JP2003243335A - レジスト除去方法およびレジスト除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｌｏｗ−ｋ膜等の有機物膜上のレジストを有機
物膜にダメージを与えずに短時間で除去できるレジスト
除去方法およびレジスト除去装置を提供する。 【解決手段】有機系低誘電率層間絶縁膜上に形成された
レジストの一部にアッシングを行う工程と、アッシング
により生成し、有機系低誘電率層間絶縁膜に付着する固
形物とレジストの残りを含むアッシング残渣に、オゾン
ガスおよび純水の蒸気を同時に供給し、アッシング残渣
を水溶性に変質させる工程と、アッシング残渣を純水で
洗浄して除去する工程とを有するレジスト除去方法およ
びそれに用いるレジスト除去装置。

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
におけるレジスト除去方法およびレジスト除去装置に関
し、特に、低誘電率層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）上に形
成されたレジストを、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えず
に除去できるレジスト除去方法およびレジスト除去装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ（以下、ウェーハとす
る。）等のリソグラフィー工程においては、ウェーハ上
にレジストを塗布し、パターンを露光してから現像が行
われる。リソグラフィー工程によりパターニングされた
レジストをマスクとして、ウェーハあるいはその上層に
形成された各種の層にイオン注入やエッチング等が行わ
れる。その後、不要となったレジストは除去される。

【０００３】レジスト除去方法には、ウェーハをレジス
ト剥離液に浸漬するウェットプロセスと、レジストを気
相中で除去するドライプロセス（アッシング）がある。
レジスト剥離液は、レジストを酸化して除去する無機系
剥離液と、レジストを膨潤させて除去する有機系剥離液
に大別される。

【０００４】無機系剥離液としては、濃硫酸１容に過酸
化水素水を０．２５〜１容混合したＳＰＭ（sulfuric a
cid-hydrogen peroxide mixture)液が挙げられる。ＳＰ
Ｍ液は通常、１３０℃前後に加熱されて、レジストの除
去やウェーハの洗浄に用いられる。有機系剥離液として
は、アミン系溶剤が挙げられる。

【０００５】アッシングには、高濃度のオゾンを導入し
てオゾンとレジストを化学反応させるオゾンアッシング
や、反応性ガスのプラズマを発生させ、発生したプラズ
マを利用してレジストを除去するプラズマアッシングが
ある。通常、アッシングには酸素プラズマが使用され
る。

【０００６】残渣が問題とならない場合には、ドライプ
ロセスのみでレジストを除去することもあるが、一般に
は、アッシングを行ってレジストを除去した後、ＳＰＭ
液や有機系剥離液を用いた洗浄を行い、レジストの残渣
やアッシングによる生成物をウェットプロセスで除去す
ることが多い。

【０００７】また、特開２００１−１１０７７２号公報
には、ウェーハ表面に溶媒の液膜を形成し、この溶媒の
液膜に処理ガスを溶解させる基板処理方法と基板処理装
置が開示されている。この方法によれば、例えば、ウェ
ーハ表面に水蒸気を凝縮させて純水の液膜を形成し、こ
の液膜にオゾンガスを溶解させ、オゾンを利用してウェ
ーハ上のレジストや、ＢＡＲＣ（ボトム・アンチ・リフ
レクティブ・コーティング）等の有機物膜を除去でき
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体デバイス
においては、高集積化と動作周波数の高速化に伴い、配
線間の静電容量の増加や配線遅延といった問題が発生し
ている。このような問題を解決するため、配線層間や配
線間の層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ膜と呼ばれる低誘電率層
間絶縁膜が多く採用されるようになってきている。

【０００９】Ｌｏｗ−ｋ膜に例えば配線用の溝を形成す
る場合、Ｌｏｗ−ｋ膜上に所定のパターンでレジストを
形成し、レジストをマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜にドライ
エッチングを行う。このドライエッチングにより溝の側
壁には反応生成物が堆積する。堆積する反応生成物（残
渣）は主に有機系ポリマーであり、通常、エッチングガ
スやレジストあるいはＬｏｗ−ｋ膜を構成する元素を含
む。ドライエッチングによりＬｏｗ−ｋ膜に溝を形成し
た後、レジストおよび残渣が除去される。

【００１０】しかしながら、Ｌｏｗ−ｋ膜はＳＰＭ液や
有機系レジスト剥離液に対する耐性がないため、Ｌｏｗ
−ｋ膜上のレジストをこれらの剥離液で除去すると、Ｌ
ｏｗ−ｋ膜が一部消失したり、Ｌｏｗ−ｋ膜の膜質が変
化して、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が上昇したりする。した
がって、これらの剥離液を用いたウェットプロセスで、
Ｌｏｗ−ｋ膜上のレジストを除去することは出来ない。

