(57)【要約】【課題】基板表面のチャージアップダメージを抑制し、かつ、より高速度でレジストをアッシングすることが容易となる基板処理方法を提供する。【解決手段】処理室内にレジストが塗布された状態の基板を搬入し基板を載置する基板載置工程と、処理室内に水素含有ガス及び酸素含有ガスを含む第１の処理ガスを導入する処理ガス導入工程と、前記基板を、前記第１の処理ガスによりプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、第１のプラズマ処理工程の後、水素含有ガスの供給を停止した第２の処理ガスの状態でプラズマ処理する第２のプラズマ処理工程と、処理室内から前記第１及び第２のプラズマ処理がなされた基板を搬出する基板搬出工程と、を備えるよう基板処理方法を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内にレジストが塗布された状態の基板を搬入し、基板を載置する基板載置工程と、
前記処理室内に水素含有ガス及び酸素含有ガスを含む第１の処理ガスを導入する処理ガス導入工程と、
前記基板を、前記第１の処理ガスによりプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後、水素含有ガスの供給を停止した第２の処理ガスの状態でプラズマ処理する第２のプラズマ処理工程と、
前記処理室内から前記第１及び第２のプラズマ処理がなされた基板を搬出する基板搬出工程と、を備える基板処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理方法であって、
前記処理ガス導入工程では、前記水素含有ガス及び酸素含有ガスのほかに、窒素ガスが導入され、前記第２のプラズマ処理工程では窒素ガスの供給を停止する基板処理方法。
【請求項３】
基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第１のガス供給制御部と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第２のガス供給制御部と、
前記処理室内に供給された酸素含有ガス及び水素含有ガスをプラズマ状態にするプラズマ生成部と、
前記処理室内の雰囲気を排気するとともに排気量を制御するガス排気部と、
レジストが塗布された基板が前記載置部に載置された状態で、前記第１のガス供給制御部と前記第２のガス供給制御部に対して、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスを供給するよう制御し、前記プラズマ生成部に対して、前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態にするよう制御し、所定の時間が経過した後、前記第２のガス供給制御部に対して水素含有ガスの供給を止めるよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造装置である基板処理装置や基板処理方法、特に、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）の製造に用いられるプラズマアッシング装置やプラズマアッシング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程においては、エッチング工程後に、不要となった有機物から構成されているレジストを分解除去するために、主に酸素ガスを含有する雰囲気中で放電させることによって発生する、主に酸素プラズマを用いるプラズマアッシング装置（灰化装置）が用いられている。
図２に、従来使用されているプラズマアッシング装置の概略構成図を示す。図中、１３１は、円筒状の石英製反応管である。１５５は、反応管１３１に、酸素ガス、あるいは酸素ガスにフッ素系ガスを添加した混合ガス、あるいは酸素ガスに水素系ガスを添加した混合ガスを導入するためのガス導入部である。１６０は、ガス導入部１５５から導入されたガスを、反応管１３１の内壁に沿って流れるようにするための、円板状の石英バッフル板である。１３２は、反応管１３１内部のガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイルである。１４４は、コイル１３２に高周波電流を供給する高周波電源である。１５９は、半導体基板１２０を搭載するサセプタであり、１２０は、サセプタ１５９に搭載された半導体基板である。１０６は、半導体基板１２０上のレジストをアッシング（灰化）するためのチャンバである。１５８は、チャンバ１０６と排気系との間に設置され、排気抵抗の役割をもつバッフルリングである。１５２は、高周波電力を装置内に留め、外部に漏れないようにするためのシールドである。
【０００３】
図２に示したプラズマアッシング装置において、酸素ガスあるいは酸素ガスにフッ素系ガスを添加した混合ガス、あるいは酸素ガスに水素系ガスを添加した混合ガスを、ガス導入部１５５より、反応管１３１内に導入する。次に、コイル１３２に、高周波電源１４４から高周波電流を供給し、反応管１３１のガス中に放電を誘起し、プラズマを形成させる。放電によって生成したラジカルやイオン化分子を含んだガスを、チャンバ１０６に導き、チャンバ１０６中で加熱されたサセプタ１５９に搭載され、プラズマ熱の伝熱およびサセプタ１５９からの輻射伝熱によって加熱された半導体基板１２０と接触させる。半導体基板１２０上のレジストは、ガス中に含まれるラジカル状態やイオン状態の酸素とのアッシング反応によってアッシングされ、二酸化炭素や、水等となり、半導体基板１２０上から除去される。
