JP4926639B2

JP4926639B2 - Resist stripping end point detection method and resist stripping method

Info

Publication number: JP4926639B2
Application number: JP2006275404A
Authority: JP
Inventors: 勇櫻木; 和宏久保田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: JP2008098242A

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板上に形成された所定の膜をエッチングした際に残存したレジストを剥離する際の終点検出方法、およびそれを含むレジスト剥離方法に関する。 The present invention relates to a resist stripping how including end point detection method, and its time of removing the resist remaining a predetermined film formed on a substrate such as a semiconductor wafer upon etching.

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。 In a semiconductor device manufacturing process, a photoresist pattern is formed on a semiconductor wafer, which is a substrate to be processed, by a photolithography process, and etching is performed using this as a mask. Then, after the etching, the photoresist is peeled off.

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。 In the photoresist stripping process, plasma-based dry ashing technology and wet ashing technology are the mainstream, especially when stripping degenerated resist after ion implantation, using dry ashing technology and wet ashing technology together. Has been done. However, when the dry ashing technique and the wet ashing technique are used in combination, the process becomes complicated and the processing takes time. Further, when such a deteriorated resist is peeled off, a residue remains on the resist underlayer, and the number of steps is further increased to clean it.

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、加熱した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を生成し、生成した原子状水素（水素ラジカル）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。
特開２００２−２８９５８６号公報 As a technique capable of solving such a problem, Patent Document 1 discloses that atomic hydrogen is generated by a catalytic cracking reaction in which a peeling gas containing a molecule having a hydrogen atom and a heated high melting point catalyst body are brought into contact with each other. A technique is disclosed in which a resist is gasified and peeled by contact between the generated atomic hydrogen (hydrogen radical) and the resist. As a result, the resist can be removed by a simple process, and the surface of the base film can be cleaned after the resist is removed.
JP 2002-289586 A

ところで、レジスト剥離の際には、下地にダメージを与えないように、終点検出が重要であり、プラズマを利用したドライアッシングでは、プラズマの状態を把握して終点を検出する等の終点検出技術が確立されているが、上記特許文献１に開示されたような触媒を利用して生成した原子状水素によりレジストを剥離する技術では、終点検出技術が確立されていないのが現状である。 By the way, in resist stripping, it is important to detect the end point so as not to damage the underlayer. In dry ashing using plasma, there is an end point detection technique such as detecting the end point by grasping the plasma state. Although established, the end point detection technology has not been established in the technology for stripping a resist with atomic hydrogen generated using a catalyst as disclosed in Patent Document 1 above.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、触媒を利用してレジスト剥離する技術において高精度で確実に終点を検出することができる終点検出方法、およびそのような終点検出を含むレジスト剥離方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an end point detection method capable of reliably detecting an end point with high accuracy in a technique for stripping a resist using a catalyst, and a resist including such end point detection shall be the object of the present invention to provide a peeling how.

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、チャンバ内に配置された触媒に通電し、前記触媒を高温にした状態で、水素含有ガスを前記高温の触媒に接触させた際の接触分解反応で水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルを前記チャンバ内に配置された基板上のレジストに接触させることによりレジストをガス化して剥離する際におけるレジスト剥離の終点検出方法であって、前記レジストをガス化して剥離している際の前記チャンバ内に前記レジストの組成に依存する成分が存在している状態から、レジスト剥離が終了して前記チャンバ内で前記レジストの組成に依存する成分が発生しなくなった状態へ変化した際に生じる、前記チャンバ内の気体の熱伝導度の上昇にともなう、前記触媒の電圧、電流、電力のうち１または２以上の電気的パラメータ、および前記触媒の温度のうち少なくとも一つの前記触媒の状態に関するパラメータの変化からレジスト剥離の終点を検出することを特徴とするレジスト剥離の終点検出方法を提供する。 In order to solve the above problems, when the first aspect of the present invention, by energizing the catalyst disposed in a chamber, in which the catalyst in a state of being in a high temperature, is contacted with a hydrogen-containing gas into the hot catalyst A method for detecting the end point of resist stripping when gas radicals are stripped by generating hydrogen radicals by the catalytic decomposition reaction of gas and bringing the generated hydrogen radicals into contact with the resist on the substrate disposed in the chamber. Dependent on the composition of the resist in the chamber after the resist stripping is completed from the state in which a component depending on the composition of the resist exists in the chamber when the resist is gasified and stripped. One of the voltage, current, and power of the catalyst accompanying the increase in the thermal conductivity of the gas in the chamber that occurs when the component is changed to a state where it no longer occurs. 2 or more electrical parameters, and to provide the end point detection method for resist stripping, characterized by detecting the end point of the resist peeling from the parameter change on the status of at least one of the catalyst of the temperature of the catalyst.

