JPH02174120A - 有機高分子膜の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造においてエツチングマスク
として使用される感光性樹脂等の有機高分子膜を除去す
る方法に関する。

（従来の技術） 半導体装置の製造においては、半導体基板上の加工した
い薄膜に感光性樹脂膜を被覆し、写真蝕刻法により該感
光性樹脂膜を所望のパターンとし、このパターンをマス
クとして下地の薄膜を選択的にエツチングし、この後パ
ターン状の感光性樹脂膜を除去する工程が広く採用され
ている。なお、前記エツチング後の構造を第４図に示す
と、図中の１は半導体基板、２は該基板１上に被覆され
た絶縁膜、３はパターン状感光性樹脂膜４でバターニン
グされた金属配線層等の薄膜パターンである。

」二連した半導体装置の製造工程でのパターン状の感光
性樹脂膜を除去する方法としては、従来、酸素プラズマ
アッシングによる方法が採用されている。しかし、かか
る方法ではアッシング処理後に第５図に示すように薄膜
パターン３の］二面、側面等に再付着膜５が形成され、
感光性樹脂膜を良好に除去できないという問題があった
。

このようなことから、パターン状の感光性樹脂膜を除去
する新しい方法として真空容器内に感光性樹脂膜が形成
された基板を配置し、該容器内にＮＦ３のようなふっ素
原子を含有する第１のガスをマイクロ波で放電させた活
性種を導入すると共に、Ｈ２Ｏのような水素原子と酸素
原子を含有する第２のガスをそのまま導入し、両者の反
応を利用して前記基板上の感光性樹脂膜を除去する方法
が開発されている。かかる感光性樹脂膜の除去方法にを
第６図を参照して説明する。図中の１１は、真空容器で
あり、この容器１１内には被処理基体を設置するための
試料台１２が配置されている。前記容器１１の」二部に
は、第１の輸送管１３が連結されており、かつ該輸送管
１３他端にはアプリケータ１４が設けられている。この
アプリケータ１４には、石英製の放電管１５が挿入され
ており、かつ該放電管１５の他端から導入されるふっ素
原子を含むガスを該アプリケータ１４に連結されたマイ
クロ波電源１６により励起されるようになっている。ま
た、前記真空容器１１の側壁には第２の輸送管１７が連
結されており、かつ該輸送管１７の途中にはバルブ１８
が介装されている。前記第２の輸送管１７の他端側は、
水１９を収容した水溜槽２０内にその他端が水１９に接
触しないように挿着されている。この水溜槽２０内には
、ガス導入管２１がその先端を水１９内に浸漬するよう
に挿管されている。更に、前記真空容器１１の底部には
排気管２２が連結されている。

上記構造の装置により感光性樹脂膜等の有機高分子膜除
去を行なうには、まず試料台１２上に有機高分子膜が被
覆された被処理基体２３を設置した後、排気管２２に連
結された図示しない真空ポンプを作動して真空容器Ｉｌ
内のガスを排気し、所定の真空度とする。つづいて、ふ
っ素原子を含有するガス、例えばＮＦ３を放電管１５に
導入し、マイクロ波電源１６から供給された２、４５Ｇ
　Ｈｚのマイクロ波によリアブリケータ１４で放電を起
こさせ、該アプリケータ１４に放電管１５を通して導入
されたＮＦ３を励起してふっ素ラジカルを生成する。こ
のふっ素ラジカルは長寿命であるため、該ラジカルを含
む活性種を第１の輸送管１３を通して真空容器１１内に
輸送する。同時に、導入管２１から酸素ガスを水溜槽２
０の水１９にバブリングしてＨ２Ｏを含む酸素ガスを第
２の輸送管１７を通して真空容器１１内に輸送し、該容
器１１内でのふっ素ラジカルとＨ２Ｏの反応により試料
台！２上の被処理基体の感光性樹脂膜を除去する。

１〕述した従来の感光性術膜の除去に際してＮＦ３の導
入ｍを３０ｓｅｃｍとし、Ｈ２Ｏの導入量を変えた場合
、感光性樹脂膜のエツチング速度は第７図に示すように
なる。この第７図からＨ２Ｏを導入しない場合には感光
性樹脂膜は全くエツチングされないが、少量のＨ２Ｏの
添加により高速でエツチングが進行することがわかる。

そして、Ｈ２Ｏの導入量が０．１　ｔｏｒｒ付近で最大
となり、４μｍ／＋ｉｎの高速度で感光性樹脂膜を除去
することができる。このような従来の除去方法では、感
光性樹脂膜などの有機高分子膜を高速度で除去するだけ
でなく、更に前述した酸素プラズマアッシングでの問題
となっている薄膜パターンへの再付着膜をも除去するこ
とが可能となる長所を有する。

