(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を電送する導波室と、前記導波室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマイクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔を有するシャワーヘッドと、前記アッシング室内で前記シャワーヘッドに対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載置台とを有するアッシング装置において、
前記シャワーヘッドは、石英板のみからなり、
前記マイクロ波透過窓と前記石英板の距離は前記マイクロ波の波長の１／１０以上に設定されていることを特徴とするアッシング装置。
【請求項２】
前記マイクロ波透過窓は石英又はアルミナからなることを特徴とする請求項１記載のアッシング装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生室の一部は前記石英板を支持する導電性壁によって区画されており、該導電性壁の一部は石英で覆われていることを特徴とする請求項１記載のアッシング装置。
【請求項４】
前記導電性壁のうち前記マイクロ波透過窓に対向する部分が前記石英で覆われていることを特徴とする請求項３記載のアッシング装置。
【請求項５】
前記マイクロ波透過窓と前記ウェハ載置台との距離は、前記マイクロ波の波長以下であることを特徴とする請求項１記載のアッシング装置。
【請求項６】
マイクロ波を伝送する導波室と、前記導波室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマイクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔を有するシャワーヘッドと、前記アッシング室内で前記シャワーヘッドに対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載置台とを有するアッシング装置において、
前記シャワーヘッドは、複数の第１の孔を有する石英層と、該第１の孔に重なり、かつ、前記第１の孔よりも大きい第２の孔を有する金属層からなる多層構造を有し、該石英層は前記マイクロ波透過窓に対向し、該金属層は前記ウェハ載置台に対向していることを特徴とするアッシング装置。
【請求項７】
マイクロ波を伝送する導波室と、前記導波室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマイクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔を有するシャワーヘッドと、前記アッシング室内で前記シャワーヘッドに対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載置台とを有するアッシング装置において、
前記シャワーヘッドは、前記ウェハ載置台側に配置される第１のプレートと、該第１のプレートに間隔をおいて対向し且つ前記マイクロ波透過窓側に配置される第２のプレートとを有し、
前記第１のプレートは、複数の第１の孔を有する第１の石英層と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造を有し、かつ、該金属層は前記ウェハ載置台に対向し、該第１の石英層は前記第２のプレートに対向するように配置され、
前記第２のプレートは、複数の第３の孔を有する第２の石英層を有していることを特徴とするアッシング装置。
【請求項８】
前記第２の孔は、前記第１の孔と同じかそれよりも大きいことを特徴とする請求項７記載のアッシング装置。
【請求項９】
前記第２の孔は、前記ウェハ載置台の方に広がっていることを特徴とする請求項６又は７記載のアッシング装置。
【請求項１０】
前記金属層は、前記石英層の上にスパッタ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層であることを特徴とする請求項６又は７記載のアッシング装置。
【請求項１１】
前記マイクロ波導波室には誘電体線路が置かれていることを特徴とする請求項１、６又は７記載のアッシング装置。
【請求項１２】
前記プラズマ発生室には酸素含有ガスが導入されることを特徴とする請求項１、６又は７記載のアッシング装置。
【請求項１３】
前記酸素含有ガスは、酸素と窒素の混合ガス、又は酸素と水の混合ガスであることを特徴とする請求項１２記載のアッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アッシング装置に関し、より詳しくは、半導体装置の製造過程で使用される有機膜をアッシングする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造に使用される有機物のアッシングにおいては、アッシングレートを高くする技術が求められており、しかも低コストで高スループットが可能なアッシングが求められている。
また、アルミニウム配線のパターニングのために用いたレジストをアッシングする場合には、アルミニウム配線のアフターコロージョンの発生を防止する処理も行うことが望まれており、その技術として例えばO2とH2O のプロセスを用いたアッシング技術が特開平２−１９７１２２号公報に記載されている。
【０００３】
さらに、有機物を酸素プラズマによってアッシングする際に、プラズマから放出される電子、イオンが半導体基板にダメージを与えるので、これを防止する必要がある。電子及びイオンを低減できるアッシング装置として、マイクロ波ダウンフロー型などがある。
そのようなマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置として、例えば図１４に示すようなものが知られている。このアッシング装置は、マイクロ波（図においてμ波）を導入するマイクロ波導波管１と、そのマイクロ波によってプラズマを発生させるプラズマ発生室２と、マイクロ波導波管１とプラズマ発生室２を仕切るセラミック製のマイクロ波透過窓３と、プラズマ発生室２の下に連続して配置されるアッシング室４と、プラズマ発生室２の下方に配置された多数の孔を有するアルミニウム製のシャワーヘッド５と、アッシング室４内に配置したウェハ載置台６とを有している。
【０００４】
また、プラズマ発生室２にはガス導入管７が接続されており、ガス導入管７から供給された例えば酸素をプラズマ発生室２に供給するように構成されている。プラズマ発生室２内では、マイクロ波透過窓３を透過したマイクロ波によって酸素プラズマが発生し、その酸素プラズマのうちイオンと電子はシャワーヘッド５によって下流への移動が遮られる。
【０００５】
なお、図１４において符号８は誘電体板、９はウェハ載置台６に内蔵されたヒータ、Ｗはウェハをそれぞれ示している。
ところで、シャワーヘッド５がアルミニウムから形成されている場合には、このシャワーヘッド５の表面は、酸素プラズマによるアッシングのたびに酸化されて酸化アルミニウムが形成される。酸化アルミニウムは、アッシングに必要な中性活性種を消滅させる性質がアルミニウムよりも大きいので、アッシングレートを低下させるという問題がある。本発明者等は、図１４に示すアッシング装置を用いて次の条件でアッシングを行った。
【０００６】
その条件は、ガス導入管７からプラズマ発生室２内に酸素（O2）を流量１２３５sccm、水（H2O ）を６５sccmで導入し、また、アッシング室４内の圧力を１．０Torrに減圧し、さらに、振動数２．４５ＧＨｚ、パワー１．４５ｋＷのマイクロ波をマイクロ波導波室１に導入し、しかも、ウェハ載置台６によるシリコンウェハＷの加熱温度を２００℃とした。
【０００７】
また、マイクロ波透過窓３とシャワーヘッド５の距離を２８mm、シャワーヘッド５の厚さを５mm、シャワーヘッド５の孔５ａの直径を２mm、マイクロ波透過窓３とシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mm、シャワーヘッド５の直径を２１０mm、誘電体板の厚さを２０mm、マイクロ波透過窓を３８０mm×３８０mmの矩形状にした。
【０００８】
このような条件で、シャワーヘッド５を新品に交換した後に、シリコンウェハを５００枚用意してレジストをアッシングしたところ、各シリコンウェハについて図１５(a) のようにほぼ均一のアッシングレートが得られた。そして、５００枚のシリコンウェハ上のレジストをアッシングした後に、アッシング装置を２時間放置し、ついで２５枚のシリコンウェハ表面のレジストをアッシングしたところ、図１５(b) に示すようなアッシングレートが得られた。図１５(b) によれば、アッシングを行うたびにアッシングレートが低下していることがわかる。
【０００９】
このようなアッシングレートの低下という問題を解決するために、特開平７−２９８８５号公報においては、アルミニウム製のシャワーヘッドの上面と下面を石英で覆ったり、或いはシャワーヘッドの上面、下面及び孔の内面を石英で覆うことが記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平７−２９８８５号公報で示されているように、アルミニウム製のシャワーヘッドの孔の内周面を石英で覆うことは、アッシングレートの低下を防止するためには効果があるが、そのような構造のシャワーヘッドの製造は難しく、価格が高くなる。
【００１１】
その一方で、シャワープレートの孔からアルミニウム面を露出させると、その孔の中のアルミニウム面が酸化されて中性活性種の一部を消滅させてしまうので、アッシングレートが十分高くならない。
このような欠点を改良したアッシング装置が特開平８−５５６９８号公報に記載されているが、この装置によれば、プラズマを局所的に発生させているので、ウェハの面積を大きくした場合にアッシング分布が不均一になるという不都合がある。
【００１２】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、ウェハの処理枚数に影響せずにアッシングレートを安定させ、さらに口径の大きなウェハ上で均一なアッシングレートの分布を得ることができるアッシング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（手段）
（１）上記した課題は、図１に例示するように、マイクロ波を伝送する導波室１１と、導波室１１からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１２と、導波室１１とプラズマ発生室１２を仕切るマイクロ波透過窓１３と、プラズマ発生室１２でマイクロ波により得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室１４と、アッシング室１４とプラズマ発生室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有するシャワーヘッド１５と、アッシング室１４内でシャワーヘッド１５に対向する面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置台１６とを有するアッシング装置において、
シャワーヘッド１５は、石英板のみからなり、マイクロ波透過窓１３と石英板１５の距離は前記マイクロ波の波長の１／１０以上に設定されていることを特徴とするアッシング装置によって解決する。
【００１４】
前記アッシング装置において、前記マイクロ波透過窓１３は石英又はアルミナからなることを特徴とする。
前記アッシング装置において、前記プラズマ発生室１２の一部は前記石英板１５を支持する導電性壁２０によって区画されており、該導電性壁２０の一部は石英２４で覆われていることを特徴とする。この場合、前記導電性壁２０のうち前記マイクロ波透過窓１３に対向する部分が前記石英２４で覆われていることを特徴とする。
【００１５】