【０００４】
半導体基板１２０上のレジストは、上記の様にしてアッシングされ、半導体基板１２０上から除去されるが、レジストが反応性イオンエッチングやイオン注入等によって変質している場合には、完全にレジストをアッシングするために、アッシング用のガスに水素系ガスや、時にはフッ素系ガスを添加する方法が採られる。しかし、この場合には、半導体基板１２０上に形成されている酸化膜（シリコン酸化膜等）や窒化膜（シリコン窒化膜等）も活性化した分子によってエッチングされたり、更に膜中に電子のトラップ準位が生成する等のチャージアップダメージ（電荷による半導体デバイスの損傷）を受けることがある。これは実用上好ましくないので、酸化膜や窒化膜のエッチングやチャージアップダメージ等を抑制する必要がある。
【０００５】
前述の従来技術においては、レジストを完全に除去するため、また、アッシング速度を高速度で行う目的で、酸素ガスに水素系ガスを数パーセント添加するが、一方で、コイル１３２に供給する高周波電力を抑えて、できる限りチャージアップダメージを抑制していた。
しかし、その方法でも、チャージアップダメージから逃れることはできないため、図３のような構成が採用された。図３は、従来技術におけるプラズマアッシング装置において、トラップ板を使用する構成例を示す図である。図３の構成においては、プラズマの生成される反応管１３１とチャンバ１０６との接合部付近に、生成されたプラズマをトラップするための穴の開いたトラップ板１０１を取り付け、トラップ板１０１でチャージアップダメージの根源である電子をトラップし、半導体基板表面のチャージアップダメージを低減させるものである。他の構成は、図２と同様である。
【０００６】
しかし、この方法では、チャージアップダメージの低減は可能であるが、アッシング速度が低下してしまい、チャージアップダメージの低減とアッシング速度の確保という両方の目的が同時に達成できなかった。図３の構成のトラップ板１０１の有無におけるレジストのアッシング速度の違いを、図４に示す。図４は、従来技術におけるプラズマアッシング装置において、トラップ板の有無によるレジストのアッシング速度の違いを示す図である。図４において、１０２はトラップ板無しの場合であり、１０３はトラップ板有りの場合である。
このとき、測定に用いたアッシング用の混合ガスは酸素であり、この酸素ガスにプラズマ放電を起こさせるため印加する高周波電力は４５００Ｗ、酸素の流量は１３０００ｓｃｃｍ、反応時の反応室内圧力は４０００ｍＴｏｒｒである。
図４から分かるように、トラップ板無しの１０２の場合、レジストアッシング速度は毎分９．５１マイクロメートルであり、トラップ板有りの１０３の場合のレジストアッシング速度は毎分５．６６マイクロメートルである。この結果からも明白なとおり、トラップ板有りの場合、約４０％のアッシング速度の低下があった。
下記の特許文献１には、酸素ガスを用いてレジストアッシング処理を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０８８３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題を解決するため、半導体基板表面のチャージアップダメージを抑制し、かつ、より高速度でレジストをアッシングすることを可能とする基板処理装置や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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、反応室内に半導体基板を保持し、高周波ガス放電を行う基板処理装置において、アッシング処理を行なった後、アッシング処理時に使用するガスを用い、半導体基板表面にチャージアップされる電荷量を、低減するように基板処理装置を構成するものである。
上記の課題を解決するための、本発明の基板処理方法の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
処理室内にレジストが塗布された状態の基板を搬入し、基板を載置する基板載置工程と、
前記処理室内に水素含有ガス及び酸素含有ガスを含む第１の処理ガスを導入する処理ガス導入工程と、
前記基板を、前記第１の処理ガスによりプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後、水素含有ガスの供給を停止した第２の処理ガスの状態でプラズマ処理する第２のプラズマ処理工程と、
前記処理室内から前記第１及び第２のプラズマ処理がなされた基板を搬出する基板搬出工程と、を備える基板処理方法。
【００１０】
また、本発明の基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第１のガス供給制御部と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第２のガス供給制御部と、
前記処理室内に供給された酸素含有ガス及び水素含有ガスをプラズマ状態にするプラズマ生成部と、
前記処理室内の雰囲気を排気するとともに排気量を制御するガス排気部と、