本発明の第２の観点では、チャンバ内で基板上のレジストを剥離するレジスト剥離方法であって、前記チャンバ内に配置された触媒に通電し、前記触媒を高温にした状態で、水素含有ガスを前記高温の触媒に接触させ、その際の接触分解反応で水素ラジカルを生成する工程と、生成した水素ラジカルを前記チャンバ内に配置された基板上のレジストに接触させることによりレジストをガス化して剥離する工程と、前記レジストをガス化して剥離している際の前記チャンバ内に前記レジストの組成に依存する成分が存在している状態から、レジスト剥離が終了して前記チャンバ内で前記レジストの組成に依存する成分が発生しなくなった状態へ変化した際に生じる、前記チャンバ内の気体の熱伝導度の上昇にともなう、前記触媒の電圧、電流、電力のうち１または２以上の電気的パラメータ、および前記触媒の温度のうち少なくとも一つの前記触媒の状態に関するパラメータの変化からレジスト剥離の終点を検出する工程とを有することを特徴とするレジスト剥離方法を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a resist stripping method for stripping a resist on a substrate in a chamber, wherein a hydrogen-containing gas is energized in a state where electricity is supplied to a catalyst disposed in the chamber and the catalyst is at a high temperature. is brought into contact with the hot catalyst, and generating hydrogen radicals in a catalytic cracking reaction in the, the resist is gasified by contacting the produced hydrogen radicals in a resist on a substrate disposed in the chamber From the step of stripping, and from the state in which the component depending on the composition of the resist exists in the chamber when the resist is gasified and stripped, the resist stripping is completed and the resist is removed in the chamber. The voltage, current, and current of the catalyst accompanying the increase in the thermal conductivity of the gas in the chamber that occurs when the composition-dependent component is no longer generated. Resist stripping wherein the one or more electrical parameters of the forces, and from the change in the parameters relating to the state of at least one of the catalyst of the temperature of the catalyst and a step of detecting the end point of the resist peeling I will provide a.

上記第１、第２の観点において、前記水素含有ガスとしてはＨ_２ガスを好適に用いることができる。前記触媒の状態に関するパラメータとしての前記電気的パラメータは、前記触媒に電圧を一定値で印加した際の電流、または、前記触媒に電流を一定値で印加した際の触媒の電圧を用いることができる。また、前記触媒として、高融点金属のフィラメントを用いることができる。 In the first and second aspects, H ₂ gas can be suitably used as the hydrogen-containing gas. As the electrical parameter as a parameter relating to the state of the catalyst, a current when a voltage is applied to the catalyst at a constant value or a voltage of the catalyst when a current is applied to the catalyst at a constant value can be used. . In addition, a refractory metal filament can be used as the catalyst.

本発明によれば、水素含有ガスを高温の触媒に接触させた際の接触分解反応で水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルを基板上のレジストに接触させることによりレジストをガス化して剥離する際に、前記触媒の状態に関するパラメータをモニタすることでその変化からレジスト剥離の終点を検出するので、高精度で確実な終点検出を実現することができる。すなわち、レジスト剥離が終了するとレジストから反応生成物が生じなくなるので、それにともなって触媒周囲の気体の状態が変化し、結果的に、触媒の温度や通電したときの電気的パラメータ等の状態が変化する。したがって、その際の触媒の状態に関するパラメータをモニタしてその変化を把握することにより、高精度で確実にレジスト剥離の終点を検出することができる。 According to the present invention, hydrogen radicals are generated by a catalytic decomposition reaction when a hydrogen-containing gas is brought into contact with a high-temperature catalyst, and the generated hydrogen radicals are brought into contact with the resist on the substrate to gasify and strip the resist. At this time, since the end point of the resist peeling is detected from the change by monitoring the parameter related to the state of the catalyst, it is possible to realize the end point detection with high accuracy and certainty. In other words, when the resist stripping is completed, no reaction products are generated from the resist, and the gas state around the catalyst changes accordingly. As a result, the catalyst temperature, the state of electrical parameters when energized, etc. change. To do. Therefore, by monitoring the parameters related to the state of the catalyst at that time and grasping the change, it is possible to detect the end point of resist peeling with high accuracy and reliability.

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。
図１は、本発明の実施に用いられるレジスト剥離装置の一例を示す断面図である。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a resist stripping apparatus used for carrying out the present invention.

このレジスト剥離装置１は、真空に保持可能な円筒状のチャンバ２を有しており、チャンバ２の底部には、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Ｗを載置するサセプタ３が設けられている。また、サセプタ３内には、その上の半導体ウエハＷを加熱するヒータ４が埋設されている。ヒータ４はヒータ電源５から給電されるようになっている。 The resist stripping apparatus 1 has a cylindrical chamber 2 that can be maintained in a vacuum, and a susceptor for placing a semiconductor wafer W as a substrate to be processed having a resist film to be stripped on the bottom of the chamber 2. 3 is provided. Further, a heater 4 for heating the semiconductor wafer W thereon is embedded in the susceptor 3. The heater 4 is supplied with power from a heater power source 5.

チャンバ２の上部には、サセプタ３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６が設けられている。シャワーヘッド６は、上面中央にガス導入口７を有し、下面に多数のガス吐出孔８を有している。 A hollow disk-shaped shower head 6 for introducing H ₂ gas, which is a peeling gas, into the chamber 2 is provided on the upper portion of the chamber 2 so as to face the susceptor 3. The shower head 6 has a gas introduction port 7 at the center of the upper surface and a number of gas discharge holes 8 on the lower surface.

