JP2009177088A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理によって生成した生成物によって触媒の劣化が生じ難い基板処理装置を提供すること。
【解決手段】基板処理装置１は、ウエハＷを収容するチャンバ２と、チャンバ２内でウエハＷを載置するウエハステージ５と、チャンバ２内に設けられたシャワーヘッド７と、シャワーヘッド７を介してチャンバ２内に水素含有ガスを供給するガス供給機構１１と、チャンバ２内に設けられたガス排出口１６と、ガス排出口１６を介してチャンバ２を排気する排気機構１９と、チャンバ２内に設けられた触媒ワイヤ２２と、触媒ワイヤ２２を加熱する可変直流電源２５と、チャンバ２内における、触媒ワイヤ２２が存在する空間５１と、ウエハを処理する空間５２とを区画するように設けられたバッフルプレート２６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温の触媒に水素含有ガスを接触させて生成した水素ガスにより、基板上に残存したレジストの剥離等の処理を行う基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対し、フォトリソグラフィー工程によりフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングを行っている。そして、エッチング後、フォトレジストを剥離している。

フォトレジストの剥離工程においては、プラズマを利用したドライアッシング技術やウェットアッシング技術が主流であり、特にイオン注入後の変質したレジストを剥離する際にはドライアッシング技術とウェットアッシング技術とを併用することが行われている。しかしながら、このようにドライアッシング技術とウェットアッシング技術とを併用すると工程も複雑になるとともに、処理にも時間がかかる。また、このような変質したレジストを剥離する場合には、レジストの下地層上に残渣が残り、これを清浄化するためにさらに工程が増加してしまう。

このような問題を解決することができる技術として、特許文献１には、水素原子を有する分子を含む剥離ガスと、高温に加熱したタングステン（Ｗ）等の高融点触媒体とを接触させる接触分解反応で原子状水素（水素ラジカル）を生成し、生成した原子状水素とレジストとの接触によりレジストをガス化して剥離する技術が開示されている。これにより簡易な工程でレジストを剥離することができ、しかもレジスト剥離後に下地膜の表面を清浄化することができる。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、繰り返しレジスト剥離処理を行うと、触媒能が低下したり、寿命が短くなる、パーティクルが発生するといった触媒体の劣化が生ずることが判明した。

一方、上記特許文献１では、触媒として用いるタングステン線が載置台上のレジスト付基板の上に設けられており、触媒に接触して生成された水素ラジカルが直下の基板上のレジストに作用してレジスト剥離を進行させるが、水素ラジカルの生成量をより多くして、レジスト剥離処理の速度をより高めることが求められる。
特開２００２−２８９５８６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、水素含有ガスを高温の前記触媒に接触させて接触分解反応により水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルにより基板を処理する基板処理装置であって、処理によって生成した生成物によって触媒の劣化が生じ難い基板処理装置を提供することを目的とする。
また、水素ラジカルの生成量を高めることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器に設けられたガス導入部と、前記ガス導入部を介して前記処理容器内に水素含有ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内に設けられたガス排出部と、前記ガス排出部を介して前記処理容器を排気する排気機構と、処理容器内に設けられた触媒と、触媒を加熱する加熱手段とを具備し、前記処理容器内で、前記水素含有ガスを高温の前記触媒に接触させて接触分解反応により水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルにより基板を処理する基板処理装置であって、前記処理容器内における、前記触媒が存在する空間と、前記水素ラジカルにより基板を処理する空間とを区画するように設けられたバッフルプレートをさらに具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記処理容器内における、前記水素ラジカルにより基板を処理する空間と、前記排気部を含む排気空間とを区画するように設けられた排気用バッフルプレートをさらに具備することが好ましい。また、前記処理は炭素含有物質を生成させるものとすることができ、この場合に、前記バッフルプレートは前記水素ラジカルを十分に通過させ、前記炭素含有物質は通過し難い径の複数の孔を有しているものとすることができる。そして、このように処理が炭素含有物質を生成させるような場合に、前記触媒は、その表面に炭素化合物層が形成されているものとすることができる。この場合に、前記触媒は、前記容器内で炭素含有物質に対して水素ラジカル処理を行うことにより表面に炭素化合物層が形成されたものとすることができる。さらに、前記ガス導入部は、前記載置台に対向して設けられ、前記載置台上の基板の全面に対してシャワー状に水素含有ガスを供給するシャワーヘッドを有し、前記触媒は前記シャワーヘッドの直下に設けられている構成とすることができる。

