JPH08288260A

JPH08288260A - ヘリコン波プラズマ・アッシング方法

Info

Publication number: JPH08288260A
Application number: JP7092836A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン注入後に表面硬化層が形成されたレジ
スト・マスクを、ポンピング残渣を発生させず、かつダ
メージを抑えながらアッシングする。【構成】ｍ＝０モード・プラズマ励起用のシングルル
ープ・アンテナ６、ｍ＝１モード・プラズマ励起用のハ
ーフターン・アンテナ７、矢印Ｂ方向に昇降可能なウェ
ハ・ステージ９、および磁界制御用のスイッチ８２を備
えたヘリコン波プラズマＣＶＤ装置を用いる。まず、ウ
ェハ・ステージ９を上昇させてウェハＷをヘリコン波プ
ラズマＰ_H に近づけ、高密度のイオンを利用して速やか
に表面硬化層を分解する。次に、ウェハ・ステージ９を
下降させ、スイッチ８２をＯＦＦとし、さらにハーフタ
ーン・アンテナ７への電力供給を遮断し、天板２の近傍
で励起された誘導結合プラズマＰ_I から拡散するラジカ
ルを利用して残る未変質層を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造等の
微細加工分野に適用されるヘリコン波プラズマ・アッシ
ング方法に関し、特に高ドース量イオン注入やハロゲン
系ガスを用いたドライエッチングのマスクとして用いら
れた有機膜パターン（レジスト・マスク）を残渣を発生
させることなく速やかに、しかも低ダメージでアッシン
グ可能な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造分野においては、ドラ
イエッチングやイオン注入のマスクとして有機高分子材
料からなるレジスト・マスクが広く用いられている。所
定のプロセスが終了した後に不要となったレジスト・マ
スクの除去は、初期の頃には発煙硝酸や硫酸−過酸化水
素水混合溶液等を用いたウェット・エッチングにより行
われていたが、近年ではドライアッシングが主流となっ
ている。このドライアッシングは、Ｏ₂ プラズマ・アッ
シングとＯ₃ アッシングとに大別される。

【０００３】前者のＯ₂ プラズマ・アッシングは、Ｏ₂
プラズマ中で発生するＯ^* ，Ｏ_x ⁺等の化学種を利用して
有機高分子材料を燃焼除去する方法である。装置として
は、プラズマ発生領域とウェハが設置される反応領域と
を分け、プラズマ中の中性粒子を排気流に乗せてウェハ
側へ降下させることによりプラズマ照射ダメージを低減
させる、ダウンフロー型の装置が広く用いられている。

【０００４】一方、後者のＯ₃ アッシングは、おおよそ
２００℃以上の加熱下でＯ₃ から分解生成するＯ₂ と酸
素原子を利用して純粋な化学反応により有機高分子材料
を燃焼除去する方法である。プラズマを用いないため荷
電粒子の影響が無く、本質的に低ダメージ化が可能な方
法であり、通常はアッシング速度を高めるための添加ガ
ス、あるいはＯ₃ の分解を促進してプロセスを低温化す
るためのＵＶ照射が併用されている。

【０００５】ところで上記アッシングは、通常のドライ
エッチングに利用されたレジスト・マスクについては比
較的容易に進行するが、高ドース量のイオン注入に利用
されたレジスト・マスクの場合には、事情が異なる。す
なわち、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域の
形成（ドース量１０¹⁴〜１０¹⁵ｃｍ^-2程度）、バイポー
ラ・トランジスタのエミッタ領域の形成（ドース量１０
¹⁶ｃｍ^-2程度）等に利用された後のレジスト・マスクの
除去は一般に困難となる。これは、レジスト・マスクの
表層部に表面硬化層が形成されるためである。この問題
について、図１０ないし図１２を参照しながら説明す
る。

【０００６】図１０は、基板５１上にレジスト・マスク
５４が形成された状態を示している。このレジスト・マ
スク５４の表層部には表面硬化層５３が形成されている
が、その内側は未変質層５２である。かかるレジスト材
料の硬化は、イオン衝撃に伴う発熱によっても進行する
が、その他の要因としてたとえばニュークリア・インス
ツルメンツ・アンド・メソッズ（Nuclear Instruments
and Methods）, B39,p.809-812 （1989）には、ドーパ
ントによる架橋のメカニズムが指摘されている。すなわ
ち、一例としてノボラック樹脂をベース樹脂とするフォ
トレジスト材料層にドーパントとしてリン（Ｐ）が注入
された場合、ドース量１０¹⁴〜１０¹⁵ｃｍ^-2付近を境と
して該フォトレジスト材料層の表層部に化学構造変化が
生ずる。具体的には、主鎖中のメチレン基がリン原子に
置換され、さらにこのリン原子が他の主鎖のフェノール
環に結合するという機構で架橋が進行する。ヒ素（Ａ
ｓ）やホウ素（Ｂ）が不純物としてイオン注入された場
合もほぼ同様の機構により架橋が進行する。