【００１１】一方、ドライプロセスによりレジストを除
去する場合、ウェットプロセスに比較して残渣が問題と
なりやすい。上記のような溝の側壁等の残渣は、一般に
ウェットプロセスの方が容易に除去できる。ドライプロ
セスにより残渣を完全に除去しようとすると、レジスト
の下地がダメージを受けやすい。特に、レジスト下地が
Ｌｏｗ−ｋ膜の場合、レジストとＬｏｗ−ｋ膜の組成が
近いことから、Ｌｏｗ−ｋ膜のダメージが問題となりや
すい。

【００１２】また、特開２００１−１１０７７２号公報
記載の基板処理方法によれば、Ｌｏｗ−ｋ膜のダメージ
は防止されるが、レジスト剥離液に浸漬する場合や、ア
ッシングを行う場合に比較して、穏和な条件でレジスト
が除去されるため、高いスループットが得られない。

【００１３】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、Ｌｏｗ−ｋ膜等の有機
物膜上のレジストを有機物膜にダメージを与えずに短時
間で除去できるレジスト除去方法およびレジスト除去装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレジスト除去方法は、レジストの一部にア
ッシングを行う工程と、前記アッシングにより生成する
固形物と前記レジストの残りを含むアッシング残渣に、
オゾンガスおよび純水の蒸気を同時に供給し、前記アッ
シング残渣を水溶性に変質させる工程と、前記アッシン
グ残渣を純水で洗浄して除去する工程とを有することを
特徴とする。

【００１５】あるいは、本発明のレジスト除去方法は、
有機系低誘電率層間絶縁膜上に形成されたレジストの一
部にアッシングを行う工程と、前記アッシングにより生
成し、前記有機系低誘電率層間絶縁膜に付着する固形物
と前記レジストの残りを含むアッシング残渣に、オゾン
ガスおよび純水の蒸気を同時に供給し、前記アッシング
残渣を水溶性に変質させる工程と、前記アッシング残渣
を純水で洗浄して除去する工程とを有することを特徴と
する。

【００１６】また、上記の目的を達成するため、本発明
のレジスト除去装置は、有機系低誘電率層間絶縁膜を含
む基板を収納する処理室と、前記基板を処理室内に固定
する基板固定手段と、前記処理室内を加熱する加熱手段
と、前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供
給手段と、前記処理室内に純水の蒸気を供給する純水蒸
気供給手段とを有することを特徴とする。

【００１７】これにより、レジスト下地、特に有機系低
誘電率層間絶縁膜のように、レジストに比較的近い組成
を有する有機物膜にダメージを与えずに、レジストやア
ッシングの残渣を除去することが可能となる。また、本
発明のレジスト除去方法によれば、オゾンガスと純水の
蒸気を用いた処理と、ドライプロセスであるアッシング
とを併用するため、レジスト除去において高いスループ
ットが得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のレジスト除去方
法およびレジスト除去装置の実施の形態について、図面
を参照して説明する。図１は本実施形態のレジスト除去
装置の概略図である。レジスト除去装置１は密閉式の処
理室２を有する。

【００１９】処理室２の周囲にはヒーター３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄが設けられている。ヒーター３ａ、３ｂは連
続しており、処理室２の側壁に沿って設けられている。
ヒーター３ｃ、３ｄは連続しており、処理室２の底部に
沿って設けられている。ヒーター３ａ、３ｂ、３ｃ、３
ｄにより処理室２内が所定の温度に加熱され、処理室２
内にウェーハ４が搬入される。

【００２０】後述するように、ウェーハ４の表面に純水
の液膜を形成する必要があることから、処理室２内の温
度は、ウェーハ４の表面で純水の蒸気が凝縮し、液化す
る範囲で制御する。ウェーハ４はウェーハ保持具５ａ、
５ｂ、５ｃによって固定される。

【００２１】処理室２の外部にはオゾンガス発生装置６
が設けられている。オゾンガス発生装置６において発生
し、所定の温度に制御されたオゾンガスは、オゾンガス
導入管７を経て、オゾンガス供給口８ａ、８ｂから処理
室２内に供給される。オゾンガス供給口８ａ、８ｂは処
理室２の側壁に沿って設けられている。

【００２２】また、処理室２の外部には純水蒸気発生装
置９が設けられている。純水蒸気発生装置９において発
生し、所定の温度に制御された純水の蒸気は、純水蒸気
導入管１０を経て、純水蒸気供給口１１ａ、１１ｂから
オゾンガスと同時に処理室２内に供給される。純水蒸気
供給口１１ａ、１１ｂも処理室２の側壁に沿って設けら
れている。

