JP2011243595A

JP2011243595A - プラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置

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Publication number: JP2011243595A
Application number: JP2010111570A
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Inventors: Koji Tamura; 好司田村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: JP5558200B2

Abstract

【課題】イオン注入されたレジストをプラズマアッシング処理により、レジスト残渣による欠陥発生を抑制しつつ迅速に除去することが可能なプラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置を得る。
【解決手段】半導体基板１０９上に形成されてイオン注入されたレジストパターンをプラズマアッシングする方法において、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの低温アッシング処理と、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの高温アッシング処理と、酸素、水蒸気、フッ素含有ガスを主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの高温アッシング処理とを、半導体基板１０９を同一チャンバー１０１内に配置して連続して行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置に関し、特に、イオン注入されたレジストをプラズマアッシング処理により、レジスト残渣による欠陥発生を抑制しつつ迅速に除去することが可能なプラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置に関するものである。

現在、半導体デバイスの製造方法では、半導体基板中にＰ、Ｂ、Ａｓ等の元素を導入するため、イオン注入工程が多数使用されている。これらのイオン注入工程では、一般的にフォトレジストをイオン注入マスクとして用い、イオン注入後のフォトレジストは、酸素ガス等を用いたプラズマアッシングにより除去している。

このようなイオン注入されたフォトレジストのアッシングについては、高温処理時にイオン注入時に形成された表面硬化層を突き破って、レジストが飛散するポッピング現象によるレジスト残渣や硬化層の残渣による欠陥発生の問題があり、このような問題に対する対応策として、フッ素含有ガスを添加したプラズマアッシング方法や、低温でのプラズマアッシング方法などの技術が知られている。

以下に、従来の半導体装置の製造方法における、イオン注入レジストのアッシング方法として、特許文献１に開示のものを、図３および図４を用いて説明する。

図３は、従来技術のイオン注入されたフォトレジストの高温アッシング方法を説明する模式図であり、図３（ａ）〜図３（ｄ）はイオン注入工程からアッシング工程までの処理を示している。

まず、図３（ａ）のように、シリコン基板などの半導体基板３０１上にシリコン酸化膜３０２を形成し、その上にイオン注入用のレジストパターン３０３を形成する。

次に、図３（ｂ）のように、Ｐ、Ｂ、Ａｓ等の元素を半導体基板３０１中に導入するため、レジストパターン３０３をマスクとしてイオン注入処理を行う。この際、レジストパターン表面には、イオン注入時のエネルギーによってダメージを受けた、硬化層３０４が形成される。

次に、図３（ｃ）のように、水蒸気とＳＦ_６を主成分とする混合ガスを用いて、高温（２００℃）でプラズマアッシングを行う。混合ガスのプラズマから発生するＯ、Ｈ、ＯＨ、Ｆラジカルにより、レジストパターン３０３、およびその表面の硬化層３０４のアッシング反応が生じるが、この際、レジストの温度は通常１３０℃程度のガラス転移点を超え、レジストは流動性を増して液状になり、レジスト中に残留している溶剤等が揮発し、液状のレジストが硬化層３０４を突き破って噴出するポッピング現象が発生する。

このようにして、プラズマアッシング後の半導体基板３０１上には、レジスト、硬化層による残渣３０５が発生してしまう（図３（ｄ）参照）。

また、図４は、従来技術のイオン注入されたフォトレジストの低温アッシング方法を説明する模式図であり、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、イオン注入工程からアッシング工程までの処理を示している。

図３に示す方法と同様の方法で、図４（ａ）のように、シリコン基板などの半導体基板４０１上にシリコン酸化膜４０２を形成し、その上にイオン注入用のレジストパターン４０３を形成する。

次に、図４（ｂ）のように、Ｐ、Ｂ、Ａｓ等の元素を半導体基板４０１中に導入するため、レジストパターン４０３をマスクとしてイオン注入処理を行う。この際、レジストパターン表面には、イオン注入時のエネルギーによってダメージを受けた、硬化層４０４が形成される。

次に、図４（ｃ）のように、水蒸気とＳＦ_６を主成分とする混合ガスを用いて、低温（１３０℃）で、該レジストパターンのプラズマアッシングを行う。混合ガスのプラズマから発生するＯ、Ｈ、ＯＨ、Ｆラジカルにより、レジストパターン４０３、およびその表面の硬化層４０４のアッシング反応が生じる。この際、レジストの温度は通常１３０℃程度のガラス転移点を超えないため、上述したようなポッピング現象は発生しない。

