JP6679744B2 - 注入フォトレジストを剥離するための方法 - Google Patents

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Description

優先権の主張
本願は、2016年2月26日に出願された米国特許出願第62/300,370号、発明の名称「Implanted Photoresist Stripping Process By Layers Using Inductively Coupled Strippers」の優先権の利益を主張する。本願は、2016年3月2日に出願された米国特許出願第62/302,485号、発明の名称「Implanted Photoresist Stripping Process」の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容は、参照により本願に組み込まれる。
分野
本発明は、一般的に、半導体の製造に関し、より詳細には、半導体プロセスにおけるフォトレジストおよび残留物を除去するための方法に関する。
プラズマプロセスは、半導体ウェハおよび他の基板に関する析出、エッチング、レジスト除去、および関連するプロセスを行うために半導体産業において広く使用されている。プラズマプロセス装置を、例えば、集積回路の製造におけるフォトレジスト剥離の用途に使用することができる。先進ノード(例えば、20nm以下のノード)のためのフォトレジスト塗布、それに続くイオン注入は、困難な問題を提起する可能性がある。例えば、注入中にイオンドーズ量の大部分を受けたフォトレジストには硬化した「クラスト(外殻)」が形成される可能性がある。注入が行われなかった残りのフォトレジスト(例えば「バルク」フォトレジスト)は、クラストによって部分的または完全に被覆される可能性がある。
残留物は歩留まりの低下をもたらす可能性があるので、ドーパント活性化のために基板が熱アニーリング処理される前に、イオン注入後にフォトレジストをきれいに除去し、残留物が存在しないようにすることが望ましいと考えられる。いくつかの例では、この除去を、(1)プラズマス剥離およびそれに続く湿式洗浄、(2)プラズマ剥離のみ、または(3)湿式剥離のみ、によって達成することができる。
プラズマストリッパにおけるレジスト灰除去プロセスは、等方性プロセスであると考えられる。レジスト灰除去プロセスは、フォトレジストの底部におけるクラストを除去することができ、またそれに続いて、バルクフォトレジストを除去することができる。プラズマ剥離プロセスによってフォトレジストが完全に除去される場合、残留物の一部は、プラズマ剥離中に残留物が硬化することによって、後続の湿式剥離によって洗浄されないことがある。したがって、先進ノード(例えば20/16nmのノード)に関しては、多数の製造業者が、イオン注入後のレジスト剥離には湿式剥離のみを使用することに切り替えている。湿式剥離のみを使用することによって、酸化を低減することができる。しかしながら、フォトレジストが湿式剥離のみによって除去される場合、イオン注入中に形成されたクラスト層を除去するためには、より侵襲性の化学反応が必要とされると考えられる。そのような化学反応は基板を侵蝕させる可能性があり、また欠陥をもたらす可能性がある。
本発明の実施形態の態様および利点の一部を、下記に記載するか、または下記の記載より理解することができるか、または実施形態の実践によって理解することができる。
本発明の1つの例示的態様は、基板からフォトレジストを除去するための剥離プロセスに関する。プロセスは、バルクフォトレジストと、バルクフォトレジストに形成されたクラストと、を有している基板をプロセスチャンバ内に配置するステップを含む。プロセスは、プロセスチャンバ内で第1の剥離プロセスを開始するステップを含む。プロセスは、第1の剥離プロセス中にプラズマに関連付けられた発光信号を取得するステップを含む。プロセスは、少なくとも部分的に発光信号に基づいて、クラストの少なくとも一部の除去に関連付けられた端点を識別するステップを含む。プロセスは、少なくとも部分的に端点に基づいて、第1の剥離プロセスを終了するステップを含む。プロセスは、基板からフォトレジストを除去するために第2の剥離プロセスを開始するステップを含む。
本発明のこの実施例に対して種々の変更および修正を行うことができる。他の例示的な態様は、基板からフォトレジストを除去するためのシステム、方法、プロセス、および装置に関する。
様々な実施形態のそれらの特徴、態様および利点ならびに別の特徴、態様および利点は、下記の記載および添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されるであろう。本願に組み込まれ、また本願の一部を成す添付の図面には、本発明の実施形態が図示されており、明細書と共に、関連する原理を説明するために用いられる。
