JPH01302821A - Resist ashing method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
酸素ガスプラズマを利用するレジストのアッシング方法
に関し。[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a resist ashing method using oxygen gas plasma.
温度およびガス組成に対するアッシングレートの依存性
が少ないアッシング方法を提供することを目的とし。The purpose of this invention is to provide an ashing method in which the ashing rate is less dependent on temperature and gas composition.
酸素ガスに数乃至３０モル％の水素ガスを添加すること
から構成される。It consists of adding several to 30 mol% of hydrogen gas to oxygen gas.
本発明はレジストのアッシング方法に係り、とくに、ハ
ロゲン化炭化水素ガスを用いないアッシング方法に関す
る。The present invention relates to a resist ashing method, and more particularly to an ashing method that does not use halogenated hydrocarbon gas.
半導体装置の製造工程の乾式化にともない、レジストを
酸素プラズマを用いて気体物質に分解・除去するアッシ
ング方法が採用されるようになっている。アッシング方
法のうち、ダウンフロ一方式のアッシング方法は、酸素
プラズマから中性の活性種（０９あるいはＯｒ）を抽出
し、これをレジストに照射することによって、レジスト
を酸化・分解して除去するものである。レジストが塗布
された半導体基板はプラズマの外に置かれており。As the manufacturing process of semiconductor devices becomes dry, an ashing method in which resist is decomposed into gaseous substances and removed using oxygen plasma has been adopted. Among the ashing methods, the down-flow ashing method extracts neutral active species (09 or Or) from oxygen plasma and irradiates the resist with it to oxidize and decompose the resist and remove it. be. The semiconductor substrate coated with resist is placed outside the plasma.
アッシングは純化学反応によって行われるため。Because ashing is performed by a pure chemical reaction.
基板に形成されている半導体素子はイオンあるいは電子
等の荷電粒子の衝突による損傷を避けないという特徴を
有する。A semiconductor element formed on a substrate is characterized in that it cannot avoid damage due to collisions with charged particles such as ions or electrons.
従来、アッシングレートを高めるために、少量のＣＦ、
あるいはＣｚＦｂ等のハロゲン化炭化水素ガスを添加し
た酸素ガスが用いられていた。これらのガスのプラズマ
は、常温で高いアッシングレートが得られるが、アッシ
ング装置の気密シールに用いられている樹脂あるいはゴ
ムから成る０リングまで灰化し、その結果、０リングの
分解生成物により被処理基板が汚染され、また、装置内
部に付着した汚染物質の除去に手間を要し、装置の可動
率が低下する問題があった。Conventionally, in order to increase the ashing rate, a small amount of CF,
Alternatively, oxygen gas to which a halogenated hydrocarbon gas such as CzFb is added has been used. Plasma of these gases can achieve a high ashing rate at room temperature, but the O-rings made of resin or rubber used for the airtight seal of the ashing device are incinerated, and as a result, the decomposition products of the O-rings are There are problems in that the substrate is contaminated, and it takes time and effort to remove contaminants adhering to the inside of the device, reducing the operating rate of the device.
上記のようなハロゲン化炭化水素を用いる方法の欠点を
解決するために、窒素（Ｎ２）や亜酸化窒素（ＮＺＯ）
等を添加した酸素ガスを用いるアッシングが行われるよ
うになったが１この系のガスでは。In order to solve the drawbacks of the method using halogenated hydrocarbons as mentioned above, nitrogen (N2) and nitrous oxide (NZO) are used.
Ashing using oxygen gas added with 1.
アッシングレートの温度依存性が大きく、被処理基板の
温度変動の影響を受けやすい欠点があった。The disadvantage is that the ashing rate has a large temperature dependence and is easily affected by temperature fluctuations of the substrate to be processed.
と（に、平坦化処理を目的としたアッシングの場合には
、平坦化すべきＳｉｎｇ絶縁層等とレジストとのエツチ
ングレートが１：１に維持されず、平坦な表面を得るこ
とが困難であるという重大な問題があった。In addition, in the case of ashing for the purpose of planarization, the etching rate between the Sing insulating layer, etc. to be planarized and the resist is not maintained at 1:1, making it difficult to obtain a flat surface. There was a serious problem.