本発明の第２の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器に設けられたガス導入部と、前記ガス導入部を介して前記処理容器内に水素含有ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内に設けられたガス排出部と、前記ガス排出部を介して前記処理容器を排気する排気機構と、処理容器内に設けられた触媒と、触媒を加熱する加熱手段とを具備し、前記処理容器内で、前記水素含有ガスを高温の前記触媒に接触させて接触分解反応により水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルにより基板を処理する基板処理装置であって、前記触媒は、前記ガス導入部から導入された水素含有ガスが前記処理容器内に拡散する前に接触するように設けられていることを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第２の観点において、前記ガス導入部は、前記処理容器内へ水素含有ガスを導入する導入口と、前記導入口から導入された水素含有ガスを前記処理容器の上部の外周に導く案内部材と、前記案内部材に導かれた前記水素含有ガスを前記処理容器の外周に向けて円状に吐出させる吐出口とを有し、前記触媒は吐出口の直下位置に設けられている構成とすることができる。また、前記ガス導入部は、前記処理容器内へ水素含有ガスを導入する導入口と、前記導入口から導入された水素含有ガスを前記処理容器の上部の外周に導く案内部材と、前記案内部材に導かれた前記水素含有ガスを前記処理容器の外周に向けて円状に吐出させる吐出口とを有し、前記触媒は前記導入口と前記案内部材との間の空間に設けられている構成とすることができる。

上記第１および第２の観点において、前記基板処理装置は、基板に形成されたレジストの剥離処理を行うものとすることができる。また、前記基板処理装置は、基板の裏面に付着したバックサイドポリマーの除去処理を行うものとすることができる。さらに、前記触媒は、処理レートを調整するためにその配置密度が調整されるようにすることができる。さらにまた、前記触媒は、ワイヤ状をなすものであることが好ましく、タングステンで構成されていることが好ましい。

本発明によれば、処理容器内に、前記触媒が存在する空間と、前記水素ラジカルにより基板を処理する空間とを区画するようにバッフルプレートを設けたので、処理にともなって基板から生成する生成物を触媒に到達することを抑制することができ、触媒の劣化を防止することができる。特に、基板処理がレジスト剥離処理の場合には、レジストから脱離した炭素を含有する脱離物が触媒に接触して表面を炭化させて触媒能を劣化させたり、脆い炭素化合物を形成して寿命が短縮する、それが剥離することによりパーティクルが発生するといった問題が生じるが、バッフルプレートの存在により、このような不都合を抑制することができる。

また、本発明によれば、触媒を、ガス導入部から導入された水素含有ガスが処理容器内に拡散する前に接触するように設けたので、拡散する前の高濃度の水素含有ガスを触媒に接触させることができ、水素ラジカルの生成効率を高めることができる。このため、処理速度を高めることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。

基板処理装置１はレジスト剥離（アッシング）装置として構成されており、真空に保持可能なチャンバ（処理容器）２を有している。このチャンバ２は、小径の上段部２ａと大径の下段部２ｂを有しており、下段部２ｂの底部には、ヒータ４を埋設したヒータプレート３が設けられ、その上に剥離すべきレジスト膜を有する被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエハという）Ｗを載置するウエハステージ５が設けられている。ウエハステージ５の上面には、ウエハＷを載置するための座繰り部５ａが形成されている。ヒータ４はヒータ電源６から給電されるようになっている。

ウエハステージ５内には、空間３０が設けられており、３本のウエハ昇降ピン３１（２本のみ図示）が支持板３２に支持された状態で空間３０内を上下動可能に設けられている。ウエハ昇降ピン３１は支持板３２を介してチャンバ２の下方に設けられたシリンダにより上下動してウエハステージ５に対して突没可能となっており、これによりウエハＷをウエハステージ５に対して昇降するようになっている。

チャンバ２の上段部２ａには、ウエハステージ５に対向するように剥離ガスであるＨ_２ガスをチャンバ２内に導入するための中空円盤状のシャワーヘッド７が設けられている。シャワーヘッド７は、上面中央にガス導入口８を有し、下面に多数のガス吐出孔９を有している。

