JP2009065106A - アッシング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理効率の低下を抑制することができるアッシング装置を提供すること。
【解決手段】チャンバ１１内に供給された酸素ラジカルを拡散するシャワー板３１と基板Ｗを載置する基板ステージ２０との間に、多孔板としての金属防止板３４を配設した。この金属防止板３４は、酸素ラジカルの導入側に金属酸化物層からなる第１層と、基板Ｗと対向する側に、チャンバ１１内で処理される基板Ｗにおいて露出した金属よりなる第２層とを備え、酸素ラジカルが通過する貫通孔が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上の有機材料をアッシング（灰化）することにより除去するアッシング装置に関するものである。
従来、半導体基板上に集積回路を形成するために、半導体基板の表面に回路パターンを形成したレジスト膜を設け、該レジスト膜を介してその下層の絶縁膜、半導体膜或いは金属膜をエッチングすることが行われている。このレジスト膜は、エッチング処理が終了したのち基板表面から除去される。その除去方法の一つに、酸素プラズマを主とする反応性ガスのプラズマを用いてレジスト膜をアッシング（灰化）する乾式処理方法がある。
この乾式処理方法は、基板に塗布されたレジスト膜に、反応性ガスのプラズマ中に生じた活性種（ラジカル）、主として酸素ラジカルを反応させ、該レジスト膜をＣＯ２及びＨ２Ｏへ分解・気化することによって除去するものである。この乾式処理方法によりレジスト膜を除去する処理装置として例えば特許文献１に開示されたプラズマアッシング装置がある。このアッシング装置を図７に従って説明する。
図７に示すように、アッシング装置のチャンバ（処理室）１の上部には輸送管２が連結され、該輸送管２はプラズマを発生させるプラズマ室（図示略）に接続されている。上記輸送管２の下端には多くの貫通孔を有するシャワー板３が基板ステージ４と対向して配置されている。処理室１の上部内面には円筒状に形成された拡散防止壁５が取着され、該拡散防止壁５によりシャワー板３が囲まれている。基板ステージ４には高周波電源６が接続されている。また、チャンバ１の底部には排気口７が形成されている。
次に、このように構成されたアッシング装置におけるアッシング処理について説明する。まず、基板ステージ４の上面にチャンバ１内に搬入された基板（ウェハ）Ｗを載置する。チャンバ１内部を減圧し、基板ステージ４に高周波電圧を印加する。そして、輸送管２を介して酸素ラジカルを含むガスをチャンバ１内に供給する。この酸素ラジカルを含むガスは、シャワー板３に形成された貫通孔を通過して基板Ｗに到達する。また、シャワー板３により周辺に向かって流れるガスは、拡散防止壁５により基板Ｗ上に導かれる。基板Ｗの上面に形成された図示しないレジスト膜は、ガスに含まれる酸素ラジカルにより分解・気化し、排気口７から排出される。
特開平９−４５４９５号公報
ところで、半導体基板上の集積回路は、トランジスタ等の回路素子を、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属配線を用いて接続して形成されている。また、半導体基板には、接続パッドの表面が金(Au)等により覆われているものや、接続のための端子が半田(Solder)により形成されたものがある。これらの半導体基板の製造工程において、上記レジスト膜をアッシングする際に、金属配線が露出していたり、表面に金や半田が形成されていたりする場合がある。このような場合には、露出した金属材料がケミカル反応又はフィジカル反応によりスパッタされて金属原子が飛散し、チャンバ１の内壁、つまり、シャワー板３の下面や拡散防止壁５の内周面に付着する。この状態でアッシング処理を続けると、上記チャンバ１の内壁に付着した金属と基板Ｗに導かれるはずの酸素ラジカルとが結合されて上記金属表面が酸化され、酸素ラジカルの失活が多くなる。すなわち、上記チャンバ１の内壁に付着した金属によって、酸素ラジカルの失活量が増大してしまう。その結果、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が低下し、単位時間あたりに処理できるレジスト膜の深さ（アッシングレート）が低下するという問題がある。また、基板Ｗ上から飛散する金属原子は、チャンバ１の内壁に対して不均一に付着するため、アッシングレートの基板Ｗの面内均一性が悪化するという問題があった。なお、これらアッシングレートの低下や面内均一性の悪化の原因が基板Ｗから飛散した金属であることは、本発明者らによって以下の実験結果で確認されている。
図９及び図１０は、基板Ｗにおけるアッシング深さの測定結果を示す。尚、測定値は、図８に示すように、基板Ｗの中心から周方向及び径方向に順番に設定した４９箇所の測定点において、レジスト膜の表面からの深さを測定した値である。図中、黒丸で示した点はチャンバ１、シャワー板３及び拡散防止壁５を全て洗浄したアッシング装置を用いて処理した基板Ｗの測定結果であり、黒四角で示した点は下記の条件にて処理した基板Ｗの測定結果であり、黒三角で示した点は各測定点における差を示している。
図９（ａ）は、銅が露出した基板を処理したアッシング装置のシャワー板３及び拡散防止壁５を洗浄後のチャンバ１にセットし、所定の条件（処理条件Ａとする）にて処理した基板Ｗの測定結果であり、図９（ｂ）は、同装置において所定の条件（処理条件Ｂとする）にて処理した基板Ｗの測定結果である。図１０（ａ）は、金が露出した基板を処理したアッシング装置の拡散防止壁５を新しいチャンバ１にセットし、上記処理条件Ａにて処理した基板Ｗの測定結果であり、図１０（ｂ）は、同装置において上記処理条件Ｂにて処理した基板Ｗの測定結果である。尚、それぞれの処理時間は同じ（３０秒）である。