ところが、アッシング反応は温度に強く依存し、例えば半導体基板の温度を２５０℃から１００℃に変化させると、レジストのアッシングレートは１／８０程度に低下してしまう。このため、図４に示す低温でのプラズマアッシング方法では、アッシング処理に非常に長い時間がかかってしまう。

特開２００１−２３７２２９号公報

以上説明したように、イオン注入レジストのアッシング方法では、高温でアッシング処理を行うと、発生した残渣が欠陥として残留する可能性が高く、半導体デバイスの歩留り、品質を低下させる原因となる。

一方、低温でアッシング処理を行うと、レジストのアッシングに非常に長い時間がかかり、生産性の低下を生じてしまう。

従来のイオン注入レジストのアッシング方法では、剥離性、生産性の両立が困難であるという課題がある。

なお、低温のアッシング処理と高温のアッシング処理とを切り替えるには、温度の制御に時間がかかるという問題があり、従来のイオン注入レジストのアッシング方法では、アッシング途中で基板温度を変更させることは行われていない。

さらに、従来のイオン注入レジストのアッシング方法では、高温あるいは低温のいずれのアッシング処理もフッ素添加アッシング処理であるため、下地酸化膜３０２、４０２がアッシング処理によりエッチングされることとなり、その後の下地酸化膜３０２、４０２を介してイオンを注入する処理では、イオン注入量やイオン注入深さにばらつきが生じ、デバイス特性の低下を招くこととなる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、高濃度イオン注入レジストをプラズマアッシングにより除去する際のレジストの剥離性を向上させ、しかも、アッシング処理による下地酸化膜の膜減りを抑制しつつ、アッシング処理に要する時間の短縮により生産性を向上させることができるプラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置を得ることを目的とする。

本発明に係るプラズマアッシング方法は、ウエハ基板上に形成されてイオン注入されたレジストをプラズマアッシングする方法であって、酸素および水蒸気を主成分とする第１の混合ガスを用いて、該ウエハ基板に対するプラズマアッシング処理を第１の基板温度で行う第１のアッシング工程と、該第１のアッシング工程でのプラズマアッシング処理の後に、酸素および水蒸気を主成分とする第２の混合ガスを用いて、該第１の基板温度より高い第２の基板温度で、該ウエハ基板に対するプラズマアッシング処理を行う第２のアッシング工程と、該第２のアッシング工程でのプラズマアッシング処理の後に、酸素、水蒸気、および注入イオン種に対する還元作用を持つハロゲン系ガスを主成分とする混合ガスを用いて、該第１の基板温度より高い第３の基板温度で、該ウエハ基板に対する第３のプラズマアッシング処理を行う第３のアッシング工程とを含み、該第１ないし第３のアッシング工程でのプラズマアッシング処理を、該ウエハ基板を同一アッシングチャンバ内に配置した状態で連続して行うものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記注入イオン種に対する還元作用を持つハロゲン系ガスは、フッ素含有ガスであることが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記イオン注入されたレジストは、その表面に形成された、イオン注入によりダメージを受けた硬化層を有し、前記第１の基板温度は、該硬化層内側の液状レジストが噴出するホッピング現象が発生する温度より低い温度であることが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第１のアッシング工程では、前記第１の基板温度は２００℃以下に保持されることが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記アッシングチャンバ内には、前記ウエハ基板を載置するステージが設けられており、該ステージは、前記ウエハ基板を加熱する加熱手段と、該ウエハ基板を該ステージ上で、該ウエハ基板と該ステージとの距離が変化するよう昇降させる昇降機構とを有していることが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第１のアッシング工程では、前記ウエハ温度が一定に保持されるよう、該支持機構により該ステージと該ウェハ基板との距離を連続的に調整することが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第２および第３のアッシング工程では、それぞれ前記第２および第３のウエハ温度はそれぞれ、２００℃以上に保持されることが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第２および第３のアッシング工程では、前記ウエハ基板を前記ステージに接触させてウェハ温度を一定に制御することが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第２のアッシング工程で前記第２のプラズマアッシング処理を行う時間は、前記第１のアッシング工程で前記第１のプラズマアッシング処理を行う時間より短く、前記第３のアッシング工程で前記第３のプラズマアッシング処理を行う時間は、該前記第２のアッシング工程で第２のプラズマアッシング処理を行う時間より短いことが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第３のアッシング工程では、前記混合ガス中のＦ／Ｈ比が１以下に保持されるよう、前記水蒸気と前記フッ素含有ガスとの流量比を制御することが好ましい。

