JP2008512854A - 基板上のフォトレジストを除去する方法 - Google Patents
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Abstract
無機層の上にある有機フォトレジスト上の炭素リッチ層を除去する方法は、フッ素含有ガス、酸素含有ガス及び炭化水素ガス、並びに、無機層の少ない除去で炭素リッチ層をエッチングするのに有効なプラズマを発生させる１つ又は複数の随意の成分を含むプロセスガスを使用することができる。炭素リッチ層は、バルクフォトレジストを除去するために使用されるのと同じ処理チャンバで除去することができ、又は代わりに、異なる処理チャンバで除去することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、基板上のフォトレジストを除去する方法に関する。
プラズマ処理装置は、プラズマエッチング、物理蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、イオン打込み、及びレジスト除去を含んだプロセスに使用される。
フォトレジスト材料は、材料をパターン形成するためのプラズマ処理作業で使用される。市販のフォトレジストは、重合体材料と、他の有機物材料と、無機材料との混合物である。フォトレジストは基板に塗布され、そして放射が、パターン形成されたマスクを介してパターンをレジスト層に転写する。フォトレジストの２つの大まかな分類は、ネガティブワーキングレジストとポジティブワーキングレジストであり、これらは、ネガ像とポジ像をそれぞれ生成する。現像された後で、パターンはフォトレジストに存在する。パターン形成されたフォトレジストは、基板に材料を堆積するか材料を打ち込むためだけでなく、エッチングによって基板に特徴を画定するために使用することができる。同一出願人による米国特許第５，９６８，３７４号、６，３６２，１１０号及び６，６９２，６４９号は、プラズマフォトレジスト剥離技術を開示しており、これらの開示は参照として組み込まれる。
米国特許第５，９６８，３７４号
米国特許第６，３６２，１１０号
米国特許第６，６９２，６４９号
米国特許第６，２３０，６５１号
米国特許第６，３９１，７８７号
米国特許第６，５１８，１７４号
米国特許第６，７７０，１６６号
Ｅ．Ｐａｖｅｌ、「Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ＲＦ Ｐｌａｓｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｅｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、１９６ｔｈ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、（１９９９年１０月）
Ａ．Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ ｅｔ ａｌ．、「Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｈｅａｖｉｌｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｒｅｓｉｓｔ ｉｎ ｓｕｂ−０．２５−Φｍ ｄｅｖｉｃｅｓ」、ＭＩＣＲＯ、７１（１９９８年７月／８月）
基板上の有機フォトレジストを除去する方法が提供され、そこで、プラズマエッチングガス組成物は基板上の有機フォトレジストを除去するのに有用である。本方法及び本組成物は、フォトレジストを基板に対して選択的に除去することができる。
基板上の有機フォトレジストを除去する方法の好ましい実施形態は、無機層と無機層の上にある有機フォトレジストとを含む基板をプラズマ処理チャンバ中に配置する工程を含み、前記フォトレジストはバルクフォトレジストの上にある炭素リッチ層を含むものであり、（ｉ）フッ素含有ガス、（ｉｉ）酸素含有ガス及び（ｉｉｉ）炭化水素ガスを含むプロセスガスを処理チャンバに供給する工程、プロセスガスからプラズマを発生させる工程、及び、炭素リッチ層を無機層に対して選択的にプラズマエッチングする工程をさらに含む。場合によっては、炭素リッチ層のエッチング中に基板にＲＦバイアスが印加されてもよい。
バルクフォトレジストは、炭素リッチ層をエッチングするために使用される同じプラズマ処理チャンバで剥離され得る。代わりに、バルクフォトレジストは、アッシングチャンバで剥離され得る。好ましくは、バルクフォトレジストは、炭素リッチ層を除去するために使用されるものと異なる化学薬品を使用して剥離される。