当業者のための実施形態の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら下記に記載する。
イオン注入中の反応に由来するクラスト層を示す、イオン注入後のフォトレジストの断面図を示す。 本発明の実施例による例示的な方法のフローチャートを示す。 クラスト除去を示唆する端点を表す例示的な発光信号を示す。 本発明の実施例による、フォトレジストの上部から除去されたクラスト層の上部部分を示す例示的な断面図を示す。 本発明の実施例による例示的な処理装置を示す。
以下では、複数の実施形態を詳細に参照するが、それらのうちの1つまたは複数の例が図面に図示されている。各実施例は、実施形態を説明するために提示されており、本発明を限定するものではない。実際には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に対して種々の修正および変更を行えることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または説明される特徴を、別の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本発明の種々の態様は、そのような修正および変更も対象とすることが意図されている。
本発明の種々の例示的な態様は、基板からフォトレジストを除去するための剥離プロセスに関する。例えば、このプロセスを、低ドーズ量注入剥離(LDIS)/高ドーズ量注入剥離(HDIS)に関する、水平方向および/または垂直方向からの種々の層の個別の除去の一部として使用することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ剥離プロセスを、歩留まりを向上させるための、低減された酸化物形成、低減された基板損失、および表面洗浄の要件に関するより広範なプロセス要件を満たすために、湿式剥離プロセス(例えば湿式洗浄プロセス)と組み合わせることができる。より詳細には、いくつかの実施形態では、プラズマ剥離プロセスをクラストの除去に使用することができ、また湿式剥離プロセスをバルクフォトレジストの除去に使用することができる。本発明の例示的な態様による剥離プロセスを、集積回路の製造における先進ノード(例えば、16nm未満のノード)に使用することができる。これは、異なる統合スキームによる、乾式および湿式の異なる剥離の組み合わせの使用を可能にし、これによって剥離プロセスウィンドウを拡大することができる。
より詳細には、本発明の実施例によれば、プラズマ剥離プロセスを、クラスト除去のために使用することができる。プラズマ剥離プロセスに関する端点を求めるために、プラズマ剥離プロセス中に誘起されるプラズマに関連付けられた発光信号を使用することができる。発光信号における端点は、クラストの除去を示唆することができるか、または場合によっては、バルクフォトレジストからのクラスト上部部分の除去を示唆することができる。端点に達していれば、湿式剥離プロセスを使用してバルクフォトレジストを除去することができる。
このようにして、本発明の種々の態様は、多数の技術的な効果および利点を提供することができる。例えば、プラズマ剥離プロセスは、クラストの上部部分の方向性の除去を実現することができる。クラストの上部部分の除去に続くバルクフォトレジストの湿式剥離によって、酸化を低減することができる。湿式剥離に先行して行われるクラストの上部部分の除去によって、湿式剥離プロセス中の侵襲性の化学反応を減少させることもでき、これによって欠陥が低減される。
いくつかの実施形態においては、上述の技術的な効果および利点を、バルクフォトレジストおよび(例えばイオン注入中に)バルクフォトレジストに形成されるクラストを有している基板をプロセスチャンバ内に配置するステップを含むことができるプロセスによって提供することができる。プロセスは、プロセスチャンバ内で第1の剥離プロセスを開始するステップを含むことができる。プロセスは、第1の剥離プロセス中にプラズマに関連付けられた発光信号を取得するステップを含むことができる。プロセスは、少なくとも部分的に発光信号に基づいて、クラストの少なくとも一部の除去に関連付けられた端点を識別するステップを含むことができる。プロセスは、少なくとも部分的に端点に基づいて、第1の剥離プロセスを終了するステップを含むことができる。プロセスは、基板からフォトレジストを除去するために第2の剥離プロセスを開始するステップを含むことができる。いくつかの実施形態においては、プロセスは、第2の剥離プロセスに続けて、後続の(1つまたは複数の)処理プロセス(例えばアニールプロセス)を実行するステップを含むことができる。
