JP2009164365A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】レジスト除去工程におけるポッピング現象の発生を抑制することができ、基板に形成される残渣を低減することができる半導体装置の製造方法、及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、酸素ガス及び水素ガスをプラズマ発生室４３０に供給し、プラズマ発生室４３０内で酸素ガス及び水素ガスをプラズ反応させ、プラズマ発生室４３０に連続して設けられた処理室４４５に収納されたウエハ６００の表面からレジストを除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板からレジストを除去する除去工程を有する半導体装置の製造方法、及び基板処理装置に関する。
半導体装置の製造方法であって、パターンマスクとして使用したレジスト（レジスト膜）を除去するドライアッシングによる除去工程を有し、この除去工程で、気密な処理室内に基板を装填し、処理室の例えば上部に設けられたプラズマ源に反応ガスを供給しながら高周波電力を印加してプラズマを発生させ、プラズマ中で生成される反応性活性種（ラジカル）によって、基板上のレジストを酸化、気化して除去する技術が知られている。この技術では、レジストが有機膜であるため、一般的にはＯ２、又はＯ２を主体とした反応ガスが用いられる（例えば、特許文献１）。
特表２００５−５２３５８６号公報
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では、基板に塗布されたレジストの表面層が硬化し、剥離し難い状態に変質する。この状態でアッシング処理がなされた場合に、レジストの硬化した表面層の下部にある通常の状態にあるレジストが流動性となり、またレジスト中に含まれる気泡が暖められることによって気化され、気化された気体が硬化したレジスト表面層を突き破り噴出する現象である所謂ポッピング現象が生じることがある。ポッピング現象が生じることで、異常酸化した有機成分や、イオン注入工程でレジスト中に注入されたＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂｒ（臭素）等のドーパントの酸化物がアッシング処理で除去できなくなり、基板上に残渣が形成されてしまうとの問題が生じることがあった。
この残渣はアッシングの後工程である湿式洗浄工程で洗浄しても除去しきれないことがあり、また、基板に残渣が形成されると湿式洗浄工程で洗浄液の交換頻度を増す必要がある等の問題が生じる。
本発明の目的は、レジスト除去工程におけるポッピング現象の発生を抑制することができ、基板に形成される残渣を低減することができる半導体装置の製造方法、及び基板処理装置を提供することにある。
本発明の特徴とするところは、基板からレジストを除去する除去工程を有し、前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、酸素ガス及び水素ガスを反応容器に供給し、前記反応容器内で酸素ガス及び水素ガスをプラズマ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法にある。ここで、ｓｃｃｍとは、１ａｔｏｍ（大気圧 １０１３ｈＰａ)、０℃において、１分間あたりに流れる気体の量をｃｃ（立方センチ、ｃｍ３）で示したものである。
本発明によれば、レジスト除去工程におけるポッピング現象の発生を抑制することができ、基板に形成される残渣を低減することができる半導体装置の製造方法、及び基板処理装置を提供することができる。
次に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の好ましい実施例においては、半導体製造装置として用いられるアッシャ装置により、半導体装置の製造方法が実現される。
図１は、本発明の好ましい実施例のアッシャ装置を説明するための概略横断面図であり、図２、図３は、本発明の好ましい実施例のアッシャ装置を説明するための概略縦断面図である。図１、図２に示されるように、アッシャ装置１０は、カセットトランスファー部１００と、ロードロックチャンバ部２００と、トランスファーモジュール部３００と、アッシング処理がなされる処理室として用いられるプロセスチャンバ部４００とを備えている。
カセットトランスファー部１００は、第１の搬送部として用いられるカセットトランスファーユニット１１０、１２０を備え、カセットトランスファーユニット１１０、１２０は、基板として用いられるウエハ６００を支持するカセット５００を載置するカセットテーブル１１１、１２１と、カセットテーブル１１１、１２１のＹ軸１３０、Ｚ軸１４０をそれぞれ動作させるＹ軸アセンブリ１１２、１２２、Ｚ軸アセンブリ１１３、１２３を、それぞれが備えている。
ロードロックチャンバ部２００は、ロードロックチャンバ２５０、２６０と、カセットテーブル１１１、１２１に載置されたカセット５００からウエハ６００をそれぞれ受け取り、ウエハ６００をロードロックチャンバ２５０、２６０内でそれぞれ保持するバッファユニット２１０、２２０を備えている。バッファユニット２１０、２２０は、バッファフィンガーアセンブリ２１１、２２１とその下部のインデックスアセンブリ２１２、２２２とを備えている。バッファフィンガーアセンブリ２１１（２２１）と、その下部のインデックスアセンブリ２１２（２２２）は、θ軸２１４（２２４）により同時に回転する。
トランスファーモジュール部３００は、搬送室として用いられるトランスファーモジュール３１０を備えており、先述のロードロックチャンバ２５０、２６０は、ゲートバルブ３１１、３１２を介して、トランスファーモジュール３１０に取り付けられている。トランスファーモジュール３１０には、第２の搬送部として用いられる真空アームロボットユニット３２０が設けられている。
プロセスチャンバ部４００は、処理室として用いられるプロセスチャンバ４１０、４２０と、その上部に設けられたプラズマ発生室４３０、４４０とを備えている。プロセスチャンバ４１０、４２０は、ゲートバルブ３１３、３１４を介してトランスファーモジュール３１０に取り付けられている。
プロセスチャンバ４１０、４２０は、ウエハ６００を載置するサセプタテーブル４１１、４２１を備えている。サセプタテーブル４１１、４２１をそれぞれ貫通してリフターピン４１３、４２３が設けられている。リフターピン４１３は、Ｚ軸４１２、４２２の方向に、それぞれ上下する。
