(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英で構成された反応容器内において、基板が前記反応容器内の処理室に無い状態で、酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成し、前記反応容器の内面にＯＨ基を持つ層を形成する第１のプラズマ生成工程と、
前記第１のプラズマ生成工程の後、前記反応容器内において、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成し、前記処理室内の基板を処理する基板処理工程と、
前記基板処理工程を予め定められた回数繰り返した後、前記反応容器内において、基板が前記処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成し、前記反応容器の内面にＯＨ基を持つ層を形成する第２のプラズマ生成工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のプラズマ生成工程は、酸素の組成比を１としたときの水素の組成比が２以上、５以下となるように前記処理室に供給された処理ガスを用いて前記混合プラズマを生成する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記処理ガスとして、Ｈ２ガスと酸素ガスとが混合されてなる処理ガスを用いる、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記処理ガスとして、Ｈ２Ｏガスからなる処理ガスを用いる、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記処理ガスとして、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなる処理ガスを用いる、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記処理ガスは、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つのガスが混合されてなる、請求項２乃至５いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
石英で構成された反応管に供給されたガスを前記反応管内においてプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記反応管内に設けられ、基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記反応管に処理ガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記プラズマ生成部及び前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
基板が前記処理室に無い状態で、前記ガス供給部を制御して酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部を制御して酸素と水素との混合プラズマを生成することにより、前記反応管の内面にＯＨ基を持つ層を形成させ、
酸素と水素との混合プラズマを生成させた後、前記処理室に基板が存在する状態で、前記ガス供給部を制御して水素と窒素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部を制御して水素と窒素との混合プラズマを生成させることで基板を処理させ、
基板の処理を予め定められた回数繰り返した後、基板が前記処理室に無い状態で、前記ガス供給部を制御して酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部を制御して酸素と水素との混合プラズマを生成することにより、前記反応管の内面にＯＨ基を持つ層を形成させるよう構成される、
基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法であって、パターンマスクとして使用したレジスト（レジスト膜）を除去するドライアッシングによる除去工程を有し、この除去工程で、気密な処理室内に基板を装填し、処理室の例えば上部に設けられたプラズマ源に反応ガスを供給しながら高周波電力を印加してプラズマを発生させ、プラズマ中で生成される反応性活性種（ラジカル）によって、基板上のレジストを酸化、気化して除去する技術が知られている。この技術では、レジストが有機膜であるため、一般的には酸素（Ｏ２）、又は酸素を主体とした反応ガスが用いられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、近年のデバイスの微細化、高集積化にともなって、酸素を含有しない反応ガスを用いてレジストの除去を行うことが要求されることがある。酸素を含有しない反応ガスを用いてレジストの除去を行うことが要求されることがある場合としては、例えば、ＳｉＯＣ等のLｏｗ−ｋ（低誘電率）材料を配線間絶縁膜として採用した場合や、イオン打ち込みのマスクに使用されたレジストについて、揮発性の低い酸化物の影響でレジストの剥離性が阻害される場合等が挙げられる。このような、酸素を含有しない反応ガスを用いてレジストの除去を行うプロセスにおいては、一般的に水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の処理ガスが用いられ、最も代表的な処理ガスは、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスである。以下、このような酸素を含有しない反応ガスを用いたプラズマ処理を「水素系プラズマ処理」と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５２３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素系プラズマ処理においては、処理室内の構造物から放出されるナトリウム（Ｎａ）を代表とするアルカリ金属が基板を汚染するとの問題が生じることがある。Ｎａを代表とするアルカリ金属は、その多くがプラズマ生成部近傍の石英部品から発生する。特に、石英の円筒状の真空チャンバを有し、その外側に設置されたコイルに高周波電力を供給し、真空チャンバ内部に発生する電磁界によってプラズマを生成するような誘導結合型プラズマアツシング装置等においては、石英の真空チャンバに含有されていたＮａが、処理にともなって放出される。そのＮａが、基板を汚染する最大の汚染源となる。ここで、水素系プラズマ処理において、石英の真空チャンバ等からＮａが放出するのは、活性化された水素によって石英の表面がエッチングされるためである。
