JP2000231202A

JP2000231202A - レジストのアッシング方法

Info

Publication number: JP2000231202A
Application number: JP3365899A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Obuchi; 一人大淵; Kaoru Mizutani; 薫水谷
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】イオン注入後のレジスト膜のアッシング条件
の切替タイミングを正確に知る。【解決手段】チャンバー内にプラズマが発生すると、
Ｔ１に示すように急激に酸素ラジカル濃度が高くなる。
そして、酸素ラジカルは変質硬化層のアッシングには寄
与しないので、酸素ラジカル濃度は高いままＴ２まで至
る。そして、変質硬化層のアッシングが終点に近づくと
今度はバルク部が露出してくるので、バルク部のアッシ
ングに酸素ラジカルが消費され、その結果、Ｔ２からＴ
３に示すように、酸素ラジカル濃度が徐々に低下してく
る。バルク部のアッシングを行っている間は、酸素ラジ
カルが消費されているので、酸素ラジカル濃度は低くな
った状態を保つ。そして、酸素ラジカルを消費するバル
ク部の量が少なくなると、酸素ラジカルの濃度が徐々に
高くなり始める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入後のレジ
スト膜を酸素ガスのプラズマによってアッシングする方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入用のマスクとして用いたレジ
スト膜は、その表面がイオンの衝撃に伴う発熱により架
橋反応が進行し、変質硬化層が形成される。そして、イ
オン注入に続く工程を実施するため変質硬化層を酸素ガ
スを用いたプラズマアッシングにて除去することが従来
から行われている。しかしながら、変質硬化層の除去に
は時間がかかり、その間に変質硬化層の下に存在するバ
ルク部（未硬化部）が膨張して内圧が高まり、この圧が
限界値を超えるとポッピングと称する破裂現象を起こ
し、変質硬化層が小さな破片となって基板表面に付着す
る。この付着した変質硬化層の除去は極めて困難で、製
品の歩留まり低下の原因となっている。

【０００３】そこで、上記のポッピングを防止しつつス
ループットを高める提案が、特開平５−２７５３２６号
公報、特開平８−６９８９６号公報及び特開平９−１６
２１７３号公報になされている。

【０００４】特開平５−２７５３２６号公報に提案され
る内容は、変質硬化層のアッシングを酸素ガスとフッ素
系ガスとの混合ガスのプラズマで行い、変質硬化層のア
ッシングが終了したならばバルク部のアッシングを酸素
ガスのプラズマで行うようにしている。また、特開平８
−６９８９６号公報に提案される内容は、ソレノイドコ
イルへの通電をオンにすることで、高密度のイオンモー
ドプラズマで変質硬化層のアッシングを行い、ソレノイ
ドコイルへの通電をオフにすることで、高密度のラジカ
ルモードプラズマでバルク部のアッシングを行うように
している。更に、特開平９−１６２１７３号公報に提案
される内容は、変質硬化層のアッシングについては低温
に維持した状態で高周波プラズマを用いて行い、バルク
部のアッシングについては高温に維持した状態でマイク
ロ波プラズマを用いて行うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ポッ
ピングを防止しつつ変質硬化層を効率よくアッシングす
るには、変質硬化層のアッシング条件とバルク部のアッ
シング条件を切り換える必要がある。アッシング条件の
切り替えタイミングを知るために変質硬化層が除去され
たことを目視にて判断するのは困難である。また、特開
平８−６９８９６号公報及び特開平９−１６２１７３号
公報には何をもって変質硬化層が除去されたこと判断す
るかについては記載されていない。

【０００６】一方、特開平５−２７５３２６号公報に
は、アッシング条件の切り替えタイミングを知るため
に、ＣＯの発光強度（ＣＯの発生量に比例する）を測定
するようにしている。しかしながら、ＣＯは反応生成物
であり、変質硬化層をアッシングしてもバルク部をアッ
シングしても発生するので、その発生変化量をアッシン
グ条件の切り替えの指標としても、見極めが困難であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係るレジストのアッシング方法は、アッシングの
開始から雰囲気中の酸素ラジカル濃度を連続的に測定
し、酸素ラジカル濃度の変化に基づいて処理条件を変更
するようにした。処理条件の変更としては、例えば、処
理温度の変更とＦ（フッ素）を含有するガスの添加及び
その停止が考えられる。