プラズマ発生室４３０、４４０は、反応容器４３１、４４１をそれぞれ備え、反応容器４３１、４４１の外部には、共振コイル４３２、４４２が設けられている。共振コイル４３２、４４２に高周波電力を印加して、ガス導入口４３３、４４３から導入されたアッシング処理用の反応ガスをプラズマ化（プラズマ処理）し、そのプラズマを利用してサセプタテーブル４１１、４２１上に載置されたウエハ６００上のレジストをアッシングする。
以上のように構成されたアッシャ装置１０においては、カセットテーブル１１１（１２１）からロードロックチャンバ２５０（２６０）へとウエハ６００が搬送される。この際、まず、図２、図３に示されるように、カセットテーブル１１１（１２１）にカセット５００を搭載してＺ軸１４０が下方向に動作する。Ｚ軸１４０が下にある状態でバッファフィンガーアセンブリ２１１（２２１）のＹ軸１３０がカセット５００の方向に動作する。Ｉ軸２３０の動作により２５枚のウエハ６００をバッファフィンガーアセンブリ２１１（２２１）のバッファフィンガー２１３（２２３）がカセット５００から受け取る。受け取った状態でＹ軸１３０がもとの位置まで下がる。
ロードロックチャンバ２５０（２６０）においては、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内にバッファユニット２１０（２２０）によって、保持されているウエハ６００を、真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１に搭載する。θ軸３２５方向で真空アームロボットユニット３２０を回転し、更にＹ軸３２６方向にフィンガーを延伸し、プロセスチャンバ４１０（４２０）内のサセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。
ここで、ウエハ６００を、フィンガー３２１からサセプタテーブル４１１（４２１）へ移載する工程を説明する。
真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１とリフターピン４１３（４２３）との協働により、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。また、逆の動作により、処理が終了したウエハ６００をサセプタテーブル４１１（４２１）から、真空アームロボットユニット３２０によって、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内のバッファユニット２１０（２２０）にウエハ６００を移載する。
図４には、プロセスチャンバ４１０の詳細が示されている。尚、先述のプロセスチャンバ４２０は、プロセスチャンバ４１０と同じ構成である。
プロセスチャンバ４１０は、半導体基板や半導体素子に乾式処理でアッシングを施す高周波無電極放電型のプロセスチャンバである。プロセスチャンバ４１０は、図４に示すように、先述のプラズマを生成するためのプラズマ発生室４３０、半導体基板などのウエハ６００を収容する処理室４４５、プラズマ発生室４３０（特に共振コイル４３２）に高周波電力を供給する高周波電源４４４、及び高周波電源４４４の発振周波数を制御する周波数整合器４４６を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部に前記のプラズマ発生室４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理室４４５を配置して構成される。また、共振コイル４３２と外側シールド４５２とで、螺旋共振器が構成される。
プラズマ発生室４３０は、減圧可能に構成され且つプラズマ用の反応ガスが供給される、先述の反応容器４３１と、反応容器の外周に巻回された共振コイル４３２と、共振コイル４３２の外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド４５２とから構成される。
反応容器４３１は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバである。反応容器４３１は、通常、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４及び処理室４４５によって上下端が気密に封止される。反応容器４３１の下方の処理室４４５の底面には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持されるサセプタ４５９が設けられ、サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１及びサセプタ上のウエハを加熱する基板加熱部４６３が具備される。
サセプタ４５９の下方に、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底基板４６９に支持され、底基板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降基板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降基板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
リフターピン４１３は、サセプタ４５９を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持するリフターピン支持部４１４が設けられている。
リフターピン支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
底基板４６９には、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３は昇降基板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降基板４７１とリフターピン４１３を介して、リフトピン支持部４１４が昇降する。
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、円筒状のバッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、円筒側面に通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５と仕切られ、また通気孔によって、処理室４４５と連通している。