上記ガス導入口７にはガス供給配管９が接続されており、ガス供給配管９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１０が設けられている。またガス供給配管９には開閉バルブ１１と流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２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２０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。 A gas supply pipe 9 is connected to the gas inlet 7, and an H ₂ gas supply source 10 for supplying H ₂ gas as a stripping gas is provided at the other end of the gas supply pipe 9. The gas supply pipe 9 is provided with an opening / closing valve 11 and a mass flow controller (MFC) 12 as a flow rate controller. The stripping gas is not limited to H ₂ gas as long as it contains hydrogen and can generate hydrogen radicals (atomic hydrogen) when it contacts a high-temperature catalyst wire 20 described later. For example, SiH ₄ , CH ₄ NH ₃ etc. can also be used.

チャンバ２の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出を行う搬入出口１３が設けられており、この搬入出口１３はゲートバルブ１４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１５が設けられ、この排気口１５に排気管１６が接続されている。排気管１６には、自動圧力制御器（ＡＰＣ）１７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１８が接続されている。自動圧力制御器（ＡＰＣ）１７の開度はＡＰＣ開度モニタ１９によりモニタすることが可能となっている。チャンバ２内の圧力は圧力計２７で検出可能となっており、この値に基づいてＡＰＣ１７の開度が制御される。 A loading / unloading port 13 for loading / unloading the semiconductor wafer W is provided on the side wall of the chamber 2, and the loading / unloading port 13 can be opened and closed by a gate valve 14. An exhaust port 15 is provided at the bottom of the chamber 2, and an exhaust pipe 16 is connected to the exhaust port 15. An exhaust device 18 having an automatic pressure controller (APC) 17 and a vacuum pump such as a turbo molecular pump is connected to the exhaust pipe 16. The opening degree of the automatic pressure controller (APC) 17 can be monitored by an APC opening degree monitor 19. The pressure in the chamber 2 can be detected by the pressure gauge 27, and the opening degree of the APC 17 is controlled based on this value.

チャンバ２内のサセプタ３とシャワーヘッド６との間には、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２０が設けられている。この触媒ワイヤ２０の一端には給電線２１が接続されており、この給電線２１には可変直流電源２２が設けられている。一方、触媒ワイヤ２０の他端は接地されている。給電線２１には通電した際の電圧、電流、電力等の電気的パラメータをモニタする電気的パラメータモニタ２３が設けられている。また、可変直流電源２２は電源コントローラ２４により制御されるようになっている。なお、触媒ワイヤ２０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。 Between the susceptor 3 and the shower head 6 in the chamber 2, a catalyst wire 20 made of a conductive high melting point material such as tungsten is provided. A power supply line 21 is connected to one end of the catalyst wire 20, and a variable DC power source 22 is provided on the power supply line 21. On the other hand, the other end of the catalyst wire 20 is grounded. The power supply line 21 is provided with an electrical parameter monitor 23 for monitoring electrical parameters such as voltage, current, and power when energized. The variable DC power supply 22 is controlled by a power supply controller 24. The material of the catalyst wire 20 is not limited to tungsten, and other metal catalysts that can be heated to a high temperature, such as Pt, Ta, and Mo, can be used.

チャンバ２の側壁の搬入出口１３と反対側にはチャンバ内を透視可能な窓部２５が設けられており、窓部２５の外側には、触媒ワイヤ２０の温度を計測するための放射温度計２６が設けられている。 A window portion 25 through which the inside of the chamber can be seen is provided on the opposite side of the side wall of the chamber 2 from the loading / unloading port 13, and a radiation thermometer 26 for measuring the temperature of the catalyst wire 20 is provided outside the window portion 25. Is provided.

レジスト剥離装置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１１、マスフローコントローラ１２等）、ヒータ電源５、電源コントローラ２４、自動圧力制御器（ＡＰＣ）１７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）３０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部３０には、電気的パラメータモニタ２３からのモニタ信号、放射温度計２６からの温度信号等の情報が入力されるようになっている。制御部３０には、工程管理者がレジスト剥離装置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３１が接続されている。 Each component of the resist stripping apparatus 1, for example, a supply unit of H ₂ gas as a stripping gas (valve 11, mass flow controller 12, etc.), heater power supply 5, power controller 24, automatic pressure controller (APC) 17, etc. It is configured to be connected to and controlled by a control unit (overall control device) 30 composed of a microprocessor (computer). In addition, information such as a monitor signal from the electrical parameter monitor 23 and a temperature signal from the radiation thermometer 26 is input to the control unit 30. Connected to the control unit 30 is a user interface 31 including a keyboard for a command input by the process manager to manage the resist stripping apparatus 1 and a display for visualizing and displaying the operating status of the plasma processing apparatus. Has been.

また、制御部３０には、レジスト剥離装置１で実行される各種処理を制御部３０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてレジスト剥離装置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３２が接続されている。レシピは記憶部３２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。 Further, the control unit 30 performs processing on each component of the resist stripping apparatus 1 in accordance with a control program for realizing various processes executed by the resist stripping apparatus 1 under the control of the control unit 30 and processing conditions. A storage unit 32 storing a program to be executed, that is, a recipe, is connected. The recipe is stored in a storage medium in the storage unit 32. The storage medium may be a hard disk or semiconductor memory, or may be portable such as a CDROM, DVD, flash memory or the like. Moreover, you may make it transmit a recipe suitably from another apparatus via a dedicated line, for example.

