JP5474291B2 - アッシング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板上の有機材料をアッシング（灰化）することにより除去するアッシング装置に関するものである。
従来、半導体基板上に集積回路を形成するために、半導体基板の表面に回路パターンを形成したレジスト膜を設け、該レジスト膜を介してその下層の絶縁膜、半導体膜或いは金属膜をエッチングすることが行われている。このレジスト膜は、エッチング処理が終了したのち基板表面から除去される。その除去方法の一つに、酸素プラズマを主とする反応性ガスのプラズマを用いてレジスト膜をアッシング（灰化）する乾式処理方法がある。
この乾式処理方法は、基板に塗布されたレジスト膜に、反応性ガスのプラズマ中に生じた活性種（ラジカル）、主として酸素ラジカルを反応させ、該レジスト膜をＣＯ２及びＨ２Ｏへ分解・気化することによって除去するものである。この乾式処理方法によりレジスト膜を除去する処理装置として例えば特許文献１に開示されたプラズマアッシング装置がある。このアッシング装置を図９に従って説明する。
図９に示すように、アッシング装置のチャンバ（処理室）１の上部には輸送管２が連結され、該輸送管２はマイクロ波及び反応ガス（例えば、酸素、窒素、四フッ化炭素）によってプラズマを発生させるプラズマ室（図示略）に接続されている。上記輸送管２の下端には多くの貫通孔を有するシャワー板３が基板ステージ４と対向して配置されている。処理室１の上部内面には、円筒状に形成された拡散防止壁５が上記シャワー板３を囲むように取着されている。基板ステージ４には高周波電源６が接続されている。また、チャンバ１の底部には排気口７が形成されている。
次に、このように構成されたアッシング装置におけるアッシング処理について説明する。まず、基板ステージ４の上面にチャンバ１内に搬入された基板（ウェハ）Ｗを載置する。次に、チャンバ１内部を減圧し、基板ステージ４に高周波バイアス（ＲＦバイアス）を印加する。そして、上記プラズマ室から輸送管２を介して酸素ラジカルを含むガスをチャンバ１内に供給する。この酸素ラジカルを含むガスは、シャワー板３に形成された貫通孔を通過して基板Ｗに到達する。また、シャワー板３により周辺に向かって流れるガスは、拡散防止壁５により基板Ｗ上に導かれる。すると、基板Ｗの上面に形成された図示しないレジスト膜は、ガスに含まれる酸素ラジカルにより分解・気化され、排気口７から排出される。
特開平９−４５４９５号公報
ところで、半導体基板上の集積回路は、トランジスタ等の回路素子を、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属配線を用いて接続して形成されている。また、半導体基板には、接続パッドの表面が金(Au)等により覆われているものや、接続のための端子が半田(Solder)により形成されたものがある。これらの半導体基板の製造工程において、上記レジスト膜をアッシングする際に、金属配線が露出していたり、表面に金や半田が形成されていたりする場合がある。このような金属の露出した基板Ｗに対してアッシング処理を行った場合には、露出した金属材料がケミカル反応又はフィジカル反応によりスパッタされて金属原子が飛散し、チャンバ１の内壁、すなわちチャンバ１の上部内面１ａ、シャワー板３の下面や拡散防止壁５の内周面に付着する。この状態でアッシング処理を続けると、上記チャンバ１の内壁に付着した金属と、基板Ｗに導かれるはずの酸素ラジカルとが結合されて上記金属表面が酸化され、酸素ラジカルの失活が多くなる。すなわち、上記チャンバ１の内壁に付着した金属によって、酸素ラジカルの失活量が増大してしまう。その結果、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が低下し、単位時間あたりに処理できるレジスト膜の深さ（アッシングレート）が低下する。このようなアッシングレートの経時変化により、アッシングレートが不安定になるという問題がある。
