JP2006005181A - アッシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】 反応室と真空排気室が同一のアッシング装置において反応室が真空状態になるまでは半導体基板１１２を２００℃以上の高温に維持されている試料台１１３から離れた位置に保持し、反応室が真空状態になった段階で半導体基板１１２を試料台１１３に設置し高温にし、酸素プラズマアッシングを行うことでレジスト残りを防止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法におけるドライエッチングなどのレジスト除去工程に用い、反応室と真空排気室が同一であるアッシング方法に関するものである。

ＬＳＩ等の半導体集積回路装置の製造工程にレジストを除去する工程がある。このレジスト除去方法としては、以前の発煙硝酸などを用いたウェットプロセスに代わって、酸素プラズマを利用するアッシング法が広く用いられるようになっている。このアッシング法は、有機高分子からなるレジストを、酸素プラズマ中の酸素ラジカルなどにより、レジストを構成する炭素原子からＣＯやＣＯ_２を形成する酸化反応（燃焼）によりガス化し、アッシング装置の排気口から除去するものである。

このアッシング法を行う装置の構造として大きく次の２種類がある。一つはアッシング反応室と真空排気室が同じで、反応室を大気解放して半導体基板を反応室へ搬送後、真空排気を行い、ガスを導入してアッシングを行う装置であり、第２はアッシング反応室と真空排気室（真空予備排気室）が別になっており、半導体基板を真空排気室に搬送し、真空排気を行った後に反応室に搬送し、アッシングを行う装置である。両アッシング装置ともに、アッシング装置の処理速度を上げ、半導体集積回路の生産スループットをあげるために、試料台を２００℃以上の高温に制御し、レジストの除去速度を上げている装置が多い（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２０９１３３号公報

以上説明したアッシング装置のうち、反応室を大気解放して半導体基板を反応室に設置する第１のタイプの装置は現在も主流の装置であるが、この装置で、被エッチング膜をドライエッチングし、パターン形成した後、それに用いたレジスト膜をアッシングすると、レジストが完全に除去されず、半導体基板上の一部にレジスト残りが発生することが多いという問題があることがわかった。

そこで本発明は、このようなアッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のアッシング方法は、真空排気可能な反応室を用いてアッシングを行うに際し、前記反応室を大気状態にする工程と、アッシング対象となる基板を所定の高温に維持された試料台から離間された位置に保持する離間工程と、前記反応室を真空引きして反応室を真空状態にする工程と、前記基板を前記試料台に接触させて設置する接触工程と、前記反応室内にガスのプラズマを発生させて前記基板をアッシングする工程とを有することを特徴とする。

請求項２記載のアッシング方法は、真空排気可能な反応室を用いてアッシングを行うに際し、基板の表面上に形成された膜上に有機樹脂膜のパターンを形成し、前記パターンをマスクとして前記膜を選択的に除去する工程と、前記反応室を大気状態にする工程と、アッシング対象となる前記基板を所定の高温に維持された試料台から離間された位置に保持する離間工程と、前記反応室を真空引きして反応室を真空状態にする工程と、前記基板を前記試料台に接触させて設置する接触工程と、前記反応室内にガスのプラズマを発生させて前記基板の前記有機樹脂膜をアッシングする工程とを有することを特徴とする。

請求項３記載のアッシング方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のアッシング方法において、前記有機樹脂膜はレジストであることを特徴とする。
請求項４記載のアッシング方法は、請求項３記載のアッシング方法において、前記試料台は２００℃以上の高温に制御されたものであることを特徴とする。

請求項５記載のアッシング方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載のアッシング方法において、前記真空状態は真空度が１５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。

請求項６記載のアッシング方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載のアッシング方法において、前記離間工程が、昇降機を用いて前記基板を前記試料台から離間し、前記接触工程が、前記昇降機を用いて前記基板を前記試料台に接触させて設置することを特徴とする。

請求項７記載のアッシング方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載のアッシング方法において、前記離間工程が、保持具により保持された前記基板に接触しないように前記試料台を降下して離間し、前記接触工程が、前記試料台を上昇させて保持具により保持された前記基板を前記試料台に接触させて設置することを特徴とする。

以上により、アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することができる。

本発明によるアッシング方法では、高温加熱された試料台から離れた位置に半導体基板などの基板がある状態で反応室を真空状態にし、大気状態で基板を高温にさせないようにすることによって、エッチング反応生成物とレジストとの反応によるレジストの硬化が発生しないため、半導体基板をレジスト残りが発生しないようにアッシングすることができ、アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することができる。

