応室内に高周波ガス放電を誘起し維持する手段と、半導体基板を保持する半導体基板保持台を内蔵し前記反応室に直結するチャンバと、を有するアッシング装置であって、前記反応室内及び前記チャンバ内を排気しながら前記反応室内に酸素ガスのみを導入し、アッシング時の前記反応室内及び前記チャンバ内の圧力が２５０Ｐａ以上６５０Ｐａ以下の範囲内にあるアッシング装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、基板からレジストを除去する除去工程を有し、前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、少なくとも、２５０ｓｃｃｍ以上の酸素ガス及び７５０ｓｃｃｍ以上の水素ガスを反応容器に供給し、前記反応容器内で酸素ガス及び水素ガスをプラズマ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法が開示され
ている。
【０００４】
また、半導体製造工程において、例えばトランジスタのゲートやソース、ドレイン形成時に、フォトレジストをマスクとしてエッチング処理やイオン（不純物）注入を行い、イオン注入後、フォトレジストを除去するアッシング処理を行い、その後、所定の処理を行ってトランジスタを製造する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９１７５０号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００９−１６４３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン注入工程では、ソースやドレインの電気抵抗を下げるために、注入するイオン量を高濃度にし、不純物濃度を上げている。前述のように、フォトレジストが基板上に塗布された状態であり、ソースやドレインの他に、フォトレジストにもイオンが注入される。
このとき、イオンが注入されることで、フォトレジストの表面層が変質し、硬化されてしまうという現象が起きる。
【０００８】
この状態でアッシング処理がなされた場合、フォトレジストの硬化した表面層（硬化層）の下部にある層（バルク層）において、通常の状態にあるフォトレジストが流動性となり、またフォトレジスト中に含まれる気泡が暖められることによって気化され、気体が硬化したフォトレジスト表面層を突き破り噴出するいわゆるポッピング現象が生じることがある。
【０００９】
ポッピング現象が生じることで、異常酸化した有機成分や、イオン注入工程でレジスト中に注入されたリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、臭素（Ｂｒ）等のドーパントの酸化物がアッ
シング処理で除去することができなくなり、基板上に残渣が形成されてしまうという問題が生じる。また、破裂したフォトレジストが反応室壁面等に付着し、それらがパーティクルとなってしまうことがある。これにより、基板が汚染されてしまうという問題が生じる。
【００１０】
このようなポッピング現象を回避するための手段として、従来から行っているアッシング処理を長時間かけて行うことで、ポッピングを回避しつつフォトレジストを除去することも可能であるが、スループットが低くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、レジスト除去工程において、ポッピングを回避し、且つスループットの高い基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１３】
請求項１に係る本発明は、ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、基板を加熱する工程と、前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを供給する工程と、前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態として基板を処理する工程とを有する基板処理方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レジスト除去工程において、ポッピングを抑制し、且つスループットの高い基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略横断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置が有するプラズマ処理ユニットを説明するための縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置が有するサセプタテーブル、及びリフターピンを説明するための斜視図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を適用して、半導体装置（半導体デバイス）を製造する工程を説明するための図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を用いた基板処理方法の工程であって、本発明に係る基板処理方法の工程を示す図である。
【図７】反応ガス全体に対する水素の割合と残渣数との関係を示すグラフである。
【図８】Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスからなる反応ガスにおける酸素の組成比を１としたときの水素の組成比と、プラズマ中で生成されるＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｈラジカルの濃度に対応した発光強度との関係を示すグラフである。
【図９】Ｈ２ガスとＨ２Ｏガスとの混合ガスからなる反応ガスにおける酸素の組成比を１としたときの水素の組成比と、プラズマ中で生成されるＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｈラジカルの濃度に対応した発光強度との関係を示すグラフである。
【図１０】反応ガス中におけるＯ２に対するＨ２濃度による剥離残渣低減効果を示すグラフである。
【図１１】基板温度による剥離時間短縮効果と剥離残渣低減効果とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