本発明は、上記プラズマアッシング方法において、前記第３のアッシング工程で用いるフッ素含有ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、ＮＦ_３、およびＳＦ_６のいずれかを含むことが好ましい。

本発明に係るプラズマアッシング装置は、ウエハ基板上に形成されたレジストをプラズマアッシングする装置であって、該ウエハ基板を載置するステージと、該ステージ上に位置するウエハ基板の温度を制御するウエハ温度制御手段とを有し、該ステージは、該ウエハ基板を加熱する加熱手段と、該ウエハ基板を該ステージ上で、該ウエハ基板と該ステージとの距離が変化するよう昇降させる昇降機構とを有し、該ウエハ温度制御手段は、該昇降機構を制御することにより、該ウエハ温度が所要の温度に維持されるよう、該ステージと該ウェハ基板との距離を連続的に変化させるものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記プラズマアッシング装置において、前記ウェハ温度制御手段は、前記ステージと前記ウェハ基板との距離と、該ウェハ基板の処理時間と、前記ウェハ温度との関係に基づいて、該距離および該処理時間から該ウェハ温度を算出し、該算出したウエハ温度が所望の温度となるよう、該昇降機構の制御により該ステージと該ウェハ基板との距離を調節することが好ましい。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明においては、ウエハ基板上に形成されてイオン注入されたレジストパターンをプラズマアッシングする方法において、まず、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの低温アッシング処理を行うので、低温アッシング処理では、高濃度イオン注入レジストの表面に形成された硬化層をホッピング現象を招くことなく、除去することができる。

また、低温アッシング処理に続いて、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの高温アッシング処理を行うので、低温アッシング処理後に残っているレジストパターンを短時間で除去することができ、生産性の向上を図ることができる。

さらに、高温アッシング処理に続いて、酸素、水蒸気、フッ素含有ガスなどのハロゲンガスを主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンのハロゲンガス添加アッシング処理を行うので、高温アッシング処理後にウエハ基板の表面に残っている硬化層やレジストの残渣をハロゲンガスの還元作用により除去することができる。

しかも、上記低温アッシング処理、高温アッシング処理、およびハロゲンガス添加アッシング処理を、ウエハ基板を同一のアッシングチャンバー内に配置して連続して行うので、イオン注入を制御するための下地酸化膜の膜減りを招くハロゲンガス添加アッシング処理の時間を極力短くして、下地酸化膜のロスを低減することができる。

この結果、高濃度イオン注入レジストをプラズマアッシングにより除去する際のレジストの剥離性を向上させ、しかも、アッシング処理による下地酸化膜の膜減りを抑制しつつ、アッシング処理に要する時間の短縮により生産性を向上させることができる。

また、この発明においては、ウエハ基板の温度を、加熱手段を有するステージとその上に位置するウエハ基板との距離を変えることで制御するので、ウエハ温度の変更を短時間で行うことができ、より一層生産性の向上を図ることができる。

本発明によれば、高濃度イオン注入レジストをプラズマアッシングにより除去する際のレジストの剥離性を向上させ、しかも、アッシング処理による下地酸化膜の膜減りを抑制しつつ、アッシング処理に要する時間の短縮により生産性を向上させることができるプラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態１によるプラズマアッシング装置を説明するための模式図であり、図１（ａ）は、該プラズマアッシング装置の断面構造を示し、図１（ｂ）は、ウエハ温度を管理するためのテーブルを示している。図２は、本発明の実施形態１によるプラズマアッシング方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｅ）はイオン注入工程からプラズマアッシング工程までの処理を示している。図３は、従来のフォトレジストのアッシング方法として、イオン注入されたフォトレジストの高温アッシング方法を説明する模式図であり、図３（ａ）〜図３（ｄ）はイオン注入工程からアッシング工程までの処理を示している。図４は、従来のフォトレジストのアッシング方法として、イオン注入されたフォトレジストの低温アッシング方法を説明する模式図であり、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、イオン注入工程からアッシング工程までの処理を示している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるプラズマアッシング装置を説明するための模式図であり、該プラズマアッシング装置の断面構造を示している。