実際、金属（ここでは、銅）の露出した多数枚の基板Ｗを１つのアッシング装置にて同一条件（条件Ｂ）で連続処理したときに、図１０に示すように、基板Ｗの処理数が増加するに連れて、アッシングレートが極端に低下していくことが本発明者らによって確認されている。具体的には、洗浄後のアッシング装置で最初に処理した１枚目の基板Ｗのアッシングレートが２１００．５［Å／60sec］であるのに対し、２０枚目の基板Ｗではアッシングレートが１５２３．７［Å／60sec］まで低下してしまう。すなわち、２０枚目の基板Ｗに対するアッシング処理では、１枚目の基板Ｗのときに比べ３０％近くもアッシングレートが低下してしまう。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、アッシングレートの経時変化を抑制することができるアッシング装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、処理室内に配置され金属が露出した基板上の有機材料を、前記処理室内に導入される活性種によってアッシングするアッシング装置であって、前記基板が載置されるステージと対向して配置され、前記処理室の上部に設けられた輸送管を介して前記処理室内に供給された活性種が通過する貫通孔が形成されるとともに、前記処理室の上部内面との間に空隙を形成してその空隙により前記活性種を前記輸送管から周辺に向かって拡散する拡散板と、円筒状に形成され、前記ステージに載置された基板に対し、前記拡散板を囲む状態で前記活性種の不要な拡散を阻止する拡散防止壁とを備え、前記処理室及び前記拡散板及び前記拡散防止壁のうち、前記活性種が通過する経路にあって、前記基板から飛散される前記金属が付着し得る面が、前記金属と同一の金属が露出されて形成され、前記活性種の失活量は、アッシング処理の回数に関わらず、変化が抑制され、前記ステージは高周波電源に接続されて高周波バイアスが印加されるとともに、前記処理室は接地されて前記高周波バイアスの対向電極とされ、前記金属が露出されて形成される面は、前記ステージに対して前記高周波バイアスの対向電極となるように前記処理室に電気的に接続されているものである。
この構成によれば、活性種の通過経路にあって、基板から飛散される金属が付着し得る面が、基板において露出した金属と同一の金属が露出される態様で形成されるため、基板から飛散した金属が上記面に付着したとしても、活性種の通過経路において金属の露出している面積はほとんど変化しない。従って、処理室内では、金属原子が付着した場合であっても、金属原子が付着していない時と略同じだけ活性種が失活される。このため、活性種の失活量は、アッシング処理の回数に関わらず、変化が極めて少ない。すなわち、基板に到達する活性種の量が経時的に変化し難いため、アッシングレートの経時変化を好適に抑制することができる。これによって、金属の露出した基板を多数枚処理したとしても、安定したアッシングレートを維持することができる。
この構成によれば、基板より飛散した金属は高周波バイアスの対向電極に向かうため、基板から飛散した金属を、活性種の通過経路内で元々金属の露出した面により確実に付着させることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアッシング装置において、前記処理室及び前記拡散板の各々における前記基板と対向する面は、前記基板上に露出した金属と同一の金属が前記基板に向かって露出されて形成されるものである。
この構成によれば、活性種の通過経路にあって、基板から飛散される金属が付着し得る面である処理室及び拡散板の各々における基板と対向する面が、基板において露出した金属と同一の金属が露出される態様で形成されるため、その面に上記金属が付着しても、活性種の通過経路において金属の露出している面積はほとんど変化しない。これにより、アッシングレートの経時変化を好適に抑制することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアッシング装置において、前記拡散防止壁の内周面及び底面が、前記基板上に露出した金属と同一の金属が露出されて形成されるものである。
この構成によれば、拡散板により周辺に向かって拡散される活性種の不要な拡散が拡散防止壁により阻止され、活性種を効率良く基板に供給することができる。さらに、活性種の通過経路にあって、基板から飛散される金属が付着し得る面となる該拡散防止壁の内周面及び底面が、基板において露出した金属と同一の金属が露出される態様で形成されるため、その面に上記金属が付着しても、活性種の通過経路において金属の露出している面積はほとんど変化しない。これにより、アッシングレートの経時変化を好適に抑制することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記拡散防止壁は、前記基板上に露出した金属と同一の金属によって形成されるものである。この構成によれば、容易に拡散防止壁を形成することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記処理室は、前記基板上に露出した金属と同一の金属によって形成されるものである。