排気板４６５の中央に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、排気管４８０が連通されており、排気管４８０には排気装置４７９が設けられている。
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、図示を省略するガス供給設備から伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給するための、複数のガス供給部を有するガス供給管４５５が、ガス導入口４３３に付設されている。ガス供給管４５５には、Ｏ２ガスを供給する第１のガス供給部、及びその他のガス、ここではＮ２ガスやＨ２ガスを供給する第二のガス供給部を設けている。第１、２のガス供給部には、それぞれ、供給管流量制御部であるマスフローコントローラ４７７、４８３及び開閉弁４７８、４８４が設けられている。マスフローコントローラ４７７、４８３及び開閉弁４７８、４８４を制御することで、ガスの供給量を制御する。
ここでは、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスの供給に、共通する一本のガス供給管を利用しているが、それに限るものではなく、別々の供給管を使用し、それぞれの供給管にマスフローコントローラ及び開閉弁を設けても良い。ただし、Ｎ２ガスは、Ｈ２ガスを希釈するために用いられているため、図示しないガス供給源で、事前にガスが混合されることが望ましい。
また、反応容器４３１内には、反応ガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにするための略円板形で、石英からなるバッフル板４６０が設けられている。
尚、流量制御部及び排気装置４７９によって供給量、排気量を調整することにより、処理室４４５の圧力が調整される。
共振コイル４３２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル４３２の電気的長さは、高周波電源４４４から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）又は半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定される。
例えば、１波長の長さは、１３．５６ＭＨｚの場合約２２メートル、２７．１２ＭＨｚの場合約１１メートル、５４．２４ＭＨｚの場合約５．５メートルになる。
１波長でコイルを設定した場合、プラズマ発生室４３０の高さが高くなる。これにより、処理ガスがプラズマ化される時間を長くすることができ、結果的に、確実にガスのプラズマ化を促進することができる。また、１波長ではなく、半波長もしくは１／４波長の場合、コイルそのものが短くなるため、プラズマ処理室の高さが１波長に比べて低くなるというメリットを有する。
具体的には、共振コイル４３２は、印加する電力や発生させる磁界強度又は適用する装置の外形などを勘案し、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、０．５〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガウス程度の磁場を発生し得るように、５０〜３００mm２の有効断面積であって且つ２００〜５００mmのコイル直径に構成され、反応容器４３１の外周側に２〜６０回程度巻回される。共振コイル４３２を構成する素材としては、銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウム薄板、ポリマーベルトに銅又はアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。共振コイル４３２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート４４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
共振コイル４３２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル４３２の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ４６２を介して接地される。図４中の符号４６４は他方の固定グランドを示す。更に、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル４３２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル４３２の接地された両端の間には、可動タップ４６６によって給電部が構成される。
すなわち、共振コイル４３２は、電気的に接地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源４４４から電力供給される給電部を各グランド部の間に備え、しかも、少なくとも一方のグランド部は、位置調整可能な可変式グランド部とされ、そして、給電部は、位置調整可能な可変式給電部とされる。共振コイル４３２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えている場合には、後述するように、プラズマ発生室４３０の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。
更に、共振コイル４３２の一端（もしくは他端または両端）には、位相及び逆位相電流が共振コイル４３２の電気的中点に関して対称に流れるように、コイル及びシールドから成る波形調整回路が挿入されてもよい。斯かる波形調整回路は、共振コイル４３２の端部を電気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成される。また、共振コイル４３２の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル４３２との間に形成するために設けられる。外側シールド４５２は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。そして、通常、外側シールド４５２は、共振コイル４３２の両端と電位が等しくなるように接地されるが、共振コイル４３２の共振数を正確に設定するため、外側シールド４５２の一端又は両端は、タップ位置を調整可能になされたり、あるいは、共振コイル４３２と外側シールド４５２の間には、トリミングキャパシタンスが挿入されたりしてもよい。