【０００８】変質硬化層のアッシングには主として酸素
イオンが消費され、酸素ラジカルは消費されない。一
方、バルク部のアッシングには主として酸素ラジカルが
消費される。そこで、酸素ラジカルの濃度、即ち酸素ラ
ジカルの消費量を指標とすれば、正確な切替えのタイミ
ングを知ることができる。

【０００９】具体的には、変質硬化層のアッシングが終
了に近づくとバルク部のアッシングが開始されるので酸
素ラジカルが消費され、酸素ラジカルの濃度が低下し、
また、バルク部のアッシングが終了に近づくと消費され
る酸素ラジカルの量が減少するので酸素ラジカルの濃度
が高くなる。なお、酸素ラジカル濃度の測定手段として
は、例えば酸素ラジカルの発光スペクトル、具体的には
７７７ｎｍの波長の強度をセンサーにて検知する手段が
好ましく、この手段から得られた検出値を電圧値に変換
して、電圧値の経時変化を微分波形として表し、この微
分波形が正から、負に変わった時点を検出することで、
酸素ラジカルが減少したことを知ることができる。逆
に、負から正への変化点が酸素ラジカルの増加する時点
として知ることができる。

【００１０】前記処理温度の変更については、酸素ラジ
カル濃度の測定開始から酸素ラジカル濃度が急激に増加
した後に所定量減少する期間内のいずれかの時点から、
次に酸素ラジカル濃度が所定量増加する期間内の時点ま
でを、アッシング初期よりも高温処理する。ここで、酸
素ラジカル濃度の低下及び酸素ラジカル濃度の上昇は、
一瞬のうちに生じるのではなく、一定の期間（時間）内
で生じる。そして、この期間を考慮すると、例えば、高
温処理の開始時点は酸素ラジカル濃度が所定量減少する
期間の終点とし、高温処理の終了時点は酸素ラジカル濃
度が所定量増加する期間の終点とする。

【００１１】また、アッシング初期の処理温度とこれに
続く高温処理の温度としては、例えば、アッシング初期
の処理温度は４０℃以上１５０℃未満とし、高温処理の
温度は１５０℃以上２５０℃未満とするのが好ましい。

【００１２】一方、処理条件の変更の一例であるＦ（フ
ッ素）を含有するガスの添加及びその停止については、
酸素ラジカル濃度の測定開始から酸素ラジカル濃度が急
激に増加したことを検知してアッシングガスにＦ（フッ
素）を含有するガスを添加し、バルク層が完全に除去さ
れる直前にＦ（フッ素）を含有するガスの添加を停止す
る。ここで、Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加停止
は、例えば、Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加開始か
らの所定経過時間若しくは酸素ラジカル濃度の急激な減
少を検知して行う。

【００１３】また、アッシングの当初よりアッシングガ
スにＦ（フッ素）を含有するガスを添加してアッシング
を開始する場合には、酸素ラジカル濃度の急激な減少を
検知してＦ（フッ素）を含有するガスの添加を停止す
る。

【００１４】前記Ｆ（フッ素）を含有するガスとして
は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ
₃Ｆ、Ｃ₃Ｆ₈のうちの少なくともいずれか一種を選択す
ることが好ましく、またＦ（フッ素）を含有するガスの
添加量はアッシングガスの総流量の１％以下とすること
が好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
レジストのアッシング方法を適用するプラズマ処理装置
の一例を示す図であり、プラズマ処理装置１は、装置本
体２の上部に配設されたベルジャー型（釣鐘型）チャン
バー３と、装置本体２の開口部４に臨む下部電極５を備
え、この下部電極５はアースされるとともに、内部には
ヒータ線を内蔵し、上面に位置決め載置した被処理体と
してのウェーハＷを加熱できるようにしている。

【００１６】また、チャンバー３の形状は、上部が小径
部３ａで下部が大径部３ｂからなる単純なベルジャー型
であり、小径部３ａの周囲には、一対の半筒状電極６
ａ、６ｂからなる上部電極６が配設されている。そし
て、上部電極６の半筒状電極６ａ、６ｂは小径部３ａを
取り巻く状態で向き合った姿勢に配置されるとともに、
一方の半筒状電極６ａは高周波発振器７に接続され、他
方の半筒状電極６ｂはスイッチ８を介して高周波発振器
７とアースに選択的に接続される構成になっている。

【００１７】また、前記装置本体２には、前記開口部４
を取り巻くように複数の排気口９…を設けて不図示の真
空ポンプにてチャンバー３内を減圧し得るようにすると
ともに、チャンバー３内には、前記上部電極６の近傍に
ガス導入口１０を設け、このガス導入口１０からＯ2等
のアッシングガスを導入するようにしている。