【０００７】この表面硬化層５３は、酸素ラジカルやＯ
₃ とレジスト材料との反応を妨げ、特に上述のような低
ダメージ化を図ったアッシング方法では極めて除去困難
である。しかし、図１１に示されるように加熱に伴って
生じたクラックからＯ^* が侵入し未変質層５２の分解反
応が進行して水分が発生したり、あるいは未変質層５２
に含まれる残留溶媒が気化して揮発成分５５が発生する
と、その膨張によりレジスト・マスク５４の内圧が高ま
り、ついには図１２に示されるようにある所で突然破裂
する。この現象はポンピングと呼ばれており、またこの
破裂により飛散した表面硬化層の断片はポンピング残渣
５３ｒと呼ばれる。ポンピング残渣５３ｒは半導体製造
プロセスで発生する残渣としてはサイズが大きく、ウェ
ハ上に残存すると半導体装置の歩留まりを著しく低下さ
せる原因となるため、徹底した除去が必要である。

【０００８】上述の問題に対する解決策として、ジャパ
ニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
（Japanese Journal of Applied Physics）第２８巻１
０号（1989年）p.2130-2136 には、表面硬化層のうちド
ーパントの投影飛程よりもやや深い位置までをＨ₂ プラ
ズマを用いたＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）で除
去し、残りの表面硬化層を通常のダウンフロー・アッシ
ングで除去するという２段階プロセスが提案されてい
る。この方法によれば、Ｈ₂ プラズマ中の活性種が表面
硬化層の化学結合を切断し、Ｈ原子がドーパントと結合
して揮発性の水素化物を生成するために、パーティクル
や残渣を生ずることなく表面硬化層を除去することがで
きる。プロセス全体を通してＨ₂ プラズマＲＩＥを行わ
ずに途中でダウンフロー・アッシングに切り替えるの
は、レジスト材料層中に含有されるＮａや重金属等によ
る汚染を回避するためである。

【０００９】上述の方法はポンピング残渣の発生を未然
に防ぐものであるが、発生してしまったポンピング残渣
を除去する方法も考えられている。たとえば、Ｃ₂ Ｈ₆
等のフルオロカーボン化合物をＯ₂ に添加してプラズマ
処理を行うと、Ｃ₂ Ｈ₆ から解離生成するＦ^* によりド
ーパント酸化物を分解し、これをフッ化物の形で除去す
ることができる。

【００１０】ところで、レジスト剥離性の劣化は実はイ
オン注入後のレジスト・マスクに限られる問題ではな
く、ドライエッチング後のレジスト・マスクについても
生ずる。ドライエッチングの場合は表面硬化層こそ形成
されないものの、レジスト・マスクの表面にエッチング
反応生成物が堆積し、これがエッチングの速やかな進行
を妨げる。

【００１１】特に、塩素系ガスを用いてＡｌ系配線膜を
ドライエッチングした場合には、レジスト・マスクの内
部にも残留塩素が大量に取り込まれるため、該レジスト
・マスクの除去が不十分であると、アフターコロージョ
ンが発生する原因となる。塩素は蒸気圧の低いＡｌＯ_x
Ｃｌ_y の形でレジスト・マスク中に残留すると考えられ
ている。

【００１２】この問題を解決する方法として、１９９１
年第４回マイクロプロセス・カンファレンス抄録集（Di
gest of Papers 1991, 4th Microprocess Conference）
には、Ｏ₂ に２−プロパノール（イソプロパノール）を
添加したアッシング・ガスを用いてダウンフロー・アッ
シングを行う方法が報告されている。２−プロパノール
は、ＡｌＯ_x Ｃｌ_y をより蒸気圧の高いＡｌ(i-ＯＣ₃
Ｈ₇)₃とＨＣｌに分解する働きを有する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレジス
ト・マスクのアッシング方法にも課題はある。まず、ポ
ンピング残渣を防止するために表面硬化層を２段階プロ
セスで除去する方法では、少なくともＲＩＥ装置とアッ
シング装置が個別に必要となるか、あるいはＲＩＥ用チ
ャンバとアッシング・チャンバを接続したマルチチャン
バ型の装置が必要となる。しかし、このような装置の大
型化や複雑化は、コストの増大を招く。また、Ｈ₂ プラ
ズマＲＩＥの所要時間が長いので、スループット低下の
原因ともなる。

【００１４】一方、フルオロカーボン化合物の添加によ
りポンピング残渣を除去する方法では、プラズマ中のＦ
^* 生成量の制御が必ずしも容易ではなく、Ｆ^* が過剰と
なれば下地材料層が侵食される虞れがある。また、フル
オロカーボン化合物の放電解離により炭素系ポリマーが
形成される虞れも大きく、有機材料層を除去するための
プロセスにおいて再び有機材料による汚染が発生する矛
盾が生ずることにもなりかねない。