この構成によれば、容易に処理室を形成することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記金属が露出されて形成される面は、メッキ又は溶射によって形成されるものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のうちの何れか一項に記載のアッシング装置において、前記拡散板は、前記活性種の供給側の面に不動態化膜が形成されてなるものである。この不動態化膜によって、拡散板に活性種が結合しにくくなる。従って、この拡散板において失活される活性種の量を効果的に低減することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のアッシング装置において、前記拡散板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層を形成してなるものである。この構成によれば、容易に拡散板を形成することができる。
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のアッシング装置において、前記拡散板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成してなるものである。この構成によれば、容易に拡散板を形成することができる。
以上記述したように、本発明によれば、アッシングレートの経時変化を抑制することが可能なアッシング装置を提供することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、アッシング装置のチャンバ（処理室）１１の上部は輸送管１２を介してプラズマ室１３に接続されている。このプラズマ室１３はマイクロ波導波管１４を介してマグネトロン１５に接続されている。なお、プラズマ室１３とマイクロ波導波管１４とは、石英等よりなるマイクロ波透過窓１３ａにより区画されている。マグネトロン１５にはマイクロ波電源１６が接続されている。マグネトロン１５にて発生したマイクロ波（μ波）はマイクロ波導波管１４を介してプラズマ室１３内に導かれる。
プラズマ室１３は、ガス導入管１７を介して複数（図において３つ）のマスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃに接続され、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃはそれぞれガス供給源１９ａ〜１９ｃに接続されている。本実施形態において、ガス供給源１９ａは酸素（Ｏ２）を蓄積し、ガス供給源１９ｂは窒素（Ｎ２）を蓄積し、ガス供給源１９ｃは四フッ化炭素（ＣＦ４）を蓄積する。各ガス供給源１９ａ〜１９ｃに蓄積されたガスの流量はマスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃにより調整され、所定流量の酸素、窒素及び四フッ化炭素を混合した反応ガスはガス導入管１７を介してプラズマ室１３内に導入される。
上記マイクロ波及び反応ガスによりプラズマ室１３内に酸素を含むプラズマが発生し、そのプラズマ中の活性種としての酸素ラジカルが輸送管１２を介してチャンバ１１内に導かれる。そのチャンバ１１内には、基板Ｗを載置するための基板ステージ２０が配設されている。チャンバ１１には、ゲート２１を介して真空予備室２２が接続されている。真空予備室２２はチャンバ１１内を大気中に開放しないで基板Ｗの搬入搬出を行うために設けられている。
チャンバ１１の底部には排気口２３が形成されている。その排気口２３は排気管２４を介して図示しない排気用ポンプに接続され、この排気用ポンプによってチャンバ１１内が減圧される。排気管２４にはプレッシャコントローラ２５が配設され、そのプレッシャコントローラ２５によりチャンバ１１内の圧力が調整される。
上記マイクロ波電源１６、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃ、プレッシャコントローラ２５は制御装置２６に接続されている。制御装置２６は、図示しない記憶装置を有し、その記憶装置には各種の基板を処理するための条件の情報（レシピ）が記憶されている。チャンバ１１内に搬入する基板Ｗに応じたレシピが指定されると、制御装置２６は、そのレシピの値に基づいてマイクロ波電源１６、各マスフローコントローラ１８ａ〜１８ｃ、プレッシャコントローラ２５を制御する。
次に、チャンバ１１の構成を図２に従って詳述する。
チャンバ１１は、当該チャンバ１１内にて処理される基板Ｗにおいて主として露出している金属と同一の金属によって形成され、さらにその金属が露出される態様で形成されている。例えば銅（Cu）が露出している基板Ｗをアッシング処理するアッシング装置の場合には、上記チャンバ１１が銅にて形成されている。従って、このチャンバ１１は、銅の他にも、基板Ｗにおいて露出した金属に応じて、金(Au)，半田(Solder)，プラチナ(Pt)，イリジウム(Ir)によって形成される。
