(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマジェットシステムを用い、
プラズマ形成ガスによって生成されるプラズマ領域に反応ガスを通過させ、
前記プラズマ領域に前記反応ガスを通過させることにより高エネルギー及び高密度のラジカルを生成し、
半導体装置表面を前記プラズマ領域から離間して設け、
前記ラジカルを半導体装置表面に到達させてエッチング後のフォトレジスト物質を半導体装置表面から除去するフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項２】
前記ラジカルは、
酸素ラジカルを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項３】
前記半導体装置表面の温度は、
１００〜３００℃であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項４】
前記半導体装置表面は、
半導体ウェーハの前面であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項５】
前記半導体ウェーハは、
均一な除去作用を得るために前記半導体装置表面の平面に対して垂直した中心軸に対して秒当たり１０〜１５の回転数で回転することを特徴とする請求項４に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項６】
多数の前記ウェーハは、
皿状に配列されて前記皿状の平面の周りで回転し、各ウェーハは前記皿状の平面の周りで回転するに伴い前記ラジカルの除去作用に順次に露出されることを特徴とする請求項５に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項７】
前記反応ガスは、
ノズルを通じて導入されることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【請求項８】
前記ノズルと前記プラズマとの距離は、
５〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のフォトレジスト物質の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の表面から残留物質を除去する分野に係り、特に、半導体装置の表面からイオン注入工程またはプラズマにより損傷されたフォトレジスト物質及び金属含有ポリマー物質を除去する分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入工程またはプラズマにより損傷されたフォトレジストの特性最新のフォトリソグラフィ技術は、パターニングまたはイオン注入工程に用いられる各種のマスクパターンを形成するのに広く採用されている。図４を参照すれば、図４は、ウェーハ上にフォトレジスト物質が用意される一連の過程を概略的に示したものである。フォトリソグラフィ技術では、まず、フォトレジスト物質などがウェーハ上にコーティングされ、光に露出かつ現像されてフォトレジストパターンが形成され、次に、これらのフォトレジストパターンをマスクとしてパターニングエッチングまたはイオン注入工程が行われる。この後、残留フォトレジスト物質は以降に行われる工程のために除去されなければならない。
【０００３】
残念ながら、残留フォトレジスト物質は、初期にコーティングされたフォトレジスト物質の構造及び特性とは異なる化学的な構造及び特性を有する傾向を示す。これらの差異点は、残留フォトレジスト物質を除去し難くする。
【０００４】
Ｎ-ウェルまたはＰ-ウェルイオン注入工程の場合、マスクとして用いられるフォトレジストはイオン注入工程により損傷されて表面に硬化された表面層が形成される。このように硬化された表面層は多量の炭素を含有しているか、あるいは低濃度の水素と架橋ポリマーを含有している。図５及び図６は、フォトレジスト残留物の硬化された表面層を表わす。
【０００５】
これらの層を通常の酸素に基づくアッシング工程を用いて除去することは極めて難しい。代わりに、これらの層を除去する分野では、硫酸を用いる湿式処理や、イオン衝突現象を用いる多重段階乾式洗浄などが広く採用されてきた。湿式処理の短所は、シリコン基板の食い入りを引き起こす傾向があるという点である。多重段階乾式洗浄の短所は、複雑であり、長時間かかるほか、コストが高いという点である。
【０００６】
このため、簡単に、安価に、そして効率よく残留フォトレジスト物質を除去する方法が望まれている。
【０００７】
ビアエッチングにより誘起されるポリマーの特性