【００１５】さらに、２−プロパノールを添加する方法
では、この添加によりアッシング・ガスに占めるＯ₂ の
割合が低下し、アッシング速度の低下が避けられない。

【００１６】そこで本発明は、イオン注入後あるいはド
ライエッチング後のレジスト・マスクの剥離性の向上と
低ダメージ化とを両立させることが可能なアッシング方
法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のヘリコン波プラ
ズマ・アッシング方法は、上述の目的を達成するために
提案されるものであり、単一のプラズマ生成チャンバ内
にｍ＝０モードのヘリコン波プラズマとｍ＝１モードの
ヘリコン波プラズマとをそれぞれ励起可能な２系統の高
周波アンテナと、磁界生成手段と、該プラズマ生成チャ
ンバに同心的に接続される拡散チャンバと、該拡散チャ
ンバ内で基板をその軸方向に沿って昇降させる基板ステ
ージとを備えたヘリコン波プラズマ装置を用い、前記基
板上の有機膜パターンのアッシングを行うものである。

【００１８】ヘリコン波プラズマは、円筒状のチャンバ
に磁場を印加し、さらにこのチャンバに巻回されるルー
プ・アンテナに高周波を印加して該チャンバ内にヘリコ
ン波を生成させ、このヘリコン波からランダウ減衰の過
程を通じて電子へエネルギーを輸送することにより該電
子を加速し、この電子をガス分子に衝突させて高いイオ
ン化率を達成するプラズマである。ヘリコン波プラズマ
装置では、１０^-4Ｐａ台の低圧下でおおよそ１０¹¹〜１
０¹³／ｃｍ³ のイオン密度（イオン電流密度では１６〜
２０ｍＡ／ｃｍ²）を達成することができる。

【００１９】しかもヘリコン波には、イオン・サイクロ
トロン周波数ω_ciと電子サイクロトロン周波数ω_ceの間
の比較的広いＲＦ周波数領域で伝搬できるという特性が
あり、この点で共鳴条件が満足される限られた領域内で
しか電子加熱が行われないＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）放電に比べて有利である。また、プラズマ生成に
強磁場を必要としないため、基板近傍の磁界も弱く、基
板周辺部におけるイオンの斜め入射の問題も起こらな
い。

【００２０】ｍ＝０モードおよびｍ＝１モードのヘリコ
ン波プラズマを励起させるためのアンテナとしては、従
来より幾つかのタイプが提案されている。たとえば、ｍ
＝０モードのヘリコン波プラズマは、最も単純なシング
ルループ・アンテナの他、伝搬するヘリコン波の波長の
約半分に等しい距離だけ離間され互いに逆方向の電流が
流れる２個のループでプラズマ生成チャンバを周回させ
たダブルループ・アンテナを用いて励起することができ
る。また、ｍ＝１モードのヘリコン波プラズマは、プラ
ズマ生成チャンバを部分的に周回するハーフターン・ア
ンテナを用いて励起することができる。ただし、本発明
では単一のプラズマ生成チャンバの近傍に２系統のアン
テナを設置する都合上、互いに空間的に障害とならない
ことが必要である。したがってたとえば、ｍ＝０モード
のヘリコン波プラズマを励起させるための第１のアンテ
ナとして、シングルループ・アンテナをプラズマ生成チ
ャンバの天板部分に設置し、ｍ＝１モードのヘリコン波
プラズマを励起させるための第２のアンテナとして、ハ
ーフターン・アンテナをプラズマ生成チャンバの側壁部
に設置すると良い。

【００２１】本発明において、前記アッシングは、前記
有機膜パターンの表層部にイオン照射に起因して形成さ
れた表面硬化層を除去する第１段階と、該表面硬化層の
下の未変質層を除去する第２段階とに分けて行い、前記
第１段階では前記基板ステージを前記プラズマ生成チャ
ンバに近接させ、前記第２段階では該基板ステージを該
プラズマ生成チャンバから離間させるようにしても良
い。

【００２２】ここで、前記第２段階では、前記磁界生成
手段による磁界生成を停止させても良い。本発明で用い
られるヘリコン波プラズマ・アッシング装置の磁界生成
手段としては、ソレノイド・コイル、および該ソレノイ
ド・コイルに対する電流の供給／遮断を制御するスイッ
チング手段を含むものを用いることができる。

【００２３】ここで、上記ソレノイド・コイルがヘリコ
ン波の伝搬に直接関与している場合には、上記のような
スイッチングを行うことにより、１台のプラズマ装置が
ヘリコン波プラズマ装置としてもＩＣＰ装置としても利
用可能となる。ヘリコン波は磁力線に沿ってプラズマ中
を伝搬する電磁波の一種であるから、磁界が存在しない
時には発生せず、したがってヘリコン波プラズマも発生
しない。しかし、ヘリコン波プラズマ装置は、構成上は
ＩＣＰ装置に磁界生成手段を加えたものと見なせるた
め、プラズマ生成チャンバの周囲に巻回されている高周
波アンテナに高周波が供給されている限りは、ＩＣＰが
励起されることになる。