本発明は１上記０□＋Ｎ２系あるいは０□＋ＮｚＯ系等
の非ハロゲン化炭化水素ガスを用いるアッシングにおけ
るアッシングレートの温度依存性の問題を解決すること
を目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem of temperature dependence of ashing rate in ashing using non-halogenated hydrocarbon gas such as 0□+N2 system or 0□+NzO system.
上記目的は、数乃至３０モル％の水素を含有する酸素ガ
スを用いて行うことを特徴とする本発明に係るレジスト
のアッシング方法によって達成される。The above object is achieved by the resist ashing method according to the present invention, which is characterized in that it is carried out using an oxygen gas containing several to 30 mol% of hydrogen.
数ないし好ましくは１０モル％以上の水素を含有する酸
素ガスのプラズマを用いるダウンフロ一方式のアッシン
グによれば、０□＋Ｎ２系あるいは０２＋ＮｔＯ系のガ
スを用いるダウンフロ一方式のアッシングに比べて、ア
ッシングレートの温度依存性は１７２程度まで低減され
る。また、アッシング反応には酸素および水素の双方の
活性種がレジストのアッシングに寄与しており、アッシ
ングレートに対するガス組成の変動の影響も軽減される
。According to down-flow one-way ashing using a plasma of oxygen gas containing several or preferably 10 mol% or more of hydrogen, the ashing rate is lower than down-flow one-way ashing using 0□+N2-based or 02+NtO-based gas. The temperature dependence of is reduced to about 172. In addition, active species of both oxygen and hydrogen contribute to ashing of the resist in the ashing reaction, and the influence of fluctuations in gas composition on the ashing rate is also reduced.
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の方法にもとづ（ダウンフロー方式のア
ッシングにおけるアッシングレートと酸素中の水素の含
有率（Ｈ２／（Ｏ□十Ｈｚ）％〕の関係を示すグラフで
あって、後述するプラズマ中の酸素原子濃度と前記水素
含有率の関係も併記しである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the ashing rate in downflow ashing and the content of hydrogen in oxygen (H2/(O□10Hz)%) based on the method of the present invention, which will be described later. The relationship between the oxygen atom concentration in the plasma and the hydrogen content is also shown.
図示のように、アッシングレートは、５モル％の水素を
添加することによって、純酸素の場合より急激に増大す
る。水素の含有率が１０モル％から３０モル％の範囲で
は、アッシングレートが一定であることを示している。As shown, the ashing rate increases more rapidly by adding 5 mol % hydrogen than in the case of pure oxygen. It is shown that the ashing rate is constant when the hydrogen content is in the range of 10 mol % to 30 mol %.
上記水素含有率範囲におけるアッシングレートは約０．
６ μｒｍ ／ｍｉｎであり。The ashing rate in the above hydrogen content range is approximately 0.
6 μrm/min.
水素を含有しない純酸素ガスを用いた場合のアッシング
レート２．５μｍ ／ｓｉｎの約２．５倍である。なお
、アッシング条件の詳細は後述する。This is about 2.5 times the ashing rate of 2.5 μm/sin when pure oxygen gas containing no hydrogen is used. Note that the details of the ashing conditions will be described later.
第２図は本発明の実施に用いたダウンフロ一方式のアッ
シング装置の概要構成を示す断面図であって９例えばア
ルミニウムから成る処理槽ｌは反応室２とプラズマ発生
室３とに分かれており１両室の間には、直径１ｍｍ程度
の多数の貫通孔が設けられた１例えばアルミニウムから
成るシャワー仮４によって仕切られている。反応室２内
には温度制御が可能な加熱ステージ５が設けられており
。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the general configuration of a down-flow one-type ashing device used in the implementation of the present invention, in which a processing tank 1 made of, for example, aluminum is divided into a reaction chamber 2 and a plasma generation chamber 3; The two chambers are partitioned by a shower frame 4 made of aluminum, for example, and provided with a large number of through holes each having a diameter of about 1 mm. A heating stage 5 whose temperature can be controlled is provided within the reaction chamber 2.
