(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記真空容器内にて被処理基板表面のレジストを処理するレジストアッシング方法において、
前記プロセスガスとして低活性のガスを前記真空容器の内部に導入し、前記低活性のガスから生成したプラズマを利用して、前記被処理基板を高温状態に維持しながら前記レジストを処理する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記低活性のガスに代えて酸素ガスを前記プロセスガスとして前記真空容器の内部に導入し、前記酸素ガスから生成したプラズマを利用して、前記被処理基板を高温状態に維持しながら前記レジストを処理する第２工程と、を備えたことを特徴とするレジストアッシング方法。
【請求項２】
前記第１工程の処理時間は、前記第２工程の処理時間よりも長いことを特徴とする請求項１記載のレジストアッシング方法。
【請求項３】
処理中の前記被処理基板を保持する基板保持台と前記真空容器の内部にマイクロ波を導入するためのマイクロ波透過窓部材との間のプラズマ発生領域に対応する部分の前記真空容器の内壁を、この内壁に付着した前記レジストの飛散物が前記プラズマによって除去され得る程度の温度に維持しながら前記第１工程及び前記第２工程を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のレジストアッシング方法。
【請求項４】
前記低活性のガスは、窒素ガス又は希ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレジストアッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストアッシング方法に係わり、特に、高ドーズイオンが注入されて表面に変質層が形成されたレジストを、マイクロ波放電により生成したプラズマを利用して処理するレジストアッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程では、レジストマスクの剥離が従来より行われてきた。レジストマスクを剥離するために使用されるドライアッシング方法としては、Ｏ２プラズマを用いる方法が一般的であり、有機膜であるレジストをＯ２ラジカル、イオンで酸化し、ＣＯ、ＣＯ２等として排気し除去する。ところが、近年の半導体デバイスの微細化により、プラズマからのイオンや荷電粒子によって素子の特性が劣化したり、或いは素子が破壊されたりする事態が生じてきた。そこで、このような事態を防止するために、プラズマ源から被処理基板までの距離を十分に確保することにより、ドライアッシング処理の際の素子ダメージの軽減を実現している。
【０００３】
ところで、高ドーズイオンが注入されたレジストマスクのアッシングが半導体デバイスの製造工程で行われているが、このレジストはイオン注入時のイオン衝撃による発熱反応等により表面に変質層が形成されている。このように変質層が形成されたレジストを加熱すると、約８０℃付近からポッピングと呼ばれている変質層の飛び散り現象が発生し、飛び散った変質層が被処理基板の上方のアッシング室内壁に付着する。
【０００４】
この付着物が常時アッシング室内壁に付着したままで存在していれば良いが、被処理基板の搬送の際、或いはプロセスガスをアッシング室に導入する時などに剥がれてしまう。剥がれたレジストはパーティクルとなって被処理基板に再付着し、これにより半導体デバイスの歩留まりの低下等が引き起こされてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した問題を考慮して、特開平１０−１３５１８６に開示されているように、リフトピンと加熱機構を使用してポッピングの発生しない高速アッシングを実施する方法や、特開平１０−９８０２６に開示されているように、混合ガスを用いて剥離性の改善を実施する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、変質層の厚みやポッピング現象は、イオン注入の条件、変質層の面積により変動し、さらに、プラズマからの輻射熱等の影響も受けるため、ポッピングが発生する温度範囲も８０℃から１３０℃と一定ではない。このため、従来提案の方法では、ドーズ量やドーパント種の異なる被処理基板を連続的に処理する場合、レジストのポッピングを防止してアッシング室内壁へのレジスト飛散物の付着を確実に防止することは極めて困難であった。
【０００７】