【００２４】ヘリコン波プラズマ装置の中には、プラズ
マ生成チャンバを周回するソレノイド・コイルとして内
周側と外周側の２系統を有し、たとえば内周側のソレノ
イド・コイルがヘリコン波の伝搬、外周側のソレノイド
・コイルがヘリコン波プラズマの輸送に用いられるとい
ったように、各コイルの役割が異なっているものもあ
る。このような装置を用いる場合には、ヘリコン波の伝
搬に関与する方のソレノイド・コイル（上述の例では内
周側）について電流の供給／遮断を行うことにより、ヘ
リコン波プラズマとＩＣＰとを切り替えることが可能で
ある。

【００２５】なお、たとえば上述の装置例において内周
側ソレノイド・コイルに常時電流を印加しておき、外周
側ソレノイド・コイルへの電流の供給／遮断を制御すれ
ば、プラズマ生成チャンバから拡散チャンバへのヘリコ
ン波プラズマの輸送を制御することができる。これによ
り、基板近傍で利用できるプラズマの密度を自在に変更
することも可能となる。

【００２６】ところで、本発明でアッシングされる有機
膜パターンは、イオン注入用マスク、あるいはドライエ
ッチング用マスク等、いかなる用途で用いられたもので
あっても良い。特に、この有機膜パターンがハロゲン系
ガスを用いた配線膜のドライエッチング用マスクとして
用いられた場合には、パターン内に大量のハロゲンが吸
蔵されている可能性が高いので、酸素とアルコール系化
合物との混合ガスを用いてアッシングを行うことが有効
である。上記アルコール系化合物の種類は、配線膜を構
成する金属元素のアルコキシドが脱離に必要な蒸気圧を
持ち得るように選択しなければならないが、一般的には
メタノール，エタノール，プロパノール、プロパノー
ル，ブタノール等の低級アルコールで十分である。典型
的な例として、上記配線膜がＡｌ系配線膜、上記ハロゲ
ン系ガスが塩素系ガスである場合には、前述のように有
機膜パターン内にＡｌＯ_x Ｃｌ_y が含まれる。そこで、
２−プロパノールを添加したＯ₂ ガスを用いて有機膜パ
ターンをアッシングすると、ＡｌＯ_x Ｃｌ_y が蒸気圧の
高いＡｌ(i-ＯＣ₃ Ｈ₇)₃とＨＣｌに速やかに分解され、
これにより有機膜パターンも残渣を生ずることなく除去
される。

【００２７】

【作用】ヘリコン波は、自由空間内では右手方向に円偏
波する純粋に電磁的な波であるが、プラズマ生成チャン
バのような限定空間内では特定のモードのみが励起さ
れ、静電性も備えた波となる。場の方程式の線形化から
演繹すると、最初の２モードとして図１に示されるよう
な電界パターンが存在する。ここで、（ａ）の図はｍ＝
０モード、（ｂ）の図はｍ＝１モードを表し、ｍの値は
電界増幅の表現中に登場するベッセル関数に対応する。
一連のパターン中、中央に表示されているパターンが位
相角φ＝０、上端が位相角φ＝π／２、下端が位相角φ
＝−π／２にそれぞれ対応している。ｍ＝０モードで
は、波は位相角＝０における完全に電磁的な状態から位
相角＝π/2における完全に静電的な状態に空間的に移行
する。両方の状態間では電界はらせん状であり、波は電
磁的および静電的の両方の性質を持つ。

【００２８】一方、ｍ＝１モードは常に電磁成分と静電
成分の混合であり、電場パターンは波の伝搬と共に単純
に時計方向に回転する。

【００２９】上述のヘリコン波プラズマの伝搬モード
は、プラズマ生成チャンバの外側におけるアンテナの巻
回様式で変化することが知られており、このモードによ
りプラズマ生成チャンバ内における飽和イオン電流密度
分布も変化する。この変化の様子を図２に示す。図中、
横軸はプラズマ生成チャンバの直径方向の位置（ｍｍ）
を表し、縦軸は飽和イオン電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）を
表す。この図からわかるように、ｍ＝０モードでは、飽
和イオン電流密度はチャンバ中央近傍で落ち込みその周
辺で高くなるような分布を示す。一方、ｍ＝１モード
は、チャンバ中央の比較的狭い範囲でピークを持つパタ
ーンを示す。

【００３０】通常のヘリコン波プラズマ装置は、ｍ＝
０，ｍ＝１のいずれか一方のモードのヘリコン波プラズ
マを励起するように設計されているので、いずれのモー
ドを励起した場合にもチャンバの直径方向全体にわたっ
て均一なイオン電流密度を達成することは困難である。
また、飽和イオン電流密度をアッシングの途中で変更す
ることも不可能である。しかし、本発明のヘリコン波プ
ラズマ・アッシング方法で用いるヘリコン波プラズマ装
置は、２系統の高周波アンテナを備えることによりこれ
ら両方のモードのヘリコン波プラズマを単一プラズマ生
成チャンバ内に励起することが可能とされているため、
チャンバ内のイオン電流密度分布は両方のモードの性格
を兼ね備えたものとなる。すなわち、ｍ＝０モードにお
けるチャンバ中央近傍のイオン電流密度の落ち込みを、
ｍ＝１モードにおけるピークで補うことが可能となり、
結果としてチャンバ直径方向の広い範囲にわたってイオ
ン電流密度を均一化することができる。