図９及び図１０から明らかなように、金属（銅、金）が露出した基板を処理したアッシング装置のシャワー板３や拡散防止壁５を洗浄後のチャンバ１にセットして処理した場合（黒四角参照）には、チャンバ１、シャワー板３及び拡散防止壁５を全て洗浄したアッシング装置にて処理した場合（黒丸参照）と比べて、全体的にアッシング深さが低下する。とくに、図９（ａ）では、黒四角で示した条件における測定点１〜９及び測定点２６〜４９のアッシング深さが極端に低下するとともに、図１０では、黒四角で示した条件における測定点２６〜４９のアッシング深さが極端に低下する。ここで、黒四角で示した条件の場合には、上記測定点１〜９，２６〜４９に到達するはずの酸素ラジカルはその多くが、金属の付着しているシャワー板３あるいは拡散防止壁５を介して当該測定点に供給される。このことから、シャワー板３や拡散防止壁５に付着した金属によって酸素ラジカルが多く失活されることにより、上記測定点１〜９，２６〜４９に到達する酸素ラジカルの量が極端に低下し、これによって上記測定点におけるアッシング深さが極端に低下したものと推測できる。
このことは、酸素ラジカルの通過する経路（シャワー板３や拡散防止壁５等）に付着した金属の量によって、各測定点に到達する酸素ラジカルの量が変動され、各測定点におけるアッシング深さが変動されるということも示している。実際に、図９及び図１０における黒四角の結果から明らかなように、チャンバ１に金属付着がなく、シャワー板３や拡散防止壁５のみに金属付着があるというように基板Ｗと対向する面において金属の分布状態が不均一の場合には、基板Ｗの面内においてアッシング深さにばらつきが生じている。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、処理効率の経時的な低下を抑制することができるアッシング装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、処理室内に配置され金属が露出した基板上の有機材料をアッシングするアッシング装置であって、前記基板を載置するステージと対向して配置され、前記処理室の上部に設けられた輸送管を介して前記処理室内に供給された活性種が通過する貫通孔が形成されるとともに、前記処理室の上部内面との間に空隙を形成してその空隙により前記活性種を前記輸送管から周辺に向かって拡散する拡散板と、前記ステージと前記拡散板との間に配設され、前記基板上の金属と同じ金属が前記基板に向かって露出するとともに、前記基板に向かう前記活性種が通過する貫通孔が形成された多孔板と、を備えたものである。
この構成によれば、活性種により基板から飛散した金属が、ステージと拡散板との間に配設された多孔板に効率的に付着される。そのため、基板から飛散した金属が多孔板から活性種の供給側に入り込むことが抑制される。これにより、基板に到達するまでに活性種が失活することが抑えられる。また、多孔板は、基板と対向する面に、基板上に露出した金属と同一の金属が露出しているため、基板から飛散した金属が多孔板に付着しても、その多孔板において活性種が失活する量の変動は少ない。従って、基板に到達する活性種の量の経時的な変動が抑えられる、即ち活性種により有機材料を処理する際の処理効率の経時的な低下を抑制することができる。また、多孔板における金属の付着する面がその金属と同一の金属で形成され、さらにその金属が元々露出されているため、基板から飛散する金属がその多孔板に対して不均一に付着したとしても、多孔板における金属原子分布の不均一性が生じにくくなる。これにより、アッシングレートの基板の面内均一性が悪化を抑制することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアッシング装置において、円筒状に形成され、前記処理室内に載置された基板に対し、該拡散板を囲む状態で前記活性種の不要な拡散を阻止する拡散防止壁を備え、前記多孔板は、前記拡散防止壁の下端開口部を覆うように着脱可能に取着されたものである。この構成によれば、拡散板により周辺に向かって拡散される活性種の不要な拡散が拡散防止壁により阻止され、活性種を効率よく基板に供給することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、前記処理室の上部内面と前記ステージの上面との間の中央よりも下方に配設されたものである。この構成によれば、基板から飛散する金属が多孔板の基板と対向する面に付着し易くなる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記多孔板に形成された貫通孔の穴径は、アスペクト比が０．５以上２以下に形成されたものである。この構成によれば、貫通孔を通過して活性種の供給側にまで金属が飛散することを効果的に抑制することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記ステージは高周波電源に接続されて高周波バイアスが印加され、前記多孔板は、前記ステージに対して前記高周波バイアスの対向電極となるように接続されたものである。