しかしながら、上記従来の方法による再付着膜の除去は
再現性が劣り、護膜が除去されたり１、除去されなかっ
たりすることが起こる。ががる再付着膜は、試料を割断
してＳＥＭの観察により始めて除去の有無が確認される
ものであるため、再現性が劣ると除去処理前毎にエツチ
ングのための処理条件を確認する作業を必要とする等、
繁雑な作業が必要となる問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、感光性樹脂膜などの有機高分子膜及び再付着膜を
安定かつ再現性よく除去し得る方法を提供しようとする
ものである。

［発明の構成］ （課題を解決するだの手段） 本発明は、真空容器内にふっ素原子を含有する活性種と
、少なくとも酸素原子及び水素原子を含有するガスとを
導入して前記容器内に配置した被処理基体の有機高分子
膜を除去する方法において、前記有機高分子膜の除去処
理中に前記真空容器内の酸素原子の量が最大、又はふっ
素原子の量が最小となるように前記ガスの導入量を調節
することを特徴とする有機高分子膜の除去方法である。

上記ふっ素原子を含有する活性種を生成するための原料
ガスとしては、例えばＮＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６、フロン
ガス、ＢＦ３、Ｆ２、希釈ふっ化物ガス、これらと酸素
の混合ガス等を挙げることができる。かかる原料ガスを
活性種とするための励起手段としては、例えば熱、荷電
粒子ビーム、光、放電等を方法を採用し得る。

上記酸素原子と水素原子を含有するガスとしては、例え
ば水蒸気、アルコール又はこれらをキャリアガスで希釈
したガス等を挙げることができる。

（作用） 本発明者は、上述した従来法での感光性樹脂膜、再付着
膜の除去における再現性の低さを解消するために鋭意研
究したところ、感光性樹脂膜や再付着膜のエツチング速
度は真空容器内の酸素原子及びふっ素原子の量と密接な
関係を有することが明らかとなった。以下に、具体的に
説明する。

前述した第６図に示す装置を用い、ＮＦ３の導入量をａ
ｏｓｃｃｉとし、Ｆ２０の導入量を変えた条件で真空容
器内にて反応させ、該装置に装置した質量分析器により
気相の成分分析を行なったところ、第３図に示す特性図
を得た。第３図は、前記条件下での酸素のシグナル強度
及びふっ素のシグナル強度をＦ２０の導入量に対してプ
ロットしたものである。但し、酸素原子のシグナルはＦ
２０のシグナル強度で規格化し、ふっ素原子のシグナル
強度はＮＦ２のシグナル強度で規格化して示してぃゝる
。この第３図と前述した第７図に示す感光性樹脂膜のエ
ツチング速度の変化とを比較すると、エツチング速度は
酸素原子の量に比例し、ふっ素原子の口に反比例する。

つまり、酸素原子量が最大、ふっ素原子が最小になるＨ
２Ｏの導入量の時、エツチング速度は最大となる。これ
は、がかる系で起こる化学反応が下記式で表わされるこ
とによるものである。

２Ｆ＋Ｈ２０→２ＨＦ＋０ 次に、Ｆ２０の導入量の変化に伴って再付着膜がどのよ
うに除去されるがを調べてみると、感光性樹脂膜のエツ
チング速度が最大になるＦ２０の導入量において再付着
膜も除去されるが、該エツチング速度のピークを少しで
も外れると再付着膜が除去されないことが明らかとなっ
た。この事実により、従来方法による再付着膜の除去再
現性が劣るのは真空容器内の雰囲気が連続的な処理によ
って僅かづつ変化し、ガス導入量や圧力などの条件を一
定に保っていても、真空容器内での反応が変化したため
と考えられる。

以上説明した知見から、本発明は真空容器内にふっ素原
子を含有する活性種と、少なくとも酸素原子及び水素原
子を含有するガスとを導入して前記容器内に配置した被
処理基体の有機高分子膜を除去する際、エツチング速度
のモニター指標として除去処理中の酸素原子量又はふっ
素原子量を用い、これら一方の量を除去処理中に所望の
時間間隔で測定し、酸素原子量が最大又はふっ素原子量
が最小となるように酸素原子及び水素原子を含有するガ
スの導入量を調節することによって、前記エツチング速
度がピークとなる最適な条件下で除去操作を行なうこと
が可能となる。その結果、被処理基体上の感光性樹脂膜
などの有機高分子膜を効率よく除去できると共に、再付
着膜を安定かつ再現性よく除去することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。なお、本実施例で用いる除去装置を示す第１図又は第
２図において前述した第６図と同様な部材は同符号を付
して説明を省略する。