レジストが塗布された基板が前記載置部に載置された状態で、前記第１のガス供給制御部と前記第２のガス供給制御部に対して、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスを供給するよう制御し、前記プラズマ生成部に対して、前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態にするよう制御し、所定の時間が経過した後、前記第２のガス供給制御部に対して水素含有ガスの供給を止めるよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、半導体基板表面のチャージアップダメージを抑制し、かつ、より高速度でレジストをアッシングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマアッシング装置に用いられるプラズマ処理ユニットを示す垂直断面図である。
【図２】従来技術におけるプラズマアッシング装置の構成例を示す図である。
【図３】従来技術におけるプラズマアッシング装置において、トラップ板を使用する構成例を示す図である。
【図４】従来技術におけるプラズマアッシング装置において、トラップ板の有無によるレジストのアッシング速度の違いを示す図である。
【図５】通常のアッシング処理のみを行った場合 (条件Ａ)と、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った場合 (条件Ｂ)の、Ｖｃｐｄ値の測定結果を示す図である。
【図６】通常のアッシング処理のみを行った場合 (条件Ａ)と、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った場合 (条件Ｂ)の、Ｑｏｘ値の測定結果を示す図である。
【図７】通常のアッシング処理のみを行った場合 (条件Ａ)と、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った場合 (条件Ｂ)の、Ｄｉｔ値の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態においては、半導体製造装置として用いられるアッシャ装置（プラズマアッシング装置）により、半導体装置の製造方法が実現される。
図１は、本発明の実施例に係るアッシャ装置に用いられるプラズマ処理ユニット１０を示す垂直断面図である。
プラズマ処理ユニット１０は、半導体基板や半導体素子に対し、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１０は、図１に示すように、プラズマを生成する空間であるプラズマ生成空間３０、半導体基板などのウエハ２０を収容する処理空間４５、処理空間４５の下方の第１排気室７４、第２排気室７６、共振コイル３２等のプラズマソース（プラズマ生成部）、該プラズマソースに高周波電力を供給する高周波電源４４、及び高周波電源４４の発振周波数を制御する周波数整合器４６等を備えている。プラズマ生成空間３０と処理空間４５は繋がっており、プラズマ生成空間３０と処理空間４５から処理室が構成される。プラズマ処理ユニット１０は、例えば、水平な架台であるベースプレート４８の上側に前記のプラズマソースが配置され、ベースプレート４８の下側に処理空間４５が配置されて構成される。また、共振コイル３２と外側シールド５２とで、螺旋共振器が構成される。
【００１４】
プラズマソースは、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反応容器３１と、反応容器３１の外周に巻回された共振コイル３２と、共振コイル３２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５２とから構成される。共振コイル３２は、反応容器３１内部のガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイルである。
【００１５】
反応容器３１は、本例では、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、プラズマ生成空間３０を形成する。反応容器３１は、本例では、円筒形状の軸線が垂直になるように配置される。処理室側壁６は、本例では、アルミニウムで形成され、処理空間４５を形成する。プラズマ生成空間３０、処理空間４５、第１排気室７４、第２排気室７６は、それらの間が連通しており、ガスが通過可能となっている。プラズマ生成空間３０、処理空間４５、第１排気室７４、第２排気室７６は、トッププレート５４及び底板６９によって、上下端が気密に封止される。
【００１６】
処理空間４５の下部には、複数（例えば４本）の支柱６１によって支持されるサセプタ（基板載置部）５９が設けられる。サセプタ５９には、被処理基板であるウエハ２０を載置するサセプタテーブル１１、及びサセプタ上のウエハ２０を加熱する基板加熱部６３が具備される。
【００１７】
サセプタ５９の下方に、排気板６５が配設される。排気板６５は、ガイドシャフト６７を介して底板６９に固定される。昇降基板７１が、ガイドシャフト６７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７１は、少なくとも３本のリフターピン１３を支持している。
【００１８】
リフターピン１３は、サセプタ５９を貫通する。そして、リフターピン１３の頂部には、ウエハ２０を支持するウエハ支持部１４が設けられている。
ウエハ支持部１４は、サセプタ５９の中心方向に延出している。リフターピン１３の昇降によって、ウエハ２０をサセプタテーブル１１に載置し、あるいはサセプタテーブル１１から持ち上げることができる。
底板６９を経由して、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト７３が昇降基板７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト７３を昇降させることで、昇降基板７１とリフターピン１３を介して、ウエハ支持部１４が昇降する。
