(57)【要約】【課題】レジスト膜の剥離残りを確実に抑制し、かつ経済的にアッシング処理を行える新規な半導体ウェハのアッシング装置及びアッシング方法の提供。【解決手段】半導体ウェハ上のレジストをプラズマ中で反応ガスと反応させて灰化除去するための半導体ウェハのアッシング処理方法において、上記反応ガスとして、Ｏ２と、Ｎ２と、Ｈ２Ｏとの混合ガスを用いる。これによって、レジスト膜の剥離残りによる残渣が効果的に抑制されると共に、経済的にアッシング処理を実施できる。【選択図】        図１
2004349554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上のレジストをプラズマ中で反応ガスと反応させて灰化除去するための半導体ウェハのアッシング装置において、
上記レジストを有する基板を収容するアッシングチャンバに、上記反応ガスとしてＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏのいずれかのガスをそれぞれ単独で、または任意の組み合わせで混合して供給するガス供給系を備えたことを特徴とする半導体ウェハのアッシング装置。
【請求項２】
半導体ウェハ上のレジストをプラズマ中で反応ガスと反応させて灰化除去するための半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記反応ガスとして、Ｏ２と、Ｎ２と、Ｈ２Ｏとの混合ガスを用いるようにしたことを特徴とする半導体ウェハのアッシング処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記混合ガスによるアッシング処理を行う前に、Ｈ２Ｏプラズマによる前処理を所定時間実施するようにしたことを特徴とする半導体ウェハのアッシング処理方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記混合ガスにおけるそれぞれのガス流量を、Ｏ２：３０００〜４０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００〜４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍとすることを特徴とする半導体ウェハのアッシング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて用いられる半導体ウェハ上のフォトレジストを灰化除去するためのアッシング装置及びアッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造プロセスにおけるレジスト除去工程では、硝酸や硫酸水等の薬液を用いた従来のウェットプロセスに代わって、Ｏ２プラズマを利用したドライアッシング法が広く採用されてきている。
例えば、従来の半導体製造プロセスにおいて基板上にＡｌ等の配線パターンを形成する場合には、図３に示すように、基板１０上に形成された金属膜１２の上に、有機高分子からなるフォトレジスト１４を塗布した後、このフォトレジスト１４を所定の配線パターンに露光、現像してから露出した金属膜１２の部分だけを選択的にドライエッチングを施して所定の配線パターンを形成し、しかる後、その配線パターン上に残っているレジスト膜１４を放電プラズマによって生ずる反応性の高い活性酸素原子によって燃焼反応させて除去するようにしている。
【０００３】
しかしながら、このようなＯ２プラズマを利用したアッシングでは、図４に示すようにウェハ表面（上記の例では配線パターン１２上）に、レジスト膜の剥離残りのような残渣が残ってしまい、残存パーティクルとして半導体装置の歩留まりを著しく低下することがある。
そのため、従来では例えば以下の特許文献１〜３等に示すように、反応ガスとして還元性のガスやイオン水を含むガス、あるいはフッ化イオウの混合ガスを用いたりなど様々な工夫を施すことでレジスト膜の剥離残りを抑制するような方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１０４２２３号公報
【特許文献２】
特開平６−１３２２５９号公報
【特許文献３】
特開２０００−３１１２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように反応ガスとして、還元性のガスやイオン水を含むガス、あるいはフッ化イオウの混合ガスを用いる方法では、そのガス自体が特殊なガスであるため、そのガスを生成・供給するための装置が必要となったり、そのガスを入手するための費用がかかり、アッシング処理に要するコストが高くなるといった欠点がある。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、レジスト膜の剥離残りを確実に抑制できるアッシング処理を経済的に達成することができる新規な半導体ウェハのアッシング装置及びアッシング方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔発明１〕
上記課題を解決するために発明１の半導体ウェハのアッシング装置は、
半導体ウェハ上のレジストをプラズマ中で反応ガスと反応させて灰化除去するための半導体ウェハのアッシング装置において、
上記レジストを有する基板を収容するアッシングチャンバに、上記反応ガスとしてＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏのいずれかのガスをそれぞれ単独で、または任意の組み合わせで混合して供給するガス供給系を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
このようにＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏのいずれかのガスをそれぞれ単独で、または任意の組み合わせで混合して供給するガス供給系を備え、このガス供給系からこれらのＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏを反応ガスとしてアッシングチャンバ内に供給することで、レジスト膜の剥離残りによる残渣が抑制されて確実なアッシング処理を達成することができる。
【０００９】
また、これらガスは、いずれも安価かつ容易に入手可能であるため、アッシング処理を経済的に達成することができる。
〔発明２〕
上記課題を解決するために発明２の半導体ウェハのアッシング方法は、
半導体ウェハ上のレジストをプラズマ中で反応ガスと反応させて灰化除去するための半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記反応ガスとして、Ｏ２と、Ｎ２と、Ｈ２Ｏとの混合ガスを用いるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
これによって、発明１と同様に、レジスト膜の剥離残りによる残渣が効果的に抑制されると共に、経済的にアッシング処理を実施することができる。
〔発明３〕
発明３の半導体ウェハのアッシング処理方法は、
発明２に記載の半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記混合ガスによるアッシング処理を行う前に、Ｈ２Ｏプラズマによる前処理を所定時間実施するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
これによって後述するように、さらに効果的にレジスト膜の剥離残りによる残渣の発生を抑制することができる。