基板上の有機フォトレジストをエッチングするために有用なプラズマエッチングガス組成物の好ましい実施形態は、（ｉ）フッ素含有ガス、（ｉｉ）酸素含有ガス及び（ｉｉｉ）炭化水素ガスを含む。
イオン打込みを使用する集積回路（ＩＣ）製造プロセスにおいて、デバイス形状寸法を縮小すること、増加されるイオン打込みエネルギー及びドーズ量、及び新しい材料は、残渣の無いデバイスを製造することをますます困難にしている。エッチング及びアッシングのプロセスで残る残渣は、製品歩留りを下げる望ましくない電気的効果及び腐食を生じることがある。Ｅ．Ｐａｖｅｌ、「Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ＲＦ Ｐｌａｓｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｅｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、１９６ｔｈ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、（１９９９年１０月）を参照されたい。
プラズマエッチング及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のプラズマ処理技術、及びイオン打込みでは、基板の選択された領域がイオン及び遊離ラジカルにさらされるのを防ぐように、フォトレジストが基板に塗布される。有機重合体合成物が、そのようなレジスト用途のために処方されている。
エッチング、イオン打込み又は同様なもので基板が処理された後で、フォトレジストは、下にある基板から除去すなわち「剥離」される。フォトレジスト剥離プロセスは、望ましくはどんな残渣重合体膜又はレジスト材料もない状態で、基板表面をできるだけ清浄なままにしておくことが望ましい。ウェット及びドライの剥離技術を使用してフォトレジストを除去することができる。ウェット剥離技術は、有機溶剤又は酸を含む溶液を使用する。ドライ剥離（すなわち「アッシング」）技術は、フォトレジスト除去のために酸素プラズマを使用する。
イオン打込み製作技術は、基板の電気的性質を変える不純物を基板の領域にドープするのに使用される。イオン打込みは、原子をドープする供給源として、又は異なる組成の領域を基板に導入するために、使用できる。イオン打込み中に、イオンは、所望の深さまで基板表面を貫通するように十分に高い電圧で加速される。加速電圧を上げることは、不純物の濃度最高点の深さを増す。
打込みが望ましくない基板の領域は、フォトレジストで保護される。しかし、フォトレジストは、打込み中に改質され、それで、打込み後に、通常の（打ち込まれていない）フォトレジストよりも除去し難くなる。特に、打込みイオンは、フォトレジストの領域を損傷し、それによって、表面近くのＣ−Ｈ結合を破壊し、炭素−炭素の一重結合及び二重結合を形成する。架橋された打込みフォトレジストの結果として得られた強固な炭素リッチ層すなわち「炭化」層（「スキン」すなわち「外皮」）は、別個の下にあるバルクフォトレジストをカプセル化している。炭素リッチ層の厚さは、打込み種、電圧、ドーズ量及び電流の関数である。炭素リッチ層は、一般に、約２００Δから約２０００Δの厚さを有する。Ａ．Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ ｅｔ ａｌ．、「Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｈｅａｖｉｌｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｒｅｓｉｓｔ ｉｎ ｓｕｂ−０．２５−Φｍ ｄｅｖｉｃｅｓ」、ＭＩＣＲＯ、７１（１９９８年７月／８月）を参照されたい。Ｅ．Ｐａｖｅｌによると、打込みドーズ量及びエネルギーが増すにつれて、打ち込まれたフォトレジストは、ますます除去し難くなることがある。
炭素リッチ層は、また、イオン打込み技術以外に、フォトレジストのイオンボンバードも起こるプラズマ処理技術中に有機フォトレジストに形成されることがある。
酸素プラズマアッシング技術は、炭素リッチ層を除去することができるが、約５００Δ／分以下の遅い速度で除去するだけである。これらの技術のエッチング機構は、酸素ラジカルとフォトレジスト中の炭化水素とのＨ２Ｏ及びＣＯ２を生成する反応である。
架橋層の除去速度を高めるためにＲＦバイアスを基板に加えることができることが分かっている。加えられたＲＦバイアスは、炭素リッチ層にエネルギーを供給し、このエネルギーが、炭素一重結合を破壊し、それによって酸素ラジカルとの反応を高める。
