JPH08139004A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高ドーズのイオン注入等による硬化変質層を
有するレジストマスクの、高スループットでクリーンか
つ低ダメージなアッシング装置およびアッシング方法を
提供する。 【構成】 ＵＶ光に対し透明な誘電体材料による透明べ
ルジャ６を有するヘリコン波プラズマ発生源を有するプ
ラズマ処理装置により、硬化変質層をアッシングし、次
に被処理基板１をＵＶ光照射手段７の方向に移動し、オ
ゾン中ＵＶ光照射によりレジストマスクの未変質層をア
ッシングする。 【効果】 １台の高密度プラズマ処理装置により、高密
度イオンモードのアッシング処理と、イオンを伴わない
気相処理が可能であり、高スループットで残渣のないア
ッシングが可能となる。Ａｌ系金属層パターニング後の
レジストマスクアッシングと不動態被膜形成処理を連続
的に施すこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程等
で用いるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関
し、さらに詳しくは、表面に硬化変質層を有するレジス
トマスクのプラズマアッシング等に用いて好適な、プラ
ズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程におい
て、レジストマスクの剥離を必要とする工程がある。こ
のレジストマスク剥離工程は、従来より用いられてきた
発煙硝酸や硫酸過水（硫酸と過酸化水素水の混合物）を
用いたウェットプロセスに替わって、Ｏ₂ プラズマやＯ
₃ を利用するドライアッシング方法が、広く製造現場で
用いられつつある。

【０００３】ドライアッシングは、有機高分子からなる
フォトレジストを、酸素ラジカルや酸素イオン等の活性
種により酸化し、ＣＯやＣＯ₂ とする燃焼反応で除去す
るのが基本的な反応機構である。このため、通常のフォ
トレジスト材料であれば、アッシングは比較的容易であ
り格別の問題はない。むしろ、プラズマアッシングを施
した際の荷電粒子やプラズマ発光の入射によるダメージ
の発生を避けるため、プラズマ発生源を被処理基板から
離間して設けたり、あるいはプラズマを用いず、ＵＶ光
を照射しつつＯ₃ で気相アッシングするマイルドなアッ
シング方法が、半導体デバイスの構造によっては採用さ
れている。

【０００４】しかしながら、これらダメージフリーのア
ッシング方法では、イオン注入やプラズマエッチングの
マスクとして使用したレジストマスクのように、表面に
硬化変質層が形成された場合にはその剥離性が著しく劣
化する。例えば、イオン注入のマスクとしてレジストマ
スクを用いる場合には、当然レジストマスクにもイオン
注入が行われる。特に１０¹⁵個／ｃｍ² 以上の高ドーズ
量かつ高エネルギのイオン注入がレジストマスクに施さ
れると、イオン衝撃にともなう発熱を主原因として、レ
ジストの架橋反応が強度に進み、レジストマスクの表面
に硬化変質層が形成される。この硬化変質層のアッシン
グは、通常の酸素ラジカルや酸素イオン等ではアッシン
グ速度が著しく小さくなり、スループットが低下する。

【０００５】ドライアッシング速度を向上するには、一
般には被処理基板温度を例えば２００℃以上の高温に加
熱すればよい。この場合、レジストマスク内部に残留し
ていた溶剤や低分子量成分が気化して脱離するが、前述
のように硬化変質層が表面に形成されていると、気体成
分の脱離が滞る上に、硬化変質層の除去に長時間を要す
るので、レジストマスクの内圧が高まる。この内圧が限
界に達すると、レジストマスクがポッピングと称する破
裂現象をおこし、硬化変質層の破片が飛び散るので、被
処理基板やアッシング装置内のパーティクル汚染を招
く。

【０００６】このようなことから、高ドーズ量のイオン
注入を経たレジストマスクのドライアッシング方法とし
て、硬化変質層をＨ₂ −ＲＩＥで架橋構造を分解しなが
ら除去し、つぎに内部の未変質レジストを通常のアッシ
ング装置、例えばダウンフロープラズマアッシング装置
で除去してＮａ汚染をも防止する２段階アッシング法
が、第３６回応用物理学関係連合講演会（１９８９年春
季年会）講演予稿集ｐ５７４、講演番号１ｐ−Ｌ−１３
に報告されている。しかしこの方法では、アッシング装
置が２種類必要なことから、装置の大型化や、被処理基
板の搬送にともなうスループットの低下が問題となる。