〔発明４〕
発明４の半導体ウェハのアッシング処理方法は、
発明２又は３に記載の半導体ウェハのアッシング処理方法において、
上記混合ガスにおけるそれぞれのガス流量を、Ｏ２：３０００〜４０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００〜４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍとすることを特徴とするものである。
【００１２】
これによって、より確実にレジスト膜の剥離残りによる残渣の発生を抑制したアッシングを行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明に係る半導体ウェハのアッシング装置１００の実施の一形態を示したものである。
図中２０は、真空容器となるアッシングチャンバであり、そのアッシングチャンバ２０内には、シャワーヘッドを備えた上部電極３０と、アッシング対象となる基板（半導体ウェハ）Ｗを支持するウェハステージを備えた下部電極４０とが上下に対向するように収容されている。
【００１４】
また、このアッシングチャンバ２０には、排気口５０が備えられており、図示しない真空排気手段によってアッシングチャンバ２０内を真空引きし、２〜１０Ｔｏｒｒ程度の真空状態を容易に得ることができるようになっている。尚、この真空排気手段に使用される真空ポンプとしては、ドライエッチングに使用されるＲＰ（Ｒｏｔａｒｙ  Ｐｕｍｐ）やＤＰ（Ｄｒｙ  Ｐｕｍｐ）の他に、高出力のＴＭＰ（Ｔｕｒｂｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｕｍｐ）等が用いられる。
【００１５】
また、上部電極３０には外部に貫通するガス供給管６０が備えられており、そのガス供給管６０には、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏのいずれかのガスをそれぞれ単独で、または任意の組み合わせで混合して供給するガス供給系７０が接続されている。
このガス供給系７０は、Ｏ２ガスを供給するＯ２供給ライン７２と、Ｎ２ガスを供給するＮ２供給ライン７４と、Ｈ２Ｏを含むガスを供給するＨ２Ｏ供給ライン７６とからなっており、これら各供給ライン７２，７４，７６は、その下流側で一つに合流してガス供給管６０に接続されるようになっている。
【００１６】
また、これら各供給ライン７２，７４，７６にはそのガスの流れを制御するＭＦＣ（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３がそれぞれ設けられており、図示しない制御部によって制御されて任意の供給ライン７２，７４，７６を開閉すると共に、その流量を細かく調整するようになっている。尚、このガス供給管６０からアッシングチャンバ２０内にガスを導入する方法としては、本実施の形態のように上部電極３０に備えられたシャワーヘッドから導入する方法の他に、アッシングチャンバ２０側壁または下部から導入する方法もあり、また、ガス導入方法は、アッシングの均一性との相関が大きい場合があるため、シャワーヘッドのガス穴の数や穴の大きさ等を適宜変える必要がある場合があります。
【００１７】
また、この上部電極３０には、高周波電源８０が備えられており、両電極３０，４０間に印加される高周波電界により、反応ガスを解離させてプラズマＰを生成するようになっている。尚、このように上部電極３０に高周波電界の印加する方法は、アノードカップリング方式と呼ばれるものであり、この方式の他に、下部電極４０に印加する方式もあるが、アノードカップリング方式では下部電極４０に設置されたウェハＷには自己バイアス電位がかからないため、等方的なアッシングが可能となる。
【００１８】
そして、このような構成をしたアッシング装置１００を用いると共に、反応ガスとしてＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏを混合したものを用いて通常のアッシング処理を施せば、後述する実施例に示すように、ウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ることなく、ほぼ完全に除去、すなわちＳＥＭ（電子顕微鏡）で確認できないほど小さくすることが可能となる。
【００１９】
これによって、残存パーティクルとして半導体装置の歩留まりの低下を確実に防止することができると共に、これらのガスはいずれも価格が極めて安価でかつ入手も容易であるため、製造コストの上昇を最小限に抑えることができる。
ここで、反応ガスとして使用する混合ガスにおける、それぞれのガス流量としては、Ｏ２：３０００〜４０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００〜４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍの範囲が望ましい。すなわち、後述する実施例からも分かるように、Ｏ２がこの範囲よりも少ないと、アッシング効果が著しく低下してしまい、反対にこれを越えても除去効果の向上が見られないばかりでなく、Ｏ２ガスが無駄になってしまうからである。また、Ｎ２の場合も同様にこの範囲よりも少ないと、アッシング効果が著しく低下してしまい、反対にこれを越えるとＯ２が希釈されて処理時間が長くなってしまうおそれがあるからである。
【００２０】
また、処理時間としては３０〜９０ｓｅｃの範囲が好ましく、３０ｓｅｃ未満では十分なアッシング効果が得られず、反対に９０ｓｅｃを越えてもそれ以上の効果が得られないからである。
また、本発明はこのように反応ガスとしてＯ２とＮ２とＨ２Ｏとの混合ガスを用いる他に、他の実施の形態として、さらにこの混合ガスによるアッシング処理の前に、前処理としてパッシベーションステップであるＨ２Ｏ単独のプラズマ処理を、所定の条件、例えば、Ｈ２Ｏ流量：５００ｓｅｃ、圧力：２Ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ、処理時間：３０〜６０ｓｅｃ、ウェハ温度：２５０〜３００℃の条件で行えば、アッシング効果をさらに向上させることができる上に、その後の混合ガスによるアッシング処理時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００２１】
【実施例】
次に、このような構成をしたアッシング装置１００を用いて、アッシング条件を様々に変えて実際にアッシング処理試験を行った。
（実施例１）
反応ガスとしてＯ２とＮ２とＨ２Ｏとの混合ガスを用い、その他は以下に示すような条件とした。
【００２２】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：４３００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：３６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：６０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、本実施例では、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ることなく、ほぼ完全に除去、すなわちＳＥＭ（電子顕微鏡）で確認できないほど小さくなっていた。
（実施例２）
混合ガスの混合比を以下のように変えた他は、以下に示すような条件とした。