【００３１】しかも、本発明で用いられるヘリコン波プ
ラズマ装置は、拡散チャンバ内で基板をその軸方向に沿
って昇降させる基板ステージを備えているので、基板ス
テージアを上昇させて基板をプラズマ生成チャンバの近
傍に置いた場合には大量のイオン照射による高速アッシ
ングが可能となり、逆に基板ステージを下降させて基板
をプラズマ生成チャンバから離間させた場合には長寿命
のラジカルによる低ダメージ・アッシングが可能とな
る。したがって、高ドース量イオン注入を経て表面硬化
層が形成された有機膜パターン（レジスト・マスク）で
あっても、まず第１段階で基板を上昇させて表面硬化層
を速やかに除去し、次に第２段階で基板を下降させて内
部の未変質層を除去すれば、ポンピング残渣を発生させ
ることなく、高速でしかも基板に対するダメージの少な
いアッシングを行うことができる。

【００３２】また、上記第２段階で磁界生成手段による
磁界生成を停止すると、プラズマ生成チャンバ内に励起
されるプラズマは誘導結合プラズマとなるので、豊富な
ラジカルを利用した一層の低ダメージ化を図ることが可
能となる。

【００３３】また、ハロゲン系ガスを用いた配線膜のド
ライエッチングに起因する残留ハロゲンを含む有機膜パ
ターンをアッシングする場合に、酸素にアルコール系化
合物を添加したガスを用いると、有機膜パターン中に吸
蔵される金属の酸化ハロゲン化物が金属アルコキシドに
変化する。このため、有機膜パターンが十分に除去さ
れ、特に配線膜がＡｌ系配線膜である場合にはアフター
コロージョンの極めて有効な防止対策となる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３５】実施例１本実施例では、ｍ＝０モードとｍ＝１モードのヘリコン
波プラズマを励起可能でかつ基板ステージの昇降手段を
備えたヘリコン波プラズマ・アッシング装置を用い、イ
オン注入を経たレジスト・マスクの表面硬化層とその内
部の未変質層とを２段階プロセスにより順次アッシング
した。

【００３６】まず、本実施例で使用するヘリコン波プラ
ズマ・アッシング装置の概念的な構成について、図３お
よび図４を参照しながら説明する。この装置のプラズマ
生成部は、内部にヘリコン波プラズマＰ_H を生成させる
ための誘電体材料からなるプラズマ生成チャンバ１、こ
のプラズマ生成チャンバ１の天板２から挿通され矢印Ｃ
方向からアッシング・ガスを導入するガス供給管１０、
該天板２に対して平行に設けられるｍ＝０モード励起用
のシングルループ・アンテナ６、同じプラズマ生成チャ
ンバ１の側壁面を部分的に周回するｍ＝１モード励起用
のハーフターン・アンテナ７、上記ハーフターン・アン
テナ７のさらに外側においてプラズマ生成チャンバ１を
周回し、その軸方向に沿った磁界を生成させるソレノイ
ド・コイル８を主な構成要素とする。上記プラズマ生成
チャンバ１の構成材料はここでは石英とし、その直径は
一例として３５ｃｍとした。

【００３７】上述の２系統の高周波アンテナの搭載は、
本装置の最大の特色であるが、これら両アンテナは共通
の高周波電源１３に接続されている。この高周波電源１
３とシングルループ・アンテナ６の間には、位相調整手
段としてのリレー回路（Ｒ／Ｃ）６３、出力調整手段と
しての駆動アンプ６２およびインピーダンス調整用のマ
ッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）６１がこの順に接続
されている。また、上記高周波電源１３とハーフターン
・アンテナ７との間には、スイッチ７３、駆動アンプ７
２およびマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）７１がこ
の順に接続されている。図３は上記スイッチ７３をＯＮ
とした状態、図４はＯＦＦとした状態を示している。

【００３８】本装置では、このように２つの駆動アンプ
６２，７２を用いて上記２系統のアンテナに供給する高
周波電力を独立に制御することができる。このことは、
前出の図２の２本の飽和イオン電流密度分布曲線のピー
クの高さを独立に変更することに等しく、所望のプロセ
スの内容に応じて最適なイオン電流密度分布を設定可能
であることを意味している。

【００３９】なお、上記リレー回路６３は、シングルル
ープ・アンテナ６とハーフターン・アンテナに供給され
る高周波の位相を互いにずらすことを目的としているの
で、図示した例とは逆にハーフターン・アンテナ７側に
接続されていても良い。リレー回路６３による位相のず
れは、たとえばπ／２に設定される。