ウエハ６００を収容する先述の処理室４４５は、例えば短軸の略有底円筒状に形成されている。処理室４４５には、ウエハ６００を水平に保持し短軸円柱状の、先述のサセプタテーブル４１１が設けられる。サセプタテーブル４１１には、一般に使用される静電チャックが備えられていてもよい。
高周波電源４４４としては、共振コイル４３２に必要な電圧及び周波数の電力を供給できる電源である限り、Ｒｆゼネレータ等の適宜の電源を使用でき、例えば、周波数８０ｋＨｚ〜８００ＭＨｚで０．５〜５ＫＷ程度の電力を供給可能な高周波発生器が使用される。
また、高周波電源４４４の出力側には反射波電力計４６８が設置され、反射波電力計４６８によって検出された反射波電力が、制御部として用いられるコントローラ４７０に入力される。コントローラ４７０は、単に高周波電源４４４のみを制御するものではなく、アッシャ装置１０全体の制御を行っている。コントローラ４７０には、表示部であるディスプレイ４７２が接続されている。ディスプレイ４７２は、例えば、反射波電力計４６８による反射波の検出結果等、アッシャ装置１０に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。尚、コントローラ４７０は、反射波電力の検出に限らず各部の制御も行う。
以上のように構成されたアッシャ装置１０では、ロードロックチャンバ２５０（２６０）へウエハ６００が搬送され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内が真空引き（真空置換）され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）から、トランスファーモジュール３１０を経てウエハ６００がプロセスチャンバ４１０（４２０）へと搬送され、プロセスチャンバ４１０（４２０）でウエハ６００からレジストの除去がなされ（除去工程）、レジストの除去がなされたウエハ６００が、トランスファーモジュール３１０を経て再びロードロックチャンバ２５０（２６０）へ搬送される。
そして、プロセスチャンバ４１０（４２０）におけるレジストの除去は、基板処理における前段階の工程であるウエハ６００へのイオン注入工程でマスクとして使用されたレジストの除去がなされる工程である。除去工程において除去されるレジストは、変質層とバルク層の２層構造になっており、ある温度以上（レジスト材料によるが120〜160℃）になると気化したバルク層の圧力で変質層が破裂するポッピング現象が生じる虞がある。このため、レジストの除去は、ウエハ６００の温度を低く制御しながら、Ｏ２ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスや、これらの反応ガスの混合ガスによって酸化除去される。
また、レジストの除去（除去工程）は、詳細には、プロセスチャンバ４１０（４２０）内において、ウエハ６００をリフターピン４１３に載置する載置工程と、載置工程に続いてなされる第１の除去工程と、第１の除去工程に続いてなされる第２の除去工程とを経てなされる。以下、載置工程、第１の除去工程、及び第２の除去工程について説明する。
載置工程を説明する。ウエハ６００を搭載したフィンガー３２１が、処理室４４５に進入する。それと同時に、リフターピン４１３が上昇する。フィンガー３２１は、上昇されたリフターピン４１３のリフターピン支持部４１４にウエハ６００を載置する。このとき、ウエハ６００の温度は、基板加熱部と真空断熱状態であるため、室温（約２５度）に維持される。
第１の除去工程を説明する。
搬送工程にて、室温に保持されたウエハ６００を載置した後、Ｈ２ガス、及びＯ２ガスを、ガス供給管４３３からプラズマ発生室４３０に供給する。Ｈ２ガスは事前にＯ２ガスと混合されても良いし、プラズマ発生室４３０内で混合されても良い。プラズマ発生室４３０内で混合する場合、ガス供給管の供給部はガスの種類の数だけ（ここでは二本）設けられる。
ガス供給後、高周波電源４４４が、共振コイル４３２に電力を供給する。共振コイル４３２内部に励起される誘導磁界によって自由電子を加速し、ガス分子と衝突させることでガス分子を励起してプラズマを生成する。
このようにして、供給されたＨ２ガス及びＯ２ガスは、プラズマ化される。
尚、ここではガス供給後にプラズマを励起したが、それに限らず、ガス供給前に高周波電源４４４が共振コイルに電力を供給し、予め磁界を形成しても良い。
プラズマ形成時、基板加熱部４６３は２００℃までウエハ６００を徐々に加熱する。このとき、ウエハを急激に加熱するとポッピング現象が起きてしまう可能性があるからである。従って、レジスト表面をある程度除去するまでは、徐々にウエハ温度を上昇させる。
プラズマ化されたガスは、主にレジスト中の有機成分を除去する。ここで、第１のプラズマ化工程で用いられる反応ガスとしては、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスを混合した反応ガスが用いられる。
プラズマのラジカル量について、図５、図７を用いて説明する。
図５は、Ｈ２＋Ｏ２混合ガスプラズマ中の、ＯＨラジカル、Ｈラジカル、Ｏラジカルの量を表したものである。縦軸が、発光強度であり、数値が高いほどラジカルの量が多い。横軸は、Ｏ元素を１としたときのＨ元素組成比であり、数値が高くなるほど、Ｈ２＋Ｏ２混合ガスのＨ２の割合が高くなる。
図７は、アッシング処理後の残渣量を表したものである。
Ｏ元素とＨ元素を含む反応ガスを生成したプラズマには、図５にあるように、放電させて得られる主としてＯＨラジカルからなる活性種が含まれる。そのＯＨラジカルによって硬化層内の有機成分とドーパントとを効率よく還元除去する。
ここで、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３未満であると、図５にあるように、プラズマ中で生成されるＯラジカルの量が多くなる。Ｏラジカルの量が多いと、酸化反応で硬質層のドーパントが不揮発性の酸化物となり、硬質層の除去が良好になされない虞がある。このため、ポッピング現象が起こりやすくなるとともに、図７に記載のように、ドーパントの酸化物が析出し強固な残渣を形成し、アッシングにおける剥離性を低下させる虞がある。そこで、この実施形態では、先述のように酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるようにしている。