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース３１からの指示等にて任意のレシピを記憶部３２から呼び出して制御部３０に実行させることで、制御部３０の制御下で、レジスト剥離装置１での所望の処理が行われる。 Then, if desired, an arbitrary recipe is called from the storage unit 32 according to an instruction from the user interface 31 and is executed by the control unit 30, so that the desired in the resist peeling apparatus 1 is controlled under the control of the control unit 30. Is performed.

次に、このように構成されるレジスト剥離装置により実施される、レジスト剥離動作について説明する。
ここでは、被処理体である半導体ウエハＷとして、図２に示すように、被エッチング膜としての例えばＳｉＣＯ系の低誘電膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）１０１の上にキャップ膜（ＳｉＯ_２）１０２を介して反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０３を形成し、その上にレジスト膜１０４を形成した後、レジスト膜１０４をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜１０１を所定パターンにエッチングしたものを用い、レジスト膜１０４およびＢＡＲＣ１０３を剥離する例を示す。 Next, a resist stripping operation performed by the resist stripping apparatus configured as described above will be described.
Here, as shown in FIG. 2, a cap film (SiO ₂ ) 102 is formed on a semiconductor dielectric W (Low-k film) 101 as an etching target film, for example, as a semiconductor wafer W that is an object to be processed. Then, an antireflection film (BARC) 103 is formed thereon, a resist film 104 is formed thereon, and the low-k film 101 is etched into a predetermined pattern using the resist film 104 as a mask. The example which peels is shown.

まず、ゲートバルブ１４を開いて搬入出口１３から上記のようなエッチング後の半導体ウエハＷをチャンバ２内に搬入し、サセプタ３上に載置する。この状態で排気装置１８を作動させ、圧力計２７の値に基づいて自動圧力制御器（ＡＰＣ）１７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５によりヒータ４を発熱させてサセプタ３上の半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する。 First, the gate valve 14 is opened and the etched semiconductor wafer W is loaded into the chamber 2 from the loading / unloading port 13 and placed on the susceptor 3. In this state, the exhaust device 18 is operated, and the heater 4 is controlled by the heater power source 5 while controlling the inside of the chamber 2 to a predetermined pressure (degree of vacuum) by the automatic pressure controller (APC) 17 based on the value of the pressure gauge 27. The semiconductor wafer W on the susceptor 3 is heated to a predetermined temperature by generating heat.

一方、触媒ワイヤ２０には可変直流電源２２から給電されて所定の高温、好ましくは、１４００〜２０００℃に加熱制御される。この際の触媒ワイヤ２０の温度は、放射温度計２６によって測定される。 On the other hand, the catalyst wire 20 is supplied with power from the variable DC power source 22 and is heated to a predetermined high temperature, preferably 1400 to 2000 ° C. At this time, the temperature of the catalyst wire 20 is measured by a radiation thermometer 26.

このように触媒ワイヤ２０を高温に加熱した状態で、Ｈ_２ガス供給源１０からガス供給配管９およびシャワーヘッド６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。このときのＨ_２ガスの流量としては、２００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度が例示される。 Thus while heating the catalyst wire 20 to a high temperature, the H ₂ gas supply source 10 through the gas supply pipe 9 and the shower head 6 to introduce H ₂ gas into the chamber 2. The flow rate of the H ₂ gas at this time is appropriately set according to the type and amount of the resist to be peeled off. An example of the flow rate of H ₂ gas at this time is about 200 to 1000 mL / min (sccm).

このようにして１４００℃以上の高温に加熱された触媒ワイヤ２０にＨ_２ガスが接触すると、チャンバ２内を模式的に示す図３のように、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）Ｈ^＊が生成され、生成した水素ラジカルを半導体ウエハＷのレジスト膜１０４に接触させることによりレジスト膜１０４をガス化して剥離する。このとき、レジスト膜１０４が分解してレジストの組成に依存した成分（図３ではＣ_ｘＨ_ｙ−Ｈと略記）がチャンバ２内に存在することとなる。そして、半導体ウエハＷを２５０〜３００℃に設定しておくことにより、レジスト剥離反応等が速やかに進行する。このとき半導体ウエハＷはヒータ４により加熱されるとともに触媒ワイヤ２０からの輻射熱によっても加熱されるから、ヒータ４によってサセプタ３を１７５〜２８０℃程度に加熱することにより上記温度範囲にすることができる。 When the H ₂ gas comes into contact with the catalyst wire 20 heated to a high temperature of 1400 ° C. or more in this way, as shown in FIG. Hydrogen) H ^* is generated, and the generated hydrogen radicals are brought into contact with the resist film 104 of the semiconductor wafer W, whereby the resist film 104 is gasified and peeled off. At this time, the resist film 104 is decomposed and components depending on the composition of the resist (abbreviated as C _x H _y -H in FIG. 3) exist in the chamber 2. Then, by setting the semiconductor wafer W at 250 to 300 ° C., a resist stripping reaction or the like proceeds promptly. At this time, the semiconductor wafer W is heated by the heater 4 and also by the radiant heat from the catalyst wire 20, so that the susceptor 3 is heated to about 175 to 280 ° C. by the heater 4, and the temperature range can be set. .