【００４０】上記ソレノイド・コイル８は２重構造とさ
れており、主としてヘリコン波の伝搬に寄与する内周側
ソレノイド・コイル８ａと、主としてヘリコン波プラズ
マＰ_H の拡散チャンバ３への輸送に寄与する外周側ソレ
ノイド・コイル８ｂとからなる。これらソレノイド・コ
イル８ａ，８ｂはスイッチ８２を介して、共通のＤＣ電
源（Ｄ／Ｃ）８１に接続されている。

【００４１】この装置では、上記シングルループ・アン
テナ６またはハーフターン・アンテナ７の少なくとも一
方に高周波が供給され続けていれば、スイッチ８２のＯ
Ｎ／ＯＦＦでプラズマ生成チャンバ１内に生成されるプ
ラズマの種類をヘリコン波プラズマＰ_H か誘導結合プラ
ズマＰ_I のいずれかに切り替えることができる。すなわ
ち、図３に示されるようにスイッチ８２をＯＮとすれば
ヘリコン波プラズマＰ_H が生成し、図４に示されるよう
にＯＦＦとすれば、磁界が生成しないので誘導結合プラ
ズマＰ_I が生成する。

【００４２】上記プラズマ生成チャンバ１には拡散チャ
ンバ３が同心的に接続され、上記ソレノイド・コイル８
が形成する発散磁界に沿って該拡散チャンバ３の内部へ
ヘリコン波プラズマＰ_H を引き出すようになされてい
る。拡散チャンバ３の側壁面および底面は、ステンレス
鋼等の導電性材料を用いて構成されており、その内部
は、図示されない排気系統により排気孔４を通じて矢印
Ａ方向に高真空排気されている。また、拡散チャンバ３
の側壁面の一部にはゲート・バルブ１２が設けられ、こ
こを介して図示されないロード・ロック室等との間で基
板の搬出入を行うようになされている。

【００４３】さらに、上記拡散チャンバ３の外部には、
上記ウェハ・ステージ９近傍における発散磁界を収束さ
せ、またチャンバ壁によるプラズマ中の電子や活性種の
消滅を抑制するために、補助磁界生成手段としてマルチ
ポール磁石１１が配設されている。このマルチポール磁
石１１は、拡散チャンバ３内にマルチカスプ磁場を生成
させてプラズマ閉じ込めを行うものである。なお、この
マルチポール磁石１１の配設位置は、図示される例に限
られず、たとえばウェハ・ステージ９の支柱の周囲等の
他の場所であっても良い。さらにあるいは、これをソレ
ノイド・コイルに置き換え、ミラー磁場の形成によって
プラズマ閉じ込めを行うようにしても良い。

【００４４】上記拡散チャンバ３の内部には、その壁面
から電気的に絶縁された導電性のウェハ・ステージ９が
収容され、この上に被処理基板としてたとえばウェハＷ
を保持し、内蔵されるヒータ１６により所定温度を維持
しながら所定のプラズマ処理（ここではアッシング）を
行うようになされている。このウェハ・ステージ９は、
昇降装置５に接続されており、プラズマ生成チャンバ１
と拡散チャンバ３の共通の軸方向（図中、矢印Ｂで示
す。) に昇降可能とされている。図３はウェハ・ステー
ジ９をプラズマ生成チャンバ１の近傍まで上昇させて、
プラズマから大量のイオン入射が期待できる状態を示し
ており、図４は逆に下降させてプラズマから輸送される
比較的長寿命のラジカルの作用を期待できる状態を示し
ている。

【００４５】このウェハ・ステージ９にはさらに、プラ
ズマ中から入射するイオンのエネルギーを制御するため
にウェハＷに基板バイアスを印加するバイアス印加用高
周波電源１５が、第２のマッチング・ネットワーク（Ｍ
／Ｎ）１４を介して接続されている。ここでは、バイア
ス印加用高周波電源１５の周波数を１３．５６ＭＨｚと
した。

【００４６】次に、上記の装置を用い、実際にレジスト
・マスクの２段階アッシングを行った。本実施例で用い
たサンプル・ウェハを図５に示す。このウェハは、基板
２１上にイオン注入用マスクとしてレジスト・マスク２
４が形成されたものである。このレジスト・マスク２４
は、たとえばＣＭＯＳトランジスタの製造工程におい
て、ＮＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域を形
成するためのｎ型不純物をイオン注入する際に、ＰＭＯ
Ｓトランジスタの形成領域全体を被覆するようなもので
ある。このレジスト・マスク２４は、表面硬化層２３と
その内部の未変質層２２から構成されている。

【００４７】このウェハを図３に示される状態に設定し
た前述のヘリコン波プラズマ・アッシング装置にセット
し、まず第１段階としてたとえば下記の条件で表面硬化
層２３の除去を行った。