図２に示すように、このチャンバ１１の上部に連結された輸送管１２の下端には円盤状に形成されるとともに多くの貫通孔を有するシャワー板（拡散板）３１が基板Ｗの載置される基板ステージ２０の載置面と対向して配置されている。シャワー板３１は、取付部材３２によりチャンバ１１の上部に固定されるととともに、その取付部材３２により上部内面１１ａから所定距離だけ離間して配置されている。チャンバ１１の上部内面１１ａとシャワー板３１との距離は、上記輸送管１２を介してチャンバ１１内に導入される酸素ラジカルが、シャワー板３１に形成された貫通孔を通過するとともに、シャワー板３１とチャンバ１１の上部との間を通過して周辺に向かって導かれるように設定されている。
このシャワー板３１は、図３（ａ）に示すように、複数（図３（ａ）においては３つ）の層３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなる。基板Ｗと対向する側（図２、図３において下側）の第１層３１ａは、チャンバ１１と同様に、基板Ｗにおいて露出した金属（例えば、銅）と同一の金属によって形成され、さらにその金属が露出される態様で形成されている。この第１層３１ａの上層の第２層３１ｂは、金属酸化物層であり、例えばアルミニウム酸化物、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等からなる。第２層３１ｂの上層であって、酸素ラジカルの導入側（図２、図３において上側）の第３層３１ｃは、フッ化物層（フッ化膜）からなる。
このシャワー板３１は、例えば基板Ｗにおいて露出した金属により形成される金属板（第１層３１ａ）に、第２層３１ｂとなる金属酸化物層を生成し、さらにその第２層３１ｂの上面をフッ化処理することによって第３層３１ｃを成膜して形成される。上記フッ化処理方法としては、例えば対象部材（第１層３１ａ及び第２層３１ｂ）を高温にし、フッ素原子を含有するガスを流す方法やフッ素原子を含有するガスを用いてフッ素プラズマを発生させ、このプラズマ雰囲気中に対象部材を設置する方法などがある。ここで使用されるガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ６の少なくとも一種を含むガスなどが挙げられる。
図２に示すように、チャンバ１１の上部内面１１ａには、円筒状に形成された拡散防止壁３３の上端が取着され、該拡散防止壁３３によりシャワー板３１が囲まれている。拡散防止壁３３の内径は、基板ステージ２０上に載置される基板Ｗの外径よりもやや大きく設定されている。この拡散防止壁３３は、チャンバ１１やシャワー板３１と同様に、基板Ｗにおいて露出した金属（例えば、銅）と同一の金属によって形成され、さらにその金属が露出される態様で形成されている。
基板ステージ２０の周辺上部は基板ガイド３６により覆われている。基板ステージ２０内には上下方向に移動可能に支持されたリフトピン３７の先端が配設されており、そのリフトピン３７を上下動させることにより、リフトピン３７と図示しない搬送装置との間の基板Ｗの受け渡し、及び基板Ｗを基板ステージ２０上に載置するようにしている。
基板ステージ２０とチャンバ１１下部との間には絶縁板３８が介在されている。また、基板ステージ２０には配管３９が接続され、その配管３９を介して基板ステージ２０内部に形成された図示しない水路に冷却水が供給され、基板ステージ２０の温度調節を行っている。更にまた、基板ステージ２０にはコンデンサＣを介して高周波電源４０が接続されており、その高周波電源４０から基板ステージ２０に高周波バイアス（ＲＦバイアス）が供給されている。
一方、上記チャンバ１１は接地されており、高周波電源４０から基板ステージ２０に対して供給される高周波バイアスに対して電気的な対向電極となる。そして、このチャンバ１１には、シャワー板３１の第１層３１ａ（金属板）が取付部材３２を介して電気的に接続されるとともに、拡散防止壁３３が電気的に接続されている。従って、これら同一の金属によって形成されているチャンバ１１、シャワー板３１及び拡散防止壁３３が、上記高周波バイアスに対する対向電極として機能する。
次に、このように構成されたアッシング装置におけるアッシング処理について説明する。