いくつかの実施形態においては、バルクフォトレジストからクラストの少なくとも一部を除去するように、第1の剥離プロセスを実施することができる。バルクフォトレジストの少なくとも一部を除去するように、第2の剥離プロセスを実施することができる。第1の剥離プロセスは、プロセスチャンバ内で誘起されたプラズマに基板を晒すプラズマ剥離プロセスであってよい。第2の剥離プロセスは、湿式剥離プロセスであってよい。
いくつかの実施形態においては、発光信号(例えば、約300nm〜約800nmの範囲の1つまたは複数の波長、例えば約309nm、例えば約777nmに関連付けられた発光信号)が、高発光フェーズと、それに続く降下後に存在する低発光フェーズと、を含むことができる。高発光フェーズは、低発光フェーズよりも高い発光に関連付けることができる。
いくつかの実施形態においては、端点が、クラストの除去を示唆する、発光信号における所定の点に対応すると考えられる。例えば、端点は、発光信号が高発光フェーズから降下した後の極小値の閾値内にある所定の点に対応すると考えられる。
いくつかの実施形態においては、端点が、クラストの上部部分の除去を示唆する、発光信号における所定の点に対応すると考えられる。例えば、端点は、発光信号の高発光フェーズ中に生じる極小値の閾値内にある所定の点に対応すると考えられる。
本発明の種々の態様は、図示および考察のために「基板」または「ウェハ」を参照して考察される。当業者は、本明細書における開示によって、本発明の種々の例示的な態様を任意の半導体基板、ワークピース、または他の適切な基板に関連付けて使用できることを理解するであろう。さらに、数値と共に「約」という語を使用する場合、これは記載した数値の10%以内を表すことが意図されている。
図1は、イオン注入後の基板60上の例示的なフォトレジスト(例えば、基板上の1つまたは複数の層)を示す。より詳細には、イオン注入後に、フォトレジスト100と注入種との反応によって、フォトレジスト100(例えば、「バルク」フォトレジスト)の上部部分および側面の一部を包囲するように「クラスト」120が形成される。クラスト120は、バルクフォトレジスト100の上部に形成された上部部分125と、バルクフォトレジスト100の側面に形成された側部部分128と、を含むと考えられる。クラスト120の上部部分125は、最も厚くなると考えられ、クラスト120の側部部分128の厚さは底部に向かって先細りになる。
図2は、本発明の実施例による、フォトレジスト(例えば、バルクフォトレジストおよびクラスト)を除去するための例示的な剥離プロセス(200)のフローチャートを示す。図2を、プラズマ処理装置、例えば図5に図示したプラズマ処理装置を少なくとも部分的に使用して実施することができる。さらに図2には、図示および考察のために特定の順序で実行される種々のステップが示されている。当業者であれば、本明細書における開示によって、本明細書に開示する方法またはプロセスのいずれかの種々のステップを、本発明の範囲から逸脱することなく適合することができる、修正することができる、編成することができる、同時に実行することができる、省略することができる、かつ/または種々のやり方で(例えば、複数のサブステップを含むように)拡張することができることを理解するであろう。
ステップ202においては、プロセスが、プロセスチャンバ、例えばプラズマプロセスチャンバ内に基板を配置するステップを含むことができる。基板は、上述のように、イオン注入の結果、バルクフォトレジスト上に形成されたクラストを含んでいる可能性がある。基板の一例は、図1に示されている。いくつかの実施形態においては、プロセスチャンバが、そのプロセスチャンバ内のプロセスガスにおいて誘起プラズマを誘起するように構成された誘起プラズマ源を含むことができる。誘起プラズマは、基板からクラストを除去するためのラジカルおよびニュートラルを生成することができる。プロセスチャンバの一例は、図5に示されている。
図2のステップ204を参照すると、プロセスは、プロセスチャンバ内で、第1の剥離プロセス、例えばプラズマ剥離プロセスを開始するステップを含むことができる。例示的なプラズマ剥離プロセスは、ラジカルおよびニュートラルを生成するためにプロセスガスにプラズマを誘起する誘起プラズマ源を使用することができる。ラジカルおよびニュートラルを、本発明の実施例による、バルクレジストからのクラストの剥離に使用することができる。いくつかの実施形態においては、プラズマ剥離プロセスを、例えばCF4を添加する侵襲性の化学反応でもって実施することができる。