【０００６】
基板がＮａを代表とするアルカリ金属に汚染されると、その基板を用いて製造された半導体素子等の半導体装置に耐圧劣化等が生じる虞があり、半導体装置の信頼性が低下する原因となり得る。ここで、基板がＮａを代表とするアルカリ金属に汚染されにくくするために、処理室内で用いられる石英製の部材の材料として、石英中のＮａ含有量を製造段階から低減した材料である低アルカリ石英を使用するなどの材料面での改善が有効ではある。しかしながら、材料面での改善は石英製の部材が高価になるとの問題がある。また、石英製の部材に含有していて、石英製の部材から拡散したＮａ等による基板の汚染を抑制することができても、石英製の部材の表面に種々の要因でＮａ等が付着した場合、この石英製の部材に付着したＮａ等による基板の汚染は防ぐことができない。
【０００７】
本発明の目的は、基板のＮａ等のアルカリ金属による汚染を抑制することができる半導体装置の製造方法、基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る本発明は、基板が処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成する第１のプラズマ生成工程と、前記第１のプラズマ生成工程の後、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成する第２のプラズマ生成工程とを有する半導体装置の製造方法である。
【０００９】
請求項２に係る本発明は、反応管に供給されたガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に連続して設けられ、基板を載置する載置部を有する処理室と、前記反応管に処理ガスを供給するガス供給部と、少なくとも前記プラズマ生成部及び前記ガス供給部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、基板が前記処理室に無い状態では、前記ガス供給部に酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に酸素と水素との混合プラズマを生成させ、前記処理室に基板が存在する状態では、前記ガス供給部に水素と窒素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に水素と窒素との混合プラズマを生成させる基板処理装置である。
【００１０】
請求項３に係る本発明は、基板が処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成する第１のプラズマ生成工程と、前記第１のプラズマ生成工程の後、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成する第２のプラズマ生成工程とを有する基板処理方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板のＮａ等のアルカリ金属による汚染を抑制することができる半導体装置の製造方法、基板処理装置及び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】
【００１２】
【図１】本発明の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】図１に示すアッシング装置の第１の概略縦断面図である。
【図３】図１に示すアッシング装置の第２の概略縦断面図である。
【図４】図１に示すアッシング装置に用いられるプロセスチャンバを示す断面図である。
【図５】図１に示すアッシング装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】Ｈ２ガスとＮ２ガスとが混合されてなる処理ガス中に含まれる酸素ガスの含有量と、その処理ガスを用いてウエハ６００を本処理した際のウエハのＮａによる汚染量との関係を測定した結果を示すグラフである。
【図７】前処理を行った場合と、前処理を行わなかった場合とで、本処理後にウエハに生じるＮａによる汚染量を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。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、基板処理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が実現され、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例のアッシング装置１０を説明するための概略横断面図であり、図２、図３は、本発明の好ましい実施例の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、カセットトランスファー部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プロセスチャンバ部４００とを備えている。
【００１４】
カセットトランスファー部１００は、第１の搬送部として用いられるカセットトランスファーユニット１１０、１２０を備え、カセットトランスファーユニット１１０、１２０は、基板として用いられるウエハ６００を支持するカセット５００を載置するカセットテーブル１１１、１２１と、カセットテーブル１１１、１２１のＹ軸１３０、Ｚ軸１４０をそれぞれ動作させるＹ軸アセンブリ１１２、１２２、Ｚ軸アセンブリ１１３、１２３を、それぞれが備えている。