【００１９】
サセプタ５９と排気板６５の間に、円筒状のバッフルリング５８が設けられる。バッフルリング５８は、処理空間４５と排気系との間に設置され、排気抵抗の役割をもつ。バッフルリング５８、サセプタ５９、排気板６５で第１排気室７４が形成される。円筒状のバッフルリング５８の側壁には、多数の通気孔が均一に設けられている。従って、第１排気室７４は、バッフルリング５８により処理空間４５と仕切られ、またバッフルリング５８の通気孔によって、処理空間４５と連通している。
【００２０】
排気板６５に、排気連通孔７５が設けられる。排気連通孔７５によって、第１排気室７４と、第１排気室７４の下方に設けられた第２排気室７６が連通される。第２排気室７６は、排気板６５と底板６９で形成される。第２排気室７６には、底板６９を貫通する排気管８０が連通されている。
排気管８０には、ガス流れの上流から順に、圧力調整バルブとしてのＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ８１、真空排気装置としての真空ポンプ８２が設けられている。真空ポンプ８２は、処理室内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう、処理室内を真空排気するように構成されている。ＡＰＣバルブ８１は、コントローラ７０に電気的に接続されている。コントローラ７０は、処理室内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、ＡＰＣバルブ８１の開度や、後述のガス供給ユニットの流量制御装置を制御するように構成されている。排気管８０、ＡＰＣバルブ８１、真空ポンプ８２からガス排気部が構成される。
【００２１】
反応容器３１の上部のトッププレート５４には、ガス供給ユニットから伸長され且つ所要のプラズマ発生用の反応ガスを供給するためのガス供給管５５が、ガス導入口３３に付設されている。ガス供給ユニットは、次に述べる各種ガス源、各ＭＦＣ、各開閉バルブから構成され、本例では、酸素ガスあるいは酸素ガスに水素系ガスや窒素ガスを添加した混合ガスを導入する。
ガス供給管５５には、本例では、酸素含有ガス供給管２１ａ、水素含有ガス供給管２１ｂ、窒素ガス供給管２１ｃが接続されている。酸素含有ガス供給管２１ａには、ガス流れの上流から順に、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス源２４ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２３ａ、及び開閉バルブ２２ａがそれぞれ設けられている。酸素含有ガス供給管２１ａ、酸素含有ガス源２４ａ、ＭＦＣ２３ａ、開閉バルブ２２ａを含む構成を、第１のガス供給制御部と称する。
【００２２】
水素含有ガス供給管２１ｂには、ガス流れの上流から順に、水素含有ガスを供給する水素含有ガス源２４ｂ、ＭＦＣ２３ｂ、及び開閉バルブ２２ｂがそれぞれ設けられている。窒素ガス供給管２１ｃには、ガス流れの上流から順に、窒素ガスを供給する窒素ガス源２４ｃ、ＭＦＣ２３ｃ、及び開閉バルブ２２ｃがそれぞれ設けられている。水素含有ガス供給管２１ｂ、水素含有ガス源２４ｂ、ＭＦＣ２３ｂ、開閉バルブ２２ｂを含む構成を、第２のガス供給制御部と称する。窒素ガス供給管２１ｃ、窒素ガス源２４ｃ、ＭＦＣ２３ｃ、開閉バルブ２２ｃを含む構成を、第３のガス供給制御部と称する。第１のガス供給制御部、第２のガス供給制御部、第３のガス供給制御部を、ガス供給制御部と総称する。
【００２３】
ＭＦＣ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び開閉バルブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、後述のコントローラ７０に電気的に接続されている。コントローラ７０は、供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、ＭＦＣ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び開閉バルブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを制御する。
また、反応容器３１内には、ガス導入口３３から導入された反応ガスを反応容器３１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６０が設けられている。
【００２４】
共振コイル３２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３２の電気的長さは、高周波電源４４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３２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４８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。
【００２５】