次に、反応ガスの総流量と剥離（レジスト除去）時間、残渣量の関係について、図８を用いて説明する。図８は、縦軸を剥離時間、横軸をガス流量としたものである。横軸は、Ｏ２ガス流量／Ｈ２ガス流量を表しており、例えば、３７５／１５００は、Ｏ２ガスが３７５ｓｃｃｍ、Ｈ２ガスが１５００ｓｃｃｍであり、総ガス流量が１８７５ｓｃｃｍである。
図８に記載のように、反応ガスの総流量が少ないと、ラジカルの供給量が少なくなりレジストの除去速度が低下してしまう。その結果、アッシングに時間がかかる傾向にある。また、残渣量も多い傾向にある。
そこで、少なくとも総流量が１０００ｓｃｃｍ以上必要となる。
その一方で、反応ガスの流量が多すぎると反応ガスの励起効率が低下し、ラジカル濃度が低下してレジストの除去速度が低下してしまう。そして、ラジカルの供給量が少なくなり過ぎず、ラジカルの濃度が低くなり過ぎない反応ガスの総流量は、１０００ｓｃｃｍ〜２００００ｓｃｃｍである。そこで、この実施形態では、先述のように、２５０ｓｃｃｍ以上のＯ２ガスと７５０ｓｃｃｍ以上のＨ２ガスとで、反応ガスの総流量を１０００ｓｃｃｍ以上とするとともに、反応ガスの総流量が２００００ｓｃｃｍ以下となるようにしている。
このように、反応ガスの総流量を制御することで、ウエハ６００として直径が３００ｍｍ以上のウエハを用いた場合であっても、良好なレジストの除去が可能となる。
図９は、処理圧力とアッシング処理後の残渣量を示したグラフであり、３００ｍｍウエハの表面に存在する、１ミクロン以上のパーティクルの数を示している。尚、このとき、処理圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以上５５００ｍＴｏｒｒ以下に調整する。５５００ｍＴｏｒｒより高い圧力とした場合、残渣が約２００００個／ｗａｆｅｒとなり、パーティクルが規定より多くなってしまうためである。
また、更に望ましくは、５００ｍＴｏｒｒ以下とするのが良い。パーティクルの発生が少なくなるとともに、アッシングレートが高くなる。より望ましくは、１５００以上３０００ｍＴｏｒｒ以下に調整する。パーティクルが更に少なくなり、クリーンな処理が可能となる。
ここで、圧力を１００ｍＴｏｒｒ未満や、５５００ｍＴｏｒｒより高くした場合、パーティクルの増加や、安定したプラズマの生成、アッシングレートの低下という問題が起こりやすい。
この実施形態では、第１の除去工程で用いる処理ガスとして、Ｏ２ガスとＨ２ガスとが混合されてなるガスを用いたが、これに替えて、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとが混合されてなるガスを用いても良い。また、ＮＨ３ガスとＯ２ガスとが混合されてなるガスを用いても良い。
図６には、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとの混合ガスの場合のラジカル量が示されている。図６では、図５と同様に、縦軸を発光強度、横軸を、Ｏ元素を１としたときのＨ元素組成比としている。
Ｈ２＋Ｏ２混合ガスと同様に、組成比が３未満のときは、ＯＨラジカルの量が多いものの、同時にＯラジカルの量も多いため、酸化反応で硬質層のドーパントが不揮発性の酸化物となり、硬質層の除去が良好になされない虞がある。
従って、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスの混合ガスの場合においても、Ｏ元素を１としたとき、Ｈ元素組成比を３以上とすることが望ましい。
また、第１の除去工程で用いる処理ガスとして、Ｏ２ガスとＨ２ガスとが混合されてなるガス、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとが混合されてなるガス、又はＮＨ３ガスとＯ２ガスとが混合されてなるガスに、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスからなる希釈ガスが添加されてなるガスを用いても良い。
また、第１の除去工程で用いる処理ガスとして、Ｈ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＮＨ３ガス、及びＯ２ガスと、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスとが混合されてなるガスを用いても良い。
ここで、Ｏ２ガスは、主としてレジストを除去するために用いられ、Ｈ２ガスはポッピングを抑制するために用いられる。すなわち、第１のプラズマ化工程では、反応ガスを高周波で放電させて得られる活性種(主にＯラジカル)によって、レジスト中の有機成分は酸素と反応しＣＯ、ＣＯ２等の揮発成分となってガスとして排気される。前述のように、Ｏ元素を１としたとき、Ｈ元素の組成比を３以上とすることにより、レジスト高速で、かつ残渣が少ないアッシングが可能となる。
第１の除去工程では、レジスト中の有機成分の除去はなされるものの、Ｏ２と、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂ（ホウ素）等のドーパントとは結合力が強いため、結合しても蒸気とならずに、ドーパントは残留する。すなわち、第１の除去工程では、レジストに注入されたドーパントと、ドーパントの酸化物とはウエハ６００の表面に析出し、除去がなされない。
続いて、第２の除去工程を説明する。
第２の除去工程は、Ｈの還元性を利用して、ウエハ６００表面に析出したドーパントの除去がなされる工程である。
第２の除去工程で用いられる反応ガスは、Ｏ２の混合比は、０％であり、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスの流量比を、０：１０００：４０とする。処理圧力は、第１の除去工程より低い圧力とする。例えば１．５Ｔｏｒｒとする。
ここで、Ｈ２ガスは、残渣を除去するために用いられ、Ｎ２ガスはＨ２ガスの希釈ガスとして用いられる。
第一の除去工程においてＯ２ガスを供給していたが、流量制御部により、Ｏ２の供給が停止され、Ｎ２Ｈ２ガスはガス供給管４３３のみ、プラズマ発生室４３０に供給される。