【００２３】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：３５００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：９０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、本実施例でも、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ることなく、ほぼ完全に除去、すなわちＳＥＭ（電子顕微鏡）で確認できないほど小さくなっていた。
（実施例３）
混合ガスの混合比を以下のように変えた他は、以下に示すような条件とした。
【００２４】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：４７００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：４０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：３０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、本実施例でも、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ることなく、ほぼ完全に除去、すなわちＳＥＭ（電子顕微鏡）で確認できないほど小さくなっていた。
（実施例４）
図２に示すように、上記実施例に示すような混合ガスによるプラズマ処理を行う前に、パッシベーションステップとして以下の条件に示すようなＨ２Ｏプラズマ処理を行った。
【００２５】
・反応ガス：（Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：５００ｓｃｃｍ
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：３０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、本実施例でも、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ることなく、ほぼ完全に除去、すなわちＳＥＭ（電子顕微鏡）で確認できないほど小さくなっていた。しかも、このように混合ガスによるプラズマ処理を行う前にＨ２Ｏプラズマ処理を行うことで、処理時間を約半分近くまで短縮できることが分かった。
（比較例１）
混合ガスのうちＯ２ガスの混合比を以下のように減らした他は、実施例１と同様な条件とした。
【００２６】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：３２００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：２５００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：３０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ってしまった。これは、Ｏ２ガスの流量が少な過ぎるか、あるいは処理時間が短すぎるものによるものと思われる。
（比較例２）
混合ガスのうちＯ２ガスの混合比を以下のように増やした他は、実施例１と同様な条件とした。
【００２７】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：５２００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：４５００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：６０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、実施例と同様にウェハＷ表面のレジスト膜の残渣を除去することができたが、明らかにＯ２ガスの流量が過剰であり、コストが高くなってしまう。
（比較例３）
混合ガスのうちＮ２ガスの混合比を以下のように減らした他は、実施例１と同様な条件とした。
【００２８】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：４０００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：３６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：１００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：３０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ってしまった。これは、Ｎ２ガスの流量が少な過ぎるか、あるいは処理時間が短すぎるものによるものと思われる。
（比較例４）
混合ガスのうちＨ２Ｏガスを混合しないものを用いた他は、実施例１と同様な条件とした。
【００２９】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：４０００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：３６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：３０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ってしまった。これは、Ｈ２Ｏガスが全く含まれていないことによるものと思われる。
（比較例５）
処理時間を短くした他は、実施例１と同様な条件とした。
【００３０】
・反応ガス：（Ｏ２＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）
・ガス流量：４０００ｓｃｃｍ
（Ｏ２：３６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：１００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ：３００ｓｃｃｍ）
・圧力：２Ｔｏｒｒ
・Ｐｏｗｅｒ：１４００Ｗ
・時間：２０ｓｅｃ
・ウェハ温度：３００℃
この結果、従来のようにウェハＷ表面にレジスト膜の剥離残りのような残渣が残ってしまった。これは、ガス流量が適当でも処理時間が短すぎるものによるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアッシング装置の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係るアッシング方法の他の実施の一形態を示す流れ図である。
【図３】従来の半導体製造プロセスのアッシング工程を示す説明図である。
【図４】図３中Ａ部を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…基板、１２…金属膜、１４…フォトレジスト、２０…アッシングチャンバ、３０…上部電極、４０…下部電極、５０…排気口、６０…ガス供給管、７０…ガス供給手段、８０…高周波電源、Ｐ…プラズマ、Ｗ…半導体ウェハ。
【図１】
2004349554.tif 000003
【図２】
2004349554.tif 000004
【図３】
2004349554.tif 000005
【図４】
2004349554.tif 000006