【００１５】
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、カセットテーブル１１１、１２１に載置されたカセット５００からウエハ６００をそれぞれ受け取り、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、バッファフィンガーアセンブリ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。バッファフィンガーアセンブリ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。
【００１６】
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。
【００１７】
プロセスチャンバ部４００は、プロセスチャンバ４１０、４２０と、その上部に設けられたプラズマ生成室４３０、４４０とを備えている。プラズマ生成室４３０、４４０は、後述する処理室４４５に供給されるガスを、後述するプラズマ生成部によってプラズマ状態とする空間である。本実施例では、生成されるプラズマとして、酸素と水素の混合プラズマ、酸素と窒素の混合プラズマである。プロセスチャンバ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。
【００１８】
プロセスチャンバ４１０、４２０は、ウエハ６００を載置する載置部として用いられ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は、Ｚ軸４１２、４２２の方向に、それぞれ上下する。
【００１９】
プラズマ生成室４３０、４４０は、反応管として用いられる反応容器４３１、４４１をそれぞれ備えている。反応容器４３１、４４１の外部には、共振コイル４３２、４４２が設けられている。共振コイル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上のレジストをプラズマ処理、本実施例においてはアッシング処理をする。
【００２０】
以上のように構成されたアッシング装置１０においては、カセットテーブル１１１（１２１）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、図３に示されるように、カセットテーブル１１１（１２１）にカセット５００を搭載してＺ軸１４０が下方向に動作する。Ｚ軸１４０が下にある状態でバッファフィンガーアセンブリ２１１（２２１）のＹ軸１３０がカセット５００の方向に動作する。Ｉ軸２３０の動作により２５枚のウエハ６００をバッファフィンガーアセンブリ２１１（２２１）のバッファフィンガー２１３（２２３）がカセット５００から受け取る。受け取った状態でＹ軸１３０がもとの位置まで下がる。
【００２１】
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、プロセスチャンバ４１０（４２０）内のサセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。
【００２２】
図４には、プロセスチャンバ４１０の詳細が示されている。尚、先述のプロセスチャンバ４２０は、プロセスチャンバ４１０と同じ構成である。
プロセスチャンバ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プロセスチャンバである。プロセスチャンバ４１０は、図４に示すように、先述のプラズマを生成するためのプラズマ生成室４３０、半導体基板などのウエハ６００を収容する処理室４４５、プラズマ生成室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生成室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。
【００２３】
処理室４４５は、プラズマ生成室４３０に連続して設けられていて、後述するサセプタ４５９を有する処理室として用いられている。
【００２４】
プラズマ生成室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る先述の反応容器４３１を有する。反応容器４３１の外周には、反応容器４３１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が設けられる。
【００２５】
反応容器４３１は、反応管として用いられていて、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り、この実施形態では石英で形成されたものが用いられている。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を介して底基板４６９に支持され、底基板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。
【００２６】
リフターピン４１３は、サセプタ４５９を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持するリフターピン支持部４１４が設けられている。
リフターピン支持部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。
底基板４６９には、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３は昇降基板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、リフターピン支持部４１４が昇降する。
【００２７】
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、円筒状のバッフルリング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、円筒側面に通気孔が多数均一に設けられている。したがって、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。