また、これと同時に、リフターピン４１３を下降させる。ウエハ６００を基板加熱部４６３に近づけることにより、ウエハの温度を上昇させる。ここでは、例えば、ウエハ温度を２５０℃まで上昇させる。第２の除去工程では、これらの反応ガスの混合ガスを高周波で放電させて得られる、主としてＨラジカルからなる活性種によって、ウエハ６００表面のドーパントの析出物を、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６等の揮発成分としてガス化し、排気除去する。
ここで、仮に、第２の除去工程で用いられる反応ガスに、Ｏ２が混合されているとする。例えば、第一段階のＯ２ガスがプラズマ生成室４３０に残ってしまい、第２の除去工程で供給されたＮ２Ｈ２に混合される場合が考えられる。
酸化反応によってＨラジカルの減少や、Ｈラジカルとドーパントの反応の阻害が起きるため析出物の除去効果は低下する。このため、Ｏ２の混合比は１０％以下であることが必須であり、混合比が低いほどドーパントの除去性は高くなる。すなわち、Ｏ２ガスの混合量が少ないほど、水素ラジカルＨの還元反応による残渣の除去率が高くなる。
一方、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスのみでプラズマを生成すると、Ｎａが発生するものの、Ｏ２ガスを用いれば、石英からなる反応容器４３１から発生するＮａを抑制することができる。このため、Ｎａ汚染を低減させるためには、一定量の酸素を混合することが有効である。
この場合は、第２の除去工程では、Ｏ２ガスの供給を停止するのではなく、Ｏ２が１０％以下となるように、Ｏ２ガスの供給量を流量制御部が制御する。
もっとも、石英からなる反応容器４３１の品質が良ければ、Ｎａの発生が抑制されるため、Ｏ２ガスは必要ない。
以上より、反応容器４３１の品質を考慮しつつ、残渣の剥離性とＮａ汚染の低減とを両立することができる範囲である０〜１０％に酸素の流量比を定めることが望ましい。尚、Ｈ２は、ＮＨ３で代替することが可能であり、Ｎ２はＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスで代替することが可能である。
以上で説明をした第１の除去工程と第２の除去工程とでは、ガス流量やガス混合比、圧力が変化する。このため、高周波電源４４４の負荷インピーダンスが変動してしまうものの、周波数整合器４４６を有するため、処理温度や圧力の変化にすぐに追従して高周波数電源４４４の発信周波数を整合することができる。
また、以上で説明をしたアッシャ装置１０では、共振コイル４３２と、共振コイル４３２とで構成される螺旋共振器の発信周波数が、第１の除去工程から第２の除去工程へ変化したときに、反射波電力が最小となるように螺旋共振器が周波数整合器４４６によって制御される。
より具体的には、次の動作が行われる。
第１の除去工程でプラズマを形成したとき、共振コイル４３２の共振周波数に収束される。このとき、反射波電力計４６８が共振コイル４３２からの反射波を検出し、検出された反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。
周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。発信周波数は、実験により予め求められていると良い。この場合、コントローラ４７０にそれらのデータ（例えば反射波レベルと、それを最小とするような発信周波数データ）が記憶され、検出された反射波とデータを比較し、データの誤差等から収束する発信周波数を決定する。
各装置で反射波を最小に制御することが理想的であるが、複数台の装置それぞれを制御する場合、制御方法を統一とすること、つまり共通したソフトにより制御を行うことが考えられる。このような場合、装置間で反射波を最小にするような発信周波数にずれが生じることもあるため、各装置の反射波が最小となるような値の平均値を予め求め、それに収束するようにしても良い。
第２の除去工程で、Ｏ２の供給を停止、もしくはＯ２を１０％以下とするように流量制御部により流量を制御する。高周波電源からの電力供給は第一段階に引き続き供給され、放電状態が維持される。
このとき、処理室４４５のガス流量やガス混合比、圧力が、第１の除去工程に比較して、変動してしまうことがある。これにより、ガス分子の電離特性が大きく変化し、それに伴い共振コイル４３２の共振周波数が変動し、一時的に反射波が大きくなる。出力された反射波は、反射波電力計４６８が共振コイル４３２からの反射波を検出し、検出された反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。
周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。発信周波数は、実験により予め求められていると良い。この場合、コントローラ４７０にそれらのデータ（例えば反射波レベルと、それを最小とするような発信周波数データ）が記憶され、検出された反射波とデータを比較し、データの誤差等から収束する発信周波数を決定する。
ここでも、第１の除去工程と同様に、各装置において反射波最小となるような発信周波数を出力しても良いが、複数台の装置の平均値の発信周波数を出力しても良い。
このように、コントローラによる連続制御を行うことで、第１の除去工程から第２の除去工程へ移るとき、プラズマの消失、再着火をしないで連続的に移行することができる。
次に、以上説明をした本発明の好ましい実施形態との比較例として、周波数整合器４４６、反射波電力計４６８がない装置を次に説明する。尚、以下で説明をする比較例の構成は、周波数整合器４４６、反射波電力計４６８がないことを除いては、以上で説明をした本発明の好ましい実施形態と同じである。
第１の除去工程において、レジストの除去を行う。レジストの除去後、高周波電源４４４による電力供給を一旦停止する。停止後、流量制御部や圧力制御部を制御し、処理室４４５の圧力及びガス流量の再設定を行う。第２の除去工程において、Ｈ２Ｎ２を、プラズマ発生室４３０へ供給し、残渣の除去を行う。
このように、第１から第２の除去工程に移るとき、放電が失火してしまい、結果的に第２の除去工程で再着火を行う必要が出てくる。結果、再着火の時間を要する。
