JP2010056263A - イオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、半導体製造工程において、高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより、レジスト膜に形成された硬いカーボン層を、容易に剥離することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜から水素が抜けて硬化したカーボン層に対し水蒸気雰囲気下の真空チャンバー内で発生させたプラズマを短時間照射するプラズマ処理工程と、前記カーボン層に水素が戻ったレジスト膜を常圧下において薬液で洗浄及び乾燥する薬液処理工程とからなることを特徴とするイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法の構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程において、高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより、レジスト膜に形成された硬いカーボン層を、容易に剥離することができる方法に関するものである。

半導体製造の前工程において、導電型不純物を添加する際にイオン注入法が用いられる。イオンを注入しない部分はレジスト膜により保護されるが、レジスト膜にイオンが注入されて水素が抜けるとカーボン層が形成され、レジスト膜を剥離するのが困難となる。

特許文献１に記載されているように、作業時には安全に作業が行え、その処理が容易で、環境問題を起こさず、安価で効率的な残留有機物の処理方法に関する発明も公開されている。
特開２００８−８５２３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、プラズマ処理により変質層を除去し、オゾン水で変質層下のレジスト未変質層を除去する方法であり、長時間のプラズマ処理を行うと基板にダメージが生じる可能性がある。

そこで、本発明は、半導体製造工程において、高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより、レジスト膜に形成された硬いカーボン層を、容易に剥離することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜から水素が抜けて硬化したカーボン層に対し水蒸気雰囲気下の真空チャンバー内で発生させたプラズマを短時間照射するプラズマ処理工程と、前記カーボン層に水素が戻ったレジスト膜を常圧下において薬液で洗浄及び乾燥する薬液処理工程とからなることを特徴とするイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法の構成とした。

本発明は、イオン注入によりレジスト膜から水素が抜けて表面が硬化したカーボン層に、短時間のプラズマ処理で水素を戻すことにより、薬液等でも容易にレジスト膜を剥離することができるようになる。

本発明は、イオン注入によりレジスト膜に形成されたカーボン層を容易に剥離するという目的を、基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜から水素が抜けて硬化したカーボン層に対し水蒸気雰囲気下の真空チャンバー内で発生させたプラズマを短時間照射するプラズマ処理工程と、前記カーボン層に水素が戻ったレジスト膜を常圧下において薬液で洗浄及び乾燥する薬液処理工程とにより実現した。

以下に、添付図面に基づいて、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法について詳細に説明する。図１は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法の流れを示す図である。

半導体製造の前工程において、基板７に導電型不純物を添加する際にはイオン注入法が用いられ、基板７上でイオンを注入しない箇所はレジスト膜８で覆う。基板７にイオンを注入した後は、表面に付着したレジスト膜８は除去する。

イオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法１は、イオン注入２後の基板７に対して、プラズマ処理３と薬液処理４を施す。イオン注入２では、ウエハやマスク等の半導体基板７に高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入する。

尚、高濃度とは、例えば、１平方センチメートル当たり１０の１０〜２０乗の範囲のイオン粒子を注入することを言い、高エネルギーとは、例えば、０．１〜１００ＫｅＶの範囲のイオン粒子を注入することを言う。

基板７の表面にレジスト膜８を塗布することにより、イオンを注入しない箇所を保護するが、レジスト膜８にイオンが注入されることにより、レジスト膜８の表面が硬化するため、容易に除去することができなくなる。

図２は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法におけるイオン注入後のレジスト膜の状態を示す断面図である。

レジスト膜８は、表面から奥に向かって、カーボンリッチ層８ａ、遷移層８ｂ、堆積層８ｃ、遷移層８ｂ、未変質層８ｄのように、多層構造となる。

カーボンリッチ層８ａは、イオンを注入した際に表面から水素が抜けることで炭素の比率が多くなり硬化した部分である。堆積層８ｃは、注入された不純物はある深さで止まるので、それらが多く溜まった部分である。