【０００７】一方、レジストマスクの剥離性の劣化は、
イオン注入後のレジストマスクのみではなく、プラズマ
エッチング後のレジストマスクにおいても見られる。こ
の場合は、ポッピングを生じる程の強固な硬化変質層は
存在しないものの、レジストマスクの表面はエッチング
時の反応生成物からなる側壁保護膜により被覆されるの
で、アッシングは困難なものとなる。特にＣｌ系ガスを
用いたＡｌ系金属層のエッチング時には、不十分なレジ
スト剥離による残留塩素に起因して、アフターコロージ
ョンを生じる場合もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、上述した従来のレジストマスク剥離工程にともなう
技術的問題点を解決することであり、高ドーズ量のイオ
ン注入等を経て硬化変質層を有するレジストマスクのド
ライアッシングを、高スループットで、被処理基板にダ
メージを生じることなく、しかも被処理基板やアッシン
グ装置内のパーティクル汚染を発生することなく施すこ
とができる、クリーンなプラズマ処理装置およびプラズ
マ処理方法を提供することである。

【０００９】また本発明の別の課題は、Ａｌ系金属配線
パターニング後のレジストマスクおよび側壁保護膜のド
ライアッシングを、高スループットで、残渣を発生する
ことなく、しかもアフターコロージョンを生じることな
く施すことができる、クリーンなプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法を提供することである。

【００１０】さらに本発明の別の課題は、装置の大型化
をともなうことなく、単一のチャンバ内で上記課題を達
成しうるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提
供することである。本発明の上記以外の課題は、本願明
細書および添付図面の説明により明らかにされる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は上記課題を解決するために提案するものであり、誘
電体材料からなる透明べルジャと、この透明べルジャを
巻回するループ状ＲＦアンテナと、このループ状ＲＦア
ンテナを巻回するソレノイドコイルアッセンブリを有す
るヘリコン波プラズマ発生源と、先の透明べルジャを透
過して被処理基板にＵＶ光を照射するＵＶ光照射手段
と、ヘリコン波プラズマ発生源に連接し、被処理基板を
載置するとともにこの被処理基板をＵＶ光照射手段の方
向に移動可能な可動基板ステージを内蔵するプラズマ処
理室とを備えて構成されることを特徴とするものであ
る。

【００１２】また本発明のプラズマ処理装置は、誘電体
材料からなる透明べルジャと、この透明べルジャを巻回
するＲＦアンテナを有する誘導結合プラズマ発生源と、
先の透明べルジャを透過して被処理基板にＵＶ光を照射
するＵＶ光照射手段と、誘導結合プラズマ発生源に連接
し、被処理基板を載置するとともにこの被処理基板をＵ
Ｖ光照射手段の方向に移動可能な可動基板ステージを内
蔵するプラズマ処理室とを備えて構成されることを特徴
とするものである。

【００１３】上述したいずれのプラズマ処理装置におい
ても、可動基板ステージには基板バイアス印加手段と、
基板加熱手段を有することが望ましい。

【００１４】また本発明のプラズマ処理方法は前述した
課題を解決するために提案するものであり、誘電体材料
からなる透明べルジャと、この透明べルジャを巻回する
ループ状ＲＦアンテナと、このループ状ＲＦアンテナを
巻回するソレノイドコイルアッセンブリを有するヘリコ
ン波プラズマ発生源と、先の透明べルジャを透過して被
処理基板にＵＶ光を照射するＵＶ光照射手段と、ヘリコ
ン波プラズマ発生源に連接し、被処理基板を載置すると
ともにこの被処理基板をＵＶ光照射手段の方向に移動可
能な可動基板ステージを内蔵するプラズマ処理室とを備
えて構成されるプラズマ処理装置を用いて、被処理基板
にヘリコン波プラズマによるプラズマ処理を施す第１の
工程と、この被処理基板をＵＶ光照射手段の方向に移動
し、Ｏ₃を含むガス中でこの被処理基板にＵＶ光を照射
する第２の工程とを有することを特徴とするものであ
る。この第２の工程においては、プラズマは発生させな
くてもよい。

【００１５】さらに本発明のプラズマ処理方法は、誘電
体材料からなる透明べルジャと、この透明べルジャを巻
回するＲＦアンテナを有する誘導結合プラズマ発生源
と、先の透明べルジャを透過して被処理基板にＵＶ光を
照射するＵＶ光照射手段と、誘導結合プラズマ発生源に
連接し、被処理基板を載置するとともにこの被処理基板
をＵＶ光照射手段の方向に移動可能な可動基板ステージ
を内蔵するプラズマ処理室とを備えて構成されたプラズ
マ処理装置を用いて、被処理基板に誘導結合プラズマに
よるプラズマ処理を施す第１の工程と、この被処理基板
をＵＶ光照射手段の方向に移動し、Ｏ₃ を含むガス中で
この被処理基板にＵＶ光を照射する第２の工程とを有す
ることを特徴とするものである。この第２の工程におい
ては、プラズマは発生させなくてもよい。