共振コイル３２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル３２の少なくとも一端は、本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６２を介して接地される。図１中の符号６４は、他方の固定グランドを示す。更に、本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３２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル３２の接地された両端の間には、可動タップ６６によって給電部が構成される。
【００２６】
すなわち、共振コイル３２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４４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。このように、共振コイル３２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。
【００２７】
外側シールド５２は、共振コイル３２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３２との間に形成するために設けられる。外側シールド５２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５２は、共振コイル３２の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。
【００２８】
高周波電源４４の出力側にはＲＦセンサ６８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ６８によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器４６に入力される。周波数整合器４６は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【００２９】
ところで、プラズマ生成時や、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る。このため、高周波電源４４の負荷インピーダンスが変動してしまうことがある。このような場合でも、周波数整合器４６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数電源４４の発信周波数を整合することができる。
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３２の共振周波数に収束される。このとき、ＲＦセンサ６８が共振コイル３２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４６に送信する。周波数整合器４６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４４の発信周波数を調整する。
【００３０】
コントローラ７０は、単に高周波電源４４のみを制御するものではなく、アッシャ装置の各構成部の制御を行っている。コントローラ７０は、レシピ（アッシングプロセスの制御シーケンス）に基づき、処理室内の温度制御や圧力制御、処理ガス等の流量制御、および処理室内へのウエハ搬入等の機械駆動制御等を行う。コントローラ７０には、表示部であるディスプレイ７２や、操作者からの指示を受け付ける操作部（不図示）が接続されている。ディスプレイ７２は、例えば、ＲＦセンサ６８による反射波のモニタ結果等、アッシャ装置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。
コントローラ７０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）と、ＣＰＵの動作プログラムやレシピ等を格納するメモリとを備えるものである。
【００３１】
なお、本装置は、以上の構成に限らず、次のようにしてサセプタ５９を支持しても良い。
サセプタ５９下面中心部に、柱状の第２のサセプタ支持部を設け、サセプタ５９を支持する。第２のサセプタ支持部の内側には、ヒータ６３に電力を供給するヒータ線等が格納されている。このような構成とすることにより、ヒータ線等がプラズマや処理ガスにさらされることがないため、サセプタ５９の耐性を向上することができる。
【００３２】
次に、本実施例におけるウエハのアッシング処理工程を説明する。このアッシング処理工程において、アッシング装置の各構成部の動作は、コントローラ７０により制御される。
［ウエハ載置工程］
まず、ウエハ載置工程において、レジストが塗布されたウエハ２０を搭載したウエハ搬送機のフィンガー（ウエハ支持部）が処理室に進入し、ウエハ２０を処理室内へ搬入する。ウエハ２０が搬入されると、リフターピン１３が上昇する。ウエハ搬送機のフィンガーは、上昇されたリフターピン１３にウエハ２０を載置する。
【００３３】
［処理ガス導入工程］
上記ウエハ載置工程にて、室温に保持されたウエハ２０をサセプタ５９上に載置した後、アッシングガスが、ガス供給制御部によって流量を制御されつつ、ガス導入口３３からプラズマ生成空間３０内に導入される。本実施形態では、アッシングガスとして、酸素含有ガスと水素含有ガスと窒素ガスが使用されるが、窒素ガスを使用せず酸素含有ガスと水素含有ガスを使用することもでき、また、窒素ガスを使用せず水（Ｈ２Ｏ）を使用することもできる。窒素ガスは、プラズマを生成し易くするためのものである。
【００３４】
［第１のプラズマ処理工程］