まず、チャンバ１１内の基板ステージ２０上に、除去すべきレジスト膜の存在する面（処理面）を上にして基板Ｗを載置する。次に、チャンバ１１内部を減圧し、基板ステージ２０に高周波バイアス（ＲＦバイアス）を印加する。そして、プラズマ室１３にて発生させたプラズマに含まれる酸素ラジカルを、チャンバ１１内に導入する。すると、この酸素ラジカルは、シャワー板３１に形成された貫通孔を通過して基板Ｗに到達するとともに、シャワー板３１とチャンバ１１の上部との空隙を通って径方向に向かって流れる。このとき、シャワー板３１における酸素ラジカルの供給側（図２において上面）には、不動態化膜として機能するフッ化物層（第３層３１ｃ）が形成されているため、このシャワー板３１の上面は酸化されにくく、さらに酸素ラジカルが結合されにくくなっている。従って、このシャワー板３１によって失活される酸素ラジカルの量が低減される。
一方、径方向に向かって流れる酸素ラジカルは、拡散防止壁３３により基板Ｗ上に導かれる。すなわち、拡散防止壁３３は、酸素ラジカルの径方向の移動を阻止する、つまり酸素ラジカルの不要な拡散を阻止する。そして、酸素ラジカルが基板Ｗに到達すると、該酸素ラジカルと基板Ｗ上のレジスト膜とが反応して、このレジスト膜が除去される。
上述したように、金属材料の露出した基板Ｗに対してアッシング処理を行うと、基板表面からケミカル反応又はフィジカル反応により金属原子が基板Ｗから飛散する。すると、基板Ｗと対向するチャンバ１１の上部内面１１ａやシャワー板３１の下面あるいは拡散防止壁３３の内周面３３ａ、底面３３ｂなどに、基板Ｗから飛散した金属原子が付着堆積される。このとき、従来のアッシング装置では、このように付着堆積する金属原子がアッシングレートの低下やアッシングレートの面内均一性の悪化を招いていた。すなわち、酸素ラジカルの通過経路であるこれらの面に付着堆積された金属原子によって、その面において失活される酸素ラジカルの量が変動されるために、アッシングレートが変動してしまっていた。
これに対して、本実施形態のアッシング装置では、酸素ラジカルの通過経路にあって、基板Ｗから飛散される金属原子が付着し得る面（チャンバ１１の上部内面１１ａ、シャワー板３１の下面や拡散防止壁３３の内周面３３ａ、底面３３ｂ）が、基板Ｗにおいて露出した金属と同一の金属にて形成されており、さらにその金属が元々露出されている。そのため、基板Ｗから飛散した金属原子が上記面に付着したとしても、その面において金属の露出している面積はほとんど変化しない。従って、チャンバ１１内では、金属原子が付着した場合であっても、金属原子が付着していない時と略同じだけ酸素ラジカルが失活される。このため、酸素ラジカルの失活量は、金属原子の付着、すなわち基板Ｗのアッシング処理に関わらず、変化が極めて少ない。すなわち、多数枚の基板Ｗのアッシング処理を行っても、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が変化し難いため、アッシングレートの経時変化が抑制される。
また、基板Ｗから飛散した金属がチャンバ１１の上部内面１１ａ、シャワー板３１の下面や拡散防止壁３３の内周面３３ａ、底面３３ｂに不均一に付着したとしても、これらの面ではその金属が元々露出されているため、これらの面において露出する金属の面積は、金属原子付着前後でほとんど変化しない。すなわち、多数枚の基板Ｗのアッシング処理を行っても、酸素ラジカルの通過経路における金属分布が略一定に維持される。従って、基板Ｗ上の各ポイント（測定点）に到達する酸素ラジカルの量が経時的に変化し難いため、基板Ｗ全体のアッシングレートのみならず、基板Ｗ上の各ポイントにおけるアッシングレートの経時変化も抑制される。さらには、酸素ラジカルの通過経路における金属分布が変動することが原因で生じ得る基板Ｗにおけるアッシングレートの面内均一性の悪化についても、その発生を抑制することができる。
図５は、本実施形態のアッシング装置において、銅の露出した多数枚の基板Ｗを同一条件（条件Ａ）にて連続処理した場合の実験結果である。このときの基板Ｗに対する条件Ａは、酸素、窒素、四フッ化炭素の流量をそれぞれ２２４０／１６０／４００sccm、チャンバ１１内を１００Ｐａ、マイクロ波の電力を２０００Ｗ、ＲＦバイアスを３００Ｗ、処理時間を３０秒とした。
図５において、黒丸は、基板Ｗの中心から周方向及び径方向に順番に設定された４９箇所の測定点（図６参照）で測定されたアッシングレートの平均値を示している。この黒丸で示した結果から明らかなように、本実施形態のアッシング装置では、処理枚数が増加しても、アッシングレートの変動が小さく、そのアッシングレートが略一定に維持されている。具体的には、洗浄後のアッシング装置で最初に処理した１枚目の基板Ｗのアッシングレートが８２４４．３［Å／30sec］であるのに対し、１００枚目の基板Ｗのアッシングレートが７７９１．３［Å／30sec］であった。すなわち、本実施形態のアッシング装置では、１００枚の基板Ｗをアッシング処理しても、アッシングレートが１枚目の基板Ｗのときに比べて約５％しか低下しない。これに対し、従来のアッシング装置では、上述したように、２０枚の基板Ｗをアッシング処理しただけでも、アッシングレートが約３０％近くも低下していた（図１０参照）。このことからも、本実施形態のアッシング装置では、アッシングレートの変動が小さく安定化されていることが分かる。
