JP2006270004A

JP2006270004A - レジスト膜の除去方法および除去装置

Info

Publication number: JP2006270004A
Application number: JP2005090125A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Akasaka; 洋一赤坂
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】高速で、レジスト膜の除去方法および除去装置を実現する。
【解決手段】チャンバー１内に基板温度を制御し得る載置台２、基板３、熱触媒となるタングステンワイア４、および気体導入口５を備え、また、チャンバーには、気体導入口５につながる気体導入配管６および減圧用排気管７を配備している。これにより、水素ラジカル（Ｈ^*）の密度が１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の高密度の範囲で適宜選定すると、基板温度１５０〜２５０℃の範囲でエッチング速度５００ｎｍ／ｍｉｎ．以上の高エッチングレートによるレジスト剥離の高作業性を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高濃度の水素ラジカルを用いる気相エッチングによるレジスト膜の除去方法および除去装置に関するものである。

半導体装置の製造過程や金属面の微細な選択エッチング加工の際に、そのパターンのマスク材として、高分子のレジスト膜が使用されることは周知である。そして、このパターン形成工程や、選択エッチング加工後のレジスト膜除去に、酸素プラズマなどの高エネルギー反応性ガスを利用して高分子のレジスト膜を熱分解する気相エッチング技術が開発されている。

中でも、水素ラジカルを密度１０¹¹cm^-3〜１０¹²cm^-3で含む，プラズマを用いるレジスト除去方法は、レジストエッチング速度が高く、半導体装置の製造工程への導入、とりわけ、ＬＳＩ，ＶＬＳＩなどの超高密度集積回路の多層配線技術で用いる，層間膜へのビアホール形成等に実用の注目度が高い。（例えば、非特許文献１）
３rd International Conference on Hot-Wire CVD（Cat-CVD）Process．（2004.8）Kouhei Hashimoto，Atsushi Masuda，Hideki Matsumura，Tomoatsu Ishibashi and Kazuhisa Takao：Systematic Study on Photoresist Removal Using Hydrogen Atoms Generated on Heated Catalyzer．

水素ラジカルの高エネルギー性を利用して高分子のレジスト膜を熱分解するプラズマエッチング技術は、水素ラジカル密度が高くなるほど、プラズマによる荷電粒子の照射によるダメージおよび荷電粒子による部分的な荷電チャージング（蓄積）、下地層（膜），例えば今後用いられるlow−ｋ材料（低誘電率体）の層間膜のダメージ、さらにはHFエッチングの進行の影響などの点で検証すべき課題がある。

本発明の目的は、基板温度を上げることなく、高速で、かつレジスト膜下の被加工体への影響を最小限に止めることの可能なレジスト膜の除去方法および除去装置を実現することにある。

本発明のレジスト膜の除去方法は、水素ラジカル密度を１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の範囲、好ましくは１０¹⁴cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の高密度で、基板温度１５０℃〜３００℃で高分子レジストのエッチングを行うことで、エッチング速度（エッチングレート）を目標値の５００ｎｍ／ｍｉｎ．に到達するほどに高速化し、かつレジスト膜下の被加工体への影響を最小限に止め得ることも可能であった。

本発明のレジスト膜の除去方法は、チャンバー内に水素ラジカルと共にＨｅガスを含む。

本発明のレジスト膜の除去方法は、水素ラジカル生成触媒の温度を１６００℃〜２０００℃に維持することが基板温度の低減に有効であった。

また、本発明のレジスト膜の除去装置は、遠隔高周波制御部をそなえて、チャンバー内の水素ラジカル密度を１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3に維持して高分子レジストのエッチングを行うことで、エッチング速度（エッチングレート）を目標値の５００ｎｍ／ｍｉｎ．に到達するほどに高速化し、かつレジスト膜下の被加工体への影響を最小限に止めることが可能である。

本発明のレジスト膜の除去方法およびレジスト膜の除去装置によると、水素ラジカル密度を１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の範囲、基板温度１５０℃〜３００℃で高分子レジストのエッチングを行うことで、エッチング速度（エッチングレート）を実用可能な目標値に到達するほどに高速化し、また、レジスト膜下の被加工体への影響を最小限に止め得ることも可能で、本発明技術を、例えば、超高密度集積回路の多層配線技術で用いる，層間膜へのビアホール形成等の微細加工にも適用することができる。