未変質層８ｄは、注入された不純物が届かない奥の部分であり、塗布時と変わらない状態のレジストである。遷移層８ｂは、カーボンリッチ層８ａと堆積層８ｃの間、又は堆積層８ｃと未変質層８ｄの間の中間部分である。

カーボンリッチ層８ａの硬さがレジスト膜８の除去を困難にしているので、カーボンリッチ層８ａに水素を戻し、硬化した表面をイオン注入前の状態に近付けることで、レジスト膜８を除去しやすくする。

そこで、プラズマ処理３によりカーボンリッチ層８ａに水素を戻し、その後の薬液処理４でレジスト膜８を除去する。尚、水素は水から供給するため、基板７周辺を水蒸気雰囲気にする。

プラズマ処理３は、真空状態にした処理チャンバー内でＲＦ電源を印加することにより発生させたプラズマを基板７に照射する。照射時間を短くすることで、レジスト膜８の硬化層を破壊するのではなく、水素を戻す効果を生じさせる。

発生させるプラズマとしては、ヘリコン波のランダウダンピングによる電子照射によりプラズマを励起するヘリコン波プラズマを用いるが、通常の半導体用プラズマを用いることもできる。

プラズマ発生源は、基板７に影響を与えない範囲で離れており、各種ガス（窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスなど）が注入される。また、プラズマ発生源と基板７の間に純水（ＤＩＷ）などが注入される。

プラズマを発生させる処理チャンバー内の処理時の圧力は、各種ガスが投入された状態で数ｍＰａから数１０Ｐａの間で減圧を維持する。また、ＲＦ電源は、ポッピング現象が生じないように制御しながら印加する。

薬液処理４は、プラズマ処理３でカーボンリッチ層８ａに水素を戻した基板７について、常圧下で薬液を用いてレジスト膜８を除去し、その後、純水などを用いて薬液を洗い流し乾燥させる。

尚、薬液としては、オゾン水＋ＵＶ光（２２２ｎｍ紫外光）、ＳＰＭ（硫酸＋過酸化水素水）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、メタノール等のアルコール類やアセトン等のケトン類の有機溶剤などを用いる。

また、乾燥は、純水で洗浄した後で回転による遠心力で液体を飛ばすスピンドライ法や、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）による乾燥などの方法で行う。尚、洗浄後の基板７の乾燥を補助する目的で、枚葉のベークオーブンを持たせることもできる。

図３は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するレジスト除去装置の平面図である。クリーンルーム内に配置する装置の例を示したものである。

レジスト除去装置１ａは、プラズマ処理３を行うプラズマ処理装置５、及び薬液処理４を行う薬液処理装置６等からなり、プラズマ処理装置５から薬液処理装置６へ基板７を搬送する手段と、各装置及び各工程を制御する手段を備える。

プラズマ処理装置５は、基板７上のレジスト膜８をドライアッシングするもので、処理チャンバー内を真空にし、各種ガスを投入した上で、ＲＦ電源を印加して発生させたプラズマを基板７に対し照射する。

薬液処理装置６は、基板７をウエット洗浄するもので、常圧下の薬液チャンバー内に、オゾン水などの薬液を供給して基板７を洗浄する機構、薬液を純水で洗い流し基板７を乾燥させる機構などが備え付けられる。

例えば、枚葉式のレジスト除去装置１ａの場合、ロードポートから搬入した基板７を、フロントエンドモジュールで先ずプラズマ処理装置５に搬送してプラズマ処理３を行い、次に薬液処理装置６に搬送して薬液処理４を行い、洗浄済みの基板７をアンロードポートから搬出する。

尚、基板７のロード時又はアンロード時の衝撃を緩和するためにフロントエンドモジュールにバッファを設けたり、基板７を反転させるためのマスクフリッパーを設けることもできる。