この上に１例えばシリコンウェハのような被処理基板６
が載置されている。被処理基板６の上表面には、アッシ
ングされるレジスト（図示省略）が塗布されている。On top of this, 1 is placed a substrate 6 to be processed, such as a silicon wafer.
is placed. A resist (not shown) to be ashed is applied to the upper surface of the substrate 6 to be processed.
反応室２内は、排気管７に接続されている図示しない真
空系により排気される。プラズマ発生室３には２ガス導
入管８を通じて、水素を含有する酸素ガスが導入される
。プラズマ発生室３上方には２例えば石英板から成るマ
イクロ波透過窓９が設けられており、右方に接続されて
いる導波管１゜から送られてくるマイクロ波が、マイク
ロ波透過窓９を通じてプラズマ発生室３内に伝播して内
部のガスを励起し、プラズマを発生させる。The inside of the reaction chamber 2 is evacuated by a vacuum system (not shown) connected to an exhaust pipe 7. Oxygen gas containing hydrogen is introduced into the plasma generation chamber 3 through a two-gas introduction pipe 8 . A microwave transmission window 9 made of, for example, a quartz plate is provided above the plasma generation chamber 3, and the microwave transmitted from the waveguide 1° connected to the right side passes through the microwave transmission window 9. It propagates into the plasma generation chamber 3 through the gas, excites the gas inside, and generates plasma.
プラズマ中の中性の活性種であるＯ“、０□′。O", 0□', which are neutral active species in plasma.
Ｈ” ＋ Ｈ２″は拡散によりシャワー板４の貫通孔を
通じて反応室２に輸送され、被処理基板６に塗布された
レジストと反応する。その結果、レジストは酸化・分解
し、揮発性の物質となって排気管７から排出される。H''+H2'' is transported to the reaction chamber 2 through the through hole of the shower plate 4 by diffusion, and reacts with the resist applied to the substrate 6 to be processed. As a result, the resist is oxidized and decomposed, becoming a volatile substance that is discharged from the exhaust pipe 7.
第１図のデータは１次のアッシング条件の下で得られた
ものである。The data in FIG. 1 was obtained under first-order ashing conditions.
被処理基板６は直径４インチのウェハであり。The substrate to be processed 6 is a wafer with a diameter of 4 inches.
この上面全体に０ＦＰＲ８００レジスト（東京応化製）
を１μ曙の厚さに塗布した。この被処理基板６を加熱ス
テージ５に載置し、温度１８０℃に加熱した。0FPR800 resist (manufactured by Tokyo Ohka) on the entire top surface
was applied to a thickness of 1 μm. This substrate 6 to be processed was placed on the heating stage 5 and heated to a temperature of 180°C.
プラズマ発生室３内にガスを流ｉｆ ＳＬＭで導入し。Gas is introduced into the plasma generation chamber 3 using a flow if SLM.
圧力がＱ、３Ｔｏｒｒに保持されるように排気系を制御
した。プラズマ発生室３に入力されるマイクロ波のパワ
ーは１ 、５ＫＷである。The exhaust system was controlled so that the pressure was maintained at Q, 3 Torr. The power of the microwave input into the plasma generation chamber 3 is 1.5 KW.
第１図には、プラズマ中における酸素原子濃度とガス組
成（）Ｉｔ／（Ｏ□十ｌｂ）％〕の関係が併記されてい
る。この酸素原子濃度はＡｒによるアクナノメトリ法を
用いてプラズマ発生室３内を直接観測して得た値である
。FIG. 1 also shows the relationship between the oxygen atom concentration in the plasma and the gas composition ()It/(O□10lb)%]. This oxygen atom concentration is a value obtained by directly observing the inside of the plasma generation chamber 3 using an argonometric method.
図示のように、水素が１０モル％以下の範囲では。As shown in the figure, in the range where hydrogen is 10 mol% or less.
アッシングレートの変化と酸素原子濃度の変化とはよく
一致している。しかしながら、水素含有率が１０モル％
以上の範囲では、アッシングレートが一定値を保つのに
対して、酸素原子濃度は水素濃度の増加とともに減少す
る。このことは、水素含有率が１０モル％以上の範囲で
は、酸素原子の他に。The change in ashing rate and the change in oxygen atom concentration are in good agreement. However, the hydrogen content is 10 mol%
In the above range, the ashing rate remains constant, while the oxygen atom concentration decreases as the hydrogen concentration increases. This means that in addition to oxygen atoms, in a range where the hydrogen content is 10 mol% or more.
