JP2001501364A - 半導体ウェハー表面のフォトレジストのクリーニング及びストリッピング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダウンストリーム型マイクロ波処理において、マイクロ波プラズマがガスから形成され、このガスが、実質的な酸素損失なしにアッシングを高めるため、少量のフッ素を有している。この処理は、他のダウンストリーム型マイクロ波処理或いは反応性イオンエッチング処理の前後において行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウェハー表面のフォトレジストのクリーニング及びストリッピング （発明の分野） 本発明は、製造中、半導体ウェハ表面のフォトレジストをクリーニングし、ス トリッピングすることに関する。 （発明の背景） ウェハに多数の半導体デバイスを製造するため、フォトリソグラフィ工程、エ ッチング、薄膜成膜及びまたはイオン注入が交互に行われ、デバイスが形成され る。一般に、フォトリソグラフィ工程は、ウェハをフォトレジストで、特に紫外 線（ＵＶ）感光性の有機材料で被膜する工程と、マスクを介してフォトレジスト を露光する工程と、レジストを現像する工程と、ウェハ表面に一定の露光領域を 残すように露光されたレジストをエッチングする工程とを含んでいる。さらに成 膜、注入或いはエッチングのような処理工程は露光領域で行われる。 一般に、エッチングは、ウェハをケミカルエッチング剤に浸す湿式エッチング 処理でも、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエッチングまたは反応性イオ ンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という。）のような乾式エッチング処理でも行 える。フォトレジストの表面にパターンを形成した後、そして露光領域にさらな る処理工程が行われた後、フォトレジストはストリッピングされる ダウンストリーム型マイクロ波処理は、ウェハが電気的な損傷に耐えられない 場合に、レジストをストリップするために、酸素原子を用いて行う。しかしなが ら、酸素原子は化学反応性が非常に大きいので、酸素原子は、クリーニング及び ストリッピング用チャンバに使用されるアルミニウムのような金属表面で急速に 再結合する。この反応の特質とその結果に影響を及ぼす要素とはよく理解されて おらず、従って、製造者は、酸素原子でダウンストリーム型マイクロ波アッシン グ（灰化）するためにアルミニウム製チャンバを使用することを避けている。 （発明の概要） 主に酸素と形成ガスとを用いた処理に少量のフッ素が付加されるならば、アッ シングレートは高められ、金属表面における処理変化性は除去され、酸素の損失 も最小に維持されるということが判った。ここに述べられているものとして、少 量とは約０．５％以下、好ましくは約０．１〜０．２％を意味する。この処理に は、ダウンストリーム型マイクロ波処理或いはＲＩＥ処理を付加的に組み合わせ ることができる。 この処理は、アルミニウム製チャンバにおいて、信頼性のある性能で、アルミ ニウム表面の変化とは無関係に、高いアッシングレートを達成するために使用さ れる。他のものでは使用される石英の代わりにアルミニウムを使用することで、 ウェハに到達する前にガス流から帯電したイオンを完全に除去し、従って、ウェ ハ上のデバイスには、帯電も電気的損傷もない。その他の特徴と利点は、以下の 詳細な説明、図面及び請求の範囲の記載から明らかになる。 （図面の簡単な説明） 図１は、エッチング及びストリッピング用装置の部分ブロック図を、部分的に 表したものである。 図２は、種々の処理におけるアッシングレートと酸素損失とを比較するグラフ である。 （詳細な説明） 図１を参照して、処理されるべき半導体ウェハ１０は、エッチング及びまたは クリーニング用の密閉処理チャンバ１６内において水平に配置された加熱板（ホ ットプレート）１２の上方に位置する。一般に平坦かつ円形であり、直径が４〜 ８インチであるウェハは支持ピン１８に水平に載置され、この支持ピンは、加熱 板１２の開口部を通ってかつその厚さ方向に延びている。従って、ウェハ１０と 加熱板１２とは平行な水平面に位置する。 処理ガスはガス源２０から導入管２１を介してチャンバ１６内に導入される。 導入管２１内のマイクロ波発生源２２は、導入管にマイクロ波プラズマ２４を生 じさせ、高濃度の活性フリーラジカルで反応ガス２６を放電する。ガス２６は、 ウェハの上方に取付けられ、かつ援用された特許記載のように形成された対向電 極２８の開口部（図示せず）を通過する。適切な条件下では、活性フリーラジカ ルが、レジストをガスに転化することにより、ウェハ１０上のレジスト膜を分解 し、気化する。真空排気系３２は排気管３４を通してこれらのガスを排出し、チ ャンバを５０〜２０００mTorrの範囲の圧力に維持する。 高周波（ＲＦ）発生源３０は、対向（bottom）電極２８と基板電極としての役 割を果たす加熱板１２とに電気的に接続される。従って、対向電極２８と基板電 極１２とが２重のカソードを形成する。高周波発生源３０は、ウェハ１０の上方 に高周波プラズマ３２を生じさせる高周波（ＲＦ）電圧を供給する。