しかし、フォトレジスト除去を高めるように基板にＲＦバイアスを加えることは、また、望ましくない効果をもたらすことがあることが、また、分かっている。図１は、イオン打込みされた基板１０から有機フォトレジストを除去するプロセスを模式的に示す。基板１０は、イオン打ち込みされたシリコン１１と、上にある薄い無機層１２（例えば、ＳｉＯｘ等のシリコン含有層）とを含む。無機層１２は、ＣＶＤで形成されるか熱的に成長されるシリコン酸化物層であってもよく、又は自然酸化物であってもよく、一般に２０Δ以下の厚さを有する。無機層１２の上に塗布されたフォトレジスト１６は、バルクフォトレジスト１８と、イオン打込みプロセスで形成された上にある炭素リッチ層２０とを含む。フォトレジスト１６で画定された特徴（コンタクト、ビア、トレンチ、その他）は、一般に、基板１０上の幅が約０．２５Φｍ以下である。ＲＦバイアスシステムでは、高エネルギーＯ２ ＋イオンは、無機層１２のスパッタリングを引き起こすことがある。一般的なプロセス仕様では、炭素リッチ層２０及びバルクフォトレジスト１８の除去中の無機材料（例えば、酸化物）減少の最大量は約２Δ未満であるので、無機層１２のスパッタリングは望ましくない。炭素リッチ層２０は、一般に、約２００から約２０００Δの厚さを有し、バルクフォトレジスト１８は、一般に、約数千オングストロームの厚さを有する。その上、スパッタされた無機材料は、基板及びフォトレジストの上に再堆積することがあり、結果として、洗浄後の基板上に有機及び無機残渣が存在することが生じる。図２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真であり、１００％Ｏ２又はＨ２Ｏ蒸気を使用してＲＦバイアスが加えられたプラズマ源でフォトレジストアッシングを行った後で、基板上にフォトレジストが存在する領域の打込み後ウエハ表面に存在する残渣を示している。
炭素リッチ層除去のために基板にバイアス電圧を加えることの他の望ましくない効果は、プラズマの酸素イオンが十分に高いエネルギーを有して薄い無機層を貫通し、下にあるシリコンを酸化することである。
上述の結果を考慮して、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、炭化水素ガスを含むプロセスガスは、有機フォトレジストエッチングプロセスで、無機材料の成長だけでなく、無機材料のスパッタリング及び再堆積を制御するように、また好ましくは無くするように使用できることが分かっている。無機材料は、例えば、シリコン含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＯｘ（例えば、ＳｉＯ２）、ＳｉｘＮｙ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＨｆＳｉｘＯｙ、及び同様なもの）及びＨｆＯであることがある。フォトレジストは、例えばシリコン、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及び同様なものを含んだウエハのような様々な半導体基板材料の上に存在することがある。
プロセスガスに含まれるものに適した例示のフッ素含有ガスは、ＣＦ４、ＳＦ６及びＮＦ３を含む。より具体的には、バルクフォトレジストの上にある炭素リッチ層を除去する好ましいプロセスガスは、ＣＦ４、Ｏ２及びＣＨ４を含む。プロセスガスは、また、Ｎ２等の１つ又は複数の他の随意のガスを含むことができる。また、プロセスガスは、Ａｒ、Ｈｅ、又は同様なもの等の１つ又は複数の不活性キャリアガスを含むことができる。
プロセスガスは、好ましくは、体積で、最高約５０％までのフッ素含有ガス、最高約５０％までの炭化水素ガス、及び少なくとも５０％の酸素含有ガスを含む。より好ましくは、ガス混合物は、体積で、最高約２０％までのフッ素含有ガス、約１０％から約５０％までの炭化水素ガス、及び約５０％から約９０％までの酸素含有ガスを含む。
プロセスガス中の水素は、炭素リッチ層を軟化させ、この層をエッチングで除去し易くする。
炭素リッチ層を除去することができる他のガスは、ＣＦ４及びＣＨＦ３を含む。しかし、ＣＦ４が使用される場合には、無機層（例えば、ＳｉＯｘ層）に対して望ましい選択性を実現するために、ＣＦ４は、好ましくは、ＣＨ４と組み合わされる。
フォトレジストは、どんな適切な有機重合体合成物であってもよい。例えば、フォトレジスト合成物は、ノボラック類の樹脂、ポリスチレン成分、又は同様なものを含むことができる。
有機フォトレジストを除去するために、プラズマを発生させるように、フッ素含有ガス、酸素含有ガス及び炭化水素ガスを含むプロセスガスにエネルギーを与えることができる。