前記アッシング装置において、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置台１６との距離は、前記マイクロ波の波長以下であることを特徴とする。
（２）上記した課題は、図５に例示するように、マイクロ波を伝送する導波室１１と、導波室１１からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１２と、導波室１１とプラズマ発生室１２を仕切るマイクロ波透過窓１３と、プラズマ発生室１２内で得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室１４と、アッシング室１４とプラズマ発生室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有するシャワーヘッド３０と、アッシング室１４内でシャワーヘッド３０に対向する面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置台１６とを有するアッシング装置において、
シャワーヘッド３０は、複数の第１の孔３１ａを有する石英層３１と、第１の孔３１ａに重なり、かつ、第１の孔３１ａよりも大きい第２の孔３２ａを有する金属層３２からなる多層構造を有し、石英層３１は前記マイクロ波透過窓１３に対向し、金属層３２はウェハ載置台１６に対向していることを特徴とするアッシング装置によって解決する。
【００１６】
前記アッシング装置において、図７に例示するように、第２の孔３２ａは、ウェハ載置台１６の方に広がっていることを特徴とする。
【００１７】
前記アッシング装置において、図９に例示するように、金属層３２は、石英層３１の上にスパッタ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層であることを特徴とする。
（３）上記した課題は、図１２に例示するように、マイクロ波を伝送する導波室１１と、導波室１１からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１２と、導波室１１とプラズマ発生室１２を仕切るマイクロ波透過窓１３と、プラズマ発生室１２内でマイクロ波により得られた生成物の流れの下流側にあるアッシング室１４と、アッシング室１４とプラズマ発生室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有するシャワーヘッド３３と、アッシング室１４内でシャワーヘッド３３に対向する面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置台１６とを有するアッシング装置において、
シャワーヘッド３３は、ウェハ載置台１６側に配置される第１のプレート３４と、前記マイクロ波透過窓１３側に配置され且つ該第１のプレート３４に間隔をおいて対向する第２のプレート３６とを有し、第１のプレート３４は、複数の第１の孔を有する第１の石英層と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造を有し、かつ、該金属層は前記ウェハ載置台に対向し、該第１の石英層は第２のプレート３６に対向するように配置され、第２のプレート３６は、複数の第３の孔を有する第２の石英層を有していることを特徴とするアッシング装置によって解決する。
【００１８】
前記アッシング装置において、図５(a) 、図７又は図９に例示するように、前記第２の孔３２ａは、前記第１の孔３１ａと同じかそれよりも大きいことを特徴とする。
前記アッシング装置において、図７に例示するように、前記第２の孔３２ａは、前記ウェハ載置台１６の方向に広がっていることを特徴とする。
【００１９】
前記アッシング装置において、図９に例示するように、前記金属層３２は、前記石英層３１の上にスパッタ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層であることを特徴とする。
（４）上記した（１）〜（３）の前記アッシング装置において、前記マイクロ波導波室１１には誘電体線路１９が置かれていることを特徴とする。
【００２０】
上記した（１）〜（３）の前記アッシング装置において、前記プラズマ発生室１２には酸素含有ガスが導入されることを特徴とする。この場合、前記酸素含有ガスは、酸素と窒素の混合ガス、又は酸素と水の混合ガスであることを特徴とする。
（作用）
次に、本発明の作用について説明する。
【００２１】
第１の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、マイクロ波透過窓と石英板の距離をマイクロ波の波長の１／１０以上に設定している。このような構成を採ると、実験結果から、ウェハのアッシングの処理枚数が増えてもアッシングレートの低下は見られず、しかも、アッシングレートを高く維持できた。
【００２２】
また、プラズマ発生室の一部は、その石英板を支持する導電性壁によって区画されており、導電性壁の一部を石英で覆うようにすると、プラズマ発生室内のプラズマの電位が導電性壁の電位によって安定するので、プラズマから生じる電子、イオンなどによってウェハがダメージを受けることがなくなる。
また、第２の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、複数の第１の孔を有する石英層と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造からシャワーヘッドを構成し、その石英層をマイクロ波透過窓に対向させ、金属層をウェハ載置台に対向させるようにしている。
【００２３】
このため、シャワーヘッドのうちプラズマ発生室内に面する部分にはアルミニウムなどの金属層が露出しないので、金属層の酸化に伴う中性活性種の減少は殆どみられず、安定したアッシングレートを得ることができる。しかも、マイクロ波が遮断され、プラズマ発生室のみでプラズマを発生することができるので、プラズマから発生する電子やイオンによる半導体ウェハのダメージの発生を防止できる。