上記ガス導入口８にはガス供給配管１０が接続されており、ガス供給配管１０の他端には剥離ガスであるＨ_２ガスを供給するためのＨ_２ガス供給源１１が設けられている。またガス供給配管１０には開閉バルブ１２と流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３が設けられている。剥離ガスとしては、水素を含有し、後述する高温の触媒ワイヤ２２に接触した際に水素ラジカル（原子状水素）を生成可能なものであればＨ_２ガスに限らず、例えばＳｉＨ_４、ＣＨ_４、ＮＨ_３等を用いることもできる。

チャンバ２の側壁には、ウエハＷの搬入出を行う搬入出口１４が設けられており、この搬入出口１４はゲートバルブ１５により開閉可能となっている。また、チャンバ２の底部には排気口１６が設けられ、この排気口１６に排気管１７が接続されている。排気管１７には、自動圧力制御器（ＡＰＣ）１８とターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有する排気装置１９が接続されている。チャンバ２内の圧力は圧力計２１で検出可能となっており、この値に基づいてＡＰＣ１８の開度が制御される。

チャンバ２の上段部２ａ内の最下部には、ウエハステージ５とシャワーヘッド７との間に位置するように、導電性の高融点材料例えばタングステンからなる触媒ワイヤ２２が設けられている。この触媒ワイヤ２２は、図２に示すように、上段部２ａの断面全体に張り巡らされている。この触媒ワイヤ２２の両端はそれぞれ電極２３ａ，２３ｂに接続されており、これら電極２３ａ，２３ｂは上方に延びてチャンバ２から延出されている。そして、これら電極２３ａ，２３ｂから給電線２４が接続され、この給電線２４には可変直流電源２５が接続されて、触媒ワイヤ２２に給電することが可能となっている。そして、この可変直流電源２５から触媒ワイヤ２２に給電されることにより、触媒ワイヤ２２が例えば１４００℃以上の高温に加熱されるようになっている。この高温に加熱された触媒ワイヤ２２にＨ_２ガスが接触することにより、水素ラジカルが生成するようになっている。なお、触媒ワイヤ２２の材料はタングステンに限らず、高温に加熱可能な他の金属触媒、例えば、Ｐｔ、Ｔａ、Ｍｏ等を用いることができる。

触媒ワイヤ２２の直下位置には、上段部２ａの底面を覆うようにバッフルプレート２６が設けられている。すなわち、触媒ワイヤ２２により水素ラジカルを生成する水素ラジカル生成空間５１とウエハＷを水素ラジカルで処理する処理空間５２がバッフルプレート２６により区画されている。バッフルプレート２６には、多数の孔２６ａが形成されている。このバッフルプレート２６により、コンダクタンスが調整されて、水素ラジカル生成空間５１よりも処理空間５２のほうが圧力が低くなり、これらの間に、触媒ワイヤ２２で生成された水素ラジカルはウエハＷの処理空間５２へ容易に拡散するが、水素ラジカルによる処理によりレジストが分解して生成した脱離物は水素ラジカル生成空間５１へ拡散し難い圧力差が形成されている。

ウエハステージ５の側面上端部とチャンバ２の内壁との間には、排気用バッフルプレート２７が設けられている。この排気用バッフルフレート２７はウエハＷの処理空間５２とその下方の排気空間５３を区画するように設けられている。排気用バッフルプレート２７には、多数の孔２７ａが形成されている。この排気用バッフルプレート２７により、コンダクタンスが調整されて排気空間５３の圧力を処理空間５２の圧力よりも低くすることができ、処理空間５２が速やかに排気される。一方、この排気用バッフルプレート２７によりレジストが分解して生成した脱離物が排気空間５３へは拡散し難くなっている。

基板処理装置１の各構成部、例えば、剥離ガスであるＨ_２ガスの供給部（バルブ１２、マスフローコントローラ１３等）、ヒータ電源６、自動圧力制御器（ＡＰＣ）１８等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部（全体制御装置）４０に接続されて制御される構成となっている。制御部４０には、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４１が接続されている。

また、制御部４０には、基板処理装置１で実行される各種処理を制御部４０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部４２が接続されている。レシピは記憶部４２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４１からの指示等にて任意のレシピを記憶部４２から呼び出して制御部４０に実行させることで、制御部４０の制御下で、基板処理装置１での所望の処理が行われる。