【００２８】
排気板４６５の中央に、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。
【００２９】
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、ガス供給部４９０が設けられている。ガス供給部４９０は、反応管として用いられる反応容器４３１に処理ガスを供給するガス供給部として用いられていて、図示を省略するガス供給設備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、複数のガス供給部を有するガス供給管４５５を有し、ガス供給管４５５がガス導入口４３３に付設されている。ガス供給管４５５には、酸素ガスを供給する第１のガス供給部、及びその他のガス、ここではＮ２ガスやＨ２ガスを供給する第二のガス供給部が設けられている。第１のガス供給部と第２のガス供給部とには、ガスの供給量を制御する供給管流量制御部として用いられるマスフローコントローラ４７７、マスフローコントローラ４８３が、それぞれに取り付けられている。また、第１のガス供給部と第２のガス供給部とには、開閉弁４７８と、開閉弁４８４が、それぞれに取り付けられている。マスフローコントローラ４７７、４８３及び開閉弁４７８、４８４を、例えば後述するコントローラ４７０で制御することで、ガスの供給量が制御される。
【００３０】
この実施形態においては、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスの供給に、共通する一本のガス供給管を利用しているが、これに替えて、Ｎ２ガスの供給と、Ｈ２ガスの供給とにそれぞれ別の供給管を用い、それぞれの供給管にマスフローコントローラ及び開閉弁を設けても良い。ただし、Ｎ２ガスを、Ｈ２ガスを希釈するために用いる場合は、図示しないガス供給源で、反応容器４３１に供給する前にガスが混合されることが望ましい。
【００３１】
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、流量制御部及び排気装置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の圧力が調整することができる。
【００３２】
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。
１波長でコイルを設定した場合、プラズマ生成室４３０の高さが高くなる。これにより、処理ガスがプラズマ化される時間を長くすることができ、結果的に、確実にガスのプラズマ化を促進することができる。また、１波長ではなく、半波長もしくは１／４波長の場合、コイルそのものが短くなるため、プラズマ処理室の高さが１波長に比べて低くなるというメリットを有する。
【００３３】
具体的には、共振コイル４３２は、印加する電力や発生させる磁界強度又は適用する装置の外形などを勘案し、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、０．５〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガウス程度の磁場を発生し得るように、５０〜３００mm２の有効断面積であって且つ２００〜５００mmのコイル直径に構成され、反応容器４３１の外周側に２〜６０回程度巻回される。共振コイル４３２を構成する素材としては、銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウム薄板、ポリマーベルトに銅又はアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。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。
【００３４】
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４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。
【００３５】
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、プラズマ生成室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。
【００３６】
さらに、共振コイル４３２の一端（もしくは他端または両端）には、位相及び逆位相電流が共振コイル４３２の電気的中点に関して対称に流れるように、コイル及びシールドから成る波形調整回路が挿入されてもよい。斯かる波形調整回路は、共振コイル４３２の端部を電気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成される。また、共振コイル４３２の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
【００３７】
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。そして、通常、外側シールド４５２は、共振コイル４３２の両端と電位が等しくなるように接地されるが、共振コイル４３２の共振数を正確に設定するため、外側シールド４５２の一端又は両端は、タップ位置を調整可能になされたり、あるいは、共振コイル４３２と外側シールド４５２の間には、トリミングキャパシタンスが挿入されたりしてもよい。
【００３８】
ウエハ６００を収容する先述の処理室４４５は、例えば短軸の略有底円筒状に形成されている。処理室４４５には、ウエハ６００を水平に保持し短軸円柱状の、先述のサセプタテーブル４１１が設けられる。サセプタテーブル４１１には、一般に使用される静電チャックが備えられていてもよい。
【００３９】
高周波電源４４４としては、共振コイル４３２に必要な電圧及び周波数の電力を供給できる電源である限り、Ｒｆゼネレータ等の適宜の電源を使用でき、例えば、周波数８０ｋＨｚ〜８００ＭＨｚで０．５〜５ＫＷ程度の電力を供給可能な高周波発生器が使用される。