この構成によれば、基板より飛散した金属は高周波バイアスの対向電極に向かうため、より確実に多孔板に飛散した金属を付着させることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、前記活性種の供給側の面に不動態化膜が形成されたものである。この不動態化膜によって、多孔板に活性種が結合しにくくなる。従って、追加した多孔板による活性種の失活量の増大を好適に抑制することができる。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜としてフッ化物層を形成したものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成したものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜としてフッ化物層が形成をしたものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成したものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項１１に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層を形成したものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項１２に記載の発明は、請求項６に記載のアッシング装置において、前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層が形成したものである。この構成によれば、容易に多孔板を形成することができる。
請求項１３に記載の発明は、請求項８，１０〜１２のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記金属酸化物層は、アルミニウムの酸化物又はイットリアであるものである。この構成によれば、容易に金属酸化物層を形成することができる。
以上記述したように、本発明によれば、処理効率の経時的な低下を抑制することが可能なアッシング装置を提供することができる。
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、アッシング装置のチャンバ（処理室）１１の上部は輸送管１２を介してプラズマ室１３に接続されている。このプラズマ室１３はマイクロ波導波管１４を介してマグネトロン１５に接続されている。尚、プラズマ室１３とマイクロ波導波管１４とは、石英等よりなるマイクロ波透過窓１３ａにより区画されている。マグネトロン１５にはマイクロ波電源１６が接続されている。マグネトロン１５にて発生したマイクロ波（μ波）はマイクロ波導波管１４を介してプラズマ室１３内に導かれる。
プラズマ室１３は、ガス導入管１７を介して複数（図において３つ）のマスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃに接続され、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃはそれぞれガス供給源１９ａ〜１９ｃに接続されている。本実施形態において、ガス供給源１９ａは酸素（Ｏ２）を蓄積し、ガス供給源１９ｂは窒素（Ｎ２）を蓄積し、ガス供給源１９ｃは四フッ化炭素（ＣＦ４）を蓄積する。各ガス供給源１９ａ〜１９ｃに蓄積されたガスの流量はマスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃにより調整され、所定流量の酸素、窒素及び四フッ化炭素を混合した反応ガスはガス導入管１７を介してプラズマ室１３内に導入される。
上記のマイクロ波及び反応ガスによりプラズマ室１３内に酸素を含むプラズマが発生し、そのプラズマ中の活性種としての酸素ラジカルが輸送管１２を介してチャンバ１１内に導かれる。そのチャンバ１１内には、基板Ｗを載置するための基板ステージ２０が配設されている。チャンバ１１には、ゲート２１を介して真空予備室２２が接続されている。真空予備室２２はチャンバ１１内を大気中に開放しないで基板Ｗの搬入搬出を行うために設けられている。
チャンバ１１の底部には排気口２３が形成されている。その排気口２３は排気管２４を介して図示しない排気用ポンプに接続され、この排気用ポンプによってチャンバ１１内が減圧される。排気管２４にはプレッシャコントローラ２５が配設され、そのプレッシャコントローラ２５によりチャンバ１１内の圧力が調整される。
上記のマイクロ波電源１６、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃ、プレッシャコントローラ２５は制御装置２６に接続されている。制御装置２６は、図示しない記憶装置を有し、その記憶装置には各種の基板を処理するための条件の情報（レシピ）が記憶されている。チャンバ１１内に搬入する基板Ｗに応じたレシピが指定されると、制御装置２６は、そのレシピの値に基づいてマイクロ波電源１６、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃ、プレッシャコントローラ２５を制御する。
次に、チャンバ１１の構成を図２に従って説明する。
図２に示すように、チャンバ１１の上部に連結された輸送管１２の下端には円盤状に形成されるとともに多くの貫通孔を有するシャワー板（拡散板）３１が基板ステージ２０と対向して配置されている。シャワー板３１は、取付部材３２によりチャンバ１１の上部に固定されるととともに、その取付部材３２により上部内面１１ａから所定距離だけ離間して配置されている。チャンバ１１の上部内面１１ａとシャワー板３１との距離は、上記の輸送管１２を介してチャンバ１１内に導入される酸素ラジカルが、シャワー板３１に形成された貫通孔を通過するとともに、シャワー板３１とチャンバ１１の上部との間を通過して周辺に向かって導かれるように設定されている。