【００２４】
また、第３の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、石英層と金属層の２層構造の第１のプレートと、石英からなる第２のプレートとを間隔をおいて配置する構造を有するシャワーヘッドを採用し、しかも、その第１のプレートの金属層をウェハ載置台に対向させるとともに、第２のプレートをマイクロ波透過窓に対向させている。
【００２５】
このような構造によれば、実験的に、第１のプレートと第２のプレートの間に密度の高いプラズマが発生してアッシングレートが高くなることがわかった。
【００２６】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態を示すマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置を示す断面図である。
【００２７】
図１に示すアッシング装置は、マイクロ波（μ波）を導入するマイクロ波導波室１１と、そのマイクロ波によってプラズマを発生させるプラズマ発生室１２と、マイクロ波導波室１１とプラズマ発生室１２を仕切る石英製又はアルミナ製のマイクロ波透過窓１３と、プラズマ発生室１２の下に配置されるアッシング室１４とを有している。プラズマ発生室１２は、マイクロ波によってガスを放電させる領域であり、発光室ともいう。
【００２８】
プラズマ発生室１２にはガス導入管１７が接続されており、ガス導入管１７から供給された酸素などのガスをプラズマ発生室１２に供給するように構成されている。プラズマ発生室１２内では、マイクロ波透過窓１３を透過したマイクロ波によって酸素などのプラズマが発生する。
また、プラズマ発生室１２とアッシング室１４の間には、多数の孔１５ａを有する石英からなる円板状のシャワーヘッド１５が配置され、また、そのシャワーヘッド１５とマイクロ波透過窓１３との距離Ｌ0 は、マイクロ波の波長の１０分の１の長さ（１／１０倍）よりも大きくなっている。例えば、振動数２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導波室１１に導入する場合には、その距離Ｌ0 は１２mm以上の大きさとなる。
【００２９】
シャワーヘッド１５は、後述するウェハ載置台１６の上方にあって、接地されたアルミニウム（導電材）よりなるシャワーヘッド支持具２０によって支持されている。そのシャワーヘッド支持具２０は、シャワーヘッド１５の周縁を支持する支持部２１と、支持部２１から上に延びる円筒部２２と、円筒部２２の上端の外側に形成されたフランジ部２３とを有している。そのフランジ部２３は、マイクロ波透過窓１３上面は薄い石英板２４で覆われ、石英板２４とマイクロ波透過窓１３との距離はＬ１となっている。
【００３０】
シャワーヘッド１５は、プラズマ発生室１２内のイオンと電子がアッシング室１４に流れることを防止するとともに、プラズマ発生室１２で生成された中性活性種を均一にウェハＷに供給するために配置されている。そして、シャワーヘッド１５の下方にあるアッシング室１４内には、ヒータ１８を内蔵したウェハ載置台１６が取付けられている。
【００３１】
マイクロ波導波室１１の中には、マイクロ波による電界分布を均一にするためにフッ素樹脂（例えば、商品名テフロン）からなる誘電体板１９が取付けられ、さらにマイクロ波導波室１１にはマイクロ波導波管２５が接続されている。また、プラズマ発生室１２の下方には、特に図示しないが排気機構が設けられており、プラズマ発生室１２及びアッシング室１４内を減圧するように構成されている。
【００３２】
以上のような構造のアッシング装置を用いてシリコンウェハＷ上のレジスト（有機膜）Ｒをアッシングする実験を行った。
その実験では、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２内に酸素（O2）を流量１２３５sccm、水（H2O ）を６５sccmで導入し、また、アッシング室１４内の圧力を１．０Torrに減圧し、さらに、振動数２．４５ＧＨｚ、パワー１．４５ｋＷのマイクロ波をマイクロ波導波室１１に導入し、しかも、ウェハ載置台１６によるシリコンウェハＷの加熱温度を２００℃としている。
【００３３】
このような条件でプラズマ発生室１２で発生する酸素と水のプラズマは、中性活性種のみがシャワーヘッド１５の多数の孔１５ａを通ってアッシング室１４に導入される。その中性活性種には、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）の原子、酸素（O2）及び水（H2O ）などの励起分子が含まれ、さらに、ＯＨ遊離基のような活性種も含まれている。
【００３４】
次に、実験結果の例を以下に説明する。
第１例
図１に示したアッシング装置において、マイクロ波透過窓１３とシャワーヘッド１５の距離を２８mm、シャワーヘッド１５の厚さを５mm、シャワーヘッド１５の孔１５ａの直径を２mm、マイクロ波透過窓１３とシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mm、Ｌ1 を５mm、シャワーヘッド１５の直径を２１０mm、誘電体板１９の厚さを２０mm、マイクロ波透過窓の３８０mm×３８０mmの矩形状にした。
【００３５】
そして、この条件で５００枚の第１のシリコンウェハＷを用いて、それらの上のレジストを全てアッシングした後に、第２のシリコンウェハＷを２５枚用意し、第２のシリコンウェハＷのアッシングレートを調査した。
その結果、レジストのアッシングレートは、図２のようになり、５００枚の第１のシリコンウェハＷをアッシングした後にもかかわらず、２μｍ／min ±１０％のアッシングレートが得られた。
【００３６】
また、フッ素樹脂製の誘電体板１９の厚さを１３mm、距離Ｌ1 を２mm、としたところ、アッシングレート２μｍ／min ±５％と、アッシングの均一性が高くなり、これによりアッシングの制御が容易になる。