この高周波電源４４４、反射波電力計４６８、周波数整合器４４６、共振コイル４３２をまとめてプラズマ生成部と呼ぶ。
【００４０】
また、高周波電源４４４の出力側には反射波電力計４６８が設置され、反射波電力計４６８によって検出された反射波電力が、コントローラ４７０に入力される。コントローラ４７０は、少なくとも、プラズマ生成部及びガス供給部４９０を制御する制御部として用いられていて、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全体を制御している。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、反射波電力計４６８による反射波の検出結果等、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。
【００４１】
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がプロセスチャンバ４１０（４２０）へと搬送され、プロセスチャンバ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。
【００４２】
そして、プロセスチャンバ４１０（４２０）におけるレジストの除去処理は、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、プロセスチャンバ４１０（４２０）における処理は、制御部として用いられているコントローラ４７０が、少なくともプラズマ生成室４３０とガス供給部４９０とを含むプロセスチャンバ４１０の各部を制御することによりなされる。
【００４３】
より具体的には、コントローラ４７０は、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態では、ガス供給部４９０に酸素と水素とを含む処理ガスを反応容器４３１へ供給させ、プラズマ生成室４３０に酸素と水素との混合プラズマを生成させ、ウエハ６００が処理室４４５に存在する状態では、ガス供給部４９０に酸素と窒素とを含む処理ガスを反応容器４３１へ供給させ、プラズマ生成室４３０に酸素と窒素との混合プラズマを生成させる。
また、より具体的には、コントローラ４７０は、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態では、ガス供給部４９０に酸素と水素とを含む処理ガスを反応容器４３１へ供給させ、プラズマ生成室４３０に酸素と水素との混合プラズマを生成させ、酸素と水素との混合プラズマを生成させた後、ウエハ６００が処理室４４５に存在する状態で、ガス供給部４９０に酸素と窒素とを含む処理ガスを反応容器４３１へ供給させ、プラズマ生成室４３０に酸素と窒素との混合プラズマを生成させることでウエハ６００をアッシング処理し、基板のアッシングを予め定められた回数、繰り返した後、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態で、ガス供給部４９０に酸素と水素とを含む処理ガスを反応容器４３１へ供給させ、プラズマ生成室４３０に酸素と水素との混合プラズマを生成させる、以下、プロセスチャンバ４１０における処理の詳細を説明する。
【００４４】
図５は、コントローラ４７０によるプロセスチャンバ４１０（４２０）の制御を示すフローチャートである。図５に示すように、最初の工程であるステップＳ１０において、前処理がなされる。
【００４５】
ステップＳ１０における前処理は、処理室４４５にウエハ６００が搬入される前になされる処理であり、後述するステップＳ３０の本処理に先立ってなされる処理である。ステップＳ１０においては、コントローラ４７０は、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態で酸素と水素との混合プラズマをプラズマ生成室４３０によって生成させる。
【００４６】
より具体的には、ステップＳ１０において、コントローラ４７０は、ガス供給部４９０を制御して、ガス供給部４９０に、ガス導入口４３３を介してＨ２ガスと酸素ガスとを処理室４４５に供給させる。ここで、供給させるＨ２ガスの流量は、５０００ｓｃｃｍであり、供給させる酸素ガスの流量は１２５０ｓｃｃｍである。この際、処理室４４５内の圧力は、例えば２６６Ｐａに調整される。
【００４７】
また、ステップＳ１０においては、コントローラ４７０は、Ｈ２ガスと酸素ガスとを供給させた後、プラズマ生成部を制御し、即ち共振コイル４３２に電力を供給するように高周波電源４４４を制御し、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させ、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させる。このようにして、供給されたＨ２ガス及び酸素ガスはプラズマ化される。ここで、共振コイル４３２には、例えば４０００Wが供給され、共振コイル４３２に電力を供給する時間は、例えば５分である。このようにして、供給されたＨ２ガス及び酸素ガスは、プラズマ生成室４３０内でプラズマ化される。
【００４８】
そして、Ｏ元素とＨ元素を含む反応ガスで生成したプラズマには、放電によっ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。そして、このＯＨラジカルが反応容器４３１内において、例えば反応容器４３１の内壁部等の石英製の部材と反応し、石英製の部材の表面にＯＨ基を持つ層を形成する。このＯＨ基を持つ層は、後述するステップＳ３０の本処理において、石英製の部材をエッチングされにくくし、石英製の部材がエッチングされることによるＮａの発生を抑制し、処理室４４５内にＮａが放出されにくくし、処理室４４５内に拡散しにくくすることで、処理室４４５内に載置されたウエハ６００のＮａによる汚染を抑制する。
【００４９】
ステップＳ１０において、供給されるＨ２ガスと酸素ガスとの混合比は、「Ｈ２：酸素」が「４：１」で最も高い酸化力を有し、最も効果的と考えられる。もっとも、実用上、「Ｈ２：酸素」が「２：１」から「５：１」の範囲であれば、十分な効果を得ることができる。すなわち、ステップＳ１０における前処理においては、酸素の組成比を１としたときの水素の組成比が２以上、５以下となるように処理室４４５に供給された処理ガスを用いて処理を行うことができる。
