JP2001338916A - 半導体装置の製造方法及びプラズマ灰化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面変質層が形成されたレジストをポッピン
グを発生させずかつ短時間でプラズマ灰化する。 【解決手段】 加熱され一定温度に維持されたステージ
１上に隙間を介在させてウェーハ６を保持し、ウェーハ
６温度が上昇している間に変質層をプラズマ灰化により
除去する。ステージ１温度の昇降が不要なので、灰化時
間を短縮できる。変質層は温度上昇中の比較的低温時に
除去されるため、ポッピングを生じない。変質層の除去
後、ウェーハ６をステージ１上に載置してウェーハ６の
昇温速度を早め、灰化時間を一層短縮することもでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法及びレジスト灰化装置に関し、特に表面変質層が形成
されたレジストの灰化方法及びその灰化に適した灰化装
置に関する。

【０００２】集積回路、液晶表示装置等の半導体装置の
製造工程では、表面に変質層が形成されたレジストをプ
ラズマ処理して灰化し、除去するプラズマ灰化処理が頻
繁に行われる。例えば、イオン注入のマスク又は反応性
イオンエッチングのマスクとして使用されたレジストマ
スクを除去する工程である。

【０００３】しかし、これらレジストマスクは、イオン
が注入され或いはプラズマに晒された結果、表面に変質
層が形成される。このような変質層が形成されたレジス
トをフラズマ灰化により完全に除去するには長時間を要
する。このため、表面変質層が形成されたレジストを、
残差なくかつ短時間でプラズマ灰化する方法が要望され
ている。

【０００４】

【従来の技術】従来、レジストの除去を目的とするプラ
ズマ灰化は、２００℃程度の高温でなされていた。以
下、従来のプラズマ灰化について説明する。

【０００５】図３は、従来例断面図であり、従来のプラ
ズマ灰化装置の断面を表している。プラズマ灰化装置
は、シャワープレート１１により上下に区切られプラズ
マ生成室９と反応室８とに２分された真空チャンバ７を
備える。プラズマ生成室９には導波管１０が接続され、
高周波により励起されたプラズマが発生する。プラズマ
生成室９内に発生したプラズマからは活性種が放出さ
れ、この活性種はシャワープレート１１を通り反応室８
内に流入する。

【０００６】ウェーハ６は、真空ロック１２を通して反
応室内に搬入され、反応室８の下部に設けられたステー
ジ１上に載置される。このステージ１は常時２００℃に
保持されており、載置されたウェーハは速やかにステー
ジ温度まで昇温する。レジストのプラズマ灰化は、ウェ
ーハ６をステージ１上に載置した後直ちに開始される。

【０００７】上述した従来のプラズマ灰化では、ウェー
ハ６を高温のステージ１上に直接載置するため、ウェー
ハ６上のレジストが急速に加熱される。その結果、レジ
スト表面に変質層が形成されている場合は、表面変質層
が破れて弾けるポッピングが惹起される。このポッピン
グが発生したウェーハは、プラズマ灰化後にレジスト残
渣が残りやすく、このため半導体装置の歩留り低下を招
来する。

【０００８】かかるポッピングは、１００℃程度の低温
でレジストをプラズマ灰化することにより回避すること
ができる。しかし、かかる低温ではレジストの灰化速度
が極めて遅く、長いレジスト灰化時間が必要となるため
実用に供し得ない。

【０００９】そこで、ポッピングの回避とプラズマ灰化
時間の短縮とを同時に実現するために、プラズマ灰化中
にステージ温度を変更する方法が考案された。図４は従
来例温度シーケンス図であり、プラズマ灰化中のステー
ジ温度及びウェーハ温度の経時変化を表している。な
お、横軸はウェーハをステージ上に載置した時からの経
過時間を表している。また、このプラズマ灰化装置は図
３に示した記述の従来例と、ステージ温度を変更できる
点を除いて同一である。このため、説明を分かり易くす
るため、以下図３を参照して説明する。

