JP2002093783A - アッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオントラップによることなくウェーハ上の酸
化膜のエッチングとダメージを抑制し、しかも、高いア
ッシングレートでレジストをアッシングすることを可能
とするアッシング装置を提供すること。 【解決手段】酸素ガスとフッ素系ガスとを含有する混合
ガスをガス導入部２から内径２００ｍｍの反応管１に、
（常温、常圧で）１リットル／分以上、５リットル／分
以下の速さで導入し、高周波電源５とコイル４とによっ
てプラズマ領域を作り、その結果活性化された酸素を含
む混合ガスを直接チャンバ６に導き、チャンバ６中で、
加熱されたサセプタ８に搭載され、接触伝熱によって加
熱たウェーハ９と接触させ、ウェーハ９上のレジストを
アッシング（灰化）するアッシング装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアッシング装置、特
に、半導体装置の製造に用いるアッシング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の製
造工程においては、エッチング工程後に不要となったレ
ジスト（有機物から構成されている）を分解除去するた
めに、Ｏ_２プラズマ（酸素ガスを含有する気体中で放電
を起こさせることによって発生するプラズマ）を用いる
アッシング装置（灰化装置）が用いられている。

【０００３】図３に、従来、使用されているアッシング
装置の構成図を示す。図中、３０１は円筒状の石英製反
応管であり、３０２は反応管３０１に酸素ガスを含有す
るガス（多くの場合に、酸素ガスあるいは酸素ガスにフ
ッ素系ガスを添加したもの）を導入するためのガス導入
部であり、３０３はガス導入部３０２から導入されたガ
スを反応管３０１の内壁に沿って流れるようにするため
の円板状の石英バッフルであり、３０４は、反応管３０
１内部のガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させ
るためのコイルであり、３０５はコイル３０４に高周波
電流を供給する高周波電源であり、３０６はウェーハ３
０９上のレジストをアッシング（灰化）するためのチャ
ンバであり、３０７は反応管１とチャンバ３０６との間
に設置されたイオントラップであり、３０８はウェーハ
３０９を搭載するサセプタであり、３０９はサセプタ３
０８に搭載されたウェーハであり、３１０はチャンバ３
０６と排気系との間にある排気抵抗の役割をもつバッフ
ルプレートであり、３１１は高周波電力を装置内に留
め、外部に漏れないようにするためのシールドである。
イオントラップ３０７の役割については後に説明する。

【０００４】図３に示したアッシング装置において、酸
素ガスを含有するガスをガス導入部３０２より反応管３
０１に導入する。導入されたガスは反応管３０１内を
（図中、矢印で示したように）通る。コイル３０４に高
周波電源３０５から高周波電流を供給し、反応管３０１
のガス中に放電を誘起し、プラズマ領域（図中、斜線を
施した長円形で示す）を形成させる。放電によって生成
したラジカルやイオン化分子を含んだガスを、イオント
ラップ３０７を通して、チャンバ３０６に導き、チャン
バ３０６中で、加熱されたサセプタ３０８に搭載され、
接触伝熱によって加熱されたウェーハ３０９と接触させ
る。ウェーハ３０９上のレジストは、ガス中に含まれる
ラジカル状態の酸素とのアッシング反応（酸化反応）に
よってアッシング（酸化）され、二酸化炭素、水等とな
り、ウェーハ３０９上から除去される。

【０００５】ウェーハ３０９上のレジストは、上記のよ
うにして、アッシングされ、ウェーハ３０９上から除去
されるのであるが、レジストが反応性イオンエッチング
やイオン注入等によって変質している場合には、レジス
トのアッシングを完全とするために、アッシング用のガ
スにフッ素系ガス（フレオン等）を添加する必要があ
る。しかし、この場合には、ウェーハ３０９上に形成さ
れている酸化膜（シリコン酸化膜等）もイオン化した分
子によってエッチングされ、さらに、酸化膜中に電子の
トラップ準位が生成する等のダメージ（損傷）も受け
る。このような酸化膜のエッチング及びダメージは実用
上好ましくないので、これを抑制する必要がある。

【０００６】従来技術においては、このような酸化膜の
エッチングとダメージを抑制するために、図３に示した
ように、イオントラップ３０７を設け、それを接地電位
に保つことによって、イオン化した分子をトラップ（捕
捉）している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術による構成にはつぎのような問題がある。