プラズマは、好ましくは、プラズマ処理チャンバの外部の導電性コイルに高周波（ＲＦ）を加えることによって、プロセスガスから発生される。ウエハは、好ましくは、プラズマ発生領域に置かれる。好ましい実施形態では、コイルは平面コイルであり、ウエハは、コイルの平面に対して平行である。
プラズマ反応器は、好ましくは、誘導結合プラズマ反応器であり、より好ましくは、本発明の譲受人であるラム リサーチ コーポレーションから入手可能な高密度ＴＣＰ（商標）反応器である。３００ｍｍ及び２００ｍｍ基板等の基板からフォトレジストを除去する本方法の実施形態は、図３に示される反応器１００等の誘導結合プラズマ反応器で実施することができる。反応器１００は、出口１０４に接続された真空ポンプで所望の真空圧力に維持された内部１０２を含む。プロセスガスは、ガス供給源１０６から、誘電体窓１１０の下側のまわりに広がるプレナム１０８にガスを供給することによって、シャワーヘッド装置に供給される。高密度プラズマは、反応器１００の頂部の誘電体窓１１０の外に配置された一巻き又は複数巻きを有する平面渦巻きコイル等の外部ＲＦアンテナ１１４に、ＲＦ源１１２からＲＦエネルギーを供給することによって、内部１０２に発生させることができる。
半導体ウエハ等の基板１１６は、反応器１００の内部１０２の中の基板支持台１１８の上に支持される。基板支持台１１８は、静電チャック１２０等のチャッキング装置を含むことができ、基板１１６は、誘電体フォーカスリング１２２で取り囲むことができる。チャック１２０は、基板１１６のプラズマ処理中に、基板にＲＦバイアスを加えるためのＲＦバイアス電極を含むことができる。ガス供給源１０６で供給されるプロセスガスは、誘電体窓１１０と下にあるガス分配板１２４との間のチャネルを通って流れて、この板１２４のガス出口を通過して内部１０２に入ることができる。代わりに、ガスは、窓を通って延びる１つ又は複数のガス噴射装置によって供給されることがある。例えば、同一出願人による米国特許第６，２３０，６５１号を参照されたい。反応器は、また、板１２４から延びるライナー１２６を含むことができる。
プラズマを発生するために使用することができる例示のプラズマ反応器は、ラム リサーチ コーポレーションから入手可能な２３００ＴＣＰ（商標）反応器である。プラズマ反応器の一般的な動作条件は次の通りである：上部電極（コイル）に加えられる約４００から約１４００ワットの誘導パワー、約１５から約６０ミリＴｏｒｒの反応チャンバ圧力、及び約２００から約６００ｓｃｃｍの全プロセスガス流量率。
基板からフォトレジストを除去する方法の実施形態は、また、図４に示される反応器２００等の二周波平行板プラズマ反応器で実施することができる。例示の二周波反応器は、ラム リサーチ コーポレーションから入手可能なＥｘｅｌａｎ（商標）反応器を含む。二周波反応器の詳細は、同一出願人による米国特許第６，３９１，７８７号に見出すことができる。この開示は、これによって、参照して組み込まれる。反応器２００は、反応器の壁の出口２０５に接続された真空ポンプ２０４によって所望の真空圧力に維持される内部２０２を含む。プロセスガスは、ガス供給源２０６からガスを供給することによって、シャワーヘッド電極２１２に供給できる。ＲＦ源２０８，２１０、及びＲＦ源２１４，２１６からシャワーヘッド電極２１２及び基板支持台２１８のチャック２２０の下部電極にＲＦエネルギーを供給することによって、中間密度のプラズマを内部２０２に発生させることができる。代わりに、シャワーヘッド電極２１２は、電気的に接地されてもよく、２つの異なる周波数のＲＦエネルギーは、下部電極に供給されてもよい。ＲＦパワーをシャワーヘッド又は上部電極だけに、又は下部電極だけに供給させるもの等の他の容量結合エッチング反応器を使用することもできる。例えば、同一出願による米国特許第６，５１８，１７４号及び６，７７０，１６６号を参照されたい。これらの開示は、これによって、参照して組み込まれる。
炭素リッチ層の除去中に、好ましくは、基板は、この層の破裂を防ぐために、基板支持台上で十分に低い温度に維持される。例えば、フォトレジスト合成物中の溶剤が加熱によって揮発するとき、炭素リッチ層は破裂して、基板に堆積する可能性のある粒子を生成することがある。そのような炭素リッチ層の破裂を避けるために、基板は、好ましくは約１５０℃未満の温度に、より好ましくは約２０から約７５℃の温度に維持され、そして、チャンバ圧力は、炭素リッチ層のエッチング中に約５００ミリＴｏｒｒ未満に維持される。