次に、このように構成される基板処理装置１により実施される、レジスト剥離動作について説明する。
被処理体であるウエハＷの被エッチング膜をエッチングした後には、被エッチング膜の上に反射防止膜（ＢＡＲＣ）とレジスト膜が残存しているから、これらを基板処理装置１により剥離（アッシング）する。

まず、ゲートバルブ１５を開いて隣接する真空に保持された搬送室（図示せず）から搬入出口１４を介して上記のようなエッチング後のウエハＷをチャンバ２内に搬入し、ウエハステージ５上に載置する。この状態で排気装置１９を作動させ、圧力計２１の値に基づいて自動圧力制御器（ＡＰＣ）１８によりチャンバ２内を所定の圧力（真空度）に制御しつつ、ヒータ電源６によりヒータ４を発熱させてウエハステージ５上のウエハＷを所定の温度に加熱する。

一方、触媒ワイヤ２２には可変直流電源２５から給電されて所定の高温に加熱制御される。この際の触媒ワイヤ２２の温度は、放射温度計（図示せず）によって測定される。

このように触媒ワイヤ２２を高温に加熱した状態で、Ｈ_２ガス供給源１１からガス供給配管１０およびシャワーヘッド７を介してＨ_２ガスをチャンバ２内に導入する。このときのＨ_２ガスの流量は、剥離するレジストの種類や量等に応じて適宜設定される。また、Ｈ_２ガスを希ガス等の不活性ガスで希釈してもよい。不活性ガスとしては、ＨｅガスやＡｒガス等を用いることができる。

そして、このようにして高温に加熱された触媒ワイヤ２２にＨ_２ガスが接触すると、接触分解反応により励起されて水素ラジカル（原子状水素）が生成され、生成した水素ラジカルをレジスト膜に接触させることによりレジスト膜をガス化して分解除去し、剥離する。このときウエハＷを所定の温度に加熱しておくことにより、レジスト剥離反応を速やかに進行させることができる。また、ＢＡＲＣもレジストと類似成分を有しているので、同様に分解除去することができる。

このときの触媒ワイヤ２２の加熱温度は１４００℃以上が好ましい。このことを図３に基づいて説明する。図３は、チャンバ内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．４Ｐａ）、Ｈ_２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、ウエハージ温度：２５０〜２７５℃の条件で、タングステン製の触媒ワイヤの温度を１２００〜１４００℃の間で変化させて６０ｓｅｃアッシング処理（剥離処理）を行った際の、触媒ワイヤの温度とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図である。図３では、ウエハＷの加熱によるレジストの収縮を含めた場合と、レジストの収縮を除いた場合について求めている（収縮を除いたものについては、条件毎に収縮率を測定し、その差を計算することによって求めた）。この図に示すように、１４００℃においてアッシングレートが飽和しておらず、さらに温度を上昇させることによりアッシングレートが上昇すると考えられる。このため、触媒ワイヤの加熱温度は１４００℃以上が好ましい。上限については特に限定する必要はないが、温度が高すぎると触媒ワイヤ２２が断線してしまうので、より好ましい範囲は１４００〜２０００℃である。

また、レジスト剥離処理の際のチャンバ２内の圧力は１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）が好ましい。このことを図４に基づいて説明する。図４は、Ｈ_２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、ウエハ温度：２５０〜２７５℃、タングステン触媒ワイヤの温度：１４００℃として、チャンバ２内の圧力を５００ｍＴｏｒｒ〜８Ｔｏｒｒの間で変化させて６０ｓｅｃアッシング処理（剥離処理）を行った際の、チャンバ内圧力とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図である。この図に示すように、５００ｍＴｏｒｒ（６６．５Ｐａ）ではアッシングレートが低いが、それを超えるとアッシングレートが急激に上昇し、２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）以上では安定していることがわかる。一方、一般的に圧力が１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）を超えると、圧力調整方法によっては、高圧を維持するために大流量のガス導入が必要になる可能性がある。以上のことからＨラジカルを用いた剥離処理（アッシング）の際の圧力は１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）が好ましい。