最初に今回のレジスト残りの発生原因について説明する。
本発明者らは上に説明したこのレジスト残りの原因を検討した。その結果、半導体基板上に形成した膜をレジストをマスクにして選択的にエッチングし、パターン形成したときに生じるエッチングガスと膜成分などのエッチング反応生成物が、まず、レジスト上に付着する。次に、このレジストをアッシングする際に、反応室を大気解放状態にして２００℃程度に加熱された試料台に半導体基板を設置するが、そのとき、半導体基板表面にて急激な温度上昇が生じるため、エッチング反応生成物とレジストが反応し硬化する。この硬化物が生じたレジストを酸素プラズマでアッシングしてももはやエッチング除去が非常に困難になっているのでレジスト残りとなると推定された。本発明はこのような知見に基づいて考えたものである。

以下に本発明のアッシング装置について図１にて詳細に説明する。
図１は本発明のレジストのアッシング方法を実施するアッシング装置の模式的断面図である。

図１において、アッシング装置は、基板搬送装置１００、反応室１０１、プラズマ室１０２の三つの主要部分から構成される。反応容器１０３は、アルミニウム（Ａｌ）などの金属で作製され、反応容器１０３の内部は、アルミニウム（Ａｌ）製の分離板１０４によってプラズマ室１０２と反応室１０１に分離されている。プラズマ室１０２に発生したプラズマの主にラジカルが選択的に反応室１０１に引き出される。なお、分離板１０４は反応容器１０３を介して接地されている。

反応容器１０３の内部では、石英（ＳｉＯ_２）製のマイクロ波導入窓１０５で気密に封止されている。反応容器１０３の側壁にはプラズマ室１０２にガスを供給するガス導入孔１０６が設けられ、反応容器１０３の下部壁には排気口１０７が設けられている。排気口１０７は、排気装置（図示せず）に接続されている。排気口１０７には開閉バルブ１０８が接続されており、反応容器１０３を真空状態にする場合は、開閉バルブ１０８を開き、大気状態にする場合は開閉バルブ１０８を閉じるといった動作を行う。反応容器１０３の内部には、導波管１１０を介してマイクロ波発振器１１１が接続されている。

反応室１０１にはマイクロ波導入窓１０５と対向する位置に、半導体基板１１２を載置する試料台１１３が設けられている。試料台１１３は、半導体基板１１２を試料台１１３上に載置するための昇降機１１４を備えている。この昇降機１１４により、半導体基板１１２は試料台１１３表面から持ち上げられる。また、試料台１１３は、加熱機構１１５を内部に備え、試料台１１３の試料載置面の温度を３００℃まで加熱することができる構成となっている。上記装置に設置されている基板搬送装置１００、開閉窓１１６、昇降機動作モーター１１７、開閉バルブ１０８はシーケンスコントローラー１１８にて動作を制御している。

以下、図を用いて各実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
まず、図１，図２，図３，図４を用いて実施の形態１について説明する。

この装置を用いて、半導体基板上に形成された膜のドライエッチング後、そのレジストのアッシングを行うのであるが、以下に述べる本発明によるレジストアッシング方法における半導体基板は、シリコンウエハ上にＳｉＮ膜を堆積後、所望のパターン形状に形成したレジストをマスクとして、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３ガスを用いＳｉＮ膜をエッチングしたものである。半導体基板に形成されたレジストの膜厚は３．２μｍとする。

本発明によるアッシング方法を次に説明する。
図２は本発明の実施の形態１におけるアッシング工程を説明する図であり、図１に示すアッシング装置を用いた本発明の実施の形態１によるアッシング工程において、試料台１１３の部分の動作を説明する図である。

図２（ａ）は反応室１０１への半導体基板１１２の搬送を示す模式図である。半導体基板搬送時には、まず、排気口１０７の開閉バルブ１０８を閉め、反応室１０１内を大気解放にした後、開閉窓１１６を開けて半導体基板１１２を大気状態にて反応室１０１に搬送できる状態にする。その後、基板搬送装置１００の搬送アーム１０９にて半導体基板１１２を反応室１０１内に搬送する。このとき、反応室１０１内の昇降機１１４を上げて、昇降機１１４の先端にて半導体基板１１２を保持し、半導体基板１１２が２００℃以上に加熱された試料台１１３に接触されないようにする。その後、図２（ｂ）に示すように、基板搬送機１００の搬送アーム１０９を反応室１０１内より出し、開閉窓１１６を閉め、排気口１０７の開閉バルブ１０８を開け真空引きを行い、反応室１０１を真空状態にする。このとき、半導体基板１１２は昇降機１１４で試料台１１３より持ち上げられた状態にて真空引きを行う。