このように剥離処理を進行させて、レジスト膜１０４およびレジストと類似の成分を有するＢＡＲＣ１０３の分解除去を進行させ、レジスト膜１０４とＢＡＲＣ１０３が除去された時点で剥離プロセスが終了することとなるが、従来はこの際の終点検出手法が確立されていなかった。すなわち、従来から多用されてきたプラズマアッシングによりレジスト剥離を行う際には、プラズマの発光状態をモニタし、レジスト膜が剥離された際の発光状態の変化を検出することにより容易に終点検出を行うことができたが、本発明が対象とする触媒を用いたレジスト剥離技術の場合には、プラズマを生成しないのでこのような手法を採用することはできず、正確にレジスト剥離の終点を把握することが困難であった。 In this way, the stripping process is advanced to proceed with the decomposition and removal of the resist film 104 and the BARC 103 having components similar to the resist. When the resist film 104 and the BARC 103 are removed, the stripping process ends. Conventionally, an end point detection method at this time has not been established. That is, when the resist is peeled off by plasma ashing that has been widely used in the past, the plasma emission state is monitored, and the end point is easily detected by detecting the change in the emission state when the resist film is peeled off. However, in the case of the resist stripping technique using the catalyst targeted by the present invention, since plasma is not generated, such a method cannot be adopted and the end point of resist stripping is accurately grasped. It was difficult.

これに対し、本実施形態においては、レジスト膜１０４とＢＡＲＣ１０３の剥離の際における触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータをモニタし、その変化からレジスト剥離処理の終点を検出する。すなわち、上述したように、レジスト剥離反応が生じている場合にはチャンバ２内にはレジストの組成に依存した成分が存在するが、レジスト剥離（本実施形態の場合にはレジスト膜１０４とＢＡＲＣ１０３の剥離）が終了すると、これらのガスが発生しなくなるため、図４に示すようにチャンバ２内が主にＨ_２ガスおよび水素ラジカル（Ｈ^＊）となる。このようなチャンバ２内の気体の状態変化にともなって、触媒ワイヤ２０の状態も変化するのである。具体的には、Ｈ_２ガスの熱伝導はレジストの組成に依存した成分よりも高いことが知られており、上述のようにチャンバ２内が主にＨ_２ガスおよび水素ラジカル（Ｈ^＊）となる結果、チャンバ２内の気体の熱伝導度が上昇し、結果として触媒ワイヤ２０の温度が変化し、それにともなって触媒ワイヤ２０に通電した際の電気的パラメータが変化するのである。また、チャンバ２内のガスの状態が変化することによって触媒ワイヤ２０の位置も変化する。 On the other hand, in the present embodiment, parameters relating to the state of the catalyst wire 20 at the time of stripping the resist film 104 and the BARC 103 are monitored, and the end point of the resist stripping process is detected from the change. That is, as described above, when the resist stripping reaction occurs, the chamber 2 contains components depending on the resist composition, but resist stripping (in this embodiment, the resist film 104 and the BARC 103 When the separation is completed, these gases are not generated, and therefore, the interior of the chamber 2 is mainly H ₂ gas and hydrogen radicals (H ^* ) as shown in FIG. With such a change in the state of the gas in the chamber 2, the state of the catalyst wire 20 also changes. Specifically, it is known that the heat conduction of H ₂ gas is higher than components depending on the composition of the resist, and as described above, the inside of the chamber 2 is mainly composed of H ₂ gas and hydrogen radicals (H ^* ). As a result, the thermal conductivity of the gas in the chamber 2 increases, and as a result, the temperature of the catalyst wire 20 changes, and accordingly, the electrical parameters when the catalyst wire 20 is energized change. Further, the position of the catalyst wire 20 also changes as the state of the gas in the chamber 2 changes.

したがって、これらの触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータをモニタすることにより、剥離処理の終点を検出することができる。具体的には、チャンバ２内の気体の熱伝導度が上昇することにより、触媒ワイヤ２０の温度が低下し、それにともなって給電ワイヤ２０の電気抵抗値が低下するから、給電線２１に設けられた電気的パラメータモニタ２３により、通電した際の電気的パラメータ、例えば電流、電圧、または電力をモニタして、これらパラメータの変化を把握することにより剥離処理の終点を検出する。 Therefore, the end point of the peeling process can be detected by monitoring the parameters related to the state of the catalyst wire 20. Specifically, since the temperature of the catalyst wire 20 decreases due to an increase in the thermal conductivity of the gas in the chamber 2, the electrical resistance value of the power supply wire 20 decreases accordingly. The electrical parameter monitor 23 monitors the electrical parameters when energized, for example, current, voltage, or power, and detects changes in these parameters to detect the end point of the peeling process.