また、図５において、黒四角は、各測定点（図６参照）で測定されたアッシングレート中の最大値と最小値の差を基に算出される、基板Ｗにおけるアッシングレートの面内均一性を示し、黒菱形も同様にアッシングレートの面内均一性を示し、黒三角は基板Ｗ上に発生したパーティクル数を示している。これらの結果から明らかなように、本実施形態のアッシング装置では、処理枚数が増加しても、アッシングレートの面内均一性が略一定に維持されるとともに、パーティクルの発生が極めて少ない。
以上の実験結果から、金属の付着し得る面をその金属が元々露出される態様で形成することにより、基板Ｗの処理枚数に関わらず、アッシングレートを安定化させることができ、当該アッシング装置の信頼性と生産性とを向上させることができることが分かる。
また、図７及び図８は、銅が露出した基板Ｗの各測定点（図６参照）におけるアッシング処理時のアッシング深さを測定した実験結果である。図７は、酸素、窒素、四フッ化炭素の流量をそれぞれ１２８０／１６０／１６０sccm、チャンバ１１内を７５Ｐａ、マイクロ波の電力を１５００Ｗ、ＲＦバイアスを３００Ｗ、処理時間を３０秒とする条件Ｂにて従来のアッシング装置でアッシング処理した場合の測定結果である。また、図８は、上記条件Ａにて本実施形態のアッシング装置でアッシング処理した場合の測定結果である。
図７及び図８において、黒丸は洗浄後のアッシング装置において最初にアッシング処理される１枚目の基板Ｗに対する測定結果を示し、黒四角は多数枚目（例えば、１０枚目）の基板Ｗに対する測定結果を示している。図７から明らかなように、従来のアッシング装置では、多数枚目の基板Ｗに対するアッシング処理時のアッシング深さが、１枚目の基板Ｗのときのそれよりも全体的に低下している。また、多数枚目の基板Ｗに対するアッシング処理では、チャンバ１の内壁に金属原子が不均一に付着したことが原因か、各測定点毎に異なる度合でアッシング深さが低下し、基板Ｗにおけるアッシング深さの面内均一性が悪化している。
これに対して、本実施形態のアッシング装置では、図８から明らかなように、１枚目の基板に対する測定結果と多数枚目の基板Ｗに対する測定結果とで、各測定点におけるアッシング深さに変化がほとんど見られなかった。すなわち、多数枚目の基板Ｗに対するアッシング処理の各測定点において、１枚目の基板Ｗのときと略同様のアッシングレートが維持されている。この結果から、金属の付着し得る面をその金属が元々露出される態様で形成することにより、基板Ｗの処理枚数に関わらず、アッシング深さの経時変化を各測定点毎に抑制することができ、アッシング深さの面内均一性の悪化を抑制することができることが分かる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）酸素ラジカルの通過経路にあって、基板Ｗから飛散される金属原子が付着し得る面、すなわちチャンバ１１の上部内面１１ａ、シャワー板３１の下面や拡散防止壁３３の内周面３３ａ、底面３３ｂを、基板Ｗにおいて露出した金属と同一の金属が露出される態様で形成した。そのため、基板Ｗから飛散した金属原子が上記面に付着したとしても、酸素ラジカルの通過経路において金属の露出している面積はほとんど変化しない。従って、チャンバ１１内では、金属原子が付着した場合であっても、金属原子が付着していない時と略同じだけ酸素ラジカルが失活される。このため、酸素ラジカルの失活量は、基板Ｗのアッシング処理の回数に関わらず、変化が極めて少ない。すなわち、多数枚の基板Ｗのアッシング処理を行っても、基板Ｗに到達する酸素ラジカルの量が変化し難いため、アッシングレートの経時変化を好適に抑制することができる。これによって、金属の露出した基板Ｗを多数枚処理したとしても、安定したアッシングレートを好適に維持することができる。
（２）チャンバ１１内には、円筒状に形成され、ステージ２０に載置された基板Ｗに対し、シャワー板３１を囲む状態で酸素ラジカルの不要な拡散を阻止する拡散防止壁３３を備えるようにした。従って、シャワー板３１により周辺に向かって拡散される酸素ラジカルの不要な拡散が拡散防止壁３３により阻止され、酸素ラジカルを効率よく基板Ｗに供給することができる。