【００１０】図３及び図４を参照して、時刻ｔ５にウェ
ーハ６は真空ロック１２を通して反応室８内に搬入さ
れ、ステージ１上に載置された後、続いてレジストのプ
ラズマ灰化が開始される。ステージ１温度（図４中の折
れ線イで表す。）は、ウェーハ６載置時に１００℃に保
持されている。従って、ウェーハ６温度（図４中の破線
ロで表す。）は速やかに１００℃に到達し、この温度で
プラズマ灰化が進行する。次いで、レジスト表面の変質
層が灰化され除去された後、ステージ１温度を２００℃
に昇温する。このときステージ１温度はステージ１の熱
容量のために昇温開始時刻ｔ６から遅れた時刻ｔ７で２
００℃に到達し、その後プラズマ灰化の終了時刻ｔ８ま
で一定温度に保持される。プラズマ灰化の終了時刻ｔ８
後、ウェーハ６はステージ１から取り外され搬出され
る。なお、取り外されたウェーハ６の温度は破線で示す
ように急速に降下する。次いで、ステージ１温度を当初
と同じ１００℃まで降温する。このとき、ステージ１の
熱容量が大きいため、ステージ１温度が１００℃まで降
下するには、プラズマ灰化の終了時刻ｔ８よりかなり経
過した時刻ｔ９までかかる。ステージ温度が１００℃に
達したら、次のウェーハをステージ１上に載置して、次
のプラズマ灰化工程が開始される。

【００１１】かかるステージ温度を変更する方法では、
レジスト表面の変質層はポッピングが起こらない１００
℃という低いプラズマ灰化温度で除去された後、灰化速
度を早めるため２００℃の高温でプラズマ灰化し残りの
レジストが除去される。この方法では、２００℃のプラ
ズマ灰化が開始する時点で既に表面の変質層が除去され
ており、ポッピングは起こらない。従って、表面変質層
が形成されたレジストを高速で灰化できかつポッピング
を回避することができる。

【００１２】しかし、上述したステージ温度を変更する
方法は、ウェーハは直にステージ上に載置される。この
ため、ステージ上に載置されたウェーハの温度は、載置
直後の短期間を除き、プラズマ灰化中はステージ温度に
追従して変化する。一方、ステージ温度は、図４を参照
して、ステージの熱容量が大きいため、加熱開始後すぐ
には目的温度に到達せず、加熱開始時ｔ６から遅れて、
例えば１分程度の昇温期間を経た後に最終温度２００℃
に達する。このため、このステージ温度を変更する方法
では、ステージの昇温期間はプラズマ灰化速度が速くな
らず、灰化時間の短縮が制限されていた。さらに、プラ
ズマ灰化工程が完了した後、ステージ温度を降下するた
めに長時間を要し、このため、次のプラズマ灰化工程ま
での待ち時間が発生し連続して処理する灰化工程の短縮
を制限する要因となっていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、表面
に変質層が形成されたレジストをプラズマ灰化する従来
の方法では、高温のステージにウェーハを直接載置する
ためポッピングが発生して、レジスト残渣が残留すると
いう問題がある。

【００１４】また、ステージ温度を低温に保持してレジ
スト表面の変質層を灰化した後、さらにステージ温度を
上昇して残りのレジストを灰化するプラズマ灰化方法で
は、ステージ温度の昇温期間及び降温期間が長く灰化時
間の短縮が制限されるという問題がある。

【００１５】本発明は、表面に変質層が形成されたレジ
ストを、短時間でかつポッピングを発生することなくプ
ラズマ灰化する方法及びプラズマ灰化装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の第一実
施形態例断面図であり、プラズマ灰化装置の断面を表し
ている。

【００１７】本発明の第一の構成では、図１を参照し
て、ウェーハ６を加熱されたステージ１上に隙間を介在
させて保持する。そして、ウェーハ６温度が上昇してい
る間にウェーハ６上に設けられたレジストの表面変質層
をプラズマ灰化により除去する。

【００１８】この構成では、ウェーハ６は、加熱された
ステージ１から離して保持される。即ち、ウェーハ６は
ステージ１と接触せず、ウェーハ６の加熱はステージ１
上面からの熱輻射によりなされる。従って、ウェーハ６
を直接ステージ１上に載置し熱伝導により加熱する場合
に比べて、ウェーハ６温度の上昇速度は緩やかになる。
このため、ウェーハ６をステージ１上に保持した後、ウ
ェーハ６温度がレジストのポッピングを生ずる温度に到
達するまでの時間が長く、その間に表面変質層をプラズ
マ灰化により除去するに十分な時間が容易に確保され
る。