例えば、触媒ワイヤ２０に一定の電圧を印加する場合には、チャンバ２内の気体の熱伝導度が上昇し、それによる触媒ワイヤ２０の電気抵抗値の低下にともなって、触媒ワイヤ２０に流れる電流が増加する。このため、その電流値をモニタして、電流値が所定量増加した際にレジスト剥離の終点と判断することができる。電力値をモニタしても同様である。また、触媒ワイヤ２０に流れる電流を一定とする場合には、触媒ワイヤ２０の電気抵抗値の低下にともなって、電圧が低下する。このため、その電圧値をモニタして、電圧値が所定量低下した際にレジスト剥離の終点と判断することができる。触媒ワイヤ２０の電圧が変化するから電圧値または電力値をモニタして、そのパラメータが所定量変化した際にレジスト剥離の終点と判断することもできる。 For example, when a constant voltage is applied to the catalyst wire 20, the thermal conductivity of the gas in the chamber 2 increases, and as a result, the current flowing through the catalyst wire 20 as the electrical resistance value of the catalyst wire 20 decreases. Will increase. For this reason, the current value is monitored, and when the current value increases by a predetermined amount, it can be determined that the resist peeling end point. The same applies when the power value is monitored. In addition, when the current flowing through the catalyst wire 20 is constant, the voltage decreases as the electric resistance value of the catalyst wire 20 decreases. For this reason, the voltage value is monitored, and when the voltage value decreases by a predetermined amount, it can be determined that the end point of the resist peeling. Since the voltage of the catalyst wire 20 changes, the voltage value or the power value can be monitored, and the end point of the resist stripping can be determined when the parameter changes by a predetermined amount.

触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータとして温度を用いる場合には、放射温度計２６により触媒ワイヤ２０の温度をモニタし、その温度が所定量低下した際にレジスト剥離の終点と判断することができる。 When temperature is used as a parameter relating to the state of the catalyst wire 20, the temperature of the catalyst wire 20 is monitored by the radiation thermometer 26, and when the temperature is lowered by a predetermined amount, it can be determined that the resist stripping end point.

また、チャンバ２内のガスの状態が変化した際には、触媒ワイヤ２０の位置も変化するから、カメラのような光学機器等を用いて触媒ワイヤ２０の位置をモニタすることにより、その変化からレジスト剥離の終点を検出することもできる。 Further, when the state of the gas in the chamber 2 changes, the position of the catalyst wire 20 also changes. Therefore, by monitoring the position of the catalyst wire 20 using an optical device such as a camera, the change can be avoided. The end point of resist stripping can also be detected.

なお、放射温度計は赤外線を放射して対象物の温度を測定する関係上、触媒ワイヤ２０の位置が変化するとその測定位置が変化することとなり、チャンバ２内のガスの状態が変化した場合における温度測定値は、触媒ワイヤ２０の温度変化と位置変化の両方を反映したものとなり、その分大きな変化が現れることとなる。 Note that the radiation thermometer emits infrared rays to measure the temperature of the object, so that when the position of the catalyst wire 20 changes, the measurement position changes, and the gas state in the chamber 2 changes. The measured temperature value reflects both the temperature change and the position change of the catalyst wire 20, and a large change appears accordingly.

このように、触媒ワイヤ２０を利用してレジスト剥離する際に、触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータをモニタするので、レジスト剥離が終了した時点でのチャンバ２内のガスの状態変化にともなう触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータの変化からレジスト剥離の終点を高精度で確実に検出することができる。 Thus, since the parameter regarding the state of the catalyst wire 20 is monitored when the resist is peeled off using the catalyst wire 20, the catalyst wire 20 accompanying the state change of the gas in the chamber 2 at the time when the resist peeling is completed. The end point of resist stripping can be reliably detected with high accuracy from the change of the parameter relating to the state of.

なお、剥離処理が終了したことにともなうチャンバ２内の気体の状態変化を直接検出することによっても剥離処理の終点を検出することができる。例えば、剥離処理が終了してレジストの組成に依存した成分が生成されなくなると、チャンバ２内の圧力が変化するから、ＡＰＣ開度モニタ１９のモニタ値や圧力計２７のモニタ値が変化し、それを検出することにより剥離処理の終点を検出することができる。 Note that the end point of the peeling process can also be detected by directly detecting a change in the state of the gas in the chamber 2 when the peeling process is completed. For example, when the stripping process is completed and components depending on the resist composition are no longer generated, the pressure in the chamber 2 changes, so the monitor value of the APC opening monitor 19 and the monitor value of the pressure gauge 27 change, By detecting this, the end point of the peeling process can be detected.

また、剥離処理が開始される際にもチャンバ２内の気体の状態が変化するから、上記触媒の状態に関するパラメータをモニタすることにより剥離処理の開始時期を検出することもできる。 Also, since the gas state in the chamber 2 changes when the stripping process is started, the start timing of the stripping process can be detected by monitoring the parameters relating to the state of the catalyst.

次に、実際に本発明の方法における効果を確認した実験結果について説明する。
ここでは、図５に示すように、Ｓｉ基板２０１の上に、ＳｉＯ_２膜２０２、エッチングストップ膜としてのＳｉＣ膜２０３、Ｌｏｗ−ｋ膜であるポーラスＭＳＱ（methyl-hydrogen-SilsesQuioxane）膜２０４、ＳｉＯ_２キャップ膜２０５、有機系のＢＡＲＣ２０６、ＡｒＦレジスト膜２０７を順次形成し、フォトリソグラフィによりＡｒＦレジスト膜２０７に所定のパターンを形成した後、ＡｒＦレジスト膜２０７をマスクとしてポーラスＭＳＱ膜２０４をエッチングしたサンプルを準備し、このサンプルを図１のレジスト剥離装置でＡｒＦレジスト膜２０７および有機系のＢＡＲＣ２０６の剥離処理を行った。ポーラスＭＳＱ膜２０４、ＳｉＯ_２キャップ膜２０５、有機系のＢＡＲＣ２０６、ＡｒＦレジスト膜２０７の厚さは、それぞれ１００ｎｍ、６０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍであった。 Next, experimental results for actually confirming the effect of the method of the present invention will be described.
Here, as shown in FIG. 5, on a Si substrate 201, a SiO ₂ film 202, a SiC film 203 as an etching stop film, a porous MSQ (methyl-hydrogen-silsesquioxane) film 204 as a low-k film, a SiO ₂ film, ₂ Cap film 205, organic BARC 206, ArF resist film 207 are sequentially formed, a predetermined pattern is formed on ArF resist film 207 by photolithography, and porous MSQ film 204 is etched using ArF resist film 207 as a mask 1 was prepared, and the ArF resist film 207 and the organic BARC 206 were stripped from the sample using the resist stripping apparatus shown in FIG. The thicknesses of the porous MSQ film 204, the SiO ₂ cap film 205, the organic BARC 206, and the ArF resist film 207 were 100 nm, 60 nm, 60 nm, and 70 nm, respectively.