プラズマ剥離プロセスに関する例示的なプロセスパラメータは以下の通りである。
温度:約20℃〜約80℃、例えば約25℃
圧力:約15mT〜約100mT、例えば約40mT
RF電源:約300W〜約2,000W、例えば約1,500W
2流量:約500sccm〜約3,000sccm
CF4流量:約0%〜約2%、例えば0〜20sccm
上記のプロセスパラメータは、単に例示を目的として挙げたものに過ぎない。当業者であれば、本明細書における開示によって、いくつかの実施形態においては、本発明の範囲から逸脱することなく、プラズマ剥離プロセスに別のプロセスパラメータを使用できることを理解するであろう。
ステップ206においては、方法が、プラズマ剥離プロセスに関して、プラズマに関連付けられた発光信号を取得するステップを含むことができる。発光信号は例えば、時間にわたる、プラズマから放出された電磁放射の1つまたは複数の波長のスペクトルパワーを表すことができる。発光信号は、種々のソースから得ることができる。いくつかの実施形態においては、発光信号をプロセス中にリアルタイムで測定することができる。いくつかの実施形態においては、発光信号は、基板またはテスト基板の以前の処理に関連付けられたデータ(例えば履歴データ)を基礎とするものであってよい。
例えば、テスト基板の処理中に、種々の剥離プロセスのための発光信号を取得することができる。発光信号を解析して、剥離プロセスのためのモデル発光スペクトルを求めるために使用することができる。モデル発光スペクトルを、種々のやり方で(例えば平均値、加重平均値、または他のアルゴリズムを使用して)求めることができる。モデル発光スペクトルを、本発明の実施例による端点の識別のための発光信号として使用することができる。
図3においては、本発明の実施例による、処理中のプラズマに関連付けられた発光信号300がグラフで表示されている。図3に示されたグラフにおいては、水平軸に時間がプロットされており、また垂直軸にはスペクトルパワーがプロットされている。発光信号300を、約300nm〜約800nmの範囲の1つまたは複数の波長、例えば約309nm、例えば約777nmに関連付けることができる。図3に示されているように、発光信号300は、高発光フェーズ305と、それに続く降下315後に存在する低発光フェーズ325と、を含むことができる。高発光フェーズ305は、低発光フェーズ325よりも高い発光に関連付けることができる。
図2のステップ208を参照すると、プロセス200は、発光信号に基づいて端点に到達したか否かを判定することができる。いくつかの実施形態においては、端点が、バルクフォトレジストからのクラストの除去を示唆する、発光信号における所定の点に対応すると考えられる。例えば、図3を参照すると、高発光フェーズ305からの降下315後の発光信号300における極小値(例えばディップ)の閾値内にある点310が、バルクフォトレジストからのクラストの除去を示していると考えられる。
いくつかの実施形態においては、プラズマ剥離プロセス中にプラズマに関連付けられた、測定された発光信号を解析することによって、端点をリアルタイムで求めることができる。高発光フェーズ305からの降下に続く極小値の閾値内にある発光信号における所定の点(例えば、図3における点310)に達すると、コントローラまたは他の制御装置は、端点に達したと判定することができる。
いくつかの実施形態においては、実行されている特定のプラズマ剥離プロセスに関して、履歴データまたはテストデータに関連付けられた発光信号(例えばモデル発光信号)を解析することによって、端点を求めることができる。発光信号における高発光フェーズ305からの降下に続く極小値の閾値内にある所定の点に対応する、剥離プロセス開始後の時間(例えば約22.6秒)を識別することができる。端点を、識別された時間に応じて求めることができる。
いくつかの実施形態においては、端点が、バルクフォトレジストからのクラストの上部部分のみの除去を示唆する、発光信号における所定の点に対応すると考えられる。例えば、図3を参照すると、本発明者は、高発光フェーズ305中の、発光信号300における極小値(例えばディップ)の閾値内にある点320が、バルクフォトレジストからのクラストの上部部分のみの除去を示していると考えられることを発見した。
いくつかの実施形態においては、プラズマ剥離プロセス中にプラズマに関連付けられた、測定された発光信号を解析することによって、端点をリアルタイムで求めることができる。高発光フェーズ305の間の極小値の閾値内にある発光信号における所定の点(例えば、図3における点320)に達すると、コントローラまたは他の制御装置は、端点に達したと判定することができる。