【００１９】本構成では、かかるウェーハ６温度の緩慢
な上昇期間を利用したもので、ウェーハ６をステージ１
上に保持した後、ウェーハ６温度が上昇している間に表
面変質層を除去する。一例では、ウェーハ６がレジスト
のポッピングを生じる温度に到達する以前に表面変質層
を除去する。この場合は、引き続き変質層より深層部の
レジストを高温でプラズマ灰化しても、表面変質層が除
去されているためポッピングを生じない。また他の例で
は、表面変質層の除去が完全になされないうちにポッピ
ングを生ずる温度を超える。この場合は、ポッピングを
生ずる温度を超える以前に表面変質層の最も変質してい
る表層部分が除去されるため、その後にウェーハ６温度
が上昇してもポッピングは起こりにくい。このように、
本構成では、表面変質層を含むレジスト全体を初めから
高温でプラズマ灰化する従来の方法と比べてポッピング
を起しにくい。

【００２０】上述した本第一の構成において、ステージ
１は、レジストがポッピングを生ずる温度よりも高温に
加熱されている。このとき、ウェーハ６温度は、そのウ
ェーハ６をステージ１上に保持し始めた時の低温からス
テージ１温度に近い高温まで連続的に上昇する。このた
め、低温での変質層のプラズマ灰化に引き続き、当然に
高温でのレジストのプラズマ灰化が進行する。その間、
ステージ１温度を昇降する必要がないので、ステージ１
温度の変更に要する時間が不要である。さらに、プラズ
マ灰化完了後にステージ１温度を初期温度まで降温する
必要もないので、プラズマ灰化の完了後は待つことなく
直ちに次のプラズマ灰化工程を開始することができる。

【００２１】このように本構成によれば、変質層の灰化
に引き続き高温での高速な灰化が進行し、かつウェーハ
温度を上昇するためのステージ温度の変更を必要としな
いので一つのプラズマ灰化工程期間が短い。また、プラ
ズマ灰化工程完了後のステージ温度の降下が不要なた
め、待ち時間なく次のプラズマ灰化工程を継続すること
ができる。従って、ステージ温度の変更を要する従来方
法と比較し、プラズマ灰化時間を著しく短縮することが
できる。

【００２２】本発明の第二の構成では、図１を参照し
て、ウェーハ６を加熱されたステージ１上に隙間を介在
させて保持しプラズマ灰化する第一の灰化工程と、ウェ
ーハ６を加熱された該ステージ１上に載置してプラズマ
灰化する第二の灰化工程とを含む。

【００２３】第一の灰化工程では、上述した第一の構成
と同様に、ウェーハ６は輻射により加熱されるので温度
上昇が遅く、この第一の灰化工程の間にレジストの表面
変質層又はその表層部が除去される。

【００２４】次いで、第二の灰化工程で、ウェーハ６は
ステージ１上に接して載置される。このため、ウェーハ
６温度は直ちにステージ１温度まで上昇し、レジスト灰
化が急速に進行する。この第二の灰化工程では、第一の
灰化工程によりあらかじめ表面変質層又はその一部が除
去されているので、高温で灰化してもポッピングの発生
は回避又は抑制される。

【００２５】上述の本第二の構成では、表面変質層又は
その一部を除去した後に、ウェーハ６温度をステージ１
温度まで急速に上昇させる。このとき、ウェーハ６はス
テージ１からの熱伝導により加熱されるから、ウェーハ
６温度は極めて短時間でステージ１温度まで到達する。
また、ステージ１温度が一定のままで、ウェーハ６温度
は上昇する。従って、従来例のようにステージ１温度を
変更したり、又は第一実施形態例のように熱輻射により
加熱するよりも、短時間でウェーハ６温度は高温に達す
るから、プラズマ灰化工程の時間が短縮される。

【００２６】本発明の第三の構成では、図１を参照し
て、加熱されたステージ１上にウェーハ６を隙間を設け
て保持するウェーハ保持手段５を有する。このウェーハ
保持手段５により保持されたウェーハ６は、上述した本
発明の第一の構成と同様に、ステージ１上面からの熱輻
射により加熱され、緩やかに温度が上昇する。本第三の
構成では、ウェーハ６の温度が上昇している低温時にプ
ラズマ灰化を開始する。このため、ポッピングを生ずる
ことなくレジストを除去することができる。また、ステ
ージ１温度を高温に維持することにより、第一の構成と
同様に、プラズマ灰化時間を短縮することができる。さ
らに、ウェーハ保持手段５を、プラズマ灰化が途中まで
進行した後、ウェーハ６をステージ１上に載置できる構
造とすることで、第二の構成と同様に、一層の灰化時間
の短縮を図ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第一実施形態例に用いた
プラズマ灰化装置は、図１を参照して、リフトピン２に
よりウェーハ６を保持するウェーハ保持手段５を具備す
る。ウェーハ保持手段５以外は、図３を参照して既に説
明した従来のプラズマ灰化装置と同様なので、この同様
の部分は同一符号を付与しかつ説明を省略する。