この剥離処理の際、チャンバ２内の圧力を６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）とし、Ｈ_２ガスを６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給しながら、タングステンからなる触媒ワイヤ２０へ印加電圧を４８．３Ｖとほぼ一定として通電し、剥離処理の際の触媒ワイヤ２０の温度が１４５０℃となるように設定した。また、ヒータ４によりサセプタ３の温度を２５０℃に設定し、サンプルの温度を３００℃に設定した。 In this stripping process, the pressure in the chamber 2 is set to 66.7 Pa (500 mTorr), and H ₂ gas is supplied at a flow rate of 600 mL / min (sccm), while the applied voltage to the catalyst wire 20 made of tungsten is 48.3 V. The temperature was set so that the temperature of the catalyst wire 20 during the peeling treatment was 1450 ° C. Further, the temperature of the susceptor 3 was set to 250 ° C. by the heater 4 and the temperature of the sample was set to 300 ° C.

この剥離処理の際の電流値および放射温度計２６により計測される触媒ワイヤ２０の温度をモニタした。その結果を図６に示す。図６に示されるように、剥離処理が開始されてすぐに、触媒ワイヤの温度および電流値は一定になるが、剥離処理開始から６０ｓｅｃ後に温度が低下し始め、電流値が上昇し始めることが確認された。このような温度および電流値モニタを９７ｓｅｃ続けたが、電流値は上昇し続け、温度は７０ｓｅｃ付近まで急激に低下し、その後はほとんど変化しない状態となった。 The current value during the peeling process and the temperature of the catalyst wire 20 measured by the radiation thermometer 26 were monitored. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the temperature and current value of the catalyst wire become constant immediately after the stripping process is started, but the temperature starts to decrease 60 seconds after the stripping process starts, and the current value starts to increase. confirmed. Although such temperature and current value monitoring continued for 97 seconds, the current value continued to rise, and the temperature dropped rapidly to around 70 seconds, and then changed little.

次に、各時間に対応する半導体ウエハのサンプルについて断面を観察した。その結果を図７に示す。図７の（ａ）はレジスト剥離前の状態であり、有機系のＢＡＲＣ２０６およびＡｒＦレジスト膜２０７が残存している。図７の（ｂ）は上述した触媒ワイヤ２０の温度が低下および電流値の上昇が始まった剥離処理開始から６０ｓｅｃ経過後の状態であり、ウエハのエッジ部においてＳｉＯ_２キャップ膜２０５の上にわずかに剥離残渣２０８が存在していた。図７の（ｃ）は剥離処理開始から６８ｓｅｃ経過後の状態であり、残渣が存在せず剥離処理が完全に終了していることが確認された。図７の（ｄ）は剥離処理開始から９７ｓｅｃ経過後の状態であり、（ｃ）の状態とほぼ同じであることが確認された。 Next, the cross section of the sample of the semiconductor wafer corresponding to each time was observed. The result is shown in FIG. FIG. 7A shows a state before the resist is stripped, and the organic BARC 206 and the ArF resist film 207 remain. FIG. 7B shows a state after 60 seconds have elapsed from the start of the peeling process in which the temperature of the catalyst wire 20 and the increase in current value have started, and are slightly above the SiO ₂ cap film 205 at the edge of the wafer. The peeling residue 208 was present on the surface. FIG. 7C shows a state after 68 sec from the start of the peeling process, and it was confirmed that there was no residue and the peeling process was completed. FIG. 7D shows a state after 97 sec from the start of the peeling process, and was confirmed to be almost the same as the state of FIG.

このことから、触媒ワイヤ２０の状態に関するパラメータである温度、電流値をモニタし、その変化から剥離処理の終点を把握することが可能であることが確認された。 From this, it was confirmed that it was possible to monitor the temperature and current values, which are parameters relating to the state of the catalyst wire 20, and grasp the end point of the peeling process from the changes.

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、被エッチング層としてＬｏｗ−ｋ膜を用いた例を示したが、これに限るものではない。また、上記実施形態では、反射防止膜（ＢＡＲＣ）を用い、剥離処理の際にレジスト膜と反射防止膜とを剥離する場合を例にとって説明したが、反射防止膜は必須ではない。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。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, an example in which a Low-k film is used as an etching target layer is shown, but the present invention is not limited to this. In the above-described embodiment, the case where the antireflection film (BARC) is used and the resist film and the antireflection film are peeled off during the peeling process is described as an example. However, the antireflection film is not essential. Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a semiconductor wafer was used as a to-be-processed substrate, not only this but another board | substrate can also be used.