炭素リッチ層のエッチング中に、ＲＦバイアスは、好ましくは、基板が支持される基板支持台に設けられたバイアス電極で基板に加えられる。ＲＦバイアスは、好ましくは、容量性である。プラズマを発生させるために使用される印加ＲＦバイアス及びＲＦパワーは、イオンエネルギー及びイオン束を別々に制御するために、好ましくは、それぞれ別々に制御可能である。ＲＦバイアスは、プラズマ中のイオンを加速し、基板にエネルギーを加え、このエネルギーが炭素リッチ層の除去速度を高める。基板に加えられるＲＦバイアス電圧は、好ましくは約１００ボルト未満（接地に対して）であり、より好ましくは約２０ボルト未満である。プロセスガス中のフッ素と基板に加えられるＲＦバイアスとの組合せ使用は、基板上に存在する無機材料（例えば、酸化物）に対する高選択性も実現しながら、十分に高い速度で炭素リッチ層を除去するために有効であることが、予想外に分かっている。さらに、プロセスガスに含まれたフッ素含有ガスの特定の体積パーセンテージ（例えば、５から５００ｓｃｃｍのフッ素含有ガスの流量率）で、ＲＦバイアスは、炭素リッチ層のエッチング中に基板からの無機材料除去速度を減少させる低いレベルに維持できることが、分かっている。
図５を参照して、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、及び炭化水素ガスを含むプロセスガスは、無機層１２（例えば、酸化物層）のスパッタリングを最小限にしながら、炭素リッチ層をエッチングすることができるので、スパッタされた無機材料の基板への再堆積を減少させるか、防ぐことが、分かっている。フッ素は、また、フォトレジストの中又は上にある可能性のある無機材料の除去にも寄与することができる。
炭素リッチ層をエッチングするために使用されるプロセスガス中の水素は、架橋炭素と反応して炭素リッチ層のエッチング速度を高める。フッ素は、また、炭素リッチ層のエッチング速度を高めることができると思われる。
炭素リッチ層をエッチングするために使用されるプロセスガスにＣＨｘ種を追加することは、不動態化層２２を酸化物層１２及びフォトレジスト１６の上に形成させ（図５を参照されたい）、このことは、イオン誘起酸化物成長及び酸化物スパッタリングの量を減少させる。
フッ素とＣＨｘ不動態化の両方のためにＣＨ３Ｆ等のただ１つの供給源が使用される場合、炭素リッチ層除去と基板不動態化を別々に制御することができない。フッ素供給源とＣＨｘ不動態化源を分離することによって、すなわち、フッ素含有ガスと炭化水素ガスを含むプロセスガスを供給することによって、炭素リッチ層除去と基板不動態化を別々に制御することができるので、下にある基板材料に対して高い選択性の残渣除去を達成することができることが見出された。
炭素リッチ層２０の完全な除去は、終点検出技術を使用してエッチングプロセス中に検出することができる。この終点検出技術は、下にあるバルクフォトレジストが露出された時間を決定することができる。炭素リッチ層除去の終点は、好ましくは、光放射技術によって決定される。例えば、光放射技術は、約５２０ｎｍの波長の一酸化炭素（ＣＯ）からの放射を監視することができる。炭素リッチ層の除去中に、低エッチング速度のために小さなＣＯ信号が生成される。炭素リッチ層がいったん開けられると、露出された下にあるバルクフォトレジストが炭素リッチ層よりも速い速度でエッチングされ、その結果、ＣＯ濃度及び対応するＣＯ信号は増加する。
炭素リッチ層の除去後、下にあるバルクフォトレジストは、好ましくは、異なるフォトレジストエッチングプロセスを使用して除去される。例えば、バルクフォトレジストは、炭素リッチ層エッチングステップ中に好ましく使用された温度よりも高い温度で、酸素アッシングによって除去することができる。例えば、基板温度は、バルクフォトレジストのエッチングステップ中は、約１５０℃から約３００℃、好ましくは２００から２８０℃の範囲であることができる。チャンバ圧力は、好ましくは、バルクフォトレジスト除去中、約５００ミリＴｏｒｒよりも高い。また、酸素アッシングは、バルクフォトレジストの高い除去速度を達成することができる。例えば、Ｏ２／Ｎ２プラズマは、約４から６ミクロン／分の速度でバルクフォトレジストを除去することができる。随意の過アッシングステップを使用することもできる。フォトレジスト中の揮発性溶剤は、フォトレジストがアッシングされるときに、プラズマ処理チャンバから排出することができる。
好ましくは、バルクフォトレジストは、基板から上流で発生されたプラズマを使用して、同じチャンバ又は異なるチャンバで除去される。しかし、バルクフォトレジスト除去ステップは、炭素リッチ層をエッチングするために使用される同じ処理チャンバで行うことができる。代わりに、バルクフォトレジストは、異なる処理チャンバでのエッチングによって除去することができる。すなわち、基板は、炭素リッチ層をエッチングした後で処理チャンバから取り出し、バルクフォトレジストをエッチングするために異なる処理チャンバ中に基板を置くことができる。異なる処理チャンバを使用することは、炭素リッチ層の除去及びアッシング中に、ガスの化学的性質及び／又は基板温度をそれぞれ変えることを無くすることができる。