水素原子がアッシングに寄与していことを示唆するもの
と考えられる。これは、従来の０２＋ＮＺ系等のガスを
用いるダウンフロ一方式のアッシングにおいては、酸素
原子が主として寄与するとされている（品用他、第４８
回秋季応用物理学会予稿集。This is thought to suggest that hydrogen atoms contribute to ashing. This is because in the conventional down-flow one-way ashing using gas such as 02+NZ, oxygen atoms are said to mainly contribute (Shinyo et al., No. 48
Autumn Proceedings of the Japan Society of Applied Physics.
１９ｐ−に−２（１９８７） ）のと異なっている。19p-ni-2 (1987)).
第３図はアッシングレートと被処理基板６の温度との関
係を示すアレニウスプロットであって。FIG. 3 is an Arrhenius plot showing the relationship between the ashing rate and the temperature of the substrate 6 to be processed.
１５モル％の水素を含有する本発明の０□＋Ｈ２系のガ
スと１０モル％の窒素を含有する従来の０□＋Ｎ２系の
ガスの双方の場合を併記しである。被処理基板６温度を
除（その他のアッシング条件は第１図の場合と同じであ
る。The case of both the 0□+H2-based gas of the present invention containing 15 mol% hydrogen and the conventional 0□+N2-based gas containing 10 mol% nitrogen are shown. Except for the temperature of the substrate 6 to be processed (other ashing conditions are the same as in the case of FIG. 1).
図示のように＋ＯＺ”Ｈ１系のガスの方がアッシングレ
ートが高く直線の傾きが小さく、アッシングレートの温
度依存性が小さいことを示している。As shown in the figure, +OZ''H1-based gas has a higher ashing rate and a smaller slope of the straight line, indicating that the temperature dependence of the ashing rate is smaller.
しかも、１８０℃近傍以下の温度においては、０□＋Ｈ
２系のガズの方がアッシングレートが高いことが示され
ている。第４図は、第３図と同様のアレニウスプロット
から求めたアッシング反応の活性化エネルギーと０□＋
Ｈ２系のガスにおける水素含有率（Ｈｚ／ （０！ ＋
Ｈｚ）％〕との関係を示すグラフである。Moreover, at temperatures below around 180℃, 0□+H
It has been shown that the 2-type Gaz has a higher ashing rate. Figure 4 shows the activation energy of the Ashing reaction and 0□+ obtained from the Arrhenius plot similar to Figure 3.
Hydrogen content in H2-based gas (Hz/ (0! +
Hz)%].
水素含有率が５モル％以上で、活性化エネルギーがほぼ
一定となることを示している。この活性化エネルギーは
約０．４０ｅＶであり、これに対して従来の０□＋Ｎ！
系のガスを用いるアッシング反応の活性化エネルギー約
０．５２ｅＶである。It is shown that the activation energy becomes almost constant when the hydrogen content is 5 mol % or more. This activation energy is approximately 0.40eV, compared to the conventional 0□+N!
The activation energy of the ashing reaction using the system gas is about 0.52 eV.
このことから１本発明の０□＋Ｈ２系のガスを用いる場
合の方がより低温でアッシング反応が進むことが示唆さ
れる。このアッシング反応は、ガス組成の変動を受けな
い。This suggests that the ashing reaction proceeds at a lower temperature when the 0□+H2 type gas of the present invention is used. This ashing reaction is not subject to variations in gas composition.
なお、酸素中の水素含有率が３０モル％以上の範囲にお
いてもアッシング特性の改良が期待されるが、これ以上
の含有率では、ガス爆発を起こす危険がある。通常、酸
素中の水素含有率６％が爆発限界とされているが、３０
モル％程度までは、第２図における排気管７に窒素を供
給して６％以下に希釈することによって、爆発の危険を
回避できる。It is expected that the ashing properties will be improved even if the hydrogen content in oxygen is 30 mol % or more, but if the content is higher than this, there is a risk of gas explosion. Normally, the explosion limit is considered to be 6% hydrogen content in oxygen, but 30%
Up to about mol%, the risk of explosion can be avoided by supplying nitrogen to the exhaust pipe 7 in FIG. 2 to dilute it to 6% or less.