また、被処理基板上に残った変質層をＯ２アッシングのみで除去する場合、非変質レジストの場合の半分以下程度のアッシングレートしか得られず、その結果、変質層の一部が残渣として残りやすくなる。さらに、変質層のポッピング量を軽減するためには８０℃以下の低温条件にてレジストを処理する必要があり、レジストを処理する際の通常の温度である２００℃から２５０℃において得られるような高スループットな連続処理を実施することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、高ドーズイオンの注入により変質層が形成されたレジストを高スループットにて適切にアッシング処理することができるレジストアッシング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の参考例は、真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記真空容器内にて被処理基板表面のレジストを処理するレジストアッシング装置において、前記真空容器の内部にマイクロ波を導入するために、前記真空容器の開口部を封止するようにして設けられたマイクロ波透過窓部材と、処理中の前記被処理基板を前記真空容器の内部にて保持すると共に加熱する基板保持台と、前記基板保持台と前記マイクロ波透過窓部材との間のプラズマ発生領域に対応する部分の前記真空容器の内壁を、この内壁に付着した前記レジストの飛散物が前記プラズマによって除去され得る程度の温度に加熱するための内壁加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、好ましくは、前記プロセスガスとして酸素ガス及び低活性のガスをそれぞれ別個に前記真空容器の内部に導入するガス供給手段をさらに有する。
【００１１】
また、好ましくは、前記低活性のガスは、窒素ガス又は希ガスである。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して前記真空容器内にて被処理基板表面のレジストを処理するレジストアッシング方法において、前記プロセスガスとして低活性のガスを前記真空容器の内部に導入し、前記低活性のガスから生成したプラズマを利用して、前記被処理基板を高温状態に維持しながら前記レジストを処理する第１工程と、前記第１工程の後に、前記低活性のガスに代えて酸素ガスを前記プロセスガスとして前記真空容器の内部に導入し、前記酸素ガスから生成したプラズマを利用して、前記被処理基板を高温状態に維持しながら前記レジストを処理する第２工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、好ましくは、前記第１工程の処理時間は、前記第２工程の処理時間よりも長い。
【００１４】
また、好ましくは、処理中の前記被処理基板を保持する基盤保持台と前記真空容器の内部にマイクロ波を導入するためのマイクロ波透過窓部材との間のプラズマ発生領域に対応する部分の前記真空容器の内壁を、この内壁に付着した前記レジストの飛散物が前記プラズマによって除去され得る程度の温度に維持しながら前記第１工程及び前記第２工程を実施する。
【００１５】
また、好ましくは、前記低活性のガスは、窒素ガス又は希ガスである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるレジストアッシング装置（参考例）及び方法について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示したように、本実施形態によるレジストアッシング装置は、処理室（アッシング室）１を内部に形成する真空容器２を備え、この真空容器２の内部には、処理中の被処理基板（ウェハー）２０を真空容器２の内部にて保持すると共に加熱する基板保持台（サセプター）３が設けられている。真空容器２の上部開口は、真空容器２の内部にマイクロ波を導入するために、石英等の誘電体より成るマイクロ波透過窓部材４によって封止されている。真空容器２の底部には排気口５が形成されており、調圧弁６を介して真空ポンプ７にて排気口５から真空容器２の内部が排気される。
【００１８】
マイクロ波透過窓部材４の上面にはマイクロ波導波管８が添設されており、このマイクロ波導波管８にはマイクロ波系９が接続されている。マイクロ波系９は、マイクロ波発信器１０、アイソレータ１１、及び３スタブチュウナー１２から構成されている。
【００１９】
真空容器２の側壁上部にはガス導入口１３が形成されており、このガス導入口１３にはガス供給系（ガス供給手段）１４が接続されいる。ガス供給系１４には酸素ボンベ１５及び窒素ボンベ１６が接続されており、プロセスガスとして酸素ガス及び窒素ガスを、各マスフローコントローラー（ＭＦＣ）１７によって流量を制御しながら、それぞれ別個に真空容器２の内部に導入することができる。
【００２０】
本実施形態によるレジストアッシング装置は、さらに、基板保持台３とマイクロ波透過窓部材４との間のプラズマ発生領域１８に対応する部分の真空容器２の内壁を、この内壁に付着したレジストの飛散物がプラズマによって除去され得る程度の温度まで加熱するための内壁ヒーター（内壁加熱手段）１９を備えている。
【００２１】
次に、本実施形態によるレジストアッシング装置を用いて、高ドーズイオンが注入されて変質層が形成されているレジストをアッシングする方法について説明する。
【００２２】