下部及び上部金属層（例えば、アルミニウム層）を連結するためにビアコンタクトホールを金属層間絶縁（ＩＭＤ：Inter Metal Dielectric）物質に形成する時、ビアエッチングにより誘起され、また、金属を含有する硬いポリマー物質が、オーバーエッチング中にスパッタリングの特性によりビアコンタクトホールの側壁に沿ってコーティングされる。これらのポリマー物質は、金属配線層から誘導される金属を含有するだけではなく、ビアエッチングガスの構成物から誘導されるフッ素（Ｆ）を一般的に含有する。このようなポリマーの化学組成は、一般に、ＭＣxＦyＯzで表示でき、この時、Ｍはアルミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）などの金属原子を表わし、ｘ、ｙ及びｚは０、１、２、または３などを表わす。
【０００８】
ポリマーを除去する能力を強化するための努力として、フッ素含有ガスを提供する方案が提示されている。それにも拘わらず、フッ素含有ガスの使用は環境的な見地からは望ましい解決策にならない。さらに、フッ素の反応を制御して制限したり、あるいは抑制したりすることは難しい。しかも、フッ素含有ガスは、半導体装置において下部に存在する酸化物に対する望ましくない侵害と両立したり、あるいは相反する工程を考慮する時、完璧に取り入れられたり、あるいは望ましい解決法を提供できない。
【０００９】
プラズマ工程システム
プラズマは、表面上に各種の物質を蒸着したり、あるいは表面上に形成された各種の物質をエッチングするのに広く用いられてきた。例えば、ロシア特許第２，０３２，２８１号明細書（１９９５年３月２７日付け）及び第２，０７５，１３５号（１９９５年１月１３日付け）（ＰＣＴ国際出願 ＷＯ９６／２１９４３号）（発明者：O.V.Siniaguine及びI.M.tokmulin）にプラズマ工程システムの使用が開示されており、これらの参照文献は参照としてそのままここに反映される。
【００１０】
ロシア特許第２，０３２，２８１号明細書に開示されるシステムでは、２つまたは４つの電極部品がプラズマ運搬ガスのジェットを放出する。これらのジェットは電流を運搬し、ジェットの方向はこのような電流及びシステムにより生じる磁場との相互作用による力により制御される。図１及び図２は、２つのトーチを採用する典型的な大気圧プラズマジェットシステムを示したものである。
【００１１】
ロシア特許第２，０７５，１３５号明細書に開示されたプラズマジェットシステムは、プラズマジェット発生器、ガス供給手段、及び閉鎖されたチャンバー内で処理されるウェーハのための一連のホルダーを有する。
【００１２】
ホルダーは、水平プラットホームの形をなして配列され、水平プラットホームの幾何学的な中心を垂直に貫通する軸を中心として回転する。また、各ホルダーは、各ホルダー平面の幾何学的な中心を垂直に貫通する各々の軸に対して回転するように製作される。図３は、このような二重回転の配列を示した概略図である。プラズマジェットは、ウェーハホルダーの水平プラットホームの下方から上方にウェーハホルダーの水平プラットホームに向かうことになる。ウェーハホルダーからウェーハを回収してウェーハを貯蔵する貯蔵装置に伝達するマニピュレータやハンドラーがウェーハホルダーに連結されて設けられる。
【００１３】
稼動において、ウェーハはマニピュレータまたはハンドラーにより貯蔵装置から選択されてチャンバの内部のウェーハホルダーに装着される。マニピュレータはチャンバから離脱され、チャンバは閉鎖される。ホルダーはその軸に対して回転し、このため、ウェーハホルダーの各ウェーハはプラズマジェットの作用に露出される。水平プラットホームの形に一連のホルダーが装着される場合、プラズマジェットに各ウェーハが均一に露出されるために、全体のプラットホームもその幾何学的な中心に対して回転することになる。処理後に、処理されたウェーハはマニピュレータまたはハンドラーによりウェーハホルダーから離脱され、マニピュレータまたはハンドラーにより新しいウェーハのバッチがプラズマジェットによる処理のためにウェーハホルダーに装着される。
【００１４】
また、プラズマ発生物質及びこのような物質のプラズマ工程は米国特許第５，７６７，６２７号明細書（発明者：O.V.Siniaguine）にも開示されており、これはまた参照としてそのままここに反映される。この参照文献は、プラズマを生じる一対の電極部品を有するプラズマ発生器を開示し、第１プラズマの流れを第１方向に移動させて第２プラズマの流れに向かわせたり、あるいは第２プラズマの流れから離脱させるための第１磁場を生じる第１磁場発生器を開示し、第１及び第２プラズマの流れを前記した第１方向を横切る方向に移動させるための第２磁場発生器を開示しており、ここで、磁場は互いに独立的に制御される。
【００１５】