実施例１ ｍ１図は、本実施例１で用いた除去装置を示す概略断面
図である。図中の２４は、真空容器１１にオリフイス２
５を介して連結された質量分析器である。この質量分析
器２４の分析質量は、酸素原子（ｍ／ｅ−１８）、ふっ
素原子（ｍ／ｅ−１９）に固定されており、酸素原子と
ふっ素原子を同時にモニターできるようになっている。

また、前記質量分析器２４の出力は、コンピュータ２６
に入力されている。このコンピュータ２６により、マイ
クロ波電源１６の出力、ガス流量及び圧力などの除去処
理に係わる全ての条件が制御されるようになっている。

次に、第１図に示す除去装置を用いてウェハ上に形成さ
れた感光性樹脂膜の除去方法を説明する。

ます、シリコンウェハ上に絶縁膜を介してＡ４７等の配
線材料層を被覆し、この配線材料層上に感光性樹脂膜で
あるポジ型レジスト膜（東京応化社製商品名、　０ＦＰ
Ｒ−８００）を被覆し、写真蝕刻法により所望のレジス
トパターンを形成した後、該レジストパターンをマスク
として配線材料層を選択的にエツチングして配線層を形
成した。

次いで、真空容器Ｉｌ内の試料台１２上に前記配線形成
後のレジストパターンが残存したウェハ２７を設置した
後、排気管２２に連結された図示しない真空ポンプを作
動して真空容器１１内のガスを排気した。つづいて、Ｎ
Ｆ３を放電管１５に３０ｓｃｃＩＩ＋の条件で導入し、
マイクロ波電源１６から供給された出力５０Ｗ、　２．
４５Ｇ　Ｈｚのマイクロ波によりアプリケータ１４で放
電を起こさせ、該アプリケータ１４に放電管１５を通し
て導入されたＮＦ３を励起してふっ素ラジカルを生成し
た後、ふっ素ラジカルを含む活性種を第１の輸送管１３
を通して真空容器１１内に輸送した。同時に、導入管２
１から酸素ガスを水溜槽２０の水１９にバブリングして
Ｈ２Ｏを含む酸素ガスを第２の輸送管１７を通して真空
容器ｌｌ内に０．１３ｔｏｒｒの条件で輸送し、該真空
容器の圧力を０．１５ｔＯｒｒに保持して前記活性種と
Ｈ２Ｏを真空容器１１内で反応させた。こうした活性種
及びＨ２Ｏの真空容器ｌｌ内への輸送に際して、前記質
量分析器２４でのΔｐ１定、この測定信号が入力される
コンピュータ２６からのフィードバック制御によってレ
ジストパターンのエツチング速度が最大となる条件から
外れないように制御した。これを、以下に具体的に説明
する。

真空容器１１内のガスをオリフィス２５を通して質量分
析器２４に導入し、ここでガス中の酸素原子を１１１１
１定し、つづいて真空容器ｌｌ内にＨ２Ｏを圧力が０．
０１ｔｏｒｒ上がる量だけ導入し、同様に酸素原子量を
Ｍ］定した。直前に測定した酸素原子量よりも増加して
おれば、更にＨ２Ｏの導入量を増加させ、同様の測定操
作を繰返した。直前に測定した酸素原子量よりも減少し
たら、その直前のＨ２Ｏの導入量の時に酸素原子量が最
大となるので、そのＨ２Ｏの導入量に戻す。このように
して酸素原子量が最大となるＨ２Ｏの導入量を捜し出し
、レジストパターンのエツチング速度が最大となる条件
から外れないように制御した。

前記酸素原子量が最大となるＨ２Ｏの導入量を捜し出し
、レジストパターンのエツチング速度が最大となる条件
から外れないような制御をコンピュータ２６により１分
間間隔で行ないながら、枚葉式で真空容器１１内に搬送
される２５枚のウェハ上のレジストパターンの除去を行
なった。

比較例 質量分析器での測定、この測定信号が入力されるコンピ
ュータからのフィードバック制御によってレジストパタ
ーンのエツチング速度が最大となる条件から外れないよ
うに制御する操作を行なわない以外、実施例１と同様な
方法により枚葉式で真空容器内に搬送される２５枚のウ
ェハ上のレジストパターンの除去を行なった。

しかして、本実施例１及び比較例による除去処理後の各
ウェハの状態をＳＥＭにより観察した。

その結果、本実施例１の処理方法では２５枚のウェハ全
てレジスト残渣が観察されず、良好な除去がなされてい
ることが確認された。これに対し、比較例の処理では１
５枚口まではウェハ上へのレジスト残渣が観察されず、
良好な除去がなされていたが、１８枚目以降のウェハに
ついてはレジストの再付着によるものと思われるレジス
ト残渣が観察された。