レジスト剥離処理の際のウエハ温度は２３０〜３００℃が好ましい。このことを図５に基づいて説明する。図５は、Ｈ_２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）とし、チャンバ内圧力やタングステン触媒ワイヤの温度を変化させ、ウエハ温度を２００〜３３０℃の間で変化させた場合の、ウエハ温度とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図である。この図から、ウエハ温度が２３０℃を超えると、ウエハステージからの熱によるレジストの収縮のラインよりも上になり、レジストの剥離が開始されているものと考えられる。一方、ウエハ温度が３００℃を超えると、層間絶縁膜として低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いた場合に、膜の変質が懸念されるため、３００℃以下が好ましい。このため、ウエハ温度は２３０〜３００℃が好ましいのである。

剥離ガスとしてＨ_２ガスを用いる場合には、上述したようにＨ_２ガスを不活性ガスで希釈してもよく、その場合のＨ_２ガス濃度（Ｈ_２ガス流量割合）は５％以上であることが好ましい。このことを図６に基づいて説明する。図６は、Ｈ_２ガスの希釈ガスとしてＨｅガスを用い、Ｈ_２ガスの流量割合とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図である。図６では、図３と同様、ウエハＷの加熱によるレジストの収縮を含めた場合と、レジストの収縮を除いた場合について求めている。この図に示すように、Ｈｅガスで希釈することによりアッシングレートは低下していくものの、Ｈ_２ガスが５％以上であれば十分に高いアッシングレートが得られることがわかる。このため、Ｈ_２ガス濃度は５％以上が好ましい。なお、ウエハ温度は、ウエハステージに埋設され、その先端がウエハＷに接するように設けられた熱電対のような温度センサ（図示せず）により測定される。

アッシングレート（剥離レート）は、触媒ワイヤ２２の張り方にも依存する。例えば、触媒ワイヤ２２の配置密度を高くすると、アッシングレートを上昇させることができる。すなわち、このように触媒ワイヤ２２の配置密度を高くすると、供給されたＨ_２ガスが触媒ワイヤ２２に接触する確率が上昇し、これにより水素ラジカルの生成量が増加し、結果としてアッシングレートを上昇させることができる。この場合に、本実施形態のようにシャワーヘッド７の下方に触媒ワイヤ２２を配置し、シャワーヘッド７からウエハＷに対して均一なダウンフローでＨ_２ガスを供給する場合には、アッシングレートは触媒ワイヤ２２の配置密度分布を反映するため、触媒ワイヤ２２の配置密度分布を調整することによりアッシング速度の均一性を制御することができる。例えば、触媒ワイヤ２２のアッシングレートの小さい部分に対応する領域の密度を高く調整することにより、アッシング速度を上昇させつつアッシングレートの均一性を高めることができる。また、所望のアッシングレートを得るために、触媒ワイヤ２２の配置密度分布を調整することもできる。

このように触媒ワイヤ２２の配置密度分布を変更することにより、アッシングレートを調整した例について説明する。ここでは、まず、タングステン製の触媒ワイヤを図２に示すように設け、チャンバ内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．４Ｐａ）、Ｈ_２ガス流量：６００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、ウエハ温度：２５０℃、触媒ワイヤの温度：１４００℃の条件で６０ｓｅｃアッシング処理（剥離処理）を行った。その結果、平均のアッシングレートが３４９．３ｎｍ／ｍｉｎとなり、ウエハ中央部分のアッシングレートが低くなったため、そのばらつきが１３．４％と大きなものとなった。これに対し、図７に示すように、中央部の２箇所をφ１０ｍｍより小さいコイル状にした場合には、ウエハ中央のアッシングレートが上昇し、平均のアッシングレートが５２２．６ｎｍ／ｍｉｎと大きくなり、ばらつきも７．３％と低下した。

ところで、この剥離処理は、水素ラジカルによるレジストの分解反応によって生じるため、それによって生成する脱離物は、レジストの組成に依存したポリマー等のカーボン含有物質である。従来のようにバッフルプレートを設けない場合には、このようなカーボン含有物質がそのまま例えばタングステン製の触媒ワイヤに接触し、その表面で炭化反応が生じてタングステンカーバイド（ＷＣ）等の炭素化合物からなる変質層を生成し、触媒能が低下してしまう。また、タングステンカーバイド（ＷＣ）は硬くて脆い物質であるから、炭化が進行すると変質層にクラックが入って剥離し、寿命が短くなるとともに、パーティクルとなってチャンバ２内でタングステン汚染を引き起こすおそれがある。