つぎに、本発明を、実施の形態である実施例により、図面を参照して詳細に述べる。

図１は、本発明の実施の形態である実施例で用いたレジスト除去装置の概要図で実施例装置示す概略構成図であり、チャンバー１内に基板温度を制御し得る，タンタル・ヒ−タ−設置の載置台２、基板３、熱触媒となる加熱タングステンワイア４、および気体導入口５を備えている。また、チャンバーには、気体導入口５につながる気体導入配管６および減圧用排気管７を配備している。

基板３は、シリコンウェーハ上に、多層配線の層間絶縁材料となり得る，比誘電率が約２．３のポーラス化ＭＳＱ（Methylsilses-quioxane）薄膜を塗布形成し、その上に被加工体のレジスト膜８としてＡｒＦ用レジスト（フォトレジスト）被膜を設け、このレジスト膜８を気相エッチングで剥離する加工に用いる。反応性ガスとしては、チャンバー１内に水素（Ｈ₂）を導入して、このチャンバー１内で、通電による高温加熱のタングステンワイア４の触媒作用で発生される水素ラジカル（Ｈ^*）が反応に寄与するようにした。このときのチャンバー１内の背圧は1×１０^-6Torr（1,33×１０^-4Pa）程度に自動圧力制御装置（APC）９およびバルブ１０で調整し、水素流量は８０sccm（ｃｍ³／sec.）にバルブ１１で設定し、水素圧力は０．１Torr〜０．５Torrの範囲で調整した。なお、水素（Ｈ₂）は少量のキャリアガスのヘリウム（Ｈｅ）と共に導入しても良い。

図２は、上記図１に示した装置を用いて、基板３の表面から６cm離した触媒用タンステンワイア（0.5φ×64cm）４の加熱温度を１６００℃、１８００℃、水素圧力を各々０．５Torrのパラメータに設定して、タングステンワイア４の触媒作用で発生される水素ラジカル（Ｈ^*）の密度を１×１０¹⁴cm^-3の状態に保ち、このときの基板温度（℃）とレジストのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ．）との関係を示した特性図である。

一例をとって見ても、触媒タングステンワイアの加熱温度が１６００℃、１８００℃のいずれの場合も、基板温度１８０℃付近でレジストのエッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎ．を超え、２００℃では６００ｎｍ／ｍｉｎ．であることが分かった。この例では、触媒タングステンワイアの加熱温度１６００℃で水素ラジカルが十分供給されており、１８００℃とのエッチングレートの差がないことが分かる。

水素ラジカルによるエッチングのメカニズムは、明確ではないが、活性化エネルギーを算定すると、０．０６６ｅＶであり、これは、酸素プラズマ法の場合の０．０８４ｅＶとほぼ同じであることから、同じ反応によってエッチングが進んでいると想定できる。

図３には、被加工体のレジスト膜８としてＡｒＦ用レジスト（フォトレジスト）被膜を用いて、触媒タングステンワイアの加熱温度（Ｔｃ）１６００℃〜２０００℃、基板温度（Ｔｓ）１５０℃〜３００℃の各範囲から諸条件を選択して、リッジパターン形成のエッチングを行ったときの残膜検証（写真）図とともにそのエッチングレートから判定した良否判定表を示す。このときのチャンバー１内の背圧は1×１０^-6Torr、水素流量は８０sccm（ｃｍ³／sec.）、水素圧力は０．５Torr、処理時間２分は、いずれも同じ条件で行ったものである。ただし、判定結果の×印はＡｒＦ用レジスト（フォトレジスト）残渣をも含めて判定した結果であり、また、×印と共に示す括弧（）内の数値はべた塗り膜のエッチングレートを表わしている。さらに、残膜検証（写真）図内の＊印を付したところはフッ酸（ＨＦ）ディップでＡｒＦ用レジスト（フォトレジスト）膜のダメージが見られることをも示したものである。