【００１８】以上のごとき構成からなるプラズマ反応処
理装置を用いて、ウェーハＷ表面に形成されたイオン注
入のマスクとして使用したレジスト膜をアッシング除去
する工程について、図２乃至図４を参照しつつ説明す
る。ここで、図２は酸素ラジカルの濃度変化を表すグラ
フ、図３（ａ）〜（ｄ）は変質硬化層が主として表面に
形成されたレジストの図２に示した主要な時点でのアッ
シング状態を示す図、図４（ａ）〜（ｄ）は変質硬化層
が側面まで形成されたレジストの図２に示した主要な時
点でのアッシング状態を示す図である。

【００１９】先ず、変質硬化層が主として表面に形成さ
れ、側面に形成される変質硬化層は極めて薄いレジスト
のアッシングについて説明する。下部電極５上にウェー
ハＷを載置し、排気口９…からエアを吸引してチャンバ
ー３内を１Torr程度に減圧しつつ、ガス導入口１０から
アッシングガスを導入する。このときのウェーハＷ表面
のレジスト膜Ｒは図３（ａ）に示すように、表面がイオ
ンの衝突によって変質硬化層Ｒ１となっており、下側が
バルク部Ｒ２となっている。尚、アッシングガスとして
は酸素ガス単独、或いは酸素ガスにＣＦ4、Ｃ2Ｆ6また
はＣ4Ｆ8等のＦ（フッ素）を含有するガスをアッシング
ガスの総流量の１％以下添加したものを用いる。

【００２０】そして、下部電極５上にウェーハＷをセッ
トしたら、他方の半筒状電極６ｂをスイッチ８の操作で
高周波発振器７に接続する。尚、一方の半筒状電極６ａ
は高周波発振器７に接続されている。その結果、上部電
極６（６ａ，６ｂ）と下部電極５の間にプラズマが発生
する。即ち、ウェーハＷはプラズマ発生空間に位置する
ことになるので、酸素イオンがレジスト膜Ｒ表層の変質
硬化層Ｒ１にアタックし、変質硬化層Ｒ１がアッシング
される。

【００２１】これを酸素ラジカルの濃度との関係で説明
すると、上部電極６（６ａ，６ｂ）と下部電極５の間に
プラズマが発生することで図２のＴ１に示すように急激
に酸素ラジカル濃度が高くなる。そして、酸素ラジカル
は変質硬化層Ｒ１のアッシングには寄与しないので、酸
素ラジカル濃度は高いままＴ２まで至る。なお、酸素ラ
ジカルの濃度は酸素ラジカルの発光スペクトル波長（７
７７ｎｍ）の強度をセンサーで検知して得られた電圧値
をもって測定した。

【００２２】そして、変質硬化層Ｒ１のアッシングが終
点に近づくと今度はバルク部Ｒ２が露出してくるので、
バルク部Ｒ２のアッシングに酸素ラジカルが消費され、
その結果、図２のＴ２からＴ３に示すように、酸素ラジ
カル濃度が徐々に低下してくる。このようにして変質硬
化層Ｒ１のアッシングが終了した状態を図３（ｂ）で示
している。

【００２３】また、プラズマの発生からＴ３に至るまで
は、チャンバー３内の温度を低温（４０℃以上１５０℃
未満）に維持し、バルク部Ｒ２の圧力の高まりによって
ポッピング現象が起こらないようにする。尚、Ｔ２から
Ｔ３に至る間にバルク部Ｒ２が露出してくるので、チャ
ンバー３内の温度を低温に維持するのはＴ２までとして
もよい。

【００２４】図３（ｂ）に示すように、変質硬化層Ｒ１
のアッシングが終了したら、即ち、図２のＴ３に至った
ならば、チャンバー３内の温度を高温（１５０℃以上２
５０℃未満）にし、酸素ラジカルにてバルク部Ｒ２のア
ッシングを行う。図２におけるＴ２からＴ３への酸素ラ
ジカル濃度の減少を呈するＴ２の時点は、図２のグラフ
波形を微分波形に変換することで、微分波形が正から負
に変化する点として容易に確認することができ、この負
への変化を検知してからチャンバー３内の温度を高温に
するタイミングを判定することができる。バルク部Ｒ２
のアッシングを行っている間は、酸素ラジカルが消費さ
れているので、酸素ラジカル濃度は低くなった状態を保
つ。そして、酸素ラジカルを消費するバルク部Ｒ２の量
が図３（ｃ）に示すように少なくなると、酸素ラジカル
の濃度が徐々に高くなり始める。この時点を図２のＴ４
で示している。