また、チャンバ１１の上部内面１１ａには、円筒状に形成された拡散防止壁３３の上端が取着され、該拡散防止壁３３によりシャワー板３１が囲まれている。拡散防止壁３３の内径は、基板ステージ２０上に載置される基板Ｗの外径よりもやや大きく設定されている。拡散防止壁３３の下端には、円盤状に形成されるとともに多くの貫通孔を有する多孔板としての金属防止板３４がネジ等の固定部材（図示略）により着脱可能に取着されている。金属防止板３４の外径は、拡散防止壁３３の外径とほぼ同一に形成されている。従って、拡散防止壁３３の下端開口部は金属防止板３４により覆われている。このため、チャンバ１１内に導入された酸素ラジカルは、金属防止板３４の貫通孔を通過して基板ステージ２０上に載置された基板Ｗ上に導かれる。
金属防止板３４は、基板ステージ２０とチャンバ１１の上部と拡散防止壁３３とにより囲まれたバッファ空間３５内に配置されている。更に金属防止板３４は、バッファ空間３５の下方１／２の領域内に配置されるとともに、基板Ｗの搬入搬出を妨げないように基板ステージ２０の上面から離間して配置されている。
基板ステージ２０の周辺上部は基板ガイド３６により覆われている。基板ステージ２０内には上下方向に移動可能に支持されたリフトピン３７の先端が配設されており、そのリフトピン３７を上下動させることにより、リフトピン３７と図示しない搬送装置との間の基板Ｗの受け渡し、及び基板Ｗを基板ステージ２０上に載置するようにしている。
基板ステージ２０とチャンバ１１下部との間には絶縁板３８が介在されている。また、基板ステージ２０にはコンデンサＣを介して高周波電源３９が接続されており、その高周波電源３９から基板ステージ２０に高周波バイアス（ＲＦバイアス）が供給されている。更にまた、基板ステージ２０には配管４０が接続され、その配管４０を介して基板ステージ２０内部に形成された図示しない水路に冷却水が供給され、基板ステージ２０の温度調節を行っている。
図３（ａ）に示すように、金属防止板３４は、複数（図３（ａ）において２つ）の層３４ａ，３４ｂからなる。酸素ラジカルの導入側となる上側の第１層３４ａは金属酸化物層であり、例えばアルミニウム酸化物、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、等からなる。基板Ｗと対向する側（図３において下側）の第２層３４ｂはチャンバ１１内で処理される基板Ｗにおいて露出した金属よりなる。例えば、基板Ｗにて銅が露出している場合、そのチャンバ１１内に配置される金属防止板３４の第２層３４ｂは銅にて形成されている。つまり、チャンバ１１内にて処理される基板Ｗにおいて主として露出している金属が第２層３４ｂとして用いられている金属防止板３４が、そのチャンバ１１内に配置される。従って、第２層３４ｂには、銅(Cu)の他に、金(Au)，半田(Solder)，プラチナ(Pt)，イリジウム(Ir)が用いられる。例えば、この金属防止板３４は、第２層３４ｂとなる金属板に、第１層３４ａとなる金属酸化物層を生成することにより形成されている。
この第２層３４ｂは、上記した固定部材によりアルミニウムなどよりなる拡散防止壁３３と電気的に接続されている。その拡散防止壁３３は同じくアルミニウムなどよりなるチャンバ１１と電気的に接続され、そのチャンバ１１は接地されている。従って、金属防止板３４（詳しくは金属よりなる第２層３４ｂ）は、高周波電源３９から基板ステージ２０に対して供給される高周波バイアスに対して電気的な対向電極となる。なお、第２層３４ｂ上の外周に形成された第１層３４ａを取り除いた上で、当該第２層３４ｂを拡散防止壁３３の下端に接続することにより、第２層３４ｂと拡散防止壁３３とを電気的に接続するようにしてもよい。
図３（ｂ）に示すように、金属防止板３４には貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１の穴径は、基板Ｗにて露出した金属から飛散した金属原子がバッファ空間３５内に入り込まないように形成されている。該貫通孔４１の穴径Ｄは、金属防止板３４の板厚Ｈに対して、アスペクト比(Aspect Retio)（＝Ｈ／Ｄ）が０．５以上２以下に設定されている。このようなアスペクト比に設定することで、貫通孔４１の垂直方向真下以外の基板Ｗ上から飛散する金属原子が貫通孔４１を通過することを抑制することができる。すなわち、基板Ｗから飛散した金属原子が貫通孔４１内に進入しても、その金属原子を貫通孔４１の内面に効率的に付着させることができる。
尚、図３（ａ）では、金属板を用いて金属防止板３４を形成したが、基板Ｗと対向する面に金属が露出していればよく、その金属はスパッタ、メッキ、溶射、又は蒸着により成膜してもよい。この場合、ベースとなる板材には、例えばアルミニウム板が用いられる。即ち、図３（ｃ）に示すように、金属防止板３４は３つの層４２ａ〜４２ｃからなる。第１層４２ａは上記と同様に形成された層であり、第２層４２ｂはアルミニウム板であり、第３層４２ｃは第２層４２ｂの１つの面に形成された金属膜である。この金属膜には、上記と同様に、銅(Cu)，金(Au)，半田(Solder)，プラチナ(Pt)，イリジウム(Ir)が用いられる。