本発明は、例えば半導体製造装置で用いられる基板処理方法に関するものである。特に反応性ガスを、高周波を用いて放電（プラズマ状態）させ、それによって得られた高い反応性を有する反応種（反応性活性種）によって基板表面の所定の有機薄膜（レジスト、レジスト膜）を剥離するドライアッシング工程に関するものである。
【００１７】
本発明の好ましい実施例においては、半導体製造装置として用いられるアッシング装置により、半導体装置の製造方法、及び基板処理方法が実現される。
図１は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略縦断面図である。図１、図２に示されるように、アッシング装置１０は、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ  Ｍｏｄｕｌｅ）１００と、ロードロックチャンバ部２００と、トランスファーモジュール部３００と、アッシング処理がなされる処理室として用いられるプロセスチャンバ部４００とを備えている。
【００１８】
ＥＦＥＭ１００は、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）１１０、１２０及びそれぞれのＦＯＵＰからロードロックチャンバへウエハを搬送する第１の搬送部である大気ロボット１３０を備える。
ＦＯＵＰには２５枚のウエハが搭載され、大気ロボット１３０のアーム部がＦＯＵＰから５枚ずつウエハを抜き出す。
【００１９】
ロードロックチャンバ部２００は、ロードロックチャンバ２５０、２６０と、ＦＯＵＰから搬送されたウエハ６００をロードロックチャンバ２５０、２６０内でそれぞれ保持するバッファユニット２１０、２２０を備えている。バッファユニット２１０、２２０は、ボート２１１、２２１とその下部のインデックスアセンブリ２１２、２２２とを備えている。ボート２１１（２２１）と、その下部のインデックスアセンブリ２１２（２２２）は、θ軸２１４（２２４）により同時に回転する。
【００２０】
トランスファーモジュール部３００は、搬送室として用いられるトランスファーモジュール３１０を備えており、先述のロードロックチャンバ２５０、２６０は、ゲートバルブ３１１、３１２を介して、トランスファーモジュール３１０に取り付けられている。トランスファーモジュール３１０には、第２の搬送部として用いられる真空アームロボットユニット３２０が設けられている。
【００２１】
プロセスチャンバ部４００は、処理室として用いられるプラズマ処理ユニット４１０、４２０と、その上部に設けられたプラズマ発生室４３０、４４０とを備えている。プラズマ処理ユニット４１０、４２０は、ゲートバルブ３１３、３１４を介してトランスファーモジュール３１０に取り付けられている。
【００２２】
プラズマ処理ユニット４１０、４２０は、ウエハ６００を載置するサセプタテーブル４１１、４２１を備えている。サセプタテーブル４１１、４２１をそれぞれ貫通してリフターピン４１３、４２３が設けられている。リフターピン４１３、４２３は、Ｚ軸４１２、４２２の方向に、それぞれ上下する。
【００２３】
プラズマ発生室４３０、４４０は、反応容器４３１、４４１をそれぞれ備え、反応容器４３１、４４１の外部には、高周波コイル４３２、４４２が設けられている。高周波コイル４３２、４４２に高周波電力を印加して、ガス導入口４３３、４４３から導入されたアッシング処理用の反応ガスをプラズマ状態とし、そのプラズマを利用してサセプタテーブル４１１、４２１上に載置されたウエハ６００上のレジストをアッシング（プラズマ処理）する。
【００２４】
以上のように構成されたアッシング装置１０においては、ＦＯＵＰ１１０、１２０からロードロックチャンバ２５０（２６０）へとウエハ６００が搬送される。この際、まず、図２に示されるように、大気ロボット１３０が、ＦＯＵＰのポッドにツィーザを格納し、５枚のウエハをツィーザ上へ載置する。このとき、取り出すウエハの高さ方向の位置に合わせて、大気ロボットのツィーザ及びアームを上下させる。
ウエハをツィーザへ載置した後、大気搬送ロボット１３０がθ軸１３１方向に回転し、バッファユニット２１０（２２０）のボート２１１（２２１）にウエハを搭載する。このとき、ボート２１１（２２１）のＺ軸２３０方向の動作により、ボート２１１（２２１）は、大気搬送ロボット１３０から２５枚のウエハ６００を受け取る。２５枚のウエハを受け取った後、ボート２１１（２２１）の最下層にあるウエハがトランスファーモジュール部３００の高さ位置に合うよう、ボート２１１（２２１）をＺ軸２３０方向に動作させる。
【００２５】
ロードロックチャンバ２５０（２６０）においては、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内にバッファユニット２１０（２２０）によって、保持されているウエハ６００を、真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１に搭載する。θ軸３２５方向で真空アームロボットユニット３２０を回転し、さらにＹ軸３２６方向にフィンガーを延伸し、プラズマ処理ユニット４１０（４２０）内のサセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。
【００２６】
ここで、ウエハ６００を、フィンガー３２１からサセプタテーブル４１１（４２１）へ移載する際のアッシング装置１０の動作を説明する。
【００２７】
真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１とリフターピン４１３（４２３）との協働により、ウエハ６００は、サセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。また、逆の動作により、処理が終了したウエハ６００をサセプタテーブル４１１（４２１）から、真空アームロボットユニット３２０によって、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内のバッファユニット２１０（２２０）にウエハ６００を移載する。
【００２８】