【００４８】Ｏ₂ 流量１００ＳＣＣＭＨ₂ Ｏ流量３０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａシングルループ・アンテナ供給電力２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ハーフターン・アンテナ供給電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）高周波バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ・ステージ温度２００ ℃ ウェハ・ステージ位置１ｍｍなお、上記ウェハ・ステージ位置とは、プラズマ生成チ
ャンバ１の下端からステージ表面までの距離を表してい
る。

【００４９】この第１段階では、２系統の高周波アンテ
ナの独立制御を通じて励起された高密度かつ均一性の高
いヘリコン波プラズマの至近距離にウェハＷを置くこと
により、大量の酸素イオンや水素イオンを利用して表面
硬化層２３を速やかに除去することができた。この結
果、図６に示されるように、基板２１上に未変質層２２
のみが残存する状態となった。なお、図６には便宜上、
表面硬化層２３のみを除去した状態を示したが、この図
は第１段階で未変質層２２が全く除去されないことを示
すものではない。

【００５０】次に、未変質層２２を除去するため、ヘリ
コン波プラズマ・アッシング装置の設定を図４に示され
る状態に変更した。すなわち、昇降装置５を作動させて
ウェハ・ステージ９を下降させ、ハーフターン・アンテ
ナへの高周波印加を遮断するためにスイッチ７３をＯＦ
Ｆとし、さらにソレノイド・コイル８への電流を遮断す
るためにスイッチ８２をＯＦＦとした。この状態で、第
２段階としてたとえば下記の条件で未変質層２２の除去
を行った。

【００５１】Ｏ₂ 流量１００ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａシングルループ・アンテナ供給電力２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ハーフターン・アンテナ供給電力０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）高周波バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ・ステージ温度２００ ℃ ウェハ・ステージ位置２００ｍｍこの第２段階では、ソレノイド・コイル８への供給電流
を遮断しているためにヘリコン波プラズマＰ_H は励起さ
れず、誘導結合プラズマＰ_I が励起される。しかも、ハ
ーフターン・アンテナ７に高周波が印加されていないた
め、誘導結合プラズマＰ_I は天板２の近傍に生成し、ウ
ェハＷ方向へは寿命の比較的長い酸素ラジカルが拡散す
る。このため、未変質層２２のアッシングは極めてダメ
ージの少ない条件下で進行し、最終的には図７に示され
るように、残渣を残すことなくレジスト・マスク２４を
除去することができた。

【００５２】実施例２本実施例では、Ａｌ系配線膜のドライエッチングを経た
レジスト・マスクを１段階プロセスによりアッシングし
た。このプロセスを、図８および図９を参照しながら説
明する。なお、ヘリコン波プラズマ・アッシング装置の
設定に関しては、スイッチ７３，８３は共にＯＮ、ウェ
ハ・ステージ９は下降させた状態とした。

【００５３】ここで使用したサンプル・ウェハは、図８
に示されるように、層間絶縁膜４１上でＡｌ系多層膜を
レジスト・マスク４６を介してドライエッチングするこ
とにより、Ａｌ系配線パターン４５を形成したものであ
る。ここで、上記Ａｌ系配線パターン４５においては、
Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜の積層体よりなるＴｉ系バリヤメタル
４２，Ａｌ−１％Ｓｉ膜４３，ＴｉＮ反射防止膜４４が
この順に積層されている。

【００５４】上記レジスト・マスク４６は、具体的には
たとえばハーフトーン型位相シフト・マスクと化学増幅
系レジトスト材料を用いたＫｒＦエキシマレーザ・リソ
グラフィを経て形成される。また、上記Ａｌ系配線パタ
ーン４５は、このレジスト・マスク４６を介してたとえ
ばＣｌ₂ ／ＢＣｌ₃ 混合ガスとヘリコン波プラズマ・エ
ッチング装置を用いた異方性エッチングを行うことによ
り形成される。上記Ａｌ系配線パターン４５および配線
間スペースの最小値は０．２５μｍである。

【００５５】また、配線間スペースの最大アスペト比は
約２である。なお、このエッチングに伴って上記レジス
ト・マスク４６内にはＡｌＯ_x Ｃｌ_y の形で残留塩素が
大量に含まれている。

【００５６】ここで、一例として下記の条件でアッシン
グを行った。

【００５７】Ｏ₂ 流量５０ＳＣＣＭ２−プロパノール流量５０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａシングルループ・アンテナ供給電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ハーフターン・アンテナ供給電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）高周波バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ・ステージ温度２００ ℃ ウェハ・ステージ位置２００ｍｍ上記２−プロパノールは、レジスト・マスク４６に含ま
れるＡｌＯ_x Ｃｌ_yを分解してＡｌ系配線パターン４５
のアフターコロージョンを防止する目的で添加されてい
るガスであるが、従来はこの添加によりアッシング速度
が大幅に低下する欠点があった。しかし本実施例では、
２系統の高周波アンテナにより均一かつ高密度のプラズ
マが生成できるため、活性種を大量に供給することがで
き、２μｍ／分のアッシング速度を達成しながら低ダメ
ージかつ完全なレジスト除去を行うことができた。