【００２５】そして、図３（ｄ）に示すように、酸素ラ
ジカルを消費するバルク部Ｒ２が完全にアッシングされ
ると、酸素ラジカルの濃度は元のように高くなる。この
時点を図２のＴ５で示している。この後、所定時間オー
バーアッシングして処理を終了する。

【００２６】次に、変質硬化層が側面まで形成されたレ
ジストをアッシングする例を述べる。デバイスの微細化
がすすむと、斜めイオン注入法を適用する必要が生じ、
斜めイオン注入法を適用すると、図４（ａ）にも示すよ
うにレジストの側面に形成される変質硬化層Ｒ１の厚み
が厚くなる。このような場合に、アッシングの開始から
終了まで同じ組成のアッシングガスを用いていると問題
が生じる。即ち、アッシングが進行し、表面の変質硬化
層が除去され、側面の変質硬化層が残り内側のバルク部
が露出した状態でアッシングを継続すると、バルク部の
アッシングレートが側面の変質硬化層に比べて格段に大
きいため、バルク部のアッシングが優先して進行し、側
面の変質硬化層が基板上に残ってしまう。そして、基板
上に残った変質硬化層の小さな残渣物は極めて剥離しに
くい。

【００２７】そこで、図４（ａ）に示すように、変質硬
化層が側面まで比較的厚く形成されたレジストをアッシ
ングするには、先ず、アッシングガスとして単独酸素ガ
スを用いてアッシングを行う。この場合、プラズマが発
生することで図２のＴ１に示すように急激に酸素ラジカ
ル濃度が高くなる。そして、酸素ラジカルは変質硬化層
Ｒ１のアッシングには寄与しないので、酸素ラジカル濃
度は高いままＴ２まで至る。

【００２８】そして、図４（ｂ）に示すように、アッシ
ングが進行して表面の変質硬化層Ｒ１が除去され、バル
ク部Ｒ２が露出すると、バルク部Ｒ２のアッシングに酸
素ラジカルが消費され、その結果、図２のＴ２からＴ３
に示すように、酸素ラジカル濃度が徐々に低下してく
る。

【００２９】バルク部Ｒ２が露出した後も、同じ組成の
アッシングガスを使用していると、変質硬化層Ｒ１のア
ッシングレートに比較してバルク部Ｒ２のアッシングレ
ートが極めて高くなるので、側面の変質硬化層Ｒ１のみ
が残ってしまい、前記したような不具合を生じる。

【００３０】そこで、本発明にあっては、酸素ラジカル
濃度が徐々に低下し始めたら、アッシングガスに、ＣＦ
₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈等のＦ（フッ素）を含有するガスを
アッシングガスの総流量の１％以下の割合で添加する。
その結果、側面の変質硬化層Ｒ１とバルク部Ｒ２のアッ
シングレートがほぼ等しくなり、図４（ｃ）に示すよう
に変質硬化層Ｒ１とバルク部Ｒ２とが均等に除去され
る。このＦ（フッ素）を含有するガスの添加タイミング
は、処理温度の変更で説明したのと同様に、図２のグラ
フ波形を微分波形に変換することで、微分波形が正から
負への変化点を検知することで容易に確認することがで
き、この負への変化を検知してＦ（フッ素）を含有する
ガスの添加タイミングを判定することができる。

【００３１】そして、図４（ｃ）に示すようにレジスト
が小さくなると、図２のＴ４からＴ５に示すように、酸
素ラジカル濃度が徐々に高くなる。そこで、これを検知
してＦ（フッ素）を含有するガスの添加を停止する。な
お、Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加を停止するタイ
ミングとしては、Ｔ４からＴ５へ酸素ラジカルの変化を
検知することで容易に確認することができる。このよう
にＦ（フッ素）を含有するガスの添加を停止すること
で、図４（ｄ）に示すようにレジストが完全に除去され
た後に、下地が深くエッチングされることがなくなる。