【００１６】いずれのプラズマ処理方法であっても、第
１の工程はイオン注入のマスクとして用いたレジストマ
スクの硬化変質層のアッシング工程であり、第２の工程
は硬化変質層除去後のレジストマスクの未変質層のアッ
シング工程である場合に好ましく用いることができる。

【００１７】さらに上述したいずれのプラズマ処理方法
であっても、第１の工程はＡｌ系金属配線パターニング
後のレジストマスクおよび側壁保護膜のアッシング工程
であり、第２の工程はＡｌ系金属配線表面の不動態被膜
形成工程である場合に好ましく用いることができる。不
動態被膜としてはＡｌ₃ Ｏ₃ が例示できる。

【００１８】

【作用】本発明のプラズマ処理装置の骨子は、高密度プ
ラズマ発生源と、Ｏ₃ 中ＵＶ照射による気相処理装置と
を組み合わせ、しかも両装置の機能を最大限に発揮しう
る装置構成を採用した点にある。

【００１９】ヘリコン波プラズマ発生源や誘導結合プラ
ズマ発生源は、誘電体材料からなるべルジャの周囲にＲ
Ｆアンテナを巻回するか、さらにＲＦアンテナの周囲に
ソレノイドコイルを巻回する装置構成により、１×１０
¹¹／ｃｍ³ 以上１×１０¹⁴／ｃｍ³ 未満程度の高密度プ
ラズマを得るものである。このため、べルジャを石英や
アルミナ等の透明な材料で構成すれば、べルジャを経由
して被処理基板にＵＶ光を照射しうるＵＶ光源を容易に
設置することができる。

【００２０】また基板ステージをＵＶ光源の方向に移動
可能に構成すれば、プラズマ発生源から被処理基板を離
間して施す高密度な拡散プラズマによるプラズマ処理装
置と、ＵＶ光源と被処理基板を近接して施す効率の高い
気相処理装置を、同一の処理チャンバ内で連続して施す
装置を構築することができる。

【００２１】次に本発明のプラズマ処理方法によれば、
上述したプラズマ処理装置の採用により、ヘリコン波プ
ラズマや誘導結合プラズマ等の高密度プラズマによる効
率の高いアッシングと、Ｏ₃ 中ＵＶ照射による低ダメー
ジの気相処理とを同一の処理チャンバ内で連続して施す
ことが可能となる。

【００２２】このため、高ドーズ量のイオン注入のマス
クとして使用したレジストマスクのアッシングにおいて
は、表面の硬化変質層のアッシングを高密度プラズマと
基板バイアスの印加ににより速やかに除去できる。した
がって、ポッピングが原理的に発生せず、これに起因す
るパーティクル汚染が防止できる。また硬化変質層の除
去後には、基板ステージをＵＶ光源の方向に移動し、Ｏ
₃ 中でＵＶ光照射すれば、レジストマスクの残部は通常
の未変質のレジストと同様に容易にアッシングできる。
この第２の工程においては、荷電粒子を用いることがな
いので被処理基板に対してダメージフリーのアッシング
が可能である。

【００２３】さらにプラズマエッチング終了後のレジス
トアッシングにおいても、表面の硬化変質層や反応生成
物による側壁保護膜は、高密度プラズマと基板バイアス
の印加ににより速やかに除去した後、基板ステージをＵ
Ｖ光源の方向に移動し、Ｏ₃中でＵＶ光照射すれば、レ
ジストマスクの残部は通常の未変質のレジストと同様に
容易にアッシングされる。またＡｌ系金属層のパターニ
ングに用いたレジストマスクのアッシング工程であれ
ば、パターニングされたＡｌ系金属配線表面にはＡｌ₂
Ｏ₃ による不動態被膜が形成されて安定化し、アフター
コロージョンを防止できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。

【００２５】実施例１ 本実施例は、ＵＶ光照射手段を有するヘリコン波プラズ
マ処理装置を使用して、高ドーズ量のイオン注入のマス
クとして用いたレジストマスクをアッシングした例であ
り、これを図１（ａ）〜（ｂ）および図３（ａ）〜
（ｄ）を参照して説明する。