この実施形態１のプラズマアッシング装置１００は、ウエハ基板（半導体基板）１０９上に形成されたレジストをプラズマアッシングする装置である。このプラズマアッシング装置１００は、ウエハ基板に対するプラズマアッシング処理を行うための真空槽（アッシングチャンバー）１０１と、該真空槽１０１上に配置され、プラズマを発生させるプラズマ発生室１０３とを有している。この真空槽１０１とプラズマ発生室１０３との隔壁は、ガスの流通が可能な構造を有し、真空槽１０１からプラズマ発生室１０３へのプラズマ導入部１０５となっている。

上記真空槽１０１内には、ウエハ基板１０９を加熱する加熱手段１０７を含むステージ１０６が配置されており、該ステージ１０６には、該半導体基板を該ステージ１０６上で、該ウエハ基板１０９と該ステージ１０６との距離が変化するよう昇降させる昇降機構１０８ａが設けられている。

また、このプラズマアッシング装置１００は、レジストのプラズマアッシング処理を制御するコントローラ１００ａを有しており、該コントローラ１００ａは、該ステージと該ウェハ基板との距離が連続的に変化するよう該昇降機構１０８ａを制御して、該ウエハ温度を所定の温度に保持するウエハ温度制御手段を含んでいる。

さらに詳述すると、上記真空槽１０１は、真空排気を行うための排気口１０２を備えている。またプラズマ発生室１０３には、ガス導入部１０４から、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、ＳＦ_６等の混合ガスが、所望の割合（所望の流量比）で導入され、プラズマ発生室１０３では、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などの方式を用いて、アッシング反応のためのプラズマ生成が行われる。このようにして発生したアッシングプラズマは、プラズマ導入部１０５を介して、真空槽１０１内へ供給される。

真空槽１０１内には、上述したようにステージ１０６が備えられており、ステージ１０６内には、プラズマアッシング処理時の加熱手段としてのヒーター１０７が配置され、また、ウエハ基板１０９のステージ１０６上への移動およびステージ１０６からの高さ調整のためのリフトピン１０８が配置されている。このリフトピン１０８は、上記昇降機構１０８ａを構成するものである。

ここで、ステージ１０６の温度は、ヒーター１０７を用いて約１００〜３００℃の範囲で調整可能である。ただし、プラズマアッシング装置のステージ１０６は、一般的に冷却機構を備えていないため、温度変更の際、特に降温レートが約１〜２℃／分程度と遅くなる。

また、ウエハ基板１０９のプラズマアッシング処理は、ウエハ基板１０９をステージ１０６に接触させた状態、および、ウエハ基板１０９をステージ１０６から離した状態で行うことが可能であり、ウエハ基板の高さ（ステージと半導体基板との距離）は、約０〜５０ｍｍの範囲で調整することができる。

次に上記プラズマアッシング装置の動作、つまりこのプラズマアッシング装置を用いたプラズマアッシング処理について説明する。

図２は、本発明の実施形態１によるプラズマアッシング方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｅ）は、イオン注入工程からプラズマアッシング工程までの処理を示している。

まず、従来技術と同様の方法で、図２（ａ）のように、半導体基板２０１上にシリコン酸化膜２０２を形成し、その上にイオン注入用のレジストパターン２０３を形成する。

次に、図２（ｂ）のように、Ｐ、Ｂ、Ａｓ等の元素を半導体基板２０１中に導入するため、レジストパターン２０３をマスクとしてイオン注入処理を行う。この際、レジストパターン表面には、イオン注入時のエネルギーによってダメージを受けた、硬化層２０４が形成される。

その後、所定数のロット毎に搬送されてくる、イオン注入レジストが形成された半導体基板２０１（図１ではウエハ基板１０９として示している。）を１枚ずつ、上記プラズマアッシング装置１００の真空槽１０１内に装填して、上記イオン注入レジストのプラズマアッシング処理を行う。

以下、１つの半導体基板を上記プラズマアッシング装置１００の真空槽１０１でアッシングする処理について説明する。

次に、図２（ｂ）に示すイオン注入レジストが形成された半導体基板２０１（ウエハ基板１０９）をプラズマアッシング装置１００の真空槽１０１内に配置し、その後、図２（ｃ）のように、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスを用いて、半導体基板温度を２００℃以下で連続的に制御して、レジストパターン２０３および硬化層２０４のプラズマアッシング処理（低温アッシング処理）を行う。このとき、半導体基板２０１（ウエハ基板１０９）は、上記昇降機構１０８ａによりステージからの半導体基板の距離が調整されて、その温度が２００℃以下の温度に保持されるよう制御される。