酸化またはフッ化された金属、例えば、Ａｌ-ＯまたはＡｌ-Ｆを含むポリマーは化学的に極めて安定しているため、このような形のポリマー物質は、酸素Ｏ2に基づく技術のように、従来のアッシング技術を用いては完全に除去し切れない。従来の酸素に基づく低圧力のＲＦプラズマアッシングの場合、プラズマジェットシステムに比べて長いイオンの自由行路のためにより多くのイオンがウェーハの表面に生き残って到達でき、これにより、装置に電荷蓄積損傷が引き起こされる。さらに、前述したように、ポリマーを完全に除去するためには、ＣＦ4などのフッ素を含有するガスを導入しなければならないが、このような導入は、前述したような工程の適合性の問題及び環境的な問題の観点から望ましい解決策にならない。
【００１６】
前述したように、そして、図７に示されたように、イオン注入工程またはプラズマにより損傷されたフォトレジスト残留物は、初期にコーティングされたフォトレジスト物質と比較して異なる化学的な構造及び特性を有する硬化された表面コーティング層を有する。図５及び図６に示されたように、硬化された表面コーティング層は相異なる化学的な組成を有する多重層でありうる。多量の炭素含有特性及び低レベルの水素含有特性を有する炭化されたり、あるいはグラファイトされた層と、金属がドーピングされ、不純物及びドーズ酸化物の化合物残留物を含有し、３次元ネットワークの構造を有する架橋ポリマーの炭化された層とが形成される。前述した炭化された層は硬くて割れ易い特性を有する。従来の技術で分かるように、硬化された層は従来のプラズマアッシングにより容易に除去されない。
【００１７】
フォトレジスト残留物または完全にアッシングされていない残留物はパーチクルソースとして作用したり、あるいは各種の電気的な特性に影響を及ぼす恐れがある。このため、イオン注入工程やプラズマエッチング中に形成される硬化された表面層を有するフォトレジスト残留物の完全な除去は、信頼性のある半導体装置及びこれに関わったり、あるいは類似した製品の製造において重要である。
【００１８】
図９及び図１０は、ビアエッチングが完了した後の硬化ポリマーを示している。金属成分を含む硬化されたポリマーは、ウェーハ表面の全体に亘って形成される。図９及び図１０は、数百Åの厚さのポリマー物質がビアの側壁に沿って存在することを示している。
【００１９】
図１１及び図１２に示されたように、ビアホールの側壁に沿って存在するこのポリマー物質の相当の部分は、従来のフォトレジストアッシングが行われた後にも残存する。この種のポリマー物質は、一般に極めて低い蒸気圧を有し、その除去が極めて難しい。残留するポリマー物質はコンタクト抵抗に影響を及ぼし、これにより、装置の作動に関わる深刻な信頼性の問題を引き起こす。このため、ビアホールのエッチング中に形成される硬化されたポリマー物質の完璧な除去は、信頼性のある半導体装置を製造する上で極めて重要である。
【００２０】
表面から物質をエッチングするのにプラズマ発生システムが用いられてきているにも拘わらず、従来の技術のプラズマシステムはいずれも、半導体装置の表面から金属-含有ポリマーのフォトレジスト物質を満足のいくほど完全に除去し切れない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題は、プレート、シート、ウェーハ、基板、印刷回路基板、コンパクトディスク及び他の製品を含む類似した物質の他の形の表面だけではなく、特に、半導体装置の表面から金属-含有ポリマーのフォトレジスト物質を完璧に除去するより満足のいく方法を提供するところにある。
【００２２】
前記目的を達成するために、本願発明は、プラズマジェットシステムを用い、
プラズマ形成ガスによって生成されるプラズマ領域に反応ガスを通過させ、
前記プラズマ領域に前記反応ガスを通過させることにより高エネルギー及び高密度のラジカルを生成し、
半導体装置表面を前記プラズマ領域から離間して設け、
前記ラジカルを半導体装置表面に到達させてエッチング後のフォトレジスト物質を半導体装置表面から除去することを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施例をより具体的に説明する。本発明は各種の他の形態及び応用に具体化でき、本発明が後述する実施例を限定することはない。むしろ、本発明の実施例は、本発明の開示をより完全に、しかもより完璧にし、本発明の開示が当業界において通常の知識を有した者に本発明の範囲を全体的に伝達するために提供されるものである。ある層が他の層または基板の“上”にあると記載される場合に、前記ある層は前記他の層または基板に直接的に接触して存在でき、あるいはそれらの間に第３の層が介在できる。
【００２６】