いくつかの実施形態においては、実行されている特定のプラズマ剥離プロセスに関して、履歴データまたはテストデータに関連付けられた発光信号(例えばモデル発光信号)を解析することによって、端点を求めることができる。発光信号における高発光フェーズ305の間の極小値の閾値内にある所定の点に対応する、剥離プロセス開始後の時間(例えば約15.8秒)を識別することができる。端点を、識別された時間に応じて求めることができる。
図4には、プラズマ剥離プロセスに関して端点が求められた後の例示的なフォトレジストが示されている。図示されているように、クラスト120の上部部分は、プラズマ剥離プロセス中に除去されている。バルクフォトレジスト100の側面に形成されたクラスト120の側部部分128は、本発明の例示的な態様によって求められた、第1の剥離プロセスの端点に残っている可能性がある。
図2のステップ208を参照すると、端点に達したと判定されない場合には、プロセスはステップ210に進み、プラズマプロセスは、端点に達したと判定されるまで第1の剥離プロセスを継続する。端点に達したと判定された場合には、プロセスはステップ212に進み、第1の剥離プロセスが終了される。
ステップ214においては、プロセスが、フォトレジストのバルクを除去するために第2の剥離プロセスを実行するステップを含む。いくつかの実施形態においては、第2の剥離プロセスは、湿式剥離プロセスであってよい。湿式剥離プロセスは、例えば、湿式化学浴を使用することができる。クラストの少なくとも一部は湿式剥離プロセスに先行して除去されているので、湿式剥離プロセスには、侵襲性の低い化学反応を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、湿式剥離プロセスは、過酸化水素および水酸化アンモニウムを含む浴を使用することができる。
ステップ216においては、プロセスが、基板における後続の処理ステップを実行するステップを含むことができる。一例として、基板におけるドーパントを活性化するために、アニーリングプロセスを実行することができる。他の後続の処理ステップを、本発明の範囲から逸脱することなく、集積回路の製造技術に即して実行することができる。
図5には、本発明の実施例によるフォトレジスト除去プロセスの一部を成すプラズマ剥離プロセスを実行するために使用することができる例示的なプラズマ処理装置500が示されている。装置500は、RF電源506によって給電が行われるプラズマ源504にガスを供給することができるガス注入口502を含むことができる。プラズマ509が生成され、このプラズマ509に基板510が晒される。基板510を、載置台512において支持することができ、この載置台512には、プラズマ509中のイオンを加速させるためにRFバイアス514を印加することができる。ポンプ(図示せず)が排出チャネル516に接続されている。この処理装置500は、図示および考察のために示されたものである。当業者であれば、本明細書における開示によって、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示した例示的なプロセスの種々の態様を実施するために他の処理装置を使用できることを理解するであろう。
いくつかの実施形態においては、図5に示されているように、装置500は、基板510に関連付けられた発光信号(例えば、図3の発光信号300)を取得するように構成されている発光センサ525を含むことができる。発光センサ525は、例えば光学分光計であってよい。
発光信号を、1つまたは複数のコントローラ522に供給することができる。1つまたは複数のコントローラ522は、本発明の実施例による、発光信号から識別された端点に基づいて剥離プロセスの終了を制御することができる。1つまたは複数のコントローラは、1つまたは複数のスタンドアローン型のコントローラであってもよいし、装置に関する全体の制御システムの一部であってもよい。いくつかの実施形態においては、1つまたは複数のコントローラが、1つまたは複数のプロセッサおよび1つまたは複数のメモリデバイスを含むことができる。1つまたは複数のメモリデバイスは、実行時に、種々の演算、例えば本発明の実施例に従い端点を求めることをプロセッサに実行させるコンピュータ可読命令を記憶することができる。1つまたは複数のコントローラ522を、装置500に設けることができるか、または装置500から離れた場所に設けることができる。発光信号を、任意の適切な通信プロトコルを使用して、センサ525から任意の適切な通信媒体(例えば有線式の通信媒体、無線式の通信媒体、または有線式の通信媒体と無線式の通信媒体との組み合わせ)を介して伝達することができる。