【００２６】図１（ａ）〜（ｂ）は本実施例で用いたヘ
リコン波プラズマ処理装置の概略構成例を示す図であ
る。ヘリコン波プラズマ発生源は、石英またはアルミナ
等ＵＶ光に対して透明な誘電体材料からなる透明べルジ
ャ６を巻回するループ状ＲＦアンテナ９、ＲＦ電源１
２、スイッチ１０、マッチングネットワーク１１、内周
ソレノイドコイルおよび外周ソレノイドコイルからなる
ソレノイドコイルアッセンブリ１３等から構成される。
このうち、内周ソレノイドコイルはヘリコン波の伝播に
寄与するものであり、外周ソレノイドコイルは発生した
プラズマの輸送に寄与するものである。透明べルジャ６
の上側面にはガスノズル８が配設されるが、これはガス
流の均一化のため複数設けてもよく、ガスシャワーリン
グとして透明べルジャ６内部の上側面にわたり多数の吹
き出し孔を有するリング状に設けてもよい。本プラズマ
処理装置の特徴部分として、透明べルジャ６上部であっ
て被処理基板１を臨む位置に、ＵＶ光照射手段７の一例
として高圧Ｈｇランプを配設する。高圧Ｈｇランプは、
照射光強度の均一化のため複数本、例えば５本設ける事
が望ましい。

【００２７】ヘリコン波プラズマ発生源にはこれに連接
してプラズマ処理室１４を設け、このプラズマ処理室１
４の周囲には、ソレノイドコイルアッセンブリ１３の外
周ソレノイドコイルによる発散磁界を制御するマルチポ
ール磁石１５を配設する。プラズマ処理室１４の内部に
は、被処理基板１を載置する基板ステージ２をヘリコン
波プラズマ発生源と対向する位置に設置する。この基板
ステージ２は本発明のプラズマ処理装置の特徴部分の一
部をなすものであり、図示しない流体シリンダやモータ
等の駆動手段により図の上下方向、すなわち、ＵＶ光照
射手段７の方向に移動可能である。基板ステージ２に
は、被処理基板１の加熱手段３として抵抗加熱ヒータ等
が内蔵されており、さらに基板バイアス電源５が接続さ
れている。符号４は基板ステージ２の移動にともなう基
板ステージ２支持部とプラズマ処理室１４との摺動部分
の気密を確保するためのベローズである。なお同図で
は、真空ポンプ、被処理基板１の保持手段、基板温度検
出・制御手段等の細部は図示を省略する。本プラズマ処
理装置によれば、ループ状ＲＦアンテナ９による電界
と、ソレノイドコイルアッセンブリ１３による磁界との
相互作用による、１×１０ ¹³／ｃｍ³ 台の高密度プラズ
マを用いたプラズマ処理が可能である。

【００２８】次に本発明のプラズマ処理方法の具体例を
図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施例で用
いた試料は、図３（ａ）に示すようにＳｉ等の半導体基
板３１上に所望のパターン形状にレジストマスク３２を
形成したものである。このレジストマスク３２をマスク
として、５×１０¹⁵個／ｃｍ² のＢＦ₃ を５０ｋｅＶの
加速電圧でイオン注入した後の状態が図３（ｂ）であ
り、イオン注入前のレジストマスク３２の表面は硬化変
質層３３が形成されるとともに、その内部はレジストマ
スク未変質層３２ａのままである。硬化変質層３３は、
通常のＯ₂ プラズマアッシングやＯ₃ 中ＵＶ光照射によ
るアッシングでは除去が困難なものである。図３（ｂ）
に示すサンプルを被処理基板とする。

【００２９】この被処理基板１を図１（ａ）に示したプ
ラズマ処理装置の基板ステージ２上に載置し、一例とし
て下記プラズマ処理条件により変質硬化層３３のアッシ
ングをおこなった。 Ｏ₂ 流量 １８０ ｓｃｃｍ Ｈ₂ Ｏ（水蒸気）流量 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２０００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板バイアスパワー ５０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 １５０ ℃ この第１の工程においては、ソレノイドコイルアッセン
ブリ１３は通電してべルジャ６内にホイッスラ波を伝播
しヘリコン波プラズマを生成する。ヘリコン波プラズマ
は外周ソレノイドコイルが作る発散磁界に誘導され、プ
ラズマ処理チャンバ１４に輸送される。ここではヘリコ
ン波モードの高密度プラズマにより発生するＯ⁺ （酸素
イオン）等の高密度イオン照射効果で変質硬化層３３が
短時間でアッシング除去される。この状態を図１（ｃ）
に示す。基板温度が１５０℃と低いことも寄与して、ポ
ッピングは発生しない。なおＨ₂ Ｏの添加は、変質硬化
層３３の分解に寄与するＨ⁺ の生成と、Ｏ^* （酸素ラジ
カル）の活性化率の向上に寄与するものであるが、必ず
しも必要なものではない。