本発明の望ましい実施例は、ビアエッチングで誘起されるポリマー、特に、エッチング後の金属-含有ポリマー残留物及びイオン注入工程により損傷されたフォトレジストを除去する改善された新しい方法に関する。本発明は少なくとも一つのプラズマジェットを採用するあるプラズマ発生システムを用いて行える。本発明は、金属-含有ポリマーのフォトレジスト物質及びイオン注入工程により損傷されたフォトレジスト物質を表面から除去するに当たって、プラズマ発生システムを用いる新しい接近方法を提示する。発明者による本発明の核心は、酸素Ｏ2などの反応ガスが大気圧ダウンストリームプラズマジェットを通過する時、酸素Ｏ2などの反応ガスが相対的に高密度にて生じるという点である。
【００２７】
また、本発明はフォトレジストアッシングの改善された方法に係り、ここで、酸素ラジカルのエネルギーがＣ-ＨまたはＣ-Ｃ結合エネルギーよりもはるかに高い必要はない。低い活性エネルギーでも、ＣxＨy+２０→ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、そして、Ｃ-Ｈ+２０→ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、及びＣ-Ｃ+２０→ＣＯ、ＣＯ2などの自発的な反応が起こってフォトレジスト物質を除去できる。それにも拘わらず、硬化されたフォトレジスト残留物を除去するために、Ｃ=Ｃ+２０→ＣＯ、ＣＯ2 などの方式により炭化された層及びドーピングされ、かつ炭化された層の架橋構造での高い濃度のＣ=ＣをＣＯまたはＣＯ2に破るが、一般的なフォトレジストを除去するのに要求されるエネルギーレベルを超える追加の活性エネルギーが要求される。このような追加のエネルギーは、酸素が大気圧ダウンストリームプラズマジェットシステムを通過する時に提供される高密度及び高温の酸素ラジカルにより提供される。
【００２８】
プラズマ発生システムにおいて、"ダウンストリームプラズマジェット“または”ダウンストリームゾーンまたは領域"は、電子、イオン及び、分子及び原子などを含む中性粒子を含むプラズマ種の密度が下がり、表面に対するプラズマの帯電された粒子の有害な、あるいは破壊的な効果が最小化する領域を意味する。前記した“最小化する”ということは、イオン反応及び結果的な表面損傷の水準が表面の機能を阻害しない程度であることを意味する。換言すれば、“最小化”した有害は、大したものではなく、半導体装置を作動させない程度の損傷を意味する。
【００２９】
プラズマ加熱と帯電された粒子が生じるプラズマソース領域から生じるプラズマ種は、プラズマ領域から、減少されたプラズマ密度をもって表面に対するプラズマ内の帯電された粒子の有害な、あるいは破壊的な効果を最小化したり、あるいはほとんど問題にならないダウンストリーム領域に拡散により移動する。本発明の発明者は、ダウンストリームプラズマジェットまたはダウンストリームゾーンまたは領域で高エネルギー及び高密度のラジカルを生じて 除去されるフォトレジスト物質を有する表面をこれらのラジカルに露出させて、イオン注入工程により損傷されたフォトレジスト物質だけではなく、金属-含有ポリマー物質を表面、特に、半導体装置の表面から除去する新しい方法を開発した。
【００３０】
次に、図１を参照すれば、図１は、ウェーハを処理するのに採用された公知の大気圧プラズマジェットシステムの概略図である。図２を参照すれば、図２は、２つのトーチトーチを有するプラズマ発生システムを概略的に示したものである。ここで、カソード１は一つの第１トーチに設けられ、アノード２はもう一つの第２トーチに連結される。図２には、カソード１、アノード２、フレーム３、ダイアフラム４、エミッタ５、保護ガス６、アルゴン（Ａｒ）などのプラズマ形成ガス７、ＤＣパワー供給器８、電気的アーク９、電流ジェット１０、プラズマ領域１１、拡散領域１２、磁気伝導体を備えたソレノイド１３、反応ガスノズル１４及びモニタリングシステム１５などが示されている。もちろん、プラズマジェットシステムはチャンバにより閉鎖されていると理解できる。
【００３１】
本発明の実施例によりプラズマを生じるために、不活性ガス７が２つのトーチ電極に注入される。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウムまたは窒素とヘリウムとの混合ガスを利用できる。
【００３２】
反応ガスは硬化されたポリマーを除去する作用をし、２つのトーチ電極間に位置する反応ガスノズル１４を通じて注入される。反応ガスは酸素Ｏ2でありうる。反応ガスはプラズマゾーンまたは領域１１を通過して高エネルギー及び高密度のラジカルを生じる。プラズマの位置を制御するために、約１０ガウス以下の磁場がソレノイドコイルを通じて２つの電極に印加される。
【００３３】