図３によれば、パターン形成後の変質したレジストも、基板温度もしくは触媒温度を上げることにより残渣なく除去可能であることが分かる。

本実施例の結果、レジストのエッチングレート（速度）は、水素圧力を０．５Torrと高い方が高速であること、また、水素圧力の低い場合あるいは触媒の温度が低い場合に基板温度への依存性も認められることが分かる。とりわけ、半導体製造工程で実用される可能性の高い，エッチングレートが５００ｎｍ／ｍｉｎ．以上のターゲットレベルは、水素圧力を０．５Torr以上，触媒の温度１６００℃〜１８００℃の条件で基板温度を１９０℃以上に選定することにより、確実に得られることが分かる。なお、このときの水素ラジカル（Ｈ^*）の密度が１０¹⁴cm^-3の高密度であったことは、この実施例の場合の１つの重要な知見であるが、経験によると、水素ラジカル（Ｈ^*）の密度が１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の高密度の範囲で適宜選定すると、触媒タングステンワイアの加熱温度１６００℃〜２０００℃、基板の最低温度を１５０〜２５０℃の範囲に選定しても、エッチング速度５００ｎｍ／ｍｉｎ．以上の高エッチングレートによるレジスト剥離の高作業性を実現できるが分かった。

また、シリコンウェーハ上のＭＳＱ薄膜へのラジカル照射による影響について、例えばダメージに関与すると見られる，ＦＴ−ＩＲ強度特性でのSi-CH₃の波長(１２７６ｃｍ^-1）域では、触媒温度１８００℃，基板温度２００−３００℃，照射時間２ｍｉｎ．の条件下での水素ラジカル照射の前後における各強度比は、１／（０．８〜０．７）程度であることから、この条件より触媒温度も低く、基板温度も低い本発明の実施の下では、レジスト膜下の被加工体への影響はさらに小さいものと認められる。なお、プラズマ法の場合は、類似の条件下でのプラズマ照射の前後で、強度比が１／（０．４〜０．３５）程度であることから、それに比べると、Si-CH₃の結合量減少の割合は遥かに少ないことが分かる。

本実施例では、触媒のタングステンワイア４の加熱に当たり、通電による直熱式としたが、チャンバー１内で、タングステンワイア４の触媒作用で発生される水素ラジカル（Ｈ^*）の密度が１０¹⁴cm^-3程度の高密度にすることができる高周波加熱遠隔制御部すなわち、チャンバーの外部から触媒加熱を制御できる高周波（ＲＦ）照射装置を付加して、水素ラジカル（Ｈ^*）の密度が１０¹⁴cm^-3以上の高密度制御が行えるようにしてもよい。

以上に、本発明を実施例装置により、シリコンウェーハ上のポーラス化ＭＳＱ薄膜へＡｒＦレジスト（フォトレジスト）被膜を設け、そのレジスト被膜の水素ラジカルによるエッチング工程を詳細に述べたが、同様の構成を持った装置、例えば各種基板上にレジスト膜を形成して、そのレジスト膜を除去する方法およびその装置としても適用可能である。

本発明は、高分子レジスト膜の除去方法および除去装置に利用することを初めとして、・・水素ラジカルの高分子膜分解機能を利用する被膜の除去を目的とする種々の装置、例えば高分子膜のエッチング工程を含む半導体装置の製造に利用することができる。

本発明の実施例装置の概略構成図本発明の実施例装置で得られたレジストエッチングレート特性図本発明の実施例による良否判定表を含む残膜検証（写真）図

符号の説明

１チャンバー
２載置台
３基板
４タングステンワイア
５気体導入口板
６気体導入配管
７減圧用排気管
８レジスト膜
９自動圧力制御装置（APC）
１０バルブ
１１バルブ

Claims

基板上のレジスト膜を、水素ラジカル密度１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の気圏中で、エッチング除去することを特徴とするレジスト膜の除去方法。
前記基板の温度を１５０℃〜３００℃に保って、前記熱触媒の温度を１６００℃〜２０００℃に維持することを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜の除去方法。
チャンバー内に高温金属による熱触媒を設置して、前記熱触媒に水素を作用させて、水素ラジカル密度１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3の水素ラジカル生成過程をそなえたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト膜の除去方法。
チャンバー内に高温金属による熱触媒を設置して、前記熱触媒に水素を作用させて、前記チャンバー内の水素ラジカル密度を１０¹³cm^-3〜１０¹⁵cm^-3に維持し、基板の温度を１５０℃〜３００℃に保って、前記基板上のレジスト膜をエッチング除去するレジスト膜の除去装置。
前記熱触媒の温度を制御し、チャンバー内の水素ラジカル密度を規制する高周波加熱遠隔制御部をそなえた請求項４に記載のレジスト膜の除去装置。