さらに、シャワーヘッド１５の直径を１７０mm、フッ素樹脂製の誘電体板１９の厚さを２０mm、距離Ｌ1 を５mm、石英製のマイクロ波透過窓１３の大きさを２９０mm×２９０mmとしたところ、アッシングレートは４μｍ／min ±５％と高くなった。
【００３７】
このようにアッシングレート及びアッシング均一性は、誘電体板１９の厚さ、マイクロ波透過窓１３の大きさ、或いはシャワーヘッド１５の大きさによっても制御が可能である。
第２例
次に、図１に示す装置において、マイクロ波透過窓１３とシャワーヘッド１５の間隔を１２mm、２２mm、２８mmと変化させた、その他の条件を第１例と同じにして、シリコンウェハＷにどの程度のチャージが捕獲されているかを実験した。
【００３８】
シリコンウェハＷのチャージ量はＭＮＯＳ（metal nitride oxide semiconductor)を使用して測定した。この結果、ＭＮＯＳのゲート電極とシリコン基板の間の電圧のシフト量ΔＶfbは、表１に示すようになった。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１によれば、マイクロ波透過窓１３とシャワーヘッド１５との間隔が広いほどΔＶfbが小さくなり、１２mmよりも大きくなるとΔＶfbは零となった。さらに、マイクロ波透過窓１３を通るマイクロ波の波長を約１２cmとしたので、ΔＶfbを零とするためにはマイクロ波の波長の１０分の１以上とするのが好ましいことがわかった。
【００４１】
第３例
プラズマ発生室１２に導入するガスとして、酸素（O2）と窒素（N2）を用い、酸素ガス流量を１３５０sccm、窒素ガス流量を１５０sccmとし、その他の条件は第１例と同じにした。そして、新しいシャワーヘッド１５を支持部に取付けてから５００枚のシリコンウェハＷを処理した後に、シリコンウェハＷ上のレジストＲのアッシングを２５枚行ったところ、アッシングレートは図３に示すようになり、１．４μｍ／min ±１０％となってアッシングレートの低下は見られなかった。
【００４２】
しかも、ＭＮＯＳを用いてチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、アッシングによるシリコンウェハＷでのチャージがないということがわかった。さらに、アッシングレートの温度依存性を調査し、活性化エネルギーを求めたところ、０．５eVとなり、中性活性種が主体のアッシングであることがわかった。ところで、これら３つの例で示した実験の他に、図４に示すように、シャワーヘッド支持具２０の円筒部２２の内側壁を石英２４ａで覆うことによってプラズマ発生室１２でのアルミニウム面の露出面積比を５％以下にしたところ、アッシングレートは２．５μｍ／min と高くなるものの、ＭＮＯＳを用いてシリコンウェハＷのチャージ量を調べたところ、ΔＶfbが＋２Ｖとなった。
【００４３】
したがって、プラズマ発生室１２内でのアルミニウム面の殆どを石英で覆うと、プラズマが不安定になってプラズマがシャワーヘッド１５か下方に洩れて電子、イオンがウェハＷに到達するためと考えられる。これに対して、シャワーヘッド支持具２０の円筒部２２の内側壁のアルミニウム面を１０％露出させると、そのアルミニウム面の導電性によってプラズマの電位が安定してプラズマがプラズマ発生室１２内だけで発生し、外部へ電子やイオンが外部に洩れにくくなる。
【００４４】
ところで、プラズマによって生成された中性活性種は、シャワーヘッド１５の面に対して垂直方向に進むのが主であるので、プラズマ発生室１２内でのアルミニウムを露出させる領域は図１に示したように円筒部２２側方にした方が、導電性壁にあたるアルミニウム部分での中性活性種の消滅が抑えられ、アッシングレートを高くすることができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、石英製円板状のシャワーヘッドの複数個の孔の側壁で荷電粒子を衝突させて、ウェハにプラズマが到達しないようにしている。従って、その孔の口径が大きかったり、厚みが足りなかったりすると、荷電粒子の衝突確率が小さくなるため、プラズマがウェハに到達し易くなる。
さらに、本発明は誘電体板（誘電体線路）を用いたアッシング装置について述べたが、他のアッシング装置への適用は可能である。また、本発明は、上記した他の酸素原子含有ガスを用いても同様な作用効果が得られる。
（第２の実施の形態）
第１実施形態では、半導体ウェハ上にチャージが照射されず、しかもシャワーヘッドの使用時間によってアッシングレートが殆ど変化しないような、マイクロ波透過窓とシャワーヘッドの距離について説明した。
【００４６】
本実施形態では、さらに別な方法によって、アッシングの際に半導体ウェハに電子やイオンが照射されることを防止して、半導体ウェハが受けるダメージを低減することについて説明する。
図５(a) は、本発明の第２実施形態に使用するマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置を示す断面図であり、シャワーヘッド３０の構成を除いて図１とほぼ同様な構造を有している。
【００４７】
そのシャワーヘッド３０は、図５(b) に示すような断面図構造を有する円板状のプレートからなり、厚さ５mmの石英板３１と厚さ２mmのアルミニウム層３２を張り合わせた二層構造を有し、そのうちのアルミニウム層３２は、ウェハ載置台１６に対向するようにシャワーヘッド支持具２０に支持されている。
その石英板３１とアルミニウム層３２にはそれぞれ重なるような孔３１ａ，３２ａが複数個形成されている。石英板３１の孔３１ａの直径は２mmであり、アルミニウム層３２の１つの孔３２ａの直径の平均は石英板３１の孔３１ａと同じか大きくなっている。
【００４８】
なお、図５(a) において、図１と同じ符号は同じ要素を示している。
以上のような構成のアッシング装置を用いて次の条件でシリコンウェハＷ上のレジストＲをアッシングしたところ、次のような結果が得られた。
第１例
まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入する酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波長を第を第１実施形態の第１例と同じに設定する。また、シャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過窓１３との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mmに設定する。
【００４９】
そして、図５(b) に示すように、アルミニウム層３２の孔３２ａの断面形状を四角にし、その孔３２ａの直径を３mmとした新しいシャワーヘッド３０を使用して５００枚のシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順次アッシングした。その後に、試料として２５枚の８インチのシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順にアッシングしたところ、図６のようなアッシングレートと処理枚数の関係が得られた。
【００５０】
図６の実験結果によれば、処理済みの枚数が増えてもアッシングレートが２．１μｍ／min ±８％とほぼ一定になった。しかも、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシングレートの分布を測定したところ、±７％程度と誤差が小さかった。
さらに、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわかる。
【００５１】
このようにシリコンウェハＷ側のダメージが少ないのは、図５(a) 、(b) に示すようにシャワーヘッド３０を構成する石英板３１をプラズマ発生室１２に向け、アルミニウム層３１をシリコンウェハＷに対向させるとともに、アルミニウム層３２の孔３２ａを石英板３１の孔３１ａよりも大きくしたからである。即ち、プラズマ発生室１２で生成された中性活性種は、石英板３１に当たっても減少しにくいので、多くの中性活性種は、シャワープヘッド３０の孔３１ａ、３２ａから下方に放出される。また、アルミニウム層３２の孔３２ａは石英板３１の孔３１ａよりも大きいので、石英板３１の孔３１ａから出た中性活性種はアルミニウム層３２に照射する確率は少なくなり、アルミニウム層３２が酸化されたとしても中性活性種が減りにくい。
【００５２】
また、アルミニウム層３２は接地されているので、マイクロ波導入室１１から伝達されるマイクロ波がアルミニウム層３２によって遮られてシャワーヘッド３０よりも下流側に広がることはなく、シャワーヘッド３０より下流でのプラズマの発生が防止される。その下流でプラズマが発生すると、プラズマからの電子やイオンがシリコンウェハＷに照射しやすくなってダメージを与える原因になる。
【００５３】
第２例
まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入する酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波長を第１実施形態の第１例と同じに設定する。また、シャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過窓１３との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離を６５mmに設定する。
【００５４】
また、図７に示すように、アルミニウム層３２の孔３２ｂの断面形状を逆台形にして石英板３１側の直径を２mm、その逆側の直径を３mmとした新しいシャワーヘッド３０を使用する。そして、５００枚のシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順次アッシングした。その後に、試料として２５枚の８インチのシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順にアッシングしたところ、図８に示すように、処理済みの枚数が増えてもアッシングレートが落ちる現象はみれず、２．０μｍ／min ±７％とほぼ一定になった。
【００５５】
しかも、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシングレートの分布を測定したところ、±７％程度と誤差が小さかった。
さらに、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成し、アッシングによるチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわかる。
【００５６】
この第２例においては、石英板３１の孔３１ａから中性活性種が放出される場合には、扇形に広がって放出されるので、アルミニウム層３２の孔３２ｂの断面を逆台形にすると、第１例と同様に、中性活性種はほとんどアルミニウム層３２にかからないのでアルミニウム層３２の酸化による中性活性種の消滅が生じにくくなる。
【００５７】
また、シャワーヘッド３０のうちプラズマ発生室１２に面しない側にアルミニウム層３２を形成し、これを接地しているので、第１例と同様に、シャワーヘッド３０の下流側へのマイクロ波の伝達がアルミニウム層３２によって遮られるので、プラズマ発生室１２よりも下流側でのプラズマの発生が防止される。
第３例
まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入する酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波長を第１実施形態の第１例と同じに設定する。また、シャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過窓１３との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mmに設定する。
【００５８】