【００２３】純水の蒸気がウェーハ４に吹き付けられる
ことにより、ウェーハ４の表面には純水の液膜が形成さ
れる。ここに、オゾンガスが供給されることにより、ウ
ェーハ４表面の純水の液膜にオゾンガスが溶解し、オゾ
ン水の液膜となる。この液膜に接するレジストは、水溶
性の物質に変質する。したがって、オゾンガスと純水の
蒸気を吹き付けた後、処理室２内あるいは他の洗浄装置
内で純水リンス処理を行うことにより、容易に除去でき
る。

【００２４】本実施形態のレジスト除去方法によれば、
レジストにアッシング処理を行った後、上記のレジスト
処理装置を用いて、アッシングの残渣を除去する。この
アッシングではレジストを完全に除去する必要はなく、
レジスト下地のダメージを防止する上では、レジストの
一部を残すことが好ましい。

【００２５】アッシング処理後、オゾンガスと純水の蒸
気をウェーハに吹き付け、残りのレジストや、アッシン
グで生成して堆積したポリマー等（残渣）を水溶性の物
質に変質させる。その後、純水リンス処理を行って、レ
ジストを除去する。レジストの大部分をアッシングで除
去することにより、高いスループットが得られる。

【００２６】Ｌｏｗ−ｋ膜はＳＰＭ液や有機系レジスト
剥離液に対する耐性がないため、レジスト下地がＬｏｗ
−ｋ膜の場合には、これらのレジスト剥離液を用いたウ
ェットプロセスでレジストを除去することができない。

【００２７】しかしながら、Ｌｏｗ−ｋ膜はオゾンガス
と純水の蒸気を用いる処理に対しては耐性を示す。した
がって、本実施形態のレジスト除去方法によれば、レジ
ストの下地がＬｏｗ−ｋ膜である場合にも、レジスト下
地にダメージを与えずにレジストを除去できる。

【００２８】次に、上記のレジスト除去方法を、Ｌｏｗ
−ｋ膜の加工例に基づいて説明する。図２（ａ）は半導
体装置の配線形成部分の断面図であり、Ｃｕデュアルダ
マシン構造の形成過程を示す。図２（ａ）に示すよう
に、下層配線層２１が層間絶縁膜２２に埋め込まれて形
成されている。

【００２９】下層配線層２１および層間絶縁膜２２上に
は、キャップ層２３が形成されている。キャップ層２３
の材料は、下層および上層に対するエッチング選択性が
十分に得られるものであればよく、キャップ層２３とし
ては例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは
シリコン酸化窒化膜等が用いられる。

【００３０】キャップ層２３の上層にＬｏｗ−ｋ膜２４
が形成されている。Ｌｏｗ−ｋ膜２４は液状のＬｏｗ−
ｋ膜材料を例えばスピンコートにより塗布してから、ベ
ーキングにより溶媒を揮発させて形成される。Ｌｏｗ−
ｋ膜２４は有機物からなり、レジストとのエッチング選
択性を確保するのが難しい。

【００３１】したがって、Ｌｏｗ−ｋ膜２４のパターニ
ングにはハードマスクと呼ばれる無機系の膜とレジスト
との積層膜が用いられる（多層レジストプロセス）。ハ
ードマスクとしては、化学気相成長（ＣＶＤ）により形
成されるシリコン酸化膜等が用いられる。

【００３２】図２（ａ）の例では、Ｌｏｗ−ｋ膜２４上
に第１のハードマスク２５としてシリコン酸化膜が形成
され、その上層に第２のハードマスク２６としてシリコ
ン酸化窒化膜が形成されている。２層のハードマスクを
設けずに、１層のハードマスクのみを用いてＬｏｗ−ｋ
膜にエッチングを行うことも可能である。

【００３３】但し、デュアルダマシンプロセスでは、溝
の底部の一部に下層配線層との接続用のビアホールがさ
らに形成される。このような場合、Ｌｏｗ−ｋ膜に溝用
のパターンとビアホール用のパターンで２回のエッチン
グを行う必要があり、第１のハードマスク２５と第２の
ハードマスク２６が異なるパターンで形成されている。
これらのハードマスク２５、２６の上層にレジスト２７
が形成されている。

【００３４】図２（ｂ）はレジスト２７をマスクとし
て、Ｌｏｗ−ｋ膜２４にドライエッチングを行った状態
を示す断面図である。このドライエッチングにより、Ｌ
ｏｗ−ｋ膜２４に溝２８が形成される。溝２８に面した
第１のハードマスク２５とＬｏｗ−ｋ膜２４の側壁に
は、ポリマー等の反応生成物が残渣２９として堆積す
る。

【００３５】このような残渣２９と、レジスト２７の残
りを本実施形態のレジスト除去方法に従って除去すれ
ば、Ｌｏｗ−ｋ膜２４の膜質の変化とそれに伴う誘電率
の上昇が防止される。レジスト２７はＬｏｗ−ｋ膜２４
にドライエッチングを行う間にもある程度消失する。