（３）シャワー板３１における酸素ラジカルの導入側となる面にフッ化物層（第３層３１ｃ）を形成するようにした。このフッ化物層が不動態化膜として機能し、シャワー板３１の上面が酸化されにくくなる。これにより、このシャワー板３１の上面に酸素ラジカルが結合しにくくなる。従って、このフッ化物層を形成したことにより、シャワー板３１において失活される酸素ラジカルの量を効果的に低減することができる。ひいては、アッシングレートを全体的に向上させることができる。
（４）基板ステージ２０は高周波電源４０に接続されて高周波バイアスが印加されるとともに、チャンバ１１、シャワー板３１及び拡散防止壁３３は、基板ステージ２０に対して高周波バイアスの対向電極となるように接続されたものである。従って、基板Ｗより飛散した金属原子は高周波バイアスの対向電極に向かうため、基板Ｗから飛散した金属原子を、酸素ラジカルの通過経路内で元々金属の露出した面（チャンバ１１の上部内面１１ａ、シャワー板３１の下面や拡散防止壁３３の内周面３３ａ、底面３３ｂ）により確実に付着させることができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態におけるシャワー板３１の層構造に特に制限されない。例えばシャワー板３１は、図３（ｂ）に示すように、基板Ｗにて露出する金属よりなる金属板（第１層３１ａ）における酸素ラジカルの導入側の面（上面）に、フッ化物層（第３層３１ｃ）を成膜することによって構成されるようにしてもよい。
また、図３（ａ）におけるフッ化物層よりなる第３層３１ｃを省略するようにしてもよい。この場合には、金属酸化物層よりなる第２層３１ｂが不動態化膜として機能する。この構成によっても、シャワー板３１が第１層３１ａのみで構成される場合に比べて、そのシャワー板３１において失活される酸素ラジカルの量を低減することができる。
あるいは、図３（ａ）における第２層３１ｂ、第３層３１ｃを省略するようにしてもよい。この構成によっても、金属が露出された態様で形成されるチャンバ１１、シャワー板３１及び拡散防止壁３３によって、アッシングレートの経時変化を抑制することができる。
・上記実施形態では、基板Ｗにおいて露出した金属と同一の金属からなる金属板（第１層３１ａ）を用いてシャワー板３１を形成するようにしたが、基板Ｗから飛散される金属原子が付着し得る面（基板Ｗと対向する面）に上記金属が露出していればよいため、その金属をスパッタ、メッキ、溶射、又は蒸着により成膜してもよい。すなわち、例えば図４に示すように、所定の金属からなる金属板４１ａ（例えば、アルミニウム板）をベースとし、その金属板４１ａにおける基板Ｗと対向する面（下面）に上記金属を溶射等することにより、その面に上記金属からなる金属膜４１ｂを成膜してもよい。
・上記実施形態では、シャワー板３１の第３層３１ｃの形成（フッ化処理）をアッシング装置とは別の装置で行うようにした。これに限らず、例えばアッシング装置に第１層３１ａ及び第２層３１ｂからなるシャワー板３１を取付けた後、このアッシング装置自身の中でフッ素含有プラズマを用いたフッ化処理を上記シャワー板３１に対して行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、チャンバ１１全体を、基板Ｗにおいて露出した金属によって形成するようにしたが、基板Ｗから飛散される金属原子が付着し得る面（基板Ｗと略対向する面）に上記金属が露出していればよい。従って、例えばチャンバ１１全体を所定の金属（例えば、アルミニウム）によって形成し、そのチャンバ１１において基板Ｗと対向する面のみに、溶射等により上記金属からなる金属膜を成膜するようにしてもよい。
あるいは、基板Ｗにおいて露出した金属と同一の金属によって形成されたチャンバ１１において、基板Ｗと対向する面以外の面に対して、例えば酸化表面処理等を施すようにしてもよい。
・上記実施形態では、拡散防止壁３３全体を、基板Ｗにおいて露出した金属によって形成するようにしたが、基板Ｗから飛散される金属原子が付着し得る面（内周面３３ａ及び底面３３ｂ）に上記金属が露出していればよい。従って、例えば拡散防止壁３３全体を所定の金属（例えば、アルミニウム）によって形成し、その拡散防止壁３３の内周面３３ａ及び底面３３ｂのみに、溶射等により上記金属からなる金属膜を成膜するようにしてもよい。
・上記実施形態における取付部材３２を、基板Ｗにおいて露出した金属と同一の金属によって形成するようにしてもよい。
・上記実施形態における拡散防止壁３３を省略してもよい。
・上記実施形態におけるチャンバ１１、シャワー板３１及び拡散防止壁３３の接地を省略してもよい。
・上記実施形態では、半導体基板Ｗ上に形成されたレジスト膜を除去するアッシング装置に具体化したが、プラズマ、ラジカルにより除去可能な膜、有機材料を除去するアッシング装置に具体化してもよい。
・上記実施形態では、酸素プラズマを用いるアッシング装置に具体化したが、これに限らず、別のプラズマ（例えば、水素プラズマ）を用いるアッシング装置に具体化してもよい。