また、図９に示すように、シャワーヘッド３０のうち石英板３１の厚さを５mmとし、その上に形成されるアルミニウム層３２をスパッタ法又は蒸着により１μｍの厚さに形成した。そして、アルミニウム層３２の孔３２ｃを石英板３１の孔３１ａと同じ大きさにした新たなシャワーヘッド３０を支持具２０に取り付ける。そして、５００枚のシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順にアッシングした。その後に、試料として２５枚の８インチのシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順にアッシングしたところ、図１０に示すように、処理済みのシリコンウェハＷの枚数が増えてもアッシングレートが落ちてゆく現象はみれず、２．４μｍ／min ±１０％とほぼ一定になった。  しかも、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシングレートの分布を測定したところ、±９％程度と分布誤差が小さかった。
【００５９】
さらに、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわかる。
石英板３１の孔３１ａから中性活性種が放出される場合には、扇形に広がって放出されるので、アルミニウム層３２を数μｍの厚さにすると、第１例と同様に、中性活性種はほとんどアルミニウム層３１に接触しないのでアルミニウム層３１の酸化による中性活性種の消滅が生じにくくなる。
【００６０】
また、シャワーヘッド３０のうちプラズマ発生室１２に面しない側にアルミニウム層３２を形成し、これを接地しているので、第１例と同様に、マイクロ波の下流側への伝達がアルミニウム層３２によって遮られるので、プラズマ発生室１２よりも下流側でプラズマが発生しなくなる。
第４例
プラズマ発生室１２に導入するガスとして、酸素（O2）と窒素（N2）を用い、酸素ガス流量を１３５０sccm、窒素ガス流量を１５０sccmとし、その他の条件は第１例と同じにした。
【００６１】
そして、シャワーヘッド３０として第１例と同じものを新たに支持具に取り付けた後に、５００枚のシリコンウェハを処理し、ついで、２５枚のシリコンウェハＷ上のレジストＲを順にアッシングしたところ、アッシングレートは図１１に示すようになり、ウェハ処理枚数が加算されても１．５μｍ／min ±１０％となってアッシングレートの低下は見られなかった。
【００６２】
また、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわかる。さらに、アッシングレートの温度依存性を調査し、活性化エネルギーを求めると０．５ｅＶとなり中性活性種が主体のエッチングがなされていることが確かめられた。
【００６３】
本実施形態は誘電体板（誘電体線路）を用いたアッシング装置について述べたが、他のアッシング装置への適用は可能である。また、本発明は、上記した他の酸素原子含有ガスを用いても同様な作用効果が得られる。
（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に使用するマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置を示す断面図であり、シャワーヘッドの構成を除いて図１とほぼ同様な構造を有している。図１２において図１と同じ符号は同じ要素を示している。
【００６４】
図１２に示すアッシング装置のシャワーヘッド３３は、下側のシャワープレート３４と上側のシャワープレート３６がスペーサ３５を介してシャワーヘッド支持具２０に取付けられている。
上側のシャワープレート３６は、厚さ５mmの石英板から形成され、直径２mmの孔が多数形成されている。また、下側のシャワープレート３４は、図５(b) 、図７又は図９に示したと同じ構造を有し、厚さ５mmの石英板と厚さ２mmのアルミニウム層の二層構造を有しており、その石英板には直径２mmの孔が形成され、アルミニウム層には石英板の孔に重なる直径３mmの孔が形成されている。
【００６５】
また、マイクロ波透過窓１３と上側のシャワープレート３６の距離は６mm、上側と下側のシャワープレート３４、３６の距離は４mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 は６５mmとなっている。
そして、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に酸素を１２３５sccm、水蒸気を６５sccmの流量で導入するとともに、パワー１．４５ｋＷのマイクロ波をプラズマ発生室１２内に伝達してプラズマ発生室１２内に酸素と水のプラズマを発生させる。また、アッシング室１４内を１．０Torrに減圧し、ウェハ加熱温度を２００℃とする。
【００６６】
このような条件でシリコンウェハＷ上のレジストＲをアッシングすると、プラズマ発生室１２内で発生した中性活性種が下側のシャワープレート３４の孔を通ってシリコンウェハＷに供給され、シリコンウェハＷ上のレジストＲは、中性活性種によってアッシングされることになる。
ところで、上記したように２枚のプレート３４、３６からなるシャワーヘッド３３を構成したところ、プレート３４、３６間の空間でプラズマが強く且つ均一分布で発光して図１３に示すような高いアッシングレートが得られた。
【００６７】
そして、上側と下側のシャワープレート３４、３６の新たなものを支持具２０に取り付けた後に、５００枚のシリコンウェハを処理し、ついで、２５枚のシリコンウェハＷ上のレジストＲを順にアッシングしたところ、図１３に示すようなアッシングレートが得られた。アッシングレートは、２．８μｍ／min ±１２％となって処理枚数によるアッシングレートの低下は見られなかった。
【００６８】
また、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわかる。さらに、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシングレートの分布を測定したところ、±１０％程度と分布に均一性が得られた。