【００３２】尚、酸素ラジカル濃度が再び高くなること
を検知する代りに、Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加
開始からの所定経過時間で添加停止を行うようにしても
よい。また、アッシングガスに初めからＦ（フッ素）を
含有するガスを添加しておいてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
酸素ガスプラズマによってイオン注入後のレジスト膜を
アッシングするにあたり、表面の変質硬化層については
酸素イオンを主体としてアッシングし、バルク部につい
ては酸素ラジカルを主体としてアッシングし、更にこの
アッシング条件の切替のタイミングを雰囲気中の酸素ラ
ジカルの濃度をもって判断するようにしたので、正確に
変質硬化層及びバルク部のアッシングの終了時点を知る
ことができ、効率よくイオン注入後のレジスト膜のアッ
シングができる。さらに、Ｆ（フッ素）を含有するガス
を添加したり、停止したりすることで、変質硬化層とバ
ルク層を総合的に効率よく除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレジストのアッシング方法を適用
するプラズマ処理装置の一例を示す図

【図２】酸素ラジカルの濃度変化を表すグラフ

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、変質硬化層が主として表面
に形成されたレジストの図２に示した主要な時点でのア
ッシング状態を示す図

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、変質硬化層が側面まで形成
されたレジストの図２に示した主要な時点でのアッシン
グ状態を示す図

【符号の説明】

１…プラズマ処理装置、２…装置本体、３…チャンバ
ー、４…開口部、５…下部電極、６…上部電極、６ａ，
６ｂ…半筒状電極、７…高周波発振器、８…スイッチ、
９…排気口、１０…ガス導入口、Ｒ…レジスト膜、Ｒ１
…変質硬化層、Ｒ２…バルク部、Ｗ…ウェーハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H096 AA30 LA30 5F004 BA05 BB13 BD01 CA04 CB01 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA26 DA30 DB26 EA28 5F046 AA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン注入後のレジスト膜を酸素ガスの
プラズマによってアッシングする方法において、連続的
にアッシング雰囲気中の酸素ラジカル濃度を測定し、酸
素ラジカル濃度の変化に基づいて処理条件を変更するこ
とを特徴とするレジストのアッシング方法。
【請求項２】請求項１に記載のレジストのアッシング
方法において、酸素ラジカル濃度の測定開始から酸素ラ
ジカル濃度が急激に増加した後に所定量減少する期間内
のいずれかの時点から、次に酸素ラジカル濃度が所定量
増加する期間内の時点までを、アッシング初期よりも高
温処理するようにしたことを特徴とするレジストのアッ
シング方法。
【請求項３】請求項２に記載のレジストのアッシング
方法において、前記高温処理の開始時点は酸素ラジカル
濃度が所定量減少する期間の終点とし、高温処理の終了
時点は酸素ラジカル濃度が所定量増加する期間の終点と
することを特徴とするレジストのアッシング方法。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載のレジス
トのアッシング方法において、前記アッシング初期の処
理温度は４０℃以上１５０℃未満とし、高温処理の温度
は１５０℃以上２５０℃未満とすることを特徴とするレ
ジストのアッシング方法。
【請求項５】請求項１に記載のレジストのアッシング
方法において、酸素ラジカル濃度が徐々に低下し始めた
らアッシングガスにＦ（フッ素）を含有するガスを添加
し、バルク層が完全に除去される直前にＦ（フッ素）を
含有するガスの添加を停止することを特徴とするレジス
トのアッシング方法。
【請求項６】請求項５に記載のレジストのアッシング
方法において、前記Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加
停止は、Ｆ（フッ素）を含有するガスの添加開始からの
所定経過時間若しくは酸素ラジカル濃度の急激な減少を
検知して行うことを特徴とするレジストのアッシング方
法。
【請求項７】請求項１に記載のレジストのアッシング
方法において、アッシングガスにＦ（フッ素）を含有す
るガスを添加してアッシングを開始し、酸素ラジカル濃
度の急激な減少を検知してＦ（フッ素）を含有するガス
の添加を停止することを特徴とするレジストのアッシン
グ方法。
【請求項８】請求項５乃至請求項７のいずれかに記載
のレジストのアッシング方法において、前記Ｆ（フッ
素）を含有するガスはＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨ
Ｆ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₃Ｆ₈のうちのいずれかであ
ることを特徴とするレジストのアッシング方法。
【請求項９】請求項５乃至請求項８のいずれかに記載
のレジストのアッシング方法において、前記Ｆ（フッ
素）を含有するガスの添加量はアッシングガスの総流量
の１％以下とすることを特徴とするレジストのアッシン
グ方法。