図８はレジスト剥離処理をした後のタングステン触媒ワイヤの深さ方向の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す図であり、（ａ）は１ロット（ウエハ２５枚）を剥離処理した後のもの、（ｂ）は６ロットを剥離処理した後のものである。この図から、表面にカーボンリッチな層が形成され、処理を繰り返すに従ってカーボン（Ｃ）が内部に拡散していくことが確認される。

また、図９はウエハの処理枚数とアッシングレートとの関係、およびウエハの処理枚数とアッシングレートのばらつきを示す図である。この図から、ウエハの処理枚数が増加するに従って、アッシングレートが低下していることがわかる。

これら図８、９から、レジスト剥離処理の処理枚数が増加することにより、表面からのカーボンの拡散が進行し、タングステン触媒ワイヤの触媒能が低下する結果、アッシングレートが低下することが確認される。

本実施形態では、このような触媒ワイヤ２２の劣化を防止する観点から、上述のように、水素ラジカル生成空間５１と処理空間５２との間をバッフルプレート２６で区画する。これにより、コンダクタンスが調整されて水素ラジカル生成空間５１よりも処理空間５２のほうが圧力が低くなり、これらの間に、バッフルプレート２６には、触媒ワイヤ２２で生成された水素ラジカルはウエハＷの処理空間へ容易に拡散するが、水素ラジカルによる処理によりレジストが分解して生成した脱離物は水素ラジカル生成空間５１へ拡散し難い圧力差が形成されることとなる。

また、排気用バッフルプレート２７が形成されているので、コンダクタンスが調整されて排気空間５３の圧力を処理空間５２の圧力よりも低くすることができ、処理空間５２が速やかに排気される一方、この排気用バッフルプレート２７によりレジストが分解して生成した脱離物が排気空間５３へは拡散し難くなっている。

具体的には、バッフルプレート２６および排気用バッフルプレート２７によるコンダクタンス調整により、水素ラジカル生成空間５１の圧力を１００Ｔｏｒｒ以上（大気圧程度まで）、処理空間５２の圧力を１〜１０Ｔｏｒｒ、排気空間５３の圧力を１Ｔｏｒｒ未満と、圧力を、
水素ラジカル生成空間≫処理室≫排気空間
とすることができる。このため、水素ラジカルは、水素ラジカル生成空間→処理室→排気空間と流れるが、処理室からの脱離物拡散領域は十分に抑制するようにすることができる。

また、このように排気用バッフルプレート２７を設けることにより、排気空間５３の壁部への脱離物の付着を抑制することができることから、チャンバ２内の付着物をドライ洗浄で十分に除去することが可能となる。

また、このような水素ラジカルによるレジスト剥離の場合、プラズマアッシングの場合と異なり、水素ラジカルが隙間に侵入しやすく、ウエハステージ５とウエハＷとの微小な隙間からウエハ裏面側に容易に回り込むため、ウエハＷの裏面に形成されたバックサイドポリマー（ＢＳＰ）も水素ラジカルにより除去することが可能である。

従来から、デバイスにダメージを与えないＢＰＳ除去技術が求められており、局所プラズマによる除去が提案されているが、このような技術では、プラズマの表面回り込み制御等のコントロールが難しい。これに対し、本実施形態では、プラズマを用いずに水素ラジカルを用いてレジスト剥離を行う際に、図１０に示すように、水素ラジカルＨ^＊がウエハステージ５の座繰り部５ａとウエハＷの微小な隙間５ｂを通ってウエハＷの裏面に容易に侵入し、ウエハＷ裏面に付着したＢＳＰ５５を水素ラジカルにより分解除去することができる。これにより、従来困難であったＢＳＰの剥離を容易に行うことができる。

一方、触媒ワイヤ２２は、上述したように、バッフルプレート２６の存在により、レジストからの脱離物による炭化が抑制されるが、脱離物が触媒ワイヤ２２へ到達することを完全には防止することができず、極めて緩やかではあるが、触媒ワイヤ２２の表面の炭化が進行する場合がある。このような場合には、上述した図９に示すように、初期の段階でアッシングレートが経時的に変化して安定性が低くなるおそれがある。これに対して、同じく図９を見ると、２４枚目以降はアッシングレートが安定していることがわかる。