以上のように構成されたアッシング装置１０では、ロードロックチャンバ２５０（２６０）へウエハ６００が搬送され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内が真空引き（真空置換）され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）から、トランスファーモジュール３１０を経てウエハ６００がプラズマ処理ユニット４１０（４２０）へと搬送され、プラズマ処理ユニット４１０（４２０）でウエハ６００からレジストの除去がなされ（除去工程）、レジストの除去がなされたウエハ６００が、トランスファーモジュール３１０を経て再びロードロックチャンバ２５０（２６０）へ搬送される。
【００２９】
図３にはプラズマ処理ユニット４１０の詳細が、図４には、プラズマ処理ユニット４１０が有するサセプタテーブル４１１の詳細が示されている。尚、先述のプラズマ処理ユニット４２０は、プラズマ処理ユニット４１０と同じ構成である。また、プラズマ処理ユニット４１０が有する先述のサセプタテーブル４２１は、サセプタテーブル４１１と同じ構成である。
【００３０】
プラズマ処理ユニット４１０は、半導体基板や半導体素子に乾式処理でアッシングを施す高周波無電極放電型のプラズマ処理ユニットである。プラズマ処理ユニット４１０は、図３に示すように、プラズマを生成するためのプラズマソース４３０、半導体基板などのウエハ６００を収容する処理室４４５、プラズマソース４３０（特に共振コイル４３２）に高周波電力を供給する高周波電源４４４、及び高周波電源４４４の発振周波数を制御する周波数整合器４４６を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部に前記のプラズマソース４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理室４４５を配置して構成される。また、共振コイル４３２と外側シールド４５２とで、螺旋共振器が構成される。
【００３１】
プラズマソース４３０は、減圧可能に構成され且つプラズマ用の反応ガスが供給され、反応容器４３１と、反応容器の外周に巻回された共振コイル４３２と、共振コイル４３２の外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド４５２とから構成される。
【００３２】
反応容器４３１は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバである。反応容器４３１は、通常、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４及び処理室４４５によって上下端が気密に封止される。反応容器４３１の下方の処理室４４５の底面には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持されるサセプタ４５９が設けられ、サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１及びサセプタ上のウエハを加熱する基板加熱部４６３が具備される。
サセプタ４５９の下方に、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底板４６９に支持され、底板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降基板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降基板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
【００３３】
図４に示されるように、リフターピン４１３は、サセプタ４５９のサセプタテーブル４１１を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持する支持部４１４が設けられている。支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
底板４６９を経由して、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３が昇降基板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降基板４７１とリフターピン４１３を介して、支持部４１４が昇降する。
尚、図３においては、支持部４１４が取り付けられた状態のリフターピン４１３が図示されている。また、図４における矢印は、リフターピン４１３の動きを示している。
【００３４】
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、バッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５と仕切られ、また通気孔によって、処理室４４５と連通している。
【００３５】
排気板４６５に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、排気管４８０が連通されており、排気管４８０には排気装置４７９が設けられている。
【００３６】
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、ガス供給ユニット４８２から伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給するためのガス供給管４５５が、ガス導入口４３３に付設されている。ガス供給ユニット４８２は、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を有している。ガス供給ユニット４８２は、マスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を制御することで、ガスの供給量を制御する。
また、反応容器４３１内には、反応ガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにするための略円板形で、石英からなるバッフル板４６０が設けられている。
尚、マスフローコントローラ４７７及び排気装置４７９によって供給量、排気量を調整することにより、処理室４４５の圧力が調整される。
【００３７】