【００３０】続けて、図１（ｂ）に示すように基板ステ
ージ２をＵＶ光照射手段７の方向に移動し、被処理基板
１とＵＶ光照射手段７との距離を例えば１０ｍｍとし
て、下記条件によりレジストマスク未変質層３２ａをア
ッシングした。 Ｏ₃ 流量 ２０００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １３３ Ｐａ 高圧Ｈｇランプパワー ５００ Ｗ 基板温度 １５０ ℃ この第２の工程では、第１の工程において既に効果変質
層３３の除去が済んでいるので、プラズマやイオン照射
を用いないＯ₃ 中ＵＶ光照射による気相処理でも良好な
アッシングが可能である。なお図１（ｂ）では、説明の
ためループ状ＲＦアンテナ９はその１部を切り欠いて示
している。

【００３１】アッシング終了後の被処理基板１を図３
（ｄ）に示す。本実施例によれば、高密度ドーズ量のイ
オン注入により硬化変質層が生じたレジストマスクのア
ッシングにおいても、残渣やポッピングによるパーティ
クル汚染や、ダメージを生じない良好なレジスト剥離
が、単一のプラズマ処理装置により実現出来る。

【００３２】実施例２ 本実施例は、ＵＶ光照射手段を有する誘導結合プラズマ
処理装置を使用して、Ａｌ系金属配線のプラズマエッチ
ング時にマスクとして用いたレジストマスクをアッシン
グし、同時にアフターコロージョン防止処理を施すプロ
セスに本発明を適用した例であり、これを図２（ａ）〜
（ｂ）および図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
なお同図では、前実施例で参照した図１（ａ）〜（ｂ）
および図３（ａ）〜（ｄ）における同様の構成部分には
同じ参照符号を付すものとする。

【００３３】図２（ａ）〜（ｂ）は本実施例で用いた誘
導結合プラズマ処理装置の概略構成例を示す図である。
この誘導結合プラズマ処理装置は、Ａｌ系金属配線をパ
ターニングするアルミニウム・エッチング装置がゲート
バルブ（ともに図示せず）により接続され、被処理基板
は両装置間を搬送可能に構成されている。

【００３４】誘導結合プラズマ発生源は、石英またはア
ルミナ等のＵＶ光に対して透明な誘電体材料からなるべ
ルジャ６を巻回するＲＦアンテナ１６、ＲＦ電源１２、
スイッチ１０、マッチングネットワーク１１等から構成
される。べルジャ６の上側面にはガスノズル８が配設さ
れるが、これはガス流の均一化のため複数設けてもよ
く、ガスシャワーリングとしてべルジャ６内部の上側面
にわたり多数のノズルを有するリング状に設けてもよ
い。本プラズマ処理装置の特徴部分として、べルジャ６
上部であって被処理基板１を臨む位置に、ＵＶ光照射手
段７の一例として高圧Ｈｇランプを配設する。高圧Ｈｇ
ランプは、照射光強度の均一化のため複数本、例えば５
本設ける事が望ましい。

【００３５】誘導結合プラズマ発生源に連接してプラズ
マ処理室１４を設け、このプラズマ処理室１４の周囲に
は、誘導結合プラズマ発生源からの拡散プラズマを制御
するマルチポール磁石１５を配設する。図２（ａ）〜
（ｂ）ではこのマルチポール磁石１５はその１部断面の
みを示している。プラズマ処理室１４の内部には、被処
理基板１を載置する基板ステージ２を誘導結合プラズマ
発生源と対向する位置に設置する。この基板ステージ２
は本発明のプラズマ処理装置の特徴部分の一部をなすも
のであり、図示しない流体シリンダやモータ等の駆動手
段により図の上下方向、すなわち、ＵＶ光照射手段７の
方向に移動可能である。基板ステージ２には、被処理基
板１の加熱手段３として抵抗加熱ヒータ等が内蔵されて
おり、さらに基板バイアス電源５が接続されている。符
号４は基板ステージ２の移動にともなう基板ステージ２
の支持部とプラズマ処理室１４との摺動部分の気密を確
保するためのベローズである。なお同図でも、真空ポン
プ、被処理基板１の保持手段、基板温度検出・制御手段
等の細部は図示を省略する。本プラズマ処理装置によれ
ば、ＲＦアンテナ１６による電界により、１×１０¹²／
ｃｍ³ 程度の高密度プラズマを用いたプラズマ処理が可
能である。