具体的には、半導体基板とステージとの距離がリフトピン１０８の昇降動作により調節されて、半導体基板温度が２００℃以下に保持される。

この低温アッシング処理では、Ｏ_２ガスを約３０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏガスを約３００ｓｃｃｍを導入し、ＩＣＰプラズマ方式を用いてアッシング用のプラズマの発生を行う。

プラズマアッシング処理中に、半導体基板２０１の温度は、ステージ１０６からの輻射熱により、真空槽１０１内の室温より上昇する。

レジストのアッシングレート（Ｒ）は、半導体基板温度（Ｔｗ）に強く依存し、アレニウスの式（１）の関係で表されることが知られている。

Ｒ＝Ａ×Ｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴｗ）・・・（１）
ここで、Ａは比例定数、Ｅａは反応の活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔｗは半導体基板の絶対温度である。

これらの関係から、様々なステージ１０６の温度（Ｔｓ）、半導体基板１０９の高さ（ｄ）、ステージ１０６上での引き置き時間（ｔ）に対して、レジストのアッシングレート（Ｒ）を測定することで、所望のエッチングレートに対応する半導体基板２０１の温度を算出することが可能である。

この実施形態１では、ステージ１０６の温度は約２５０℃に設定しており、例えば、ステージ１０６上での引き置き時間約３０秒において、半導体基板１０９の高さ２０ｍｍで、半導体基板１０９の温度は、約１８０℃に調整できる。

また、このような関係は、図１（ｂ）に示すテーブルＴｍとして、コントローラ１００ａにアッシング処理条件として格納されている。

このように、半導体基板２０１のステージ１０６上での引き置き時間（ｔ）に応じて、半導体基板１０９の高さを連続的に調整することで、半導体基板１０９の温度を、所望の設定温度に迅速かつ連続的に制御することが可能である。

このようにして、２００℃以下の低温でプラズマアッシングを行うことで、半導体基板の温度が通常１３０℃程度であるレジストのガラス転移点を大きく超えるのが回避されて、ポッピング現象が抑制される。また、このとき混合ガスのプラズマから発生するＯ、Ｈ、ＯＨラジカルにより、図２（ｃ）のように、レジストパターン２０３、およびその表面の硬化層２０４のアッシング反応が生じ、レジストパターン２０３の一部、および硬化層２０４の一部が除去される。

次に、半導体基板２０１を上記真空槽１０１内に保持したまま、図２（ｄ）のように、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスによるプラズマを用いて、半導体基板に対して高温アッシング処理を施す。この高温アッシング処理では、半導体基板２０１の高さは０ｍｍに設定し、半導体基板２０１をステージ１０６に接触させる。これにより、高温でレジストパターン２０３、およびその表面の硬化層２０４のアッシングが行われる。

このとき、半導体基板２０１の温度は、速やかにステージ１０６の設定温度と同じ２５０℃に上昇するため、レジストパターン２０３のアッシングレートは速やかに上昇し、図２（ｄ）のように、レジストパターン２０３を高速で除去することが可能である。

ただし、硬化層２０４については、レジストパターン２０３と比較して、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスから発生するＯ、Ｈ、ＯＨラジカルでは除去されにくいため、硬化層に起因する残渣２０５がわずかに半導体基板２０１上に残留する。

次に、半導体基板２０１を上記真空槽１０１内に保持したまま、図２（ｅ）のように、酸素、水蒸気、フッ素含有ガスを主成分とする混合ガスによるプラズマを用いて、半導体基板に対してフッ素ガス添加アッシング処理を行う。このフッ素ガス添加アッシング処理では、半導体基板２０１の高さは０ｍｍに設定し、半導体基板２０１をステージ１０６に接触させて、高温で残渣２０５のアッシングを行う。このフッ素ガス添加アッシング処理では、ステージ１０６の温度は約２５０℃に設定しており、Ｏ_２ガスを約３０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏガスを約５０ｓｃｃｍ、ＳＦ_６ガスを約６ｃｃ導入し、ＩＣＰプラズマ方式を用いてアッシング用のプラズマの生成を行う。