共振コイル４３２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル４３２の電気的長さは、高周波電源４４４から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）又は半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定される。  例えば、1波
長の長さは、１３．５６ＭＨｚの場合、約２２メートル、２７．１２ＭＨｚの場合、約１１メートル、５４．２４ＭＨｚの場合、約５．５メートルになる。
共振コイル４３２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート４４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
【００３８】
共振コイル４３２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル４３２の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ４６２を介して接地される。図３中の符号４６４は他方の固定グランドを示す。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル４３２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル４３２の接地された両端の間には、可動タップ４６６によって給電部が構成される。
【００３９】
すなわち、共振コイル４３２は、電気的に接地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源４４４から電力供給される給電部を各グランド部の間に備え、しかも、少なくとも一方のグランド部は、位置調整可能な可変式グランド部とされ、そして、給電部は、位置調整可能な可変式給電部とされる。共振コイル４３２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えている場合には、後述するように、プラズマソース４３０の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。
【００４０】
外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル４３２との間に形成するために設けられる。外側シールド４５２は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。
【００４１】
高周波電源４４４の出力側にはＲＦセンサ４６８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ４６８によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器４４６に入力される。周波数整合器４４６は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【００４２】
コントローラ４７０は、単に高周波電源４４４のみを制御するものではなく、アッシング装置１０全体の制御を行っている。コントローラ４７０には、表示部であるディスプレイ４７２が接続されている。ディスプレイ４７２は、例えば、ＲＦセンサ４６８による反射波のモニタ結果等、アッシング装置１０に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。
【００４３】
例えば、アッシング工程時やアッシング工程前のプラズマ生成時におけるプラズマ処理中に処理条件を変動した場合（ガス種を増やす等）など、ガス流量やガス混合比、圧力が変化する場合があり、高周波電源４４４の負荷インピーダンスが変動してしまう場合がある。このような場合でも、アッシング装置１０は周波数整合器４４６を有するため、ガス流量やガス混合比、圧力の変化にすぐに追従して高周波電源４４４の発信周波数を整合することができる。
【００４４】
具体的には次の動作が行われる。
プラズマ生成時、共振コイル４３２の共振周波数に収束される。このとき、ＲＦセンサ４６８が共振コイル４３２からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。
【００４５】
続いて、本発明の基板処理方法（フォトレジスト除去方法）を採用する半導体製造方法について、図５を用いて説明する。図５には、本発明の基板処理方法を採用し、アッシング装置１０等を用いて半導体装置（半導体デバイス）を製造する工程が説明されている。
図５（ａ）に示すように、この基板処理方法においては、まず、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ成膜工程にて、Ｓｉ−ｓｕｂ（基板）上に、Ｔｈ−Ｏｘ層、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を堆積させる。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程において、基板上にレジストを塗布し、露光処理を行い、フォトレジストに電極穴を形成する。電極穴形成後、エッチング処理を行う。
【００４７】
次に、図５（ｃ）に示すように、イオン（不純物）注入工程において、例えばＢ（ボロン）等のイオンを打ち込む（インプラ打ち込み）。このとき、ソース、ドレインに限らず、フォトレジストにもイオンが打ち込まれる。
【００４８】
続いて、図５（ｄ）に示すように、アッシング工程において、イオンがドープされているフォトレジストを除去するアッシング処理が行われる。このアッシング工程において、先述のアッシング装置１０が用いられる。アッシング工程の詳細は後述する。
【００４９】
次に、図５（ｅ）に示すように、ＷＥＴ洗浄工程（酸洗浄工程）にて基板を酸洗浄して、ＷＥＴ洗浄を行い、基板からパーティクルの除去を行う。
【００５０】
次に、図５（ｆ）に示すように、表面改質工程にて酸素成分のリークを行う。
【００５１】
次に、図５（ｇ）に示すように、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ成膜工程にて、基板にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を成膜する。その後、図５（ｂ）に示すリソグラフィ工程のように、成膜されたＰｏｌｙ−Ｓｉ膜上にレジストを塗布し、エッチングを行い、パターン形成を行う。このようにして、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に不純物を混入させ、ＤＯＰＯＳ（Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ：不純物を多量に混入させたポリシリコン)膜を形成させる。