一方、図１に示されたように、ウェーハは上面が下方に向かい、プラズマ発生器の下方から上方に向かうプラズマジェットに対向する形に提供される。工程均一度を強化するために、ウェーハホルダーは主軸の周りに、太陽の周りに地球が回転するように回転する。
【００３４】
前述した従来のアッシングとは異なって、大気圧ダウンストリームプラズマジェットシステムは相対的に短いイオン寿命を許容し、これは、より頻繁な中化を招くより短いイオンの平均自由行路によってより少ないイオンをウェーハに到達させるため、電荷蓄積による損傷を低減する結果を誘導する。本発明で用いられるこれらのプラズマジェットシステムは、プラズマゾーン１１を通過する酸素Ｏ2などの反応ガスの導入により高密度ラジカルを生じ、これは高い解離速度を実現する。換言すれば、酸素Ｏ2などの反応ガスは、反応ガスノズル１４から導入されてプラズマゾーン１１を通過して、高密度及び高エネルギーの酸素ラジカルの形にウェーハに達する。したがって、本発明の実施例によるプラズマジェットシステムは、従来のアッシング装置とは異なって、実質的にチャージアップの損傷を受けない。
【００３５】
単一トーチシステムの場合、プラズマ形成ガス及び反応ガスは同一の方向に単一トーチ電極から注入される。加えて、酸素ラジカルの相対的に高い熱的なフラックスがこのような大気圧ダウンストリームプラズマジェットシステムから得られる。すなわち、本発明の酸素ラジカルは高い運動学的な、または熱的なエネルギーを有し、工程がシステムのダウンストリーム領域でラジカルにより行われる。このように、ラジカルの高温及び中性性質により、ポリマー物質は深刻な電荷蓄積の問題を起こせずより容易に解離できる状態またはより容易に溶解できる状態に変わる。このような作用中に、システムのパワーはラジカルがプラズマ領域を通過する時にラジカルの温度が冷却し過ぎない程度に適切に調節されなければならない。
【００３６】
一方、図３を参照すれば、図３は、プラズマジェットシステムにおけるホルダーのトレーの二重回転整列を示したものである。図３には、ウェーハ１、ラジカルによる化学反応領域２、ラジカルの拡散領域３、イオン再結合領域４、プラズマ領域５、プラズマジェット発生器６及び反応ガスノズル７が示されている。ウェーハ１は回転１の運動及び回転２の運動、すなわち、走査運動を共にする。
【００３７】
本発明の実施例によるビアポリマーアッシングに対する工程変数及びこれに関わる数値の範囲は、下記の通りである。
●ウェーハ温度：１００-３００℃
●Ａｒの流速：０．５-１λ／分
●ウェーハとトーチとの距離：１００-２００ｍｍ
●最小プラズマ発生ＤＣパワー：５-１５ｋＷ
●磁場：１３ガウス
●ウェーハ回転速度：１０-１５回転数／秒
●ノズルとプラズマとの距離：１０-１５ｍｍ
●Ｏ2の流速：プラズマ発生パワーにより１-５λ／分
表１は、本発明の実施例による望ましい工程変数を要約して示したものである。
【００３８】
【表１】
0004084020.tif 000002
【００３９】
望ましい一実施例の工程手順
試片テストウェーハは、図８に示されたように用意される。
（１）まず、５，０００Åの厚さを有するアルミニウム金属層を蒸着する。
（２）１００Åのチタン（Ｔｉ）及び３５０Åの窒化チタン（ＴｉＮ）を順次蒸着する。
（３）８，８００Åの層間絶縁物質（例えば、２，０００ÅのＴＥＯＳ層、３，８００ÅのＦＯＸ層、３，０００ÅのＴＥＯＳ層）を蒸着する。
（４）フォトレジストマスク及びＦ系のエッチング機構を用いて層間絶縁物質を除去してビアコンタクトホールを形成する。実際のビアエッチング工程を行う時、上部及び下部金属層間の連結特性を強化するために、下部アルミニウム金属層をある程度エッチングする。
【００４０】
このように、ビアホールのエッチングが行われた結果は、図９及び図１０のように例示できる。図９及び図１０は、ビアエッチングが完了した後の硬化ポリマーを示している。金属成分を含む硬化されたポリマーは、ウェーハ表面の全体に亘って形成される。図９及び図１０は、数百Åの厚さのポリマー物質がビアの側壁に沿って存在することを示している。
【００４１】
ビアホールエッチングで形成された硬化されたポリマーを除去するために、大気圧ダウンストリーム条件で反応ガスとして酸素を用いるプラズマジェットによりテストウェーハは処理され、次に、ＥＫＣ湿式ストリッピングにより順次ストリップされる。プラズマジェットは強く結合されたポリマーを溶解可能な状態に変えることができる。このように処理されて変わったポリマーはＥＫＣ処理により極めて容易にストリップされる。図１３及び図１４に示されたように、ＥＫＣストリッピングを伴う大気圧ダウンストリームプラズマジェットシステムの前述した工程条件下で、硬化されたポリマー残留物は優れたウェーハ均一度を示し、完全に除去される。それにも拘わらず、アッシング効率は、反応ガスによるプラズマ冷却効果によりＯ2の流速及びＤＣパワーに極めて敏感であることに注意すべきである。