アッシングガスを供給し、ガス供給制御部及びガス排気部の協同動作により、プラズマ生成空間３０内が所定の圧力となった後、高周波電源４４が、共振コイル３２に電力を供給し、プラズマ生成部によって、プラズマ生成空間３０内にプラズマを生成することにより、ラジカルやイオン化分子を生成する。プラズマ生成空間３０内で生成したラジカルやイオン化分子を含んだガスを、処理空間４５内に導き、処理空間４５内で、加熱されたサセプタ５９に搭載され、プラズマ熱の伝熱およびサセプタ５９からの輻射伝熱によって加熱されたウエハ２０と接触させる。
このとき、例えば、酸素ガスを１０００〜１５０００ｓｃｃｍ（standard cc/min）、水素ガスを１〜９５％含有する窒素ガスを３００〜２００００ｓｃｃｍ供給し、処理室内の圧力を０．５〜１０Ｔｏｒｒとし、高周波電力５００〜５０００Ｗの条件で、アッシングガスをプラズマ状態とし、アッシング処理を行う。
本実施例では、酸素ガスを９０００ｓｃｃｍ、水素ガスを４％含有する窒素ガスを３０００ｓｃｃｍ供給し、処理室内の圧力を３０００ｍＴｏｒｒとし、高周波電力４０００Ｗで、アッシング処理を行った。
【００３５】
共振コイル３２内部に励起される誘導磁界によって、アッシングガスの自由電子を加速し、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。このようにして、プラズマ化されたアッシングガスにより、ウエハ２０のアッシング処理を行う。ウエハ２０上のレジストは、ガス中に含まれるラジカル状態やイオン状態の酸素とのアッシング反応によってアッシングされ、二酸化炭素、水等となり、ウエハ２０上から除去される。このように、酸素ガス、水素ガス、窒素ガスの混合ガスによってプラズマ処理する工程を、第１のプラズマ処理工程と称する。
【００３６】
本実施例では、ウエハ２０上のレジストが完全に消滅するまで、厳密には、ウエハ２０上のレジストが消滅した後も、所定の時間、上記のアッシング処理を行う（オーバーアッシング処理）。オーバーアッシング処理を行うと、ウエハ２０上のレジストを完全に消滅することができるが、ウエハ２０やウエハ２０上に形成された素子が、オーバーアッシング処理時に発生する水素の陽イオン（Ｈ＋）や窒素の陽イオン（Ｎ＋）により、正電荷を帯びた状態になる、つまり、チャージアップされる。これは、水素や窒素は、陽イオン化しやすい性質をもつためである。
水素の陽イオンが、ウエハ２０上に形成された素子や膜に残留した場合は、後で素子間の膜剥がれが生じる恐れがある。また、窒素の陽イオンが、ウエハ２０上に形成された素子や膜に残留した場合は、膜に対する影響はないが、陽イオンであるため、酸素の負イオンを消費する。その結果、窒素の陽イオンが残留した場合は、基板面内の電位差が大きくなる。基板面内の電位差が大きくなると、基板間で電子が移動することがあり、それにより素子が破壊される恐れがある。
【００３７】
［第２のプラズマ処理工程］
酸素ガスに水素系ガスおよび窒素ガスを添加した混合ガス雰囲気で通常のアッシング処理（第１のプラズマ処理工程）を行った後、チャージアップダメージを抑制するために、酸素ガス雰囲気で高周波放電を行い、酸素ガスのプラズマ状態で、上記オーバーアッシング処理の後処理を行う。ここでは、第１のガス供給制御部は、第１のプラズマ処理工程の状態を維持（開閉バルブ２２ａの開状態を維持）し、第２のガス供給制御部は、水素系ガスの供給を停止（開閉バルブ２２ｂを閉じる）し、第３のガス供給制御部は、窒素ガスの供給を停止（開閉バルブ２２ｃを閉じる）する。このような、オーバーアッシング処理の後処理工程を、第２のプラズマ処理工程と称する。
【００３８】
酸素は、負イオン化しやすい性質をもつため、酸素の負イオン（Ｏ−）により、オーバーアッシング処理時にウエハ２０やウエハ２０上に形成された素子に帯電された正電荷や、ウエハ２０やウエハ２０上に形成された素子に入り込んだ水素の陽イオン（Ｈ＋）や窒素の陽イオン（Ｎ＋）が中和され、チャージアップ状態が解消される。
本実施例では、上記オーバーアッシング処理の後、処理室内への水素ガスと窒素ガスの供給を停止し、酸素ガスを供給して、酸素ガス分子を励起してプラズマを生成する。このとき、例えば、酸素ガスを１０００〜１５０００ｓｃｃｍ供給し、処理室内の圧力を０．５〜１０Ｔｏｒｒとし、高周波電力５００〜５０００Ｗで、上記オーバーアッシング処理の後処理を行う。
本実施例では、酸素ガスを８０００ｓｃｃｍ供給し、処理室内の圧力を３０００ｍＴｏｒｒとし、高周波電力３５００Ｗで、上記オーバーアッシング処理の後処理を行った。
【００３９】
なお、本実施例においては、処理ガス導入工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスと窒素ガスを処理室内に導入し、第１のプラズマ処理工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスと窒素ガスの混合ガスでプラズマ処理し、第２のプラズマ処理工程として、水素含有ガスと窒素ガスの導入を停止し、酸素含有ガスのみを導入してプラズマ処理するようにしたが、それに限らず、次のように処理してもよい。
すなわち、処理ガス導入工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスを処理室内に導入し、第１のプラズマ処理工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスでプラズマ処理し、第２のプラズマ処理工程として、水素含有ガスの導入を停止し酸素含有ガスのみを導入してプラズマ処理する。このようにすると、アッシング処理（第１のプラズマ処理）時及び第２のプラズマ処理時に窒素ガスを添加していないので、プラズマ生成に時間がかかり、窒素ガスを添加している場合に比べ、アッシング処理（第１のプラズマ処理）及び第２のプラズマ処理に時間がかかるが、基板面内の電位に及ぼす影響を抑制できるという利点がある。