【００５２】
この後、図５（ｈ）に示すように、ハイドーズアッシング工程において、ＤＯＰＯＳ膜上のイオンドープされたフォトレジストを除去するためアッシング処理を行う。この際、本発明を採用しない場合には、図５（ｈ）に示すように、図５（ｇ）に示すＰｏｌｙ−Ｓｉ成膜工程にて成膜されたＰｏｌｙ−Ｓｉ膜と、図５（ａ）に示すＰｏｌｙ−Ｓｉ成膜工程で成膜されたＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の間に膜剥れ（ピーリング）が発生してしまうとの問題が生じる虞がある。
この問題を解決するためのアッシング方法は後述する。
【００５３】
続いて、アッシング装置１０によりなされる本発明の処理の一例（実施例１）を説明する。
図６には、アッシング装置１０を用いて基板（ウエハ６００）を処理する工程であって、本発明の実施形態に係る基板処理方法が示されている。
本発明に係る基板の処理方法においては、図６に示されるように、基板を処理室に搬入する工程である搬入工程Ｓ１００と、基板を加熱する工程である第一の加熱工程Ｓ２００と、反応ガスを供給する工程である第一の供給工程Ｓ３００と、
基板を処理する工程である第一の処理工程Ｓ４００と、基板を処理室から搬出する搬出工程Ｓ８００と、を少なくとも含む一連の工程を経て基板が処理される。
【００５４】
搬入工程Ｓ１００では、ドーパントが混入されたレジストの塗布されたウエハ６００が処理室４４５に搬入される。第一の加熱工程Ｓ２００では、搬入工程Ｓ１００で処理室４４５内に搬入されたウエハ６００が加熱される。第一の供給工程Ｓ３００では、処理室４４５内に少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスが供給される。第一の処理工程Ｓ４００では、処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態としてウエハ６００が処理される。搬出工程Ｓ８００では、処理されたウエハ６００が、処理室４４５から搬出される。
【００５５】
また、図６に示すように、実施例１では、搬入工程Ｓ１００、第一の加熱工程Ｓ２００、第一の供給工程Ｓ３００、第一の処理工程Ｓ４００、及び搬出工程Ｓ８００に加えて、
第二の加熱工程Ｓ５００と、第二の供給工程Ｓ６００と、第二の処理工程Ｓ７００とを含む一連の工程を経て基板が処理される。
第二の加熱工程Ｓ５００においては、例えば、第一の加熱工程Ｓ２００よりも高い温度でウエハ６００が加熱される。第二の供給工程Ｓ６００においては、例えば、少なくとも水素成分と酸素成分とを含む反応ガスであって、水素成分が第一の供給工程で供給される反応ガスよりも低い反応ガスが処理室４４５内に供給される。第二の処理工程Ｓ７００では、Ｓ６００において処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態としてウエハ６００が処理される。
以下、アッシング装置１０を用いての基板処理の一例（実施例１）について、より具体的に説明する。
尚、アッシング装置１０の各部の動作は、コントローラ４７０によって制御される。
【００５６】
<搬入工程Ｓ１００>
搬入工程Ｓ１００では、真空アームロボット３２０のフィンガー３２１が、処理室４４５へウエハ６００を搬送する。すなわち、ウエハ６００を搭載したフィンガー３２１が、処理室４４５に進入し、フィンガー３２１が、上昇されたリフターピン４１３にウエハ６００を載置する。リフターピン４１３の先端は、サセプタテーブル４１１から浮いた状態で維持される。ウエハ６００は、リフターピン４１３上に、つまりサセプタテーブル４１１から浮いた状態で受け渡される。この際、ウエハ６００は、例えば室温に保持されている。
【００５７】
〔第一の加熱工程Ｓ２００〕
第一の加熱工程Ｓ２００では、ウエハ６００はサセプタテーブル４１１から浮いた状態で保持されており、サセプタテーブル４１１のヒータ４６３により加熱される。ウエハ温度は、サセプタテーブル４１１とウエハ６００との間の距離で制御されている。また、ウエハ６００は、サセプタテーブル４１１からの加熱の他に、プラズマ状態とされた反応ガスにより徐々に加熱される。この際、ウエハ６００への加熱温度は、バルク層に内包されている気体が気化や膨張する温度にならないように制御される。
【００５８】
この第一の加熱工程Ｓ２００においては、ウエハ６００の温度を２２０℃以上３００℃以下とし、好ましくは、ウエハ６００の温度を２５０℃以上３００℃以下とする。
【００５９】
〔第一の供給工程Ｓ３００〕
反応ガスを供給する第一の供給工程Ｓ３００では、ガス導入口４３３へ反応容器４３１から反応ガス（アッシングガス）が、プラズマソース４３０に供給される。供給される反応ガスは、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度は６０％以上７０％以下である。ここで、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下であるとは、水素ガスの流量比が、反応ガス全体の流量の６０％から７０％であることを意味し、言い換えれば、水素成分の割合が酸素分子に対して１６０％から４００％であることを意味する。
【００６０】
〔第一の処理工程Ｓ４００〕
第一の処理工程Ｓ４００では、第一の供給工程Ｓ３００において供給された反応ガスが、処理室４４５が所定の条件となった後、高周波コイル４３２によってプラズマ状態とされる。すなわち、反応ガスを供給する工程において反応ガスが供給された後、高周波電源４４４が、共振コイル４３２に電力を供給し、共振コイル４３２内部に励起される誘導磁界によって自由電子を加速し、ガス分子と衝突させることでガス分子を励起してプラズマを生成する。そして、このプラズマ状態とされた反応ガスにより、基板処理が行われ、レジストの硬化層が除去される。
【００６１】