【００３６】次に本発明のプラズマ処理方法の具体例を
図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施例で用
いた試料は、図４（ａ）に示すようにＳｉ等の半導体基
板（図示せず）上の層間絶縁膜４１上に、Ｔｉ／ＴｉＮ
の積層構造による密着層兼バリアメタル層４２、Ａｌ−
１％Ｓｉ−０．５％ＣｕからなるＡｌ系金属層４３およ
びＴｉＯＮからなる反射防止層４４を順次形成し、反射
防止層４４上に所望のパターン形状にレジストマスク３
２を形成したものである。各層の厚さは一例として密着
層兼バリアメタル層４２が合計１００ｎｍ、Ａｌ系金属
層４３が５００ｎｍそして反射防止層４４が２５ｎｍ
で、いずれもスパッタリングないし反応性スパッタリン
グにより形成したものである。なお層間絶縁膜４１には
図示しない接続孔が形成されており、密着層兼バリアメ
タル層やＡｌ系金属層４３と、図示しない半導体基板と
がオーミックコンタクトを形成している構造であっても
よい。レジストマスク３２は一例として化学増幅型レジ
ストとＫｒＦエキシマレーザリソグラフィにより０．３
５ｎｍのパターン幅に形成した。

【００３７】この試料の反射防止膜４４、Ａｌ系金属層
４３および密着層兼バリアメタル層４２を、アルミニウ
ム・エッチング装置内でＣｌ系ガスを用いて連続的にパ
ターニングした状態が図４（ｂ）である。パターニング
されたＡｌ系金属配線およびレジストマスク３２の側面
には、レジストマスクの分解生成物を主体とし塩素を含
む側壁保護膜４５が付着形成されている。またレジスト
マスク３２の表面には、軽度の硬化変質層（図示せず）
が形成されている。側壁保護膜２５はＣｌを取り込んで
いるので、大気と接触すると直ちにアフターコロージョ
ンを発生する虞れがある。図４（ｂ）に示すパターニン
グ済みの試料を被処理基板とする。

【００３８】この被処理基板１をアルミニウム・エッチ
ング装置から図２（ａ）に示すプラズマ処理装置にゲー
トバルブを介して搬送し、基板ステージ２上に載置し、
一例として下記プラズマ処理条件によりレジストマスク
３２および側壁保護膜４５のアッシングをおこなった。 Ｏ₂ 流量 １５０ ｓｃｃｍ ＣＨ₃ ＯＨ流量 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２０００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板バイアスパワー ５０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 １５０ ℃ この第１の工程においては、スイッチ１０はＯＮとし、
ＲＦアンテナを通電してべルジャ６内に誘導結合プラズ
マを生成する。ＩＣＰモードの高密度プラズマにより発
生するＯ^* およびＯ⁺ （酸素イオン）等の照射効果で硬
化変質層を含むレジストマスク３２および側壁保護膜４
５が短時間でアッシング除去される。この状態を図２
（ｃ）に示す。なおＣＨ₃ ＯＨの添加は、変質硬化層３
３の分解に寄与するＨ⁺ の生成と、Ｏ^* （酸素ラジカ
ル）の活性化率の向上に寄与するものであるが、必ずし
も必要なものではない。

【００３９】続けて、図２（ｂ）に示すように基板ステ
ージ２をＵＶ光照射手段７の方向に移動し、被処理基板
１とＵＶ光照射手段７との距離を例えば１０ｍｍとし
て、下記条件によりＡｌ系金属配線表面の不動態被膜形
成処理をおこなった。本工程では、スイッチ１０はＯＦ
Ｆとし、誘導結合プラズマは用いない。 Ｏ₃ 流量 ２０００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １３３ Ｐａ 高圧Ｈｇランプパワー ５００ Ｗ 基板温度 １５０ ℃ この第２の工程では、Ａｌ系金属配線の表面になお残存
していたＣｌはＯと置換され、Ａｌ系金属配線の表面に
はＡｌ₂ Ｏ₃ による不動態被膜４６が形成される。この
状態を図１（ｄ）に示す。なお不動態被膜４６はパター
ニングされたＡｌ系金属配線の側面のみに形成される
が、反射防止層４４を用いない場合にはＡｌ系金属配線
の上面にも形成される。