【００３６】ドライエッチング後、酸素プラズマを利用
したアッシングを行うことにより、レジスト２７はさら
に除去される。このアッシングはＬｏｗ−ｋ膜２４のド
ライエッチングと同一の装置内で行うことも可能であ
り、ウェーハを装置間で搬送する必要はない。

【００３７】次に、図３および図４を参照して、本実施
形態のレジスト除去方法がＬｏｗ−ｋ膜に与える影響に
ついて説明する。図３および図４は、Ｍ／Ｚ＝１８のと
きの昇温脱離スペクトル（ＴＤＳ；thermal desorption
spectrum）であり、水の脱ガス強度を測定したもので
ある。

【００３８】図３は本実施形態のレジスト除去方法に従
って、Ｌｏｗ−ｋ膜にオゾンガスと純水の蒸気を吹き付
ける処理を行う前と後の脱ガス強度を示す。図４は比較
例として、Ｌｏｗ−ｋ膜を有機系レジスト剥離液に浸漬
する処理を行う前と後の脱ガス強度を示す。

【００３９】図３では処理前と処理後で脱ガス強度に変
化がなく、処理によりＬｏｗ−ｋ膜がダメージを受けて
いないことがわかる。それに対し、図４では処理後に５
００℃以上で脱ガスのピークが認められ、処理によりＬ
ｏｗ−ｋ膜の膜質が変化していることがわかる。

【００４０】以上のように、上記の本発明の実施形態の
レジスト除去方法およびレジスト除去装置によれば、レ
ジスト下地にダメージを与えずに、高いスループットで
レジストを除去することが可能となる。

【００４１】本発明のレジスト除去方法およびレジスト
除去装置の実施形態は、上記の説明に限定されない。例
えば、Ｌｏｗ−ｋ膜上のレジストだけでなく、ＢＡＲＣ
等の反射防止膜等、Ｌｏｗ−ｋ膜以外の有機物膜上に形
成されたレジストを除去する場合にも、本発明のレジス
ト除去方法およびレジスト除去装置を適用することが可
能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の変更が可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明のレジスト除去方法によれば、レ
ジスト下地の有機物膜にダメージを与えずに、高いスル
ープットでレジストを除去できる。本発明のレジスト除
去装置によれば、Ｌｏｗ−ｋ膜上に形成されたレジスト
を、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えずに、高いスループ
ットで除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のレジスト除去装置の概略図であ
る。

【図２】図２（ａ）および（ｂ）は本発明のレジスト除
去方法が適用される配線形成プロセスを示す断面図であ
る。

【図３】図３は本発明のレジスト除去方法に従って処理
される前と後のＬｏｗ−ｋ膜の脱ガス強度を示す図であ
る。

【図４】図４は従来のレジスト除去方法に従って処理さ
れる前と後のＬｏｗ−ｋ膜の脱ガス強度を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…レジスト除去装置、２…処理室、３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄ…ヒーター、４…ウェーハ、５ａ、５ｂ、５ｃ
…ウェーハ保持具、６…オゾンガス発生装置、７…オゾ
ンガス導入管、８ａ、８ｂ…オゾンガス供給口、９…純
水蒸気発生装置、１０…純水蒸気導入管、１１ａ、１１
ｂ…純水蒸気供給口、２１…下層配線層、２２…層間絶
縁膜、２３…キャップ層、２４…Ｌｏｗ−ｋ膜、２５…
第１のハードマスク、２６…第２のハードマスク、２７
…レジスト、２８…溝、２９…残渣。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レジストの一部にアッシングを行う工程
   と、 前記アッシングにより生成する固形物と前記レジストの
   残りを含むアッシング残渣に、オゾンガスおよび純水の
   蒸気を同時に供給し、前記アッシング残渣を水溶性に変
   質させる工程と、 前記アッシング残渣を純水で洗浄して除去する工程とを
   有するレジスト除去方法。
2. 【請求項２】有機系低誘電率層間絶縁膜上に形成された
   レジストの一部にアッシングを行う工程と、 前記アッシングにより生成し、前記有機系低誘電率層間
   絶縁膜に付着する固形物と前記レジストの残りを含むア
   ッシング残渣に、オゾンガスおよび純水の蒸気を同時に
   供給し、前記アッシング残渣を水溶性に変質させる工程
   と、 前記アッシング残渣を純水で洗浄して除去する工程とを
   有するレジスト除去方法。
3. 【請求項３】有機系低誘電率層間絶縁膜を含む基板を収
   納する処理室と、 前記基板を処理室内に固定する基板固定手段と、 前記処理室内を加熱する加熱手段と、 前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手
   段と、 前記処理室内に純水の蒸気を供給する純水蒸気供給手段
   とを有するレジスト除去装置。