【００４０】
また、処理ガス導入工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスと窒素ガスを処理室内に導入し、第１のプラズマ処理工程として、酸素含有ガスと水素含有ガスと窒素ガスの混合ガスでプラズマ処理し、第２のプラズマ処理工程として、水素含有ガスの導入を停止し、酸素含有ガスと窒素ガスを導入してプラズマ処理するようにしてもよい。この処理は、窒素ガスの量が少ない場合、すなわち、窒素ガスの量が基板面内の電位に影響しない程度の量の場合に有効である。この場合、第２のプラズマ処理において窒素ガスが添加された状態の酸素ガス雰囲気となるので、第１のプラズマ処理に引き続きプラズマ生成が容易であるため、窒素ガスが添加されていない状態に比べ、第２のプラズマ処理の処理時間を短くすることができる。
【００４１】
［基板搬出工程］
第２のプラズマ処理工程の後、基板載置工程とは逆の順序で、処理室内から処理済みのウエハ２０を搬出する。
【００４２】
通常のアッシング処理のみを行った(条件Ａ)半導体基板と、通常のアッシング処理（第１のプラズマ処理）を行った後に、酸素ガスのみを用いて高周波放電処理（第２のプラズマ処理）を行った(条件Ｂ)半導体基板の、Ｖｃｐｄ（contact potential difference）値の測定結果を、図５に示す。図５は、半導体基板表面の４９ヶ所において、Ｖｃｐｄ値を測定したものである。図５において、横軸はＶｃｐｄ値で、単位は任意単位（ａ．ｕ．：arbitrary unit）である。縦軸は、基板表面の測定箇所の中で、同じＶｃｐｄ値を示す測定箇所の全体に占める比率（％）である。ここで、Ｖｃｐｄ値とは、２種の物質の間に発生する接触電位差であり、半導体基板のチャージアップを評価する指標の１つである。
なお、図５における、通常のアッシング処理条件とは、高周波電力が４０００Ｗ、処理室内圧力が３０００ｍＴｏｒｒ、酸素流量が９０００ｓｃｃｍ、水素ガスを４％含有した窒素ガス流量が３０００ｓｃｃｍである。また、後処理の条件は、高周波電力が４０００Ｗ、処理室内圧力が３０００ｍＴｏｒｒ、酸素流量が８０００ｓｃｃｍである。
【００４３】
図５から分かるように、通常のアッシング処理を行った半導体基板(条件Ａ)では、基板表面のＶｃｐｄ値の平均値は０．３７５である。これに対して、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った半導体基板(条件Ｂ)では、基板表面のＶｃｐｄ値の平均値は０．１７３である。Ｖｃｐｄ値は小さいほどチャージアップダメージの影響が小さいので、条件Ｂにおいてチャージアップ低減効果があると判断できる。なお、通常のアッシング処理中の条件（レシピ）に変化はないので、当然であるが、条件Ａも条件Ｂもアッシング速度は同じである。
【００４４】
次に、通常のアッシング処理のみを行った(条件Ａ)半導体基板と、通常のアッシング処理（第１のプラズマ処理）を行った後に、酸素ガスのみを用いて高周波放電処理（第２のプラズマ処理）を行った(条件Ｂ)半導体基板の、Ｑｏｘ（Oxide  Charge）値の測定結果を、図６に示す。図６は、半導体基板表面の５ヶ所において、Ｑｏｘ値を測定したものである。図６において、縦軸はＱｏｘ値で、単位は任意単位（ａ．ｕ．）である。横軸は、条件Ａと条件Ｂを分けて記載したものである。ここで、Ｑｏｘ値とは、半導体基板表面上に成膜してある酸化膜の中に溜まる電荷量を表すものであり、半導体基板のチャージアップを評価する別の指標である。
図６に示すように、通常のアッシング処理のみを行った半導体基板(条件Ａ)では、Ｑｏｘ値は、１．４０Ｅ＋１１、２．２０Ｅ＋１１、４．０２Ｅ＋１１、６．５０Ｅ＋１１、７．０１Ｅ＋１１である。また、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った半導体基板(条件Ｂ)では、Ｑｏｘ値は、１．０１Ｅ＋１１、１．０５Ｅ＋１１、１．３８Ｅ＋１１、１．４０Ｅ＋１１、１．５２Ｅ＋１１である。
【００４５】
したがって、通常のアッシング処理のみを行った半導体基板(条件Ａ)では、Ｑｏｘ値の平均値は４．２３Ｅ＋１１であり、そのばらつきは６６．４％である。ここで、ばらつきとは、最大値又は最小値と平均値との差が、平均値に対してどの程度の比率（％）であるかを示す。これに対して、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った半導体基板(条件Ｂ)では、Ｑｏｘ値の平均値は１．２７Ｅ＋１１であり、そのばらつきは２０．０％である。Ｑｏｘ値は小さいほどチャージアップダメージの影響が小さいので、この結果からも、条件Ｂにおいてチャージアップ低減効果があると判断できる。
【００４６】
次に、通常のアッシング処理のみを行った(条件Ａ)半導体基板と、通常のアッシング処理（第１のプラズマ処理）を行った後に、酸素ガスのみを用いて高周波放電処理（第２のプラズマ処理）を行った(条件Ｂ)半導体基板の、Ｄｉｔ（Interface  trap  density）値の測定結果を、図７に示す。図７は、半導体基板表面の９ヶ所において、Ｄｉｔ値を測定したものである。図７において、縦軸はＤｉｔ値で、単位は任意単位（ａ．ｕ．）である。横軸は、条件Ａと条件Ｂを分けて記載したものである。ここで、Ｄｉｔ値とは、半導体基板表面上に成膜してある酸化膜と、その下地のシリコン単結晶表面との界面部分に溜まる電荷量を表すものであり、半導体基板のチャージアップを評価する別の指標である。