実施例２ 第２図は、本実施例２に用いた除去装置を示す概略断面
図である。図中の２８は、真空容器１１の下方に連結さ
れ、滴定反応を行なうための別の真空容器である。この
容器２８の側壁には、石英窓２９が設けられており、か
つ該石英窓２９と対向する真空容器２８の外部には分光
器３０が配置されている。この分光器３０の出力は、図
示しないコンピュータに人力される。前記真空容器２８
の側壁には、Ｎ２を該容器２８内に供給するための供給
管３１が連結されている。なお、前記真空容器２８の底
部には排気管２２が連結されている。

上述した第２図図示の除去装置５によるウェハ２７Ｌの
レジストパターンの除去は、１人本的には実施例１と同
様な操作で行ない、レジストパターンのエツチング速度
が最大となる条件から外れないように制御のための酸素
原子量のモニターを、つ工／１２７が設置される真空容
器１１下方に連結された別の真空容器２８の供給管３１
からＮ２を接客ｒＡ２８に供給し、滴定反応を起こさせ
て該容器２８内で発する光を石英窓２９を通して分光器
３０で分析することによって行なった。このような実施
例２の方法にて枚葉式で真空容器Ｉｆ内に搬送される２
５枚のウェハ２７上のレジストパターンの除去を行なっ
たところ、実施例１と同様、２５枚のウェハ上のレジス
トパターンを良好に除去することが確認された。

なお、上記実施例１．２では酸素原子量が最大となるよ
うな制御を行なってレジストパターン等の感光性樹脂膜
の除去を行なったが、真空容器内のふっ素原子量をモニ
ターして該ふっ素原子量が最小となるように制御しても
、各実施例と同様な効果を達成できる。また、これら酸
素原子、ふっ素原子の量のｍｊ定は質量分析法や滴定法
の他に分光器を併用したレーザ誘起法、アクナノメトリ
ー法等を採用し得る。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明の誘起高分子膜の除去方法に
よれば感光性樹脂膜などのａ機高分子膜及び再付着膜を
安定かつ再現性よく除去でき、ひいては半導体装置の製
造に適用することにより生産性の著しい向上化を達成で
きる等顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１で使用した除去装置を示す概
略断面図、第２図は本発明の実施例２で使用した除去装
置を示す概略断面図、第３図はＮＦ、の導入量を３０ｓ
ｅｃ＋ａとし、Ｎ２０の導入量を変えた条件で真空容器
内にて反応させた時の酸素のシグナル強度及びふっ素の
シグナル強度をＮ２０の導入量に対してプロットした特
性図、第４図はパターン状の感光性樹脂膜をマスクとし
てエツチングして薄膜パターンを形成した構造を示す断
面図、第５図は第４図に示す感光性樹脂膜を酸素プラズ
マアッシングした後の状態を示す断面図、第６図は従来
の感光性樹脂膜の除去に使用される装置を示す概略断面
図、第７図は従来の感光性術膜の除去に際してＮＦ３の
導入量を３０ｓｃｃａ＋とし、Ｎ２０の導入量を変えた
場合、感光性樹脂膜のエツチング速度を示す特性図であ
る。 １１．２８・・・真空容器、１２・・・試料台、１３．
１７・・・輸送管、１４・・・アプリケータ、１５・・
・放電管、１６・・・マイクロ波電源、２０・・・水溜
槽、２４・・・質量分析器、２Ｂ・・・コンピュータ、
２７・・・ウェハ、３０・・・分光器、３１・・・Ｎ２
の供給管。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Ｈ２Ｏの 合圧（Ｔｏｒｒ　） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、真空容器内にふっ素原子を含有する活性種と少
   なくとも酸素原子及び水素原子を含有するガスとを導入
   して前記容器内に配置した被処理基体上の有機高分子膜
   を除去する方法において、前記有機高分子膜の除去処理
   中に前記真空容器内の酸素原子の量が最大となるように
   前記ガスの導入量を調節することを特徴とする有機高分
   子膜の除去方法。
2. （２）、真空容器内にふっ素原子を含有する活性種と、
   少なくとも酸素原子及び水素原子を含有するガスとを導
   入して前記容器内に配置した被処理基体上の有機高分子
   膜を除去する方法において、前記有機高分子膜の除去処
   理中に前記真空容器内のふっ素原子の量が最小となるよ
   うに前記ガスの導入量を調節することを特徴とする有機
   高分子膜の除去方法。