すなわち、第一の処理工程Ｓ４００は、基板処理における前段階の工程であるウエハ６００へのイオン注入工程（図５（ｃ）参照）でマスクとして 使用されたレジストの除去がなされる工程である。また、除去工程において除去されるレジストは、変質層とバルク層の２層構造になっており、ある温度以上（レジス ト材料によるが１２０〜１６０℃）になると気化したバルク層の圧力で変質層が破裂するポッピング現象が生じる虞がある。
【００６２】
この実施例１では、第一の処理工程Ｓ４００で用いられる反応ガスとして、少なくとも酸素成分と水素成分と含む反応ガスを用いているが、より具体的には、Ｏ２ガスとＨ２ガスとが混合されてなるガス、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとが混合されてなるガス、又はＮＨ３ガスとＯ２ガスとが混合されてなるガスに、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスからなる希釈ガスが添加されてなるガスを用いることができる。
【００６３】
また、第一の処理工程で用いる反応ガスとして、Ｈ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＮＨ３ガス、及びＯ２ガスと、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスとが混合されてなるガスを用いることができる。
【００６４】
ここで、Ｏ２ガスは、主としてレジストを除去するために用いられ、Ｈ２ガスはポッピングを抑制するために用いられる。すなわち、反応ガスを高周波で放電させて得られる活性種(主にＯラジカル)によって、レジスト中の有機成分は酸素と反応しＣＯ、ＣＯ２等の揮発成分となってガスとして排気される。
【００６５】
この実施例１においては、以上で説明をしたように、第一の処理工程Ｓ４００において、硬化層の剥離を促進させるため、反応ガス中のＨ２濃度（水素成分の濃度）を６０％以上、７０％以下と従来よりも高濃度に設定している。また、例えば第一の加熱工程Ｓ２００において、ウエハ６００の温度が過昇温されると、不純物を拡散したポリシリコン膜の剥がれが加速されるため、レジストの剥離性を確保しつつ、ポリシリコン膜の剥がれを防ぐよう、リフターピン４１３とサセプタテーブル４１１とを離間させ、サセプタテーブルと接触させず、また放電時間を３０秒に設定している。
【００６６】
上述のように、第一の処理工程Ｓ４００では、レジスト中の有機成分の除去はなされるものの、Ｏ２と、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、 Ｂ（ホウ素）等のドーパントとは結合力が強いため、結合しても蒸気とならずに、ドーパントは残留する。すなわち、第１の除去工程では、レジストに注入されたドーパントと、ドーパントの酸化物とはウエハ６００の表面に析出し、除去がなされない虞がある。
【００６７】
〔第二の加熱工程Ｓ５００〕
第二の加熱工程Ｓ５００においては、リフターピン４１３を降下させ、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１上に載置する。サセプタテーブル４１１上にウエハ６００を載置することで、ヒータ４６３からの影響が強くなり、この結果、第一の加熱工程Ｓ２００よりもウエハ６００の温度を高くすることができる。
【００６８】
〔第二の供給工程Ｓ６００〕
第二の供給工程Ｓ６００では、供給する反応ガスは、酸素成分の濃度を第一の供給工程Ｓ３００で供給される反応ガスに比べて高濃度とする。ここでは酸素の濃度を、例えば９０％とする。このように酸素の濃度を高濃度とすることで、第一の処理工程Ｓ４００で除去されたレジストの硬化層のさらに下層を、高速に除去することが可能となる。
【００６９】
また、第一の供給工程Ｓ３００では、反応ガスとして酸素成分、水素成分を含むガスを供給したが、第二の供給工程Ｓ６００では、例えば、窒素を添加したＨ２Ｎ２ガスを供給する。さらに、水素の濃度を第一の基板処理工程より低くするよう、ガスを供給する。これにより、バルクレジスト層を高速剥離させると共にウエハ６００の過剰昇温を防ぎ、ポリシリコン膜の剥がれを大幅に遅らせることができる。
【００７０】
〔第二の処理工程Ｓ７００〕
第二の処理工程Ｓ７００では、第二の供給工程Ｓ３００において供給された反応ガスが、高周波コイル４３２によってプラズマ状態とされる。そして、このプラズマ状態とされた反応ガスにより、基板処理が行われ、レジストの硬化層が除去される。より具体的には、第二の処理工程Ｓ７００は、Ｈの還元性を利用して、ウエハ６００表面に析出したドーパントの除去がなされる工程であり、Ｈ２ガスは、残渣を除去するために用いられ、Ｎ２ガスはＨ２ガスの希釈ガスとして用いられる。
【００７１】
〔搬出工程Ｓ８００〕
搬出工程Ｓ８００においては、アッシング処理工程の終了後、リフターピン４１３が上昇する。真空アームロボット３２０のフィンガー３２１がリフターピン４１３上の処理済ウエハ６００を掬い上げ、トランスファーチャンバ部３１０を経由して、ロードロックチャンバ部２１０、もしくはロードロックチャンバ２２０に搬送する。
【００７２】
図７は、ガス全体に対する水素の割合と残渣数との関係を示すグラフである。
第二の割合は基板処理時間が一定時間経過した後の水素の割合を１％以下とする。１％以下とすることで、図７に記載のように、残渣数が大きく減ることがわかる。尚、第二の割合とするタイミングは、バルク層に存在する気体が膨張し、ポッピングが起きる前が望ましい。さらには、硬化層が除去された後が望ましい。
【００７３】
次に、例えば第一の処理工程Ｓ４００で生成される等したプラズマのラジカル量について、図８、図９を用いて説明する。
【００７４】
図８は、Ｈ２＋Ｏ２混合ガスプラズマ中の、ＯＨラジカル、Ｈラジカル、Ｏラジカルの量を表したものである。縦軸が、発光強度であり、数値が高いほどラジカルの量が多い。横軸は、Ｏ元素を１としたときのＨ元素組成比であり、数値が高くなるほど、Ｈ２＋Ｏ２混合ガスのＨ２の割合が高くなる。
【００７５】