このような点を考慮すると、レジスト剥離処理の安定性を重視する場合には、触媒ワイヤ２２を新品のまま使うのではなく、アッシングレートが安定するまで表面の炭化処理を行って炭素化合物層を形成してから使用することが好ましい。すなわち、新品の触媒ワイヤはアッシングレートは高いがアッシングレートが変化しやすいため、レジスト剥離処理の安定性を重視する場合には、アッシングレートを多少犠牲にしてアッシングレートが安定するところまで表面を炭化してから処理に供することが好ましいのである。このような触媒ワイヤ２２の表面の炭化は、チャンバ２内のバッフルプレート２６を外してレジスト等の炭素含有物質に上述の水素ラジカル処理を行うことにより容易に行うことができ、安定領域まで炭化された後に、バッフルプレート２６を装着し、しかる後にウエハＷのレジスト剥離処理を開始すればよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図、図１２は図１１の基板処理装置における触媒配置を示す図である。図１１、１２中、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態の基板処理装置１′においては、シャワーヘッド７を設ける代わりに、ガス導入口８の直下位置に、ガス導入口８から導入されたＨ_２ガスを外周方向へ導く円盤状の案内部材６１を設け、この案内部材６１とチャンバ２の天壁との間の吐出口６２からチャンバ２内へ円状にＨ_２ガスが吐出されるようになっており、図１２に示すように、この吐出口６２の直下位置に円状をなすように触媒ワイヤ２２′が設けられている。触媒ワイヤ２２′の配置形態はコイル状に巻回させながら全体が円状をなすようにしてもよいし、多重円配置されるようにしてもよい。

このように触媒ワイヤ２２′を配置することにより、Ｈ_２ガスがチャンバ２内に拡散する前に触媒ワイヤ２２′に接触することとなり、これによりＨ_２ガスが極めて高効率で触媒ワイヤ２２′に接触して水素ラジカルの生成効率を高めることができる。

従来は、導入されたＨ_２ガスがチャンバ内に拡散した後の圧力制御されたウエハ直上の空間に触媒ワイヤを設置しているため、触媒ワイヤに到達するＨ_２ガスの量自体が少なく、水素ラジカルの生成効率は低くならざるを得ず、チャンバ内の圧力を低圧にする場合には、特に水素ラジカルの生成効率が低いものとなる。したがって、レジスト剥離処理の速度が必ずしも十分なものではない。

これに対して、本実施形態では、上述のようにＨ_２ガスがチャンバ２内に拡散する前に触媒ワイヤ２２′にＨ_２ガスを接触させて高効率で水素ラジカルを生成するので、レジスト剥離処理の速度を従来より著しく高めることができる。この場合に、水素ラジカルは拡散しやすいので、このように外周位置で水素ラジカルを生成しても容易に中央へ拡散し、ウエハＷの全面に亘ってレジスト剥離処理を行うことができる。

また、触媒ワイヤ２２′がこのように隙間６２の直下に円状をなすように設けられているので、触媒ワイヤ２２′に接触するレジストからの脱離物を減少させることができ、触媒ワイヤ２２′が炭化され難くなり、触媒ワイヤの寿命を延ばすことができる。

水素ラジカルをより効率的に生成する観点からは、図１３に示すように、ガス導入口８と案内部材６１との間の空間に触媒ワイヤ２２″を設けることが好ましい。

本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の処理条件が好ましい。また、本実施形態の装置もバックサイドポリマーの除去に適用することが可能である。さらに、本実施形態の装置においても、触媒ワイヤの配置形態を変更することにより、アッシングレートの分布を調整することができる。さらにまた、本実施形態の装置に、第１の実施形態と同様のバッフルプレート２６および／または排気用バッフルプレート２７を設けてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、レジストの剥離処理に本発明を適用した場合について示したが、これに限るものではない。また、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について説明したが、これに限らず他の基板を用いることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す概略断面図。 本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の触媒ワイヤの配置を示す図。 触媒ワイヤの温度とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図。 チャンバ内圧力とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図。 ウエハ温度とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図。 Ｈ_２ガス流量割合とアッシングレート（剥離レート）との関係を示す図。 触媒ワイヤの配置密度の変更例を示す図。 １ロットおよび６ロットのレジスト剥離処理をした後のタングステン触媒ワイヤの深さ方向の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す図。 ウエハの処理枚数とアッシングレートとの関係、およびウエハの処理枚数とアッシングレートのばらつきを示す図。 水素ラジカルによりバックサイドポリマーを除去する状態を説明するための模式図。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の触媒ワイヤの配置を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の触媒ワイヤの配置の他の例を示す図。