３００ｍｍウエハ上の炭素リッチ層を除去するための例示のプロセス条件は、次の通りである：約１０〜５０ミリＴｏｒｒ、好ましくは３０ミリＴｏｒｒのチャンバ圧力、約４００〜１５００ワット、好ましくは１２００ワットの上部電極（コイル）に加えられるパワー、約２〜１０ワット、好ましくは５ワットのバイアス電極に加えられるパワー、フッ素含有ガスの約５〜５０ｓｃｃｍ、炭化水素ガスの約２０〜２００ｓｃｃｍ、及び酸素含有ガスの３００〜５００ｓｃｃｍのガス流量率、及び５０℃未満、好ましくは約２０℃のウエハ温度。
上部電極（コイル）に加えられるパワーが高過ぎる場合、不動態化は失われる可能性がある。炭素リッチ層の除去中に発生されたどんな残渣も脱イオン水に溶け、それによって、ウェット剥離技術の必要性を最小限にすることが望ましい。しかし、炭素リッチ層エッチングをより高い温度で行うとき、ウェット剥離技術が必要なことがあることが発見された。フッ素含有ガス及び／又は炭化水素ガスの流量率は、無機層に対する炭素リッチ層の選択エッチングを達成するように調整することができる。
下流のプラズマ剥離チャンバ中で残存しているバルクフォトレジストを除去するための例示のプロセス条件は、次の通りである：約１０００ミリＴｏｒｒのチャンバ圧力、プラズマ源に加えられる約２５００ワットのパワー、約４４００ｓｃｃｍの全プロセスガス流量率、及び約２２０℃の基板温度。
図６は、好ましい実施形態に従ってフォトレジスト除去プロセスを行った後の基板表面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。エッチングプロセスは、ＲＦバイアスが基板に加えられた状態でＣＨ４、Ｏ２及びＣＦ４を含むプロセスガスを使用してバルクフォトレジスト上に形成された炭素リッチ層を除去し、次に、標準的な下流剥離プロセスを使用して下にあるバルクフォトレジストを除去することを含んでいだ。図６に示すように、フォトレジストは完全に除去され、検出可能なエッチング後残渣はウエハ上に存在していない。
［実施例］
下にあるバルクフォトレジスト上に炭素リッチ層を生成するために、シリコンウエハにイオン打込みをした。下の表は、酸素含有プロセスガスのＣＨ４のＣＦ４に対する様々な比（体積パーセントに基づいた）でシリコン酸化物及びバルクフォトレジストについて求められたエッチング速度を示し、酸素含有プロセスガスは、炭素リッチ層を除去するプラズマを発生させるために使用された。炭素リッチ層の剥離中に、５ワットのパワーレベルのＲＦバイアスが基板に加えられた。
下にあるバルクフォトレジスト上に炭素リッチ層を生成するために、シリコンウエハにイオン打込みをした。下の表は、酸素含有プロセスガスのＣＨ４のＣＦ４に対する様々な比（体積パーセントに基づいた）でシリコン酸化物及びバルクフォトレジストについて求められたエッチング速度を示し、酸素含有プロセスガスは、炭素リッチ層を除去するプラズマを発生させるために使用された。炭素リッチ層の剥離中に、５ワットのパワーレベルのＲＦバイアスが基板に加えられた。
バルクフォトレジストのエッチング速度は、知られた厚さを有し打ち込まれていない有機フォトレジストを処理チャンバ中に置き、フォトレジストを部分的に剥離して、推定された。バルクフォトレジストも打ち込まれていない材料であるので、計算されたバルクフォトレジストエッチング速度は、打ち込まれた炭素リッチ層の下にあるバルクフォトレジストのエッチング速度に近い。
バルクフォトレジスト及び酸化物のエッチング速度は、両方とも、ＣＨ４のＣＦ４に対する比が少し増加すると増加するが、ＣＨ４のＣＦ４に対する比が増加すると減少することを、試験結果は示している。試験結果は、ＣＨ４が化学的及び／又は物理的作用からＳｉＯｘ表面を不動態化し保護するプロセスの型の存在を実証している。無機層の不動態化が無機層のエッチング速度を減少させるほど十分に大きなＣＨ４のＣＦ４に対する比まで、ＣＨ４のＣＦ４に対する比が増加すると共に、酸化物エッチング速度は増加する。どんな特定の理論にも縛られたくないが、高くなったフォトレジストエッチング速度は、プラズマ中にＨラジカルとＦラジカルの両方が存在するためであると信じられる。