【００４２】
硬化されたビアポリマー除去機構に対する化学反応式は、下記の通りである。
ＭＣxＦyＯz+２０→Ｍ+ＣＯ（またはＣＯ2）+Ｆ2
公知のように、ＡｌＦ3及び残留する金属種は極めて低い蒸気圧を有する。具体的に、Ａｌ-Ｏ結合は１２１（Ｋｃａｌ／モル）及びＡｌ-Ｆ結合は１５８（Ｋｃａｌ／モル）の結合力を有する。したがって、このような結合を破るためには、追加的な活性エネルギーが必要である。本発明の大気圧ダウンストリームプラズマジェットアッシング工程において、このように追加的な活性エネルギーは高密度及び高温の酸素ラジカルにより提供される。したがって、このように追加的な活性エネルギーは、約２４．２Ｊ／モルＫ次数を従う優れた熱容量を有すると知られたＡｌに伝達される。次に、Ａｌ原子は伝達された熱的エネルギーを機械的な振動エネルギーに変えて金属種の結合を溶かしたり、あるいは破る。結果的に、ポリマー物質は溶解あるいは解離でき、その結果、ＥＫＣストリッピングが適用される時に容易に除去される。
【００４３】
従来の方法におけるビア-ポリマー除去の機構を考慮すれば、このようなポリマーはアッシング段階で化学的に溶解可能な状態となり、次に、残留する残留物は湿式工程段階で洗われる。従来のＯ2に基づくプラズマを用いれば、金属-含有残留物は酸化され、フッ素などの反応ガスを伴って酸化された金属を水に溶解できるフッ化金属に変えなくては、これらの除去は不可能になる。
【００４４】
それにも拘わらず、単にＯ2化学作用がプラズマジェットアッシング工程で用いられることは、このようなポリマーの完全な除去が高い酸素ラジカルフラックスにより可能になると見なされるからである。前述したように、解離工程によるラジカル発生の効率は極めて高く、しかもプラズマ及び中性ガスは熱的に平衡状態であるため、ラジカル密度は１０18／ｃｍ3よりも高くなり、ラジカルの温度は約０．１ｅＶになることが分かる。また、Ａｌ-Ｏの結合強度（５１１ＫＪ／モルＫ）及びＡｌ-Ｆの結合強度（６６３．６ＫＪ／モルＫ）とＡｌの優れた熱容量２４．２Ｊ／モルＫを考慮すれば、プラズマジェットのアッシング機構は、図１５に示されたように、“熱的融剤”と見なされる。ここで、Ａｌは原子点ヒーターの役割をする。高いフラックスの酸素ラジカルはフォトレジスト（ＰＲ）を除去するだけではなく、ポリマー物質に熱的フラックスを伝達する。優れた熱容量のために、Ａｌは熱的エネルギーを極めてよく吸収し、次に、このようなエネルギーは運動または振動エネルギーに変わる。このような運動または振動エネルギーにより、Ａｌの各種の化学的な結合は破り、ポリマーはやっと溶解可能となり、その結果、後続する有機ストリップ（例えば、ＥＫＣストリップ）により洗われるようになる。
【００４５】
処理中のトーチとウェーハとの距離の決定
トーチと処理される表面、例えば、ウェーハ表面との距離は、ダウンストリーム工程及び工程最適化の２種類の要素の考慮により決定される。
【００４６】
ダウンストリーム工程
プラズマの電荷により引き起こされる装置の損傷は、アッシング工程で重要視される。ウェーハがプラズマ領域にあまりにも近くあれば、ウェーハは電荷により損傷される。３剛体再結合または輻射性再結合に対するイオン（例えば、Ａｒ+）の平均自由行路を計算すれば、数ｃｍに過ぎない。磁場によるこのような平均自由行路の強化を考慮すれば、プラズマの電荷による装置への損傷を最小化するために、ウェーハはトーチから１０ｃｍの上方に位置づける必要がある。それにも拘わらず、表面でのラジカルによる除去作用が認められない程度にこの距離が大きくなってはいけないという点に注意すべきである。したがって、距離は各々の要求に対して表面でのラジカル作用による除去作用のある最小レベルが“維持される”限度内で、除去作用のレベルの関数として変わる。
【００４７】
損傷されたフォトレジスト残留物のアッシングに対する工程変数及びこれと関わる数値の範囲は、下記の通りである。
●ウェーハ温度：１００-３００℃
●Ａｒの流速：０．５-１λ／分
●ウェーハとトーチとの距離：１００-２００ｍｍ
●最小プラズマ発生ＤＣパワー：５-１５ｋＷ
●磁場：１３ガウス
●ウェーハ回転速度:１０-１５回転数／秒
●ノズルとプラズマとの距離：５-１５ｍｍ
●Ｏ2の流速：プラズマ発生パワーにより１-５λ／分（ノズルとプラズマとの距離が３ｍｍであり、７ｋＷのプラズマ発生パワー条件に対して３λ／分）
【００４８】
プラズマの電荷により引き起こされる装置の損傷は、アッシング工程で重要視される。ウェーハがプラズマ領域に極めて近くなれば、ウェーハは電荷により損傷される。一般に、電荷帯電されたイオンの消耗過程は、下記のように、３体再結合過程である。
【００４９】