【００４０】本実施例によれば、単一のプラズマ処理装
置内で、Ａｌ系金属配線パターニング終了後の硬化変質
層や側壁保護膜が形成されたレジストマスクが速やかに
アッシングできるとともに、Ａｌ系金属配線のアフター
コロージョンをも防止できるので、信頼性に優れた半導
体装置の製造プロセスが可能となる。

【００４１】以上本発明を２例の実施例により説明した
が、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではな
い。

【００４２】例えば、高ドーズ量のイオン注入により硬
化変質したレジストマスクのアッシングやＣｌ系ガスに
よるプラズマ処理で硬化変質あるいは側壁保護膜が形成
された被処理基板を例示したが、他にＦ系プラズマ処理
により表面が変質したレジストマスクや、変質ポリイミ
ド等の高分子材料のアッシングに広く用いることが可能
である。またプラズマ処理時のアッシングガス成分とし
てＯ₂ 、Ｈ₂ ＯやＣＨ ₃ ＯＨを例示したが、Ｈ₂ やＮＨ
₃ 等他のガスを用いてもよい。

【００４３】ＵＶ光照射手段として高圧Ｈｇランプ以外
にも低圧Ｈｇランプ、Ｘｅ−Ｈｇランプ、エキシマレー
ザ等の各種ＵＶレーザ光源、ＳＲ光等任意に使用するこ
とができる。

【００４４】誘導結合プラズマ発生源として透明べルジ
ャの周囲をＲＦアンテナが巻回する構造を示したが、透
明べルジャの上部に渦巻状のＲＦアンテナを配設する誘
導結合方式（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｐｌａｓｍａ）であってもよい。

【００４５】またプラズマ処理方法として、アッシング
以外にも、高密度プラズマから生成物するイオンを主体
とするモードとＵＶ光照射による気相処理モードを連続
的に使用するプラズマエッチングやプラズマＣＶＤに広
く応用することが可能なことは言う迄もない。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマ処理装置によれば、ヘリコン波プラズマや誘
導結合プラズマによる高イオン電流を利用したイオンモ
ード主体のプラズマ処理と、Ｏ₃ 中ＵＶ光照射による気
相処理を、１台のプラズマ処理装置により連続的に施す
ことが可能である。処理モードの切り替えは、プラズマ
発生源やソレノイドコイルアッセンブリおよびＵＶ光照
射手段の電源のＯＮ／ＯＦＦ、および基板ステージの移
動のみで良いので短時間で可能である。このため、被処
理基板の搬送にともなうスループットの低下や、クリー
ンルーム内の装置設置スペースの低減が図れる。

【００４７】また本発明のプラズマ処理方法によれば、
高ドーズ量のイオン注入等で硬化変質層を有するレジス
トマスクのアッシングが、高スループットの２段階処理
により達成できる。このため、変質硬化層除去時の残渣
やポッピングが防止され、被処理基板およびプラズマ処
理装置内のパーティクル汚染の虞れがない。

【００４８】また本発明のプラズマ処理方法によれば、
Ｃｕを含む合金組成や、異種材料層との積層構造により
アフターコロージョンが発生しやすいＡｌ系金属層のパ
ターニングにおいても、信頼性の高い製造プロセスを提
供することが可能である。

【００４９】以上本発明のプラズマ処理装置およびプラ
ズマ処理方法により、クリーンで高効率、残渣もなく、
かつ低ダメージなアッシングを初めとするプラズマ処理
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１で使用したヘリコン
波プラズマ発生源を有するプラズマ処理装置の概略断面
図であり、（ａ）は高密度プラズマによるアッシングを
施している状態、（ｂ）は基板ステージをＵＶ光照射手
段の方向に移動し、オゾン中ＵＶ光照射によるアッシン
グを施している状態である。

【図２】本発明を適用した実施例２で使用した誘導結合
プラズマ発生源を有するプラズマ処理装置の概略断面図
であり、（ａ）は高密度プラズマによるアッシングを施
している状態、（ｂ）は基板ステージをＵＶ光照射手段
の方向に移動し、オゾン中ＵＶ光照射による不動態被膜
形成処理を施している状態である。