次に、このように構成されたアッシング装置におけるアッシング処理について説明する。
まず、チャンバ１１内の基板ステージ２０上に、除去すべきレジスト膜の存在する面（処理面）を上にして基板Ｗを載置する。そして、プラズマ室１３にて発生させたプラズマに含まれる酸素ラジカルを、チャンバ１１内に導入する。すると、この酸素ラジカルは、シャワー板３１に形成された貫通孔又はシャワー板３１とチャンバ１１の上部との空隙を通ってバッファ空間３５内に拡散する。また、シャワー板３１とチャンバ１１の上部との空隙を通る酸素ラジカルは、シャワー板３１と拡散防止壁３３との間から下降する。拡散防止壁３３は、酸素ラジカルの径方向の移動を阻止する、つまり酸素ラジカルの不要な拡散を阻止する。そして、バッファ空間３５内の酸素ラジカルは、金属防止板３４の貫通孔４１を通過して基板Ｗに到達し、その面上のレジスト膜と反応して、これを除去する。
上述したように、金属防止板３４は、図２において上面側、即ち酸素ラジカルの供給側に、不動態化膜としての金属酸化物層よりなる第１層３４ａが形成されている。従って、酸素ラジカルが通過する経路である第１層３４ａが予め酸化されているため、その第１層３４ａに酸素ラジカルが結合しにくくなる。これにより、追加された金属防止板３４（第１層３４ａ）において酸素ラジカルが失活されることを抑制することができる。
また、上述したように、金属材料の露出した基板Ｗに対してアッシング処理を行うと、基板表面からケミカル反応又はフィジカル反応により金属原子が基板Ｗから飛散する。このとき、本実施形態のアッシング装置では基板Ｗの上方を覆うように金属防止板３４が配置されており、さらにその金属防止板３４が高周波バイアスの対向電極として機能するため、飛散した金属原子は、金属防止板３４（第２層３４ｂ）の下面に付着堆積する。この金属原子が付着する下面は、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの供給方向（進行方向）とは逆方向に面しているため、金属防止板３４の下面に付着した金属原子によって失活される酸素ラジカルの量は少ない。また、上記飛散した金属原子は、金属防止板３４に形成された貫通孔４１にも進入する。しかし、貫通孔４１は、所定のアスペクト比に形成されているため、金属原子は貫通孔４１の内面に付着し、貫通孔４１を通過する金属原子はほとんどない。そして、貫通孔４１は、金属防止板３４を構成する第２層３４ｂ、つまり金属板にも形成されているため、その貫通孔４１内では付着する金属と同一の金属が元々露出している。従って、第２層３４ｂにおける貫通孔４１の内面に基板Ｗから飛散した金属原子が付着しても、その金属が露出している面積に変化はほとんどない。従って、貫通孔４１内では、金属原子が付着した場合であっても、金属原子が付着していない時と同じだけ酸素ラジカルが失活する。このため、酸素ラジカルの失活量は、金属原子の付着、即ち基板Ｗのアッシング処理に係わらず、変化が極めて少ない。つまり、多数枚の基板Ｗのアッシング処理を行っても、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が変化し難いため、アッシングレートが経時的に変化しにくい、即ち、処理効率の経時的な低下が抑制される。
また、上記基板Ｗから飛散する金属原子は、その多くが金属防止板３４の下面に付着されるため、酸素ラジカルの通過する経路（例えば、チャンバ１の上部内面１１ａ、シャワー板３の下面、拡散防止壁５）に付着されることが抑制され、上記経路において露出する金属原子の分布の均一性が維持される。さらに、上記基板Ｗから飛散する金属原子が金属防止板３４の第２層３４ｂの下面に対して不均一に付着しても、第２層３４ｂが基板Ｗから飛散される金属原子と同一の金属で形成されその金属が元々露出されているため、その金属が露出する面積は、金属原子付着前後においてほとんど変化しない。すなわち、金属原子の付着に係わらず、第２層３４ｂの下面全面において金属が露出しているため、第２層３４ｂの下面の面方向において露出する金属分布の均一性が維持される。これにより、多数枚の基板Ｗのアッシング処理を行っても、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が面方向に均一化されるため、アッシングレートの基板Ｗの面内均一性が悪化することを抑制することができる。
図４は、銅が露出した基板Ｗの処理枚数に対するアッシングレートの変化を測定した実験結果である。図４において、黒四角は本実施形態のアッシング装置にてアッシング処理した場合の測定結果を示し、黒丸は図７に示した従来のアッシング装置にてアッシング処理した場合の測定結果である。なお、基板Ｗに対する処理条件は、酸素、窒素、四フッ化炭素の流量をそれぞれ１７５０／２５０／５００sccm、チャンバ１１内を１００Ｐａ、マイクロ波の電力を２５００Ｗ、ＲＦバイアスを３００Ｗ、処理時間を６０秒とした。また、ここでのアッシングレートは、１つの基板の各測定点（図８参照）におけるアッシングレートの平均値である。
図４から明らかなように、チャンバ等洗浄後に最初にアッシング処理される１枚目の基板Ｗに対するアッシングレートは、本実施形態のアッシング装置と従来のアッシング装置とにおいて略等しくなる。従来のアッシング装置（黒丸参照）では、処理枚数が増加するに連れてチャンバ１の内壁に付着堆積する金属が増加することによって、アッシングレートが極端に低下していく。この実験結果では２０枚目の基板Ｗに対するアッシングレートまでしか測定していないものの、この実験結果からだけでも、従来のアッシング装置では経時的にアッシングレートが極端に低下することが十分読みとれる。なお、従来のアッシング装置では、２０枚目の基板に対するアッシングレートが１枚目の基板に対するアッシングレートに比べて約３０％近く低下している。