すなわち、上述の本発明の好ましい実施形態のように、周波数整合器４４６及び反射波電力計４６８を使用することにより、再着火のような時間的ロスを省略することができ、スループットの向上を図ることができる。
以上で説明をした実施形態では、２回のレジスト除去工程を行っていた。複数回にわたってレジストを除去するときは、最初の工程にて、反応ガスとして、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるガスを用いていることが望ましい。２回目以降の除去ステップで、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるガスを用いた処理を行った場合、最初の工程にてポッピングが起きてしまい、結果的に残渣が発生してしまうためである。
従って、最初の工程にて酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるガスを用いて除去を行い、ポッピングを抑止し、その後のレジスト除去工程にて、レジストを除去する。２回目以降のレジスト除去工程では、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるガスを用いる必要はなく、適宜酸素及び水素を用いてアッシングを行う。
以上で説明をしたように、本発明の第１の特徴とするところは、基板からレジストを除去する除去工程を有し、前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、少なくとも、２５０ｓｃｃｍ以上の酸素ガス及び７５０ｓｃｃｍ以上の水素ガスを反応容器に供給し、前記反応容器内で酸素ガス及び水素ガスをプラズマ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法にある。
また、本発明の第２の特徴とするところは、基板からレジストを除去する除去工程を有し、前記除去工程は、少なくとも酸素分子及び水素分子を含む第１の反応ガスをプラズマ処理し、基板からレジスト中の有機成分を除去する第１の除去工程と、前記第１の除去工程に続いて、少なくとも水素分子を含む第２の反応ガスをプラズマ処理し、基板からドーパント析出物を除去する第２の除去工程と、を有し、前記第１の反応ガスは、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上である半導体装置の製造方法にある。
また、本発明の第３の特徴とするところは、減圧可能に構成され、反応ガスのプラズマ処理がなされる反応容器と、前記反応容器の外周に巻回された共振コイルと、この共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールドとを有する螺旋共振器と、前記反応容器に連続して設けられ且つ基板を収容する処理室と、前記共振コイルに電力を供給する電源と、前記反応容器に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応ガス供給部が供給する反応ガスの流量を制御する流量制御部と、複数段階でアッシングを行うとき、最初の段階のアッシングにおいて供給される反応ガスが、酸素成分の量を１としたときに水素成分の量が３以上となるように、前記反応ガス供給部を制御する反応ガス供給制御部と、を有する基板処理装置にある。
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、更に次に付記した事項も含まれる。
〔付記１〕
基板からレジストを除去する除去工程を有し、
前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、少なくとも、２５０ｓｃｃｍ以上の酸素ガス及び７５０ｓｃｃｍ以上の水素ガスを反応容器に供給し、前記反応容器内で酸素ガス及び水素ガスをプラズマ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法。
〔付記２〕
基板からレジストを除去する除去工程を有し、
前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように反応容器に反応ガスを供給し、前記反応容器で反応ガスをプラズ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法。
〔付記３〕
前記反応ガスは、Ｈ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＮＨ３ガス、及びＯ２ガスと、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスとが混合されてなる付記２記載の半導体装置の製造方法。
〔付記４〕
前記反応ガスは、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが混合されてなる付記記載の半導体装置の製造方法。
〔付記５〕
前記反応ガスは、Ｈ２ＯガスとＯ２ガスとが混合されてなる付記２記載の半導体装置の製造方法。
〔付記６〕
前記反応ガスは、ＮＨ３ガスとＯ２ガスとが混合されてなる付記２記載の半導体装置の製造方法。
〔付記７〕
前記反応ガスは、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスからなる希釈ガスが添加されてなる付記４乃至６いずれか記載の半導体装置の製造方法。
〔付記８〕
基板からレジストを除去する除去工程を有し、
前記除去工程は、
少なくとも酸素分子及び水素分子を含む第１の反応ガスをプラズマ処理し、基板からレジスト中の有機成分を除去する第１の除去工程と、
前記第１の除去工程に続いて、少なくとも水素分子を含む第２の反応ガスをプラズマ処理し、基板からドーパント析出物を除去する第２の除去工程と、
を有し、
前記第１の反応ガスは、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上である半導体装置の製造方法。
〔付記９〕
減圧可能に構成され、反応ガスのプラズマ処理がなされる反応容器と、
前記反応容器の外周に巻回された共振コイルと、この共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールドとを有する螺旋共振器と、
前記反応容器に連続して設けられ且つ基板を収容する処理室と、
前記共振コイルに電力を供給する電源と、