Ｏ元素とＨ元素を含む反応ガスを生成したプラズマには、図９にあるように、放電させて得られる主としてＯＨラジカルからなる活性種が含まれる。そのＯＨラジカルによって硬化層内の有機成分とドーパントとを効率よく還元除去する。ここで、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３未満であると、図９にあるように、プラズマ中で生成されるＯラジカルの量が多くなる。Ｏラジカルの量が多いと、酸化反応で硬質層のドーパントが不揮発性の酸化物となり、硬質層の除去が良好になされない虞がある。このため、ポッピング現象が起こりやすくなるとともに、ドーパントの酸化物が析出し強固な残渣を形成し、アッシングにおける剥離性を低下させる虞がある。そこで、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるようにすることが望ましい。
【００７６】
図９には、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとの混合ガスの場合のラジカル量が示されている。
図９では、図８と同様に、縦軸を発光強度、横軸を、Ｏ元素を１としたときのＨ元素組成比としている。Ｈ２＋Ｏ２混合ガスと同様に、組成比が３未満のときは、ＯＨラジカルの量が多いものの、同時にＯラジカルの量も多いため、酸化反応で硬質層のドーパントが不揮発性の酸化物となり、硬質層の除去が良好になされない虞がある。従って、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスの混合ガスの場合においても、Ｏ元素を１としたとき、Ｈ元素組成比を３以上とすることが望ましい。
【００７７】
図１０は、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスからなる反応ガス中におけるＯ２に対するＨ２濃度のよる剥離残渣低減効果を示すグラフであり、総流量中のＨ２濃度と、剥離時間（Ｓｅｃ）、１μｍ以上のパーティクルの数との関係を示している。図１０に示されるように、総流量中の水素成分の濃度（Ｈ２濃度）を６０％以上７０％以下とすることで、１μｍ以上の大きさのパーティクルの数を減らし、残渣量を減らすことができることがわかる。
【００７８】
図１１は、基板温度による剥離時間短縮効果と剥離残渣低減効果を示すグラフであり、基板の温度と、剥離時間（Ｓｅｃ）、１μｍ以上のパーティクルの数との関係を示している。図１２に示されるように、基板の温度を２５０℃以上とすることで、１μｍ以上の大きさのパーティクルの数を減らし、残渣量を減らすことができることがわかる。また、図１２から基板の温度をさらに上昇させ、基板の温度を３００℃以上とすることで、さらに残渣量を低減させることができることがわかる。
一方において、基板の温度を高温にすると、ポッピング現象が発生しやすくなる。また、ポッピング現象の発生時の成分飛散の飛散範囲は、基板の温度が高くなるほど広くなる。このため、基板の温度はポッピング現象の過度の発生が抑制される温度以下に止めることが望ましい。
【００７９】
以上より、残渣の量を低減しつつポッピング現象の発生を抑制するために、基板の温度は２２０℃以上３００℃以下とすることが望ましく、基板の温度を２５０℃以上３００℃以下とすることがさらに望ましい。
【００８０】
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。
【００８１】
〔付記１〕
ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、
基板を加熱する工程と、
前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを供給する工程と、
前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態として基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法。
【００８２】
〔付記２〕
前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２２０℃以上３００℃以下とする付記１記載の基板処理方法。
【００８３】
〔付記３〕
前記基板を加熱する工程では、基板の温度を２５０℃以上３００℃以下とする付記１記載の基板処理方法。
【００８４】
〔付記４〕
ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを供給する工程と、
前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態とする工程と、
基板を第一の温度で加熱する工程と、
基板を前記第一の温度よりも高い第二の温度で加熱する工程と、
を有する基板処理方法。
【００８５】
〔付記５〕
ドーパントが混入されたレジストの塗布された基板を処理室に搬入する工程と、
基板を加熱する工程と、
前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分とを含む反応ガスであって、水素成分が第一の割合である反応ガスを供給する第一の供給工程と、
前記処理室に、少なくとも酸素成分と水素成分を含む反応ガスであって、水素成分が前記第一の割合より少ない反応ガスを供給する第二の供給工程と、
前記第一の供給工程で前記処理室に供給された反応ガス及び前記第二の供給工程で前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態として、基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法。
【００８６】
〔付記６〕
処理室内に設けられ、ドーパントの混入されたレジストが塗布された基板が載置され、載置された基板を加熱する基板載置部と、
前記処理室内に反応ガスを供給する供給部と、
前記処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記載置部に基板を加熱させ、前記供給部に少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを前記処理室内へ供給させ、前記プラズマ生成部に、前記処理室内に供給された反応ガスをプラズマ状態とさせるように制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【００８７】
〔付記７〕
少なくとも酸素成分と水素成分とを含む反応ガスを供給し、供給された反応ガスを高周波電力により放電させて得られる反応性活性種によって処理室内の半導体基板を処理する半導体製造方法において、