【００５８】なお、アッシング終了後にウェハ・ステー
ジ９を上昇させ（ウェハ・ステージ位置１ｍｍ）、この
状態に短時間保つことにより、Ａｌ系配線パターン４５
のＡｌ露出面に安定なＡｌ₂ Ｏ₃ 被膜を形成すると、ア
フターコロージョンの抑制効果が一層向上した。

【００５９】以上、本発明を２例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、サンプル・ウェハの構成、ヘリコン波プ
ラズマ・アッシング装置の構成の細部、アッシング条件
は適宜変更、最適化が可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、チャンバ径方向のプラズマ密度分布が
高度に均一で、かつ高密度のヘリコン波プラズマを用い
てアッシングを行うことができるため、イオン注入を経
て表面硬化層が形成されたレジスト・マスクやドライエ
ッチングを経て残留ハロゲンを吸蔵したレジスト・マス
クであっても、残渣を発生させず、実用的なアッシング
速度で、しかも基板にダメージを与えずに除去すること
ができる。したがって本発明は、アッシング技術の改善
を通じて、半導体装置の高集積化，高性能化，高信頼化
に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｍ＝０モードとｍ＝１モードのヘリコン波プラ
ズマの電界パターンを示す模式図である。

【図２】ｍ＝０モードとｍ＝１モードのヘリコン波プラ
ズマの飽和イオン電流密度分布を示すグラフである。

【図３】本発明で用いられるヘリコン波プラズマ・アッ
シング装置の一使用状態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明で用いられるヘリコン波プラズマ・アッ
シング装置の他の使用状態を示す模式的断面図である。

【図５】本発明を適用したイオン注入用レジスト・マス
クのアッシング・プロセスにおいて、基板上に表面硬化
層を持つレジスト・マスクが形成された状態を示す模式
的断面図である。

【図６】図５の表面硬化層を除去し、未変質層が残存し
た状態を示す模式的断面図である。

【図７】図６の未変質層を完全に除去した状態を示す模
式的断面図である。

【図８】本発明を適用したドライエッチング用レジスト
・マスクのアッシング・プロセスにおいて、レジスト・
マスクを介してＡｌ系配線パターンが形成された状態を
示す模式的断面図である。

【図９】図８のレジスト・マスクを完全に除去した状態
を示す模式的断面図である。

【図１０】従来のイオン注入用レジスト・マスクのアッ
シング・プロセスにおいて、基板上に表面硬化層を持つ
レジスト・マスクが形成された状態を示す模式的断面図
である。

【図１１】図１０のレジスト・マスクの内部で揮発成分
が膨張した状態を示す模式的断面図である。

【図１２】図１１の表面硬化層が破裂して、ポンピング
残渣が発生した状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１プラズマ生成チャンバ３拡散チャンバ６シングルループ・アンテナ７ハーフターン・アンテナ８ソレノイド・コイル９ウェハ・ステージ１０ガス供給管１３高周波電源１４，６１，７１マッチング・ネットワーク１５バイアス印加用高周波電源６２，７２駆動アンプ６３リレー回路７３（ハーフターン・アンテナへの高周波印加制御
用）スイッチ８１ＤＣ電源８２（磁界制御用の）スイッチ２１基板２２未変質相２３表面硬化層２４（イオン注入用）レジスト・マスク４１層間絶縁膜４５Ａｌ系配線パターン４６（ドライエッチング用）レジスト・マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/3213 9216−2ＧＨ０５Ｈ 1/46 ＢＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一のプラズマ生成チャンバ内にｍ＝０
モードのヘリコン波プラズマとｍ＝１モードのヘリコン
波プラズマとをそれぞれ励起可能な２系統の高周波アン
テナと、磁界生成手段と、該プラズマ生成チャンバに同
心的に接続される拡散チャンバと、該拡散チャンバ内で
基板をその軸方向に沿って昇降させる基板ステージとを
備えたヘリコン波プラズマ装置を用い、前記基板上の有
機膜パターンのアッシングを行うヘリコン波プラズマ・
アッシング方法。
【請求項２】前記アッシングは、前記有機膜パターン
の表層部にイオン照射に起因して形成された表面硬化層
を除去する第１段階と、該表面硬化層の下の未変質層を
除去する第２段階とに分けて行い、前記第１段階では前記基板ステージを前記プラズマ生成
チャンバに近接させ、前記第２段階では該基板ステージ
を該プラズマ生成チャンバから離間させる請求項１記載
のヘリコン波プラズマ・アッシング方法。
【請求項３】前記第２段階では前記磁界生成手段によ
る磁界生成を停止する請求項２記載のヘリコン波プラズ
マ・アッシング方法。
【請求項４】前記有機膜パターンはハロゲン系ガスを
用いた配線膜のドライエッチングに起因する残留ハロゲ
ンを含んでおり、前記アッシングには酸素にアルコール
系化合物を添加したガスを用いる請求項１記載のヘリコ
ン波プラズマ・アッシング方法。