高周波（Ｒ Ｆ）プラズマ３２は、ウェハ１０からレジストをアッシングする反応性イオンを 作る。 透明カバー４８と終点検出器５０とは、高周波プラズマにより生じるアッシン グの開始と終了とを検出するために使用される。終点検出器５０はフィルターと 光学式検出器とを備え、この光学式検出器は、アッシングの間に、ＯＨラジカル が形成される時、高周波プラズマに放出されるフォトンを検出する。 マイクロ波プラズマから放電された高濃度のフリーラジカルを有する反応性ガ ス２６を作り出すためにマイクロ波発生源２２の作動中に、ガスはガス源２０か ら導入される。そうすると、そのフリーラジカルをイオン化するためのマイクロ 波発生用反応性ガス２６内に高周波プラズマを生じることができる。例えば、ガ ス源２０からの処理ガスがＣＦ₄及び酸素を含有する場合、マイクロ波プラズマ で放電したガスは、ウェハ上方のガス内において高濃度のフッ素及び酸素ラジカ ルをそれぞれ含有する。その際、高周波プラズマがこの放電するガス内に生じる 場合、作り出されたイオンは、マイクロ波放電ガス自体のイオンと、或いはマイ クロ波放電のないＣＦ₄及び酸素ガスの高周波プラズマのイオンとも相違する。 この相違するプラズマが、エッチング及びストリッピングの間に、実質的にアッ シングを促進することを知見した。 チャンバ16は乾式アッシングを行うために使用することができ、この乾式アッ シングは、ダウンストリーム型マイクロ波処理、ＲＩＥ処理、同時のこれら両処 理、或いは連続的及びまたは交互のこれら両処理を有している。従来、ハロゲン （Ｈａｌ）処理或いはノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理と称されかつ本発明の譲 受人により開発された２つの処理は、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエ ッチングに使用されていた。 ハロゲン処理の１実施例では、以下の処理パラメータで行われる。 （１）１０００ｓｃｃｍのＯ₂ （２）３０〜１５０ｓｃｃｍのＮ₂Ｈ₂ （３）１０〜１４０ｓｃｃｍのＣＦ₄或いはＮＦ₃ （４）０．４５Ｔｏｒｒの圧力 （５）１５００Ｗのマイクロ波出力 この処理は、約１００℃或いはそれ以下の温度を意味する「低温」で、或いは 少なくとも約１５０℃を意味する「高温」で行われる。約１〜１０％のフッ素は 、チャンバから排気できるＨＦを形成するため、レジスト内で水素と反応する。 しかし、フッ素と水素の反応はまた、レジスト表面に酸素原子が反応しかつ低温 で灰化する反応部を生じる ノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理の実施例は、以下の処理パラメータで行われ る。 （１）９０００ｓｃｃｍのＯ₂ （２）５４０ｓｃｃｍのＮ₂Ｈ₂ （３）２Ｔｏｒｒの圧力 （４）２０００Ｗのマイクロ波出力 （５）上昇温度、即ち２００℃〜２８０℃の高温 この処理は高温で行われ、他のシリコン化合物の損失なしに灰化する。しかし 、チャンバの一部がアルミニウム製である場合、チャンバ内の反応によりいくら かの酸素が失われると考えられる。 本発明の処理は、ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理と呼ばれ、この処理パラメ ータは、好ましくは約０．５％より少ない、より好ましくは約０．１〜０．２％ であるＣＦ₄、ＮＦ₃、或いはＳＦ₆のような少量のフッ素を含有するガスを使用 することを除いては、ノーハロゲン処理のものに類似する。 好ましい処理条件を以下に示す。 （１）９０００ｓｃｃｍのＯ₂の混合ガス （２）５４０ｓｃｃｍのＮ₂Ｈ₂ （３）５〜２０ｓｃｃｍのＣＦ₄ （４）約２０００Ｗのマイクロ波出力 （５）約２．０Ｔｏｒｒの圧力 図２を参照して、約２６０℃で行われた例では、ローハロゲン処理が、約２． ５〜３ミクロン／分、再測定でもほぼ３．５ミクロン／分のアッシングレートを 有していることが判った。このレートは、類似のノーハロゲン処理におけるレー トより約２〜３倍高い。というのは、フッ素量が少ないので、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄ のような感光フィルムの実質的なエッチングが観測されないからである。これ らのテストにおいて、再テストの後であっても、酸素損失が３オングストローム ／分より小さい。 酸素ラジカルを測定するための発光をモニターすることによって、少量のフッ 素により酸素ラジカル量が増加した。このことは、フッ素により、酸素がチャン バの表面に及びチャンバ内の他の部品に付着することを防止することを示唆して いる。従って、フッ素はチャンバ内面を保護すると考えられる。 ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理は、この処理の前後において他の乾式処理と 組合わせることができる。例えば、ハロゲン処理、ＲＩＥ処理、或いはＲＩＥ処 理を伴うハロゲン処理をローハロゲン処理に引続き行うことができる。 そのような処理の１実施例は、ローハロゲン処理とＲＩＥ処理とを組み合わさ れたものであり、ダマシン処理に続くエッチング処理用ＣＦ₄及びＮＦ₃のいずれ か１つを有する。