次に、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）における真空引きによって真空度が１５Ｔｏｒｒ以下に達したところで昇降機１１４を下げて、半導体基板１１２を試料台１１３上に直接接触させて置いた状態にてＯ_２ガスを導入して圧力を安定させ、マイクロ波を供給してプラズマを発生させレジストをアッシングする。このとき、半導体基板１１２は試料台１１３に接触して置かれているから、基板の温度は約２００℃まで上昇しており、レジストは高速でアッシングされ、レジスト除去が終了する。

図３はレジスト残り分布を示す図であり、本実施の形態によるレジストのアッシング後の半導体基板表面、および従来のアッシング方法によるアッシング後の半導体基板表面のレジスト残り評価結果を示し、レジスト残り分布はチップ単位で表示している。色の濃い部分はレジスト残りの無い良品チップであり、薄い色部分はレジスト残りの有る不良チップである。

図３から明らかなように従来のアッシング方法と比較して、本発明のアッシング方法を用いるとレジスト残りの発生を抑制できる。これは、本発明者らがレジスト残りについて解析した結果に基づき、図１に示すアッシング装置の反応室１０１に、大気状態にて半導体基板を挿入したとき、２００℃以上の高温に制御された試料台に直接接触して設置されないため、前工程でドライエッチングしたときの反応生成物とレジストが大気中で反応せずレジストが硬化されない。その後、反応室１０１内部を真空排気し、半導体基板を試料台に接触させて温度を上昇させても、真空雰囲気中では反応生成物とレジストはもはや反応硬化しないから、酸素プラズマによってレジストが完全に除去されたものである。

図４はレジスト残り分布の到達真空度依存性を示す図であり、図１の昇降機１１４で半導体基板１１２を試料台１１３より離した低温状態で大気圧から真空排気を行った際の到達真空度と、レジストアッシング後のレジスト残りとの関係について評価した結果を示す図である。この結果より真空度が１５Ｔｏｒｒ以下の状態にすれば、真空排気後半導体基板を試料台上に設置し、温度を上昇させてもレジスト残りが生じないことがわかる。

以上の結果より、本発明は、２００℃以上の高温に制御された試料台への半導体装置の接触を、反応室内部を真空排気してから行うことにより、ドライエッチングしたときの反応生成物とレジストの反応が抑制されてレジストが硬化しないので、反応室と真空排気室が同一のアッシング装置において、アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することができる。
（実施の形態２）
次に、図１，図５を用いて実施の形態２について説明する。

図５は本発明の実施の形態２におけるアッシング工程を説明する図である。
実施の形態１においては、アッシング装置に備えられた昇降機１１４を用い半導体基板１１２を保持したが、逆に、図５に示すような試料台１１３が上下に昇降することにより半導体基板と接触する機構でも同じようなアッシング方法は可能である。

図５（ａ）は図１に示すアッシング装置において反応室１０１への半導体基板１１２の搬送を示す模式図である。ただし、アッシング装置において昇降機１１４に代えて保持具１１９と上下自在の試料台１１３が取り付けられているものである。排気口１０７の開閉バルブ１０８を閉め、反応室１０１内を大気状態にした後、開閉窓１１６を開けて半導体基板１１２を大気状態にて反応室１０１に搬送できる状態にする。その後、基板搬送装置１００の搬送アーム１０９にて半導体基板１１２を反応室１０１内の保持具１１９に搬送する。このとき、試料台１１３は保持具１１９より降下した位置にあり、半導体基板１１２と接触しない状態となっているので、半導体基板１１２は低温状態である。

次に、図５（ｂ）のように真空引きを行い、反応室１０１を真空状態にするが、このとき、基板搬送機１００の搬送アーム１０９を反応室１０１内より出し、開閉窓１１６を閉め、排気口１０７の開閉バルブ１０８を開け真空引きを行う。試料台１１３を保持具１１９より降下した位置にて、半導体基板１１２を試料台１１３より離した状態にしてある。