また、プラズマ処理３から薬液処理４に自動的に移行できるように、プラズマ処理３において、レジスト膜８の状態を検出し、即座に薬液処理４に移動できる手段を設ける。

例えば、プラズマの特定波長をモニターする方法や、質量分析器を備え、処理チャンバー内のイオン種又は原子種によりモニターする方法などがある。

図４は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するプラズマ処理装置の正面断面図である。プラズマ処理装置５として、ヘリコン波プラズマを使用した場合の例を示したものである。

処理チャンバー下部に基板７を載置し、減圧手段を用いて処理チャンバー内を真空化する。ガス導入口５ｄからガスノズル５ｅを介して処理チャンバー内に各種ガスを注入し、プラズマ発生源にガスを供給する。また、プラズマ発生源と基板７の間には純水等を供給する。

処理チャンバーの上部に突出するように石英ベルジャー５ａを設け、周囲にコイル５ｂを配置する。ＲＦ導入口５ｃからＲＦ電源を印加し、プラズマ発生源においてプラズマを発生させ、基板７に照射する。

マッチングボックス等でＲＦ電源を制御し、プラズマが急速に照射されないように調整する。また、ヒーター等で基板７を保温し、冷却水導入口５ｆから冷却水を供給して処理チャンバー内を常温に維持する。

プラズマ処理装置５に光学式分光装置や質量分析器を設けて処理チャンバー内の状態を随時監視し、自動的にプラズマ処理装置５から薬液処理装置６に移動できるよにすることもできる。

図５は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するプラズマ処理装置の条件例を示す図である。

プラズマ処理装置５の条件の例としては、ドーズ量が１平方センチメートル当たり１×１０の１６乗の原子、加速電圧が１０ＫｅＶ、注入不純物がフッ化ホウ素（ＢＦ２）、処理時間が約１０秒間、水蒸気の流量が約７０ｍｇ／ｍｉｎ、真空圧が約１０ｍｍＴｏｒｒ、ＲＦ電源が約１５００Ｗである。

上記条件のように短時間のプラズマ処理３を施すことにより、水素が失われたカーボンリッチ層８ａに対し、水から水素の添加が行われる。

図６は、本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用する薬液処理装置の条件例を示す図である。

薬液処理装置６の条件の例としては、２２２ｎｍ紫外線＋オゾン水の場合、オゾン水については、オゾン濃度が５０〜２００ｐｐｍ、処理時間が約１０分間、流量が毎分約１．８リットルであり、純水については、処理時間が約１分間、流量が毎分約１．２リットルであり、２２２ｎｍ紫外線については、照射距離が約１７０ｍｍ、照度が約１０ｍＷであり、洗浄及び乾燥時の基板７の回転数は約１００ｒｐｍである。

また、ＳＰＭ洗浄の場合、濃硫酸（９６％）と過酸化水素の割合は３：１で、処理時間は約１０分間である。

本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法の流れを示す図である。 本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法におけるイオン注入後のレジスト膜の状態を示す断面図である。 本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するレジスト除去装置の平面図である。 本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するプラズマ処理装置の正面断面図である。 本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用するプラズマ処理装置の条件例を示す図である。 本発明であるイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法で使用する薬液処理装置の条件例を示す図である。

符号の説明

１ イオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法
１ａ レジスト除去装置
２ イオン注入
３ プラズマ処理
４ 薬液処理
５ プラズマ処理装置
５ａ 石英ベルジャー
５ｂ コイル
５ｃ ＲＦ導入口
５ｄ ガス導入口
５ｅ ガスノズル
５ｆ 冷却水導入口
６ 薬液処理装置
７ 基板
８ レジスト膜
８ａ カーボンリッチ層
８ｂ 遷移層
８ｃ 堆積層
８ｄ 未変質層

Claims (1)

1. 基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜から水素が抜けて硬化したカーボン層に対し水蒸気雰囲気下の真空チャンバー内で発生させたプラズマを短時間照射するプラズマ処理工程と、前記カーボン層に水素が戻ったレジスト膜を常圧下において薬液で洗浄及び乾燥する薬液処理工程とからなることを特徴とするイオン注入によりカーボン層が形成されたレジストの除去方法。

Images