【００５０】
また、この実施形態においては、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成室４３０によって生成させる際に、供給される処理ガスとして、Ｈ２ガスと酸素ガスとが混合されてなる処理ガスを用いたが、これに替えて、Ｈ２Ｏガスを処理ガスとして用いても良いし、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなるガスを処理ガスとして用いても良い。この際、Ｈ２Ｏガスを用いる場合も、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなる処理ガスを用いる場合も、酸素の組成比を１としたときの水素の組成比が２以上、５以下となるように処理室４４５に処理ガスを供給することが望ましい。
【００５１】
また、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成室４３０によって生成させる際に、処理ガスとしてＨ２ガスと酸素ガスとが混合されてなるガスを用いる場合も、処理ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる場合も、処理ガスとして、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなるガスを用いる場合も、これらの処理ガスに、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つのガスを混合し、処理ガスを希釈して使用しても良い。
【００５２】
また、ステップＳ１０で処理室４４５に供給される処理ガスの総流量は、ウエハ６００が３００ｍｍのＳｉ製のウエハである場合、３ｓｌｍ以上、１５ｓｌｍ以下であることが望ましい。また、処理ガスを分解するために共振コイル４３２に供給される高周波電力は、２５００W以上、５０００Ｗ以下の範囲であることが望ましい。また、共振コイル４３２に高周波電力を供給する時間は、長いほど石英製の部材に形成される保護層の厚みが増すものの一定の時間が経過した後は飽和傾向となるので、極端に長時間にわたり高周波電力を供給したとしても大きな効果は期待できない。このため、共振コイル４３２に高周波電力を供給する実用的な時間は１０分未満で十分である。
そこで、この実施形態においては、先述のようにステップＳ１０において、共振コイル４３２に４０００Wを供給し、共振コイル４３２に電力を供給する時間を５分としている。
【００５３】
次のステップＳ２０では、基板搬入の処理がなされる。
即ち、処理室４４５内にウエハ６００を搬入する処理がなされる。ステップＳ２０では、コントローラ４７０は、ウエハ６００を搭載したフィンガー３２１を、処理室４４５に進入させ、それと同時に、リフターピン４１３が上昇させ、フィンガー３２１に、上昇されたリフターピン４１３のリフターピン支持部４１４にウエハ６００を載置させることで、ウエハ６００を処理室４４５内に搬入させる。
【００５４】
次のステップＳ３０では本処理がなされる。
ステップＳ３０における本処理は、ウエハ６００が処理室４４５に無い状態で酸素と水素に混合プラズマをプラズマ生成室４３０によって生成させる処理の後になされる処理であって、処理室４４５にウエハ６００が存在する状態で水素と窒素との混合プラズマをプラズマ生成室４３０によって生成させる処理である。
【００５５】
ステップＳ３０において、コントローラ４７０は、ガス供給部４９０を制御して、ガス供給部４９０に、ガス導入口４３３を介してＨ２ガスとＮ２ガスとを処理室４４５へと供給させる。また、コントローラ４７０は、処理室４４５内の圧力を調整させる。また、ステップＳ１０においては、コントローラ４７０は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを供給させた後、共振コイル４３２に電力を供給するように高周波電源４４４を制御し、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させ、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させる。このようにして、供給されたＨ２ガスとＮ２ガスとは、プラズマ化される。
【００５６】
ここで、ステップＳ３０で処理室４４５に供給されるＨ２ガスの総流量は例えば３ｓｌｍとされ、処理室４４５に供給されるＮ２の総流量は例えば１２ｓｌｍとされる。また、処理室４４５内の圧力は、例えば３００Ｐａに調整され、共振コイル４３２には、例えば４０００Wの高周波電力が供給される。
【００５７】
Ｈ元素とＮ元素を含む反応ガスで生成したプラズマには、放電させて得られる主としてＨラジカルからなる活性種が含まれ、このＨラジカルがウエハ６００に付着した有機膜からなるレジストと反応し、レジストを気化させることで、ウエハ６００の表面からレジストが除去される。
【００５８】
すなわち、プラズマ中で活性化された水素（Ｈラジカル）とウエハ６００表面の有機膜であるレジストとが以下の反応をすることにより、レジストが気化されて除去される。
ＣｘＨｙ  ＋  Ｈ  →  ＣＨ４↑
【００５９】
ステップＳ３０における本処理においては、処理室４４５内の石英製の部材の表面には、ステップＳ１０における前処理でＯＨ基を持つ層（以下、保護層とする）が形成されている。このため、石英製の部材がエッチングされにくく、石英製の部材がエッチングされることにより生じるＮａが処理室４４５内に放出されにくくなっている。もっとも、保護層中の酸素原子は、Ｈラジカルによって石英から徐々に引き抜かれる。このため、保護膜中のＯＨ基が減少するとともに、保護膜が石英製の部材をエッチングされにくくする効果は次第に失われていく。
【００６０】
次のステップＳ４０では、搬出処理がなされる。
即ち、ステップＳ３０では、コントローラ４７０は、フィンガー３２１とリフターピン４１３とを制御して、レジストが除去されたウエハ６００が処理室４４５内から搬出させる。