次に、図５（ｃ）に示すように、真空度１５Ｔｏｒｒ以下に達したところで試料台１１３を上げて、半導体基板１１２を試料台１１３と接触した状態にして半導体基板１１２の温度を２００℃付近まで上昇させる。そして、Ｏ_２ガスを導入して圧力を安定させた後、マイクロ波を供給してプラズマを発生させ、下地膜のドライエッチングマスクとして使用された半導体基板１１２上のレジストを高速ドライアッシングする。

このようにしても、２００℃以上の高温に制御された試料台への半導体装置の接触を、反応室内部を真空排気してから行うことにより、ドライエッチングしたときの反応生成物とレジストの反応が抑制されてレジストが硬化しないので、反応室と真空排気室が同一のアッシング装置において、アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することができる。

なお、本発明による以上のアッシング例では、アッシングガスとしＯ_２を示したが、酸素に希釈ガスであるＮ_２、Ａｒを添加したものでも同様の結果が得られることはいうまでもない。また、アッシング対象となる膜はレジストだけでなく、ポリイミド、感光性ポリイミドなど他の有機樹脂膜であっても効果がある。さらに、以上の説明では半導体基板を例に挙げて説明しているが、そのほかの基板についても用いることができる。

本発明のアッシング方法は、アッシング後のレジスト残りの発生を抑制できるアッシング方法を提供することができ、半導体装置の製造方法におけるドライエッチングなどのレジスト除去工程に用い、反応室と真空排気室が同一であるアッシング方法等に有用である。

本発明のレジストのアッシング方法を実施するアッシング装置の模式的断面図 本発明の実施の形態１におけるアッシング工程を説明する図 レジスト残り分布を示す図 レジスト残り分布の到達真空度依存性を示す図 本発明の実施の形態２におけるアッシング工程を説明する図

符号の説明

１００ 基板搬送装置
１０１ 反応室
１０２ プラズマ室
１０３ 反応容器
１０４ 分離版
１０５ マイクロ波導入窓
１０６ ガス導入孔
１０７ 排気口
１０８ 開閉バルブ
１０９ 搬送アーム
１１０ 導波管
１１１ マイクロ波発振機
１１２ 半導体基板
１１３ 試料台
１１４ 昇降機
１１５ 加熱機構
１１６ 開閉窓
１１７ 昇降機動作モーター
１１８ シーケンスコントローラー
１１９ 保持具

Claims (7)

1. 真空排気可能な反応室を用いてアッシングを行うに際し、
   前記反応室を大気状態にする工程と、
   アッシング対象となる基板を所定の高温に維持された試料台から離間された位置に保持する離間工程と、
   前記反応室を真空引きして反応室を真空状態にする工程と、
   前記基板を前記試料台に接触させて設置する接触工程と、
   前記反応室内にガスのプラズマを発生させて前記基板をアッシングする工程と
   を有することを特徴とするアッシング方法。
2. 真空排気可能な反応室を用いてアッシングを行うに際し、
   基板の表面上に形成された膜上に有機樹脂膜のパターンを形成し、前記パターンをマスクとして前記膜を選択的に除去する工程と、
   前記反応室を大気状態にする工程と、
   アッシング対象となる前記基板を所定の高温に維持された試料台から離間された位置に保持する離間工程と、
   前記反応室を真空引きして反応室を真空状態にする工程と、
   前記基板を前記試料台に接触させて設置する接触工程と、
   前記反応室内にガスのプラズマを発生させて前記基板の前記有機樹脂膜をアッシングする工程と
   を有することを特徴とするアッシング方法。
3. 前記有機樹脂膜はレジストであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のアッシング方法。
4. 前記試料台は２００℃以上の高温に制御されたものであることを特徴とする請求項３記載のアッシング方法。
5. 前記真空状態は真空度が１５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載のアッシング方法。
6. 前記離間工程が、昇降機を用いて前記基板を前記試料台から離間し、
   前記接触工程が、前記昇降機を用いて前記基板を前記試料台に接触させて設置する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載のアッシング方法。
7. 前記離間工程が、保持具により保持された前記基板に接触しないように前記試料台を降下して離間し、
   前記接触工程が、前記試料台を上昇させて保持具により保持された前記基板を前記試料台に接触させて設置する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載のアッシング方法。

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