【００２８】図１を参照して、本プラズマ灰化装置のス
テージ１は、上部がプラズマ生成室９、下部が反応室８
の２室にシャワープレート１１により上下に仕切られた
真空チャンバ７の下部、即ち反応室８の底部に設けられ
る。ステージ１にはステージ１に開設された垂直孔に緩
挿され、ステージ１表面から突出するピン２が、ステー
ジ面内の例えば３箇所に設けられる。このピン２は、ス
テージ１下部に設けられたピン昇降機構３により上下に
駆動される。ピン昇降機構３は、真空チャンバ７の外部
下方に設けられた昇降器４に連結する棒により駆動さ
れ、真空を保持した状態で昇降器４の上下動をピン２に
伝達する。なお、ピン昇降機構３自体に上下駆動機構も
たせる、例えばピン昇降機構３を電磁コイル又は圧電素
子等の電気的な駆動素子で構成することで、真空チャン
バ７外部の機構部を除去することもできる。

【００２９】第一の実施形態例は、集積回路の製造工程
で使用された高ドーズのイオン注入用マスクの除去に関
する。

【００３０】まず、ウェーハ上面に厚さ１．２μｍのレ
ジストパターンを形成し、このレジストパターンをマス
クとしてＡｓを面密度５．１×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速電圧
１２５ＫｅＶでイオン注入した。このイオン注入された
ウェーハを、複数枚まとめて真空チャンバ７の外部に設
けられた図外の予備室に収容する。次いで、予備室から
一枚のウェーハを取り上げ、真空ロック１２を通過して
反応室８内に搬入し、ステージ１上面に突出するピン２
の上端に載置する。ステージ１は、反応室８の下部に水
平に設置された水平円盤状をなし、内部に備えられた図
外ヒータにより加熱されている。ピン２は、ステージ１
上面周辺部に３箇所設けられ、ピン２上端に載置された
ウェーハ６は、ステージ１上面から例えば３ｍｍの隙間
を保ちステージ１上面と平行に保持される。ウェーハ６
の搬入及び載置の完了後、直ちにシャワープレート１１
を通してプラズマ生成室９から反応室８内へ活性種等が
流入され、レジストのプラズマ灰化が開始される。な
お、プラズマは、酸素、水素、窒素及び４フッ化炭素
（ＣＦ₄ ）の圧力２００Ｐａの混合ガスを出力１Ｋｗの
高周波により励起して発生した。

【００３１】図２は、本発明の第一実施形態例温度シー
ケンス図であり、プラズマ灰化工程中のステージ温度及
びウェーハ温度の経時変化を表している。図２の横軸
は、ウェーハをステージ上に載置した時からの経過時間
を表している。以下図１及び図２を参照して本第一実施
形態例を説明する。

【００３２】図２（イ）を参照して、ステージ１は常時
一定の高温に、例えば２５０℃に維持されている。時刻
ｔ１にピン２上端に載置されたウェーハ６の温度は、図
２（ロ）を参照して、載置後直ちに予備室の室温ＲＴか
ら上昇し始め、ほぼ３分後の時刻ｔ２で２３０℃以上に
昇温する。ウェーハ６載置の３分後時刻ｔ２でプラズマ
灰化を終了し、ウェーハ６を取り上げ、真空ロック１２
を通して予備室に搬出する。引き続き、次のウェーハを
予備室から取り出し、ピン２上端に載置して次のプラズ
マ灰化を開始する。図２（ハ）はこの次のウェーハの温
度変化をあらわしている。以下、同様の手順で、連続し
て予備室の複数のウェーハのプラズマ灰化を進行する。

【００３３】上述した本発明の第一実施形態例による３
分間のプラズマ灰化がなされたウェーハを調べたとこ
ろ、レジストは完全に除去されており、またウェーハ上
にレジストの残渣も観測されなかった。さらに、プラズ
マ灰化を途中で中止し、レジストが残っているウェーハ
について調べても、レジストのポッピングは観測されな
かった。