【００６１】
次のステップＳ５０では、コントローラ４７０は、ステップＳ１０で前処理を行った後にステップＳ３０で本処理したウエハ６００の枚数である累積処理枚数が、予め定められた設定枚数以上であるか否かの判別をする。ここで、設定枚数は、ステップＳ３０における本処理を繰り返すことにより処理室４４５内の石英製の部材にステップＳ１０で形成された保護膜による石英製の部材のエッチングを抑制する効果が低減することを考慮し、石英製の部材のエッチングを抑制することができる枚数内に定められる。
【００６２】
ステップＳ５０において、累積処理枚数が設定枚数よりも少ないと判別された場合、ステップＳ２０にもどり、ウエハ６００の本処理が繰り返される。一方、ステップＳ５０において、累積処理枚数が設定枚数以上であるとの判別がなされた場合、ステップＳ６０に進む。
【００６３】
ステップＳ６０では、処理を完了させるか否かの判別がなされる。
すなわち、ステップＳ６０では、コントローラ４７０は、例えばバッファユニット２１０内の全てのウエハ６００の処理が完了したか否か等、処理を予定している全てのウエハ６００の処理が完了したか否かを判別する。そして、全てのウエハ６００の処理が完了していないとの判別がされた場合は、ステップＳ１０にもどり一連の処理を続ける。一方、全てのウエハ６００の処理が完了したと判別がなされた場合、コントローラ４７０は、一連の処理を終了させる。
【００６４】
図６は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとが混合されてなる処理ガス中に含まれる酸素成分の含有量と、その処理ガスを用いてウエハ６００を本処理（図５のステップＳ３０を参照）した際のウエハのＮａによる汚染量との関係を測定した結果を示すグラフである。
図５に示すように処理ガス中の酸素成分の含有量が０％である場合、ウエハ６００の中の汚染量は、３３０（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であり、処理ガス中の酸素成分の含有量が１％である場合、ウエハ６００の中の汚染量は、２２０（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であり、処理ガス中の酸素成分の含有量が５％である場合、ウエハ６００の中の汚染量は、４５（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であった。このように、酸素成分を含む処理ガス中では石英製からＮａが放出されにくく、拡散しにくいためウエハ６００のＮａによる汚染が生じにくいことが分かる。これは、酸素成分を含む処理ガスを用いると酸化反応が生じ、酸化反応が石英表面のエッチングを抑制する保護機能を有するためである。
【００６５】
図７は、前処理（図５のステップＳ１０を参照）を行った場合と、前処理を行わなかった場合とで、本処理（図５のステップＳ３０を参照）後にウエハ６００に生じるＮａによる汚染量を測定した結果を示すグラフである。
【００６６】
図７に示す条件１では、本処理における処理ガスとしてＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用い、Ｈ２の流量を３００ｓｃｃｍとし、Ｎ２の流量を２７００ｓｃｃｍとし、処理室４４５内の圧力を２００Ｐａとし、共振コイル４３２に３５００Wの高周波電力を３０秒間供給した。条件１においては、前処理を行った場合は、ウエハ６００の中の汚染量は、４（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であったの対して、前処理を行わなった場合は、ウエハ６００の中の汚染量は、１８（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であった。
【００６７】
図７に示す条件２では、本処理における処理ガスとしてＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用い、Ｈ２の流量を３０００ｓｃｃｍとし、Ｎ２の流量を１２０００ｓｃｃｍとし、処理室４４５内の圧力を３００Ｐａとし、共振コイル４３２に４０００Wの高周波電力を９０秒間供給した。条件２においては、前処理を行った場合は、ウエハ６００の中の汚染量は、１２（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であったの対して、前処理を行わなった場合は、ウエハ６００の中の汚染量は、６５（１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であった。
【００６８】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に付記した事項も含まれる。
【００６９】
〔付記１〕
基板が処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成する第１のプラズマ生成工程と、
前記第１のプラズマ生成工程の後、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成する第２のプラズマ生成工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【００７０】
〔付記２〕
前記第１のプラズマ生成工程は、酸素の組成比を１としたときの水素の組成比が２以上、５以下となるように前記処理室に供給された処理ガスを用いて前記混合プラズマを生成する付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００７１】
〔付記３〕
前記処理ガスとして、Ｈ２ガスと酸素ガスとが混合されてなる処理ガスを用いる付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００７２】
〔付記４〕
前記処理ガスとして、Ｈ２Ｏガスからなる処理ガスを用いる付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００７３】