これに対して、本願実施形態のアッシング装置（黒四角参照）では、処理枚数が増加しても、アッシングレートの変動が小さく、高いアッシングレートを維持している。具体的には、本実施形態のアッシング装置における１０００枚目の基板に対するアッシングレートは、従来のアッシング装置における１０枚目の基板に対するそれよりも高く維持されている。このように金属防止板３４を設けることによって、経時的なアッシングレートの低下、すなわち処理効率の経時的な変化を抑制することができる。
図５は、銅が露出した基板Ｗの各測定点（図８参照）におけるアッシング処理時のアッシングレートの測定結果を示す。図５において、黒丸は洗浄後の従来のアッシング装置において最初にアッシング処理される１枚目の基板Ｗに対する測定結果を示し、黒四角は本実施形態のアッシング装置における複数枚目（例えば、１０枚目）の基板Ｗに対する測定結果を示している。なお、図５（ａ）は、酸素、窒素、四フッ化炭素の流量をそれぞれ２４００／３２０／４８０sccm、チャンバ１１内を１２５Ｐａ、マイクロ波の電力を２０００Ｗ、ＲＦバイアスを５００Ｗ、処理時間を３０秒とする処理条件Ａにて基板Ｗをアッシング処理した場合の測定結果である。また、図５（ｂ）は、酸素、四フッ化炭素の流量をそれぞれ１７００／３００sccm、チャンバ１１内を８５Ｐａ、マイクロ波の電力を１７５０Ｗ、ＲＦバイアスを０Ｗ、処理時間を３０秒とする処理条件Ｂにて基板Ｗをアッシング処理した場合の測定結果である。
図５（ａ）、（ｂ）から明らかなように、処理条件Ａ，Ｂの双方において、本実施形態のアッシング装置における複数枚目の基板Ｗに対する測定結果と、従来のアッシング装置における１枚目の基板に対する測定結果とで、各測定点におけるアッシングレートに変化があまり見られなかった。すなわち、本実施形態のアッシング装置では、複数枚の基板Ｗを処理したとしても、１枚目の基板のアッシング処理のときと同様のアッシングレートを各測定点において維持することができる。このことは、金属防止板３４（第２層３４ｂ）を設けることによって、基板Ｗから飛散する金属原子が原因で生じるアッシングレートの基板Ｗの面内均一性の悪化を抑制することができるということを示している。
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）チャンバ１１内に供給された酸素ラジカルを拡散するシャワー板３１と基板Ｗを載置する基板ステージ２０との間に、多孔板としての金属防止板３４を配設した。この金属防止板３４は、酸素ラジカルの導入側に金属酸化物層からなる第１層３４ａと、基板Ｗと対向する側に、チャンバ１１内で処理される基板Ｗにおいて露出した金属よりなる第２層３４ｂとを備え、貫通孔４１が形成されている。従って、表面反応により基板Ｗから飛散した金属は、金属防止板３４に付着するとともに、金属防止板３４から酸素ラジカルの供給側には入り込まない。このため、金属防止板３４に到達するまでに酸素ラジカルが失活することが抑えられる。また、金属防止板３４は、基板Ｗと対向する面に金属が露出しているため、基板Ｗから飛散した金属が金属防止板３４に付着しても、その金属防止板３４において酸素ラジカルが失活する量の変動は少ない。従って、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量の経時的な変動が抑えられる、即ち酸素ラジカルによりレジスト膜を処理する際の処理効率の経時的な低下を抑制することができる。
また、基板Ｗから飛散する金属原子が金属防止板３４に対して不均一に付着したとしても、金属防止板３４の下面がその金属原子と同一の金属で形成され、さらにその金属が元々露出されているため、金属防止板３４の下面における金属分布の不均一性が生じにくくなる。これにより、アッシングレートの基板Ｗの面内均一性が悪化を抑制することができる。
（２）チャンバ１１内には、円筒状に形成され、チャンバ１１内に載置された基板Ｗに対し、該シャワー板３１を囲む状態で酸素ラジカルの不要な拡散を阻止する拡散防止壁３３を備え、金属防止板３４は、拡散防止壁３３の下端開口部を覆うように着脱可能に取着されたものである。従って、シャワー板３１により周辺に向かって拡散される酸素ラジカルの不要な拡散が拡散防止壁３３により阻止され、酸素ラジカルを効率よく基板Ｗに供給することができる。
（３）金属防止板３４は、チャンバ１１の上部内面１１ａと基板ステージ２０の上面との間の中央よりも下方に配設されたものである。従って、基板Ｗから飛散する金属が金属防止板３４の基板Ｗと対向する面に付着し易くなる。
（４）金属防止板３４における酸素ラジカルの導入側（図３において上側）の面に金属酸化物層（第１層３４ａ）を形成するようにした。これにより、酸素ラジカルが通過する経路である第１層３４ａが予め酸化されているため、その第１層３４ａに酸素ラジカルが結合しにくくなる。従って、この第１層３４ａを形成したことにより、本実施形態で追加された金属防止板３４による酸素ラジカルの失活量の増大を好適に抑制することができる。
（５）金属酸化物層は、アルミニウムの酸化物又はイットリアであるものである。このため、容易に金属酸化物層を形成することができる。