・上記実施形態では、酸素プラズマを用いるプラズマアッシング装置に具体化したが、これに限らず、例えばオゾンガスに紫外線を照射することにより酸素ラジカルを発生させる光励起アッシング装置等に具体化してもよい。
・上記実施形態において、アッシング装置の構成を適宜変更してもよい。例えば、供給するガスの種類を増やした構成としてもよい。
一実施形態のアッシング装置の概略構成図。 チャンバの概略断面図。 （ａ）、（ｂ）はシャワー板の断面図。 別例におけるシャワー板の断面図。 本実施形態のアッシング装置におけるアッシングレートの経時変化を示す説明図。 測定点を示すウェハの平面図。 従来のアッシング装置における各測定点のアッシング深さの測定結果を示す説明図。 本実施形態のアッシング装置における各測定点のアッシング深さの測定結果を示す説明図。 従来のアッシング装置の概略構成図。 従来のアッシング装置におけるアッシングレートの経時変化を示す説明図。
符号の説明
１１…チャンバ（処理室）、１１ａ…上部内面、１２…輸送管、２０…基板ステージ、３１…シャワー板、３１ａ…第１層（金属板）、３１ｂ…第２層（金属酸化物層）、３１ｃ…第３層（フッ化物層）、３３…拡散防止壁、４０…高周波電源、Ｗ…基板。

Claims (9)

  1. 処理室内に配置され金属が露出した基板上の有機材料を、前記処理室内に導入される活性種によってアッシングするアッシング装置であって、
    前記基板が載置されるステージと対向して配置され、前記処理室の上部に設けられた輸送管を介して前記処理室内に供給された活性種が通過する貫通孔が形成されるとともに、前記処理室の上部内面との間に空隙を形成してその空隙により前記活性種を前記輸送管から周辺に向かって拡散する拡散板と、
    円筒状に形成され、前記ステージに載置された基板に対し、前記拡散板を囲む状態で前記活性種の不要な拡散を阻止する拡散防止壁とを備え、
    前記処理室及び前記拡散板及び前記拡散防止壁のうち、前記活性種が通過する経路にあって、前記基板から飛散される前記金属が付着し得る面は、前記金属と同一の金属が露出されて形成され、前記活性種の失活量は、アッシング処理の回数に関わらず、変化が抑制され、
    前記ステージは高周波電源に接続されて高周波バイアスが印加されるとともに、
    前記処理室は接地されて前記高周波バイアスの対向電極とされ、
    前記金属が露出されて形成される面は、前記ステージに対して前記高周波バイアスの対向電極となるように前記処理室に電気的に接続されていることを特徴とするアッシング装置。
  2. 前記処理室及び前記拡散板の各々における前記基板と対向する面は、前記基板上に露出した金属と同一の金属が前記基板に向かって露出されて形成されることを特徴とする請求項１に記載のアッシング装置。
  3. 前記拡散防止壁の内周面及び底面が、前記基板上に露出した金属と同一の金属が露出されて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアッシング装置。
  4. 前記拡散防止壁は、前記基板上に露出した金属と同一の金属によって形成されることを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  5. 前記処理室は、前記基板上に露出した金属と同一の金属によって形成されることを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  6. 前記金属が露出されて形成される面は、メッキ又は溶射によって形成されることを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  7. 前記拡散板は、前記活性種の供給側の面に不動態化膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のうちの何れか一項に記載のアッシング装置。
  8. 前記拡散板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に、前記不動態化膜として金属酸化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項７に記載のアッシング装置。
  9. 前記拡散板は、前記金属よりなる金属板における前記活性種の供給側の面に金属酸化物層を形成し、さらに該金属酸化物層に前記不動態化膜としてフッ化物層を形成してなる、ことを特徴とする請求項７に記載のアッシング装置。
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