Ａｒ+＋ｅ＋ｅ→Ａｒ*＋ｅ
ここで、 Ａｒ*は励起状態のアルゴンガスであり、二つの粒子の再結合過程は低い再結合係数により無視される。３体再結合過程に対する平均自由行路λrecは、近似的に、下記式（１）で表わされる。
【００５０】
【数１】
0004084020.tif 000003
【００５１】
ここで、ｎeはＡｒ+の密度、σrecは３体再結合に対する切断面積、ｖ-（ここで、記号「ｖ-」は、記号「ｖ」の上に記号「-」が重なるものを示す）は電子の平均速度、Ｋrecは３体再結合に対する速度係数、Ｔeは電子温度、そして、
【００５２】
【数２】
0004084020.tif 000004
は定数である。
【００５３】
例えば、トーチプラズマの典型的なプラズマ変数（例えば、ｎe≒１０24／ｍ3（粒子密度が約２．５×１０25／ｍ3であり、１ａｔｍでの１０％のイオン化率である時）であり、１ｅＶの電子エネルギーでの電子速度≒１０6ｍ／ｓであり、Ｔe≒１０，０００Ｋ（１ｅＶの電子エネルギー）を用いて計算された３体再結合に対する平均自由行路は、約０．０３ｃｍとなる。
【００５４】
それにも拘わらず、電子密度及び温度などのプラズマ変数は印加されるトーチパワーに依存する。それにも拘わらず、印加されるトーチパワーに対するプラズマ変数の正確な依存性は、ガス流れのパターン、トーチデザインなどのシステムデザインによって変わる。一般に、印加されるトーチパワーが変わるに伴い、電子温度は大きく変わらないが、電子密度は典型的に１０22-１０25／ｍ3の範囲内で変わる。このような電子密度の範囲において、３体再結合に対する平均自由行路は３×１０-4-３ｃｍの範囲内で変わる。したがって、注入角４５゜でウェーハに向かうＡｒの流れ方向及び磁場によるこれの強化を考慮すれば、プラズマ内の電荷により装置が損傷されることを最小化するために、ウェーハは約１０ｃｍまたはそれ以上に位置づけられる必要がある。
【００５５】
工程最適化
プラズマ領域で生じた酸素ラジカルは、ダウンストリーム領域に拡散する。多数の再結合過程を通じて、これらの酸素ラジカルは酸素分子に再結合する。これらの再結合過程による平均自由行路は、約１０ｃｍの次数範囲となる。加えて、ラジカルが拡散し、それらの温度は放射状の方向へのラジカルの拡張、すなわち、ウェーハと反応するラジカルの断面積が拡張されることにより冷却される。
【００５６】
したがって、トーチとウェーハとの距離はプラズマからの損傷を最小化し、かつウェーハへの酸素ラジカルの塗布を最大化するように選択されなければならない（この距離は約１０-２０ｃｍでありうる）。プラズマ領域で生じた酸素ラジカルはダウンストリーム領域に拡散する。多数の再結合過程を通じて、これらの酸素ラジカルは酸素分子に再結合する。可能な再結合工程及び速度係数は、下記の通りである。
【００５７】
0004084020.tif 000005
Ｏ+Ｏ+Ｏ→Ｏ2+Ｏ;      Ｋrec=６．２×１０-32ｅｘｐ（-７５０／Ｔ）
Ｏ+Ｏ*+Ｏ2→Ｏ2+Ｏ2;  Ｋrec=９．９×１０-33
【００５８】
最大係数を有する再結合過程（第３過程）が決定的に優勢すると仮定し、酸素密度の典型的な変数（≒１０25／ｍ3であり、これは可能な酸素ラジカルの最大密度である）及び０．１ｅＶの酸素ラジカルの熱的エネルギーを用いれば、このような再結合過程に対する平均自由行路は、下記式（３）の通りである。
【００５９】
【数３】
0004084020.tif 000006
【００６０】
これらの再結合過程の平均自由行路は、約１０ｃｍの次数範囲となる。さらに、ラジカルが拡散して放射状の方向への拡張、すなわち、ウェーハと反応するラジカルの断面積が拡張されることによりそれらの温度は冷却され、ラジカルの密度は下がる。したがって、低いラジカル密度でこのような平均自由行路が長くなっても、工程最適化及びイオン注入工程により損傷されたＰＲ及びエッチング後の金属-含有ポリマーを完全に除去するために、ウェーハはプラズマゾーンからできる限り近い位置にある必要がある。また、印加されるトーチパワーは、プラズマ変数の変化による解離速度の変化によって酸素ラジカル温度及びラジカル密度に影響を及ぼす恐れがある。したがって、トーチとウェーハとの距離は、プラズマからの損傷を最小化し、かつ酸素ラジカルのウェーハへの塗布を最大化するように選択される必要がある（この距離は約１０-２０ｃｍでありうる）。
【００６１】
トーチパワーと反応ガスの流速との関係
ノズルとプラズマとの距離は約１．５ｃｍであり、ノズルの直径は約０．１-０．２ｃｍでありうる。トーチパワー（６-１５ｋＷ）はラジカル温度と密接な関係がある。パワーが高過ぎると、ラジカル温度は極めて高くなる。これは、ポリマーの硬化度を高めてポリマーの除去を難しくする。これに対し、パワーが低過ぎると、ラジカルの温度が低過ぎ、その結果、ラジカルが熱的エネルギーを、ポリマーを完璧に除去する程度に十分にウェーハに伝達できない。プラズマ形成ガスの流速はプラズマ形成における安定性に関わっている。