（６）金属防止板３４に形成された貫通孔４１の穴径は、アスペクト比が０．５以上２以下に形成されたものである。従って、貫通孔４１を通過して酸素ラジカルの供給側にまで金属が飛散することを防止することができる。
（７）基板ステージ２０は高周波電源３９に接続されて高周波バイアスが印加され、金属防止板３４は、基板ステージ２０に対して高周波バイアスの対向電極となるように接続されたものである。従って、基板Ｗより飛散した金属原子は高周波バイアスの対向電極に向かうため、より確実に金属防止板３４に飛散した金属原子を付着させることができる。
（８）金属防止板３４は、所定の金属板に対して基板Ｗにて露出する金属が成膜されたものである。従って、容易に金属防止板３４を形成することができる。
（９）金属防止板３４は、基板Ｗにて露出する金属よりなる板に、金属酸化物層を形成したものである。従って、容易に金属防止板３４を形成することができる。
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図６に従って説明する。この実施形態は、金属防止板３４の構造が上記第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態のアッシング装置は、図１及び図２に示す第１実施形態のアッシング装置と略同様の構成を備えている。
図６（ａ）に示すように、本実施形態の金属防止板３４は、３つの層４３ａ，４３ｂ，４３ｃからなる。基板Ｗと対向する側（図６において下側）の第２層４３ｂは、上記第１実施形態の第２層３４ｂと同様に、チャンバ１１内で処理される基板Ｗにおいて露出した金属により形成される金属板である。第１層４３ａは、上記第１実施形態の第１層３４ａと同様に、第２層４３ｂにおける酸素ラジカルの導入側の面（上面）に形成された金属酸化物層である。第１層４３ａの上層であって、酸素ラジカルの導入側となる第３層４３ｃは、フッ化物層（フッ化膜）からなる。この第３層４３ｃは、第１層４３ａの上面をフッ化処理することによって成膜される。このフッ化処理方法としては、例えば対象部材（第１層３４ａ及び第２層３４ｂ）を高温にし、フッ素原子を含有するガスを流す方法やフッ素原子を含有するガスを用いてフッ素プラズマを発生させ、このプラズマ雰囲気中に対象部材を設置する方法などがある。ここで使用されるガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ６の少なくとも一種を含むガスなどが挙げられる。
また、３つの層４３ａ，４３ｂ，４３ｃからなる金属防止板３４は、上記第１実施形態と同様に、多数の貫通孔を有している。そして、この金属防止板３４は、拡散防止壁３３の下端にネジ等の固定部材により着脱可能に取着されている。
以上説明した実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（９）の作用効果に加え、以下の効果を奏する。
（１０）金属防止板３４における酸素ラジカルの導入側となる面にフッ化物層（第３層４３ｃ）を形成するようにした。このフッ化物層が不動態化膜として機能し、金属酸化物層のみの場合よりもさらに金属防止板３４の上面が酸化されにくくなる。これにより、このフッ化物層（第３層４３ｃ）に酸素ラジカルがより結合しにくくなる。従って、このフッ化物層を形成したことにより、従来のアッシング装置に対して追加された金属防止板３４による酸素ラジカルの失活量の増大を効果的に抑制することができる。ひいては、アッシングレートを全体的に向上させることができる。
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記第１実施形態における図３（ａ）、（ｃ）に示した金属酸化物層よりなる第１層３４ａ，４２ａを省略するようにしてもよい。この構成によっても、基板Ｗにて露出する金属よりなる金属板（第２層３４ｂ）あるいはアルミニウム板に成膜された金属膜（第３層４２ｃ）によって、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量の経時的な変動が抑えられる、即ち酸素ラジカルによりレジスト膜を処理する際の処理効率の経時的な低下を抑制することができる。
・上記第２実施形態では、第３層４３ｃの形成（フッ化処理）をアッシング装置とは別の装置で行うようにした。これに限らず、例えばアッシング装置に第１層４３ａ及び第２層４３ｂからなる金属防止板３４を取付けた後、このアッシング装置自身の中でフッ素含有プラズマを用いたフッ化処理を上記金属防止板３４に対して行うようにしてもよい。
・上記第２実施形態における金属防止板３４の層構造に特に制限されない。例えば金属防止板３４は、図６（ｂ）に示すように、基板Ｗにて露出する金属よりなる金属板４４ａにおける酸素ラジカルの導入側の面（上面）に、フッ化物層４４ｂを成膜することによって構成されるようにしてもよい。
また、図６（ｃ）に示すように、金属防止板３４を４つの層４５ａ〜４５ｄから構成するようにしてもよい。各層について詳述すると、第１層４５ａは、所定の金属板としてのアルミニウム板である。第１層４５ａにおける基板Ｗと対向する面（下面）に形成される第２層４５ｂは、第１層４５ａの下面に対して、基板Ｗにて露出する金属がスパッタ等によって成膜された金属膜である。第１層４５ａにおける酸素ラジカルの導入側の面（上面）に形成される第３層４５ｃは、第１層４５ａの上面に形成される金属酸化物である。第４層４５ｄは、第３層４５ｃの上面をフッ化処理することによって成膜されるフッ化物層である。