水素元素が第一の濃度である反応ガスを放電して第一の基板処理を行い、
所定時間経過後、水素元素が前記第一の濃度より低い第二の濃度である反応ガスを用いて第二の基板処理を行う半導体装置の製造方法。
【００８８】
〔付記８〕
前記第一の基板処理時は、第一の基板温度で、前記第二の基板処理時は前記第一の基板温度より高い第二の基板温度で基板処理を行う付記７記載の半導体装置の製造方法。
【００８９】
〔付記９〕
前記第一の濃度が、３０％以上且つ１００％未満である付記７又は８記載の半導体装置の製造方法。
【００９０】
〔付記１０〕
前記の第一の基板処理時に反応ガスをプラズマ状態とし、このためのプラズマ放電時間が２０秒以上３０秒以下である付記７乃至９いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【００９１】
〔付記１１〕
前記第二の濃度が、１%以下である付記７乃至１０いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【００９２】
〔付記１２〕
前記反応ガスは、酸素成分と水素成分とを含む他に、不活性ガスを混合したガスによって構成される付記７乃至１１いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【００９３】
〔付記１３〕
少なくとも酸素成分と水素成分とを含み、水素成分の濃度が６０％以上７０％以下である反応ガスを用い、処理室内で、レジストが塗付された基板から該レジストを除去する第一の除去工程と、
前記処理室内で、前記第一の除去工程で用いられる反応ガスよりも水素成分の割合が少ない反応ガスを用いて、前記第一の除去工程でレジストが除去された基板からさらにレジストを除去する第二の除去工程と、
を有する基板処理方法。
【００９４】
〔付記１４〕
気密な放電室内に反応ガスを供給し、高周波電力により、前記放電室内に供給された反応ガスを放電させて得られる反応性活性種によって、処理室内の半導体基板を処理する高濃度イオン注入レジスト剥離方法であって、
処理中の前記反応室内の温度が２２０℃以上３００℃以下の範囲であり、少なくともＯ元素とＨ元素を含む反応ガスを含み、Ｏ元素の組成比を１としたときに、Ｈ元素の組成比が２乃至１２である高濃度イオン注入レジスト剥離方法。
【００９５】
〔付記１５〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、前記反応ガスは、好ましくは、Ｈ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＮＨ３ガス、及びＯ２ガスと、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスとからなる群から選択された少なくとも１つのガスとが混合されてなる。
【００９６】
〔付記１６〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、前記反応ガスは、好ましくは、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが混合されてなる。
【００９７】
〔付記１７〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、前記反応ガスは、好ましくは、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなる。
【００９８】
〔付記１８〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、前記反応ガスは、好ましくは、ＮＨ３ガスとＯ２ガスとが混合されてなる。
【００９９】
〔付記１９〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、前記反応ガスは、好ましくは、付記１４乃至１７いずれかに記載の混合ガスに、希釈ガスであるＮ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスを添加したガスからなる。
【０１００】
〔付記２０〕
付記１、４、５、６、７、１３、及び１４において、互いに異なる反応ガスを用いて複数回の反応ガスを用いる処理を行う場合は、前記複数回の反応ガスを用いる処理のうち、少なくとも１回の処理が、付記１４乃至１８いずれか記載の反応ガスを用いてなされれば良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上で説明をしたように、本発明は、基板処理方法、基板処理装置、半導体装置の製造方法、及び高濃度イオン注入レジスト剥離方法に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…アッシング装置
１００…ＥＦＥＭ
１１０、１２０…ＦＯＵＰ
１３０…大気ロボット
２００…ロードロックチャンバ部
２１０、２２０…バッファユニット
２１１、２２１…ボート
２１２、２２２…インデックスアセンブリ
２５０、２６０…ロードロックチャンバ
３００…トランスファーチャンバ部
３１０…トランスファーチャンバ
３１１、３１２、３１３、３１４…ゲートバルブ
３２０…真空アームロボットユニット
３２１…フィンガー
３２５…θ軸
３２６…Ｙ軸
４００…プロセスチャンバ部
４１０、４２０…プラズマ処理ユニット
４１１、４２１…サセプタテーブル
４１２、４２２…Ｚ軸
４１３、４２３…リフターピン
４３０、４４０…プラズマ発生室
４３１、４４１…チャンバ
４３２、４４２…高周波コイル
４３３、４４３…ガス導入口
４４５…処理室
４４４…高周波電源
４４６…周波数整合器
４４８…ベースプレート
４５０…共振コイル
４５２…外側シールド
４５４…トッププレート
４５５…ガス供給管
４５８…バッフルリング
４６０…バッフル板
４６２…可動タップ
４６３…ヒータ
４６４…固定グランド
４６６…可動タップ
４６８…ＲＦセンサ
４７０…コントローラ
４７２…表示装置
４８０…排気管
４８２・・・ガス供給ユニット
５００…カセット
６００…ウエハ
【図１】
2010161350.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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