〔付記５〕
前記処理ガスとして、Ｈ２ＯガスとＨ２ガスとが混合されてなる処理ガスを用いる付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００７４】
〔付記６〕
前記処理ガスは、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つのガスが混合されてなる付記２乃至５いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【００７５】
〔付記７〕
基板が処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成する第１のプラズマ生成工程と、
前記第１のプラズマ生成工程の後、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成し、基板を処理する基板処理工程と、
前記基板処理工程を予め定められた回数繰り返した後、基板が前記処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成する第２のプラズマ生成工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【００７６】
〔付記８〕
反応管に供給されたガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に連続して設けられ、基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記反応管に処理ガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記プラズマ生成部及び前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
基板が前記処理室に無い状態では、前記ガス供給部に酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に酸素と水素との混合プラズマを生成させ、
前記処理室に基板が存在する状態では、前記ガス供給部に水素と窒素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に水素と窒素との混合プラズマを生成させる
基板処理装置。
【００７７】
〔付記９〕
反応管に供給されたガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に連続して設けられ、基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記反応管に処理ガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記プラズマ生成部及び前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
基板が前記処理室に無い状態で、前記ガス供給部に酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に酸素と水素との混合プラズマを生成させ、
酸素と水素との混合プラズマを生成させた後、前記処理室に基板が存在する状態で、前記ガス供給部に水素と窒素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に水素と窒素との混合プラズマを生成させることで基板を処理させ、
基板の処理を予め定められた回数繰り返した後、基板が前記処理室に無い状態で、前記ガス供給部に酸素と水素とを含む処理ガスを前記反応管へ供給させ、前記プラズマ生成部に酸素と水素との混合プラズマを生成させる
基板処理装置。
【００７８】
〔付記１０〕
基板が処理室に無い状態で酸素と水素の混合プラズマをプラズマ生成部によって生成する第１のプラズマ生成工程と、
前記第１のプラズマ生成工程の後、前記処理室に基板が存在する状態で水素と窒素の混合プラズマを前記プラズマ生成部によって生成する第２のプラズマ生成工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上述べたように、本発明は、半導体装置の製造方法と基板処理装置とに適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…アッシング装置
１００…カセットトランスファー部
１１０、１２０…カセットトランスファーユニット
１１１…カセットテーブル
１１２、１２２…Ｙ軸アセンブリ
１１３、１２３…Ｚ軸アセンブリ
１３０…Ｙ軸
１４０…Ｚ軸
２００…ロードロックチャンバ部
２１０、２２０…バッファユニット
２１１、２２１…バッファフィンガーアセンブリ
２１２、２２２…インデックスアセンブリ
２１３…バッファフィンガー
２１４…θ軸
２３０…Ｉ軸
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
３３０…ヒータ
４００…プロセスチャンバ部
４１０、４２０…プロセスチャンバ
４１１、４２１…サセプタテーブル
４１２、４２２…Ｚ軸
４１３、４２３…リフターピン
４３０、４４０…プラズマ生成室
４３１、４４１…チャンバ
４３２、４４２…共振コイル
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
４５６…排気管
４５８…バッフルリング
４６０…バッフル板
４６２…可動タップ
４６４…固定グランド
４６６…可動タップ
４６８…反射波電力計
４７０…コンピュータ
４７２…表示装置
５００…カセット
６００…ウエハ
【図１】
0005848626.tif 000002
【図２】
0005848626.tif 000003
【図３】
0005848626.tif 000004
【図４】
0005848626.tif 000005
【図５】
0005848626.tif 000006
【図６】
0005848626.tif 000007
【図７】
0005848626.tif 000008