符号の説明

１，１′；基板処理装置
２；チャンバ（処理容器）
４；ヒータ
５；ウエハステージ
７；シャワーヘッド
１１；Ｈ_２ガス供給源
１７；排気口
１８；自動圧力制御器
１９；排気装置
２２，２２′，２２″；触媒ワイヤ
２５；可変直流電源
２６；バッフルプレート
２６ａ；孔
２７；排気用バッフルプレート
４０；制御部
４１；ユーザーインターフェース
４２；記憶部
５１；水素ラジカル生成空間
５２；処理空間
５３；排気空間
６１；案内部材
６２；吐出口
Ｗ…半導体ウエハ（基板）

Claims (15)

1. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
   前記処理容器に設けられたガス導入部と、
   前記ガス導入部を介して前記処理容器内に水素含有ガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内に設けられたガス排出部と、
   前記ガス排出部を介して前記処理容器を排気する排気機構と、
   処理容器内に設けられた触媒と、
   触媒を加熱する加熱手段と
   を具備し、前記処理容器内で、前記水素含有ガスを高温の前記触媒に接触させて接触分解反応により水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルにより基板を処理する基板処理装置であって、
   前記処理容器内における、前記触媒が存在する空間と、前記水素ラジカルにより基板を処理する空間とを区画するように設けられたバッフルプレートをさらに具備することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理容器内における、前記水素ラジカルにより基板を処理する空間と、前記排気部を含む排気空間とを区画するように設けられた排気用バッフルプレートをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記処理は炭素含有物質を生成させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記バッフルプレートは前記水素ラジカルを十分に通過させ、前記炭素含有物質は通過し難い径の複数の孔を有していることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記触媒は、その表面に炭素化合物層が形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記触媒は、前記容器内で炭素含有物質に対して水素ラジカル処理を行うことにより表面に炭素化合物層が形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記ガス導入部は、前記載置台に対向して設けられ、前記載置台上の基板の全面に対してシャワー状に水素含有ガスを供給するシャワーヘッドを有し、前記触媒は前記シャワーヘッドの直下に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
   前記処理容器に設けられたガス導入部と、
   前記ガス導入部を介して前記処理容器内に水素含有ガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内に設けられたガス排出部と、
   前記ガス排出部を介して前記処理容器を排気する排気機構と、
   処理容器内に設けられた触媒と、
   触媒を加熱する加熱手段と
   を具備し、前記処理容器内で、前記水素含有ガスを高温の前記触媒に接触させて接触分解反応により水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルにより基板を処理する基板処理装置であって、
   前記触媒は、前記ガス導入部から導入された水素含有ガスが前記処理容器内に拡散する前に接触するように設けられていることを特徴とする基板処理装置。
9. 前記ガス導入部は、前記処理容器内へ水素含有ガスを導入する導入口と、前記導入口から導入された水素含有ガスを前記処理容器の上部の外周に導く案内部材と、前記案内部材に導かれた前記水素含有ガスを前記処理容器の外周に向けて円状に吐出させる吐出口とを有し、前記触媒は吐出口の直下位置に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記ガス導入部は、前記処理容器内へ水素含有ガスを導入する導入口と、前記導入口から導入された水素含有ガスを前記処理容器の上部の外周に導く案内部材と、前記案内部材に導かれた前記水素含有ガスを前記処理容器の外周に向けて円状に吐出させる吐出口とを有し、前記触媒は前記導入口と前記案内部材との間の空間に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
11. 前記基板処理装置は、基板に形成されたレジストの剥離処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理装置。
12. 前記基板処理装置は、基板の裏面に付着したバックサイドポリマーの除去処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理装置。
13. 前記触媒は、処理レートを調整するためにその配置密度が調整されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
14. 前記触媒は、ワイヤ状をなすことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
15. 前記触媒は、タングステンで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
    

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