上記フッ素ガス添加アッシング処理では、硬化層に起因する残渣２０５は、Ｐ、Ｂ、Ａｓ等のイオン注入時の注入種の酸化物であり、イオン種に対する還元作用を持つＦラジカルによるエッチング反応により容易に除去され、図２（ｅ）のように、残渣２０５の除去が行われる。

ただし、Ｆラジカルによるエッチング反応は、シリコン酸化膜２０２も同時に除去するため、シリコン酸化膜２０２の膜減りが生じてしまう。このため、この実施形態１では、混合ガス中のＦ／Ｈ比は約０．７となるよう、水蒸気とフッ素添加ガスの流量比を調整している。このように、Ｆ／Ｈ比を１以下に設定し、シリコン酸化膜をエッチングする過剰なＦラジカルを、ＨラジカルによりＨＦの形で消費することで、残渣２０５を優先して除去し、シリコン酸化膜２０２の膜減りを抑えることが可能である。

このように本実施形態では、半導体基板２０１上に形成されてイオン注入されたレジストパターン２０３をプラズマアッシングする方法において、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの低温アッシング処理と、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの高温アッシング処理と、酸素、水蒸気、フッ素含有ガスを主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの高温アッシング処理とを、半導体基板１０９を同一チャンバー１０１内に配置して連続して行うので、イオン注入されたレジストパターンのプラズマアッシングを、レジスト残渣による欠陥発生を抑制しつつ迅速に行うことができる。

つまり、本実施形態では、ウエハ基板２０１上に形成されてイオン注入されたレジストパターン２０３をプラズマアッシングする方法において、まず、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターンの低温アッシング処理を行うので、低温アッシング処理では、高濃度イオン注入レジストの表面に形成された硬化層２０４をホッピング現象を招くことなく、除去することができる。

また、低温アッシング処理に続いて、酸素、水蒸気を主成分とする混合ガスのプラズマを用いた、レジストパターン２０３の高温アッシング処理を行うので、低温アッシング処理後に残っているレジストパターンを短時間で除去することができ、生産性の向上を図ることができる。

さらに、高温アッシング処理に続いて、酸素、水蒸気、フッ素含有ガスを主成分とする混合ガスのプラズマを用いたフッ素含有ガス添加アッシング処理を行うので、高温アッシング処理後にウエハ基板の表面に残っている硬化層やレジストの残渣２０５をフッ素含有ガスのイオン注入種に対する還元作用により除去することができる。

しかも、上記低温アッシング処理、高温アッシング処理、およびハロゲンガス添加アッシング処理を、ウエハ基板を同一のアッシングチャンバー内に配置して連続して行うので、イオン注入を制御するための下地酸化膜２０２の膜減りを招くハロゲンガス添加アッシング処理の時間を極力短くして、下地酸化膜のロスを低減することができる。

また、この実施形態では、ウエハ基板１０９の温度を、ヒータ（加熱手段）１０７を有するステージ１０６とその上に位置するウエハ基板１０９との距離を変えることで制御するので、ウエハ温度の変更を短時間で行うことができ、より一層生産性の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ハロゲンガス添加アッシング処理では、ハロゲン系ガスとしてフッ素含有ガスを用いているが、ハロゲン系ガスとしては、イオンの注入種に対する還元性を有するものであれば、フッ素含有ガス以外の他のハロゲン系ガスでもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、プラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置の分野において、イオン注入されたレジストをプラズマアッシング処理により、レジスト残渣による欠陥発生を抑制しつつ迅速に除去することが可能なプラズマアッシング方法及びプラズマアッシング装置を提供できるものである。

１００プラズマアッシング装置
１００ａコントローラ
１０１真空槽
１０２排気口
１０３プラズマ発生室
１０４ガス導入部
１０５プラズマ導入部
１０６ステージ
１０７ヒーター
１０８リフトピン
１０９、２０１、３０１、４０１半導体基板
２０２、３０２、４０２シリコン酸化膜
２０３、３０３、４０３レジストパターン
２０４、３０４、４０４硬化層
２０５、３０５残渣