なお、シャワーヘッドを構成するプレートは、上記したように２枚に限るものではなく、３枚以上、間隔をおいて重ねる構造を採用してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように第１の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、マイクロ波透過窓と石英板の距離をマイクロ波の波長の１／１０以上に設定したので、ウェハのアッシングの処理枚数が増えてもアッシングレートの低下は見られず、しかも、アッシングレートを高く維持できた。
【００７０】
また、プラズマ発生室の一部は、その石英板を支持する導電性壁によって区画されており、導電性壁の一部を石英で覆うようにすると、プラズマ発生室内のプラズマの電位が導電性壁の電位によって安定するので、プラズマから生じる電子、イオンなどによってウェハがダメージを受けることを防止できる。
また、第２の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、複数の第１の孔を有する石英層と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造からシャワーヘッドを構成し、その石英層をマイクロ波透過窓に対向させ、金属層をウェハ載置台に対向させたので、シャワーヘッドのうちプラズマ発生室内に面する部分にはアルミニウムなどの金属層が露出しないので、金属層の酸化に伴う中性活性種の減少は殆どみられず、安定したアッシングレートを得ることができる。しかも、金属層によってプラズマがアッシング室に広がることが防止されるので、プラズマから発生する電子やイオンによる半導体ウェハのダメージの発生を防止できる。
【００７１】
また、第３の本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、石英層と金属層の２層構造の第１のプレートと、石英からなる第２のプレートとを間隔をおいて配置する構造を有するシャワーヘッドを採用し、しかも、その第１のプレートの金属層をウェハ載置台に対向させるとともに、第２のプレートをマイクロ波透過窓に対向させたので、第１のプレートと第２のプレートの間に密度の高いプラズマを発生させてアッシングレートを高くできた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のアッシング装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態のアッシング装置によるアッシングレートと処理枚数の関係を示す図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態のアッシング装置によるアッシングレートと処理枚数の関係を示す図（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態のアッシング装置の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態のアッシング装置と第２のシャワーヘッドを示す断面図である。
【図６】図５に示した第２のシャワーヘッドを使用した場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態のアッシング装置に使用する第２のシャワーヘッドを示す断面図である。
【図８】図７に示した第２のシャワーヘッドを使用した場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態のアッシング装置に使用する第３のシャワーヘッドを示す断面図である。
【図１０】図９に示した第３のシャワーヘッドを使用した場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態のアッシング装置において酸素と窒素のプラズマを使用した場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態のアッシング装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態のアッシング装置によるアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【図１４】従来のアッシング装置を示す断面図である。
【図１５】従来のアッシング装置によるアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１１    マイクロ波導波室
１２    プラズマ発生室
１３    マイクロ波透過窓
１４    アッシング室
１５    シャワーヘッド
１６    ウェハ載置台
１７    ガス導入管
１８    ヒータ
１９    誘電体板
２０    支持具
３０、３３    シャワーヘッド
３１    石英板
３２    アルミニウム層
【図１】
0003966932.tif 000003
【図２】
0003966932.tif 000004
【図３】
0003966932.tif 000005
【図４】
0003966932.tif 000006
【図５】
0003966932.tif 000007
【図６】
0003966932.tif 000008
【図７】
0003966932.tif 000009
【図８】
0003966932.tif 000010
【図９】
0003966932.tif 000011
【図１０】
0003966932.tif 000012
【図１１】
0003966932.tif 000013
【図１２】
0003966932.tif 000014
【図１３】
0003966932.tif 000015
【図１４】
0003966932.tif 000016
【図１５】
0003966932.tif 000017