なお、上記実施例においては１本発明をダウンフロ一方
式のアッシングに適用した場合を説明したが９本発明は
、バレル方式のアッシング方法にも適用可能である。In the above embodiment, a case where the present invention is applied to a down-flow type ashing method has been described, but the present invention can also be applied to a barrel type ashing method.
本発明によれば、レジストのアッシングにおいて、被処
理基板の温度およびガス組成に対するアッシングレート
の依存性が小さくなり、アッシング工程が安定化される
ため、製品の歩留りが向上可能となる。また、ハロゲン
化炭化水素系のガスを用いた場合の遊離炭素による汚染
が生じないため、アッシング装置の高稼動率を維持可能
となる。According to the present invention, in resist ashing, the dependence of the ashing rate on the temperature of the substrate to be processed and the gas composition is reduced, and the ashing process is stabilized, so that the yield of products can be improved. Further, since contamination due to free carbon does not occur when a halogenated hydrocarbon gas is used, a high operating rate of the ashing device can be maintained.
第１図は本発明におけるアッシングレートおよびアッシ
ングガスプラズマ中の酸素原子濃度とガス組成の関係を
示すグラフ。
第２図は本発明の実施に用いたアッシング装置の概要構
成を示す断面図。
第３図はアッシングレートの温度依存性を示すグラフ。
第４図はアッシング反応の活性化エネルギーとガス組成
の関係を示すグラフ
である。
図において。
１は処理槽。
２は反応室。
３はプラズマ発生室。
４はシャワー板。
５は加熱ステージ。
６は被処理基板。
７は排気管。
８はガス導入管。
９はマイクロ波透過窓。
１０は導波管
である。
ｏ Ｓ Ｉｏ １５ ２（７
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アッシングし一ト右よび１竣素凍をＡＩ倹と力゛λ東匪
威を関イ東第 １ 図
木全明ＩＩＱ實絶（引シＩ△ター向ンフロ一方弐ｎアッ
シング製り第 ｚ 図
アッシングＬ−１＝のツＬ痩依存）゛乞第 ３ 図FIG. 1 is a graph showing the relationship between the ashing rate, the oxygen atom concentration in the ashing gas plasma, and the gas composition in the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an ashing device used in carrying out the present invention. FIG. 3 is a graph showing the temperature dependence of the ashing rate. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the activation energy of the ashing reaction and the gas composition. In fig. 1 is a processing tank. 2 is a reaction chamber. 3 is the plasma generation chamber. 4 is the shower board. 5 is the heating stage. 6 is a substrate to be processed. 7 is the exhaust pipe. 8 is a gas introduction pipe. 9 is a microwave transmission window. 10 is a waveguide. o S Io 15 2 (7
2 Da 30 - Ashing, one to the right and 1 completed Soto, AI and power ゛λ東匪wei to the Kanto No. 1 Tsuki Zenmei IIQ reality (pulling I △ turn direction flow while 2 n ashing) Figure 3
Claims (1)
ストを除去するレジストのアッシング方法であって、該
酸素ガスに所定割合の水素ガスを添加することを特徴と
するレジストのアッシング方法。1. A resist ashing method for removing the resist by causing an oxygen gas plasma to react with the resist, the resist ashing method comprising adding a predetermined proportion of hydrogen gas to the oxygen gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13364488A JPH01302821A (en) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Resist ashing method |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02263436A (en) * | 1989-04-03 | 1990-10-26 | Mitsubishi Electric Corp | Generating method of active chemical species and manufacture of electronic member material |
| JPH07199485A (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-04 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Removing method of photoresist |
-
1988
- 1988-05-31 JP JP13364488A patent/JPH01302821A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02263436A (en) * | 1989-04-03 | 1990-10-26 | Mitsubishi Electric Corp | Generating method of active chemical species and manufacture of electronic member material |
| JPH07199485A (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-04 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Removing method of photoresist |
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