【０００８】すなわち、従来技術による構成における問
題の１つのは、イオントラップ３０７（金属板に多数の
小孔をあけたもの）がガスの流れの抵抗となり、イオン
トラップ３０７が無い場合に比べて、単位時間にウェー
ハ３０９の表面に接触するガスの量が減少して、レジス
トのアッシングレート（アッシング速度）が低下するこ
とである。

【０００９】従来技術における別の問題は、イオン化、
ラジカル化等によって活性化した酸素がイオントラップ
３０７の表面を酸化し、その結果として、イオントラッ
プ３０７の表面が絶縁性の酸化膜で覆われ、その酸化膜
の表面の電位が接地電位でなくなり、イオントラップ３
０７のイオン化分子の捕捉能力が低下してしまうことで
ある。この問題があるので、従来技術においては、イオ
ン化分子の捕捉能力を維持したままのアッシングは不可
能である上に、酸化膜で覆われ、イオン化分子の捕捉能
力が低下したイオントラップ３０７を酸化膜で覆われて
いない新しいものと交換する必要がある。

【００１０】本発明は上記の問題に鑑みなされたもので
あり、本発明が解決しようとする課題は、イオントラッ
プによることなくウェーハ上の酸化膜のエッチングとダ
メージを抑制し、しかも、高いアッシングレートでレジ
ストをアッシングすることを可能とするアッシング装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、請求項１に記載のように、反応室と、前
記反応室内に高周波ガス放電を誘起し維持する手段と、
ウェーハを保持するウェーハ保持台を内蔵し前記反応室
に直結するチャンバとを有するアッシング装置であっ
て、前記チャンバ内を排気しながら前記反応室内に毎分
１リットル以上、５リットル以下の酸素ガスを導入した
ときの前記反応室内の圧力と前記チャンバ内の圧力とが
１３.３Ｐａ以上、１３３Ｐａ以下の範囲内にあること
を特徴とするアッシング装置を構成する。

【００１２】ここに、混合ガスの体積は常温、常圧にお
ける体積であるとする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
イオントラップによることなくアッシングガス中のイオ
ン化分子の濃度を低下させてウェーハ上の酸化膜のエッ
チングとのダメージを抑制し、しかも、高いアッシング
レートでレジストをアッシングすることを可能とするア
ッシング装置として、同じ大きさのウェーハを処理する
場合の反応管の内径が従来のアッシング装置に較べて小
さく、しかも、アッシング用のガス流量を従来のアッシ
ング装置に較べて大きくすることが可能なアッシング装
置を構成する。すなわち、たとえば、８インチウェーハ
を処理するアッシング装置の場合に、反応管の内径を、
従来技術においては２４０ｍｍ以上であるのに対して、
２００〜２３０ｍｍとし、アッシング用のガス流量を、
従来技術においては（常温、常圧において）１リットル
／分を超えていないのに対して、１リットル／分以上、
より好ましくは３〜５リットル／分とする。

【００１４】図１は本発明の構成を説明する図である。
図中、１は円筒状の石英製反応管であり、２は反応管１
に酸素ガス及びフッ素系ガスを含有する混合ガス（多く
の場合に、酸素ガスにフッ素系ガスを添加したもの）を
導入するためのガス導入部であり、３はガス導入部２か
ら導入された混合ガスを反応管１の内壁に沿って流れる
ようにするための円板状の石英バッフルであり、４は、
反応管１内部の混合ガス中に高周波ガス放電を起こさ
せ、プラズマを発生させるためのコイルであり、５はコ
イル４に高周波電流を供給する高周波電源であり、６は
反応管１に直結したチャンバであり、８はチャンバ６に
内蔵されたウェーハ保持台であるサセプタであり、９は
サセプタ８に搭載されたウェーハであり、１０はチャン
バ６と排気系との間にある排気抵抗の役割をもつバッフ
ルプレートであり、１１は高周波電力を装置内に留め、
外部に漏れないようにするためのシールドである。

【００１５】図１に示したアッシング装置において、酸
素ガス及びフッ素系ガスを含有する混合ガスをガス導入
部２より反応管１に導入する。導入された混合ガスは反
応管１内を（図中、矢印で示したように）通る。コイル
４に高周波電源５から高周波電流を供給し、反応管１の
混合ガス中に高周波ガス放電を誘起し、プラズマ領域
（図中、斜線を施した長円形で示す）を形成させる。放
電によって生成したラジカルやイオン化分子を含んだ混
合ガスを直接チャンバ６に導き、チャンバ６中で、加熱
されたサセプタ８に搭載され、接触伝熱によって加熱さ
れたウェーハ９と接触させる。ウェーハ９上のレジスト
は、混合ガス中に含まれるラジカル状態の酸素とのアッ
シング反応（酸化反応）によってアッシング（酸化）さ
れ、二酸化炭素、水等となり、ウェーハ９上から除去さ
れる。