Claims

ウエハ基板上に形成されてイオン注入されたレジストをプラズマアッシングする方法であって、
酸素および水蒸気を主成分とする第１の混合ガスを用いて、該ウエハ基板に対するプラズマアッシング処理を第１の基板温度で行う第１のアッシング工程と、
該第１のアッシング工程でのプラズマアッシング処理の後に、酸素および水蒸気を主成分とする第２の混合ガスを用いて、該第１の基板温度より高い第２の基板温度で、該ウエハ基板に対するプラズマアッシング処理を行う第２のアッシング工程と、
該第２のアッシング工程でのプラズマアッシング処理の後に、酸素、水蒸気、および注入イオン種に対する還元作用を持つハロゲン系ガスを主成分とする混合ガスを用いて、該第１の基板温度より高い第３の基板温度で、該ウエハ基板に対する第３のプラズマアッシング処理を行う第３のアッシング工程とを含み、
該第１ないし第３のアッシング工程でのプラズマアッシング処理を、該ウエハ基板を同一アッシングチャンバ内に配置した状態で連続して行う、プラズマアッシング方法。
請求項１に記載のプラズマアッシング方法において、
前記注入イオン種に対する還元作用を持つハロゲン系ガスは、フッ素含有ガスである、プラズマアッシング方法。
請求項１に記載のプラズマアッシング方法において、
前記イオン注入されたレジストは、その表面に形成された、イオン注入によりダメージを受けた硬化層を有し、
前記第１の基板温度は、該硬化層内側の液状レジストが噴出するホッピング現象が発生する温度より低い温度である、プラズマアッシング方法。
請求項１に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第１のアッシング工程では、前記第１の基板温度は２００℃以下に保持される、プラズマアッシング方法。
請求項１に記載のプラズマアッシング方法において、
前記アッシングチャンバ内には、前記ウエハ基板を載置するステージが設けられており、
該ステージは、
前記ウエハ基板を加熱する加熱手段と、
該ウエハ基板を該ステージ上で、該ウエハ基板と該ステージとの距離が変化するよう昇降させる昇降機構とを有している、プラズマアッシング方法。
請求項５に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第１のアッシング工程では、前記ウエハ温度が一定に保持されるよう、該支持機構により該ステージと該ウェハ基板との距離を連続的に調整する、プラズマアッシング方法。
請求項１に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第２および第３のアッシング工程では、それぞれ前記第２および第３のウエハ温度はそれぞれ、２００℃以上に保持される、プラズマアッシング方法。
請求項５に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第２および第３のアッシング工程では、前記ウエハ基板を前記ステージに接触させてウェハ温度を一定に制御する、プラズマアッシング方法。
請求項８に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第２のアッシング工程で前記第２のプラズマアッシング処理を行う時間は、前記第１のアッシング工程で前記第１のプラズマアッシング処理を行う時間より短く、前記第３のアッシング工程で前記第３のプラズマアッシング処理を行う時間は、該前記第２のアッシング工程で第２のプラズマアッシング処理を行う時間より短い、プラズマアッシング方法。
請求項２に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第３のアッシング工程では、前記混合ガス中のＦ／Ｈ比が１以下に保持されるよう、前記水蒸気と前記フッ素含有ガスとの流量比を制御する、プラズマアッシング方法。
請求項２に記載のプラズマアッシング方法において、
前記第３のアッシング工程で用いるフッ素含有ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、ＮＦ_３、およびＳＦ_６のいずれかを含む、プラズマアッシング方法。
ウエハ基板上に形成されたレジストをプラズマアッシングする装置であって、
該ウエハ基板を載置するステージと、
該ステージ上に位置するウエハ基板の温度を制御するウエハ温度制御手段とを有し、
該ステージは、
該ウエハ基板を加熱する加熱手段と、
該ウエハ基板を該ステージ上で、該ウエハ基板と該ステージとの距離が変化するよう昇降させる昇降機構とを有し、
該ウエハ温度制御手段は、該昇降機構を制御することにより、該ウエハ温度が所要の温度に維持されるよう、該ステージと該ウェハ基板との距離を連続的に変化させる、プラズマアッシング装置。
請求項１２に記載のプラズマアッシング装置において、
前記ウェハ温度制御手段は、前記ステージと前記ウェハ基板との距離と、該ウェハ基板の処理時間と、前記ウェハ温度との関係に基づいて、該距離および該処理時間から該ウェハ温度を算出し、該算出したウエハ温度が所望の温度となるよう、該昇降機構の制御により該ステージと該ウェハ基板との距離を調節する、プラズマアッシング装置。