・上記各実施形態では、半導体基板Ｗ上に形成されたレジスト膜を除去するアッシング装置に具体化したが、プラズマ、ラジカルにより除去可能な膜、有機材料を除去するアッシング装置に具体化してもよい。
・上記各実施形態では、酸素プラズマを用いるアッシング装置に具体化したが、これに限らず、別のプラズマ（例えば、水素プラズマ）を用いるアッシング装置に具体化してもよい。
・上記各実施形態では、酸素プラズマを用いるプラズマアッシング装置に具体化したが、これに限らず、例えばオゾンガスに紫外線を照射することにより酸素ラジカルを発生させる光励起アッシング装置等に具体化してもよい。
・上記各実施形態において、アッシング装置の構成を適宜変更してもよい。例えば、供給するガスの種類を増やした構成としてもよい。
第１実施形態のアッシング装置の概略構成図。 チャンバの概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態における金属防止板の説明図。 アッシングレートの経時変化を示す説明図。 （ａ）（ｂ）は測定点におけるアッシングレートの測定結果を示す説明図。 （ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態における金属防止板の断面図。 従来のアッシング装置の概略構成図。 測定点を示すウェハの平面図。 （ａ）（ｂ）は測定点におけるアッシング深さの測定結果を示す説明図。 （ａ）（ｂ）は測定点におけるアッシング深さの測定結果を示す説明図。
符号の説明
１１…チャンバ、１１ａ…上部内面、１２…輸送管、２０…基板ステージ、３１…シャワー板、３３…拡散防止壁、３４…金属防止板、３４ａ，４２ａ，４３ａ，４５ｃ…金属酸化物層、３４ｂ，４３ｂ，４４ａ…金属板、４３ｃ，４４ｂ，４５ｄ…フッ化物層、３９…高周波電源、４１…貫通孔、Ｗ…基板。

Claims (13)

  1. 処理室内に配置され金属が露出した基板上の有機材料をアッシングするアッシング装置であって、
    前記基板を載置するステージと対向して配置され、前記処理室の上部に設けられた輸送管を介して前記処理室内に供給された活性種が通過する貫通孔が形成されるとともに、前記処理室の上部内面との間に空隙を形成してその空隙により前記活性種を前記輸送管から周辺に向かって拡散する拡散板と、
    前記ステージと前記拡散板との間に配設され、前記基板上の金属と同じ金属が前記基板に向かって露出するとともに、前記基板に向かう前記活性種が通過する貫通孔が形成された多孔板と、
    を備えたことを特徴とするアッシング装置。
  2. 円筒状に形成され、前記処理室内に載置された基板に対し、該拡散板を囲む状態で前記活性種の不要な拡散を阻止する拡散防止壁を備え、
    前記多孔板は、前記拡散防止壁の下端開口部を覆うように着脱可能に取着されてなる、ことを特徴とする請求項１に記載のアッシング装置。
  3. 前記多孔板は、前記処理室の上部内面と前記ステージの上面との間の中央よりも下方に配設されてなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアッシング装置。
  4. 前記多孔板に形成された貫通孔の穴径は、アスペクト比が０．５以上２以下に形成されてなる、ことを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  5. 前記ステージは高周波電源に接続されて高周波バイアスが印加され、
    前記多孔板は、前記ステージに対して前記高周波バイアスの対向電極となるように接続された、ことを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  6. 前記多孔板は、前記活性種の供給側の面に不動態化膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  7. 前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜としてフッ化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  8. 前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  9. 前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜としてフッ化物層が形成をしてなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  10. 前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  11. 前記多孔板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  12. 前記多孔板は、所定の金属板における前記基板と対向する面に対して前記金属が成膜されるとともに、前記所定の金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層が形成してなる、ことを特徴とする請求項６に記載のアッシング装置。
  13. 前記金属酸化物層は、アルミニウムの酸化物又はイットリアである、ことを特徴とする請求項８，１０〜１２のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
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