【００６２】
本発明のプラズマジェットシステムにおいて、望ましいプラズマ形成ガスの流速は０．５-１λ／分である。反応ガスの流速は２つの観点から考慮されなければならない。その一つは、プラズマと反応ガスとの反応によるプラズマの冷却であり、もう一つは工程最適化（すなわち、最大化したアッシング速度）である。反応ガスの流速が上がるに伴い、プラズマの冷却工程は加速されて完全なアッシングは得られなくなる。したがって、可能な反応ガスの流速範囲は、１〜５λ／分である。
【００６３】
イン-サイチュウェーハ温度制御
イン-サイチュウェーハ温度制御は、アッシング工程で極めて重要である。ウェーハ温度が高過ぎると、ポリマー層の硬化が進んで、ポリマーの除去をより難しくする。したがって、ポリマーの硬化が約２５０℃以上で進むため、ウェーハの温度はイン-サイチュで２５０℃以下に制御しなければならない。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体装置の表面から金属-含有ポリマー残留物またはイオン注入工程により損傷されたフォトレジスト残留物などを完璧に除去できる。
【００６５】
以上、本発明を具体的な実施例を参照を通じて詳細に説明したが、本発明の技術的な思想内において当分野における通常の知識を有した者にとってその変形や改良が可能であるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単純な大気圧プラズマジェットシステムを示した概略図である。
【図２】  ２つのトーチを有するプラズマジェットシステムを示した概略図である。
【図３】  プラズマジェットシステムでのホルダーのトレーの二重回転整列を示した概略図である。
【図４】  一連のウェーハが用意される方法を概略的に示した段階図である。
【図５】  フォトレジスト残留物の硬化された表面層を概略的に示した断面図である。
【図６】  フォトレジスト物質の硬化された表面層を示したフォトマイクログラフである。
【図７】  フォトレジスト残留物の硬化された層の化学的な構造及び各種の化学的な結合の化学的な結合エネルギーを示したものである。
【図８】  金属-含有ポリマーが誘起されるビアエッチングを示した概略図である。
【図９】  金属-含有ポリマー残留物が誘起されるビアエッチングを示したフォトマイクログラフである。
【図１０】  金属-含有ポリマー残留物が誘起されるビアエッチングを示したフォトマイクログラフである。
【図１１】  従来の酸素に基づくプラズマアッシング工程後にビアホールの周りに金属-含有ポリマーが誘起されるビアエッチングを示したフォトマイクログラフである。
【図１２】  従来の酸素に基づくプラズマアッシング工程後にビアホールの周りに金属-含有ポリマーが誘起されるビアエッチングを示したフォトマイクログラフである。
【図１３】  プラズマジェットアッシング及びＥＫＣストリッピング後のビアホールプロファイルを示したフォトマイクログラフである。
【図１４】  プラズマジェットアッシング及びＥＫＣストリッピング後のビアホールプロファイルを示したフォトマイクログラフである。
【図１５】  熱的融剤機構及び化学的結合方法を示した図である。
【符号の説明】
１  カソード
２  アノード
３  フレーム
４  ダイアフラム
５  エミッタ
６  保護ガス
７  プラズマ形成ガス
８  ＤＣパワー供給器
９  電気的アーク
１０  電流ジェット
１１  プラズマ領域
１２  拡散領域
１３  ソレノイド
１４  反応ガスノズル
１５  モニタリングシステム
【図１】
0004084020.tif 000007
【図２】
0004084020.tif 000008
【図３】
0004084020.tif 000009
【図４】
0004084020.tif 000010
【図５】
0004084020.tif 000011
【図６】
0004084020.tif 000012
【図７】
0004084020.tif 000013
【図８】
0004084020.tif 000014
【図９】
0004084020.tif 000015
【図１０】
0004084020.tif 000016
【図１１】
0004084020.tif 000017
【図１２】
0004084020.tif 000018
【図１３】
0004084020.tif 000019
【図１４】
0004084020.tif 000020
【図１５】
0004084020.tif 000021