図７に示すように、通常のアッシング処理のみを行った半導体基板(条件Ａ)では、Ｄｉｔ値は、４．１０Ｅ＋１１、４．８０Ｅ＋１１、５．００Ｅ＋１１、１．１３Ｅ＋１２、１．３９Ｅ＋１２、１．６０Ｅ＋１２、１．７４Ｅ＋１２、１．８１Ｅ＋１２、１．８５Ｅ＋１２である。また、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った半導体基板(条件Ｂ)では、Ｄｉｔ値は、３．３０Ｅ＋１１、３．６１Ｅ＋１１、３．８３Ｅ＋１１、３．８９Ｅ＋１１、３．９０Ｅ＋１１、３．９２Ｅ＋１１、４．０９Ｅ＋１１、４．１０Ｅ＋１１、４．１１Ｅ＋１１である。
【００４７】
したがって、通常のアッシング処理のみを行った半導体基板(条件Ａ)では、Ｄｉｔ値の平均値は１．２１Ｅ＋１２であり、そのばらつきは５９．４％である。これに対して、通常のアッシング処理を行った後に、酸素ガスのみで高周波放電処理を行った半導体基板(条件Ｂ)では、Ｄｉｔ値の平均値は３．７９Ｅ＋１１であり、そのばらつきは１０．７％である。Ｄｉｔ値は小さいほどチャージアップダメージの影響が小さいので、この結果からも、条件Ｂにおいてチャージアップ低減効果があると判断できる。
【００４８】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４９】
本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
処理室内にレジストが塗布された状態の基板を搬入し、基板を載置する基板載置工程と、
前記処理室内に水素含有ガス及び酸素含有ガスを含む第１の処理ガスを導入する処理ガス導入工程と、
前記基板を、前記第１の処理ガスによりプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後、水素含有ガスの供給を停止した第２の処理ガスの状態でプラズマ処理する第２のプラズマ処理工程と、
前記処理室内から前記第１及び第２のプラズマ処理がなされた基板を搬出する基板搬出工程と、を備える基板処理方法。
このように基板処理方法を構成すると、基板表面のチャージアップダメージを抑制し、かつ、より高速度でレジストをアッシングすることが容易となる。
【００５０】
第２の発明は、前記第１の発明であって、
前記処理ガス導入工程では、前記水素含有ガス及び酸素含有ガスのほかに、窒素ガスが導入され、前記第２のプラズマ処理工程では窒素ガスの供給を停止する基板処理方法。
このように基板処理方法を構成すると、プラズマを生成することが容易となるとともに、基板表面のチャージアップダメージを抑制することが容易となる。
【００５１】
第３の発明は、前記第１の発明であって、
前記酸素含有ガスは酸素ガスであり、前記水素含有ガスは水素ガスである基板処理方法。
【００５２】
第４の発明は、
基板を載置する載置部を有する処理室と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第１のガス供給制御部と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給するとともに供給量を制御する第２のガス供給制御部と、
前記処理室内に供給された酸素含有ガス及び水素含有ガスをプラズマ状態にするプラズマ生成部と、
前記処理室内の雰囲気を排気するとともに排気量を制御するガス排気部と、
レジストが塗布された基板が前記載置部に載置された状態で、前記第１のガス供給制御部と前記第２のガス供給制御部に対して、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスを供給するよう制御し、前記プラズマ生成部に対して、前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態にするよう制御し、所定の時間が経過した後、前記第２のガス供給制御部に対して水素含有ガスの供給を止めるよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面のチャージアップダメージを抑制し、かつ、より高速度でレジストをアッシングすることが容易となる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…プラズマ処理ユニット、１１…サセプタテーブル、１３…リフターピン、２０…ウエハ、２１ａ…酸素含有ガス供給管、２１ｂ…水素含有ガス供給管、２１ｃ…窒素ガス供給管、２２ａ…バルブ、２２ｂ…バルブ、２２ｃ…バルブ、２３ａ…ＭＦＣ、２３ｂ…ＭＦＣ、２３ｃ…ＭＦＣ、２４ａ…酸素含有ガス供給源、２４ｂ…水素含有ガス供給源、２４ｃ…窒素ガス供給源、３０…プラズマ生成空間、３１…反応容器、３２…共振コイル、３３…ガス導入口、４５…処理空間、４４…高周波電源、４６…周波数整合器、４８…ベースプレート、５２…外側シールド、５４…トッププレート、５５…ガス供給管、５８…バッフルリング、６０…バッフル板、６２…可動タップ、６４…固定グランド、６６…可動タップ、６８…ＲＦセンサ、７０…コントローラ、７２…表示装置、８０…排気管、８１…ＡＰＣ、８２…真空ポンプ。
【図１】
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【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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