図７Ａは、Ｏ２、ＣＦ４及びＣＨ４の流量率（５０から１００％までのＯ２流量率、０から５０％までのＣＨ４流量率、及び０から５０％までのＣＦ４流量率）対オングストローム単位の酸化物減少の三成分プロットである（酸化物減少は白抜きの四角形に近接した数値で示される。例えば、９０％Ｏ２及び１０％ＣＦ４の場合、酸化物減少は２８．８Δであるが、８０％Ｏ２、１０％ＣＦ４及び１０％ＣＨ４の場合、酸化物減少は１．８Δである）。図７Ａ及び７Ｂから理解できるように、プロセスガスにＣＨ４を加えることは、酸化物表面の不動態化によって、酸化物減少を減少させる。図７Ａ及び７Ｃから理解できるように、１：１よりも大きいＣＨ４ＣＦ４に対する比は、同じく酸化物表面の不動態化によって酸化物減少を減少させる。したがって、図７Ａ及び７Ｃ及び上の表から理解できるように、炭化水素ガスのフッ素含有ガスに対する好ましい比は、１：１から１０：１までである。
比較のために、１０％ＣＦ４（平衡Ｏ２）及び１０％ＣＨＦ３（平衡Ｏ２）を含むガス混合物が、プラズマを発生させ、さらにバルクフォトレジスト上の炭素リッチ層をイオン打込みシリコンウエハから除去するために使用された。ＣＦ４を含むガス混合物の酸化物エッチング速度は、２７Δ／分であり、ＣＨＦ３を含むガス混合物の酸化物エッチング速度は、１５Δ／分であった。約５Δ／分の最大酸化物エッチング速度を有するもの、及び、特に約２Δ／分未満の最大酸化物エッチング速度を有するもの等の厳重な最大酸化物除去仕様を有するフォトレジスト除去プロセスのためには、これらの酸化物エッチング速度は余りにも高過ぎる。
当業者には明らかであろうが、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱すること無しに、具体的な実施形態を参照して前述の詳細な説明に様々な変更及び修正を行うことができ、また均等物を使用することができる。
Claims (29)
- 基板上の有機フォトレジストを除去する方法であって、
前記方法は、プラズマ反応器のプラズマ処理チャンバ中に基板を配置する工程を含み、前記基板は無機層と前記無機層の上にある有機フォトレジストとを含み、前記フォトレジストはバルクフォトレジストの上にある炭素リッチ層を含むものであり、
前記方法は、プロセスガスを前記プラズマ処理チャンバに供給する工程をさらに含み、前記プロセスガスは、（ｉ）フッ素含有ガス、（ｉｉ）酸素含有ガス、及び（ｉｉｉ）炭化水素ガスを含むものであり、
前記方法は、前記プロセスガスからプラズマを発生させる工程と、前記炭素リッチ層を前記無機層に対して選択的にプラズマエッチングする工程とをさらに含むことを特徴とする方法。 - 前記プロセスガスが、体積で、（ｉ）約２０％までの前記フッ素含有ガス、（ｉｉ）約１０％から約５０％までの前記炭化水素ガス、及び（ｉｉｉ）約５０％から約９０％までの前記酸素含有ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記炭化水素ガスの体積の前記フッ素含有ガスの体積に対する比が、１：１と１０：１の間であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記プロセスガスが、（ｉ）前記フッ素含有ガスの流量率が５〜５０ｓｃｃｍで、（ｉｉ）前記炭化水素ガスの流量率が２０〜２００ｓｃｃｍで、かつ、（ｉｉｉ）前記酸素含有ガスの流量率が３００〜５００ｓｃｃｍで供給されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
- ＲＦバイアスが前記基板に加えられ、さらに前記炭素リッチ層中の炭素一重結合が、前記ＲＦバイアスを加えることによって破壊されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フッ素含有ガスが、ＣＦ４、ＳＦ６及びＮＦ３から成るグループから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フッ素含有ガスがＣＦ４であり、前記酸素含有ガスがＯ２であり、及び／又は、前記炭化水素ガスがＣＨ４であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記プロセスガスが、前記炭素リッチ層を軟化させるのに有効な量の水素を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記プラズマが中間密度（ｍｅｄｉｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ）のプラズマであり、前記処理チャンバが１５から６０ミリＴｏｒｒの圧力であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記プラズマが高密度プラズマであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記炭素リッチ層のエッチング中にＲＦバイアスを前記基板に加