【００３４】この結果をウェーハを直接ステージ上に載
置する従来の方法と比較すると、ステージ温度を１００
℃一定とした場合は、レジストの除去に７分間を要し
た。また、ステージ温度を変更する方法では、ステージ
温度を１００℃として表面変質層の除去に３分間、ステ
ージ温度の上昇に１分間、及びステージ温度を２００℃
として残りのレジストを除去するのに０．７分間の合計
４．７分間を要した。本第一実施形態例では３分間でレ
ジストが除去されており、プラズマ灰化時間が著しく短
縮されている。本発明の発明者は、このプラズマ灰化時
間の短縮は、変質層の灰化期間中にウェーハ温度は連続
的に上昇を続けるため変質層の平均灰化速度が大きくな
ること、及びステージ温度の上昇時間が節減されること
に起因すると推定している。

【００３５】さらに、本実施形態例では、プラズマ灰化
後次のプラズマ灰化を開始するまでの期間が短縮され
る。即ち、従来のステージ温度を変更する方法では、プ
ラズマ灰化終了後に１分間程度のステージ温度の冷却期
間を必要とする。これに対して、本実施形態例では、ス
テージ温度は常時一定に維持されるからかかる冷却期間
は不要であり、ウェーハの搬出及び搬入後直ちに次のプ
ラズマ灰化を開始することができる。従って、連続する
プラズマ灰化工程の処理時間が短縮される。

【００３６】本発明の第二実施形態例は、上述した第一
実施形態例において、プラズマ灰化処理の途中でウェー
ハをステージ上に載置する方法に関する。

【００３７】本第二実施形態例は、図１を参照して、ウ
ェーハ６ピン２上端に載置しプラズマ灰化するまでは上
述した第一実施形態例と同じである。本第二実施形態例
では、プラズマ灰化の開始後、例えば２分後にピン２を
下降し、ウェーハ６下面がステージ１上面に接するよう
に載置する。本実施形態例によれば、２分４０秒間のプ
ラズマ灰化によりポッピングを生ずることなく、レジス
トを灰化することができた。この灰化時間の短縮は、ス
テージ１に接触したウェーハ６の温度が２５０℃まで急
速に上昇するためである。このように本実施形態例では
一層のプラズマ灰化時間の短縮を実現できる。

【００３８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、ステ
ージ温度を変更することなくウェーハ温度を上昇させ、
そのウェーハ温度の上昇中にレジスト表面変質層のプラ
ズマ灰化を行うことができるので、ポッピングの発生を
回避又は抑制しつつ、プラズマ灰化を短時間で行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施形態例断面図

【図２】 本発明の第一実施形態例温度シーケンス図

【図３】 従来例断面図

【図４】 従来例温度シーケンス図

【符号の説明】

１ ステージ ２ ピン ３ ピン昇降機構 ４ 昇降器 ５ ウェーハ保持手段 ６ ウェーハ ７ 真空チャンバ ８ 反応室 ９ プラズマ生成室 １０ 導波管 １１ シャワープレート １２ 真空ロック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ上に設けられ表面に変質層が形
   成されたレジストのプラズマ灰化工程を含む半導体装置
   の製造方法において、 該ウェーハを加熱されたステージ上に隙間を介在させて
   保持し、該ウェーハ温度が上昇している間に該変質層を
   プラズマ灰化により除去することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
2. 【請求項２】 ウェーハ上に設けられ表面に変質層が形
   成されたレジストのプラズマ灰化工程を含む半導体装置
   の製造方法において、 該プラズマ灰化工程は、該ウェーハを加熱されたステー
   ジ上に隙間を介在させて保持しプラズマ灰化する第一の
   灰化工程と、 該ウェーハを加熱された該ステージ上に載置してプラズ
   マ灰化する第二の灰化工程とを含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 ウェーハ上に形成されたレジストのプラ
   ズマ灰化装置において、 所定温度に加熱されたステージと、 該ステージ上に隙間を介在させて該ウェーハを保持する
   ウェーハ保持手段とを有し、 該ウェーハ保持手段により保持された該ウェーハの温度
   が上昇している間に、該レジストのプラズマ灰化を開始
   することを特徴とするプラズマ灰化装置。