図２（ａ）は処理前の被処理基板２０を示し、この被処理基板２０はシリコン（Ｓｉ）に代表される半導体基板であり、その表面に配線等のパターンを形成したレジスト２１から成るマスクを用いて砒素（Ａｓ）を３Ｅ１５個／ｃｍ２、４５ｋｅＶの加速電圧にてイオン注入を行ったものである。レジスト２１の表面には、高ドーズイオン注入によって変質層２２が形成されている。
【００２３】
まず、ロードロック室（図示せず）からゲート弁（図示せず）を介して、搬送アーム（図示せず）によって被処理基板２０を基板保持台３上に搬送する。基板保持台３は２００℃から２５０℃に加熱されている。このとき、処理室１の圧力はＮ２ガスにより１５Ｐａ程度に保たれており、マイクロ波を１ｋＷ設定にて導入し、プラズマ発生領域１８においてプラズマを発生させる。
【００２４】
ここで、処理室１の圧力が２００Ｐａ以上であると、基板保持台３上に載置された被処理基板２０の温度が瞬時に８０℃以上になり、レジスト２１表面の変質層２２が激しくポッピングを起こす可能性がある。本実施形態おいては、後述するように、ポッピングにより真空容器２の内壁にレジスト２１の飛散物が付着した場合でも、それを除去することが可能であるが、処理室１の圧力を１００Ｐａ以下（好ましくは１５Ｐａ程度）に設定することにより、被処理基板２０の昇温に３０秒程度の時定数をとり、急激なガス放出を防止し、プラズマインピーダンスの変動によるプラズマの変動を抑えることが望ましい。
【００２５】
プラズマ発生領域１８に導入されたＮ２ガスはマイクロ波の照射を受けてプラズマ化する。このＮ２ガスから生成したプラズマを利用して、被処理基板２０を高温状態に維持しながら約６０秒間にわたってレジスト２１を処理する（第１工程）。これにより、図２（ｂ）に示したように変質層２２の表面に割れが発生し、また、部分的にポッピングも発生する。この間、被処理基板２０の温度は２００℃から２５０℃に達する。
【００２６】
次に、Ｎ２ガスに代えてＯ２ガスをプラズマ発生領域１８に導入し、Ｏ２ガスにマイクロ波を照射してプラズマを生成する。そして、２００℃から２５０℃に加熱された被処理基板２０を、Ｏ２ガスから生成したプラズマを利用して高アッシングレートの下で約６０秒間にわたって処理する（第２工程）。
【００２７】
このように、第１工程において、Ｎ２ガスから生成したプラズマによってレジスト２１を処理して変質層２２に割れを発生させ、しかる後、第２工程において、Ｏ２ガスから生成したプラズマによってレジスト２１をアッシングにて除去することにより、図２（ｃ）に示したように変質層２２の残渣のない適切なアッシング処理を行うことができる。
【００２８】
また、上述した第１工程及び第２工程においては、内壁ヒーター１９によって、プラズマ発生領域１８に対応する部分の真空容器２の内壁が２００℃程度まで加熱されている。このため、ポッピングによって飛散したレジスト２１が真空容器２の内壁に付着した場合でも、プラズマ中のラジカル、イオンによって、被処理基板２０上のレジスト２１と同様に、付着したレジストがアッシングにて除去される。
【００２９】
変形例としては、Ｏ２ガスプラズマによる第２工程の処理時間よりも、Ｎ２ガスプラズマによる第１工程の処理時間の方を長く設定することもできる。
【００３０】
図３は、内壁ヒーター１９の加熱によるパーティクル（ダスト）の低減効果を説明するためのグラフであり、真空容器２の内壁の加熱温度を変えて被処理基板２０を処理し、処理後の被処理基板２０上に付着している０．２μｍ以上のパーティクルの個数を比較したものである。各温度条件毎に５０枚の被処理基板２０を処理した。図３から分かるように、内壁ヒーター１９の設定温度を２０℃にした場合にはパーティクル数が約５００個であったが、１００℃に設定した場合には３００個に減少し、さらに、２００℃に設定した場合には１０個と大幅に改善された。
【００３１】
図４は、Ｏ２ガスプラズマによるアッシング処理に先立ってＮ２ガスプラズマによる処理を行うことによる、イオン注入レジストの剥離性の改善効果を説明するためのグラフである。図４から分かるように、Ｏ２ガスプラズマのみで処理した場合には０．２μｍ以上のパーティクルの個数が約５００個であったが、本実施形態のようにＮ２ガスプラズマによる処理を予め実施することにより、パーティクルの個数が約３０個まで低減している。
【００３２】
なお、従来から、Ｏ２ガスに１０％から２０％程度のＮ２ガスを加えた混合ガスをプロセスガスとして用いることにより、レジストのアッシングレートが２割程度高くなる現象が知られているが、この従来の方法では本実施形態のような剥離性の改善効果は得られない。
【００３３】
図５は、Ｎ２ガスプラズマによる第１工程及びＯ２ガスプラズマによる第２工程の処理時間比を変えた場合のパーティクル数の変化を説明するためのグラフである。図５から分かるように、第１工程の処理時間を第２工程の処理時間の半分にした場合にはパーティクル数が２００個であったが、処理時間比を１：１にすることにより５０個に減少し、さらに処理時間比を２：１にすることにより３０個まで減少した。なお、処理時間比を３：１にしてもパーティクル数は３０個であり、処理時間比２：１の場合と同じ結果であったが、これは、変質層表面の割れが増大して飽和したためと考えられる。