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記炭素リッチ層が、２００から２０００Δの厚さを有するイオン打込み層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記無機層がシリコン含有層であり、前記炭化水素ガスが、前記シリコン含有層を不動態化するのに有効な量で存在することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シリコン含有層がシリコン酸化物層であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記シリコン酸化物層が、自然酸化物であるか、熱成長酸化物であるか、又は、ＣＶＤで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 前記シリコン酸化物層が２０Δ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 前記炭素リッチ層のエッチング中に、除去される前記無機層が２Δ以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記チャンバ中の圧力を５００ミリＴｏｒｒ未満に維持しながら、前記基板が２０から７５℃の温度に維持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記炭素リッチ層をエッチングした後で、脱イオン水又は他のウェット洗浄化学薬品で前記基板を洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記炭素リッチ層をエッチングした後で、前記基板を前記プラズマ処理チャンバから取り出して前記基板をアッシングチャンバ中に配置する工程と、
酸素を含むアッシングガスを前記アッシングチャンバに供給する工程と、
前記アッシングガスからプラズマを発生させる工程と、
前記バルクフォトレジストを前記プラズマでエッチングする工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記炭素リッチ層をエッチングした後で、酸素を含むアッシングガスを前記プラズマ処理チャンバに供給する工程と、
前記アッシングガスから剥離プラズマを発生させる工程と、
前記基板を１５０から３００℃に維持し、かつ前記チャンバ中の圧力を５００ミリＴｏｒｒの圧力より上に維持しながら、前記バルクフォトレジストを前記剥離プラズマで剥離する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 基板上の有機フォトレジストを除去するために有用なプラズマエッチングガス組成物であって、
（ｉ）フッ素含有ガス、（ｉｉ）酸素含有ガス、及び（ｉｉｉ）炭化水素ガスを含み、
前記フッ素含有ガス、前記酸素含有ガス、及び前記炭化水素ガスは、前記エッチングガスによる前記炭素リッチ層のプラズマエッチング中に、炭素リッチ層が下にある有機フォトレジストから除去されるような体積の量で存在することを特徴とするプラズマエッチングガス組成物。 - 前記プロセスガスが、体積で、（ｉ）約２０％までの前記フッ素含有ガス、（ｉｉ）約１０％から約５０％までの前記炭化水素ガス、及び（ｉｉｉ）少なくとも５０％の前記酸素含有ガスを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記炭化水素ガスの体積の前記フッ素含有ガスの体積に対する比が、１：１から１０：１までであることを特徴とする請求項２３に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記フッ素含有ガスが、ＣＦ４、ＳＦ６及びＮＦ３から成るグループから選ばれることを特徴とする請求項２２に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記フッ素含有ガスがＣＦ４であることを特徴とする請求項２５に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記酸素含有ガスがＯ２であることを特徴とする請求項２２に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記炭化水素ガスがＣＨ４であることを特徴とする請求項２２に記載のプラズマエッチングガス組成物。
- 前記プラズマエッチングガスが、ＣＦ４、Ｏ２及びＣＨ４から成ることを特徴とする請求項２２に記載のプラズマエッチングガス組成物。
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