【００１６】ウェーハ９上のレジストは、上記のように
して、アッシングされ、ウェーハ９上から分解除去され
るのであるが、本実施の形態におけるように、レジスト
の分解除去を完全なものとするためにフッ素系ガスを添
加した混合ガスを用いた場合には、ウェーハ９上に形成
されている酸化膜（シリコン酸化膜等）もイオン化した
分子によってエッチングされ、さらに、酸化膜中に電子
のトラップ準位が生成する等のダメージ（損傷）も受け
る可能性がある。このような酸化膜のエッチング及びダ
メージは実用上好ましくないので、これを抑制する必要
がある。

【００１７】本発明に係るアッシング装置においては、
このような酸化膜のエッチングとダメージを抑制するた
めに、混合ガスが反応管１に滞在する時間を従来に較べ
て格段に短くする。これによって、混合ガス中の分子が
イオン化される確率が格段に減少し、それに応じて、ウ
ェーハ９上に形成されている酸化膜のエッチングもダメ
ージも格段に小さくなる。しかも、この場合に、ウェー
ハ９上のレジストのアッシング速度は低下しないことが
以下の実験によって明らかとなった。

【００１８】図２に、レジストのアッシング速度及び酸
化膜のエッチング速度とガス流量との関係についての実
測結果を示す。測定に用いたアッシング用の混合ガスは
酸素に２％のフレオン（フッ素系ガス）を添加したもの
であり、アッシング装置は８インチウェーハ用であっ
て、その装置の反応管の内径は２００ｍｍであり、高周
波ガス放電を起こさせるための電力はＩＰＣ電力８００
Ｗ、バイアス電力（サセプタ８側の電力）３００Ｗを合
わせたものである。

【００１９】図２から明らかなように、ガス流量が１０
００ｓｃｃｍ以上（常温、常圧において１リットル／分
に相当）になると、酸化膜（シリコン酸化膜）のエッチ
ング速度は著しく低下するのに対して、レジストのアッ
シング速度はほとんど不変に保たれている。シリコン酸
化膜のダメージとエッチング速度とはプラズマの電位
（プラズマ中のイオン化分子の濃度が高いと高くなる）
が高ければ、それに応じて高くなるので、シリコン酸化
膜のエッチング速度が遅ければ、それに応じてシリコン
酸化膜のダメージも少なくなっている、としてよい。

【００２０】図２に示された知見は新規なものであり、
本発明はこの新規な知見に基づいてなされたものであ
る。ガス流量が５リットル／分を超えると、混合ガスが
無駄に消費されるので、ガス流量を（常温、常圧におい
て）１リットル／分以上、５リットル／分以下とするの
がよい。また、反応管１の内径は、ウェーハ面における
アッシングむらの発生を防ぐために、ウェーハ９の直径
以上であることが望ましいが、それよりも大きくすれ
ば、混合ガスが反応管１に滞在する時間を長くすること
になるから、ウェーハ９の直径に近い値であることが望
ましい。たとえば、ウェーハ９の直径が８インチの場合
には、反応管１の内径は２００〜２３０ｍｍであること
が望ましい。

【００２１】高周波ガス放電が容易かつ効率よく起こる
ための条件はガスの圧力が１３.３Ｐａ（０.１Ｔｏｒ
ｒ）以上、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下の範囲内にあ
ることであるから、本実施の形態において、ウェーハ９
上の酸化膜のエッチング及びダメージを抑制しながら、
レジストを効率よくアッシングするための条件は、チャ
ンバ６内を排気しながら反応室１内に毎分１リットル以
上、５リットル以下の酸素ガス（フッ素系ガスが添加さ
れていてもよい）を導入したときの反応室１内の圧力と
チャンバ６内の圧力とが相等しく、かつ、１３.３Ｐａ
以上、１３３Ｐａ以下の範囲内にあることである。