【図３】本発明を適用した実施例１のプラズマ処理方法
を説明する概略断面図であり、（ａ）は半導体基板上に
レジストマスクを形成した状態、（ｂ）はレジストマス
クをマスクに半導体基板に高ドーズ量のイオン注入を施
してレジストマスク表面に硬化変質層が生成した状態、
（ｃ）は硬化変質層を除去した状態、（ｄ）はレジスト
マスク未変質層を除去した状態である。

【図４】本発明を適用した実施例２のプラズマ処理方法
を説明する概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系金属層を
含む積層構造上にレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）はレジストマスクをマスクにＡｌ系金属層を含む
積層構造をパターニングしてレジストマスク表面に軽度
の硬化変質層と側壁保護膜が形成された状態、（ｃ）は
硬化変質層と側壁保護膜を除去した状態、（ｄ）はＡｌ
系金属配線表面に不動態被膜を形成した状態である。

【符号の説明】

１ 被処理基板 ２ 基板ステージ ３ 加熱手段 ４ ベローズ ５ 基板バイアス電源 ６ 透明べルジャ ７ ＵＶ光照射手段 ８ ガスノズル ９ ループ状ＲＦアンテナ １０ スイッチ １１ マッチングネットワーク １２ ＲＦ電源 １３ ソレノイドコイルアッセンブリ １４ プラズマ処理室 １５ マルチポール磁石 １６ ＲＦアンテナ ３１ 半導体基板 ３２ レジストマスク ３２ａ レジストマスク未変質層 ３３ 硬化変質層 ４１ 層間絶縁膜 ４２ 密着層兼バリアメタル層 ４３ Ａｌ系金属層 ４４ 反射防止層 ４５ 側壁保護膜 ４６ 不動態被膜

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【手続補正書】

【提出日】平成７年３月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体材料からなる透明べルジャと、前
   記透明べルジャを巻回するループ状ＲＦアンテナと、前
   記ループ状ＲＦアンテナを巻回するソレノイドコイルア
   ッセンブリを具備するヘリコン波プラズマ発生源と、 前記透明べルジャを透過して被処理基板にＵＶ光を照射
   するＵＶ光照射手段と、 前記ヘリコン波プラズマ発生源に連接し、前記被処理基
   板を載置するとともに前記被処理基板を前記ＵＶ光照射
   手段の方向に移動可能な可動基板ステージを内蔵するプ
   ラズマ処理室とを具備してなることを特徴とする、プラ
   ズマ処理装置。
2. 【請求項２】 誘電体材料からなる透明べルジャと、前
   記透明べルジャを巻回するＲＦアンテナを具備する誘導
   結合プラズマ発生源と、 前記透明べルジャを透過して被処理基板にＵＶ光を照射
   するＵＶ光照射手段と、 前記誘導結合プラズマ発生源に連接し、前記被処理基板
   を載置するとともに前記被処理基板を前記ＵＶ光照射手
   段の方向に移動可能な可動基板ステージを内蔵するプラ
   ズマ処理室とを具備してなることを特徴とする、プラズ
   マ処理装置。
3. 【請求項３】 可動基板ステージは、基板バイアス印加
   手段と、基板加熱手段を有することを特徴とする、請求
   項１または２記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のプラズマ処理装置によ
   り、被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法
   であって、 被処理基板にプラズマ処理を施す第１の工程と、 前記被処理基板をＵＶ光照射手段の方向に移動し、Ｏ₃
   を含むガス中で前記被処理基板にＵＶ光を照射する第２
   の工程とを有することを特徴とする、プラズマ処理方
   法。
5. 【請求項５】 請求項２記載のプラズマ処理装置によ
   り、被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法
   であって、 被処理基板にプラズマ処理を施す第１の工程と、 前記被処理基板をＵＶ光照射手段の方向に移動し、Ｏ₃
   を含むガス中で前記被処理基板にＵＶ光を照射する第２
   の工程とを有することを特徴とする、プラズマ処理方
   法。
6. 【請求項６】 第１の工程はイオン注入のマスクとして
   用いたレジストマスクの硬化変質層のアッシング工程で
   あり、第２の工程は硬化変質層除去後のレジストマスク
   のアッシング工程であることを特徴とする、請求項４ま
   たは５記載のプラズマ処理方法。
7. 【請求項７】 第１の工程はＡｌ系金属配線パターニン
   グ後のレジストマスクおよび側壁保護膜のアッシング工
   程であり、第２の工程はＡｌ系金属配線表面の不動態被
   膜形成工程であることを特徴とする、請求項４または５
   記載のプラズマ処理方法。