本発明の実施に用いられるレジスト剥離装置の一例を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows an example of the resist peeling apparatus used for implementation of this invention. 本発明の方法の実施に用いられる半導体ウエハＷの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the semiconductor wafer W used for implementation of the method of this invention. 図１の装置により剥離処理を行っている際のチャンバ内のガスの状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state of the gas in the chamber at the time of performing the peeling process with the apparatus of FIG. 図１の装置における剥離処理が終了した際のチャンバ内のガスの状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state of the gas in a chamber when the peeling process in the apparatus of FIG. 1 is complete | finished. 剥離処理の実験に用いたサンプルの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the sample used for experiment of peeling process. 剥離処理の実験を行った際の触媒ワイヤの温度と電流のモニタ結果を示す図。The figure which shows the monitoring result of the temperature and electric current of a catalyst wire at the time of conducting experiment of a peeling process. 剥離処理の実験を行った際の経過時間ごとのサンプルの状態を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the sample for every elapsed time at the time of performing experiment of peeling process.

Explanation of symbols

１；レジスト剥離装置
２；チャンバ（処理容器）
３；サセプタ
６；シャワーヘッド
１０；Ｈ_２ガス供給源
１５；排気口
１７；自動圧力制御器
１８；排気装置
２０；触媒ワイヤ
２２；可変直流電源
２３；電気的パラメータモニタ
２６；放射温度計
２７；圧力計
３０；制御部
３１；ユーザーインターフェース
３２；記憶部
１０１；低誘電膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）
１０３；反射防止膜（ＢＡＲＣ）
１０４；レジスト膜
Ｗ…半導体ウエハ（基板） 1; resist stripping apparatus 2; chamber (processing vessel)
3; susceptor 6; showerhead 10; _{H 2} gas supply source 15; an exhaust port 17; automatic pressure controller 18; an exhaust system 20; catalyst wire 22; the variable DC power supply 23; electrical parameter monitor 26; radiation thermometer 27; Pressure gauge 30; control unit 31; user interface 32; storage unit 101; low dielectric film (Low-k film)
103; Antireflection film (BARC)
104; resist film W ... semiconductor wafer (substrate)

Claims

Energizing the catalyst disposed in the chamber and generating a hydrogen radical by a catalytic cracking reaction when the hydrogen-containing gas is brought into contact with the high-temperature catalyst while the catalyst is at a high temperature, the generated hydrogen radical is A method for detecting an end point of resist peeling when gasifying and peeling a resist by contacting with a resist on a substrate disposed in a chamber,
Components that depend on the composition of the resist in the chamber after the resist removal is completed from the state in which the component that depends on the composition of the resist exists in the chamber when the resist is gasified and removed. One or more electrical parameters of the voltage, current, and power of the catalyst accompanying the increase in the thermal conductivity of the gas in the chamber, which occurs when the state is changed to a state in which the gas no longer occurs, and the catalyst A resist stripping end point detection method, comprising detecting a resist stripping end point from a change in a parameter relating to a state of at least one of the catalysts among temperatures.

_2. The resist stripping end point detection method according to claim 1, wherein the hydrogen-containing gas is H2 gas.

3. The resist stripping end point detection method according to claim 1, wherein the electrical parameter as a parameter relating to the state of the catalyst is a current when a voltage is applied to the catalyst at a constant value. .

3. The resist stripping end point according to claim 1, wherein the electrical parameter as a parameter relating to the state of the catalyst is a voltage of the catalyst when a current is applied to the catalyst at a constant value. Detection method.

5. The resist stripping end point detection method according to claim 1, wherein the catalyst is a refractory metal filament.

A resist stripping method for stripping a resist on a substrate in a chamber,
Energizing the catalyst disposed in the chamber, bringing the hydrogen-containing gas into contact with the high-temperature catalyst in a state where the catalyst is at a high temperature, and generating hydrogen radicals by a catalytic cracking reaction at that time;
Gasifying and stripping the resist by bringing the generated hydrogen radicals into contact with the resist on the substrate disposed in the chamber; and
Components that depend on the composition of the resist in the chamber after the resist removal is completed from the state in which the component that depends on the composition of the resist exists in the chamber when the resist is gasified and removed. One or more electrical parameters of the voltage, current, and power of the catalyst accompanying the increase in the thermal conductivity of the gas in the chamber, which occurs when the state is changed to a state in which the gas no longer occurs, and the catalyst And a step of detecting an end point of the resist stripping from a change in a parameter relating to a state of at least one of the catalysts among the temperatures.

The resist stripping method according to claim 6, wherein the hydrogen-containing gas is H ₂ gas.

8. The resist stripping method according to claim 6, wherein the electrical parameter as a parameter relating to the state of the catalyst is a current when a voltage is applied to the catalyst at a constant value.

8. The resist stripping method according to claim 6, wherein the electrical parameter as a parameter relating to the state of the catalyst is a change in voltage of the catalyst when a current is applied to the catalyst at a constant value. .

10. The resist stripping method according to claim 6, wherein the catalyst is a refractory metal filament.