【００３４】
Ｏ２ガスプラズマによる第２工程に先立って実施されるＮ２ガスプラズマによる第１工程においては、Ｏ２ガスプラズマの場合のようなドーパントの酸化が発生することなく、Ｎ２ガスプラズマにより物理的なスパッタリング現象が発生し、これにより、レジスト表面の変質層の剥離性が改善されたものと考えられる。ちなみに、従来のようにＯ２ガスプラズマのみでレジストをアッシングした場合には、主としてドーパントの酸化物が基板表面に残渣として残るという研究報告がある。また、従来のＯ２ガスプラズマ単独でのレジストアッシングにおいては、変質層が形成された、レジスト面積の広い配線パターンにて残渣が残りやすいことが知られており、このことから、変質層を酸化させることなく割れをパターンの面積に関係なく発生させておくことが重要であることが分かる。
【００３５】
以上述べたように本実施形態によれば、真空容器１の内壁を内壁ヒーター１９により加熱することにより、内壁に付着したレジスト２１の飛散物を除去するようにしたので、アッシング処理に際してポッピング現象を抑制する必要がなく、このため、変質層が形成されたレジストを処理する際に、変質層の形成されていないレジストの場合と同様に２００℃から２５０℃まで被処理基板２０を加熱して、良好な剥離性の下で高スループットを実現することができる。
【００３６】
なお、マイクロ波透過窓部材４の近傍には内壁ヒーター１９が設けられていないが、これは、この部分においてはプラズマの熱、イオン等の効果を強く受けるので、内壁ヒーター１９による加熱がなくとも、飛散したレジスト２１の付着物がアッシングされて除去され得るからである。また、被処理基板２０の設置位置よりも下側の部分にも内壁ヒーター１９が設けられていないが、これは、この部分においては、レジスト飛散物が付着した場合でも、プロセスガスの流れや真空排気の効果により、内壁から剥がれたレジストが被処理基板２０に付着する可能性が少ないからである。
【００３７】
また、本実施形態においては、Ｏ２ガスプラズマによる第２工程に先立って実施される、Ｎ２ガスプラズマによる第１工程によって、変質層２２に割れが発生するので、ポッピング現象を低減できると共に、レジストの剥離性を改善することが可能であり、しかも高スループットを実現することができる。なお、Ｎ２ガスに代えてＡｒガス等の希ガスを用いた場合でも同様の効果が得られるものと考えられる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の参考例によるレジストアッシング装置によれば、真空容器の内壁を内壁加熱手段により加熱することにより、内壁に付着したレジスト飛散物を除去することができるので、アッシング処理に際してポッピング現象を抑制する必要がなく、このため、変質層が形成されたレジストを処理する際に、変質層の形成されていないレジストの場合と同様に被処理基板を高温に加熱して、良好な剥離性の下で高スループットを実現することができる。
【００３９】
本発明によるレジストアッシング方法によれば、Ｏ２ガスプラズマによる第２工程に先立って実施される、低活性のガスのプラズマによる第１工程によって、変質層に割れが発生するので、ポッピング現象を低減できると共に、レジストの剥離性を改善し、しかも高スループットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例の一実施形態によるレジストアッシング装置の概略構成を示した縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態によるレジストアッシング方法によって処理される被処理基板の各処理状態を示した説明図。
【図３】  本発明の参考例の一実施形態によるレジストアッシング装置において内壁ヒーターにより内壁を加熱した場合のパーティクル数の低減効果を説明するためのグラフを示した図。
【図４】Ｏ２ガスプラズマによるアッシング処理に先立ってＮ２ガスプラズマによる処理を行うことによる、イオン注入レジストの剥離性の改善効果を説明するためのグラフを示した図。
【図５】Ｎ２ガスプラズマによる第１工程及びＯ２ガスプラズマによる第２工程の処理時間比を変えた場合のパーティクル数の変化を説明するためのグラフを示した図。
【符号の説明】
１  処理室（アッシング室）
２  真空容器
３  基板保持台（サセプター）
４  マイクロ波透過窓部材
８  マイクロ波導波管
９  マイクロ波系
１３  ガス導入口
１４  ガス供給系
１５  酸素ボンベ
１６  窒素ボンベ
１８  プラズマ発生領域
１９  内壁ヒーター（内壁加熱手段）
２０  被処理基板
２１  レジスト
２２  変質層
【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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