本発明の対象を、その特定の実施例に関連させて詳細に説明したが、当業者であれば、上述の事項を理解することによって、そのような実施形態についての代替形態、変更形態、および等価形態を容易にもたらすことができることは自明である。したがって、本開示の範囲は例示的なものであって限定的なものではなく、本発明の対象は、当業者には容易に明らかであるように、本発明の対象に対するそのような修正、変更および/または追加を含めることを排除するものではない。

Claims (15)

  1. 基板からフォトレジストを除去するための方法において、
    バルクフォトレジストと、前記バルクフォトレジストに形成されたクラストと、を有している基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
    前記プロセスチャンバ内で第1の剥離プロセスを開始するステップと、
    前記第1の剥離プロセス中にプラズマに関連付けられた発光信号を取得するステップと、
    少なくとも部分的に前記発光信号に基づいて、前記クラストの少なくとも一部の除去に関連付けられた端点を識別するステップと、
    少なくとも部分的に前記端点に基づいて、前記第1の剥離プロセスを終了するステップと、
    前記基板から前記フォトレジストを除去するために第2の剥離プロセスを開始するステップと、
    を含
    前記端点は、前記クラストの上部部分の除去を示唆する、前記発光信号における所定の点に対応し、
    前記クラストの上部部分の除去を示唆する前記発光信号における前記点は、前記発光信号の高発光フェーズ中に生じる極小値の閾値内にある、
    方法。
  2. 前記バルクフォトレジストから前記クラストの少なくとも一部を除去するように、前記第1の剥離プロセスを実施することができる、
    請求項1記載の方法。
  3. 前記バルクフォトレジストの少なくとも一部を除去するように、前記第2の剥離プロセスを実施することができる、
    請求項1記載の方法。
  4. 前記第1の剥離プロセスは、前記プロセスチャンバ内で誘起されたプラズマに前記基板を晒すプラズマ剥離プロセスである、
    請求項2記載の方法。
  5. 前記第2の剥離プロセスは、湿式剥離プロセスである、
    請求項3記載の方法。
  6. 前記発光信号は、約300nm〜約800nmの範囲の1つまたは複数の波長に関連付けられている、
    請求項1記載の方法。
  7. 前記発光信号は、高発光フェーズと、前記高発光フェーズに続く降下後に存在する低発光フェーズと、を含み、
    前記高発光フェーズは、前記低発光フェーズよりも高い発光に関連付けられている、
    請求項1記載の方法。
  8. 前記端点は、前記クラストの除去を示唆する、前記発光信号における所定の点に対応する、
    請求項7記載の方法。
  9. 前記クラストの除去を示唆する前記発光信号における前記点は、前記発光信号が前記高発光フェーズから降下した後の極小値の閾値内にある、
    請求項8記載の方法。
  10. 前記方法は、前記第2の剥離プロセスに続けて、後続の処理プロセスを実行するステップを含む、
    請求項1記載の方法。
  11. 前記後続の処理プロセスは、アニールプロセスを含む、
    請求項10記載の方法。
  12. 前記クラストは、イオン注入プロセス中に形成される、
    請求項1記載の方法。
  13. 基板からフォトレジストを除去するための剥離方法において、
    バルクフォトレジストと、バルクフォトレジスト層に形成されたクラストと、を有している基板をプラズマプロセスチャンバ内に配置するステップと、
    前記プラズマプロセスチャンバ内でプラズマ剥離プロセスを開始するステップと、
    前記クラストの上部部分の除去を示唆する発光信号における所定の点に対応する端点で前記プラズマ剥離プロセスを終了するステップと、
    前記プラズマ剥離プロセスの終了後に、前記基板から前記バルクフォトレジストおよび前記クラストの残留物を除去するために湿式剥離プロセスを開始するステップと、
    を含む方法。
  14. 前記発光信号は、高発光フェーズと、前記高発光フェーズに続く降下後に存在する低発光フェーズと、を含み、
    前記高発光フェーズは、前記低発光フェーズよりも高い発光に関連付けられている、
    請求項13記載の方法。
  15. 前記クラストの除去を示唆する前記発光信号における前記点は、高発光フェーズ中の極小値の閾値内にある、
    請求項13記載の方法。
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