前記反応容器に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガス供給部が供給する反応ガスの流量を制御する流量制御部と、
複数段階でアッシングを行うとき、最初の段階のアッシングにおいて供給される反応ガスが、酸素成分の量を１としたときに水素成分の量が３以上となるように、前記反応ガス供給部を制御する反応ガス供給制御部と、
を有する基板処理装置。
〔付記１０〕
前記螺旋共振器の発信周波数を制御する周波数制御部を更に有し、
前記螺旋共振器は、複数段階のアッシングのうち最初の段階から次の段階へ変化したときに、前記螺旋共振器からの反射電圧が最小となるように、前記螺旋共振器の発信周波数を制御する付記９記載の基板処理装置。
以上述べたように、本発明は、基板から、レジストを除去する除去工程を有する半導体装置の製造方法、及び基板処理装置に適用することができる。
本発明の好ましい実施例のアッシャ装置を説明するための概略横断面図である。 本発明の好ましい実施例のアッシャ装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例のアッシャ装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例のアッシャ装置に用いられるプロセスチャンバを示す断面図である。 Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスからなる反応ガスにおける酸素の組成比を１としたときの水素の組成比と、プラズマ中で生成されるＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｈラジカルの濃度に対応した発光強度との関係を示すグラフである。 Ｈ２ガスとＨ２Ｏガスとの混合ガスからなる反応ガスにおける酸素の組成比を１としたときの水素の組成比と、プラズマ中で生成されるＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｈラジカルの濃度に対応した発光強度との関係を示すグラフである。 Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスからなる反応ガス、及びＨ２ガスとＨ２Ｏガスとの混合ガスからなる反応ガスとのそれぞれについて、酸素の組成比を１としたときの水素の組成比と、各反応ガスをプラズマ処理することでレジスト除去を行った基板の残渣の量との関係を示すグラフである。 反応ガスの総流量と、剥離時間、残渣量との関係を示すグラフである。 処理圧力とアッシング処理後の残渣量を示し、３００ｍｍウエハの表面に存在する、１ミクロン以上のパーティクルの数を示すグラフである。
符号の説明
１０…アッシャ装置
１００…カセットトランスファー部
１１０、１２０…カセットトランスファーユニット
１１１…カセットテーブル
１１２、１２２…Ｙ軸アセンブリ
１１３、１２３…Ｚ軸アセンブリ
１３０…Ｙ軸
１４０…Ｚ軸
２００…ロードロックチャンバ部
２１０、２２０…バッファユニット
２１１、２２１…バッファフィンガーアセンブリ
２１２、２２２…インデックスアセンブリ
２１３…バッファフィンガー
２１４…θ軸
２３０…Ｉ軸
２５０、２６０…ロードロックチャンバ
３００…トランスファーチャンバ部
３１０…トランスファーチャンバ
３１１、３１２、３１３、３１４…ゲートバルブ
３２０…真空アームロボットユニット
３２１…フィンガー
３２５…θ軸
３２６…Ｙ軸
３３０…ヒータ
４００…プロセスチャンバ部
４１０、４２０…プロセスチャンバ
４１１、４２１…サセプタテーブル
４１２、４２２…Ｚ軸
４１３、４２３…リフターピン
４３０、４４０…プラズマ発生室
４３１、４４１…チャンバ
４３２、４４２…共振コイル
４３３、４４３…ガス導入口
４４５…処理室
４４４…高周波電源
４４６…周波数整合器
４４８…ベースプレート
４５０…共振コイル
４５２…外側シールド
４５４…トッププレート
４５５…ガス供給管
４５６…排気管
４５８…バッフルリング
４６０…バッフル板
４６２…可動タップ
４６４…固定グランド
４６６…可動タップ
４６８…反射波電力計
４７０…コンピュータ
４７２…表示装置
５００…カセット
６００…ウエハ

Claims (3)

  1. 基板からレジストを除去する除去工程を有し、
    前記除去工程は、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上となるように、少なくとも、２５０ｓｃｃｍ以上の酸素ガス及び７５０ｓｃｃｍ以上の水素ガスを反応容器に供給し、前記反応容器内で酸素ガス及び水素ガスをプラズマ処理し、前記反応容器に連続して設けられた処理室内に収納された基板のアッシングを行う工程を有する半導体装置の製造方法。
  2. 基板からレジストを除去する除去工程を有し、
    前記除去工程は、
    少なくとも酸素分子及び水素分子を含む第１の反応ガスをプラズマ処理し、基板からレジスト中の有機成分を除去する第１の除去工程と、
    前記第１の除去工程に続いて、少なくとも水素分子を含む第２の反応ガスをプラズマ処理し、基板からドーパント析出物を除去する第２の除去工程と、
    を有し、
    前記第１の反応ガスは、酸素の組成比を１としたときに水素の組成比が３以上である半導体装置の製造方法。
  3. 減圧可能に構成され、反応ガスのプラズマ処理がなされる反応容器と、
    前記反応容器の外周に巻回された共振コイルと、この共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールドとを有する螺旋共振器と、
    前記反応容器に連続して設けられ且つ基板を収容する処理室と、
    前記共振コイルに電力を供給する電源と、
    前記反応容器に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
    前記反応ガス供給部が供給する反応ガスの流量を制御する流量制御部と、
    複数段階でアッシングを行うとき、最初の段階のアッシングにおいて供給される反応ガスが、酸素成分の量を１としたときに水素成分の量が３以上となるように、前記反応ガス供給部を制御する反応ガス供給制御部と、
    を有する基板処理装置。
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