このダマシン処理では、金属の堆積に先立ち、微細な金属の輸 郭（fine−line metal definition）を得るため、及び従来のアルミニウム金属 エッチングの除去処理をなくすために、酸化シリコン内に配線溝（チャネル）が エッチングされる。しかし、酸化チャネルのエッチングにより、溶媒の作用によ っても除去が困難である、ポリマー形成によるレジストマスクの汚染が生じる。 そのようなレジストを除去する処理によれば、エッチング処理中に、レジスト表 面に形成される大いにフッ化された皮を分解しアッシングするために、第１に酸 素のＲＩＥプラズマが使用される。この皮が除去されたとき、ローハロゲン処理 が、残りの有機材料の除去のために使用される。この残りの反応生成物は、脱イ オン水（ＤＩ）で洗い落とされ、クリーンな面を残す。 本発明の上述の実施例により、添付した請求の範囲記載の発明の範囲から逸脱 することなしに改良できるのは明らかである。ある種のガスが引用されているが 、 レジストを除去するために他のガスも使用できる。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３） 【補正内容】 １．明細書第３頁第２行の「対向(bottom)電極２８と基板電極としての」を、 「対向電極２８と、基板(bottom)電極としての」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法において、 （ａ）酸素と、約０．５％より少ないフッ素含有ガスとを有する第１ガスを導 入する工程と、 （ｂ）導入された第１ガスから第１マイクロ波プラズマを形成し、この第１マ イクロ波プラズマをデバイスに向かわせる工程とを 有する、レジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 ２．フッ素含有量ガス量が約０．１〜０．２％である、請求の範囲第１項記載 のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 ３．フッ素含有ガスが、ＣＦ₄、ＮＦ₃及びＳＦ₆からなるグループから選択さ れている、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングす る方法。 ４．工程（ｂ）が完了した後に、 （ｃ）第１ガスとは異なる、酸素含有の第２ガスを導入する工程と、 （ｄ）導入された第２ガスから第２マイクロ波プラズマを形成し、この第２マ イクロ波プラズマをデバイスに向かわせる工程とを さらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシン グする方法。 ５．第２ガスが１〜１０％のフッ素含有ガスを有する、請求の範囲第４項記載 のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 ６．フッ素含有ガスが、ＣＦ₄、ＮＦ₃及びＳＦ₆からなるグループから選択さ れている、請求の範囲第５項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングす る方法。 ７．工程（ｄ）が完了した後に、 （ｅ）第３ガスを導入する工程と、 （ｆ）反応性イオンエッチング処理を行うため、デバイスの上方で第３ガスか ら高周波プラズマを形成する工程とを さらに有する、請求の範囲第４項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシン グする方法。 ８．工程（ｂ）が完了した後に、 （ｃ）第２ガスを導入する工程と、 （ｄ）反応性イオンエッチング処理を行うため、デバイスの上方で第２ガスか ら高周波プラズマを形成する工程とを さらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシン グする方法。 ９．工程（ａ）の前に、反応性イオンエッチング処理を行うため、高周波プラ ズマでアッシングする工程をさらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層 を備えたデバイスをアッシングする方法。 10．工程（ｂ）の後に、デバイスを脱イオン水で洗浄する工程をさらに有する 、請求の範囲第９項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 11．工程（ｂ）の後に、約１〜１０％のフッ素含有ガスでダウンストリーム型 マイクロ波処理を行う工程をさらに有する、請求の範囲第９項記載のレジスト層 を備えたデバイスをアッシングする方法。 12．工程（ｂ）の後に、反応性イオンエッチング処理を行うため、高周波プラ ズマでアッシングする工程をさらに有する、請求の範囲第９項記載のレジスト層 を備えたデバイスをアッシングする方法。 13．工程（ｂ）の前に、約１〜１０％のフッ素含有ガスを備えた、主に酸素ガ スを使用してダウンストリーム型マイクロ波処理によりアッシングする工程をさ らに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシング する方法。