【００２２】反応室１内の圧力とチャンバ６内の圧力と
が相等しいという条件は、レジストのアッシングに有効
な化学種が高い確率でウェーハ９の表面に接触するため
の条件である。この条件は、図１に示した本発明に係る
アッシング装置においては、反応室１とチャンバ６と
が、ガスの流れを妨げるなんらの障害物無しに直結して
いるので、明らかに満足されている。

【００２３】また、反応室１内の圧力とチャンバ６内の
圧力とが１３.３Ｐａ以上、１３３Ｐａ以下の範囲内に
あるという条件は、チャンバ６に連結した排気系の排気
能力を調節することにより、容易に満足させられる。具
体的には、バッフルプレート１０として比較的小さな排
気抵抗のものを用い、バッフルプレート１０と排気ポン
プとの間の排気導管に流量調節弁を設け、その流量調節
弁によって排気系の排気能力を調整すればよい。

【００２４】図３に示した従来のアッシング装置におい
ては、上記の条件、すなわち、チャンバ３０６内を排気
しながら反応室３０１内に毎分１リットル以上、５リッ
トル以下の酸素ガスを導入したときの反応室３０１内の
圧力とチャンバ３０６内の圧力とが相等しく、かつ、１
３.３Ｐａ以上、１３３Ｐａ以下の範囲内にあること
は、反応室３０１とチャンバ３０６との間に設置されて
いるイオントラップ３０７が排気抵抗として作用するた
めに、反応室３０１内の圧力とチャンバ３０６内の圧力
とが相異ってしまい、成立しない。

【００２５】以上に説明したように、本発明に係るアッ
シング装置においては、イオントラップを用いず、反応
室１中の混合ガスを直接チャンバ６に導き、アッシング
を行う。イオントラップが無いので、混合ガスの流量を
容易に大きくすることができ、しかも、混合ガスがウェ
ーハ９に接触する際の障害も無くなり、アッシング速度
が高くなる。このような効果が現れるための条件は、す
でに説明したように、反応室と、前記反応室内に高周波
ガス放電を誘起し維持する手段と、ウェーハを保持する
ウェーハ保持台を内蔵し前記反応室に直結するチャンバ
とを有するアッシング装置であって、前記チャンバ内を
排気しながら前記反応室内に毎分１リットル以上、５リ
ットル以下の酸素ガスを導入したときの前記反応室内の
圧力と前記チャンバ内の圧力とが相等しく、かつ、１
３.３Ｐａ以上、１３３Ｐａ以下の範囲内にあることで
ある。

【００２６】また、本発明に係るアッシング装置におい
ては、イオントラップを用いていないので、イオントラ
ップ表面の酸化によるイオン化分子捕捉能力の低下に煩
わされることもなく、長時間メンテナンス無しで安定し
た高性能アッシングを高稼働率で行うことができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の実施によって、イオントラップによることなくウェー
ハ上の酸化膜のエッチングとダメージを抑制し、しか
も、高いアッシングレートでレジストをアッシングする
ことを可能とするアッシング装置を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアッシング装置の構成を示す図で
ある。

【図２】レジストのアッシング速度及び酸化膜のエッチ
ング速度とガス流量との関係についての実測結果を示す
図である。

【図３】従来技術におけるアッシング装置の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１…反応管、２…ガス導入部、３…石英バッフル、４…
コイル、５…高周波電源、６…チャンバ、８…サセプ
タ、９…ウェーハ、１０…バッフルプレート、１１…シ
ールド、３０１…反応管、３０２…ガス導入部、３０３
…石英バッフル、３０４…コイル、３０５…高周波電
源、３０６…チャンバ、３０８…イオントラップ、３０
８…サセプタ、３０９…ウェーハ、３１０…バッフルプ
レート、３１１…シールド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志村 日出男 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 渡辺 誠治 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 LA07 LA08 5F004 AA06 BA03 CA02 DA00 DA26 DB26 5F046 MA12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応室と、前記反応室内に高周波ガス放電
   を誘起し維持する手段と、ウェーハを保持するウェーハ
   保持台を内蔵し前記反応室に直結するチャンバとを有す
   るアッシング装置であって、前記チャンバ内を排気しな
   がら前記反応室内に毎分１リットル以上、５リットル以
   下の酸素ガスを導入したときの前記反応室内の圧力と前
   記チャンバ内の圧力とが１３.３Ｐａ以上、１３３Ｐａ
   以下の範囲内にあることを特徴とするアッシング装置。